JPH06168923A - ドライエッチング装置 - Google Patents
ドライエッチング装置Info
- Publication number
- JPH06168923A JPH06168923A JP32087092A JP32087092A JPH06168923A JP H06168923 A JPH06168923 A JP H06168923A JP 32087092 A JP32087092 A JP 32087092A JP 32087092 A JP32087092 A JP 32087092A JP H06168923 A JPH06168923 A JP H06168923A
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- dry etching
- etched
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- chamber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 側壁が外広がりでなだらかな形状を持ち、そ
の形状を任意に制御できるトレンチホールを形成する。 【構成】 電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチン
グ装置のエッチング室２にエキシマレーザ光源１８のレ
ーザ光を照射することにより、反応気体をイオン化し、
また被エッチング基板を囲むように設置した平行平板電
極１９より被エッチング基板表面と水平方向に電界を誘
起して、イオン化した反応気体を加速する。水平方向に
加速されたイオンでトレンチ側壁をサイドエッチングす
ることにより、側壁がテーパー形状となる。
の形状を任意に制御できるトレンチホールを形成する。 【構成】 電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチン
グ装置のエッチング室２にエキシマレーザ光源１８のレ
ーザ光を照射することにより、反応気体をイオン化し、
また被エッチング基板を囲むように設置した平行平板電
極１９より被エッチング基板表面と水平方向に電界を誘
起して、イオン化した反応気体を加速する。水平方向に
加速されたイオンでトレンチ側壁をサイドエッチングす
ることにより、側壁がテーパー形状となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サイドエッチング量を
制御可能としたドライエッチング装置に関する。
制御可能としたドライエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体装置には、単結晶シリコン
基板内に溝掘りしたトレンチホールに２酸化シリコン
（以下ＳｉＯ2と記載する）や、ホウリンケイ酸ガラス
（以下ＢＰＳＧと記載する）、あるいは多結晶シリコン
（以下Ｐｏｌｙ Ｓｉと記載する）等の絶縁物を埋設し
た素子分離領域やトレンチキャパシタなどを形成したも
のがある。単結晶シリコン基板内にトレンチホールを溝
掘りする手段としては、フォトレジストやＳｉＯ2膜を
マスク材料としたドライエッチングが使用されている。
トレンチ溝掘りに使用される高いエッチング速度と高い
垂直異方性を持つ最新のドライエッチング手段として
は、臭化水素気体（以下ＨＢｒと記載する）を反応気体
として使用する電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッ
チング（以下ＥＣＲドライエッチングと記載する）方法
が上げられる。以下ではＥＣＲドライエッチング装置の
構造とそのエッチング原理について説明する。
基板内に溝掘りしたトレンチホールに２酸化シリコン
（以下ＳｉＯ2と記載する）や、ホウリンケイ酸ガラス
（以下ＢＰＳＧと記載する）、あるいは多結晶シリコン
（以下Ｐｏｌｙ Ｓｉと記載する）等の絶縁物を埋設し
た素子分離領域やトレンチキャパシタなどを形成したも
のがある。単結晶シリコン基板内にトレンチホールを溝
掘りする手段としては、フォトレジストやＳｉＯ2膜を
マスク材料としたドライエッチングが使用されている。
トレンチ溝掘りに使用される高いエッチング速度と高い
垂直異方性を持つ最新のドライエッチング手段として
は、臭化水素気体（以下ＨＢｒと記載する）を反応気体
として使用する電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッ
チング（以下ＥＣＲドライエッチングと記載する）方法
が上げられる。以下ではＥＣＲドライエッチング装置の
構造とそのエッチング原理について説明する。
【０００３】図２に示すように、従来のＥＣＲドライエ
ッチング装置はプラズマ生成室１とエッチング室２で構
成され、プラズマ生成室１には、マイクロ波発振器３と
マイクロ波導波管４が取り付けられている。プラズマ生
成室１内とエッチング室２内の圧力は、真空排気ポンプ
５によって真空排気され、０．１Ｐａの圧力に保たれて
いる。プラズマ生成室１内には、ＨＢｒボンベ６よりマ
スフローコントローラ７で５ｃｍ3／分に流量制御した
ＨＢｒ気体を導入する。プラズマ生成室１内では、マイ
クロ波発振器３で発振されたマイクロ波とマグネットコ
イル８で励起された磁界が干渉し、電子サイクロトロン
共鳴現象を生じて導入されたＨＢｒ気体を効率良くプラ
ズマ化する。工業周波数である２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を使用した場合、磁束密度８７５Ｇａｕｓｓの磁界
を発生させれば電子サイクロトロン共鳴条件が満足され
る。プラズマ中で発生した電子は電子サイクロトロン共
鳴条件下では円運動するが、マグネットコイル８より得
られる磁束がプラズマ生成室１の上部で最大強度を持
ち、プラズマ生成室１下部、すなわちイオン引き出し電
極９の方向に向かって弱くなる発散磁界内では、円運動
電子は反磁性を示すために磁界発散方向であるイオン引
き出し電極９の方向に加速され、らせん運動を行う。ら
