JPS6048902B2 - 二酸化シリコンをエツチングする方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に選択的エッチング技術に関するものであ
り、特に半導体基体から二酸化シリコン（ＳｉＯ０）を
除去する方法に係る。

半導体装置の製造においては、シリコン基体の表面の選
択された領域における不純物の拡散を制御するのにＳｉ
Ｏ２が広く用いられている。

半導体基体上にます５１００の層を沈着し又は他のやり
方て形成し、そして所望のパターンを残すために除去さ
るべきＳｉＯ２の部分を露出する窓を持たせてこのＳｉ
Ｏ２層にポジティブ又はネガティブのフォトレジストの
マスクを形成する事によりＳｉＯ。のパターンが一般的
に形成される。ＳｉＯ２のこの露出された部分が次いで
適当なエッチ剤で除去される。ＳｉＯ。

を除去するためにこれまで用いられていたエッチ剤、例
えばフッ化水素酸やフッ化水素緩衝剤を持つた硝酸は、
下を切り取つてしまうという観点から満足な結果を与え
ない。更に上記酸は液体状であり、従つてそれらの使用
は湿式化学プロセスに付随する共通の問題を受けすい。
フッ化水素ガスを用いる試みがなされたが、このガスで
もつて得られる結果は定まりがなくそして予想がフでき
ない。フッ化水素ガスによるＳｉＯ。

のエッチングにおいてネガティブフォトレジストの様な
有機物質を触媒として用いる事ができるという事がわか
つている。このネガティブフォトレジストはマスクと５
して働くのではなく、フッ化水素ガスを濃縮しそしてこ
のフォトレジストによりカバーされた領域のエッチング
性を相当に高めるという傾向がある。このネガティブフ
ォトレジストは保持さるべきＳｉＯ２の領域にポジティ
ブフォトレジストマス？θクを重畳する様にして又は重
畳せずにウェハーに直接添着する事もできるし、或いは
又エッチングさるべき表面に接近した別のウェーハ又は
表面「添着する事もできる。本発明の目的は一般にフッ
化水素ガスでＳｉＯ、のエッチングする新規で且つ改良
された方法を提供する事である。

本発明の別の目的はネガティブフォトレジストがＳｉＯ
。

のエッチング性を増大するための触媒として用いられる
様な上記方法を提供する事である。本発明の更に別の目
的は除去さるべきＳｉＯ２の領域にネガティブフォトレ
ジストが直接添着される様な上記方法を提供する事であ
る。

本発明の更に別の目的及び特徴は添付図面に関連して好
ましい実施例を詳細に述べた以下の説明より明らかとな
ろう。

第１図に示された装置は一般的に円筒状の側壁１２と一
般的に平らな側壁１３，１４とを持つた反応室１１を備
えている。

該室のこれら壁はフッ化水素ガスエッチ剤によつておか
されない石英の様な物質で作られる。反応室の内部へ手
入れできる様にするため適当なふた（図示せず）が設け
られる。フッ化水素ガスはタンク１６から弁１７を経て
反応室へ供給され、そして真空ポンプ１８は反応．室か
らガスを排気する手段をなす。

