JPH0722149B2 - 平行平板形ドライエッチング装置 - Google Patents
平行平板形ドライエッチング装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はSi3N4の高精度加工に好適な平行平板形ドライ
エッチング装置に関する。
エッチング装置に関する。
半導体デバイスの微細化、高集積化のため、近年、ドラ
イエツチングによる微細加工が盛んに用いられている。
ドライエツチングにおいて、より高精度で微細な加工、
すなわちより異方性、選択性のすぐれた加工を行なうた
めには、エツチング装置の構造とエツチングガスの開発
が重要である。
イエツチングによる微細加工が盛んに用いられている。
ドライエツチングにおいて、より高精度で微細な加工、
すなわちより異方性、選択性のすぐれた加工を行なうた
めには、エツチング装置の構造とエツチングガスの開発
が重要である。
Si3N4の微細加工においては、従来より、円筒形のプラ
ズマエツチング装置や第１図に示すような平行平板形の
反応性スパツタエツチング装置に、CF4,CF4＋O2,SF6,CH
F3,CF4＋H2などのガスが用いられてきた。しかし、プラ
ズマエツチング装置にCF4＋O2やさらにこれにCBrF3を添
加したガスを用いた場合には、SiO2に対しSi3N4を選択
的にエツチングできるがSiに対する選択性がなく、さら
に等方性エツチングになるため微細加工に適さないとい
う問題があつた。また、反応性スパツタエツチング装置
にCHF3やCF4＋H2ガスを用いた場合には、Siに対する選
択性が得られかつ異方性エツチングになるが、SiO2に対
する選択性が得られないという問題があつた。
ズマエツチング装置や第１図に示すような平行平板形の
反応性スパツタエツチング装置に、CF4,CF4＋O2,SF6,CH
F3,CF4＋H2などのガスが用いられてきた。しかし、プラ
ズマエツチング装置にCF4＋O2やさらにこれにCBrF3を添
加したガスを用いた場合には、SiO2に対しSi3N4を選択
的にエツチングできるがSiに対する選択性がなく、さら
に等方性エツチングになるため微細加工に適さないとい
う問題があつた。また、反応性スパツタエツチング装置
にCHF3やCF4＋H2ガスを用いた場合には、Siに対する選
択性が得られかつ異方性エツチングになるが、SiO2に対
する選択性が得られないという問題があつた。
Si3N4はSiの選択酸化のマスク材料などとして重要な材
料であり、特に選択酸化を行なう際には下地材料が薄い
SiO2であることが多いので、SiO2に対する高選択かつ異
方性のエツチング技術が強く望まれていた。
料であり、特に選択酸化を行なう際には下地材料が薄い
SiO2であることが多いので、SiO2に対する高選択かつ異
方性のエツチング技術が強く望まれていた。
本発明の目的は、上記問題を解決し、SiO2やSiに対し高
選択でかつ異方的にSi3N4をエッチングできる平行平板
形ドライエッチング装置を提供することにある。
選択でかつ異方的にSi3N4をエッチングできる平行平板
形ドライエッチング装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、Ｈを多重に含むフ
ロロカーボンガスと、このガスの特性を活用できる電極
構造を有するエツチング装置を用いることによつて、Si
3N4の高選択、異方性エツチングを実現するものであ
る。具体的には、平行平板形ドライエッチング装置にお
いて、平行平板電極の間で発生したプラズマと接地され
た真空容器との接触を遮り高周波電圧の印加される電極
の面積に対し接地された電極の実効面積を１〜２とする
構造としたものである。
ロロカーボンガスと、このガスの特性を活用できる電極
構造を有するエツチング装置を用いることによつて、Si
3N4の高選択、異方性エツチングを実現するものであ
る。具体的には、平行平板形ドライエッチング装置にお
いて、平行平板電極の間で発生したプラズマと接地され
た真空容器との接触を遮り高周波電圧の印加される電極
の面積に対し接地された電極の実効面積を１〜２とする
構造としたものである。
以下、本発明を実施例によつて詳細に説明する。
実施例１ 本発明において使用されるエツチング装置は平行平板形
の反応性スパツタ装置であり、第２図に示したように、
真空容器１内の一対の平板電極2,3の一方の電極２上に
被加工物であるウエーハ４を置き、RF電源５によつて発
生させたプラズマ６にウエーハ４をさらすことによつて
