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

1992 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当初の目的とし、選択性プラズマプロセスに注目して研究を展開した。今年度(最終年度)の成果は以下のとうりである。
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、イオンエネルギーを制御して損傷を抑制したうえで、塩素ガスに窒素を添加するとエッチング異方性が向上する。この時のn^+ポリSiの側壁表面をESCAにより直接分析することにより、N原子が側壁に化学吸着しSi-N結合が形成されるために異方性が向上する事を明らかとした。このN原子の吸着したn^+ポリSi表面は、クリーンルーム雰囲気に曝されるだけで酸化されてしまう事を見いだした。
2.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。さらに、窒素の添加・無添加時の横方向オーバーエッチング速度から、塩素・窒素ラジカルの微細間隙での移動と不活性化を評植した。
3.同じ高清浄ECRプラズマ装置を用いて、H_2添加ArプラズマでSiH_4を分解する方法で、基板非加熱Si低温選択エピタキシャル成長と、SiO_2上のみへの選択多結晶Si膜堆積、及びそれらの間での選択性の逆転が可能である。このSi選択エピタキシャル成長時におけるマスクSiO_2表面上には、SiO_2エッチングに抑制効果のあるSi°原子がSiH_4に起因して表面吸着している事を、ESCA分析により明らかとした。さらに、選択性逆転は、イオン照射で誘起されるSiH_4の分解成膜反応と、水素ラジカルによる化学エッチング反応が競争的に寄与する事が原因となっている事を明らかとした。

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選択エピタキシャル成長" 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 an ultraclean electron cyclotron resonance plasma," Applied Physics Letters. 61. 2908-2910 (1992)
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Side etch control of n^+-polysilicon with nitrogen added chlorine plasma" 1992 International Conference on Solid State Devices and Materials. 1992. 418-419 (1992)
• [文献書誌] T.Matsuura et al.: "Comparison of polysilicon etching between pure and nitrogen added chlorine ECR plasmas" submitted to Symposium on ULSI Science and Technology/1993(Section of Highly Selective Dry Etching and Damage Control,The Electrochemical Society,Spring Meeting),.