JP2013243271A - Dry etching method - Google Patents
Dry etching method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013243271A JP2013243271A JP2012116097A JP2012116097A JP2013243271A JP 2013243271 A JP2013243271 A JP 2013243271A JP 2012116097 A JP2012116097 A JP 2012116097A JP 2012116097 A JP2012116097 A JP 2012116097A JP 2013243271 A JP2013243271 A JP 2013243271A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- pattern
- size
- dense
- sparse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、プラズマを用いたドライエッチング方法に関する。 The present invention relates to a dry etching method using plasma.
近年、半導体デバイスの処理速度の高速化に伴う高集積化の進展により、ゲート配線の加工技術においてもさらに微細な疎密差の制御が求められている。一般的に、半導体デバイスを製造するためには、半導体基板の上に積層された、いくつかの層に対して、所定の設計値に基づくパターン寸法で微細パターンを形成するエッチング処理が行われる。 In recent years, with the progress of high integration accompanying the increase in processing speed of semiconductor devices, even finer control of density difference is required in gate wiring processing technology. In general, in order to manufacture a semiconductor device, an etching process for forming a fine pattern with a pattern dimension based on a predetermined design value is performed on several layers stacked on a semiconductor substrate.
このエッチング処理には、例えば、パターニングされたマスク層がフォトレジストの場合は、被エッチング層を加工する前に、フォトレジストパターンをドライエッチングによる縮小処理を用い、疎密パターンを所定のパターン寸法に加工する方法(特許文献1)や、例えばマスク層がハードマスクの場合は、ハードマスク層の上に積層された膜に微細パターンを形成するエッチング処理を行い、その膜をマスク層として用いて、ハードマスクを選択的にエッチング処理し、疎密パターンを所定のパターン寸法に形成する加工が行われている(特許文献2)。 In this etching process, for example, when the patterned mask layer is a photoresist, the photoresist pattern is reduced by dry etching before the layer to be etched is processed, and the dense pattern is processed into a predetermined pattern dimension. In the case where the mask layer is a hard mask, for example, an etching process for forming a fine pattern is performed on a film laminated on the hard mask layer, and the film is used as a mask layer. Processing for selectively etching a mask to form a dense pattern with a predetermined pattern dimension is performed (Patent Document 2).
しかしながら上記ハードマスク層の加工方法は、さらにパターンの微細化が進んだ近年において、例えば、密パターンのスペース幅が20nm以下のような微細な間隔の密パターンを有するメモリセル領域と疎パターンによって構成される半導体デバイスのハードマスク層を加工する場合、ハードマスク層のエッチング処理条件の調整だけでは、密パターンの寸法変動に対し疎パターンの寸法変動が大きく、所定の疎密パターン寸法による疎密差の制御が困難になってきており、この傾向は、密パターンのスペース幅が狭まるほど顕著になる。 However, in recent years when pattern miniaturization has further progressed, the hard mask layer processing method is constituted by, for example, a memory cell region having a dense pattern with a fine interval such that the space width of the dense pattern is 20 nm or less and a sparse pattern. When processing the hard mask layer of a semiconductor device to be processed, the dimensional variation of the sparse pattern is large relative to the dimensional variation of the dense pattern only by adjusting the etching conditions of the hard mask layer, and the control of the sparse / dense difference by the predetermined sparse / dense pattern size This tendency becomes more pronounced as the space width of the dense pattern becomes narrower.
本発明の目的は、ハードマスクを用いて疎パターン領域と密パターン領域とを含むパターンを形成する場合において、所定の設定値疎密差でパターンを形成できるドライエッチング方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a dry etching method capable of forming a pattern with a predetermined set value sparse / dense difference when a pattern including a sparse pattern region and a dense pattern region is formed using a hard mask.
上記目的を達成するための一実施形態として、マスクを用いて被処理膜をプラズマエッチングし、前記被処理膜に密部と疎部とを有するパターンを形成するドライエッチング方法において、前記密部の寸法が所定の寸法であり、前記疎部の寸法が所定の寸法よりも大きな寸法であるパターンを前記マスクに形成する第一の工程と、前記第一の工程後の密部の寸法を維持しながら、前記疎部の寸法を細らせて前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を所定の設定値疎密差とする第二の工程と、を有することを特徴とするドライエッチング方法とする。 As an embodiment for achieving the above object, in a dry etching method for plasma-etching a film to be processed using a mask to form a pattern having a dense portion and a sparse portion in the film to be processed, A first step of forming a pattern on the mask, the dimension of which is a predetermined dimension, and the dimension of the sparse portion is larger than the predetermined dimension, and the dimension of the dense portion after the first step is maintained. However, the second step of reducing the size of the sparse part and setting the density difference, which is the difference between the pattern size of the dense part and the pattern size of the sparse part, as a predetermined set value density difference, A dry etching method characterized by the above.
