JPS6294933A

JPS6294933A - ドライエツチング方法

Info

Publication number: JPS6294933A
Application number: JP23567985A
Authority: JP
Inventors: Keiji Horioka; 啓治堀岡; Iwao Tokawa; 東川　巌; Misako Nonaka; 野中　美沙子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1987-05-01

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、ドライエツチング方法の改良に係わり、特に
有機物を垂直にエツチングするためのドライエツチング
方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、フォトリソグラフィ工程においては、下地段差に
起因する影響（レジストの薄い部分で過露光、過現像と
なり、レジストの厚い部分で露光不足、現像不足となる
現象）をなくすため、平坦化層、中間層及びレジストを
順次積層する、所謂多層レジスト法が採用されている。

この多層レジスト法では、第５図（ａ＞に示す如く下地
基板５１上に平坦化層としての有機物薄膜５２を塗布し
たのち、中間層５３を介してフォトレジスト５４を均一
に塗布する。次いで、平坦な面上に形成されたレジスト
５４を露光現像してレジストパターンを形成する。この
状態で、中間層５３をマスクとして有機物ｍ　ｐｌＡ５
２を選択エツチングすることにより、下地段差の影響の
ないレジストパターンを得ている。

上記の多層レジスト法により高い寸法１度を得るために
は、平坦化層としての有機物１ｉＩＷＡを垂直にエツチ
ングする技術が必要である。有機物簿膜のエツチングに
は、酸素ガスをエツチングガスとした反応性イオンエツ
チング（ＲＩＥ）が用いられているが、この方法では第
５図（ｂ）に示す如く多量のアンダーカットを伴うエツ
チング形状となる。これは、有機物に対して活性の高い
酸素ラジカルがプラズマ中で多量に発生していることに
起因する。

一方、上記のアンダーカットを防止するために、エツチ
ングガス中にエチレン等の２重粘合を有する炭化水素ガ
スを添加し、第５図（Ｃ）に示す如くエツチング側壁に
プラズマ重合による保１１１５５を堆積させながらエツ
チングする方法が提案されている。しかしながらこの方
法では、保護膜５５の厚みの制御性が極めて困難であり
、逆に寸法制御性が悪化する虞れがある。また、保護ｇ
１５５がエツチング側壁に対し汚染源となる虞れがあっ
た。

なお、上記の問題は有機物のＲＩＥに限らず、酸素を用
いたＲＩＥによりエツチングされる材料く例えばクロム
）であれば同様に言えることである。

〔発明の目的〕

本発明は上記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、エツチング側壁に保護膜等を堆積させ
ることなく、有観物等の被エツチング物をエツチングす
ることができ、且つアンダーカットを低減することがで
き、寸法制御性の向上をはかり１ｑ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、エツチングガスである酸素ガスに還元
性のガスを添加してＲＩＥを行うことにより、気相中の
酸素ラジカルの濃度を減少させ、エツチング形状のアン
ダーカットを低減することにある。

即ち本発明は、被エツチング物上にエツチングマスクを
形成した試料を一対の電極間に配置し、これらの電極間
に所定のガスを導入すると共に、該電極間に放電を生起
して上記被エツチング物を選択エツチングするドライエ
ツチング方法において、前記ガスとして、水素及び炭素
元素の双方を同時に含まない還元性ガスと酸素との混合
ガス、又は炭素−炭素の２重粘合を有しない炭化水素と
！素との混合ガスを用いるようにした方法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エツチングガスとしての酸素にｉ！元
元方ガス添加することにより、酸素ラジカルの濃度を減
少させることができ、従って酸素ラジカルによるエツチ
ング側壁のエツチングを抑え、アンダーカットを低減す
ることができる。また、エツチング側壁に保１１を形成
しながらエツチングする方法とは異なり、寸法制皿性の
悪化及び汚染の原因をなくすことができる。つまり、ア
ンダーカットのない垂直な微細加工を実現することがで
き、寸法制御性の著しい向上をはかり得る。

なお、酸素ラジカルの濃度を減少させる手段として、使
゛用する酸素ガスの澁を少なくすることが考えられるが
、この場合スパッタ効果が大となり、垂直なエツチング
形状を得ることは不可能となるのである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

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８ｉ四を示す概略構成図である。図中１１は真空容
器であり、この容器１１内には平行平板電極１２．１３
が配置されている。下部電極１２は、容器１１と共に接
地されている。試料１４が載置される下部電極１３には
、マツチング回路１５を介して高周波電源１６が接続さ
れている。

また、容器１１内にはガス導入口１７を介して所定のガ
スが導入される。そして、容器１１内のガスは、ガス排
気口１８を介して排気されるものとなっている。なお、
図中１９は容器内壁の重合堆積膜の堆積速度をモニタす
るためのポリイミド板、２０は絶縁物を示している。

次に、上記装置を用いたレジストパターン形成方法につ
いて説明する。

まず、第２図（ａ）に示す如く、所望の回路が形成され
た下地シリコン基板２１上に平坦化層としてのポリビニ
ルアルコール薄膜（有機物薄膜）２２、中間層としての
ポリシロキサン薄膜２３及びフォトレジスト２４を順次
塗布した。次いで、フォｉ・レジスト２４上に所望の回
路パターンを露光・現像し、第２図（ｂ）に示す如く、
ＲＩＥによりポリシロキサン薄！２３を選択エツチング
した。このとき、レジスト２４は平坦な面上に形成され
ているので、下地段差等の影響もなく、設計パターン通
りにバターニングすることができた。

また、ポリシロキサン薄膜２３はその膜厚が十分に薄い
ので、該１１１Ａ２３のエツチングによる寸法変動は殆
ど問題とならない。

この試料を前記第１図に示す装置の下部電攬１３上に載
置し、以下の条件でエツチングを行った。

まず、比較のために、エツチングガスとして酸素（０２
）のみを用い、０２流量は５０　　［ｃｃ／ｎ＋ｉｎ　
］　、容器内圧力は０．００５　［ｔＯｒｒ］　、高周
波電力は１　、５　［Ｗ／ｃｍ２］　、ウェハ面積は１
５０［ｃｍ２１とした。その結果、ポリビニルアルコー
ルｉＪＭ１２２のエツチング形状は前記第５図（ｂ）に
示す如くアンダーカッ１−を伴った異方性形状となった
。

一方、アンダーカットを低減するために、還元性ガスと
しての１酸化炭素（Ｃｏ）を添加してエツチングを行っ
た。なお、ｃｏを添加する以外は、先のエツチング条件
と同様にした。その結果、第３図に示す如くＣＯの添加
によりアンダーカットが低減することが判明した。なお
、第３図において、横軸はＣＯｘ度であり、縦軸はエツ
チング深さに対するアンダーカットｍの比である。アン
ダーカット量の比は、ＣＯ添加の増加に伴い単調に減少
し、ＣＯを４０［％１以上添加すると２．５［％］以丁
となった。この場合、２［μｒｒｔ　］の膜厚の平坦化
層をエツチングしたときのアンダーカット量は０．０５
［μＴｒＬ］であり、フォトリソグラフィの精度以下で
あり、満足できるエツチング形状と言える。また、ＣＯ
を５０［％］添加したときのエツチング形状は、第２図
（Ｃ）に示す如くアンダーカットの殆どない垂直なもの
であった。

このようなアンダーカットの低減効果は、ＣＯ以外にも
、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、エチレン（Ｃ２＋−１４）
、メタン（ＣＨ４）、水素（Ｈ２）等の還元性ガスの添
加によっても得られることを確認した。さらに、２酸化
炭素（ＣＯ２）も有効であることが確認された。これは
、ＣＯ２がプラズマ中で分解してＣＯ等の還元性のフラ
グメントが生じるためと考えられる。

一方、プロピレンやエチレン等のように炭素−炭素の２
重結合を有するガスでは、前記第５図（Ｃ）に示す如く
エツチング側壁に堆積膜が生じ易い。この堆積膜の膜厚
は０．１〜０．２［μｍ］にも達するので、寸法精度を
悪化させることになる。