エツチングを行なう。なお、電極2,3の直径は約50cmで
あり、その表面は石英7,8で被覆している。また、電極
間には石英の円筒９を挿入した。
の反応性スパツタ装置であり、第２図に示したように、
真空容器１内の一対の平板電極2,3の一方の電極２上に
被加工物であるウエーハ４を置き、RF電源５によつて発
生させたプラズマ６にウエーハ４をさらすことによつて
エツチングを行なう。なお、電極2,3の直径は約50cmで
あり、その表面は石英7,8で被覆している。また、電極
間には石英の円筒９を挿入した。
エツチングガスとしてCH2F2をガス導入口10より導入
し、石英円筒９に設けた排気口11を経て真空容器の排気
口12より排気した。RF電源５の周波数を13.56MHzとし、
マツチングボツクス13を経てウエーハ側の電極３に電力
を印加した。RF電力0.3W/cm2、ガス流量10cc/min、ガス
圧力4Paの条件でエツチングすると、Si3N4は約30nm/min
の速度でエツチングされ、一方、SiO2とSiのエツチング
速度は1nm/min以下であつた。つまり、SiO2やSiに対す
る選択比は30以上であつた。また、エツチングは完全に
異方的であり、ホトレジストパターンの寸法通りにSi3N
4が加工された。
し、石英円筒９に設けた排気口11を経て真空容器の排気
口12より排気した。RF電源５の周波数を13.56MHzとし、
マツチングボツクス13を経てウエーハ側の電極３に電力
を印加した。RF電力0.3W/cm2、ガス流量10cc/min、ガス
圧力4Paの条件でエツチングすると、Si3N4は約30nm/min
の速度でエツチングされ、一方、SiO2とSiのエツチング
速度は1nm/min以下であつた。つまり、SiO2やSiに対す
る選択比は30以上であつた。また、エツチングは完全に
異方的であり、ホトレジストパターンの寸法通りにSi3N
4が加工された。
CH2F2ガスではエツチング面に堆積物が生じ易く、この
堆積物を制御することによつて上記のような高選択性が
得られる。堆積物はウエーハ表面の分析の結果、C,H,F
から成る物質であり、SiやSiO2上に比べSi3N4上にはあ
まり堆積しないことがわかつた。ただし、ガス流量が40
cc/minを超える場合や、ガス圧力が10〜20Paを超える場
合には、Si3N4を含むすべての材料上に堆積物が生じ、
エツチングが行なえなくなり、また、逆に堆積物の効果
が少なくなると、SiやSiO2のエツチング速度が大きくな
りSi3N4の選択エツチングができなくなつた。
堆積物を制御することによつて上記のような高選択性が
得られる。堆積物はウエーハ表面の分析の結果、C,H,F
から成る物質であり、SiやSiO2上に比べSi3N4上にはあ
まり堆積しないことがわかつた。ただし、ガス流量が40
cc/minを超える場合や、ガス圧力が10〜20Paを超える場
合には、Si3N4を含むすべての材料上に堆積物が生じ、
エツチングが行なえなくなり、また、逆に堆積物の効果
が少なくなると、SiやSiO2のエツチング速度が大きくな
りSi3N4の選択エツチングができなくなつた。
このように堆積の効果は、ガス流量、ガス圧力を始めと
する各種エツチングパラメータに依存し複雑であるが、
反応性スパツタエツチングではその装置構造に強く影響
されることが明らかとなつた。すなわち、装置構造、特
に電極面積を適当な範囲に規定することによつて、堆積
の効果を有効に利用しSi3N4の高選択エツチングが安定
して得られるようになるのである。
する各種エツチングパラメータに依存し複雑であるが、
反応性スパツタエツチングではその装置構造に強く影響
されることが明らかとなつた。すなわち、装置構造、特
に電極面積を適当な範囲に規定することによつて、堆積
の効果を有効に利用しSi3N4の高選択エツチングが安定
して得られるようになるのである。
周知のように、反応性スパツタエツチングにおいては、
電極面に入射するイオンの加速電界は対向する電極の面
積に逆比例する。すなわち、ウエーハ側の電極面積と電
圧をA1,V1とし、他方の電極のそれらをA2,V2とすると、
V1/V2＝（A2/A1）ｘとなる。ここで、ｘは１〜４程度で
あることが知られている。一般に用いられている第１図
に示した構造の装置では、ウエーハ側の電極３に対向す
る電極２と、ステンレスやアルミニウムなどの金属製の
真空容器１が共に同電圧（アース電位）であり、プラズ
マ６が真空容器面にもかなり接するため、実効的な電極
