JPH05160078A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JPH05160078A
JPH05160078A JP3045325A JP4532591A JPH05160078A JP H05160078 A JPH05160078 A JP H05160078A JP 3045325 A JP3045325 A JP 3045325A JP 4532591 A JP4532591 A JP 4532591A JP H05160078 A JPH05160078 A JP H05160078A
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JP
Japan
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gas
etching
chamber
chf
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP3045325A
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English (en)
Inventor
Takashi Shionoya
孝 塩野谷
Kazuya Okamoto
和也 岡本
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応性イオンエッチングにおける選択比(被
加工膜のエッチング速度/レジスト材のエッチング速
度)の向上を図るとともに、レジスト材の損傷を低減し
てレジスト残渣の発生を防止する。 【構成】 チャンバ1内の陰極側電極2bに被加工基板
3を保持し、真空状態にした後、CHF3 ガスとArガ
スを導入する。このとき、CHF3 ガスとArガスの流
量比は、1:5以上、好ましくは1:10程度とし、ガ
ス導入後のチャンバ1内の圧力を0.3Pa以下に保
つ。しかる後、高周波電力を印加してガスを放電させ
て、プラズマを発生させ、被加工膜のエッチングを行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光集積回路等の
半導体装置を製造する際に行なわれるドライエッチング
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の製造における微細加工
の位置手段としてプラズマを用いる反応性イオンエッチ
ング技術が多用されている。この方法は、一対の電極
(例えば平行平板)を備える真空容器内に、被加工膜の
堆積された基板を配置して真空に引いた後、ハロゲン元
素等を含む反応性のガスを真空容器内に導入し、この反
応性ガスを高周波電力を印加して放電させ、発生したプ
ラズマを用いて被加工膜をエッチングする方法である。
【0003】このエッチング方法によれば、プラズマ中
の各種粒子の内、イオンが電極表面のイオンシースに発
生する直流電場によって加速され、大きなエネルギーを
もって被加工膜を衝撃し、イオン促進化学反応を起こ
す。そのため、エッチングは、イオンの入射方向に進
み、アンダーカットのない異方性のエッチングが可能と
なる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の反応性イオンエッチングにおいては、イオン衝撃
によってあらゆる材料が励起又は活性化されるため、ラ
ジカルだけを利用するプラズマエッチングに比較する
と、物質固有の反応性の差がでにくく、一般に材料の違
いによるエッチング速度の差、即ち、選択比が小さいと
いう問題点がある。
【0005】また、この種のエッチングでは、前述のイ
オン衝撃によりマスク材料が損傷を受け、後工程のマス
ク材料の剥離の際に残渣発生が避けられないという欠点
も存在している。
【0006】例えば、従来の反応性イオンエッチングで
は、マスク材料であるフォトレジスト層(感光性樹脂)
に対する被加工膜(ガラス材等)の選択比も小さく、光
集積回路の構成要素である光導波路形成時に多くの障害
をきたし、設計通りアンダーカットのない、光導波性の
良好なパターンを得ることが困難となっていた。
【0007】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、アンダーカットのない矩形断面形状のパター
ンを効率良く形成でき、かつマスク材の残渣の発生も避
けることのできるドライエッチング方法を提供すること
を目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明においては、真空
容器内に配置された一対の電極の一方の電極上に被加工
試料を保持して前記真空容器内を真空状態にした後、前
記真空容器内に反応性ガスを流入させ、しかる後、前記
電極間に高周波電力を印加して前記反応性ガスをプラズ
マ放電させることにより、前記被加工試料のエッチング
を行なうにあたって、前記反応性ガスとしてCHx
4-x 系ガス(但し、Xは3以下の自然数)を用い、該C
x4-x 系ガスとともに不活性ガスを前記真空容器内
に流入させ、この際の前記CHx4-x 系ガスに対する
不活性ガスの流量比を1:5以上とし、更に、前記反応
性ガス及び前記不活性ガスを流入させた後の真空容器内
のガス圧を0.3Pa以下に保持することをによって、
上記の課題を達成している。
【0009】本発明で使用する反応性ガスとしては、具
体的にはCHF3ガスが最も好ましく、不活性ガスとし
てはArガスを使用することが望ましい。
【0010】
