ラングミュア吸着層を利用した完全選択性を有する異方性エッチング技術の開発

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03555057
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松浦 孝 東北大学, 工学部, 助手 (60181690)
• 研究分担者: 小野 昭一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00005232) ; 大見 忠弘 東北大学, 工学部, 教授 (20016463) ; 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (70182144)
• キーワード: ECRプラズマ / ラングミュア吸着 / エッチング遅れ時間 / 完全選択性 / 異方性 / 選択エピタキシ / 超高清浄化 / 窒素添加効果

研究概要

本研究では、ラングミュア吸着層の形成状態を広範な条件にわたって調べ、その基板材質によって異なる最適吸着状態を利用して完全選択性を有する異方性エッチング技術を完成させることを目的としている。今年度は、以下のような、実施計画に対応した成果、及び本研究から派生した成果が得られた。
1.ECRプラズマエッチングにおいて、超高清浄化によりウェハ表面への還元性の汚染を除去し、イオンエネルギ-を制御して損傷を抑制すると、SiO_2のエッチング開始に時間遅れが生じる事を明らかとした。この遅れ時間中、SiO_2表面上には物理吸着した塩素原子のみが吸着しており、エッチングが開始すると化学吸着した塩素イオンが現れる事を明らかとした。このエッチング遅れ時間を利用してSiの完全選択異方性エッチングを実現した。
2.n^+ポリSiのエッチングにおいて高基板濃度ほどエッチング速度が高く異方性が低い事を明らかとした。塩素ガスへの種々のガス添加効果を検討し、窒素がエッチング異方性向上に有効である事を明らかとした。
3.窒素添加の効果は、n^+ポリSiの側壁表面にN原子が化学吸着しSi-N結合を作る事により塩素によるエッチングから側壁が保護される事である事を明らかとした。エッチング速度の窒素添加量依存性は、エッチングが窒素と塩素の競争反応によるラングミュア型の吸着・反応によるとして良く説明できる事を明らかとした。
4.同じ高清浄ECRプラズマ装置を用いて汚染と損傷を抑制する事により、基板を加熱しなくとも、Siが低温で選択エピタキシャル成長できる事を実証した。また、プラズマ条件を変えるとSiO_2上のみにSiが堆積するような選択性の逆転現象を実現できる事を発見した。

研究成果

• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Anisotropic Etching Process of n^+-Polysilicon with Chlorine and Nitrogen Mixed ECR Plasma." Extended Abstract 179th Electrochemical Society Spring Meeting.Washington DC. 91-1. 521-522 (1991)
• [文献書誌] K.Fukuda et al.: "Low-Temperature Silicon Epitaxy without Substrate Heating by Ultraclean ECR-Plasma-Enhanced CVD" Extended Abstract 179t Electrochemical Society Spring Meeting.Washington DC. 91-1. 575-576 (1991)
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Low-Temperature Silicon Epitaxy without Substrate Heating and Selectivity Inversion in Ultraclean ECR Plasma Enhanced CVD" 1991 Intntl.Conf.Solid State Devices and Materials.1991. 38-40 (1991)
• [文献書誌] 松浦 孝,他: "高清浄ECRプラズマによる基板非加熱Si選択エピタキシァル成長" 電子情報通信学会技術研究報告. SDM91-81. 7-12 (1991)
• [文献書誌] K.Fukuda et al.: "Electron-cyclotron-resonance plasma-enhanced chemical-vapor-deposition of epitaxial Si without substrate heating by ultraclean processing." Applied Physics Letters. 59. 2853-2855 (1991)
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Anisotropic Etching Process of n^+-Polysilicon with Chlorine and Nitrogen Mixed ECR Plasma." ULSI Science and Technology/1991,(J.M.Andrews & G.K.Celler eds.PV91-11. 236-243 (1991)
• [文献書誌] K.Fukuda et al.: "Low-Temperature Silicon Epitaxy without Substrate Heating by Ultraclean ECR-Plasma-Enhanced CVD" ULSI Science and Technology/1991,(J.M.Andrews & G.K.Celler eds.PV91-11. 834-840 (1991)
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Inversion from selective homoepitaxy of Si to selective Si film deposition on SiO_2 using ultraclean electron cyclotron resonance plasma" Applied Physics Letters.
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Perfect-selective etching of Si to SiO_2 with high anisotropy using ultraclean electron-cyclotron-resonance chlorine plasma" Journal of Applied Physics.
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Effects of Gas Addition in Ultraclean Electron Cyclotron Resonance Plasma Etching of Polysilicon"
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Anisotropy improvement by nitrogen chemisorption in highly selective etching of n^+-polysilicon using an ultraclean electron-cyclotron-resonance N_2/Cl_2 plasma"