JP2000124191A - Surface processing method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の表面処
理方法に係り、特にプラズマを用いた半導体表面のエッ
チング処理に好適な表面加工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 surface treatment method for a semiconductor device, and more particularly to a surface processing method suitable for etching a semiconductor surface using plasma.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子のエッチングに用いられてい
る装置としては、プラズマを利用した装置が広く用いら
れており、ここでは、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）方式と呼ばれている装置を例に取り説明する。この
方式では、外部より磁場を印加した真空容器中でマイク
ロ波によりプラズマを発生させる。また、試料に入射す
るイオンを加速するために試料にはバイアス電圧が印加
される。プラズマとなるガスには塩素やフッ素などのハ
ロゲンガスが用いられる。2. Description of the Related Art As an apparatus used for etching a semiconductor element, an apparatus utilizing plasma is widely used. Here, an apparatus called an ECR (Electron Cyclotron Resonance) system is taken as an example. explain. In this method, plasma is generated by microwaves in a vacuum vessel to which a magnetic field is externally applied. Also, a bias voltage is applied to the sample to accelerate ions incident on the sample. A halogen gas such as chlorine or fluorine is used as a gas to be plasma.
【０００３】この装置の主に高精度化を図る目的で、特
開平６−１５１３６０号公報に記載の技術が知られてい
る。本技術は、試料に印加するバイアス電圧をオンーオ
フと間欠的に制御することにより、加工の異方性を向上
させるというものである。A technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-151360 is known mainly for the purpose of improving the accuracy of this apparatus. The present technology improves the anisotropy of processing by intermittently controlling a bias voltage applied to a sample between on and off.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体素子で
は、その微細化に伴い加工の高精度化がこれまで以上に
要求されているが、その課題の一つに微細なパタンを形
成するためのマスクの問題がある。マスク材には有機物
であるレジストが主に用いらている。しかし、レジスト
は通常その厚さが１μｍ程度ある。このため、レジスト
自体がかなりアスペクトの高い溝となり、狭い溝の加工
をより困難にしている。レジストを薄くすると、下地の
加工が終了する前にレジストが無くなってしまう問題が
生じる。この対策として、マスク材にハードマスクと呼
ばれる酸化膜などの無機物を用いる方法がある。酸化膜
はレジストに比べて５倍以上の耐性があるため、その厚
さを５分の１以下にできる。これにより、レジストの使
用時に比べ被エッチング材とマスクとの選択比は大きく
なり改善される。しかしながら、薄いハードマスクを用
いた加工では、被エッチング材である下地物質とハード
マスクとの選択比をさらに向上させることが新たな課題
となる。In recent years, semiconductor devices have been required to have higher processing accuracy in accordance with miniaturization. One of the problems is to form fine patterns. There is a problem with the mask. An organic resist is mainly used for the mask material. However, the resist usually has a thickness of about 1 μm. For this reason, the resist itself becomes a groove having a considerably high aspect, making processing of a narrow groove more difficult. If the resist is made thinner, there is a problem that the resist disappears before the processing of the base is completed. As a countermeasure, there is a method of using an inorganic material such as an oxide film called a hard mask as a mask material. Since the oxide film has five times or more the resistance as compared with the resist, the thickness can be reduced to one fifth or less. As a result, the selectivity between the material to be etched and the mask is increased and improved compared to when the resist is used. However, in processing using a thin hard mask, it is a new task to further improve the selectivity between the underlying material as the material to be etched and the hard mask.