せん運動しながらイオン引き出し電極９の方向に移動す
る電子は、電気的中性条件を満足するためにプラズマ中
の陽イオンをイオン引き出し電極９の方向に加速し、電
子自身を減速させるような両極性電界を発生して平衡状
態となる。
ッチング装置はプラズマ生成室１とエッチング室２で構
成され、プラズマ生成室１には、マイクロ波発振器３と
マイクロ波導波管４が取り付けられている。プラズマ生
成室１内とエッチング室２内の圧力は、真空排気ポンプ
５によって真空排気され、０．１Ｐａの圧力に保たれて
いる。プラズマ生成室１内には、ＨＢｒボンベ６よりマ
スフローコントローラ７で５ｃｍ3／分に流量制御した
ＨＢｒ気体を導入する。プラズマ生成室１内では、マイ
クロ波発振器３で発振されたマイクロ波とマグネットコ
イル８で励起された磁界が干渉し、電子サイクロトロン
共鳴現象を生じて導入されたＨＢｒ気体を効率良くプラ
ズマ化する。工業周波数である２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を使用した場合、磁束密度８７５Ｇａｕｓｓの磁界
を発生させれば電子サイクロトロン共鳴条件が満足され
る。プラズマ中で発生した電子は電子サイクロトロン共
鳴条件下では円運動するが、マグネットコイル８より得
られる磁束がプラズマ生成室１の上部で最大強度を持
ち、プラズマ生成室１下部、すなわちイオン引き出し電
極９の方向に向かって弱くなる発散磁界内では、円運動
電子は反磁性を示すために磁界発散方向であるイオン引
き出し電極９の方向に加速され、らせん運動を行う。ら
せん運動しながらイオン引き出し電極９の方向に移動す
る電子は、電気的中性条件を満足するためにプラズマ中
の陽イオンをイオン引き出し電極９の方向に加速し、電
子自身を減速させるような両極性電界を発生して平衡状
態となる。
【０００４】反応気体としてＨＢｒ気体を使用した場
合、両極性電界によって加速される陽イオンは陽子（Ｈ
+）と臭素イオン（Ｂｒ+）である。両極性電界により鉛
直下向きに加速された陽イオンは、イオン引き出し電極
９を通過してエッチング室２に導入される。エッチング
室２内には、フォトレジストあるいはＳｉＯ2でマスク
パターニングされたシリコン基板１０が設置されてお
り、垂直下方向に加速された陽イオンの直進性によるス
パッタリング効果でシリコン基板がエッチングされ、ト
レンチ溝掘りが達成される。加速された陽イオンの中で
陽子（Ｈ+）は質量が小さいために、スパッタリングエ
ッチングには寄与しないが、臭素イオン（Ｂｒ+）がシ
リコン基板をスパッタリングする。さらに臭素イオン
（Ｂｒ+）はシリコン基板をスパッタリングする最中
に、エッチング表面に吸着してシリコン原子と以下の化
学反応を生じる。
合、両極性電界によって加速される陽イオンは陽子（Ｈ
+）と臭素イオン（Ｂｒ+）である。両極性電界により鉛
直下向きに加速された陽イオンは、イオン引き出し電極
９を通過してエッチング室２に導入される。エッチング
室２内には、フォトレジストあるいはＳｉＯ2でマスク
パターニングされたシリコン基板１０が設置されてお
り、垂直下方向に加速された陽イオンの直進性によるス
パッタリング効果でシリコン基板がエッチングされ、ト
レンチ溝掘りが達成される。加速された陽イオンの中で
陽子（Ｈ+）は質量が小さいために、スパッタリングエ
ッチングには寄与しないが、臭素イオン（Ｂｒ+）がシ
リコン基板をスパッタリングする。さらに臭素イオン
（Ｂｒ+）はシリコン基板をスパッタリングする最中
に、エッチング表面に吸着してシリコン原子と以下の化
学反応を生じる。
【０００５】 Ｓｉ＋４Ｂｒ+ →ＳｉＢｒ4↑ 式（１） この化学反応の結果、シリコン基板よりシリコン原子が
脱離して、さらにエッチング速度は大きくなる。
脱離して、さらにエッチング速度は大きくなる。
【０００６】上述したようにＥＣＲドライエッチング方
法は、他のドライエッチング方法より、微細でアスペク
ト比の大きなトレンチホールの形成に適している。その
理由を以下にまとめると、 高いプラズマ密度が得られるために、エッチング速度
が大きい。 プラズマの均一性が良いために、エッチング均一性が
良好で、被エッチング基板の大口径化が図れる、 両極性電界で加速された陽イオンのイオンビームエッ
チングが主体であるので、トレンチホールの垂直加工性
に優れている、 といったことが上げられる。
法は、他のドライエッチング方法より、微細でアスペク
ト比の大きなトレンチホールの形成に適している。その
理由を以下にまとめると、 高いプラズマ密度が得られるために、エッチング速度
が大きい。 プラズマの均一性が良いために、エッチング均一性が
良好で、被エッチング基板の大口径化が図れる、 両極性電界で加速された陽イオンのイオンビームエッ
チングが主体であるので、トレンチホールの垂直加工性
に優れている、 といったことが上げられる。
【０００７】最近の研究ではＥＣＲドライエッチングと
は別に、トレンチエッチングの手段が検討されており、
どれも高いプラズマ密度を得ることに主眼が置かれてい
る。例えば特開昭６３−３０５５１６号公報に開示され
ているように、エッチング室とは別の部分でマイクロ波
発振のグロー放電で発生させたプラズマを、エッチング
室内のシリコン基板近傍にプラズマ集束帯として分布さ
せることを特徴としているものがある。この方法では、
プラズマ集束帯を得るために、プラズマ輸送口を充分小
さくし、またプラズマ集束帯中のプラズマ密度を増加さ
せるためにエキシマレーザ光などを照射し、光励起を起
こしている。
は別に、トレンチエッチングの手段が検討されており、
どれも高いプラズマ密度を得ることに主眼が置かれてい
る。例えば特開昭６３−３０５５１６号公報に開示され
ているように、エッチング室とは別の部分でマイクロ波
発振のグロー放電で発生させたプラズマを、エッチング
室内のシリコン基板近傍にプラズマ集束帯として分布さ
せることを特徴としているものがある。この方法では、
プラズマ集束帯を得るために、プラズマ輸送口を充分小
さくし、またプラズマ集束帯中のプラズマ密度を増加さ
せるためにエキシマレーザ光などを照射し、光励起を起
こしている。
