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プラズマが材料プロセスのツールと して用いられるよ

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小特集’
材料プロセス用フルオロカーボンブラズマに関する基礎研究の進展
(Received25May1999)
1。はじめに
ように電気的負性の強い粒子種の場合には,負イオンや負
プラズマが材料プロセスのツールとして用いられるよ
に帯電した微粒子も存在するため,プラズマの特性自体も
うになってから四半世紀近くが経過し,半導体産業をは
大きな影響を受けるが,その診断や解析も必要である.
じめ色々な工業分野で薄膜材料の創製,微細加工,表面
プロセスにおけるこれらのラジカルやイオンと材料表
改質のための基盤技術として成長してきている.中でも
面の反応はそれぞれの組み合わせによって異なり,条件
現在の超LSI製造におけるプラズマエッチング技術は,
によってはエッチングに寄与したり膜堆積に寄与するこ
超微細パターンの形成に必要不可欠な技術となってい
とがある.また,それらの反応はプラズマからのイオン
る.特に,シリコン酸化膜(SiO2)のエッチング工程では
による衝撃や高エネルギーフォトンの照射などの状況に
フルオロカーボンガスが原料に用いられ,サブミクロン
よって複合的な効果を示す.実際のプロセス,例えば,
サイズの超微細加工が行われているが,プロセスに求め
上述のコンタクトホールの加工においては,FやCF。
られる要件もますます高度になってきている.例えば,
などの表面における反応で,底面ではイオン衝撃による
開口径が0.1μmオーダになろうとしているコンタクト
アシスト効果でエッチングを促進させ,側面では膜堆積
ホールのようなアスペクト比(深さ/開口径)の大きい
によって保護層を形成するというように,二つの相反す
形状のエッチングでは,加工が深さ方向にのみに進行し
て横方向には削れないような高い異方性が要求される
Reactive Plsama
[1,2].また,Fig.1に示すような自己整合コンタクト
electrons,radica且s,pos藍t叢ve a凱d negative ions
ホール(SelfAlignedContact−hole:SAC)の加工では,複
数の材料が積層した構造になっており,被加工材料であ
瓢
十
↓㎞gy制d㎞t㎞
一ノ すEne「gyandd・rectmn
十
るSiO2に対してマスク材料としてのフォトレジスト,
ゲート保護用のSi3N4や下地のSiがエッチングを受け
ないような高い選択比を得ることが必要である[1,2].
e 十
Photoresist
一般に,フルオロカーボンガスのプラズマ中では,原
料分子の電子衝突による解離や電離過程によって多くの
S童02
ラジカルやイオンが生成され,それらの気相や表面での
反応によってさらに多種類のものが生成される.最も簡
CFx曾
Si3N4
単な原料ガスであるCF4の場合でも,F,CF。などの中
Dif貧erent reactionbottom and side w
Gate
性ラジカルとそれらのイオンのほかに,Cを2個以上含
んだC.Fyラジカルやそのイオン,さらに会合反応によ
s嚢
って高分子量となったポリマー様の微粒子も存在する.
十十+
撫離薮gy互OR
わ伽翻繍磁煎d徽購
それらの診断については,Table1に示すような色々な
方法が開発されてきているが,まだ汎用性や定量性にお
Figj Reaction scheme of SAC (Self−Aligned Contact−
hole)etching process,
いて十分とはいえない状況である.また,フッ素化合物の
T、4C凹B4温4κ観づh耐6,0名躍襯’6SohoolげEπg初687加8κyoオo Uπズ∂εz8勿,絢o渉0606−850ヱ,∫砂伽
777
側オho湾6一〃2副”召励θ麗@々ツo!o一%.召o.カ)
プラズマ・核融合学会誌 第75巻第7号 1999年7月
Table1
効果などの解析が必要であり,特に微細構造内における
Measurement techniques for radicals in fluorocar−
bon plasmas.
解析では方法そのものの開発も必要である.
別の問題として,1997年に開催された地球温暖化防止
Radical LIF VUV−LAS UV−Abs R−LAS 皿MS EAMS
京都会議(COP3)で,地球温暖化係数(G互obal Warming
0
C
O
O
CF
CF2
CF3
O
O O
O
F
△
O
O (VUV) △
Potentia玉:GWP)が大きく,大気寿命の長い飽和フッ化
o
O
O
化合物(pe頑uorocompound:PFC》系のガスが削減対象
物質に指定され,排出量が規制されようとしている.
