JP2855898B2 - Dry etching method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程等
において用いられるドライエッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method used in a semiconductor device manufacturing process or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】VLSI,ULSI等の高集積化及び高
性能化が図られた半導体装置では、単結晶シリコン,多
結晶シリコン,高融点金属シリサイド,ポリサイド等の
シリコン系材料層、あるいはAl系材料層のエッチング
においても、高異方性,高速性,高選択性,低汚染性等
を満たすことが必要である。2. Description of the Related Art In semiconductor devices such as VLSI, ULSI, etc. with high integration and high performance, silicon-based material layers such as single-crystal silicon, polycrystalline silicon, refractory metal silicide, and polycide, or Al-based materials are used. In the etching of the layer, it is necessary to satisfy high anisotropy, high speed, high selectivity, low contamination and the like.
【0003】単結晶シリコンのエッチング・プロセスと
して、微細素子分離やセル容量面積の確保を目的として
トレンチを形成するトレンチ加工法が用いられている。
このプロセスでは高アスペクト比パターンの異方性加工
が必要とされるが、実際にはマスク・パターンやエッチ
ング条件の変動等によってトレンチの断面形状が複雑に
変化し易く、アンダカットやボウイング(bowin
g)等の形状異常がしばしば発生する。これらは、いず
れも後工程におけるトレンチの埋め込みや容量の制御等
を困難とする。As an etching process of single crystal silicon, a trench processing method for forming a trench for the purpose of isolating fine elements and securing a cell capacitance area is used.
In this process, anisotropic processing of a high aspect ratio pattern is required. However, the cross-sectional shape of the trench is liable to change in a complicated manner due to a change in a mask pattern or an etching condition, and undercut or bowing (bowin) is actually performed.
Shape abnormalities such as g) often occur. All of these make it difficult to control the filling of the trenches and the capacitance in the subsequent steps.
【0004】多結晶シリコン,高融点金属シリサイド,
ポリサイド等のエッチング・プロセスとして、ゲート加
工法が用いられている。ゲート電極のパターン幅は、ト
ランジスタのソース・ドレイン領域が自己整合的に形成
される場合のチャネル長やLDD構造におけるサイドウ
ォールの寸法精度に直接影響する。したがって、このプ
ロセスにも極めて高い加工精度が要求される。Polycrystalline silicon, refractory metal silicide,
A gate processing method is used as an etching process for polycide or the like. The pattern width of the gate electrode directly affects the channel length when the source / drain regions of the transistor are formed in a self-aligned manner and the dimensional accuracy of the sidewall in the LDD structure. Therefore, this process also requires extremely high processing accuracy.
【0005】従来、これらシリコン系材料のエッチング
にはCFC113(C2 Cl3 F3)等に代表されるC
FCガス(いわゆるフロン・ガスの一種)がエッチング
・ガスとして広く用いられてきた。CFCガスは1分子
内にFとClとを構成元素として有するため、条件次第
でF* ,Cl* 等のラジカルによるラジカル反応と、C
Fx + ,CClx + 等のイオンによるイオン・アシスト
反応の両方によるエッチングが可能であり、かつ気相中
から堆積する炭素系ポリマーで側壁保護を行いながら高
異方性を達成することができる。Conventionally, etching of these silicon-based materials has been carried out by using CFC 113 (C 2 Cl 3 F 3 ) or the like.
FC gas (a type of so-called chlorofluorocarbon gas) has been widely used as an etching gas. Since CFC gas has F and Cl as constituent elements in one molecule, depending on the conditions, radical reaction by radicals such as F * and Cl * and C
Etching by both ion-assisted reaction with ions such as F x + and CCl x + is possible, and high anisotropy can be achieved while protecting the side wall with a carbon-based polymer deposited from the gas phase. .
【0006】一方、上述のような炭素系ポリマーの側壁
保護作用により高異方性を達成するのではなく、被エッ
チング基板(ウェハ)の低温化によりこれを達成しよう
とする技術も提案されている。これは、いわゆる低温エ
ッチングと呼ばれるプロセスであり、ウェハの温度を0
℃以下に保持することにより、深さ方向のエッチング速
度をイオン・アシスト効果により実用レベルに維持した
まま、パターン側壁部におけるラジカル反応を凍結また
は抑制してアンダカット等の形状異常を防止しようとす
る技術である。例えば、第35回応用物理学関係連合講
演会(1988年春季年会)講演予稿集第495ペー
ジ,演題番号28a−G−2には、ウェハを−130℃
に冷却し、SF6 ガスを用いてシリコン・トレンチ・エ
ッチング及びn+ 型多結晶シリコン層のエッチングを行
った例が記載されている。On the other hand, there has been proposed a technique which does not achieve high anisotropy by the side wall protecting action of the carbon-based polymer as described above but achieves this by lowering the temperature of the substrate to be etched (wafer). . This is a process called low-temperature etching, in which the temperature of the wafer is reduced to zero.
By keeping the temperature below ℃, the radical reaction on the pattern side wall is frozen or suppressed to prevent shape abnormalities such as undercut while maintaining the etching rate in the depth direction at a practical level by the ion assist effect. Technology. For example, in the 35th Federation of Applied Physics-related Lectures (Spring Annual Meeting, 1988), Proceedings, page 495, and Abstract No. 28a-G-2, the wafer was stored at -130 ° C.
Then, an example in which the silicon trench etching and the n + -type polycrystalline silicon layer were etched using SF 6 gas was described.
【0007】なお、一般にドライエッチングのプロセス
では、特にウェハを冷却しなければプラズマ輻射熱や反
応熱等によりウェハの温度は200℃付近まで上昇する
ので、ウェハの温度を室温程度に制御する場合も広義の
低温エッチングに含める。以上はシリコン系材料層のエ
ッチングに関するものであるが、高精度加工はAl系材
料層についても同様に求められている。一般に、Al系
材料層のドライエッチングは、BCl3 /Cl2 混合ガ
スに代表される塩素系ガスを使用して行われている。A
lとClの反応は自発的に進行するため、異方性を確保
するためには低ガス圧かつ高バイアスといった条件下で
イオンの平均自由行程を延長させてエッチングを行って
いる。またこのとき、高い入射エネルギーを有するイオ
ンにスパッタされたレジスト・マスクの分解生成物が炭
素系ポリマーを形成し、これがパターン側壁部に付着し
て側壁の保護を図ることができる。In general, in a dry etching process, unless the wafer is cooled, the temperature of the wafer rises to about 200 ° C. due to plasma radiant heat or reaction heat, so that the temperature of the wafer is controlled to about room temperature in a broad sense. Included in low temperature etching. Although the above description relates to the etching of the silicon-based material layer, high-precision processing is similarly required for the Al-based material layer. Generally, dry etching of an Al-based material layer is performed using a chlorine-based gas typified by a BCl 3 / Cl 2 mixed gas. A
Since the reaction between 1 and Cl proceeds spontaneously, etching is performed by extending the mean free path of ions under conditions of low gas pressure and high bias in order to ensure anisotropy. At this time, the decomposition product of the resist mask sputtered by the ions having high incident energy forms a carbon-based polymer, which adheres to the pattern side wall to protect the side wall.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、シリコン系
材料のエッチングに用いられているCFCガスは、この
CFCガスに含まれる炭素が、酸化シリコン(SiO
2 )系材料層に対する選択性を劣化させるという問題で
ある。この問題点は、第36回応用物理学関係連合講演
会(1989年春季),講演予稿集第2分冊572ペー
ジ,演題番号1p−L−7、あるいは月刊セミコンダク
ターワールド(プレスジャーナル社刊)1990年1月
号,81〜84ページ等の文献に記載されている。ゲー
ト酸化膜のようなSiO2 系材料層の表面に炭素が吸着
すると、原子間結合エネルギーの大きいC−O結合(2
57kcal/mole)が生成してSi−O結合が弱
められたり、あるいはSiO2 がSiに還元されてハロ
ゲン系のエッチング種に引き抜かれ易くなってしまう。The CFC gas used for etching a silicon-based material is such that carbon contained in the CFC gas is silicon oxide (SiO 2).
