JPH0883788A - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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- JPH0883788A JPH0883788A JP21968894A JP21968894A JPH0883788A JP H0883788 A JPH0883788 A JP H0883788A JP 21968894 A JP21968894 A JP 21968894A JP 21968894 A JP21968894 A JP 21968894A JP H0883788 A JPH0883788 A JP H0883788A
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- nitrogen
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- dry etching
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 RIE法によりチタン層13をドライエッチ
ングする方法であって、従来方法に比べエッチレートお
よびレジストに対するエッチレート選択比それぞれを大
きくできる方法を提供する。 【構成】 エッチングマスク15として有機高分子レジ
ストを用いる。反応ガスとして塩素と窒素との混合ガス
であって、反応ガスの流量に対する窒素の流量百分率が
10%程度の窒素を含む、塩素と窒素との混合ガスを用
いる。また、エッチング開始から7秒程度は電力を0.
4W/cm2 の印加密度で印加し、その後は、0.2W
/cm2 の印加密度で印加する。
ングする方法であって、従来方法に比べエッチレートお
よびレジストに対するエッチレート選択比それぞれを大
きくできる方法を提供する。 【構成】 エッチングマスク15として有機高分子レジ
ストを用いる。反応ガスとして塩素と窒素との混合ガス
であって、反応ガスの流量に対する窒素の流量百分率が
10%程度の窒素を含む、塩素と窒素との混合ガスを用
いる。また、エッチング開始から7秒程度は電力を0.
4W/cm2 の印加密度で印加し、その後は、0.2W
/cm2 の印加密度で印加する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば各種の半導体
集積回路形成に利用可能なチタンのドライエッチング方
法に関するものであり、特に0.1μmオーダの超微細
なチタンのパターン形成が期待出来るドライエッチング
方法に関するものである。
集積回路形成に利用可能なチタンのドライエッチング方
法に関するものであり、特に0.1μmオーダの超微細
なチタンのパターン形成が期待出来るドライエッチング
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】RIE法によりチタンをドライエッチン
グするための従来技術として、例えば文献(シ゛ャーナル オフ゛
ハ゛キューム サイエンス テクノロシ゛ B(J.Vac.Sci.Technol.B ),Vo
l.7,No.4,pp.627-632,(1989))に開示の方法があった。
この方法は、チタンの塩化物の揮発性が比較的高いこと
に着目したものであり、反応ガスとして塩素系のガス、
具体的には四塩化炭素(CCl4 )と酸素(O2 )と二
フッ化二塩化メタン(CCl2 F2 )との混合ガスを用
いる方法であった。
グするための従来技術として、例えば文献(シ゛ャーナル オフ゛
ハ゛キューム サイエンス テクノロシ゛ B(J.Vac.Sci.Technol.B ),Vo
l.7,No.4,pp.627-632,(1989))に開示の方法があった。
この方法は、チタンの塩化物の揮発性が比較的高いこと
に着目したものであり、反応ガスとして塩素系のガス、
具体的には四塩化炭素(CCl4 )と酸素(O2 )と二
フッ化二塩化メタン(CCl2 F2 )との混合ガスを用
いる方法であった。
【0003】上記文献では、ドライエッチング装置とし
て2電極型RIE装置が用いられている。Ti上にエッ
チングマスクとしてのレジストパターンを具えて成る試
料がRIE装置の陰極(13.56MHzの高周波が印加される
側の電極)上に、置かれる。反応ガスであるCCl4 、
O2 およびCCl2 F2 それぞれは、12,15,8c
m3 /minの流量で、RIE装置の反応室に導入され
る。反応ガスの圧力を0.9Pa、陰極への印加電力密
度を0.23W/cm2 とした条件で放電を生じさせて
ドライエッチングを行なうことで、ミクロンオーダの加
工がなされている。このとき、100%のオーバーエッ
チングを行なってもTiの加工形状は、異方的なもの
で、かつ、パターン側壁の傾斜角度が80°程度のもの
となっている。なお、反応ガスの成分の一つとしてCC
l2 F2 を用いている理由は、CCl4 およびO2 のみ
を用いる場合よりも、Tiのエッチレートが2から3倍
速くなるからであった。
て2電極型RIE装置が用いられている。Ti上にエッ
チングマスクとしてのレジストパターンを具えて成る試
料がRIE装置の陰極(13.56MHzの高周波が印加される
側の電極)上に、置かれる。反応ガスであるCCl4 、
O2 およびCCl2 F2 それぞれは、12,15,8c
m3 /minの流量で、RIE装置の反応室に導入され
る。反応ガスの圧力を0.9Pa、陰極への印加電力密
度を0.23W/cm2 とした条件で放電を生じさせて
ドライエッチングを行なうことで、ミクロンオーダの加
工がなされている。このとき、100%のオーバーエッ
チングを行なってもTiの加工形状は、異方的なもの
で、かつ、パターン側壁の傾斜角度が80°程度のもの
となっている。なお、反応ガスの成分の一つとしてCC
l2 F2 を用いている理由は、CCl4 およびO2 のみ
を用いる場合よりも、Tiのエッチレートが2から3倍
速くなるからであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Tiのドライエッチング方法では以下に述べるような問
題点があった。
Tiのドライエッチング方法では以下に述べるような問
題点があった。
【0005】:レジストとTiとのエッチレート選択
比が1:1程度と低いため(上記文献の第629頁右欄
参照)、エッチングマスクであるレジストパターンの膜
厚を、加工しようとするTiの膜厚よりも数倍厚くする
必要がある。このため、微細なリソグラフィが困難であ
った。
比が1:1程度と低いため(上記文献の第629頁右欄
参照)、エッチングマスクであるレジストパターンの膜
厚を、加工しようとするTiの膜厚よりも数倍厚くする
必要がある。このため、微細なリソグラフィが困難であ
った。
【0006】:Tiのエッチレートが百数十nm/m
in程度であるので(上記文献の例えばFig.1参
照)、充分な生産性を有するエッチング速度が得られな
かった。なお、この従来方法においてTiのエッチレー
トを高めるには、反応ガスの圧力を1.5Pa近傍とす
れば良いことが分かる(上記文献Fig.2参照)。し
かしそれでもエッチレートは200nm/min程度で
ある。また反応ガスの圧力が1.5Paを近傍にした場
合、その制御が乱れてガス圧力がわずかでも高くなる
と、エッチレートが急激に遅くなるという現象が認めら
れるので(同、Fig.2参照)、この点でも好ましく
ない。反応ガスの圧力を高くするとエッチレートが低下
する理由は、反応ガス圧を高くする(つまり反応ガスお
よび反応生成ガスの反応室内での滞在時間を長くする)
と、反応生成物であるTiCl4 と反応ガス中のO2 と
の反応により二酸化チタン(TiO2 )が形成されてし
まい、これによりエッチングが阻害されるためである。
in程度であるので(上記文献の例えばFig.1参
照)、充分な生産性を有するエッチング速度が得られな
かった。なお、この従来方法においてTiのエッチレー
トを高めるには、反応ガスの圧力を1.5Pa近傍とす
れば良いことが分かる(上記文献Fig.2参照)。し
かしそれでもエッチレートは200nm/min程度で
ある。また反応ガスの圧力が1.5Paを近傍にした場
合、その制御が乱れてガス圧力がわずかでも高くなる
と、エッチレートが急激に遅くなるという現象が認めら
れるので(同、Fig.2参照)、この点でも好ましく
ない。反応ガスの圧力を高くするとエッチレートが低下
する理由は、反応ガス圧を高くする(つまり反応ガスお
よび反応生成ガスの反応室内での滞在時間を長くする)
と、反応生成物であるTiCl4 と反応ガス中のO2 と
の反応により二酸化チタン(TiO2 )が形成されてし
まい、これによりエッチングが阻害されるためである。
【0007】:反応ガス系が三種類のガスの混合系な
のでその制御、例えばガス流量比の制御などが複雑であ
った。
のでその制御、例えばガス流量比の制御などが複雑であ
