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1、(10)申请公布号 CN 102906864 A (43)申请公布日 2013.01.30 C N 1 0 2 9 0 6 8 6 4 A *CN102906864A* (21)申请号 201180025994.7 (22)申请日 2011.05.25 2010-120288 2010.05.26 JP H01L 21/3065(2006.01) (71)申请人 SPP科技股份有限公司 地址日本东京中央区晴海1丁目8-11号Y 栋办公大楼8楼 (72)发明人池本尚弥 山本孝 野沢善幸 (74)专利代理机构北京科龙寰宇知识产权代理 有限责任公司 11139 代理人孙皓晨 (54) 发明名称 等离。
2、子体蚀刻方法 (57) 摘要 本发明提供一种可防止弯曲形状而形成表面 平滑的锥形的蚀刻结构（孔或槽）的等离子体蚀刻 方法。实施第一步骤，即，使用氟系气体及氮气， 使该些气体同时等离子体化，并且一面藉由等离 子体化的氮气而在硅基板K形成抗蚀刻层，一面 藉由等离子体化的氟系气体而对硅基板K进行蚀 刻，之后，实施第二步骤，即，使用氟系气体及氧系 气体，使该些气体同时等离子体化，并且一面藉由 等离子体化的氧系气体而在硅基板K形成抗蚀刻 层，一面藉由等离子体化的氟系气体对硅基板K 进行蚀刻，从而在硅基板K形成上部开口宽度较 宽且底部宽度较窄的锥形的蚀刻结构H（孔或槽）。 (30)优先权数据 (85)PC。
3、T申请进入国家阶段日 2012.11.26 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/062012 2011.05.25 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/148985 JA 2011.12.01 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书12页 附图22页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 12 页 附图 22 页 1/1页 2 1.一种等离子体蚀刻方法，其特征在于：使处理气体等离子体化对硅基板进行蚀刻， 而在该硅基板上形成上部开口宽度较宽且底部宽度较窄的锥形的蚀刻结构者，且， 使用氟系气体及氮气作为所述处理气体，。
4、使该些气体等离子体化，并且一面藉由等离 子体化的氮气在所述硅基板形成抗蚀刻层，一面藉由等离子体化的氟系气体对所述硅基板 进行蚀刻。 2.根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，藉由调整所述蚀刻时的氮 气的供给流量而控制所形成的蚀刻结构的锥状态。 3.根据权利要求2所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，所谓所述锥状态是指该锥 区域的表面粗糙度。 4.根据权利要求2所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，所述氮气的供给流量处于 100400sccm的范围内。 5.根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，藉由调整所述蚀刻时的腔 室内的压力而控制所形成的蚀刻结构的锥状态。 6.根据权利要。
5、求5所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，所谓所述锥状态是指该锥 区域的表面粗糙度。 7.根据权利要求5所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，所述腔室内的压力为 12Pa25Pa。 8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，在实施 使所述氟系气体及氮气等离子体化而对所述硅基板进行蚀刻的步骤即第一步骤之后， 实施如下第二步骤，即，使用氟系气体及氧系气体作为所述处理气体，使该些气体等离 子体化，并且一面藉由等离子体化的氧系气体而在所述硅基板形成抗蚀刻层，一面藉由等 离子体化的氟系气体对所述硅基板进行蚀刻。 9.根据权利要求8所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于，将所述第一步。
