JP2987837B2 - Etching gas and etching method - Google Patents

Etching gas and etching method

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高融点金属をエッチングするために用いる
エッチングガス、及びエッチング方法に関する。本発明
は、例えば、半導体装置その他の電子部品製造の分野
や、そのほか高融点金属をエッチングする場合の技術分
野に汎用できるものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an etching gas used for etching a refractory metal and an etching method. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used, for example, in the field of manufacturing semiconductor devices and other electronic components, and in the technical field of etching refractory metals.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明の高融点金属用エッチングガスは、弗素系ガス
とシランまたはハロシランとを含むものであり、また本
発明の高融点金属のエッチング方法は、上記ガスによっ
てエッチングを行うものであって、このような構成によ
り、効率的に異方性の高いエッチングを達成するととも
に、オーバーエッチング時にもアンダーカットの発生を
抑制できるようにしたものである。
The etching gas for a high melting point metal of the present invention contains a fluorine-based gas and silane or halosilane, and the method of etching a high melting point metal of the present invention performs etching with the above gas. With such a configuration, etching with high anisotropy can be efficiently achieved, and the occurrence of undercut can be suppressed even during overetching.

〔従来の技術〕 近年、各種の分野で高融点金属が配線材料その他とし
て用いられるようになってきており、例えば、VLSI等の
半導体装置の分野などで、タングステン(W)等が使用
されるようになっている。
[Related Art] In recent years, refractory metals have been used as wiring materials and the like in various fields. For example, tungsten (W) and the like have been used in the field of semiconductor devices such as VLSI. It has become.

高融点金属はその特性上注目されており、例えばタン
グステンは、その耐マイグレーション性が優れること、
かつ低抵抗化できるということもあって、例えば今後の
超LSIの配線材料等として、注目を受けている。
Refractory metals are attracting attention due to their properties.For example, tungsten has excellent migration resistance.
In addition, it can be made to have low resistance, and is receiving attention, for example, as a wiring material for future super LSIs.

高融点金属のエッチング技術としては、微細加工の要
請から、RIE等の異方性の高いエッチング技術が採用さ
れることが多い。高融点金属に対してRIEを行う技術と
しては、従来よりエッチングガスとして弗素系ガスを用
いる技術や、塩素系ガスを用いる技術が提案されてい
る。しかし、塩素系ガスで例えばタングステンのRIEを
試みても、タングステンと塩素系ガスとの反応生成物で
あるWCの蒸気圧が低いため、エッチング速度が遅
く、効率的なエッチングは達成できない。またSF6等の
弗素系ガスでタングステンをRIEすると、エッチング速
度は速いが、タングステンと弗素ラジカルとの反応のた
めに、タングステンがアンダーカットされてしまう(電
子情報通信学会技術報告SSD84−45、pp.1−8(1984)
参照)。SF6によるアンダーカットを抑制するために、S
F6によるエッチングとNH3による堆積とを交互に素速く
繰り返す方法も提案されているが(Extended Abstracts
of the 18th(1986)International Conference on So
lid State Devices and Materials,Tokyo,1986,pp.229
−232参照)、装置やプロセスが複雑で実用的でなく、
量産に向かない。
As a technique for etching a refractory metal, an etching technique having high anisotropy such as RIE is often employed due to a demand for fine processing. As a technique for performing RIE on a high melting point metal, a technique using a fluorine-based gas as an etching gas and a technique using a chlorine-based gas have been conventionally proposed. However, any attempt to RIE chlorine-based gas, for example, tungsten, because of low vapor pressure of WC x is the reaction product of tungsten and chlorine-based gas, slow etch rate, efficient etching can not be achieved. The RIE Then the tungsten fluoride gas such as SF 6, the etching rate is fast, for reaction with tungsten and fluorine radicals, tungsten from being undercut (Technical Report of IEICE SSD84-45, pp .1-8 (1984)
reference). To reduce the undercut due to SF 6 ,
Although a method of rapidly and alternately repeating etching by F 6 and deposition by NH 3 has been proposed (Extended Abstracts
of the 18th (1986) International Conference on So
lid State Devices and Materials, Tokyo, 1986, pp.229
-232), the equipment and process are complicated and impractical,
Not suitable for mass production.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記した事情に鑑みて、本出願人は先きに、特願昭63
−185244号において、弗素系ガスと塩素系ガス、特にSF
6とCとを含有するエッチングガス、及びこれを用
いたエッチング方法を提案した。これによれば、複雑な
装置やプロセスを用いることなく、アンダーカットを抑
制しつつ、高速で高融点金属のエッチングを行うことが
できる。
In view of the circumstances described above, the applicant of the present application
-185244, fluorine-based gas and chlorine-based gas, especially SF
Etching gas containing a 6 and C 2, and proposed an etching method using the same. According to this, high-melting-point metal can be etched at a high speed without using a complicated apparatus or process while suppressing undercut.

