JPH03236230A - Plasma etching method - Google Patents

Plasma etching method

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JPH03236230A
JPH03236230A JP3155990A JP3155990A JPH03236230A JP H03236230 A JPH03236230 A JP H03236230A JP 3155990 A JP3155990 A JP 3155990A JP 3155990 A JP3155990 A JP 3155990A JP H03236230 A JPH03236230 A JP H03236230A
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JP
Japan
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gas
plasma
etching
etched
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP3155990A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Takada
和男 高田
Takashi Fujii
敬 藤井
Motohiko Kikkai
元彦 吉開
Takeshi Yoshida
剛 吉田
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Hitachi Ltd
Hitachi Plant Technologies Ltd
Original Assignee
Hitachi Techno Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To perform plasma etching for wiring material with stabilized etching performance at high machining accuracy by forming plasma from a gas wherein shape-controlling preventive gas is added into chlorine-based gas, utilizing the gas plasma, and etching the wiring material. CONSTITUTION:In order to treat a sample 10 by plasma etching, a gas wherein shape-controlling preventive gas is added into chlorine-based gas is used as a treating gas. The mixed gas in a plasma forming region is made to be plasma by the synergistic effect with a microwave electric field. This plasma is utilized, and the sample is 10 is etched. At this time, an RF bias is applied to the sample 10. The side wall formed by the etching is protected with a polymer 30 formed from photoresist 14 and an etching reaction product 31. When the etching is finished, a high anisotropic shape is obtained. With respect to an Si oxide film 11 which is a ground oxide film, the Si oxide film 11 is hard to be etched, and high selectivity is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマエツチング方法に係り、特に半導体
基板における配線材料をプラズマエツチング方法するの
に好適なプラズマエツチング方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a plasma etching method, and particularly to a plasma etching method suitable for plasma etching wiring materials in a semiconductor substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のエツチングにおいては弗素系ガスによるエツチン
グであるため、サイドエッチが登生し易くこれを防(゛
ため、デポジシ冒ン性のガスを添加する必要があった。
In conventional etching, since etching is performed using a fluorine-based gas, side etching tends to occur, and in order to prevent this, it is necessary to add a deposit-prone gas.

この場合、下地酸化層との選択比が低く、また、デポジ
シ璽ンガスによる処理室内の汚染が原因でエツチング処
理の低下が着しかった。
In this case, the selectivity with respect to the underlying oxide layer was low, and the etching process deteriorated due to contamination in the processing chamber by the deposition gas.

なお、この種の方法として、例えば、特開昭63−12
4419号が挙げられる。
Incidentally, as a method of this kind, for example, Japanese Patent Application Laid-open No.
No. 4419 is mentioned.

〔發明が解決しようとする課題〕[Issues that Shinmei tries to solve]

上記従来技術は、デボジシ璽ンガスによる形状制御性、
また処理室内の汚染の問題、について配慮がされておら
ず、高精度な配線材料のエツチング方法に問題があった
The above conventional technology has shape controllability using debossing gas,
Furthermore, no consideration was given to the problem of contamination within the processing chamber, and there were problems with the highly accurate etching method for wiring materials.

本発明は、加工精度良く安定したエツチング性能で配線
材料をプラズマエツチングできるプラズマエツチング方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma etching method capable of plasma etching wiring materials with good processing accuracy and stable etching performance.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、塩素系ガスに形状制御用ガ
スが添加されたガスのプラズマを利用して配線材料をエ
ツチング処理するものである。
In order to achieve the above object, the wiring material is etched using plasma of a chlorine-based gas to which a shape control gas is added.

