JPH0414501B2 - - Google Patents

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JPH0414501B2
JPH0414501B2 JP16686483A JP16686483A JPH0414501B2 JP H0414501 B2 JPH0414501 B2 JP H0414501B2 JP 16686483 A JP16686483 A JP 16686483A JP 16686483 A JP16686483 A JP 16686483A JP H0414501 B2 JPH0414501 B2 JP H0414501B2
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JP
Japan
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etching
pattern
layer
gate
poly
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JP16686483A
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JPS6058641A (en
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Atsushi Sudo
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明はパターン精度のよい微細パターンの形
成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Technical Field of the Invention The present invention relates to a method for forming fine patterns with high pattern accuracy.

(b) 技術の背景 IC,LSIなど半導体素子の集積度は益々大きく
なり、それと共に単位素子は小型化され、従つて
電極パターン幅、導体パターン幅も微少となり
〔μm〕単位のものが用いられている。それ故集
積度を高めるにはパターンの位置精度を高めるだ
けでなくエツチング精度も向上させパターンのレ
ジスト寸法と設計寸法との差(クリヤランス)を
できる限り少くすることが必要である。
(b) Background of the technology The degree of integration of semiconductor devices such as ICs and LSIs is becoming larger and larger, and at the same time, the unit elements are becoming smaller.As a result, electrode pattern widths and conductor pattern widths also become minute, and those on the [μm] scale are now used. ing. Therefore, in order to increase the degree of integration, it is necessary not only to improve the positional accuracy of the pattern, but also to improve the etching accuracy and to minimize the difference (clearance) between the resist dimension and the design dimension of the pattern.

(c) 従来技術と問題点 半導体素子のパターン形成には薄膜形成技術と
写真蝕刻技術(ホトリソグラフイ)とが用いられ
て〔μm〕単位の幅をもつ微細パターンが形成さ
れているが、実際にはかなりのクリヤランスを見
込んでパターン設計が行われており、この原因は
プラズマエツチングの際に起るサイドエツチング
現象にある。
(c) Prior art and problems Thin film formation technology and photolithography are used to form patterns for semiconductor devices, and fine patterns with widths on the order of micrometers are formed. Patterns are designed with considerable clearance in mind, and the cause of this is the side etching phenomenon that occurs during plasma etching.

以下MOSトランジスタのゲートを形成する場
合を例として問題点を説明する。
The problems will be explained below using the case of forming the gate of a MOS transistor as an example.

第1図はMOSトランジスタの断面図でシリコ
ン(Si)基板1の上に素子間分離用の厚い酸化膜
2があり、これに囲まれて薄い酸化膜3があり、
この上にゲート4が設けられ、またその両側には
燐硅酸ガラス(略してPSG)よりなる絶縁層5
に窓開けしてSi基板1のイオン注入領域と連絡す
るアルミニウム蒸着膜からなるソース6およびド
レイン7電極が配線パターンと同時に形成されて
いる。ここでゲート4のパターン形成やPSG絶
縁層5の窓開けなど微細パターンの形成には写真
蝕刻技術が用いられているが、素子の集積度を上
げれば上げる程これらのパターンは設計値に近く
形成することが必要である。写真蝕刻はホトレジ
ストで被膜された微細パターンを残して化学エツ
チング或はドライエツチング法により基板をエツ
チングし微細パターンを形成するものであるが、
現在はエツチング精度の点からドライエツチング
法が多くの場合用いられている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS transistor. On a silicon (Si) substrate 1, there is a thick oxide film 2 for isolation between elements, surrounded by a thin oxide film 3.
A gate 4 is provided on this, and an insulating layer 5 made of phosphosilicate glass (PSG for short) is provided on both sides of the gate 4.
Source 6 and drain 7 electrodes made of an aluminum vapor-deposited film and connected to the ion-implanted region of the Si substrate 1 through windows are formed at the same time as the wiring pattern. Here, photo-etching technology is used to form fine patterns such as patterning the gate 4 and opening windows in the PSG insulating layer 5, but the higher the degree of integration of the device, the closer these patterns can be formed to the designed values. It is necessary to. Photo-etching involves leaving a fine pattern coated with photoresist and etching the substrate using chemical etching or dry etching to form a fine pattern.
Currently, a dry etching method is often used from the viewpoint of etching accuracy.

