JPH02237027A

JPH02237027A - 薄膜堆積・エッチング装置

Info

Publication number: JPH02237027A
Application number: JP5697289A
Authority: JP
Inventors: Haruki Komano; 駒野　治樹; Masaru Hori; 勝堀; Kenji Ota; 研二太田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-09-19

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】〔允明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、薄膜堆積・エッヂング装置に係り、特に、電
子ビームを用いたｎＷＡＭｋｌａおよびエッチングに関
する。

《従来の技術》半導体装置は、近年別々高集梢化する一方であり、サブ
ミクロン以下の微細加工技術が必要になってきている。

このような微細加工のための技術の１つとして電子ビー
ムを用いた薄膜堆梢およびエッチング技術が提案されて
いる。

例えば、従来の電子ビームを用いた薄膜形成装置は、第
４図に示すように、ビーム室１００と試料室２００とか
ら構成され、ビーム室１００内の熱電子放出型電子銃《
例えばＬａＢ６）２１から故出された電子ピーム２２の
方向を拡大レンズとしての第１の磁界レンズ３，対物レ
ンズとしての第２の磁界レンズ４によって制御し、試料
室２００内の基板支持色５上にｌ！置された基板６に収
束せしめられるようになっている。そして、この試料室
２００内には、ガス導入装１ｆｆ８が付設され、反応性
ガス９が導入されるようになっている。さらに前記第１
の磁界レンズ３と第２の磁界レンズ４との間にはプラン
キング１０および偏向器１１が配設されており、このプ
ランキング１ｏおよび偏向器１１により電子ビームを制
御して基板６上のビーム照射領域で反応性ガス９と基板
との表面励起反応を生起せしめ、基板表面に選択的に薄
膜を堆積せしめ、任意のパターンを描画するように構成
されている。ここで、１２および１３はそれぞれビーム
室１００および試料室２００を真空排気するための真空
ボンブであり、１４はゲートバルブ、１５は二次電子を
検出するための二次雷子検出器である。

このような薄膜形成装置を用い、電子ビームによる表面
励起反応によって任意パターンの薄膜堆積や基板のエッ
チングをおこなうことができる。

ところで、この装置では、電子銃からの電子ビームのエ
ネルギーの広がりが大きいため、磁界レンズにより試料
上に収束した電子ビームのビーム径をサブミクロン以下
とするためには、電子ピームの加速電圧を２０ｋｅＶ以
上にしなければならない。

しかしながら、このような高い加速電圧で堆積やエッチ
ングを行うと、高いエネルギーの電子ビームのために基
板の損傷が大きいという問題があった。

例えば、第２図に示すように、ｐ型シリコン基板３０内
に形成されたｎ型拡散層からなるソース・ドレイン領域
３１．３２と、これらの間に位置する基板表面にゲート
絶縁膜３３を介して形成されたゲート電極３４とからな
るＭＯＳＦＥＴを含むデバイスの表面を覆う酸化シリコ
ン膜からなる絶縁１１３５上に選択的に配線パターン３
６を形成することができる。

この場合、例えばガスとして、タングステンオキシカー
バイド（Ｗ（ＧＯ＞６＞を用いると、基板表面の絶縁膜
３５上でこのＷ（Ｇｏ）６は、電子ビームエネルギーに
よってタングステン（Ｗ＞と一酸化炭素（Ｇｏ＞とに分
解し、基板上にＷが析出せしめられると共にＣＯは基板
表面から離脱し、電子ビームエネルギー照射領域にのみ
サプミクロン以下のＷ配線パターンを形成することがで
きる。

このようなデバイスにおいて、ゲート電極３４上の絶縁
膜３５はデバイス保護のためと、電気的絶縁のために形
成され、コストと下層との接続のためのコンタクトホー
ル形成上の問題とから、通常０．６μｍ程度の厚さに形
成されている。

従って、加速電圧が高すぎると電子ビーム３７のうち絶
縁膜内に入射した電子３８がゲート絶縁膜に入り、素子
特性の劣化を及ぼし、歩留まりが低下するという問題が
ある。

《発明が解決しようとする課題》このように、従来例の薄膜堆積・エッチング装置によれ
ば、加速電圧を大きくしなければ、微細パターンの形成
は不可能である一方、加速電圧を大きくすると、高エネ
ルギーの電子ビームが基板にｍ傷を与えるという問題が
ある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、基板に損
傷を与えることなく、電子ビームを用いた堆積・エッチ
ングによる高精度のパターン形成をおこなうことを目的
とする。

