JP2006294847A - ドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貴金属を含む膜のドライエッチング方法において、ハロゲンガスと不活性ガスの混合ガスをエッチング処理ガスとし、高真空、高密度プラズマ下で貴金属を含む膜に低周波のバイアス電力を印加することにより側壁付着物のないドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ハロゲンガスと不活性ガスの混合ガスをエッチング処理ガスとし、高真空、高密度プラズマ下で貴金属を含む膜に低周波のバイアス電力を印加する方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子、焦電素子等に用いられる貴金属を含む膜を微細加工するための貴金属を含む膜のドライエッチング方法に関するものである。

従来この種のドライエッチング方法としては、ウエットエッチング、あるいはＡｒガスを用いたイオンミリング、塩素系ガスを用いたドライエッチング等が行われていた。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１〜４が知られている。
特開平０２−２０９７２８号公報 特開平０４−３６９２２０号公報 特開平０５−１４４７７８号公報 特開平０５−２６７２４３号公報

しかしながら、Ｐｔはウエットエッチングでは対応が困難であり、またＡｒの不活性ガスを用いたイオンミリングではエッチング速度が遅く、工業生産的には向かないうえ、エッチングされた物質がエッチング側壁およびレジストパターン側壁に再付着するという課題がある。また、ハロゲン系のエッチングガス、例えば塩素ガスのみを用いたドライエッチングでは貴金属を含む膜のエッチングレートが遅く、また貴金属を含む膜を構成する元素のハロゲン化物の蒸気圧が低いため、被エッチング体の面上に反応生成物が付着したり、エッチング側壁に反応生成物が付着するという課題があった。

図３はこのような問題を説明するための断面図であり、１は基板、２は貴金属を含む膜、４はパターン形成されたレジスト膜であり、これらを総称して被エッチング体５と称する。また６は側壁付着物である。

図３に示すように、Ａｒガスのみによるイオンミリング、あるいは塩素ガスのみによるドライエッチングを行った場合、レジストマスク側壁およびエッチング加工側壁面に不揮発性の堆積物が付着する。この側壁付着物はレジスト剥離工程後においても溶解または剥離されず壁状に残るため、その後の工程において配線の断線、またはショート等の原因になることがある。

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、ハロゲンガスと不活性ガスの混合ガスをエッチング処理ガスとして用い、大流量のガスを流し、かつその時のガス圧が高真空になるように制御し、さらにバイアス電力に低周波電力を印加するという方法のものであり、これにより、エッチングで生成された不揮発性の物質がエッチング側壁およびレジスト側壁に付着しないという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、貴金属を含む膜がＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒおよびそれらの化合物であるというものであり、これにより、圧電素子等で信頼性の高い電極が作成できるという作用効果を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、ハロゲンガスと不活性ガスの総流量に対するハロゲンガス流量比率が４０％以下であるというものであり、これにより、高速でエッチングしても側壁に付着物が付きにくいという作用効果を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、エッチング処理ガスとしてＣＦ₄ガスもしくは、Ｃ₄Ｆ₈等のフロロカーボン系ガスとＡｒガスの混合ガスを使用するというものであり、これにより、ＣＦ₄ガスもしくは、Ｃ₄Ｆ₈等のフロロカーボン系ガスによる化学的エッチングとＡｒガスによるスパッタエッチングの相互効果によりエッチングガスの混合比率を最適化することにより高速でエッチングしても側壁に付着物がつきにくいという作用効果を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、エッチング処理ガスとしてＳＦ₆ガスとＡｒガスの混合ガスを使用するというものであり、これにより、ＳＦ₆ガスによる化学的エッチングとＡｒガスによるスパッタエッチングの相互効果によりエッチングガスの混合比率を最適化することにより高速でエッチングしても側壁に付着物がつきにくいという作用効果を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、バイアス電力の周波数が２ＭＨｚ以下であるというものであり、これにより、入射するイオン加速電圧が上昇し、スパッタ作用の効果が大きくなり、より効果的にエッチングができるという作用効果を有する。

