JP2786198B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JP2786198B2 JP63109954A JP10995488A JP2786198B2 JP 2786198 B2 JP2786198 B2 JP 2786198B2 JP 63109954 A JP63109954 A JP 63109954A JP 10995488 A JP10995488 A JP 10995488A JP 2786198 B2 JP2786198 B2 JP 2786198B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置製造技術等における有機膜を選
択的にエッチングするドライエッチング方法であって、
特に2層レジスト法や3層レジスト法等の多層レジスト
技術にかかるドライエッチング方法に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、エッチングガスを用いて有機膜を選択的に
エッチングするドライエッチング方法において、そのエ
ッチングガスとしてNH3を含むガスを用いることによ
り、入射イオン・エネルギーを下げた条件下、具体的に
は基板の自己バイアス電圧(Vdc)を下げた条件下で相
対的に高いエッチング速度を実現する方法である。
〔従来の技術〕
微細パターン形成の要求に伴い、投影露光装置の光源
の短波長化や、光学系の高NA化等が進められている。こ
れに伴い、レジスト技術も単層レジストでは微細化への
対応が困難となり、多層レジストが用いられてきてい
る。
ところで、その微細化に対応するための多層レジスト
技術としては、大別すると、3層レジスト法,2層レジス
ト法PCM法等が挙げられる。まず、3層レジスト法
は、,レジスト膜を上層,中間層,下層の3層からなる
ものとし、平坦化のための有機膜を下層とし、選択露光
用に上層,分離及びマスク材として中間層がそれぞれ設
けられる方法である。次に、2層レジスト法は、下層を
平坦化用の有機膜とするが、上層は選択露光及びドライ
エッチングのマスクとして機能する方法である。また、
PCM法では、下層を平坦化に用いるが、上層はパターニ
ングされると共に光線吸収用に用いられる。なお、上記
多層レジスト技術を記載した文献としては、「Semicond
uctor World」,1986年5月号,70〜77頁,(プレスジャ
ーナル社)や「電子材料」,1986年4月号,47〜48頁があ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述の各多層レジスト技術において
は、それぞれ次のような技術的な課題が残されている。
まず、PCM法では、レジスト膜の下層材料(例えばPMM
A)の耐ドライエッチング特性が得られず、かつ上層と
の間に混合層を形成しやすいと言う問題があり、現状で
はその実現が難しい。
次に、3層レジスト法や2層レジスト法では、微細化
を図るために、下層であり平坦化のために形成された有
機膜をそのマスクのパターンに沿ってエッチングする必
要がある。従来のドライエッチング工程では、有機膜の
選択的な除去のためにO2(酸素)をエッチングガスとす
るドライエッチングが行われており、下地の主面に略垂
直なエッチングを行うために低い圧力(例えば10mTor
r)でしかも高い自己バイアス電圧(Vdc)(例えば−60
0V)を印加して行われていた。ところが、例えば下地層
がアルミの如き材料であり、その下地層が段差を有して
形成されている場合、段差の上側ではエッチング中の早
期に下地材料が露出し、その下地材料がスパッタされ
て、有機膜に被着してしまう。すると、次の下地材料層
のエッチングの際には、レジスト材料による側壁保護膜
の生成が困難となることから、異方性エッチングが難し
くなってしまい、さらにはそのマスクとしての有機膜の
除去も困難となっていた。
また、有機膜のドライエッチングにおいて、低いイオ
ンエネルギーでの異方性エッチングを行うために、O2
代えてN2(窒素)を用いる方法も検討されており、本願
出願人は、先にその窒素を用いたエッチング技術につい
て、特願昭63−14026号明細書及び図面に記載される技
術を提案している。この方法では、活性な酸素ラジカル
が発生しないため、高い自己バイアス電圧(Vdc)は不
要となる。しかしながら、N2ガスを用いた場合、そのエ
ッチング速度が低下していた。
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、低い入
射イオン・エネルギー、具体的には低い自己バイアス電
圧(Vdc)のもとでエッチングを行うことができ、同時
に高いエッチング速度が得られるようなドライエッチン
グ方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、本発明のエッチング方法
は、有機膜とこの上に形成され選択露光されるレジスト
膜とを含む多層レジスト膜を下地層上に形成する工程
と、上記レジスト膜を選択露光によりパターニングする
工程と、上記レジスト膜又はこのレジスト膜に対応して
パターニングされた中間層をマスクとし、NH3を含むガ
スをエッチングガスとするドライエッチングにより上記
有機膜を選択的にエッチングする工程とを有することを
特徴とする。本発明において、上記下地層は、例えば、
配線層,層間絶縁膜,半導体層、半導体基板,マスク材
料その他のパターニングすべき種々の材料層であり、2
種類以上の材料層であっても良い。また、その段差の有
無を問わないが、段差がある場合に特に有効となる。上
記有機膜は、上記下地層上に直接若しくは間接的に形成
され、その上部に形成される層としては、シリコンを含
有するレジスト層(2層レジスト法)や、SOG(スピン
・オン・グラス)膜等の中間層及びその中間層上に形成
され選択露光されるレジスト層(3層レジスト法)等が
形成される。また、上記エッチングガスとしてのNH3
含むガスは、必要に応じて窒素、酸素、水素、アルゴン
等の各種ガスを添加したガスであっても良い。また、エ
ッチングガスは、エッチングの途中でその成分を変化さ
せても良く、例えば初めだけ酸素ガスを含有し、下地露
出時にNH3ガスでエッチングする様なガス成分の制御を
行っても良い。
〔作用〕
本発明のドライエッチング方法において、NH3を含む
ガスがどのような作用をするのかについての作用機構自
体は必ずしも明らかではない。しかしながら、NH3ガス
ではN2ガスと同様に活性な酸素ラジカルが発生しないた
め、低い圧力や高い自己バイアス電圧(Vdc)にする必
要がなくなる。そして、そのエッチング速度が高くなる
点については、本件発明者等が行った次の実験より明ら
かである。
実験は、シリコン基板上に有機膜としてOFPR−800
(商品名;東京応化(株)製)を形成し、その上部にSO
G膜を0.15μmの膜厚で塗布後これをパターニングして
マスクとした。そして、エッチング条件をガス流量50sc
cm,圧力15Pa,自己バイアス電圧(Vdc)−210Vとしなが
ら、N2ガスとNH3ガスのそれぞれについて、エッチング
レートとRFパワー密度の関係を調べた。
実験結果は、第1図に示すように、RFパワー密度を高
くすると、それに応じてエッチングレートが上昇する曲
線が得られており、第1図中、●印及び破線で示す曲線
がN2をエッチングガスとした場合であり、○印及び実線
で示す曲線がNH3をエッチングガスとした場合である。
なお、第1図中、縦軸がエッチングレート(Å/min)で
あり、横軸がRFパワー密度(W/cm2)である。そして、
この第1図からも明らかなように、NH3ガスをエッチン
グガスとして用いた場合の方が、N2ガスの使用時の2倍
以上のエッチングレートが得られており、高いエッチン
グ速度が実現されることが判る。また、エッチングを行
った有機膜の形状も異方性を保ったままであった。
また、この実験時に、反応生成物について質量分析を
行ったところ、マスナンバー32〜45のところで、N2ガス
になくNH3ガスに特有のピークが測定された。従って、
その作用機構は不明であるものの、NH3ガスの水素によ
って、何らか形で炭化水素等の生成物が発生しているも
のと推測される。
〔実施例〕
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する
が、本発明は各実施例に限定されるものではない。
第1の実施例 本実施例は、3層レジスト法におけるドライエッチン
グ方法であり、以下、本実施例をその工程に従って第2
図a及び第2図bを参照しながら説明する。
まず、第2図aに示すように、絶縁材料層21上に本発
明における有機膜の下地層として配線用のアルミ層22が
形成され、その上部に有機膜23が形成される。この有機
膜23は平坦化膜として機能し、上記アルミ層22に段差が
ある場合に特に有効となる。また、所要のベーキングが
行われる。そして、その有機膜23上には、中間層として
のSOG膜24が所要の膜厚(例えば0.15μm)で形成さ
れ、そのSOG膜24の上部には、選択的に露光される上部
レジスト膜25が形成される。
このように有機膜23,SOG膜24及び上部レジスト膜25か
らなる3層のレジスト膜が形成された後、上部レジスト
膜25が選択的に露光されてパターニングされる。このパ
ターニングされた上部レジスト膜25をマスクとしながら
RIE法によって上記SOG膜24をエッチングする。これで上
部レジスト膜25のパターンがSOG膜24に転写される。
次に、第2図bに示すように、パターニングされたSO
G膜24をマスクとしながら、NH3を含むガスをエッチング
