JPH08134666A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JPH08134666A
JPH08134666A JP27643294A JP27643294A JPH08134666A JP H08134666 A JPH08134666 A JP H08134666A JP 27643294 A JP27643294 A JP 27643294A JP 27643294 A JP27643294 A JP 27643294A JP H08134666 A JPH08134666 A JP H08134666A
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JP
Japan
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etching
plasma
etched
dry etching
gas
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JP27643294A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Ashida
芳徳 芦田
Mitsuru Sadamoto
満 貞本
Akira Iwamori
暁 岩森
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 反応性ガスのプラズマを用いるドライエッチ
ングにおいて、被エッチング材料をプラズマを発生させ
る交流電極に設置することを特徴とするドライエッチン
グ方法。 【効果】 従来用いてきたプラズマエッチング方法によ
るエッチング形状を著しく向上させ、とりわけ異方性エ
ッチングを可能ならしめ、かつ高速度エッチングを可能
ならしめ、かつ被エッチング材料表面に絶縁物の層が生
成しないドライエッチング方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング方法
に関する。より詳しくは金属、無機材料及び高分子材料
を含む有機材料等をプラズマを用い、ドライエッチング
を効果的に、かつ機能的に行う方法に関し、特にシリコ
ン基板やシリコン半導体薄膜、ポリイミドやエポキシの
高分子材料をドライエッチングする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】基板材料や薄膜材料をエッチングするに
は、アルカリ液や酸を用いたウェットエッチングが簡便
で高速にエッチングすることができるために好ましく用
いられている。しかしながら、ウェットエッチングの問
題は、その液体の取り扱いにくさや廃液処理の問題、ま
た基材の汚染、さらにエッチング形状を自由に制御する
ことができないことである。現在、このエッチング形状
の制御性は、基材を利用するデバイスや回路基板等の点
から、極めて重要な課題となっている。具体的には、等
方的なエッチング形状から異方的なエッチング形状が必
要とされている。一方、プラズマを用いたエッチング方
法は、基材を汚染しないことやドライ(乾式)であるこ
とから取扱容易であり、広く使用されている。プラズマ
エッチング方法の問題は、エッチング速度が極めて遅い
ことであり、また、やはり異方的エッチングが困難であ
ることにある。更に、被エッチング材料を接地電極側に
設置して、プラズマエッチングに供した場合において
は、当該被エッチング材料表面に絶縁物の層が生成しや
すい。したがって、回路基板にプラズマエッチングを供
する場合は、金属薄膜の表面に絶縁物の層が生じ、該絶
縁物層が抵抗として働き、機能低下となる。また、半導
体用基板や薄膜のエッチングの場合には、半導体用基板
や薄膜の汚染につながり、著しい性能低下を招く。した
がって、このような場合には、エッチングプロセスの後
に、表面洗浄工程を付与する必要があるという問題があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来用いて
きたプラズマエッチング方法によるエッチング形状を著
しく向上させる、とりわけ異方性エッチングを可能なら
しめ、かつ高速度エッチングを可能ならしめ、かつ被エ
ッチング材料表面に絶縁物の層が生成しないエッチング
方法の確立を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、鋭意検討した結果、反応性ガスのプラ
ズマを用いるドライエッチングにおいて、被エッチング
材料をプラズマを発生させる交流電極に設置することに
より、従来にない、高速で異方性あるエッチング形状を
得ることができるとともに、被エッチング材料表面に絶
縁物の層が生成しないことを見出した。本発明はかかる
知見に基づいてなされるに至ったものである。すなわ
ち、本発明は、反応性ガスのプラズマを用いるドライエ
ッチングにおいて、被エッチング材料を交流プラズマを
発生させる交流電極に設置することを特徴とするドライ
エッチング方法、また、ドライエッチングを行う圧力が
1から50Paであることを特徴とする上記ドライエッチ
ング方法、また、反応性ガスに三フッ化窒素を用いるこ
とを特徴とする上記ドライエッチング方法に関するもの
である。以下に、より具体的に説明する。
【0005】本発明における被エッチング材料として
