JPH0529282A - ドライエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドライエチング方法において、テーパを付け
た微細パターンを容易にかつスループット高く形成でき
るようにする。 【構成】 下層レジスト上に無機材料層が形成されてい
る多層レジストをマスクとして使用し、まず無機材料層
をマスクとして機能させて被エッチング材を等方性エッ
チングし、次に下層レジストをマスクとして機能させて
被エッチング材を異方性をエッチングするドライエッチ
ング方法であって、無機材料層の材質や膜厚などを適宜
設定することにより、被エッチング材のエッチングと共
に無機材料層のエッチングも進行し、かつ被エッチング
材のエッチング終了前に無機材料層がエッチオフされ、
無機材料層のエッチオフ後も引続き被エッチング材がエ
ッチングされるようにし、これにより単一のエチング工
程でテーパエッチングがなされるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、下層レジスト上に無
機材料層が形成されている多層レジストをマスクとして
被エッチング材にテーパエッチングを行うドライエッチ
ング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より高集積化した半導体の微細パタ
ーン形成方法として、プラズマエッチング、スパッタエ
ッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドラ
イエッチング方法が使用されているが、近年では著しく
高密度化した多層配線構造を可能とするために、単にド
ライエッチング方法で微細パターンを形成するだけでな
く、当該微細パターン上に積層される膜のカバレージを
向上させる等のために、当該微細パターンにテーパ付け
する、所謂テーパエッチングがなされている。

【０００３】テーパエッチングの方法については種々報
告されている。たとえば、一般に良く知られている配線
材料のテーパエッチングの方法としては、配線材料のマ
スクとなるレジストパターンにテーパを付けておき、エ
ッチング時に配線材料とマスクのエッチングの選択比を
低くし、レジスト後退により配線材料のパターンにテー
パを形成する方法（１９８５年春応用物理学会予稿集、
３３８頁）が知られている。図４はこのようなテーパエ
ッチング方法の説明図であり、この方法によればまず同
図の（Ａ）に示したように、基板１上にＳｉＯ₂ 膜２、
被エッチング材であるアルミニウム膜３を順次積層し、
さらにその上にテーパ付したレジストパターン７を形成
する。なおこのようなテーパ付したレジストパターン７
は、常法によりレジストパターンを形成後、熱処理等を
施すことにより形成することができる。次いで、テーパ
付したレジストパターン７をマスクとして、反応性イオ
ンエッチングにより、対レジスト選択比が約１の条件で
エッチングし、レジスト後退によりレジストパタ−ン７
のテーパをアルミニウム膜３に転写して同図の（Ｂ）の
ように配線パターンを形成する。

【０００４】また、その他のテーパエッチングの方法と
しては、マスクとして多層レジストを使用し、被エッチ
ング材が順次等方性エッチングと異方性エッチングをさ
れるように多層レジストの各層を除去していくという方
法も提案されている（特開平２−２４４６３１号公
報）。図３はこのようなテーパエッチング方法の説明図
であり、この方法によれば、たとえば同図の（Ａ）に示
したように、まずＳｉ基板１上に熱酸化膜からなる絶縁
膜２、配線材料であり被エッチング材となる厚さ３μｍ
のアルミニウム膜３を積層し、さらにその上に厚さ４μ
ｍの下層レジスト４（例えば、ＮＰＲ−８２０、長瀬産
業製）、厚さ０．４μｍの中間層樹脂５（例えば、ＯＣ
Ｄ−７、東京応化製）、厚さ１μｍの上層レジスト６
（例えば、ＰＦＰＲ−８００、東京応化製）からなる多
層レジストを形成し、通常のフォトリソグラフィにより
厚さ１μｍの上層レジスト６をパターニングする。次い
で、上層レジスト６のパターンをマスクとしてＲＩＥ法
でエッチングを行うことにより中間層樹脂５パターニン
グし、さらに同図の（Ｂ）に示したように中間層樹脂５
のパターンをマスクとして下層レジスト４のパターニン
グを行う。その後、ＲＩＥ法でＢｌ₃ ／Ｃｌ₂ ガスを用
いてアルミニウム膜３を１μｍエッチングする。この場
合、多層レジストの表面は、イオンスパッタリングを行
ってもレジスト分解物は発生しない中間層樹脂５となっ
ているので、結果的にアルミニウム膜３のパターンに側
壁保護膜は形成されない。このためアルミニウム膜３に
は等方性エッチングが進行し、そのパターン形状はアン
ダーカットの入ったものとなる（同図の（Ｃ））。その
後、中間層樹脂５を除去する。そして残りのアルミニウ
ム膜３に対して再度エッチングを行う。この場合、多層
レジストの表面は中間層樹脂５ではなく下層レジスト４
となっているので、レジスト分解物が発生し、側壁保護
膜が形成され、アルミニウム膜３には異方性エッチング
が進行する。このためこのようなエッチングをアルミニ
ウム膜３のパターンが所期の深さになるまで続け、エッ
チングを終了させると、同図の（Ｄ）に示したように上
部にテ−パが付いたパターンが得られることとなる。

