JPS587829A - ドライエツチング方法 - Google Patents

ドライエツチング方法

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JPS587829A
JPS587829A JP56105468A JP10546881A JPS587829A JP S587829 A JPS587829 A JP S587829A JP 56105468 A JP56105468 A JP 56105468A JP 10546881 A JP10546881 A JP 10546881A JP S587829 A JPS587829 A JP S587829A
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etching
etched
polycrystalline
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etching method
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晴雄 岡野
Yasuhiro Horiike
靖浩 堀池
Takashi Yamazaki
隆 山崎
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Toshiba Corp
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    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
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    • H10P50/264—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of conductive or resistive materials by chemical means
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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、隼績晶シリコン、あるいは、ゲート材料であ
る多結晶シリコン、Mo等の高融点金属及びそのシリサ
イド層の酸化シリコン(8102)に対する選択エツチ
ングに関するものである。
近年集積回路は微細化の一途をえどり,最近では最小寸
法が1〜2μmの超LSIも試作されるに至っている.
この微細加工には、通常平行平板型電極を有する反応容
器に、反応性のガスを導入し被エツチング材料載置の電
極(陰極)に高周波電力(例えば1 3.5 6 MH
z )を印加することによりグロー放電を発生させ.[
子とイオンの易aiのaにより生じる陰極(高周波電力
印加の電極)面上の負電位により、前記グロー放電中の
正イオンを加速して被エツチング物に衝突させ,物理/
化学的な反応を利用し九反応性イオンエッチング法(R
eactive Ion EtchingrRIB )
が用いられテイル。
第1図は、実際にエツチングに用いられる平行平板電極
間 略図を示すものである。同図において、ガス導入口(5
)よシ導入され九エッチングガスは,整合回路(9)を
介して印加されるIIil!iJ1ItIL電力d場に
より放電、解離され、プラズマを形成する。そして、上
記した様に、陰極(1)上には負の直流電圧が発生し、
プラズマ中の正イオンはこの電界により加速されて被エ
ツチング物(3)に衝突し、エツチングを行うものであ
る。一方、陰極tl)の対向電極(2)は、反応容器(
4)と1体化して陽極を形成し、この陽極上の電位は、
プラズマから見て高々20〜3Qev程度の降下電圧し
か発生せず、イオン衝撃の効果は、陰極(1)上に比較
してかなシ小さいと考えられる。以上説明し九様に、I
ILIFlにおいてはプラズマ中の正イオン衝撃による
1方性を積極的に利用しているためにアンダカットなく
、垂直なエツチング壁をもった微細加工が達成されるこ
とに表る。しかしながら塩素((Jz)を含むガスによ
る高濃度不純物添加の多結晶8j等のエツチングでは次
の様な問題が生じる。すなわと、第2図(a)はレジス
トIをマスクにして、P−ドープ多結品別を、例えばC
BrFv/Cj21スによシエッチングし死時のエツチ
ング形状を示したものであり、  8102αlと多結
晶8iQlの界面において、a4で示し九様なえぐれが
発生し、さらにオーバエツチングを行うとエツチング壁
は逆テーパ状0にエツチングが進行することが知られて
いる。IBMのMogab等によれば、CF4/C12
等の混合ガスによる多結晶SLのエツチングにおいて、
主エツチング橿は、表面に吸着し、イオン衝撃によりエ
ネルギを与えられ九Cl原子でわると信われており、か
つ、このC4とP 、 As等の不純物を高濃度に添加
した多結晶S+の反応性は極めて大きく、従って、下地
5I02までエツチングが進行した後、表面に帯伍する
C1は、表面拡散により多結晶S!エッヂに遼し、この
部分を選択的にエツチングしていくために、同図(a)
−04に示した様なエグレが発生するものと考えられて
いる。
(C、J 、 Mogab他、J、Vac、8ci、T
ehnol 、17L3)、 721(1980))ま
た、同図(b)に示した様に、レジストIと多結晶st
 <1邊の間に熱酸化PAaηが挿入されている場合に
は、多結晶8iQ3と前記熱酸化膜αηの界面にもエグ
レa槌が生じる。これは、多結晶8iを酸化した時、P
のa度分布がパイ、ルアツブ現   □象により、バル
ブ内に比較して界面付近が高濃度になっているために、
エグレが入りゃすいものと考えられる。
以上説明し九二グレは、動作圧力を下げることにより改
善されるが、1方、圧力の低下とともに、前記陰極面上
の直流電圧も大きくなるため、 8102のエツチング
速度も大きくなり、従りて、多結晶St/8i02比の
低下をまねき、事実上使用できないツカ現状テアル。?
