JP2009038209A

JP2009038209A - 均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板

Info

Publication number: JP2009038209A
Application number: JP2007200964A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yonehisa; 孝志米久; Satoshi Fujita; 悟史藤田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】長時間プラズマエッチングを行っても均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板を提供する。
【解決手段】シリコン電極板２にガス噴出孔５を設けてなるシリコン電極板において、前記ガス噴出孔５は、深さがシリコン電極板２の厚さよりも浅くかつ軸がシリコン電極板の厚さ方向になるように設けられている有底大径孔部分８と、この有底大径孔部分８の底部分からシリコン電極板２の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔９とからなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＳｉＯ_２膜を形成したウエハなどを均一にエッチングすることができるシリコン電極板に関するものである。

一般に、半導体集積回路を製造する工程においてウエハをエッチングする工程があり、このエッチングは一般にプラズマエッチング法により行われている。図３はプラズマエッチング法を説明するための断面説明図であり、図３において、１は真空容器、２はシリコン電極板、３は架台である。図３に示されるように、真空容器１内にシリコン電極板２および架台３が間隔をおいて設けられており、架台３の上にウエハ４を載置し、エッチングガス７をシリコン電極板２に設けられたガス噴出孔５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電源６により電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加し、高周波電圧の印加によりシリコン電極板２と架台３の間の空間にプラズマ１０を発生させ、このプラズマ１０による物理反応と、シリコン−エッチングガス７による化学反応により、ウエハ４の表面をエッチングすることにより行われる。

シリコン電極板２は５〜２０ｍｍの厚さを有し、単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンからなることが知られているが、現在ではＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットを輪切り状に切断したのち表面研磨して作製した単結晶シリコン電極板が多く使用されている。これらシリコン電極板に形成されているガス噴出孔５は一般に直径：０．５ｍｍを有するが、エッチングガス流入側の径をエッチングガス流出側の径よりも大きくしたものも知られており、図４に示されるように大径孔部分１１および小径孔部分１２を有するガス噴出孔５も知られている（特許文献１参照）。そして、このようにシリコン電極板２の厚さ方向に平行に設けられているガス噴出孔５の小径孔部分１２の直径は０．２〜０．８ｍｍを有し、大径孔部分１１の直径は小径孔部分１２の直径の０．０１〜１０倍の直径を有するとされている。図３および図４に示されるガス噴出孔５を通過したエッチングガス７はウエハ４に直角に当るようになっている。
特開２００１−１０２３５７号公報

前述のように、一般に、シリコン電極板にはシリコン電極板の厚さ方向に平行に穿設されたガス噴出孔が多数設けられており、かかる構造のガス噴出孔を有するシリコン電極板を使用して被エッチング物であるウエハのプラズマエッチングを行なうと、ウエハ面内をエッチングすることができるが、長時間プラズマエッチングを行うとエッチングの均一性が損なわれるようになる。

そこで、本発明者等は、長時間プラズマエッチングしてもウエハのエッチングの均一性が損なわれることのないプラズマエッチング手段を開発すべく研究を行った。
その結果、シリコン電極板に穿設されているガス噴出孔の形状構造がエッチングの均一性に大きく影響を及ぼし、前記ガス噴出孔が図１の断面説明図に示されるように、深さがシリコン電極板の厚さよりも浅くかつ軸がシリコン電極板の厚さ方向になるように設けられている有底大径孔部分８と、この有底大径孔部分８の底部分から厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔９を有するシリコン電極板を用いてプラズマエッチングを行うと、一層均一なプラズマエッチングすることができる、という研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）シリコン電極板にガス噴出孔を設けてなるシリコン電極板において、前記ガス噴出孔は、深さがシリコン電極板の厚さよりも浅くかつ軸がシリコン電極板の厚さ方向になるように設けられている有底大径孔部分と、この有底大径孔部分の底部分からシリコン電極板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔とからなる均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板、に特徴を有するものである。

次に、この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板２のガス噴出孔にエッチングガスを通してウエハ４に向って流している状態を示す断面説明図である。この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板は、まず、円板状シリコン板を用意し、この円板状シリコン板の厚さ方向に円板状シリコン板の厚さよりも浅い有底大径孔部分８を穿設し、この有底大径孔部分８の底部分から円板状シリコン板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かって円板状シリコン板の反対側の面に貫通する貫通細孔９を複数本穿設することにより作製することができる。