また、被処理膜に密部と疎部とを有するパターンを形成するドライエッチング方法において、前記被処理膜と、前記被処理膜上に形成され、前記密部の寸法が所定の寸法であり、前記疎部の寸法が所定の寸法よりも大きな寸法であるパターンを備えたマスクとが積層された基板を準備する工程と、前記密部の寸法を維持しながら、前記疎部の寸法を細らせて前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を所定の設定値疎密差とする工程と、前記第二の工程後の前記マスクを用いて前記被処理膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とするドライエッチング方法とする。 Further, in the dry etching method for forming a pattern having a dense part and a sparse part in the film to be processed, the film to be processed and the film to be processed are formed on the film to be processed, and the dense part has a predetermined dimension, A step of preparing a substrate on which a mask having a pattern in which the dimension of the sparse part is larger than a predetermined dimension is prepared; and the dimension of the sparse part is reduced while maintaining the dimension of the dense part. And a step of setting a density difference, which is a difference between a pattern size of the dense portion and a pattern size of the sparse portion, to a predetermined set value density difference, and the film to be processed using the mask after the second step. A dry etching method comprising: a step of etching.
また、被処理膜と、前記被処理膜上に順次積層して形成された第4、第3、および第2の膜と、前記第2の膜上に形成され、密部と疎部とを有するパターンを備えた第1の膜とを含む基板を準備する工程と、前記第1の膜をマスクとして、前記密部の寸法が所定の寸法であり、前記疎部の寸法が所定の寸法よりも大きな寸法であるパターンを前記第2の膜に形成する工程と、前記第2の膜に形成された前記パターンを前記第3の膜に転写する工程と、前記第3の膜に転写された前記パターンを前記第4の膜に転写する工程と、その後、前記第4の膜に転写された前記密部の寸法を維持しながら、前記疎部の寸法を細らせて前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を所定の設定値疎密差とする工程と、その後、前記第4の膜をマスクとして、前記被処理膜をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法とする。 Further, a film to be processed, a fourth film, a third film, and a second film formed by sequentially laminating on the film to be processed, and a dense portion and a sparse portion formed on the second film. A step of preparing a substrate including a first film having a pattern having a pattern, and using the first film as a mask, the dimension of the dense part is a predetermined dimension, and the dimension of the sparse part is larger than the predetermined dimension. Forming a pattern having a larger dimension on the second film, transferring the pattern formed on the second film to the third film, and transferring the pattern to the third film. The step of transferring the pattern to the fourth film, and then reducing the dimension of the sparse part while maintaining the dimension of the dense part transferred to the fourth film. A step of setting the density difference, which is a difference between the dimension and the pattern size of the sparse part, to a predetermined set value density difference, and then The fourth film as a mask, a dry etching method characterized by etching the target film.
本発明によれば、ハードマスクを用いて疎パターン領域と密パターン領域とを含むパターンを形成する場合において、所定の設定値疎密差でパターンを形成できるドライエッチング方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when forming the pattern containing a sparse pattern area | region and a dense pattern area | region using a hard mask, the dry etching method which can form a pattern with a predetermined setting value sparse / dense difference can be provided.
発明者等は、上記課題について検討した結果、半導体基板の上にハードマスク層及びハードマスク層加工用の膜を含む層を介してポリシリコンを有する構造の半導体デバイスにおいて、ハードマスク層加工用に積層されたマスク層の疎密パターンの寸法を調整しつつエッチング処理を行い、そのマスク層をマスクとして加工を行ったハードマスク層に形成されたハードマスクのパターンに対して、さらに縮小化の加工を加えることで、所定の疎密差で被エッチング膜を加工できる微細なハードマスクパターンを形成することができることに思い至った。
以下、実施例により詳細に説明する。
As a result of examining the above-mentioned problems, the inventors have found that a semiconductor device having a structure including a hard mask layer and a hard mask layer processing film on a semiconductor substrate has a structure including polysilicon, for processing a hard mask layer. Etching is performed while adjusting the size of the dense / dense pattern of the laminated mask layer, and further reduction processing is performed on the hard mask pattern formed on the hard mask layer processed using the mask layer as a mask. In addition, it has been thought that a fine hard mask pattern capable of processing an etching target film with a predetermined density difference can be formed.
Hereinafter, the embodiment will be described in detail.
