JPH02244625A

JPH02244625A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH02244625A
Application number: JP6408689A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-09-28
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JP2932488B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】し産業上の利用分野］本発明は、ドライエツチング方法に関し、更に詳しくは
、下地層上に形成された有機層（レジスト層）を選択的
にエツチングするドライエツチング方法に係るものであ
る。

［発明の概要］本発明は、下地層−１−に形成された有機層を選択的に
エツチングするドライエツチング方法において、エツチングガスに塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用
いることにより、有機膜の異方性加工を高速化すると共に、エツチング条
件である圧力、流量等の条件の範囲を拡げることが可能
となる。

［従来の技術］近年、半導体装置におけるパターンの微細化に伴ない、
単層レジストでは微細化への対応が困難となり、多層レ
ジスト技術が普及している。この多層レジスト技術は、
一般に段差を有する下地の１−に、下地平坦化層として
のフォトレジスト層を形成し、このフォトレジスト層上
に、もう１層又は２層乃至更に多くの層を形成してバタ
ーニングを行い、これをマスクに下地平坦化層であるレ
ジストを現像しようというものである。この下地平坦化
層であるレジスト現像手段として、バターニングされた
」二層の膜をマスクに下地をドライエツチングしでいる
。

この方法としては、例えば第７図へに示すように段差１
ａを有する下地層Ｉ（基板、配線など）に平坦化層２を
形成し、更にその−１−にフォトレノストにより有機膜
３を形成し、次いで、第７図Ｈに示すように、上層の有
機膜３をバターニングし、次いで、第７図Ｃに示すよう
に、この有機膜３をマスクにして平坦化層２をドライエ
ツチングするものである（このような２層レジスト法に
ついては［電子材料−１１９８６年４月号第４７頁及び
第４８頁に記載されている）。

また、第８図Ａ〜第８図Ｅは、３層レジスト法を示して
いる。この方法は、基板などの下地層４上に平坦化膜と
しての機能も有するフォトレジストからなる五層有機膜
５を形成しく第８図Ａ）、この上にＣＶＤによるＳｉＯ
！や、スピンコーティング等によるＳＯＧなどの中間層
６を形成し、更に通常のレジストから成る」二層７を形
成しく第８図Ｂ）、核上Ｈ７を通例の手法により露光・
現像して第８図Ｃの如くし、該上層７をマスクとしてＲ
ＩＥ等で中間層６をバターニングして第８図りのように
し、次いで酸素ガス等をエツチングガスとするＩ’ｌ　
Ｉ　Ｉ’ｌでフォトレノストから成るト“地ｆｊ゛機膜
５をバターニングする（第８図１’＞　’）技術ごある
（　ｒｓｅｍｉｅｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄｌ　（
ブレスジャー１−ル社）１．９８７年１１月号第１０１
頁〜第１０５頁参照）。

そのほか多層レジスト技術として、所謂ＰＣＭ法などが
ある。

」１記のような技術においては、エツチングマスクとな
るべきフォトレジストとしてはドライエツチング耐性の
よい物質を用いることが好ましいわけであるが、一般に
従来より提案されＣいる２層レジスト技術では、このマ
スク用レノストとしζ、例えばＳｉ含有レノストと呼ば
れるレジスト材料が用いられる。通常、このレノストを
酸素ガス等で反応性イオンエツチングして、所望のパタ
ーンを得る。この原理は、−Ｉ−層のＳｉ含白゛Ｌノジ
ストを０、プラズマにより酸化（ＳｉＯ，化）すること
によるものと考°えられている。

上述したように通常、多層レジストの下層エツチングプ
ロセスでは、３層レジストの中間層であるＳｉｎ、や、
２層レジストのＳＮ含有レジストをマスクに、０．ガス
でのエツチングを行う。この場合、充分な異方性の確保
には、低圧、高Ｖｄｃ条件が必須となる。下地レジスト
層の加工は、用いる酸素Ｏ７について、酸素ラジカル０
１とレジスト等の有機膜の反応性の問題から、エツチン
グを低い圧力、高いイオンエネルギー下で行わざるを得
ないからである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このような低圧、高Ｖａｅ条件下では、
通常エツチングに寄与するラジカル種の濃度が低下する
ため、充分なエツチング速度が得られない。しかし一方
、エツチング速度向上のためにラジカル濃度を高くする
ような条件、即ち高圧、低Ｖｄｅである条件を用いると
、かかる条件下では異方性形状が得られず、アンダーカ
ットが生じてしまうという問題がある。

