JPH0621023A - 薄膜デバイスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光改質層の形成をより迅速化することで、先
に示した工程の大幅簡素化および歩留りの向上だけでな
く、作業の時間短縮効果を得ることができるようにした
薄膜デバイスの製造法を提供する。 【構成】 被加工膜（３）表面の表面積を実質的に増大
させるように上記被加工膜（３）表面を粗す表面処理工
程と、上記被加工膜（３）表面に対して改質ガス雰囲気
中で所要のパタ−ンに光を照射して光改質層（６）を形
成するパタ−ニング工程と、上記光改質層（６）を保護
膜として上記被加工膜（３）をエッチングするエッチン
グ工程とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング処理を用い
て、被加工デバイス上に所要のパタ−ンを形成する薄膜
デバイスの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、薄膜デバイスを製造する時に
は、必ず、被加工デバイスの基板上に所望のパタ−ンを
エッチング処理などによって微細加工する工程が含まれ
る。この微細加工には、近年、半導体記憶素子に代表さ
れるように、素子の大容量化、機能の高性能化の要求か
ら、回路パタ−ンの微細化、回路構造の複雑化に伴っ
て、沢山の処理方法が開発されている。特に最近では、
例えば、レジスト塗布、パタ−ン露光、現像、エッチン
グ、レジスト剥離などの工程を必要とするフォトリソグ
ラフィ−プロセスにおいて、被加工デバイスの基板への
成膜工程およびエッチング工程に、溶液を用いたウエッ
トプロセスから、真空中または減圧ガス中でプラズマあ
るいは励起ガスを用いるドライプロセスへの移行が盛ん
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
レジスト塗布、現像、レジスト剥離工程には溶液を使う
ので、全体のプロセスをドライプロセスとすることがで
きない。そして、上記レジストの使用にともない、剥離
したレジストが塵埃として製品に付着し、歩留りを低下
させる原因になっている。

【０００４】そこで、本出願人は、既に、被加工膜表面
に対して改質ガス雰囲気中で所要のパタ−ンに光を照射
して光改質層を形成し、この光改質層を保護膜として上
記被加工膜をエッチングするドライプロセスを提唱し
た。これにより、薄膜デバイスの製造工程を簡素化し、
また、レジスト剥離などによる塵埃の発生を回避し、製
品の歩留りを向上させることが出来るようになった。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上述のプロセスにおいて、更
に、光改質層の形成をより迅速化することで、先に示し
た工程の大幅簡素化および歩留りの向上だけでなく、作
業の時間短縮効果を得ることができるようにした薄膜デ
バイスの製造法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
被加工膜表面の表面積を実質的に増大させるように上記
被加工膜表面を粗す表面処理工程と、上記被加工膜表面
に対して改質ガス雰囲気中で所要のパタ−ンに光を照射
して光改質層を形成するパタ−ニング工程と、上記光改
質層を保護膜として上記被加工膜をエッチングするエッ
チング工程とで所要のパタ−ンをもった薄膜デバイスを
製造するのである。

【０００７】この場合、上記表面処理工程では、加速電
圧が３ＫＶ以上で加速されたイオンを用いて上記被加工
膜表面を粗すようにしたボンバ−ドメント処理が行われ
てもよいし、また、ウエットエッチング処理が用いられ
ても良い。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の製造法を図示の実施例にもと
ずいて具体的に説明する。図１（ａ）において、符号１
は基板２上に被加工膜３を成膜した被加工デバイスであ
り、この被加工膜３に対しては、図１（ｂ）に示すよう
に、イオン４によるボンバ−ドメント処理あるいはウエ
ットエッチング処理が施され、その被加工膜３の表面の
表面積を実質的に増大させるように、上記被加工膜３の
表面を粗れさせる。なお、表面処理に、イオンボンバ−
ドメント処理を実施する場合には、イオン４の加速電圧
に３ＫＶ以上を用いることが必要である。このようにし
て表面積を増大した被加工デバイス１を、図１（ｃ）に
示すように、次の処理工程で、パタ−ニングする。即
ち、上記表面処理後の被加工膜３’の表面に対して、改
質ガス雰囲気中で所要のパタ−ンに従って、光５を照射
し、その光が照射された被加工膜３’に光改質層６を形
成するのである。この場合、上記被加工膜３’は上述の
ように実質的に表面積が増大されているため、表面に吸
着される改質ガスの量が増え、反応が促進され、より迅
速に光改質層６の形成がなされる。その後、上記光改質
層６を保護膜（エッチングマスク）として、図１（ｄ）
に示すように、ドライエッチング７を施し、所望のパタ
−ンを得るのである。

