JP2000021849A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JP2000021849A
JP2000021849A JP10190147A JP19014798A JP2000021849A JP 2000021849 A JP2000021849 A JP 2000021849A JP 10190147 A JP10190147 A JP 10190147A JP 19014798 A JP19014798 A JP 19014798A JP 2000021849 A JP2000021849 A JP 2000021849A
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gas
silicon
dry etching
substrate
protective film
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JP10190147A
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English (en)
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Hitoshi Habuka
等 羽深
Toru Otsuka
徹 大塚
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 珪素又は炭化珪素からなる基板を適度な温度
でドライエッチングする方法を提供する。 【解決手段】 表面の所定部分に保護膜2が形成された
珪素又は炭化珪素からなる基板1を500℃以上100
0℃以下に加熱し、フッ化水素ガスを雰囲気ガスと共に
供給して基板1の保護膜2が形成されていない部分をド
ライエッチングする。雰囲気ガスは水素ガスであること
が好ましい。また、保護膜2は珪素酸化物からなること
が好ましく、その場合は雰囲気ガス中の水分濃度が1p
pm以下であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基板のドライエッチ
ング方法に関し、更に詳しくは反応性ガスを利用して基
板を適度な温度でドライエッチングする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、珪素又は炭化珪素からなる基板の
表面について所望の部分のみエッチングする場合には、
基板の表面に珪素酸化物等の保護膜を全面に形成し、エ
ッチングする部分の保護膜のみを除去して基板表面を部
分的に露出させた後、珪素基板についてはCF4、SF
、XeFなどの反応性ガスを室温近傍で供給するこ
とにより、また炭化珪素基板については1400℃以上
の極めて高い温度でHClガスを供給することによりド
ライエッチングする方法などが用いられていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の方
法では、珪素基板については室温付近でエッチングが行
われるので、他のプロセスに比較して温度が低すぎるた
めに、この工程だけを独立に実行しなければならず、生
産性の低下を招いていた。一方、炭化珪素基板について
は1400℃以上の極めて高い温度でエッチングが行わ
れるので、同様に他のプロセスと整合性よく処理を行う
ことが困難であった。
【0004】そこで、本発明は上記のような課題を解決
するためになされたもので、珪素又は炭化珪素からなる
基板を適度な温度でドライエッチングする方法を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題の
解決のため、従来使用されていたCF4などのガスの替
りにフッ化水素ガスを用いたドライエッチング方法を発
明した。
【0006】本願の請求項1記載の発明は、表面の所定
部分に保護膜が形成された珪素又は炭化珪素からなる基
板を500℃以上1000℃以下に加熱し、フッ化水素
ガスを雰囲気ガスと共に供給して前記基板の前記保護膜
が形成されていない部分をドライエッチングすることを
特徴とするドライエッチング方法を提供する。
【0007】本願の請求項2記載の発明は、請求項1に
おいて、フッ化水素ガスを供給する雰囲気ガスが水素ガ
スであることを特徴とするドライエッチング方法を提供
する。
【0008】本願の請求項3記載の発明は、請求項1又
は請求項2において、前記保護膜が珪素酸化物からなる