2 ) There is a problem that the selectivity to the system material layer is deteriorated. This issue is discussed in the 36th Lecture Meeting on Applied Physics (Spring 1989), Proceedings of the Second Preliminary Volume, 572 pages, Abstract No. 1p-L-7, or Monthly Semiconductor World (published by Press Journal), 1990 It is described in literature such as the January issue, pages 81 to 84. When carbon is adsorbed on the surface of a SiO 2 -based material layer such as a gate oxide film, a C—O bond (2
57 kcal / mole) is generated to weaken the Si—O bond, or SiO 2 is reduced to Si and easily extracted by halogen-based etching species.
【0009】また、炭素系ポリマーによるパーティクル
汚染のおそれがある。すなわち、半導体装置のデザイン
・ルールがさらに微細化されると、気相中から堆積する
炭素ポリマーも重大なパーティクル汚染源となる。前述
の低温エッチングは、高異方性の達成をラジカル反応の
凍結若しくは抑制のみに頼ろうとすると、前述のように
液体窒素を要するレベルの低温が必要となる。しかしこ
れでは、大型で特殊な冷却装置が必要となること、真空
シール材の信頼性等が低下すること等のハードウェア面
の問題が生ずる。また、ウェハの冷却及び室温に戻すま
での加熱に時間がかかりスループットが低下し、経済性
や生産性を損なう虞れが大きい。Further, there is a possibility of particle contamination by the carbon-based polymer. That is, when the design rules of the semiconductor device are further miniaturized, the carbon polymer deposited from the gas phase also becomes a significant source of particle contamination. If the low-temperature etching described above relies only on freezing or suppressing the radical reaction to achieve high anisotropy, a low temperature that requires liquid nitrogen is required as described above. However, this raises hardware problems such as the necessity of a large and special cooling device and the reduction of the reliability of the vacuum sealing material. In addition, it takes a long time to cool the wafer and heat it to return to room temperature, which lowers the throughput, and there is a great possibility that economic efficiency and productivity may be impaired.
【0010】さらに、Al系材料層のようにマスク材料
に由来する側壁保護膜により異方性を確保しているプロ
セスでは、マスクの構成によっては側壁保護が途中で中
断して異方性加工が不可能となる場合が生ずる。そし
て、微細化されたデザイン・ルールのもとでは、ウェハ
の表面段差が一層増大する。このようなウェハの表面で
フォトリソグラフィ工程において均一な解像を実現する
ため、多層レジスト・プロセスがある。例えば、3層レ
ジスト・プロセスでは、厚い下層レジスト層、酸化シリ
コンからなる中間膜及び薄い上層レジスト層を順次積層
する。次に、上層レジスト層を露光と現像によりパター
ニングし、これをマスクとして中間膜をRIE(反応性
イオン・エッチング)によりパターニングし、さらに上
層レジスト層と中間膜とをマスクとして下層レジスト層
をエッチングする。ここで、厚い下層レジスト層のエッ
チング中には薄い上層レジスト層の除去も同時に進行
し、途中からは露出した中間膜が単独でマスクとして機
能する。しかし、この段階ではイオンの垂直入射面に炭
素系ポリマーの供給源となるレジスト材料が存在しない
ので、側壁保護膜が形成できなくなる。したがって、従
来のエッチング・ガス系では3層レジスト・プロセスに
よるAl系材料層の異方性エッチングは不可能になって
しまう。Further, in a process in which anisotropy is ensured by a sidewall protective film derived from a mask material, such as an Al-based material layer, depending on the configuration of the mask, sidewall protection is interrupted in the middle and anisotropic processing is performed. In some cases, it becomes impossible. Then, under the miniaturized design rules, the surface step of the wafer further increases. In order to realize a uniform resolution in the photolithography process on the surface of such a wafer, there is a multilayer resist process. For example, in a three-layer resist process, a thick lower resist layer, an intermediate film made of silicon oxide, and a thin upper resist layer are sequentially stacked. Next, the upper resist layer is patterned by exposure and development, using the mask as a mask to pattern the intermediate film by RIE (reactive ion etching), and further etching the lower resist layer using the upper resist layer and the intermediate film as a mask. . Here, during the etching of the thick lower resist layer, the removal of the thin upper resist layer also progresses at the same time, and the intermediate film exposed from the middle functions alone as a mask. However, at this stage, since there is no resist material serving as a supply source of the carbon-based polymer on the vertical incidence surface of the ions, the side wall protective film cannot be formed. Therefore, in the conventional etching gas system, anisotropic etching of the Al-based material layer by the three-layer resist process becomes impossible.
【0011】ところで、ウェハの低温冷却に側壁保護を
組み合わせれば、従来より高い温度域でも異方性加工を
行うことができ、実用的な低温エッチング・プロセスを
提供できるものと考えた。このときのエッチング・ガス
として、放電解離条件下でプラズマ中に炭素を含まない
堆積性物質を生成し得るものを選択すれば、マスクの構
成によらず常に側壁保護が可能となる。なお、その堆積
性物質は、エッチング終了後には容易に除去できること
が必要である。By combining the low-temperature cooling of the wafer with the protection of the side walls, anisotropic processing can be performed even in a higher temperature range than before, and a practical low-temperature etching process can be provided. If an etching gas which can generate a deposition material containing no carbon in plasma under discharge dissociation conditions is selected as the etching gas at this time, the sidewall can be always protected regardless of the configuration of the mask. Note that it is necessary that the deposited substance can be easily removed after the end of the etching.
【0012】このような条件を満たすため、S/X比
〔分子内のS原子数とX(ハロゲン)原子数の比〕が比
較的大きい各種のハロゲン化イオウを主体とするエッチ
ング・ガスを用いれば、プラズマ中に解離生成する遊離
のイオウ(S)を堆積させて側壁保護を行うことができ
る。In order to satisfy such conditions, various kinds of etching gases mainly composed of sulfur halide having a relatively large S / X ratio (ratio of the number of S atoms to the number of X (halogen) atoms in a molecule) are used. For example, it is possible to protect the side wall by depositing free sulfur (S) generated by dissociation in the plasma.
【0013】そこで、本発明は、上述のような技術的な
背景に基づき、低温エッチングを行うとしてもウェハ温
度を実用的な温度範囲に設定することができ、しかもレ
ジスト材料層からの炭素系ポリマーの生成が期待できな
い系においても良好な異方性加工を可能とするドライエ
ッチング方法を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention is based on the technical background as described above, and it is possible to set the wafer temperature within a practical temperature range even if low-temperature etching is performed, and furthermore, it is possible to obtain a carbon-based polymer from a resist material layer. It is an object of the present invention to provide a dry etching method that enables good anisotropic processing even in a system in which generation of GaN is not expected.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上述のような目的を達成
するために提案される本発明に係るドライエッチング方
法は、プラズマ・エッチング装置に配置された被エッチ
ング基板の温度を室温以下に制御しながら、S2 F2,
SF2 ,SF4 ,S2 F10,S3 Cl2 ,S3Br2 ,
S2 Br2 ,SBr2 から選ばれる少なくとも1種類の
ハロゲン化イオウを含むエッチング・ガスを用いてシリ
コン系材料層のエッチング種となるハロゲン・ラジカル
を生成すると共に、ラジカル反応をアシストするイオン
を生成することによってエッチングを行う。A dry etching method according to the present invention proposed to achieve the above object is to control the temperature of a substrate to be etched disposed in a plasma etching apparatus to a room temperature or lower. While S 2 F 2 ,
SF 2 , SF 4 , S 2 F 10 , S 3 Cl 2 , S 3 Br 2 ,
Halogen radical used as an etching species for a silicon-based material layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur halide selected from S 2 Br 2 and SBr 2
That generate cations and assist in radical reactions
Is performed by generating .