【０００５】本発明の目的は、半導体などの表面処理に
おいて、被エッチング物質とマスク材との選択比を高く
することのできる表面処理方法を提供することにある。It is an object of the present invention to provide a surface treatment method capable of increasing the selectivity between a substance to be etched and a mask material in the surface treatment of a semiconductor or the like.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】試料が配置された真空容
器内にプラズマを発生させ、試料にバイアス電圧を印加
しながら該プラズマにより試料を表面加工する方法にお
いて、試料に形成された被加工物のマスク材料として主
成分に炭素を含まない層を用い、かつ試料台に印加する
バイアス電圧を周期的にオンとオフに制御することによ
り、達成される。In a method of generating plasma in a vacuum vessel in which a sample is placed and applying a bias voltage to the sample while processing the surface of the sample with the plasma, a workpiece formed on the sample is formed. This is achieved by using a layer containing no carbon as a main component as a mask material and periodically controlling the bias voltage applied to the sample stage to ON and OFF.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】〔実施例１〕以下実施例を図１に
より説明する。図１（１）はプラズマエッチング装置の
全体構成図である。マイクロ波電源１０１から導波管１
０２と導入窓１０３を介して真空容器１０４内にマイク
ロ波が導入される。真空容器１０４の材質は金属で内面
に絶縁コーティングしてある。導入窓１０３の材質は石
英、セラミックなど電磁波を透過する物質である。電磁
石１０５の磁場強度はマイクロ波の周波数と共鳴を起こ
すように設定されて、たとえば周波数が２．４５ＧＨｚ
ならば磁場強度は８７５Ｇａｕｓｓである。この磁場強
度でプラズマ１０６中の電子のサイクロトロン運動が電
磁波の周波数と共鳴するために、効率よく電磁波のエネ
ルギーがプラズマに供給され高密度のプラズマができ
る。試料１０７は試料台１０８の上に設置される。試料
に入射するイオンを加速するために、バイアス電源１０
９が試料台１０８に接続されている。バイアス電源の周
波数に特に制限はないが、通常バイアス電源の周波数は
２００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲が実用的である。こ
れ以下の周波数ではインピーダンス整合を取ることが難
しくなり、これ以上の周波数では、バイアス電源により
プラズマが発生して制御が複雑になる。図１（２）はバ
イアス電源１０９の電圧波形１１０を示す。本発明に従
い，電圧は繰返しオンオフされる。オンオフの繰返し周
波数はバイアス電源の発振周波数より小さければよい
が、技術的には１００Ｈｚから１０ｋＨｚが適当であ
る。[Embodiment 1] An embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 1A is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus. Waveguide 1 from microwave power supply 101
Microwaves are introduced into the vacuum vessel 104 through 02 and the introduction window 103. The inner surface of the vacuum vessel 104 is made of metal and insulatingly coated. The material of the introduction window 103 is a material that transmits electromagnetic waves, such as quartz or ceramic. The magnetic field strength of the electromagnet 105 is set so as to resonate with the frequency of the microwave, for example, the frequency is 2.45 GHz.
Then, the magnetic field strength is 875 Gauss. Since the cyclotron motion of the electrons in the plasma 106 resonates with the frequency of the electromagnetic wave at this magnetic field intensity, the energy of the electromagnetic wave is efficiently supplied to the plasma, and a high-density plasma is generated. The sample 107 is set on a sample stage 108. A bias power source 10 is used to accelerate ions incident on the sample.
9 is connected to the sample stage 108. Although the frequency of the bias power supply is not particularly limited, the frequency of the bias power supply is usually practically in the range of 200 kHz to 20 MHz. At frequencies lower than this, it is difficult to achieve impedance matching, and at frequencies higher than this, plasma is generated by the bias power supply, and control becomes complicated. FIG. 1B shows a voltage waveform 110 of the bias power supply 109. According to the invention, the voltage is turned on and off repeatedly. The on / off repetition frequency may be lower than the oscillation frequency of the bias power supply, but technically, 100 Hz to 10 kHz is appropriate.
【０００８】この装置で半導体素子の配線に使われるア
ルミニウムのエッチングを行った結果を述べる。エッチ
ングのガスにはＣｌ2（８０ｓｃｃｍ）＋ＢＣｌ3（２０
ｓｃｃｍ）を用い、圧力を１Ｐａとした。マイクロ波電
源１１の出力を７００Ｗとした。バイアス電源１０の出
力は６０Ｗで、周波数は４００ｋＨｚと８００ＫＨｚの
２つを試験した。オンオフの繰り返し周波数は２ＫＨｚ
とした。図２は、オンオフの１周期にしめるオンの割合
（以後デューティー比と呼ぶ）に対するＡｌと酸化膜の
エッチング速度の関係、図３はＡｌと酸化膜の選択比の
関係を示している。デューティー比１００％は従来の連
続バイアスである。デューティー比を小さくした場合
は、ピーク電力とデューティー比の積が６０Ｗとなるよ
うピーク電力を調整している。The result of etching aluminum used for wiring of a semiconductor element by this apparatus will be described. The etching gas is Cl 2 (80 sccm) + BCl 3 (20
sccm) and the pressure was 1 Pa. The output of the microwave power supply 11 was 700 W. The output of the bias power supply 10 was 60 W, and two frequencies of 400 kHz and 800 kHz were tested. ON / OFF repetition frequency is 2KHz
And FIG. 2 shows the relationship between the ratio of ON and the etching rate of the oxide film to the ON ratio (hereinafter referred to as the duty ratio) in one ON / OFF cycle, and FIG. 3 shows the relationship between the selectivity of Al and the oxide film. A duty ratio of 100% is a conventional continuous bias. When the duty ratio is reduced, the peak power is adjusted so that the product of the peak power and the duty ratio becomes 60 W.
