JP3053410B2 - 基板の酸化物のエッチング方法及び基板のクリーニング方法 - Google Patents
基板の酸化物のエッチング方法及び基板のクリーニング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基板に形成された酸化絶縁膜にサブミクロ
ン以下の微細加工パターンをエッチングするのに好適な
方法及び基板をクリーニングするのに好適な方法に関す
る。
ン以下の微細加工パターンをエッチングするのに好適な
方法及び基板をクリーニングするのに好適な方法に関す
る。
［従来の技術及びその問題点］ 超LSI製造プロセスでは、SiO2やAl2O3などの絶縁膜を
微細加工することにより、プロセスのスループットを向
上するようにしている。
微細加工することにより、プロセスのスループットを向
上するようにしている。
従来の加工技術では、SiO2などの酸化絶縁膜に対し、
フッ酸（HF）によるウエットエッチング、CF4＋H2によ
るプラズマエッチング、NF3ガスにH2を混入させてHFの
働きでSiを引抜く方法、CCl2F2、CCl3F、CBr2F2、CBrF3
などのフロンガスをマイクロ波又は光によって分解し、
それによって生成したCF2やCF3ラジカルによってエッチ
ングする方法などがある。
フッ酸（HF）によるウエットエッチング、CF4＋H2によ
るプラズマエッチング、NF3ガスにH2を混入させてHFの
働きでSiを引抜く方法、CCl2F2、CCl3F、CBr2F2、CBrF3
などのフロンガスをマイクロ波又は光によって分解し、
それによって生成したCF2やCF3ラジカルによってエッチ
ングする方法などがある。
しかし、フッ酸（HF）によるウエットエッチングで
は、エッチング液の表面張力により細部まで液が浸透し
にくい。このため、この方法では、ICの集積度を向上し
たサブミクロン以下の微細回路パターンをエッチングす
ることが難しい問題がある。
は、エッチング液の表面張力により細部まで液が浸透し
にくい。このため、この方法では、ICの集積度を向上し
たサブミクロン以下の微細回路パターンをエッチングす
ることが難しい問題がある。
また、プラズマエッチングでは、半導体基板表面を加
速電子で叩くため、基板にダメージが発生し、欠陥発生
の確率が大きくなる問題がある。
速電子で叩くため、基板にダメージが発生し、欠陥発生
の確率が大きくなる問題がある。
CF2やCF3ラジカルによってエッチングする方法は、上
述のように、CCl2F2、CCl3F、CBr2F2、CBrF3などのフロ
ンガスを原料として使用するため、環境破壊の問題があ
る。
述のように、CCl2F2、CCl3F、CBr2F2、CBrF3などのフロ
ンガスを原料として使用するため、環境破壊の問題があ
る。
NF3ガスの熱分解によるエッチングでは、NF3ガスをCO
2レーザーやヒーター等で1000℃以上に加熱し、F2とN2
に分解させるが、高温のため半導体基板に悪影響を与え
る。
2レーザーやヒーター等で1000℃以上に加熱し、F2とN2
に分解させるが、高温のため半導体基板に悪影響を与え
る。
マイクロ波によってNF3を分解して、これによりエッ
チングする方法は、マイクロ波励起によってNF3をF2とN
2に分解し、また、混入させた水素により、HFを形成さ
せる。この方法では、微量の酸素が混入しても、反応が
進行して、中間生成物のNFOから最終生成物のNO2が容易
に形成されてしまう。この結果良好なエッチングがおこ
ないがたい。
チングする方法は、マイクロ波励起によってNF3をF2とN
2に分解し、また、混入させた水素により、HFを形成さ
せる。この方法では、微量の酸素が混入しても、反応が
進行して、中間生成物のNFOから最終生成物のNO2が容易
に形成されてしまう。この結果良好なエッチングがおこ
ないがたい。
また、真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング蒸
着、イオンビーム蒸着などの手段により、基板に金属薄
膜や誘電体薄膜を付ける場合、基板表面に吸着している
酸素分子が問題になる。
着、イオンビーム蒸着などの手段により、基板に金属薄
膜や誘電体薄膜を付ける場合、基板表面に吸着している
酸素分子が問題になる。
［発明が解決しようとする技術的課題］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、水素を添加することなく高速でSiO2な
どの酸化絶縁膜をエッチングし、しかも基板への悪影響
のない酸化物のエッチング方法を提供するものである。
とするところは、水素を添加することなく高速でSiO2な
どの酸化絶縁膜をエッチングし、しかも基板への悪影響
のない酸化物のエッチング方法を提供するものである。
また本発明は、基板表面に吸着している酸素分子を良
好に除去して、基板表面を効果的にクリーニングできる
方法を提供するものである。
