JPH05129248A - 高速ドライエツチング方法 - Google Patents
高速ドライエツチング方法Info
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- JPH05129248A JPH05129248A JP31195991A JP31195991A JPH05129248A JP H05129248 A JPH05129248 A JP H05129248A JP 31195991 A JP31195991 A JP 31195991A JP 31195991 A JP31195991 A JP 31195991A JP H05129248 A JPH05129248 A JP H05129248A
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- etching
- dry etching
- etching rate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマエッチングにおけるエッチング速度
を向上させ、垂直形状と深掘りが必要とされるシリコン
基板の加工にも十分適用できる高速ドライエッチング方
法を提供する。 【構成】 反応室１内には、高周波電圧が印加される上
部電極２下面にシリコン基板３が設けてある。反応ガス
は反応室底面のガス導入口より下部電極５内へ導入さ
れ、シャワー状に吹き出す。反応ガスである六フッ化イ
オウと酸素との混合比を８０：２０〜４５：５５（体積
比）の範囲とし、ガス流量を反応室の容積１ｌ当たり５
sccm以上、ガス圧０．１Torr以上、電極面積当たりの高
周波入力電力を１Ｗ／cm2 以上として高速ドライエッチ
ングを行う。
を向上させ、垂直形状と深掘りが必要とされるシリコン
基板の加工にも十分適用できる高速ドライエッチング方
法を提供する。 【構成】 反応室１内には、高周波電圧が印加される上
部電極２下面にシリコン基板３が設けてある。反応ガス
は反応室底面のガス導入口より下部電極５内へ導入さ
れ、シャワー状に吹き出す。反応ガスである六フッ化イ
オウと酸素との混合比を８０：２０〜４５：５５（体積
比）の範囲とし、ガス流量を反応室の容積１ｌ当たり５
sccm以上、ガス圧０．１Torr以上、電極面積当たりの高
周波入力電力を１Ｗ／cm2 以上として高速ドライエッチ
ングを行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高速ドライエッチング方
法に関し、詳しくは、圧力センサ等のＳｉマイクロ加工
型センサの製造工程において基板表面に凹部または開口
部を形成するために、高周波放電により発生したプラズ
マによってエッチングを行う方法に関する。
法に関し、詳しくは、圧力センサ等のＳｉマイクロ加工
型センサの製造工程において基板表面に凹部または開口
部を形成するために、高周波放電により発生したプラズ
マによってエッチングを行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力センサ等、Ｓｉマイクロ加工型セン
サの製造工程において、圧力変化等の検知や素子分離を
行なうための凹部またはコンタクト用の開口部を形成す
るには、基板と垂直方向に、かつ深掘りする技術が必要
とされる。
サの製造工程において、圧力変化等の検知や素子分離を
行なうための凹部またはコンタクト用の開口部を形成す
るには、基板と垂直方向に、かつ深掘りする技術が必要
とされる。
【０００３】従来、このような凹部または開口部の形成
には、水酸化カリウム等のアルカリ溶液を用いたウェッ
トエッチングが用いられている。一方、近年、シリコン
ウエハの大口径化が検討されており、これに伴ってシリ
コンウエハーの厚みが増大すると、エッチング量も増大
することになる。ところが、ウェットエッチングはエッ
チング速度がシリコンの面方位によって異なるため、エ
ッチング断面形状がテーパ状となるなど形状の制御が難
しく、センサチップが必要以上に大型化する原因とな
る。
には、水酸化カリウム等のアルカリ溶液を用いたウェッ
トエッチングが用いられている。一方、近年、シリコン
ウエハの大口径化が検討されており、これに伴ってシリ
コンウエハーの厚みが増大すると、エッチング量も増大
することになる。ところが、ウェットエッチングはエッ
チング速度がシリコンの面方位によって異なるため、エ
ッチング断面形状がテーパ状となるなど形状の制御が難
しく、センサチップが必要以上に大型化する原因とな
る。
【０００４】このような問題を解決するため、エッチン
グ速度が面方位に依存しない垂直エッチング技術が望ま
れ、この要求に適する方法として、反応ガスにプラズマ
を発生させてエッチングを行うドライエッチング方法が
知られている。しかしながら、従来のドライエッチング
方法には深掘りを対象としたものが少なく、しかもエッ
チング速度は最大でも２μｍ／min 程度と極めて遅かっ
