JPS5855568A - 反応性イオンエツチング方法 - Google Patents

反応性イオンエツチング方法

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JPS5855568A
JPS5855568A JP15148781A JP15148781A JPS5855568A JP S5855568 A JPS5855568 A JP S5855568A JP 15148781 A JP15148781 A JP 15148781A JP 15148781 A JP15148781 A JP 15148781A JP S5855568 A JPS5855568 A JP S5855568A
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etching
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gas
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Masahiro Shibagaki
柴垣 正弘
Toru Watanabe
徹 渡辺
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリコンやシリコン化合物等を効果的にエツ
チングすることのできる反応性イオンエラチン!方法に
関する。
゛近年、IC等の製造プロセスでは、微細な・ぐターン
を形成するために反応性イオンエツチング方法が用いら
れている。この反応性イオンエツチング方法は、エツチ
ング室内に対向配置された一対の平行平板電極間に高周
波電力を印加すると共に、エツチング室内に反応性ガス
を導入し、上記各電極間にグロー放電を生起して被エツ
チング物をエツチングするものである。すなわち、高周
波電力が印加された電極(;は、電子とイオンとの易動
度の差+:4づき電位が降下し亀の自己)ぐイアスが生
じる。この亀の自己バイアスは陰極降下電圧と称され、
接地電極から計ってVdcで示される。エッチャントで
あるプラズマ中の正イオンは陰極降下゛電圧Vdclニ
ーより加速され、被エツチング物を照射しこれと反応し
てガス化され、これによって被エツチング物がエツチン
グされることになる。
ところで、このような反応性イオンエツチング方法を行
なう場合、エツチングすべき被エツチング物の材質によ
りどのような反応性ガスを選択するかが重要な問題とな
る6例えば、被エツチング物としての酸化シリコン(8
10,)にコンタクトホールを形成する場合にはcy、
+H3′やCHF、等を用いればよいが、この種の反応
性ガスではシリコンクニー八或いは電極配線材料として
多用される多結晶シリコンをアンダーカツトなくエツチ
ングすることは困難である。
しかも、他の下地材料となる8108等に対して十分な
エツチング速度比を得ることはできない。
そこで、反応性ガスとして曳く知られているC I! 
4 + 0 * ’F’ CF a + Cj m等モ
試ミラレタが、この場合CI!4を用いることになりC
F 4  →CFs  十F  (ラジカk)+ 6−
なる解離によって生じた反応性の強いF のため、高い
圧力下(大気圧に近い圧力下)ではアンダーカットを引
き起こす。また、F の影響を軽減するため低い圧力下
でCF、  によるエツチング反応を進行させると、シ
リコン表面上にCが堆積し残液物が生じるし、さらに8
10.に対するエラ牛ング速度比も低下する等の問題を
招いた。
そこで本発明者等は、CF、Brが放電するとB「が解
離しrが発生し峻いと云う従来公知の現象に着目し、8
1のガス化により余した上記CをOF、BrのBrとC
F、BrcD他&:導入したrを発生しないハロ27分
子1例えばC7,により積極的にガス化することにより
、比較的高い圧力下でもイオン性のエツチングを行なう
ことを可能にした。しかしながら、1記混合ガス(CF
、Br +C)、)を不純物がドープされたシリコンの
エツチングガスとして適用した場合、圧力、流量および
流量比等を適正な条件1:設定しでも、アンダーカツト
や残渣の発生を確実に防止するまでには至らなかった。
これは、上記エツチングガスの構成原子が種々あり、エ
ツチング室や残留ガスの状態変化等により、各々の原子
の解離度が変化するためにエツチング特性の信頼性が低
下したものと判断される。
本発明は1紀事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ν9コンやシリコン化合物をアンダー
カットなく、かつ残液の発生なくエツチングす予ことの
できる反応性イオンエツチング方法を提供することにあ
る。
まず、本発明の詳細な説明する。本発明は。
エツチング室内に対向配置された平行平板電極間に高周
波電力を印加すると共に、エツチング案内に反応性ガス
を導入して上記各電極間に放−プラズマを生成し、この
プラズマによってVリコン或いはシリコン化合物をエツ
チングするに際し、上記反応性ガスとしてCj、とHl
との混合ガスを用いるようにした方法である。すなわち
、エツチングガスとして単一のハロ27分子であるc、
1.、ガスな用い、放電により生成されたCJ とCi
  (ラジカル)のうち、アンダーカットの原因となる
CJ  を、す、の導入により H−4−CJ → HO2 の反応で積極的に除去し、高い圧力下でも高信頼性を有
したイオン性のエツチングを可能とした方法である。し
たがって本発明によれば、アンダーカットおよび残渣の
発生を未然に防止でき前記した目的を達成することがで
きる。
以下1本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
I’l1図は本発明の一実施例方法に使用したドライエ
ツチング装置を示す概略構成図である。
図中1はエツチング室を構成する真空容器(チャンバ)
であり、このチャンバ1内には上部電極2および下部電
極Jからなる平行平板電極が配置されている。上部電極
2は直接チャンバ1に取着され接地されており、下部電
極3は絶縁物4を介してチャンバ1に取着されている。
そして、これら電極2,2間には、マツチングがツクス
5を介・して高周波・電源eが接続されている。また、
高周波印加の下部電極3土にはカーIン板1を介して試
料8が載置されるものとなっている。
一方、前記テヤンノぐ1には反応性ガスを導入するため
のガス導入口1aおよびガス排気口1bが設けられてい
る。なお1図中9,10はそれぞれ前記゛電極J、jを
冷却するための冷却Jイブを示している。
このような装置を用いガス導入口1mからCj ! +
 H*混合ガスを導入すると共に1.fス排気ロ1bか
らこの混合ガスを排気しながら電極2.3間に高周波電
力を印加してダロー放電を生起させた。ここで、上記試
料8としては第2図に′示す如きシリコンクエバ11上
に熱酸化シリコン11I(810,膜)12およびPド
ープ多結晶シリコン膜13を堆積し、さらにこの多結晶
シリコン膜13上Cニレジスト14からなるレジストツ