P:FCの代替ガスとして,Table2に示すようなC3F6や
△
C5F8などの不飽和フッ化化合物,ハイドロフルオロエー
O
C”;Fπ
テル(HFE),ヨードフルオロ化合物(IFC)などが検討さ
LE: Laser hlduced Fluorescence
VUV−LAS:VUV LaserAbsolption Sp㏄troscopy
れ,エッチングにおける特性の予備的な評価がなされて
UV−Absl UV Absorption specroscopy with incoherent source
取一LAS: RLaserAbsolption Spectroscopy
いる[4].しかし,上述のようにエッチングに関与する
TIMS: Threshold Ionization(App㎝・孤ce)Mass Spectrometly
気相・表面反応は極めて複雑であるため,新しい原料ガ
EAMS: Elec亡onAttachmentMass Spectrome轡
スに対してプロセスの最適条件を見いだすためには,そ
Table2
れらのガスに対するプラズマ反応系全体を理解し,制御
Fluorocarbon gases used for plasma pocessing
and tれeir effects on gbbal environment.
していくことが必要になる.
このような状況において将来的な見通しを立てていく
classi且cation
mol㏄ule
GWP
1ifむt㎞e
CF4
6,500
50,000
caぼbon(PFC)
C2F6
9,200
10,000
C3F8
7,000
2,600
8,700
3,200
c−C4F8
hydronuoro−
CHF3
caτbon(HFC)
C2HF5
2,800
CH2FCF3
1,300
14.6
<玉00
く1
unsa餅ated−
CF3CF=CF2
Huorocarbo且
c。C5F8
hydro且uoτo−
CF3CHFOCF3
ether(田E)
CF3CHFOCHF2
iαionuOIO−
CF3王
caぼbon(IFC)
CF3CF21
11,700
90
900
600
く1
<1
ためには,まず,現状における課題をより詳細に解析し,
㎝
perfluoro−
理解していくことが必要である.そのために,フルオロ
カーボンプラズマに関する国際ワークショップも開催さ
れるようになっており,(1)気相や表面におけるラジカ
ルやイオンの反応過程の解析,(2)反応活性種の診断技
264
術,(3)負性粒子を含むプラズマの特性解析やシミュレー
32.6
ション技法,(4)PFCや代替PFC原料ガスに対するデー
タベースの構築,などのテーマがトピックスになってい
る[5].本小特集では1998年にグルノーブル郊外で開か
0.98
>20
れた第2回のワークショップに参加した日本やヨーロッ
5,8
パの代表的な研究者によって,今回新たに寄稿してもら
0.005
った現状分析や最近の研究紹介の解説記事をとりまとめ
0.005
た.本企画がフルオロカーボンプラズマの研究者に対し
GWP:Global Waming Potentia1
て今後の展望を得る一助となり,また,それ以外の研究
る反応の問で微妙なバランスをとることによって高度な
者にとっても新たな興味の対象となれば幸いである.
異方性を実現させている[1,2].しかし実際には,微細
(京都大学大学院工学研究科 橘 邦英)
構造内に輸送されるラジカルやイオンの組成が深さに依
存して変化することなどによって,加工速度がアスペク
参考文献
ト比に依存すること(マイクロローディング効果)ある
[1]徳山 魏編:半導体ドライエッチング技術(産業図
いはエッチングの停止(エッチストップ)が起こったり,
書,1992).
穴の表面でのチャージングの不均一性によってイオン軌
[2]原 央編:ULSIプロセス技術(培風館,1997).
[3]斧 高一:応用物理68,513(1999).
道が影響を受けて加工形状の異常が発生したりすること
[4]超先端電子技術開発機構:地球環境産業技術に係わ
が起きる[3].また,基板のみならず器壁の表面の状態
に依存したラジカルの生成・消滅過程によって,エッチ
る先導研究:半導体製造等に使用するPFC等の地
球温暖化ガスの代替ガスシステムの研究,NEDO研
ング速度などが時間的に変化したり,再現性が低下した
究報告,1999。
りする現象も現実のプロセスで大きな問題となってい
[5]J』P。Booth6鼠,∠Lわs.27z4ノ魏召7フzσ蕗07zごzJレ骸o殖3hoゆoπ
る.したがって,表面反応のメカニズムやその複合的な
EZz6070αzプ607z PZαs〃z召3,Col(1e Porte,France,1998.
778
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