JPS61258433A - エッチングの方法およびエッチング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は材料基板のドライエツチング方法に係Ｌ’Ｆｉ
）に深さ制御に優れた異方性エツチングの新規な方法に
関する。

〔発明の背景〕

半導体のドライエツチング法では従来プラズマ化学エツ
チング、スパッタエツチング、などが知られている。こ
れらの利用している物理的な現象を簡単に説明すると、
スパッタ法については第１図に示す如く、被エツチング
物（以下基板と称す）１０に高エネルギー粒子ｌｌを照
射し、その運動エネルギーを基板に与えることによって
基板の構成元素の結合を切断し、その構成元素の原子あ
るいはクラスター１２の形で基板１０よシ離脱するとい
う効果の繰り返しであると考えることができる。高エネ
ルギー粒子１１は加速されたイオン流の形で与えられる
か、プラズマ中の高速イオンを利用することが行われる
。

一方、プラズマ化学エツチングは、基板表面での化学変
化を利用し１．基板の構成元素を含む、よシ揮発性の低
分子化合物を生成させることによってエツチングを進行
させるものである。

これら従来の方法では、エツチングの量すなわちエツチ
ング深さを制御するのに、供給する粒子の量、エネルギ
ーおよび時間という因子を利用していた。具体的に説明
すると、プラズマを形成するための外部条件、すなわち
、圧力、投入電力等を調整することにより、基板に入射
する反応種の量を定常的に保ち、照射時間を変えること
により。

所望の深さのエツチングを行っていた。このような従来
の技術として、特開昭５５−６１０２７号公報に開示さ
れたものがある。

しかし、半導体集積回路が微細になり、極めて微小な凹
凸を形成する目的には従来の方式では次の様な困難な点
が出てきている。

まず、微細なパターンをアスペクト比を大きく加工する
ため、加工表面積の変化が大きく、ローディングエフェ
クトと呼ばれる加工面積依存性がでてきて１例えばエツ
チング深さが時間に比例しなくな＃）、加工深さの制御
が困難になる。さらにこの効果はパターンの粗な領域と
密な領域とで差があシ、ウェーハ加工の均一性も損われ
る。まｔ１加工深さのモニターも加工穴が深くなるに従
い困難となるなどの問題点もある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の方式に付随するかかる問題点を
解決し、パターンの粗細に拘り無く高精度のエツチング
加工が可能で、特に深さ方向の加工制御性に優れ几新規
な方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明によるエツチング方式は、高エネルギー粒子が半
導体表面に照射されたときに生ずる損傷層の厚さの再現
性と、損傷層のエツチング速度が増加するという現象を
組み合わせ、高エネルギー粒子の照射と損傷層のエツチ
ング除去と繰り返すことによって所望深さのエツチング
加工を行なうという原理に基づく。

本発明による他のエツチング方式はハロゲンが注入され
た半導体基板のスパッタ速度が著るしく増大するという
現象を利用し、ハロゲン元素を注入する工程と、スパッ
タエツチングによるハロゲン注入層の選択的除去を繰り
返して行うことＫよって所望のエツチングを達成すると
いう原理に基づく。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を示す。

実施例１ 第２図は本発明のエツチング方式を実施する几めに用い
た装置の断面模式図である。３室構成の真空装置であシ
、イオン照射室２１．プラズマエッチ室２２、及び中間
室２３より成る。中間室２３はスリット２４．２４’を
有する隔壁２５゜２５′により形成される空間で、イオ
ン照射室２１及びプラズマエッチ室２２とを分離し、差
動排気することによって画室の圧力差を保ち、かつプロ
セス間の干渉を防いでいる。エツチングを施す試料であ
る３ｉ基板２６．２６’は回転円板２７にマウントされ
、回転円板２７の回転に従ってイオン照射室２１及びプ
ラズマエッチ室２２の間を交互に通過する。イオン照射
室２１ではイオン源２８で形成されたイオンが加速され
て試料３ｉ基板２６に照射される。また、プラズマエッ
チ室では対向電極２９と回転円板２７との間に印加され
ｔ高周波で形成されるプラズマにより、試料３ｉ基板２
６′がエツチングされる。

ここで、本発明のエツチング方式について第３図を用い
て説明する。

第３図（イ）においてＳ　Ｓｔ基板３１の上には開口部
３２を有するマスク材３３が形成されている。イオン照
射室において適当なエネルギーに加速されイオン３４が
、基板表面に照射されＳＳｔ基板３１の開口部表面領域
に、はぼ照射イオンの飛程に等しい深さΔｔの損傷層３
５が形成される。

