JP2005522872A - バイアをエッチングするための改良された方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、所有者同一の、2002年4月9日出願の米国仮特許出願第60/371,056、題名:バイアをエッチングするための改良された方法、からの優先権を主張し、この出願に関連するものである。この仮特許出願は参照によりここに取り入れられる。
(発明の分野)
本発明は一般に、基板のプラズマ処理に関する。特に本発明は、プラズマ処理チャンバ内のガリウムヒ素基板の裏側においてバイアをエッチングするための改良された方法に関する。
ガリウムヒ素(GaAs)素子は、無線通信産業において非常によく使用されている。この産業において、ガリウムヒ素はその高電子移動度により、高周波、低雑音、高利得応用に非常に適している。ガリウムヒ素は、非常に優れた電気的特性を有する反面比較的質の劣る熱伝導体であり、このことにより電力素子から熱を効率的に除去することが難しくなっている。この問題に対する一般的に使用される解決法は、ウェハの裏側から表側回路へバイアを形成することである。このようなバイアは、RF(ラジオ周波数)素子に対する低インピーダンス接地接続と同様に、熱除去のための適切な熱経路を提供する。
より低いバイアス電力 <100W
より低いICP電力 <700W
より高い圧力 >13mtorr
より低いBCl3構成 <66% BCl3
BCl3 40sccm
Cl2 20sccm
圧力 8mtorr
RFバイアス電力 50W
ICP電力 700W
本発明の好ましい実施例は、イオン援用エッチング処理の間に基板内にバイア・ホールを形成するための改良された方法に関する。本方法は、基板上にマスク層を形成することから開始する。基板はそれから、誘導結合プラズマ閉じ込めリングを有する誘導結合プラズマ処理装置内に置かれる。高Cl2流が処理装置内に導入され、プラズマが低RFバイアス・エッチングを使用して発生される。誘導結合プラズマ処理装置の電力レベルは、高Cl2流をより完全に解離するために上げられる。RFプラズマは、高速でエッチングし、エッチング処理の間のピラー形成を排除するために、段階的にランプされる。RFプラズマのランピングは、アナログRFバイアス設定値と一致するRC回路を置くことによって達成することができる。あるいは、RFプラズマのランピングは、エッチング処理を制御するために使用される操作ソフトウェア内に組み込んでもよい。エッチング処理が完了すると、基板はプラズマ処理装置から取り除かれ、マスク層は基板から剥離される。マスクは、傾斜のついたプロファイルを有するバイアを形成するために腐食されてもよい。
t=pV/Q
ここで、tは秒単位の滞留時間であり、pはトル単位の圧力であり、Vはリットル単位のチャンバ容積であり、そしてQはトル・リットル/秒で測定されるガス流速度である。固定容積を有する反応室に対して、滞留時間は、処理圧力を減少させることあるいはガス流速度を増加させることによって、減少させることができる。エッチング・ガスの滞留時間は、エッチング処理の間に高Cl2流をより低い圧力において導入し過剰な反応性Clを提供することによって、(好ましくは1秒未満に)減少される。誘導結合プラズマ源において生成された反応性Clを基板の表面上に押しやるために、誘導結合プラズマ源と基板表面との間に開口が置かれる。
本発明の好ましい実施例は、高Cl2流(短い滞留時間)、高誘導結合プラズマ(ICP)電力、ICP閉じ込めリング、低RFバイアス・エッチング開始およびRFランピングのうちの少なくとも1つを使用する、ガリウムヒ素バイアのエッチング方法に関する。以下により詳細に説明されるように、これらの処理変更により、ピラーを形成しない、高速の(>毎分6μm)バイア・エッチング処理が達成される。加えて、傾斜のあるフォトレジスト・マスクの腐食を通して、傾斜のあるバイア・プロファイルを実現することができる。
イオン化
e+Cl2=Cl2 ++2e
エッチング用試薬形成
e+Cl2=2Cl+e
エッチング用試薬の基板上への吸着
Cl=GaAssurf−nCl
エッチング生成物の形成
GaAs−nCl=GaClx(ads)+AsCly(ads)
蒸発による生成物の脱着
GaClx(ads)=GaClx(gas)
AsCly(ads)=AsCly(gas)
イオン援用脱着による生成物の脱着
ions
GaClx(ads) = GaClx(gas)
ions
AsCly(ads) = AsCly(gas)
工程1(エッチング開始)
BCl3 25sccm
Cl2 500sccm
圧力 12ミリトル
ICP電力 1800ワット
RFバイアス 70ワット
工程2(最終的な深さにエッチングする)
BCl3 25sccm
Cl2 500sccm
圧力 12ミリトル
ICP電力 1200ワット
RFバイアス 170ワット
ウェハは、毎分9ミクロンのエッチング速度で、13:1より大きいフォトレジストに対する選択率をもってエッチングされ、ウェハ表面全体にわたってピラーを実質的に有しない。
Claims (25)
- 基板内にバイア・ホールを形成するための改良された方法であって、
上記基板上にマスク層を形成するステップと、
上記基板を誘導結合プラズマ処理装置内に置くステップと、
