いPdひSi
ノ
倶1壁保護膜
…竃㌘顯「・コ
ノ
L．」。，
図3．17 高段差上Poly・Si膜のマルチステップ エッチングlo）
なお、Poly−Si膜のエッチングで注意すべき点は、 Poly−Si膜へのドーパント添加状態に よってエッチング特性に差が出ることである．2．2．3節のPC1、，ガスのところで述べた ように、n型のSiではエッチング速度が増大する傾向があり、サイドエッチングも起こり やすい一このような状態を見極めて、エッチング条件を最適化する必要がある
85
︵芭．壬姐±︶堅宗入ぷ謹
Si Cl
8％ 5％
（7ガ） （筋）
「×
0
3﹂
（4bV）
側壁デポ物
C84男
（83％）
﹁
レ8メ 2文 R別 （o扉）
65田 i0￠）
］5＄
冾V＄
＼ レシスト
［olySl
エッチング而 Sio，
（卿一（）内は・デポ物の 表面を糸勺2nm除去後 の分析結果
図3．18
500
電子エネルギー（eV）
段差ヒPoly−Si膜のマルチステップエッチングにおける側壁保護膜 のオージェ電r一分光
段差上Poly−Si膜の一・・ルチステッブエッチング後の形状と、さらにレジスト剥離後の形 状を、図3．19に示す 、急峻な高段差上のPoly−Si膜の加工において、段差側壁を掘り進 む際にマルチステッフ法を用いることによって、エッチング残りやサイドエッチングなく
高精度な加工が五2 fi文できているls）、
一1μm
図3．19 マルチステップエッチングによる段差上Poly・Si膜エッチング3）（1）エッチング後、（2）レジスト除去後 86
3．4．2 多層レジストのエッチング
段差上に高精度な微細ハターンを形成する技術として、多層レジスト法がある（第1章 の図1．9参照） この方法は、ポトリソグラつイで形成した1二層（TL）のレジストハター ンを、SOG（Spin−On Glass）などで形成される中間層（ML）、 十《坦化のために塗布形成 されたレジスト膜の下層（BL）へとエッチングによ・・て転写してゆく多段のハターン形成 技術である28‥即、特に、BLには厚膜のレジスト材料が用いられるので、その高精度ドラ イエッチング技術が重要であるtt
塗布形成されたSio2膜をマスクとしてBLの有機レジスト材料（フII・ノールとアノレデヒ ドを脱水縮合したノボラック系樹脂）をエッチングするには、itず02ガスを川いること が考えられる一図3．20に、低温マイクロ波フラズマエ・ソチング装置を川いてOL，ガスで BLをエッチングした結果を示す30）、エッチング条件は、02ガス圧力：O．7 Pa、マイクロ 波電力：250Wで、ウェーハ温度を一30Cと 130℃としたこの条f llで、1ハLのエッチ 速度は0，6μm／minである．、−30Cでは0ラジカルにLる り・イドゴッチングが生じてい
るが、−130℃ではサイドエッチングがなくなり、さらにテー一一一バー状の側lilになっている
テーハーの原因は、エッチング面に荒れを起こしている二とから、堆積物によるものL推
測される．
30C
・130C
図3．20 02ガスによるBLのエッチング形状30）
87
このテーハーの原因を調ぺるために、エッチング中のフラズマの発光スヘクトルを測定 した その結果、ウ．1ニーハを冷却せずにフラズマを発生させたときの発光スヘクトル（こ のときのウ：・L ・ 一ハ温度はソラズマ照射にkf・て100Cに上昇した）と、−110℃に冷却し た時の発光スヘクトルでは、図3．21に示す差異が見られた、圭ず、発光スヘクトル全体 の強度が一llOCで小さくな・・ている さらに、 H、0、 OHの特有の発光スペクトルが一 110Cの方でぱ極端に小さくなっている 発光強度比にすると、0については一110℃で lOO C（ノ）約1／2、OHでは1／5で、Hについては 110Cにおいてほとんど認められない，
この二kから、BLエッチングに仁って発生したHは、低温ではH20（氷）としてウェー ハ表面に付着したC／）ではないかと推測される3（ なお、ウユニーハを大気中に取り出した状 態では1−1 ，・Oは蒸発し、堆積物としては残らなかったと思われる，、
1﹂ーー．↑1−Il﹂1−lllL﹁．︐﹂⁝︐ー﹂ー．r﹂°ー﹁ーー﹂﹁1111﹂L﹁ーーーll﹂﹁lll−
0987653210 53
︵＝⊂⊃︐Ω﹂m︶﹀誘⊂迎三⊂ρω⑩芒山 1︵∠ 1
0
0「一一u ． 「
1ぱ
li
㍑川． ．．．い ，t ：1
㍗
＋100°C
㍑il
． ．
300 400 500 600
Wavelength（nm）
一110°C
700
図3．21BLエッチング時のプラズマの発光スペクトル30）
88
このようにBLu）エッチングでは、−100℃程度になるとH ，・O（氷）のような堆積物に よるエッチング形状への悪影響があるため、あ主り低温にしなくともサイドエッチングを 防止できる側壁保護膜の形成を次に検討した
3．2．1節で述べたSiエッチングの場合の側壁保護 の方法である側壁酸化は、有機物であるBLの場合には もちろん成り立たない、CF系（テフロン系）ポリマー の堆積法も、02フラズマ中ではFラジカルを発生して ML層のエッチング作用が強くなるために、適用は難し いと考えられる．その他の堆積性ガスの可能性としては
