JPH0770513B2 - エッチングの方法およびエッチング装置 - Google Patents

エッチングの方法およびエッチング装置

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JPH0770513B2
JPH0770513B2 JP60099555A JP9955585A JPH0770513B2 JP H0770513 B2 JPH0770513 B2 JP H0770513B2 JP 60099555 A JP60099555 A JP 60099555A JP 9955585 A JP9955585 A JP 9955585A JP H0770513 B2 JPH0770513 B2 JP H0770513B2
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etching
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は材料基板のドライエッチング方法に係り、特に
深さ制御に優れた異方性エッチングの新規な方法に関す
る。
〔発明の背景〕
半導体のドライエツチング法では従来プラズマ化学エツ
チング、スパツタエツチング、などが知られている。こ
れらの利用している物理的な現象を簡単に説明すると、
スパツタ法については第1図に示す如く、被エツチング
物(以下基板と称す)10に高エネルギー粒子11を照射
し、その運動エネルギーを基板に与えることによつて基
板の構成元素の結合を切断し、その構成元素の原子ある
いはクラスター12の形で基板10より離脱するという効果
の繰り返しであると考えることができる。高エネルギー
粒子11は加速されたイオン流の形で与えられるか、プラ
ズマ中の高速イオンを利用することが行われる。
一方、プラズマ化学エツチングは、基板表面での化学変
化を利用し、基板の構成元素を含む、より揮発性の低分
子化合物を生成させることによつてエツチングを進行さ
せるものである。
これら従来の方法では、エツチングの量すなわちエツチ
ング深さを制御するのに、供給する粒子の量、エネルギ
ーおよび時間という因子を利用していた。具体的に説明
すると、プラズマを形成するための外部条件、すなわ
ち、圧力、投入電力等を調整することにより、基板に入
射する反応種の量を定常的に保ち、照射時間を変えるこ
とにより、所望の深さのエツチングを行つていた。この
ような従来の技術として、特開昭55−61027号公報に開
示されたものがある。
しかし、半導体集積回路が微細になり、極めて微小な凹
凸を形成する目的には従来の方式では次の様な困難な点
が出てきている。
まず、微細なパターンをアスペクト比を大きく加工する
ため、加工表面積の変化が大きく、ローデイングフエク
トと呼ばれる加工面積依存性がでてきて、例えばエツチ
ング深さが時間に比例しなくなり、加工深さの制御が困
難になる。さらにこの効果はパターンの粗な領域と密な
領域とで差があり、ウエーハ加工の均一性も損われる。
また、加工深さのモニターも加工穴が深くなるに従い困
難となるなどの問題点もある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来の方式に付随するかかる問題点を
解決し、パターンの粗細に拘り無く高精度のエツチング
加工が可能で、特に深さ方向の加工制御性に優れた新規
な方式を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明によるエツチング方式は、高エネルギー粒子が半
導体表面に照射されたときに生ずる損傷層の厚さの再現
性と、損傷層のエツチング速度が増加するという現象を
組み合わせ、高エネルギー粒子の照射と損傷層のエツチ
ング除去と繰り返すことによつて所望深さのエツチング
加工を行なうという原理に基づく。
本発明による他のエツチング方式はハロゲンが注入され
た半導体基板のスパツタ速度が著るしく増大するという
現象を利用し、ハロゲン元素を注入する工程と、スパツ
タエツチングによるハロゲン注入層の選択的除去を繰り
返して行うことによつて所望のエツチングを達成すると
いう原理に基づく。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を示す。
実施例1 第2図は本発明のエツチング方式を実施するために用い
た装置の断面模式図である。3室構成の真空装置であ
り、イオン照射室21、プラズマエツチ室22、及び中間室
23より成る。中間室23はスリツト24,24′を有する隔壁2
5,25′により形成される空間で、イオン照射室21及びプ
ラズマエツチ室22とを分離し、差動排気することによっ
て両室の圧力差を保ち、かつプロセス間の干渉を防いで
いる。エツチングを施す試料であるSi基板26,26′は回
