JP2003347274A - Method for patterning surface - Google Patents
Method for patterning surfaceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は表面パターニング方
法に関し、特には無機材料かなるマスクを用いて基板表
面に溝パターンや孔パターンを形成する場合の表面パタ
ーニング方法に関する。The present invention relates to a surface patterning method, and more particularly to a surface patterning method for forming a groove pattern or a hole pattern on a substrate surface using a mask made of an inorganic material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、例えば
キャパシタ形成のためのトレンチ加工を行う場合には、
無機材料を用いたいわゆるハードマスク用いて基板表面
のエッチング加工が行われている。この場合、先ず、例
えばシリコンからなる基板上に酸化シリコン等からなる
マスク材層を成膜し、このマスク材層上にリソグラフィ
ー法によってレジストパターンを形成する。次いで、レ
ジストパターンをマスクにしてマスク材層をエッチング
加工し、基板に達する開口パターンを有するハードマス
クを形成する。その後、このハードマスク上から基板の
表面をエッチング加工し、ハードマスクに形成された開
口パターンの底部の基板部分にトレンチを形成する。2. Description of the Related Art In a manufacturing process of a semiconductor device, for example, when trench processing for forming a capacitor is performed,
2. Description of the Related Art A substrate surface is etched using a so-called hard mask using an inorganic material. In this case, first, a mask material layer made of silicon oxide or the like is formed on a substrate made of silicon, for example, and a resist pattern is formed on the mask material layer by lithography. Next, the mask material layer is etched using the resist pattern as a mask to form a hard mask having an opening pattern reaching the substrate. Thereafter, the surface of the substrate is etched from above the hard mask to form a trench in the substrate at the bottom of the opening pattern formed in the hard mask.
【０００３】このようなハードマスクを用いたエッチン
グ加工を行うことで、レジストパターンをマスクにした
エッチング加工と比較して、トレンチ深さの均一化、さ
らにはマスクに対する基板のエッチング選択比の向上を
図ることが可能であり、ある程度の深さを有するパター
ンエッチングを可能にしている。By performing the etching process using such a hard mask, compared with the etching process using a resist pattern as a mask, the trench depth can be made uniform, and the etching selectivity of the substrate with respect to the mask can be improved. It is possible to perform pattern etching having a certain depth.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなハードマスクを用いた表面パターニング方法では、
レジストパターンを用いたハードマスクの加工性（開口
幅の寸法制御性）、ハードマスクを用いた基板エッチン
グにおける開口幅の寸法制御性、さらには基板表面パタ
ーニング後におけるハードマスクの除去し易さの観点か
ら、マスク材層の薄膜化が望まれている。By the way, in the surface patterning method using a hard mask as described above,
Processability of hard mask using resist pattern (dimension controllability of opening width), dimension controllability of opening width in substrate etching using hard mask, and ease of removal of hard mask after substrate surface patterning Therefore, it is desired to reduce the thickness of the mask material layer.
【０００５】しかし、マスク材層の膜厚、すなわちハー
ドマスクの膜厚は、基板材料とマスク材とのエッチング
選択比、さらには基板に対してエッチングが施される面
積の比率、つまりはマスク開口率によって必要とする最
低膜厚が決められる。However, the thickness of the mask material layer, that is, the thickness of the hard mask is determined by the etching selectivity between the substrate material and the mask material, and furthermore, the ratio of the area of the substrate to be etched, that is, the mask opening The required minimum film thickness is determined by the ratio.
【０００６】例えば、上述したシリコンからなる基板の
エッチング加工において、酸化シリコンからなるハード
マスクを用いた場合、マスク開口率が小さくなるほどハ
ードマスクに必要とされる膜厚が厚膜化する傾向にあ
る。これは、このエッチング加工においては、基板エッ
チングによって生じるシリコン含有の反応生成物がハー
ドマスク上に堆積し、この堆積によってハードマスクの
後退（膜減り）が防止されるからであり、マスク開口率
が小さくなると、基板エッチングによる反応生成物の供
給量が減るため、ハードマスクの後退が抑えられなくな
ることに起因する。For example, when a hard mask made of silicon oxide is used in the above-described etching processing of a substrate made of silicon, the film thickness required for the hard mask tends to increase as the mask aperture ratio decreases. . This is because, in this etching process, a silicon-containing reaction product generated by substrate etching is deposited on the hard mask, and this deposition prevents the hard mask from retreating (film reduction), and the mask aperture ratio is reduced. When the size is reduced, the supply amount of the reaction product by the substrate etching is reduced, so that the retreat of the hard mask cannot be suppressed.
【０００７】そこで本発明は、マスクを用いた基板表面
のエッチング加工において、マスク開口率によらずにマ
スクに対する基板のエッチング選択比を高く保つことが
できる表面パターニング方法を提供することを目的とす
る。Accordingly, an object of the present invention is to provide a surface patterning method capable of maintaining a high etching selectivity of a substrate with respect to a mask regardless of a mask aperture ratio in etching processing of a substrate surface using a mask. .
