JP3344027B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3344027B2
JP3344027B2 JP23472393A JP23472393A JP3344027B2 JP 3344027 B2 JP3344027 B2 JP 3344027B2 JP 23472393 A JP23472393 A JP 23472393A JP 23472393 A JP23472393 A JP 23472393A JP 3344027 B2 JP3344027 B2 JP 3344027B2
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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等の微
細加工分野において行われるドライエッチング方法に関
し、特に酸素を含有する反射防止膜とシリコン系材料層
との積層系を寸法変換差を発生させることなく異方的に
エッチングする方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method used in the field of microfabrication such as the manufacture of semiconductor devices. The present invention relates to a method of performing anisotropic etching without causing the etching.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化が加速度的に進行
するに伴い、その最小加工寸法も急速に縮小されてい
る。たとえば、現状で量産ラインに移行されている16
MDRAMの最小加工寸法は約0.5μmであるが、次
世代の64MDRAMでは0.35μm以下(サブハー
フミクロン)、次々世代の256MDRAMでは0.2
5μm以下(クォーターミクロン)に縮小されるとみら
れている。
2. Description of the Related Art As high integration of semiconductor devices progresses at an accelerated pace, their minimum processing dimensions are rapidly reduced. For example, at present 16
The minimum processing size of the MDRAM is about 0.5 μm, but is 0.35 μm or less (sub-half micron) in the next generation 64 MDRAM, and 0.2 μm in the next generation 256 MDRAM.
It is expected to be reduced to less than 5 μm (quarter micron).

【0003】この微細化度は、マスク・パターンを形成
するフォトリソグラフィ技術に依存するといっても過言
ではない。現行の0.5μmクラスの加工には、高圧水
銀ランプのg線(波長436nm)やi線(波長365
nm)等の可視〜近紫外光源が用いられているが、0.
35μm〜0.25μm(ディープ・サブミクロン)ク
ラスでは、KrFエキシマ・レーザ光(波長248n
m)等の遠紫外光源が必要となる。
It is no exaggeration to say that the degree of miniaturization depends on the photolithography technique for forming a mask pattern. For the current 0.5 μm class processing, g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365
nm) or near-ultraviolet light source is used.
In the 35 μm to 0.25 μm (deep submicron) class, KrF excimer laser light (wavelength 248 n
m) etc. is required.

【0004】ところが、エキシマ・レーザ光は単一波長
の光であるため、レジスト膜内における多重干渉により
定在波効果が発生し易くなっている。これにより、ウェ
ハ面の段差の上下でレジスト・パターンの寸法が変化し
たり、レジスト・パターン側壁面にひだ状の凹凸が形成
される等の問題が生じている。そこで、下地材料層から
の反射光を弱めるための反射防止膜が必須となる。
However, since the excimer laser light is light of a single wavelength, a standing wave effect is easily generated due to multiple interference in the resist film. As a result, there arise problems such as a change in the size of the resist pattern above and below the step on the wafer surface, and formation of pleated irregularities on the side wall surface of the resist pattern. Therefore, an antireflection film for reducing the reflected light from the base material layer is essential.

【0005】反射防止膜の構成材料としては、従来から
アモルファス・シリコン、TiN、TiON等が多く用
いられてきたが、近年、SiON(酸化窒化シリコン)
が遠紫外領域において良好な光学特性を有することが示
され、エキシマ・レーザ・リソグラフィへの適用が期待
されている。たとえば、W(タングステン)−ポリサイ
ド膜やAl(アルミニウム)系材料膜の反射率をSiO
N膜で抑制した微細電極加工が、典型的なプロセスとな
る。
As a constituent material of the antireflection film, amorphous silicon, TiN, TiON, etc. have been used in many cases, but recently, SiON (silicon oxynitride) has been used.
Has good optical properties in the far ultraviolet region, and is expected to be applied to excimer laser lithography. For example, the reflectance of a W (tungsten) -polycide film or an Al (aluminum) -based material
The fine electrode processing suppressed by the N film is a typical process.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるフォ
トリソグラフィによりレジスト・マスクのパターニング
が終了した後には、次工程のエッチング工程において当
然、反射防止膜もエッチングされることとなる。このエ
ッチング中、SiONから放出される酸素系活性種によ
り、下地材料層の形状が生ずる虞れがあることが明らか
となってきた。この問題を、図9ないし図11を参照し
ながら説明する。
After the patterning of the resist mask is completed by the photolithography, the antireflection film is naturally etched in the next etching step. During this etching, it has become clear that the oxygen-based active species released from the SiON may cause the shape of the underlying material layer to occur. This problem will be described with reference to FIGS.

