JPS5811510B2 - イオンエツチング法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置の製造方法に用いて有用なドライ
エツチング法、とくにイオン化され、加速された原子あ
るいは分子により試料を衝撃して試料をエツチングする
イオンエツチング法の改良に関する。

半導体素子および半導体集積回路の製造は、基板の準備
、基板上のエピタキシャル層の形成、写真製版、膜の形
成、拡散、配線のウェハ処理工程を含む。

実際の製造工程では、ウエノを写真製版工程と膜の形成
・拡散工程、配線工程の間を何度も往復させる。

写真製版工程は感光性樹脂皮膜パターンをウェハ表面に
形成するフォトレジスト処理工程及びエツチング工程を
含みエツチングすべき材料としては、シリコン（Ｓｉ）
、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３
Ｎ４）、アルミニウム（ＡＩ）、モリブデン（Ｍｏ）、
金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、白金
（ｐｔ）など多種にわたっている。

したがって、エツチング材としては各材料に合った薬品
を使うため使用する種類も多く、薬品のわずかな組成変
化および温度変化がエツチング特性に大きな影響を与え
るため、これらのきびしい管理を必要とする。

また、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）のように、フォトレ
ジストをマスク材として使用できないものは、二酸化シ
リコン（Ｓｉｏ２）をマスク材とするため、エツチング
工程も複雑となり、パターン精度の低下をもたらす。

最近このような従来技術の種々の欠点を克服すると同時
に、プロセスの簡素化、能率化や、パターン精度の向上
を目的としたイオンエツチング法が開発された。

この方法は、電子衝撃により生成されたイオンを高電圧
で加速して真空中におかれた試料を衝撃し、その除虫じ
る表面原子のスパッタを利用するものである。

そして、加速されたイオンは、方向の揃ったイオンビー
ムであるため、化学的エツチングにおいてみもれるよう
なマスクの影の部分までエツチングされない。

従って、微細パターン用のレジスト材たとえばＰＭＭＡ
（ポリメチルメタクリレート）をマスクとすれば、サブ
ミクロンのパターン化が可能である。

しかしながら、ＰＭＭＡはイオンビームに対してイオン
エツチングレートが以外に早く、このため、比較的厚い
膜をエツチングする場合には、ＰＭＭＡからなるマスク
材の厚さも厚くしなげればならず、このため、パターン
精度が悪くなる。

したがって、マスク材としてＰＭＭＡの代りに他の薄膜
材で置換する必要がある。

もちろんこの薄膜材はイオンエツチングレートが小さい
ことが必須要件であるから、該薄膜材をパターニングす
る場合、ＰＭＭＡ等のレジストをマスク材としてイオン
エッチすること自体困難となり、ガスプラズマエッチか
りフトオフ技術を用いてパターニングする。

しかしながら、このようなマスク材のパターニングは、
工程が複雑となり、化学的なエツチングと比較した場合
、工程上のメリットは少なくなるばかりか、パターン精
度の制御もむずかしくなる。

本発明は、上述の如き従来のイオンエツチング法の欠点
を改善する新規な発明であり、その目的は、エツチング
工程が簡単でかつパターン精度もよいイオンエツチング
法を提供することにある。

その目的を達成せしめるため、本発明のイオンエツチン
グ法は、アルゴンと酸素イオンの衝撃によるエツチング
レートが被蝕刻材より小さいマスク材料を被蝕刻材に被
着し、該マスク材料をアルゴンイオン衝撃により選択エ
ツチングしてマスクを形成した後、該アルゴンと酸素の
イオン衝撃により該被蝕刻材を選択エツチングすること
を特徴とするもので、以下本発明をさらに詳細に説明す
る。

イオンエッチの対象となる材料の中には、雰囲気ガスの
組成によってイオンエツチングレートが大きく変るもの
と、またあまり変らないものとがある。

第１図はアルゴン（Ａｒ）イオンによるイオンエツチン
グレートの酸素（０２）分圧依存性を示した特性図であ
る。

この図からあきらかなように、アルミニウム（ＡＩ）は
、アルゴン（Ａｒ）イオン中の酸素分圧の増加にともな
って、エツチングレートが遅くなり、クロム（Ｃｒ）や
チタン（Ｔｉ）もこれと同様な特性を示す。

また、金（Ａｕ）は、アルゴン（Ａｒ）イオンに対する
酸素（０２）分圧比が増加しても、エツチングレートは
ほとんど変らない。

また、パーマロイ（ＦｅＮｉ）も金（Ａｕ）とよく似た
特性を持っている。

本発明はこの点に着目し、イオンエツチングレートが、
雰囲気ガスの組成によって大きく変化する材料をマスク
材として用い、このマスク材のイオンエツチングによる
マスクパターンの形成はエツチングレートの早いアルゴ
ン（Ａｒ）雰囲気中で行ない、これをマスクとした被蝕
刻材のイオンエツチングは、マスク材に対してイオンエ
ツチングレートの遅いアルゴン（Ａｒ）と酸素（０２）
雰囲気中で行ない、マスク材の形成および被蝕刻材のエ
ツチングを１つのイオンエツチング装置内で行なうもの
である。