ここでドライエツチング法は減圧したガス雰囲
気中で放電を起させて生じたガスイオンを用いて
エツチングを行うものであるが使用する真空度、
ガスの種類、電圧の印加方法、放電周波数などに
よりエツチング形態が異り、プラズマエツチン
グ、リアクテイブイオンエツチング、ケミカル・
ドライエツチング、イオンミーリングなどと区別
されている。
Here, the dry etching method performs etching using gas ions generated by causing discharge in a reduced pressure gas atmosphere, but the degree of vacuum used,
Etching forms differ depending on the type of gas, voltage application method, discharge frequency, etc., and include plasma etching, reactive ion etching, chemical etching, etc.
It is distinguished from dry etching, ion milling, etc.

さて本発明に関連し微細パターンの形成に使用
されているドライエツチン法はプラズマエツチン
グ法とリアクテイブイオンエツチング法である。
The dry etching methods used to form fine patterns in connection with the present invention are plasma etching and reactive ion etching.

すなわちプラズマエツチングは減圧した反応室
内にCF4等のガスを導入し、高周波放電によりF
ラジカル等の活性種を生成させて、反応室内の被
エツチング処理物との化学反応により当方的にエ
ツチングされる。
In other words, plasma etching involves introducing a gas such as CF4 into a reduced pressure reaction chamber, and then using high-frequency discharge to
Active species such as radicals are generated and etched by a chemical reaction with the object to be etched in the reaction chamber.

一方リアクテイブイオンエツチングは平行平板
型の電極の一方で13.56〔MHz〕の高周波電源と結
合したカソード上に被エツチング処理物を置き、
陰極降下電圧によりガスプラズマ内の正イオンが
カソード上の被エツチング処理物を衝撃するエネ
ルギーを利用して化学反応を促進してエツチング
を行うもので非等方エツチングが行われ電極と直
角方向にエツチングされる。
On the other hand, in reactive ion etching, the object to be etched is placed on the cathode, which is connected to a high frequency power source of 13.56 [MHz] on one side of parallel plate electrodes.
Etching is performed by promoting a chemical reaction using the energy of positive ions in the gas plasma bombarding the object to be etched on the cathode due to the cathode drop voltage. Anisotropic etching is performed, and etching is performed in a direction perpendicular to the electrode. be done.

この2つのエツチング方法を比較すると精度の
点からリアクテイブイオンエツチングが優れてい
るが、段差を伴うパターン部のエツチングではレ
ジストの膜厚の不均一に原因して段差部にエツチ
ング残部を生ずることから現在プラズマエツチン
グ法が用いられている。
Comparing these two etching methods, reactive ion etching is superior in terms of accuracy, but when etching pattern areas with steps, etching residues are produced at the steps due to uneven resist film thickness. Currently, a plasma etching method is used.

然しこの方法による場合等方性エツチングであ
るためサイドエツチングの現象が避けられない。
However, since this method is isotropic etching, the phenomenon of side etching is unavoidable.

第2図は第1図のゲート4を形成する状態を拡
大して示すもので薄い酸化皮膜3の上にポリSi層
8を化学気相成長法(CDV法)で厚さ約4000
〔Å〕に形成しこの上にホトレジスト層9をスピ
ンコート法で被膜し露光と現像処理によりゲート
4の部分のホトレジスト層9を残して他を除去
し、プラズマエツチングにより余分のポリSi層8
をとり除いてゲート4を形成した状態を示してい
る。然しこのエツチング方法による場合は等方性
エツチングであるためポリSi層8の厚さの2倍〜
3倍のサイドエツチ部10が形成され、そのため
ポリSi層8からなるゲート4の幅はホトレジスト
層9よりなるマスク幅よりも大幅に減少する。
FIG. 2 shows an enlarged view of the state in which the gate 4 in FIG.
A photoresist layer 9 is formed on the poly-Si layer 9 by spin coating, and exposed and developed to remove the photoresist layer 9 except for the gate 4, and the excess poly-Si layer 8 is removed by plasma etching.
The state in which the gate 4 is formed by removing the gate 4 is shown. However, since this etching method is isotropic etching, the etching process is twice as thick as the poly-Si layer 8.
A side etch 10 of three times the size is formed, so that the width of the gate 4 made of the poly-Si layer 8 is much smaller than the width of the mask made of the photoresist layer 9.