【0015】また、本発明に係る他のドライエッチング
方法は、被エッチング基板の温度を室温以下に制御しな
がら、S2 F2 ,SF2 ,SF4 ,S2 F10から選ばれ
る少なくとも1種類のフッ化イオウを含むエッチング・
ガスを用いてシリコン系材料層を実質的にその層厚分だ
けエッチングする工程と、被エッチング基板の温度を室
温以下に制御しながら、S3 Cl2 ,S2 Cl2 ,SC
l2 ,S3 Br2 ,S2 Br2 ,SBr2 から選ばれる
少なくとも1種類のハロゲン化イオウを含むエッチング
・ガスを用いて、上記エッチングの工程で残存する上記
シリコン系材料層を除去する工程とを有する。In another dry etching method according to the present invention, at least one type selected from S 2 F 2 , SF 2 , SF 4 and S 2 F 10 while controlling the temperature of the substrate to be etched to room temperature or lower. Etching containing sulfur fluoride
Etching the silicon-based material layer substantially by the thickness of the layer using a gas, and controlling the temperature of the substrate to be etched to a room temperature or lower while controlling the S 3 Cl 2 , S 2 Cl 2 , SC
removing the silicon-based material layer remaining in the etching step using an etching gas containing at least one kind of sulfur halide selected from l 2 , S 3 Br 2 , S 2 Br 2 and SBr 2. And
【0016】さらに、本発明に係る他のドライエッチン
グ方法は、被エッチング基板上に多結晶シリコン層と高
融点金属シリサイド層が順次積層されてなるポリサイド
膜をエッチングする方法であって、前記被エッチング基
板の温度を室温以下に制御しながら、S2 F2 ,SF
2 ,SF4 ,S2 F10から選ばれる少なくとも1種類の
フッ化イオウを含むエッチング・ガスを用いて前記高融
点金属シリサイド層のエッチングを行う工程と、前記被
エッチング基板の温度を室温以下に制御しながら、S3
Cl2 ,S2 Cl2 ,SCl2 ,S3 Br2 ,S2 Br
2 ,SBr2 から選ばれる少なくとも1種類のハロゲン
化イオウを含むエッチング・ガスを用いて前記多結晶シ
リコン層のエッチングを行う工程とを有する。Further, another dry etching method according to the present invention is a method for etching a polycide film in which a polycrystalline silicon layer and a refractory metal silicide layer are sequentially laminated on a substrate to be etched, While controlling the temperature of the substrate below room temperature, S 2 F 2 , SF
Etching the refractory metal silicide layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from 2 , SF 4 , and S 2 F 10; and keeping the temperature of the substrate to be etched below room temperature. While controlling, S 3
Cl 2 , S 2 Cl 2 , SCl 2 , S 3 Br 2 , S 2 Br
And etching the polycrystalline silicon layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur halide selected from SBr 2 and SBr 2 .
【0017】さらにまた、本発明に係る他のドライエッ
チング方法は、被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しながら、S3 Cl2 ,S2 Cl2 ,SCl2 ,S3
Br2,S2 Br2 ,SBr2 から選ばれる少なくとも
1種類のハロゲン化イオウを含むエッチング・ガスを用
いてアルミニウム系材料層のエッチングを行う。Further, in another dry etching method according to the present invention, while controlling the temperature of the substrate to be etched to room temperature or lower, S 3 Cl 2 , S 2 Cl 2 , SCl 2 , S 3
The aluminum material layer is etched using an etching gas containing at least one kind of sulfur halide selected from Br 2 , S 2 Br 2 , and SBr 2 .
【0018】本発明に係るドライエッチング方法に用い
られるハロゲン化イオウのうちS2F2 ,SF2 ,SF4
,S2 F10はフッ化イオウであり、一フッ化イオウS2
F2 は融点−133℃,沸点15℃、二フッ化イオウ
SF2 は室温で気体、四フッ化イオウF4 は融点−12
1℃,沸点−38℃,五フッ化イオウS2 F10は融点−
52.7℃,沸点30℃である。Among the sulfur halides used in the dry etching method according to the present invention, S 2 F 2 , SF 2 , SF 4
, S 2 F 10 is sulfur fluoride and sulfur monofluoride S 2
F 2 has a melting point of −133 ° C. and a boiling point of 15 ° C., sulfur difluoride SF 2 is a gas at room temperature, and sulfur tetrafluoride F 4 has a melting point of −12.
1 ℃, boiling point -38 ℃, sulfur pentafluoride S 2 F 10 melting point
52.7 ° C, boiling point 30 ° C.
【0019】また、本発明に係るドライエッチング方法
に用いられるハロゲン化イオウのうちS3 Cl2 ,S2
Cl2 ,SCl2は、塩化イオウであり、二塩化三イオ
ウS3Cl2 は融点−46℃、一塩化イオウS2 Cl2
は融点−80℃,沸点137.1℃、二塩化イオウSC
l2 は融点−122℃,沸点59.6℃である。Also, among the sulfur halides used in the dry etching method according to the present invention, S 3 Cl 2 , S 2
Cl 2 and SCl 2 are sulfur chlorides. Trisulfur trichloride S 3 Cl 2 has a melting point of −46 ° C. and sulfur monochloride S 2 Cl 2.
Is melting point -80 ° C, boiling point 137.1 ° C, sulfur dichloride SC
l 2 has a melting point of −122 ° C. and a boiling point of 59.6 ° C.
【0020】さらに、本発明に係るドライエッチング方
法に用いられるハロゲン化イオウのうちS3 Br2 ,S
2 Br2 ,SBr2 は臭化イオウであり、一臭化イオウ
S2Br2 は融点−46℃、三臭化二イオウS3 Br2
と二臭化イオウSBr2 は室温で液体物質である。Further, among the sulfur halides used in the dry etching method according to the present invention, S 3 Br 2 , S
2 Br 2 and SBr 2 are sulfur bromides, and sulfur monobromide S 2 Br 2 has a melting point of −46 ° C. and sulfur dibromide S 3 Br 2
And sulfur dibromide SBr 2 are liquid substances at room temperature.
【0021】これらのハロゲン化イオウは、上記の物性
データからも明らかなように常温常圧下で気体ないし液
体の物質である。たとえ液体であっても、バブリング等
の手段とによりエッチング反応系へ導入すれば、ドライ
エッチングが行われるような高真空下では容易に気体状
態で存在することができる。These sulfur halides are gaseous or liquid substances at normal temperature and normal pressure, as is clear from the above physical property data. Even if a liquid is introduced into the etching reaction system by means such as bubbling, it can easily exist in a gaseous state under a high vacuum where dry etching is performed.
【0022】[0022]
【作用】本発明に係るドライエッチング方法に用いられ
る各種のハロゲン化イオウは、放電解離条件下でシリコ
ン系材料層のエッチング種となるハロゲン・ラジカル
(F* ,Cl* ,Br* )を生成すると共に、ラジカル
反応をアシストするイオン(SFx + ,SClx + ,S
Brx + ,Sx + ,Cl+ ,Br+ 等)を生成する。Various sulfur halides used in the dry etching method according to the present invention generate halogen radicals (F * , Cl * , Br * ) which serve as etching species for the silicon-based material layer under discharge dissociation conditions. At the same time, ions (SF x + , SCl x + , S
Br x + , S x + , Cl + , Br +, etc.).
【0023】また、プラズマ中に遊離のイオウ(S)を
放出することもできる。このSを室温以下に温度制御さ
れたウェハの表面に堆積させて側壁保護に利用する。Also, free sulfur (S) can be released into the plasma. This S is deposited on the surface of the wafer whose temperature is controlled to be equal to or lower than room temperature, and is used for side wall protection.
【0024】したがって、上記ハロゲン化イオウを使用
すれば、ラジカル反応にもとづく高速で等方的なエッチ
ング反応を、適度な入射イオン・エネルギー及び適度な
量のSの堆積とバランスさせることにより、シリコン系
材料層の異方性加工を行うことができる。Therefore, by using the above-mentioned sulfur halide, it is possible to balance a high-speed isotropic etching reaction based on a radical reaction with a proper incident ion energy and a proper amount of S deposition, thereby making it possible to use a silicon-based compound. Anisotropic processing of the material layer can be performed.
【0025】フッ化イオウを使用すれば、エッチングが
高速化される。これは、F* のラジカル半径が小さいの
で容易にシリコン系材料層の結晶格子内に侵入できるこ
と、また原子間結合エネルギーでみた場合、Si−F結
合(132kcal/mol)がSi−Si結合(54
kcal/mol)に比べて極めて大きいためである。The use of sulfur fluoride speeds up the etching. This is because the radical radius of F * is small, so that it can easily penetrate into the crystal lattice of the silicon-based material layer. Also, when viewed from the interatomic bond energy, the Si—F bond (132 kcal / mol) becomes the Si—Si bond (54 kcal / mol).
kcal / mol).
