JP2000173980A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP2000173980A
JP2000173980A JP10349829A JP34982998A JP2000173980A JP 2000173980 A JP2000173980 A JP 2000173980A JP 10349829 A JP10349829 A JP 10349829A JP 34982998 A JP34982998 A JP 34982998A JP 2000173980 A JP2000173980 A JP 2000173980A
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resist
etching
plasma
dry etching
substrate
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JP10349829A
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Kaoru Hanada
薫 花田
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dry etching method whereby a wiring pattern can be formed with ensuring a sufficient remaining quantity of resist, without giving damage to a base in manufacturing a semiconductor device. SOLUTION: The etching method comprises steps of forming a resist on a conductor layer, patterning the resist after the exposure and development of the resist, applying a first etching to the conductor layer through the resist used as a mask to remove the conductor layer at regions with relatively wide pattern spacings, executing a second plasma etching in the condition that the straight advancing properly of the ion beam is lower than that in the first plasma etching, thereby removing the conductor layer at regions with relatively narrow pattern spacings, and removing the resist.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
においてパターンを形成するためのドライエッチング方
法、特に、下地にダメージを与えずにエッチングを行う
ことができるドライエッチング方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a dry etching method for forming a pattern in the manufacture of a semiconductor device, and more particularly to a dry etching method capable of performing etching without damaging a base.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造において、アルミニウ
ム(Al)またはAl合金等のAl系配線や、Al系配
線の下地となるバリア層あるいは密着層を構成するチタ
ン(Ti)系等の金属層のパターニングは、通常、レジ
ストをマスクとしたドライエッチングにより行われる。
バリア層あるいは密着層を含む金属配線層のドライエッ
チングは、レジストに対するエッチング選択比が高く、
かつ、プラズマによる下地へのダメージが少ないエッチ
ング条件で行う必要がある。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, Al-based wiring such as aluminum (Al) or an Al alloy, or a titanium (Ti) -based metal layer forming a barrier layer or an adhesion layer serving as a base of an Al-based wiring is used. The patterning is usually performed by dry etching using a resist as a mask.
Dry etching of a metal wiring layer including a barrier layer or an adhesion layer has a high etching selectivity to a resist,
In addition, it is necessary to perform the etching under the etching condition in which the plasma does not damage the base.

【0003】高密度プラズマを発生させてエッチングを
行うプラズマエッチング装置の一つに、有磁場マイクロ
波プラズマエッチング装置(以下、ECRエッチング装
置とする。)がある。ECRエッチング装置を用いてド
ライエッチングを行う際に、プラズマ中で最もイオン電
流密度が高く、イオンの方向性も揃う、ごく限られた領
域が発生する。この領域はECR領域(あるいはECR
ポジション)と呼ばれる。ECR領域が形成される位置
は装置構成、マイクロ波出力、磁界を発生させるソレノ
イドコイルの位置、磁束密度等により一義的に決定され
る。
One type of plasma etching apparatus that performs etching by generating high-density plasma is a magnetic field microwave plasma etching apparatus (hereinafter, referred to as an ECR etching apparatus). When dry etching is performed using an ECR etching apparatus, a very limited region where the ion current density is highest in the plasma and the directionality of ions is uniform is generated. This area is the ECR area (or ECR area)
Position). The position where the ECR region is formed is uniquely determined by the device configuration, the microwave output, the position of the solenoid coil for generating the magnetic field, the magnetic flux density, and the like.

【0004】ECRエッチング装置を用いたエッチング
は、通常、基板(ウェハ)とECR領域との距離(EC
Rポイント)を一定に保ったまま行われる。例えば、配
線層をパターニングするには配線層に対するエッチング
と、被エッチング面の不均一を解消し表面を平坦化する
ためのオーバーエッチングが行われるが、これらのエッ
チングにおいて、エッチングガスや高周波出力等のエッ
チング条件を変更し、基板とECR領域との距離は変化
させない場合が多い。
[0004] Etching using an ECR etching apparatus usually involves a distance (EC) between a substrate (wafer) and an ECR region.
(R point) is kept constant. For example, in order to pattern the wiring layer, etching on the wiring layer and over-etching for eliminating non-uniformity of the surface to be etched and flattening the surface are performed. In many cases, the etching conditions are changed and the distance between the substrate and the ECR region is not changed.

