JPS62224687A

JPS62224687A - エツチング方法

Info

Publication number: JPS62224687A
Application number: JP61066650A
Authority: JP
Inventors: Saneka Shibagaki; 真果柴垣
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1987-10-02
Also published as: US4885054A; JPS646276B2

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】（産業上の利用分野）本発明は反応性イオンエツチングによって半導体基板に
深い溝部を形成するためのエツチング方法に関するもの
である。

（従来の技術）従来から半導体回路などの製造にはａにエツチング液に
よる湿式のエツチングが広く行われていた。しかし、該
湿式のエツチングは、サイドエツチングの発生など多く
の難点があり、集積度の向上などで一層微細な回路パタ
ーンの形成が必要となるに伴い、エツチング方法にも薬
液を用いない、いわゆるドライエツチング方法が提案さ
れるに至った。その中でもスパッタ等の物理的なエツチ
ングと化学反応による化学的エツチングが同時に進行す
る平行平板電極を用いた反応性イオンエツチング方法が
非常に注目されるに至っている。

この方法は対向する平行平板電極を反応容器内に配置し
て、一方の平板電極上に基板等の被エツチング物を置き
、所定圧力のエツチングガスを反応容器内に導入し、該
エツチングガス雰囲気中において前記平行平板電極に所
定の高周波電力を印加する。そして、この高周波電力の
印加によって反応容器内にプラズマを発生させ、このプ
ラズマの物理的および化学的作用により基板のエツチン
グを行うものである。

−ｉにこの種の反応性イオンエツチングによってシリコ
ン基板をエツチングする際、エツチングガスとしてはｍ
に、ＣＦ４、フッ化炭素化合物、ＣＨＦ３およびフッ素
炭化水素化合物等のフッ素系のガス、塩素や塩素含有ガ
スからなる塩素系のガス、臭素や臭素含有ガスからなる
臭素系のガスなどが多く用いられている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、フッ素系のガスを用いたエツチングはサ
イドエツチングが入り易く加工精度上問題があった。塩
素系のガスを用いたエツチングはフッ素系ガスに比べて
サイドエツチングは抑えられるが、シリコン基板の表面
が粗れて見かけ上黒色化する問題がある。臭素系のガス
を用いたエツチングはエツチング溝の側壁に突起物が出
来る荒れを生じる問題がある。

また上記各種ガスのエツチングにおいてはエツチング溝
の側壁が平面状でなく屈曲してしまったり、底面にさら
に細い溝が出来てしまう等、実用上大きな問題となって
いた。さらに四塩化けい素（５ｉＣＩ４）と酸素（０２
）との混合ガスを用いたエツチングは一般にマスクとし
て用いられる二酸化シリコンに対し高選択性が得られ、
エツチング形状も前記各種ガスの場合よりは比較的良好
であるが、エツチング中に生ずるシリコンと酸素との化
合物からなる反応生成物が白粉となって反応容器および
基板を汚染するという問題があり、また白粉がマスクと
なりエツチングされずに残ったり、白粉の周りが白粉の
部分よりもエツチングが進むためにエツチング溝の底面
に溝ができる等、エツチング形状の底面がでこぼこした
り、黒色化したりする問題がある。また、該四塩化けい
素と酸素との混合ガスによるエツチングの場合は、反応
容器内の残留ガスの影響を受は易く、エツチング形状が
不安定化し易いという問題がある。

以上の各種ガスを用いたエツチングにおいては流量比（
エツチングガスの導入に際し、全エツチングガスの流量
体積中に占める特定ガスの割合い）等、各種のエツチン
グ条件を適切に調整することにより屈曲部等のないいわ
ゆる異方性のエツチングを一時的に達成できるのである
が、そのエツチング条件の設定は極めて微妙であり、後
に同一条件でエツチングを行ってもその再現性が得られ
ないという間層があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたも
のであり、その目的は、エツチングに伴う白粉の発生や
シリコン基板のエツチング残りやシリコン基板の黒色化
を抑え、かつ、異方性のエツチングを確実に再現するこ
とができるエツチング方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために次のように構成され
ている。すなわち、本発明は、基板が収容されている反
応容器内にエツチングガスを導入し、このエツチングガ
スをプラズマ化して前記基板をエツチングするエツチン
グ方法において、前記エツチングガス中には四塩化けい
素ガスと窒素含有ガスとが含まれているエツチング方法
である。

（作　用）上記構成からなる本発明において、例えばシリコン基板
を二酸化シリコンをマスクとしてエツチングするような
場合、エツチングガスとして塩化けい素ガスと窒素含有
ガスとの混合ガスを使用しこれをプラズマ化することに
より行われる。