【作用】本発明の方法においては、上述のように、真空
容器内のガス圧を0.3Pa以下の低圧に保持してお
り、これにより、エッチング速度及び選択比の向上を図
っている。このガス圧は、従来、数Pa〜10Pa程度
に設定されていたものであり、0.3Pa以下という低
圧下では、安定してプラズマを発生させることができな
いと考えられていた。
【0011】このような状況下にあって、本願発明者ら
は、特定の反応性ガスと不活性ガス、特に好ましくは、
CHF3 ガスとArガス(以下、反応性ガスをCHF
3 ,不活性ガスをArガスとして説明する)を使用し、
更に、両者の流量比をCHF3ガス1に対してとArガ
ス5以上とすることで安定してプラズマを発生させるこ
とができ、この条件で選択比の向上を図ることができる
ことを見出し、本発明をなすに至った。
【0012】図2(実施例で詳述)に示されるように、
ガス圧が低い程エッチング速度及び選択比が向上し、特
に選択比はガス圧を下げることによって上昇する。ガス
圧の下限については、特に臨界的に制限されるものでは
ないが、使用する装置によって定まる下限があることは
言うまでもない。
【0013】また、CHF3 ガスとArガスの流量比に
ついては、図3(実施例で詳述)に示されるように、
1:5〜1:10の範囲で選択比が急激に向上し、1:
10では3.5程度の高い選択比が達成される。選択比
については、従来は、1以下の場合も多々あり、アンダ
ーカットが生じてパターン断面が台形となっていたが、
選択比2程度でパターン断面形状が台形から矩形に近づ
き、選択比3.5ではほぼ完全な矩形断面形状のパター
ンが得られる。エッチング速度については、Arガスの
割合が高くなるに伴って増大し、1:10程度で飽和す
る。従って、CHF3 ガスとArガスの流量比は、1:
5以上、好ましくは、1:10程度に設定すると良い。
【0014】また、ガスを放電させる際に印加する高周
波電力については、特に限定されるものでもないが、マ
スク材の損傷を防ぐ上では、400W以下とすることが
望ましい。
【0015】
【実施例】以下、本発明の方法を光集積回路の導波路の
形成に適用した実施例について説明する。本実施例で
は、導波路として最も多用されている材料の一つである
バリウム硼珪酸ガラスのエッチングについて取り上げ
る。
【0016】まず、電気炉を用いて、洗浄したSi基板
上に光導波路のバッファ層としての熱酸化皮膜(SiO
2 膜)を形成する。その後、高周波スパッタ法によっ
て、該Si/SiO2 基板上に光導波路を形成するため
のバリウム硼珪酸ガラス層を堆積する。
【0017】次いで、一般のフォトリソグラフィ工程を
行なって、バリウム硼珪酸ガラス層の光導波路となる部
分をレジストで保護する。この際、使用するレジストは
高耐熱性のものが好ましい。更に、レジストをオーバー
キュアさせる等の手段によって、レジストの耐プラズマ
性を向上させておくことが望ましい。
【0018】しかる後、図1のような装置を用いて、バ
リウム硼珪酸ガラス層(被加工膜)の反応性イオンエッ
チングを行なう。図1において、チャンバ(真空容器)
1内には、一対の平行平板電極2a(陽極),2b(陰
極)が配置されており、加工に際して、被加工基板3を
陰極側の電極2b上に保持する。
【0019】そして、真空ポンプ5によってチャンバ1
内を真空状態にした後、CHF3 ガス(反応性ガス)を
1SCCM、Arガス(不活性ガス)を10SCCMの
流量(即ち、CHF3 :Ar=1:10)で、チャンバ
1内に流入させる。この際、排気量を調節してチャンバ
1内の圧力を0.3Paに保つ。
【0020】しかる後、高周波電源4によって電極2
a,2b間に300Wの高周波電力を印加し、チャンバ
1内のガス(CHF3 +Ar)を放電させ、プラズマを
発生させる。このとき、被加工基板3を保持している陰
極側の電極2bは、冷却ポンプ6からの冷却水によって
冷却しておく。
【0021】高周波電力の印加によって、次のような反
応が進行し、バリウム硼珪酸ガラス層のエッチングが行
なわれる。バリウム硼珪酸ガラス中のBaO,Al2
3 については、Arガスによるスパッタエッチングが行
なわれると考えられる。
【0022】
【化1】
【0023】上記のようにして、被加工膜の厚さ(本実
施例では約0.3μm)に応じた時間だけエッチングを
行ない、不要部分のバリウム硼珪酸ガラスを除去した
後、酸素プラズマによって、レジストの剥離を行ない、
所望の光導波路を得る。
【0024】加工後の基板について、導波路断面形状を
電子顕微鏡で調べたところ、アンダーカットのないほぼ
完全な矩形形状となっていた。また、レジスト剥離の
際、残渣の発生も認められなかった。
【0025】次に、ガス圧とエッチング速度及び選択比
の関係を調べた実験について説明する。上述の実施例と
同様の装置と被加工基板を用い、高周波電力を300
W,CHF3 ガスの流量を2SCCM,Arガスの流量
を10SCCMに固定して、ガス導入後のチャンバ内の
圧力を変化させて、エッチング速度(ガラス層のエッチ
ング速度)と選択比(ガラス層のエッチング速度/レジ
スト層のエッチング速度)を測定した。この結果を図2
に示す。
【0026】図に示されるように、ガス圧とエッチング
速度は逆比例の関係にあり、ガス圧が低くなる程エッチ
ング速度は増大し、〜0.3Paで約40Å/分のエッ
チング速度が得られている。また、選択比は、1.0P
A程度ではガス圧による大差は生じないが、0.3Pa
付近ではガス圧の低下に伴って急激に選択比が向上する
ことがわかる。
【0027】次に、ガス流量比(Arガス/CHF3
