JPS59184528A - 薄膜のパタ−ン形成方法 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は半導体装置の製造工程における薄膜のパター
ン形成方法に関するものである。

〔従来技術〕

半導体装置の製造工程においては、薄膜の微細パターン
の形成が不可欠であり、一般に感光性樹脂膜（以下「レ
ジスト膜」と呼ぶ）を用いて薄膜の微細パターンを形成
する方法が用いられている。

このレジスト膜による方法は、所望のパターンを形成す
べき薄膜を基板上に形成し、この薄膜上に３．０００〜
１２，０００　Ａ程度の膜厚を有するレジスト膜を形成
する。次いで、適当な光源を用いて、このレジスト膜の
上記パターンに対応するパターンを形成すべき部分を選
択的に露光したのちに、現像処理を施して上記パターン
に対応するパターンを有するレジスト膜を形成する。次
に、このパターニングされたレジスト膜をマスクとして
、薬品またはガスプラズマを用いて、上記薄膜の露出部
分をエツチング除去し、続いて上記レジスト膜を除去し
て、上記基板上に上記パターンを有する薄膜を残すもの
である。

上記レジスト膜への露光時の光源としては、一般に紫外
線または電子線が用いられる。紫外線を用いる場合には
、あらかじめ所定のパターンを有するフォトマスクを用
意し、紫外線をこのフォトマスクを介してレジスト膜へ
照射することによって上記パターンの露光を行う。また
、電子線を用いる場合には、フォトマスクを用いること
なく、電子線をレジスト膜に直接照射することによって
、所定のパターンの露光を行う。

ところが、紫外線を用いる場合には、紫外線の波長が０
，３〜０．５μｍ程度で比較的長いので、紫外線のフォ
トマスクのパターンの周縁における回折現象によってフ
ォトマスクのパターンのレジスト膜への露光を精度よく
行うことができず、レジスト膜に１μｍ前後のバターニ
ングを行うことは極めて困難である。まだ、電子線を用
いる場合には、電子のレジスト膜中における散乱やレジ
スト膜とその下地薄膜との境界面−おける散乱によって
電子線のレジスト膜への露光を精度よく制御することは
極めて難しいという問題がある。

このような問題点を改善するために、紫外線および電子
線に替る新しい光源として、収束イオンビームが考え出
され、その研究開発が進められている。

このような収束イオンビームを光源として用いる場合に
は、イオンの質量が電子の質量より大きいので、イオン
のレジスト膜中における散乱やレジスト膜とその下地薄
膜との境界面における散乱をほとんど無視できるという
利点がある。しかし、逆に、イオンの質量が大きいため
に、イオンがほとんどレジスト膜の表面部に捕捉されて
、レジスト膜を均一に露光することができないので、特
に、質量の大きいイオンを収束したイオンビームによる
レジスト膜への露光によっては、所望のパターンを有す
るレジスト膜を得るととは困難であるという欠点がある
。

そこで、表面上にレジスト膜を形成しない薄膜のパター
ンを形成すべき部分以外の部分に直接収束イオンビーム
を照射し、この部分を、収束イオンビームによるスパッ
タリング効果によって、エツチング除去する方法が提案
されている。

この方法では、極めて微細なパターンを有する薄膜を形
成することが可能であり、しかも薄膜の表面上にレジス
ト膜を形成する工程をなくすことができるので、製造工
程が簡単になる。しかし、薄膜のパターンを形成すべき
部分以外の部分を、収束イオンビームによるスパッタリ
ング効果によってエツチング除去するためには、収束イ
オンビームの薄膜への照射量が極めて大きくなるので、
薄膜が収束イオンビームのスパッタリング効果によるエ
ツチング速度の小さい材料からなる場合、または薄膜の
膜厚が比較的厚い場合には不適であるという欠点がある
。

〔発明の概要〕

この発明は、上述の欠点を解消する目的でなされたもの
で、薄膜の表面部のパターンを形成すべき部分にのみ酸
化して不揮電性高融点酸化物になる元素のイオンを収束
した収束イオンビームを照射注入して不揮発性高融点酸
化物注入層を形成したのちに、ガスプラズマによって上
記薄膜の上記不揮発性高融点酸化物注入層形成部分以外
の部分を選択的にエツチング除去することによって、微
細パターンを有する薄膜を精度よく短時間に形成するこ
とが可能で、しかも製造工程の簡単な薄膜のパターン形
成方法を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下、ガラス基板の主面上に微細パターンを有するクロ
ム（Ｃｒ）薄膜が形成されたフォトマスクの製造方法を
例にとシ説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｃ）はこの発明の一実施例のフォトマ
スクの製造方法の主要段階の状態を示す断面図である。