半導体ウェーハ２１は室１１において処理するため以下
に述べる様にボート２２に積層される。

第２図に示された様に、各ウェーハはシリコンの様な半
導体物質の一般的に平らな基体２６を含ん３でいる。こ
の基体の表面にＳｉＯ２の層２７が形成され、そしてこ
のＳｉＯ２の上にポジティブフォトレジストの層２８が
形成される。この目的のための適当なフォトレジストに
は、ＳｈｉｐｌｅｙＡＺｌ３５Ｏ，コグツクポジテイブ
レジスト、ＴＯｋｙ）３０ｈｋａ０ＦＰＲ；及びフェノ
−ルーホルムアルデヒドポリマを含んだポジティブフォ
トレジストが含まれる。除去さるべきＳｉＯ。の部分を
露出するため既知のやり方でフォトレジスト層に窓２９
が形成される。フォトレジストが形成されるウェーハ４
Ｃの側をウェーハの前面と称し、参照番号３１で示され
ている。そして基板の側は背面と称し、参照番号３２で
示されている。ポジティブフォトレジストによつてカバ
ーされない領域でのＳｉＯ２のエッチング性は有機物質
をＳｉＯ．と対面関係に置く事によつて実質的に増大で
きるという事がわかつている。ネガティブフォトレジス
ト、ポリエチレンの様なポリマ、及びこれと同様の物質
でもつて特に満足な結果が得られている。適当なネガテ
ィブフォトレジストには市場で入手できる製品、例えば
ＫＯｄａｋＫＭＥＲ，ＫＯｄａｋＫＴＦＲ，ＷａｙｃＯ
ａｔＩＣ及びＫＯｄａｋ７４７が含まれ、そしてオレフ
ィン族を含む炭化水素が特にθ良好な結果を生じるとわ
かつている。第１図の実施例においては、ＳｉＯ２が除
去さるべきであるウェーハの付近に位置されたウェーハ
３３にネガティブフォトレジストが層乃至は被膜の形態
で与えられる。エッチングの均一性はエッチングさるべ
きＳｉＯ２の後ろに金属張りを置く事によつて増大でき
るという事もわかつている。

これはアルミニウムの薄いディスクをウェーハの背面を
接触状態に置く事によつて便利に達成される。第１図の
装置で実施される本発明の方法においては、ウェーハ２
１が交互のスロットにおいてボート２２に装荷され、ネ
ガティブフォトレジスト又は適当な有機物質が被覆され
るウェーハ３３がその中間のスロットに装荷される。

フォトレジスト又は他の有機物質は除去さるべきＳｉＯ
。と対面関係で位置され、そして４．７６ｗｇｎ（３１
１６インチ）程度の表面間の間隔が満足な結果を与える
とわかつている。アルミニウムディスク３６はウェーハ
の背面３２と接触する様にスロットに置かれる。１つの
アルミニウムディスクが両ウェーハの裏張りとなる様に
２つのウェーハを各スロットに置く事によつてボートの
収容能力を増加する事ができる。ボートが装荷されそし
て反応室に入れられた後、反応室が閉ざされそして０．
１ｔ０ｒｒ或いはそれ以下の程度の初期レベルまで反応
室の圧力を減圧する様に真空ポンプ１８が作動される。

反応室はその側壁に隣接した抵抗ヒータの様な適当な手
段（図示せず）によつて適当な温度、例えば１７０℃乃
Υ１９０℃に加熱される。ポンプ１８がまだ作動しＣい
る状態で、弁１７が開けられ、反応室の圧力お適当なレ
ベル例えば３乃至７ｔ０ｒｒに上げるに充ケな割合でフ
ッ化水素ガスが反応室に入れられＳＯそのガス流はウェ
ーハの直面した表面間を通過しそして二酸化シリコン層
の露出された部分をエッチングする。このガス流は露出
されたＳｉＯ。

を除去するに充分な時間保持され、そしてそれに続いて
弁１７が閉ざされ、ポンプ１８がオフにされ、反応室内
の．圧力が大気圧までもつていかれ、そしてエッチング
されたウェーハが反応室から取り出される。例指定のフ
ォトレジストと共に上記した方法を用いると、ポジティ
ブフォトレジストに著しく浸透する事なく、又このフォ
トレジストの下をエッチングする事なく８，０００Λ程
度の厚みのＳｉＯ。