〔発明の構成〕

《ｉ！！題を解決するための手段》そこで本発明の薄膜堆積・エッチング装置では、従来の
電子放出型電子銃に代えて、電界放出型電子銃を用い、
かつ、加速電圧を５ｋｅＶ以下とするようにしている。

（作用）本発明によれば、従来の電子放出型電子銃に代えて、電
界放出型電子銃を用いることにより、エネルギーの広が
りを約１０分の１程度に抑えることができ、加速電圧を
低くしても、ビーム径を小さく抑えることができ、下地
に損傷を与えることなく、高精度の微細パターン形成が
可能となる。

《実施例》以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は、本発明実施例のｗＪ膜堆積装置を示す図であ
る。

この堆積装置は、第１図に示すように、第４図に示した
従来例の装置における電子放出型電子銃に代えて電界放
出型電子銃１を用い、加速電圧を５ｋｅＶとしたことを
特徴とするもので、他部については従来例の装置と全く
同様である。

すなわち、この堆積装置は、ビーム室１００と試料室２
００とから構成され、ビーム室１００内の電界放出型電
子銃１から放出された電子ピーム２の方向を拡大レンズ
としての第１の磁界レンズ、３，対物レンズとしての第
２の磁界レンズ４によって制御し、試料室２００内の基
板支持台５上に載置された基板６に収束せしめられるよ
うになっている。そして、この試料室２００内には、ガ
ス導入装置８が付設され、反応性ガス９が導入されるよ
うになっている。さらに前記第１の磁界レンズ３と第２
の磁界レンズ４との間にはプランキング１０および偏向
器１１が配設されており、このプランキング１０および
偏向器１１により電子ビームを制曲して基板６上のビー
ム照射領域で反応性ガス９と基板との表面励起反応を生
起せしめ、基板表面に選択的に薄膜をＭＩ１ａせしめ、
任意のパターンを描画するように構成されている。ここ
でも、従来例の装置におけるのと同様、１２および１３
はそれぞれビーム室１００および試料室２００を真空排
気するための真空ポンプであり、１４はゲートバルブ、
１５は二次電子を検出するための二次電子検出器である
。

また、これら各部は全て、制皿用コンピュータ３００に
よって制御されるようになっている。すなわち、電界放
出型電子銃１は、電子銃加ｌ雷圧制御系１０１を介して
、加速電圧の大きさが制御されるようになっており、ま
た電界放出型電子銃１から放出された電子ビーム２の方
向は拡大レンズ制御系１０３を介して制御される第１の
磁界レンズ３と対物レンズ制御系１０４を介して制御さ
れる第２の磁界レンズ４によって制御される。さらに、
プランキング制坤系１１０を介して制御されるプランキ
ング１０および偏向器制御系１１１を介して制御される
偏向器１１により電子ビームを制郊して基板６上のビー
ム照ｌ１４ｆ！４域で反応性ガス９と基板との表面励起
反応を生起せしめ、基板表面に選択的に薄膜を堆積せし
め、任意のパターンを描画するように構成されている。

また、二次電子検出器信号処理系１１５を介して二次電
子検出器１５の出力は制御用コンピュータ３００に入力
せしめられる。

また、基板支持台５はステージ制御系１０５によって移
動せしめられ、位置制卸が可能なようになっている。

この薄膜堆積装置を用いて、ガスとして、タングステン
オキシカーバイド（Ｗ（Ｇｏ）ｓ）を用い、Ｗ配線パタ
ーン３６を形成する場合について説明する。

この場合、基板表面の絶縁膜３５上でこのＷ（Ｃｏ）ｓ
は、電子ビームエネルギーによって励起され、タングス
テン（Ｗ）と一酸化炭素（Ｃｏ）とに分解し、基板上に
Ｗが析出せしめられると共にＣＯは基板表面から離脱し
、電子ビームエネルギー照射領域にのみＷ配線パターン
を形成することができる。

この装置では、電界敢出型電子銃を用いるようにしてい
るため、加速電圧は前述したように５ｋｅＶであるが、
最少線幅　　μ１程度の高精度のＷ配線パターンを形成
することができる。

また、このようなデバイスへのＷ配線パターンの形成に
際し、電子ビームの加Ｍ電圧を変化させた場合の特性劣
化率を測定した結果を第３図に示す。ここでは、各加″
ｉ電圧に対し、３０ｇＩづつのサンプルについて測定を
行った。この図からも明らかなように加速電圧が７ｋｅ
Ｖ以上では全て劣化してしまったのに対し、加速電圧が
５ｋｅＶ以下では劣化したものはなかった。