【０００８】他の例では、特開平３−４４９２３号公報
に開示されているように、平行平板電極構造を持つ反応
性イオンエッチング（以下ＲＩＥと表記する）装置に補
助電極を設け、その回りに回転磁界を有することを特徴
とするものがある。この例では、平行平板電極間のグロ
ー放電で発生したプラズマ中で、被エッチング基板表面
上に発生している電界と回転磁界を直交させることによ
り電子をドリフト運動させる。プラズマ中でドリフト運
動している電子はプラズマを構成している粒子と衝突し
てプラズマ密度を上昇させる。
に開示されているように、平行平板電極構造を持つ反応
性イオンエッチング（以下ＲＩＥと表記する）装置に補
助電極を設け、その回りに回転磁界を有することを特徴
とするものがある。この例では、平行平板電極間のグロ
ー放電で発生したプラズマ中で、被エッチング基板表面
上に発生している電界と回転磁界を直交させることによ
り電子をドリフト運動させる。プラズマ中でドリフト運
動している電子はプラズマを構成している粒子と衝突し
てプラズマ密度を上昇させる。
【０００９】さらに他のドライエッチングの例として
は、特開平３−３０４２４号公報に開示されているよう
に、回転電界を有するものが上げられる。この例では、
平行平板電極構造を持つＲＩＥ装置の一方の電極に回転
電界発生用電極部を設け、チャンバー内の電界分布を回
転電界とすることにより、被エッチング基板に対するエ
ッチング作用を均一化させ、再現性の良いエッチングを
実現させるようにしている。
は、特開平３−３０４２４号公報に開示されているよう
に、回転電界を有するものが上げられる。この例では、
平行平板電極構造を持つＲＩＥ装置の一方の電極に回転
電界発生用電極部を設け、チャンバー内の電界分布を回
転電界とすることにより、被エッチング基板に対するエ
ッチング作用を均一化させ、再現性の良いエッチングを
実現させるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図３（ａ）〜（ｄ）は
従来の半導体装置のトレンチホール形成と絶縁物埋設の
方法を説明するための断面図である。図３（ａ）に示す
ように、シリコン基板１０上にトレンチホールを形成す
るためのエッチングマスクとして、フォトレジストある
いはＳｉＯ2などのマスク材料１１を通常のリソグラフ
ィー技術を使用してパターニングする。この後、マスク
材料１１をマスクとして開孔部（シリコン露出部）を前
述のＥＣＲドライエッチング法等で異方性エッチングす
る。
従来の半導体装置のトレンチホール形成と絶縁物埋設の
方法を説明するための断面図である。図３（ａ）に示す
ように、シリコン基板１０上にトレンチホールを形成す
るためのエッチングマスクとして、フォトレジストある
いはＳｉＯ2などのマスク材料１１を通常のリソグラフ
ィー技術を使用してパターニングする。この後、マスク
材料１１をマスクとして開孔部（シリコン露出部）を前
述のＥＣＲドライエッチング法等で異方性エッチングす
る。
【００１１】図３（ｂ）のように側壁が垂直形状を持つ
トレンチホール１２が形成される。通常のトレンチホー
ルは、開孔幅が０．５〜２μｍ，深さ３〜１０μｍ程度
の溝である。トレンチホールの形成が終了したら、図３
（ｃ）のようにマスク材料１１を除去する。次に図３
（ｄ）に示すように、トレンチホール１２内にＳｉＯ2
またはＰｏｌｙ Ｓｉといった絶縁物１３を埋設してト
レンチ素子分離領域あるいはトレンチキャパシタセル等
の形成工程は終了する。絶縁物１３の形成方法は一般
に、化学気相成長法が使用される。
トレンチホール１２が形成される。通常のトレンチホー
ルは、開孔幅が０．５〜２μｍ，深さ３〜１０μｍ程度
の溝である。トレンチホールの形成が終了したら、図３
（ｃ）のようにマスク材料１１を除去する。次に図３
（ｄ）に示すように、トレンチホール１２内にＳｉＯ2
またはＰｏｌｙ Ｓｉといった絶縁物１３を埋設してト
レンチ素子分離領域あるいはトレンチキャパシタセル等
の形成工程は終了する。絶縁物１３の形成方法は一般
に、化学気相成長法が使用される。
【００１２】このような従来の半導体装置の製造方法の
欠点として、トレンチホール１２の開孔部に鋭角の角部
１４が発生することが上げられる。トレンチホール１２
を化学気相成長法を使用して絶縁物１３で埋設する場
合、トレンチホール１２の開孔部が０．５〜２μｍと極
めて狭く、また深さが３〜１０μｍと非常に深いため反
応気体分子の回り込みが悪くなり、トレンチホール１２
の底部まで反応分子が届きにくくなる結果、絶縁物１３
の成長速度は鋭角の角部５の部分で最も大きく、トレン
チホール１２の底部に向かって深さ方向に従い徐々に小
さくなる傾向を示す。
欠点として、トレンチホール１２の開孔部に鋭角の角部
１４が発生することが上げられる。トレンチホール１２
を化学気相成長法を使用して絶縁物１３で埋設する場
合、トレンチホール１２の開孔部が０．５〜２μｍと極
めて狭く、また深さが３〜１０μｍと非常に深いため反
応気体分子の回り込みが悪くなり、トレンチホール１２
の底部まで反応分子が届きにくくなる結果、絶縁物１３
の成長速度は鋭角の角部５の部分で最も大きく、トレン
チホール１２の底部に向かって深さ方向に従い徐々に小
さくなる傾向を示す。
【００１３】そのためトレンチホール１２の底部で充分
に絶縁物１３が形成される前に鋭角の角部１４の回りに
成長した絶縁物１３同士が接合してしまい、トレンチホ
ール１２内に反応気体分子が侵入できなくなってトレン
チホール１２内にボイド（空胴）１５が発生する。トレ
ンチホール１２内に発生したボイド１５は汚染物質のト
ラップとなり易く、また絶縁物１３内に発生するクラッ
クの原因となって半導体装置の歩留りや信頼性を低下さ
せる恐れがある。
に絶縁物１３が形成される前に鋭角の角部１４の回りに
成長した絶縁物１３同士が接合してしまい、トレンチホ
ール１２内に反応気体分子が侵入できなくなってトレン
チホール１２内にボイド（空胴）１５が発生する。トレ
ンチホール１２内に発生したボイド１５は汚染物質のト
ラップとなり易く、また絶縁物１３内に発生するクラッ
