JPS6333586A - 単結晶シリコンのイオン式プラズマエツチング法 - Google Patents
単結晶シリコンのイオン式プラズマエツチング法Info
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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。
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、シリコン乞プラズマエツチングして、メガビ
ットテップ技術用の進んだミクロエレクトロニックデバ
イス構造体を製造することに関する。さらに詳しく一層
、本発明はシリコンを基礎材料としたミクロエレクトロ
ニック回路部品において、デバイス絶縁作用、埋め込ま
れたコンデンサー作用および追加の回路部品ローケーシ
ョン作用を行なう、単結晶シリコンにおける深溝のプラ
ズマエツチングに関する。
ットテップ技術用の進んだミクロエレクトロニックデバ
イス構造体を製造することに関する。さらに詳しく一層
、本発明はシリコンを基礎材料としたミクロエレクトロ
ニック回路部品において、デバイス絶縁作用、埋め込ま
れたコンデンサー作用および追加の回路部品ローケーシ
ョン作用を行なう、単結晶シリコンにおける深溝のプラ
ズマエツチングに関する。
（従来の技術）
より細かいそしてより高密度のミクロエレクトロニック
回路部品を取付けたシリコン基板の開発に伴って、電子
回路パターンの伝統的な湿式エツチングは、高速、高精
度、低コストの部品および回路部品の製造には不適当に
なってきた。ミクロ回路を製造する従来の方法のこの欠
点は、乾式化学エツチングの出現をもたらした。特に、
種々の気体エツチング剤でのプラズマエツチングの出現
は、ミクロ電子回路部品製造において中心となってきた
〇 一般に、乾式プラズマエツチングは、ポリシリコンまた
は単結晶シリコン、並びに種々のドープしたシリコン基
板上のフォトレジスト材料によって回路パターンを製造
するのに用いられてきた。これらの回路パターンは、適
した回路性能に対する十分なパターンをもたらすために
、基板へただ浅いエツチングを必要とするに丁ぎない。
回路部品を取付けたシリコン基板の開発に伴って、電子
回路パターンの伝統的な湿式エツチングは、高速、高精
度、低コストの部品および回路部品の製造には不適当に
なってきた。ミクロ回路を製造する従来の方法のこの欠
点は、乾式化学エツチングの出現をもたらした。特に、
種々の気体エツチング剤でのプラズマエツチングの出現
は、ミクロ電子回路部品製造において中心となってきた
〇 一般に、乾式プラズマエツチングは、ポリシリコンまた
は単結晶シリコン、並びに種々のドープしたシリコン基
板上のフォトレジスト材料によって回路パターンを製造
するのに用いられてきた。これらの回路パターンは、適
した回路性能に対する十分なパターンをもたらすために
、基板へただ浅いエツチングを必要とするに丁ぎない。
一般に、回路パターンのための基板におけるエツチング
の深さは、最高０３０ミクロンの深さで得られる。基板
はエッチング工程中一般に、回路パターンをもたらす開
口マスクを上に載せており、マスクは一般にＯ，Ｘミク
ロンの厚みな育する。回路パターン製造に必要なエツチ
ングの深さが比較的浅い１こめ、エツチング剤に対する
マスクおよび基板の選択性差はそう太き（ない。しかし
ながら、非常に密に詰め込んだ回路部品およびパターン
化回路のライン幅をま丁まず小さくする目標の出現で、
回路パターンおよび部品をより一層接近させて詰め込ん
で配列すること、および一層多くの回路および部品をシ
リコン基板の一定の表面積上にぎっしり詰めることが必
要となってきた。ミクロ回路部品７こおけるこれらの進
歩は、深溝（ｄｅｅｐｔｒｅｎｃｈ）のような新しいパ
ターン化要注をもたら丁。これらの要件は、製造工業が
、高い選択性および速いエツチング速度を有する高精度
で異方性のエツチングを行なうことが必要となってきた
。
の深さは、最高０３０ミクロンの深さで得られる。基板
はエッチング工程中一般に、回路パターンをもたらす開
口マスクを上に載せており、マスクは一般にＯ，Ｘミク
ロンの厚みな育する。回路パターン製造に必要なエツチ
ングの深さが比較的浅い１こめ、エツチング剤に対する
マスクおよび基板の選択性差はそう太き（ない。しかし
ながら、非常に密に詰め込んだ回路部品およびパターン
化回路のライン幅をま丁まず小さくする目標の出現で、
回路パターンおよび部品をより一層接近させて詰め込ん
で配列すること、および一層多くの回路および部品をシ
リコン基板の一定の表面積上にぎっしり詰めることが必
要となってきた。ミクロ回路部品７こおけるこれらの進
歩は、深溝（ｄｅｅｐｔｒｅｎｃｈ）のような新しいパ
ターン化要注をもたら丁。これらの要件は、製造工業が
、高い選択性および速いエツチング速度を有する高精度
で異方性のエツチングを行なうことが必要となってきた
。
米国特許ｇ ４，４７３，４３５号には、六弗化硫黄お
よび様々なハロフルオロカーボンが好ましいプラズマエ
ツチング剤である、フォトレジストマスクを有するポリ
シリコンの異方性エラ１ング方法が記載されている。三
弗化窒素を種々なハロフルオロカーボンと共に用いて、
異方性エツチング剤とすることができることも確認され
ている。この特許の方法におけるエツチングの深さは、
第６−１４因に３いて、約０．３ミクロンであることが
明示されている。
よび様々なハロフルオロカーボンが好ましいプラズマエ
ツチング剤である、フォトレジストマスクを有するポリ
シリコンの異方性エラ１ング方法が記載されている。三
弗化窒素を種々なハロフルオロカーボンと共に用いて、
異方性エツチング剤とすることができることも確認され
ている。この特許の方法におけるエツチングの深さは、
第６−１４因に３いて、約０．３ミクロンであることが
明示されている。
このエツチングの深さは、シリコン基板に用いることが
できるフォトレジスト３合体の公知の厚みの深溝エツチ
ングの範囲内に入もな（′。
できるフォトレジスト３合体の公知の厚みの深溝エツチ
ングの範囲内に入もな（′。
深溝エツチングについては、Ｍ 文＠Ａｌｌ Ｉ ５Ｏ
−ｔｒｏｐｉｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ５ｉｌｉｃｏ
ｎ Ｕｓｉｎｇ ＳＦ６ ＮｔｈＣ，ＣＩＦ、ａｎｄｏ
ｔｈｅｒ Ｍｉｘｅｄ ＨａｌｏｃａｒｂｏｎｓスＪａ
ｍｅｓＰ、ＭｃＶｉｔｔｉｅ ａｎｄ Ｃａｒｌｏｓ
Ｇｏｎｚｏｌｅｚ で論じられている。この論文には、
フォトレジストマスクを使用して単結晶シリコンに深い
溝を蝕刻するのに、六弗化硫黄および種々の７１０フル
オロカーボンを使用することが記載されている。マクビ
テイのやり方で蝕刻した溝は垂直の深さが０５−１０
ミクロンであった。蝕刻側面は、レジストの存在下での
み、エツチング剤組成物を使用して、アンダーカットの
少ない状態で生じることがわかった◇さらに、マクビテ
イは、上記論文の第５６１頁にあるように、いくらかの
マスクアンダーカットが生じることを確認している。マ
クビテイ等は、米国特許第４，４７３，４３５号の好ま
しい具体例を用い、そして第５６６および５６７頁にあ
るように、アンダーカットおよび弓そりなしで深い溝を
単結晶シリコンに蝕刻することはできなかった。
−ｔｒｏｐｉｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ５ｉｌｉｃｏ
