JP3027871B2 - Etching method - Google Patents

Etching method

Info

Publication number
JP3027871B2
JP3027871B2 JP3106472A JP10647291A JP3027871B2 JP 3027871 B2 JP3027871 B2 JP 3027871B2 JP 3106472 A JP3106472 A JP 3106472A JP 10647291 A JP10647291 A JP 10647291A JP 3027871 B2 JP3027871 B2 JP 3027871B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
plasma
workpiece
gas
potential
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3106472A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04314331A (en
Inventor
寿則 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3106472A priority Critical patent/JP3027871B2/en
Publication of JPH04314331A publication Critical patent/JPH04314331A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3027871B2 publication Critical patent/JP3027871B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング技術に
関し、特に半導体プロセスの微細加工に用いられるドラ
イエッチング技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching technique, and more particularly to a dry etching technique used for fine processing in a semiconductor process.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体の集積度は著しく向上し、
それに伴って設計ル―ルもさらに微細化している。現
在、DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ)では集積度16メガビット、設計ル―ル0.5ミ
クロン時代を迎えようとしている。この微細化の進展に
より、半導体のエッチング技術は、化学液を用いたウェ
ットエッチングからプラズマ等の荷電粒子などを用いる
ドライエッチングに変化してきた。最近では、図3に示
すように、主にCH4(四フッ化炭素)などC(炭素)
を含んだガスを用い、2枚の平行平板電極22間に高周
波放電によりプラズマ3を発生させて基板19のエッチ
ングを行う平行平板型RIE(リアクティブ・イオン・
エッチング:反応性イオンエッチング)装置によるドラ
イエッチングが主流となっている。エッチングによる微
細加工では、低損傷性、高選択性、高異方性が同時に満
足されなければならない。しかも量産のためには大面積
を均一に加工すること、および実用的なエッチング速度
の確保がなされなければならない。しかしながら、RI
Eではプラズマの制御性が悪いため、微細化が進んでき
た段階で高選択性、高異方性などの要求を満たすことが
難しくなってきており、特にCH4ガスなどCを含んだ
ガスでは異方性は達成され難くなってきている。従って
RIE装置によるエッチングは早晩限界を迎えることに
なる。
2. Description of the Related Art In recent years, the degree of integration of semiconductors has been remarkably improved.
Along with that, the design rules are becoming finer. At present, DRAM (Dynamic Random Access Memory) is approaching the era of 16 Mbits integration and 0.5 μm design rule. With the progress of miniaturization, the semiconductor etching technology has changed from wet etching using a chemical solution to dry etching using charged particles such as plasma. Recently, as shown in FIG. 3, mainly C (carbon) such as CH 4 (carbon tetrafluoride)
Plate-type RIE (reactive ion ion) in which a plasma 3 is generated between two parallel plate electrodes 22 by high frequency discharge to etch the substrate 19 using a gas containing
(Etching: reactive ion etching) Dry etching using a device is mainly used. In microfabrication by etching, low damage, high selectivity, and high anisotropy must be simultaneously satisfied. In addition, for mass production, it is necessary to uniformly process a large area and ensure a practical etching rate. However, RI
In E, since the controllability of the plasma is poor, it is becoming difficult to satisfy the requirements of high selectivity and high anisotropy at the stage of miniaturization, especially in a gas containing C such as CH 4 gas. Anisotropy is becoming difficult to achieve. Therefore, the etching by the RIE apparatus reaches its limit sooner or later.

【0003】これを解決するためにCl2(塩素)ガス
を用いたECR(エレクトロン・サイクロトロン・リゾ
ナンス:電子サイクロトロン共鳴)放電によるエッチン
グ装置が提案されており、当該装置を使用して8インチ
ウェハ全面にわたって側壁保護膜なしに高速で均一な加
工、および高選択性、高異方性が達成されつつある(日
経マイクロデバイス、1990年、8月号、85頁参
照)。しかしながら、RIE装置にしろECR装置にし
ろ、いずれにしてもプラズマ中のイオンを用いてエッチ
ングする場合には、イオンがシ―ス電界で加速されて基
板に衝突するときに起こる物理的スパッタがあるため
に、基板の損傷をゼロにすることはかなり困難である。
In order to solve this problem, an etching apparatus using ECR (Electron Cyclotron Resonance: Electron Cyclotron Resonance) discharge using Cl 2 (chlorine) gas has been proposed. High-speed and uniform processing without a side wall protective film, and high selectivity and high anisotropy are being achieved (see Nikkei Microdevices, August 1990, p. 85). However, regardless of the RIE device or the ECR device, in any case, when etching is performed using ions in plasma, there is a physical spatter that occurs when the ions are accelerated by a sheath electric field and collide with a substrate. Therefore, it is very difficult to eliminate the damage to the substrate.

