JPH02297930A - 気相エッチング装置 - 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】 「発明の利用分野ｊ 本発明は、ターボ分子ポンプを用いた真空排気系を設け
ることにより、電子サイクロトロン共鳴を用い、エツチ
ング用反応性気体を活性化または分解せしめ、さらにエ
ツチングされるべき基板表面に垂直方向に高周波または
直流電界を同時に加えることにより、基板または基板上
の被エツチング材料に異方性エツチングを行わしめるた
めの気相エツチング装置に関する。

ｒ従来技術ｊ 気相エツチング反応によるエツチング（気相化学的除去
方法）技術として、高周波または直流電界により反応性
気体を活性にさせるプラズマエツチング法（グロー放電
エツチング法）が知られている。

しかし、かかるグロー放電を用いる異方性エツチング法
においては、被膜の異方性が超ＬＳＩの進歩に比べて十
分でなく、さらにその異方性エツチングの精度をさらに
向上することが求められていた。

他方、電子サイクロトロン共鳴を用いたエツチング法が
知られている。しかしかかる方法は被膜全体のエツチン
グを行うことを可とするが、選択的な異方性エツチング
には不充分であった。なぜなら、共鳴により反応性気体
が基板表面に平行に移動するため、凹部での形成がほと
んど不可能であり、加えて共鳴させる時、例えば共鳴原
子としてアルゴンを用い、周波数を２．４５ＧＩｌｚ　
とすると、８７５ガウスの強磁場を必要とする。このた
め磁場作用の空心コイルが大きくなりがちで、励起気体
を大面積に広げることができない。結果として、サブミ
クロン（１μ以下例えば０．２μ）の巾または径を有し
、深さが２〜４μを有する穴状のエツチングはまったく
不可能であった。

ｒ問題を解決すべき手段」 本発明はこれらの問題を解決するため、反応性気体の活
性化はサイクロトロン共鳴を用いて行う。

このため、電子または活性化気体によりエツチング用反
応性気体の活性化、分解または反応がきわめて効率よく
行うことができる。この活性状態の気体をグロー放電が
行われている雰囲気に導き、共鳴エネルギの共鳴がなく
なった後も活性状態を持続し、かつこの電界を基板に垂
直とすることによりその方向性を与え、基板または基板
上の被エツチング材料を異方性エツチングさせんとする
もので、基板上部にサブミクロンレベルでも十分深い凹
部を有し得るようにしたものである。

ｒ作用１ するとこのプラズマグロー放電の技術により、活性状態
の気体は広い空間に広げられ、このため広い面積にわた
って基板または基板上の被エツチング材料上に多量に高
精度の異方性エツチングを場所的なバラツキもな（均一
に行うことが可能となる。

本発明においてはグロー放電用電源としては直流電源を
用いた。しかし高周波グロー放電であっても励起した反
応性気体の励起状態を持続し、同時に作られるセルフバ
イアスにより異方性エツチングを行うことができる。

さらにサイクロトロン共鳴は不活性気体または非生成物
気体（分解または反応をしてもそれ自体は気体しか生じ
ない気体）を用いる。不活性気体としてはアルゴンが代
表的なものである。しかしヘリューム、ネオン、クリプ
トンを用いてもよい。

エツチング用非生成物反応性気体としては、ＣＦ、。

ＣＰｚＨｚ、ＣＦＩｈ、Ｃｈｔｌ、ＣＣｌ４．弗化窒素
（ＮＦ３．Ｎ２Ｆ６）、弗化水素（１！Ｆ）、弗素（Ｆ
２）、塩化水素（ＩＩｃＩ）、塩素（ｃｈ）またはこれ
らにキャリアガスまたは酸素を混合した気体が代表的な
ものである。