本発明のドライエッチング方法は、エッチングガスとしてハロゲンガスと不活性ガスとの混合ガスを用い、エッチングガスを大容量供給しながら高真空でプラズマを生成し、かつバイアスに低周波電力を印加してエッチングすることにより貴金属を含む膜を不活性ガスのスパッタリング作用により分離させ、ハロゲンガスとの化合物を促進し、ハロゲン化物ガスとして揮発させると共に、不揮発性ガスは高真空のため周辺に付着することなく排気され、エッチング側壁に付着物のない貴金属を含む膜をドライエッチングできるという効果を有する。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

なお、上記背景技術の項において説明したものと同じ構成の部材などについては、同じ符号を付与し詳細な説明は省略する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるドライエッチング装置の概要を示した断面図であり、図２は同実施の形態における被エッチング体を示した断面図である。

図１において、処理室１５にはエッチング処理に用いるハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給部７と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部８を設け、また処理室１５の内部を所定の圧力に排気する真空ポンプ９、１０と、ガスを供給したときに所定のガス圧に保つためのオリフィスバルブ１１が設置されている。さらにこの処理室１５の内部には強誘電体膜が形成された被エッチング体５を載置するための載置台１４が設置されており、この載置台１４にはバイアス電圧を印加できるようにマッチング回路１３を介してバイアス電源１２が接続されている。また、処理室１５の外部にはプラズマを発生させるためのアンテナ１６と、マッチング回路１７を介して高周波電源１８が接続されている。

なお、本発明は図１に示すような誘導結合型プラズマエッチング装置を使用して説明するが、誘導結合型プラズマエッチング装置で発生するような、高真空下で高密度プラズマを発生することができるＥＣＲ型プラズマエッチング装置、ヘリコン波型プラズマエッチング装置等を用いても実施可能である。

次に、ドライエッチング方法について説明する。熱酸化膜が形成されたＳｉ基板１に電極膜２となる白金などの貴金属を含む膜をスパッタ等で形成する。ドライエッチング加工用のマスクとしては有機系のレジスト膜４をスピンコータ等で５μｍ以上の厚みにコーティングし、フォトリソグラフィー工程を経て所定のパターン形状を形成する。

この貴金属を含む膜２が形成された被エッチング体５をドライエッチング装置の処理室１５内の載置台１４の上に載置する。次に、オリフィスバルブ１１を全開にして処理室１５を高真空、例えば１０^-2Ｐａ以下に排気した後、オリフィスバルブ１１を絞り、処理室１５内にエッチング処理ガスとしてＣＦ₄ガスをハロゲンガス供給部７から８０ＳＣＣＭ、Ａｒガスを不活性ガス供給部８から２０ＳＣＣＭ供給する。このとき処理室１５のガス圧を０．２Ｐａとなるようにオリフィスバルブ１１を制御する。次に、高周波電源１８より１３．５６ＭＨｚの高周波を１０００Ｗの電力で印加し、処理室１５内にプラズマを生成させる。また、載置台１４にはバイアス電源１２より５００ｋＨｚの低周波を４００Ｗの電力で印加する。なお、バイアス電源の周波数を５００ｋＨｚとしたが、２ＭＨｚ以下でもかまわない。当該プラズマによりレジスト膜４で覆われていない貴金属を含む膜３がエッチングされる。

図４にエッチングガスの総流量に対するＣＦ₄ガスの流量比とエッチング速度との関係を示す。図５はエッチングガスの総流量に対するＣＦ₄ガスの流量比とレジストエッチング速度、さらに図６にはエッチングガスの総流量に対するＣＦ₄ガスの流量比と側壁付着物の関係を示す。

図４に示すように、ＣＦ₄ガスの流量比が４０％以下ではエッチング速度はアップする。しかし、Ａｒガスのみでは逆にエッチング速度が低下する。また、ＣＦ₄ガス流量比が小さいと図５に示すようにレジストエッチング速度が低下する。ここでレジストエッチング速度が遅いということは、レジストマスクが減少しないため、形状が精度よくできる。

