JP2005129662A - 常圧プラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 窒化シリコンと酸化シリコンを有する被処理物において、略常圧下で前記窒化シリコンを選択的にプラズマエッチングする。
【解決手段】
常圧プラズマエッチング装置Ｍの供給源２のプロセスガスをプラズマ放電空間１ａにてプラズマ化し、被処理物Ｗに吹付ける。被処理物Ｗは、エッチングされるべき窒化シリコンとエッチングされるべきでない酸化シリコンを有している。被処理物Ｗは、ヒータ６によって９０℃（望ましくは１００℃）〜２００℃に加熱されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化シリコンと酸化シリコンを有する被処理物に対し常圧下で窒化シリコンを選択的にプラズマエッチングするのに適した処理方法に関する。

例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）では、酸化シリコンを主成分とするガラス基板の表面に窒化シリコン等からなるゲート絶縁膜が被膜されている。ＴＦＴの製造工程において、窒化シリコンをエッチングする際は、ガラス基板（酸化シリコン）をもエッチングすることがないようにする必要がある。このように窒化シリコンを選択的にエッチングする方法は、数Ｐａの低圧環境で行なうものであれば、既に存在している（例えば特許文献１等参照）。この種、低圧下での窒化シリコンの選択比は、一般に「２」程度である。
なお、窒化シリコンの選択比は、次式で表される。
（窒化シリコンの選択比）＝（窒化シリコンのエッチングレート）÷（酸化シリコンのエッチングレート）

特開平６−７７１７５号公報

しかし、略常圧の環境で窒化シリコンを選択的にプラズマエッチングする技術は、未だ実現していなかった。

発明者は、常圧下での窒化シリコンの選択エッチングを可能にすべく、鋭意、実験研究を行なった。その結果、エッチングされるべきでない酸化シリコンは、温度上昇に伴ってエッチングレートが低下するのに対し、エッチングされるべき窒化シリコンは、温度依存性があまり見られないことが判明した。したがって、窒化シリコンの選択比が、温度上昇に伴って大きくなり、約９０℃以上で「１」より大きくなり、約１００℃以上では低圧での一般的な数値である「２」より大きくなることが判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、エッチングされるべき窒化シリコンとエッチングされるべきでない酸化シリコンとを有する被処理物を略常圧下でプラズマエッチングする方法であって、前記エッチング時の被処理物の温度を９０℃〜２００℃にすることを特徴とする。これによって、略常圧下において窒化シリコンを選択的にエッチングでき、酸化シリコンがあまりエッチングされないようにすることができる。

特に、被処理物の温度を１００℃〜２００℃にするのが望ましい。これによって、窒化シリコンの選択比を低圧エッチングより良好にすることができる。
なお、温度の上限を２００℃としたのは、それを超える温度では、酸化シリコンや基板上の配線や素子等に悪影響を与えるおそれがあるためである。

ここで、本発明における略常圧（大気圧近傍の圧力）とは、１．３３３×１０⁴〜１０．６６４×１０⁴Ｐａの範囲を言う。特に、９．３３１×１０⁴〜１０．３９７×１０⁴Ｐａの範囲は、圧力調整が容易で装置構成が簡便になり、好ましい。

本発明方法では、プロセスガスとして、ハロゲン系ガスを用いるのが望ましく、その中でもＣＨＦ_３等のフッ素系ガスを用いるのがより望ましく、更に水蒸気（Ｈ_２Ｏ）や低級アルコール蒸気等を添加した加湿ガスを用いるのがより一層望ましい。
なお、プロセスガス成分や水添加量やワーキングディスタンス等を変えた場合と、被処理物の温度を変えた場合とでは、上記選択比の変動のオーダーが異なり、被処理物の温度を変えるほうが、選択比に極めて大きな影響を与える。