【0026】また、塩化イオウ及び臭化イオウを使用す
ることにより、異方性及び下地選択性を重視したエッチ
ングが行われる。これは、Cl* やBr* のラジカル半
径がシリコン系材料層の結晶格子内に容易に侵入できな
い程度に大きく、イオン衝撃を伴わないとエッチングが
進行しないこと、また原子間結合エネルギーの値をみる
とSi−Cl結合(96kcal/mol)とSi−B
r結合(88kcal/mol)の値がSi−Si結合
の値とそれほど離れていないためである。Further, by using sulfur chloride and sulfur bromide, etching is performed with emphasis on anisotropy and base selectivity. This is because the radical radii of Cl * and Br * are so large that they cannot easily penetrate into the crystal lattice of the silicon-based material layer, the etching does not proceed without ion bombardment, and the value of the interatomic bond energy is examined. And Si-Cl bond (96 kcal / mol) and Si-B
This is because the value of the r bond (88 kcal / mol) is not so far from the value of the Si—Si bond.
【0027】本発明に係るドライエッチング方法では、
パーティクル汚染を発生させる虞れがない。ウェハ上に
堆積したSは、エッチング終了後にウェハを90℃程度
に加熱すれば容易に昇華する。あるいは、レジスト・マ
スクをアッシングする際に同時に燃焼し、SOx の形で
も除去される。In the dry etching method according to the present invention,
There is no risk of particle contamination. S deposited on the wafer is easily sublimated by heating the wafer to about 90 ° C. after the completion of the etching. Alternatively, the resist mask burned simultaneously with the ashing is also removed in the form of SO x.
【0028】そして、エッチング工程と、このエッチン
グの工程で残存するシリコン系材料層を除去する工程と
を有する本発明に係るドライエッチング方法は、ハロゲ
ン・ラジカルのシリコン系材料層に対する反応性の違い
を利用して、高速性を維持したまま対下地選択性を向上
させ、かつエッチングの工程で残存するシリコン系材料
層を除去する時の異方性の劣化が防止される。すなわ
ち、シリコン系材料層を実質的にその層厚分だけエッチ
ングするまでの工程(ジャスト・エッチング工程)では
フッ化イオウを用い、F* による高速エッチングを行
い、このエッチングの工程で残存するシリコン系材料層
を除去する工程(オーバーエッチング工程)にはF* よ
りは反応性の低いCl* を生成させる塩化イオウ、若し
くはBr* を生成させる臭化イオウを用いるためであ
る。The dry etching method according to the present invention, which includes an etching step and a step of removing the silicon-based material layer remaining in this etching step, can reduce the difference in reactivity between halogen radicals and the silicon-based material layer. By utilizing this, the selectivity with respect to the base is improved while maintaining the high speed, and the anisotropy is prevented from being deteriorated when the silicon-based material layer remaining in the etching step is removed. In other words, in the step until the silicon-based material layer is substantially etched by the thickness of the layer (just etching step), sulfur fluoride is used and high-speed etching by F * is performed. This is because in the step of removing the material layer (overetching step), sulfur chloride that generates Cl * having lower reactivity than F * or sulfur bromide that generates Br * is used.
【0029】また、高融点金属シリサイド層をフッ化イ
オウを用いてエッチングし、多結晶シリコン層を塩化イ
オウあるいは臭化イオウを用いてエッチングする本発明
に係るドライエッチング方法は、高融点金属が蒸気圧の
高いフッ化物の形で速やかに除去され、多結晶シリコン
層をエッチングする際、エッチング反応系からF* が無
くなることにより、SiO2 系の下地材料層に対する選
択性も向上する。The dry etching method according to the present invention, in which the refractory metal silicide layer is etched using sulfur fluoride and the polycrystalline silicon layer is etched using sulfur chloride or sulfur bromide, is characterized in that the refractory metal is vaporized. In the case of etching the polycrystalline silicon layer, F * is eliminated from the etching reaction system when fluoride is rapidly removed in the form of a high-pressure fluoride, so that selectivity to the SiO 2 -based base material layer is also improved.
【0030】また、塩化イオウ又は臭化イオウを用いて
Al系材料層をエッチングする本発明に係るドライエッ
チング方法は、これらの化合物から生成されるCl* ,
Br* がAlと化合し、AlClx 若しくはAlBrx
の形でAlを除去する。In addition, the dry etching method according to the present invention for etching an Al-based material layer using sulfur chloride or sulfur bromide provides a method for producing Cl * ,
Br * combines with Al to form AlCl x or AlBr x
Al is removed in the form of.
【0031】[0031]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について説明す
る。 実施例1 本実施例は、本願の第1の発明をゲート電極加工に適用
し、S2 F2 を用いてn型不純物を含有する多結晶シリ
コン(DOPOS=doped polysilico
n)層をエッチングした例である。このプロセスを、図
1を参照しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below. Embodiment 1 In this embodiment, the first invention of the present application is applied to gate electrode processing, and polycrystalline silicon containing an n-type impurity (DOPOS = doped polysilico) using S 2 F 2 is used.
n) Example of etching a layer. This process will be described with reference to FIG.
【0032】まず、例えば図1(a)に示されるよう
に、単結晶シリコン基板1上にSiO2 からなるゲート
酸化膜2を介してn型不純物を含有するDOPOS層3
を形成し、さらに該DOPOS層3の上に所定の形状に
パターニングされたレジスト・マスク4を形成したウェ
ハを用意する。First, as shown in FIG. 1A, a DOPOS layer 3 containing an n-type impurity is formed on a single crystal silicon substrate 1 via a gate oxide film 2 made of SiO 2.
Is formed, and a wafer having a resist mask 4 patterned in a predetermined shape on the DOPOS layer 3 is prepared.
【0033】次に、上記ウェハをRFバイアス印加型の
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載
置電極上にセットする。このウェハ載置電極には冷却配
管が内蔵されており、装置外部に接続されるチラー等の
冷却設備から有機溶媒やフロン系冷媒(住友3M社製,
商品名フロリナート等)を供給して循環させることによ
り、ウェハを冷却することができる。ここではエタノー
ルを冷媒として使用し、エッチング中のウェハ温度が約
−70℃に維持されるようにする。Next, the wafer is set on a wafer mounting electrode of an RF bias applied type magnetic field microwave plasma etching apparatus. A cooling pipe is built in the wafer mounting electrode, and an organic solvent or a chlorofluorocarbon-based refrigerant (Sumitomo 3M, manufactured by Sumitomo 3M, Ltd.)
The wafer can be cooled by supplying and circulating the product (Fluorinert, etc.). Here, ethanol is used as a coolant so that the wafer temperature during etching is maintained at about -70 ° C.
【0034】この状態で、一例としてS2 F2 流量5S
CCM,ガス圧1.3Pa(10mTorr),マイク
ロ波パワー850W,RFバイアス・パワー30W(2
MHz)の条件で上記DOPOS層3をエッチングす
る。このエッチング工程では、S2 F2 から解離生成す
るF* によるラジカル反応が、同じくS2 F2 から生成
するSF+ ,Sx + 等のイオンにアシストされる機構で
エッチングが進行する。さらに、S2 F2 からは遊離の
Sもプラズマ中に放出される。このSは、低温冷却され
たウェハの表面のうちイオンの垂直入射が起こらないパ
ターンの側壁部に堆積し、図1(b)に示されるような
側壁保護膜5を形成する。この結果、レジスト・マスク
4の直下にアンダカット等を生ずることなく、良好な異
方性形状を有するゲート電極3aが形成される。In this state, as an example, the S 2 F 2 flow rate 5S
CCM, gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr), microwave power 850 W, RF bias power 30 W (2
MHz), the DOPOS layer 3 is etched. In this etching step, the radical reaction by F * to produce dissociated from S 2 F 2 is likewise SF + generated from S 2 F 2, etched with mechanisms assisted ion S x + or the like progresses. Further, free S is also released from S 2 F 2 into the plasma. This S is deposited on the side wall of the pattern where the normal incidence of ions does not occur on the surface of the wafer cooled at a low temperature, and forms a side wall protective film 5 as shown in FIG. As a result, the gate electrode 3a having a good anisotropic shape is formed without undercut or the like immediately below the resist mask 4.
