JPH03133128A - ディジタル・エッチング方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は、ディジタル・エッチング方法に関するもの
である。さらに詳しくは、この発明は、表面損傷を抑え
て超微細加工を可能とする新規プロセスとしてのディジ
タル・エッチング方法に関するものである。

（従来の技術とその課題） 近年の超ＬＳＩの進展はめざましく、それとともに半導
体・電子デバイス加工プロセスは超高精度の次元へと急
速に発展してきている。

しかしながら、このようなデバイスプロセスの［［］化
は、一方では、トレンチや多層配線などの高アスペクト
比（深さ７幅）構造の形成と、そこへの絶縁物や金属の
埋め込み、その際の低損傷プロセス、記憶容量用超薄膜
や高品質層間絶縁薄膜の形成などにますます困難な課題
を強いている。

たとえば堆積プロセスでは熱やプラズマ反応による混合
ガスの分解によって生じた気相種はステップカバレージ
を劣化させ、深いトレンチ内にボイドを発生させ、完全
な埋め込みを困難とし、また、化学結合が完成する間も
なく絶えず表面に降り積り、膜質を劣化させるという問
題がある。

エツチングプロセスについても困難な問題が生じている
。アスペクト比の増大とともに、現在、方向の揃ったイ
オンを得るため、プラズマ発生の低圧化、そして大口径
ウニへの一枚処理のためのイオン化率の向上の両方を達
成することが可能なものとしてマグネトロンやバイアス
ＥＣＲなどの反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）が広く
採用されはじめているが、従来のＲＩＥも含めて、微細
加工はイオンの運動量移送で達成されているため、損傷
低減のためにイオンエネルギーを低下させると化学反応
性が優勢になり、＠相性が劣化するという問題が避けら
れない。

ナノメータ加工が必要とされる電子デバイスでは、この
損傷のために動作しないことがすでに報告されてもいる
。

このような問題を克服するための手段として、光励起も
検討されてきているが、回折や反射のなめに微細化が離
しく、いまだ技術としては実現されていないのが実情で
ある。つまり、＠純化と低エネルギー化はトレードオフ
の関係になっているのが現状である。

このため、堆積やエツチングプロセスを表面反応として
徹底化し、人為的に一原子・分子層づつディジタル的に
操作することのできるプロセスを完成することが必要と
されているが、単原子・分子層の反応をいかに制御して
低損傷・超高精度加工デバイスとするかの方法は依然と
して確立されていない状況にある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、従来のデバイスプロセス、さらに詳しくは、従来の
エツチングプロセスの欠点を克服し、基板表面の損傷を
抑え、超ＬＳＩの進展に対応することのできる超高精度
な微細加工を可能とする新しいエツチング方法を提供す
ることを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、以上の課題を解決するものとして、エツチ
ング種を被処理表面に・吸着させた後に、エネルギービ
ーム照射によりエツチング種と被処理表面との反応によ
る単分子反応層を形成し、さらに、この反応生成種を脱
離させることを特徴とするディジタル・エッチング方法
を提供する。イオン、中性原子または分子ビーム等のエ
ネルギービームを使用する。

また、この発明は、エツチング種の吸着、単分子反応層
の形成および脱離の工程を各々別のステージで行うこと
からなるディジタル・エッチング方法を好ましい態様と
して提供する。

（作　用） この発明においては、エツチング種の吸着、単分子反応
層の形成、および生成した反応生成物の脱離を各々段階
的に行い、かつ、単分子反応層の形成、脱離のプロセス
において放電等によるエネルギービーム照射等によって
高度に制御された操作とすることを特徴としているため
、過剰なエネルギーのイオン衝撃等による損傷を抑止す
ることが可能となる。

添付した図面の第１図は、この発明の作用機構の概要を
示したものである。この第１図に示したように、吸着、
反応、脱離の各工程に必要なエネルギーの最小限の使用
によって、下層には一切の損傷を誘起せずに、単分子反
応層（ａ＞を−層毎に除去する。この単分子反応層（ａ
＞形成のための反応工程および脱離の工程においてエネ
ルギービーム照射する。

イオン照射等のエネルギービーム照射は、被処理表面と
エツチング種との関係から、すなわち、エツチング種と
表面との反応および反応生成種の脱離エネルギーの！＆
適化に対応させて、エネルギーを設定する。この時、ビ
ーム照射面と照射の少ない側壁との反応差を最小化する
ため、被処理基板の低温化を図ることができる。

エツチング種については、これまでに知られているハロ
ゲン、ハロゲン化合物などの適宜なものを用い、イオン
照射等には放電等によって発生させたものなどを使用す
ればよい。