6、骤的处理时 间设为4秒以上且10秒以下的范围。 权 利 要 求 书CN 102906864 A 1/12页 3 等离子体蚀刻方法 技术领域 0001 本发明是关于一种使特定的处理气体等离子体化而对硅基板进行蚀刻，在该硅基 板形成上部开口宽度较宽且底部宽度较窄的锥形（前端渐细状）的蚀刻结构（锥形蚀刻结 构）的等离子体蚀刻方法。 背景技术 0002 存在如下情形，即藉由对硅基板进行蚀刻而形成的蚀刻结构（孔或槽）的侧壁如图 3（b）所示般，并非垂直而为带有倾斜地形成上部开口宽度变宽且底部宽度变窄的锥形。 0003 而且，作为在硅基板上形成此种锥形蚀刻结构的蚀刻方法，先前已知有例如日本 专利特开平2-。
7、89310号公报中所揭示者。该蚀刻方法是使用溴化氢及氧的混合气体作为蚀 刻气体，使该混合气体等离子体化而对硅基板进行蚀刻。 0004 该蚀刻方法中，藉由氧气的等离子体化而在硅基板形成作为抗蚀刻层的氧化膜， 并藉由溴化氢气体的等离子体化而对硅基板进行蚀刻，故而一面藉由氧化膜保护蚀刻结构 的侧壁，一面进行蚀刻，藉此，藉由蚀刻而形成的蚀刻结构成为锥形。 0005 先前技术文献 0006 专利文献 0007 专利文献1日本公开公报日本专利特开平2-89310号公报 发明内容 0008 发明所欲解决的问题 0009 然而，若如所述先前的蚀刻方法般，利用藉由使氧气等离子体化而在硅基板上形 成的氧化膜保护侧。
8、壁，则在硅基板的深度方向上易于进行蚀刻，相对于此，在如对屏蔽正下 部基蚀般的硅基板的宽度方向上难以进行蚀刻。因此，若使氧气等离子体化，则侧壁上部易 成为呈圆弧状凹陷的形状（弯曲形状）（参照图8），而无法获得良好的蚀刻形状。 0010 而且，若形成呈弯曲形状的蚀刻结构，则在例如形成锥形的蚀刻结构之后以CVD （chemical vapor deposition，化学气相沈积）处理进行成膜的情形时，弯曲形状成为均质 沈积的障碍，因此会产生在弯曲形状的部分难以形成薄膜的问题。因此，较佳为呈锥形地对 硅基板进行蚀刻以不形成弯曲形状。 0011 再者，抗蚀刻层也可藉由使例如C 4 F 8 气体等氟碳气体。
9、等离子体化形成聚合膜而形 成。因此，也可使用氟碳气体代替所述氧气，将藉由氟碳气体而形成的聚合膜作为抗蚀刻 层，或者使用所述氧气及氟碳气体，将藉由氧气而形成的氧化膜、及藉由氟碳气体而形成的 聚合膜作为抗蚀刻层对硅基板进行蚀刻。 0012 然而，在使氟碳气体等离子体化形成聚合膜的情形时，侧壁的表面易成为粗糙的 状态（表面粗糙度较粗的状态）（参照图6），而无法获得高精度的蚀刻结构。可认为其原因 在于：利用等离子体化的氟碳气体而形成的抗蚀刻层为沈积在硅基板表面的聚合膜，例如， 难以如藉由等离子体化的氧气与硅原子的化学反应而形成在硅基板表面的氧化膜般均一 说 明 书CN 102906864 A 2/12。
10、页 4 地形成。即，在聚合膜较薄的部分（聚合物的沈积较少的部分）易于进行蚀刻，在聚合膜较厚 的部分（聚合物的沈积较多的部分）难以进行蚀刻，因此，在蚀刻易于进行的部分与难以进 行的部分会产生凹凸。众所周知的是，由于该凹凸成为残渣（微屏蔽）而导致蚀刻状态产生 不均，从而经蚀刻的膜表面成为粗糙的状态（表面粗糙度较高的状态）。 0013 而且，若表面粗糙度较粗，则在例如形成锥形的蚀刻结构之后以CVD处理进行成 膜的情形时，存在无法形成均一膜厚的薄膜等问题。因此，较佳为以使表面粗糙度不变粗的 方式对硅基板进行蚀刻。 0014 本发明是鉴于以上的实际情况而完成者，且其目的在于提供一种可防止弯曲形状 而形成。
11、表面平滑的锥形的蚀刻结构的等离子体蚀刻方法。 0015 解决问题的技术手段 0016 用以达成所述目的的本发明是一种等离子体蚀刻方法，其特征在于：使处理气体 等离子体化而对硅基板进行蚀刻，在该硅基板上形成上部开口宽度较宽且底部宽度较窄的 锥形的孔或槽者，且， 0017 使用氟系气体及氮气作为所述处理气体，使该些气体等离子体化，并且一面藉由 等离子体化的氮气在所述硅基板形成抗蚀刻层，一面藉由等离子体化的氟系气体对所述硅 基板进行蚀刻。氟系气体与氮气的等离子体化既可同时，也可不同时。 0018 根据本发明，使用氟系气体及氮气作为处理气体，使该些气体等离子体化而对硅 基板进行蚀刻。具体而言，一面藉由。
12、使氮气等离子体化而在硅基板形成抗蚀刻层（例如，包 含SiN的氮化膜），一面藉由使氟系气体等离子体化而对硅基板进行蚀刻。 0019 在藉由等离子体化的氮气而形成抗蚀刻层的情形时，与藉由等离子体化的氧气而 形成抗蚀刻层的情形相比，在对屏蔽正下部基蚀的方向上易于进行蚀刻。因此，在藉由等离 子体化的氮气而形成抗蚀刻层的情形时，难以形成弯曲形状。 0020 又，在藉由等离子体化的氮气而形成抗蚀刻层的情形时，藉由等离子体化的氮气 与硅原子的化学反应而形成在硅基板表面的抗蚀刻层难以如沈积在硅基板表面的聚合膜 般抗蚀刻层的层厚变得不均一，藉此，藉由蚀刻而形成的蚀刻结构的表面的凹凸较少而较 为平滑。又，一般而言。
