JP2014216331A - Plasma etching method - Google Patents

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靖 園田
Yasushi Sonoda
靖 園田
西森 康博
Yasuhiro Nishimori
康博 西森
一暢 大隈
Kazunobu Okuma
一暢 大隈
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma etching method by which a silicon nitride film can be selectively and quickly etched and can be etched to have high anisotropy.SOLUTION: In a plasma etching method, a silicon nitride film 203 arranged on a polysilicon film 204 is plasma etched using a resist 201 as a mask. The plasma etching method includes: a first step of etching the silicon nitride film 203 until the polysilicon film 204 starts to be exposed; and a second step of etching the silicon nitride film 203 after the first step using mixed gas composed of CHF gas and COgas. The ratio of the flow rate of the COgas to the flow rate of the CHF is 1 or less.

Description

本発明は、プラズマエッチング方法に関する。   The present invention relates to a plasma etching method.

プラズマエッチングによる半導体の製造工程のうちシリコン窒化膜を用いたハードマスクエッチングでは、リソグラフィによりパターンが形成されたレジストと被エッチング対象膜であるポリシリコン膜やシリコン酸化膜の間に、ハードマスクであるシリコン窒化膜の層と、フォトリソグラフィ時の解像度を向上させる反射防止膜(以下、BARC)の層とを設ける。そして、BARC、シリコン窒化膜の順に一貫でプラズマエッチングし、レジストのパターン形状をハードマスクに転写する。その後、パターンが形成されたハードマスクを用いてポリシリコン膜やシリコン酸化膜のプラズマエッチングがされる。   Hard mask etching using a silicon nitride film in a semiconductor manufacturing process by plasma etching is a hard mask between a resist patterned by lithography and a polysilicon film or silicon oxide film to be etched. A layer of a silicon nitride film and a layer of an antireflection film (hereinafter referred to as BARC) for improving resolution during photolithography are provided. Then, plasma etching is consistently performed in the order of BARC and silicon nitride film, and the pattern shape of the resist is transferred to the hard mask. Thereafter, plasma etching of the polysilicon film or the silicon oxide film is performed using the hard mask on which the pattern is formed.

ここで、レジストおよびBARCには有機膜が用いられることが多い。そのためシリコン窒化膜のハードマスクをエッチングする際には、有機系の膜であるレジスト、BARCの消費を抑え、下地であるポリシリコン膜およびシリコン酸化膜の選択比を高く、かつ、これらを垂直に加工する事が求められる。   Here, an organic film is often used for the resist and BARC. Therefore, when etching the silicon nitride hard mask, the consumption of resist, BARC, which is an organic film, is suppressed, the selection ratio of the underlying polysilicon film and silicon oxide film is high, and these are made vertical. It is required to be processed.

本技術分野の背景技術として、特開2001−217230号公報(特許文献1)がある。この公報にはシリコン窒化膜をシリコン酸化膜、ポリシリコン膜、シリコンに対し選択的に異方性エッチングする方法において、基板温度を10℃以下とし、フッ素、炭素および、水素を含む化合物気体と一酸化炭素(CO)との混合ガスを反応ガスとして使用し、反応ガスの総ガス流量に対するCOガスの混合比は70乃至95体積%とすると記載されている。また、特開平8−59215号公報(特許文献2)には、ヒドロフルオロカーボンガスと酸素含有ガスとのある組み合せが、特定のエッチング条件下において、酸化物、珪化物およびシリコンに対して選択性を示しつつ窒化物をエッチングすると記載されている。   As background art of this technical field, there is JP-A-2001-217230 (Patent Document 1). In this publication, in a method of selectively anisotropically etching a silicon nitride film with respect to a silicon oxide film, a polysilicon film, and silicon, the substrate temperature is set to 10 ° C. or less, and a compound gas containing fluorine, carbon, and hydrogen is used. It is described that a mixed gas with carbon oxide (CO) is used as a reaction gas, and the mixing ratio of the CO gas to the total gas flow rate of the reaction gas is 70 to 95% by volume. JP-A-8-59215 (Patent Document 2) discloses that a certain combination of a hydrofluorocarbon gas and an oxygen-containing gas has selectivity for oxides, silicides, and silicon under specific etching conditions. The nitride is etched while being shown.

特開2001−217230号公報JP 2001-217230 A 特開平8−59215号公報JP-A-8-59215

上記従来技術のようにシリコン酸化膜およびポリシリコン膜に対して選択比を持ったエッチングでは、処理時の基板温度を10℃以下にするため、シリコン窒化膜の上に配置されたBARCがエッチングされる際の処理速度が低下する。また、COの混合比を70乃至95体積%とすることによって有機膜の消費が大きくなり、異方性よくエッチングできない。   In the etching having a selection ratio with respect to the silicon oxide film and the polysilicon film as in the above prior art, the BARC disposed on the silicon nitride film is etched in order to set the substrate temperature during processing to 10 ° C. or less. The processing speed during processing is reduced. Further, when the mixing ratio of CO is 70 to 95% by volume, the consumption of the organic film is increased, and etching cannot be performed with good anisotropy.