CH系の添加ガスが考えられるが、実際にCH30Hの添 一＿＿＿＿」1μm 加を試みたところ、図3．22に示すように、堆積物が厚
図3．22 02十50％CH30Hガス くなってしまい・寸法制御性が悪くなる結果になった によるBLエッチング形状 そこで、FのようにML層のエッチング作用が起こらな
いCl系のガスで側壁保護を行う方法を次に検討した29｝／se］、
図3．23は02エッチングガスへのCl，の添加量を25％、50％と増やしていったときの
サイドエッチング量とBL（レジスト）対ML（SOG）の選択比の変化を調べた結果であ
る。Cl2の添加量の増大とともに サイドエッチング量は減少し、
25％でほぼ0に、50％ではマイナ スの値すなわちパターンの太りが 生じている。なお、ここでのサイ
ドエッチング量はBLの高さの中 央部で測った値で示している。一
方、Cl2を50％まで増やすとML
に対する選択性の低下が見られる ので、25％程度の添加量に留めることが適当と思われる一
︵∈ユO⊆三2山 Φ浬ω
O．2
O．1
。．。＼
・0．1
一〇．2
一〇．3
0
図3．23
→
100
80
60
40 Temp：−60°C
P：OA3Pa
MW：1kW 20 RF：30 W
0
25 50 75 100
Cl2／（02＋Cl 2） （％）
02＋Cl2ガスでのサイドエッチ ング量とBL／ML選択比30）
≧≧芯2Φω
89
このような結果から、CLの添加によってBLの側面では、0ラジカルによるサイドエ
ッチングを防111する保護効果が得られたと考えられる なお、CLの添加によるレジスト 表面の保護効果にっいては、グイレクトリコイル法（低エネルギイオンを試料表面に照射して表面から反跳されてきた粒子を検出することにkり表面元素分析を行う方法3P）によ る実験においても検討されており、レジスト表面にC日イオンを照射した後にO イオン を照射しても、0イオンの加速ゴネルキーがi300ev以ドではレジスト表面o）Clは除去さ れないという報告例がある川
O，， ＋ Cl ，）でのBLエッチングの最適化を図るために、CEの添加量とウェーハの冷却温度 を変化さぜてエッチング形状を調べた結果を図3．24に示す、、温度が低いほど、またC12 が多いほど、サイドエッチングが抑制されるとともにテーハー形状になってパターン太り が生じている様∫一がわかる 図から、02＋25％Cl2ガスで一60℃の条件で最も精度の良い
エッチングが目∫能になると考え．た、
02
●ンOcう O°O⑩︐
02＋25％Cl2 02＋50％C12
ぽ謄﹃
』
9
鶏
O°O□︐
輪
．JJ 一す
。弍一
L＿」1μm
Pressure ：0．13Pa
Microwave：1kW RF ：30W
図3．24 02＋C12ガスでのエッチング形状（Cl2添加量、温度依存性）3・）
90
同様にマイクロ波電力、RFバイアスなどによる形状の変化を調べ、エッチング条件を 最適化した結果、02＋25％Cl2で、ガス圧力：0」3 Pa、マイクロ波電力：600 W、2MHz のRFバイアス電力：30 W（Vd、：90 V）、温度：−60 Cの条件で、図3．25に示すよう な、厚さ1．5μmでパターン寸法が0．1μm、0．2μInレベルの高アスヘクト比BLパター
ンを形成できた．
L−一一一一一一」1μm
図3．25 02十25％Cl2、−60℃で加・1二した高アスペクト比レジストパターン （（1）O．1μmパターン、（2）02μmパターン）30）なお、C12の添加による側壁保護法ではエッチング速度の低下は見られなかった，これ は、エッチング面ではイオン衝撃を強く受けるためにCCI，などの生成物も脱離して、レ ジストのエッチングが阻害を受けずに進行したものと考えられる そのため、このBLエ ッチングにおいては、3．2．1節で述べたような側壁保護ステッフを分離して行う必要 がなく、連続エッチング方式で特に問題はない「
また、このような多層レジストの高精度エソチング技術は、ダブルハターニング法（レ ジストハターンの露光工程を、位置をずらして2回行うことによって微細化する方法）281 などの次世代のポトリソグラフィ技術において、さらに微細で高アスヘクト比のレジスト ハターンを形成するために益々重要になると考える
91
ML層は通常、塗布形成された薄いSiO2膜
（SOG）であり、そのハクーン転写においては深
いエッチンクにならない（力で、一舟隻〔1勺なLS i O Uエッ
チング条件の適用が可能である ただし、SiOzエ ッチングガスであるCIF8、 CLF 、 CHF／sなどは、
表3．21こ・Jl一す 1、うに、 地球温暖化係数 （GWp）
の大きいガスであり、今後、温暖化係数の小さい ガスへ置き換えてゆく必要があるtis）、
；／L−： ぐ、イsctiJF究 ぐIL（1F㌦1、 c2F510）ようfit CFx
と1（ヨウ素）の結合した分子をエッチングガス レして用いる二とを検討した、この分仁は、図3．
26に示すような構造を持らISiS）、 C−1の部分の
表3．2 エッチングガスの大気中寿命 と地球温暖化係数（出典：IPCC95）
Gas Lifetime GWP
（years） 100