JPH07122539A - Surface treatment - Google Patents
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- JPH07122539A JPH07122539A JP26606893A JP26606893A JPH07122539A JP H07122539 A JPH07122539 A JP H07122539A JP 26606893 A JP26606893 A JP 26606893A JP 26606893 A JP26606893 A JP 26606893A JP H07122539 A JPH07122539 A JP H07122539A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子のエッチング
方法に係り、特に、シリコン酸化膜を低損傷でエッチン
グする方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching a semiconductor device, and more particularly to a method for etching a silicon oxide film with low damage.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子のエッチングとして現在広く
用いられているのは、プラズマを利用する方法である。
この方法では、真空容器中でラジオ波やマイクロ波によ
りハロゲン（塩素，フッ素）ガスのプラズマを生成し
て、この中の主にハロゲンの陽イオンを利用してエッチ
ングを行う。問題点として、化学的なエッチングに加え
てイオンの持つ運動エネルギにより試料が機械的に削ら
れる現象が生じるため、異なる物質間の選択比（エッチ
ング速度の差）が小さい。現在特にシリコン酸化膜のみ
を選択的にエッチングすることが困難である。2. Description of the Related Art Currently, a method using plasma is widely used for etching semiconductor devices.
In this method, plasma of halogen (chlorine, fluorine) gas is generated by radio waves or microwaves in a vacuum container, and etching is performed mainly by utilizing cations of halogen. As a problem, in addition to chemical etching, a phenomenon in which a sample is mechanically abraded due to kinetic energy of ions occurs, so that a selection ratio (difference in etching rate) between different substances is small. At present, it is particularly difficult to selectively etch only the silicon oxide film.
【０００３】この解決策として、ジャ−ナル オブ エ
レクトロケミカルソサイエティ第１３８巻、２１４１ペ
ージ１９９１年(J. Electrochem. Soc. 138, 2141(199
1))で知られている方法がある。これはＨＦ＋Ｈ2Ｏ の
クラスタビームによりエッチングする方法であり、エッ
チング速度１００ｎｍ／分，アスペクト比（垂直方向と
水平方向のエッチング速度の比）２が得られている。As a solution to this problem, Journal of Electrochemical Society Vol. 138, page 2141, 1991 (J. Electrochem. Soc. 138, 2141 (199)
There is a method known in 1)). This is a method of etching with a cluster beam of HF + H 2 O, and an etching rate of 100 nm / min and an aspect ratio (ratio of vertical and horizontal etching rates) of 2 are obtained.
【０００４】あるいは、特開平4−96226号公報で知られ
ている半導体装置の製造方法がある。これは、半導体基
板の表面酸化膜をＨＦ，Ｆ2 ，Ｆ2＋Ｈ2，ＨＦ＋Ｈ2Ｏ
，ＮＦ3，ＸｅＦ2で除去した後、水素ラジカルを照射
してフッ素を取り除く方法である。また、特開平4−142
031 号公報で知られている絶縁膜のエッチング方法があ
る。これは、ハロゲン化水素ガスとこのガスと反応して
液体を生成するガス中に半導体基板を置き表面に液相を
生成し、ここに荷電粒子を照射することにより酸化膜を
異方性エッチングする方法である。Alternatively, there is a method of manufacturing a semiconductor device known from Japanese Patent Laid-Open No. 4-96226. This is because the surface oxide film of the semiconductor substrate is HF, F 2 , F 2 + H 2 , HF + H 2 O.
