JPH02222142A - 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】 「発明の利用分野」 本発明はスパッタ効果を伴わせつつエツチングするエツ
チング方法であって、かつ−度に多数の基体上にエツチ
ングを行うエツチング方法に関する。

本発明はりアクティブ・イオン・エツチングを多数の基
体上に施す方法に関する。

〔従来の技術〕

非単結晶半導体、特にアモルファスシリコンを半導体製
造時にエツチングする方法の一つとしてスパッタ等の物
理的現象を利用したものが、半導体回路の微細化に伴い
注目されるようになってきた。

この方法は反応容器内に対向して平行平板電極を配置し
て、一方の電極上に被エツチング物を置き、反応容器内
にエツチングガスを導入して前記平行平板電極に所定の
高周波電力を印加することにより反応容器内にプラズマ
を発生させて、このプラズマの物理的作用により基板の
エツチングを行うものである。

このようなエツチング方法に際して一般に使用されるガ
スには、フッ化炭素化合物、フッ化炭化水素化合物等の
フッ素系ガス、塩素や塩素含有ガスからなる塩素系ガス
、臭素や臭素含有ガスからなる臭素系ガスがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらフッ素系のガスを用いたエツチングは加工
精度上大きな問題があり、塩素系のガスを用いたエツチ
ングは基板表面が粗れて見掛は上、黒色化するという問
題がある。臭素系のガスは、エツチング溝の側壁に突起
物が出来てしまう。さらにこれらのガスはエツチング溝
の側壁が平面状でなく屈曲してしまうというように実用
上大きな問題があった。

また前記のガスの他に四塩化珪素（ＳｉＣＩ４）と酸素
（０２）との混合ガスを用いたエツチング方法が知られ
ているが、エツチング中に生ずるシリコンと酸素との化
合物からなる反応生成物が反応容器や基板を汚染すると
いう問題がある。

加えて上記したエツチング方法は、いずれも対向する平
行平板電極の一方の電極上に被エツチング物を置いてエ
ツチングを行うものであり、大面積の基板」−に多数枚
同時にエツチングできないばかりか一度に多量の基板に
エツチングを行うこともできなかった。このため大容量
の反応空間に多数の基板を配設して、−度にエツチング
をする方法が求められていた。

本発明は前記のような従来使用されているエツチングガ
スの問題点をなくして、エツチング溝の側壁に屈曲部等
がない、いわゆる異方性のエツチングを実現し、それと
共に大面積の基板あるいは多数枚の基板に同時にエツチ
ングを行うことを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的のために互いに離間して配設され
た一対の第１および第２の電極を有し、前記電極間に前
記電極面に垂直または概略垂直方向に配設された互いに
離間した複数のホルダまたは基体を第３の電極として設
けた処理装置の、前記複数のホルダおよび電極間に三フ
ッ化窒素及びフッ化炭素を導入し、前記一対の電極と前
記第３の電極との間に交番電圧を印加せしめることによ
り、前記三フッ化窒素及びフン化炭素をプラズマ化せし
め、前記基体上をエツチングせしめることを特徴とする
エツチング方法とした。

即ち本発明は、六面体構造を有する反応空間において、
前後の一対をなす面に互いに離間して一対の第１および
第２の電極を配設する。さらに基体またはホルダの第３
の電極を設ける。そして第３図（１）に示すように、第
３の電極（３０１）と一対の第１　（３０２）および第
２の電極（３０３）との間に交番電圧特に第１の交番電
圧を基体またはホルダ側がカソード側（スパッタ効果を
有する側）となるべく印加する。

さらにこの交番電圧（第１の交番電圧）に比べてより高
い周波数の第２の交番電圧を交周波電源（３０４）　、
　（３０５）より一対の第１の電極と第２の電極間に第
３図（２）に示すように相補の位相関係となるべくして
印加する。第３図（２）中ＲＦＩは第１の電極に加える
高周波電源（３０４）を示し、ＲＦ２は第２の電極に加
える高周波電源（３０５）を示す。

即ち、プラズマをより容易に発生させやすい電圧（ＩＭ
ｔｌｚ以上の高周波電圧、例えば１３．５６Ｍｔｌｚ）
を第１および第２の電極間に第２の交番電圧の出力側の
マツチングコイルの一端および他端とを互いに連結して
、対称または対称に近い交番電界を印加する。

さらにそのコイルの中点と第３の電極との間にスパッタ
効果をより発生せしめるための周波数（１〜５００ＫＨ
ｚ）の他の第１の交番電界を交周波電源（３０６）より
印加し、基体を保持するための導体のホルダ（単にホル
ダともいう）また基体にスパッタ効果を伴わせつつエツ
チング処理をせんとしたものである。

本発明はかかるプラズマを筒状空間に保持し、この一対
の電極間に一定の間隔を有して互いに離間して配設され
た基体のすべての表面に同時にエツチング処理を行うも
のである。