まず、第１図（Ａ）に示すように、ガラス基板（１）の
主面上に１００ＯＡ程度の膜厚を有するＣｒ薄膜（２）
を形成する。次に、第１図（Ｂ）に示すように、Ｃｒ薄
膜（２）の所望のパターンを形成する部分に５ＸＩＯ１
５ｃｍ＝程度のＧａイオン密度を有する収束Ｇａイオン
ビームを図示矢印の方向から照射注入すると、この収束
ＧａイオンビームのＧａイオンかにとんどＣｒ薄膜（２
）の表面部に捕捉され、この表面部に捕捉されたＧａイ
オンが空気中の酸素（０２）と反応して不揮発性高融点
の酸化ガリウム（Ｇａ２０３）になるので、Ｃｒ薄膜（
２）の表面部にＧＥＬ２０ａ注入層（３）が形成される
。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、四塩化炭素（ＣＣｔ
４）と酸素（０２）を含むガスとの混合ガスのプラズマ
の雰囲気にさらすと、Ｃｒ薄膜（２）のＧａ２Ｏ３注入
層（３）形成部分以外の部分がエツチング除去され、Ｇ
ａ２Ｏ３注大層（３）形成部分がエツチングされないで
、Ｇａ２Ｏ３注大層（３）の下にＣｒ薄膜（２ａ）が残
る。

このように、第１図（Ｃ）の段階において、Ｃｒ薄膜（
２）のＧａ２Ｏ３注大層（３）形成部分以外の部分がエ
ツチング除去されるのは、ＣＣｔ４と０２を含むガスと
の混合ガスのプラズマの雰囲気中において、下記化学反
応式に示すような反応が住することによるものと考えら
れる。

Ｃｒ十ＣＣ２４＋０゜→Ｃｒ○２Ｃ４＋＋ＣＯ□↑また
、Ｃｒ薄膜（２）のＧａ２Ｏ３注大層（３）形成部分が
エツチングされないのは、Ｃａ２Ｏ３が不揮発性高融点
酸化膜であり、その上に上述のプラズマの雰囲気によっ
てエツチングされないので、Ｇａ２Ｏ３注入層（３）が
エツチングマスクの役目をすることによるものと考えら
れる。

第２図はＧａ２Ｏ３注大層のガスプラズマによるエツチ
ング速度とＧａ２ｏ３注大層を形成する収束Ｇａイオン
ビームのＧａイオン密度との関係について発明者らが行
った実験結果の一例を示す図である。

図において、縦軸はＧａ２Ｏ３注入層（３）のｃ　ｃｔ
４と０２を含むガスとの混合ガスのプラズマによるエツ
チング速度を示し、横軸はＧａ２Ｏ３注大層（３）を形
成する収束ＧａイオンビームのＧａイオン密度を示す。

第２図に示すように、Ｇａ２Ｏ３注大層（３）を形成す
る収束ＧａイオンビームのＧａイオン密度が増大するに
連れて、Ｇａ２Ｏ３注大層（３）のＣＣｔ４と０゜を含
むガスとの混合ガスのプラズマによるエツチング速度が
減少し、収束ＧａイオンビームのＧａイオン密度が１０
　　ｃｍ　　程度でエツチング速度が零になるから、１
０　　ａｍ　　以上のＧａイオン密度の収束Ｇａイオン
ビームで形成されたＧａ２０ａ注大層（３）はｃ　ｃｔ
、と０□を含むガスとの混合ガスのプラズマによるエツ
チング時のエツチングマスクの役目を果すことができる
。