, NF 3 , XeF 2 and then irradiating with hydrogen radicals to remove fluorine. In addition, JP-A-4-142
There is an insulating film etching method known from Japanese Patent No. 031. This is because the semiconductor substrate is placed in a hydrogen halide gas and a gas that reacts with this gas to generate a liquid, a liquid phase is generated on the surface, and the oxide film is anisotropically etched by irradiating charged liquid to the liquid phase. Is the way.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以下に従来方法の課題
を述べる。ジャーナル オブ エレクトロケミカルソサ
イエティ第１３８巻，２１４１ページ１９９１年に述べ
られている方法はウエットエッチングの液をビーム状に
して吹き付ける方法なので、表面に液相ができ、ウエッ
トエッチングが進行する。したがって、入射する化学種
をビーム状にして位置の制御を正確に行っても表面で液
体の微小な流れが生じて、微細な形状を加工するには限
界がある。また、特開平4−96226号公報で知られている
方法は、固体表面のクリーニングを目的としているの
で、この方法では異方性エッチングができない。また、
非常に薄い自然酸化膜の除去をする方法なのでエッチン
グの速度をあげる方法も述べられていない。特開平4−1
42031 号公報のエッチング方法も表面に液相を生成する
ため微細加工には限界がある。Problems of the conventional method will be described below. The method described in Journal of Electrochemical Society, Vol. 138, page 2141, 1991, is a method of spraying a wet etching liquid in the form of a beam, so that a liquid phase is formed on the surface and wet etching proceeds. Therefore, even if the incident chemical species are made into a beam shape and the position is accurately controlled, a minute flow of the liquid occurs on the surface, and there is a limit in processing a minute shape. Further, the method known in Japanese Patent Laid-Open No. 4-96226 aims at cleaning the surface of a solid, and therefore anisotropic etching cannot be performed by this method. Also,
Since it is a method for removing a very thin natural oxide film, no method for increasing the etching rate is described. Japanese Patent Laid-Open No. 4-1
The etching method of the 42031 publication also has a limit to fine processing because a liquid phase is generated on the surface.
【０００６】本発明の目的は、低損傷でかつ微細性と加
工速度に優れたシリコン酸化膜のエッチング方法を提供
することにある。It is an object of the present invention to provide a method for etching a silicon oxide film which has low damage and is excellent in fineness and processing speed.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はＨＦ，Ｆ2，ＸｅＦ2のようにフッ素を含む
化学種１とＨ2Ｏ，Ｈ2のように水素を含む化学種２で、
どちらか一つを解離吸着させた表面に、他方を２０ｅＶ
以下の低速イオンビームにして供給する。In order to achieve the above object, the present invention provides a chemical species 1 containing fluorine such as HF, F 2 and XeF 2 and a chemical species containing hydrogen such as H 2 O and H 2. In seed 2,
One surface is dissociated and adsorbed, the other is 20 eV
The following low-speed ion beam is supplied.
【０００８】[0008]
【作用】本発明の作用を図１で説明する。図１は本発明
によるエッチングの流れを示す図で酸化膜の試料表面の
原子の結合の様子を表す。図１（ａ）は処理前の状態
で、シリコン基板１０８上にシリコン１０１と酸素１０
２の化合物（酸化膜）が生成されている。図１（ｂ）は
表面に水素１０４が解離吸着した状態を示す。水素の吸
着により酸化膜の結合手１０３が切れるために、酸素１
０２とシリコン101の結合が弱まり、エッチングされ易
い状態ができる。The operation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a flow of etching according to the present invention, showing a state of bonding of atoms on a sample surface of an oxide film. FIG. 1A shows a state before processing in which silicon 101 and oxygen 10 are formed on a silicon substrate 108.
Compound 2 (oxide film) is generated. FIG. 1B shows a state in which hydrogen 104 is dissociated and adsorbed on the surface. Oxygen 1 is generated because the bond 103 of the oxide film is broken by the adsorption of hydrogen.
The bond between 02 and silicon 101 is weakened, and a state in which etching is easy occurs.
【０００９】図１（ｃ）はフッ素の負イオン１０５のビ
ームが表面に照射している状態を示す。イオンのエネル
ギを、酸化膜や基板をスパッタしないように低くすると
（２０ｅＶ以下）化学反応により表面がエッチングされ
る。ここで、シリコンと酸素はその電気陰性度の違いか
ら、電子が酸素の方に偏って存在している。このような
結合を以後ヘテロ結合と呼ぶ。この電荷の偏りとイオン
の間にクーロン力が働くために、フッ素の負イオン１０
５はヘテロ結合と優先的に反応する。FIG. 1 (c) shows a state in which the beam of fluorine negative ions 105 is applied to the surface. When the energy of ions is lowered so as not to sputter the oxide film or the substrate (20 eV or less), the surface is etched by the chemical reaction. Here, due to the difference in electronegativity between silicon and oxygen, electrons are biased toward oxygen. Such a bond is hereinafter referred to as a hetero bond. Due to the Coulomb force acting between the bias of this charge and the ions, negative ions of fluorine 10
5 reacts preferentially with the hetero bond.
