JP2001237415A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device

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JP2001237415A
JP2001237415A JP2000043150A JP2000043150A JP2001237415A JP 2001237415 A JP2001237415 A JP 2001237415A JP 2000043150 A JP2000043150 A JP 2000043150A JP 2000043150 A JP2000043150 A JP 2000043150A JP 2001237415 A JP2001237415 A JP 2001237415A
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JP
Japan
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etching
hard mask
gate electrode
semiconductor device
film
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JP2000043150A
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Japanese (ja)
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Atsushi Nishizawa
厚 西沢
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form sources/gates only at required parts for the process of implanting ions in the sources/drains by increasing the removing speed of a hard mask and cleaning out resulting residues. SOLUTION: The semiconductor device manufacturing method for forming gate electrodes of semiconductor transistors comprises a step of processing an insulation film (hard mask material) of one of SiO2, SiN, and SiON after laminating a gate oxide film, a gate electrode material and a hard mask material on a semiconductor substrate one above another and forming a resist film having a pattern corresponding to the gate electrodes, a step of removing deposition film deposited in the process of the hard mask material, and a step of continuously processing the gate electrode material.

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、エッチング方法に
関する半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device related to an etching method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の製造方法において、
半導体装置の高密度化に伴って電極ないしは配線の形成
技術は、益々高精度微細化が要求されている。この電極
或いは配線の加工技術は、半導体装置の製造プロセスに
おいて、重要な位置を占めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a method of manufacturing a semiconductor device,
2. Description of the Related Art As the density of semiconductor devices increases, the technology for forming electrodes or wirings has been required to be more precise and finer. This electrode or wiring processing technology occupies an important position in a semiconductor device manufacturing process.

【0003】ここで、従来技術として、特開平11−1
76807号公報について説明する。本公報には、シリ
コンを含む材料層、例えば高融点金属シリサイド層上
に、アッシングによって取りきれなかったポリマーとか
アッシング時の反応性ガスによる副生成物のシリコン酸
化膜による堆積物が残留し、これによってハードマスク
をマスクとしてドライエッチングを行うとき、そのエッ
チングがハードマスク以外の部分においても阻害される
ため、フォトレジスト層のパターンに忠実なパターニン
グがなされず、いわゆるパターンの変換差が大きくなる
のを防止することを目的としている。
Here, as a conventional technique, Japanese Patent Laid-Open No. 11-1
No. 76807 will be described. In this publication, on a material layer containing silicon, for example, a refractory metal silicide layer, a polymer that could not be removed by ashing and a deposit by a silicon oxide film of a by-product by a reactive gas during ashing remain. When dry etching is performed using a hard mask as a mask, the etching is hindered in portions other than the hard mask, so that patterning faithful to the pattern of the photoresist layer is not performed, and so-called pattern conversion difference increases. It is intended to prevent it.

【0004】図4(A)に示すように、半導体基体1
1、例えばシリコン(Si)基体表面のゲートの形成部
に、バッチ式熱拡散炉にて熱酸化によって10nmの厚
さを有するSiO2膜によるゲート絶縁層12を形成す
る。この上に、低圧CVD(Chemical Vapor Depositio
n)装置で原料ガスとその供給流量をSiH4ガスを40
0sccm、PH3ガス(SiH4ベース0.5%)を100
sccm、圧力を40Pa、成膜温度550℃として、ゲー
ト電極乃至は配線を形成する導電層としての、不純物が
ドープされて低抵抗率とされた100nmの厚さを有す
る例えばn+型多結晶シリコン層13と、低圧CVD装
置で原料ガスとその供給流量をSiH4ガスを1000s
ccm、WF6ガスを10sccm、圧力を26.6Pa、成膜
温度360℃として、100nmの厚さを有するタング
ステンシリサイドの高融点金属シリサイド層14とを順
次被着形成する。
[0004] As shown in FIG.
1. For example, a gate insulating layer 12 made of a SiO 2 film having a thickness of 10 nm is formed by thermal oxidation in a batch type thermal diffusion furnace on a gate forming portion on the surface of a silicon (Si) substrate. On top of this, low pressure CVD (Chemical Vapor Depositio
n) the raw material gas in the apparatus and the supply flow rate of the SiH 4 gas 40
0 sccm, PH 3 gas (SiH 4 base 0.5%) 100
A sccm, a pressure of 40 Pa, a film formation temperature of 550 ° C., and an impurity-doped, low-resistivity, 100-nm-thick, for example, n + -type polycrystalline silicon as a conductive layer for forming a gate electrode or a wiring. The source gas and the supply flow rate of the layer 13 and the supply flow rate of the SiH 4 gas are set to 1000 s by a low pressure CVD apparatus
CCM, WF 6 gas is 10 sccm, pressure is 26.6 Pa, film formation temperature is 360 ° C., and a refractory metal silicide layer 14 of tungsten silicide having a thickness of 100 nm is sequentially deposited.

