JPS62259443A - エツチング方法およびその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路等の電子部品の微細加工を行
うエツチング方法および装置に係り、特に試料を構成す
る絶縁膜の耐圧劣化を防止するのに好適なエツチング方
法および装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路等の微細なパターンを形成するため近年
低圧気体のグロー放電プラズマを用いたプラズマエツチ
ング法が広範に利用されている。

この方法はプラズマ中に生成するイオンが試料表面に垂
直に入射する性質を利用して、エツチングマスク寸法通
りに高精度にエツチング加工する方法で、種々の方式が
例えば菅野卓雉編「半導体プラズマプロセス技術」産業
図書１９８０　（英訳本’Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　
ｏｆ　Ｐｌａｓｍａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｔｏ　ＶＬ
ＳＩ丁ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ’　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ＆
５ｏｎｓ　１９８５　）に詳述されている。いずれの方
式においても被エツチング試料はプラズマに接触して、
プラズマ中から荷電粒子（イオンおよび電子）が試料表
面に入射する。

電子の移動度はイオンの移動度よりも大きいので、試料
表面には電子が蓄積してプラズマ電位に対して負に帯電
する。この結果、試料に入射するイオンと電子のフラッ
クスが同一になる。通常、この電位はプラズマ電位に対
して一２０Ｖ程度あり。

薄い絶縁膜を内部構造に有している半導体集積回路等に
おいては、絶縁膜を隔てた一方の電極に相当する導体部
分もしくは半導体部分の電位が上記の表面電位と異なる
場合には、絶縁膜の破壊や劣化が誘起される。また、エ
ツチングすべき表面材料が導体である場合には、プラズ
マを発生させるための高周波電界中に試料を配置すると
該導体中に誘導電界が生じ、渦電流が流れる。この場合
も該導体が薄い絶縁膜をはさんで他の導体と対向してい
る場合には、絶縁膜の破壊や劣化が起こりうる。

以上のように、プラズマエツチングでは、入射する荷電
粒子の蓄積や高周波誘導による電界が絶縁膜に印加され
、これらが絶縁膜の破壊や劣化の原因になると推潤され
る。この点については従来のプラズマエツチング装置で
は十分考慮されておらず、絶縁膜が集積回路の高集積化
とともに次第に薄膜化し、例えば５１ＭＯ５型トランジ
スタのゲート絶縁膜の膜厚が１００人程度になるとその
絶縁耐圧は僅かにＩＯＶ程度になり、従来のプラズマ処
理は絶縁膜を劣化させると懸念される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上記のような従来のプラズマ処理に伴
う表面の電荷蓄積や電界の誘導のないエツチング加工方
法を提供することにある。電荷蓄積や誘導電界は、荷電
粒子を試料に入射させたり、高周波電界中に試料を配置
することによるので。

上記目的のためにはこれらを完全に排除することが必要
となる。

最近、バキュアム、　３４　（１９８４年）第２５９頁
から第２６１頁（Ｖａｃｕｕ＠、　３４　（１９８４）
　ｐｐ２５９−２６１）に論じられているように、サド
ルフィールドイオン源と称するイオン源から引出される
粒子が殆んど高連中性粒子であり、これを用いたエツチ
ング等の表面処理方法が提案されているが、この高速中
性粒子源は、エネルギーとフラックスを独立に制御する
ことができず、しかもエネルギーは約Ｉ　ＫｅＶ以上の
比較的高いエネルギーしか得られないという欠点を有す
る。

従って、本発明のより限定された目的は、所望のエネル
ギーの高速中性粒子を発生させ、これを試料表面に入射
させて所望の微細エツチングを実現することである。

〔発明を解決するための手段〕

上記目的は、試料表面に入射する粒子を比較的低エネル
ギーの電気的に中性な粒子のみとし、かつ試料を高周波
電界にさらさないことによって達成される。本発明の適
用分野である微細パターンのエツチング加工の分野にお
いてはエツチングのマスク通りの高精度加工が必要であ
るので、試料に入射する粒子の少なくとも一部は試料表
面に一定の方向性（例えば垂直）を持って入射すること
が必要である。このために１本発明ではイオン源で形成
したイオンを電界により引出して所望のエネルギーまで
加速し、気体分子との電荷交換、固体表面でのイオンの
中性化、電子との再結合によるイオンの中性化等の方法
により中性の高速粒子としたのち、試料表面に所望の角
度で入射させる。

同時に試料近傍にＣＱｘ　、ＨＣ：ｕ、ＢＣｕａ　。

ＣｅＯ２、Ｘ１９Ｆ２　、Ｆ２　、ＣＣｌ２Ｆａ等のハ
ロゲン化物気体を供給する。これらの気体分子はＳｉ。

ＧａＡｓ、　Ａ　Ｑ　＋　Ｗ等の試料表面に吸着し、中
性高速粒子が入射するとそのエネルギーによりエツチン
グ反応が進む。

〔作用〕

試料表面に供給するハロゲン化物の反応性気体は試料表
面に吸着するのみで、それ自体ではエツチング反応は殆
んど進まないが、中性高速粒子を入射させることではじ
めてエツチングが相当の速度で進行する。