好に除去して、基板表面を効果的にクリーニングできる
方法を提供するものである。
［課題を解決する手段］ すなわち本発明の酸化物のエッチング方法は、 １ 酸化膜を形成した基板を、酸素ガスまたは酸素化合
物のガスの形態で0.1容量％以内の酸素又は酸素化合物
の混入したNF3ガス雰囲気中に配置する工程と、 このNF3ガス雰囲気中に200nm以下のレーザー光を照射
してNFOガスを形成し、このNFOガスにより基板の酸化膜
をエッチングする工程とを具備した基板の酸化物のエッ
チング方法である。
物のガスの形態で0.1容量％以内の酸素又は酸素化合物
の混入したNF3ガス雰囲気中に配置する工程と、 このNF3ガス雰囲気中に200nm以下のレーザー光を照射
してNFOガスを形成し、このNFOガスにより基板の酸化膜
をエッチングする工程とを具備した基板の酸化物のエッ
チング方法である。
本発明のクリーニング方法は、 ２ 酸素ガスを吸着している基板をNF3ガス雰囲気中に
入れ、このガス雰囲気中に200nm以下のレーザー光を照
射してNFOを生成する過程で基板に吸着されている酸素
ガスを離脱させる基板のクリーニング方法である。
入れ、このガス雰囲気中に200nm以下のレーザー光を照
射してNFOを生成する過程で基板に吸着されている酸素
ガスを離脱させる基板のクリーニング方法である。
以下、本発明を詳細に説明する。まず表面にSiO2、Al
2O3、TiO2などの酸化絶縁膜を形成した基板（シリコン
ウエハ等）を用意する。そしてこの基板を微量の酸素
（O2）又は酸素化合物を混入したNF3ガス雰囲気中に配
置する。ガス雰囲気に混入する酸素化合物としては、N
O、N2O、NO2が挙げられる。この状態で、ArFエキシマレ
ーザーなど発信波長200nm以下のレーザーを照射する。N
F3ガスは、第１図の符号ａに示すように、200nm以下の
光に吸収を呈する。また、NO,N2O，O2等も、同様に、20
0nm以下の光を吸収して分解する。一般にNF3は、熱、マ
イクロ波、又は光によって分解し、N2とF2とに遊離する
が、NO,N2O，NO2、O2等の存在下で、ArFレーザー光を入
射すると、第１図の符号ｂに示すように、反応中間体で
あるNFOが形成される。ArFエキシマレーザーは、光子エ
ネルギーがガス分子を構成する結合エネルギーに近く
（発信波長193nm）、またレーザーのパルス幅が10ナノ
秒と極く短い。このため、光反応が連鎖的に起こること
がなく、反応中間物（NFO）を生成されるのに都合がよ
い。このNFOは、酸素を引抜く力が大きく、酸化絶縁膜
上の酸素を引抜いて、高速で酸化絶縁膜をエッチングす
る。
2O3、TiO2などの酸化絶縁膜を形成した基板（シリコン
ウエハ等）を用意する。そしてこの基板を微量の酸素
（O2）又は酸素化合物を混入したNF3ガス雰囲気中に配
置する。ガス雰囲気に混入する酸素化合物としては、N
O、N2O、NO2が挙げられる。この状態で、ArFエキシマレ
ーザーなど発信波長200nm以下のレーザーを照射する。N
F3ガスは、第１図の符号ａに示すように、200nm以下の
光に吸収を呈する。また、NO,N2O，O2等も、同様に、20
0nm以下の光を吸収して分解する。一般にNF3は、熱、マ
イクロ波、又は光によって分解し、N2とF2とに遊離する
が、NO,N2O，NO2、O2等の存在下で、ArFレーザー光を入
射すると、第１図の符号ｂに示すように、反応中間体で
あるNFOが形成される。ArFエキシマレーザーは、光子エ
ネルギーがガス分子を構成する結合エネルギーに近く
（発信波長193nm）、またレーザーのパルス幅が10ナノ
秒と極く短い。このため、光反応が連鎖的に起こること
がなく、反応中間物（NFO）を生成されるのに都合がよ
い。このNFOは、酸素を引抜く力が大きく、酸化絶縁膜
上の酸素を引抜いて、高速で酸化絶縁膜をエッチングす
る。
酸素、酸素化合物を微量とする理由は、酸素又は酸素
化合物の量が多すぎると、形成されたNFOが酸素又は酸
素化合物と結合して、NO2を形成してしまい（第１図の
符号ｃ参照）、この結果、SiO2から酸素を引抜くことが
できなくなるためである。従って、本発明の目的を達成
するために、酸素又は酸素化合物の混入量は、通常0.1
％以内が好ましく、特に0.001〜0.05％程度が好適であ
る。
化合物の量が多すぎると、形成されたNFOが酸素又は酸
素化合物と結合して、NO2を形成してしまい（第１図の
符号ｃ参照）、この結果、SiO2から酸素を引抜くことが
できなくなるためである。従って、本発明の目的を達成
するために、酸素又は酸素化合物の混入量は、通常0.1
％以内が好ましく、特に0.001〜0.05％程度が好適であ
る。
なお、中間生成物のNFOを酸化絶縁膜にさらすと、NO2
が生成され、NFOが消滅し、ガスの色が褐色になってい
く。しかし、再度ArFレーザー光を照射すると、NO2が減
少し、褐色も消える。そしてNFOが再び作られる。すな
