專利名稱：硅高速腐蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對單晶硅基板等被處理對象的硅區(qū)域高速進(jìn)行腐蝕的硅高速腐蝕方法。
背景技術(shù)：
最近，正在開發(fā)具有多層結(jié)構(gòu)的3維安裝器件。這種3維安裝器件例如構(gòu)成將形成了電路單元和存儲(chǔ)器單元的硅基板等分層疊加形成多層基板，通過通孔布線連接這些層。通過這種結(jié)構(gòu)，可制成小型化空間利用率高的器件。
由于如上所述的3維安裝器件需要在厚度大致為100μm的硅基板上形成直徑大致為10～70μm的布線用通孔，所以需要極高速的腐蝕。
另外，硅的高速腐蝕不僅應(yīng)用于這種3維安裝器件中，還可以應(yīng)用于各種微機(jī)械加工中的亞微米級加工，不僅可用來形成通孔，例如還可以用來形成槽的形狀。
如上所述的高速腐蝕，以前使用可以實(shí)現(xiàn)高等離子密度的電感耦合型腐蝕裝置。
但是，即使使用現(xiàn)有的電感耦合型等離子腐蝕裝置進(jìn)行高速腐蝕，腐蝕速度也只能達(dá)到10μm/min左右，不能充分滿足腐蝕速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硅高速腐蝕方法，可以實(shí)現(xiàn)比以前更高的腐蝕速度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種硅高速腐蝕方法，將具有硅區(qū)域的被處理對象設(shè)置為與可保持真空的處理室內(nèi)的處理空間接觸，在該處理空間生成導(dǎo)入了腐蝕氣體的氣體環(huán)境，通過施加高頻電力產(chǎn)生等離子，在其中高速腐蝕上述被處理對象硅區(qū)域，在上述方法中，產(chǎn)生上述等離子時(shí)的上述處理空間的氣壓為13～1333Pa(100mTorr～10Torr)。
在本發(fā)明中，設(shè)置具有硅區(qū)域的被處理對象W使其與處理室內(nèi)的處理空間接觸，將腐蝕氣體導(dǎo)入該處理空間，生成氣壓為13～1333Pa(100mTorr～10Torr)的氣體環(huán)境，再施加高頻電力產(chǎn)生等離子。在該等離子中，離子等帶電粒子個(gè)數(shù)和基團(tuán)個(gè)數(shù)之和變大，硅區(qū)域的腐蝕與已有技術(shù)相比高速化。


圖1是示出用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的硅高速腐蝕方法的磁控管RIE等離子腐蝕裝置的構(gòu)成例的圖。
圖2是示意地示出處于被配置在圖1所示腐蝕裝置的處理室周圍的狀態(tài)的偶極環(huán)狀磁鐵(ダイボ一ルリソグ磁石)的圖。
圖3是用于說明在處理室內(nèi)形成的電場和磁場的圖。
圖4是示出處理室內(nèi)壓力及高頻電力和腐蝕速度的關(guān)系的圖。
圖5是用于說明腐蝕中的垂直腐蝕速度和側(cè)面腐蝕速度的圖。
圖6是示出腐蝕氣體O2/SF6的流量比與垂直腐蝕速度及側(cè)面腐蝕速度比的關(guān)系圖。
圖7是示出垂直腐蝕速度及側(cè)面腐蝕速度比相對腐蝕氣體C4F8/SF6的流量比的關(guān)系圖。
圖8是高頻電力的頻率與腐蝕速度及腐蝕選擇比的關(guān)系圖。
圖9是示出使用圖1所示腐蝕裝置實(shí)際進(jìn)行腐蝕時(shí)的通孔的一例的形狀的圖。
具體實(shí)施例方式
首先，說明有關(guān)本發(fā)明的硅(Si)高速腐蝕方法中的概念。
以前，為了高速硅腐蝕，需要高等離子密度，使用電感耦合型等離子腐蝕處理裝置，在高等離子密度下進(jìn)行硅腐蝕。這是為了提高等離子密度，也就是高等離速度化以增加每個(gè)單位體積的離子個(gè)數(shù)。
對此進(jìn)行討論的結(jié)果，如下述圖4所示，可以看出為了使硅的腐蝕速度高速化，與使等離子密度上升相比，使處理室內(nèi)的氣壓上升更為有效。也就是說，已判明有助于硅腐蝕中作為中性粒子的基團(tuán)增加。為了實(shí)現(xiàn)腐蝕的高速化，要求離子等帶電粒子個(gè)數(shù)和基團(tuán)個(gè)數(shù)之和大，因此，具體來說就是要求處理室內(nèi)與被處理對象(被腐蝕面)接觸的處理空間的氣壓高。
本發(fā)明的硅高速腐蝕方法是基于上述認(rèn)識提出的，使具有硅區(qū)域的被處理對象被保持成與可保持真空的處理室內(nèi)的處理空間相連，在導(dǎo)入了工藝氣體的環(huán)境中產(chǎn)生(生成)等離子，對上述硅區(qū)域進(jìn)行高速腐蝕。
