JPS6196732A - デバイス製造方法 - 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】 本発明は半導体材料処理法に関し、特に半導体材料のエ
ツチングに関する。

背景技術 エツチングや洗浄などの除去技術は電子デバイス及び／
または電子材料の生産工程において、半導体材料、金属
材料及び／または絶縁体材料に対して一般に用いられて
いる。これらの方法は重要であるから、既に確立された
技術を改善したり新しい技術を開発するために多くの研
究がなされている。これらの研究にエリプロセス時間は
極めて短くなり、ブリ　　　　　ロセスの質は実質的に
改善されている。

プロセス時間を短縮するために従来用いられている１つ
の試みでは複数の基板例えば複数の半導体基板、あるい
は既に処理されているが金属領域、半導体領域及び／ま
たは絶縁領域を含む異なるレベルを有する複数の半導体
基板が同時に処理される。しかし複数の基板を処理する
時には重大な問題が生じる。

（本発明の目的のためには基板は、その上にデバイスが
形成される任意の材料でアリ、必ずしも制限されるもの
ではないが、処理作業進行中のデバイス、半導体デバイ
ス製造に用いられる基板、及びハイブリット集積回路の
製造に用いられる基板を含むものである。）この問題は
ローディング効果（　ｌｏａｄｉｎｇ　ｅｆｆ　−ｅｃ
ｔ　）と呼ばれるものでアリ、単一の基板よりもはるか
に大きい基板領域即ち数枚の基板が存在するために生じ
る除去特性の変化を特徴とする。ローディング効果は局
所的にも広範囲にもしばしば現われる。局所的ローディ
ング効果は各基板内での非均一性を招く。例えば集積回
路の製造においては基板の中央よりも周辺においてより
多くの材料が除去され許容範囲を超える非均一性が生じ
る。

広範囲のローディング効果においては、１回に処理され
る全ての基板が同一レートでエッチされるが、このレー
トは異なった数の基板を処理する時には異なった値とな
る。処理すべき特定の基板数についてエツチング条件を
調整しなければならないあるいは時間を変えなければな
らないのでこの効果は極めて不利である。各ローディン
グ効果の結果、プロセス時間が非常に長くなりそのため
に費用がかさむことになるかまたは電子デバイス用に用
いることのできない基板を生産することになる。

複数の基板を処理する方法には幾多の困難が伴なうので
、個々の基板を処理するのに適したいくつかの技術が用
いられている。例えば、プラズマ内で発生され、プラズ
マ内に浸された基板に向けて電界によって発出される物
質を用いて良好なエツチングが形成される。

その例となる方法と装置は例えば１９８３年５月１７日
に発行された米国特許第４．３　８　３，８　８　５号
に開示されている。ジャーナル・オブ・ジ・エレクトロ
ケミカル・ソサイアテイ（　Ｊｏｕｒ　−ｎａｌ　ｏｆ
　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　３ｏｃｉ
ｅｔｙ　）１２９、ニス・ツイオバ（　Ｓ．　Ｄｚｉｏ
ｂａ　）ら、２５３７ページ，１９８２年，第７回国体
デバイス会犠予稿集（　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ
　ｔｈｅ　７ｔｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｏ
ｌｉｄ　３ｔａｔｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　）ワイ・ホリイ
ケ（Ｙ．　Ｈｏｒｉｉｋｅ　）及びエム・シバガキ（Ｍ
．　Ｓｈｉｂａｇａｋｉ　）東京，１９７−５年，ジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス（　Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｅ
ｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　）付録１５．１３ページ，
　１　９’７　６年及び「薄膜プロセスＪ　（Ｔｈｉｎ
　Ｆｉｌｍ　Ｐｒｏｃｅ　−ｓｓｅｓ　）、Ｖ−２章、
シー・エム・メリア−スミス（　Ｃ．、Ｍ．　Ｍｅｌｌ
ｉａｒ−Ｓｍｉｔｈ　）及びシー・ジエイ・モガブ（　
Ｃ　、　Ｊ　、　Ｍｏｇａ．ｂ　）著、アカデミツクブ
レス社、ジエイ・エル・ボッセン（　Ｊ．　Ｌ。

Ｖｏｓｓｅｎ）及びダフ゛リュ・カーノ（Ｗ．　Ｋｅｒ
ｎ　）編、ニューヨーク、１９７８年には第２の技術が
開示されている。この技術では基板はエツチング物質が
発生される領域から切離される。このような方法では１
つの領域で放電を行ない、この放電で発生されたエツチ
ング物質が、通常は拡散、バルクフロー（ｂｕｌｋ　ｆ
ｌｏｗ）工程を介して、放電領域を離れ第２の分離領域
で基板のエツチングまたは洗浄を行なうよう作用する。