【0035】なお、このプロセスでは、ゲート酸化膜2
に対する高選択性も実現できる。これは、ウェハの低温
冷却によりウェハ表面におけるラジカルの反応性が低下
しており、また側壁保護が行われる分だけRFバイアス
・パワーを低減できるからである。例えば、上述のRF
バイアス・パワーの値は、自己バイアス電位Vdcに換算
すれば20V以下であり、入射イオン・エネルギーとし
ては極めて低い領域に属する。したがって、膜厚の薄い
ゲート酸化膜の形成に有効となる。In this process, the gate oxide film 2
And high selectivity to the same. This is because the low-temperature cooling of the wafer lowers the reactivity of radicals on the wafer surface, and the RF bias power can be reduced by the amount corresponding to the side wall protection. For example, the above RF
The value of the bias power is 20 V or less when converted to the self-bias potential V dc , and belongs to an extremely low region as incident ion energy. Therefore, it is effective for forming a gate oxide film having a small thickness.
【0036】さらに、上述のような低バイアス条件によ
れば、レジスト・マスク4のスパッタ除去も抑制される
ため、対レジスト選択性が向上する他、炭素系ポリマー
によるパーティクル汚染も防止することができる。次
に、ウェハの温度を室温に戻した後、プラズマ・アッシ
ング装置に移設して通常の酸素プラズマ・アッシングを
行う。この結果、図1(c)に示されるように、レジス
ト・マスク4が燃焼反応により除去され、これと同時に
側壁保護膜5も速やかに除去される。この側壁保護膜5
の除去の機構には、燃焼反応によるSOx の形成の他、
反応熱やプラズマ輻射熱でウェハが加熱されることによ
る昇華も寄与している。したがって、ウェハ上に何らパ
ーティクル汚染を発生させることがない。Further, under the above-described low bias condition, the sputter removal of the resist mask 4 is also suppressed, so that the selectivity with respect to the resist is improved and the particle contamination by the carbon-based polymer can be prevented. . Next, after the temperature of the wafer is returned to room temperature, the wafer is moved to a plasma ashing apparatus and ordinary oxygen plasma ashing is performed. As a result, as shown in FIG. 1C, the resist mask 4 is removed by a combustion reaction, and at the same time, the sidewall protective film 5 is also quickly removed. This side wall protective film 5
The mechanism of removal, other forms of the SO x from combustion reaction,
Sublimation due to heating of the wafer by reaction heat or plasma radiation heat also contributes. Therefore, no particle contamination occurs on the wafer.
【0037】なお、上述の例では側壁保護膜5の除去を
レジスト・マスク4のアッシングと同時に行っている
が、低温エッチング後のウェハを室温に戻す際の加熱を
延長して90℃付近までウェハを昇温させ、アッシング
前に側壁保護膜5を昇華除去しても良い。In the above-described example, the removal of the side wall protective film 5 is performed simultaneously with the ashing of the resist mask 4, but the heating for returning the wafer after the low-temperature etching to room temperature is extended to about 90 ° C. May be heated, and the side wall protective film 5 may be removed by sublimation before ashing.
【0038】実施例2 本実施例は、ゲート電極加工を行うものであって、S2
Cl2 を用いてn型不純物を含有するDOPOS層をエ
ッチングする例である。まず、前述の図1(a)に示さ
れるウェハをRFバイアス印加型のマイクロ波プラズマ
・エッチング装置にセットし、一例としてS2 Cl2 流
量50SCCM,ガス圧1.3Pa(10mTor
r),マイクロ波パワー850W, RFバイアス・パワ
ー100W(2MHz),ウェハ温度−20℃の条件で
DOPOS層3をエッチングする。[0038] Example 2 This examples are intended to perform a gate electrode processing, S 2
This is an example in which a DOPOS layer containing an n-type impurity is etched using Cl 2 . First, the wafer shown in FIG. 1A is set in an RF bias applying type microwave plasma etching apparatus, and as an example, the flow rate of S 2 Cl 2 is 50 SCCM, and the gas pressure is 1.3 Pa (10 mTorr).
r), the DOPOS layer 3 is etched under the conditions of a microwave power of 850 W, an RF bias power of 100 W (2 MHz), and a wafer temperature of −20 ° C.
【0039】このエッチング工程では、S2 Cl2 から
生成したSCl+ ,Sx + ,Cl+等のイオンがDOP
OS層3の表面に衝突してこれを活性化し、既に吸着さ
れているClとDOPOS層3との反応をアシストする
形でエッチングが進行する。これと同時にパターンの側
壁部にはSが堆積し、図1(b)に示されるように側壁
保護膜5が形成される。本実施例によっても、良好な異
方性形状を有するゲート電極3aを形成することができ
る。In this etching step, ions such as SCl + , S x + and Cl + generated from S 2 Cl 2 are converted to DOP.
The etching collides with the surface of the OS layer 3 to activate it, and the etching proceeds in such a manner as to assist the reaction between the already adsorbed Cl and the DOPOS layer 3. At the same time, S is deposited on the side wall of the pattern, and a side wall protective film 5 is formed as shown in FIG. According to this embodiment as well, the gate electrode 3a having a favorable anisotropic shape can be formed.
【0040】本実施例では、F* のようにシリコン系材
料に対して高い反応性を有するエッチング種の代わり
に、Cl* のイオン・アシスト反応を利用しているた
め、前述の実施例1に比べてウェハ冷却温度が高い領域
でも異方性加工を実現することが可能である。また、下
地のゲート酸化膜2に対して高選択性が達成され、上述
のエッチング工程で残存するDOPOS層3を除去する
工程であるオーバーエッチング時の異方性形状の劣化を
防止する。In this embodiment, the ion-assisted reaction of Cl * is used instead of the etching species having high reactivity to the silicon-based material such as F *. It is possible to realize anisotropic processing even in a region where the wafer cooling temperature is high. In addition, high selectivity is achieved for the underlying gate oxide film 2, and the anisotropic shape is prevented from deteriorating during over-etching, which is a step of removing the DOPOS layer 3 remaining in the above-described etching step.
【0041】実施例3 本実施例は、ポリサイド・ゲート電極加工を行うもので
あって、S2F2 を用いてタングステン・ポリサイド膜
をエッチングした例である。このプロセスを、図2を参
照しながら説明する。Embodiment 3 In this embodiment, a polycide gate electrode is processed, in which a tungsten polycide film is etched using S 2 F 2 . This process will be described with reference to FIG.
【0042】まず、図2(a)に示されるように、単結
晶シリコン基板11上にSiO2 からなるゲート酸化膜
12を介してポリサイド膜15を形成し、さらに所定の
形状にパターニングされたレジスト・マスク16を形成
したウェハを用意する。ここで、上記ポリサイド膜15
は、下層側から順にそれぞれ厚さ0.1μmのDOPO
S層13とタングステン・シリサイド(WSix )層1
4とが積層されてなるものである。また、上記レジスト
・マスク16は、例えば化学増幅系ネガ型3成分レジス
ト(シプレー社製,商品名SAL−601)をKrFエ
キシマ・レーザ・ステッパを用いて露光し、アルカリ現
像を行うことにより0.35μm幅に形成されている。First, as shown in FIG. 2A, a polycide film 15 is formed on a single crystal silicon substrate 11 via a gate oxide film 12 made of SiO 2, and a resist patterned into a predetermined shape is formed. Prepare a wafer on which the mask 16 is formed. Here, the polycide film 15 is used.
Are DOPOs each having a thickness of 0.1 μm in order from the lower layer side.
S layer 13 and the tungsten silicide (WSi x) layer 1
4 are laminated. The resist mask 16 is formed, for example, by exposing a chemically amplified negative type three-component resist (trade name: SAL-601, manufactured by Shipley Co., Ltd.) using a KrF excimer laser stepper and performing alkali development. It has a width of 35 μm.
【0043】次に、上記ウェハをRFバイアス印加型の
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセット
し、一例としてS2 F2 流量5SCCM,ガス圧1.3
Pa(10mTorr),マイクロ波パワー850W,
RFバイアス・パワー30W(2MHz),ウェハ温度
−10℃の条件で上記ポリサイド膜15をエッチングす
る。Next, the wafer is set in an RF bias applied type magnetic field microwave plasma etching apparatus. As an example, the flow rate of S 2 F 2 is 5 SCCM and the gas pressure is 1.3.
