JPH07288247A

JPH07288247A - 酸化シリコン膜のドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH07288247A
Application number: JP7908394A
Authority: JP
Inventors: Kumaaru Dotsuto Ochiyutsuto; クマールドットオチュット
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JP2984539B2

Abstract

(57)【要約】【目的】滑らかな側壁をもち垂直なプロファイルの酸
化シリコン膜のエッチング方法を提供する。【構成】基板上の酸化シリコン膜２上に、ハードベー
クしたレジスト３、薄いＴｉ層４、レジスト５を形成す
る。レジスト５とＴｉ層４をパターニングし、レジスト
５を酸素ベース反応性イオンエッチングで除去する。次
にレジストパターン３（ｂ）を形成し、フルオロカーボ
ンガスを用いた反応性イオンエッチングにより、下層の
酸化シリコン膜２をドライエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＶＬＳＩおよびフォト
ニック集積プロセスを用いるために、薄いまたは厚い酸
化シリコンを微細に除去する方法に関する。

【０００２】本発明は、任意の厚さを有するドープおよ
びノンドープの酸化シリコンをエッチングする方法に関
し、特に、滑らかな側壁を有する酸化シリコンの深い垂
直なドライエッチング方法に関する。特に、３次元集積
回路に有益な酸化シリコン内のコンタクトホール、また
はシリカベースの光学部品の製造に有益な厚い酸化シリ
コンをエッチングし、またシリコン結晶基板上にハイブ
リッドモジュールを作製するのに用いることができる。

【０００３】

【従来の技術】ドープおよびノンドープの酸化シリコン
は、フルオロカーボンを使用する、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）または反応性イオンビームエッチング
（ＲＩＢＥ）によるプラズマアシストイオンエッチング
を使用してエッチングされる。デバイスのサイズが徐々
に縮小するに従って、１０００〜５０００オングストロ
ームの厚さの垂直エッチングは、酸化シリコン内にコン
タクトホールを作製する際の必須の要件である。このた
めには、マスク材料の選択が、その平滑さとともに重要
な役割を果たす。酸化シリコンのエッチングに対して、
フォトレジストおよび金属がマスク材料として一般に使
用される。特別の処理を行うことなく、一般のフォトレ
ジストを、酸化シリコンのエッチングに用いることがで
きる。

【０００４】この場合、一般のフォトレジストは、フル
オロカーボンガス・プラズマ中で、下層の酸化シリコン
のエッチングに対する通常は１〜２の低い選択度を示
す。それだけでなく、酸化シリコンのエッチングプロセ
ス中、高エネルギーイオンによるフォトレジストパター
ンの塑性流動が、エッチングパターンを拡大させる。こ
のため、通常のフォトレジストマスクの単一層は、エッ
チングプロセス中にマスク材料の更なる安定性を要求す
る微細構造パターンへのエッチングには使用できない。
従来、ポリイミドおよび厚いＡｌ（アルミニウム）より
成る多層化されたマスク材料を使用するシリコンまたは
他の基板のエッチングが知られている。同じ種類の多層
化されたマスクを、また、酸化シリコンのエッチングに
使用できる。しかしながら、酸化シリコンのエッチング
自体にのみ利用できる特定の方法は開発されていない。
このためには、マスク材料を設ける条件が、最適化され
るべきである。多層化されたマスクを設けるために普通
のプロセスが使用されると、垂直で滑らかなマスクプロ
ファイルを達成することが困難となり、このために、続
いてエッチングされた層が、それらのプロファイル形状
の悪化を一般に示す。このエッチングされたプロファイ
ルは、幾つかの応用に、特に、光学デバイスの製造に使
用できない。

【０００５】図７（ａ）〜（ｄ）は、Ａｌ金属層１０
が、Ｓｉ基板１上にコーティングされハードベークされ
たポリイミド９上へ蒸着される通常のエッチングプロセ
スの一例を示す。通常のプロセスにおいては、使用され
る上部Ａｌ層１０の厚さは、１０００〜２０００オング
ストロームの範囲にあり、およびそのパターンは、マス
クとしてフォトレジスト１１を用いて、ドライエッチン
グ技術を使用して作製される。このＡｌをドライエッチ
ングするには、一般の反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）技術が、塩素（Ｃｌ）ベース反応性ガス・プラズマ
内で使用される。プロセスが反応性ガス・プラズマ内で
行われると、Ａｌベース化合物がＡｌ側壁上に堆積さ
れ、このパシベートされた層１２は、ポリイミドエッチ
ングの前に容易に除去できない。このパシベートされた
層１２のサイズが非常に大きいので、サブミクロン範囲
のパターンを得ることが困難である。このパシベートさ
れた層は、超音波洗浄で一般のレジストエッチャントを
使用してウエットエッチングできる。