以下、本発明の一実施例を添付図面により説明する。図1は、本発明の実施例に係るドライエッチング方法を実施する際に用いるプラズマエッチング装置の一例を示す。上部が開放された真空容器101の上部に、真空容器101内に処理ガスを導入するためのシャワープレート104(例えば石英製)、誘電体窓105(例えば石英製)を設置し、密封することにより処理室106を形成する。シャワープレート104には処理ガスを流すためのガス供給装置107が接続される。また、真空容器101には真空排気口108を介し真空排気装置(図示せず)が接続されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an example of a plasma etching apparatus used when performing a dry etching method according to an embodiment of the present invention. By installing and sealing a shower plate 104 (for example, made of quartz) and a dielectric window 105 (for example, made of quartz) for introducing a processing gas into the
プラズマを生成するための電力を処理室106に伝送するため、誘電体窓105の上方には電磁波を伝送する導波管109を設けている。導波管109へ伝送される電磁波(プラズマ生成用高周波)は電磁波発生用電源103から発振させる。電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では2.45GHzのマイクロ波(プラズマ生成用高周波)を使用する。処理室106の外周部には、磁場を形成する磁場発生用コイル110が設けてあり、電磁波発生用電源103より発振された電力(マイクロ波電力)は、形成された磁場との相互作用により、処理室106内に高密度プラズマを生成する。
In order to transmit power for generating plasma to the
また、シャワープレート104に対向して真空容器101の下部にはウエハ載置用電極102を設けている。ウエハ載置用電極102は電極表面が溶射膜(図示せず)で被覆されており、高周波フィルタ114を介して直流電源115が接続されている。さらに、ウエハ載置用電極102には、マッチング回路112を介してバイアス用高周波電源である高周波電源113が接続される。ウエハ載置用電極102には、温度調節器(図示せず)も接続されている。
A
処理室106内に搬送された試料であるウエハ111は、直流電源115から印加される直流電圧の静電気力でウエハ載置用電極102上に吸着、温度調節される。次に、ガス供給装置107によって所定の処理ガスを供給した後、真空容器101内を所定の圧力とし、その後、マイクロ波電力を供給することにより処理室106内にプラズマを発生させる。ウエハ載置用電極102に接続された高周波電源113から高周波電力(RFバイアス電力)を印加することにより、プラズマからウエハへイオンを引き込み、ウエハ111がプラズマ処理される。
The
なお、プラズマエッチング処理装置としては、マイクロ波プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、2周波励起平行平板型プラズマエッチング装置などが採用される。 As the plasma etching apparatus, a microwave plasma etching apparatus, an inductively coupled plasma etching apparatus, a helicon wave plasma etching apparatus, a two-frequency excitation parallel plate plasma etching apparatus, or the like is employed.
図2は、本実施例に係るドライエッチング方法が含まれる半導体装置の製造方法を説明するための図である。図2(A)は、本実施例で使用する半導体基板の部分断面構造を、図2(B)は、パターニングされたポリシリコンマスク201によるSiON層202の加工工程後の構造を、図2(C)は、パターン形成されたSiONマスク202によるポリシリコン層203の加工工程後の構造を、図2(D)は、パターン形成されたポリシリコンマスクによるハードマスク層204の加工工程後の構造を、図2(E)は、加工後のハードマスクパターン204の縮小化処理による加工工程後の構造を示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a semiconductor device including the dry etching method according to the present embodiment. 2A shows a partial cross-sectional structure of the semiconductor substrate used in this embodiment, and FIG. 2B shows a structure after the processing step of the
図2(A)に示す半導体基板は、直径12インチのシリコン基板上に、被エッチング層(被処理膜)であるポリシリコン膜205、ハードマスク層204を備え、さらにハードマスク層204の上に、ハードマスク層204加工用のポリシリコン層203、SiON層202が順次形成され、パターニングされたポリシリコンマスク201を有する。ここで、ハードマスク層204は、例えばTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料として形成されたシリコン酸化膜(TEOS膜)であり、パターニングされたポリシリコン201をマスクとし、そのマスク201によって加工されたSiON層202とポリシリコン層203をマスクとして用い選択的に加工される。ハードマスク層204下に位置する被エッチング層、例えばポリシリコン膜205は、パターニング加工されたハードマスク層204を用いて選択的に加工することができる。
The semiconductor substrate shown in FIG. 2A includes a
先ず、図2を用いて、本実施例で使用する半導体基板におけるハードマスクパターン形成の加工方法を説明する。なお、初期加工時のドライエッチング条件を表1に示す。 First, a processing method for forming a hard mask pattern on a semiconductor substrate used in this embodiment will be described with reference to FIG. Table 1 shows the dry etching conditions during the initial processing.
