JPH05304116A

JPH05304116A - ドライエッチング装置

Info

Publication number: JPH05304116A
Application number: JP3176854A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Taji; 新一田地; Kazunori Tsujimoto; 和典辻本; Sadayuki Okudaira; 定之奥平; Kiichiro Mukai; 喜一郎向
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1993-11-16
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JP2752807B2

Abstract

(57)【要約】【目的】極めて高い精度でシリコン基板の溝形成などを
行なうことのできるドライエッチング装置を提供する。【構成】エッチングすべき試料を置く試料の温度を、冷
却と加熱の併用によって−１０℃以下、−１６０℃以上
の所定の温度に制御して、エッチングを行なう。【効果】冷却と加熱を併用することにより、極めて正確
に試料台の温度を制御することができ、高精度のエッチ
ングが実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング装置
に関し、詳しく半導体基板に、高い精度で深溝を形成す
るのに特に有効なドライエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単結晶シリコンのエッチングについて
は、たとえば、プロシーディングオブ１９８４ドラ
イプロセスシンポジウムｐ．１２１（１９８４）（Pr
oc. DryProcess Symposium p.121 (1984)）など、多く
報告されており、多くの方法が提案されている。また、
単結晶シリコン基板にドライエッチングによって深い溝
を形成する方法については、たとえば、久礼，他，応用
物理学会，秋期４４，講演予講集，１９８３年，第２６
３頁などに示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＳｉエッチ
ングは、ＣＣｌ₄，ＳｉＣｌ₄等の塩化物ガスもしくはＣ
ＢｒＦ₃などの臭化物ガス等を主反応ガスとして使って
行なわれているが、エッチング速度が約１０００Å／分
と遅く、例えば、溝巾１.０μｍ，深さ３μｍの溝を形
成するためには３０分要し、かつ、エッチングに要する
時間が長いため、エッチングの途中におけるマスクの後
退によって、溝の幅も０.１μｍ程度変化してしまい、
溝を高い精度で形成するのは困難である等の問題があっ
た。またエッチングの際に用いられるマスクについて
も、３０分間のエッチングに耐えるだけの膜厚を持った
マスクパターンを形成しなければならず、マスクの材料
としても、十分なエッチング耐性を有する材料を使用す
ることが必要であった。

【０００４】本発明の目的は、上記従来の問題を解決
し、極めて高い精度の加工が可能で、溝幅が小さく、か
つ、アスペクト比の大きな溝を高い精度で迅速に形成す
ることのに特に好適なドライエッチング装置を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、エッチすべ
き試料を置くための試料台の温度を、加熱手段と冷却手
段を併用して、−１０℃以下、−１６０℃以上の所定の
温度に制御することによって達成される。

【０００６】

【作用】ドライエッチングでは、プラズマ中に発生した
正イオン，中性粒子等が被エッチング物表面に入射し、
表面原子と反応する正イオンは被エッチング物に対し垂
直に入射するが、中性粒子は熱運動であり方向性はな
い。ここで、エッチングされる表面を、図１に示すよう
に、マスク３０の水平面Ａ，マスク３０の側面Ｂ，被エ
ッチング物３１の底面Ｃ，被エッチング面の側面Ｄに分
けて、各面でのエッチング現象を取り扱かうことができ
る。エッチング時には、水平な面ＡとＣにはプラズマ中
の正イオンと中性粒子（ガス分子，解離した中性原子，
分子）が入射し、いわゆるイオンアシスト反応が起きて
いる。一方、側面であるＢとＤでは、第一近似として
は、プラズマ中で解離した電気的に中性の原子，分子が
入射するだけでイオンの入射はない。但し、ガス圧力が
０.１Torrから１Torrと高くなると、ガス分子とイオン
との散乱により側面にもイオンが入射する現象が起こ
り、第一近似が成り立たなくなる。したがって、第一近
似の成立する範囲として０.１Torr以下の圧力を考え
る。ただし０.１〜０.５Torrにおいても散乱されるイオ
ンの量が少なく第一近似を行なって実用上支障はない。

