JPS63151024A - エツチング方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はマイクロ波電界を加えるとともに、外部磁場を
加゛え、それらの相互作用を用い、かつその電界の最も
大きい空間またはその近傍にエツチング手段を設け、活
性水素によりかかるエツチングをアモルファス構造の半
導体または窒化珪素に対して行う方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、薄膜のエツチング手段としてＥＣＲ（電子すイク
ロトロン共鳴）を用い、１０４〜１０−５ｔｏｒｒの低
い圧力条件下で少なくとも電子がサイクロトロン共鳴を
するために１周するに十分な低い圧力で活性種を作り、
その発散磁場を利用してこの共鳴空間より「離れた位置
」に基板を配設し、そこで弗化物気体または塩化物気体
を用いて被膜特にアモルファス構造を有する被膜をエツ
チングする方法が知られている。

特にＥＣＲエツチング法は活性種を磁場によりピンチン
グし、高エネルギ化することにより電子エネルギを大き
くし、効率よ（気体をプラズマ化させている。このプラ
ズマ化させることにより、気体が有する高エネルギによ
り基板の被形成面がスパッタ（損傷）を受けることを防
ぐために反応空間を１０−３〜１０−　’　ｔｏｒｒの
真空とし、このＥＣＲ条件を満たした空間より「離れた
位置」に基板を配設して、高エネルギ状態のプラズマ粒
子のスパッタ効果を避けたイオンシャワー化した反応性
気体を到達させることにより異方性エツチングを行って
いた。

〔従来の問題点〕

しかしかかるシャワー化した反応性気体を用いたエツチ
ング方法においては、そのエツチング用気体として弗化
物または塩化物を用いている。このため装置が劣化し、
特に排気オイルが劣化する欠点を有していた。

そのため、かかる弗化物気体または塩化物気体を用いず
アモルファス構造を有している半導体または窒化珪素を
エツチングする手段が求められていた。

〔問題を解決すべき手段〕

本発明はかかる要望を満たすもので、特にアモルファス
構造を有している半導体または窒化珪素を、活性水素を
多量に生成して、この水素によりエツチングを行うもの
である。この目的のため、マイクロ波電力の電界強度が
最も大きくなる領域をＥＣＲ条件とする８７５ガウス（
マイクロ波周波数２．４５ＧＨ２の場合）またはその近
傍の水素の活性状態が持続しているところより離れた空
間に被形成面を有する基板を配設する。さらにその領域
で圧力を初期放電を円滑にするため、Ｉ　Ｘｌ０−”〜
ｌ×１０−’ｔｏｒｒの低真空下で電場・磁場相互作用
を有せしめプラズマ空間を発生させる。例えば、ＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）を生せしめる。更にここに
水素を導入して、空間の圧力を徐々に上げ１×１０−１
〜３　Ｘ１０”ｔｏｒｒとプラズマ状態を持続しつつ変
更する。すると、この空間の活性水素はこれまでのＥＣ
ＲＣＶＤ法に比べて１０２〜１０’程度の高濃度にする
ことができる。するとかかる高い圧力においてのみ初め
て活性水素の濃度がきわめて濃くできるためアモルファ
ス構造を有する珪素、５ｉｘＣ＋−１（０≦Ｘ＜１）＋
５ｉｘＧｅ＋−ｘ　（０≦Ｘ＜１）の半導体または窒化
珪素（Ｓｉ３Ｎ４．、ＸＯ≦Ｘ＜４）に対し、エツチン
グにより除去させることができる。この時結晶シリコン
、特に単結晶シリコンまたは結晶粒はエツチングされず
に同一雰囲気でも残存できる。

すなわち本発明は従来より知られたマイクロ波を用いた
プラズマＣＶＤ法に磁場の力を加え、マイクロ波の電場
と磁場との相互作用、好ましくは［ＣＲ（エレクトロン
サイクロトロン共鳴）条件又はホイッスラー共鳴条件を
含む相互作用を利用し、さらにそのエツチング中の圧力
はｌＸｌ０−’〜３Ｘ１０”ｔｏｒｒの高い圧力で高密
度の高エネルギの水素プラズマを利用している。

また本発明の構成において、マイクロ波と磁場との相互
作用により高密度プラズマを発生させた後、基板表面上
まで至る間に高エネルギを持つ光（例えば紫外光）を照
射し、活性種にエネルギを与えつづけると、マイクロ波
電界の最大となる領域即ち高密度プラズマ発生領域より
１０〜５０ｃｍもの十分能れた位置においても高エネル
ギ状態に励起されたエツチング用水素が存在し、より大
面積にアモルファス半導体例えばアモルファス構造の珪
素、５ｉｘＧｅ＋−ｘ（０≦Ｘ＜ｌ）＋５ｉｘＣ＋−ｘ
（０≦ｘ〈１）のエツチングを行うことが可能ととなっ
た。

