JPS58100683A

JPS58100683A - プラズマエツチング方法

Info

Publication number: JPS58100683A
Application number: JP19949281A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Kimizuka; 君塚　正勝; Kazuo Hirata; 一雄平田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1981-12-12
Filing date: 1981-12-12
Publication date: 1983-06-15
Also published as: JPH0121230B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高周波放電によって生じる反応ガスのプラズマ
を利用して多結晶シリコンの微細加工ができるプラズマ
エツチング方法に関するものである０近年、半導体装置の製造工程におけるシリコンの微細加
工法として、フレオンガスなどの高周波グロー放電によ
るプラズマ管利用するプラズマエツチング法が盛んに利
用されるようになっている。

多結晶シリコンのプラズマエツチングにはＣＣＺ．。

ＣＣＬＢＦ　、　Ｃ仏Ｆ＊　、　ｃｃｚｙ．　、　ＣＦ
４　（Ｄ　Ｌ　５　’ｌ　カスｂ”用いられる場合が多
い０これらのガスによるエツチングでの最大の問題点れ
アンダカットである０アンダカツトの程度は真空度等の
エツテング条件．エッチングガス種，多結晶シリコンの
材質によって異なる０例えｉ；Ｉ’ＣＦ．十〇Ｃ／，Ｆ
ｓの場合には多結晶シリコンの材質にかかわらず多結晶
シリコンの膜厚と同程度以上のアンダカットが生じるｏ
ＣＣｔ４ｌＣＣｔｓＦ　、　ＣＣｔ＊Ｆ重テＢ、ＣＦ４
　（！：　ＣＣＬＦＨ　ノ１４　合Ｋ　比較するとアン
タカットの程［２小さい０しかし、多結晶シリコン中の
Ｐ　４？　Ａｓのような不純物量によってアンダカット
量が影４１ｔうける。１た、真空度は高真空なほどアン
ダカットが小さくなる傾向がある〇しかしながら、このようなガスを用いた従来法によれは
、最良の場合でも厚爆０．５μｍの多結晶シリコン膜を
エツチングしてアンダカットを０．１７ｍ以下に抑制す
ることは困難であった。

一方、半導体集積油路にはますます微細なバタンが必要
とされるようになっており、そのためアンダカットに対
する要求も厳しくなっている０例えば、パタンｍ　０．
７〜０．８μｍでアンダカット量０−０５ｐｖｐｔ以下
という要求は近い将来必ず生ずると考えられる。そのた
め、アンダカットをいかにして小さくするかということ
が、エツチング技術にとって極めて型費になっている０し友がって、従来技術の上記欠点は半導体集積回路素子
製作におけるエツチング工程にとっては致命的なもので
あるといえる。

本発明は、これらの欠点ｔ−解決する几めに、反応カス
トＬ、　テＣＣｔ４　、　Ｃｃｔ、Ｆ′、　ＣＣｔｔＦ
ｍ　、　ＣＣＪＦｍオヨびＣＦ、のうち少なくとも１種
を含み、かつＨ３ｔ−含む混合ガスを使用することによ
り多結晶シリコンに対して過度のエツチング速度を維持
し、かつサイドエツチングの無いプラズマエツチング方
法を提供するものである。

上記の目的を達成する次め本発明は被エツチング試□料
を載置する試料１１Ｌ極と該試料電極に対向する対向電
極とを備えたエツチング室内に反応ガスを流入させつつ
排気し、該エツチング室内を一足範囲内の真空度に保っ
て前記両電極に高周波電圧を印加して発生させたガスプ
ラズマを利用して前記被エツチング試料をエツチングす
る方法において、前記反応カスニ少ｈ　＜　トモＣＣ１
，、ＣＣ１１Ｆ、　ＣＣ１，Ｆ、。

ＣＣｔＦ、およびＣＦ４のうちの少なくとも１種を含み
、かつＨｌを含む混合ガスを用い、該混合ガス中のＨｔ
の混入量が１５〜５０％であるガスを使用することを特
徴とするプラズマエツチング方法を発明の歎旨とするも
のである。

次に本発明の実施例を添附図面について説明する。なお
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲内で、柚々の変更あるいに改良全行いうろことは
云うまでもない。