った。
【0008】:また、上記文献の方法でのみ問題とい
うことではないが、RIE法によりTiをエッチングし
た場合、Ti表面に存在する自然酸化膜が原因と思われ
るが、エッチングを終えた試料表面にエッチング残渣が
しばしば生じることがこの出願に係る発明者の研究で明
らかになった。このようなエッチング残渣の発生を簡易
かつ確実に防止出来る方法が望まれる。
うことではないが、RIE法によりTiをエッチングし
た場合、Ti表面に存在する自然酸化膜が原因と思われ
るが、エッチングを終えた試料表面にエッチング残渣が
しばしば生じることがこの出願に係る発明者の研究で明
らかになった。このようなエッチング残渣の発生を簡易
かつ確実に防止出来る方法が望まれる。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、上記〜の問
題点を解決するため、この出願の第一発明によれば、反
応性イオンエッチング法によりチタンをドライエッチン
グするに当たり、反応ガスとして塩素ガス若しくは塩素
と窒素との混合ガスを用いることを特徴とする。
題点を解決するため、この出願の第一発明によれば、反
応性イオンエッチング法によりチタンをドライエッチン
グするに当たり、反応ガスとして塩素ガス若しくは塩素
と窒素との混合ガスを用いることを特徴とする。
【0010】また、上記の現象(自然酸化膜が原因と
思われるエッチング残渣の発生)を防止するため、この
出願の第二発明によれば、反応性イオンエッチング法に
よりチタンをドライエッチングするに当たり、ドライエ
ッチング時の印加電力密度を、エッチング開始から所定
の時まではチタン表面の自然酸化膜を除去し得る第1の
電力密度とし、その後は前記第1の電力密度より小さな
電力密度とすることを特徴とする。
思われるエッチング残渣の発生)を防止するため、この
出願の第二発明によれば、反応性イオンエッチング法に
よりチタンをドライエッチングするに当たり、ドライエ
ッチング時の印加電力密度を、エッチング開始から所定
の時まではチタン表面の自然酸化膜を除去し得る第1の
電力密度とし、その後は前記第1の電力密度より小さな
電力密度とすることを特徴とする。
【0011】なお、第一および第二発明それぞれのドラ
イエッチング方法を合わせて行なう方法は、より好適で
ある。両発明の利点が得られるからである。
イエッチング方法を合わせて行なう方法は、より好適で
ある。両発明の利点が得られるからである。
【0012】
【作用】この出願の第一発明によれば、塩素ガスそのも
の或はこれと窒素との混合ガスを、反応ガスとして用い
る。塩素はプラズマ中で塩素ラジカルに解離しやすいの
で、CCl4 等の塩化物を反応ガスとしていた従来技術
に比べ、Tiの塩化物が生じやすくなるから、Tiのエ
ッチレートが向上する。また、後述の実験結果から明ら
かなように、Tiのエッチングマスクに対するエッチレ
ート選択比も従来より向上する。また、反応ガスは塩素
のみ若しくは、塩素と窒素との混合ガスであるので、反
応ガスの制御は、反応ガスが三種類の混合ガス系の場合
に比べ、容易である。また、反応ガスが酸素を含むもの
であった場合はTiと塩素との反応以外に、酸素とTi
との反応(実際は、酸素と反応生成物であるTiCl4
との反応)が競合し易かったが、この第一発明では、T
iと塩素との反応に競合する他の反応は生じにくい。
の或はこれと窒素との混合ガスを、反応ガスとして用い
る。塩素はプラズマ中で塩素ラジカルに解離しやすいの
で、CCl4 等の塩化物を反応ガスとしていた従来技術
に比べ、Tiの塩化物が生じやすくなるから、Tiのエ
ッチレートが向上する。また、後述の実験結果から明ら
かなように、Tiのエッチングマスクに対するエッチレ
ート選択比も従来より向上する。また、反応ガスは塩素
のみ若しくは、塩素と窒素との混合ガスであるので、反
応ガスの制御は、反応ガスが三種類の混合ガス系の場合
に比べ、容易である。また、反応ガスが酸素を含むもの
であった場合はTiと塩素との反応以外に、酸素とTi
との反応(実際は、酸素と反応生成物であるTiCl4
との反応)が競合し易かったが、この第一発明では、T
iと塩素との反応に競合する他の反応は生じにくい。
【0013】また、この出願の第二発明によれば、RI
E装置の電極間に、Tiのエッチングの初期にあって
は、Tiの表面の自然酸化膜を除去し得る比較的高い電
力密度で電力が印加され、その後は、比較的低い電力密
度で電力が印加される。このため、エッチング残渣の原
因となる自然酸化膜の除去が先ず出来、その後は、エッ
チング精度を留意したエッチングが行なえる。
E装置の電極間に、Tiのエッチングの初期にあって
は、Tiの表面の自然酸化膜を除去し得る比較的高い電
力密度で電力が印加され、その後は、比較的低い電力密
度で電力が印加される。このため、エッチング残渣の原
因となる自然酸化膜の除去が先ず出来、その後は、エッ
チング精度を留意したエッチングが行なえる。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照してこの出願の各発明の実
施例について説明する。ただし、いずれの図もこれらの
発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状及び配
置関係を概略的に示してある。また、説明に用いる各図
において同様な構成成分については同一の番号を付して
示してある。また、以下の説明中の膜厚、流量、圧力、
時間などの数値的条件、使用材料、処理方法、処理条件
などはこの発明の範囲内の一例にすぎない。
施例について説明する。ただし、いずれの図もこれらの
発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状及び配
置関係を概略的に示してある。また、説明に用いる各図
において同様な構成成分については同一の番号を付して
示してある。また、以下の説明中の膜厚、流量、圧力、
時間などの数値的条件、使用材料、処理方法、処理条件
などはこの発明の範囲内の一例にすぎない。
【0015】1.第一発明の実施例 1−1.第1実施例 図1(A)および(B)はこの出願の第一発明の第1実
施例の説明図である。特に図1(A)はエッチング対象
の試料の断面をエッチング前に走査型電子顕微鏡(SE
M)により観察して得た写真を模写した図、図1(B)
は同試料のエッチング終了後のSEM写真を模写した図
である。
施例の説明図である。特に図1(A)はエッチング対象
の試料の断面をエッチング前に走査型電子顕微鏡(SE
M)により観察して得た写真を模写した図、図1(B)
は同試料のエッチング終了後のSEM写真を模写した図
である。
【0016】エッチング対象の試料として、この実施例
では、シリコン基板11上にチタン層13とエッチング
マスク15とをこの順に具えた試料を用いる。この試料
はここでは以下のように作製した。チタン層13は、ス
パッタ法により形成したもので、厚さが500nmのも
のとした。また、エッチングマスク15は、有機高分子
材料で構成されたレジスト(有機高分子レジスト)から
成るラインンアンドスペース用パターンであって、厚さ
が500nmでかつライン部の幅が0.12μm(ピッ
チ0.24μm)のものとした。ここで、有機高分子レ
ジストとしては、ノボラック系のレジストを用いた。具
体的には、日本ゼオン(株)製の電子線用レジストZE
P520(商品名)を用いた。そして、このZEP52
0をTi層13上に厚さ500nmに塗布し、次いで、
このレジスト層に対し、ビーム径60nm、加速電圧3
0KV、電子線描画電流密度94μC/cm2 という条
件で、所定ラインアンドスペースパタンの電子線描画を
行ない、次いで、この試料をキシレン中に3分間浸漬し
て現像をする。これにより上述のエッチングマスク(レ
ジストパターン)15を形成した。
では、シリコン基板11上にチタン層13とエッチング
マスク15とをこの順に具えた試料を用いる。この試料
はここでは以下のように作製した。チタン層13は、ス
パッタ法により形成したもので、厚さが500nmのも
のとした。また、エッチングマスク15は、有機高分子
材料で構成されたレジスト(有機高分子レジスト)から
成るラインンアンドスペース用パターンであって、厚さ
が500nmでかつライン部の幅が0.12μm(ピッ
チ0.24μm)のものとした。ここで、有機高分子レ
ジストとしては、ノボラック系のレジストを用いた。具
体的には、日本ゼオン(株)製の電子線用レジストZE
P520(商品名)を用いた。そして、このZEP52
0をTi層13上に厚さ500nmに塗布し、次いで、
このレジスト層に対し、ビーム径60nm、加速電圧3
0KV、電子線描画電流密度94μC/cm2 という条
件で、所定ラインアンドスペースパタンの電子線描画を
行ない、次いで、この試料をキシレン中に3分間浸漬し
て現像をする。これにより上述のエッチングマスク(レ
ジストパターン)15を形成した。
【0017】このように用意した試料をこの発明のドラ