圖1所示是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的硅高速腐蝕方法的電磁RIE(反應(yīng)離子腐蝕Reactive Ion Etching)等離子腐蝕裝置(以下稱為腐蝕裝置)的概略構(gòu)成圖。
該腐蝕裝置具有兩個(gè)直徑不同的圓筒連接成的階梯圓筒狀的處理室1。該處理室1由皆由鋁形成的小徑上部爐1a和直徑比小徑上部爐1a大的下部爐1b構(gòu)成，可保持真空狀態(tài)，并接地成為GND電位。但是，處理室不僅限于鋁，還可以由鋼等其他導(dǎo)體形成。
在該處理室1內(nèi)，設(shè)有水平保持作為被處理對象的硅片W的感受器。該感受器例如如下構(gòu)成，即，由鋁形成的支撐臺(tái)2經(jīng)介于中間的絕緣板3嵌入由導(dǎo)體形成的支撐臺(tái)4中。
上述支撐臺(tái)2被供給2系統(tǒng)的高頻電力。支撐臺(tái)2經(jīng)整合器14與用于產(chǎn)生等離子的第1高頻電源15連接。由該高頻電源15向支撐臺(tái)2供給預(yù)定頻率的高頻電力。同樣，經(jīng)整合器25向支撐臺(tái)2供給頻率低于上述第1高頻電源15的高頻電力，連接與產(chǎn)生等離子的高頻電力疊加的第2高頻電源26。
另外，在支撐臺(tái)2外周的上方，設(shè)置由硅以外的材料如石英形成的聚焦環(huán)5，在該聚焦環(huán)5的內(nèi)側(cè)，在臺(tái)的表面上設(shè)置用于對硅片W靜電吸著而進(jìn)行保持的靜電吸盤6。
該靜電吸盤6在絕緣體6b內(nèi)組入電極6a，該電極6a與直流電源16連接。另外，通過從直流電源16向該電極6a施壓電壓，來產(chǎn)生靜電力例如庫侖力以吸著硅片W。另外，在該支撐臺(tái)2的內(nèi)部，設(shè)有制冷劑室17，在該制冷劑室17中，來自圖未示出的冷卻裝置的制冷劑通過從制冷劑導(dǎo)入管被導(dǎo)入、從制冷劑排出管17b排出而進(jìn)行循環(huán)。該制冷劑產(chǎn)生的制冷經(jīng)支撐臺(tái)2從硅片W的背面?zhèn)葌鲗?dǎo)，將晶片處理面控制在期望的溫度。
另外，在處理室1內(nèi)變成真空狀態(tài)的的情況下，由該制冷劑產(chǎn)生的冷卻熱不易向硅晶片W傳遞。因此，通過氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)18，經(jīng)氣體供給線19，將用于傳導(dǎo)冷卻熱的導(dǎo)熱氣體，導(dǎo)入靜電吸盤6的表面與硅晶片W的背面之間，以提高冷卻效率。
再有，在聚焦環(huán)5外周下部設(shè)有擋板10。上述支撐臺(tái)2及支撐臺(tái)4可通過包含螺桿7的螺桿機(jī)構(gòu)升降，支撐臺(tái)4下方的驅(qū)動(dòng)部分由不銹鋼(SUS)制成的風(fēng)箱(bellows)8覆蓋。通過該風(fēng)箱8，成為真空狀態(tài)的處理室側(cè)與大氣狀態(tài)的螺桿被分離。而且，在風(fēng)箱8的外周設(shè)有風(fēng)箱蓋9。該聚焦環(huán)5通過擋板10、支撐臺(tái)4、風(fēng)箱8與處理室1導(dǎo)通，電位為GND。
并且，在下部爐1b的側(cè)壁形成排氣筒11，排氣系統(tǒng)12與該排氣筒11連接。使該排氣系統(tǒng)12的真空泵(圖未示出)動(dòng)作，使處理室1內(nèi)減壓至預(yù)定的真空度為止。另一方面，在下部爐1b的側(cè)壁上方，開有用于搬入搬出硅晶片W的出入口，設(shè)有從外側(cè)開關(guān)該開口部分的門閥13。
另一方面，噴頭20設(shè)在處理室1內(nèi)的頂壁部分。該噴頭20的下面開有多個(gè)氣體噴出孔22，它們被設(shè)置成與保持在支撐臺(tái)2上的硅晶片W平行。并且，該噴頭20與處理室1是相同的GND電位。在該噴頭20的下面和上方(處理室1內(nèi)的天井部分)設(shè)置的氣體導(dǎo)入部20a之間，形成用于使被導(dǎo)入的空氣擴(kuò)散的擴(kuò)散用空間21。
在上述氣體導(dǎo)入部20a上連接著氣體供給配管23a，在該氣體供給配管23a的另一端，連接著供給含有腐蝕氣體及稀釋氣體的處理氣體的氣體供給系統(tǒng)23。處理氣體供給系統(tǒng)23由腐蝕氣體等氣體源(圖未示出)、在從這些氣體源到配管途中分別設(shè)置的質(zhì)量流控制器(圖未示出)及閥(圖未示出)構(gòu)成。