この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板に設けられたガス噴出孔５の模型を図２の斜視図に示す。図２に示されるように、この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板に設けられるガス噴出孔５の有底大径孔部分８は、図２（ａ）に示されるようにストレート部分を有する円筒状の有底大径孔部分８であっても良く、図２（ｂ）に示されるようにテーパを有する円錐台状の有底大径孔部分８であっても良く、さらに図２（ｃ）に示されるように円筒状と円錐状の孔が接続した形状を有する有底大径孔部分８あっても良い。その形状は特に限定されるものではなく、いかなる形状の有底孔であってもよい。そして、有底大径孔部分８から分岐する貫通細孔９は底部分から厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の反対面に貫通するように複数本の貫通細孔９が設けられている。ここで有底大径孔部分８の底部分とは、有底大径孔部分８の底であっても良く、有底大径孔部分８の底から少し上に離れた有底大径孔部分８の側壁であってもよい。前記有底大径孔部分８から分岐して設けられる貫通細孔９の直径は０．２〜０．８ｍｍの範囲内にあることが好ましいが、有底大径孔部分８の直径は貫通細孔９の直径よりも大きくて貫通細孔９を複数本穿設できる大きさがあればよく、特に限定されるものではない。

この発明のシリコン電極板の有底大径孔部分８とこの有底大径孔部分８に分岐して設けられた貫通細孔９からなるガス噴出孔を設けたシリコン電極板を使用して長時間プラズマエッチングを行っても均一なエッチングを行うことができる理由は明らかではないが、この発明のシリコン電極板を使用してプラズマエッチングを行うと、エッチングガスの流速は一時的に有底大径孔部分８で遅くなり、その後シリコン板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔９を通過して流出するために、エッチングガスの流れが交差し、そのためにエッチングガスの流れが和らげながらウエハ４に衝突するためと考えられる。

この発明のシリコン電極板を使用してウエハ等を長時間プラズマエッチングしても均一にエッチングすることができるので、半導体集積回路を効率良く生産することができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。

直径：３００ｍｍ、厚さ：１０ｍｍを有する単結晶シリコンからなる円板状シリコン板を用意し、この円板状シリコン板に直径：８ｍｍ、深さ：５ｍｍを有する有底大径孔部分をダイヤモンドドリルを用いて穿設し、さらにこの有底大径孔部分の底から円板状シリコン板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かって円板状シリコン板の反対面に貫通している４本の直径：０．５ｍｍを有する貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて穿設し、ガス噴出孔を有する本発明シリコン電極板を作製した。

さらに、先に用意した直径：３００ｍｍ、厚さ：５ｍｍを有する単結晶シリコンからなる円板状シリコン板に直径：０．５ｍｍの貫通細孔を円板状シリコン板の厚さ方向に平行でかつ孔間ピッチ：８ｍｍとなるようにダイヤモンドドリルを用いて穿設することによりガス噴出孔を有する従来シリコン電極板を作製した。

得られた本発明シリコン電極板および従来シリコン電極板をそれぞれエッチング装置にセットし、予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成した外径：２００ｍｍを有するウエハをエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０^-1Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０sccmＣＨＦ₃＋４sccmＯ₂＋１５０sccmＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、ウエハ表面のＳｉＯ₂ 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ₂ 層の最大エッチングの深さＡおよび最小エッチングの深さＢをそれぞれ測定し、その測定値から（Ａ−Ｂ）／Ｂ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。

表１に示される結果から、本発明シリコン電極板は、従来シリコン電極板に比べて長時間プラズマエッチングを行ってもウエハ表面を均一にエッチングできることが分かる。

この発明のシリコン電極板を用いてプラズマエッチングする際のエッチングガスの流れを説明するための断面説明図である。この発明のシリコン電極板に設けられたガス噴出孔の形状構造を模型的に示した斜視図である。従来のプラズマエッチング装置の断面説明図である。従来のシリコン電極板に設けられたガス噴出孔およびエッチングガスの流れを説明するための断面説明図である。

符号の説明

１：真空容器、２：電極板、３：架台、４：ウエハ、５：ガス噴出孔、６：高周波電源、７：プラズマエッチングガス、８：有底大径孔部分、９：貫通細孔、１０：ブラズマ、１１：大径孔部分、１２：小径孔部分

Claims

シリコン電極板にガス噴出孔を設けてなるシリコン電極板において、前記ガス噴出孔は、深さがシリコン電極板の厚さよりも浅くかつ軸がシリコン電極板の厚さ方向になるように設けられている有底大径孔部分と、この有底大径孔部分の底部分からシリコン電極板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔とからなることを特徴とする均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板。
前記貫通細孔は０．２〜０．８ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板。
前記有底大径孔部分の底部分からシリコン板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔は、前記有底大径孔部分の軸からはなれるようにシリコン電極板の片面に向かって延びていることを特徴とする請求項１または２記載の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板。