すなわち、該プラズマ化によってエツチングガスからイ
オンやラジカルが生成し、イオンのシリコン基板上への
衝突によるスパッタ現象と、ラジカルとシリコン基板と
の反応による揮発性物質の生成現象とによってエツチン
グが達成されるのである。この場合、本発明に係るエツ
チングガス中には酸素が含まれていないから、塩化けい
素と酸素との反応生成物である白粉が生じるということ
もなく、また、塩化けい素ガスと窒素含有ガスをエツチ
ングガスとして使用することにより再現性のよい異方性
エツチングが達成可能となるものである。

（実　施　例）以下、本発明の実施例を必要に応じ図面を参照して説明
する。

（イ）エツチング装置本発明に係るエツチング方法を実施するための装置は従
来例と同様に、基板を収容する反応容器と、この反応容
器にエツチングガスを供給するガス供給手段と、反応容
器内に導入されたエツチングガスをプラズマ化するプラ
ズマ発生手段と、反応容器内を真空排気する真空排気手
段とからなり前記プラズマ発生手段は、反応容器内に対
向配置された一対の平板電極と、該平板電極間に電圧を
印加する電源とを有しており、この電圧印加によって平
板電極間に電場が形成され、この電場によって反応容器
内に導入されたエツチングガスをプラズマ化するもので
ある。

（ロ）基板およびマスク被エツチング材としてシリコン基板を使用し、マスクに
は回路パターンが形成された二酸化シリコン薄膜を採用
し、第１図に示すように、シリコン基板１のエツチング
面にマスク２を載せた状態でシリコン基板１のエツチン
グを行った。

なお、エツチングに際し、該シリコン基板１は前記平板
電極の一方側（高周波電力側）に装着した。

（ハ）エツチングの方法エツチングガスの種類が異なる以外は従来例と同様であ
る。

すなわち、一方の平行電極板上に第１図の如くマスク２
によって覆われたシリコン基板１を装着し、真空状態の
反応容器中にエツチングガスを導入しながら平行電極板
に電圧を印加しエツチングガスをプラズマ化する。そし
て、既述の如く、プラズマによるスパッタ作用と化学反
応作用によりシリコン基板１のエツチングを行った。

（ニ）エツチングガス四塩化けい素（ＳｉＣＩ４）ガスと窒素系ガス（窒素ガ
ス又は窒素化合物のガス）との混合ガスを用いた場合を
第１の実施例とし、四塩化けい素（ＳｉＣＩ４）ガスと
窒素系ガスと塩素（Ｃ１□）ガスとの混合ガスを用いた
場合を第２の実施例として２通りのエツチングを行った
。

以下、これら第１の実施例と第２の実施例との具体例を
説明する。

（１）第１の実施例四塩化けい素（５ｉＣ１４）ガスと窒素系ガスとの混合
ガスのうち、Ｎ２流量比（窒素流量比）を変化させてシ
リコン基板１のエツチング性能を調べた。

まず、第２図にＮ２流量比に対するエツチング速度の特
性図を示す。これによれば、流量比が３０％付近でエツ
チング速度が最大となっている次に、第３図にＮ２流量
比に対する選択比（Ｓｉのエツチング速度と５ｉ０２の
エツチング速度との比率）のグラフを示す。これもＮ２
流量比が３０％付近で選択比が最大となる。

第４図にはＮ２流量比５％のときのエツチング形状、第
５図にはＮ２流量比３０％のときのエツチング形状、第
６図にはＮ２流量比６０％のときのエツチング形状がそ
れぞれ示されている。

第４図に示す様にＮ２流量比５％のときはエツチング溝
３の側壁は屈曲してしまうことが分かる。

第５図に示す様にＮ２流量比３０％のときは異方性の理
想的なエツチング形状が得られる。第６図に示す様にＮ
２流量比６０％のときはエツチング形状はテーパー状と
なってしまう。

以上の様に５ｉＣＩ４ガスと窒素系ガスをエツチングガ
スとしてエツチングしたときは、Ｎ２流量比３０％でエ
ツチング速度がＬ　ＯＯＯＡ／ｗｉｎ以上となり、マス
ク２の二酸化シリコンに対する選択比が１０以上となる
理想的なエツチング特性が得られる。このとき、シリコ
ン基板（ウェハー）１内に形成されたエツチング溝の深
さを走査型電子顕微鏡により観察したところ、違いが見
分けられない程の均一な深さの溝が形成されていること
を確認できた。

