JP2002025977A - Dry-etching method - Google Patents

Dry-etching method

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JP2002025977A
JP2002025977A JP2000210702A JP2000210702A JP2002025977A JP 2002025977 A JP2002025977 A JP 2002025977A JP 2000210702 A JP2000210702 A JP 2000210702A JP 2000210702 A JP2000210702 A JP 2000210702A JP 2002025977 A JP2002025977 A JP 2002025977A
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JP
Japan
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etching
aging
rate
dry etching
dry
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Japanese (ja)
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Masashi Mori
政士 森
Naoshi Itabashi
直志 板橋
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a dry-etching method capable of obtaining wafers having stable performance even if a plurality of the wafers are subjected to processing in a case of etching a laminated gate and ensuring the same result with a case of using actual wafer samples even when dummy wafers are used in a continuous test. SOLUTION: When a plurality of wafers are successively subjected to etching for forming multilayered film gates formed of metal and poly-Si different from each other in reactivity, the amount of an Si reaction product is properly regulated in an etching condition that is just previously set, by which a dimensional shift is restrained from occurring between a first wafer and a second wafer in an etching process. When Si dummy wafers are used in a continuous test, the amount of a reaction product is regulated in a dummy wafer etching condition, by which actual samples subjected to etching just after the dummy Si wafers can be processed without incurring a dimensional shift, so that expensive actual samples to prepare can be decreased in number.

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、メモリまたはシス
テムLSI等に代表される半導体装置の製造時に利用さ
れるドライエッチング方法にかかわり、特に、エッチン
グ特性の安定化を目的として用いられる装置エージング
方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a dry etching method used for manufacturing a semiconductor device typified by a memory or a system LSI, and more particularly to a device aging method used for stabilizing etching characteristics. .

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程の一つであるドラ
イエッチング工程には、素子分離用シリコン(Si)ト
レンチ形成工程、ゲート電極形成工程、ビット線やワー
ド線の配線形成工程、コンタクトホール形成工程、金属
埋め込み用溝の形成工程等が存在し、それぞれの工程で
被エッチング材料と膜構造が異なっているため、エッチ
ング工程には多様性が求められる。このような多様性が
求められるエッチング工程においては、被エッチング材
料に適したエッチングガスをプラズマ化するという、ド
ライエッチング方法が主流である。
2. Description of the Related Art A dry etching step, which is one of the manufacturing steps of a semiconductor device, includes a step of forming an element isolation silicon (Si) trench, a step of forming a gate electrode, a step of forming bit lines and word lines, and a step of forming contact holes. There is a process, a process of forming a trench for embedding a metal, and the like. Since the material to be etched and the film structure are different in each process, diversity is required in the etching process. In an etching process requiring such diversity, a dry etching method of converting an etching gas suitable for a material to be etched into plasma is mainly used.

【0003】ドライエッチング方法で使用されるプラズ
マを生成する手段として、真空容器内に導入したエッチ
ング用ガスに電磁波を照射し、そのエネルギーによって
ガスを解離させる方法が一般的である。また、上記方法
を実現するプラズマ発生機構としては、電磁波のエネル
ギーの伝達様式によって分類され、容量結合型プラズマ
(CCP:capacitive coupled plasma)、誘導結合型プ
ラズマ(ICP:inductive coupled plasma)、磁場との
相互作用を使用するECR(electron synchrotron reso
nance)プラズマが存在する。
As a means for generating plasma used in the dry etching method, a method of irradiating an etching gas introduced into a vacuum vessel with an electromagnetic wave and dissociating the gas by the energy is generally used. Further, the plasma generation mechanism for realizing the above method is classified according to the transmission mode of the energy of the electromagnetic wave, and is composed of a capacitively coupled plasma (CCP), an inductively coupled plasma (ICP), and a magnetic field. ECR (electron synchrotron reso
nance) Plasma is present.

【0004】このように生成されたプラズマ中にはイオ
ン、電子、ラジカル粒子が存在する。プラズマ中のラジ
カル粒子が試料表面に付着し、その付着した表面にプラ
ズマ中のイオンが入射することで化学反応が促進され、
その反応生成物が揮発していくという過程でドライエッ
チング反応が進行していく。
[0004] In the plasma thus generated, ions, electrons and radical particles are present. Radical particles in the plasma adhere to the sample surface, and ions in the plasma are incident on the surface to which the chemical reaction is promoted,
The dry etching reaction proceeds while the reaction product volatilizes.

【0005】したがって、ドライエッチング工程に使用
される装置は、プラズマ発生機構と真空容器と真空排気
機構、エッチングガスを真空容器内に導入する機構、真
空中に試料を設置する機構、化学反応のマクロな温度を
調節する機構とプラズマからイオンを引き込むRF(Ra
dio Frequency)バイアス機構とで構成される。このよ
うな機構を備えたドライエッチング装置を用いて前述の
多種多様な工程に適したエッチング特性を得るために
は、プラズマの特性を決定するエッチングガス種や処理
圧力や電磁波のパワーと化学反応の特性を決定する試料
設置温度やRFバイアスパワーといったエッチングパラ
メータを調節することにより達成する。
[0005] Therefore, the apparatus used in the dry etching process includes a plasma generation mechanism, a vacuum vessel and a vacuum exhaust mechanism, a mechanism for introducing an etching gas into the vacuum vessel, a mechanism for setting a sample in a vacuum, and a macro-chemical reaction. Temperature control mechanism and RF (Ra
dio frequency) bias mechanism. In order to obtain etching characteristics suitable for the above-described various processes using a dry etching apparatus equipped with such a mechanism, it is necessary to determine the plasma characteristics such as an etching gas type, a processing pressure, an electromagnetic wave power and a chemical reaction. This is achieved by adjusting etching parameters such as a sample setting temperature and RF bias power for determining characteristics.

【0006】そして、このようにして得られたエッチン
グ特性が安定に再現、持続すること(特性安定性)が、
半導体装置を量産するドライエッチング工程には要求さ
れる。半導体装置を量産するにあたっては、スループッ
トの向上のため複数枚を連続処理する方法が一般的にと
られる。例えば8インチウェーハでは25枚を、12イ
ンチでは13枚を1セットにして、1枚づつ連続処理す
るといった具合である。すなわち、ここでいうエッチン
グ特性の安定性とは、連続処理の1枚目と最終枚目まで
通してエッチング速度、下地選択性、加工寸法等が同じ
であること(経時変化がないこと)を指す。
The fact that the etching characteristics thus obtained are reproduced and maintained stably (characteristic stability) is
A dry etching process for mass-producing semiconductor devices is required. In mass-producing semiconductor devices, a method of continuously processing a plurality of semiconductor devices is generally employed to improve throughput. For example, 25 wafers are set for an 8-inch wafer and 13 wafers are set for a 12-inch wafer, and the wafers are continuously processed one by one. That is, the term "stability of etching characteristics" as used herein means that the etching rate, base selectivity, processing dimensions, and the like are the same (there is no change over time) throughout the first and last sheets of the continuous processing. .

【0007】さらに、量産工場においては、装置の稼働
率を向上させるために、異なるガスプラズマを用いる別
個のエッチング工程を同一エッチング装置で処理するこ
とが多い。例えば、それぞれ異なるエッチングガスを用
いる、素子分離用Siトレンチ形成工程とゲート電極形
成工程を、同じPoly−Si(多結晶シリコン)エッチン
グ装置で処理するといった具合である。この場合、それ
ぞれのエッチング工程が、他のエッチング工程の影響を
受けないようにすることもドライエッチング工程には要
求される。
Further, in a mass production factory, separate etching processes using different gas plasmas are often performed by the same etching apparatus in order to improve the operation rate of the apparatus. For example, an element isolation Si trench forming step and a gate electrode forming step using different etching gases may be performed by the same Poly-Si (polycrystalline silicon) etching apparatus. In this case, it is also required for the dry etching process that each etching process is not affected by another etching process.

