JP3246145B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3246145B2
JP3246145B2 JP32741093A JP32741093A JP3246145B2 JP 3246145 B2 JP3246145 B2 JP 3246145B2 JP 32741093 A JP32741093 A JP 32741093A JP 32741093 A JP32741093 A JP 32741093A JP 3246145 B2 JP3246145 B2 JP 3246145B2
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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】本発明はドライエッチング方法に
関し、特にたとえば,高融点金属ポリサイド層をエッチ
ングして高融点金属ポリサイドゲート電極・配線を形成
する際に必要な入射イオンエネルギを低減することによ
り、対下地および対レジストマスクとの選択比を向上さ
せ、かつパーティクル汚染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, and more particularly to, for example, etching of a refractory metal polycide layer to reduce incident ion energy required when forming a refractory metal polycide gate electrode / wiring. The present invention relates to a method for improving a selectivity between a base and a resist mask and preventing particle contamination.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置のゲート電極・配
線材料としては、従来より多結晶シリコンが汎用されて
きた。近年、デザインルールがハーフミクロンからクォ
ータミクロンのレベルへと微細化されつつあり、かつ高
集積メモリ装置等、デバイスの高速化への要求が高まる
につれ、多結晶シリコンより約1桁低い抵抗値を持つ高
融点金属シリサイドが用いられるようになりつつある。
高融点金属シリサイドを用いてゲート電極を形成する場
合には、デバイス特性や信頼性に影響を与え易いゲート
絶縁膜との界面特性を考慮して、まずゲート絶縁膜上に
従来より実績のある不純物含有多結晶シリコン(DOP
OS)層を形成し、この上部に高融点金属シリサイド層
を積層することが行われる。かかる積層構造はポリサイ
ドと総称される。高融点金属シリサイドとしてはタング
ステンシリサイド(WSix )が一般的であり、このW
Six を有するポリサイドを特にタングステンポリサイ
ド(Wポリサイド)と称する。
2. Description of the Related Art Polycrystalline silicon has been widely used as a gate electrode and wiring material for semiconductor devices such as LSIs. In recent years, the design rule has been miniaturized from half micron to quarter micron, and as the demand for high-speed devices such as highly integrated memory devices has increased, the resistance value is about one digit lower than that of polycrystalline silicon. Refractory metal silicides are being used.
When forming a gate electrode using refractory metal silicide, consider the interface characteristics with the gate insulating film, which easily affects device characteristics and reliability. Containing polycrystalline silicon (DOP)
An OS) layer is formed, and a refractory metal silicide layer is stacked thereon. Such a laminated structure is collectively called polycide. Tungsten silicide as a refractory metal silicide (WSi x) is common, this W
In particular the polycide having a Si x referred to as tungsten polycide (W polycide).

【0003】ところでポリサイド層は、異なる2種類の
材料層に対し連続的に異方性エッチングを行わなければ
ならないことから、ドライエッチングプロセスに新たな
困難をもたらした。すなわち、エッチング反応生成物で
あるハロゲン化物の蒸気圧の差に起因して下層の多結晶
シリコン層の方がエッチングレートが大きいこと、およ
び多結晶シリコン層とポリサイド層との界面に新たな反
応層が形成されること等の理由により、形成したパター
ンにアンダカットやサイドエッチ等が発生しやすいこと
である。これら形状異常は、チャンネル領域幅のシフト
や、ソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入
時に不純物の注入されないオフセット領域を発生させた
り、LDD構造実現のためのサイドウォール形成時の寸
法精度を低下させる。また配線断面積の減少による配線
抵抗の増加の問題もあり、いずれもディープ・サブミク
ロンデバイスには許容されないものである。
[0003] Incidentally, the polycide layer has brought new difficulties to the dry etching process since anisotropic etching must be continuously performed on two different types of material layers. That is, the lower polycrystalline silicon layer has a higher etching rate due to the difference in vapor pressure of the halide as an etching reaction product, and a new reaction layer is formed at the interface between the polycrystalline silicon layer and the polycide layer. For example, undercuts, side etches, and the like are likely to occur in the formed pattern due to the formation of a pattern. These shape abnormalities cause a shift in the width of the channel region, an offset region into which impurities are not implanted during ion implantation for forming the source / drain regions, and a decrease in dimensional accuracy when forming the sidewalls for realizing the LDD structure. Let it. There is also a problem of an increase in wiring resistance due to a reduction in wiring cross-sectional area, and none of these methods is acceptable for deep submicron devices.

【0004】従来より、ポリサイドのエッチングガスと
して汎用されてきたガスは、例えば月刊セミコンダクタ
ーワールド誌(プレスジャーナル社刊)1989年10
月号126〜130ページに報告されているように、フ
ロン113(C2 Cl3 3)に代表されるクロロフル
オロカーボン(CFC)ガスである。これは、分子中に
F原子とCl原子が共存するため、ラジカルモードの反
応とイオンアシストモードの反応が共に進行し、しかも
炭素系プラズマポリマが堆積して側壁保護膜を形成する
ので、高速の異方性エッチングが可能である。
Conventionally, a gas widely used as an etching gas for polycide is disclosed in, for example, Monthly Semiconductor World Magazine (Press Journal), Oct. 1989.
As reported in Monthly Pages 126 to 130, it is a chlorofluorocarbon (CFC) gas represented by Freon 113 (C 2 Cl 3 F 3 ). This is because the reaction in the radical mode and the reaction in the ion assist mode both proceed because the F atom and the Cl atom coexist in the molecule, and the carbon-based plasma polymer is deposited to form the side wall protective film. Anisotropic etching is possible.

【0005】しかしながら、CFCガスは周知のように
地球のオゾン層破壊の一因となることが指摘されてお
り、ドライエッチングの分野においても環境保全の見地
からはCFCガスの代替となりうるエッチングガスおよ
びその使用技術、すなわち脱フロンプロセスの確立が急
務となっている。
However, it has been pointed out that the CFC gas contributes to destruction of the ozone layer on the earth, as is well known, and in the field of dry etching, from the viewpoint of environmental protection, an etching gas and There is an urgent need to establish a technology for use, that is, a defluorocarbon process.

【0006】このようなデザインルールの微細化要求、
および脱フロンの観点から、近年Br系化合物を主エッ
チング種として利用する試みがある。たとえば、J.Vac.
Sci.Technol.,A8(3), May/Jun 1990, p1696 や、Digest
of Papers 1989 2nd MicroProcess Conference, p19
0、あるいは特開平02−89310号公報にはHBr
やBr2 を用いるn+ 型多結晶シリコンゲート電極エッ
チングが報告されている。Brはイオン半径が大きく、
シリコン系材料層の結晶格子や結晶粒界には容易に侵入
しない。したがって、フッ素ラジカル(以下、F* と記
す。他のラジカル種についても同様に表記する。)のよ
うにシリコン系材料層を制御性なく等方的にエッチング
する懸念は少なく、イオンアシスト機構により異方性エ
ッチングを進行させることができる。またSi−O結合
の原子間結合エネルギがSi−Br間のそれより遙かに
大きいことからも明らかなように、SiO2 からなるゲ
ート絶縁膜との高い選択比を達成しうる。さらに、レジ
ストマスクの表面を蒸気圧の低いCBrx 系ポリマで被
覆することができるので、レジストとの選択比を向上で
きる点もBr系エッチングガスの特長である。
[0006] Such a demand for finer design rules,
In recent years, there has been an attempt to use a Br-based compound as a main etching species from the viewpoint of chlorofluorocarbon removal. For example, J.Vac.
Sci.Technol. , A8 (3) , May / Jun 1990, p1696, Digest
of Papers 1989 2nd MicroProcess Conference, p19
0, or HBr in Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-89310.
N + type polycrystalline silicon gate electrode etching using Al and Br 2 has been reported. Br has a large ionic radius,
It does not easily penetrate into the crystal lattice or crystal grain boundaries of the silicon-based material layer. Therefore, there is little concern that a silicon-based material layer is isotropically etched without control like a fluorine radical (hereinafter, referred to as F *, and other radical species will be similarly described). Anisotropic etching can proceed. Further, as is clear from the fact that the interatomic bond energy of the Si—O bond is much larger than that of the Si—Br bond, a high selectivity with respect to the gate insulating film made of SiO 2 can be achieved. Further, since the surface of the resist mask can be coated with a CBr x -based polymer having a low vapor pressure, a feature of the Br-based etching gas is that the selectivity with respect to the resist can be improved.