ここで、堆積膜の堆積速度を定量的に評価するために、
比較的エツチングされ難いアノード近傍の容器内壁にポ
リイミド板１９を取付けて、その上での成長速度を観察
した。ガス組成としてｏ２５０［％］に、Ｃ３Ｈｓ　、
Ｃ２Ｈ４、ＣＨ４。

Ｃｏ、ＣＯ２、Ｈ２をそｎ−Ｆｈ５０　［％］添７ＪＯ
ｔ。

たちのについて、比較した結果を第４図に示す。

この図から、Ｃ３Ｈ６や０２Ｈ４等の炭素〜炭素の２重
結合を有する炭化水素ガスが最も堆積膜を生じ易く、次
に２重結合を含まない炭化水素であるＣＨ４、Ｈ２、Ｃ
Ｏ，ＣＯ２の順であった。この結果より、添加ガスとし
て望ましいのは、Ｈ２゜Ｃｏ、ＣＯ２のように水素と炭
素元素を同時に含まない還元性ガスであり、次いで２重
結合を含まない炭化水素ガスであることが判明した。

このように本実施例方法によれば、０２にＣＯ等の還元
性ガスを添加してＲＩＥによりポリビニルアルコール薄
膜２２を選択エツチングすることにより、アンダーカッ
トなく該３膜２２を略垂直にエツチングすることができ
る。このため、多層レジスト工程における寸法制■性の
著しい向上をはかり得る。また、従来の装置を何等変更
する必要なく、容器１１内に導入するガスを選択するの
みで、簡易に実施し得る等の利点がある。従って、半導
体製造分野における有用性は絶大である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記平坦化層はポリビニルアルコールＭ躾
に限定されるものではなく、有機物７ｓＩｌ！であれば
よい。また、実施例では３層レジストの場合について説
明したが、２層レジストにも全く同様に適用できるのは
勿論である。さらに、レジストパターンの形成に限らず
、有機物表面の各ｆ［線加工に適用することができる。

また、有機物の代りに、酸素を用いたＲＩＥでエツチン
グできる材料（例えばクロム）のエツチングに適用する
ことも可能である。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図は上記装置を用いた
レジストパターン形成方法を説明するための工程断面図
、第３図はＣＯ添加量に対するアンダーカット量の変化
を示す特性図、第４図は使用する添加ガスに対する薄膜
堆積速度を示す特性図、第５図は従来の問題点を説明す
るための断面図である。１１・・・真空容器、１２・・・上部電極、１３・・・
上部電極、１４・・・試料、１５・・・マツチング回路
、１Ｇ・・・高周波電源、１７・・・ガス導入口、１８
・・・ガス排気口、１９・・・ポリイミド板、２１・・
・下地シリコン基板、２２・・・ポリビニルアルコール
簿膜　（有は物）、２３・・・ポリシロキサン（中間Ｉ
Ｉ＞、２４・・・フォトレジスト。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第　２　区第３図Ｃ３Ｈ６Ｃ２Ｈ４ＣＨ４Ｃｏ　　ＣＯ２Ｈ２力゛ス檀第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被エッチング物上にエッチングマスクを形成した
試料を一対の電極間に配置し、これらの電極間に所定の
ガスを導入すると共に、該電極間に放電を生起して上記
被エッチング物を選択エッチングするドライエッチング
方法において、前記ガスとして、水素及び炭素元素の双
方を同時に含まない還元性ガスと酸素との混合ガス、又
は炭素−炭素の２重結合を有しない炭化水素と酸素との
混合ガスを用いたことを特徴とするドライエッチング方
法。
（２）前記被エッチング物として、有機物薄膜を用いた
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。
（３）前記還元性ガスとして、水素、１酸化炭素若しく
は２酸化炭素を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項記載のドライエッチング方法。
（４）前記炭化水素として、メタンを用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のドライエ
ッチング方法。