【0008】以上に述べたエッチング特性安定性と他エ
ッチング工程の影響がないといった要求にたいして、従
来より、エッチング工程の前に装置エージング工程を挿
入している。装置エージング工程は、クリーニング用ガ
スをプラズマ化することによって、装置に付着した反応
生成物等を除去する工程(装置エージング第1工程)
と、クリーニング用ガスを置換する工程(装置エージン
グ第2工程)と、エッチング工程と同じガス種をプラズ
マ化し、プラズマからのラジカルやエッチングによる反
応生成物を装置に付着させ、プラズマの境界である真空
容器壁面を安定化させる工程(装置エージング第3工
程)の3工程もしくは、少なくとも装置エージング第3
工程の1工程で構成されていることが一般的である。
[0008] In response to the above-mentioned requirement that the etching characteristics are stable and that there is no influence from other etching processes, a device aging process is conventionally inserted before the etching process. The apparatus aging step is a step of removing reaction products and the like attached to the apparatus by converting the cleaning gas into plasma (first apparatus aging step).
And the step of replacing the cleaning gas (the second step of the aging of the apparatus) and the same gas species as in the etching step are turned into plasma, and radicals from the plasma and reaction products generated by the etching are attached to the apparatus. Three steps of stabilizing the container wall surface (the third step of the device aging) or at least the third step of the device aging
In general, it is composed of one step.

【0009】このとき、装置エージング第3工程は、エ
ッチング工程のステップ数(異なるエッチングパラメー
タのセットの数)によって、分割もしくは、増加される
こともある。
At this time, the third device aging step may be divided or increased depending on the number of steps of the etching step (the number of different sets of etching parameters).

【0010】一方、半導体装置の高集積化に伴い、デバ
イス構造や材料にも変化がおこっている。ゲート電極構
造においては、ゲート抵抗の低抵抗化を図るため、従来
のPoly−Si/SiO2の構造から、タングステン
(W)等の金属とPoly−Siの積層構造ゲート(ポリメ
タルゲート)が検討され始めた。従来のPoly−Siゲー
トのエッチング工程では、主に塩素、臭素が含まれるエ
ッチングガスが使用されていたが、これらのガスを用い
てタングステンをエッチングするとその反応生成物の蒸
気圧が低いため、エッチング反応が進行しにくい。すな
わち、タングステンや銅のように反応生成物の揮発性が
低い物質はエッチング反応性が低いといえる。一方、フ
ッ素(F)系のガスを用いた場合では、反応生成物の蒸
気圧は塩素を用いた場合よりも高くなる。よって、上記
積層ゲートをエッチングする場合、上層のタングステン
はフッ素系のガスで、下層のPoly−Siは塩素、臭素系
といったように2種類のガス系を用いる。
On the other hand, with the increase in the degree of integration of semiconductor devices, changes have been made in device structures and materials. In the gate electrode structure, in order to reduce the gate resistance, a laminated gate (polymetal gate) of a metal such as tungsten (W) and Poly-Si is studied from the conventional structure of Poly-Si / SiO 2. Began to be. In the conventional poly-Si gate etching process, an etching gas mainly containing chlorine and bromine was used.However, when tungsten is etched using these gases, the vapor pressure of the reaction product is low, so the etching is performed. The reaction does not proceed easily. That is, a substance having a low volatility of a reaction product, such as tungsten or copper, has a low etching reactivity. On the other hand, when a fluorine (F) -based gas is used, the vapor pressure of the reaction product is higher than when chlorine is used. Therefore, when etching the above-mentioned laminated gate, two kinds of gas systems are used, such as a tungsten gas in the upper layer and a poly-Si gas in the lower layer, such as chlorine and bromine.

【0011】このような半導体装置の構造の変化にあわ
せて、エッチング工程だけでなく装置エージング工程、
特に装置エージング第3工程も新たに検討しなけらばな
らない。例えば、上記のような積層構造をエッチング処
理する場合では、エッチングするガス系が2種類あるた
め、装置エージング第3工程も2つに分割して、それぞ
れのガスのラジカルと金属の反応生成物とPoly−Siの
反応生成物の両方を壁面に付着させる必要がある。
In accordance with such a change in the structure of the semiconductor device, not only the etching process but also the device aging process,
In particular, the third step of the device aging must be newly considered. For example, in the case where the above-described laminated structure is subjected to the etching treatment, since there are two types of gas systems to be etched, the third step of the device aging is also divided into two, and the radical of each gas and the reaction product of the metal are separated. Both poly-Si reaction products need to be deposited on the wall.

【0012】従来の装置エージング工程は、それぞれの
ガスのラジカルと反応生成物を壁面に付着させることが
主目的であったため、装置エージング第3工程の処理時
間は十分長いことが普通であった。具体的には、図2
(a)に示すような積層ゲートを表1のようなステップ
を用いてエッチングする場合、装置エージング第3工程
の時間は、少なくともタングステン(W)エッチングの
ガス系で50s(秒)以上、Poly−Siエッチングのガ
ス系とオーバエッチングのガス系あわせて55s以上を
用いることが普通であった。
Since the main purpose of the conventional apparatus aging step is to attach the radicals and reaction products of the respective gases to the wall surface, the processing time of the third step of the apparatus aging is usually sufficiently long. Specifically, FIG.
In the case of etching a laminated gate as shown in (a) using the steps shown in Table 1, the time of the third step of the aging of the device is at least 50 s (sec) or more in a tungsten (W) etching gas system, and It was common to use 55 s or more in total for the gas system for Si etching and the gas system for over-etching.

【0013】[0013]

【表1】 [Table 1]

【0014】このような従来の思想に基づく改善前エー
ジングステップの例を表2に示す。
Table 2 shows an example of an aging step before improvement based on such a conventional concept.

【0015】[0015]

【表2】 [Table 2]

【0016】そして、このように検討されたエージング
工程がエッチング工程に悪影響を及ぼさないことを確認
したのち、エッチング特性の安定性(経時変化がないこ
と)の試験が半導体装置を量産する最終試験として行わ
れる。この場合、数十枚おきに挿入される装置エージン
グ工程、クリーニング工程も含めて、100枚以上の連
続試験を行う。この連続試験に使用するウェーハは、コ
スト面、準備の手間の観点から、実デバイスサンプルは
可能な限り少なくし、Siダミーウェーハ(Siダミー
ウェーハとはデバイスもパターンも形成していない無垢
のウェーハ)を多く用いる。したがって、連続試験にお
いて全て実サンプルで行った場合と同様な結果が得られ
るように、Siダミーウェーハをエッチングする条件も
新たに検討する必要がある。
After confirming that the aging process examined in this way does not adversely affect the etching process, a test of the stability of the etching characteristics (no change over time) is performed as a final test for mass-producing semiconductor devices. Done. In this case, a continuous test of 100 or more sheets is performed, including the device aging step and the cleaning step which are inserted every tens of sheets. From the viewpoint of cost and preparation time, the number of actual device samples should be as small as possible from the viewpoint of cost and preparation time, and Si dummy wafers (Si dummy wafers are solid wafers with no devices or patterns formed) Is often used. Therefore, it is necessary to newly examine the conditions for etching the Si dummy wafer so as to obtain the same result as when all of the continuous tests are performed on actual samples.

【0017】また、一般的に前述の装置エージング工程
に使用するサンプルも、Siダミーウェーハであるた
め、装置エージング工程や連続試験時に使用するSiダ
ミーウェーハエッチング時の条件は、それらの工程で変
質しにくい様な条件で行われることが望ましい。
Also, since the sample used in the above-described device aging process is generally a Si dummy wafer, the conditions for etching the Si dummy wafer used in the device aging process and the continuous test are altered in those processes. It is desirable to be performed under such difficult conditions.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】図2(a)の構造を持
つタングステン203/Poly−Si材料204/SiO
2から成る積層ゲート(ポリメタルゲート)を2枚連続
で処理する際に従来の表2に示すようなエージング条件
を用いてエッチングした場合、エージング後の1枚目、
2枚目のエッチング仕上がり寸法207が、図2(b)
に示すように、マスク寸法201に比べて大きくなると
いう問題が発生した。
The tungsten 203 / Poly-Si material 204 / SiO having the structure shown in FIG.
In the case where two laminated gates (polymetal gates) made of 2 are processed successively using aging conditions as shown in Table 2 below, the first gate after aging,
FIG. 2 (b) shows the etching finish dimension 207 of the second sheet.
As shown in FIG. 5, there is a problem that the size becomes larger than the mask size 201.

