JPH03277788A - Dry etching method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、プラズマを用いて行うドライエツチング法に
関し、特に、アモルファス半導体薄膜を効率よくエツチ
ングすることのできるドライエツチング法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a dry etching method using plasma, and more particularly to a dry etching method capable of efficiently etching an amorphous semiconductor thin film.
[従来の技術]
近年、アモルファス半導体薄膜をエツチングする方法と
して、微細加工ができ、エツチング後の膜の均一性に優
れるドライエツチング法が広く行われている。[Prior Art] In recent years, dry etching has been widely used as a method for etching amorphous semiconductor thin films, as it enables fine processing and provides excellent uniformity of the film after etching.
ドライエツチングには、イオン衝撃により機械的なエツ
チングを行うスパッタエツチング、反応性ガスを導入し
プラズマ中に試料をさらして化学的なエツチングを行う
プラズマエツチング、さらに反応性ガスを導入し電圧降
下を発生させながらプラズマ中に試料をさらして化学的
なエツチングを行うリアクティブイオンエツチング、イ
オンビームを照射してエツチングを行うイオンビームエ
ツチング等がある。Dry etching includes sputter etching, which performs mechanical etching using ion bombardment, plasma etching, which performs chemical etching by exposing the sample to plasma by introducing a reactive gas, and introducing a reactive gas to generate a voltage drop. There are reactive ion etching methods in which a sample is chemically etched by exposing it to plasma while the etching process is being performed, and ion beam etching methods in which etching is performed by irradiating an ion beam.
以下、リアクティブイオンエツチングを例にとってその
機構を説明する。The mechanism will be explained below using reactive ion etching as an example.
まず、ドライエツチングをするのに必要な装置を第2図
に模式的に示す。First, FIG. 2 schematically shows the equipment necessary for dry etching.
第2図に示したドライエツチング装置は、石英製やステ
ンレス製の器壁で囲われてつくられている反応室1から
なり、該反応室を構成している側壁の外周には、互いに
対向する一対の電極2が設けられている。これら一対の
電極2の間には、被エツチング物質4を配置するための
支持台5が設置され、支持台5の近くのガスは中性のガ
スになり、電極2の近くのガスはイオン性のガスになる
ようにするために、支持台5を取り囲むようにメツシュ
シールド7が設けられている。また、反応室1の一方の
側壁(図では上部)にはガスを導入するためのガス導入
口3が設けられ、他方の側壁(図では下部)にはガスを
吸引排気するための排気口6が設けられている。The dry etching apparatus shown in Fig. 2 consists of a reaction chamber 1 surrounded by walls made of quartz or stainless steel. A pair of electrodes 2 are provided. A support 5 for placing the material to be etched 4 is installed between the pair of electrodes 2, and the gas near the support 5 becomes a neutral gas, and the gas near the electrode 2 becomes an ionic gas. A mesh shield 7 is provided so as to surround the support base 5 so that the gas becomes . Further, a gas inlet 3 for introducing gas is provided on one side wall (the upper part in the figure) of the reaction chamber 1, and an exhaust port 6 for sucking and exhausting the gas is provided in the other side wall (the lower part in the figure). is provided.
このような装置を用い、所定の開口を有するマスクまた
はレジストで被覆した被エツチング物質4を、支持台5
上に乗せる。その後、エツチングガスを反応室1内に導
入し、排気口6からそのガスを排気させながら電極間に
高周波電圧を印加する。電圧を印加することにより電極
間にプラズマが発生し、そのプラズマの高エネルギー電
子が、エツチングガス中に含まれるガス分子と非弾性衝
突を起し、ラジカルを発生させる。そのラジカルが、エ
ツチング対象物の薄膜と化学反応を起こし、エツチング
が進行する。Using such an apparatus, the material to be etched 4 coated with a mask or resist having a predetermined opening is placed on the support base 5.
put it on top. Thereafter, etching gas is introduced into the reaction chamber 1, and while the gas is exhausted from the exhaust port 6, a high frequency voltage is applied between the electrodes. Plasma is generated between the electrodes by applying a voltage, and high-energy electrons of the plasma cause inelastic collisions with gas molecules contained in the etching gas, generating radicals. The radicals cause a chemical reaction with the thin film of the object to be etched, and etching progresses.
