JPH02230727A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH02230727A
JPH02230727A JP5003989A JP5003989A JPH02230727A JP H02230727 A JPH02230727 A JP H02230727A JP 5003989 A JP5003989 A JP 5003989A JP 5003989 A JP5003989 A JP 5003989A JP H02230727 A JPH02230727 A JP H02230727A
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Abstract

PURPOSE:To remove an oxide film on a surface and to make it possible to keep a high selecting ratio for silicon oxide by etching the oxide film which is formed on the surface of silicon or poly/crystalline silicon as a pretreatment of dry etching under the conditions wherein the flow rate of etching gas is increased in comparison with intrinsic etching. CONSTITUTION:When SiO2 is etched as a pretreatment, the etching speed of the SiO2 becomes quick with the increase in flow rate of HBr gas which is used as etching gas. When the flow rate of HBr gas is set at, e.g. 200sccm and RIE is conducted, the etching speed of the SiO2 becomes about 40Angstrom /min. Therefore, a surface oxide film 15 which is formed by oxidizing the surface of silicon or polycrystalline silicon 13 can be removed in a short time. When the flow rate of the HBr gas is increased, however, the etching speed of the SiO2 becomes quick, and a selecting ratio for the SiO2 is lowered. When the polycrystalline silicon 13 is continuously etched, the flow rate of the HBr gas is decreased to the quantity of 100sccm. Then the etching rate of the SiO2 is deceased at this flow rate. Therefore, the dry etching having the high specific selectivity can be achieved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 臭素(Brz)または臭化水素(HBr)によるシリコ
ン、あるいは多結晶シリコンのドライエッチング方法に
関し、 シリコンまたは多結晶シリコンの表面酸化膜の除去が容
易になり、工程が簡易化され、かつ酸化シリコンに対す
る高い選択比を保ことができるドライエッチング方法を
提供することを目的とし、臭素ガスまたは臭化水素ガス
を含むガスを用いて、シリコンまたは多結晶シリコンを
ドライエッチングする方法において、ドライエッチング
の前処理として、エッチング除去する部分の前記シリコ
ンまたは多結晶シリコン表面に生じた酸化膜を、同じ臭
素ガスまたは臭化水素ガスの流量を前記シリコンまたは
多結晶シリコンのエッチングに比し増大させた条件でエ
ッチングすることを特徴とするドライエッチング方法を
含み構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a method of dry etching silicon or polycrystalline silicon using bromine (Brz) or hydrogen bromide (HBr), the surface oxide film of silicon or polycrystalline silicon can be easily removed, The purpose is to provide a dry etching method that simplifies the process and can maintain a high selectivity to silicon oxide. In the etching method, as a pre-treatment for dry etching, an oxide film formed on the silicon or polycrystalline silicon surface of the portion to be etched is removed by using the same flow rate of bromine gas or hydrogen bromide gas to etch the silicon or polycrystalline silicon. The method includes a dry etching method characterized in that etching is performed under conditions increased compared to the dry etching method.

〔産業上の利用分野] 本発明はドライエッチング方法、特に臭素(Brz)ま
たは臭化水素(lIBr)によるシリコン、あるいは多
結晶シリコンのドライエッチング方法に関する。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a dry etching method, particularly a method for dry etching silicon or polycrystalline silicon using bromine (Brz) or hydrogen bromide (lIBr).

?従来の技術] 近年、半導体デバイスの微細化に伴い、シリコン基板上
などの絶縁酸化膜が薄膜化され、酸化シリコン(SiO
■)膜に対し、かなり高い選択比をもつシリコン、例え
ば多結晶シリコンのエッチング技術が必要とされている
。このためにはBrzまたはHBrをエッチングガスに
用いたドライエッチング方法が有効である。ところが、
シリコンあるいは?結晶シリコンの表面が自然に、また
はウエハプロセス中のある工程で酸化され、SiO■膜
が形成されると、Sin2に対する選択比が高いために
、このSiO■膜を除《ことができず、シリコンあるい
は多結晶シリコンのエッチングが始まらないという問題
が生じていた。このためBrzまたはHBrによるエッ
チングを行う場合には、あらかじめこれら表面が酸化さ
れてできたSin2膜を取り除く必要がある。
? [Prior art] In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, insulating oxide films on silicon substrates have become thinner, and silicon oxide (SiO
(2) There is a need for etching technology for silicon, such as polycrystalline silicon, that has a fairly high selectivity to films. For this purpose, a dry etching method using Brz or HBr as an etching gas is effective. However,
Silicon or? When the surface of crystalline silicon is oxidized naturally or in a certain step during the wafer process and a SiO film is formed, this SiO film cannot be removed due to its high selectivity to Sin2, and the silicon Alternatively, there has been a problem that etching of polycrystalline silicon does not start. Therefore, when performing etching with Brz or HBr, it is necessary to remove in advance the Sin2 film formed by oxidizing these surfaces.

従来、BrzまたはHBrによるシリコン、あるいは多
結晶シリコンのドライエッチングにおける前処理方法と
して、本出願人はその開発した技術につき特許出願手続
をとった(特願昭62−16228号)。
Conventionally, the present applicant filed a patent application for the technology developed as a pretreatment method for dry etching of silicon or polycrystalline silicon using Brz or HBr (Japanese Patent Application No. 16228/1982).