【0019】また、装置安定性を確認するために、装置
エージング工程のあと、1、2、15、25枚目に実サ
ンプル、それ以外にSiダミーウェーハを挿入して25
枚の連続エッチング工程を行ったところ、25枚目の形
状が1、2枚目以上に寸法シフトが大きくなるという問
題が発生した。
In order to confirm the stability of the apparatus, after the aging step of the apparatus, the actual samples were placed on the first, second, fifteenth, and twenty-fifth sheets.
When the continuous etching process was performed on a plurality of sheets, there was a problem in that the shape shift of the 25th sheet became larger than that of the first and second sheets.

【0020】本発明は、上記積層ゲートをエッチングす
る場合において、装置エージング工程を適切な条件にす
ることで、エージング直後のエッチング工程での形状異
常を改善し、複数枚処理しても安定な性能が得られるよ
うにすることを第1の目的とするものである。また、本
発明は、連続試験を行う際にSiダミーウェーハを用い
ても実ウェーハサンプルを流す場合と同様な結果が得ら
れるようにすることを第2の目的とするものである。
According to the present invention, in the case of etching the above-mentioned laminated gate, the shape aging in the etching step immediately after the aging is improved by setting the apparatus aging step to an appropriate condition, and stable performance is obtained even when a plurality of wafers are processed. It is a first object to obtain the following. It is a second object of the present invention to obtain the same result as in a case where an actual wafer sample is flown even when a Si dummy wafer is used in a continuous test.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】断面形状評価の結果、連
続評価時の寸法のシフトは、タングステンが図2(b)
のように太ることがわかった。そこで、エージング条件
がタングステンエッチングに影響を与えている可能性が
大きいと考え、表2に示した従来エージングの各ステッ
プの時間を変化させて、Wウェーハを2枚連続処理し、
そのエッチングレートの変化を調べた。この実験の結果
を表3に示す。
As a result of the cross-sectional shape evaluation, the dimensional shift during the continuous evaluation is as shown in FIG.
It turned out to be fat. Therefore, it is considered that the aging condition is likely to affect the tungsten etching, and the time of each step of the conventional aging shown in Table 2 is changed to continuously process two W wafers.
The change in the etching rate was examined. Table 3 shows the results of this experiment.

【0022】[0022]

【表3】 [Table 3]

【0023】従来のエージング条件では、1枚目のWレ
ートが2枚目のレートに比べて4.6nm(ナノメー
タ)/min(分)も遅いことがわかった。また、エッチ
ング時のプラズマから430nmの波長(W)を分光し
発光強度の時間変化を調べると図3中に示すような、従
来エージング時の発光強度(波形A)301のようにな
った。従来エージング時の発光強度(波形A)301
は、エッチング開始から徐々に減少していき極小値をも
ったのちに、Wエッチングが終了するために強度が減少
していくことがわかる。
Under the conventional aging conditions, it was found that the W rate of the first sheet was 4.6 nm (nanometer) / min (min) slower than the rate of the second sheet. In addition, when the wavelength (W) of 430 nm is separated from the plasma at the time of etching and the time change of the emission intensity is examined, the emission intensity (waveform A) 301 at the time of the conventional aging as shown in FIG. 3 is obtained. Light emission intensity (waveform A) 301 during conventional aging
It can be seen that the intensity gradually decreases from the start of etching and has a minimum value, and then the intensity decreases because the W etching ends.

【0024】このタングステン(W)の発光強度は、ス
テップ2やステップ3の時間Ta2=0s、Ta2 =50
sとしても変化がないが、ステップ4の時間(Ta2)を
短くすると、図3に示すように、エッチング開始によっ
て発光強度が立ち上がり、エッチングが終了で減少する
ことがわかった(新エージング直後のエッチング時の発
光強度(波形B)302の波形)。このときの1枚目と
2枚目のレートは1.5%以内で同じになること、ま
た、1枚目のエッチングレート自体も75.3nm/m
inから79.7nm/minへと増加しており、Wエッ
チングレートへの阻害要因が減少していることを新たに
見出した。そして、そのときの1枚目、2枚目の形状
は、図2(c)に示すように、寸法シフトがない垂直な
形状208を得ることができた。
The emission intensity of the tungsten (W) is determined by the time Ta 2 = 0 s and the time Ta 2 = 50 in steps 2 and 3.
Although there is no change in s, when the time (T a2 ) in step 4 is shortened, it is found that the emission intensity rises at the start of etching and decreases at the end of etching as shown in FIG. 3 (just after new aging). Light emission intensity at the time of etching (waveform B) 302). At this time, the rates of the first and second wafers are the same within 1.5%, and the etching rate of the first wafer is also 75.3 nm / m.
From in to 79.7 nm / min, it was newly found that a factor inhibiting the W etching rate was reduced. Then, as for the shape of the first and second sheets at that time, as shown in FIG. 2C, a vertical shape 208 having no dimensional shift could be obtained.

【0025】この結果より、従来エージング時のWの寸
法が大きくなった現象は、エージングステップ4で放出
されるSi反応生成物の量が多いことが原因であること
がわかった。すなわち、エッチング工程のWエッチング
は、直前のステップであるエージングステップ4の反応
生成物の量に敏感であり、この量が多いほどWエッチン
グレートは遅くなり、また、Si反応生成物がW側壁に
付着するために、図2(b)のような寸法シフトが起こ
ることが分かった。
From these results, it was found that the phenomenon that the dimension of W in the conventional aging process was increased was caused by a large amount of the Si reaction product released in the aging step 4. That is, W etching in the etching process is sensitive to the amount of the reaction product in the aging step 4 which is the immediately preceding step. The larger the amount, the lower the W etching rate and the more the Si reaction product is deposited on the W side wall. It was found that a dimensional shift as shown in FIG.

【0026】同様な考察により、連続試験時のSiダミ
ーウェーハをエッチングする条件もSiの反応生成物を
抑えることで、Siダミーウェーハ直後の形状エッチン
グ時の寸法太りを解消することが出来る。
According to the same consideration, the condition for etching the Si dummy wafer during the continuous test can also be reduced by suppressing the reaction products of Si, thereby eliminating the increase in dimension during the shape etching immediately after the Si dummy wafer.

【0027】したがって、エージング工程における最終
ステップで放出される反応生成物を適度に調節すること
によって上記第1の目的を達成することができる。同様
に、エッチング工程のSiダミーウェーハをエッチング
する条件でも反応生成物の発生量を適度に調節すること
によって、上記第2の目的を達成することが出来ること
がわかった。
Therefore, the first object can be achieved by appropriately adjusting the reaction product released in the final step of the aging process. Similarly, it has been found that the above-mentioned second object can be achieved by appropriately adjusting the amount of the reaction product even under the conditions for etching the Si dummy wafer in the etching step.

【0028】以上より、本発明は、エッチング反応性の
低い材料と、Si(シリコン)やSiO2(2酸化シリ
コン)を含むエッチング反応性の高い材料とで構成され
る積層構造膜を、複数枚連続でドライエッチング装置に
よりエッチングする工程と、エッチング工程を行う前
後、途中、もしくはそれらのうちの1タイミングにて、
連続処理を安定化させるためドライエッチング装置にエ
ージングを施す工程とを有し、かつ、エージング工程の
中にエッチング工程と同じ分子、原子によるガスプラズ
マを用いてなるドライエッチング方法において、エッチ
ング工程の直前に行われるエージング工程でのSiO2
エッチングレートが2nm/分より大きくて、かつSi
エッチングレートが100nm/分以上であるという条
件、またはSiエッチングレート/SiO2エッチング
レート比が50未満であるという条件の下で、エッチン
グ工程の直前に行われるエージング工程の処理時間が、
同じ分子、原子によるガスプラズマを用いたエッチング
工程の処理時間以下であるよう構成したことを特徴とす
るドライエッチング方法を提供する。
As described above, the present invention provides a multi-layer structure film composed of a material having low etching reactivity and a material having high etching reactivity including Si (silicon) and SiO 2 (silicon dioxide). A step of continuously etching with a dry etching apparatus, and before, after, during, or one of the timings of performing the etching step,
A step of performing aging on a dry etching apparatus to stabilize continuous processing, and in a dry etching method using gas plasma with the same molecules and atoms as in the etching step during the aging step, immediately before the etching step SiO 2 in the aging step performed in
Etching rate greater than 2 nm / min and Si
Under the condition that the etching rate is 100 nm / min or more, or the condition that the Si etching rate / SiO 2 etching rate ratio is less than 50, the processing time of the aging step performed immediately before the etching step is as follows:
A dry etching method characterized in that the processing time is equal to or less than the processing time of an etching step using gas plasma using the same molecules and atoms.

