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JPS6129129A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

Info

Publication number
JPS6129129A
JPS6129129A JP15020384A JP15020384A JPS6129129A JP S6129129 A JPS6129129 A JP S6129129A JP 15020384 A JP15020384 A JP 15020384A JP 15020384 A JP15020384 A JP 15020384A JP S6129129 A JPS6129129 A JP S6129129A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
mask
etching
sample
etched
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP15020384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Sekine
誠 関根
Iwao Tokawa
東川 巌
Haruo Okano
晴雄 岡野
Yasuhiro Horiike
靖浩 堀池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP15020384A priority Critical patent/JPS6129129A/en
Publication of JPS6129129A publication Critical patent/JPS6129129A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/53After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To anisotropically etch selectively a material to be etched by light emission by using a transparent mask material for a light as a mask layer, and opaquely treating the material for the light. CONSTITUTION:An SiO2 film 12 is accumulated on an Si substrate 11, no element-added polycrystalline Si film 13 is accumulated on the film, and an etching mask 14 is further formed on the film 13. The mask 14 is transparent for ultraviolet light. This sample is heated and annealed in oxygen gas atmosphere. Thus, since the mask 14 becomes opaque for the ultraviolet light, the light is emitted to etch it. The etching of the film 13 is proceeded only at the portion to which the light is emitted.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光化学反応を利用した異方性のドライエツチ
ング方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an anisotropic dry etching method using photochemical reactions.

(発明の技術的背景とその問題点〕 近年、集積回路は微細化の一途を辿り、最近では最小パ
ターン寸法が1〜2[μm]の超LSIも試作開発され
るに至っている。このような微細加工には、プラズマエ
ツチング技術が不可欠である。プラズマエツチング技術
の一つとして、平行平板型電極を有する容器内にCF4
等の反応性ガスを導入すると共に、13.56 [MH
z]の高周波電力が印加される電極(陰極)上に試料を
置き、各電極間にグロー放電を生起してプラズマを生成
し、陰極上に生じる陰極降下電圧によりプラズマ中の正
イオンを加速し、このイオンにより試料を衝撃してエツ
チングする方法がある。この方法は、反応性イオンエツ
チング(RIE)法と称されるもので、現在微細加工技
術の主流になっている。
(Technical background of the invention and its problems) In recent years, integrated circuits have been becoming increasingly finer, and prototypes of ultra-LSIs with a minimum pattern size of 1 to 2 [μm] have recently been developed. Plasma etching technology is indispensable for microfabrication.As one of the plasma etching technologies, CF4
13.56 [MH
A sample is placed on the electrode (cathode) to which high-frequency power of [z] is applied, a glow discharge is generated between each electrode to generate plasma, and positive ions in the plasma are accelerated by the cathode drop voltage generated on the cathode. There is a method of etching the sample by bombarding it with these ions. This method is called reactive ion etching (RIE) and is currently the mainstream of microfabrication technology.

しかし、この種の方法ではエツチングすべき試料がプラ
ズマ中に置かれているため、イオンや電子等の荷電粒子
の帯電による酸化膜の破壊、ソフトX線による閾値電圧
のシフト、酸化膜中へのトラップの誘起の他、チャンバ
内壁からの金属汚染等の種々のラジエーションダメージ
を生じていた。
However, in this type of method, the sample to be etched is placed in plasma, which causes damage to the oxide film due to charging of charged particles such as ions and electrons, a shift in threshold voltage due to soft X-rays, and damage to the oxide film. In addition to inducing traps, various radiation damages such as metal contamination from the inner walls of the chamber occurred.

これらのラジエーションダメージには、デバイスの超L
SI化にとって致命傷となる要因が多く含まれでおり、
このため照射損傷のない無ダメージのエツチング技術が
切望されている。
These radiation damages can be caused by ultra-L
There are many factors that can be fatal to SI,
Therefore, there is a strong need for a damage-free etching technique that does not cause radiation damage.

無ダメージのドライエツチング技術としては、最近グロ
ー放電中のガス温度だけの運動エネルギしか持たない原
子状のFビームによるSiやポリ     □3iの異
方性エツチング(例えば、l−1、A kiya。
As a non-damage dry etching technique, anisotropic etching of Si and poly □3i (for example, 1-1, Akiya, etc.) using an atomic F beam whose kinetic energy is only equal to the gas temperature during glow discharge has recently been proposed.

proc、 3rd 、 Symp 、 on  Dr
y processes、 p119  (1981,
、) )やレーザや紫外光を用いたエツチング(例えば
、T、J 、 chuang ; J 、 Chem、
 phys。
proc, 3rd, Symp, on Dr
y processes, p119 (1981,
)) or etching using laser or ultraviolet light (e.g., T, J, Chuang; J, Chem,
phys.

74、1453<1981) ; H,0kano、 
T、 Yamazaki 。
74, 1453<1981); H, 0kano,
T. Yamazaki.

M、 3ekine and Y、 Horiike、
 proc、 of 4 thsymp、 on  D
ry processes、 P6  (19g2) 
)等が報告され、無損傷、異方性エツチングの可能性が
示されている。
M, 3ekine and Y, Horiike,
proc, of 4 thsymp, on D
ry processes, P6 (19g2)
) have been reported, demonstrating the possibility of damage-free anisotropic etching.