次に、この様な損傷層の形成された基板５ｉ３１をプラ
ズマエッチ室に導入し１例えばＣＦ　４　＋　０　鵞の
如きエツチング性ガスプラズマに曝すと、第３図ｃ口）
に示すように、損傷層のみがエッチされる。これは、損
傷層には多くの原子結合切断箇所が含まれるため、エツ
チング反応がきわめて早くなり容易にエツチングされる
が、損傷層が除去されて損傷を受けない部分が露出する
と、急激にエツチング速度が低下するため、損傷を受け
た領域のみを選択的にエツチング除去することが可能と
なる定めである。同様な理由により、水平方向へのエツ
チングの拡がシもきわめて小さい。

損傷層が除去された基板５ｉａｘを第３図（ハ）に示す
如く、再びイオン照射を行なうと、開口部３２の領域に
再び深さΔｔの損傷層が形成される。

これを更にプラズマエッチ領域に曝すことによって、こ
の損傷層が除去され、都合２Δｔの深さだけ開口部３２
の８ｉがエッチされる。

この様な過程をｎ回繰り返すことＫよってｎΔｔの深さ
エツチングされる。第２図の装置においてはこのような
２つの工程を容易に繰り返すことができる様に工夫され
ている。−回当シのエツチング量Δｔが決定されれば、
Δｔを単位とし比倍数の深さの加工が、単に工程の繰り
返し数、すなわち回転円板の回転数によって制御できる
ため、きわめて優れた再現性を得ることができるし、ま
た。

ローディングエフェクトの影響も受けＫ〈いため、均一
性にも優れたエツチング加工が可能である。

次に本方式によってどの程度の制御が可能であるかにつ
いて述べる。

１回当シのエツチング深さΔｔはイオン照射により生ず
る損傷層の厚さにほぼ等しい。例えば照射イオンがＡｒ
”である場合のエツチング深さの例を第４図に示す。損
傷層の深さはイオンの加速エネルギーに依存するが、エ
ツチングされる深さはエツチングの条件によって異なる
究め、幅を有し、はぼ第４図の斜線で示す領域内で制御
することが可能である。高エネルギー照射は装置上も。

また制御の分解能の点からも望ましくはな（１通常は２
５ＫｅＶ以下で行うことが多い、エツチングの条件を一
定に保つことによって数−以下の精度でエツチング深さ
を制御することが可能である。

なお１本実施例では希ガスイオンを用いｔ場合について
説明し九が、損傷を与える目的のためＫは他のイオンで
も可能であり、残留しても基板の所望特性に悪影響の及
ばない物質であれば何を選択してもよい。とくにＳｉの
場合にはＳｉ及びこれの水素化物、弗化物等を用いるこ
とも有効である。さらＫよりエツチングの効果を増大さ
せるにはハロゲン系の元素を用いて有効である。

次に、本発明の他の実施例を示す。

実施例２ 第５図は本発明のエツチング方式を実施するために用い
た装置の断面模式図である。３室構成の真空装置でアシ
、イオン照射室２１％スパッタエッチ室２・２．及び中
間室２３よシ成る。中間室２３はスリット２４．２４’
−ｉ有する隔壁２５゜２５′により形成される空間で、
イオン照射室２１及びスパッタエッチ室２２とを分離し
、差動排気することによって両室の圧力差を保ち、かつ
プロセス間の干渉を防いでいる。エツチングを施す試料
である３ｉ基板２６．２６’は回転円板２７にマウント
され、回転円板２７の回転に従ってイオン照射室２１及
びスパッタエッチ室２２の間を交互に通過する。イオン
照射室２１ではイオン源２８で形成され几イオンが加速
されて試料Ｓｉ基板２６に照射される。また、スパッタ
エッチ室では別に設けられたイオン源２８′から１例え
ばＡｒイオン等を照射し、試料をスパッタエッチする。

ここで１本発明のエツチング方式について第６図を用い
て説明する。

第６図（イ）において、Ｓｉ基板３１の上には開口部３
２ｔ−有するマスク材３３が形成されている。イオン照
射室において適当なエネルギーに加速され九ハロゲンイ
オン３４が、基板表面に照射され、Ｓｉ基板３１の開口
部表面領域に、はぼ照射イオンの飛程に等しい深さΔｔ
の損傷層３５が形成される。この損傷層の中には多量の
原子結合の切断部及びハロゲン元素が含まれている。

次に、この様な損傷層の形成され九基板５ｉ３１をスパ
ッタエッチ室に導入し、例えばＡｒ”の如きイオン流に
曝すと、第６図（ｏ）に示すように、損傷層のみがエッ
チされる。これは、損傷層には多くの原子結合切断箇所
が含まれるため、エツチング反応がきわめて早くなり容
易にエツチングされるが、損傷層が除去されてノーロゲ
ン元素を含まない部分が露出すると、急激にエツチング
速度が低下するため、損傷を受けｔ領域のみを選択的に
エツチング除去することが可能となるためである。同様
な理由により、水平方向へのエツチングの拡がシもきわ
めて小さい。