この方法は、単結晶シリコン又は多結晶シリコンを選択
的にドライエッチングする方法において、エッチング除
去する部分のシリコン表面に生じた自然酸化膜をフッ素
系ガス又は塩素系ガスによってドライエッチングした後
に、臭素系ガスによる反応性イオンエッチングによって
前記単結晶又は多結晶シリコンを選択エッチングするこ
とを特徴とするものである。この方法により、臭素系ガ
スによるシリコンの反応性イオンエッチングを行なう前
にシリコン表面上の自然酸化膜を除去するので、穴底面
荒れや穴深さバラッキのない穴形成異方性エッチングが
再現性良く行なえるもので、この方法は素子分離用溝形
成のエッチング、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコ
ンの選択エッチングにも適用できるものである。
This method is a method of selectively dry etching single-crystal silicon or polycrystalline silicon, and after dry-etching the natural oxide film formed on the silicon surface of the part to be etched with fluorine-based gas or chlorine-based gas, This method is characterized in that the single crystal or polycrystalline silicon is selectively etched by reactive ion etching using gas. This method removes the natural oxide film on the silicon surface before performing reactive ion etching of silicon using bromine gas, so anisotropic etching can be performed to form holes with good reproducibility without roughening of the bottom of the hole or variations in hole depth. This method can also be applied to etching for forming trenches for element isolation and selective etching of single crystal silicon or polycrystalline silicon.

?ため、前処理ガスの影響が残り、それによって次のB
rzまたはI{Brによるエッチングで、SiO■のエ
ッチング速度が速くなり、SiO■に対する選択比が低
下するという問題があることも判明した。
? Therefore, the influence of the pretreatment gas remains, which causes the next B
It has also been found that etching with rz or I{Br increases the etching rate of SiO■ and reduces the selectivity to SiO■.

そこで本発明は、シリコンまたは多結晶シリコンの表面
酸化膜の除去が容易になり、工程が簡易化され、かつ酸
化シリコンに対する高い選択比を保ことかできるドライ
エッチング方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a dry etching method that facilitates the removal of the surface oxide film of silicon or polycrystalline silicon, simplifies the process, and maintains a high selectivity to silicon oxide. .

?発明が解決しようとする課題〕 上記従来の前処理の方法では、表面のSiO■膜をウエ
ハ内に均一に除去するために、前処理の時間を長くする
とシリコン、あるいは多結晶シリコンの方が多《エッチ
ングされ、この膜減りの量が定かでなく、次に行うBr
!またはHBrによるシリコン、あるいは多結晶シリコ
ンのエッチングで再現性が悪くなるという問題がある。
? [Problems to be Solved by the Invention] In the conventional pretreatment method described above, in order to remove the SiO film on the surface uniformly within the wafer, if the pretreatment time is prolonged, silicon or polycrystalline silicon is 《The amount of this film reduction is uncertain due to etching, and the next Br
! Another problem is that reproducibility deteriorates when etching silicon or polycrystalline silicon using HBr.

また、このガス切り換え方式では、残留ガス成分や、前
処理中にチャンバー壁やウエハ表面に吸着、堆積した成
分〔課題を解決するための手段〕 上記課題は、臭素ガスまたは臭化水素ガスを含むガスを
用いて、シリコンまたは多結晶シリコンをドライエッチ
ングする方法において、ドライエッチングの前処理とし
て、エッチング除去する部分の前記シリコンまたは多結
晶シリコン表面に生じた酸化膜を、同じ臭素ガスまたは
臭化水素ガスの流量を前記シリコンまたは多結晶シリコ
ンのエッチングに比し増大させた条件でエッチングする
ことを特徴とするドライエッチング方法によって達成さ
れる。
In addition, in this gas switching method, residual gas components and components adsorbed and deposited on the chamber wall and wafer surface during preprocessing [Means for solving the problem] In a method of dry etching silicon or polycrystalline silicon using gas, as a pretreatment for dry etching, an oxide film formed on the silicon or polycrystalline silicon surface of the portion to be etched is removed using the same bromine gas or hydrogen bromide. This is achieved by a dry etching method characterized by etching with a gas flow rate increased compared to the etching of silicon or polycrystalline silicon.