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、マスクを用いて基板表面をエッチン
グ加工する表面パターニング方法であり、マスク形状に
特徴を有する方法である。すなわち、本発明の表面パタ
ーニング方法に用いるマスクは、基板のエッチング部分
に臨む開口パターンと共に、当該マスクの膜厚よりも浅
い深さの凹凸パターンが設けられていることを特徴とし
ている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention for achieving the above object is a surface patterning method for etching a substrate surface using a mask, which is a method having a feature in a mask shape. That is, the mask used in the surface patterning method of the present invention is characterized in that an opening pattern facing the etched portion of the substrate and an uneven pattern having a depth smaller than the thickness of the mask are provided.
【０００９】このような方法では、基板エッチングの際
に、マスクに設けた凹凸パターンにおける凸状角部のエ
ッチングが進み、この部分のエッチングによって放出さ
れた物質の反応生成物をマスク上に堆積させながらエッ
チングを進めることができる。つまり、凹凸パターンを
設けたことで、マスクのエッチングによって放出された
物質の反応生成物の供給を増加させることができるので
ある。これにより、マスクにおける凸部以外の部分は、
供給量が増加した物質の反応生成物の堆積によってエッ
チングの進行が抑制される。したがって、マスクのエッ
チング速度が小さく抑えられる、つまりマスクに対する
基板のエッチング選択性を高く保つことができる。In such a method, when etching the substrate, the etching of the convex corners of the concave / convex pattern provided on the mask proceeds, and the reaction product of the substance released by the etching of this portion is deposited on the mask. Etching can be performed while performing. That is, by providing the concavo-convex pattern, the supply of the reaction product of the substance released by the etching of the mask can be increased. Thereby, portions other than the convex portions in the mask are
The progress of etching is suppressed by the deposition of the reaction product of the substance whose supply amount has increased. Therefore, the etching rate of the mask can be kept low, that is, the etching selectivity of the substrate with respect to the mask can be kept high.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の表面パターニング
方法の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
尚、実施形態においては、半導体装置の製造工程におい
て、シリコンからなる基板の表面にキャパシタ形成のた
めのトレンチ加工を行う場合を例示して本発明の説明を
行うが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば
マイクロマシーンの製造工程において基板の表面をパタ
ーニングする場合等に広く適用可能である。また、以下
に示す材料および加工条件もあくまでも一例であること
とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the surface patterning method of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
In the embodiment, the present invention will be described by exemplifying a case in which trench processing for forming a capacitor is performed on a surface of a substrate made of silicon in a manufacturing process of a semiconductor device. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be widely applied to, for example, patterning the surface of a substrate in a micromachine manufacturing process. In addition, the following materials and processing conditions are merely examples.
【００１１】先ず、図１（１）に示すように、被加工材
料となるシリコン基板１上に、シリコンのエッチングに
おいてエッチング選択比のとれる材料、すなわちシリコ
ンに比べてエッチング速度を充分に遅くすることができ
る材料をマスク材として堆積させ、マスク材層３を形成
する。このようなマスク材層３としては、例えば酸化シ
リコン膜、酸窒化シリコン膜または窒化シリコン膜、さ
らにはこれらの積層膜が用いられる。ここでは一例とし
て、酸化シリコンからなるマスク材層３を形成すること
とする。First, as shown in FIG. 1A, on a silicon substrate 1 serving as a material to be processed, an etching rate is sufficiently reduced as compared with a material having an etching selectivity in silicon etching, that is, silicon. The material that can be formed is deposited as a mask material to form a mask material layer 3. As such a mask material layer 3, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or a stacked film of these is used. Here, as an example, the mask material layer 3 made of silicon oxide is formed.
【００１２】次に、リソグラフィー技術を用い、このマ
スク材層３上に第１レジストパターン５を形成する。こ
の第１レジストパターン５は、シリコン基板１において
トレンチを形成する部分（すなわちエッチングが施され
る部分でありここではエッチング部分と記す）に対応す
る開口パターン５ａを備えて形成されることとする。Next, a first resist pattern 5 is formed on the mask material layer 3 by using a lithography technique. The first resist pattern 5 is formed to have an opening pattern 5a corresponding to a portion where a trench is to be formed in the silicon substrate 1 (that is, a portion to be etched, which is referred to as an etched portion here).
【００１３】その後、図１（２）に示すように、第１レ
ジストパターン５をマスクに用いて、マスク材層３をエ
ッチング加工する。これにより、マスク材層３に、シリ
コン基板１のエッチング部分に臨む開口パターン３ａを
形成する。本工程におけるマスク材層３のエッチング加
工は、異方性形状を保つことが可能なエッチング方法で
あり、かつ下地となるシリコン基板１および第１レジス
トパターン５に対して高選択性を保ってマスク材層３の
エッチングが可能な条件で行うこととする。Thereafter, as shown in FIG. 1B, the mask material layer 3 is etched using the first resist pattern 5 as a mask. Thus, an opening pattern 3a facing the etched portion of the silicon substrate 1 is formed in the mask material layer 3. The etching of the mask material layer 3 in this step is an etching method capable of maintaining an anisotropic shape, and is performed while maintaining high selectivity with respect to the underlying silicon substrate 1 and the first resist pattern 5. It is assumed that the etching is performed under the condition that the material layer 3 can be etched.