さらに磁場とマイクロ波の相互作用により発生する高エ
ネルギ励起種に直流バイアス電圧を加えて、基板側に多
量の励起子が到達するようにすることは薄膜の形成速度
を向上させる効果があった。

以下に実施例を示し、さらに本発明を説明する。

〔実施例〕

′第１図に本発明にて用いた磁場印加可能なマイクロ波
プラズマエツチング装置を示す。

同図において、この装置は減圧状態に保持可能なプラズ
マ発生空間（１）、加熱空間（３）、補助空間（２）、
磁場を発生する電磁石（５）　、（５’）およびその電
源（２５）、マイクロ波発振器（４）、排気系を構成す
るターボ分子ポンプ（８）、ロータリーポンプ（１４）
、圧力調整パルプ（１１）、赤外線加熱ヒータ（２０）
、およびその電源（２３）、赤外線反射面（２１）、基
板ホルダ（１０’）　、基板（１０）、マイクロ波導入
窓（１５）、ガス導入系（６）、（７）　、水冷系（１
８）　、　（１８″）より構成されている。

まずエツチング用基板（１０）をホルダ（１０’）上に
設置する。このホルダは高熱伝導性を有し、かつマイク
ロ波および磁場をできるだけ乱さないためにセラミック
の窒化アルミニュームを用いた。この基板ホルダを赤外
線ヒータ（２０）より放物反射面（２１）レンズ系（２
２）を用いて集光し加熱する。（例えば５００℃）次に
水素（６）をＩＯＳＣＣＭガス系（７）を通して高密度
プラズマ発生領域（２）へと導入し、外部より２．４５
ＧＨｚの周波数のマイクロ波をｓｏｏ　ｗの強さで加え
る。さらに、磁場約２にガウスを磁石（５）　、　（５
”）より印加し、高密度水素プラズマをプラズマ発生空
間（１）にて発生させる。この時プラズマ発生空間（１
）の圧力はＩ　Ｘｌ０−’ｔｏｒｒに保持されている。

この高密度プラズマ領域より高エネルギを持つ水素原子
または電子が基板（１０）上に到り、表面を洗浄し、ま
た若干のエツチングを行い得る。

さらにこの水素を多量に導入する。そして空間の圧力は
プラズマ状態を保持しつつｌＸｌ０−’〜３×１０”ｔ
ｏｒｒ好ましくは３〜３００ｔｏｒｒ例えば１Ｑｔｏｒ
ｒの圧力に変化させることができる。この空間の圧力を
高くすることにより、単位空間あたりの水素ラジカルの
濃度を大きくし、被膜成長速度を大きくできる。かくの
如く一度低い圧力でプラズマ化を発生させると、プラズ
マ状態を保持しつつ雰囲気の圧力を上げることにより活
性水素の濃度を大きくできる。

第１図において、磁場は２つのリング状の磁石（５）　
、　（５“）を用いたヘルムホルツコイル方式を採用し
た。さらに、４分割した空間（３０）に対し電場・磁場
の強度を調べた結果を第２図に示す。

第２図（Ａ）において、横軸（Ｘ軸）は空間（２０）の
横力向く反応性気体の放出方向）であり、縦軸（Ｒ軸）
は磁石の直径方向を示す。図面における曲線は磁場の等
電位面を示す。そしてその線に示されている数字は磁石
（５）が約２０００ガウスの時に得られる磁場の強さを
示す。磁石（５）の強度を調整すると、電極・磁場の相
互作用を有する空間（１００）（８７５±１８５ガウス
）で大面積において磁場の強さを基板の被形成面の広い
面積にわたって概略均一にさせることができる。図面は
等磁場面を示し、特に線（２６）が８７５ガウスとなる
ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）条件を生ずる等磁場
面である。

さらにこの共鳴条件を生ずる空間（１００）は第２図（
Ｂ）に示す如く、電場が最大となる領域となるようにし
ている。第２図（Ｂ）の横軸は第２図（Ａ）と同じく反
応性気体の流れる方向を示し、縦軸は電場（電界強度）
の強さを示す。

すると電界領域（１００）以外に領域（１００’）も最
大となる領域に該当する。しかじにここに対応する磁場
（第２図（Ａ））はきわめて等磁場面が多く存在してい
る。即ち領域（１００”）には基板の被形成面の直径方
向（第２図（Ａ）における縦軸方向）での膜厚のばらつ
きが大きくなり、（２６°）の共鳴条件を満たすＥＣＲ
条件部分で速やかなる被膜のエツチングができるのみで
ある。

結果として領域（１００）においては、例えば結晶粒と
アモルファス構造とが混合している材料においては、ア
モルファス構造の領域のみを選択的にエツチングし除去
させることができる。またアモルファス構造のみを有し
ている材料、例えばアモルファス珪素、アモルファス窒
化珪素はそのすべてをエツチングして除去することがで
きる。

