JP2004327606A - ドライエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えて、半導体基板を垂直方向にエッチングするドライエッチング方法において、エッチングレートの再現性が良く、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法を提供する。
【解決手段】エッチングガス(SF6)と保護膜形成ガス(C4F8)を交互に切り替えて、半導体基板1を垂直方向にエッチングするドライエッチング方法において、エッチングガス(SF6)と保護膜形成ガス(C4F8)のガス流量を質量流量計7a,7bにより制御すると共に、エッチングガス(SF6)の質量流量計7aにおけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。
【選択図】 図1
【解決手段】エッチングガス(SF6)と保護膜形成ガス(C4F8)を交互に切り替えて、半導体基板1を垂直方向にエッチングするドライエッチング方法において、エッチングガス(SF6)と保護膜形成ガス(C4F8)のガス流量を質量流量計7a,7bにより制御すると共に、エッチングガス(SF6)の質量流量計7aにおけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板のドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
所定の処理ガスを用いたドライエッチング方法が、例えば、特開平10−199869号公報(特許文献1)に開示されている。
【0003】
特許文献1に開示されたドライエッチング方法は、処理室内にC3F6、O2およびArからなる混合ガスを導入し、所定の減圧雰囲気下でプラズマを発生させて、被処理面に形成された酸化シリコン系材料層にエッチング処理を施す方法である。
【0004】
【特許文献1】特開平10−199869号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ドライエッチング技術は、近年、半導体装置の製造だけでなく、半導体基板を用いたマイクロマシニングやMEMS(Micro Electro Mechanical System)の分野においても、重要な技術となっている。マイクロマシニングやMEMS分野では、特に、シリコン(Si)半導体基板を垂直方向に深くエッチングする技術が必要とされている。このための技術として、エッチングガスと保護膜形成ガスを数秒間で交互に切り替えて、エッチングによる穴形成と穴の側壁への保護膜形成を交互に繰り返しながら、Si基板をエッチングしていくドライエッチング方法の開発が進められている。
【0006】
しかしながら上記ドライエッチング方法は、エッチング装置の質量流量計を故障等でメンテナンスした場合、エッチングレートの再現が困難である。従って、メンテナンスの度にエッチング条件の調整が必要で、大きな工数とコストが必要である。
【0007】
そこで本発明は、エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えて、半導体基板を垂直方向にエッチングするドライエッチング方法において、エッチングレートの再現性が良く、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えて、エッチングによる穴形成と当該エッチング穴への側壁保護膜形成を交互に繰り返しながら、半導体基板を垂直方向にエッチングしていくドライエッチング方法において、前記エッチングガスと保護膜形成ガスのガス流量を質量流量計により制御すると共に、前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定されることを特徴としている。
【0009】
これによれば、エッチングレートの基本因子であるエッチングガスについて、質量流量計におけるバルブの開閉時間だけでなく、質量流量計毎にバラツキのあるバルブの開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。従って、質量流量計を故障等でメンテナンスした場合にも、エッチングレートを確実に再現することができ、前記ドライエッチング方法を小さな工数と低コストで実施することができる。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、750msec以下の時間に設定されることを特徴としている。
【0011】
これによれば、エッチングレートの基本因子であるエッチングガスについて、質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間が、750msec以下の時間に設定される。従って、エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えるため、エッチングガスの質量流量計におけるバルブの開閉を数秒間隔で行っても、エッチング時間に対するバルブ開閉反応時間の影響が相対的に低減できる。これによってエッチングレートの再現性が向上し、当該ドライエッチング方法を、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法とすることができる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、250msec以上、400msec以下の範囲に属する時間に設定されることを特徴としている。
【0013】
エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間が250msecより小さく設定されると、エッチングレートが大きすぎて、エッチング穴が逆テーパ形状になり易い。一方、バルブ開閉反応時間の目標時間が400msecより大きく設定されると、エッチングレートが小さすぎて、エッチング穴が順テーパ形状になり易い。従って、バルブ開閉反応時間の目標時間が250msec以上、400msec以下の範囲に属する時間に設定されることで、半導体基板に対してテーパの無い垂直方向のエッチングが可能となる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、前記保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定されることを特徴としている。
【0015】
これによれば、前記のエッチングガスに加えて保護膜形成ガスの質量流量計についても、バルブの開閉時間だけでなく、バルブの開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。従って、エッチングレートの再現性がさらに向上し、当該ドライエッチング方法を、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法とすることができる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、前記保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、750msec以下の時間に設定されることを特徴としている。
【0017】
前記と同様に保護膜形成ガスについても、質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間が750msec以下に設定される。従って、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブの開閉を数秒間隔で行っても、バルブ開閉反応時間の影響を相対的に低減できる。従って、これによってもエッチングレートの再現性が向上し、当該ドライエッチング方法を、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法とすることができる。
【0018】
請求項6に記載のように、当該ドライエッチング方法は、マイクロマシニングやMEMSで多用されるシリコン基板のエッチングに最適である。当該ドライエッチング方法を用いることで、低コストで安定的に、シリコン基板を垂直方向に深くエッチングすることができる。
【0019】
請求項7に記載のように、当該ドライエッチング方法においては、エッチングガスとして六フッ化硫黄(SF6)を用い、保護膜形成ガスとして八フッ化シクロブタン(C4F8)を用いることが好ましい。SF6はSi基板のエッチングガスとして、またC4F8はSi基板エッチング時の側壁保護膜形成ガスとして、それぞれ一般的に用いられるガスであり、安価である。従って、これらガスの組み合わせを用いることで、当該ドライエッチング方法を低コストのドライエッチング方法とすることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるドライエッチング方法の実施の形態を、図に基づいて説明する。
【0021】
図1(a)〜(f)は、エッチングによる穴形成と保護膜形成を交互に繰り返して、半導体基板を垂直方向にエッチングしていくドライエッチング方法ついて、そのプロセスを示す断面図である。
【0022】
図1(a)は、被エッチング部材であるシリコン(Si)半導体基板1に、レジストマスク2を形成した状態である。
【0023】
次に、図1(b)に示すように、六フッ化硫黄(SF6)をエッチングガスとして用い、プラズマエッチングで数秒間、Si基板1をエッチングする。これによって、図に示すような穴31hが、Si基板1に形成される。
【0024】
次に、図1(c)に示すように、八フッ化シクロブタン(C4F8)を保護膜形成ガスとして用い、プラズマCVDで全面に数秒間、側壁保護膜となるポリマー31dを堆積する。尚、C4F8を用いたプラズマCVDは、回り込みが良いため、図に示すように穴31hの側壁にポリマー31dを付着させることができる。
【0025】
次に、図1(d)に示すように、再びSF6を用いて数秒間プラズマエッチングして、Si基板1に穴32hを形成する。尚、このエッチングに際して、先に形成した穴31hの側壁に付着したポリマー31dは保護膜として作用し、図に示すようにエッチング後も残存する。
【0026】
次に、図1(e)に示すように、再びC4F8を保護膜形成ガスとして用い、プラズマCVDで全面に数秒間、ポリマー32dを堆積する。
【0027】
以後、図1(d)に示すエッチングと図1(e)に示す保護膜形成を繰り返し、エッチングによる穴を深くしていく。
【0028】
図1(f)は、最終のエッチングが終了した状態である。上記エッチングと保護膜形成の繰り返しによって、Si基板1を垂直方向に深くエッチングすることができ、図に示すトレンチ状の深い穴3hを形成することができる。最後に、Si基板1上に形成したマスク2と側壁に付着しているポリマー3dを除去して、上記エッチングプロセスが終了する。
【0029】
尚、上記図1(a)〜(f)のドライエッチングでは、エッチングガスとしてSF6を用い、保護膜形成ガスとしてC4F8を用いている。エッチングガスと保護膜形成ガスはこの組み合わせに限らないが、SF6はSi基板のエッチングガスとして、またC4F8はSi基板エッチング時の側壁保護膜形成ガスとして、それぞれ一般的に用いられるガスであり、安価である。従って、これらガスの組み合わせを用いることで、図1(a)〜(f)のドライエッチングを低コストで行うことができる。
【0030】
図1(a)〜(f)に示すドライエッチング方法においては、エッチングと保護膜形成を短時間で交互に多数回繰り返すため、エッチングガスと保護膜形成ガスの精密な制御が重要である。
