JPS63260136A - 光励起エツチング法 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、光を用いてエツチング反応の活性種を生成さ
せるいわゆる光励起エツチング法に関し、特に精密な加
工線幅の制御を可能とする光励起エツチング法に関する
。

〔発明の概要〕

本発明は、光励起エツチング法において、反応ガスを封
入した状態で排気を制限しながら光を照射してエツチン
グを行う工程と、光照射を中断して排気を行う工程とを
繰返すことにより、堆積ガスを使用せずに微細な異方性
エツチングを実現するものである。

（従来の技術） 昨今のＶＬＳ　Ｉの開発は急速な進展をみせているが、
この開発の推進力になっているものは、リソグラフィー
、ドライエツチング等の微細加工技術である。しかし、
今後サブミクロン加工技術を実用化するにあたっては、
従来のような二次元方向の微細化に加えて三次元方向の
微細化が必要とされるので、プロセスも低温かつ無損傷
で行われることが重要となってくる。従来、微細加工技
術の主導的役割を果たしてきたのは、言うまでもなく反
応性イオンエツチング（ＲＩＥ）である、しかし、ＲＩ
Ｂはプラズマ中で行われ、その電子衝撃エネルギーは約
２０　ｅＶにも及ぶため、たとえば酸化膜内に固定電荷
や中性トラップが発生する等の種々の損傷を与える。化
学反応を起こすためには数ｅＶ程度のエネルギーで十分
であり、このような理由から、最近数ｅＶの光励起のみ
によって反応を起こす光励起エツチング法が盛んに研究
されている。

ところで、光励起エツチングが求められる背景の１つと
して、ゲート材料の加工において下地であるゲート絶縁
膜との間の選択性を無限大としつつ、イオン衝撃による
ゲート絶縁膜の破壊を防止することが要求されている事
情がある。このゲート材料の加工の一例として、ｃ１１
ガスによるｎ゛型多結晶シリコン膜のエツチングが実際
に試みられている。このエツチングには、気相中で光解
離したＣＩ原子がｎ゛型多結晶シリコン膜の表面に吸着
し、ここから電子を受取ってＣＩ−イオンを生成する過
程が関与している。したがって、このように電子密度の
高い膜の表面では等５的にエツチングが進行し、下地に
アンダカットを生ずる。しかし、これでは異方性の要求
されるＶＬＳ　Ｔへの応用には不適当であるため、この
問題を解決する手段として従来いくつかの方法が４１ｚ
されている。

その−例として、いわゆる二光源方式がある。

これは、ＲＩＨにおける側壁保ａｉ！膜を応用したもの
であり、反応ガスであるＣ１ｔの他に、堆積ガスとして
５ｉ（ＣＨｉ）４、および少量のｌ１ｇを増感用に使用
するものである。すなわち、まず被エツチング材料に平
行にＨｇ−Ｘｅランプを照射して５ｔ（ＣＨｓ）ｎを解
離させ側壁保護膜となるａ−５ｉＣを全面に堆積させな
がら、被エツチング材料に垂直にレーザー光を照射する
。その結果、光照射面ではエツチングが進行し、光照射
のない側面では側壁保護膜が堆積し、異方性形状の溝が
形成される。

また、上述の二光源方式の反応系では、光解離により生
成したＣＩ原子がＳｉ　（ＣＨ３）　４と気相中で衝突
して５ｉ（ＣＩｌｓ）ａを分解すると考えられるので、
垂直に入射されるレーザー光が０１！、を分解できるも
のであれば、光源はひとつで良いことになる。このよう
な考えから提案されたのが、いわゆる一括露光方式であ
る。

ところで、上述のように活性種の生成を光照射によって
行っている場合、ある程度速いエツチング速度を得るに
は、どうしてもレーザー光の照射強度を高めなければな
らない、このためには、約３　Ｗ／ｃｍ”の強度が必要
であるが、このような強いレーザー光照射は被エツチン
グ材料の表面温度を上昇させ、堆積膜を局所的に除去し
たり、マスクであるレジストを熔溌させる等の問題を生
ずる。

そこで、活性種の生成に光を用いる代わりにマイクロ波
放電を利用する、いわゆるハイブリッド方式が提案され
ている。この方式では、反応ガスとしてＣ１：、堆積ガ
スとしてメタクリル酸メチル（？ｌ？ＩＡ）を使用して
いる。Ｃ１！は、エツチング室とは切離された場所でマ
イクロ波放電により活性種となり、これがエツチング室
へ輸送される。一方、エツチング室では、被エツチング
材料に対して垂直にエキシマレーザ−光が照射されてお
り、これによって光照射面の堆積膜が選択的に除去され
るようになっている。ここへ活性種が到達し、異方性エ
ツチングが達成される。したがって、この場合の光照射
は、堆積膜の除去のためだけに行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述のような従来の方法においては、活性種
を生成させるためにエツチングの目的とは別途にエキシ
マレーザ−等の光源やマイクロ波発生源等が必要であり
、また異方性形状を達成するために堆積ガスの添加を要
する。このことは、必然的にエツチング装置の構成を複
雑にする。また、これらの方法における反応系では、堆
積速度とエツチング速度とのバランスを調整することが
必須であり、このために堆積ガスと反応ガスとの混合比
、全圧、基板温度等の制御項目が増える結果となり、そ
の全ての制御は容易なものではない。

そこで本発明は、複雑な装置を使用せず、反応系をでき
るだけ単純としながらも、異方性形状を達成できる光励
起エツチング法の提供を図るものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明にかかる光励起エツチング法は、上述の従来の実
情に鑑みて提案されたものであり、上記被エツチング材
料と反応して堆積物を生成する反応ガスに光を照射し、
かつ排気を制限しながらエツチングを行う工程と、光の
照射を中断し、かつ排気を行う工程とを交互に行うこと
を特徴とするものである。

〔作用〕

一般のエツチングにおいては、反応生成物を絶えず反応
系から排気等により除去することがエツチングの効率を
高める上で望ましいが、本発明にかかる光励起エツチン
グ法においては、この反応生成物の除去を断続的に行う
ことにより加工形状の制御を可能としている。すなわち
、本発明の方法における反応系では、まず反応ガスを封
入した状態において、光解離により反応ガスから生じた
活性種が被エツチング材料の表面に吸着し、エツチング
を等５的に進行させる。しかし、このときには排気が制
限されるために、反応生成物はエツチングにより生しる
開口部の底部に多孔質な膜となって堆積する。この堆積
膜の膜厚は、第１図に示すように開口部（５）の中心部
（７）において薄く（ｄ、）、上記開口部（５）の側壁
（８）に向かって厚い（ｄよ）ものとなる。

次に、光の照射を中断して排気を行う、この操作により
、反応系から反応ガスを除去してエツチングの進行を停
止させるとともに、堆積膜（６）もその表面から若干除
去して、次回のエツチングが所定の速度で進行する程度
のｎｌＨとする。

この後、光照射によるエツチングを再び行うと、新たに
生じた活性種は多孔質の上記堆積ＩＩＩ　（６）を通過
して被エツチング材料の表面に到達することになるが、
開口部（５）の側壁（８）に近い部分では、上述のよう
に上記堆積１１！Ｋ（６）の膜厚（ｄ２）が厚くなって
いるために到達する活性種の量が減少し、エツチングの
進行が遅くなる。一方、開口部（５）の中心部（８）で
は堆積膜（６）の膜厚（ｄｌ）が薄いので、エツチング
が比較的速やかに進行する。

したがって、光照射によるエツチングの時間を一度に大
きなアンダカットを生じさせない程度に十分に短縮しな
がら上述のようなエツチング−排気のサイクルを繰返す
と、開口部（５）の側壁（８）付近では堆積Ｗ４　（６
）に保護されながらエツチングが進行するため、アンダ
カット等の形状異常を効果的に防止することが可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は実験例にもとづくものであり、被エツチング
材料であるｎ°型型詰結晶シリコン、反応ガスであるＣ
１．を用いてエツチングを行うものである。

まず、チャンバー内に被エツチング材料となる基体を載
置する。この基体としては、第１図に示すように、シリ
コン基板（１）上に熱酸化により酸化シリコン層よりな
る絶縁層（２）を設け、さらにＣＶＤ等によりｎ゛型多
結晶シリコン層（３）を成長させたものを使用する。こ
のｎ゛型多結晶シリコン層（３）　の上には、さらにマ
スク（４）　を積層し、バターニングにより開口部（５
）を設ける。上記チャンバー内には、所定の圧力となる
ように反応ガスであるＣｈガスを封入する。また、チャ
ンバーには窓が設けられ、ここから入射される光が垂直
に基体に当たるようになっている。

この基体に対し、ＵＶ光を照射しなからＣ１ｔガスによ
るエツチングを行う、このときに使用する光源は、約３
３０ｎ鞘付近に吸収掻大を有するＣ１□ガスが吸収し得
る波長の光を出すものであれば艮（、たとえば超高圧水
銀ランプ（３６５ｎｍ）、）Ｉｇ−Ｘｅランプ（３１３
ｎｍ）等が使用でき、紫外線カット・フィルター等を併
用して波長を変化させても良い。