ｎ Ｕｓｉｎｇ ＳＦ６ ＮｔｈＣ，ＣＩＦ、ａｎｄｏ
ｔｈｅｒ Ｍｉｘｅｄ ＨａｌｏｃａｒｂｏｎｓスＪａ
ｍｅｓＰ、ＭｃＶｉｔｔｉｅ ａｎｄ Ｃａｒｌｏｓ
Ｇｏｎｚｏｌｅｚ で論じられている。この論文には、
フォトレジストマスクを使用して単結晶シリコンに深い
溝を蝕刻するのに、六弗化硫黄および種々の７１０フル
オロカーボンを使用することが記載されている。マクビ
テイのやり方で蝕刻した溝は垂直の深さが０５−１０
ミクロンであった。蝕刻側面は、レジストの存在下での
み、エツチング剤組成物を使用して、アンダーカットの
少ない状態で生じることがわかった◇さらに、マクビテ
イは、上記論文の第５６１頁にあるように、いくらかの
マスクアンダーカットが生じることを確認している。マ
クビテイ等は、米国特許第４，４７３，４３５号の好ま
しい具体例を用い、そして第５６６および５６７頁にあ
るように、アンダーカットおよび弓そりなしで深い溝を
単結晶シリコンに蝕刻することはできなかった。
弓−’ｃＦ）ｈｘ、デバイスプレースメントの用途には
好１１．＜なく、マクビテイ等の最適な条件下において
もこの弓そりは存在した。
好１１．＜なく、マクビテイ等の最適な条件下において
もこの弓そりは存在した。
乾式エツチングの問題点およびそれらの可能性は、１９
８０年４月の５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏ−
１ｏｇｙのタツヤ番エノモトによる”ＬｏａｄｉｎｇＥ
ｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｐ
ｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ Ｅ−ｔｃｈ Ｒａｔｅ ｏｆ
５ｉｌｉｃｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ＣＦ４
Ｐ−１ａｓｍａ’ の論文で確認された。この論文では
、単結晶シリコンおよびポリシリコン基板の四弗化炭素
プラズマエツチングの効果が錫記されている。二ノモト
は、ポリシリコンは、一定の暴露面積に対して、単結晶
シリコンよりも速く腐蝕されると記している。さらに、
エノモトは、ｐダーカットが、製造されたシリコン基板
の開口マスクの下に生じる物理現象が、プラズマエツチ
ングの際に生じると記載している。
８０年４月の５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏ−
１ｏｇｙのタツヤ番エノモトによる”ＬｏａｄｉｎｇＥ
ｆｆｅｃｔ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｐ
ｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ Ｅ−ｔｃｈ Ｒａｔｅ ｏｆ
５ｉｌｉｃｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ＣＦ４
Ｐ−１ａｓｍａ’ の論文で確認された。この論文では
、単結晶シリコンおよびポリシリコン基板の四弗化炭素
プラズマエツチングの効果が錫記されている。二ノモト
は、ポリシリコンは、一定の暴露面積に対して、単結晶
シリコンよりも速く腐蝕されると記している。さらに、
エノモトは、ｐダーカットが、製造されたシリコン基板
の開口マスクの下に生じる物理現象が、プラズマエツチ
ングの際に生じると記載している。
（発明が解決しようとする問題点）
上に挙げた従来技術は、一般に０３０ミクロン未満の深
さで行なわれる、−船釣な電子回路パターンエツチング
の様々な技術を確認したものである。異方性乾式プラズ
マエツチングの初期の説明、並びに異方性およびエツチ
ング速度の問題が確認された深溝エツチングに対する示
唆も記載されていた。しかしながら、深溝エツチングの
完全な異方性、精度、急速なエツチングおよび経済的な
製造についての間呟は、従来技術では解決されなかった
。
さで行なわれる、−船釣な電子回路パターンエツチング
の様々な技術を確認したものである。異方性乾式プラズ
マエツチングの初期の説明、並びに異方性およびエツチ
ング速度の問題が確認された深溝エツチングに対する示
唆も記載されていた。しかしながら、深溝エツチングの
完全な異方性、精度、急速なエツチングおよび経済的な
製造についての間呟は、従来技術では解決されなかった
。
本発明は、側面が弓七〇状になったりまたはマスクアン
ダーカットされることのない、高速で経済的な異方性の
深溝エツチングについてのこれらの問題を解消するもの
である。
ダーカットされることのない、高速で経済的な異方性の
深溝エツチングについてのこれらの問題を解消するもの
である。
（問題を解決するための手段）
本発明は、本質的に垂直な側壁を有する深溝を得るため
の、開口マスクを通しての単結晶シリコンの高速で異方
性に反応性のイオン方式プラズマエツチング法において
、二酸化シリコンおよび窒化シリコンよりなる群から選
択した開口マスクを有する単結晶シリコン基板を用意す
る工程、この基板を、エツチング帯域内において、１〜
２ＮＦ、 ： １〜３１（１’Ｃの割合の三弗化窒素（
ＮＦ、 ）およびただ一つの炭素原子ヲ含有するハロフ
ルオロカーボン（ＲＦＣ） ノ雰囲気にさらす工程、お
よびこの雰囲気でプラズマを発生させ、そしてイオンを
上記プラズマから上記マスクの開口を通して単結晶シリ
コン基板へ向けることによって、上記基板を異方性に反
応性のイオンエツチングし、ここでエツチングは、５０
０〜２０００ワットの電力および１〜５０ＭＨｚの周波
数を用いて毎分少なくとも０．１ミクロン範囲の高速で
行なって、本質的に上記マスクをアンダーカットするこ
トナ＜そして本質的に溝を弓そり状にすることなく、３
−１５ミクロンの垂直の深さおよび本質的に垂直な側壁
を有する深溝を上記基板に作る工程の各工程よりなる上
記の方法に関する。
の、開口マスクを通しての単結晶シリコンの高速で異方
性に反応性のイオン方式プラズマエツチング法において
、二酸化シリコンおよび窒化シリコンよりなる群から選
択した開口マスクを有する単結晶シリコン基板を用意す
る工程、この基板を、エツチング帯域内において、１〜
２ＮＦ、 ： １〜３１（１’Ｃの割合の三弗化窒素（
ＮＦ、 ）およびただ一つの炭素原子ヲ含有するハロフ
ルオロカーボン（ＲＦＣ） ノ雰囲気にさらす工程、お
よびこの雰囲気でプラズマを発生させ、そしてイオンを
上記プラズマから上記マスクの開口を通して単結晶シリ
コン基板へ向けることによって、上記基板を異方性に反
応性のイオンエツチングし、ここでエツチングは、５０
０〜２０００ワットの電力および１〜５０ＭＨｚの周波
数を用いて毎分少なくとも０．１ミクロン範囲の高速で
行なって、本質的に上記マスクをアンダーカットするこ
トナ＜そして本質的に溝を弓そり状にすることなく、３
−１５ミクロンの垂直の深さおよび本質的に垂直な側壁
を有する深溝を上記基板に作る工程の各工程よりなる上
記の方法に関する。
本発明の方法は、ハロフルオロカーボンをＣＦｓ Ｃ１
，ＣＦ２ ＣＩ、、ＣＦ、 Ｂｒ、 ＣＦ、 工、ＣＦ
ｌＢｒ、、ＣＦ、 Ｉ、、ＣＦ。
，ＣＦ２ ＣＩ、、ＣＦ、 Ｂｒ、 ＣＦ、 工、ＣＦ
ｌＢｒ、、ＣＦ、 Ｉ、、ＣＦ。
ＣＩＨおよびＣＣＩ、ＰＨよりなる群から選択したもの
で実施するのが好ましい。
で実施するのが好ましい。
本発明の方法は、寸、およびＣＦ３Ｃｌよりなる雰囲気
を用いるのが最適である。
を用いるのが最適である。