【００１４】このようなエッチング加工の一例として、
平行平板型プラズマエッチングを用いた場合の加工条件
の例を示す。
・エッチング雰囲気内ガス圧力：４．０［Ｐａ］
・上部電極の印可電力 ：２．０［ｋＷ］
・基板電極の印可電力 ：１．２［ｋＷ］
・エッチングガスおよび流量 ：ｃ−Ｃ4Ｆ8＝ １１［ｃｍ3／ｍｉｎ］
：Ａｒ ＝４００［ｃｍ3／ｍｉｎ］
：Ｏ2 ＝ ８［ｃｍ3／ｍｉｎ］As an example of such an etching process,
An example of processing conditions when using parallel plate type plasma etching will be described. · Etching atmosphere in gas pressure: 4.0 [Pa] of the-upper electrode applied power: 2.0 [kW] of-substrate electrode applied power: 1.2 [kW], the etching gas and flow rate: c-C 4 F 8 = 11 [cm 3 / min]: Ar = 400 [cm 3 / min]: O 2 = 8 [cm 3 / min]
【００１５】そして、このエッチング加工の後には、第
１レジストパターン５をアッシング処理により剥離除去
する。After the etching process, the first resist pattern 5 is removed by ashing.
【００１６】次いで、図１（３）に示すように、リソグ
ラフィー技術を用い、開口パターン３ａが形成されたマ
スク材層３上に、第２レジストパターン７を形成する。
この第２レジストパターン７は、マスク材層３の開口パ
ターン３ａを覆い、かつシリコン基板１においてトレン
チが形成されない非エッチング領域１ａ上に複数の開口
パターン７ａを備えて形成されることとする。Next, as shown in FIG. 1C, a second resist pattern 7 is formed on the mask material layer 3 on which the opening pattern 3a has been formed by using a lithography technique.
The second resist pattern 7 covers the opening pattern 3a of the mask material layer 3 and has a plurality of opening patterns 7a on the non-etched region 1a where no trench is formed in the silicon substrate 1.
【００１７】この開口パターン７ａは、ラインアンドス
ペース状に形成されても良いし、非エッチング領域１ａ
上に島状にレジストパターンを残すように形成されても
良い。ただし、非エッチング領域１ａにおける第２レジ
ストパターン７の凸状角部の長さがより長く形成される
ことが好ましい。また、開口パターン７ａの開口幅は、
マスク材層３に形成されている開口パターン３ａの開口
幅とほぼ同一とすることで、上述した２回のリソグラフ
ィーにおいて同一の露光機を用いることができる。The opening pattern 7a may be formed in a line and space shape, or may be formed in the non-etched region 1a.
It may be formed so as to leave a resist pattern in an island shape on top. However, it is preferable that the length of the convex corner portion of the second resist pattern 7 in the non-etched region 1a be longer. The opening width of the opening pattern 7a is
By making the opening width of the opening pattern 3a formed in the mask material layer 3 substantially the same, the same exposure machine can be used in the two lithography steps described above.
【００１８】以上の後、図１（４）に示すように、第２
レジストパターン７をマスクに用いて、マスク材層３を
エッチング加工する。この際、マスク材層３のエッチン
グは、マスク材層３の膜厚ｔよりも浅い深さｔ１で行う
ことが必須である。そして、このエッチング加工によ
り、マスク材層３における非エッチング領域１ａ上に、
マスク材層３の膜厚ｔよりも浅い深さｔ１の凹凸パター
ン３ｂを形成する。このエッチング加工においては、例
えば図１（２）を用いて説明したと同様に行うことがで
きる。ただし、本工程でのエッチング加工は、加工精度
の要求度が低いため、ウェットエッチング等によって行
っても良い。After the above, as shown in FIG.
The mask material layer 3 is etched using the resist pattern 7 as a mask. At this time, it is essential that the etching of the mask material layer 3 is performed at a depth t1 smaller than the thickness t of the mask material layer 3. Then, by this etching process, on the non-etched region 1a in the mask material layer 3,
An uneven pattern 3b having a depth t1 smaller than the thickness t of the mask material layer 3 is formed. This etching can be performed, for example, in the same manner as described with reference to FIG. However, the etching process in this step may be performed by wet etching or the like because the processing accuracy is not so required.
【００１９】そして、このエッチング加工の後には、第
２レジストパターン７をアッシング処理により剥離除去
する。After the etching, the second resist pattern 7 is removed by ashing.
【００２０】以上により、図２（１）に示すように、シ
リコン基板１のエッチング部分に臨む開口パターン３ａ
と共に、シリコン基板１の非エッチング領域１ａ上にマ
スク材層３の膜厚ｔよりも浅い深さの凹凸パターン３ｂ
を備えたハードマスク３Ａを形成する。As described above, as shown in FIG. 2A, the opening pattern 3a facing the etched portion of the silicon substrate 1 is formed.
