JPS5839782A - ドライエツチング装置 - Google Patents

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】 本発明は半導体集積回路の製造などに用いられるドライ
エツチングにおいて、試料の重金属汚染を防止し清浄な
加工間を提供するドライエツチング装置に関するもので
ある。

半導体集積回路部品製造工程のうち回路パターン形成の
ための加工技術は、従来の湿式エッチ法から、エツチン
グの制御性に富み、かつ微細パターンを高精度に加工で
きるなどの利点のある乾式エッチ（以後ドライエッチと
よぶ）法がとってかわりつつある。まず、ドライエツチ
ングの手法のうち、反応性スパッタエツチング法を例に
説明する。この手法は、微細パターン加工法の本命と目
されているものである。その理由は、平行して対向させ
た電極間に高周波電界を印加して発生させたグロー放電
による低温ガスプラズマ中の活性ガスイオンが電界の作
用により試料に垂直に入射するため、アンダカットの小
さい方向性エツチングを行なうことが可能なことである
。一方、電界によって加速されたイオンは試料のみなら
ず電極や真空チャンバにも衝突しこれらをもエツチング
することになる。ところで、反応性スパッタエツチング
装置を構成する真空チャンバや電極はステンレス鋼で構
成されている場合が多い。しかも、そのステンレス鋼と
して社、鉄７４チ、クロム１８％。

ニッケル８チの組成をもつステンレス鋼が多用されてい
る。このため、ドライエツチング時、エツチング対象試
料のみならずステンレス鋼もプラズマにさらされる結果
、ステンレス鋼を構成する重金属がエッチされてエツチ
ング雰囲気に混入し、半導体試料が重金属に汚染される
ことになる。重金属が半導体試料表面に残留すると、例
えば、ｐ−ｎ９合の逆方向特性が劣化したシ、電気特性
上有害なエネルギー準位を発生させたシすることＫよっ
て製作された素子の電気特性が設計値から大きくかけは
なれる結果、目標とする集積回路素子が製作できないと
いう重大な欠点があった。このような重金属汚染は、例
示した反応性スパッタエツチング装置のみに発生するも
のではない。低温ガスプラズマを利用したドライエツチ
ング装置では、必ず発生する問題である。汚染を防止す
るために、従来用いられていた手法のひとつを次に説明
する。低温ガスプラズマに接触する壁面などを加工試料
と同じ材質で作る手法が解決策のひとつである。例えば
、シリコン半導体素子を加工する場合には、シリコンそ
のもの、もしくはシリコンで表面を被覆した材料を用い
て壁面、電極などを作れば良い。しかし、この手法は装
置作製時の加工精度や完全なる被覆の困難さなどから、
必ずしもすべての場合に実用的な方法ではない、もうひ
とつの汚染解消策は、汚染された試料表面層を汚染のな
い手法で除去することである。例えば、汚染されたシリ
コン表面を湿式エツチングで除去する。しかし、この手
法は湿式エツチングの制御性が悪いことや除去深さが大
きいことなどのため実用的でない。

本発明社中導体集積回路の製作などに用いられるドライ
エツチング装置において少なくとも低温ガスプラズマに
さらされる部分の構成材料に少なくとも鉄もしくはクロ
ムを含みかつニッケルを含まない材料を用いることを特
徴とし、その目的はドライエツチングによる重金属汚染
を簡便かつ確実に解消するととＫある。

第１図はドライエツチング装置を示すもので、図におい
てｌは対向電極、２は試料電極、３け試料、４は真空チ
ャンバ、５はガス導入口、６け真空排気口、７は高周波
電源である。通常真空チャンバ４は接地されている。ま
た、対向電極１もしくは試料電極２のいずれかを接地し
て用いる。対向電極１を接地電位で使用する場合には、
真空チャンバ４を対向電極として使用しても良い。