たとえば、Si薄膜をエツチングするためには、CF、
と02との混合ガスを用い得ることが知られているが、
この場合の反応機構は以下のようなものである。For example, in order to etch a Si thin film, CF,
It is known that a mixed gas of and 02 can be used;
The reaction mechanism in this case is as follows.
プラズマが発生することにより、CF4分子は、そのプ
ラズマの高エネルギー電子との非弾性衝突によってCr
2本(ただし、*はラジカルを示す)その他のラジカル
を生成し、そのラジカルは、被エツチング試料に向かっ
て拡散し、試料上に到達する。その後、CF、*その他
のラジカルは、いったん試料に吸着され、解離後、St
と反応し、S i F4等を作る。この反応物は、揮発
性が強いため、拡散してしまう。結果としてSiがエツ
チングされることになる。When plasma is generated, CF4 molecules become Cr due to inelastic collisions with high-energy electrons of the plasma.
Two other radicals (*indicates a radical) are generated, and these radicals diffuse toward the sample to be etched and reach the sample. After that, CF, *other radicals are once adsorbed to the sample, and after dissociation, St
reacts with S i F4 etc. This reactant is highly volatile and therefore diffuses. As a result, Si is etched.
また、02は、そのようにラジカルを生成しエツチング
するだけでなく、試料表面に形成されたカーボン層をC
O2またはCOとして除去する働きをし、エツチング速
度を増大させる効果がある。In addition, 02 not only generates radicals and etches them, but also removes the carbon layer formed on the sample surface.
It works to remove O2 or CO and has the effect of increasing the etching rate.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、従来、アモルファス半導体、特にアモル
ファスシリコンについてエツチングする場合に、反応室
すなわちエツチングチャンバー内壁面の材質がエツチン
グ効率に重要な影響を与え得ることについては、同等特
別な認識がなされていなかった。[Problems to be Solved by the Invention] However, when etching amorphous semiconductors, particularly amorphous silicon, it has not been recognized in the past that the material of the inner wall of the reaction chamber, that is, the etching chamber, can have an important effect on the etching efficiency. There was no recognition of this.
本発明者は、チャンバー内壁の材質の選択がアモルファ
ス半導体を効率良くエツチングする目的上極めて重要で
あることを期せずして見出した。The present inventor unexpectedly discovered that the selection of the material for the inner wall of the chamber is extremely important for the purpose of efficiently etching an amorphous semiconductor.
この知見に基づいて改善されたドライエツチング法を開
発することが本発明の課題である。It is an object of the present invention to develop an improved dry etching method based on this knowledge.
[課題を解決するための手段]
上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、従来その材質
がステンレスであったチャンバーの少なくとも内壁表面
、さらに好ましくは、チャンバ−内に配備するエツチン
グに必要な種々の用具類たとえばメツシュシールドや基
板支持台などについても、少なくともその表面をそれぞ
れアルミニウムまたはアルミニウム合金のような材料で
被覆することがエツチング速度の向上に極めて有効であ
ることを知り、これらのことを特徴とするドライエツチ
ング法を開発した。[Means for Solving the Problems] As a result of repeated research to solve the above problems, we have found that at least the inner wall surface of the chamber, which has conventionally been made of stainless steel, and more preferably, various types of etching required for the etching provided inside the chamber. We have learned that it is extremely effective to coat at least the surfaces of tools such as mesh shields and substrate supports with materials such as aluminum or aluminum alloys to improve the etching speed. We have developed a unique dry etching method.
上記目的にアルミニウムまたはアルミニウム合金が有効
であるのは、これらの金属材料がCF4、O2およびN
2ガスからなるエツチングガスと反応せずまたは少なく
とも反応し難く、しかもCF 4のラジカル分解を早め
る触媒機能を持つ材料であるからである。The reason why aluminum or aluminum alloy is effective for the above purpose is that these metal materials contain CF4, O2 and N.