【0005】以下に、一般的なAl配線の形成方法につ
いて、層間絶縁膜上にAl配線を形成する場合を例とし
て説明する。まず、ソース/ドレイン領域等の不純物拡
散領域が形成された半導体基板上に、例えばCVD(c
hemical vapor deposition)
法により酸化シリコン等からなる層間絶縁膜を堆積させ
る。その上層に、酸化シリコンからなる層間絶縁膜とA
l配線との層間剥離を防止するための密着層、あるいは
シリコンとAlとの相溶を防止するためのバリア層とし
て機能するTi/TiN(窒化チタン)積層膜を形成す
る。Ti/TiN積層膜の形成は、例えばスパッタリン
グあるいはメタルCVD法により行う。
Hereinafter, a general method for forming an Al wiring will be described by taking as an example a case where an Al wiring is formed on an interlayer insulating film. First, for example, CVD (c) is formed on a semiconductor substrate on which impurity diffusion regions such as source / drain regions are formed.
chemical vapor deposition)
An interlayer insulating film made of silicon oxide or the like is deposited by a method. An interlayer insulating film made of silicon oxide and A
A Ti / TiN (titanium nitride) laminated film functioning as an adhesion layer for preventing delamination from the wiring or a barrier layer for preventing compatibility between silicon and Al is formed. The formation of the Ti / TiN laminated film is performed by, for example, sputtering or metal CVD.

【0006】Ti/TiN積層膜の上層に、例えばスパ
ッタリングによりAlまたはAl合金からなる配線層を
形成する。Al配線層上の全面にレジストを塗布してか
ら、リソグラフィ技術によりレジストに露光・現像を行
い、レジストに配線パターンを転写する。レジストをマ
スクとしてAl配線、TiN層およびTi層にドライエ
ッチングを行ってから、レジストを例えば酸素プラズマ
を用いたアッシング処理により除去する。以上の工程に
よりAl配線が形成される。
A wiring layer made of Al or an Al alloy is formed on the Ti / TiN laminated film by, for example, sputtering. After applying a resist on the entire surface of the Al wiring layer, the resist is exposed and developed by a lithography technique, and a wiring pattern is transferred to the resist. After dry etching is performed on the Al wiring, the TiN layer, and the Ti layer using the resist as a mask, the resist is removed by, for example, an ashing process using oxygen plasma. Through the above steps, an Al wiring is formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のドライエッチング方法によれば、基板とECR領
域との距離が近い場合、電子シェーディング効果やマイ
クロローディング効果によって、配線層の下地基板にダ
メージが与えられるという問題がある。電子シェーディ
ング効果およびマイクロローディング効果について、図
6を参照して説明する。図6においては、半導体基板1
の表面に素子分離領域(LOCOS)2が形成され、L
OCOS2により周囲と隔てられたアクティブ領域上
に、ゲート絶縁膜3を介して例えばポリシリコンからな
るゲート電極4が形成されている。
However, according to the above-mentioned conventional dry etching method, when the distance between the substrate and the ECR region is short, the underlying substrate of the wiring layer is damaged by the electron shading effect or the microloading effect. There is a problem of being given. The electronic shading effect and the microloading effect will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the semiconductor substrate 1
An element isolation region (LOCOS) 2 is formed on the surface of
A gate electrode 4 made of, for example, polysilicon is formed on an active region separated from the periphery by the OCOS 2 via a gate insulating film 3.

【0008】全面を被覆する層間絶縁膜5に、ゲート電
極4と接続するコンタクトホール6が設けられ、層間絶
縁膜5の上層およびコンタクトホール6内にバリア層や
密着層(不図示)を介して上層配線となるAl層7が形
成されている。図6(A)に示すように、レジスト8を
マスクとしてAl層7がエッチングされる。このエッチ
ングは、塩素ガス等を用いたプラズマエッチングにより
行われるが、プラズマを発生させる高周波電源の周波数
が高い場合(2MHz以上)には、電子シェーディング
効果により下地にプラズマダメージが発生する。
A contact hole 6 connected to the gate electrode 4 is provided in the interlayer insulating film 5 covering the entire surface. The contact hole 6 is provided above the interlayer insulating film 5 and in the contact hole 6 via a barrier layer or an adhesion layer (not shown). An Al layer 7 serving as an upper wiring is formed. As shown in FIG. 6A, the Al layer 7 is etched using the resist 8 as a mask. This etching is performed by plasma etching using chlorine gas or the like. When the frequency of a high-frequency power supply for generating plasma is high (2 MHz or more), plasma damage occurs to the base due to the electron shading effect.

【0009】電子シェーディング効果は、ガスプラズマ
中における電子とイオンの挙動の違いに起因して発生す
る。正イオンと電子の高周波電界下での移動度は大きく
異なり、移動度の大きい電子の方が早く電極に達する。
したがって、電極は負に帯電し(セルフバイアス電
圧)、電極表面には正イオンを加速するイオンシースが
形成される。
[0009] The electron shading effect occurs due to the difference in the behavior of electrons and ions in gas plasma. The mobilities of positive ions and electrons under a high-frequency electric field are significantly different, and electrons having higher mobilities reach the electrode earlier.
Therefore, the electrode is negatively charged (self-bias voltage), and an ion sheath for accelerating positive ions is formed on the electrode surface.