高Cl2流を上記処理装置内に導入するステップと、
上記高Cl2流をより完全に解離するために、上記誘導結合プラズマ処理装置の電力レベルを上げることによって、上記基板にバイア・ホールをエッチングするステップと、
上記基板を上記プラズマ処理装置から取り除くステップと、
上記基板から上記マスク層を剥離するステップ、
を含む、上記方法。 - 上記処理装置は誘導結合プラズマ閉じ込めリングを有する、請求項1に記載の方法。
- さらに、低RFバイアス電力を使用して上記エッチングを開始するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- さらに、ピラーの形成を防ぐために、エッチング処理の間に使用されるエッチング・ガスの滞留時間を減少させるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 上記エッチング処理の間のピラー形成を排除するために、処理ステップ間の異なるレベル間で上記RF電力をランプするステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 上記エッチング処理はさらにイオン援用エッチング処理を含む、請求項1に記載の方法。
- 誘導結合プラズマ源を使用するガリウムヒ素(GaAs)基板内にバイア・ホールを形成するための改良された方法であって、
上記ガリウムヒ素基板上にマスク層を形成するステップと、
上記ガリウムヒ素基板を誘導結合プラズマ処理装置内に置くステップと、
低RFバイアス電力を使用して上記エッチングを開始することにより上記ガリウムヒ素基板にバイア・ホールをエッチングするステップと、
上記ガリウムヒ素基板を上記プラズマ処理装置から取り除くステップと、
上記ガリウムヒ素基板から上記マスク層を剥離するステップ、
を含む、上記方法。 - 上記処理装置は誘導結合プラズマ閉じ込めリングを有する、請求項7に記載の方法。
- さらに高Cl2流を上記処理装置内に導入するステップを含む、請求項7に記載の方法。
- さらに、上記高Cl2流をより完全に解離するために、上記誘導結合プラズマ処理装置の電力レベルを上げるステップを含む、請求項9に記載の方法。
- さらに、ピラーの形成を防ぐために、エッチング処理の間に使用されるエッチング・ガスの滞留時間を減少させるステップを含む、請求項7に記載の方法。
- 上記エッチング処理の間のピラー形成を排除するために、処理ステップ間の異なるレベル間で上記RF電力をランプするステップを含む、請求項7に記載の方法。
- 上記エッチング処理はさらにイオン援用エッチング処理を含む、請求項7に記載の方法。
- 基板内にバイア・ホールを形成するための改良された方法であって、
上記基板上にマスク層を形成するステップと、
上記基板を誘導結合プラズマ処理装置内に置くステップと、
ピラーの形成を防ぐために、エッチング処理の間に使用されるエッチング・ガスの滞留時間を減少させるステップと、
上記エッチング・ガスをより完全に解離するために、上記誘導結合プラズマ処理装置の電力レベルを上げることによって、上記基板にバイア・ホールをエッチングするステップと、
上記基板を上記プラズマ処理装置から取り除くステップと、
上記基板から上記マスク層を剥離するステップ、
を含む、上記方法。 - 上記処理装置は誘導結合プラズマ閉じ込めリングを有する、請求項14に記載の方法。
- さらに、高Cl2流を上記処理装置内に導入するステップを含む、請求項14に記載の方法。
- さらに、低RFバイアス電力を使用して上記エッチングを開始するステップを含む、請求項14に記載の方法。
- 上記エッチング処理の間のピラー形成を排除するために、処理ステップ間の異なるレベル間で上記RF電力をランプするステップを含む、請求項14に記載の方法。
- 上記エッチング処理はさらにイオン援用エッチング処理を含む、請求項14に記載の方法。
- 基板内にバイア・ホールを形成するための改良された方法であって、
上記基板上にマスク層を形成するステップと、
上記基板を誘導結合プラズマ処理装置内に置くステップと、
低RFバイアス電力を使用してエッチングを開始するステップと、
上記エッチング処理の間のピラー形成を排除するために、処理ステップ間の異なるレベル間で上記RF電力をランプすることによって、上記基板にバイア・ホールをエッチングするステップと、
上記基板を上記プラズマ処理装置から取り除くステップと、
上記基板から上記マスク層を剥離するステップ、
を含む、上記方法。 - 上記処理装置は誘導結合プラズマ閉じ込めリングを有する、請求項20に記載の方法。
- さらに、高Cl2流を上記処理装置内に導入するステップを含む、請求項20に記載の方法。
- さらに、上記高Cl2流をより完全に解離するために、上記誘導結合プラズマ処理装置の電力レベルを上げるステップを含む、請求項22に記載の方法。
- さらに、ピラーの形成を防ぐために、エッチング処理の間に使用されるエッチング・ガスの滞留時間を減少させるステップを含む、請求項20に記載の方法。
- 上記エッチング処理はさらにイオン援用エッチング処理を含む、請求項20に記載の方法。
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