13、，使用藉由氮气而形成的抗蚀刻层，相较于使用藉由氧气而形成的抗 蚀刻层，表面的凹凸较少而较为平滑。 0021 以如此方式对硅基板进行蚀刻，从而在该硅基板形成上部开口宽度较宽且底部宽 度较窄的锥形的蚀刻结构。 0022 从而，根据本发明的等离子体蚀刻方法，可形成无弯曲形状且表面平滑的锥形的 蚀刻结构。 0023 又，在所述的构成中，亦较佳为藉由调整蚀刻时的氮气的供给流量或蚀刻时的腔 室内的压力而控制所形成的蚀刻结构的锥状态。此处，蚀刻结构的锥状态除所形成的锥形 状以外，也包括其表面粗糙度。 0024 再者，所谓表面粗糙度是依据JIS标准而由自对象物的表面随机地抽取的各 部分的表示表面粗糙度的参数即。
14、算术平均粗糙度（Ra）、最大高度（Ry）、十点平均粗糙度 （Rz）、凹凸的平均间隔（Sm）、局部山顶的平均间隔（S）及负荷长度率（tp）的一或其组合所 表示的概念。 0025 根据所述的构成，可藉由变更相对易调整的制程条件而简便地控制锥状态。藉此， 说 明 书CN 102906864 A 3/12页 5 可形成无弯曲形状且表面平滑的锥形的蚀刻结构。 0026 且说，在藉由等离子体化的氮气而形成抗蚀刻层的情形时，与藉由等离子体化的 氧气而形成抗蚀刻层的情形相比，抗蚀刻层的强度较低，因此，易于向蚀刻结构的宽度方向 进行蚀刻，而难以向蚀刻结构的深度方向进行蚀刻。因此，有时朝向蚀刻结构的深度方向的 蚀。
15、刻速度变慢，而无法获得固定水平以上的蚀刻速度。 0027 因此，在该情形时，优选在实施使所述氟系气体及氮气等离子体化而对所述硅基 板进行蚀刻的步骤即第一步骤之后，实施第二步骤，即，使用氟系气体及氧系气体作为所述 处理气体，使该些气体等离子体化，并且一面藉由等离子体化的氧系气体在所述硅基板形 成抗蚀刻层，一面藉由等离子体化的氟系气体对所述硅基板进行蚀刻。氟系气体与氧系气 体的等离子体化既可同时，也可不同时。 0028 如此一来，在藉由等离子体化的氧系气体而形成抗蚀刻层时，相较在藉由等离子 体化的氮气而形成抗蚀刻层时，抗蚀刻层的强度变高，因此，相较于蚀刻结构的宽度方向， 易于向蚀刻结构的深度方向进。
16、行蚀刻，就该情况而言，可更高效地进行朝向深度方向的蚀 刻。 0029 此时，第一步骤中所形成的蚀刻结构的侧壁是利用藉由氮气的等离子体化而形成 的抗蚀刻层进行保护，以防止成为弯曲形状，又，第二步骤中的藉由蚀刻而新形成的侧壁是 一面利用藉由氧系气体的等离子体化而形成的抗蚀刻层（例如，包含SiO 2 的氧化膜）进行保 护，一面进行蚀刻。又，藉由等离子体化的氧系气体与硅原子的化学反应而在硅基板表面形 成抗蚀刻层，故而难以如沈积在硅基板表面的聚合膜般抗蚀刻层的层厚变得不均一，藉此， 第二步骤中所形成的蚀刻结构的表面也成为凹凸较少而较为平滑者。 0030 若如此般以两个阶段进行蚀刻，对第一步骤中所形成的蚀。
17、刻结构，在第二步骤中 进一步向深度方向进行蚀刻，则如上所述，除可形成无弯曲形状而表面平滑的锥形的蚀刻 结构以外，也可获得更快的蚀刻速度，就该情况而言，即便为深度较深的蚀刻结构，也可在 更短时间内结束蚀刻。 0031 又，藉由氮气的等离子体化而形成抗蚀刻层的第一步骤，相较于藉由氧系气体的 等离子体化而形成抗蚀刻层的第二步骤，易于向蚀刻结构的宽度方向进行蚀刻，就该情况 而言，在依序实施所述第一步骤及第二步骤的情形时，若第一步骤的处理时间较长，则在蚀 刻结构的宽度方向进行相应程度的蚀刻，在第一步骤中所形成的蚀刻结构的侧壁、与第二 步骤中所形成的蚀刻结构的侧壁的边界易产生阶差。 0032 因此，较佳为。
18、将所述第一步骤的处理时间设为4秒以上。如此一来，则可在第一步 骤中充分地进行朝向宽度方向的蚀刻，而获得防止弯曲形状的锥形的蚀刻结构。而且，较佳 为将所述第一步骤的处理时间设为10秒以下。如此一来，则可将第一步骤中所形成的蚀刻 结构的朝向宽度方向的蚀刻抑制在固定范围内，从而使其侧壁与第二步骤中所形成的蚀刻 结构的侧壁的阶差难以产生（即便产生，也为极微小）。 0033 再者，作为所述氟系气体，例如可列举SF 6 气体或CF 4 气体，作为所述氧系气体，例 如可列举O 2 气体。 0034 发明的效果 0035 如上所述，根据本发明的等离子体蚀刻方法，在硅基板形成上部开口宽度较宽且 底部宽度较窄的锥。