【0031】
図2は、上記ドライエッチングを実施するために使用される装置100の概略構成図である。
【0032】
被エッチング材料であるSi基板1は、処理室4に入れられる。装置100は2つの高周波電源12,13を備えている。高周波電源12は、処理室4の上部に高密度プラズマを発生させるための高周波電源である。また高周波電源13は、Si基板1を設置する下部電極5に接続されており、エッチング時に、処理室4の上部の高密度プラズマを基板方向へ引き込むための高周波電源である。
【0033】
エッチングガスであるSF6と保護膜形成ガスであるC4F8は、各ガスの供給源であるボンベ6a,6bから、質量流量計(MFC)7a,7bを通り、バルブ8a,8b,9を介して、処理室4に導入される。尚、エッチングと保護膜形成の繰り返し時はバルブ8a,8b,9を全開状態とし、各ガスの流量制御は質量流量計7a,7bを用いて行う。
【0034】
エッチング及び保護膜形成時の反応ガスは、ターボ分子ポンプ11aやドライポンプ11bを介して、処理室4から排気される。尚、簡単化のために図示を省略したが、エッチング及び保護膜形成時には処理室4内にプラズマ発生のためのアルゴン(Ar)ガスが同時に導入され、処理室4内はゲートバルブ10により数10〜1000mmTorr程度の真空度に保たれる。
【0035】
図2に示す装置100においては、エッチングガスと保護膜形成ガスの流量が、質量流量計7a,7bにより精密に制御される。
【0036】
図1(a)〜(f)のドライエッチングは、エッチングガスと保護膜形成ガスを数秒間隔で交互に切り替えるため、エッチングガスや保護膜形成ガスの導入時間に対して、各ガスの質量流量計7a,7b内に設けられているバルブの開閉反応時間が大きな影響を及ぼすと考えられる。従って、図2の質量流量計7a,7bにおいては、バルブの開閉時間だけでなく、質量流量計毎にバラツキのあるバルブの開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。これによって、質量流量計7a,7bを故障等でメンテナンスした場合にも、エッチングレートを確実に再現することができ、図1(a)〜(f)のドライエッチングを小さな工数と低コストで実施することができる。
【0037】
図3に、質量流量計のバルブ開閉反応時間に関する測定結果の一例を示す。
【0038】
図3は、バルブ開のトリガ入力信号に対して、バルブの動きを出力信号として検出し、バルブが完全に開状態になるまでの反応時間を測定したものである。図3のバルブは、約280msecで完全開状態になる。
【0039】
図4と5は、エッチングと保護膜形成を交互に繰り返す図1(a)〜(f)のドライエッチングについて、バルブの開閉反応時間に対するエッチングレートの測定結果をまとめた図である。エッチングレートの測定は、エッチングガスであるSF6の導入を6秒間とし、保護膜形成ガスであるC4F8の導入を7秒間として、これを交互に繰り返して、約10分かけて行った
図4は、エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、図1(a)〜(f)のドライエッチング全体にわたるエッチングレートを測定した結果をまとめた図である。尚、図4のエッチングレート測定においては、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間を400msecに固定して、測定を行った。
【0040】
エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間について、図4の測定点に示す750msec以下の各目標時間に設定されたいずれの試験についても、再現性よくエッチングレートを測定することができた。これは、エッチングレートの基本因子であるエッチングガスについて、バルブ開閉反応時間の目標時間が750msec以下に設定された結果、6秒間のガス導入時間に対してバルブ開閉反応時間の影響が相対的に小さくなったためと考えられる。従って、エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が750msec以下の時間に設定されることで、エッチングレートの再現性が向上し、図1(a)〜(f)のドライエッチングが、さらに小さな工数と低コストで実施できるようになる。
【0041】
図4に示すように、エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間については、バルブ開閉反応時間の目標時間を小さく設定していくと、エッチングレートが増大する。エッチングの高速化を図るためにはエッチングレートが大きいほうが好ましいが、バルブ開閉反応時間の目標時間が250msecより小さく設定されると、エッチングレートが大きすぎて、エッチング穴が逆テーパ形状になり易い。一方、バルブ開閉反応時間の目標時間が400msecより大きく設定されると、エッチングレートが小さすぎて、エッチング穴が順テーパ形状になり易い。従って、バルブ開閉反応時間の目標時間は、250msec以上、400msec以下の範囲に属する時間に設定されることが好ましく、この範囲に設定されることで、半導体基板に対してテーパの無い垂直方向のエッチングが可能となる。
【0042】
図5は、保護膜形成ガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、図1(a)〜(f)のドライエッチング全体にわたるエッチングレートを測定した結果をまとめた図である。尚、図5のエッチングレート測定においては、エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間を400msecに固定して、測定を行った。
【0043】