また、本発明者等の研究によれば、Hc+−Xeランプ
により発した紫外線照射によるCI2雰囲気中でのポリ
S1エツチングにおいて、従来報告されているイオンア
シストエツチング(例えば、J、 W、 Coburn
 and H,F、 Winters、 J。
Furthermore, according to research by the present inventors, in poly S1 etching in a CI2 atmosphere using ultraviolet irradiation emitted by a Hc+-Xe lamp, conventionally reported ion-assisted etching (e.g., J, W, Coburn
and H, F., Winters, J.

AI)l 、phys、 so、 3189 (197
9) )と同様の効果が見出だされた (例えば、H,
0kano、 T。
AI) l, phys, so, 3189 (197
9) Similar effects were found (for example, H,
0kano, T.

Yamazaki 、 M、 5ekine and 
Y、 HOriike。
Yamazaki, M., 5ekine and
Y, Horiike.

prOc、of 4 th Sy+++p 、 onl
) ry processes、 p 5(1982)
)。即ち、光照射面のエツチング反応が非照射面に比べ
て著しく促進されると云う効果である。この効果はアン
ドープポリSi、単結晶Si、ボロンを添加したPタイ
プポリSiにおいて顕著であるが、例えばリンを高濃度
に添加したn+ポリS t、MO,W、Ta或いはその
シリサイド化合物においても同様に認められた。
prOc, of 4th Sy+++p, onl
) ry processes, p 5 (1982)
). That is, the effect is that the etching reaction on the light-irradiated surface is significantly accelerated compared to the non-irradiated surface. This effect is remarkable in undoped poly-Si, single-crystal Si, and P-type poly-Si added with boron, but it is also the same in, for example, n+ poly-St, MO, W, Ta, or their silicide compounds added with a high concentration of phosphorus. was recognized.

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、気相中で光解離した反応性ガスラジカ
ルのマスク下への進入及び被エツチング面からの僅かな
散乱光により、第7図に示す如くエツチングマスク74
下にアンダーカット75を生じることである。特に、上
記エツチングマスク74としてフォトレジストを用いた
場合、該レジストが前記光に対して透明でありレジスト
下にも光が照射されることになり、上記アンダーカット
75が生じ易くなるのである。そして、このアンダーカ
ット75は、素子の微細化を妨げる大きな要因となり、
超LSIでは致命的な欠点となる。なお、図中73はポ
リSt等の被エツチング試料、72はSiO2膜、71
はsi基板を示している。
However, this type of method has the following problems. That is, due to the entry of reactive gas radicals photodissociated in the gas phase under the mask and a slight amount of scattered light from the surface to be etched, the etching mask 74 is removed as shown in FIG.
This results in an undercut 75 below. In particular, when a photoresist is used as the etching mask 74, the resist is transparent to the light and the light is irradiated even under the resist, making the undercut 75 more likely to occur. This undercut 75 becomes a major factor that hinders the miniaturization of elements.
This is a fatal flaw in ultra-LSIs. In the figure, 73 is a sample to be etched such as polySt, 72 is a SiO2 film, and 71 is a sample to be etched.
indicates a Si substrate.

一方、第8図は最近のRIEにおける研究において次第
に明らかにされてきた異方性エッチングの機構を説明す
゛るためのものである。最近の研究によれば、エツチン
グ壁76において、例えばエッチャントであるC1ラジ
カルと添加ガスである02 F6から生じたCF4ラジ
カルとの再結合反応 (例えば、C,J、 Mooab
 and  H,J。
On the other hand, FIG. 8 is for explaining the mechanism of anisotropic etching, which has been gradually revealed in recent RIE research. According to recent research, in the etching wall 76, a recombination reaction (for example, C, J, Mooab
and H, J.

Levinstein ; J、 Vac、 Sci、
 Technol、 17゜721  (1980) 
)によりエツチング壁76での横方向エツチングを防ぐ
か、或いは該壁76にエツチングマスクであるレジスト
等の分解物や放電生成物である種々の不飽和上ツマ−が
付着してエッチャントの攻撃を防ぐ (例えば、R8H
13ruceand  G、 P、 Malafsky
 ;  E、 C,S。
Levinstein; J, Vac, Sci.
Technol, 17°721 (1980)
) to prevent lateral etching on the etching wall 76, or to prevent the attack of the etchant by adhering to the wall 76 various unsaturated materials such as decomposition products of resist, which is an etching mask, and discharge products. (For example, R8H
13ruceand G, P, Malafsky
; E, C, S.

meeting 、 Abs、 No 288 、 [
)enver 、 1981或いは山崎隆、岡野晴雄、
堀池鏑浩、第30回応用物理学界予稿集、春委、198
3 )等の機構が妥当性を持つものと考えられている。
Meeting, Abs, No. 288, [
) enver, 1981 or Takashi Yamazaki, Haruo Okano,
Kaburahiro Horiike, Proceedings of the 30th Applied Physics Society, Spring Committee, 198
3) and other mechanisms are considered to have validity.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、被エツチング試料に照射損傷等を与え
ることなく異方性エツチングを達成することができ、且
つエツチングマスクとして現在のプロセスで用いられて
いるレジスト等を使用することができ、半導体デバイス
の微細化及び高集積化に寄与し得るドライエツチング方
法を提供することにある。
The purpose of the present invention is to be able to achieve anisotropic etching without causing radiation damage to the sample to be etched, and to use resists used in current processes as an etching mask. The object of the present invention is to provide a dry etching method that can contribute to miniaturization and high integration of devices.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の骨子は、CI2等の反応性ガス、或いは反応性
ガスに少なくとも炭素或いは水素を含むガスの混合ガス
雰囲気中で、被エツチング試料に光を照射してエツチン
グするに際し、エツチングマスクとして現在一般に用い
られているレジスト材料等を用いることにある。
The gist of the present invention is to use an etching mask that is currently commonly used as an etching mask when a sample to be etched is irradiated with light in an atmosphere of a reactive gas such as CI2 or a mixed gas containing at least carbon or hydrogen in the reactive gas. The purpose is to use the resist materials, etc. that are currently used.