【０００６】しかしながら、この追加のプロセスの故
に、Ａｌパターンの部分的な剥離が、ポリイミドとのＡ
ｌの乏しい付着性により発生する。これは、ポリイミド
とＡｌ層との間に緩衝層を使用して少しは緩和される。
特開昭５８−１１４４３３号公報「改良硬化性ポリウレ
タン」は、Ａｌ，Ｃ，ポリイミド層より成る２層マスク
を用いて、シリコンウエハ内にホールを形成することを
開示している。Ａｌパターン上にパシベートされたエッ
チング残留物が残り、パターンをだめにするのを避ける
ために、Ｃが用いられる。このプロセスは、薄い膜を制
限された速度で堆積する追加の工程を必要とする。それ
故、多層化されたマスクを使用するだけの簡単なプロセ
スが、単純な手段を使用して実現できることが望まし
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、ＶＬＳ
Ｉプロセスの応用においては、エッチングされる酸化シ
リコンの厚さは、通常、１０００〜５０００オングスト
ロームで変化する。ここでは、垂直な側壁を有するサブ
ミクロン範囲のパターンを実現することが、主な目的で
あり、これらパターンは、これまでに開発された通常の
エッチング技術を使用して実現される。

【０００８】通常のＬＳＩは、電気的ベースの回路であ
るので、そのエッチングされたプロファイルの側面の滑
らかさは、全体の性能上問題にはならない。深い酸化シ
リコンを、ＶＬＳＩで使用されるのと同じエッチングプ
ロセスを使用してエッチングすると、垂直で滑らかなプ
ロファイルが得られない。したがって、２μｍ以上の深
いエッチング厚さに対しては、側面平滑性とともに異方
性エッチングが制御されるような、プロセスが開発され
るべきである。ＶＬＳＩ応用に使用できる浅い酸化シリ
コンのエッチングにおいては、プロファイルの垂直性
が、前述のようなプロセスの使用によって制御できる。
この場合においてさえも、エッチング厚さが５０００オ
ングストロームまで（しばしば最高で１μｍまで）変化
すると、マスク材料として一般のフォトレジスト（例え
ば、ＡＺ１３５０ＪまたはＰＭＭＡまたはＡＺ４９０３
等）の同じ厚さの使用は、垂直な酸化シリコン・プロフ
ァイルをある程度達成するのには問題はない。そのプロ
ファイルの形状は、エッチング条件とフォトレジスト処
理に依存する。深い酸化シリコンのエッチングは、厚い
フォトレジストマスクを使用してまたは金属のような他
の種類のハードマスクを使用しても実行できる。次の下
層のエッチングのプロファイル角度が重要な要因である
と考えられない場合には、酸化シリコンのエッチングの
厚さと同じまたはそれ以上の厚さのフォトレジストを、
深い酸化シリコンのエッチングに対するマスク材料とし
て使用できる。

【０００９】図８（ａ），（ｂ）は、厚いフォトレジス
トパターン１５がエッチングされる酸化シリコン２上に
作製された深い酸化シリコンに対する従来のエッチング
プロセスの１つの典型的な例を示す。図８（ａ）に示す
ように、マスクとして使用されるフォトレジストの厚さ
が１．５μｍ以上であると、普通のフォトリソグラフィ
技術を使用して垂直なマスクプロファイルを得ることが
困難となり、酸化シリコンのエッチングされたプロファ
イルが、フォトレジストの厚さに依存するテーパのつい
たプロファイル角度を示す。

【００１０】例えば、フォトレジストの厚さが厚くなれ
ばなるほど、フォトリソグラフィの続くフォトレジスト
パターンの側壁角度（図８（ａ）でのθ₁）が、９０°
より小さくなっていく。したがって、テーパのついたフ
ォトレジストパターンが、次の酸化シリコンのエッチン
グでマスクとして使用されると、そのエッチングプロフ
ァイルは、図８（ｂ）に示すように、フォトレジストマ
スクと同等のまたはそれ以下のテーパのついたプロファ
イル角度（θ₂）を常に示す。下層のエッチングされた
層のプロファイル角度は、最初のレジストパターン角度
に依存するだけでなく、フォトレジストとエッチングさ
れる材料（この場合には酸化シリコン）の両方のエッチ
ング速度に依存する。これらのほかに、エッチング条件
が、プロファイル角度にまた重要な役割を果たす。例え
ば、高エネルギーイオンが使用されるエッチング条件で
あると、達成されるテーパのついた角度がフォトレジス
トマスクの角度以下となり、また、下層のエッチングパ
ターンが、フォトレジストマスク侵食により広くなる。
それ故、厚いフォトレジストマスクの使用が、下層のエ
ッチングに対しテーパのついたプロファイルを与えるこ
とが解る。テーパのついた角度は、制御が困難であり、
使用されるフォトレジストの種類および厚さ，およびま
たエッチング条件に依存する。更に、厚いフォトレジス
トマスクが使用されると、また、深い酸化シリコンの垂
直なエッチングが全く不可能となる。９０°に近いプロ
ファイル角度で、深い酸化シリコンをエッチングするプ
ロセスが開発されなければならない。