【0007】図9は、エッチング開始前のウェハの状態
を示している。ここでは、Si基板21上にゲート酸化
膜22を介してW−ポリサイド膜25およびSiON反
射防止膜26が順次積層され、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27が形成さ
れている。上記W−ポリサイド膜25は、下層側から順
に、不純物を含有するポリシリコン層23とWSi
x (タングステン・シリサイド)層24とが順次積層さ
れたものである。
FIG. 9 shows the state of the wafer before the start of etching. Here, a W-polycide film 25 and a SiON anti-reflection film 26 are sequentially stacked on a Si substrate 21 via a gate oxide film 22, and a resist mask 27 patterned in a predetermined shape is formed thereon. I have. The W-polycide film 25 is formed of a polysilicon layer 23 containing impurities and a WSi
x (tungsten silicide) layer 24 is sequentially laminated.

【0008】次に、上記SiON反射防止膜26を、S
iO2 系材料層のエッチングに通常用いられるフルオロ
カーボン系ガスを用いてエッチングする。このエッチン
グ過程では、プラズマ中から炭素系ポリマーが堆積する
が、SiONのエッチングではこの堆積が過剰となり易
い。これは、SiONの元素組成比がおおよそSi:
O:N=2:1:1であり、炭素系ポリマーの除去に寄
与するO原子数がSiO2 よりも少ないからである。こ
の結果、エッチング後のSiON反射防止膜16aの断
面形状は、図10に示されるようにテーパー状となり、
そのパターン・エッジはレジスト・マスク27のパター
ン・エッジよりも外側へ突出した状態となる。
Next, the SiON antireflection film 26 is
Etching is performed using a fluorocarbon-based gas usually used for etching the iO 2 -based material layer. In this etching process, a carbon-based polymer is deposited from the plasma, but this deposition tends to be excessive in the etching of SiON. This is because the element composition ratio of SiON is approximately Si:
This is because O: N = 2: 1: 1, and the number of O atoms contributing to the removal of the carbon-based polymer is smaller than that of SiO 2 . As a result, the cross-sectional shape of the etched SiON antireflection film 16a becomes tapered as shown in FIG.
The pattern edge protrudes outside the pattern edge of the resist mask 27.

【0009】この状態のままW−ポリサイド膜25をエ
ッチングすると、テーパー化により傾斜した上記SiO
N反射防止膜26aの露出面上にイオンが入射し、O*
がスパッタアウトされる。このため、レジスト・マスク
27に由来する炭素系ポリマーを側壁保護に利用しよう
としても、該炭素系ポリマーが直ちにCOx の形で除去
されてしまい、所望の側壁保護効果が得られなくなる。
この結果、図11に示されるように、アンダカットを生
じたWSix 層24bとポリシリコン層23bからな
る、異方性形状の劣化したゲート電極25bが形成され
てしまう。特に、上記エッチングにCl2 /O2 混合ガ
スが用いられている場合には、WSix 層24からWが
WClOx の形で引き抜かれ易く、WSix 層24bに
おけるアンダカットが大きくなる。
When the W-polycide film 25 is etched in this state, the SiO.sub.
Ions enter the exposed surface of the N anti-reflection film 26a, and O *
Is sputtered out. Therefore, even if an attempt is made to use the carbon-based polymer derived from the resist mask 27 for sidewall protection, the carbon-based polymer is immediately removed in the form of CO x , and the desired sidewall protection effect cannot be obtained.
As a result, as shown in FIG. 11, consisting of WSi x layer 24b and the polysilicon layer 23b caused an undercut, a gate electrode 25b having deteriorated anisotropic shape is formed. In particular, when the above etching Cl 2 / O 2 mixed gas is used, W from WSi x layer 24 is easily pulled out in the form of WClO x, undercut increases the WSi x layer 24b.

