JPH08222542A - 表面処理装置 - Google Patents
表面処理装置Info
- Publication number
- JPH08222542A JPH08222542A JP7021473A JP2147395A JPH08222542A JP H08222542 A JPH08222542 A JP H08222542A JP 7021473 A JP7021473 A JP 7021473A JP 2147395 A JP2147395 A JP 2147395A JP H08222542 A JPH08222542 A JP H08222542A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- vacuum container
- etching
- nitride film
- wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Plasma Technology (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】シリコン酸化膜を窒化膜に対して高選択にエッ
チングする。 【構成】エッチング装置の真空容器内面の材質を窒化シ
リコンで形成する。 【効果】エッチングガスが分解してできるラジカルのう
ち窒化シリコンのエッチングに有効に働くラジカルが真
空容器内壁で消費される。このために窒化膜のエッチ速
度が低下し、選択比が向上する。
チングする。 【構成】エッチング装置の真空容器内面の材質を窒化シ
リコンで形成する。 【効果】エッチングガスが分解してできるラジカルのう
ち窒化シリコンのエッチングに有効に働くラジカルが真
空容器内壁で消費される。このために窒化膜のエッチ速
度が低下し、選択比が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子のエッチング
装置に関する。
装置に関する。
【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）ガスのプラズマとラジカル
を生成して、これらを試料表面に入射してエッチングを
行う。この装置では真空容器の壁でプラズマ中のラジカ
ルが吸着あるいは化学反応を起こすので、壁の材質と温
度の制御が必要となる。
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）ガスのプラズマとラジカル
を生成して、これらを試料表面に入射してエッチングを
行う。この装置では真空容器の壁でプラズマ中のラジカ
ルが吸着あるいは化学反応を起こすので、壁の材質と温
度の制御が必要となる。
【０００３】この従来技術としては、たとえばジャーナ
ル オブ バキューム サイエンスアンド テクノロジ
ー（（Journal of Vacuum Science and Technology）Ｂ
第１２巻４２７ぺージ）で知られている装置がある。こ
の装置は真空容器内にＲＦ放電でプラズマを発生させる
もので、容器の壁は石英とシリコンでできている。例え
ば、シリコン基板上の酸化膜（ＳｉＯ2 ）をエッチング
するにはエッチングのガスとしてＣ2Ｆ6などを用いる。
このとき、プラズマ中のＦラジカルが壁材のシリコンと
反応してＳｉＦ4 となり排気されるため、プラズマ中の
Ｆが減少する。このため、Ｆによりエッチングされ易い
シリコンのエッチ速度が遅くなり、酸化膜とシリコンの
選択比が大きくなる利点が生じる。
ル オブ バキューム サイエンスアンド テクノロジ
ー（（Journal of Vacuum Science and Technology）Ｂ
第１２巻４２７ぺージ）で知られている装置がある。こ
の装置は真空容器内にＲＦ放電でプラズマを発生させる
もので、容器の壁は石英とシリコンでできている。例え
ば、シリコン基板上の酸化膜（ＳｉＯ2 ）をエッチング
するにはエッチングのガスとしてＣ2Ｆ6などを用いる。
このとき、プラズマ中のＦラジカルが壁材のシリコンと
反応してＳｉＦ4 となり排気されるため、プラズマ中の
Ｆが減少する。このため、Ｆによりエッチングされ易い
シリコンのエッチ速度が遅くなり、酸化膜とシリコンの
選択比が大きくなる利点が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】最近エッチングにおい
て、窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）上の酸化膜をエッチングするニ
ーズが多くなってきている。ここでは酸化膜をエッチン
グして窒化膜でエッチングを止めること、すなわち、酸
化膜の対窒化膜選択比を大きくする技術が重要となる。
従来例では壁をシリコンにすることである程度この要求
を満たすことができるが、まだ十分ではない。
て、窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）上の酸化膜をエッチングするニ
ーズが多くなってきている。ここでは酸化膜をエッチン
グして窒化膜でエッチングを止めること、すなわち、酸
化膜の対窒化膜選択比を大きくする技術が重要となる。
従来例では壁をシリコンにすることである程度この要求