【００１０】図１（ｄ）はフッ素と反応して、Ｈ2Ｏ
（１０６）とＳｉＦ4（１０７）になり酸化膜がエッチ
ングされる様子を示す。シリコン基板１０８はシリコン
同士の結合なので、電荷の偏りがない。したがって、イ
オンとのクーロン力がなくなり、反応は非常に遅くな
る。このためシリコン基板１０８はほとんどエッチング
されず高い選択比が実現できる。As shown in FIG. 1D, H 2 O is reacted with fluorine.
The state where (106) and SiF 4 (107) are formed and the oxide film is etched is shown. Since the silicon substrate 108 is a bond between silicons, there is no bias in charge. Therefore, the Coulomb force with the ions disappears and the reaction becomes very slow. Therefore, the silicon substrate 108 is hardly etched and a high selection ratio can be realized.
【００１１】この処理方法では、表面に液体の凝縮層が
できるのを防ぐために、処理時の圧力を水の蒸気圧以下
にする。具体的には、試料の温度が２０℃のときには1
7.5Torr以下、−５０℃では０.０３Torr 以下にする。
以上のように表面の解離吸着層を利用すると、液相のよ
うな表面での流れは生じず、微細性に優れたエッチング
ができる。また、イオンのエネルギも低いので、低損傷
エッチングが可能になる。In this treatment method, the pressure during treatment is set to be equal to or lower than the vapor pressure of water in order to prevent the formation of a condensed layer of liquid on the surface. Specifically, 1 when the sample temperature is 20 ° C.
It should be 7.5 Torr or less and 0.03 Torr or less at -50 ° C.
As described above, when the dissociative adsorption layer on the surface is used, flow on the surface such as a liquid phase does not occur, and etching with excellent fineness can be performed. Also, since the energy of ions is low, low damage etching is possible.
【００１２】この原理は、酸化膜表面にフッ素を解離吸
着させておき、そこに水素イオンを入射しても同じであ
る。また、負イオンではなくて２０ｅＶ以下の正イオン
でもクーロン力が働くので効果は同じである。This principle is the same even when fluorine is dissociated and adsorbed on the surface of the oxide film and hydrogen ions are incident thereon. In addition, the Coulomb force works even with positive ions of 20 eV or less instead of negative ions, so the effect is the same.
【００１３】[0013]
【実施例】（実施例１）図２はエッチング装置の説明図
である。真空容器２０１内の試料台２１２にエッチング
する試料２１３が置かれている。水素２１０を導入管２
０８より真空容器２０１内に導入する。導入管の先端は
ヒータ２０９により加熱されている。ここで水素は振動
励起されあるいは水素原子に分解されて、試料２１３表
面に照射される。その結果、図１（ｂ）に示したように
水素原子が表面に吸着した状態ができる。一方フッ素２
０５はイオン化室２０２に導入される。ここではフィラ
メント２０３から低速の電子２０４が放出されている。
フッ素は電子を吸着して負イオンになる。負イオンは２
枚のグリッド２０６（アース電位）と２０７（正電位）
により加速されてイオンビーム２１１を形成する。グリ
ッド２０７に印加する電圧は２０ｅＶ以下にする。これ
により、図１（ｃ）に示す状態となり、酸化膜がエッチ
ングされる。(Embodiment 1) FIG. 2 is an illustration of an etching apparatus. A sample 213 to be etched is placed on a sample table 212 in the vacuum container 201. Introducing tube 2 with hydrogen 210
It is introduced into the vacuum container 201 from 08. The tip of the introduction tube is heated by the heater 209. Here, hydrogen is vibrationally excited or decomposed into hydrogen atoms, and the surface of the sample 213 is irradiated with the hydrogen. As a result, hydrogen atoms are adsorbed on the surface as shown in FIG. Meanwhile, fluorine 2
05 is introduced into the ionization chamber 202. Here, low-speed electrons 204 are emitted from the filament 203.
Fluorine adsorbs electrons and becomes negative ions. 2 negative ions
Grids 206 (ground potential) and 207 (positive potential)
To form an ion beam 211. The voltage applied to the grid 207 is 20 eV or less. As a result, the state shown in FIG. 1C is obtained, and the oxide film is etched.
【００１４】ここで水素２１０の代わりに水蒸気を導入
しても効果は同じである。またフッ素２０５の代わりに
ＨＦを用いてもよい。Here, the effect is the same even if water vapor is introduced instead of hydrogen 210. HF may be used instead of fluorine 205.