At the same time, the uneven pattern 3b having a depth smaller than the thickness t of the mask material layer 3 is formed on the non-etched region 1a of the silicon substrate 1.
Is formed.
【００２１】その後、図２（２）に示すように、ハード
マスク３Ａを用いてシリコン基板１の表面をエッチング
加工する。本工程におけるシリコン基板１のエッチング
加工は、異方性形状を保つことが可能なエッチング方法
であり、かつハードマスク３Ａに対して高選択性を保っ
てシリコン基板１のエッチングが可能な条件で行うこと
とする。Thereafter, as shown in FIG. 2B, the surface of the silicon substrate 1 is etched using the hard mask 3A. The etching of the silicon substrate 1 in this step is an etching method capable of maintaining the anisotropic shape, and is performed under conditions that allow the silicon substrate 1 to be etched with high selectivity to the hard mask 3A. It shall be.
【００２２】このようなエッチング加工の一例として、
誘導結合型プラズマ（inductivelycoupled plasma：Ｉ
ＣＰ）エッチングによる加工条件の例を示す。
・エッチング雰囲気内ガス圧力： ０．６７［Ｐａ］
・ＩＣＰ電力 ： ２５０［Ｗ］
・バイアス電力 ： １５［Ｗ］
・エッチングガスおよび流量 ：ＨＢｒ＝１００［ｃｍ3／ｍｉｎ］
：Ｏ2 ＝ ２［ｃｍ3／ｍｉｎ］As an example of such an etching process,
Inductively coupled plasma (I)
An example of processing conditions by CP) etching is shown. Gas pressure in etching atmosphere: 0.67 [Pa] ICP power: 250 [W] Bias power: 15 [W] Etching gas and flow rate: HBr = 100 [cm 3 / min]: O 2 = 2 [ cm 3 / min]
【００２３】そして、以上のエッチング加工によりシリ
コン基板１の表面にトレンチ１Ａを形成した後、シリコ
ン基板１上に残ったハードマスク３Ａの除去を行い、本
実施形態の表面パターニングを終了させる。After the trench 1A is formed on the surface of the silicon substrate 1 by the above-described etching process, the hard mask 3A remaining on the silicon substrate 1 is removed, and the surface patterning of this embodiment is completed.
【００２４】ここで、図２（１）に示したハードマスク
３Ａにおいては、その膜厚ｔおよび凹凸パターン３ｂの
深さｔ１は、シリコン基板１のエッチング条件により異
なるが、予備実験などを行うことでシリコン基板１のエ
ッチング後に次のような膜厚でハードマスク３Ａが残さ
れるように、上記膜厚ｔおよび深さｔ１が設定されるこ
ととする。Here, in the hard mask 3A shown in FIG. 2A, the thickness t and the depth t1 of the concavo-convex pattern 3b are different depending on the etching conditions of the silicon substrate 1. The thickness t and the depth t1 are set so that the hard mask 3A having the following thickness is left after the etching of the silicon substrate 1.
【００２５】すなわち、図３に示すように、シリコン基
板１のエッチング後におけるハードマスク３Ａ各部の膜
厚は、１凹凸パターン３ｂの深さａ＝１００ｎｍ以上２
凹凸パターン３ｂ下のハードマスク３Ａの膜厚ｂ＝５０
ｎｍ以上３シリコン基板１のエッチング部における垂直
部分の膜厚ｃ＝１００ｎｍ以上であることが好ましい。That is, as shown in FIG. 3, the thickness of each part of the hard mask 3A after etching the silicon substrate 1 is 1
Thickness b = 50 of hard mask 3A under uneven pattern 3b
It is preferable that the film thickness c of the vertical portion in the etched portion of the silicon substrate 1 is 3 nm or more and 100 nm or more.
【００２６】このうち、の条件（膜厚ｂ）について
は、シリコン基板１のエッチング加工終了後にこの部分
にハードマスク３Ａが残ってさえいれば問題ないが、安
定してエッチング加工を行うための望ましい条件であ
る。また、の条件（膜厚ｃ）については、シリコン基
板１のエッチング側壁にストライエーションが達するこ
とのない条件である。ここで、ストライエーションと
は、レジストパターンをマスクにしたエッチング加工に
おいて、レジストパターンの開口側壁に元々形成されて
しまう溝を受け継いでエッチング側壁に縦方向に生じる
溝である。本実施形態においては、ハードマスク３Ａを
用いてシリコン基板１のエッチング加工が行われる。し
かし、図１（２）を用いて説明したように、ハードマス
ク３Ａのパターニングは第１レジストパターン５をマス
クに用いたエッチング加工によって行われるため、ハー
ドマスク３Ａの開口パターン３ａ側壁にはストライエー
ションが生じており、図２（２）を用いて説明したシリ
コン基板１のエッチング加工においてはこのストライエ
ーションがシリコン基板１に達する可能性がある。この
ため、の条件を満たすようにハードマスク３Ａが構成
されることが好ましいのである。Among these conditions, the condition (film thickness b) does not matter as long as the hard mask 3A remains in this portion after the etching of the silicon substrate 1 is completed, but it is desirable to stably perform the etching. Condition. The condition (film thickness c) is a condition under which striation does not reach the etched side wall of the silicon substrate 1. Here, the striation is a groove which is formed in the etching side wall in the vertical direction by inheriting the groove originally formed on the opening side wall of the resist pattern in the etching process using the resist pattern as a mask. In the present embodiment, the silicon substrate 1 is etched using the hard mask 3A. However, as described with reference to FIG. 1B, since the patterning of the hard mask 3A is performed by etching using the first resist pattern 5 as a mask, the striations are formed on the side walls of the opening pattern 3a of the hard mask 3A. In the etching process of the silicon substrate 1 described with reference to FIG. 2B, the striation may reach the silicon substrate 1. For this reason, it is preferable that the hard mask 3A is configured to satisfy the above condition.