（２）第２の実施例エツチングガスとして四塩化けい素（５ＬＣＩ４＞ガス
と窒素系ガスと塩素（Ｃｌ２）ガスとの混合ガスを用い
てシリコン基板１のエツチングを行った。

′　　この塩素ガスはエツチング速度を速めるために加
えるものである。第７図にＣＩ２流量比に対するエツチ
ング速度のグラフを示す。

このグラフによれば、ＣＩ２流量比３０％でエツチング
速度が最大となる。第８図にＣＩ２流量比に対する選択
比のグラフを示す。これもＣＩ２流量比３０％で選択比
が最大となる。そして、第２の実施例の場合はＮ２流量
比３０％およびＣＩ２流量比が３０％のときに、第５図
で示したものと同様の理想的なエツチング形状を得るこ
とができた。

本第２の実施例においては、Ｃ１２の添加によりエツチ
ング速度を速めることができ、理想的なエツチング形状
を維持したままエツチング速度が１５００　Ａ／ｍｉｎ
以上、かつ、選択比が１５以上の優れたエツチング特性
を得ることができた。

上記第１の実施例および第２の実施例においてはエツチ
ング中に反応生成物の白粉が生成するということがない
ので、シリコン基板１および反応容器内の汚染がない非
常に清浄なエツチングが得られる。また、従来のエツチ
ング方法において見られなエラチン・グ残り、溝底面の
荒れ、シリコン表面の黒色化等の欠点もなくまた、残留
ガスがシリコン基板に及ぼす影響も少なく、再現性の良
い異方性エツチングを実現することができた。

なお、上記各実施例において、四塩化けい素（ＳｉＣＩ
Ｊガスを用いたが、必ずしもこれに限定されるものでは
なく例えば５ｉｔ−ＩＣｌ３などのようなけい素の塩化
物ガスを用いてもよい。

また窒素系ガスとして窒素ガスと窒素化合物のガスのう
ちのいずれか一方のガスを用いたが、いずれのガスを用
いた場合も上記各実施例の如く良好な結果が得られた。

また窒素系ガスとして、窒素ガスと窒素化合物のガスと
を混合させた場合も同様な優れた結果が得られることを
確認している。

また、上記各実施例では、対向する平板電極を備えた反
応性イオンエツチング装置を使用してのエツチング実例
を述べたが、他の反応性イオンエツチング方式、例えば
、六角柱型、プラズマエツチング方式、電子サイクロト
ロン共鳴を用いたエツチング方式、反応性イオンビーム
エツチング方式、イオンアシストビームエツチング方式
、においても同様の優れたエツチング効果が得られる。

（発明の効果）本発明のエツチング方法によれば、エツチングガスを塩
化けい素ガスと窒素含有ガスとをベースとして構成して
いるから、荒れやでこぼこがない均一なエツチング面が
得られるばかりでなく、エツチング中の白粉の発生を防
止し、シリコン基板のエツチング残りやシリコン基板の
黒色化を回避できる。また、エツチング条件を適切に設
定することにより、異方性のよいエツチングを安定、が
っ、容易に再現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリコン基板とマスクとの配置態様図、第２図
はＮ２流量比とエツチング速度との特性図、第３図はＮ
２流量比と選択比との特性図、第４図はＮ２流量比が５
％のときのエツチング溝の形状を示す断面図、第５図は
Ｎ２流量比が３０％のときのエツチング溝の形状を示す
断面図、第６図はＮ２流量比が６０％のときのエツチン
グ溝の形状を示す断面図、第７図はＣＩ２流量比とエツ
チング速度との特性図、第８図はＣＩ２流量比と選択比
との関係を示す特性図である。１・・・・・・シリコン基板、　２・・・・・・マスク
、３・・・・・・エツチング溝。代理人　弁理士　　八　幡　　義　博第　／　図率　２　図んシＬ’！−化（％）第　３　図ノリシブ丸量イζ（”、４）卆　４　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板が収容されている反応容器内にエッチングガ
スを導入し、このエッチングガスをプラズマ化して前記
基板をエッチングするエッチング方法において、前記エ
ッチングガス中にはけい素の塩化物ガスと窒素含有ガス
とが含まれていることを特徴とするエッチング方法。
（２）窒素含有ガスは窒素ガスおよび（又は）窒素化合
物のガスであることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載のエッチング方法。
（３）窒素含有ガスは窒素ガスと塩素ガスとの混合ガス
であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
のエッチング方法。
（４）窒素含有ガスは窒素化合物のガスと塩素ガスとの
混合ガスであることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載のエッチング方法。