転円板27にマウントされ、回転円板27の回転に従つてイ
オン照射室21及びプラズマエツチ室22の間を交互に通過
する。イオン照射室21ではイオン源28で形成されたイオ
ンが加速されて試料Si基板26に照射される。また、プラ
ズマエツチ室では対向電極29と回転円板27との間に印加
された高周波で形成されるプラズマにより、試料Si基板
26′がエツチングされる。
ここで、本発明のエツチング方式について第3図を用い
て説明する。
第3図(イ)において、Si基板31の上には開口部32を有
するマスク材33が形成されている。イオン照射室におい
て適当なエネルギーに加速されイオン34が、基板表面に
照射され、Si基板31の開口部表面領域に、ほぼ照射イオ
ンの飛程に等しい深さΔtの損傷層35が形成される。
次に、この様な損傷層の形成された基板Si31をプラズマ
エツチ室に導入し、例えばCF4+O2の如きエツチング性
ガスプラズマに曝すと、第3図(ロ)に示すように、損
傷層のみがエツチされる。これは、損傷層には多くの原
子結合切断箇所が含まれるため、エツチング反応がきわ
めて早くなり容易にエツチングされるが、損傷層が除去
されて損傷を受けない部分が露出すると、急激にエツチ
ング速度が低下するため、損傷を受けた領域のみを選択
的にエツチング除去することが可能となるためである。
同様な理由により、水平方向へのエツチングの拡がりも
きわめて小さい。
損傷層が除去された基板Si31を第3図(ハ)に示す如
く、再びイオン照射を行なうと、開口部32の領域に再び
深さΔtの損傷層が形成される。
これを更にプラズマエツチ領域に曝すことによつて、こ
の損傷層が除去され、都合2Δtの深さだけ開口部32の
Siがエツチされる。
この様な過程をn回繰り返すことによつてnΔtの深さ
エツチングされる。第2図の装置においてはこのような
2つの工程を容易に繰り返すことができる様に工夫され
ている。一回当りのエツチング量Δtが決定されれば、
Δtを単位とした倍数の深さの加工が、単に工程の繰り
返し数、すなわち回転円板の回転数によつて制御できる
ため、きわめて優れた再現性を得ることができるし、ま
た、ローデイングエフエクトの影響も受けにくいため、
均一性にも優れたエツチング加工が可能である。
次に本方式によつてどの程度の制御が可能であるかにつ
いて述べる。
1回当りのエツチング深さΔtはイオン照射により生ず
る損傷層の厚さにほぼ等しい。例えば照射イオンがAr+
である場合のエツチング深さの例を第4図に示す。損傷
層の深さはイオンの加速エネルギーに依存するが、エツ
チングされる深さはエツチングの条件によつて異なるた
め、幅を有し、ほぼ第4図の斜線で示す領域内で制御す
ることが可能である。高エネルギー照射は装置上も、ま
た制御の分解能の点からの望ましくはなく、通常は25Ke
V以下で行うことが多い。エツチングの条件を一定に保
つことによつて数%以下の精度でエツチング深さを制御
することが可能である。
なお、本実施例では希ガスイオンを用いた場合について
説明したが、損傷を与える目的のためには他のイオンで
も可能であり、残留しても基板の所望特性に悪影響の及
ばない物質であれば何を選択してもよい。とくにSiの場
合にはSi及びこれの水素化物、弗化物等を用いることも
有効である。さらによりエツチングの効果を増大させる
にはハロゲン系の元素を用いて有効である。
次に、本発明の他の実施例を示す。
実施例2 第5図は本発明のエツチング方式を実施するために用い
た装置の断面模式図である。3室構成の真空装置であ
り、イオン照射室21、スパツタエツチ室22、及び中間室
23より成る。中間室23はスリツト24,24′を有する隔壁2
5,25′により形成される空間で、イオン照射室21及びス
パツタエツチ室22とを分離し、差動排気することによつ
て両室の圧力差を保ち、かつプロセス間の干渉を防いで
いる。エツチングを施す試料であるSi基板26,26′は回
転円板27にマウントされ、回転円板27の回転に従つてイ
オン照射室21及びスパツタエツチ室22の間を交互に通過
する。イオン照射室21ではイオン源28で形成されたイオ
ンが加速されて試料Si基板26に照射される。また、スパ
ツタエツチ室では別に設けられたイオン源28′から、例
えばArイオン等を照射し、試料をスパツタエツチする。
ここで、本発明のエツチング方式について第6図を用い
て説明する。
第6図(イ)において、Si基板32の上には開口部32を有
するマスク材32が形成されている。イオン照射室におい
て適当なエネルギーに加速されたハロゲンイオン34が、
基板表面に照射され、Si基板31の開口表面部領域に、ほ
ぼ照射イオンの飛程に等しい深さΔtの損傷層35が形成
される。この損傷層の中には多量の原子結合の切断部及
びハロゲン元素が含まれている。
次に、この様な損傷層の形成された基板Si31をスパツタ