クの原因となって半導体装置の歩留りや信頼性を低下さ
せる恐れがある。
【００１４】上述の不具合は、ドライエッチング法で形
成したトレンチホールの側壁が垂直であることに起因し
ている。ドライエッチング法ではトレンチホール側壁を
所望の形状に制御することが技術的課題となっている。
成したトレンチホールの側壁が垂直であることに起因し
ている。ドライエッチング法ではトレンチホール側壁を
所望の形状に制御することが技術的課題となっている。
【００１５】本発明の目的は、側壁が外広がりでなだら
かな形状をもち、その形状を任意に制御できるトレンチ
ホールを形成可能なドライエッチング装置を提供するこ
とにある。
かな形状をもち、その形状を任意に制御できるトレンチ
ホールを形成可能なドライエッチング装置を提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るドライエッチング装置は、エッチング
室とエキシマレーザ光源とを有するドライエッチング装
置であって、エッチング室は、内部で被エッチング物質
に電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチング処理が
行われるものであり、エキシマレーザ光源は、エッチン
グ室内にレーザ光を照射するものである。
め、本発明に係るドライエッチング装置は、エッチング
室とエキシマレーザ光源とを有するドライエッチング装
置であって、エッチング室は、内部で被エッチング物質
に電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチング処理が
行われるものであり、エキシマレーザ光源は、エッチン
グ室内にレーザ光を照射するものである。
【００１７】また、被エッチング物質を囲むように平行
平板電極を設置し、被エッチング物質表面と平行方向に
電界を誘起しながらエッチングを実行するものである。
平板電極を設置し、被エッチング物質表面と平行方向に
電界を誘起しながらエッチングを実行するものである。
【００１８】また、前記平行平板電極を被エッチング物
質の回りで回転させるものである。
質の回りで回転させるものである。
【００１９】また、前記平行平板電極に印加する電圧を
エッチング時間の関数として制御するものである。
エッチング時間の関数として制御するものである。
【００２０】
【作用】電子サイクロトロン共鳴放電ドライエッチング
装置のエッチング室にエキシマレーザ光を照射しなが
ら、被エッチング基板を囲むように設置した平行平板電
極より被エッチング基板表面と水平方向に電界を誘起す
る方法を採用することにある。すなわち、エッチング室
に導入した３フッ化塩素気体にエキシマレーザ光を照射
することでイオン化し、発生した陰イオンを水平方向の
回転電界で加速してシリコン表面に吸着させ、サイドエ
ッチングする現象を利用している。
装置のエッチング室にエキシマレーザ光を照射しなが
ら、被エッチング基板を囲むように設置した平行平板電
極より被エッチング基板表面と水平方向に電界を誘起す
る方法を採用することにある。すなわち、エッチング室
に導入した３フッ化塩素気体にエキシマレーザ光を照射
することでイオン化し、発生した陰イオンを水平方向の
回転電界で加速してシリコン表面に吸着させ、サイドエ
ッチングする現象を利用している。
【００２１】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明をＥＣＲドライエッチング装置に適
用した一例を示す図である。
る。図１は、本発明をＥＣＲドライエッチング装置に適
用した一例を示す図である。
【００２２】図において、本発明の装置は、プラズマ生
成室１とエッチング室２より構成されており、プラズマ
生成室１上部にはマイクロ波発振器３とマイクロ波導波
管４が取り付けられている。
成室１とエッチング室２より構成されており、プラズマ
生成室１上部にはマイクロ波発振器３とマイクロ波導波
管４が取り付けられている。
【００２３】プラズマ生成室１内とエッチング室２内の
圧力は、真空排気ポンプ５より真空排気され、０．１Ｐ
ａの圧力に保たれている。プラズマ生成室１内には、Ｈ
Ｂｒボンベ６よりＨＢｒ気体を導入する。ＨＢｒ気体の
流量は、マスフローコントローラ７で５ｃｍ3／分に制
御する。プラズマ生成室１の周囲を囲むように設置した
マグネットコイル８は、プラズマ生成室１の上部で最大
強度を持ち、プラズマ生成室１下部すなわちイオン引き
出し電極９の方向に向かって弱くなる発散磁界を形成し
ている。
圧力は、真空排気ポンプ５より真空排気され、０．１Ｐ
ａの圧力に保たれている。プラズマ生成室１内には、Ｈ
Ｂｒボンベ６よりＨＢｒ気体を導入する。ＨＢｒ気体の
流量は、マスフローコントローラ７で５ｃｍ3／分に制
御する。プラズマ生成室１の周囲を囲むように設置した
マグネットコイル８は、プラズマ生成室１の上部で最大
強度を持ち、プラズマ生成室１下部すなわちイオン引き
出し電極９の方向に向かって弱くなる発散磁界を形成し
ている。
【００２４】マイクロ波発振器３より周波数２．４５Ｇ
Ｈｚ，出力２５０Ｗのマイクロ波を発生し、マグネット
コイル８より磁束密度８７５Ｇａｕｓｓの磁界を励起す
れば、電子サイクロトロン共鳴条件が満足され、ＨＢｒ
気体が効率良くプラズマ化される。発生した高密度プラ
ズマ中の陽イオン（Ｂｒ+）は電子サイクロトロン共鳴
条件下で反磁性化した電子と発散磁界の相互作用により
発生した両極性電界により垂直下向きに加速される。加
速された陽イオンはイオン引き出し電極９を通過してエ
ッチング室２に導入される。ここまでの技術は公知のも
のである。
Ｈｚ，出力２５０Ｗのマイクロ波を発生し、マグネット
コイル８より磁束密度８７５Ｇａｕｓｓの磁界を励起す
れば、電子サイクロトロン共鳴条件が満足され、ＨＢｒ
気体が効率良くプラズマ化される。発生した高密度プラ
ズマ中の陽イオン（Ｂｒ+）は電子サイクロトロン共鳴
条件下で反磁性化した電子と発散磁界の相互作用により
発生した両極性電界により垂直下向きに加速される。加
速された陽イオンはイオン引き出し電極９を通過してエ
ッチング室２に導入される。ここまでの技術は公知のも
