JP3215151B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】本発明は、ドライエッチング方法に係り、
特にマイクロローディング効果を抑制し、シリコン酸化
膜に高アスペクト比でしかも間口の小さい開口を形成す
ることのできるドライエッチング方法に関する。
特にマイクロローディング効果を抑制し、シリコン酸化
膜に高アスペクト比でしかも間口の小さい開口を形成す
ることのできるドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、多結晶シリコン等の電極材料やシ
リコン酸化膜等のエッチングには、高精度のパターン形
成が可能であることから、反応性イオンエッチング法が
用いられている。反応性イオンエッチング法は、一対の
平行平板電極を備えた真空容器内に被処理基板（例え
ば、被エッチング薄膜が形成された基板）を設置し、反
応性ガスを導入した後、高周波電力の印加により前記ガ
スを放電せしめ、この放電により発生したガスプラズマ
を用いて被処理基板をエッチングする方法である。ま
た、反応性イオンエッチング法の他に、プラズマエッチ
ング、ＥＣＲ型ドライエッチング法、イオンビ―ムエッ
チング法、光励起エッチング法等があるが、これらのエ
ッチングも真空容器内の被処理基板に活性化した反応性
ガスのイオンを化学的或いは物理的に作用させてエッチ
ングを行なうものであり、この点において、前記反応性
イオンエッチング法と同様と考えてよい。
リコン酸化膜等のエッチングには、高精度のパターン形
成が可能であることから、反応性イオンエッチング法が
用いられている。反応性イオンエッチング法は、一対の
平行平板電極を備えた真空容器内に被処理基板（例え
ば、被エッチング薄膜が形成された基板）を設置し、反
応性ガスを導入した後、高周波電力の印加により前記ガ
スを放電せしめ、この放電により発生したガスプラズマ
を用いて被処理基板をエッチングする方法である。ま
た、反応性イオンエッチング法の他に、プラズマエッチ
ング、ＥＣＲ型ドライエッチング法、イオンビ―ムエッ
チング法、光励起エッチング法等があるが、これらのエ
ッチングも真空容器内の被処理基板に活性化した反応性
ガスのイオンを化学的或いは物理的に作用させてエッチ
ングを行なうものであり、この点において、前記反応性
イオンエッチング法と同様と考えてよい。
【０００３】ところで、シリコン酸化膜のエッチングに
は、反応性ガスとしてＣ2 Ｆ6 ，ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 等の
フッ素と炭素を含むものが用いられている。
は、反応性ガスとしてＣ2 Ｆ6 ，ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 等の
フッ素と炭素を含むものが用いられている。
【０００４】例えば、ＣＨＦ3 ガスを用いてＳｉ上に形
成されたＳｉＯ2 膜にコンタクト孔を開口する場合、放
電によって生じたＣＦ3 ラジカルが被処理基板表面に吸
着する。そして、ＳｉＯ2 表面に吸着したＣＦ3 はイオ
ン衝撃によりＣとＦに解離し、ＣはＳｉＯ2 膜中のＯと
反応してＣＯ↑となり、ＦはＳｉと反応しＳｉＦ4 ↑と
なり、エッチングが進行する。一方、Ｓｉ上に吸着した
ＣＦ3 はＨによってＦを引き抜かれて、ＣＦx （ｘ＝
０，１，２，３）となる。このＣＦx （ｘ＝０，１，
２，３）からなる重合膜はエッチングを抑制するためＳ
ｉＯ2 の場合と異なり、Ｓｉの場合、エッチングは進行
しない。その結果Ｓｉに対するＳｉＯ2 の選択エッチン
グが可能となる。
成されたＳｉＯ2 膜にコンタクト孔を開口する場合、放
電によって生じたＣＦ3 ラジカルが被処理基板表面に吸
着する。そして、ＳｉＯ2 表面に吸着したＣＦ3 はイオ
ン衝撃によりＣとＦに解離し、ＣはＳｉＯ2 膜中のＯと
反応してＣＯ↑となり、ＦはＳｉと反応しＳｉＦ4 ↑と
なり、エッチングが進行する。一方、Ｓｉ上に吸着した
ＣＦ3 はＨによってＦを引き抜かれて、ＣＦx （ｘ＝
０，１，２，３）となる。このＣＦx （ｘ＝０，１，
２，３）からなる重合膜はエッチングを抑制するためＳ
ｉＯ2 の場合と異なり、Ｓｉの場合、エッチングは進行
しない。その結果Ｓｉに対するＳｉＯ2 の選択エッチン
グが可能となる。
【０００５】一方、半導体集積回路の集積度が上がるに
つれて、コンタクト孔形成等のＳｉＯ2 のエッチングで
は下地Ｓｉに対する高い選択比が要求され、しかもパタ
―ンの微細化に伴って間口が小さくかつアスペクト比の
大きいコンタクト孔の形成が必要となる。
つれて、コンタクト孔形成等のＳｉＯ2 のエッチングで
は下地Ｓｉに対する高い選択比が要求され、しかもパタ
―ンの微細化に伴って間口が小さくかつアスペクト比の
大きいコンタクト孔の形成が必要となる。
【０００６】そこで、もはや従来のエッチング方法では
対応できなくなってきており、選択比の向上を計るため
ＣＦ4 とＨ2 の混合ガスを用いてＳｉＯ2 を選択エッチ
ングする方法が、米国電気化学学会誌第１２４巻第２８
４Ｃ（１９７７年発行）に発表されている。この方法に
おいて平行平板電極間に高周波電力１５０Ｗ印加し、圧
力４０mTorr ，ＣＦ4 ガス流量２０sccmの条件で、Ｈ2
ガス流量を変えてＣＦ4 とＨ2 の混合比を変化させ、Ｓ
ｉ基板上のＳｉＯ2 をエッチングした場合のＳｉＯ2 と
Ｓｉのエッチング速度を測定した結果、図１４に特性図
を示すような結果となった。この図１４から明らかなよ
うに、Ｈ2 ガスの添加量の増大と共にＳｉＯ2 （図中
ａ）のエッチング速度が増大し、Ｓｉ（図中ｂ）のエッ
チング速度が低下し、ＳｉＯ2 とＳｉのエッチング選択
比が向上する。しかし、さらにＨ2を添加していくと、
Ｈ2 流量１８sccm（混合ガスに対するＨ2 の混合比４７
％）となったところで、ＳｉとＳｉＯ2 表面にポリマ―
が形成され、エッチングが進行しなくなる。したがって
この方法では充分な選択を得ることのできるＣＦ4 −Ｈ
2 混合比の範囲が極めて小さく、ガス混合比の微小な変
化が選択比やＳｉＯ2のエッチング速度を極端に低下さ
せるという問題があった。
対応できなくなってきており、選択比の向上を計るため
ＣＦ4 とＨ2 の混合ガスを用いてＳｉＯ2 を選択エッチ
ングする方法が、米国電気化学学会誌第１２４巻第２８
４Ｃ（１９７７年発行）に発表されている。この方法に
おいて平行平板電極間に高周波電力１５０Ｗ印加し、圧
力４０mTorr ，ＣＦ4 ガス流量２０sccmの条件で、Ｈ2
ガス流量を変えてＣＦ4 とＨ2 の混合比を変化させ、Ｓ
ｉ基板上のＳｉＯ2 をエッチングした場合のＳｉＯ2 と
Ｓｉのエッチング速度を測定した結果、図１４に特性図
を示すような結果となった。この図１４から明らかなよ
うに、Ｈ2 ガスの添加量の増大と共にＳｉＯ2 （図中
ａ）のエッチング速度が増大し、Ｓｉ（図中ｂ）のエッ
チング速度が低下し、ＳｉＯ2 とＳｉのエッチング選択
比が向上する。しかし、さらにＨ2を添加していくと、
Ｈ2 流量１８sccm（混合ガスに対するＨ2 の混合比４７
％）となったところで、ＳｉとＳｉＯ2 表面にポリマ―
が形成され、エッチングが進行しなくなる。したがって
この方法では充分な選択を得ることのできるＣＦ4 −Ｈ
2 混合比の範囲が極めて小さく、ガス混合比の微小な変
化が選択比やＳｉＯ2のエッチング速度を極端に低下さ
せるという問題があった。
【０００７】一方、装置の圧力を１０-2Torr未満にする
ことにより、ＳｉＯ2 とＳｉのエッチング選択比を大き
くとることができる、ＣＦ4 とＨ2 の混合比の範囲が広
範囲となるようにした方法が電気通信学会技報ＳＳＤ７
９−６９，Ｐ５５ １９８１年発行に発表されている。
この方法においては、圧力７〜８mTorr ，ＣＦ4 ガス流
量２０sccmの条件下でＨ2 ガス流量を変えてＣＦ4 −Ｈ
2 混合比を変化させ、ＳｉＯ2 とＳｉのエッチング速度
を測定した結果、図１５に特性図を示すような結果とな
った。この図１５から明らかなように、Ｈ2 ガスの添加
量を増大しＨ2ガスとＣＦ4 ガスとの混合ガス中でのＨ
2 ガス混合比（％）が７０％〜１００％の範囲で、Ｓｉ
に対するＳｉＯ2 のエッチングを高い選択比で行なうこ
とができる。
ことにより、ＳｉＯ2 とＳｉのエッチング選択比を大き
くとることができる、ＣＦ4 とＨ2 の混合比の範囲が広
範囲となるようにした方法が電気通信学会技報ＳＳＤ７
９−６９，Ｐ５５ １９８１年発行に発表されている。
