JP3487150B2

JP3487150B2 - ドライエッチング方法および装置

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Publication number: JP3487150B2
Application number: JP31753497A
Authority: JP
Inventors: 拓也宮川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: JPH11150102A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチング
方法に係り、特にシリコン系やタンタル系の被エッチン
グ材をエッチングするのに好適なエッチング方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体装
置の集積密度の向上に伴い、溶液を使うウエットエッチ
ング（化学エッチング）に代え、より高精度なエッチン
グが可能な気体を用いるドライエッチングが広く行なわ
れるようになっている。従来、シリコン（Ｓｉ）やシリ
コン酸化物（ＳｉＯ₂ ）をイエッチングする場合、エッ
チングガス（反応ガス）として四フッ化炭素（ＣＦ₄ ）
などのフルオロカーボン（フロン）類が使用されてき
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したフル
オロカーボンは、オゾン層の破壊や地球を温暖化させる
物質として問題となっており、使用できなくなる可能性
がある。このため、このためフルオロカーボンを使用す
ることなく効率的なエッチングができる技術の確率が望
まれている。

【０００４】本発明は、前記要望に鑑みてなされたもの
で、フルオロカーボンを用いることなくシリコンやシリ
コン酸化物またはタンタルやタンタル酸化物をエッチン
グできるようにすることを目的としている。

【０００５】また、本発明は、シリコンとシリコン酸化
物、またはタンタルとタンタル酸化物との選択酸化を可
能にすることを目的としている。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【課題を解決する手段】上記の目的を達成するために、
本発明の請求項１に係る発明は、大気中またはその近傍
の圧力下の有機物を含むフッ素ガスまたはフッ化水素ガ
ス中で放電させて活性種を生成し、生成した活性種をシ
リコンまたはシリコン化合物もしくはタンタルまたはタ
ンタル化合物に接触させることを特徴としている。

【０００９】このように構成した本発明は、シリコンと
酸化シリコン、またはタンタルと酸化タンタルとが存在
している被エッチング材をエッチングすると、シリコン
またはタンタルの表面に有機物の重合膜が形成され、こ
の重合膜がシリコンまたはタンタルをエッチングから保
護するため、酸化シリコンまたは酸化タンタルのみを選
択的にエッチングすることができる。

【００１０】本発明の請求項２に係る本発明は、大気中
またはその近傍の圧力下の炭化水素と水蒸気とを含むフ
ッ素ガスまたはフッ化水素ガス中で放電させて活性種を
生成し、生成した活性種をシリコンまたはシリコン化合
物もしくはタンタルまたはタンタル化合物に接触させる
ことを特徴としている。

【００１１】この発明によれば、シリコンと酸化シリコ
ン、またはタンタルと酸化タンタルとが存在している被
エッチング材をエッチングすると、炭化水素の混入によ
り酸化シリコンまたは酸化タンタルを選択的にエッチン
グすることができるばかりでなく、混入した水蒸気が炭
化水素の重合を抑制するため、シリコンまたはタンタル
の表面に重合膜が形成されるの防止することができ、不
要な重合膜を除去するアッシング処理などを必要としな
い。

【００１２】本発明の請求項３に係る発明は、請求項１
または２のいずれかに記載のドライエッチング方法にお
いて、前記フッ素ガスは、フッ化物を放電させ、または
フッ化物の加熱分解、光分解、電気分解して生成するこ
とを特徴としている。このように構成することにより、
オゾン層を破壊したり地球の温暖化を招くフルオロカー
ボンを用いることなくフッ素ガスを得ることができる。

【００１３】光分解は、三フッ化窒素ガスなどの原料ガ
スに紫外線を照射して行なうことができる。例えば、三
フッ化窒素を加熱したり、または紫外線を照射すること
により、次の式のごとくフッ素ガスを得ることができ
る。

【００１４】

【化１】２ＮＦ3 →３Ｆ2 ＋Ｎ2 さらに、放電によってフッ素ガスを得る方法としては、

【００１５】

【化２】２ＣＦ4 →Ｆ2 ＋Ｃ2 Ｆ6

【００１６】

【化３】ＣＦ4 ＋Ｏ2 →２Ｆ2 ＋ＣＯ2 があり、化学反応でフッ素ガスを得るには、

【００１７】

【化４】２ＫＦ＋Ｈ2 ＳＯ4 →Ｆ2 ＋Ｋ2 ＳＯ4 の方法がある。

【００１８】また、本発明の請求項４に係る発明は、請
求項１または２のいずれかに記載のドライエッチング方
法において、前記フッ化水素ガスは、フッ化水素以外の
フッ化物を放電させ、またはフッ化物の加熱分解、光分
解、電気分解もしくはフッ化物を硫酸と反応させて生成
することを特徴としている。このように構成することに
より、フルオロカーボンを用いることなくフッ化水素ガ
スを得るこができる。放電によってフッ化水素ガスを得
る場合、

