JPS63124419A

JPS63124419A - ドライエツチング方法

Info

Publication number: JPS63124419A
Application number: JP26955086A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sekine; 誠関根; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1988-05-27

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、半導体素子の製造に用いるドライエツチング
方法に関する・（従来の技術）近年、ＬＳＩ素子の微細加工技術において、反応性ガス
プラズマを生起し、ウェハへ反応性イオンを照射してウ
ェハ上に選択的に形成されたマスクに合わせて方向性よ
くウェハのエツチングを行なうことのできる反応性イオ
ンエツチング（ＲＩＢ）法が用いられている。最近では
、素子の急速な微細化への移行に伴いトレンチキャパシ
タやトレンチ素子分離領域の形成のために、前述したＲ
ＩＥ法により基板に深い溝を掘る技術が求められていｊ
　る。そして、そこでは例えば、シリコン（Ｓｉ）等の
基板に高アスペクト比（溝深さ７ｍ幅）の溝を形成する
ことが要求される。

又、同時にウェハの大口径化が進み、１枚１枚ウェハを
処理する枚葉式の装置が用いられてくると、必然的にエ
ツチング速度を高めて、生産性を向上させることが要求
される。

ところで、ＲＩＥ法によるエツチングに用いるガスには
、主にＣＦを含むガスとＣＱを含むガスがある。

ＣＦを含むガスとしては、例えばＣｌＦ３　＋　ＣＢｒ
Ｆ３等がある。これらのガスは、弗素（Ｆ）がエツチン
グ種になるとともにＣＦｘが重合し、被エツチング基体
においてイオン照射の少ない部分９例えば溝の側壁にご
く薄い堆積膜を生じエツチングに対する保護膜となって
ほぼ垂直な形状の溝を形成できる。

ところが、これらのガスは堆積種が存在するため比較的
高いエツチング速度は得られないし、例えばシリコン酸
化膜等で形成されたマスクに対する高い選択比も得られ
ない。又、このガスは基板に対して汚染を生じる場合が
ある。つまりＣＦ２　に含まれるカーボン（Ｃ）が基板
に形成される溝に打込＝３− ｌ；まれ素子の特性Ｖ影響を与える。

更に、溝幅が０．５．ｇｍ以下の極めて微細な溝では。

第５図に示すように基板（４０）上に形成されたマスク
（４１）の側面で反射したイオン（４２）が基板（４０
）の溝（４３）に衝突してアンダカット（４４）を生じ
る。このアンダーンットは■パターン幅が希望したもの
と異なる。■トレンチキャパシタ等を形成した場合、電
流リークの原因となる。■溝内に絶縁物を埋め込む場合
に空間が残る。等積々の不都合を生しる。

一方、ＣＱを含むガスとしては、ＣＱ、等があり、これ
は逆に、ＣＦを含むガスに比べ比較的高いエツチング速
度と選択比が得られる。ところが、第６図（ａ）に示す
ように、このガスを用いてシリコン酸化膜（５０）をマ
スクとするシリコン基板（５１）をエツチングした場合
、エツチング生成物に起因する堆積膜（５２）が溝（５
３）の側面に生じる。（５４）は反応性ガスイオンであ
る。前記エツチング生成物は５ｉＣＱ、（ｘ＝１〜４）
であると考えられるが、ＣＦを含むガスが側壁に形成す
る堆積膜と異なり、第６図（ａ）に示すように厚く形成
される。この為、微細な溝（５３ａ）をエツチングしよ
うとする時には、第６図（ｂ）に示すように前記厚く形
成された堆積膜（５２）によって、十分深くエツチング
することができず、形状もテーパ状、あるいは■溝（５
３ａ）となる。そこで、堆積膜（５２）を厚く堆積させ
ないよぐうに基板温度を上げると、第１図に示したようなアンダ
カットを生じてしまう。

（発明が解決しようとする問題点）このように、従来の方法では、高エツチング速度、高い
選択性でもってほぼ垂直に極めて微細なかつアンダカッ
トの生じない溝を形成することは困難であった。本発明
は、この問題を解決し、高エツチング速度、高選択性で
もってほぼ垂直に極めて微細な、かつアンダカットの生
じない溝を形成するドライエツチング方法を提供するこ
とを目的とする。

、〔発明の構成〕（問題点を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、ハロゲン元素を
含む反応性ガスに堆積を生じるガスを添加し、同時に被
エツチング基体を加熱するドライエツチング方法を提供
する。

（作用）本発明によれば、被エツチング基体の溝の側面に薄い堆
積膜を被着せしめ、かつ基体を加熱することにより前記
堆積膜を強固に被着せしめるので、極めて微細な溝にお
いても反射イオンによるアンダカットを生じることなく
、垂直なエツチングを高速に行なうことができる。