ヤターンを形成したものを用いた。また。
このときの高周波電力は400(W)、周波数は18.
56(MH菖〕、Cjl流量は40 (8CCM )。
Ht / c j、流量比は40〔%〕に設定した。そ
して、前記レジスト14をマスクとして多結晶シリ、コ
ン膜13を選択エツチングしたところ後述するような結
果が得られた。
第3因は導入ガスとしてCI、+■、を用いH*/Ct
、流量比に対するPドープ多結晶シリコン、単結晶シリ
コンおよび酸化シリコンの各エツチング速度を示す特性
図である。なお、−/C4,fl量比の他の条件、一つ
まり高問波罐力、エツチング圧力等は実施例と同様にし
て測定した。
第3図中曲線人はPドープ多結晶v9コン、曲線Bは単
結晶シリコン、曲線Cは酸化シリコンのそれぞれのエツ
チング速度を示している。単結晶シリコンのエツチング
速度はHJCJ、flt量比に関係なく略一定であり、
酸化v9コンのエツチング速度はH3流量の増加に伴い
僅かながら単一に増加している。一方、Pドーグ多結晶
シリコンのエツチング速度はH3流量の増加に伴い減少
しているのが判る。
第1図で示したエツチング特性については。
そのエツチング機構から次のように説明することができ
る。F (ラジカル)は単結晶シリコンや多結晶シリコ
ン中の8iと容易に反応しアy〆一カットの原因となる
が、CI (ラジカル)はこれらの81とは全く反応し
ない。しかしながら、Pドープ多結晶シリコン中のPと
反応してPCJ、或い□はP、Cj、を形成し、その結
果Pドーグ多結多結晶シリコン中iの〆ンダツンダがン
ドが生じる。そのために81はCjと反応し易くなる。
すなわち、不純物を含まないシリコンはエツチングガス
としてCJI、を用ればアンダーカットは生じないが、
P等′の不純賛、 物を含むシリコンではCI との反応によりアンダーカ
ツトが生じ易くなる。
H,ガスの添加によりCI はHCjとしてエツチング
室外に排気される。このため、Pドーグ多結晶シリコン
のエツチング速度はH,tll量の増加に伴って減少し
、最終的には単結晶シリコンのそれと同等の値を示すよ
うになる。酸化シリコンのエツチング速度がH2流量(
二比例して増加するのは、H8添加により陰極降下電圧
が増大することに起因すると考えられる。
第4図(M) (b)は前起第2図に示した試料を異な
るHt / CAs流量比でエツチングしたそれぞれの
エッチンググロファイルを示す図である。第4図(a)
は前記第3図に示す曲線五〇a3点、つまy 1 o 
O(%)Cj*でエツチングした状態である。この図か
ら明らかなようCPドープ多結晶シツコン膜11にアン
〆一カットカを生じてI/)る第V図(b)は上記曲線
人の13点、すなわち本実施例と同じH*/Cj*流量
比40〔%〕でエツチングした状態である。この図から
明らカミなようにアンダーカットもなく垂直なエツチン
グ壁カニ得られている。しかも、下地の熱酸化シリコン
膜12には残渣もなく、そのエツチング面も非常に滑ら
かであった。つまり、i述した条件の本実施例方法によ
れば、Pドープ多結晶シリコン膜IJであっても効果的
にエツチングすることができる。なお、このときのPド
ープ多結晶シラコン膜13とStO,膜12とのエツチ
ング速度比は100〔%〕C!、ガスの場合より小さい
ものの十分な値であった。また、第5図は従来のエツチ
ングガス、例えばCを含むガスとしてC(、#4により
前記試料8をエツチングした状態を示したもので、アン
ダーカットは生じていないが、熱酸化シラコン膜12の
表W11:多くの残渣15が見られた。
したがって1本実施例方法のようにH* / Cj*流
量比を40〔%〕程一度にしてエツチングを行なえば、
被エツチング物としてのPドープ多結晶シリコン化合物
にアンダーカツトや残渣等が発生するのを防止すること
ができ、信頼性の高いエツチングを行ない得る。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、〜前記被エツチング物としては、Pドーグ
多結晶νツコンに限るものではなく、不一物のドープさ
れたVリコス或いは不純物のドープされていないシリコ
ンにも適用できる。さらに、シリコン化合物に適用する
ことも可能である。また、H*/Cjm19i量比は4
0〔%〕に限定されるものではなく、仕様に応じて適宜
定めればよい。ただし、残渣の発生を防止する点から見
ると不純物を含むシリコンの場合、上記H、/ Cノ、
流量比は20(%〕以上とすることが望ましい。
また、実用化に際しては装置内の金属材料による汚染を
防ぐために、C10@ C@ P @等のC−?系ブス
にH3を加えたガスで予めグロー放電させることにより
、弗素樹脂系高分子膜を陽極金体に堆積させたのち1本
発明方法を実施するとよい。
また%前記実施例方法に使用したドライエツチング装置
はこれに限定されるものではなく、適宜変更できるのは
勿論のことである。その他。
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例方法に使用したドライエツチ
ング装置を示す概略構成図、第2図は上記実施例方法で
使用した試料を示す図、@3図および@4図(a)(b
)はそれぞれ上記実施例の作用を説明するためのもので
第3図はPドープ多結晶シリコン、単結晶シリコンおよ
び熱酸化シラコン膜のH* / Cj 型床量比に対す
るエツチング速度を示す特性図、第4図(mHb)は上
記試料のエッチンググロファイルを示す断面図、第5図
はV前例として従来のCCj、ガスを用いて試料をエツ
チングした場合のエツチングfaファイルを示す断面図
である。 11・・・シリコンクニー八、12・・・シリコン酸化
膜(840,)、IS・・・Pr−!多結晶シラコン膜
、14・・・レジスト、15・・・残渣。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦津1図 才2図 才3図 ;1− 0    20    40    60    80
    100H/2. (”/e )  − 矛4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エッチング室内に対向配置された平行平板電極間
    に高周波電力を印加すると共に、該エッチング室内に反
    応性ガスを導入して上記各電極間にプラズマを生成し、
    このプラズマによってシリコン或いはシリコン化合物を
    エツチングするに際し、前記反応性ガスとして塩素と水
    素との混−合ガスを使用することを特徴とする反応性イ
    オンエツチング方法。
  2. (2)  IQ記反応性ガスとしての塩素および水素の
    流量比は、水素流量が塩素流量の10(%〕以上である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の反応性イ
    オンエツチング方法。
JP15148781A 1981-09-25 1981-09-25 反応性イオンエツチング方法 Granted JPS5855568A (ja)