【0004】一方、電子はイオンに比べて質量が軽いた
めに、基板の損傷はイオンによるエッチングに比べれば
かなり小さいことが知られている。そこで、電子のこの
低損傷性を生かしたエッチング技術が研究され始めてい
る。これは例えば、エッチングガスにXeF2(フッ化
キセノン)、F2(フッ素)、Cl2などを用い、Si
(シリコン)、GaAs(ガリウム砒素)等に電子ビ―
ムを照射してエッチングガスを活性化させ、エッチング
するものである。このとき、エッチングガスから電子銃
のカソ―ドを保護するために、図4に示すように、エッ
チングガスを導入する容器35aと電子銃32が設置さ
れている容器35bの間を差動排気して、電子銃32の
近辺を高真空に保つ必要がある( Mototane Taneya et
al., Japanese Journal of Applied Physics, Volume2
8, Number 3, March,1989,pp. L515-L517 :モトタネ・
タネヤ他、ジャパニ―ズ・ジャ―ナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス、第28巻、第3号、3月、1989
年、L515−L517頁参照)。また、図5に示すよ
うに、量産性の点から、電子銃から射出された電子ビ―
ム34をレンズで絞らない、いわゆるブロ―ドビ―ムで
大面積を一括して照射する方法も検討されている(松井
他、「電子ビ―ム励起ドライエッチング」、1990
年秋期第51回応用物理学会学術講演会予稿集27pZ
F6/II参照)。
[0004] On the other hand, it is known that damage to a substrate is considerably smaller than etching by ions because electrons have a smaller mass than ions. Therefore, an etching technique utilizing this low damage property of electrons has begun to be studied. This is achieved by using, for example, XeF 2 (xenon fluoride), F 2 (fluorine), Cl 2, etc.
(Silicon), GaAs (gallium arsenide), etc.
Irradiation of the etching gas activates the etching gas to perform etching. At this time, in order to protect the cathode of the electron gun from the etching gas, as shown in FIG. 4, differential exhaust is performed between the container 35a for introducing the etching gas and the container 35b in which the electron gun 32 is installed. It is necessary to maintain a high vacuum around the electron gun 32 (Mototane Taneya et
al., Japanese Journal of Applied Physics, Volume2
8, Number 3, March, 1989, pp. L515-L517: Mototan
Taneya et al., Japanes Journal of Applied Physics, Vol. 28, No. 3, March, 1989
Year, see pages L515-L517). Also, as shown in FIG. 5, from the viewpoint of mass productivity, an electron beam emitted from an electron gun is used.
A method of collectively irradiating a large area with a so-called broad beam, which does not stop the beam 34 with a lens, has also been studied (Matsui et al., "Electron Beam Excited Dry Etching", 1990).
Proceedings of the 51st Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics Fall 27pZ
F6 / II).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子ビ
―ム照射によるエッチングでは、カソ―ドを保護するた
めに差動排気を施すと、図4のように、オリフィス33
a,33bの存在によって大面積の電子ビ―ムを試料に
一括して照射することは困難である。また、電子ビ―ム
34にオリフィス33a,33bを通過させるために
は、ビ−ムに指向性を持たせる必要上、加速電圧が比較
的高くなる(例えば10kV)のはやむを得ない。従っ
て、イオンに比べれば損傷は少ないとはいえ、無視でき
ない程度の損傷が入る恐れが強く、電子ビ―ムによるエ
ッチングの利点を損なっていた。また、量産性を重視し
て、図5のようにブロ―ドビ―ム照射する場合には、差
動排気が難しいために電子銃32を高真空に保つことが
できず、カソ―ドをエッチングガスから保護することが
困難であり、カソ―ドの寿命が著しく短くなるという欠
点があった。
However, in the etching by electron beam irradiation, if the differential evacuation is performed to protect the cathode, as shown in FIG.
Due to the presence of a and 33b, it is difficult to collectively irradiate a large area electron beam to the sample. Further, in order to allow the electron beam 34 to pass through the orifices 33a and 33b, it is necessary to provide directivity to the beam, so that the acceleration voltage is unavoidably relatively high (for example, 10 kV). Therefore, although the damage is smaller than that of the ions, there is a strong possibility that the damage is not negligible, and the advantage of the etching by the electron beam is impaired. In addition, in the case where broad beam irradiation is performed as shown in FIG. 5 with emphasis on mass productivity, since the differential evacuation is difficult, the electron gun 32 cannot be maintained at a high vacuum, and the cathode is etched. There is a drawback that it is difficult to protect from gas and the life of the cathode is significantly shortened.

