JPH02250323A - エッチング方法及び装置 - Google Patents

エッチング方法及び装置

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JPH02250323A
JPH02250323A JP7060489A JP7060489A JPH02250323A JP H02250323 A JPH02250323 A JP H02250323A JP 7060489 A JP7060489 A JP 7060489A JP 7060489 A JP7060489 A JP 7060489A JP H02250323 A JPH02250323 A JP H02250323A
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JP
Japan
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sample
etching
type
etching method
molecular flow
Prior art date
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Application number
JP7060489A
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English (en)
Inventor
Susumu Hiraoka
平岡 進
Keizo Suzuki
敬三 鈴木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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) 本発明は固体表面をエツチングするエツチング方法に係
り、特に半導体素子に好適な低損傷かつ異方性の高いエ
ツチングを行なうことが可能なエツチング方法に関する
〔従来の技術〕
プラズマエツチングを用いて試料のエツチングを行ない
半導体素子を形成する場合、プラズマ中の高エネルギー
粒子が試料に与えるダメージが問題となっている。従来
はこのようなダメージによって酸化膜の耐圧が劣化した
り、リーク電流の増加が起こり、十分な素子特性を得る
のが困難であった。
この問題を解決する為に、特開昭61−181131号
に記載のように、キャリアガスとしてArやN2を使用
したX e F2の分子流を用いるエツチング等が考え
られる。XeFxの分子流をエツチングに用いる場合、
XeFzの持つエネルギーが十分に低い為試料にダメー
ジを与えることはなく、またX a F’ zの入射方
向にエツチングが進行するので異方性のエツチングを行
なうことが可能である。
〔発明が解決しようとする課題〕
キャリアガスとして、ArやN2を使用したXeFzの
分子流をSi等のエツチングに用いた場合、エツチング
速度を高める為にX e F’ 51の流量を増加させ
てもSi表面にフッ化物の層が形成され、エツチング速
度を十分に上げられないという問題点があった。この傾
向は特にp型Siで大きく、試料中に1p型の部分とn
型の部分が混在した場合、p型の部分のエツチングが進
まず、エツチングが不均一になるという問題点もあった
〔課題を解決する為の手段〕
本発明ではキャリアガスとしてHeを使用したXeFx
の分子流を用いて試料のエツチングを行なうことで上記
従来技術の問題点を解決した。
〔作用〕
ノズルからXeFx分子流を噴出する場合、キャリアガ
スの割合が十分に高ければ、XeFz分子の並進速度は
、はとんどキャリアガス分子の並進速度と等しくなる。
そのためXaFzの分子量をM、キャリアガス分子の分
子量をm、ボルツマン定数をに、ノズルの温度をTとす
ると、XeFzの並進エネルギーは、 m となる、この式から、300Kにおいてキャリアガスと
してArを用いた場合のXeFxの並進エネルギーの値
として0.27eV が得られる。これに対し、キャリ
アガスとしてHeを用いた場合X8Fmの並進エネルギ
ーは2.74eVである。
フィジカル レビュー ビー36.12゜(1987年
)第6613頁から第6623頁において論じられてい
るように、Si表面のフッ化物層が薄い場合にはp型S
iとn型Siでのエツチング速度の差は少ないことが知
られている。またSi表面のフッ化物層をフッ素でエツ
チングする時の活性化エネルギーは1.0±0.2aV
程度であることも知られている。すなわち、約0.8e
V以上のエネルギーを加えることが試料表面のフッ化物
層を取り除くことができる。
すなわち、キャリアガスとしてHeを用いることでXe
Fzの並進エネルギーは0.86V以上となり、Si表
面のフッ化物層を取り除くことができ、Si表面のフッ
化物層が取り除かれることでエツチング速度を高めるこ
とができる。また特にp型Siのエツチング速度が高ま
るため、p型Siとn型Siのエツチング速度の差も少
なくなる。Si以外の物質をエツチングする場合も、同
様である。
さらに本発明を用いた場合、異方性が高まるという利点
もある。一般に分子流中のXeFxは試料表面に入射し
てもすべてが反応する訳ではなく、一部のX e F 
zは反応室中に残留ガスとして留まり、再び試料表面に
入射する。残留ガス分子の試料表面への入射方向は一様
であるため、残留ガスによるエツチングによって異方性
が低くなってしまう、従来方法では残留ガス分子の試料
表面への入射エネルギーと分子流中の分子の入射エネル
ギーにあまり差がなく、残留ガス分子の影響を防ぐため
には排気量を高め、反応室の圧力を低く保つ必要があっ
た。これに対し本発明では分子流中の分子のエネルギー
が残留ガス分子に比べて十分に高い、従って反応室の圧
力がそれほど低くなくても残留ガスによるエツチングを
無視することができる。
〔実譲例〕
第1図は本発明の実施例に用いた装置の概略である。装
置全体はスキマー11を介してビーム室12と反応室1
3からなり、それぞれが真空に排気されている。ビーム
室12には先端に小さい穴のあるノズル14がセットさ