本発明の目的は、シリコン窒化膜を選択的に素早くエッチングできるとともに、異方性よくエッチングできるようにするための技術を提供することである。   An object of the present invention is to provide a technique for enabling a silicon nitride film to be selectively and quickly etched and etched with good anisotropy.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の一実施の形態のプラズマエッチング方法は、レジストによるマスクをして、選択的にシリコン窒化膜をエッチングする第一の工程を有する。また、COガスよりもCHFガスが多く含まれる、前記COガスと前記CHFガスとの混合ガスへ、処理ガスを切り替え、切り替え後の前記処理ガスを用いて残った前記シリコン窒化膜をエッチングする第二の工程を有する。 The plasma etching method according to an embodiment of the present invention includes a first step of selectively etching a silicon nitride film using a resist mask. Further, the silicon gas remaining using the processing gas after switching is switched to a mixed gas of the CO 2 gas and the CH 3 F gas, which contains more CH 3 F gas than CO 2 gas. A second step of etching the nitride film;

本発明の一実施の形態のプラズマエッチング方法は、レジストをマスクとしてポリシリコン膜の上に配置されたシリコン窒化膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、前記ポリシリコン膜が露出し始めるまで前記シリコン窒化膜をエッチングする第一の工程を有する。さらに、CHFガスとCOガスとの混合ガスを用いて前記第一の工程後の前記シリコン窒化膜をエッチングする第二の工程とを有する。そして、前記第二の工程は、前記CHFガス流量に対する前記COガス流量の比を1以下とすることを特徴とする。 The plasma etching method according to an embodiment of the present invention is a plasma etching method in which a silicon nitride film disposed on a polysilicon film is plasma-etched using a resist as a mask, and the silicon nitridation is performed until the polysilicon film starts to be exposed. A first step of etching the film. And a second step of etching the silicon nitride film after the first step using a mixed gas of CH 3 F gas and CO 2 gas. In the second step, the ratio of the CO 2 gas flow rate to the CH 3 F gas flow rate is set to 1 or less.

また、他の実施の形態では、レジストをマスクとしてシリコン酸化膜の上に配置されたシリコン窒化膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、前記シリコン酸化膜が露出し始めるまで前記シリコン窒化膜をエッチングする第一の工程を有する。さらに、CHFガスとCOガスとの混合ガスを用いて前記第一の工程後の前記シリコン窒化膜をエッチングする第二の工程とを有する。そして、前記第二の工程は、前記CHFガス流量に対する前記COガス流量の比を1以下とすることを特徴とする。 In another embodiment, in a plasma etching method of plasma etching a silicon nitride film disposed on a silicon oxide film using a resist as a mask, the silicon nitride film is etched until the silicon oxide film starts to be exposed. Having a first step. And a second step of etching the silicon nitride film after the first step using a mixed gas of CH 3 F gas and CO 2 gas. In the second step, the ratio of the CO 2 gas flow rate to the CH 3 F gas flow rate is set to 1 or less.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

本発明の一実施の形態によれば、シリコン窒化膜を選択的に素早くエッチングできるとともに、異方性よくエッチングできるようになる。   According to an embodiment of the present invention, a silicon nitride film can be selectively and quickly etched and etched with good anisotropy.

本発明の実施の形態1における、プラズマエッチング方法において、プラズマ処理装置の構成例の概要を示す図である。In the plasma etching method in Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the outline | summary of the structural example of a plasma processing apparatus. 本発明の実施の形態1における、プラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理がされる前のウエハの構成例の概要を示す図である。In the plasma etching method in Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the outline | summary of the structural example of the wafer before a plasma etching process is performed. (a)〜(d)は、本発明の実施の形態1におけるプラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理を説明するための図である。(A)-(d) is a figure for demonstrating the plasma etching process in the plasma etching method in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における、プラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理がされる前のウエハの構成例の概要を示す図である。In the plasma etching method in Embodiment 2 of this invention, it is a figure which shows the outline | summary of the structural example of the wafer before a plasma etching process is performed. (a)〜(d)は、本発明の実施の形態2におけるプラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理を説明するための図である。(A)-(d) is a figure for demonstrating a plasma etching process in the plasma etching method in Embodiment 2 of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

[実施の形態1]
本実施の形態1を、図1〜図3を用いて説明する。
[Embodiment 1]
The first embodiment will be described with reference to FIGS.

