JPS646276B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS646276B2 JPS646276B2 JP61066650A JP6665086A JPS646276B2 JP S646276 B2 JPS646276 B2 JP S646276B2 JP 61066650 A JP61066650 A JP 61066650A JP 6665086 A JP6665086 A JP 6665086A JP S646276 B2 JPS646276 B2 JP S646276B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- gas
- flow rate
- etched
- silicon substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
- H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
- H10P50/24—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials
- H10P50/242—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials of Group IV materials
Landscapes
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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つて半導
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。
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、一般にエ
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
るに至つた。その中でもスパツタ等の物理的なエ
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つてい
る。
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
るに至つた。その中でもスパツタ等の物理的なエ
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つてい
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つて
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。
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つて
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。
一般にこの種の反応性イオンエツチングによつ
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、一般に、CF4、フツ化炭素化合
物、CHF3およびフツ素炭化水素化合物等のフツ
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。
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、一般に、CF4、フツ化炭素化合
物、CHF3およびフツ素炭化水素化合物等のフツ
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、フツ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
題があつた。塩素系のガスを用いたエツチングは
フツ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。
ングはサイドエツチングが入り易く加工精度上問
題があつた。塩素系のガスを用いたエツチングは
フツ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つた
り、底面にさらに細い溝が出来てしまう等、実用
上大きな問題となつていた。さらに四塩化けい素
（SiCl4）と酸素（O2）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つて反応容器
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つたり、
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け易く、エツチング形
状が不安定化し易いという問題がある。
チング溝の側壁が平面状でなく屈曲してしまつた
り、底面にさらに細い溝が出来てしまう等、実用
上大きな問題となつていた。さらに四塩化けい素
（SiCl4）と酸素（O2）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つて反応容器
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つたり、
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け易く、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つてもその再現性が得ら
れないという問題があつた。
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つてもその再現性が得ら
れないという問題があつた。
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。
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
記エツチングガスは四塩化けい素ガスと窒素ガス
の混合ガスであるエツチング方法である。
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
記エツチングガスは四塩化けい素ガスと窒素ガス
の混合ガスであ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四塩
化けい素ガスと窒素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。
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四塩
化けい素ガスと窒素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、該プラズマ化によつてエツチングガ
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ツタ現象と、ラジ
カルとシリコン基板との反応による揮発性物質の
生成現象とによつ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、四塩化けい素と
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、四塩化けい素ガスと窒素ガスを
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。
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ツタ現象と、ラジ
カルとシリコン基板との反応による揮発性物質の
生成現象とによつ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、四塩化けい素と
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、四塩化けい素ガスと窒素ガスを
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。
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、この電圧印加によつて平板電極間に電場が
形成され、この電場によつ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。
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、この電圧印加によつて平板電極間に電場が
形成され、この電場によつ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
行つた。
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
行つた。
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。
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。
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によつ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ツタ作用と化学反
応作用によりシリコン基板１のエツチングを行
つた。
くマスク２によつ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ツタ作用と化学反
応作用によりシリコン基板１のエツチングを行
つた。
(ニ) エツチングガス
四塩化けい素（SiCl4）ガスと窒素ガス
（N2）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（SiCl4）ガスと窒素ガ
ス（N2）と塩素（Cl2）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
ングを行つた。
（N2）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（SiCl4）ガスと窒素ガ
ス（N2）と塩素（Cl2）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
ングを行つた。
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。
具体例を説明する。
(1) 第１の実施例
四塩化けい素（SiCl4）ガスと窒素ガス
（N2）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。
（N2）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つてい
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SiO2のエツチング速度
との比率）のグラスを示す。これもN2流量比
が30％付近で選択比が最大となる。
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つてい
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SiO2のエツチング速度
との比率）のグラスを示す。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。
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。
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N2流量比60％のときはエツチ
ング形状はテーパー状となつてしまう。
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N2流量比60％のときはエツチ
ング形状はテーパー状となつてしまう。
以上の様にSiCl4ガスと窒素ガスをエツチン
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1000Å／min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（ウエハー）
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が形成されているこ
とを確認できた。
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1000Å／min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（ウエハー）
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（SiCl4）
ガスと窒素ガス（N2）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
を行つた。
ガスと窒素ガス（N2）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
を行つた。
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Cl2流量比に対
するエツチング速度のグラフを示す。
に加えるものである。第７図にCl2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、Cl2流量比30％でエツ
チング速度が最大となる。第８図にCl2流量比
に対する選択比のグラフを示す。これもCl2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Cl2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。
チング速度が最大となる。第８図にCl2流量比
に対する選択比のグラフを示す。これもCl2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Cl2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、Cl2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
1500Å／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。
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
1500Å／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
られたエツチング残り、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。
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
られたエツチング残り、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
（SiCl4）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SiHCl3などのようなけ
い素の塩化物ガスを用いてもよい。
（SiCl4）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SiHCl3などのようなけ
い素の塩化物ガスを用いてもよい。
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。
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
ガスを四塩化けい素ガスと窒素ガスとで構成して
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、かつ、容易に再現
することが可能となる。
ガスを四塩化けい素ガスと窒素ガスとで構成して
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、かつ、容易に再現
することが可能となる。
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N2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Cl2流量比とエツチン
グ速度との特性図、第８図はCl2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。
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N2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Cl2流量比とエツチン
グ速度との特性図、第８図はCl2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。
Claims (1)
- １ 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は四塩化けい素ガ
スと窒素ガスの混合ガスであることを特徴とする
エツチング方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61066650A JPS62224687A (ja) | 1986-03-25 | 1986-03-25 | エツチング方法 |
| US07/265,351 US4885054A (en) | 1986-03-25 | 1988-10-28 | Etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61066650A JPS62224687A (ja) | 1986-03-25 | 1986-03-25 | エツチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62224687A JPS62224687A (ja) | 1987-10-02 |
| JPS646276B2 true JPS646276B2 (ja) | 1989-02-02 |
Family
ID=13321985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61066650A Granted JPS62224687A (ja) | 1986-03-25 | 1986-03-25 | エツチング方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4885054A (ja) |
| JP (1) | JPS62224687A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0414372A3 (en) * | 1989-07-21 | 1991-04-24 | Sony Corporation | Dry etching methods |
| US5106770A (en) * | 1990-11-16 | 1992-04-21 | Gte Laboratories Incorporated | Method of manufacturing semiconductor devices |
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| SE9304145D0 (sv) * | 1993-12-10 | 1993-12-10 | Pharmacia Lkb Biotech | Sätt att tillverka hålrumsstrukturer |
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