JPH0336723A - 半導体装置の製造方法及び電子サイクロトロン共鳴エッチング装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び電子サイクロトロン共鳴エッチング装置

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JPH0336723A
JPH0336723A JP1172524A JP17252489A JPH0336723A JP H0336723 A JPH0336723 A JP H0336723A JP 1172524 A JP1172524 A JP 1172524A JP 17252489 A JP17252489 A JP 17252489A JP H0336723 A JPH0336723 A JP H0336723A
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gas
plasma generation
plasma
etching
generation chamber
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Satoshi Mihara
智 三原
Takuyuki Motoyama
本山　琢之
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】 〔概要〕 電子サイクロトロン共鳴エツチング装置（以下、ＥＣＲ
エツチング装置と云う、）を使用してなすエツチング方
法及びエツチング装置の改良に関し、ＥＣＲエツチング
装置を使用し、多層レジスト層を構成する下層レジスト
層等を短時間で形状精度良くエツチングすることを可能
にし、しかも、マイクロ波導入窓に反応生成物が付着す
ることのないエツチング方法とプラズマ発生室に付着し
た反応生成物が剥離してゴミ発生の原因となることのな
いように改良されたＥＣＲエツチング装置を提供するこ
とを目的とし、 上記の目的を達成するエツチング方法は、プラズマ発生
室と反応室とが接続され、それぞれ別個のガス供給口が
設けられてなる電子サイクロトロン共鳴エツチング装置
を使用してエツチングする工程を有する半導体装置の製
造方法において、前記のプラズマ発生室に設けられたガ
ス供給口からは、プラズマを発生させるに使用されるガ
スのみを供給し、前記の反応室に設けられたガス供給口
からは、エツチング中に保護膜の堆積を発生させるに使
用されるガスを供給するように構成する。
上記の目的を達成するＥＣＲエツチング装置は、マイク
ロ波導入窓とガス導入口とを有し、電磁コイルが巻装さ
れているプラズマ発生室と、このプラズマ発生室に連通
し、このプラズマ発生室から流入するプラズマ流に対向
してサセプタを有する反応室とを有する電子サイクロト
ロン共鳴エツチング装置において、前記のガス導入口は
、前記のプラズマ発生室の前記のプラズマ流に平行する
側壁に設けられるように構成される。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ＥＣＲエツチング装置を使用してなすエツチ
ング方法及びエツチング装置の改良に関する。特に、ノ
ボラック系レジストとのエツチング選択比が小さいアル
ミニウムやアルミニウムと銅との合金等をエツチングす
るときに使用するレジストマスクを高い寸法精度をもっ
て形成するエツチング方法に関する。
〔従来の技術］ ノボラック系レジストとの選択比が小さいアルミニウム
層、特に選択比が２〜３という小さな値を有するアルミ
ニウムと銅との合金層のエツチングに使用するマスクの
形成には３層しジスト方式が使用されている。その理由
は、選択比が小さい場合に単層レジスト方式を使用する
と、レジスト層を厚く形威しなければならないため、フ
ォトマスクを使用して露光・現像してレジストのマスク
を形成する時の解像度が悪くなるからである。３層しジ
スト方式を使用するエツチング用マスクの形成方法につ
いて以下に説明する。
第２図参照 例えば、基板２１上の絶縁物層２２上に形成されたアル
ミニウムＮ２３上に東京応化製のノボラック系レジスト
０ＦＰＲ−８００を２μ厚程度に塗布して下層レジスト
層２４を形威し、その上に東京応化製のシリコン系レジ
