JPH03142829A - 基体のエッチング方法 - 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】 以下の順序で本発明を説明する。

産業上の利用分野 発明の概要 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 実施例−１ 実施例−２ 実施例−３ 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基体のエツチング方法に関する０本発明のエ
ツチング方法は、基体をエツチングして厚みの小さい壁
状ないしは柱状の部分を形成することに好適に利用でき
、例えば、電子材料の分野では量子井戸細線素子の如き
微細素子の形成や、または半導体基板に上記のような形
状の微細な部分を形成すること等に利用でき、あるいは
機械の分野では上記のような形状の微小な機械要素を形
成すること等に利用することができる。

〔発明の概要〕

本出願の各発明は、マスク形成用層の垂直な側壁にマス
クとなる層を形成し、マスクとなる層の少なくとも一部
を残してこれをマスクにして基体をエツチングするに際
し、該マスクが極めて微細な場合でもこれが倒れたり除
去される等の問題が生じないようにしたものであって、
本出願の請求項１の発明は、サイドウオールを形成して
これとマスク形成用層との間にマスクとなる層を挟みこ
むようにすることにより、また本出願の請求項２の発明
は、基体上の耐エツチング膜よりエツチングレートの小
さい材料により保護膜を形成してこの保護膜の少なくと
も一部をマスクとして基体のエツチングを行うことによ
り、上記問題を解決したものである。

〔従来の技術〕

従来より、半導体装置の製造の分野その他の微細加工分
野において、様々な技術が行われている（例えば、特開
昭５９−１１０１６８号公報）、このような技術の中で
、マスク形成用層の側面にマスクとなる層を形成してこ
のマスクを用いてエツチングを行うことにより、基体を
微細加工できることが知られている。

例えば、半導体の加工技術の分野において、ポリシリコ
ン層を酸化した時にできる側面の酸化膜をマスクとして
利用すれば、１００Å以下の微細加工が可能である。こ
のような従来技術を、第３図を用いて説明すると、次の
とおりである。

従来技術にあっては、第３図（ａ、）に示すようにシリ
コン基板等の基体１上の耐エツチング膜（ＳｔＯ，膜等
）２上に側壁３１を有するように形成したポリシリコン
層３を熱酸化等の手段でグ酸化し、Ｓｉ０ｇ膜であるマ
スクとなる酸化膜８を形成する。

次にＲＩＢ等の異方性はエツチングにより、ポリエチレ
ン層３の上面においてのみ酸化膜８を除去し、ポリシリ
コン層３の側壁部にマスク８１を残す、これにより第３
図（ｂ）の構造にする０次にＲＩＢ等の手段でポリシリ
コン層３を除去し、第３図（Ｃ）に示すようにマスク８
１を残す、これにより、当初形成した酸化膜８（第１図
（ａ）と同じ厚みの幅（基体に平行な方向、即ち図の左
右方向の幅））の微細なマスクが形成できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の技術にあっては、形成されたＳｉｎｇによる
マスク８１は幅が狭いため、エツチング中に削られて、
倒れてしまう可能性がある。特にポリシリコン層３をＲ
１！Ｅ等でエツチングしている間、第３図（ｂ）に符号
８１ａで示す図における右側はポリエチレン層３に接し
ているので、マスク８１は図の右側に倒れる心配はない
、これに対し図における左側の面（第１図（ｂ）に８１
ｂで示す）はむき出しであり、左側に倒れたり、左側か
らエツチングされてしまう可能性がある。

また耐エツチング層２は、酸化膜８の上面をエツチング
する際、及びポリシリコン層３をエツチングする際に基
体ｌをこれらエツチングから保護するために必須のもの
であるが、基体１をマスク８１を用いてエツチングする
に先立ち除去しなければならない。このとき図示従来例
の如く耐エツチング膜２をＳｉＯ□から形成し、またマ
スク８１もＳｉｎｇから形成すると、上記耐エツチング
１１２を除去するエツチング時にＳ亥マスク８１もエツ
チングされてしまう、即ち、第１図（ｄ）に略示する如
く、図の符号８２の部分がエツチングされる。