【０００５】また、他のテーパエッチングの方法として
は、エッチング室内にデポジションガスを添加し、エッ
チングとデポジションとの競合反応によりテーパを形成
する方法（１９８６年ドライプロセスシンポジウム、４
８頁）が報告されており、最近ではウェハーの温度をコ
ントロールすることによりテーパを形成する方法（１９
８７年春応用物理学界予稿集、４６２頁）も報告されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示した、レジストパターンにテーパを付ける方法では、
レジスト後退により配線配線材料のパターンにテーパ付
けをするので、変換差が大きく、当初のレジストパター
ンの寸法とエッチング後の配線材料の寸法との差異が大
きなり、寸法制御が困難となる。また、配線材料のパタ
ーン幅は、予め形成しておくレジストパターンのテーパ
幅に制約されるため、配線材料に微細なパターン形成を
することが困難となる。さらに配線材料のテーパは、レ
ジストパターンのテーパを転写することにより形成され
るので、本来的に対レジスト選択比を小さくしなくては
ならず、このためレジストの膜厚を比較的厚く形成する
必要も生じる。したがって、この方法では今後益々微細
化する傾向にあるパターン形成に対応できない。

【０００７】一方、図３に示した、マスクとして多層レ
ジストを使用する方法によれば、微細パターンにテーパ
を付けることは可能となる。しかし、この方法では被エ
ッチング材に等方性エッチングを進行させる工程と異方
性エッチングを進行させる行程との間で別途中間層樹脂
５を除去するという工程が必要となる。すなわち、中間
層樹脂５としてはエッチングストッパ−となる樹脂材料
が使用されているため、中間層樹脂５の除去を被エッチ
ング材のエッチングと同様のＲＩＥ法で行いそれら双方
のエッチングを連続的な単一工程で行おうとしても、被
エッチング材と中間層樹脂５とを共に好適にエッチング
するエッチングガスを見出だすことは困難であり、中間
層樹脂５を除去する工程は被エッチング材のエッチング
とは全く別個の条件で行うことが必要となる。このた
め、エッチングプロセスにおけるのスループットが低下
するという問題がある。

【０００８】また、デポジションガスを添加し、エッチ
ングとデポジションとの競合反応によりテーパを形成す
る方法では、デポジションガスが堆積性であるために、
パーティクル汚染の原因となるポリマーがエッチング室
内全体に発生することが懸念される。

【０００９】ウェハーの温度をコントロールすることに
よりテーパを形成する方法においては、ウェハーの温度
を厳密にコントロールすることが必要となるが、現状に
おいてはウェハーの温度をインプロセスで精度良く評価
する方法がないため、プロセスの信頼性の低下が懸念さ
れる。

【００１０】以上のように、これまでのテーパエッチン
グの方法では、テーパを付けた微細パターンを高精度
に、かつスループット高く形成することはできない。こ
のため、テーパエッチングは実用化に至っていないのが
実状である。