【０００７】第一近似の成り立つ場合、側面Ｂ，Ｄで
は、ガス分子とガス分子が解離してできた原子、分子が
表面原子と反応する。これに対し、水平面ＡとＣでは上
記原子と分子とイオンとの相乗効果による表面原子のエ
ッチング反応がすすむ。いずれの反応においても、表面
に吸着した化学的に活性な粒子が表面原子と反応し、蒸
気圧の高い反応生成物を形成して、表面から脱離し、ガ
ス状になって排気されることにより表面のエッチュング
がすすむ。ここで、エッチングでは固体表面との反応性
が高くても、反応生成物の蒸気圧が著しく低い場合は、
表面から生成物が脱離せず、固体表面に残ってエッチン
グの進行が阻害されることになる。また、ガス分子は表
面に入射しても反応せず、その分子の状態で脱離し排気
され、直接エッチングに寄与しない。反応生成物の蒸気
圧は、被エッチング物である固体表面の温度に依存する
ので、エッチング時には温度が重要な因子である。反応
確率も温度に依存するので、エッチング速度は温度によ
って変化する。

【０００８】通常のエッチングにおいては、被エッチン
グ物は水冷（約１５℃）された試料台上に載置され、プ
ラズマにさらされる。したがって、被エッチング物やマ
スクの側面Ｂ，Ｄでは、その水温における活性種の反応
確率と反応生成物の蒸気圧によって、エッチング速度の
大小が決まることになる。

【０００９】例えば、反応種がＦ原子、被エッチング物
の表面原子がＳｉである場合の反応確率は約０.０１で
あり、反応生成物の蒸気圧は、エッチングガス圧の１０
⁶倍以上である。これらの値とＦ原子がプラズマ中では
多量に発生していることを考え合わせると、水冷したエ
ッチングでは大きなＳｉの側面Ｄのエッチングが起るこ
とになる。マスク材として有機レジストを使ったときに
も、Ｆ原子との反応確率がＳｉの場合と同程度となっ
て、マスクの側面もエッチングが起る。すなわち、Ｆ原
子が活性種となる放電を用いた場合、マスクとＳｉの両
方とも、著しいサイドエッチングを起こすことになり、
微細加工性がそこなわれてしまう。また、少量のＦ原子
によりエッチングを行なう場合でも、側面でエッチング
が大きくない反面、底面であるＡ，Ｃ面のエッチングも
遅くなり、両者は相殺されて、結局サイドエッチングは
大きくなってしまう。

【００１０】上記説明から明らかなように、水冷しただ
けの被エッチング物では、Ｆ原子が活性種となるエッチ
ングによって高精度の微細加工を行なうのは困難であ
る。そのため、従来、溝型キャパシターや素子間分離な
どに用いられ微細な溝を形成するためのエッチングで
は、弗素系ガスは使用されず、塩素系ガスや臭素系ガス
が使われている。これは、水冷温度においてもプラズマ
中に発生する塩素原子や臭素原子とＳｉ、レジストの反
応確率が弗素原子とＳｉの反応確率の１／１００以下で
非常に小さく、かつ、反応生成物の蒸気圧が、十分高い
ので、サイドエッチが起り難いためである。

【００１１】水平面Ａ，Ｃでは、イオンもエッチングに
関与し、イオンアシスト反応が起きる。エッチングの反
応確率は、イオンのもつエネルギーにより反応が活性化
されて大きくなる。ジャーナルオブバキュームサ
イエンスアンドテクノロジＢ４，No. (２）（１９
８６）４５９−４６７（J. Vac, Sci, Technol B4, No.
(2) (1986) 459-467）に記載されているようにイオン照
射面では、弗素系ガス，塩素系ガス，臭素系ガスの全て
の場合でエッチング反応確率は、０.１〜０.５と同程度
であって、深さ方向のエッチング速度は、Ｆ，Ｃｌ，Ｂ
ｉ原子とＳｉの反応では、大差ないことになる。しか
し、同論文でも述べられているように、ＣＣｌ₄，Ｓｉ
Ｃｌ₄，ＣＢｒＦ₃もしくはＣ₂Ｂｒ₂Ｆ₄などをエッチン
グガスとして用いると、これらのガスには、ガス分子中
にハロゲン元素のほかにＣやＳｉが含まれており、エッ
チング中に被エッチング物の表面にＣやＳｉが堆積し、
Ｓｉのエッチングを阻害する大きな要因となる。すなわ
ち、単結晶Ｓｉのエッチングに、上記ガスをエッチング
ガスとして用いると、深さ方向のエッチング速度は、１
０００Å／分程度と非常に小さくなる。一方、マスクの
水平面Ａでは、同様のイオンアシスト反応が有機膜の表
面で起りエッチング速度は５００Å／分程度と大きいの
で、深い溝を形成するときにはＳｉＯ₂などのエッチン
グ耐性の高い厚い膜をマスクとして用いることが多かっ
た。

