JPH01278023A - ドライエッチング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体製造における半導体ウェハへのエツチ
ング等に用いるドライエツチング方法及びその装置に関
する。

〈従来の技術〉 近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体ウェハ
上への微細パターンの形成には、高周波放電プラズマを
利用したりアクティブイオンエツチング（ＲＩＥ）が用
いられている。その一方で、このＲＩＥにおける高エネ
ルギーイオンの衝撃等によるデバイス損傷が問題となっ
ている。

この解決方法の一つとして、光励起やマイクロ波励起等
によって生成したハロゲン系中性ラジカル（活性種）に
よるエツチング技術が最近研究される様になった。しか
しながらこのハロゲン系中性ラジカルは、イオンの様な
方向性を持っておらず、エツチング面に吸着しただけで
自発的且つ等法的にエツチング反応を進行させてしまう
。よって異方性形状の必要な微細加工には適さないとい
う欠点があった。

そこで従来、上記ハロゲン系中性ラジカルにより異方性
のエツチングを行う為に、第５図の概略構成図で示す様
な装置を用いたドライエツチング方法が提案されている
（「マイクロ波励起により生じた活性種によるＮゝ型型
詰結晶シリコンび単結晶シリコンの方向性エツチングＪ
　１９８５ドライプロセスシンポジウムｐ、３４参照）
。

上記文献に３いては、被エツチング試料５１として、レ
ジストをバターニングの為のマスク材としたｎ型多結晶
シリコンを用いている。モしてＣＪｌ　ｚガスをマイク
ロ波電源５２からの２．４５ＧＩＩｚのマイクロ波によ
って解離させてＣｌラジカル（以下Ｃ１”と記す）とし
、そのＣ１”を、石英管５３を介してＳＯ３Ｃ０Ｍの流
量でチャンバー５４内に導入する。又チャンバー５４内
にはＭＭＡ　（メタクリル酸メチル）を分圧０．０１５
Ｔｏｒｒで導入し、チャンバー５４内の全圧力を０．２
Ｔｏｒｒとする。

上記Ｃ見８とＭＭＡはチャンバー５４内で反応してポリ
マーを生成し、試料５１のエツチング面５１ａ上に堆積
する。斯かる状態で、試料５１の温度を２０℃〜３０°
Ｃに保って、エツチング面５１ａに垂直にＫｒＦエキシ
マレーザビーム５５を、チャンバー５４外より石英窓５
６を通して照射する。するとパターニングにより凹凸の
形成されたエツチング面５１ａのうち、レーザビーム５
５の照射を受ける面、つまりレーザビーム５５に対して
垂直な面のポリマーは除去され、そのポリマーの除去さ
れた部分はｃｆＬ”の攻撃を受けてエツチング反応が進
行する。これに対し、レーザビーム５５の照射を受けな
いパターン側壁部は、ポリマーが除去されずに残る為、
Ｃ１”の攻撃が防がれ、その結果、異方性エツチングが
達成されることになる。

〈発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の様なポリマーによるパターン側壁
保護効果を利用した異方性エツチング方法は、エツチン
グ制御が困難であり、今後益々パターンの微細化、高ア
スペクト比化が進む半導体製造には適用し得ない。

又、エツチングチャンバー内がポリマーによって汚染さ
れるという問題も有する。

本発明は、上述したラジカルによるエツチングの制御性
や汚染の問題を解決し、微細で高アスペクト比のパター
ンを、制御性良く、又デバイス損傷を与えることなくエ
ツチングし得るドライエツチング方法を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段〉 上記目的を達成する為に、本発明のトライエツチング方
法では、ハロゲン系中性ラジカルを被エツチング試料の
エツチング面に吸着させた後、上記被エツチング試料を
正にバイアスした状態で上記エツチング面に電子ビーム
を照射してエツチングを行う。

又上記方法を用いた本発明のドライエツチング？、Ｍは
、チャンバーと、該チャンバー内に設置された被エツチ
ング試料のエツチング面に吸着させるハロゲン系中性ラ
ジカルを生成する手段と、上記被エツチング試料を正に
バイアスする手段と、上記ハロゲン系中性ラジカルを吸
着させたエツチング面に照射する電子ビームを発生させ
る手段とを備えたことを特徴とするものである。

く作用〉 上記トライエツチング方法及びその装置では、ハロゲン
系中性ラジカルを吸着させた被エツチング試料のエツチ
ング面に、電子ビームを照射すると、電子ビームの電子
は上記ハロゲン系中性ラジカルへ移動し、該ラジカルは
マイナスイオンとなる。このマイナスイオンが、エツチ
ング面と、正にバイアルされた被エツチング試料との間
の表面電場によって該試料中に引込まれ、エツチング反
応が進行する。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に係るドライエツチング装置の第一の
実施例を示す概略構成図である。

