JPS60115231A - 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

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JPS60115231A
JPS60115231A JP22203883A JP22203883A JPS60115231A JP S60115231 A JPS60115231 A JP S60115231A JP 22203883 A JP22203883 A JP 22203883A JP 22203883 A JP22203883 A JP 22203883A JP S60115231 A JPS60115231 A JP S60115231A
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久礼 得男
Yoshifumi Kawamoto
川本 佳史
Hiroshi Kawakami
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明はエツチング方法に係り、特にSi、 N4の高
精度加工に好適なドライエツチング方法およびこれに用
いる装置に関する。
〔発明の背景〕
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。
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
板形の反応性スパッタエツチング装置に、CF4 t 
CF4 +OI2.SF6.CHF3゜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+O,やさらにこれにCBrF 3を添
加したガスを用いた場合には、Sun、に対しSi3N
4 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った。また、反応性スパッタエ
ツチング装置にCHF3やCF4+H2,ガスを用いた
場合には、St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、5in2 に対する選択性が得られな
いという問題があった。
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Sin、であることが多いので、Sin、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。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記問題を解決し、Sin、やStに
対し高選択でかつ異方性でかつ異方的な、Si3N4 
の高精度ドライエツチング法を提供することにある。
〔発明の概要〕
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って、S
i3N4 の高選択、異方性エツチングを実現するもの
である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
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
の反応性スパッタ装置であり、第2図に示したように、
真空容器l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ェーハ4を置き、RF電源5によっ
て発生させたプラズマ6にウェーハ4をさらすことによ
ってエツチングを行なう。なお、電極2,3の直径は約
50 cm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Cl2FI2 をがス導入口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
13.56 M HZ とし、マツチングボックス13
を経てウェーハ側の電極3に電力を印加した。RF電力
0.3W/cTl、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30 n m/minの速度でエツチングされ、一方
、5inQ とSiのエツチング速度は1 n m /
 win以下であった。つまり、Sin、やStに対す
る選択比は30以上であった。
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Si3 N4 が加工された。
CIl、 F2 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って上記のような
高選択性が得られる。堆積物はウェーハ表面の分析の結
果、C,H,Fから成る物質であり、Siヤ5i02 
上に比べSi3N4 上にはあまり堆積しないことがわ
かった。ただし、ガス流量が40cc/win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、StやSin、のエツチング速度が大き
くなり5j4N4の選択エツチングができなくなった。
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、
反応性スパッ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った。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って、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、反応性スパッ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、ウェーハ側の電極面積と電
圧をA1.V、とじ、他方の電極のそれらをA2.V、
とすると、V、/va = (A2 / AI ) ”
 トなる。ココテ、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、ウェーハ側の電極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/A
t )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によっ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/A、)が
1〜4の構造でエツチング特性を調べるここで、Si3
 I4 エッチ不可とは堆積物が生じエツチングできな
かったことを示す。また電極面積比1/2.l/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
ェ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ってしまうこと、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10 c c/II+in 、ガス圧力4Pa
、RF電力0.3 W/dT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ってくるが、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った。したがって、電
極面積比1〜2の範囲がC112F2 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、ウェ
ーハ4を汚染及び塵埃から守るためや、石英を洗浄して
装置内を清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
二重購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CI、 FQ ガスを用いたがC)I3F
ガスを用いても同様なエツチング特性が得られた。
第3図はCHz F4−、 x (X = O〜3 )
の一連の組成ガスについて、第2図の装置を周動)て、
ガス流量10 c c/min 、ガス圧力4Pa、R
F電力0.3W/airの条件での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力〜ってSi
3 I4 のエツチング速度が低下する力1、Sin、
2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、CI2 F+
2 を用いても、なおかつ20倍以上の大きな選択比で
Si、I4 を異方的にエツチングできた。
Cl3Fの方がCl2FQ よりも堆積物を生じ易し1
傾向にあるが、実施例1で述べた電極面積依存性lマは
ぼ同様であった。
エツチングガスとしては、この他にCHF3ガスタ 1
14 F、などを用いても類似の結果が得られた。した
がって、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OQやNg、I12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I2の混合ガスを用
いても、比較的良いSi3N4の選択エツチングが可能
であった。
第4図はCF4へのI2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、I2混
合率が50%以上では5in2 やStに対しSi3 
I4 を5倍以上速くエツチングできている。つまり、
H,2の多い条件下でCF系のガスを用いるとCl2F
Q やCH3Fに近いエツチング特性を得ることが可能
である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、Si3N4を5i
n2 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Sin、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。したがって、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。
【図面の簡単な説明】
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
ェーハ、5・・・RF電源、6・・・プラズマ、7,8
・・・石英板、9・・・石英円筒、10・・・ガス導入
[」、11・・・円筒排気口。 ′jPJl 図 第 Z 図 ′fJ3 図 エゾチンク゛力°°ヌ、 χ 4 図 Hz/(CFt、十Hz) (’/、)(Hz シ?に
イ=ン・率 、)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、対向する電極の一方に被エツチ物を置き1反応ガス
    の存在において放電によって上記被エツチ物をエツチン
    グする方法において、上記被エツチ物を置いた上記電極
    と他方の上記電極の面積の比をほぼ0.5〜1 とし、
    C,HおよびFを含みF対Hの比が2以下であるガスを
    上記反応ガスとしてチツ化シリコンをエッチすることを
    特徴とするエツチング方法。 2、上記反応ガスはco、rおよびまたはC11QFQ
    である特許請求の範囲第1項記載のエツチング方法。
JP58222038A 1983-11-28 1983-11-28 平行平板形ドライエッチング装置 Expired - Lifetime JPH0722149B2 (ja)

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