【００１１】この発明は以上のような従来技術の課題を
解決しようとするものであり、微細パターンに対しても
高いスループットで容易にテーパを付けられるようにす
るドライエチング方法を提供することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するため、下層レジスト及びその上に形成された
無機材料層からなる多層レジストをマスクとして被エッ
チング材をドライエッチングする方法において、被エッ
チング材のエッチングと共に無機材料層のエッチングも
進行し、かつ被エッチング材のエッチング終了前に無機
材料層がエッチオフされ、無機材料層のエッチオフ後も
引続き被エッチング材がエッチングされるようにするこ
とを特徴とするドライエッチング方法を提供する。

【００１３】この発明の方法は、マスクとして使用した
場合に被エッチング材が等方性エッチングされる無機材
料層と、マスクとして使用した場合に被エッチング材が
異方性エッチングされるレジスト層とを積層した多層レ
ジストを使用して被エッチング材をエッチングするドラ
イエッチング方法である。そしてその場合、無機材料層
の材質や膜厚などを適宜定めることにより、無機材料層
が被エッチング材と共にエッチングされるようにし、か
つその無機材料層は被エッチング材のエッチングの終了
前にエッチオフされ、その後はレジスト層をマスクとす
る被エッチング材のエッチングが進行するようにするも
のであり、これにより被エッチング材の等方性エッチン
グと異方性エッチングとが連続的に進行するようにする
ものである。

【００１４】したがって、この発明の方法においてマス
クとする多層レジストの無機材料層としては、被エッチ
ング材と共にエッチングが進行する材質のもの、好まし
くは被エッチング材と同様のエッチレートが得られるも
のを当該被エッチング材の種類に応じて適宜選択する。
例えば、被エッチング材がアルミニウム系材料からなる
場合には、無機材料層はチタンオキシナイトライド（Ｔ
ｉＯＮ）、チタン、シリコンナイトライド、シリコンオ
キサイド、シリコン系材料等から形成することができ、
また被エッチング材がポリシリコンとタングステンシリ
サイド（ＷＳｉ_x ｘ＝１〜３）からなるポリサイド構造
のようにシリコン系材料からなる場合には、無機材料層
はポリシリコン、タングステンシリサイド、リンまたは
ボロンをドープしたポリシリコン、シリコンオキサイ
ド、シリコンナイトライド等から形成することができ、
特にポリシリコンから形成することが好ましい。また、
被エッチング材がタングステン、モリブデン等の高融点
金属からなる場合にも、無機材料層はポリシリコン系、
チタン、チタンオキシナイトライドから好ましく形成す
ることができる。

【００１５】また、無機材料層の膜厚は、被エッチング
材のパターンに付けるテーパの大きさ、被エッチング材
および無機材料層の材質等に応じて適宜定める。

【００１６】下層レジストの材質としては、これをマス
クとしてエッチングした場合にレジスト分解物を発生
し、被エッチング材のパターンの側壁保護膜を形成する
ものであればよく、通常の有機系材料からなる種々のレ
ジスト材料を使用することができる。

【００１７】この発明で使用する多層レジストは、以上
のような下層レジスト上に無機材料層が形成されている
ものであるが、さらに必要に応じてその他の層が設けら
れているものでもよい。例えば、無機材料層を所定のパ
ターンに形成するためのマスクとなる上層レジストが無
機材料層上に設けられていてもよい。

【００１８】この発明の方法は反応性イオンエッチン
グ、プラズマエッチング、スパッタエチング等種々のド
ライエッチング方法において実施することができるが、
特に反応性イオンエッチングで好適に実施することがで
きる。