ストＯＣＤ　−Ｔｙｐｅ　７を３００ｎｍ厚程度に塗布
して中間レジスト層２５を形威し、その上に東京応化製
レジスト０ＦＰＲ−８００をｌｎ厚程度に塗布して上層
レジスト層２６を形成する。
第３図参照 フォトマスクを使用して露光・現像し、薄く形成された
上層レジスト層２６に高解像度をもって開口２７を形成
する。
第４図参照 開口２７が形成された上層レジスト層２６をマスクとし
てＣＦ４とＣＨＦ、との混合ガスを使用してなす反応性
イオンエツチング法を使用して中間レジスト層２５をエ
ツチングし、中間レジスト層２５に開口２８を形成する
。
第５図参照 後記のＥＣＲエツチング装置を使用し、開口２８が形成
された中間レジスト層２５をマスクとして下層レジスト
層２４をエツチングし、開口２９を形成する。この時、
上層レジスト層２６はエツチング除去される。この結果
、上層レジスト層２６に高解像度をもって形成された開
口２７が、厚い下層レジスト層２４に転写されて開口２
９が形成され、この間口２９が形成された厚い下層レジ
スト層２４をマスクとしてアルえニウム層２３を精度よ
くエツチングすることができる。
第１ａ図参照 第１ａ図は、ＥＣＲエツチング装置の構成図である０図
において、１はガス導入口４を有するプラズマ発生室で
あり、２はガス導入口８を有する反応室である。エツチ
ングにはプラズマ発生室１に設けられたガス導入口４の
みが使用されガス導入口８は閉鎖される０反応室２に設
けられたサセプタ９上に第４図に示す状態の基板２１を
載置し、高周波電源１４を使用して基板２１に２００Ｋ
Ｈｚの高周波電力を印加し、ガス導入口４から酸素と５
ｉｃｘ、との混合ガスを供給する。供給された混合ガス
はマイクロ波導入窓６から導入されるマイクロ波とｔｍ
コイル７の発生する磁界とによる電子サイクロトロン共
鳴効果によってプラズマ化されて基板２１に入射され、
基板２１上に形成されている下層レジスト層２４をエツ
チングした後、ポンプに接続された排気口１３より排気
される。
〔発明が解決しようとする課題〕
古くは、ＥＣＲエツチング装置のプラズマ発生室１に酸
素のみを供給してエツチングをなしていたが、サイドエ
ッチがなされて、形成されたパターンの形状精度が悪く
なってしまい、形状精度を良くしようとすれば、エツチ
ング速度を低くしなければならないという欠点があった
。そこで速いエツチング速度をもって、形状精度の高い
パターンを形成するために、酸素にＢＣ１、、５ｉＣｆ
ｆｉ、等を添加してエツチングする方法が試みられた。
酸素プラズマによってエツチングされた側壁にこれらの
添加ガスによる保護膜が堆積されることによってサイド
エッチが防止され、エツチングされたパターンの形状精
度が向上したが、酸素とＢＣｊ！ｓ　、Ｓ　ｉ　Ｃ１ａ
等の添加ガスとの混合ガスに対するシリコン系の中間レ
ジスト層２５とノボラック系の下層レジスト層２４との
エツチング選択比が小さくなってしまい、中間レジスト
層２５が下層レジスト層２４をエツチングするマスクと
して十分機能しなくなり、下層レジスト層２４に形成さ
れるパターンの形状精度が悪くなるという問題が新たに
発生した。また、酸素とＳ　ｉ　Ｃ１ａ等の添加ガスと
が反応して生成された酸化物質がマイクロ波導入窓６に
付着してエツチングが不安定になるという問題も発生し
た。
また、ＥＣＲエツチング装置のプラズマ発生室１のマイ
クロ波導入窓６が装着されている面の周縁部には、プラ
ズマ発生室に導入されるガスに起因する生成物が付着し
やすいので、このマイクロ波導入窓６が装着されている
面にガス導入口４が設けられていると、これらの付着物
がガスの吹き出しによって剥離し、ゴミの発生原因とな
った。
本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
二つの独立した目的を有する。
第１の目的は、ＥＣＲエツチング装置を使用し、多層レ
ジスト層を構成する下層レジスト層等を短時間で形状精
度良くエツチングすることを可能にし、しかも、マイク
ロ波導入窓に反応生成物が付着することのないエツチン
グ方法を提供することにある。
第２の目的は、プラズマ発生室に付着した反応生成物が
剥離してゴξ発生の原因となることのないように改良さ