?作用〕 本発明では、第3図に示すように、例えばHBrガスの
流量に対する多結晶シリコン(ポリシリコン)とSin
.のエッチング速度が異なり、llBrガスの流量が増
えるにつれて、SiO■のエッチング速度が直線的に増
加するのに対して、多結晶シリコンエッチング速度の増
加が徐々に小さくなることを利用したものである。なお
第3図において、横軸にはHBrの流量を(sccm:
lでとり、左の縦軸にはポリシリコンのエッチング速度
を〔入/min )で、また右の縦軸には酸化シリコン
( SiOz)のエッチング速度を〔入/min)でと
ったが、右の縦軸のスケールは左の縦軸のスケールに比
べ大きくとってある。すなわち、前処理としてSiO■
をエッチングする際は、エッチングガスとして用いてい
る}IBrガスの流量が増えるにつれて、Si02のエ
ッチング速度は速くなる。HBrガスの流量を例えば、
200sccmにしてl?IEすると、SiO■のエッ
チング速度は、?40人/minとなる。従って、短時
間でシリコンまたは多結晶シリコンの表面が酸化されて
形成された表面酸化膜を短い時間で除去できる。しがし
、tlBrガスの流量が増えると、SiOzのエッチン
グ速度が速くなり、SiO■に対する選択比が低下する
ため、続いて多結晶シリコンをエッチングする際は、H
Brガスの流量を100sccm以下の量に少なくする
とこの流量ではSiO■のエッチングレートが低下する
から、高選択比をもつドライエッチングが達成される。
? Effect] In the present invention, as shown in FIG. 3, for example, polycrystalline silicon (polysilicon) and Sin
.. This method takes advantage of the fact that as the flow rate of llBr gas increases, the etching rate of SiO2 increases linearly, whereas the increase in the etching rate of polycrystalline silicon gradually decreases. In Fig. 3, the horizontal axis represents the flow rate of HBr (sccm:
The left vertical axis shows the etching rate of polysilicon in [in/min), and the right vertical axis shows the etching rate of silicon oxide (SiOz) in [in/min]. The scale of the vertical axis is larger than the scale of the left vertical axis. That is, as a pretreatment, SiO■
When etching Si02, the etching rate of Si02 increases as the flow rate of IBr gas used as the etching gas increases. For example, the flow rate of HBr gas is
Is it 200sccm? When using IE, what is the etching rate of SiO■? 40 people/min. Therefore, a surface oxide film formed by oxidizing the surface of silicon or polycrystalline silicon in a short time can be removed in a short time. However, as the flow rate of tlBr gas increases, the etching rate of SiOz increases and the selectivity to SiO■ decreases, so when subsequently etching polycrystalline silicon, H
When the flow rate of Br gas is reduced to 100 sccm or less, the etching rate of SiO2 is reduced at this flow rate, so dry etching with a high selectivity can be achieved.

また、前処理すなわちSiOzのエッチング後、ポリシ
リコンをエッチングするまでの間は、真空を保ち、大気
に曝さないで、シリコンあるいは多結晶シリコンの表面
の再酸化を防止する。従って、シリコンあるいは多結晶
シリコンの表面が酸化して形成された酸化膜の除去では
、HBr流量を200sccmにしてRIE L、その
後はHBr流量を100sccm以下にしてRIEを行
うことによって、高速で高選択比をもったドライエッチ
ング方法として使用することができる。
Further, during the pretreatment, that is, after etching SiOz and before etching polysilicon, a vacuum is maintained and the surface of the silicon or polycrystalline silicon is not exposed to the atmosphere to prevent reoxidation. Therefore, when removing an oxide film formed by oxidizing the surface of silicon or polycrystalline silicon, perform RIE L at an HBr flow rate of 200 sccm, and then perform RIE at a HBr flow rate of 100 sccm or less to achieve high speed and high selectivity. It can be used as a dry etching method with a high ratio.

?実施例] 以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明する
? Example] Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to an illustrated example.

第1図は本発明実施例に用いた試料の断面図である。同
図において、シリコン基板11上には、絶縁酸化膜とし
て1000人程度の膜厚のSiO■膜12が形成され、
その上に4000人程度の膜厚の多結晶シリコン層13
が形成され、さらにその上に線幅が1μm、膜厚が20
00人程度のSiO■マスクパターン14が形成されて
いる。そして、多結晶シリコン13の表面が露出してい
なければならないところに前記したように酸化膜15が
存在している。
FIG. 1 is a sectional view of a sample used in an example of the present invention. In the figure, on a silicon substrate 11, an SiO2 film 12 with a thickness of about 1,000 layers is formed as an insulating oxide film.
On top of that is a polycrystalline silicon layer 13 with a thickness of about 4,000 layers.
is formed, and on top of that, a film with a line width of 1 μm and a film thickness of 20 μm is formed.
About 0.00 SiO2 mask patterns 14 are formed. As described above, the oxide film 15 is present where the surface of the polycrystalline silicon 13 should be exposed.

また、シリコン基板の場合の表面の酸化膜については図
示していないが、第1図の多結晶シリコン層13と下地
の酸化膜12を除いた場合がこれに相当する。
Although the oxide film on the surface of a silicon substrate is not shown, this corresponds to the case where the polycrystalline silicon layer 13 and underlying oxide film 12 in FIG. 1 are removed.

第2図は本発明の方法を実施するに用いた平行平板型R
IE装置の概略断面図である。同図において、21はエ
ッチング室、22は試料であるウェハ、23は下部電極
、24は対向電極、25は絶縁体、26は高周波電源、
27はガス供給口、28はガス排気口、29は冷却水、
30は接地点である。HBrをエッチングガスに用い、
エッチング室21内に、ガス導入口27からHBrガス
が導入され、排気口28より排気して、エッチング室2
2内を0. ITorrの圧力に保つようにした。そし
て、周波数13.56Mtlzの電力を基板当たり30
0W印加して、多結晶シリコンのエッチングを行った。
Figure 2 shows the parallel plate type R used to carry out the method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the IE device. In the figure, 21 is an etching chamber, 22 is a wafer as a sample, 23 is a lower electrode, 24 is a counter electrode, 25 is an insulator, 26 is a high frequency power source,
27 is a gas supply port, 28 is a gas exhaust port, 29 is a cooling water,
30 is a grounding point. Using HBr as an etching gas,
HBr gas is introduced into the etching chamber 21 from the gas inlet 27 and exhausted from the exhaust port 28.
2 within 0. The pressure was maintained at ITorr. Then, the power of frequency 13.56Mtlz is 30% per board.
Polycrystalline silicon was etched by applying 0W.