【0029】また、本発明は、エッチング反応性の低い
材料と、Si(シリコン)やSiO2(2酸化シリコ
ン)を含むエッチング反応性の高い材料とで構成される
積層構造膜を、複数枚連続でドライエッチング装置によ
りエッチングする工程と、エッチング工程を行う前後、
途中、もしくはそれらのうちの1タイミングにて、連続
処理を安定化させるためドライエッチング装置にエージ
ングを施す工程とを有し、かつ、エージング工程の中に
ドライエッチング工程と同じ分子、原子によるガスプラ
ズマを用いてなるドライエッチング方法において、エッ
チング工程の直前に行われるエージング工程でのSiO
2エッチングレートが2nm/分以下、またはSiエッ
チングレート/SiO2エッチングレート比が50以上
であるよう構成したことを特徴とするドライエッチング
方法を提供する。
Further, the present invention provides a method of forming a plurality of laminated films composed of a material having a low etching reactivity and a material having a high etching reactivity including Si (silicon) and SiO 2 (silicon dioxide). In the step of etching with a dry etching apparatus, before and after performing the etching step,
Aging the dry etching apparatus to stabilize the continuous processing in the middle or at one of the timings, and in the aging step, the gas plasma using the same molecules and atoms as in the dry etching step. In the dry etching method using, the aging step performed immediately before the etching step
(2) A dry etching method characterized in that the etching rate is 2 nm / min or less, or the Si etching rate / SiO 2 etching rate ratio is 50 or more.

【0030】また、本発明は、エッチング反応性の低い
材料と、Si(シリコン)を含むエッチング反応性の高
い材料とで構成される積層構造膜を、ドライエッチング
装置により複数枚連続でエッチングする工程と、エッチ
ング工程を行う前後、途中、もしくはそれらのうちの1
タイミングにて、連続処理を安定化させるためドライエ
ッチング装置にエージングを施す工程とを有し、かつ、
エージング工程の中にエッチング工程と同じ分子、原子
によるガスプラズマを用いてなるドライエッチング方法
において、エッチング工程の直前に行われるエージング
工程でのSiエッチングレートが100nm/分未満で
あるよう構成したことを特徴とするドライエッチング方
法を提供する。
Further, the present invention provides a step of continuously etching a plurality of laminated films composed of a material having a low etching reactivity and a material having a high etching reactivity including Si (silicon) by a dry etching apparatus. And before, during, or during the etching step, or one of them.
Aging the dry etching apparatus to stabilize the continuous processing at the timing, and
In a dry etching method using gas plasma of the same molecules and atoms as in the etching step during the aging step, it is configured that the Si etching rate in the aging step performed immediately before the etching step is less than 100 nm / min. A dry etching method is provided.

【0031】また、本発明は、エッチング反応性の低い
材料と、Si(シリコン)を含むエッチング反応性の高
い材料とで構成される積層構造膜を、複数枚連続でドラ
イエッチング装置によりエッチングする工程と、エッチ
ング工程を行う前後、途中、もしくはそれらのうちの1
タイミングにて、連続処理を安定化させるためドライエ
ッチング装置にエージングを施す工程とを有し、かつ、
エージング工程の中にエッチング工程と同じ分子、原子
によるガスプラズマを用いてなるドライエッチング方法
において、エッチング工程の直前に行われるエージング
工程でのSiエッチングレートと開口率と処理時間との
積が、同じ分子、原子によるガスプラズマを用いたエッ
チング工程でのSiエッチングレートと開口率と処理時
間の積以下であるよう構成したことを特徴とするドライ
エッチング方法を提供する。
Further, the present invention provides a step of continuously etching a plurality of laminated structure films composed of a material having a low etching reactivity and a material having a high etching reactivity including Si (silicon) by a dry etching apparatus. And before, during, or during the etching step, or one of them.
Aging the dry etching apparatus to stabilize the continuous processing at the timing, and
In a dry etching method using gas plasma with the same molecules and atoms as in the etching step during the aging step, the product of the Si etching rate, the aperture ratio, and the processing time in the aging step performed immediately before the etching step is the same. Provided is a dry etching method characterized by being configured to be equal to or less than a product of an Si etching rate, an aperture ratio, and a processing time in an etching step using gas plasma of molecules and atoms.

【0032】さらに、本発明は、上記構成において,上
記連続処理を行う場合に、積層構造膜の実サンプルウエ
ーハの中にSiダミーウエーハを混在させてなり、か
つ、処理される該Siダミーウェーハのエッチング条件
が、SiO2エッチングレート2nm/分より大きく
て、かつSiレート100nm/分以上であるという条
件、またはSiレート/SiO2エッチングレート比が
50未満であるという条件下で、該Siダミーウェーハ
の処理時間が、同じ分子、原子によるガスプラズマを用
いた実サンプルウエーハのエッチング工程での処理時間
以下であることを特徴とするドライエッチング方法を提
供する。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned structure, when the above-mentioned continuous processing is performed, an Si dummy wafer is mixed in an actual sample wafer of a laminated structure film, and the Si dummy wafer to be processed is formed. Under the condition that the etching conditions are higher than the SiO 2 etching rate of 2 nm / min and the Si rate is 100 nm / min or more, or the condition that the Si rate / SiO 2 etching rate ratio is less than 50, A dry etching method characterized in that the processing time is less than or equal to the processing time in the etching step of an actual sample wafer using gas plasma of the same molecules and atoms.

【0033】さらにまた、本発明は、上記構成におい
て、上記連続処理を行う場合に、積層構造膜の実サンプ
ルウエーハの中にSiダミーウエーハを混在させてな
り、かつ、処理される該Siダミーウエーハのエッチン
グ条件が、SiO2エッチングレートが2nm/分以
下、またはSiエッチングレート/SiO2エッチング
レート比が50以上であるよう構成したことを特徴とす
るドライエッチング方法を提供する。
Further, according to the present invention, in the above-described structure, when performing the continuous processing, the Si dummy wafer is mixed with an actual sample wafer of the laminated structure film, and the Si dummy wafer to be processed is provided. The dry etching method is characterized in that the etching conditions are such that the SiO 2 etching rate is 2 nm / min or less, or the Si etching rate / SiO 2 etching rate ratio is 50 or more.

【0034】さらにまた、本発明は、上記構成におい
て、上記連続処理を行う場合に、積層構造膜の実サンプ
ルウエーハの中にSiダミーウエーハを混在させてな
り、かつ、処理される該Siダミーウエーハのエッチン
グ条件が、Siエッチングレート100nm/分未満で
あるよう構成したことを特徴とするドライエッチング方
法を提供する。
Further, according to the present invention, in the above structure, when performing the continuous processing, the Si dummy wafer is mixed with the actual sample wafer of the laminated structure film, and the Si dummy wafer to be processed is provided. A dry etching method characterized in that the etching condition of (1) is configured to be less than 100 nm / min.