本発明によれば、略常圧下において窒化シリコンを選択的にエッチングすることができ、酸化シリコンがあまりエッチングされないようにすることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。
図１に示すように、常圧プラズマエッチング装置Ｍは、処理ヘッド１と、この処理ヘッド１に接続されたプロセスガス供給源２および電源３（電界印加手段）と、処理ヘッド１の下方に配されたステージ５とを備えている。ステージ５上に、例えばＴＦＴ等の被処理物Ｗが配置される。被処理物Ｗは、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とするガラス基材の表面に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を被膜したものである。
装置Ｍおよび被処理物Ｗは、略常圧環境に置かれている。

プロセスガス供給源２は、例えばＣＨＦ_３（フッ素系ガス）と水（Ｈ_２Ｏ）を別々に貯えるとともに、このＣＨＦ_３と、気化器で気化させた水を適量ずつ混合し、所望のプロセスガスを得るようになっている。なお、ＣＨＦ_３に代えて、他のフッ素系ガスを用いてもよい。フッ素系以外のハロゲン系ガスを用いてもよい。水に代えて、低級アルコールを用いてもよい。

処理ヘッド１には、一対をなす電極１１，１２が対向するようにして収容されている。これら電極１１，１２どうしの間にプラズマ放電空間となる通路１ａが形成されている。少なくとも一方の電極１１または１２の対向面には、固体誘電体層（図示せず）が被膜されている。一方の電極１１が、電源３に接続されて電界印加電極となり、他方の電極１２が、接地されて接地電極となっている。なお、電源３は、例えばパルス波形の電圧を出力するようになっている。このパルスの立上がり時間及び／又は立下り時間は、１０μｓ以下、パルス継続時間は、２００μｓ以下、電界強度は１〜１０００ｋＶ／ｃｍ、周波数は０．５ｋＨｚ以上であることが望ましい。パルス波に限らず、正弦波等の連続波を出力するようになっていてもよい。

プロセスガス供給源２からプロセスガス供給路２ａが延び、電極間通路１ａの上端部（上流端）に連なっている。電極間通路１ａの下流端は、処理ヘッド１の下端部の吹出し孔１ｂに連なっている。
処理ヘッド１と被処理物Ｗとの間の距離すなわちワーキングディスタンスは、例えば１ｍｍ程度に設定されている。

常圧プラズマエッチング装置Ｍのステージ５には、ヒータ６（被処理物加熱手段）が設けられている。このヒータ６によってステージ５が加熱され、ひいては被処理物Ｗが加熱されるようになっている。

ヒータ６による被処理物Ｗの加熱温度は、９０℃〜２００℃の範囲で設定されている。望ましくは、１００℃〜２００℃の範囲で設定されている。

上記構成の常圧プラズマエッチング装置Ｍによれば、供給源２のプロセスガスが、供給路２ａを経て、電極間通路１ａに導入される。一方、電源３から電界印加電極１１への電圧供給によって、電極間通路１ａに電界が印加され、プラズマ放電が形成される。放電形態は、グロー放電が望ましいが、コロナ放電や沿面放電やアーク放電であってもよい。この放電によって、プロセスガスがプラズマ化（励起、活性化）される。このプラズマ化したプロセスガスが、吹出し孔１ｂから吹出され、ステージ５上の９０℃（望ましくは１００℃）〜２００℃に加熱された被処理物Ｗに吹付けられる。

これによって、常圧下において、被処理物Ｗの窒化シリコン膜を選択的にエッチングでき、ガラス基材（酸化シリコン）をあまりエッチングしないようにすることができる。被処理物Ｗを１００℃以上にすれば、窒化シリコンの選択比を、低圧化での一般的な数値である「２」以上にすることができる。
被処理物Ｗが２００℃以下になっているので、被処理物Ｗの酸化シリコンや配線や素子等に悪影響が及ぶのを防止できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、被処理物加熱手段をステージ５に内蔵しなくてもよい。被処理物Ｗを別の場所で加熱したうえでステージ５上に載置するようになっていてもよい。
処理ヘッド１の吹出し孔１ｂの近傍に吸込み孔を設け、この吸込み孔を排気ポンプに接続し、エッチング処理後のガスや副生成物を吸引排気するようにしてもよい。
本実施形態の常圧プラズマエッチング装置Ｍは、被処理物を電極間空間から離して配置する所謂リモート式の装置であるが、被処理物を電極間空間の内部に配置する所謂ダイレクト式の装置であってもよい。