【0005】この高融点金属シリサイド層14上に、プ
ラズマCVD装置で原料ガスとその供給流量をSiH4
ガスを50sccm、N2Oガスを50sccm、圧力を330
Pa、成膜温度380℃、RF電力を190W(13.
56MHz)として、後述するフォトレジスト層に対す
るパターン露光に際しての露光光の反射を防止する反射
防止膜15を被着形成し、更に、常温CVD装置で原料
ガスとその供給流量をSiH4ガス(100%)を50s
ccm、圧力を常圧、成膜温度430℃として、この上に
SiO2、Si34等のハードマスクを構成するハード
マスク材層16を被着形成する。このハードマスク材層
16に対し、フォトリソグラフィによるパターンエッチ
ングを行うための、目的とする電極乃至は配線のパター
ンに対応するパターンにポジティブ型のノボラック系フ
ォトレジストを1.2μmの厚さに塗布し、i線(36
5nm)によるパターン露光、現像によってフォトレジ
スト層17を被着形成する。
On the refractory metal silicide layer 14, a source gas and its supply flow rate are changed to SiH 4 by a plasma CVD apparatus.
Gas 50 sccm, N 2 O gas 50 sccm, pressure 330
Pa, film formation temperature 380 ° C., RF power 190 W (13.
56 MHz), an anti-reflection film 15 for preventing the reflection of exposure light upon pattern exposure of the photoresist layer described later is formed, and the raw material gas and its supply flow rate are changed to a SiH 4 gas (100% ) For 50s
At a pressure of ccm, a normal pressure and a film forming temperature of 430 ° C., a hard mask material layer 16 constituting a hard mask of SiO 2 , Si 3 N 4 or the like is deposited thereon. A 1.2 μm thick positive novolak photoresist is applied to the hard mask material layer 16 in a pattern corresponding to a target electrode or wiring pattern for performing pattern etching by photolithography. , I-line (36
A photoresist layer 17 is formed by pattern exposure with 5 nm) and development.

【0006】つぎに、図4(B)に示すように、フォト
レジスト層17をマスクとしてハードマスク材層16と
反射防止膜15に対するドライエッチングによるパター
ニングを行ってハードマスク16を形成する。ハードマ
スク材層16と反射防止膜15のエッチングには、マグ
ネトロンプラズマ装置でエッチングガスとその流量をC
4ガスを20sccm、CHF3ガスを20sccm、Arガス
を200sccm、ガス圧力を33Pa、上部RF電力を8
00W、ステージ温度を30℃としてエッチングし、ハ
ードマスク材層16がパターニングされてハードマスク
26を形成する。その後、フォトレジスト層17をアッ
シング除去する。このアッシングは、対向電極型アッシ
ング装置を用いて、アッシングガスとその供給流量とし
てO2ガスを12000sccm、C26ガスを60sccm、
ガス圧力を2666Pa、RF電力を700W、ステー
ジ温度を250℃としている。このアッシングにより、
レジスト縮退により残さを除去する。さらに、このアッ
シング処理後のポリマー残りを硫酸過水での硫酸過水処
理で、ディップ(液槽)式洗浄装置により、硫酸過水水
溶液(HSO:H=5:1)の110℃に3
00秒浸漬し、脱イオン水(超純水)リンスに300
秒、最終仕上げ脱イオン水(超純水)リンスに300秒
にかけ、スピン乾燥に300秒をかける。このようにし
て、フォトレジスト層17の除去がなされるが、ハード
マスク26の被着部以外においては、高融点金属シリサ
イド層14のSiを含む材料層が露呈することによっ
て、堆積物19が生成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the hard mask material layer 16 and the antireflection film 15 are patterned by dry etching using the photoresist layer 17 as a mask to form a hard mask 16. For etching the hard mask material layer 16 and the anti-reflection film 15, the etching gas and its flow rate are controlled by a magnetron plasma apparatus.
F 4 gas is 20 sccm, CHF 3 gas is 20 sccm, Ar gas is 200 sccm, gas pressure is 33 Pa, and upper RF power is 8
Etching is performed at 00 W with a stage temperature of 30 ° C., and the hard mask material layer 16 is patterned to form a hard mask 26. Thereafter, the photoresist layer 17 is removed by ashing. This ashing is performed by using a counter electrode type ashing apparatus, using an ashing gas and a supply flow rate of 12000 sccm of O 2 gas and 60 sccm of C 2 F 6 gas.
The gas pressure is 2666 Pa, the RF power is 700 W, and the stage temperature is 250 ° C. By this ashing,
Residue is removed by resist shrinkage. Further, the polymer residue after the ashing treatment is subjected to a sulfuric acid / hydrogen peroxide treatment with a sulfuric acid / hydrogen peroxide solution, and a sulfuric acid / hydrogen peroxide solution (H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 5: 1) by a dip (liquid tank) type washing device. At 110 ℃
Soak for 00 seconds and rinse in deionized water (ultra pure water) for 300
Seconds, last finish rinse in deionized water (ultra pure water) for 300 seconds and spin dry for 300 seconds. In this manner, the photoresist layer 17 is removed, but the material layer containing Si of the refractory metal silicide layer 14 is exposed in the portions other than the portion where the hard mask 26 is to be adhered, thereby forming the deposit 19. I do.

