JPH07288247A - Dry etching method for silicon oxide film - Google Patents

Dry etching method for silicon oxide film

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JPH07288247A
JPH07288247A JP7908394A JP7908394A JPH07288247A JP H07288247 A JPH07288247 A JP H07288247A JP 7908394 A JP7908394 A JP 7908394A JP 7908394 A JP7908394 A JP 7908394A JP H07288247 A JPH07288247 A JP H07288247A
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silicon oxide
etching
dry etching
oxide film
hard
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Kumaaru Dotsuto Ochiyutsuto
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Abstract

PURPOSE:To provide an etching method for a silicon oxide film, which has the smooth side wall and the vertical profile. CONSTITUTION:A hard-baked resist 3, a thin Ti layer 4 and a resist 5 are formed on a silicon oxide film 2 on a substrate. The resist 5 and the Ti layer 4 are patterned, and the resist 5 is removed by oxigen-based reactive ion etching. Then, a resist pattern 3 (b) is formed, and the silicon oxide film 2 at the lower layer undergoes dry etching by reactive ion etching using fluorocarbon gas.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、VLSIおよびフォト
ニック集積プロセスを用いるために、薄いまたは厚い酸
化シリコンを微細に除去する方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for finely removing thin or thick silicon oxide for use in VLSI and photonic integration processes.

【0002】本発明は、任意の厚さを有するドープおよ
びノンドープの酸化シリコンをエッチングする方法に関
し、特に、滑らかな側壁を有する酸化シリコンの深い垂
直なドライエッチング方法に関する。特に、3次元集積
回路に有益な酸化シリコン内のコンタクトホール、また
はシリカベースの光学部品の製造に有益な厚い酸化シリ
コンをエッチングし、またシリコン結晶基板上にハイブ
リッドモジュールを作製するのに用いることができる。
The present invention relates to a method for etching doped and undoped silicon oxide having an arbitrary thickness, and more particularly to a deep vertical dry etching method for silicon oxide having smooth sidewalls. In particular, it can be used to etch contact holes in silicon oxide, which is useful in three-dimensional integrated circuits, or thick silicon oxide, which is useful in the production of silica-based optical components, and to make hybrid modules on silicon crystal substrates. it can.

【0003】[0003]

【従来の技術】ドープおよびノンドープの酸化シリコン
は、フルオロカーボンを使用する、反応性イオンエッチ
ング(RIE)または反応性イオンビームエッチング
(RIBE)によるプラズマアシストイオンエッチング
を使用してエッチングされる。デバイスのサイズが徐々
に縮小するに従って、1000〜5000オングストロ
ームの厚さの垂直エッチングは、酸化シリコン内にコン
タクトホールを作製する際の必須の要件である。このた
めには、マスク材料の選択が、その平滑さとともに重要
な役割を果たす。酸化シリコンのエッチングに対して、
フォトレジストおよび金属がマスク材料として一般に使
用される。特別の処理を行うことなく、一般のフォトレ
ジストを、酸化シリコンのエッチングに用いることがで
きる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Doped and undoped silicon oxide are etched using plasma assisted ion etching by reactive ion etching (RIE) or reactive ion beam etching (RIBE) using fluorocarbons. As device size shrinks, 1000-5000 angstroms vertical etch is an essential requirement in making contact holes in silicon oxide. To this end, the choice of mask material, along with its smoothness, plays an important role. For etching silicon oxide,
Photoresists and metals are commonly used as mask materials. A general photoresist can be used for etching silicon oxide without any special treatment.

【0004】この場合、一般のフォトレジストは、フル
オロカーボンガス・プラズマ中で、下層の酸化シリコン
のエッチングに対する通常は1〜2の低い選択度を示
す。それだけでなく、酸化シリコンのエッチングプロセ
ス中、高エネルギーイオンによるフォトレジストパター
ンの塑性流動が、エッチングパターンを拡大させる。こ
のため、通常のフォトレジストマスクの単一層は、エッ
チングプロセス中にマスク材料の更なる安定性を要求す
る微細構造パターンへのエッチングには使用できない。
従来、ポリイミドおよび厚いAl(アルミニウム)より
成る多層化されたマスク材料を使用するシリコンまたは
他の基板のエッチングが知られている。同じ種類の多層
化されたマスクを、また、酸化シリコンのエッチングに
使用できる。しかしながら、酸化シリコンのエッチング
自体にのみ利用できる特定の方法は開発されていない。
このためには、マスク材料を設ける条件が、最適化され
るべきである。多層化されたマスクを設けるために普通
のプロセスが使用されると、垂直で滑らかなマスクプロ
ファイルを達成することが困難となり、このために、続
いてエッチングされた層が、それらのプロファイル形状
の悪化を一般に示す。このエッチングされたプロファイ
ルは、幾つかの応用に、特に、光学デバイスの製造に使
用できない。
In this case, typical photoresists exhibit a low selectivity, typically 1-2, for etching the underlying silicon oxide in a fluorocarbon gas plasma. Not only that, during the silicon oxide etching process, the plastic flow of the photoresist pattern due to high energy ions expands the etching pattern. For this reason, a single layer of a conventional photoresist mask cannot be used for etching into microstructured patterns that require additional stability of the mask material during the etching process.
It is known in the art to etch silicon or other substrates using a multilayered mask material composed of polyimide and thick Al (aluminum). The same type of multilayered mask can also be used for etching silicon oxide. However, no specific method has been developed that can be used only for etching silicon oxide itself.
For this purpose, the conditions for providing the mask material should be optimized. When conventional processes are used to provide a multi-layered mask, it becomes difficult to achieve a vertical and smooth mask profile, which causes subsequently etched layers to deteriorate their profile shape. Is generally indicated. This etched profile cannot be used for some applications, especially in the manufacture of optical devices.

【0005】図7(a)〜(d)は、Al金属層10
が、Si基板1上にコーティングされハードベークされ
たポリイミド9上へ蒸着される通常のエッチングプロセ
スの一例を示す。通常のプロセスにおいては、使用され
る上部Al層10の厚さは、1000〜2000オング
ストロームの範囲にあり、およびそのパターンは、マス
クとしてフォトレジスト11を用いて、ドライエッチン
グ技術を使用して作製される。このAlをドライエッチ
ングするには、一般の反応性イオンエッチング(RI
E)技術が、塩素(Cl)ベース反応性ガス・プラズマ
内で使用される。プロセスが反応性ガス・プラズマ内で
行われると、Alベース化合物がAl側壁上に堆積さ
れ、このパシベートされた層12は、ポリイミドエッチ
ングの前に容易に除去できない。このパシベートされた
層12のサイズが非常に大きいので、サブミクロン範囲
のパターンを得ることが困難である。このパシベートさ
れた層は、超音波洗浄で一般のレジストエッチャントを
使用してウエットエッチングできる。
FIGS. 7A to 7D show an Al metal layer 10
2 shows an example of a typical etching process in which a layer is coated on the Si substrate 1 and deposited on the hard-baked polyimide 9. In a typical process, the thickness of the upper Al layer 10 used is in the range of 1000-2000 angstroms and the pattern is made using dry etching technique with photoresist 11 as mask. It To dry-etch this Al, general reactive ion etching (RI
E) technology is used in a chlorine (Cl) based reactive gas plasma. When the process is performed in a reactive gas plasma, an Al-based compound is deposited on the Al sidewalls, and this passivated layer 12 cannot be easily removed before the polyimide etch. The size of this passivated layer 12 is so large that it is difficult to obtain patterns in the submicron range. This passivated layer can be wet etched using a conventional resist etchant with ultrasonic cleaning.