この方法においては、圧力７〜８mTorr ，ＣＦ4 ガス流
量２０sccmの条件下でＨ2 ガス流量を変えてＣＦ4 −Ｈ
2 混合比を変化させ、ＳｉＯ2 とＳｉのエッチング速度
を測定した結果、図１５に特性図を示すような結果とな
った。この図１５から明らかなように、Ｈ2 ガスの添加
量を増大しＨ2ガスとＣＦ4 ガスとの混合ガス中でのＨ
2 ガス混合比（％）が７０％〜１００％の範囲で、Ｓｉ
に対するＳｉＯ2 のエッチングを高い選択比で行なうこ
とができる。
【０００８】しかしながら従来から用いられてきたＳｉ
Ｏ2 のＲＩＥでは対Ｓｉ選択比３０以上になると、間口
の小さいコンタクトのエッチング速度が著じるしく低下
するという問題（いわゆるマイクロローディング効果）
がある。このため、間口の小さいコンタクトが開口する
までエッチングを続行すると、この間に間口の大きいコ
ンタクト領域では下地Ｓｉが大きくエッチングされると
いう問題がある。さらに、間口が小さくアクペクト比の
大きいコンタクトが開口できなくなるという問題も起こ
る。
Ｏ2 のＲＩＥでは対Ｓｉ選択比３０以上になると、間口
の小さいコンタクトのエッチング速度が著じるしく低下
するという問題（いわゆるマイクロローディング効果）
がある。このため、間口の小さいコンタクトが開口する
までエッチングを続行すると、この間に間口の大きいコ
ンタクト領域では下地Ｓｉが大きくエッチングされると
いう問題がある。さらに、間口が小さくアクペクト比の
大きいコンタクトが開口できなくなるという問題も起こ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、コン
タクトホ―ルやビアホ―ル等を形成する際、ＳｉＯ2 の
ドライエッチングでは、コンタクト間口の大きさに依存
してＳｉＯ2 のエッチング速度が変化し、間口の小さい
コンタクト孔のエッチング速度が低下するため、間口の
大きいコンタクト孔の底部の下地材料がエッチングされ
たり、あるいは間口が小さくアクペクト比の大きいコン
タクト孔を開口する場合、エッチング速度が小さいため
下地までコンタクト孔が到達しないという問題があっ
た。
タクトホ―ルやビアホ―ル等を形成する際、ＳｉＯ2 の
ドライエッチングでは、コンタクト間口の大きさに依存
してＳｉＯ2 のエッチング速度が変化し、間口の小さい
コンタクト孔のエッチング速度が低下するため、間口の
大きいコンタクト孔の底部の下地材料がエッチングされ
たり、あるいは間口が小さくアクペクト比の大きいコン
タクト孔を開口する場合、エッチング速度が小さいため
下地までコンタクト孔が到達しないという問題があっ
た。
【００１０】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、エッチング速度がパターンの大きさに依存すること
なく、かつ下地となるシリコンに対するエッチング選択
比の高いシリコン酸化膜のエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。
で、エッチング速度がパターンの大きさに依存すること
なく、かつ下地となるシリコンに対するエッチング選択
比の高いシリコン酸化膜のエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】すなわち、本発明の目的は、エッチング速
度がコンタクト間口の大きさに依存せずアスペクト比２
以上のコンタクト孔を開口することが可能で、かつ下地
材料となるＳｉに対して３０以上の高い選択比を持つド
ライエッチング方法を提供することにある。
度がコンタクト間口の大きさに依存せずアスペクト比２
以上のコンタクト孔を開口することが可能で、かつ下地
材料となるＳｉに対して３０以上の高い選択比を持つド
ライエッチング方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１で
は、基板上にシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸
化膜上に少なくとも開口径０．１μm 以上１μm 以下の
開口部を有するマスクパターンを形成し、前記基板を反
応容器に収容し、この反応容器内にフッ化炭素ガスと水
素ガスとを含む混合ガスを、該水素ガスの前記フッ化炭
素ガスと水素ガスとの合計量に対する混合比が５０〜８
０％の範囲領域となるように導入して、前記混合ガスを
プラズマ化し、前記マスクパターンに沿って前記シリコ
ン酸化膜をエッチングすることによって、前記マスクパ
ターンの間口部下の前記シリコン酸化膜にアスペクト比
１以上の開口部を形成するようにしている。
は、基板上にシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸
化膜上に少なくとも開口径０．１μm 以上１μm 以下の
開口部を有するマスクパターンを形成し、前記基板を反
応容器に収容し、この反応容器内にフッ化炭素ガスと水
素ガスとを含む混合ガスを、該水素ガスの前記フッ化炭
素ガスと水素ガスとの合計量に対する混合比が５０〜８
０％の範囲領域となるように導入して、前記混合ガスを
プラズマ化し、前記マスクパターンに沿って前記シリコ
ン酸化膜をエッチングすることによって、前記マスクパ
ターンの間口部下の前記シリコン酸化膜にアスペクト比
１以上の開口部を形成するようにしている。
【００１３】また本発明の第２では、基板上にシリコン
酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜上に少なくとも開
口径０．１μm 以上１μm 以下の開口部を有するマスク
パターンを形成し、前記基板を反応容器に収容し、この
反応容器内にフッ化炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガ
スを導入して、この混合ガスをプラズマ化することによ
って、気相中にＣＦx （x ：０≦x ≦２）を主成分とす
る活性種を形成し、前記開口下のシリコン酸化膜表面に
おいては堆積膜の形成を抑制しながら、前記シリコン酸
化膜をエッチングするようにしている。
酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜上に少なくとも開
口径０．１μm 以上１μm 以下の開口部を有するマスク
パターンを形成し、前記基板を反応容器に収容し、この
反応容器内にフッ化炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガ
スを導入して、この混合ガスをプラズマ化することによ
って、気相中にＣＦx （x ：０≦x ≦２）を主成分とす
る活性種を形成し、前記開口下のシリコン酸化膜表面に
おいては堆積膜の形成を抑制しながら、前記シリコン酸
化膜をエッチングするようにしている。
【００１４】さらに本発明の第３では、基板上にシリコ
ン酸化膜を形成して、このシリコン酸化膜上に開口径が
０．１μm 以上の開口部を有するマスクパターンを形成
し、フッ化炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガスをプラ
ズマ化して、該混合ガスにより前記マスクパターンに沿
って、前記シリコン酸化膜をエッチングする方法におい
て、所定時間エッチングした時における前記開口部の開
口径に対する前記シリコン酸化膜のエッチング深さの依
存性が、前記フッ化炭素ガスと水素ガスとの流量和に対
する前記水素ガスの流量の比率が増加するにつれて、エ
ッチング深さのばらつきが１割の範囲内におさまる領域
から、開口径の小さい側でエッチング深さが急減する変
化点が現れる領域を経て、再びエッチング深さのばらつ
きが１割の範囲内におさまる領域へと復帰する時の比率
以上に前記水素ガスを添加して、前記変化点に相当する
開口径より小さな開口径を有する開口部が存在するマス
クパターンに沿って、前記シリコン酸化膜を所望のエッ
チング深さでエッチングするようにしている。
ン酸化膜を形成して、このシリコン酸化膜上に開口径が
０．１μm 以上の開口部を有するマスクパターンを形成
し、フッ化炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガスをプラ
ズマ化して、該混合ガスにより前記マスクパターンに沿
って、前記シリコン酸化膜をエッチングする方法におい
て、所定時間エッチングした時における前記開口部の開
口径に対する前記シリコン酸化膜のエッチング深さの依