This is because it is a material that does not react, or at least hardly reacts, with the etching gas consisting of two gases, and has a catalytic function that accelerates the radical decomposition of CF 4 .
この新規なドライエツチング法はアモルファス半導体の
エツチング法として、さらには、特にアモルファスシリ
コンのエツチング法として極めて有効であることが判明
した。This new dry etching method has been found to be extremely effective as an etching method for amorphous semiconductors, and particularly for etching amorphous silicon.
[作 用]
本発明に従って、チャンバーの内壁表面および好ましく
は内部に配備するエツチングに必要な種々の物品、特に
ステンレス製のエツチング用補助用具としての物品の少
なくとも表面をアルミニウム系の材料で構成または被覆
することにより、ステンレスの成分であるFe5Ni等
とCF4等のエツチングガスとの化学反応による生成物
が生じないか、または少なくとも生し難いようにするこ
とができ、CF4のラジカル分解が早められ活性なF*
ラジカルの再結合を防止できるため、CF4、O2およ
びN2の混合ガスを用いて本発明の方法でドライエツチ
ングを行うと、従来のように、ステンレス製チャンバー
の内壁表面やチャンバー内配備物品の表面を、全くアル
ミニウム系材料で覆わずに行う場合のドライエツチング
に比較し、エツチング速度を顕著に高めることができ、
平均して1.6倍程度の効率アップが得られることがわ
かった。そして、これらの方法はアモルファス半導体、
特にアモルファスシリコンのドライエツチング法として
極めて優れた方法であることが確かめられた。[Function] According to the present invention, the inner wall surface of the chamber and preferably at least the surface of various articles necessary for etching disposed inside the chamber, particularly articles as etching auxiliary tools made of stainless steel, are made of or coated with an aluminum-based material. By doing so, products due to chemical reactions between Fe5Ni, etc., which are components of stainless steel, and etching gases, such as CF4, are not generated, or at least are made difficult to form, and the radical decomposition of CF4 is accelerated and active F*
Since recombination of radicals can be prevented, dry etching using the method of the present invention using a mixed gas of CF4, O2 and N2 will not damage the inner wall surface of the stainless steel chamber or the surface of the articles placed inside the chamber, as in the conventional method. Compared to dry etching performed without covering with aluminum material at all, the etching speed can be significantly increased.
It was found that an average efficiency increase of about 1.6 times could be obtained. These methods can be applied to amorphous semiconductors,
It has been confirmed that this method is particularly excellent as a dry etching method for amorphous silicon.
以下実施例により詳細に説明する。This will be explained in detail below using examples.
[実施例コ
本実施例において使用した装置を第2図に従って説明す
る。[Example] The apparatus used in this example will be explained with reference to FIG.
ステンレス製の反応室1の一方の側面と他方の側面には
、互いに対向する一対のアルミニウム電極2が設けられ
ている。互いに対向する一対の電極2の間には、エツチ
ングする対象物(基板4)を配置するためのアルミニウ
ム製の支持台5が設置され、この支持台5を取り囲むよ
うにアルミニウムメツシュシールド7が設けられている
。また、反応室1の一方の側壁(図では上部)にはガス
を導入するためのガス導入口3が設けられ、他方の側壁
(図では下部)にはガスを吸引するための排気口6が設
けられている。A pair of aluminum electrodes 2 facing each other are provided on one side and the other side of a reaction chamber 1 made of stainless steel. An aluminum support 5 for placing the object to be etched (substrate 4) is installed between a pair of electrodes 2 facing each other, and an aluminum mesh shield 7 is provided to surround this support 5. It is being Furthermore, a gas inlet 3 for introducing gas is provided on one side wall (upper part in the figure) of the reaction chamber 1, and an exhaust port 6 for sucking gas is provided in the other side wall (lower part in the figure). It is provided.
このような装置を用い、以下の条件によりドライエツチ
ングを実施した。Dry etching was carried out using such an apparatus under the following conditions.