−(D 様K CHF5 +C12、CF4 +C12
では特真なえぐれが生じ、えぐれを改善しようとして圧
力を下げると選択比が低下するという問題があった。
一方、 SPa + CI+ Ar等の不活性ガスを用
いて多結晶Siのエツチングを行なう方法が最近提案さ
れた(特開昭55−119177)、このガスの組み合
わせによシ、高い選択比(>40)が得られるが、多結
晶8iのエツチング速度は著しく遅く、実用には向かな
い。又、前記41Aなえぐれについても何ら言及されて
いない。
本発明は高速かつ選択性良く、シかもエグレが発生しな
いドライエツチング方法を提供するものであり、陰極表
面を炭素板又は炭化水素系の有機膜で覆い六沸化イオウ
(8Fs)と塩素(C/2)の混合ガスのみからガスプ
ラズマを発生させる事によって上記目的が4成される事
を見い出したものである。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第3
図、第4図は夫々SF6のみを用いた時のSF4力、及
び圧力に対する単結晶シリコン(a)、P−ドーフ多結
晶シリコン(b) s  5102 (C)のエツチン
グ速度及び多結晶シリコン/SiO2比(d)を示すも
のである。SF6単体の場合、SF4力の増加とともに
、各材料のエツチング速度は次第に増加するが選択比と
しては逆に小さくなっていく。第3図は0.05Tor
rの条件であり、シリコンのエツチング速度5000X
/minで選択比は10以下である。また、圧力の増加
に対して、多結1別、単結晶81のエツチング速度はQ
、Q 5 ’ror r付近で最大値となり、その後一
旦低下した後、急速に上昇しはじめる。こ急上昇の領域
はいわゆるプラズマ二ッ、チング領穢と考えられる。一
方、5i02のエツチング速度は、圧力の上昇とともに
小さくなシ従って、選択比は圧力の上昇とともに急速に
大きくなる。しかしながら、sF’6単体の場合には、
いずれの領域においテモオーパエッチングに対して必ず
アンダーカットが生じ実際には使用できないこ石が判明
した。
これに対して、第5図は、SF60.02Torrに固
定したままs ”12を添加し、エツチング室内の圧力
を0.05 Torr yC14整した時のエツチング
特性を示したものである。FLFIE力は200Wであ
る。第3図、第4図と同様、陰極(1)は炭素(C)の
薄板(1)で覆っである。これは炭化水素系の有機膜、
例えばポリエステルでも良い。第5図でs c12添加
に対して、Si及び引02のエツチング速度(a) (
C)は次第に減少し続けるのに対して、多結晶S1のエ
ツチング速W (b)はC1h添加に対して完全に飽和
するという結果が得られた。また、同図よシ明らかな様
に多結II&stのエツチング速度はs ”12添加に
もかかわらず約350017m1 nという直が得られ
。
5102の選択比は、例えば、圧力比(C1zの分圧/
 8F、の分圧)が2.0の点で40倍以上という非常
に高い値が得られた。また、圧力比0.25 、0.5
 。
1.0 、2.0の各々の点でのSMM−察結果(第6
図aは8F6ノミ、b ハC1z/8Fs O,25、
Cハ0.5 以上)から第5図において多結晶Siのエ
ツチング速度が飽和する領域、すなわち、 Cj2/S
P6圧力比≧0.5では、オーバエツチングに対して、
マスク下のアンダカットは全く入らず、かつ、前記エグ
レも全く発生しないことが解った。
なお、圧力比0.25の時に得られる形状は、マスクの
下にはアンダカットは入らず、逆テーパ状にエツチング
される。以上説明した様に、本発明によれば8P6 +
 C12のみ、すなわち、不活性ガス等の添加なしにエ
ツチングすることにより8i02との充分高い選択比が
得られ、かつ、多結晶87のエツチング速度を肯い値に
保てることができ、さらに、エグレもなく垂直にエツチ
ングされることがら、エツチングのマージンが大巾に広
く取ることができる。以上示した結果の詳細については