保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間についても、図5の測定点に示す750msec以下の各目標時間に設定された何れの試験についても、再現性よくエッチングレートを測定することができた。これは、保護膜形成ガスについてもエッチングガスの場合と同様に、バルブ開閉反応時間の目標時間が750msec以下に設定された結果、7秒間のガス導入時間に対してバルブ開閉反応時間の影響が相対的に小さくなったためと考えられる。従って、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が750msec以下の時間に設定されることで、エッチングレートの再現性がさらに向上し、図1(a)〜(f)のドライエッチングが、さらに小さな工数と低コストで実施できるようになる。尚、図5に示すように、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間については、バルブ開閉反応時間の目標時間を小さく設定していくと、エッチングレートがわずかに減少する。
【0044】
以上、図1〜図5で説明したドライエッチング方法は、マイクロマシニングやMEMSで多用されるSi基板1のエッチングに最適である。上記ドライエッチング方法を用いることで、低コストで安定的に、Si基板1を垂直方向に深くエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(f)は、本発明におけるドライエッチング方法のプロセスを示す断面図である。
【図2】図1のドライエッチングを実施するために使用される装置の概略構成図である。
【図3】質量流量計のバルブ開閉反応時間に関する測定結果の一例を示す図である。
【図4】エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、エッチングレートを測定した結果をまとめた図である。
【図5】エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、エッチングレートを測定した結果をまとめた図である。
【符号の説明】
1 半導体基板(Si)
2 レジストマスク
3h,31h,32h 穴
3d,31d,32d ポリマー
4 処理室
7a,7b 質量流量計(MFC)
100 装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板のドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
所定の処理ガスを用いたドライエッチング方法が、例えば、特開平10−199869号公報(特許文献1)に開示されている。
【0003】
特許文献1に開示されたドライエッチング方法は、処理室内にC3F6、O2およびArからなる混合ガスを導入し、所定の減圧雰囲気下でプラズマを発生させて、被処理面に形成された酸化シリコン系材料層にエッチング処理を施す方法である。
【0004】
【特許文献1】特開平10−199869号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ドライエッチング技術は、近年、半導体装置の製造だけでなく、半導体基板を用いたマイクロマシニングやMEMS(Micro Electro Mechanical System)の分野においても、重要な技術となっている。マイクロマシニングやMEMS分野では、特に、シリコン(Si)半導体基板を垂直方向に深くエッチングする技術が必要とされている。このための技術として、エッチングガスと保護膜形成ガスを数秒間で交互に切り替えて、エッチングによる穴形成と穴の側壁への保護膜形成を交互に繰り返しながら、Si基板をエッチングしていくドライエッチング方法の開発が進められている。
【0006】
しかしながら上記ドライエッチング方法は、エッチング装置の質量流量計を故障等でメンテナンスした場合、エッチングレートの再現が困難である。従って、メンテナンスの度にエッチング条件の調整が必要で、大きな工数とコストが必要である。
【0007】
そこで本発明は、エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えて、半導体基板を垂直方向にエッチングするドライエッチング方法において、エッチングレートの再現性が良く、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えて、エッチングによる穴形成と当該エッチング穴への側壁保護膜形成を交互に繰り返しながら、半導体基板を垂直方向にエッチングしていくドライエッチング方法において、前記エッチングガスと保護膜形成ガスのガス流量を質量流量計により制御すると共に、前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定されることを特徴としている。
【0009】
これによれば、エッチングレートの基本因子であるエッチングガスについて、質量流量計におけるバルブの開閉時間だけでなく、質量流量計毎にバラツキのあるバルブの開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。従って、質量流量計を故障等でメンテナンスした場合にも、エッチングレートを確実に再現することができ、前記ドライエッチング方法を小さな工数と低コストで実施することができる。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、750msec以下の時間に設定されることを特徴としている。
【0011】