【００１１】酸化シリコンの垂直なエッチングに対し
て、金属のようなハードマスク材料が使用できる。Ｃｒ
またはＮｉ−Ｃｒ合金またはＡｌのような金属マスク
を、深い酸化シリコンのエッチングに使用できる。図９
は、深い酸化シリコンのエッチングを示す略図であり、
基板１上に堆積された酸化シリコン２上に金属マスク１
６が蒸着される。フォトリソグラフィに続いて、レジス
トパターン１７が作製され、続いて金属パターン１６
（ａ）がドライエッチングまたはウエットエッチングを
使用して作製される。いずれのエッチング技術が使用さ
れるとしても、金属パターン１６（ａ）が、側面粗さ１
８を常に示し、および下層２の続くエッチングも側面粗
さ１９を示す。一般には、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等のような高
沸点を有する金属が、金属マスクとして使用される。プ
ロセスから見ると、金属マスクを使用することは、深い
酸化シリコンのエッチングに対する最も簡単な方法であ
る。

【００１２】しかしながら、それは、幾つかの欠点を有
する。例えば、滑らかなマスクパターンは、ドライエッ
チングを使用してさえも得ることが困難であり、それ
故、マスクパターンの形状に従う酸化シリコンのエッチ
ングは、エッチングされたプロファイルの側壁の高い粗
さを有する。この側面粗さの程度は、金属マスクパター
ンが作製されるエッチング技術に依存する。反応性ガス
・プラズマまたはアルゴン（Ａｒ）イオンビームエッチ
ング技術のドライエッチング技術を使用しても、側面粗
さを、達するのが困難である一定の程度に減少させるこ
とができない。今までの実験において、Ｃｒマスクの使
用により、続く酸化シリコンのエッチングの結果生じた
側面粗さが、１２００オングストローム以上となること
がわかった。エッチングされたプロファイルに生じた側
面粗さのこのレベルは、滑らかな垂直エッチングが非常
に望まれる応用に、特に、フォトニック集積プロセスの
応用に使用できない。したがって、深い酸化シリコンの
エッチングに対して、良好に定められたプロセスを開発
しなければならないことは明らかである。いずれの一般
のエッチング技術も酸化シリコンのエッチングに使用で
きるが、滑らかな側壁を有する垂直なプロファイルを得
ることは困難である。滑らかな側壁を有する垂直なプロ
ファイルを得るためには、マスク平滑性を含むエッチン
グプロセスを、下層の酸化シリコンのエッチング前に行
わなければならない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述した問題は、本発明
を用いることによって完全に解消することができる。本
発明では、浅いおよび深い酸化シリコンのエッチングに
対し、滑らかな側壁を有する垂直にエッチングされたプ
ロファイルを達成するのに、異なる技術が用いられる。

【００１４】最初に、普通の微細構造の酸化シリコンの
エッチングにおいて直面する方法を説明する。このエッ
チング方法は、サブミクロン範囲の酸化シリコンのエッ
チングのエッチングに対して、普通のフォトレジスト，
薄い金属，および光無感応性レジストより成る多層化さ
れたマスクの使用に基づいている。この場合、金属マス
クとして、チタン（Ｔｉ）を用いる。その理由は、Ｔｉ
がハードベークされたレジストに対して良好な付着性を
示すからである。クロム（Ｃｒ）のような他の金属がハ
ードベークされたレジスト上に使用されると、亀裂を発
生することが解った。厚い層のＡｌを有する多層化され
たマスクが使用される従来のエッチングプロセスと比較
して、我々は、６００オングストローム以下の厚さのＴ
ｉの薄い層を使用する。その結果、ウエットエッチング
または簡単なイオンビームエッチングのいずれもが垂直
で滑らかなＴｉのパターンを与える。それ故、反応性ド
ライエッチングによるＡｌの粗さのために従来のプロセ
スで発生する問題を克服できる。緩衝層（前述の特開昭
５８−１１４４３３号公報参照）は、ハードベークれた
レジストに対する金属の付着性を増強するために必要で
なくなる。

【００１５】次に、ハードベークされたレジストを、イ
オンビームエッチング（ＩＢＥ）技術を使用する代わり
に酸素ベースのＲＩＥを使用してドライエッチングす
る。プロセス圧力は８パスカル以下であり、電力は０．
２０Ｗ／cm²以下である。プロセスの自己バイアスは−
４００Ｖ以上とする。この条件下で、ハードベークされ
たレジストのエッチング速度が７００オングストローム
／分以上となることが解り、Ｔｉエッチング速度を殆ど
無視できた。次の酸化シリコンのエッチング前に、上部
金属層をエッチングしまたは残すことができる。