れ、ノズルにはガス導入管15を通して外部から、キャ
リアガスとしてHeを使用したXeFxが導入される。
ノズルには温度調整機構(図示略)が設けられており。
ガス圧力、ガス混合比に加え、ノズル温度を調整するこ
とでXeF’zのエネルギー調整が可能である。 Xe
F2はノズル14から噴出、分子流となった後、スキマ
ー11を通り反応室13に入射する。スキマー11を通
ることで分子流の指向性が良くなり、エツチングの異方
性がさらに高められる。反応室13にはヒーター16に
よって加熱可能な試料台17が設置されてあり、その上
に試料18がセットされる。スキマー11を通り反応室
13に入射した分子流は試料18の一部にしか入射しな
い。そこで試料18全体のエツチングを行なう為に試料
台17を駆動し1分子流が試料18全体に入射する様に
する。
エツチングに用いる試料18にはSiまたはSiを構成
成分の少なくとも一部に含む物質(例えば、S i −
W、 S i−Mo等のシリサイド)が可能である。ま
た、WやMo等の金属及びこれらを構成成分の一部とし
て含む物質も可能である。
5iftやAρはまったくエツチングされない為、これ
らをマスク材として用いることができる。
第2図は5iOzをマスクとして用いてSiをエツチン
グした時のエツチングの過程を示すものである。
本実施例においては装置をビーム室12と反応室13に
分け、スキマー11を用いている為に、分子流の指向性
が良くなり異方性をさらに高めているが、スキマー11
を用いなくても良いことはいうまでもない。この時は、
同一の排気系でビーム室と反応室を排気することも可能
である。
また第3図に示すように本発明とプラズマエツチングを
組み合わせることも可能である。第3図において、真空
排気可能な反応室31内にノズル32及び試料台33が
設けられている。ノズル32にはガス供給管34を通し
てHeをキャリアガスとするX5F1が供給され、試料
台33上の試料35に照射することができるようになっ
ている。また試料35上方にはマイクロ波電源36とマ
グネット37からなるプラズマ源38が設けられている
プラズマエツチングを行なう場合はバルブ39を閉め、
XeFe分子流が出ないようにし、バルブ40を開けS
F2等を反応室に導入する。そしてプラズマ源38でプ
ラズマを発生させる。これによりプラズマエツチングを
行なうことができるが、プラズマエツチングにおいては
試料表面にダメージ層が発生する為、XeF2分子流を
使用したエツチングによってダメージ層を取り除く。
XeF2分子流を使用したエツチングを行なう場合は、
プラズマ源38におけるプラズマ発生を止め、バルブ4
0を閉め、バルブ34を開ける。
このようにプラズマエツチングとXeFi分子流を使用
したエツチングを組み合わせることで、XeFz分子流
だけを使用したエツチングの場合よりも高速であり、か
つダメージのないエツチングを実現できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、試料表面のフッ化物層を取り除くこと
によって、エツチング速度と異方性を高めることができ
るとともに、必要に応じて試料のp型、n型に依存しな
いエツチング速度を得ることもできる。
このように無損傷で異方性が高く、試料のp型n型に依
存しないエツチング方法は従来存在せず、本発明を溝掘
りキャパシタ等に応用することで、従来存在しなかった
新しい半導体素子を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第3図は、本発明の実施例に用いた装置の概略
断面図、第2図はエツチング過程の概略を示した試料の
断面図である。 11・・・スキマー 12・・・ビーム室、13・・・
反応室、14・・・ノズル、15・・・ガス導入管、1
6・・・ヒータ−17・・・試料台、18・・・試料、
31・・・反応室、32・・・ノズル、33・・・試料
台、34・・・ガス供給管、35・・・試料、36・・
・マイクロ波電源、37・・・マグネット、38・・・
プラズマ源、39・・・バルブ、40・・・バルブ。 茅 区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、キャリアガスとしてHeを使用したXeF_2分子
    流を試料に照射することで、試料をエッチングすること
    を特徴とするエッチング方法。 2、並進エネルギーが0.8eV以上のXeF_2分子
    流を試料に照射することで、試料をエッチングすること
    を特徴とするエッチング方法。 3、ノズルから噴出したXeF_2分子流を、スキマー
    を通して試料に照射することで、試料をエッチングする
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のエッチン
    グ方法。 4、上記試料がSiを構成元素の少なくとも一部として
    含む物質であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のエッチング方法。 5、上記試料がWを構成元素の少なくとも一部として含
    む物質であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のエッチング方法。 6、上記試料がSiであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のエッチング方法。 7、特許請求の範囲第1項記載のエッチング方法を試料
    のダメージ層の除去に用いることを特徴とするプラズマ
    エッチング方法。 8、特許請求の範囲第1項記載のエッチング方法を用い
    て製造した半導体素子。 9、HeとXeF_2の混合ガスを供給する手段と、該
    混合ガスを噴出し分子流とするノズルと、試料台をその
    内部に備え該分子流を用いて試料のエッチングを行なう
    反応室と、該反応室を真空に排気する排気装置を装備し
    たことを特徴とするエッチング装置。
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