このダウンストリーム（ｄｏｗｎ　−ｓｔｒｅａｍ）工
程は通常はプラズマが基板に損傷を与えるのを防ぐため
に用いられて来た。例えば基板プラズマ領域に存在する
時は運動エネルギーを有する物質の照射を受ける。これ
らのエネルギー物質はしばしば基板材料のスパッタリン
グを誘起する。プラズマと関連する放射及び電場にも損
傷を与える潜在的可能性がある。複数基板に対するダウ
ンストリーム除去技術を伸展させる試みは基板への損傷
を減少させるけれども、ローディング効果をもたらすこ
とになる。従って現在用いられている技術は多くの場合
単一の基板をくり返し処理するやり方にとどまっている
。

発明の概要 装置を思慮深く設計し、エツチング及び／または洗浄技
術などの除去技術をう捷く制御すると、複数基板処理に
おいてダウンストリーム除去の利点を達成することがで
き、一方ローデイング効果に伴う欠娠を避けることがで
きる。つまり一基板内のエッチ・レート及び基板間のエ
ッチ・レートは２０チを超えて変化することがない。以
下のようにして極めて良好な結果が得られる。即ち、 １）基板はプラズマと接触せず、プラズマに囲まれない
。

２）放電領域の容積は基板が占める容積の少くとも２０
０チである。

３）基板がない時にエッチャント容器から外に出るエッ
チャント物質の濃度は放電領域の視界におけるエッチャ
ント物質の２５％を下回らない。

この３つの条件を満たせば最大４８枚の基板が実質的に
ローディング効果の影響を受けずにエッチされる。また
この数字は重量と空間の問題を除いて制限を受けない。

実施例の説明 不発明のダウンストリーム反応容器及び反応方法は３つ
の条件を満足しなければならない。第１に基板はプラズ
マと接触してはいけないし、プラズマに囲まれてもいけ
ない。この条件の範囲を完全に規定するためにはプラズ
マに占有されると考えられる領域を特定する必要がある
。特に、放電領域は、放電による光度を有し放電により
生じる最大光度の点の少くとも５％の強度を有する全て
の点によって規定される。点の光度は光電増倍管または
例えば帯域通過フィルタと結合した光ダイオードのよう
な従来型検出器を用いて容易に測定される。こうして、
放電領域を規定するために、放電により生じる全ての光
度点が測定される。最大光度の点を基準とし、光度がこ
の最大光度の５％より太きいか等しい全ての点によす放
電容積が規定される。

第１条件は多くの装置が満足する。例えば図面に示され
る装置はこの条件を満足するものであり、容易に用いる
ことができる。放電の形成に用いられる手段が一般にそ
の大きさを決めることに注意されたい。例えば放電はｒ
、　ｆ、電力、ｄＣ電力あるいはマイクロ波電力を用い
て発生することができる。電極１０のような手段で電力
が供給される領域は一般に発光が起きる領域を表わして
いる。（除去孜術に適した放電を生成するのに有用ない
くうかの技術については「プラズマ化学の技述ｊと応用
Ｊ　（Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄ　Ａｒｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎｓ　ｏｆＰｌａｓｍａ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　
）、ジエイ・アール・ホラハン（Ｊ、　Ｒ８Ｈｏ１ｌａ
ｈａｎ　）及びエイ・ティー・ベル（Ａ、　Ｔ、　Ｂｅ
１ｌ　）、ワイリー・インクサイエンス（Ｗｉｌｅｙ　
−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）、ニューヨーク、１９７
４年を参照のこと。）次に基板　２０が、放電領域から
離れており、かつ放電領域に囲まれていない空間領域に
配置される。

例えば、基板が放電により囲まれるような配置は不適切
である。反対に、図の配置は、電極１０を介して供給さ
れる電力によって発生する、領域１５中の放電が基板２
０から離れておりかつ基板を囲まないので好適である。

除去を行なうために反応物質が基板表面に到達しなけれ
ばならないので基板が互いに接触するのは望ましくない
。典型的にはアルミニウムやフルオロカーボンなどの不
活性材料で形成されるホルダ２５にｚり基板は通常離し
て配装置される。反応物質が確実に接触するように選択
される基板間間隔は重要なものではない。しかし、一般
に５から１５＋ｍｎの間隔をあけることが望ましい。間
隔が大きくなると余分な空間を必要とするので好ましく
ない１小さくなると質量暢送が制限され、余分な圧力降
下が生じるので望ましくない。基板が平行になるように
または平行から５度以内にな抄 るように配置することも典型的には有利である。非平行
配置は禁止はされないが好ましくはない。ガス流を非均
−にするからである。