【0010】このように、ゲート電極の異方性形状が劣
化すると、配線抵抗が設計値から外れる他、LDD構造
達成用のサイド・ウォールの形成が困難となる等の深刻
な問題が生ずる。
As described above, when the anisotropic shape of the gate electrode is deteriorated, serious problems such as difficulty in forming a side wall for achieving the LDD structure, as well as deviating the wiring resistance from the design value, occur.

【0011】かかる形状劣化は、上述のSiON反射防
止膜に限らず、酸素を容易に放出し得る他の反射防止膜
を用いた場合にも、またW−ポリサイド膜25のみなら
ずAl系多層膜等の他の材料層をエッチングする場合に
も、同様に起こり得る現象である。そこで、本発明は酸
素を含有する反射防止膜と積層された積層膜系のエッチ
ングにおいて、該反射防止膜に由来する異方性の劣化を
防止する方法を提供することを目的とする。
The deterioration of the shape is not limited to the above-described SiON anti-reflection film, but also when another anti-reflection film capable of easily releasing oxygen is used. This is a phenomenon that can similarly occur when other material layers are etched. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for preventing deterioration of anisotropy due to an antireflection film in etching of a laminated film system in which an antireflection film containing oxygen is stacked.

【0012】[0012]

【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、上述の目的を達するために提案されるもので
あり、酸素を含有する反射防止膜で表面を被覆されてな
る被エッチング材料層をレジスト・マスクを介してエッ
チングする際に、異方的なエッチング条件により前記反
射防止膜をドライエッチングする第1の工程と、希フッ
酸溶液処理を用いた等方的なエッチング条件により、前
記反射防止膜のパターン・エッジを少なくとも前記レジ
スト・マスクのパターン・エッジの垂直投影位置まで後
退させる第2の工程と、前記被エッチング材料層をドラ
イエッチングする第3の工程とを経るものである。
A dry etching method according to the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and comprises a method of forming a material layer to be etched, the surface of which is coated with an antireflection film containing oxygen. When etching through a resist mask, the first step of dry-etching the antireflection film under anisotropic etching conditions and the reflection of the antireflection film under an isotropic etching condition using a diluted hydrofluoric acid solution treatment. A second step of retreating the pattern edge of the prevention film to at least a vertical projection position of the pattern edge of the resist mask, and a third step of dry-etching the material layer to be etched.

【0013】ここで、上記被エッチング材料層とは、フ
ォトリソグラフィの解像度を向上させるために反射防止
膜を必要とする反射率の比較的高い材料層であり、典型
的にはW−ポリサイド膜、Al系多層膜等の配線材料層
である。また、上記等方的なエッチング条件とは、希フ
ッ酸溶液を用いたウェットエッチングにより達成するこ
とができる。
Here, the material layer to be etched is a material layer having a relatively high reflectance which requires an antireflection film in order to improve the resolution of photolithography, and is typically a W-polycide film, This is a wiring material layer such as an Al-based multilayer film. The isotropic etching conditions can be achieved by wet etching using a diluted hydrofluoric acid solution.

【0014】また、第2の工程において前記反射防止膜
を後退させた後のパターン・エッジの位置は、プラズマ
中のイオンの斜め入射成分に対するマージンを見込ん
で、レジスト・マスクのパターン・エッジの垂直投影位
置から若干内側に入り込んだ位置としても良い。ただ
し、あまり大きく内側へ後退させるとレジスト・マスク
と被エッチング材料層との間の隙間が大きくなり、ここ
からラジカルが侵入して該被エッチング材料層の異方性
形状をかえって劣化させることも考えられる。したがっ
て実用上は、少なくともレジスト・マスクのパターン・
エッジの垂直投影位置まで後退させておけば十分であ
る。
The position of the pattern edge after the antireflection film is receded in the second step is determined by taking into account the margin for the oblique incidence component of ions in the plasma, and The position may be slightly inward from the projection position. However, if it is retreated too much inward, the gap between the resist mask and the material layer to be etched becomes large, and radicals may enter from this space to degrade the anisotropic shape of the material layer to be etched. Can be Therefore, in practice, at least the resist mask pattern
It is sufficient to retract the edge to the vertical projection position.