図2(B)は、SiON層202のエッチング処理を行ったときの半導体基板の概略断面図である。SiON層202は、あらかじめパターニングされたポリシリコン201をマスクとし、エッチング処理によりSiONマスクパターン202を形成する。エッチング処理条件として、例えば、CHF3ガス180ccmとO2ガス20ccmを混合したガス用い、処理圧力を0.8Paとし、マイクロ波電力600Wで生成したプラズマにRFバイアス電力130Wを印加しエッチング処理を行う(表1のステップ1)。ここで使用するSiON層202のエッチング処理条件は、SiON膜202の過剰な縮小がなくパターンが形成されていることが望ましい。SiON層202のエッチング処理は、その下ポリシリコン層203の表面を検出した時点で終了する。
FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the semiconductor substrate when the
次に、図2(C)に示すように、上記SiON層202のエッチング処理によりパターン形成されたSiONをマスクとして用い、選択的にポリシリコン層203のエッチング処理を行う。エッチング処理条件としては、例えば、HBrガスをメインガスとし、これにHBrガス流量の2%程度のO2ガスを混合したガスを用い、処理圧力を0.8Paとし、マイクロ波電力900Wで生成したプラズマにRFバイアス電力60Wを印加してエッチング処理を行う(表1のステップ2)。ここで使用するポリシリコン層203のエッチング処理条件は、ポリシリコン層203の横方向のエッチングを抑制し、SiONマスク202で形成されたパターン寸法を維持したまま加工されることが望ましい。ポリシリコン層203のエッチング処理は、その下のハードマスク層204の表面を検出した時点で終了する。
Next, as shown in FIG. 2C, the
次に、図2(D)に示すように、ハードマスク層204の加工は、前記ポリシリコン層203のエッチング処理によりパターン形成されたポリシリコンをマスクとして、選択的にハードマスク層204のエッチング処理を行いハードマスクのパターンを形成する。エッチング処理条件としては、例えば、C4F8ガス及び、ArガスとHeガスの混合ガスを用い、処理圧力を1.4Paとし、マイクロ波電力400Wで生成したプラズマにRFバイアス電力450Wを印加してエッチング処理を行う(表1のステップ3)。なお、ここで用いたハードマスク層204のエッチング処理条件は、前記図2(B)、図2(C)に示すSiON層202及びポリシリコン層203のエッチング処理によりパターンを形成したマスクに対して最適化した条件である。ハードマスク層204のエッチング処理は、その下の被エッチング材であるポリシリコン層205の表面を検出した時点で終了する。
Next, as shown in FIG. 2D, the
以上のように、前記図2(B)、図2(C)、及び図2(D)に示すエッチング処理により所定の加工形状となった時点でエッチング処理を終了し、先ず、形成されたハードマスクパターン204の、疎パターン、密パターンの各パターン寸法、及び疎密差(疎パターン寸法−密パターン寸法)の測定を行った。この結果、所定の設定寸法となる、密パターンの寸法22nm、及び疎密差104nmに対して、エッチング処理後の実測値は、密パターンの寸法24nm、疎パターンの寸法137nm、疎密差は113nmとなり、設定値との差は、密パターンで+2nm、疎密差においては+9nmであった。
As described above, when the etching process shown in FIGS. 2B, 2C, and 2D results in a predetermined processing shape, the etching process is terminated. The
ここで、所定の設定寸法に加工するため、表1のステップ1からステップ3のエッチング処理において、先ず、ステップ1であるSiON層202エッチング処理について、処理条件の調整によるパターン寸法、及び疎密差の調整を行った。
Here, in order to process into a predetermined set dimension, in the etching process of step 1 to step 3 in Table 1, first, with respect to the
SiON層202のエッチング処理条件は、表1のステップ1に示すようにCHF3ガスとO2ガスの混合ガスにより構成されており、このエッチング処理は、酸素ガス流量とパターン寸法や疎密差との関係を示す図3から分かるように、密パターン、疎パターン及び疎密差は、O2流量の増加により縮小される。O2流量を初期条件の20ccmから30ccmまで増加させた場合、密パターン寸法は、O2流量20ccmで処理を行った場合の24nmに対して、22nmと2nmの減少となり、所定の設定寸法まで狭められることが分かる。また、この時の疎密差(疎パターン寸法−密パターン寸法)は疎パターンの寸法も狭められることで109nmとなり、104nmの設定疎密差に対してその差は+5nmまで低減している。図3のO2流量依存の傾向によれば、さらなる流量の増加により、疎密差は所定の設定値を実現できそうであるが、密パターンの寸法はO2流量30ccmですでに設定値22nmを実現できており、これ以上の増加を必要としない。以上のことから、SiON層202のエッチング処理では、図3のグラフに示す範囲において疎密差の調整を行い、特に、密パターンの寸法を1nm程度の範囲で微調整を行うための加工方法とし、本実施例では、所定のパターン寸法、及び疎密差でハードマスクパターンを形成するための方法の一つとしてこれを第1工程とした。なお、SiON層202のエッチング処理の調整では、その下の層に構成される、ポリシリコン層203、ハードマスク層204のエッチング処理条件の変更を行わず、上記表1のステップ2、及びステップ3を用いてハードマスクパターンの形成を行い、その形成されたハードマスクパターンに対してパターン寸法の測定を行った。
The etching process conditions of the
次なる方法としては、図2(C)に示すポリシリコン層203のエッチング処理(表1のステップ2)があげられるが、パターン形成されたSiONマスク202に対して、ポリシリコン層203の横方向のエッチングを抑制し、SiONマスク202で形成されたパターン寸法を維持したまま加工することが望ましく、既に最適化された処理条件であることから、本実施例では疎密差を調整するためのエッチング処理の調整を行っていない。また、図2(D)におけるハードマスク層204のエッチング処理(表1のステップ3)においても、前述したように、エッチング処理条件の調整だけでは、密パターンの寸法変動に対して、疎パターンの寸法変動が大きく、所定の設定疎密差におけるパターン形成が、より困難であっため、表1のステップ2のポリシリコン層203のエッチング処理と同じくエッチング処理条件の変更は行わず、図3のグラフに示すように、密パターン寸法24nm、疎パターン寸法137nm、疎密差113nmのパターン形成に用いた処理条件を用いることにした。
As the next method, there is an etching process (step 2 in Table 1) of the
以上のように、本実施例にかかるドライエッチング方法の第1工程において、図3のグラフから分かるように、SiON層202のエッチング処理条件を調整することで、密パターンの寸法は所定の設定寸法22nmに加工することができるが、疎密差については、例えば、密パターンの寸法を維持しながら疎パターンの寸法を縮小化するといったようなエッチング処理による加工方法が必要となる。
