JP3728021B2 - プラズマエッチング電極及びその製造方法 - Google Patents

プラズマエッチング電極及びその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体集積回路や光通信用の導波路を製造する際に使用される平行平板型のプラズマエッチング電極及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近になって、半導体集積回路の微細化技術と高密度化技術の進展に伴い、平行平板型電極を使用し、ウエハ上に微細なパターンを高精度に形成することのできるプラズマエッチング電極に関する技術の重要性が高まっている。
【０００３】
現在、上記のようなプラズマエッチング電極としては、アルミ、グラファイト、ガラス状カーボン、石英や金属シリコン等によるものが使用されている。
【０００４】
しかしながら、従来のプラズマエッチング電極には、プラズマエッチング中にそれ自体が消耗すると共に導入されるガスと反応し、酸化物或いはふっ化物となって飛散してしまい、電極の素材やその純度にもよるが、場合によっては半導体デバイス等の被エッチング物に影響を与えるという難点があった。
【０００５】
即ち、例えば、アルミには消耗した際に被エッチング物の金属汚染源となる金属酸化物が発生するという問題があり、グラファイトは本来焼結体であるので、これにはエッチング中にダストが大量に発生するという問題があり、ガラス状カーボンはダストの発生は少ないものの、純度に限界があると共にやはり被エッチング物の金属汚染源となる金属酸化物が含まれているという問題があり、石英は絶縁材料であるので、電極としての使用には本来適していないという問題がある。
【０００６】
一方、金属シリコンは、本来半導体用に製造されている素材であるので、半導体デバイス等と同様のレベルにおいて不純物の制御が可能であるという利点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属シリコンによる従来のプラズマエッチング電極には、電極表面に存在すると推定されているマイクロクラックがプラズマによって破壊されてダストが発生し、この電極の素材である金属シリコンは、半導体デバイス等とは同一の材質であるため、半導体デバイス等に与える影響は上記他の素材よりは小さいと考えられるものの、ダスト中のドーパントによる被エッチング物の汚染を避けることができない。
【０００８】
従って、半導体デバイス等と同様のレベルにおいて不純物の制御をすると共に、プラズマエッチング時のダストの発生を無くした金属シリコンによるプラズマエッチング電極を提供することができれば、半導体集積回路の微細化技術と高密度化技術に寄与することが大と考えられる。
【０００９】
本発明は、このような従来技術を背景としてなされたもので、ダストの発生を極力抑制することにより、均一なエッチングを可能としたプラズマエッチング電極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、単結晶シリコンからなるプラズマエッチング電極において、
１．電気抵抗が０．０００１乃至４０Ωｃｍであり、
２．結晶面が（１００）面であり、
３．ボロンによりドープされていて、
４．表面が酸によりエッチング処理されていて、
５．真空中での熱処理が施されている
ことを特徴とするプラズマエッチング電極を提供する。
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、更に、結晶面が（１００）面の金属シリコンをボロンでドープし、電極表面を酸によりエッチング処理した後、真空中で熱処理を施すことを特徴とするプラズマエッチング電極の製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明のプラズマエッチング電極は、上述のように単結晶シリコンからなるが、この金属シリコンにおける抵抗値としては、電気抵抗で０．０００１から４０Ωｃｍが好ましく、電気抵抗がこの値より大きいと、プラズマ発生電圧が極端に高くなるため、電極の損傷が大きくなってしまい、又、電気抵抗がこの値より小さいと、ドーバントが多くなるため、シリコンウエハ等の被エッチング物を汚染してしまう。
【００１４】
又、単結晶シリコンの結晶面には（１００）、（１１０）、（１１１）があるが、本発明のプラズマエッチング電極における単結晶シリコンの結晶面は、この中で（１００）面が最も好ましく、（１１０）面や（１１１）面を使用した場合、穴加工や外周加工中にクラックが入りやすく、このクラックがエッチング中の大量なダスト発生につながってしまう。
【００１５】
従来より提供されているプラズマエッチング電極では、種々のドーパントが使用されているが、本発明のプラズマエッチング電極におけるドーパントとしては、ボロンを使用する。ボロン以外の他のドーパントを使用した場合、ダストが発生してシリコンウエハ等の被エッチング物が汚染されやすくなるばかりか、理由は不明であるがダストの発生量が増加してしまう。
【００１６】
尚、上記ドーパントとしてのボロンの使用量としては１×１０−４〜１×１０−３ｐｐｍという範囲を例示することができ、ドーパントを上記範囲で使用すると、本発明のプラズマエッチング電極の電気抵抗を前記所定の範囲内とすることができる。
【００１７】
又、本発明のプラズマエッチング電極は、上記要件を満たすシリコン材料を用いて形成するのであるが、どのような優れた加工を行っても、若干ではあるものの表面に歪みやマイクロクラックが発生してしまい、この歪みやマイクロクラックが残ったままプラズマエッチングを行うと、歪みやマイクロクラックからシリコンが剥離し、ダストの大量発生の原因になってしまう。そのため、本発明のプラズマエッチング電極では、電極表面に対し酸によるケミカルエッチングを行うことで、歪みやマイクロクラックを減少させ、ダストの発生を大幅に抑制している。
【００１８】
尚、上記ケミカルエッチングで使用する酸は、金属シリコンを溶解するものであればどのようなものでも良いが、例えば、フッ酸や、フッ酸と硝酸と酢酸等の混酸を挙げることができる。
【００１９】
上記のようにケミカルエッチングを行った後、最終工程として真空中で熱処理を施すことにより、本発明のプラズマエッチング電極とすることができる。この真空中での熱処理の目的は、第一には、酸によるケミカルエッチングにより多くのマイクロクラックは除去できるが、若干のマイクロクラックが残るので、これを更に少なくすることと、第二には、酸によるケミカルエッチングにより表面に若干の酸が残るため、この酸を分解すると共に、他の不純物を除去することにある。
【００２０】
上記真空中での熱処理における処理温度としては、２００℃以上１２００℃以下、好ましくは４００℃以上１１００℃以下という範囲を例示することができる。
【００２１】
上記のように製造された本発明のプラズマエッチング電極は、シリコンの脱落によるダストの発生が極端に抑制され、高精度で汚染源となることのない理想的なプラズマエッチング電極ということができる。
【００２２】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００２３】
実施例１
ボロンによりドーピングされ、電極抵抗が３５Ωｃｍで結晶面（１００）の単結晶シリコン板に対し、ダイヤモンド工具を用いて、7ｍｍピッチでφ0．5ｍｍの穴を７８８個開けると共に、外形２８０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に加工した。加工したシリコン板を５０℃のフッ酸に６０秒間浸漬してケミカルエッチングを行った。その後、不純物を除去するために、シリコン板を真空炉に入れ、温度４００℃にて１時間熱処理し、プラズマエッチング電極を作製した。
【００２４】
実施例２
ボロンによりドーピングされ、電気抵抗１５Ωｃｍで結晶面（１００）の単結晶シリコン板を用い、５０℃の混酸（フッ酸：硝酸：酢酸＝１：４：１）に６０秒浸漬することによりケミカルエッチングを行った以外は実施例１と同様にして、プラズマエッチング電極を作製した。
【００２５】
実施例３〜６
以下の表１に示した単結晶シリコン板を用いた以外は実施例２と同様にして、プラズマエッチング電極を作製した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
比較例１
真空熱処理を行わない以外は実施例２と同様にして、ブラズマエッチング電極を作製した。
【００２８】
比較例２〜５
以下の表２に示した単結晶シリコン板を用いた以外は実施例２と同様にして、ブラズマエッチング電極を作製した。
【００２９】
比駁例６
ケミカルエッチングを行わない以外は実施例２と同様にして、プラズマエッチング電極を作製した。
【００３０】
比較例７
ボロンによりドーピングされ、電気抵抗０．００００５Ωｃｍで結晶面（１１１）の単結晶シリコン板に対し、ダイヤモンド工具を用いて、７ｍｍピッチでφ０．５ｍｍの穴を７８８個開けると共に、外形２８０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に加工し、プラズマエッチング電極とした。
【００３２】
比較例８
ひ素によりドーピングされ、電気抵抗１５Ωｃｍで結晶面（１００）の単結晶シリコン板を用いた以外は実施例１と同様にして、ブラズマエッチング電極を作製した。
【００３３】
【表２】
【００３４】
エッチング試験
上記した電極をブラズマエッチング装置にセットし、反応ガスであるトリフロロメタン、アルゴン及び酸素の混合ガスを流し、プラズマを発生させた。８インチのシリコンウエハの酸化膜をエッチングし、その際にウエハ表面に付着した０．３μｍ以上の粉末粒子の個数をカウントした。結果を以下の表３に示す。
【００３５】
【表３】
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のプラズマエッチング電極によれば、エッチング工程でのダストの発生を極端に減少させることができ、歩留りが良く、高精度なプラズマエッチングが可能である。

Claims (3)

  1. 単結晶シリコンからなるプラズマエッチング電極において、
    １．電気抵抗が０．０００１乃至４０Ωｃｍであり、
    ２．結晶面が（１００）面であり、
    ３．ボロンによりドープされていて、
    ４．表面が酸によりエッチング処理されていて、
    ５．真空中での熱処理が施されている
    ことを特徴とするプラズマエッチング電極。
  2. ボロンによるドープの量が、１×１０−４〜１×１０−３ｐｐｍである請求項１に記載のプラズマエッチング電極。
  3. 結晶面が（１００）面の金属シリコンをボロンでドープし、電極表面を酸によりエッチング処理した後、真空中で熱処理を施すことを特徴とするプラズマエッチング電極の製造方法。
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