このようにして、第１図に示したように、低損温性の原
子・分子層レベルでの超微細工′ツチングが可能となる
。

以下、この発明の実施例を示し、さらに詳しくこの発明
のディジタル・エッチング方法について説明する。

（実施例） 実施例Ｉ ８１基板のエツチングにおいて、弗素原子をエツチング
種とした場合のＡｒイオン照射の作用について評価する
。

まず、ＣＦ、＋４％０□の混合ガスのマイクロ波放電に
よって生じた弗素原子をダウンストリームに輸送し、Ｓ
ｉ基板と反応させ、５ｐＯＵｔａｎｅＯＵＳなエツチン
グが起こらない温度まで基板の温度を低下させる。

次に、弗素原子を８１に吸着したままの状態で、Ａｒの
ＥＣＲ放電によって生じたＡｒ＋イオンを浮遊電位にあ
る基板上の８１に短時間照射する。

この時のＡｒ“イオンの加速エネルギーは、１０−ブ測
定によるとおよそ７００ｖであった。

そしてこの−反応サイクルを繰り返す。

添付した図面の第２図は、この−反応サイクル当りの８
１のエツチング量を示したものである。

これはサイクル数によってエツチング種を割ったもので
ある。

Ａｒ圧力は１×１０−Ｔｏｒｒとした。プラズマ電位（
Ｖｐ）−浮遊電位（Ｖｆ）ははじめ３５ｅＶとしたがエ
ツチングが観察されなかったため、７０ｅＶに上昇させ
た。

Ａｒ＋イオンを３０分照射してもスパッタエツチングは
一切認められなかった。

この第２図の結果に示したように、Ａｒ＋イオン照射時
間の増加とともに８１エツチング量は増加するが、１０
秒より鈍りはじめ、それ以降は１．５　Ａ／反応サイク
ルで飽和し、すなわちプラトー領域に入る。Ｓ　ｉ　（
１００）の単原子層は１．３６Ａであることから、はぼ
単原子層エツチングに成功したことになる。

実施例２ 図面の第３図は、ディジタル・エッチング装置の一例を
示したものである。吸着、反応、そして脱離の工程を空
間的に別々のステージとして構成している。

平板状の真空容器内に回転可能な円盤を装入し、その一
部に電気的に浮遊な試料台を設け、回転軸を通して液体
窒素を供給し、これを−１５０’Ｃまで冷却可能として
いる。また、ヒーターによって温度を変更できるように
もしている。

平板容器の上部には、ロード・ロック式試料導入室、エ
ツチング種吸着室、反応室、脱離室の４室を設け、試料
はこれら各室に一定時間滞在しながら、各室を順次回っ
て行き、回転しながらこの過程を繰り返すようにしてい
る。

励起方法としては種々のものが可能であるが、この例に
おいては、次のようにしている。

く吸着室〉 反応性ガスのマイクロ波放電によるエツチング種の生成
によって、ダウンストリームでこのエツチング種を輸送
し、冷却した基板上に吸着させる。

く反応室〉 ＡｒＦなどのマイクロ波放電により、基板との吸着状態
より反応状態とする。

く脱離室〉 たとえばＥＣＲ放電で生じたＡｒイオンの衝撃で基板と
の反応生成物を脱離させる。

（発明の効果） この発明はもちろん以上の例によって限定されるもので
はない、被処理基板、エツチング種、エネルギービーム
■射の方法、温度、圧力条件等について様々なｎ様が可
能である。

これらの任意のＢ様においても、この発明により以上詳
しく説明した通り、損傷を抑え、単原子・分子層レベル
での超微細高精度エツチングが実現される。

超ＬＳＩ、超々ＬＳＩ技術の基板技術として、この発明
のディジタル・エッチング方法は、半導体・電子産業の
発展に太き（貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の作用機構を示した概念図であ
る。第２図は、この発明方法の実施例としてＡｒ照射時
間とエツチング量との関係を示した相関図である。 第３図は、この発明の実施例として反応装置例を示した
一部切欠斜視図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エッチング種を被処理表面に吸着させた後に、エ
   ネルギービーム照射によりエッチング種と被処理表面と
   の反応による単分子反応層を形成し、さらに、この反応
   生成種を脱離させることを特徴とするディジタル・エッ
   チング方法。
2. （２）イオン、中性原子または分子ビームを照射する請
   求項（１）記載のディジタル・エッチング方法。
3. （３）温度制御した被処理基板に非エッチング雰囲気下
   にエッチング種を吸着させる請求項（１）記載のディジ
   タル・エッチング方法。
4. （４）吸着、反応および脱離を空間的に別々のステージ
   で行う請求項（１）記載のディジタル・エッチング方法
   。