損傷層が除去された基板５ｉ３１ｔ−第６図（）・）Ｋ
示す如く、再びノ・ロゲンイオン照射を行なうと。

開口部３２の領域に再び深さΔｔのノ１０ゲン元素を含
む損傷層が形成される。

これを更にスパッタエッチ領域に曝すことによって、こ
の損傷層が除去され、都合２Δｔの深さだけ開口部３２
のＳｉがエッチされる。

この様な過程＝ｉｎ回繰り返すことＫよってｎΔｔの深
さエツチングされる。第５図の装置においてはこのよう
な２つの工程を容易に繰り返すことができる様に工夫さ
れている。−回当シのエツチング量Δｔが決定されれば
、Δｔ′ｔ一単位とした倍数の深さの加工が、単に工程
の繰り返し数、すなわち回転円板の回転数によって制御
できるため、きわめて優れ九再現性を得ることができる
し、まｔ。

ローディングエフェクトの影響も受けＫくいため。

均一性にも優れ究エツチング加工が可能である。

次に本方式によってどの程度の制御が可能であるかくつ
いて述べる。

イオンがＣｌ３である場合のエツチング深さの例を第７
図に示す。損傷層の深さはイオンの加速エネルギーに依
存するが、エツチングされる深さはエツチングの条件に
よって異なるため、幅を有し、はぼ第７図の斜線で示す
領域内で制御することが可能である。高エネルギー照射
は装置上も、また制御の分解能の点からも望ましくはな
く１通常は２５ＫｅＶ以下で行うことが多い。エツチン
グの条件を一定に保つことによって数−以下の精度でエ
ツチング深さを制御することが可能である。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、エツチング深さを量
子化して制御することが可能であり、極めて均一性に優
れたエツチングを再現性よく実現することができる。ま
７ｔｓ最小最小制御上イオンの種類、及び加速エネルギ
ーを選ぶととＫよ〕、原子層レベルまで可能であシ、ま
た数ＩＱｎｍ単位とすることも可能である。

本発明の適用により半導体装置の微細加工精度が著るし
く向上し、工業上極めて有用な方式である。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板表面のエツチング過程を説明するための模
式図、第２図は本発明のエツチング方法を実施するのに
適した装置例の断面模式図、第３図は本発明の詳細な説
明するための基板断面模式図、第４図は本発明を適用し
た一例のイオン照射エネルギーとエッチ深さとの関係図
、第５図は本発明他のエツチング方法を実施するのに適
した装置例の断面模式図、第６図は本発明の他の方法の
原理を説明するための基板断面模式図、第７図は本発明
の他の方法を適用し九−例のイオン照射エネルギーとエ
ッチ深さとの関係図である。 ３１・・・基板、３２・・・マスク開口部、３３・・・
マスク、３４・・・照射イオン、３５・・・損傷層。 冨　１　図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　（ロンｔＺ図 （ハ）　　　　　　　　　　（ニ） １１↓↓↓↓↓↓↓↓↓Ｉ↓ 冨　４　図 ρ　　　　／θ　　　２θ　　　３ρ　　　４り　　　
５汐ＩｒｊｌＤＩＬエネルヤ’（ＫｅＴ） 茗！；″凹 Ｙ７目 ＾殻；ε＋　７０＆コニｊトルキ゛（にｃＹ）第Ｚ ｒ）ｒ） １１１１！ｆｉｌｌ！ＩＩＩ Ｃ）Ｘ） （℃す （ニ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、材料表面のエッチングにおいて、基板の所望領域に
   イオンを照射し、損傷層を形成する第１の工程と、上記
   損傷層を選択的にエッチング除去する第２の工程とを交
   互に繰り返し、エッチングの深さがその繰り返しの回数
   により制御されることを特徴とするエッチングの方法。 ２、第１の工程に用いられるイオンは希ガス元素水素、
   ハロゲンもしくはこれらを構成元素として含む化合物よ
   り生成されることを特徴とする特許請求の範囲第一項記
   載のエッチングの方法。 ３、材料表面のエッチングにおいて、該材料と反応して
   揮発性化合物を形成する反応基材をイオンの形で照射注
   入する第１の工程と、希ガス元素イオンの照射によりス
   パッタエッチする第２の工程とを交互に所望回数だけ繰
   り返し、エッチングの深さが、その繰り返しの回数によ
   り制御されることを特徴とするエッチングの方法。 ４、反応基材が水素、ハロゲン、若しくはこれを構成元
   素として含む化合物であることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項のエッチングの方法。