JPH0426116A - 基板の酸化物のエッチング方法及び基板のクリーニング方法 - Google Patents

基板の酸化物のエッチング方法及び基板のクリーニング方法

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JPH0426116A
JPH0426116A JP13037890A JP13037890A JPH0426116A JP H0426116 A JPH0426116 A JP H0426116A JP 13037890 A JP13037890 A JP 13037890A JP 13037890 A JP13037890 A JP 13037890A JP H0426116 A JPH0426116 A JP H0426116A
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正隆 村原
Masaru Yonekawa
米川 勝
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白川 光一
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、基板に形成された酸化絶縁膜にサブミクロン
以下の微細加エバターンをエツチングするのに好適な方
法及び基板をクリーニングするのに好適な方法に関する
[従来技術及びその問題点コ 超LSI製造プロセスでは、5in2やAt20、など
の絶縁膜を微細加工することにより、プロセスのスルー
ブツトを向上するようにしている。
従来の加工技術では、5in2などの酸化絶縁膜に対し
、フッ酸(HF)によるウェットエツチング、CF4+
H2によるプラズマエツチング、NF3ガスにF2を混
入させてIFの働きでSiを引抜く方法、CCρ2 F
2  CCf’ 3 FSCBr2 F2 、CBrF
3などのフロンガスをマイクロ波又は光によって分解し
、それによって生成したCF2やCF3ラジカルによっ
てエツチングする方法などがある。
しかし、フッ酸(HF)によるウェットエツチングでは
、エツチング液の表面張力により細部まで液が浸透しに
くい。このため、この方法では、ICの集積度を向上し
たサブミクロン以下の微細回路パターンをエツチングす
ることが難しい問題がある。
また、プラズマエツチングでは、半導体基板表面を加速
電子で叩くため、基板にダメージが発生し、欠陥発生の
確率が大きくなる問題がある。
CF2やCF、ラジカルによってエツチングする方法は
、上述のように、CCρ2F2CC1)* F、CBr
z F2、CBrFiなどのフロンガスを原料として使
用するため、環境破壊の問題がある。
NF3ガスの熱分解によるエツチングでは、NF、ガス
をCO□レーザーやヒーター等で1000℃以上に加熱
し、F2とN2に分解させるが、高温のため半導体基板
に悪影響を与える。
マイクロ波によってNF3を分解して、これによりエツ
チングする方法は、マイクロ波励起によってNF、をF
2とN2に分解し、また、混入させた水素により、HF
を形成させる。この方法では、微量の酸素が混入しても
、反応が進行して、中間生成物のNFOから最終生成物
のN 02が容品に形成されてしまう。この結果良好な
エツチングがおこないがたい。
また、真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング蒸着
、イオンビーム蒸芒などの手段により、基板に金属薄膜
や誘電体薄膜を付ける場合、基板表面に吸着している酸
素分子が問題になる。
[発明が解決しようとする技術的課題]本発明は上記事
情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、
水素を添加することなく高速で5in2などの酸化絶縁
膜をエツチングし、しかも基板への悪影響のない酸化物
のエツチング方法を提供するものである。
また本発明は、基板表面に吸着している酸素分子を良好
に除去して、基板表面を効果的にクリーニングできる方
法を提供するものである。
[課題を解決する手段] すなわち本発明の酸化物のエツチング方法は、微量の酸
素又は酸素化合物を混入したNF、ガス雰囲気中に、酸
化絶縁膜を形成した基板を配置し、上記ガス雰囲気中に
、ArFレーザーなどの発信波長200nm以下のレー
ザーを照射してNFOを形成し、形成されたNFOの酸
素引抜力を用いて基板の酸化絶縁膜を高速でエツチング
することを特徴とする。
また本発明は、NF、ガス雰囲気中に基板を配置し、A
rFレーザー光を照射して、基板に吸着している酸素を
脱離させて、基板をクリーニングする方法である。
以下、本発明の詳細な説明する。まず表面にSiO□、
Al2O5、TiO2などの酸化絶縁膜を形成した基板