【００２７】以上説明した表面パターニング方法では、
図２（１）を用いて説明したように、非エッチング領域
１ａ上に凹凸パターン３ｂを設けたハードマスク３Ａを
用いてシリコン基板１のエッチング加工が行われる。こ
のエッチング加工においては、マスク開口率とシリコン
基板の選択比（Ｓｉ基板／ハードマスク）との関係は、
次のようになっている。In the surface patterning method described above,
As described with reference to FIG. 2A, the silicon substrate 1 is etched using the hard mask 3A provided with the uneven pattern 3b on the non-etched region 1a. In this etching process, the relationship between the mask aperture ratio and the selectivity of the silicon substrate (Si substrate / hard mask) is as follows.
It looks like this:
【００２８】すなわち、図４のグラフ（１）に示すよう
に、加工条件に起因するエッチング選択比は、マスク開
口率に左右されることなく一定である。これに対して、
基板エッチングに起因するエッチング選択比は、マスク
開口率に対して比例する関係にある。これは、基板エッ
チングの際には、シリコン基板１のエッチングによって
プラズマ中に放出されたＳｉが、このプラズマ中におい
てＳｉＢｒxＯy、ＳｉＣｌxＯyといった反応生成物とな
ってハードマスク３Ａ上に堆積し、この堆積によってハ
ードマスク３Ａの後退（膜減り）が防止されるからであ
り、図４のグラフ（２）に示すように、基板エッチング
によるＳｉの供給量がマスク開口率に比例するからであ
る。また、マスクエッチングに起因するエッチング選択
比は、マスク開口率に対して反比例する関係にある。こ
れは、基板エッチングの際には、ハードマスク３Ａのエ
ッチングによってもプラズマ中にＳｉが放出されるから
であり、図４のグラフ（３）に示すように、ハードマス
ク３Ａのエッチングに由来するＳｉの供給量がマスク開
口率に反比例するからである。そして、図４のグラフ
（４）に示すように、最終的なエッチング選択比は、上
述したグラフ（１）〜（３）を合計した結果となる。That is, as shown in the graph (1) of FIG. 4, the etching selectivity resulting from the processing conditions is constant without being affected by the mask aperture ratio. On the contrary,
The etching selectivity resulting from the substrate etching has a relationship proportional to the mask aperture ratio. This is because, at the time of substrate etching, Si released into plasma by etching of the silicon substrate 1 becomes a reaction product such as SiBr x O y or SiCl x O y in the plasma and is formed on the hard mask 3A. This is because the hard mask 3A is prevented from retreating (film reduction) by this deposition, and the supply amount of Si by the substrate etching is proportional to the mask aperture ratio as shown in the graph (2) of FIG. It is. Further, the etching selectivity caused by the mask etching is in a relationship inversely proportional to the mask aperture ratio. This is because, during the substrate etching, Si is also released into the plasma by the etching of the hard mask 3A, and as shown in the graph (3) of FIG. Is inversely proportional to the mask aperture ratio. Then, as shown in a graph (4) of FIG. 4, the final etching selectivity is a result of summing the above-described graphs (1) to (3).
【００２９】このため、上述した本実施形態のシリコン
基板１のエッチング加工においては、凹凸パターン３ｂ
によってハードマスク３Ａの表面積を広げることで、ハ
ードマスク３Ａのエッチングによって供給されるＳｉの
量を増加させることが可能であるため、これによってエ
ッチング加工時におけるハードマスク３Ａの後退（膜減
り）を抑えることができる。For this reason, in the etching process of the silicon substrate 1 of the present embodiment, the concavo-convex pattern 3b
By increasing the surface area of the hard mask 3A, the amount of Si supplied by the etching of the hard mask 3A can be increased, thereby suppressing the retreat (film loss) of the hard mask 3A during etching. be able to.
