フロロカーボン分子の表面反応過程と新規エッチングプロセスの基礎研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15540474
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 豊田 浩孝 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (70207653)
• 研究分担者: 石島 達夫 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (00324450) ; 菅井 秀郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40005517)
• キーワード: フロロカーボン / 選択エッチング / 酸化シリコン / ビーム実験

研究概要

フロロカーボンプラズマを用いたSiO_2/Si選択エッチングは半導体製造における基本的なプロセスのひとつである。従来、フロロカーボンプラズマエッチングにおいてはフロロカーボン分子は表面反応に寄与しないと考えられてきた。しかし、近年のプロセスガス研究の発展に伴い、C_5F_8等の新規フロロカーボンガスがエッチングに供されるようになっている。C_5F_8分子はその分子構造に炭素の二重結合を持っているなど、従来のフロロカーボン分子と異なった複雑な構造をもつ。我々は、このような分子はそのものが表面反応に寄与できるのではないかと考え、本研究に着手した。
本年度はまず、C_5F_8の表面反応性を調べるためSiO_2表面にAr^+を照射して表面欠陥を形成した場合と形成しない場合において、その後のC_5F_8表面吸着を調べた。その結果、C_5F_8の表面反応はAr^+照射のみの際に起こることを確認した。これは、表面に形成された未結合手によりC_5F_8の二重結合が開裂することによって反応が進行したものと考えている。
次に、Ar^+とC_5F_8をSiO_2表面に同時照射しその反応性を調べた。その結果、CF_4やC_4F_8等の従来用いられているフロロカーボンガス分子に較べて、C_5F_8は高い表面反応性を示し、エッチング収率もAr^+による物理スパッタと比較して3倍近い値となることを実験的に示した。また、Ar^+フラックスに対するC_5F_8フラックス比を増加すると、エッチングが停止することも見出した。X線光電子分光法により同時照射下における表面を調べたところ、CF_4,C_4F_8ガスにおいては、SiO_2表面にCやF原子が全く観測されなかったのに対して、C_5F_8にはCF層の存在を示す結果が得られた。特に、Ar^+に対するC_5F_8フラックス比が高い場合には、SiO_2表面に厚いフロロカーボン層が形成されることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] H.Toyoda et al.: "Beam Study of the Si and SiO_2 Etching Processes by Energetic Fluorocarbon Ions"Journal of Applied Physics. (発表予定). (2004)
• [文献書誌] H.Toyoda, N.Takada, H.Sugai: "Observation of SiO_2 Surface Irradiated by Fluorocarbon Neutrals and Energetic Ion Beam"Proc.Int.Sympo.Dry Process '03. 259-264 (2003)
• [文献書誌] H.Toyoda: "Observation of Etching Reactions on SiO_2/Si Surface under Co-incidence of Fluorocarbon Molecule and Ion Beam (Invited)"26th Int.Conf. on Phenomena in Ionized Gases. 137-138 (2003)
• [文献書誌] N.Takada, H.Toyoda, H.Sugai: "Observation of SiO_2/Si Surface Under Co-incidence of Fluorocarbon Molecules and Energetic Argon Ions"Int. COE Forum on Plasma Sci. and Technol.. (発表予定). (2004)
• [文献書誌] Y.Kinoshita, H.Toyoda, H.Sugai: "Beam Experiment on Metal Etching Processes under Co-Incidence of Carbon-Monoxide and Energetic Argon Ions"Int. COE Forum on Plasma Sci. and Technol.. (発表予定). (2004)