【0006】これらの欠点を補うためにプラズマ電子銃
を用いることも考えられるが、プラズマ電子銃では、等
方性エッチングの原因となるラジカルが急激に増加する
低真空(通常数mTorrから数10Torr)が必要
である。また、円筒状やメッシュ状の電極を用いてプラ
ズマから電子を引き出すために、大面積にわたって電子
ビ―ムの方向性を確保することが難しく、また方向性を
ある程度確保するには、比較的高加速電圧(例えば10
kV)が必要である(日本学術振興会第132委員会
編、「電子・イオンビ−ムハンドブック 第2版」、1
59頁、日刊工業新聞社参照)。従って、電子ビ―ムに
よるエッチングという観点からは、大面積の一括照射が
可能で、数10eVから数100eV程度の低エネルギ
−の電子ビ―ムが得られるとともに、エッチングガスに
よる装置の損傷がない電子ビ―ム励起エッチング方法が
望まれていた。
It is conceivable to use a plasma electron gun to make up for these drawbacks. However, in the plasma electron gun, a low vacuum (normally several mTorr to several tens Torr) in which radicals causing isotropic etching rapidly increase is considered. is necessary. In addition, since electrons are extracted from plasma using a cylindrical or mesh-shaped electrode, it is difficult to secure the directionality of the electron beam over a large area. Acceleration voltage (for example, 10
kV) (edited by the 132nd Committee of the Japan Society for the Promotion of Science, “Electron / Ion Beam Handbook 2nd Edition”, 1
P. 59, see Nikkan Kogyo Shimbun). Accordingly, from the viewpoint of etching by electron beams, large-area irradiation can be performed at a time, electron beams with low energy of about several tens eV to several hundreds eV can be obtained, and the apparatus is not damaged by the etching gas. An electron beam excited etching method has been desired.