Pa (10 mTorr), microwave power 850 W,
The polycide film 15 is etched under the conditions of an RF bias power of 30 W (2 MHz) and a wafer temperature of −10 ° C.
【0044】このエッチング工程では、WSix 層14
がWFx ,SiFx の形で除去されることによりWSi
x パターン14aが形成され、またDOPOS層13が
SiFx の形で除去されることによりDOPOSパター
ン13aが形成される。このとき、パターン側壁部には
Sが堆積して側壁保護膜17が形成される。この結果、
図2(b)に示されるように、良好な異方性形状を有す
るゲート電極15aが形成される。[0044] In this etching process, WSi x layer 14
Is removed in the form of WF x and SiF x to obtain WSi
An x pattern 14a is formed, and the DOPOS layer 13 is removed in the form of SiF x to form a DOPOS pattern 13a. At this time, S is deposited on the pattern side wall to form the side wall protective film 17. As a result,
As shown in FIG. 2B, a gate electrode 15a having a good anisotropic shape is formed.
【0045】なお、本実施例では、S2 F2 を用いるこ
とにより、気相中からSを堆積させることができるた
め、異方性加工が可能となる。最後にレジスト・マスク
16をアッシングにより除去したところ、側壁保護膜1
7も速やかに除去された。In this embodiment, since S can be deposited from a gas phase by using S 2 F 2 , anisotropic processing can be performed. Finally, when the resist mask 16 was removed by ashing, the side wall protective film 1 was removed.
7 was also quickly removed.
【0046】実施例4 本実施例は、トレンチ加工に適用した例であって、S2
Br2 を用いて単結晶シリコン基板をエッチングするも
のである。このプロセスを、図3を参照しながら説明す
る。[0046] Example 4 This example is an example applied to the trench processing, S 2
This is for etching a single crystal silicon substrate using Br 2 . This process will be described with reference to FIG.
【0047】まず、第3(a)に示されるように、単結
晶シリコン基板21上にSiO2 マスク22を形成し、
パターニングにより開口部22aを形成したウェハを用
意する。上記ウェハをRFバイアス印加型の有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例とし
てS2 Br2 流量50SCCM,ガス圧1.3Pa(1
0mTorr),マイクロ波パワー850W, RFバイ
アス・パワー200W(2MHz)の条件で上記単結晶
シリコン基板21のエッチングを行う。First, as shown in FIG. 3A, an SiO 2 mask 22 is formed on a single-crystal silicon substrate 21.
A wafer having an opening 22a formed by patterning is prepared. The wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus. As an example, the flow rate of S 2 Br 2 was 50 SCCM, and the gas pressure was 1.3 Pa (1).
The single crystal silicon substrate 21 is etched under the conditions of 0 mTorr), microwave power of 850 W, and RF bias power of 200 W (2 MHz).
【0048】このエッチング工程では、S2 Br2 から
解離生成するSがSiBrx 等の反応生成物と共に側壁
部に堆積して側壁保護膜23を形成し、図3(b)に示
すような異方性形状を有するトレンチ21aが形成され
る。なおこのとき、高バイアス条件下で加速されるSB
r+ ,Sx + ,Br+ 等のイオンのスパッタ作用によ
り、SiO2 マスク22のエッジ部は後退して丸みを帯
びる。従来のプロセスでは、マスクの後退部分で散乱さ
れたイオンが開口部22a内へ斜めに入射し、これがト
レンチの側壁部を攻撃していわゆるボウイングを発生さ
せる原因となっているが、本発明方法によれば、Sの側
壁保護作用によりほぼ垂直壁を有するトレンチ21aを
形成することができる。In this etching step, S generated by dissociation from S 2 Br 2 is deposited on the side wall along with a reaction product such as SiBr x to form a side wall protective film 23, and an abnormal state as shown in FIG. A trench 21a having an isotropic shape is formed. At this time, SB accelerated under high bias conditions
r +, S x +, by sputtering action of ions of Br +, etc., the edge portion of the SiO 2 mask 22 is rounded retracted. In the conventional process, ions scattered in the receding portion of the mask obliquely enter the opening 22a and attack the side wall of the trench to cause so-called bowing. According to this, the trench 21a having a substantially vertical wall can be formed by the sidewall protecting action of S.
【0049】エッチング終了後にウェハを約90℃に加
熱したところ、図3(c)に示されるように側壁保護膜
23は速やかに昇華除去され、何らパーティクル汚染が
発生することがない。 実施例5 本実施例は、本発明方法をゲート電極加工に適用した例
を示すものであり、まずS2 F2 を用いてDOPOS層
をジャスト・エッチングした後、S2 Cl2 を用いて、
上記ジャスト・エッチングの工程で残存するDOPOS
層の除去を行うものである。When the wafer is heated to about 90 ° C. after the etching, the side wall protective film 23 is quickly sublimated and removed as shown in FIG. 3C, and no particle contamination occurs. Embodiment 5 This embodiment shows an example in which the method of the present invention is applied to gate electrode processing. First, the DOPOS layer is just etched using S 2 F 2, and then, S 2 Cl 2 is used.
DOPOS remaining in the just etching process
This is to remove the layer.
【0050】まず、前述の図1(a)に示されるウェハ
をRFバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エ
ッチング装置にセットし、一例としてS2 F2 流量5S
CCM,ガス圧1.3Pa(10mTorr),マイク
ロ波パワー850W,RFバイアス・パワー30W(2
MHz),ウェハ温度−70℃の条件でDOPOS層3
のエッチングを行う。この結果、図1(b)に示される
ような異方性形状を有するゲート電極3aが形成され
る。First, the wafer shown in FIG. 1A was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the S 2 F 2 flow rate was 5S.
CCM, gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr), microwave power 850 W, RF bias power 30 W (2
MHz), the DOPOS layer 3 under the condition of a wafer temperature of −70 ° C.
Is etched. As a result, a gate electrode 3a having an anisotropic shape as shown in FIG. 1B is formed.
【0051】なお、このエッチングは発光スペクトルを
モニタしながら行い、SiFx に由来する発光ピーク強
度が減少し始めた時点で停止する。次に、エッチング条
件の一例としてS2 Cl2 流量20SCCM,ガス圧
1.3Pa(10mTorr),マイクロ波パワー85
0W,RFバイアス・パワー10W(2MHz),ウェ
ハ温度−70℃に切り換え、上述のDOPOS層3のエ
ッチングを行う工程で残存するDOPOS層3の除去を
行う。このDOPOS層3の除去を行うエッチング工程
では、F* が存在せず、また入射イオン・エネルギーが
低下されていることにより、実施例1に比べて下地のゲ
ート酸化膜2に対する選択性を一層向上させることがで
きる。また、気相中からは継続的にSが堆積するので、
残存するDOPOS層3の除去を行うオーバーエッチン
グ中にゲート電極3aの異方性形状が劣化することもな
い。This etching is performed while monitoring the emission spectrum, and stops when the emission peak intensity derived from SiF x starts to decrease. Next, as an example of the etching conditions, the flow rate of S 2 Cl 2 is 20 SCCM, the gas pressure is 1.3 Pa (10 mTorr), and the microwave power is 85.
Switching to 0 W, RF bias power of 10 W (2 MHz), and a wafer temperature of −70 ° C., the remaining DOPOS layer 3 is removed in the above-described step of etching the DOPOS layer 3. In the etching step for removing the DOPOS layer 3, the selectivity to the underlying gate oxide film 2 is further improved as compared with the first embodiment because F * does not exist and the incident ion energy is reduced. Can be done. Also, since S is continuously deposited from the gas phase,
The anisotropic shape of the gate electrode 3a does not deteriorate during over-etching for removing the remaining DOPOS layer 3.
【0052】実施例6 本実施例は、本発明方法をポリサイド・ゲート電極加工
に適用した例を示すものであり、S2F2 を用いてWS
ix 層をエッチングした後、S2 Cl2 を用いてDOP
OS層をエッチングを行うものである。このプロセス
を、図4を参照しながら説明する。[0052] Example 6 This example, the present invention method are those showing an example of applying the polycide gate electrode processing, with S 2 F 2 WS
After the i x layer is etched, using the S 2 Cl 2 DOP
The OS layer is etched. This process will be described with reference to FIG.