層が約７分で除去された。この方法は温度１８０℃、初
期圧力０．１ｔ０ｒｒ未満、そしてエッチングプロセス
中の圧力６ｔ０ｒｒ程度において達成された。ウェーハ
の直面した表面は４．７６ＴｗＬ（３１１６インチ）離
間され、そしてアルミニウムディスクが各ウェーハの背
面に隣接して位置された。フォトレジストがＳｉＯ。か
ら除去された時は、残りのＳｉＯ。がなお８，０００Λ
の厚みであるとわかつた。第３図に示された装置はフッ
化水素ガスによつておかされない石英の様な物質で作ら
れた一般的に円筒状の反応室５１を備えている。複数個
のガス入口５２がこの反応室の底に向つて設けられてお
りそして排気ボート５３がこの反応室の上部に設けられ
ている。穴あけされたアルミニウム円筒が反応室に同軸
的に配置され、そしてウェーハ５６がエッチングのため
この円筒内に置かれる。反応室内でウェーハを加熱する
ための手段が設けられている。この手段は赤外線の形態
で熱を発生するランプ５７と、該ランプからの熱エネル
ギをウェーハに向ける様に働く反射器５８とを備えてい
る。こゝに示す実施例においては、ランプ及び反射器が
反応室の外部に位置され、そしてガス入口５２が反応室
壁の円筒５４との間に位置されている。ＳｉＯ。

をエッチングするのにフッ化水素ガスが用いられる時は
、ネガティブフォトレジスタがエッチ剤に対するマスク
としてよりも接媒としてより効果的であるとわかつてい
る。１方、ポジテイ うブフオトレジストはＳｉＯ２を
エッチングする際のフッ化水素ガスに対する有効なマス
クとして予期された様に働く。

第３図の装置を用いた１つの好ましい方法においては、
半導体ウェーハが第４図に示された様に用意される。

このウェーハはシリコンの様な半導体物質の一般的に平
らな基板６１を備えている。この基板の表面にＳｉＯ２
の層６２が形成されそしてこのＳｉＯ２の上にポジティ
ブフォトレジストの層６３が形成される。除去さるべき
ＳｉＯ。の部分６２ａ，６２ｂを露出するため窓６４が
既知のやり方でこのフォトレジスト層に形成される。次
いでネガティブフォトレジストの層が上記フォトレジス
ト及びＳｉＯ。の露出部分６２ａ，６２ｂの上に添着さ
れる。このネガティブフォトレジストはスピニングの様
な適当な技術によつて添着できる。ポジティブ及びネガ
ティブフォトレジストは第１図の実施例に関して上記で
指定した型式のいずれでもよい。ネガティブフォトレジ
ストの添着に続き、ウェーハが反応室に入れられそして
反応室はランプ５７からの放射によつて１５０℃乃至２
００℃程度の温度に加熱される。

フッ化水素ガスが入口５２を経て反応室に入れられそし
て排気ボート５３を経て排気される。このガスは円筒５
４の穴を通過しそしてネガティブフォトレジストを貫通
し、そして窓６４の下のＳｉＯ。をエッチング除去する
。ポジティブフォトレジストはこれがカバーしているＳ
ｉＯ。を保護し、ＳｉＯ。のこれらの部分フッ化水素ガ
スによつておかされない。前記した様に、ネガティブフ
ォトレジストは触媒として働き、ＳｉＯ２をフッ化水素
ガスに直接曝した状態よりも実質的により迅速で且つよ
り信頼性のあるＳｉＯ２のエツ）チングをなす。ポジテ
ィブフォトレジストが数分以上の間ＳｉＯ。

上にある様にされた場合には、これが若干解重合してネ
ガティブフォトレジストへと溶け込み、ＳｉＯ。を完全
にエッチングす事が困難である７様な領域をその境界に
作る傾向がある。この問題はネガティブフォトレジスト
を添着する前にポジティブフォトレジストを加熱して再
重合する事によつて解消される。ポジティブフォトレジ
ストを１２０゜Ｃ程度の温度で３紛間加熱する事はレジ
ストフの可溶性を排除しそして窓の縁まで終始完全なエ
ッチングをなすという事がわかつている。除去さるべき
領域にネガティブフォトレジストを添着するだけで、残
りの領域をマスクしなくても、ＳｉＯ２をフッ化水素ガ
スによつて所望のパターンにエッチングできるという事
もわかつている。