前処理の反応室とエッチングの反応室とを別に行う際は
、このRIE装置を2台ならべ、その間の試料の搬送を
真空中で行えばよい。
When performing the pretreatment reaction chamber and the etching reaction chamber separately, two of these RIE apparatuses may be lined up and the sample may be transported between them in a vacuum.

以下、各種条件で行った実施結果について説明する。Below, the results of experiments conducted under various conditions will be explained.

〔実施例1] 第1図の試料を用い、第2図のRIE装置を使って、前
処理としてHBrガスを用いたRIHによる多結晶シリ
コン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、多結晶
シリコンのエッチングを行った。
[Example 1] Using the sample shown in Fig. 1 and the RIE apparatus shown in Fig. 2, removal of the silicon oxide film formed on the surface of polycrystalline silicon by RIH using HBr gas as a pretreatment, and Performed silicon etching.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、IIBrガスの流量が50scc
m, RFパワーが300−、圧力が0.ITorr 
、冷却水の温度が35゛C、エッチング時間を3分間と
した。
The etching conditions used for the pretreatment to remove the surface oxide film of polycrystalline silicon were as follows: IIBr gas flow rate was 50 scc.
m, RF power is 300-, pressure is 0. ITorr
The temperature of the cooling water was 35°C, and the etching time was 3 minutes.

この後、前処理で用いた条件のうち、HBrガスの流量
を100sccmに切り換えて多結晶シリコンのエッチ
ングを試みたが、エッチングはできなかった。
Thereafter, an attempt was made to etch polycrystalline silicon by changing the flow rate of HBr gas to 100 sccm among the conditions used in the pretreatment, but etching was not possible.

これは、多結晶シリコン表面に存在する酸化膜が除去で
きなかったことが原因であった。
This was due to the fact that the oxide film present on the polycrystalline silicon surface could not be removed.

〔実施例2〕 第1図の試料を用い、第2図のRIE装置を使って、前
処理としてHBrガスを用いたl?fEによる多結晶シ
リコン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、多結
晶シリコンのエッチングを行った。
[Example 2] The sample shown in Fig. 1 was used, the RIE apparatus shown in Fig. 2 was used, and HBr gas was used as a pretreatment. The silicon oxide film formed on the surface of the polycrystalline silicon was removed by fE, and the polycrystalline silicon was etched.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、HBrガスの流量が100scc
m , RFパワーが300W,圧力がQ.lTorr
 、冷却水の温度が35゜C、エッチング時間を3分間
とした。
The etching conditions used for removing the surface oxide film of polycrystalline silicon as pre-treatment were as follows: HBr gas flow rate was 100scc.
m, RF power is 300W, pressure is Q. Torr
The temperature of the cooling water was 35° C., and the etching time was 3 minutes.

この後、前処理で用いた条件のまま、多結晶シリコンの
エッチングを試みたが、エッチングできなかった。これ
は、多結晶シリコン表面に存在する酸化膜が除去できな
かったためであった。
After this, an attempt was made to etch the polycrystalline silicon under the same conditions as used in the pretreatment, but it was not possible to etch the polycrystalline silicon. This was because the oxide film present on the surface of polycrystalline silicon could not be removed.

〔実施例3〕 第1図の試料を用い、第2図のRIE装置を使って、前
処理としてHBrガスを用いたRIEによる多結晶シリ
コン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、多結晶
シリコンのエッチングを行った。
[Example 3] Using the sample shown in Fig. 1 and the RIE apparatus shown in Fig. 2, removal of the silicon oxide film formed on the polycrystalline silicon surface by RIE using HBr gas as a pretreatment, and Performed silicon etching.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、HBrガスの流量が130scc
m , RFパワーが300W,圧力が0.1Torr
 ,冷却水の温度が35゜C、エッチング時間を2分間
とした。
The etching conditions used for the pretreatment to remove the surface oxide film of polycrystalline silicon were as follows: HBr gas flow rate was 130scc.
m, RF power is 300W, pressure is 0.1Torr
The temperature of the cooling water was 35° C., and the etching time was 2 minutes.

この後、前処理で用いた条件のうち、tlBrガスの流
量を100sccmに切り換えて多結晶シリコンのエッ
チングを試みたが、エッチングできなかった。
Thereafter, an attempt was made to etch the polycrystalline silicon by changing the flow rate of tlBr gas to 100 sccm among the conditions used in the pretreatment, but it was not possible to etch the polycrystalline silicon.

これは、多結晶シリコン表面に存在する酸化膜が除去で
きなかったためであった。
This was because the oxide film present on the surface of polycrystalline silicon could not be removed.

〔実施例4〕 第1図の試料を用い、第2図のRIE装置を使って、前
処理としてHBrガスを用いたRIEによる多結晶シリ
コン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、多結晶
シリコンのエッチングを行った。
[Example 4] Using the sample shown in Fig. 1 and the RIE apparatus shown in Fig. 2, the silicon oxide film formed on the polycrystalline silicon surface was removed by RIE using HBr gas as a pretreatment, and the polycrystalline silicon oxide film was removed. Performed silicon etching.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、HBrガスの流量が13?scc
m , RFパワーが300W、圧力が0.ITorr
 、冷却水の温度が35゜C、エッチング時間を3分間
とした。
The etching conditions used for the pretreatment to remove the surface oxide film of polycrystalline silicon were as follows: HBr gas flow rate was 13? scc
m, RF power is 300W, pressure is 0. ITorr
The temperature of the cooling water was 35° C., and the etching time was 3 minutes.

