JPS6356312B2 - - Google Patents
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Description
（産業上の利用分野）
本発明は、シリコンをプラズマエツチングし
て、メガビツトチツプ技術用の進んだミクロエレ
クトロニツクデバイス構造体を製造することに関
する。さらに詳しくは、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ツク回路部品にお
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ヨン作
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
ロニツク回路部品を取付けたシリコン基板の開発
に伴つて、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つてきた。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つ
てきた。 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オトレジスト材料によつ
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すぎない。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0.30ミクロンの深さで得られ
る。基板はエツ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0.1ミクロンの厚みを有する。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
いため、エツチング剤に対するマスクおよび基板
の選択性差はそう大きくない。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
路のライン幅をますます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
ぎつしり詰めることが必要となつてきた。ミクロ
回路部品におけるこれらの進歩は、深溝（deep
trench）のような新しいパターン化要件をもたら
す。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つてきた。 米国特許第4473435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、フオトレジストマスクを有
するポリシリコンの異方性エツチング方法が記載
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図
において、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オトレジスト重合体の公
知の厚みの深溝エツチングの範囲内に入らない。 深溝エツチングについては、論文
“Anisotropic Etching of Silicon Using SF6
With C2ClF5 and Other Mixed
Halocarbons”、James P.McVittie and Carlos
Gonzolezで論じられている。この論文には、フ
オ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
ハロ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0.5〜10ミクロンであつた。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、アンダーカツトの少ない状態で生じる
ことがわかつた。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
ンダーカツ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4473435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、アンダーカツ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つた。
弓そりは、デバイスプレースメントの用途には好
ましくなく、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、1980年４月のSolid State Technologyのタ
ツヤ・エノモトによる“Loading Effect and
Temperature Dependence of Etch Rate of
Silicon Materials in CF4 Plasma”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
グの効果が確認されている。エノモトは、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、アンダーカツトが、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0.30ミクロン未
満の深さで行なわれる、一般的な電子回路パター
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
な製造についての問題は、従来技術では解決され
なかつた。本発明は、側面が弓そり状になつたり
またはマスクアンダーカツ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〜
2NF3：１〜3HFCの割合の三弗化窒素（NF3）
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つて、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、500〜2000ワツトの電力お
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つて、本質的に上
記マスクをアンダーカツトすることなくそして本
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
CF3Cl、CF2Cl2、CF3Br、CF3I、CF2Br2、
CF2I2、CF2ClHおよびCCl2FHよりなる群から選
択したもので実施するのが好ましい。 本発明の方法は、NF3およびCF3Clよりなる雰
囲気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、
0.1を越え最高1.0トルま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。 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
センチメーター（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。 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。 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。 第２図は、マスクのアンダーカツト並びに溝自
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。 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。 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を示すものである。 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で
ある。 第６図は、本発明のエツチング剤を使用して、
開口フオ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
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。 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。 半導体チツプを製造する多くの場合に、半導体
ウエフアーは、上に載せたマスクの開口部によつ
て定められたパターンにエツチングされる。半導
体ウエフアー上の薄膜のいくつかの層のプラズマ
エツチングは、湿式エツチングにとつて代わるよ
り効果的なものとして用いられる。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置かれる。ウエフアーの直接
上の気体はRFエネルギーによつてイオン化され
てプラズマを生じ、イオンはプラズマから加速さ
れて半導体ウエフアーにインパクトする。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
用によつて行なわれる。 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、ますます重要になつ
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、腐蝕形状をいつ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ケーシヨンとは異な
る垂直部品ローケーシヨ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つてきた。しかしな
がら、そのような方法でかなり深い溝をエツチン
グすることは困難であつた。半導体製造業者が現
在直面している問題は、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
を作り出すことである。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ツプ
コストを維持するために、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うことが必要となり、そし
てこれらの限定された特徴の組合せによつて、本
発明の方法で確認されるような再現性の高い結果
を伴つて、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ツトしおよび
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。ここで
はアンダーカツトが確認され、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
も進んだ水平浸入部と、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つてきた。しかしなが
ら、ハロフルオロカーボンエツチング剤は、一般
的なシリコン基板を比較的ゆつくりエツチングす
るものであり、従つて、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
での製造を導くものではない。 本発明は、三弗化窒素およ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ツ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、CF2Cl2、CF3Br、CF3I、
CF2Br2、CF2I2、CF2ClHおよびCCl2FH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、NF3
およびCF3Cl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NF3は、要求されるす
ばやい腐蝕速度、そしてマスクの腐蝕および腐蝕
