JPH0328017B2 - - Google Patents

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JPH0328017B2
JPH0328017B2 JP56205016A JP20501681A JPH0328017B2 JP H0328017 B2 JPH0328017 B2 JP H0328017B2 JP 56205016 A JP56205016 A JP 56205016A JP 20501681 A JP20501681 A JP 20501681A JP H0328017 B2 JPH0328017 B2 JP H0328017B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、フオーカスイオンビーム加工方法に
係わり、特にフオーカスイオンビームを用いたエ
ツチングにより３次元パターンを形成する方法に
関する。
発明の技術的背景とその問題点 半導体製造プロセスでは、Siウエーハ等の試料
に微細パターンを形成する技術として各種のエツ
チング法が用いられているが、近年イオンビーム
によるエツチング法が特に注目されている。イオ
ンビームエツチングは、その物理的メカニズムか
らスパツタエツチング、イオン衝撃増速エツチン
グ、イオンビームアシストエツチングおよびリア
クテイブイオンエツチング等に分類される。そし
て、エツチングの目的に応じて使い分けられてい
るのが現状である。
第１図ａ，ｂはスパツタエツチングを用いたエ
ツチング工程を示す断面図である。この例では、
第１図ａに示す如くSiウエーハ等の被加工物１上
にレジスト２を形成したのち、Ar+等のビーム径
が大きく均一なイオンビームを一括照射すること
によつて、同図ｂに示す如くレジスト２をマスク
として被加工領域３がエツチングされることにな
る。このように従来は、大きな径で均一なイオン
ビームを照射して所望領域を選択エツチングする
のが通常であつた。
しかしながら、この種の方法にあつては次のよ
うな問題があつた。すなわち、イオンビームを一
括照射しているので、被加工領域のエツチング深
さはいずれの場所にあつても等しくなる。このた
め、任意の部分で異つた深さの加工を行う場合、
複数回のエツチング処理および複数個のマスクを
必要とし、その工程が極めて煩雑であつた。ま
た、第２図に示す如き任意の断面形状を持つパタ
ーン４，５を作ることは困難であつた。
発明の目的 本発明の目的は、フオーカスイオンビームを用
いて被加工物をエツチングすることにより、被加
工物の任意の部分に任意の断面形状作ることがで
き、且つエツチング終点を確実に判定することの
できるフオーカスイオンビーム加工方法を提供す
ることにある。
発明の概要 スパツタリング現象を用いてエツチングする場
合には、エツチング深さはエツチング時間に比例
することは既知であり、この関係を用いて物質内
の不純物の深さ方向分布を求めることが、イオン
マイクロアナライザやオージエ電子分光装置等で
行われている。また、エツチング深さＳはエツチ
ング時間を一定とすれば、次式で示されるように
加速エネルギに比例する。
Ｓ＝Ｋ（Ｅ／λ）M1M2／（M1＋M2）2 ただし、Ｅは加速エネルギ、λは物質中の照射
イオンの平均自由工程、M1は照射イオンの質量
数、M2は被照射体の質量数である。
イオン衝撃増速エツチングを用いてエツチング
するには、まず被照射体をイオン衝撃し、続いて
弗化水素３〔％〕溶液等でエツチングを行うが、
この場合第３図に示す如くエツチング深さはドー
ズ量と共に、イオン種、エツチング時間等で決定
される。また、ここには示さないが加速エネルギ
が高い程エツチング深さは深い。したがつて、微
細なイオンビームのエツチング時間、イオン種、
照射量或いは加速電圧等を制御して行えば、前記
第２図に示す如き断面形状を持つパターンを形成
することも可能となる。
また、薄膜をエツチングする場合、下地が露出
した時点でエツチングを終了するのが望ましい。
しかし、このエツチング終了点は容易に確認する
ことができず、このためオーバエツチングしてい
るのが現状である。
イオンビーム照射によるエツチングでは、イオ
ンビームの照射によりエツチング薄膜から２次イ
オンが発生する。下地が露出した時点では２次イ
オンの種類が異なるものとなる。そこで、２次イ
オンを検出することにより、エツチング終点を確
認することが可能となる。さらに、２次イオンの
代わりには、イオンビームの照射により発生する
２次的な励起種を利用することができる。
本発明はこのような点に着目し、被加工物にフ
オーカスイオンビームを照射して該被加工物を選
択エツチングするフオーカスイオンビーム加工方
法において、前記イオンビームの照射による被加
工物からの２次的な励起種を検出してエツチング
終点を判定するようにした方法である。
また本発明は、被加工物にフオーカスイオンビ
ームを照射して該被加工物を選択エツチングする
フオーカスイオンビーム加工方法において、前記
被加工物の所望エツチング深さを予め位置の関数
として設定しておき、この設定情報に基づいて前
記イオンビームの照射量、加速電圧或いはエツチ
ング時間を可変し、且つ前記イオンビームの照射
による被加工物からの２次的な励起種を検出して
エツチング終点を判定するようにした方法であ
る。
発明の実施例 第４図は本発明の一実施例方法に使用したフオ
ーカスイオンビーム照射装置を示す概略構成図で
ある。図中１１は液体窒素や液体ヘリウム等で冷
却されたエミツタ、１２はエミツタ１１表面で液
化したアルゴン、１３はエミツタ１１の保持体、
１４はエミツタ１１を冷却するための熱伝導体、
１５は冷却器、１６はアルゴンガスの噴出ノズ
ル、１７はアルゴンガスボンベ、１８はアルゴン
ガスの噴出量を制御するバルブ、１９はグリツド
電極、２０はイオン引出電極であり、これらから
微細寸法イオンビームを発射するイオン銃が形成
されている。２１はイオンビームをON−OFFす
るためのブランキング電極、２２はブランキング
用アパーチヤマスク、２３はイオンビームを収束
するためのアインツエル型の静電レンズ（コンデ
ンサレンズ）、２４はウイーンフイル型の質量分
析器、２５はイオンを選択するためのイオン選択
用アパーチヤマスク、２６はイオンビームを試料
面上で走査するための偏向器、２７はアインツエ
ル型の静電レンズ（対物レンズ）である。２８は
Siウエーハ等の試料、２９は試料２８を固定保持
する試料台、３０は試料台２９を移動駆動する駆
動モータ、３１は試料台２９の位置を検出するレ
ーザ測長器である。３２はレジストレーシヨンの
ために用いられる反射イオン検出器、３３は２次
イオン分析器、３４，３５は上記検出器３２，３
３で得られた各検出信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器である。３６は各種制御を行うた
めの計算器、３７はインタフエースである。ま
た、３８はイオン銃の高圧電源、３９はバイアス
電源、４０はイオン引出電極２０の高圧電源、４
１はパターン信号発生回路である。４２はコンデ
ンサレンズ２３の高圧電源、４３は質量分析器２
４の電場および磁場を生成するための電源、４４
は偏向器２６の偏向用電源、４５は対物レンズ２
７の高圧電源である。
このような構成のフオーカスイオンビーム照射
装置の動作は、周知の電子ビーム描画装置と略同
様であるので、その詳しい説明は省略する。Siウ
エーハ等の試料面内でビーム照射量を変える方法
は、例えば次のようにすればよい。いま、前記ブ
ランキング電極２１に電圧V0が与えられるとイ
オンビームはOFF（ブランキング）されるものと
する。また、偏向電圧は階段状のものとしイオン
ビームがステツプ状に走査されるものとする。さ
らに、イオンビームがある位置xoにとどまる時間
をΔtとし、ブランキング信号の長さは（1/10）
Δtのステツプで変えられるものとする。このよ
うにした場合、ブランキング電圧を第５図に示す
如く変化させると位置x0，x1，x5，x6ではイオン
ンビームは照射されず、位置x2，x3，x4ではイオ
ンビーム照射時間が（9/10）Δtとなり、位置x7，
x8，x9ではイオンビーム照射時間が（5/10）Δt
となる。かくして、任意の位置でイオンビームの
照射量を10段階に変えることが可能となる。
次に、上述したフオーカスイオンビーム照射装
置を使用し、本発明をMOSトランジスタ製造工
程に適用した例について説明する。まず、第６図
ａに示す如くSiウエーハ５１を酸素雰囲気中で30
分間加熱し、Siウエーハ５１の上面に約1000〔Å〕
の酸化膜５２を形成する。なお、図中５３は位置
合わせ用のマークを示している。次いで、マーク
５３を参照してフイールド予定部分にフオーカス
B+イオンビームを注入する。続いて、10000〔℃〕
の温度でSiウエーハ５１を加熱し第６図ｂに示す
如く5000〔Å〕の熱酸化膜（被加工物）５４を形
成する。しかるのち、前述したフオーカスイオン
ビーム照射装置を用い、酸化膜５４の被エツチン
グ部分をエツチングする。この際、マーク５３を
参照して５５，５６の位置を決定すると共に第６
図ｃに示す如く５５，５６の部分での各エツチン
グ深さを変えた。そして、５５の部分での酸化膜
５４の厚さは200〔Å〕、５６の部分では500〔Å〕
とした。なお、５５，５６の部分はMOSトラン
ジスタとなる領域である。
次に、しきい値電圧VTHの制御のためにチヤネ
ル部を含む領域５５，５６に50〔kV〕B+イオン
を注入したのち、第６図ｄに示す如く酸化膜５４
上に1000〔Å〕のモリブデン膜５７を蒸着する。
その後、マーク５３を参照して第６図ｅに示す如
くモリブデン膜５７および酸化膜５４を選択エツ
チングし、ゲート電極５８を形成した。なお、図
中５９はドレイン、６０はソースの予定領域を示
している。かくして形成されたゲート電極５８で
は、ドレイン予定領域５９に接する部分５８ａの
酸化膜５４の厚さがソース予定領域６０に接する
部分５８ｂのそれよりも厚くなるので、パンチス
ルー現像が生じ難く、高耐圧となる。
このように本実施例方法によれば、フオーカス
イオンビームを用いてその照射量、照射時間或い
は加速電圧等を可変することによつて、エツチン
グ深さの異つた加工を行うことが可能であり、
LSI製造プロセスの短縮化をはかり得る。特に
LSIでは前記したゲート電極５８の幅が極めて狭
いので、前記した酸化膜５４の段差加工は本実施
例方法によつて始めて可能となる。また、前記ゲ
ート電極形成の際にモリブデン膜５７および酸化
膜５４をエツチングするに際し、２次イオンを分
析することによりエツチング終了を確認すること
ができるので、その実施が極めて容易となる。
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。前記実施例ではMOSトランジスタ
製造工程に適用した例について説明したが、これ
に限らず各種のエツチングを含む加工工程に適用
できるのは勿論のことである。例えば、第７図に
示す如く多層配線構造のコンタクトホール形成等
にも適用することができる。なお、図中７１はSi
ウエーハ、７２は第１絶縁酸化膜、７３は第１金
属配線、７４は第２絶縁酸化膜、７５は第２金属
配線、７６，７７，７８はそれぞれコンタクトホ
ールを示している。そしてこの場合、予め予定さ
れた位置のエツチングを行い２次イオン分析信号
を解析することによつて、所望深さのエツチング
加工が行われる。また、エツチング深さを予め位
置の関数として設定しておくことにより前記第２
図に示したエツチング加工をも容易に行うことが
可能となる。
また、前記実施例では２次イオンを分析するこ
とによりエツチング終了を判断したが、この代り
にイオン励起Ｘ線、イオン励起螢光或いはイオン
励起オージエ電子等を分析して用いてもよい。さ
らに、スパツタエツチングに限らず、イオン衝撃
増速エツチングにも適用できるのは勿論のことで
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ａ，ｂはイオンビームを用いた従来のエ
ツチング工程を示す断面図、第２図は従来方法の
欠点を説明するための断面図、第３図はイオン衝
撃におけるエツチング深さとドーズ量との関係を
示す特性図、第４図は本発明の一実施例方法に使
用したフオーカスイオンビーム照射装置を示す概
略構成図、第５図は上記装置によるイオン照射量
可変作用を説明するための模式図、第６図ａ〜ｅ
は上記実施例方法に係わるMOSトランジスタ製
造工程を示す断面図、第７図は変形例を示す断面
図である。 ５１…Siウエーハ、５２…酸化膜、５３…マー
ク、５４…酸化膜、５７…モリブデン膜、５８…
ゲート電極、５９…ドレイン予定領域、６０…ソ
ース予定領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 被加工物にフオーカスイオンビームを照射し
    て該被加工物を選択エツチングするフオーカスイ
    オンビーム加工方法において、 前記イオンビームの照射による被加工物からの
    ２次的な励起種を検出してエツチング終点を判定
    することを特徴とするフオーカスイオンビーム加
    工方法。 ２ 前記被加工物は材質の異なる薄膜を積層した
    ものであり、エツチングする薄膜とその下地の材
    質の違いによる励起種の違いからエツチング終点
    を確認することを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載のフオーカスイオンビーム加工方法。 ３ 被加工物にフオーカスイオンビームを照射し
    て該被加工物を選択エツチングするフオーカスイ
    オンビーム加工方法において、 前記被加工物の所望エツチング深さを予め位置
    の関数として設定しておき、この設定情報に基づ
    いて前記イオンビームの照射量、加速電圧或いは
    エツチング時間を可変し、且つ前記イオンビーム
    の照射による被加工物からの２次的な励起種を検
    出してエツチング終点を判定することを特徴とす
    るフオーカスイオンビーム加工方法。 ４ 前記被加工物は材質の異なる薄膜を積層した
    ものであり、エツチングする薄膜とその下地の材
    質の違いによる励起種の違いからエツチング終点
    を判定することを特徴とする特許請求の範囲第３
    項記載のフオーカスイオンビーム加工方法。
JP56205016A 1981-12-18 1981-12-18 フオ−カスイオンビ−ム加工方法 Granted JPS58106750A (ja)

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