【００１２】しかし、ＳｉやＣを含まないエッチングガ
スを用い、かつ、被エッチング物の温度を上記のように
低くしてエッチングを行なうことにより、上記問題はす
べて解決され、サイドエッチを効果的に防止しながら、
極めて迅速にエッチングを行なうことができる。

【００１３】すなわち、エッチングガスがＳｉやＣを含
まないため、エッチングの際に被エッチング表面上での
堆積物の堆積が無く、深さ方向のエッチング速度が大き
くなって、深い溝を迅速に形成できる。また、上記のよ
うな低温に被エッチング物が保たれた状態でエッチング
が行なわれるため、シリコンのサイドエッチが著しく減
少するばかりでなく、マスクのサイドエッチも著しく減
少できるので、レジスト膜をマスクに用いて高い精度の
エッチングを行なうことが可能である。この場合、レジ
スト膜表面のエッチング速度も、低温になるほど低下す
ることが認められ、レジスト膜の膜厚をあまり大きくす
る必要はないことがわかった。

【００１４】本発明者の検討によれば、単結晶シリコン
と弗素原子との反応確率は、被エッチング物の温度が２
０℃において、０.００８±０.００３であるが、−２０
℃では、０.００５±０.００３となり、−４０℃で、
０.００２±０.００１となり、−６０℃では、０.００
０８±０.０００５となって、−６０℃に冷却すると２
０℃の値の１／１０となることが認められた。

【００１５】弗素ガスおよび弗化物ガスのプラズマを用
いたシリコンのエッチングでは、この弗素原子とシリコ
ンの反応確率が小さくなると、サイドエッチング量が、
これに対応して減少し、被エッチング物の温度を下げる
ことが、サイドエッチングを減少させるのに極めて有効
であることがわかった。すなわち、反応確率が１／１０
になると、サイドエッチング量も１／５〜１／１０に減
少し、従来の方法では困難であった幅が小さく、アスペ
クト比の大きな溝を高い精度で形成できることが確めら
れた。したがって、弗素を含むガスを用いたシリコンの
異方性加工には被エッチング物を−６０℃以下の温度と
するのが好適である。このような低温では、プラズマか
らの粒子が、冷却された被エッチング物の表面に吸着し
やすくなる。深さ方向のエッチング速度は、この吸着量
の増加によって増大する。すなわち、被エッチング物が
上記低温になると、シリコン基板の表面に吸着する弗素
の量は著しく増加するが、吸着された弗素に、プラズマ
からのイオンが照射されると、イオンの有するエネルギ
によって、弗素とシリコンのエッチング反応が行なわれ
る。この場合、シリコン基板表面に吸着された弗素の量
が多いほど、上記エッチングの速度が大きくなるのは、
いうまでもないことであり、その結果被エッチング物で
あるシリコン基板を−６０℃以下に冷却することによっ
て、エッチング速度が大きく、かつ、異方性加工ができ
るという２重の効果が得られる。

【００１６】塩素原子とシリコンの反応確率は、２０℃
において１０~³〜１０~⁴であり、この確率が１／１０と
なる温度は−４０℃であった。従って、塩素ガスまた
は、塩素化合物ガスを用いて、エッチングする場合は、
−４０℃以下にすると高速かつ異方性のすぐれた加工が
できる。

【００１７】臭素原子とシリコンでは、反応確率が２０
℃における反応確率１／１０となる温度は−１０℃であ
った。したがって臭素ガスまたは臭化物ガスプラズマに
よりシリコンを高速異方性エッチングする時には、被エ
ッチング物の温度を−１０℃以下に保持することが好ま
しい。

【００１８】上記のように、ハロゲンの種類により、温
度域が異なるのは、各々のハロゲン原子とシリコンの反
応の活性化エネルギーが異なることによる。弗素原子
は、活性化エネルギーが最も低く、塩素，臭素の順で大
きい。このため、臭素を含むガスの場合で、エッチング
に適する温度が、他のハロゲンより高くなる。