のである。
【００２５】以下では本発明におけるＥＣＲドライエッ
チング装置の構成及びそれによって得られる特異的効果
について説明を行う。
チング装置の構成及びそれによって得られる特異的効果
について説明を行う。
【００２６】本発明では、３フッ化塩素（以下ＣｌＦ3
と記述する）ボンベ１６よりＣｌＦ3 気体をエッチング
室２内に導入する。ＣｌＦ3気体の流量はマスフローコ
ントローラ７により１ｃｍ3／分に制御してある。エッ
チング室２内には、エッチング室２の側壁に設けられた
石英窓１７を通して、ＸｅＣｌエキシマレーザ光源１８
よりエキシマレーザ光を照射する。
と記述する）ボンベ１６よりＣｌＦ3 気体をエッチング
室２内に導入する。ＣｌＦ3気体の流量はマスフローコ
ントローラ７により１ｃｍ3／分に制御してある。エッ
チング室２内には、エッチング室２の側壁に設けられた
石英窓１７を通して、ＸｅＣｌエキシマレーザ光源１８
よりエキシマレーザ光を照射する。
【００２７】エキシマレーザ光は、シリコン基板１０の
表面を覆うように照射するものとする。導入されたＣｌ
Ｆ3気体は、エキシマレーザ光照射により電子励起ある
いは振動励起されてついには光分解する。光分解したＣ
ｌＦ3気体中には、イオン，ラジカル，中性原子等の粒
子が多数存在しているが、ここでは荷電粒子であるイオ
ンに注目する。イオン化したＣｌＦ3気体中には、塩素
イオン（Ｃｌ-），フッ素イオン（Ｆ-）が多数存在す
る。
表面を覆うように照射するものとする。導入されたＣｌ
Ｆ3気体は、エキシマレーザ光照射により電子励起ある
いは振動励起されてついには光分解する。光分解したＣ
ｌＦ3気体中には、イオン，ラジカル，中性原子等の粒
子が多数存在しているが、ここでは荷電粒子であるイオ
ンに注目する。イオン化したＣｌＦ3気体中には、塩素
イオン（Ｃｌ-），フッ素イオン（Ｆ-）が多数存在す
る。
【００２８】本発明では、シリコン基板１０を囲むよう
に平行平板電極１９が設けてあり、直流電源２０より直
流電圧を平行平板電極１９に印加すれば、シリコン基板
１０表面と平行方向に電界が誘起される。プラズマ生成
室１より導入されたＢｒ+イオンの垂直異方性エッチン
グにより、シリコン基板１０上にトレンチホールを形成
している途中で上述のようにシリコン基板１０の表面方
向に電界を誘起すると、光分解で発生したＣｌ-，Ｆ-が
水平方向の加速度を得た結果、トレンチホール側壁に衝
突することになる。
に平行平板電極１９が設けてあり、直流電源２０より直
流電圧を平行平板電極１９に印加すれば、シリコン基板
１０表面と平行方向に電界が誘起される。プラズマ生成
室１より導入されたＢｒ+イオンの垂直異方性エッチン
グにより、シリコン基板１０上にトレンチホールを形成
している途中で上述のようにシリコン基板１０の表面方
向に電界を誘起すると、光分解で発生したＣｌ-，Ｆ-が
水平方向の加速度を得た結果、トレンチホール側壁に衝
突することになる。
【００２９】トレンチホール側壁に衝突したＣｌ-やＦ-
は正電荷を有するシリコン格子中に引き込まれる。トレ
ンチホール側壁を構成しているシリコン格子中に引き込
まれたＣｌ-，Ｆ-は次式に従って蒸気圧の高い４塩化ケ
イ素（ＳｉＣｌ4），４フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）を形
成，脱離させてシリコン格子をエッチングする。
は正電荷を有するシリコン格子中に引き込まれる。トレ
ンチホール側壁を構成しているシリコン格子中に引き込
まれたＣｌ-，Ｆ-は次式に従って蒸気圧の高い４塩化ケ
イ素（ＳｉＣｌ4），４フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）を形
成，脱離させてシリコン格子をエッチングする。
【００３０】 Ｓｉ＋４Ｃｌ- → ＳｉＣｌ4 式（２） Ｓｉ＋４Ｆ- → ＳｉＦ4 式（３）
【００３１】このように水平方向の電界で加速されたＣ
ｌ-，Ｆ-は、トレンチホール側壁を攻撃して、サイドエ
ッチングを発生させる効果がある。平行平板電極１９を
シリコン基板１０の周囲で、１０ｒｐｍの速度で機械的
に回転させることにより、サイドエッチング量の面内均
一性を向上させていることも本発明の特徴の一つであ
る。
ｌ-，Ｆ-は、トレンチホール側壁を攻撃して、サイドエ
ッチングを発生させる効果がある。平行平板電極１９を
シリコン基板１０の周囲で、１０ｒｐｍの速度で機械的
に回転させることにより、サイドエッチング量の面内均
一性を向上させていることも本発明の特徴の一つであ
る。
【００３２】なお、プラズマ室１より導入されるＢｒ+
イオンも回転電界により水平方向の加速度を受けること
になるが、電子サイクロトロン共鳴現象によって発生し
た両極性電界による垂直方向への加速度の方が１００倍
以上大きいために、その影響はほとんどない。従って、
Ｂｒ+イオンはシリコン基板をスパッタエッチングし
て、垂直異方性のエッチング形状を残すだけで、回転電
界のイオン加速によるサイドエッチングとは全く独立の
成分と考えて差し支えない。
イオンも回転電界により水平方向の加速度を受けること
になるが、電子サイクロトロン共鳴現象によって発生し
た両極性電界による垂直方向への加速度の方が１００倍
以上大きいために、その影響はほとんどない。従って、
Ｂｒ+イオンはシリコン基板をスパッタエッチングし
て、垂直異方性のエッチング形状を残すだけで、回転電
界のイオン加速によるサイドエッチングとは全く独立の
成分と考えて差し支えない。
【００３３】回転電界によるサイドエッチングのエッチ
ング速度は、トレンチホール側壁へのイオンの衝突効率
によって決定される。衝突効率は回転電界の電界強度に
影響を受けると考えられるので、結局サイドエッチング
速度は平行平板電極１９への電圧印加量で決定される。
実際には、本発明のドライエッチング装置で直流電源２
０の電圧印加量とトレンチホールのサイドエッチング速
度の関係は図４のようになる。図４より明らかなよう
に、電圧印加量が５００Ｖ以下の領域では、サイドエッ
チング速度が電圧に比例して直線的に増加する直線領域
