JPH0310224B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体試料を微細加工するための反
応性イオンビームエツチング装置に関する。

現在、半導体ウエハーの微細加工は主として反
応性ガスのグロー放電プラズマ中における化学的
活性なラジカル及びイオンを利用した反応性ドラ
イエツチングにより行なわれている。この方法は
物理的なスパツタエツチングに較べエツチング速
度が大きいこと、エツチング速度の材料選択性が
大きいため大規模集積回路等の製造における選択
的な微細加工に有利なこと、装置の構造が極めて
簡単なこと等の利点がある反面、グロー放電を安
定化して優れた加工特性を得るための条件設定が
複雑であること、試料をプラズマ中に露呈させる
ため試料の加工面が汚染する等の欠点があつた。

上記の欠点を改善するために第１図に示すよう
な方法が提案されている。この方法は同図に示さ
れるようにプラズマ室１と試料加工室２を別個に
形成し、両室間の境界面にイオン引き出し用電極
３を設けて、エツチングガスをプラズマ室１内で
放電し、プラズマ中のイオン５を引き出し用電極
３によつて加速し、これを試料加工室２中の半導
体試料４に照射し、同時に中性ラジカル流束も引
き出し用電極を設けてある開口部から漏洩せしめ
て試料に照射し、イオンとラジカルの両作用でエ
ツチングを行う方法である。この方法ではイオン
の加速エネルギーがイオン引き出し用電極電圧に
て制御できること、ラジカル流束の流量を一定の
ままイオンの効果を制御できる利点があるが、ラ
ジカル流束の強度及び空間的拡がりがプラズマ室
と試料加工室の差圧により変動すること、エツチ
ングの方向性の制御を正確に行なえない等の欠点
がある。このため加工面の平滑化、損傷・汚染フ
リーの加工、断面プロフイールを制御した加工等
の最近の半導体ウエハーに要求されている精細加
工を実現することは困難であつた。

この発明の目的はイオンビームとラジカル流束
を独立に制御することができ、断面プロフイール
の制御も容易に行え、エツチング面の損傷、汚染
を抑制した反応性イオンビームエツチング装置を
提供することにある。

このため、本発明による反応性イオンビームエ
ツチング装置は真空装置内において隣接して設け
られたプラズマ室と試料加工室の境界面上の中心
に近い領域にイオン引き出し用電極と上記イオン
引き出し用電極の周りにイオン抑制用電極を設
け、上記イオン引き出し用電極の試料加工室側に
はイオンビーム通路を設け、イオン抑制用電極の
加工室側にはラジカル流束通路を上記イオンビー
ム通路の周りに同軸上に設けて、且つ、イオンビ
ームとラジカル流束の通路は、イオンビームの照
射方向と、ラジカル流束の照射方向を一致させ、
ラジカル流束の拡がりが抑制されて半導体試料上
に向けられるように先端部分が先細りの形状をな
した状態で、上記プラズマ室のイオンビームとラ
ジカル流束を分離して上記試料加工室の半導体試
料に照射する。

次にこの発明を図面に基いて説明すると、第２
図はこの発明による反応性イオンビームエツチン
グ装置の概略説明図であつて、真空装置内におい
てプラズマ室１１と試料加工室１２は隣接して設
け両室の境を形成している壁面にはイオン引き出
し用電極１４を設け、上記イオン引き出し用電極
１４の外周にはイオン抑制用電極１５を設ける。
上記イオン引き出し用電極１４の試料加工室１２
側にはイオン引き出しノズル１６が接続してイオ
ンビーム通路を形成し、上記イオン抑制用電極１
５の試料加工室側にはラジカル流束ノズル１７が
接続してラジカル流束通路を形成し、この二つの
通路は互に同軸上に設けられてその先端は加工す
る半導体試料１８に向けられている。イオン抑制
用電極１５はメツシユ状電極であつて、プラズマ
室１１に対して更に正の電圧が印加され、プラズ
マ室のプラズマイオンを反撥するように構成され
ている。