【００３０】特に、シリコン基板１のエッチングによる
Ｓｉ供給（Ｓｉ含有反応生成物の供給）は、基板を構成
するＳｉとエッチングガス（主にＨＢｒ）との反応に起
因するのに対して、ハードマスク３Ａのエッチングによ
るＳｉ供給は、特にハードマスク３Ａに対してシリコン
基板１の選択性の高い条件においては、凸状角部へのス
パッタリングが主となるため、より多くの段差をマスク
材加工時に形成した方が選択比としては優位となる。In particular, the supply of Si by the etching of the silicon substrate 1 (the supply of a reaction product containing Si) is caused by the reaction between the silicon constituting the substrate and the etching gas (mainly HBr), while the hard mask is used. Since the supply of Si by etching of 3A mainly involves sputtering to the convex corners under conditions of high selectivity of the silicon substrate 1 with respect to the hard mask 3A, more steps are formed during the processing of the mask material. Doing so has a superior selection ratio.
【００３１】したがって、ハードマスク３Ａにおけるマ
スク開口率が小さくなり、シリコン基板１のエッチング
によるＳｉ含有反応生成物の供給が減少した場合であっ
ても、ハードマスク３ＡのエッチングによるＳｉ含有反
応生成物の供給を増加させることができるのである。こ
れにより、ハードマスク３Ａにおける凸部以外の部分
は、供給量が増加したＳｉ含有反応生成物の堆積によっ
てエッチングの進行が抑制される。したがって、マスク
開口率によらず、シリコン基板１に対するハードマスク
３Ａのエッチング速度を小さく保つことが可能になる。Therefore, even when the opening ratio of the mask in the hard mask 3A is reduced and the supply of the Si-containing reaction product by the etching of the silicon substrate 1 is reduced, the Si-containing reaction product of the etching of the hard mask 3A is reduced. The supply can be increased. This suppresses the progress of etching of the portion of the hard mask 3A other than the convex portion due to the deposition of the Si-containing reaction product whose supply amount has increased. Therefore, the etching rate of the hard mask 3A with respect to the silicon substrate 1 can be kept low irrespective of the mask aperture ratio.
【００３２】以上の結果、ハードマスク３Ａに対するシ
リコン基板１のエッチング選択性が向上するため、ハー
ドマスク３Ａ（マスク材層３）を薄膜化することが可能
になる。As a result, since the etching selectivity of the silicon substrate 1 with respect to the hard mask 3A is improved, the thickness of the hard mask 3A (mask material layer 3) can be reduced.
【００３３】これにより、ハードマスク３Ａの加工性が
向上し、開口パターンの寸法精度の良好かハードマスク
３Ａを得ることができる。またこれにより、ハードマス
ク３Ａを用いた基板エッチングにおける開口幅の寸法制
御性の向上を図ることができる。As a result, the workability of the hard mask 3A is improved, and it is possible to obtain the hard mask 3A with good dimensional accuracy of the opening pattern. Thereby, the dimensional controllability of the opening width in the substrate etching using the hard mask 3A can be improved.
【００３４】また、ハードマスク３Ａの薄膜化により、
マスク材層３の製膜コスト、さらにはマスク加工に必要
となるコストを低減できる。また、シリコン基板の加工
後に剥離するハードマスク３Ａの量を減らすことができ
るため、剥離処理時間を低減できる。以上のことから、
製造コストの削減を図ることが可能になる。Further, by making the hard mask 3A thinner,
The film forming cost of the mask material layer 3 and the cost required for the mask processing can be reduced. In addition, since the amount of the hard mask 3A that is peeled off after the processing of the silicon substrate can be reduced, the peeling time can be reduced. From the above,
Manufacturing costs can be reduced.
【００３５】以上に加えて、マスク開口率の小さいエッ
チング加工においては、基板エッチングよる反応生成物
の供給量を維持するために、ダミーパターンを設けてマ
スク開口率を増加させる方法も行われていたが、このよ
うなダミーパターンの形成を行う必要がなくなるため、
ダミーパターン形成のための面積を削減することも可能
になる。In addition to the above, in an etching process with a small mask aperture ratio, a method of increasing a mask aperture ratio by providing a dummy pattern has been also performed in order to maintain a supply amount of a reaction product by substrate etching. However, since it is not necessary to form such a dummy pattern,
It is also possible to reduce the area for forming the dummy pattern.
【００３６】尚、以上の実施形態においては、ハードマ
スク３Ａの形成において、開口パターン３ａを形成した
後に凹凸パターン３ｂを形成する手順を説明した。しか
し、ハードマスク３Ａの形成手順はこれに限定されるこ
とはなく、凹凸パターン３ｂを形成した後、開口パター
ン３ａを形成する手順であっても良い。ただし、実施の
加工パターンとなる開口パターン３ａの加工精度の向上
のためには、上述した実施形態のように、先ず、開口パ
ターン３ａを形成し、次いで凹凸パターン３ｂを形成す
る手順が好ましい。In the above embodiment, the procedure for forming the concave / convex pattern 3b after forming the opening pattern 3a in forming the hard mask 3A has been described. However, the procedure for forming the hard mask 3A is not limited to this, and may be a procedure for forming the opening pattern 3a after forming the concave / convex pattern 3b. However, in order to improve the processing accuracy of the opening pattern 3a to be a processing pattern, it is preferable to first form the opening pattern 3a and then form the concavo-convex pattern 3b as in the above-described embodiment.