また、中性高速粒子を試料表面に入射させると一般に表
面から２次電子が放出されて試料表面に正電荷が蓄積さ
れるが、このときの２次電子放出係数は同一エネルギー
、同一粒子のイオンの入射の場合より小さいので表面の
帯電はイオン入射に比べて小さい。さらに中性高速粒子
の入射エネルギーがＩ　ＫｅＶ以下８度になると、表面
からの２次電子の放出は殆んどなく、従って表面の帯電
は殆んどない状態となる。従って、本発明の目的を達成
するには、試料表面に入射させる中性高速粒子のエネル
ギーをＩ　ＫｅＶ以下さらに望ましくは５００ｅＶ以下
にするのが良い。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図により説明する。

イオン源１で生成したＡｒ＋イオンを引出し電極２で引
出しエネルギー４５０ｅＶに加速した。イオン源１の前
方には長さ約５０Ｃ！Ｂの真空槽４があり被エツチング
試料５をイオン源ｌに対向して配置した。試料５はＳｉ
基板上に厚さ約１００人の５ｉＯｚ膜を形成し、その上
に多結晶Ｓｉを３０００人の厚さに被着し、さらにその
上にホトレジストパターンを形成したものである。真空
槽４にガス供給孔６からＣΩ２を供給し同時にターボ分
子ポンプ７で排気して、真空槽内のＣＱ　２圧力を５×
１０−’Ｔｏｒｒに保った。真空槽４の中に１対の偏向
板８を配置し、それぞれの電極に＋３５０Ｖ、−３５０
Ｖの直流電圧を印加した。イオンＦｇ１から引出された
Ａｒ＋イオンは、試料５に向う途中でＣＱｘとの電荷交
換反応により大部分が中性化されるが、中性化させれず
に残留するＡｒ＋イオンが存在する。偏向板８はこの残
留イオンが試料に入射しないように偏向させるための手
段である。

以上の条件でＡｒの中性高速原子のフラックスが５Ｘ１
０’番／　ｃｉ−ｓｅｃのとき、多結晶Ｓｉのエツチン
グ速度は約１０００人／ｍｉｎであった。エツチング後
、多結晶Ｓｉ電極と基板Ｓｉの間に電圧を印加して、Ｓ
ｉＯ２膜の絶縁耐圧を評価したが、耐圧の劣化は見られ
なかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エツチング加工中の薄い絶縁膜の耐圧
の劣化を防止できるので、信頼性の高い半導体集積回路
等を高い歩留りで製造することができる効果がある。こ
の効果は上記に説明したようにエツチング処理中に試料
に入射する中性高速粒子のエネルギーを５００ｅＶ以下
程度に下げたときに特に大きく、通常のプラズマエツチ
ングによりエツチングした場合に、しばしば見られる薄
い絶縁膜の絶縁破壊は殆んど見られなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置の基本構成図である。 １・・・イオン源、２・・・イオン引出し電極、３・・
・イオン源フィラメント、４・・・真空槽、５・・・被
エツチング試料、６・・・ガス供給孔、７・・・ターボ
分子ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、並進運動エネルギー１ＫｅＶ以下のエネルギーに加
   速したイオンを中性化して得られる電気的に中性の高速
   原子もしくは高速分子（以下、併せて中性高速粒子と記
   す）とハロゲンを構成原子として含む反応性気体とを各
   々独立な供給源から試料表面に供給することを特徴とす
   るエッチング方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のエッチング方法にお
   いて、上記反応性気体は試料表面に吸着しうるものであ
   ることを特徴とするエッチング方法。 ３、イオン源と、イオン源で生成したイオンを並進エネ
   ルギー１ＫｅＶ以下のエネルギーに加速する手段と、該
   加速したイオンを中性化し中性高速粒子を試料表面に供
   給する手段と、ハロゲンを構成原子として含む反応性気
   体を試料表面に供給する手段を設けたことを特徴とする
   エッチング装置。 ４、特許請求の範囲第３項記載のものにおいて、イオン
   を中性化し試流表面に供給する手段は残留イオンを偏向
   し試料表面には電気的に中性な中性高速粒子のみを供給
   するように構成したことを特徴とするエッチング装置。 ５、特許請求の範囲第３項記載のものにおいて、上記イ
   オンを中性化する手段は、ガス原子、分子との電荷交換
   、固体表面近傍でのイオンの中性化、電子との再結合の
   いずれかの手段であることを特徴とするエッチング装置
   。