JPS62145819A - Laser etching method - Google Patents

Laser etching method

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JPS62145819A
JPS62145819A JP28820185A JP28820185A JPS62145819A JP S62145819 A JPS62145819 A JP S62145819A JP 28820185 A JP28820185 A JP 28820185A JP 28820185 A JP28820185 A JP 28820185A JP S62145819 A JPS62145819 A JP S62145819A
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JP
Japan
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silicon
etching
laser
nitride film
light
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Application number
JP28820185A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fujii
拓 藤井
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPS62145819A publication Critical patent/JPS62145819A/en
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Abstract

PURPOSE:To etch a silicon to be etched with charged particles without loss of a silicon layer by laser emitting the silicon in an atmosphere containing NH3. CONSTITUTION:This is a method for patterning a silicon while making it react to the etching of the silicon by a low laser output. NH3 has a property to absorb a light of short wavelength such as 3,100Angstrom or shorter and decompose. When a laser is emitted to the silicon surface (400 deg.C of substrate temperature) in the NHd3, nitride film is formed on the silicon surface. Since the silicon nitride film preferably absorbs the light of 2,500Angstrom or shorter in wavelength, it can be excited by a far ultraviolet laser, the light-excited nitride film is heated to decompose etching gas containing fluorine compound to generate fluorine atoms having large reactivity, thereby etching the silicon nitride film.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発現り名称 〈産業上の利用分野〉 本発明は、超LSIのサブミクロン加工技術として期待
されているレーザ・エッチング方法に関するものである
[Detailed Description of the Invention] 3. Name (Industrial Application Field) The present invention relates to a laser etching method that is expected to be used as a submicron processing technology for VLSI.

〈従来の技術〉 集積回路の高密度化に伴ない、サブミクロンの加工技術
が必要になっている。
<Prior Art> As integrated circuits become more densely packed, submicron processing technology becomes necessary.

サブミクロン加工を可能にする技術としては、従来から
荷電粒子を用いる方法(反応性イオン・エツチング、反
応性イオン・ビーム・エツチング、集束イオン・ビーム
によるエツチング等)が開発されている。
As a technique to enable submicron processing, methods using charged particles (reactive ion etching, reactive ion beam etching, focused ion beam etching, etc.) have been developed.

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来の荷電粒子を用いたサブミクロン加工技術では
、被加工部材である半導体が荷電粒子に晒されることに
なるため、でき上った半導体の素子特性が所期の特性か
らずれたものになる惧れがあるだけでFiなく、エツチ
ング加工のパターン形成用マスクとしてレジストパター
ンの形成及び除去等が必要になって工程数が多くなるこ
とは避けられなかった。
<Problems to be Solved by the Invention> In the above-mentioned conventional submicron processing technology using charged particles, the semiconductor, which is the workpiece, is exposed to the charged particles, so the device characteristics of the finished semiconductor may be affected. Not only is there a risk that the characteristics will deviate from the intended characteristics, but it is also inevitable that the number of steps will increase as it becomes necessary to form and remove a resist pattern as a mask for pattern formation in etching processing. .

尚従来広く行われているエツチング液を用いるウェット
エツチング法は、上述のような荷電粒子を用いることに
なる素子特性の変化は避けることができるが、等方的に
エツチングが進行するためパターンの加工精度が低下す
るという欠点があり、サブミクロンのプロセスに適用す
るには問題があった。
The conventionally widely used wet etching method using an etching solution can avoid changes in device characteristics due to the use of charged particles as described above, but etching progresses isotropically, making it difficult to process the pattern. This method has the drawback of reduced accuracy, making it difficult to apply it to submicron processes.

く問題点を解決するための手段〉 本発明はレーザ・エッチング法により、単結晶。Means to solve problems〉 The present invention uses a laser etching method to produce a single crystal.

多結晶或いは非晶質のシリコンをパターン加工するため
の方法であって、低いレーザ出力の下でエツチング反応
を生じさせ得るエツチングプロセスを提供する。
A method for patterning polycrystalline or amorphous silicon provides an etching process that allows etching reactions to occur under low laser power.

