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図2．41 パターン群形状に対するRFバイアス電力印加効果52）
このような検討をもとに、局所電界の影響を抑制しつっレジストマスクに対して高い選 択性でエッチングする方法として、エッチング条件を短時間で切り替えるTM（時間変調）
バイアス法を検討した52｝、、エッチング条件は、SF6ガス流量：25 sccm、ガス圧力：1．3Pa として、RFバイアスをOWと5Wに0．5秒間隔で切り替えてエッチングした一
60
図2．42にその結果を示す ウェーハ 温度を一100Cにした結果ではほぼ垂直 の溝が形成できており、−130cの場合 には側壁付着物の影響と思われるテーハ
ー状の溝になっているがい「・ 2）、いずれに
おいてもパターン群エッジの溝の傾斜は 大幅に減少している、なお、レジストと
Siの選択比は、RFバイアスがowと5w
の単一条件のエッチングにおいてそれぞ れ約30倍、10倍であったものが、このTMバイアスの結果では25倍の選択比
となった
ングに寄与したためと考えている52）、
−100℃の場合について、
結果を図2．43に示す、溝の垂直性
（1）−100°C （2）−130°C ︷・翼鑑簾・︑．塾ゼ文竃i
図2。42 TMバイアス法によるエッチング52）
これは、OWのときに吸着したラジカルが5Wのときのイオンアシストエッチ
さらにガス圧力を半減した条件（O．7Pa）でエッチングした
は一層向上して、ほぼ完全に矩形の 溝を形成することができている。こ のときのエッチング速度は3μm／
minでレジストとの選択比は同じく 25倍である。溝のアスペクト比は最 大で10以上になっている，
なお、溝深さのアスペクト比依存 性（溝幅が狭いときに溝底へ0）ラジ カルの供給量が不足してエッチング 速度が低下する現象）は残っており、
このような高速のエッチングにおい て、高アスペクト比溝内部への反応 種の供給量を増大させる方法に関す
るさらなる検討が待たれる 図2．43 0．7PaのTMバイアスエッチング形状52）
61
本エッチングではSiO2に対するSiの選択比が約100倍あり、SiO2 EのPoly・Si膜のエ ッチンク（MoS トランシスタのゲート加」：の例など）にも適しているが、そのエッチン グにおいてもSi基板と同様にパターン群エッジでの側壁傾斜が生じた（図2．44（1））
Poly−Si膜の場合には、エッチング終了時点（ジャストエッチング）で両端のパターン側 壁が内側に向かって傾斜し（（2）の白い四角で囲った部分で特に顕著）、オーバーエッチ
ングの際に異常なサイトエッチングが見られた（（3）の白い四角で囲った部分）。これは 最端ハターンの内側の側壁で起きる現象であり、最も緩やかなテーパーになっていた側壁 がオーバーエッチンク時にアタックされて過剰なFラジカルによるサイドエッチングが進 行したためと考えている5当，
Resist
S
y2
一01
O
PSS
after Over−Etching
図2．44 Poly−Siエッチングにおけるパターン群エッジの異常形状52）
以一ヒのような現象は、SF6ガスだけでなくC12ガスでも同様に観測された（図2．45）．
Cl2ガスの場合は、常温でもサイドエッチングを生じることが無いので、電極温度は20℃
とした。ガス圧力は、SF6ガスと同じく0．7Paである、この条件において、 Cl2ガスでの エッチング速度は0．3μm／minであり、SF6ガスの1／10となった。図で、 RFバイアス がOWのときにはSF6ガスと全く同様の局所サイドエッチングが生じている， RFバイア
スが5Wでも主だ異常が残っており、15Wで最端部のパターンも異常なく垂直にエッチ
ングできているtt
62
このようなハターン群における・異常形状に気「Lて は、いずれもTMバイアス法を用いることによ・）て、
エッチング選択性と加工形状ともに単一エッチング 条件よりも優れた加工特性にできることを確認［、て いる52）TMバイアス法では、低バイアスのサイク ルのときに吸着したラジカルが高バイアスのサイク ルでの反応促進効果があるものと考えている「， 2）
以一ヒ述べたように、高アスヘクト比のハターンを Si基板上に形成するドライエッチングにおいては、
フラズマ側から供給するイオン、化学反応種（ラジ カル）などを制御するとともに、反応表面の温度、
さらにはエッチング表面からフラズマ側に放出され る反応生成物、2次電子までもが加Il特性に影響を 及ぼす可能性がある（図2．46）、
このような点を十分に踏まえて、加1二するデバイス の構造に最適なエッチング条件を選定してゆく必要
がある。
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一〇5仰 図2．45 Cl2ガスでのPoly−Si エッチング形状52）
図2．46
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パターン
