JPS61240635A - ドライエツチング方法 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明はウェハ上のシリコン酸化膜をエツチングするド
ライエツチング方法に関するものである。

←）従来の技術 反応性イオンエツチングなどのドライエツチング方法は
エツチング後の膜形状がエツチング液を利用するウェッ
トエツチング法に比べて異方性に優れていることから集
積回路装置の製造工程中に導入されている。例えばシリ
コン（或いはガリウム砒素などの化合物半導体）ウェハ
上のシリコン酸化膜をエツチングする場合では、シリコ
ン酸化膜とシリコン若しくはガリウム砒素ウェハの選択
性はウェットエツチングに比べ非常に悪く、これを解決
するために従来技術では水素などの添加ガス混合比を大
きくすることによって選択性全向上させていた。Ｊ　、
ｇｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　３００．１２６　（１９７
９）１４１９頁記載のＬ　、　Ｍ　、　Ｅｐｈｒａｔｈ
著、　ｌｌ５ｅｌｅａｔ、ｉｖｅ　Ｅｔｃｈ、ｉｎｇｏ
ｆ　５ｉｌｉｏ。

ｎ　Ｄｉｏｘｉａｅ　　Ｕｓｉｎｇ　Ｈｅａｏｔ：ｔｖ
ｅ　　Ｉｏｎ　　Ｂｔｏｈｉｎｇ　　ｗｉｔｈ　　０Ｆ
４−Ｈ２（ＯＦ４−Ｈ２ｆ有する反応性イオンエツチン
グを使用するシリコン酸化物の選択エツチング）“参照
。しかし、この方法ではエツチング速度の低下があり、
加えて水素濃度の大き過ぎにより被エツチング物質表面
全体にポリマ層が形成されていた。

また０反応性イオンエツチング及びプラズマエツチング
方式では異方性が良いとは言え反応性ガスを用いる限り
分子ラジカルなどによる化学反応が存在するためにある
程度の等方性は避けられない。これより加工精度は０．
５μｍ〜１．０μｍが限界であり、特にプラズマエツチ
ング方式では異方性が達成できない場合も多い。これを
解決する為に従来から１反応性イオンビームエツチング
やイオンミリングなどの方式が用いられてきたが、これ
らの方式では物理的スパッタ効果が旨くその結果として
被エツチング物質層間の選択性が劣ることになる。すな
わち、Ｗ方性を高めると選択性が低下し、逆に選択性を
高めると異方性が低下する。

これは広く知られた事実であり、従来技術ではその解決
法が存在しなかった。

例えばシリコン上の酸化シリコン膜（以下Ｓ１０□７ｓ
ｉと示す）にＯＦ、ガスを用いてエツチングを行なうと
する。

ＯＦ、はプラズマ状態でＯＦ、　、ＯＦ；をＳＩＱ、／
Ｓｉのエッチャントとして発生し、それ故Ｓ　ｉ　Ｏ２
／　８１のエツチングではＣＦ３＋、０Ｆ３−によりそ
の機構が決定される。これらのエッチャントとＳ１０．
の反応ば（１）式の様に書ける。

’ＯＦ３＋ＳｉＯ，−＋　　８１Ｆ’ｒ（ｇａ、ｓ）＋
００（ｇａｓ）すなわち、ＯＦ、がＳ１０．に吸着され
る確率が高い程、Ｓｉｎ、のエツチング反応は活性化し
エツチング速度は速くなる。

一方、Ｏ，Ｆ、エッチャントと８１との反応は（２）式
の様に書ける。

−ＯＦ’、　＋Ｓｉ　−＋　ＳｉＦ、　（ｇｏ、ｓ）＋
−０（ａ、ａｓ）・・・・・・（２） （２）式より８１のエツチング反応終了後には必ず炭素
のポリマ層が残り、これが保穫膜となりＳｌのエツチン
グの進行を防ぐように作用する。すなわち、ＯＦ、エッ
チャントの吸着確率が大きい程。

Ｓｌのエツチング速度は遅くなる。しかしながら。

現実にはＯＦ、エッチャントの吸着量が少ない為に炭素
ポリマ層は薄い。そのため、イオン及び電子の物理的な
スパッタ効果による除去や、弗素原子との再結合による
除去が生じ、炭素ポリマ層はエツチングの保護膜となり
得す、Ｓｉのエツチング反応の進行を阻止できない。こ
れがＳｉＯ□／Ｓ１で高い選択性を得られない要因であ
る。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり。