【0007】一方、イオンによるエッチングでは、前述
したように大面積にわたって均一な加工、実用的なエッ
チング速度、高異方性、高選択性が得られつつあるが、
原理的にある程度の損傷は避けられない、という欠点が
あった。従って広くエッチングという観点からは、低損
傷性、高選択性、高異方性を同時に満足するエッチング
方法が望まれていた。本発明は上述したような従来の事
情に鑑みてなされたもので、量産に適するように実用的
なエッチング速度およびエッチング範囲を有し、しかも
高選択性を確保するとともにエッチングによる損傷がほ
とんどなく、さらに高異方性をも実現する簡便なエッチ
ング方法を提供することを目的とする。
On the other hand, in the etching by ions, as described above, uniform processing over a large area, a practical etching rate, high anisotropy and high selectivity are being obtained.
There was a disadvantage that some damage could not be avoided in principle. Therefore, from the viewpoint of broad etching, an etching method that simultaneously satisfies low damage, high selectivity, and high anisotropy has been desired. The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, has a practical etching rate and an etching range suitable for mass production, and has high selectivity while hardly damaging the etching. It is another object of the present invention to provide a simple etching method that realizes high anisotropy.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、フッ素ガス,
塩素ガスまたは臭素ガスを主成分としたエッチングガス
を用いてガス圧力1×10-3Torr以下のプラズマを
生成させ、該プラズマ中に被加工物を配置し、かつ該被
加工物を電気的に絶縁するか、または該被加工物をプラ
ズマ電位に対して負電位としてプラズマ中のエッチング
ガスのイオンを照射することにより前記被加工物をエッ
チングする第1の工程と、第1の工程の後、前記被加工
物をプラズマ電位に対して正電位としてプラズマ中の電
子を照射するとともに該電子を引き出したと同じプラズ
マから中性のエッチングガスを前記被加工物表面に供給
して吸着させ、前記電子により該中性ガスを励起して被
加工物をエッチングする第2の工程とを備えてなること
を特徴とするエッチング方法である。
The present invention provides a fluorine gas,
A plasma having a gas pressure of 1 × 10 −3 Torr or less is generated using an etching gas containing chlorine gas or bromine gas as a main component, a workpiece is placed in the plasma, and the workpiece is electrically connected to the plasma. Insulation or etching in the plasma by setting the workpiece to a negative potential with respect to the plasma potential
A first step of etching the workpiece by irradiating ions of a gas, and after the first step, irradiating the workpiece with electrons in plasma by setting the workpiece to a positive potential with respect to a plasma potential. The same plasm as the one that pulled out the electron
Supply neutral etching gas to the surface of the workpiece
The neutral gas by the electrons to excite the neutral gas.
And a second step of etching a workpiece .

【0009】[0009]

【作用】プラズマ中に配置された被加工物を電気的に絶
縁するか、またはプラズマ電位に対して負電位とする
と、プラズマと被加工物の間に形成されるイオンシ―ス
を通してプラズマ中のイオンが被加工物表面に照射され
ることになる。照射されたイオンは運動エネルギ−を反
応エネルギ−に変換してエッチングが進行する。前述し
たように、これは例えばECRエッチング技術としてす
でに確立されつつあるが、イオンアシストエッチングで
あるために物理的損傷は避けられない。一方、プラズマ
中に配置された被加工物をプラズマ電位よりも正の電位
とすることにより、プラズマから電子を引き出すことが
できる。導入されたエッチングガスは、被加工物表面に
吸着する。基板加熱などして吸着したガスを活性化させ
ない限り、通常は吸着したガスによるエッチングはごく
わずかである。プラズマから被加工物に照射された電子
は、表面に吸着したガスを励起して活性化させ、被加工
物をエッチングする。この反応は表面に吸着した原子と
被加工物との純粋な化学反応であり、室温で導入された
中性のエッチングガスの持つ運動エネルギ−は極くわず
かであるために(およそO.03eV)、エッチングガ
スと被加工物との物理反応は起こらない。また、照射さ
れた電子は入射エネルギ−が低ければ被加工物の格子を
歪ませることがほとんどない。電子ビ―ムの入射エネル
ギ−は、エッチングガスの活性化エネルギ−以上であれ
ば、低ければ低いほどよいのは明らかである。従って、
低エネルギ−の電子ビ―ム照射によるエッチングでは、
被加工物の物理的損傷はほとんどない。
When the workpiece placed in the plasma is electrically insulated or made negative with respect to the plasma potential, the ions in the plasma pass through the ion sheath formed between the plasma and the workpiece. Is irradiated on the workpiece surface. The irradiated ions convert kinetic energy into reaction energy, and the etching proceeds. As mentioned above, this is already being established, for example, as an ECR etching technique, but physical damage is unavoidable due to the ion assisted etching. On the other hand, electrons can be extracted from the plasma by setting the workpiece placed in the plasma at a potential higher than the plasma potential. The introduced etching gas is adsorbed on the workpiece surface. Unless the adsorbed gas is activated by heating the substrate or the like, etching by the adsorbed gas is usually very small. The electrons emitted from the plasma to the workpiece excite and activate the gas adsorbed on the surface, thereby etching the workpiece. This reaction is a pure chemical reaction between the atoms adsorbed on the surface and the workpiece, and the kinetic energy of the neutral etching gas introduced at room temperature is very small (about 0.03 eV). No physical reaction occurs between the etching gas and the workpiece. Irradiated electrons hardly distort the lattice of the workpiece if the incident energy is low. It is clear that the lower the incident energy of the electron beam is, the better the activation energy of the etching gas is. Therefore,
In etching by low energy electron beam irradiation,
There is little physical damage to the workpiece.