従って異方性形状を確保しながら、しかもエツチング速
度を高められるドライエツチング方法が切望きれている
。

本発明は、上記従来技術の問題点に着１］シて創案され
たものであり、エツチング形状を異方性形状に保ちなが
ら、特にアンダーカットの無い異方性形状に保ちながら
、しかもエツチング速度を充分高速にできるドライエツ
チング方法を得んとするものである。

［課題を解決するための手段］そこで、本発明は、下地層にに形成された有機層を選択
的にエツチングするドライエツチング方法において、エ
ツチングガスに塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用い
ることを構成と４゛る。

本発明におけるエツチングガスは、酸素ガス（Ｏｌ）を
塩素系ガスに対して１〜９９流量％の割合で添加してな
る。

本発明において、エツチングされるのは下地層」−に形
成された有機膜である。

ここで、下地層とは、エツチングされるレジスト等の有
機膜が形成されるべき下地であれば任意であり、その種
類や材料には限定されず、例えば配線層１層間絶縁膜、
半導体層、マスク材料等であってもよい。

また、本発明において、選択的にエツチングされるべき
有機膜としては、適宜任意のものを用いることができる
が、例えば、フォトレジストパターンを形成するための
フォトレジスト、即ち露光・現像によってバターニング
可能な物質を被エツチング物として用いることができる
。

１−作用］本発明においては、エツチングガスとして塩素系ガスと
酸素ガスの混合ガスを用いることにより、塩素系ガスと
レジストである有機層との反応生成物ＣＣｆｆｘの堆積
を酸素ガス（０，）で除去しながらエツチングが進行す
るという反応メカニズムとなる。このため、通常は酸素
ラジカル（０”）によりアンダーカットを生ずるような
圧力領域においても、ＣＣＱ　ｘ系の側壁保護模による
異方性加工が可能となり、低圧下でのイオンのみによる
物理的な反応でのエツチングに比べて、はるかに高速で
のレジスト（有機層）の異方性加］二が達成される。

［実施例］以下、本発明に係るドライエツチング方法の詳細を図面
に示す実施例に基づいて説明する。

（第１実施例）第１図〜第３図は、本発明を３層レジスト法に適用した
実施例を示している。

図中、１０は下地層としてのシリコン基板であり、この
ソリコン基板１Ｏ１−に有機層である１“層レジストＩ
Ｉが形成されている。

次に、下層レジスト１１の」−にスピンコーティングに
よりＳ　ＯＧ　（ｓｐｉｎ　−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）を塗
布して中間層１２を形成し、更に通常のレジストから成
る上層レジスト１３を形成し、通常の露光・現像を行な
い該上層レジスト１３をマスクとしてＲＩ　Ｅ　（反応
性イオンエツチング）等により中間ｋＡ１２をパターニ
ングする（第１図）。

次に、下層レジスト１１を下記の条件でドライエツチン
グする。

ニーＪチングガスの流量比は、塩素ガス（Ｃｆ２り：酸
素ガスー２　：　（２０９ＣＣＭ）：３　（３０Ｓ　Ｃ
ＣＭ　）で、圧力を１０ｒｎＴｏ　ｒ　ｒ、Ｖｄ　ｃを
３００■とした。

第２図は、その結果得られたエツチング形状を示す断面
図であり、アンダーカットの無い完全な異方性を示した
。

また、本実施例において、圧力、Ｖｄｃ、エツチングガ
ス総流ｆｆ１（５ｏ　　ＳＣＣＭ）を同一とし、その流
量比を塩素ガス：酸素ガス−１：４にして、エツチング
を行なうと、第３図に示すように、はぼアンダーカット
の無い異方性となる。

圧力、Ｖｄｃ及びエツチングガス総量を同一で、エツチ
ングガスを酸素（Ｏ４）ガスのみにすると、第４図に示
すように、アンダーカットが生じ、異方性のエツチング
形状が得られなかった（比較例１）。