【0053】まず、前述の図2(a)に示されるウェハ
をRFバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・エ
ッチング装置にセットし、一例としてS2 F2 流量50
SCCM,ガス圧1.3Pa(10mTorr),マイ
クロ波パワー850W, RFバイアス・パワー100W
(2MHz)の条件でWSix 層14のエッチングを行
う。First, the wafer shown in FIG. 2A was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the S 2 F 2 flow rate was set to 50.
SCCM, gas pressure 1.3Pa (10mTorr), microwave power 850W, RF bias power 100W
Etching the WSi x layer 14 under the conditions of (2MHz).
【0054】このエッチング工程では、側壁保護膜17
が形成されながらエッチングが進行し、異方性形状を有
するWSix パターン14aが形成される。次に、S2
F2 をS2 Cl2 に替えた他は同じ条件によりDOPO
S層13のエッチングを行い、異方性形状を有するDO
POSパターン13aを形成する。このようにして、全
体として良好な異方性形状を有するゲート電極15aが
形成される。In this etching step, the side wall protective film 17
There while being formed etching proceeds, WSi x pattern 14a having anisotropic shape is formed. Next, S 2
DOPO under the same conditions except that F 2 was replaced with S 2 Cl 2
The S layer 13 is etched to obtain DO having an anisotropic shape.
The POS pattern 13a is formed. Thus, the gate electrode 15a having a favorable anisotropic shape as a whole is formed.
【0055】なお、DOPOS層13のエッチング時
に、エッチング・ガスの切り換えに加えて入射イオン・
エネルギーを低減させれば、下地のゲート酸化膜12に
対する選択性を一層向上させることができる。入射イオ
ン・エネルギーは、RFバイアス・パワーを低減させた
り、あるいはRF周波数を増大させることにより、容易
に低減させることができる。In addition, when the DOPOS layer 13 is etched, the incident ion
If the energy is reduced, the selectivity to the underlying gate oxide film 12 can be further improved. Incident ion energy can be easily reduced by reducing the RF bias power or increasing the RF frequency.
【0056】実施例7 本実施例は、3層レジスト・プロセスによりエッチング
・マスクを形成した後、S2 Cl2 を用いてAl−1%
Si層をエッチングした例である。このプロセスを、図
5を参照しながら説明する。Embodiment 7 In this embodiment, after an etching mask is formed by a three-layer resist process, Al-1% is formed by using S 2 Cl 2.
This is an example in which a Si layer is etched. This process will be described with reference to FIG.
【0057】まず、図5(a)に示されるように、層間
絶縁膜31上にAl−1%Si層32が形成され、さら
にその上に下層レジスト層33とSOG中間膜34から
なるエッチング・マスク35が所定のパターンに形成さ
れたウェハを用意する。ここで、上記SOG中間膜34
は、フォトリソグラフィ及び現像により形成された上層
レジスト層(図示せず。)マスクとしてRIE(反応性
イオン・エッチング)を行うことにより形成される。ま
た、下層レジスト層33は、上層レジスト層とSOG中
間膜34とをマスクとしてエッチングを行うことにより
形成される。上層レジスト層は解像度を重視した薄い層
であるため、厚い下層レジスト層をエッチングしている
間に同時に除去されてしまう。したがって、3層レジス
ト・プロセスにおいて最終的にエッチング・マスクの表
面に露出する層は、SOG中間膜34となる。First, as shown in FIG. 5A, an Al-1% Si layer 32 is formed on an interlayer insulating film 31, and an etching / resisting layer including a lower resist layer 33 and an SOG intermediate film 34 is further formed thereon. A wafer on which a mask 35 is formed in a predetermined pattern is prepared. Here, the SOG intermediate film 34
Is formed by performing RIE (Reactive Ion Etching) as a mask for an upper resist layer (not shown) formed by photolithography and development. The lower resist layer 33 is formed by etching using the upper resist layer and the SOG intermediate film 34 as a mask. Since the upper resist layer is a thin layer that emphasizes resolution, it is removed at the same time as the thick lower resist layer is being etched. Therefore, the layer finally exposed on the surface of the etching mask in the three-layer resist process becomes the SOG intermediate film 34.
【0058】上記ウェハをRFバイアス印加型の有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例
としてS2 Cl2 流量80SCCM,ガス圧1.3Pa
(10mTorr),マイクロ波パワー850W,RF
バイアス・パワー50W (2MHz),ウェハ温度0℃
の条件で上記Al−1%Si層32のエッチングを行
う。The wafer was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus of RF bias application type, and as an example, the flow rate of S 2 Cl 2 was 80 SCCM, and the gas pressure was 1.3 Pa.
(10mTorr), microwave power 850W, RF
Bias power 50W (2MHz), wafer temperature 0 ° C
Etching of the Al-1% Si layer 32 is performed under the following conditions.
【0059】このエッチング工程では、Al−1%Si
層32がAlClx ,SiClx の形で除去される。こ
の場合、S2 Cl2 から解離生成するSがパターン側壁
部に堆積し、図5(b)に示されるように側壁保護膜3
6を形成する。したがって、良好な異方性形状を有する
Al系配線層32aを形成することができる。In this etching step, Al-1% Si
Layer 32 is removed in the form of AlCl x , SiCl x . In this case, S generated by dissociation from S 2 Cl 2 accumulates on the side wall of the pattern, and as shown in FIG.
6 is formed. Therefore, the Al-based wiring layer 32a having a favorable anisotropic shape can be formed.
【0060】なお、本例において、側壁保護に炭素系ポ
リマーを用いることがないので、塩素系ガスを用いるA
l系材料層のエッチングにおいて、アフタコロージョン
を抑制するために有効となる。側壁保護膜が炭素系ポリ
マーにより形成されると、炭素系ポリマー自身が構成元
素として塩素を含んだり、あるいは塩素化合物を吸蔵す
る等により、パターン側壁部に多量の塩素を残留させる
原因となるが、側壁保護膜がSで形成されれば、このよ
うな問題は生じない。In this example, since a carbon-based polymer is not used for protecting the side wall, A using chlorine-based gas is not used.
This is effective for suppressing after-corrosion in the etching of the l-type material layer. When the sidewall protective film is formed of a carbon-based polymer, the carbon-based polymer itself contains chlorine as a constituent element, or absorbs a chlorine compound, thereby causing a large amount of chlorine to remain on the pattern sidewall. Such a problem does not occur if the sidewall protection film is formed of S.
【0061】なお、本発明方法は、上述した実施例に限
定されるものではなく、本発明方法で使用されるエッチ
ング・ガスには、希釈効果,スパッタリング効果,冷却
効果等を得る目的でHe,Ar等の希ガスを適宜添加し
ても良い。また、サンプル・ウェハの構成、エッチング
装置、エッチング条件等は適宜変更可能である。It should be noted that the method of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the etching gas used in the method of the present invention may contain He, A rare gas such as Ar may be appropriately added. Further, the configuration of the sample wafer, the etching apparatus, the etching conditions, and the like can be appropriately changed.
【0062】[0062]
【発明の効果】上述したように、本発明方法は、異方性
加工を従来の低温エッチングと比べてはるかに高い温度
域で実現することができるので、経済性や生産性に優れ
ている。さらに、側壁保護膜をレジスト・マスクの分解
生成物やエッチング反応生成物等に依存することなく、
気相中からの堆積物により形成しているため、エッチン
グ・マスクの構成を問わず異方性加工を行うことができ
る。As described above, the method of the present invention can realize anisotropic processing in a much higher temperature range than conventional low-temperature etching, so that the method is excellent in economy and productivity. Furthermore, without depending on the decomposition products of the resist mask and the etching reaction products, etc.
Anisotropic processing can be performed irrespective of the configuration of the etching mask, since it is formed by deposits from the gas phase.
【0063】したがって、本発明方法は、微細なデザイ
ン・ルールに基づいて設計され、高集積度及び高性能を
有する半導体装置を確実に製造することができる。Therefore, according to the method of the present invention, a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and has a high degree of integration and high performance can be reliably manufactured.
【図1】本願の第1の発明及び第2の発明をDOPOS
ゲート電極加工に適用したプロセス例をその工程順にし
たがって示す概略断面図であり、(a)はDOPOS層
上にレジスト・マスクが形成された状態、(b)はDO
POS層が異方性エッチングされた状態、(c)はレジ
スト・マスクと側壁保護膜が除去された状態をそれぞれ
示す。FIG. 1 shows the first invention and the second invention of the present application as DOPOS.