以下に示す実施例１によシ零発明の詳細な説明する。エ
ツチング装置の形態と使用条件蝶板下のとおりである。

真空チャンバは内径６０６Ｒｓ深さ３０個で、この真空
チャンバ壁を一方の電極として接地する。吃り一方の電
極は直径５ｏｔｓの円板状試料電極である。試料は３イ
ンチ径のシリコンウェハであシ、ｓｏｍ径の試料電極上
に設置される。グロー放電用の電源は１３．Ｓ６ＭＨ２
でＩＫ’Ｗの出力を上記電極に印加した。ガスとしては
ａｙ４＋■、を用い、毎分５０　ｃｃを流しつつ真空排
気し、ＩＸ　１０　　ＴＯｒｒの真空度を保った。この
装置形態紘いわゆる反応性スパッタエツチングＸ線リア
クティブイオンエツチングとよばれるものである。本発
明の効果を示すものとしては、上記試料電極材料として
鉄８１．９％、り０Ａ１８９Ｇ、炭素０．１１１Ｆ）組
成をもつステンレス鋼（ａｔＦ８４３０）を用いた。一
方、本発明と対比させるため、従来例として、鉄γ４嘩
、クロム１ｇ４）、ニッケ４８　％の組成をもつステン
レス鋼（ＢＵ８３０４）を用いた。真空チャンバ壁は、
この壁からの汚染を防止するためにテフロンで被覆しで
ある０本発明による電極材料と従来例による電極材料を
用いてシリコンウェハ・ＡとＢを各々低温プラズマに１
０分間暴鼻、つまりドライエツチング処理を施した。そ
の後シリコンウェハＡとＢは酸素ガスプラズマで処理し
、希ＩＦを含む酸系洗浄を施した。これらのドライエツ
チング後の処理では実質的にシリコンはエツチングされ
ず、ドライエツチング中にシリコンウェハ表面に付着゛
した重金塊汚染成分並びにシリコンの自然酸化膜（厚さ
は１０〜３０Ａ）を除去することにのみ有効である。ま
た、この洗浄処理は半導体集積回路の製造工程中に頻′
繁に行なわれるもので何ら特別なものではない。重金属
汚染の評価は、いわゆるＯＳチェックを用いた。これは
、シリコンに熱酸化処理を施してシリコン表面に酸化膜
を形成したのち、ＨＰ　＋　ＨＮＯ，＋　Ｏｒ　Ｏ，＋
　ｃｕ（Ｎｏ、）、　＋　ＣｊＨ，Ｃ０ＯＨ＋　Ｅ、　
Ｏの混合液で表面エッチをしてシリコン結晶の欠陥を調
べるものである。上記洗浄処理を施したシリコンウニハ
ム、Ｂを各々ＯＢチェックしたのち、シリコン表面に現
われる結晶欠陥である積層欠陥の密度を求めた。結果を
表１に示す。

表１よシ明らかなように、本発明による少なくとも鉄も
しくはクロムを含有し、かつニッケルを含有しない試料
電極を用いたシリコンウニノ・ムに生ずる欠陥密度は少
ない、このような欠陥が生ずるということは、半導体集
積回路の製造に訃いて重大な意味をもつ。すなわち、ｐ
−ｎ接合の逆方向電流や少数キャリヤのライフタイム等
の牛導体集救回路素子の特性を支配する電気特性は、欠
陥密度りぜ方とともに著しく劣化することが知られてい
る。鉄７４　’４　、クロム１Ｂ’ｌｋｅニッケル６−
の組成をもつ試料電極を用いてドライエツチングされた
シリコンウニノ・Ｂにて見出された欠陥密度は、半導体
集積回路製造工程においては許容できないものである。

以上のように本発明によれば、ドライエツチング装置の
構造やドライエツチング条件を変更することなしに汚染
のないエツチング試料表面を得ることができる。

次に第２の実施例を用いて本発明の著しい効果を説明す
る。使用したドライエツチング装置の試料電極と対向電
極は、ステンレス鋼製の円板で直径は３５譚、試料電極
と対向電極の間隔は１０ｃＰＲである。ガスは０１Ｆ４
を用い真空度は２　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒとした。１３
．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、２００Ｗで低温ガス
プラズマを発生させた。真空チャンバは縦７０　ｅＦＲ
ｓ横７０　ｅｆｎ　を高さ３０ｃｒＲでステンレス鋼製
である。この装置を上記条件で使用すると、低温プラズ
マに接触する部分は試料電極と対向電極だけであった。

また、対向電極は電気的に接地されている。さて、本実
施例では、本発明の効果を発揮させるため、鉄板、クロ
ム板もしくはニッケル板（いずれも純度は９９．９９％
）を各々用いてこれを両電極表面に取シ付け、かつその
上にシリコンウェハＯ，Ｄ、Ｉを設置して２分間エツチ
ングした。ドライエツチング後の処理は実施例１と同様
に酸素プラズマ処理と酸系洗浄による洗浄処理を施した
。実施例１と同様にＯＳチェックを行なった結果を表２
に示す。表２にはドライエツチングを施さない、つｔ、
ｂ汚染のないシリコンウニ／％Ｆの結果も合せて示した
。表２から明らかなように、本発明によるニッケルを含
まない電極材料である鉄とクロムの場合の欠陥密度はド
ライエツチングを施していない場合と同じレベルである
。