上記の如く、マスク形成用の層の側壁部を利用してマス
クを形成する技術は、幅の小さな微細マスクを形成でき
るので、微細な加工に際して有効であるが、上述したよ
うにマスクが倒れたり、マスクがエツチングされて極端
な場合消失してしまうことがある。

本発明はこのような問題点を解決して、マスク形成用層
の側壁部にマスクを形威してこれによりエツチング加工
を行う場合も、マスクが倒れたり、エツチングされるこ
とを防いで、確実に所望のエツチングを達威し得るエツ
チング方法を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本出願の請求項１の発明は、 基体上に耐エツチング膜を形成する工程と、該耐エツチ
ング膜上に垂直な側壁（ここで垂直とは、基体表面に対
して必ずしも厳密に直角である必要はなく、側壁に形威
される部分がマスクとなり得る程度に垂直に近い場合も
含む、請求項２の発明においても同じ）を有するマスク
形成用層を選択的に形成する工程と、 該マスク形成用層の表面にマスクとなる層を所望厚さで
形成する工程と、 サイドウオール形成用層を全面に形成する工程と、 サイドウオール形成用層をエッチバックして、マスク形
成用層の側壁部にのみ残し核層を残すことによりサイド
ウオールを形成する工程と、マスクとなる層のうちマス
ク形成用層の上面に位置する部分を除去してマスクとな
る層のうちマスク形成用層の側壁部分に位置する部分の
みを残す工程と、 マスク形成用層とサイドウオールとを除去する工程と、 基体上の耐エツチング膜を除去する工程と、マスクとな
る層のうち上記残された部分をマスクとして基体の異方
性エツチングを行う工程とを有することを特徴とするも
のである。

本出願の請求項２の発明は、 基体上に耐エツチング膜を形成する工程と、該耐エツチ
ング膜上に垂直な側壁をもつマスク形成用層を選択的に
形成する工程と、 該マスク形成用層の表面に前記耐エツチング膜よりエツ
チングレートの小さな保護膜を所望厚さで形成する工程
と、 保護膜のうちマスク形成用層の上面に位置する部分を除
去してマスク形成用層の側壁部に位置する部分のみを残
す工程と、 マスク形成用層を除去する工程と、 保護膜のうち上記残された部分をマスクとして耐エツチ
ング膜及び基体の異方性エツチングを行う工程と を有することを特徴とするものである。

〔作　用〕

本出願の請求項１の発明は、垂直な側壁を有するマスク
形成用層の表面に所望厚さで形成されたマスクになる層
の上に、更に全面に層を形威してエッチバックしてマス
ク形成用層の側壁部にのみサイドウオールを形威し、そ
の状態でマスクとなる層のうちのマスク形成用層の上面
をエツチングし、さらにマスク形成用層とサイドウオー
ルとを除去するので、マスク形成用層の側壁部に位置す
るマスクとなる層は、サイドウオールとマスク形成用層
との間に挟まれた状態で上記各エツチングが進められる
ことになる。従って、エツチング中にマスクが倒れたり
、エツチングされてしまうことが確実に防止される。該
サイドウオールとマスク形成用層との間にマスクとなる
層が存在して、挟持される形になるからである。

本発明の請求項２の発明は、垂直な側壁を有するマスク
形成用層の表面に耐エツチング層よ／Ｊエツチングレー
トの小さな材料により所望厚さで保護膜を形成し、この
保護膜のうちのマスク形成用層の側壁部に位置する部分
をマスクとするので、耐エツチング層をエツチング除去
するときも、エツチングレートが異なる結果、このエツ
チングにより除去されることが確実に防止される。

〔実施例〕

以下実施例について、図面を参照して説明する。

当然のことではあるが、本出願の各発明は以下に説明す
る実施例によって限定されるものではない。

実施例−１ この実施例は、本出願の請求項１の発明を具体化したも
のであり、該発明を半導体装置の微細加工技術に適用し
たものである。

第１図（ａ）〜（ｉ）を参照する。

本実施例における被処理基体１は、シリコン基板である
。

本実施例においては、まず基体１であるシリコン基板上
に酸化膜（Ｓｉ０ｇ膜）を形成し、これを耐エツチング
膜２とする。この工程後の構造を第１図（ａ）に示す、
酸化膜は熱酸化や、あるいはＣＤＶなどで形成できる。