【0015】前記酸素を含有する反射防止膜の構成材料
としては、今後のエキシマ・レーザ・リソグラフィに対
応させる観点からSiON系材料が特に好適である。こ
のSiON系材料には、成膜時のガス組成に応じてHが
含まれていても良い。SiONは、SiOx 系材料層の
エッチング用に通常広く用いられているフルオロカーボ
ン系化合物を含むエッチング・ガスを用いてエッチング
することができる。
As a constituent material of the oxygen-containing antireflection film, a SiON-based material is particularly preferable from the viewpoint of supporting future excimer laser lithography. This SiON-based material may contain H depending on the gas composition at the time of film formation. SiON may be etched using an etching gas containing a fluorocarbon-based compounds usually widely used for etching the SiO x based material layer.

【0016】上記のエッチングにより生じたSiON系
反射防止膜のパターン・エッジは、希フッ酸溶液処理を
行うことにより後退させることができる。後退量は、こ
のときの処理時間にもとづいて決定することができる。
The pattern edge of the SiON-based antireflection film generated by the above etching can be retreated by performing a diluted hydrofluoric acid solution treatment. The retreat amount can be determined based on the processing time at this time.

【0017】[0017]

【作用】本発明では、反射防止膜のエッチングを終了し
た時点で、反射防止膜のパターン・エッジを少なくとも
レジスト・マスクのパターン・エッジの垂直投影位置ま
で後退させるので、該反射防止膜へのイオンの垂直入射
が起こらなくなる。したがって、その下地の被エッチン
グ材料層をエッチングする際にも、反射防止膜からの酸
素系活性種の供給が起こらず、側壁保護膜の除去が防止
され、被エッチング材料層の異方性形状を維持すること
が可能となる。また、イオンの垂直入射範囲が本来のレ
ジスト・マスクのパターン幅で正確に規定されるように
なるので、寸法変換差の発生も防止できる。
According to the present invention, when the etching of the anti-reflection film is completed, the pattern edge of the anti-reflection film is retracted at least to the vertical projection position of the pattern edge of the resist mask. Perpendicular incidence does not occur. Therefore, even when the underlying material layer to be etched is etched, supply of oxygen-based active species from the antireflection film does not occur, the removal of the sidewall protective film is prevented, and the anisotropic shape of the material layer to be etched is reduced. It can be maintained. Further, since the vertical incidence range of ions is accurately defined by the original pattern width of the resist mask, the occurrence of a dimensional conversion difference can be prevented.

【0018】特に、SiON系材料からなる反射防止膜
をフルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガスを
用いてエッチングする場合、SiONのエッチング特性
がSiO2 とSiとの中間的なものであるために、その
断面形状がテーパーし易くなっている。したがって、上
述のようなパターン・エッジの後退は、反射防止膜への
イオンの垂直入射面を無くす意味で極めて有効である。
In particular, when an antireflection film made of a SiON-based material is etched using an etching gas containing a fluorocarbon-based compound, the etching characteristic of SiON is intermediate between SiO 2 and Si. The cross-sectional shape is easily tapered. Therefore, the retreat of the pattern edge as described above is extremely effective in eliminating the vertical incidence surface of ions to the antireflection film.

【0019】この後退処理を、希フッ酸溶液処理、すな
わちウェットエッチングにより行えば、等方的な化学反
応により反射防止膜を水平方向に浸触することができ、
しかも下地の被エッチング材料層にダメージを与えるこ
とがない。
If this retreating treatment is performed by a diluted hydrofluoric acid solution treatment, that is, wet etching, the antireflection film can be immersed in the horizontal direction by an isotropic chemical reaction.
Moreover, the underlying material layer to be etched is not damaged.

【0020】[0020]

【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.

【0021】実施例1 本実施例は、W−ポリサイド・ゲート電極加工におい
て、W−ポリサイド膜上のSiON反射防止膜をc−C
4 8 /CH2 2 混合ガスを用いてエッチングした
後、希フッ酸処理を行ってそのパターン・エッジを後退
させ、Cl2 /O2混合ガスを用いてW−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1ない
し図4を参照しながら説明する。
Embodiment 1 In this embodiment, in processing a W-polycide gate electrode, a SiON antireflection film on a W-polycide film is c-C
Example of etching using a 4 F 8 / CH 2 F 2 mixed gas, performing dilute hydrofluoric acid treatment to retreat the pattern edge, and etching a W-polycide film using a Cl 2 / O 2 mixed gas It is. This process will be described with reference to FIGS.