(シリコンウニl〜等)を用意する。そしてこの基板を
微量の酸素(0□)又は酸素化合物を混入したNF、ガ
ス雰囲気中に配置する。ガス雰囲気に混入する酸素化合
物としては、No、N、01NO2が挙げられる。この
状態で、ArFエキシマレーザ−など発信波長200n
m以下のレーザーを照射する。NF3ガスは、第1図の
符号aに示すように、200nm以下の光に吸収を呈す
る。また、No、N20,02等も、同様に、200n
m以下の光を吸収して分解する。
一般にN F 3は、熱、マイクロ波、又は光によって
分解し、N2とF2とに遊離するが、N01N20.N
O2,02等の存在下で、ArFレザー光を入射すると
、第1図の符号すに示すように、反応中間体であるNF
Oが形成される。ArFエキシマレーザ−は、光子エネ
ルギーがガス分子を構成する結合エネルギーに近く(発
信波長193nm)、またレーザーのパルス幅が10ナ
ノ秒と極く短い。このため、光反応が連鎖的に起こるこ
とがなく、反応中間物(N F O)を生成されるのに
都合がよい。このNFOは、酸素を引抜く力が大きく、
酸化絶縁膜上の酸素を引抜いて、高速で酸化絶縁膜をエ
ツチングする。
酸素、酸素化合物を微量とする理由は、酸素又は酸素化
合物の量が多すぎると、形成されたNFOが酸素又は酸
素化合物と結合して、NO2を形成してしまい(第1図
の符号C参照)、この結果、5j02から酸素を引抜く
ことができなくなるためである。従って、本発明の目的
を達成するために、酸素又は酸素化合物の混入量は、通
常0.1%以内が好ましく、特に0.001〜0.05
%程度が好適である。
なお、中間生成物のNFOを酸化絶縁膜にさらすと、N
O2が生成され、NFOが消滅し、ガスの色が褐色にな
っていく。しかし、再度ArFレーザー光を照射すると
、NO2が減少し、褐色も消える。そしてNFOが再び
作られる。すなわち、ガス雰囲気の初期に微量な酸素、
酸素化合物と多量のNF、が存在していれば、初期のレ
ーザー照射によってNFOを作り、これによってSfO
をエツチングしNO2が形成される。レーザー光の照射
を停止すれば、NFOの形成が止るため、存在するNF
Oによってのみ5i02のエツチングが進み、次第にN
FOがなくなり、S I O2のエツチングが止るが、
再度この系にArFレーザー光を照射すれば、形成され
ているNO□を分解し、NF3と反応して、NFOを作
る。この結果、再び5in2のエツチングが出来る(第
2図参照)従来NF、を使ってS】02をエツチングす
るには、水素は不可欠であるといわれていたが、本発明
によれば、水素を用いないでも5i02がエツチングさ
れる。
[実施例] 以下本発明の実験例および実施例を説明する。
実験例1 (1)02ガスを0.1容量%混入させたNF3ガスを
チャンバー内に入れてArFレーザー光を入射させた場
合、(2)N20ガスを0.1容量%混入させたNF、
ガスをチャンバー内に入れてArFレーザー光を入射さ
せた場合、又は(3)Noガスを0.1容量%混入させ
たNF、ガスガスをチャンバー内に入れてArFレーザ
ー光を入射させた場合について、それぞれ紫外線吸収特
性を測定した。
その結果を第3図(a)、(b)、(c)にそれぞれ示
す。
実験例2 CI) 〜(3)について(A r Fレーザーを10
PPSで照射しつづけた場合)、それぞれ、5i02を
入れた時と入れない時とで、NO□発生量を比較した。
NO2の発生量の比較結果を第4図に、エッチレートを
第5図に示す。ここでは、効果的にSiO2をエツチン
グするために、アルゴン、ヘリウム、又は高純度のN2
ガスでチャン/(−内を大気圧に保ち、外部から大気中
の空気が入り込まないようにしておく。
実施例l 5i02表面に弗素系レジストを塗布し、露光後、ウェ
ット現像し、これを(1)、 (2) 、 (3)のガ
ス雰囲気中でΔrFレーザー光を試料に対して水平方向
から入射し、露光された5iOz面のみをエツチングし
た。
実施例2 第6図のブロック図に示す工程に基づき、第7図の装置
を用いて、リソグラフィーのオールドライ化し、(1,
) 、 (2) 、 (3)のガス雰囲気中でArFレ
ーザー光を試料に対して水平方向から入射し、露光され
た5i02面のみをエツチングした。すなわち、熱酸化
シリコンウニ/へ−表面にPMMAレジストをスピンコ
ーティングし、これをNF3ガスの満たされたセルの中
に入れ、ArFレーザーによって回路パターンを縮小投
影する。これによってレジストの露光部分のみ低分子量
化する。それと同時に、その界面近傍のNF、が光分解
されドライ現象をおこなわせる。さらに、このレーザー
露光を続けるか、または水平方向からのレーザー光を入
射すると、NFOが形成され、下地の5in2と光によ
って活性化されたNFOとが反応して脱酸素反応がおき
、熱酸化5in2のエツチングが完了する。以上のよう