ローディング効果ヲ避けるために第２の条件も満足され
ねばならない。特に放電領域の容積は、前に規定したよ
うに、基板が占める容積の少くとも１００％、好ましく
は２００チでなければならない。基板の容積は各基板の
周縁の各点を他の基板の周縁の各蝋と結んで囲まれる領
域により規定される。この領域の境界は基板の存在する
範囲である。典型的には２から１０リツトルのプラス、
マ放電容積が用いられる。容積が大きくなると余分な電
力が必要となり、小さくなると電力効率が落ちる。した
がって典型的な動作パラメータ用の基板は通常１から５
リツトルの範囲の容積を占める。シリコン基板の直径は
典型的には１００から１５０−の範囲である。したがっ
て、典型的動作パラメータのための容積条件を満たすた
めには、１０枚から３０枚のシリコン基板の同時処理の
場合、基板間の平均間隔は通常５から１０ｍｍの範囲で
ある。

第３の条件は基板がない時にもし反応容器（即ち、基板
が配置されている容器）から出る流体中の反応物質の濃
度が前に規定した放電領域の境界におけるエッチャント
物質の濃度の２５％を下回らなければ満足される。除去
容器出口及び放電領域の周縁における濃度レベルは触媒
プローベ検出器などの従来型検出器を用いて測定できる
。（触媒プローベ検出器とその使用法についてはカナデ
ィアン・ジャーナル・オブ・ケミストリー（Ｃａｎａｄ
ｉａｎＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　）
　３７、エル・エリアス（Ｌ、　Ｅｌｉａｓ　）ら１６
９０ページ（１９５９年）及びプログレス・イン・リア
クション・キネティクス（Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｒ
ｅａｃｔｉｏｎ　Ｋｉｎｅｔｉｃｓ）■、エフ・カウフ
マン（Ｆ、　Ｋａｕｆｍａｎ　）　、パーガモン・プレ
ス（Ｐｅｒｇａｍｏｎ　Ｐｒｅｓｓ　）ニューヨーク、
１９６１年に開示されている。）反応物質は抽出、挿入
、及び／または反応及び除去による分離を含む工程によ
り、エッチまたは洗浄すべき領域から材料を除去する物
質として規定される。もし１つ以上の反応物質が生成さ
れるのであればそれらの反応物質の濃度を合計して第３
の条件が満足されるかどうか決定する。例えばシリコン
のエツチングでは、ガス放電は１）酸素と組合わせたＣ
Ｆ、または２）　　ＮＦ３中で生成される。この放電に
よりフッ素原子エッチャント物質が生成され、さらにこ
の物質により、ガス状ＳｉＦ、を形成するフッ素原子と
シリコンとの意図する反応を介してエツチングが行なわ
れる。

放電領域と基板との距離、放電電力、カス圧及びガス流
の全てが第３条件を満足するか否かにつき影響を与える
。典型的には１００から１５００ワツトの範囲の放電電
力を用い、放電と基板との距離（放電の下流境界と基板
の上流端との間で測る）を１から１ＯＣｒｎの範囲にす
ると反応物質の適正な濃度を生じるのに良い。反応物質
の前駆体となるカス即ちプラズマ中で相互反応して反応
を起゛こす物質を生じるガスの一度も第３条件に影響を
及ぼす。

典型的には、前述の電力レベル、放電と基板との距離の
場合には６６７から６６６．６Ｐａ（０，５から５Ｔｏ
ｒｒ）の範囲のエッチャント前駆体ガス圧が望ましい。

圧力が高いと一般に非均一性を生じ、低いと基板間で大
きな比例圧力差を生じかつ容器壁からの材料のスパッタ
リングを引き起こす。ガス反応物質前駆体を不活性ガス
と混合することも可能である。

典型的にはＨｅ　＋　Ａｒ及びＮ２　　などの不活性ガ
スが用いられ、不活性ガスと前駆体ガスとの全圧力は１
３３．３から１３３３Ｐａ（１から１０Ｔｏｒｒ）の範
囲が適正である。

前述のように反応物質は放電領域から基板に向けて流さ
れる。この流れは真空ポンプなどの従来技術を用いて圧
力差を生じることで容易に達成できる。物質を１つの濃
度領域から他のイ゛騎度領域へ拡散させる技術などの他
の方法も可能である。

前述の条件は不発明を実施するにあたり満足しなければ
ならないものであるが、本質的なものではないにせよ本
発明には他の手段も有用である。例えば反応容器の堅ヲ
テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ、登録商標）やカイナー（Ｋｙ
ｎａｒ　。

登録商標）すどのフルオロカーボン材料で被覆すること
が望ましい。この材料は反応物質の再結合を遅らせるの
で第３乗件を満たす上で助けとなる。ｒ、　ｆ、放電を
形成するのに１３、５６から２７．１２　ＭＨｚの範囲
の高周波を用いることも望ましい。高周波を用いるとプ
ラズマがより均一になり、鎧装電圧が低くなる。このよ
うに電圧を低くすると棟々のガス物質のポテンシャル・
エネルギーが制限されるので現在するスパッタリングが
減少する。