を満たすことができるが、まだ十分ではない。
【０００５】本発明の目的は対窒化膜選択比の大きなエ
ッチング装置を提供することにある。
ッチング装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は真空容器内壁の一部を窒化シリコン（Ｓｉ
3Ｎ4）で形成した。
に、本発明は真空容器内壁の一部を窒化シリコン（Ｓｉ
3Ｎ4）で形成した。
【０００７】
【作用】プラズマエッチングでは、ＦやＣxＦyなどの反
応性ラジカルが試料表面に吸着した状態で、イオンが衝
突し、そのエネルギによりエッチング反応が促進され
る。反応に必要なラジカルは物質によって共通な部分も
あるが、異なる部分もある。窒化膜のエッチングに必要
な特有のラジカルは明らかではないが、壁の一部に窒化
シリコンを用いることで、窒化膜のエッチングに必要な
ラジカルが壁で消費される。このために、酸化膜のエッ
チ速度は変わらず、窒化膜のエッチ速度が下がり、選択
比が向上する。
応性ラジカルが試料表面に吸着した状態で、イオンが衝
突し、そのエネルギによりエッチング反応が促進され
る。反応に必要なラジカルは物質によって共通な部分も
あるが、異なる部分もある。窒化膜のエッチングに必要
な特有のラジカルは明らかではないが、壁の一部に窒化
シリコンを用いることで、窒化膜のエッチングに必要な
ラジカルが壁で消費される。このために、酸化膜のエッ
チ速度は変わらず、窒化膜のエッチ速度が下がり、選択
比が向上する。
【０００８】
（実施例１）以下、実施例を図により説明する。図１は
マイクロ波を用いたプラズマエッチング装置である。マ
イクロ波電源４から導波管３と導入窓２を介して真空容
器１内にマイクロ波が導入される。真空容器１の材質は
窒化シリコンである。導入窓の材質は石英，窒化シリコ
ン，セラミックなどマイクロ波を透過する物質である。
真空容器１にはヒータ５と水などの冷媒を流す冷却管６
が巻いてあり、温度を制御できるようになっている。電
磁石７の磁場によりプラズマ８の壁方向への拡散が抑え
られて、高密度のプラズマが発生する。試料９は試料台
１０の上に設置される。試料に入射するイオンを加速す
るために、ＲＦバイアス電源１１が試料台１０に接続さ
れている。
マイクロ波を用いたプラズマエッチング装置である。マ
イクロ波電源４から導波管３と導入窓２を介して真空容
器１内にマイクロ波が導入される。真空容器１の材質は
窒化シリコンである。導入窓の材質は石英，窒化シリコ
ン，セラミックなどマイクロ波を透過する物質である。
真空容器１にはヒータ５と水などの冷媒を流す冷却管６
が巻いてあり、温度を制御できるようになっている。電
磁石７の磁場によりプラズマ８の壁方向への拡散が抑え
られて、高密度のプラズマが発生する。試料９は試料台
１０の上に設置される。試料に入射するイオンを加速す
るために、ＲＦバイアス電源１１が試料台１０に接続さ
れている。
【０００９】この装置で酸化膜と窒化膜をエッチングし
た結果を次に述べる。エッチングのガスはＣ4Ｆ8を用
い、真空容器内部の圧力を５ｍTorrとした。マイクロ波
の電力を８００Ｗ，ＲＦバイアスを３００Ｗとした。ま
た真空容器１の温度を１００度とした。このとき酸化膜
のエッチ速度は６００ｎｍ／min 、窒化膜のエッチ速度
は３５ｎｍ／min で選択比１７が得られた。真空容器１
の材質を従来知られている石英にすると窒化膜のエッチ
速度は５０ｎｍ／min であった。つまり真空容器１の材
質を窒化シリコンにすることで選択比が４０％改善され
た。さらに真空容器１の温度を１５０度に上げると、窒
化膜のエッチ速度は約２０ｎｍ／min となり現状の素子
で要求されている選択比３０を達成した。真空容器１の
温度を上げると化学反応が促進されて、壁での窒化膜を
エッチングするラジカルの消費量が増大したからであ
る。容器全体の内面積に占める窒化シリコン材の面積の
割合が大きいほど効果があり、５０％以上を占める必要
がある。
た結果を次に述べる。エッチングのガスはＣ4Ｆ8を用
い、真空容器内部の圧力を５ｍTorrとした。マイクロ波
の電力を８００Ｗ，ＲＦバイアスを３００Ｗとした。ま
た真空容器１の温度を１００度とした。このとき酸化膜
のエッチ速度は６００ｎｍ／min 、窒化膜のエッチ速度
は３５ｎｍ／min で選択比１７が得られた。真空容器１
の材質を従来知られている石英にすると窒化膜のエッチ
速度は５０ｎｍ／min であった。つまり真空容器１の材
質を窒化シリコンにすることで選択比が４０％改善され
た。さらに真空容器１の温度を１５０度に上げると、窒
化膜のエッチ速度は約２０ｎｍ／min となり現状の素子
で要求されている選択比３０を達成した。真空容器１の
温度を上げると化学反応が促進されて、壁での窒化膜を
エッチングするラジカルの消費量が増大したからであ
る。容器全体の内面積に占める窒化シリコン材の面積の
割合が大きいほど効果があり、５０％以上を占める必要
がある。
【００１０】この装置で用いるガスはＣ4Ｆ8に限らず、
ＣＦ4 ，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8など炭素とフッ素からなるガス
あるいはこれらに、希ガス，Ｏ2 ，ＣＯ2 ，ＣＯ，Ｎ2
を加えた混合ガスが効果がある。
