JPH0794477A - Dry etching method - Google Patents
Dry etching methodInfo
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- JPH0794477A JPH0794477A JP5236117A JP23611793A JPH0794477A JP H0794477 A JPH0794477 A JP H0794477A JP 5236117 A JP5236117 A JP 5236117A JP 23611793 A JP23611793 A JP 23611793A JP H0794477 A JPH0794477 A JP H0794477A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 多層レジストを用いたリソグラフィ工程及び
LSIプロセスのエッチング工程において、レジストの
エッチング耐性を向上させ、高解像度を実現することを
目的とする。
【構成】 本発明は、露光・現像後のシリコン含有材料
からなるレジストパターンに電離放射線を照射し、レジ
スト中のシリコン原子の結合を切断することにより、酸
素ガスないしはそのイオン、ラジカル、プラズマとの反
応性を高め、酸化を促進し、引き続き行うドライエッチ
ングに対する耐性を向上させることを特徴とする。
【効果】 エッチングおよびプラズマ現像の工程で用い
られるドライエッチングにおいて、レジストのドライエ
ッチング耐性が向上するため、従来のエッチング方法に
比べ、解像度およびアスペクト比の高い微細なパターン
が得られる。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to improve the etching resistance of a resist and realize a high resolution in a lithography process using a multilayer resist and an etching process of an LSI process. According to the present invention, by irradiating a resist pattern made of a silicon-containing material after exposure and development with ionizing radiation to break the bonds of silicon atoms in the resist, oxygen gas or its ions, radicals and plasma can be formed. It is characterized by enhancing reactivity, promoting oxidation, and improving resistance to subsequent dry etching. [Effect] Since the dry etching resistance of the resist is improved in the dry etching used in the steps of etching and plasma development, a fine pattern having higher resolution and higher aspect ratio than the conventional etching method can be obtained.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の製造技術に
係り、特にリソグラフィ工程におけるプラズマ現像及び
エッチング工程で用いられる、ドライエッチング方法に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a dry etching method used in plasma development and etching processes in a lithography process.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSIの高集積化にともない、現在の半
導体素子の製造工程では、クォーターミクロンオーダー
の微細加工が必要とされている。リソグラフィプロセス
では、高いスループットでアスペクト比の高いレジスト
パターンを得るため、多層レジストを用い、上層を露
光、現像によってパターニングした後、そのパターンを
ドライエッチングにより下層に転写する、という手法が
注目されている。このような傾向が進むにつれ、上層レ
ジスト用材料として高いドライエッチング耐性を有する
物質の開発が重要な課題となってきた。2. Description of the Related Art With the high integration of LSIs, quarter-micron order fine processing is required in the current semiconductor element manufacturing process. In the lithography process, in order to obtain a resist pattern with high throughput and a high aspect ratio, a method of using a multi-layer resist, patterning the upper layer by exposure and development, and then transferring the pattern to the lower layer by dry etching is drawing attention. . As such a tendency progresses, development of a substance having high dry etching resistance as an upper layer resist material has become an important issue.
【0003】シリコンや金属元素を含むレジスト材料を
用いて、酸素反応性イオンエッチングを行うと、レジス
ト中のシリコンや金属がエッチングガスとして用いた酸
素により酸化し、エッチングされないため、下層に対し
てマスクとして働くものがある。特にシリコンを含む物
質は、汚染の問題がないことからしばしば用いられる。
シリコン含有のレジストを用いた二層レジストのパター
ニングについては、例えば、ジャーナル・オブ・バキュ
ーム・サイエンス・テクノロジー B3(1985)第
306頁から第309頁に述べられている。When oxygen-reactive ion etching is performed using a resist material containing silicon or a metal element, the silicon or metal in the resist is oxidized by oxygen used as an etching gas and is not etched, so that the lower layer is masked. There are things that work as. In particular, materials containing silicon are often used because they do not have the problem of contamination.