【0010】これにより、イオンはプラズマポテンシャ
ルに加えて、セルフバイアス電圧の電位差分のエネルギ
ーをもってエッチング表面に入射することになり、ウェ
ハに対してほとんど垂直に入射する。一方、電子はパタ
ーンの側壁にも衝突するため、図6(A)に示すよう
に、レジストパターンの側壁は負に帯電する。この負電
荷は、電子に対し障壁として働く電場を形成する。した
がって、電子は電極近傍の電場により減速され、さらに
跳ね返されて、パターン内部に到達できなくなり、イオ
ンのみAl配線7の配線間に入射されることになる。
As a result, the ions are incident on the etching surface with the energy of the potential difference of the self-bias voltage in addition to the plasma potential, and are almost perpendicular to the wafer. On the other hand, since the electrons also collide with the side wall of the pattern, the side wall of the resist pattern is negatively charged as shown in FIG. This negative charge forms an electric field that acts as a barrier to the electrons. Therefore, the electrons are decelerated by the electric field near the electrodes and rebounded, and cannot reach the inside of the pattern, so that only ions enter between the Al wirings 7.

【0011】また、パターン形成のエッチングにおい
て、エッチング速度は全面で一様ではなく、パターンの
疎密性に依存してエッチング速度が変化する。パターン
の間隔が広い領域においてはエッチング速度は相対的に
高くなり、パターンの間隔が狭く、パターンが密に形成
された領域においてはエッチング速度は相対的に低くな
る。したがって、図6(B)に示すように、パターン間
隔が広い領域はエッチングが完了しても、パターン間隔
が狭い領域にはAl配線7’が残る(マイクロローディ
ング効果)状態が存在する。
In the etching for forming a pattern, the etching rate is not uniform over the entire surface, and the etching rate changes depending on the density of the pattern. The etching rate is relatively high in a region where the pattern interval is wide, and the etching rate is relatively low in a region where the pattern interval is narrow and the pattern is densely formed. Therefore, as shown in FIG. 6B, there is a state where the Al wiring 7 'remains in the region where the pattern interval is narrow (microloading effect) even if the etching is completed in the region where the pattern interval is wide.

【0012】パターン間隔が狭い箇所のAl配線7’が
除去されるまで、エッチングガスから解離したイオンが
パターン間に照射され、Al配線層7、7’、ポリシリ
コンゲート電極4とのコンタクト(コンタクトホール
6)、さらに、ゲート絶縁膜3を介して半導体基板1へ
移動する。この電流が、密に形成されたパターンの表面
(アンテナ)あるいはゲート絶縁膜3等へのダメージを
起こす。
Ions dissociated from the etching gas are irradiated between the patterns until the Al wiring 7 ′ at the portion where the pattern interval is narrow is removed, and the contact with the Al wiring layers 7, 7 ′ and the polysilicon gate electrode 4 is made. Hole 6) and further move to semiconductor substrate 1 via gate insulating film 3. This current causes damage to the surface (antenna) of the densely formed pattern, the gate insulating film 3, and the like.

【0013】以上のような電子シェーディング効果およ
びマイクロローディング効果がプラズマダメージの主な
要因となる。電子シェーディング効果は配線スペースが
小さくなるに従って顕著となり、Al配線の断面形状の
異常(サイドエッチ)を引き起こすこともある。したが
って、これらの問題は半導体装置の信頼性低下の要因と
なる。
The above-described electron shading effect and microloading effect are the main causes of plasma damage. The electron shading effect becomes more remarkable as the wiring space becomes smaller, and may cause abnormalities in the cross-sectional shape of the Al wiring (side etching). Therefore, these problems cause a reduction in the reliability of the semiconductor device.

【0014】電子シェーディング効果を抑制するには、
基板とECR領域との距離を大きくするという方法があ
る。しかしながら、基板とECR領域との距離を大きく
するとイオンが加速され、イオンエネルギーが増大する
ため、レジストのエッチング速度が高くなる。レジスト
のエッチング速度が高くなると、レジストに対する金属
配線層のエッチング選択比が小さくなり、パターンの悪
化につながったり、エッチングの終点において必要なレ
ジスト残量(例えば200nm)が不足したりする。
To suppress the electronic shading effect,
There is a method of increasing the distance between the substrate and the ECR region. However, when the distance between the substrate and the ECR region is increased, ions are accelerated and ion energy increases, so that the etching rate of the resist increases. When the etching rate of the resist increases, the etching selectivity of the metal wiring layer to the resist decreases, leading to deterioration of the pattern, or a shortage of the necessary resist (for example, 200 nm) at the end point of the etching.

