JPH0834201B2 - エツチング方法およびその装置 - Google Patents
エツチング方法およびその装置Info
- Publication number
- JPH0834201B2 JPH0834201B2 JP61102008A JP10200886A JPH0834201B2 JP H0834201 B2 JPH0834201 B2 JP H0834201B2 JP 61102008 A JP61102008 A JP 61102008A JP 10200886 A JP10200886 A JP 10200886A JP H0834201 B2 JPH0834201 B2 JP H0834201B2
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- Japan
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- ions
- etching
- neutralizing
- sample
- neutral
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路等の電子部品の微細加工を
行うエツチング方法および装置に係り、特に試料を構成
する絶縁膜の耐圧劣化を防止するのに好適なエツチング
方法および装置に関する。
行うエツチング方法および装置に係り、特に試料を構成
する絶縁膜の耐圧劣化を防止するのに好適なエツチング
方法および装置に関する。
半導体集積回路等の微細なパターンを形成するため近
年低圧気体のグロー放電プラズマを用いたプラズマエツ
チング法が広範に利用されている。この方法はプラズマ
中で生成されたイオンが試料表面に垂直に入射する性質
を利用して、エツチングマスク寸法通りに高精度にエツ
チング加工する方法で、種々の方式が例えば菅野卓雄編
「半導体プラズマプロセス技術」産業図書1980（英訳本
‘Applications of Plasma Processes to VLSI Technol
ogy'John Wiley＆Sons 1985）に詳述されている。いず
れの方式においても被エツチング試料はプラズマに接触
して、プラズマ中から荷電粒子（イオンおよび電子）が
試料表面に入射する。電子の移動度はイオンの移動度よ
りも大きいので、試料表面には電子が蓄積してプラズマ
電位に対して負に帯電する。この結果、試料に入射する
イオンと電子のフラツクスが同一になる。通常、この試
料表面電位はプラズマ電位に対して−20V程度あり、薄
い絶縁膜を内部構造に有している半導体集積回路等にお
いては、絶縁膜を隔てた一方の電極に相当する導体部分
もしくは半導体部分の電位が上記の試料表面電位と異な
る場合には、絶縁膜の破壊や劣化が誘起される。また、
エツチングすべき表面材料が導体である場合には、プラ
ズマを発生させるための高周波電界中に試料を配置する
と該導体中に誘導電界が生じ、渦電流が流れる。この場
合も該導体が薄い絶縁膜をはさんで他の導体と対向して
いる場合には、絶縁膜の破壊や劣化が起こりうる。
年低圧気体のグロー放電プラズマを用いたプラズマエツ
チング法が広範に利用されている。この方法はプラズマ
中で生成されたイオンが試料表面に垂直に入射する性質
を利用して、エツチングマスク寸法通りに高精度にエツ
チング加工する方法で、種々の方式が例えば菅野卓雄編
「半導体プラズマプロセス技術」産業図書1980（英訳本
‘Applications of Plasma Processes to VLSI Technol
ogy'John Wiley＆Sons 1985）に詳述されている。いず
れの方式においても被エツチング試料はプラズマに接触
して、プラズマ中から荷電粒子（イオンおよび電子）が
試料表面に入射する。電子の移動度はイオンの移動度よ
りも大きいので、試料表面には電子が蓄積してプラズマ
電位に対して負に帯電する。この結果、試料に入射する
イオンと電子のフラツクスが同一になる。通常、この試
料表面電位はプラズマ電位に対して−20V程度あり、薄
い絶縁膜を内部構造に有している半導体集積回路等にお
いては、絶縁膜を隔てた一方の電極に相当する導体部分
もしくは半導体部分の電位が上記の試料表面電位と異な
る場合には、絶縁膜の破壊や劣化が誘起される。また、
エツチングすべき表面材料が導体である場合には、プラ
ズマを発生させるための高周波電界中に試料を配置する
と該導体中に誘導電界が生じ、渦電流が流れる。この場
合も該導体が薄い絶縁膜をはさんで他の導体と対向して
いる場合には、絶縁膜の破壊や劣化が起こりうる。
以上のように、プラズマエツチングでは、入射する荷
電粒子の蓄積や高周波誘導による電界が絶縁膜に印加さ
れ、これらが絶縁膜の破壊や劣化の原因になると推測さ
れる。この点については従来のプラズマエツチング装置
では十分考慮されておらず、絶縁膜が集積回路の高集積
化とともに次第に薄膜化し、例えばSi MOS形トランジス
タのゲート絶縁膜の膜厚が100Å程度になるとその絶縁
耐圧は僅かに10V程度になり、従来のプラズマ処理は絶
縁膜を劣化させると懸念される。
電粒子の蓄積や高周波誘導による電界が絶縁膜に印加さ
れ、これらが絶縁膜の破壊や劣化の原因になると推測さ