エツチング用の材料としては、三フン化窒素及びフッ化
炭素の混合気体を用いた。

以下に図面に従って本発明に用いられたプラズマ処理方
法を記す。

「実施例１」 第１図は本発明のエツチング方法を実施するだめのプラ
ズマ処理装置の概要を示す。また第２図は第１図のＡ−
Ａ　＝　での縦断面を右方向よりみた状態を示している
。

図面において、プラズマ処理装置の反応容器（７）はロ
ード用予備室（７−１）、アンロード用予備室（７−２
）とを有し、それぞれの間はゲート弁（１４−２）　、
　（１４−３）および大気との間はゲート弁（１４−１
）　、　（１４−４）即ち（１４）で仕切られている。

反応空間（６）では基体（１−１）　、　（１−２）　
、・・（１−ｍ）即ち（］）がホルダ（２−１）、　（
２−２）、　・・・（２−ｎ）即ち（２）上に配設され
ている。この基体（１）は一方の面にのみプラズマ処理
をする構成である。しかし基体の表面および裏面に同時
にプラズマ処理をせんとする場合はホルダ（２）は穴を
あけ、この穴に基体を挟んで配設すればよい。

この実施例において、第１の電圧が交番電圧であるため
ホルダが牟反状のアルミニウム　ニッケル等の導体であ
り、その両面にガラス、シリコン基板、セラミック等の
絶縁体の基体を配設させ得る。即ち、第４図（１）に示
すようにホルダ（２）を絶縁物例えばガラスのサセプタ
（，１０１） で保持した構造、あるいはサセプタ（４０１）に金属を
使用した場合には第４図（２）に示すように絶縁材料、
例えばガイシのようなスベーザー（４０２）を使用した
構造としても良い。

このような構造は基体（１）のみに電圧がかかるように
なるため、エツチング処理がより有効に行われる。この
ホルダ間の間隔（３１−ＩＬ　（３１−２）、　　・・
・（３１−ｒ＋−１）は互いに等しくまたは概略等しく
せしめ、それぞれの基体上の処理の程度が同じ（成膜で
は膜厚、膜質が同じ）程度（平均値に対し±２０％以内
のバラツキ）となるようにした。ロード室（１７−１）
、アンロード室（１７−２）においては、基体およびホ
ルダは空間の節約のため間隔（３２−１）　、　（３２
−２）・・・（３２−ｎ−１）を反応空間での間隔に比
べて狭くした。またこれらホルダはガイドレール（９）
にハング（引っ掛け）されて保持されてあり、ガイドレ
ール（９）よりホルダに電流を流しホルダまたは電極を
第３の電極とし得るよう構成した。

ガス系００）において、エツチング用気体をバルブ（２
８）流量系（２９）をへて反応系（３０）中にノズル（
２５）より導入される。

反応系（３０）は、筒構造体（８）　、　（８°）（四
角の枠構造を有する）を有し、また第２図に示す如く、
この第１図における前方（第２図における左側）および
後方（第２図の右側）には一対の第１および第２の電極
（３）、（３＝　）を金属メツシュで構成せしめる。そ
の外側にはハロゲンヒータ（１１）、（１１°）を配設
し、赤外線の反射板（１２）　、　（１２・）をさらに
その外側に設けている。そして基体を一１００’Ｃ（冷
却手段を設りた場合）〜８５０°Ｃの温度に成就させた
。またホルダ（２）は第３の電極を構成し、反応容器（
７）とは電気的に絶縁される。このホルダに保持されて
基体（１−１）　、　（１−２）　、・・・（トｎ）即
ち（１）を配設している。第１の交番電圧が電源（１７
）よりホルダ（２）の第３の電極と第１および第２の電
極（３）。

（３・）との間に印加させるようになっている。

さらに第２の電極（１５）よりマツチングトランス（１
６）を介して、第１の交番電界より、より高い周波数の
第２の交番電圧が一対の電極（３）、　（３＝　）に（
４）　、　（４°）をへて印加される。

このマツチングトランスは、対称型または概略対称型の
出力を有し、一端（４）および他端（４′）は一対の第
１及び第２の電極（３）、　（３＝　）　　にそれぞれ
に連結されている。またトランスの出力側中点（５）に
は第１の交番電圧（１７）が印加されている。第２の交
番電圧は１〜５０００ＭＨ２例えば１３．５６　ＭＨｚ
の周波数の高周波電界を印加し、第１の交番電圧は１〜
５００ＫＩＩｚ例えば５０ＫＨｚの周波数の交番電界を
印加した。

かくして反応空間にプラズマ（６）が発生する。排かく
して反応空間にプラズマ（６）が発生ずる。排気系（２
０）は、圧力調整バルブ（２１）、ターボ分子ポンプ（
２２）、　　ロータリーポンプ（２３）をへて不要気体
を排気する。