【０００９】このようなプロセスを実際の場合に当ては
めると、次のようになる。即ち、被加工デバイスとし
て、Ｓｉ基板の上にＣｒ膜を３０００Åの厚さで電子ビ
−ム蒸着法で形成したものを使用し、その表面処理に
は、３ＫＶ以上の加速電圧でＡｒ⁺ のイオンビ−ムを照
射する。これによって、上記被加工デバイス１は、表面
を粗した被加工膜３’となる。次のパタ−ニング工程で
は、上記被加工膜３’に対して、Ｏ₂ 雰囲気中で、所要
のパタ−ンによりＫｒＦのエキシマレ−ザ−を照射し、
その照射領域に、保護膜としての光改質層（ＣｒＯ_X ）
を形成する。そして、その後に、塩素プラズマ流によ
り、上記光改質層をマスクとしてドライエッチングを行
うのである。

【００１０】この発明の製造法を実施するに際して使用
される装置は、図２に示すように、表面処理室１２ａ，
光改質処理室１２ｂおよびエッチング処理室１２ｃを具
備しており、各室の雰囲気は独立して制御される。そし
て、これら処理室１２ａ〜１２ｃは、互いにゲ−トバル
ブ１０ａ〜１０ｃを介して連通されている。このため、
最初の表面処理室１２ａに導入されてから後、エッチン
グ終了までの間、上記被加工デバイスは大気に曝される
ことなく、処理されるので、塵埃による汚染がなく、素
子の性能劣化が避けられ、歩留りが良くなる。

【００１１】上記各処理室には上記被加工デバイスを保
持する保持台９ａ〜９ｃが装備してあり、その上方に位
置して、表面処理室１２ａ内にはボンバ−ドメント処理
のための対向電極２７が、上記光改質室１２ｂには透光
窓２３が、更に、上記エッチング処理室１２ｃにはプラ
ズマ発生手段１３が装備されている。

【００１２】上記プラズマ発生手段１３は、マイクロ波
発生装置（図示せず）で発生したマイクロ波を導波管を
用いてマイクロ波透過窓１７ｃに導き、プラズマ室１３
ｃを囲む電磁コイル１４ｃによって、上記プラズマ室に
与えられた発散磁場の磁力線の方向にプラズマを加速
し、プラズマ流を保持台９ｃ上にある被加工デバイスの
被加工膜表面に照射するようになっている。

【００１３】また、上記光改質室１２ｂの透光窓２３に
は、ＫｒＦ光源であるエキシマレ−ザ−１９からの光
が、照明光学系２０、投影光学系２２を介して、上記保
持台９ｂ上にある被加工デバイスの被加工膜表面に照射
されるようになっており、この時のパタ−ニングのため
に、上記両光学系の間に位置して、マスク２１が配設さ
れている。

【００１４】上記各処理室は、それぞれ真空排気される
ようになっており、上記処理室１２ａ、１２ｂおよび上
記プラズマ室１３ｃには、雰囲気ガスを導入するガス導
入口１１ａ、１１ｂおよび１１ｃが設けてある。

【００１５】なお、図中、符号１５ｃおよび１６ｃは、
上記電磁コイル１４ｃを冷却するための冷却通路の冷却
水導入口および導出口である。また、符号２４は絶縁
体、２６は直流電源である。

【００１６】このような構成の装置を使用して、本発明
の薄膜デバイスの製造法を以下に具体的に説明する。先
ず、上記ゲ−トバルブ１０ａを介して上記表面処理室１
２ａに導入された被加工デバイス１は保持台９ａ上に載
せられる。次いで、上記表面処理室１２ａは、１０^-8to
rrになるまで真空排気（減圧）され、その後、ガス導入
口１１ａよりＡｒガスを流量５０sccmで導入し、内部圧
力が0.05torrとなるように、真空排気装置を制御する。
そして、上記保持台９ａに対しては直流電源２６から７
ＫＶの直流電圧が印加され、対向電極２７との間でグロ
−放電をさせる。この電圧によってＡｒイオンが加速さ
れ、Ｃｒ膜表面に衝突し、表面が粗される。この時のイ
オン電流密度は１．２A/cm² であり、処理時間は２分で
ある。このようにして得られたＣｒ膜表面をＳＴＭ（走
査型トンネル顕微鏡）で観察したところ、山谷の差が１
０〜３０Å程度の凹凸が認められ、表面積は、処理を施
さない場合のほぼ３．５倍になっていることが判明し
た。この処理のあと、上記ガスの供給を止め、内部の圧
力が１０^-8torr以下となるまで真空排気される。