【０００９】バイアスの周波数が４００ｋＨｚ、８００
ｋＨｚともに、オンオフ制御してかつデューティー比を
小さくすると酸化膜のエッチング速度が低下して、Ａｌ
対酸化膜の選択比が上昇する。すなわち、マスク材に酸
化膜を用いてかつバイアスをオンオフ制御すると、マス
クとＡｌの選択比を上げることができる。デューティー
比は５０％以下から効果が顕著になる。The bias frequency is 400 kHz, 800
When the on / off control is performed and the duty ratio is reduced at both kHz, the etching rate of the oxide film decreases, and Al
The selectivity of the oxide film is increased. That is, when an oxide film is used as the mask material and the bias is turned on / off, the selection ratio between the mask and Al can be increased. The effect becomes remarkable when the duty ratio is 50% or less.
【００１０】さらにオンオフ制御してかつ、ガスとして
Ｃｌ2（８０ｓｃｃｍ）＋ＢＣｌ3（２０ｓｃｃｍ）にＣ
Ｈ4（４％）＋Ａｒを２００ｓｃｃｍ加えて圧力を２Ｐ
ａにしたところ、Ａｌと酸化膜の選択比はさらに２０か
ら５０％上昇した。ＣＨ4のように炭素を含むガスは、
堆積性がありバイアスオフ期間に酸化膜上に堆積物が付
着し易くなり、より効果が上がると考える。図３に堆積
性ガスを添加した条件で、ハードマスク試料をエッチン
グした断面形状を示す。試料構造は酸化膜のハードマス
ク４０１（１００ｎｍ）の下にＴｉＮ膜４０２（８０ｎ
ｍ），Ａｌ膜４０３（５００ｎｍ），ＴｉＮ膜４０４
（１００ｎｍ），酸化膜４０５，Ｓｉ基板４０６の順で
構成される多層膜試料である。エッチング条件はガスと
してＣｌ2（８０ｓｃｃｍ）＋ＢＣｌ3（２０ｓｃｃｍ）
にＣＨ4（４％）＋Ａｒを２００ｓｃｃｍ加えて圧力を
２Ｐａで、マイクロ波８００Ｗである。バイアス電力は
図３（１）バイアス２５０Ｗでデューティー比２０％、
図３（２）が連続バイアスで５０Ｗである。エッチング
時間はプラズマの発光波形で判定して下層のＴｉＮ膜４
０４がエッチング終了してから３０％のオーバエッチン
グをしている。オンオフバイアスでエッチングした場合
はハードマスクが１０ｎｍ残ったが、連続バイアスでエ
ッチングした場合はハードマスクは完全にエッチングさ
れて無くなってしまいＴｉＮ膜４０２がエッチングされ
ていた。以上のように、ハードマスクを用いたメタルエ
ッチングでは、バイアスをオンオフ制御することでメタ
ルとハードマスクの選択比を上げることができる。Further, on / off control is performed, and Cl 2 (80 sccm) + BCl 3 (20 sccm) is
200 sccm of H 4 (4%) + Ar is added and the pressure is 2P
At a, the selectivity between Al and the oxide film further increased by 20 to 50%. Gases containing carbon, such as CH 4 ,
It is considered that the deposit is easily deposited on the oxide film during the bias-off period, and the effect is further improved. FIG. 3 shows a cross-sectional shape obtained by etching the hard mask sample under the condition where a deposition gas is added. The sample structure is a TiN film 402 (80n) under an oxide hard mask 401 (100 nm).
m), Al film 403 (500 nm), TiN film 404
(100 nm), an oxide film 405, and a Si substrate 406 in this order. The etching conditions are Cl 2 (80 sccm) + BCl 3 (20 sccm) as a gas.
