JPH05500886A - インジウム酸化スズのプラズマエッチング - 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】 インジウム酸化スズのプラズマエツチング［技術分野］ 本発明は、インジウム酸化スズのプラズマエツチングに関する。

［背景技術］ 固体ＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサては、しばしば二重ポリシリコンゲ ート構造を利用してセンサ電極を形成する。かかる構造は、二酸化ケイ素の薄い 絶縁層で隔てられた第一ポリシリコン電極（ｐｏｌｙ−１）と第二ポリシリコン 電極（ｐｏｌｙ−２）とを有し、ｐｏｌｙ−１をｐｏｌｙ−２にわずかにオーバ ラップさせるようにして構成されている。これらの電極に印加する電位を体系的 に変化させることをクロッキングと称するが、クロッキングによって素子は活動 可能となる。フレーム転送ＣＣＤイメージセンサの場合、光はポリシリコン電極 を透過してシリコン基板に複数の正孔の対をつくる。これらによって発生した電 子は、ポリシリコン電極のクロッキング前に蓄積され、蓄積電荷を除去する。こ こで、光がポリシリコン電極を透過しなくてはならないのたが、この電極は完全 に透明というわけてはない。この不完全透明性のため、イメージセンサの感度な らびに分光感度が低下する。

インジウム酸化ススはその透明性のため、かかる素子用として有効な電極になる とされてきた。インジウム酸化スズ電極を使用することによって、フレーム転送 イメージセンサの青に対する反応（ｂｌｕｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　）と総合感度 は向上する。

かかる素子に実際にインジウム酸化スズが使用されれば、素子の有効ＡＳＡが倍 増されるはずであることは、既に認識されている事柄である。にもかからず、イ ンジウム酸化スズがかかる素子に利用されていないのは、一つには、かかる材料 でパターンを形成するのか困難たからである。これまてインジウム酸化スズのエ ツチングに適用できる唯一の方法は、高温ヨウ化水素酸溶液へ浸漬するというも のであった。

しかし、かかるエツチングは等方的であり、またフォトレジストに対する選択性 もない。そして、このような二つの理由だけから、微細な特徴をフォトレジスト を使用するリソグラフィーで明確に描き出す超小型電子製品にインジウム酸化ス ズを利用することは困難である、とされてきた。

インジウム酸化スズは、また、フォトレジスト材料の製造に使用されるウェブの ような材料にかける帯電防止被膜としても利用可能性があることが知られている 。繰り返しになるか、インジウム酸化スズでパターンを形成することが困難であ るため、かかる材料を使用することは困難であった。

［発明の開示］ 本発明の目的は、インジウム酸化ススの新規のエツチング方法を提供することで ある。

まず、本発明では、メチルラジカル（Ｃｆｉ３　・）を含んだプラズマは、フォ トレジストと二酸化ケイ素に対して高選択性があり、インジウム酸化スズの異方 的エツチングを効果的に実施できるということが発見された。

上述の目的は、 （ＣＨ３・）とＡｒ＋を含むプラズマを生成するステップ、（ＣＨ３・）のプラ ズマと反応させてインジウム酸化スズを揮散させることによってインジウム酸化 スズのエツチングを行うステップであって、Ａｒ＋でイオン衝突を増大させる二 とによってインジウム酸化スズのエツチング速度を向上させて、インジウム酸化 スズをエツチングするステップ、からなるインジウム酸化ストリッピング法で達 せられる。

［図面の簡単な説明コ 第１図は、高周波エネルギーを利用してプラズマを点弧、持続する、典型的なプ ラズマエツチング装置の部分断面概略図である。

第２図は、マイクロ波エネルギーを利用してプラズマを点弧、持続する、他のプ ラズマエツチング装置の部分断面概略図である。

第３図は、シリコン基板上の５ＩＯ２絶縁層に形成されたインジウム酸化スス層 にパターンを切り出す際の種々の工程を示す。

［発明を実施するための最良の形聾］ 第１図、第２図、ならびに第３図ａ、　ｂ、ｃを参照して、インジウム酸化スズ のプラズマエツチング工程を説明する。

プラズマは、全圧力が大気圧より低い容器内のガスが、電場のエネルギーによっ て部分的に電離されている「物質の状態」である。周知の通り、かかる電場は、 高周波発生器、マイクロ波発生器、または直流電界でつくることができる。

かかる電場の作用でＣＨガス、Ｈ２ガス、およびＡｒガスの混合物から形成され るプラズマには、ＣＨ４とＨ２の分子の分解によって生じたメチルラジカル（Ｃ Ｈ３・）などの励起状態のガスが含まれている。いずれのプラズマ中でもそうで あるか、プラズマ中の各励起ガスの濃度は、適用される電場の強さと周波数、プ ラズマ圧力、使用ガスの濃度によって異なる。但し、ＣＨ４とＨ２とＡ「の混合 物たけがメチルラジカル（ＣＨ３・）を生じる唯一の手段というのではなく、エ タン、プロパン、あるいは他の有機化合物とＨ２またはＡｒの混合物も、プラズ マ中にメチルラジカルを生ぜしめ、それによってインジウム酸化スズのエツチン グを行うことが可能となる。