（実施例）以下、本発明による一実施例について詳述する。

第１図は、この実施例に適用されるドライエツチング装
置の概略構成図である。

図中（１０）は真空容器であり、この容器（１ｏ）内に
は第１及び第２の電極（Ｈ）　、　（］、２）が対向配
置されている。第１の電極（陰極）　（１１）は、その
上面に被エツチング基体（１３）を載置するもので、こ
の電極（１１）にはマツチング回路（１４）を介して高
周波電源（１５）から高周波電力が印加される。さらに
、第１の電極（１１）は加熱機構（１６）により加熱さ
れるものとなっている。

第１の電極（１１）に対向する第２の電極（陽極）（１
２）は、容器（１０）の上壁で構成されており、接地さ
れている。この第２の電極（１２）は容器と一体の構造
とせずに、別に設けてもよい。ここで、第２の電極（１
２）の下面、すなわち、電極（１１）と対向する全面に
は、図示しない石英板等が被着されている。これは、狭
い電極間にマグネトロン放電により高密度プラズマが形
成されるため、電極（１２）がスパッタされる場合があ
り、そのとき電極（１２）表面が露出していると被エツ
チング基体（１３）が汚染されるからである。

なお、第１．第２の電極（１１）、　（１２）間の距離
は、この実施例では、４０＋ｍ＋に設定した。

この距離の設定は、装置構成により異なるが、少なくと
も第１及び第２の電極（１１，）、（１２）間に生じる
磁場が基体（１３）に届く距離であればよい。

容器（１０）には、ガス導入口（１７）が設けられてお
り、エツチング時にこの導入口（１７）から容器（１ｏ
）内にＣＱ２等のハロゲンガスを含むエツチングガス及
び、堆積ガスが導入されるものとなっている。

このガスの導入は、もちろん別々に導入してもよい。

この実施例ではエツチングガスとしてＣＱ、、添加する
堆積ガスとして５ｉＣｆｆ、を導入したが、ＣＱ２に酸
素（０□）を添加したエツチングガスを用いてもよい。

この場合、０℃２のみの場合に比べ堆積膜は厚く形成で
きる。第２図は、Ｓｉ基板の温度を変えてエツチングし
た場合の、形成される溝の側壁へ堆積される膜の堆積速
度の変化をエツチングガスのＣＱ２と堆積ガス５ｉＣ４
，についてそれぞれ示したものである。

まず、ＣＱ、２のみを導入した場合には、２０℃程度ま
では第６図に示したように側面に厚い堆積膜が形成され
、イオンが溝の内部まで入りにくくなるためテーパ形状
となるが、基板温度を上昇させるに従い堆積は減少し、
基板温度が６０℃を越えると先の第５図で示したＣＦ系
ガスと同様に対向するマスフからの反射イオンによるア
ンダＶットが生じる。ここで生じた堆積膜は基板のＳｉ
及びマスクのＳｉＯ□のエツチング生成物がプラズマ中
で分解→反応して形成されたシリコン酸化物であること
がねかった。

一方、ＳｉＣｌ２のみを導入した場合、第２図に示すよ
うに低い温度では第５図で示したＣＱ、の場合と同様の
堆積を生じテーパ形状となるが温度を上げろに従い、こ
の堆積は減少し、異なる堆積膜がし成長１′始める。このことについては、後で第４図を用
いて説明する。ここで、低温で生じた堆積膜は、ＣＱ、
の場合と同様にシリコン酸化物であり（但し、この場合
、５ｊＣＱ４中のシリコンも堆積に寄与するのでＣ氾、
よりも厚くつく。）高温で生じた体積膜厚はシリコンで
あることがわかった。

従って、ＣＱ２ガスで生じる堆積膜と５ｉＣＱ４ガスの
高温で生じた堆積膜厚は生成の機構が異なり、また、表
面における成長も前者すなわち、シリコン酸化物は、プ
ラズマ中からの供給律速（したかって基板が低温で吸着
確率が高いほど、また、堆積種の入射立体角の大きな、
溝上部はど厚く形成される）、後者はすなわち、シリコ
ン、表面反応律速（したがって、基板温度が高いほど堆
積速度は大きくなるが、溝の中では比較的均一に堆積す
る）であると理解できる。、５ｉＣＱ４の場合光に述べ
たように低温時のシリコン酸化物がなくなる程度まで、
すなわち第２図において基板温度が６０℃前後になるま
で昇温すれば、第４図（ａ）に示すように薄いシリコン
の膜厚（３０）で側壁が保護されるためほぼ垂直なエツ
チング形状となる。さらに温度を上げていくと、堆積種
、すなわち、シリコンの堆積速度が大きくなるため、エ
ツチングによる除去（スパッタリングによる角度依存性
があるため、側面の角度によって異なる）速度と、堆積
速度のつり合う角度のテーパ形状となる（第４図（ｂ）
）。第４図において（２３）はシリコン基板、（２２）
はマスク、（３２）はエツチングイオン、（３３）は堆
積種である。