本発明の方法は、エツチング帯域の圧力を、０」を越え
最高１．０トルまでで維持するのが好ましい。
最高１．０トルまでで維持するのが好ましい。
本発明の方法は、二酸化シリコンの開口マスクを用いる
のが最適である。
のが最適である。
本発明の方法は、エツチング帯域におけるエツチング剤
雰囲気の流れを、毎分１０−１００標準立方センナメー
ター（ＳＣＣＭ）の範囲にするのが好ましい。
雰囲気の流れを、毎分１０−１００標準立方センナメー
ター（ＳＣＣＭ）の範囲にするのが好ましい。
本発明の方法は、１５−２５℃の温度に保持するエツチ
ング帯域内で間隔を置いた電極を用いるのが好ましい。
ング帯域内で間隔を置いた電極を用いるのが好ましい。
本発明の方法は、アルゴン、クリプトン、ヘリウムおよ
びネオンよりなる群から選択した希釈ガスを用いるのが
好ましい。
びネオンよりなる群から選択した希釈ガスを用いるのが
好ましい。
第１図は、本発明のプラズマエツチング組成物を用いて
、シリコン基板に深溝を作ることができる、エツチング
帯域の流れの略図である。
、シリコン基板に深溝を作ることができる、エツチング
帯域の流れの略図である。
第２図は、マスクのアンダーカット並びに溝自体の弓そ
りを示す、従来のシリコン基板におけるエツチングパタ
ーンの断面を示すものである。
りを示す、従来のシリコン基板におけるエツチングパタ
ーンの断面を示すものである。
第３図は、エツチングを行なう前のシリコン基板上の開
口マスクの断面を示すものである。
口マスクの断面を示すものである。
第４ＩＩ！Ｊは、二酸化シリコン開口マスクおよび単結
晶シリコン基板を使用する本発明の方法による深溝エツ
チングの断面を示すものである。
晶シリコン基板を使用する本発明の方法による深溝エツ
チングの断面を示すものである。
第５図ヲ：、四弗化炭素の公知のエツチング気体を使用
して、ポリシリコンのエツチング速度が単結晶シリコン
のそれより速いことを示すグラフである。
して、ポリシリコンのエツチング速度が単結晶シリコン
のそれより速いことを示すグラフである。
第６図は、本発明のエツチング剤を使用して、開ロアオ
ドレジストマスクを通して単結晶シリコンをエツチング
したものの断面の顕微鏡写真である。
ドレジストマスクを通して単結晶シリコンをエツチング
したものの断面の顕微鏡写真である。
第７図は、本発明のエツチング剤を使用して、二酸化シ
リコンの開口マスクを通してエツチングしたものの断面
の顕微鏡写真である。
リコンの開口マスクを通してエツチングしたものの断面
の顕微鏡写真である。
第８図は、本発明の方法を用いて深溝エツチングしたも
のの断面の顕微鏡写真である。
のの断面の顕微鏡写真である。
半導体テップを製造する多くの場合に、半導体ウェファ
−は、上に載せたマスクの開口部によって定められたパ
ターンにエツチングされる。半導体ウェファ−上の薄膜
のいくつかの店のプラズマエツチングは、湿式ｆツテン
グにとって代わるより効果的なものとして用イラれる。
−は、上に載せたマスクの開口部によって定められたパ
ターンにエツチングされる。半導体ウェファ−上の薄膜
のいくつかの店のプラズマエツチングは、湿式ｆツテン
グにとって代わるより効果的なものとして用イラれる。
プラズマエツチングを行なう半導体上に付着または成長
させた特定の薄膜層は、開口マスクで一般におおわれ、
そして気体環境内に１［２かれる。ウニ７アーの直接上
の、ＩＪ体ｉ！ＲＦエネルギーによってイオン化されて
プラズマを生じ、イオンはプラズマから加速されて半導
体ウェファ−にインパクトする。
させた特定の薄膜層は、開口マスクで一般におおわれ、
そして気体環境内に１［２かれる。ウニ７アーの直接上
の、ＩＪ体ｉ！ＲＦエネルギーによってイオン化されて
プラズマを生じ、イオンはプラズマから加速されて半導
体ウェファ−にインパクトする。
マスク開口部を通してさらされている薄膜部分のエツチ
ングは、基板材料の反応性、衝撃イオンのインパクトエ
ネルギー、および気体環境の化学活性の作用によって行
なわれる。
ングは、基板材料の反応性、衝撃イオンのインパクトエ
ネルギー、および気体環境の化学活性の作用によって行
なわれる。
シリコンの異方性エツチングは、デバイスのサイズが小
さくなるにつれて、ま丁マｊＭ要になって来ている。寸
法が小さいということは腐蝕損失をもたらし、腐蝕形状
をいっそう限定することになる。回路絶縁、コンデンサ
ー形成、および第二の基板の主表面上の部品ローテーシ
ョンとは異なる垂直部品ローテーションのような様々な
開発の進んだ用途には、厳密にコントロールした腐蝕側
面を伴う、単結晶シリコンの方向指示性エツチングを行
なうことが、極めて重要である。これまで製造工業は、
塩素をベースにした化学および従来の低圧反応性イオン
腐蝕法を用いて、シリコンの深溝異方性エツチングを行
なってきた。
さくなるにつれて、ま丁マｊＭ要になって来ている。寸
法が小さいということは腐蝕損失をもたらし、腐蝕形状
をいっそう限定することになる。回路絶縁、コンデンサ
ー形成、および第二の基板の主表面上の部品ローテーシ
ョンとは異なる垂直部品ローテーションのような様々な
開発の進んだ用途には、厳密にコントロールした腐蝕側
面を伴う、単結晶シリコンの方向指示性エツチングを行
なうことが、極めて重要である。これまで製造工業は、
塩素をベースにした化学および従来の低圧反応性イオン
腐蝕法を用いて、シリコンの深溝異方性エツチングを行
なってきた。
しかしながら、そのような方法でかなり濃い溝をエツチ
ングすることは困難であった。半導体製造業者が現在直
面している問題を工、プラズマの助けによるエツチング
を用いて完全に垂直な異方性の壁の側面を炸り出丁こと
である。そこで電子材料の垂直なエツチングは高い生産
量および低いミクロチップコストヲ維持するために、急
速プラズマ化学で行なわなければならない。深溝パター
ンのための特定の開口マスクを使い、特定のエツチング
剤混合物を特定の基板上に使５ことが必要となり、そし
てこれらの限定された特徴の組合せによって、本発明の
方法で確認されるような再現性の高い結果を伴って、深
溝エツチングの問題が解消される。
ングすることは困難であった。半導体製造業者が現在直
面している問題を工、プラズマの助けによるエツチング
を用いて完全に垂直な異方性の壁の側面を炸り出丁こと
である。そこで電子材料の垂直なエツチングは高い生産
量および低いミクロチップコストヲ維持するために、急
速プラズマ化学で行なわなければならない。深溝パター
ンのための特定の開口マスクを使い、特定のエツチング
剤混合物を特定の基板上に使５ことが必要となり、そし
てこれらの限定された特徴の組合せによって、本発明の
方法で確認されるような再現性の高い結果を伴って、深
溝エツチングの問題が解消される。
三弗化窒素および六弗化硫黄のような種々の高度に反応
性の弗素含有エツチング剤が従来知られている。しかし
ながら、これらの高度に反応性のエツチング剤は、腐蝕
速度が等方性に高速である。等方性エツチングとは、あ
らゆる方向にほぼ等しい速度で腐蝕することであると定
義される。等方性エツチングは、基板へ施したマスクの
開口部の下の腐蝕パターンをアンダーカットしおよび弓
そり状にすることになる。そのような弗素化合物を個々
に使用した結果を第２図に示す０ここではアンダーカッ
トが確認され、パターンはシリコン基板のマスクの下を
切り込み、そして腐蝕の最も進んボ水平浸入部と、マス
ク基板界面における腐蝕の最も少ない侵入部との間に認
められるような、側面の弓そりが生じている。
