JP2753707B2 - Etching method - Google Patents
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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ICなどの半導体素子製造行程において行われ
るエツチング法に係り、特に高精度超微細加工が可能な
光励起エツチング法に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching method performed in a process of manufacturing a semiconductor device such as an IC, and more particularly to a photo-excited etching method capable of high-precision ultra-fine processing.
従来，半導体素子製造に必要なこの種のエツチング技
術としては、放電ランプまたはレーザ光源を光源として
用い、その光を反応ガス中の基板表面に照射し、エツチ
ングする光エツチング法が行われている。Conventionally, as an etching technique of this kind required for manufacturing a semiconductor device, a light etching method of using a discharge lamp or a laser light source as a light source, irradiating the light to a substrate surface in a reaction gas, and performing etching is performed.
しかしながら、このような従来の光エツチング法にお
いては光の波長が長いため分解能が低く、分解できるエ
ツチングガスの種類が限られているほか、異方性エツチ
ングが困難であるなどの問題があつた。However, such a conventional optical etching method has problems that the resolution is low due to the long wavelength of light, the types of etching gas that can be decomposed are limited, and it is difficult to perform anisotropic etching.
したがつて、本発明は上述したような問題点を解決
し、エツチングマスクとエツチングされる材料との間の
選択比が一桁以上大きく、また異方性エツチングができ
高精度超微細加工が可能なエツチング法を提供すること
を目的とするものである。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, the selectivity between the etching mask and the material to be etched is one order of magnitude or more, and anisotropic etching can be performed to enable high-precision ultra-fine processing. The purpose of the present invention is to provide a simple etching method.
本発明は上記目的を達成するために、エツチング加工
したい基板上にエツチングマスクを設置し、エッチング
加工したい基板上にエッチングマスクを設置し、エッチ
ング反応ガスを前記基板に供給し、前記エッチングマス
クを介して前記基板表面を軟Ｘ線によって照射し、前記
基板の軟Ｘ線照射部をエッチングするエッチング法にお
いて、エッチング反応ガスとしてSF6に酸素を微量添加
したものを用いることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides an etching mask on a substrate to be etched, an etching mask on a substrate to be etched, an etching reaction gas to the substrate, and an etching mask through the etching mask. wherein a surface of the substrate irradiated by soft X-ray, in an etching process for etching the soft X-ray irradiation portion of said substrate, oxygen in the SF 6 as an etching reaction gas is characterized by using a material obtained by adding small amount Te.
軟Ｘ線は波長が短い（1000Å以下）ので、0.1μｍ以
下の極微細加工を可能にし、また指向性が良いため、光
の進行方向に沿つた異方性加工ができる。エツチング反
応ガスとしてSF6に酸素を添加すると、材料間のエッチ
ング速度の選択比をきわめて大きく取れるので、SiO2,S
i3N4,不純物添加ポリシリコン，不純物添加アモルフア
スシリコンはエツチングされるのに、シリコン，ゲルマ
ニウム，金属およびそれらのポリクリスタルなどがエツ
チングされなくなる。またエツチングされたものについ
ては光が当つたところのみエツチングされるようにな
る。Since the soft X-ray has a short wavelength (1000 ° or less), it enables ultra-fine processing of 0.1 μm or less, and has good directivity, so that anisotropic processing along the traveling direction of light can be performed. When oxygen is added to SF 6 as an etching reaction gas, the selectivity of the etching rate between the materials can be made extremely large, so that SiO 2 , S
Although i 3 N 4 , impurity-doped polysilicon and impurity-doped amorphous silicon are etched, silicon, germanium, metal and their polycrystals are not etched. In addition, the etched material is etched only where light is applied.
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明によるエツチング法を採用したエツチ
ング装置の構成図である。１は電子シンクロトロン放射
光装置,2はミラーチヤンバー,3は電子シンクロトロン放
射光装置１から放射された軟Ｘ線からなる放射光Ｌを反
応チヤンバー４に導く光学系で、２枚の平面反射ミラー
3A,3Bで構成されている。５は基板ホルダー,6は前記放
射光Ｌによつてエツチングされる基板,7は基板表面に設
置されるエツチングマスク,8は反応チヤンバー４内にエ
ツチング反応ガスＧを供給するためのガス供給口,9は排
気口である。FIG. 1 is a block diagram of an etching apparatus employing the etching method according to the present invention. 1 is an electron synchrotron radiation device, 2 is a mirror chamber, and 3 is an optical system for guiding a radiation L composed of soft X-rays emitted from the electron synchrotron radiation device 1 to a reaction chamber 4. Reflection mirror
It is composed of 3A and 3B. 5 is a substrate holder, 6 is a substrate to be etched by the radiated light L, 7 is an etching mask provided on the substrate surface, 8 is a gas supply port for supplying an etching reaction gas G into the reaction chamber 4, 9 is an exhaust port.