【0007】この堆積物19の除去は、沸酸処理装置を
ディップ(液槽)式洗浄装置を使い、0.25%HF水
溶液(25%)に190秒漬し、脱イオン水(超純水)
リンスを300秒とし、最終仕上げ脱イオン水リンスを
300秒とし、スピン乾燥する処理として、酸化膜換算
で1nm以上に相当し、図4(C)に示すように図4
(B)で示した堆積物19を除去し、WSi層の高融点
金属シリサイド層14の表面を洗浄する。
To remove the deposit 19, the hydrofluoric acid treatment apparatus is immersed in a 0.25% HF aqueous solution (25%) for 190 seconds using a dip (liquid tank) type cleaning apparatus, and deionized water (ultra pure water). )
The rinse was performed for 300 seconds, the final deionized water rinse was performed for 300 seconds, and the spin-drying process was equivalent to 1 nm or more in terms of an oxide film, as shown in FIG.
The deposit 19 shown in (B) is removed, and the surface of the refractory metal silicide layer 14 of the WSi layer is cleaned.

【0008】その後、図4(D)に示すように、ハード
マスク26をエッチングマスクとして、高融点金属シリ
サイド層14及び多結晶シリコン層13をエッチングし
て、それぞれパターン化された高融点金属シリサイド層
14と多結晶シリコン層13との積層によるゲート電極
乃至は配線25を形成する。このエッチングは、有磁場
マイクロ波プラズマエッチング装置にて、エッチングガ
スとその供給流量をCl2ガスを74sccm、O2ガスを6
sccm、ガス圧力を0.67Paとし、マイクロ波電力を
800W(2.45GHz)とし、RFバイアスを10
0W(2MHz)、ステージ温度を20℃として供給し
ている。
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the refractory metal silicide layer 14 and the polycrystalline silicon layer 13 are etched using the hard mask 26 as an etching mask to form a patterned refractory metal silicide layer. A gate electrode or wiring 25 is formed by laminating the polysilicon layer 14 and the polysilicon layer 13. This etching is conducted by magnetic field microwave plasma etching apparatus, the supply flow rate and the etching gas Cl 2 gas 74Sccm, O 2 gas 6
sccm, gas pressure 0.67 Pa, microwave power 800 W (2.45 GHz), RF bias 10
0 W (2 MHz) and stage temperature of 20 ° C. are supplied.

【0009】さらに、ゲート絶縁層12に対する選択比
を確保するためにRFバイアスを下げ、多結晶シリコン
厚100nm相当のオーバーエッチングを行った。この
エッチングは、有磁場マイクロ波プラズマエッチング装
置にて、エッチングガスとその供給流量をCl2ガスを
74sccm、O2ガスを6sccm、ガス圧力を0.67Pa
とし、マイクロ波電力を800W(2.45GHz)と
し、RFバイアスを70W(2MHz)、ステージ温度
を20℃として供給している。
Further, in order to secure a selectivity with respect to the gate insulating layer 12, the RF bias was lowered, and over-etching corresponding to a polysilicon thickness of 100 nm was performed. In this etching, an etching gas and its supply flow rate were 74 sccm of Cl 2 gas, 6 sccm of O 2 gas, and gas pressure of 0.67 Pa by a magnetic field microwave plasma etching apparatus.
The microwave power is set to 800 W (2.45 GHz), the RF bias is set to 70 W (2 MHz), and the stage temperature is set to 20 ° C.

【0010】このようにして形成した高融点金属シリサ
イド層14と多結晶シリコン13によるゲート電極乃至
は配線層25は、沸酸処理によって堆積物19を除去
し、フォトレジスト層17のパターンに正確に対応した
変換差の小さいパターンとして形成される。
The gate electrode or the wiring layer 25 made of the refractory metal silicide layer 14 and the polycrystalline silicon 13 formed in this manner removes the deposit 19 by a hydrofluoric acid treatment, and accurately matches the pattern of the photoresist layer 17. It is formed as a corresponding pattern with a small conversion difference.

【0011】このようなドライエッチング方法として、
特開平11−162941号公報には、チタンシリサイ
ドのドライエッチング方法において、チタンシリサイド
の結晶構造に依存せず、アンダーカットや虫食い状のサ
イドエッチが生じることのないように、チタンシリサイ
ド層上にハードマスク8を形成し、その後、塩素又は臭
化水素にメタンガス及び三塩化ホウ素を添加した混合ガ
スによるガスプラズマでチタンシリサイド層をエッチン
グすることにより、チタンによりエッチング層の側壁保
護を行うことにより、高異方性エッチングを確保すると
ともに、三塩化ホウ素を添加することによりチタンシリ
サイドとシリコンオジュールのエッチレート差を最小化
させ、エッチング残さの発生を抑制することが記載され
ている。
As such a dry etching method,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-162941 discloses that in a method of dry-etching titanium silicide, a hard-etched titanium silicide layer is formed on a titanium silicide layer so as not to depend on the crystal structure of titanium silicide and to prevent an undercut or worm-like side etch. The mask 8 is formed, and then the titanium silicide layer is etched by a gas plasma of a mixed gas obtained by adding methane gas and boron trichloride to chlorine or hydrogen bromide. It describes that anisotropic etching is ensured, and the addition of boron trichloride minimizes the difference in etch rate between titanium silicide and silicon oxide, thereby suppressing the generation of etching residues.