である。
ング速度は、トレンチホール側壁へのイオンの衝突効率
によって決定される。衝突効率は回転電界の電界強度に
影響を受けると考えられるので、結局サイドエッチング
速度は平行平板電極１９への電圧印加量で決定される。
実際には、本発明のドライエッチング装置で直流電源２
０の電圧印加量とトレンチホールのサイドエッチング速
度の関係は図４のようになる。図４より明らかなよう
に、電圧印加量が５００Ｖ以下の領域では、サイドエッ
チング速度が電圧に比例して直線的に増加する直線領域
である。
【００３４】電圧印加量が５００Ｖを超えるとトレンチ
ホール側壁を攻撃するイオン数が飽和して、サイドエッ
チング速度も直線的な増加を示さなくなる。なお、直線
領域の傾きγは平行平板電極１９の間隔に依存する。本
発明の場合、平行平板電極１９の間隔は２５０ｍｍにし
ている。直線領域でのサイドエッチング速度ｆ［オング
ストローム・ｍｉｎ-1］と電圧印加量Ｖ［ｖ］の間に
は、 ｆ＝γｖ （ｖ≦５００ｖ） 式（４） という関係がある。γは定数で、本発明の場合はγ＝
０．６オングストローム・ｍｉｎ-1・ｖ-1である。
ホール側壁を攻撃するイオン数が飽和して、サイドエッ
チング速度も直線的な増加を示さなくなる。なお、直線
領域の傾きγは平行平板電極１９の間隔に依存する。本
発明の場合、平行平板電極１９の間隔は２５０ｍｍにし
ている。直線領域でのサイドエッチング速度ｆ［オング
ストローム・ｍｉｎ-1］と電圧印加量Ｖ［ｖ］の間に
は、 ｆ＝γｖ （ｖ≦５００ｖ） 式（４） という関係がある。γは定数で、本発明の場合はγ＝
０．６オングストローム・ｍｉｎ-1・ｖ-1である。
【００３５】本発明のＥＣＲドライエッチング装置を用
いて、単結晶シリコン基板上にトレンチホールを形成し
た場合の、トレンチホール側壁の形状について考察す
る。図５はトレンチホール側壁の形状を導出するための
断面図である。シリコン基板１０上にトレンチホールを
形成するためのマスク材料１１（フォトレジスト又はＳ
ｉＯ2膜）がパターニングされている。
いて、単結晶シリコン基板上にトレンチホールを形成し
た場合の、トレンチホール側壁の形状について考察す
る。図５はトレンチホール側壁の形状を導出するための
断面図である。シリコン基板１０上にトレンチホールを
形成するためのマスク材料１１（フォトレジスト又はＳ
ｉＯ2膜）がパターニングされている。
【００３６】シリコン基板１０上にトレンチホール１２
を開孔した場合のトレンチホール側壁の形状をマスク材
料１１の下部より垂直下向きに測定した距離ｘの関数Ｆ
(x)とする。トレンチホール１２の深さをＴとすれば、
Ｆ(x)は０≦ｘ≦Ｔの範囲で定義されるｘの関数であ
る。０≦ｘ≦Ｔの範囲内のある垂直深さｘでのサイドエ
ッチング量Ｆ(x)は、深さｘを垂直にエッチングするの
に要した時間をｔxとすると、
を開孔した場合のトレンチホール側壁の形状をマスク材
料１１の下部より垂直下向きに測定した距離ｘの関数Ｆ
(x)とする。トレンチホール１２の深さをＴとすれば、
Ｆ(x)は０≦ｘ≦Ｔの範囲で定義されるｘの関数であ
る。０≦ｘ≦Ｔの範囲内のある垂直深さｘでのサイドエ
ッチング量Ｆ(x)は、深さｘを垂直にエッチングするの
に要した時間をｔxとすると、
【００３７】
【式１】
【００３８】である。ｆはサイドエッチングのエッチン
グ速度，ｔtotalはエッチングを開始してから終了する
までの全エッチング時間である。今、ｆは時間によらず
一定、すなわち平行平板電極１９への電圧印加量を一定
にしてエッチングを行うとすると、Ｆ(x)は、 Ｆ(x)＝ｆ｛ｔtotal−ｔx｝ 式（６） となる。プラズマ室１より導入されたＢｒ+イオンによ
る異方性エッチングのエッチング速度をβとすると、 ｔtotal＝Ｔ／β ， ｔx ＝ｘ／β 式（７） になり、式（３），式（７），を式（６）に代入してＦ
(x)を求めると、 Ｆ(x)＝（γｖ／β）（Ｔ−ｘ） 式（８） となる。式（８）より、トレンチホール側壁は直線的な
テーパー形状となっていることがわかる。側壁の傾斜角
をθとすると、θは次式で与えられる。
グ速度，ｔtotalはエッチングを開始してから終了する
までの全エッチング時間である。今、ｆは時間によらず
一定、すなわち平行平板電極１９への電圧印加量を一定
にしてエッチングを行うとすると、Ｆ(x)は、 Ｆ(x)＝ｆ｛ｔtotal−ｔx｝ 式（６） となる。プラズマ室１より導入されたＢｒ+イオンによ
る異方性エッチングのエッチング速度をβとすると、 ｔtotal＝Ｔ／β ， ｔx ＝ｘ／β 式（７） になり、式（３），式（７），を式（６）に代入してＦ
(x)を求めると、 Ｆ(x)＝（γｖ／β）（Ｔ−ｘ） 式（８） となる。式（８）より、トレンチホール側壁は直線的な
テーパー形状となっていることがわかる。側壁の傾斜角
をθとすると、θは次式で与えられる。
【００３９】 θ＝ｔａｎ-1（β／γｖ） 式（９）
【００４０】プラズマ室１より導入されたＢｒ+イオン
による異方性エッチングのエッチング速度βは本発明の
場合、５０００オングストローム・ｍｉｎ-1であり、γ
＝０．６オングストローム・ｍｉｎ-1・ｖ-1であるの
で、トレンチホール側壁のテーパー角θは電圧印加量ｖ
のみに依存する量であることがわかる。すなわち本発明
では、トレンチホールの側壁テーパー角を平行平板電極
１９への電圧印加量ｖによって自在に制御可能となって
いる。図６は本発明における電圧印加量ｖと側壁テーパ
ー角θの関係を表わしている。図６より理解されるよう
に、本発明では電圧印加量ｖによって側壁テーパー角を
８６．５°〜９０°の間で任意に制御できる。この結
果、外広がりなテーパー形状の側壁を持ち、開口部の角
部が鈍角である従来の方法では得られなかった形状のト
レンチホールを得ることが可能となる。
による異方性エッチングのエッチング速度βは本発明の
場合、５０００オングストローム・ｍｉｎ-1であり、γ
＝０．６オングストローム・ｍｉｎ-1・ｖ-1であるの
で、トレンチホール側壁のテーパー角θは電圧印加量ｖ
のみに依存する量であることがわかる。すなわち本発明
では、トレンチホールの側壁テーパー角を平行平板電極