【００１９】エッチングを速く行ない得ることは、所要
時間の短縮につながる。高速化にはエッチングに寄与で
きる粒子を増やすことが必要であり、低温になるほど被
エッチング物表面のハロゲン原子の吸着量が増えるとい
う低温特有の現象により、高速化が達成される。

【００２０】上記のように、ＳｉおよびＣを含まず、
Ｆ，ＣｌおよびＢｒの少なくとも一種を含むガスが、エ
ッチングガスとして好ましい。

【００２１】このようなガスとしては、たとえば、
Ｆ₂，ＳＦ₆，ＮＦ₃，ＰＦ₃，Ｃｌ₂およびＢｒ₂などがあ
り、これらのガスを単独もしくは複数種使用できる。

【００２２】エッチング装置としては、周知の平行平板
形エッチング装置やマイクロ波プラズマエッチング装置
などを使用できる。また、ガス圧力なども、従来用いら
れた値を使用できる。

【００２３】

【実施例】

〈実施例１〉図２は、単結晶シリコンの低温エッチング
を行なうために用いた平行平板型高周波放電プラズマエ
ッチング装置の一例を示したものであり、被エッチング
物８は冷却された試料台７上に載置され、プラズマによ
り処理された後、後処理室２へ搬送される。上記真空容
器１内にもうけられた冷却試料台７は、ヒータ９と冷媒
１０を用いて加熱と冷却を行ない熱電対１８の出力を制
御することにより被エッチング物８の温度が制御され
る。ガスプラズマは、ガス導入口４からガス導入と高周
波電力１１の印加によって発生し、被エッチング物８を
エッチングする。温度制御は、熱電対１８の出力検出器
１９とフィードバック機構２２により冷媒供給制御系２
３とヒータ電源１２を動作させることにより行なう。被
エッチング物８はエッチングした後、後処理室２に移
し、石英台１６上で加熱機構１５により加熱処理を行な
うことができる。

【００２４】本装置を用いて、有機レジスト膜をマスク
として単結晶シリコンの深溝エッチングを行なった。こ
こで深溝エッチングとは、幅１.０μｍ以下のマスクを
用い、エッチングの深さが開口部の寸法の２倍以上とな
りさらに、サイドエッチングが加工幅の１／１０以下で
あるエッチングを示すことにする。

【００２５】エッチングガスとしてＦ₂ガスを用い、ガ
ス圧力１００ｍTorr，入力電力３００Ｗ，流量１０sccm
とし、シリコン基板温度を−１００℃以下にしてエッチ
ングを行なうことにより、１.０μｍのマスク幅でマス
ク間隔１.０μｍ，深さ２.０μｍのエッチングをサイド
エッチング幅０.０５μｍで行なうことができた。入力
電力を４００Ｗおよび５００Ｗと大きくし、他の条件を
変えない場合の最適温度範囲は各々−９０℃以下、−８
０℃以下となった。入力電力を４００Ｗとし、ガス圧力
を、８０ｍTorr，６０ｍTorr，４０ｍTorr，２０ｍTor
r，１０ｍTorr，６ｍTorrと低下させた場合では、上記
良好なエッチングが各々−８５℃，−８０℃，−７５
℃，−７３℃，−７０℃，−６０℃以下において達成さ
れ、ガス圧力を低くするほど、温度範囲が広くなること
がわかった。すなわち、Ｆ₂ガスによりＳｉ深溝形成を
行なうには、−６０℃以下の低温に保ち、入力電力を大
きく、かつガス圧力を低くすることが好ましかった。し
かし、深さ方向エッチング速度は、ガス圧力が高く、入
力電力が大きい方が、大であった。３００Ｗ，１０ｍTo
rr，−７０℃においては、２５００Å／minであった。
１００ｍTorrでは５０００Å／min以上のエッチング速
度であった。

【００２６】温度を−９０℃以下に保てばサイドエッチ
ング幅を０.０３μｍ以下にできることが認められた。
一方、−１５０℃以下になるとＳｉＦ₄の蒸気圧が低下
するため、より高いイオンエネルギーをもつイオンが必
要となり、低ガス圧と高入力電力を必要とした。