存性が、前記フッ化炭素ガスと水素ガスとの流量和に対
する前記水素ガスの流量の比率が増加するにつれて、エ
ッチング深さのばらつきが１割の範囲内におさまる領域
から、開口径の小さい側でエッチング深さが急減する変
化点が現れる領域を経て、再びエッチング深さのばらつ
きが１割の範囲内におさまる領域へと復帰する時の比率
以上に前記水素ガスを添加して、前記変化点に相当する
開口径より小さな開口径を有する開口部が存在するマス
クパターンに沿って、前記シリコン酸化膜を所望のエッ
チング深さでエッチングするようにしている。
【００１５】また本発明の第４では、基板上にシリコン
酸化膜を形成して、このシリコン酸化膜上に開口径が
０．１μm 以上の開口部を有するマスクパターンを形成
し、フッ化炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガスをプラ
ズマ化して、該混合ガスにより前記マスクパターンに沿
って、前記シリコン酸化膜をエッチングする方法におい
て、所定時間エッチングした時における前記開口部の開
口径に対する前記シリコン酸化膜のエッチング深さの依
存性が、前記フッ化炭素ガスと水素ガスとの流量和に対
する前記水素ガスの流量の比率が増加するにつれて、エ
ッチング深さのばらつきが１割の範囲内におさまる領域
から、開口径の小さい側でエッチング深さが急減する変
化点が現れる領域を経て、再びエッチング深さのばらつ
きが１割の範囲内におさまる領域へと復帰する時の比率
以上に前記水素ガスを添加して、前記変化点に相当する
開口径以上の開口部および該開口径より小さな開口径を
有する開口部が混在するマスクパターンに沿って、前記
シリコン酸化膜を所望のエッチング深さでエッチングす
るようにしている。
酸化膜を形成して、このシリコン酸化膜上に開口径が
０．１μm 以上の開口部を有するマスクパターンを形成
し、フッ化炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガスをプラ
ズマ化して、該混合ガスにより前記マスクパターンに沿
って、前記シリコン酸化膜をエッチングする方法におい
て、所定時間エッチングした時における前記開口部の開
口径に対する前記シリコン酸化膜のエッチング深さの依
存性が、前記フッ化炭素ガスと水素ガスとの流量和に対
する前記水素ガスの流量の比率が増加するにつれて、エ
ッチング深さのばらつきが１割の範囲内におさまる領域
から、開口径の小さい側でエッチング深さが急減する変
化点が現れる領域を経て、再びエッチング深さのばらつ
きが１割の範囲内におさまる領域へと復帰する時の比率
以上に前記水素ガスを添加して、前記変化点に相当する
開口径以上の開口部および該開口径より小さな開口径を
有する開口部が混在するマスクパターンに沿って、前記
シリコン酸化膜を所望のエッチング深さでエッチングす
るようにしている。
【００１６】望ましくは所望のエッチング深さは前記変
化点に相当するエッチング深さ以上であるようにしてい
る。
化点に相当するエッチング深さ以上であるようにしてい
る。
【００１７】望ましくは、前記基板はシリコン基板また
は表面にシリコン膜を形成した基板とし、前記エッチン
グは、シリコン酸化膜をシリコンに対して選択的にエッ
チングするものであることを特徴としている。
は表面にシリコン膜を形成した基板とし、前記エッチン
グは、シリコン酸化膜をシリコンに対して選択的にエッ
チングするものであることを特徴としている。
【００１８】望ましくは、前記水素ガスの前記混合ガス
に対する流量比はシリコン酸化膜とシリコンとの選択比
が十分とれる７０％以下がよい。また、水素無添加より
間口のテーパ角が立つ５７％以上とするのがよい。
に対する流量比はシリコン酸化膜とシリコンとの選択比
が十分とれる７０％以下がよい。また、水素無添加より
間口のテーパ角が立つ５７％以上とするのがよい。
【００１９】望ましくはこのエッチングにおけるマスク
パターンは、間口１μｍ以下かつアクペクト比１以上の
コンタクト孔を含む大小パターンの混在するパターンで
ある。 さらに望ましくはこのエッチングにおけるマス
クパターンは、間口１μｍ以下かつアクペクト比２以上
のコンタクト孔を含む大小パターンの混在するパターン
である。
パターンは、間口１μｍ以下かつアクペクト比１以上の
コンタクト孔を含む大小パターンの混在するパターンで
ある。 さらに望ましくはこのエッチングにおけるマス
クパターンは、間口１μｍ以下かつアクペクト比２以上
のコンタクト孔を含む大小パターンの混在するパターン
である。
【００２０】また、望ましくは反応容器内のガス圧力は
２０mTorr 乃至１００mTorr 、前記基板温度は９０℃以
上の領域内にあるようにしている。
２０mTorr 乃至１００mTorr 、前記基板温度は９０℃以
上の領域内にあるようにしている。
【００２１】さらに望ましくは、前記ガスプラズマは、
反応容器内に一対の平行平板型の電極を設置し、この電
極間に高周波電力を印加すると共に、電界と直交する方
向に磁界を印加し、両電極間に生成されるようにしてい
る。
反応容器内に一対の平行平板型の電極を設置し、この電
極間に高周波電力を印加すると共に、電界と直交する方
向に磁界を印加し、両電極間に生成されるようにしてい
る。
【００２２】望ましくは、このフッ化炭素ガスとして
は、ＣＦ4 を用いるようにしている。
は、ＣＦ4 を用いるようにしている。
【００２３】
【作用】従来、フッ化炭素ガスと水素ガスとの混合ガス
を用いてシリコン酸化膜をエッチングするに際し、Ｈ2
ガス流量比を大きくしていくと、選択比が向上するが、
マイクロローディング効果が顕著に現れるようになると
いう問題があった。
を用いてシリコン酸化膜をエッチングするに際し、Ｈ2
ガス流量比を大きくしていくと、選択比が向上するが、
マイクロローディング効果が顕著に現れるようになると
いう問題があった。
【００２４】この問題を解決すべく、本発明者らは種々
の実験を行った結果、さらにＨ2 ガス流量比を大きくし
ていくと、ある値（５０％）を越えたとき、間口１μm
以下の小さいコンタクト孔においてもエッチング速度が
低下するという現象は起きなくなることを発見し、本発
明はこれに着目してなされたものである。
の実験を行った結果、さらにＨ2 ガス流量比を大きくし
ていくと、ある値（５０％）を越えたとき、間口１μm
以下の小さいコンタクト孔においてもエッチング速度が
低下するという現象は起きなくなることを発見し、本発
明はこれに着目してなされたものである。
【００２５】例えばＣＦ4 ガスと水素ガスの混合ガスを
放電励起すると、ＣＦ4 が電離して表面に付着し易いＣ
Ｆ3 ラジカルと、Ｆラジカルが生成され、Ｈ2 が電離
し、Ｈラジカルが生成される。ＣＦ3 はＳｉやＳｉＯ2
表面に付着し、自己バイアスで加速されたＣＦ3 + イオ
ンの衝撃をうけてＣとＦに解離し、ＳｉやＳｉＯ2 と反
応する。このときＳｉＯ2 表面ではＳｉとＦが反応して
蒸気圧の高いＳｉＦ4 ↑，およびＣとＯが反応して蒸気
圧の高いＣＯ↑が生成され表面から離脱しエッチングが
進む。それに対しＳｉ表面では、ＳｉとＦが反応して蒸
気圧の高いＳｉＦ4 となって離脱するが、残ったＣＦx
（ｘ＝０〜３）はＦを引き抜かれてＣ／Ｆ比が増大し、
表面に重合膜を形成する。この重合膜はＳｉのエッチン
グを抑制する効果を持ち、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択エッチン
グが可能となる。添加したＨ2 から電離したＨラジカル
は，Ｆラジカルと反応してＨＦとなり、Ｃ／Ｆ比を増加
させ、さらにＳｉ上に吸着したＣＦ3 からＦを引き抜き
フロロカ―ボン重合膜の形成を促進する効果がある。そ
のため、ＣＦ4 にＨ2 を添加していくとＨによるＦの引
き抜き効果により、前述したようにＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択
比は一様に増大する。
放電励起すると、ＣＦ4 が電離して表面に付着し易いＣ
Ｆ3 ラジカルと、Ｆラジカルが生成され、Ｈ2 が電離
し、Ｈラジカルが生成される。ＣＦ3 はＳｉやＳｉＯ2
表面に付着し、自己バイアスで加速されたＣＦ3 + イオ
ンの衝撃をうけてＣとＦに解離し、ＳｉやＳｉＯ2 と反
応する。このときＳｉＯ2 表面ではＳｉとＦが反応して
蒸気圧の高いＳｉＦ4 ↑，およびＣとＯが反応して蒸気
圧の高いＣＯ↑が生成され表面から離脱しエッチングが