性の弗素含有エツチング剤が従来知られている。しかし
ながら、これらの高度に反応性のエツチング剤は、腐蝕
速度が等方性に高速である。等方性エツチングとは、あ
らゆる方向にほぼ等しい速度で腐蝕することであると定
義される。等方性エツチングは、基板へ施したマスクの
開口部の下の腐蝕パターンをアンダーカットしおよび弓
そり状にすることになる。そのような弗素化合物を個々
に使用した結果を第２図に示す０ここではアンダーカッ
トが確認され、パターンはシリコン基板のマスクの下を
切り込み、そして腐蝕の最も進んボ水平浸入部と、マス
ク基板界面における腐蝕の最も少ない侵入部との間に認
められるような、側面の弓そりが生じている。
あるいは、異方性のエツチング、すなわち腐蝕が一方向
にのみ生じるエツチング、好ましくはシリコン基板上に
形成されたマスクの開口部を通しての直接下方向へのエ
ツチングをハロフルオロカーボンエツチング剤で行なっ
てきた。しかしながら、ハロフルオロカーボンエツチン
グ剤ヲ：、−船釣なシリコン基板を比較的ゆっくりエツ
チングするものであり、従って、今日のミクロ回路およ
び半導体製造の経済上から望まれる高速、低コストでの
製造を導（ものではない。
にのみ生じるエツチング、好ましくはシリコン基板上に
形成されたマスクの開口部を通しての直接下方向へのエ
ツチングをハロフルオロカーボンエツチング剤で行なっ
てきた。しかしながら、ハロフルオロカーボンエツチン
グ剤ヲ：、−船釣なシリコン基板を比較的ゆっくりエツ
チングするものであり、従って、今日のミクロ回路およ
び半導体製造の経済上から望まれる高速、低コストでの
製造を導（ものではない。
本９発明は、三弗化窒素お工びハロフルオロカーボンを
一緒に使用して、腐蝕パターンに実質的にまたは本質的
にアンダーカットまたは弓そりのない、異方性腐蝕パタ
ーンを有する高速エツチングを達成するものであり、上
記ハロフルオロカーボンは一般に、ＣＦ３Ｃｌ、 ＯＦ
。
一緒に使用して、腐蝕パターンに実質的にまたは本質的
にアンダーカットまたは弓そりのない、異方性腐蝕パタ
ーンを有する高速エツチングを達成するものであり、上
記ハロフルオロカーボンは一般に、ＣＦ３Ｃｌ、 ＯＦ
。
Ｃｔ、、ＣＦｓ Ｂｒ、 ＣＦｓ Ｌ Ｃｒｙ Ｂｒｔ
、ＣＦ！Ｉ、、 ＣＦ、 ＣＩＨおよびＣＣＩ、ＰＨよ
りなる群から選択する。エツチング剤雰囲気を構成する
好ましいプラズマエツチングの組合せは、ＮＦ、および
ＣＦ、 ＣＩの組合せである。本発明は、マクビテイ等
の論文の第５５２頁で略述されている表面損傷および腐
蝕速度問題を防ぐためにより高圧で行なう、通例の反応
性イオン方式エツチングを用いる。
、ＣＦ！Ｉ、、 ＣＦ、 ＣＩＨおよびＣＣＩ、ＰＨよ
りなる群から選択する。エツチング剤雰囲気を構成する
好ましいプラズマエツチングの組合せは、ＮＦ、および
ＣＦ、 ＣＩの組合せである。本発明は、マクビテイ等
の論文の第５５２頁で略述されている表面損傷および腐
蝕速度問題を防ぐためにより高圧で行なう、通例の反応
性イオン方式エツチングを用いる。
反応性気体化学と組合せたこの通例のエツチング法は、
所望の結果を得るために必要である。本発明のプラズマ
雰囲気のＮＦ、は、要求されるてばやい腐蝕速度、そし
てマスクの腐蝕および腐蝕アンダーカットを最小にする
のに必要な二酸化シリコンを越えるシリコンの選択性を
もたら丁。これは、一般に腐蝕速度がより遅くそして選
択性がより低いＳＦ、と対照的テする。ハロフルオロカ
ーボン気体カ、反応性イオン方式プラズマエツチング下
の本発明の方法に見られる異方性に必要で奪ると思われ
る、ジフルオロカーボンメカニズムによって得られる強
力な不働態化ポリマーを形成するために、本発明の雰囲
気のハロフルオロカーボン気体成分は、ただ一つの炭素
原子および少なくとも一つの弗素以外の）１０ゲン原子
を有するこれらの気体に限定される。この気体エツチン
グ雰囲気を、好ましくは二酸化シリコン、あるいは代わ
りに窒化シリコンの開口マスクを有する単結晶シリコン
基板上に使用すると、溝が３−１５ミクロンの深さに腐
蝕される異方性深溝エツチングを行なうことができる。
所望の結果を得るために必要である。本発明のプラズマ
雰囲気のＮＦ、は、要求されるてばやい腐蝕速度、そし
てマスクの腐蝕および腐蝕アンダーカットを最小にする
のに必要な二酸化シリコンを越えるシリコンの選択性を
もたら丁。これは、一般に腐蝕速度がより遅くそして選
択性がより低いＳＦ、と対照的テする。ハロフルオロカ
ーボン気体カ、反応性イオン方式プラズマエツチング下
の本発明の方法に見られる異方性に必要で奪ると思われ
る、ジフルオロカーボンメカニズムによって得られる強
力な不働態化ポリマーを形成するために、本発明の雰囲
気のハロフルオロカーボン気体成分は、ただ一つの炭素
原子および少なくとも一つの弗素以外の）１０ゲン原子
を有するこれらの気体に限定される。この気体エツチン
グ雰囲気を、好ましくは二酸化シリコン、あるいは代わ
りに窒化シリコンの開口マスクを有する単結晶シリコン
基板上に使用すると、溝が３−１５ミクロンの深さに腐
蝕される異方性深溝エツチングを行なうことができる。
エツチング剤は不活性担体気体、たトエばアルゴン、ク
リプトン、ヘリウムまたはネオンを用いてもよい。三弗
化窒素およびハロフルオロカーボン化合物を、腐蝕雰囲
気中に三弗化窒素１〜２対ハロフルオロカーボン１〜３
０割合で使用するのが好ましい。腐蝕は毎分少な（とも
０１ミクロンから、最高毎分２Ｄミクロンまでの範囲の
高速で通常行なわれる。
リプトン、ヘリウムまたはネオンを用いてもよい。三弗
化窒素およびハロフルオロカーボン化合物を、腐蝕雰囲
気中に三弗化窒素１〜２対ハロフルオロカーボン１〜３
０割合で使用するのが好ましい。腐蝕は毎分少な（とも
０１ミクロンから、最高毎分２Ｄミクロンまでの範囲の
高速で通常行なわれる。
エツチングシステムの電力は５００〜２０００ワットの
範囲であり、周波＆ｉは１〜５ＯＮｆ（ｚを使用する。
範囲であり、周波＆ｉは１〜５ＯＮｆ（ｚを使用する。
エツチング帯域を通るエツチング剤の流速Ｑ工、毎分１
０−１００標準立方センナメーター（ＳＣＣＭ）の範囲
である。エツチング帯域内の圧力は、ＯＤ１〜１トルの
真壁条件に維持する。エツチング帯域装置の電極温度は
１５〜２５℃の範囲に保つ。
０−１００標準立方センナメーター（ＳＣＣＭ）の範囲
である。エツチング帯域内の圧力は、ＯＤ１〜１トルの
真壁条件に維持する。エツチング帯域装置の電極温度は
１５〜２５℃の範囲に保つ。
このエツチング法は、一般にプラズマエツチングと呼ば
れているが、さらに詳しく述べるとプラズマを用いるエ
ツチングの反応性イオン法である。反応性イオン法は、
基板を、電力を通じた電極上に取付けることが必要であ
るという点で異なる。
れているが、さらに詳しく述べるとプラズマを用いるエ
ツチングの反応性イオン法である。反応性イオン法は、
基板を、電力を通じた電極上に取付けることが必要であ
るという点で異なる。
従来技術の六弗化硫黄システムと本発明のシステムとの
比較を表１に示す。これかられかるよ５に、本発明の腐
蝕速度は従来技術のものと同等であり、同時に同様の腐
蝕の深さを維持しているが、＃！溝エツチングにおいて
辷けることが特に難しいアンダーカットが完全に回避さ
れている。六弗化硫黄試験は上記のマクビテイ等の論文
からのものである。
比較を表１に示す。これかられかるよ５に、本発明の腐
蝕速度は従来技術のものと同等であり、同時に同様の腐
蝕の深さを維持しているが、＃！溝エツチングにおいて