イエッチング法によりここでは以下のようにエッチング
する。エッチング装置として、2電極平行平板型のかつ
ロードロック機構を具えた通常のRIE装置を用いる。
なお、このRIE装置において、陰極はその表面が溶融
石英板で覆われている。また接地電極はその表面がアル
ミナで覆われている。またエッチング室はアルミニウム
で構成されている。このRIE装置の陰極側に試料を載
置する。
イエッチング法によりここでは以下のようにエッチング
する。エッチング装置として、2電極平行平板型のかつ
ロードロック機構を具えた通常のRIE装置を用いる。
なお、このRIE装置において、陰極はその表面が溶融
石英板で覆われている。また接地電極はその表面がアル
ミナで覆われている。またエッチング室はアルミニウム
で構成されている。このRIE装置の陰極側に試料を載
置する。
【0018】エッチング条件は次のとおりである。RI
E装置の電極温度は室温に設定する。電極温度はエッチ
ング中でも50℃を越えないことを確認している。反応
ガスとして塩素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いる。
具体的には、塩素ガスの流量を30ccm、窒素ガスの
流量を2.5ccmとした条件の混合ガスを用いた。ま
たエッチング時のガス圧力を4Paとし、印加する高周
波電力の密度を0.2W/cm2 とする。このようなエ
ッチング条件におけるTiのエッチレートは、約550
nm/minであり従来の3〜4倍であることが分かっ
た。そこでここでは、試料が30%のオーバーエッチン
グとなるように、エッチング時間を71秒とした。つま
り、500nmの1.3倍の厚さのTi層すなわち厚さ
が650nmのTi層をエッチングできるように、エッ
チング時間を(650nm/550nm)×60秒≒7
1(秒)とした。なお、Tiのエッチレートが従来より
数倍大きくなる理由は、従来用いられていたCCl4 よ
りも、本発明で用いる塩素の方が、プラズマ中でより多
くの塩素ラジカルへ解離するためと、この発明ではエッ
チング面に堆積し易い化学種(従来でいえばCClX
等)が生成されないためであると考えている。
E装置の電極温度は室温に設定する。電極温度はエッチ
ング中でも50℃を越えないことを確認している。反応
ガスとして塩素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いる。
具体的には、塩素ガスの流量を30ccm、窒素ガスの
流量を2.5ccmとした条件の混合ガスを用いた。ま
たエッチング時のガス圧力を4Paとし、印加する高周
波電力の密度を0.2W/cm2 とする。このようなエ
ッチング条件におけるTiのエッチレートは、約550
nm/minであり従来の3〜4倍であることが分かっ
た。そこでここでは、試料が30%のオーバーエッチン
グとなるように、エッチング時間を71秒とした。つま
り、500nmの1.3倍の厚さのTi層すなわち厚さ
が650nmのTi層をエッチングできるように、エッ
チング時間を(650nm/550nm)×60秒≒7
1(秒)とした。なお、Tiのエッチレートが従来より
数倍大きくなる理由は、従来用いられていたCCl4 よ
りも、本発明で用いる塩素の方が、プラズマ中でより多
くの塩素ラジカルへ解離するためと、この発明ではエッ
チング面に堆積し易い化学種(従来でいえばCClX
等)が生成されないためであると考えている。
【0019】エッチングが終了した試料を観察したとこ
ろ、サイドエッチングがなくかつシリコン基板11面に
対するパターン側壁の傾斜角度がほぼ90°となってい
る、Tiのパターン13aが形成されていることが分か
った。また、上記エッチング条件でのレジストに対する
Tiのエッチレート選択比(Tiのエッチレート/ZE
P520のエッチレート)は約5倍程度であり、従来に
比べ5倍程度大きいことが分かった。このため、エッチ
ング終了後もエッチングマスクであるレジストパターン
15の残膜具合は十分なものであった。
ろ、サイドエッチングがなくかつシリコン基板11面に
対するパターン側壁の傾斜角度がほぼ90°となってい
る、Tiのパターン13aが形成されていることが分か
った。また、上記エッチング条件でのレジストに対する
Tiのエッチレート選択比(Tiのエッチレート/ZE
P520のエッチレート)は約5倍程度であり、従来に
比べ5倍程度大きいことが分かった。このため、エッチ
ング終了後もエッチングマスクであるレジストパターン
15の残膜具合は十分なものであった。
【0020】なお、この第1実施例のエッチング方法で
形成されたTiのパターン13aの側壁には、エッチン
グマスクとして用いたレジストパターン15からスパッ
タされた物質で構成されていると思われる薄い保護膜
(図示せず)が、形成されていると思われる。この保護
膜は極めて薄いため、これが形成されているか否かは電
子顕微鏡などの直接的な観察手段では観察できなかっ
た。しかし、以下に述べる比較例の実験結果から判断し
て、保護膜の存在が推測される。
形成されたTiのパターン13aの側壁には、エッチン
グマスクとして用いたレジストパターン15からスパッ
タされた物質で構成されていると思われる薄い保護膜
(図示せず)が、形成されていると思われる。この保護
膜は極めて薄いため、これが形成されているか否かは電
子顕微鏡などの直接的な観察手段では観察できなかっ
た。しかし、以下に述べる比較例の実験結果から判断し
て、保護膜の存在が推測される。
【0021】<比較例>上記第1実施例においてはZE
P520によりエッチングマスクを構成していた。この
比較例ではその代わりに、無機材料ここではスピンオン
グラス(SOG)によりエッチングマスク15を構成す
る。ここで、スピンオングラスとは、回転塗布が可能な
シリコン酸化物の有機化合物であり、回転塗布後に熱処
理を行なうことによってシリコン酸化膜(SiO2 膜)
となるものである。
P520によりエッチングマスクを構成していた。この
比較例ではその代わりに、無機材料ここではスピンオン
グラス(SOG)によりエッチングマスク15を構成す
る。ここで、スピンオングラスとは、回転塗布が可能な
シリコン酸化物の有機化合物であり、回転塗布後に熱処
理を行なうことによってシリコン酸化膜(SiO2 膜)
となるものである。
【0022】なお、SOGから成るエッチングマスク
は、次のように形成した。Ti層までの形成を終えた後
のこのTi層上に、SOG層をスピンコート法により形
成する。次に、このSOG層上にレジストとしてZEP
520を塗布する。そして、このレジスト層に対し種々
の寸法のラインアンドスペースを電子線により描画し、
その後これを現像する。
は、次のように形成した。Ti層までの形成を終えた後
のこのTi層上に、SOG層をスピンコート法により形
成する。次に、このSOG層上にレジストとしてZEP
520を塗布する。そして、このレジスト層に対し種々
の寸法のラインアンドスペースを電子線により描画し、
その後これを現像する。
【0023】次に、ZEP520のパターンをエッチン
グマスクとして、SOG層をフッ素系ガスを用いた公知
のドライエッチング法によりエッチングして、SOGか
ら成るエッチングマスクを得る。
グマスクとして、SOG層をフッ素系ガスを用いた公知
のドライエッチング法によりエッチングして、SOGか
ら成るエッチングマスクを得る。
【0024】次に、この試料に対し、第1実施例で行な
ったと同じ条件でドライエッチングを行なう。図2は、
このドライエッチングが終了した後の試料のSEM写真
を模写した図である。図2において17はSOGで構成
されたエッチングマスクである。この図2から明らかな
ように、比較例の方法で形成されたTiのパターン13
xは、大きなサイドエッチングが生じているものとなっ
ており、ZEP520でエッチングマスクを構成してい
た場合とは全く異なった形状のものとなっていた。ま
た、上述したように、この比較例の実験では試料中に種
々の寸法のパターンを電子線描画したので、これらに対
応するTiパターンより加工限界を調べてみたところ、
0.5μmのラインアンドスペースの加工が限度であ
り、それより微細な加工はできないことが分かった。
ったと同じ条件でドライエッチングを行なう。図2は、
このドライエッチングが終了した後の試料のSEM写真
を模写した図である。図2において17はSOGで構成
されたエッチングマスクである。この図2から明らかな
ように、比較例の方法で形成されたTiのパターン13
xは、大きなサイドエッチングが生じているものとなっ
ており、ZEP520でエッチングマスクを構成してい
た場合とは全く異なった形状のものとなっていた。ま
た、上述したように、この比較例の実験では試料中に種
々の寸法のパターンを電子線描画したので、これらに対
応するTiパターンより加工限界を調べてみたところ、
0.5μmのラインアンドスペースの加工が限度であ
り、それより微細な加工はできないことが分かった。
【0025】実施例および比較例の結果からみて、0.
