JPS5813625B2 - ガスプラズマ食刻法 - Google Patents

ガスプラズマ食刻法

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JPS5813625B2
JPS5813625B2 JP54163006A JP16300679A JPS5813625B2 JP S5813625 B2 JPS5813625 B2 JP S5813625B2 JP 54163006 A JP54163006 A JP 54163006A JP 16300679 A JP16300679 A JP 16300679A JP S5813625 B2 JPS5813625 B2 JP S5813625B2
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Japan
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etching
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gas
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high frequency
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板倉秀明
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CHO ERU ESU AI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/28—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials
    • H10P50/282—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials
    • H10P50/283—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials by chemical means

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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多層構造からなる被加工物を平行平板形ガスプ
ラズマ食刻装置で食刻する方法に関する。
酸化シリコン被膜等の材料をガスプラズマで食刻する場
合、より精密な加工が可能であることから平行平板形ガ
スプラズマ食刻装置が用いられているが、使用する高周
波電力の周波数と被加工物を配置した電極に対する高周
波電力印加法との組合せは、高周波電力の周波数が１３
．５ ６■Ｚの場合は被加工物を配置した電極へ高周波
電力を印加する陰極結合法および被加工物を配置した電
極と対向している電極に高周波電力を印加する陽極結合
法が、また高周波電力の周波数が４ ０ ０ ＫＨｚま
たはそれ以下の場合は陽極結合法が採用されている。
一方多層構造からなる被加工物の被食刻層をガスプラズ
マで食刻する場合、被食刻層の食刻連度Ｅ（Ｅ）が実用
上十分な大きさであり、かつ、下地層の食刻連度Ｅ（ｕ
）との比Ｒ （ Ｅ ／ ｕ ） ＝Ｅ（Ｅ）／ Ｅ（
ｕ）が十分大きいことが要求される。
本発明の目的は多層構造からなる被加工物を平行平板形
ガスプラズマ食刻装置で食刻する場合の上記の要求、す
なわちＲ （ Ｅ／ ｕ ）を大きくするためのガスプ
ラズマ食刻法を提供することにある。
次に、本発明の内容を被食刻層が酸化シリコンＳＩ０２
被膜、下地層がシリコンＳｉからなる多層構造の被加工
物を例にとって、より具体的に説明する。
文献（ ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ Ｅｌｅｔｒｏｎｉｃｓ
ｖｏｌ ８，ｐｐ１１４６〜１１４７，１９７５）等か
ら推察すると、従来、ガスプラズマ食刻に使用されてい
るフッ素化合物、例えば四フツ化炭素ＣＦ，ガスのプラ
ズマ状態においてフッ素ラジカルＦ や三フツ化炭素ラ
ジカルＣＦ３、ニフツ化炭素イオンＣＦ３”等が解離さ