【0015】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、半導体装置の製造にお
いて下地にダメージを与えずに、十分なレジスト残量を
確保しながら配線パターンを形成することができるドラ
イエッチング方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and therefore, the present invention provides a method for forming a wiring pattern while securing a sufficient remaining amount of resist without damaging a base in the manufacture of a semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a dry etching method capable of performing the dry etching method.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のドライエッチング方法は、導電体層上にレ
ジストを成膜する工程と、前記レジストの露光および現
像を行い、前記レジストのパターニングを行う工程と、
前記レジストをマスクとして前記導電体層に第1のプラ
ズマエッチングを行い、パターン間隔が相対的に広い領
域の前記導電体層を除去する工程と、第1のプラズマエ
ッチングに比較してイオンの直進性が低下するエッチン
グ条件で、前記導電体層に第2のプラズマエッチングを
行い、パターン間隔が相対的に狭い領域の前記導電体層
を除去する工程と、前記レジストを除去する工程とを有
することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a dry etching method according to the present invention comprises the steps of: forming a resist on a conductive layer; exposing and developing the resist; Performing a patterning step;
Performing a first plasma etching on the conductive layer using the resist as a mask to remove the conductive layer in a region having a relatively large pattern interval; Performing a second plasma etching process on the conductive layer under etching conditions that reduce the conductive layer in a region where the pattern interval is relatively narrow, and a step of removing the resist. Features.

【0017】本発明のドライエッチング方法は、好適に
は、前記第2のプラズマエッチングは、前記レジスト表
面とプラズマ高密度領域との距離を前記第1のプラズマ
エッチングよりも大きくして行うことを特徴とする。本
発明のドライエッチング方法は、さらに好適には、前記
レジスト表面とプラズマ高密度領域との距離の調整は、
エッチング反応室内の磁界強度分布を制御することによ
り行うことを特徴とする。本発明のドライエッチング方
法は、好適には、前記磁界強度分布の制御は、複数段か
らなるソレノイドコイルを用いて行うことを特徴とす
る。また、本発明のドライエッチング方法は、好適に
は、前記導電体層はアルミニウムを含有する金属からな
ることを特徴とする。
In the dry etching method according to the present invention, preferably, the second plasma etching is performed by setting a distance between the resist surface and the plasma high-density region larger than that of the first plasma etching. And Dry etching method of the present invention, more preferably, the adjustment of the distance between the resist surface and the plasma high-density region,
It is characterized in that it is performed by controlling the magnetic field intensity distribution in the etching reaction chamber. The dry etching method according to the present invention is preferably characterized in that the control of the magnetic field intensity distribution is performed using a solenoid coil having a plurality of stages. In the dry etching method according to the present invention, preferably, the conductive layer is made of a metal containing aluminum.

【0018】これにより、プラズマ生成部の近傍に基板
を配置して行う第1のエッチングにおいて、異方性の高
いパターンが形成される。その後、オーバーエッチ工程
において基板とECR領域との距離を遠ざけるため、レ
ジストが過度にエッチングされることがない。また、基
板とECR領域との距離を遠ざけることにより、電子シ
ェーディング効果を低減できる。したがって、パターン
間隔の狭い領域にAl配線が残り、基板へのリーク電流
が発生してゲート破壊が起こるのを防止することができ
る。
As a result, a highly anisotropic pattern is formed in the first etching performed with the substrate placed near the plasma generating section. Thereafter, the distance between the substrate and the ECR region is increased in the overetching step, so that the resist is not excessively etched. Further, by increasing the distance between the substrate and the ECR region, the electron shading effect can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the Al wiring from remaining in the region where the pattern interval is small, and prevent the occurrence of a leak current to the substrate and the gate breakdown.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下に、本発明のドライエッチン
グ方法の実施の形態について、図面を参照して説明す
る。 (実施形態1)図1は本実施形態のドライエッチング方
法に用いることができるECRエッチング装置の例であ
る。図1に示す装置は、印加電極11、設置電極12、
高周波電源13、マイクロ波電源(マグネトロン)1
4、マイクロ波導波管15、ソレノイドコイル16a、
16bおよび反応室(ベルジャー)17を少なくとも有
する。また、反応室17の内部は真空系統(不図示)に
より高真空に排気されることが可能となっている。
Embodiments of the dry etching method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 shows an example of an ECR etching apparatus that can be used in the dry etching method of this embodiment. The apparatus shown in FIG. 1 includes an application electrode 11, an installation electrode 12,
High frequency power supply 13, microwave power supply (magnetron) 1
4, microwave waveguide 15, solenoid coil 16a,
16b and a reaction chamber (bell jar) 17 at least. Further, the inside of the reaction chamber 17 can be evacuated to a high vacuum by a vacuum system (not shown).

