JPH04133325A

JPH04133325A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH04133325A
Application number: JP25488590A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Takahashi; 茂樹高橋; Yasuhiro Shiraki; 靖寛白木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1992-05-07
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: JP3183883B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、シリコンの酸化膜や窒化膜等を選択的にエツ
チングして所望のパターンを形成するパターン形成方法
に関する。

（従来の技術）半導体素子のパターン形成において、リングラフィ技術
は欠くべからざる技術であり、簡単で制御性の良いりソ
グラフィが必要とされている。半導体素子の高集積化、
高機能化を考えた場合、通常のＵＶ光を用いたりソグラ
フィよりも微細なバターニングが可能な電子ビーム、イ
オンビーム等を用いる方法が有効である。例えば、（Ａ
、旧１ｇｒａａ　ｅｔ　ａｌ、；　Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ
、Ｔｅｃｈｎｏｌ。

Ｂ３　（１９８５）８７９）では、ＦＩＢ（フォーカス
イオンビーム）を用いた微細パターニングの例が述べら
れている。この例について、以下に簡単に説明する。

まず、第３図（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上にＨＰ
Ｒフォトレジスト２を厚さ２μｍ程度スピンコードし、
続いて同図（ｂ）に示すように、フォトレジスト２に２
２０℃、３０分のベーキングを施す。次いで、第３図（
ｅ）に示すように、フォトレジスト２上にＳＯＧ溶液を
スピンコードし、続いて同図（ｄ）に示すように、２０
０℃でキュアを行い、厚さ約１２５ｎｓのＳＯＧ膜３を
形成する。

次いで、第３図（ｅ）に示すように、ＦＩＢ装置を用い
て加速電圧１ｅｋｖ　、　　ビーム径０．４μｍのＧａ
イオン４をＳＯＧ膜３に注入する。その後、第３図（ｆ
）に示すように、ＣＦ　Ｈ３／　０２ガスを用いたＲＩ
ＥによりＳＯＧ膜３の全面にドライエ・ンチングを行う
。これにより、Ｆ系プラズマイオン５の働きにより、Ｇ
ａイオンを注入した領域はエツチングされずに残り、マ
スクパターンが形成される。

最後に、第３図（ｇ＞に示すように、０□ガスを用いた
ＲＩＥによりフォトレジスト２のエツチングを行うと、
フォトレジスト２及びＳＯＧ膜３からなる２層レジスト
マスクが完成する。

そして、この２層レジストを用いて下地基板１の選択エ
ツチングが行われることになる。

この方法により、半導体基板上にレジストマスクの形成
は可能であるが、ＳＯＧ膜や有機フォトレジスト膜はス
ピンコード及びベーキングといった真空中では使用が難
しいプロセスによって形成されているために、プロセス
の複合化、ひいては真空−貫プロセスには適合しないも
のであった。

また、基板エツチングのマスクに限らす、基板上の酸化
膜等をバターニングする際にも、上記のレジストマスク
の形成が必要になる。この場合も上記と同様に、真空−
貫プロセスには適合しないものであった。

そして、真空−貫プロセスに適合しないことから生産性
が低下し、さらにバターニング中にゴミの付着や自然酸
化膜の生成が生じ、これが最終的に作成される素子の信
頼性を低下させる要因となっていた。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、マスクのパターンを形成する際に、フ
ォトレジストとＳＯＧを用いた方法では、真空中でのプ
ロセスが不可能であり、真空プロセスの複合化には対応
できない。このため、生産性の点で問題があり、さらに
素子の信頼性を低下させるという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたちので、その目
的とするところは、半導体基板上の種々のパターン形成
を真空−貫プロセスとして行うことができ、生産性の向
上及び素子信頼性の向上等に寄与し得るパターン形成方
法を提供することにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、真空装貧内で形成可能なシリコン酸化
膜やシリコン窒化膜等の薄膜に、集束したイオンビーム
を注入し、注入されたイオンとエツチングガスの反応生
成物によるドライエツチングの抑制作用により、該薄膜
をバターニングすることにある。