れたＥＣＲエツチング装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記二つの目的のうち、第１の目的は、プラズマ発生室
（１）と反応室（２）とが接続され、それぞれ別個のガ
ス供給口（４）（８）が設けられてなる電子サイクロト
ロン共鳴エツチング装置を使用してエツチングする工程
を有する半導体装置の製造方法において、前記のプラズ
マ発生室Ｎ）に設けられたガス供給口（４）からは、プ
ラズマを発生させるに使用されるガスのみを供給し、前
記の反応室（２）に設けられたガス供給口（８）からは
、エツチング中に保護膜の堆積を発生させるに使用され
るガスを供給する半導体装置の製造方法によって遠戚さ
れる。
なお、前記のプラズマを発生させるに使用されるガスは
、アルゴン、酸素、窒素、ヘリウム、キセノン、クリプ
トン、塩素、フッ素、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、臭
素、臭化水素、二酸化窒素、一酸化窒素の群から選択さ
れたガスであることが好適であり、また、前記のエツチ
ングされる物質は、アルミニウム、アルミニウム合金、
レジスト、高分子化合物、シリコン、シリコンと高融点
金属との＆ＩＩＪｉ！物、高融点金属、シリコンと高融
点金属との組成物と高融点金属との積層体の群から選択
された物質であることが好適である。さらに、前記のエ
ツチングされる物質は、レジスト、高分子化合物の群か
ら選択された物質であり、前記のプラズマを発生させる
に使用されるガスは、酸素、酸素と二酸化炭素との混合
ガスの群から選択されたガスであり、前記の堆積を発生
させるに使用されるガスは、二酸化炭素、塩素、三塩化
ホウ素、四塩化シリコン、四塩化シリコン、四臭化シリ
コン、四塩化チタン、臭化水素、臭素、二酸化硫黄、二
塩化二硫黄、二塩化硫黄の群から選択されたガスである
ことが好適である。なお、前記の堆積を発生させるに使
用されるガスに水を添加することによって、さらに良好
な効果が得られる。
上記二つの目的のうち、第２の目的は、マイクロ波導入
窓（６）とガス導入口（４）とを有し、電磁コイル（７
）が巻装されてなるプラズマ発生室（１）と、このプラ
ズマ発生室（１）に連通し、このプラズマ発生室（１）
から流入するプラズマ流に対向してサセプタ（９）を有
する反応室（２）とを有する電子サイクロトロン共鳴エ
ツチング装置において、前記のガス導入口（４）は、前
記のプラズマ発生室（１）の前記のプラズマ流に平行す
る側壁に設けられている電子サイクロトロン共鳴エツチ
ング装置によって遠戚される。
（作用） 本発明に係るエツチング方法においては、プラズマを発
生させるガスのみをプラズマ発生室１に導入し、サイド
エッチ防止膜を堆積させるガスを反応室２に導入するこ
とによって、サイドエッチ防止膜を堆積させるガス量が
少なくてすむようになり、その結果、中間レジスト層２
５と下層レジスト層２４とのエツチング選択比が大きく
なり、中間レジスト層２５が下層レジスト層２４をエツ
チングするマスクとして十分機能して下層レジストＦ１
２４に形状精度の高いパターンを形成することが可能に
なった。なお、反応室２に導入するガスに水を添加する
と、堆積性が向上し、サイドエッチの防止効果がさらに
高くなる。また、導入されるガスをイオン化する解離効
率はプラズマ発生室ｌより反応室２の方が低いので、サ
イドエッチ防止膜を堆積するガスを解離効率の低い反応
室２に導入することによって、堆積を発生し易くなり、
少ない量の堆積性のガスを導入すれば良いので反応生成
物がマイクロ波導入窓６に付着することが防止される。
また、本発明に係るエツチング装置においては、プラズ
マ発生室１のプラズマ流に平行する側壁は、プラズマ流
によって常時清浄化され、反応生成物が付着しにくいの
で、ガス導入口４を反応生成物が付着しにくい、プラズ
マ流に平行する側壁に設けることによって、ガスの吹き
出しによる付着物の剥離がなくなり、ゴ旦の発生が防止
される。
〔実施例〕 以下、図面を参照しつ＼、本発明の一実施例に係る三層
レジスト層のエツチング方法及びＥＣＲエツチング装置
について説明する。
１、三層レジスト層のエツチング方法 筒２因再参照 基板２１上に形成された二酸化シリコン層２２上に形成
されたアルミニウム層２３上に、東京応化製レジスト０