第１図に示したエツチング装置の場合、ウェーハ１８は、高周波放射源２８に接 続されている下側電極１５の上に置く。図示されてないが、浦拡散ポンプと回転 真空ポンプを使用して、チャンバ内を真空にする。下側電極１５は、電極裏側の 抵抗ヒータ１６によって加熱する。ＣＨガス、Ｈ２ガス、およびＡｒガスは、デ ィツユ一す２６を通ってチャンバ内に導入する。ガス流は、流体質量コントロー ラ２２．２４、ならびに３０て調整し、容器内のプロセス圧力は真空スロットル バルブ２１て調節する。

ここで、所定の流量、圧力、温度に達すると、ウニ／’１８を載せた下側電極１ ５と上側電極１２の間の空間３０に、ＣＨ４とＨ２とＡｒのプラズマが発生する 。そして、領域３０に発生したメチルラジカル（ＣＨ３−）はウェーハ１８上の インジウム酸化スズと反応し、ウェーハからインジウム酸化スズを揮散させ、揮 散したインジウム酸化スズは真空ポンプで排出される。ＣＨ４とＨ２のプラズマ 圧力は、プラズマの重合点を越えないように維持されなくてはならない。過度の 圧力、または、過度のＣＨ４４度に起因したかかる過多重合があると、インジウ ム酸化スズのエツチングが均一に行われなくなる。また、高速エツチングを達成 するために必ずしもＨを使用する必要はなく、Ｈ２を完全にＡ「て代替してもエ ツチング結果に変わりはない。

第２図に示したエツチング装置の場合、プラズマ励起源は、真空チャンバ上部に あるマイクロ波発生器１０である。ウェーハ２０は、下側電極１９上に置かれる が、この下側電極１９は、必要かあれば別の電源でバイアス電圧を印加すること もてきる。図示されてないが、チャンバ内は真空ポンプで真空にされる。ＣＨ４ ガス、Ｈ２ガス、およびＡｒガスは、プラズマ発生領域１７に導入される。ガス 流は、流体質量コントローラー２．１４、ならびに２６で調整され、チャンバ内 の圧力は真空スロットルバルブ２５て調節される。プラズマを発生させる時は、 ガスを部分的にプラズマ状態に電離するプラズマ発生領域１７に、マイクロ波ガ イドからマイクロ波エネルギーが送られる。このプラズマ内で生成された（ＣＨ ３・）は、ウェーハ２０に達し、ウェーハのインジウム酸化スズの露出部をエツ チングする。

第３図ａ、ｂ、ｃは、エツチングされたインジウム酸化スズをｐｏｌｙ−１電極 として用いる場合に、インジウム酸化スズがエツチングされていく様子を示した ものである。第３図ａでは、シリコン基板３６上のＳ　Ｌ　０２層３０に形成し たインジウム酸化スズ層３２の表面に、マイクロリングラフのフォトレジスト・ マスク３４を付着させ、従来の方法でパターン形成をしたものである。インジウ ム酸化スズは、通常、高周波スパッタリング法で層形成する。のが最も一般的で ある。

第３図すては、（ＣＨ３・）プラズマでインジウム酸化スズ層３２を異方的にエ ツチングすることによって、インジウム酸化スズにフォトレジスト・パターンを 転写し、なおかつ５層０２層３０て切り出しが止まっている様子を示したもので ある。測定値から、インジウム酸化スズをエツチングする（ＣＨ３・）のプラズ マは、フォトレジスト、ならびにその下の８１０２層のいずれに対しても高い選 択性があることが分かった。

第３図Ｃでは、フォトレジスト３４をインジウム酸化スズ層３２から除去したも のであり、この作業が完了すれば、素子は次の処理に進むことができる。フォト レジストは、０２プラズマ・ストリッピング法で除去するのが最も一般的な方法 てある。

［具体的な実施例］ インジウム酸化スズのエツチングのメカニズムは、インジウムならびにスズと反 応して下記の反応通りに揮発性有機金属化合物を生成するメチルラジカルによる ものと考えられるが、これは本発明の普遍性を限定するものではない。

プラズマ ＣＩ＋４　十Ｈ２−（ＣＨａ　・）６０−Ｉｎ（ＣＨ３）　３↑＋５ｎ（Ｃｔ（ ３）　４↑＋ｃｏ↑＋Ａｒ”＋＾ｒ　ＩＴＯ （ＣＨ３・）を含んたプラズマを発生するのであれば、スターティング・ガスと して上記以外のガスを使用することもてきる。ここで、電離したアルゴンがエツ チング速度を増加させる理由は次のように考えられている。Ａｒを電離させてプ ラスマ状態にすると、ウェーハを載せた電極に印加された高周波電力によるエネ ルギーによって、Ａｒ＋がインジウム酸化スズの表面に照射される。アルゴンイ オンの集団は、入射エネルギーと合わさって、衝突したインジウム酸化スズの結 合を破壊する。こうしてインジウム酸化スズの結合が破壊されるため、（ＣＨ３ ・）か反応してインジウム酸化スズの揮散物を生成できる化学的活性の場がより 多く提供されることになる。

