JPH04238882A - 高温絶縁物品 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマエッチング装
置等の部品として用いられる耐プラズマ性に優れた高温
絶縁物品に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハー上に多数のトランジス
タを形成する集積回路の製作においてはパターン形成等
の各種微細加工が必要である。

【０００３】パターン形成方法としてはエッチングがよ
く用いられる。これは、シリコンウエハーもしくはその
上面に形成された導体層や絶縁層にレジストとよばれる
耐蝕性材料でパターンを形成した後、エッチング液やエ
ッチングガスに曝すことによりレジストで被覆されてい
ない部分を選択的に除去する方法であり、通常、エッチ
ング液を用いる方法を溶液系エッチング、エッチングガ
スを用いる方法をドライエッチングとよばれる。ドライ
エッチングではさらにエッチングガスの活性化が必要で
あり、その活性化方法としては、反応系を例えば１００
０℃以上の高温にする方法と、エッチングガスをプラズ
マ化する方法（プラズマエッチング）とがあるが、パタ
ーン形成には、通常、比較的低温で行えるプラズマエッ
チングが用いられる。

【０００４】近年、集積回路の集積度が向上するにつれ
て形成させるべくパターンの寸法も小さくなり高精度な
パターン形成が可能であるプラズマエッチングが主流と
なりつつある。

【０００５】プラズマエッチング装置としては種々のも
のがあるが、大口径のウエハーをそのまま処理できるい
わゆる枚葉式のプラズマエッチング装置が広く用いられ
ている。

【０００６】図１は、枚葉式プラズマエッチング装置の
概略説明図である。図１において、真空容器１中にプラ
ズマを発生させる一対の上部電極２と下部電極３が設け
られ、ウエハー５は下部電極３のチャック４に固定され
る。ウエハーの固定方式により機械式チャック、真空チ
ャック、静電チャックなどの種類があるが、機械式チャ
ックはウエハーに固定しろを設けなければならず、一方
、真空チャックは真空中では使用できない。これらのこ
とから、近年、静電チャックが比較的よく使用されてい
る。静電チャックはチャック内部のウエハー固定用電極
に電圧を印加することによりウエハーとの間に静電引力
を発生させてウエハーを固定する。このため、ウエハー
に固定しろを設ける必要がなく、また真空中でも使用で
きる。エチングガスは上部電極２のガス吹き出し孔６か
ら真空容器１中に供給される。一対の上部電極２と下部
電極３はプラズマ放電を起こすために高周波電源７に接
続され、また真空容器内は排気口８に接続された真空ポ
ンプ９により真空下に保たれる。

【０００７】エッチングは、レジストでパターン形成後
まず真空容器１内を排気する。次いでエッチングガスを
上部電極２のガス吹き出し孔６を通じて上部電極２と下
部電極３間に供給する。これを高周波電源７でプラズマ
化させる。こうしてレジストに被覆されていない部分を
エッチングガスと反応させることによりエッチングが行
われる。この反応の生成物は排気口８から排出される。

【０００８】図１に示したプラズマエッチング装置の各
部品はプラズマ雰囲気に曝されるため耐プラズマ性であ
ることが必要であり、アルミニウム、アルミナ等の物質
で形成される。特にチャック４の表面は耐プラズマ性に
加え高い絶縁性が必要であるのでアルミナで被覆されて
いる場合が多い。一方、近年、エッチング速度を増大さ
せるために、あるいは微細なパターンを形成するために
、ウエハーを加熱しながらプラズマエッチングすること
が行われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法においては、ウエハーを加熱するためにはチャック
４をも加熱しなければならなっかたので、その表面がア
ルミナで被覆されている従来のプラズマエッチング装置
では、加熱によりアルミナの絶縁性が低下して絶縁破壊
が生じウエハーが正常に保持できなくなるという問題が
あった。この問題を解決するため、アルミナよりも高温
絶縁性に優れた六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）で被覆する
試みもあるが、ｈＢＮは耐プラズマ性に劣るのでプラズ
マでエッチングされてウエハーに不純物として混入して
しまいウエハーの電気特性が低下するという新たな問題
があった。