ＦＰＲ−８００を’ｌｐｍ厚に塗布して下層レジスト層
２４を形成し、東京応化型レジスト○ＣＤ　−Ｔｙｐｅ
　７を３００ｎｍ厚に塗布して中間レジスト１２５を形
成し、東京応化型レジス［）ＦＰＲ−８００を１ｎ厚に
塗布して上層レジスト層２６を形成する。
第３図再参照 フォトマスクを使用して露光・現像して上層レジスト層
２６に開口２７を形成する。
第４囲み参照 ＣＦ　４とＣＨＦ、との混合ガスを使用してなす反応性
イオンエツチング法を使用して、開口２７が形成された
上層レジスト層２６をマスクとして中間レジスト層２５
に開口２８を形成する。
第１ａ図、第５図再参照 第４図に示す基板２１を第１ａ図に示すＥＣＲエツチン
グ装置のサセプタ９上にｉｉ！２置し、高周波電源１４
の発生する２００ＫＨｚ、６０Ｗの高周波電力を基板２
１に印加し、プラズマ発生室１のガス導入口４から酸素
を９　ｃ　ｃ　／ｓｉｎをもって導入し、反応室２のガ
ス導入口８からＢＣｊ２ｆｆをｌｃｃ／ｗｉｎをもって
導入し、装置内圧を１．５Ｘ１０−３Ｔｏｒｒに保持し
、マイクロ波導入窓６から導入されるＩＫＷのマイクロ
波と電磁石７０発生する磁界とによる電子サイクロトロ
ン共鳴効果によって発生したプラズマを利用してエツチ
ングをなし、下層レジスト層２４に開口２９を形成する
。この時、上層レジスト［１２６はエツチング除去され
る。
ガス導入口４から酸素とＢＣｌ２．とを導入する従来技
術においては、中間レジスト層２５と下層レジスト層２
４との選択比が１０〜２０程度であったものが、本発明
においては４０程度と大きくなり、中間レジスト層２５
が下層レジストＪ１２４をエツチングするマスクとして
十分機能し、かつ、サイドエッチが防止されて下層レジ
ストＪｉ２４に形状精度の高い開口２９が形成された。
また、マイクロ波導入窓６には反応生成物が付着しなか
った。
なお、プラズマ発生室ｌのガス導入口４から酸素を導入
し、反応室２のガス導入口８から５ｉＣ１ａ　、５ｉＦ
ａ　、５ｉＢｒａ　、ＴｉＣ１ａ、ＨＢ　ｒ、　Ｂ　ｒ
宜、ＳＯｇ　、　Ｓｔ　Ｃ１ｔ　、　５Ｃｆｆｉｘ、ｃ
ｏ、　、ＣＬの群から選択された１種のガスを導入して
も同様に良好な結果が得られた。また、プラズマ発生室
１にＣＯｗまたは○、とＣＯｌとの混合ガスを導入し、
反応室２にＳｉＣ／！４、ＳｉＦ、、５ｉＢｒａ、Ｔｉ
Ｃｊ！ａ、ＨＢｒ。
Ｂ　ｒ＊　、Ｓｏｗ　、Ｓｔ　Ｃ１ｘ　、ＳＣｊ！ｚ　
、Ｃ１ｚの群から選択された１種のガスを導入した場合
にも同様に良好な結果が得られた。
２．２ＣＲエツチング装置 員土斑 第１ｂ図参照 第１ｂ図は、ＥＣＲエツチング装置の構成図である。図
において、ｌはプラズマ発生室であり、２はプラズマ発
生室に連通した反応室であり、３はガス導入管であり、
４はガス導入口であり、５はマイクロ波導波管であり、
６はマイクロ波導入窓であり、７はマイクロ波との共鳴
効果によってガスをプラズマ化する磁界を発生する電磁
石であり、２１はエツチングされる基板であり、９は基
板２１をａ置するサセプタであり、１０は冷却管であり
、１３はポンプ（図示せず）に接続された排気口である
。ガス導入口４はプラズマ発生室１のプラズマ流に平行
する側壁に設けられている。
孫夛ｌ煙 第１ｃ図参照 ガス導入口４は従来通りプラズマ発生室１のマイクロ波
導入窓、６が装着されている面の周縁部に設けられ、プ
ラズマ発生室１の内側に、側壁部に開口１２を有する内
壁カバー１１を装入することによって、プラズマ流に平
行する側壁からガスを導入するようにしたものであり、
その他の構成は第１例と同一である。
〔発明の効果〕
以上説明せるとおり、本発明に係る半導体装置の製造方
法においては、プラズマ発生室にはプラズマを発生させ
るのに使用されるガスのみを導入し、反応室には堆積を
発生させるのに使用されるガスを導入することによって
、堆積を発生させるのに使用されるガス量が少なくてす
むようになって、中間レジスト層と下層レジスト層との
エツチング選択比が大きくなり、従来下層レジスト層に
形成されるパターンに発生した０、２ｎ程度の寸法誤差
が発生しなくなり、かつ、マイクロ波導入窓に反応生成
物が付着しなくなった。また、本発明に係るエツチング
装置においては、プラズマ発生室へのガス導入口がプラ
ズマ発生室のプラズマ流に平行する側壁に設けられるこ