従って、プラズマにＡｒを使用すると、インジウム酸化スズのエツチング速度が 増大する。

第１図に示したようなエツチング装置を使用してインジウム酸化スズをエツチン グしたとき、プラスマの点弧、持続に利用される高周波は、順方向電力８５ワツ トて１．３．５８メガヘルツだった。ウェーッ＼は７０℃まで加熱した。チャン バは、基本圧力を１×１０　まで減圧してからＣＨ４ガス、Ｈ２ガス、ならびに アルゴンガスを導入した。それぞれのガスの流量は８６　ｓｅｃｍとし、全体で １９８　ｓｅｃｍとした。

プロセス圧力は、エツチング中１００　Ｍｔｏｒｒに保持した。スパッタリング 法で形成されたインジウム酸化スズは、毎分４００オングストロームでエツチン グされ、フォトレジストと、インジウム酸化スズの下の二酸化ケイ素層とに非常 に高い選択性を示した。エツチングを施したインジウム酸化スズの断面走査電子 マイクログラフから、上述方法のエツチングは、異方性が高く、フォトレジスト の下を侵食しないということか解かっている。

［工業上の応用可能性と利点コ インジウム酸化スズは透明で、ＣＣＤイメージセンサの電極としては、最も効果 的な電極となろうる。本発明は、インジウム酸化スズのパターン形成を容易にす るものである。また、アルゴンガスを使用することによってインジウム酸化スズ のエツチング速度は、はぼ２倍になる。

インジウム酸化スズのプラズマエツチング要約書 ＣＨ３・とＡｒ＋を含有するプラズマでインジウム酸化スズをエツチングする。

エツチング速度はアルゴン・イオンの働きで飛躍的に増大する。

国際調査報告 １剛・ｒｎｌｌｌｌｌＲＩｌ＾ｌｌｌｌｌＣ１１６ＭＮ６ＰＣＴｚＵＳａ４＋’ ｎ’１９Ｑ］国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．インジウム酸化スズのエッチングにおいて、（ＣＨ３・）とＡｒ＋とを含む プラズマを生成するステップ、プラズマ化した（ＣＨ３・）との反応によりイン ジウム酸化スズを揮発させることによってインジウム酸化スズのエッチングを行 うステップであって、アルゴンガスでイオンの衝突を増大させることによってイ ンジウム酸化スズのエッチング速度を向上させてインジウム酸化スズをエッチン グするステップ、からなることを特徴とする、インジウム酸化スズのエッチング 法。
2. ２．インジウム酸化スズのエッチングにおいて、ＣＨ４、Ｈ２、およびＡｒの混 合ガスからプラズマを生成するステップ、上記プラズマでインジウム酸化スズを エッチングするステップ、からなることを特徴とするインジウム酸化スズのエッ チング法。
3. ３．インジウム酸化スズのエッチングにおいて、（ａ）インジウム酸化スズの特 定部分を露出させるためにマイクロリングラフ・マスクをインジウム酸化スズ表 面に付着させてパターンを形成するステップ、 （ｂ）インジウム酸化スズの露出箇所を異方的にエッチングすることによってイ ンジウム酸化スズにパターンを転写するための（ＣＨ３・）と、インジウム酸化 スズのエッチング速度を増大させるためのＡｒ＋とを含有するプラズマを発生さ せるステップ、 からなることを特徴とする基板上のインジウム酸化スズのエッチング法。
4. ４．インジウム酸化スズのエッチングにおいて、（ａ）インジウム酸化スズの特 定部分を露出させるためにマイクロリングラフ・マスクをインジウム酸化スズ表 面に付着させ、パターンを形成するステップ、 （ｂ）インジウム酸化スズの露出箇所をエッチングしてインジウム酸化スズにパ ターンを異方的に転写するためのＣＨ４ガス、Ｈ２ガス、およびＡｒガスの混合 物のプラズマを発生させるステップ、からなることを特徴とするシリコン基板上 のＳｉＯ２層に形成されたインジウム酸化スズのエッチング法。
5. ５．請求の範囲３に記載の方法において、重合が発生しないように調整された圧 力のチャンバー内混合ガスでプラズマを形成するステップ、 高周波放射、マイクロ波放射、または他の適切な電場に混合ガスを曝してＣＨ４ 、およびＨ２のプラズマを発生させるステップ、を含むことを特徴とする、イン ジウム酸化スズのエッチング法。
6. ６．請求の範囲４に記載の方法において、ＣＨ４、Ｈ２、およびＡｒの比率が等 しいことを特徴とする、インジウム酸化スズのエッチング法。