アンダーカツ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す。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SF6と対照的である。ハロフルオロカー
ボン気体が、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あ
ると思われる、ジフルオロカーボンメカニズムに
よつ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ハロ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、たとえばアルゴン、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の
割合で使用するのが好ましい。腐蝕は毎分少なく
とも0.1ミクロンから、最高毎分2.0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ワツトの範囲であり、周
波数は１〜50MHzを使用する。エツチング帯域を
通るエツチング剤の流速は、毎分10〜100標準立
方センチメーター（SCCM）の範囲である。エツ
チング帯域内の圧力は、0.01〜１トルの真空条件
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。 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。これからわかるよう
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、深溝エツチングにおいて避けることが特に難
しいアンダーカツ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。
て、メガビツトチツプ技術用の進んだミクロエレ
クトロニツクデバイス構造体を製造することに関
する。さらに詳しくは、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ツク回路部品にお
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ヨン作
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
ロニツク回路部品を取付けたシリコン基板の開発
に伴つて、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つてきた。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つ
てきた。 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オトレジスト材料によつ
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すぎない。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0.30ミクロンの深さで得られ
る。基板はエツ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0.1ミクロンの厚みを有する。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
いため、エツチング剤に対するマスクおよび基板
の選択性差はそう大きくない。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
路のライン幅をますます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
ぎつしり詰めることが必要となつてきた。ミクロ
回路部品におけるこれらの進歩は、深溝（deep
trench）のような新しいパターン化要件をもたら
す。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つてきた。 米国特許第4473435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、フオトレジストマスクを有
するポリシリコンの異方性エツチング方法が記載
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図
において、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オトレジスト重合体の公
知の厚みの深溝エツチングの範囲内に入らない。 深溝エツチングについては、論文
“Anisotropic Etching of Silicon Using SF6
With C2ClF5 and Other Mixed
Halocarbons”、James P.McVittie and Carlos
Gonzolezで論じられている。この論文には、フ
オ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
ハロ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0.5〜10ミクロンであつた。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、アンダーカツトの少ない状態で生じる
ことがわかつた。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
ンダーカツ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4473435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、アンダーカツ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つた。
弓そりは、デバイスプレースメントの用途には好
ましくなく、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、1980年４月のSolid State Technologyのタ
ツヤ・エノモトによる“Loading Effect and
Temperature Dependence of Etch Rate of
Silicon Materials in CF4 Plasma”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
グの効果が確認されている。エノモトは、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、アンダーカツトが、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0.30ミクロン未
満の深さで行なわれる、一般的な電子回路パター
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
な製造についての問題は、従来技術では解決され
なかつた。本発明は、側面が弓そり状になつたり
またはマスクアンダーカツ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〜
2NF3：１〜3HFCの割合の三弗化窒素（NF3）
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つて、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、500〜2000ワツトの電力お
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つて、本質的に上
記マスクをアンダーカツトすることなくそして本
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
CF3Cl、CF2Cl2、CF3Br、CF3I、CF2Br2、
CF2I2、CF2ClHおよびCCl2FHよりなる群から選
択したもので実施するのが好ましい。 本発明の方法は、NF3およびCF3Clよりなる雰
囲気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、
0.1を越え最高1.0トルま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。 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
センチメーター（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。 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。 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。 第２図は、マスクのアンダーカツト並びに溝自
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。 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。 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を示すものである。 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で
ある。 第６図は、本発明のエツチング剤を使用して、
開口フオ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
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。 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。 半導体チツプを製造する多くの場合に、半導体
ウエフアーは、上に載せたマスクの開口部によつ
て定められたパターンにエツチングされる。半導
体ウエフアー上の薄膜のいくつかの層のプラズマ
エツチングは、湿式エツチングにとつて代わるよ
り効果的なものとして用いられる。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置かれる。ウエフアーの直接
上の気体はRFエネルギーによつてイオン化され
てプラズマを生じ、イオンはプラズマから加速さ
れて半導体ウエフアーにインパクトする。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
用によつて行なわれる。 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、ますます重要になつ
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、腐蝕形状をいつ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ケーシヨンとは異な
る垂直部品ローケーシヨ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つてきた。しかしな
がら、そのような方法でかなり深い溝をエツチン
グすることは困難であつた。半導体製造業者が現
在直面している問題は、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
を作り出すことである。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ツプ
コストを維持するために、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うことが必要となり、そし
てこれらの限定された特徴の組合せによつて、本
発明の方法で確認されるような再現性の高い結果