進む。それに対しＳｉ表面では、ＳｉとＦが反応して蒸
気圧の高いＳｉＦ4 となって離脱するが、残ったＣＦx
（ｘ＝０〜３）はＦを引き抜かれてＣ／Ｆ比が増大し、
表面に重合膜を形成する。この重合膜はＳｉのエッチン
グを抑制する効果を持ち、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択エッチン
グが可能となる。添加したＨ2 から電離したＨラジカル
は，Ｆラジカルと反応してＨＦとなり、Ｃ／Ｆ比を増加
させ、さらにＳｉ上に吸着したＣＦ3 からＦを引き抜き
フロロカ―ボン重合膜の形成を促進する効果がある。そ
のため、ＣＦ4 にＨ2 を添加していくとＨによるＦの引
き抜き効果により、前述したようにＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択
比は一様に増大する。
【００２６】一方、ＳｉＯ2 のエッチング速度はＨ2 を
添加しない場合にはコンタクト孔径（間口）に依存せず
一定である。Ｈ2 の添加によってＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比
は増大するが、エッチング速度が孔径に依存し、小さい
コンタクト孔径でエッチング速度が低下する。これは、
Ｈ2 添加によってＣＦx からＦが引き抜かれるためフロ
ロカ―ボン重合膜が形成されやすくなり、孔底のＳｉＯ
2 表面でフロロカ―ボン膜が形成されるためであると考
えられている。そのため従来使われてきたフッ化炭素ガ
スとＨ2 ガスの流量比の範囲では、３０以上の選択比を
得ることができるが、エッチング速度が孔径に依存して
変化し、小さい孔径の領域ではエッチング速度が大幅に
低下する。
添加しない場合にはコンタクト孔径（間口）に依存せず
一定である。Ｈ2 の添加によってＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比
は増大するが、エッチング速度が孔径に依存し、小さい
コンタクト孔径でエッチング速度が低下する。これは、
Ｈ2 添加によってＣＦx からＦが引き抜かれるためフロ
ロカ―ボン重合膜が形成されやすくなり、孔底のＳｉＯ
2 表面でフロロカ―ボン膜が形成されるためであると考
えられている。そのため従来使われてきたフッ化炭素ガ
スとＨ2 ガスの流量比の範囲では、３０以上の選択比を
得ることができるが、エッチング速度が孔径に依存して
変化し、小さい孔径の領域ではエッチング速度が大幅に
低下する。
【００２７】しかしながら、混合ガス流量に対するＨ2
流量比をさらに大きくし、従来使われていない５０％〜
８０％（望ましくは５７％〜８０％）にすると、エッチ
ング速度の孔径依存性がなくなり、小さい孔径領域でも
エッチング速度が低下することなく、３０以上の選択比
を持つエッチングが可能となる。これはＨ2 ガスを流量
比５０％以上となるように多量添加することにより、Ｈ
が多量に生成されるため多量のＦが引き抜かれる。その
結果、気相中あるいは表面でより重合反応を起こしやす
く付着確率がほぼ１であるＣＦx （ｘ＝０〜２）が生成
される。付着確率の高いＣＦx （ｘ＝０〜２）は一度表
面に付着するとそこで固着するため、ＣＦx （ｘ＝０〜
２）の付着量は表面形状に依存して変化し、立体角が小
さくなるコンタクト孔の底では付着量が減少するため、
エッチングを抑制するフロロカーボン膜が形成されにく
くなるものと考えられる。このためＨ2 ガス流量比を５
０％以上としたとき、小さいコンタクト孔のエッチング
速度が低下するという現象は起きなくなる。
流量比をさらに大きくし、従来使われていない５０％〜
８０％（望ましくは５７％〜８０％）にすると、エッチ
ング速度の孔径依存性がなくなり、小さい孔径領域でも
エッチング速度が低下することなく、３０以上の選択比
を持つエッチングが可能となる。これはＨ2 ガスを流量
比５０％以上となるように多量添加することにより、Ｈ
が多量に生成されるため多量のＦが引き抜かれる。その
結果、気相中あるいは表面でより重合反応を起こしやす
く付着確率がほぼ１であるＣＦx （ｘ＝０〜２）が生成
される。付着確率の高いＣＦx （ｘ＝０〜２）は一度表
面に付着するとそこで固着するため、ＣＦx （ｘ＝０〜
２）の付着量は表面形状に依存して変化し、立体角が小
さくなるコンタクト孔の底では付着量が減少するため、
エッチングを抑制するフロロカーボン膜が形成されにく
くなるものと考えられる。このためＨ2 ガス流量比を５
０％以上としたとき、小さいコンタクト孔のエッチング
速度が低下するという現象は起きなくなる。
【００２８】なおＨ2 ガス流量比５０％では形成される
パターンの側壁角度がやや小さいが、これは５７％以上
にすると、Ｈ2 ガスを添加しない場合と同程度以上とな
る。従って、Ｈ2 ガス流量比５７％〜８０％としたと
き、パターンの側壁角度も向上し、パターン精度向上の
効果はさらに顕著である。
パターンの側壁角度がやや小さいが、これは５７％以上
にすると、Ｈ2 ガスを添加しない場合と同程度以上とな
る。従って、Ｈ2 ガス流量比５７％〜８０％としたと
き、パターンの側壁角度も向上し、パターン精度向上の
効果はさらに顕著である。
【００２９】また、このエッチングにおけるマスクパタ
ーンが、間口１μｍ以下かつアスペクト比１あるいは２
以上のコンタクト孔を含む大小パターンの混在するパタ
ーンであるとき、パターンの高精度化がより顕著とな
る。
ーンが、間口１μｍ以下かつアスペクト比１あるいは２
以上のコンタクト孔を含む大小パターンの混在するパタ
ーンであるとき、パターンの高精度化がより顕著とな
る。
【００３０】また、反応容器内のガス圧力を２０mTorr
乃至１００mTorr とすることによりエッチング選択比を
十分にとることができ、また基板温度が９０℃より低い
とレジスト側壁にフロロカーボン重合膜が付着し、側壁
角度が小さくなるため、基板温度を９０℃以上とするこ
とにより、側壁角度も十分に大きく高精度のパターン形
成を行うことが可能となる。
乃至１００mTorr とすることによりエッチング選択比を
十分にとることができ、また基板温度が９０℃より低い
とレジスト側壁にフロロカーボン重合膜が付着し、側壁
角度が小さくなるため、基板温度を９０℃以上とするこ
とにより、側壁角度も十分に大きく高精度のパターン形
成を行うことが可能となる。
【００３１】さらに、前記ガスプラズマは、反応容器内
に一対の平行平板型の電極を設置し、この電極間に高周
波電力を印加すると共に、電界と直交する方向に磁界を
印加することにより、ガスプラズマを両電極間に効率よ
く封じ込めることができ、ＣＦ4 の電離を促進してＣＦ
x ラジカルが多量に生成され、エッチング速度を増大さ
せることが可能となる。
に一対の平行平板型の電極を設置し、この電極間に高周
波電力を印加すると共に、電界と直交する方向に磁界を
印加することにより、ガスプラズマを両電極間に効率よ
く封じ込めることができ、ＣＦ4 の電離を促進してＣＦ
x ラジカルが多量に生成され、エッチング速度を増大さ
せることが可能となる。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
つつ詳細に説明する。
【００３３】図１は本発明実施例の方法で用いられるド
ライエッチング装置を示す概略構成図である。
ライエッチング装置を示す概略構成図である。
【００３４】このドライエッチング装置は、マグネトロ
ン放電を利用したもので反応室１１を形成する接地され
た真空容器１０と、この真空容器１０の上壁で構成され
る上部電極１０ａと、この真空容器１０内に設置された
冷却管２３等の温度制御機構を具備すると共にこの上部
電極１０ａに対向するように設置され試料支持台を兼ね
た下部電極２０と、真空容器１０内を真空排気する排気
系１３と、ガス導入系１２とを具備し、下部電極２０上
に載置された被処理基板３０の表面をエッチングするも
のである。
ン放電を利用したもので反応室１１を形成する接地され
た真空容器１０と、この真空容器１０の上壁で構成され
る上部電極１０ａと、この真空容器１０内に設置された
冷却管２３等の温度制御機構を具備すると共にこの上部
電極１０ａに対向するように設置され試料支持台を兼ね
た下部電極２０と、真空容器１０内を真空排気する排気
系１３と、ガス導入系１２とを具備し、下部電極２０上
に載置された被処理基板３０の表面をエッチングするも
のである。
【００３５】ここで上部電極１０ａは接地され、下部電
極２０は、マッチング回路２１を介して電源２２に接続