即ち本発明は、被エツチング試料上にマスク層を形成し
たのち、このマスク層をパターニングしてエツチングマ
スクを形成し、次いで上記試料を少なくともハロゲン元
素を含む反応性ガス雰囲気中に晒すと共に、上記試料に
光を照射して該試料を選択エツチングするドライエツチ
ング方法において、前記マス久層として前記光に対して
透明な      1マスク材料を用い、このマスク材
料を予め前記光に対して不透明にする処理、或いは前記
エツチングマスクを形成した後に該エツチングマスクを
前記光に対して不透明にする処理を施すようにした方法
である。
That is, in the present invention, after a mask layer is formed on a sample to be etched, this mask layer is patterned to form an etching mask, and then the sample is exposed to a reactive gas atmosphere containing at least a halogen element. In a dry etching method in which the sample is selectively etched by irradiating the sample with light, a mask material that is transparent to the light is used as the masking layer, and the mask material is made opaque to the light in advance; Alternatively, after forming the etching mask, a process is performed to make the etching mask opaque to the light.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、電子やイオン等の荷電粒子を用いるこ
となく光照射により被エツチング試料を異方性に選択エ
ツチングすることができる。このため、照射損傷のない
エツチングが可能となり、半導体デバイス製造に極めて
有効である。また、エツチングマスクとして従来一般的
に用いられているレジスト材料等を用いることができる
ので、従来の製造プロセスを殆ど変化させる必要がなく
、容易に実現することができる。ここで、エツチングマ
スクとしてメタルやメタルシリサイド等を用いた場合、
そのパターンニングが必要であり、且つ異方性にパター
ンニングすることが必要であり、その工程が極めて煩雑
となる。さらに、これらを用いた場合汚染の問題もあり
、実用化が極めて困難である。
According to the present invention, a sample to be etched can be selectively etched anisotropically by light irradiation without using charged particles such as electrons or ions. Therefore, etching without radiation damage is possible, which is extremely effective in manufacturing semiconductor devices. Furthermore, since a resist material or the like that has been commonly used in the past can be used as an etching mask, there is little need to change the conventional manufacturing process, and it can be easily realized. Here, if metal or metal silicide is used as an etching mask,
This patterning is necessary, and it is also necessary to perform the patterning anisotropically, making the process extremely complicated. Furthermore, when these are used, there is a problem of contamination, making it extremely difficult to put them into practical use.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第4図は本発明の実施例方法に使用したドライエツチン
グ装置を示す概略構成図である。図中41はエツチング
室を形成する真空容器(反応容器)であり、この容器4
1内には被エツチング試料42を載置するサセプタ43
が配置されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a dry etching apparatus used in the embodiment method of the present invention. In the figure, 41 is a vacuum container (reaction container) forming an etching chamber, and this container 4
1 contains a susceptor 43 on which a sample 42 to be etched is placed.
is located.

また、容器41には反応性のガスを導入するためのガス
導入口44及び容器41内を真空排気するためのガス排
気口45が設けられている。そして、CI2等のハロゲ
ン元素を含む第1の反応性ガスと、炭素や酸素等を含む
例えばSi(CH3)4からなる第2の反応性ガス(堆
積用ガス)とが、ガス流量制御器46.47を介して容
器41内にそれぞれ導入されるものとなっている。
Further, the container 41 is provided with a gas inlet 44 for introducing a reactive gas and a gas exhaust port 45 for evacuating the inside of the container 41. Then, a first reactive gas containing a halogen element such as CI2 and a second reactive gas (deposition gas) made of, for example, Si(CH3)4 containing carbon, oxygen, etc. are supplied to a gas flow rate controller 46. .47 into the container 41, respectively.

一方、容器41の上方には、上記第1の反応性ガスを解
離させるための第1の光源48が配置されている。この
光源48は、例えば波長325[nmlに発光の中心を
持つCd−Heレーザ、或いは波長308 [nm]に
発光の中心を持つXe−CIエキシマレーザである。光
源48からの光(第1の光)49は容器41の土壁に設
けられた紫外光通過窓50を介してサセプタ43上の試
料42の上面に垂直に照射される。そして、この光照射
により第1の反応性ガスが解離されるものとなりでいる
。例えば反応性ガスとしてCI2を用いた場合、CI2
が330 [r1m]付近の光を良く吸収するため、こ
の光照射により非常に高い量子効率で活性なC1ラジカ
ルが生成される。
On the other hand, above the container 41, a first light source 48 is arranged for dissociating the first reactive gas. This light source 48 is, for example, a Cd--He laser having an emission center at a wavelength of 325 nm, or a Xe-CI excimer laser having an emission center at a wavelength of 308 nm. Light (first light) 49 from the light source 48 is perpendicularly irradiated onto the upper surface of the sample 42 on the susceptor 43 through an ultraviolet light passing window 50 provided in the clay wall of the container 41 . The first reactive gas is then dissociated by this light irradiation. For example, when using CI2 as the reactive gas, CI2
Because it well absorbs light around 330 [r1m], active C1 radicals are generated with very high quantum efficiency by irradiation with this light.