即ち本発明は、基板上にシリコン窒化膜又はシリコン酸
化膜からなる薄膜を形成したのち、集束したＧａ又はＩ
ｎからなるイオンビームを前記薄膜に選択的に注入し、
しかるのちＦを含むエツチングガスのドライエツチング
により、イオン注入した部分をマスクとして薄膜を選択
的にエツチングするようにした方法である。

（作用）本発明によれば、薄膜の形成、集束イオンビームの注入
及び薄膜の選択エツチングの全てを、真空若しくは真空
に近い雰囲気で行うことができる。従って、半導体基板
上の任意の位置に種々の大きさのバターニングを真空−
貫プロセスにより形成することが可能となり、生産性の
向上をはかることができる。さらに、基板を大気に晒す
ことによる不純物の付着や自然酸化膜の生成を防止する
ことができ、最終的に製造される素子の信頼性の向上に
寄与することが可能となる。

ここで、ＳｉＮｘや５ｉＯ１の薄膜にＧａ（又はＩｎイ
オン）を注入すると、弗素（Ｆ）を含むドライエツチン
グにおける反応生成物は、イオン注入部分ではＦＧａ　
（又はＦｌｎ）、その他の部分ではＦＳｉとなる。ＦＧ
ａ　（又はＦＩｎ）は不揮発性であるので残り、ＦＳｉ
は揮発性であるので除去される。その結果、Ｆを含むド
ライエツチングにより、イオン注入された部分以外が除
去されることになる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は、本発明の一実施例方法に係わるマスクパター
ン形成工程を示す断面図である。まず、第１図（ａ）に
示すように、Ｓｉ基板１１上にＳｉＨ４，ＮＨ，及びＮ
２を反応ガスとして用いたプラズマ励起ＣＶＤ装置によ
って、マスク材としてのＳｉＮｘ膜１２を形成する。な
お、図中１３はプラズマを示している。

５ｉＮｚとしては、例えばＳｉ、Ｎ４又はＳｉＮである
。このときの成膜条件として、基板温度２５０℃、ＲＦ
出力２００Ｗ　、反応ガス流量比ＳｉＨ，：ＮＨ，：Ｎ
２−１：２二ｌＯとすると、堆積時間４０分で厚さ約８
００ｎｓのＳｉＮｘ膜１２が形成される。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、ＳｉＮｘ膜１２に
ＦＩＢ装置により　４０ｋＶの加速電圧で集束したＧａ
イオン１４を選択的に注入する。

このとき、マスクとして残したい領域にＧａイオンを注
入する。なお、図中１５がイオン注入領域である。

次いで、第１図（Ｃ）に示すように、マイクロ波励起ケ
ミカルドライエツチング装置を用いてＣＦ４ガスのラジ
カル１６により、ＳｉＮｘ膜１２をドライエツチングす
る。このとき、後述する理由からイオン注入領域１５が
マスクとなり、ＳｉＮｘ膜１２は選択的にエツチングさ
れる。

これ以降は、エツチングされずに残ったイオン注入領域
１５及びその下部のＳｉＮｘ膜１２をマスクとして、基
板１１をドライエツチングにより選択エツチングするこ
とができる。

ここで、イオン注入領域１５がマスクとして作用する理
由について説明する。ＳｉＮ、ではＦ系のラジカルによ
りＦＳｉが反応生成物となるが、二〇ＦＳｉは揮発性で
あり、容易に除去される。一方、イオン注入領域１５で
はＦ系のラジカルによりＦＧａが反応生成物となるが、
このＦＧａは不揮発性であり、除去されずに残ることに
なる。従って、Ｆ系のラジカルではイオン注入領域１５
がマスクとなり、注入領域以外のＳｉＮｘは除去される
のである。