【0010】プラズマ中の電子照射によるエッチングで
は、エッチングガスでプラズマを生成することによりプ
ラズマが電子放出源とエッチングガス供給源となるの
で、従来のようにこれらを別にする必要がない、という
ところに一つの特色がある。また、プラズマを電子放出
源とすることにより、大面積にわたって均一な電子照射
が可能であり、さらにプラズマ中に被加工物を挿入する
ので比較的低電圧で電子を照射することが可能である。
さらに、プラズマのガス圧力を1×10-3Torr以下
にすることにより、プラズマ中には等方性エッチングの
原因となるラジカルが極端に少なくなるので、異方性加
工が実現されるようになる。以上のように、電子による
エッチング機構とイオンによるエッチング機構は異なる
ものであり、それぞれに特色がある。従って、エッチン
グ初期において、プラズマ中の被加工物を電気的に絶縁
するか、プラズマ電位に対して負のバイアス電圧を加え
て、イオンアシストエッチングによる高速、高異方性加
工を行い、その後に被加工物をプラズマ電位に対して正
にバイアスして電子によるエッチングで、イオンエッチ
ングで入った物理的損傷層を取り除けば理想的なエッチ
ングを行うことができる。さらに、これは被加工物のバ
イアス電圧を変化させるだけでよいため、同じ装置でエ
ッチングを達成できる。
In etching by irradiation of electrons in plasma, plasma is generated by an etching gas, so that the plasma serves as an electron emission source and an etching gas supply source. There is one feature. Further, by using plasma as an electron emission source, uniform electron irradiation over a large area is possible, and since a workpiece is inserted into the plasma, it is possible to irradiate electrons at a relatively low voltage.
Further, by setting the gas pressure of the plasma to 1 × 10 −3 Torr or less, radicals that cause isotropic etching are extremely reduced in the plasma, so that anisotropic processing can be realized. . As described above, the etching mechanism using electrons and the etching mechanism using ions are different, and each has its own characteristics. Therefore, at the initial stage of etching, the workpiece in the plasma is electrically insulated or a negative bias voltage is applied to the plasma potential to perform high-speed, high-anisotropic processing by ion-assisted etching. Ideal etching can be performed by etching the workpiece by positively biasing the plasma potential with electrons and removing the physically damaged layer that has entered by ion etching. Further, since this only requires changing the bias voltage of the workpiece, etching can be achieved with the same apparatus.

【0011】[0011]

【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。図1は、本発明のエッチング方法
を説明した説明図であり、図1(a)はエッチング前の
状態を表す図で、図1(b)はプラズマ中のイオンによ
りシリコンがエッチングされる状態を説明する図で、図
1(c)は電子によりシリコンがエッチングされる状態
を説明する図である。また、図2は本発明を実施するた
めの装置の一例の模式的な断面図である。本実施例で
は、プラズマ生成にECR装置を用いている。図2にお
いて、マイクロ波発生器11で発生した2.45GHz
のマイクロ波20は、導波管12および石英の透過窓1
3を通して空洞14に導入される。エッチングガスとし
て塩素が同じ空洞14内に導入され、空洞14の周囲に
設置された主コイル15による磁場とマイクロ波20の
相互作用により、ECR放電して塩素プラズマ3が生成
される。塩素の導入量は約20sccmであり、真空度
は5×10-4Torrに設定される。ホルダ17の上に
設置されたシリコンウェハ19には、バイアス電源4を
用いて−100〜100Vのバイアス電圧が自由に印加
できるようになっているとともに、これを外部と電気的
に絶縁することもできるようになっている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view for explaining an etching method of the present invention. FIG. 1A shows a state before etching, and FIG. 1B shows a state where silicon is etched by ions in plasma. FIG. 1C is a diagram illustrating a state where silicon is etched by electrons. FIG. 2 is a schematic sectional view of an example of an apparatus for carrying out the present invention. In this embodiment, an ECR device is used for plasma generation. In FIG. 2, 2.45 GHz generated by the microwave generator 11
Microwave 20 is transmitted through waveguide 12 and quartz transmission window 1.
3 into the cavity 14. Chlorine is introduced into the same cavity 14 as an etching gas, and the interaction between the magnetic field and the microwave 20 by the main coil 15 provided around the cavity 14 causes an ECR discharge to generate the chlorine plasma 3. The introduction amount of chlorine is about 20 sccm, and the degree of vacuum is set to 5 × 10 −4 Torr. A bias voltage of −100 to 100 V can be freely applied to the silicon wafer 19 installed on the holder 17 by using the bias power supply 4, and this can be electrically insulated from the outside. I can do it.