【0012】また、タングステン層を備えた配線層の高
性能化及び高信頼性度化ができる半導体集積回路装置の
製造方法として、特開平11−87263号公報には、
導電性の多結晶シリコン膜とタングステン層とからなる
積層構造の配線層を堆積する工程と、タングステン層の
上に、窒化シリコン膜(絶縁膜)から成るハードマスク
を形成する工程と、窒化シリコン膜の上のレジスト膜を
エッチング用マスクとしてエッチング技術を用いて、タ
ングステン層をパターン化して形成する工程と、レジス
ト膜を除去して窒化シリコン膜のハードマスクをエッチ
ング用マスクとして多結晶シリコン膜をパターン化して
配線層の多結晶シリコン膜を形成する工程を有すること
が記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-87263 discloses a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device capable of improving the performance and reliability of a wiring layer having a tungsten layer.
A step of depositing a wiring layer having a laminated structure including a conductive polycrystalline silicon film and a tungsten layer; a step of forming a hard mask made of a silicon nitride film (insulating film) on the tungsten layer; Patterning the tungsten layer using an etching technique using the resist film above the mask as an etching mask, and removing the resist film and patterning the polycrystalline silicon film using a silicon nitride hard mask as an etching mask. And forming a polycrystalline silicon film of a wiring layer.

【0013】また、半導体装置の製造方法について、特
開平7−202189号公報には、シリコン基板上に高
融点金属を含む導電層としての多結晶シリコン膜、窒化
チタン膜、タングステン膜との積層膜を形成する工程
と、該タングステン膜上にレジストパターンを形成する
工程と、珪素を含む反応性ガスをプラズマ化してレジス
トパターンをマスクとして窒化チタン膜、タングステン
膜を異方性エッチングすると共に、窒化チタン膜、タン
グステン膜の側壁に珪素を主成分とする堆積物を形成す
る工程と、レジストパターンを除去した後、非酸化性雰
囲気中の加熱により、窒化チタン膜、タングステン膜の
側壁にシリサイド層を形成する工程とを備え、抵抗の上
昇しないゲート電極を形成することが記載されている。
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 7-202189 discloses a method of manufacturing a semiconductor device. A laminated film of a polycrystalline silicon film, a titanium nitride film, and a tungsten film as a conductive layer containing a refractory metal is formed on a silicon substrate. Forming a resist pattern on the tungsten film, forming a reactive gas containing silicon into plasma, anisotropically etching the titanium nitride film and the tungsten film using the resist pattern as a mask, Forming a deposit containing silicon as a main component on the side walls of the film and the tungsten film, and removing the resist pattern, and then forming a silicide layer on the side walls of the titanium nitride film and the tungsten film by heating in a non-oxidizing atmosphere. And forming a gate electrode that does not increase the resistance.

【0014】上述のゲート電極乃至は配線層25をオー
ソライズした形成手順を、図3に示して説明する。
The procedure for forming the above-mentioned gate electrode or wiring layer 25 in an authorized manner will be described with reference to FIG.

【0015】図3(A)には、不図示のシリコン基体上
にゲート酸化膜3を形成し、その上にゲート電極材料2
としてポリシリコン又はタングステン(W)ポリサイド
等を形成し、その上にハードマスク材料1としてSiO
2、SiON、SiN、又は積層膜等を積層し、パター
ニングしたレジスト4を形成する。つぎに、図3(B)
に示すように、SiO2をエッチングしてゲート電極材
料2を露出し、残さ物としてフロロカーボン系デポジシ
ョン膜が表面に残り、さらに、レジスト4を残してエッ
チングを続行してゲートエッチングを行い、ゲート電極
材利用2が残さ物として残っている。
In FIG. 3A, a gate oxide film 3 is formed on a silicon substrate (not shown), and a gate electrode material 2 is formed thereon.
Polysilicon or tungsten (W) polycide or the like, and a hard mask material 1 of SiO 2 is formed thereon.
2. A resist 4 is formed by laminating SiON, SiN, a laminated film or the like, and patterning. Next, FIG.
As shown in FIG. 7, the gate electrode material 2 is exposed by etching SiO 2 , a fluorocarbon-based deposition film remains on the surface as a residue, and further, etching is continued by leaving the resist 4 to perform gate etching. Electrode material utilization 2 remains as residue.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハード
マスクを除去してゲート電極を露出する際に、残るデポ
ジション膜を除去するために、どうしても残さ物が残っ
てしまい、完全に除去することはできず、さらには、ハ
ードマスクを除去する除去速度を高速化する必要があ
る。
However, when the hard mask is removed and the gate electrode is exposed, the remaining deposits are inevitably left in order to remove the remaining deposition film and cannot be completely removed. In addition, it is necessary to increase the removal speed for removing the hard mask.