さらに図６に示すように、ＣＦ₄ガスの流量比が４０％以下では側壁への付着物が少なくなる。これは、側壁付着物が再エッチングされるものと考えられる。特にＣＦ₄ガスが２０ＳＣＣＭの流量のとき側壁付着物は観察されなかった。

ところがこのガス流量でバイアス電源の周波数を高周波、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で確認したところ側壁付着物が多く見受けられた。これはバイアス周波数が低周波により、入射するイオンの加速電圧が上昇するため、スパッタ作用の効果が大きくなりエッチング速度が速くなるとともに、付着した物も再エッチングされたものと考えられる。

また、プロセスパラメータの中で処理圧力にも大きな影響を受ける。その理由は処理圧力が下がると反応生成物や堆積物の沸点が下がったり、また被エッチング体５上空の反応生成物の分圧が下がることにより、側壁に付着しにくくなったり、エッチングガスどうしの衝突頻度が減少し、その結果として側壁に付着しにくくなるものと考えられる。

本発明にかかるドライエッチング方法は、エッチングガスとしてハロゲンガスと不活性ガスとの混合ガスを用い、エッチングガスを大容量供給しながら高真空でプラズマを生成し、かつバイアスに低周波電力を印加してエッチングすることにより貴金属を含む膜の結合力を不活性ガスのスパッタリング作用により分離させ、ハロゲンガスとの化合物生成を促進し、ハロゲン化物ガスとして揮発させると共に、不揮発性ガスは高真空のため周辺に付着することなく排気され、エッチング側壁に付着物のない貴金属を含む膜をドライエッチングできるという効果を有し、圧電素子、焦電素子等に用いられる貴金属を含む膜を微細加工するための貴金属を含む膜のドライエッチング方法に関する用途として有用である。

本発明の一実施の形態におけるドライエッチング装置の概要を示した断面図 同被エッチング体の断面図 従来のドライエッチングにおける問題を説明するための断面図 エッチングガスの総流量に対するＣＦ₄ガスの流量比とエッチング速度との関係図 エッチングガスの総流量に対するＣＦ₄ガスの流量比とレジストエッチング速度との関係図 エッチングガスの総流量に対するＣＦ₄ガスの流量比と側壁付着物の関係図

符号の説明

１ Ｓｉ基板
２ 電極膜
４ レジスト膜
５ 被エッチング体
６ 側壁付着物
７ ハロゲンガス供給部
８ 不活性ガス供給部
９ 真空ポンプ
１０ 真空ポンプ
１１ オリフィスバルブ
１２ バイアス電源
１３ マッチング回路
１４ 載置台
１５ 処理室
１６ プラズマ生成アンテナ
１７ マッチング回路
１８ 高周波電源

Claims (6)

1. 貴金属を含む膜のドライエッチング方法において、ハロゲンガスと不活性ガスとの混合ガスをエッチング処理ガスとして用い、被エッチング体に低周波のバイアス電圧を印加し、ガス流量が５０ＳＣＣＭ以上、ガス圧が０．１Ｐａ〜１Ｐａでエッチングを行うドライエッチング方法。
2. 貴金属を含む膜がＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒおよびそれらの化合物である請求項１に記載のドライエッチング方法。
3. 混合ガスの総流量に対するハロゲンガスの流量比率が４０％以下である請求項１または２に記載のドライエッチング方法。
4. エッチング処理ガスのハロゲンガスがＣＦ₄もしくはＣ₄Ｆ₈等のフロロカーボン系であり、不活性ガスがＡｒの混合ガスである請求項１〜３のいずれか一つに記載のドライエッチング方法。
5. エッチング処理ガスのハロゲンガスがＳＦ₆であり、不活性ガスがＡｒの混合ガスである請求項１〜３のいずれか一つに記載のドライエッチング方法。
6. 低周波のバイアス電力の周波数が２ＭＨｚ以下である請求項１に記載のドライエッチング方法。

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