另外，由氣體供給配管23a、氣體導(dǎo)入部20a至噴頭20內(nèi)的擴(kuò)散用空間21，腐蝕氣體從氣體噴出孔22向處理室1內(nèi)噴出，在處理空間生成腐蝕氣體環(huán)境。
通過上述結(jié)構(gòu)，對置的噴頭20及支撐臺(tái)2具有上部電極及下部電極的功能，在它們之間的處理空間內(nèi)，生成腐蝕氣體環(huán)境，從高頻電源15向作為下部電極的支撐臺(tái)2施加高頻電力，產(chǎn)生等離子。
另一方面，在上部爐1a的外周，配置環(huán)狀的偶極環(huán)狀磁鐵24。偶極環(huán)狀磁鐵24像圖2所示的水平剖面那樣，將多個(gè)各向異性的區(qū)段柱狀磁鐵安裝在環(huán)狀磁性體的套筒32上而構(gòu)成。在這個(gè)例子中，成圓柱狀的16個(gè)各向異性區(qū)段柱狀磁鐵31被配置成環(huán)形。在圖2中，在各向異性區(qū)段柱狀磁鐵31中示出的箭頭表示磁通的方向。這些多個(gè)各向異性區(qū)段柱狀磁鐵31的磁通方向一點(diǎn)一點(diǎn)傾斜，作為整體形成朝一個(gè)方向一樣的水平磁場B。
因此，在支撐臺(tái)2及噴頭20之間的空間內(nèi)，如圖3所示意，通過施加高頻電源15的高頻電力，形成沿上下電極方向垂直方向的電場EL，且通過偶極環(huán)狀磁鐵24形成與上下電極方向平行的水平磁場B。在如上形成的垂直電磁場中，產(chǎn)生等離子(磁控管放電)。在這種高能量狀態(tài)下的腐蝕氣體環(huán)境中產(chǎn)生等離子，對硅晶片W進(jìn)行腐蝕。
接著，說明有關(guān)使用了如上構(gòu)成的腐蝕裝置的硅高速腐蝕方法。
首先，打開門閥13，通過圖未示出的晶片搬送機(jī)構(gòu)，將硅晶片W搬入爐1內(nèi)，在支撐臺(tái)2上進(jìn)行保持。然后，使晶片搬送機(jī)構(gòu)退避，關(guān)閉門閥13。接著，通過螺桿機(jī)構(gòu)使支撐臺(tái)2上升至如圖1所示的位置為止，而且通過排氣系統(tǒng)12的真空泵對處理室1內(nèi)進(jìn)行排氣，直到達(dá)到預(yù)期的真空度為止。
然后，從處理氣體供給系統(tǒng)23向爐1內(nèi)導(dǎo)入預(yù)定流量的工藝氣體，爐1內(nèi)的氣壓為13～1333Pa(100mTorr～10Torr)。
在這種氣體環(huán)境下，從第1高頻電源15向支撐臺(tái)2供給預(yù)定的高頻電力。此時(shí)，從直流電源16向靜電吸盤6的電極6a施加預(yù)定的電壓，例如通過庫侖力將硅晶片W吸附保持在靜電吸盤6上。通過施加該高頻電力，在作為上部電極的噴頭20及作為下部電極的支撐臺(tái)2之間，形成高頻電場。在噴頭20和支撐臺(tái)2之間，如上所述，通過偶極環(huán)狀磁鐵24形成水平磁場B，所以在硅晶片W存在的電極間的處理空間，形成垂直電磁場，通過由此發(fā)生的電子的漂移而產(chǎn)生磁控管放電。另外，通過因該磁控管放電而產(chǎn)生的等離子，對硅晶片W進(jìn)行腐蝕。
在這種情況下，由于爐1內(nèi)的氣壓設(shè)定為較高的13～1333Pa(100mTorr～10Torr)，所以不僅可以產(chǎn)生離子和電子等帶電粒子，還可以產(chǎn)生充足的基團(tuán)，該基團(tuán)起到有效地作用，可以實(shí)現(xiàn)不小于20μm/min的從來沒有的高速的硅腐蝕。并且，氣壓的理想范圍是26～133Pa(200mTorr～1Torr)。該壓力的上限是考慮到在使用上述構(gòu)成的腐蝕裝置時(shí)，腐蝕引起的被處理對象的面內(nèi)均一性。由于在腐蝕時(shí)氣壓過高的情況下，面內(nèi)均一性劣化，所以設(shè)定壓力的上限。當(dāng)然，如果能得到預(yù)期的面內(nèi)均一性，也可以根據(jù)該處理裝置設(shè)定氣壓的上限。
接著，說明有關(guān)實(shí)際進(jìn)行上述硅腐蝕確認(rèn)了的事項(xiàng)。
在這里，使用如圖1所示的腐蝕裝置，進(jìn)行實(shí)際的腐蝕處理。首先，使用SF6氣體及O2氣體的混合氣體作為腐蝕氣體，向支撐臺(tái)2施加的高頻電力的頻率為40MHz，通過偶極環(huán)狀磁鐵對處理空間生成17000μT(170G)的磁場。另外，使?fàn)t1內(nèi)的壓力及高頻電力發(fā)生變化，進(jìn)行腐蝕，可以得到如圖4所使的腐蝕速度特性。圖4的橫軸表示爐內(nèi)的壓力，縱軸表示高頻電力。
如圖4所示，可以看出與高頻電力的值無關(guān)，隨著爐內(nèi)壓力高于13Pa(100mTorr)，腐蝕速度也變快。