【００１９】

【化５】ＣＦ4 ＋２Ｈ2 Ｏ→４ＨＦ＋ＣＯ2 によって得られ、また例えば、

【００２０】

【化６】ＫＨＦ2 →ＫＦ＋ＨＦのようにフッ化水素アルカリを加熱分解したり、

【００２１】

【化７】ＮａＦ＋Ｈ2 Ｏ→ＮａＯＨ＋ＨＦのように、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）などのフッ化物
塩を電気分解することにより得ることができる。さら
に、

【００２２】

【化８】ＣａＦ2 ＋Ｈ2 ＳＯ4 →ＣａＳＯ4 ＋２ＨＦのように、蛍石と硫酸とを反応させることにより得るこ
ともできる。

【００２３】本発明の請求項５に係る発明は、シリコン
またはシリコン化合物もしくはタンタルまたはタンタル
化合物からなる被エッチング材をドライエッチングする
装置であって、大気中またはその近傍の圧力下のフッ素
ガスまたはフッ化水素ガス中で放電させて活性種を生成
する放電部と、この放電部に前記フッ素ガスまたはフッ
化水素ガスを供給する処理ガス供給部と、前記放電部に
おいて生成した前記活性種を前記被エッチング材に照射
し、被エッチング材をエッチングするワーク処理部とを
有することを特徴としている。このように構成した本発
明は、上記したフルオロカーボンを使用しないエッチン
グ方法を容易に実施することができる。また、本発明の
請求項５に係る発明は、前記放電部には、放電部に気体
状有機物を供給する有機物供給部が接続してあることを
特徴としている。この発明によれば、上記した酸化シリ
コンまたは酸化タンタルの選択エッチングを容易に行な
える。そして、水蒸気供給部により水蒸気を添加するこ
とにより、酸化シリコンまたは酸化タンタルの選択エッ
チングが行なえ、またシリコンまたはタンタルの表面に
おける重合膜の形成を防止できる。

【００２４】本発明の請求項６に係る発明は、請求項５
に記載のドライエッチング装置において、前記処理ガス
供給部は、フッ化物を放電させ、またはフッ化物の加熱
分解、光分解、電気分解もしくはフッ化物を硫酸と反応
させて前記フッ素ガスまたは前記フッ化水素ガスを生成
する処理ガス生成手段を有していることを特徴としてい
る。この構成によれば、フルオロカーボンを使用せずに
フッ素ガスまたはフッ化水素ガスを得ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明に係るドライエッチング方
法および装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従っ
て詳細に説明する。

【００２６】図１は、本発明の第１実施形態に係るドラ
イエッチング装置の説明図である。図１において、エッ
チング装置１０は、処理ガス供給部１２と放電部１４と
を備えている。処理ガス供給部１２は、四フッ化炭素ガ
ス供給器１６と酸素ガス供給器１８とフッ素ガス生成部
２０とを有していて、フッ素ガス生成部２０に導入管２
２を介して四フッ化炭素ガス供給器１６と酸素ガス供給
器１８とが接続してあり、四フッ化炭素ガスと酸素ガス
（Ｏ₂ ）とをフッ素ガス生成部２０に供給できるように
なっている。

【００２７】フッ素ガス生成部２０は、チャンバ２４内
に電極２６、２６が対向配置してあって、これらの電極
２６、２８管を四フッ化炭素ガスと酸素ガスとが通過す
るようにしてある。そして、フッ素ガス生成部２０は、
各電極２６、２８が高周波電源３０に接続してあって、
これらの電極２６、２８管に高周波電圧を印加し、電極
２６、２８間において大気圧またはその近傍の圧力下に
あるガスを介して放電し、フッ素ガス（Ｆ₂ ）を生成で
きるようになっている。また、フッ素ガス生成部２０に
は、処理ガス供給管３２が接続してあって、生成したフ
ッ素ガスを、図示しないヘリウムガス供給部からのヘリ
ウムガスとともに放電部１４に供給できるようにしてあ
る。

【００２８】放電部１４は、フッ素ガス３４が通流する
流路３６が設けられたブロック電極３８を有している。
そして、ブロック電極３８は、下部中央に流路３６と連
通した導入室４０が形成され、導入室４０にフッ素ガス
３４が流入するようになっている。導入室４０は、ブロ
ック電極３８の図１の紙面と直交した方向の全長にわた
って形成してある（図２参照）。また、流路３６は、導
入室４０に沿って複数形成してあり、各流路３６の先端
が導入室４０に開口している。さらに、ブロック電極３
８は、高周波電源４２に接続してあって、下端部の導入
室４０の両側に放電電極部４４、４６が形成されてい
る。この放電電極部４４、４６の外側面には、誘電体４
７が取り付けてある。そして、ブロック電極３８には、
下部を覆うとともに放電電極部４４、４６と誘電体４７
とに接触している誘電体からなる電極カバー４８が装着
してある。