を伴つて、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ツトしおよび
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。ここで
はアンダーカツトが確認され、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
も進んだ水平浸入部と、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つてきた。しかしなが
ら、ハロフルオロカーボンエツチング剤は、一般
的なシリコン基板を比較的ゆつくりエツチングす
るものであり、従つて、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
での製造を導くものではない。 本発明は、三弗化窒素およ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ツ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、CF2Cl2、CF3Br、CF3I、
CF2Br2、CF2I2、CF2ClHおよびCCl2FH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、NF3
およびCF3Cl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NF3は、要求されるす
ばやい腐蝕速度、そしてマスクの腐蝕および腐蝕
アンダーカツ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す。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SF6と対照的である。ハロフルオロカー
ボン気体が、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あ
ると思われる、ジフルオロカーボンメカニズムに
よつ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ハロ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、たとえばアルゴン、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の
割合で使用するのが好ましい。腐蝕は毎分少なく
とも0.1ミクロンから、最高毎分2.0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ワツトの範囲であり、周
波数は１〜50MHzを使用する。エツチング帯域を
通るエツチング剤の流速は、毎分10〜100標準立
方センチメーター（SCCM）の範囲である。エツ
チング帯域内の圧力は、0.01〜１トルの真空条件
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。 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。これからわかるよう
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、深溝エツチングにおいて避けることが特に難
しいアンダーカツ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】
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。NF3は、容器１２に入つ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、適当な流速で
導入する。深溝エツチングを行なう二酸化シリコ
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RF電流を電源２４から送る。
NF3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との間で電流電位
と共にプラズマを生ぜしめる。電位は生じたプラ
ズマからイオンを誘導して、開口マスクによつて
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
排気装置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
ーカツトと呼ばれ、文字“Ｕ”で表示されてい
る。アンダーカツトは、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、完全に垂
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、CVD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の状態で比較的完全である、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
ダーカツトおよび弓そりが本質的にないことを示
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。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図で説明されるように、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つと
速い速度で腐蝕することがわかる。従つて、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る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ては、
深溝エ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つて示す。これらは、1000ワ
ツトの陰極への取付け、圧力135ミリトル、腐蝕
速度20SCCMそして雰囲気はアルゴン中30％
CF3Cl、15％NF3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フオトレジスト
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つていること
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条件下で、そう大きく
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ツチングによつて作られた溝
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
のフオトレジストマスクの例ではかなり腐蝕され
ており、一方二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ツトまたは弓そりがないこ
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、フラツシユに合わさつてい
ることで定義付けられる。 第８図は、10％アルゴン、30％NF3および60％
CF3Cl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は、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エ
フアー試料を、反応器陰極上に置いた。平行なプ
レートエツチングチヤンバーを次に閉じて、
0.001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
反応器へ送つた。気体の流速は、CF3Cl、NF3お
よびアルゴンについて各各、12、６および
2SCCMであつた。これらの流れは、60％CF3Cl、
30％NF3および10％アルゴンよりなる気体混合物
であつた。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℃にて一定に保つた。次
に陰極に1000ワツトの電力をかけ、反応性イオン
エツチングのためにプラズマ環境を作つた。エツ
チング工程を10分間続け、電力を切つた。次に、
気体の流れを止め、チヤンバーを排気し、窒素を
１気圧まで満たし、そして腐蝕した単結晶シリコ
ンのウエフアーを取出した。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つた。 ハロフルオロカーボンおよび気体組成物のみを
変え、CF2Cl2およびCF3Br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ツ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つた深さおよび側面
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、アンダーカツ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、ポリシリコンのフオトレジストマス
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
蝕構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、３〜15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
することがわかつた。また、従来技術に用いられ
た重合体フオトレジストマスクは、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つた。異方性プロフイ
ールで得られる深溝エツチングの問題の特異な解
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窒素を、種々の
ハロフルオロカーボンと共に使用することによつ
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。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、適度
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ツ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ケーシヨンに
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すばらしい解決をもた
らす。 （発明の効果） 本発明はいかなるアンダーカツトも最小にす
る。マクビテイ等のものと同様な深さの溝を同じ
ように拡大すると、本発明の顕微鏡写真は本質的
にアンダーカツ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ツトを示
しており、これは少なくとも一つの場合におい
て、寸法が0.35ミクロンであると著者によつて確
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つて限定され
るべきものである。
ラズマエツチング剤で行なうシステムを説明す
る。NF3は、容器１２に入つ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、適当な流速で
導入する。深溝エツチングを行なう二酸化シリコ
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RF電流を電源２４から送る。
NF3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との間で電流電位
と共にプラズマを生ぜしめる。電位は生じたプラ
ズマからイオンを誘導して、開口マスクによつて
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