【００１０】本発明の目的は、以上のような従来のプラ
ズマエッチング装置の欠点を解決し耐プラズマ性と高温
での絶縁性を備えた高温絶縁物品を提供することにある
。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、六
方晶窒化ホウ素成形体上に耐プラズマ性を有する物質を
被覆してなることを特徴とする高温絶縁物品である。

【００１２】以下、さらに詳しく本発明について説明す
る。本発明の高温絶縁物品の基材には六方晶窒化ホウ素
（ｈＢＮ）成形体が用いられる。ｈＢＮ成形体は高温で
の絶縁性に特に優れた物質であり、これにはｈＢＮ粉末
を焼結してなる焼結体や熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）成
形体等があげられる。

【００１３】このｈＢＮ成形体上に耐プラズマ性を有す
る一種以上の物質を被覆して本発明の高温絶縁物品とす
る。耐プラズマ性を有する物質とは、プラズマ中でのエ
ッチング速度が小さい物質を意味し、例えば、酸素とテ
トラフルオロメタン（ＣＦ４）との等モル混合ガスを用
い、圧力０．１Ｔｏｒｒ、出力０．７ｋｗで発生させた
高周波プラズマ中におけるエッチング速度が１０Å／ｍ
ｉｎ以下である物質である。このような物質の具体例と
しては、アルミニウムやアルミナの他に、ＡｌＮ、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ３　Ｎ４　等をあげることができ、またこれの
被覆方法としては、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、イオン
プレーティング法、プラズマ溶射法等をあげることがで
きる。

【００１４】本発明の高温絶縁物品の形状と寸法につい
ては任意に設定することができる。その一例を示せば、
図１のプラズマエッチング装置のチャック４の被覆に用
いる場合、基材の厚さがあまりにも厚いと熱の伝達が悪
くなってウエハーの温度制御性が低下し、一方、基材の
厚さがあまりにも薄いと絶縁破壊が生じてしまう。以上
のことから、本発明の高温絶縁物品が静電チャックであ
る場合には、基材の厚さは０．０１〜１０ｍｍであるこ
とが望ましい。一方、耐プラズマ性を有する物質の被覆
厚みがあまりにも厚いとｈＢＮ成形体からなる基材との
界面で剥離が生じやすく、一方、厚さがあまりにも薄い
と基材が露出しやすくなって寿命が短くなる。以上のこ
とから、本発明の高温絶縁物品の耐プラズマ性を有する
物質の被覆厚みとしては０．００１〜１ｍｍであること
が望ましい。

【００１５】以上のプラズマエッチング装置により半導
体ウエハーが加熱され、さらにプラズマエッチングが行
われる。加熱温度としては１００〜１０００℃、エッチ
ングガスとしては、酸素、テトラフルオロメタン（ＣＦ
４　）、テトラクロロメタン（ＣＣｌ４　）等が使用さ
れる。

【００１６】本発明の高温絶縁物品の用途は、上記した
ようなプラズマエッチング装置の静電チャックに限られ
るものではなく、例えばエピタキシャル成長、ＣＶＤ、
プラズマＣＶＤ、物理気相蒸着（ＰＶＤ）等の半導体ウ
エハー加熱処理工程に用いることができる。

【００１７】

【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。

【００１８】実施例１　　比較例１ 　　厚さ１ｍｍの窒化ホウ素（ｈＢＮ）焼結体円板の片
面に厚さ０．１ｍｍのＳｉＣをＣＶＤ法により被覆して
本発明の高温絶縁物品を製造した。一方、他の片面には
無電解ニッケルメッキを施して電極を形成させて静電チ
ャックを製作した。

【００１９】これを、絶縁体（図示なし）を介して図１
のプラズマエッチング装置に取り付けてシリコンウエハ
ー上に形成したタングステン膜のプラズマエッチングを
行った。エッチングガスにはテトラクロロメタンを用い
、一対の上部電極２と下部電極３の間に２００Ｗの高周
波電力を印加し、さらにヒーター１０に電力を供給して
ウエハーの表面温度を４００℃にし約１００秒間のエッ
チングを行った。その結果、エッチング速度は１００Å
／秒であった。