これによれば、エッチングレートの基本因子であるエッチングガスについて、質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間が、750msec以下の時間に設定される。従って、エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えるため、エッチングガスの質量流量計におけるバルブの開閉を数秒間隔で行っても、エッチング時間に対するバルブ開閉反応時間の影響が相対的に低減できる。これによってエッチングレートの再現性が向上し、当該ドライエッチング方法を、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法とすることができる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、250msec以上、400msec以下の範囲に属する時間に設定されることを特徴としている。
【0013】
エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間が250msecより小さく設定されると、エッチングレートが大きすぎて、エッチング穴が逆テーパ形状になり易い。一方、バルブ開閉反応時間の目標時間が400msecより大きく設定されると、エッチングレートが小さすぎて、エッチング穴が順テーパ形状になり易い。従って、バルブ開閉反応時間の目標時間が250msec以上、400msec以下の範囲に属する時間に設定されることで、半導体基板に対してテーパの無い垂直方向のエッチングが可能となる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、前記保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定されることを特徴としている。
【0015】
これによれば、前記のエッチングガスに加えて保護膜形成ガスの質量流量計についても、バルブの開閉時間だけでなく、バルブの開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。従って、エッチングレートの再現性がさらに向上し、当該ドライエッチング方法を、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法とすることができる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、前記保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、750msec以下の時間に設定されることを特徴としている。
【0017】
前記と同様に保護膜形成ガスについても、質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間が750msec以下に設定される。従って、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブの開閉を数秒間隔で行っても、バルブ開閉反応時間の影響を相対的に低減できる。従って、これによってもエッチングレートの再現性が向上し、当該ドライエッチング方法を、小さな工数と低コストで実施できるドライエッチング方法とすることができる。
【0018】
請求項6に記載のように、当該ドライエッチング方法は、マイクロマシニングやMEMSで多用されるシリコン基板のエッチングに最適である。当該ドライエッチング方法を用いることで、低コストで安定的に、シリコン基板を垂直方向に深くエッチングすることができる。
【0019】
請求項7に記載のように、当該ドライエッチング方法においては、エッチングガスとして六フッ化硫黄(SF6)を用い、保護膜形成ガスとして八フッ化シクロブタン(C4F8)を用いることが好ましい。SF6はSi基板のエッチングガスとして、またC4F8はSi基板エッチング時の側壁保護膜形成ガスとして、それぞれ一般的に用いられるガスであり、安価である。従って、これらガスの組み合わせを用いることで、当該ドライエッチング方法を低コストのドライエッチング方法とすることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるドライエッチング方法の実施の形態を、図に基づいて説明する。
【0021】
図1(a)〜(f)は、エッチングによる穴形成と保護膜形成を交互に繰り返して、半導体基板を垂直方向にエッチングしていくドライエッチング方法ついて、そのプロセスを示す断面図である。
【0022】
図1(a)は、被エッチング部材であるシリコン(Si)半導体基板1に、レジストマスク2を形成した状態である。
【0023】
次に、図1(b)に示すように、六フッ化硫黄(SF6)をエッチングガスとして用い、プラズマエッチングで数秒間、Si基板1をエッチングする。これによって、図に示すような穴31hが、Si基板1に形成される。
【0024】
次に、図1(c)に示すように、八フッ化シクロブタン(C4F8)を保護膜形成ガスとして用い、プラズマCVDで全面に数秒間、側壁保護膜となるポリマー31dを堆積する。尚、C4F8を用いたプラズマCVDは、回り込みが良いため、図に示すように穴31hの側壁にポリマー31dを付着させることができる。
【0025】
次に、図1(d)に示すように、再びSF6を用いて数秒間プラズマエッチングして、Si基板1に穴32hを形成する。尚、このエッチングに際して、先に形成した穴31hの側壁に付着したポリマー31dは保護膜として作用し、図に示すようにエッチング後も残存する。
【0026】
次に、図1(e)に示すように、再びC4F8を保護膜形成ガスとして用い、プラズマCVDで全面に数秒間、ポリマー32dを堆積する。
【0027】
以後、図1(d)に示すエッチングと図1(e)に示す保護膜形成を繰り返し、エッチングによる穴を深くしていく。
【0028】