され、１３、５６ＭＨｚの高周波電力が印加されるよう
になっている。また下部電極２０上には、ポリイミド薄
膜２４に挾まれた銅板２５が張り付けられており、銅板
２５に電源２６から４ＫＶの電圧を印加することにより
被処理基板３０が下部電極上に静電的に吸着されるよう
になっている。さらに上部電極１０ａの上方には、複数
の永久磁石１４およびその駆動機構１５からなる磁場発
生器が設置され、下部電極２０と上部電極１０ａの対向
空間に磁界を印加するようになっている。なお図中２７
は被処理基板３０の裏面にガスを導入して熱伝導をとる
ためのガス導入管、２８と３２は下部電極２０および上
部電極３０と容器１０を絶縁するための絶縁物、２９は
静電チャックの銅板２５のリードと電極２０とを絶縁す
るための絶縁物である。
極２０は、マッチング回路２１を介して電源２２に接続
され、１３、５６ＭＨｚの高周波電力が印加されるよう
になっている。また下部電極２０上には、ポリイミド薄
膜２４に挾まれた銅板２５が張り付けられており、銅板
２５に電源２６から４ＫＶの電圧を印加することにより
被処理基板３０が下部電極上に静電的に吸着されるよう
になっている。さらに上部電極１０ａの上方には、複数
の永久磁石１４およびその駆動機構１５からなる磁場発
生器が設置され、下部電極２０と上部電極１０ａの対向
空間に磁界を印加するようになっている。なお図中２７
は被処理基板３０の裏面にガスを導入して熱伝導をとる
ためのガス導入管、２８と３２は下部電極２０および上
部電極３０と容器１０を絶縁するための絶縁物、２９は
静電チャックの銅板２５のリードと電極２０とを絶縁す
るための絶縁物である。
【００３６】次に、上述した装置を用いたドライエッチ
ング方法について説明する。
ング方法について説明する。
【００３７】まず、図２に示すように、被処理基板３０
を作成する。
を作成する。
【００３８】ポリシリコン基板３１表面全体に膜厚２μ
m のＣＶＤシリコン酸化膜３２を形成し、この上層にフ
ォトリソグラフィ法によりレジストパターン３３を形成
する。ここでこのレジストパターン３３は、それぞれ間
口０．４μｍ，０．５μｍ，１．２μｍの３種類の大き
さの開口を有するものとする。
m のＣＶＤシリコン酸化膜３２を形成し、この上層にフ
ォトリソグラフィ法によりレジストパターン３３を形成
する。ここでこのレジストパターン３３は、それぞれ間
口０．４μｍ，０．５μｍ，１．２μｍの３種類の大き
さの開口を有するものとする。
【００３９】この被処理基板３０を、図１に示したエッ
チング装置の容器１０内の下部電極２０上に設置し、ガ
ス導入系１２からエッチングガスを導入してエッチング
を行う。
チング装置の容器１０内の下部電極２０上に設置し、ガ
ス導入系１２からエッチングガスを導入してエッチング
を行う。
【００４０】このエッチングにおいてＣＦ4 ガスとＨ2
ガスの混合ガスを用い、混合比を変化させ、エッチング
状態を観察する。
ガスの混合ガスを用い、混合比を変化させ、エッチング
状態を観察する。
【００４１】このようにして得られた、ＳｉＯ2 とＳｉ
のエッチング速度とＨ2 流量比との関係を図３に示す。
のエッチング速度とＨ2 流量比との関係を図３に示す。
【００４２】ここでは図１に示したエッチング装置を用
い、ＣＦ4 ガスとＨ2 ガスの混合ガスの流量を１００sc
cmとし、圧力４０mTorr ，ＲＦ電力８００Ｗとした。こ
のとき基板上での水平磁界強度は１００Gauss となるよ
うにした。図中縦軸はエッチング速度、横軸はＨ2 流量
比（Ｈ2 ／（Ｈ2 ＋ＣＦ4 ）である。図３から明らかな
ように、Ｈ2 流量比が大きくなるに従がい、ＳｉＯ2 の
エッチング速度が若干減少する。それに対しＳｉのエッ
チング速度はＨ2 流量比に大きく依存して減少し、Ｈ2
／（Ｈ2 ＋ＣＦ4 ）が６０％となるとＳｉＯ2 ／Ｓｉ選
択比が４０にも達する。
い、ＣＦ4 ガスとＨ2 ガスの混合ガスの流量を１００sc
cmとし、圧力４０mTorr ，ＲＦ電力８００Ｗとした。こ
のとき基板上での水平磁界強度は１００Gauss となるよ
うにした。図中縦軸はエッチング速度、横軸はＨ2 流量
比（Ｈ2 ／（Ｈ2 ＋ＣＦ4 ）である。図３から明らかな
ように、Ｈ2 流量比が大きくなるに従がい、ＳｉＯ2 の
エッチング速度が若干減少する。それに対しＳｉのエッ
チング速度はＨ2 流量比に大きく依存して減少し、Ｈ2
／（Ｈ2 ＋ＣＦ4 ）が６０％となるとＳｉＯ2 ／Ｓｉ選
択比が４０にも達する。
【００４３】ここでＳｉのエッチング速度が変化する理
由は前述したように、添加したＨ2はプラズマ中で分解
してＨラジカルとなり、同じくＣＦ4 が分解して生成さ
れるＣＦx （ｘ＝０〜３）のＦを引き抜き、Ｆの少ない
ＣＦx を生成する。Ｆの少ないＣＦx ほど重合反応を起
こしやすいため、Ｈ2 添加量が増加するとＳｉ上でのフ
ロロカ―ボン重合膜が厚くなり、Ｓｉのエッチング速度
が低下する。
由は前述したように、添加したＨ2はプラズマ中で分解
してＨラジカルとなり、同じくＣＦ4 が分解して生成さ
れるＣＦx （ｘ＝０〜３）のＦを引き抜き、Ｆの少ない
ＣＦx を生成する。Ｆの少ないＣＦx ほど重合反応を起
こしやすいため、Ｈ2 添加量が増加するとＳｉ上でのフ
ロロカ―ボン重合膜が厚くなり、Ｓｉのエッチング速度
が低下する。
【００４４】次に本実施例の方法により実際にエッチン
グしたＳｉＯ2 膜のエッチング後の断面形状を図４を用
いて説明する。
グしたＳｉＯ2 膜のエッチング後の断面形状を図４を用
いて説明する。
【００４５】この被処理基板を、ＣＦ4 １００sccmでＨ
2 を添加することなくエッチングしたところ（Ｈ2 ／
（ＣＦ4 ＋Ｈ2 ）＝０％）、図４(a) に示すように間口
０．４μｍ，０．５μｍ，１．２μｍともに正常に開口
されオ―バ―エッチング時に下地ポリシリコン３１がエ
ッチングされた。またエッチングガスＣＦ4 ７０sccm、
Ｈ2 ３０sccm（Ｈ2 ／（ＣＦ4 ＋Ｈ2 ）＝３０％）でエ
ッチングした形状を図４(b) に示す。間口１．２μｍの
開口は正常にエッチングされたが、間口０．４μｍ，
０．５μｍのコンタクトは下地ポリシリコン３１まで開
口されない。さらにエッチングガスＣＦ4 ６０sccm，Ｈ
2 ４０sccm（Ｈ2 ／（ＣＦ4 ＋Ｈ2 ）＝４０％）でエッ
チングした形状を図４(c) に示す。間口１．２μｍのコ
ンタクトは正常にエッチングされるが、間口０．４μ
ｍ，０．５μｍコンタクトはＨ2 ３０sccmと同様に下地
ポリシリコン３１までコンタクト孔が開口されず孔底に
フロロカ―ボン重合膜３４が堆積する。ＣＦ4 ４０scc
m，Ｈ2 ６０sccm（Ｈ2 ／（ＣＦ4＋Ｈ2 ）＝６０％）の
エッチング形状を図４(d) に示す。Ｈ2 流量比６０％で
は間口０．４μｍまで正常にエッチングされた。
2 を添加することなくエッチングしたところ（Ｈ2 ／
（ＣＦ4 ＋Ｈ2 ）＝０％）、図４(a) に示すように間口
０．４μｍ，０．５μｍ，１．２μｍともに正常に開口
されオ―バ―エッチング時に下地ポリシリコン３１がエ
ッチングされた。またエッチングガスＣＦ4 ７０sccm、
Ｈ2 ３０sccm（Ｈ2 ／（ＣＦ4 ＋Ｈ2 ）＝３０％）でエ
ッチングした形状を図４(b) に示す。間口１．２μｍの
開口は正常にエッチングされたが、間口０．４μｍ，
０．５μｍのコンタクトは下地ポリシリコン３１まで開
口されない。さらにエッチングガスＣＦ4 ６０sccm，Ｈ
2 ４０sccm（Ｈ2 ／（ＣＦ4 ＋Ｈ2 ）＝４０％）でエッ
チングした形状を図４(c) に示す。間口１．２μｍのコ
ンタクトは正常にエッチングされるが、間口０．４μ
ｍ，０．５μｍコンタクトはＨ2 ３０sccmと同様に下地
ポリシリコン３１までコンタクト孔が開口されず孔底に
フロロカ―ボン重合膜３４が堆積する。ＣＦ4 ４０scc
m，Ｈ2 ６０sccm（Ｈ2 ／（ＣＦ4＋Ｈ2 ）＝６０％）の
エッチング形状を図４(d) に示す。Ｈ2 流量比６０％で
は間口０．４μｍまで正常にエッチングされた。
【００４６】図５はＨ2 流量比に対する間口１．２μｍ
のＳｉＯ2 の側壁角度の変化を測定した結果を示す図で
ある。側壁角度はＨ2 添加によって一旦減少し、さらに
Ｈ2流量比を増加させると、逆に側壁角度は大きくな
る。そしてＨ2 流量比５７％以上では、添加しない場合
と同程度以上に側壁角度は大きくなる。
のＳｉＯ2 の側壁角度の変化を測定した結果を示す図で
ある。側壁角度はＨ2 添加によって一旦減少し、さらに