とによって、プラズマ発生室内壁に付着した反応生成物
がガス流によって剥離することがなくなり、ゴミが発生
しなくなった。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図は、本発明に係るＥＣＲエツチングに使用され
るＥＣＲエツチング装置の構成図である。 第１ｂ図、第１ｃ図は、本発明に係るＥＣＲエツチング
装置の構成図である。 第２図〜第５図は、三層レジスト方式によるレジストマ
スクの形成工程図である。 プラズマ発生室、 反応室、 ガス導入管、 ガス導入口、 マイクロ波導波管、 マイクロ波導入窓、 電磁石、 ガス導入口、 ９　・　・ １０・　・ １１・　・ １２・　・ １３・　・ ２１・　・ ２２・　・ ２３・　・ ２４・　・ ２５・　・ ２６・　・ ・サセプタ、 ・冷却管、 ・内壁カバー ・開口、 ・排気口、 ・基板、 ・絶縁物層、 ・アルミニウム層、 ・下層レジスト層、 ・中間レジスト層、 ・上層レジスト層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ［１］プラズマ発生室（１）と反応室（２）とが接続さ
    れ、それぞれ別個のガス供給口（４）（８）が設けられ
    てなる電子サイクロトロン共鳴エッチング装置を使用し
    てエッチングする工程を有する半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記プラズマ発生室（１）に設けられたガス供給口（４
    ）からは、プラズマを発生させるに使用されるガスのみ
    を供給し、 前記反応室（２）に設けられたガス供給口（８）からは
    、エッチング中に保護膜の堆積を発生させるに使用され
    るガスを供給する ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ［２］前記プラズマを発生させるに使用されるガスは、
    アルゴン、酸素、窒素、ヘリウム、キセノン、クリプト
    ン、塩素、フッ素、三フッ化窒素、六フッ化硫黄、臭素
    、臭化水素、二酸化窒素、一酸化窒素の群から選択され
    たガスであることを特徴とする請求項１記載の半導体装
    置の製造方法。 ［３］前記エッチングされる物質は、アルミニウム、ア
    ルミニウム合金、レジスト、高分子化合物、シリコン、
    シリコンと高融点金属との組成物、高融点金属、シリコ
    ンと高融点金属との組成物と高融点金属との積層体の群
    から選択された物質であることを特徴とする請求項１、
    または、２記載の半導体装置の製造方法。 ［４］前記エッチングされる物質は、レジスト、高分子
    化合物の群から選択された物質であり、前記プラズマを
    発生させるに使用されるガスは、酸素、酸素と二酸化炭
    素との混合ガスの群から選択されたガスであり、前記堆
    積を発生させるに使用されるガスは、二酸化炭素、塩素
    、三塩化ホウ素、四塩化シリコン、四フッ化シリコン、
    四臭化シリコン、四塩化チタン、臭化水素、臭素、二酸
    化硫黄、二塩化二硫黄、二塩化硫黄の群から選択された
    ガスであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置
    の製造方法。 ［５］前記堆積を発生させるに使用されるガスに水を添
    加することを特徴とする請求項１、２、３、または、４
    記載の半導体装置の製造方法。 ［６］マイクロ波導入窓（６）とガス導入口（４）とを
    有し、電磁コイル（７）が巻装されてなるプラズマ発生
    室（１）と、 該プラズマ発生室（１）に連通し、該プラズマ発生室（
    １）から流入するプラズマ流に対向してサセプタ（９）
    を有する反応室（２）とを有する電子サイクロトロン共
    鳴エッチング装置において、前記ガス導入口（４）は、
    前記プラズマ発生室（１）の前記プラズマ流に平行する
    側壁に設けられてなる ことを特徴とする電子サイクロトロン共鳴エッチング装
    置。
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