【0007】また、他の脱フロン対策として、CFC1
13に替えてCl2 /CH2 2 混合ガス系によるWポ
リサイド層のエッチングが、例えば第52回応用物理学
会学術講演会(1991年秋期年会)講演予稿集p50
8、講演番号9a−ZF−6に報告がある。このガス系
の混合比を最適化すれば、CH2 2 に由来する炭素系
ポリマを側壁保護膜に利用し異方性エッチングが行え
る。
As another measure against CFC removal, CFC1
The etching of the W polycide layer by using a Cl 2 / CH 2 F 2 mixed gas system in place of 13 is performed, for example, in p.50 of the 52nd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics (Autumn Meeting 1991).
8. There is a report in lecture number 9a-ZF-6. By optimizing the mixing ratio of the gas, anisotropic etching can be performed using a carbon-based polymer derived from CH 2 F 2 for the side wall protective film.

【0008】さらに、ポリマ生成物の堆積による側壁保
護膜にり高異方性を図るのではなく、被エッチング基板
を低温冷却してこれを達成しようという試みも提案され
ている。いわゆる低温エッチングと呼ばれるこのプロセ
スは、被エッチング基板を0℃以下に制御することによ
り、レジストパターン下部におけるラジカル反応を凍結
あるいは抑制してアンダーカット等の形状異常を防止す
る方法である。例えば、第35回応用物理学関係連合講
演会(1988年春期年会)講演予稿集p495、講演
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基板のトレンチエッチ
ングおよびn+ 型多結晶シリコン層のエッチングをおこ
なった例が報告されている。
Further, instead of achieving high anisotropy in the sidewall protective film by depositing a polymer product, an attempt has been made to achieve this by cooling the substrate to be etched at a low temperature. This process, called so-called low-temperature etching, is a method of controlling a substrate to be etched at 0 ° C. or lower to freeze or suppress a radical reaction at a lower portion of a resist pattern to prevent a shape abnormality such as an undercut. For example, in the 35th Federation of Applied Physics-related Lectures (Spring Annual Meeting, 1988), p495, Lecture No. 28a-G-2, the wafer was cooled to −130 ° C. and silicon was formed using SF 6 gas. Examples have been reported in which trench etching of a substrate and etching of an n + -type polycrystalline silicon layer were performed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来から
脱CFCを念頭においたプロセスが提案されているもの
の、上述の各ドライエッチング方法は、それぞれ未だ解
決すべき課題が残されている。まず、HBrガスを用い
るプロセスをWポリサイド層のエッチングに適用する
と、上層のWSix のエッチング中に大量のWBrx
スパッタリングされ、これは蒸気圧が小さいのでエッチ
ングチャンバ壁面に付着し、パーティクルレベルを悪化
させる。また、基本的に反応性の小さいBr系化学種を
エッチャントとすることから、エッチングレートが低下
する問題がある。
As described above, although processes have been proposed in consideration of CFC removal in the past, each of the above-described dry etching methods still has problems to be solved. First, applying the process using HBr gas for etching the W polycide layer, it is sputtered a large amount of WBr x during the etching of the upper layer of WSi x, which is attached to the etch chamber wall since a small vapor pressure, the particle level make worse. In addition, there is a problem in that the etching rate is basically lowered because a Br-based chemical species having low reactivity is used as an etchant.

【0010】他方、Cl2 /CH2 2 混合ガス系にエ
ッチングでは、炭素系ポリマの堆積が過大になり易いと
いう問題がある。すなわち、CH2 2 は、C4 8
2Cl2 4 (CFC114)あるいはCCl4 等の
ガスに比較して反応生成物が多く、このため入射イオン
によるエッチング速度が低いことが、例えば1988年
ドライプロセスシンポジウム抄録集p74、II−8に
報告がある。したがって、CH2 2 ガスの使用はパー
ティクル汚染やエッチングレートの問題を残す虞れが大
きい。
[0010] On the other hand, when etching is performed on a Cl 2 / CH 2 F 2 mixed gas system, there is a problem that the deposition of a carbon-based polymer tends to be excessive. That is, CH 2 F 2 is C 4 F 8 ,
C 2 Cl 2 F 4 (CFC114 ) or CCl 4 and the like of the reaction product in comparison to many gases, it etching rate with this the incident ions is low, for example 1988 Dry Process Symposium Abstracts p74, II-8 Reports. Therefore, the use of CH 2 F 2 gas has a great risk of leaving problems of particle contamination and etching rate.

【0011】上記2つの方法に対し、低温エッチングは
脱CFCプロセスの有力な手段の一つと考えられる。し
かし、高異方性の達成をラジカル反応の凍結ないし抑制
のみに依存しようとすると、液体窒素による冷却を要す
る極低温レベルの温度制御が必要となる。このため、冷
却装置のメンテナンスや真空シール部の信頼性等装置面
での問題が別に発生する。また被エッチング基板の冷却
およびその後の昇温工程に長時間を要する等、スループ
ットの低下も見逃せない。
In contrast to the above two methods, low-temperature etching is considered to be one of the most effective means of the CFC removal process. However, if the achievement of high anisotropy depends only on freezing or suppression of the radical reaction, temperature control at an extremely low temperature level which requires cooling with liquid nitrogen is required. For this reason, problems on the device such as maintenance of the cooling device and reliability of the vacuum seal portion occur separately. In addition, a decrease in throughput cannot be overlooked, for example, a long time is required for the cooling of the substrate to be etched and the subsequent temperature raising step.

【0012】そこで本発明の課題は、実用的なエッチン
グレートを確保しつつ、対レジストマスク選択比、対下
地材料層選択比、高異方性および低汚染といった、並立
の困難な諸特性を高いレベルで満たし、これを現実的な
温度域で実施しうる高融点金属ポリサイド層の脱フロン
・ドライエッチング方法を提供することである。
It is therefore an object of the present invention to enhance various difficult-to-parallel characteristics such as a selectivity to a resist mask, a selectivity to a base material layer, high anisotropy and low contamination while securing a practical etching rate. It is an object of the present invention to provide a method of removing and dry-etching a refractory metal polycide layer which can be performed in a practical temperature range.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の課題を解決するために発案したもので
あり、基板上に形成されたポリサイド層を、アルコー
ル、エーテルおよびケトンのうちの少なくとも1種類の
化合物を含むエッチングガスを用いてエッチングするも
のである。
The dry etching method of the present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and comprises forming a polycide layer formed on a substrate by using at least one of alcohol, ether and ketone. The etching is performed using an etching gas containing one type of compound.

【0014】また本発明は、基板上に形成された高融点
金属ポリサイド層を、SF6 等のフッ素系ガスと、アル
コール、エーテルおよびケトンのうちの少なくとも1種
類の化合物とを含むエッチングガスを用いて、上層の高
融点金属シリサイド層をその膜厚を超えない厚さまでエ
ッチングする第1のエッチング工程と、臭素系ガスを含
むエッチングガスを用いて、前記高融点金属シリサイド
層の膜厚方向の残余部と下層の多結晶シリコン層とをエ
ッチングする第2のエッチング工程とにより、エッチン
グするものである。
Further, the present invention provides a method for forming a refractory metal polycide layer formed on a substrate by using an etching gas containing a fluorine-based gas such as SF 6 and at least one compound of alcohol, ether and ketone. A first etching step of etching the upper refractory metal silicide layer to a thickness not exceeding the thickness of the upper refractory metal silicide layer; And a second etching step of etching the lower portion and the underlying polycrystalline silicon layer.