、現在充分解明されて鱒ないが、第7図、第8図に示し
た8F6+H2の結果からアンダーカットについては以
下の様な推察が可能と考えられる。第7図は、SF6に
H2を添加した場合のエツチング特性であり、H2の添
加とともに多結晶Si、別のエツチング速度(4は次第
に減少し、ついには8102のエツチング速度(kII
に等しくなることがわかった。このH2の役割は、 8
F6から解離し九Ffi子の除・去効果にあると考えら
れ(H+F−+HF)、多蓋のH2を添加した場合には
% SFX+イオンのみによシエッチングが進行してい
くと考えられる。第8図は、選択エツチングが行なわれ
るSF@とH2の圧力比が0.5の点での■N観察結果
でTo17.マスク下のアンダカットを生じながらかつ
、逆テーパ状にエツチングが行われることがわかった。
これに対して5atEe図に示し九様に、 8F、とC
1zの圧力比0.25の場合には、マスク下のア/ダカ
ットは入らずに逆テーパ状にエツチングが行われており
、これら2つの結果から、 C12の多結晶Stの−へ
の吸着がマスク下のアンダカットを防止していることが
考えられる(第8図のアンダカットはF原子によると考
えられる)。
以上、不純物がドープされた多結晶7リコンについて述
べたが、単結晶Si1高融点金属、及びそのクリサイド
に置き換えても良好にエツチングする事が出来る。
【図面の簡単な説明】
プ多多晶Stをエツチングした時のエグレを説明するた
めの断面図%第3図、第4図は、SF6単体ガスを用い
た時のRF WIL力、圧力に対する多結晶Si。 単結晶8 i 、S i02のエツチング特性図、第5
図はSF6にC12を添加した時のエツチング特性図、
第6図fa) 、 (b) 、 (C)はSF6とC1
zの圧力比を変えた時の断面図、第7図は8F6にH2
を添加した時のエツチング特性図%faB図は、SF6
/I(2で多留晶Siをエツチングした時の断面図であ
る。図において、(1)・・・陰極、(1)・・・炭素
板、(2)・・・陽極、(3)・・・被エツチング材断
、(4)・・・反応容!、+5)・・・ガス導入口、(
6)・・・水冷パイプ、(7)・・・テフロン、(8)
・・・排気系、(9)・・・マツチング回路、il・・
・高周波電源、aum@−・・レジX )、α21.2
1) r2412!9 # 、、、多結晶3i、I・・
・エツチング後の逆ガーパ部s Q4) [F4ttl
・・エグレ、u!19 rB3 @ −8j02、[e
f2m21・jlfjfa+ st 。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第1図 i1三 第2図 (久〕 (b) 第3図 ン 票− V 日>〜 RF電幻(IF、、) −141,− 第6図 ?3 m:)23 第7図 月n比(〜偽l) 第8図 〜評

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 11)平行平板電極間に高周波電力印加してガスプラズ
    マを発生させ、高周波電源が接続された側の電極に被エ
    ツチング物を置いてエツチングするドライエツチング方
    法に於いて、被エツチング物が置かれる陰極表面を炭素
    板、又は炭化水素系の有機膜で覆い、六弗化イオウ(S
    F’6)及び塩素(Oh)の混合ガスから前記ガスプラ
    ズマを発生させるようにし九事を特徴とするドライエツ
    チング方法。 (2)被エツチング物として単結晶シリコン、不純物が
    導入された多結晶シリコン、尚融点金属、又は高融点金
    属の7リサイドを用いる事を特徴とする特許 ング方法。
JP56105468A 1981-07-08 1981-07-08 ドライエツチング方法 Granted JPS587829A (ja)

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