わち、ガス雰囲気の初期に微量な酸素、酸素化合物と多
量のNF3が存在していれば、初期のレーザー照射によっ
てNFOを作り、これによってSiO2をエッチングしNO2が形
成される。レーザー光の照射を停止すれば、NFOの形成
が止るため、存在するNFOによってのみSiO2のエッチン
グが進み、次第にNFOがなくなり、SiO2のエッチングが
止るが、再度この系にArFレーザー光を照射すれば、形
成されているNO2を分解し、NF3と反応して、NFOを作
る。この結果、再びSiO2のエッチングが出来る（第２図
参照）。
が生成され、NFOが消滅し、ガスの色が褐色になってい
く。しかし、再度ArFレーザー光を照射すると、NO2が減
少し、褐色も消える。そしてNFOが再び作られる。すな
わち、ガス雰囲気の初期に微量な酸素、酸素化合物と多
量のNF3が存在していれば、初期のレーザー照射によっ
てNFOを作り、これによってSiO2をエッチングしNO2が形
成される。レーザー光の照射を停止すれば、NFOの形成
が止るため、存在するNFOによってのみSiO2のエッチン
グが進み、次第にNFOがなくなり、SiO2のエッチングが
止るが、再度この系にArFレーザー光を照射すれば、形
成されているNO2を分解し、NF3と反応して、NFOを作
る。この結果、再びSiO2のエッチングが出来る（第２図
参照）。
従来NF3を使ってSiO2をエッチングするには、水素は
不可欠であるといわれていたが、本発明によれば、水素
を用いないでもSiO2がエッチングされる。
不可欠であるといわれていたが、本発明によれば、水素
を用いないでもSiO2がエッチングされる。
［実施例］ 以下本発明の実験例および実施例を説明する。
実験例１ （１）O2ガスを0.1容量％混入させたNF3ガスをチャンバ
ー内に入れてArFレーザー光を入射させた場合、（２）N
2Oガスを0.1容量％混入させたNF3ガスをチャンバー内に
入れてArFレーザー光を入射させた場合、又は（３）NO
ガスを0.1容量％混入させたNF3ガスガスをチャンバー内
に入れてArFレーザー光を入射させた場合について、そ
れぞれ紫外線吸収特性を測定した。その結果を第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。
ー内に入れてArFレーザー光を入射させた場合、（２）N
2Oガスを0.1容量％混入させたNF3ガスをチャンバー内に
入れてArFレーザー光を入射させた場合、又は（３）NO
ガスを0.1容量％混入させたNF3ガスガスをチャンバー内
に入れてArFレーザー光を入射させた場合について、そ
れぞれ紫外線吸収特性を測定した。その結果を第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示す。
実験例２ （１）〜（３）について（ArFレーザーを10PPSで照射
しつづけた場合）、それぞれ、SiO2を入れた時と入れな
い時とで、NO2発生量を比較した。NO2の発生量の比較結
果を第４図に、エッチレートを第５図に示す。ここで
は、効果的にSiO2をエッチングするために、アルゴン、
ヘリウム、又は高純度のN2ガスでチャンバー内を大気圧
に保ち、外部から大気中の空気が入り込まないようにし
ておく。
しつづけた場合）、それぞれ、SiO2を入れた時と入れな
い時とで、NO2発生量を比較した。NO2の発生量の比較結
果を第４図に、エッチレートを第５図に示す。ここで
は、効果的にSiO2をエッチングするために、アルゴン、
ヘリウム、又は高純度のN2ガスでチャンバー内を大気圧
に保ち、外部から大気中の空気が入り込まないようにし
ておく。
実施例１ SiO2表面に弗素系レジストを塗布し、露光後、ウエッ
ト現像し、これを（１），（２），（３）のガス雰囲気
中でArFレーザー光を試料に対して水平方向から入射
し、露光されたSiO2面のみをエッチングした。
ト現像し、これを（１），（２），（３）のガス雰囲気
中でArFレーザー光を試料に対して水平方向から入射
し、露光されたSiO2面のみをエッチングした。
実施例２ 第６図のブロック図に示す工程に基づき、第７図の装
置を用いて、リソグラフィーのオールドライ化し、
（１），（２），（３）のガス雰囲気中でArFレーザー
光を試料に対して水平方向から入射し、露光されたSiO2
面のみをエッチングした。すなわち、熱酸化シリコンウ
エハー表面にPMMAレジストをスピンコーティングし、こ
れをNF3ガスの満たされたセルの中に入れ、ArFレーザー
によって回路パターンを縮小投影する。これによってレ
ジストの露光部分のみ低分子量化する。それと同時に、
その界面近傍のNF3が光分解されドライ現象をおこなわ
せる。さらに、このレーザー露光を続けるか、または水
平方向からのレーザー光を入射すると、NFOが形成さ
れ、下地のSiO2と光によって活性化されたNFOとが反応
して脱酸素反応がおき、熱酸化SiO2のエッチングが完了