并且，使基團(tuán)的消失速度減慢，從硅晶片W的上方的基團(tuán)數(shù)量變多的觀點(diǎn)可以看出，等離子產(chǎn)生區(qū)域及硅晶片W之間的距離設(shè)為20mm以下較為理想。
在本實(shí)施例中，因?yàn)槭褂糜善叫袑χ玫碾姌O構(gòu)成的RIE型等離子發(fā)生機(jī)構(gòu)在從硅晶片W的表面到20mm以內(nèi)形成等離子生成區(qū)域。也就是說，可以使設(shè)置有硅晶片W的感受器(下部電極)側(cè)，為產(chǎn)生等離子密度高的區(qū)域。即，可以使硅晶片W的正上方為產(chǎn)生等離子密度高的區(qū)域。
因此，可以使基團(tuán)的消失速度減慢，以使硅晶片W上方的基團(tuán)個(gè)數(shù)變多，而且基團(tuán)可以有效地幫助硅晶片W的腐蝕。
并且，通過在電極間形成與電場垂直的磁場，同時(shí)進(jìn)行腐蝕，可在硅晶片W的正上方產(chǎn)生E×B的偏移(drift)，實(shí)現(xiàn)高等離子密度。這樣一來，除上述氣壓高之外，還可以更高速度地進(jìn)行腐蝕。
并且，在使用基團(tuán)發(fā)生腐蝕反應(yīng)時(shí)，當(dāng)母氣體密度為n。(與壓力成比例)、基團(tuán)生成速度為GG、在腐蝕反應(yīng)以外消失的基團(tuán)消失速度為LG時(shí)，有助于被處理對象上的腐蝕反應(yīng)的基團(tuán)數(shù)量nG可以表示為nG＝no×GG-LG，所以，為了使有助于被處理對象上的腐蝕反應(yīng)的原體團(tuán)數(shù)量nG變多，在提高no×GG即提高上述處理室內(nèi)的氣壓之外，降低LG是有效的，但是為了降低LG需要到反應(yīng)為止的時(shí)間極短，因此，處理室內(nèi)的等離子生成區(qū)域和被處理對象的腐蝕面的距離不大于20mm較為理想。
雖然上述腐蝕氣體可以利用作為一般腐蝕氣體使用的氣體，但從高速腐蝕硅晶片W的觀點(diǎn)看，使用反應(yīng)性高的氟化物氣體較為理想。具體來說就是可以使用以下各種氣體，可以單獨(dú)使用它們，也可以混合多種氣體使用。
(1)用CxFy(y＝2x+2)表示的飽和氟化碳化合物氣體CF4、C2F6、C3F8、C4F10、C5F12、C6F14、C7F16、C8F18、C10F22等。
(2)用CxFy(y＜2x+2)表示的雙鍵、三健在1個(gè)以上的不飽和氟化碳化合物氣體C2F4、C2F2、C3F6、C3F4、C4F8、C4F6、C4F4、C4F2、C5F10、C5F8、C5F6、C5F4、C6F12、C6F10、C6F8、C6F6等。
(3)用CxHyFz表示的氟化碳化合物氣體CHF3、CH2F2、CH3F等，在上述(1)、(2)的各氣體中至少將1個(gè)F替換成H的構(gòu)造的化合物氣體等。
(4)用CxHyOz(y＝2x+2-2z)表示的氟氧化碳化合物氣體C2H4O、C3F6O、C3F4O2、C4F8O、C4F6O2等。
(5)不含碳的氟化物氣體(及氟氣)F2、HF、NF3、SF6、SiF4等。
作為氟化物氣體，在1個(gè)分子中F存在的數(shù)量越多反應(yīng)性越高，用AxFy(但是A為任意元素，x及y表示價(jià)數(shù))表示該分子時(shí)，y不小于4，進(jìn)一步y(tǒng)不小于6則反應(yīng)性較高更為理想。例如，y不小于6的氣體可例舉C3F8、SF6、S2F10，y不小于4的氣體可例舉CF4。
并且，還可以使用在這些氟化物中添加以下物質(zhì)的氣體。
(6)氟以外的鹵化物氣體(及鹵氣)Cl2、Br2、I2、HCl、HBr、HI等。
(7)其他氣體H2、N2、O2、CO等。
(8)惰性氣體Ar、He等并且，通過使氟化物氣體含有氧，可以提高腐蝕的各向異性，可以使腐蝕形狀良好。具體地說，含有SF6與O2、O2/SF6流量比為0.1～0.5、更好是0.15～0.3的氣體，其高速腐蝕特性及形狀性好。并且，通過使用含有SF6與C4F8、C4F8/SF6流量比為0.3～0.6、更好是0.4～0.5的氣體，可以得到良好的結(jié)果。以下，說明用于確認(rèn)而進(jìn)行的腐蝕的結(jié)果。
腐蝕條件如下1.腐蝕氣體SF6+O2(氣體A) 高頻電力的頻率40MHz掩膜SiO2(氣體B) 高頻電力的頻率27MHz掩膜抗蝕劑2.腐蝕氣體SF6+C4F8高頻電力的頻率40MHz掩膜SiO2在這些條件下，使O2/SF6的流量比發(fā)生變化來進(jìn)行腐蝕。由上述條件A通過腐蝕硅晶片得到的結(jié)形狀，測定如圖5所示的垂直腐蝕速度a和側(cè)面腐蝕速度。用垂直腐蝕速度a評價(jià)高速腐蝕性。再有，用側(cè)面腐蝕速度b相對垂直腐蝕速度a的比(腐蝕速度比)b/a評價(jià)形狀性。