面積比（A2/A1）は４程度になる。一方、第２図に示し
た装置では石英の円筒９によつてプラズマがさえぎられ
るため、実効的な電極面積比は1.5〜２程度になる。石
英円筒９のかわりに金属製のシールド用円筒を置くと、
プラズマは円筒内にのみ生じるため、電極面積比は約１
になる。（シールドは、石英円筒９の外側に網目状の金
属を取りつけるなどして設けてもよい。） 以上のようにして形成した電極面積比（A2/A1）が１〜
４の構造でエツチング特性を調べると次のようにまとめ
ることができた。
電極面に入射するイオンの加速電界は対向する電極の面
積に逆比例する。すなわち、ウエーハ側の電極面積と電
圧をA1,V1とし、他方の電極のそれらをA2,V2とすると、
V1/V2＝（A2/A1）ｘとなる。ここで、ｘは１〜４程度で
あることが知られている。一般に用いられている第１図
に示した構造の装置では、ウエーハ側の電極３に対向す
る電極２と、ステンレスやアルミニウムなどの金属製の
真空容器１が共に同電圧（アース電位）であり、プラズ
マ６が真空容器面にもかなり接するため、実効的な電極
面積比（A2/A1）は４程度になる。一方、第２図に示し
た装置では石英の円筒９によつてプラズマがさえぎられ
るため、実効的な電極面積比は1.5〜２程度になる。石
英円筒９のかわりに金属製のシールド用円筒を置くと、
プラズマは円筒内にのみ生じるため、電極面積比は約１
になる。（シールドは、石英円筒９の外側に網目状の金
属を取りつけるなどして設けてもよい。） 以上のようにして形成した電極面積比（A2/A1）が１〜
４の構造でエツチング特性を調べると次のようにまとめ
ることができた。
ここで、Si3N4エツチ不可とは堆積物が生じエツチング
できなかつたことを示す。また電極面積比1/2,1/4の結
果は、電極面積比２と４の場合に対向電極側でエツチン
グした場合である。
できなかつたことを示す。また電極面積比1/2,1/4の結
果は、電極面積比２と４の場合に対向電極側でエツチン
グした場合である。
以上の結果から、電極面積比が大きくなりすぎると、ウ
エーハ側電極での電界が強くなりすぎて堆積物が生じに
くくなるために、従来のCF4やCHF3ガスと同程度に選択
比が小さくなつてしまうこと、また、電極面積比が小さ
すぎると電界が弱く、エツチングよりも堆積が優先して
生じてしまうことがわかる。なお、この結果は、ガス流
量10cc/min、ガス圧力4Pa、RF電力0.3W/cm2の付近の条
件下でのものであり、他の条件では当然結果が異なつて
くるが、電極面積比１〜２の範囲が最も堆積のバランス
が良く、最も大きな選択比を実現できる範囲があつた。
したがつて、電極面積比１〜２の範囲がCH2F2ガスの特
性を活かすための最適装置構造と考えられる。
エーハ側電極での電界が強くなりすぎて堆積物が生じに
くくなるために、従来のCF4やCHF3ガスと同程度に選択
比が小さくなつてしまうこと、また、電極面積比が小さ
すぎると電界が弱く、エツチングよりも堆積が優先して
生じてしまうことがわかる。なお、この結果は、ガス流
量10cc/min、ガス圧力4Pa、RF電力0.3W/cm2の付近の条
件下でのものであり、他の条件では当然結果が異なつて
くるが、電極面積比１〜２の範囲が最も堆積のバランス
が良く、最も大きな選択比を実現できる範囲があつた。
したがつて、電極面積比１〜２の範囲がCH2F2ガスの特
性を活かすための最適装置構造と考えられる。
なお、第２図のように石英円筒９を設けた構造は、ウエ
ーハ４を汚染及び塵埃から守るためや、石英を洗浄して
装置内を洗浄に保つことを容易にするためにも有効であ
る。堆積物を生じ易いガスを用いる際には、このように
二重構造にすることが装置性能維持、特に塵埃低減に有
利である。
ーハ４を汚染及び塵埃から守るためや、石英を洗浄して
装置内を洗浄に保つことを容易にするためにも有効であ
る。堆積物を生じ易いガスを用いる際には、このように
二重構造にすることが装置性能維持、特に塵埃低減に有
利である。
実施例２ 実施例１ではCH2F2ガスを用いたがCH3Fガスを用いても
同様なエツチング特性が得られた。
同様なエツチング特性が得られた。
第３図はCHxF4-x（ｘ＝０〜３）の一連の組成ガスにつ
いて、第２図の装置を用いて、ガス流量10cc/min、ガス
圧力4Pa、RF電力0.3W/cm2の条件でエツチング特性を比
較した図である。Ｈの数が増大するにしたがつてSi3N4
のエツチング速度が低下するが、SiO2とSiのエツチング