＠１図は本発明に使用するプラズマエツチング装置の断
面図の一例である。図において１は反応室、２及び３は
反応室内に互に平行に設置された試料電極及び対同電極
、４・は試料電極２に付設され、エツチング用反応ガス
を両電極間に導入するガス導入管、５は反応室１に取付
けられ、反応室内のガス体を外部に排気するガス排気管
、６は試料電極２に載置されてエツチングされる被エツ
チング材、７は両電極に接続されエツチング用反応ガス
のプラズマを発生するための尚周波電源である。なお、
両電極の間隔は２〜１０３が一般的であるＯこのように構成されたプラズマエツチング装置を用いて
、被エツチング材６をエツチングするには反応ガスを反
応室内に導入しながら真空ポンプによりガス排気管５よ
り排気して反応室内１１０−３〜数Ｔｏｒｒの真空度に
保ちつつ両ｖｊＬ懐間に数１００Ｖ〜数ＫＶ　、　１３
．５６　ＭＨｚの尚周波電圧を印加し、高周波グロー放
電による１ラズマを発生させる。このプラズマ中に存在
する活性な化学種が単結晶シリコンや多結晶シリコンの
ような被エツチング材と反応して揮発性化合物音生成し
、これが排気管５からエツチング室外へ排気除去される
ことによってエツチングが進行する。

本発明のプラズマエツチング方法を以下実施例によって
詳細に説明する０反応室内の試料電極２上に被エツチング材６を載置し、
反応室内を真空ポンプを用いて排気し、真空度が充分低
くなった後、ガス導入管４からエツチング用反応ガスと
して５例えばＣＣ４Ｒｋ　５０　ＳＣＣＭ　。

Ｈ，ｔ−２５ＳＣＣＭ導入し、反応室内の真空度を０．
１８Ｔｏｒｒに保つｏ　４００　Ｗ　（１３，５６ＭＨ
ｚ　）のＡＪ＋ｔｌ波電力を両電極間に印加しｓ　ＣＣ
１ＪｔとＨ３混合ガスのプラズマを生じさせ、エツチン
グ全行なう。このような条件でエツチングしたとき、被
エツチング材６としてのＡａドープ多結晶シリコン膜の
エッチレートは５４０＾／分であつ几。エツチングマス
ク材として通常使用されているホトレジストＡＺ　−１
３７０（シラプレー社製商品名）に対するエツチング速
度は１７０＾／分であった０また、エツチング後のｈド
ープ多結晶シリコン膜のバタン１ｌｉＩ′ｒ面を走査型
電子拳黴跳で観察したところアンダカットは０．０５μ
ｍ以下であった。

例えばシリコンゲート形ＭＯ８集８に回路の製造工程に
おいて、シリコン基板の上にゲートｉ化膜となる二酸化
シリコンを形成し、さらにゲートシリコン膜となるＡ８
ドープ多結晶シリコン膜を形成する。このような構造を
もったＭドープ多結晶シリコン層をレジストｔマスクと
して選択的にエツチングする場合には、適度なエッチレ
ートを有し。

エツチングガス／にアンダーカットのないことが要求さ
れる。上記の実施例では、Ｍドープ多結晶シリコン膜の
厚さｉ　５０００　Ａとするとエツチング時間は約ｗ分
となり、実用性ならびに制御性の観点からエッチレート
は過度な値であると言える。また、エツチングバタンの
アンダカットが０．０５μｍ以下であるために従来と比
べ格段に高精度な微細加工が容易に実机できる。

エツチング用反応ガスにＣＣ４、ＣＣ４１Ｆ　＊　ＣＣ
４Ｆ＊　ｅＣｃｔＦｓあるいにＣＦ４と几の混合ガスを
使用すると被エツチング材６にアンダーカットが生じな
いのは何に起因するかについての詳細は不明そめるが、
次のようなコトカ推測されるｏ　ＣＣ１＊、　ｃｃｚｌ
Ｆ、　ＣＣ１４Ｆｔ　。

ＣＣＬＦ、あるいはＣＦ、とＨａの混合ガスのグロー放
電プラズマでは塩素イオンあるいはラジカルや弗素ラジ
カルなどが主要因となるエツチング反応ト、コレト並行
Ｌ　テｃｃｚ、、　ＣＣＩＢＦ　、　ＣＣ４Ｒ、ＣＣＩ
Ｆ、６　ルいはＯＦ、や迅等から解離する炭素原子や水
３に原子などが主要因となるプラズマ重合反応が起る。

被エツチング材６０表面で社、エツチング反応とプラズ
マ重合反応が並列的に行なわれているためにエツチング
の進行とともにレジス）１におよびんドープ多結晶シリ
コン膜の側壁にプラズマ重合物が付着する。エツチング
バタン側壁でに、そこに付着した重合物の友めに横方向
へのエツチングが阻止されるが、基板面と平行な面では
基板面に垂直に入射するイオンのために重合物の成長が
阻止され、エツチングが進行するものと推測される０本
実施例により、プラズマエツチングした後の被エツチン
グ材を走査型電子順徴鏡で観察し、Ａｓドープ多結晶シ
リコン膜のａｍに重合物の薄膜が付着していることを確
認した。