其結(jié)果在圖6及圖7中示出。
圖6所示是相對于流量比O2/SF6的垂直腐蝕速度a及腐蝕速度比b/a的關(guān)系圖。并且，圖7所示是相對于流量比C4F8/SF6的垂直腐蝕速度a及腐蝕速度比b/a的關(guān)系圖。
從圖6中可以看出，在流量比O2/SF6的值為0.1～0.5的范圍，高速腐蝕性及形狀性良好。特別是在0.15～0.3的范圍，垂直腐蝕速度a及腐蝕速度比b/a的平衡良好，這個(gè)范圍更理想。從圖7中可以看出，在流量比C4F8/SF6的值為0.3～0.6的范圍，高速腐蝕性及形狀性良好。特別是在0.4～0.5的范圍，垂直腐蝕速度a及腐蝕速度比b/a的平衡良好，這個(gè)范圍更理想。
并且，為使腐蝕形狀性良好，降低硅晶片W的溫度是有效的。所以，如上所述使制冷劑室17的制冷劑循環(huán)而制冷。通過該制冷，經(jīng)支撐臺(tái)2可使硅晶片W的處理面下降直至預(yù)期溫度。例如通過使大致為-30℃的制冷劑循環(huán)，腐蝕形狀即各向異性良好。并且，此時(shí)為使制冷易于向硅晶片W傳遞，從氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)18向硅晶片W的背面及靜電吸盤6的表面之間供給傳熱氣體。作為該傳熱氣體，也可以代替通常的氦氣(He)，而導(dǎo)入SF6和C4F8等作為腐蝕氣體的工藝氣體。這些工藝氣體，冷卻效率比He高，冷卻硅晶片W的效果也可以更高。
并且，為了形成預(yù)期的等離子，適當(dāng)設(shè)定第1高頻電源15的頻率和輸出。從硅晶片W的正上方的等離子密度高的觀點(diǎn)看，頻率不小于27MHz較理想。
接著，說明實(shí)際進(jìn)行硅腐蝕來確認(rèn)有關(guān)高頻率的事項(xiàng)。
使用如圖1所示的腐蝕裝置，使用C4F8+SF6作為腐蝕氣體，改變高頻電力的頻率腐蝕硅晶片W，對腐蝕速度及抗蝕劑求出腐蝕選擇比。
圖8所示是橫軸高頻電力的頻率與縱軸腐蝕速度及腐蝕選擇比的關(guān)系。如圖所示，可以看出腐蝕速度及腐蝕選擇有隨頻率的上升一起增加的趨勢，特別是在27MHz或以上時(shí)急劇上升。
并且，從提高腐蝕速度及腐蝕選擇比的觀點(diǎn)看，40MHz左右較為理想。但是，并不限于40MHz的頻率，特別是沒有上限。但是從使用實(shí)施例的腐蝕裝置的實(shí)際的高頻電力傳送方法中產(chǎn)生的問題(功率等)看，考慮用40～200MHz作為實(shí)際應(yīng)用的范圍。等于40MHz時(shí)，腐蝕速度及腐蝕選擇比也隨頻率的上升而上升。
第2高頻電源26供給用于控制等離子的離子能量的高頻電力，它的頻率比第1高頻電源15的頻率小，不小于2MHz為宜。
為使硅晶片W正上方的等離子密度高，偶極環(huán)狀磁鐵24向?qū)χ玫碾姌O即支撐臺(tái)2與噴頭20之間的處理空間施加磁場，但為了有效地發(fā)揮效果，具備在處理空間形成像10000μT(100G)及以上的磁場那樣強(qiáng)度的磁鐵是理想的。雖然認(rèn)為磁場越強(qiáng)則等離子密度越高效果越增加，但從安全性的觀點(diǎn)考慮，不大于100000μT(1kG)為佳。
并且，為高速地腐蝕硅晶片W，還需要考慮腐蝕開口率，即腐蝕孔的面積相對硅晶片W的全面積的比例。也就是說，如果開口率過大則腐蝕變得困難。從這樣的觀點(diǎn)看，開口率不大于10％較為理想，不大于5％更為理想。并且，腐蝕的開口寬度并沒有特別的限定，例如雖然可適用于大致不小于5μm的情況，但不小于10μm較為理想。開口寬度的上限也沒有特別的規(guī)定，但基本不大于200μm較為理想。
如上所述，通過設(shè)定腐蝕時(shí)的爐1內(nèi)的氣壓為高壓，并且進(jìn)一步通過將其他的條件限定在理想范圍之內(nèi)，可以高速進(jìn)行硅的腐蝕，但是從實(shí)用的觀點(diǎn)看，例如，設(shè)定爐1內(nèi)的氣壓為26.6～66.5Pa(200～500mTorr)、第1高頻電源15的頻率為40MHz、第2高頻電源26的頻率為32MHz、偶極環(huán)狀磁鐵24形成的處理空間的磁場強(qiáng)度為10000～30000μT(100～300G)。通過采用如上條件，能以基本不小于50μm/min的顯著高速腐蝕硅晶片W。
說明在上述實(shí)用條件下實(shí)際腐蝕硅晶片W的結(jié)果。