なお、試料42は上記光源48により一括して照射され
るものとなっている。
Note that the sample 42 is irradiated all at once by the light source 48.

また、容器41の左方には前記第2の反応性ガスを解離
させるための第2の光源51が配置されている。この光
源51は、例えばYAG或いはCO2レーザで赤外光を
発生するものである。光源51からの光(第2の光)5
2は比較的大径のビームであり、容器41の側壁に設け
られた赤外光通過窓53を介して容器41内に横方向か
ら照射される。そして、この光照射により第2の反応性
ガスが解離されるものとなっている。例えば第2の反応
性ガスとして3i(CH3)4を用いた場合、Si(C
H3)4を赤外光の多光子吸収により解離することで、
CI2分子は解離せず添加ガスだけを選択的に解離する
ことができる。
Further, a second light source 51 for dissociating the second reactive gas is arranged on the left side of the container 41. This light source 51 is, for example, a YAG or CO2 laser that generates infrared light. Light (second light) 5 from light source 51
A beam 2 has a relatively large diameter and is irradiated into the container 41 from the lateral direction through an infrared light passing window 53 provided on the side wall of the container 41. The second reactive gas is dissociated by this light irradiation. For example, when 3i(CH3)4 is used as the second reactive gas, Si(C
By dissociating H3)4 by multiphoton absorption of infrared light,
Only the additive gas can be selectively dissociated without dissociating CI2 molecules.

次に、上記装置を用いたエツチング方法について説明す
る。
Next, an etching method using the above apparatus will be explained.

〈実施例1〉 被エツチング試料42としては、多結晶Siを用いた。<Example 1> Polycrystalline Si was used as the sample 42 to be etched.

即ち、まず第1図(a)に示す如<Si基板11上に3
i02膜12を堆積し、この上に無添加多結晶3i膜1
3を堆積し、さらに多結晶3i膜13上にエツチングマ
スクを形成した。ここで、エツチングマスク14として
は、通常の紫外光で感光するフォトレジストを用いたが
、このレジストは紫外光(波長330nm程度の短波長
光)に対し透明である。次いで、試料42を酸素ガス雰
囲気中で200 [’C]に加熱し、1時間焼きしめた
。これにより、エツチングマスク14は上記紫外光に対
し不透明となる。
That is, first, as shown in FIG.
An i02 film 12 is deposited, and an additive-free polycrystalline 3i film 1 is deposited on top of this.
Then, an etching mask was formed on the polycrystalline 3i film 13. Here, a photoresist sensitive to ordinary ultraviolet light was used as the etching mask 14, but this resist is transparent to ultraviolet light (short wavelength light having a wavelength of about 330 nm). Next, sample 42 was heated to 200 ['C] in an oxygen gas atmosphere and baked for 1 hour. This makes the etching mask 14 opaque to the ultraviolet light.

次いで、上記試料42を前記エツチング装置のサセプタ
43上に載置し、次のようにしてエツチングを行った。
Next, the sample 42 was placed on the susceptor 43 of the etching apparatus, and etched as follows.

容器41内に導入する反応性ガスとしでは、塩素ガスの
みを用いた。第2の光源51は使用せず、第1の光源4
8を波長308[nm]のXe−CIエキシマレーザと
した。このようにしてエツチングしたところ、無添加多
結晶S1膜13では、光の照射された部分のみエツチン
グが進行するので、第1図(b)に示す如く異方性のエ
ツチングが達成された。ここで、エツチングマスク14
であるレジストは前記した熱処理により紫外光を通過し
ないので、マスク14下の多結晶Si膜13には光が照
射されず、これによりアンダーカットも未然に防止され
ることになる。
As the reactive gas introduced into the container 41, only chlorine gas was used. The second light source 51 is not used, and the first light source 4
8 was a Xe-CI excimer laser with a wavelength of 308 [nm]. When etched in this manner, in the additive-free polycrystalline S1 film 13, etching progressed only in the portions irradiated with light, so that anisotropic etching was achieved as shown in FIG. 1(b). Here, the etching mask 14
Because the above-mentioned heat treatment prevents ultraviolet light from passing through the resist, the polycrystalline Si film 13 under the mask 14 is not irradiated with light, thereby preventing undercuts.

かくして本実施例方法によれば、電子やイオン等の荷電
粒子を用いることなく、光照射により被エツチング試料
としての多結晶S1膜13を照射損傷なく効果的にエツ
チングすることができる。
Thus, according to the method of this embodiment, the polycrystalline S1 film 13 as a sample to be etched can be effectively etched by light irradiation without radiation damage without using charged particles such as electrons or ions.