【0017】そこで、本発明は、ハードマスクの除去速
度を高速化し、その際の残さ物をきれいに除去すること
により、その後のソース/ドレインへのイオン注入の工
程の際に、必要な部分のみにソース/ゲートを形成する
ことを課題とする。
Therefore, the present invention increases the removal rate of the hard mask and removes the residue at that time, so that only the necessary portions can be removed during the subsequent ion implantation step to the source / drain. An object is to form a source / gate.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体トラン
ジスタのゲート電極を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、半導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材
料、ハードマスク材料を順次積層し、さらにゲート電極
に相当するパターンとするレジスト膜を形成した後に、
SiO2,SiN,SiONのいずれかの絶縁膜(ハー
ドマスク材料)の加工と、前記ハードマスク材料の加工
時に堆積するデポジション膜を除去するステップと、前
記ゲート電極材料の加工を連続して行ったことを特徴と
する。
According to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate electrode of a semiconductor transistor, a gate oxide film, a gate electrode material, and a hard mask material are sequentially laminated on a semiconductor substrate. After forming a resist film with a pattern corresponding to the gate electrode,
Processing of an insulating film (hard mask material) of any one of SiO 2 , SiN, and SiON, removing a deposition film deposited during processing of the hard mask material, and processing of the gate electrode material are continuously performed. It is characterized by having.

【0019】また、上記半導体装置の製造方法におい
て、前記ハードマスクの加工時に堆積するデポジション
膜を除去するステップとして、塩素(Cl2)ガスを使
用し、エッチング装置のイオンエネルギー電圧Vppを
300V以上の条件にて除去したことを特徴とする。
In the method of manufacturing a semiconductor device, as a step of removing a deposition film deposited during processing of the hard mask, a chlorine (Cl 2 ) gas is used, and an ion energy voltage Vpp of an etching apparatus is set to 300 V or more. Characterized by the following conditions:

【0020】また、本発明は、半導体トランジスタのゲ
ート電極を形成する半導体装置の製造方法において、半
導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハード
マスク材料を順次積層し、さらにゲート電極に相当する
パターンとするレジスト膜を形成した後に、低圧高密度
プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-plasm
a)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-etch
ing)エッチング装置のいずれかで、SiO2,SiN,
SiONのいずれかの絶縁膜(ハードマスク材料)の加
工ステップと、前記ハードマスク材料のエッチング時に
塩素(Cl2)ガスを使用し、上記エッチング装置のイ
オンエネルギー電圧Vppを300V以上の条件にて堆
積するデポジション膜を除去するステップと、前記ゲー
ト電極材料の加工を同一エッチング装置によって連続し
て行い、その後イオン注入によってソース・ドレインを
形成したことを特徴とする。
According to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate electrode of a semiconductor transistor, a gate oxide film, a gate electrode material and a hard mask material are sequentially laminated on a semiconductor substrate, and After forming a resist film having a pattern to be changed, an inductive-coupled-plasma
a) Etching equipment, dual frequency RIE (reactive-ion-etch)
ing) In one of the etching apparatuses, SiO 2 , SiN,
A step of processing any insulating film (hard mask material) of SiON, and using a chlorine (Cl 2 ) gas at the time of etching the hard mask material, depositing the ion energy voltage Vpp of the above etching apparatus under the condition of 300 V or more. The step of removing the deposition film to be formed and the processing of the gate electrode material are continuously performed by the same etching apparatus, and thereafter, the source and the drain are formed by ion implantation.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を参照しつつ詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0022】[第1の実施形態] (1)構成の説明 本発明の半導体ゲート電極加工方法を、図面を参照しな
がら説明する。
First Embodiment (1) Description of Configuration A semiconductor gate electrode processing method of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0023】図1において、不図示の半導体基板、例え
ばシリコン層或いは化合物半導体のGaAsの基板上
に、ゲート酸化膜3を形成し、その上にゲート電極材料
2、例えば多結晶シリコン膜(Poly-Si)或いはタング
ステン(W)ポリサイド等を積層し、その上にハードマ
スク材料1、例えばSiO2、SiON、SiN、又は
それらの積層膜を積層し、さらにゲート電極2に相当す
る領域パターンとするレジスト膜4を形成する。
In FIG. 1, a gate oxide film 3 is formed on a semiconductor substrate (not shown), for example, a silicon layer or a GaAs substrate of a compound semiconductor, and a gate electrode material 2, for example, a polycrystalline silicon film (Poly- Si) or tungsten (W) polycide or the like is laminated, and a hard mask material 1, for example, SiO 2 , SiON, SiN, or a laminated film thereof is laminated thereon, and further, a resist for forming a region pattern corresponding to the gate electrode 2 The film 4 is formed.

【0024】ここで、本半導体装置には、例えばMOS
FETやCMOS、ASIC,LSIなどが該当し、そ
の半導体装置を製造する際に、上述の層を順次形成した
後に、ゲート電極をパターン化したレジスト4によって
覆い、所定の領域にゲート電極を形成する。
Here, the present semiconductor device includes, for example, a MOS.
An FET, a CMOS, an ASIC, an LSI, or the like is applicable. When manufacturing the semiconductor device, the above-described layers are sequentially formed, and then the gate electrode is covered with a patterned resist 4 to form a gate electrode in a predetermined region. .

【0025】(2)動作の説明 図1は、本発明の具体例を示す図であり、ハードマスク
材料1とゲート電極材料2をドライエッチング法を用い
て、同一チャンバー内で連続加工するフローが示されて
いる。
(2) Description of Operation FIG. 1 is a view showing a specific example of the present invention. The flow of continuously processing a hard mask material 1 and a gate electrode material 2 in the same chamber using a dry etching method is shown. It is shown.