ことを特徴とするドライエッチング方法を提供する。
【0009】本願の請求項4記載の発明は、請求項3に
おいて、フッ化水素ガスを供給する雰囲気ガス中の水分
濃度が1ppm以下であることを特徴とするドライエッ
チング方法を提供する。
【0010】本願の請求項5記載の発明は、請求項1に
おいて、前記基板を500℃以上850℃以下に加熱す
ることを特徴とするドライエッチング方法を提供する。
【0011】本願の請求項6記載の発明は、表面の所定
部分に珪素酸化膜からなる保護膜が形成された珪素単結
晶基板を、水分濃度が1ppm以下に保たれた水素雰囲
気中で500℃以上850℃以下に加熱するとともに、
フッ化水素ガスと水素ガスの混合ガスを供給することに
より、前記珪素単結晶基板上の前記保護膜が形成されて
いない部分をエッチングすることを特徴とするドライエ
ッチング方法を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明においては、500℃以上
1000℃以下におけるフッ化水素ガスの反応性を利用
して珪素又は炭化珪素からなる基板をドライエッチング
する。従って、適度な高温で被処理基板をドライエッチ
ングでき、他のプロセスと整合性よく行うことが可能と
なる。
【0013】また、特にフッ化水素ガスを供給する雰囲
気ガスとして水素ガスを選択した場合は、基板の表面を
水素原子で終端させて保護することができる。更に、保
護膜として珪素酸化物を選択した場合は、珪素又は炭化
珪素とのエッチング速度の比を大きくとれる。特にフッ
化水素ガスを供給する雰囲気ガス中の水分濃度を1pp
m以下とすると、フッ化水素ガスによる珪素酸化物のエ
ッチング反応が実質的に開始されないので、珪素酸化物
をより安定な保護膜として使用することができる。
【0014】次に、本発明における化学反応について説
明する。被処理基板が珪素からなる場合については、 Si+4HF → SiF4↑+2H↑ (1) で表される反応が生じていると推定される。また、被処
理基板が炭化珪素からなる場合については、 SiC+4HF → SiF4↑+CH4↑,CF4↑,H↑ (2) で表される反応が生じていると推定される。
【0015】一方、珪素酸化物については SiO+4HF → SiF4↑+2HO↑ (3) という化学反応が起こることが知られている。しかし、
この化学反応は水分子が共存しなければ開始できない。
被処理基板の温度が100℃以下の場合、該被処理基板
に吸着している水分により(3)式の反応が開始され
る。また、850℃より高い温度においては、水素ガス
が共存する場合には、水素ガスが珪素酸化物を還元して SiO+H → SiO+HO (4) の反応が進行するので、これによって水分子が発生し、
(3)式の反応が開始される。さらに、1000℃を越
える温度では、珪素、炭化珪素共にドライエッチングが
進行するものの、珪素酸化物からなる保護膜のエッチン
グ速度が被処理基板のエッチング速度よりも速くなって
しまうので、好ましくない。また、石英からなる反応容
器では該反応容器がフッ化水素ガスにより腐食され始め
るので、危険である。
【0016】しかし、100℃より高く850℃以下の
温度範囲においては水分を意図的に供給あるいはその場
で発生させない限り、(3)式の反応は開始されない。
また、500℃未満では、珪素、炭化珪素共にドライエ
ッチングは実質的に進行しない。従って、500℃以上
850℃以下の温度範囲では、珪素又は炭化珪素からな
る基板に対するフッ化水素ガスを用いたドライエッチン
グに、珪素酸化物を保護膜として使用することができ
る。
【0017】ただし、(3)式の反応速度は1000℃
以下では(1),(2)式の反応に比較して十分に小さ
いので、被処理基板の温度が500℃以上1000℃以
下の場合、珪素酸化物は(1),(2)式に対する保護
材料として用いることができる。珪素酸化物としては、
例えばCVD酸化膜あるいは熱酸化膜が好ましい。
【0018】
【実施例】本発明の実施例について、図を参照しながら
説明する。
【0019】図1は、本発明の一実施例において用いる
装置の一例を示す。この装置において、透明石英ガラス
等からなる反応容器10中に珪素単結晶基板1を載置
し、反応容器10の外側に設けられた赤外線ランプ11
に通電して赤外線を前記珪素単結晶基板1に照射し、該
珪素単結晶基板1を500℃以上850℃以下に加熱す
る。そして、水分濃度が1ppm以下に制御された水素
ガス中にフッ化水素ガスを0.001%〜1%の濃度に