【００１９】

【作用】この発明の方法においては、下層レジスト上に
無機材料層が形成されている多層レジストをマスクとし
て被エッチング材をドライエッチングするにあたり、無
機材料層の材質や膜厚など被エッチング材の材質等に応
じて適宜定め、エッチングと共に無機材料層のエッチン
グも進行し、かつ被エッチング材のエッチング終了前に
無機材料層がエッチオフされ、無機材料層のエッチオフ
後も引続き被エッチング材がエッチングされるようにす
る。したがって、エッチング時に無機材料層が被エッチ
ング材のマスクとして機能しているときには、被エッチ
ング材には等方性エッチングが進行し、アンダーカット
の入ったパターンが形成される。

【００２０】一方、被エッチング材にこのようなエッチ
ングが進行している間に無機材料層自体もエッチングさ
れ、被エッチング材のエッチングが所期の進行状態に達
したところでエッチオフされる。したがってその後は無
機材料層の下に形成されていた下層レジストがマスクと
して機能し、被エッチング材のエッチングが続行される
こととなる。この下層レジストをマスクするエッチング
においては、下層レジスト層はレジスト分解物を発生す
るので被エッチング材のパターンには側壁保護膜が形成
され、異方性エッチングが進行する。したがって、この
ようなエッチングを進行させることにより、上端にのみ
アンダーカットが形成された微細パターンが形成され
る。この場合、このアンダーカットの形状は好適なテー
パとなるので、上端にテーパが付いた微細パターンが得
られることとなる。なおこのようにして形成された微細
パターン上に残存する下層レジストは常法により容易に
除去することができる。

【００２１】以上のように、この発明の方法によれば上
端にテーパが付いた微細パターンが得られ、しかもその
微細パターンは単一のエッチング工程で容易に形成され
る。したがってこの発明によれば、テーパエッチングの
スループットを向上させることが可能となる。

【００２２】なお、このようにテーパエッチングを行う
に際して、従来例のように堆積性のデポジションガスを
使用することは不要とされるので、パーティクル汚染が
生じることはない。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて具
体的に説明する。なお、各図中、同一符号は同一または
同等の構成要素を表している。 実施例１ 図１はこの発明の実施例の工程の説明図である。この実
施例においては、まず、シリコン基板１表面に、絶縁膜
として熱酸化によるＳｉＯ₂ 膜２を形成し、さらにその
上に微細加工の対象となるアルミニウム膜３を厚さ１μ
ｍ形成した。そしてこの発明の多層レジストＭとして、
厚さ１μｍの下層レジスト（ＯＦＰＲ−８００、長瀬産
業製）４、厚さ４０００ｎｍのチタンオキシナイトライ
ド（ＴｉＯＮ）からなる無機材料層８、厚さ０．５μｍ
の上層レジスト（ＯＦＰＲ−８００、長瀬産業製）６を
形成し、上層レジスト６を常法のホトリソグラフィによ
りパターニングした（図１の（Ａ））。

【００２４】次に、上層レジスト６をマスクとして無機
材料層８をＲＩＥ装置によりエッチングし（エッチング
ガスＣＦ₄ １００ｓｃｃｍおよびＯ₂ ２ｓｃｃｍ、圧力
３５ｍＴｏｒｒ、１０００Ｗ）、無機材料層８および上
層レジスト６をマスクとして下層レジスト層４をＲＩＥ
装置によりエッチングし（エッチングガス＝Ｏ₂ １００
ｓｃｃｍ、圧力＝５ｍｍＴｏｒｒ、１０００Ｗ）し、同
時に上層レジスト６をエッチオフした（図１の
（Ｂ））。

【００２５】次に、このように形成した多層レジストＭ
のパターンをマスクとしてアルミニウム膜３を以下のよ
うな条件でエッチングした。すなわち、マイクロ波プラ
ズマエッチング装置において、エッチングガス＝ＢＣｌ
₃ ６０ｓｃｃｍ、Ｃｌ₂ ９０ｓｃｃｍ、圧力＝１６ｍＴ
ｏｒｒ、マイクロ波＝８００Ｗ、ＲＦバイアス＝４０Ｗ
とした。この条件下でのアルミニウム膜３のエッチレー
トは１μｍ／分であり、チタンオキシナイトライド（Ｔ
ｉＯＮ）からなる無機材料層６のエッチレートは１３０
ｎｍ／分である。