これらの非生成物エツチング気体をサイクロトロン共鳴
をさせて活性化せしめ、この共鳴領域より外部の反応空
間で生成物気体と混合し、励起エネルギを生成物気体に
移す。するとエツチング用気体にきわめて大きい電磁エ
ネルギを受けるため、はぼ１００χ活性化または分解さ
せることができ、かつ異方性エツチングをするための電
界により加速されて基板上に所定の角度一般には基板に
垂直に衝突しエツチング反応をする。さらに室温〜３０
０°Ｃの温度で基板を加熱することにより、この基板ま
たは基板上の被エツチング材料を異方性エツチングさせ
ることができる。

以下に実施例に従い本発明を示す。

実施例１ 第１図は本発明のサイクロ１−ロン共鳴型プラズマエツ
チング装置の概要を示す。

図面において、ステンレス容器（１゛）は蓋（１”）を
有し反応空間（１）を構成させている。この容器（１°
）は、上部に基板（１０）を基板ホルダ（１０’）に設
け、その裏側の１（１゛）側にはハロゲンランプヒータ
（７）を設け、基板の装着の時は蓋（１１）を上方向に
開けて行う。石英窓（１９）を通して赤外線を基板に照
射し加熱している。さらにこの基板の裏側に一つの網状
電極（２０’）と容器（１”）の下部には他の一方の網
状電極（２０）とを有せしめ、ここに高周波または直流
電源（６）より１３．５６Ｍｌ１ｚまたは直流の電界を
加える。基板（１０）はこの電界に垂直に第１図では位
置させている。

また非生成物気体をドーピング系（１３）より（１８）
を経て石英管（２９）で作られた共１Ｈ％％空間（２）
に供給する。この共鳴空間はその外側に空心コイル（５
）。

（５°）を配し磁場を加える。同時にマイクロ波発振器
（３）によりアナライザー（４）を経て例えば２．４５
Ｇｌｌｚのマイクロ波が共鳴空間（２）に供給される。

この空間では共鳴を起こすべく非生成物気体をアルゴン
とするとその質量、周波数により決められた磁場（例え
ば８７５ガウス）が空心コイルにより加えられる。

このため、アルゴンガスが励起して磁場によりビンチン
グすると同時に共鳴し、十分励起した後に反応空間（１
）へ電子および励起したアルゴンガスとして放出（２１
）される。この空間の出口にはエツチング用気体がドー
ピング系（１３’）の系（１６）を経て複数のリング状
ノズル（１７）により放出（２２）される。その結果、
エツチング用気体（２２）は非生成物気体（２１）によ
り励起され、活性化する。加えて一対の電極（２０）　
、　（２０”）により生じた電界が同時にこれら反応性
気体に加えられる。

その結果、この電界にそって活性化した気体は飛翔し、
基板を選択的にエツチングさせることができる。

また反応性気体を十分反応室で広げ、かつサイクロトロ
ンをさせるため、反応空間（１）、共鳴空間（２）の圧
力を１〜１０−４ｔｏｒｒ例えば０．０３〜０．００１
ｔｏｒｒとした。この圧力は排気系（１１）のコントロ
ールバルブ（１４）によりターボポンプを併用して真空
ポンプ（９）の排気量を調整して行った。

実験例１ この実験例は実施例１を用い、シリコン半導体を弗化窒
素にてエツチングさせたものである。

即ち反応空間の圧力０．００３ｔｏｒｒ　、非生成物気
体として（１８）よりアルゴンを５０ｃｃ／分で供給し
た。

加えて、ＮＦ、ｔを（１６）より２０ｃｃ／分で供給し
た。電界は自己バイアスが加わった１３．５６ＭＨｚの
高周波電界を卯えた。マイクロ波は２．４５ＧＨ２の周
波数を有し、３０〜５００Ｗの出力例えば２０咋で調整
した。磁場（５）、（５’）の共鳴強度は８７５ガウス
とした。

基板（１０）はシリコン半導体とし、その上面には選択
的にフォトレジストがコーティングされているものを用
いた。この非単結晶半導体例えばアモルファスシリコン
半導体を除去し、不要気体を排気系（１１）より放出し
た。するとエツチング速度１５人／秒を得ることができ
た。この速度はプラズマエツチングのみで得られる５人
／秒に比べ３倍の速さである。またこのシリコン基板上
に０．３μの巾のレジストによるパターンを切っておく
と、０゜３μ中深さ４μの異方性エツチングを得ること
ができた。