れるが、該ＦはＳｉとの反応性が大きく、該ＣＦ３，Ｃ
Ｆ３等はＳｉＯ２との反応性が大きい。
従って、Ｆを何らかの方法で減少させればＳｉの食刻速
度は低下し、結果としてＳｉＯ２とＳｉとの食刻速度比
Ｒ （ ＳｉＯ２／Ｓｉ ）が大きくなり、ＳｉＯ２被
膜の選択食刻が可能となる。
このような考察のもとに種々の組成のガスを用いること
が提案されているが、含水素フッ素化合物や水素とフッ
素化合物との混合ガスのガスプラズマを用いる方法もそ
の１つである。
しかし、これらの食刻ガスを用いても現在一般に使用さ
れている平行平板形ガスプラズマ食刻装置で食刻した場
合ｌこはＳｉＯ、とＳｉとの食刻速度比Ｒ（ＳｉＯ、／
Ｓ ｉ ）はあまり大きな値は得られず、高々Ｒ（Ｓ
ｉＯ、／Ｓｉ ） ＝ １ ０程度である。
しかるに、本発明による平行平板形ガスプラズマ食刻法
を用いれば、ＳｉＯ２の食刻速度 Ｅ（ＳｉＯ２）は実
用上十分に大きな値か得られ、一方、Ｓｉの食刻速度Ｅ
（Ｓｉ）は小さく抑えられるためＳｉＯ、とＳｉとの食
刻速度比Ｒ（ＳｉＯ、／Ｓｉ）が大きくなり、本発明の
目的を達成することができる。
以下実験によって本発明の方法とその作用を詳細に説明
する。
実験 １ 第１図にその一例を示した平行平板形ガスプラズマ食刻
装置の反応槽１内に設置した上下電極２，３の該下部電
極３上に、Ｓｉ基板４の表面に選択的に形成したＳｉＯ
、被膜５を有する被加工物６を配置し、真空ポンプ７で
該反応槽１内を排気してガス圧０． １ ｍＴｏｒｒ以
下にした後ガス導入管８を通して含水素フッ素化合物ガ
スの１種であるトリフロロメタンＣＨＦ３ガスを一定の
流量で導入、反応槽１と真空ポンプ７の途中にある排気
速度調節弁９を用いて反応槽１内のガス圧を２０から１
００ｍＴｏｒｒの間で調節する。
４ ０ ０ ＫＨｚの周波数を有．する高周波電源１０
の高圧側１１をスイッチ１２を通して被加工物６が配置
してある下部電極３に接続し、上部電極２および高周波
電源１０のアース側１３は接地した後、下部電極３側か
ら高周波電力を印加、すなわち、陰極結合法によって該
ＣＨＦ３ガスをプラズマ化して食刻処理を行った。
その結果、被加工物６において表出しているＳｉ基板４
部分およびＳｉ基板上のＳ ｉ０ ２被膜５部分は、そ
れぞれ、第２図に示すようなＳｉの食刻速度曲線１４お
よびＳｉＯ ２の食刻速度曲線１５をもって食刻された
。
また、ＳｉＯ２とＳｉの食刻速度比曲線１６を得た。
一方、第１図に示した平行平板形ガスプラズマ食刻装置
において、上記と同様な方法で被加工物６を下部電極３
上に配置し、ＣＨＦ３ガスを反応槽１内に導入してガス
圧を調節する。
高周波電源１０の高圧側１１をスイッチ１２を切換えて
上部電極２に接続し、被加工物６が配置してある下部電
極３と高周波電源１０のアース側１３は接地した後上部
電極２側から高周波電力を印加、すなわち、陽極結合法
によって該ＣＨＦ３ガスをプラズマ化して食刻処理を行
った。
その結果、被加工物６において表出しているＳｉ基板４
部分およびＳｉ基板上のＳｉＯ、２被膜５部分は、それ
ぞれ、第２図に示すようなＳｉの食刻速度曲線１７およ
びＳｉＯ、の食刻速度曲線１８をもって食刻された。
また、ＳｉＯ２とＳｉの食刻速度比曲線１９を得た。
これらの結果から明瞭なように、陰極結合法によりプラ
ズマを発生させて被加工物６を食刻した方が陽極結合法
でプラズマを発生させて食刻するよりＳｉＯ ２の食刻
速度Ｅ（ＳｉＯ２ ）は大きな値が得られ、逆に、Ｓｉ
の食刻速度Ｅ（Ｓｉ）はより小さな値となるのでＳｉＯ
２とＳｉの食刻速度比Ｒ（ＳｉＯ２／Ｓｉ）一Ｅ（Ｓ
ｉＯ２）／Ｅ（Ｓｉ）はより大きな値が得られることが
判る。
実験 ２ 第１図に示した平行平板形ガスプラズマ食刻装置を用い
て、実験１と同様な方法で被加工物６を下部電極３上に
配置してＣＨＦ３ガスを導入し、排気速度調節弁９を用
いて反応槽１内のガス圧を１０から１ ０ ０ ｍ Ｔ
ｏｒｒの間で調節した。
４００ＫＨｚの周波数を有する高周波電源１０の高圧側
１１を被加工物６が配置してある下部電極３に接続し、
上部電極２および高周波電源１０のアース側１３は接地
した後下部電極３側から高周波電力を印加して該ＣＨＦ
３ガスをプラズマ化して食刻処理した。
その結果、被加工物６において表出しているＳｉ基板４