しかも、エツチングマスクの材料としてレジストを用い
るにも拘らず、マスク下への光の進入を防止することが
できるので、その実現が極めて容易である。即ち、従来
のように紫外光を透過し6いマスク材料として金属(A
I、W、MO等)や半導体と金属との合金(AI−3i
、Mo−8i)を用いた場合、エツチングに関しては同
様の効果を発揮するが、メタルパターンの加工プロセス
が必要となり、さらにメタルパターンに完全な異方性が
達成される必要がある。しかし、メタルパターンでは、
通常加工形状にテーパが生じ側壁から乱反射が生じ、光
照射によりエツチングを行うに加工精度が低下する問題
があった。これに対し、本実施例のようにレジスト材料
を用いることにより、マスクエツジでのこれらの問題は
解消され、精密にパターンを形成することができた。ま
た、現在のプロセスに用いられているレジスト材料をそ
のまま用いるため、深刻な汚染も生じないのである。
Moreover, even though a resist is used as the material of the etching mask, it is possible to prevent light from entering under the mask, so it is extremely easy to realize this. That is, as in the past, metal (A
I, W, MO, etc.) and alloys of semiconductors and metals (AI-3i
, Mo-8i), similar effects are achieved with respect to etching, but a metal pattern processing process is required, and complete anisotropy must be achieved in the metal pattern. However, with metal patterns,
Normally, there is a problem in that the processed shape is tapered and diffused reflection occurs from the sidewalls, resulting in a decrease in processing accuracy when etching is performed by light irradiation. On the other hand, by using a resist material as in this example, these problems with the mask edge were solved and a pattern could be formed precisely. Furthermore, since the resist materials used in current processes are used as they are, serious contamination does not occur.

〈実施例2〉 この例では、被エツチング試料42として、単結晶3i
(100)ウェハを用いた。即ち、第2図(a)に示す
如く単結晶Si基板21上にエツチングマスク24を形
成したものを試料として用いた。先の実施例と同様に、
エッチングマスク24を形成した後、試料42を酸素ガ
ス雰囲気中で熱処理してエツチングマスク24を紫外光
に対し不透明にした。次いで、該試料42を前記、装置
のサセプタ43上に載置して、エツチングを行った。用
いるガスの種類及び光の種類は先の実施例と同様にした
<Example 2> In this example, a single crystal 3i is used as the sample to be etched 42.
(100) wafer was used. That is, as shown in FIG. 2(a), a single crystal Si substrate 21 on which an etching mask 24 was formed was used as a sample. Similar to the previous example,
After forming the etching mask 24, the sample 42 was heat treated in an oxygen gas atmosphere to make the etching mask 24 opaque to ultraviolet light. Next, the sample 42 was placed on the susceptor 43 of the apparatus and etched. The types of gas and light used were the same as in the previous example.

この場合、第2図(b)に示す如く、アンダーカットの
ない選択エツチングが可能であり、先の実施例と同様の
効果が得られる。ここで、パターンの側壁25は約54
°の傾きを持つ(111)面が現れており、この形状を
利用して溝に 3io2膜等を埋込み、素子分離技術へ
の応用が可能である。
In this case, as shown in FIG. 2(b), selective etching without undercuts is possible, and the same effects as in the previous embodiment can be obtained. Here, the sidewall 25 of the pattern is about 54
A (111) plane with an angle of .degree. has appeared, and this shape can be used to fill the trench with a 3io2 film, etc., and to apply it to device isolation technology.

〈実施例3〉 この例は、先に本発明者等が提案した異方性エツチング
方法(特願昭59−20994号)に本発明を適用した
例である。被エツチング試料42としては、n+多多結
晶S護膜用いた。即ち、第3図(a>に示す如<S++
板31上にn++結晶3i膜(被エツチング試料)33
を被着し、この上にレジスト等からなるエツチングマス
ク34を形成したものを用いた。第1の反応性ガスには
CI2を用い、第2の桝応性ガスには 5i(C+−1
3)4を用いた。また、第1の光源48からの第1の光
は波長330 [nm]程度の紫外光、第2の光源51
からの第2の光は波長1[μm]程度の赤外光とした。
<Example 3> This example is an example in which the present invention is applied to the anisotropic etching method previously proposed by the present inventors (Japanese Patent Application No. 59-20994). As the sample 42 to be etched, an n+ polycrystalline S protective film was used. That is, as shown in FIG. 3(a), <S++
N++ crystal 3i film (sample to be etched) 33 on plate 31
An etching mask 34 made of resist or the like was formed on the substrate. CI2 is used as the first reactive gas, and 5i(C+-1
3) 4 was used. Further, the first light from the first light source 48 is ultraviolet light with a wavelength of about 330 [nm], and the second light source 51
The second light from was infrared light with a wavelength of about 1 [μm].

上記第3図(a)に示す試料42を先の実施例と同様に
酸素ガス雰囲気中で熱処理し、レジストからなるエツチ
ングマスク34を紫外光に対し不透明にした。次いで、
前記エツチング装置の容器41内に試料42を配置し、
容器41内に第1及び第2の反応性ガスを導入すると共
に、容器41内に第1及び第2の光を導入した。容器4
1内に導入された第1の反応性ガス、つまりCI2は第
1の光の照射により解離され、C1ラジカルを生成する
。このC1ラジカルは被エツチング試料としてのn++
結晶3i膜33をエツチングする。
The sample 42 shown in FIG. 3(a) was heat-treated in an oxygen gas atmosphere in the same manner as in the previous example to make the etching mask 34 made of resist opaque to ultraviolet light. Then,
placing a sample 42 in a container 41 of the etching device;
First and second reactive gases were introduced into the container 41, and first and second lights were introduced into the container 41. container 4
The first reactive gas introduced into C1, that is, CI2, is dissociated by irradiation with the first light to generate C1 radicals. This C1 radical is n++ as the sample to be etched.
The crystal 3i film 33 is etched.