【００１６】高い歩留りを持つ深い酸化シリコンのエッ
チングに対して、酸化シリコンと光無感応性レジストと
の間の薄い金属層より成る緩衝層を使用する。フォトレ
ジストを使用する代わりに光無感応性レジストを使用す
ることは、エッチングプロセス中のマスクの安定性を増
大させ、側面粗さの小さいより垂直なプロファイルを実
現できる。特に定義しない限り、レジストという用語
は、この実施例において主要層として用いられる光無感
応性レジストを意味する。２４０℃以上の温度によるレ
ジストのハードベーキングは、レジストから水分および
他の不所望なガスを放出させるために行われる。薄い酸
化シリコンのエッチングに対して、１．５〜２．０μｍ
のハードベークされたレジストを、レジスト侵食を避け
るために使用する。しかしながら、深い酸化シリコンの
エッチングにおいて、所望の酸化シリコンのエッチング
厚さより１〜２μｍ厚いレジスト厚さが要求され、それ
は、多工程スピニングを用いて、スピン塗布される。こ
のとき、各ステップに続いて、高温ベーキングが必要と
され、水分および他の不所望のガスをベーキング中に放
出できる。

【００１７】酸化シリコンとハードベークされたレジス
トとの間に、緩衝層として薄い金属を用いることによ
り、反応性プラズマに対する上部の多層化されたマスク
の安定性を改良できる。そうでなければ、酸化シリコン
に対するハードベークされたレジストの乏しい付着性に
より、多層化されたマスクパターンが、長時間の酸化シ
リコンのエッチングプロセス中に剥離し、不所望の酸化
シリコンのエッチング・プロファイルが作製される。緩
衝金属層の厚さは、１５０オングストローム以下であ
る。本発明の特徴は、この薄い緩衝金属層が、酸化シリ
コンに対する上部のハードベークされたフォトレジスト
の安定性を改良するだけでなく、ハードベークされたレ
ジストのパターニング中にエッチング・ストッパとして
機能することである。下層のエッチングに続き、残され
た上部のハードベークされたレジストを金属のウエット
エッチングによりリフトオフできる。マスクパターンを
滑らかにすることが、次のエッチング・プロファイルに
重要な役割を果たす。

【００１８】ハードベークされたレジストの垂直なパタ
ーンは、８パスカル以下の圧力および−４００Ｖ以上の
自己バイアスで動作された酸素ベースのＲＩＥ技術を使
用して得られる。この条件下で、ハードベークされた光
無感応性レジストのエッチング速度が７００オングスト
ローム／分以上であり、および上部の薄いＴｉはエッチ
ングされない。エッチング・プロファイルの滑らかな側
壁を得るためには、ハードベークされたレジストのパタ
ーニングに続いて、緩衝金属表面とハードベークされた
レジストの側壁上にパシベートされたエッチング残留物
を、使用される上部金属（この場合Ｔｉ）の一般のウエ
ットエッチャント中に試料を浸漬してエッチングでき
る。例えば、上部金属がＴｉであると、エッチング残留
物は、ＴｉエッチャントすなわちＮＨ₄Ｆを含む溶液を
使用してエッチングされる。

【００１９】しかしながら、異なる種類の金属層を、緩
衝層および上部金属の両方に使用しなければならない。
前述したように、Ｃｒが上部のマスクとして使用される
と、ハードベークされたレジスト上へ蒸着されまたは堆
積された金属に亀裂が発生することが解った。これが、
Ｃｒを上部の金属層として使用することを推奨できない
理由である。この実験は、上部金属としてＴｉを、およ
び緩衝層としてＣｒを使用して行った。他の組合せも使
用できる。緩衝層の金属は、高い沸点を有し、フルオロ
カーボンガス・プラズマで容易にドライエッチングでき
る（フルオロカーボンガスは、酸化シリコンのエッチン
グに用いられる）種類の薄い金属層とすべきである。Ｓ
ｉまたはポリシリコン、あるいは２５０℃以上の温度に
耐えることができ、酸素プラズマでドライエッチングで
きない、例えば、Ｍｏ，Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｔｉ，ＷＳｉ
_x，Ｐｔ，Ｔａ等のような、いかなる種類の金属とする
こともできる。

【００２０】上部の金属は、下部の薄い金属と異なるも
のとし、Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，またはポリシリコン等とす
ることができる。上部の金属層は緩衝層と同じ金属にす
べきでない。その理由は、酸素ベースのＲＩＥに続い
て、エッチングされた表面およびハードベークされたレ
ジストの側壁上に形成されると思われるエッチング残留
物が、下層の酸化シリコンのエッチングの前にウエット
エッチングされるからである。同じ種類の金属が使用さ
れると、ハードベークされたレジストのエッチングに続
くウエットエッチングが、上部の多層化されたマスクを
リフトオフする。この実験においては、光無感応性レジ
ストを使用した。しかしながら、レジストを使用する代
わりに、スピン塗布され、堆積されるいかなる種類の高
分子も使用できる。