そこで、前記した第１図に示す容器（１０）にガス導入
口（１７）からエツチングガスとしてＣＱ２ガスと添加
ガスとして５ＬＣＱゆを導入し、加熱機構（１６）にす
。

より基板を簀℃以上に加熱したところ、エツチング速度
、選択比の点で優れたＣＱ２ガスと高温で溝の側壁に堆
積膜を形成する５ｉ（Ｊ４の作用によって第３図に示す
ようにアンダカットの生じない溝（３４）の垂直加工が
可能となった。

又、本発明による実施例ではフロロカーボン（ＣＦｘ）
−系のガスを用いないので汚染されることがない。

ここで、Ｃｌ２２ガスと５ｉＣＬのガス流量は、それぞ
れ８　ｃｃ／　ｍｉｎ　、　３２ｃｃ／　ｍｉｎとしガ
ス圧は、５Ｘ１０−３Ｔｏｒｒとした。

この実施例では、エツチングガスとしてＣｌ２゜堆積ガ
スとして５ｉＣｊｌ、を用いたが、エツチングガスとし
ては、他にハロゲン元素を含むガスを用いることができ
、堆積ガスとしてはＧｅＣＱ４．　ＰＣＱ３など、ある
いはＣＪ２ニＡＭ（Ｃ）Ｉ、）、や５ｉＣＱ４を添加し
たようなガスでもよく、エツチングガスに酸素（０２）
を含ませてもよい。また、基体（１３）はシリコン（Ｓ
ｉ）の他に、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウムヒ素（Ｇ
ａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、あるいはアルミ
ニウム（Ａｌ１）モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２）
等でもよい。更に。

この実施例では、マグネトロン放電を利用したＲＩＥを
用いたが、通常のＲＩＥにおいても適用できることは言
うまでもない。

その他、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適
宜変更して適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、幅の狭い溝であってもア
ンダカットなく垂直にかつ、高エツチング速度、高選択
比でエツチングすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いたドライエツチング装置の概略構
成図、第２図は本発明による一実施例を説明するための
特性図、第３図は本発明による一実施例によって基体に
形成された溝の形状を示す断面図、第４図は本発明によ
る一実施例を説明するための図、第５図及び第６図は従
来のドライエツチング方法の問題点を説明するための図
である。１１・・・第１の電極、　　　　１２・・・第２の電極
、１３・・・被エツチング基体、　１６・・・加熱機構
。２２・・・マスク、　　　　　　２３・・・基体、３４
・・・溝。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　竹花喜久男＋根蓮度　（さ）第３図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主表面上と選択的にマスクが形成された被エッチ
ング基体を載置した第１の電極とこの第１の電極に対向
して設けられた第２の電極の間に、少なくともハロゲン
元素を含む反応性ガスを導入し、前記第１の電極と第２
の電極の間に高周波電力を印加することによりプラズマ
を生起せしめて、前記基体をエッチングする方法におい
て、前記第１の電極上の被エッチング基体を加熱し、同
時に前記反応性ガスに堆積ガスを添加してエッチングを
行なうことを特徴とするドライエッチング方法。
（２）前記第１の電極が６０℃以上に加熱されることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライエッチン
グ方法。
（３）前記堆積ガスは、半導体を堆積させるガスである
特許請求の範囲第１項記載のドライエッチング方法。
（４）前記基体は、静電チャック方式により前記第１の
電極上に固定されることを特徴とする特許請求の範囲第
１項もしくは第３項記載のドライエッチング方法。
（５）前記反応性ガスは塩素（Ｃｌ＿２）であり、前記
堆積ガスはＳｉＣｌ＿４、ＳｉＦ＿４、ＳｉＨ＿４等の
シリコン（Ｓｉ）を堆積させるガスである特許請求の範
囲第１項記載のドライエッチング方法。
（６）前記基体は単結晶シリコン、多結晶シリコン、ア
モルファスシリコン、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム
ヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）等の半導
体材料、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、
モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ＿２）等の金属、金属
シリサイドである特許請求の範囲第１項記載のドライエ
ッチング方法。
（７）前記被エッチング基体は、単結晶シリコン、無添
加あるいは不純物添加の単結晶シリコンであり、前記基
板にアスペクト比が３以上の加工を行なう特許請求の範
囲第１項記載のドライエッチング方法。
（８）前記反応性ガスに酸素（Ｏ＿２）が含まれている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライエ
ッチング方法。