<全体構成例>
図1は、本発明の実施の形態1における、プラズマエッチング方法において、プラズマ処理装置の構成例の概要を示す図である。図1においてプラズマ処理装置は例えば、円筒形状の真空容器101と、この真空容器101内の処理室104に設けられるウエハ載置用電極111と、このウエハ載置用電極111の上方に設けられるシャワープレート102と、このシャワープレート102に接続されるガス供給装置105と、処理室104の下方に設けられる真空排気口106とを有する。
<Example of overall configuration>
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration example of a plasma processing apparatus in a plasma etching method according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the plasma processing apparatus includes, for example, a cylindrical vacuum vessel 101, a wafer placement electrode 111 provided in a processing chamber 104 in the vacuum vessel 101, and a shower provided above the wafer placement electrode 111. A plate 102, a gas supply device 105 connected to the shower plate 102, and a vacuum exhaust port 106 provided below the processing chamber 104 are provided.

シャワープレート102は円板形状をしており、円板の中心位置近辺に複数の処理ガス導入口が形成されている。そして、ガス供給装置105から供給された処理ガスは、これら処理ガス導入口を介して処理室104に導入される。   The shower plate 102 has a disk shape, and a plurality of processing gas inlets are formed near the center position of the disk. Then, the processing gas supplied from the gas supply device 105 is introduced into the processing chamber 104 through these processing gas introduction ports.

処理室104へ導入された処理ガスはプラズマ化され、処理室104にて形成されたプラズマを用いてウエハ載置用電極111に載置されたウエハ112の表面が加工される。   The processing gas introduced into the processing chamber 104 is turned into plasma, and the surface of the wafer 112 mounted on the wafer mounting electrode 111 is processed using the plasma formed in the processing chamber 104.

処理室104は、真空排気口106を介して図示しない真空排気装置に接続されている。真空排気装置は、例えば可変バルブ、ターボ分子ポンプ、ドライポンプによって構成されており、プラズマエッチング処理中の処理室104の圧力調整が可能となっている。   The processing chamber 104 is connected to a vacuum exhaust device (not shown) via a vacuum exhaust port 106. The vacuum evacuation apparatus is constituted by, for example, a variable valve, a turbo molecular pump, and a dry pump, and can adjust the pressure of the processing chamber 104 during the plasma etching process.

真空容器101には、プラズマの発光状態を観測するための観測窓122が設けられている。そして、プラズマの発光スペクトルを観測するための分光器124が、光ファイバ123を介して観測窓122と接続されている。   The vacuum vessel 101 is provided with an observation window 122 for observing the light emission state of plasma. A spectroscope 124 for observing the emission spectrum of the plasma is connected to the observation window 122 via the optical fiber 123.

シャワープレート102の上方には、誘電体窓103が設けられており、この誘電体窓103の上方には、電磁波を放射する導波管107が設けられている。この導波管107には、電磁波発生用電源109から電磁波(例えば、2.4GHzのマイクロ波)が発振される。   A dielectric window 103 is provided above the shower plate 102, and a waveguide 107 that radiates electromagnetic waves is provided above the dielectric window 103. An electromagnetic wave (for example, 2.4 GHz microwave) is oscillated in the waveguide 107 from an electromagnetic wave generating power source 109.

処理室104の外周には、磁場を形成する磁場発生コイル110が設けられている。この磁場発生コイル110から発振された電力は、形成された磁場と電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance)により、処理室104に導入された処理ガスをプラズマ化する。   A magnetic field generating coil 110 that forms a magnetic field is provided on the outer periphery of the processing chamber 104. The electric power oscillated from the magnetic field generating coil 110 converts the processing gas introduced into the processing chamber 104 into plasma by the formed magnetic field and electron cyclotron resonance.

ウエハ載置用電極111は、電極表面が図示しない溶射膜で被覆されており、高周波フィルター115を介して静電吸着用直流電源116が接続されている。さらに、ウエハ載置用電極111には、マッチング回路113を介して高周波電源114が接続される。さらに、ウエハ載置用電極111は、冷媒用流路117を有し、温調器118に接続されるとともに、ヒータ119を有し、ヒータ制御器120に接続されている。さらに、ウエハ載置用電極111には、温度センサ121が設けられており、この温度センサ121からの信号は、ヒータ制御器120へ伝送される。そして、ヒータ制御器120は、温調器118を制御することで、ウエハ112の温度が所望の温度になるようにヒータ119から出力される温度を調整する。   The wafer mounting electrode 111 has an electrode surface covered with a thermal spray film (not shown), and is connected to a DC power supply 116 for electrostatic adsorption through a high frequency filter 115. Further, a high frequency power supply 114 is connected to the wafer mounting electrode 111 via a matching circuit 113. Further, the wafer mounting electrode 111 has a refrigerant flow path 117 and is connected to the temperature controller 118, and has a heater 119 and is connected to the heater controller 120. Furthermore, the wafer mounting electrode 111 is provided with a temperature sensor 121, and a signal from the temperature sensor 121 is transmitted to the heater controller 120. Then, the heater controller 120 controls the temperature controller 118 to adjust the temperature output from the heater 119 so that the temperature of the wafer 112 becomes a desired temperature.