耐エツチング膜は酸化膜に限らず、窒化膜であるシリコ
ンナイトライド（ＳｉＮ　）　ＩＩ　（ＣＤＶや窒素雰
囲気下での加熱により形成できる）でもよく、あるいは
その他エツチングに対する保護膜となり得るものであれ
ば任意である。

次に、耐エツチング膜２（ここでは酸化膜）上に、垂直
な側壁を有する第１のポリシリコン層を選択的に形成し
て、該ポリシリコン層をマスク形成用層３とする。具体
的には、耐エツチングマスク１上にポリシリコン層を形
成して第１図（ｂ）の構造にし、これをホトレジスト（
図中ＰＲで示す）４を用いてバターニングすることによ
り第１図（Ｃ）の構造にして、これにより側壁（第１図
（ｃ）に符号３１で示す）を有するマスク形成用層３を
選択的に得るのである０本実施例において、マスク形成
用層３を構成するポリシリコンには、必要に応じて不純
物をドーピングする。これによりエツチング速度を制御
できる。

次に上記側壁３１を有するマスク形成用層３の表面に、
マスクとなる層５を形成するが、本例ではマスク形成用
層３がポリシリコンから成るのでこれを表面酸化して所
望厚さの５１０８Ｍを形成し、マスクとなる層５とした
６表面酸化は、例えば熱酸化にまり達成できる０表面酸
化のほか、マスク形成用層３の全表面に膜形成される条
件でＣＶＯ等を行い、基体ｌをエツチングするに際して
のマスクとなるべき材料により層を形成するのでもよい
。

マスクとなる層は、第１図（ｄ）に示すように、マスク
形成用層３の上面及び側壁をおおって形成される。

次に、サイドウオール形成用層６を全面に形成する０本
例では第２のポリシリコン層を全面に形成して、第１図
（ｅ）の如きサイドウオール形成用層６を得る。サイド
ウオール形成用層６は、エッチバックによりサイドウオ
ールが形成されるに適した厚みで形成する。このポリシ
リコン層にも、必要に応じてドーピングを行う、これに
よりエツチング速度を制御でき、特に本例でポリシリコ
ンから威るマスク形成用層３とのエツチング速度を合わ
せるようにすることができる。

次いでサイドウオール形成用層６である第２のポリシリ
コン層をエッチバックしてマスク形成用層３の側壁部に
のみこの第２のポリシリコン層を残す、これによって、
ポリシリコンから成るサイドウオール６１がマスク形成
用層３の側壁部に形成された第１図（ｆ）の構造が得ら
れる。

次に、マスク形成用層３の表面に形成されたマスクとな
る層５（ここではＳｉ０ｇ膜）のうち、マスク形成用層
３の上面のＳｉ０ｇ膜を除去して、核層５のうちマスク
形成用層３の側壁部に位置する部分のみを残す、このと
き、マスク形成用層３であるポリシリコン層の上面は露
出することになる。側壁部に存在するマスクとなる層も
、若干エツチングされる。これにより、第１図（ｇ）の
構造となる。第１図（ｇ）において、マスク形成用層３
上の５ｉｏｔ膜がエツチングされたことに伴い、基体１
上の耐エツチング膜も本例ではＳｉｎ、膜であるので、
これもマスク形成用層３上のＳｉ０ｇ膜厚とほぼ著しく
エツチングされ、やや薄くなる。但しマスク形成用層３
がポリシリコンであり、この上のＳｔｏｗ膜がポリシリ
コンの熱酸化膜である場合、これはシリコン基板である
基体１上のＳｉｎｇとは一般的にエツチングレートが異
なるので、耐エツチング膜２がエツチングされる度合い
は小さくできる。