在硅晶片的表面形成SiO2掩膜，使用圖1所示的腐蝕裝置進(jìn)行腐蝕。腐蝕條件如下爐1內(nèi)的壓力為33.25Pa(250mTorr)，以0.4L/min及0.13L/min的流量向爐1內(nèi)分別供給作為腐蝕氣體的SF6及O2，從第1高頻電源1 5輸出的高頻電力的頻率為40MHz，從第2高頻電源26輸出的高頻電力的頻率為3.2MHz，由偶極環(huán)狀磁鐵24形成的處理空間內(nèi)的磁場強(qiáng)度為17000μT(170G)，來自第1高頻電源15的高頻電力的輸出為2300W。另外，為了高效率地冷卻硅晶片，使用SF6氣體作為供給晶片背里側(cè)的的氣體，使硅晶片W的底面的溫度為一15℃。并且，通過腐蝕形成的孔的開口徑為20μm。
通過該腐蝕形成的孔的形狀如圖9所示。該圖9所示為由電子顯微鏡照片拍攝的圖像作為線圖描繪的圖。
該腐蝕中的腐蝕速度為為49.3μm/min，是極高的速度。并且，如圖9所示孔的形狀良好。對掩膜SiO2的硅的腐蝕速度選擇比是50.7。
并且，已經(jīng)確認(rèn)通過使處理室1的內(nèi)壓力、腐蝕氣體的流量、高頻電力等最適化，可以得到不低于60μm/min的腐蝕速度。
如上所述，已經(jīng)確認(rèn)通過采用本實(shí)施例的方法，可以極高速地腐蝕硅，且腐蝕的形狀也良好。
雖然通過如上說明的高速腐蝕方法可以形成貫通硅晶片的孔和槽，但通過上述高速腐蝕方法在硅晶片上形成孔之后，可以使用CMP等技術(shù)，對與該腐蝕面相反的表面進(jìn)行全面磨削或全面腐蝕，可以將形成的孔和槽形成為貫通硅晶片的通孔。
并且，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，可有種種變形。例如，在上述實(shí)施例中雖然使用偶極環(huán)狀磁鐵作為磁控管RIE等離子腐蝕裝置的磁場形成裝置，但并不僅限于此，也不是必須形成磁場。并且，如果可以在本發(fā)明范圍的氣壓下形成等離子，則無論腐蝕裝置的結(jié)構(gòu)，都可以使用電容耦合型和電感耦合型等各種等離子腐蝕裝置。但是，從用高壓形成等離子的觀點(diǎn)看，電容耦合型比電感耦合型理想。
并且，如果從使等離子產(chǎn)生區(qū)域狹小來與被處理對象接觸的觀點(diǎn)看，其中RIE型是理想的。并且，在上述實(shí)施例中，雖然示出了硅晶片的腐蝕，但如果是在含有硅區(qū)域的被處理對象上進(jìn)行硅的腐蝕，并不限于單晶硅晶片的腐蝕。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過將產(chǎn)生等離子時(shí)的處理室內(nèi)的氣壓設(shè)定為較高的13～1333Pa(100mTorr～10Torr)，可以生成充足的基團(tuán)，使腐蝕速度不小于20μm/min，通過使其他條件最適化，可以實(shí)現(xiàn)腐蝕速度不小于50μm/min的從來沒有的高速硅腐蝕。
因此，本發(fā)明適用于形成三維器件的通孔，此外還可以利用兼?zhèn)湓摳咚俑g特性的微細(xì)加工特性，實(shí)現(xiàn)節(jié)省以前通過機(jī)械加工進(jìn)行的由基板切出芯片加工(切片)的一半以上的切削費(fèi)用，并期待適用于微機(jī)械加工和電子線束石版印刷中的掩膜加工。
產(chǎn)業(yè)上的可應(yīng)用性本發(fā)明的硅高速腐蝕方法，為使硅的腐蝕速度高速化，要求離子等帶電粒子的個(gè)數(shù)與基團(tuán)個(gè)數(shù)之和大，為此，使處理室內(nèi)的氣壓上升，有助于在硅腐蝕中作為中性粒子的基團(tuán)增加，以實(shí)現(xiàn)硅腐蝕的高速化。
根據(jù)本發(fā)明的硅高速腐蝕方法，在產(chǎn)生等離子時(shí)的處理室內(nèi)，通過具體設(shè)定被處理對象的處理空間的氣壓為較高的13～1333Pa(100mTorr～10Torr)，可以產(chǎn)生充足的基團(tuán)，使腐蝕速度不小于20μm/min，通過使其他條件最適化，可以實(shí)現(xiàn)腐蝕速度不小于50μm/min的從來沒有的高速硅腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種硅高速腐蝕方法，將具有硅區(qū)域的被處理對象設(shè)置成與可保持真空的處理室內(nèi)的處理空間相接觸，在該處理空間生成導(dǎo)入了腐蝕氣體的環(huán)境，通過施加高頻電力產(chǎn)生等離子，在其中高速腐蝕上述被處理對象的硅區(qū)域，其特征在于產(chǎn)生上述等離子時(shí)，上述處理空間內(nèi)的氣壓為13～1333Pa(100mTorr～10Torr)。