ウエハ載置用電極111に載置されたウエハ112は、静電吸着用直流電源116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111に吸着される。   The wafer 112 placed on the wafer placement electrode 111 is attracted to the wafer placement electrode 111 by the electrostatic force of the DC voltage applied from the electrostatic suction DC power supply 116.

ウエハ載置用電極111に接続された高周波電源114から高周波バイアス電力を印加することにより、一般的に自己バイアスと呼ばれる負の電圧がウエハ載置用電極111上に発生する。そして、発生した自己バイアスによってイオンが加速され、プラズマからウエハ112へイオンを引き込み、ウエハ112がプラズマエッチング処理される。なお、高周波電源114の出力は、440kHzの正弦波または400kHzの正弦波の高周波バイアス電力を周期的に印加させるタイムスケジュレーションバイアス(以下、TMバイアス)である。   By applying a high frequency bias power from a high frequency power supply 114 connected to the wafer mounting electrode 111, a negative voltage generally called a self-bias is generated on the wafer mounting electrode 111. Then, ions are accelerated by the generated self-bias, ions are attracted from the plasma to the wafer 112, and the wafer 112 is subjected to plasma etching. The output of the high frequency power supply 114 is a time scheduling bias (hereinafter referred to as TM bias) that periodically applies a 440 kHz sine wave or a 400 kHz sine wave high frequency bias power.

<詳細構成例>
図2は、本発明の実施の形態1における、プラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理がされる前のウエハの構成例の概要を示す図である。
<Detailed configuration example>
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a configuration example of a wafer before the plasma etching process is performed in the plasma etching method according to the first embodiment of the present invention.

図2において、ウエハ112は、複数の層からなり、トランジスタのゲート電極となるポリシリコン膜204と予めリソグラフィによるパターンが形成されたレジスト201との間に、ポリシリコン膜204の上に配置されたハードマスクであるシリコン窒化膜203とこのシリコン窒化膜203の上に配置されたBARC202と(このBARC202は、フォトリソグラフィ時の解像度を向上させるためのものである。)を有する。   In FIG. 2, a wafer 112 is composed of a plurality of layers, and is disposed on the polysilicon film 204 between the polysilicon film 204 to be a gate electrode of a transistor and a resist 201 on which a pattern by lithography is previously formed. It has a silicon nitride film 203 which is a hard mask, and a BARC 202 disposed on the silicon nitride film 203 (this BARC 202 is for improving resolution during photolithography).

<プラズマエッチング処理>
図3(a)〜(d)は、本発明の実施の形態1におけるプラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理を説明するための図である。
<Plasma etching process>
FIGS. 3A to 3D are views for explaining the plasma etching process in the plasma etching method according to the first embodiment of the present invention.

図3(a)は、プラズマエッチング処理がされる前のウエハ112の構成を示す。   FIG. 3A shows the configuration of the wafer 112 before the plasma etching process is performed.

まず、Hbr、Oおよび、Nからなる混合ガスを用いて図3(a)のBARC202がエッチングされ、ウエハ112は図3(b)の形状にエッチングされる。 First, the BARC 202 shown in FIG. 3A is etched using a mixed gas composed of Hbr, O 2 and N 2 , and the wafer 112 is etched into the shape shown in FIG. 3B.

次に、レジスト201とBARC202とをマスクとして図3(b)のシリコン窒化膜203がエッチングされ、ウエハ112は、図3(c)の形状にエッチングされる。この場合、エッチングされる速度が高い条件にて、ポリシリコン膜204が露出し始めるまでシリコン窒化膜203がエッチングされる第一の工程が行われる。   Next, the silicon nitride film 203 of FIG. 3B is etched using the resist 201 and the BARC 202 as a mask, and the wafer 112 is etched into the shape of FIG. In this case, a first process is performed in which the silicon nitride film 203 is etched until the polysilicon film 204 starts to be exposed under the condition that the etching rate is high.

ここで、以下に示す表1は、第一の工程の条件を示す。   Here, Table 1 shown below shows the conditions of the first step.