【0035】さらにまた、本発明は、上記構成におい
て、上記連続処理を行う場合に、積層構造膜の実サンプ
ルウエーハの中にSiダミーウエーハを混在させてな
り、かつ、処理される該Siダミーウエーハのエッチン
グ条件が、Siエッチングレートと開口率と処理時間と
の積が、実サンプルウエーハ時のSiエッチングレート
と開口率と処理時間の積以下であるよう構成したことを
特徴とするドライエッチング方法を提供する。
Still further, according to the present invention, in the above structure, when the continuous processing is performed, a Si dummy wafer is mixed in an actual sample wafer of a laminated structure film, and the Si dummy wafer to be processed is provided. The dry etching method, wherein the product of the Si etching rate, the aperture ratio, and the processing time is equal to or less than the product of the Si etching rate, the aperture ratio, and the processing time for the actual sample wafer. provide.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
用いて詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0037】(実施例1)図2に示す積層構造のポリメ
タルゲートサンプルを連続エッチングする場合の本発明
の実施例を以下に示す。図2(a)の積層構造は、メモ
リやシステムLSIのゲート電極を形成する工程を行う
前の構造である。その代表的な構造として、Si基板2
06上にゲート絶縁膜(膜厚1nm〜7nm)を形成し
た後、Poly−Si材料(膜厚50nm〜100nm)2
04、タングステン(膜厚50nm〜150nm)20
3の上に、露光装置等のメモリ部で0.1μm〜0.2μ
m幅のラインとスペースをパターニングされたSiN、
Si34等(膜厚150nm〜300nm)からなるマ
スク材料202で構成されるようなサンプルを本実施例
では使用した。
Embodiment 1 An embodiment of the present invention in the case of continuously etching a polymetal gate sample having a laminated structure shown in FIG. 2 will be described below. The laminated structure in FIG. 2A is a structure before performing a step of forming a gate electrode of a memory or a system LSI. As a typical structure, a Si substrate 2
After forming a gate insulating film (film thickness 1 nm to 7 nm) on the substrate 06, a Poly-Si material (film thickness 50 nm to 100 nm) 2
04, tungsten (film thickness 50 nm to 150 nm) 20
3 and a memory section of an exposure apparatus or the like is used in a range of 0.1 μm to 0.2 μm.
SiN patterned with m-width lines and spaces,
In this embodiment, a sample composed of a mask material 202 made of Si 3 N 4 or the like (having a thickness of 150 nm to 300 nm) was used.

【0038】寸法シフト量は、エッチング仕上がり寸法
207とエッチング前のマスク寸法201との差を指
す。用いたエッチング装置は、UHF波ECRエッチン
グ装置を用いた。本装置は、プラズマ発生用の電磁波に
450MHzのUHF波を使用することを特徴とするE
CRプラズマエッチング装置である。
The size shift amount indicates a difference between the finished etching size 207 and the mask size 201 before etching. The etching apparatus used was a UHF wave ECR etching apparatus. This apparatus uses a 450 MHz UHF wave as an electromagnetic wave for generating plasma.
This is a CR plasma etching apparatus.

【0039】次に、図2(a)のサンプルを25枚エッ
チング処理する場合のエッチング条件を、先述の表1に
示す。ステップ1は、タングステン203をエッチング
する条件でタングステンエッチングレートは80nm/
minである。ステップ2はPoly−Si材料203をエ
ッチングする条件でPoly−Siエッチングレートが25
0nm/min、SiO2エッチングレートが10nm
/minである。ステップ3はPoly−Si203を完全
に取り去ることを目的とした、いわゆるオーバーエッチ
ングステップでSiエッチングレートが200nm/m
in、SiO2レートが0.8nm/minで対酸化膜選
択比が250という高選択性の条件である。
Next, Table 1 shows the etching conditions for etching 25 samples of FIG. 2A. Step 1 is a condition in which tungsten 203 is etched at a tungsten etching rate of 80 nm /
min. Step 2 is a condition where the Poly-Si material 203 is etched and the Poly-Si etching rate is 25.
0 nm / min, SiO 2 etching rate is 10 nm
/ Min. Step 3 is a so-called over-etching step for removing Poly-Si 203 completely, in which the Si etching rate is 200 nm / m2.
This is a high selectivity condition in which the in, SiO 2 rate is 0.8 nm / min and the oxide film selectivity is 250.

【0040】それぞれのステップには、表1に示すよう
なエッチングガスを使用した。ガスAは、塩素や臭素を
含むPoly−Siのエッチャントとなるガス、ガスBはゲ
ート酸化膜やマスク材料201との選択性を得るために
使用するガス、ガスCはフッ素を含むタングステンのエ
ッチャントとなるガスである。ステップ2、ステップ3
は同じガス種を使用したが、オーバエッチング時に、ゲ
ート絶縁膜を突き抜けてはいけないためガスBの比率を
上昇してSiO2のレートを2nm/min以下にして
いる。本実施例では、ステップ2とステップ3は同じガ
ス系で垂直な形状が得られたが、場合によっては別々の
ガス系を使用することもある。
In each step, an etching gas as shown in Table 1 was used. Gas A is a gas serving as an etchant of Poly-Si containing chlorine or bromine, gas B is a gas used for obtaining selectivity with a gate oxide film or a mask material 201, and gas C is a tungsten etchant containing fluorine. Gas. Step 2, Step 3
The same gas species has been used to, at the time of over-etching, and the SiO 2 rate below 2 nm / min to increase the proportion of gas B for do not penetrate through the gate insulating film. In this embodiment, Step 2 and Step 3 have the same gas system and a vertical shape is obtained. However, in some cases, different gas systems may be used.

【0041】また、エッチングの処理時間は、タングス
テン203とPoly−Si材料204のそれぞれの膜厚と
各ステップでのエッチングレートに依存するが、今回使
用したサンプルにおけるエッチング時間を表1中に示し
てある。
The etching time depends on the thickness of each of the tungsten 203 and the poly-Si material 204 and the etching rate in each step. Table 1 shows the etching time of the sample used this time. is there.

【0042】本発明を適用した装置エージング工程の条
件を表4に示す。
Table 4 shows the conditions of the device aging process to which the present invention is applied.

【0043】[0043]

【表4】 [Table 4]

【0044】本エージング工程は、Siダミーウェーハ
を用いており、エッチング工程を行う前に行った。ステ
ップ1は、前に実行した別のエッチング工程の反応生成
物を除去し装置をクリーニングする装置エージング第1
工程、ステップ2は、ステップ1で使用したガスをエッ
チング工程用に置換する装置エージング第2工程、ステ
ップ3は、タングステンエッチングに使用するガスを装
置になじませる装置エージング第3工程、ステップ4
は、Poly−Siエッチングとオーバエッチングに使用す
るガスを装置になじませる装置エージング第4工程であ
る。
This aging step uses a Si dummy wafer and was performed before the etching step. Step 1 is an apparatus aging first step for removing a reaction product of another etching step executed previously and cleaning the apparatus.
Step 2, Step 2 is an aging second step of replacing the gas used in Step 1 for the etching step, Step 3 is Step 3 of the apparatus aging for adapting the gas used for tungsten etching to the apparatus, Step 4
Is a device aging fourth step of adapting the gas used for Poly-Si etching and over-etching to the device.

【0045】装置エージング工程で使用したガスは、エ
ッチング工程で使用するガスA、B、Cと装置に付着し
た反応生成物等と反応して除去するフッ素系のクリーニ
ングガスDである。ゲート電極形成工程においては、ガ
スAは、Cl2やHBr、ガスBは、O2やN2、ガスC
はCF4、C48、C26、CHF3、C58、SF6
ガスDとしては、SF6が主に使用される。
The gas used in the aging step of the apparatus is a fluorine-based cleaning gas D which reacts with the gases A, B, and C used in the etching step and the reaction products and the like attached to the apparatus to remove them. In the gate electrode forming step, gas A is Cl 2 or HBr, gas B is O 2 or N 2 , gas C
Represents CF 4 , C 4 F 8 , C 2 F 6 , CHF 3 , C 5 F 8 , SF 6 ,
As the gas D, SF 6 is mainly used.

【0046】また、本実施例では、装置クリーニングす
るステップは1つであるが、エッチング装置の構造に特
有な付着物の付く場所に応じて、処理時間を増やした
り、同じガスで別のプラズマ条件を追加したりもする。
エージングステップ2は、ゲートエッチングの場合は、
ガスAのみで行うこともある。
In this embodiment, the number of steps for cleaning the apparatus is one. However, the processing time may be increased or the same gas may be used under different plasma conditions, depending on the location of the deposit peculiar to the structure of the etching apparatus. Or to add.
Aging step 2 is for gate etching:
It may be performed only with gas A.

【0047】エージングステップ3とエージングステッ
プ4においては、今回のようにPoly−Siエッチング用
とオーバエッチング用に使用したガスの種類が同じ場合
は、エージング工程も分ける必要はないが、エッチング
工程のステップ2とステップ3が異なるガス系である、
またはタングステンエッチング時の添加ガスが異なるス
テップを挿入した場合は、使用するガス種に応じて、エ
ージング工程のステップも変化させる方が好ましい。
In the aging step 3 and the aging step 4, if the type of gas used for the poly-Si etching and the gas used for the over-etching are the same as in this case, it is not necessary to divide the aging step. 2 and step 3 are different gas systems,
Alternatively, when a step with a different additive gas is inserted during the tungsten etching, it is preferable to change the step of the aging step according to the type of gas used.