混合したエッチングガス13をガス導入口12から供給
する。エッチングガス13は、珪素単結晶基板1上を流
れながら(1)式の化学反応を生じる。ここで、被処理
基板が珪素の替りに炭化珪素からなる場合は、(2)式
の反応が生じる。なお、珪素単結晶基板1の温度は放射
温度計14により検出される。図1において、MFCは
マスフローコントローラー(Mass Flow Controller)で
あり、水素ガスとフッ化水素ガスの流量を個別に制御す
る。
【0020】珪素単結晶基板1の表面には、必要に応じ
た形状と大きさを有する、熱酸化による珪素酸化物から
なる保護膜2が予め形成されている。例えば、図2
(a)のように珪素単結晶基板1の表面に部分的に保護
膜2を形成させておくことにより、フッ化水素ガスに接
触した珪素単結晶基板1の表面部は効果的にエッチング
除去されるものの、保護膜2の直下はフッ化水素による
エッチングから保護される(図2(b))。
【0021】フッ化水素ガスを供給する雰囲気ガスとし
ては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスも使用
可能であるが、該不活性ガスよりも水素ガスのほうが望
ましい。これは、ドライエッチング後の被処理基板の表
面を水素原子で終端させて保護できるためである。水素
原子は比較的安定に表面を終端し続け、且つ数百℃程度
に加熱すれば容易に除去できるので、ドライエッチング
の次の工程に悪影響を残すことがない。一方、窒素、ア
ルゴンガスなどでは珪素、炭化珪素の表面がフッ素原子
で終端され、安定な表面にはなるものの、フッ素原子が
安定に存在し続けるために、ドライエッチングの次の工
程においてフッ素原子を除去する特別な工程が必要にな
る場合がある。
【0022】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、珪素
又は炭化珪素からなる基板を適度の温度でドライエッチ
ングできるので、他のプロセスと整合性よく行うことが
可能となる。また、特に雰囲気ガスとして水素ガスを選
択した場合は、基板の表面を比較的容易に除去できる水
素原子で終端させて保護することができるので、ドライ
エッチングの次の工程に悪影響を残すことがない。更
に、保護膜として珪素酸化物を選択し、雰囲気ガス中の
水分濃度を1ppm以下とすることにより、珪素酸化物
をより安定な保護膜として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するのに用いる装置の一例
を示す説明図である。
【図2】ドライエッチングされる被処理基板の断面の様
子を示す説明図である。
【符号の説明】
1 珪素単結晶基板 2 保護膜 10 反応容器 11 赤外線ランプ 12 ガス導入口 13 エッチングガス 14 放射温度計

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面の所定部分に保護膜が形成された珪
    素又は炭化珪素からなる基板を500℃以上1000℃
    以下に加熱し、フッ化水素ガスを雰囲気ガスと共に供給
    して前記基板の前記保護膜が形成されていない部分をド
    ライエッチングすることを特徴とするドライエッチング
    方法。
  2. 【請求項2】 フッ化水素ガスを供給する雰囲気ガスが
    水素ガスであることを特徴とする請求項1記載のドライ
    エッチング方法。
  3. 【請求項3】 前記保護膜が珪素酸化物からなることを
    特徴とする請求項1又は請求項2記載のドライエッチン
    グ方法。
  4. 【請求項4】 フッ化水素ガスを供給する雰囲気ガス中
    の水分濃度が1ppm以下であることを特徴とする請求
    項3記載のドライエッチング方法。
  5. 【請求項5】 前記基板を500℃以上850℃以下に
    加熱することを特徴とする請求項1記載のドライエッチ
    ング方法。
  6. 【請求項6】 表面の所定部分に珪素酸化膜からなる保
    護膜が形成された珪素単結晶基板を、水分濃度が1pp
    m以下に保たれた水素雰囲気中で500℃以上850℃
    以下に加熱するとともに、フッ化水素ガスと水素ガスの
    混合ガスを供給することにより、前記珪素単結晶基板上
    の前記保護膜が形成されていない部分をエッチングする
    ことを特徴とするドライエッチング方法。
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