1μmオーダの微細なラインアンドスペースを有するT
iのパターンが形成できるのは、有機高分子レジストで
構成したエッチングマスクの存在によると考える。おそ
らく、有機高分子レジストで構成したエッチングマスク
がドライエッチング中にスパッタされ、それによりTi
のパターンの側壁に何らかの物質が堆積し、これが保護
膜となってTi層のサイドエッチングを抑制し、この結
果Tiの微細パターンが形成されると推測される。
1μmオーダの微細なラインアンドスペースを有するT
iのパターンが形成できるのは、有機高分子レジストで
構成したエッチングマスクの存在によると考える。おそ
らく、有機高分子レジストで構成したエッチングマスク
がドライエッチング中にスパッタされ、それによりTi
のパターンの側壁に何らかの物質が堆積し、これが保護
膜となってTi層のサイドエッチングを抑制し、この結
果Tiの微細パターンが形成されると推測される。
【0026】<窒素の効果について>また、この第一発
明では反応ガスとして塩素と窒素との混合ガスを用いる
点をも主張する。そこで、窒素を添加することの効果に
ついて以下に説明する。そのための実験として、先ず、
塩素ガス流量を30ccmと一定にした状態で窒素ガス
の添加量(流量)を種々に変えて種々の反応ガス条件を
設定し、それぞれの反応ガスにより試料をドライエッチ
ングする。そして、窒素ガスの添加量が異なる各条件で
のTiのエッチングレートおよびZEP520のエッチ
ングレート各々を測定する。なお、窒素添加量以外のド
ライエッチング条件は上述の実施例のとおりとしてい
る。
明では反応ガスとして塩素と窒素との混合ガスを用いる
点をも主張する。そこで、窒素を添加することの効果に
ついて以下に説明する。そのための実験として、先ず、
塩素ガス流量を30ccmと一定にした状態で窒素ガス
の添加量(流量)を種々に変えて種々の反応ガス条件を
設定し、それぞれの反応ガスにより試料をドライエッチ
ングする。そして、窒素ガスの添加量が異なる各条件で
のTiのエッチングレートおよびZEP520のエッチ
ングレート各々を測定する。なお、窒素添加量以外のド
ライエッチング条件は上述の実施例のとおりとしてい
る。
【0027】このような実験の結果を図3に示した。た
だし、図3において、横軸は窒素添加量(ccm)、縦
軸の左軸はエッチレート(nm)、縦軸の右軸はZEP
520に対するTiのエッチレート選択比をそれぞれ示
す。また、この図3中、白ぬき四角印がレジスト(ZE
P520)のエッチレートを示し、白ぬき丸印がTiの
エッチレートを示し、黒塗り菱形印がエッチレート選択
比を示している。
だし、図3において、横軸は窒素添加量(ccm)、縦
軸の左軸はエッチレート(nm)、縦軸の右軸はZEP
520に対するTiのエッチレート選択比をそれぞれ示
す。また、この図3中、白ぬき四角印がレジスト(ZE
P520)のエッチレートを示し、白ぬき丸印がTiの
エッチレートを示し、黒塗り菱形印がエッチレート選択
比を示している。
【0028】図3から分かるように、Tiのエッチレー
トは微量の窒素の添加により増加し、その添加量が3c
cm程度で極大となり、それ以上の添加量では添加量に
応じ徐々に減少する。一方、ZEP520のエッチレー
トは窒素の添加に対し実質的に変化しないことが分か
る。これらのことから、Tiのレジストに対するエッチ
レート選択比は、窒素を2〜3ccm添加する条件で最
も高くなる。また、窒素を2〜3ccm添加すると、窒
素を全く添加しない場合(すなわち塩素ガスのみの場
合)に比べ、Tiのエッチレート、選択比ともに1.5
倍程度高くなる効果が認められた。なお、反応ガスとし
て塩素ガスのみを用いる場合も、図3から明らかなよう
に、Tiのエッチレートが約400nm/min、選択
比が約4となるので、従来に比べ明らかに優位であるこ
とが分かる。
トは微量の窒素の添加により増加し、その添加量が3c
cm程度で極大となり、それ以上の添加量では添加量に
応じ徐々に減少する。一方、ZEP520のエッチレー
トは窒素の添加に対し実質的に変化しないことが分か
る。これらのことから、Tiのレジストに対するエッチ
レート選択比は、窒素を2〜3ccm添加する条件で最
も高くなる。また、窒素を2〜3ccm添加すると、窒
素を全く添加しない場合(すなわち塩素ガスのみの場
合)に比べ、Tiのエッチレート、選択比ともに1.5
倍程度高くなる効果が認められた。なお、反応ガスとし
て塩素ガスのみを用いる場合も、図3から明らかなよう
に、Tiのエッチレートが約400nm/min、選択
比が約4となるので、従来に比べ明らかに優位であるこ
とが分かる。
【0029】次に、Tiのパターンの寸法精度に対し窒
素の添加量がどのように影響するかについて説明する。
このため、塩素ガス流量を30ccmと一定にした状態
で窒素ガスの添加量(流量)を種々に変えて種々の反応
ガス条件を設定し、それぞれの反応ガスにより試料をド
ライエッチングする。ただし、エッチングマスクとして
ここでは0.2μmラインアンドスペースのレジストパ
ターン(ZEP520)を用いる。解像度限界では他の
要因がパターン寸法に影響し窒素添加の影響を正確にみ
られないと考えられるので、形成するパターンを0.2
μmとしたのである。なお、窒素の添加量を変えたこと
およびレジストパターンの寸法を0.2μmとしたこと
以外のドライエッチング条件は上述の実施例のとおりと
している。
素の添加量がどのように影響するかについて説明する。
このため、塩素ガス流量を30ccmと一定にした状態
で窒素ガスの添加量(流量)を種々に変えて種々の反応
ガス条件を設定し、それぞれの反応ガスにより試料をド
ライエッチングする。ただし、エッチングマスクとして
ここでは0.2μmラインアンドスペースのレジストパ
ターン(ZEP520)を用いる。解像度限界では他の
要因がパターン寸法に影響し窒素添加の影響を正確にみ
られないと考えられるので、形成するパターンを0.2
μmとしたのである。なお、窒素の添加量を変えたこと
およびレジストパターンの寸法を0.2μmとしたこと
以外のドライエッチング条件は上述の実施例のとおりと
している。
【0030】ドライエッチングを終えた各試料における
Tiのパターンのレジストパターンに対する寸法変換の
程度を観察する。図4はその結果を示した図である。横
軸に窒素の添加量をとり縦軸に形成したTiのパターン
のパターン幅をとって示したものである。なお、図4に
おいて縦軸の0.2を横切る破線はエッチングマスク
(レジストパターン)の幅を示している。図4から分か
るように、窒素を添加しない場合はTiのパターン幅は
0.3μmであり、レジストパターンの幅0.2μmに
対し約0.1μmのTiパターンの太りが見られた。ま
た、このときのTiのパターンの断面形状はエッチング
マスク(ZEP520)よりもやや太めでかつ下部ほど
太いいわゆるテーパー形状になっていた(図4中のP参
照)。これは、エッチングマスクがスパッタされて何ら
かの物質がTiパターンの側壁に堆積するためと考えら
れる。ここで、図1(B)を用いた上述の実施例の説明
では、Tiパターンの側壁にエッチングマスクからスパ
ッタされた物質が堆積しこれが保護膜として機能してサ
イドエッチングが防止されるので所望の寸法のTiパタ
ーンが得られる旨、説明した。この説明と上記Tiパタ
ーン太りとは矛盾するように思われるが、そうではな
く、窒素の添加量が影響しているのである。つまり、窒
素を数ccmという微かな量添加した場合では、Tiの
パターンの太りは軽減されるようになり、例えば窒素の
添加量が約4ccm付近ではTiのパターンの幅は0.
22μmとなる。つまり、エッチングマスクの幅0.2
μmに対し寸法変換差が0.02μm程度の精度でTi
層を加工できるようになる。また、窒素添加量が微量の
範囲ではTiのパターンの断面形状はほとんど矩形状に
なる(図4中のQ参照)。窒素の添加により寸法精度が
変わる理由は、窒素を添加することによりTiのエッチ
レートが増加するのでTiのパターンの側壁に堆積され
る膜がまだ薄いうちにエッチングが進行してしまい堆積
膜による寸法誤差が軽減されるか、あるいは、窒素自体
がシアン(CN)化合物を作って側壁堆積膜をある程度
とり除くためと考えている。
Tiのパターンのレジストパターンに対する寸法変換の
程度を観察する。図4はその結果を示した図である。横
軸に窒素の添加量をとり縦軸に形成したTiのパターン
のパターン幅をとって示したものである。なお、図4に
おいて縦軸の0.2を横切る破線はエッチングマスク
(レジストパターン)の幅を示している。図4から分か
るように、窒素を添加しない場合はTiのパターン幅は
0.3μmであり、レジストパターンの幅0.2μmに
対し約0.1μmのTiパターンの太りが見られた。ま
た、このときのTiのパターンの断面形状はエッチング
マスク(ZEP520)よりもやや太めでかつ下部ほど
太いいわゆるテーパー形状になっていた(図4中のP参
照)。これは、エッチングマスクがスパッタされて何ら
かの物質がTiパターンの側壁に堆積するためと考えら
れる。ここで、図1(B)を用いた上述の実施例の説明
では、Tiパターンの側壁にエッチングマスクからスパ
ッタされた物質が堆積しこれが保護膜として機能してサ
イドエッチングが防止されるので所望の寸法のTiパタ
ーンが得られる旨、説明した。この説明と上記Tiパタ
ーン太りとは矛盾するように思われるが、そうではな
く、窒素の添加量が影響しているのである。つまり、窒
素を数ccmという微かな量添加した場合では、Tiの
パターンの太りは軽減されるようになり、例えば窒素の
添加量が約4ccm付近ではTiのパターンの幅は0.