次に、第１のポリシリコン層から成るマスク形成用層３
及び第２のポリシリコン層から成るサイドウオール６１
を除去する。ここでは両者を同時にエツチング除去して
よい０本例は両者３，６１がともにポリシリコンから成
るので同時除去が便利である。このとき、マスクとなる
層５のうち、残された膜５１（これが基体１のエツチン
グ時のマスクとなる）は、サイドウオール６１とマスク
形成用層３との間に挟まれているので、倒れたり、ある
いは側方からエツチングされたりすることが防止される
。この工程後の構造は、第１図（ｈ）に示すとおりであ
る。サイドウオール６１とマスク形成用層３とは、両者
の材料が異なる場合など、別々にエツチングしてもよい
、この場合のエツチングの順序はいずれが先でもよいが
、残された膜５１の倒れ等の防止のためには、両者を同
時に除去するのが好ましい。

次に、基体ｌである基板上の耐エツチング膜２（本例で
は酸化膜）を除去する工程と、垂直な５ｉＯｔ膜である
上記層された膜５１をマスクとして、基体１の異方性エ
ツチングを行う、耐エツチング膜２の除去と基体１の異
方性エツチングとは、連続的に行っても、２ステツプで
行ってもよい（’！　ｔ　ｔｌ　（ｉ−ン）。

本実施例は上記の各工程を経るが、本実施例では特に、
次のように具体的に実施した。

即ち、基体である基板１に耐エツチング膜２（第１図（
ａ））を形成するのは、シリコン基板Ｅ酸化し、例えば
５００人の厚さで酸化膜を形成し、これを耐エツチング
膜２とした。

また、マスク形成用層３を設けるには、ポリシリコンを
、例えば３０００人の厚さでＣＶＤすることによった（
第１図（ｂ））。

上記マスク形成用層３である第１のポリシリコン層をパ
ターニングするには、フォトレジスト４をマスクにして
、ポリシリコンをＲＩＨすることによった（第１図（ｃ
））。

更にマスクとなる層５の形成は、該レジストを除去し、
ポリシリコンを酸化することにより形成した（第１図（
ｄ））。

サイドウオール形成用層６は、ポリシリコンを例えば３
０００人厚でＣＶＤ　Ｌ、て形成した（第１図（ｅ））
。

サイドウオール６１の形成は、ＲＩＥにより上記層６を
全面エツチングすることによった（第１図（ｆ　））。

マスク形成用層３の上面のマスクとなる層５（ＳｉＯ□
膜）はＲＩＥによりエツチングした。このときマスク形
成用層３の上の５ｉ０１、及びサイドウオール６１とマ
スク形成用層３とに挟まれた部分のＳｉＯ！の上部若干
がエツチングされた。

サイドウオール６１及びマスク形成用層３であるポリシ
リコンはＲＩＢによりエツチングした。これにより、５
ｉｏｔのマスク５１が形成された（第１図（ｈ））。

次いで、まず、ＳｉｎｇのＲＩＩＥにより、基体ｌ上の
耐エツチングマスク２であるＳｉＯ□を除去し、残った
ＳｉＯ２のマスク５１により、基体１であるシリコン基
板をＲＩＢ加工し、所望の加工形状１１を得た。

このようにして実際に得られた加工形状１１を第１図（
ｊ）に示す０本実施例では、その幅ｌが約４８０人の、
微細で、しかも図の如く極めて良好なエツチング形状の
加工形状１１が得られた。

マスク５１の幅は、第１図（ｄ）に示すマスクとなる層
５の形成時に決まり、本実施例ではポリシリコンから戒
るマスク形成用層３の酸化によりこの層５を得るので、
該酸化の手段及び度合いによって定まる。即ち、酸化法
（ｄｒｙ　（ｈを用いるか、水蒸気を含む０□を用いる
か、等）、酸化温度、酸化時間、それに第１図（ｂ）の
マスク形成用層３を構成するポリシリコンに必要に応じ
て行うドーピング濃度等のパラメータによって定まるの
で、所望の厚さを得られるように設定する。これにより
、マスク５１の幅は高い精度で再現性良く制御できる。