【００１７】次に、表面処理された上記被加工デバイス
１は上記ゲ−トバルブ１０ｂを介して上記光改質室１２
ｂに導入され、保持台９ｂ上に載せられる。ここでも、
内部は１０^-8torr以下に真空排気され、その後、ガス導
入口１１ｂよりＯ₂ ガスを圧力が２００torrになるまで
導入する。そして、エキシマレ−ザ−１９を発振させ、
波長λ＝２４８nmのレ−ザ−光を、マスク２１のパタ−
ンに従って（マスキングの部分がネガパタ−ンとなっ
て）選択的に上記Ｃｒ膜表面に照射する。この場合、透
過窓２３に嵌込まれるガラス板には、上記レ−ザ−光を
吸収しない石英ガラスを使用するのが良い。上記Ｃｒ膜
表面では光が照射された個所だけが、Ｏ₂とＣｒとの光
化学反応を起こし、僅か５分間の露光でＣｒ膜表面から
８０〜１００Åの厚さがＣｒＯ_X に改質される。これ
は、予め、表面処理で、上記被加工膜表面の表面積が増
大されているためである。上記の改質層の形成後、Ｏ₂
ガスを止め、再び、内部圧力を１０^-8torr以下まで真空
排気する。

【００１８】パタ−ニングされた上記被加工デバイス１
は上記ゲ−トバルブ１０ｃを介して上記エッチング処理
室１２ｃに導入され、保持台９ｃ上に載せられる。ここ
でも、内部は１０^-8torr以下に真空排気され、その後、
ガス導入口１１ｃよりＣｌ₂ガスをプラズマ室１３ｃ内
に流量３０sccmで導入し、内部圧力が２００torrとなる
ように真空排気装置を制御する。そして、上記電磁コイ
ル１４ｃに１５４A の電流を流し、上記プラズマ室内に
８７５Gauss の磁場を発生させる。一方、導波管を介し
て２．４５GH_Z 、４００W のマイクロ波を上記プラズマ
室に供給し、塩素プラズマを発生させる。プラズマ中の
Ｃｌ⁺ イオンは被加工デバイス１とプラズマとの間に発
生した浮遊電位（１０〜２０V ）によって、加速され、
ａ−ＳｉＮ膜表面に衝突し、励起されたＣｌまたはＣｌ
₂ と共に上記レ−ザ−光の照射された個所のみをエッチ
ングすることになる。なお、ここでは、ＣｒとＣｒＯ_X
とのエッチング速度の比である選択比（Ｃｒ／ＣｒＯ
_X ）は１００程度であるから、マスク材であるＣｒＯ_X
膜が無くなる前に、エッチングが完了できる。特に、こ
のエッチングでは、圧力が５×１０^-4torrと低いため
に、イオンの平均自由行程が〜８cm程度とイオンシ−ス
（〜０．１mm）に比べて非常に大きく、垂直性の良いイ
オンがａ−ＳｉＮ膜方面に入射されるから、異方性の良
い微細加工が実現できる。

【００１９】次に、図３（ａ）ないし（ｄ）を参照し
て、本発明を使用したアモルファスシリコンフォトセン
サ−の製作例を説明する。ここでは先ず、ガラス基板３
０上に厚さ１０００ÅのＣｒ膜３１を蒸着し、この被加
工デバイスをＡｌ⁺ イオンビ−ムを用いてイオンボンバ
−ドメント処理する。その後、ＫｒＦエキシマレ−ザ−
光をマスクを介して照射し、ＣｒＯ_X で出来た光改質層
を形成する。そして、このＣｒＯ_X 膜をマスクにしてエ
ッチングガス（Ｃｌ₂ ガス）でエッチングを行い、図３
（ｂ）に示すような下部電極３１’を形成する。次に図
３（ｂ）に示すように、ＳｉＨ₄ 、ＮＨ₃ 、Ｈ₂ 混合ガ
スを用いて、厚さ３０００Åのａ−ＳｉＮ膜３２を、続
いてＳｉＨ_4、Ｈ₂ 混合ガスを用いて、厚さ１．５μｍの
ａ−Ｓｉ膜を、その上に、ＳｉＨ₄ 、ＰＨ₃ 、Ｈ₂ 混合
ガスを用いて、厚さ２０００Åのｎ⁺ −ａ−Ｓｉ膜３４
をそれぞれプラズマＣＶＤ法によって作製し、更に、蒸
着法によって６０００ÅのＡｌ膜３５を成膜する。次
に、先の実施例と同様に、Ａｒ⁺ イオンビ−ムを用いて
イオンボンバ−ドメントを行ったあと、ＫｒＦエキシマ
レ−ザ−の光をマスクを通して選択的に照射し、ＡｌＯ
_X で出来た光改質層を形成する。そして、上記ＡｌＯ_X
層をマスクとしてエッチングガス（Ｃｌ₂ ）を用いてｎ
⁺ ａ−Ｓｉ膜３４までエッチングを行い、光入射窓３７
および上部電極３６を形成するのである。