Patterning bilayer resists using silicon-containing resists is described, for example, in Journal of Vacuum Science Technology B3 (1985) pp. 306-309.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上に述べたシリコン含
有のレジスト材料では、一般にシリコン含有率が高いほ
どドライエッチング耐性も高い。しかし、シリコン含有
率の高い材料ほど露光感度や現像感度が低く、また、ア
ッシングも難しい。従って、シリコン含有率を増加させ
ることなく、ドライエッチング耐性をさらに向上させる
必要がある。In the silicon-containing resist material described above, the higher the silicon content, the higher the dry etching resistance. However, the higher the silicon content, the lower the exposure sensitivity and the development sensitivity, and the more difficult the ashing is. Therefore, it is necessary to further improve the dry etching resistance without increasing the silicon content.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】シリコン含有のレジスト
では、レジスト中の酸化したシリコンが高いドライエッ
チ耐性を持つ。例えば、ポリシランに代表されるシリコ
ン含有高分子を用いたレジストに対して酸素反応性イオ
ンエッチングを行った場合、レジスト材料の表面に、エ
ッチングガスとして用いた酸素ガスプラズマの反応種が
衝突する。すると、衝突した酸素はレジスト中の原子間
結合を切断するとともに、ある一定の確率でレジスト中
のシリコンの酸化を引き起こし、SiOxを生ずる。Si
Oxは蒸発しにくい物質であり、さらに酸素イオンによ
る衝撃を受けても分解しにくい。In a silicon-containing resist, oxidized silicon in the resist has high dry etch resistance. For example, when oxygen reactive ion etching is performed on a resist using a silicon-containing polymer represented by polysilane, the reactive species of oxygen gas plasma used as an etching gas collide with the surface of the resist material. Then, the collision oxygen breaks the interatomic bond in the resist and causes the oxidation of silicon in the resist with a certain probability to generate SiO x . Si
O x is a substance that is difficult to evaporate, and further, it is difficult to decompose even when it is impacted by oxygen ions.
【0006】しかし、レジスト中の残りのシリコン原子
は酸化されないまま周囲の原子とともに脱離してしま
う。つまり、レジスト中のシリコン原子の酸化効率が低
いとドライエッチング耐性は低くなる。従って、レジス
ト中のシリコン原子の反応性を高めて、酸化効率を上げ
ることによって、従来のシリコン含有レジストのドライ
エッチング耐性を向上させることができる。それには、
酸素雰囲気にさらす前に原子間の結合を予め切断するこ
とによって、酸素との反応性を高めるという方法が有効
である。シリコン原子の結合に関与している価電子、あ
るいは、内殻電子が励起するために必要なエネルギーを
持つ電離放射線を照射することによって、上記の目的は
達成される。However, the remaining silicon atoms in the resist are released together with the surrounding atoms without being oxidized. That is, if the oxidation efficiency of silicon atoms in the resist is low, the dry etching resistance is low. Therefore, the dry etching resistance of the conventional silicon-containing resist can be improved by increasing the reactivity of silicon atoms in the resist and increasing the oxidation efficiency. It has
It is effective to increase the reactivity with oxygen by preliminarily breaking the bonds between atoms before exposing it to an oxygen atmosphere. The above-mentioned object is achieved by irradiating with ionizing radiation having energy necessary for exciting valence electrons or core electrons involved in the bonding of silicon atoms.
【0007】[0007]
【作用】図1(a)、(b)に示すように、シリコン含
有高分子1に、酸素反応性イオンエッチングを行う前に
軟X線等のエネルギーの高い電離放射線3を照射する
と、高分子中のシリコン原子3の結合は切断され、反応
性の高いダングリングボンド4が生じる。このような状
態で酸素反応性イオンエッチングを行えば、図1
(c)、(d)に示すように、殆どのシリコン原子が酸
化されるため、電離放射線照射をしない場合に比べて、
ドライエッチング耐性は向上する。As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), when the silicon-containing polymer 1 is irradiated with ionizing radiation 3 having a high energy such as soft X-rays before oxygen reactive ion etching, the polymer is The bond of the silicon atom 3 therein is broken, and a highly reactive dangling bond 4 is generated. If oxygen reactive ion etching is performed in such a state, as shown in FIG.
As shown in (c) and (d), most of the silicon atoms are oxidized, so compared with the case where no ionizing radiation is applied,
The dry etching resistance is improved.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図2に従って説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0009】図2において、7は露光、現像によって作
製された上層レジストのパターンである。本実施例で
は、上層レジスト材としてポリジメチルシラン・ポリス
チレン共重合体を用いた。また、この上層レジスト材の
パターニングはX線縮小リソグラフィ技術を用いて行な
った。8は下層レジストであり、本実施例では200℃
で20分ベークした膜厚2μmのノボラック樹脂を用い
た。9はシリコン基板、10は波長が4.5nmから2
0nmで強度が0.1W/cm2の軟X線、11は軟X
線照射によりSiーSi結合の切断された上層レジストの
パターン、12は酸素ガスのプラズマ、13は酸化ケイ
素を含むレジストパターン、14はパターニングされた
下層レジストである。In FIG. 2, reference numeral 7 is a pattern of the upper layer resist produced by exposure and development. In this example, a polydimethylsilane / polystyrene copolymer was used as the upper layer resist material. Further, the patterning of the upper layer resist material was performed by using an X-ray reduction lithography technique. 8 is a lower layer resist, which is 200 ° C. in this embodiment.
