JPS61187238A - ドライエツチング方法 - 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〕 本発明は、半導体素子製造工程及びその他の表面微細加
工分野における材料の表面微細加工技術に係わり、特に
光照射を利用したドライエツチング方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、半導体素子製造工程における微細加工技術として
のエツチング方法において、その加工精度の良さから放
電領域で生成された励起粒子、特にイオンを用いた反応
性イオンエツチング方法が主に用いられている。しかし
、被処理基体表面が電磁界により加速された粒子に晒さ
れる反応性イオンエツチングやイオンビームエツチング
等においては、それらの粒子による被処理基体表面に与
えるダメージが素子特性に悪影響を及ぼすと云う現象が
あり、この現象が超ＬＳＩ製造工程において重大な問題
となっている。

そこで最近、上記運動エネルギーを持つ粒子の被処理基
体に与えるダメージをなくすために、粒子の励起に光を
用いる、所謂光励起ドライエツチング方法が注目を集め
ている。この光励起ドライエツチング方法では、被処理
基体にダメージを与えるような高運動エネルギーを持つ
粒子は生成されず、その処理後においても高品質な表面
が保たれる。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、微細加工性を見た場合、気相中のガス
分子を励起する光励起ドライエツチング方法においては
励起粒子の方向性を持たせることが困難であり、従って
エツチングの異方性を出すことが困難である。例えば、
有機感光性レジスト等で微細にパターニングした表面を
光エッチングすると、レジストで覆われた被処理基体部
分までもエツチングが進行するアンダーカット現象が生
じる。エツチングの異方性は超ＬＳＩ製造プロセスとし
てのエツチング技術においては極めて重要であり、光励
起ドライエツチング技術においてその異方性の乏しさが
重大な問題となっている。

このように、被処理基体表面にダメージを与えないこと
及び異方性のあるエツチングを行うことを両立させるこ
とは極めて困難であった。

一方、光を用いたエツチングにおいて、被処理基体表面
に有機物の薄膜を形成し、その薄膜を光照射により方向
的に除去し、異方性エツチングを行う技術も提案されて
いるが、清浄度を要求される超ＬＳＩ製造工程において
、被処理基体表面に有機膜等を形成することは望ましく
ない。また、エツチング処理後に有機膜を除去する工程
が必要となり、工程の複雑化を招く。つまり、エツチン
グ処理後の表面清浄度の信頼性及び技術的なメリットに
欠ける。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、被処理基体表面にダメージを与える
ことなく異方性エツチングすることができ、且つエツチ
ング処理後の表面清浄度の向上をはかり得るドライエツ
チング方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、光照射によるエツチング方法において
、被処理基体を冷却しておくことにある。

即ち、被処理基体を冷却しておくと、基体表面に供給さ
れた反応性ガス粒子は該表面に付着される。

この状態で被処理基体表面に光を照射すると、光照射部
の反応性ガスが励起され、この部分がエツチングされる
ことになる。

本発明はこのような点に着目し、光照射によるドライエ
ツチング方法において、被処理基体を該基体の表面に反
応性ガスが付着する温度まで冷却しておき、この基体の
表面に上記反応性ガスを供給すると共に、上記基体の表
面に光を照射して該照射部をエツチングするようにした
方法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光励起によるエツチング反応であるた
め、被処理基体表面にダメージを与えることなく、光照
射部分を選択的にエツチングすることができる。また、
光の方向性の制御により、異方的にも等方向にもエツチ
ングを進行させることができる。しかも、有機膜を形成
しながらエツチングする方法と異なり、エツチング処理
後の表面も清浄であり、工程の増大を招くこともない。

このため、半導体素子製造において、信頼性の高い高品
質の微細加工技術と云うことができる。

〔発明の実施例〕

まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原理につい
て説明する。

本発明の基本原理は、反応容器内に設置した被処理基体
を冷却し、その被処理基体表面に光励起により活性化す
る反応性ガスを供給することにより、反応性ガス粒子を
被処理基体表面に付着させ、そのガス粒子の付着した被
処理基体表面へ光を入射させガス粒子及び基体表面の少
なくとも一方を励起し、光の入射した部分でエツチング
反応を生じさせるものである。ここで、反応性ガス粒子
と６一 しては、被処理基体の表面温度では該基体と殆ど反応し
ないもので、且つ基体表面に付着するものを用いる必要
がある。また、被処理基体表面の温度は、その反応性ガ
ス粒子が適当に付着するような温度に制御されている必
要がある。ここで云う付着とは、物理吸着、化学吸着或
いは表面と反応して表面に薄い反応物層を作るもののい
ずれであってもよい。

このような表面に光を入射させエツチングを生じさせる
ためには、付着粒子を含む表面を光で励起させなければ
ならないが、励起の仕方には次の３つがある。

（１）　　ガス粒子の励起；付着したガス粒子が光子エ
ネルギーを吸収して励起され、そのまま励起状態となる
か、解離して励起種を作るかのいずれかである。

（２被処理基体表面の励起：固体表面が光子を吸収し、
励起されるもので有り、固体の励起は電子−正孔対の生
成１表面績合エネルギーの励起、また熱的励起を含む種
々の励起があり、反応を生じさせる。

（３）上記２つの励起が複合して行われる反応を生じさ
せる場合もある。

以上のいずれかの励起により反応が生じ、ガス粒子と被
処理基体表面反応生成物が生じるが、反応生成物は揮発
性に富むものでなければならない。

また、基体表面の励起には、揮発性の低い反応生成物の
励起も含まれ、光照射によりこの揮発性の低い反応生成
物を取り除くこともある。

反応性ガスとしてＸｅＦ２．被エツチング物として３ｉ
を用いた場合について、更に詳しく説明する。反応容器
内にＳｉ基板を設置し、これを液体窒素温度付近まで冷
却する。そして、容器内にＸｅＦ２を導入する。室温の
場合ＳｉはＸｅＦ２の導入により光照射を行わなくても
エツチングされるが、低温の場合エツチング速度は極め
て遅い。

ＸｅＦ２は始めＳｉ基板表面に吸着し直ちにＦは３ｉと
反応し、Ｓ　ｉ　Ｆｘ　（Ｘ＝１〜４）を形成する。低
温の場合には極一部は気相中へ放出されるが、殆どのＳ
　ｉ　Ｆｘは基板表面に残り、表面に５ｉ−Ｆｘの薄い
層を形成する。この表面に光を照射すると、Ｓ　ｉ　Ｆ
ｘは気相中へ放出されてゆき、エツチングが進行するこ
とになる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例方法に使用したドライエツチ
ング装置を示す概略構成図である。図中１１は反応容器
であり、この容器１１内にはガス導入系１２からガス導
入口１３を介して反応性ガスが導入される。ここで、反
応性ガスとは、光照射により活性化するガスであり、例
えばＸｅＦ２である。そして、容器１１内のガスは排気
口１４を介して排気されるものとなっている。エツチン
グに供される被処理基体１５は容器１１内に配設された
冷却機構１６上に載置される。この冷却機構１６は、上
記基体１５を液体窒素程度の温度まで冷却するものとな
っている。

一方、光源１７からの光はバターニングされたマスク１
８に照射され、マスク１８を通過したパターン情報を持
つ光は光学系１９により縮小され、容器１１の上壁に設
置された窓２０を通り容器１１内に導入され、前記被処
理基体１５の表面に結像照射されるものとなっている。

なお、マスク１８は、石英基板等の透明基板１８ａ上に
光を遮断するパターン１８ｂを形成してなるものである
。

次に、上記装置を用いたＳｉのドライエツチング方法に
ついて説明する。被処理基体１５としては８１基板を用
い、反応性ガスとしてはＸｅＦ２を用い、光源１７とし
ては紫外光を含むＨＱランプ或いはエキシマレーザを用
いた。

まず、被処理基体１５を前記容器１１の冷却機構１６上
に載置し、この基体１５を液体窒素温度程度まで冷却し
た。この状態で容器１１内にＸｅＦ２ガスを導入した。

容器１１内に導入されたＸｅＦ２ガスは、低温状態の被
処理基体１５の表面に吸着し、第２図（ａ）に示す如＜
Ｓｉ表面と反応して５ｉ−Ｆ化合物層２１を形成する。

光を照射しない場合、５ｉ−Ｆ化合物層２１はそのまま
表面に残り、エツチングは進行しない。ここで、光を照
射することにより、光照射部のＳｉ−−１０＝ Ｆ化ｆ物層２１ａは気相中へ放出されることになる。ま
た、これと同時に第２図（ｂ）に示す如く、Ｓｌの露出
面に新しくＸｅＦ２の吸着、５ｒ−Ｆ化合物層２１ａの
生成が生じる。そして、上記５ｉ−Ｆ化合物層２１の生
成及び該化合物層２１ａの放出の繰返しによりエツチン
グが進行し、被処理基体１５は第２図（Ｃ）に示す如く
選択エツチングされることになる。