なお、本実施例において、各工程で用いるポリシリコン
のＲＩＢには、異方性が高く、対Ｓｉｎｇの選択比の高
い装置を用いるのが好ましい。

実施例−２ この実施例は、本出願の請求項２の発明を具体化したも
のであり、実施例−１と同様、半導体装置の微細加工技
術に当該発明を適用したものである。

本実施例においても、基体ｌはシリコン基板、耐エツチ
ングマスク２はＳｉＯ□膜、マスク形成用層３はポリシ
リコンとして具体化した。

本実施例の工程は第２図（Ａ）〜（Ｇ）に示すが、第２
図（Ａ）〜（Ｃ）までは実施例−１と同様である。即ち
、基体１である基板上に耐エツチング膜２として酸化膜
（Ｓｉｆｔ膜）を形成する（第２図（Ａ）　）　。

次に、耐エツチング膜２上に、第１のポリシリコン層を
選択的に形成して、該ポリシリコン層をマスク形成用層
３とする（第２図（Ｂ）（Ｃ））−上記の工程は実施例
−１におけると同様にすることができるので、詳しい説
明は省略する。

第２図（Ｃ）のフォトレジストパターニング工程で、側
壁３１を有するマスク形成用層３が設けられるが、その
後、ポリシリコン層であるマスク形成用層３の表面、即
ち上面及び側壁に、耐エツチング膜２（第２図（Ａ））
よりエツチングレートの小さな保護膜７を形成する。本
例では、ＬＰ−ＳｉＮ即ち低圧ＣｖＤで形成したシリコ
ンナイトライドにより、この保護膜７を形成した。ＬＰ
−３ｉＮはＳｉｎ、に対して選択比がとれるので、後の
工程の耐エツチング膜（ＳｉＯ２膜）２をエツチングす
る時も、このＬＰ−３ｉＮから成るマスク７１のエツチ
ング量を小さくできるのである。

即ち、第２図（Ｄ）に示す如くマスク形成用層３の表面
に保護膜７を形成した後、ポリシリコンから威る該マス
ク形成用層３の上面の保護膜７を除去し、マスク形成用
層３の側壁のみに、保護膜７を残す、この状態を第２図
（Ｅ）に示す、保護膜の残された部分は符号７１で示す
。

次いで、マスク形成用層３をエツチングし除去する。こ
れにより第２図（Ｆ）の構造が得られる。

次に、上記残された保護膜７１をマスクにして、耐エツ
チングｙ４２及び基体ｌのエツチングを行う。

ここで、保護膜と耐エツチングマスクとはエツチングレ
ートが異なるものであり、本実施例では残された保護膜
であるマスク７１はＬＰ−ＳｉＮから戒り、耐エツチン
グ膜２はＳｉＯ□から成るので、耐エツチング膜２のエ
ツチング除去においても、これよりエツチングレートの
小さいマスク７１のエツチング量は小さくできる。

この耐エツチング膜２のエツチングと、残された側壁部
分の保護膜７１をマスクとする基体１のエツチング加工
は、連続的に行うことができる。

エツチングガスとしては、例えばＣＦ４　と０□の混合
ガスを用いればよい。

本実施例によっても、第１図（ｊ）に示された如き良好
なエツチング形状が得られる。

上記例では保護膜７としてＬＰ−５ｉＮを用いたが、そ
の他エツチングレートが耐エツチング膜２より小さいも
のであれば用いることができる。例えばＳｉＯ□の耐エ
ツチング膜２に対し、金属（Ａ１、Ｔｉ等）を用いると
、耐エツチング膜２の剥離時に、例えばＲＩＥの、金属
／耐エツチング膜の高選択比がとれる。

上記の如く本実施例では、マスクとなる物質とエツチン
グ対象である基体を保護する耐エツチング膜の材料とを
異ならせ、耐エツチング膜を除去するＲＩＢ等によって
もマスクがエツチングされないように、またはされづら
くなるようにしたので、従来の如きマスクがエツチング
により消失したり、マスクとしての機能を失ってしまう
ようなことが防止できる。