【0020】図1の装置においては、石英製の反応室1
7内にエッチングの対象となる基板(ウェハ)18を設
置し、ガスインレット19からエッチングガスを導入す
る。マイクロ波電源14から発生された2.45GHz
のマイクロ波をマイクロ波導波管15により反応室17
内に伝播させ、エッチングガスをプラズマ化させる。さ
らに、高周波電源13を用いて高周波を印加して、基板
18あるいは基板表面に形成された層にエッチングが行
われる。
In the apparatus shown in FIG. 1, a reaction chamber 1 made of quartz is used.
A substrate (wafer) 18 to be etched is set in 7, and an etching gas is introduced from a gas inlet 19. 2.45 GHz generated from microwave power supply 14
Of the reaction chamber 17 through the microwave waveguide 15.
And the etching gas is turned into plasma. Further, high frequency is applied using the high frequency power supply 13 to etch the substrate 18 or the layer formed on the substrate surface.

【0021】基板とECR領域との距離は、反応室17
を周回するように配置された上段側コイル16aおよび
下段側コイル16bの電流値によって決定される。上段
側コイル16aと下段側コイル16bはそれぞれ独立に
電力供給を受けて、反応室17内の磁界強度分布を制御
する。各段のコイルへの供給電力量を調整することによ
り、ECR領域を反応室17の軸方向に移動させる。基
板とECR領域との距離以外のエッチング条件、例えば
エッチングガスの組成および流量、基板温度、圧力等に
ついては適宜選択すればよい。
The distance between the substrate and the ECR area is
Is determined by the current values of the upper-stage coil 16a and the lower-stage coil 16b arranged so as to go around. The upper coil 16a and the lower coil 16b receive power supply independently, and control the magnetic field intensity distribution in the reaction chamber 17. The ECR region is moved in the axial direction of the reaction chamber 17 by adjusting the amount of power supplied to the coils of each stage. Etching conditions other than the distance between the substrate and the ECR region, for example, the composition and flow rate of the etching gas, the substrate temperature, the pressure, and the like may be appropriately selected.

【0022】図2(A)および(B)は、本実施形態の
ドライエッチング方法の工程を示す断面図である。図2
(A)に示すように、半導体基板1上にバリア層および
密着層としてTi層9およびTiN層10をスパッタリ
ング等の成膜方法により積層させる。その上層にスパッ
タリング等によりAl配線7を形成し、Al配線7の上
層にレジスト8を塗布する。フォトリソグラフィ工程に
よりレジスト8に露光・現像を行う。続いて、図2
(B)に示すように、レジスト8をマスクとしてAl配
線7、TiN層10およびTi層9のエッチングを行
う。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing the steps of the dry etching method of this embodiment. FIG.
As shown in (A), a Ti layer 9 and a TiN layer 10 as a barrier layer and an adhesion layer are stacked on the semiconductor substrate 1 by a film forming method such as sputtering. An Al wiring 7 is formed thereon by sputtering or the like, and a resist 8 is applied on the Al wiring 7. The resist 8 is exposed and developed by a photolithography process. Subsequently, FIG.
As shown in (B), the Al wiring 7, the TiN layer 10 and the Ti layer 9 are etched using the resist 8 as a mask.

【0023】本実施形態のドライエッチング方法におい
ては、基板とECR領域との距離を2段階に制御するこ
とにより、電子シェーディング効果を抑制する。図6に
示すような配線のパターン間における電子とイオンとの
不均衡を解消するには、電子シェーディング効果により
配線のパターン間に進入できなくなった電子をパターン
間に入射させるか、パターン間に入射するイオンを低減
させる必要がある。基板とECR領域との距離を遠ざけ
ることにより、Al配線のパターン間に入射するイオン
を低減させることができる。
In the dry etching method of this embodiment, the electron shading effect is suppressed by controlling the distance between the substrate and the ECR region in two stages. In order to eliminate the imbalance between the electrons and the ions between the wiring patterns as shown in FIG. 6, electrons which cannot enter between the wiring patterns due to the electron shading effect are made to enter between the patterns, or are injected between the patterns. It is necessary to reduce ions to be generated. By increasing the distance between the substrate and the ECR region, it is possible to reduce ions that enter between the Al wiring patterns.