2.如權(quán)利要求1所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述處理空間內(nèi)的氣壓為26～133Pa(200mTorr～1Torr)。
3.如權(quán)利要求1所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述處理空間內(nèi)的等離子生成區(qū)域與被處理對象的腐蝕面的距離不大于20mm。
4.如權(quán)利要求1所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體含有氟化物氣體。
5.如權(quán)利要求4所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述氟化物氣體在將其分子表示成AxFy(但A為任意元素，x和y為價(jià)數(shù))時(shí)，y不小于4。
6.如權(quán)利要求5所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述氟化物氣體的y不小于6。
7.如權(quán)利要求4所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體還含有氧。
8.如權(quán)利要求7所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體含有SF6和O2，O2/SF6為0.1～0.5。
9.如權(quán)利要求4所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體含有SF6和C4F8，C4F8/SF6為0.3～0.6。
10.如權(quán)利要求1所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述等離子生成機(jī)構(gòu)是在對置的一對電極間形成高頻電場來生成等離子的電容耦合型機(jī)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于生成上述等離子的機(jī)構(gòu)是對放置了被處理對象的電極施加用于生成等離子的高頻電力的RIE型機(jī)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于在電極間形成與電場垂直的磁場，同時(shí)進(jìn)行腐蝕。
13.一種硅高速腐蝕方法，其特征在于使用具有下述部分的磁控管腐蝕裝置處理室，其可保持真空；一對電極，其設(shè)置在上述處理室內(nèi)，夾持處理空間；高頻電源裝置，其在保持上述被處理對象的電極上，施加用于產(chǎn)生等離子的高頻電力，以在上述處理空間形成高頻電場；腐蝕氣體導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，其將腐蝕氣體導(dǎo)入上述處理空間內(nèi)來生成氣體環(huán)境；及磁場形成裝置，其在上述處理空間內(nèi)形成與上述高頻電場方向垂直且朝一個(gè)方向的磁場；使用上述磁控管腐蝕裝置，在上述處理空間內(nèi)產(chǎn)生垂直的電磁場，在上述氣體環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生等離子，并將被處理對象的被腐蝕面的硅區(qū)域設(shè)置成與這些等離子接觸，在高速腐蝕上述硅區(qū)域時(shí)，上述處理空間內(nèi)的氣壓為13～1333Pa(100mTorr～10Torr)。
14.如權(quán)利要求13所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述處理空間內(nèi)的氣壓為26～133Pa(200mTorr～1Torr)。
15.如權(quán)利要求14所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述磁場形成裝置具有偶極環(huán)狀磁鐵，該偶極環(huán)狀磁鐵是將多個(gè)各向異性的區(qū)段磁鐵成環(huán)狀地配置在上述處理室內(nèi)的周圍，并將上述各向異性的區(qū)段磁鐵的磁化方向設(shè)定成在電極間形成相同方向的磁場。
16.如權(quán)利要求13所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體含有氟化物氣體。