Figure 2014216331
Figure 2014216331

第一の工程は、表1に示すように、CHFとSFからなる混合ガスを用いて行われる。 As shown in Table 1, the first step is performed using a mixed gas composed of CHF 3 and SF 6 .

また、この第一の工程では、分光器124で計測されたプラズマからの発光強度の変化を用いる終点判定法により、ポリシリコン膜204の露出が開始したことを検出する。表1の条件の場合、ウエハ112を用いて測定されたシリコン窒化膜203のエッチング速度は140.6nm/minであり、第一の工程ではシリコン窒化膜203を素早くエッチングできる。   Further, in the first step, it is detected that the exposure of the polysilicon film 204 is started by an end point determination method using a change in emission intensity from plasma measured by the spectroscope 124. Under the conditions shown in Table 1, the etching rate of the silicon nitride film 203 measured using the wafer 112 is 140.6 nm / min, and the silicon nitride film 203 can be quickly etched in the first step.

ここで、第一の工程のようにポリシリコン膜204が露出し始めるまでエッチングした場合、図3(c)に示すように、ポリシリコン膜204付近のシリコン窒化膜203は垂直ではなくBARC202から裾を引いた形状にエッチングされる。   Here, when the etching is performed until the polysilicon film 204 starts to be exposed as in the first step, the silicon nitride film 203 in the vicinity of the polysilicon film 204 is not vertical but skirts from the BARC 202 as shown in FIG. Etched into a shape with a minus.

第一の工程後、第二の工程にて、処理ガスをCHFとCOからなる混合ガスへ切り替え、切り替え後の処理ガスを用いて、この裾を引いた形状部分がエッチングされることで、ポリシリコン膜204に対するシリコン窒化膜203の形状を垂直にでき、異方性よくシリコン窒化膜203をエッチングできるようになる。 After the first step, in the second step, the processing gas is switched to a mixed gas composed of CH 3 F and CO 2, and the shape portion with the bottom is etched using the processing gas after switching. Thus, the shape of the silicon nitride film 203 can be made perpendicular to the polysilicon film 204, and the silicon nitride film 203 can be etched with good anisotropy.

ここで、以下に示す表2は、第二の工程の条件を示す。   Here, Table 2 shown below shows the conditions of the second step.

Figure 2014216331
Figure 2014216331

第二の工程では、表2に示すようにCHFとCOからなる混合ガスを用いて、シリコン窒化膜203を有する試料に時間変調された高周波電力を供給しながら、シリコン窒化膜203がエッチングされ、これにより、ウエハ112は図3(d)の形状にエッチングされる。 In the second step, as shown in Table 2, using a mixed gas composed of CH 3 F and CO 2 while supplying time-modulated high frequency power to the sample having the silicon nitride film 203, the silicon nitride film 203 is formed. Etching is performed, whereby the wafer 112 is etched into the shape of FIG.

なお、シリコン窒化膜203がエッチングされる際のレジスト201およびBARC202などの有機膜がエッチングされる量を減らすためには、混合ガスはOガスよりも、表2に示すようにCOガスを用いることが望ましい。有機膜のエッチングは有機膜中の炭素とプラズマにより生成された酸素ラジカルとが結合することにより進行する。Oガスを添加したエッチングを行うと、過剰に酸素ラジカルが生成され有機膜のエッチングが進行する。よって、炭素を含んだOガスであるCOガスを用いることにより、酸素ラジカルの発生を抑えるとともに、ガスそのものに炭素が含まれることにより有機膜中の炭素との結合を抑制できるようになる。 In order to reduce the amount of etching of the organic film such as the resist 201 and the BARC 202 when the silicon nitride film 203 is etched, the mixed gas is made of CO 2 gas as shown in Table 2 rather than O 2 gas. It is desirable to use it. Etching of the organic film proceeds by combining carbon in the organic film and oxygen radicals generated by plasma. When etching with addition of O 2 gas is performed, oxygen radicals are generated excessively and the etching of the organic film proceeds. Therefore, by using CO 2 gas, which is carbon-containing O 2 gas, generation of oxygen radicals can be suppressed, and when the gas itself contains carbon, bonding with carbon in the organic film can be suppressed. .