〔作  用〕[For production]

塩素系ガスに形状制御用ガスが添加されたガスのプラズ
マを利用して配線材料をエツチング処理する場合、従来
のフッ素系ガスのプラズマを利用して配線材料をエツチ
ング処理する場合に比べ、高いエツチング処理と高選択
比が得られ、かつ、デポジシランによる処理室内の汚染
が少ないエツチング処理が可能となる。
When etching wiring materials using plasma of chlorine-based gas with shape control gas added, the etching rate is higher than when etching wiring materials using conventional fluorine-based gas plasma. This makes it possible to perform etching processing with a high etching selectivity and with less contamination of the processing chamber due to deposited silane.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図〜第4図により説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

第1図は、本実施例での試料の部分縦断面図である。第
1図で、試料10は、下地酸化層であるS1酸化膜Uの
上にPo1x −Si膜辻があり、その上にWSix!
l!13があるゲート配線用2暦展である。また、WS
iX膜Uの上には、所定の配線パターンに対応してホト
レジスト14が設けられている。
FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view of the sample in this example. In FIG. 1, sample 10 has a Po1x-Si film cross on the S1 oxide film U, which is the underlying oxide layer, and WSix!
l! There are 13 exhibitions for gate wiring. Also, W.S.
On the iX film U, a photoresist 14 is provided corresponding to a predetermined wiring pattern.

第1図の試料lOをプラズマエツチング処理するために
、処理ガスとして、この場合、C12ガスとSi C/
4ガスとの混合ガスを用いた。また、エツチング装置に
は、公知の有磁場型のマイクロ波プラズマエツチング装
置を用いた。
In order to plasma-etch the sample IO shown in FIG. 1, the processing gas used in this case is C12 gas and Si
A mixed gas of 4 gases was used. Furthermore, a known magnetic field type microwave plasma etching apparatus was used as the etching apparatus.

この場合、エツチング装置のプラズマ生成域には、C1
2ガスにSiC/4ガスを30%添加しトータル流量7
0cc/min で混合を導入した。該混合ガスが導入
されたプラズマ生成域の圧力を0.01 Torr に
調節し保持した。該圧力状態で、プラズマ生成域にある
混合ガスをマイクロ波電界との相乗作用によりプラズマ
化した。なお、この場合、マイクロ波パワーは、2.4
5 G Hzで500Wである。該プラズマを利用して
試料10をエツチング処理した。この時、試料10には
、RFバイアスを120W印加した。この場合、′Wi
z図に示すように、wcz、20若しくはSiC/x2
1の反応とC/ラジカに22によりWSjx膜13、P
o1y −81[% L!のホトレジスト14に沿った
エツチングが進行する。該エツチングによって生じた側
壁は、ホトレジスト14から生じる重合物園とエツチン
グ反応生成物五によって保護され、エツチング終了時に
は、第3図に示すような高異方性形状が得られた。また
、下地酸化膜である5i酸化M11についても、従来の
ようなフッ素系ガス(以下、F系ガスと略)を用いてい
ないのでSi酸化膜11がエダチングされにくく高い選
択性が得られる。
In this case, in the plasma generation area of the etching device, C1
Add 30% SiC/4 gas to 2 gases, total flow rate 7
Mixing was introduced at 0 cc/min. The pressure in the plasma generation region into which the mixed gas was introduced was adjusted and maintained at 0.01 Torr. In this pressure state, the mixed gas in the plasma generation region was turned into plasma by a synergistic effect with the microwave electric field. In this case, the microwave power is 2.4
It is 500W at 5 GHz. Sample 10 was etched using the plasma. At this time, an RF bias of 120 W was applied to sample 10. In this case, ′Wi
As shown in the z diagram, wcz, 20 or SiC/x2
WSjx film 13, P by reaction of 1 and C/radical 22
o1y -81 [% L! Etching progresses along the photoresist 14. The side walls formed by the etching were protected by the polymer film produced from the photoresist 14 and the etching reaction product 5, and at the end of the etching, a highly anisotropic shape as shown in FIG. 3 was obtained. Furthermore, for the 5i oxide M11, which is the base oxide film, since a fluorine-based gas (hereinafter abbreviated as F-based gas) as in the conventional case is not used, the Si oxide film 11 is hardly etched and high selectivity can be obtained.

上記エツチング処理条件にて試料lOを複数枚連続して
エツチング処理した。第4図は、これにより得られた結
果を示すもので、試料10のエツチング処理枚数(以下
、処理枚数と略)とPo1y−Siのエッチレートとの
関係線図である。第4図には、F系ガスを用いた場合の
結果も併せ示している。
A plurality of samples 10 were successively etched under the above etching conditions. FIG. 4 shows the results obtained, and is a diagram showing the relationship between the number of etched samples (hereinafter referred to as the number of processed samples) and the etching rate of Po1y-Si. FIG. 4 also shows the results when F-based gas was used.