は、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化シリ
コン、ゲルマニウムあるいはゲルマニウム合金などの半
導体薄膜および半導体材料;金属元素として;銀、アル
ミニウム、銅、マグネシウム、鉄等、また、酸化錫、酸
化インジウム、錫−酸化インジウム、酸化チタン、酸化
バナジウム、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属
酸化物;窒化チタン、窒化珪素等の窒化物等が用いられ
る。また、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレ
ン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の高分子材料であっても
よい。
【0006】本発明でいう交流プラズマについて、具体
的に説明する。プラズマを発生させる方法は、具体的に
は、プラズマ発生用交流電源を用い、真空槽に設置され
ているプラズマ発生用電極に交流電圧を印加することに
よりプラズマを発生させる。その周波数は商業的周波数
の50ないし60Hz、高周波である10kHz 〜1000MHz 、マイ
クロ波である1GHz以上のものが用いられる。これらの放
電電力は、電力密度にして、1mW/cm2〜 100W/cm2 の範
囲であり、被エッチング材料および反応性ガス種、放電
方法等に応じ適宜選択されるものである。
【0007】プラズマ発生時の反応圧力は、エッチング
速度の点およびエッチング加工形状の異方性から適宜選
択されるが、高速エッチングおよびエッチング加工形状
の異方性を満足させるには、反応圧力は重要な因子であ
る。すなわち、反応圧力は、通常0.01〜300Pa であり、
好ましくは、0.1 〜150Pa 、より好ましくは1〜50Pa、
さらにより好ましくは1〜30Paが用いられる。
【0008】本発明で用いる反応性ガスとは、エッチン
グ用化合物ガスと支持ガスの混合ガスであり、エッチン
グ用化合物ガスとはフッ素原子を含む化合物と酸素原子
を含む化合物ガスの混合ガスである。フッ素原子を含む
化合物にはフッ素(F2)、四フッ化炭素等のフッ素化炭素
化合物、三フッ化窒素、ハロゲン化フッ素等が用いら
れ、取り扱い上、好ましくは、四フッ化炭素等のフッ素
化炭素化合物および三フッ化窒素が用いられ、エッチン
グ速度の点から、より好ましくは、三フッ化窒素が用い
られる。これらの化合物ガスに適宜、酸素原子を含む化
合物が添加される。酸素原子を含む化合物とは、取扱
上、酸素(O2)が用いられるが、予めオゾン化したガスを
用いることも可能である。これらの混合ガスの濃度は、
フッ素原子を含む化合物ガスの濃度にして、0.001 〜10
0 %(容積濃度)の範囲で用いる。
【0009】なお、水素、ヘリウム、アルゴン、ネオ
ン、キセノン、クリプトン、窒素などのガスを化合物ガ
スとともに支持ガスとして導入することが好ましい。こ
れらの支持ガスを用いる場合には、エッチング用化合物
ガスの濃度にして、0.01〜100%(容積濃度)の範囲で
用いると効果的であり、エッチング速度やエッチング形
状を考慮して適宜選択されるものである。これらの反応
性ガスの流量は、1〜 1000cc/分の範囲で十分である。
反応圧力との関係により、適正に選択され、本発明を実
施する上において、何ら制限されるものではない。
【0010】エッチングの際に、被エッチング材料の温
度は、適宜選択されるものであり、工業的見地を考慮し
た場合、20℃〜500 ℃であるが、その温度範囲について
は、本発明を効果的に実施する上には、何ら支障はな
く、限定されるものではない。
【0011】本発明を実施するための装置を図1に示
す。装置は、ドライエッチング用にプラズマを発生させ
る真空室(10)及び交流電圧を発生させるプラズマ発
生用の交流電源(20)、交流電圧を印加するプラズマ
発生交流電極(21)、エッチング用化合物ガスを供給
するガス流量調節器(31)及び支持ガスを供給するガ
ス流量調節器(32)からなるエッチング用反応性ガス
を供給するガス供給系(30)、圧力計(111)、圧
力調整器(50)、真空排気装置(60)(これは、タ
ーボ分子ポンプとドライポンプからなる)、被エッチン
グ材料(70)、当該被エッチング材料(70)を加熱
することが可能なヒーター内蔵で、接地されている接地
電極(80)および加熱電源(81)からなる。
【0012】
【実施例】以下、実施例により本発明の実施の一態様を
説明する。 実施例1 図1の装置を用い、被エッチング材料として、シリコン
単結晶基板を用いた。基板をプラズマ発生交流電極(2
1)に設置し、10-4 Pa まで真空排気したのち、エッチ
ング用反応性ガスを供給するガス供給系(30)を通し
て、反応性ガスを真空室に導入した。エッチング用化合
物ガスとしてCF4 およびO2を用いた。それぞれの流量
は、ガス流量調節器(31)を用いた独立制御にて、5
cc/分及び25cc/分とした。圧力調整器(50)を用い
て、150Pa の圧力に設定した。交流は、13.56MHzの高周
波を用い、プラズマ発生の電力密度は、0.5W/cm2を用い
た。エッチング速度及び形状を評価するために、シリコ
ン単結晶基板表面を銅薄膜をコーティングし、500 μφ
のホールを設け、30分間、エッチング用のプラズマに暴