以下の実例は不発明を説明するためのものである。

実例１ ５．５３ｃｒｎＸ　６．９３Ｌ：ｒｎＸ　Ｏ，０５１ｃ
ｒｎ（３，７５１ｎｃｈ　Ｎ４．５０　ｉｎｃｈＸ２０
ｍｉｌ）の４８枚のアルミニウム酸化物セラミック基板
を１５００℃の空気ふんい気で焼き洗浄した。アメリカ
ン・ヘキストーカンパニー（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｈｏｅ
ｃｈｓｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ）販売のＡＺ−１３５０Ｊレ
ジスト溶液を同じくアメリカン・ヘキスト・カンパニー
のＡＺ希釈液中に４：１で希釈した。各基板を２０Ｏｒ
ｐｍで回転し、回転中の各基板上にこの溶液を充分量か
ぶせ、基板をおおった。その後基板速度を３００　Ｏｒ
ｐｍに上げ約２５秒間回転を続けた。この工程の結果厚
さ約１μｍのレジスト層ができた。空気ふんい気のオー
ブン内で約８０℃の温度でレジストを焼いた後約３０分
間この温度に保った。エツチング装置の基板ホルダー２
５内に基板を置き、装置を約２．７　Ｐａ　　（２０ｍ
Ｔｏｒｒ　）の圧力の真空にした。

基板ホルダー中の基板間隔は約０．４８ｃｒｎ（３／１
６１ｎｃｈ　）でアラた。

酸素中３．６モルパーセントのＣＦ４から成る混合物を
導入口３０から導入した。該導入口からの混合物流量は
約４７０ｓｅｃｍであった。

その結果、放電容器内の圧力は約８０　Ｐａ（０，６Ｔ
ｏｒｒ　）　　となった。電極１０に対し約４００ワツ
トのｒ、　ｆ、電力を２７．１２　ＭＨｚでリード４０
を介して供給し、さらに該電極に導入口３５からリード
４０を介し冷却水を供給した。

（電極は筐体から電気的に絶縁し、外気からは絶縁器５
０によってシールした。）レジスト層が除去されるまで
エツチングを継続した。

エツチングはガス流方向に垂直な２方向では均一であり
、ガス流方向に平行な方向においてはバルクフロー速度
が不適切であったためわずかな非均一性を示していた。

このわずかな非均一性は基板の中で最も放電領域に近く
ガス流方向に垂直な周縁においてより大きな割合ではぎ
とられやすいという１頃向により証明されるものである
が、ポンプ速度及びガス流速匿を上げれば改善すること
ができる。

実例２ 基板をレジスト材料でなく４０ｎｍのタンタル窒化物（
Ｔａ２Ｎ）で被覆した。蝋を除き実例１の工程を用いた
。さらに、導入口３ｏがら導入したガスはＣＦ、中１２
モルパーセントの酸素であった。タンタル窒化物は全方
向において本質的に均一に除去された。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に関する装置を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 複数の基板・・・２０　　電極・・・１０出　願　人　
：　アメリカン　テレフォン　アンドテレグラフ　カム
パニー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の基板から材料を除去する工程を含むデバイス
   の製造方法であつてプラズマ中に反応物質を生成する工
   程と該物質を該基板に向けてその後溶出液内に発出する
   工程とを含み、該基板は該プラズマから離されかつ該プ
   ラズマによつて囲まれないようになつており、該方法は
   、該プラズマの容積が該基板によつて占められる容積の
   少くとも２００％であり、該基板がない時に該溶出液中
   で測定した該エッチャント物質の濃度が該プラズマの周
   縁において該物質の濃度の少くとも２５％であることを
   特徴とするデバイスの製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、該複数
   基板の平均間隔は５から１５ｍｍの範囲であることを特
   徴とするデバイスの製造方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の方法において、該プラ
   ズマはｒ．ｆ．放電を含むことを特徴とするデバイスの
   製造方法。 ４、特許請求の範囲第１項記載の方法において、該基板
   はシリコンを含むことを特徴とするデバイスの製造方法
   。 ５、特許請求の範囲第３項記載の方法において、該エッ
   チャント物質はフッ素原子を含むことを特徴とするデバ
   イスの製造方法。 ６、特許請求の範囲第１項記載の方法において、該エッ
   チャント物質は酸素原子を含むことを特徴とするデバイ
   スの製造方法。 ７、特許請求の範囲第１項記載の方法において、該材料
   はシリコンを含むことを特徴とするデバイスの製造方法
   。 ８、特許請求の範囲第１項記載の方法において、該材料
   はレジストを含むことを特徴とするデバイスの製造方法
   。 ９、特許請求の範囲第１項記載の方法において、該デバ
   イスはハイブリット集積回路を 含むことを特徴とするデバイスの製造方法。