する。以上のように、露光工程のみでレジストの現像及
び基板のエッチングも完了するためプロセス時間が大い
に短縮される。この方法でエッチングされた酸化絶縁膜
のエッチング状況を第８図の走査型顕微鏡写真に示す。
置を用いて、リソグラフィーのオールドライ化し、
（１），（２），（３）のガス雰囲気中でArFレーザー
光を試料に対して水平方向から入射し、露光されたSiO2
面のみをエッチングした。すなわち、熱酸化シリコンウ
エハー表面にPMMAレジストをスピンコーティングし、こ
れをNF3ガスの満たされたセルの中に入れ、ArFレーザー
によって回路パターンを縮小投影する。これによってレ
ジストの露光部分のみ低分子量化する。それと同時に、
その界面近傍のNF3が光分解されドライ現象をおこなわ
せる。さらに、このレーザー露光を続けるか、または水
平方向からのレーザー光を入射すると、NFOが形成さ
れ、下地のSiO2と光によって活性化されたNFOとが反応
して脱酸素反応がおき、熱酸化SiO2のエッチングが完了
する。以上のように、露光工程のみでレジストの現像及
び基板のエッチングも完了するためプロセス時間が大い
に短縮される。この方法でエッチングされた酸化絶縁膜
のエッチング状況を第８図の走査型顕微鏡写真に示す。
なお、SiO2のエッチングに関しては、NFOの形成後、A
rFレーザーの照射を止めても、NFOによるＯの引抜反応
があるため、エッチングは進行する。
rFレーザーの照射を止めても、NFOによるＯの引抜反応
があるため、エッチングは進行する。
実施例３ 上記第７図に示した装置を用いて、NF3ガス中でSi表
面をレジストレスエッチングを行ない、その後Si表面の
下面のSiO2面が露出すると、微量の酸素又は酸素化合物
を混入させ、ArFレーザー光を照射し、NFOを作り、これ
により下面のSiO2をエッチングした。このSiのみのエッ
チレートを第５図に示す。
面をレジストレスエッチングを行ない、その後Si表面の
下面のSiO2面が露出すると、微量の酸素又は酸素化合物
を混入させ、ArFレーザー光を照射し、NFOを作り、これ
により下面のSiO2をエッチングした。このSiのみのエッ
チレートを第５図に示す。
実施例４ Si基板上の自然酸化絶縁膜のクリーニング:Si基板のC
VDを行なう前に、基板に対して（１），（２），（３）
のガス雰囲気中でArFレーザー光を照射した。この結
果、NFOにより基板をクリーニングがなされ、基板上の
自然酸化絶縁膜のクリーニングがなされ、以下のエッチ
ング工程後において、得られたSiのパターンCVDのコン
トラストが向上した。
VDを行なう前に、基板に対して（１），（２），（３）
のガス雰囲気中でArFレーザー光を照射した。この結
果、NFOにより基板をクリーニングがなされ、基板上の
自然酸化絶縁膜のクリーニングがなされ、以下のエッチ
ング工程後において、得られたSiのパターンCVDのコン
トラストが向上した。
実施例５ また、本発明のクリーニング方法は、蒸着される基板
をチャンバー内に配置し、このチャンバー内にNF3ガス
を入れ、このガス雰囲気中で基板の直接ArFレーザー光
を照射すると、脱酸素作用が起こり、基板がクリーニン
グされる。そしてこの処理を行った後、蒸着を行うと、
膜の付着力が強くなり、従来法では85〜90％内外のAl蒸
着膜の反射率であったのが、この処理を施すことにより
98％に向上した。
をチャンバー内に配置し、このチャンバー内にNF3ガス
を入れ、このガス雰囲気中で基板の直接ArFレーザー光
を照射すると、脱酸素作用が起こり、基板がクリーニン
グされる。そしてこの処理を行った後、蒸着を行うと、
膜の付着力が強くなり、従来法では85〜90％内外のAl蒸
着膜の反射率であったのが、この処理を施すことにより
98％に向上した。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、NFOの強力な
酸素引抜力を利用することにより、基板に損傷を与える
ことなく、酸化絶縁膜にサブミクロン以下の微細加工パ
ターンを高速でエッチングするすることができる。
酸素引抜力を利用することにより、基板に損傷を与える
ことなく、酸化絶縁膜にサブミクロン以下の微細加工パ
ターンを高速でエッチングするすることができる。
第１図は、紫外線測定及び可視光線測定をして、本発明
のエッチングガス雰囲気中に形成された中間生成物の分
析結果を示す図である。 第２図は、紫外線測定及び可視光線測定をして、ArFレ
ーザーの照射により、NO2が光分解され、NOとNFOが形成
され、更に照射によりNFOのみとなることを示す図であ
る。 第３図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の各エッチングガスの
紫外線吸収特性を示す図である。 第４図は、SiO2を入れた時とSiO2を入れない時とのNO2
発生量の比較結果を示す図である。 第５図は、SiとSiO2のエッチレートを示す図である。 第６図は、本発明方法の一例（リソグラフィーのオール