【0048】また、エージングステップ3とエージング
ステップ4においては、ガスBの組成比率をエッチング
工程より低下させて、酸化膜選択性を低くした。これ
は、Siダミーウェーハの表面が変質しないようにする
ためである。もし、エッチング工程のステップ1やステ
ップ3の条件でSiダミーウェーハをエッチングすると
Siダミーウェーハの表面が黒くなったり表面が変質す
ることがわかっている。
In the aging step 3 and the aging step 4, the composition ratio of the gas B was made lower than that in the etching step to lower the oxide film selectivity. This is to prevent the surface of the Si dummy wafer from being deteriorated. It is known that if the Si dummy wafer is etched under the conditions of Steps 1 and 3 of the etching process, the surface of the Si dummy wafer becomes black or the surface is deteriorated.

【0049】よって、装置エージング工程で同じSiウ
ェーハを何度でも使用できるようにするためには、Si
ダミーウェーハの表面が変質しないような条件、すなわ
ちSiO2エッチングレートは2nm/min以上、も
しくは対酸化膜選択性(Siエッチングレート/SiO
2エッチングレート比)が50未満の低選択性条件を用
いればよい。しかし、大抵、このような条件はSiエッ
チングレートが100nm/min以上あり、SiCl
x、SiClxy、またはSiBrx、SiBrxy等の
反応生成物が多く発生するため、表2のようにステップ
4を60s以上行うと、図2(b)に示したようにエッ
チング工程のタングステンエッチングに悪影響を及ぼす
結果となった。
Therefore, in order to be able to use the same Si wafer many times in the device aging process,
Conditions that do not alter the surface of the dummy wafer, that is, the SiO 2 etching rate is 2 nm / min or more, or the selectivity to oxide film (Si etching rate / SiO
(2 etching rate ratio) low selectivity condition of less than 50 may be used. However, usually, under such conditions, the Si etching rate is 100 nm / min or more, and the SiCl
Since many reaction products such as x , SiCl x O y , or SiBr x , SiBr x O y are generated, when Step 4 is performed for 60 s or more as shown in Table 2, etching is performed as shown in FIG. This resulted in a bad influence on the tungsten etching in the process.

【0050】一方、本実施例で使用した表4の条件は、
ステップ4の時間をエッチングステップ2の時間が20
s以下であり、エッチング工程ステップ2と同じ時間で
あるため、反応生成物の放出量が表2の条件より低減し
ている。また、装置エージング工程後の1枚目、2枚目
をエッチングするとWエッチング時の発光強度の変化は
図3に示すように波形B302のように正常であった。
この時のエッチング形状は、図2(c)に示すように寸
法シフトがない垂直な結果を得ることが可能となった。
On the other hand, the conditions in Table 4 used in this example are as follows:
The time of step 4 is set to 20 for the etching step 2.
s or less, which is the same time as the etching process step 2, so that the release amount of the reaction product is smaller than the condition in Table 2. When the first and second sheets were etched after the device aging process, the change in the light emission intensity during W etching was normal as shown by a waveform B302 in FIG.
The etching shape at this time can obtain a vertical result without a dimensional shift as shown in FIG.

【0051】また、Poly−Siの反応生成物が放出され
にくくするために、Siダミーウェーハの表面が目視で
みて変質しないような範囲でガスA/B比を低くして選
択性を向上させても同様の効果が得られた。これは、表
3の結果のからも明らかである。この時のエージング条
件でレートを測定すると対酸化膜選択比が50、SiO
2レートが2nm/minであった。
In order to make it difficult for the reaction product of Poly-Si to be released, the selectivity is improved by lowering the gas A / B ratio within a range where the surface of the Si dummy wafer is not visually deteriorated. Also obtained the same effect. This is clear from the results in Table 3. When the rate was measured under the aging condition at this time, the selectivity to the oxide film was 50,
The two rates were 2 nm / min.

【0052】また、Poly−Siの反応生成物が放出され
にくくするために、処理圧力0.4Pa以下、UHFパ
ワーを400W{ワット}、RFバイアスパワーを15
W以下にすると、Siエッチングレートが100nm/
min未満となる。この条件を装置エージングステップ
4に用いて、連続処理したところ、図5に示すように、
実サンプルの1枚目、2枚目に2.5%以内で寸法シフ
トのない形状が達成できた。
In order to make it difficult to release the reaction product of Poly-Si, the processing pressure is 0.4 Pa or less, the UHF power is 400 W {watt}, and the RF bias power is 15 W.
W or less, the Si etching rate is 100 nm /
min. When these conditions were used in the device aging step 4 and continuous processing was performed, as shown in FIG.
A shape without dimensional shift was achieved within 2.5% of the first and second samples of the actual sample.

【0053】本実施例での装置エージング工程ステップ
4の条件(Siエッチングレートと処理時間)は、エッ
チング工程ステップ2と同じガス系を使用したので、実
際にPoly−Siの反応生成物が放出されるエッチングス
テップ2の20s以下に設定した。これを、エッチング
工程でのSiエッチングレートと実サンプルの開口率と
処理時間との積以下に設定するとより効果がある。この
ようにエージング工程のSiレートと時間設定すること
で、実サンプルで実際に放出される反応生成物量と同等
の量をエージング時に放出することが出来る。
The conditions (Si etching rate and processing time) of the device aging step 4 in the present embodiment use the same gas system as in the etching step 2, so that the reaction product of Poly-Si is actually released. The etching time was set to 20 s or less in the etching step 2. It is more effective to set this to be equal to or less than the product of the Si etching rate in the etching step, the aperture ratio of the actual sample, and the processing time. By setting the Si rate and the time in the aging step in this way, an amount equivalent to the amount of the reaction product actually released in the actual sample can be released at the time of aging.

【0054】ここで、開口率とは、ウェーハ全面積に対
する被エッチング面積の比である。例えば、エッチング
工程ステップ2のSiエッチングレートが250nm/
minで、実サンプルの開口率が80%、処理時間が2
0sであり、装置エージングステップ4のSiエッチン
グレートが100nm/minであった場合、装置エー
ジングステップ4の時間は40s以下とすればよい。
Here, the aperture ratio is the ratio of the area to be etched to the entire area of the wafer. For example, the Si etching rate in the etching step 2 is 250 nm /
min, the aperture ratio of the actual sample is 80%, and the processing time is 2
0 s, and when the Si etching rate in the device aging step 4 is 100 nm / min, the time of the device aging step 4 may be set to 40 s or less.

【0055】UHF−ECRエッチング装置で、ガス種
は同じでSiエッチングレートを100nm/min以
下とするためには、処理圧力0.4Pa以下、UHFパ
ワーを400W、RFバイアスパワーを15W以下に調
節すると得られた。この条件を装置エージング工程4に
用いたところ、図5中の503で示す点のように、エー
ジング直後の寸法シフト量が1%以内となり、さらに改
善することが出来た。
In the UHF-ECR etching apparatus, in order to set the Si etching rate to 100 nm / min or less with the same gas species, the processing pressure is adjusted to 0.4 Pa or less, the UHF power is adjusted to 400 W, and the RF bias power is adjusted to 15 W or less. Obtained. When this condition was used in the apparatus aging step 4, the dimensional shift immediately after aging was within 1%, as shown by the point 503 in FIG. 5, and could be further improved.

【0056】また、スループットを気にしなければ、エ
ージング工程とエッチング工程の時間を10分以上とっ
て、反応生成物を適度に排気してからエッチングする方
法も同様の効果がある。また、今回使用したエッチング
装置に限らず、他のCCPプラズマやICPプラズマを
用いたエッチング装置においてもSi、 SiO2のレー
トを本発明の条件に調整することが可能であることは言
うまでもない。
If the throughput is not considered, a method in which the time between the aging step and the etching step is 10 minutes or more and the reaction products are appropriately exhausted and then etched is also effective. Further, it goes without saying that the rate of Si and SiO 2 can be adjusted to the conditions of the present invention not only in the etching apparatus used this time but also in other etching apparatuses using CCP plasma or ICP plasma.