As described above, in the first step of the dry etching method according to the present embodiment, as can be seen from the graph of FIG. 3, by adjusting the etching process conditions of the
そこで、あらかじめ、本実施例にかかるドライエッチング方法の第1工程の調整を経てパターン形成されたハードマスク204に、さらに上述したような疎密差の調整が可能な加工(第2工程)を追加して行うことで、第1工程において、所定の各設定値に対してずれがあった場合でも、このずれを修正し所定の設定値通りにパターンの形成が可能なエッチング処理方法の例を説明する。なお、第1工程と第2工程とを含むドライエッチング条件を表2に示す。
Therefore, in addition to the
あらかじめパターニングされたポリシリコン201をマスクとして用い、その下にあるSiON層202を、ハードマスク形成後の密パターン寸法が、図3のグラフに示すように、所定の設定寸法である22nmとなるエッチング処理条件、例えば、CHF3ガス流量180ccm、O2ガス流量30ccmの混合ガスによる処理を行いSiONマスクのパターンを形成する(表2のステップ1)。さらにパターン形成されたSiON層202をマスクとして用い、その下にあるポリシリコン層203(表2のステップ2)、ハードマスク層204を順次エッチング処理することでハードマスク層204のパターンを形成する(表2のステップ3)。
Etching in which the
次に、形成されたハードマスクパターン204に対して、特に疎パターンを縮小するためのエッチング処理を行う(表2のステップ4)。このエッチング処理条件としては、例えば、CHF3ガス180ccmとSF6ガス30ccmの混合ガスを用い、処理圧力を1.6Paとし、マイクロ波電力1000Wで生成したプラズマにRFバイアス電力20Wを印加してエッチング処理を行う。ここで、疎密パターンの各寸法、及び疎密差は、縮小処理時間に対するパターン寸法や疎密差の関係を示す図4のグラフから分かるように、縮小化の処理時間に依存しており、第1工程によりパターン形成された疎パターンの寸法が縮小されることで、疎密差(疎パターン寸法−密パターン寸法)が小さくなっている。また、この縮小化の処理においては、密パターンの寸法はほとんど縮小されていないことが分かる。この縮小化の処理による疎パターン寸法の縮小は、前記第1工程によるハードマスク204のパターン形成後に、第1工程とは異なるエッチング処理条件を用いて加工を行うことにより、さらに疎密差を減少させることが可能な特徴を有しており、所定の設定値を実現するための加工方法の一つとして用いられている。よって、疎および密の各パターン寸法、及び疎密差を所定の設定値に調整するために、少なくとも2つの工程に分けて実施されることが望ましく、この工程は第2工程として実施される。
Next, an etching process for reducing the sparse pattern is performed on the formed hard mask pattern 204 (step 4 in Table 2). As this etching processing condition, for example, a mixed gas of CHF 3 gas 180 ccm and SF 6 gas 30 ccm is used, the processing pressure is 1.6 Pa, and RF bias power 20 W is applied to plasma generated with microwave power 1000 W to perform etching. Process. Here, each dimension of the sparse / dense pattern and the sparse / dense difference depend on the reduction processing time, as can be seen from the graph of FIG. 4 showing the relationship between the pattern size and the sparse / difference difference with respect to the reduction processing time. By reducing the size of the sparse pattern formed by the above, the density difference (sparse pattern size−dense pattern size) is reduced. Further, it can be seen that in the reduction process, the size of the dense pattern is hardly reduced. The reduction of the sparse pattern size by the reduction process further reduces the sparse / dense difference by performing processing using the etching process conditions different from those in the first process after the pattern formation of the
これにより、上記第1工程と第2工程からなる本実施例では、第1工程の調整において、密パターン寸法22nm、疎パターン寸法131nm、疎密差109nmとなる処理条件によりハードマスクパターン204形成までの加工を行い、その形成されたハードマスク204に対して、上記第2工程からなる、縮小化の処理を10s実施することで、密パターン寸法22nmを維持したままで、疎パターン寸法を126nmまで縮小することができ、所定の設定値であった、密パターン寸法22nm、疎密差104nmを実現することができた。その後、このハードマスクを用いて被処理膜をエッチングしたところ、所定の設定値疎密差を有すると共に、所定の寸法を有する疎密パターンを被処理膜に形成することができた。加工した被処理膜は、例えばゲート電極として用いることができる。なお、本ドライエッチング方法は、密パターンの寸法が25nm以下の微細パターンに特に有効である。
As a result, in this embodiment comprising the first step and the second step, in the adjustment of the first step, the process up to the formation of the
本実施例は、第1工程と第2工程により加工を行うことで、さらに疎密差の制御を向上させているが、第1工程の加工において所定のパターン寸法、疎密差に到達した場合は、第1工程で加工を終了させてもよい。 In this embodiment, the control of the density difference is further improved by performing the processing in the first step and the second step, but when the predetermined pattern size and the density difference are reached in the processing in the first step, Processing may be terminated in the first step.