この後、前処理で用いた条件のうち、HBrガスの流量
を100sccmに切り換えて多結晶シリコンのエッチ
ングを試みが、エッチングできたものとできないものと
があった。これは、多結晶シリコン表面に存在する酸化
膜が除去ができたか、できなかったかが原因である。エ
ッチングした後のものの断面形状は、垂直形状となった
が、下地の絶縁酸化膜(SiO■膜)上にエッチング残
(多結晶シリコン残)がかなり生じた。前処理のエッチ
ング時間を5分間行っても、このエッチング残は残存し
た。
Thereafter, among the conditions used in the pretreatment, an attempt was made to etch the polycrystalline silicon by changing the flow rate of HBr gas to 100 sccm, but in some cases the etching was successful and in others it was not. This is due to whether the oxide film present on the polycrystalline silicon surface was removed or not. After etching, the cross-sectional shape of the product was vertical, but a considerable amount of etching residue (polycrystalline silicon residue) was left on the underlying insulating oxide film (SiO2 film). Even if the pretreatment etching time was 5 minutes, this etching residue remained.

〔実施例5〕 第1図の試料を用い、第2図のRIIl!装置を使って
、前処理として}lBrガスを用いたRIBによる多結
晶シリコン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、
多結晶シリコンのエッチングを行った。
[Example 5] Using the sample shown in Fig. 1, the RIIl! shown in Fig. 2 was used. Using a device, the silicon oxide film formed on the polycrystalline silicon surface is removed by RIB using lBr gas as a pretreatment;
Polycrystalline silicon was etched.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、HBrガスの流量が150scc
m , RFパワーが300貝、圧力が0.ITorr
 ,冷却水の温度が35゜C、エッチング時間を3分間
とした。
The etching conditions used for removing the surface oxide film of polycrystalline silicon as pre-treatment were as follows: HBr gas flow rate was 150scc.
m, RF power is 300mm, pressure is 0. ITorr
The temperature of the cooling water was 35° C., and the etching time was 3 minutes.

この後、前処理で用いた条件のうち、HBrガスの流量
を100sccmに切り換えて多結晶シリコンのエッチ
ングを行った。エッチングは直ちに始まり、良好な垂直
形状が得られた。下地の絶縁酸化膜(SiO2膜)上に
は、エッチング残(多結晶シリコン残)はわずかにみら
れた。このときの下地Sin2に対する多結晶シリコン
の選択比は100以上であった。
Thereafter, among the conditions used in the pretreatment, the flow rate of HBr gas was changed to 100 sccm, and polycrystalline silicon was etched. Etching started immediately and a good vertical profile was obtained. A slight etching residue (polycrystalline silicon residue) was observed on the underlying insulating oxide film (SiO2 film). At this time, the selection ratio of polycrystalline silicon to the underlying layer Sin2 was 100 or more.

[実施例6] 第1図の試料を用い、第2図の[E装置を使って、前処
理としてHBrガスを用いたRIHによる多結晶シリコ
ン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、多結晶シ
リコンのエッチングを行った。
[Example 6] Using the sample shown in FIG. 1 and the [E apparatus shown in FIG. Etching of crystalline silicon was performed.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、tlBrガスの流量が200sc
cm , RFパワーが300W、圧力が.0.1To
rr 、冷却水の温度が35゛C、エッチング時間を2
分間とした。
The etching conditions used for the pretreatment to remove the surface oxide film of polycrystalline silicon were that the flow rate of tlBr gas was 200 sc.
cm, RF power is 300W, pressure is . 0.1To
rr, cooling water temperature is 35°C, etching time is 2
It was set as 1 minute.

この後、前処理で用いた条件のうち、IIBrガスの流
量を100sccmに、エッチング時下を3分間に切?
換えて多結晶シリコンのエッチングを行った。
After this, among the conditions used in the pretreatment, the flow rate of IIBr gas was set to 100 sccm, and the etching time was set to 3 minutes.
Instead, polycrystalline silicon was etched.

エッチングは直ちに始まり、良好な垂直形状が得られた
。下地の絶縁酸化膜(SiO■膜)上には、エッチング
残(多結晶シリコン残)はみられなかった。このときの
下地SiO■に対する多結晶シリコンの選択比は100
以上であった。
Etching started immediately and a good vertical profile was obtained. No etching residue (polycrystalline silicon residue) was found on the underlying insulating oxide film (SiO2 film). At this time, the selection ratio of polycrystalline silicon to the underlying SiO■ is 100.
That was it.

〔実施例7〕 第1図の試料を用い、第2図のRIE装置を使って、前
処理としてHBrガスを用いたRIBによる多結晶シリ
コン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、多結晶
シリコンのエッチングを行った。
[Example 7] Using the sample shown in Fig. 1 and the RIE apparatus shown in Fig. 2, the silicon oxide film formed on the polycrystalline silicon surface was removed by RIB using HBr gas as a pretreatment, and the polycrystalline Performed silicon etching.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、HBrガスの流量が200scc
m , RFパワーが300W,圧力が0.1Torr
 、冷却水の温度が35゜C、エッチング時間を1分間
とした。
The etching conditions used for removing the surface oxide film of polycrystalline silicon as pre-treatment were as follows: HBr gas flow rate was 200scc.
m, RF power is 300W, pressure is 0.1Torr
The temperature of the cooling water was 35° C., and the etching time was 1 minute.