辷けることが特に難しいアンダーカットが完全に回避さ
れている。六弗化硫黄試験は上記のマクビテイ等の論文
からのものである。
表 １
結果の比暫
ＣｔＦ、Ｃｌ−８Ｆ・ ０．５１ 〜
６．０ 薫 マクビティー等
ＣＦｓＢｒ−８Ｆｇ ｏ、ｓ １
〜６．０ ０．３５ −１ク
ビテイ一等ＣＦｃＩｎ−８Ｆｓ ０．２
６ 〜６．０ −７４−
ｗクビティー等ＣＦ ＩＣ１ｇ−８Ｆｓ
Ｏ，１６〜６．０ ＋
マクビティー等６５％ＣＦ３Ｃ１−ＮＦＩ Ｏ，
４０４，００ｔ 本発明５０ＥＦ＊Ｃ１ｔ−ＮＦｓ
Ｑ、５０ ５．０ ０ｔ 本発明養−値は示され
ていないが、顕微鏡写真が同様なアンダーカットを示し
ているＯ ｌ−値は０．１μ駕未溝の偏差で正確である。
６．０ 薫 マクビティー等
ＣＦｓＢｒ−８Ｆｇ ｏ、ｓ １
〜６．０ ０．３５ −１ク
ビテイ一等ＣＦｃＩｎ−８Ｆｓ ０．２
６ 〜６．０ −７４−
ｗクビティー等ＣＦ ＩＣ１ｇ−８Ｆｓ
Ｏ，１６〜６．０ ＋
マクビティー等６５％ＣＦ３Ｃ１−ＮＦＩ Ｏ，
４０４，００ｔ 本発明５０ＥＦ＊Ｃ１ｔ−ＮＦｓ
Ｑ、５０ ５．０ ０ｔ 本発明養−値は示され
ていないが、顕微鏡写真が同様なアンダーカットを示し
ているＯ ｌ−値は０．１μ駕未溝の偏差で正確である。
第１図において、深溝エツチングを本発明のプラズマエ
ツチング剤で行なうシステムを説明する。ＮＦｓは、容
器１２に入っているハロフルオロカーボンと混合するた
めに気体容器１０に貯える。気体状態の物質はマニホー
ルド１４内で混合し、そして二つの平行なプレート電極
１８および２０があるエツチング帯域１６へ、過当な流
速で導入する。深溝エツチングを行な５二酸化シリコン
または窒化シリコン開口マスク／単結晶シリコン２２を
電極１８の上にのせ、そして適当な電力および周波数で
ＲＦｔ流を電源２４かも送る。罫、およびハロフルオロ
カーボンの気体混合物を任意の不活性担体気体と共にエ
ツチング帯域１６を通して流し、電極１８と２０との間
でｉａｔ流電位と共にプラズマを生せしめる。電位は生
じたプラズマからイオンを誘導して、開口マスクによっ
てもたらされたパターン内の単結晶シリコンに適当な深
い溝を蝕刻する。エツチング副生成物、プラズマ物質お
よび過剰のエツチング雰囲気は、真空排気装＊ ２６か
ら除去する。装置全体も真空に維持する。
ツチング剤で行なうシステムを説明する。ＮＦｓは、容
器１２に入っているハロフルオロカーボンと混合するた
めに気体容器１０に貯える。気体状態の物質はマニホー
ルド１４内で混合し、そして二つの平行なプレート電極
１８および２０があるエツチング帯域１６へ、過当な流
速で導入する。深溝エツチングを行な５二酸化シリコン
または窒化シリコン開口マスク／単結晶シリコン２２を
電極１８の上にのせ、そして適当な電力および周波数で
ＲＦｔ流を電源２４かも送る。罫、およびハロフルオロ
カーボンの気体混合物を任意の不活性担体気体と共にエ
ツチング帯域１６を通して流し、電極１８と２０との間
でｉａｔ流電位と共にプラズマを生せしめる。電位は生
じたプラズマからイオンを誘導して、開口マスクによっ
てもたらされたパターン内の単結晶シリコンに適当な深
い溝を蝕刻する。エツチング副生成物、プラズマ物質お
よび過剰のエツチング雰囲気は、真空排気装＊ ２６か
ら除去する。装置全体も真空に維持する。
第２図は、マスク１００を上に載せた腐蝕したシリコン
基板１０２を示す。界面の下からマスク開口部の端まで
の溝がへこんでいる寸法はアンダーカットと呼ばれ、文
字“Ｕ”で表示されている。アンダーカットは、異方性
手順によらないエツチングの好ましくない結果である。
基板１０２を示す。界面の下からマスク開口部の端まで
の溝がへこんでいる寸法はアンダーカットと呼ばれ、文
字“Ｕ”で表示されている。アンダーカットは、異方性
手順によらないエツチングの好ましくない結果である。
これはパターンの鮮明度を低下させる。
弓そりは、完全に画直な側壁からの溝の側壁の偏差とし
て示される。これは文字゛Ｂ”で表示されている。これ
もまた好ましくなく、ｃ′ＶＤ処理を妨げる。
て示される。これは文字゛Ｂ”で表示されている。これ
もまた好ましくなく、ｃ′ＶＤ処理を妨げる。
第３図は、本発明の方法でエツチングする前の、約１ミ
クロンの厚みの好ましい二酸化シリコンマスク１００で
マスクした、本発明で使用する単結晶シリコン１０２を
示す。これは端１０６を有する開口部１０４を示す。こ
れに対して、第４図は、二酸化シリコンマスクの開口部
が良好な端１０６の状態で比較的完父である、本発明の
好ましいエツチング剤を使用する基板１０２における深
溝腐蝕１１０を示し、そして約４ミクロンの深さである
深溝側面１０８は、進歩した半導体デバイス構造物の製
造規定で要求されるような、アンダーカットおよび弓七
りが本質的てないことを示している。
クロンの厚みの好ましい二酸化シリコンマスク１００で
マスクした、本発明で使用する単結晶シリコン１０２を
示す。これは端１０６を有する開口部１０４を示す。こ
れに対して、第４図は、二酸化シリコンマスクの開口部
が良好な端１０６の状態で比較的完父である、本発明の
好ましいエツチング剤を使用する基板１０２における深
溝腐蝕１１０を示し、そして約４ミクロンの深さである
深溝側面１０８は、進歩した半導体デバイス構造物の製
造規定で要求されるような、アンダーカットおよび弓七
りが本質的てないことを示している。
このような異方性深溝エツチングは、単結晶シリコンを
、二酸化シリコンまたは窒化シリコンマスクのいずれか
と共に用いたときの、上記の正確な処理方法においての
み得られる。
、二酸化シリコンまたは窒化シリコンマスクのいずれか
と共に用いたときの、上記の正確な処理方法においての
み得られる。
別のエツチング剤である四弗化炭素に対する腐蝕速度の
グラフを示す第５図で説明されるよ５Ｖｒ−、ポリシリ
コンのような別の基板は単結晶シリコンよりもずっと速
い速度で腐蝕することがわかる。従って、二酸化シリコ
ンを越えるシリコンの選択性は、単結晶シリコンを使用
すると低下することが予想され、開口マスクが腐蝕され
ろ見込みはより多くなる。
グラフを示す第５図で説明されるよ５Ｖｒ−、ポリシリ
コンのような別の基板は単結晶シリコンよりもずっと速
い速度で腐蝕することがわかる。従って、二酸化シリコ
ンを越えるシリコンの選択性は、単結晶シリコンを使用
すると低下することが予想され、開口マスクが腐蝕され
ろ見込みはより多くなる。
このことは、本発明の予想外の結果を除い℃は、深溝エ
ツチングに不利なことである。
ツチングに不利なことである。
マスキング材料の効果を、第６図および第７図を比較す
ることによって示す。これらは、１０００ワットの陰極
への取付け、圧力１３５ミリトル、腐蝕速度２０ＳＣＣ
Ｍそして雰囲気はアルゴン中３０チＣＦ３Ｃｌ、１５％
ＮＦ、よりなる腐蝕条件の、本発明のエツチング剤での
単結晶シリコンのエツチングの実際の顕微鏡写真である
。第６図は、単結晶シリコン上のマスキング剤としての
７オトレジストが、マスクの開口部におけるエツジパタ
ーンをかなり減少させ、溝の垂直側面を損なっているこ
とを示す。これに対して、第７図は、単結晶シリコン基
板上の二酸化シリコンマスクが、反応性イオン方式プラ
ズマエツチング雰囲気で、そう太き（腐蝕せず、単結晶
シリコン基板において反応性イオン方式プラズマエッチ
／グによって作られた溝を実質的にまたは本質的に垂直
な側壁にしていることを示している。マスキング剤の厚
みが第６図のフォトレジストマスクの例ではかなり腐蝕
