3．1 緒言
F導体微細加工技術では、ポトリソクラフィで形成されたマスクハターンを用いて、そ の・b法に忠実に被加L層の露出部分を所定の条件でエッチングしてゆくことが基本である
しかし、高アスヘクト比で深い加Ilになると、通常の浅い加工であればわずかな寸法変動 Lか生じないエッチンクでも、加1：の深さとともにサイドエッチングが拡大して大きな寸 法変動になる可能性がある そのために、kり一層の高度な寸法制御技術が求められる，
1（た、特定のハターンにおいぐ、ポトリソグラフィで決まる寸法よりも微細な制御が求め られる場合もある 例え｛［、レジストハターン仁りも微細なMOSトランジスタのゲート ハターンを形成するために、レシストハターンを後処理して t法制御性良く細らせるトリ
ミング加1．や、レシストハターン側壁に存在するごくわずかな凹凸をなくしてパターン寸 法ゆらざを抑制する ド滑化処理などが近年検討されるようになってきた1）、
本章では、加ll精度や微細1・r法レベルを大幅に向ヒするために考案した各種マルチステ ッフ法に・）い⊂検討した結果を述べる2）7｝なお、マルチステップ法とは、加工工程を複 合化することによ・・て、単一のフロセス条件や単一の処理行程では達成できない高精度加
llを目指す技術のことである
3．2 側壁を利用したSi基板のマルチステップ加エ
マルチステッフ法の基本的な考え方は、
ドライェッチングの異方性の特性を活用し 等方的に成長 て形成する側壁（サイドウオール）ハター
ンを利用することに根差している（図3．
1）ttサイドウ者一一ルの形成法は、垂直段差 を長ず形成した後に等方的な薄膜の堆積を
行いはいで酬靭厚さ分を勤的にド 堅̲㌫莫
ライエッチンゲすることによって垂直段差
側壁に堆積膜の超微細ハターンを残すとい 図3・1 う工程から成る．
⇒
堆積膜厚の分だけ 異方的に除去
／＼、側壁の 残存膜
基板
・異方性エッチング
異方性エッチングによる サイドウォール形成
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本研究では、このような側壁を多段に組互今わせるマルチステッフ法を考案し、Si基板 の高アスヘクト比加工の精度や微細性を飛躍的に向ヒさせる技術を検討した2） IL，［このマ ルチステッフ法としては、大別して以下の2っの方法を用いている
エ エッチングフロセス内のマルチステッフ法：
ドライエッチング条件と成膜条件をエッチング装置［1・］において短時間で変化させ、
単一ステッフに比べて加］二精度を大幅に向ヒさせる技術 （エッチング条件の短時
間変調技術は、TM法として第2章で述べた）
②成膜とエッチングフロセスを組み合わせたマノレチスラ ッフ法：
側壁の薄膜パターンをもとにして、ポトリソグラフィの加Il寸法レベルを凌ぐ超微 細パターンを形成する技術
なお、このような手法に関連する技術として、最も占くは、ドライエッチング技術が導 入され始めた1979年頃からMOSトランジスタのLDI）（Lightly D（）ped I）ran1）構造iの形 成法として考案された例がある13）1引、図 t−
・一・・
3・2は・Si iN i側凱DD構造を試作し
jーriGα㎏Si霊
たものであるが2）、本研究のマルチステッ フ法は、このように単純な側壁形成に留ま
らず、側壁形成工程を多段に組み合わせる ことによって、従来に無い高アスヘクト比 の高精度加工を狙いとしている，
図3．2
N ：止
1 ．．」
Si3N4サイドウォールパターンを利用 したLDDデバイス構造の試作例2）
3．2．1 エッチングプロセス内のマルチステップ法
ドライエッチングそのものの高精度化技術については第2章で述べたが、そのエッチン グ途中に側壁保護膜形成ステップを組み合わせることによって、いったん形成した側壁を サイドエッチングによって後退させることなく、Si基板の溝や孔を掘り進むマルチステッ フ法を検討した（図3．3）o，
ここでは、2．2．5節で述べたCBrF／sでの反応性イオンエッチングの例を示す エッ チング条件は、ガス圧力：2Pa、高周波電力：0．3 W／cm L？（周波数13．56 MHz O）RF電 源で、出力600W、 Vd、，800Vの条件）であり、エソチングマスク材料はS▲02である、こ のようなエッチング条件の連続エッチングによって深さ4μmの孔を加工すると、図の
（1）に示したように、孔の中央が膨らんだ樽型のサイドエッチングが生じる、
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このエッチングを4ステッフに分けて、Eず1μm掘り進んだところでエッチングガス であるCBrF《の供給を1ヒめてOL，ガスに切り替えて1分間フラズマ放電を行う これによ ってエッチン〃孔の内面のSi表面は酉刻ヒされてSio2が形成されるその酸化膜厚は2nm 程度である 続いて、内：度CBrF／sカスに切り替えてエッチングを開始する．エッチング再 開直後は孔底にも酸化膜が形成されているので、Siエッチングが再スタートするまでに若
1この遅延はあるものの、第1ステッフのSiゴッチングと同様にエッチングが進行する一 Si／SiO2の選択比ぱ1（）であり、酸化膜をブレイクするために、Siに換算して約20 nm相
当分のエッチング遅れがある ここで、02ガスフラズマの照射ステップによって孔の内面 全体に形成されたSio ，， a）うち、孔底面a）SiO2はエッチングイオンの照射によって除去さ れるが、側壁（ノ）SiOL，にはfi tこ｝め入射イオンしか当たらないために、側壁Sio2は残存する。
そ［て、次のSiエッチンクステッフの間はサイドエッチングを防止する保護膜となる，、こ のようにLて、J・一ッチングを4ステッフ行った結果が、図の（2）の形状である，
→QL
（1）。，e−、tep Et、hi，g 弓ド・
N TM ， 一 2
（2）Multi−step Etching
● 一 ● ●
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¶■■ 一
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dl／一皇 ） 悟＼
v ・一＿L＿
（1） Si etch （d）
（2）fSietch−1（d！n）
・・ P（asmQ ox idation
1→Sietこh−2
t ．
・ θ
㍗》Si etch−n Side etching：
L」⊇三q乙D −一」
図3．3 側壁保護膜形成を組み合わせたマルチステップSiエッチング4）
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このような、エッチングと保護膜形成を繰り返すマノレチステッフゴッチング法を用いれ ば、その繰り返しステッフ数とともにサイドェ・ノチングの」ミきさを減少させることができ る．繰り返し回数をn回、単一条件でしリサイドコニ・ソチングの大きさをaとすると、マルチ ステッフでのサイドエッチング（b）は単純に、
b＝a／n
となる
なお、このようなマルチステッフ法では、種々のエッチング条件と保護膜形成条1 ｛二の組 み合わせが利用できる16），保護膜形成にはSi基板の酸化だけでなく、積極的に堆積膜を 形成するガスを導入することも可能である．なお、エッチング中に定常的に保1言董膜を形成 すると、エッチング底面の反応も常時阻害されてエッチング速度の低ドを招くので、：］1ッ チングと保護膜のステップは明確に分離する必要がある、このような方法については、図
3．4に示すような例によって、本研究では検討を行ったP
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1 ：Si戊産板
2：エッチングマスク 5：Si溝
6 ：Si『苫iθ功這【面
7、8、10：耐エッチング個，被膜
b1：サイドエッチングtlt；
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