【００２１】

【実施例】最初に、ＶＬＳＩの応用にしばしば利用され
る、酸化シリコン内に微細構造の細いホールを作製する
ために使用できるエッチングプロセスを説明する。図１
は、微細構造の酸化シリコンのパターンを作製する第１
の実施例でのエッチングプロセスを示す図である。

【００２２】任意の厚さを有するドープおよびノンドー
プの酸化シリコン２を、シリコン基板１上へ堆積する。
続いて、１．５μｍ以上の厚さを有する光無感応性レジ
スト３（例えば、商標名：ＯＦＲ−ＧＡ２）をスピン塗
布し、続いて４５分間以上２４０℃以上の温度でそれを
ベークする。この実施例に使用されたレジストは、他に
特に述べない限り、光無感応性レジストであるというこ
とに留意すべきである。ハードベーキングに続いて、６
００オングストローム以下の厚さのＴｉ４の薄い層を、
ハードベークされたレジスト３上に蒸着し、それを一般
のフォトリソグラフィ技術を使用してパターン化する。

【００２３】本実施例の特徴は、従来のエッチングプロ
セス（図７参照）と比較して、Ｔｉの薄い層を使用する
ことにある。フォトリソグラフィに続いて、Ｔｉの薄い
層を、普通のエッチャントを使用してウエットエッチン
グするか、またはＩＢＥを使用してドライエッチングし
て、Ｔｉパターン４（ａ）を形成することができる。薄
いＴｉを使用することの利点は、そのパターン４（ａ）
を形成するのに反応性イオンエッチングを必要とせず、
したがって従来のプロセスにおいて見られるような問
題、例えば側壁上のエッチング残留物のパシベーショ
ン、およびパシベートされた層のエッチング中のパター
ンの剥離などが生じないことである。

【００２４】Ｔｉパターン４（ａ）の形成に続き、上部
のハードベークされたレジストを、酸素ベースの反応性
イオンエッチング技術を使用してエッチングする。プロ
セス圧力および電力は、それぞれ、８パスカル以下およ
び０．２０Ｗ／cm²以下とし、自己バイアス電圧を−４
００Ｖ以上とする。ガス流量は、レジストパターンを一
層細くするアンダーカットを避けるために、できるだけ
低く維持しなければならない。

【００２５】本発明の他の特徴は、酸素ベースのＩＢＥ
を使用する代わりにＲＩＥを使用する結果、比較的に高
いエネルギーのイオンによる損傷も発生しないことであ
る。ハードベースされたレジストパターン３（ｂ）の形
成に続き、下層の酸化シリコンを、ＲＩＥまたはＲＩＢ
Ｅ技術のような技術を使用して、フルオロカーボンガス
・プラズマ内でドライエッチングする。上部の金属が、
酸化シリコンのエッチング厚さに依存して酸化シリコン
のエッチングに対して１０以下の選択度を一般に有する
Ｔｉであると、上部のＴｉ層は、ハードベークされたレ
ジストのマスクと共に残される。その場合、両方を、一
般のウエットエッチャント、続いて酸化シリコンのエッ
チング（図１に示されない）を使用して分離的にウエッ
トエッチングする。

【００２６】図２は、第２の実施例でのサブミクロン範
囲に対する酸化シリコンのエッチングプロセスを示す図
である。図２において、第１の実施例と同一の部材に
は、同一の符号を付して示す。第２の実施例において、
ハードベークされたレジストのパターン３（ｂ）の形成
に続き、上部の薄いＴｉ金属を、水酸化アンモニアを含
む一般のウエットエッチャントを使用してウエットエッ
チングする。レジストのパターンが酸素プラズマ内で作
製されると、Ｔｉ表面が酸化する可能性があるので、そ
の場合、２段階のウエットエッチングが使用される。そ
の後、酸化シリコンのエッチングを、ハードベークされ
たレジストのパターン３（ｂ）のみをマスクとして行
う。下層の酸化シリコンのエッチングに対するマスクと
してハードベークされたレジストのパターン３（ｂ）の
使用は、エッチング・プロファイル形状に影響しない。

【００２７】本実施例（図１および図２）においては、
薄いＴｉは、ハードベークされたレジストのパターニン
グにマスクとして使用した。酸素プラズマでエッチング
することが困難であるＳｉ，ポリシリコン，Ａｌ，Ｍｏ
等のような他の種類の材料を、ハードベークされたレジ
ストのパターンを作製するマスク材料として使用でき
る。本実施例において、光無感応性レジストを、多層化
されたマスクに使用した。一般のフォトレジストも使用
できる。しかしながら、その場合、ベーキング温度は、
プラズマ曝露の際にフォトレジストを光無感応にするた
めに約３００℃（そのガラス転移温度により更に高い温
度）にしなければならない。薄いＴｉ層が、ハードベー
クされたレジストのエッチングにおいてマスク材料とし
て使用されるので、反応性ガスを使用する追加ドライエ
ッチングプロセスは、必要でない。したがって、そのエ
ッチング中にパシベートされたエッチング残留物が形成
される機会はなく、パシベートされた層のエッチング中
にそのパターンを剥離する機会はない。したがって、ハ
ードベークされたレジストおよび酸化シリコンのエッチ
ングの両方のパターンは、更に垂直かつ滑らかになる。
これらの実施例は、従来のプロセスを使用するならば、
達成することは非常に困難である。