すなわち、被エツチング物質として、50w+mX50
■璽のガラス板の上に厚さ5,000オングストローム
のa−3t(アモルファスシリコン)膜をCVD法によ
り形成した試料を用い、a−3t膜面の半分をアルミニ
ウムのマスクにより覆い、支持台上に縦に立てて配置し
た。その後、CF4と02のガスを流量比95対5の割
合で混合し、そのガスに、N2ガスを後述の割合で混合
させてエツチングガスとし、全流量200secmで反
応室内に導入し、排気口からそのガスを排気させながら
電極間に投入型カフ0Wの高周波電圧を印加した。なお
、この場合において、動作圧は、0.5 (Torr)
であった。That is, as the material to be etched, 50w+m×50
■Using a sample in which a 5,000 angstrom thick a-3T (amorphous silicon) film was formed on a glass plate by the CVD method, half of the a-3T film surface was covered with an aluminum mask, and placed on a support stand. It was placed vertically. Thereafter, CF4 and 02 gases were mixed at a flow rate ratio of 95:5, and N2 gas was mixed with the gas at the ratio described below to form an etching gas, which was introduced into the reaction chamber at a total flow rate of 200 seconds, and from the exhaust port. While evacuating the gas, a high frequency voltage of 0 W was applied to the throw-in cuff between the electrodes. In this case, the operating pressure is 0.5 (Torr)
Met.
N2ガスは、全体流量に対して、0.3.5.10.1
5.20.25容積%のそれぞれにおいて行った。N2 gas has a ratio of 0.3.5.10.1 to the total flow rate.
5, 20, and 25% by volume, respectively.
このようにしてドライエツチングをそれぞれ5分間行い
、その場合のエツチングされた膜の厚みによってエツチ
ング速度を評価した。その結果を第1図に示す。Dry etching was performed in this manner for 5 minutes each, and the etching rate was evaluated based on the thickness of the etched film. The results are shown in FIG.
第1図は、内壁表面の材質がステンレスであるチャンバ
ー内において、N2ガスを全く混合しないCF4と02
の混合ガスを用いてエツチングした場合のエツチング速
度を基準値(1,0)として算出した、N2ガス混合率
に対するエツチング速度比の変化を示す図であり、曲線
AはエッチングガスへのN2ガスの混合効果を示し、曲
線BはN2ガスの混合効果とチャンバー内壁材等にアル
ミニウムを用いた効果との総合効果を示している。これ
らのグラフから、チャンバー内壁表面材質および好まし
くはチャンバー内に配備するエツチング用の種々の用具
類の表面材質をアルミニウムとした場合には、それらの
材質をステンレスのままとした場合に比しエツチング速
度が向上し、非常に効果的なエツチングを行い得ること
がわかる。Figure 1 shows CF4 and 02 gas, which do not mix any N2 gas, in a chamber whose inner wall surface is made of stainless steel.
This is a diagram showing the change in the etching speed ratio with respect to the N2 gas mixture ratio, which was calculated using the etching speed as a reference value (1,0) when etching was performed using a mixed gas of Curve B shows the combined effect of the mixing effect of N2 gas and the effect of using aluminum as the chamber inner wall material. From these graphs, it can be seen that when the inner wall surface material of the chamber and preferably the surface material of the various etching tools placed inside the chamber are made of aluminum, the etching speed is faster than when the materials are made of stainless steel. It can be seen that the etching is improved and very effective etching can be performed.