排気装置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
ーカツトと呼ばれ、文字“Ｕ”で表示されてい
る。アンダーカツトは、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、完全に垂
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、CVD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の状態で比較的完全である、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
ダーカツトおよび弓そりが本質的にないことを示
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。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図で説明されるように、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つと
速い速度で腐蝕することがわかる。従つて、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る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ては、
深溝エ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つて示す。これらは、1000ワ
ツトの陰極への取付け、圧力135ミリトル、腐蝕
速度20SCCMそして雰囲気はアルゴン中30％
CF3Cl、15％NF3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フオトレジスト
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つていること
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条件下で、そう大きく
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ツチングによつて作られた溝
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
のフオトレジストマスクの例ではかなり腐蝕され
ており、一方二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ツトまたは弓そりがないこ
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、フラツシユに合わさつてい
ることで定義付けられる。 第８図は、10％アルゴン、30％NF3および60％
CF3Cl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は、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エ
フアー試料を、反応器陰極上に置いた。平行なプ
レートエツチングチヤンバーを次に閉じて、
0.001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
反応器へ送つた。気体の流速は、CF3Cl、NF3お
よびアルゴンについて各各、12、６および
2SCCMであつた。これらの流れは、60％CF3Cl、
30％NF3および10％アルゴンよりなる気体混合物
であつた。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℃にて一定に保つた。次
に陰極に1000ワツトの電力をかけ、反応性イオン
エツチングのためにプラズマ環境を作つた。エツ
チング工程を10分間続け、電力を切つた。次に、
気体の流れを止め、チヤンバーを排気し、窒素を
１気圧まで満たし、そして腐蝕した単結晶シリコ
ンのウエフアーを取出した。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つた。 ハロフルオロカーボンおよび気体組成物のみを
変え、CF2Cl2およびCF3Br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ツ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つた深さおよび側面
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、アンダーカツ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、ポリシリコンのフオトレジストマス
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
蝕構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、３〜15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
することがわかつた。また、従来技術に用いられ
た重合体フオトレジストマスクは、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つた。異方性プロフイ
ールで得られる深溝エツチングの問題の特異な解
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窒素を、種々の
ハロフルオロカーボンと共に使用することによつ
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。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、適度
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ツ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ケーシヨンに
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すばらしい解決をもた
らす。 （発明の効果） 本発明はいかなるアンダーカツトも最小にす
る。マクビテイ等のものと同様な深さの溝を同じ
ように拡大すると、本発明の顕微鏡写真は本質的
にアンダーカツ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ツトを示
しており、これは少なくとも一つの場合におい
て、寸法が0.35ミクロンであると著者によつて確
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つて限定され
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
スクのアンダーカツ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、開口フオ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、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鏡Ｘ線写真である。 １０，１２…気体容器、１４…マニホールド、
１６…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。
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
スクのアンダーカツ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、開口フオ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、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鏡Ｘ線写真である。 １０，１２…気体容器、１４…マニホールド、
１６…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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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ツチン
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、エツチング帯域内で、１〜
2NF3：１〜3HFCの割合の三弗化窒素（NF3）
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ツチ
ングし、ここでエツチングは、500〜2000ワツ
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ツトの
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、CF3Cl、CF2Cl2、
CF3Br、CF3I、CF2Br2、CF2I2、CF3ClHおよび
CCl2FH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NF3およびCF3Clよりなる、特許請
求の範囲第１項記載の方法。 ４ エツチング中のエツチング帯域を、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SiO2である、特許請求の範囲
第１項記載の方法。 ６ エツチング帯域内の雰囲気の流れが10〜
100SCCMである、特許請求の範囲第１項記載の
方法。 ７ エツチング帯域に、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 JPS6333586A (ja) | 1988-02-13 |
| JPS6356312B2 true 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 |
|---|---|---|---|---|
| DE3752259T2 (de) * | 1986-12-19 | 1999-10-14 | Applied Materials | Bromine-Ätzverfahren für Silizium |
| 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 |
| EP1357584A3 (en) * | 1996-08-01 | 2005-01-12 | Surface Technology Systems Plc | Method of surface treatment of semiconductor substrates |
| GB9616225D0 (en) | 1996-08-01 | 1996-09-11 | Surface Tech Sys Ltd | Method of surface treatment of semiconductor substrates |
| 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 |
|---|---|
| EP0246514A3 (en) | 1989-09-20 |
| KR900003804B1 (ko) | 1990-05-31 |
| JPS6333586A (ja) | 1988-02-13 |
| KR870011672A (ko) | 1987-12-26 |
| ZA873465B (en) | 1989-01-25 |
| EP0246514A2 (en) | 1987-11-25 |
| BR8702442A (pt) | 1988-02-23 |
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