露したのち、開口部の段差を計測することでエッチング
速度を求めた。また、形状異方性は、試料を切断するこ
とで、断面を露出させ、その表面を走査型電子顕微鏡あ
るいは光学顕微鏡を用いて観察し、異方性を、図2に示
したごときS方向のエッチング速度と、D方向のエッチ
ング速度の比(ED /ES )で評価した。また、基板表
面に生成する絶縁物の層の有無は、銅薄膜の表面の抵抗
を四探針法にて測定することにより、評価した。
【0013】実施例2 実施例1において、反応圧力を50 Pa にした以外は、同
様にして、エッチングを行った。
【0014】実施例3 実施例1において、反応圧力を25 Pa にした以外は、同
様にして、エッチングを行った。
【0015】実施例4 実施例2において、反応性ガスをNF3 50 cc/分、O2、50
cc/分にした以外は、同様にして、エッチングを行っ
た。
【0016】実施例5 実施例1と同様に、図1の装置を用い、被エッチング材
料として、ポリイミド樹脂フィルムを用いた。ポリイミ
ド樹脂フィルムを、プラズマ発生交流電極に設置し真空
排気したのち、エッチング用化合物ガスとしてCF4 およ
びO2を用いた。それぞれの流量は、50cc/分及び50cc/
分とした。反応圧力は、50Paに設定した。13.56MHzの高
周波を用い、プラズマ発生の電力密度は0.3W/cm2を用い
た。エッチング速度及び形状の評価は、ポリイミド樹脂
フィルム表面に銅薄膜をコーティングし、500 μφのホ
ールを設け、30分間、エッチング用のプラズマに暴露し
たのち、開口部の段差を計測することでエッチング速度
を求めた。これらは、実施例1と同様である。
【0017】実施例6 実施例5において、反応性ガスをNF3 50 cc/分、O2、50
cc/分にした以外は、同様にして、エッチングを行っ
た。
【0018】実施例7 実施例6において、反応圧力を30 Pa にした以外は、同
様にして、エッチングを行った。 実施例8
【0019】実施例6において、プラズマ発生の電力密
度は0.5W/cm2を用いた以外は、同様にして、エッチング
を行った。
【0020】比較例1〜3 実施例1〜3において、被エッチング材料であるシリコ
ン単結晶基板を、プラズマ発生交流電極に対向した、接
地電極(80)に設置した以外は、実施例と同様にエッ
チングした。
【0021】比較例4 実施例4において、反応圧力を350 Paにした。それ以外
の条件は、実施例と同様にした。
【0022】比較例5〜7 実施例5〜7において、被エッチング材料であるシリコ
ン単結晶基板を、プラズマ発生交流電極に対向した、接
地電極(80)に設置した以外は、実施例と同様にエッ
チングした。
【0023】比較例8 実施例8において、反応圧力を350 Paにした。それ以外
の条件は、実施例と同様にした。 これらの実施例および比較例の結果を表1〜4に示し
た。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】表から明らかなように、本実施例における
エッチング方法を用いると、高速度で異方性のエッチン
グが得られ、かつ被エッチング材料表面に絶縁物の層が
生成しないことがわかり、本発明によるドライエッチン
グ方法は、有効であることがわかる。
【0029】
【発明の効果】以上の実施例ならびに比較例から明らか
なように、本発明のドライエッチング方法を用いること
により、高速度で、かつ異方性のあるエッチング形状が
得られることが確認でき、かつ被エッチング材料表面に
絶縁物の層が生成しないことを確認できた。このこと
は、IC、LSIの半導体薄膜や基板の加工に効果的で
あり、また、多層の回路基板を形成するに非常に有効で
あり、本発明はこれらの分野に要求される高品質ならび
に高信頼性を可能にする技術を提供できるものであり、
きわめて有用な発明であると云うべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するプラズマエッチング装置の図
【図2】本発明において異方性を評価する方法を示す図
【符号の説明】
10 真空室 20 プラズマ発生用交流電源 21 プラズマ発生用交流電極 30 ガス供給系 31 ガス流量調節器 32 ガス流量調節器 50 圧力調整器 60 真空排気装置 70 被エッチング材料 80 接地電極 81 加熱電源 111 圧力計

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応性ガスのプラズマを用いるドライエ
    ッチングにおいて、被エッチング材料を交流プラズマを
    発生させる交流電極に設置することを特徴とするドライ
    エッチング方法。
  2. 【請求項2】 ドライエッチングを行う圧力が1から5
    0Paであることを特徴とする請求項1記載のドライエッ
    チング方法。
  3. 【請求項3】 反応性ガスに三フッ化窒素を用いること
    を特徴とする請求項1または2記載のドライエッチング
    方法。
JP27643294A 1994-11-10 1994-11-10 ドライエッチング方法 Pending JPH08134666A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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