た。このため、深掘りを必要とする圧力センサを製作す
るには多大な時間を要するという欠点があった。
グ速度が面方位に依存しない垂直エッチング技術が望ま
れ、この要求に適する方法として、反応ガスにプラズマ
を発生させてエッチングを行うドライエッチング方法が
知られている。しかしながら、従来のドライエッチング
方法には深掘りを対象としたものが少なく、しかもエッ
チング速度は最大でも２μｍ／min 程度と極めて遅かっ
た。このため、深掘りを必要とする圧力センサを製作す
るには多大な時間を要するという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかして、本発明の目
的は、シリコンウエハーに凹部または開口部をドライエ
ッチングによって形成するに際し、エッチング速度を向
上させて、深掘りを必要とする圧力センサ等にも十分適
用できる高速ドライエッチング方法を提供することにあ
る。
的は、シリコンウエハーに凹部または開口部をドライエ
ッチングによって形成するに際し、エッチング速度を向
上させて、深掘りを必要とする圧力センサ等にも十分適
用できる高速ドライエッチング方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題を解消するた
め、本発明では、シリコン基板表面に凹部または開口部
を形成するに際して、陰極結合方式の平行平板型ドライ
エッチング装置を用い、反応ガスとして六フッ化イオウ
と酸素との混合ガスを用いるとともに、六フッ化イオウ
と酸素の混合比を８０：２０〜４５：５５（体積比）の
範囲とし、ガス流量が反応室の容積１ｌ当たり５sccm以
上、ガス圧が０．１Torr以上の条件で、電極面積当たり
の高周波入力電力を１Ｗ／cm2 以上印加することにより
ドライエッチングを行う。
め、本発明では、シリコン基板表面に凹部または開口部
を形成するに際して、陰極結合方式の平行平板型ドライ
エッチング装置を用い、反応ガスとして六フッ化イオウ
と酸素との混合ガスを用いるとともに、六フッ化イオウ
と酸素の混合比を８０：２０〜４５：５５（体積比）の
範囲とし、ガス流量が反応室の容積１ｌ当たり５sccm以
上、ガス圧が０．１Torr以上の条件で、電極面積当たり
の高周波入力電力を１Ｗ／cm2 以上印加することにより
ドライエッチングを行う。
【０００７】反応ガス中の酸素量が上記範囲より少ない
状態では、フッ素ラジカルの発生量が少ないため、また
酸素量が上記範囲より多い状態では、酸素膜の形成およ
び酸素による希釈効果でエッチング速度が低下する。ガ
ス流量、あるいはガス圧が上記数値に満たない場合には
十分なエッチング速度が得られない。また高周波入力電
力が１Ｗ／cm2 を下回るとエッチング速度が急激に低下
するので好ましくない。
状態では、フッ素ラジカルの発生量が少ないため、また
酸素量が上記範囲より多い状態では、酸素膜の形成およ
び酸素による希釈効果でエッチング速度が低下する。ガ
ス流量、あるいはガス圧が上記数値に満たない場合には
十分なエッチング速度が得られない。また高周波入力電
力が１Ｗ／cm2 を下回るとエッチング速度が急激に低下
するので好ましくない。
【０００８】
【作用】上記各条件を満足させることにより、エッチン
グ速度が大幅に向上し、従来にない高速ドライエッチン
グが可能となる。これは、エッチング反応に必要なラジ
カルを発生させるための電子（プラズマ）が、高パワー
高周波電源の印加によって多量に発生し、高密度に集積
されること、さらにこの電子が、好ましいガス消費効率
となるように混合された十分な量の反応ガスと衝突を行
うことによって、エッチングに必要とされるフッ素ラジ
カルが多量に発生し、エッチングを促進して、エッチン
グ速度を増大させるものと考えられる。
グ速度が大幅に向上し、従来にない高速ドライエッチン
グが可能となる。これは、エッチング反応に必要なラジ
カルを発生させるための電子（プラズマ）が、高パワー
高周波電源の印加によって多量に発生し、高密度に集積
されること、さらにこの電子が、好ましいガス消費効率
となるように混合された十分な量の反応ガスと衝突を行
うことによって、エッチングに必要とされるフッ素ラジ
カルが多量に発生し、エッチングを促進して、エッチン
グ速度を増大させるものと考えられる。
【０００９】
【実施例】図１に本実施例で使用した陰極結合方式の平
行平板型高速ドライエッチング装置の概略を示す。図１
において、反応室１はその上面を高周波印加電極である
上部電極２としてあり、反応室１内の上記上部電極２下
面にはエッチング対象であるシリコン基板たるシリコン
ウェハ３が密接して配してある。上記反応室１の底面に
はガス導入口４が設けてあり、一方、該ガス導入口４は
上記反応室１内のほぼ中央部に配置された下部電極５に
接続してあって、反応ガス６は上記ガス導入口４より反
応室１内へ導入され、下部電極５よりシャワー状に吹き
出すようになしてある。なお、反応室１の容積は２０ｌ