れる。この点については従来のプラズマエツチング装置
では十分考慮されておらず、絶縁膜が集積回路の高集積
化とともに次第に薄膜化し、例えばSi MOS形トランジス
タのゲート絶縁膜の膜厚が100Å程度になるとその絶縁
耐圧は僅かに10V程度になり、従来のプラズマ処理は絶
縁膜を劣化させると懸念される。
本発明の目的は、上記のような従来のプラズマ処理に
伴う表面の電荷蓄積や電界の誘導のないエツチング加工
方法を提供することにある。電荷蓄積や誘導電界は、荷
電粒子を試料に入射させたり、高周波電界中に試料を配
置することによるので、上記目的のためにはこれらを完
全に排除することが必要となる。
伴う表面の電荷蓄積や電界の誘導のないエツチング加工
方法を提供することにある。電荷蓄積や誘導電界は、荷
電粒子を試料に入射させたり、高周波電界中に試料を配
置することによるので、上記目的のためにはこれらを完
全に排除することが必要となる。
最近、バキユアム,34（1984年）第259頁から第261頁
（Vacuum,34（1984）pp259−261）に論じられているよ
うに、サドルフイールドソースと称される粒子源から引
出される粒子が殆んど高速中性粒子であり、これを用い
たエツチング等の表面処理方法が提案されているが、こ
の高速中性粒子源は、エネルギーとフラツクスを独立に
制御することができず、しかもエネルギーは約1KeV以上
の比較的高いエネルギーしか得られないという欠点を有
する。
（Vacuum,34（1984）pp259−261）に論じられているよ
うに、サドルフイールドソースと称される粒子源から引
出される粒子が殆んど高速中性粒子であり、これを用い
たエツチング等の表面処理方法が提案されているが、こ
の高速中性粒子源は、エネルギーとフラツクスを独立に
制御することができず、しかもエネルギーは約1KeV以上
の比較的高いエネルギーしか得られないという欠点を有
する。
従つて、本発明のより限定された目的は、所望のエネ
ルギーの高速中性粒子を発生させ、これを試料表面に入
射させて所望の微細エツチングを実現することである。
ルギーの高速中性粒子を発生させ、これを試料表面に入
射させて所望の微細エツチングを実現することである。
上記目的は、試料表面に入射する粒子を比較的低エネ
ルギーの電気的に中性な粒子のみとし、かつ試料を高周
波電界にさらさないことによつて達成される。本発明の
適用分野である微細パターンのエツチング加工の分野に
おいてはエッチングマスク通りの高精度加工が必要であ
るので、試料に入射する粒子の少なくとも一部は試料表
面に一定の方向性（例えば垂直）を持つて入射すること
が必要である。このために、本発明ではイオン源で形成
したイオンを電界により引出して所望のエネルギーまで
加速し、気体分子との電荷交換，固体表面でのイオンの
中性化，電子との再結合によるイオンの中性化等の方法
により中性の高速粒子としたのち、試料表面の所望の角
度で入射させる。同時に試料近傍にCl2,HCl,BCl3,CCl4,
XeF2,F2,CClF3等のハロゲン化物気体を供給する。これ
らの気体分子はSi,GaAs,Al,W等の試料表面に吸着し、中
性高速粒子が入射するとそのエネルギーによりエツチン
グ反応が進む。
ルギーの電気的に中性な粒子のみとし、かつ試料を高周
波電界にさらさないことによつて達成される。本発明の
適用分野である微細パターンのエツチング加工の分野に
おいてはエッチングマスク通りの高精度加工が必要であ
るので、試料に入射する粒子の少なくとも一部は試料表
面に一定の方向性（例えば垂直）を持つて入射すること
が必要である。このために、本発明ではイオン源で形成
したイオンを電界により引出して所望のエネルギーまで
加速し、気体分子との電荷交換，固体表面でのイオンの
中性化，電子との再結合によるイオンの中性化等の方法
により中性の高速粒子としたのち、試料表面の所望の角
度で入射させる。同時に試料近傍にCl2,HCl,BCl3,CCl4,
XeF2,F2,CClF3等のハロゲン化物気体を供給する。これ
らの気体分子はSi,GaAs,Al,W等の試料表面に吸着し、中
性高速粒子が入射するとそのエネルギーによりエツチン
グ反応が進む。
試料表面に供給するハロゲン化物の反応性気体は試料
表面に吸着するのみで、それ自体ではエツチング反応は
殆んど進まないが、中性高速粒子を入射させることでは
じめてエツチングが相当の速度で進行する。
表面に吸着するのみで、それ自体ではエツチング反応は
殆んど進まないが、中性高速粒子を入射させることでは
じめてエツチングが相当の速度で進行する。
また、中性高速粒子を試料表面に入射させると一般に
表面から２次電子が放出されて試料表面に正電荷が蓄積
されるが、このときの２次電子放出係数は同一エネルギ
ー，同一粒子のイオンの入射の場合より小さいので表面
の帯電はイオン入射に比べて小さい。さらに中性高速粒
子の入射エネルギーが1KeV以下程度になると、表面から
の２次電子の放出は殆んどなく、従つて表面の帯電は殆
んどない状態となる。従つて、本発明の目的を達成する
には、試料表面に入射させる中性高速粒子のエネルギー
を1KeV以下さらに望ましくは500eV以下にするのが良
い。
表面から２次電子が放出されて試料表面に正電荷が蓄積
されるが、このときの２次電子放出係数は同一エネルギ