基板６の材料としては、SiO2,Si3N4,またはリンやボ
ロンを高濃度に添加したポリシリコンが用いられる。As a material of the substrate 6, SiO 2 , Si 3 N 4 , or polysilicon to which phosphorus or boron is added at a high concentration is used.
エツチングガスＧとしては、SF6に酸素を微量添加し
たものを用いる。The Etsuchingugasu G, used as oxygen was added in a small amount in SF 6.
エツチングマスク７はシリコン，ゲルマニウムなどの
半導体または金属およびそれらのポリクリスタルを材料
とする薄膜状のものでこれに所定の抜きパターンが形成
されているものである。The etching mask 7 is a thin film made of a semiconductor or a metal such as silicon or germanium or a polycrystal thereof, and has a predetermined cut pattern formed thereon.
このような構成からなるエツチング装置において、エ
ツチング反応ガスＧを反応チヤンバー４内に流し、所定
の波長の放射光Ｌを基板６の表面にエツチングマスク７
を介して照射すると、その照射部、すなわち該マスク７
の抜きパターンに対応する表面部分のみに光反応を誘起
することができ、これによりエツチングが進み、結果的
にエツチングマスク７に描かれたパターンが基板６の表
面に形成される。この場合、エツチング反応ガスＧに酸
素を添加すると、エツチングマスク７は反応ガス照射下
でも殆んどエツチングが進まないことを見い出した。材
料のエツチング速度に関する具体的実験データを示すと
次の表のようになる。In the etching apparatus having such a configuration, an etching reaction gas G is caused to flow into the reaction chamber 4, and radiation light L having a predetermined wavelength is applied to the surface of the substrate 6 by an etching mask 7.
Irradiates through the irradiating portion, that is, the mask 7
A photoreaction can be induced only on the surface portion corresponding to the blanking pattern, whereby etching proceeds, and as a result, the pattern drawn on the etching mask 7 is formed on the surface of the substrate 6. In this case, it has been found that when oxygen is added to the etching reaction gas G, the etching of the etching mask 7 hardly proceeds even under irradiation of the reaction gas. The following table shows specific experimental data on the etching rate of the material.
表（エツチング速度の材料と反応ガスの組合せによる変
化） 上記表に示す材料以外にも、Geなど他の半導体材料お
よび金属について、Si結晶と同様な特性が期待される。
また、Si3N4についてもSiO2と同様な特性が観測され
た。Table (Etching rate change by combination of material and reaction gas) In addition to the materials shown in the above table, other semiconductor materials such as Ge and metals are expected to have the same characteristics as Si crystals.
In addition, characteristics similar to SiO 2 were observed for Si 3 N 4 .
上記表より酸素を添加すると材料間のエツチング速度
の選択比を極めて大きく取れるので、エツチングされな
い材料にパターンを形成し、それをエツチングマスク７
として、エツチングされる材料をエツチングすることが
できる。According to the above table, when oxygen is added, the selectivity of the etching rate between the materials can be made extremely large, so that a pattern is formed on a material which is not etched, and the pattern is formed on the etching mask 7.
The material to be etched can be etched.
なお、第１図においてはエツチングマスク７を基板表
面から離して設置した配置となつているが、これを次の
実施例に示すように基板表面に付着した構成としてもよ
い。In FIG. 1, the etching mask 7 is arranged so as to be separated from the substrate surface. However, the etching mask 7 may be attached to the substrate surface as shown in the next embodiment.
第２図は本発明によるエツチング法の第２の実施例を
示すもので、10はエツチングマスク材料、例えばノンド
ープポリシリコン薄膜、11は基板材料、例えば石英（Si
O2）の膜、12はシリコンの板である。FIG. 2 shows a second embodiment of the etching method according to the present invention, in which 10 is an etching mask material, for example, a non-doped polysilicon thin film, and 11 is a substrate material, for example, quartz (Si
O 2 ) film, 12 is a silicon plate.
第２図（ａ）は石英膜11上にノンドープシリコン薄膜
10を堆積した状態を示す。ノンドープポリシリコン薄膜
10については、既存のLSIプロセス技術とを組合わせ
て、例えば電子ビームリソグラフイとドライエツチング
技術とを組合わせて、0.1μｍ程度まで微細な任意のパ
ターンを形成することができる。FIG. 2A shows a non-doped silicon thin film on a quartz film 11.
This shows a state where 10 is deposited. Non-doped polysilicon thin film
For 10, an arbitrary pattern fine to about 0.1 μm can be formed by combining existing LSI process technology, for example, by combining electron beam lithography and dry etching technology.