図1(f)は、最終のエッチングが終了した状態である。上記エッチングと保護膜形成の繰り返しによって、Si基板1を垂直方向に深くエッチングすることができ、図に示すトレンチ状の深い穴3hを形成することができる。最後に、Si基板1上に形成したマスク2と側壁に付着しているポリマー3dを除去して、上記エッチングプロセスが終了する。
【0029】
尚、上記図1(a)〜(f)のドライエッチングでは、エッチングガスとしてSF6を用い、保護膜形成ガスとしてC4F8を用いている。エッチングガスと保護膜形成ガスはこの組み合わせに限らないが、SF6はSi基板のエッチングガスとして、またC4F8はSi基板エッチング時の側壁保護膜形成ガスとして、それぞれ一般的に用いられるガスであり、安価である。従って、これらガスの組み合わせを用いることで、図1(a)〜(f)のドライエッチングを低コストで行うことができる。
【0030】
図1(a)〜(f)に示すドライエッチング方法においては、エッチングと保護膜形成を短時間で交互に多数回繰り返すため、エッチングガスと保護膜形成ガスの精密な制御が重要である。
【0031】
図2は、上記ドライエッチングを実施するために使用される装置100の概略構成図である。
【0032】
被エッチング材料であるSi基板1は、処理室4に入れられる。装置100は2つの高周波電源12,13を備えている。高周波電源12は、処理室4の上部に高密度プラズマを発生させるための高周波電源である。また高周波電源13は、Si基板1を設置する下部電極5に接続されており、エッチング時に、処理室4の上部の高密度プラズマを基板方向へ引き込むための高周波電源である。
【0033】
エッチングガスであるSF6と保護膜形成ガスであるC4F8は、各ガスの供給源であるボンベ6a,6bから、質量流量計(MFC)7a,7bを通り、バルブ8a,8b,9を介して、処理室4に導入される。尚、エッチングと保護膜形成の繰り返し時はバルブ8a,8b,9を全開状態とし、各ガスの流量制御は質量流量計7a,7bを用いて行う。
【0034】
エッチング及び保護膜形成時の反応ガスは、ターボ分子ポンプ11aやドライポンプ11bを介して、処理室4から排気される。尚、簡単化のために図示を省略したが、エッチング及び保護膜形成時には処理室4内にプラズマ発生のためのアルゴン(Ar)ガスが同時に導入され、処理室4内はゲートバルブ10により数10〜1000mmTorr程度の真空度に保たれる。
【0035】
図2に示す装置100においては、エッチングガスと保護膜形成ガスの流量が、質量流量計7a,7bにより精密に制御される。
【0036】
図1(a)〜(f)のドライエッチングは、エッチングガスと保護膜形成ガスを数秒間隔で交互に切り替えるため、エッチングガスや保護膜形成ガスの導入時間に対して、各ガスの質量流量計7a,7b内に設けられているバルブの開閉反応時間が大きな影響を及ぼすと考えられる。従って、図2の質量流量計7a,7bにおいては、バルブの開閉時間だけでなく、質量流量計毎にバラツキのあるバルブの開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定される。これによって、質量流量計7a,7bを故障等でメンテナンスした場合にも、エッチングレートを確実に再現することができ、図1(a)〜(f)のドライエッチングを小さな工数と低コストで実施することができる。
【0037】
図3に、質量流量計のバルブ開閉反応時間に関する測定結果の一例を示す。
【0038】
図3は、バルブ開のトリガ入力信号に対して、バルブの動きを出力信号として検出し、バルブが完全に開状態になるまでの反応時間を測定したものである。図3のバルブは、約280msecで完全開状態になる。
【0039】
図4と5は、エッチングと保護膜形成を交互に繰り返す図1(a)〜(f)のドライエッチングについて、バルブの開閉反応時間に対するエッチングレートの測定結果をまとめた図である。エッチングレートの測定は、エッチングガスであるSF6の導入を6秒間とし、保護膜形成ガスであるC4F8の導入を7秒間として、これを交互に繰り返して、約10分かけて行った
図4は、エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、図1(a)〜(f)のドライエッチング全体にわたるエッチングレートを測定した結果をまとめた図である。尚、図4のエッチングレート測定においては、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間を400msecに固定して、測定を行った。
【0040】
エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間について、図4の測定点に示す750msec以下の各目標時間に設定されたいずれの試験についても、再現性よくエッチングレートを測定することができた。これは、エッチングレートの基本因子であるエッチングガスについて、バルブ開閉反応時間の目標時間が750msec以下に設定された結果、6秒間のガス導入時間に対してバルブ開閉反応時間の影響が相対的に小さくなったためと考えられる。従って、エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が750msec以下の時間に設定されることで、エッチングレートの再現性が向上し、図1(a)〜(f)のドライエッチングが、さらに小さな工数と低コストで実施できるようになる。
【0041】