【0022】図1に、本実施例でエッチング・サンプル
として用いたウェハの構成を示す。ここでは、Si基板
1上に厚さ約10nmのゲート酸化膜2を介してW−ポ
リサイド膜5およびSiON反射防止膜6が順次積層さ
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7が形成されている。ここで、上記W−
ポリサイド膜5は、下層側から順に、不純物を含有する
厚さ約100nmのポリシリコン層3と厚さ約100n
mのWSix 層4とが順次積層されたものである。ま
た、上記SiON反射防止膜6は、プラズマCVD法に
より厚さ約30nmに堆積されている。さらに、上記レ
ジスト・マスク7は、ポジ型化学増幅系レジスト材料
(シプレー社製;商品名XP8843)とKrFエキシ
マ・レーザ・ステッパを用い、厚さ約1μm,パターン
幅約0.25μmに形成されている。
FIG. 1 shows the configuration of a wafer used as an etching sample in this embodiment. Here, a W-polycide film 5 and a SiON antireflection film 6 are sequentially laminated on a Si substrate 1 via a gate oxide film 2 having a thickness of about 10 nm, and a resist mask patterned in a predetermined shape is further laminated thereon. 7 are formed. Here, W-
The polycide film 5 includes, in order from the lower layer, a polysilicon layer 3 containing an impurity and having a thickness of about 100 nm and a thickness of about 100 nm.
m and WSi x layer 4 of which are sequentially stacked. The SiON antireflection film 6 is deposited to a thickness of about 30 nm by a plasma CVD method. Further, the resist mask 7 is formed to a thickness of about 1 μm and a pattern width of about 0.25 μm using a positive type chemically amplified resist material (manufactured by Shipley Co .; trade name: XP8843) and a KrF excimer laser stepper. I have.

【0023】このウェハをSiO2 加工用のRFバイア
ス印加型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SiON反射防止膜
6をエッチングした。 c−C4 8 流量 50 SCCM CHF3 流量 20 SCCM ガス圧 0.5 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 300 W(800 kH
z) ウェハ載置電極温度 0 ℃(アルコール系冷
媒使用) 上記条件は典型的なSiOx 系材料層のエッチング条件
であり、SiON反射防止膜6はCFx + のイオン・ア
シスト機構にもとづいてエッチングされる。しかし、S
iONのO含量が少ないために図示されない炭素系ポリ
マーの堆積が過剰となり、得られたSiON反射防止膜
6aの断面形状は図2に示されるようにテーパー化し
た。
This wafer was set in an RF bias applying type magnetic field microwave plasma etching apparatus for processing SiO 2 , and the SiON antireflection film 6 was etched under the following conditions as an example. c-C 4 F 8 flow rate 50 SCCM CHF 3 flow rate 20 SCCM gas pressure 0.5 Pa microwave power 1000 W (2.45 GH)
z) RF bias power 300 W (800 kHz)
z) Wafer mounting electrode temperature 0 ° C. (using alcohol-based refrigerant) The above conditions are typical etching conditions for the SiO x -based material layer, and the SiON antireflection film 6 is etched based on the CF x + ion assist mechanism. Is done. However, S
Since the O content of iON was small, the deposition of a carbon-based polymer (not shown) became excessive, and the cross-sectional shape of the obtained SiON antireflection film 6a was tapered as shown in FIG.

【0024】次に、上記ウェハを希フッ酸溶液(HF:
2 O=5:100)に30秒間浸漬した。これにより
SiON反射防止膜6aが水平方向に浸触され、図3に
示されるように、パターン・エッジがレジスト・マスク
7のパターン・エッジの垂直投影位置まで後退したSi
ON反射防止膜6bが得られた。
Next, the above wafer is diluted with a diluted hydrofluoric acid solution (HF:
(H 2 O = 5: 100) for 30 seconds. As a result, the SiON anti-reflection film 6a is immersed in the horizontal direction, and as shown in FIG. 3, the pattern edge is retreated to the vertical projection position of the pattern edge of the resist mask 7.
An ON antireflection film 6b was obtained.