これは、５ｋｅＶで加速された電子の飛程は０．４μｍ
であり、膜厚０．６μＩの絶縁膜内で入射電子は全て停
止し、ゲート酸化膜まで到達することはないためと考え
られる．一方、加速電圧が６ｋｅＶになると、加速された電子の
うちにはゲート酸化膜まで到達するものも生じ、加速電
圧が７ｋｅＶ以上では加速された電子の飛程は０．６μ
１以上となり、加速された電子は、膜厚０．６μ１の絶
縁膜を通過し、ゲート酸化躾に到達し、素子特性の劣化
を招く。

この測定の結果からもわかるように、加速電圧を５ｋｅ
Ｖ以下に抑えるようにすれば、素子特性の良好に維持し
つつ、配線パターンの形成を行うことができる。

なお、前記実施例では、ｅ膜堆積装置について説明した
が、エッチング装置にも適用可能である。

エッチング装置では、ガス導入装置８から試料室に供給
するガスとして例えば六弗化イオウＳＦｓと酸素０２を
用いるようにすれば、例えば基板表面に形成されたシリ
コン層をパターニングするのに用いることができる。

この場合、電子ビーム照射領域でＳＦｅが励起されてイ
オウと弗素に分解し、この弗素がシリコンと反応して弗
化シリコンＳ　ｉ　Ｆ４となり、気体となって基板表面
から離脱し、エッチングが達成される．このようにしてエッチングのなされた試料について、電
子ビーム照射によってシリコン結晶中に導入された電子
トラップに関するＤＬＴＳスペクトルを測定した結果、
ＤＬＴＳ信号はほとんど観測されず、下地への電子ビー
ム照射による損傷はないことがわかった。

この場合も加速電圧が５ｋｅＶ以下で使用することがで
きるため、下地に悪影響を及ぼすことなく、高精度のパ
ターン形成を行うことが可能となる。

また、ここでは、加速電圧が５ｋｅＶの場合について説
明したが、必要なパターン精度に応じて加速電圧５ｋｅ
Ｖ以下の範囲で適宜選択すれば良い。

加えて、薄膜堆積・エッチング装置の構造および材質は
、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内で、適宜変形可能である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の薄膜堆積・エッチン
グ装置では、従来の電子放出型電子銃に代えて、電界放
出型電子銃を用い、かつ、加速電圧を５ｋｅＶ以下とす
るようにしているため、下地に損傷を与えることなく、
高精度の微細パターン形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の薄膜堆ｖ４装置を示す図
、第２図は、デバイス表面への電子ビームを用いたＷ配
纏パターン形成を示す図、第３図は、第２図に示したデ
バイスへのＷ配線パターン形成に際して加速電圧とデバ
イス劣化率との関係を示す図、第４図は従来例の薄膜堆
積装置を示す図である。１００・・・ビーム室、２００・・・試料室、１・・・
電界放出型電子銃、２１・・・熱雷子放出型電子銃、２
，２２・・・電子ビーム、３・・・第１の磁界レンズ、
４・・・第２の磁界レンズ、５・・・基板支持台、６・
・・基板、８・・・ガス導入装置、９・・・反応性ガス
、１０・・・プランキング、１１・・・偏向器、１２．
１３・・・真空ポンプ、１４・・・ゲートバルプ、１５
・・・二次電子検出器、３００・・・制御用コンピュー
タ、１０１・・・電子銃加速電圧制御系、１０２・・・
拡大レンズ制御系、１０４・・・対物レンズ制御系、１
１０・・・プランキング制御系、１１１・・・偏向器制
御系、１１５・・・二次電子検出器信号処理系、１０５
・・・ステージ制御系、３０・・・ｐ型シリコン基板、
３１．３２・・・ソース・ドレイン領域、３３・・・ゲ
ート絶縁膜、３４・・・ゲート電極、３５・・・絶縁躾
、３６・・・配線パターン、３７・・・電子ビーム、３
８・・・電子。第２図

Claims

【特許請求の範囲】　電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、該電子
ビーム発生手段から出力された電子ビームを加速する加
速手段と該電子ビーム発生手段から出力され加速された電子ビー
ムを試料上に収束させる収束手段と、ガスを試料室内に
供給するガス供給手段とを具備してなる薄膜堆積・エッチング装置において、前記電子ビーム発生手段が電界放出型電子銃から構成さ
れ、前記加速手段の加速電圧が５ｋＶ以下であることを特徴
とする薄膜堆積・エッチング装置。