【００２７】Ｆ₂ガスは低温エッチングに用いるとＳｉ
深溝加工のエッチング速度，サイドエッチングの両面で
優れたガスであることが認められた。

【００２８】マスクとしては有機レジスト膜が使用で
き、ＳｉＯ₂等をマスクとして使用した場合より著しく
工程数を減じることができた。

【００２９】〈実施例２〉ＳＦ₆を主放電ガスとしてプ
ラズマエッチングを行なう場合、ガス圧力１００ｍTor
r，入力電力３００Ｗのでは、冷却温度を−１００℃以
下にすると、深さ２μｍ、幅１μｍの溝を、単結晶シリ
コン基板にサイドエッチング幅０.０５μｍで形成でき
た。この場合のエッチング速度は、４０００Å／min以
上であり、従来の深溝形成に要する時間を１／４にする
ことが可能であった。Ｆ₂ガスに比較するとエッチング
速度は２０％程度小さいことがわかった。ガス圧力を変
化させるとＦ₂ガスの場合と同様、深溝加工に適する温
度が変わる。サイドエッチング量０.０５μｍを達成さ
せる時の上限温度は、図３曲線ａのようであった。曲線
ａの下の領域が深溝エッチングに好適な温度領域であ
る。このエッチング温度域は、入力電力を変化させると
変わる。入力電力が３００Ｗから４００Ｗと大きくなる
と、同じガス圧力下でも温度が約１０℃高い温度でも深
溝の形成が可能であった。５００Ｗでは、３００Ｗに比
して約１５℃高い温度でも深溝を形成できた。すなわ
ち、入力電力を高くすることにより、さらに広い温度範
囲での深溝形成が可能であることが認められた。エッチ
ング速度の面からも、入力電圧を高くすることが好まし
いが、過度に高くすると、選択比（下地やマスクのエッ
チング速度とシリコンのエッチング速度の比）が小さく
なってしまうので、入力電圧をあまり大きくするのは避
けた方がよい。

【００３０】ＳＦ₆ガスプラズマをエッチングに用いた
場合も、有機レジスト膜をエッチングマスクとして使用
して、良好なエッチングのできることが認められた。

【００３１】〈実施例３〉ＮＦ₃ガスを主放電ガスとし
て使用した場合、シリコンのエッチングはＦ₂を用いた
場合と類似の傾向が見られた、ＳＦ₆を用いた場合に比
べると、ＳＦ₆では表面にＳの堆積が生ずるのに対し、
ＮＦ₃中のＮはＮ₂となって排気されるためエッチング速
度が大きく、表面汚染も非常に少ない、という利点があ
る。

【００３２】良好な深溝エッチングは、反応ガスの圧力
と被エッチング物の温度を図４曲線ｂの下の領域内に選
べばよいことがわかった。図４は入力電力を３００Ｗと
したときに得られた条件であり、入力電力が大きくなる
と、曲線ｂよりも温度を約１０度高くしても良好な深溝
のエッチングが可能であった。

【００３３】マスクとしては、有機レジスト膜が使用で
き、Ｆ₂，ＳＦ₆をガスに用いた場合と同様に、従来の深
溝加工の際にマスクとして使用されたＳｉＯ₂にくら
べ、工程数を大幅に減少できた。

【００３４】ＰＦ₅を主放電ガスとした場合は、ＳＦ₆ガ
スを用いた場合と類似の結果が得られ、Ｓｉ深溝加工用
ガスとして使用できる。良好な結果の得られる条件は図
３に示したＳＦ₆を用いたときとほぼ等しいことが認め
られた。

【００３５】上記Ｆ₂，ＳＦ₆，ＰＦ₅，ＮＦ₃を加工幅
１.０μｍ以下の深溝Ｓｉエッチングに用いると、エッ
チング速度が大きく、サイドエッチング幅も０.０５μ
ｍ以下と極めて小さいので、微細な溝を高い精度で迅速
にエッチするのに特に好適であることが認められた。

【００３６】〈実施例４〉本実施例は、Ｃｌ₂ガスを主
放電ガスとして用いて単結晶シリコンの深溝エッチング
を行なった例である。本実施例においても上記実施例と
同程度の深さ方向エッチング速度が得られ、さらに、サ
イドエッチング幅を弗素系ガスを用いたときのサイドエ
ッチング幅の１／２以下とすることができた。また、マ
スクとして有機レジスト膜が使用でき、そのエッチング
速度は、弗速系ガスを使った場合よりも５０〜７０％程
度小さくなった。