部分およびＳｉ基板上のＳｉＯ、２被膜５部分は、それ
ぞれ、第３図に示すようなＳｉの食刻速度曲線２０およ
びＳｉＯ、２の食刻速度曲線２１をもって食刻された。
また、ＳｉＯ、２とＳｉの食刻速度比曲線２２を得た。
一方、上記と同様な方法で被加工物６を下部電極３上に
配置し、ＣＨＦ３ガスを導入してガス圧を調節した後、
１ ３． ５ ６ＭＨｚの周波数を有する高周波電源２
３の高圧側１１を被加工物６が配置してある下部電極３
に接続し、上部電極２および高周波電源２３のアース側
１３は接地する。
しかる後、下部電極３側から高周波電力を印加して該Ｃ
ＨＦ３ガスをプラズマ化して食刻処理を行った。
その結果、被加工物６において表出しているＳｉ基板４
部分およびＳｉ基板上のＳｌ０２被膜５部分は、それぞ
れ、第８図に示すようなＳ１の食刻速度曲線２４お？び
ＳｉＯの食刻速度曲線２５をもって食刻された。
また、ＳｉＯ２とＳｉの食刻速度比曲線２６を得た。こ
れらの結果から、高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨ
ｚから４ ０ ０ ＫＨｚと低くすることにより、Ｓｉ
Ｏ２の食刻速度を低下させることな＜Ｓｉの食刻速度を
小さく抑さえることができ、ＳｉＯ２とＳｉの食刻速度
比Ｒ （ Ｓ ｉ０ ２ ／Ｓ ｒ ）を大きくするこ
とができるのは明らかである。
実験 ３ 第１図に示した平行平板形ガスプラズマ食刻装置を用い
て、実験２と同様な方法で被加工物６を下部電極３上に
配置し、ＣＨＦ３ガスを導入した後排気速度調節弁９を
用いて反応槽１内のガス圧を１０から１ ０ ０ ｍ
Ｔｏｒｒの間で調節した。
２ＭＨｚの周波数を有する高周波電源２８の高圧側１１
を被加工物６が配置してある下部電極３に接続し、上部
電極２および高周波電源２８のアース側１３は接地した
後下部電極３側から高周波電力を印加して該ＣＨＦ３ガ
スをプラズマ化して食刻処理した。
その結果、被加工物６において表出しているＳｉ基，板
４部分およびＳｉ基板上のＳ ＋ ０２被膜５部分は、
それぞれ、第４図に示すようなＳｉの食刻速度曲線２９
およびＳ ｒ ０２の食刻速度曲線３０をもって食刻さ
れた。
また、Ｓ１０２とＳｉの食刻速度比曲線３１を得た。
一方、１ ３． ５ ６ ＭＨｚの周波数を有する高周
波電源２３を用い、陰極結合法でＣＨＦ３ガスをプラズ
？化して食刻処理した時のＳｉおよびＳｉＯの食刻速度
曲線は、すでに第３図に示したごとく、それそ゛れ曲線
２４および曲線２５である。
また、ＳｉＯ２とＳｉの食刻速度比は曲線２６となる。
なお、これらの曲線は、上記の実験結果と比較するため
に、ふたたび、第４図中に示した。
これらの結果から、高周波電力の周波数を１ ３． ５
６ ＭＨｚから２ＭＨｚと低くすることにより、Ｓｉ
０２の食刻速度を低下させることな＜Ｓｉの食刻速度を
小さく抑えることができ、Ｓｉ０２とＳｉの食刻速度比
Ｒ （ Ｓ ｉ０２／Ｓ ｉ）を大きくすることができ
るのは明らかである。
以上、３つの実験からわかるように、低い周波数の高周
波電力を陰極結合法により印加すること？より、Ｓｉｎ
２の食刻速度Ｅ（ Ｓ １０２ ）と、ＳｉＯとＳｉの
食刻速度比Ｒ（ＳｉＯ／Ｓ１）を大きくすることができ
るのは明瞭である。
本発明はこれらの実験結果よりなされたもので、以下は
その実施例であるが、本発明はその要旨を越えない限り
、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例 １ 第５図は本発明の実施例の平行平板形ガスプラズマ食刻
装置を模式的に示したものである。
本装置は反応槽１、互いに相対して置かれたステンレス
スチール製の平板状電極２，３、真空ポンプ７、ガス導
入管８、排気連度調節弁９および周波数４００ＫＨｚの
高周波電源１０からなっており、被加工物６を配置する
下部電極３が高周波電源１０の高圧側１１に接続され、
上部電極２および高周波電源１０のアース側１３は接地
されている。
なお、本装置で用いている排気速度調節弁９は、反応槽
１内のガス圧を調節するのに便利なため使用しているだ
けで、本発明によるガスプラズマ食刻装置においては本
質的に必要なものではない。
次に、本装置を用いてガスプラズマ食刻を行なう場合の
一例を述べる。
Ｓｉ基板４の上に被食刻層であるＳ ｉ０ ２被模５を