【0006】しかしながら、この追加のプロセスの故
に、Alパターンの部分的な剥離が、ポリイミドとのA
lの乏しい付着性により発生する。これは、ポリイミド
とAl層との間に緩衝層を使用して少しは緩和される。
特開昭58−114433号公報「改良硬化性ポリウレ
タン」は、Al,C,ポリイミド層より成る2層マスク
を用いて、シリコンウエハ内にホールを形成することを
開示している。Alパターン上にパシベートされたエッ
チング残留物が残り、パターンをだめにするのを避ける
ために、Cが用いられる。このプロセスは、薄い膜を制
限された速度で堆積する追加の工程を必要とする。それ
故、多層化されたマスクを使用するだけの簡単なプロセ
スが、単純な手段を使用して実現できることが望まし
い。
However, due to this additional process, the partial delamination of the Al pattern was
It occurs due to poor adhesion of l. This is alleviated slightly using a buffer layer between the polyimide and the Al layer.
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 58-114433 "Improved Curable Polyurethane" discloses forming holes in a silicon wafer by using a two-layer mask composed of Al, C and polyimide layers. C is used to avoid leaving passivated etch residues on the Al pattern and spoiling the pattern. This process requires the additional step of depositing a thin film at a limited rate. Therefore, it is desirable that a simple process using only multilayered masks can be realized using simple means.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、VLS
Iプロセスの応用においては、エッチングされる酸化シ
リコンの厚さは、通常、1000〜5000オングスト
ロームで変化する。ここでは、垂直な側壁を有するサブ
ミクロン範囲のパターンを実現することが、主な目的で
あり、これらパターンは、これまでに開発された通常の
エッチング技術を使用して実現される。
As mentioned above, the VLS is used.
In I process applications, the thickness of the silicon oxide that is etched typically varies from 1000 to 5000 angstroms. Here, it is the main purpose to achieve submicron range patterns with vertical sidewalls, which are achieved using conventional etching techniques developed to date.

【0008】通常のLSIは、電気的ベースの回路であ
るので、そのエッチングされたプロファイルの側面の滑
らかさは、全体の性能上問題にはならない。深い酸化シ
リコンを、VLSIで使用されるのと同じエッチングプ
ロセスを使用してエッチングすると、垂直で滑らかなプ
ロファイルが得られない。したがって、2μm以上の深
いエッチング厚さに対しては、側面平滑性とともに異方
性エッチングが制御されるような、プロセスが開発され
るべきである。VLSI応用に使用できる浅い酸化シリ
コンのエッチングにおいては、プロファイルの垂直性
が、前述のようなプロセスの使用によって制御できる。
この場合においてさえも、エッチング厚さが5000オ
ングストロームまで(しばしば最高で1μmまで)変化
すると、マスク材料として一般のフォトレジスト(例え
ば、AZ1350JまたはPMMAまたはAZ4903
等)の同じ厚さの使用は、垂直な酸化シリコン・プロフ
ァイルをある程度達成するのには問題はない。そのプロ
ファイルの形状は、エッチング条件とフォトレジスト処
理に依存する。深い酸化シリコンのエッチングは、厚い
フォトレジストマスクを使用してまたは金属のような他
の種類のハードマスクを使用しても実行できる。次の下
層のエッチングのプロファイル角度が重要な要因である
と考えられない場合には、酸化シリコンのエッチングの
厚さと同じまたはそれ以上の厚さのフォトレジストを、
深い酸化シリコンのエッチングに対するマスク材料とし
て使用できる。
Since a conventional LSI is an electrically based circuit, the smoothness of the side surface of the etched profile does not pose a problem to the overall performance. Etching deep silicon oxide using the same etching process used in VLSI does not yield a vertical, smooth profile. Therefore, for deep etch thicknesses of 2 μm and above, processes should be developed that control the anisotropic etch as well as the side smoothness. In the etching of shallow silicon oxide that can be used in VLSI applications, the verticality of the profile can be controlled by using the process as described above.
Even in this case, when the etching thickness varies up to 5000 Å (often up to 1 μm), common photoresists (eg AZ1350J or PMMA or AZ4903) are used as mask material.
Etc.) of the same thickness is not problematic to some extent in achieving a vertical silicon oxide profile. The shape of the profile depends on the etching conditions and the photoresist treatment. Deep silicon oxide etching can also be performed using thick photoresist masks or other types of hard masks such as metals. If the next underlayer etch profile angle is not considered to be a significant factor, use a photoresist with a thickness equal to or greater than the silicon oxide etch thickness,
It can be used as a mask material for etching deep silicon oxide.

【0009】図8(a),(b)は、厚いフォトレジス
トパターン15がエッチングされる酸化シリコン2上に
作製された深い酸化シリコンに対する従来のエッチング
プロセスの1つの典型的な例を示す。図8(a)に示す
ように、マスクとして使用されるフォトレジストの厚さ
が1.5μm以上であると、普通のフォトリソグラフィ
技術を使用して垂直なマスクプロファイルを得ることが
困難となり、酸化シリコンのエッチングされたプロファ
イルが、フォトレジストの厚さに依存するテーパのつい
たプロファイル角度を示す。
FIGS. 8 (a) and 8 (b) show one typical example of a conventional etching process for deep silicon oxide formed on the silicon oxide 2 where the thick photoresist pattern 15 is etched. As shown in FIG. 8A, when the thickness of the photoresist used as the mask is 1.5 μm or more, it becomes difficult to obtain a vertical mask profile by using a normal photolithography technique, and the oxidation becomes difficult. The etched profile of silicon exhibits a tapered profile angle that depends on the photoresist thickness.

【0010】例えば、フォトレジストの厚さが厚くなれ
ばなるほど、フォトリソグラフィの続くフォトレジスト
パターンの側壁角度(図8(a)でのθ1 )が、90°
より小さくなっていく。したがって、テーパのついたフ
ォトレジストパターンが、次の酸化シリコンのエッチン
グでマスクとして使用されると、そのエッチングプロフ
ァイルは、図8(b)に示すように、フォトレジストマ
スクと同等のまたはそれ以下のテーパのついたプロファ
イル角度(θ2 )を常に示す。下層のエッチングされた
層のプロファイル角度は、最初のレジストパターン角度
に依存するだけでなく、フォトレジストとエッチングさ
れる材料(この場合には酸化シリコン)の両方のエッチ
ング速度に依存する。これらのほかに、エッチング条件
が、プロファイル角度にまた重要な役割を果たす。例え
ば、高エネルギーイオンが使用されるエッチング条件で
あると、達成されるテーパのついた角度がフォトレジス
トマスクの角度以下となり、また、下層のエッチングパ
ターンが、フォトレジストマスク侵食により広くなる。
それ故、厚いフォトレジストマスクの使用が、下層のエ
ッチングに対しテーパのついたプロファイルを与えるこ
とが解る。テーパのついた角度は、制御が困難であり、
使用されるフォトレジストの種類および厚さ,およびま
たエッチング条件に依存する。更に、厚いフォトレジス
トマスクが使用されると、また、深い酸化シリコンの垂
直なエッチングが全く不可能となる。90°に近いプロ
ファイル角度で、深い酸化シリコンをエッチングするプ
ロセスが開発されなければならない。
For example, as the thickness of the photoresist becomes thicker, the side wall angle (θ 1 in FIG. 8A) of the photoresist pattern following photolithography becomes 90 °.
Getting smaller. Therefore, when the tapered photoresist pattern is used as a mask in the subsequent etching of silicon oxide, its etching profile is equal to or less than that of the photoresist mask as shown in FIG. 8B. Always shows the tapered profile angle (θ 2 ). The profile angle of the underlying etched layer depends not only on the initial resist pattern angle, but also on the etch rate of both the photoresist and the material being etched (in this case silicon oxide). Besides these, the etching conditions also play an important role in the profile angle. For example, if the etching conditions are such that high energy ions are used, the taper angle achieved will be less than or equal to the angle of the photoresist mask, and the underlying etching pattern will be wider due to photoresist mask erosion.
Therefore, it can be seen that the use of a thick photoresist mask provides a tapered profile for the underlying etch. Tapered angles are difficult to control,
It depends on the type and thickness of the photoresist used and also on the etching conditions. Furthermore, if thick photoresist masks are used, vertical etching of deep silicon oxide is also completely impossible. A process for etching deep silicon oxide with a profile angle close to 90 ° must be developed.