19、形的孔或槽时，使氟系气体及氮气等离子体化，一面藉由等离子体化的 说 明 书CN 102906864 A 4/12页 6 氮气在硅基板形成抗蚀刻层，一面藉由等离子体化的氟系气体对硅基板进行蚀刻，因此，可 防止弯曲形状而形成表面平滑的锥形的蚀刻结构（锥形蚀刻结构）。 附图说明 0036 图1是表示用以实施本发明的一实施形态的等离子体蚀刻方法的蚀刻装置的概 略构成的剖面图。 0037 图2是用以说明本实施形态的表面粗糙度的测定方法的说明图。 0038 图3是用以说明本实施形态的等离子体蚀刻方法的说明图。 0039 图4是用以说明第一蚀刻步骤的处理时间较长的情形时产生的问题点的剖面图。 0040 图5。
20、（a）是表示实施例1的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微镜照片。 0041 图5（b）是表示实施例1的锥形蚀刻结构的上部的显微镜照片。 0042 图5（c）是表示实施例1的锥形蚀刻结构的底部的显微镜照片。 0043 图6（a）是表示比较例1的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微镜照片。 0044 图6（b）是表示比较例1的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微镜照片。 0045 图6（c）是表示比较例1的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微镜照片。 0046 图7是表示实施例2的锥形蚀刻结构的剖面的显微镜照片。 0047 图8是表示比较例2的蚀刻结构的剖面的显微镜照片。 0048 图9是汇总实施例1及2、比较例1及2的实验条。
21、件的表。 0049 图10（a）是表示变更所供给的氮气的流量的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体 的显微镜照片。 0050 图10（b）是放大图10（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0051 图11（a）是表示变更所供给的氮气的流量的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体 的显微镜照片。 0052 图11（b）是放大图11（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0053 图12（a）是表示变更所供给的氮气的流量的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体 的显微镜照片。 0054 图12（b）是放大图12（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0055 图13（a）是表示变更所供给的氮气的流量。
22、的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体 的显微镜照片。 0056 图13（b）是放大图13（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0057 图14（a）是表示变更所供给的氮气的流量的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体 的显微镜照片。 0058 图14（b）是放大图14（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0059 图15是汇总图10图14的实验结果的表。 0060 图16（a）是表示变更腔室内的压力的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微 镜照片。 0061 图16（b）是放大图16（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0062 图16（c）是放大图16（b）的锥形蚀刻结构的侧面的显。
23、微镜照片。 0063 图17（a）是表示变更腔室内的压力的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微 说 明 书CN 102906864 A 5/12页 7 镜照片。 0064 图17（b）是放大图17（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0065 图17（c）是放大图17（b）的锥形蚀刻结构的侧面的显微镜照片。 0066 图18（a）是表示变更腔室内的压力的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微 镜照片。 0067 图18（b）是放大图18（a）的锥形蚀刻结构的上部侧面的显微镜照片。 0068 图18（c）是放大图18（b）的锥形蚀刻结构的侧面的显微镜照片。 0069 图19是汇总图16图1。