【0015】さらに本発明は、基板上に形成された高融
点金属ポリサイド層を、SF6 等のフッ素系ガスと、ア
ルコール、エーテルおよびケトンのうちの少なくとも1
種類の化合物とを含むエッチングガスを用いて、上層の
高融点金属シリサイド層をその膜厚を実質的に超えない
厚さ迄エッチングする第1のエッチング工程と、塩素系
ガスと、アルコール、エーテルおよびケトンのうちの少
なくとも1種類の化合物とを含むエッチングガスを用い
て、高融点金属シリサイド層の膜厚方向の残余部と下層
の多結晶シリコン層とをエッチングする第2のエッチン
グ工程とにより、エッチングするものである。
Further, according to the present invention, a refractory metal polycide layer formed on a substrate is coated with a fluorine-based gas such as SF 6 and at least one of alcohol, ether and ketone.
A first etching step of etching an upper refractory metal silicide layer to a thickness substantially not exceeding its thickness using an etching gas containing a compound of the type described above, a chlorine-based gas, alcohol, ether and A second etching step of etching the remaining portion of the refractory metal silicide layer in the thickness direction and the underlying polycrystalline silicon layer using an etching gas containing at least one compound of ketones; Is what you do.

【0016】またさらに本発明は、基板上に形成した高
融点金属ポリサイド層のドライエッチング方法におい
て、放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオウ(S)
を放出しうるイオウ系化合物と、アルコール、エーテル
およびケトンのうちの少なくとも1種類の化合物とを含
むエッチングガスとを用いて、被エッチング基板上にイ
オウを堆積させながらエッチングするものである。
Further, according to the present invention, there is provided a dry etching method for a refractory metal polycide layer formed on a substrate, wherein free sulfur (S) is contained in plasma under discharge ionization conditions.
Is etched while depositing sulfur on a substrate to be etched using a sulfur-based compound capable of releasing sulfur and an etching gas containing at least one compound of alcohol, ether and ketone.

【0017】本発明で用いるところの、アルコール、エ
ーテルおよびケトンの各例としては、メタノール、エタ
ノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブ
タノール、i−ブタノール、sec−ブタノール、t−
ブタノール、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテ
ル、アセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブ
チルケトン等を単独で、あるいは組み合わせて使用する
ことが可能である。
Examples of the alcohol, ether and ketone used in the present invention include methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol and t-butanol.
Butanol, methyl ethyl ether, diethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and the like can be used alone or in combination.

【0018】本発明で用いるところの、放電電離条件下
でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるイオウ系化合
物としては、X/S比が6未満のSX系ガス(Xはハロ
ゲン元素または水素を表す)、例えばS2 Cl2 、S3
Cl2 、SCl2 等の塩化イオウガス、S2 Br2 、S
3 Br2 、SBr2 等の臭化イオウガス、S2 2 、S
2 、SF4 、S2 10等のSF6 以外のフッ化イオウ
ガス、そしてH2 Sを例示することができ、これらを単
独または組み合わせて使用できる。フッ化イオウ化合物
としてよく知られているSF6 ガスは、F/S比が6で
あり、放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放
出することはなく、本発明の趣旨には適合しない。
As the sulfur-based compound used in the present invention, which can release free sulfur into plasma under discharge ionization conditions, an SX-based gas having an X / S ratio of less than 6 (X is a halogen element or hydrogen) Represents, for example, S 2 Cl 2 , S 3
Sulfur chloride gas such as Cl 2 and SCl 2 , S 2 Br 2 , S
3 Sulfur bromide gas such as Br 2 , SBr 2 , S 2 F 2 , S
F 2, SF 4, S 2 F 10 fluoride other than SF 6, such as Iougasu, and can be exemplified H 2 S, may be used singly or in combination. SF 6 gas, which is well known as a sulfur fluoride compound, has an F / S ratio of 6, does not release free sulfur into plasma under discharge ionization conditions, and is not compatible with the spirit of the present invention. .

【0019】[0019]

【作用】本発明のポイントは、側壁保護膜として寄与す
るエッチング反応生成物である炭素系プラズマポリマの
膜質を強化することによりイオン衝撃耐性を増し、その
堆積量を減らしても充分な異方性加工を達成し、対レジ
ストパターン選択比および対下地選択比を達成すること
にある。
The point of the present invention is to enhance the film quality of the carbon-based plasma polymer, which is an etching reaction product that contributes as a side wall protective film, to increase the ion impact resistance, and to obtain a sufficient anisotropy even if the deposition amount is reduced. The purpose of the present invention is to achieve processing and achieve a selectivity ratio to a resist pattern and a selectivity ratio to a base.

【0020】本発明でエッチングガスとして使用するア
ルコール、エーテルおよびケトン(いずれも一般的な分
子式Cx y z で表記される)は、放電プラズマ中で
解離生成するC−H結合やC−O結合等、分極構造を有
する原子団がプラズマ重合生成物である炭素系プラズマ
ポリマの重合度を上昇し、イオン入射やラジカルのアタ
ックに対する耐性を高める。
Alcohols, ethers and ketones (each represented by a general molecular formula C x H y O z ) used as an etching gas in the present invention are composed of C—H bonds and C—H bonds generated by dissociation in discharge plasma. Atomic groups having a polarization structure such as O-bonds increase the degree of polymerization of the carbon-based plasma polymer which is a plasma polymerization product, and increase resistance to ion incidence and radical attack.

【0021】また、放電プラズマ中に遊離生成するH原
子やCOが、エッチング種として同時に導入したハロゲ
ンラジカルを捕捉し、炭素系プラズマポリマ中のハロゲ
ン元素濃度を低減することが可能となり、また炭素系プ
ラズマポリマ分子鎖中に上記分極構造を有する原子団が
導入される。かかる構造の炭素系プラズマポリマは、単
に -(CX)n - の繰り返し単位構造からなる従来の炭
素系プラズマポリマよりも、化学的、物理的安定性が増
すことは近年の研究から明らかになっている(ここでX
はハロゲン元素を、nは自然数をそれぞれ表す)。これ
は、2原子間の結合エネルギで比較すると、C−O結合
(1077kJ/mol)がC−C結合(607kJ/
mol)より大きいことからも支持される。
In addition, H atoms and CO released and generated in the discharge plasma capture the halogen radicals simultaneously introduced as etching species, thereby reducing the halogen element concentration in the carbon-based plasma polymer. An atomic group having the above-mentioned polarization structure is introduced into the plasma polymer molecular chain. Recent studies have revealed that the carbon-based plasma polymer having such a structure has higher chemical and physical stability than the conventional carbon-based plasma polymer having a repeating unit structure of-(CX) n-. Yes (where X
Represents a halogen element, and n represents a natural number.) Compared with the bond energy between two atoms, this indicates that the C—O bond (1077 kJ / mol) is a C—C bond (607 kJ / mol).
mol).

【0022】このように、炭素系プラズマポリマ自身の
膜質が強固なものとなることにより、異方性エッチング
に必要な入射イオンエネルギの低減が可能となり、レジ
ストマスクや下地材料層に対する選択性が向上するほ
か、下地スパッタによる側壁への再付着や、下地材料層
のプラズマダメージも少なくなる。また炭素系プラズマ
ポリマの堆積量を低減しても充分異方性加工を達成でき
るので、パーティクル汚染を減少することができる。
As described above, since the film quality of the carbon-based plasma polymer itself is strengthened, the incident ion energy required for anisotropic etching can be reduced, and the selectivity to the resist mask and the underlying material layer is improved. In addition, reattachment to the side wall due to underlayer sputtering and plasma damage to the underlayer material layer are reduced. Further, even if the deposition amount of the carbon-based plasma polymer is reduced, sufficient anisotropic processing can be achieved, so that particle contamination can be reduced.

【0023】本発明は以上のような原理を基本としてい
るが、さらに一層の異方性加工、低パーティクル汚染化
と高選択比を目指す方法をも提案する。その一つは、高
融点金属シリサイド層のエッチングと多結晶シリコン層
のエッチング時とでエッチングガス組成を切り替え、2
段階エッチングを施すものである。
The present invention is based on the above principle, but also proposes a method aiming at further anisotropic processing, low particle contamination and high selectivity. One is to switch the etching gas composition between the etching of the refractory metal silicide layer and the etching of the polycrystalline silicon layer.
Step etching is performed.