ス)とエッチング速度及び選択比の関係を調べた実験に
ついて説明する。この実験でも上述の実施例と同様の装
置と被加工基板を用い、高周波電力を300W,CHF
3 ガスの流量を1SCCM,ガス導入後のチャンバ内の
圧力を0.3Paに固定し、Arガスの流量を変化させ
て、エッチング速度(ガラス層のエッチング速度)と選
択比(ガラス層のエッチング速度/レジスト層のエッチ
ング速度)を測定した。この結果を図3に示す。
【0028】図に示されるように、Arガスの流量が5
SCCMを超えるあたりから選択比は急激に向上し、1
0SCCM(CHF3 :Ar=1:10)では3.5程
度の高い選択比が得られる。また、エッチング速度はA
rガス流量の増加に伴なって増加し、10SCCM(C
HF3 :Ar=1:10)付近で飽和する。このとき最
高42Å/分程度のエッチング速度が得られる。
【0029】上述の図2,図3の結果から、CHF3
スとArガスの流量比を1:5以上、好ましくは1:1
0程度とし、チャンバ内の圧力を0.3Pa以下に保つ
ことによって、高い選択比とエッチング速度が得られる
ことが明らかである。なお、本実施例のような、低圧力
において安定したエッチングを得るためには、真空ポン
プ5はターボ分子ポンプ等を用いることが望ましい。
【0030】なお、上記の実施例においては、本発明の
エッチング方法を光集積回路の構成要素である光導波路
の形成に適用した場合について述べたが、本発明は一般
の半導体製造工程、例えばSi,Si34 等のエッチ
ング工程にも適用できることは言うまでもない。
【0031】また、図1は、本発明で用いる装置の一例
を模式的に示したものであり、本発明で使用される装置
はこれに限定されるものではない。電極についても、必
ずしも平行平板電極を用いる必要はない。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、反応
性イオンエッチングを行なうに際して、CHX4-X
ガス(特にCHF3 ガス)と不活性ガス(特にArガ
ス)の流量比を1:5以上、ガス導入後の真空容器内の
圧力を0.3Pa以下とすることによって、選択比とエ
ッチング速度を従来に比べて格段に向上させることを可
能としている。また、エッチング時のレジスト材の損傷
も大幅に低減できるため、レジスト剥離工程での残渣の
発生も防止することができる。
【0033】従って、本発明の方法を光集積回路の製造
に適用すれば、アンダーカットのない光導波路を精度良
く形成することができ、光導波特性の優れた素子の作製
が容易に達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例で使用したエッチング装置の概略
図である。
【図2】ガス圧とエッチング速度及び選択比の関係を示
すグラフである。
【図3】ガス流量比(Arガス/CHF3 ガス)とエッ
チング速度及び選択比の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 チャンバ 2a,2b 電極 3 被加工基板 4 高周波電源 5 真空ポンプ 6 冷却水ポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に配置された一対の電極の一
    方の電極上に被加工試料を保持して前記真空容器内を真
    空状態にした後、前記真空容器内に反応性ガスを流入さ
    せ、しかる後、前記電極間に高周波電力を印加して前記
    反応性ガスをプラズマ放電させることにより、前記被加
    工試料のエッチングを行なうドライエッチング方法にお
    いて、前記反応性ガスとしてCHx4-x 系ガス(但
    し、Xは3以下の自然数)を用い、該CHx4-x 系ガ
    スとともに不活性ガスを前記真空容器内に流入させ、こ
    の際の前記CHx4-x 系ガスに対する不活性ガスの流
    量比を1:5以上とし、更に、前記反応性ガス及び前記
    不活性ガスを流入させた後の真空容器内のガス圧を0.
    3Pa以下に保持することを特徴とするドライエッチン
    グ方法。
  2. 【請求項2】 前記CHx4-x 系ガスがCHF3 ガス
    であり、前記不活性ガスがArガスであることを特徴と
    する請求項1記載のドライエッチング方法。
JP3045325A 1991-02-19 1991-02-19 ドライエッチング方法 Pending JPH05160078A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6001268A (en) * 1997-06-05 1999-12-14 International Business Machines Corporation Reactive ion etching of alumina/TiC substrates
USRE39895E1 (en) 1994-06-13 2007-10-23 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit arrangement fabrication method
CN100380691C (zh) * 2002-12-30 2008-04-09 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 物体表面打毛的方法和光电元件

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