しかし、ニッケルを用いた場合の欠陥密度社格違いに大
きい。本発明のこのような特異な効果について若干の分
析を試みた結果を以下に記す。

表２のＯ，Ｄ、Ｉｌｉ、Ｆに相当するシリコンウニノー
の表面層に存在する重金属汚染量をＳ　ＸＭＳ分析によ
って調べた。洗浄工程を施さずドライエツチング直後に
まずＳ　：［ＭＳ分析を行ない表面の重金属汚染量を調
べた。次に、各シリコンウニノ・をＨＦ＋ＨＮＯ，をエ
ッチャントとして順次表面層を除去し、そのつど８工Ｍ
８分析を行なった。結果を第２図に示す。図において横
軸はシリコン表面からの深さであり、縦軸は汚染量の相
対値である。ドライエツチング直後では鉄、クロム、ニ
ッケルともシリコン表面に検出される。しかし、鉄とク
ロムのシリコン中への侵入深さは高々２００Ａである。

一方、ニッケルは１５００　Ｘまでの分析でも高濃度に
検出されている。高々２００Ａという値はほとんど表面
に鉄とクロムが付着しているというに等しく、そのため
ドライエツチング後の洗浄処理によシ容易に鉄とクロム
が除去されることに対応する。このように、ニッケルの
みが極めて深くシリコン中へ侵入することにより、本発
明のニッケルを含有しない材料を用いるということの有
効性が裏付けられる。

次に第３の実施例を用いて本発明を説明する。

使用したエツチング装置の試料電極は本発明の効果を明
らかにする目的として鉄８６．５　％　、クロム１３チ
、シリコン０．５−の組成から成るステンレス鋼（１３
Ｕ８４０３）を用い、また従来例として鉄７４チ、クロ
ム１８チ、ニッケル８％の組成をもつステンレス鋼（Ｓ
Ｕ８３０４）を用いた。対向電極は石英板で被覆された
ステンレス鋼である。試料電極と対向電極の寸法は縦５
０５１１　ｍ横４０備であり、電極間隔は３傭である。

ガスはＯｃｌ、　Ｆ、を用い、流量２５０Ｃ／分で真空
度は０．１Ｔｏｒｒとした。高周波電源は、１３．５６
ＭＨ２で４００ＷＫてグロー放電を生ぜしめた。本実施
例では試料電極が接地電位になっており、いわゆる平行
平板型プラズマエツチング装置の形態を有している。本
実施例においても、実・施例１，２と同様にドライエツ
チング後の洗浄処理を施こし、ＯＳチェックを実施した
。その結果、ニッケルを含有しない組成の本発明による
場合の欠陥密度は従来例にくらべ２桁小さく著しい効果
を見出すことができた。

上記の実施例においては、エツチング装置において電極
について行ったものであるが、低温プラズマと接触する
部位についても行えば、さらに有効であることは云うま
でもない。

以上説明したように、本発明によればドライエツチング
試料を重金属で汚染することがないため、高歩留りで高
性能の素子を作製することができるという大きな利点が
ある。なお、実施例１，２゜３においては加工材料とし
てシリコンを用いたが、本発明は何らこれに限定される
ことなく、ドライエツチングによって加工する工程が必
要となるすべての素子製作、たとえばＭＯＢ素子、バイ
ポーラ素子、磁気バブル素子、光集積回路素子１表面弾
性波素子、ジョセフソン素子、　ＧａＡｓ素子などにも
有効である。また、ガスの種類も本実施例に限ラスドラ
イエツチングで使用されるすべてのガス、たとえばＮ！
　＋　０＊　ｌ　”２や、Ａｒ　、　Ｕｓのような不活
性ガス、ＯＦ、　、　ｃａｍｐｓ、　００１２Ｆ、　、
　００１．Ｆなどのフロンガス、またＣＣ’４　＊　Ｎ
ＦＩ　ｔ　”’＠　ｌ　Ｃ１１ｆｘど、それぞれ単独ガ
ス、屯しくけ、混合ガスに対して有効である。かつドラ
イエツチング装置の形態も本実施例に限定されることな
く、たとえば円筒型プラズマエツチング、３極型ドライ
エツチング、７０−ティンググリッド型ドライエツチン
グ、リアクティブイオンビームエツチング、スパッタエ
ツチング、イオンミリングなどに適用することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はドライエツチング装置、第２図はａＩＭ８分析
によるドライエッチシリコン試料表面の重金鵜汚染量と
シリコン深さとの関係を示したものである。 ｌ・・・対向電極、２・・・試料電極、３・・・試料、
４・・・真空チャンバ、５・・・ガス導入口、６・・・
真空排気口、７・・・高周波電源 特許出願人 シリコン表面の・うｎｆ；（Ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. グルー放電によって発生した低温ガスプラズマを利用し
   たドライエツチング装置Ｋｓｌ−いて、装置構成部位の
   うち少なくとも低温ガスプラズマと接触する部位の材料
   が、少なくとも鉄４しくはり四ムを含有しかつニッケル
   を含有しない材料であることを特徴とするドライエツチ
   ング装置。