【0011】酸化シリコンの垂直なエッチングに対し
て、金属のようなハードマスク材料が使用できる。Cr
またはNi−Cr合金またはAlのような金属マスク
を、深い酸化シリコンのエッチングに使用できる。図9
は、深い酸化シリコンのエッチングを示す略図であり、
基板1上に堆積された酸化シリコン2上に金属マスク1
6が蒸着される。フォトリソグラフィに続いて、レジス
トパターン17が作製され、続いて金属パターン16
(a)がドライエッチングまたはウエットエッチングを
使用して作製される。いずれのエッチング技術が使用さ
れるとしても、金属パターン16(a)が、側面粗さ1
8を常に示し、および下層2の続くエッチングも側面粗
さ19を示す。一般には、Cr,Mo,W等のような高
沸点を有する金属が、金属マスクとして使用される。プ
ロセスから見ると、金属マスクを使用することは、深い
酸化シリコンのエッチングに対する最も簡単な方法であ
る。
For vertical etching of silicon oxide, hard mask materials such as metals can be used. Cr
Alternatively, a metal mask such as a Ni-Cr alloy or Al can be used for etching deep silicon oxide. Figure 9
Is a schematic diagram showing the etching of deep silicon oxide,
Metal mask 1 on silicon oxide 2 deposited on substrate 1
6 is deposited. Following photolithography, a resist pattern 17 is created, followed by a metal pattern 16
(A) is produced using dry etching or wet etching. Whichever etching technique is used, the metal pattern 16 (a) has a side surface roughness of 1
8 is always shown, and subsequent etching of the underlayer 2 also shows side roughness 19. Generally, a metal having a high boiling point such as Cr, Mo, W or the like is used as the metal mask. From a process perspective, using a metal mask is the simplest method for etching deep silicon oxide.

【0012】しかしながら、それは、幾つかの欠点を有
する。例えば、滑らかなマスクパターンは、ドライエッ
チングを使用してさえも得ることが困難であり、それ
故、マスクパターンの形状に従う酸化シリコンのエッチ
ングは、エッチングされたプロファイルの側壁の高い粗
さを有する。この側面粗さの程度は、金属マスクパター
ンが作製されるエッチング技術に依存する。反応性ガス
・プラズマまたはアルゴン(Ar)イオンビームエッチ
ング技術のドライエッチング技術を使用しても、側面粗
さを、達するのが困難である一定の程度に減少させるこ
とができない。今までの実験において、Crマスクの使
用により、続く酸化シリコンのエッチングの結果生じた
側面粗さが、1200オングストローム以上となること
がわかった。エッチングされたプロファイルに生じた側
面粗さのこのレベルは、滑らかな垂直エッチングが非常
に望まれる応用に、特に、フォトニック集積プロセスの
応用に使用できない。したがって、深い酸化シリコンの
エッチングに対して、良好に定められたプロセスを開発
しなければならないことは明らかである。いずれの一般
のエッチング技術も酸化シリコンのエッチングに使用で
きるが、滑らかな側壁を有する垂直なプロファイルを得
ることは困難である。滑らかな側壁を有する垂直なプロ
ファイルを得るためには、マスク平滑性を含むエッチン
グプロセスを、下層の酸化シリコンのエッチング前に行
わなければならない。
However, it has several drawbacks. For example, a smooth mask pattern is difficult to obtain even using dry etching, therefore etching silicon oxide according to the shape of the mask pattern has a high roughness of the sidewalls of the etched profile. The degree of this side roughness depends on the etching technique by which the metal mask pattern is made. The use of reactive gas plasma or dry etching techniques such as Argon (Ar) ion beam etching techniques cannot reduce the side roughness to a certain extent that is difficult to reach. In the experiments to date, it has been found that the use of a Cr mask results in a side surface roughness of 1200 Angstroms or more resulting from subsequent etching of the silicon oxide. This level of side roughness produced in the etched profile cannot be used in applications where a smooth vertical etch is highly desired, especially in photonic integration process applications. Therefore, it is clear that a well-defined process must be developed for deep silicon oxide etching. Any common etching technique can be used to etch silicon oxide, but it is difficult to obtain a vertical profile with smooth sidewalls. To obtain a vertical profile with smooth sidewalls, an etching process involving mask smoothness must be performed prior to etching the underlying silicon oxide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前述した問題は、本発明
を用いることによって完全に解消することができる。本
発明では、浅いおよび深い酸化シリコンのエッチングに
対し、滑らかな側壁を有する垂直にエッチングされたプ
ロファイルを達成するのに、異なる技術が用いられる。
The above-mentioned problems can be completely solved by using the present invention. In the present invention, different techniques are used to achieve vertically etched profiles with smooth sidewalls for shallow and deep silicon oxide etching.

【0014】最初に、普通の微細構造の酸化シリコンの
エッチングにおいて直面する方法を説明する。このエッ
チング方法は、サブミクロン範囲の酸化シリコンのエッ
チングのエッチングに対して、普通のフォトレジスト,
薄い金属,および光無感応性レジストより成る多層化さ
れたマスクの使用に基づいている。この場合、金属マス
クとして、チタン(Ti)を用いる。その理由は、Ti
がハードベークされたレジストに対して良好な付着性を
示すからである。クロム(Cr)のような他の金属がハ
ードベークされたレジスト上に使用されると、亀裂を発
生することが解った。厚い層のAlを有する多層化され
たマスクが使用される従来のエッチングプロセスと比較
して、我々は、600オングストローム以下の厚さのT
iの薄い層を使用する。その結果、ウエットエッチング
または簡単なイオンビームエッチングのいずれもが垂直
で滑らかなTiのパターンを与える。それ故、反応性ド
ライエッチングによるAlの粗さのために従来のプロセ
スで発生する問題を克服できる。緩衝層(前述の特開昭
58−114433号公報参照)は、ハードベークれた
レジストに対する金属の付着性を増強するために必要で
なくなる。
First, the method encountered in the etching of conventional microstructured silicon oxide will be described. This etching method is used for etching of ordinary photoresist, as compared to etching of silicon oxide in the submicron range.
It is based on the use of multilayered masks made of thin metal and photo-insensitive resist. In this case, titanium (Ti) is used as the metal mask. The reason is Ti
Shows good adhesion to the hard-baked resist. It has been found that cracking occurs when other metals such as chromium (Cr) are used on the hard baked resist. Compared to the conventional etching process in which a multi-layered mask with a thick layer of Al is used, we have found that T with a thickness of 600 angstroms or less.
Use a thin layer of i. As a result, either wet etching or simple ion beam etching gives vertical and smooth Ti patterns. Therefore, the problems that occur in the conventional process due to the roughness of Al by reactive dry etching can be overcome. The buffer layer (see JP-A-58-114433, cited above) is no longer needed to enhance the adhesion of the metal to the hard baked resist.

【0015】次に、ハードベークされたレジストを、イ
オンビームエッチング(IBE)技術を使用する代わり
に酸素ベースのRIEを使用してドライエッチングす
る。プロセス圧力は8パスカル以下であり、電力は0.
20W/cm2 以下である。プロセスの自己バイアスは−
400V以上とする。この条件下で、ハードベークされ
たレジストのエッチング速度が700オングストローム
/分以上となることが解り、Tiエッチング速度を殆ど
無視できた。次の酸化シリコンのエッチング前に、上部
金属層をエッチングしまたは残すことができる。
The hard baked resist is then dry etched using oxygen-based RIE instead of using ion beam etching (IBE) techniques. The process pressure is below 8 Pascal and the electric power is below 0.
It is 20 W / cm 2 or less. The process self-bias is −
400V or more. Under this condition, it was found that the etching rate of the hard-baked resist was 700 angstroms / minute or more, and the Ti etching rate was almost negligible. The upper metal layer can be etched or left prior to the subsequent etching of the silicon oxide.

