JPH04280428A - ドライエッチング方法およびその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、特に半導体素子製造に好適な無損傷，無汚染下で
原子層単位で制御可能なエッチング方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子層単位でエッチング可能なエ
ッチング手段として、例えば特開平２−７９４２９　号
記載の方法がある。この方法は、基板上の自然酸化膜を
除去した後、基板を低温状態に保持する。次にＥＣＲプ
ラズマで生成した塩素ラジカルを、低温に保持されてい
る基板に照射する。これによって、塩素ラジカルが基板
に吸着し、塩素化合物を形成する。この後パルスレーザ
光を基板に照射し、前述した塩素化合物を脱離させるこ
とによって、エッチングが行われる。

【０００３】また、分子エネルギーを励起した分子を用
いた表面処理方法として、例えば特開昭６１−１１３７
７５号公報がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＥＣＲプラズマを利用
したエッチングでは、プラズマ中で塩素ラジカルのほか
、高いエネルギーを有する各種のイオンや原子，電子，
分子も生成され、これらも当然基板に入射することにな
る。これら高エネルギーのイオンなどが基板に入射する
と、イオン衝撃などで基板に結晶欠陥などの重大な損傷
を与えることになる。またこれら高エネルギーのイオン
などは、必然的に基板周辺の構造物にも入射することに
なり、それによって基板周辺からスパッタされた各種の
元素が基板表面に再付着するなどで基板が汚染されると
いう問題がある。またＥＣＲプラズマを得るには、マイ
クロ波電源，磁気コイル，導波管などが必要となる。さ
らにエッチングを行うには、レーザ光源が必要となるな
どで、装置が複雑，高価となる。

【０００５】本発明の目的は、被処理体である試料に、
損傷，汚染を新たに生成せずに、原子層単位でエッチン
グ可能な手段及びその装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるドライエッ
チング方法は、被処理体となる試料の所定位置にエッチ
ャントであるハロゲンガスを照射する。このハロゲンガ
スは照射直前にたとえば加熱操作を加えてから照射して
も良い。この後前記試料の所定位置に、たとえば加熱し
た化学的に不活性な粒子から成る中性粒子を照射する。

【０００７】

【作用】被処理体である試料にエッチャントであるハロ
ゲンガスを照射すると、試料に吸着しハロゲン化物を形
成する。次に前記試料の所定位置に化学的に中性な粒子
、例えば希ガスを照射する過程で加熱するか、または他
のガスと混合するなどで分子エネルギー（回転，振動，
並進，電子準位エネルギー）を励起して中性粒子線とし
て照射する。この中性粒子線が、塩素の吸着によって前
記試料を構成する元素との結合エネルギーが弱めている
前記ハロゲン化物と衝突することによって、ハロゲン化
物が脱離し原子層単位でエッチングが進行する。この中
性粒子線の有するエネルギーは被処理体の結晶欠陥を誘
起しない程度の低エネルギーとするので、エッチングは
表面損傷などを伴わずに行われる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て説明する。

【０００９】一実施例を図１に示す。エッチングは排気
装置１２を備えた真空容器２内で行われる。真空容器２
内には、基板１を固定し、基板１の姿勢を任意に設定で
きる駆動機構３ｃ及び基板１の温度を制御する熱源３ｂ
，温度制御機能３ａを備えている基板保持台３，真空容
器２内へ各種ガスを導入するリークバルブ４ａ，４ｂ、
及びその流量を制御する流量制御バルブ７ａ，７ｂ、ガ
スを加熱する熱源１３ｂ，熱源１３ｂを制御する温度制
御機能１３ａ及びガスを基板１に噴出する噴出口１３ｃ
を備えた炉１３が納められている。シリコン基板１を基
板保持台３に固定し、真空容器２を１／１０８Ｐａ　程
度に排気する。この圧力下でシリコン基板１を熱源３ｂ
，温度制御機能３ａによって９００℃程度に加熱して、
基板１表面上の酸化膜を除去し清浄表面を得る。その後
塩素を、リークバルブ４ａ流量制御バルブ７ｂを介して
真空容器２内に導入する。この操作で図２（ａ）に示す
ようにシリコン基板１の最表面に塩素が吸着し、シリコ
ン塩化物を生成する。またこの状態ではまだエッチング
は進行しない。この塩化物の生成は、基板１の温度が常
温においても行われることが一般的に知られているが、
基板１の温度を熱源３ｂ，温度制御機能３ａによって制
御しながら行っても問題はない。次に中性粒子として使
用する窒素のガス源に接続しているリークバルブ４ｂを
開放し、流量制御バルブ７ｂを介して熱源１３ｂ、温度
制御機能１３ａによって５００から２０００℃の範囲の
所定の温度に加熱した炉１３内に導入する。窒素は、加
熱している炉１３内で分子エネルギーが励起して、噴出
口１３ｃから基板１に照射される。基板１に到達した窒
素は前述した塩素の吸着によりバックボンドエネルギー
が弱くなった最表面の前記塩化物と衝突し、これを脱離
せしめることにより最表面のシリコンのみがエッチング
される。つまり原子層単位でエッチングが行われる。以
上本実施例で述べたように、使用するガスの分子エネル
ギーを励起する手段として分子を加熱する方法は、使用
する分子が多原子から成る分子、本実施例では窒素分子
を用いる場合に適用する。