エツチ室に導入し、例えばAr+の如きイオン流に曝す
と、第6図(ロ)に示すように、損傷層のみがエツチさ
れる。これは、損傷層には多くの原子結合切断箇所が含
まれるため、エツチング反応がきわめて早くなり容易に
エツチングされるが、損傷層が除去されてハロゲン元素
を含まない部分が露出すると、急激にエツチング速度が
低下するため、損傷を受けた領域のみを選択的にエツチ
ング除去することが可能となるためである。同様な理由
により、水平方向へのエツチングの拡がりもきわめて小
さい。
損傷層が除去された基板Si31を第6図(ハ)に示す如
く、再びハロゲンイオン照射を行なうと、開口部32の領
域に再び深さΔTのハロゲン元素を含む損傷層が形成さ
れる。
これを更にスパツタエツチ領域に曝すことによつて、こ
の損傷層が除去され、都合2Δtの深さだけ開口部32の
Siがエツチされる。
この様な過程をn回繰り返すことによつてnΔtの深さ
エツチングされる。第5図の装置においてはこのような
2つの工程を容易に繰り返すことができる様に工夫され
ている。一回当りのエツチング量Δtが決定されれば、
Δtを単位とした倍数の深さの加工が、単に工程を繰り
返し数、すなわち回転円板の回転数によつて制御できる
ため、きわめて優れた再現性を得ることができるし、ま
た、ローデイングエフエクトの影響も受けにくいため、
均一性にも優れたエツチング加工が可能である。
次に本方式によつてどの程度の制御が可能であるかにつ
いて述べる。
1回当りのエツチング深さΔtはイオン照射により生ず
る損傷層の厚さにほぼ等しい。例えば照射イオンがCl+
である場合のエツチング深さの例を第7図に示す。損傷
層の深さはイオンの加速エネルギーに依存するが、エツ
チングされる深さはエツチングの条件によつて異なるた
め、幅を有し、ほぼ第7図の斜線で示す領域内で制御す
ることが可能である。高エネルギー照射は装置上も、ま
た制御の分解能の点からも望ましくはなく、通常は25Ke
V以下で行うことが多い。エツチングの条件を一定に保
つことによつて数%以下の精度でエツチング深さを制御
することが可能である。
〔発明の効果〕
以上述べた如く、本発明によれば、エツチング深さを量
子化して制御することが可能であり、極めて均一性に優
れたエツチングを再現性よく実現することができる。ま
た、最小制御単位はイオンの種類、及び加速エネルギー
を選ぶことにより、原子層レベルで可能であり、また数
10nm単位とすることも可能である。
本発明の適用により半導体装置の微細加工精度が著るし
く向上し、工業上極めて有用な方式である。
【図面の簡単な説明】
第1図は基板表面のエツチング過程を説明するための模
式図、第2図は本発明のエツチング方法を実施するのに
適した装置例の断面模式図、第3図は本発明の原理を説
明するための基板断面模式図、第4図は本発明を適用し
た一例のイオン照射エネルギーとエツチ深さとの関係
図、第5図は本発明他のエツチング方法を実施するのに
適した装置例の断面模式図、第6図は本発明の他の方法
の原理を説明するための基板断面模式図、第7図は本発
明の他の方法を適用した一例のイオン照射エネルギーと
エツチ深さとの関係図である。 31……基板、32……マスク開口部、33……マスク、34…
…照射イオン、35……損傷層。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被エッチング加工体の所望の領域を25KeV
    以下の加速エネルギーでイオン照射して該被エッチング
    加工体よりエッチング速度の大きい損傷層に変質させる
    工程と、該損傷層をエッチング除去する工程を有し、該
    2つの工程を交互に繰返し施すことにより所望のエッチ
    ング深さを得ることを特徴とするエッチングの方法。
  2. 【請求項2】上記イオンは希ガス元素イオン、ハロゲン
    元素イオンあるいは水素イオンである特許請求の範囲第
    1項記載のエッチングの方法。
  3. 【請求項3】真空室と、被エッチング加工体を保持する
    回転可能な保持体と、イオン照射室と、エッチング室
    と、上記イオン照射室と上記エッチング室を分離する中
    間室を有し、上記保持体、上記イオン照射室、上記エッ
    チング室および上記中間室は上記真空室内に配置されて
    おり、かつ上記イオン照射室、上記エッチング室および
    上記中間室は上記保持体が回転したときに上記被エッチ
    ング加工体が通過する位置に配置されていることを特徴
    とするエッチング装置。
JP60099555A 1985-05-13 1985-05-13 エッチングの方法およびエッチング装置 Expired - Lifetime JPH0770513B2 (ja)

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