【0024】この2段階プロセスは、とくに上層の高融
点金属シリサイド層がWFx のような蒸気圧の大きなフ
ッ素系反応生成物を形成する場合を想定し、第1のエッ
チング工程においてはF* を供給することによりこの層
のエッチングレートを高め、プロセス全体のスループッ
トを高めることを意図している。またこれと共に、第2
のエッチング工程においては反応系からF* を除外し、
下層の多結晶シリコン層のアンダカットとゲート絶縁膜
に対する選択比の向上を図る。
[0024] The two-step process, especially assuming that the refractory metal silicide layer of the upper layer to form a large fluorine-based reaction product of the vapor pressure, such as WF x, a in the first etching step F * It is intended to increase the etch rate of this layer by providing and increase the overall process throughput. Also, along with this,
In the etching step, F * is excluded from the reaction system,
The undercut of the lower polycrystalline silicon layer and the improvement of the selectivity to the gate insulating film are aimed at.

【0025】このプロセスを実現するための1つの方法
は、高融点金属シリサイド層のエッチングガスとしては
前述のアルコール、エーテルおよびケトンのうちの何れ
か1種と、SF6 のようなフッ素系ガスとの混合ガスを
用い、多結晶シリコン層のエッチングガスとしては臭素
系ガスを用いる。Br系エッチャントによるエッチング
機構とメリットについては上述したとおりである。
One method for realizing this process is to use any one of the above-mentioned alcohols, ethers and ketones as an etching gas for the refractory metal silicide layer and a fluorine-based gas such as SF 6. And a bromine-based gas is used as an etching gas for the polycrystalline silicon layer. The etching mechanism and merits of the Br-based etchant are as described above.

【0026】2段階エッチングのもう1つの方法は、前
述の第2のエッチング工程において、多結晶シリコン層
のエッチングガスとして前述のアルコール、エーテルお
よびケトンのうちの何れか1種と、Cl2 のような塩素
系ガスとを含むエッチングガスを用いる。Cl系ガス
は、Cl+ のイオンアシスト効果で多結晶シリコン層の
エッチングレートを高める効果がある。このとき反応性
が向上することから懸念されるアンダカットは、前述し
た強固な側壁保護膜の強化が引き続き行われているの
で、異方性が低下する虞れはない。
Another method of the two-step etching is that, in the above-mentioned second etching step, any one of the above-mentioned alcohols, ethers and ketones is used as an etching gas for the polycrystalline silicon layer, such as Cl 2 . An etching gas containing a suitable chlorine-based gas is used. The Cl-based gas has an effect of increasing the etching rate of the polycrystalline silicon layer by the ion assist effect of Cl + . At this time, there is no fear that the anisotropy of the undercut, which is a concern due to the improvement of the reactivity, is reduced because the above-described strengthening of the strong sidewall protective film is continued.

【0027】一層の異方性加工、低パーティクル汚染化
と高選択比を目指す方法の2番目は、アルコール、エー
テルおよびケトンのうちの何れか1種に、さらに放電電
離条件下でプラズマ中に遊離のイオウ(S)を放出しう
るイオウ系化合物を添加し、被エッチング基板上にイオ
ウを堆積させながらエッチングすることである。この場
合、エッチング反応生成物である炭素系プラズマポリマ
に加え、イオウの堆積をも側壁保護膜として利用できる
ようになる。したがって、入射イオンエネルギをさらに
一層低減することがが可能となり、高選択比と低プラズ
マダメージを徹底できる。また、炭素系プラズマポリマ
の堆積量を相対的に減らすことができ、パーティクル汚
染をそれだけ減少することができる。イオウは、被エッ
チング基板温度を室温以下、たとえば25℃以下に制御
すればその表面に堆積することが可能である。しかも堆
積したイオウは、エッチング終了後、被エッチング基板
をおよそ90℃以上に加熱すれば容易に昇華除去できる
ので、被エッチング基板上に残留することがなく、イオ
ウ自体がパーティクル汚染源になることはない。
The second of the methods aiming at further anisotropic processing, low particle contamination and high selectivity is to release any one of alcohols, ethers and ketones into the plasma under discharge ionization conditions. Is to add a sulfur-based compound capable of releasing sulfur (S) and etch while depositing sulfur on the substrate to be etched. In this case, in addition to the carbon-based plasma polymer which is an etching reaction product, the deposition of sulfur can be used as the sidewall protective film. Therefore, the incident ion energy can be further reduced, and a high selectivity and low plasma damage can be achieved. Further, the deposition amount of the carbon-based plasma polymer can be relatively reduced, and the particle contamination can be reduced accordingly. Sulfur can be deposited on the surface of the substrate by controlling the temperature of the substrate to be etched to room temperature or lower, for example, 25 ° C. or lower. In addition, the deposited sulfur can be easily removed by sublimation by heating the substrate to be etched to about 90 ° C. or more after etching, so that it does not remain on the substrate to be etched, and the sulfur itself does not become a source of particle contamination. .

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0029】実施例1 本実施例は、本発明をゲート電極・配線加工に適用し、
Wポリサイド層をHBr/SF6 /CH3 OH(メタノ
ール、bp=64.6℃)混合ガスを用いてエッチング
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。
Embodiment 1 In this embodiment, the present invention is applied to gate electrode and wiring processing.
This is an example in which a W polycide layer is etched using a mixed gas of HBr / SF 6 / CH 3 OH (methanol, bp = 64.6 ° C.). This process will be described with reference to FIG.

【0030】まず、図1(a)に示すように、例えば5
インチ径のシリコン基板1上にSiO2 からなるゲート
絶縁膜2を10nm形成後、この上に高融点金属ポリサ
イド層5、さらにこの上部に所定の形状にパターニング
したレジストマスク6を形成し、これを被エッチング基
板とする。上記高融点金属ポリサイド層5は、n型不純
物をドープした厚さ100nmの多結晶シリコン層3
と、厚さ100nmの例えばWSix からなる高融点金
属シリサイド層4を順次被着積層したものである。また
上記レジストマスク6は、一例としてネガ型3成分系の
化学増幅型フォトレジスト(シプレー社製、商品名SA
L−601)を塗布し、KrFエキシマレーザ露光を施
すことにより0.35μmのパターン幅に形成した。な
お、シリコン基板1中の能動層等は図示を省略してい
る。
First, as shown in FIG.
After a gate insulating film 2 made of SiO 2 is formed to a thickness of 10 nm on a silicon substrate 1 having an inch diameter, a refractory metal polycide layer 5 is formed thereon, and a resist mask 6 patterned in a predetermined shape is formed thereon. The substrate to be etched is used. The refractory metal polycide layer 5 is a 100 nm-thick polycrystalline silicon layer 3 doped with an n-type impurity.
When is obtained by a refractory metal silicide layer 4 are sequentially deposited laminate consisting of a thickness of 100nm for example WSi x. The resist mask 6 is, for example, a negative-type three-component chemically amplified photoresist (manufactured by Shipley, trade name: SA).
L-601) was applied thereto, and subjected to KrF excimer laser exposure to form a pattern with a pattern width of 0.35 μm. The active layers and the like in the silicon substrate 1 are not shown.

【0031】つぎに、この被エッチング基板を例えば高
周波バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置にセ
ットし、レジストパターン6をマスクとして高融点金属
ポリサイド層5をエッチングする。このときのエッチン
グ条件は、例えば下記のとおりとした。 HBr流量 30 sccm SF6 流量 30 sccm CH3 OH流量 10 sccm ガス圧力 0.67 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 150 W(13.56MH
z) 基板温度 常温 なお、CH3 OHは常温では液体であるので、CH3
H容器をヒータで加熱し、気化させてエッチングチャン
バに導入する。この際、導入配管系はリボンヒータ等で
加熱し、配管内部でのCH3 OHの凝縮による結露を防
止した。
Next, the substrate to be etched is set in, for example, an ECR plasma etching apparatus of a high frequency bias application type, and the refractory metal polycide layer 5 is etched using the resist pattern 6 as a mask. The etching conditions at this time were as follows, for example. HBr flow rate 30 sccm SF 6 flow rate 30 sccm CH 3 OH flow rate 10 sccm Gas pressure 0.67 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 150 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature Room temperature Since CH 3 OH is liquid at room temperature, CH 3 O
The H container is heated by a heater, vaporized, and introduced into the etching chamber. At this time, the introduction piping system was heated by a ribbon heater or the like to prevent condensation due to condensation of CH 3 OH inside the piping.