【００２６】エッチングを開始すると、エッチングの初
期においては多層レジストＭの上面がチタンオキシナイ
トライド（ＴｉＯＮ）からなる無機材料層８となってい
るので、レジスト分解物は発生せず、側壁保護膜も形成
されず、図１の（Ｃ）に示すようにアルミニウム膜３に
アンダーカットが形成された。エッチング開始後１８秒
にアルミニウム膜３が３１０ｎｍエッチングされたとこ
ろで無機材料層８がエッチオフされ、下層レジスト４の
表面が露出した。するとこの後はレジスト分解物が発生
し、アルミニウム膜３には異方性エッチングが進行し
た。こうして、図１の（Ｄ）に示すように、アルミニウ
ム膜３の上部にのみアンダーカットを形成することがで
き、理想的なテーパ形状を有するパターンを得ることが
できた。 実施例２ 図２はこの発明の他の実施例の工程の説明図である。こ
の実施例においては、シリコン基板１表面にＳｉＯ₂ 膜
２を形成後、被エッチング材として、ポリシリコン膜３
ａおよびタングステンシリサイド（ＷＳｉ_ｘ、ｘ＝１〜
３）膜３ｂを順次積層したポリサイド構造膜３ｃを形成
した。

【００２７】そして実施例１と同様に下層レジスト４を
形成し、さらにタングステンシリサイドからなる無機材
料層８をタングステンシリサイド膜３ｂと同様の膜厚に
形成し、その上に実施例１と同様に上層レジスト６を形
成して多層レジストＭとした。

【００２８】次いで、上層レジストを６パターニングし
（図２の（Ａ））、さらに下層レジスト４および無機材
料層８をパターニングした（図２の（Ｂ））。

【００２９】そして、ＲＩＥ装置を使用し、主にＨＢｒ
ガズを使用してポリサイド構造膜３ｃをエッチングし
た。すると、タングステンシリサイドからなる無機材料
層８をマスクとしてエッチングが進行している間はレジ
スト分解生成物は発生せず、タングステンシリサイド膜
３ｂにはアンダーカットが形成された。

【００３０】エッチングがさらに進行してポリシリコン
膜３ａが露出した時点で無機材料層８がエッチオフさ
れ、下層レジスト４が現れた（図２の（Ｃ））。以後、
下層レジスト４をマスクとするポリシリコン膜３ａのエ
ッチングが進行した。このため、下層レジスト４のレジ
スト分解物が発生し、ポリシリコン膜３ａには異方性エ
ッチングが進行した。こうして図２の（Ｄ）に示すよう
に、タングステンシリサイド膜３ｂにのみアンダーカッ
トが入り、テーパが付いたポリサイド構造膜３ｃのパタ
ーンを得ることができた。

【００３１】

【発明の効果】この発明のドライエチング方法によれ
ば、テーパを付けた微細パターンを容易にかつスループ
ット高く形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の説明図である。

【図２】この発明の他の実施例の説明図である。

【図３】従来の多層レジストを用いるテーパエッチング
方法の説明図である。

【図４】従来のテーパを付けたレジストパターンを用い
るテーパエッチング方法の説明図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ ＳｉＯ₂ ３ アルミニウム膜 ４ 下層レジスト ５ 中間層樹脂 ６ 上層レジスト ７ レジストパターン ８ 無機材料層 Ｍ 多層レジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3205

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 下層レジスト及びその上に形成された無
   機材料層からなる多層レジストをマスクとして被エッチ
   ング材をドライエッチングする方法において、被エッチ
   ング材のエッチングと共に無機材料層のエッチングも進
   行し、かつ被エッチング材のエッチング終了前に無機材
   料層がエッチオフされ、無機材料層のエッチオフ後も引
   続き被エッチング材がエッチングされるようにすること
   を特徴とするドライエッチング方法。