JP3271085B2 - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JP3271085B2
JP3271085B2 JP27317092A JP27317092A JP3271085B2 JP 3271085 B2 JP3271085 B2 JP 3271085B2 JP 27317092 A JP27317092 A JP 27317092A JP 27317092 A JP27317092 A JP 27317092A JP 3271085 B2 JP3271085 B2 JP 3271085B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に使
用されるエッチング方法に関する。特に、本発明はドラ
イエッチングの後処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年のVLSI,ULSIなどに見られ
るように半導体装置の高集積化及び高性能化が進むに伴
い、配線材料のデザインルールもサブミクロン、さらに
はクォーターミクロンに微細化されようとしている。ま
た、例えば多結晶シリコンからなるゲート電極の下に形
成される例えばSiO2 等によりゲート絶縁膜の膜厚も
15nm〜10nm、さらには8nmと薄くなってきて
いる。これに伴いゲート電極の加工においては下地であ
るゲート絶縁膜に対して高選択比の加工が可能なエッチ
ング技術が求められている。例えばECR型イオン源を
用いたエッチング装置で臭素を含有するガス例えばHB
rガスにO2 ガスを添加したガス系を用いることでゲー
ト絶縁膜に対して高選択比でゲート電極の加工が可能で
ある。すなわち、HBrガス系にO2 ガスを添加するこ
とでシリコンのエッチングレート向上が達成され、さら
にエッチングマスクであるレジスト表面に反応生成物の
再分解物であるSiO2 が付着し、対レジスト選択比の
向上が可能となる。
【0003】これは1992年春季の第39回応用物理
学会関係連合講演会でも報告されている(講演予稿集N
o.2、P504講演番号28p−NC−4)。
【0004】図3及び図4は上述のエッチング方法を用
いた従来のドライエッチング方法を示す。まず、図3A
に示すように、シリコン基板1上にSiO2 からなるゲ
ート絶縁膜2を形成し、このゲート絶縁膜2上にゲート
電極となる多結晶シリコン膜3をCVD(化学的気相成
長)法にて形成し、さらにこの多結晶シリコン膜3上に
エッチングレジスト層となるレジストマスク4をフォト
リソグラフィ法によって形成する。
【0005】次に、図3Bに示すように、ECR型イオ
ン源を用いたエッチング装置、例えばリアクティブイオ
ンビームエッチング装置を用いて反応ガスとしてHBr
ガスにO2 ガスを添加したガス系を供給し、多結晶シリ
コン膜3をドライエッチングしてゲート電極3Gを形成
する。このドライエッチングにおいて、レジストマスク
4を含む表面上に反応生成物の再分解物であるSiO2
膜5が付着する。
【0006】次にレジストマスクのアッシングの前に、
図3Cに示すように、この反応生成物であるSiO2
5を除去するために一旦装置外にこれを取出して0.5
%のHF溶液によってレジストマスク4表面を含むSi
2 膜4を除去する。
【0007】次に、図4Dに示すように、酸素プラズマ
処理によってレジストマスク4をアッシング処理で除去
する。しかる後、再びHF溶液処理をして反応生成物を
完全に除去する。
【0008】すなわち、レジストマスク4に形成される
反応生成物は炭素を含む反応物(C,SiBrx)6が
形成され、さらにその表面にSiO2 膜5が形成され
る。すなわち、図3Cに示すHF溶液では有機系の反応
生成物6は除去されず残ってしまう。そして、この炭素
を含む反応物6はその後の酸素プラズマ処理によってS
iO2 に変化するために最終的にもう一度HF溶液によ
る処理を行うようになしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のドラ
イエッチング方法においては、上述したようにレジスト
マスク4上に反応生成物であるSiO2 膜5が付着する
ために酸素プラズマによるレジストマスク4の除去が非
常に困難となる。前述の報告では0.5%のHF溶液処
理によりレジストマスク4上のSiO2 膜5が除去さ
れ、レジストマスク4のアッシングが可能となるが、ア
ッシング処理の前に薬液処理の工程が増加してしまうと
いう欠点があった。
【0010】一方反応生成物であるSiO2 膜をHF溶
液によりエッチング除去する際には、SiO2 からなる
ゲート絶縁膜2をも一部除去する恐れがあり、またゲー
ト電極3G下にアンダーカットが入る等の不都合が生じ
る。
【0011】本発明は、上述の点に鑑み、レジストマス
クのアッシング処理の前に薬液処理を行うことなくレジ
ストマスク除去を可能にしたエッチング方法を提供する
ものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係るエッチング
方法は、レジストマスク4を介してドライエッチングで
所定のパターンを形成する工程と、レジストマスク4の
表面に付着した反応生成物5をプラズマ処理で除去する
工程と、酸素ガスを含有したガス系にてプラズマ処理し
てレジストマスク4を除去する工程と、反応生成物5の
残渣を溶液処理で除去する工程とを有し、反応生成物を