されてＳす、−ガニ酸化シリコンマスクの深さは第７図
に示される例ではそこなわれていないことも注目される
。
ることによって示す。これらは、１０００ワットの陰極
への取付け、圧力１３５ミリトル、腐蝕速度２０ＳＣＣ
Ｍそして雰囲気はアルゴン中３０チＣＦ３Ｃｌ、１５％
ＮＦ、よりなる腐蝕条件の、本発明のエツチング剤での
単結晶シリコンのエツチングの実際の顕微鏡写真である
。第６図は、単結晶シリコン上のマスキング剤としての
７オトレジストが、マスクの開口部におけるエツジパタ
ーンをかなり減少させ、溝の垂直側面を損なっているこ
とを示す。これに対して、第７図は、単結晶シリコン基
板上の二酸化シリコンマスクが、反応性イオン方式プラ
ズマエツチング雰囲気で、そう太き（腐蝕せず、単結晶
シリコン基板において反応性イオン方式プラズマエッチ
／グによって作られた溝を実質的にまたは本質的に垂直
な側壁にしていることを示している。マスキング剤の厚
みが第６図のフォトレジストマスクの例ではかなり腐蝕
されてＳす、−ガニ酸化シリコンマスクの深さは第７図
に示される例ではそこなわれていないことも注目される
。
本質的にアンダーカットまたは弓そりかないことを意味
する実質的にまたは本質的に垂直な側壁は、完全な垂直
側壁からの偏差が０．１ミクロン未満であり、そしてマ
スク−基板界面におけるマスクの端と基板の端が、フラ
ッシュに合わさっていることで定義付けられる。
する実質的にまたは本質的に垂直な側壁は、完全な垂直
側壁からの偏差が０．１ミクロン未満であり、そしてマ
スク−基板界面におけるマスクの端と基板の端が、フラ
ッシュに合わさっていることで定義付けられる。
第８図は、１０ｔｉＩアルゴン、３０チ■、および６０
％ＣＦ、 ＣＩのプラズマエツチング雰囲気を用いた、
二酸化シリコンの開口マスクを有する単結晶シリコンの
深溝腐蝕の断面の顕微鏡写真である。本発明の方法を用
いるこの深溝ヲ工、以下の実施例の条件下で得られる。
％ＣＦ、 ＣＩのプラズマエツチング雰囲気を用いた、
二酸化シリコンの開口マスクを有する単結晶シリコンの
深溝腐蝕の断面の顕微鏡写真である。本発明の方法を用
いるこの深溝ヲ工、以下の実施例の条件下で得られる。
（実施例）
厚みが１ミクロンの熱成長二酸化シリコンの開口マスク
でパターン化した単結晶シリコンのウェファ−試料を、
反応器陰極上に置いた。平行なプレートエツチングチャ
ンバーを次に閉じて、Ｏ，ｏＯ１トルに排気した。次い
で、気体を個々に計量して混合マニホールドへ入れ、そ
してプラズマ反応器へ送った。気体の流速は、ＣＦ、
ＣＩＸＮＦ、およびアルゴンについて各各、１λ６およ
び２ ＳＣＣＭであった。これらの流レバ、６ｏ％ｃＦ
ｍｃｔ、 ３０％ＮＦ３オＪ：び１０％フル：ｒ’ンｊ
。
でパターン化した単結晶シリコンのウェファ−試料を、
反応器陰極上に置いた。平行なプレートエツチングチャ
ンバーを次に閉じて、Ｏ，ｏＯ１トルに排気した。次い
で、気体を個々に計量して混合マニホールドへ入れ、そ
してプラズマ反応器へ送った。気体の流速は、ＣＦ、
ＣＩＸＮＦ、およびアルゴンについて各各、１λ６およ
び２ ＳＣＣＭであった。これらの流レバ、６ｏ％ｃＦ
ｍｃｔ、 ３０％ＮＦ３オＪ：び１０％フル：ｒ’ンｊ
。
りなる気体混合物であった。反応器を０゜１４０トルの
一定の圧力に平衡にした。電極温度は１７℃にて一定に
保った。次に陰極に１０００ワットの電力をかけ、反応
性イオンエツチングのためにプラズマ環境を作った０エ
ツチング工程を１０分間続け、電力を切った。次に、気
体の流れを止め、チャンバーを排気し、窒素を１気圧ま
で満たし、そして腐蝕した単結晶シリコンのウニ７アー
を取出した。次いで、走査電子顕微鏡を用いて、異方性
および腐蝕速度を測定した。第８図に示す実験の結果は
、毎分０．４ミクロンの腐蝕速度で得た、単結晶シリコ
ンにおける深くて完全に異方性の溝であった。
一定の圧力に平衡にした。電極温度は１７℃にて一定に
保った。次に陰極に１０００ワットの電力をかけ、反応
性イオンエツチングのためにプラズマ環境を作った０エ
ツチング工程を１０分間続け、電力を切った。次に、気
体の流れを止め、チャンバーを排気し、窒素を１気圧ま
で満たし、そして腐蝕した単結晶シリコンのウニ７アー
を取出した。次いで、走査電子顕微鏡を用いて、異方性
および腐蝕速度を測定した。第８図に示す実験の結果は
、毎分０．４ミクロンの腐蝕速度で得た、単結晶シリコ
ンにおける深くて完全に異方性の溝であった。
ハロフルオロカーボンおよび気体組成物のみを変え、Ｃ
Ｆ、 ＣＩ、およびＣＦ＊ Ｂｒを用いて同様の実験を
行ない、上記の表１に示すのと同じ様な実験結果を得た
。
Ｆ、 ＣＩ、およびＣＦ＊ Ｂｒを用いて同様の実験を
行ない、上記の表１に示すのと同じ様な実験結果を得た
。
上記のように、三弗化窒素およびハロフルオロカーボン
プラズマエッチング剤を雰囲気中に用いて、二酸化シリ
コンまたは窒化シリコン開口マスクを通して単結晶シリ
コンを腐蝕する本発明の方法は、今まで作るのが難しか
った深さおよび側面の異方性深溝腐蝕を得るのに効果的
である。これらの深溝は、アンダーカットのないおよび
弓そりのない、本質的に異方性の側面を有する。六弗化
硫黄または三弗化窒素および種々のハロフルオロカーボ
ンを、ポリシリコンのフォトレジストマスクと共に、０
３０ミクロンの回路パターンに対する通常の腐蝕の深さ
で用いる従来技術に対して、深溝エツチングの要件は、
高速、高精度、異方性腐蝕製造の全てのパラメーターを
悪化させる。ポリシリコンは、単結晶シリコンとは著し
く異なる挙動で、そして特に、３７１５ ミクロンの深
溝を作るのに必要な期間にわたる異方性エツチングを悪
化させる条件である、より高速の腐蝕速度で、腐蝕する
ことがわかった。また、従来技術に用いられた重合体フ
ォトレジストマスク４工、深溝エツチングの厳しい条件
に耐える基板についての十分な選択性を持たないことも
わかった。異方性プロフィールで得られる深溝エツチン
グの間呟の特異な解決が、高圧反応性イオン方式腐蝕法
において、極めて速い腐蝕速度を有する三弗化鼠素を、
種々のハロフルオロカーボンと共に使用することによっ
て導かれることが意外にも本発明で見出された。単結晶
シリコン基板上に比較的不活性な二酸化シリコンを使用
する新規な方法は、高度の異方特性を有する〇二酸化シ
リコンおよび単結晶シリコンは、選ばれたエツチング剤
に対して特異な、過度に必要な高度に選択性の腐蝕を示
して、半導体およびミクロエレクトロニック加工におい
て開発の進んだ小形化に必要と思われる回路絶縁技術、
コンデンサー形成または電子部品ローテーションに適し
た異方性深溝腐蝕を生ぜしめる。エツチング剤混合物、
開口マスク、シリコン基板および高圧反応性イオン方式
腐蝕のこの独特の組合せのみが、深溝エツチング問題の
丁ばらしい解決をもたら丁〇（発明の効果） 本発明はいかなるアンダーカットも最小にする。マクビ
テイ等のものと同様な深さの溝を同じよプに拡大すると
、本発明の顕微鏡写Ｘは本質的にアンダーカットを示し
ていないが、マクビテイ等の顕微鏡写真は見てわかるア
ンダーカットを示しており、これは少なくとも一つの場
合において、寸法が０３５ミクロンであると著者によっ
て確認されている。
プラズマエッチング剤を雰囲気中に用いて、二酸化シリ
コンまたは窒化シリコン開口マスクを通して単結晶シリ
コンを腐蝕する本発明の方法は、今まで作るのが難しか
った深さおよび側面の異方性深溝腐蝕を得るのに効果的
である。これらの深溝は、アンダーカットのないおよび