第２図はＧａイオンのドーズ量に対するエツチング速度
の変化を示している。５ＩＮｘに注入されたイオンドー
ズ量がある値よりも大きい場合には、エツチング速度は
非常に小さな値となる。つまり、ある閾値を越えてイオ
ン注入された領域はエツチング停止層（マスク）となる
ことを意味する。この閾値イオンドーズ量は、ＳｉＮ、
の膜質、Ｇａイオンの注入条件、ＣＤＥ条件によって異
なるが、前記の５ｉＮｚに４０ｋＶでＧａを注入し、Ｃ
Ｆ４ガスのみでＣＤＥを行った場合、１０”ｃ−″′以
上のドーズ量の注入を行った領域ではエツチング速度が
非常に小さくなる。従って、閾値以上のイオン注入がな
された領域はエツチング除去されずに残り、ネガレジス
トマスクとして作用することになる。

このように本実施例によれば、フォトレジストやＳＯＧ
等を用いることなく、基板１１上にＳｉＮｘのマスクを
形成することかできる。そしてこの場合、全てのプロセ
スを真空若しくは真空に近い状態で行うことができるの
で、真空−貫プロセスを実現することができ、生産性の
向上をはかることができる。さらに、基板１１を大気中
に晒すことがないので、ゴミの付着や自然酸化膜の生成
を未然に防止することができ、最終的に作成される素子
の信頼性を向上させることができる。

また、前記第１図（ｂ）に示すように、注入されたＧａ
イオンはＳｉＮ、膜１２の上部に濃度のピークを持つた
め、第１図（Ｃ）に示すように、ドライエツチングの際
には表面層のみがエツチング停止層として働く。つまり
、表面バターニングであるために、ＦＩＢの微小なビー
ムを用いることにより、容易に微細パターン形成も可能
である。その際には、ドライエツチングを微細パターニ
ングに有効なＲＩＥやＣＲプラズマ型ＲＩＢＥ等に替え
ることにより、サブミクロンのバターニングも可能とな
る。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では薄膜としてＳｉＮ。

を用いたが、この代わりに５ｉｎｘを用いることもでき
る。ＳｉＯｘをマスク材として用いる場合には、ＳｉＨ
，と０□を反応ガスとして用いた熱ＣＶＤで膜形成を行
い、他のプロセスは前述した実施例とほぼ同じ条件で行
うことにより、ＳｉＯｘのパターニングを行うことがで
きる。

また、実施例では薄膜を基板エツチングのためのマスク
として形成する場合について説明したが、絶縁膜として
のＳｉＮｘや５ｉｎｘ等の薄膜自体のバターニングに適
用することも可能である。また、注入するイオンとして
は、Ｇａの代わりにＩｎを用いることも可能である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

［発明の効果〕以上述べたように本発明によれば、真空−貫プロセスに
よる薄膜のパターニングか可能となり、生産性の向上及
び素子信頼性の向上等に寄与し得るパターン形成方法を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に係わるマスクパターン
形成工程を示す断面図、第２図はイオン注入した領域の
イオン濃度に対するエツチング速度変化を示す特性図、
第３図は従来のマスクパターン形成工程を示す断面図で
ある。１１・・・Ｓｉ基板、１２・−５ｉＮｘ膜、１３・・・プラズマ、１４・・・Ｇａイオン、１５・・・イオン注入領域、１６・・・ラジカル、出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第２図第１図 ■ 第図第３図手続補正書平成年３．ｉ：ａ−４

Claims

【特許請求の範囲】

基板上にシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜からなる薄
膜を形成する工程と、集束したＧａ又はＩｎからなるイ
オンビームを前記薄膜に選択的に注入する工程と、Ｆを
含むエッチングガスのドライエッチングにより前記イオ
ン注入した部分をマスクとして前記薄膜を選択的にエッ
チングする工程とを含むことを特徴とするパターン形成
方法。