20 40 60 80
02Percent（％）
0
図2．14cCl4十〇2ガスによるsiエッチング23）
隙の狭い箇所では針状突起の高さは低い。
「一⊥． 『 ゴ ー＝ ．
Si2P Cls 01s
／．01
≡三 CCI4＋35〜ちOz，
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3 CCI4＋20〜セ）02
．≧
巴 CCI42
E
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Sl S〔ib［一→ ㌧…
」h g 9 ・「6…2− T 一一一一一t r−L tL− 284 J 5b2
Binding Erlergy（eV｝
図2．15 CCI4＋02ガスによるSiエッチング表面の X線光電子分光分析（ESCA）スペクトル23）
33
一←一 一一一ノr一一一 A一一 一「一一一 −
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@Dry Etching
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一一一一一一・1PM
図2．16 CCI， f 50％02ガスでのエッチング形状、およびフッ硝酸後処理後の形状25）
CCh⊥・50％02ガスでのエッチング後に、200：1のフッ硝酸で0．1μmの等方性エッチン グを追加する、レ、針状突起の凹凸を緩和することができる、t特に、微細溝内では針状突起
が小さいためにほぼ平坦な∬王面が得られているL i3 ）25｝／−t
このような針状突起の発生メカニズムは、次のように考えられる。エッチング反応生成 物であるSiCl、（x＝1〜4）は、エッチング表面から脱離した後にフラズマ中の0と再度反 応を起こし、SioやSio2としてエッチング面に再付着する一そして、その付着物がエッチ
ングマスクとな・）て面荒れを引き起こすものと考えられる一Si−oの結合エネルギーが大き いために、フこノズマ側から入射して最初に衝突したエッチング表面にそのまま堆積してゆ
くn∫能性が高く、ステッフカバレッジ（表面σ）被覆率）の悪い堆積膜になると考えられる．
これはSiO2膜のCVI）（Chemical X apor Deposition）でもよく見られる現象であるL） 6）。
そのために、針状突起がい・）たんできると、その突起の上部で優先的に付着がおこり、底 部では付着物が少ないことによってエッチングが進行して、どんどん突起が成長するとい うことになると考えられる 主た、針状突起の底部では突起側面で反射したイオンが集中 することによるエッチングの加速も考えられる．そのような状況下では、先に述べた化学 的なエ・ソチングによる結晶面方位に依存した形状は現れにくくなると思われる．
堆積物がさらに多い例を、図2．17に示す25｝ この場合のエッチング条件は、エッチ ングガスとしては同じCCI1＋50％02を用いているが、ガス圧力条件を4Paから11 Paに 34
高めて、再付着の生じやすい条件にしている エ・ソチングマスクは厚さ0．5μmで側面傾 斜が80＞のSio2パターンである 図からわかるkうに、平坦面ではエッチングは全く進 行せずに堆積物で覆われてしまっている マスクハターンのエッジ部のみにおいてエッチ ングが進行しており、幅広いハターンではその輪郭部分のみが、狭い溝ハターンではその 内部全体がエッチングされている マスク部分にも堆積が生じており、エッチングマスク は減少していないので、このエッチングは、選択比が無限大のハターン輪郭エッチングで
ある一
」一 一一1｝」m Cα4◆50％02． 11 PQ， ○．3w／cm2
図2．17 マスクパターン輪郭部の選択比無限大エッチング25）
ここで述べた堆積物を伴うエッチングは、堆積とエッチングの微妙なバランスによって 加工形状が決まるため、再現性を得るためには、種々のエッチングハラメータについてL 分な制御が必要である。変動要因となるパラメータとしては、エッチングチャンバ内面の 物質（チャンバ内壁の堆積物や内壁材料からのアウトガスなど）、チャンバ内面温度、装置 の排気性能の変動、エッチングウェーハ上のマスク材質、パターン密度、エッチング前の ウェーバ表面汚染（自然酸化膜やケミカル汚染σ）存在）などである 貫通孔のエッチング のような底面の面荒れの影響があまり問題とならない加一［においては、このような堆積物 でマスク表面を保護した超高選択なSiエッチングを適用できる可能性がある、、
35
2．2．5 Br系ガスによるエッチング
Br系ガスに仁るエッチンクについ ても検討を行った「なお、Br系ガスとして、ここでは安定な分子であるCBrF3
を用いて実験を行た CBr恥ではフラズ マ中でBrとCF／sなどの反応種が生成されると考えられるL T） なお、BrゴやHBr
l仁腐f芝ii生（ノ）弓泉し・ノノス ご浅｝）り、 こ（ノ）よう／C
ガスを川いる際には装置の腐食対策に注 意が必要である12）
CRrFlこのエソチング速度を、図2．
18に示す SiおkびSiO2のエッチン
グ速度は高周波1 Eノ」とともに増大し、Si
／／kSiOL，の選択比は糸勺8倍である、
高周波電力が｛）．3W／Cm2のときのエッ チング形状を図2．
斗ナこ：こfR／ノ〉（：し、そ（）、
れる、
ては後の2．4節で述べる 2．2．
ングの反応 卜生は、F 〉＼Cl≧Brであり、
異方性エッチングガスである2川、
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Q
00
GQS：CBrF3
＜ ←
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●
／
／／ ●
SiO2
L土＝ゴ＝＝F二二
図2．18
0〕 0．2 0．3 0．4 0．E
Power Densi2y（w！cm2）
CBrF3ガスによるエッチング 速度（高周波電力依存性）
19に示すt一側面はほぼ垂直であるが、孔の中央部にふくらみがあり樽 これは、エッチングイオンの入射角のばらつきの影響によるものと思わ このような樽状の形状はBr2ガスでも報告されているL） 8）。このイオン入射角につい 2で述べたように、結合エネルギーからみたエッチ Clと同様にBrもアンダーカットを起こしにくい
一v−p，．
一
一1μm
図2．19 CBrF3ガスでのエッチング形状36
2．3 低温エッチング技術
F系ガスは反応性が強くアンダーカットもしくはサイドエッチングを起こしやすいガス であることはこれまで述べてきた しかし、イオン衝撃を伴わなくても自発的にエッチン グが進行するF系ガスは、Si基板を高速で深くエ…チングするガスとして利用できる こ のFによるアンダーカットを防止しつつ高速なエッチングを実現する方法として、低温エ ッチング法が提案されている3〔n31）、、こでは、高密度フラズマ方式であるマイクロ波フラ ズマエッチング装置を用いて、エッチング電極に液体窒素にkる冷却機構を取り付けて、
Siの低温エッチングを検討した結果について述べる なお、エッチングガスには、1分r一
中に6個のF原子を持ちFの供給源として有利と考えられるSF6を用いた
図2．20に、低温マイクロ波エッチング装置の構i成を示す3L，）331マでクV波のY，E th乏周 波数は2．45GHz、イオンエネルギー制御用の高周波（RF）電ll5〔の周波数は2MHzぐある エッチングウェーハは4インチでロードロック機構によ・）てエッチングチャンバに移載さ れる．エッチングの後処理チャンバにはピー一一夕一による加熱機構を設けて1氏温ウ．L一ハを 取り出す際の結露を防止している
Discharge Solenoid
Coil