以上のように、この実施例の方法では、Ｃｒ薄膜（２）
の所望のパターンを形成すべき部分にのみ収束Ｇａイオ
ンビームを照射注入してプラズマエツチングのマスクと
なるＧａ２ｏ３注大層（３）を形成するので、Ｇａ２Ｏ
３注大層（３）のパターンの微細化が可能であることか
ら、極めて微細なパターンのＣｒ薄膜（２ａ）を精度よ
く形成することができる。また、薄膜の表面上に所望の
パターンを有するレジスト膜を形成し、このレジスト膜
を用いて上記薄膜をバターニングする方法に比べて、上
記レジスト膜の形成工程が不要になるので、製造工程を
簡単にすることができる。また、収束Ｇａイオンビーム
のＣｒ薄膜（２）の被パターン形成部分への照射量が、
収束イオンビームによるスパッタリング効果を利用して
薄膜のパターニングを行う方法における収束イオンビー
ムの照射量に比べて少なくてすみ、その結果露光時間を
短縮することができる。

この実施例では、ガスプラズマの形成に塩素化合物であ
るＣＣ２４を用いたが、必ずしもこれは塩素化合物であ
る必要はなく、フッ素化合物などのその他のハロゲン化
合物であってもよい。また、この実施例では、Ｇａイオ
ンの収束イオンビームを用いたが、必ずしもこれはＧａ
イオンである必要はなく、酸化して不揮発性高融点酸化
物になるアンチモンなどのその他の元素のイオンであっ
てもよい。なお、この実施例では、Ｃｒ薄膜をバターニ
ングする場合について述べたが、この発明はこれに限ら
ず、ガスプラズマによってエツチング可能なチタン薄膜
、シリコン薄膜、酸化アルミニウム薄膜などのその他の
薄膜をパターニングする場合にも適用することができる
。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、この発明の薄膜のパターン形成
方法では、薄膜の所望のパターンを形成すべき部分の表
面部にのみ酸化して不揮発性高融点酸化物になる元素の
イオンを収束した収束イオンビームを照射注入し注入さ
れた元素を酸化させて不揮発性高融点酸化物注入層を形
成したのちに、ガスプラズマによって上記薄膜の上記不
揮発性高融点酸化物注入層形成部分以外の部分を選択的
にエツチング除去するので、上記不揮発性高融点酸化物
注入層のパターンの微細化が可能であることから、上記
薄膜の極めて微細なパターンを精度よく形成することが
できる。また、薄膜の表面上に形成された所定のパター
ンを有するレジスト膜を用いて上記薄膜をパターニング
する方法に比べて、上記レジスト膜の形成工程が不要に
なるので、製造工程を簡単にすることができる。また、
上記不揮発性高融点酸化物注入層の形成に要する収束イ
オンビームの照射量が、収束イオンビームによるスパッ
タリング効果を利用して薄膜をパターニングする方法に
おける収束イオンビームの照射量に比べて少なくてすみ
、その結果露光時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のフォトマスクの製造方法
の主要段階の状態を示す断面図、第２図はＧａ２Ｏ３注
大層のガスプラズマによるエツチング速度とＧａ２Ｏ３
注大層を形成する収束ＧａイオンビームのＧａイオン密
度との関係の一例を示す図である。 図において、（１）はガラス基板（基板）、（２）はＣ
ｒ薄膜（薄膜）　、（３）はＧａ２ｏ３注大層（不揮発
性高融点酸化物注入層）である。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。 代理人　大岩増雄 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−６０２４０号２、発
明の名称　　薄膜のパターン形成方法３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者片山仁八
部 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）　　明細書の第７頁第２行に「にとんど」とある
のを「はとんど」と訂正する。 （２）　　同、第８頁第１行に「Ｃａ２Ｏ３」とあるの
を「Ｇａ２Ｏ３」と訂正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 、（１）基板の主面上に所望のパターンを形成すべき薄
   膜を形成する工程、この薄膜の所望のパターンを形成す
   べき部分の表面部にのみ酸化して不揮発性高融点酸化物
   になる元素のイオンを収束した収束イオンビームを照射
   注入し注入された元素を酸化させて不揮発性高融点酸化
   物注入層を形成する工程、およびガスプラズマによって
   上記薄膜の上記不揮発性高融点酸化物注入層が形成され
   た部分以外の部分を選択的にエツチング除去する工程を
   備えた薄膜のパターン形成方法。 （２）薄膜がクロム薄膜であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の薄膜のパターン形成方法、 （３）　　ガスプラズマがハロゲン化合物を含むガスプ
   ラズマであることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の薄膜のパターン形成方法０