24、8的实验结果的表。 0070 图20是用以说明锥形蚀刻结构剖面的锥角度的确定方法的示意图。 0071 图21（a）是表示变更平台功率的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微镜照 片。 0072 图21（b）是放大图21（a）的锥形蚀刻结构的侧面的显微镜照片。 0073 图22（a）是表示变更平台功率的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微镜照 片。 0074 图22（b）是放大图22（a）的锥形蚀刻结构的侧面的显微镜照片。 0075 图23（a）是表示变更平台功率的实验中的锥形蚀刻结构的剖面整体的显微镜照 片。 0076 图23（b）是放大图23（a）的锥形蚀刻结构的侧面的显微镜照片。 0077 。
25、图24是汇总图21图23的实验结果的表。 具体实施方式 0078 1.装置的构成 0079 以下，根据随附图式对本发明的具体实施形态进行说明。 0080 首先，根据图1对用以实施本发明的一实施形态的等离子体蚀刻方法的蚀刻装置 1进行说明。如图1所示，该蚀刻装置1包含：处理腔室11，其具有封闭空间；基台15，其升 降自如地配设在处理腔室11内，且载置有硅基板K；升降气缸18，其使基台15升降；排气装 置20，其对处理腔室11内的压力进行减压；气体供给装置25，其将处理气体供给至处理腔 室11内；等离子体生成装置30，其使供给至处理腔室11内的处理气体等离子体化；及电源 35，其将高频或低频电力供。
26、给至基台15。 0081 所述处理腔室11是由具有相互连通的内部空间的下腔室12及上腔室13所构成， 上腔室13是较下腔室12更小地形成。所述基台15是由载置有硅基板K的上构件16、及连 接有升降气缸18的下构件17所构成，且配置在下腔室12内。 0082 所述排气装置20包含连接在下腔室12的侧面的排气管21，经由排气管21对处理 腔室11内的气体进行排气而使处理腔室11的内部为特定压力。 0083 所述气体供给装置25包含：气体供给部26，其供给SF 6 气体；气体供给部27，其供 给N 2 气体；气体供给部28，其供给O 2 气体；及供给管29，其一端连接在上腔室13的上表面， 另一端分。
27、支而分别连接在各气体供给部26、27、28；且，将SF 6 气体、N 2 气体、O 2 气体自各气 体供给部26、27、28经由供给管29分别供给至处理腔室11内。 0084 所述SF 6 气体、N 2 气体、O 2 气体是分别作为所述处理气体而供给至处理腔室11内 说 明 书CN 102906864 A 6/12页 8 者，也可供给例如CF 4 气体等氟系气体以代替所述SF 6 气体。 0085 所述等离子体生成装置30是由沿上下并排设置在上腔室13的外周部的呈数个环 状的线圈31、及将高频电力供给至各线圈31的高频电源32所构成，藉由利用高频电源32 将高频电力供给至线圈31而使供给至上腔。
28、室13内的SF 6 气体、N 2 气体及O 2 气体等离子体 化。 0086 所述电源35是藉由将高频电力供给至基台15而在基台15与等离子体之间产生 电位差（偏压电位），使藉由SF 6 气体的等离子体化而生成的离子入射至硅基板K。 0087 2.蚀刻结构的形成 0088 其次，对使用以所述方式构成的蚀刻装置1而在硅基板K形成上部开口宽度较宽 且底部宽度较窄的锥形的蚀刻结构的等离子体蚀刻方法进行说明。 0089 首先，在实施将硅基板K搬入至蚀刻装置1内并载置于基台15上的搬入步骤后， 以例如4秒以上且10秒以下的时间实施使SF 6 气体及N 2 气体的混合气体等离子体化而对 基台15上的硅基板。
29、K进行蚀刻的第一蚀刻步骤。 0090 在该第一蚀刻步骤中，将SF 6 气体及N 2 气体自气体供给部26、27分别供给至处理 腔室11内，藉由排气装置20使处理腔室11内为特定压力，并藉由高频电源32、35而将高 频电力分别供给至线圈31及基台15。再者，作为N 2 气体的较佳供给流量，例如为SF 6 气体 的供给流量的0.75倍以上且1倍以下。又，如根据下述的实验结果所获得般，为使锥形蚀 刻结构的表面粗糙度变得良好，较佳为将N 2 气体的供给流量设为100400sccm的范围内。 0091 供给至处理腔室11内的SF 6 气体及N 2 气体被等离子体化，藉由等离子体化的SF 6 气体对硅基板。