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JPH0251987B2 JPH0251987B2 (ja) 1990-11-09

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS619839A (ja) * 1984-06-26 1986-01-17 Mitsui Toatsu Chem Inc 光学的記録及び再生方法
JPS61214524A (ja) * 1985-03-18 1986-09-24 エヌ・ベー・フイリツプス・フルーイランペンフアブリケン 半導体デバイスの製造方法
AT387989B (de) * 1987-09-01 1989-04-10 Miba Gleitlager Ag Vorrichtung zur behandlung von als kathode geschalteten innenflaechen von gegenstaenden durch ionenbeschuss aus einer gasentladung
US4992134A (en) * 1989-11-14 1991-02-12 Advanced Micro Devices, Inc. Dopant-independent polysilicon plasma etch

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS619839A (ja) * 1984-06-26 1986-01-17 Mitsui Toatsu Chem Inc 光学的記録及び再生方法
JPS61214524A (ja) * 1985-03-18 1986-09-24 エヌ・ベー・フイリツプス・フルーイランペンフアブリケン 半導体デバイスの製造方法
AT387989B (de) * 1987-09-01 1989-04-10 Miba Gleitlager Ag Vorrichtung zur behandlung von als kathode geschalteten innenflaechen von gegenstaenden durch ionenbeschuss aus einer gasentladung
US4992134A (en) * 1989-11-14 1991-02-12 Advanced Micro Devices, Inc. Dopant-independent polysilicon plasma etch

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