ー，同一粒子のイオンの入射の場合より小さいので表面
の帯電はイオン入射に比べて小さい。さらに中性高速粒
子の入射エネルギーが1KeV以下程度になると、表面から
の２次電子の放出は殆んどなく、従つて表面の帯電は殆
んどない状態となる。従つて、本発明の目的を達成する
には、試料表面に入射させる中性高速粒子のエネルギー
を1KeV以下さらに望ましくは500eV以下にするのが良
い。
以下、本発明の実施例を第１図により説明する。イオ
ン源１で生成したAr+イオンを引出し電極２で引出しエ
ネルギー450eVに加速した。イオン源１の前方には長さ
約50cmの真空槽４があり被エツチング試料５をイオン源
１に対向して配置した。試料５はSi基板上に厚さ約100
ÅのSiO2膜を形成し、その上に多結晶Siを3000Åの厚さ
に披着し、さらにその上にホトレジストパターンを形成
したものである。真空槽４にガス供給孔６からCl2を供
給し同時にターボ分子ポンプ７で排気して、真空槽内の
Cl2圧力を５×10-4Torrに保つた。真空槽４の中に１対
の偏向板８を配置し、それぞれの電極に＋350V,−350V
の直流電圧を印加した。イオン源１から引出されたAr+
イオンは、試料５に向う途中でCl2との電荷交換反応に
より大部分が中性化されるが、中性化させれずに残留す
るAr+イオンが存在する。偏向板８はこの残留イオンが
試料に入射しないように偏向させるための手段である。
ン源１で生成したAr+イオンを引出し電極２で引出しエ
ネルギー450eVに加速した。イオン源１の前方には長さ
約50cmの真空槽４があり被エツチング試料５をイオン源
１に対向して配置した。試料５はSi基板上に厚さ約100
ÅのSiO2膜を形成し、その上に多結晶Siを3000Åの厚さ
に披着し、さらにその上にホトレジストパターンを形成
したものである。真空槽４にガス供給孔６からCl2を供
給し同時にターボ分子ポンプ７で排気して、真空槽内の
Cl2圧力を５×10-4Torrに保つた。真空槽４の中に１対
の偏向板８を配置し、それぞれの電極に＋350V,−350V
の直流電圧を印加した。イオン源１から引出されたAr+
イオンは、試料５に向う途中でCl2との電荷交換反応に
より大部分が中性化されるが、中性化させれずに残留す
るAr+イオンが存在する。偏向板８はこの残留イオンが
試料に入射しないように偏向させるための手段である。
以上の条件でArの中性高速原子のフラツクスが５×10
14/cm2・secのとき、多結晶Siのエツチング速度は約100
0Å/minであつた。エツチング後、多結晶Si電極と基板S
iの間に電圧を印加して、SiO2膜の絶縁耐圧を評価した
が、耐圧の劣化は見られなかった。
14/cm2・secのとき、多結晶Siのエツチング速度は約100
0Å/minであつた。エツチング後、多結晶Si電極と基板S
iの間に電圧を印加して、SiO2膜の絶縁耐圧を評価した
が、耐圧の劣化は見られなかった。
本発明によれば、エツチング加工中の薄い絶縁膜の耐
圧の劣化を防止できるので、信頼性の高い半導体集積回
路等を高い歩留りで製造することができる効果がある。
この効果は上記に説明したようにエツチング処理中に試
料の入射する中性高速粒子のエネルギーを500eV以下程
度に下げたときに特に大きく、通常のプラズマエツチン
グによりエツチングした場合に、しばしば見られる薄い
絶縁膜の絶縁破壊は殆んど見られなくなる。
圧の劣化を防止できるので、信頼性の高い半導体集積回
路等を高い歩留りで製造することができる効果がある。
この効果は上記に説明したようにエツチング処理中に試
料の入射する中性高速粒子のエネルギーを500eV以下程
度に下げたときに特に大きく、通常のプラズマエツチン
グによりエツチングした場合に、しばしば見られる薄い
絶縁膜の絶縁破壊は殆んど見られなくなる。
第１図は本発明の一実施例の装置の基本構成図である。 １……イオン源、２……イオン引出し電極、３……イオ
ン源フイラメント、４……真空槽、５……被エツチング
試料、６……ガス供給孔、７……ターボ分子ポンプ、８
……偏向板。
ン源フイラメント、４……真空槽、５……被エツチング
試料、６……ガス供給孔、７……ターボ分子ポンプ、８
……偏向板。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−136229（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−185324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−98731（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−225525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−139539（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−99145（ＪＰ，Ｕ)
Claims (7)
- 【請求項１】1KeV以下のエネルギーに加速したイオンを
中性化することによって得られる中性高速粒子とハロゲ
ンを構成原子として含む反応性気体とを試料表面に供給