次に、本発明の実施例を説明する。本発明が、以下の実施例に限定されるものでないことは当然である。
当該実施例では、図１と同様の装置を用い、常圧プラズマエッチングを行なった。処理条件は以下の通りである。
プロセスガス：ＣＨＦ_３ ５００ｓｃｃｍ
Ｈ_２Ｏ ４．５ｓｃｃｍ
ワーキングディスタンス： １．０ｍｍ
供給電力： ２５６ｗａｔｔ
そして、被処理物の温度を、８０℃〜１５０℃の範囲で変化させ、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）とガラス（酸化シリコン）の各エッチングレート、ひいては窒化シリコンの選択比（＝窒化シリコンのエッチングレート÷ガラスのエッチングレート）を測定した。

測定結果を図２に示す。
ガラス（酸化シリコン）のエッチングレートは、８０℃付近では大きな値を示したが、温度を上昇させていくにしたがって反比例的に低下し、１５０℃付近では、殆どエッチングされなくなった。

これに対し、窒化シリコンのエッチングレートは、８０℃付近ではガラス（酸化シリコン）より小さかった。これは、エッチングの過程で珪フッ化アンモニウム（（ＮＨ_４ ^＋）_２ＳｉＦ_６）が生成され、この生成物がエッチングの促進を阻害するためと考えられる。
一方、温度を上昇させて行っても、窒化シリコンのエッチングレートはあまり変動しなかった。これは、上記珪フッ化アンモニウムが、温度上昇に伴ってアンモニア・フッ化水素及び四フッ化珪素に分解され、窒化シリコン自体の温度上昇によるエッチングレート減退効果と相殺するためと考えられる。

上記ガラスと窒化シリコンの各エッチングレートの挙動から、窒化シリコンの選択比が、被処理物温度を高くするにしたがって略直線的に増大することが判明した。
具体的には、９０℃付近で窒化シリコンと酸化シリコンのエッチングレートが略等しくなり（選択比＝１）、それ以上では窒化シリコンのエッチングレートのほうが酸化シリコンのエッチングレートより大きくなった（選択比≧１）。これによって、被処理物温度を９０℃以上にすれば、酸化シリコンよりも窒化シリコンをエッチングできることが判明した。

そして、１００℃付近で窒化シリコンのエッチングレートが酸化シリコンのエッチングレートの約２倍になり、選択比が低圧エッチングの一般的な数値（≒「２」）と同等になることが判明した。１００℃以上にすれば、低圧エッチングより良好な選択比が得られることが判明した。

本発明の一実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置の概略構成図である。 実施例１の結果を示すグラフである。

符号の説明

Ｗ 被処理物
Ｍ 常圧プラズマエッチング装置
１ａ 電極間通路（プラズマ放電空間）
２ プロセスガス供給源
６ ヒータ（被処理物加熱手段）

Claims (2)

1. エッチングされるべき窒化シリコンとエッチングされるべきでない酸化シリコンとを有する被処理物を略常圧下でプラズマエッチングする方法であって、
   前記エッチング時の被処理物の温度を９０℃〜２００℃にすることを特徴とする常圧プラズマエッチング方法。
2. エッチングされるべき窒化シリコンとエッチングされるべきでない酸化シリコンとを有する被処理物を略常圧下でプラズマエッチングする方法であって、
   前記エッチング時の被処理物の温度を１００℃〜２００℃にすることを特徴とする常圧プラズマエッチング方法。

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