【0032】このエッチング過程では、ECR放電によ
りSF6 から解離生成するF* を主エッチング種とする
ラジカル反応が、Br+ 、 SFx + 等のイオンにアシ
ストされる機構で反応が進行し、高融点金属ポリサイド
層5はWFx 、SiFx 、SiBrx となり選択的に除
去さる。またこれと同時に、レジストマスク6の分解生
成物に由来するCFx 、CBrx が生成するが、これら
はCH3 OHの解離生成物であるC−H結合やC−O結
合等分極構造を持つ原子団と反応して炭素系プラズマポ
リマを生成する。この炭素系プラズマポリマは、CH3
OHを含まない従来のエッチングガスによるものに比し
て重合度が高く、またハロゲン元素含有量が小さいの
で、強固なものである。ただし、レジストマスク6の表
面もCFx、CBrx で覆われるので、炭素系プラズマ
ポリマの生成量は従来程多くはない。この炭素系プラズ
マポリマはパターン側壁部に堆積して図1(b)に示す
ように側壁保護膜7を形成し、堆積量こそ少ないものの
高いエッチング耐性を発揮し、異方性加工に寄与する。
この側壁保護膜7には、高融点金属シリサイド層4のエ
ッチング中に生じるWBrX 、WOX も含まれている。
In this etching process, a radical reaction using F * as a main etching species dissociated and generated from SF 6 by ECR discharge proceeds with a mechanism assisted by ions such as Br + , SF x +, etc. The melting metal polycide layer 5 becomes WF x , SiF x , and SiBr x and is selectively removed. At the same time, CF x and CBr x derived from the decomposition product of the resist mask 6 are generated, and these have a polarized structure such as a CH bond or a CO bond, which is a dissociation product of CH 3 OH. Reacts with atomic groups to produce a carbon-based plasma polymer. This carbon-based plasma polymer is CH 3
Since the degree of polymerization is high and the content of halogen elements is small as compared with the conventional etching gas containing no OH, it is strong. However, since the surface of the resist mask 6 is also covered with CF x and CBr x , the generation amount of the carbon-based plasma polymer is not so large as in the past. This carbon-based plasma polymer is deposited on the pattern side wall to form a side wall protective film 7 as shown in FIG. 1 (b). Although the deposited amount is small, it exhibits high etching resistance and contributes to anisotropic processing.
The sidewall protective film 7 also includes WBr x and WO x generated during the etching of the refractory metal silicide layer 4.

【0033】このエッチングの結果、図1(b)に示し
たように、レジストマスク6の直下に良好な異方性形状
を示す高融点金属ポリサイドパターン5aが形成され
た。さらに、エッチング反応系にBr系化学種を含んで
いることから、下地のゲート絶縁膜2に対しても高選択
比が得られる。なお、図中エッチング後の各材料パター
ンは、対応する元の材料層の参照番号に添字aを付して
新規の参照番号としている。
As a result of this etching, as shown in FIG. 1B, a refractory metal polycide pattern 5a having a good anisotropic shape was formed immediately below the resist mask 6. Further, since the etching reaction system contains a Br-based chemical species, a high selectivity can be obtained even for the underlying gate insulating film 2. In the drawings, each material pattern after etching has a new reference number by adding a suffix a to the reference number of the corresponding original material layer.

【0034】エッチング終了後、被エッチング基板を上
記エッチング装置に付属のプラズマアッシング装置に搬
送し、O2 プラズマアッシングにより、レジストマスク
6と側壁保護膜7を除去する。最終的には純水によるス
プレー式スピン洗浄等をおこないアッシング残渣を除去
し、乾燥する。アッシング残渣除去には、メガソニック
洗浄や、ブラシ・スクラビングも有効である。この結
果、図1(c)に示すように0.35μm幅の良好な形
状を有する高融点金属ポリサイドパターン5aからなる
ゲート電極・配線が得られた。
After the etching, the substrate to be etched is transferred to a plasma ashing device attached to the above etching device, and the resist mask 6 and the side wall protective film 7 are removed by O 2 plasma ashing. Finally, ashing spin cleaning with pure water is performed to remove ashing residues and dried. Megasonic cleaning and brush scrubbing are also effective for removing ashing residues. As a result, as shown in FIG. 1 (c), a gate electrode / wiring composed of a refractory metal polycide pattern 5a having a good shape with a width of 0.35 μm was obtained.

【0035】実施例2 本実施例は、同じ高融点金属ポリサイド層のエッチング
を2段階化し、まずSF6 /CH3 OH混合ガスで上層
側のWSix をエッチングした後、HBrにより、下層
側の多結晶シリコン層をエッチングするものである。こ
のプロセスを図2を参照して説明する。同図では図1と
同一の部分には同じ参照番号を付す。
[0035] Example 2 This example etching of the same refractory metal polycide layer 2 staged, after first etching the upper side of WSi x in SF 6 / CH 3 OH mixture gas, the HBr, the lower side This is for etching the polycrystalline silicon layer. This process will be described with reference to FIG. In the figure, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0036】本実施例の被エッチング基板を図2(a)
に示す。これは図1(a)と同一であるので説明を省略
する。これを高周波バイアス印加型ECRプラズマエッ
チング装置にセットし、一例として下記条件でWSix
からなる高融点金属シリサイド層4を実質的にその層厚
を越えない深さ迄、第1のエッチングを施す。 SF6 流量 35 sccm CH3 OH流量 15 sccm ガス圧力 0.67 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 150 W(13.56MH
z) 被エッチング基板温度 常温
FIG. 2A shows a substrate to be etched in this embodiment.
Shown in Since this is the same as FIG. 1A, the description is omitted. This was set in a high-frequency bias application type ECR plasma etching apparatus, WSi x in the following conditions as an example
The first etching is performed on the refractory metal silicide layer 4 made of to a depth that does not substantially exceed the layer thickness. SF 6 flow rate 35 sccm CH 3 OH flow rate 15 sccm Gas pressure 0.67 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 150 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature to be etched Room temperature

【0037】このエッチング過程では、図2(b)に示
すようにSF6 から解離生成する大量のF* により高速
エッチングが行われるが、併せて側壁保護膜7を形成す
る炭素系プラズマポリマの強化も行われるので、高異方
性も達成され良好な形状を示す高融点金属シリサイドパ
ターン4aが形成される。なお、上記第1のエッチング
の終点は、レジストマスク6が形成されていないエッチ
ング領域で下地の多結晶シリコン層3の表面が露出する
時点であり、これはSiFの発光スペクトル強度の変化
等でモニタ可能である。しかし実際のプロセスにおいて
は、マイクロローディング効果等に起因して、エッチン
グ領域の一部には高融点金属シリサイド層の残余部4b
が若干みられる。
In this etching process, as shown in FIG. 2B, high-speed etching is performed by a large amount of F * generated by dissociation from SF 6. At the same time, the carbon-based plasma polymer forming the sidewall protective film 7 is strengthened. Therefore, the high-melting-point metal silicide pattern 4a that also achieves high anisotropy and has a good shape is formed. The end point of the first etching is when the surface of the underlying polycrystalline silicon layer 3 is exposed in the etching region where the resist mask 6 is not formed, which is monitored by a change in the emission spectrum intensity of SiF or the like. It is possible. However, in the actual process, due to the microloading effect and the like, the remaining portion 4b of the refractory metal silicide layer
Some are seen.