図で示す様に、チャンバー１内には、エツチング室２と
上下に連通したマイクロ波共鳴室３が設けられている。

エツチング室２には、被エツチング試料である単結晶シ
リコンから成る半導体ウェハ４を鉛直に支持させるサセ
プタ５と、上記半導体ウェハ４のエツチング面４ａに垂
直に照射させる電子ビーム６を発生する電子ビーム発生
装置７とか設けられている。上記サセプタ５には、半導
体ウェハ４を正にバイアスする為に、直流電源Ｅ１によ
って正電圧が印加されている。又上記電子ビーム発生装
置７は、電子発生源であるカソード７ａと、電子を引出
すグリッド７ｂと、電子を上記半導体ウェハ４の方向へ
加速するアノード７ｃとより構成されている。

一方上記マイクロ波共鳴室３は、電子サイクロトロン共
鳴によってプラズマを発生させる部分であり、この共鳴
室３を外側から水平に囲む様にソレノイド８が設けられ
るとともに、共鳴室３の上部の石英製誘電体窓９を通し
てマイクロ波発振器９からのマイクロ波を導入する様に
構成されている。

そして上記マイクロ波共鳴室３に、マイクロ波発振器Ｉ
Ｏから、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管１
１及び誘電体窓９を通して導入する。更にソレノイド８
によってこの共鳴室３内に８７５ｇａｕｓｓ程度の磁界
を発生させる。斯かる状態で、ガス流量制御器１２及び
バルブ１３を介してガス導入口１４から共鳴室３内に、
ハロゲン系反応ガス、例えばＣＪＩ２を導入すると、電
子サイクロトロン共鳴によりプラズマが発生し、これに
よりＣｌ　２ガスは解離して、ｃｉ”　　（ラジカル）
やＣ１”が生成される。このＣ１”やＣ１”は、エツチ
ング室６の方へ流れていく。

上記半導体ウェハ４はプラズマ流に対して平行に設置さ
れており、又正にバイアスされている為に、イオン衝撃
は直接量けず、そのエツチング面４ａには、拡散によっ
て到達したＣ１”が吸着することになる。

ところで上記エツチング面４８つまり単結晶シリコン表
面に吸着したＣ交８が、シリコン内に侵入してエツチン
グ反応する場合の活性化エネルギーは、Ｍ、５ｅｅｌら
が報告している様にｌ：ｌｅＶと大きい（Ｐｈｙｓ、Ｒ
ｅｖ、　、Ｂ２８（１９８：１）２０２３参照）。よっ
てこのままではエツチング反応は進行しない。エツチン
グ反応を進行させる為には、次の様な方法か考えられる
。

即ち、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４９ｎ■）の様な
紫外領域のレーザ光をエツチング面４ａに垂直に照射し
、その光励起によりエツチング面４ａに電子−正孔対な
発生させ、更に吸着したＣ１”への電子移動によってＣ
１−を生成させる。そしてそのＣ１−を表面電場により
シリコン内に引込み、５ｉＣ１工として気相へ脱離させ
る。

或は、吸着したＣ１”に対し、イオン衝撃の様な物理的
衝撃を与えてエツチング面４ａに励起電子を発生させ、
更に吸着したＣ見８への電子移動によってＣ１−を生成
させて被エツチング試料とのエツチング反応を進行させ
る方法が考えられる。

上記何れの方法においても、吸着したＣ１”か電子移動
によってＣＩ−となることは、エツチング反応の触発に
とって重要な過程である。

本発明のドライエツチング方法は、エツチング反応の触
発にとって重要な上記過程を誘起させるという考えに基
づくもので、電子ビームを照射することによりエツチン
グ反応を起こさせるドライエツチング方法である。つま
り上述の如くエツチング面４ａにハロゲン系中性ラジカ
ルであるＣ１”を吸着させた後、そのエツチング面４ａ
に、電子ビーム発生装置７からの電子ビーム６を照射す
ることによりエツチングを行う。

第２図（ａ）の概略図で示す様に、バターニングのマス
ク材であるレジスト膜１５を形成するとともにＣ１”を
吸着させた半導体ウェハ４のエツチング面４ａに、電子
ビーム６を垂直に照射すると、電子ビーム６の電子はＣ
Ｉ”へ移動し、Ｃ１”はマイナスイオンＣ１−となる。

このＣ１−が、エツチング面４ａと、正にバイアスされ
た半導体ウェハ４との間の表面電場によってウェハ４の
シリコン中に引込まれ、エツチング反応が進行する。

上記電子ビーム６は、エツチング面４ａに対して垂直に
照射される為、第２図（ｂ）の概略図で示す様に、パタ
ーン低部４ｂにおいて優先的に上記電子の移動が起き、
従って異方性エツチングが達成される。この時、電子ビ
ーム照射によってウェハ温度は上昇することが予想され
る為、第１図に示す如く、サセプタ５に冷却水Ｗを供給
して半導体ウェハ４の温度を一定に保つ様にしている。

第３図は、本発明のドライエツチング装置の第二の実施
例を示す概略構成図である。

図で示す様にこの第二実施例においては、チャンバー１
内に、エツチング室２と上下に連通したプラズマ生成室
１６が設けられている。プラズマ生成室１６内には、水
平方向に対向した平行平板電極１７が設置され、この平
行平板電極１７間には、高周波電源Ｅ２によって高周波
電圧が印加される様に構成されている。エツチング室２
内の構成については、上記第一実施例と同様である。

そして電極１７間に、Ｃｌ　２等のハロゲン系ガスを導
入するとともに高周波電圧（例えば１３．５６ＭＨ２）
を印加してプラズマを発生させ、ラジカルを生成させる
。このプラズマ中で生成されるラジカルのうち、Ｃ１”
の様な電荷をもたない中性ラジカルはエツチング室２へ
拡散していき、半導体ウェハ４のエツチング面４ａに吸
着する。この状態で電子ビーム６を照射することにより
、上記第一実施例の場合と同様に異方性エツチングが達
成される。

第４図は、本発明のドライエツチング装置の第三の実施
例を示す概略構成図である。

図で示す様にこの第三実施例においては、エツチング室
２内の電子ビーム発生装置７とサセプタ５とを上下に配
置し、水平に設置した半導体ウェハ４のエツチング面４
ａに対して、鉛直上方より電子ビーム６を照射する様に
構成している。更にチャンバー１の外側にＸｅＣｌエキ
シマレーザ装置１８を配設し、そのレーザ光１９（波長
３０８ｎｍ）を。

石英窓２０を通してエツチング室２内に水平に入射させ
ている。

そしてエツチング室２内にＣ１，等のハロゲン系ガスを
導入するとともに、上記レーザ光１９を半導体ウェハ４
のエツチング面４ａに対して水平に照射すると、エツチ
ング面４ａに、光解離によって生成したＣ１”が吸着す
る。この状態て電子ビーム６を照射することにより、上
記第一実施例の場合と同様に異方性エツチングが達成さ
れる。

尚、本発明の方法によってドライエツチングを行う為に
本発明の装置では、ハロゲン系中性ラジカルをチャンバ
ー１内で生成させているが、チャンバー１外で生成した
ハロゲン系中性ラジカルをチャンバー１内に導入する様
にしてもよい。

又本発明の方法によるドライエツチングは、電子ビーム
を照射することによって初めてエツチング反応を引起こ
すことができる様な他の被エツチング試料と反応ガスと
の組合わせによっても可能であることは勿論である。

〈発明の効果） 以上説明した様に本発明によれば、ハロゲン系中性ラジ
カルと電子ビームとの相互作用によるエツチングであっ
て高エネルギーのイオン衝撃を与えない為にデバイスを
損傷させることがなく、しかも反応系が簡単であり、微
細で高アスペクト比のパターンを制御性良く異方性エツ
チングすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係るドライエツチング装置の第一の
実施例を示す概略構成図。 第２図（ａ）、（ｂ）は、エツチング反応を説明する為
の概略図、 第３図は１本発明に係るドライエツチング装置の第二の
実施例を示す概略構成図、 第４図は、同第三の実施例を示す概略構成図、第５図は
、従来のドライエツチング装置を示す概略構成図である
。 ｌ・・・チャンバー、　　　　４−・・半導体ウェハ。 ４ａ−−−エツチング面、　　６−・・電子ビーム。 ７・・・電子ビーム発生装置、　　８−・ソレノイド。 １０・・・マイクロ波発振器、　　１７・・・平行平板
電極。 １８・・・エキシマレーザ装置、　　１９−・・レーザ
光。 Ｅ□・・・直流電源Ｉ　　　　Ｅ２・・・高周波電源。 ５ＰＪ３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハロゲン系中性ラジカルを被エッチング試料のエ
   ッチング面に吸着させた後、前記被エッチング試料を正
   にバイアスした状態で前記エッチング面に電子ビームを
   照射してエッチングを行うドライエッチング方法。
2. （２）請求項１記載のドライエッチング方法を用いてエ
   ッチングを行う装置であって、 チャンバーと、 該チャンバー内に設置された被エッチング試料のエッチ
   ング面に吸着させるハロゲン系中性ラジカルを生成する
   手段と、 前記被エッチング試料を正にバイアスする手段と、 前記ハロゲン系中性ラジカルを吸着させたエッチング面
   に照射する電子ビームを発生させる手段と、 を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。