【００２８】上記においては、サブミクロン範囲の浅い
酸化シリコンのエッチングに対するプロセスを説明し
た。ここからは、任意の厚さの酸化シリコンのエッチン
グ、特に、２μｍ以上の深い酸化シリコンのエッチング
に対して開発された異なるプロセスについて説明する。
同じ種類のプロセスが、また、浅いサブミクロン範囲の
酸化シリコンのエッチングに使用できることに留意すべ
きである。前述のようなエッチングプロセスは、また、
深い酸化シリコンのエッチングに使用できる。唯一の違
いは、ハードベークされたレジストの厚さが厚いことで
ある。この場合、酸化シリコンのエッチングは、一定の
エッチング条件でのみ可能である。多層化されたマスク
の剥離が、エッチングプロセス中の高エネルギーイオン
入射により発生するからである。この問題は、酸化シリ
コンのエッチングプロセスがエッチング厚さに依存して
長くなる時に、常に生じる。これは、スピン塗布される
レジストに対する付着を弱くする酸化シリコン表面の前
汚染によると最初は考えられた。この問題は、前汚染を
除去するために、レジストのスピン塗布前に、酸化シリ
コンの高温処理を与えることによっても、軽減されな
い。その結果、ハードベークされたレジストが酸化シリ
コンに対して乏しい付着性を有することが確かめられ
た。この問題は、ハードベークされたレジストと酸化シ
リコンとの間に薄い緩衝層を使用して軽減される。

【００２９】図３は、本発明による第３の実施例におけ
る酸化シリコンのエッチングプロセスを示す図である。
図３において、第１の実施例と同一の部材は同一の符号
により示される。したがって、繰り返しの説明はここで
は省略する。第３の実施例において、レジスト７のスピ
ン塗布の前に、厚さ１５０オングストローム以下の薄い
緩衝層６を、酸化シリコン２上に堆積する。緩衝層６と
して使用されるこの種の材料は、高い沸点を有し、また
酸素プラズマでドライエッチングされてはならない。本
実施例においては、Ｃｒを使用した。Ｍｏ，Ｎｉ−Ｃｒ
合金，Ｔｉ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｓｉ，ポリシリコンのような
他の材料も使用できる。

【００３０】緩衝層６の形成に続いて、光無感応性レジ
スト（例えば、商標名：ＯＦＲ−ＧＡ２等）を、緩衝層
６上にスピン塗布し、次に、それを前述した同じ条件で
４５分以上ハードベークする。使用されるレジストは、
他に具体的に述べない限り、すべての種類の光無感応性
レジストである。この場合、スピン塗布されるレジスト
の厚さは、酸化シリコンのエッチングの厚さに依存す
る。常に、酸化シリコンのエッチングされる厚さと比較
して１μｍ以上の厚さのレジストが必要とされ、それ
は、多工程のスピン塗布を使用して行われ、各工程に続
いて、長時間の高温ベーキング（前述した条件で）が必
要とされる。

【００３１】次に、厚さ６００オングストローム以下の
Ｔｉのような金属の薄い層８を、ハードベークされたレ
ジスト７上へ蒸着する。本実施例の特徴は、２つの異な
る種類の材料を、緩衝層６および上部層８として使用す
ることである。例えば、この実施例においては、上部層
８がＴｉであり、緩衝層６がＣｒである。この工程に続
く他のプロセスは、第１の実施例で既に説明されてい
る。それ故、それらの説明をここでは省略する。本実施
例では、光無感応性ハードベークレジストを用いた。広
義には、それは全ての種類のレジストを含むポリイミド
とすることができる。また、Ｃｒ／ハードベークされた
レジスト／Ｔｉ以外に、Ｍｏ／ハードベークされたレジ
スト／Ｔｉ、またはＷ／ハードベークされたレジスト／
Ｔｉ、またはＷＳｉ_x／ハードベークされたレジスト／
Ｔｉ等のような他の組合せを使用できる。Ｔｉの代わり
に、Ａｌをこれらの組合せに使用できる。第３の実施例
においては、Ｃｒ緩衝層上にある多層マスクを、次の酸
化シリコンのエッチングに対して使用した。本実施例の
特徴は、下層の酸化シリコンのエッチングに続き、緩衝
層上に残されたハードベークされたレジストを、超音波
洗浄の際に緩衝層のウエットエッチングによりリフトオ
フできることである。