一方、容器41内に導入された第2の反応性ガス、つま
りSi(CH3)4は第2の光の照射により解離される
。ここで分解された5i(CHa)4ガスはn+多多結
晶S模膜33表面に新たに薄いの被膜を形成する。この
堆積反応とエッチャントであるCIラジカルの横方向へ
の進入や反射光によるパターン側壁のエツチング反応と
が競合し、これによりアンダーカットの増加が妨げられ
ることになる。これに対して、光照射面においては、光
アシスト効果によりエツチング反応が堆積反応より進行
するため垂直エツチングが進み、この結果アンダーカッ
トのない異方性エツチングが達成されることになる。ま
た、エツチングマスク34が前記熱処理により第1の光
49を通さないので、エツチングマスク34下に眼光4
9が照射される等の不都合は無い。
On the other hand, the second reactive gas introduced into the container 41, that is, Si(CH3)4, is dissociated by the irradiation with the second light. The 5i(CHa)4 gas decomposed here forms a new thin film on the surface of the n+ polycrystalline S model film 33. This deposition reaction competes with the lateral entry of CI radicals as an etchant and the etching reaction of the pattern sidewalls due to reflected light, thereby preventing an increase in undercuts. On the other hand, on the light irradiated surface, the etching reaction progresses more than the deposition reaction due to the light assist effect, so that vertical etching progresses, and as a result, anisotropic etching without undercuts is achieved. Further, since the etching mask 34 does not allow the first light 49 to pass through the heat treatment, the eye light 49 does not pass through the etching mask 34.
There are no inconveniences such as 9 being irradiated.

ここで、第4図(b)は被エツチング試料であるn+多
多結晶S模膜33途中までエツチングしたのち、説明の
便宜上垂直方向に照射される光を止めエツチング反応の
みを停止したものである。
Here, in FIG. 4(b), after the n+ polycrystalline S pattern film 33, which is the sample to be etched, has been etched to the middle, for convenience of explanation, the vertical irradiation of light is stopped and only the etching reaction is stopped.

この場合、堆積反応は続けて進行するため、横方向から
入れられた光(第2の光52)により解離した第2の反
応性ガスの成分、即ち被膜(堆積膜)36が被エツチン
グ試料であるn++結晶3i膜33及びエツチングマス
ク34の表面に均等に堆積する。この状態で再び垂直光
(第1の光49)を照射すると、第3図(C)に示す如
く光照射面での堆積膜は速やかにエツチングされn+多
多結晶S模膜33エツチングが進む。一方、光の照射さ
れない側壁では堆積反応がエツチングより速いため、極
薄い堆積膜36が残り側壁を保護し、これにより異方性
エツチングが達成されることになる。なお、第3図(b
)(c)に示す堆積膜36は極めて薄いものであり、こ
の膜厚によりパターン精度が低下する等の不都合は殆ど
ない。
In this case, since the deposition reaction continues to progress, the component of the second reactive gas, that is, the film (deposited film) 36, which is dissociated by the light incident from the side (second light 52), is the sample to be etched. It is uniformly deposited on the surface of a certain n++ crystal 3i film 33 and etching mask 34. When vertical light (first light 49) is irradiated again in this state, the deposited film on the light irradiated surface is quickly etched and etching of the n+ polycrystalline S pattern film 33 progresses, as shown in FIG. 3(C). On the other hand, since the deposition reaction is faster than the etching on the sidewalls that are not irradiated with light, the extremely thin deposited film 36 remains to protect the sidewalls, thereby achieving anisotropic etching. In addition, Fig. 3 (b
) The deposited film 36 shown in (c) is extremely thin, and there is almost no problem such as a decrease in pattern accuracy due to this film thickness.

かくして本実施例によれば、電子やイオン等の荷電粒子
を用いることなく、光照射により被エツチング試料とし
てのn+多多結晶S模膜33選択的にエツチングするこ
とができ、先の実施例と同様な効果が得られる。また、
第1の反応性ガス及び光によるエツチングと第2の反応
性ガス及び光による堆積との競合反応により、エツチン
グ側壁に薄い堆積膜36を形成しながらn4′多結晶S
1膜33を垂直にエツチングすることができる。つまり
、異方性エツチングを達成することができ、微細加工に
極めて有効で、半導体デバイスの微細化及び高集積化等
に絶大なる効果を発揮覆る。
Thus, according to this embodiment, the n+ polycrystalline S pattern film 33 as the sample to be etched can be selectively etched by light irradiation without using charged particles such as electrons or ions, and as in the previous embodiment. You can get the following effect. Also,
Due to the competitive reaction between etching by the first reactive gas and light and deposition by the second reactive gas and light, the n4' polycrystalline S
1 film 33 can be etched vertically. In other words, it is possible to achieve anisotropic etching, which is extremely effective in microfabrication, and is extremely effective in miniaturization and high integration of semiconductor devices.