17.如權(quán)利要求16所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述氟化物氣體在將其分子表示成AxFy(但A為任意元素，x和y為價(jià)數(shù))時(shí)，y不小于4。
18.如權(quán)利要求17所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述氟化物氣體的y不小于6。
19.如權(quán)利要求16所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體還含有氧。
20.如權(quán)利要求19所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體含有SF6和O2，O2/SF6為0.1～0.5。
21.如權(quán)利要求16所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述腐蝕氣體含有SF6和C4F8，C4F8/SF6為0.3～0.6。
22.如權(quán)利要求13所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述高頻電源施加不小于27MHz的高頻電力。
23.如權(quán)利要求22所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述高頻電源施加40～200MHz的高頻電力。
24.如權(quán)利要求13所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于上述磁場形成裝置在被處理對象的存在區(qū)域形成不小于10000μT(100G)的磁場。
25.如權(quán)利要求13所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于使從與上述高頻電源不同的另一個(gè)高頻電源施加的、頻率比上述等離子形成用高頻電力小且不小于2MHz的高頻電力，與上述等離子形成用高頻電力疊加。
26.如權(quán)利要求1所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于進(jìn)行腐蝕的上述被處理對象的腐蝕開口率不大于被處理對象表面的10％。
27.如權(quán)利要求1所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于具有上述硅部分的被處理對象是單晶硅基板。
28.如權(quán)利要求27所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于在通過上述高速腐蝕方法對單晶硅基板進(jìn)行腐蝕的工序后，對該硅基板相反側(cè)表面的全面進(jìn)行磨削或全面腐蝕，通過上述硅高速腐蝕方法在基板上形成的孔或槽貫穿上述硅基板。
29.如權(quán)利要求1所述的硅高速腐蝕方法，其特征在于被腐蝕的上述被處理對象的腐蝕開口部分的尺寸不小于10μm。
30.一種硅高速腐蝕方法，為了在硅基板上形成孔、槽或通孔，而腐蝕硅區(qū)域，其特征在于設(shè)置上述硅基板，在產(chǎn)生用于腐蝕的等離子的處理空間，與上述處理空間內(nèi)的等離子密度無關(guān)地，使作為有助于硅腐蝕的中性離子的基團(tuán)的個(gè)數(shù)及離子的帶電粒子的個(gè)數(shù)增大，來提高上述處理空間的腐蝕氣體的氣壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅高速腐蝕方法，與可保持真空的處理室內(nèi)的處理空間接觸，來設(shè)置具有硅區(qū)域的被處理對象W，在該處理空間內(nèi)導(dǎo)入腐蝕氣體，產(chǎn)生氣壓為13～1333Pa(100mTorr～10Torr)的氣體環(huán)境，通過施加高頻電力產(chǎn)生等離子。在該等離子中，離子等帶電粒子的個(gè)數(shù)與基團(tuán)的個(gè)數(shù)之和變大，使硅區(qū)域的腐蝕比以前高速化。
文檔編號H01L21/308GK1459125SQ01815651
公開日2003年11月26日 申請日期2001年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月14日
發(fā)明者三村高范, 永關(guān)一也, 酒井伊都子, 大巖德久 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社, 株式會(huì)社東芝