【００３７】すなわち、Ｃｌ₂ガスは加工幅よりも加工
深さの深い単結晶Ｓｉのエッチングに極めて有効であ
る。入力電力を５００Ｗとしてシリコン基板に深い溝を
形成するのに好適なＣｌ₂ガスの圧力と被エッチング物
濃度の範囲は、図５直線ｃと直線ｄではさまれた領域で
ある。Ｃｌ₂ガスは−１３０℃で約０.１１Torrの蒸気圧
となるため、−１３０℃以下ではエッチングが困難であ
った。直線ｃと直線ｄではさまれた領域内では好適なエ
ッチングが可能であり、入力電力を高くして４００Ｗと
した場合では、下限温度が直線ｄより約５度下がるとと
もに、上限温度が直線約５℃高くなり好適な範囲が広く
なることがわかった。より低い入力電力では温度上限が
やや下がり、下限温度がやや上がるが、両直線ではさま
れた領域内では深溝エッチングが可能であった。

【００３８】〈実施例５〉本実施例ではＢｒ₂ガスを主
放電ガスとして、Ｓｉの深溝エッチングを行なった。

【００３９】入力電力３００Ｗ，ガス圧力を６.５ｍTor
r、被エッチング物に温度を−６０℃としたとき、加工
幅０.５μｍ，エッチング深さ４μｍの加工を約１０分
で行なうことができ、その際に生じたサイドエッチの幅
は０.０５μｍであった。Ｂｒ₂ガスを使った場合に好適
な結果の得られる被エッチング物の温度範囲は−１０℃
から−１００℃であった。−１００℃以下では、Ｂｒ₂
ガスが被エッチング物の表面に堆積が生ずるので、−１
００℃以下にするのは避けた方がよい。

【００４０】〈実施例６〉Ｆ₂，ＳＦ₆，ＰＦ₅，ＢＦ₃，
Ｃｌ₂，Ｂｒ₂ガスを、それぞれ単独で使用しても深溝エ
ッチングが可能であるが、エッチング速度向上と高選択
比の点から、複数ガスを混合して使用すると、さらに好
ましい結果が得られる。エッチングに好適な被エッチン
グ物の温度範囲は、混合するガスの各々の上限温度の低
い方の温度以下とすれば、非常に好ましい結果を得られ
ることがわかった。

【００４１】複数種のガスを時間的に交互に導入する方
法も選択比の向上に極めて有効であることが確認され
た。

【００４２】〈実施例７〉上記実施例１〜６は、いずれ
も図２に示した平行平板形のエッチング装置を用いて得
られた例であるが、本実施例では、図６に示したマイク
ロ波エッチング装置を用いた。本装置は、周知のマイク
ロ波エッチング装置に新たに、被エッチング物１′を低
温に保つための冷却機構を設けたものであり、本実施例
では、液体窒素デュワー２′により、上下移動機構のつ
いた試料台３′に液体窒素を送りこみ被エッチング物
１′を低温に保った。またヒータ４′により同時に加熱
し、温度制御性を良くした。試料台３′には同時に高周
波電圧が印加でき、これにより被エッチング物１′にバ
イアスを印加することもできる。また、試料台３の表面
は被エッチング物載置面を除き、テフロンで覆った。こ
のテフロンは、冷却面が直接ガスに接触しないようにす
るためのものであるが、通常は、テフロンを使用せず、
試料台３′の表面を露出させてもよい。また、液体窒素
による冷却以外でも、被エッチング物をの所定の温度以
下に保持できる方法であれば、同様に使用できる。

【００４３】エッチングガスとしてＦ₂ガスを用い、上
記マイクロ波エッチング装置によって単結晶シリコンの
エッチングを行なった。バイアス電圧を１５０Ｖとして
エッチングを行なった場合、１０~⁴Torrから１Torrまで
のガス圧力域では、第７図に示した曲線ｌと直線ｆには
されまた領域において、良好な深溝形成を行なうことが
できた。本実施例では、幅が１.０μｍ以下、深さが幅
の少なくとも２倍以上の溝を、高い精度で迅速に形成で
き、その時のサイドエッチ幅はエッチング幅の１／１０
以下とすることができた。

【００４４】被エッチング物の温度を−１３０℃に保
ち、ガス圧力を１００ｍTorrとし、バイアス電圧を１５
０Ｖとすると、エッチング速度は１μｍ／分となった。
この値はＶｆ放電の約２倍のエッチング速度であり、深
溝形成の処理時間低減にさらに効果的であることが確め
られた。