【００１０】図３は本発明の別の実施例を示している。 中性粒子として炉１３に導入するガスが単原子から成る
分子、本実施例ではクリプトンを用いている点が実施例
１と異なる点である。基板１を基板保持台３に固定し、
排気，塩素を導入するまでは実施例１と同じ手順で行う
。次にクリプトンのガス源に接続しているリークバルブ
４ｃと、ヘリウムのガス源に接続しているリークバルブ
４ｂを調整して、ヘリウムとクリプトンを流量制御バル
ブ７ｂを介して炉１３内に導入する。この際、熱源１３
ｂ，温度制御機能１３ａを用いて、炉１３を５００から
２０００℃の範囲の所定の温度に加熱しておく。クリプ
トンとヘリウムは、炉１３内で互いに衝突を繰り返すこ
とによって分子エネルギーが励起し、噴出口１３ｃを通
って基板１に照射する。このクリプトンが、前述した塩
素の吸着によりバックボンドが弱くなった最表面の塩化
物と衝突し、塩化物を脱離させることによって、原子層
単位でエッチングが進行する。以上本実施例で述べたよ
うに、使用するガスの分子エネルギーを励起する手段と
して第３のガス、本実施例ではヘリウムと混合する方法
は、使用する分子が単原子から成る分子例えば希ガスの
場合に使用する。もちろん多原子分子を用いる場合に適
用しても問題ないことは言うまでもない。

【００１１】以上の述べた実施例では、シリコン基板前
処理（酸化膜除去処理）として９００℃に加熱し基板表
面上の酸化物を除去する工程が必要である。しかしこの
ように基板を高温に加熱できない場合もある。例えば基
板に既に素子などが形成されている場合である。この場
合の実施例を図４，図５に示す。塩素を炉１３を介して
基板に照射する点が図１，図３の実施例と異なる点であ
る。基板１を基板保持台に固定し、真空容器を排気装置
１２を用いて１／１０８Ｐａ　に排気する。この後基板
１を熱源３ｂ，温度制御機能３ａによって２００℃に加
熱する。次に塩素のガス源に接続しているリークバルブ
４ａ，流量制御バルブ７を通して、熱源１３ｂ，温度制
御機能１３ａによって５００から２０００℃の所定の温
度に加熱されている炉１３に導入する。塩素は炉１３内
で分子エネルギーが励起されて、噴出口１３ｃから基板
１に照射する。この後の基板１の表面の状態を、Ｘ線光
電子分光法（ＸＰＳ）にて測定した結果を図６に示す。 塩素照射時の条件は、（ａ）が炉１３及び基板１の温度
が室温の時の測定結果であり、（ｂ）が炉１３の温度が
８００℃、基板１の温度が室温の結果である。図６から
わかるように、（ａ）の条件では、基板１の表面の酸化
物などの影響で塩素が吸着していない。一方（ｂ）の条
件では塩素が吸着している様子が明らかにわかる。つま
り加熱されている炉１３内で塩素の分子エネルギーが励
起し、活性化された塩素が基板１表面上の酸化物を除去
し、その後吸着していることを示している。よってこの
後既に述べた手順でクリプトン、又は窒素の分子エネル
ギーを励起して基板１に照射することによって、基板１
は従来の高温にする前処理工程を行わなくても、原子層
単位でエッチングすることが可能となる。もちろん高温
に加熱して清浄化処理した基板１を使用すれば、塩素の
導入時に炉１３を加熱しなくてもよく、図１，図３の実
施例と同じ効果が得られるのはいうまでもない。

