Etching Gas
図3．14 CF4、 CHF3、 CH2F2、 CH3Fガスによる Si、 Si3N4、 SiO2のエッチング速度2）
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図3．14の結果から、CH．F、（y−4−x）というエッチングガスにおいて、 H原子 の数が多くFの数が少なくなるほどエッチンク速度が全体に低ドしてゆくことがわかる
これはSiと反応するFの数が減ろことと、CHF系ポリマーの堆積物が反応を阻害するこ とにkると考えられる ただし、そのエッチング速度の低下がSii3N．；では他の材料に比べ て起こりにくいという傾向が見られる CH2F2やCH：sFでは、 Siはもとより、SiO2でも ほとんどエッチンクが進行しなくなるが、Si3N1ではCF，でのエッチング速度の半減程度 に留R・）ている 選択比の数値でみてみると、cH2F2やcHi，Fで、 SiisN1／SiO2、 SiisN．i／
Poly−Siの選択比が25倍〜40倍と高い値が得られている（表3．1）2）．
表3．1 CF，、 CHF3、 CH2F2、 CH3Fガスによる Si、 Si3N4、 SiO2のエッチング速度と選択比2）
Etch RQte（nm／min） Etch RαteRαtio
GQs Si3N4 Sio2 PolySi
Si3 N4Si3N4
Si 2 Pbl i
CHF3 43 11 7 4 6
CH2F2 30
0．8 0．840 40
CH3F 22 0．6
0．934 25
このようなエッチング反応を検証するために、X線光電子分光分析装置（XPSもしくは ESCA）によ・・て、エッチングの表面に残留したCの状態を調べた（図3．15）． Cの信
号L強度は、SiとSiO2の表面で強く現れており、残留Cが多いことが裏付けられた．また、
CのスヘクトルにはC−F（285eV）やC・F2（287 eV）のようなサブピークがあまり見ら れず、Fの少ないCHF系の堆積物にな・）ていることもわかった2）．
堆積物を伴うゴッチングでは、堆積量が過剰になるとエッチングすべき材料においても エッチングが停Lヒしてしまうことになるので、エッチング状態の制御は慎重に行う必要が ある、堆積物が多くなる条件は、例えばガス流量が多くなった場合で、この実験において
もガス流量が30SCCmを超えるとエッチングが停止した、また、反応性イオンエッチング 装置の電極材料として石英（SiO2）を用いているが、ホリシロキサンのようなc、 Hを多 く含む材料を電極面に置くと、そのアウトガスによってガスを添加するのと同様の堆積効 果が現れることも確認している27）、このkうなエッチングガス雰囲気の安定化のためには、
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一般に低速エッチングの方が好ましく、ここでは30mn／min程度になる条件で、高選択 異方性エッチングを安定的に行っている
厚い膜の加工にはならないので、このよ と考える
f則壁にLる超微細ハターンの形成においては、
二な低速エッチング法を用いることが［∫能である
Po｛ymeric Deposition
、
Etching
ぷN
5t ltlSi Sio2 Si3N4
﹀ゼ⑩⊂Φ︸⊂︷の止×
／Si
．Sio2
Si3N4
280 285
Binding Energy（leV）
290
1
1CH3F
i4 PQ
O，3w／cm2
図3．15 CH3Fガスによるエッチング表面のX線光電子分光分析2）
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3，4 高段差上の加工技術
これliで、 Si基板の高アスヘクト比エッチングを中心に述べてきたttここでは、 Si基板 ヒに種々のパターンが形成された後に、その段差上に形成された薄膜の高アスペクト比エ ッチングについて検討した結果を述べる 具体的には、ほぼ垂直のゲートハターン段差上 にPoly−Si膜の積層型キャハシタ電極を形成する例を検討した、なお、近年の半導体LSI フlzセスにおいてぱ、 CMP（Chemical Mechan▲cal Polishing）によって平坦化しっつ上 層を成膜・微細力［｜1二する「法が多くなり、このkうな段差ヒでの直接の加工例は少なくな っているが、MEMSなどを含む様々なデバイスのための段差上での高アスヘクト比加工技 術t して、 二二で取り上げて検討結果を述べる、
段差ヒにレシスト・・ターンを形成する1際には多層レジスト技術が必要になる28） 13°）一ま た、近年のポトリソグヲソィ技術においては露光波長の短波長化が進んでおり、それに伴
・・てレジストの薄膜化や、用いられるレジスト材料のドライエッチング耐性の低下という こ［ も起こ・）ている．そのため、段差ヒであるかどうかによらず、レジストハターン形成 において多層しジスト技術は益々重要となってきたD，．ここでは、多層レジストの高アス ヘクト上七工・ソチング技術についても述べる、
3．4．1 高段差上Poly−Si膜のマルチステップ加工
蜘白二に近い段差liで薄膜のエッチングを行う際に、段差側壁でのエッチング残りが生じ ゃすい、これはらLうど、マルチステッフエッチングで利用する側壁パターンを形成する ための異方性エッチングの特徴が、逆に弊害になっている問題である。電極バターンにお いては、このエッチング残りはショートなどの不良原因となるのでオーバーエッチングに
k・）て除去する必要があるt．
図3A6はそのような段差ti加［の問題点を示
した加工例である、、段差ド部にエッチング残りがあ り、等戊∫的なエ・ソチングでこれを除去しようとする
と、加一llハタv−・一一ンにもサイドエ・ソチングが生じる、
このような段差側壁に成膜されたハターンを除去す るエッチングにおいて、3．2．1節で述べた一一エ ッチングフロセス内のマルチステッフ法 が応用で きるvlω、
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