【００２０】このようにして、従来使用してきたレジス
トを用いることなく、大幅に工程を簡略化でき、また、
レジストによる塵埃の発生がなく、歩留りの向上を図る
ことができる。

【００２１】更に、本発明を用いてガラス基板上にａ−
ＳｉＮ_X ：Ｈ膜をパタ−ニングする場合について、再
び、図１（ａ）ないし図１（ｄ）を参照しながら具体的
に説明する。薄膜デバイス１を構成するために、先ず、
図１（ａ）に示すように、石英ガラス２の上にプラズマ
ＣＶＤ法によって、厚さ３０００Åのａ−ＳｉＮ_X ：Ｈ
膜を形成する。特に、本実施例では、表面処理にウエッ
トエッチングを用いるために、エッチャント（５０％Ｈ
Ｆ：４０％ＮＨ₄ Ｆ＝１：７）が用意される。このエッ
チャントに上記デバイスを１分間、浸漬することで、Ｃ
ｒ膜３’の表面は粗されて、表面積を増大する。実際
に、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって観察したとこ
ろ、山谷の差が５〜２０Å程度の凹凸を認めることがで
き、上記表面積は、上述のような表面処理を施さない場
合に比べて実質的に２倍となっている。続いて、表面積
の増大したａ−ＳｉＮ_X ：Ｈ膜３’の表面に、図１
（ｃ）に示すように、エキシマレ−ザ−の光を選択的
（マスクを用いて）に照射し、光の照射領域を光化学的
に反応させ、パタ−ン化された光改質層６を形成する。
この場合、雰囲気は１０^-8torr以下に真空排気され、そ
の後、Ｏ₂ ガスを、その圧力が２００torrとなるよう
に、充填される。また、上記エキシマレ−ザ−には、Ｋ
ｒＦ光源で発振させた波長２４８ｎｍのレ−ザ−光を用
いる。ａ−ＳｉＮ：Ｈ膜の表面では、光が当たった部分
のみで、Ｏ₂ とａ−ＳｉＮとが光化学反応を起こし、約
５分間の露光で、上記ａ−ＳｉＮ：Ｈ膜の表面から４０
〜５０Å程度ＳｉＯ₂層に改質される。この改質時間は
イオンボンバ−ドメントを施さない場合に比べて、２分
の１でよく、作業の迅速化が達成される。そして、最後
に、図１（ｄ）に示すように、エッチングを行い、所望
の微細加工形状を得ることが出来る。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上詳述したようになり、微細
加工を施す膜表面にイオンボンバ−ドメント処理あるい
はウエットエッチング処理などを行うことで、上記膜表
面を粗して、表面積を増大するので、後の光による改質
層の形成に際して、反応表面積が大きく、同じ厚さの改
質層を得るのに反応時間が短縮できる。このため、従来
のようなフォトレジストを使用する場合に比べて工程の
大幅な簡素化が達成され、また、塵埃による歩留りの低
下を避けることができるだけでなく、全体としての時間
短縮をより効果的に達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を、その作業順序（ａ）〜（ｄ）
で示す説明図である。

【図２】本発明を実施するための装置の一実施例の概略
構成図である。

【図３】本発明を実際の製品について実施した具体例の
作業順序（ａ）〜（ｄ）で示す説明図である。

【符号の説明】

１ 薄膜デバイス ２ 基板 ３ 被加工膜 ４ イオン ５ 光 ６ 改質層 ７ ドライエッチング １０ａ〜１０ｃ ゲ−トバルブ １１ａ〜１１ｃ ガス導入口 １２ａ 表面処理室 １２ｂ 光改質処理室 １２ｃ エッチング室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工膜表面の表面積を実質的に増大さ
   せるように上記被加工膜表面を粗す表面処理工程と、上
   記被加工膜表面に対して改質ガス雰囲気中で所要のパタ
   −ンに光を照射して光改質層を形成するパタ−ニング工
   程と、上記光改質層を保護膜として上記被加工膜をエッ
   チングするエッチング工程とからなることを特徴とする
   薄膜デバイスの製造法。
2. 【請求項２】 上記表面処理工程では、加速電圧が３Ｋ
   Ｖ以上で加速されたイオンを用いて上記被加工膜表面を
   粗すようにしたボンバ−ドメント処理が行われることを
   特徴とする請求項１に記載の薄膜デバイスの製造法。
3. 【請求項３】 上記表面処理工程では、ウエットエッチ
   ング処理が用いられることを特徴とする請求項１に記載
   の薄膜デバイスの製造法。
4. 【請求項４】 上記表面処理工程、パタ−ニング工程、
   エッチング工程がそれぞれ独立した雰囲気中で行われ、
   被加工デバイスは、ゲ−トを介して各雰囲気中に順次移
   行されることを特徴とする薄膜デバイスの製造法。