しかし該出願に係る技術は、オーバーエッチング時に
おいては、タングステン等の高融点金属にアンダーカッ
トが生ずるという問題がある。これは、側壁保護膜とし
て形成されたWCが、過剰な弗素ラジカルFにてエ
ッチングされ、このためにアンダーカットが入ると考え
られるが、いずれにしてもオーバーエッチング時にはア
ンダーカットが生じてしまうという問題点を残してい
る。
However, the technique according to the application has a problem that undercutting occurs in a high melting point metal such as tungsten during overetching. This, WC x formed as a sidewall protective film is etched by excess fluorine radicals F *, it is considered that undercut enters Therefore, undercut occurs during even overetching In any The problem remains.

第2図に示すのは、半導体基板11に形成したタングス
テンから成る高融点金属部分12を、レジスト13をマスク
にして、SF6/Cを30/28SCCMの比率で混合したガスを
用いてジャストエッチングまでエッチングし、更に同条
件でひきつづいて60%のオーバーエッチングを行った場
合の結果である。ここでRIE装置は、陰極結合方式で放
電励起周波数が13.56MHzの平行平板型装置を用い、電力
は0.08Wcm-2とした。第2図から明らかなように、高融
金属部分12には、その基底部にアンダーカット14が生じ
ている。
FIG. 2 shows that a refractory metal portion 12 made of tungsten formed on a semiconductor substrate 11 is formed using a resist 13 as a mask and a gas mixture of SF 6 / C 2 at a ratio of 30/28 SCCM. The results are obtained when etching is performed up to etching, and further, 60% over-etching is performed under the same conditions. Here, as the RIE device, a parallel plate type device having a discharge excitation frequency of 13.56 MHz in a cathode coupling system was used, and the power was 0.08 Wcm −2 . As is apparent from FIG. 2, the undercut 14 is formed at the base of the high-melting metal portion 12.

下地層の加工その他の理由で、或る程度オーバーエッ
チング加工を施す必要があることは多いので、オーバー
エッチング時にもアンダーカットの入らない技術が要請
される。
Since it is often necessary to perform an over-etching process to some extent for processing the underlayer and other reasons, a technique that does not cause undercutting even during over-etching is required.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、本発明
の目的は、異方性の高い効率的な高融点金属のエッチン
グ技術で、しかもオーバーエッチング時にも高融点金属
にアンダーカットの入らないエッチング技術を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly anisotropic and efficient high-melting-point metal etching technique, and that undercutting does not occur in the high-melting-point metal even during overetching. It is to provide an etching technique.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、リアクティブイオンエッチング方法にお
いてオーバーエッチングを施す場合に用いるエッチング
ガスであって、窒素の弗化物またはイオウの弗化物であ
る弗素系ガスと、シランまたはハロシランとを同時に含
む高融点金属用のリアクティブイオンエッチング方法用
エッチングガスによって、達成される。
An object of the present invention is to provide an etching gas used for performing over-etching in a reactive ion etching method, for a high melting point metal containing a fluorine-based gas that is a fluoride of nitrogen or a fluoride of sulfur and silane or halosilane at the same time. Is achieved by the etching gas for the reactive ion etching method.

また上記目的は、リアクティブイオンエッチング方法
により高融点金属をエッチングするエッチング方法であ
って、窒素の弗化物またはイオウの弗化物である弗素系
ガスと、シランまたはハロシランとを同時に用いること
によって、オーバーエッチングでのアンダーカット発生
を抑制した高融点金属のリアクティブイオンエッチング
方法によって、達成される。
Another object of the present invention is to provide an etching method for etching a refractory metal by a reactive ion etching method, in which a fluorine-based gas that is a fluoride of nitrogen or a fluoride of sulfur and a silane or a halosilane are used at the same time. This is achieved by a reactive ion etching method for refractory metals in which the occurrence of undercuts in etching is suppressed.