本実施例のエッチング条件は、図2(A)に示す半導体基板の構造に対して最適化を行った条件であり、SiON層202、ポリシリコン層203、ハードマスク層204のエッチング処理及び、第2工程となるハードマスクパターン204の縮小化の処理の方法については、実施例のエッチング処理条件に限られたものではない。また、本実施例では、被エッチング層をポリシリコンとして、ハードマスクパターンを所定の設定値に形成し微細パターンを加工する方法を説明したが、被エッチング層の材質については、例えば、シリコン基板、タングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi)、チタンナイトライド(TiN)のなどの微細パターンを加工する場合においても応用することができ、本実施例のポリシリコンの加工に限られたものではない。この場合、加工する材質によってエッチング速度、縮小化処理による加工速度が違うため、材質に応じて使用するガスや処理条件の適正値を求めることが望ましい。
The etching conditions in this example are conditions optimized for the structure of the semiconductor substrate shown in FIG. 2A. The etching process of the
本実施例では、前記第1工程の加工によりハードマスク204のパターン形成を必要とする試料を用いたが、例えば、被エッチング膜の上にあらかじめハードマスク、例えばTEOS膜がパターニングされた構造の試料についても、被エッチング膜処理前に本実施例の前記第2工程を適用しマスクとなるパターン寸法及び疎密差を調整することが可能である。
In this embodiment, a sample that requires the pattern formation of the
本実施例における第2工程では、広いスペース間隔を有する疎パターンに対して、微細なL/S(line and space)を有する密パターンは、縮小化処理によるパターン寸法の減少量が小さい特徴を有していることから、第1工程の調整において、密パターンの寸法を所定の寸法に調整し、そのマスク層をマスクとしてエッチング処理を行うハードマスク層の加工においては、第1工程により調整を行ったパターン寸法を維持できる加工条件を用いることが好ましい。 In the second step of the present embodiment, a dense pattern having a fine L / S (line and space) has a feature that a reduction amount of a pattern dimension by a reduction process is small compared to a sparse pattern having a wide space interval. Therefore, in the adjustment of the first step, in the processing of the hard mask layer in which the dense pattern is adjusted to a predetermined size in the adjustment of the first step and the etching process is performed using the mask layer as a mask, the adjustment is performed in the first step. It is preferable to use processing conditions that can maintain the pattern size.
また、本実施例の一つである第2工程の縮小化処理においては、選択的に疎パターン縮小が可能であることから、ある程度、疎密各パターンの寸法調整が可能な第1工程のSiON層202のパターン形成のエッチング処理において、特に疎パターンを所定の設定値パターン寸法とするために、密パターンにとって過剰となるようなエッチング処理を行う必要が無い。このことにより、例えば、疎パターン寸法の調整を行った場合の密パターンにおいて、そのエッチング処理による密パターンのマスクの欠損、及びマスク欠損が要因となるパターンの断線や曲がり、加工形状の異常等の問題を低減することができる。
Further, in the reduction process of the second step which is one of the embodiments, the sparse pattern can be selectively reduced, and therefore the SiON layer of the first step capable of adjusting the size of each sparse / dense pattern to some extent. In the etching process for forming the
なお、この加工方法によれば、パターニングされたポリシリコンのマスクが所定の初期設計値のパターン寸法に対して増加方向にずれを有している場合においても、前記第1工程による調整と第2工程の加工により、設定値寸法に対するずれを低減できる。また、密パターンのパターン寸法が所定の設計値寸法から変更された場合においても、第1工程と第2工程の加工を行うことで、所定の疎密差を維持しながらパターンを形成することができる。本実施例に係るドライエッチング方法については、第1工程から第2工程までを同一のエッチング処理室で一貫して加工するために最適化されたものであり、パターン寸法の監視位置を含めて実施例の加工方法に限られたものではない。 According to this processing method, even when the patterned polysilicon mask has a deviation in the increasing direction with respect to the pattern size of the predetermined initial design value, the adjustment in the first step and the second step are performed. The deviation from the set value dimension can be reduced by processing the process. Further, even when the pattern dimension of the dense pattern is changed from a predetermined design value dimension, the pattern can be formed while maintaining a predetermined density difference by performing the first process and the second process. . The dry etching method according to the present embodiment is optimized for consistent processing from the first step to the second step in the same etching chamber, and includes the pattern dimension monitoring position. The processing method is not limited to the example.