In addition 200sccm of CH 4 (4%) + Ar in at 2Pa pressure, a microwave 800 W. The bias power is as follows.
FIG. 3B shows a continuous bias of 50 W. The etching time is determined by the emission waveform of the plasma, and the lower TiN film 4 is formed.
04 is over-etched by 30% after the etching is completed. When the etching was performed with the on / off bias, the hard mask remained at 10 nm. However, when the etching was performed with the continuous bias, the hard mask was completely etched away and the TiN film 402 was etched. As described above, in the metal etching using the hard mask, the selection ratio between the metal and the hard mask can be increased by controlling the bias on / off.
【００１１】〔実施例２〕次に、半導体素子のゲート加
工に適用した例を述べる。ゲート加工はメタルの加工よ
りも膜厚が薄いために、レジストとの選択比はメタルほ
ど大きな課題ではない。しかし、加工寸法が小さくな
り、かつ従来のタングステンシリサイド（ＷＳｉ）とｐ
ｏｌｙ Ｓｉの多層膜に代り、より抵抗の低いＷとｐｏ
ｌｙ Ｓｉの多層膜になると、Ｗのエッチング速度が小
さいためにハードマスクを用いてもやはり、マスクと下
地との選択比が課題となる。Embodiment 2 Next, an example in which the present invention is applied to gate processing of a semiconductor device will be described. Since the gate processing is thinner than the metal processing, the selectivity with respect to the resist is not as large as that of the metal. However, the processing size becomes smaller, and the conventional tungsten silicide (WSi) and p
Instead of a poly-Si multilayer, lower resistance W and po
In the case of a ly Si multilayer film, the selectivity between the mask and the base is still an issue even if a hard mask is used because the etching rate of W is low.
【００１２】図５に窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）をハードマスク
５０１（２００ｎｍ）としたＷ膜５０２（１００ｎｍ）
／ｐｏｌｙ Ｓｉ膜５０３（１００ｎｍ）／ＳｉＯ2膜
５０４（４ｎｍ）／Ｓｉ基板５０５をエッチングした結
果を示す。エッチングガスは塩素（３８ｓｃｃｍ）＋酸
素（１２ｓｃｃｍ）で圧力０．２Ｐａである。マイクロ
波電力５００Ｗである。このガス系では酸素が堆積性の
ガスになる。バイアス電力は、図５（１）オンオフバイ
アスでピーク電力が５００Ｗでデューティー比が３０
％、図５（２）が連続バイアスで１５０Ｗである。発光
で判定したエッチング終了後のマスクの残厚はオンオフ
バイアスの場合１２０ｎｍで連続バイアスの場合８０ｎ
ｍとなり、マスクと下地多層膜との選択比が上がった。FIG. 5 shows a W film 502 (100 nm) using a nitride film (Si 3 N 4 ) as a hard mask 501 (200 nm).
The results of etching the / poly Si film 503 (100 nm) / SiO 2 film 504 (4 nm) / Si substrate 505 are shown. The etching gas is chlorine (38 sccm) + oxygen (12 sccm) at a pressure of 0.2 Pa. The microwave power is 500W. In this gas system, oxygen becomes a deposition gas. As for the bias power, the on-off bias shown in FIG. 5 (1) has a peak power of 500 W and a duty ratio of 30.
%, And FIG. 5 (2) shows a continuous bias of 150 W. The remaining thickness of the mask after the completion of etching determined by light emission is 120 nm for an on-off bias and 80 n for a continuous bias.
m, and the selectivity between the mask and the underlying multilayer film increased.
【００１３】この構造ではＷのかわりにＭｏ，Ｃｒなど
の高融点金属が用いられる。また、金属とｐｏｌｙ Ｓ
ｉの間に、金属の窒化物などのバリア層が設けられるこ
ともある。In this structure, a high melting point metal such as Mo or Cr is used instead of W. In addition, metal and poly S
Between i, a barrier layer such as a metal nitride may be provided.