【0038】そこで、一例としてエッチング条件を下記
のように切り替え、高融点金属シリサイド層の残余部4
bおよび多結晶シリコン層3に第2のエッチングを施
す。 HBr流量 50 sccm ガス圧力 0.67 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 150 W(13.56MH
z) 被エッチング基板温度 常温
Therefore, as an example, the etching conditions are switched as follows, and the remaining portion 4 of the refractory metal silicide layer is changed.
b and the polycrystalline silicon layer 3 are subjected to a second etching. HBr flow rate 50 sccm Gas pressure 0.67 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 150 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature to be etched Room temperature

【0039】本エッチング過程では、Br* をメインの
エッチング種として反応が進む。ここではF* は存在し
ないので、図2(c)に示すように高融点金属ポリサイ
ドパターン5aにアンダカットは入らず、また同様にC
* の関与も無いので下地ゲート絶縁膜2に対して高選択
比と低ダメージ性が確保される。
In this etching process, the reaction proceeds with Br * as the main etching species. Here, since F * does not exist, no undercut is formed in the high melting point metal polycide pattern 5a as shown in FIG.
Since there is no involvement of *, a high selectivity and a low damage property to the underlying gate insulating film 2 are secured.

【0040】上記エッチング終了後、実施例1と同様に
アッシングおよび洗浄して、0.35μmのパターン幅
の高融点金属ポリサイドパターン5aからなるゲート電
極・配線が得られた。
After the completion of the etching, ashing and washing were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a gate electrode and a wiring composed of a refractory metal polycide pattern 5a having a pattern width of 0.35 μm.

【0041】実施例3 本実施例は高融点金属ポリサイド層を2段階エッチング
する方法において、高融点金属シリサイド層をSF6
CH3 OCH3 (ジメチルエーテル、bp=−24℃)
混合ガス、多結晶シリコン層をCl2 /HBr/CH3
OCH3 混合ガスでエッチングした例であり、同じく図
2にもとづき説明する。
[0041] EXAMPLE 3 This example in a method of two-step etching the refractory metal polycide layer, a refractory metal silicide layer SF 6 /
CH 3 OCH 3 (dimethyl ether, bp = −24 ° C.)
The mixed gas and the polycrystalline silicon layer are formed by Cl 2 / HBr / CH 3
This is an example in which etching is performed using an OCH 3 mixed gas, which will also be described with reference to FIG.

【0042】前述の図2(a)の被エッチング基板をR
Fバイアス印加型ECRエッチング装置にセットし、一
例として下記条件で高融点金属シリサイド層4のジャス
トエッチングをおこなった。 SF6 流量 35 sccm (CH3 2 O流量 15 sccm ガス圧力 0.67 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 150 W(13.56MH
z) 被エッチング基板温度 常温
The substrate to be etched shown in FIG.
The refractory metal silicide layer 4 was just etched under the following conditions as an example by setting it in an F bias application type ECR etching apparatus. SF 6 flow rate 35 sccm (CH 3 ) 2 O flow rate 15 sccm Gas pressure 0.67 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 150 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature to be etched Room temperature

【0043】上記の条件によるエッチングの機構は、ほ
ぼ実施例2の前段のエッチングと同様である。この結果
として、図2(b)で示すように良好な異方性形状を有
する高融点金属シリサイドパターン4aが形成される。
露出した多結晶シリコン装置3上には同じく高融点金属
シリサイド層の残余部4bが観察される。
The mechanism of the etching under the above conditions is almost the same as that of the preceding stage of the second embodiment. As a result, a refractory metal silicide pattern 4a having a favorable anisotropic shape is formed as shown in FIG.
The remaining portion 4b of the refractory metal silicide layer is also observed on the exposed polycrystalline silicon device 3.

【0044】続けて、一例としてエッチング条件を下記
のように切り替え、高融点金属シリサイド層の残余部4
bおよび多結晶シリコン層3のエッチングする。 Cl2 流量 20 sccm HBr流量 20 sccm (CH3 2 O流量 10 sccm ガス圧力 0.67 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 120 W(13.56MH
z) 被エッチング基板温度 常温
Subsequently, as one example, the etching conditions are switched as follows, and the remaining portion 4 of the refractory metal silicide layer is changed.
b and the polycrystalline silicon layer 3 are etched. Cl 2 flow rate 20 sccm HBr flow rate 20 sccm (CH 3 ) 2 O flow rate 10 sccm Gas pressure 0.67 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 120 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature to be etched Room temperature

【0045】このエッチング過程では、エッチング反応
系にCl2 が加わるため、Cl+ によるイオンアシスト
効果が期待できる。このため、前述の実施例2の後段エ
ッチングよりもエッチングレートを向上することができ
る。また、本実施例では、第2のエッチング工程におい
てもエーテルの導入による炭素系プラズマポリマ、すな
わち側壁保護膜7の強化が引き続き行われるので、異方
性加工に必要とされる基板バイアスの低減が可能であ
る。これにより、図2(c)に示すように0.35μm
幅の良好な異方性形状を有する高融点金属ポリサイドパ
ターン5aが得られ、下地ゲート絶縁膜2のダメージも
少なかった。
In this etching process, Cl 2 is added to the etching reaction system, so that an ion assist effect by Cl + can be expected. For this reason, the etching rate can be improved as compared with the latter-stage etching of the second embodiment. In the present embodiment, the carbon-based plasma polymer, that is, the side wall protective film 7 is continuously strengthened by the introduction of ether also in the second etching step, so that the substrate bias required for anisotropic processing can be reduced. It is possible. As a result, as shown in FIG.
A refractory metal polycide pattern 5a having an anisotropic shape with a good width was obtained, and the underlying gate insulating film 2 was less damaged.

【0046】実施例4 本実施例は同じく高融点金属ポリサイド層をSF6 /S
2 Br2 /CH3 COCH3 (アセトン、bp=56.
5℃)混合ガスを用いて低温エッチングした例であり、
これを再び図1を参照して説明する。
Embodiment 4 In this embodiment, the refractory metal polycide layer is formed of SF 6 / S
2 Br 2 / CH 3 COCH 3 (acetone, bp = 56.
5 ° C.) This is an example of low-temperature etching using a mixed gas,
This will be described again with reference to FIG.

【0047】前述の図1(a)に示される被エッチング
基板を高周波バイアス印加型ECRプラズマエッチング
装置にセッティングし、一例として下記条件で高融点金
属ポリサイド層5をエッチングした。 SF6 流量 20 sccm S2 Br2 流量 20 sccm CH3 COCH3 流量 10 sccm ガス圧力 0.67 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 100 W(13.56MH
z) 被エッチング基板温度 −50 ℃ なおCH3 COCH3 も常温で液体であるので、実施例
1におけるCH3 OHと同様にしてエッチングチャンバ
に導入する。
The substrate to be etched shown in FIG. 1A was set in a high frequency bias application type ECR plasma etching apparatus, and as an example, the high melting point metal polycide layer 5 was etched under the following conditions. SF 6 flow rate 20 sccm S 2 Br 2 flow rate 20 sccm CH 3 COCH 3 flow rate 10 sccm Gas pressure 0.67 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 100 W (13.56 MH)
z) Temperature of substrate to be etched −50 ° C. Since CH 3 COCH 3 is also liquid at room temperature, it is introduced into the etching chamber in the same manner as in CH 3 OH in the first embodiment.

【0048】上記の基板温度は、ウェハステージ内の冷
却配管に、エッチングチャンバ外部に設けたチラーから
エタノール系冷媒を循環供給することにより行った。上
記ガス組成のうち、S2 Br2 はBr系化学種を供給し
てゲート絶縁膜2との選択比向上に寄与することは勿論
であるが、放電解離条件下で遊離のイオウ(S)を放出
する重要な役割を担っている。すなわち、本実施例では
ハロゲン元素の組成比が小さく、C−O結合やC−H結
合をその構造中に取りこんだ強固な炭素系プラズマポリ
マに加えて、このSも低温冷却された被エッチング基板
上に堆積し、側壁保護膜7の形成に関与する。このよう
にSの堆積が併用できる場合には、異方性の確保に必要
な炭素系プラズマポリマの堆積を相対的に減らせること
ができる。この結果、エッチングチャンバ内のパーティ
クルレベルの低減に効果がある。堆積したSは、エッチ
ング終了後、被エッチング基板を大略90℃以上に加熱
すれば昇華消失するからである。
The temperature of the substrate was controlled by circulating and supplying an ethanol-based refrigerant from a chiller provided outside the etching chamber to a cooling pipe in the wafer stage. Of the above gas compositions, S 2 Br 2 supplies Br-based chemical species and contributes to improvement of the selectivity with the gate insulating film 2, but free S (S) under discharge dissociation conditions. It plays an important role in releasing. That is, in this embodiment, the composition ratio of the halogen element is small, and in addition to the strong carbon-based plasma polymer having a C—O bond and a C—H bond incorporated in its structure, this S is also a low-temperature cooled substrate to be etched. It is deposited on the upper surface and participates in the formation of the sidewall protective film 7. As described above, when the deposition of S can be used together, the deposition of the carbon-based plasma polymer required for securing the anisotropy can be relatively reduced. As a result, it is effective in reducing the particle level in the etching chamber. This is because the deposited S disappears by sublimation when the substrate to be etched is heated to about 90 ° C. or more after the etching.