ＣＦ4 ，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8など炭素とフッ素からなるガス
あるいはこれらに、希ガス，Ｏ2 ，ＣＯ2 ，ＣＯ，Ｎ2
を加えた混合ガスが効果がある。
【００１１】（実施例２）図２に、真空容器の構造を変
えた別実施例を示す。この装置では真空容器１３はアル
ミニウムやステンレスなどで構成されて、その内側に窒
化シリコンの内筒１２が設けられている。この装置では
窒化シリコン材の部分で真空を封じる必要がないため
に、内筒１２の厚さを数ミリ程度と薄くできる。このた
め、真空容器１３内に配されたヒータ５，冷却管６と内
筒１２の内面の間の熱伝導が良くなり温度制御の応答性
が上がる。
えた別実施例を示す。この装置では真空容器１３はアル
ミニウムやステンレスなどで構成されて、その内側に窒
化シリコンの内筒１２が設けられている。この装置では
窒化シリコン材の部分で真空を封じる必要がないため
に、内筒１２の厚さを数ミリ程度と薄くできる。このた
め、真空容器１３内に配されたヒータ５，冷却管６と内
筒１２の内面の間の熱伝導が良くなり温度制御の応答性
が上がる。
【００１２】（実施例３）図３に、真空容器の構成を変
えた別実施例を示す。この装置では、アルミニウムなど
でできた真空容器１３の内側に窒化シリコンの内筒１２
が接触するように配置されている。ヒータ５と冷却管６
は真空容器の外側に配され容器を介して内筒１２の温度
を制御する構成になっている。この構成では温度制御部
が真空容器の外側になるので、ここからの脱ガスなどの
影響がないクリーンな雰囲気を実現できる。真空容器１
３と内筒１２の間の熱伝導をあげるためにアルミナの粉
末などを間に充填してもよい。
えた別実施例を示す。この装置では、アルミニウムなど
でできた真空容器１３の内側に窒化シリコンの内筒１２
が接触するように配置されている。ヒータ５と冷却管６
は真空容器の外側に配され容器を介して内筒１２の温度
を制御する構成になっている。この構成では温度制御部
が真空容器の外側になるので、ここからの脱ガスなどの
影響がないクリーンな雰囲気を実現できる。真空容器１
３と内筒１２の間の熱伝導をあげるためにアルミナの粉
末などを間に充填してもよい。
【００１３】また、アルミニウムや石英の真空容器１３
の内面にＣＶＤ法(化学気相堆積法)により数十から数百
μｍの窒化シリコン膜を堆積させてもよい。この方法で
は純度の高い窒化シリコン膜を生成できる。
の内面にＣＶＤ法(化学気相堆積法)により数十から数百
μｍの窒化シリコン膜を堆積させてもよい。この方法で
は純度の高い窒化シリコン膜を生成できる。
【００１４】ＣＶＤ法あるいは他の方法で金属の表面に
窒化シリコン層を設ける場合は、その厚さをその表面に
生じるプラズマシースの容量より窒化シリコン層の容量
の方が大きくなるように設定するのがよい。これによ
り、窒化シリコン層のインピーダンスが小さくなり、試
料に印加するＲＦ電流が窒化シリコン層を通じて流れる
ことができるので、壁がアースとしての役割を果たすこ
とが可能となる。すなわち、壁以外にアース板を設ける
必要がなくなる。具体的には、プラズマシースの誘電率
は真空の誘電率で近似できるので、窒化シリコン層の厚
さをプラズマシースの厚さに窒化シリコンの比誘電率を
乗じた厚さ以下にすればよい。マイクロ波プラズマでは
シースの厚さは約０.１mm で、窒化シリコンの比誘電率
は約６なので、窒化シリコンの厚さを０.６mm 以下にす
ればよい。
窒化シリコン層を設ける場合は、その厚さをその表面に
生じるプラズマシースの容量より窒化シリコン層の容量
の方が大きくなるように設定するのがよい。これによ
り、窒化シリコン層のインピーダンスが小さくなり、試
料に印加するＲＦ電流が窒化シリコン層を通じて流れる
ことができるので、壁がアースとしての役割を果たすこ
とが可能となる。すなわち、壁以外にアース板を設ける
必要がなくなる。具体的には、プラズマシースの誘電率
は真空の誘電率で近似できるので、窒化シリコン層の厚
さをプラズマシースの厚さに窒化シリコンの比誘電率を
乗じた厚さ以下にすればよい。マイクロ波プラズマでは
シースの厚さは約０.１mm で、窒化シリコンの比誘電率
は約６なので、窒化シリコンの厚さを０.６mm 以下にす
ればよい。
【００１５】（実施例４）図４に誘導結合型のプラズマ
エッチング装置での実施例を示す。この装置では窒化シ
リコンでできた真空容器１４と上部窓１５で真空が形成
される。上部窓１５の材質はシリコンや石英などだが、
窒化シリコンにして側壁の真空容器１４と一体化しても
よい。容器には誘導コイル１６が巻いてあり、コイルに
ＲＦ電源１７から数ＭＨｚの高周波が印加され、誘起さ
れる電磁界によりプラズマ８が発生する。この構成の装
置でも実施例１の装置同様のガスを用いて同様の効果が
得られる。
エッチング装置での実施例を示す。この装置では窒化シ
リコンでできた真空容器１４と上部窓１５で真空が形成
される。上部窓１５の材質はシリコンや石英などだが、
窒化シリコンにして側壁の真空容器１４と一体化しても
よい。容器には誘導コイル１６が巻いてあり、コイルに
ＲＦ電源１７から数ＭＨｚの高周波が印加され、誘起さ
れる電磁界によりプラズマ８が発生する。この構成の装
置でも実施例１の装置同様のガスを用いて同様の効果が