【0057】また、図4に示すようなタングステン40
1、ゲート絶縁膜(TaO2等)205からなるメタル
ゲートにおいても、本発明を適用した装置エージング工
程を使用することで、寸法異常を低減することが可能で
ある。
Further, as shown in FIG.
1. Even in a metal gate made of a gate insulating film (TaO 2 or the like) 205, dimensional anomalies can be reduced by using the device aging process to which the present invention is applied.

【0058】(実施例2)装置連続試験を行う場合の実
施例を以下に述べる。使用するエッチング装置と実サン
プルの構造、エージング工程の条件は、前述と同様であ
る。装置連続試験時のエッチング工程として、1枚目、
2枚目、15枚目、25枚目に実サンプルを用い、残り
はSiダミーウェーハを使用した。このようにSiダミ
ーウェーハを使用することでコストや準備期間を低減す
ることが出来る。実サンプルをエッチングする条件は表
1に、エージング条件は表4に、そして本発明を適用し
たSiダミーエッチング条件を表5に示す。
(Embodiment 2) An embodiment in the case of performing a continuous test of the apparatus will be described below. The etching apparatus used, the structure of the actual sample, and the conditions of the aging step are the same as those described above. First etching,
Actual samples were used for the second, fifteenth, and twenty-fifth sheets, and the rest were Si dummy wafers. By using the Si dummy wafer in this way, cost and preparation period can be reduced. Table 1 shows conditions for etching the actual sample, Table 4 shows aging conditions, and Table 5 shows Si dummy etching conditions to which the present invention is applied.

【0059】[0059]

【表5】 [Table 5]

【0060】この条件を適用して25枚連続試験を行っ
たところ、図2(c)に示すように、25枚目の実サン
プルも寸法シフトなく垂直にエッチングすることができ
た。また、実サンプル25枚連続エッチングした場合と
比較したところ図5で示すようになり、すべてを実サン
プルで連続エッチングした場合と同等の結果が得られる
ことが確認できた。
When a 25-sheet continuous test was performed under the above conditions, as shown in FIG. 2C, the 25th actual sample could be etched vertically without any dimensional shift. FIG. 5 shows a comparison with the case where 25 actual samples were continuously etched, and it was confirmed that the same result as that obtained when all of the actual samples were continuously etched was obtained.

【0061】また、Siダミーウェーハエッチング時に
Poly−Siの反応生成物が放出されにくくするために、
Siダミーウェーハの表面が目視でみて変質しないよう
な範囲でガスA/B比を低くして選択性を向上させても
同様の効果が得られた。これは、表3の結果、前述のエ
ージングの検討からも明らかである。この時のエッチン
グでレートを測定すると対酸化膜選択比が50、SiO
2レートが2nm/minであった。
Also, when etching the Si dummy wafer,
In order to make it difficult to release the reaction product of Poly-Si,
The same effect was obtained even if the selectivity was improved by lowering the gas A / B ratio within a range where the surface of the Si dummy wafer was not visually altered. This is apparent from the results of Table 3 and the examination of the aging described above. When the rate was measured by etching at this time, the selectivity to oxide film was 50,
The two rates were 2 nm / min.

【0062】同様の効果は、装置エージングと同様に、
Siエッチングレートが100nm/min以下、また
は、Siダミーウェーハの最終ステップのSiレートや
時間をエッチング工程でのSiエッチングレートと実サ
ンプルの開口率と処理時間との積以下に設定することで
得ることが出来た。
The same effect is obtained as in the case of device aging.
Obtained by setting the Si etching rate to 100 nm / min or less, or setting the Si rate and time of the final step of the Si dummy wafer to the product of the Si etching rate in the etching process, the aperture ratio of the actual sample, and the processing time. Was completed.

【0063】以上、実サンプルエッチング工程、または
連続試験工程において、上記実施例に示したような、本
発明を適用した工程のフローとその結果の概略をまとめ
ると、図1に示すようになる。本発明適用の装置エージ
ング工程の後に、実サンプルエッチングを行ったとこ
ろ、1枚目から25枚目まで寸法シフト異常がなく、図
2(c)に示した結果が得られた。一方、連続試験工程
においては、本発明適用のエージング工程の後に、1、
2、15、25、2000枚目に実サンプルウエーハ、
それ以外にSiダミーウエーハをを挿入し、Siダミー
ウエーハエッチング時に本発明のエッチング条件を適用
したところ、1、2、15、25、2000枚目の実サ
ンプルにおいても寸法シフトに異常をきたすことなくエ
ッチングすることができた。
As described above, in the actual sample etching process or the continuous test process, the flow of the process to which the present invention is applied as shown in the above embodiment and the outline of the result are summarized in FIG. When the actual sample etching was performed after the apparatus aging step of the present invention, there was no dimensional shift abnormality from the first sheet to the 25th sheet, and the result shown in FIG. 2C was obtained. On the other hand, in the continuous test process, after the aging process of the present invention, 1,
Actual sample wafers on 2, 15, 25, and 2000 sheets
In addition, a Si dummy wafer was inserted, and the etching conditions of the present invention were applied during the etching of the Si dummy wafer. It could be etched.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、金属と
Poly−Siといったような反応性の異なる多層積膜ゲー
トを複数枚連続でエッチングする場合、直前のエージン
グ条件でSiの反応生成物の量を適量に調節すること
で、エッチング工程の1枚目、2枚目の寸法シフト異常
をなくすることが出来る。
As described above, according to the present invention, metal and
In the case where a plurality of multi-layer gates having different reactivities such as Poly-Si are continuously etched, by adjusting the amount of a reaction product of Si to an appropriate amount under the immediately preceding aging condition, the first one of the etching steps can be performed. The size shift abnormality of the second sheet can be eliminated.

【0065】また、連続試験をSiダミーウェーハで行
う場合、Siダミーウェーハエッチング条件も反応生成
物量を調節することでSiダミーウェーハ直後の実サン
プルの形状を寸法シフト異常なく加工することができ、
コストのかかる実サンプルを用意する必要が低減され
る。
In the case where the continuous test is performed on a Si dummy wafer, the shape of the actual sample immediately after the Si dummy wafer can be processed without dimensional shift abnormality by adjusting the amount of the reaction product in the Si dummy wafer etching condition.
The need to prepare costly real samples is reduced.

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

【図1】本発明を適用したドライエッチング方法のフロ
ー図。
FIG. 1 is a flowchart of a dry etching method to which the present invention is applied.

【図2】積層ポリメタルゲート構造の加工例を示す図。FIG. 2 is a view showing a processing example of a laminated polymetal gate structure.

【図3】本発明の適用の有無によるタングステンエッチ
ング時におけるそれぞれの発光強度の時間変化を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing a time change of each light emission intensity during tungsten etching depending on whether or not the present invention is applied.

【図4】メタルゲート構造の加工例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a processing example of a metal gate structure.

【図5】実サンプルのみとSiダミーウェーハが混在す
る場合の25枚連続連続試験時の寸法シフト量を測定し
た結果を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a result of measuring a dimensional shift amount in a continuous test of 25 wafers when only real samples and Si dummy wafers are mixed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