除去するプラズマ処理では、リアクティブイオンエッチ
ング装置を用いて被エッチング基板7を任意の角度に傾
斜させてレジストマスク4の上面及び側壁に付着した反
応生成物5を除去するようになす。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】さらに、本発明は、上記のエッチング方法
において、その反応生成物5を除去するプラズマ処理を
行うガス系としてハロゲンを含有しないガスを用いて行
うようになす。
【0017】
【作用】本発明では、レジストマスク4を介してドライ
エッチングで所定パターンを形成した後、レジストマス
ク4の表面特に上面に付着した反応生成物5をプラズマ
処理で除去するので、薬液処理を用いることなく、その
後の酸素ガスを含有したガス系によるプラズマ処理でレ
ジストマスク4のアッシング処理すなわちレジストマス
ク4の除去を行うことができる。レジストマスク除去
(いわゆるアッシング処理)の前の溶液処理が省略され
るので、工程の簡略化が図られると共に、例えばSiO
2 による下地膜の一部をエッチン除去することがない。
プラズマ処理でレジストマスク4を除去した後、反応生
成物5の残渣を溶液処理で除去するので、確実に反応生
成物を除去することができ、半導体装置の製造の信頼性
が向上する。ドライエッチング、反応生成物5の除去及
びレジストマスク4の除去までがドライ処理で行われ、
最後の反応生成物5の残渣除去が溶液処理となるので、
工程の簡素化が図られる。反応生成物5を除去するプラ
ズマ処理では、リアクティブイオンビームエッチング装
置を用いて被エッチング基板7を任意の角度に傾斜させ
て、上面及び側壁に付着した反応生成物5を除去するの
で、その後のレジストマスク4のアッシング処理をより
容易に行うことができる。
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】反応生成物5を除去するプラズマ処理を行
うガス系としてハロゲン原子を含有しないガスを用いる
ことによって確実に反応生成物を除去することができ
る。
【0022】
【実施例】本発明は、特にシリコンを含有してなる材料
のエッチングにおいて、ドライエッチング後にハロゲン
を含有しないガス系にてレジストマスクの上部をスパッ
タエッチングすることを特徴とするものである。
【0023】以下、図1及び図2を参照して本発明によ
るエッチング方法の実施例を説明する。
【0024】まず、図1Aに示すように、シリコン基板
1上にSiO2 からなるゲート絶縁膜2を形成し、この
ゲート絶縁膜2上にゲート電極となる多結晶シリコン膜
3をCVD法にて形成する。そして、この多結晶シリコ
ン膜3上にゲート電極形成時のエッチングレジスト層と
なるレジストマスク4をフォトリソグラフィ法により形
成する。
【0025】次に、図1Bに示すように、ECR型イオ
ン源を用いたエッチング装置例えばリアクティブイオン
ビームエッチング装置を用い、次に示す条件にて多結晶
シリコン膜3をドライエッチングし、ゲート電極3Gを
形成する。 エッチング条件 HBrガス 50sccm O2 ガス 0.5sccm ガス圧 5mTorr マイクロ波パワー 400W
【0026】上記エッチング時、放電分解で発生した臭
素ラジカルBr* と多結晶シリコン膜3が反応し、Si
Br4 が形成されるがO2 ガスの添加により、その一部
が以下の反応によりSiO2 を形成する。
【0027】SiBr4 +O2 →SiO2 +2Br2
【0028】気相反応で生じたSiO2 は、エッチング
面に付着する。したがって臭素による反応とSiO2
堆積の競合反応によりエッチングは進行する。エッチン
グが終了した時点で下地のシリコン基板1及び多結晶シ
リコンによるゲート電極3Gの側壁、レジストマスクの
表面には気相反応で生成したSiO2 膜5が薄く付着し
た状態になる。この反応生成物であるSiO2 膜5は酸
素プラズマ処理によるレジストマスク4の除去を困難に
している。
【0029】したがって、次に図1Cに示すように、同
一チャンバー内で多結晶シリコン膜3をエッチングした
後、以下のプラズマ処理を行ってレジストマスク4の上
面のSiO2 膜5を除去する。
【0030】プラズマ処理の条件として Arガス 50sccm ガス圧 5mTorr マイクロ波パワー 400W 高周波バイアス 10W
【0031】即ち、Ar放電を行い、基体7に、バイア
ス電圧を印加させてArイオンを基体7に入射させる。
下地のシリコン基板1、ゲート絶縁膜2上及びレジスト
マスク4上のSiO2 膜5はArイオンのスパッタによ
り除去される。このプラズマ処理にてレジストマスク4
の上面が露出する(図1C参照)。
【0032】次に、図2Dに示すようにこの状態で酸素
プラズマ処理を行う。レジストマスク4の上面に対応す
る部分のSiO2 膜5が除去されているため、酸素ラジ
カル(O* )とレジストマスク4が反応可能となり、反
応が進んでレジストマスク4が除去される。
【0033】その後、後処理を兼ねてHFを含む溶液に
て処理を行い、酸素プラズマ処理で除去できない残渣も
含めゲート電極3G及びレジストマスク4の側壁に付着
していた反応生成物であるSiO2 膜5を除去する(図
2E参照)。これによってドライエッチング工程が完了
する。
【0034】本実施例によれば、HBrガスにO2 ガス
を添加したガス系を用いてゲート電極を形成すべき多結