この後、前処理で用いた条件のうち、llBrガスの流
量を100sccmに、エッチング時下を3分間に切り
換えて多結晶シリコンのエッチングを試みが、エッチン
グできたものとできないものとがあった。
Thereafter, among the conditions used in the pretreatment, an attempt was made to etch polycrystalline silicon by changing the flow rate of 11Br gas to 100 sccm and the etching time to 3 minutes, but some etching was successful and some were not.

これは、多結晶シリコン表面に存在する酸化膜が?去が
できたか、またはできなかったかが原因である。エッチ
ングした後のものの断面形状は、垂直形状となったが、
下地の絶縁酸化膜(SiOz膜)上にエッチング残(多
結晶シリコン残)が生じていた。
Is this an oxide film on the surface of polycrystalline silicon? The reason is whether they were able to leave or not. After etching, the cross-sectional shape was vertical, but
Etching residue (polycrystalline silicon residue) was found on the underlying insulating oxide film (SiOz film).

〔実施例8〕 第1図の試料を用い、第2図のRIB装置を使って、前
処理としてHBrガスを用いたRIEによる多結晶シリ
コン表面に形成された酸化シリコン膜の除去と、多結晶
シリコンのエッチングを行った。
[Example 8] Using the sample shown in Fig. 1 and the RIB apparatus shown in Fig. 2, the silicon oxide film formed on the polycrystalline silicon surface was removed by RIE using HBr gas as a pretreatment, and the polycrystalline silicon oxide film was removed. Performed silicon etching.

前処理である多結晶シリコンの表面酸化膜の除去に用い
たエッチング条件は、HBrガスの流量が300scc
m , RFパワーが300W、圧力が0.ITorr
 ,冷却水の温度が35゜C、エッチング時間を2分間
とした。
The etching conditions used for removing the surface oxide film of polycrystalline silicon as pre-treatment were as follows: HBr gas flow rate was 300scc.
m, RF power is 300W, pressure is 0. ITorr
The temperature of the cooling water was 35° C., and the etching time was 2 minutes.

この後、前処理で用いた条件のうち、HBrガスの流量
を100sccmに、エッチング時間を3分間に切り換
えて多結晶シリコンのエッチングを行った。
Thereafter, polycrystalline silicon was etched under the conditions used in the pretreatment, with the HBr gas flow rate changed to 100 sccm and the etching time changed to 3 minutes.

エッチングは直ちに始まり、良好な垂直形状が得られた
。下地の絶縁酸化膜(SiO■膜)上には、エッチング
残(多結晶シリコン残)はみられなかっ?。このときの
下地SiO■に対する多結晶シリコンの選択比は100
以上であった。前処理のエッチング時間を80秒に短く
しても同様の結果であった。
Etching started immediately and a good vertical profile was obtained. Are there any etching residues (polycrystalline silicon residues) found on the underlying insulating oxide film (SiO■ film)? . At this time, the selection ratio of polycrystalline silicon to the underlying SiO■ is 100.
That was it. Similar results were obtained even when the pretreatment etching time was shortened to 80 seconds.

以上の実施例1〜8の前処理のエッチング条件とその結
果を表1に示す。なお、この表において、表面の酸化膜
除去の欄において、可能と不可能の区別判断は、前処理
時間が2分以内で、表面の酸化膜が完全に除去できたも
の(その後のHBrによるRIE後にエッチング残が生
じなかったもの)を可能とし、それ以上かかった場合を
(エッチング残のある場合)を不可能とした。可能と不
可能が両方ある場合は、HBrによる多結晶シリコンの
エッチングが始まった場合もあれば、始まらなかった場
合もあったことを意味し、エッチングが始まっても、エ
ッチング残があったときは不可能とした。可能は、エッ
チングも始まり、エッチング残もみられなかった場合の
みである。
Table 1 shows the etching conditions and results of the pretreatment in Examples 1 to 8 above. In addition, in this table, in the column of surface oxide film removal, the distinction between possible and impossible is when the surface oxide film can be completely removed within 2 minutes of pretreatment time (subsequent RIE with HBr). In the case where no etching residue was formed afterwards), it was made possible, and in the case where it took longer than that (in case there was etching residue), it was made impossible. If it is both possible and impossible, it means that the etching of polycrystalline silicon by HBr has started in some cases, and in other cases it has not started. made it impossible. This is possible only if etching has started and no etching residue is found.

(以下余白) 表  I ?の他の条件による実施例と従来例を比較例として次に
説明する。
(Left below) Table I? Examples and conventional examples under other conditions will be described below as comparative examples.

〔実施例9〕 実施例8と同様にしHBrガスの流量を200sccm
で、1ステップで5分間連続してエッチングした。
[Example 9] Same as Example 8, but the flow rate of HBr gas was 200 sccm.
Etching was performed continuously for 5 minutes in one step.

このときも良好な垂直形状が得られ、エッチング残もみ
られなかったが、下地SiO■に対する多結晶シリコン
の選択比は40程度と小さくなった。
At this time as well, a good vertical shape was obtained and no etching residue was observed, but the selectivity of polycrystalline silicon to the underlying SiO2 was as small as about 40.

