JP3225559B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3225559B2
JP3225559B2 JP30128191A JP30128191A JP3225559B2 JP 3225559 B2 JP3225559 B2 JP 3225559B2 JP 30128191 A JP30128191 A JP 30128191A JP 30128191 A JP30128191 A JP 30128191A JP 3225559 B2 JP3225559 B2 JP 3225559B2
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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
炭素系ポリマー以外の物質で側壁保護を行いながら異方
性エッチングを可能とする方法に関する。さらに本発明
は、特にたとえば多層配線プロセスにおいて段差の大き
いウェハ上で配線材料層の大幅なオーバーエッチングを
行う際にも、エッチング残渣や再付着物の発生、および
パターン断面形状の劣化等を防止する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied in the field of semiconductor device manufacturing and the like, and more particularly to a method for performing anisotropic etching while protecting a side wall with a substance other than a carbon-based polymer. Furthermore, the present invention prevents generation of etching residues and reattachment, deterioration of a pattern cross-sectional shape, and the like, even when a wiring material layer is significantly over-etched, for example, on a wafer having a large step in a multilayer wiring process. About the method.

【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、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,低汚染性等の諸要求のいずれをも犠牲
にすることなく達成する技術が強く望まれている。
2. Description of the Related Art As the integration and performance of semiconductor devices have increased as seen in recent VLSIs and ULSIs, silicon-based materials such as single crystal silicon, polycrystal silicon, refractory metal silicide, and polycide have been developed. In the etching of a material layer or an Al-based material layer, there is a strong demand for a technique that does not sacrifice any of requirements such as high anisotropy, high speed, high selectivity, and low contamination. .

【0003】たとえば、単結晶シリコンの代表的なエッ
チング・プロセスは、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ためのトレンチ加工
である。トレンチ加工では、後工程におけるトレンチの
埋め込みや容量の制御を正確に行うために、高異方性が
要求される。一方、多結晶シリコン,高融点金属シリサ
イド,ポリサイド等の代表的なエッチング・プロセス
は、ゲート電極加工である。ゲート電極加工では、パタ
ーン幅がトランジスタのソース/ドレイン領域を自己整
合的に形成す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ので、やは
り高異方性が要求される。また、薄いゲート酸化膜に対
する高選択性も要求される。
[0003] For example, a typical etching process for single crystal silicon is trench processing for forming a trench for the purpose of isolating fine elements and securing a cell capacitance area. In the trench processing, high anisotropy is required in order to accurately control the filling of the trench and the capacitance in a later step. On the other hand, a typical etching process for polycrystalline silicon, refractory metal silicide, polycide, or the like is gate electrode processing. In gate electrode processing, high anisotropy is also required because the pattern width 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. . Also, high selectivity for a thin gate oxide film is required.

【0004】さらに、Al系材料層のエッチング・プロ
セスとは、言うまでもなく各種の配線加工である。Al
系材料層のエッチングに特有の問題点としては、アフタ
ーコロージョンをいかに防止するかが挙げられる。
Further, the etching process of the Al-based material layer is, of course, various kinds of wiring processing. Al
A problem specific to the etching of the system material layer is how to prevent after-corrosion.

【0005】ところで、デバイス構造の三次元化が進行
すると必然的にウェハの表面段差が増大するが、これに
伴って近年では大幅なオーバーエッチングが要求される
ようになっている。大きな段差上では形成される各種材
料層の層厚が不均一になり易い上、ウェハ表面の形状効
果により段差の底部等の狭隘な部位ではエッチング種の
入射量の減少や、エッチング反応生成物の蒸気圧の低下
が生じ易くなる。これらの原因により、ジャスト・エッ
チングが終了した段階では、段差の底部にストリンガと
呼ばれるエッチング残渣がしばしば残存する。これを除
去するためには、オーバーエッチングが不可欠とされ
る。
[0005] By the way, as the device structure becomes more three-dimensional, the surface step of the wafer necessarily increases, and in response to this, significant over-etching has recently been required. On a large step, the thickness of the various material layers formed is likely to be non-uniform, and due to the shape effect of the wafer surface, in a narrow portion such as the bottom of the step, a decrease in the incident amount of the etching species and a decrease in the amount of etching reaction products are caused. The vapor pressure tends to decrease. Due to these causes, at the stage where the just etching is completed, an etching residue called a stringer often remains at the bottom of the step. To remove this, over-etching is indispensable.

【0006】ただし、オーバーエッチング時には、高異
方性と高選択性との両立が一般に困難となる。これは、
被エッチング面積の減少と共に相対的に過剰となったラ
ジカルがウェハの表面でマイグレーションを起こし、パ
ターン側壁部を攻撃してパターンの断面形状を劣化させ
るからである。しかし、このような異方性の低下を懸念
してイオン・アシスト反応が主体となるようなエッチン
グ条件を設定すると、今度は下地にダメージが発生した
り、あるいはスパッタされた下地がパターン側壁部に再
付着するという問題が発生する。特に酸化シリコン(S
iO2 )系の層間絶縁膜を下地としてAl系材料層のエ
ッチングを行う場合、このような下地の再付着物は残留
塩素を吸蔵してアフタコロージョンを促進する要因とな
り易いので、できるだけ再付着は防止したいところであ
る。
However, at the time of over-etching, it is generally difficult to achieve both high anisotropy and high selectivity. this is,
This is because radicals that become relatively excessive with the decrease in the area to be etched cause migration on the surface of the wafer and attack the pattern side wall to deteriorate the cross-sectional shape of the pattern. However, if the etching conditions are set such that the ion assist reaction is the main component in consideration of such a decrease in anisotropy, the underlayer may be damaged or the sputtered underlayer may be formed on the pattern side wall. The problem of redeposition occurs. In particular, silicon oxide (S
When an Al-based material layer is etched using an iO 2 ) -based interlayer insulating film as a base, such a redeposit on the base tends to occlude residual chlorine and promote after-corrosion. I want to prevent it.

【0007】上述のような問題の解決に従来から重要な
役割を果たしてきたものは、炭素系ポリマーによる側壁
保護である。シリコン系材料層のエッチングは、これま
でCFC113(C2 Cl3 3 )等に代表されるクロ
ロフルオロカーボン(CFC)ガスがエッチング・ガス
として広く用いられてきた。いわゆるフロン・ガスの一
種である上記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+ ,CFx + ,CC
x + ,Cl+ 等のイオンによるイオン・アシスト反応
の両方によりエッチングを進行させることができる。こ
の場合、放電解離条件下で生成するCFCガスのフラグ
メントが重合してプラズマ中に炭素系ポリマーが生成
し、これがウェハ表面のパターン側壁部に堆積して側壁
保護効果を発揮することにより、高異方性が達成される
のである。
What has conventionally played an important role in solving the above-mentioned problems is protection of the side wall by a carbon-based polymer. For the etching of the silicon-based material layer, a chlorofluorocarbon (CFC) gas typified by CFC113 (C 2 Cl 3 F 3 ) has been widely used as an etching gas. The CFC gas, which is a kind of so-called chlorofluorocarbon gas, has F and Cl as constituent elements in one molecule. Therefore, depending on conditions, a radical reaction due to radicals such as F * and Cl * and C + , CF x + , CC
Etching can be advanced by both ion assist reactions with ions such as l x + and Cl + . In this case, fragments of the CFC gas generated under discharge dissociation conditions polymerize to form a carbon-based polymer in the plasma, which deposits on the pattern side wall portion of the wafer surface and exerts a side wall protection effect. Anisotropy is achieved.

【0008】この炭素系ポリマーによる側壁保護を強化
すれば、高異方性と高選択性を両立させることができ
る。つまり、実用的なエッチング速度を損なわない範囲
で入射イオン・エネルギーを低下させて高選択性を達成
し、これにより起こり得る異方性の低下は側壁保護を強
化することにより回避しようとする考え方である。その
典型的な例は、第36回応用物理学関係連合講演会(1
989年春季)講演予稿集第2分冊571ページ,演題
番号1p−L−5に述べられており、タングステン・ポ
リサイド膜をC2 Cl3 3 (フロン113)/SF6
混合ガスとSiO2 マスクを用いてエッチングしてい
る。
If the protection of the side wall by the carbon-based polymer is strengthened, both high anisotropy and high selectivity can be achieved. In other words, high selectivity is achieved by lowering the incident ion energy within a range that does not impair the practical etching rate, and a possible reduction in anisotropy is to be avoided by strengthening the sidewall protection. is there. A typical example is the 36th Joint Lecture on Applied Physics (1)
(Spring, 989) is described in the 2nd volume of the proceedings of the lecture, pp. 571, Abstract No. 1p-L-5. The tungsten polycide film is made of C 2 Cl 3 F 3 (Freon 113) / SF 6
Etching is performed using a mixed gas and a SiO 2 mask.