【0026】まず、図1(A)において、ゲート酸化膜
3にポリシリコン、タングステンポリサイド(WSi/
ポリシリコン積層膜)等のゲート電極材料2をスパッタ
リング法、CVD法を用いて形成し、ついで、その上に
ハードマスク材料1のSiO 2(2酸化シリコン)、シ
リコン窒化膜(SiN、Si34)、シリコン酸窒化膜
(SiON)、または、前記3種類の積層膜をCVD法
により形成する。そして、フォトリソグラフィ−法によ
り、レジスト4のパターニングを実施する。レジスト4
のパターニングは所望のゲート電極の領域パターンとす
る。
First, in FIG. 1A, a gate oxide film is formed.
3 is polysilicon and tungsten polycide (WSi /
Sputtering gate electrode material 2 such as polysilicon laminated film)
It is formed using a ring method and a CVD method, and then,
SiO of hard mask material 1 Two(Silicon dioxide), silicon
Recon nitride film (SiN, SiThreeNFour), Silicon oxynitride film
(SiON) or the above three types of laminated films by a CVD method.
Formed by Then, by photolithography,
Then, patterning of the resist 4 is performed. Resist 4
Patterning is performed as a desired gate electrode region pattern.
You.

【0027】次に、図1(A)に示す状態で、ハードマ
スク材料1をレジスト4のパターン以外の領域をエッチ
ングガスにより、フロロカーボン系のガス、例えば、C
HF 3ガスを用いて加工する。この場合、以下の工程で
は同一チャンバーによって加工を行う。このとき、ゲー
ト電極材料2の表面に、フロロカーボン系のデポジショ
ン膜5が形成される(図1(B))。
Next, in the state shown in FIG.
The mask material 1 is etched in areas other than the resist 4 pattern.
Fluorocarbon gas such as C
HF ThreeProcess using gas. In this case, the following steps
Performs processing in the same chamber. At this time,
Fluorocarbon deposition on the surface of the electrode material 2
A film 5 is formed (FIG. 1B).

【0028】このフロロカーボン系デポジション膜5
は、ゲート電極2の加工時に残さ発生の原因となるの
で、このデポジション膜5を除去するエッチングのステ
ップが必要となる。この時のエッチング条件として、塩
素(Cl2)ガスを使用し、チャンバーのイオン注入用
のイオンエネルギー電圧を示すVppを300V以上の
条件を用いる(図1(C))。この条件によって、フロ
ロカーボン系デポジション膜5の発生を防止することが
できる。
This fluorocarbon-based deposition film 5
Since this causes residues when the gate electrode 2 is processed, an etching step for removing the deposition film 5 is required. As an etching condition at this time, a chlorine (Cl 2 ) gas is used, and Vpp indicating an ion energy voltage for ion implantation of the chamber is set to 300 V or more (FIG. 1C). Under these conditions, the occurrence of the fluorocarbon-based deposition film 5 can be prevented.

【0029】そして、その後、ゲート電極2の加工を実
施する。ゲート電極2の加工のエッチングガスは、ゲー
ト電極材料2によって異なるが、ポリシリコンの場合、
例えば、Cl2(塩素)/HBr(臭化水素)の混合ガ
スを用い、Wポリサイドの場合、Cl2/O2(酸素)の
混合ガスを用いてエッチングを行う(図1(D))。
Then, the gate electrode 2 is processed. The etching gas for processing the gate electrode 2 varies depending on the gate electrode material 2, but in the case of polysilicon,
For example, a mixed gas of Cl 2 (chlorine) / HBr (hydrogen bromide) is used, and in the case of W polycide, etching is performed using a mixed gas of Cl 2 / O 2 (oxygen) (FIG. 1D).

【0030】ここで使用するエッチング装置は、低圧高
密度プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-pl
asma)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-e
tching)エッチング装置等、いかなるエッチング装置を
用いても構わない。
The etching apparatus used here is an ICP (inductive-coupled-pl.) Having a low-pressure high-density plasma source.
asma) etching equipment, dual frequency RIE (reactive-ion-e)
tching) Any etching apparatus such as an etching apparatus may be used.

【0031】図2には、一例として、ゲート電極材料2
にWポリサイド、ハードマスク材料1にSiNを用いた
サンプルを使った検討結果を示しており、ハードマスク
材料1の加工時に堆積したフロロカーボン系のデポジシ
ョン膜5のエッチングレートと、ゲート電極材料2のW
Si(タングステンシリサイド)のエッチングレートの
Vpp依存性を示している。用いたエッチングガスは、
HBr,CF4,Cl2ガスの3種類である。
FIG. 2 shows, as an example, the gate electrode material 2
Shows the results of a study using a sample using W polycide and SiN as the hard mask material 1. The etching rate of the fluorocarbon deposition film 5 deposited during the processing of the hard mask material 1 and the etching rate of the gate electrode material 2 are shown. W
The graph shows the Vpp dependence of the etching rate of Si (tungsten silicide). The etching gas used was
There are three types of HBr, CF 4 and Cl 2 gases.