そしてアモルファスシリコン（実際には水素が１０原子
％程度混入している）は０．５μの厚さでも約１０分で
完全に除去することができた。また窒化珪素（気相法で
作られたアモルファス構造の窒化珪素）も１０００人の
厚さを約２０分で除去することができた。マイクロ波の
出力を５００−から１．２に匈とすると、そのエツチン
グ速度を約３倍にすることができた。またエツチング空
間を０．１ｔｏｒｒより３００ｔｏｒｒとより高い圧力
とするとより太き（できる。

しかし実験的には３００　ｔｏｒｒ以上にするとプラズ
マ状態の連続的な保持が困難であり、実用上は使いにく
くなってしまった。

また領域（１００）に対してその原点対称の反対の側に
も電場が最大であり、かつ磁場が広い領域にわたって一
定となる領域を有する。基板の加熱を行う必要がない場
合はかかる空間でのエツチングが有効である。しかしマ
イクロ波の電場を乱すことなく加熱を行う手段が得にく
い。

これらの結果、基板の出し入れの容易さ、加熱の容易さ
を考慮し、均一にエツチングを行うためには第２図（八
）の領域（１００）が３つの領域の中で最も工業的に量
産性の優れた位置と推定される。

この結果、本発明では領域（１００）に基板（１０）を
配設すると、この基板が円形であった場合、半径１００
ｍｍまで、好ましくは半径５０ｍｍまでの大きさで均一
、均質にエツチングが可能となった。

さらに大面積とするには、例えばこの４倍の面積におい
て同じく均一な膜厚とするには周波数を２．４５ＧＨｚ
ではなく　１．２２５ＧＨｚとすればこの空間の直径（
第２図（Ａ）のＲ方向）を２倍とすることができる。

第３図は第２図における基板（１０）の位置における円
形空間の磁場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場
の図面である。第３図（Ｂ）より明らかなごとく、電場
は最大２５ＫＶ／ｍにまで達せしめ得ることがわかる。

〔効果〕

本発明における圧力は、ＥＣＲ条件を満たす圧力で補助
プラズマ放電をせしめ、エツチング後は全体の平均自由
工程が数ｍｍまたはそれ以下であってかつプラズマ状態
を持続できるｌＸｌ０”’〜３Ｘ１０”ｔｏｒｒに空間
を変化させることを基本としている。

かくすることにより形成されたエツチング速度が大きく
なり、特に選択的にアモルファス構造を有する半導体ま
たはアモルファス構造を有する窒化珪素に対してエツチ
ングが可能となった。

本発明が実験的に見出した方法を取ることにより、結晶
性を有する被膜形成をアモルファス構造の領域のみエツ
チングを行い、これと同時に結晶に対してはエピタキシ
アル成長を行わせ得る。その結果として単結晶または多
結晶の被膜の形成が本来結晶化の生じない室温〜５００
℃の低い温度で可能となった。例えばメタン、エタン、
アセチレンを用いた粒径１μ〜１ｍｍのダイヤモンドの
形成、５ｉｌ（４を用いた２００℃の温度での単結晶珪
素のエピタキシアル成長を可能とせしめた。

また従来法に比べ大面積に均一な薄膜を形成することが
可能であった。

さらに作製された薄膜は引張、圧縮とも膜応力をほとん
ど有さない良好な膜であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる磁場・電場相互作用を用いたマ
イクロ波ＣＶＤ装置の概略を示す。 第２図はコンピュータシミュレイションによる磁場およ
び電場特性を示す。 第３図は電場・磁場相互作用をさせた位置での磁場およ
び電場の特性を示す。 １・・・・プラズマ発生空間 １０、１０’・・基板および基板ホルダ４・・・・マイ
クロ波発振器 ５．５゛・・・外部磁場発生器 ２０・・・・基板加熱ヒータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁場および電場の相互作用を利用してエッチングを
   行う方法であって、減圧状態に保持されたプラズマ発生
   室、該発生室を囲んで設けられた磁場発生手段、前記プ
   ラズマ発生室にマイクロ波を供給する手段および前記マ
   イクロ波の電界強度が最大となりかつ電場・磁場相互作
   用を有する空間またはここより離間した反応性気体の活
   性状態を持続できる空間に物体を配設せしめ、水素を導
   入してアモルファス構造を有している半導体を主成分と
   する材料またはアモルファス構造を有している窒化珪素
   を主成分とする材料をエッチング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項において、結晶性を少なくと
   も一部に有する薄膜におけるアモルファス構造を有する
   領域をエッチングすることを特徴とするエッチング方法
   。 ３、特許請求の範囲第１項において、０．１〜３００ｔ
   ｏｒｒの圧力下でエッチングを行うことを特徴とするエ
   ッチング方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、マイクロ波の周波
   数は概略２．４５ＧＨｚを有し、エッチング面は概略８
   ７５ガウスを有する電子サイクロトロン共鳴をすべき空
   間であって、かつマイクロ波エネルギを供給する手段の
   反対側に設けられたことを特徴とするエッチング方法。