晶シリコン膜3を高選択比エッチングした際、レジスト
マスク4に付着する無機物の反応生成物、例えばSiO
2 の少なくとも上面を除去することにより、その後の酸
素プラズマによるアッシング処理でレジストマスク4の
除去が可能となる。そして、酸素プラズマ処理によるレ
ジストマスク4のアッシング後に従来のゲート電極3G
及びレジストマスク4の側壁に付着していたSiO2
5の除去をHFを含む溶液によって処理することによ
り、従来の酸素プラズマ処理の前のHFを含む溶液処理
を省略することが可能となり、工程の簡略化を図ること
ができる。
【0035】また、多結晶シリコン膜3に対する選択エ
ッチング、レジストマスク4の上面の反応生成物(Si
2 膜5)の除去するためのプラズマ処理、その後の酸
素プラズマ処理によるレジストマスク4の除去を同一の
チャンバー内で行うことができ、半導体デバイスの製造
のスループットを向上することができる。
【0036】更に、Arガスによるプラズマ処理でレジ
ストマスク4の上面及びゲート絶縁膜2上の反応生成物
であるSiO2 膜5を除去するので、HF溶液処理で生
ずるゲート電極3G下のアンダーカットは起こらず信頼
性の高い半導体デバイスが得られる。
【0037】上例においては、ゲート電極材料として多
結晶シリコンを用いたが、その他、タングステンシリサ
イド(WSix)とリンをドープした多結晶シリコン層
との積層体いわゆるポリサイド構造を用いた場合のドラ
イエッチングにおいても適用可能である。
【0038】前述のポリサイド構造において、タングス
テンシリサイドの代わりにモリブデンシリサイドを用い
ることもできる。
【0039】上例ではプラズマ処理に適用したガス系と
してHBrとO2 の混合ガス系を用いたが、HBrガス
の代わりにBBr3 ,Br2 ,Cl2 ,HCl,BCl
3 の群より1種以上のガスを含有してなるガス系を用い
ることも可能である。
【0040】また、レジストマスク4上のSiO2 膜5
を除去するガスとしてArガスを示したが、Arガス以
外にHe,Ne,O2 ,N2 及びNH3 等も適用可能で
ある。
【0041】また、上例ではレジストマスク4の上面の
SiO2 膜5を一部除去するようにしたが、その他、リ
アクティブイオンビームエッチング装置において、その
被エッチング基体7を任意の角度に傾斜させて側壁に付
着した反応生成物であるSiO2 膜5をも除去するよう
になすことも可能である。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、レジストマスクの表面
に形成される反応生成物を一部除去することにより、そ
の後の酸素プラズマ処理によって容易にレジストマスク
を除去することができる。また、酸素プラズマ処理の前
に弗化水素を含有してなる溶液を用いて反応生成物を除
去することが不要となり、一連の工程が同一処理室内で
行われるので工程の簡略化が図られ、半導体装置の製造
のスループットを向上することができる。レジストマス
クの除去後等に、さらに反応生成物の残渣を溶液処理で
除去するので、反応生成物の除去を確実にすることがで
きる。反応生成物を除去するプラズマ処理において、被
エッチング基板を任意の角度に傾斜させて、上面及び側
壁に付着した反応生成物を除去するので、その後のレジ
ストマスクの除去の更なる容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るドライエッチング方法の例を示す
工程図(その1)である。
【図2】本発明に係るドライエッチング方法の例を示す
工程図(その2)である。
【図3】従来のドライエッチング方法の例を示す工程図
(その1)である。
【図4】従来のドライエッチング方法の例を示す工程図
(その2)である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 ゲート絶縁膜(SiO2 ) 3 多結晶シリコン膜 3G ゲート電極 4 レジストマスク 5 反応生成物(SiO2 膜) 6 炭素を含む反応生成物 7 基体
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/304 645

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レジストマスクを介してドライエッチン
    グで所定のパターンを形成する工程と、 上記レジストマスクの表面に付着した反応生成物をプラ
    ズマ処理で除去する工程と、 酸素ガスを含有したガス系にてプラズマ処理して上記レ
    ジストマスクを除去する工程と、 上記反応生成物の残渣を溶液処理で除去する工程とを
    し、 上記反応生成物を除去するプラズマ処理では、リアクテ
    ィブイオンエッチング装置を用いて被エッチング基板を
    任意の角度に傾斜させて上記レジストマスクの上面及び
    側壁に付着した上記反応生成物を除去すること を特徴と
    するエッチング方法。
  2. 【請求項2】 上記反応生成物を除去するプラズマ処理
    を行うガス系としてハロゲンを含有しないガスを用いる
    ことを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。
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