Ｈ2流量比を増加させると、逆に側壁角度は大きくな
る。そしてＨ2 流量比５７％以上では、添加しない場合
と同程度以上に側壁角度は大きくなる。
【００４７】図６は、エッチング時間１分間でのエッチ
ング深さの孔径依存性を測定した結果を示す図である。
ＣＦ4 １００％ではエッチング速度は孔径にほとんど依
存しないが選択比は５しかない。Ｈ2 流量比３０％およ
び４０％では間口０．４μｍのコンタクトのエッチング
速度が間口０．５μｍ以上に比べて大幅に低下する。し
かし、Ｈ2 流量比５０％ではエッチング速度は再び孔径
にほとんど依存しなくなることがわかる。
ング深さの孔径依存性を測定した結果を示す図である。
ＣＦ4 １００％ではエッチング速度は孔径にほとんど依
存しないが選択比は５しかない。Ｈ2 流量比３０％およ
び４０％では間口０．４μｍのコンタクトのエッチング
速度が間口０．５μｍ以上に比べて大幅に低下する。し
かし、Ｈ2 流量比５０％ではエッチング速度は再び孔径
にほとんど依存しなくなることがわかる。
【００４８】図７はエッチング時間２分間でのエッチン
グ深さの孔径依存性を測定した結果を示す図である。エ
ッチング速度が大幅に低下する変化点が孔径の大きな側
にシフトしている。また図６，図７からわかるように前
記変化点に相当する孔径値はＨ2 流量比が変化してもほ
とんど変化しないことがわかる。
グ深さの孔径依存性を測定した結果を示す図である。エ
ッチング速度が大幅に低下する変化点が孔径の大きな側
にシフトしている。また図６，図７からわかるように前
記変化点に相当する孔径値はＨ2 流量比が変化してもほ
とんど変化しないことがわかる。
【００４９】図８はエッチング深さとエッチング時間と
の関係を示す図である。ＣＦ4 １００％，Ｈ2 流量比０
％の場合、エッチング深さは寸法にほとんど依存せず時
間に対し直線的に進む。これに対し、Ｈ2 流量比４０％
の場合、間口０．４μｍのコンタクト孔のエッチング速
度が途中で大幅に減少しエッチングが停止した。しかし
Ｈ2 流量比６０％では再びコンタクト孔の寸法に依存す
ることなく時間に対し直線的にエッチングが進むように
なる。このようにＨ2 を添加しない場合、エッチングは
寸法に依存することなく時間に対し直線的に進行するが
Ｓｉに対する選択比は５と低い。それに対し、Ｈ2 流量
比が３０〜５０％の場合、Ｓｉに対する選択比は１０〜
３０に向上するものの、間口０．４μｍ以下のエッチン
グが途中で停止してしまう。しかしＨ2 流量比６０％
（５０％以上）では、寸法依存性なく時間に対し直線的
にエッチングが進行する。
の関係を示す図である。ＣＦ4 １００％，Ｈ2 流量比０
％の場合、エッチング深さは寸法にほとんど依存せず時
間に対し直線的に進む。これに対し、Ｈ2 流量比４０％
の場合、間口０．４μｍのコンタクト孔のエッチング速
度が途中で大幅に減少しエッチングが停止した。しかし
Ｈ2 流量比６０％では再びコンタクト孔の寸法に依存す
ることなく時間に対し直線的にエッチングが進むように
なる。このようにＨ2 を添加しない場合、エッチングは
寸法に依存することなく時間に対し直線的に進行するが
Ｓｉに対する選択比は５と低い。それに対し、Ｈ2 流量
比が３０〜５０％の場合、Ｓｉに対する選択比は１０〜
３０に向上するものの、間口０．４μｍ以下のエッチン
グが途中で停止してしまう。しかしＨ2 流量比６０％
（５０％以上）では、寸法依存性なく時間に対し直線的
にエッチングが進行する。
【００５０】以上の結果からＣＦ4 とＨ2 の混合ガスを
用いたシリコン酸化膜のエッチングに際し、Ｈ2 流量比
５０％〜８０％としたとき、寸法依存性無く良好な微細
パターンを形成することが可能となることがわかる。そ
してパターンの側壁角度も考慮するなら、Ｈ2 流量比５
７％〜８０％とするのがさらに望ましい。
用いたシリコン酸化膜のエッチングに際し、Ｈ2 流量比
５０％〜８０％としたとき、寸法依存性無く良好な微細
パターンを形成することが可能となることがわかる。そ
してパターンの側壁角度も考慮するなら、Ｈ2 流量比５
７％〜８０％とするのがさらに望ましい。
【００５１】次にこの結果を考察するために、図９に示
すように間口が０．４μm ．１．２μm とそれぞれ異な
る溝Ｔ1 ，Ｔ2 を形成したシリコン基板からなるサンプ
ル４０を用いて、Ｈ2 添加の効果を測定した。その結果
を図９に示す。サンプル４０を反応容器１０の上壁であ
る上部電極（陽極）１０ａに設置してフロロカ―ボン重
合膜４１を堆積させた形状である。
すように間口が０．４μm ．１．２μm とそれぞれ異な
る溝Ｔ1 ，Ｔ2 を形成したシリコン基板からなるサンプ
ル４０を用いて、Ｈ2 添加の効果を測定した。その結果
を図９に示す。サンプル４０を反応容器１０の上壁であ
る上部電極（陽極）１０ａに設置してフロロカ―ボン重
合膜４１を堆積させた形状である。
【００５２】図１０(a) に示すようにＣＦ4 １００％の
場合、重合膜４１の堆積量は少なく、コンタクト孔の中
にも一様に堆積する。またＨ2 流量比４０％とした場
合、図１０(b) に示すように堆積形状は変化ないが、堆
積量が増大する。図１０(c) に示すようにＨ2 流量比６
０％の場合、堆積量はさらに増大するが、堆積形状が変
化し、孔底での重合膜厚は逆に減少する。しかも間口の
小さいコンタクト孔ほど孔底に堆積した重合膜は薄くな
る。エッチングを行なう下部電極（陰極）２０上でもほ
ぼ同様にフロロカ―ボン重合膜が堆積すると考えられ
る。
場合、重合膜４１の堆積量は少なく、コンタクト孔の中
にも一様に堆積する。またＨ2 流量比４０％とした場
合、図１０(b) に示すように堆積形状は変化ないが、堆
積量が増大する。図１０(c) に示すようにＨ2 流量比６
０％の場合、堆積量はさらに増大するが、堆積形状が変
化し、孔底での重合膜厚は逆に減少する。しかも間口の
小さいコンタクト孔ほど孔底に堆積した重合膜は薄くな
る。エッチングを行なう下部電極（陰極）２０上でもほ
ぼ同様にフロロカ―ボン重合膜が堆積すると考えられ
る。
【００５３】この結果から、以下のことが考えられる。
すなわち図４に示したようにＨ2 流量比４０％では間口
０．４μｍのエッチングが途中で停止し、孔底にフロロ
カ―ボン重合膜が堆積するのに対し、Ｈ2 流量比６０％
では間口０．４μｍのエッチングで途中で停止しないの
は、フロロカ―ボン重合膜４１を形成するフロロカ―ボ
ン粒子（ＣＦx ）のＣ／Ｆ比がＨ2 添加により増大する
ためにフロロカーボン重合膜が堆積しやすく、小さいコ
ンタクト孔の底では重合膜が厚くなりエッチングを抑制
し、さらにＨ2 流量比が６０％になるとフロロカ―ボン
粒子（ＣＦx ）の表面への致達率が表面形状に依存し、
コンタクト孔の中への致達量が減少するため重合膜が薄
くなりエッチングを抑制しなくなるためと考えられる。
すなわち図４に示したようにＨ2 流量比４０％では間口
０．４μｍのエッチングが途中で停止し、孔底にフロロ
カ―ボン重合膜が堆積するのに対し、Ｈ2 流量比６０％
では間口０．４μｍのエッチングで途中で停止しないの
は、フロロカ―ボン重合膜４１を形成するフロロカ―ボ
ン粒子（ＣＦx ）のＣ／Ｆ比がＨ2 添加により増大する
ためにフロロカーボン重合膜が堆積しやすく、小さいコ
ンタクト孔の底では重合膜が厚くなりエッチングを抑制
し、さらにＨ2 流量比が６０％になるとフロロカ―ボン
粒子（ＣＦx ）の表面への致達率が表面形状に依存し、
コンタクト孔の中への致達量が減少するため重合膜が薄
くなりエッチングを抑制しなくなるためと考えられる。
【００５４】すなわち、ＣＦ4 にＨ2 を添加するとプラ
ズマ中で電離したＨがＦと反応してＨＦとなりＣ／Ｆ比
を増大させフロロカ―ボン重合膜が形成されやすくな
る。このためＳｉに対する選択比は増大するが、間口の
小さいコンタクト孔ではエッチングを抑制するように働
きエッチング途中で停止する。しかしＨ2 流量比６０％
（５０％以上）ではＨラジカルによるＦの引き抜きが増
加し、付着確率の高いＣ／Ｆ比のさらに大きいフロロカ
―ボン粒子が気相中や表面で形成されるため、コンタク
ト孔の中では重合膜は形成されにくくなる。そのため側
壁角度が大きくなり、さらに間口の小さいコンタクト孔
であってもエッチングが途中で停止することがなくな
る。この結果Ｈ2 流量比を５０％以上としたときＳｉＯ
2 エッチング速度が孔径に依存しなくなる。
ズマ中で電離したＨがＦと反応してＨＦとなりＣ／Ｆ比
を増大させフロロカ―ボン重合膜が形成されやすくな