以上、本実施例によれば、ハードマスクを用いて疎パターン領域と密パターン領域とを含むパターンを形成する場合において、所定の設定値疎密差でパターンを形成できるドライエッチング方法を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a dry etching method capable of forming a pattern with a predetermined set value sparse / dense difference when a pattern including a sparse pattern region and a dense pattern region is formed using a hard mask. it can.
101 真空容器、
102 ウエハ載置用電極、
103 電磁波発生用電源、
104 シャワープレート、
105 誘電体窓、
106 処理室、
107 ガス供給装置、
108 真空排気口、
109 導波管、
110 磁場発生用コイル、
111 ウエハ、
112 マッチング回路、
113 高周波電源、
114 高周波フィルタ、
115 直流電源、
201 ポリシリコンマスク、
202 SiON層、
203 ポリシリコン層、
204 ハードマスク層、
205 被エッチング材(被処理膜)。
101 vacuum vessel,
102 Wafer mounting electrode,
103 Power supply for generating electromagnetic waves,
104 shower plate,
105 dielectric window,
106 treatment chamber,
107 gas supply device,
108 vacuum exhaust port,
109 waveguide,
110 Magnetic field generating coil,
111 wafers,
112 matching circuit,
113 high frequency power supply,
114 high frequency filter,
115 DC power supply,
201 polysilicon mask,
202 SiON layer,
203 polysilicon layer,
204 hard mask layer,
205 Material to be etched (film to be processed).
Claims (10)
前記密部の寸法が所定の寸法であり、前記疎部の寸法が所定の寸法よりも大きな寸法であるパターンを前記マスクに形成する第一の工程と、
前記第一の工程後の密部の寸法を維持しながら、前記疎部の寸法を細らせて前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を所定の設定値疎密差とする第二の工程と、を有することを特徴とするドライエッチング方法。 In a dry etching method of forming a pattern having a dense portion and a sparse portion in a film to be processed by plasma etching using a mask,
A first step of forming, on the mask, a pattern in which the dimension of the dense part is a predetermined dimension and the dimension of the sparse part is larger than a predetermined dimension;
While maintaining the size of the dense portion after the first step, the size of the sparse portion is reduced to set a predetermined density difference which is the difference between the pattern size of the dense portion and the pattern size of the sparse portion. And a second step of making a value density difference.
前記被処理膜は、ポリシリコン膜を有し、前記第二の工程後の前記マスクを用いて前記被処理膜をプラズマエッチングすることにより、ゲート電極を形成することを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 1,
The dry etching method, wherein the film to be processed includes a polysilicon film, and the gate electrode is formed by plasma etching the film to be processed using the mask after the second step.
前記密部のパターンの所定の寸法は、25nm以下であることを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 1,
The dry etching method according to claim 1, wherein a predetermined dimension of the pattern of the dense portion is 25 nm or less.
前記第一の工程前の前記マスク上には、密部と疎部とを有するパターンが予めパターニングされた第一のポリシリコン膜が形成されており、
前記第一の工程前の前記マスクは、SiON膜と第二のポリシリコン膜とTEOS膜とが順次積層された膜を備えることを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 2, wherein
On the mask before the first step, a first polysilicon film in which a pattern having a dense portion and a sparse portion is patterned in advance is formed,
The dry etching method according to claim 1, wherein the mask before the first step includes a film in which an SiON film, a second polysilicon film, and a TEOS film are sequentially stacked.
前記第二の工程は、CHF3ガスとSF6ガスの混合ガスを用いることを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 4, wherein
The second step uses a mixed gas of CHF 3 gas and SF 6 gas in the dry etching method.
前記第一の工程は、前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を低減するように行われることを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 1,
The dry etching method according to claim 1, wherein the first step is performed so as to reduce a density difference which is a difference between a pattern size of the dense portion and a pattern size of the sparse portion.
前記第一の工程と、前記第二の工程とは同一の工程であることを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 1,
The dry etching method, wherein the first step and the second step are the same step.
前記被処理膜と、前記被処理膜上に形成され、前記密部の寸法が所定の寸法であり、前記疎部の寸法が所定の寸法よりも大きな寸法であるパターンを備えたマスクとが積層された基板を準備する工程と、
前記密部の寸法を維持しながら、前記疎部の寸法を細らせて前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を所定の設定値疎密差とする工程と、
前記第二の工程後の前記マスクを用いて前記被処理膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とするドライエッチング方法。 In a dry etching method for forming a pattern having a dense portion and a sparse portion in a film to be processed,
The film to be processed and a mask formed on the film to be processed, the mask having a pattern in which the dense portion has a predetermined size and the sparse portion has a size larger than the predetermined size are stacked. Preparing a prepared substrate; and
The step of reducing the size of the sparse part while maintaining the size of the dense part, and setting the density difference, which is the difference between the pattern size of the dense part and the pattern size of the sparse part, to a predetermined set value density difference When,
And a step of etching the film to be processed by using the mask after the second step.