22μmとなる。つまり、エッチングマスクの幅0.2
μmに対し寸法変換差が0.02μm程度の精度でTi
層を加工できるようになる。また、窒素添加量が微量の
範囲ではTiのパターンの断面形状はほとんど矩形状に
なる(図4中のQ参照)。窒素の添加により寸法精度が
変わる理由は、窒素を添加することによりTiのエッチ
レートが増加するのでTiのパターンの側壁に堆積され
る膜がまだ薄いうちにエッチングが進行してしまい堆積
膜による寸法誤差が軽減されるか、あるいは、窒素自体
がシアン(CN)化合物を作って側壁堆積膜をある程度
とり除くためと考えている。
【0031】これらの結果を総合すると、第一発明にお
いてエッチングマスクを有機高分子レジストで構成する
場合に窒素添加による効果は、窒素の添加量が、反応ガ
スの流量に対する窒素ガスの流量百分率[窒素流量×1
00/(塩素流量+窒素流量)]でいって、数%程度か
ら発現するといえる。しかし、窒素の添加量が多すぎて
はエッチレートの低下、パターン形状の劣化およびパタ
ーン太りが発生する。これらのことから、窒素の添加量
は、反応ガスの流量に対する窒素ガスの流量百分率でい
って最大でも20%とするのが好ましく、より好ましく
は10%前後とするのが良い。
いてエッチングマスクを有機高分子レジストで構成する
場合に窒素添加による効果は、窒素の添加量が、反応ガ
スの流量に対する窒素ガスの流量百分率[窒素流量×1
00/(塩素流量+窒素流量)]でいって、数%程度か
ら発現するといえる。しかし、窒素の添加量が多すぎて
はエッチレートの低下、パターン形状の劣化およびパタ
ーン太りが発生する。これらのことから、窒素の添加量
は、反応ガスの流量に対する窒素ガスの流量百分率でい
って最大でも20%とするのが好ましく、より好ましく
は10%前後とするのが良い。
【0032】1−2.第一発明の第2実施例 上述の第1実施例では、エッチングマスクを無機材料
(具体的にはSOG)で構成するとTiのパターンにサ
イドエッチングが生じるので所望のパターンが得られな
い旨説明した。しかし、エッチングマスクを無機材料例
えばSiO2系材料(具体的にはSOG)で構成した場
合であっても、エッチング条件を工夫することでサイド
エッチングの発生を抑え得ることが分かった。この第2
実施例はその例である。以下、詳細に説明する。
(具体的にはSOG)で構成するとTiのパターンにサ
イドエッチングが生じるので所望のパターンが得られな
い旨説明した。しかし、エッチングマスクを無機材料例
えばSiO2系材料(具体的にはSOG)で構成した場
合であっても、エッチング条件を工夫することでサイド
エッチングの発生を抑え得ることが分かった。この第2
実施例はその例である。以下、詳細に説明する。
【0033】Ti層上に形成するエッチングマスクを
0.5μmのラインアンドスペースパターンのSOGパ
ターンとした試料を複数用意する。なお、SOGパター
ンは第1実施例の比較例の項で説明した手順で作製出来
る。次に、塩素ガス流量を30ccmと一定にした状態
で窒素ガスの添加量(流量)を種々に変えて種々の反応
ガス条件を設定し、それぞれの反応ガスにより試料をド
ライエッチングする。なお、エッチングマスクおよび窒
素添加量以外のドライエッチング条件は、第1実施例の
とおりとしている。
0.5μmのラインアンドスペースパターンのSOGパ
ターンとした試料を複数用意する。なお、SOGパター
ンは第1実施例の比較例の項で説明した手順で作製出来
る。次に、塩素ガス流量を30ccmと一定にした状態
で窒素ガスの添加量(流量)を種々に変えて種々の反応
ガス条件を設定し、それぞれの反応ガスにより試料をド
ライエッチングする。なお、エッチングマスクおよび窒
素添加量以外のドライエッチング条件は、第1実施例の
とおりとしている。
【0034】エッチングの終了した各試料におけるTi
パターンをSEMにより観察してその写真をそれぞれ得
る。これらSEM写真を模写した図を図5(A)〜
(E)に示した。各試料作製時の反応ガスへの窒素の添
加量は、図5(A)〜(E)の順に、0ccm(窒素添
加無し)、1.25ccm、2.86ccm、4.29
ccmおよび14.3ccmである。なお、各試料のT
iパターンにおけるサイドエッチング量の実測はしてい
ないが、図5(A)〜(E)の各図はSEM像を正確に
模写しかつ同じ縮尺で示してあるので、これらの図を比
較することで、サイドエッチングに対する窒素の添加量
の影響は充分に読めると考える。
パターンをSEMにより観察してその写真をそれぞれ得
る。これらSEM写真を模写した図を図5(A)〜
(E)に示した。各試料作製時の反応ガスへの窒素の添
加量は、図5(A)〜(E)の順に、0ccm(窒素添
加無し)、1.25ccm、2.86ccm、4.29
ccmおよび14.3ccmである。なお、各試料のT
iパターンにおけるサイドエッチング量の実測はしてい
ないが、図5(A)〜(E)の各図はSEM像を正確に
模写しかつ同じ縮尺で示してあるので、これらの図を比
較することで、サイドエッチングに対する窒素の添加量
の影響は充分に読めると考える。
【0035】エッチングマスクを無機材料で構成した場
合、図5から分かるように、窒素の添加無しではTiの
パターン13aにおけるサイドエッチは著しい。したが
って窒素添加なしの条件は微細加工には適当でない。こ
れに対し、窒素の添加量が例えば5ccm以上になると
サイドエッチはかなり軽減される。また、サイドエッチ
は窒素添加量が多い程軽減される。この理由は、窒素の
添加によりエッチング系を構成する系中のいずれかの元
素の窒化物がTIパターンの側壁に堆積するか、或は放
電雰囲気中の物理化学的バランスが変化して塩素ラジカ
ルの量が減るためと考えている。
合、図5から分かるように、窒素の添加無しではTiの
パターン13aにおけるサイドエッチは著しい。したが
って窒素添加なしの条件は微細加工には適当でない。こ
れに対し、窒素の添加量が例えば5ccm以上になると
サイドエッチはかなり軽減される。また、サイドエッチ
は窒素添加量が多い程軽減される。この理由は、窒素の
添加によりエッチング系を構成する系中のいずれかの元
素の窒化物がTIパターンの側壁に堆積するか、或は放
電雰囲気中の物理化学的バランスが変化して塩素ラジカ
ルの量が減るためと考えている。
【0036】これらの結果を総合すると、第一発明にお
いてエッチングマスクを無機材料で構成する場合に窒素
添加による効果は、窒素の添加量が、反応ガスの流量に
対する窒素ガスの流量百分率[窒素流量×100/(塩
素流量+窒素流量)]でいって、数%程度ではあまり発
現せず、30%程度で最も発現する。しかし、窒素の添
加量が多すぎてはエッチレートの低下、パターン形状の
劣化が発生する。これらのことから、窒素の添加量は、
反応ガスの流量に対する窒素ガスの流量百分率でいって
10%以上最大でも60%とするのが好ましい。なお、
Tiパターン形成時にサイドエッチングが生じる反応は
塩素ラジカルによる熱化学的反応であることは明らかな
ので、エッチング対象試料の温度を下げることにより、
より少ない窒素添加量でこの第2実施例の効果は得られ
ると予想される。
いてエッチングマスクを無機材料で構成する場合に窒素
添加による効果は、窒素の添加量が、反応ガスの流量に
対する窒素ガスの流量百分率[窒素流量×100/(塩
素流量+窒素流量)]でいって、数%程度ではあまり発
現せず、30%程度で最も発現する。しかし、窒素の添
加量が多すぎてはエッチレートの低下、パターン形状の
劣化が発生する。これらのことから、窒素の添加量は、
反応ガスの流量に対する窒素ガスの流量百分率でいって
10%以上最大でも60%とするのが好ましい。なお、
Tiパターン形成時にサイドエッチングが生じる反応は
塩素ラジカルによる熱化学的反応であることは明らかな
ので、エッチング対象試料の温度を下げることにより、
より少ない窒素添加量でこの第2実施例の効果は得られ
ると予想される。
【0037】この第2実施例の方法は第1実施例の方法
に比べるとエッチング精度の点でやや劣る。しかし、高
温プロセスではエッチングマスクとしてレジストを用い
ることができないので、そのような場合にこの第2実施
例の方法は有効な手段になると考える。
に比べるとエッチング精度の点でやや劣る。しかし、高
温プロセスではエッチングマスクとしてレジストを用い
ることができないので、そのような場合にこの第2実施
例の方法は有効な手段になると考える。
【0038】なお、この第2実施例の方法において窒素
の添加は、エッチング進行中のサイドエッチングを抑制
する効果を引き出すが、オーバーエッチングのエッチン
グ段階になるとある程度のサイドエッチングは発生す
る。このため、オーバーエッチングは多くとも30%以
下に留めるのが好ましい。
の添加は、エッチング進行中のサイドエッチングを抑制
する効果を引き出すが、オーバーエッチングのエッチン
グ段階になるとある程度のサイドエッチングは発生す
る。このため、オーバーエッチングは多くとも30%以
下に留めるのが好ましい。