【0016】高い歩留りを持つ深い酸化シリコンのエッ
チングに対して、酸化シリコンと光無感応性レジストと
の間の薄い金属層より成る緩衝層を使用する。フォトレ
ジストを使用する代わりに光無感応性レジストを使用す
ることは、エッチングプロセス中のマスクの安定性を増
大させ、側面粗さの小さいより垂直なプロファイルを実
現できる。特に定義しない限り、レジストという用語
は、この実施例において主要層として用いられる光無感
応性レジストを意味する。240℃以上の温度によるレ
ジストのハードベーキングは、レジストから水分および
他の不所望なガスを放出させるために行われる。薄い酸
化シリコンのエッチングに対して、1.5〜2.0μm
のハードベークされたレジストを、レジスト侵食を避け
るために使用する。しかしながら、深い酸化シリコンの
エッチングにおいて、所望の酸化シリコンのエッチング
厚さより1〜2μm厚いレジスト厚さが要求され、それ
は、多工程スピニングを用いて、スピン塗布される。こ
のとき、各ステップに続いて、高温ベーキングが必要と
され、水分および他の不所望のガスをベーキング中に放
出できる。
For deep silicon oxide etching with high yield, a buffer layer consisting of a thin metal layer between the silicon oxide and the photo-insensitive resist is used. The use of a photo-insensitive resist instead of a photoresist increases the stability of the mask during the etching process and allows for a more vertical profile with less lateral roughness. Unless otherwise defined, the term resist means the photoinsensitive resist used as the primary layer in this example. Hard baking the resist at temperatures above 240 ° C. is done to release moisture and other unwanted gases from the resist. 1.5-2.0 μm for etching thin silicon oxide
Hard baked resist is used to avoid resist erosion. However, deep silicon oxide etching requires a resist thickness of 1-2 μm greater than the desired silicon oxide etch thickness, which is spin coated using multi-step spinning. Then, following each step, a high temperature bake is required and moisture and other unwanted gases can be released during the bake.

【0017】酸化シリコンとハードベークされたレジス
トとの間に、緩衝層として薄い金属を用いることによ
り、反応性プラズマに対する上部の多層化されたマスク
の安定性を改良できる。そうでなければ、酸化シリコン
に対するハードベークされたレジストの乏しい付着性に
より、多層化されたマスクパターンが、長時間の酸化シ
リコンのエッチングプロセス中に剥離し、不所望の酸化
シリコンのエッチング・プロファイルが作製される。緩
衝金属層の厚さは、150オングストローム以下であ
る。本発明の特徴は、この薄い緩衝金属層が、酸化シリ
コンに対する上部のハードベークされたフォトレジスト
の安定性を改良するだけでなく、ハードベークされたレ
ジストのパターニング中にエッチング・ストッパとして
機能することである。下層のエッチングに続き、残され
た上部のハードベークされたレジストを金属のウエット
エッチングによりリフトオフできる。マスクパターンを
滑らかにすることが、次のエッチング・プロファイルに
重要な役割を果たす。
The use of a thin metal between the silicon oxide and the hard-baked resist as a buffer layer can improve the stability of the upper, multilayered mask to reactive plasmas. Otherwise, the poor adhesion of the hard-baked resist to silicon oxide causes the multi-layered mask pattern to delaminate during the lengthy silicon oxide etching process, resulting in undesired silicon oxide etch profiles. It is made. The thickness of the buffer metal layer is 150 angstroms or less. A feature of the present invention is that this thin buffer metal layer not only improves the stability of the top hard-baked photoresist against silicon oxide, but also acts as an etch stop during the patterning of the hard-baked resist. Is. Following the etching of the underlayer, the remaining top hard-baked resist can be lifted off by wet etching the metal. Smoothing the mask pattern plays an important role in the subsequent etching profile.

【0018】ハードベークされたレジストの垂直なパタ
ーンは、8パスカル以下の圧力および−400V以上の
自己バイアスで動作された酸素ベースのRIE技術を使
用して得られる。この条件下で、ハードベークされた光
無感応性レジストのエッチング速度が700オングスト
ローム/分以上であり、および上部の薄いTiはエッチ
ングされない。エッチング・プロファイルの滑らかな側
壁を得るためには、ハードベークされたレジストのパタ
ーニングに続いて、緩衝金属表面とハードベークされた
レジストの側壁上にパシベートされたエッチング残留物
を、使用される上部金属(この場合Ti)の一般のウエ
ットエッチャント中に試料を浸漬してエッチングでき
る。例えば、上部金属がTiであると、エッチング残留
物は、TiエッチャントすなわちNH4 Fを含む溶液を
使用してエッチングされる。
Vertical patterns of hard-baked resists are obtained using oxygen-based RIE techniques operated at pressures below 8 Pascal and self-bias above -400V. Under this condition, the etch rate of the hard-baked photo-insensitive resist is 700 Å / min or more, and the thin Ti on top is not etched. In order to obtain smooth sidewalls for the etch profile, patterning the hard-baked resist is followed by a buffer metal surface and passivated etch residue on the sidewalls of the hard-baked resist, the top metal used. The sample can be immersed and etched in a common wet etchant (Ti in this case). For example, if the top metal is Ti, the etch residue is etched using a solution containing Ti etchant or NH 4 F.

【0019】しかしながら、異なる種類の金属層を、緩
衝層および上部金属の両方に使用しなければならない。
前述したように、Crが上部のマスクとして使用される
と、ハードベークされたレジスト上へ蒸着されまたは堆
積された金属に亀裂が発生することが解った。これが、
Crを上部の金属層として使用することを推奨できない
理由である。この実験は、上部金属としてTiを、およ
び緩衝層としてCrを使用して行った。他の組合せも使
用できる。緩衝層の金属は、高い沸点を有し、フルオロ
カーボンガス・プラズマで容易にドライエッチングでき
る(フルオロカーボンガスは、酸化シリコンのエッチン
グに用いられる)種類の薄い金属層とすべきである。S
iまたはポリシリコン、あるいは250℃以上の温度に
耐えることができ、酸素プラズマでドライエッチングで
きない、例えば、Mo,Ni−Cr合金、Ti,WSi
x ,Pt,Ta等のような、いかなる種類の金属とする
こともできる。
However, different types of metal layers must be used for both the buffer layer and the top metal.
As mentioned above, it has been found that when Cr is used as the top mask, cracks occur in the metal deposited or deposited on the hard-baked resist. This is,
That is why it is not recommended to use Cr as the upper metal layer. This experiment was performed using Ti as the top metal and Cr as the buffer layer. Other combinations can be used. The metal of the buffer layer should be a thin metal layer of the kind that has a high boiling point and can be easily dry-etched with a fluorocarbon gas plasma (fluorocarbon gas is used to etch silicon oxide). S
i or polysilicon, or can withstand temperatures of 250 ° C. or higher and cannot be dry-etched by oxygen plasma, for example, Mo, Ni—Cr alloy, Ti, WSi
It can be any type of metal, such as x , Pt, Ta, etc.

【0020】上部の金属は、下部の薄い金属と異なるも
のとし、Ti,Al,Si,またはポリシリコン等とす
ることができる。上部の金属層は緩衝層と同じ金属にす
べきでない。その理由は、酸素ベースのRIEに続い
て、エッチングされた表面およびハードベークされたレ
ジストの側壁上に形成されると思われるエッチング残留
物が、下層の酸化シリコンのエッチングの前にウエット
エッチングされるからである。同じ種類の金属が使用さ
れると、ハードベークされたレジストのエッチングに続
くウエットエッチングが、上部の多層化されたマスクを
リフトオフする。この実験においては、光無感応性レジ
ストを使用した。しかしながら、レジストを使用する代
わりに、スピン塗布され、堆積されるいかなる種類の高
分子も使用できる。
The upper metal may be different from the lower thin metal and may be Ti, Al, Si, polysilicon or the like. The top metal layer should not be the same metal as the buffer layer. The reason is that, following oxygen-based RIE, the etch residues that are believed to form on the etched surface and sidewalls of the hard-baked resist are wet etched prior to the etching of the underlying silicon oxide. Because. If the same type of metal is used, a wet-baked resist etch followed by a wet etch lifts off the overlying multilayered mask. In this experiment, a photo-insensitive resist was used. However, instead of using a resist, any type of polymer that is spin-coated and deposited can be used.