【0009】Al系材料層の場合は、炭素系ポリマーは
レジスト・マスクから供給される。Al系材料層のエッ
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。Al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う。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保護効果を発揮するので
ある。
In the case of an Al-based material layer, the carbon-based polymer is supplied from a resist mask. The etching of the Al-based material layer is performed using a chlorine-based gas typified by a BCl 3 / Cl 2 mixed gas. Since the reaction between Al and Cl proceeds spontaneously, in order to ensure anisotropy, etching is performed by extending the mean free path of ions under conditions of low gas pressure and high bias. At this time, the resist sputtered by ions having high incident energy
The decomposition products of the mask form a carbon-based polymer, which adheres to the pattern side wall to exert a side wall protecting effect.

【0010】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。たとえば、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
ッチングおよびn+ 型多結晶シリコン層のエッチングを
行った例が報告されている。
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 Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics (Spring Annual Meeting, 1988), 495 pages of abstracts and abstract numbers 28a-G-2, the wafers were stored at −130 ° C.
In this case, the silicon trench etching and the n + -type polycrystalline silicon layer were etched using SF 6 gas.

【0011】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ことがある。
In general, in a dry etching process, unless the wafer is cooled, the temperature of the wafer rises to around 200 ° C. due to plasma radiation heat, reaction heat, and the like. May be included in low-temperature etching.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
炭素系ポリマーを側壁保護に利用する方法については、
次のような問題点が指摘されている。その第一は、シリ
コン系材料層のエッチング・ガスであるCFCガスが周
知のように地球のオゾン層破壊の一因であり、その一部
は近い将来に製造および使用が禁止される運びとなって
いることである。したがって、ドライエッチングの分野
においてもCFCガスの代替品を見出し、その効果的な
利用方法を確立することが急務となっている。
However, a method for utilizing the above-mentioned carbon-based polymer for protecting the side wall is as follows.
The following problems have been pointed out. First, the CFC gas, which is the etching gas for the silicon-based material layer, is a well-known cause of the ozone depletion of the earth, and some of them will be prohibited from being manufactured and used in the near future. That is. Therefore, it is urgently necessary to find a substitute for CFC gas in the field of dry etching and to establish an effective use method.

【0013】第二は、シリコン系材料層のエッチングに
おいて、CFCガスに含まれる炭素がSiO2 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,81〜8
4ページ等の文献に報告されている。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(257kcal
/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のである。この
ことは、薄いゲート酸化膜を下地としてゲート電極加工
を行う場合に、重大な問題となる。
The second problem is that in the etching of the silicon-based material layer, carbon contained in the CFC gas deteriorates the selectivity to the SiO 2 -based material layer. This issue was addressed in the 36th Joint Lecture on Applied Physics (1989)
Spring), Lecture Proceedings, 2nd Volume, 572 pages, Abstract No. 1p-L-7, or Monthly Semiconductor World (Press Journal), January 1990, 81-8
It is reported in literature such as four pages. When carbon is adsorbed on the surface of a SiO 2 material layer such as a gate oxide film, a C—O bond having a large interatomic bond energy (257 kcal) is formed.
/ Mole) to weaken the Si—O bond,
Alternatively, SiO 2 is reduced to Si and easily extracted by halogen-based etching species. This is a serious problem when a gate electrode is processed using a thin gate oxide film as a base.

【0014】第三は、炭素系ポリマーによるパーティク
ル汚染およびアフターコロージョンの懸念である。すな
わち、半導体装置のデザイン・ルールが今後さらに微細
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ことが十分に予想される。ま
た、特にAl系材料層のエッチングでは、パターン側壁
部に付着した炭素系ポリマーに塩素もしくは塩素系化合
物が吸蔵され、これらの残留塩素がアフターコロージョ
ンを促進する原因となってしまう。近年では、Al系材
料層にエレクトロマイグレーション対策としてCuが添
加されたり、あるいはAl系材料層がバリヤメタルや反
射防止膜等の異種材料層と積層されるなど、アフターコ
ローション防止の観点からは不利な要因が増えているの
で、炭素系ポリマーに代わる側壁保護物質が望まれると
ころである。
Third, there are concerns about particle contamination and after-corrosion by the carbon-based polymer. That is, if the design rules of semiconductor devices are further refined in the future, it is fully expected that carbon polymers deposited from the gas phase will also be a significant source of particle contamination. Further, particularly in the etching of the Al-based material layer, chlorine or a chlorine-based compound is occluded in the carbon-based polymer attached to the pattern side wall, and these residual chlorines cause after-corrosion. In recent years, Cu is added to the Al-based material layer as a countermeasure against electromigration, or the Al-based material layer is laminated with a different material layer such as a barrier metal or an antireflection film. Because of the increasing number of factors, there is a need for a sidewall protective material to replace carbon-based polymers.

【0015】CFCガス以外の堆積性のガスを使用する
ことも一部で検討されているが、今後、半導体装置のデ
ザイン・ルールの微細化がさらに進行すると、従来では
問題とならなかったような粒径のパーティクルでも、深
刻な歩留りの低下につながる虞れが大きい。
Although the use of a deposition gas other than the CFC gas has been studied in some cases, if the design rules of semiconductor devices are further refined in the future, such a problem may not occur in the past. Even with particles having a particle size, there is a great possibility that the yield will be seriously reduced.

【0016】これに対し、前述の低温エッチングは脱C
FC対策の有効な手段のひとつと期待されているが、高
異方性の達成をラジカル反応の凍結もしくは抑制のみに
頼ろうとすると、前述のように液体窒素を要するレベル
の低温冷却が必要となる。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、ウェハの冷却およ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することも懸念され、経済性
や生産性を損なう虞れが大きい。
On the other hand, the aforementioned low-temperature etching removes C
It is expected to be one of the effective means of FC measures. However, if only the freezing or suppression of the radical reaction is to be achieved to achieve high anisotropy, low-temperature cooling requiring 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, there is a concern that the cooling of the wafer and the heating until returning to the room temperature take a long time to lower the throughput, and there is a great possibility that economic efficiency and productivity may be impaired.

【0017】そこで本発明は、炭素系ポリマーに代わる
別の材料で側壁保護を行うことができ、大幅なオーバー
エッチングを行う際にも高異方性,低ダメージ性を維持
でき、しかも低汚染性で経済性に優れる実用的なドライ
エッチング方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention can protect the side wall with another material instead of the carbon-based polymer, can maintain high anisotropy and low damage even when performing large over-etching, and can reduce the contamination. It is an object of the present invention to provide a practical dry etching method which is excellent in economy.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、窒素系化合物と放電解離条件下でプラズ
マ中に遊離のイオウ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、基板上の被エッチング材料
層の表面に窒化イオウ系化合物を堆積しつつ前記基板上
の被エッチング材料層をエッチングするようにしたもの
である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an etching gas containing a nitrogen-based compound and a sulfur-based compound capable of producing free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions. In the method, the material layer to be etched on the substrate is etched while a sulfur nitride-based compound is deposited on the surface of the material layer to be etched on the substrate.

【0019】また、本発明は、被エッチング材料層が表
面に段差を有する基板上にあり、前記被エッチング材料
層のエッチングが終了した後に、前記段差の底部に残留
した前記被エッチング材料層の残渣をラジカル反応が主
体となるエッチング条件により除去する工程をさらに有
するようにしたものである。ここで、望ましくは、基板
の温度が130℃以下とされる。
The present invention is also directed to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the material layer to be etched is on a substrate having a step on the surface, and after the etching of the material layer to be etched is completed, the residue of the material layer to be etched remains at the bottom of the step. Is further removed under an etching condition in which a radical reaction is mainly performed. Here, desirably, the temperature of the substrate is set to 130 ° C. or lower.

【0020】[0020]

【作用】本発明者は、上述の目的を達成するため、次の
ような解決方針を立てた。すなわち、パーティクル汚染
を防止する観点から、側壁保護物質としてはある特定の
条件下でのみ堆積し、不要時には昇華,分解,あるいは
揮発性物質の生成等の手段のいずれかにより容易に除去
できる物質を利用する。しかも、上記側壁保護物質とし
ては、イオン衝撃や過剰なラジカルに対して十分な耐性
を有するものを選択する必要がある。また、オーバーエ
ッチングは、下地への悪影響を回避し、また段差底部の
ような狭隘な部分に残るエッチング残渣を除去するため
に、ラジカル反応が主体となる条件で行う。このとき、
過剰なラジカルの攻撃からパターン側壁部を保護する意
味からも、側壁保護物質としては高い耐性を有するもの
が必要である。
The present inventor has made the following solution in order to achieve the above object. In other words, from the viewpoint of preventing particle contamination, the side wall protective material is deposited only under a specific condition, and when unnecessary, a material which can be easily removed by any means such as sublimation, decomposition, or generation of a volatile substance. Use. Moreover, it is necessary to select a material having sufficient resistance to ion bombardment and excessive radicals as the above-mentioned side wall protective material. In addition, the overetching is performed under a condition mainly including a radical reaction in order to avoid an adverse effect on a base and to remove an etching residue remaining in a narrow portion such as a step bottom. At this time,
From the viewpoint of protecting the pattern side wall portion from the attack of excessive radicals, a material having high resistance is required as the side wall protection material.

【0021】上記の方針にしたがって検討を進める過程
で本発明者が側壁保護物質として注目した化合物は、窒
化イオウ系化合物である。上記窒化イオウ系化合物とし
ては、後述するごとく種々の化合物が知られているが、
本発明において特に優れた側壁保護効果を期待される代
表的な化合物はポリチアジル(SN)x である。(S
N)x の性質,構造等については、J.Am.Che
m.Soc.,Vol.29,p.6358〜6363
(1975)に詳述されている。常圧下では208℃、
減圧下では140〜150℃付近まで安定に存在するポ
リマー状物質であり、結晶状態ではS−N−S−N−…
の繰り返し共有結合からなる主鎖が平行に配向してい
る。したがって、この(SN)xを主体とする窒化イオ
ウ系化合物層は、F* 等の侵入を有効に阻止することが
できる。また、加速されたイオンが入射したとしても、
結合角や立体配座の変化等に由来していわゆるスポンジ
効果が発揮され、イオン衝撃を吸収もしくは緩和するこ
とができる。しかも、(SN)x は減圧下で140〜1
50℃付近まで加熱すれば容易に分解または昇華し、完
全に除去することができる。
In the course of studying in accordance with the above policy, the compound which the present inventors have noticed as a sidewall protective material is a sulfur nitride-based compound. As the sulfur nitride-based compound, various compounds are known as described below.
In the present invention, a typical compound expected to have a particularly excellent side wall protection effect is polythiazyl (SN) x . (S
N) For the properties and structure of x , see Am. Che
m. Soc. , Vol. 29, p. 6358-6363
(1975). 208 ° C under normal pressure,
It is a polymeric substance that exists stably at around 140 to 150 ° C. under reduced pressure, and in a crystalline state, SNSN-.
Are oriented parallel to each other. Therefore, the sulfur nitride-based compound layer mainly composed of (SN) x can effectively prevent the penetration of F * and the like. Also, even if accelerated ions enter,
A so-called sponge effect is exhibited due to a change in the bond angle or conformation, and the ion impact can be absorbed or reduced. Moreover, (SN) x is 140 to 1 under reduced pressure.
When heated to around 50 ° C., it can be easily decomposed or sublimated and completely removed.

【0022】本発明では、この(SN)x を生成させる
ために、窒素系化合物と放電解離によりプラズマ中に遊
離のイオウを生成し得るイオウ系化合物とを含むエッチ
ング・ガスを使用する。これは、両化合物の反応により
気相中に窒化イオウ系化合物を生成させ、これをウェハ
の表面に堆積させて側壁保護を行わせるためである。す
なわち、最も単純に考えれば、窒素系化合物の放電解離
によりプラズマ中に生成したNと、イオウ系化合物の放
電解離によりプラズマ中に生成したSとが結合して、ま
ずチアジル(N≡S)が形成される。このチアジルは、
酸素類似体である一酸化窒素(NO)の構造から類推さ
れるごとく不対電子を持っており、容易に重合して(S
N)2 ,(SN)4 ,さらには(SN)n を生成する。
(SN)2 は20℃付近で容易に重合して(SN)4
よび(SN)n を生成し、自身は30℃付近で分解す
る。(SN)4 は融点178℃,分解温度206℃の環
状物質である。(SN)x は化学的に安定で130℃ま
では分解しない。したがって、おおよそウェハ温度が1
30℃以下に制御されていれば、(SN)x はウェハ上
で安定に存在できる。
In the present invention, in order to generate (SN) x , an etching gas containing a nitrogen-based compound and a sulfur-based compound capable of generating free sulfur in plasma by discharge dissociation is used. This is because a reaction of both compounds generates a sulfur nitride-based compound in the gas phase and deposits the compound on the surface of the wafer to protect the side wall. That is, in the simplest case, N generated in the plasma by the discharge dissociation of the nitrogen-based compound and S generated in the plasma by the discharge dissociation of the sulfur-based compound combine to form thiazyl (N≡S) first. It is formed. This thiazil
It has unpaired electrons as inferred from the structure of nitric oxide (NO), which is an oxygen analog, and easily polymerizes (S
N) 2 , (SN) 4 , and (SN) n .
(SN) 2 readily polymerizes at around 20 ° C. to produce (SN) 4 and (SN) n , which itself decomposes at around 30 ° C. (SN) 4 is a cyclic substance having a melting point of 178 ° C. and a decomposition temperature of 206 ° C. (SN) x is chemically stable and does not decompose up to 130 ° C. Therefore, when the wafer temperature is approximately 1
If the temperature is controlled to 30 ° C. or lower, (SN) x can be stably present on the wafer.

【0023】この他、プラズマ中にF* ,Cl* ,Br
* 等のハロゲン・ラジカルが存在している場合には、上
記(SN)x のS原子上にハロゲン原子が結合したハロ
ゲン化チアジルも生成し得る。また、F* の生成量を制
御するために水素系ガスが添加されている場合には、チ
アジル水素も生成し得る。さらに、条件によってはS4
2 (融点23℃),S112 (融点150〜155
℃),S152 (融点137℃),S162 (融点12
2℃)等のように分子内のS原子数とN原子数が不均衡
な環状窒化イオウ化合物、あるいはこれら環状窒化イオ
ウ化合物のN原子上にH原子が結合したS7 NH(融点
113.5℃),1,3−S6 (NH)2 (融点130
℃),1,4−S6(NH)2 (融点133℃),1,
5−S6 (NH)2 (融点155℃),1,3,5−S
5 (NH)3 (融点124℃),1,3,6−S5 (N
H)3 (融点131℃),S4 (NH)4 (融点145
℃)等のイミド型の化合物等も生成可能である。
In addition, F * , Cl * , Br in the plasma
When a halogen radical such as * exists, a thiazyl halide in which a halogen atom is bonded to the S atom of the above (SN) x can also be formed. When a hydrogen-based gas is added to control the amount of F * generated, thiazyl hydrogen may also be generated. Further, depending on conditions, S 4
N 2 (melting point 23 ° C.), S 11 N 2 (melting point 150-155)
° C), S 15 N 2 (melting point 137 ° C), S 16 N 2 (melting point 12
(2 ° C.), etc., in which the number of S atoms and the number of N atoms in the molecule are unbalanced, or S 7 NH in which H atoms are bonded to N atoms of these cyclic sulfur nitride compounds (melting point: 113.5). ℃), 1,3-S 6 ( NH) 2 ( melting point 130
° C), 1,4-S 6 (NH) 2 (melting point 133 ° C),
5-S 6 (NH) 2 (melting point: 155 ° C.), 1,3,5-S
5 (NH) 3 (melting point 124 ° C), 1,3,6-S 5 (N
H) 3 (melting point 131 ° C.), S 4 (NH) 4 (melting point 145)
C) can also be produced.

【0024】上述の窒化イオウ系化合物はすべて、通常
のドライエッチング装置のウェハ載置電極上における温
度条件下では、ウェハ上で安定に存在することができ、
ラジカルによる攻撃からパターン側壁部を保護するに十
分な側壁保護膜を形成する。本願の第1の発明では、窒
化イオウ系化合物の堆積過程とエッチング過程とが競合
する系でエッチングを行うことにより、高異方性加工が
可能となる。
All of the above-mentioned sulfur nitride-based compounds can be stably present on the wafer under the temperature condition on the wafer mounting electrode of a normal dry etching apparatus.
A sidewall protective film sufficient to protect the pattern sidewall from attack by radicals is formed. In the first aspect of the present invention, highly anisotropic processing can be performed by performing etching in a system in which the deposition process of the sulfur nitride-based compound and the etching process compete with each other.

【0025】また、本発明は、上述のようなエッチング
を行った後、さらに段差の底部に残留した被エッチング
材料層の残渣をラジカル反応が主体となるエッチング条
件により除去する工程を含むが、窒化イオウ系化合物の
側壁保護効果が極めて優れているので、既に形成された
パターンの異方性形状が損なわれるおそれはない。しか
も、窒化イオウ系化合物は、ウェハをおおよそ130℃
以上に加熱すれば分解する。あるいは、通常のOプラ
ズマ・アッシングによりレジスト・マスクを除去する際
に、昇華、燃焼もしくは分解反応により該レジスト・マ
スクと同時に除去することもできる。このときの反応生
成物はN,NO,SO等の気体、もしくはSの固
体蒸気であり、何らパーティクル汚染の原因となるもの
ではない。
In addition, the present invention includes a step of removing the residue of the material layer to be etched remaining on the bottom of the step under the etching conditions mainly involving a radical reaction after the above-described etching is performed. Since the side wall protecting effect of the sulfur compound is extremely excellent, there is no possibility that the anisotropic shape of the already formed pattern is impaired. In addition, the sulfur nitride-based compound heats the wafer at approximately 130 ° C.
Decomposes when heated above. Alternatively, when the resist mask is removed by ordinary O 2 plasma ashing, it can be removed simultaneously with the resist mask by sublimation, combustion or decomposition reaction. The reaction product at this time is a gas such as N 2 , NO x , SO x , or solid vapor of S, and does not cause any particle contamination.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0027】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 Cl2 /N2 混合ガスを用いて多結晶シリコン
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。本実施例でエッチング・サンプ
ルとしたウェハは、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厚さ約0.3μmの多
結晶シリコン層3が積層され、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4が形成され
てなるものである。ここで、上記レジスト・マスク4
は、たとえばノボラック系ポジ型フフォトレジスト材料
(東京応化工業社製;商品名TSMR−V3)の塗膜に
対してg線露光および現像処理を行うことにより、約
0.5μmのパターン幅に形成した。
Embodiment 1 This embodiment is an example in which the first invention of the present application is applied to processing of a gate electrode, and a polycrystalline silicon layer is etched using an S 2 Cl 2 / N 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, a wafer used as an etching sample in this embodiment is a gate oxide film 2 made of SiO 2 on a single crystal silicon substrate 1.
And a polycrystalline silicon layer 3 having a thickness of about 0.3 μm containing an n + -type impurity is laminated thereon, and a resist mask 4 patterned in a predetermined shape is formed thereon. Here, the resist mask 4
Is formed to a pattern width of about 0.5 μm by performing g-line exposure and development processing on a coating film of a novolak-based positive photoresist material (trade name: TSMR-V3, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). did.

【0028】次に、上記多結晶シリコン層3をエッチン
グするため、上記のウェハを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
極にセットした。上記ウェハ載置電極は冷却配管を内蔵
しており、装置外部に設置されるチラー等の冷却設備か
ら適当な冷媒の供給を受けることにより、ウェハを所定
の温度に冷却できるようになされている。ここではエタ
ノール冷媒を使用した。エッチング条件の一例を下記に
示す。
Next, in order to etch the polycrystalline silicon layer 3, the wafer was set on a wafer mounting electrode of an RF bias applying type magnetic field microwave plasma etching apparatus. The wafer mounting electrode has a built-in cooling pipe, and the wafer can be cooled to a predetermined temperature by receiving a supply of an appropriate coolant from a cooling facility such as a chiller installed outside the apparatus. Here, an ethanol refrigerant was used. An example of the etching conditions is shown below.

【0029】 S2 Cl2 流量 10SCCM N2 流量 10SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 20℃S 2 Cl 2 flow rate 10 SCCM N 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C.

【0030】ここで、上記S2 Cl2 は、本発明者が先
に特願平3−210516号明細書においてシリコン系
材料層もしくはAl系材料層のエッチンク・ガスとして
提案した塩化イオウのひとつであり、極めて有効な脱C
FC対策を提供するものである。S2 Cl2 から生成す
るCl* は、多結晶シリコン層3の主エッチング種とし
て寄与し、このラジカル反応がSFx + ,S+ ,N+
のイオンによりアシストされる機構でエッチングが進行
した。一方、S2 Cl2 から生成するSとN2 とが反応
して(SN)x 等の窒化イオウ系化合物がプラズマ中に
生成した。これらの窒化イオウ系化合物は、20℃に維
持されたウェハの表面のうち、イオンの垂直入射が原理
的に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を形成した。この結果、
良好な異方性形状を有するゲート電極3aが形成され
た。
Here, S 2 Cl 2 is one of the sulfur chlorides which the present inventor previously proposed as an etching gas for a silicon-based material layer or an Al-based material layer in Japanese Patent Application No. 3-210516. Yes, very effective de-C
It provides FC measures. Cl * generated from S 2 Cl 2 contributes as a main etching species of the polycrystalline silicon layer 3, and etching proceeds by a mechanism in which this radical reaction is assisted by ions such as SF x + , S + , and N + . . On the other hand, S generated from S 2 Cl 2 and N 2 reacted to generate sulfur nitride-based compounds such as (SN) x in the plasma. These sulfur nitride-based compounds are deposited on the side walls of the pattern in which normal incidence of ions does not occur in principle on the surface of the wafer maintained at 20 ° C., and FIG.
Was formed as shown in FIG. As a result,
The gate electrode 3a having a good anisotropic shape was formed.

【0031】なお、N2 は、自身が生成するN* により
2 2 から生成するF* の一部を捕捉してNF3 等の
形で系外へ除去し、エッチング反応系のS/F比を高め
て窒化イオウ系化合物の生成を促進することにも寄与し
ている。上述のプロセスでは、高選択性も達成された。
これは、レジスト・マスク4の上面やゲート酸化膜2の
露出面等のイオンの垂直入射面において、窒化イオウ系
化合物の堆積とスパッタ除去とが競合するので、エッチ
ング速度が大幅に低下するからである。また、気相中か
らの生成物を側壁保護に利用しているため、異方性加工
に必要な入射イオン・エネルギーが低減できているから
である。本実施例において、レジスト・マスクに対する
選択比は約10、ゲート酸化膜に対する選択比は約30
であった。
N 2 captures a part of F * generated from S 2 F 2 by N * generated by itself and removes it out of the system in the form of NF 3 or the like. It also contributes to increasing the F ratio to promote the production of sulfur nitride-based compounds. In the above process, high selectivity was also achieved.
This is because the deposition rate of the sulfur nitride-based compound and the sputter removal compete on the vertically incident surface of the ions such as the upper surface of the resist mask 4 and the exposed surface of the gate oxide film 2, so that the etching rate is greatly reduced. is there. In addition, since the product from the gas phase is used for protecting the side wall, the incident ion energy required for anisotropic processing can be reduced. In this embodiment, the selectivity for the resist mask is about 10, and the selectivity for the gate oxide is about 30.
Met.

【0032】次に、ウェハをプラズマ・アッシング装置
に移設し、通常のO2 プラズマ・アッシングを行う条件
でレジスト・マスク4を除去した。この工程では、プラ
ズマ輻射熱や反応熱による加熱効果に加えてO* による
直接的な燃焼反応が起こるので、図1(c)に示される
ように、窒化イオウ系化合物からなる側壁保護膜5は分
解,燃焼,昇華等の機構によりNOx,N2 ,SOx
S等の形で速やかに除去された。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はなかった。
Next, the wafer was transferred to a plasma ashing apparatus, and the resist mask 4 was removed under conditions for performing ordinary O 2 plasma ashing. In this step, a direct combustion reaction due to O * occurs in addition to the heating effect of plasma radiation heat or reaction heat, so that as shown in FIG. 1 (c), the sidewall protective film 5 made of a sulfur nitride-based compound is decomposed. NO x , N 2 , SO x ,
It was quickly removed in the form of S or the like. Therefore, no particle contamination occurred on the wafer.

【0033】あるいは、窒化イオウ系化合物の多くは1
50℃程度に加熱すれば分解するので、まずウェハを加
熱して側壁保護膜5を除去してからO2 プラズマ・アッ
シングによりレジスト・マスク4を除去するようにして
も良い。なお、本発明では、エッチング中に生成する窒
化イオウ系化合物をエッチング装置内部に過剰に堆積さ
せない対策を施しておくと、極めてクリーンなプロセス
を実現することができる。たとえば、エッチング・チャ
ンバの内壁部等のように、ウェハ温度に直接影響を与え
ないエッチング装置の内部部材を、内蔵ヒータ等により
150℃以上に加熱しておくことは、パーティクル汚染
を防止するための有効な手段である。
Alternatively, most of the sulfur nitride compounds are 1
If the wafer is heated to about 50 ° C., it will be decomposed, so the wafer may be heated first to remove the side wall protective film 5 and then the resist mask 4 may be removed by O 2 plasma ashing. In the present invention, an extremely clean process can be realized by taking measures to prevent the sulfur nitride-based compound generated during etching from being excessively deposited inside the etching apparatus. For example, by heating an internal member of an etching apparatus that does not directly affect the wafer temperature, such as an inner wall portion of an etching chamber, to 150 ° C. or more by a built-in heater or the like, it is necessary to prevent particle contamination. It is an effective means.

【0034】実施例2 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 Cl2 /N2 /H2 S混合ガスを用いて多結晶
シリコン層をエッチングした例である。このプロセス
を、前出の図1(a)に加えて図2を参照しながら説明
する。本実施例でサンプルとして使用したウェハは、図
1(a)に示したものと同じである。このウェハを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、一例として下記の条件で多結晶シリ
コン層3をエッチングした。
Embodiment 2 This embodiment is an example in which the first invention of the present application is applied to processing of a gate electrode, and a polycrystalline silicon layer is etched using a mixed gas of S 2 Cl 2 / N 2 / H 2 S. is there. This process will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG. The wafer used as a sample in this embodiment is the same as that shown in FIG. This wafer is RF
The polycrystalline silicon layer 3 was etched under the following conditions, as set in a bias-applied magnetic field microwave plasma etching apparatus.

【0035】 S2 Cl2 流量 10SCCM N2 流量 10SCCM H2 S流量 3SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 20℃S 2 Cl 2 flow rate 10 SCCM N 2 flow rate 10 SCCM H 2 S flow rate 3 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C.

【0036】上記のエッチング条件では、実施例1で使
用したエッチング・ガスの組成にH2 Sが添加されてい
る。このH2 Sは、自身が放出するH* でCl* を捕捉
すると同時に遊離のSも放出し、エッチング反応系の見
掛け上のS/X比〔S原子数とハロゲン(X)原子数の
比〕を効率的に上昇させることに寄与している。このた
め、図2に示されるように、(SN)x を主体とする側
壁保護膜5の形成が促進され、ゲート電極3bの断面形
状はテーパー化した。
Under the above etching conditions, H 2 S is added to the composition of the etching gas used in the first embodiment. This H 2 S captures Cl * with H * released by itself and releases free S at the same time. The apparent S / X ratio of the etching reaction system [the ratio of the number of S atoms to the number of halogen (X) atoms] ] Is efficiently increased. For this reason, as shown in FIG. 2, the formation of the sidewall protective film 5 mainly composed of (SN) x was promoted, and the cross-sectional shape of the gate electrode 3b was tapered.

【0037】このように、本発明では窒化イオウ系化合
物の堆積量を制御することにより、形成されるパターン
の断面形状を変化させることも可能である。たとえば、
上述のようなテーパー化をCCDの製造工程において1
層目ポリシリコン層に対して行えば、層間絶縁膜の段差
被覆性(ステップ・カバレッジ)が改良され、2層目以
降のポリシリコン層のエッチング時にストリンガの発生
を防止することが容易となる。
As described above, in the present invention, it is possible to change the sectional shape of the formed pattern by controlling the amount of the sulfur nitride-based compound deposited. For example,
The above-described tapering is performed in the manufacturing process of the CCD.
If performed on the second polysilicon layer, the step coverage of the interlayer insulating film is improved, and it becomes easy to prevent the generation of stringers at the time of etching the second and subsequent polysilicon layers.

【0038】実施例3 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 2 /N2 混合ガスおよびS2 Br2 /N2
合ガスを用いた2段階エッチングによりタングステン・
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3を参照しながら説明する。
Embodiment 3 In this embodiment, the first invention of the present application is applied to processing of a gate electrode, and two-step etching using a mixed gas of S 2 F 2 / N 2 and a mixed gas of S 2 Br 2 / N 2 is performed. With tungsten
This is an example in which a polycide film is etched. This process will be described with reference to FIG.

【0039】本実施例で使用したウェハは、図3(a)
に示されるように、単結晶シリコン基板11上にSiO
2 からなるゲート酸化膜12を介してポリサイド膜15
が積層され、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16が形成されてなるものであ
る。ここで、上記ポリサイド膜15は、下層側から順に
n型不純物を含有する厚さ約0.1μmの多結晶シリコ
ン層13と厚さ約0.1μmのタングステン・シリサイ
ド(WSix )層14とが順次積層されたものである。
The wafer used in this embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG.
A polycide film 15 through a gate oxide film 12 of
Are laminated, and a resist mask 16 patterned in a predetermined shape is further formed thereon. Here, the polycide film 15, and the lower-side thickness of about 0.1μm polysilicon layer 13 and the thickness of about 0.1μm tungsten silicide of containing n-type impurity in this order from the (WSi x) layer 14 These are sequentially laminated.

【0040】上記のウェハを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
例として下記の条件で、まず上層側の上記WSix 層1
4をエッチングした。 S2 2 流量 10SCCM N2 流量 10SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 20℃
[0040] Set the above wafer RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, for example, under the following conditions, firstly the upper layer side of the WSi x layer 1
4 was etched. S 2 F 2 flow rate 10 SCCM N 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature 20 ° C.

【0041】ここで、上記S2 2 は、本発明者が先に
特願平3−210516号明細書においてシリコン系材
料層等のエッチングに使用したフッ化イオウのひとつで
ある。S2 2 から生成するF* は、WSix 層14の
主エッチング種として寄与し、このラジカル反応がSF
x + ,S+ 等のイオンによりアシストされる機構でエッ
チングが進行する。また、前述の機構にもとづいて窒化
イオウ系化合物による側壁保護膜17が形成された。こ
の結果、図3(b)に示されるように、良好な異方性形
状を有するWSix パターン14aが形成された。
Here, S 2 F 2 is one of the sulfur fluorides used by the present inventor for etching a silicon-based material layer and the like in Japanese Patent Application No. 3-210516. The F * generated from S 2 F 2, and serve as main etching species WSi x layer 14, the radical reaction is SF
Etching proceeds by a mechanism assisted by ions such as x + and S + . Further, the sidewall protective film 17 made of the sulfur nitride-based compound was formed based on the above-described mechanism. As a result, as shown in FIG. 3 (b), WSi x pattern 14a having a highly anisotropic shape was formed.

【0042】ところで、WSix 層のエッチングには従
来からF系ガスが使用されているが、これはCl系ガス
やBr系ガスでは生成するWClx やWBrx の蒸気圧
が低く、エッチングが進行しないか、あるいは進行して
もこれらの生成物の過剰な付着により異方性エッチング
が困難となるからである。しかし、F系ガスを用いる場
合、F* による異方性低下が大きな障害となるため、従
来はCFCガスに由来する炭素系ポリマーで側壁保護を
行うか、あるいは−60℃にも及ぶウェハの低温冷却を
行って高異方性を確保していたわけである。
By the way, although the etching of the WSi x layer is F-based gas it has been conventionally used, which is a Cl-based gas and Br-based gas low vapor pressure of WCl x and WBr x to generate, etching progresses This is because anisotropic etching becomes difficult due to excessive attachment of these products even if they do not proceed. However, when an F-based gas is used, a decrease in the anisotropy due to F * is a major obstacle. Therefore, conventionally, sidewall protection is performed using a carbon-based polymer derived from a CFC gas, or a wafer having a low temperature of -60 ° C. This was to ensure high anisotropy by cooling.

【0043】これに対して本発明では、窒化イオウ系化
合物による強固な側壁保護膜17が常温付近で容易に形
成できるため、従来よりも遙かに実用的なエッチング・
プロセスが実現する。
On the other hand, in the present invention, since the strong side wall protective film 17 made of the sulfur nitride-based compound can be easily formed at around room temperature, it is possible to perform etching much more practically than before.
The process is realized.

【0044】次に、下層側の多結晶シリコン層13をエ
ッチングするため、エッチング条件を一例として下記の
ように切り換えた。 S2 Br2 流量 10SCCM N2 流量 10SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W RFバイアス・パワー 30W(400kHz) ウェハ温度 20℃ ここで、エッチング・ガス組成のうちS2 2 をS2
2 に変更したのは、エッチング反応系からF* を排除
し、S2 Br2 から生成するBr* を主エッチング種と
することにより、下地のゲート酸化膜12に対する選択
性を向上させるためである。窒化イオウ系化合物の生成
機構は上述のとおりである。この結果、図3(c)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1
5aが形成された。図中、エッチング後の各材料層パタ
ーンは、エッチング前の各材料層の符号に添字aを付し
て表示してある。
Next, in order to etch the lower polycrystalline silicon layer 13, the etching conditions were switched as follows as an example. S 2 Br 2 flow rate 10 SCCM N 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W RF bias power 30 W (400 kHz) Wafer temperature 20 ° C. Here, S 2 F 2 of the etching gas composition is changed to S 2. B
The reason for changing to r 2 is to improve the selectivity to the underlying gate oxide film 12 by excluding F * from the etching reaction system and using Br * generated from S 2 Br 2 as the main etching species. is there. The formation mechanism of the sulfur nitride-based compound is as described above. As a result, as shown in FIG. 3C, the gate electrode 1 having a favorable anisotropic shape is formed.
5a was formed. In the drawing, each material layer pattern after etching is indicated by adding a suffix a to the code of each material layer before etching.

【0045】ここまでのプロセスにおいて、レジスト・
マスク16に対する選択比は約8、ゲート酸化膜12に
対する選択比は約100であった。対レジスト選択比が
実施例1よりもやや低下しているのは、WSix 層14
のエッチング時にS2 2 から生成するF* によりレジ
スト・マスク16が若干エッチングされたからである。
In the process up to this point, the resist
The selectivity for the mask 16 was about 8, and the selectivity for the gate oxide film 12 was about 100. The selectivity to the resist is slightly lower than that of Example 1, WSi x layer 14
This is because the resist mask 16 is slightly etched by F * generated from S 2 F 2 at the time of etching.

【0046】最後に、O2 プラズマ・アッシングを行っ
たところ、図3(d)に示されるように、レジスト・マ
スク16と側壁保護膜17とが除去された。このとき、
何らパーティクル汚染は発生しなかった。
Finally, when O 2 plasma ashing was performed, the resist mask 16 and the side wall protective film 17 were removed as shown in FIG. At this time,
No particle contamination occurred.

【0047】実施例4 本実施例は、本願の第2の発明をSRAMのビット線加
工に適用し、S2 2 /N2 混合ガスを用いてタングス
テン・ポリサイド膜をジャスト・エッチング状態までエ
ッチングした後、SF6 ガスを用いてオーバーエッチン
グを行うことにより残渣を除去した例である。このプロ
セスを、図4ないし図7を参照しながら説明する。
Embodiment 4 In this embodiment, the second invention of the present application is applied to bit line processing of an SRAM, and a tungsten polycide film is etched to a just-etched state using an S 2 F 2 / N 2 mixed gas. After that, the residue is removed by performing over-etching using SF 6 gas. This process will be described with reference to FIGS.

【0048】図4は、エッチング前のウェハの一構成例
を示す概略断面図である。すなわち、予めシャロー・ト
レンチ型の素子分離領域22が形成された単結晶シリコ
ン基板21上にSiO2 からなるゲート酸化膜を介して
1層目ポリサイド膜によるワード線25が形成されてい
る。このワード線25は下層側の多結晶シリコン層23
と上層側のWSix 層24とが積層されてなるものであ
る。さらに、ウェハの全面はたとえばCVDによりSi
2 を堆積させることにより形成された層間絶縁膜26
に被覆されており、その上には2層目ポリサイド膜29
が形成されている。この2層目ポリサイド膜29は下層
側の多結晶シリコン層27と上層側のWSix 層28と
が積層されてなるものであり、ビット線の一部を構成す
る。さらに、上記2層目ポリサイド膜29の上には、レ
ジスト・マスク30が形成されている。このレジスト・
マスク30は、たとえばウェハの表面段差を吸収できる
厚さに化学増幅系ネガ型3成分系フォトレジスト(シプ
レー社製;商品名SAL−601)を塗布し、KrFエ
キシマ・レーザ・ステッパを使用して選択露光を行った
後、アルカリ現像処理を経て形成されたものである。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of a wafer before etching. That is, a word line 25 of a first polycide film is formed on a single crystal silicon substrate 21 on which a shallow trench type element isolation region 22 is formed in advance via a gate oxide film made of SiO 2 . The word line 25 is connected to the lower polycrystalline silicon layer 23.
And the WSi x layer 24 of the upper side in which are stacked. Further, the entire surface of the wafer is made of Si
Interlayer insulating film 26 formed by depositing O 2
And a second layer of polycide film 29 thereon.
Are formed. The second layer polycide film 29 are those with the lower layer side of the polycrystalline silicon layer 27 and the upper side of the WSi x layer 28 are laminated to form a part of the bit line. Further, a resist mask 30 is formed on the second layer polycide film 29. This resist
The mask 30 is formed, for example, by applying a chemically amplified negative type three-component photoresist (manufactured by Shipley; trade name: SAL-601) to a thickness capable of absorbing the surface step of the wafer, and using a KrF excimer laser stepper. After the selective exposure, it is formed through an alkali developing treatment.

【0049】上述のウェハを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
例として下記の条件で上記2層目ポリサイド膜29をエ
ッチングした。 S2 2 流量 35SCCM N2 流量 15SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 100W(2MHz) ウェハ温度 −30℃ このエッチング過程では、図5に示されるように、2層
目ポリサイド膜29のエッチングは側壁保護膜31の形
成を伴いながら異方的に進行した。この結果、ほぼ垂直
壁を有するビット線29aが形成された。なお、パター
ニング後の各材料層は、もとの符号(数字)に添字aを
付けて表記してある。
The above-mentioned wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the second polycide film 29 was etched under the following conditions. S 2 F 2 flow rate 35 SCCM N 2 flow rate 15 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 100 W (2 MHz) Wafer temperature −30 ° C. This etching process is shown in FIG. As described above, the etching of the second polycide film 29 proceeded anisotropically with the formation of the sidewall protective film 31. As a result, a bit line 29a having a substantially vertical wall was formed. Each material layer after patterning is represented by adding a suffix a to the original code (number).

【0050】しかし、このウェハは大きな表面段差を有
しているため、2層目ポリサイド膜29の不要部分は完
全には除去されず、段差の底部あるいはパターンの密な
部位において残渣29bが発生していた。この残渣29
bは多結晶シリコン層27を主体としているが、場所に
よりWSix 層28の一部も含んでいる。このように残
渣29bが発生するのは、上述の部位がいずれも狭隘で
あって、エッチング種の入射確率や反応生成物の蒸気圧
が低下し易いためである。
However, since this wafer has a large surface step, an unnecessary portion of the second polycide film 29 is not completely removed, and a residue 29b is generated at the bottom of the step or at a portion where the pattern is dense. I was This residue 29
b is mainly composed of polycrystalline silicon layer 27, but also includes a portion of the WSi x layer 28 by location. The residue 29b is generated as described above because the above-mentioned portions are all narrow, and the incidence probability of the etching species and the vapor pressure of the reaction product are easily reduced.

【0051】そこで、上記残渣29bを除去するため、
エッチング条件を一例として下記のように変更した。 SF6 流量 50SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 0W ここでは、ラジカル反応が主体となるエッチング条件を
設定している。すなわち、SF6 はフッ化イオウの中で
も最もS/F比が低く、1分子から大量のF* を生成さ
せる。この大量のF* により、図6に示されるように、
残渣29bは速やかに除去された。このとき、前述のジ
ャスト・エッチングまでの工程で形成された側壁保護膜
31が、ラジカルの側方攻撃あるいはイオンの入射に対
して化学的にも物理的にも極めて優れた耐性を示すの
で、ビット線29aの断面形状が劣化することはなかっ
た。しかも、RFバイアス・パワーが印加されていない
ので、発散磁界以外にはウェハ方向へイオンを加速する
要因がなく、下地である層間絶縁膜26がスパッタ・ア
ウトされてパターン側壁部に再付着することもなかっ
た。
Therefore, in order to remove the residue 29b,
The etching conditions were changed as follows as an example. SF 6 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 0 W Here, the etching conditions in which a radical reaction is mainly set are set. That is, SF 6 has the lowest S / F ratio among sulfur fluorides and generates a large amount of F * from one molecule. Due to this large amount of F * , as shown in FIG.
Residue 29b was quickly removed. At this time, the side wall protective film 31 formed in the steps up to the above-described just etching exhibits extremely excellent chemical and physical resistance to the lateral attack of radicals or the incidence of ions. The cross-sectional shape of the line 29a did not deteriorate. In addition, since no RF bias power is applied, there is no factor other than the diverging magnetic field for accelerating ions toward the wafer, and the underlying interlayer insulating film 26 is sputtered out and reattached to the pattern side wall. There was no.

【0052】この後、ウェハをプラズマ・アッシング装
置に移送し、通常の条件にしたがってO2 プラズマ・ア
ッシングを行った。この結果、図7に示されるように、
レジスト・マスク30が除去されると同時に側壁保護膜
31も分解もしくは燃焼し、N2 ,NOx ,SOx ,S
等の形で除去された。
Thereafter, the wafer was transferred to a plasma ashing apparatus, and O 2 plasma ashing was performed under ordinary conditions. As a result, as shown in FIG.
At the same time as the resist mask 30 is removed, the side wall protective film 31 is also decomposed or burned, and N 2 , NO x , SO x , S
And so on.

【0053】実施例5 本実施例は、前述の実施例4に続いて本発明を同じくS
RAMのビット線加工に適用し、S2 Cl2 /N2 混合
ガスを用いてAl系配線材料層をジャスト・エッチング
状態までエッチングした後、Cl2/SF6 混合ガスを
用いてオーバーエッチングを行うことにより残渣を除去
した例である。このプロセスを、図8ないし図11を参
照しながら説明する。
Embodiment 5 This embodiment is similar to the embodiment 4 described above, except that the present invention
The present invention is applied to bit line processing of a RAM, and after an Al-based wiring material layer is etched to a just-etched state using an S 2 Cl 2 / N 2 mixed gas, over-etching is performed using a Cl 2 / SF 6 mixed gas. This is an example in which the residue is removed. This process will be described with reference to FIGS.

【0054】図8は、エッチング前のウェハの一構成例
を示す概略断面図である。すなわち、前述の図7に示す
ウェハの全面にSiO2 からなる層間絶縁膜32が形成
され、ビット線29aに臨んでビア・ホール32aが開
口されている。該ビア・ホール32aは、たとえば選択
CVD法により成長されたタングステン・プラグ層33
により平坦に埋め込まれている。さらに、スパッタリン
グ法により全面に厚さ約0.5μmのAl系配線材料層
34が被着形成され、その上には、レジスト・マスク3
5が形成されている。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of a wafer before etching. That is, an interlayer insulating film 32 made of SiO 2 is formed on the entire surface of the wafer shown in FIG. 7, and a via hole 32a is opened facing the bit line 29a. The via hole 32a is formed, for example, by a tungsten plug layer 33 grown by selective CVD.
Buried flat. Further, an Al-based wiring material layer 34 having a thickness of about 0.5 μm is formed on the entire surface by sputtering, and a resist mask 3 is formed thereon.
5 are formed.

【0055】ここで、上記Al系配線材料層34は前述
の2層目ポリサイド膜29からなるビット線29aと共
に最終的なビット線を構成する部分であり、低抵抗化を
図るために厚さ約0.4μmのAl−1%Si層を主体
としている。実際には、このAl−1%Si層と層間絶
縁膜32との間に厚さ約0.1μmのTiWバリヤメタ
ルが介在されているが、図面上では簡略化するためにA
l−1%Si層とTiWバリヤメタルとを一体化し、単
層膜状のAl系配線材料層34として表した。
Here, the Al-based wiring material layer 34 constitutes a final bit line together with the bit line 29a comprising the above-mentioned second-layer polycide film 29, and has a thickness of about The main component is a 0.4 μm Al-1% Si layer. Actually, a TiW barrier metal having a thickness of about 0.1 μm is interposed between the Al-1% Si layer and the interlayer insulating film 32, but in FIG.
The 1-1% Si layer and the TiW barrier metal were integrated and represented as a single-layer Al-based wiring material layer 34.

【0056】また、上記レジスト・マスク35は、たと
えばノボラック系ポジ型フォトレジスト(東京応化工業
社製;商品名TSMR−V3)を塗布し、g線により選
択露光を行った後、アルカリ現像処理を経て形成された
ものである。
The resist mask 35 is coated with, for example, a novolak positive photoresist (TSMR-V3, trade name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), and is selectively exposed to g-rays. It was formed through the process.

【0057】このウェハをRFバイアス印加型の有磁場
マイク波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例と
して下記の条件で上記Al配線材料層34をエッチング
した。 S2 Cl2 流量 80SCCM N2 流量 20SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 100W(2MHz) ウェハ温度 25℃ 上述の条件では、S2 Cl2 から生成するCl* が主エ
ッチング種となってAl系配線材料層34のエッチング
が進行する一方、前述の機構にしたがって(SN)n
パターン側壁部に堆積した。
This wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the Al wiring material layer 34 was etched under the following conditions. S 2 Cl 2 flow rate 80 SCCM N 2 flow rate 20 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 100 W (2 MHz) Wafer temperature 25 ° C. Under the above conditions, generated from S 2 Cl 2 While the etching of the Al-based wiring material layer 34 progressed with Cl * as the main etching species, (SN) n was deposited on the pattern side wall according to the mechanism described above.

【0058】上述の機構により、図9に示されるよう
に、Al系配線材料層34のエッチングは側壁保護膜3
6の形成を伴いながら異方的に進行し、ほぼ垂直壁を有
するビット線34aが形成された。しかしこのとき、A
l系配線材料層34の不要部分は完全には除去されず、
段差の底部あるいはパターンの密な部位において残渣3
4bが発生していた。この残渣34bは、TiWバリヤ
メタルを主体としているが、場所によりAl−1%Si
層の一部も含んでいる。
By the above-mentioned mechanism, as shown in FIG.
6, the bit line 34a having an almost vertical wall was formed. But at this time, A
Unnecessary portions of the l-system wiring material layer 34 are not completely removed,
Residue 3 at the bottom of the step or in a dense part of the pattern
4b had occurred. The residue 34b is mainly composed of a TiW barrier metal, but may be Al-1% Si depending on the location.
It also includes some of the layers.

【0059】そこで、上記残渣34bを除去するため、
エッチング条件を一例として下記のように変更した。 Cl2 流量 50SCCM SF6 流量 50SCCM ガス圧 1.3Pa(10mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 0W ここでは、Cl2 から生成するCl* がAlとTiを塩
化物の形で除去し、またSF6 から生成するF* がWを
フッ化物の形で除去することにそれぞれ寄与し、図10
に示されるように、残渣34bが速やかに除去された。
このとき、前述のジャスト・エッチングまでの工程で形
成された側壁保護膜36が強固な側壁保護効果を有する
ため、ビット線34aの断面形状が劣化することはなか
った。
Therefore, in order to remove the residue 34b,
The etching conditions were changed as follows as an example. Cl 2 flow rate 50 SCCM SF 6 flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa (10 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 0 W Here, Cl * generated from Cl 2 converts Al and Ti into chloride. 10 and the F * generated from SF 6 contributes to the removal of W in the form of fluoride.
As shown in the figure, the residue 34b was promptly removed.
At this time, the cross-sectional shape of the bit line 34a did not deteriorate because the sidewall protective film 36 formed in the steps up to the above-described just etching has a strong sidewall protective effect.

【0060】しかも、RFバイアス・パワーが印加され
ていないので、下地の層間絶縁膜32がスパッタ・アウ
トされてパターン側壁部に再付着することもなかった。
このことは、Al系材料層のパターニングにおいて特に
重要である。それは、再付着物が形成されなければ、残
留塩素がその内部に吸蔵されることもなく、アフタコロ
ージョン耐性が大幅に向上するからである。
Moreover, since no RF bias power was applied, the underlying interlayer insulating film 32 was not sputtered out and re-adhered to the pattern side wall.
This is particularly important in patterning the Al-based material layer. This is because if no re-deposits are formed, the residual chlorine is not occluded therein, and the after-corrosion resistance is greatly improved.

【0061】最後に、ウェハをプラズマ・アッシング装
置に移送し、通常の条件にしたがってO2 プラズマ・ア
ッシングを行った。この結果、図11に示されるよう
に、レジスト・マスク35が除去されると同時に側壁保
護膜36も昇華、分解もしくは燃焼除去された。
Finally, the wafer was transferred to a plasma ashing apparatus, and O 2 plasma ashing was performed under ordinary conditions. As a result, as shown in FIG. 11, at the same time as the resist mask 35 was removed, the sidewall protective film 36 was also sublimated, decomposed, or burned off.

【0062】以上、本発明を5つ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
ものではなく、たとえば放電解離条件下でプラズマ中に
遊離のSを生成し得るイオウ系化合物としては、被エッ
チング材料層の種類に応じて他の化合物を使用すること
もできる。たとえば被エッチング材料層がシリコン系化
合物である場合には、上述のS2 2 の他にもSF2
SF4 ,S2 10等のフッ化イオウ、S3 Cl2 ,S2
Cl2 ,SCl2 等の塩化イオウ、S3 Br2 ,S2
2 ,SBr2 等の臭化イオウ、あるいはSOF2 ,S
OCl2 ,SOBr2 等を使用することができる。被エ
ッチング材料層がAl系化合物である場合には、上記の
化合物のうちFを構成元素とする化合物を除外すれば使
用することができる。
Although the present invention has been described based on the five embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, free S is generated in plasma under discharge dissociation conditions. As the sulfur-based compound to be obtained, other compounds can be used depending on the type of the material layer to be etched. For example, when the material layer to be etched is a silicon-based compound, in addition to S 2 F 2 , SF 2 ,
SF 4, S 2 F 10 fluoride such as sulfur, S 3 Cl 2, S 2
Sulfur chloride such as Cl 2 , SCl 2 , S 3 Br 2 , S 2 B
sulfur bromide such as r 2 , SBr 2 , or SOF 2 , S
OCl 2 , SOBr 2 or the like can be used. In the case where the material layer to be etched is an Al-based compound, it can be used as long as a compound containing F as a constituent element is excluded from the above compounds.

【0063】一方、窒素系化合物としては、上述のN2
の他にもN2 2 ,NF3 ,NCl3 ,NBr3 ,NO
2 等を使用することができる。NH3 は上記イオウ系化
合物と反応して除去が困難な硫化アンモニウムを副生す
るので、好ましくない。また、エッチング反応系の見掛
け上のS/X比を上昇させるための化合物として、上記
実施例2ではH2 Sを使用したが、これ以外にもH2
シラン系化合物等を使用することができる。特に、シラ
ン系化合物を使用する場合には、放電解離条件下で生成
するH* とSi* が共にX* (ハロゲン・ラジカル)の
捕捉に寄与するので、大きなS/X比の上昇効果が期待
できる。
On the other hand, as the nitrogen compound, the above-mentioned N 2
Besides, N 2 H 2 , NF 3 , NCl 3 , NBr 3 , NO
2 etc. can be used. NH 3 is not preferable because it reacts with the above-mentioned sulfur-based compound to produce ammonium sulfide which is difficult to remove. Although H 2 S was used in Example 2 as a compound for increasing the apparent S / X ratio of the etching reaction system, H 2 ,
A silane compound or the like can be used. In particular, when a silane compound is used, H * and Si * generated under discharge dissociation conditions both contribute to trapping of X * (halogen radical), so a large increase in the S / X ratio is expected. it can.

【0064】さらに、スパッタリング効果,冷却効果,
希釈効果を得る目的でエッチング・ガスにHe,Ar等
の希ガスを添加しても良い。
Further, a sputtering effect, a cooling effect,
A rare gas such as He or Ar may be added to the etching gas for the purpose of obtaining a dilution effect.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のドライエッチング方法によれば、従来の炭素系ポリ
マーに代わり窒化イオウ系化合物を利用して側壁保護を
行うことができる。したがって、シリコン系化合物層の
エッチングに関しては有効な脱CFC対策を提供するこ
とができ、またAl系材料層のエッチングに関しては対
レジスト選択性やアフターコロージョン耐性を向上させ
ることができる。しかも、窒化イオウ系化合物は通常の
ドライエッチング装置のウェハ載置電極上における温度
条件下でウェハ上に堆積可能であり、また炭素系ポリマ
ーに比べて低汚染性である。さらに、上記窒化イオウ系
化合物の側壁保護効果が極めて良好であるため、ラジカ
ル・モードで大幅なオーバーエッチングを行う際にも、
高異方性,低ダメージ性を維持することができる。
As is clear from the above description, according to the dry etching method of the present invention, sidewall protection can be performed using a sulfur nitride-based compound instead of a conventional carbon-based polymer. Therefore, an effective countermeasure against de-CFC can be provided for the etching of the silicon-based compound layer, and the selectivity to resist and after-corrosion resistance can be improved for the etching of the Al-based material layer. In addition, the sulfur nitride-based compound can be deposited on the wafer under the temperature condition on the wafer mounting electrode of a normal dry etching apparatus, and has a lower contamination property than the carbon-based polymer. Furthermore, since the sulfur nitride-based compound has a very good side wall protection effect, even when performing a large overetching in the radical mode,
High anisotropy and low damage can be maintained.

【0066】したがって、本発明は微細なデザイン・ル
ールにもとづいて設計され、高集積度および高性能を有
する半導体装置の製造に好適であり、その産業上の価値
は極めて大きい。
Therefore, the present invention is designed based on fine design rules, is suitable for manufacturing a semiconductor device having a high degree of integration and high performance, and its industrial value is extremely large.

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

【図1】本発明を多結晶シリコン・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)は多結晶シリコン層の上にレジスト
・マスクが形成された状態、(b)は多結晶シリコン層
のエッチングによりゲート電極が形成された状態、
(c)はレジスト・マスクと側壁保護膜が除去された状
態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a process example in which the present invention is applied to processing of a polycrystalline silicon gate electrode in the order of steps, and FIG. 1 (a) shows a state in which a resist mask is formed on a polycrystalline silicon layer. (B) shows a state in which the gate electrode is formed by etching the polycrystalline silicon layer,
(C) shows a state in which the resist mask and the sidewall protective film have been removed, respectively.

【図2】本発明を多結晶シリコン・ゲート電極加工に適
用した他のプロセス例において、側壁保護膜の過剰な堆
積によりテーパー形状を有するゲート電極が形成された
状態を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a gate electrode having a tapered shape is formed by excessive deposition of a side wall protective film in another process example in which the present invention is applied to polycrystalline silicon gate electrode processing.

【図3】本発明をポリサイド・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)はポリサイド膜の上にレジスト・マスク
が形成された状態、(b)はWSix 層がエッチングさ
れた状態、(c)は多結晶シリコン層のエッチングによ
りゲート電極が形成された状態、(d)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表す。
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing a process example in which the present invention is applied to polycide gate electrode processing in the order of the steps, wherein FIG. 3A is a state in which a resist mask is formed on a polycide film, and FIG. respectively represent a state where the WSi x layer is etched, (c) a state where the gate electrode by etching the polycrystalline silicon layer is formed, (d) is a state where the resist mask and side wall protective film is removed.

【図4】本発明をSRAMのビット線加工に適用したプ
ロセス例において、2層目ポリサイド膜の上にレジスト
・マスクが形成された状態を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a resist mask is formed on a second polycide film in a process example in which the present invention is applied to bit line processing of an SRAM.

【図5】図4の2層目ポリサイド膜がパターニングさ
れ、残渣が形成された状態を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a residue is formed by patterning the second polycide film of FIG. 4;

【図6】図5の残渣が除去された状態を示す概略断面図
である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a state in which the residue of FIG. 5 has been removed.

【図7】図6のレジスト・マスクおよび側壁保護膜が除
去された状態を示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a state where the resist mask and the side wall protective film of FIG. 6 have been removed.

【図8】本発明をSRAMのビット線加工に適用したプ
ロセス例において、Al系配線材料層の上にレジスト・
マスクが形成された状態を示す概略断面図である。
FIG. 8 is a process example in which the present invention is applied to bit line processing of an SRAM;
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a state where a mask is formed.

【図9】図8の配線材料層がパターニングされ、残渣が
形成された状態を示す概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state where the wiring material layer of FIG. 8 is patterned and residues are formed.

【図10】図9の残渣が除去された状態を示す概略断面
図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a state where the residue of FIG. 9 has been removed.

【図11】図10のレジスト・マスクおよび側壁保護膜
が除去された状態を示す概略断面図である。
11 is a schematic cross-sectional view showing a state where the resist mask and the side wall protective film of FIG. 10 have been removed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,21 ・・・単結晶シリコン基板 2,12 ・・・ゲート酸化膜 3,13,23,27・・・多結晶シリコン層 3a ・・・(多結晶シリコン層によ
る)ゲート電極 4,16,30,35・・・レジスト・マスク 5,17,31,36・・・側壁保護膜 14,24,28 ・・・WSix 層 15a ・・・(ポリサイド膜による)ゲ
ート電極 25 ・・・ワード線 26,32 ・・・層間絶縁膜 29 ・・・2層目ポリサイド膜 29a ・・・(2層目ポリサイド膜によ
る)ビット線 29b ・・・(2層目ポリサイド膜の)
残渣 34 ・・・Al系配線材料層 34a ・・・(Al系配線材料層によ
る)ビット線 34b ・・・(Al系配線材料層の)残
1,11,21 single crystal silicon substrate 2,12 gate oxide film 3,13,23,27 polycrystalline silicon layer 3a gate electrode (by polycrystalline silicon layer) 4, 16,30,35 ... resist mask 5,17,31,36 ... sidewall protective film 14,24,28 ··· WSi x layer 15a ... (according polycide film) gate electrode 25 ... Word line 26, 32 ... interlayer insulating film 29 ... second layer polycide film 29a ... (by second layer polycide film) Bit line 29b ... (of second layer polycide film)
Residue 34 ... Al-based wiring material layer 34a ... Bit line (by Al-based wiring material layer) 34b ... Residue (of Al-based wiring material layer)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 窒素系化合物と放電解離条件下でプラズ
マ中に遊離のイオウ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、基板上の被エッチング材料
層の表面に窒化イオウ系化合物を堆積しつつ前記基板上
の被エッチング材料層をエッチングすることを特徴とす
るドライエッチング方法。
A material to be etched on a substrate using an etching gas containing a nitrogen compound and a sulfur compound capable of generating free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions.
A dry etching method, characterized by etching a material layer to be etched on the substrate while depositing a sulfur nitride-based compound on a surface of the layer .
【請求項2】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、被エッチング材料層は表面に段差を有する基板
上にあり、前記被エッチング材料層のエッチングが終了
した後に、前記段差の底部に残留した前記被エッチング
材料層の残渣をラジカル反応が主体となるエッチング条
件により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. The dry etching method according to claim 1,
The material layer to be etched is a substrate having a step on the surface.
And the etching of the material layer to be etched is completed.
The dry etching method which is characterized in that after, a step of the residues of the etched material layer remaining on the bottom of the stepped radical reaction is removed by etching conditions consisting mainly.
【請求項3】 請求項1又は2記載のドライエッチング
方法において、基板の温度を130℃以下とすることを
特徴とするドライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein the temperature of the substrate is set to 130 ° C. or less.
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