とした。
行平板型高速ドライエッチング装置の概略を示す。図１
において、反応室１はその上面を高周波印加電極である
上部電極２としてあり、反応室１内の上記上部電極２下
面にはエッチング対象であるシリコン基板たるシリコン
ウェハ３が密接して配してある。上記反応室１の底面に
はガス導入口４が設けてあり、一方、該ガス導入口４は
上記反応室１内のほぼ中央部に配置された下部電極５に
接続してあって、反応ガス６は上記ガス導入口４より反
応室１内へ導入され、下部電極５よりシャワー状に吹き
出すようになしてある。なお、反応室１の容積は２０ｌ
とした。
【００１０】上記上部電極２に、高周波電源７より電力
を投入すると、上記ガス導入口４より反応室１内へ導入
された反応ガス６に対し、高周波放電によってプラズマ
が発生する。上部電極２の上方にはピストン駆動によっ
て左右動するマグネット８が設置してあり、プラズマ密
度の向上に寄与している。
を投入すると、上記ガス導入口４より反応室１内へ導入
された反応ガス６に対し、高周波放電によってプラズマ
が発生する。上部電極２の上方にはピストン駆動によっ
て左右動するマグネット８が設置してあり、プラズマ密
度の向上に寄与している。
【００１１】上記シリコンウエハ３には、エッチング前
処理として、凹部を形成する箇所を除きアルミニウム膜
よりなるエッチングマスクを形成してある。なお、シリ
コンウエハ３とアルミニウムマスクとの間の選択比は、
予備実験において３００：１以上が得られており、この
マスク材は本発明方法の実施に十分耐えられるものであ
ることが確認されている。
処理として、凹部を形成する箇所を除きアルミニウム膜
よりなるエッチングマスクを形成してある。なお、シリ
コンウエハ３とアルミニウムマスクとの間の選択比は、
予備実験において３００：１以上が得られており、この
マスク材は本発明方法の実施に十分耐えられるものであ
ることが確認されている。
【００１２】次に、上記装置を用いて高速ドライエッチ
ングを行う場合の、各種条件について検討を行った。 １）反応ガス組成比とエッチングレート 反応性ガスである六フッ化イオウ（ＳＦ6 ）に酸素（Ｏ
2 ）を添加することによってプラズマ中のハロゲン原子
と不飽和種の割合が変化する。酸素ガスは反応性が強い
ため、不飽和種と選択的に反応し、ハロゲン原子の濃度
を高め、かつ重合膜の形成を抑えることになる。従っ
て、酸素ガスの添加によってフッ素原子濃度が増加し、
エッチング速度も増大すると考えられる。この混合ガス
中の酸素の割合とエッチングレートの関係を明らかにす
るため、ガス圧０．２Torr、流量８０sccm、電源入力パ
ワー１０００Ｗ（２．６Ｗ／cm2 ）とし、ＳＦ6 と酸素
との混合比を変更してドライエッチングを行った。結果
を図２に示す。
ングを行う場合の、各種条件について検討を行った。 １）反応ガス組成比とエッチングレート 反応性ガスである六フッ化イオウ（ＳＦ6 ）に酸素（Ｏ
2 ）を添加することによってプラズマ中のハロゲン原子
と不飽和種の割合が変化する。酸素ガスは反応性が強い
ため、不飽和種と選択的に反応し、ハロゲン原子の濃度
を高め、かつ重合膜の形成を抑えることになる。従っ
て、酸素ガスの添加によってフッ素原子濃度が増加し、
エッチング速度も増大すると考えられる。この混合ガス
中の酸素の割合とエッチングレートの関係を明らかにす
るため、ガス圧０．２Torr、流量８０sccm、電源入力パ
ワー１０００Ｗ（２．６Ｗ／cm2 ）とし、ＳＦ6 と酸素
との混合比を変更してドライエッチングを行った。結果
を図２に示す。
【００１３】図に明らかなように、酸素ガスの増加に伴
ってエッチング速度が増加するが、酸素が一定量を越え
ると再びエッチング速度の減少が見られる。これは、酸
素が増加し続けると、酸素ガスによる希釈効果のために
フッ素原子濃度が減少すること、およびエッチング基板
表面に酸素の化学吸着層を作り、フッ素原子によるエッ
チングを減少させることによる。エッチングレートの極
大値は、ＳＦ6 と０2 の体積比が６０：４０の付近に存
在し、この前後で最も高いエッチングレートが得られ
る。具体的には、ＳＦ6 ：０2 ＝８０：２０〜４５：５
５の範囲にあれば十分高いエッチングレートが得られ
る。
ってエッチング速度が増加するが、酸素が一定量を越え
ると再びエッチング速度の減少が見られる。これは、酸
素が増加し続けると、酸素ガスによる希釈効果のために
フッ素原子濃度が減少すること、およびエッチング基板
表面に酸素の化学吸着層を作り、フッ素原子によるエッ
チングを減少させることによる。エッチングレートの極
大値は、ＳＦ6 と０2 の体積比が６０：４０の付近に存
在し、この前後で最も高いエッチングレートが得られ
る。具体的には、ＳＦ6 ：０2 ＝８０：２０〜４５：５
５の範囲にあれば十分高いエッチングレートが得られ
る。
【００１４】２）反応ガス流量とエッチングレート 図３には、反応ガス組成比ＳＦ6 ：０2 ＝８０：２０、