30、K进行蚀刻，且藉由等离子体化的N 2 气体在硅基板K形成抗蚀刻层。又，如 根据下述的实验结果所获得般，为使锥形蚀刻结构的表面粗糙度变得良好，较佳为将处理 腔室11内的压力设为12Pa25Pa的范围内。 0092 在以下的实施例中，在计算表面粗糙度时，如图2所示，根据显微镜的剖面照片， 依据JIS定义的最大高度Ry，测定适当的基准长度内的山顶线与谷底线的间隔并进行评 价。其中，权利要求书中的表面粗糙度并不限定在利用该实施例中的评价方法所获得者， 而可采用遵循所述JIS标准的任意者。 0093 具体而言，使自SF 6 气体所生成的自由基与硅原子进行化学反应，或者同样地自 SF 6 气体所生成的离子。
31、藉由偏压电位而入射至硅基板K，藉此对硅基板K进行蚀刻，藉由自 N 2 气体所生成的离子与硅原子进行化学反应，而使例如包含SiN的氮化膜作为抗蚀刻层形 成在硅基板K的表面。如此，同时进行硅基板K的蚀刻与抗蚀刻层的形成，一面藉由抗蚀刻 层而进行保护，一面进行硅基板K的蚀刻。 0094 此处，在藉由等离子体化的N 2 气体而形成抗蚀刻层的情形时，与藉由等离子体化 的O 2 气体而形成抗蚀刻层的情形相比，抗蚀刻层的强度较低，因此，在对屏蔽正下部基蚀的 方向易于进行蚀刻。其结果为，弯曲形状难以形成而容易地获得良好的形状的锥形蚀刻结 构。 0095 又，由于藉由等离子体化的N 2 气体与硅原子的化学反应而。
32、形成抗蚀刻层，故而难 以如沈积在硅基板K表面的聚合膜般抗蚀刻层的层厚变得不均一，藉此，藉由蚀刻而形成 的蚀刻结构的表面的凹凸较少而较为平滑。 0096 而且，当该第一蚀刻步骤结束时，硅基板K成为例如图3（a）所示的形状。再者， 说 明 书CN 102906864 A 7/12页 9 在该图3（a）中，符号M表示屏蔽，符号H表示蚀刻结构。 0097 其后，实施使SF 6 气体及O 2 气体的混合气体等离子体化而对基台15上的硅基板 K进行蚀刻的第二蚀刻步骤，对第一蚀刻步骤中所形成的蚀刻结构，在第二蚀刻步骤中进一 步在深度方向进行蚀刻。 0098 在该第二蚀刻步骤中，将SF 6 气体及O 2 气体。
33、自气体供给部26、28分别供给至处理 腔室11内，藉由排气装置20使处理腔室11内为特定压力，并藉由高频电源32、35将高频 电力分别供给至线圈31及基台15。再者，作为O 2 气体的较佳供给流量，例如为SF 6 气体的 供给流量的0.75倍以上且1倍以下。 0099 供给至处理腔室11内的SF 6 气体及O 2 气体等离子体化，藉由等离子体化的SF 6 气 体对硅基板K进行蚀刻，且藉由等离子体化的O 2 气体在硅基板K形成抗蚀刻层。 0100 具体而言，如上所述般，使自SF 6 气体所生成的自由基与硅原子进行化学反应，或 者同样地自SF 6 气体所生成的离子藉由偏压电位而入射至硅基板K，藉此。
34、对硅基板K进行蚀 刻，藉由自O 2 气体生成的离子与硅原子进行化学反应，而使例如包含SiO 2 的氧化膜作为抗 蚀刻层形成在硅基板K的表面。如此，在第二蚀刻步骤中，硅基板K的蚀刻与抗蚀刻层的形 成也同时进行，一面藉由抗蚀刻层进行保护，一面进行硅基板K的蚀刻。 0101 此处，在第二蚀刻步骤中，使用O 2 气体代替N 2 气体的理由如下。即，其理由在于： 在藉由等离子体化的N 2 气体而形成抗蚀刻层的情形时，与藉由等离子体化的O 2 气体而形成 抗蚀刻层的情形相比，易于向蚀刻结构的宽度方向进行蚀刻，而难以向蚀刻结构的深度方 向进行蚀刻，因此，有时朝向蚀刻结构的深度方向的蚀刻速度会变慢，而无法获得。
35、固定水平 以上的蚀刻速度。 0102 因此，若使用O 2 气体，则可更高效地在深度方向进行蚀刻。此时，第一蚀刻步骤中 所形成的蚀刻结构的侧壁受到藉由N 2 气体的等离子体化而形成的抗蚀刻层保护，从而可预 防成为弯曲形状。 0103 而且，第二蚀刻步骤中的藉由蚀刻而新形成的侧壁是一面受到藉由O 2 气体的等离 子体化而形成的抗蚀刻层保护，一面进行蚀刻。又，由于进而藉由等离子体化的O 2 气体与 硅原子的化学反应而在硅基板K形成抗蚀刻层的表面，故而难以如沈积在硅基板K表面的 聚合膜般抗蚀刻层的层厚变得不均一，藉此，第二蚀刻步骤中所形成的蚀刻结构的表面也 为凹凸较少且较为平滑者。 0104 而且，当。
36、该第二蚀刻步骤结束时，硅基板K成为例如图3（b）所示的形状。再者， 在该图3（b）中，符号M表示屏蔽，符号H表示蚀刻结构。 0105 如此般依序实施第一蚀刻步骤及第二蚀刻步骤，当在硅基板K形成上部开口宽度 较宽且底部宽度较窄的锥形的蚀刻结构时，实施将硅基板K搬出至外部的搬出步骤。 0106 如此，根据本例的等离子体蚀刻方法，当在硅基板K形成上部开口宽度较宽且底 部宽度较窄的锥形的蚀刻结构时，依序实施使SF 6 气体及N 2 气体的混合气体等离子体化而 对硅基板K进行蚀刻的第一蚀刻步骤、及使SF 6 气体及O 2 气体的混合气体等离子体化而对 硅基板K进行蚀刻的第二蚀刻步骤，因此，可形成无弯曲形。