速度がそれにも増して著しく低下するため、選択比は大
きくなる。そして、CH2F2を用いても、なおかつ20倍以
上の大きな選択比でSi3N4を異方的にエツチングでき
た。CH3Fの方がCH2F2よりも堆積物を生じ易い傾向にあ
るが、実施例１で述べた電極面積依存性はほぼ同様であ
つた。
いて、第２図の装置を用いて、ガス流量10cc/min、ガス
圧力4Pa、RF電力0.3W/cm2の条件でエツチング特性を比
較した図である。Ｈの数が増大するにしたがつてSi3N4
のエツチング速度が低下するが、SiO2とSiのエツチング
速度がそれにも増して著しく低下するため、選択比は大
きくなる。そして、CH2F2を用いても、なおかつ20倍以
上の大きな選択比でSi3N4を異方的にエツチングでき
た。CH3Fの方がCH2F2よりも堆積物を生じ易い傾向にあ
るが、実施例１で述べた電極面積依存性はほぼ同様であ
つた。
エツチングガスとしては、この他にC2H3F3やC2H4F2など
を用いても類似の結果が得られた。したがつて、上記の
ようなSi3N4の高選択異方性エツチングは、一般にＦよ
りもＨの数が多いC,H,Fから成るガスで得られるものと
考えられる。また、このようなガスに少量のO2やN2,H2
などを混合して堆積の生成速度を多少変化させてももち
ろん同様の特性が得られることは言うまでもない。
を用いても類似の結果が得られた。したがつて、上記の
ようなSi3N4の高選択異方性エツチングは、一般にＦよ
りもＨの数が多いC,H,Fから成るガスで得られるものと
考えられる。また、このようなガスに少量のO2やN2,H2
などを混合して堆積の生成速度を多少変化させてももち
ろん同様の特性が得られることは言うまでもない。
実施例３ エツチングガスとしては混合ガスよりも単一ガスの方が
エツチング特性が安定であるが、本発明の第２図のよう
な装置構造を用いた場合、CF4とH2の混合ガスを用いて
も、比較例良いSi3N4の選択エツチングが可能であつ
た。
エツチング特性が安定であるが、本発明の第２図のよう
な装置構造を用いた場合、CF4とH2の混合ガスを用いて
も、比較例良いSi3N4の選択エツチングが可能であつ
た。
第４図はCF4へのH2混合率（ガス流量の割合）によるエ
ツチング速度の変化を示したものであるが、H2混合率が
50％以上ではSiO2やSiに対しSi3N4を５倍以上速くエツ
チングできている。つまり、H2の多い条件下でCF系のガ
スを用いるとCH2F2やCH3Fに近いエツチング特性を得る
ことが可能である。
ツチング速度の変化を示したものであるが、H2混合率が
50％以上ではSiO2やSiに対しSi3N4を５倍以上速くエツ
チングできている。つまり、H2の多い条件下でCF系のガ
スを用いるとCH2F2やCH3Fに近いエツチング特性を得る
ことが可能である。
以上述べたように、本発明によれば、Si3N4をSiO2やSi
に対して高選択にエツチングできるので、Si3N4膜を加
工する際に下地材料のSiO2もしくはSiをほとんどエツチ
ングすることがない。また、エツチングが異方的である
ためにマスク寸法通りに高精度の加工ができる。したが
つて、各種半導体デバイスの製造工程におけるSi3N4膜
の理想的な微細加工が実現できる。
に対して高選択にエツチングできるので、Si3N4膜を加
工する際に下地材料のSiO2もしくはSiをほとんどエツチ
ングすることがない。また、エツチングが異方的である
ためにマスク寸法通りに高精度の加工ができる。したが
つて、各種半導体デバイスの製造工程におけるSi3N4膜
の理想的な微細加工が実現できる。
第１図はエツチング装置の一例を示す模式図、第２図は
本発明に用いたエツチング装置の一例を示す模式図、第
３図及び第４図は本発明の効果を示す曲線図である。 １……真空容器、2,3……平板電極、４……ウエーハ、
５……RF電源、６……プラズマ、7,8……石英板、９…
…石英円筒、10……ガス導入口、11……円筒排気口。
本発明に用いたエツチング装置の一例を示す模式図、第
３図及び第４図は本発明の効果を示す曲線図である。 １……真空容器、2,3……平板電極、４……ウエーハ、
５……RF電源、６……プラズマ、7,8……石英板、９…