1M4図で、本実施例においては、処理枚数1枚でのP
G/)/ −f3iのニー1チレートが約340nm/
minであったのに対し処理枚数200枚でのPo/y
−8+のエッチレートは約325nm/minであった
。一方、F系ガスを用いた場合は、処理枚数1枚でのP
o1y −Siのzyチレートが約325nm/m i
 nであったのに対し処理枚数200枚でのPoppy
−Siのエッチレートは約260 nm/min であ
った。このように、本実施例においては、試料10を2
00枚連続してエツチング処理しても、それによるPo
1y −Siのエツチングレートの低下は、F系ガスを
用いた場合のそれに比べ小さくなっている。つまり、安
定なエツチング性能が得られる。
In the 1M4 diagram, in this example, P when the number of sheets to be processed is 1
G/)/-f3i knee rate is about 340 nm/
Po/y at a processing number of 200 sheets compared to
The -8+ etch rate was about 325 nm/min. On the other hand, when F-based gas is used, the P
The zy thyrate of o1y-Si is approximately 325 nm/m i
Poppy with a processing number of 200 sheets compared to n.
-Si etch rate was about 260 nm/min. In this way, in this example, the sample 10 is
Even if 00 sheets are etched continuously, the Po
The decrease in the etching rate of 1y-Si is smaller than that when F-based gas is used. In other words, stable etching performance can be obtained.

これは、エツチング装置のエツチング処理室内の汚染が
、F系ガスを用いた場合に比べて本実施例で少ないため
である。なお、F系ガスを用いた場合、Poppy −
Siのヱブチレートは、処理枚数10O枚からその低下
傾向が大きくなっており、エツチング処理室内の汚染が
急速に進むようになる。
This is because the contamination inside the etching processing chamber of the etching apparatus is less in this embodiment than in the case where F-based gas is used. In addition, when F-based gas is used, Poppy −
The butyrate of Si shows a tendency to decrease after the number of processed sheets is 100, and contamination in the etching processing chamber rapidly progresses.

本実施例によれば、WSix / POl’j  Si
のゲート配線用2層族を加工精度良くエツチングできる
と共に、エツチング処理室内の汚染が少なく安定したエ
ツチング性能でエツチング処理することができる。
According to this embodiment, WSix/POl'j Si
The second layer group for gate wiring can be etched with high processing accuracy, and the etching process can be performed with stable etching performance with little contamination in the etching process chamber.

なお、上記一実施例でのSi C/、は形状制御用ガス
である。該形状制御用ガスとしては、塩素系ガス若しく
は炭素を含むガスが添加されたガスを用い得る。このよ
うな形状制御用ガスと塩素系ガスとの混合ガスをプラズ
マ化し、該プラズマを利用してSi基板上のゲート膜を
エツチング処理することで、加工精度良く安定したエツ
チング性能でエツチング処理できる。
Note that Si 2 C/ in the above embodiment is a shape control gas. As the shape control gas, a gas to which a chlorine-based gas or a carbon-containing gas is added may be used. By turning a mixed gas of such a shape control gas and a chlorine-based gas into plasma and etching the gate film on the Si substrate using the plasma, the etching process can be performed with good processing accuracy and stable etching performance.

更に、C12若しくはHCJにSi C14,CC14
゜CHCJ3. CH2F2. CHF5から選択した
ガスが添加されたガスが、混合ガスとして使用し得、こ
れに対して、Si基板上のゲート族としては、PG/y
−5i単履展、 No SIx / Pony −Si
膜、W膜のゲート配線層が用いられる。
Furthermore, Si C14, CC14 is added to C12 or HCJ.
゜CHCJ3. CH2F2. A gas doped with a gas selected from CHF5 can be used as a mixed gas, whereas as a gate group on a Si substrate, PG/y
-5i single shoe exhibition, No SIx / Pony -Si
A gate wiring layer of a film or a W film is used.