半導体ウェハ上のシリコン酸化膜を高選択性及び高異方
性を呈するようにエツチングするドライエツチング方法
を提供しようとするものである。

に）問題点を解決するだめの手段 本発明は支持基板上にシリコン酸化膜を表面に有するシ
リコン若しくは化合物半導体材料よシなるウェハを載せ
、該クエへの前記シリコン酸化膜上に該シリコン酸化膜
に対して実質的に垂直に反応性ガスを付与して該どリコ
ン酸化膜をエツチング グするドライエラチン方法において、前記ウェハは０３
℃以下に保持されていることを特徴とするドライエツチ
ング方法である。

ウェハを０１℃以下に保持するにはこのウェハを載置す
る試料台を該試料台内部に液体窒素などの蒸気を循環さ
せて冷却することによシ達成できる。

（ホ）作　用 本発明は被エツチング物質である酸化シリコン膜を有す
るクエへをエツチング動作中に０１℃以下に冷却してい
るので、酸化シリコン膜内にエツテヤンｉ十分に吸着さ
せてエツチングを促進させるとともにウェハ上に該ウェ
ハのエツチングを阻止する保咥膜を確実に形成させてウ
ェハと酸化シリコン腺とのエツチングの選択性を高めて
いる。

又１反応性ガスの進行方向に垂直に対面する酸化シリコ
ン膜へのエッチャントの吸着量の増加によりエツチング
が促進され、それに応じて高い異方性を実現できる。

（へ）実施例 本発明方法を実施するため、高効率冷却機構とイオン、
電子照射機構を持つドライエツチング装置を用い、この
装置の反応室内を高真空に排気した後、被エツチング物
質ｆ　（１’Ｃ以下まで冷却し。

その後、炭素原子及び弗素原子を含む反応性ガス（ａＦ
ｔ　　）ｉ、支持板上に載置したウェハ表面の酸化シリ
コンＩ＋’／Ｃに実質的に垂直に付与してエツチング処
理を行なう。第１図は上記装置の模型図を示し、（１）
は反応炉、（２１はアノード、（３）は支持基板。

（４）はウェハ、（５）は高周波源（６）からのパワー
を受けるカソード、（７）はウェハ（４）を冷却するだ
めの液体窒素の併給階、、　（８）（９）は反［ｒ炉（
１）内に導入される反応性ガス（ＯＦ、、Ｈ，）を格納
するタンク、　（Ｉｎ）はパルプである。０ＢＡＥウエ
ハ上に酸化シリコン膜を付設しこの酸化シリコン膜の一
部を選択的に上記反応性ガスを用いてエツチングする条
件として、高周波電力を１３．５６ＭＨｚで２３Ｗ／ｆ
ｆｌ。

ガス圧力？［１，０５）−ル、又エツチング物質温度を
一５０℃にそれぞれ選定した場合１選択比４００℃を超
えると十分な選択比が得られなくなる。

第３図は酸化シリコン膜のエツチング速度の対圧力特性
を示し１図示の特性■）（Ｑ）はウニハラ−５０℃に冷
却した場合とこのような冷却を施こさない場合を示して
いる。冷却時のエツチングスピードは約２倍になる（Ｏ
Ｆ４の７０−レートは３３　Ｃａ２分）。

他の実施例としてウェハ材をシリコン単結晶として、上
記と同じ条件で選択性を調べたところ。

５〜１０程度の選択比を得ることができた。これは、ウ
ェハ材を冷却水で冷却する従来例では選択性が得られて
いないのに比べて評価できる。

（ト）発明の効果 本発明は被エツチング物質であるウェハ上の酸化シリコ
ン膜を選択的にドライエツチングするときにウェハを十
分低温（０℃以下）に設定して。

酸化シリコン膜中へのエッチャントの吸着ｌを増大させ
酸化シリコン膜のエツチングを促進させると共に、ウニ
八表面にエツチングを阻止する膜の形成を促進させるよ
うにしているので、エツチングの選択性を大巾に改善す
ることができる。又。

エッチャントを垂直に受ける酸化シリコン膜のエツチン
グが促進される結果として反応性ガスの進行方向に平行
な側面へのエツチングとの比、即ち異方性をも改善でき
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明方法を適用するエツチング装置の模型図
、第２図は被エツチング物質の選択比の温度特性図、第
３図はエツチング速度の圧力特性図である。 （３）・・・支持基板、（４）・・・ウェハ、（１）・
・・反応炉。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持基板上にシリコン酸化膜を表面に有するシリ
   コン若しくは化合物半導体材料よりなるウェハを載せ、
   該ウェハの前記シリコン酸化膜上に該シリコン酸化膜に
   対して実質的に垂直に反応性ガスを付与して該シリコン
   酸化膜をエッチングするドライエッチング方法において
   、前記ウェハは０℃以下に保持されていることを特徴と
   するドライエッチング方法。