〈変形例〉 第5図及び第6図はそれぞれ前記第3の実施例の変形例
を説明するための模式図である。これらの変形例が先に
説明した第3の実施例と異なる点は、光の照射方法にあ
る。即ち、第5図の例はエッチャント生成のための第1
の光49を被エツチング試131.42に一括照射する
と共に、添加ガス活性化のための第2の光52には、例
えば矩形状且つ試料全体を覆うレーザビームを用いるよ
うにしたものである。この場合、試料42上の第2の反
応性ガスの解離が均一となるので、エツチングの均−性
及びスルーブツトの向上により有効である。
<Modification> FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams for explaining a modification of the third embodiment, respectively. The difference between these modified examples and the third embodiment described above lies in the light irradiation method. That is, the example in FIG.
The sample 131, 42 to be etched is irradiated with the light 49 at once, and the second light 52 for activating the added gas is, for example, a rectangular laser beam that covers the entire sample. In this case, since the second reactive gas on the sample 42 is dissociated uniformly, it is more effective to improve etching uniformity and throughput.

また、第6図の例は上記第2の光52を小径の線状ビー
ムとしたものである。この場合、上記線状ビーム52を
試料42上で一様に走査することにより、第5図の例と
同様に均一エツチングが達成されることになる。
In the example shown in FIG. 6, the second light 52 is a linear beam with a small diameter. In this case, by uniformly scanning the linear beam 52 over the sample 42, uniform etching can be achieved as in the example of FIG.

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記エツチングマスクであるレジスト材
料を前記光に対して不透明にする処理は加熱処理に限る
ものではなく、エツチングマスクに紫外光を照射するよ
うにしてもよい。また、エツチングマスクに、上記光に
対して不透明な染料を吸着或いは浸透させて該マスクを
着色するようにしてもよい。さらに、エツチングマスク
形成前に、レジスト材料に上記光に対し不透明な染料を
混合しておくことも可能である。この場合、エツチング
マスクを形成するための露光に用いられる光の波長とエ
ツチングに用いる光の波長は異なっている必要がある。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the process of making the resist material that is the etching mask opaque to the light is not limited to heat treatment, and the etching mask may be irradiated with ultraviolet light. Furthermore, the etching mask may be colored by adsorbing or penetrating the dye that is opaque to the light. Furthermore, it is also possible to mix the above-mentioned light-opaque dye into the resist material before forming the etching mask. In this case, the wavelength of the light used for exposure to form the etching mask and the wavelength of the light used for etching must be different.

また、フォトレジストでは一般に紫外光照射により短波
長光の透過率は低下するため、エツチングマスク形成後
に遠紫外光の照射を行い不透明なマスクを形成すること
も可能である。さらに、光照射と同詩に或いは連続して
200 [℃]以上で熱処理を行うと有効である。
Furthermore, since the transmittance of a photoresist for short wavelength light generally decreases when irradiated with ultraviolet light, it is also possible to form an opaque mask by irradiating far ultraviolet light after forming an etching mask. Furthermore, it is effective to perform heat treatment at a temperature of 200 [°C] or higher simultaneously or continuously with light irradiation.

熱処理の少なくとも後半においては酸素雰囲気とするこ
とでエツチングマスクを硬化させ、パターンの変形を防
止することができる。また、マスク材料は必ずしもレジ
スト材料に限るものではなく、光エッチングに使用する
光に対して透明で、且つ半導体装置の製造工程に適合す
るものであれば適用可能である。
At least in the second half of the heat treatment, the etching mask can be cured by using an oxygen atmosphere to prevent pattern deformation. Further, the mask material is not necessarily limited to a resist material, and any material can be used as long as it is transparent to the light used for photoetching and is compatible with the manufacturing process of semiconductor devices.

また、被エツチング試料としては単結晶Siや多結晶S
iに限らず、タングステンやモリブデン等の高融点金属
、或いはこれらのシリサイドに適用することができる。
In addition, the samples to be etched include single crystal Si and polycrystal S.
The present invention is not limited to i, but can be applied to high melting point metals such as tungsten and molybdenum, or silicides thereof.

また、第1の反応性ガスは、CI2に限るものではなく
、弗素や臭素等のハロゲン元素を含むガス、或いはこれ
らに炭素、ホウ素若しくは水素等を含むガスであっても
よい。さらに第2の反応性ガスを用いる場合は、このガ
スとしてSi(CH3)4に限らず、W(Go)s。
Further, the first reactive gas is not limited to CI2, and may be a gas containing a halogen element such as fluorine or bromine, or a gas containing carbon, boron, hydrogen, or the like. Furthermore, when using a second reactive gas, this gas is not limited to Si(CH3)4, but may also be W(Go)s.

N i (Co)4 、  Mo (Co)e 、  
M。
N i (Co)4, Mo (Co)e,
M.

(Co)6等の金属カルボニール化合物、その他生なく
とも炭素及び酸素を含むものであればよい。
A metal carbonyl compound such as (Co)6, or any other compound containing carbon and oxygen, even if it is not present, may be used.

また、第1及び第2の反応性ガスの流量等の条件は仕様
に応じて適宜定めればよい。また、第1及び第2の光の
各波長はそれぞれ解離すべき反応性ガスの種類に応じて
適宜定めれば良く、さらにレーザ等の単色光に何等限定
されるものではない。
Further, conditions such as the flow rates of the first and second reactive gases may be appropriately determined according to specifications. Furthermore, the wavelengths of the first and second lights may be determined as appropriate depending on the type of reactive gas to be dissociated, and are not limited to monochromatic light such as laser light.