第２図は、−例としてＣＣａＦｔ恥ＳＣＣＭに対する出
の混入量を変えた場合めＭドープ多結晶シリコンのエッ
チレート（折線Ａで示す）とアンダーカット量（折ｌＩ
ＭＢで示す）の関係を示したものである。このときのエ
ツチング条件は、ＲＦ亀方力４００Ｗ圧力０．１８　Ｔ
ｏｒｒ−足とした。ＣＣＺ鵞Ｆ鵞単独の場合ＶＣはエッ
チレートは７７０Ａ／分と比較的大きな値を示し、アン
ダーカット量も膜厚０．５μｍに対し０．１６Ｐｍと約
３１ｉ１１１強の値を示している。一方Ｃ賄Ｆ。

にＨ雪を混入した場合には混入量を１５〜５０Ｘにする
とエッチレートは５２０〜５００Ａ／分となり、アンダ
ーカット量に０．０６〜０．０２ｐｍに減少している。

このようにＨｔｔ混入しても、適度のエッチレートを有
している友めに実用性があり、かつ制御性の良いエツチ
ングがｂ】能であり、アンダーカットのはとんと無いエ
ツチングバタンか形成できる。なお。

Ｈ微温大量が５ＯＮを越えると図には示してないが、エ
ッチレートが急激に減少するために実用的でない。又迅
の混入量が１５Ｘ未満の場合は、アンダヵットを抑制す
る効果が減少する。

第１図および第２図にはＡｓドープ多結晶シリコン膜の
実施例について示し友が、Ｐドープ多結晶シリコンなど
他の不純物をドープし几多結晶シリコン膜および不純物
を含まない多結晶シリコン躾の如き被エツチング材に関
しても同様な傾向を示す０なお本実施例ではエツチングガスとしてＣＣ４Ｆｍのみ
について示したが、本発明は上述したようにプラズマ重
合を積極的に利用するためＫＨｚを混入せしめる奄ので
ある。そのためＨ鵞ヲ混入せしめるｌｊ　スカＣＣ１＋
　＋　ＣＣ１４Ｆｔ乱　ＣＣ１４Ｆｔ　ｖ　ＣＣｔＦｌ
　、　ＣＦ４　ノイずれもしくはそれらの混合物、ま友
、それらと他のＮ。

十Ｍとの混合ガスであってもＨ８の混入量ｔｍ節するこ
とによりプラズマ重合を生じさせそアンダカットを防止
することができる。しかして、本発明はＣＣ４Ｆ、に限
定されるものではない。

本発明は以上説明したようにエツチング反応ガスにＣＣ
ｔ４．　ＣＣｔａＦ　、　Ｃ偽Ｆ、　、　ＣＣ／、Ｆｌ
およびＣｋ−のうち少なくとも１種を含み、かつＨ！を
含む混合ガスを使用することにより、多結晶シリコンの
エツチングパタンにアンダーカットがなく、かつ実用性
。

制御性のよいエッチレートを保持することができるので
、半導体素子製造におけるエツチング工程での歩１Ｉｌ
ｖ向上に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用するプラズマエツチング装置の断
向幽、第２図は本発明によるＣＣ４ＦｔとＨ宜の混合ガ
スのプラズマ放電によ、９．Ａｓドープ多結晶シリコン
１１をエツチングした場合のＨｔ混入量に対するエッチ
レートとアンダカット量の関係を示す図でめり、図中人
にエッチレート％Ｂはアンダカット量を示す。１・・・・・・反応室、２・・」・・・試料電極、３・
・・・・・対向電極、４・・・・・・ガス導入管、５・
・・・・・ガス排出管、６・・・・・・被エツチング材
、７・・・・・・高縄波電源特許出願人　日本篭信電話
公社

Claims

【特許請求の範囲】被エツチング試料を載置する試料電極と該試料電極に対
向する対向電極とを備えたエツチング室内に反応ガス會
流入させつつ排気し％該エツチング室内を一定範囲内の
真空度に保って前記両を極に高周波電圧全印加して発生
させたガスプラズマを利用して前記被エツチング試料を
エツチングする方法において、前記反応ガスに少なくと
もＣＣ１，。ＣＣ１ａＦ　、　Ｃｃ７４Ｆ＊　−ＣＣ１ＦｓｈよびＣ
Ｆ４のうちの少なくとも１棟を含み、かつＨａｔ’含む
混合ガスを用い、・該混合ガス中のＨ８の混入量が１５
〜５０％であるガスを使用することを特徴とするプラズ
マエツチング方法。