また、本実施例におけるエッヂレートは、約９３００人
／分であり、高速なエツチングが達成された。これに対
し、Ｊ−記比較例Ｉのように酸素ガスのみを用いた場合
、アンダーカットの無い異方性形状のエツチングを達成
しようとすると、ガス流量を上記実施例の１／ｌＯ程度
にし、圧力をＩＯ”’Ｔｏｒｒ台とする必要があり、そ
の時のエッヂレートは約６００〜８００人／分となり、
Ｌ記実施例の１１Ｓ程度しかなく皆しく遅いエツチング
となる。

ところで、本実施例における反応プロセスとしては、エ
ツチングに伴ない、塩素ガスのＣＱがレジストと反応し
て、反応生成物ＣＣＣｘが下層レジスト１．１の側壁を
保護し、アンダーカットの無い異方性エツチング形状を
達成している。

なお、異方性加工達成の為のエツチング条件は適宜変更
可能であり上記条件に限定されるものではない。

例えば、エツチングガスとしては、酸素ガスと塩素系ガ
スの組合せであればよく、塩素系ガスは塩素（ＣＲ，）
ガスに限定されるものではない。

なお、本発明において、選択的にエツチングされるべき
有機膜としては、適宜任意のものを用いることができる
が、例えば、フォトレジストパターンを形成するだめの
フォトレジスト、即ち露光・現像によってバターニング
可能な物質を被エッヂング物として用いることができる
。

例えば、２にづレノスト法に本発明を適用する場合には
、Ｓｉ含有レジストを好ましく用いることができる。好
ましく使用できるこのようなレジスト材料として、例え
ば特公昭６１−　＋　８８５３９号公報に記載のＳｉ含
有レジストを挙げることができる。

また一般式（＋）及び一般式（２）（両式中、Ｒ詠Ｒｇは低級アルキレン基、Ｒ３、Ｒ４、
Ｔ１４、Ｒ＋ｏ、Ｒ＋＋及びＲ１，はＩ−１、ＯＨＳ　
ＣＨ，またはＣＨ２０）（、Ｒ２−Ｒ６は低級アルキレ
ン基、Ｒ，。

はＣＨ２０ＣＨ！、Ａはフェノール、１〜３の置換基を
有するフェノール誘導体またはＯＨＲＩｓ　ｌ１ｌ（Ｒ１４は低級アルキレン基、Ｒ３１、ＲＩＱ及びＲｔ
ｔは低級アルキレン基を表す）を表し、Ｘは０より大き
くかっＩ以下の数、ＹはＯまたはｌ−Ｘを表ず）で示さ
れる単位の少なくとも一方を有する重合体からなるレジ
スト材料を挙げることができる。

このようなレジスト材料はフェノール誘導体から構成で
きるが、かかるフェノール誘導体としては、例えば、ｏ
−１ｍ１及びｐ−クレゾール、キンレノール、レゾルシ
ノール等が挙げられる。また、１一記各式において、Ｘ
とＹとの比率は任へであるが、有機アルカリ水溶液への
現像性を考慮するとＹは０．７以下か好ましい。

例えば下記式（３）で示される単量体を反応させて得ら
れる、下記式（４）で示される重合体から成るレジスト
を好ましく用いることができる。

ＣＩ。

Ｃ１，ｌ。

式（４）で示されるレジスト材料としては、噴分散ボリ
スヂレンを標準とするゲルバーミエーションクロマト法
による分子量が、Ｍｗ＝５．２００、　Ｍｎ＝１．、　
ｔ　００、Ｍ　ｗ　／　Ｍ　ｎ　＝　４　、７５である
材料、あるいは同じ＜Ｍｗ＝２８，３００、Ｍ　ｎ　＝
　２　、２００、Ｍｗ／Ｍｎ＝１２．９である材料を好
ましく使用できる。また、上記式（３）で示されるｌ１
ｌ量体を原料として得られる、Ｆ記載（５）で示される
共重合重合体から成るレジスト材料も、好ましく用いる
ことができる。

（以下余白）ｉ５が形成され、Ｓ　ｉ　Ｏを膜１５により段差が形Ｍ
ｗ＝５，０００Ｍｎ、＝２０００Ｍ　ｗ　＝　Ｍ　ｎ−２、５（第２実施例）次に、本発明の第２実施例を、第５図へ及びＨに基づい
て説明する。