また、本実施例では、混合ガスをマイクロ波電界と磁界
との相乗作用によりプラズマ化し、バイアスきれた基板
上の配線材料を該プラズマを利用してエツチング処理す
るようにしているが、この他に、混合ガスをマイクロ波
電界、つまり、マイクロ波放電によりプラズマ化し、バ
イアスされた基板上の配線材料を該プラズマを利用して
エツチング処理するようにしても良い。
In addition, in this embodiment, the mixed gas is turned into plasma by the synergistic effect of the microwave electric field and the magnetic field, and the wiring material on the biased substrate is etched using the plasma. Alternatively, the mixed gas may be turned into plasma by a microwave electric field, that is, microwave discharge, and the wiring material on the biased substrate may be etched using the plasma.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、加工精度良く安定したエツチング性能
で配線材料をプラズマエツチングできる効果がある。
According to the present invention, there is an effect that wiring material can be plasma etched with good processing accuracy and stable etching performance.

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

第1図は、本発明の一実施例での試料の部分縦断面図、
第2図は、第1図の試料のエツチング進行の概念を示す
部分縦断面図、j@3図は、1!1図の試料のエツチン
グ終了時の部分縦断面図、i@4図は、第1図の試料の
処理枚数とPo1y−Siエツチレートとの実験関係線
図である。 10・・・・・・試料、U・・・−・・Si酸化展、セ
・・・・・・Po1y −11図 第2図 AJ 閃
FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view of a sample in an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a partial vertical cross-sectional view showing the concept of the etching progress of the sample in Figure 1, Figure j@3 is a partial vertical cross-sectional view of the sample in Figure 1!1 at the end of etching, and Figure i@4 is FIG. 2 is an experimental relationship diagram between the number of processed samples of FIG. 1 and Poly-Si etching rate. 10...Sample, U...Si oxidation, C...Po1y-11Figure 2AJ Flash

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、塩素系ガスに形状制御用ガスが添加されたガスをプ
ラズマ化する工程と、該ガスプラズマを利用して配線材
料をエッチング処理する工程とを有することを特徴とす
るプラズマエッチング方法。 2、前記形状制御用ガスとして塩素系ガス若しくは炭素
を含むガスが添加されたガスのプラズマを利用してシリ
コン基板上のゲート配線膜をエツチング処理する第1請
求項に記載のプラズマエツチング方法。 3、Cl_2若しくはHClにSiCl_4、CCl_
4、CHCI_3、CH_2F_2、CHF_3から選
択したガスが添加されたガスのプラズマを利用してシリ
コン基板上のPoly−Si単層膜、WSix/Pol
y−Si膜、MoSix/Poly−Si膜、W膜のい
ずれかのゲート配線膜をエッチング処理する第2請求項
に記載のプラズマエッチング方法。 4、塩素系ガスに形状制御用ガスが添加されたガスをマ
イクロ波放電によりプラズマ化する工程と、バイアスさ
れた基板上の配線材料を前記ガスプラズマを利用してエ
ツチング処理する工程とを有することを特徴とするプラ
ズマエツチング方法。
[Claims] 1. The method is characterized by comprising the steps of: 1. converting a gas in which a shape control gas is added to a chlorine-based gas into plasma; and etching a wiring material using the gas plasma. Plasma etching method. 2. The plasma etching method according to claim 1, wherein the gate wiring film on the silicon substrate is etched using plasma of a gas to which a chlorine-based gas or a carbon-containing gas is added as the shape controlling gas. 3. SiCl_4, CCl_ to Cl_2 or HCl
4. Poly-Si single layer film, WSix/Pol on silicon substrate using gas plasma added with gas selected from CHCI_3, CH_2F_2, CHF_3
2. The plasma etching method according to claim 2, wherein a gate wiring film selected from a y-Si film, a MoSix/Poly-Si film, and a W film is etched. 4. A step of converting a gas in which a shape control gas is added to a chlorine-based gas into plasma by microwave discharge, and a step of etching the wiring material on the biased substrate using the gas plasma. A plasma etching method characterized by:
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