【００４５】したがって、枚葉式エッチング装置に新た
に、低温試料テーブルを設けた装置が、スループット向
上に著しく効果的であり、特に６インチ径以上のシリコ
ン基板の処理に有効であった。

【００４６】〈実施例８〉ＳＦ₆，ＰＦ₅，ＮＦ₃，Ｃｌ₂
をそれぞれエッチングガスとして用いても、マイクロ波
低温エッチングによってＳｉに深溝を形成することが可
能であった。いずれのガスを用いても、−８０℃〜−１
６０℃の温度範囲でバイアス印加を−５０Ｖ以上とする
ことにより、エッチング速度が５０００Å／分以上で、
かつサイドエッングがエッチング幅の１／１０以下の深
溝加工を行なうことができた。バイアスで−５０Ｖより
低いと、エッチング速度が小さくなるが、ダメージが非
常に少なくなるので、エッチングの際のダメージを極度
に少なくする必要があるときは、バイアスを低くしてエ
ッチングを行なうようにすればよい。

【００４７】〈実施例９〉Ｂｒ₂ガスにと上記マイクロ
波低温エッチング装置を用いた場合、試料温度範囲−１
０〜−６０℃において、良好な深溝形成を行なうことが
できた。

【００４８】上記実施例７〜９においても有機レジスト
膜をエッチングマスクとして使用できる。したがって深
溝を形成する際に、ＳｉＯ₂をマスクに用いた従来の方
法よりも工程数の低減が可能である。単結晶シリコン基
板に深い溝を形成し、これをキャパシターや素子間分離
用のアイソレーション溝として用いることが、半導体装
置の集積密度向上に極めて重要になった来た。上記実施
例１〜９から明らかなように、本願発明は、これら、ト
レンチキャパシターやＵ型アイソレーションの実現に特
に有効である。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、エッチング速度を高速
化でき、かつ、エッチングマスクとして有機レジスト膜
が使用可能となるので、単結晶シリコンの深溝加工の処
理時間短縮と工程数低減に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】低温ドライエッチングを説明するための模式
図。

【図２】本発明の一実施例を示す図。

【図３】被エッチング物の温度とガス圧力の好適範囲を
示す図。

【図４】被エッチング物の温度とガス圧力の好適な範囲
を示す図。

【図５】被エッチング物の温度とガス圧力の好適な範囲
を示す図。

【図６】本発明の他の実施例を示す図。

【図７】被エッチング物の温度とガス圧力の好適な範囲
を示す図。

【符号の説明】

１…真空容器、２…後処理室、３…ゲートバルブ、４…
処理ガス供給口、５…メタルＯリング、６…石英カバ
ー、７…試料台、８…試料（ウェーハ）、９…シースヒ
ーター、１０…液体窒素、１１…ＲＦ電源、１２…ヒー
ター用電源、１３…試料台、１４…冷却ガス供給口、１
５…加熱用ランプ、１６…石英台、１７…テフロン台、
１８…温度センサー、１９…温度計、２０…絶縁物、２
１…液体窒素容器、２２…フィードバック回路、２３…
ガス供給制御系、１′…試料、２′…液体窒素デュワ
ー、３′…試料台、４′…ヒーター、５′…ガス、６′
…ゲートバルブ、７′…後処理交換室、８′…マグネッ
ト、９′…導波管、１０′…プラズマ、１１…マグネト
ロン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｈ 1/46 9014−2Ｇ (72)発明者向喜一郎東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、該真空容器内の所定の位置に
エッチすべき試料を配置するための試料台と、エッチン
グガスのプラズマを発生させる手段と、上記試料台の温
度を−１０℃以下、−１６０℃以上の所定の温度に制御
する手段を少なくとも有することを特徴とするドライエ
ッチング装置。
【請求項２】平行平板形エッチング装置であることを特
徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】マイクロ波プラズマエッチング装置である
ことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装
置。
【請求項４】上記冷却は冷媒によって行なわれることも
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のドライエ
ッチング装置。
【請求項５】上記冷媒は液化ガスであることを特徴とす
る請求項４記載のドライエッチング装置。
【請求項６】上記試料台を加熱する手段はヒータである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のド
ライエッチング装置。