そこで従来はサイドエツチ部10の減少分を見
込んでマスクの形成が行われていたがこのサイド
エツチの見込み幅と実際幅を一致させることは困
難であり、またそれだけ大きくパターンを設計す
るため集積度が上らないと言う問題点があつた。
Conventionally, masks were formed taking into account the reduction in the side etching portion 10, but it was difficult to match the expected width of the side etching with the actual width, and the degree of integration increased because the pattern was designed to be that large. There was a problem that it wasn't.

また半導体素子の形成は同一ウエハ上に同時に
多数の素子が作られるがこの場合エツチング速度
はウエハの全面に互つて均一に行われるのでなく
外周部は中央部よりもエツチング速度が大きいた
めパターン形成に際してエツチングのバラツキを
生ずることが避けられなかつた。
Furthermore, when forming semiconductor devices, a large number of devices are fabricated simultaneously on the same wafer, but in this case, the etching speed is not uniform over the entire surface of the wafer, and the etching speed is higher on the outer periphery than on the center, so it is difficult to form a pattern. It was inevitable that variations in etching would occur.

(d) 発明の目的 本発明の目的はパターン精度のよい微細パター
ンを形成し得る方法を提供するにある。
(d) Object of the invention The object of the invention is to provide a method that can form fine patterns with high pattern accuracy.

(e) 発明の構成 本発明の目的は半導体基板上に導体パターンを
形成する際基板上に該導体からなる薄膜パターン
を形成し、次に該パターン上に同じ材料を所定膜
厚までエピタキシヤル成長せしめてパターン形成
を行うことを特徴とする微細パターンの形成方法
により達成することができる。
(e) Structure of the Invention The purpose of the present invention is to form a thin film pattern of the conductor on the substrate when forming a conductor pattern on a semiconductor substrate, and then epitaxially grow the same material on the pattern to a predetermined thickness. This can be achieved by a method for forming a fine pattern, which is characterized in that at least pattern formation is performed.

(f) 発明の実施例 本発明は化学気相成長法(CVD法)を用いて
行われる選択エピタキシヤル成長技術が向上し寸
法精度のよい結晶成長或はヘテロ結晶成長が単結
晶、多結晶の何れに対しても行われるようになつ
たことによりなされたものである。
(f) Embodiments of the Invention The present invention improves the selective epitaxial growth technique performed using the chemical vapor deposition method (CVD method), and enables crystal growth with good dimensional accuracy or heterocrystalline growth to be performed on single crystals and polycrystals. This was done because it has come to be used for all types of cases.

以下第2図に示したと同様にMOSトランジス
タのゲートを形成する実施例について説明する。
An embodiment in which the gate of a MOS transistor is formed in the same manner as shown in FIG. 2 will be described below.

第3図A〜Cは本発明に係る工程を示すもので
まず厚さ約5000〔Å〕の薄い酸化皮膜3の上に
CVT法により薄く(例えば400〔Å〕ポリSi層1
1を形成し、この上に設計値通りの寸法でホトレ
ジスト層からなるマスク12を形成し、プラズマ
エツチング法でエツチングしてゲートパターンを
形成する。ここでポリSi層11の厚さは薄いため
サイドエツチング現象は現われない同図A。
3A to 3C show the process according to the present invention. First, a thin oxide film 3 with a thickness of about 5000 [Å] is coated.
Thin (e.g. 400 Å) poly-Si layer 1 by CVT method
A mask 12 made of a photoresist layer is formed on the mask 12 with dimensions according to the designed values, and a gate pattern is formed by etching using a plasma etching method. Here, since the poly-Si layer 11 is thin, the side etching phenomenon does not appear as shown in FIG.