【００１４】〔実施例３〕図６は本発明を適用する別の
装置構造で、この装置ではｒｆ電力の容量結合によりプ
ラズマを発生させる。真空容器６０１内には２枚の電極
６０２,６０５が平行に配置してある。電極にはそれぞ
れｒｆ電源６０３と高周波電源６０６が接続してある。
試料６０４は試料台を兼ねる電極６０５の上に置かれ
る。ガスは試料と対向した電極６０２に開いた穴から導
入管６０８を通して容器内に入れられる。プラズマ６０
７は２枚の電極の間で発生する。Embodiment 3 FIG. 6 shows another apparatus structure to which the present invention is applied. In this apparatus, plasma is generated by capacitive coupling of rf power. Two electrodes 602 and 605 are arranged in a vacuum vessel 601 in parallel. An rf power supply 603 and a high-frequency power supply 606 are connected to the electrodes, respectively.
The sample 604 is placed on an electrode 605 also serving as a sample stage. The gas is introduced into the container through the introduction tube 608 from a hole opened in the electrode 602 facing the sample. Plasma 60
7 occurs between the two electrodes.
【００１５】この装置でも、本発明によりマスクと被加
工物質との選択比を上げることができる。In this apparatus, the selectivity between the mask and the material to be processed can be increased by the present invention.
【００１６】〔実施例４〕図７は本発明を適用する別の
装置構造で、この装置では数百ｋＨｚから数十ＭＨｚの
いわゆるラジオ波帯（以後ｒｆと呼ぶ）の周波数で誘導
結合によりプラズマを発生させる。真空容器７０３はア
ルミナや石英などの電磁波を透過する物質でつくられて
いる。その回りに、プラズマ７１０を発生させるための
電磁コイル７０２が巻いてある。コイルにはｒｆ電源７
０４が接続されている。真空容器７０１内には試料台７
０８があり、その上に試料７０７が置かれ、高周波電源
７０９が接続されている。真空容器７０１には上蓋７０
５がついているが、これは一体型でもかまわない。この
装置でも、本発明によりマスクと被加工物質との選択比
を上げることができる。[Embodiment 4] FIG. 7 shows another apparatus structure to which the present invention is applied. In this apparatus, a plasma is generated by inductive coupling at a frequency of several hundred kHz to several tens MHz in a so-called radio wave band (hereinafter referred to as rf). Generate. The vacuum container 703 is made of a material that transmits electromagnetic waves, such as alumina and quartz. An electromagnetic coil 702 for generating plasma 710 is wound therearound. Rf power supply 7 for coil
04 is connected. In the vacuum vessel 701, the sample table 7
08, a sample 707 is placed thereon, and a high frequency power supply 709 is connected. The vacuum container 701 has an upper lid 70
5 is attached, but this may be integrated. Also in this apparatus, the selectivity between the mask and the material to be processed can be increased by the present invention.
【００１７】〔実施例５〕次に、ガスその他の実施例を
述べる。メタルエッチングにおける堆積ガスとしてはメ
タン，エタン，プロパンなど炭化水素ガスが効果があ
る。またＡｒと希釈せずに用いても効果は変らないが、
Ａｒと希釈することで爆発性が低くなり安全性が増す。
またＣＨ4のＡｒとの希釈率は４％に限らないが、この
ガスは入手が容易な利点がある。さらに、炭素を含む堆
積性ガスにはＣＦ4，ＣＨ2Ｆ2，ＣＨＦ3，Ｃ4Ｆ8などが
ある。また、窒素ガスあるいはＮＨ3などの窒素を含む
ガスでも同様な効果がある。Embodiment 5 Next, a description will be given of a gas and other embodiments. As a deposition gas in metal etching, a hydrocarbon gas such as methane, ethane, and propane is effective. The effect does not change even if used without diluting with Ar,
Dilution with Ar reduces explosiveness and increases safety.
Although the dilution ratio of CH 4 with Ar is not limited to 4%, this gas has an advantage that it is easily available. Further, the deposition gas containing carbon includes CF 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , and C 4 F 8 . A similar effect can be obtained by using a nitrogen gas or a gas containing nitrogen such as NH 3 .