ガス圧０．２Torr、電源入力パワー１０００Ｗ（２．６
Ｗ／cm2）とし、ガス流量を２５〜３００sccmまで変更
したときのエッチングレートの変化を示した。ガス流量
が増加することでフッ素ラジカルの絶対量が増加し、エ
ッチングレートの上昇をもたらす。望ましいエッチング
レートを得るには、流量１００sccm、すなわち、反応室
の容積１ｌ当たり５sccm以上の流量とするのがよい。
ガス圧０．２Torr、電源入力パワー１０００Ｗ（２．６
Ｗ／cm2）とし、ガス流量を２５〜３００sccmまで変更
したときのエッチングレートの変化を示した。ガス流量
が増加することでフッ素ラジカルの絶対量が増加し、エ
ッチングレートの上昇をもたらす。望ましいエッチング
レートを得るには、流量１００sccm、すなわち、反応室
の容積１ｌ当たり５sccm以上の流量とするのがよい。
【００１５】３）反応ガス圧とエッチングレート 図４には反応ガス圧によるエッチングレートの変化を示
した。エッチング条件は、反応ガス組成比ＳＦ6 ：０2
＝８０：２０、電源入力パワー１０００Ｗ（２．６Ｗ／
cm2 ）、ガス流量１００sccmとし、ガス圧を０．０５〜
０．２Torrまで変更したときのエッチングレートの変化
を調べた。ガス圧の上昇に伴ってエッチングレートが向
上することがわかる。具体的にはガス圧が０．１Torr以
上の条件でエッチングを行うのがよい。
した。エッチング条件は、反応ガス組成比ＳＦ6 ：０2
＝８０：２０、電源入力パワー１０００Ｗ（２．６Ｗ／
cm2 ）、ガス流量１００sccmとし、ガス圧を０．０５〜
０．２Torrまで変更したときのエッチングレートの変化
を調べた。ガス圧の上昇に伴ってエッチングレートが向
上することがわかる。具体的にはガス圧が０．１Torr以
上の条件でエッチングを行うのがよい。
【００１６】４）電源入力パワーとエッチングレート 図５には上部電極３の単位面積当たりの電源入力パワー
とエッチングレートの関係を示した。エッチング条件
は、反応ガス組成比ＳＦ6 ：０2 ＝８０：２０、ガス圧
０．２Torr、ガス流量１００sccmとし、電源入力パワー
を変更したときのエッチングレートの変化を調べた。図
に明らかなように、入力パワー密度が約１Ｗ／cm2 の点
を境界にして、それ以上の電源入力に対してはエッチン
グレートが飽和傾向を示している。これは入力パワー密
度に対してプラズマの生成量が飽和状態にあるためと考
えられる。従って、単位面積当たりの電源入力パワーは
１Ｗ／cm2 以上とすることが望ましい。
とエッチングレートの関係を示した。エッチング条件
は、反応ガス組成比ＳＦ6 ：０2 ＝８０：２０、ガス圧
０．２Torr、ガス流量１００sccmとし、電源入力パワー
を変更したときのエッチングレートの変化を調べた。図
に明らかなように、入力パワー密度が約１Ｗ／cm2 の点
を境界にして、それ以上の電源入力に対してはエッチン
グレートが飽和傾向を示している。これは入力パワー密
度に対してプラズマの生成量が飽和状態にあるためと考
えられる。従って、単位面積当たりの電源入力パワーは
１Ｗ／cm2 以上とすることが望ましい。
【００１７】上述した各種エッチング条件に基づき、次
に示す条件で高速ドライエッチングを行った。反応ガス
としてＳＦ6 １５０sccm、０2 １００sccm（組成比ＳＦ
6 ：０2 ＝６０：４０、全流量２５０sccm）を使用し、
ガス圧０．２Torr、高周波入力電力を単位電極面積当た
り１．２Ｗ／cm2 として、上記図１の装置によりエッチ
ングを行ったところ、１３μｍ／min の高いエッチング
レートが得られた。
に示す条件で高速ドライエッチングを行った。反応ガス
としてＳＦ6 １５０sccm、０2 １００sccm（組成比ＳＦ
6 ：０2 ＝６０：４０、全流量２５０sccm）を使用し、
ガス圧０．２Torr、高周波入力電力を単位電極面積当た
り１．２Ｗ／cm2 として、上記図１の装置によりエッチ
ングを行ったところ、１３μｍ／min の高いエッチング
レートが得られた。
【００１８】一方、比較のため、従来の標準エッチング
条件である、ＳＦ6５０sccm、０2 １５sccm（組成比Ｓ
Ｆ6 ：０2 ＝７７：２３、全流量６５sccm）、ガス圧
０．１Torr、高周波入力電力０．６Ｗ／cm2 にて、同様
にエッチングを行った。この時のエッチングレートは１
μｍ／min であった。
条件である、ＳＦ6５０sccm、０2 １５sccm（組成比Ｓ
Ｆ6 ：０2 ＝７７：２３、全流量６５sccm）、ガス圧
０．１Torr、高周波入力電力０．６Ｗ／cm2 にて、同様
にエッチングを行った。この時のエッチングレートは１
μｍ／min であった。
【００１９】このように、本発明方法では、従来の１３
倍という高いエッチングレートが得られており、エッチ
ングレートの向上に大きな効果を発揮することがわか
る。
倍という高いエッチングレートが得られており、エッチ
ングレートの向上に大きな効果を発揮することがわか