さらに、第二の工程では、混合ガスに含まれるCOの流量からCHFの流量を除算したガス流量の比を1以下とすることが望ましい。すなわち、混合ガスには、COガスよりもCHFガスが多く含まれることが望ましい。混合ガスにCHFガスよりもCOが多く含まれると、プラズマ中の酸素が増えてしまい、これにより、レジスト201やBARC202の消費が増えてしまい、マスクの形状が劣化し、垂直形状が得られなくなる。また、CHFガスをエッチングガスとして用いる場合、炭素を含んだ反応生成物がシリコン窒化膜203の側壁に付着し、側壁保護膜となり横方向のエッチングの進行を抑制している。CO流量比を1よりも大きくしていった場合、側壁保護膜中の炭素とCOガス中の酸素とが結合し揮発性の高いC(x、yは1以上の整数)を生成し、側壁保護膜が減少する。その結果、シリコン窒化膜203の垂直形状が得られなくなる。 Furthermore, in the second step, it is desirable that the ratio of the gas flow rate obtained by dividing the flow rate of CH 3 F from the flow rate of CO 2 contained in the mixed gas is 1 or less. That is, it is desirable that the mixed gas contains more CH 3 F gas than CO 2 gas. If the mixed gas contains more CO 2 than CH 3 F gas, oxygen in the plasma will increase, thereby increasing consumption of the resist 201 and BARC 202, deteriorating the shape of the mask, and improving the vertical shape. It can no longer be obtained. In addition, when CH 3 F gas is used as an etching gas, a reaction product containing carbon adheres to the side wall of the silicon nitride film 203 and serves as a side wall protective film to suppress the progress of etching in the lateral direction. When the CO 2 flow rate ratio is made larger than 1, carbon in the side wall protective film and oxygen in the CO 2 gas are combined to have high volatility C x O y (x and y are integers of 1 or more) And the sidewall protective film is reduced. As a result, the vertical shape of the silicon nitride film 203 cannot be obtained.

表2の高周波バイアス電流は、TMバイアスである。TMバイアスを用いることでプラズマによる反応生成物の付着とエッチングのバランスを制御し、さらに、レジスト201やBARC202の消費を減らすことができる。表2の200Wは、400kHzの正弦波の電力を示す。また、表2の200Hzは、この400kHzの正弦波のオン/オフを周期的に繰り返させる変調周波数を示す。また、表2の25%は、この変調周波数が1周期の間にオンとなっている割合(デューティ比)を示す。   The high frequency bias current in Table 2 is a TM bias. By using the TM bias, it is possible to control the balance between the deposition of the reaction product by the plasma and the etching, and further reduce the consumption of the resist 201 and the BARC 202. 200 W in Table 2 represents a 400 kHz sine wave power. Further, 200 Hz in Table 2 represents a modulation frequency for periodically repeating ON / OFF of the 400 kHz sine wave. Further, 25% in Table 2 indicates a ratio (duty ratio) in which this modulation frequency is on during one period.

表2の条件でウエハ112をエッチングした場合のシリコン窒化膜203のエッチング速度は17.5nm/minであるのに対し、ポリシリコン膜204のエッチング速度は1.5nm/minとなり、約12の選択比が得られる。この第二の工程を用いたエッチングにより、ポリシリコン膜204に対するシリコン窒化膜203の形状を垂直にでき、異方性よくシリコン窒化膜203をエッチングできるようになる。   When the wafer 112 is etched under the conditions shown in Table 2, the etching rate of the silicon nitride film 203 is 17.5 nm / min, whereas the etching rate of the polysilicon film 204 is 1.5 nm / min. A ratio is obtained. By etching using the second step, the shape of the silicon nitride film 203 can be made perpendicular to the polysilicon film 204, and the silicon nitride film 203 can be etched with good anisotropy.

<実施の形態1の効果>
以上のように、本実施の形態1によれば、ポリシリコン膜204が露出し始めるまでシリコン窒化膜203をエッチングする第一の工程と、CHFガスとCOガスとの混合ガスを用いて第一の工程後のシリコン窒化膜203をエッチングする第二の工程とを有し、第二の工程は、CHFガス流量に対するCOガス流量の比を1以下とすることで、シリコン窒化膜203を選択的に素早くエッチングできるとともに、異方性よくエッチングできるようになる。
<Effect of Embodiment 1>
As described above, according to the first embodiment, the first step of etching the silicon nitride film 203 until the polysilicon film 204 begins to be exposed and the mixed gas of CH 3 F gas and CO 2 gas are used. And a second step of etching the silicon nitride film 203 after the first step, and the second step is to reduce the ratio of the CO 2 gas flow rate to the CH 3 F gas flow rate to 1 or less, The nitride film 203 can be etched selectively and quickly and can be etched with good anisotropy.

[実施の形態2]
本発明の実施の形態2を、図4および図5を用いて説明する。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

<詳細構成例>
図4は、本発明の実施の形態2における、プラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理がされる前のウエハの構成例の概要を示す図である。
<Detailed configuration example>
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a configuration example of a wafer before the plasma etching process is performed in the plasma etching method according to the second embodiment of the present invention.