第２図（ｂ）はそのようなパターンをノンドープポリ
シリコン薄膜10に形成した状態を示す。この状態のもと
で、エツチング反応ガスとしてSF6にO2を数％〜数10％
添加したガスを流し上部より電子シンクロトロン放射光
を照射する。この場合、上記表のデータより明らかなよ
うにノンドープポリシリコン薄膜10は殆どエツチングさ
れず石英膜11のみがエツチングされるため、第２図
（ｅ）に示すようなパターンが得られる。次いで、ノン
ドープポリシリコン薄膜10のみを既存のドライエツチン
グ技術により除去すれば、第２図（ｄ）に示すようなパ
ターンを有する石英膜11を得ることができる。FIG. 2 (b) shows a state in which such a pattern is formed on the non-doped polysilicon thin film 10. Under this condition, a few% of O 2 to SF 6 as etching reaction gas to several 10%
The added gas is flowed, and electron synchrotron radiation is irradiated from above. In this case, as is clear from the data in the above table, the non-doped polysilicon thin film 10 is hardly etched, and only the quartz film 11 is etched, so that a pattern as shown in FIG. 2E is obtained. Next, if only the non-doped polysilicon thin film 10 is removed by the existing dry etching technique, a quartz film 11 having a pattern as shown in FIG. 2D can be obtained.
なお、上記実施例は軟Ｘ線の光源として電子シンクロ
トロン放射光装置１を使用したが、その一種であるアン
ジユレータを光源として使用してもよい。In the above embodiment, the electronic synchrotron radiation device 1 is used as a soft X-ray light source.
以上説明したように本発明に係るエツチング法によれ
ば、波長の短い軟Ｘ線を基板表面にエツチングマスクを
介して照射しているので、0.1μｍ以下の極微細加工が
実現でき、また指向性もよいので光の進行方向に沿つた
異方性加工が可能である。さらに本発明方法はエッチン
グガスとしてSF6に酸素を微量添加することにより、ノ
ンドープポリシリコンとSiO2のように、極めて大きな選
択比が実現できることを利用しているため、既存のLSI
微細加工技術を利用し、ポリシリコン薄膜に微細パター
ンを形成しておき、このポリシリコンをエツチングマス
クとして、下地のSiO2にアスペクト比の極めて大きなパ
ターンを形成できる。すなわち、ポリシリコンを多層レ
ジストの下層レジストとして利用すると、エッチングマ
スクは殆どエッチングが進まずSiO2エツチングを行うこ
とができる。As described above, according to the etching method of the present invention, since the substrate surface is irradiated with soft X-rays having a short wavelength through the etching mask, ultra-fine processing of 0.1 μm or less can be realized, and directivity can be improved. Therefore, anisotropic processing along the light traveling direction is possible. Furthermore, the method of the present invention utilizes the fact that a very large selectivity can be realized like non-doped polysilicon and SiO 2 by adding a small amount of oxygen to SF 6 as an etching gas.
Using a fine processing technique, a fine pattern is formed on a polysilicon thin film, and a pattern having an extremely large aspect ratio can be formed on the underlying SiO 2 using this polysilicon as an etching mask. That is, when polysilicon is used as the lower resist of the multilayer resist, the etching of the etching mask hardly progresses, so that the SiO 2 etching can be performed.
また、本発明は、LSI,半導体素子製造における，微細
パターン形成に応用できるほか、光導波路形成などの絶
縁物の微細加工にも応用できる。Further, the present invention can be applied not only to the formation of fine patterns in the production of LSIs and semiconductor devices, but also to the fine processing of insulators such as the formation of optical waveguides.
第１図は本発明によるエツチング法を実施するために使
用されるエツチング装置の構成図、第２図（ａ）〜
（ｄ）は本発明によるエツチング法の第２の実施例を示
す図である。 １……電子シンクロトロン放射光装置、３……光学系、
４……反応チヤンバー、６……エツチングされる基板、
７……エツチングマスク、10……ノンドープポリシリコ
ン薄膜、11……石英膜、12……シリコン板。FIG. 1 is a block diagram of an etching apparatus used to carry out the etching method according to the present invention, and FIGS.
(D) is a diagram showing a second embodiment of the etching method according to the present invention. 1 ... Electron synchrotron radiation device, 3 ... Optical system,
4 ... reaction chamber, 6 ... substrate to be etched,
7: Etching mask, 10: Non-doped polysilicon thin film, 11: Quartz film, 12: Silicon plate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−90930（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−86222（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−35522（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-90930 (JP, A) JP-A-59-86222 (JP, A) JP-A-61-35522 (JP, A)
Claims (1)
マスクを設置し、エッチング反応ガスを前記基板に供給
し、前記エッチングマスクを介して前記基板表面を軟Ｘ
線によって照射し、前記基板の軟Ｘ線照射部をエッチン
グするエッチング法において、エッチング反応ガスとし
てSF6に酸素を微量添加したものを用いることを特徴と
するエッチング法。An etching mask is provided on a substrate to be etched, an etching reaction gas is supplied to the substrate, and the surface of the substrate is softened through the etching mask.
Irradiated by line, in the etching method of etching the soft X-ray irradiation portion of the substrate, an etching method which is characterized by using a material obtained by adding a slight amount of oxygen in the SF 6 as an etching reaction gas.
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