なお、本発明者らによる検討の結果、チャンバー内壁表
面材の材質およびチャンバー内に配備する種々の用具類
の表面の材質にアルミニウムを用いた場合においても、
CF4ガスと02ガスとの混合ガスだけでドライエツチ
ングする代りに、それにさらにN2ガスを数%から14
%混合させたガスを用いてドライエツチングすれば、N
2ガスを混合させなかった場合に比しエツチング速度が
増大し、特にN2ガスの混合率が8%から10%の近傍
で、エツチング速度は1.4倍程度に効率アップするこ
とが判明した。したがって、本発明の方法は、N2ガス
を混合しないCF 4ガスと02ガスとの混合ガスを用
い、かつチャンバー内壁表面の材質およびチャンバー内
に配備する用具類の表面の材質もステンレスのままとし
てa−Siをエツチングする場合すなわち基準値と比較
すれば、1、B Xl、4倍すなわち約2.2倍程度の
効率アップとなることがわかる。As a result of studies by the present inventors, even when aluminum is used as the material for the surface material of the inner wall of the chamber and the material for the surfaces of various tools installed in the chamber,
Instead of dry etching using only a mixed gas of CF4 gas and 02 gas, we also add N2 gas from several percent to 14%.
If dry etching is performed using a gas mixed with N
It has been found that the etching rate increases compared to the case where the two gases are not mixed, and in particular, when the mixing ratio of N2 gas is around 8% to 10%, the efficiency of the etching rate increases to about 1.4 times. Therefore, the method of the present invention uses a mixed gas of CF4 gas and 02 gas without mixing N2 gas, and also maintains the material of the inner wall surface of the chamber and the surface material of the tools disposed in the chamber as stainless steel. When etching -Si, that is, when compared with the reference value, it can be seen that the efficiency is increased by 1, B Xl, 4 times, or approximately 2.2 times.
また、動作圧は、1O−3〜I Torrの範囲で適用
できるが、0,2〜Q、7 Torrの範囲が望ましく
、0.5 Torr前後が最適である。Further, the operating pressure can be applied in the range of 10-3 to I Torr, but preferably in the range of 0.2 to Q.7 Torr, and optimally around 0.5 Torr.
本発明の方法によって効果的にエツチングできる試料は
、実施例に掲げたa−3i薄膜に限られるものではなく
、CF4ガスを用いてエツチングすることのできる試料
であれば何でもよいのであり、例えば、Si、5io2
、Si3N4 、MO%W等に対しても本発明方法を有
効に適用できる。The sample that can be effectively etched by the method of the present invention is not limited to the a-3i thin film listed in the examples, but any sample that can be etched using CF4 gas may be used.For example, Si, 5io2
, Si3N4, MO%W, etc., the method of the present invention can be effectively applied.
しかし、この方法はa−8iに対して適用した場合の効
果が最良であった。However, this method was most effective when applied to a-8i.
また、本発明方法の適用は、上記実施例に示したような
りアクティブイオンエツチングの場合に限定されるわけ
ではなく、エツチング機構として化学反応が利用されて
いるものであればよいのであって、プラズマエツチング
、イオンビームエツチング等に本発明方法が適用される
場合であっても上記同様の効果を得ることができる。Furthermore, the application of the method of the present invention is not limited to the case of active ion etching as shown in the above embodiments, but may be applied to any method in which a chemical reaction is utilized as an etching mechanism. Even when the method of the present invention is applied to etching, ion beam etching, etc., the same effects as described above can be obtained.
さらに、本発明の実施において使用できるドライエツチ
ング装置は、上記実施例に示したものに限られないこと
はいうまでもない。Furthermore, it goes without saying that the dry etching apparatus that can be used in carrying out the present invention is not limited to that shown in the above embodiments.
[発明の効果]
以上かられかるように、本発明によって、試料を効率良
くエツチングすることのできるドライエツチング法が提
供された。[Effects of the Invention] As can be seen from the above, the present invention provides a dry etching method that can efficiently etch a sample.