る。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板に凹部ま
たは開口部を形成する際のドライエッチング速度を大幅
に向上させることができ、短時間で深掘りすることが可
能である。従って、圧力センサ等の深掘りを必要とする
加工にも十分適用可能であり、チップサイズの小型化を
図ることができる。
たは開口部を形成する際のドライエッチング速度を大幅
に向上させることができ、短時間で深掘りすることが可
能である。従って、圧力センサ等の深掘りを必要とする
加工にも十分適用可能であり、チップサイズの小型化を
図ることができる。
【図１】高速ドライエッチング装置の全体構成を示す断
面図である。
面図である。
【図２】反応ガス組成比とエッチングレートの関係を示
す図である。
す図である。
【図３】反応ガス流量とエッチングレートの関係を示す
図である。
図である。
【図４】反応ガス圧とエッチングレートの関係を示す図
である。
である。
【図５】電源入力パワーとエッチングレートの関係を示
す図である。
す図である。
１ 反応室 ２ 上部電極 ３ シリコンウエハ（シリコン基板） ４ 反応ガス導入口 ５ 下部電極 ６ 反応ガス ７ 高周波電源 ８ 駆動式マグネット
Claims (1)
- 【請求項１】 シリコン基板表面に凹部または開口部を
形成する方法において、陰極結合方式の平行平板型ドラ
イエッチング装置を用い、反応ガスとして六フッ化イオ
ウと酸素との混合ガスを用いるとともに、六フッ化イオ
ウと酸素の混合比を８０：２０〜４５：５５（体積比）
の範囲とし、ガス流量が反応室の容積１ｌ当たり５sccm
以上、ガス圧が０．１Torr以上の条件で、電極面積当た
りの高周波入力電力を１Ｗ／cm2 以上印加することを特
徴とする高速ドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31195991A JPH05129248A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 高速ドライエツチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31195991A JPH05129248A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 高速ドライエツチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129248A true JPH05129248A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=18023497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31195991A Withdrawn JPH05129248A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 高速ドライエツチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129248A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002023609A1 (fr) * | 2000-09-14 | 2002-03-21 | Tokyo Electron Limited | Procede de gravure de silicium a vitesse elevee |
| JP2017027981A (ja) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | 株式会社ディスコ | プラズマエッチング方法 |
-
1991
- 1991-10-30 JP JP31195991A patent/JPH05129248A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002023609A1 (fr) * | 2000-09-14 | 2002-03-21 | Tokyo Electron Limited | Procede de gravure de silicium a vitesse elevee |
| US7022616B2 (en) | 2000-09-14 | 2006-04-04 | Tokyo Electron Limited | High speed silicon etching method |
| JP2017027981A (ja) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | 株式会社ディスコ | プラズマエッチング方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990107 |