この方法はＳｉＯ２の層７２が半導体基体７１の表面に
形成された第５図を参照して説明する。次いで、除去さ
るべきＳｉＯ２の層の部分７２ａ，７２ｂにネガティブ
フォトレジスト７３が添着される。適当なレジストには
他の実施例に関連して上記で指定したネガティブフォト
レジストが含まれる。エッチングする前にＳｉＯ２の表
面７２ｃをプラズマに曝す事により、フッ化水素蒸気が
ＳｉＯ。

のこの露出部分をエッチングしない様に該部分が整調さ
れるという事がわかつている。この整調は入口５２を経
て適当なガスを入れそしてこのガスをイオン化した反応
室内にプラズマを形成する事によつて反応室５１におい
て実施できる。適当なガスにはフレオン１４、酸素、ア
ルゴン等が含まれる。表面７２ｃをプラズマに曝す事に
続いて、プラズマ形成が反応室から排気される。

その後、基板が加熱されそしてフッ化水素ガスが入れら
れる。このガスはネガティブフォトレジストによつて濃
縮されそして該レジストによリカバーされたＳｉＯ２の
部分をエッチング除去する。第５図に示された様に、ポ
ジティブフォトレジストが存在しない場合にネガテイブ
フオトレジス．トの下に形成される開口は表面７２ｃに
おける方が基体表面におけるよりも広い斜角状に即ちテ
ーパ状になる傾向がある。このテーパは開口の上部によ
り接近したネガティブフォトレジストの強い触媒作用に
よるものであると考えられる。このテーーパはＳｉＯ。
層を経て基体へと延びる電気接触部のために形成された
開口に対しては特に効果がある。このテーパ付けされた
開口はまつすぐな開口よりも壁面積がより大きくそして
アルミニウム又は他の接触物質を壁に良好に結合させる
事ができる。本発明は多数の重要な特徴及び効果を有し
ている。

ネガティブフォトレジスタや他の有機触媒はＳｉＯ２の
エッチング性を実質的に増大しそしてフッ化水素ガスに
よりＳｉＯ２をエッチングする迅速且つ信頼性ある方法
をもたらす。ＳｉＯ２をエッチングする新規で且つ改善
された方法が提供されたという事が前記説明より明らか
）であろう。

現在好ましい実施例と考えられるものにっいてのみ説明
したが、特許請求の範囲に定められた本発明の範囲から
逸脱せずに或る種の変更及び修正がなされ得るという事
は当業者にとつて明らかであろう。一図面の簡単な説明 第１図は本発明を実施する装置の１実施例の中心断面概
略図、第２図は第１図の装置において処理される型式の
半導体ウェーハの拡大断面図、第３図は本発明を実施す
る装置の別の実施例の概略断面図、第４図はネガティブ
フォトレジストがポジティブフォトレジストのマスク上
に添着される様に本発明により作製された半導体ウェー
ハの拡大断面図、第５図は除去さるべきＳｉＯ。

の領域にネガティブフォトレジストが置換添着される様
に本発明により作製された半導体ウェーハの拡大断面図
である。１１・・・・・・反応室、１６・・・・・・タ
ンク、１７・・・・・・弁、１８・・・・・・真空ポン
プ、２１・・・・・・半導体ウェーハ、２２・・・・・
・ボート、２６・・・・・・半導体物質の基体、２７・
・・・・・ＳｉＯ２の層、２８・・・・・・ポジティブ
フォトレジストの層、３３・・・・・・ウェーハ、２６
・・・・・・アルミニウムディスク、５６・・・・・・
ウェーハ、６１・・・・・・基体、６２・・・・・・Ｓ
ｉＯ２の層、６３・・・・・・ポジティブフォトレジス
トの層、６４・・・・・・窓。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基体部材から二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）を除去
   する方法において、除去さるべきＳｉＯ＿２の表面に接
   近してネガティブフォトレジストを置き、そしてＳｉＯ
   ＿２を除去するに充分な時間フッ化水素ガスにＳｉＯ＿
   ２を曝す事を特徴とする方法。