【００１８】ゲートエッチングでの堆積性ガスは、酸素
以外にＣＯ，ＣＯ2など酸素を含むガスがある。As a deposition gas in the gate etching, there is a gas containing oxygen such as CO and CO 2 in addition to oxygen.
【００１９】ハロゲンガスは塩素のほかにＦ2，ＨＢ
ｒ，ＨＩあるいは塩素を含むこれらのハロゲンガスの混
合でも効果は同じである。堆積性ガスの混合率は実験的
に０．５％から５０％が良く、それ以下では効果が無
く、それ以上だとメタルのエッチング速度の低下が大き
い。Halogen gas is chlorine, F 2 , HB
The same effect can be obtained by mixing these halogen gases containing r, HI or chlorine. Experimentally, the mixing ratio of the deposition gas is preferably 0.5% to 50%. If the mixing ratio is less than 0.5%, there is no effect.
【００２０】素子のマスクは、酸化膜と窒化膜の多層膜
あるいはレジストとハードマスクの多層膜でもかまわな
い。またハードマスクとしては、アルミナなど炭素を主
成分として含まない無機物が用いられる。The device mask may be a multilayer film of an oxide film and a nitride film or a multilayer film of a resist and a hard mask. As the hard mask, an inorganic substance not containing carbon as a main component, such as alumina, is used.
【００２１】以上、本実施例のように、プラズマを用い
た表面処理方法において、被エッチング物質のマスク材
として酸化膜、窒化膜を用い、プラズマ中のイオンを加
速するためのバイアス電源を繰返しオンオフ制御するこ
とにより、薄いマスクを用いてもさらに選択比を向上さ
せることができる。さらに、エッチングガスに堆積性ガ
スを混合することにより、ハロゲンガスはエッチングを
進行させ、堆積性ガスはエッチングを阻害する働きがあ
る。バイアス電源にオフ期間を設けると、バイアス電源
がオフすなわち加速イオンが試料表面に入射しない期間
では堆積性ガスの働きのみが顕著になり、特に酸化膜あ
るいは窒化膜などエッチング速度が遅い物質のエッチン
グ速度を低減させ、選択比が高くなる。As described above, in the surface treatment method using plasma as in the present embodiment, an oxide film and a nitride film are used as a mask material of a substance to be etched, and a bias power supply for accelerating ions in the plasma is repeatedly turned on and off. By controlling, even if a thin mask is used, the selectivity can be further improved. Furthermore, by mixing the deposition gas with the etching gas, the halogen gas advances the etching, and the deposition gas functions to inhibit the etching. When an off period is provided for the bias power supply, only the function of the deposition gas becomes remarkable during the period when the bias power supply is off, that is, when the accelerating ions are not incident on the sample surface. And the selectivity increases.
【００２２】なお、本実施例ではバイアスのオンオフ制
御において、バイアス電源のオフ期間は図１（２）に示
すように出力を零にしているが、必ずしも零である必要
はない。すなわち、加速イオンが試料表面に入射しない
期間をオフ期間とするものであって、イオンが試料表面
に入射してエッチング作用を生じさせないような、オン
時に比べて充分に小さい出力のものであれば、バイアス
電圧が印加されていてもよい。したがって、オンオフ制
御のオフは小さい出力も含まれる。In this embodiment, in the on / off control of the bias, the output is set to zero during the off period of the bias power supply as shown in FIG. 1 (2), but it is not necessarily required to be zero. In other words, the period during which the accelerated ions are not incident on the sample surface is defined as the off period, and if the output is sufficiently smaller than that during the ON period, such that the ions are not incident on the sample surface to cause an etching action. , A bias voltage may be applied. Therefore, the off of the on / off control includes a small output.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上のように本発明により、ＴｉＮ／Ａ
ｌ／ＴｉＮあるいはＷ／ｐｏｌｙ Ｓｉなどの半導体素
子の配線あるいはゲート材料を酸化膜あるいは窒化膜な
どのハードマスクに対して高い選択比でエッチングでき
る。As described above, according to the present invention, TiN / A
Wiring or gate material of a semiconductor element such as 1 / TiN or W / poly Si can be etched with a high selectivity with respect to a hard mask such as an oxide film or a nitride film.