ここで、光照射部分だけがエツチングされるので、エツ
チング形状は異方的な形状となっている。

これは、垂直な側壁には光が入射しないためである。な
お、最終的に被処理基体１５の表面に５ｉ−Ｆ化合物層
２１が残るが、これは被処理基体１５の温度を上げる（
実際には冷却を停止する）ことにより容易に除去するこ
とができる。そして、この除去後の被処理基体１５の表
面は極めて清浄なものであった。また、５ｉ−Ｆ化合物
層２１は極めて薄いものであり、最終段階でこれを除去
しても、これによる膜厚の変化は殆ど無視できる程度で
ある。

このように本実施例方法によれば、５ｉ−Ｆ化合物層２
１の形成及び光照射部の化合物層２１ａの気相放出を繰
返すことにより、光照射部のみをエツチングすることが
でき、被処理基体１５の選択エツチングが可能となる。

さらに、入射光を平行光線とすることで、被処理基体１
５に垂直に光を入射させることが可能であり、これによ
り異方性エツチングを行うことができる。このため、荷
電ビーム等の照射損傷を招くことなく、異方性エツチン
グを行うことができ、超ＬＳＩ等の製造に極めて有効で
ある。また、有機膜を形成しながらエツチングする方法
と異なり、エツチング後の表面清浄度の向上をはかり得
る。さらに、最終段階での化合物層２１の除去に際して
は、被処理基体１５の冷却を停止するのみでよく、格別
なエツチング工程を必要とせず、工程の簡略化をはかり
得る。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記被処理基体と離間したマスクを用
いる代りに、前記反応性ガス及び光照射によりエツチン
グされない材料、例えばアルミニウム等からなるマスク
を被処理基体上に設けるようにしてもよい。この場合、
第３図（ａ）（ｂ）に示す如く、マスク３１で覆われて
いない部分のみがエツチングされることになるので、先
の実施例と同様なエツチングが可能である。また、実施
例ではガスの供給と光照射とを同時に行っているが、こ
れらを交互に行うようにしてもよい。

この場合、１度反応性ガスを反応容器内に導入し、表面
にガスを吸着或いは反応をさせておき、気相中のガス粒
子を排気する。その後に吸着或いは反応している表面に
光を照射してエツチングすればよい。これにより、１原
子層或いはそれ以下のエツチング深さをコントロールす
ることが可能となる。また、第４図に示す如くマスクを
用いることなくエツチングすることにより、被処理基体
の表面洗浄（ドライ洗浄）に適用することも可能である
。

また、被処理基体は３ｉに限るものではなく、仕様に応
じて適宜変更可能である。さらに、反応性ガスとしては
ＸｅＦ２に限るものではなく、Ｃ１０，Ｔ２　、Ｂｒ’
２　、その他のガスを被処理基体の材料に応じて用いる
ことが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用したドライエツチ
ング装置を示す概略構成図、第２図（ａ）〜（Ｃ）は上
記装置を使用したＳｉのドライエツチング工程を示す断
面図、第３図（ａ＞（ｂ）及び第４図はそれぞれ変形例
を説明するための断面図である。 １１・・・反応容器、１２・・・ガス導入系、１３・・
・ガス導入口、１４・・・ガス排気口、１５・・・被処
理基体、１６・・・冷却機構、１７・・・光源、１８・
・・マスク、１９　・・・光学系、２０　・・・窓、２
１．２１ａ・Ｓｉ　−Ｆ化合物層、３１・・・マスク。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基体を該基体の表面に反応性ガスが付着す
   る温度まで冷却しておき、この基体の表面に上記反応性
   ガスを供給すると共に、上記基体の表面に光を照射して
   該照射部をエッチングすることを特徴とするドライエッ
   チング方法。
2. （２）前記反応性ガスとして、少なくともハロゲン元素
   を含むガスを用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のドライエッチング方法。
3. （３）前記反応性ガスとして、ＸｅＦ＿２を用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライエッチ
   ング方法。
4. （４）前記反応性ガスの供給及び光の照射を、交互に行
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライ
   エッチング方法。
5. （５）前記光の照射を、選択的に行うことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のドライエッチング方法。
6. （６）前記光の照射を選択的に行う手段として、前記被
   処理基体に照射される光の光路中に該基体と離間してマ
   スクを配置することを特徴とする特許請求の範囲第５項
   記載のドライエッチング方法。