することを特徴とするエツチング方法。 - 【請求項２】上記の反応性気体は、試料表面に吸着し得
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載のエツチング方法。 - 【請求項３】イオンを生成するイオン源と、該イオン源
で生成されたイオンを1KeV以下のエネルギーに加速する
イオン加速手段と、該イオン加速手段によって加速され
たイオンを中性化して中性高速粒子を生成する中性化手
段と、該中性化手段によって生成された中性高速粒子を
エツチングされるべき試料表面に入射させる中性高速粒
子供給手段と、ハロゲンを構成原子として含む反応性気
体を上記試料表面に供給する反応性気体供給手段とを具
備してなることを特徴とするエツチング装置。 - 【請求項４】上記の中性高速粒子供給手段は、上記中性
高速粒子中に残留するイオンを偏向させて試料表面に入
射させないようにするイオン偏向手段を含んでいること
を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のエツチング
装置。 - 【請求項５】上記の中性化手段は、気体分子との電荷交
換によりイオンを中性化させるものであることを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載のエツチング装置。 - 【請求項６】上記の中性化手段は、固体表面でのイオン
の中性化によりイオンを中性化させるものであることを
特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のエツチング装
置。 - 【請求項７】上記の中性化手段は、電子との再結合によ
りイオンを中性化させるものであることを特徴とする特
許請求の範囲第３項に記載のエツチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61102008A JPH0834201B2 (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | エツチング方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61102008A JPH0834201B2 (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | エツチング方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62259443A JPS62259443A (ja) | 1987-11-11 |
| JPH0834201B2 true JPH0834201B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=14315745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61102008A Expired - Fee Related JPH0834201B2 (ja) | 1986-05-06 | 1986-05-06 | エツチング方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834201B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5145554A (en) * | 1989-02-23 | 1992-09-08 | Seiko Epson Corporation | Method of anisotropic dry etching of thin film semiconductors |
| JPH04253328A (ja) * | 1991-01-29 | 1992-09-09 | Hitachi Ltd | 表面処理装置 |
| JPH05326452A (ja) * | 1991-06-10 | 1993-12-10 | Kawasaki Steel Corp | プラズマ処理装置及び方法 |
| US5462629A (en) * | 1992-08-28 | 1995-10-31 | Kawasaki Steel Corp. | Surface processing apparatus using neutral beam |
| KR100687481B1 (ko) * | 2006-03-24 | 2007-02-27 | 성균관대학교산학협력단 | 화학보조 중성빔 식각 시스템 및 식각 방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61136229A (ja) * | 1984-12-06 | 1986-06-24 | Toshiba Corp | ドライエツチング装置 |
-
1986
- 1986-05-06 JP JP61102008A patent/JPH0834201B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62259443A (ja) | 1987-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |