JPS61247033A - テ−パエツチング方法 - 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】 〔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
被処理基体をテーパを付けてエツチングするテーパエツ
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、半導体集積回路の微細化に伴い、反応性イオンエ
ツチング技術が導入され、レジストパターンに沿った垂
直なエツチング形状が達成されるようになっている。し
かし、工程によっては、例えば２層ポリシリコンプロセ
スにおける第１ポリシリコンや埋込み型素子分離領域形
成における単結晶３ｉ等のエツチングにおいては、垂直
よりもむしろテーパを付けることが望ましい場合がおる
。

反応性イオンエツチング装置を用いてテーパ加工する方
法として、エツチング用ガスにエタンやメタン等の炭化
水素ガスを添加し、炭化水素ガスによるポリマーの堆積
とエツチングとを同時に起こす方法が提案されている（
君塚他、第２９回春季応物連合講演会予稿集Ｐ、３Ｂ１
．２ａｄ５．１９８２　”）。

この方法でテーパの形成されるメカニズムを第３図を参
照して簡単に説明する。

第３図（ａ＞に示す如＜Ｓｉ基板３１上には、予めエツ
チングマスク材として５ｉ０２膜３２が形成されている
ものとする。これを、真空容器内に対向配置された平行
平板電極の一方の電極上に配置する。その後、容器内に
例えば塩素とメタンとの混合ガスを導入し、電極間に高
周波電力を印加して放電を生起すると、まずメタンが重
合し、第３図（ｂ）に示す如く全面にポリエチレン膜３
４が堆積する。これと同時にイオン衝撃があるので、第
３図（Ｃ）に示す如く表面上に堆積したポリエチレン膜
３４は破壊され、この部分でのエツチングは進む。しか
し、イオンが入射しないパターンの側壁のポリエチレン
膜３４は破壊されずに残留する。従って、次のエツチン
グは、ポリエチレン膜３４の膜厚弁だけパターン端部か
ら離れたところで起こる。このようなプロセスの繰返し
によって、第３図（ｄ）に示す如＜Ｓ＋のエツチング断
面にテーパが形成される。なお、このテーパ角度は、デ
ポジションとエツチングの起こる比率、即ち塩素とメタ
ンとの混合比により選択することができる。

しかしながら、この種の方法にめっでは次のような問題
があった。即ち、テーパ角度がパターンのサイズに依存
すると共に、第４図（ａ）に示す如く小さな扱きパター
ンではマスクの端部からテーパが付くのに対し、同図（
ｂ）に示す如く大きな汰きパターンではマスクの端部よ
り少し離れたところからテーパが付く。つまり、マスク
の端部近傍に出っ張り（未エツチング部）３６が生じる
。

このような形状は、寸法変換誤差の原因となるため、好
ましくないものでおる。

〔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、パターンサイズに起因する寸法変換誤
差を生じることなく、テーパ状のエツチング形状を得る
ことのできるテーパ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、テーパエツチングする際のがスとして
、新たに酸素を含有するガスを付加することにより、パ
ターンサイズの大きい場合に生じるマスク端部の出っ張
りを除去することにある。

本発明者等が鋭意研究を行った結果、テーパ角度のパタ
ーン依存性は、一種のローディング効果であることが判
った。即ち、小さな扱きパターンでは、エツチング面積
がマスク面積に比較して少なく、一方大きな扱きパター
ンではエツチング面積がマスク面積に比較して非常に大
きい。このた。

め、エツチング面積近傍での塩素とメタンとの濃度比は
、大きな扱きパターン程メタンが豊富な状態、つまり堆
積が起こり易い雰囲気となっている。

ざらに、マスクであるＳ　ｉ　０２等の酸化膜もエツチ
ングされ酸素を放出する。大きな汰きパターンでは上述
の如くマスク面積が小さいために、放出酸素量が少ない
。酸素は、エツチング面近傍のメタンを酸化する作用を
有する。この酸素量が少ないと云うことも、大きな扱き
パターンで堆積が起こり易い原因の一つとなっていてる
。

また、マスクとして５ｉ０２等の絶縁膜を用いた場合、
マスク自体が帯電し被エツチング面に入射するイオンを
曲げる虞れがある。特に、大きな扱きパターンでは、パ
ターン側壁の近傍において該近傍のパターン側壁からの
影響を強く受け、イオンが大きく曲げられる。この問題
も、パターンサイズにより寸法変換誤差を生じる原因と
考えられる。

従って、テーパ角度のパターン依存性をなくするために
は、大きな汰きパターンにおける酸素濃度を上げること
が考えられ、酸化性ガスを少量添加すればよりことにな
る。そこで本発明では、工ッチング用ガスと炭化水素等
の堆積用ガスに加え、第３のガスとして酸化性ガスを添
加することを特徴とする。

即ち本発明は、被処理面上にエツチングマスクが形成さ
れた被処理基体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
起して上記被処理基体をテーパ状にエツチングするテー
パエツチング方法において、前記ガスとして、ハロゲン
原子を含有するエツチング用ガス、放電により堆積膜を
生成する堆積用ガス及び酸素を含有する酸化性ガスの混
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、酸化性ガスの添加により、特に大きな
汰きパターンにおける酸素濃度を十分に大きくすること
ができ、マスク端部の堆積膜をエツチングすることがで
きる。このため、マスクの端部の出っ張りを除去するこ
とができる。従って、パターン寸法変換誤差を著しく低
減することができ、微細化及び高集積化に有効である。

〔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（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例に係わるテー
パエツチング工程を示す断面図である。

まず、第１図（ａ）に示す如く面方位（１００）のＰ型
Ｓｉ基板１１を１０００　［’Ｃ］で湿式酸化し、基板
１１上にマスク材としてのＳ　ｉ　０２膜１２を形成し
た。続いて、このＳｉＯ２膜１２上にポジ型フォトレジ
スト１３を塗布し、このレジスト１３をパターニングし
てレジストパターンを形成した。ここで、レジストパタ
ーンには、小さい抜きパターン大きな扱きパターンの双
方を形成した。

次いで、第２図に示す如きエツチング装置を用い、ＣＨ
Ｆ３ガスを用いた反応性イオンエツチングにより、Ｓ　
ｉ　０２膜１２を選択エツチングし、マスクパターンを
形成した。その後、酸素プラズマアッシャ−によりレジ
スト１３を除去して第１図（ｂ）に示す形状を得た。

なお、第２図に示す装置は通常の反応性イオンエツチン
グ装置と同様であり、図中２１は真空容器、２２．２３
は平行平板電極、２４は試料、２５はマツチング回路、
２６は高周波電源、２７はガス導入口、２８はガス排気
口をそれぞれ示している。この装置を用いて上記エツチ
ングを行うには、まず第１図（ａ）に示す形状の試料２
４を平行平板電極２２．２３の一方に載置する。そして
、容器２１内にＣＨＦ３ガスを導入すると共に、電極２
２．２３間に高周波電力を印加して放電プラズマを生成
すればよい。また、上記レジスト１３の除去は、容器２
１内から試料２４を一旦取出した俊、上記装置とは別の
酸素プラズマアッシャ−を用いて行った。

次いで、第１図（ｂ）に示す試料を再び第２図に示す装
置の容器２１内に配置し、エツチング用ガスとしての塩
素３０　［ｓｃｃｍ］　、堆積用ガスとしてのメタン１
０　［ｓｃｃｍ］　、ｍ化性ガスとしての酸素２　［Ｓ
ＣＣｍ］　、圧力０．１５　［ｔｏｒｒ］　、高周波電
力８００［Ｗ］で、９０秒間エツチングを行った（条件
１）。また、上記条件１から酸素ガスを除いた条件２に
より、同様にエツチングを行った。

このエツチングにより、条件１．２共に第１図（Ｃ）（
ｄ）に示す如くマスク１２及びエツチング側壁には重合
膜（堆積膜）１４が徐々に付着し、これと共にテーパ状
のエツチング溝１５が形成された。但し、条件２では第
１図（ｄ）に示す如く広い扱きパターンでマスクの端部
に出っ張り（未エツチング部）１６が生じているのに対
し、条件１ではテーパ角度が立ってくるが大きな扱きパ
ターンであっても出っ張り１６はない。つまり、酸素ガ
スの混入により、大きな抜きパターンにおけるマスク端
部の出っ張り発生を防止することが可能となる。

一方、酸素ガスを添加する代りに、メタンガスの量を少
なくした条件３では、第１図（ｅ）に示す如くテーパ角
度が立ってくると共に、マスク端部の出っ張り１６が小
さくなった。メタンガスの量を更に少なくすると、出っ
張り１６は完全になくなるものの、エツチング断面が垂
直となり最早テーパエツチングとは言えなくなる。即ち
、テーパ形状を保持しながら大きな汰きパターンにおけ
るマスク端部の出っ張りを除去する効果は、前記酸素ガ
スを添加することによって始めて得られるのである。

このように本実施例方法によれば、塩素及びメタンガス
を用いたテーパエツチングにおいて、酸素ガスを添加す
ることにより、マスク端部の出っ張りを除去することが
できる。このため、マスクパターンのサイズに起因する
寸法誤差を生じることなく、所望のテーパ形状を実現す
ることができる。また、上記酸素ガスの添加は、エツチ
ング終了時における重合膜の低減をはかり得る。このた
め、エツチング後に重合膜を除去する工程を単時間で行
うことができる。従って、テーパ断面が必要な各種エツ
チングに適用して絶大なる効果が得られる。

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、前記被エツチング物は８１基板に限るもの
ではなく、ポリ３ｉ膜、ＳｉＯ２膜或いはＡ２膜に適用
することもできる。また、エツチング用ガスとしての塩
素の代りには、少なくともハロゲン原子を含有するガス
であればよい。

さらに、堆積用ガスとしてのメタンの代りには、放電に
より堆積膜を生成するガスであればよく、メタン以外の
炭化水素或いは炭化水素化合物を用いることができる。

また、上記ガスに添加する酸化性ガスとしては酸素に限
らず、一酸化炭素、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化窒
素、二酸化イオウ、三酸化イオウ、水蒸気のいずれか一
つ、或いはこれらの複数種の混合ガスであってもよい。

また、エツチング装置は第２図の構成に同等限定される
ものではなく、適宜変更可能である。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（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例に係わるテー
パエツチング工程を示す断面図、第２図は上記実施例方
法に使用した反応性イオンエツチング装置の概略構成を
示す断面図、第３図（ａ）〜（ｄ）はテーパエツチング
のメカニズムを説明するための断面図、第４図（ａ）（
ｂ）は従来の問題点を説明するための断面図である。 １１・・・３ｉ基板（被エツチング物）、１２・・・Ｓ
ｉＯ２膜（マスク）、１３・・・レジスト、１４・・・
重合膜（堆積膜）、１５・・・エツチング溝、１６・・
・出っ張り（未エツチング部）、２１・・・真空容器、
２２．２３・・・平行平板電極、２４・・・試料、２５
・・・マツチング回路、２６・・・高周波電源、２７・
・・ガス導入口、２８・・・ガス排気口。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 ＾　　　　　　　　　　　　　　　＾ −、Ω　　　　　　　　　　０

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理面上にエッチングマスクが形成された被処
   理基体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
   記被処理基体をテーパ状にエッチングするテーパエッチ
   ング方法において、前記ガスとして、ハロゲン原子を含
   有するエッチング用ガス、放電により堆積膜を生成する
   堆積用ガス及び酸素を含有する酸化性ガスの混合ガスを
   用いたことを特徴とするテーパエッチング方法。
2. （２）前記エッチング用ガスとして、塩素を用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のテーパエッチ
   ング方法。
3. （３）前記堆積用ガスとして、炭化水素或いは炭化水素
   化合物を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のテーパエッチング方法。
4. （４）前記酸化性ガスとして、酸素、一酸化炭素、二酸
   化炭素、亜酸化窒素、二酸化窒素、二酸化イオウ、三酸
   化イオウ、水蒸気のいずれか一つ、或いはこれらの複数
   種の混合ガスを用いたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のテーパエッチング方法。
5. （５）前記一対の電極は、平行平板電極であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のテーパエッチング
   方法。