このような波長の光がこの反応系に照射されると、Ｃ１
，分子はこの光を吸収して電子励起されてＣＩ原子に解
離し、活性種を生ずる。この活性種が電子密度の高いｎ
゛型多結晶シリコンＪ！！　（３）の表面に吸着すると
、このｎ゛型多結晶シリコンＮ（３）から活性種となっ
たＣＩ原子に電子が移動してＣＩ−イオンが生成する。

このＣ１−イオンはｎ９型多結晶シリコンＮ（３）内へ
引込まれ、Ｓｔ　と反応して５ＩＣＩＩＩ　（ｘ＝１〜
４）を生成し、気相中へ脱離する。したがって、この反
応は本来等５的に起こるものであり、このまま反応が進
行すれば、開口部（５）の断面形状は第１図に点線で示
すようなアンダカットを生じたものとなる。しかし、本
実施例ではこの際に排気が行われていないため、気相中
へ脱離したＳｉＣ１ｇは反応系の外へ出ることなく開口
部（５）の底部に堆積し、堆積膜（６）を形成する。こ
の堆積膜（６）の膜厚は、開口部（５）の中心部（７）
においては薄＜（ｄ＋）、側壁（８）付近において厚（
（ｄ２）なる傾向があり、その表面は第１図に実線で示
すような輪郭となる。

そこで、次にＵＶ光の照射を中断して排気を行う。この
操作により、反応系から反応ガスを除去してエツチング
の進行を停止させるとともに、堆積膜もその表面から若
干除去して、次回のエツチングが所定の速度で進行する
程度の膜厚とする。

続いて、再びＣ１，ガスをチャンバー内に封入し、上述
のようなエツチング工程を繰返す。このとき、最初のエ
ツチング工程において形成された堆積膜（６）が、ちょ
うどＲＩＥ等における側壁保護膜として働くようになる
。すなわち、気相中で光解離により生成した活性種であ
るＣ１原子は、今度は多孔質の上記堆積膜（６）を透過
してｎ４型多結晶シリコン層（３）の表面へ到達するこ
とになるので、開口部（５）内の側壁（８）の付近では
堆積膜（６）の厚みが大きいために活性種の到達量が減
少し、中心部（７）に比べてエツチング速度が遅（なる
。

したがって、開口部（５）の中心部（７）ではＣＩ原子
が十分に透過し、側壁（８）付近では透過しないように
ＵＶ光の照射時間を十分に短く設定して上述のような光
照射によるエツチングを行い、続いて光照射を中断した
状態で排気を行ってエツチングの進行を停止させ、かつ
堆積膜の膜厚も調節するという工程を順次繰返すことに
より、側壁（８）付近を堆積１１１Ｉ（６）で保護しな
がらエツチングすることが可能となり、第２図に示すよ
うにアンダカットを生じないパターンが得られる。

なお、上記堆積１１！（６）は希フッ酸等で容易に溶解
除去することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明にかかる光励
起エツチング法においては、光照射によるエツチングと
排気のタイミングを適宜調節することにより、反応生成
物により形成された堆積膜を透過する活性種の量を制御
し、異方性エツチングを可能としている。このため、堆
積ガスは不要であり、また従来の方法において装置を複
雑にしたり、制御項目を増加させること等の原因となっ
ていた別途の光源、活性種の発生源等とが一切不要とな
る。

したがって、被エツチング材料に損傷を与えないという
光励起エツチングの最大の長所に加えて、異方性エツチ
ングが容易に達成できる方法を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかるエツチング工程の
途中段階を示す断面図、第２図は、本発明の一実施例に
かかるエツチング工程の終了段階を示す断面図である。 １・・・シリコン基板 ２・・・絶縁層 ３・・・ｎ゛型型詰結晶９９３２ 層・・・マスク ５・・・開口部 ６・・・堆積膜 特許出願人　　　　　ソニー株式会社 代理人　　　弁理士　　　小　池　　　見回　　　田村
榮−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被エッチング材料に光を照射してエッチングを行う光
   励起エッチング法において、 上記被エッチング材料と反応して堆積物を生成する反応
   ガスに光を照射し、かつ排気を制限しながらエッチング
   を行う工程と、 光の照射を中断し、かつ排気を行う工程とを交互に行う
   ことを特徴とする光励起エッチング法。