プラズマが材料プロセスのツールと して用いられるよ

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