201…エッチング前のマスク寸法、202…マスク材
料、203…タングステン、204…Poly−Si材料、
205…ゲート絶縁膜、206…Si基板、207…エ
ッチング仕上がり寸法、301…従来エージング時の発
光強度(波形A)、302…本発明適用エージング直後
のエッチング時の発光強度(波形B)、401…タング
ステン、501…Siダミーウェーハ混在時の1枚目の
寸法シフト量を示す点、502…Siダミーウェーハ混
在時の2枚目の寸法シフト量を示す点、503…エージ
ング直後の寸法シフトを示す点、504…25枚すべて
を実サンプル処理した時の寸法シフト量の変化を示す
線、505…Siダミーウェーハ混在時の15枚目の寸
法シフト量を示す点、506…Siダミーウェーハ混在
時の25枚目の寸法シフト量を示す点。
201: mask dimensions before etching, 202: mask material, 203: tungsten, 204: Poly-Si material,
205: Gate insulating film, 206: Si substrate, 207: Finished etching size, 301: Emission intensity at the time of conventional aging (waveform A), 302: Emission intensity at the time of etching immediately after application of the present invention (waveform B), 401 ... Tungsten, 501: Point indicating the dimensional shift amount of the first sheet when Si dummy wafers are mixed, 502 ... Point indicating the dimensional shift amount of the second sheet when Si dummy wafers are mixed, 503: Point indicating the dimensional shift immediately after aging ., 504... A line indicating a change in the dimensional shift amount when all 25 wafers are actually sampled; 505... A point indicating the fifteenth dimensional shift amount when a Si dummy wafer is mixed; A point indicating the amount of dimensional shift of the sheet.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5F004 AA15 AA16 BA14 BB11 BB18 CA08 CB02 DA00 DA01 DA02 DA04 DA16 DA18 DA25 DA26 DA30 DB02 DB03 DB10 EA07 EB02  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kazunori Tsujimoto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo F-term in Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. 5F004 AA15 AA16 BA14 BB11 BB18 CA08 CB02 DA00 DA01 DA02 DA04 DA16 DA18 DA25 DA26 DA30 DB02 DB03 DB10 EA07 EB02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エッチング反応性の低い材料と、Si(シ
リコン)やSiO2(2酸化シリコン)を含むエッチン
グ反応性の高い材料とで構成される積層構造膜を、複数
枚連続でドライエッチング装置によりエッチングする工
程と、該エッチング工程を行う前後、途中、もしくはそ
れらのうちの1タイミングにて、連続処理を安定化させ
るため該ドライエッチング装置にエージングを施す工程
とを有し、かつ、該エージング工程の中に該エッチング
工程と同じ分子、原子によるガスプラズマを用いてなる
ドライエッチング方法において、前記エッチング工程の
直前に行われるエージング工程でのSiO2エッチング
レートが2nm/分より大きくて、かつSiエッチング
レートが100nm/分以上であるという条件、または
Siエッチングレート/SiO2エッチングレート比が
50未満であるという条件の下で、前記エッチング工程
の直前に行われるエージング工程の処理時間が、前記同
じ分子、原子によるガスプラズマを用いたエッチング工
程の処理時間以下であるよう構成したことを特徴とする
ドライエッチング方法。
1. A dry etching apparatus for continuously forming a plurality of laminated films composed of a material having low etching reactivity and a material having high etching reactivity including Si (silicon) or SiO 2 (silicon dioxide). And aging the dry etching apparatus in order to stabilize continuous processing before, after, during or at one timing of performing the etching step. In a dry etching method using gas plasma of the same molecules and atoms as in the etching step, the aging step performed immediately before the etching step has an SiO 2 etching rate of more than 2 nm / min, and Conditions that the etching rate is 100 nm / min or more, or Si etching rate Under the condition that DOO / SiO 2 etching rate ratio is less than 50, the processing time of the aging step performed immediately before the etching step, the same molecule, the following processing time of the etching process using a gas plasma by atomic A dry etching method, characterized in that:
【請求項2】エッチング反応性の低い材料と、Si(シ
リコン)やSiO2(2酸化シリコン)を含むエッチン
グ反応性の高い材料とで構成される積層構造膜を、複数
枚連続でドライエッチング装置によりエッチングする工
程と、該エッチング工程を行う前後、途中、もしくはそ
れらのうちの1タイミングにて、連続処理を安定化させ
るため該ドライエッチング装置にエージングを施す工程
とを有し、かつ、該エージング工程の中に該ドライエッ
チング工程と同じ分子、原子によるガスプラズマを用い
てなるドライエッチング方法において、前記エッチング
工程の直前に行われるエージング工程でのSiO2エッ
チングレートが2nm/分以下、またはSiエッチング
レート/SiO2エッチングレート比が50以上である
よう構成したことを特徴とするドライエッチング方法。
2. A dry etching apparatus for continuously forming a plurality of laminated structure films comprising a material having low etching reactivity and a material having high etching reactivity including Si (silicon) or SiO 2 (silicon dioxide). And aging the dry etching apparatus in order to stabilize continuous processing before, after, during or at one timing of performing the etching step. In a dry etching method using gas plasma of the same molecules and atoms as in the dry etching step, the aging step performed immediately before the etching step has an SiO 2 etching rate of 2 nm / min or less, or a Si etching. that rate / SiO 2 etching rate ratio is configured to be a more than 50 A characteristic dry etching method.
【請求項3】エッチング反応性の低い材料と、Si(シ
リコン)を含むエッチング反応性の高い材料とで構成さ
れる積層構造膜を、ドライエッチング装置により複数枚
連続でエッチングする工程と、該エッチング工程を行う
前後、途中、もしくはそれらのうちの1タイミングに
て、連続処理を安定化させるため該ドライエッチング装
置にエージングを施す工程とを有し、かつ、該エージン
グ工程の中に該エッチング工程と同じ分子、原子による
ガスプラズマを用いてなるドライエッチング方法におい
て、前記エッチング工程の直前に行われるエージング工
程でのSiエッチングレートが100nm/分未満であ
るよう構成したことを特徴とするドライエッチング方
法。
3. A step of continuously etching a plurality of laminated films composed of a material having low etching reactivity and a material having high etching reactivity including Si (silicon) by a dry etching apparatus; Aging the dry etching apparatus in order to stabilize continuous processing before, after, during, or at one of the steps of performing the step, and the etching step includes A dry etching method using a gas plasma of the same molecules and atoms, wherein the Si etching rate in an aging step performed immediately before the etching step is less than 100 nm / min.
【請求項4】エッチング反応性の低い材料と、Si(シ
リコン)を含むエッチング反応性の高い材料とで構成さ
れる積層構造膜を、複数枚連続でドライエッチング装置
によりエッチングする工程と、該エッチング工程を行う
前後、途中、もしくはそれらのうちの1タイミングに
て、連続処理を安定化させるため該ドライエッチング装
置にエージングを施す工程とを有し、かつ、該エージン
グ工程の中に該エッチング工程と同じ分子、原子による
ガスプラズマを用いてなるドライエッチング方法におい
て、前記エッチング工程の直前に行われるエージング工
程でのSiエッチングレートと開口率と処理時間との積
が、前記同じ分子、原子によるガスプラズマを用いたエ
ッチング工程でのSiエッチングレートと開口率と処理
時間の積以下であるよう構成したことを特徴とするドラ
イエッチング方法。
4. A step of continuously etching a plurality of laminated films composed of a material having a low etching reactivity and a material having a high etching reactivity including Si (silicon) by a dry etching apparatus; Aging the dry etching apparatus in order to stabilize continuous processing before, after, during, or at one of the steps of performing the step, and the etching step includes In a dry etching method using gas plasma of the same molecules and atoms, the product of the Si etching rate, the aperture ratio and the processing time in the aging step performed immediately before the etching step is the same as that of the gas plasma of the same molecules and atoms. Is less than or equal to the product of the Si etching rate, the aperture ratio, and the processing time in the etching process using The dry etching method which is characterized in that the cormorants configuration.
【請求項5】前記連続処理を行う場合に、前記積層構造
膜の実サンプルウエーハの中にSiダミーウエーハを混
在させてなり、かつ、処理される該Siダミーウェーハ
のエッチング条件が、SiO2エッチングレート2nm
/分より大きくて、かつSiレート100nm/分以上
であるという条件、またはSiレート/SiO2エッチ
ングレート比が50未満であるという条件下で、該Si
ダミーウェーハの処理時間が、同じ分子、原子によるガ
スプラズマを用いた実サンプルウエーハのエッチング工
程での処理時間以下であることを特徴とする請求項1記
載のドライエッチング方法。
5. When performing the continuous processing, an Si dummy wafer is mixed in an actual sample wafer of the laminated structure film, and an etching condition of the Si dummy wafer to be processed is SiO 2 etching. Rate 2nm
/ Min and a Si rate of 100 nm / min or more, or a condition that the Si rate / SiO 2 etching rate ratio is less than 50.
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the processing time of the dummy wafer is equal to or less than the processing time in the etching step of the actual sample wafer using gas plasma of the same molecules and atoms.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008505490A (en) * 2004-06-30 2008-02-21 ラム リサーチ コーポレーション Method and apparatus for optimizing etch resistance in a plasma processing system
JP2010177480A (en) * 2009-01-30 2010-08-12 Hitachi High-Technologies Corp Plasma processing device and plasma processing method

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