圧力は、反応空間（６）で０．００１〜］、Ｏｔｏｒｒ
例えば０．０５ｔｏｒｒとし、この筒構造体（８Ｌ（８
−）は直方体状を有し、例えば巾１６０ｃｍ　、奥行き
４０ｃｍ、縮１６０ｃｍとした。

また反応容器（７）の内壁面に付着しないようプラズマ
が反応空間（６）より外部（６ｏ）にもれないよう筒構
造体（８）、（８＝　）を設けている。

一対の電極は有効面積１２０ｃｍ口とするため、１５０
ｃｍ口とした。かがる空間において１．０〜３０ＫＷ　
（単位面積あたり０．４４Ｗ／ｃｍ２のプラズマエネル
ギ）の第２の高周波電圧を加える。さらに第１の交番電
圧による交流バイアスは、被形成面上に一２００〜６０
０Ｖ（例えばその出力は５００Ｗ’）となるよう５０Ｋ
ＩＩｚの周波数で３に−の出力を加えた。

もちろん、この直方体の筒状構造体の高さを２０ｃｍ〜
５ｍ、また電極の一辺を３０ｃｍ口〜３ｍ口としても次
にエツチング方法について述べる。

ホルダに第５図の如く基板（７０）に形成されたアモル
ファスシリコン（７１）がマスク（７２）で覆われた被
エツチング材料である基体を装着し、ガス系（１０）の
（１０１，１）より三フン化窒素、　（１０−２）より
フッ化炭素を反応容器内に導入し、上述したように各電
極間に電圧を加え、エツチングを行った。

エツチング性能について調べるため、三フッ化窒素（Ｎ
Ｆ３）ガスとフッ化炭素（ＣＦ４）ガスとの混合ガスの
うち、ＣＦ４の流量を変化さ−ｌ゛て被エツチング材料
のエツチングを行った。第６図にその結果を示す。×は
エツチング形状が等方的なものを示し、△はエツチング
形状が異方的なものでテーパ状になっているものを示し
、Ｑはエッチング形状が異方的なもので第７図に示すよ
うにほぼ垂直に溝が形成されたものを示す。第６図に示
されているようにＣＩ’４の流量が７５．８０，８５，
９０ＣＣＭずなわち流量比で７５．８０，８５．９０％
のとき異方性の理想的なエツチング形状が得られた。

ＣＦ、＋の流量が６０．６５．７０ＣＣＭのとき即ち流
量比で６０．６５．７０％の七きはテーパー状のエツチ
ング形状が得られた。またＣＦ４の流量が５０．５５Ｃ
ＣＨのとき即ち流量比で５０．５５％のときは等方性の
エツチング形状となってしまった。

以上のようにＣＦ４ガスとＮＦ３ガスとを混合してエツ
チングガスとして使用すればＣＦ、の流量比が７５〜９
０％で第７図に示すような理想的なエツチング形状のも
のが得られる。また、本発明の方法を用いれば多数の被
エツチング材料に対してエツチング処理を行うことがで
きる。

〔効果〕

本発明のエツチング方法によれば、エツチングガスを三
フッ化窒素ガスとフッ化炭素ガスとの混合ガスで構成し
ているため混合ガスの混合の条件を適切に設定すること
により異方性のよいエツチングを安定に再現性良く実現
することが可能となる。また反応容器内で一対の第１お
よび第２の電極を設けた他に、ホルダまたは基体を第３
の電極としたこ七〇こより反応容器内の空間を有効に使
用できるため多数の被エツチング材料に対して処理する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエツチング方法を実施するだめの処理
装置を示す図。 第２図は、第１図のＡ−Ａ・での縦断面を示す図。 第３図（１）は本発明に用いる処理装置における電極と
交周波電源との関係を示す図。 ず図。 第５図は被エツチング材料を示すズ。 第６図はエツチング結果を示す図。 第７図は異方性エツチングを示す図。 １・・・基体 ２・・・ホルダ ３．３・　・・第１及び第２の電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに離間して配設された一対の第１および第２の
   電極を有し、前記電極間に前記電極面に垂直または概略
   垂直方向に配設された互いに離間した複数のホルダまた
   は基体を第３の電極として設けた処理装置の、前記複数
   のホルダおよび電極間に三フッ化窒素及びフッ化炭素を
   導入し、前記一対の電極と前記第３の電極との間に交番
   電圧を印加せしめることにより、前記三フッ化窒素及び
   フッ化炭素をプラズマ化せしめ、前記基体上をエッチン
   グせしめることを特徴とするエッチング方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、第２の交番電圧よ
   りのマッチングコイルの出力側の一端および他端に一対
   の電極のそれぞれを連結せしめ、前記マッチングコイル
   の出力側の中点と第３図の電極との間に第１の交番電圧
   を印加せしめることを特徴とするエッチング方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、マッチングコイル
   の出力側の中点を接地レベルとしたことを特徴とするエ
   ッチング方法。