JPS6246526A - エツチング方法 - Google Patents

エツチング方法

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JPS6246526A
JPS6246526A JP61166857A JP16685786A JPS6246526A JP S6246526 A JPS6246526 A JP S6246526A JP 61166857 A JP61166857 A JP 61166857A JP 16685786 A JP16685786 A JP 16685786A JP S6246526 A JPS6246526 A JP S6246526A
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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、たとえば半導体ディバイスの製造におけるシ
リコンのプラズマによるエツチング方法に関する。
〔従来技術〕
単結晶シリコン基板を使用している半導体ディバイスの
製造において、特に、高実装密度の集積回路チップを製
造する際に、シリコン基板の所定の領域をエッチしなけ
れば々らない場合がよくある。従来技術では、これはプ
ラズマ・エツチングを用いて行なわれていた。プラズマ
・エツチング工程において、先ずシリコンをフォトレジ
スト層でコートする。このフォトレジストに開口を形成
し、その下のシリコンの選択された領域を露出する。続
いて、シリコンをエッチ・チェンバに配置する。制御さ
れた環境であるチェンバは、ガスをチェンバに導入する
装置と、ガスからプラズマを発生する電極を有している
。シリコンをエッチするプラズマを形成するのに、Ｃ１
雪ｒｃｃｔ、などの代表的な塩素化ガスが使用される。
このガスをチェンバに導入し、高周波（ＲＦ）エネルギ
ーを供給してプラズマを発生させる。エツチングは、Ｒ
Ｆエネルギーが除去されるまで行なわれ、処理過程のタ
イミング、圧力、ＲＦエネルギー、および流量によりエ
ツチングの深さを制御する。
従来方法によるシリコン［株］エツチングには、いくつ
かの問題点があった。第１に、使用される塩素化ガスは
、人体に非常に危険である。たとえば、四塩化炭素ＣＣ
Ｌ４は人体に有害で、この許容暴露率はたった１０パー
ツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）である。３００ｐｐｍ以
上のレベルでは、人体にすぐさま危害を及ぼす。さらに
、ＣＣｔ、は、発ガン物質の恐れがある。また、塩素（
（ｊｚ）は、それだけで有害で、作業安全および健康管
理（Ｏ８ＨＡ、すなわち０ｃｃｕｐａｔｉｏｎａｔＳａ
ｆ＠ｔｙ　ａｎｄ　ｌ（ｅａｔｔｈＡｄｍｉｎｉｓｔｒ
ａｔｉｏｎ）に規定されているような、たった１　ｐｐ
ｍの許容暴露限界でも腐食性がある。人命に即座に危険
なレベルは２５ｐｐｍから始まる。
したがって、人命を危うくするガス漏れを防ぐため、高
価な予防策を講じなければならず、エツチング工程の費
用にさらにこの予防策の費用が加算されることになる。
第２に、塩素は非常に腐食性で、そのためガスにさらさ
れる部品の寿命は短縮される。
第３に、シリコンのエツチング工程において、塩素ガス
はシリコンの表面を損傷し、粗面にしてしまう。その結
果、酸化膜の形成に悪い影響を及ぼす。そのため、ディ
バイスの特性はあｔシ信頼できない。この損傷は、さら
に熱工程を施すことによってのみ直すことができる。
最後に、塩素ガスはシリコンを等方性にエツチングする
ので、フォトレジスト層の下をえぐシ、かつ適格なディ
バイスを得るには、よシ大きい窓を必要とする。
〔発明の概要〕
したがって、本発明の目的は、有害な物質を含ま々い、
シリコンのエツチング方法を提供することである。
本発明の他の目的は、腐食性物質を使用しない、シリコ
ンのエツチング方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、シリコンの表面を損傷しな