A novolac resin having a film thickness of 2 μm, which was baked at 20 ° C. for 20 minutes, was used. 9 is a silicon substrate, 10 is a wavelength from 4.5 nm to 2
Soft X-ray with intensity of 0.1 W / cm 2 at 0 nm, 11 is soft X-ray
The upper-layer resist pattern in which the Si-Si bonds have been broken by the line irradiation, 12 is a plasma of oxygen gas, 13 is a resist pattern containing silicon oxide, and 14 is a patterned lower-layer resist.
【0010】初めに、図2(a)に示すような、二層レ
ジスト膜堆積後、上層をパターニングした基板9に、図
2(b)に示すように、軟X線10を全面に5秒間照射
した。これにより上層レジスト中に含まれるシリコン原
子の結合は切断され、レジストパターン7は高い反応性
を持つレジストパターン11となった。その後、図2
(c)に示すように酸素反応性イオンエッチングを行な
った結果、酸素プラズマ12中のイオンやラジカルがレ
ジスト中のシリコンと反応し、酸化ケイ素を含むレジス
トパターン13を生ずるとともに、下層レジスト8に上
層レジストのパターンが転写された。十分な酸素反応性
イオンエッチングを行なった後、図2(d)に示すよう
にアスペクト比の高いノボラック樹脂のパターン14が
得られた。First, after depositing a two-layer resist film as shown in FIG. 2A, a soft X-ray 10 is applied to the entire surface of the substrate 9 having the upper layer patterned for 5 seconds as shown in FIG. 2B. Irradiated. As a result, the bond of silicon atoms contained in the upper layer resist was broken, and the resist pattern 7 became a resist pattern 11 having high reactivity. After that, Figure 2
As a result of performing oxygen reactive ion etching as shown in (c), ions and radicals in the oxygen plasma 12 react with silicon in the resist to form a resist pattern 13 containing silicon oxide, and an upper layer is formed on the lower layer resist 8. The resist pattern was transferred. After performing sufficient oxygen-reactive ion etching, a novolac resin pattern 14 having a high aspect ratio was obtained as shown in FIG.
【0011】尚、軟X線10の代わりに波長300nm
以下の紫外線または真空紫外線を用いても、シリコン原
子の結合が切断され、同様の効果が得られた。The wavelength of 300 nm is used instead of the soft X-ray 10.
The use of the following ultraviolet rays or vacuum ultraviolet rays also cut the bonds of silicon atoms and obtained the same effect.
【0012】[0012]
【発明の効果】レジストのドライエッチング耐性を向上
させる。それにより半導体プロセスにおけるコストの低
下、解像度およびスループットの向上が可能になる。こ
の方法はまた、ガス、プラズマ、イオン等を使用しない
ため、クリーンで、基板へのダメージがない。さらに、
ドライプロセスであるため、真空一貫化にも対応してい
る。The dry etching resistance of the resist is improved. As a result, it is possible to reduce the cost in the semiconductor process and improve the resolution and the throughput. This method is also clean and does not damage the substrate because it does not use gas, plasma, ions, etc. further,
Since it is a dry process, it is compatible with vacuum consistency.
【図1】本発明を用いてシリコン原子の結合を切断した
ポリシランに代表されるシリコン含有の高分子材料に、
酸素反応性イオンエッチングを施した場合の反応の概念
図である。FIG. 1 shows a silicon-containing polymer material represented by polysilane in which a bond of a silicon atom is cleaved using the present invention.
It is a conceptual diagram of the reaction at the time of performing oxygen reactive ion etching.
【図2】本発明によるドライエッチング方法の概念図で
あり、酸素反応性イオンエッチングにより上層レジスト
のパターンを下層レジストに転写し、アスペクト比の高
いパターンが形成されるプロセスを表す。FIG. 2 is a conceptual diagram of a dry etching method according to the present invention, which shows a process of transferring a pattern of an upper layer resist to a lower layer resist by oxygen reactive ion etching to form a pattern having a high aspect ratio.