【0039】2.第二発明の実施例 次に、Ti表面に存在する自然酸化膜についての対策を
考慮したドライエッチング法に関する発明(第二発明)
の実施例について説明する。
考慮したドライエッチング法に関する発明(第二発明)
の実施例について説明する。
【0040】先ず、エッチング対象の試料として第一発
明の第1実施例と同じ条件の試料を用意する(図1
(A)参照)。次に、この試料をRIE装置を用いドラ
イエッチングする。ただし、この実施例ではエッチング
時に印加する高周波電力密度を以下に詳細に説明するよ
うに2段階に変化させながらこのエッチングを行なう。
明の第1実施例と同じ条件の試料を用意する(図1
(A)参照)。次に、この試料をRIE装置を用いドラ
イエッチングする。ただし、この実施例ではエッチング
時に印加する高周波電力密度を以下に詳細に説明するよ
うに2段階に変化させながらこのエッチングを行なう。
【0041】エッチング条件は次のとおりとした。用い
たRIE装置は第一発明と同じものである。反応ガスと
して塩素と窒素との混合ガスであって、塩素の流量を3
0ccm、窒素の流量を2.5ccmとした混合ガスを
用いる。ガス圧力を4Paとする。高周波電力の印加条
件は、エッチング開始から所定の時までは試料チタン表
面の自然酸化膜を除去し得る第1の電力密度とし、その
後は前記第1の電力密度より小さな電力密度とする。具
体的には、この実施例では、エッチング開始から7秒間
は高周波電力を電力密度0.4W/cm2 の条件で印加
し、その後は高周波電力を電力密度0.2W/cm2 の
条件で1分間印加する。この印加電力密度を2段階にし
たエッチングは、試料をRIE装置から途中取り出すこ
となく、かつ、反応ガスも供給し続ける条件で、行なっ
た。このときのTiのエッチレートは、第1段階のとき
が800nm/min(13.3nm/sec)であ
り、第2段階のときが550nm/minであった。ま
た、このときのレジスト(ZEP520)のエッチレー
トは、第1段階のときが230nm/min(3.8n
m/sec)であり、第2段階のときが100nm/m
inであった。したがって、第1段階および第2段階そ
れぞれでの、Tiのレジストに対するエッチレート選択
比は、3.5および5.5になる。ただし、実際のTi
のエッチングは30%のオーバエッチがなされることを
見込んで厚さ650nmのTi層をエッチングできる時
間で行なっている。このため、このエッチング条件での
レジストの膜減り量は換算で130nmであるので、見
かけ上のエッチレート選択比は約5である。
たRIE装置は第一発明と同じものである。反応ガスと
して塩素と窒素との混合ガスであって、塩素の流量を3
0ccm、窒素の流量を2.5ccmとした混合ガスを
用いる。ガス圧力を4Paとする。高周波電力の印加条
件は、エッチング開始から所定の時までは試料チタン表
面の自然酸化膜を除去し得る第1の電力密度とし、その
後は前記第1の電力密度より小さな電力密度とする。具
体的には、この実施例では、エッチング開始から7秒間
は高周波電力を電力密度0.4W/cm2 の条件で印加
し、その後は高周波電力を電力密度0.2W/cm2 の
条件で1分間印加する。この印加電力密度を2段階にし
たエッチングは、試料をRIE装置から途中取り出すこ
となく、かつ、反応ガスも供給し続ける条件で、行なっ
た。このときのTiのエッチレートは、第1段階のとき
が800nm/min(13.3nm/sec)であ
り、第2段階のときが550nm/minであった。ま
た、このときのレジスト(ZEP520)のエッチレー
トは、第1段階のときが230nm/min(3.8n
m/sec)であり、第2段階のときが100nm/m
inであった。したがって、第1段階および第2段階そ
れぞれでの、Tiのレジストに対するエッチレート選択
比は、3.5および5.5になる。ただし、実際のTi
のエッチングは30%のオーバエッチがなされることを
見込んで厚さ650nmのTi層をエッチングできる時
間で行なっている。このため、このエッチング条件での
レジストの膜減り量は換算で130nmであるので、見
かけ上のエッチレート選択比は約5である。
【0042】エッチングが終了した試料を観察したとこ
ろ、サイドエッチングがなくかつシリコン基板11面に
対するパターン側壁の傾斜角度がほぼ90°で然も、所
望の寸法精度の、Tiパターン13aが形成されている
ことが分かった。然も、エッチングされた面は非常に滑
らかでありかつエッチング残渣はほとんど観察されなか
った。図6は、この2段階エッチングによりエッチング
した試料の表面をSEMにより観察して得たSEM写真
を模写した図である。図6において21はエッチング面
である。エッチング面21は非常に滑らかでありかつそ
の面にはエッチング残渣はほとんど観察されないことが
良く分かる。
ろ、サイドエッチングがなくかつシリコン基板11面に
対するパターン側壁の傾斜角度がほぼ90°で然も、所
望の寸法精度の、Tiパターン13aが形成されている
ことが分かった。然も、エッチングされた面は非常に滑
らかでありかつエッチング残渣はほとんど観察されなか
った。図6は、この2段階エッチングによりエッチング
した試料の表面をSEMにより観察して得たSEM写真
を模写した図である。図6において21はエッチング面
である。エッチング面21は非常に滑らかでありかつそ
の面にはエッチング残渣はほとんど観察されないことが
良く分かる。
【0043】このことから、この第二発明のドライエッ
チングは、Ti表面に存在する自然酸化膜に起因するエ
ッチング残渣を防止するうえで有効な方法であることが
分かる。これについて、以下の比較例によりさらに詳細
に説明する。
チングは、Ti表面に存在する自然酸化膜に起因するエ
ッチング残渣を防止するうえで有効な方法であることが
分かる。これについて、以下の比較例によりさらに詳細
に説明する。
【0044】<比較例>先ず、実施例と同様なエッチン
グ対象の試料を、実施例における第2段階のドライエッ
チング条件(印加電力密度を0.2W/cm2 としてい
たエッチング件)のみでエッチングし、かつ、その際の
エッチング時間に対するTi層のエッチング深さを測定
する。その結果を図7にIで示した。なお、図7におい
て、横軸は時間、縦軸はTi層のエッチング深さであ
る。印加電力密度が0.2W/cm 2 の場合は、放電の
開始から実際にTiのエッチングが開始されるまでに2
0秒以上もの遅れのある過渡応答があることが分かっ
た。また、このような現象が発生するか否かおよび発生
した場合の遅れ時間の程度は、エッチング条件が同じで
あっても、エッチング対象の試料ごとでまちまちである
ことが分かった。
グ対象の試料を、実施例における第2段階のドライエッ
チング条件(印加電力密度を0.2W/cm2 としてい
たエッチング件)のみでエッチングし、かつ、その際の
エッチング時間に対するTi層のエッチング深さを測定
する。その結果を図7にIで示した。なお、図7におい
て、横軸は時間、縦軸はTi層のエッチング深さであ
る。印加電力密度が0.2W/cm 2 の場合は、放電の
開始から実際にTiのエッチングが開始されるまでに2
0秒以上もの遅れのある過渡応答があることが分かっ
た。また、このような現象が発生するか否かおよび発生
した場合の遅れ時間の程度は、エッチング条件が同じで
あっても、エッチング対象の試料ごとでまちまちである
ことが分かった。
【0045】また、実施例と同様なエッチング対象の試
料を、今度は、実施例における第1段階のドライエッチ
ング条件(印加電力密度を0.4W/cm2 としていた
エッチング件)のみでエッチングし、かつ、その際のエ
ッチング時間に対するTi層のエッチング深さを測定す
る。その結果を図7にIIで示した。印加電力密度を0.
4W/cm2 と高くした場合は、エッチング反応の過渡
応答は認められず、エッチング開始からエッチング時間
の経過に対し直線的にエッチング深さが増加していくこ
とが分かる。また、この条件では、試料によって過渡応
答が生じたり生じなかったりなどの不安定性は生じなか
った。なお、これと似た現象は塩素系の反応ガスを用い
たアルミニウムのドライエッチングでは良く知られてい
る。アルミニウムの場合はその表面に非常に安定な自然
酸化膜(アルミナ)が形成されておりこれによりアルミ
ニウムのエッチングは阻害される。そこで、アルミニウ
ムをエッチングする場合は、この自然酸化膜を除去する
ために、最初に還元性の高い反応ガスで短時間エッチン
グした後所定の反応ガスに変えてエッチングを行なうと
いう方法がとられる。しかし、チタンの場合は、還元性
ガスを用いなくとも電力をある程度増加させるだけで自
然酸化膜を除去できると考えられる。
料を、今度は、実施例における第1段階のドライエッチ
ング条件(印加電力密度を0.4W/cm2 としていた
エッチング件)のみでエッチングし、かつ、その際のエ
ッチング時間に対するTi層のエッチング深さを測定す
る。その結果を図7にIIで示した。印加電力密度を0.