本発明において、弗素系ガスとしては、代表的には、
NF3等の窒素の弗化物、SF6等のイオウの弗化物を挙げる
ことができる。
In the present invention, as the fluorine-based gas, typically,
Nitrogen fluorides of NF 3, etc., can be mentioned fluorides of sulfur such as SF 6.

本発明において、シランとは、水素化ケイ素を意味
し、SinH2n+2なる組成をもつものである。代表的には、
モノシランSiH4、ジシランSi2H6などを挙げることがで
きる。
In the present invention, silane means silicon hydride and has a composition of Si n H 2n + 2 . Typically,
Monosilane SiH 4 and disilane Si 2 H 6 can be exemplified.

本発明において、ハロシランとは、上記シランの少な
くとも1つの水素原子がハロゲン原子に置換されたもの
である。好ましいハロシランは、下記一般式で表される
ものである。
In the present invention, halosilane is obtained by replacing at least one hydrogen atom of the above silane with a halogen atom. Preferred halosilanes are those represented by the following general formula.

SiHnXm X=C,Br,I,F m=4〜1 n=0〜3 代表的には、SiC、SiHC、SiH2C、SiH3C
を挙げることができる。
SiH n X m X = C, Br, I, F m = 4 to 1 n = 0 to 3 Typically, SiC 4 , SiHC 3 , SiH 2 C 2 , SiH 3 C
Can be mentioned.

シランとハロシランとは、いずれか少なくとも1種を
用いて、弗素系ガスとともに用いればよい。
At least one of silane and halosilane may be used together with the fluorine-based gas.

〔作 用〕(Operation)

本発明のエッチングガス、または本発明のエッチング
方法を用いると、オーバーエッチング時においても、高
融点金属材料のアンダーカット発生が抑制される。
When the etching gas of the present invention or the etching method of the present invention is used, undercutting of the refractory metal material is suppressed even during overetching.

その機構は必ずしも明らかではないが、高融点金属と
シランまはたハロシランとの反応生成物が不揮発性物質
として側壁に付着すること、及び過剰の弗素ラジカルが
シリコンの弗化物として除去されることによると推定さ
れる。
Although the mechanism is not always clear, it is because the reaction product of the refractory metal and the silane or halosilane adheres to the side wall as a non-volatile substance, and excess fluorine radicals are removed as silicon fluoride. It is estimated to be.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の一実施例を、第1図を参照して説明す
る。なお当然のことではあるが、本発明は以下の実施例
により限定されるものではない。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Needless to say, the present invention is not limited by the following examples.

本実施例は、本発明を、半導体装置の製造において、
半導体基板1上に形成した高融点金属材料2(本例では
タングステン)のエッチングに適用したものである。
In this embodiment, the present invention is applied to the manufacture of a semiconductor device.
This is applied to etching of a high melting point metal material 2 (tungsten in this example) formed on a semiconductor substrate 1.

本例においては、基板1上に、スパッタリング(直流
スパッタリング等)で厚さ300nmのタングステン層を形
成して、これをエッチングすべき高融点材料2とする。
In this example, a 300-nm-thick tungsten layer is formed on the substrate 1 by sputtering (such as direct current sputtering), and this is used as the high melting point material 2 to be etched.

この高融点金属材料2を、フォトレジスト3をマスク
に、通常の平行平板型RIE装置(例えば陰極結合方式で
放電励起周波数が13.56MHzのもの)を用いて、下記条件
でエッチングした。
The refractory metal material 2 was etched using a photoresist 3 as a mask by using a usual parallel plate type RIE device (for example, a cathode coupling type having a discharge excitation frequency of 13.56 MHz) under the following conditions.

この結果、第1図に略示するような良好な異方性形状
が得られた。また第2図を用いて説明したようなオーバ
ーエッチングを行っても、アンダーカットは入らなかっ
た。
As a result, a favorable anisotropic shape as schematically shown in FIG. 1 was obtained. In addition, even when over-etching was performed as described with reference to FIG. 2, no undercut was formed.

これは、WとSiCとの反応生成物が不揮発性物質
として側壁に付着することに加え、過剰の弗素ラジカル
が SiC+xF→SiFx↑+xC の反応で系外に除去され、オーバーエッチング時のアン
ダーカットが抑制されたものと考えられる。
This is because, in addition to the reaction product of W and SiC 4 adhering to the side wall as a non-volatile substance, excess fluorine radical F * is removed out of the system by the reaction of SiC x + xF * → SiF x ↑ + xC, It is considered that undercut during overetching was suppressed.