37、状且表面平滑的锥形的蚀刻结 构。 0107 又，在第二蚀刻步骤中，由于可在蚀刻结构的深度方向以较快的蚀刻速度进行蚀 刻，故而，即便为深度较深的蚀刻结构，也可在更短时间内结束蚀刻。 说 明 书CN 102906864 A 8/12页 10 0108 又，由于将第一蚀刻步骤的处理时间设为4秒以上且10秒以下的范围，故而可防 止第一蚀刻步骤的处理时间变长。其原因在于：藉由N 2 气体的等离子体化而形成抗蚀刻层 的第一蚀刻步骤，相较于藉由O 2 气体的等离子体化而形成抗蚀刻层的第二蚀刻步骤，难以 向蚀刻结构H的深度方向进行蚀刻，而易于向蚀刻结构H的宽度方向进行蚀刻，就该情况而 言，若第一蚀刻步骤的处理。
38、时间较长，则会产生如下问题：向蚀刻结构H的宽度方向进行相 应程度的蚀刻，在第一蚀刻步骤中所形成的蚀刻结构H的侧壁、与第二蚀刻步骤中所形成 的蚀刻结构H的侧壁的边界易产生阶差S（参照图4）。因此，藉由所述方式，可将向蚀刻结 构H的宽度方向的蚀刻抑制在固定范围内，从而可使阶差S难以产生（即便产生，也为极微 小）。 0109 顺带而言，作为实施例1，应用本例的等离子体蚀刻方法对硅基板K进行蚀刻，在 该硅基板K形成上部开口宽度较宽且底部宽度较窄的锥形的孔，此时如图5的显微镜照片 所示，未形成弯曲形状且表面不粗糙，而形成平滑的表面的锥形蚀刻结构。具体而言，侧壁 的表面粗糙度为0.15m，且锥角度为84。。
39、再者，第一蚀刻步骤的处理条件是将处理时 间设为0.08分钟，将处理腔室11内的压力设为12Pa，将供给至线圈31的高频电力设为 2500W，将供给至基台15的电力设为85W，将SF 6 气体的供给流量设为200sccm，将N 2 气体的 供给流量设为150sccm；第二蚀刻步骤的处理条件是将处理时间设为3分钟，将处理腔室11 内的压力设为12Pa，将供给至线圈31的高频电力设为2500W，将供给至基台15的电力设为 85W，将SF 6 气体的供给流量设为200sccm，将O 2 气体的供给流量设为150sccm。又，图5（a） 是表示所形成的蚀刻结构的剖面整体的显微镜照片，图5（b）是放大而表。
40、示所形成的蚀刻 结构的上部的显微镜照片，图5（c）是放大而表示所形成的蚀刻结构的底部的显微镜照片。 0110 又，作为比较例1，依序实施将处理时间设为3.5分钟、将处理腔室11内的压力设 为12Pa、将供给至线圈31的高频电力设为2500W、将供给至基台15的电力设为15W、将SF 6 气体的供给流量设为240sccm、将O 2 气体的供给流量设为120sccm、将C 4 F 8 气体的供给流量 设为180sccm的处理条件的第一蚀刻步骤，与将处理时间设为5.5分钟、将处理腔室11内 的压力设为12Pa、将供给至线圈31的高频电力设为2500W、将供给至基台15的电力设为 85W140W、将S。
41、F 6 气体的供给流量设为200sccm、将O 2 气体的供给流量设为150sccm的处 理条件的第二蚀刻步骤，此时如图6所示，形成有开口部（上部）表面粗糙的孔。具体而言， 侧壁上部的表面粗糙度为0.3m。再者，图6（a）是表示所形成的蚀刻结构的剖面整体的 显微镜照片，图6（b）是放大而表示所形成的蚀刻结构的上部的显微镜照片，图6（c）是放 大而表示所形成的蚀刻结构的底部的显微镜照片。 0111 又，作为实施例2，在将处理时间设为3分钟、将处理腔室11内的压力设为12Pa、 将供给至线圈31的高频电力设为2500W、将供给至基台15的电力设为85W、将SF 6 气体的 供给流量设为200scc。
42、m、将N 2 气体的供给流量设为150sccm的处理条件下对硅基板K进行 蚀刻，此时如图7的显微镜照片所示，表面并不粗糙，而形成有平滑的表面的孔。 0112 另一方面，作为比较例2，在将处理时间设为6.5分钟、将处理腔室11内的压力设 为12Pa、将供给至线圈31的高频电力设为3500W、将供给至基台15的电力设为100W、将SF 6 气体的供给流量设为180sccm、将O 2 气体的供给流量设为80sccm的处理条件下对硅基板K 进行蚀刻，此时如图8的显微镜照片所示，在孔的侧壁形成有弯曲形状。 0113 如根据所述比较例1所知，若利用藉由C 4 F 8 气体的等离子体化而形成的抗蚀刻层 说 。