4W/cm2 と高くした場合は、エッチング反応の過渡
応答は認められず、エッチング開始からエッチング時間
の経過に対し直線的にエッチング深さが増加していくこ
とが分かる。また、この条件では、試料によって過渡応
答が生じたり生じなかったりなどの不安定性は生じなか
った。なお、これと似た現象は塩素系の反応ガスを用い
たアルミニウムのドライエッチングでは良く知られてい
る。アルミニウムの場合はその表面に非常に安定な自然
酸化膜(アルミナ)が形成されておりこれによりアルミ
ニウムのエッチングは阻害される。そこで、アルミニウ
ムをエッチングする場合は、この自然酸化膜を除去する
ために、最初に還元性の高い反応ガスで短時間エッチン
グした後所定の反応ガスに変えてエッチングを行なうと
いう方法がとられる。しかし、チタンの場合は、還元性
ガスを用いなくとも電力をある程度増加させるだけで自
然酸化膜を除去できると考えられる。
【0046】また、印加電力密度をTiのエッチング反
応に過渡応答が生じるような弱い密度(ここでは上記
0.2W/cm2 )としたエッチング条件で試料を30
%オーバーエッチングする。そしてこの試料表面をSE
Mにより観察する。この観察によって得たSEM写真を
模写した図を、図8に示した。なお、この図8におい
て、21はエッチング面、23はエッチングマスク、2
5はチタン層のエッチングマスクで覆われている部分、
27はエッチング残渣である。この図8から明らかなよ
うに、エッチングを終えた試料の表面は粒状や柱状の無
数のエツチング残渣により覆われていることが分かっ
た。
応に過渡応答が生じるような弱い密度(ここでは上記
0.2W/cm2 )としたエッチング条件で試料を30
%オーバーエッチングする。そしてこの試料表面をSE
Mにより観察する。この観察によって得たSEM写真を
模写した図を、図8に示した。なお、この図8におい
て、21はエッチング面、23はエッチングマスク、2
5はチタン層のエッチングマスクで覆われている部分、
27はエッチング残渣である。この図8から明らかなよ
うに、エッチングを終えた試料の表面は粒状や柱状の無
数のエツチング残渣により覆われていることが分かっ
た。
【0047】また、Ti層のエッチングを1段階で行な
う際の高周波電力密度を0.2W/cm2 〜0.37W
/cm2 の範囲でそれぞれ変えてエッチングを行なう。
それらの試料の表面をSEMによりそれぞれ観察する。
この観察によって得た各SEM写真を模写した図を、図
9(A)〜(D)に示した。ここで、各試料の高周波電
力密度は、図9(A)〜(D)の順でいって、0.20
W/cm2 、0.29W/cm2 、0.33W/cm2
および0.37W/cm2 である。また、いずれの場合
も30%のオーバーエッチとなるようにエッチング時間
を設定している。具体的には、各試料のエッチング時間
は、図9(A)〜(D)の順でいって、71秒、58
秒、54秒および50秒である。また、図9(A)〜
(D)に示した各模写図と、図6に示した模写図とは、
いずれも同じ面積内のエッチング残渣の様子を観察した
ものである。
う際の高周波電力密度を0.2W/cm2 〜0.37W
/cm2 の範囲でそれぞれ変えてエッチングを行なう。
それらの試料の表面をSEMによりそれぞれ観察する。
この観察によって得た各SEM写真を模写した図を、図
9(A)〜(D)に示した。ここで、各試料の高周波電
力密度は、図9(A)〜(D)の順でいって、0.20
W/cm2 、0.29W/cm2 、0.33W/cm2
および0.37W/cm2 である。また、いずれの場合
も30%のオーバーエッチとなるようにエッチング時間
を設定している。具体的には、各試料のエッチング時間
は、図9(A)〜(D)の順でいって、71秒、58
秒、54秒および50秒である。また、図9(A)〜
(D)に示した各模写図と、図6に示した模写図とは、
いずれも同じ面積内のエッチング残渣の様子を観察した
ものである。
【0048】図9(A)〜(D)から分かるように、ド
ライエッチング時の印加電力密度を0.2W/cm2 と
した場合の試料のエッチング面でのエッチング残渣は著
しく多い。また、ドライエッチング時の印加電力密度を
増加させるに従いエッチング面のエッチング残渣は現象
してゆき、印加電力密度を0.37W/cm2 とした条
件ではエッチング面のエッチング残渣は実質的に生じな
いことが分かる。この事実からみると、自然酸化膜に起
因するエッチング残渣を防止するためには、高周波電力
の印加密度を高めてエッチングを行なえば良いように思
えるが、これだけでは微細パターンを得るのに完全では
ない。高周波電力印加密度を高めるのみでは、パターン
精度の点で不具合が生じるのである。以下、これについ
て説明する。
ライエッチング時の印加電力密度を0.2W/cm2 と
した場合の試料のエッチング面でのエッチング残渣は著
しく多い。また、ドライエッチング時の印加電力密度を
増加させるに従いエッチング面のエッチング残渣は現象
してゆき、印加電力密度を0.37W/cm2 とした条
件ではエッチング面のエッチング残渣は実質的に生じな
いことが分かる。この事実からみると、自然酸化膜に起
因するエッチング残渣を防止するためには、高周波電力
の印加密度を高めてエッチングを行なえば良いように思
えるが、これだけでは微細パターンを得るのに完全では
ない。高周波電力印加密度を高めるのみでは、パターン
精度の点で不具合が生じるのである。以下、これについ
て説明する。
【0049】上述のごとく高周波電力密度を変えてエッ
チングをした各試料におけるTiパターンのパターン精
度に対し、高周波電力密度がどのように影響するかを調
べる。図10はその結果を示した図である。なお、図1
0において縦軸の0.18辺りを横切る破線はこの実験
でのエッチングマスク(レジストパターン)の幅を示し
ている。図10から分かるように、Tiのパターン仕上
がり寸法はエッチングマスクに対しやや太めとなる傾向
があり、そしてこの傾向は高周波電力印加密度が高いほ
ど顕著になる。つまり、高周波電力の印加密度を高くす
るとパターンの加工精度は劣化するのである。
チングをした各試料におけるTiパターンのパターン精
度に対し、高周波電力密度がどのように影響するかを調
べる。図10はその結果を示した図である。なお、図1
0において縦軸の0.18辺りを横切る破線はこの実験
でのエッチングマスク(レジストパターン)の幅を示し
ている。図10から分かるように、Tiのパターン仕上
がり寸法はエッチングマスクに対しやや太めとなる傾向
があり、そしてこの傾向は高周波電力印加密度が高いほ
ど顕著になる。つまり、高周波電力の印加密度を高くす
るとパターンの加工精度は劣化するのである。
【0050】従って、エッチング残渣のみを考慮しパタ
ーン精度を考慮しない議論では、高周波電力印加密度は
高い方が良いとなっていたのであるが、パターン精度を
考慮するとそうとも言えないのである。そこでこの第二
発明ではこれら事実をふまえ、ドライエッチング時の印
加電力密度を、エッチング開始から所定の時までは試料
チタン表面の自然酸化膜を除去し得る第1の電力密度と
し、その後は前記第1の電力密度より小さな電力密度と
しているのである。このため実際、上記実施例では、最
初の7秒間を0.4W/cm2 という電力密度としては
いるものの、ほとんどのエッチング時間に当たる60秒
間の間をエッチングの残渣発生が著しいはずの0.2W
/cm2 という電力密度でエッチングしているにもかか
わらず、エッチング残渣がなくかつ所望の寸法精度のT
iパターンが得られている。
ーン精度を考慮しない議論では、高周波電力印加密度は
高い方が良いとなっていたのであるが、パターン精度を
考慮するとそうとも言えないのである。そこでこの第二
発明ではこれら事実をふまえ、ドライエッチング時の印
加電力密度を、エッチング開始から所定の時までは試料
チタン表面の自然酸化膜を除去し得る第1の電力密度と
し、その後は前記第1の電力密度より小さな電力密度と
しているのである。このため実際、上記実施例では、最
初の7秒間を0.4W/cm2 という電力密度としては
いるものの、ほとんどのエッチング時間に当たる60秒
間の間をエッチングの残渣発生が著しいはずの0.2W
/cm2 という電力密度でエッチングしているにもかか
わらず、エッチング残渣がなくかつ所望の寸法精度のT
iパターンが得られている。
【0051】上述においてはこの出願の各発明の実施例
についてそれぞれ説明したがこれら発明は上述の実施例
に限られない。たとえば、上述の実施例では、有機高分
子レジストとしてZEP520を用いた例を説明し、ま
た、無機材料としてSOGを用いた例を説明したが、有
機高分子レジストおよび無機材料はこれら例に限られず
他の好適なものとできる。また、第二発明の実施例で
は、2段階の電力密度で高周波電力を印加する例を示し
たが、第1の電力密度を印加した後の第1の電力密度よ
り小さな電力密度を印加する領域では、2以上の異なる
電力密度を設定する場合があっても良い。
についてそれぞれ説明したがこれら発明は上述の実施例
に限られない。たとえば、上述の実施例では、有機高分
子レジストとしてZEP520を用いた例を説明し、ま
た、無機材料としてSOGを用いた例を説明したが、有
機高分子レジストおよび無機材料はこれら例に限られず
他の好適なものとできる。また、第二発明の実施例で
は、2段階の電力密度で高周波電力を印加する例を示し
たが、第1の電力密度を印加した後の第1の電力密度よ
り小さな電力密度を印加する領域では、2以上の異なる
電力密度を設定する場合があっても良い。
【0052】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
出願の第一発明によれば、RIE法によりTiをドライ
エッチングするに当たり、反応ガスとして、塩素ガス若
しくは塩素と窒素との混合ガスを用いたので、Tiのエ