【0049】しかも本実施例では低温化によりパターン
側壁部におけるラジカル反応が抑制されるので、先の実
施例よりもRFバイアスパワーをかなり低下したにもか
かわらず、良好な異方性エッチングを行うことができ
た。この低バイアス化により、下地ゲート絶縁膜との選
択比が向上し、低ダメージ化が徹底されるメリットがあ
る。
Further, in this embodiment, since the radical reaction on the pattern side wall is suppressed by lowering the temperature, good anisotropic etching can be performed despite the fact that the RF bias power is considerably reduced as compared with the previous embodiment. Was completed. The lower bias has an advantage that the selectivity with respect to the underlying gate insulating film is improved, and the damage is reduced more thoroughly.

【0050】エッチング終了後、O2 プラズマアッシン
グおよび純水洗浄により側壁保護膜7を除去し、図1
(c)に示すように0.35μm幅の良好な異方性形状
を有する高融点金属ポリサイドパターン5aが得られ
る。なお、先に述べたとおり、Sはプラズマ輻射熱や反
応熱により約90℃以上の温度に加熱されれば昇華する
が、本アッシング過程でO* による酸化反応によっても
除去され、何らパーティクル汚染の原因となることはな
い。
After completion of the etching, the side wall protective film 7 was removed by O 2 plasma ashing and pure water cleaning.
As shown in (c), a refractory metal polycide pattern 5a having a good anisotropic shape with a width of 0.35 μm is obtained. As described above, S is sublimated when heated to a temperature of about 90 ° C. or higher by plasma radiation heat or reaction heat, but is also removed by an oxidation reaction by O * in the ashing process, causing any particle contamination. Will not be.

【0051】以上、本発明を4例の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
Although the present invention has been described with reference to the four embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0052】例えば、フッ素系ガスとしては実施例で例
示したSF6 の他にNF3 、ClF 3 、XeF2 等F原
子を有する化合物を使用できる。
For example, as the fluorine-based gas,
SF shown6In addition to NFThree, ClF Three, XeFTwoEtc. F original
Compounds having a parent can be used.

【0053】多結晶シリコン層のエッチングに用いる臭
素系ガスとしてはHBrの他にBr 2 、BBr3 等を用
いることも可能である。これら化合物は常温で液体であ
るので、加熱蒸発、Heガスバブリング等適宜の手段に
より気化してエッチングチャンバに導入すればよい。
Odor used for etching the polycrystalline silicon layer
As the base gas, in addition to HBr, Br Two, BBrThreeUse
It is also possible. These compounds are liquid at room temperature.
Therefore, appropriate means such as heating evaporation, He gas bubbling, etc.
What is necessary is just to vaporize and introduce it into an etching chamber.

【0054】同じく多結晶シリコンのエッチングに用い
る塩素系ガスとしては、Cl2 の他にHCl、BCl3
等を用いることが出来る。
Similarly, as the chlorine-based gas used for etching the polycrystalline silicon, in addition to Cl 2 , HCl and BCl 3
Etc. can be used.

【0055】アルコール、エーテル、ケトンの各例、な
らびに放電解離条件下で遊離のイオウを放出しうるイオ
ウ系化合物の各例として、実施例で例示した化合物の他
に、前述の化合物を適宜使用できる。
As examples of alcohols, ethers and ketones, and examples of sulfur-based compounds capable of releasing free sulfur under discharge dissociation conditions, the above-mentioned compounds can be appropriately used in addition to the compounds exemplified in the examples. .

【0056】以上の化合物の組み合わせは各種可能であ
るが、本発明の趣旨に基づけば、少なくとも高融点金属
シリサイド層のエッチング実施時にはエッチングガス中
にF * を放出しうる化合物が含まれ、また少なくとも多
結晶シリコンのエッチング実施時にはBr* を放出しう
る化合物が含まれていることが、エッチングレートおよ
び高選択比の両立の観点から好ましい。
Various combinations of the above compounds are possible.
However, based on the spirit of the present invention, at least
When etching the silicide layer
To F *A compound capable of releasing
At the time of etching of crystalline silicon, Br*Let out
That the compound contains
It is preferable from the viewpoint of achieving both high selectivity and high selectivity.

【0057】その他、添加ガスとしてHe、Ar等希ガ
スを用いればスパッタリング、冷却、希釈および放電の
安定性等の各効果を期待できる。
In addition, when a rare gas such as He or Ar is used as an additive gas, each effect such as sputtering, cooling, dilution, and stability of discharge can be expected.

【0058】特に、添加ガスとしてN2 を導入すれば、
イオウ系化合物から放出されるS原子と反応し、ポリチ
アジル(SN)n なる無機ポリマを始めとする窒化イオ
ウ系化合物の堆積を側壁保護膜として利用できる。この
エッチング方法も高選択比、高異方性ならびに低ダメー
ジ性の実現に優れた方法である。ポリチアジルは、これ
もSとほぼ同様に、被エッチング基板を室温以下に冷却
すれば堆積し、また逆に約150℃以上に加熱すれば昇
華し、パーティクル汚染源となることはない。
In particular, if N 2 is introduced as an additive gas,
The reaction with S atoms released from the sulfur-based compound and the deposition of a sulfur nitride-based compound such as an inorganic polymer of polythiazyl (SN) n can be used as a sidewall protective film. This etching method is also a method excellent in realizing a high selectivity, a high anisotropy and a low damage property. Polythiazyl, like S, is deposited when the substrate to be etched is cooled to room temperature or lower, and sublimates when heated to about 150 ° C. or higher, and does not become a particle contamination source.

【0059】高融点金属シリサイド層は、上述のWSi
x の他にMoSix 、TaSix 、TiSix 等各種シ
リサイド層であってよい。
The refractory metal silicide layer is made of the above-described WSi
Besides MoSi x of x, TaSi x, it may be a TiSi x and various silicide layer.

【0060】高融点金属ポリサイド層の下層としては多
結晶シリコンを用いるのが通常であるが、本出願人が先
に出願した特開昭63−163号公報で開示したよう
に、非晶質シリコンを用いてもよい。非晶質シリコンの
エッチング特性は多結晶シリコンとほぼ同一である。こ
の非晶質シリコンもMOSFETのゲート電極・配線と
して最終的に機能する段階では、注入不純物の活性化熱
処理工程により多結晶シリコンに変化するので、ポリサ
イド構造となる。
As a lower layer of the refractory metal polycide layer, it is usual to use polycrystalline silicon. However, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-163 filed earlier by the present applicant, amorphous silicon is used. May be used. The etching characteristics of amorphous silicon are almost the same as those of polycrystalline silicon. At the stage where this amorphous silicon finally functions as the gate electrode and wiring of the MOSFET, the amorphous silicon is changed to polycrystalline silicon by the heat treatment for activating the implanted impurities, and thus has a polycide structure.