１９への電圧印加量ｖによって自在に制御可能となって
いる。図６は本発明における電圧印加量ｖと側壁テーパ
ー角θの関係を表わしている。図６より理解されるよう
に、本発明では電圧印加量ｖによって側壁テーパー角を
８６．５°〜９０°の間で任意に制御できる。この結
果、外広がりなテーパー形状の側壁を持ち、開口部の角
部が鈍角である従来の方法では得られなかった形状のト
レンチホールを得ることが可能となる。
【００４１】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図１の直流電源２０の電圧をエッチング時間の関数
として制御する。平行平板電極１９の電圧印加量ｖをエ
ッチング時間ｔの指数関数として制御しようとすると、 Ｖ(t)＝Ｖ0 ｅｘｐ（−αｔ） （α＞０，Ｖ0≦５００ｖ） 式（１０） という式でＶを記述することができる。Ｖ(t)はエッチ
ング時間とともに緩やかに減衰する量であり、ｔ＝０で
の初期電圧Ｖ0を５００ｖ以下と定義すれば、Ｖ(t) は
常に図４の直線領域内の値をとる。そのため、サイドエ
ッチング速度ｆと電圧印加量Ｖ(t)の間には式（４）の
関係が成立し、サイドエッチング速度ｆも次式で関係づ
けられるエッチング時間の関数となる。
る。図１の直流電源２０の電圧をエッチング時間の関数
として制御する。平行平板電極１９の電圧印加量ｖをエ
ッチング時間ｔの指数関数として制御しようとすると、 Ｖ(t)＝Ｖ0 ｅｘｐ（−αｔ） （α＞０，Ｖ0≦５００ｖ） 式（１０） という式でＶを記述することができる。Ｖ(t)はエッチ
ング時間とともに緩やかに減衰する量であり、ｔ＝０で
の初期電圧Ｖ0を５００ｖ以下と定義すれば、Ｖ(t) は
常に図４の直線領域内の値をとる。そのため、サイドエ
ッチング速度ｆと電圧印加量Ｖ(t)の間には式（４）の
関係が成立し、サイドエッチング速度ｆも次式で関係づ
けられるエッチング時間の関数となる。
【００４２】 ｆ(t)＝γＶ0 ｅｘｐ（−αｔ） 式（１１）
【００４３】式（５）に式（４）及び式（１１）を代入
して積分をとけば、トレンチホール側壁の形状Ｆ(x)は
次式のようなｘの関数となる。
して積分をとけば、トレンチホール側壁の形状Ｆ(x)は
次式のようなｘの関数となる。
【００４４】
【式２】
【００４５】式（１２）より、本実施例ではトレンチホ
ールの側壁は指数関数の曲率を持つ外広がりでなだらか
な形状となっていることが理解できる。本実施例の場
合、側壁の曲率は初期電圧Ｖ0（≦５００ｖ）と減衰率
α（≧０）を選択することで任意に制御できる。すなわ
ち、側壁の形状，曲率は垂直深さ方向の距離ｘの関数と
して任意にデザイン可能である。
ールの側壁は指数関数の曲率を持つ外広がりでなだらか
な形状となっていることが理解できる。本実施例の場
合、側壁の曲率は初期電圧Ｖ0（≦５００ｖ）と減衰率
α（≧０）を選択することで任意に制御できる。すなわ
ち、側壁の形状，曲率は垂直深さ方向の距離ｘの関数と
して任意にデザイン可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、電子サイ
クロトロン共鳴放電エッチング装置のエッチング室にエ
キシマレーザ光を照射しながら、被エッチング基板を囲
むように設置した平行平板電極より被エッチング基板表
面と水平方向に電界を誘起してサイドエッチングを促進
させることにより、エッチングしたトレンチホールの側
壁をテーパー形状にすることができるという効果があ
る。
クロトロン共鳴放電エッチング装置のエッチング室にエ
キシマレーザ光を照射しながら、被エッチング基板を囲
むように設置した平行平板電極より被エッチング基板表
面と水平方向に電界を誘起してサイドエッチングを促進
させることにより、エッチングしたトレンチホールの側
壁をテーパー形状にすることができるという効果があ
る。
【００４７】また、平行平板電極への電圧印加量をエッ
チング時間の関数として制御すれば、外広がりでなだら
かな曲率を持つ側壁を形成することも可能である。さら
にトレンチホール側壁のテーパー角，曲率等の形状は垂
直深さ方向の関数として任意にデザインできるという利
点もある。
チング時間の関数として制御すれば、外広がりでなだら
かな曲率を持つ側壁を形成することも可能である。さら
にトレンチホール側壁のテーパー角，曲率等の形状は垂
直深さ方向の関数として任意にデザインできるという利
点もある。
【００４８】本発明で得られる特異的な効果のため、ト
レンチホール開口部の角部は鈍角となり、また側壁が外
広がりでなだらかなテーパー形状となっているために、
後工程の絶縁膜形成で、反応気体分子がトレンチホール
の奥深くまで回り込んで成長可能となり、絶縁膜の段差
被覆性が良好となる。そのためボイドの発生がなくな
り、絶縁物内のクラック等の不具合発生もなくなる。
レンチホール開口部の角部は鈍角となり、また側壁が外
広がりでなだらかなテーパー形状となっているために、
後工程の絶縁膜形成で、反応気体分子がトレンチホール
の奥深くまで回り込んで成長可能となり、絶縁膜の段差
被覆性が良好となる。そのためボイドの発生がなくな
り、絶縁物内のクラック等の不具合発生もなくなる。
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】従来のＥＣＲドライエッチング装置を示す断面
図である。
図である。
【図３】従来の半導体装置の製造方法の一部を示す断面
図である。
図である。
【図４】平行平板電極の電圧印加量とサイドエッチング
速度の関係を表わすプロット図である。
速度の関係を表わすプロット図である。
【図５】トレンチホールの側壁形状を示す断面図であ
る。
る。
【図６】平行平板電極の電圧印加量と側壁テーパー角の
関係を表わすプロット図である。
関係を表わすプロット図である。
１ プラズマ生成室 ２ エッチング室 ３ マイクロ波発振器 ４ マイクロ波導波管 ５ 真空排気ポンプ ６ ＨＢｒボンベ ７ マスフローコントローラ ８ マグネットコイル ９ イオン引き出し電極 １０ シリコン基板 １１ マスク材料 １２ トレンチホール １３ 絶縁物 １４ 鋭角の角部 １５ ボイド（空胴） １６ ＣｌＦ3ボンベ １７ 石英窓 １８ ＸｅＣｌエキシマレーザ光源 １９ 平行平板電極 ２０ 直流電源