ッチレートを従来の3〜4倍に向上させることが可能に
なり、また有機高分子レジストに対するエッチレート選
択比を従来の5倍程度にまで向上させることが可能にな
る。また、窒素の添加量の制御により0.1μm領域の
超微細なTiパターンを高精度に形成できる。また、無
機材料から成るエッチングマスクを用いる場合でも、窒
素の添加量の制御により微細なTiパターンの形成が可
能になるので、高温プロセスにおいても有用な方法であ
る。また、反応ガスを塩素および窒素の混合ガスとする
場合もこのガス系は両者のみであるので、制御は容易で
ある。また、この混合ガスを用いる場合で圧力の変動が
あっても特に競合する化学反応が予想されないので、エ
ッチング特性の安定性、再現性は十分であると期待され
る。
出願の第一発明によれば、RIE法によりTiをドライ
エッチングするに当たり、反応ガスとして、塩素ガス若
しくは塩素と窒素との混合ガスを用いたので、Tiのエ
ッチレートを従来の3〜4倍に向上させることが可能に
なり、また有機高分子レジストに対するエッチレート選
択比を従来の5倍程度にまで向上させることが可能にな
る。また、窒素の添加量の制御により0.1μm領域の
超微細なTiパターンを高精度に形成できる。また、無
機材料から成るエッチングマスクを用いる場合でも、窒
素の添加量の制御により微細なTiパターンの形成が可
能になるので、高温プロセスにおいても有用な方法であ
る。また、反応ガスを塩素および窒素の混合ガスとする
場合もこのガス系は両者のみであるので、制御は容易で
ある。また、この混合ガスを用いる場合で圧力の変動が
あっても特に競合する化学反応が予想されないので、エ
ッチング特性の安定性、再現性は十分であると期待され
る。
【0053】また、この出願の第二発明によれば、エッ
チング開始時は印加電力密度を比較的高い第1の電力密
度とし、その後は弱くする。第1の電力密度によるエッ
チングにおいてTi表面の自然酸化膜を除去出来、その
後に続くエッチングではパターン精度を考慮したエッチ
ングが出来る。このため、自然酸化膜に起因するエッチ
ング残渣の発生を防止出来、かつ、パターン精度を確保
できる。
チング開始時は印加電力密度を比較的高い第1の電力密
度とし、その後は弱くする。第1の電力密度によるエッ
チングにおいてTi表面の自然酸化膜を除去出来、その
後に続くエッチングではパターン精度を考慮したエッチ
ングが出来る。このため、自然酸化膜に起因するエッチ
ング残渣の発生を防止出来、かつ、パターン精度を確保
できる。
【0054】また、第二発明のドライエッチング方法に
第二発明の電力印加条件を加味した方法では、第一およ
び第二発明の効果がそれぞれ得られる。
第二発明の電力印加条件を加味した方法では、第一およ
び第二発明の効果がそれぞれ得られる。
【図1】(A)および(B)は、第一発明の第1実施例
の説明図である。
の説明図である。
【図2】第一発明の比較例の説明に供する図である。
【図3】第一発明の実施例の説明に供する図であり、反
応ガスへ添加する窒素の量とエッチレートとの関係を示
した図である。
応ガスへ添加する窒素の量とエッチレートとの関係を示
した図である。
【図4】第一発明の実施例の説明に供する図であり、反
応ガスへ添加する窒素の量とパターン加工精度との関係
を示した図である。
応ガスへ添加する窒素の量とパターン加工精度との関係
を示した図である。
【図5】(A)〜(E)は、第一発明の第2実施例の説
明図である。
明図である。
【図6】第二発明の実施例の説明図である。
【図7】第二発明の説明図であり、印加電力密度とエッ
チング特性との関係を示した図である。
チング特性との関係を示した図である。
【図8】第二発明の比較例の説明図(その1)である。
【図9】(A)〜(D)は、第二発明の比較例の説明図
(その2)である。
(その2)である。
【図10】第二発明の説明図であり、印加電力密度とパ
ターン寸法精度との関係を示した図である。
ターン寸法精度との関係を示した図である。
11:シリコン基板 13:チタン層 13a:チタン(Ti)のパターン 13x:比較例の方法で形成されたTiのパターン 15:エッチングマスク(有機高分子レジストパター
ン) 15a:エッチング終了後のエッチングマスク 17:SOGで構成されたエッチングマスク 21:エッチング面 23:エッチングマスク 25:チタン層のエッチングマスクで覆われている部分 27:エッチング残渣
ン) 15a:エッチング終了後のエッチングマスク 17:SOGで構成されたエッチングマスク 21:エッチング面 23:エッチングマスク 25:チタン層のエッチングマスクで覆われている部分 27:エッチング残渣
Claims (5)
- 【請求項1】 反応性イオンエッチング(RIE)法に
よりチタン(Ti)をドライエッチングするに当たり、 反応ガスとして塩素ガス若しくは塩素と窒素との混合ガ
スを用いることを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のドライエッチング方法
において、 エッチングマスクとして有機高分子レジストを用いると
共に、 反応ガスとして、反応ガスの流量に対する窒素の流量百
分率でいって最大20%の窒素を含む、塩素と窒素との
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。 - 【請求項3】 請求項1に記載のドライエッチング方法
において、 エッチングマスクとして無機材料から成るマスクを用い
ると共に、 反応ガスとして、反応ガスの流量に対する窒素の流量百
分率でいって最大60%の窒素を含む、塩素と窒素との
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。 - 【請求項4】 反応性イオンエッチング(RIE)法に
よりチタン(Ti)をドライエッチングするに当たり、 ドライエッチング時の印加電力密度を、エッチング開始
から所定の時まではチタン表面の自然酸化膜を除去し得
る第1の電力密度とし、その後は前記第1の電力密度よ
り小さな電力密度とすることを特徴とするドライエッチ
ング方法。 - 【請求項5】 請求項1〜3のいずれか1項に記載のド
ライエッチング方法において、 ドライエッチング時の電力印加条件を請求項4に記載の
条件とすることを特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21968894A JPH0883788A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | ドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21968894A JPH0883788A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | ドライエッチング方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0883788A true JPH0883788A (ja) | 1996-03-26 |
Family
ID=16739414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21968894A Pending JPH0883788A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | ドライエッチング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0883788A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6090719A (en) * | 1998-01-09 | 2000-07-18 | Lg Semicon Co., Ltd. | Dry etching method for multilayer film |
US6146542A (en) * | 1998-01-09 | 2000-11-14 | Hyundia Electronics Industries Co., Ltd. | Dry etching method of multilayer film |
JP2018109236A (ja) * | 2011-12-05 | 2018-07-12 | ナノ プレシジョン メディカル インコーポレイテッドNano Precision Medical, Inc. | チタニアナノチューブ膜を有する、薬物送達用デバイス |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP21968894A patent/JPH0883788A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6090719A (en) * | 1998-01-09 | 2000-07-18 | Lg Semicon Co., Ltd. | Dry etching method for multilayer film |
US6146542A (en) * | 1998-01-09 | 2000-11-14 | Hyundia Electronics Industries Co., Ltd. | Dry etching method of multilayer film |
JP2018109236A (ja) * | 2011-12-05 | 2018-07-12 | ナノ プレシジョン メディカル インコーポレイテッドNano Precision Medical, Inc. | チタニアナノチューブ膜を有する、薬物送達用デバイス |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030610 |