【0024】図3の模式図に示すように、マイクロ波2
0の照射によりECR領域21においてプラズマ密度が
最大となる。基板18とECR領域21との距離を大き
くすると、ECR領域21から基板18へイオンが移動
する過程で、磁力線22の影響によりイオン23の運動
方向が曲がり、イオン23の直進性が減少する。さら
に、電子24との再結合なども生じてイオン密度が減少
する。また、イオン23に比較して寿命の短いラジカル
は、基板18に到達するまでに消失しやすくなる。エッ
チング反応にはイオンによる反応、ラジカルによる反
応、イオンとラジカルによる反応(イオンアシスト反
応)があり、ラジカルの減少によってイオンアシスト反
応を含むラジカルの影響が低減されることになる。以上
から、基板とECR領域との距離を遠ざけることによ
り、配線間へのイオン23の入射が低減され、プラズマ
ダメージを防止することができる。
As shown in the schematic diagram of FIG.
By the irradiation of 0, the plasma density in the ECR region 21 becomes maximum. When the distance between the substrate 18 and the ECR region 21 is increased, during the movement of the ions from the ECR region 21 to the substrate 18, the direction of movement of the ions 23 is bent by the influence of the lines of magnetic force 22, and the straightness of the ions 23 is reduced. Further, recombination with the electrons 24 occurs, and the ion density decreases. Further, radicals having a shorter lifetime than the ions 23 tend to disappear before reaching the substrate 18. The etching reaction includes a reaction by ions, a reaction by radicals, and a reaction by ions and radicals (ion-assisted reaction), and the reduction of radicals reduces the influence of radicals including ion-assisted reactions. As described above, by increasing the distance between the substrate and the ECR region, the incidence of ions 23 between the wirings can be reduced, and plasma damage can be prevented.

【0025】(実施形態2)ドライエッチング工程にお
ける基板とECR領域との距離と、レジストに対するエ
ッチングとの相関について、図4および図5を参照して
以下に説明する。図4はレジストのエッチング速度、図
5はエッチング後にパターン肩部に残るレジスト残量を
表す。
(Embodiment 2) The correlation between the distance between the substrate and the ECR region in the dry etching step and the etching of the resist will be described below with reference to FIGS. 4 shows the etching rate of the resist, and FIG. 5 shows the remaining amount of the resist remaining on the pattern shoulder after the etching.

【0026】レジストエッチング速度およびレジスト残
量の評価は、図2(A)および(B)に示すサンプルを
用いて行った。Ti層8の膜厚を20nm、TiN層9
の膜厚を90nm、Al配線7の膜厚を500nm、レ
ジスト8の膜厚を1.0μmとした。Al配線のエッチ
ング工程はTi層8が除去されるまで行い、引き続き、
オーバーエッチ工程を行った。オーバーエッチ工程は、
Al配線7のエッチングに要する時間の25%の時間で
行った。その後、SEM(走査電子顕微鏡)により残量
を観察した。エッチング条件は、反応室内圧力8mTo
rr、印加高周波出力70W、エッチングプロセスガス
BCl3 /Cl2 =40/60sccmとし、これらの
エッチング条件はAl配線のエッチング工程およびオー
バーエッチ工程で共通とした。
The evaluation of the resist etching rate and the remaining amount of the resist was performed using the samples shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). The thickness of the Ti layer 8 is set to 20 nm,
Was 90 nm, the thickness of the Al wiring 7 was 500 nm, and the thickness of the resist 8 was 1.0 μm. The etching process of the Al wiring is performed until the Ti layer 8 is removed.
An overetch step was performed. The over-etch process is
The etching was performed for 25% of the time required for etching the Al wiring 7. Then, the remaining amount was observed by SEM (scanning electron microscope). The etching condition is a reaction chamber pressure of 8 mTo.
rr, an applied high-frequency output of 70 W, and an etching process gas BCl 3 / Cl 2 = 40/60 sccm. These etching conditions were common to the Al wiring etching step and the overetch step.

【0027】図4に、基板とECR領域との距離を変化
させた場合のレジストエッチング速度について示す。A
l配線のエッチング工程とオーバーエッチング工程で
は、基板とECR領域との距離を変化させなかった。図
4に示すように、基板とECR領域との距離を大きくす
るとイオンが加速されるため、レジストのエッチング速
度が高くなる。基板とECR領域との距離を30〜40
mmの範囲で大きくすると、レジストのエッチング速度
は300nm/分から500nm/分程度に上昇する。
FIG. 4 shows the resist etching rate when the distance between the substrate and the ECR region is changed. A
The distance between the substrate and the ECR region was not changed in the l-wiring etching step and the over-etching step. As shown in FIG. 4, when the distance between the substrate and the ECR region is increased, ions are accelerated, so that the etching rate of the resist is increased. The distance between the substrate and the ECR area is 30 to 40
When it is increased in the range of mm, the etching rate of the resist increases from 300 nm / min to about 500 nm / min.