───────────────────────────────────────────────────── 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 // Ｇ０１Ｎ 24/14 Ｇ０１Ｒ 33/64
Claims (4)
- 【請求項１】 エッチング室とエキシマレーザ光源とを
有するドライエッチング装置であって、 エッチング室は、内部で被エッチング物質に電子サイク
ロトロン共鳴放電ドライエッチング処理が行われるもの
であり、 エキシマレーザ光源は、エッチング室内にレーザ光を照
射するものであることを特徴とするドライエッチング装
置。 - 【請求項２】 被エッチング物質を囲むように平行平板
電極を設置し、被エッチング物質表面と平行方向に電界
を誘起しながらエッチングを実行することを特徴とする
請求項１に記載のドライエッチング装置。 - 【請求項３】 前記平行平板電極を被エッチング物質の
回りで回転させることを特徴とする請求項２に記載のド
ライエッチング装置。 - 【請求項４】 前記平行平板電極に印加する電圧をエッ
チング時間の関数として制御することを特徴とする請求
項２に記載のドライエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4320870A JPH07123116B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | ドライエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4320870A JPH07123116B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | ドライエッチング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06168923A true JPH06168923A (ja) | 1994-06-14 |
| JPH07123116B2 JPH07123116B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=18126181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4320870A Expired - Fee Related JPH07123116B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | ドライエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07123116B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100557583B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2006-03-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 평탄화 방법 |
| JP2014527257A (ja) * | 2011-06-28 | 2014-10-09 | エムティーアイエックス リミテッド | 複数の結合されたエネルギー源を用いた材料の表面処理方法及び装置。 |
| CN113785190A (zh) * | 2019-11-27 | 2021-12-10 | 昭和电工株式会社 | 由紫外光谱法测定含卤素氟化物气体所含的氟气浓度的测定方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6336532A (ja) * | 1986-07-30 | 1988-02-17 | Tokyo Electron Ltd | 光導入窓の曇防止装置 |
| JPH0334208A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Toshiba Lighting & Technol Corp | 照明器具 |
-
1992
- 1992-11-30 JP JP4320870A patent/JPH07123116B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6336532A (ja) * | 1986-07-30 | 1988-02-17 | Tokyo Electron Ltd | 光導入窓の曇防止装置 |
| JPH0334208A (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Toshiba Lighting & Technol Corp | 照明器具 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100557583B1 (ko) * | 1999-12-30 | 2006-03-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 평탄화 방법 |
| JP2014527257A (ja) * | 2011-06-28 | 2014-10-09 | エムティーアイエックス リミテッド | 複数の結合されたエネルギー源を用いた材料の表面処理方法及び装置。 |
| CN113785190A (zh) * | 2019-11-27 | 2021-12-10 | 昭和电工株式会社 | 由紫外光谱法测定含卤素氟化物气体所含的氟气浓度的测定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07123116B2 (ja) | 1995-12-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |