JP3208596B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3208596B2
JP3208596B2 JP10528192A JP10528192A JP3208596B2 JP 3208596 B2 JP3208596 B2 JP 3208596B2 JP 10528192 A JP10528192 A JP 10528192A JP 10528192 A JP10528192 A JP 10528192A JP 3208596 B2 JP3208596 B2 JP 3208596B2
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compound
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
マイクロローディング効果を抑制しながらシリコン化合
物層の高選択,低ダメージ,低汚染エッチングを行う方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied in the field of manufacturing semiconductor devices and the like, and more particularly to a method for performing high-selection, low-damage, and low-contamination etching of a silicon compound layer while suppressing a microloading effect. .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のVLSI,ULSI等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、酸化シリコン(SiOx )に代表されるシリコ
ン化合物層のドライエッチングについても技術的要求が
ますます厳しくなってきている。
2. Description of the Related Art As high integration and high performance of semiconductor devices have progressed as seen in recent VLSI, ULSI, etc., dry etching of a silicon compound layer typified by silicon oxide (SiO x ) is also required. Technical requirements are becoming more stringent.

【0003】まず、高集積化によりデバイス・チップの
面積が拡大しウェハが大口径化していること、形成すべ
きパターンが高度に微細化されウェハ面内の均一処理が
要求されていること、またASICに代表されるように
多品種少量生産が要求されていること等の背景から、ド
ライエッチング装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式
に移行しつつある。この際、従来と同等の生産性を維持
するためには、ウェハ1枚当たりのエッチング速度を大
幅に向上させなければならない。
First, the area of device chips has been increased due to high integration, and the diameter of the wafer has been increased. The pattern to be formed has been highly miniaturized, and uniform processing within the wafer surface has been required. Due to the demand for high-mix low-volume production as represented by the ASIC, etc., the mainstream of dry etching equipment is shifting from a conventional batch type to a single-wafer type. At this time, in order to maintain the same productivity as the conventional one, the etching rate per wafer must be greatly improved.

【0004】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
めに不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、また各種の
材料層も薄くなっている状況下では、従来以上に対下地
選択性に優れダメージの少ないエッチング技術が要求さ
れる。たとえば、半導体基板内に形成された不純物拡散
領域や、SRAMの抵抗負荷素子として用いられるPM
OSトランジスタのソース・ドレイン領域等にコンタク
トを形成しようとする場合等に、シリコン基板や多結晶
シリコン層を下地としてSiO2 層間絶縁膜をエッチン
グするプロセスがその好例である。
Further, under the circumstances where the junction depth of the impurity diffusion region is reduced and the thickness of various material layers is reduced in order to increase the speed and miniaturization of the device, the selectivity to the underlayer is better than before. An etching technique with less damage is required. For example, an impurity diffusion region formed in a semiconductor substrate or a PM used as a resistance load element of an SRAM.
In a case where a contact is to be formed in a source / drain region of an OS transistor or the like, a process of etching an SiO 2 interlayer insulating film using a silicon substrate or a polycrystalline silicon layer as a base is a good example.

【0005】さらに、対レジスト選択比の向上も重要な
課題である。これは、サブミクロン・デバイスでは、レ
ジストの後退によるわずかな寸法変換差の発生も許容さ
れなくなってきているからである。
[0005] Further, improvement of the selectivity to resist is also an important issue. This is because, in submicron devices, the occurrence of slight dimensional change due to resist receding is no longer allowed.

【0006】従来からSiOx 系材料層のエッチング
は、強固なSi−O結合を切断するために、イオン性を
高めたモードで行われている。典型的なエッチング・ガ
スは、CHF3 ,CF4 等であり、これらから生成する
CFx + 等のイオンの入射エネルギーを異方性加工に利
用している。しかし、高速エッチングを行うためにはこ
の入射イオン・エネルギーを高めることが必要であり、
エッチング反応が物理的なスパッタ反応に近くなるた
め、高速性と選択性とが常に背反していた。
Conventionally, etching of a SiO x -based material layer has been performed in a mode with enhanced ionicity in order to cut a strong Si—O bond. A typical etching gas is CHF 3 , CF 4 or the like, and the incident energy of ions such as CF x + generated from these gases is used for anisotropic processing. However, in order to perform high-speed etching, it is necessary to increase this incident ion energy.
Since the etching reaction is close to the physical sputter reaction, high speed and selectivity have always been contrary.

【0007】そこで通常は、エッチング・ガスにH2
堆積性の炭化水素系化合物等を添加してエッチング反応
系の見掛け上のC/F比(炭素原子数とフッ素原子数の
比)を増大させ、エッチング反応と競合して起こる炭素
系ポリマーの堆積を促進することにより、高選択性を達
成している。
Therefore, usually, the apparent C / F ratio (the ratio of the number of carbon atoms to the number of fluorine atoms) of the etching reaction system is increased by adding H 2 or a depositing hydrocarbon compound to the etching gas. And promotes the deposition of the carbon-based polymer in competition with the etching reaction, thereby achieving high selectivity.

【0008】これら従来のエッチング・ガスに代わり、
本願出願人は先に特願平2−75828号明細書におい
て、炭素数2以上の飽和ないし不飽和の高次鎖状フルオ
ロカーボン化合物を使用するシリコン化合物層のドライ
エッチング方法を提案している。これは、C2 6 ,C
3 8 ,C4 10,C4 8 等のフルオロカーボン化合
物を使用することによりCFx + を効率良く生成させ、
エッチングの高速化を図ったものである。ただし、高次
鎖状フルオロカーボン化合物を単独で使用するのみでは
* の生成量も多くなり、対レジスト選択比および対シ
リコン下地選択比を十分に大きくとることができない。
たとえばC3 8 をエッチング・ガスとしてシリコン基
板上のSiOx 層をエッチングした場合、高速性は達成
されるものの、対レジスト選択比が1.3程度と低く、
エッチング耐性が不足する他、パターン・エッジの後退
により寸法変換差が発生してしまう。また、対シリコン
選択比も4.2程度であるので、オーバーエッチング耐
性にも問題が残る。
[0008] Instead of these conventional etching gases,
The applicant of the present application has previously proposed in Japanese Patent Application No. 2-75828 a dry etching method of a silicon compound layer using a saturated or unsaturated high-order chain fluorocarbon compound having 2 or more carbon atoms. This is C 2 F 6 , C
3 F 8, efficiently to generate CF x + By using C 4 F 10, C 4 F fluorocarbon compounds such as 8,
This is to speed up the etching. However, the use of a single high-order chain fluorocarbon compound alone also increases the amount of F * generated, making it impossible to sufficiently increase the selectivity with respect to the resist and the selectivity with respect to the silicon underlayer.
For example, when an SiO x layer on a silicon substrate is etched using C 3 F 8 as an etching gas, high-speed operation is achieved, but the selectivity to resist is as low as about 1.3.
In addition to the insufficient etching resistance, a dimensional conversion difference occurs due to the retreat of the pattern edge. In addition, since the selectivity to silicon is about 4.2, there remains a problem in over-etching resistance.

【0009】そこで、これらの問題を解決するために上
記の先行技術では高次鎖状フルオロカーボン化合物単独
によるエッチングは下地が露出する直前で停止し、シリ
コン化合物層の残余部をエッチングする際には炭素系ポ
リマーの堆積を促進するために上記化合物にさらにC2
4 (エチレン)等の炭化水素系化合物を添加するとい
う、2段階エッチングが行われている。これは、エッチ
ング反応系内にC原子を補給すると共に、プラズマ中に
生成するH* で過剰のF* を消費してHFに変化させ、
見掛け上のC/F比を高めることを目的としているので
ある。
Therefore, in order to solve these problems, in the above-mentioned prior art, etching using only a high-order chain fluorocarbon compound is stopped immediately before the underlayer is exposed, and carbon etching is performed when the remaining portion of the silicon compound layer is etched. In order to accelerate the deposition of the base polymer, the above compound is further added with C 2
Two-stage etching is performed in which a hydrocarbon compound such as H 4 (ethylene) is added. This is because while supplying C atoms into the etching reaction system, H * generated in the plasma consumes excess F * and changes to HF,
The purpose is to increase the apparent C / F ratio.

【0010】しかしながら、半導体装置のデザイン・ル
ールが高度に微細化されている現状では、既にエッチン
グ・マスクとの寸法変換差がほとんど許容できなくなり
つつあり、上述のような2段階エッチングを行うにして
も、1段目のエッチングにおける選択比をさらに向上さ
せることが必要となる。また、今後より一層微細化が進
行するに伴い、炭素系ポリマーによるパーティクル汚染
の影響が深刻化することも考えられるので、2段目のエ
ッチングにおける堆積性ガスの使用量もできるだけ低減
させたいところである。
However, in the present situation where the design rule of a semiconductor device is highly miniaturized, a dimensional conversion difference from an etching mask has already become almost unacceptable. However, it is necessary to further improve the selectivity in the first-stage etching. In addition, as the miniaturization further progresses in the future, it is considered that the influence of the particle contamination by the carbon-based polymer may become serious. Therefore, it is desired to reduce the amount of the deposition gas used in the second-stage etching as much as possible. .

【0011】かかる観点から、本発明者は先に特願平2
−295225号明細書において、被処理基板の温度を
50℃以下に制御した状態で、分子内に少なくとも1個
の不飽和結合を有する鎖状不飽和フルオロカーボン化合
物を用いてシリコン化合物層をエッチングする技術を提
案している。上記鎖状不飽和フルオロカーボン化合物と
は、たとえばC4 8 (オクタフルオロブテン)やC3
6 (ヘキサフルオロプロペン)等である。これらの化
合物は、放電解離により理論上は1分子から2個以上の
CFx + を生成するので、SiOx を高速にエッチング
することができる。また、分子内に不飽和結合を有する
ことから解離により高活性なラジカルを生成させ易く、
炭素系ポリマーの重合が促進される。しかも、被処理基
板の温度が50℃以下に制御されていることにより、上
記炭素系ポリマーの堆積が促進される。
From this point of view, the present inventor has previously described Japanese Patent Application No.
-295225, a technique in which a silicon compound layer is etched using a chain unsaturated fluorocarbon compound having at least one unsaturated bond in a molecule while controlling the temperature of a substrate to be processed to 50 ° C. or less. Has been proposed. The chain unsaturated fluorocarbon compound is, for example, C 4 F 8 (octafluorobutene) or C 3 F 8 (octafluorobutene).
F 6 (hexafluoropropene) and the like. These compounds theoretically generate two or more CF x + from one molecule by discharge dissociation, so that SiO x can be etched at a high speed. In addition, since it has an unsaturated bond in the molecule, it is easy to generate highly active radicals by dissociation,
Polymerization of the carbon-based polymer is promoted. Moreover, since the temperature of the substrate to be processed is controlled to 50 ° C. or less, the deposition of the carbon-based polymer is promoted.

【0012】この技術により、堆積性ガスを用いること
なく対レジスト選択性および対シリコン下地選択性を大
幅に向上させることができ、パーティクル汚染も低減す
ることができた。
According to this technique, selectivity with respect to resist and selectivity with respect to silicon underlayer can be greatly improved without using a deposition gas, and particle contamination can be reduced.

【0013】さらに、本願出願人は先に特願平3−40
966号明細書において、分子構造の少なくとも一部に
環状部を有する飽和ないし不飽和フルオロカーボン化合
物を含むエッチング・ガスを用いる方法を提案してい
る。この場合のフルオロカーボン化合物は、環状部を有
することから1分子中の炭素原子数が3以上であり、効
率良くCFx + を生成して高速エッチングを可能とす
る。また、同じ炭素数の鎖状分子よりもF原子が2個以
上少ないので、C/F比が上昇してやはり炭素系ポリマ
ーを堆積させ易い。したがって、やはり堆積性ガスを用
いることなく高選択エッチングを行うことができる。
Further, the applicant of the present application has previously filed Japanese Patent Application No.
No. 966 proposes a method using an etching gas containing a saturated or unsaturated fluorocarbon compound having a cyclic portion in at least a part of the molecular structure. Since the fluorocarbon compound in this case has a cyclic portion, the number of carbon atoms in one molecule is 3 or more, and CF x + is efficiently generated to enable high-speed etching. Further, since the number of F atoms is two or more smaller than that of the chain molecule having the same carbon number, the C / F ratio is increased and the carbon-based polymer is also easily deposited. Therefore, highly selective etching can be performed without using a deposition gas.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、本発明
者が先に提案した各種の高次フルオロカーボン化合物を
使用するドライエッチング方法は、従来の技術に比べれ
ば極めて大きなメリットを生み出すものであった。しか
し、今後、半導体装置のデザイン・ルールがさらに微細
化されると、たとえば被エッチング面積がウェハ面積の
5%にも満たなくなるようなホール加工では、マイクロ
ローディング効果を抑制する必要性が特に高まってく
る。この問題を、図3を参照しながら説明する。
As described above, the dry etching method using various kinds of higher-order fluorocarbon compounds proposed by the present inventor has a very great advantage as compared with the prior art. Was. However, if the design rules of the semiconductor device are further miniaturized in the future, the need to suppress the microloading effect is particularly increased in, for example, hole processing in which the area to be etched becomes less than 5% of the wafer area. come. This problem will be described with reference to FIG.

【0015】図3(a)は、一例として下層配線11上
にSiO2 層間絶縁膜12が形成され、さらにその上に
所定の形状にパターニングされたレジスト・マスク13
が形成された状態のウェハを示している。ここで、上記
レジスト・マスク13には、開口径約0.35μmの第
1の開口部13aと、開孔径約0.8μmの第2の開口
部13bが形成されている。
FIG. 3A shows an example in which a SiO 2 interlayer insulating film 12 is formed on a lower wiring 11, and a resist mask 13 patterned in a predetermined shape is further formed thereon.
Shows a wafer in which is formed. Here, the resist mask 13 has a first opening 13a having an opening diameter of about 0.35 μm and a second opening 13b having an opening diameter of about 0.8 μm.

【0016】次に、従来公知の高次フルオロカーボン化
合物系を用いて上記SiOx 層間絶縁膜12をエッチン
グすると、図3(b)に示されるように、第2の開口部
13bの内部では炭素系ポリマーからなる側壁保護膜1
4が形成されながら高速異方性エッチングが進行し、第
2の接続孔12bが形成される。しかし、第2の接続孔
12bが完成した時点でも、第1の開口部13a内では
第1の接続孔12aの形成が終了せず、残余部12cが
残る状態がしばしば観察される。これがマイクロローデ
ィング効果である。この原因は、微細なパターンの内部
において活性種の入射効率が低下すること、および炭素
系ポリマーの堆積量が過剰となることにある。炭素系ポ
リマーは本来、SiOx 系材料層の表面では堆積がある
程度抑制されている。これは、SiOx 系材料層からス
パッタ放出されるO原子により、炭素系ポリマーが燃焼
反応を起こして除去されるからである。しかし、上述の
ような微細な第1の接続孔12a内では、被エッチング
面積が小さいためにスパッタ放出されるO原子の量も少
なく、炭素系ポリマーの堆積が過剰となり側壁保護膜1
4が厚く形成されてしまうのである。このことは、側壁
面のテーパー化も招く。つまり、炭素系ポリマーの絶え
間無い蓄積が、実質的なマスク幅を常に増大させる効果
をもたらすからである。上述のようなテーパー化は、接
続孔の開口径を縮小し、コンタクト抵抗を増大させる原
因となる。
Next, when the SiO x interlayer insulating film 12 is etched using a conventionally known higher-order fluorocarbon compound, as shown in FIG. 3B, a carbon-based material is formed inside the second opening 13b. Sidewall protective film 1 made of polymer
The high-speed anisotropic etching proceeds while 4 is formed, and the second connection hole 12b is formed. However, even when the second connection hole 12b is completed, it is often observed that the formation of the first connection hole 12a is not completed in the first opening 13a and the remaining portion 12c remains. This is the microloading effect. This is because the incidence efficiency of the active species is reduced inside the fine pattern and the amount of carbon-based polymer deposited is excessive. Originally, the deposition of the carbon-based polymer on the surface of the SiO x -based material layer was suppressed to some extent. This is because the carbon-based polymer causes a combustion reaction and is removed by O atoms sputtered from the SiO x -based material layer. However, in the fine first connection hole 12a as described above, since the area to be etched is small, the amount of O atoms sputtered is small, and the carbon-based polymer is deposited excessively, so that the side wall protective film 1
4 is formed thick. This also causes the side wall surface to be tapered. That is, the continuous accumulation of the carbon-based polymer has an effect of always increasing the substantial mask width. The tapering as described above causes a reduction in the opening diameter of the connection hole and an increase in contact resistance.

【0017】この後、第1の接続孔12aの底部におい
て残余部12cが除去されるまでエッチングを続けたと
すると、第2の接続孔12bの底面では図3(c)に示
されるように、下層配線11がスパッタ除去されてしま
う。かかるスパッタ除去は、下層配線11の層厚を減ず
ることはもちろんであるが、スパッタ生成物が接続孔の
側壁面上に堆積して再付着層を形成すると、この再付着
物層により上層配線の形成が困難となったり、パーティ
クルが増大する原因となる。
Thereafter, assuming that the etching is continued until the remaining portion 12c is removed at the bottom of the first connection hole 12a, the lower layer is formed at the bottom of the second connection hole 12b as shown in FIG. The wiring 11 is removed by sputtering. Such sputter removal, of course, reduces the layer thickness of the lower wiring 11, but when a sputter product deposits on the side wall surface of the connection hole to form a redeposition layer, the redeposition layer forms the upper wiring. This may cause difficulty in formation and increase of particles.

【0018】そこで本発明は、シリコン化合物層に高度
な微細加工を行う際にもマイクロローディング効果を抑
制することが可能なドライエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a dry etching method capable of suppressing a microloading effect even when performing advanced fine processing on a silicon compound layer.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに提案される本発明に係るドライエッチング方法は、
一般式Cm Fn (ただしm,nは原子数を示す自然数で
あり、m≧2,n≦2mの条件を満足する。)で表され
るフルオロカーボン化合物と、酸素を構成元素として有
する酸素系化合物とを含むエッチング・ガスを用いてシ
リコン化合物層をエッチングする工程を含む。
The dry etching method according to the present invention proposed to achieve the above object is as follows.
A fluorocarbon compound represented by the general formula Cm Fn (where m and n are natural numbers indicating the number of atoms and satisfy the conditions of m ≧ 2 and n ≦ 2m), and an oxygen-based compound having oxygen as a constituent element. Etching the silicon compound layer using an etching gas containing

【0020】本発明において、上記シリコン化合物層を
エッチングする工程は、ジャストエッチング工程とオー
バーエッチング工程とに2段階化し、後者のオーバーエ
ッチング工程において前記フルオロカーボン化合物に対
する前記酸素系化合物の含量比を前記ジャストエッチン
グ工程におけるよりも減じたエッチング・ガスを用い
る。
In the present invention, the step of etching the silicon compound layer is divided into two steps of a just etching step and an over-etching step. In the latter over-etching step, the content ratio of the oxygen-based compound to the fluorocarbon compound is adjusted to the just-mentioned. Use less etching gas than in the etching process.

【0021】また、本発明は、オーバーエッチング工程
において前記フルオロカーボン化合物と炭化水素系化合
物とを含むエッチング・ガスを用いる。
In the present invention, an etching gas containing the fluorocarbon compound and the hydrocarbon compound is used in the over-etching step.

【0022】さらに、本発明は、オーバーエッチング工
程において前記フルオロカーボン化合物と放電解離条件
下でイオウ(S)を生成し得るイオウ系化合物とを含む
エッチング・ガスを用いる。なお、本発明方法は、エッ
チング工程においては、エッチング基板温度を室温以下
に制御しつつシリコン化合物層をエッチングする。
Further, the present invention uses an etching gas containing the fluorocarbon compound and a sulfur-based compound capable of generating sulfur (S) under discharge dissociation conditions in an over-etching step. In the method of the present invention, in the etching step, the silicon compound layer is etched while controlling the temperature of the etching substrate at room temperature or lower.

【0023】[0023]

【作用】本発明のポイントは、微細なパターンの内奥部
における炭素系ポリマーの過剰な堆積を防止するため
に、ガス系に酸素系化合物を添加することにある。つま
り、SiOx 系材料層からのO原子の放出量の不足を、
気相中から補うわけである。ただし、酸素系化合物を過
剰に添加すると、レジスト・マスクや下地のシリコン系
材料層に対する選択性が当然低下するため、その添加量
には自ずと最適化が必要である。この最適化については
後述する。
The point of the present invention is to add an oxygen-based compound to a gas system in order to prevent excessive deposition of a carbon-based polymer in the inner part of a fine pattern. In other words, the lack of release of O atoms from SiO x based material layer,
It compensates from the gas phase. However, if an oxygen-based compound is excessively added, the selectivity to the resist mask or the underlying silicon-based material layer is naturally lowered. Therefore, the amount of the oxygen-based compound needs to be optimized. This optimization will be described later.

【0024】本発明において、エッチング・ガスの主体
をなす成分は、一般式Cm n で表されるフルオロカー
ボン化合物である。この化合物は、C原子数mが2以上
であることから、いわゆる高次フルオロカーボンに属
し、その炭素骨格が鎖状であれば少なくとも1個の不飽
和結合を有する。また、C原子数mが3以上であれば環
状構造をとることも可能であり、飽和環、不飽和環のい
ずれのケースも有り得る。これらのフルオロカーボン化
合物を使用することにより高速性、高選択性が達成され
る機構については、本願出願人の先願に関連して上述し
たとおりである。本発明では、フルオロカーボン化合物
に酸素系化合物を添加したエッチング・ガスを用いるこ
とにより、微細なパターンの内奥部において炭素系ポリ
マーがある程度分解され、異方性の確保に必要な最低限
の量のみが堆積するようになる。したがって、微細なパ
ターンの内部におけるエッチング速度が相対的に上昇
し、マイクロローディング効果が抑制される。
In the present invention, the main component of the etching gas is a fluorocarbon compound represented by the general formula C m F n . This compound belongs to a so-called higher-order fluorocarbon because the number m of C atoms is 2 or more, and has at least one unsaturated bond if its carbon skeleton is chain-like. Further, when the number m of C atoms is 3 or more, a cyclic structure can be obtained, and any of a saturated ring and an unsaturated ring can be used. The mechanism of achieving high speed and high selectivity by using these fluorocarbon compounds is as described above in connection with the earlier application of the present applicant. In the present invention, by using an etching gas in which an oxygen-based compound is added to a fluorocarbon compound, the carbon-based polymer is decomposed to some extent in the inner part of the fine pattern, and only the minimum amount necessary for securing anisotropy is obtained. Will be deposited. Therefore, the etching rate inside the fine pattern is relatively increased, and the microloading effect is suppressed.

【0025】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低ダメージ化、低汚
染化を目指す方法も提案する。そのひとつは、シリコン
化合物層のエッチングを下地材料層が露出する直前まで
のジャストエッチング工程とそれ以降のオーバーエッチ
ング工程の2工程に分け、後半のジャストエッチング工
程でエッチング・ガスの組成における酸素系化合物の含
量比を減ずる方法である。この方法によれば、シリコン
化合物層のうち下地との界面付近において炭素系ポリマ
ーの分解量がジャストエッチング工程に比べて若干低下
するので、より一層の高選択化と低ダメージ化が実現す
る。
The present invention is based on the above concept, but also proposes a method aiming at further higher selection, lower damage and lower contamination. One is to separate the etching of the silicon compound layer into two steps: a just etching step just before the base material layer is exposed and an over-etching step thereafter, and the oxygen-based compound in the etching gas composition in the latter half of the just etching step. Is a method of reducing the content ratio of According to this method, the decomposition amount of the carbon-based polymer in the vicinity of the interface between the silicon compound layer and the base is slightly reduced as compared with the just etching step, so that higher selection and lower damage are realized.

【0026】さらに下地選択性を徹底させる方法として
は、オーバーエッチング工程において前記フルオロカー
ボン化合物と炭化水素系化合物とを含むエッチング・ガ
スを用いる。この場合、オーバーエッチング工程では酸
素が関与せず、逆に炭化水素系化合物の寄与により炭素
系ポリマーの堆積量はジャストエッチング工程における
よりも増大する。
As a method for further ensuring the underlayer selectivity, an etching gas containing the fluorocarbon compound and the hydrocarbon compound is used in the over-etching step. In this case, oxygen is not involved in the over-etching step, and the amount of the carbon-based polymer deposited is larger than that in the just-etching step due to the contribution of the hydrocarbon compound.

【0027】さらに低汚染化と低ダメージ化を徹底させ
る方法としては、オーバーエッチング工程において上記
の炭化水素系化合物に代えて、放電解離条件下でSを放
出できるイオウ系化合物を使用する。この場合、オーバ
ーエッチング工程では酸素が関与しなくなることによ
り、フルオロカーボン化合物に由来する炭素系ポリマー
の堆積量も増えるが、この炭素系ポリマーの堆積をさら
にSの堆積で補う。Sは条件にもよるが、ウェハがおお
よそ室温以下に温度制御されていればその表面に堆積
し、おおよそ90℃以上に加熱されれば容易に昇華す
る。したがって、エッチング終了後にウェハを加熱すれ
ば、S自身がパーティクル汚染源となることはなく、ク
リーンなプロセスを実現することができる。
In order to further reduce contamination and damage, a sulfur compound capable of releasing S under discharge dissociation conditions is used in place of the above-mentioned hydrocarbon compound in the overetching step. In this case, since the oxygen does not participate in the over-etching step, the amount of the carbon-based polymer derived from the fluorocarbon compound also increases. However, the deposition of the carbon-based polymer is further supplemented by the deposition of S. Depending on the conditions, S accumulates on the surface of the wafer when the temperature is controlled to be approximately equal to or lower than room temperature, and easily sublimes when heated to approximately 90 ° C. or higher. Therefore, if the wafer is heated after the end of the etching, S itself does not become a source of particle contamination, and a clean process can be realized.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。まず、実際のプロセス例の説明に入る前に、予備
実験としてエッチング反応系における酸素量の最適化を
行った。ここでは、フルオロカーボン化合物と酸素系化
合物の混合系のモデルとしてc−C4 8 (オクタフル
オロシクロブタン)/O2 混合ガスを採り上げ、この混
合比率を変化させた場合のSiO2 層のエッチング速度
とフォトレジスト層のエッチング速度を比較した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. First, before starting the description of the actual process example, the amount of oxygen in the etching reaction system was optimized as a preliminary experiment. Here, a c-C 4 F 8 (octafluorocyclobutane) / O 2 mixed gas is taken as a model of a mixed system of a fluorocarbon compound and an oxygen-based compound, and the etching rate of the SiO 2 layer when the mixing ratio is changed and The etching rates of the photoresist layers were compared.

【0029】サンプル・ウェハは、5インチ径のSiウ
ェハ上にCVD法によりSiO2 層を堆積させた後、ノ
ボラック系ポジ型フォトレジスト材料(東京応化工業社
製;商品名TMSR−V3)を塗布し、評価用のTEG
パターンにしたがってフォトレジスト層を形成したもの
である。この各ウェハを、マグネトロンRIE(反応性
イオン・エッチング装置)にセットし、c−C4 8
量48SCCM、ガス圧2.0Pa、RFパワー密度
2.0W/cm2 (13.56MHz)、磁場強度1.
5×10-2T(=150G)、ウェハ温度−5℃を固定
条件とし、O2 流量を0〜15SCCMの範囲で変化さ
せた。
The sample wafer is obtained by depositing a SiO 2 layer on a 5-inch diameter Si wafer by a CVD method, and then applying a novolak-based positive photoresist material (TMSR-V3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). TEG for evaluation
A photoresist layer is formed according to a pattern. Each of these wafers was set in a magnetron RIE (reactive ion etching apparatus), c-C 4 F 8 flow rate was 48 SCCM, gas pressure was 2.0 Pa, RF power density was 2.0 W / cm 2 (13.56 MHz), and magnetic field was Strength 1.
The fixed conditions were 5 × 10 −2 T (= 150 G) and a wafer temperature of −5 ° C., and the O 2 flow rate was changed in the range of 0 to 15 SCCM.

【0030】結果の一部を図2に示す。図中、縦軸はエ
ッチング速度(nm/分)、横軸はc−C4 8 (48
SCCM)に添加するO2 の流量(SCCM)を示し、
白丸(○)のプロットはSiO2 層のエッチング速度、
黒丸(●)のプロットはフォトレジスト層のエッチング
速度をそれぞれ表す。白丸のプロットの傍らに記載され
ている( )内の数値は、対レジスト選択比である。この
図から、O2 流量の増加に伴ってSiO2 層とフォトレ
ジスト層のエッチング速度は共に上昇する傾向が読み取
れるが、対レジスト選択比は微妙に変化する。この場合
は、エッチング・ガス全体に占めるO2 の含量比が約2
4%である場合が最適であることがわかった。ただし、
この数値は使用する酸素系化合物やエッチング・マスク
のパターンにより変化する。たとえば、上述のTEGパ
ターンにはライン・アンド・スペース・パターン等も含
まれており、実際の製造工程で行われるホール・パター
ンのみのエッチングの場合よりも被エッチング面積が若
干大きいため、O2 添加量の最適値が少量側に幾分シフ
トしている筈である。かかる事情も考慮に入れると、酸
素系化合物の好ましい含量比は、概ね10〜50%の範
囲にあるものと考えられる。
FIG. 2 shows a part of the results. In the figure, the vertical axis represents the etching rate (nm / min), and the horizontal axis represents c-C 4 F 8 (48
SCCM), the flow rate of O 2 (SCCM) to be added,
The open circle (丸) plots the etching rate of the SiO 2 layer,
The plots with black circles (●) represent the etching rates of the photoresist layer, respectively. The numerical value in parentheses beside the open circle plot is the resist selectivity. From this figure, it can be seen that the etching rates of the SiO 2 layer and the photoresist layer both increase as the O 2 flow rate increases, but the selectivity to resist slightly changes. In this case, the O 2 content ratio in the entire etching gas is about 2%.
4% was found to be optimal. However,
This value varies depending on the oxygen compound used and the pattern of the etching mask. For example, the TEG pattern described above also includes a line-and-space pattern or the like, since the etched area than that of the etching of only the hole pattern is performed by the actual manufacturing process is slightly larger, O 2 added The optimal value of the volume should have shifted somewhat towards the minor volume. In consideration of such circumstances, it is considered that the preferable content ratio of the oxygen-based compound is generally in the range of 10 to 50%.

【0031】以下の各実施例では、具体的なプロセス例
について説明する。
In the following embodiments, specific process examples will be described.

【0032】実施例1 本実施例は、本発明をホール加工に適用し、c−C4
8 /O2 混合ガスを用いてSiO2 層間絶縁膜をエッチ
ングした例である。このプロセスを、図1(a)および
(c)を参照しながら説明する。本実施例においてサン
プルとして使用したウェハは、図1(a)に示されるよ
うに、下層配線1上にSiO2 層間絶縁膜2を介して所
定の形状にパターニングされたレジスト・マスク3が形
成されてなるものである。上記レジスト・マスク3に
は、開口径約0.35μmの第1の開口部3aと、開口
径約0.8μmの第2の開口部3bとが開口されてい
る。ここで、上記下層配線1とは、Si基板中に形成さ
れた不純物拡散領域であっても、あるいは金属配線層等
であっても良い。
Embodiment 1 In this embodiment, the present invention is applied to hole processing, and c-C 4 F
This is an example in which an SiO 2 interlayer insulating film is etched using an 8 / O 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIGS. In the wafer used as a sample in this embodiment, as shown in FIG. 1A, a resist mask 3 patterned into a predetermined shape is formed on a lower wiring 1 via an SiO 2 interlayer insulating film 2. It is. The resist mask 3 has a first opening 3a having an opening diameter of about 0.35 μm and a second opening 3b having an opening diameter of about 0.8 μm. Here, the lower wiring 1 may be an impurity diffusion region formed in a Si substrate, or a metal wiring layer or the like.

【0033】上記ウェハを、マグネトロンRIE(反応
性イオン・エッチング)装置のウェハ載置電極上にセッ
トした。ここで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を内蔵
しており、装置外部に接続されるチラー等の冷却設備か
ら該冷却配管に冷媒を供給して循環させることにより、
エッチング中のウェハ温度を室温以下に制御することが
可能となされている。一例として、下記の条件でSiO
2 層間絶縁膜2のエッチングを行った。
The wafer was set on a wafer mounting electrode of a magnetron RIE (reactive ion etching) apparatus. Here, the wafer mounting electrode has a built-in cooling pipe, and by supplying and circulating a coolant to the cooling pipe from a cooling facility such as a chiller connected to the outside of the apparatus,
It is possible to control the temperature of the wafer during etching to a temperature equal to or lower than room temperature. As an example, under the following conditions, SiO 2
Etching of the two- layer insulating film 2 was performed.

【0034】 c−C4 8 流量 45SCCM O2 流量 25SCCM(エッチン
グ・ガス中の含量比35%) ガス圧 2.0Pa RFパワー密度 2.0W/cm2 (13.
56MHz) 磁場強度 1.50×10-2T(=150G) ウェハ温度 −30℃(エタノール系冷
媒使用)
C-C 4 F 8 flow rate 45 SCCM O 2 flow rate 25 SCCM (content ratio in etching gas 35%) Gas pressure 2.0 Pa RF power density 2.0 W / cm 2 (13.
56MHz) Magnetic field strength 1.50 × 10 -2 T (= 150G) Wafer temperature -30 ° C (using ethanol-based refrigerant)

【0035】このエッチング過程では、c−C4 8
ら解離生成する大量のCFx + およびF* により高速エ
ッチングが進行し、第1の接続孔2aと第2の接続孔2
bが形成された。このとき、c−C4 8 やレジスト・
マスク3に由来する炭素系ポリマーが側壁保護膜(図示
せず。)を形成することにより、高異方性も確保され
た。ただし、エッチング・ガスに炭素が添加されている
ことにより、開口径の小さい第1の接続孔2aの内部に
おいて炭素系ポリマーが過剰に堆積したり、側壁面がテ
ーパー化することはなかった。つまり,マイクロローデ
ィング効果が抑制され、開口径の異なるパターンの内部
でもほぼ等しい速度でエッチングが進行した。また、上
記のエッチング条件ではウェハが低温冷却され、F*
反応性が低下しているので、下地の下層配線1が露出し
た後もその表面が浸食されることはなかった。
In this etching process, high-speed etching proceeds due to a large amount of CF x + and F * generated by dissociation from cC 4 F 8 , and the first connection hole 2 a and the second connection hole 2
b was formed. At this time, c-C 4 F 8 and resist
The carbon-based polymer derived from the mask 3 forms a side wall protective film (not shown), thereby ensuring high anisotropy. However, since carbon was added to the etching gas, the carbon-based polymer was not excessively deposited inside the first connection hole 2a having a small opening diameter, and the side wall surface was not tapered. That is, the microloading effect was suppressed, and etching proceeded at substantially the same speed inside patterns having different opening diameters. Further, under the above-described etching conditions, the wafer was cooled at a low temperature and the reactivity of F * was lowered, so that the surface of the underlying lower wiring 1 was not eroded even after the underlying lower wiring 1 was exposed.

【0036】最終的には、図1(c)に示されるよう
に、第1の接続孔2aと第2の接続孔2bが共に良好な
異方性形状をもって形成された。また、上記の程度のO
2 添加量では、レジスト・マスク3の膜厚が大幅に減少
したり、パターン・エッジが後退することはなかった。
Finally, as shown in FIG. 1C, both the first connection hole 2a and the second connection hole 2b were formed with good anisotropic shapes. In addition, the above-mentioned O
With the addition amount of 2, the film thickness of the resist mask 3 did not significantly decrease and the pattern edge did not recede.

【0037】実施例2 本実施例では、同じくホール加工において、c−C4
8 /O2 混合ガスを用いたSiO2 層間絶縁膜のエッチ
ングをジャストエッチング工程とオーバーエッチング工
程の2段階に分け、後者の工程でO2 の含量比を相対的
に減じて選択性をより一層向上させた例である。このプ
ロセスを、図1(a),(b),(c)を参照しながら
説明する。
Embodiment 2 In this embodiment, c-C 4 F
The etching of the SiO 2 interlayer insulating film using the 8 / O 2 mixed gas is divided into two steps, a just etching step and an over etching step, and the selectivity is further reduced by relatively reducing the O 2 content ratio in the latter step. This is an example of improvement. This process will be described with reference to FIGS. 1 (a), (b) and (c).

【0038】まず、図1(a)に示すウェハをマグネト
ロンRIE装置にセットし、一例として下記の条件でS
iO2 層間絶縁膜2をジャストエッチングした。 c−C4 8 流量 45SCCM O2 流量 25SCCM(エッチング
・ガス中の含量比35%) ガス圧 2.0Pa RFパワー密度 2.0W/cm2 (13.5
6MHz) 磁場強度 1.5×10-2T ウェハ温度 0℃ このジャストエッチング工程におけるエッチング機構
は、ほぼ実施例1で上述したとおりである。ジャストエ
ッチングの終点判定は、777nmにおけるSiF*
発光スペクトル強度が変化し始めた時点で行った。この
時点は、たとえば図1(b)に示されるように、第2の
接続孔2bが完成され、第1の接続孔2aの底面にSi
2 層間絶縁膜2の残余部2cが若干残った状態に対応
している。
First, the wafer shown in FIG. 1A was set in a magnetron RIE apparatus, and as an example, S
The iO 2 interlayer insulating film 2 was just etched. c-C 4 F 8 flow rate 45 SCCM O 2 flow rate 25 SCCM (content ratio in etching gas: 35%) Gas pressure 2.0 Pa RF power density 2.0 W / cm 2 (13.5)
6 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 −2 T Wafer temperature 0 ° C. The etching mechanism in this just etching step is almost as described in the first embodiment. The end point of the just etching was determined when the emission spectrum intensity of SiF * at 777 nm started to change. At this time, as shown in FIG. 1B, for example, the second connection hole 2b is completed, and the bottom surface of the first connection hole 2a is
This corresponds to a state in which the remaining portion 2c of the O 2 interlayer insulating film 2 slightly remains.

【0039】そこで、エッチング条件を一例として下記
の条件に切り換え、残余部2cを除去するためのオーバ
ーエッチングを行った。 c−C4 8 流量 45SCCM O2 流量 5SCCM(エッチング
・ガス中の含量比10%) ガス圧 2.0Pa RFパワー密度 1.2W/cm2 (13.5
6MHz) 磁場強度 1.5×10-2T ウェハ温度 0℃ このオーバーエッチング工程では、O2 の含量比を減少
させることにより炭素系ポリマーの堆積をローディング
効果を助長しない程度に高め、かつRFパワー密度を低
下させて入射イオン・エネルギーを低減させた。これに
より、図1(c)に示されるように、下層配線1に対す
る選択性を高め、ダメージを低下させた条件で残余部2
cを除去することができた。
Therefore, the etching conditions were switched to the following conditions as an example, and over-etching was performed to remove the remaining portion 2c. c-C 4 F 8 flow rate 45 SCCM O 2 flow rate 5 SCCM (content ratio in etching gas 10%) Gas pressure 2.0 Pa RF power density 1.2 W / cm 2 (13.5)
6 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 −2 T Wafer temperature 0 ° C. In this over-etching step, the O 2 content ratio is reduced to increase the deposition of the carbon-based polymer to such an extent that the loading effect is not promoted, and the RF power is increased. The density was reduced to reduce the incident ion energy. Thereby, as shown in FIG. 1C, the selectivity to the lower wiring 1 is increased and the remaining portion 2 is reduced under the condition that the damage is reduced.
c could be removed.

【0040】このように、ウェハ冷却温度を実施例1ほ
ど低温域としなくても、2段階エッチングにより良好な
高異方性,高選択性エッチングを行うことができた。
As described above, excellent high anisotropy and high selectivity etching could be performed by two-step etching without setting the wafer cooling temperature to a low temperature range as in the first embodiment.

【0041】実施例3 本実施例は、同じくホール加工において、ジャストエッ
チング工程ではc−C4 8 /O2 混合ガス、オーバー
エッチング工程ではc−C4 8 /C2 4 混合ガスを
用いてSiO2 層間絶縁膜をエッチングした例である。
まず、図1(a)に示されるウェハをマグネトロンRI
E装置にセットし、実施例2と同じ条件でSiO2 層間
絶縁膜2をジャストエッチングした。この工程では、高
速エッチングが進行した。ジャストエッチング終了時の
ウェハの状態は、図1(b)に示されるとおりである。
Embodiment 3 In this embodiment, similarly, in the hole processing, a c-C 4 F 8 / O 2 mixed gas is used in the just etching step, and a c-C 4 F 8 / C 2 H 4 mixed gas is used in the over-etching step. This is an example in which the SiO 2 interlayer insulating film is etched by using the method.
First, the wafer shown in FIG.
The apparatus was set in the E apparatus, and the SiO 2 interlayer insulating film 2 was just etched under the same conditions as in Example 2. In this step, high-speed etching proceeded. The state of the wafer at the end of the just etching is as shown in FIG.

【0042】次に、一例として下記の条件でオーバーエ
ッチングを行った。 c−C4 8 流量 46SCCM C2 4 流量 4SCCM ガス圧 2.0Pa RFパワー密度 1.0W/cm2 (13.5
6MHz) 磁場強度 1.5×10-2T ウェハ温度 0℃ このオーバーエッチング工程では、堆積性のC2 4
添加されているので炭素系ポリマーの堆積が促進され
た。したがって、異方性加工に必要な入射イオン・エネ
ルギーを実施例2のオーバーエッチング工程よりもさら
に下げることができた。また、C2 4 から生成するH
* がF* の一部を捕捉してHF(フッ化水素)の形で系
外へ除去した。したがって、下層配線1に対して極めて
選択性が高く、ダメージの少ないエッチングを行うこと
ができた。
Next, as one example, over-etching was performed under the following conditions. c-C 4 F 8 flow rate 46 SCCM C 2 H 4 flow rate 4 SCCM gas pressure 2.0 Pa RF power density 1.0 W / cm 2 (13.5
6 MHz) Magnetic field intensity 1.5 × 10 −2 T Wafer temperature 0 ° C. In this overetching step, the deposition of carbon-based polymer was promoted by the addition of C 2 H 4 , which is a deposit. Therefore, the incident ion energy required for anisotropic processing could be further reduced as compared with the over-etching step of the second embodiment. In addition, H generated from C 2 H 4
* Captured part of F * and removed it out of the system in the form of HF (hydrogen fluoride). Therefore, etching with very high selectivity to the lower wiring 1 and less damage could be performed.

【0043】実施例4 本実施例は、同じくホール加工において、ジャスト・エ
ッチング工程ではc−C4 8 /O2 混合ガス、オーバ
ーエッチング工程ではc−C4 8 /H2 S混合ガスを
用い、低汚染化を図った例である。まず、図1(a)に
示すウェハをマグネトロンRIE装置にセットし、実施
例2と同じ条件でSiO2 層間絶縁膜2をジャストエッ
チングした。
Embodiment 4 In this embodiment, similarly, in the hole processing, a c-C 4 F 8 / O 2 mixed gas is used in the just etching step, and a c-C 4 F 8 / H 2 S mixed gas is used in the over-etching step. This is an example of reducing pollution. First, the wafer shown in FIG. 1A was set in a magnetron RIE apparatus, and the SiO 2 interlayer insulating film 2 was just etched under the same conditions as in Example 2.

【0044】次に、一例として下記の条件でオーバーエ
ッチングを行った。 C4 8 流量 46SCCM H2 S流量 4SCCM ガス圧 2.0Pa RFパワー密度 1.0W/cm2 (13.5
6MHz) 磁場強度 1.5×10-2T ウェハ温度 0℃ この工程では、異方性や選択性の確保が炭素系ポリマー
に加えてSの堆積によっても行われるため、パーティク
ル源となる炭素系ポリマーの堆積量を相対的に減少させ
ることができた。また、堆積したSは、エッチング終了
後にウェハを約90℃に加熱するか、あるいはレジスト
・マスク3をアッシングする際に、昇華もしくは燃焼に
より容易に除去することができた。エッチング・チャン
バ内に堆積したSも、同様に除去することができた。し
たがって、本実施例ではプロセスを低汚染化することが
できた。
Next, as one example, over-etching was performed under the following conditions. C 4 F 8 flow rate 46 SCCM H 2 S flow rate 4 SCCM gas pressure 2.0 Pa RF power density 1.0 W / cm 2 (13.5
6 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 −2 T Wafer temperature 0 ° C. In this step, since anisotropy and selectivity are ensured by depositing S in addition to the carbon-based polymer, the carbon-based material serving as a particle source The amount of polymer deposited could be relatively reduced. The deposited S could be easily removed by heating the wafer to about 90 ° C. after completion of the etching or sublimation or burning when ashing the resist mask 3. S deposited in the etching chamber could be removed as well. Therefore, in this example, the process could be reduced in contamination.

【0045】以上、本発明を4例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、フルオロカーボン化合物とし
て上述の実施例ではc−C4 8 を採り上げたが、これ
らに代えて、本発明者が先に特願平2−295225号
明細書で提案したC3 6 等の不飽和結合を有する鎖状
フルオロカーボン化合物、あるいは同じく先に特願平3
−40966号明細書で提案したc−C4 6 ,c−C
5 10等の不飽和もしくは飽和環状フルオロカーボン化
合物を使用しても良い。
As described above, the present invention has been described based on the four embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above embodiments as a fluorocarbon compound was taken up the c-C 4 F 8, instead of these, the present inventors have such C 3 F 6 was proposed in Japanese Patent Application No. Hei 2-295225 specification above A chain fluorocarbon compound having an unsaturated bond, or
C-C 4 F 6 , c-C proposed in the specification of US Pat.
The 5 F unsaturated or saturated cyclic fluorocarbon compounds such as 10 may be used.

【0046】酸素系化合物としては、上述のO2 の他、
3 (オゾン)、あるいはN2 O,NO2 等の各種の酸
化窒素等を使用しても良い。炭化水素化合物としては、
上述のC2 4 の他、各種の鎖状もしくは環状化合物を
使用することができる。飽和、不飽和の別は特に問われ
るものではないが、C2 4 のように不飽和結合(この
場合は2重結合)を有する化合物の方が炭素系ポリマー
の重合および堆積を促進する上で有利である。
As the oxygen-based compound, in addition to the above-mentioned O 2 ,
O 3 (ozone) or various types of nitrogen oxides such as N 2 O and NO 2 may be used. As hydrocarbon compounds,
In addition to the above C 2 H 4 , various chain or cyclic compounds can be used. Although there is no particular limitation on whether the compound is saturated or unsaturated, a compound having an unsaturated bond (in this case, a double bond) such as C 2 H 4 promotes polymerization and deposition of a carbon-based polymer. Is advantageous.

【0047】放電解離条件下でSを放出するイオウ系化
合物としては、上述のH2 Sの他、本願出願人が先に特
願平2−198045号明細書において提案したS2
2 ,SF2 ,SF4 ,S2 10等のフッ化イオウを使用
しても良い。本発明でエッチングされるシリコン化合物
層は、上述のSiO2 層間絶縁膜の他、PSG,BS
G,BPSG,AsSG,AsPSG,AsBSG等の
酸化シリコン系材料、あるいはSix y 等であっても
良い。
Examples of the sulfur-based compound which releases S under discharge dissociation conditions include the above-mentioned H 2 S and the S 2 F proposed by the present applicant in the specification of Japanese Patent Application No. 2-198045.
Sulfur fluoride such as 2 , SF 2 , SF 4 and S 2 F 10 may be used. The silicon compound layer to be etched in the present invention includes PSG, BS in addition to the above-mentioned SiO 2 interlayer insulating film.
G, BPSG, AsSG, AsPSG, silicon oxide based materials such as AsBSG or may be a Si x N y or the like.

【0048】さらに、ウェハの構成、エッチング装置の
種類、エッチング条件等は適宜変更可能であることは言
うまでもない。
Further, it goes without saying that the configuration of the wafer, the type of the etching apparatus, the etching conditions, and the like can be appropriately changed.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではエッチング反応系に酸素を補って微細なパターン
の内部における炭素系ポリマーの過剰な堆積を防止する
ことにより、マイクロローディング効果を抑制しながら
シリコン化合物層を高速にエッチングすることが可能と
なる。また、エッチングをジャストエッチング工程とオ
ーバーエッチング工程とに分け、後者の工程において堆
積物の生成を促進することにより、プロセスを高選択
化、低ダメージ化することができる。特に、堆積物とし
てSを併用する場合には、低汚染性も達成される。
As is apparent from the above description, the present invention suppresses the microloading effect by supplementing oxygen to the etching reaction system to prevent excessive deposition of the carbon-based polymer inside the fine pattern. It becomes possible to etch the silicon compound layer at a high speed. Further, by dividing the etching into a just etching step and an over-etching step and promoting the formation of deposits in the latter step, the process can be made highly selective and the damage can be reduced. In particular, when S is used in combination as a deposit, low pollution is also achieved.

【0050】本発明は、たとえば今後の微細なデザイン
・ルールにしたがって層間絶縁膜に微小な開口径を有す
る接続孔を開口する場合等に、極めて有効である。
The present invention is extremely effective, for example, when opening a connection hole having a small opening diameter in an interlayer insulating film in accordance with a future fine design rule.

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

【図1】本発明をホール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
SiO2 層間絶縁膜上にレジスト・マスクが形成された
状態、(b)はSiO2 層間絶縁膜がジャストエッチン
グされた状態、(c)はSiO2 層間絶縁膜がオーバー
エッチングされた状態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a process example in which the present invention is applied to hole processing in the order of steps, (a) is a state in which a resist mask is formed on an SiO 2 interlayer insulating film, and (b) is (C) shows a state where the SiO 2 interlayer insulating film is just etched, and (c) shows a state where the SiO 2 interlayer insulating film is over-etched.

【図2】c−C4 8 に対するO2 の添加量を変化させ
た場合のSiO2 層とフォトレジスト層のエッチング速
度の変化を比較して示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a comparison between changes in the etching rates of an SiO 2 layer and a photoresist layer when the amount of O 2 added to cC 4 F 8 is changed.

【図3】従来のホール加工における問題点を説明するた
めの概略断面図であり、(a)はSiO2 層間絶縁膜上
にレジスト・マスクが形成された状態、(b)は開口径
の小さい接続孔においてエッチング速度の低下と側壁面
のテーパー化が生じた状態、(c)は開口径の大きい接
続孔の底面において下層配線の浸食が生じた状態をそれ
ぞれ表す。
3A and 3B are schematic cross-sectional views for explaining a problem in the conventional hole processing. FIG. 3A is a state in which a resist mask is formed on an SiO 2 interlayer insulating film, and FIG. FIG. 3C shows a state in which the etching rate is reduced and the side wall surface is tapered in the connection hole, and FIG. 4C shows a state in which the lower wiring is eroded at the bottom surface of the connection hole having a large opening diameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・下層配線 2 ・・・SiO2 層間絶縁膜 2a・・・第1の接続孔 2b・・・第2の接続孔 2c・・・(SiO2 層間絶縁膜の)残余部 3 ・・・レジスト・マスク 3a・・・第1の開口部 3b・・・第2の開口部1 ... lower wiring 2 ... SiO 2 interlayer insulating film 2a ... first connection hole 2b ... second connection hole 2c ... (the SiO 2 interlayer insulating film) remainder 3 ... Resist mask 3a first opening 3b second opening

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一般式Cm Fn (ただしm,nは原子数
を示す自然数であり、m≧2,n≦2mの条件を満足す
る。)で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構
成元素として有する酸素系化合物とを含むエッチング・
ガスを用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を越
えない深さまでエッチングするジャストエッチング工程
と、 前記フルオロカーボン化合物に対する前記酸素系化合物
の含有量比を前記ジャストエッチング工程よりも減じて
なるエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合物層の
残余部をエッチングするオーバーエッチング工程とを有
し、 被エッチング基板温度を室温以下に制御しつつ各エッチ
ング工程を行うことを特徴とするドライエッチング方
法。
1. A fluorocarbon compound represented by the general formula Cm Fn (where m and n are natural numbers indicating the number of atoms and satisfy the conditions of m ≧ 2 and n ≦ 2m), and oxygen as a constituent element. Etching containing an oxygen-based compound having
A just etching step of etching the silicon compound layer to a depth substantially not exceeding the thickness of the silicon compound layer using a gas, and an etching method in which the content ratio of the oxygen-based compound to the fluorocarbon compound is reduced as compared with the just etching step. An over-etching step of etching the remaining portion of the silicon compound layer using a gas, wherein each etching step is performed while controlling the temperature of the substrate to be etched at room temperature or lower.
【請求項2】 一般式Cm Fn (ただしm,nは原子数
を示す自然数であり、m≧2,n≦2mの条件を満足す
る。)で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構
成元素として有する酸素系化合物とを含むエッチング・
ガスを用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を越
えない深さまでエッチングするジャストエッチング工程
と、 前記フルオロカーボン化合物と炭化水素系化合物とを含
むエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合物層の残
余部をエッチングするオーバーエッチング工程とを有
し、 被エッチング基板温度を室温以下に制御しつつ各エッチ
ング工程を行うことを特徴とするドライエッチング方
法。
2. A fluorocarbon compound represented by the general formula Cm Fn (where m and n are natural numbers indicating the number of atoms and satisfy the conditions of m ≧ 2 and n ≦ 2m), and oxygen as a constituent element. Etching containing an oxygen-based compound having
A just etching step of etching the silicon compound layer to a depth not exceeding substantially the thickness of the silicon compound layer using a gas, and a remaining portion of the silicon compound layer using an etching gas containing the fluorocarbon compound and the hydrocarbon compound. A dry etching method comprising: performing an etching step while controlling the temperature of a substrate to be etched to a room temperature or lower.
【請求項3】 一般式Cm Fn (ただしm,nは原子数
を示す自然数であり、m≧2,n≦2mの条件を満足す
る。)で表されるフルオロカーボン化合物と、酸素を構
成元素として有する酸素系化合物とを含むエッチング・
ガスを用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を越
えない深さまでエッチングするジャストエッチング工程
と、 前記フルオロカーボン化合物と放電解離条件下でSを生
成し得るイオウ系化合物とを含むエッチング・ガスを用
いて前記シリコン化合物層の残余部をエッチングするオ
ーバーエッチング工程とを有し、 被エッチング基板温度を室温以下に制御しつつ各エッチ
ング工程を行うことを特徴とするドライエッチング方
法。
3. A fluorocarbon compound represented by the general formula Cm Fn (where m and n are natural numbers indicating the number of atoms and satisfy the conditions of m ≧ 2 and n ≦ 2m), and oxygen as a constituent element. Etching containing an oxygen-based compound having
A just etching step of etching the silicon compound layer to a depth substantially not exceeding its thickness using a gas, and an etching gas containing the fluorocarbon compound and a sulfur-based compound capable of generating S under discharge dissociation conditions. An over-etching step of etching the remaining portion of the silicon compound layer using the etching method, wherein each etching step is performed while controlling the temperature of the substrate to be etched to room temperature or lower.
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