【0012】次にこの装置を用いたエッチング方法につ
いて図1を参照して説明する。図1において、まずはじ
めにシリコンウェハ2を絶縁したままECR放電により
塩素プラズマ3を生成する。このとき、シリコンウェハ
2の電位は浮動電位となり、プラズマ3との間にイオン
シ―スが形成される。プラズマ中の塩素イオン6はプラ
ズマ3の空間電位とシリコンウェハ2の浮動電位の差で
加速され、イオンシ―スを通してシリコンウェハ2に照
射される。プラズマ空間電位、浮動電位はプラズマの生
成条件やシリコンウェハの位置などによっても異なる
が、典型的には15〜20V、および−5〜−15Vの
程度である。従って塩素イオン6は20〜30eV程度
のエネルギ−でシリコンウェハ2に入射する。図1
(a)のように、シリコンウェハ2には予めレジスト1
によりマスクが形成されており、マスクの穴を通過して
シリコンに照射された塩素イオン6は図1(b)に示す
ように、シリコン2と反応して塩化珪素7を形成してシ
リコンから離脱し、エッチングが行われる。このとき、
真空度が5×10-4Torrと高真空のため、等方性エ
ッチングの原因であるラジカルの影響はほとんどなく、
高異方性エッチングが達成されている。また、塩素イオ
ンの電流密度は典型的には10〜15mA/cm2の程
度で、エッチング速度はおよそ0.2μm/minであ
り、実用的には十分である。しかし、塩素イオンの保持
するエネルギ−は20〜30eVであり、シリコンの変
位エネルギ−12.9eVよりも大きいために、エッチ
ングの最中には物理的損傷5が入る。
Next, an etching method using this apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, first, a chlorine plasma 3 is generated by ECR discharge while the silicon wafer 2 is insulated. At this time, the potential of the silicon wafer 2 becomes a floating potential, and an ion sheath is formed between the silicon wafer 2 and the plasma 3. The chlorine ions 6 in the plasma are accelerated by the difference between the space potential of the plasma 3 and the floating potential of the silicon wafer 2, and are irradiated on the silicon wafer 2 through the ion sheath. The plasma space potential and the floating potential vary depending on the plasma generation conditions, the position of the silicon wafer, and the like, but are typically about 15 to 20 V and -5 to -15 V. Therefore, the chlorine ions 6 enter the silicon wafer 2 with an energy of about 20 to 30 eV. FIG.
As shown in FIG.
The chlorine ions 6 irradiated to the silicon through the holes of the mask react with the silicon 2 to form silicon chloride 7 and separate from the silicon as shown in FIG. 1B. Then, etching is performed. At this time,
Since the degree of vacuum is as high as 5 × 10 −4 Torr, there is almost no influence of radicals that cause isotropic etching.
High anisotropic etching has been achieved. The current density of chlorine ions is typically about 10 to 15 mA / cm 2 , and the etching rate is about 0.2 μm / min, which is practically sufficient. However, the energy held by chlorine ions is 20 to 30 eV, which is larger than the displacement energy of silicon, 12.9 eV, so that physical damage 5 occurs during etching.