る。このためＳｉに対する選択比は増大するが、間口の
小さいコンタクト孔ではエッチングを抑制するように働
きエッチング途中で停止する。しかしＨ2 流量比６０％
（５０％以上）ではＨラジカルによるＦの引き抜きが増
加し、付着確率の高いＣ／Ｆ比のさらに大きいフロロカ
―ボン粒子が気相中や表面で形成されるため、コンタク
ト孔の中では重合膜は形成されにくくなる。そのため側
壁角度が大きくなり、さらに間口の小さいコンタクト孔
であってもエッチングが途中で停止することがなくな
る。この結果Ｈ2 流量比を５０％以上としたときＳｉＯ
2 エッチング速度が孔径に依存しなくなる。
【００５５】次にエッチング特性に対する圧力の効果に
ついて説明する。圧力を変化させ圧力とエッチング速度
との関係を測定した結果を図１１に示す。ここでエッチ
ングガスはＣＦ4 ４０sccm，Ｈ2 ６０sccmである。Ｓｉ
Ｏ2 のエッチング速度は圧力の増加によってわずかに増
加してピ―クを得、さらに圧力を高くすると、エッチン
グ速度は減少し１００mTorr では最大値の１／２とな
る。それに対しＳｉのエッチング速度は圧力の増加に対
し一様に低下する。この結果から、圧力２０mTorr 〜１
００mTorr の範囲では充分なエッチング速度とＳｉに対
する選択比２５以上のエッチングを行なうことが可能で
ある。
ついて説明する。圧力を変化させ圧力とエッチング速度
との関係を測定した結果を図１１に示す。ここでエッチ
ングガスはＣＦ4 ４０sccm，Ｈ2 ６０sccmである。Ｓｉ
Ｏ2 のエッチング速度は圧力の増加によってわずかに増
加してピ―クを得、さらに圧力を高くすると、エッチン
グ速度は減少し１００mTorr では最大値の１／２とな
る。それに対しＳｉのエッチング速度は圧力の増加に対
し一様に低下する。この結果から、圧力２０mTorr 〜１
００mTorr の範囲では充分なエッチング速度とＳｉに対
する選択比２５以上のエッチングを行なうことが可能で
ある。
【００５６】次にエッチング特性に対する基板温度の効
果について説明する。図１２は基板温度とシリコン酸化
膜およびシリコンのエッチング速度との関係を測定した
結果を示すものである。ここでエッチングガスはＣＦ4
４０sccm，Ｈ2 ６０sccm、圧力４０mTorr とした。この
結果、ＳｉＯ2 のエッチング速度は温度の上昇に対して
わずかに減少するが温度依存性は小さい。また、Ｓｉの
エッチング速度も温度依存成膜はほんんどなく、選択比
は変化しないことがわかる。
果について説明する。図１２は基板温度とシリコン酸化
膜およびシリコンのエッチング速度との関係を測定した
結果を示すものである。ここでエッチングガスはＣＦ4
４０sccm，Ｈ2 ６０sccm、圧力４０mTorr とした。この
結果、ＳｉＯ2 のエッチング速度は温度の上昇に対して
わずかに減少するが温度依存性は小さい。また、Ｓｉの
エッチング速度も温度依存成膜はほんんどなく、選択比
は変化しないことがわかる。
【００５７】また温度を変化させたときの微細孔のエッ
チング形状についても観察した。図１３(a) 乃至(c)
は，それぞれ基板温度２０℃，７０℃，１５０℃のとき
の間口０．４μｍのコンタクト孔のエッチング形状を示
す図である。図１３(a) および(b) に示すように基板温
度２０℃および７０℃では、側壁角度がエッチング途中
で減少する。これはレジスト側壁に重合膜が付着して実
質的なマスク寸法がエッチング途中で減少するためであ
る。これに対し図１３(c) に示す温度１５０℃では図１
３(a) および(b) に示したようなレジスト側壁の重合膜
の厚い付着はなく、ＳｉＯ2 側壁角度がエッチング途中
から大幅に減少することはない。これはフロロカ―ボン
粒子の付着量が基板温度によって変化し、温度が高くな
るほど減少するためである。従って基板温度９０℃以上
に制御すればＳｉＯ2 の側壁角度がエッチング途中で大
幅に減少することなくエッチングを行なうことが可能で
ある。 なお、この基板温度はレジストを用いたプロセ
スを考慮すれば１８０℃以下とするのが望ましい。
チング形状についても観察した。図１３(a) 乃至(c)
は，それぞれ基板温度２０℃，７０℃，１５０℃のとき
の間口０．４μｍのコンタクト孔のエッチング形状を示
す図である。図１３(a) および(b) に示すように基板温
度２０℃および７０℃では、側壁角度がエッチング途中
で減少する。これはレジスト側壁に重合膜が付着して実
質的なマスク寸法がエッチング途中で減少するためであ
る。これに対し図１３(c) に示す温度１５０℃では図１
３(a) および(b) に示したようなレジスト側壁の重合膜
の厚い付着はなく、ＳｉＯ2 側壁角度がエッチング途中
から大幅に減少することはない。これはフロロカ―ボン
粒子の付着量が基板温度によって変化し、温度が高くな
るほど減少するためである。従って基板温度９０℃以上
に制御すればＳｉＯ2 の側壁角度がエッチング途中で大
幅に減少することなくエッチングを行なうことが可能で
ある。 なお、この基板温度はレジストを用いたプロセ
スを考慮すれば１８０℃以下とするのが望ましい。
【００５８】また、上記実施例において、開口部の開口
径は、プラズマからの入射イオンの散乱を考慮すると
０．１μm 以上が好ましい。
径は、プラズマからの入射イオンの散乱を考慮すると
０．１μm 以上が好ましい。
【００５９】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することができる。 またパターンの
開口部は異なる開口径を有するものが存在していても良
い。
種々変形して実施することができる。 またパターンの
開口部は異なる開口径を有するものが存在していても良
い。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、フッ化炭素ガスと水素
ガスとの混合ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチング
するに際し、パターン依存性がなく高精度の微細パター
ンを得ることが可能となる。
ガスとの混合ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチング
するに際し、パターン依存性がなく高精度の微細パター
ンを得ることが可能となる。
【図１】本発明実施例の方法で用いられるドライエッチ
ング装置の概略構成図
ング装置の概略構成図
【図２】本発明実施例の方法で用いられる被処理基板を
示す図
示す図
【図３】Ｈ2 ガス流量比とＳｉＯ2 およびＳｉのエッチ
ング速度の関係を示す特性図
ング速度の関係を示す特性図
【図４】Ｈ2 ガス流量比とエッチング直後の試料の断面
形状を示す図
形状を示す図
【図５】Ｈ2 ガス流量比とエッチング後のＳｉＯ2 の側
壁角度の関係を示す特性図
壁角度の関係を示す特性図
【図６】孔径とエッチング深さの関係を示す特性図
【図７】孔径とエッチング深さの関係を示す特性図
【図８】エッチング時間とエッチング深さの関係を示す
特性図
特性図
【図９】試料の断面形状を示す図
【図１０】Ｈ2 流量比と重合膜の堆積形状の関係を示す
特性図
特性図
【図１１】圧力とＳｉＯ2 およびＳｉのエッチング速度
の関係を示す特性図
の関係を示す特性図
【図１２】基板温度とＳｉＯ2 およびＳｉのエッチング
速度の関係を示す特性図
速度の関係を示す特性図
【図１３】基板温度とエッチング形状の関係を示す特性
図
図
【図１４】従来のドライエッチング法によるＳｉＯ2 膜
及びＳｉのＨ2 ガス添加量変化に伴うエッチング速度変
化を示す特性図
及びＳｉのＨ2 ガス添加量変化に伴うエッチング速度変
化を示す特性図
【図１５】従来のドライエッチング法によるＳｉＯ2 膜
及びＳｉのＨ2 ガス添加量変化に伴うエッチング速度変
化を示す特性図
及びＳｉのＨ2 ガス添加量変化に伴うエッチング速度変
化を示す特性図