〔比較例] 同様に前処理として、CF4ガスを用い流量50scc
m, RFパワーが300W,圧力がQ.lTorr 
、冷却水の温度が35゜C、エッチング時間を40秒と
した。その後、HBrガスに切り換え、その流量を10
0sccmとし、他の条件を同じにしてエッチングした
ところ、エッチングは直ちに始まり良好な垂直形状が得
られ、エッチング残もなかった。しかし、下地Sin2
に対する多結晶シリコンの選択比は20程度と小さくな
った。
[Comparative example] Similarly, CF4 gas was used as pretreatment at a flow rate of 50 scc.
m, RF power is 300W, pressure is Q. Torr
The temperature of the cooling water was 35° C., and the etching time was 40 seconds. Then, switch to HBr gas and increase the flow rate to 10
When etching was carried out at 0 sccm and other conditions were kept the same, etching started immediately, a good vertical shape was obtained, and there was no etching residue. However, the base material Sin2
The selectivity ratio of polycrystalline silicon to polycrystalline silicon was as small as about 20.

第4図(a)〜(C)は通常の平行平板型RIE装置を
使用し、前処理を行わずにエッチングした断面形状?示
すSEM写真に基いて作成した模式図である。
Figures 4 (a) to (C) show cross-sectional shapes etched using a normal parallel plate type RIE device without any pretreatment. It is a schematic diagram created based on the SEM photograph shown.

マスクはSiO■膜を用い、エッチング条件は、RF’
パワーが300讐、圧力が0.ITorr 、冷却水の
温度が35゜Cとし、HBrガスの流量を変化させた。
The mask uses a SiO film, and the etching conditions are RF'
Power is 300, pressure is 0. ITorr, the temperature of the cooling water was 35°C, and the flow rate of HBr gas was varied.

同図(a)は、前処理は行わずにHBrガスの流量を1
30sccmにしてエッチングした後の断面形状である
。すでに}IBr流量が少ないほどSin2のエッチン
グ速度が遅いことを確認している。このため、多結晶シ
リコン表面に形成された自然酸化膜の除去に時間かかか
り、その除去時間にもバラツキがあって、図に砂地を付
して示されるようなエッチング残しが生じている。この
ときのSiO■に対する多結晶シリコンの選択比は84
であった。このエッチング残しを取り除くためには、さ
らにオーバーエッチング時間が必要となる。従って、総
エッチング時間がかなり多くかかってしまい、スルーブ
ットの低下となる。
In the same figure (a), the flow rate of HBr gas was increased to 1 without pretreatment.
This is the cross-sectional shape after etching at 30 sccm. It has already been confirmed that the smaller the IBr flow rate, the slower the etching rate of Sin2. For this reason, it takes time to remove the natural oxide film formed on the polycrystalline silicon surface, and the removal time also varies, resulting in etching residues as shown by the sandy area in the figure. At this time, the selectivity ratio of polycrystalline silicon to SiO■ is 84
Met. In order to remove this etching residue, additional over-etching time is required. Therefore, the total etching time takes a considerable amount of time, resulting in a reduction in throughput.

同図(b)及び(C)は、前処理は行わずにtlBrガ
スの流量をそれぞれ150sccm及び200sccm
に増加してエッチングした後の断面形状である。図に観
られ?ようにエッチング残しが低減する結果が得られた
。すなわち、同図(b)には砂地を付して示すエッチン
グ残しがあるものの、同図(c)に示す状態でエッチン
グ残しはほとんでみられなかった。しかし、HBrガス
の流量を増加するとSiO■に対する多結晶シリコンの
選択比が低下する傾向を示し、選択比はそれぞれ67及
び54であった。
Figures (b) and (C) show that the flow rates of tlBr gas were 150 sccm and 200 sccm, respectively, without pretreatment.
This is the cross-sectional shape after etching. See it in the picture? The result was that the amount of etching residue was reduced. In other words, although there is an etching residue shown as a sandy area in FIG. 5(b), there is almost no etching residue in the state shown in FIG. 2(c). However, when the flow rate of HBr gas was increased, the selectivity of polycrystalline silicon to SiO2 tended to decrease, and the selectivity was 67 and 54, respectively.

第5図は上記第6実施例でエッチングした断面形状を示
すSEM写真に基いて作成した模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram created based on a SEM photograph showing the cross-sectional shape etched in the sixth embodiment.

同図に示すように、良好な垂直形状が得られ、またエッ
チング残しは観られず、SiO■に対する多結晶シリコ
ンの選択比も100以上の高い値が得られた。
As shown in the figure, a good vertical shape was obtained, no etching residue was observed, and a high selection ratio of polycrystalline silicon to SiO2 of 100 or more was obtained.

以上のように、本発明の前処理としてHBrガスの流量
を200sccm以上にしてRIBを行うことにより、
シリコンあるいは多結晶シリコンの表面に形成された酸
化膜の除去が可能となり、次いでHBrガスの流量を1
00sccm以下にしてRIEすることにより、簡単で
かつSt(hに対する選択比が100以上であるエッチ
ングが可能になる。
As described above, by performing RIB at a flow rate of HBr gas of 200 sccm or more as a pretreatment of the present invention,
It becomes possible to remove the oxide film formed on the surface of silicon or polycrystalline silicon, and then the flow rate of HBr gas is reduced to 1.
By performing RIE at 00 sccm or less, it becomes possible to easily perform etching with a selectivity to St(h of 100 or more).