【0021】[0021]

【実施例】最初に、VLSIの応用にしばしば利用され
る、酸化シリコン内に微細構造の細いホールを作製する
ために使用できるエッチングプロセスを説明する。図1
は、微細構造の酸化シリコンのパターンを作製する第1
の実施例でのエッチングプロセスを示す図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT First, an etching process which is often used in VLSI applications and which can be used to make fine-structured fine holes in silicon oxide is described. Figure 1
Is the first to fabricate microstructured silicon oxide patterns
FIG. 6 is a diagram showing an etching process in the example of FIG.

【0022】任意の厚さを有するドープおよびノンドー
プの酸化シリコン2を、シリコン基板1上へ堆積する。
続いて、1.5μm以上の厚さを有する光無感応性レジ
スト3(例えば、商標名:OFR−GA2)をスピン塗
布し、続いて45分間以上240℃以上の温度でそれを
ベークする。この実施例に使用されたレジストは、他に
特に述べない限り、光無感応性レジストであるというこ
とに留意すべきである。ハードベーキングに続いて、6
00オングストローム以下の厚さのTi4の薄い層を、
ハードベークされたレジスト3上に蒸着し、それを一般
のフォトリソグラフィ技術を使用してパターン化する。
A doped and undoped silicon oxide 2 having an arbitrary thickness is deposited on a silicon substrate 1.
Subsequently, a photo-insensitive resist 3 (for example, trade name: OFR-GA2) having a thickness of 1.5 μm or more is spin-coated, and then it is baked at a temperature of 240 ° C. or more for 45 minutes or more. It should be noted that the resist used in this example is a light insensitive resist unless otherwise stated. 6 after hard baking
A thin layer of Ti4 with a thickness of less than 00 Å,
It is vapor-deposited on the hard-baked resist 3 and patterned by using a general photolithography technique.

【0023】本実施例の特徴は、従来のエッチングプロ
セス(図7参照)と比較して、Tiの薄い層を使用する
ことにある。フォトリソグラフィに続いて、Tiの薄い
層を、普通のエッチャントを使用してウエットエッチン
グするか、またはIBEを使用してドライエッチングし
て、Tiパターン4(a)を形成することができる。薄
いTiを使用することの利点は、そのパターン4(a)
を形成するのに反応性イオンエッチングを必要とせず、
したがって従来のプロセスにおいて見られるような問
題、例えば側壁上のエッチング残留物のパシベーショ
ン、およびパシベートされた層のエッチング中のパター
ンの剥離などが生じないことである。
A feature of this embodiment is the use of a thin layer of Ti compared to the conventional etching process (see FIG. 7). Following photolithography, a thin layer of Ti can be wet etched using a common etchant or dry etched using IBE to form the Ti pattern 4 (a). The advantage of using thin Ti is that its pattern 4 (a)
Does not require reactive ion etching to form
Therefore, problems such as those found in conventional processes, such as passivation of etch residues on the sidewalls and delamination of the pattern during etching of the passivated layer, do not occur.

【0024】Tiパターン4(a)の形成に続き、上部
のハードベークされたレジストを、酸素ベースの反応性
イオンエッチング技術を使用してエッチングする。プロ
セス圧力および電力は、それぞれ、8パスカル以下およ
び0.20W/cm2 以下とし、自己バイアス電圧を−4
00V以上とする。ガス流量は、レジストパターンを一
層細くするアンダーカットを避けるために、できるだけ
低く維持しなければならない。
Following the formation of Ti pattern 4 (a), the top hard-baked resist is etched using an oxygen-based reactive ion etching technique. The process pressure and power are 8 Pascal or less and 0.20 W / cm 2 or less, respectively, and the self-bias voltage is -4.
It is set to 00V or more. The gas flow rate should be kept as low as possible to avoid undercuts that make the resist pattern thinner.

【0025】本発明の他の特徴は、酸素ベースのIBE
を使用する代わりにRIEを使用する結果、比較的に高
いエネルギーのイオンによる損傷も発生しないことであ
る。ハードベースされたレジストパターン3(b)の形
成に続き、下層の酸化シリコンを、RIEまたはRIB
E技術のような技術を使用して、フルオロカーボンガス
・プラズマ内でドライエッチングする。上部の金属が、
酸化シリコンのエッチング厚さに依存して酸化シリコン
のエッチングに対して10以下の選択度を一般に有する
Tiであると、上部のTi層は、ハードベークされたレ
ジストのマスクと共に残される。その場合、両方を、一
般のウエットエッチャント、続いて酸化シリコンのエッ
チング(図1に示されない)を使用して分離的にウエッ
トエッチングする。
Another feature of the invention is the oxygen-based IBE.
The result of using RIE instead of using is that there is also no damage due to the relatively high energy ions. Following the formation of the hard-based resist pattern 3 (b), the underlying silicon oxide is removed by RIE or RIB.
Dry etch in a fluorocarbon gas plasma using a technique such as E technique. The upper metal is
With Ti typically having a selectivity of 10 or less for etching silicon oxide depending on the etching thickness of silicon oxide, the top Ti layer is left with a mask of hard-baked resist. In that case, both are separately wet etched using a conventional wet etchant followed by silicon oxide etching (not shown in FIG. 1).

【0026】図2は、第2の実施例でのサブミクロン範
囲に対する酸化シリコンのエッチングプロセスを示す図
である。図2において、第1の実施例と同一の部材に
は、同一の符号を付して示す。第2の実施例において、
ハードベークされたレジストのパターン3(b)の形成
に続き、上部の薄いTi金属を、水酸化アンモニアを含
む一般のウエットエッチャントを使用してウエットエッ
チングする。レジストのパターンが酸素プラズマ内で作
製されると、Ti表面が酸化する可能性があるので、そ
の場合、2段階のウエットエッチングが使用される。そ
の後、酸化シリコンのエッチングを、ハードベークされ
たレジストのパターン3(b)のみをマスクとして行
う。下層の酸化シリコンのエッチングに対するマスクと
してハードベークされたレジストのパターン3(b)の
使用は、エッチング・プロファイル形状に影響しない。
FIG. 2 shows the etching process of silicon oxide for the submicron range in the second embodiment. In FIG. 2, the same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. In the second embodiment,
Following the formation of hard-baked resist pattern 3 (b), the top thin Ti metal is wet etched using a conventional wet etchant containing ammonia hydroxide. If the resist pattern is created in an oxygen plasma, the Ti surface can oxidize, in which case a two stage wet etch is used. After that, the silicon oxide is etched using only the hard-baked resist pattern 3 (b) as a mask. The use of hard-baked resist pattern 3 (b) as a mask for etching the underlying silicon oxide does not affect the etch profile shape.

【0027】本実施例(図1および図2)においては、
薄いTiは、ハードベークされたレジストのパターニン
グにマスクとして使用した。酸素プラズマでエッチング
することが困難であるSi,ポリシリコン,Al,Mo
等のような他の種類の材料を、ハードベークされたレジ
ストのパターンを作製するマスク材料として使用でき
る。本実施例において、光無感応性レジストを、多層化
されたマスクに使用した。一般のフォトレジストも使用
できる。しかしながら、その場合、ベーキング温度は、
プラズマ曝露の際にフォトレジストを光無感応にするた
めに約300℃(そのガラス転移温度により更に高い温
度)にしなければならない。薄いTi層が、ハードベー
クされたレジストのエッチングにおいてマスク材料とし
て使用されるので、反応性ガスを使用する追加ドライエ
ッチングプロセスは、必要でない。したがって、そのエ
ッチング中にパシベートされたエッチング残留物が形成
される機会はなく、パシベートされた層のエッチング中
にそのパターンを剥離する機会はない。したがって、ハ
ードベークされたレジストおよび酸化シリコンのエッチ
ングの両方のパターンは、更に垂直かつ滑らかになる。
これらの実施例は、従来のプロセスを使用するならば、
達成することは非常に困難である。
In this embodiment (FIGS. 1 and 2),
Thin Ti was used as a mask for patterning the hard baked resist. Si, polysilicon, Al, Mo which is difficult to etch with oxygen plasma
Other types of materials such as etc. can be used as mask materials to create patterns of hard baked resist. In this example, a photo-insensitive resist was used for the multilayered mask. A general photoresist can also be used. However, in that case, the baking temperature is
It must be about 300 ° C. (even higher due to its glass transition temperature) in order to make the photoresist light insensitive during plasma exposure. Since the thin Ti layer is used as a mask material in etching hard-baked resist, no additional dry etching process using reactive gas is required. Therefore, there is no opportunity for passivated etch residues to form during the etch, and no opportunity for stripping of the pattern during the etch of the passivated layer. Therefore, the patterns of both the hard baked resist and the silicon oxide etch are more vertical and smooth.
These examples, if using conventional processes,
It is very difficult to achieve.