処で、NH3は3100A 以下の如く短波長の光に対
してはそれを吸収して分解する性質があり、NH3中で
シリコン表面(基板温度400°C)にレーザを照射す
ると、シリコン表面に窒化膜が形成される。このシリコ
ン窒化膜は波長250OA以下の光を良く吸収するため
、遠紫外レーザによって励起することができ、光励起さ
れた窒化膜は昇温してフッ素化合物を含むエツチングガ
スを分解させ、反応性に富むフッ素原子を発生させてシ
リコン窒化膜をエツチングする。従って加工されるべき
シリコンをエツチング処理に先立って予めン膜を形成し
得る雰囲気を与えて、遠紫外波長で発振するレーザを照
射してシリコンをエツチングする。
However, NH3 has the property of absorbing and decomposing short wavelength light such as 3100A or less, and when a laser is irradiated on the silicon surface (substrate temperature 400°C) in NH3, nitridation occurs on the silicon surface. A film is formed. This silicon nitride film absorbs light with a wavelength of 250 OA or less, so it can be excited by a deep ultraviolet laser.The photoexcited nitride film is heated and decomposes the etching gas containing fluorine compounds, making it highly reactive. The silicon nitride film is etched by generating fluorine atoms. Therefore, prior to etching the silicon to be processed, an atmosphere in which a film can be formed is provided in advance, and the silicon is etched by irradiating it with a laser that oscillates at far ultraviolet wavelengths.

〈作 用〉 ′ 第1図は遠紫外レーザ(波長1930A )を多結
晶シリコンとシリコン窒化膜に夫々照射した場合のレー
ザピーク出力とエッチレートの関係を示す実験結果で、
シリコン窒化膜がシリコンより10倍以上エッチレート
の大きいことを示している。
<Function>' Figure 1 shows the experimental results showing the relationship between laser peak output and etch rate when polycrystalline silicon and silicon nitride films are irradiated with deep ultraviolet laser (wavelength 1930A), respectively.
This shows that the etch rate of the silicon nitride film is 10 times or more higher than that of silicon.

従って同一レーザ出力においては、シリコン窒化膜のエ
ツチング速度がシリコン基板或いはシリコン膜と比較し
て10倍程度大きいことから、NH3を含む雰囲気にシ
リコンを晒してレーザ照射することにより、シリコンは
窒化シリコン膜としてエツチングされ、同一レーザ出力
であればより速やかにエツチングがなされ、同一エツチ
ング速度であれば低いレーザ出力で加工することができ
る。
Therefore, at the same laser output, the etching rate of a silicon nitride film is about 10 times higher than that of a silicon substrate or silicon film. If the laser output is the same, the etching will be faster, and if the etching speed is the same, the etching can be done with a lower laser output.

〈実施例1〉 本実施例は、被加工材のシリコン基板をまずNH3の雰
囲気中に置いて遠紫外レーザを照射し、エツチングした
い領域を窒化し、その後フッ素化合物ガス中で遠紫外レ
ーザを照射して、シリコン窒化膜を選択的に除去する。
<Example 1> In this example, a silicon substrate to be processed is first placed in an NH3 atmosphere and irradiated with a far ultraviolet laser to nitride the area to be etched, and then irradiated with a far ultraviolet laser in a fluorine compound gas. Then, the silicon nitride film is selectively removed.

遠紫外レーザとしては、シリコン及びシリコン窒化膜に
おける光吸収係数の大きい波長(3100A以下)の元
を利用し、第2図に示すようなエツチング装置を用いて
行なう。
As a far-ultraviolet laser, a source with a wavelength (3100 A or less) having a large optical absorption coefficient in silicon and silicon nitride films is used, and an etching apparatus as shown in FIG. 2 is used.

即ち同図において、エツチング室I内に設置された基板
保持台2上にシリコン基板8が載せられる。上記基板保
持台2は搭載されたシリコン基板3を所定温度に維持す
るための基板温度制御装置が内蔵されている。上記エツ
チング室壁面の一部にはレーザを導入するだめの光導入
窓4が設けられ、遠紫外レーザ発振機5で発生した遠紫
外レーザ(ArFエキシマレーザ波長19BOA)をエ
ツチング室I内のシリコン基板3上に照射する。エツチ
ング室1には反応ガスを吸気。
That is, in the figure, a silicon substrate 8 is placed on a substrate holder 2 installed in an etching chamber I. The substrate holding table 2 has a built-in substrate temperature control device for maintaining the mounted silicon substrate 3 at a predetermined temperature. A light introduction window 4 for introducing the laser is provided in a part of the wall surface of the etching chamber, and the far ultraviolet laser (ArF excimer laser wavelength 19 BOA) generated by the far ultraviolet laser oscillator 5 is used to etching the silicon substrate in the etching chamber I. 3. Irradiate on. A reaction gas is sucked into the etching chamber 1.

排気するための管6,6が取付けられ、エツチングガス
等の雰囲気ガスを制御された圧力、流速で供給する。
Pipes 6, 6 for evacuation are attached to supply atmospheric gas such as etching gas at a controlled pressure and flow rate.

上記エツチング装置において、まずエツチング室内にN
H3ガスを流すと共にシリコン基板3にレーザ照射する
。NH3分子はレーザを吸収して分解し、シリコン基板
表面にシリコン窒化膜が形成される。シリコン基板表面
が所望厚再びレーザを照射する。再びレーザ照射された
窒化膜は光励起されて昇温し、SF6 を励起して窒化
膜近傍で分解させ、反応性に富んだフッ素原子を発生さ
せて上記シリコン窒化膜をエツチングする。
In the above etching apparatus, first, N is added to the etching chamber.
While flowing H3 gas, the silicon substrate 3 is irradiated with a laser. The NH3 molecules absorb the laser beam and decompose, forming a silicon nitride film on the surface of the silicon substrate. The silicon substrate surface is irradiated with the laser again to a desired thickness. The nitride film, which has been irradiated with the laser again, is optically excited and heated to excite SF6 and decompose near the nitride film, generating highly reactive fluorine atoms and etching the silicon nitride film.

尚上記エツチング工程で除去されるのはレーザが照射さ
れている領域であり、所望パターンに仕上げるべく選択
的にエツチングを進行させるためKは、上記レーザ照射
によるエツチングに先立ってパターン化されたマスクが
シリコン基板表面に予め形成される。マスク材料として
H8i、A4゜高融点金属を用いることができる。この
種のマスク材料は、シリコン窒化膜と比較して紫外線に
対する表面反射率が高く(紫外線吸収が少ない)、また
熱伝導も大きいので、シリコン窒化膜の場合よりエツチ
ングに要するレーザ出力が高くなって有利である。尚マ
スク材の被着はシリコン基板を窒化処理する前でも後で
もよい。
It should be noted that what is removed in the above etching process is the area irradiated with the laser, and in order to selectively proceed with etching to finish the desired pattern, K is used to remove the patterned mask before etching with the laser irradiation. It is formed in advance on the surface of the silicon substrate. H8i, A4° high melting point metals can be used as the mask material. This type of mask material has a higher surface reflectance for ultraviolet light (less UV absorption) than a silicon nitride film, and also has greater thermal conductivity, so the laser power required for etching is higher than that for a silicon nitride film. It's advantageous. Note that the mask material may be applied before or after nitriding the silicon substrate.

上述の如くシリコン基板をエツチングするニ1摩して、
被エツチング領域のシリコンを一旦窒化シリコンに変え
、この窒化シリコンをSF6 ガスを用いてエツチング
し、結果的にシリコン基板をエツチングする。
After etching the silicon substrate as described above,
The silicon in the region to be etched is temporarily changed to silicon nitride, and this silicon nitride is etched using SF6 gas, thereby etching the silicon substrate.

〈実施例2〉 本実施例はエツチングガス中に、シリコンを窒化するた
めのNH3ガスを混合して実施する場合を挙げる。
<Example 2> In this example, a case will be described in which NH3 gas for nitriding silicon is mixed into the etching gas.

上記実施例Iと同様のエツチング装置を利用し、同装置
の室内にマスクが形成されたシリコン基板が設置される
。次に室内にN H3ガスを混合させたSF6ガスを導
入し、この雰囲気の下で遠紫外レーザを照射する。
Using the same etching apparatus as in Example I above, a silicon substrate with a mask formed thereon is placed inside the chamber of the same etching apparatus. Next, SF6 gas mixed with NH3 gas is introduced into the room, and deep ultraviolet laser is irradiated in this atmosphere.