実施例−３ 本実施例では、上記実施例−１と実施例−２とを組み合
わせた技術を実施した。即ち、工程は第１図に記したも
のと同じであり、耐エツチング膜２としてＳ＋０□を用
いるが、マスクとなる層５の材料として耐エツチング膜
２とエツチングレートの異なるものであるＬＰ−３ｉＮ
　（金属を用いてもよい）を使用した。これにより、サ
イドウオール６１によりマスク５１が保護されるという
効果と、エツチングレートが異なることによる耐エツチ
ング膜２の除去の際もマスク５１がエツチングされない
という効果とが、ともに発揮される。

この実施例によっても、実施例−１，２と同様、第１図
（ｊ）の如き良好なエツチング形状が得られる。

なお上記実施例−１〜３は、半導体装置の微細加工に本
出願の各発明を適用したが、これに限られず、量子井戸
細線素子の形成や、シリコンマイクロ機械（シリコンモ
ータなどのシリコンアクチュエータ、これらについては
ＮＩＫＫＨＩ　Ｉ！ＬｔＩＣＴＲＯＮＩＣ３１９８９年
８月２１日号（日経マグロウセル社）参照）の製作に利
用することができる。

（発明の効果） 上述の如く、本発明のエツチング方法は、マスク形成用
層の側壁部にマスクを形成してこれによりエツチング加
工を行う場合も、マスクが倒れたり、エツチングされる
ことを防いで、確実に所望のエツチングを達威し得ると
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｊ）は本発明の実施例−１を示し、同
図の（ａ）〜（ｉ）は工程順に被加工物を断面で示した
ものであり、同図（ｊ）は、エツチング後の形状を示す
斜視図である。第２図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の実施
例−２を工程順で示したものである。第３図（ａ）〜（
ｄ）は、従来技術を示す図である。 １・・・基体（基板）、２・・・耐エツチング膜、３・
・・マスク形成用層、４・・・フォトレジスト、５・・
・マスクとなる層、５１・・・残された膜（マスク）、
６・・サイドウオール形成用層、６１・・・サイドウオ
ール、７・・・保護膜、７１・・・残された保護膜（マ
スク）。 実力士＝４ダリー 寥 ・１１）エッチツタ”方λテ ９　ｌ　図 ５１彦Ｊ東だＭ（？スゲ） （ ｖ’；ａｙリ−１のエツチング”方λ夫８２・１、 従来攻術 第３図 ２、発明の名称 基体のエツチング方法 ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体上に耐エッチング膜を形成する工程と、該耐エ
   ッチング膜上に垂直な側壁を有するマスク形成用層を選
   択的に形成する工程と、 該マスク形成用層の表面にマスクとなる層を所望厚さで
   形成する工程と、 サイドウォール形成用層を全面に形成する工程と、 サイドウォール形成用層をエッチバックして、マスク形
   成用層の側壁部にのみ該層を残すことによりサイドウォ
   ールを形成する工程と、 マスクとなる層のうちマスク形成用層の上面に位置する
   部分を除去してマスクとなる層のうちマスク形成用層の
   側壁部分に位置する部分のみを残す工程と、 マスク形成用層とサイドウォールとを除去する工程と、 基体上の耐エッチング膜を除去する工程と、マスクとな
   る層のうち上記残された部分をマスクとして基体の異方
   性エッチングを行う工程とを有することを特徴とする基
   体のエッチング方法。 ２、基体上に耐エッチング膜を形成する工程と、該耐エ
   ッチング膜上に垂直な側壁をもつマスク形成用層を選択
   的に形成する工程と、 該マスク形成用層の表面に前記耐エッチング膜よりエッ
   チングレートの小さな保護膜を所望厚さで形成する工程
   と、 保護膜のうちマスク形成用層の上面に位置する部分を除
   去してマスク形成用層の側壁部に位置する部分のみを残
   す工程と、 マスク形成用層を除去する工程と、 保護膜のうち上記残された部分をマスクとして耐エッチ
   ング膜及び基体の異方性エッチングを行う工程と を有することを特徴とする基体のエッチング方法。