【0028】上記においては、サブミクロン範囲の浅い
酸化シリコンのエッチングに対するプロセスを説明し
た。ここからは、任意の厚さの酸化シリコンのエッチン
グ、特に、2μm以上の深い酸化シリコンのエッチング
に対して開発された異なるプロセスについて説明する。
同じ種類のプロセスが、また、浅いサブミクロン範囲の
酸化シリコンのエッチングに使用できることに留意すべ
きである。前述のようなエッチングプロセスは、また、
深い酸化シリコンのエッチングに使用できる。唯一の違
いは、ハードベークされたレジストの厚さが厚いことで
ある。この場合、酸化シリコンのエッチングは、一定の
エッチング条件でのみ可能である。多層化されたマスク
の剥離が、エッチングプロセス中の高エネルギーイオン
入射により発生するからである。この問題は、酸化シリ
コンのエッチングプロセスがエッチング厚さに依存して
長くなる時に、常に生じる。これは、スピン塗布される
レジストに対する付着を弱くする酸化シリコン表面の前
汚染によると最初は考えられた。この問題は、前汚染を
除去するために、レジストのスピン塗布前に、酸化シリ
コンの高温処理を与えることによっても、軽減されな
い。その結果、ハードベークされたレジストが酸化シリ
コンに対して乏しい付着性を有することが確かめられ
た。この問題は、ハードベークされたレジストと酸化シ
リコンとの間に薄い緩衝層を使用して軽減される。
In the above, the process for the etching of shallow silicon oxide in the submicron range has been described. The following describes different processes developed for etching silicon oxide of any thickness, especially for deep silicon oxide deeper than 2 μm.
It should be noted that the same type of process can also be used to etch silicon oxide in the shallow submicron range. The etching process as described above also
Can be used for deep silicon oxide etching. The only difference is the thick hard-baked resist. In this case, etching of silicon oxide is possible only under constant etching conditions. This is because delamination of the multilayered mask occurs due to high energy ion injection during the etching process. This problem occurs whenever the silicon oxide etching process is lengthened depending on the etching thickness. This was initially thought to be due to pre-contamination of the silicon oxide surface which weakens its adhesion to the spin-coated resist. This problem is also not mitigated by subjecting the silicon oxide to a high temperature treatment prior to spin coating the resist to remove pre-contamination. As a result, it was confirmed that the hard-baked resist had poor adhesion to silicon oxide. This problem is mitigated using a thin buffer layer between the hard-baked resist and silicon oxide.

【0029】図3は、本発明による第3の実施例におけ
る酸化シリコンのエッチングプロセスを示す図である。
図3において、第1の実施例と同一の部材は同一の符号
により示される。したがって、繰り返しの説明はここで
は省略する。第3の実施例において、レジスト7のスピ
ン塗布の前に、厚さ150オングストローム以下の薄い
緩衝層6を、酸化シリコン2上に堆積する。緩衝層6と
して使用されるこの種の材料は、高い沸点を有し、また
酸素プラズマでドライエッチングされてはならない。本
実施例においては、Crを使用した。Mo,Ni−Cr
合金,Ti,Ta,Pt,Si,ポリシリコンのような
他の材料も使用できる。
FIG. 3 is a diagram showing a silicon oxide etching process according to a third embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. Therefore, repeated description is omitted here. In the third embodiment, a thin buffer layer 6 having a thickness of 150 Å or less is deposited on the silicon oxide 2 before the spin coating of the resist 7. This type of material used as the buffer layer 6 has a high boiling point and must not be dry etched with oxygen plasma. In this example, Cr was used. Mo, Ni-Cr
Other materials such as alloys, Ti, Ta, Pt, Si, polysilicon can also be used.

【0030】緩衝層6の形成に続いて、光無感応性レジ
スト(例えば、商標名:OFR−GA2等)を、緩衝層
6上にスピン塗布し、次に、それを前述した同じ条件で
45分以上ハードベークする。使用されるレジストは、
他に具体的に述べない限り、すべての種類の光無感応性
レジストである。この場合、スピン塗布されるレジスト
の厚さは、酸化シリコンのエッチングの厚さに依存す
る。常に、酸化シリコンのエッチングされる厚さと比較
して1μm以上の厚さのレジストが必要とされ、それ
は、多工程のスピン塗布を使用して行われ、各工程に続
いて、長時間の高温ベーキング(前述した条件で)が必
要とされる。
Following the formation of the buffer layer 6, a photo-insensitive resist (eg, trade name: OFR-GA2, etc.) is spin-coated on the buffer layer 6, which is then applied under the same conditions as previously described 45. Bake hard for more than a minute. The resist used is
Unless otherwise stated, all types of light insensitive resists. In this case, the thickness of the spin-coated resist depends on the etching thickness of silicon oxide. There is always a need for resists with a thickness of 1 μm or more compared to the etched thickness of silicon oxide, which is done using multi-step spin coating, followed by a long high temperature bake. Is required (under the conditions mentioned above).

【0031】次に、厚さ600オングストローム以下の
Tiのような金属の薄い層8を、ハードベークされたレ
ジスト7上へ蒸着する。本実施例の特徴は、2つの異な
る種類の材料を、緩衝層6および上部層8として使用す
ることである。例えば、この実施例においては、上部層
8がTiであり、緩衝層6がCrである。この工程に続
く他のプロセスは、第1の実施例で既に説明されてい
る。それ故、それらの説明をここでは省略する。本実施
例では、光無感応性ハードベークレジストを用いた。広
義には、それは全ての種類のレジストを含むポリイミド
とすることができる。また、Cr/ハードベークされた
レジスト/Ti以外に、Mo/ハードベークされたレジ
スト/Ti、またはW/ハードベークされたレジスト/
Ti、またはWSix /ハードベークされたレジスト/
Ti等のような他の組合せを使用できる。Tiの代わり
に、Alをこれらの組合せに使用できる。第3の実施例
においては、Cr緩衝層上にある多層マスクを、次の酸
化シリコンのエッチングに対して使用した。本実施例の
特徴は、下層の酸化シリコンのエッチングに続き、緩衝
層上に残されたハードベークされたレジストを、超音波
洗浄の際に緩衝層のウエットエッチングによりリフトオ
フできることである。
Next, a thin layer 8 of metal such as Ti having a thickness of 600 angstroms or less is deposited on the hard-baked resist 7. A feature of this embodiment is the use of two different types of materials for the buffer layer 6 and the top layer 8. For example, in this example, the top layer 8 is Ti and the buffer layer 6 is Cr. Other processes following this step have already been described in the first example. Therefore, their description is omitted here. In this example, a light-insensitive hard bake resist was used. Broadly, it can be a polyimide containing all types of resists. In addition to Cr / hard-baked resist / Ti, Mo / hard-baked resist / Ti, or W / hard-baked resist /
Ti, or WSi x / hard-baked resist /
Other combinations such as Ti and the like can be used. Instead of Ti, Al can be used in these combinations. In the third example, a multi-layer mask over the Cr buffer layer was used for subsequent silicon oxide etching. The feature of this embodiment is that the hard-baked resist left on the buffer layer can be lifted off by the wet etching of the buffer layer during the ultrasonic cleaning, following the etching of the underlying silicon oxide.