に、露光工程のみでレジストの現像及び基板のエツチン
グも完了するためプロセス時間が大いに短縮される。こ
の方法でエツチングされた酸化絶縁膜のエツチング状況
を第8図の走査型顕微鏡写真に示す。
なお、SiO2のエツチングに関しては、NFOの形成
後、ArFレーザーの照射を止めても、NFOによるO
の引抜反応があるため、エツチングは進行する。
実施例3 上記第7図に示した装置を用いて、NF、ガス中でsi
裏表面レジストレスエツチングを行ない、その後St裏
表面下面のSiO2面が露出すると、微量の酸素又は酸
素化合物を混入させ、ArFレーザー光を照射し、NF
Oを作り、これにより下面のSiO□をエツチングした
。このSiのみのエッチレートを第5図に示す。
実施例4 Si基板上の自然酸化絶縁膜のクリーニング:Si基板
のCVDを行なう前に、基板に対して(1)、(2)、
(3)のガス雰囲気中でArFレーザー光を照射した。
この結果、NFOにより基板をクリーニングがなされ、
基板上の自然酸化絶縁膜のクリニングがなされ、以下の
エツチング工程後において、得られたStのパターンC
VDのコントラストが向上した。
実施例5 また、本発明のクリーニング方法は、蒸着される基板を
チャンバー内に配置し、このチャンバー内にNF、ガス
を入れ、このガス雰囲気中で基板に直接ArFレーザー
光を照射すると、脱酸素作用が起こり、基板がクリーニ
ングされる。そしてこの処理を行った後、蒸着を行うと
、膜の付着力が強くなり、従来法では85〜90%内外
のAg蒸着膜の反射率であったのが、この処理を施すこ
とにより98%に向上した。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、NFOの強力な
酸素引抜力を利用することにより、基板に損傷を与える
ことなく、酸化絶縁膜にサブミクロン以下の微細加エバ
ターンを高速でエツチングするすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、紫外線i’jFJ定及び可視光線−P1定を
して、本発明のエツチングガス雰囲気中に形成された中
間生成物の分析結果を示す図である。 第2図は、紫外線n1定及び可視光線測定をして、Ar
Fレーザーの照射により、NO2が光分解され、NOと
NFOが形成され、更に照射によりNFOのみとなるこ
とを示す図である。 第3図(a)〜(c)は、本発明の各エツチングガスの
紫外線吸収特性を示す図である。 第4図は、SiO2を入れた時と5i02を入れない時
とのNO2発生量の比較結果を示す図である。 第5図は、Stと5in2のエッチレートを示す図であ
る。 第6図は、本発明方法の一例(リソグラフィーのオール
ドライ化)を示すブロック図である。 第7図は、第6図の本発明方法をおこなう装置の概略説
明図である。 第8図は、本発明方法でエツチングされた絶縁酸化膜の
粒子の構造を示す走査型顕微鏡写真である。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 透通T (’/、 ) 違遇千 造、置キ (’10 ) レーサ゛−エネル久“−音度(mJ/(m2)第 図 第8図 手続補正書 平成2キ゛ 6足A 日

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)微量の酸素又は酸素化合物を混入したNF_3ガ
    ス雰囲気中に、酸化絶縁膜を形成した基板を配置する工
    程と、 上記ガス雰囲気中に、発信波長200nm以下のレーザ
    ーを照射してNFOを形成し、このNFOにより基板の
    酸化絶縁膜をエッチングする工程とを具備した基板の酸
    化物のエッチング方法。
  2. (2)NF_3ガス雰囲気中に基板を配置し、基板にA
    rFレーザー光を照射して、基板に吸着している酸素を
    脱離させ、基板をクリーニングする方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002025713A1 (en) * 2000-09-25 2002-03-28 Research Institute Of Innovative Technology For The Earth Gas compositions for cleaning the interiors of reactors as well as for etching films of silicon-containing compounds
JP2003144905A (ja) * 2001-11-16 2003-05-20 Central Glass Co Ltd ガスクリーニング方法

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