上述の如き構成において、ガス供給管１３より
プラズマ室１１へ供給されたエツチングガスは放
電され、プラズマ中のイオンはイオン引き出し用
電極１４によつて試料加工室１２のイオン引き出
しノズル（通路）１６へ加速されながら導かれ、
イオン引き出しノズル１６内には静電レンズ２
６、偏向電極２７が設けられており（第３図参
照）、イオンビーム２０は静電レンズで集束され
た後偏向電極にて方向が定められ、半導体試料１
８の所定の位置を照射する。プラズマ室１１の中
性ラジカルはメツシユ状のイオン抑制用電極１５
を通つてラジカル流束ノズル（通路）１７へ導か
れ、拡がりが抑制されラジカル流束２１となつて
半導体試料１８のイオンが照射されている位置に
向つて照射する。このラジカル流束はイオン抑制
用電極を通つてノズル１７へ導かれているため、
イオンは実質的に含まれておらず、流量は供給管
１３よりの供給量、試料加工室に設けられた排出
管１９の排出量により制御される。一方、イオン
引き出しノズルに導かれたイオンビームには一部
中性ラジカルが混入することになるが、イオン引
き出し用電極の開口面積はイオン抑制用電極に較
べてはるかに小さいため無視できる範囲のもので
ある。

ノズル１６から引き出されたイオンビームはエ
ツチングの方向性、即ち、試料の加工断面形状を
決定するほか、試料の衝撃損傷をも決める要因と
なる。これに対してノズル１７から噴射されたラ
ジカル流束は加工断面形状のほかにエツチング速
度、試料表面の平滑度等を決定する。従つて、本
発明によれば半導体試料の同一加工部に供給され
たイオンビームとラジカル流束は協調してエツチ
ングを行うため高速に行うことができ、更に基板
表面状態とエツチング速度、断面形状を独立に制
御しながら所望のエツチングを行うことができ
る。

第３図は第２図の装置をより詳細に示したもの
であつて、プラズマ室１１は電子サイクロトロン
共鳴型プラズマ室を示し、プラズマ室の上部には
プラズマ励振用マイクロ波導波管２２が石英板２
３を介して接続され、周囲にはサイクロトロン運
動励振用電磁コイル２４が設けられている。

導波管２２からプラズマ室１１に注入されたマ
イクロ波（周波数2.45GHz）はプラズマ室内に設
けられた反射板２５により反射され、プラズマ室
内で定在波を励起せしめる構成になつている。マ
イクロ波放電により発生した電子が電磁コイル２
４に基く磁場によつてサイクロトロン運動を起
し、この周波数がマイクロ波の周波数に等しいの
で共鳴的にマイクロ波が吸収され、室内の中心部
でイオン密度の高いプラズマが得られる。従つて
イオン引き出し用電極１４により効率良くノズル
１６内にイオンが注入され、前述の如く、静電レ
ンズ２６及び偏向電極２７を経て試料加工室内の
試料１８の所望個所に照射される。この時、イオ
ン引き出し用電極を介してラジカルがノズル１６
内へ導入されることになるが、実際的な装置の一
例を述べると、イオン抑制用電極の直径は約15cm
であるのに対し、引き出し用電極の直径は約１cm
であつて、引き出し用電極を通過するラジカルは
イオン抑制用電極を通過するラジカルに較べて無
視できるような量であつて、試料のエツチングに
なんら影響を及ぼさない。

以下に本実施例の具体的条件を述べる。被エツ
チング試料はｎ型GaAs（キヤリア濃度２×10¹⁷／
cm³）であり、これに適するエツチングガスとし
て、ここでは純塩素（Cl₂、純度99.99％）を用
い、ガス導入口１３からプラズマ室１１内に５〜
10SCCMの流束で導入した。プラズマ放電に用い
たマイクロ波電力は100〜300Wであつた。この時
イオン引き出し用電極１４およびプラズマチヤン
バー１１に、電圧300〜500Vを印加した時、主と
してCl⁺およびCl₂ ⁺イオンが引き出され、そのイ
オン電流密度は、0.1〜0.5mA／cm²であつた。イ
オンビーム通路途中の静電レンズ２６への印加電
圧は100〜200V、偏向電極２７への印加電圧は10
〜50Vとした時、ビーム径約５mmの平行且つ均一
なイオンビームが得られた。プラズマ中、中性種
は大部分がラジカルに解離しており（ここでは
Cl^*と記す）この様なラジカルは、イオン抑制電
極１５を通過した後、通路１７を通つて、前述の
イオン照射領域（約５mm径）と同領域に照射され
た。この時の、エツチング速度は1000〜3000Å／
minであつた。

本発明の効果を実施例で示すと次の様になる。
第１図に示す従来のエツチング装置では、イオン
照射損傷が少なく、且つ速度の速いエツチングを
得るためには出来るだけ高いエツチングガス圧が
必要であつた（例、３×10^-3Torr）。しかしこの
様な高ガス圧下では、引き出し後のイオンの発散
が大きいため、指向性が悪く、このため、加工断
面プロフイールの垂直性が低下（例えば５〜10゜
の傾斜側壁をもつオーバーハング）するという欠
点があつた。これに対し、本発明例では、前述の
高ガス圧下でも、イオンの分散を、静電レンズ２
６により抑制する事が出来るため、イオンの指向
性を維持できた。

上述の如く、この発明の装置においてはイオン
はプラズマ室の中心に集中するので、ノズル１６
内に効率よく導入され、同時に、ノズル１７の開
口部付近ではイオン抑制用電極により反発され、
イオンとラジカルは分離されて、別個の通路によ
り半導体試料に照射されるので、基板表面状態と
エツチング速度と断面形状をそれぞれ独立して制
御することができ、所望のエツチング特性が容易
に得られることになる。

本発明による反応性イオンビームエツチング装
置は上記の説明で明らかなように、プラズマ室で
生成したイオンビームと中性ラジカルを試料加工
室に形成したイオンビーム通路とその周囲に同軸
上に形成したラジカル流束通路によつて分離して
半導体試料の同一加工部に供給されて加工される
ため、エツチング速度が高速に行え、それぞれイ
オンビーム、ラジカル流束の噴射量は独立して制
御することができるためガス圧による発散の変動
は抑制され、損傷、汚染のない高精度の断面プロ
フイルを有するエツチング面が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の反応性イオンビームエツチング
装置の概略説明図、第２図は本発明による反応性
イオンビームエツチング装置の概略説明図、第３
図は本発明によるエツチング装置の一実施例を示
す断面図である。 図中、１１はプラズマ室、１２は試料加工室、
１４はイオン引き出し用電極、１５はイオン抑制
用電極、１６はイオン引き出しノズル、１７はラ
ジカル流束ノズル、１８は半導体試料、２０はイ
オンビーム、２１はラジカル流束を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空装置内において隣接して設けられたプラ
   ズマ室と試料加工室の境界面上の中心に近い領域
   にイオン引き出し用電極と該イオン引き出し電極
   の周りにイオン抑制用電極を設け、イオン引き出
   し用電極の試料加工室側にはイオンビーム通路を
   設け、イオン抑制用電極の加工室側にはラジカル
   流束通路を上記イオンビーム通路の周りに設け
   て、且つ、イオンビームとラジカル流束の通路
   は、イオンビームの照射方向とラジカル流束の照
   射方向を一致させ、ラジカル流束の拡がりが抑制
   されて半導体試料上に向けられるように先端部分
   が先細りの形状をなした状態で、該プラズマ室の
   イオンビームとラジカル流束を分離して該試料加
   工室の半導体試料に照射することを特徴とする反
   応性イオンビームエツチング装置。