得られる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば真空容器内面を窒化シリ
コンで形成することにより酸化膜のエッチ速度を低下せ
ずに窒化膜のエッチ速度を低下させ選択比を上げること
ができる。
コンで形成することにより酸化膜のエッチ速度を低下せ
ずに窒化膜のエッチ速度を低下させ選択比を上げること
ができる。
【図１】本発明の一実施例のエッチング装置の説明図。
【図２】本発明の一実施例のエッチング装置の説明図。
【図３】本発明の一実施例のエッチング装置の説明図。
【図４】本発明の一実施例のエッチング装置の説明図。
１，１３，１４…真空容器、２…導入窓、３…導波管、
４…マイクロ波電源、５…ヒータ、６…冷却管、７…電
磁石、８…プラズマ、９…試料、１０…試料台、１１…
ＲＦバイアス電源、１２…内筒、１５…上部窓、１６…
コイル、１７…ＲＦ電源。
４…マイクロ波電源、５…ヒータ、６…冷却管、７…電
磁石、８…プラズマ、９…試料、１０…試料台、１１…
ＲＦバイアス電源、１２…内筒、１５…上部窓、１６…
コイル、１７…ＲＦ電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 浩一 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 伊東 哲 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 水谷 巽 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
Claims (5)
- 【請求項１】内部を真空に排気する設備を備えた容器内
でプラズマを発生させる表面処理装置で、前記容器の内
表面の一部を窒化シリコンで形成したことを特徴とする
表面処理装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の窒化シリコンは前記容器
の内面積の少なくとも５０％を占めている表面処理装
置。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の窒化シリコン材
は温度制御可能である表面処理装置。 - 【請求項４】請求項３に記載の窒化シリコンは温度制御
可能でその温度が１５０℃以上に保たれている表面処理
装置。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４において、窒化
シリコンは導体もしくは半導体上に形成された薄膜で、
かつその厚さが前記容器の内面に生じるプラズマシース
の容量よりも窒化シリコン層の容量の方が大きくなるよ
うに設定されている表面処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7021473A JPH08222542A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 表面処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7021473A JPH08222542A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 表面処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222542A true JPH08222542A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12055952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7021473A Pending JPH08222542A (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 表面処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08222542A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005113133A1 (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-01 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 冷却式マイクロ波化学反応装置 |
-
1995
- 1995-02-09 JP JP7021473A patent/JPH08222542A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005113133A1 (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-01 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 冷却式マイクロ波化学反応装置 |
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