ウェーバ
ドライエッチングにおけるプラズマと被エッチングウェーバ の相互作用49）
63
2．5 結言
各種0）高アスヘクト比テハイスを加工するには、特に異方性が高いエッチング技術が不 可欠である，本研究では、Si基板の高アスヘクト比エノチングを行うための高精度ドライ エッチング技術にっいて、カスの反応性制御、反応表面の温度制御、エッチング面への入 射イオンの方向性制御U）観点から検討を行った それによって以ドに示す結果が得られ、
Si基板加11における種々の加Il形状吊1」御技術とアスヘクト比がloを超えるSi溝の高アス ヘクト比エッチンク技術を構築した
（1）エッチングの反応性を原1㌧1削の結合ゴネルギーで解釈できることを示した19）．
・各種ハロゲン化合物ガスにkるエッチンク特性は、ハロゲン原子と被エッチング材 料の原ヂ間の結r＞エネノレギーにもとつく反応ダイアグラムで解釈できた、
・Si−Fの結合エネルキーは大きく、Fによるエッチングは常温で自発的に進行しやす いことを、実際のエッチング特性と対比して確認できた「
・Si−C1やSi−BrはSi−Siとほぼ同じ結合エネルギーであり、イオンアシストエッチ ング反応による異ノ∫性エッチングになることを確認した／h
（2）Cl化t ｝物ガスではSiの結晶面方f、乞に依存したエッチングになる現象を解明した1 「・ ）、、
・CCI1、 SiCll、 PCI：sガスなどの塩素化合物ガスで（100）面方位のSi基板をエッ チングすると、エッチング側面に（ユ11）面が現れやすいことを確認したc ・エッチングイオンの加速電界が小さくなり、Clによる化学反応の特性が出やすい 条件ほど、55u傾斜した（111）面に近い傾斜が側壁に現れた。
・C1原r・とSi結晶面の原子空隙のサイズを比較すると、（100）面には進入しやす く（111）面には進入しにくいサイズであり、これが結晶面方位の影響が出やす
い原因と解釈した、．
（3）CCh＋02ガスのように堆積物の多い条件では、堆積物の影響によってエッチング面に 針状突起が生じるとともに、エッチングマスク材料との選択比が無限大になるようなエ ッチングが可能になるという現象を解明したL） 3）25）、
（4）Fによるサイドエッチングを低温エッチング技術によって抑制し、SF6ガス用いたSi の高速異方性エッチングを実現した32）・ωtt
・SF6ガスによってSiを高速にエッチングすると、反応熱によるウェーハ温度上昇が 顕著になることを確認した．． 4インチウェー・・全面を1μmエッチングすると35W の発熱量があり、これはほぼSiF1の生成熱に相当することを確認した．
64
・反応熱が大きい場合にもウェーハ温度の1二限を一定の温度以ドに保つ方泣iとして、
短時間でエッチング条件を切り替えるTM（Time Modulatioll、時間変調）法を開 発した
（5）エッチング深さやエッチング形状のアスヘクト比依存性について、イオンやラジカルな どの溝・孔パターン内への進入粒子数の観点から考察を行い、高アスヘクト比の溝で生
じる加工特性の変化を解析した19）． 3（ ．18）
・イオンの入射によってのみエッチングが進行するモデルに・）いて、2次元エッチン グ形状シミュレータを用いて解析し、例えばイオン入射角ばらつき（o）が5 の 場合、アスヘクト比がIOの溝では Ll坦部C／・）約3（）％の深さしかエッチングされない ことを示した、
・エッチングイオンがほぼ垂直に入射しても、ラジカルの吸着が溝底で供給律速にな ることによって、エッチング速度の低ドが起こることを示した．
（6）エッチングイオンの入射角分布の原因について、イオンシース内での衝突・散乱現象の 観点から考察し、イオン入射角分布を低減するエッチング条件の指針を構築した1ωt）〔）］
・イオンシース内でのイオンとエッチングガス分ゴ・などとの衝突確率は、イオンシ…
スの厚さ（d）とイオンの平均自由行程（L）によって、d／Lで近似できることを 示した．
・イオン入射角分布を小さくするエッチング条件として、低ガス圧力、衝突断面積の 小さいイオン、低バイアス、高密度フラズマ、になるような条件を選定することが が有効であることを示した．
・実際にイオンの入射角分布を測定し、SF6ガスの低温マイクロ波フラズマェッチン グにおけるイオン入射角分布は、1．3Paのガス圧力の場合に約2 になることを確 認した．
（7）マイクロ波フラズマエッチング装置による高密度フラズマ条件において、イオンシース の厚さが0．1mm程度に薄くなると、深溝パターンによる局所電界がイオンシースの均 一性に影響を及ぼすことを確認したtj 2［
・パターン群の最端部の溝では垂直から約10 傾く現象を発見した，
・この原因として、溝や孔内部で発生した2次電子が溝内部の側壁でトラップされて、
ダイナミソクな帯電が生じていることを考察し、実験データから裏づけを行った．
・このような局所電界によるイオン入射方向の変動を抑制するために、TMバイアス