【0061】さらに、使用するエッチング装置、エッチ
ング条件、被エッチング基板の構成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 etching apparatus to be used, the etching conditions, the configuration of the substrate to be etched, and the like can be appropriately changed.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は高融点金属ポリサイド層のエッチングにおいて、アル
コール、エーテルおよびケトンのいずれかを含むエッチ
ングガスを用いることにより、側壁保護膜として機能す
る炭素系プラズマポリマの膜質を強化できるので、異方
性エッチングに必要な入射イオンエネルギの低減が可能
となる。このため、下地ゲート絶縁膜との選択比が向上
し、ゲート絶縁膜のダメージを低減できるほか、下地ス
パッタによる再付着の問題も解決できる。勿論レジスト
マスクとの選択比も向上するのでレジストパターン後退
等による寸法変換差の低減に有利である。
As is apparent from the above description, the present invention provides a method of etching a refractory metal polycide layer by using an etching gas containing any one of alcohol, ether and ketone, thereby providing a carbon layer functioning as a sidewall protective film. Since the film quality of the system plasma polymer can be enhanced, the incident ion energy required for anisotropic etching can be reduced. Therefore, the selectivity with respect to the underlying gate insulating film is improved, the damage to the gate insulating film can be reduced, and the problem of reattachment due to underlying sputtering can be solved. Of course, the selectivity with respect to the resist mask is also improved, which is advantageous for reducing the dimensional conversion difference due to the receding of the resist pattern or the like.

【0063】側壁保護膜の膜質が強固なものとなること
により、その堆積量を減少させてもアンダカットを発生
することがなく、実用的なエッチングレートを確保した
上で高異方性エッチングを達成できる。
Since the film quality of the sidewall protective film becomes strong, undercut does not occur even if the deposition amount is reduced, and a high etching rate can be obtained while securing a practical etching rate. Can be achieved.

【0064】また、同じく側壁保護膜を形成する炭素系
プラズマポリマのの堆積量を低減できることから、被エ
ッチング基板とエッチングチャンバ内のパーティクルレ
ベルを低減でき、クリーンなプロセスを実現できる。
Also, since the amount of deposition of the carbon-based plasma polymer forming the sidewall protective film can be reduced, the particle level in the substrate to be etched and the etching chamber can be reduced, and a clean process can be realized.

【0065】またCFC系ガスを一切使用しないので、
脱フロンプロセスが可能となり、環境のクリーン化にも
貢献しうるものである。
Since no CFC-based gas is used,
This makes it possible to remove the chlorofluorocarbon and contribute to environmental cleanup.

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

【図1】本発明を適用した実施例1および2を、その工
程順に説明する概略断面図であり、(a)は下地ゲート
絶縁膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサイド層
からなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さらにレジ
ストマスクを形成した状態であり、(b)高融点金属ポ
リサイド層をエッチングして高融点金属ポリサイドパタ
ーンを形成した状態、(c)はレジストマスクと側壁保
護膜を除去して高融点金属ポリサイドパターンが完成し
た状態である。
FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views illustrating Examples 1 and 2 to which the present invention is applied in the order of steps, and FIG. 1A is a schematic cross-sectional view including a polycrystalline silicon layer and a refractory metal silicide layer on a base gate insulating film. (B) A state in which a high melting point metal polycide layer is etched to form a high melting point metal polycide pattern, and (c) is a state in which a resist mask is formed. The film is removed to complete the refractory metal polycide pattern.

【図2】本発明を適用した実施例3および4を、その工
程順に説明するための概略断面図であり、(a)は下地
ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン層と高融点金属シリサ
イド層からなる高融点金属ポリサイド層を形成し、さら
にレジストマスクを形成した状態であり、(b)は高融
点金属シリサイド層をエッチングして多結晶シリコン層
が露出した状態、(c)は多結晶シリコン層をエッチン
グして高融点金属ポリサイドパターンを形成した状態、
(d)はレジストマスクと側壁保護膜を除去して高融点
金属ポリサイドパターンが完成した状態である。
FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views for explaining Examples 3 and 4 to which the present invention is applied in the order of steps, and FIG. (B) shows a state in which the polycrystalline silicon layer is exposed by etching the refractory metal silicide layer, and (c) shows a state in which the polycrystalline silicon layer is exposed. Etched to form a refractory metal polycide pattern,
(D) shows a state in which the resist mask and the side wall protective film are removed to complete the refractory metal polycide pattern.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 ゲート絶縁膜 3 多結晶シリコン層 4 高融点金属シリサイド層 5 高融点金属ポリサイド層 6 レジストマスク 7 側壁保護膜 Reference Signs List 1 silicon substrate 2 gate insulating film 3 polycrystalline silicon layer 4 refractory metal silicide layer 5 refractory metal polycide layer 6 resist mask 7 sidewall protective film

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/28

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層をこの順に積層して形成した高融点金属ポ
リサイド層のドライエッチング方法において、 アルコール、エーテルおよびケトンからなる群から選ば
れる少なくとも1種類の化合物を含むエッチングガスを
用いて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。
1. A dry etching method for a high melting point metal polycide layer formed by laminating a polycrystalline silicon layer and a high melting point metal silicide layer on a substrate in this order, wherein at least one selected from the group consisting of alcohol, ether and ketone. A dry etching method characterized by performing etching using an etching gas containing various kinds of compounds.
【請求項2】 基板上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層をこの順に積層して形成した高融点金属ポ
リサイド層のドライエッチング方法において、 フッ素系ガスと、アルコール、エーテルおよびケトンか
らなる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物とを含
むエッチングガスを用いて、前記高融点金属シリサイド
層をその膜厚を実質的に超えない厚さ迄エッチングする
第1のエッチング工程と、 臭素系ガスを含むエッチングガスを用いて、前記高融点
金属シリサイド層の膜厚方向の残余部と前記多結晶シリ
コン層とをエッチングする第2のエッチング工程を有す
ることを特徴とするドライエッチング方法。
2. A dry etching method for a refractory metal polycide layer formed by laminating a polycrystalline silicon layer and a refractory metal silicide layer on a substrate in this order, comprising a group consisting of a fluorine-based gas, alcohol, ether and ketone. A first etching step of etching the refractory metal silicide layer to a thickness substantially not exceeding its thickness using an etching gas containing at least one compound selected from the group consisting of: A dry etching method comprising a second etching step of etching a remaining portion of the refractory metal silicide layer in a thickness direction and the polycrystalline silicon layer using an etching gas.
【請求項3】 基板上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層をこの順に積層して形成した高融点金属ポ
リサイド層のドライエッチング方法において、 フッ素系ガスと、アルコール、エーテルおよびケトンか
らなる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物とを含
むエッチングガスを用いて、前記高融点金属シリサイド
層をその膜厚を実質的に超えない厚さ迄エッチングする
第1のエッチング工程と、 塩素系ガスと、アルコール、エーテルおよびケトンから
なる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物とを含む
エッチングガスを用いて、前記高融点金属シリサイド層
の膜厚方向の残余部と前記多結晶シリコン層とをエッチ
ングする第2のエッチング工程を有することを特徴とす
るドライエッチング方法。
3. A dry etching method for a high melting point metal polycide layer formed by laminating a polycrystalline silicon layer and a high melting point metal silicide layer on a substrate in this order, the method comprising a group consisting of a fluorine-based gas, alcohol, ether and ketone. A first etching step of etching the refractory metal silicide layer to a thickness substantially not exceeding its thickness using an etching gas containing at least one compound selected from the group consisting of: a chlorine-based gas; A second step of etching the remaining portion of the refractory metal silicide layer in the thickness direction and the polycrystalline silicon layer using an etching gas containing at least one compound selected from the group consisting of alcohol, ether and ketone. A dry etching method, comprising:
【請求項4】 基板上に多結晶シリコン層と高融点金属
シリサイド層をこの順に積層して形成した高融点金属ポ
リサイド層のドライエッチング方法において、 放電電離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しう
るイオウ系化合物と、アルコール、エーテルおよびケト
ンからなる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物と
を含むエッチングガスを用いて、被エッチング基板上に
イオウを堆積させながらエッチングすることを特徴とす
る請求項1記載のドライエッチング方法。
4. A dry etching method for a refractory metal polycide layer formed by laminating a polycrystalline silicon layer and a refractory metal silicide layer on a substrate in this order, wherein free sulfur is released into plasma under discharge ionization conditions. Etching by depositing sulfur on a substrate to be etched using an etching gas containing a sulfur-based compound that can be used and at least one compound selected from the group consisting of alcohol, ether and ketone. Item 6. The dry etching method according to Item 1.
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