図4において、ウエハ306は、複数の層からなり、トランジスタのゲート電極となるポリシリコン膜305と予めリソグラフィによるパターンが形成されたレジスト301との間に、ポリシリコン膜305の上に配置されたシリコン酸化膜304と、このシリコン酸化膜304の上に配置されたシリコン窒化膜303と、このシリコン窒化膜303の上に配置されたBARC302とを有する。   In FIG. 4, a wafer 306 is composed of a plurality of layers, and is disposed on the polysilicon film 305 between a polysilicon film 305 to be a gate electrode of a transistor and a resist 301 on which a pattern by lithography has been formed in advance. It has a silicon oxide film 304, a silicon nitride film 303 disposed on the silicon oxide film 304, and a BARC 302 disposed on the silicon nitride film 303.

<プラズマエッチング処理>
図5(a)〜(d)は、本発明の実施の形態2におけるプラズマエッチング方法において、プラズマエッチング処理を説明するための図である。
<Plasma etching process>
FIGS. 5A to 5D are diagrams for explaining the plasma etching process in the plasma etching method according to the second embodiment of the present invention.

まず、Hbr、Oおよび、Nからなる混合ガスを用いて図5(a)のBARC302がエッチングされ、ウエハ306は図5(b)の形状にエッチングされる。 First, the BARC 302 of FIG. 5A is etched using a mixed gas composed of Hbr, O 2 and N 2 , and the wafer 306 is etched into the shape of FIG. 5B.

次に、レジスト301とBARC302とをマスクとして図5(b)のシリコン窒化膜303がエッチングされ、ウエハ306は、図5(c)の形状にエッチングされる。この場合、エッチングされる速度が高い条件にて、シリコン酸化膜304が露出し始めるまでシリコン窒化膜303がエッチングされる第一の工程が行われる。   Next, the silicon nitride film 303 of FIG. 5B is etched using the resist 301 and the BARC 302 as a mask, and the wafer 306 is etched into the shape of FIG. 5C. In this case, a first step is performed in which the silicon nitride film 303 is etched until the silicon oxide film 304 starts to be exposed under the condition that the etching rate is high.

その後、第二の工程にて、シリコン窒化膜303がエッチングされ、これにより、ウエハ306は図5(d)の形状にエッチングされる。この場合、ストッパ層であるシリコン酸化膜304がポリシリコン膜305の上に配置することにより、ポリシリコン膜305が、ほぼエッチングされることなく、シリコン窒化膜303をエッチングできる。つまり、ポリシリコン膜305に対するシリコン窒化膜303の選択比を極めて大きな値として得ることができ、異方性よくシリコン窒化膜303をエッチングできるようになる。   Thereafter, in the second step, the silicon nitride film 303 is etched, whereby the wafer 306 is etched into the shape of FIG. In this case, by disposing the silicon oxide film 304 as a stopper layer on the polysilicon film 305, the silicon nitride film 303 can be etched without substantially etching the polysilicon film 305. That is, the selection ratio of the silicon nitride film 303 to the polysilicon film 305 can be obtained as a very large value, and the silicon nitride film 303 can be etched with good anisotropy.

<実施の形態2の効果>
以上のように、本実施の形態2によれば、ポリシリコン膜305の上に配置されたシリコン酸化膜304が露出し始めるまでシリコン窒化膜303をエッチングすることで、ポリシリコン膜305が、ほぼエッチングされることなく、シリコン窒化膜303をエッチングできるようになる。
<Effect of Embodiment 2>
As described above, according to the second embodiment, by etching the silicon nitride film 303 until the silicon oxide film 304 disposed on the polysilicon film 305 starts to be exposed, the polysilicon film 305 is substantially The silicon nitride film 303 can be etched without being etched.

以上、本発明によってなされた発明を実施の形態1および実施の形態2に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態1および実施の形態2に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, although the invention made by this invention was concretely demonstrated based on Embodiment 1 and Embodiment 2, this invention is not limited to the said Embodiment 1 and Embodiment 2, and the summary It goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.

たとえば、CHFの解離や解離の分布を調整するためにArガス、Krガス、Xeガスなどの希ガスを混合ガスに添付することによりシリコン窒化膜203,303のエッチング速度やウエハ112,306のエッチング速度分布を調整するようにしてもよい。 For example, in order to adjust the dissociation and dissociation distribution of CH 3 F, a rare gas such as Ar gas, Kr gas, or Xe gas is attached to the mixed gas, whereby the etching rate of the silicon nitride films 203 and 303 and the wafers 112 and 306 The etching rate distribution may be adjusted.