本実施例においては、シリコンの窒化と窒化シリコンの
エツチングがほぼ同時に進行してマスクに対応したパタ
ーンがシリコン基板表面に形成される。
In this embodiment, the nitridation of silicon and the etching of silicon nitride proceed almost simultaneously, and a pattern corresponding to the mask is formed on the surface of the silicon substrate.

上記シリコン基板は単結晶、多結晶、非晶質いずれにも
適用することができ、シリコン基板を予備加熱すること
によって窒化の効率を上げるこLができ、全体としての
エツチング速度の一層の向上を図り得る。
The above-mentioned silicon substrate can be applied to any of single crystal, polycrystal, and amorphous, and by preheating the silicon substrate, the efficiency of nitriding can be increased, and the overall etching speed can be further improved. It is possible.

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、荷電粒子等によってシリコン層を
損うことなくエツチング加工することができ、シリコン
基板を用いて作製された半導体素子の特性に悪影響を及
ぼす惧れがなく、安定した商品質の半導体素子を作製し
得るエツチング加工を施こすことができる。
<Effects of the Invention> According to the present invention, etching can be performed without damaging the silicon layer due to charged particles, etc., and there is no risk of adversely affecting the characteristics of semiconductor elements fabricated using a silicon substrate. , it is possible to perform an etching process that can produce semiconductor elements of stable commercial quality.

またシリコンを直ちにレーザ・エッチングする場合に比
べて低いレーザ出力によってエツチング加工することが
でき、装置に対する負担が軽減されると共に、レーザの
ビーム径を大きくすることにより、同一面積の処理速度
を大きくすることができる。
Additionally, compared to when silicon is immediately laser etched, it can be etched with a lower laser power, reducing the burden on the equipment, and increasing the laser beam diameter increases the processing speed for the same area. be able to.

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

第1図は多結晶シリコン、シリコン窒化膜のエツチング
特性図、第2図は本発明を適用するためのレーザ・エッ
チング装置の概略図である。 1、エツチング室、3:シリコン基板、4:レーザ導入
窓、5:遠紫外レーザ発振機、6 反応レーデヒ−7ホ
力 (M4シざ、) 工、lわ7賃度lt較図 第1図
FIG. 1 is a diagram of etching characteristics of polycrystalline silicon and silicon nitride films, and FIG. 2 is a schematic diagram of a laser etching apparatus to which the present invention is applied. 1. Etching chamber, 3: Silicon substrate, 4: Laser introduction window, 5: Far-UV laser oscillator, 6.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)エッチングガス雰囲気に晒されたシリコンに、遠紫
外域の波長で発振するレーザを照射してエッチングする
方法において、被エッチング材のシリコンを、NH_3
を含む雰囲気中でレーザ照射処理することを特徴とする
レーザ・エッチング方法。 2)前記NH_3はエッチングガスに添加されてなるこ
とを特徴とする請求の範囲第1項記載のレーザ・エッチ
ング方法。 3)前記NH_3を含む雰囲気中でのレーザ照射は、シ
リコンをエッチングガス雰囲気に晒してレーザを照射す
る前に予め施こしてなることを特徴とする請求の範囲第
1項記載のレーザ・エッチング方法。 4)前記エッチングガスはフッ素化合物を含んでなるこ
とを特徴とする請求の範囲第1項記載のレーザ・エッチ
ング方法。 5)前記フッ素化合物はSF_6又はNF_3であるこ
とを特徴とする請求の範囲第4項記載のレーザ・エッチ
ング方法。
[Claims] 1) In a method of etching silicon exposed to an etching gas atmosphere by irradiating it with a laser that oscillates at a wavelength in the deep ultraviolet region, the silicon to be etched is etched using NH_3
A laser etching method characterized by performing laser irradiation treatment in an atmosphere containing. 2) The laser etching method according to claim 1, wherein the NH_3 is added to an etching gas. 3) The laser etching method according to claim 1, wherein the laser irradiation in the atmosphere containing NH_3 is performed in advance before exposing the silicon to an etching gas atmosphere and irradiating the silicon with the laser. . 4) The laser etching method according to claim 1, wherein the etching gas contains a fluorine compound. 5) The laser etching method according to claim 4, wherein the fluorine compound is SF_6 or NF_3.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8039396B2 (en) 2007-07-31 2011-10-18 Mitsubishi Electric Corporation Method for manufacturing photovoltaic device

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