図4に示すように、エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間については、バルブ開閉反応時間の目標時間を小さく設定していくと、エッチングレートが増大する。エッチングの高速化を図るためにはエッチングレートが大きいほうが好ましいが、バルブ開閉反応時間の目標時間が250msecより小さく設定されると、エッチングレートが大きすぎて、エッチング穴が逆テーパ形状になり易い。一方、バルブ開閉反応時間の目標時間が400msecより大きく設定されると、エッチングレートが小さすぎて、エッチング穴が順テーパ形状になり易い。従って、バルブ開閉反応時間の目標時間は、250msec以上、400msec以下の範囲に属する時間に設定されることが好ましく、この範囲に設定されることで、半導体基板に対してテーパの無い垂直方向のエッチングが可能となる。
【0042】
図5は、保護膜形成ガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、図1(a)〜(f)のドライエッチング全体にわたるエッチングレートを測定した結果をまとめた図である。尚、図5のエッチングレート測定においては、エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間を400msecに固定して、測定を行った。
【0043】
保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間についても、図5の測定点に示す750msec以下の各目標時間に設定された何れの試験についても、再現性よくエッチングレートを測定することができた。これは、保護膜形成ガスについてもエッチングガスの場合と同様に、バルブ開閉反応時間の目標時間が750msec以下に設定された結果、7秒間のガス導入時間に対してバルブ開閉反応時間の影響が相対的に小さくなったためと考えられる。従って、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が750msec以下の時間に設定されることで、エッチングレートの再現性がさらに向上し、図1(a)〜(f)のドライエッチングが、さらに小さな工数と低コストで実施できるようになる。尚、図5に示すように、保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間については、バルブ開閉反応時間の目標時間を小さく設定していくと、エッチングレートがわずかに減少する。
【0044】
以上、図1〜図5で説明したドライエッチング方法は、マイクロマシニングやMEMSで多用されるSi基板1のエッチングに最適である。上記ドライエッチング方法を用いることで、低コストで安定的に、Si基板1を垂直方向に深くエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(f)は、本発明におけるドライエッチング方法のプロセスを示す断面図である。
【図2】図1のドライエッチングを実施するために使用される装置の概略構成図である。
【図3】質量流量計のバルブ開閉反応時間に関する測定結果の一例を示す図である。
【図4】エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、エッチングレートを測定した結果をまとめた図である。
【図5】エッチングガスの質量流量計のバルブ開閉反応時間に対して、エッチングレートを測定した結果をまとめた図である。
【符号の説明】
1 半導体基板(Si)
2 レジストマスク
3h,31h,32h 穴
3d,31d,32d ポリマー
4 処理室
7a,7b 質量流量計(MFC)
100 装置
Claims (7)
- エッチングガスと保護膜形成ガスを交互に切り替えて、エッチングによる穴形成と当該エッチング穴への側壁保護膜形成を交互に繰り返しながら、半導体基板を垂直方向にエッチングしていくドライエッチング方法において、
前記エッチングガスと保護膜形成ガスのガス流量を質量流量計により制御すると共に、
前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定されることを特徴とするドライエッチング方法。 - 前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、750msec以下の時間に設定されることを特徴とする請求項1に記載のドライエッチング方法。
- 前記エッチングガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、250msec以上、400msec以下の範囲に属する時間に設定されることを特徴とする請求項2に記載のドライエッチング方法。
- 前記保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間が、所定の目標時間となるように設定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のドライエッチング方法。
- 前記保護膜形成ガスの質量流量計におけるバルブ開閉反応時間の目標時間は、750msec以下の時間に設定されることを特徴とする請求項4に記載のドライエッチング方法。
- 前記半導体基板が、シリコン(Si)基板であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のドライエッチング方法。
- 前記エッチングガスが六フッ化硫黄(SF6)であり、前記保護膜形成ガスが八フッ化シクロブタン(C4F8)であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のドライエッチング方法。
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- 2003-04-23 JP JP2003118543A patent/JP2004327606A/ja active Pending
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