【図１】本発明の表面加工方法を実施するための装置の
一実施例を示す全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing one embodiment of an apparatus for performing a surface processing method of the present invention.
【図２】Ａｌおよび酸化膜のエッチング速度とオンオフ
のデューティー比との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an etching rate of Al and an oxide film and an on / off duty ratio.
【図３】Ａｌ対酸化膜選択比とデューティー比との関係
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an Al to oxide film selection ratio and a duty ratio.
【図４】本発明の方法を用いて加工したメタル配線の断
面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a metal wiring processed using the method of the present invention.
【図５】本発明の方法を用いて加工したゲート電極の断
面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a gate electrode processed using the method of the present invention.
【図６】本発明の表面加工方法を実施するための装置の
他の実施例を示す全体構成図である。FIG. 6 is an overall configuration diagram showing another embodiment of an apparatus for performing the surface processing method of the present invention.
【図７】本発明の表面加工方法を実施するための装置の
さらに他の実施例を示す全体構成図である。FIG. 7 is an overall configuration diagram showing still another embodiment of the apparatus for performing the surface processing method of the present invention.
１０１…マイクロ波電源、１０２…導波管、１０３…導
入窓、１０４，７０１…真空容器、１０５…磁石、１０
６，６０７、７１０…プラズマ、１０７，６０４、７０
７…試料、１０８，７０８…試料台、１０９，６０６、
７０９…バイアス電源、６０８…ガス導入管、１１０…
電圧波形、７０２…電磁コイル、６０３、７０４…ｒｆ
電源。101: microwave power supply, 102: waveguide, 103: introduction window, 104, 701: vacuum vessel, 105: magnet, 10
6,607,710 ... plasma, 107,604,70
7 ... sample, 108,708 ... sample stage, 109,606,
709: bias power supply, 608: gas introduction pipe, 110:
Voltage waveform, 702: electromagnetic coil, 603, 704: rf
Power supply.
フロントページの続き (72)発明者 徳永 尚文 東京都青梅市今井町2326番地 株式会社日 立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 児島 雅之 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 佐藤 孝 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内 (72)発明者 吉開 元彦 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内 Ｆターム(参考） 4K057 DA13 DB01 DB05 DB06 DB08 DD01 DE01 DE04 DE06 DE08 DE11 DE14 DG15 DM18 DM20 DM22 DM29 5F004 AA05 BA14 BB14 CA06 DA00 DA01 DA04 DA11 DA15 DA16 DA23 DA25 DA26 DB02 DB09 DB10 EA06 EA07 Continued on the front page (72) Inventor Naofumi Tokunaga 2326 Imaicho, Ome-shi, Tokyo Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masayuki Kojima 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Hitachi Semiconductor Co., Ltd. F-term (reference) in the Kasado Plant of Techno Engineering Co., Ltd. EA06 EA07
Claims (13)
発生させ、試料にバイアス電圧を印加しながら該プラズ
マにより試料をエッチングする表面加工方法において、
前記試料に形成された被加工物のマスク材料として主成
分に炭素を含まない層を用い、かつ試料台に印加するバ
イアス電圧を周期的にオンとオフに制御することを特徴
とする表面処理方法。1. A surface processing method for generating plasma in a vacuum vessel in which a sample is placed and etching the sample by the plasma while applying a bias voltage to the sample.
A surface treatment method comprising: using a layer containing no carbon as a main component as a mask material of a workpiece formed on the sample; and periodically turning on and off a bias voltage applied to the sample stage. .
記被加工物は半導体ウエハ上に堆積された金属，半導
体，絶縁体でそのマスク材が窒化シリコンあるいは酸化
シリコンあるいはこれらの多層膜であることを特徴とす
る表面処理方法。2. The surface treatment method according to claim 1, wherein the workpiece is a metal, semiconductor, or insulator deposited on a semiconductor wafer, and the mask material is silicon nitride, silicon oxide, or a multilayer film thereof. A surface treatment method comprising:
いて、前記プラズマはハロゲンガスと堆積性ガスの混合
からなることを特徴とする表面処理方法。3. The surface treatment method according to claim 1, wherein said plasma comprises a mixture of a halogen gas and a deposition gas.