ドライ化）を示すブロック図である。 第７図は、第６図の本発明方法をおこなう装置の概略説
明図である。 第８図は、本発明方法でエッチングされた絶縁酸化膜の
粒子の構造を示す走査型顕微鏡写真である。
のエッチングガス雰囲気中に形成された中間生成物の分
析結果を示す図である。 第２図は、紫外線測定及び可視光線測定をして、ArFレ
ーザーの照射により、NO2が光分解され、NOとNFOが形成
され、更に照射によりNFOのみとなることを示す図であ
る。 第３図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の各エッチングガスの
紫外線吸収特性を示す図である。 第４図は、SiO2を入れた時とSiO2を入れない時とのNO2
発生量の比較結果を示す図である。 第５図は、SiとSiO2のエッチレートを示す図である。 第６図は、本発明方法の一例（リソグラフィーのオール
ドライ化）を示すブロック図である。 第７図は、第６図の本発明方法をおこなう装置の概略説
明図である。 第８図は、本発明方法でエッチングされた絶縁酸化膜の
粒子の構造を示す走査型顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/302 H01L 21/304 341
Claims (2)
- 【請求項１】酸化膜を形成した基板を、酸素ガスまたは
酸素化合物のガスの形態で0.1容量％以内の酸素又は酸
素化合物の混入したNF3ガス雰囲気中に配置する工程
と、 このNF3ガス雰囲気中に200nm以下のレーザー光を照射し
てNFOガスを形成し、このNFOガスにより基板の酸化膜を
エッチングする工程とを具備した基板の酸化物のエッチ
ング方法。 - 【請求項２】酸素ガスを吸着している基板をNF3ガス雰
囲気中に入れ、このガス雰囲気中に200nm以下のレーザ
ー光を照射してNFOを生成する過程で基板に吸着されて
いる酸素ガスを離脱させる基板のクリーニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2130378A JP3053410B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 基板の酸化物のエッチング方法及び基板のクリーニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2130378A JP3053410B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 基板の酸化物のエッチング方法及び基板のクリーニング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426116A JPH0426116A (ja) | 1992-01-29 |
| JP3053410B2 true JP3053410B2 (ja) | 2000-06-19 |
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ID=15032914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2130378A Expired - Fee Related JP3053410B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 基板の酸化物のエッチング方法及び基板のクリーニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3053410B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030143846A1 (en) * | 2000-09-25 | 2003-07-31 | Akira Sekiya | Gas compositions for cleaning the interiors of reactors as well as for etching films of silicon- containing compounds |
| JP2003144905A (ja) * | 2001-11-16 | 2003-05-20 | Central Glass Co Ltd | ガスクリーニング方法 |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP2130378A patent/JP3053410B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0426116A (ja) | 1992-01-29 |
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