いシリコンのエツチング方法を提供することである。　
・ 本発明のさらに他の目的は、フォトレジスト層の下をえ
ぐらずに、シリコンを異方性をもってエツチングする方
法を提供することでおる。
本発明は、シリコンをエツチングするプラズマを形成す
るのにフッ素化ガス混合物を使用している。ガス混合物
は、ＣＨＦ５とＳＦ、から成り、この混合物は人体に有
害ではなくまた腐食性でもない。
プラズマを形成するのに８０％のＣＨＦ５と２０％のＳ
Ｆ、の混合物を使用した場合、シリコンを異方的にエツ
チングするので、フォトレジスト層の下をえぐることは
ない。フッ素化ガス混合物はシリコンの表面を傷つけな
いので、その後の酸化工程はエツチングにより影響を受
けない。したがって、エツチングの損傷を修復する熱工
程は必要ない。
〔実施例〕
シリコンのプラズマ・エツチング方法について説明する
。異方性のエツチングを行なうのにフッ素化ガスを使用
している。以下の説明において、本発明をよシ理解する
ため、ガスのパーセンテージ、ＲＦ電力等様々な詳細表
記載が示されているが、本発明はこれら記載に限定され
ることな〈実施し得ることは、当業者には明白であろう
。また、周知のプロセスについては、本発明を不必要に
不明瞭なものとしないよう、詳細な説明は省略する。
本発明のより良い理解のため、先ず本発明の背景を詳細
に説明する。プラズマ・エツチングにおいて、シリコン
・ウェハは、ニッチ・チェンバ中に配置される。このよ
うな種類のチェンバの１つに、平行板リアクタがある。
このようなリアクタには、上下の平坦な電極が水平にか
つ互いに平行して設けられている。上方電極は、通常「
電力」。
電極で、ＲＦ発生器に接続している。ガスは、ＲＦ発生
器に接続した「シャワー・ヘッド」形の上方電極を通っ
て入る。シリコン・ウェハは、チェンバの下方電極上に
配置され、続いてガスをチェンバ中に送シ、かつＲＦエ
ネルギーを使用してプラズマを発生し、エツチングを行
なう。
シＩＪ　コンをエツチングする時、フォトレジスト・マ
スクを用いて、エッチ・パターンを形成する。
しかし、等方性エツチングによると、フォトレジスト層
の下部をえぐってしまう。これが第１図に示されている
。エッチ・パターンは、フォトレジスト・マスク１１に
よりリコン表面層に形成されている。第１図に示すよう
に、エッチされた領域の側面はフォトレジスト層の下に
あるので、その結果張出し部分１２ができてしまう。こ
の現象により、この方法を用いたエッチ・パターン用の
窓は目標のエッチを行なうにはより大きくなければなら
ない。これは、回路設計において達成し得る密度を制限
することになる。現在の技術的水準では、パターンを１
ミクロンの幅でフォトレジスト層に形成することができ
るが、等方性エツチングでは、エッチされる開口の最小
の幅は、現在１．５〜２ミクロンに限定されてしまう。
プラズマ・エツチングの等方性の低減を試みた従来技術
には、１９８４年５月の「セミコンダクタ・インターナ
ショナル」の第２２２頁〜第２２７頁に示されている、
エム・ミース（Ｍ、　Ｍｉ＠ｔｈ）およびニー・バーカ
ー（Ａ、　Ｂａｒｋ＠ｒ）によるｒｓＦｇ　　と塩素ガ
スを用いたプラズマ龜エツチング」がある。
ここでは、ＣＨＣＬ３と組合せたＳＦ・と、純塩素と組
合せたｓｒ−とが、部分的に異方性エツチングを行なう
ことが示されている。しかし、この方法は、有毒性、装
置に対する腐食作用、作業領域における高価な塩素検出
器の必要性、およびガス送シのためにステンレススチー
ル製のパイプを必要とすることなど、いくつかの問題を
かかえている。
さらに、プラズマ・エツチングに使用される塩素化ガス
は、第１図の領域１３に示すようなエッチされたシリコ
ンの表面を損傷する。たとえば、１９７９年３月／り月
の「ジャーナル・オプΦバキューム・サイエンス・アン
ド・テクノロジー」の第４１０頁〜第４１３頁に示され
ている、シュワルツ（３ｅｈｗａｒｔｚ）およびジエー
ブル（ＳｅｈａｉｂＡｅ）による「シリコンの反応性イ