【００１２】以上述べてきたエッチングの方法は、Ｇａ
Ａｓ基板にもそのまま適用できる。その場合は、図７の
実施例に示しているように、基板前処理用にＡｓの分子
源６を真空容器２内に備える必要がある。つまり基板１
の表面に形成されている薄い自然酸化膜等の汚染物を除
去し清浄な表面を得るために、基板１をＡｓ分子源６か
らＡｓの照射を受けながら熱源３ｂ，温度制御機能３ａ
によって６００℃程度に加熱する必要があるためである
。基板１の加熱中Ａｓの照射を行う理由は、加熱温度で
ある６００℃では基板１からＡｓが著しく蒸発するため
である。この後前述してきた手順によって、塩素の照射
，窒素もしくはクリプトンの照射を行うことによって、
原子層単位でのエッチングが行える。本実施例では塩素
を加熱しないで照射する構造となっているが、図４，図
５に示したように、塩素を炉１３で加熱して照射するこ
とによって基板１の極表面をエッチングし、表面に形成
されている薄い自然酸化膜等の汚染物を除去する手段を
採用してもよい。その時の基板温度である２００℃程度
では、ＧａＡｓ基板からのＡｓの脱離は無視できる程度
なので、真空容器内にはＡｓの分子源を設ける必要はな
くなる。

【００１３】以上述べてきた操作を繰り返して行えば、
エッチング量を定量的に制御しながらエッチングを行う
ことが可能となる。その際基板の所定位置をマスキング
すれば、エッチング量を局所的に定量的に可変すること
が可能となる。また基板に照射する各種分子の有する分
子エネルギーはいずれも０．１　から１０ｅＶ以内の所
定の範囲に制御されるため、エッチング時に基板に結晶
欠陥などの損傷を与えることはなく、さらに周辺からの
汚染も無いので、量子細線，超微細構造を有する超格子
デバイスの開発に好適な手段となる。

【００１４】

【発明の効果】本発明によるドライエッチング方法によ
れば、シリコン、または化合物からなる半導体基板に損
傷及び汚染を与えずに、エッチング量を定量的に原子層
単位で制御しながらエッチングすることが可能となる。 この方法は特に量子細線、または極微細な構造を有する
超格子デバイスの開発に好適な技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】エッチングモデルの模式図。

【図３】本発明の別の実施例を示す構成図。

【図４】本発明の別の実施例を示す構成図。

【図５】本発明の別の実施例を示す構成図。

【図６】ＸＰＳ分析図。

【図７】Ａｓの分子源を設けた実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１…基板、２…真空容器、３…基板保持台、３ａ…温度
制御機能、３ｂ…熱源、３ｃ…駆動機構、４ａ…リーク
バルブ、４ｂ…リークバルブ、４ｃ…リークバルブ、６
…Ａｓ分子源、６ａ…Ａｓ分子源制御機能、７ａ…流量
制御バルブ、７ｂ…流量制御バルブ、１２…排気装置、
１３…加熱炉、１３ａ…温度制御機能、１３ｂ…熱源、
１３ｃ…噴出口。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくともハロゲンガスを含んだ分子を、
   被処理体である試料の所定位置に照射し、該照射後該試
   料と該ハロゲンガスとの化合物をエッチングできる分子
   エネルギーを有する中性粒子線を該所定位置に照射し、
   該試料を原子層単位でエッチングすることを特徴とする
   エッチング方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のエッチング方法において、
   該試料に該ハロゲンガスと該中性粒子線の照射を少なく
   とも１回以上繰り返すことによって、該試料のエッチン
   グ量を定量的に制御できることを特徴とする、エッチン
   グ方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のエッチング方法において、
   該試料の所定位置にマスキングを行い、該ハロゲンガス
   と該中性粒子線の照射を少なくとも１回以上行うことに
   よって、該試料のエッチング量を局所的に、定量的に可
   変できることを特徴とする、エッチング方法。
4. 【請求項４】請求項１記載のエッチング方法において、
   該中性粒子線を形成する粒子を、該試料に照射する過程
   で加熱することにより、該中性粒子線を得ることを特徴
   とするエッチング方法。
5. 【請求項５】請求項１記載のエッチング方法において、
   該中性粒子線が、希ガス，酸素，窒素，水素、またはこ
   れら該粒子を構成粒子の一部とすることを特徴とする、
   エッチング方法。
6. 【請求項６】請求項１記載のエッチング方法において、
   該ハロゲンガスを、該試料に照射する過程で加熱した後
   、該試料に照射することを特徴とする、エッチング方法
   。
7. 【請求項７】排気手段を備えた真空容器と、該真空容器
   に被処理体である試料と、該試料を保持する試料保持台
   と、該真空容器内に各種ガスを導入するガス導入手段と
   、該ガスを加熱する加熱手段と、該ガスを該試料に照射
   するガス照射手段を備えたことを特徴とする、エッチン
   グ装置。