【0025】次に、上記ウェハをゲート加工用の別の有
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W−ポリサイド膜5をエッ
チングした。 Cl2 流量 72 SCCM O2 流量 8 SCCM ガス圧 0.4 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 40 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 0 ℃(アルコール系冷
媒使用)
Next, the wafer is set in another magnetic field microwave plasma etching apparatus for gate processing,
As an example, the W-polycide film 5 was etched under the following conditions. Cl 2 flow rate 72 SCCM O 2 flow rate 8 SCCM Gas pressure 0.4 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 40 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 0 ° C (using alcohol-based refrigerant)

【0026】このエッチング工程では、図4に示される
ように、W−ポリサイド膜5がWClOx ,SiClx
等の形で除去される。このとき、レジスト・マスク7の
スパッタ生成物に由来して炭素系ポリマーからなる側壁
保護膜8が形成されるが、レジスト・マスク7に遮蔽さ
れたSiON反射防止膜6bからはもはやO* がスパッ
タアウトされないため、側壁保護膜8が除去されること
はない。したがって、レジスト・マスク7と同じパター
ン幅を有し、良好な異方性形状を有するゲート電極5a
を形成することができた。なお、図中、エッチング後の
各材料層は、元の符号に添字aを付して示してある。
In this etching step, as shown in FIG. 4, the W-polycide film 5 is made of WClO x , SiCl x.
And so on. At this time, the side wall protective film 8 made of a carbon-based polymer is formed due to the sputter product of the resist mask 7, but O * is no longer sputtered from the SiON antireflection film 6b shielded by the resist mask 7. Since it is not removed, the sidewall protective film 8 is not removed. Therefore, gate electrode 5a having the same pattern width as resist mask 7 and having a good anisotropic shape
Could be formed. In the drawings, each of the material layers after the etching is shown by adding the suffix a to the original code.

【0027】この異方性形状は、約50%のオーバーエ
ッチングを行った後にも維持することができた。
This anisotropic shape could be maintained even after about 50% over-etching was performed.

【0028】実施例2 本実施例は、Al系配線加工において、Al系多層膜上
のSiON反射防止膜をc−C4 8 /CH2 2 混合
ガスを用いてエッチングした後、希フッ酸処理を行って
そのパターン・エッジを後退させ、BCl3 /Cl2
合ガスを用いてAl−1%Si層およびバリヤメタルを
エッチングした例である。このプロセスを、図5ないし
図8を参照しながら説明する。
Embodiment 2 In this embodiment, in the Al-based wiring processing, the SiON anti-reflection film on the Al-based multilayer film is etched using a mixed gas of c-C 4 F 8 / CH 2 F 2 , and then the diluted fluorine is removed. This is an example in which the pattern edge is retreated by performing an acid treatment, and the Al-1% Si layer and the barrier metal are etched using a BCl 3 / Cl 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIGS.

【0029】まず、図5に示されるように、SiO2
間絶縁膜11上にバリヤメタル14、Al−1%Si層
15、SiON反射防止膜16が順次積層されたAl系
多層膜が形成され、さらにその上にレジスト・マスク1
7がパターニングされてなるウェハを用意した。ここ
で、上記バリヤメタル14は、たとえば下層側から順に
Ti層12とTiON層13が順次積層されたものであ
る。
First, as shown in FIG. 5, an Al-based multilayer film in which a barrier metal 14, an Al-1% Si layer 15, and a SiON antireflection film 16 are sequentially laminated on an SiO 2 interlayer insulating film 11 is formed. Further, a resist mask 1 is further formed thereon.
7 was prepared by patterning a wafer. Here, the barrier metal 14 is, for example, a layer in which a Ti layer 12 and a TiON layer 13 are sequentially stacked from the lower layer side.

【0030】次に、上記SiON反射防止膜16を実施
例1と同じ条件でエッチングし、図6に示されるような
テーパー化したSiON反射防止膜16aを得た。さら
に、実施例1と同じ条件で希フッ酸溶液処理を行い、図
7に示されるようにパターン・エッジの後退したSiO
N反射防止膜16bを得た。
Next, the SiON antireflection film 16 was etched under the same conditions as in Example 1 to obtain a tapered SiON antireflection film 16a as shown in FIG. Further, a dilute hydrofluoric acid solution treatment was performed under the same conditions as in Example 1, and as shown in FIG.
An N antireflection film 16b was obtained.