この場合図から明らかな如＜、Ｃｒ、Ｔｉ等はＡｒ十０
２のイオン中ではＡｕに対してエツチング／−−Ｊ極め
て低い。

従ってＡｕをエツチングする場合にマスク材としてのＣ
ｒ、Ｔｉ膜は薄くできる。

Ｃｒ、Ｔｉ膜が薄ければ、エツチングレートの早いレジ
ストを用いてもマスク形成のためのパターニングが可能
である。

次に本発明の実施例について説明する。

第２図はシリコン（Ｓｉ）半導体基板上のエピタキシャ
ル層上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜を被着し、該
薄膜上に配線用の金（Ａｕ）層を設けた状態を示す断面
図であり、図中１はシリコン半導体基板、２はエピタキ
シャル層、３は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜、４は
８００００■程度の厚さを有する金（Ａｕ）層である。

次に金（Ａｕ）層の一部をイオンエツチングにより除去
する工程を説明する。

まず第３図の如く、金（Ａｕ）層４の上にアルミニウム
（ＡＩ）の薄層５を約３０００にの厚さで被着した後、
該薄層５の上にＰＭＭＡ層６を被着しＰＭＭＡ層６にｔ
子ビーム露光、フォトエツチング法などにより窓Ｉおよ
び８をあける。

次に、ＰＭＭＡ層６に窓をあげたウエノをイオンエツチ
ング装置にセットし、該装置の中にアルゴン（Ａｒ）ガ
スを送り込んで装置内を２×１Ｏ−４（Ｔｏｒｒ）程度
のガス圧とする。

そして該ガスをイオン化し、さらに加速・収束してＰＭ
ＭＡ層６を介してアルミニウムの薄層５に照射する。

そしてアルミニウム（ＡＩ）の薄層５をアルゴン（Ａｒ
）のみのイオン衝撃で選択エツチングし、第４図のよう
にアルミニウムの薄層からなるマスク５′を形成する。

この工程中、ＰＭＭＡ層６はアルゴンイオンビームの衝
撃により消耗してその厚さも薄くなる。

次にイオンエツチング装置内にアルゴン（Ａｒ）対酸素
（０２）の比率を４：１にした混合ガスを送り込み該装
置内のガス圧を２Ｘ１０−４（Ｔｏｒｒ）程度にした後
、該ガスを前記と同様イオン化し、加速・収束して金層
４′に照射する。

このイオンビ−ムの照射により残存しているＰＭＭＡ層
６はいちはやく消失してマスク５′が表出するとともに
、窓内に表出している金属４もイオンビームの衝撃でエ
ツチングされ始める。

また、イオンビームの照射により、マスク５′もやはり
消失するが、金（Ａｕ）とアルミニウム（ＡＩ）のアル
ゴンと酸素の４：１の混合ガスイオンの中でのエツチレ
ー・の比は、約１０前後であるので、マスク５′の消耗
は、ネグリジブルスモールである。

この工程をしばら（続けると、金（Ａｕ）層４は第５図
のように、マスクパターン通りにエツチングされて所望
のパターンが形成される。

このあとは、化学的なエツチングあるいはプラズマエツ
チングなど適宜な方法を用いてアルミニウム（ＡＩ）の
マスク材５′を剥離する。

上記実施例は、被エツチング材として金（Ａｕ）を、マ
スク材としてアルミニウム（ＡＩ）を用いたが、磁気バ
ブルメモリの材料などに用いられるパーマロイ（ＦｅＮ
ｉ）薄膜を被蝕刻材とすることもできるし、またマスク
材もアルミニウム（ＡＩ）のほかにクロム（Ｃｒ）やチ
タン（Ｔｉ）を用いることもできる。

さらに被蝕刻材は上記のほかに雰囲気ガスの組成によっ
てイオンエツチングレートが変らないものであればよい
し、マスク材はこれとは逆にイオンエツチングレートが
変るものであればよい。

以上詳細に説明したように、本発明はイオンエツチング
装置内に充てんするガスの種類を変えるだけでマスク材
料のエツチングと被蝕刻材のエツチングとを選択的に行
なうことができるので、ウェハをイオンエツチング装置
に装着したまま連続的にこれらの作業を行なうことがで
きる。

したがって、従来の方法のようにマスク材のエツチング
と被蝕刻材のエツチングとを別々の工程で行なうという
煩わしさもなくなり、エツチング工程が非常に簡単にな
るほか、マスク材の厚さもレジストに比べて薄（できる
ので、パターン精度もよ（なるなど多（の効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アルゴンイオンによるイオンエッチレートの
酸素分圧依存性を示した特性図、第２図乃至第５図は、
本発明の一実施例を説明するための工程断面図である。 図において、１はシリコン半導体基板、２はエピタキシ
ャル層、３は二酸化シリコン層、４は金層、５はアルミ
ニウムの薄層、６はＰＭＭＡ層、７および８は窓、５′
はマスクである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルゴンと酸素のイオン衝撃によるエツチングレー
   トが被蝕刻材より小さいマスク材料を被蝕刻材に被着し
   、該マスク材料をアルゴンイオン衝撃により選択エツチ
   ングしてマスクを形成した後、該アルゴンと酸素のイオ
   ン衝撃により該被蝕刻材を選択エツチングすることを特
   徴とするイオンエツチング法。