形成し、その表面をホトレジスト被膜２７により選択的
に覆われた被加工物６を高周波電力が印加される下部電
極３上に配置する。
ガス導入管８よりＣＨＦ３ガスを２４ｃｃ／分の割合で
反応槽１内に導入しながら真空ポンプ７で排気し、排気
速度調節弁９で排気速？を調節して反応槽１内のガス圧
を６０ｍＴｏｒｒに制御する。
次いで高周波電源１０より高周波電流で２．５Ａに相当
する高周波電力を下部電極３に印加してプラズマを発生
させ、ＳｉＯ被膜５のホトレジスト被膜２７で覆われて
いない部分を食刻する。
これにより２８０Å／分のＳｉＯ２被膜の食刻速度が得
られ、また、ＳｉＯ被膜が完全に食刻・除去された後は
Ｓｉの食刻速度がほとんど零であるから、それ以上は食
刻が進まなくなり、下地層のＳｉが不本意に食刻される
ことがない。
以上、詳述したように、本発明による平行平板形ガスプ
ラズマ食刻法、すなわち、周波数１０ＭＨｚ以下の高周
波電力を用い、被加工物を配置した電極側に高周波電力
を印加してプラズマを発生させ、食刻処理を行なうよう
にした平行平板形ガスプラズマ食刻装置を用いることに
より被食刻層の食刻速度を実用上十分な大きさに保ちな
がら被食刻層と下地層の食刻速度比を大きく得ることは
明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基礎となる実験に用いた平行平板形ガ
スプラズマ食刻装置の概略図、第２図は食刻ガスとして
用いたＣＨＦ３ガスを陰極結合法および陽極結合法によ
る高周波電力印加でプラズマ化し、ＳｉおよびＳｉＯ被
膜を食刻した時のそれぞれの食刻速度および食刻速度比
のＣＨＦ３動作ガス圧依存性を示す図、第３図は高周波
電力の周波数として４００ＫＨｚおよび１ ３， ５
６ ＭＨｚを用い、それぞれ、陰極結合法で高周波電力
を印加し、食刻ガスのＣＨＦ３ガスをプラズマ化してＳ
ｉおよびＳｉＯ２被膜を食刻した時のＳｉおよびＳｉＯ
食刻速度および食刻速度比のＣＨＦ３動作ガス圧依存性
を示す図、第４図は高周波電力の周波数として２ＭＨｚ
および１ ３． ５ ６ ＭＨｚを用い、それぞれ、陰
極結合法で高周波電力を印加し、食刻ガスのＣＨＦ３ガ
スをプラズマ化し、Ｓ ＩおよびＳ ｉＯ，被膜を食刻
した時のＳｉおよびＳ ｉ０２の食刻速度および食刻速
度比のＣＨＦ３動作ガス圧依存性を示す図、第５図は本
発明の一実施例を説明するために用いた平行平板形ガス
プラズマ食刻装置の概略図を示す。 １・・・反応槽、２，３・・・平板状電極、４・・・下
地層、５・・・被食刻層、６・・・被加工物、７・・・
真空ポンプ、８・・・ガス導入管、９・・・排気速度調
節弁、１０・・・４００ＫＨｚ高周波電源、１１・・・
高周波電源の高圧側、１２・・・切換スイッチ、１３・
・・高周波電源のアース側、１４．１７，２０．２４・
・・Ｓｉの食刻速度曲線、１５，１８，２１ ，２５，
３０・・・８１０２の食刻速度曲線、１６，１９，２２
，２６，３１・・・ＳｉＯ２／Ｓｉ食刻速度比曲線、２
３・・・１ ３． ５ ６ ＭＨｚ高周波電源、２７・
・・ホトレジスト被膜、２８・・・２ＭＨｚ高周波電源
。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 平行平板形ガスプラズマ食刻法に於て、周波数１０
    ＭＨｚ以下の高周波電力を用い、高圧側の高周波電極に
    近接して被加工物を置くようにしたことを特徴とするガ
    スプラズマ食刻法。 ２ 被加工物がシリコン上の酸化シリコン被膜からなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスプラ
    ズマ食刻法。
JP54163006A 1979-12-12 1979-12-12 ガスプラズマ食刻法 Expired JPS5813625B2 (ja)

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JPS6116825U (ja) * 1984-07-03 1986-01-31 コバル電子株式会社 ロ−タリスイツチのコ−ド板
JPS61126393U (ja) * 1985-01-21 1986-08-08
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