【0032】この時、フロロカーボン系のデポジション
膜5のエッチングレートが、WSiのエッチングレート
よりも速い場合にのみ、ゲート電極加工時に残さ無く、
良好なエッチング加工が実現できる。
At this time, only when the etching rate of the fluorocarbon-based deposition film 5 is higher than the etching rate of WSi, there is no residue when processing the gate electrode.
Good etching can be realized.

【0033】HBrガス、CF4ガスを用いた場合は、
何れのVppのエッチング条件においても、WSiのエ
ッチングレートがフロロカーボン系のデポジション膜の
エッチングレートよりも遅く、ゲート電極加工時に、残
さが発生してしまった。一方、Cl2ガスを使用した場
合は、Vppの電圧300V以上の条件では、フロロカ
ーボン系のデポジション膜のエッチングレートが、WS
iのエッチングレートよりも速くなったので、ゲート電
極加工時に、残さ無く良好なエッチングが実現可能とな
った。また、ゲート電極材料2にポリシリコンを用いた
場合にも、ほぼ同様な結果が得られた。
When HBr gas and CF 4 gas are used,
Under any of the Vpp etching conditions, the etching rate of WSi was slower than the etching rate of the fluorocarbon-based deposition film, and residues were generated during gate electrode processing. On the other hand, when Cl 2 gas is used, the etching rate of the fluorocarbon-based deposition film becomes WS
Since the etching rate became faster than the etching rate of i, good etching could be realized without any residue when processing the gate electrode. Also, substantially the same result was obtained when polysilicon was used for the gate electrode material 2.

【0034】本発明は、ゲート電極を加工する工程にお
いて、ハードマスク材料の加工と、ハードマスク1の加
工時に堆積するデポジション膜を除去するステップと、
ゲート電極材料の加工を連続して行い、残さ無く良好な
エッチング形状を提供する。
According to the present invention, in the step of processing the gate electrode, a step of processing a hard mask material and a step of removing a deposition film deposited during the processing of the hard mask 1 are provided.
The processing of the gate electrode material is performed continuously, and a good etching shape is provided without any residue.

【0035】また、ゲート電極を加工する工程におい
て、フロロカーボン系のデポジション膜の残さの発生が
なく、次のゲート電極材料2をエッチングし、その後イ
オン注入によってソース・ドレインを形成する際にも、
円滑にムラなくMOSFETを形成できるので、高速で
一定の閾値を有するFETを確保でき、製造上のばらつ
きを抑えた半導体装置を得ることができた。
In the step of processing the gate electrode, there is no residue of the fluorocarbon-based deposition film, so that when the next gate electrode material 2 is etched and then the source / drain is formed by ion implantation,
Since a MOSFET can be formed smoothly and without unevenness, an FET having a constant threshold value can be secured at high speed, and a semiconductor device with reduced manufacturing variations can be obtained.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の加工方法
において、ハードマスクの加工時に堆積するデポジショ
ン膜を除去するステップとして、塩素(Cl2)ガスを
使用し、Vpp300V以上の条件にて、フロロカーボ
ン系のデポジション膜のエッチングレートが、ゲート電
極材料のエッチングレートよりも速くしたことにより、
残さ発生無く、良好なゲートエッチング電極加工を実行
できる。
According to the present invention, in a method of processing a semiconductor device, as a step of removing a deposition film deposited at the time of processing a hard mask, a chlorine (Cl 2 ) gas is used at a Vpp of 300 V or more. Since the etching rate of the fluorocarbon-based deposition film is faster than the etching rate of the gate electrode material,
Good gate etching electrode processing can be performed without any residue.

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

【図1】本発明の半導体装置の加工方法を説明する構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a method for processing a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明に用いられるエッチングガスとエッチン
グレートとのグラフである。
FIG. 2 is a graph of an etching gas and an etching rate used in the present invention.

【図3】従来の半導体装置の加工方法を説明する構成図
である。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a conventional method for processing a semiconductor device.

【図4】従来の半導体装置の加工方法を説明する構成図
である。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a conventional method for processing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハードマスク材料 2 ゲート電極材料 3 ゲート酸化膜 4 レジスト 5 フロロカーボン系のデポジション 11 半導体基体 12 ゲート絶縁層 13 多結晶シリコン層 14 高融点金属シリサイド層 15 反射防止膜 16 ハードマスク材層 17 フォトレジスト層 REFERENCE SIGNS LIST 1 hard mask material 2 gate electrode material 3 gate oxide film 4 resist 5 fluorocarbon-based deposition 11 semiconductor substrate 12 gate insulating layer 13 polycrystalline silicon layer 14 refractory metal silicide layer 15 antireflection film 16 hard mask material layer 17 photoresist layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 AA05 BB01 CC05 DD08 DD65 DD71 EE05 EE14 EE15 EE17 FF14 GG09 GG10 GG14 HH14 5F004 AA09 BA20 BB13 CA03 DA00 DA04 DA26 DB02 DB17 EA03 EA06 EA07 EB02 5F040 DC01 DC03 EC07 EC13 FA15 FA16 FA18 FC21  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 4M104 AA01 AA05 BB01 CC05 DD08 DD65 DD71 EE05 EE14 EE15 EE17 FF14 GG09 GG10 GG14 HH14 5F004 AA09 BA20 BB13 CA03 DA00 DA04 DA26 DB02 DB17 EA03 EA06 EA07 DC03 EC03 FA18 FC21