なお、上述の例では、HBrガスを用いているが、Br
zガス又は他のガスとの混合ガスを用いることもできる
Note that in the above example, HBr gas is used, but Br gas is used.
It is also possible to use z gases or mixtures with other gases.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に本発明によれば、HBrガスの流量を
変えることのみでシリコンまたは多結晶シリコンの表面
酸化膜の除去が可能となり、工程が簡易化され、さらに
エッチングガスであるtlBr以外のガスの影響を受け
ないことから、Si02に対する高い選択比を保ったエ
ッチングができる効果がある。
As explained above, according to the present invention, it is possible to remove the surface oxide film of silicon or polycrystalline silicon only by changing the flow rate of HBr gas, simplifying the process, and using a gas other than tlBr as an etching gas. Since it is not affected by this, it has the effect of being able to perform etching while maintaining a high selectivity to Si02.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明実施例に用いた試料の断面図、第2図は
本発明実施例に用いた平行平板型RIIE装置の概略断
面図、 第3図はHBrガスの流量に対する多結晶シリコンとS
iO■のエッチング速度を示す図である。 第4図(a)〜(C)は前処理を行わずにエッチングし
た断面形状を示すSEM写真に基く模式図、第5図は第
6実施例でエッチングした断面形状を示すSEM写真に
基く模式図である。 30は接地点 を示す。 図中、 11はシリコン基板、 l2はSing膜、 13は多結晶シリコン層、 14はSingマスクパターン、 15は酸化膜、 21はエッチング室、 22はウエハ、 23は下部電極、 24は対向電極、 25は絶縁体、 26は高周波電源、 27はガス供給口、 28はガス排気口、 29は冷却水、 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  久木元   彰 同  大菅義之 ?ヌタδ且弓実池イク11二用t・f二試十升の■■■
1面図第1図 HBr PL @ (sccm) 高絹波電源26 第3図 第2図 第 図
Figure 1 is a cross-sectional view of a sample used in an example of the present invention, Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a parallel plate type RIIE apparatus used in an example of the present invention, and Figure 3 is a diagram showing the relationship between polycrystalline silicon and the flow rate of HBr gas. S
FIG. 3 is a diagram showing the etching rate of iO■. Figures 4 (a) to (C) are schematic diagrams based on SEM photographs showing cross-sectional shapes etched without pretreatment, and Figure 5 are schematic diagrams based on SEM photographs showing cross-sectional shapes etched in the sixth embodiment. It is a diagram. 30 indicates a grounding point. In the figure, 11 is a silicon substrate, 12 is a Sing film, 13 is a polycrystalline silicon layer, 14 is a Sing mask pattern, 15 is an oxide film, 21 is an etching chamber, 22 is a wafer, 23 is a lower electrode, 24 is a counter electrode, 25 is an insulator, 26 is a high frequency power supply, 27 is a gas supply port, 28 is a gas exhaust port, 29 is a cooling water, Patent applicant: Fujitsu Ltd. Representative Patent attorney Akito Kukimoto Yoshiyuki Osuga? Nuta δ and Yumiike Iku 112 T・F 2 test 10 sho ■■■
1st view Figure 1 HBr PL @ (sccm) Takakinunami power supply 26 Figure 3 Figure 2 Figure

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)臭素ガスまたは臭化水素ガスを含むガスを用いて
、シリコンまたは多結晶シリコンをドライエッチングす
る方法において、 ドライエッチングの前処理として、エッチング除去する
部分の前記シリコンまたは多結晶シリコン表面に生じた
酸化膜を、同じ臭素ガスまたは臭化水素ガスの流量を前
記シリコンまたは多結晶シリコンのエッチングに比し増
大させた条件で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) In a method of dry etching silicon or polycrystalline silicon using a gas containing bromine gas or hydrogen bromide gas, as a pre-treatment for dry etching, a A dry etching method characterized in that the oxide film is etched under conditions where the flow rate of the same bromine gas or hydrogen bromide gas is increased compared to the etching of silicon or polycrystalline silicon.
(2)前記前処理として、臭化水素ガスの流量を200
sccm以上にしてエッチングし、前記表面酸化膜を除
去した後、臭化水素ガスの流量を100sccm以下に
してシリコンまたは多結晶シリコンのエッチングを行う
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) As the pretreatment, the flow rate of hydrogen bromide gas was
2. The dry etching method according to claim 1, wherein after the surface oxide film is removed by etching at a flow rate of at least 100 sccm, silicon or polycrystalline silicon is etched at a flow rate of hydrogen bromide gas at a flow rate of at most 100 sccm.
(3)前記臭化水素ガスによる前処理を行う反応室とエ
ッチングを行う反応室とを同一にするか、または別にし
てその反応室間の試料の搬送を真空中で行うことを特徴
とする請求項1または2記載のドライエッチング方法。
(3) The reaction chamber in which the pretreatment with hydrogen bromide gas is performed and the reaction chamber in which etching is performed are the same, or the sample is transported between the reaction chambers in a vacuum. The dry etching method according to claim 1 or 2.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS648626A (en) * 1987-07-01 1989-01-12 Fujitsu Ltd Dry etching of silicon using bromine gas

Patent Citations (1)

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