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。
In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例方法に係わる選択エツチ
ング工程を示す断面図、第2図は第2の実施例方法を説
明するための工程断面図、第3図は第3の実施例方法を
説明するための工程断面図、第4図は上記各実施例方法
に使用したエツチング装置を示す概略構成図、第5図及
び第6図はそれぞれ変形例を説明するための模式図、第
7図は従来方法の問題点を説明するための断面図、第8
図はRIEにおける異方性エツチングのメカニズムを説
明するための断面図である。 11.21.31・・・3i基板、12・・・SiO2
膜、13.33・・・多結晶SiM(被エツチング試料
)、23・・・単結晶5ill(被エツチング試料)、
14.24.34・・・エツチングマスク、36・・・
堆積膜、41・・・真空容器(反応容器)、42・・・
試料、43・・・サセプタ、44・・・ガス導入口、4
5・・・ガス排気口、46.47・・・ガス流層制御器
、48・・・第1の光源、49・・・第1の光、5o・
・・紫外光通過窓、51・・・第2の光源、52・・・
第2の光、53・・・紫外線通過窓。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第5図 第6図 第7図 第8図 7ム
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the selective etching process according to the method of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the process for explaining the method of the second embodiment, and FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the etching apparatus used in each of the above-mentioned embodiment methods; FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams for explaining modified examples, respectively; Figure 7 is a sectional view for explaining the problems of the conventional method;
The figure is a cross-sectional view for explaining the mechanism of anisotropic etching in RIE. 11.21.31...3i substrate, 12...SiO2
Film, 13.33... Polycrystalline SiM (sample to be etched), 23... Single crystal 5ill (sample to be etched),
14.24.34...Etching mask, 36...
Deposited film, 41... Vacuum container (reaction container), 42...
Sample, 43... Susceptor, 44... Gas inlet, 4
5... Gas exhaust port, 46.47... Gas flow layer controller, 48... First light source, 49... First light, 5o.
...Ultraviolet light passing window, 51...Second light source, 52...
Second light, 53...UV light passing window. Applicant's Representative Patent Attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 2 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 7

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被エッチング試料上にマスク層を形成したのち、
このマスク層をパターニングしてエッチングマスクを形
成し、次いで上記試料を少なくともハロゲン元素を含む
反応性ガス雰囲気中に晒すと共に、上記試料に光を照射
して該試料を選択エッチングするドライエッチング方法
において、前記マスク層として前記光に対して透明なマ
スク材料を用い、このマスク材料を予め前記光に対して
不透明にする処理、或いは前記エッチングマスクを形成
した後で前記光照射によるエッチング前に該エッチング
マスクを前記光に対して不透明にする処理を施すことを
特徴とするドライエッチング方法。
(1) After forming a mask layer on the sample to be etched,
In a dry etching method, the mask layer is patterned to form an etching mask, and then the sample is exposed to a reactive gas atmosphere containing at least a halogen element, and the sample is selectively etched by irradiating the sample with light, A mask material that is transparent to the light is used as the mask layer, and the mask material is made opaque to the light in advance, or the etching mask is formed after the etching mask is formed and before etching by the light irradiation. A dry etching method characterized by performing a treatment to make the material opaque to the light.
(2)前記マスク材料として、レジスト材料を用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のドライエッ
チング方法。
(2) The dry etching method according to claim 1, wherein a resist material is used as the mask material.
(3)前記マスク材料を不透明にする処理として、該マ
スク材料に前記光に対して不透明な染料を混入すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載のド
ライエッチング方法。
(3) The dry etching method according to claim 1 or 2, wherein the process of making the mask material opaque includes mixing a dye that is opaque to the light into the mask material.
(4)前記エッチングマスクを不透明にする処理として
、該マスクに前記光に対して不透明な染料を吸着或いは
浸透させることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
第2項記載のドライエッチング方法。
(4) The dry etching method according to claim 1 or 2, characterized in that the process of making the etching mask opaque includes adsorbing or permeating the mask with a dye that is opaque to the light. .
(5)前記エッチングマスクを不透明にする処理として
、該マスクを酸素雰囲気中で熱処理することを特徴とす
る特許請求の範囲第2項記載のドライエッチング方法。
(5) The dry etching method according to claim 2, wherein the etching mask is heat-treated in an oxygen atmosphere to make the etching mask opaque.
(6)前記エッチングマスクを不透明にする処理として
、該マスクに紫外光を照射することを特徴とする特許請
求の範囲第2項記載のドライエッチング方法。
(6) The dry etching method according to claim 2, wherein the process of making the etching mask opaque includes irradiating the mask with ultraviolet light.
(7)前記反応性ガスは、少なくともハロゲン元素を含
むガスと少なくとも炭素或いは酸素を含むガスとの混合
ガスであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のドライエッチング方法。
(7) The dry etching method according to claim 1, wherein the reactive gas is a mixed gas of a gas containing at least a halogen element and a gas containing at least carbon or oxygen.
(8)前記光は異なる波長を有する2種以上の光であり
、前記ハロゲン元素を含むガスを解離する光を前記試料
のエッチングすべき面に対して垂直に照射することを特
徴とする特許請求の範囲第7項記載のドライエッチング
方法。
(8) A patent claim characterized in that the light is two or more types of light having different wavelengths, and the light that dissociates the gas containing the halogen element is irradiated perpendicularly to the surface of the sample to be etched. The dry etching method according to item 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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