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体トランジスタのゲート電極を形成
する半導体装置の製造方法において、 半導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハー
ドマスク材料を順次積層し、さらにゲート電極に相当す
るパターンとするレジスト膜を形成した後に、Si
2,SiN,SiONのいずれかの絶縁膜(ハードマ
スク材料)の加工と、前記ハードマスク材料の加工時に
堆積するデポジション膜を除去するステップと、前記ゲ
ート電極材料の加工を連続して行ったことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate electrode of a semiconductor transistor, a gate oxide film, a gate electrode material, and a hard mask material are sequentially laminated on a semiconductor substrate to form a pattern corresponding to the gate electrode. After forming the resist film, Si
Processing of an insulating film (hard mask material) of any one of O 2 , SiN, and SiON, removing a deposition film deposited during processing of the hard mask material, and processing of the gate electrode material are continuously performed. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 前記ハードマスクの加工時に堆積するデ
ポジション膜を除去するステップとして、塩素(C
2)ガスを使用し、エッチング装置のイオンエネルギ
ー電圧Vppを300V以上の条件にて除去したことを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. A step of removing a deposition film deposited at the time of processing the hard mask, the step of removing chlorine (C)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a gas is used and the ion energy voltage Vpp of the etching apparatus is removed under a condition of 300 V or more.
【請求項3】 前記半導体基体はシリコン基体であり、
前記ゲート酸化膜はSiO2であり、前記ゲート電極材
料はポリシリコン或いはタングステンポリサイドであ
り、前記ハードマスク材料はSiO2、SiON、Si
Nのいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に
記載の半導体装置の製造方法。
3. The semiconductor substrate is a silicon substrate,
The gate oxide film is SiO 2 , the gate electrode material is polysilicon or tungsten polycide, and the hard mask material is SiO 2 , SiON, Si.
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is any one of N.
【請求項4】 前記半導体装置はMOSFETであり、
デポジション膜を除去するステップでは、前記ゲート電
極材料のエッチングレートよりもハードマスク材料のエ
ッチングレートが高速であることにより、フロロカーボ
ン系のデポジション膜の発生を防止したことを特徴とす
る請求項1又は2、3に記載の半導体装置の製造方法。
4. The semiconductor device is a MOSFET,
2. The method according to claim 1, wherein, in the step of removing the deposition film, the etching rate of the hard mask material is higher than the etching rate of the gate electrode material, thereby preventing the occurrence of a fluorocarbon-based deposition film. Or, the method of manufacturing a semiconductor device according to 2 or 3.
【請求項5】 前記レジスト膜を形成した後に、エッチ
ングによりゲート電極をエッチングするエッチング装置
は、低圧高密度プラズマ源を有するICP(inductive-
coupled-plasma)エッチング装置、2周波RIE(reac
tive-ion-etching)エッチング装置のいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1又は2、3に記載の半導体装置
の製造方法。
5. An etching apparatus for etching a gate electrode by etching after forming the resist film, wherein the etching apparatus comprises an ICP (Inductive-Plasma) having a low-pressure high-density plasma source.
coupled-plasma) etching equipment, dual frequency RIE (reac)
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is any one of a tive-ion-etching etching apparatus.
【請求項6】 半導体トランジスタのゲート電極を形成
する半導体装置の製造方法において、 半導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハー
ドマスク材料を順次積層し、さらにゲート電極に相当す
るパターンとするレジスト膜を形成した後に、低圧高密
度プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-plas
ma)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-etc
hing)エッチング装置のいずれかで、SiO2,Si
N,SiONのいずれかの絶縁膜(ハードマスク材料)
の加工ステップと、前記ハードマスク材料のエッチング
時に塩素(Cl2)ガスを使用し、上記エッチング装置
のイオンエネルギー電圧Vppを300V以上の条件に
て堆積するデポジション膜を除去するステップと、前記
ゲート電極材料の加工を同一エッチング装置によって連
続して行い、その後イオン注入によってソース・ドレイ
ンを形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. A method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate electrode of a semiconductor transistor, comprising: sequentially stacking a gate oxide film, a gate electrode material, and a hard mask material on a semiconductor substrate to form a pattern corresponding to the gate electrode. After forming a resist film, an ICP (inductive-coupled-plas
ma) Etching equipment, 2 frequency RIE (reactive-ion-etc)
hing) In one of the etching apparatuses, SiO 2 , Si
N or SiON insulating film (hard mask material)
A step of removing a deposition film deposited by using a chlorine (Cl 2 ) gas at the time of etching the hard mask material and setting an ion energy voltage Vpp of the etching apparatus to 300 V or more; A method of manufacturing a semiconductor device, wherein electrode materials are continuously processed by the same etching apparatus, and then a source and a drain are formed by ion implantation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006516176A (en) * 2002-11-21 2006-06-22 クリー マイクロウエイブ リミテッド ライアビリティ カンパニー Horizontal diffusion MOS transistor (LDMOS) and manufacturing method thereof
JP2007250940A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Hitachi High-Technologies Corp Dry etching method
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