【0031】次に、上記ウェハをRFバイアス印加型有
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Al−1%Si層15とバリヤ
メタル14とをエッチングした。 BCl3 流量 60 SCCM Cl2 流量 90 SCCM ガス圧 1.5 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 50 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 30 ℃(水冷)
Next, the wafer is set in an RF bias applying type magnetic field microwave plasma etching apparatus,
As an example, the Al-1% Si layer 15 and the barrier metal 14 were etched under the following conditions. BCl 3 flow rate 60 SCCM Cl 2 flow rate 90 SCCM Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH)
z) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 30 ° C (water cooling)

【0032】上記のガス組成は、Alエッチング用の標
準的な塩素系ガス組成である。このとき、レジスト・マ
スク17に由来して炭素系ポリマーからなる側壁保護膜
18が形成されるが、レジスト・マスク17に遮蔽され
たSiON反射防止膜16bからはもはやO* がスパッ
タアウトされないため、側壁保護膜18が除去されるこ
とはない。したがって、レジスト・マスク17と同じパ
ターン幅を有し、良好な異方性形状を有するAl−1%
Si層15aおよびバリヤメタル14aを形成すること
ができた。なお、図中、エッチング後の各材料層は、元
の符号に添字aを付して示してある。
The above gas composition is a standard chlorine-based gas composition for Al etching. At this time, a sidewall protective film 18 made of a carbon-based polymer is formed from the resist mask 17, but O * is no longer sputtered out of the SiON antireflection film 16b shielded by the resist mask 17, The sidewall protective film 18 is not removed. Therefore, Al-1% having the same pattern width as the resist mask 17 and having a favorable anisotropic shape
The Si layer 15a and the barrier metal 14a could be formed. In the drawings, each of the material layers after the etching is shown by adding the suffix a to the original code.

【0033】この異方性形状は、約50%のオーバーエ
ッチングを行った後にも維持することができた。
This anisotropic shape could be maintained even after about 50% over-etching was performed.

【0034】以上、本発明を2例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。サンプル・ウェハの構成、使用するエッ
チング装置、ドライエッチングおよびウェットエッチン
グの条件等の詳細が適宜変更可能であることは言うまで
もない。
Although the present invention has been described based on two embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. It goes without saying that details such as the configuration of the sample wafer, the etching apparatus to be used, and the conditions of the dry etching and the wet etching can be appropriately changed.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では反射防止膜のパターン・エッジを少なくともレジ
スト・マスクのパターン・エッジの垂直投影位置まで後
退させた後に被エッチング材料層のエッチングを行うの
で、反射防止膜からの酸素系活性種の放出を抑制し、寸
法変換差を発生しない良好な異方性加工を行うことがで
きる。上記の後退処理は希フッ酸溶液処理により行われ
るので、高価な設備を必要とせず、またその後退量も自
己整合的に決定されるので、余分のリソグラフィ工程を
必要としない。したがって、本発明は既存の設備を用い
て安価に実施することができる。
As is apparent from the above description, in the present invention, the etching of the material layer to be etched is performed after the pattern edge of the antireflection film is retreated at least to the vertical projection position of the pattern edge of the resist mask. Accordingly, it is possible to suppress the release of the oxygen-based active species from the antireflection film, and to perform a favorable anisotropic processing without generating a dimensional conversion difference. Since the retreating process is performed by dilute hydrofluoric acid solution treatment, expensive equipment is not required, and the retreating amount is determined in a self-aligned manner, so that an extra lithography step is not required. Therefore, the present invention can be implemented inexpensively using existing equipment.

【0036】本発明は特に、エキシマ・レーザ・リソグ
ラフィ用の反射防止膜として有望なSiONを用いた次
世代以降の微細電極加工に典型的に適用することがで
き、その産業上の利用価値は著しく大きいものである。
The present invention is particularly applicable to the next-generation and subsequent fine electrode processing using SiON which is promising as an antireflection film for excimer laser lithography, and its industrial utility value is remarkable. It is big.

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

【図1】本発明を適用したW−ポリサイド・ゲート電極
加工において、エッチング前のウェハの状態を示す模式
的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a state of a wafer before etching in processing of a W-polycide gate electrode to which the present invention is applied.