43、明 书CN 102906864 A 10 9/12页 11 保护侧壁，则使用C 4 F 8 气体的第一蚀刻步骤中所形成的蚀刻结构的侧壁表面（孔的上部侧 壁表面）粗糙。如根据所述比较例2所知，若自当初便利用藉由O 2 气体的等离子体化而形 成的抗蚀刻层保护侧壁，则会形成弯曲形状。 0114 另一方面，如根据所述实施例1及2所知，若利用藉由N 2 气体的等离子体化而形 成的抗蚀刻层保护侧壁，则可形成无弯曲形状且表面平滑的锥形蚀刻结构（所谓锥，若为上 部开口宽度较宽且底部宽度较窄的形状，则包括碗状等所有前端渐细形态）。又，根据所述 实施例2可知，若利用藉由N 2 气体的等离子体化而形成的抗蚀刻层保护。
44、侧壁，则可形成表 面平滑的蚀刻结构。 0115 根据该些实施例1及2、比较例1及比较例2也为明确的是，若利用藉由N 2 气体的 等离子体化而形成的抗蚀刻层保护侧壁，则不会形成弯曲形状且表面不粗糙，而形成平滑 的表面的锥形蚀刻结构。为便于参照，给出实施例1及2、比较例1及2的条件表以作为图 9。 0116 3.N 2 气体蚀刻时的制程条件的合理化 0117 所述说明了利用藉由N 2 气体的等离子体化而形成的抗蚀刻层保护侧壁，可藉此而 形成无弯曲形状且表面平滑的锥形蚀刻结构的方法，本案发明者等人进行进一步锐意研究 的结果为，藉由实验发现，所形成的锥形蚀刻结构的状态（包括形状及其表面粗糙度）也会 根。
45、据藉由N 2 气体的流量或反应腔室的压力而变化较大。该情形意味着，在使用N 2 气体的蚀 刻时，可藉由使该些制程条件合理化而控制锥状态。以下，对该实验结果进行说明。 0118 3-1.第3实施例 0119 首先，作为实施例3，本案发明者等人藉由使N 2 气体蚀刻时所供给的N 2 的量发生 变化，而实验锥状态如何变化。 0120 图10图14是表示将其它制程条件设为相同且逐渐增加N 2 气体的流量时蚀刻 结构的情况如何变化的显微镜照片。各图（b）是放大各图（a）的侧壁部分的显微镜照片， 表面粗糙的情况相对容易看清。各图所共通的制程条件，是蚀刻处理时间为7分钟，处理腔 室11内的压力为12Pa，基。
46、台温度为10，供给至线圈31的高频电力为2500W，供给至基台 15的电力为50W，SF 6 气体的供给流量为300sccm。而且，本案发明者等人是使N 2 气体的供 给流量在50400sccm的范围内变化。 0121 图10（a）是表示将N 2 气体的供给流量设为50sccm时所形成的蚀刻结构的剖面 整体的显微镜照片，图10（b）是放大而表示所形成的蚀刻结构的侧壁的显微镜照片。根据 图10（b）的情况，可看清蚀刻结构侧部的表面粗糙。该图中的表面粗糙度的测量结果为 154nm，且蚀刻速率为16.2m/min。 0122 图11（a）是表示将N 2 气体的供给流量设为100sccm时所形成的蚀刻。
47、结构的剖面 整体的显微镜照片，图11（b）是放大而表示所形成的蚀刻结构的侧壁的显微镜照片。该图 中的表面粗糙度的测量结果为75nm，且蚀刻速率为14.6m/min。 0123 图12（a）是表示将N 2 气体的供给流量设为200sccm时所形成的蚀刻结构的剖面 整体的显微镜照片，图12（b）是放大而表示所形成的蚀刻结构的侧壁的显微镜照片。该图 中的表面粗糙度的测量结果为71nm，且蚀刻速率为12.3m/min。 0124 图13（a）是表示将N 2 气体的供给流量设为300sccm时所形成的蚀刻结构的剖面 整体的显微镜照片，图13（b）是放大而表示所形成的蚀刻结构的侧壁的显微镜照片。该图 说 。
48、明 书CN 102906864 A 11 10/12页 12 中的表面粗糙度的测量结果为54nm，蚀刻速率为12.1m/min。 0125 图14（a）是表示将N 2 气体的供给流量设为400sccm时所形成的蚀刻结构的剖面 整体的显微镜照片，图14（b）是放大而表示所形成的蚀刻结构的侧壁的显微镜照片。该图 中的表面粗糙度的测量结果为60nm，蚀刻速率为12.7m/min。 0126 将图10至图14的实验结果汇总于表中而成者为图15。若观察图15，则可知随着 N 2 气体的供给流量增加，表面粗糙度大致减小。考虑其原因在于：藉由更多的N 2 气体的等 离子体化而形成抗蚀刻层，藉此而进行蚀刻结构的侧壁保护。若在100400sccm的范围 内调整N 2 气体的供给流量，则与将N 2 气体的流量设为50sccm的情形相比，可获得一半以下 的良好的表面粗糙度的值，从而较佳。再者，考虑随着N 2 气体的供给流量增加，蚀刻速率存 在下降的倾向的原因在于SF 6 气体稀释于N 2 气体中。 0127 3-2.第4实施例 0128 其次，作为实施例4，本案发明者等人是藉由在N 2 气体蚀刻时使腔室内的压力变 化，而实验锥状态如何变化。 0129 图16图18是表示将其它制程条件设为相同且逐渐增加N 2 气体蚀刻时的腔室 内压力时蚀刻结构的情况如何变化的显微镜照片。各图（a）是表示所形成的。