【００３７】また、ハードマスク３Ａの形成方法として
は、上述したような２つのレジストパターンをマスクに
したエッチング加工を行う方法に限定されることなく、
例えば次のような方法で行うことが可能である。The method of forming the hard mask 3A is not limited to the method of performing the etching process using the two resist patterns as masks as described above.
For example, it can be performed by the following method.
【００３８】＜ハードマスクの形成方法の変形例−１＞
ハードマスク３Ａは、レジストパターンをマスクに用い
たマスク材層のエッチング加工ではなく、レーザを用い
た直接描画によって、マスク材層に対して開口パターン
３ａおよび凹凸パターン３ｂを形成することによって得
ることもできる。この場合、レーザの照射時間や出力を
調整することによって、凹凸パターン３ｂの深さを調整
することとする。<Modification Example 1 of Hard Mask Forming Method>
The hard mask 3A can also be obtained by forming the opening pattern 3a and the concavo-convex pattern 3b on the mask material layer by direct drawing using a laser, instead of etching the mask material layer using a resist pattern as a mask. it can. In this case, the depth of the concavo-convex pattern 3b is adjusted by adjusting the irradiation time and output of the laser.
【００３９】＜ハードマスクの形成方法の変形例−２＞
ハードマスク３Ａは、同一のレジストパターンをマスク
に用いた１回のエッチング加工によって得ることもでき
る。この場合、次のような手順でハードマスク３Ａの形
成を行う。<Modification 2 of Hard Mask Forming Method>
The hard mask 3A can also be obtained by a single etching process using the same resist pattern as a mask. In this case, the hard mask 3A is formed in the following procedure.
【００４０】先ず、図５（１）に示すように、シリコン
基板１上にマスク材層３を形成した後、このマスク材層
３上に開口パターン１０ａ、１０ｂを有するレジストパ
ターン１０を形成する。この際、トレンチを形成する部
分（エッチング部分）に対応する開口パターン１０ａに
対して、非エッチング領域１ａ上に形成される開口パタ
ーン１０ｂは、その開口面積が充分に広く形成されるこ
ととする。First, as shown in FIG. 5A, after forming a mask material layer 3 on a silicon substrate 1, a resist pattern 10 having opening patterns 10a and 10b is formed on the mask material layer 3. At this time, it is assumed that the opening area of the opening pattern 10b formed on the non-etched region 1a is sufficiently large with respect to the opening pattern 10a corresponding to the part (etching part) where the trench is formed.
【００４１】次に、図５（２）に示すように、開口径の
小さい部分でエッチングが進みやすくなる加工条件に
て、レジストパターン１０をマスクに用いてマスク材層
３のエッチングを行う。Next, as shown in FIG. 5 (2), the mask material layer 3 is etched using the resist pattern 10 as a mask under processing conditions that facilitate etching in a portion having a small opening diameter.
【００４２】このようなエッチング加工の一例として、
平行平板型プラズマエッチングを用いた場合の加工条件
の例を示す。
・エッチング雰囲気内ガス圧力：４．０［Ｐａ］
・上部電極の印可電力 ：２．０［ｋＷ］
・基板電極の印可電力 ：１．２［ｋＷ］
・エッチングガスおよび流量 ：ｃ−Ｃ4Ｆ8＝ １１［ｃｍ3／ｍｉｎ］
：Ａｒ ＝３００［ｃｍ3／ｍｉｎ］
：Ｏ2 ＝ ８［ｃｍ3／ｍｉｎ］As an example of such an etching process,
An example of processing conditions when using parallel plate type plasma etching will be described. · Etching atmosphere in gas pressure: 4.0 [Pa] of the-upper electrode applied power: 2.0 [kW] of-substrate electrode applied power: 1.2 [kW], the etching gas and flow rate: c-C 4 F 8 = 11 [cm 3 / min]: Ar = 300 [cm 3 / min]: O 2 = 8 [cm 3 / min]
【００４３】以上のエッチング加工により、より開口面
積の小さい開口パターン１０ａの下部においてマイクロ
ローディング効果によって優先的にマスク材層３のエッ
チングを進める。そして、これらの開口パターン１０ａ
の下にシリコン基板１に達する開口パターン３ａが形成
され、かつ非エッチング領域１ａの開口パターン１０ｂ
の下部にマスク材層３を残した状態でエッチング加工を
停止させる。By the above etching process, the etching of the mask material layer 3 is preferentially advanced by the microloading effect below the opening pattern 10a having a smaller opening area. Then, these opening patterns 10a
Pattern 3a reaching the silicon substrate 1 is formed below the opening pattern 10b, and the opening pattern 10b in the non-etched region 1a is formed.
The etching process is stopped while the mask material layer 3 is left under.
【００４４】これにより、シリコン基板１の上方に、シ
リコン基板１のエッチング部分に臨む開口パターン３ａ
と共に、シリコン基板１の非エッチング領域１ａ上にマ
スク材層３の膜厚ｔよりも浅い深さｔ１の凹凸パターン
３ｂを備えたハードマスク３Ａが形成される。Thus, the opening pattern 3a facing the etched portion of the silicon substrate 1 is formed above the silicon substrate 1.