さらにこれを異方性エツチングの後反応性気体を除去し
、かわりに酸素を導入し、このエツチング後この表面に
残っているレジストをアシシングして除去することは有
効である。

Ｖ効果１ 本発明は、以上の説明より明らかなごとく、大面積の基
板または基板上の被エツチング材料に異方性エツチング
をするにあたり、被エツチング面の損傷をきわめて少な
くして成就させることができた。加えて、サイクロトロ
ン共鳴を用いているため、大きいエツチング速度を得る
ことができる。

本発明のエツチング方法は半導体装置である光電変換装
置、発光素子、ＭＩＳ、ＦＥＴ（電界効果半導体装置）
、ＳＬ素子（スーパーラティス素子）、ＩＩＩＥＭＴ素
子および超ＬＳＩに十分応用し得る。さらに、その他生
導体レーザまたは光集積回路に対しても本発明は有効で
ある。

本発明のサイクロトロン共鳴を用いたエツチング方法に
おいて、同時に光エネルギを加え光工・ンチングを併用
させることは有効である。特に光源として低圧水銀灯で
はなくエキシマレーザ（波長１００〜４００ｎｍ）　、
アルゴンレーザ、窒素レーザ等を用い共鳴波長を選択す
ることは有効である。

本発明において、エツチングされるべき基板としてはシ
リコン半導体、ガラス基板、ステンレス基板が主たるも
のである。しかし、加えて■−■化合物例えばＧａＡｓ
、ＧａＡｌＡｓ、　ＩｎＰ、ＧａＮ等、またアルミニュ
ーム、珪化物金属も用い得る。

又本発明のエツチング方法は単結晶半導体のみではなく
非単結晶半導体、例えばアモルファス半導体をＳｉのみ
ならず５ｉＧｅ＋−Ｘ（０＜Ｘ＜１）、ＳｉＯ，−ｘ（
０＜Ｘ＜２）、５ｉｘＣ＋−ｘ　　（０＜Ｘｄ）、５ｉ
Ｊｎ−Ｘ　　（０＜Ｘ＜４）　　に対しても有効である
。

さらに第１図において、基板を下側または垂直構造とし
、サイクロトロンおよび電界を上方向より下方向または
横方向に放出してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサイクロトロン共鳴型プラズマエツチ
ング装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応空間を有する容器にハロゲン元素を発生するエ
   ッチング用反応性気体を導入する手段と、基板の裏側に
   配設された一方の電極と、この電極とは離間して配設さ
   れた電極との間に前記ハロゲン元素を発生するための高
   周波または直流の電界を前記基板に垂直方向に印加する
   手段と、前記ハロゲン元素を１〜１０＾−＾４ｔｏｒｒ
   を保持しつつ前記基板上または基板上の被エッチング材
   料を選択的に異方性エッチングを行うためのターボポン
   プを用いた真空排気手段とを具備することを特徴とする
   気相エッチング装置。 ２、磁場発生用空心コイルの内側にはマイクロ波を供給
   することによりサイクロトロン共鳴を生ぜしめる共鳴空
   間を構成する容器と、該空間に非生成物気体を供給する
   手段と、前記共鳴空間を構成する容器に連結された反応
   空間を有する容器と、該容器にハロゲン元素を発生する
   エッチング用反応性気体を導入する手段と、基板の裏面
   側に配設された一方の電極と、該電極とは離間して配設
   された電極との間に前記ハロゲン元素を発生するための
   高周波または直流の電界を印加する手段と、前記ハロゲ
   ン元素を１〜１０＾−＾４ｔｏｒｒを保持しつつ前記基
   板または基板上の被エッチング材料を選択的に異方性エ
   ッチングを行うためのターボ分子ポンプを用いて排気量
   を調整するための手段とを具備することを特徴とする気
   相エッチング装置。