【００１５】（実施例２）図３は、マイクロ波を用いて
イオンビームを発生しシード法により解離吸着を促進す
る方法を示す。フッ素３０６は石英などのマイクロ波を
透過する材質でできたイオン化室３０４に導入される。
ここにはマグネトロン３０１から導波管３０２を介して
マイクロ波が導入され、フッ素のプラズマ３０５が生じ
る。プラズマのイオン化室壁への拡散を防ぐために電磁
石３０３により磁場を発生させている。電磁石３０３は
無くてもよい。(Embodiment 2) FIG. 3 shows a method of accelerating dissociative adsorption by a seed method by generating an ion beam using microwaves. Fluorine 306 is introduced into the ionization chamber 304 made of a microwave permeable material such as quartz.
Microwaves are introduced from the magnetron 301 through the waveguide 302 to generate fluorine plasma 305. A magnetic field is generated by the electromagnet 303 in order to prevent diffusion of plasma to the wall of the ionization chamber. The electromagnet 303 may be omitted.
【００１６】プラズマ中のフッ素の正イオンは２枚のグ
リッド２０６(アース電位)と２０７（負電位）により加
速されてイオンビーム２１１を形成し、試料２１３表面
に入射する。また水素２１０は先端が０.５mm 以下のピ
ンホ−ルとなったノズル306より供給される。ノズル内
の圧力を数百Torr以上にすると水素の超音速ビームが形
成される。つまり並進エネルギが大きくなり、試料２１
３表面での解離が促進される。ノズル３０６の先端は実
施例１のように加熱するとさらに解離が促進される。ま
た水蒸気などの重い分子ではヘリウムと混合することに
より並進エネルギを高めることができる。以上の構成で
酸化膜をエッチングできる。The positive ions of fluorine in the plasma are accelerated by two grids 206 (ground potential) and 207 (negative potential) to form an ion beam 211, which is then incident on the surface of the sample 213. Further, hydrogen 210 is supplied from a nozzle 306 having a pinhole whose tip is 0.5 mm or less. When the pressure in the nozzle is set to several hundred Torr or more, a supersonic beam of hydrogen is formed. That is, the translational energy becomes large, and the sample 21
3 Dissociation on the surface is promoted. When the tip of the nozzle 306 is heated as in Example 1, dissociation is further promoted. Also, for heavy molecules such as water vapor, the translational energy can be increased by mixing with helium. With the above structure, the oxide film can be etched.
【００１７】この構成で、グリッド２０７に正電位をか
けて負イオンを引き出すこともできるが、プラズマ密度
が高いのでグリッド表面にシースが生じるために少量の
負イオンしか引き出せない。負イオンを取り出す場合に
は、マイクロ波を１００から１０ｋＨｚ程度の周波数で
オン，オフすればよい。するとマイクロ波がオフの期間
に電子が負イオンよりも速く消滅するためにシースが消
えて、負イオンを引き出すことができる。またこの構成
ではフッ素イオンを生成するガスとしてはＮＦ３やＳＦ
６を用いることができる。With this structure, negative ions can be extracted by applying a positive potential to the grid 207, but since the plasma density is high, a small amount of negative ions can be extracted due to the formation of a sheath on the grid surface. When extracting negative ions, microwaves may be turned on and off at a frequency of about 100 to 10 kHz. Then, while the microwave is off, electrons disappear faster than negative ions, so that the sheath disappears and negative ions can be extracted. Further, in this structure, NF 3 or SF is used as a gas for generating fluorine ions.
6 can be used.
【００１８】プラズマを生成するにはマイクロ波に限ら
ず、ＲＦ波(１３.５６ＭＨｚ）などを用いてもよい。To generate plasma, not only microwave but also RF wave (13.56 MHz) may be used.