オン・エツチング」および１９８３年７月の［ジャーナ
ル・オグ・ザφエレクトロケミカル・フサイアティ９ソ
リツド・ステート・サイエンス・アンド暢テクノロジー
」の第１５４９頁〜第１９５０頁に示されている。リフ
シッッによる「酸化膜′成長または反応性イオン・エツ
チド・シリコン面のブレークダウン分野の研究二表面の
酸化によるブレークダウン制限の改善」を参照されたい
。
エツチング後、シリコン表面は細孔や突起、またはひど
い細かいでこぼこができる。その後成長した酸化膜は、
高いフィールド故障率をこうむる。
この問題に対する１つの解決法は、その後除去されるい
くつかの１犠牲的（ｍａｃｒｉｆｌｅｉａｔ）’　　熱
成長酸化膜の成長である。しかし、この方法は、本発明
の方法によれば回避できるいくつかの付加熱工程を必要
とする。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明の実施例は、ＳＦ、とＣＨＦ５の組合せを用いて
、シリコンのプラズマ・エツチングを行なっている。フ
ッ素化ガスは有害ではなく、また腐食性でもないので、
作業工程の場所にガス検出器を設ける必要はない。また
、必要ならば、ガスを送るのに銅やプラスチックの管を
使用することもできる。
本発明の方法は、第２図〜第４図に示されている。第２
図において、シリコン本体２０上にフォトレジスト層２
１が形成される。次に、第３図に示すように、周知のフ
ォトリングラフ方法を用いて、フォトレジスト層に開口
２３を形成する。エッチ拳チェンバにＣＨＦ５とＳＦ、
の混合物を導入し、かつｒｔＦ電力を供給してプラズマ
を発生する。ガスの流量の他、チェンバの圧力は制御さ
れ、シリコンを目標の深さまでエツチングする。続いて
、第４図に示すように、シリコン２０の異方性エツチン
グを行なう。領域２２に示すように、エッチ開口の側面
は、フォトレジスト・マスク２１と同一平面である。し
たがって、設計密度の限界は、フォトレジスト・マスク
の設計限界によってのみ制限される。
本発明の異方性作用は、エツチング工程におけるエッチ
された開口の側面のポリマの形成により生じると思われ
る。ＣＨＦ、はプラズマでＣＦ、　。
ＣＦ、およびＣＨＦに分解され、これらはポリマ先駆物
質として作用し、エッチ開口の側面にポリマ層を形成す
る。このプロセスは第６図に拡大されて示されている。
ポリマ先駆物質により形成されたポリマ・コーティング
２５により、フッ素が側面に吸着されるのを阻止されて
いる。したがって、エッチは異方性で、マスクパターン
と整列してシリコンに延びている。ポリマ層２５は、イ
オン衝撃によりエッチ開口の底部には形成されないので
、フッ素はシリコンに吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）さ
れる。
エツチングは、シリコン層へのフッ素のこの吸着の結果
として生じる。
本発明の使用により得られる健康と安全性の利点の他、
この方法は、シリコンのエッチされる層の表面を損傷し
ないという利点をさらに有している。その結果、その後
の熱酸化工程やそれに対応する酸化膜除去工程は、本発
明を用いた場合必要ない。
本発明の実施例では、約８０チのＣＨＦ３と約２０チの
８Ｆ６を含むガス混合物が使用される。ガスの流雪は、
約１２５ｓｃｃｍである。プラズマ・エツチングは、Ｒ
Ｆ電力６００ワット、圧力５００ミリトール、電極空隙
１３．電極温度１５°Ｃ〜１７℃において行なわれる。
本実施例は平行板プラズマ・エツチャーを用いているが
、本発明のプラズマ化学は、異方性シリコン・エッチ分
布を得るのに他の種類のプラズマ・エツチャーを使用し
てもよい。
また、異方性の度合は、ＣＨＦ５／ＳＦｇ混合物におけ
るＣＨＦ、のパーセンテージを減少することにより制御
し得る。第５図は、選択され九ＲＦエネルギに関するＣ
ＨＦ、の濃度対異方性の度合を表わしたグラフである。
異方性の度合は、エツチングの深さで割ったフォトレジ
ストのアンダーカットで表わされている。曲線２８は、