【図2】図1のSiON反射防止膜をエッチングした状
態を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where the SiON antireflection film of FIG. 1 is etched.

【図3】図2のSiON反射防止膜の希フッ酸溶液処理
を行ってそのパターン・エッジを後退させた状態を示す
模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a dilute hydrofluoric acid solution treatment of the SiON antireflection film of FIG. 2 is performed to retreat a pattern edge thereof.

【図4】図3のW−ポリサイド膜を異方性エッチングし
てゲート電極を形成した状態を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a gate electrode is formed by anisotropically etching the W-polycide film of FIG. 3;

【図5】本発明を適用したAl系配線加工において、エ
ッチング前のウェハの状態を示す模式的断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before etching in Al-based wiring processing to which the present invention is applied.

【図6】図5のSiON反射防止膜をエッチングした状
態を示す模式的断面図である。
6 is a schematic cross-sectional view showing a state where the SiON antireflection film of FIG. 5 is etched.

【図7】図6のSiON反射防止膜の希フッ酸溶液処理
を行ってそのパターン・エッジを後退させた状態を示す
模式的断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a dilute hydrofluoric acid solution treatment of the SiON anti-reflection film of FIG. 6 is performed to retreat a pattern edge thereof.

【図8】図7のAl−1%Si層およびバリヤメタルを
異方性エッチングしてAl系配線パターンを形成した状
態を示す模式的断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an Al-based wiring pattern is formed by anisotropically etching the Al-1% Si layer and the barrier metal of FIG.

【図9】従来のW−ポリサイド・ゲート電極加工におい
て、エッチング前のウェハの状態を示す模式的断面図で
ある。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before etching in conventional W-polycide gate electrode processing.

【図10】図9のSiON反射防止膜がエッチングされ
た状態を示す模式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state where the SiON antireflection film of FIG. 9 is etched.

【図11】図10のレジスト・マスクからO* がスパッ
タアウトされ、ゲート電極の異方性形状が劣化した状態
を示す模式的断面図である。
11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which O * is sputtered out of the resist mask of FIG. 10 and the anisotropic shape of the gate electrode is deteriorated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 ・・・W−ポリサイド膜 6,16 ・・・SiON反射防止膜 6a,16a・・・(テーパー化した)SiON反射防
止膜 6b,16b・・・(後退された)SiON反射防止膜 7,17 ・・・レジスト・マスク 8,18 ・・・側壁保護膜 14 ・・・バリヤメタル 15 ・・・Al−1%Si層
5 ... W-polycide film 6,16 ... SiON antireflection film 6a, 16a ... (tapered) SiON antireflection film 6b, 16b ... (retracted) SiON antireflection film 7, 17: resist mask 8, 18: sidewall protective film 14: barrier metal 15: Al-1% Si layer

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/027 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/027

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸素を含有する反射防止膜で表面を被覆
されてなる被エッチング材料層をレジスト・マスクを介
してエッチングするドライエッチング方法において、異方的なエッチング条件により 前記反射防止膜をドライ
エッチングする第1の工程と、希フッ酸溶液処理を用いた 等方的なエッチング条件によ
り、前記反射防止膜のパターン・エッジを少なくとも前
記レジスト・マスクのパターン・エッジの垂直投影位置
まで後退させる第2の工程と、 前記被エッチング材料層をドライエッチングする第3の
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。
In a dry etching method for etching, via a resist mask, a material layer having a surface coated with an antireflection film containing oxygen, the antireflection film is dried under an anisotropic etching condition. A first step of etching and a step of retreating a pattern edge of the antireflection film to at least a vertical projection position of the pattern edge of the resist mask by isotropic etching conditions using a diluted hydrofluoric acid solution treatment . And a third step of dry-etching the material layer to be etched.
【請求項2】 前記酸素を含有する反射防止膜はSiO
N系材料からな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。
2. The oxygen-containing antireflection film is made of SiO.
2. The dry etching method according to claim 1, comprising an N-based material.
【請求項3】 前記第1の工程では、前記反射防止膜を
フルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガスを用
いてドライエッチングすることを特徴とする請求項2記
載のドライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 2, wherein in the first step, the antireflection film is dry-etched using an etching gas containing a fluorocarbon-based compound.
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