第1図は、内壁表面の材質がステンレスであるエツチン
グチャンバーを用い、かつN2ガスを全く混合しないエ
ツチングガスを用いてドライエツチングを行った場合の
エツチング速度を基準値(1,0)として算出したエツ
チング速度比(縦軸)を、エツチングガスへのN2ガス
の混合率(%)(横軸)に対してプロットした曲線であ
る。曲線AはエツチングガスへのN2ガスの混合効果を
示す曲線であり、曲線BはN2ガスの混合効果にアルミ
ニウム使用効果を加えた総合効果を示す曲線である。
第2図は、ドライエツチング装置の模式図である。
符号の説明
1・・・・反応室
2・・・・電極
3・・・・ガス導入口
4・・・・基板
5・・・・基板支持台
6・・・・排気口
ア・・・・メツシュシールドFigure 1 shows the etching rate when dry etching was performed using an etching chamber whose inner wall surface was made of stainless steel and an etching gas that did not mix any N2 gas, with the reference value (1,0) being calculated. This is a curve in which the etching speed ratio (vertical axis) is plotted against the mixing ratio (%) of N2 gas in the etching gas (horizontal axis). Curve A is a curve showing the effect of mixing N2 gas into the etching gas, and curve B is a curve showing the overall effect of adding the effect of using aluminum to the mixing effect of N2 gas. FIG. 2 is a schematic diagram of the dry etching apparatus. Explanation of symbols 1...Reaction chamber 2...Electrode 3...Gas inlet port 4...Substrate 5...Substrate support stand 6...Exhaust port a... mesh shield
Claims (6)
なくとも内壁の表面部分が、CF_4、O_2およびN
_2の混合ガスからなるエッチングガスと反応せずまた
は少なくとも反応し難く、しかもCF_4のラジカル分
解を早める機能を持つ材料でつくられているエッチング
チャンバーを用い、該チャンバー内部に配置した被エッ
チング材を該チャンバー内に導入した前記混合ガスから
なるエッチングガスによりドライエッチングすることを
特徴とするドライエッチング法。(1) As an etching chamber, the inner wall or at least the surface part of the inner wall is used for etching CF_4, O_2 and N.
Using an etching chamber made of a material that does not react or at least does not easily react with the etching gas consisting of the mixed gas of _2, and has the function of accelerating the radical decomposition of CF_4, the material to be etched placed inside the chamber is etched. A dry etching method characterized in that dry etching is carried out using an etching gas made of the above-mentioned mixed gas introduced into a chamber.
の用具類または少なくともそれらの表面部分を、前記混
合ガスからなるエッチングガスと反応せずまたは少なく
とも反応し難く、しかもCF_4のラジカル分解を早め
る機能を持つ材料で構成したことを特徴とする請求項1
記載のドライエッチング法。(2) The various tools for etching installed in the chamber, or at least their surface parts, do not react with the etching gas consisting of the mixed gas, or at least do not react easily, and have the function of accelerating the radical decomposition of CF_4. Claim 1 characterized in that it is made of a material that has
Dry etching method described.
面の構成部材としてアルミニウムまたはアルミニウム合
金を用いたことを特徴とする請求項1記載の方法。(3) The method according to claim 1, wherein aluminum or an aluminum alloy is used as a component of the inner wall of the chamber or at least the surface of the inner wall.
の用具類または少なくともそれらの表面部の構成材とし
てアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いたことを
特徴とする請求項2記載のドライエッチング法。(4) The dry etching method according to claim 2, wherein aluminum or an aluminum alloy is used as a constituent material of various tools for etching arranged in the chamber or at least their surface parts.
求項1〜4のいずれかに記載のドライエッチング法。(5) The dry etching method according to any one of claims 1 to 4, wherein the material to be etched is an amorphous semiconductor.
請求項5記載のドライエッチング法。(6) The dry etching method according to claim 5, wherein the material to be etched is amorphous silicon.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7659390A JPH03277788A (en) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7659390A JPH03277788A (en) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | Dry etching method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03277788A true JPH03277788A (en) | 1991-12-09 |
Family
ID=13609610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7659390A Pending JPH03277788A (en) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | Dry etching method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03277788A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6060397A (en) * | 1995-07-14 | 2000-05-09 | Applied Materials, Inc. | Gas chemistry for improved in-situ cleaning of residue for a CVD apparatus |
-
1990
- 1990-03-28 JP JP7659390A patent/JPH03277788A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6060397A (en) * | 1995-07-14 | 2000-05-09 | Applied Materials, Inc. | Gas chemistry for improved in-situ cleaning of residue for a CVD apparatus |
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