1:ポリシラン等のシリコン含有の高分子材料、2:シ
リコン原子、3:電離放射線、4:シリコンのダングリ
ングボンド、5:酸素ガスプラズマ、6:酸化したシリ
コン含有の高分子材料、7:上層レジストのパターン、
8:下層レジスト、9:シリコン基板、10:波長が
4.5nmから20nmで強度が0.1W/cm2の軟
X線、11:シリコン原子の結合が切断された上層レジ
ストのパターン、12:酸素ガスプラズマ、13:酸化
した上層レジストのパターン、14:反応性イオンエッ
チングにより下層レジストに形成されたパターン。1: Silicon-containing polymer material such as polysilane, 2: Silicon atom, 3: Ionizing radiation, 4: Silicon dangling bond, 5: Oxygen gas plasma, 6: Oxidized silicon-containing polymer material, 7: Upper layer Resist pattern,
8: Lower layer resist, 9: Silicon substrate, 10: Soft X-ray with wavelength of 4.5 nm to 20 nm and intensity of 0.1 W / cm 2 , 11: Pattern of upper layer resist in which bond of silicon atom is broken, 12: Oxygen gas plasma, 13: pattern of oxidized upper layer resist, 14: pattern formed on lower layer resist by reactive ion etching.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 太郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 曽我 隆 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 武田 英次 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 橘 浩昭 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 松本 睦良 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Taro Ogawa 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside Hitachi Central Research Laboratory (72) Inventor Takashi Soga 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Eiji Takeda 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiroaki Tachibana 1-1, East Higashi, Tsukuba-shi, Ibaraki Industrial Technology Research Institute In-house (72) Inventor Mutsura Matsumoto, 1-1, Higashi 1-1 Tsukuba, Ibaraki Prefecture Institute of Industrial Science and Technology
Claims (3)
ーンを形成したのち、該レジストパターンをマスクに、
下層レジストもしくは基板を酸素反応性イオンエッチン
グにより加工するドライエッチング方法において、酸素
反応性イオンエッチングに先立ち、電離放射線を部分的
にあるいは全面に照射し、その被照射部において、レジ
スト分子を構成する原子間の結合を切断することによ
り、引き続き行う酸素反応性イオンエッチングにおい
て、レジストパターン中のシリコンの酸化を促進し、レ
ジストパターンのドライエッチングに対する耐性を向上
させることを特徴とするドライエッチング方法。1. A desired pattern is formed on a silicon-containing resist film, and the resist pattern is used as a mask.
In the dry etching method for processing the lower layer resist or substrate by oxygen reactive ion etching, prior to oxygen reactive ion etching, ionizing radiation is partially or entirely irradiated and the atoms constituting the resist molecule are irradiated in the irradiated portion. A dry etching method characterized by promoting the oxidation of silicon in a resist pattern to improve the resistance of the resist pattern to dry etching in the subsequent oxygen-reactive ion etching by breaking the bond between the two.
チング方法において、シリコン含有のレジスト膜とし
て、シリコン化合物、ポリシラン、ケイ素−ケイ素結合
を主鎖に含むポリシラン誘導体、ポリシラン・スルホン
共重合体、シリル基を側鎖に導入したポリオレフィンな
いしはポリメチルメタクリレートを用いることを特徴と
するドライエッチング方法。2. The dry etching method according to claim 1, wherein the silicon-containing resist film is a silicon compound, polysilane, a polysilane derivative having a silicon-silicon bond in the main chain, or a polysilane / sulfone copolymer. A dry etching method using a polyolefin or polymethylmethacrylate having a silyl group introduced into a side chain.
ドライエッチング方法において、電離放射線の波長を選
択することにより、特にシリコン原子の結合を効率よく
切断することを特徴とするドライエッチング方法。3. A dry etching method according to any one of claims 1 to 2, wherein the bond of silicon atoms is efficiently cut by selecting the wavelength of ionizing radiation. Etching method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5236117A JPH0794477A (en) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5236117A JPH0794477A (en) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Dry etching method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794477A true JPH0794477A (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=16995998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5236117A Pending JPH0794477A (en) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Dry etching method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794477A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761199A1 (en) * | 1997-03-21 | 1998-09-25 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR MAKING TWO COMMUNICATING CAVITIES IN A SUBSTRATE OF MONOCRYSTALLINE MATERIAL BY ANISOTROPIC CHEMICAL ETCHING |
| JP2001297970A (en) * | 2000-04-13 | 2001-10-26 | Fujitsu Ltd | Thin film pattern and method for forming the same |
| US6605542B2 (en) | 1999-03-12 | 2003-08-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Manufacturing method of semiconductor devices by using dry etching technology |
| US6849923B2 (en) | 1999-03-12 | 2005-02-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP5236117A patent/JPH0794477A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2761199A1 (en) * | 1997-03-21 | 1998-09-25 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR MAKING TWO COMMUNICATING CAVITIES IN A SUBSTRATE OF MONOCRYSTALLINE MATERIAL BY ANISOTROPIC CHEMICAL ETCHING |
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