At the same time, a hard mask 3A having an uneven pattern 3b having a depth t1 smaller than the thickness t of the mask material layer 3 is formed on the non-etched region 1a of the silicon substrate 1.
【００４５】以上のようにしてハードマスク３Ａを形成
することにより、ハードマスク３Ａ形成のためのリソグ
ラフィー、マスク材層３のエッチング加工、さらにはレ
ジストパターン１０の除去を１回で済ませることができ
る。したがって、上述した実施形態の表面パターニング
方法と比較して、製造工程数を削減することが可能にな
る。By forming the hard mask 3A as described above, lithography for forming the hard mask 3A, etching of the mask material layer 3, and removal of the resist pattern 10 can be completed only once. Therefore, compared with the surface patterning method of the above-described embodiment, the number of manufacturing steps can be reduced.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明したように本発明の表面パター
ニング方法によれば、非エッチング領域に凹凸パターン
を設けたマスクを用いて基板のエッチングを行うこと
で、マスクにける凹凸パターンの凸状角部のエッチング
による反応生成物をマスク上に堆積させながらエッチン
グを進め、マスクにおける凸部以外の部分のエッチング
の進行を抑制することが可能になる。このため、マスク
に対する基板のエッチング選択性を高く保つことが可能
になり、マスクの薄膜化を達成することができる。この
結果、マスクの加工精度の向上および製造コストの削減
を図ることが可能になる。As described above, according to the surface patterning method of the present invention, the substrate is etched by using a mask having an uneven pattern in the non-etched area, so that the convex angle of the uneven pattern in the mask is improved. The etching proceeds while depositing the reaction product by the etching of the portion on the mask, thereby making it possible to suppress the progress of the etching of the portion of the mask other than the convex portions. Therefore, the etching selectivity of the substrate with respect to the mask can be kept high, and the thickness of the mask can be reduced. As a result, it is possible to improve the processing accuracy of the mask and reduce the manufacturing cost.
【図１】本発明の実施形態を説明するための断面工程図
（その１）である。FIG. 1 is a sectional process view (part 1) for describing an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施形態を説明するための断面工程図
（その２）である。FIG. 2 is a sectional process view (part 2) for explaining the embodiment of the present invention;
【図３】本発明におけるハードマスクの構成を説明する
ための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a hard mask according to the present invention.
【図４】マスク開口率とＳｉ基板エッチング選択比との
関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a mask aperture ratio and a Si substrate etching selectivity.
【図５】本発明におけるハードマスクの形成に関する変
形例を説明するための断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a modified example related to the formation of a hard mask according to the present invention.
１…シリコン基板（基板）、１ａ…非エッチング領域、
３Ａ…ハードマスク（マスク）、３ａ…開口パターン、
３ｂ…凹凸パターン、ｔ…マスク材層（マスク）の膜
厚、ｔ１…凹凸パターンのパターン深さ1 ... silicon substrate (substrate), 1a ... non-etched area,
3A: Hard mask (mask), 3a: Opening pattern,
3b: uneven pattern, t: film thickness of mask material layer (mask), t1: pattern depth of uneven pattern
Claims (4)
工する表面パターニング方法であって、 前記マスクには、前記基板のエッチング部分に臨む開口
パターンと共に、当該マスクの膜厚よりも浅い深さの凹
凸パターンが設けられていることを特徴とする表面パタ
ーニング方法。1. A surface patterning method for etching a substrate surface using a mask, wherein the mask has an opening pattern facing an etched portion of the substrate and irregularities having a depth smaller than the thickness of the mask. A surface patterning method, wherein a pattern is provided.
おいて、 前記マスクは、前記基板を構成する材料を含有するマス
ク材で構成されていることを特徴とする表面パターニン
グ方法。2. The surface patterning method according to claim 1, wherein the mask is made of a mask material containing a material forming the substrate.
おいて、 前記基板のエッチングによって生じる反応生成物を前記
マスク上に堆積させながら前記エッチング加工を行うこ
とを特徴とする表面パターニング方法。3. The surface patterning method according to claim 2, wherein the etching is performed while depositing a reaction product generated by etching the substrate on the mask.
おいて、 前記基板は、シリコンからなり、 前記マスクは、酸化シリコン系材料または窒化シリコン
系材料からなることを特徴とする表面パターニング方
法。4. The surface patterning method according to claim 2, wherein the substrate is made of silicon, and the mask is made of a silicon oxide-based material or a silicon nitride-based material.
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| JP2002155053A JP4026414B2 (en) | 2002-05-29 | 2002-05-29 | Surface patterning method |
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|---|---|---|---|---|
| JP2013048140A (en) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Dainippon Printing Co Ltd | Patterning structure and micropatterning method |
| JP2021028968A (en) * | 2019-08-13 | 2021-02-25 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate and substrate processing method |
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2002
- 2002-05-29 JP JP2002155053A patent/JP4026414B2/en not_active Expired - Fee Related
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