【0013】1μmのトレンチを掘る場合、イオンによ
るエッチングで0.9〜0.95μm程度加工した後、
バイアス電源4を50〜100V程度にセットしてシリ
コンウェハに電圧を印加する。これにより、シリコンの
表面に吸着した塩素原子8は図1(c)に示すように電
子9によって活性化されて励起塩素原子10となり、被
加工物をエッチングする。電子電流はイオン電流と同程
度得られ、エッチング速度はおよそ1μm/minが得
られる。そして、イオンエッチングによってシリコンに
入った損傷のみをエッチングする。プラズマ中の電子に
よるエッチングでは、イオンに比べれば電子の方向性が
よくないので側面も多少エッチングされる。深さ方向に
対する側面エッチングの比は、実験によればおよそ0.
2である。しかしながら、エッチングの大部分を高異方
性を達成できるイオンにより行い、電子では損傷部のみ
をエッチングすることが目的であるので、実用的にはま
ったく問題はない。また、本実施例では被加工物として
シリコン、エッチングガスとして塩素を用いたが、被加
工物にガリウム砒素、エッチングガスとしてフッ素、臭
素を用いても同様な効果があるのは明らかである。
In the case of digging a 1 μm trench, after etching by about 0.9 to 0.95 μm by ion etching,
The bias power supply 4 is set to about 50 to 100 V, and a voltage is applied to the silicon wafer. As a result, the chlorine atoms 8 adsorbed on the surface of the silicon are activated by the electrons 9 to become excited chlorine atoms 10 as shown in FIG. 1C, and the workpiece is etched. An electron current can be obtained at about the same level as an ion current, and an etching rate of about 1 μm / min can be obtained. Then, only the damage entered into the silicon by the ion etching is etched. In the etching by the electrons in the plasma, since the directionality of the electrons is not as good as that of the ions, the side surfaces are also slightly etched. According to experiments, the ratio of the side etching to the depth direction is about 0.5.
2. However, since most of the etching is performed by ions capable of achieving high anisotropy, and the purpose of the electron is to etch only the damaged portion, there is no practical problem at all. In this embodiment, silicon is used as the workpiece and chlorine is used as the etching gas. However, it is apparent that similar effects can be obtained by using gallium arsenide as the workpiece and fluorine and bromine as the etching gas.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のエッチング
方法によれば、プラズマ中の被加工物の電位を制御する
だけで広い範囲にわたって高速、高異方性、高選択性、
低損傷性エッチングが達成され、しかもイオンエッチン
グと電子エッチングを行うときに別の装置を用いる必要
がなく、1つのプロセスでこれが可能であるために、今
後さらなる微細化が予想される半導体の製造工程に与え
る影響は大である。
As described above, according to the etching method of the present invention, high speed, high anisotropy and high selectivity can be achieved over a wide range only by controlling the potential of the workpiece in the plasma.
Since a low damage etching is achieved, and it is not necessary to use a separate apparatus when performing the ion etching and the electron etching, and this can be performed by one process, a semiconductor manufacturing process expected to be further miniaturized in the future. The impact on the environment is significant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるエッチング方法の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an etching method according to the present invention.

【図2】本発明の方法を実施するための装置の一例の模
式的な断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of an apparatus for performing the method of the present invention.

【図3】RIE装置の模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of the RIE apparatus.

【図4】差動排気を用いた電子ビ―ム励起エッチング装
置の模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of an electron beam excited etching apparatus using differential evacuation.

【図5】ブロ―ドビ―ムによる電子ビ―ム励起エッチン
グ装置の模式的な断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an electron beam excited etching apparatus using a broad beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レジスト 2 シリコンウェ
ハ 3 プラズマ 4 バイアス電源 5 照射損傷層 6 塩素イオン 7 塩化硅素 8 吸着塩素原子 9 電子 10 電子によっ
て励起された塩素原子 11 マイクロ波発生器 12 導波管 13 石英窓 14 空洞 15 主コイル 16 副コイル 17 ホルダ 18 排気口 19 基板 20 マイクロ波 21 高周波電源 22 平行平板型
電極 31 ステ−ジ 32 電子銃 33a,33b オリフィス 34 電子ビ―ム 35a,35b 容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resist 2 Silicon wafer 3 Plasma 4 Bias power supply 5 Irradiation damage layer 6 Chloride ion 7 Silicon chloride 8 Adsorption chlorine atom 9 Electron 10 Electron excited chlorine atom 11 Microwave generator 12 Waveguide 13 Quartz window 14 Cavity 15 Main Coil 16 Sub coil 17 Holder 18 Exhaust port 19 Substrate 20 Microwave 21 High frequency power supply 22 Parallel plate type electrode 31 Stage 32 Electron gun 33a, 33b Orifice 34 Electron beam 35a, 35b Container