【0028】図5に、基板とECR領域との距離を変化
させた場合のレジスト残量について示す。基板とECR
領域との距離を一定としたままAl配線のエッチング工
程とオーバーエッチング工程を行った場合(a)には、
基板とECR領域との距離を大きくするとレジストのエ
ッチング速度が高くなるため、レジスト残量が減少す
る。図2に示すサンプルの場合、エッチング後のレジス
ト残量を200nm以上確保する必要がある。したがっ
て、基板とECR領域との距離をAl配線のエッチング
工程とオーバーエッチング工程でいずれも40mmとし
た場合には、レジスト残量が不足し、良好なパターニン
グを行うことができない。
FIG. 5 shows the remaining resist amount when the distance between the substrate and the ECR region is changed. Substrate and ECR
When the Al wiring etching step and the over-etching step are performed while keeping the distance to the region constant, (a)
Increasing the distance between the substrate and the ECR region increases the etching rate of the resist, so that the remaining amount of the resist decreases. In the case of the sample shown in FIG. 2, it is necessary to secure the remaining resist amount after etching of 200 nm or more. Therefore, if the distance between the substrate and the ECR region is set to 40 mm in both the etching step and the over-etching step of the Al wiring, the remaining amount of the resist is insufficient, and good patterning cannot be performed.

【0029】一方、基板とECR領域との距離をAl配
線のエッチング工程において30mm、オーバーエッチ
ング工程において40mmとした場合(b)には、25
0nm程度のレジスト残量が確保され、スペックを満た
す。bのように、オーバーエッチング工程において基板
とECR領域との距離を大きくすることにより電子シェ
ーディング効果を抑制し、ゲート破壊等のプラズマダメ
ージを防止することが可能となる。
On the other hand, if the distance between the substrate and the ECR region is 30 mm in the Al wiring etching step and 40 mm in the over-etching step (b), the distance is 25 mm.
A resist remaining amount of about 0 nm is secured, which satisfies the specifications. By increasing the distance between the substrate and the ECR region in the over-etching step as in b, the electron shading effect can be suppressed, and plasma damage such as gate destruction can be prevented.

【0030】上記の本発明の実施形態のドライエッチン
グ方法によれば、ECR領域の近傍に基板を配置して行
う第1のエッチングにより、異方性の高いパターンを形
成し、その後、オーバーエッチ工程において基板とEC
R領域との距離を遠ざけるため、レジストが過度にエッ
チングされることがない。また、基板とECR領域との
距離を遠ざけることにより、電子シェーディング効果を
低減できる。したがって、パターン間隔の狭い領域にA
l配線が残り、基板へのリーク電流が発生してゲート破
壊が起こるのを防止することができる。
According to the dry etching method of the embodiment of the present invention, a pattern having high anisotropy is formed by the first etching performed by disposing the substrate in the vicinity of the ECR region. In the substrate and EC
Since the distance to the R region is increased, the resist is not excessively etched. Further, by increasing the distance between the substrate and the ECR region, the electron shading effect can be reduced. Therefore, A
It is possible to prevent the l wiring from remaining and prevent the occurrence of a leak current to the substrate and gate destruction.

【0031】本発明のドライエッチング方法の実施形態
は、上記の説明に限定されない。例えば多層配線構造の
半導体装置において、Al配線と層間絶縁膜との親和性
を高める目的でAl配線の下層のみでなく上層にも密着
層(Ti層等)を積層する場合があるが、そのような積
層膜にも本発明のドライエッチング方法を適用できる。
また、第2のプラズマエッチング工程においてイオンの
直進性を低下させる際に、エッチング表面とプラズマ高
密度領域との距離を大きくする以外に、マイクロ波出力
や反応室内圧力等、他のエッチング条件の変更を行うこ
ともできる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々の変更が可能である。
The embodiment of the dry etching method of the present invention is not limited to the above description. For example, in a semiconductor device having a multilayer wiring structure, an adhesion layer (Ti layer or the like) may be laminated not only on the lower layer but also on the upper layer of the Al wiring in order to increase the affinity between the Al wiring and the interlayer insulating film. The dry etching method of the present invention can also be applied to various laminated films.
In addition, when reducing the rectilinearity of ions in the second plasma etching step, in addition to increasing the distance between the etching surface and the plasma high-density region, changing other etching conditions such as microwave output and reaction chamber pressure. Can also be performed. In addition, various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明のドライエッチング方法によれ
ば、半導体装置の製造において、下地にダメージを与え
ず、十分なレジスト残量を確保しながら配線パターンを
形成することができる。
According to the dry etching method of the present invention, in the manufacture of a semiconductor device, it is possible to form a wiring pattern without damaging the base and ensuring a sufficient remaining amount of resist.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のドライエッチング方法に用いられるE
CRエッチング装置の概略図である。
FIG. 1 shows E used in a dry etching method of the present invention.
It is the schematic of a CR etching apparatus.