【００１９】次にこの構成で、電子線を用いて表面での
解離吸着を促進させる方法を述べる。グリッド２０７に
正電位をかけるとプラズマ中の電子が引き出されて試料
213に照射される。この電子線が水素の解離吸着を促進
する。水素を含むガスは先端がピンホールでない導入管
から入れてもよい。次にグリッド２０７の電位を負に変
えると先に述べたようにフッ素の正イオンが引き出され
てエッチングが進む。これを繰り返せばよい。電子を加
速する電圧は２０ｅＶ以下にする必要はない。電子線源
は別に設けてもよい。また光を用いても解離吸着を促進
できる。Next, a method of promoting dissociative adsorption on the surface by using an electron beam with this structure will be described. When a positive potential is applied to the grid 207, the electrons in the plasma are extracted and the sample
It is irradiated to 213. This electron beam promotes dissociative adsorption of hydrogen. The gas containing hydrogen may be introduced through an introduction tube whose tip is not a pinhole. Next, when the potential of the grid 207 is changed to a negative value, positive ions of fluorine are extracted and the etching proceeds as described above. You just have to repeat this. The voltage for accelerating the electrons need not be 20 eV or less. The electron beam source may be provided separately. Dissociative adsorption can also be promoted by using light.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明によれば、水素を解離吸着した表
面に低速イオンを照射することで、酸化膜の低損傷で微
細な加工ができる。According to the present invention, by irradiating the surface on which hydrogen is dissociated and adsorbed with low-velocity ions, the oxide film can be finely processed with low damage.
【図１】本発明の原理の説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.
【図２】本発明の方法を実施する装置の一例を示す構成
図。FIG. 2 is a block diagram showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention.
【図３】本発明の方法を実施する装置の一例を示す構成
図。FIG. 3 is a block diagram showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention.
１０１…シリコン、１０２…酸素、１０３…結合手、１
０４…水素、１０５…フッ素の負イオン、１０６…Ｈ2
Ｏ、１０７…ＳｉＦ4、１０８…シリコン基板。101 ... Silicon, 102 ... Oxygen, 103 ... Bonding hand, 1
04 ... Hydrogen, 105 ... Fluorine negative ion, 106 ... H 2
O, 107 ... SiF 4 , 108 ... Silicon substrate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横川 賢悦 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 新井 眞 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kenetsu Yokogawa 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Metropolitan Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Makoto Arai 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Center
Claims (6)
用いる表面処理法において、どちらか一つを解離吸着さ
せた表面に、他方を２０ｅＶ以下のイオンビームにして
供給することを特徴とする表面処理方法。1. A surface treatment method using a chemical species containing fluorine and a chemical species containing hydrogen, wherein one of the surfaces is dissociated and adsorbed, and the other is supplied as an ion beam of 20 eV or less. Surface treatment method.
はＨＦ，Ｆ2，ＸｅＦ2のいずれか少なくとも一者であ
り、前記水素を含む化学種はＨ2Ｏ，Ｈ2のいずれか少な
くとも一者である表面処理方法。2. The fluorine-containing chemical species according to claim 1 is at least one of HF, F 2 , and XeF 2 , and the hydrogen-containing chemical species is either H 2 O or H 2 . At least one surface treatment method.
方法は前記化学種の振動あるいは並進エネルギを励起す
ることで解離吸着を促進した表面処理方法。3. A method of dissociatively adsorbing a chemical species according to claim 1, which is a surface treatment method for promoting dissociative adsorption by exciting vibration or translational energy of the chemical species.
は並進エネルギを励起する方法は、加熱あるいはヘリウ
ムと混合することである表面処理方法。4. The surface treatment method according to claim 2, wherein the method for exciting the vibration or translational energy of the chemical species is heating or mixing with helium.
方法は電子線あるいは光を表面に照射することで解離吸
着を促進した表面処理方法。5. A method of dissociatively adsorbing a chemical species according to claim 1, which is a surface treatment method in which dissociative adsorption is promoted by irradiating the surface with an electron beam or light.
ンビームである表面処理方法。6. The surface treatment method according to claim 1, wherein the ion beam is a negative ion beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26606893A JPH07122539A (en) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | Surface treatment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26606893A JPH07122539A (en) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | Surface treatment |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH07122539A true JPH07122539A (en) | 1995-05-12 |
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ID=17425921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26606893A Pending JPH07122539A (en) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | Surface treatment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07122539A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002050883A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-06-27 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd | Cleaning method and etching method |
| US6511575B1 (en) | 1998-11-12 | 2003-01-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Treatment apparatus and method utilizing negative hydrogen ion |
| JP2008187041A (en) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Tokyo Electron Ltd | Substrate treating equipment and gas supply method |
| KR20220060755A (en) | 2020-11-05 | 2022-05-12 | 에스케이매직 주식회사 | Ice maker and water purifier having the same |
-
1993
- 1993-10-25 JP JP26606893A patent/JPH07122539A/en active Pending
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