【００２９】電極カバー４８の下方には、高周波電源４
２に接続した接地電極５０が配置してある。そして、電
極カバー４８には、導入室４０に流入したフッ素ガス３
４を電極カバー４８と接地電極５０との間のプラズマ形
成領域５２、５４に供給する供給路５６が形成してあ
る。このプラズマ生成領域５２、５４は、大気圧または
その近傍の圧力下のフッ素ガス３４を介して放電が行な
われ、フッ素のプラズマなどの励起された活性種が生ず
るようになっている。また、ガス供給路５６は、導入室
４０の全長にわたって設けてあるとともに、流路３６と
位置がずれていて、フッ素ガス３４がガス供給路５６の
全体に均一に広がるようにしてある。また、接地電極５
０の上にはシリコンウエハなどのワーク５８を配置でき
るようになっている。このワーク５８は、図１の矢印５
９に示したように、図示しない搬送機構により搬送され
るようになっていて、プラズマ形成領域５２、５４にお
いてエッチングされるようになっている。すなわち、こ
の第１実施の形態においては、プラズマ形成領域５２、
５４がワーク処理部となっている。

【００３０】このように構成した第１実施形態において
は、フッ素ガス供給部１２の四フッ化炭素ガス供給器１
６と酸素ガス供給器１８とからフッ素ガス生成部２０に
四フッ化炭素ガスと酸素ガスとを所定の割合で供給す
る。そして、フッ素ガス生成部２０の電極２６、２８間
に例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加
し、四フッ素ガスと酸素ガスとを介して放電させて、

【００３１】

【化９】ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ →２Ｆ₂ ＋ＣＯ₂ の反応によりフッ素ガス３４を生成し、流路３６を介し
てブロック電極３８の導入室４０に導入する。

【００３２】一方、放電部１４のブロック電極３８と接
地電極５０との間に例えば１３．５６ＭＨｚ、放電出力
３００Ｗの高周波電圧を印加する。そして、放電部１４
は、導入室４０に流入したフッ素ガス３４がガス供給路
５６を介して電極カバー４８と接地電極５０との間に供
給されると、高周波電圧によって線状のプラズマ生成領
域５２、５４においてフッ素ガス３４を介して放電して
プラズマ等の活性種を生成する。そこで、シリコンウエ
ハ等のワーク５８をワーク処理部となるプラズマ生成領
域５２、５４に送り込むと、ワーク５８の上面がフッ素
ガス３４の活性種によってエッチングされる。そして、
ワーク５８を矢印５９のように搬送することにより、ワ
ーク５８の上面全体のエッチングを行なうことができ
る。

【００３３】なお、前記実施の形態においては、フッ素
ガス生成部２０に四フッ化炭素ガスと酸素ガスとを供給
してフッ素ガス３４を生成した場合について説明した
が、酸素ガスを供給せずに四フッ化炭素ガスを介して放
電させてフッ素ガス３４を生成してもよい。また、フッ
素ガス生成部２０に四フッ化炭素ガスと水蒸気とを供給
して放電させ、

【００３４】

【化１０】ＣＦ₄ ＋２Ｈ₂ Ｏ→４ＨＦ＋ＣＯ₂ のように処理ガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスを生成
してもよい。そして、上記においては、フッ素ガス３４
またはフッ化水素ガスの原料として四フッ化炭素ガスを
用いた場合について説明したが、詳細を後述するように
これに限定されるものではない。従って、フルオロカー
ボンを使用することなくフッ素ガスまたはフッ化水素ガ
スを放電部１４に供給すれば、オゾン層の破壊や地球の
温暖化を防止することが出きる。

【００３５】ところで、半導体装置においては、シリコ
ン基板に酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）が層間絶縁膜等を形
成するためにしばしば形成される。このため、シリコン
基板をエッチングする場合、一般にシリコンと酸化シリ
コンとが混在する。ところが、フッ素ガスまたはフッ化
水素ガス中で放電させて活性種を生成し、これらの活性
種を用いてシリコン（Ｓｉ）と酸化シリコン（ＳｉＯ
₂ ）とが存在している基板をエッチングすると、いわゆ
る選択比が取れずにシリコンと酸化シリコンとの両方が
エッチングされ、酸化シリコンのみをエッチングしたい
場合でもシリコンまでエッチングされる問題を生ずる。
同様の問題は、液晶表示装置（ＬＣＤ）に使用するＭＩ
Ｍ素子のタンタル（Ｔａ）と酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ
₅ ）とをエッチングする場合にも生ずる。

【００３６】そこで、発明者等は、シリコンと酸化シリ
コンとの選択比、またはタンタルと酸化タンタルとの選
択比を取れるエッチング方法を鋭意研究し、種々の実験
を重ねた結果、フッ素ガスまたはフッ化水素ガスに有機
物、または水蒸気を含ませたガスを励起してエッチング
すると、シリコンと酸化シリコンとの選択比、またはタ
ンタルと酸化タンタルとの選択比が取れることを見いだ
した。

【００３７】図３は、上記の知見に基づいて、シリコン
と酸化シリコンとの選択比、またはタンタルと酸化タン
タルとの選択比が取れるエッチングを可能にする第２実
施の形態に係るエッチング装置である。

【００３８】図３において、エッチング装置６０は、処
理ガス供給部１２に四フッ化炭素ガス供給器１６とフッ
素ガス生成部２０とが設けてある。フッ素ガス生成部２
０は、第１実施の形態と同様に、高周波電源３０に接続
した電極２６、２８がチャンバ内に配設してあり、四フ
ッ化炭素ガス供給器１６から導入された四フッ化炭素ガ
スを励起してフッ素ガスを生成し、放電部７６に供給す
る。また、放電部７６には、有機物供給部となるバブリ
ング装置６４が接続してある。

【００３９】バブリング装置６４は、バブリング槽６６
内に有機物であるエチルアルコール（Ｃ₂ Ｈ₅ ＯＨ）６
８が貯溜してある。そして、バブリング槽６６の底部に
は、導入管７０の先端が接続された散気器７２が配設し
てあって、エチルアルコール６６にキャリアガスである
ヘリウム（Ｈｅ）ガスを吹き込むことができるようにし
てある。また、バブリング槽６６には、エチルアルコー
ル６６の上方に開口している供給管７４が設けてあり、
この供給管７４の先端がフッ素ガス生成部２０の処理ガ
ス供給管３２とともに放電部７６に接続してあって、エ
チルアルコール６８を含んだヘリウムガスを放電部７６
に供給できるようになっている。

【００４０】放電部７６は、絶縁材からなるベース７８
の上部に接地電極５０が配設してあって、接地電極５０
の上部にワーク処理室７９が形成されている。そして、
接地電極５０の周囲には、ベース７８の段部に設けたハ
ウジング８０が配置してあり、このハウジング８０に保
持部材８２を介して高周波電源４２に接続してある高周
波電極８４が支持させてある。この高周波電極８４は、
接地電極５０と対向する対向電極部８６と、対向電極部
８６の上部に設けた支持電極部８８とによって導入室９
０が形成してあって、支持電極部８８に設けた導入口９
２からエチルアルコール６６を含んだキャリアガスとの
混合ガス９４を導入室９０に流入させることができるよ
うにしてある。

【００４１】対向電極部８６は多孔となっていて、導入
室９０に流入した混合ガス９４が導入室９０の全体から
下方に流出するようにしてある。そして、対向電極部８
６の下部には、保持部材８２に支持させた多孔の整流板
９６が配置してあって、対向電極部８６から流出した大
気圧またはその近傍の圧力の混合ガス９４が整流板９６
の下部のプラズマ生成部９８に均一に供給され、ワーク
処理室７９に配置したワーク５８の上面全体に活性種を
均一に照射できるようにしてある。さらに、ハウジング
８０の下部には、開閉弁１００を備えた排出口１０２が
設けてあり、ワーク５８のエッチング処理を終了したガ
スを排気できるようにしてある。

【００４２】このように構成した第２実施の形態におい
ては、ヘリウムガスをエチルアルコール６６中にバブリ
ングし、フッ素ガス生成部２０において生成したフッ素
ガスとともに電極８４の導入室９０に導入する。導入室
９０に流入したヘリウムガスとフッ素ガスとの混合ガス
９４は、対向電極部８６、整流板９６を介してプラズマ
生成部９８に供給され、励起されて活性種がワーク７８
をエッチングする。そして、ワーク５８がシリコンと酸
化シリコンとが存在している場合、またはタンタルと酸
化タンタルとが存在している場合、酸化シリコンまたは
酸化タンタルが選択的にエッチングされ、シリコンまた
はタンタルのエッチングが防止される。これは、酸化シ
リコンまたは酸化タンタルは、エッチングされる際に、
内部に存在する酸素原子が混合ガス９４中に含まれるエ
チルアルコール６６の重合反応を阻止して重合膜の生成
を阻止し、フッ素ガスの活性種が容易に接触するために
エッチングが進行する。一方、シリコンまたはタンタル
は、エチルアルコール６６の重合を妨げる酸素原子を有
しないため、励起されたフッ素ガスとエチルアルコール
６６とが重合反応をし、シリコンまたはタンタルの表面
のエッチングを妨げため、エッチングされないものと思
われる。しかも、エチルアルコール６６中に含まれる酸
素がシリコンまたはタンタルの表面に形成される重合膜
をアッシングする作用をなすため、シリコンまたはタン
タルの表面にほとんど重合膜は形成されない。

【００４３】なお、第２実施の形態においては、有機物
としてエチルアルコール６６を用いた場合について説明
したが、有機物はデカン等の炭化水素などであってもよ
く、具体的にはＣ_x Ｈ_Y Ｏ_Z Ｎ_V で表される化合物であ
って、Ｚ≧１、Ｙ≧４、Ｚ、Ｖ≧０のものである。

【００４４】図４ないし図７は、フッ素ガスまたはフッ
化水素ガスの生成装置の他の実施形態を示したものであ
る。

【００４５】図４に示した処理ガス生成装置１０４は、
チャンバ１０６に、原料ガス１０８を導入する原料導入
管１１０と、生成したフッ素ガスまたはフッ化水素ガス
からなる処理ガス１１２を放電部に供給する処理ガス供
給管１１４が接続してある。また、チャンバ１０６の底
部に原料ガス１０８を加熱するヒータ１１６が設けてあ
る。

【００４６】このように構成した処理ガス生成装置１０
４によるフッ素ガスの生成は、原料導入管１１０を介し
て四フッ化炭素ガス、フッ化水素ガスなどの原料ガス１
０８をチャンバ１０８内に導入し、原料ガス１０８を加
熱分解する。なお、チャンバ１０６内に蛍石と硫酸、ま
たは濃硫酸と金属フッ化物とを配置してヒータ１１６に
よって加熱すれば、フッ化水素ガスを得ることができ
る。

【００４７】図５に示した処理ガス生成装置１１８は、
前記のヒータ１１６に代えて紫外線を放射する光源１２
０を設けたものである。この処理ガス生成装置１１８
は、チャンバ１０６内の原料ガス１０８に紫外線を照射
して励起し、四フッ化炭素ガスやフッ化水素ガスを分解
してフッ素ガスを生成する。

【００４８】図６に示した実施の形態は、電気分解によ
って処理ガスを得るものである。処理ガス生成装置１２
２は、例えばフッ化水素酸や融解したフッ化水素カリウ
ムなどの電解液１２４を貯溜した電解槽１２６を有して
いる。そして、電解液１２４中には、直流電源１２８に
接続した電極１３０、１３２が配設してある。また、電
解槽１２６には、仕切り板１３４が電極１３０と電極１
３２との間に設けてあって、電極１３０から生成される
水素ガスと電極１３２から生成されるフッ素ガスとが混
じらないようにしてある。

【００４９】図７に示した処理ガス生成装置１３６は、
槽１３８に液体フッ化水素１４０が貯溜してある。そし
て、槽１３８には、ヘリウムガスなどのキャリアガス１
４２が通る管路１４４の分岐管１４６、１４８が挿入し
てある。これらの分岐管１４４、１４６は、液体フッ化
水素１４０の上方に開口していて、管路１４４の導入部
１４９、分岐管１４６を介してキャリアガス１４２の一
部を槽１３８内に導入することができるようにしてある
とともに、気化したフッ化水素を含んだキャリアガス１
４２を分岐管１４８、供給管部１５０を介して大気圧ま
たはその近傍の圧力の処理ガスとして放電部に供給する
ようになっている。

【００５０】図８は、第３実施の形態に係るエッチング
装置の概略構成図である。図８において、放電部７６に
は、処理ガス供給部１２とバブリング装置６４とが接続
してあるとともに、水蒸気供給部である第２のバブリン
グ装置１５２が接続してある。バブリング装置６４のバ
ブリング層６６には、炭化水素であるデカン（Ｃ
₁₀Ｈ₂₂）１５４が貯溜してあって、キャリアガスである
ヘリウムガスによってデカンを放電部７６に供給できる
ようにしてある。また、第２のバブリング装置１５２の
バブリング層１５６には、水１５８が貯溜してあって、
水１５８にバブリングさせたヘリウムガス（キャリアガ
ス）に水蒸気を含ませて放電部７６に供給できるように
なっている。

【００５１】このように構成した第３実施の形態におい
ては、フッ素ガスにデカンと水蒸気とを含ませて放電さ
せ、生じたプラズマなどの活性種をシリコンと酸化シリ
コン、またはタンタルと酸化サンタルとが存在するワー
クに照射することにより、シリコンまたはタンタルのエ
ッチングが防止されて酸化シリコンまたは酸化タンタル
が選択的にエッチングされるとともに、水蒸気の存在に
よってシリコンまたはタンタルの表面におけるデカンの
重合膜の形成が阻止される。これは、水蒸気に含まれる
水素原子がデカンの重合反応と逆の反応を促進すること
によると考えられる。そして、シリコンまたはタンタル
の表面における重合膜の形成が阻止されるところから、
エッチング後に重合膜のアッシング処理を必要としな
い。

【００５２】

【実施例】なお、下記の各実施例においては、四フッ化
炭素ガスを分解して得たフッ素ガスを用いてエッチング
を行なっているが、電気分解などによって得たフッ素ガ
スを利用すれば、フルオロカーボンをまったく使用する
必要がない。

【００５３】《実施例１》乾燥させた大気圧の四フッ化
炭素ガス２００ｃｃ／分をフッ素ガス生成部２０に供給
し、電極２６、２８間に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧
（放電出力３００Ｗ）を印加してフッ素ガスを生成し、
これを図３に示した放電部７６のプラズマ生成領域９８
に大気圧のヘリウムガス２０ｌ／分とともに供給して放
電させ、プラズマ生成領域に配置したワークに照射して
エッチング処理を行なった。ワークとしては、シリコン
（Ｓｉ）と酸化シリコン（Ｓｉ₂ ）とを用いた。また、
放電部の電極に印加した高周波電圧は、周波数が１３．
５６ＭＨｚであり、放電出力が３００Ｗである。

【００５４】５分間のエッチング処理をしたところ、シ
リコンは０．５６μｍエッチングされ、酸化シリコンは
０．６７μｍエッチングされた。これにより、フッ素ガ
スを介して放電させてプラズマなどの活性種を生成し、
活性種をシリコンまたは酸化シリコンに照射することに
より、これらを同じようにエッチングできることが確認
された。

【００５５】なお、放電させたフッ素ガスをタンタルと
酸化タンタルとに照射したところ、いずれもエッチング
された。

【００５６】《実施例２》実施例１と同様に四フッ化炭
素ガス２００ｃｃ／分をフッ素ガス生成部２０に導入し
てフッ素ガスを得て放電部７６のプラズマ生成領域９８
に供給するとともに、ヘリウムガス２０ｌ／分の一部
（１ｌ／分）をバブリング装置６４のエチルアルコール
６６中を通してバブリングを行ない、他のヘリウムガス
と一緒にプラズマ生成部９８に供給した。そして、電極
８４と接地電極５０との間に１３．５６ＭＨｚの高周波
電圧（放電出力３００Ｗ）を印加してフッ素ガスを介し
て放電させて活性種を生成し、プラズマ生成領域９８に
配置したシリコンと酸化シリコンとに照射してエッチン
グ処理を行なった。

【００５７】それぞれ５分間の処理を行なったところ、
シリコンはエッチングされなかったが、酸化シリコンは
０．８５μｍエッチングされた。すなわち、フッ素ガス
にエチルアルコールを混入して放電させると、酸化シリ
コンだけがエッチングされるようになり、シリコンと酸
化シリコンとが存在している場合、酸化シリコンのみを
選択的にエッチングすることができる。

【００５８】なお、フッ素ガスにエチルアルコールを混
入した上記の混合ガスを介して放電させてタンタルと酸
化タンタルとに照射したところ、酸化タンタルだけがエ
ッチングされてタンタルはエッチングされなかった。

【００５９】《実施例３》前記実施例と同様にして２０
０ｃｃ／分の四フッ化炭素ガスをフッ素ガス生成部２０
ｎい供給して放電させてフッ素ガスを生成し、放電部７
６のプラズマ生成領域９８に供給するとともに、ヘリウ
ムガス２０ｌ／分の一部（１ｌ／分）をバブリング装置
６４に貯溜したデカン（Ｃ₁₀Ｈ₂₂）中を通してバブリン
グを行ない、他のヘリウムガスと一緒にプラズマ生成部
９８に供給した。そして、電極８４と接地電極５０との
間に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧（放電出力３００
Ｗ）を印加してフッ素ガスを介して放電させて活性種を
生成し、プラズマ生成領域９８に配置したシリコンと酸
化シリコンとに照射してエッチング処理を行なった。

【００６０】それぞれ５分間の処理を行なったところ、
シリコンはエッチングされなかったが、酸化シリコンは
１．２６μｍエッチングされた。すなわち、フッ素ガス
にデカンを混入して放電させると、酸化シリコンだけが
エッチングされ。そして、シリコンの表面には、目視に
よっても認識することができる重合膜が生成された。こ
の重合膜に水を滴下したところ、水との接触角が１２０
度であって、非常に撥水性、潤滑性があることがわかっ
た。

【００６１】なお、フッ素ガスにデカンを混入した上記
の混合ガスを介して放電させてタンタルと酸化タンタル
とに照射したところ、酸化タンタルだけがエッチングさ
れてタンタルはエッチングされなかった。

【００６２】《実施例４》前記と同様にして四フッ化炭
素ガス２００ｃｃ／分をフッ素ガス生成部２０に供給し
つつ放電させてフッ素ガスを生成し、放電部７６のプラ
ズマ生成領域９８に供給するとともに、ヘリウムガス２
０ｌ／分の一部（１ｌ／分）をバブリング装置６４のデ
カン中を通してバブリングを行ない、またヘリウムガス
２０ｌ／分の内の２００ｃｃ／分を水でバブリングし、
これらバブリングしたヘリウムガスを他のヘリウムガス
と一緒にプラズマ生成部９８に供給した。そして、電極
８４と接地電極５０との間に１３．５６ＭＨｚの高周波
電圧（放電出力３００Ｗ）を印加してフッ素ガスを介し
て放電させて活性種を生成し、プラズマ生成領域９８に
配置したシリコンと酸化シリコンとに照射してエッチン
グ処理を行なった。

【００６３】それぞれ５分間の処理を行なったところ、
シリコンはエッチングされなかったが、酸化シリコンは
１．０８μｍエッチングされた。そして、フッ素ガスに
デカンと水蒸気とを混入して放電させた場合、シリコン
の表面には重合膜が存在しなかった。これは、水蒸気中
の水素原子がデカンの重合反応と逆の反応を生じさせる
ことによるものと思われる。従って、フッ素ガスにデカ
ンと水蒸気とを混入して放電させ、シリコンと酸化シリ
コンとが存在するワークをエッチングすると、酸化シリ
コンを選択的にエッチングできるとともに、半導体装置
の製造に好ましくないシリコン表面上の重合膜の発生を
抑制することができる。

【００６４】なお、フッ素ガスにデカンと水蒸気とを混
入した上記の混合ガスを介して放電させてタンタルと酸
化タンタルとに照射したところ、酸化タンタルだけがエ
ッチングされてタンタルはエッチングされなかった。

【００６５】《実施例５》四フッ化炭素ガスに酸素ガス
を混入して放電させたときのフッ素ガスの発生量を測定
した。

【００６６】フッ素ガス生成部２０に３００ｃｃ／分の
乾燥させた四フッ化炭素ガスを供給し、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電圧を印加し（放電出力３００Ｗ）、フッ素
ガス生成部２０における出側のフッ素ガス濃度を測定し
たところ、６２０ｐｐｍであった。

【００６７】また、乾燥させたフッ素ガス２５０ｃｃ／
分と乾燥させた酸素ガス５０ｃｃ／分とをフッ素ガス生
成部２０に供給し、前記と同様の条件で放電させたとこ
ろ、出側におけるフッ素ガスの濃度は４２０００ｐｐｍ
であった。さらに、乾燥させたフッ素ガス２００ｃｃ／
分と乾燥させた酸素ガス１００ｃｃ／分とをフッ素ガス
生成部２０に供給し、前記と同様の条件で放電させたと
ころ、出側におけるフッ素ガスの濃度は１３０００ｐｐ
ｍであった。

【００６８】以上のことから、四フッ化炭素ガスに酸素
ガスを混入すると、フッ素ガスの生成量を飛躍的に向上
させることができる。

【００６９】なお、乾燥させた四フッ化炭素ガス３００
ｃｃ／分を水にバブリングさせたのち、フッ素ガス生成
部に供給して上記と同様にして放電させたところ、出側
におけるフッ素ガスの濃度は３８０００ｐｐｍであっ
た。このことから、水も酸素と同様にフッ素ガスの生成
量を増大させる効果があることがわかる。

【００７０】《実施例６》ヘリウムガス２０ｌ／分と、
フッ化水素の５０％水溶液（フッ化水素酸）に１ｌ／分
をバブリングしたヘリウムガスとを混合して放電部に導
入し、放電部の電極間に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧
（放電出力３００Ｗ）を印加して５分間放電させ、シリ
コンと酸化シリコンとをエッチング処理したところ、シ
リコンは１μｍエッチングされ、酸化シリコンは１．３
μｍエッチングされた。

【００７１】さらに、ヘリウムガス２０ｌ／分のうち１
ｌ／分をエチルアルコールにバブリングし、上記のフッ
化水素酸にバブリングしたヘリウムガスとともに放電部
に供給し、上記と同様にして５分間放電してシリコンと
酸化シリコンとのエッチング処理を行なったところ、シ
リコンはエッチングされず、酸化シリコンが１．６μｍ
エッチングされた。

【００７２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、フッ素ガスまたはフッ化水素ガス中で放電させてエ
ッチングを行なうようにしているため、シリコンやシリ
コン酸化物またはタンタルやタンタル酸化物をエッチン
グするのにオゾン層を破壊したり、地球の温暖化を招く
ようなフルオロカーボンを使用する必要がない。

【００７３】また、フッ素ガスまたはフッ化水素ガスに
有機物を含ませて放電させてシリコンと酸化シリコン、
またはタンタルと酸化タンタルとが存在している被エッ
チング材をエッチングすると、シリコンまたはタンタル
の表面に有機物の重合膜が形成され、この重合膜がシリ
コンまたはタンタルをエッチングから保護するため、酸
化シリコンまたは酸化タンタルのみを選択的にエッチン
グすることができる。そして、炭化水素と水蒸気とを含
むフッ素ガスまたはフッ化水素ガス中で放電させてエッ
チングを行なうと、炭化水素の混入により酸化シリコン
または酸化タンタルを選択的にエッチングすることがで
きるばかりでなく、混入した水蒸気が炭化水素の重合を
抑制するため、シリコンまたはタンタルの表面に重合膜
が形成されるの防止することができ不要な重合膜を除去
するアッシング処理などを必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係るドライエッチン
グ装置の説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明の第２実施の形態に係るドライエッチン
グ装置の説明図である。

【図４】処理ガスを生成する装置の一例を示す図であ
る。

【図５】処理ガスを生成する装置の他の例を示す図であ
る。

【図６】処理ガスを生成する装置のさらに他の例を示す
図である。

【図７】フッ化水素ガスを生成する装置の一例を示した
ものである。

【図８】第３実施の形態に係るドライエッチング装置の
概略構成図である。

【符号の説明】

１０エッチング装置１２処理ガス供給部１４放電部２０フッ素ガス生成部３０高周波電源３４フッ素ガス３８ブロック電極４２高周波電源４４、４６放電電極部５０接地電極５２プラズマ生成領域５８ワーク６０エッチング装置６４有機物供給部（バブリング装置）６８有機物（エチルアルコール）８４高周波電極９８プラズマ生成領域１５２水蒸気供給部（第２のバブリング装
置）１５８水

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】大気中またはその近傍の圧力下の有機物
を含むフッ素ガスまたはフッ化水素ガス中で放電させて
活性種を生成し、生成した活性種をシリコンまたはシリコン化合物もしく
はタンタルまたはタンタル化合物に接触させることを特
徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】大気中またはその近傍の圧力下の炭化水
素と水蒸気とを含むフッ素ガスまたはフッ化水素ガス中
で放電させて活性種を生成し、生成した活性種をシリコンまたはシリコン化合物もしく
はタンタルまたはタンタル化合物に接触させることを特
徴とするドライエッチング方法。
【請求項３】請求項１または２のいずれかに記載のド
ライエッチング方法において、前記フッ素ガスは、フッ
化物を放電させ、またはフッ化物の加熱分解、光分解、
電気分解して生成することを特徴とするドライエッチン
グ方法。
【請求項４】請求項１または２のいずれかに記載のド
ライエッチング方法において、前記フッ化水素ガスは、
フッ化水素以外のフッ化物を放電させ、またはフッ化物
の加熱分解、光分解、電気分解もしくはフッ化物を硫酸
と反応させて生成することを特徴とするドライエッチン
グ方法。
【請求項５】シリコンまたはシリコン化合物もしくは
タンタルまたはタンタル化合物からなる被エッチング材
をドライエッチングする装置であって、大気中またはその近傍の圧力下のフッ素ガスまたはフッ
化水素ガス中で放電させて活性種を生成する放電部と、
この放電部に前記フッ素ガスまたはフッ化水素ガスを供
給する処理ガス供給部と、前記放電部に気体状有機物を供給する有機物供給部と、前記放電部において生成した前記活性種を前記被エッチ
ング材に照射し、被エッチング材をエッチングするワー
ク処理部とを有することを特徴とするドライエッチング
装置。
【請求項６】請求項５に記載のドライエッチング装置
において、前記処理ガス供給部は、フッ化物を放電さ
せ、またはフッ化物の加熱分解、光分解、電気分解もし
くはフッ化物を硫酸と反応させて前記フッ素ガスまたは
前記フッ化水素ガスを生成する処理ガス生成手段を有し
ていることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項７】請求項５に記載のドライエッチング装置
において、前記放電部には、放電部に水蒸気を供給する
水蒸気供給部が設けてあることを特徴とするドライエッ
チング装置。