【００３２】図４は、第４の実施例において深い酸化シ
リコンに対するエッチングプロセスを示す図である。図
４において、第１および第３の実施例と同一の部材は同
一の符号により示される。したがって、繰り返しの説明
はここでは省略する。第２の実施例と同様に、酸化シリ
コンのエッチング前に、上部の薄いＴｉをウエットエッ
チングする。前述のように、緩衝層および上部層に異な
る層が使用されるので、上部金属のウエットエッチング
が、緩衝層をウエットエッチングにすることがない。次
に、酸化シリコンを、緩衝層６上にあるハードベークさ
れたレジストマスク７（ｂ）を使用してエッチングす
る。この工程に続く他のプロセスは、第３の実施例にお
いて既に説明したので、その説明はここでは省略する。
最終的に得られたエッチングプロファイルは、なんらの
影響も受けなかった。

【００３３】図５は、第５の実施例において深い酸化シ
リコンのエッチングに対するエッチングプロセスを示す
略図である。図５において、第１および第３の実施例と
同一の部材は同一の符号により示される。したがって、
同様の説明はここでは省略する。酸化シリコンのエッチ
ングの前に、下部の緩衝層６を、市販のウエットエッチ
ングを使用してウエットエッチングし、パターン６
（ｃ）を作製することができる。レジストパターン７
（ｂ）を酸素プラズマを使用して作る場合、緩衝層６の
表面が酸化する可能性があることに注意すべきである。
その場合において、酸化が生じると、緩衝層のウエット
エッチングとその酸化層のウエットエッチングより成る
２工程のウエットエッチングを行う。前述のように、緩
衝層として選択されるこの種の材料は、酸素プラズマに
より容易に酸化されてはならない。Ｃｒが緩衝層に使用
されると、その酸化層（もしあれば）を、一般のウエッ
トエッチャントを使用してウエットエッチングできるこ
とが解る。薄い層が緩衝層に使用されるので、ウエット
エッチングには数秒必要とされる。この工程に続く他の
プロセスは、第１および第３の実施例において説明した
ことと同じであるので、その説明はここでは省略する。

【００３４】図６は、第６の実施例において深い酸化シ
リコンに対するエッチングプロセスを示す図である。図
６において、第１，第２，第３，第４および第５の実施
例と同一の部材は同一の符号により示される。したがっ
て、繰り返しの説明をここでは省略する。酸化シリコン
のエッチング前に、上部の薄いＴｉ層８をウエットエッ
チングする。この結果、薄い緩衝層６（ｃ）と共にハー
ドベークされたレジスト７（ｂ）が、次の酸化シリコン
のエッチングに対するマスクとして使用される。この工
程に続くプロセスは、第３の実施例において既に説明し
た。本実施例は、サブミクロン範囲の酸化シリコンのエ
ッチングが望まれるＶＬＳＩ応用に使用されるだけでな
く、深い酸化シリコンのエッチングが必要とされる３次
元ＶＬＳＩプロセスおよびフォトニック集積のような応
用にも使用される。

【００３５】

【発明の効果】本発明を使用すると、０．２μｍ以下の
サブミクロン範囲の酸化シリコンのホールを作製でき
る。また、エッチングプロファイルの良好な制御性を有
する２０μｍ以上の深い酸化シリコンのエッチングを、
フルオロカーボンガス・プラズマ内でＲＩＥまたはＲＩ
ＢＥを使用して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例でのサブミクロン範囲の浅い酸化
シリコンのエッチングプロセスを示す図である。