弓そりのない、本質的に異方性の側面を有する。六弗化
硫黄または三弗化窒素および種々のハロフルオロカーボ
ンを、ポリシリコンのフォトレジストマスクと共に、０
３０ミクロンの回路パターンに対する通常の腐蝕の深さ
で用いる従来技術に対して、深溝エツチングの要件は、
高速、高精度、異方性腐蝕製造の全てのパラメーターを
悪化させる。ポリシリコンは、単結晶シリコンとは著し
く異なる挙動で、そして特に、３７１５ ミクロンの深
溝を作るのに必要な期間にわたる異方性エツチングを悪
化させる条件である、より高速の腐蝕速度で、腐蝕する
ことがわかった。また、従来技術に用いられた重合体フ
ォトレジストマスク４工、深溝エツチングの厳しい条件
に耐える基板についての十分な選択性を持たないことも
わかった。異方性プロフィールで得られる深溝エツチン
グの間呟の特異な解決が、高圧反応性イオン方式腐蝕法
において、極めて速い腐蝕速度を有する三弗化鼠素を、
種々のハロフルオロカーボンと共に使用することによっ
て導かれることが意外にも本発明で見出された。単結晶
シリコン基板上に比較的不活性な二酸化シリコンを使用
する新規な方法は、高度の異方特性を有する〇二酸化シ
リコンおよび単結晶シリコンは、選ばれたエツチング剤
に対して特異な、過度に必要な高度に選択性の腐蝕を示
して、半導体およびミクロエレクトロニック加工におい
て開発の進んだ小形化に必要と思われる回路絶縁技術、
コンデンサー形成または電子部品ローテーションに適し
た異方性深溝腐蝕を生ぜしめる。エツチング剤混合物、
開口マスク、シリコン基板および高圧反応性イオン方式
腐蝕のこの独特の組合せのみが、深溝エツチング問題の
丁ばらしい解決をもたら丁〇（発明の効果） 本発明はいかなるアンダーカットも最小にする。マクビ
テイ等のものと同様な深さの溝を同じよプに拡大すると
、本発明の顕微鏡写Ｘは本質的にアンダーカットを示し
ていないが、マクビテイ等の顕微鏡写真は見てわかるア
ンダーカットを示しており、これは少なくとも一つの場
合において、寸法が０３５ミクロンであると著者によっ
て確認されている。
本発明を好ましい具体例について記載してきたが、本発
明の範囲はこの具体例に限定されるべきものではなく、
特許請求の範囲によって限定されるべきものである。
明の範囲はこの具体例に限定されるべきものではなく、
特許請求の範囲によって限定されるべきものである。
第１図は、本発明のプラズマエツチング組成物を用いて
、シリコン基板に深溝を作ることができる、エツチング
帯域の流れの略図、第２図は、マスクのアンダーカット
並びに溝自体の弓そりを示す、従来のシリコン基板にお
けるエツチングパターンの断面を示す図、第３図は、エ
ツチングを行なう前のシリコン基板上の開口マスクの断
面図、第４図は、二酸化シリコン開口マスクおよび単結
晶シリコン基板を使用する本発明の方法による深溝エツ
チングの断面図、第５図は、四弗化炭素の公知のエツチ
ング気体を使用して、ポリシリコンのエツチング速度が
単結晶シリコンのそれより速いことを示すグラフ、第６
図は、本発明のエツチング剤を使用して、開口フォトレ
ジストマスクを通して単結晶シリコンをエツチングした
ものの断面の顕微鏡写真であり、ＷＸ７図は本発明のエ
ツチング剤を使用して、二酸化シリコンの開口マスクを
通してエツチングしたものの断面の顕微鏡Ｘ線写真、第
８図は、本発明の方法を用いて深溝エツチングしたもの
の断面の顕微ＨＸ線写真である。 １へ１２・・・気体容器、１４・・・マニホールド、１
６・・・エツチング帯域、１８，２０・・・平行プレー
ト電極、２２・・・二酸化硫黄または窒化シリコン開口
マスク／単結晶シリコン、２４・・・電源、２６・・・
真空排気システム、１００・・・マスク、１０２・・・
単結晶シリコン基板、１０４・・・開口部、１０６・・
・エツジ、１０８・・・深溝側面、１１０・・・深溝腐
蝕。 特許出願人 エアー、プロダクツ・アンド・ケミカル
ス、インコーホレーテッド 図面の、争書Ｃ向６に変更なし） Ｈ６，８
、シリコン基板に深溝を作ることができる、エツチング
帯域の流れの略図、第２図は、マスクのアンダーカット
並びに溝自体の弓そりを示す、従来のシリコン基板にお
けるエツチングパターンの断面を示す図、第３図は、エ
ツチングを行なう前のシリコン基板上の開口マスクの断
面図、第４図は、二酸化シリコン開口マスクおよび単結
晶シリコン基板を使用する本発明の方法による深溝エツ
チングの断面図、第５図は、四弗化炭素の公知のエツチ
ング気体を使用して、ポリシリコンのエツチング速度が
単結晶シリコンのそれより速いことを示すグラフ、第６
図は、本発明のエツチング剤を使用して、開口フォトレ
ジストマスクを通して単結晶シリコンをエツチングした
ものの断面の顕微鏡写真であり、ＷＸ７図は本発明のエ
ツチング剤を使用して、二酸化シリコンの開口マスクを
通してエツチングしたものの断面の顕微鏡Ｘ線写真、第
８図は、本発明の方法を用いて深溝エツチングしたもの
の断面の顕微ＨＸ線写真である。 １へ１２・・・気体容器、１４・・・マニホールド、１
６・・・エツチング帯域、１８，２０・・・平行プレー
ト電極、２２・・・二酸化硫黄または窒化シリコン開口
マスク／単結晶シリコン、２４・・・電源、２６・・・
真空排気システム、１００・・・マスク、１０２・・・
単結晶シリコン基板、１０４・・・開口部、１０６・・
・エツジ、１０８・・・深溝側面、１１０・・・深溝腐
蝕。 特許出願人 エアー、プロダクツ・アンド・ケミカル
ス、インコーホレーテッド 図面の、争書Ｃ向６に変更なし） Ｈ６，８
Claims (8)
- （１）本質的に垂直な側壁を有する深溝を得るための、
開口マスクを通しての単結晶シリコンの高速で異方性に
反応性のイオン方式プラズマエッチング法において、 （ａ）二酸化シリコンおよび窒化シリコンよりなる群か
ら選択した開口マスクを有する単結晶シリコン基板を用
意し、 （ｂ）この基板を、エッチング帯域内で、 １〜２ＮＦ＿３：１〜３ＨＦＣの割合の三弗化窒素（Ｎ
Ｆ＿３）およびただ一つの炭素原子を含有するハロフル
オロカーボン（ＨＦＣ）の雰囲気にさらし、そして （ｃ）この雰囲気でプラズマを発生させ、 そしてイオンを上記プラズマから上記マスクの開口部を
通して単結晶シリコン基板へ向けることによつて、上記
基板を異方性に反応性のイオンエッチングし、ここでエ
ッチングは、５００〜２０００ワットの電力および１〜
５０ＭＨｚの周波数を用いて毎分少なくとも０．１ミク
ロンの範囲の高速で行なつて、本質的に上記マスクのア
ンダーカットのないおよび溝に弓そり（ｂｏｗｉｎｇ）
のない、３〜１５ミクロンの垂直の深さおよび本質的に
垂直な側壁を有する深溝を上記基板に作る、 ことを特徴とする、上記の方法。 - （２）ハロフルオロカーボンが、ＣＦ＿３Ｃｌ、ＣＦ＿
２Ｃｌ＿２、ＣＦ＿３Ｂｒ、ＣＦ＿３Ｉ、ＣＦ＿２Ｂｒ
＿２、ＣＦ＿２Ｉ＿２、ＣＦ＿３ＣｌＨおよびＣＣｌ＿
２ＦＨよりなる群から選択したものである、特許請求の
範囲第（１）項記載の方法。 - （３）雰囲気がＮＦ＿３およびＣＦ＿３Ｃｌよりなる、
特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 - （４）エッチング中のエッチング帯域を、０．１トルを
越えそして最高１．０トルまでの圧力に保つ、特許請求
の範囲第（１）項記載の方法。 - （５）開口マスクがＳｉＯ＿２である、特許請求の範囲
第（１）項記載の方法。 - （６）エッチング帯域内の雰囲気の流れが１０〜１００
ＳＣＣＭである、特許請求の範囲第（１）項記載の方法