濃度５２チ〜６８憾のＣＨＦに関する、３００ワットの
ＲＦエネルギにおける関係を示している。異方性の範囲
は、約０．３４〜０．２まで変化する。曲線２９は、６
００ワットのＲＦエネルギにおける６８チ〜８ｏチのＣ
ＨＦ。
濃度の関係を示している。６８係において、異方性は０
．１以下で、濃度がこれより高くなるにつれて、異方性
はゼロに近づく。８（１以上のＣＨＦ５濃度では、エツ
チングの速度がかなり遅くなるので、有効ではな〆。Ｓ
Ｆ６は下方へのエツチングのために含まれなければなら
ない。本実施例では、８０チのＣＨＦ３が使用されてい
る。
以上のように、本発明は、フッ素化ガス混合物を用いた
、シリコンのエツチング方法を提供し、使用される工程
は有害ではなく、また腐食性でもなく、シかもエツチン
グされたシリコンの表面を損傷することなくシリコンの
異方性エツチングを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は従来の方法によりエツチングされたシリコンの
断面図、第２図はフォトレジスト層を有するシリコン本
体の断面図、第３図はフォトレジストに開口を形成した
後の第２図のシリコン本体の断面図、第４図はエツチン
グ後の第３図の本体の断面図、第５図はＣＨＦ、の濃度
に対する異方性の程度を示したグラフ、第６図はポリマ
先駆物質の作用を示した断面図である。 ２０・・・・シリコン基板、２１−−・・７オトレジス
ト・マスク、２３・・・・開口。 特許出願人　　インテル・コーポレーション代理人　山
　川　政　樹（はが２名） Ｊ′２９Ｊ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１量のＣＦ＿３を、第１量より少ない第２量の
    ＳＦ＿６と組合わせてプラズマを形成し、異方性エッチ
    を行なうことを特徴とする、ガス混合物から形成された
    プラズマでシリコンをエッチングするエッチング方法。
  2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、第１
    量は第２量の約４倍であることを特徴とする方法。
  3. （３）特許請求の範囲第１項記載の方法において、プラ
    ズマは約６００ワットのＲＦエネルギーで形成されるこ
    とを特徴とするエッチング方法。
  4. （４）シリコンの表面にフォトレジスト層を形成する過
    程と； 上記シリコンの上記表面の所定領域を露出するよう上記
    フォトレジストに開口を形成する過程と；ＳＦ＿６とＣ
    ＨＦ＿３の混合物を上記シリコンに導入する過程と； プラズマを形成するよう上記ガス混合物に電気エネルギ
    ーを供給する過程と； 上記プラズマで上記シリコンを目標の深さまでエッチン
    グする過程とから成り、上記シリコンを異方性にエッチ
    ングすることを特徴とするシリコンのプラズマによるエ
    ッチング方法。
  5. （５）特許請求の範囲第４項記載の方法において、ガス
    混合物は、約８０％のＣＨＦ＿３と約２０％のＳＦ＿６
    から成ることを特徴とするエッチング方法。
  6. （６）特許請求の範囲第４項記載の方法において、電気
    エネルギーは約６００ワットであることを特徴とするエ
    ッチング方法。
  7. （７）特許請求の範囲第４項記載の方法において、ガス
    混合物は約１２５ｓｃｃｍの速度でシリコンに導入され
    ることを特徴とするエッチング方法。
  8. （８）特許請求の範囲第４項記載の方法において、異方
    性の度合は、ガス混合物におけるＣＨＦ＿３のパーセン
    テージにより決まることを特徴とするエッチング方法。
JP61166857A 1985-08-23 1986-07-17 エツチング方法 Expired - Lifetime JPH0797577B2 (ja)

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