前記第1の膜をマスクとして、前記密部の寸法が所定の寸法であり、前記疎部の寸法が所定の寸法よりも大きな寸法であるパターンを前記第2の膜に形成する工程と、
前記第2の膜に形成された前記パターンを前記第3の膜に転写する工程と、
前記第3の膜に転写された前記パターンを前記第4の膜に転写する工程と、
その後、前記第4の膜に転写された前記密部の寸法を維持しながら、前記疎部の寸法を細らせて前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を所定の設定値疎密差とする工程と、
その後、前記第4の膜をマスクとして、前記被処理膜をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。 A pattern having a dense portion and a sparse portion formed on the film to be processed, fourth, third, and second films formed by sequentially laminating on the film to be processed, and the second film. Providing a substrate comprising a first film comprising:
Using the first film as a mask, forming a pattern on the second film in which the dense part has a predetermined dimension and the sparse part has a dimension larger than a predetermined dimension;
Transferring the pattern formed on the second film to the third film;
Transferring the pattern transferred to the third film to the fourth film;
Thereafter, while maintaining the size of the dense portion transferred to the fourth film, the size of the sparse portion is reduced to reduce the density of the dense portion and the pattern size of the sparse portion. A step of setting the difference to a predetermined set value density difference;
Thereafter, the process target film is etched using the fourth film as a mask.
前記被処理膜、前記第4の膜、前記第3の膜、前記第2の膜、前記第1の膜は、それぞれ第三のポリシリコン膜、TEOS膜、第二のポリシリコン膜、SiON膜、第一のポリシリコン膜であり、
前記密部の寸法が所定の寸法であり、前記疎部の寸法が所定の寸法よりも大きな寸法であるパターンを前記第2の膜に形成する工程は、エッチングガスとしてO2ガスとCHF3ガスの混合ガスを用い、
前記第4の膜に転写された前記密部の寸法を維持しながら、前記疎部の寸法を細らせて前記密部のパターン寸法と前記疎部のパターン寸法との差である疎密差を所定の設定値疎密差とする工程は、エッチングガスとしてCHF3ガスとSF6ガスの混合ガスを用いることを特徴とするドライエッチング方法。 The dry etching method according to claim 9, wherein
The film to be processed, the fourth film, the third film, the second film, and the first film are a third polysilicon film, a TEOS film, a second polysilicon film, and a SiON film, respectively. , The first polysilicon film,
The step of forming a pattern in which the dense portion has a predetermined dimension and the sparse portion has a dimension larger than the predetermined dimension on the second film includes O 2 gas and CHF 3 gas as etching gases. Using a mixed gas of
While maintaining the size of the dense portion transferred to the fourth film, the size of the sparse portion is reduced to reduce the density difference between the pattern size of the dense portion and the pattern size of the sparse portion. The step of obtaining a predetermined set value density difference uses a mixed gas of CHF 3 gas and SF 6 gas as an etching gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012116097A JP2013243271A (en) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012116097A JP2013243271A (en) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Dry etching method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013243271A true JP2013243271A (en) | 2013-12-05 |
Family
ID=49843875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012116097A Pending JP2013243271A (en) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Dry etching method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013243271A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111326395A (en) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
CN113808935A (en) * | 2020-06-16 | 2021-12-17 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | Corrosion-resistant coating forming method and device, plasma component and reaction device |
-
2012
- 2012-05-22 JP JP2012116097A patent/JP2013243271A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111326395A (en) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma processing method and plasma processing apparatus |
CN113808935A (en) * | 2020-06-16 | 2021-12-17 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | Corrosion-resistant coating forming method and device, plasma component and reaction device |
CN113808935B (en) * | 2020-06-16 | 2023-12-15 | 中微半导体设备(上海)股份有限公司 | Corrosion-resistant coating forming method and device, plasma component and reaction device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102262750B1 (en) | Plasma treatment method and plasma treatment device | |
KR102510737B1 (en) | Atomic layer etching method | |
KR101811910B1 (en) | Method of etching features in silicon nitride films | |
KR102023784B1 (en) | Method of etching silicon nitride films | |
US9490116B2 (en) | Gate stack materials for semiconductor applications for lithographic overlay improvement | |
KR20150098197A (en) | Etching method and plasma processing apparatus | |
TWI555080B (en) | Dry etching method | |
JP6779846B2 (en) | In-situ spacer reshaping method and system for self-aligned multi-patterning | |
TW201203348A (en) | Plasma etching method | |
KR101312473B1 (en) | Plasma processing method | |
JP2013243271A (en) | Dry etching method | |
TWI804573B (en) | Method and system of substrate processing | |
JP2012169390A (en) | Plasma processing method | |
JP5171091B2 (en) | Plasma processing method | |
JP2015088696A (en) | Plasma processing method | |
JP7202489B2 (en) | Plasma treatment method | |
JP7054759B2 (en) | Plasma processing method | |
TWI753413B (en) | Plasma treatment method | |
JP2008243939A (en) | Plasma etching method | |
JP4778715B2 (en) | Semiconductor manufacturing method | |
JP2009260092A (en) | Dry etching method for multilayer resist film | |
JP2012023162A (en) | Semiconductor manufacturing apparatus |