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 フッ素ガス,塩素ガスまたは臭素ガスを
主成分としたエッチングガスを用いてガス圧力1×10
-3Torr以下のプラズマを生成させ、該プラズマ中に
被加工物を配置し、かつ該被加工物を電気的に絶縁する
か、または該被加工物をプラズマ電位に対して負電位と
してプラズマ中のエッチングガスのイオンを照射するこ
とにより前記被加工物をエッチングする第1の工程と、
第1の工程の後、前記被加工物をプラズマ電位に対して
正電位としてプラズマ中の電子を照射するとともに該電
子を引き出したと同じプラズマから中性のエッチングガ
スを前記被加工物表面に供給して吸着させ、前記電子に
より該中性ガスを励起して被加工物をエッチングする
2の工程とを備えてなることを特徴とするエッチング方
法。
A gas pressure of 1.times.10 using an etching gas mainly containing fluorine gas, chlorine gas or bromine gas.
-3 Torr or lower plasma is generated, a workpiece is placed in the plasma, and the workpiece is electrically insulated, or the workpiece is set at a negative potential with respect to the plasma potential. A first step of etching the workpiece by irradiating ions of an etching gas of
After the first step, the workpiece is irradiated with electrons in the plasma while setting the workpiece at a positive potential with respect to the plasma potential.
Neutral etching gas from the same plasma as
To the surface of the workpiece and adsorb it,
The etching the workpiece to excite more neutral gas
2. An etching method, comprising:
JP3106472A 1991-04-12 1991-04-12 Etching method Expired - Fee Related JP3027871B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3106472A JP3027871B2 (en) 1991-04-12 1991-04-12 Etching method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3106472A JP3027871B2 (en) 1991-04-12 1991-04-12 Etching method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04314331A JPH04314331A (en) 1992-11-05
JP3027871B2 true JP3027871B2 (en) 2000-04-04

Family

ID=14434469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3106472A Expired - Fee Related JP3027871B2 (en) 1991-04-12 1991-04-12 Etching method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3027871B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04314331A (en) 1992-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102167957B1 (en) Material modification and selective etching using RF pulsing
US6069092A (en) Dry etching method and semiconductor device fabrication method
US5593539A (en) Plasma source for etching
US4609428A (en) Method and apparatus for microwave plasma anisotropic dry etching
US4659449A (en) Apparatus for carrying out dry etching
KR970005035B1 (en) Method and apparatus for generating highly dense uniform plasma by use of a high frequency rotating electric field
JPH0689880A (en) Etching equipment
US6258287B1 (en) Method and apparatus for low energy electron enhanced etching of substrates in an AC or DC plasma environment
US5824602A (en) Helicon wave excitation to produce energetic electrons for manufacturing semiconductors
JP5271267B2 (en) Mask layer processing method before performing etching process
US5145554A (en) Method of anisotropic dry etching of thin film semiconductors
CN112192323A (en) Polishing equipment and method without subsurface damage
JPH0950984A (en) Surface treating method
JP3027871B2 (en) Etching method
JP3042208B2 (en) Microwave plasma processing equipment
JP4577328B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US5194119A (en) Method of anisotropic dry etching of thin film semiconductors
JPH0458176B2 (en)
JP3172340B2 (en) Plasma processing equipment
JP2000164580A (en) Plasma processing system method therefor
JPH0770510B2 (en) Plasma processing device
JP5227734B2 (en) Method and apparatus for low energy electron enhanced etching and cleaning of substrates
JP4607328B2 (en) Method and apparatus for low energy electron enhanced etching and cleaning of substrates
JPH0513319A (en) Pattern formation
JP3176312B2 (en) Dry etching method for aluminum alloy film

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees