JPH02181922A - シリコン系物質のドライエッチング方法 - 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、シリコン系物質のドライエツチング方法に関
する。本発明は、例えば、半導体装置等の製造の分野に
おいて、シリコン等に溝や穴を形成する、いわゆるシリ
コントレンチエツチング技術として好適に利用すること
ができる。

〔発明の概要〕

本発明は、シリコン系物質をエツチングするドライエツ
チング方法において、フッ素を含有するハロゲン化炭素
と塩素との混合ガスをエツチングガスとすることにより
、エツチング速度の低下やマスク材等シリコン系物質と
の選択比の低下を防止し、もって、例えばレジストをマ
スクとして用いるシリコン系物質のエツチングをも、可
能としたものである。

〔従来の技術〕

単結晶シリコンに深い溝や穴を形成する、いわゆるシリ
コントレンチエツチング技術は、半導体装置製造等の分
野において、きわめて重要な技術となっている。特に、
高メガビットＤＲＡＭのトレンチキャパシターの形成や
、高速バイポーラトランジスタのトレンチアイソレーシ
ョン用等に応用され、必要不可欠な技術になろうとして
いる。

かかるシリコン系物質のトレンチエツチング技術におい
て、現在実用化されている一般的なブロセスは、塩素系
のガスを使用して、ＳｉＯ□をマスクとして加工する方
法である。このような方法については、種々のガスによ
る例が報告されている（例えば、特開昭６３−４９１号
公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、現在主流である塩素系ガスをエツチング
ガスとするプロセスでは、エツチングマスクとしてＳｉ
Ｏ２を使用することが不可欠である。

このため、実際にシリコン基板にトレンチ（溝等）を形
成するには、 ■　ＳｉＯ□堆積 ■　フォトレジストパターニング ■　ＳｉＯ□ＲＩＥ ■　フォトレジストアッシング という工程を要する。この結果、シリコン基板に直接レ
ジストをパターニングした場合に比べて、工程数が増え
てしまうという問題を有している。

この問題を解決するため、フォトレジストをマスクにし
てシリコン基板にトレンチを形成する技術が切望されて
いる。

ところが、トレンチエツチングでは他の薄膜加工時と異
なり、エツチングが長時間に及ぶため、通常の薄膜加工
プロセス以上の選択比が要求され、これがトレンチ加工
のレジストマスク化を困難なものとしている。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決して、レ
ジストマスクでのシリコン系物質のエツチングを可能な
らしめ、かつその場合に側壁保護に伴うエツチング速度
の低下をも抑えることができるエツチング方法を捉供せ
んとするものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕上述した従来
技術の問題点を解決するため、本発明においては、シリ
コン系物質をエツチングするドライエツチング方法にお
いて、フッ素を含有するハロゲン化炭素と塩素との混合
ガスをエツチングガスに用いる技術的手段を採る。

ここで、フッ素を含有するハロゲン化炭素とは、分子中
の構成元素として少なくともフッ素を有するハロゲン化
炭素を称する。このようなハロゲン化炭素としては、例
えば、ＣＦａ　、Ｃ２Ｆ４、Ｃ，Ｆ、、Ｃ４Ｆａ等のＨ
を含まないフレオン系ガスを好ましく用いることができ
る。また、構成元素としてフッ素の他に塩素を含むもの
も好ましく使用できる。

また、フッ素を含有するハロゲン化炭素と塩素との混合
ガスとは、これらのガスを必須の成分として含むものを
いい、その他のガス（希釈ガス等）が含有されてもよい
ものである。

本発明の作用は必ずしも明らかではないが、上記の含フ
ツ素ガスが、エツチング時、特にプラズマ中での解離に
よってＣＦＸ’をより多く生じ、これがメインエッチャ
ントとして作用する塩素ガスとともに、高選択比を可能
にするものと考えられる。

即ち、塩素ガスにカーボン系のデポガス（堆積ガス）を
添加するシリコントレンチエツチング法は、塩素系活性
種によるシリコンのエツチングと、炭素の堆積による側
壁保護プロセスとして公知だが、この場合、用いられる
デボガスは、Ｃ）ＩＰ、＋、ＣｔＶＩａ等のようなガス
種であり、あくまで炭素の堆積が目的のため、Ｈを含有
したＦ／Ｃ比の低いガスが用いられることが多く、この
堆積の影響とＨによるＣ１の捕捉によって、エツチング
速度の低下、ひいてはＳｉ／マスク材の選択比低下を免
れなかった。

これに対し、本発明では、フッ素を含有するハロゲン化
炭素と塩素との混合ガスをエツチングガスに用いるもの
であり、従って、メインのエツチングガスであるＣ１２
への添加ガスとしてＣＦ、″を生じ易いガスを用いた形
になる。この添加ガスが、従来は堆積への寄与がほとん
どであったものが、エツチング自体にも寄与し、工７チ
ング速度の低下を抑制する作用を果たすものと考えられ
る。本発明を採用し、バイアス印加タイプのＥＣＲエツ
チャー等を用いれば、ＲＦバイアスのコントロールで、
Ｓｉ／ＰＲ（ＰＲはフォトレジストを示す）の選択比の
確保が可能となる。従って、本発明の採用により、フォ
トレジストマスクにより、シリコンのエツチングを実現
することが可能ならしめられる。

上記したように、本発明は、エツチング時に発生するＣ
ＦＸ″が本発明の作用に寄与する部分が大きいと考えら
れる。本発明の好ましい一実施態様は、エツチングガス
として、放電中にＣＦＸ”をより多く生ずるガスにＣ１
ｔを添加してなるガス系を用いることである。

また別の好ましい一実施態様は、エツチング条件として
、スパッタによるフォトレジストのエツチング速度上昇
を抑えるため、できる限り低い、より好ましくは１００
ワツト以下のＲＦバイアスを用いることである。

スを用い、フォトレジストとシリコンとの選択比が確保
できるか否かを試験した。

下記表は、各種カーボン系のガスとＣｒｔを一定の流量
比とし、ＥＣＲエツチャーを用い、圧力１０ｍＴｏｒｒ
　、、ＲＦバイアス１００ワットの条件下での、エツチ
ング時のフォトレジストとＳｔのエツチング速度を示し
たものである。Ｄｅｐｏとあるのは、堆積が生じて、エ
ツチングが進行しなかったことを示す。フォトレジスト
としてはノボラック系のレジスト、具体的には大日本イ
ンキ■製商品名ＤＰＲ２６００を用いた。

（実施例〕 以下本発明の実施例について説明する。但し当然のこと
ではあるが、本発明は以下述べる実施例により限定され
るものではない。

（各種カーボン系ガスによる比較実験）具体的な実施例
の説明に先立ち、本発明の作用を確認するため、各種カ
ーボン系のガス（炭化水素ガスや、ハロゲン化炭素等）
と塩素との混合ガエッチング・Ｐの− 表から理解されるように、同じカーボン系のデボガス（
堆積ガス）でも、ＣＺＨ，では、ＨによるＣ１の捕捉が
おこり、カーボンは堆積のみにしか寄与しないため、同
じ条件下でもほとんどエツチングが進行していない。Ｃ
ＩＩｆｆＦについては、エツチングは進行するが、この
条件では、フォトレジストの方がエツチングされる速度
が大きい。

これに対し、Ｃ３ＦＢは、側壁保護のみでなく、エツチ
ングにも寄与して、通常はエツチング速度を急激に低下
させるカーボン系のデポガス（側壁に堆積物を生じさせ
るガス）にもかかわらず、エツチング速度の低下の抑制
に寄与していると考えられる。これは、Ｂｉ　Ｃｓ　Ｆ
　＊ガスがＣＦ、□を多く生ずるガスであることによる
ものと考えられる。実際、Ｓｔのエツチング速度が４５
００人／分で、充分なシリコンのエツチングが進行した
。

この試験から、本発明を採用すれば、少なくともプラズ
マエツチングに使えるようなプラズマ耐性のあるフォト
レジストは、充分な選択比をもって、シリコンのエツチ
ング用マスクとして使用できることがわかる。

（具体的実施例） 以下、本発明の具体的な実施例を示す。

単結晶シリコン基板上に通常のレジストプロセスで所望
のパターンを形成し、しかる後、エツチングガスとして
流量比Ｃ３Ｆｌｌ／　Ｃ１ｚ　＝１１／　９　ＳＣＣＭ
の混合ガスを用いて、圧力１０ｍＴｏｒｒで、ＲＦバイ
アス印加型のＥＣＲエツチャーを用いて、エツチングを
行った。この時、ＥＣＲエツチャーのＲＦバイアスを、
５０〜１００ワツトの間でふって、各種のバイアスで実
施した。

第１図に示すグラフは、この時のシリコンとフォトレジ
ストのエツチング速度の上記ＲＦバイアス依存の度合い
を示すものである。第１図のグラフは、横軸にＲＦバイ
アス（ワット）をとり、縦軸にエツチング速度（ｎｍ７
分）をとった。図中、符号Ｉは単結晶シリコンについて
のデータ、■はフォトレジストについてのデータを示す
。

第１図より理解されるように、低バイアス化するにつれ
てＩ／ＩＩの比は大きくなって選択比は向上し、５０ワ
ット時には選択比約７が得られている。

この時エツチング形状も、Ｃ１ｔ単独では大きく生ずる
アンダーカットが抑えられた、良好な異方性形状が得ら
れた。これは、Ｃ３Ｆ１１から生じたＣＦｘ″のカーボ
ンが側壁保護に寄与したためであるが、かかる側壁保護
効果に通常伴うエツチング速度の低下は顕著でなく、エ
ツチング速度の低下を抑制する作用のあるＣＦｘ″利用
の効果が出ている。

本実施例によれば、本発明の採用により、レジストマス
クでの単結晶シリコントレンチエツチングを、充分な選
択比をもって実現でき、かつ、ダメージが生じるような
非実際的な条件を用いることなく、低ダメージで実施す
ることができる。

また上記のように、カーボン系ガスの側壁保護膜を利用
して、異方性形状の良いシリコントレンチエツチングを
実現できるわけであるが、この時の側壁保護のための堆
積作用に伴うエツチング速度の低下をできる限り抑えた
状態で、エツチングを行うことができる。

なお、上記実施例では、エツチングガスとしてＣＪｓを
用いたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、ガス種、エ
ツチング条件その他を適宜選択できるのは言うまでもな
く、本発明は様々の態様をもって実施できるものである
。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明によれば、フォトレジストマスクを用
いてのシリコン系物質のエツチングを、充分な選択比を
もって実現することが可能ならしめられる。かつ、炭素
を含むガス（ハロゲン化炭素）による側壁保護効果が発
揮されるとともに、それに伴うエツチング速度の低下を
抑えることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、）？Ｆバイアスと、エツチング速度との関係
を示すグラフである。 ■・・・ＲＦバイアスに対するＳｉのエツチング速度の
変化を示すグラフ、■・・・同、フォトレジストのエツ
チング速度の変化を示すグラフ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン系物質をエッチングするドライエッチング
   方法において、 フッ素を含有するハロゲン化炭素と塩素との混合ガスを
   エッチングガスに用いるシリコン系物質のエッチング方
   法。