…石英円筒、10……ガス導入口、11……円筒排気口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−10932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−51578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−34919（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】接地された金属製の真空容器と、該真空容
器内を真空に排気する排気手段と、該真空容器内にＣ、
Ｈ及びＦを含む反応ガスを導入するガス導入手段と、該
真空容器内に配置され、接地された平板からなる第１電
極と、該第１電極に平行に配置され、被エッチ物が置か
れ、かつ高周波電圧が印加される平板からなる第２電極
と、第２電極と非導通であり浮遊電位とし、該第２電極
に対する該第１電極の実効的な面積比を１〜２とするプ
ラズマ遮蔽手段とを有し、該第１電極と第２電極との間
で発生したプラズマと該真空容器との接触を遮ることを
特徴とする平行平板形ドライエッチング装置。 - 【請求項２】上記プラズマ遮蔽手段は、上記第１電極と
第２電極との間に設けられ、該第１電極と第２電極に対
して開口部を有する円筒であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の平行平板形ドライエッチング装
置。 - 【請求項３】上記円筒は、石英からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項記載の平行平板形ドライエッチ
ング装置。 - 【請求項４】上記円筒は、金属からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項記載の平行平板形ドライエッチ
ング装置。 - 【請求項５】上記反応ガスは、CH2F2又はCH3Fであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れ
かに記載の平行平板形ドライエッチング装置。 - 【請求項６】上記反応ガスは、少量のO2やN2、H2を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の平行平板
形ドライエッチング装置。 - 【請求項７】上記反応ガスは、CF4とH2との混合ガスで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項
の何れかに記載の平行平板形ドライエッチング装置。 - 【請求項８】上記反応ガスは、H2を50％以上含むことを
特徴とする特許請求の範囲第７項記載の平行平板形ドラ
イエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58222038A JPH0722149B2 (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 平行平板形ドライエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58222038A JPH0722149B2 (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 平行平板形ドライエッチング装置 |
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Family
ID=16776108
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP58222038A Expired - Lifetime JPH0722149B2 (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 平行平板形ドライエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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-
1983
- 1983-11-28 JP JP58222038A patent/JPH0722149B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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| JPS60115231A (ja) | 1985-06-21 |
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