【００２０】比較のため、ヒーターによる加熱を行わな
かったこと以外は実施例１と同様な条件でエッチングを
行った。このときのウエハーの表面温度は約１５０℃で
あった。その結果、エッチング速度は２０Å／秒であっ
た。

【００２１】実施例２　　比較例２ 　　ｈＢＮ焼結体の上面に黒鉛電極を配置した後それを
覆うため、ＣＶＤ法によりまずｈＢＮを、次いでＡｌＮ
を被覆して本発明の高温絶縁物品を製造した。このとき
のｈＢＮとＡｌＮの被覆厚みはそれぞれ０．５ｍｍと０
．３ｍｍであった。

【００２２】これを、図１のプラズマエッチング装置に
取り付けてシリコンウエハー上に形成したシリコン酸化
膜のプラズマエッチングを行った。エッチングガスには
テトラフロロメタンを用い、上部電極２と下部電極３の
間に１５０Ｗの高周波電力を印加し、さらにヒーター１
０に電力を供給してウエハーの表面温度を３００℃にし
約２００秒間のエッチングを行った。その結果、エッチ
ング速度は１５０Å／秒であった。さらに、このウエハ
ーから４メガビットの記憶容量を持つ半導体素子を製造
したところ、誤動作を起こしたものはなかった。

【００２３】比較のため、ヒーターによる加熱を行わな
かったこと以外は実施例２と同様な条件でエッチングを
行った。このときのウエハーの表面温度は約１００℃で
あった。その結果、エッチング速度は６０Å／秒であっ
た。さらに、このウエハーから４メガビットの記憶容量
をもつ半導体素子を製造したところ、１００個中３個の
割合で誤動作がみられた。

【００２４】実施例３　　比較例３ 　　実施例２で製造した静電チャックを図１のプラズマ
エッチング装置に取り付けてシリコンウエハー上に形成
したタングステン膜のプラズマエッチングを行った。エ
ッチングガスにはテトラクロロメタンを用い、上部電極
２と下部電極３の間に２５０Ｗの高周波電力を印加し、
さらにヒーター１０に電力を供給してウエハーの表面温
度を５００℃にし約２００秒間のエッチングを行った。

【００２５】このエッチング操作を５００枚以上のシリ
コンウエハーに対して行ってもプラズマエッチング装置
には損傷はなく、さらに得られた半導体素子の電気的特
性の低下も認められなかった。

【００２６】比較のため、ｈＢＮのＣＶＤ法による被覆
は行わなかったこと以外は実施例３と同様にして静電チ
ャックを製造し同一条件でシリコンウエハーのエッチン
グを行った。その結果、静電チャックからシリコンウエ
ハーへのリーク電流は、実施例３では０．１ｍＡ／ｃｍ
２　であったのに対して比較例３では１００ｍＡ／ｃｍ
２　と大きかった。このため、シリコンウエハー上のシ
リコン酸化膜が破壊し、このシリコンウエハーから製造
した半導体素子は、１００個中９０個の割合で誤動作を
起こした。さらにシリコンウエハーを約１５０枚処理し
た時点でＡｌＮ被覆が絶縁破壊を起こした。

【００２７】

【発明の効果】本発明の高温絶縁物品をプラズマエッチ
ング装置に用いることにより、従来室温で行っていたシ
リコンウエハーのプラズマエッチング処理が高温で行え
るようになる。従って、エッチング速度の高速化やパタ
ーンニングの微細化による半導体素子の信頼性の向上と
装置の長寿命化が可能となり、半導体素子の生産性向上
に大きく寄与する。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例の高温絶縁物品を装備した枚葉式プラ
ズマエッチング装置の概略説明図である。

【符号の説明】

１・・・真空容器　　　　　　　　２・・・上部電極　
　　　　　３・・・下部電極 ４・・・チャック　　　　　　　　５・・・ウエハー　
　　　　　６・・・ガス吹き出し孔 ７・・・高周波電源　　　　　　８・・・排気口　　　
　　　　　９・・・真空ポンプ１０・・・ヒーター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　六方晶窒化ホウ素成形体上に耐プラズ
   マ性を有する物質を被覆してなることを特徴とする高温
   絶縁物品。