。 - （７）エッチング帯域に、温度を１５〜２５℃に維持し
た一定の間隔を保つた電極を含める、特許請求の範囲第
（１）項記載の方法。 - （８）上記雰囲気が、アルゴン、クリプトン、ヘリウム
またはネオンよりなる群から選択した希釈ガスを含む、
特許請求の範囲第（１）項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US86417786A | 1986-05-16 | 1986-05-16 | |
| US864177 | 1986-05-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6333586A true JPS6333586A (ja) | 1988-02-13 |
| JPS6356312B2 JPS6356312B2 (ja) | 1988-11-08 |
Family
ID=25342688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62116698A Granted JPS6333586A (ja) | 1986-05-16 | 1987-05-13 | 単結晶シリコンのイオン式プラズマエツチング法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0246514A3 (ja) |
| JP (1) | JPS6333586A (ja) |
| KR (1) | KR900003804B1 (ja) |
| BR (1) | BR8702442A (ja) |
| ZA (1) | ZA873465B (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0565212A2 (en) * | 1986-12-19 | 1993-10-13 | Applied Materials, Inc. | Iodine etch process for silicon and silicides |
| JP3371143B2 (ja) * | 1991-06-03 | 2003-01-27 | ソニー株式会社 | ドライエッチング方法 |
| DE4317623C2 (de) * | 1993-05-27 | 2003-08-21 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zum anisotropen Plasmaätzen von Substraten und dessen Verwendung |
| GB9616225D0 (en) | 1996-08-01 | 1996-09-11 | Surface Tech Sys Ltd | Method of surface treatment of semiconductor substrates |
| DE69725245T2 (de) * | 1996-08-01 | 2004-08-12 | Surface Technoloy Systems Plc | Verfahren zur Ätzung von Substraten |
| US6187685B1 (en) | 1997-08-01 | 2001-02-13 | Surface Technology Systems Limited | Method and apparatus for etching a substrate |
| US6051346A (en) * | 1998-04-29 | 2000-04-18 | Lucent Technologies Inc. | Process for fabricating a lithographic mask |
| US6417013B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-07-09 | Plasma-Therm, Inc. | Morphed processing of semiconductor devices |
| US8614151B2 (en) * | 2008-01-04 | 2013-12-24 | Micron Technology, Inc. | Method of etching a high aspect ratio contact |
| JP5064319B2 (ja) * | 2008-07-04 | 2012-10-31 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマエッチング方法、制御プログラム及びコンピュータ記憶媒体 |
| CN102324387A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-01-18 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 深沟槽的形成方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4226665A (en) * | 1978-07-31 | 1980-10-07 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Device fabrication by plasma etching |
| US4475982A (en) * | 1983-12-12 | 1984-10-09 | International Business Machines Corporation | Deep trench etching process using CCl2 F2 /Ar and CCl2 F.sub. /O2 RIE |
| CA1260365A (en) * | 1985-05-06 | 1989-09-26 | Lee Chen | Anisotropic silicon etching in fluorinated plasma |
-
1987
- 1987-05-08 EP EP87106711A patent/EP0246514A3/en not_active Withdrawn
- 1987-05-13 JP JP62116698A patent/JPS6333586A/ja active Granted
- 1987-05-13 BR BR8702442A patent/BR8702442A/pt unknown
- 1987-05-14 ZA ZA873465A patent/ZA873465B/xx unknown
- 1987-05-16 KR KR1019870004854A patent/KR900003804B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0246514A2 (en) | 1987-11-25 |
| KR870011672A (ko) | 1987-12-26 |
| JPS6356312B2 (ja) | 1988-11-08 |
| ZA873465B (en) | 1989-01-25 |
| BR8702442A (pt) | 1988-02-23 |
| KR900003804B1 (ko) | 1990-05-31 |
| EP0246514A3 (en) | 1989-09-20 |
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