上記実施例では、Si含有のガスとしてハロシランの1
種であるSiCを用いたが、SiHC、SiH2C、Si
H3Cや、SiH4を用いても、SiFxなる化合物が形成され
るため、同様の効果がある。
In the above example, the halosilane 1 was used as the Si-containing gas.
The seed, SiC 4, was used, but SiHC 3 , SiH 2 C 2 , SiC
Even when H 3 C or SiH 4 is used, the same effect can be obtained because a compound of SiF x is formed.

また上記実施例では、高融点金属としてタングステン
を用いたが、これに限られない。タングステンは、選択
成長できるので好ましいが、例えばモリブデンなどを用
いてもよく、任意である。
Further, in the above embodiment, tungsten is used as the high melting point metal, but it is not limited to this. Tungsten is preferable because it can be selectively grown, but for example, molybdenum or the like may be used and is optional.

上記のように、本実施例ではタングステンをドライエ
ッチングするに当たり、SF6にSiCを添加したガスに
てエッチングを行ったので、効率良く形状の良い異方性
加工が達成でき、かつオーバーエッチングしても、アン
ダーカットの発生を防止できる。
As described above, in this embodiment, when dry-etching tungsten, etching was performed using a gas in which SiC 4 was added to SF 6 , so that anisotropic processing with good shape could be efficiently achieved, and over-etching was performed. However, the occurrence of undercut can be prevented.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述の如く、本発明によれば、窒素の弗化物またはイ
オウの弗化物である弗素系ガスと、シランまたはハロシ
ランとを含む高融点金属用のリアクティブイオンエッチ
ング方法用エッチングガスとしたことにより、また、リ
アクティブイオンエッチング方法において、窒素の弗化
物またはイオウの弗化物である弗素系ガスと、シランま
たはハロシランとを含むガスによって高融点金属をエッ
チングするようにしたことにより、効率良く異方性加工
が実現でき、かつオーバーエッチング時のアンダーカッ
トを抑制することができるという効果が発揮される。
As described above, according to the present invention, a fluorine-based gas that is a fluoride of nitrogen or a fluoride of sulfur, and an etching gas for a reactive ion etching method for a high melting point metal containing silane or halosilane, In addition, in the reactive ion etching method, the refractory metal is etched by a gas containing a fluorine-based gas, which is a fluoride of nitrogen or sulfur, and a silane or a halosilane, so that the anisotropic material can be efficiently anisotropically etched. The effect is achieved that the processing can be realized and the undercut at the time of over-etching can be suppressed.

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

第1図は、本発明の一実施例のエッチング結果を示す側
断面略示図である。第2図は、アンダーカットが入った
場合の例を示す側断面略示図である。 2……高融点金属材料(タングステン)。
FIG. 1 is a schematic side sectional view showing an etching result of one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic side sectional view showing an example in which an undercut is made. 2. High melting point metal material (tungsten).

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23F 4/00 H01L 21/3065,21/3213 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C23F 4/00 H01L 21 / 3065,21 / 3213

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】リアクティブイオンエッチング方法におい
てオーバーエッチングを施す場合に用いるエッチングガ
スであって、窒素の弗化物またはイオウの弗化物である
弗素系ガスと、シランまたはハロシランとを同時に含む
高融点金属用のリアクティブイオンエッチング方法用エ
ッチングガス。
An etching gas used for performing over-etching in a reactive ion etching method, wherein the high-melting point metal includes a fluorine-based gas that is a nitrogen fluoride or a sulfur fluoride, and silane or halosilane at the same time. Etching gas for reactive ion etching method.
【請求項2】リアクティブイオンエッチング方法により
高融点金属をエッチングするエッチング方法であって、
窒素の弗化物またはイオウの弗化物である弗素系ガス
と、シランまたはハロシランとを同時に用いることによ
って、オーバーエッチングでのアンダーカット発生を抑
制した高融点金属のリアクティブイオンエッチング方
法。
2. An etching method for etching a high melting point metal by a reactive ion etching method,
A reactive ion etching method for a high-melting-point metal in which an undercut in over-etching is suppressed by simultaneously using a fluorine-based gas that is a fluoride of nitrogen or a fluoride of sulfur and silane or halosilane.
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