ハロゲンガスは塩素とＢＣｌ3の混合ガスで堆積性のガ
スはメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素であるこ
とを特徴とする表面処理方法。4. A surface treatment method according to claim 3, wherein said halogen gas is a mixed gas of chlorine and BCl 3 , and said deposition gas is a hydrocarbon such as methane, ethane or propane. .
記ハロゲンガスは塩素とＢＣｌ3の混合ガスで堆積性の
ガスはメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素をアル
ゴンなどの希ガスで希釈したガスであることを特徴とす
る表面処理方法。5. The surface treatment method according to claim 3, wherein the halogen gas is a mixed gas of chlorine and BCl 3 , and the deposition gas is a hydrocarbon such as methane, ethane or propane diluted with a rare gas such as argon. A surface treatment method characterized by being a gas.
記ハロゲンに混合する堆積性ガスは窒素ガスあるいは窒
素原子を含むガスであることを特徴とする表面処理方
法。6. The surface treatment method according to claim 3, wherein the deposition gas mixed with the halogen is a nitrogen gas or a gas containing a nitrogen atom.
記ハロゲンガスは塩素あるいはＨＢｒあるいはこれらの
混合ガスであり、堆積性ガスは酸素ガスあるいは酸素原
子を含むガスであることを特徴とする表面処理方法。7. A surface treatment method according to claim 3, wherein said halogen gas is chlorine, HBr or a mixed gas thereof, and said deposition gas is oxygen gas or a gas containing oxygen atoms. Processing method.
記ハロゲンガスはフッ素ガスあるいはフッ素原子を含む
ガスであることを特徴とする表面処理方法。8. A surface treatment method according to claim 3, wherein said halogen gas is a fluorine gas or a gas containing a fluorine atom.
いて、前記試料に印加するバイアス電源の周波数は２０
０ＫＨｚから２０ＭＨｚの高周波であることを特徴とす
る表面処理方法。9. The surface treatment method according to claim 1, wherein a frequency of a bias power supply applied to the sample is 20.
A surface treatment method comprising a high frequency of 0 KHz to 20 MHz.
おいて、前記試料に印加するバイアス電源を間欠的にす
る方法は、バイアスのオン−オフの１周期にしめるオン
の割合が５から５０％にしたことである表面処理方法。10. The surface treatment method according to claim 1, wherein the method of intermittently applying a bias power supply to the sample is such that a ratio of an on-state in one cycle of on-off of a bias is 5 to 50%. Surface treatment method.
において、前記ハロゲンに混合する堆積性ガスの混合率
は０．５から５０％であることを特徴とする表面処理方
法。11. The surface treatment method according to claim 1, wherein a mixing ratio of the deposition gas mixed with the halogen is 0.5 to 50%.
を発生させ、試料にバイアス電圧を印加しながら該プラ
ズマにより試料をエッチングする表面加工方法におい
て、試料台に印加するバイアスを周期的にオンとオフに
制御し、かつエッチングに用いるガスの中に堆積性のガ
スを混合したことを特徴とする表面処理方法。12. A surface processing method for generating plasma in a vacuum vessel in which a sample is placed and etching the sample by the plasma while applying a bias voltage to the sample, wherein a bias applied to the sample stage is periodically turned on. A surface treatment method characterized in that the deposition gas is mixed with a gas used for etching.
て、前記エッチング用のガスにメタンまたは酸素の堆積
性ガスを混合したことを特徴とする表面処理方法。13. The surface treatment method according to claim 13, wherein a gas for depositing methane or oxygen is mixed with the etching gas.
Priority Applications (5)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002053986A (en) * | 2000-07-12 | 2002-02-19 | Applied Materials Inc | Method for etching metallic film |
| WO2002015231A2 (en) * | 2000-08-14 | 2002-02-21 | Motorola, Inc. | A method for patterning layers of semiconductor devices |
| KR100735745B1 (en) * | 2001-07-18 | 2007-07-06 | 삼성전자주식회사 | Multi-step etching methods for semiconductor processing |
| JP2016162795A (en) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
-
1998
- 1998-10-13 JP JP10290293A patent/JP2000124191A/en active Pending
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