【0032】図4は、第4の実施例において深い酸化シ
リコンに対するエッチングプロセスを示す図である。図
4において、第1および第3の実施例と同一の部材は同
一の符号により示される。したがって、繰り返しの説明
はここでは省略する。第2の実施例と同様に、酸化シリ
コンのエッチング前に、上部の薄いTiをウエットエッ
チングする。前述のように、緩衝層および上部層に異な
る層が使用されるので、上部金属のウエットエッチング
が、緩衝層をウエットエッチングにすることがない。次
に、酸化シリコンを、緩衝層6上にあるハードベークさ
れたレジストマスク7(b)を使用してエッチングす
る。この工程に続く他のプロセスは、第3の実施例にお
いて既に説明したので、その説明はここでは省略する。
最終的に得られたエッチングプロファイルは、なんらの
影響も受けなかった。
FIG. 4 is a diagram showing an etching process for deep silicon oxide in the fourth embodiment. In FIG. 4, the same members as those in the first and third embodiments are designated by the same reference numerals. Therefore, repeated description is omitted here. Similar to the second embodiment, the upper thin Ti is wet-etched before the silicon oxide is etched. As mentioned above, different layers are used for the buffer layer and the top layer, so that the wet etching of the top metal does not make the buffer layer a wet etch. The silicon oxide is then etched using the hard baked resist mask 7 (b) on the buffer layer 6. The other processes subsequent to this step have already been described in the third embodiment, and the description thereof will be omitted here.
The finally obtained etching profile was not affected at all.

【0033】図5は、第5の実施例において深い酸化シ
リコンのエッチングに対するエッチングプロセスを示す
略図である。図5において、第1および第3の実施例と
同一の部材は同一の符号により示される。したがって、
同様の説明はここでは省略する。酸化シリコンのエッチ
ングの前に、下部の緩衝層6を、市販のウエットエッチ
ングを使用してウエットエッチングし、パターン6
(c)を作製することができる。レジストパターン7
(b)を酸素プラズマを使用して作る場合、緩衝層6の
表面が酸化する可能性があることに注意すべきである。
その場合において、酸化が生じると、緩衝層のウエット
エッチングとその酸化層のウエットエッチングより成る
2工程のウエットエッチングを行う。前述のように、緩
衝層として選択されるこの種の材料は、酸素プラズマに
より容易に酸化されてはならない。Crが緩衝層に使用
されると、その酸化層(もしあれば)を、一般のウエッ
トエッチャントを使用してウエットエッチングできるこ
とが解る。薄い層が緩衝層に使用されるので、ウエット
エッチングには数秒必要とされる。この工程に続く他の
プロセスは、第1および第3の実施例において説明した
ことと同じであるので、その説明はここでは省略する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an etching process for etching deep silicon oxide in the fifth embodiment. 5, the same members as those in the first and third embodiments are designated by the same reference numerals. Therefore,
A similar description is omitted here. Prior to etching the silicon oxide, the lower buffer layer 6 was wet etched using a commercially available wet etch to form a pattern 6
(C) can be produced. Resist pattern 7
It should be noted that when (b) is formed using oxygen plasma, the surface of the buffer layer 6 may be oxidized.
In that case, when oxidation occurs, two-step wet etching including wet etching of the buffer layer and wet etching of the oxide layer is performed. As mentioned above, this type of material chosen for the buffer layer must not be easily oxidized by the oxygen plasma. It will be appreciated that if Cr is used for the buffer layer, its oxide layer (if any) can be wet etched using conventional wet etchants. Wet etching requires a few seconds because a thin layer is used for the buffer layer. The other processes subsequent to this step are the same as those described in the first and third embodiments, and thus the description thereof is omitted here.

【0034】図6は、第6の実施例において深い酸化シ
リコンに対するエッチングプロセスを示す図である。図
6において、第1,第2,第3,第4および第5の実施
例と同一の部材は同一の符号により示される。したがっ
て、繰り返しの説明をここでは省略する。酸化シリコン
のエッチング前に、上部の薄いTi層8をウエットエッ
チングする。この結果、薄い緩衝層6(c)と共にハー
ドベークされたレジスト7(b)が、次の酸化シリコン
のエッチングに対するマスクとして使用される。この工
程に続くプロセスは、第3の実施例において既に説明し
た。本実施例は、サブミクロン範囲の酸化シリコンのエ
ッチングが望まれるVLSI応用に使用されるだけでな
く、深い酸化シリコンのエッチングが必要とされる3次
元VLSIプロセスおよびフォトニック集積のような応
用にも使用される。
FIG. 6 is a diagram showing an etching process for deep silicon oxide in the sixth embodiment. 6, the same members as those in the first, second, third, fourth and fifth embodiments are designated by the same reference numerals. Therefore, repeated description is omitted here. Before etching the silicon oxide, the upper thin Ti layer 8 is wet etched. As a result, the hard-baked resist 7 (b) along with the thin buffer layer 6 (c) is used as a mask for subsequent silicon oxide etching. The process following this step has already been described in the third example. This embodiment is not only used in VLSI applications where etching of submicron silicon oxide is desired, but also in applications such as three-dimensional VLSI processes and photonic integration where deep silicon oxide etching is required. used.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明を使用すると、0.2μm以下の
サブミクロン範囲の酸化シリコンのホールを作製でき
る。また、エッチングプロファイルの良好な制御性を有
する20μm以上の深い酸化シリコンのエッチングを、
フルオロカーボンガス・プラズマ内でRIEまたはRI
BEを使用して行うことができる。
According to the present invention, it is possible to form silicon oxide holes in the submicron range of 0.2 μm or less. In addition, etching of deep silicon oxide having a good controllability of the etching profile of 20 μm or more
RIE or RI in fluorocarbon gas plasma
This can be done using BE.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施例でのサブミクロン範囲の浅い酸化
シリコンのエッチングプロセスを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an etching process of shallow silicon oxide in a submicron range according to a first embodiment.

【図2】第2の実施例でのサブミクロン範囲の酸化シリ
コンのエッチングプロセスを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an etching process of silicon oxide in a submicron range according to a second embodiment.

【図3】第3の実施例での任意厚さの酸化シリコンのエ
ッチングプロセス、特に、深い酸化シリコンのエッチン
グ・プロセスを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an etching process of a silicon oxide having an arbitrary thickness in the third embodiment, in particular, a deep silicon oxide etching process.

【図4】第4の実施例での任意厚さの酸化シリコンのエ
ッチングプロセス、特に、深い酸化シリコンのエッチン
グ・プロセスを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an etching process of a silicon oxide having an arbitrary thickness, in particular, a deep silicon oxide etching process according to a fourth embodiment.

【図5】第5の実施例での深い酸化シリコンのエッチン
グプロセスを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an etching process of deep silicon oxide in a fifth embodiment.

【図6】第6の実施例での深い酸化シリコンのエッチン
グプロセスを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a deep silicon oxide etching process in a sixth embodiment.

【図7】サブミクロン範囲の酸化シリコンのエッチング
プロセスを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an etching process of silicon oxide in the submicron range.

【図8】深い酸化シリコンに対する一般のエッチングプ
ロセスを示す図である。
FIG. 8 shows a general etching process for deep silicon oxide.

【図9】深い酸化シリコンに対する一般のエッチングプ
ロセスを示す図である。
FIG. 9 shows a general etching process for deep silicon oxide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 酸化シリコン膜 3 レジストパターン 4 Tiパターン 5 フォトレジストパターン 6 金属緩衝層 7 レジストパターン 8 上部金属 9 ポリイミド 10 Al層 11 フォトレジスト 12 パシベートされた層 15 厚いフォトレジストパターン 16 金属パターン 17 レジストパターン 18 側面粗さ 19 側面粗さ 1 substrate 2 silicon oxide film 3 resist pattern 4 Ti pattern 5 photoresist pattern 6 metal buffer layer 7 resist pattern 8 upper metal 9 polyimide 10 Al layer 11 photoresist 12 passivated layer 15 thick photoresist pattern 16 metal pattern 17 resist pattern 18 Side roughness 19 Side roughness