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing a process example applied to gate electrode processing in the order of steps, wherein FIG. 3A is a state in which a resist mask is formed on a DOPOS layer, and FIG.
(C) shows a state in which the POS layer has been anisotropically etched, and (c) shows a state in which the resist mask and the sidewall protective film have been removed.
【図2】本発明方法をポリサイド・ゲート電極加工に適
用したプロセス例をその工程順にしたがって示す概略断
面図であり、(a)はポリサイド膜上にレジスト・マス
クが形成された状態、(b)はポリサイド膜が異方性エ
ッチングされた状態、(c)はレジスト・マスクと側壁
保護膜が除去された状態をそれぞれ示す。FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views showing a process example in which the method of the present invention is applied to polycide gate electrode processing in the order of the steps, wherein FIG. 2A is a state in which a resist mask is formed on a polycide film, and FIG. Shows a state in which the polycide film has been anisotropically etched, and (c) shows a state in which the resist mask and the side wall protective film have been removed.
【図3】本発明方法をトレンチ加工に適用したプロセス
例をその工程順にしたがって示す概略断面図であり、
(a)は単結晶シリコン基板上にSiO2 マスクが形成
された状態、(b)はトレンチが形成された状態、
(c)は側壁保護膜が除去された状態をそれぞれ示す。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the method of the present invention is applied to trench processing in the order of steps;
(A) is a state where a SiO 2 mask is formed on a single crystal silicon substrate, (b) is a state where a trench is formed,
(C) shows a state in which the sidewall protective film has been removed.
【図4】本発明方法をポリサイド・ゲート電極加工に適
用したプロセス例をその工程順にしたがって示す概略断
面図であり、(a)はWSix 層が異方性エッチングさ
れた状態、(b)はDOPOS層が異方性エッチングさ
れた状態をそれぞれ示す。[4] The present invention method is a schematic sectional view showing in accordance with the order of steps a process example of applying the polycide gate electrode processing, (a) shows the state in which WSi x layer is anisotropically etched, (b) is The state where the DOPOS layer is anisotropically etched is shown.
【図5】本発明方法を3層レジスト・プロセスによるA
l配線加工に適用したプロセス例をその工程順にしたが
って示す概略断面図であり、(a)はAl−1%Si層
上に下層レジスト層とSOG中間膜とからなるエッチン
グ・マスクが形成された状態、(b)はAl−1%Si
層が異方性エッチングされた状態をそれぞれ示す。FIG. 5 shows the method A of the present invention using a three-layer resist process.
1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process applied to l-wiring processing in the order of steps, (a) showing a state in which an etching mask composed of a lower resist layer and an SOG intermediate film is formed on an Al-1% Si layer; , (B) shows Al-1% Si
The state where the layer was anisotropically etched is shown.
1,11,21 単結晶シリコン基板、 2,12 ゲ
ート酸化膜、 3,13DOPOS層、 3a,15a
ゲート電極、 4,16 レジスト・マスク、5,1
7,23,36 側壁保護膜(S)、 14 WSix
層、 15 ポリサイド膜、 22 SiO2 マスク、
21a トレンチ、 31 層間絶縁膜、32 Al
−1%Si層、 32a Al系配線層、 33 下層
レジスト層、34 SOG中間膜、 35 エッチング
・マスク1,11,21 single crystal silicon substrate, 2,12 gate oxide film, 3,13 DOPOS layer, 3a, 15a
Gate electrode, 4,16 Resist mask, 5,1
7,23,36 sidewall protective film (S), 14 WSi x
Layer, 15 polycide film, 22 SiO 2 mask,
21a trench, 31 interlayer insulating film, 32 Al
-1% Si layer, 32a Al-based wiring layer, 33 lower resist layer, 34 SOG intermediate film, 35 etching mask
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−217917(JP,A) 特開 平2−309631(JP,A) 特開 昭61−256725(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3065 JOIS──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-217917 (JP, A) JP-A-2-309631 (JP, A) JP-A-61-256725 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/3065 JOIS
Claims (4)
被エッチング基板の温度を室温以下に制御しながら、S
2 F2,SF2 ,SF4 ,S2 F10,S3 Cl2,S2 C
l2,SCl2 ,S3 Br2 ,S2 Br2 ,SBr2 か
ら選ばれる少なくとも1種類のハロゲン化イオウを含む
エッチング・ガスを用いてシリコン系材料層のエッチン
グ種となるハロゲン・ラジカルを生成すると共に、ラジ
カル反応をアシストするイオンを生成することによって
エッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方
法。1. The method according to claim 1, wherein the temperature of the substrate to be etched disposed in the plasma etching apparatus is controlled to a room temperature or less.
2 F 2 , SF 2 , SF 4 , S 2 F 10 , S 3 Cl 2 , S 2 C
etching of l 2, SCl 2, S 3 Br 2, S 2 Br 2, SBr at least one silicon-based material layer by using an etching gas containing a sulfur halide selected from 2
Generates halogen radicals,
A dry etching method characterized in that etching is performed by generating ions that assist a Cull reaction .
御しながら、S2F2,SF2,SF4,S2F10から選ば
れる少なくとも1種類のフッ化イオウを含むエッチング
・ガスを用いてシリコン系材料層を実質的にその層厚分
だけエッチングする工程と、 被エッチング基板の温度を室温以下に制御しながら、S
3Cl2,S2Cl2,SCl2,S3Br2,S2Br2,S
Br2から選ばれる少なくとも1種類のハロゲン化イオ
ウを含むエッチング・ガスを用いて、上記エッチングの
工程で残存する上記シリコン系材料層を除去する工程と
を有することを特徴とするドライエッチング方法。2. While the temperature of the etched substrate was controlled to below room temperature, using at least one etching gas containing sulfur fluoride selected from S 2 F 2, SF 2, SF 4, S 2 F 10 Etching the silicon-based material layer by a thickness substantially equal to the thickness of the silicon-based material layer.
3 Cl 2 , S 2 Cl 2 , SCl 2 , S 3 Br 2 , S 2 Br 2 , S
Removing the silicon-based material layer remaining in the etching step using an etching gas containing at least one kind of sulfur halide selected from Br 2 .
と高融点金属シリサイド層が順次積層されてなるポリサ
イド膜をエッチングするドライエッチング方法におい
て、 前記被エッチング基板の温度を室温以下に制御しなが
ら、S2 F2,SF2 ,SF4 ,S2 F10から選ばれる
少なくとも1種類のフッ化イオウを含むエッチング・ガ
スを用いて前記高融点金属シリサイド層のエッチングを
行う工程と、 前記被エッチング基板の温度を室温以下に制御しなが
ら、S3Cl2,S2Cl2,SCl2,S3Br2,S2Br
2,SBr2から選ばれる少なくとも1種類のハロゲン化
イオウを含むエッチング・ガスを用いて前記多結晶シリ
コン層のエッチングを行う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。3. A dry etching method for etching a polycide film in which a polycrystalline silicon layer and a refractory metal silicide layer are sequentially stacked on a substrate to be etched, wherein the temperature of the substrate to be etched is controlled to room temperature or lower. Etching the refractory metal silicide layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from S 2 F 2 , SF 2 , SF 4 and S 2 F 10; Of S 3 Cl 2 , S 2 Cl 2 , SCl 2 , S 3 Br 2 , S 2 Br while controlling the temperature of
Etching the polycrystalline silicon layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur halide selected from SBr 2 and SBr 2 .
御しながら、S3Cl2,S2Cl2,SCl2,S3B
r2,S2Br2,SBr2から選ばれる少なくとも1種類
のハロゲン化イオウを含むエッチング・ガスを用いてア
ルミニウム系材料層のエッチングを行うことを特徴とす
るドライエッチング方法。4. A method for controlling the temperature of a substrate to be etched to be equal to or lower than room temperature while controlling S 3 Cl 2 , S 2 Cl 2 , SCl 2 and S 3 B.
A dry etching method characterized by etching an aluminum-based material layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur halide selected from r 2 , S 2 Br 2 , and SBr 2 .
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1991
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