本実施例は、段差を有する配線層上に３層レジストを設
けた例である。

先ず、シリコン基板１０−１−に、５ｉｏｔ膜１４゜成
されており、この上にアルミニウムで成る配線層１６（
下地層）が形成されている。そして、第５図へに示すよ
うに、配線層１Ｇ−Ｅにモリブデン（ＭＯ）でなる緩衝
層１７を形成した後、１−記第１実施例と同様なバター
ニングされた３層しジストＪＭ造を形成する（下層レジ
スト＋１．中間層１２、−上層レシスト１３）。

そして、エツチングガスとしてＣｃ２ガス：Ｏ。

ガス−２：３の流ｔ１比（総流量５０ＳＣＣＭ）で、圧
力１０ｍＴｏｒｒ、Ｖｄｃ−３００Ｖの条件でドライエ
ブヂングを行なうと、第５図Ｂに示すような形状となる
。

本実施例においては、緩衝層１７のモリブデンがエツチ
ングによりエツチングガスと反応してオキシ塩化物Ｍｏ
ｘＯｙＣＱ、の形でずみやかに除去される。このため、
エツチングされる側壁に再付着物が生じることがない。

また、アルミニウムで成る配線層１６での塩素系ガスに
よるオーバーエッヂでは、配線層１６がエツチングされ
てもアンダーカットを生じてしまう。しかし、Ｍｏを緩
衝層１７として配したことにより、オーバーエッチ時に
エツチングされるのは緩衝層Ｉ７のみとなり、配線層１
６に影響は与えない。なお、残った緩衝層１７は、配線
層１６のベターユング後、フッ素ラジカルＦ”ｆこよっ
て除去すればよい。

なお、第６図Ａ及びＢは、この実施例において、緩衝層
１７が無い場合を示す比較例である。

この比較例においては、第６図Ｂに示すように、エツチ
ングにより側壁（浅い側）に付着物（ＡＱ。

ｏ、）１８が付着し、塩素ガスを加えてもこの付着物１
８の生成を防止することはできない。

また、通常の３層プロセスでオーバーエッチ時のＡ　Ｑ
　ｔ　Ｏ３化を防ぐには、オーバーエッチ時のエツチン
グガスを塩素系ガスのみとすることが必要となるが、こ
れだと、エツチングが２工程化され煩雑となる。

上記第２実施例においては、緩衝層１７としてモリブデ
ンを採用したが、これに限定されるものではなく、反応
生成物としてオキソ塩化物を生じる材料であれば適宜変
更可能である。

この実施例においては、多層レジストバターニング工程
でのオーバーエッチ時の下地アルミ配線の再付着を防止
出来、オーバーエッヂ時の下地アルミ層（配線層）のア
ンダーカットを防止できる。

なお、この第２実施例で用いられるレジスト材料等は、
第１実施例と同様である。

「発明の効果」以」二の説明から明らかなように、本発明に係るドライ
エツチング方法にあっては、従来イオンによる物理的な
反応主体でしか達成されなかったレジストの異方性加工
が、側壁保護膜利用のプロセスで達成可能となり、また
、広いエツチング条件下での高速化を図れる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明に係るドライエツチング方法の
第１実施例を示す断面図、第４図は比較例を示す断面図
、第５図Ａ及び第５図１３は第２実施例を示ケ断面図、
第６図Ａ及び第６図Ｂは比較例を示す断面図、第７図Ａ
〜第７図Ｃは２層レジスト法を説明する断面図、第８図
Ａ〜第８図Ｅは３層レジスト法を説明する断面図である
。ｌＯ・・・ンリコン基板、１１・・・下層レジスト、１
２・・・中間層、１３　・［二層レジスト、１６・・配
線層、１７・・緩衝層３゜比較イ列を示１断面巳第６図△ 第６図Ｂ第２９！、洸例の畔面図第５図Ａ（第２＊馳例）第５図Ｂ ↓ ↓ よ第８図Ａ（３層し２７１−埴）第８図Ｂ（３層し／′：／λＬ汰）第８図Ｃ２層しジｚ１法の工Ｊ！を示す断１石図第７図Ａ（２層しジスト〕人）第７図Ｂ（２層しジＺト広）第７図Ｃ（３層しジスト決）（３Ｎｌ／ジＸト沃）第８図Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下地層上に形成された有機層を選択的にエッチン
グするドライエッチング方法において、エッチングガス
に塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いることを特徴
とするドライエッチング方法。