１０ 真空容器 １０ａ 上部電極 １１ 反応容器 １２ ガス導入系 １３ 排気系 ２０ 下部電極 ２１ マッチング回路 ２２ 電源 ２３ 冷却管 ２４ ポリイミド薄膜 ２５ 銅板 ２７ ガス導入管 ２８，２９ 絶縁物 ３０ 被処理基板、 ３１ ポリシリコン基板 ３２ シリコン酸化膜 ３３ レジストパターン ３４ フロロカーボン重合膜 ４０ サンプル ４１ フロロカーボン重合膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀岡 啓治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株 式会社 東芝 総合研究所内 (72)発明者 岡野 晴雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株 式会社 東芝 総合研究所内 (72)発明者 松下 貴哉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株 式会社 東芝 総合研究所内 (72)発明者 長谷川 功宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株 式会社 東芝 総合研究所内 (72)発明者 竹内 章 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株 式会社 東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平３−155621（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−154337（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−36022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−220428（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】 基板上にシリコン酸化膜を形成し、この
シリコン酸化膜上に少なくとも開口径０．１μｍ以上１
μｍ以下の開口部を有するマスクパターンを形成する工
程と、 前記基板を反応容器に収容し、この反応容器内にフッ化
炭素ガスと水素ガスとを含む混合ガスを、該水素ガスの
前記フッ化炭素ガスと水素ガスとの合計量に対する混合
比が５０〜８０％の範囲領域となるように導入する工程
と、 前記混合ガスをプラズマ化し、前記マスクパターンに沿
って前記シリコン酸化膜をエッチングすることによっ
て、前記マスクパターンの間口部下の前記シリコン酸化
膜にアスペクト比１以上の開口部を形成するエッチング
工程とを具備することを特徴とするドライエッチング方
法。 - 【請求項２】 前記混合比が５７〜７０％の範囲領域で
あることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング
方法。 - 【請求項３】 前記反応容器内のガス圧力は２０ｍＴｏ
ｒｒ乃至１００ｍＴｏｒｒ、前記基板温度は９０℃以上
としたことを特徴とする請求項１記載のドライエッチン
グ方法。 - 【請求項４】 基板上にシリコン酸化膜を形成して、こ
のシリコン酸化膜上に開口径が０．１μｍ以上の開口部
を有するマスクパターンを形成し、フッ化炭素ガスと水
素ガスとを含む混合ガスをプラズマ化して、該混合ガス
により前記マスクパターンに沿って前記シリコン酸化膜
をエッチングする方法であり、 所定時間エッチングした時における前記開口部の開口径
に対する前記シリコン酸化膜のエッチング深さの依存性
が、前記フッ化炭素ガスと水素ガスとの流量和に対する
前記水素ガスの流量の比率が増加するにつれて、エッチ
ング深さのばらつきが１割の範囲内におさまる領域か
ら、開口径の小さい側でエッチング深さが急減する変化
点が現れる領域を経て、再びエッチング深さのばらつき
が１割の範囲内におさまる領域へと復帰する時の比率以
上に前記水素ガスを添加して、前記変化点があらわれる
開口径より小さな開口径を有する開口部が存在するマス
クパターンに沿って、前記シリコン酸化膜を所望のエッ
チング深さでエッチングすることを特徴とするドライエ
ッチング方法。 - 【請求項５】 前記混合ガスのプラズマ化により、気相
中にＣＦＸ（Ｘ：０＜ｘ≦２）を主成分とする活性種を
形成し、前記開口下のシリコン酸化膜表面においては、
堆積膜の形成を抑制しながら前記シリコン酸化膜をエッ
チングするものであることを特徴とする請求項４記載の
ドライエッチング方法。 - 【請求項６】 基板上にシリコン酸化膜を形成して、こ
のシリコン酸化膜上に開口径が０．１μｍ以上の開口部
を有するマスクパターンを形成し、フッ化炭素ガスと水
素ガスとを含む混合ガスをプラズマ化して、該混合ガス
により前記マスクパターンに沿って前記シリコン酸化膜
をエッチングする方法であり、 所定時間エッチングした時における前記開口部の開口径
に対する前記シリコン酸化膜のエッチング深さの依存性
が、前記フッ化炭素ガスと水素ガスとの流量和に対する
前記水素ガスの流量の比率が増加するにつれて、エッチ
ング深さのばらつきが１割の範囲内におさまる領域か
ら、開口径の小さい側でエッチング深さが急減する変化
点が現れる領域を経て、再びエッチング深さのばらつき
が１割の範囲内におさまる領域へと復帰する時の比率以
上に前記水素ガスを添加して、前記変化点があらわれる
開口径以上の開口部および該開口径より小さな開口径を
有する開口部が混在するマスクパターンに沿って、前記
シリコン酸化膜を所望のエッチング深さでエッチングす
ることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項７】 前記所望のエッチング深さは前記変化点
に相当するエッチング深さ以上であることを特徴とする
請求項６記載のドライエッチング方法。 - 【請求項８】 前記基板はシリコン基板または表面にシ
リコン膜を形成した基板であり、前記エッチング工程
は、シリコン酸化膜をシリコンに対して選択的にエッチ
ングする工程であることを特徴とする請求項１又は４乃
至６記載のドライエッチング方法。 - 【請求項９】 前記混合ガスのプラズマ化は、前記反応
容器内に一対の平行平板型の電極を設置し、この電極間
に高周波電力を印加すると共に、電界と直交する方向に
磁界を印加し、前記両電極間にプラズマを生成せしめる
工程であることを特徴とする請求項１又は４乃至６記載
のドライエッチング方法。 - 【請求項１０】 前記フッ化炭素ガスは、ＣＦ４である
ことを特徴とする請求項１又は４乃至６記載のドライエ
ッチング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07138092A JP3215151B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-27 | ドライエッチング方法 |
| US08/026,042 US5310454A (en) | 1992-03-04 | 1993-03-04 | Dry etching method |
| KR93003150A KR0135741B1 (en) | 1992-03-04 | 1993-03-04 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4715392 | 1992-03-04 | ||
| JP4-47153 | 1992-03-04 | ||
| JP07138092A JP3215151B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-27 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05308062A JPH05308062A (ja) | 1993-11-19 |
| JP3215151B2 true JP3215151B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=26387300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07138092A Expired - Fee Related JP3215151B2 (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-27 | ドライエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5310454A (ja) |
| JP (1) | JP3215151B2 (ja) |
| KR (1) | KR0135741B1 (ja) |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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