また、電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマ生成方法を用いたプラズマ処理装置以外にも、例えば、誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled Plasma)処理装置や、容量結合型プラズマ(Ca−pacitively Coupled Plasma)処理装置である実施形態もある。   In addition to a plasma processing apparatus using a plasma generation method using electron cyclotron resonance, for example, an inductively coupled plasma processing apparatus or a capacitively coupled plasma processing apparatus may be used. There are also certain embodiments.

101 真空容器
102 シャワープレート
103 誘電体窓
104 処理室
105 ガス供給装置
106 真空排気口
107 導波管
108 空洞共振器
109 電磁波発生用電源
110 磁場発生コイル
111 ウエハ載置用電極
112,306 ウエハ
113 マッチング回路
114 高周波電源
115 高周波フィルター
116 静電吸着用直流電源
117 冷媒用流路
118 温調器
119 ヒータ
120 ヒータ制御器
121 温度センサ
122 観測窓
123 光ファイバ
124 分光器
201,301 レジスト
202,302 BARC
203,303 シリコン窒化膜
204,305 ポリシリコン膜
304 シリコン酸化膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Vacuum container 102 Shower plate 103 Dielectric window 104 Processing chamber 105 Gas supply apparatus 106 Vacuum exhaust port 107 Waveguide 108 Cavity resonator 109 Electromagnetic wave generation power supply 110 Magnetic field generation coil 111 Wafer mounting electrode 112,306 Wafer 113 Matching Circuit 114 High-frequency power source 115 High-frequency filter 116 Electrostatic adsorption DC power source 117 Refrigerant flow path 118 Temperature controller 119 Heater 120 Heater controller 121 Temperature sensor 122 Observation window 123 Optical fiber 124 Spectroscope 201, 301 Resist 202, 302 BARC
203, 303 Silicon nitride film 204, 305 Polysilicon film 304 Silicon oxide film

Claims (5)

レジストをマスクとしてポリシリコン膜の上に配置されたシリコン窒化膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記ポリシリコン膜が露出し始めるまで前記シリコン窒化膜をエッチングする第一の工程と、
CHFガスとCOガスとの混合ガスを用いて前記第一の工程後の前記シリコン窒化膜をエッチングする第二の工程とを有し、
前記第二の工程は、前記CHFガス流量に対する前記COガス流量の比を1以下とすることを特徴とする、プラズマエッチング方法。
In a plasma etching method of plasma etching a silicon nitride film disposed on a polysilicon film using a resist as a mask,
A first step of etching the silicon nitride film until the polysilicon film begins to be exposed;
A second step of etching the silicon nitride film after the first step using a mixed gas of CH 3 F gas and CO 2 gas,
The plasma etching method according to the second step, wherein the ratio of the CO 2 gas flow rate to the CH 3 F gas flow rate is 1 or less.
レジストをマスクとしてシリコン酸化膜の上に配置されたシリコン窒化膜をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記シリコン酸化膜が露出し始めるまで前記シリコン窒化膜をエッチングする第一の工程と、
CHFガスとCOガスとの混合ガスを用いて前記第一の工程後の前記シリコン窒化膜をエッチングする第二の工程とを有し、
前記第二の工程は、前記CHFガス流量に対する前記COガス流量の比を1以下とすることを特徴とする、プラズマエッチング方法。
In a plasma etching method for plasma etching a silicon nitride film disposed on a silicon oxide film using a resist as a mask,
A first step of etching the silicon nitride film until the silicon oxide film begins to be exposed;
A second step of etching the silicon nitride film after the first step using a mixed gas of CH 3 F gas and CO 2 gas,
The plasma etching method according to the second step, wherein the ratio of the CO 2 gas flow rate to the CH 3 F gas flow rate is 1 or less.
請求項1または請求項2に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第二の工程は、前記ポリシリコン膜を有する試料に時間変調された高周波電力を供給しながらエッチングすることを特徴とする、プラズマエッチング方法。
In the plasma etching method according to claim 1 or 2,
The plasma etching method according to claim 2, wherein the second step performs etching while supplying time-modulated high frequency power to the sample having the polysilicon film.
請求項1または請求項2に記載のプラズマエッチング方法において、
前記CHFガスと前記COガスとの混合ガスは、さらに希ガスを含むことを特徴とする、プラズマエッチング方法。
In the plasma etching method according to claim 1 or 2,
The plasma etching method, wherein the mixed gas of the CH 3 F gas and the CO 2 gas further contains a rare gas.
請求項3に記載のプラズマエッチング方法において、
前記第一の工程は、前記CHFガスとSFガスとの混合ガスを用いてエッチングすることを特徴とする、プラズマエッチング方法。
The plasma etching method according to claim 3, wherein
In the plasma etching method, the first step is performed by using a mixed gas of the CHF 3 gas and the SF 6 gas.
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