【図２】第２の実施例でのサブミクロン範囲の酸化シリ
コンのエッチングプロセスを示す図である。

【図３】第３の実施例での任意厚さの酸化シリコンのエ
ッチングプロセス、特に、深い酸化シリコンのエッチン
グ・プロセスを示す図である。

【図４】第４の実施例での任意厚さの酸化シリコンのエ
ッチングプロセス、特に、深い酸化シリコンのエッチン
グ・プロセスを示す図である。

【図５】第５の実施例での深い酸化シリコンのエッチン
グプロセスを示す図である。

【図６】第６の実施例での深い酸化シリコンのエッチン
グプロセスを示す図である。

【図７】サブミクロン範囲の酸化シリコンのエッチング
プロセスを示す図である。

【図８】深い酸化シリコンに対する一般のエッチングプ
ロセスを示す図である。

【図９】深い酸化シリコンに対する一般のエッチングプ
ロセスを示す図である。

【符号の説明】

１基板２酸化シリコン膜３レジストパターン４Ｔｉパターン５フォトレジストパターン６金属緩衝層７レジストパターン８上部金属９ポリイミド１０Ａｌ層１１フォトレジスト１２パシベートされた層１５厚いフォトレジストパターン１６金属パターン１７レジストパターン１８側面粗さ１９側面粗さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サブミクロン範囲の浅い酸化シリコンをド
ライエッチングする方法において、（Ａ）多層マスクを作製する工程を有し、この工程は、
（ａ）フォトリソグラフィを使用してフォトレジストパ
ターン（５）を作製する工程と、（ｂ）薄いＴｉパター
ン４（ａ）を作製する工程と、（ｃ）ハードベークされ
た光無感応性レジストパターン３（ｂ）を作製する工程
とからなり、（Ｂ）フルオロカーボンガスベースの反応性イオンエッ
チングまたは反応性イオンビームエッチング技術を使用
して、下層の酸化シリコン（２）をドライエッチングす
る工程を有することを特徴とする酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法。
【請求項２】請求項１記載の浅い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、ハードベークされた光無感応性レジスタパターン３
（ｂ）を、８Ｐａ（パスカル）以下の圧力、０．２Ｗ／cm²以下の
電力、および−４００Ｖ以上の自己バイアスの条件下
で、酸素ベースの反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を
使用し、エッチング残留物を除去するために水酸化アン
モニアを含むエッチャントを使用して、数秒間ウエット
エッチングを行うことにより作製することを特徴とする
酸化シリコン膜のドライエッチング方法。
【請求項３】請求項１記載の浅い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、薄いＴｉを使用する代わりに、ハードベークされたレジ
ストに対して良好な付着性を有し、２００℃以下で堆積
される、Ｓｉ，ＳｉＮ_xを使用することを特徴とする浅
い酸化シリコン膜のドライエッチング方法。
【請求項４】請求項１記載の浅い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、下層の酸化シリコン（２）のエッチングを、ハードベー
クされた光無感応性レジストパターン３（ｂ）のマスク
パターン、または光無感応性レジストパターン３（ｂ）
と薄いＴｉパターン４（ａ）より成るマスクパターンを
使用して行うことを特徴とする酸化シリコン膜のドライ
エッチング方法。
【請求項５】深い酸化シリコンをドライエッチングする
方法において、（Ａ）多層マスクを作製する工程を有し、この工程は、
（ａ）フォトリソグラフィを使用してフォトレジストパ
ターンを作製する工程と、（ｂ）金属パターン８（ａ）
を作製し、（ｃ）緩衝層となる薄い金属（６）上にハー
ドベークされた高分子パターン７（ｂ）を作製する工程
からなり、（Ｂ）反応性イオンエッチング技術を使用してフルオロ
カーボンガス・プラズマで酸化シリコンをドライエッチ
ングする工程を有することを特徴とする酸化シリコン膜
のドライエッチング方法。
【請求項６】請求項５記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、緩衝層（６）および上部金属（８）として使用する材料
の種類が、互いに異なることを特徴とする酸化シリコン
膜のドライエッチング方法。
【請求項７】請求項５記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、ハードベークされたレジスト（７）上で設けられる上部
金属（８）は、ＴｉまたはアモルファスＳｉまたはＳｉ
Ｎ_xの中のいずれかであることを特徴とする酸化シリコ
ン膜のドライエッチング方法。
【請求項８】請求項５記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、使用されるハードベークされた材料（７）が、３００℃
以上に耐えることができ、および酸素プラズマを使用し
て容易にドライエッチングできるレジスト（光感応性ま
たは光無感応性）であることを特徴とする酸化シリコン
膜のドライエッチング方法。
【請求項９】請求項５記載の深い酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法において、酸化シリコン（２）を、上部金属パターン８（ａ）、付
着性を増強させるために使用される緩衝層（６）上にあ
るハードベークされたレジスト７（ｂ）より成るマスク
パターンを使用してエッチングすることを特徴とする酸
化シリコン膜のドライエッチング方法。
【請求項１０】請求項５記載の深い酸化シリコン膜のド
ライエッチング方法において、酸化シリコン（２）を、酸化シリコン（２）に対するハ
ードベークされたレジスト（７）の付着性を増強するた
めに使用される緩衝層（６）上にあるハードベークされ
たレジスト７（ｂ）のマスクパターンを使用してドライ
エッチングすることを特徴とする酸化シリコン膜のドラ
イエッチング方法。
【請求項１１】請求項５記載の深い酸化シリコン膜のド
ライエッチング方法において、酸化シリコン（２）を、薄い金属８（ａ）、ハードベー
クされたレジスト７（ｂ）、および下部の薄い金属６
（ｃ）より成るマスクパターンを使用してエッチングす
ることを特徴とする酸化シリコン膜のドライエッチング
方法。
【請求項１２】請求項５記載の深い酸化シリコン膜のド
ライエッチング方法において、酸化シリコン（２）を、ハードベークされたレジスト７
（ｂ）と薄い緩衝層６（ｃ）より成るマスクパターンを
使用してエッチングすることを特徴とする酸化シリコン
膜のドライエッチング方法。