ガスとしたドライエッチングを行う。そのエッチング条
件の一例としては、例えば、NH3ガスのガス流量を50scc
m,圧力を15Pa程度に設定することができる。そして、上
記有機膜23をOFPR−800(商品名;東京応化(株)製)
とした場合では、RFパワー密度が0.16W/cm2,自己バイア
ス電圧(Vdc)−210Vの時に、およびエッチングレート6
50Å/minが得られることになる(第1図参照)。これ
は、単にN2ガスを用いた場合のエッチングレート280Å/
minに比較して、2倍以上の値となり、高速なエッチン
グが行われることになる。
そして、NH3ガスを用いて微細にパターニングされた
有機膜23を用いて下地層であるアルミ層22のエッチング
が行われる。
このように本実施例のドライエッチング方法では、N2
ガスをエッチングガスとするエッチング方法に比較して
十分高速なエッチングが可能となる。また、同時にO2
スをエッチングガスとするエッチング方法に比較して高
い自己バイアス電圧(Vdc)や低い圧力は要求されず、
従って、下地のアルミ層22がスパッタされて生ずる問題
も抑制されることになる。
第2の実施例 本実施例は、2層レジスト法におけるドライエッチン
グ方法であり、以下、本実施例をその工程に従って第3
図a及び第3図bを参照しながら説明する。
まず、第3図aに示すように、絶縁材料層31上に本発
明における有機膜の下地層として配線用のアルミ層32が
形成され、その上部に有機膜33が形成される。この有機
膜33は平坦化膜として機能し、上記アルミ層32に段差が
ある場合に特に有効となる。また、所要のベーキングが
行われる。そして、その有機膜33上には、上層としての
Si含有レジスト膜34が形成される。
このように有機膜33及びSi含有レジスト膜34からなる
2層のレジスト膜が形成された後、Si含有レジスト膜34
が選択的に露光されてパターニングされる。
次に、第3図bに示すように、NH3を含むガスをエッ
チングガスとしたドライエッチングを行う。この時、こ
のパターニングされたSi含有レジスト膜34は、Siを含有
しているために、NH3プラズマによって、シリコンナイ
トライド(SiXNY)化される。従って、Si含有レジスト
膜34は、上記有機膜33の耐エッチングのマスクとして機
能する。
そして、NH3を含むガスをエッチングガスとして上記
有機膜33を選択的に除去した後、今度はその有機膜33を
マスクとして下地層であるアルミ層32のパターニングが
行われる。
このように、NH3を含むガスをエッチングガスとした
ドライエッチングでは、第1の実施例と同様、単にN2
スを用いた場合のエッチングレートに比較して、2倍以
上の高速なエッチングが行われ、同時にO2ガスをエッチ
ングガスとするエッチング方法に比較して高い自己バイ
アス電圧(Vdc)や低い圧力は要求されず、従って、下
地のアルミ層32がスパッタされて生ずる問題も抑制され
ることになる。勿論、異方性形状は保たれたままにエッ
チングは進められる。
〔発明の効果〕
本発明のドライエッチング方法は、単にN2ガスを用い
た場合のエッチングレートに比較して、十分高速なエッ
チングが行われることになる。そして、同時にO2ガスを
エッチングガスとするエッチング方法に比較して高い自
己バイアス電圧(Vdc)や低い圧力は要求されず、従っ
て、下地層の再付着等の問題も解決される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のドライエッチング方法に基づいた実験
の結果を示すものであってNH3ガスとN2ガスをそれぞれ
エッチングガスとした時のRFパワー密度とエッチングレ
ートの関係を示す特性図、第2図a及び第2図bは本発
明のドライエッチング方法の一例をその工程に従って説
明するための工程断面図、第3図a及び第3図bは本発
明のドライエッチング方法の他の一例をその工程に従っ
て説明するための工程断面図である。 23,33……有機膜 24……SOG膜 25……上部レジスト膜 34……Si含有レジスト膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機膜とこの上に形成され選択露光される
    レジスト膜とを含む多層レジスト膜を下地層上に形成す
    る工程と、 上記レジスト膜を選択露光によりパターニングする工程
    と、 上記レジスト膜又はこのレジスト膜に対応してパターニ
    ングされた中間層をマスクとし、NH3を含むガスをエッ
    チングガスとするドライエッチングにより上記有機膜を
    選択的にエッチングする工程と を有することを特徴とするエッチング方法。
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