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】サブミクロン範囲の浅い酸化シリコンをド
ライエッチングする方法において、 (A)多層マスクを作製する工程を有し、この工程は、
(a)フォトリソグラフィを使用してフォトレジストパ
ターン(5)を作製する工程と、(b)薄いTiパター
ン4(a)を作製する工程と、(c)ハードベークされ
た光無感応性レジストパターン3(b)を作製する工程
とからなり、 (B)フルオロカーボンガスベースの反応性イオンエッ
チングまたは反応性イオンビームエッチング技術を使用
して、下層の酸化シリコン(2)をドライエッチングす
る工程を有することを特徴とする酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法。
1. A method of dry-etching shallow silicon oxide in the submicron range, which comprises a step (A) of producing a multilayer mask, which step comprises:
(A) A step of forming a photoresist pattern (5) using photolithography, (b) a step of forming a thin Ti pattern 4 (a), and (c) a hard-baked light-insensitive resist pattern. 3 (b), and (B) dry etching the underlying silicon oxide (2) using a fluorocarbon gas-based reactive ion etching or reactive ion beam etching technique. A method for dry etching a silicon oxide film, comprising:
【請求項2】請求項1記載の浅い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、 ハードベークされた光無感応性レジスタパターン3
(b)を、 8Pa(パスカル)以下の圧力、0.2W/cm2 以下の
電力、および−400V以上の自己バイアスの条件下
で、酸素ベースの反応性イオンエッチング(RIE)を
使用し、エッチング残留物を除去するために水酸化アン
モニアを含むエッチャントを使用して、数秒間ウエット
エッチングを行うことにより作製することを特徴とする
酸化シリコン膜のドライエッチング方法。
2. The method of dry etching a shallow silicon oxide film according to claim 1, wherein the hard-baked photo-insensitive register pattern 3 is used.
Etching (b) using oxygen-based reactive ion etching (RIE) under the conditions of a pressure of 8 Pa (pascal) or less, a power of 0.2 W / cm 2 or less, and a self-bias of -400 V or more. A dry etching method for a silicon oxide film, which is produced by performing wet etching for several seconds using an etchant containing ammonia hydroxide to remove a residue.
【請求項3】請求項1記載の浅い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、 薄いTiを使用する代わりに、ハードベークされたレジ
ストに対して良好な付着性を有し、200℃以下で堆積
される、Si,SiNx を使用することを特徴とする浅
い酸化シリコン膜のドライエッチング方法。
3. The method for dry etching a shallow silicon oxide film according to claim 1, wherein instead of using thin Ti, it has good adhesion to a hard-baked resist and is deposited at 200 ° C. or lower. A method of dry etching a shallow silicon oxide film, characterized by using Si or SiN x .
【請求項4】請求項1記載の浅い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、 下層の酸化シリコン(2)のエッチングを、ハードベー
クされた光無感応性レジストパターン3(b)のマスク
パターン、または光無感応性レジストパターン3(b)
と薄いTiパターン4(a)より成るマスクパターンを
使用して行うことを特徴とする酸化シリコン膜のドライ
エッチング方法。
4. The method for dry etching a shallow silicon oxide film according to claim 1, wherein the underlying silicon oxide (2) is etched by a mask pattern of a hard-baked photo-insensitive resist pattern 3 (b), or Photo-insensitive resist pattern 3 (b)
And a thin Ti pattern 4 (a) are used as a mask pattern to perform a dry etching method for a silicon oxide film.
【請求項5】深い酸化シリコンをドライエッチングする
方法において、 (A)多層マスクを作製する工程を有し、この工程は、
(a)フォトリソグラフィを使用してフォトレジストパ
ターンを作製する工程と、(b)金属パターン8(a)
を作製し、(c)緩衝層となる薄い金属(6)上にハー
ドベークされた高分子パターン7(b)を作製する工程
からなり、 (B)反応性イオンエッチング技術を使用してフルオロ
カーボンガス・プラズマで酸化シリコンをドライエッチ
ングする工程を有することを特徴とする酸化シリコン膜
のドライエッチング方法。
5. A method of dry etching deep silicon oxide, comprising the step of: (A) producing a multi-layered mask.
(A) a step of forming a photoresist pattern using photolithography, and (b) a metal pattern 8 (a)
And (c) a hard-baked polymer pattern 7 (b) on a thin metal (6) to be a buffer layer, and (B) a fluorocarbon gas using a reactive ion etching technique. A dry etching method for a silicon oxide film, which has a step of dry etching silicon oxide with plasma.
【請求項6】請求項5記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、 緩衝層(6)および上部金属(8)として使用する材料
の種類が、互いに異なることを特徴とする酸化シリコン
膜のドライエッチング方法。
6. The method for dry etching a deep silicon oxide film according to claim 5, wherein the kinds of materials used as the buffer layer (6) and the upper metal (8) are different from each other. Dry etching method.
【請求項7】請求項5記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、 ハードベークされたレジスト(7)上で設けられる上部
金属(8)は、TiまたはアモルファスSiまたはSi
x の中のいずれかであることを特徴とする酸化シリコ
ン膜のドライエッチング方法。
7. The method of dry etching a deep silicon oxide film according to claim 5, wherein the upper metal (8) provided on the hard-baked resist (7) is Ti or amorphous Si or Si.
A dry etching method for a silicon oxide film, wherein the dry etching method is any one of N x .
【請求項8】請求項5記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、 使用されるハードベークされた材料(7)が、300℃
以上に耐えることができ、および酸素プラズマを使用し
て容易にドライエッチングできるレジスト(光感応性ま
たは光無感応性)であることを特徴とする酸化シリコン
膜のドライエッチング方法。
8. The method of dry etching a deep silicon oxide film according to claim 5, wherein the hard-baked material (7) used is 300 ° C.
A dry etching method for a silicon oxide film, which is a resist (light-sensitive or light-insensitive) that can endure the above and can be easily dry-etched using oxygen plasma.
【請求項9】請求項5記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、 酸化シリコン(2)を、上部金属パターン8(a)、付
着性を増強させるために使用される緩衝層(6)上にあ
るハードベークされたレジスト7(b)より成るマスク
パターンを使用してエッチングすることを特徴とする酸
化シリコン膜のドライエッチング方法。
9. The method of dry etching a deep silicon oxide film according to claim 5, wherein the silicon oxide (2) is used as an upper metal pattern 8 (a) and a buffer layer (6) used to enhance the adhesion. A method of dry etching a silicon oxide film, which comprises etching using a mask pattern made of the above hard-baked resist 7 (b).
【請求項10】請求項5記載の深い酸化シリコン膜のド
ライエッチング方法において、 酸化シリコン(2)を、酸化シリコン(2)に対するハ
ードベークされたレジスト(7)の付着性を増強するた
めに使用される緩衝層(6)上にあるハードベークされ
たレジスト7(b)のマスクパターンを使用してドライ
エッチングすることを特徴とする酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法。
10. The method for dry etching a deep silicon oxide film according to claim 5, wherein the silicon oxide (2) is used to enhance the adhesion of the hard-baked resist (7) to the silicon oxide (2). Dry etching method for a silicon oxide film, characterized in that dry etching is performed using the mask pattern of the hard-baked resist 7 (b) on the buffer layer (6).
【請求項11】請求項5記載の深い酸化シリコン膜のド
ライエッチング方法において、 酸化シリコン(2)を、薄い金属8(a)、ハードベー
クされたレジスト7(b)、および下部の薄い金属6
(c)より成るマスクパターンを使用してエッチングす
ることを特徴とする酸化シリコン膜のドライエッチング
方法。
11. The method for dry etching a deep silicon oxide film according to claim 5, wherein the silicon oxide (2) is used as a thin metal 8 (a), a hard-baked resist 7 (b), and a lower thin metal 6 are formed.
A dry etching method for a silicon oxide film, which comprises etching using a mask pattern consisting of (c).
【請求項12】請求項5記載の深い酸化シリコン膜のド
ライエッチング方法において、 酸化シリコン(2)を、ハードベークされたレジスト7
(b)と薄い緩衝層6(c)より成るマスクパターンを
使用してエッチングすることを特徴とする酸化シリコン
膜のドライエッチング方法。
12. The method of dry etching a deep silicon oxide film according to claim 5, wherein the silicon oxide (2) is hard-baked in the resist 7.
A dry etching method for a silicon oxide film, which comprises etching using a mask pattern composed of (b) and a thin buffer layer 6 (c).
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