【図2】(A)および(B)は本発明のドライエッチン
グ方法の工程を示す断面図である。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing steps of a dry etching method of the present invention.

【図3】本発明のドライエッチング方法において、基板
とECR領域との距離を大きくした場合の効果を模式的
に表す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an effect when a distance between a substrate and an ECR region is increased in the dry etching method of the present invention.

【図4】本発明のドライエッチング方法において、基板
とECR領域との距離を変化させた場合のレジストエッ
チング速度を表すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a resist etching rate when a distance between a substrate and an ECR region is changed in the dry etching method of the present invention.

【図5】本発明のドライエッチング方法において、基板
とECR領域との距離を変化させた場合のレジスト残量
を表すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the remaining resist amount when the distance between the substrate and the ECR region is changed in the dry etching method of the present invention.

【図6】従来のドライエッチング方法における電子シェ
ーディング効果およびマイクロローディング効果につい
て表す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an electron shading effect and a microloading effect in a conventional dry etching method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…LOCOS、3…ゲート絶縁膜、
4…ゲート電極、5…層間絶縁膜、6…コンタクトホー
ル、7…Al層、8…レジスト、9…Ti層、10…T
iN層、11…印加電極、12…接地電極、13…高周
波電源、14…マイクロ波電源、15…マイクロ波導波
管、16a、16b…ソレノイドコイル、17…反応
室、18…基板(ウェハ)、19…ガスインレット、2
0…マイクロ波、21…ECR領域、22…磁力線、2
3…イオン、24…電子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... LOCOS, 3 ... Gate insulating film,
4 gate electrode, 5 interlayer insulating film, 6 contact hole, 7 Al layer, 8 resist, 9 Ti layer, 10 T
iN layer, 11 application electrode, 12 ground electrode, 13 high-frequency power supply, 14 microwave power supply, 15 microwave waveguide, 16a, 16b solenoid coil, 17 reaction chamber, 18 substrate (wafer), 19 ... Gas inlet, 2
0: microwave, 21: ECR region, 22: magnetic field line, 2
3 ... ion, 24 ... electron.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導電体層上にレジストを成膜する工程と、 前記レジストの露光および現像を行い、前記レジストの
パターニングを行う工程と、 前記レジストをマスクとして前記導電体層に第1のプラ
ズマエッチングを行い、パターン間隔が相対的に広い領
域の前記導電体層を除去する工程と、 第1のプラズマエッチングに比較してイオンの直進性が
低下するエッチング条件で、前記導電体層に第2のプラ
ズマエッチングを行い、パターン間隔が相対的に狭い領
域の前記導電体層を除去する工程と、 前記レジストを除去する工程とを有するドライエッチン
グ方法。
A step of forming a resist on the conductor layer; a step of exposing and developing the resist to pattern the resist; and a step of forming a first plasma on the conductor layer using the resist as a mask. A step of performing etching to remove the conductive layer in a region where the pattern interval is relatively large; and forming a second conductive layer on the conductive layer under etching conditions in which the straightness of ions is reduced as compared with the first plasma etching. A dry etching method comprising: performing a plasma etching of the above to remove the conductive layer in a region where a pattern interval is relatively narrow; and removing the resist.
【請求項2】前記第2のプラズマエッチングは、前記レ
ジスト表面とプラズマ高密度領域との距離を前記第1の
プラズマエッチングよりも大きくして行う請求項1記載
のドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the second plasma etching is performed by setting a distance between the resist surface and the plasma high-density region larger than that of the first plasma etching.
【請求項3】前記レジスト表面とプラズマ高密度領域と
の距離の調整は、エッチング反応室内の磁界強度分布を
制御することにより行う請求項2記載のドライエッチン
グ方法。
3. The dry etching method according to claim 2, wherein the adjustment of the distance between the resist surface and the plasma high-density region is performed by controlling a magnetic field intensity distribution in an etching reaction chamber.
【請求項4】前記磁界強度分布の制御は、複数段からな
るソレノイドコイルを用いて行う請求項2記載のドライ
エッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 2, wherein the control of the magnetic field intensity distribution is performed using a solenoid coil having a plurality of stages.
【請求項5】前記導電体層はアルミニウムを含有する金
属からなる請求項1記載のドライエッチング方法。
5. The dry etching method according to claim 1, wherein said conductor layer is made of a metal containing aluminum.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014527710A (en) * 2011-07-21 2014-10-16 ケンブリッジ ディスプレイ テクノロジー リミテッド Method for forming top gate type transistor

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