次にホトレジスト層からなるマスク12を除去
する同図B。
Next, the mask 12 made of a photoresist layer is removed, as shown in FIG.

次にCVD法により選択的に結晶成長を行うこ
とによりポリSi層11の上にポリSi層13を選択
的に成長して厚さ約4000〔Å〕のゲート4を形成
することができる同図C。
Next, by performing selective crystal growth using the CVD method, a poly-Si layer 13 is selectively grown on the poly-Si layer 11 to form a gate 4 with a thickness of about 4000 [Å]. C.

なお最近は導体パターンの抵抗を下げるために
導体パターン上にタングステン(W)、モリブデ
ン(Mo)などを被覆したパターン形成が行われ
ているが、この場合は第4図に示すようにポリSi
層11の上にポリSi層14を選択成長させるがこ
れを第3図Cの場合よりも薄く形成し更にこの上
に弗化タングステン(WF6)、弗化モリブデン
(MoF2)などのガスを媒質に用いてCVDを行い
W,Moなどの金属を選択的にヘテロ成長させ厚
さ約4000〔Å〕のゲート4を作ることができる。
Recently, patterns have been formed by coating conductor patterns with tungsten (W), molybdenum (Mo), etc. in order to lower the resistance of the conductor patterns, but in this case, as shown in Figure 4, poly-Si
A poly-Si layer 14 is selectively grown on the layer 11 to be thinner than that shown in FIG. The gate 4 with a thickness of about 4000 Å can be made by selectively growing metals such as W and Mo by CVD as a medium.

このように選択的にポリSi層或は金属層を成長
させることにより微少パターンを正確に作ること
ができ半導体素子の集積度を上げることができ
る。
By selectively growing a poly-Si layer or a metal layer in this way, minute patterns can be accurately formed and the degree of integration of semiconductor devices can be increased.

(g) 発明の効果 本発明はプラズマエツチングによるパターン形
成においてはサイドエツチングを避けることがで
きずこの面積減少分を予め見込んでパターン形成
を行うため微細パターン形成においては精度が低
下しまた集積度が上らぬ点を改良するためになさ
れたもので本発明の実施によりパターン精度のよ
い微細パターンの形成が可能となつた。
(g) Effects of the Invention In the present invention, when forming a pattern by plasma etching, side etching is unavoidable, and the pattern is formed by anticipating this reduction in area in advance, which leads to a decrease in accuracy and a decrease in the degree of integration in fine pattern formation. This was done to improve the disadvantages, and by implementing the present invention, it has become possible to form fine patterns with high pattern accuracy.

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

第1図はMOSトランジスタの断面構造図、第
2図はゲート形成の際のサイドエツチングを説明
する断面図、第3図A〜Cは本発明を実施する工
程図、第4図は別の実施例の断面図である。 図において、1はシリコン基板、3は薄い酸化
膜、4はゲート、8はポリシリコン層、9はホト
レジスト層、10はサイドエツチング部、11,
13,14はポリシリコン層、15はタングステ
ン層。
Fig. 1 is a cross-sectional structural diagram of a MOS transistor, Fig. 2 is a cross-sectional view illustrating side etching during gate formation, Fig. 3 A to C are process diagrams for implementing the present invention, and Fig. 4 is another implementation. FIG. 3 is an example cross-sectional view. In the figure, 1 is a silicon substrate, 3 is a thin oxide film, 4 is a gate, 8 is a polysilicon layer, 9 is a photoresist layer, 10 is a side etching part, 11,
13 and 14 are polysilicon layers, and 15 is a tungsten layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板上に導体パターンを形成する際基
板上に該導体からなる薄膜パターンを形成し、次
に該パターン上に同じ材料を所定膜厚までエピタ
キシヤル成長せしめてパターン形成を行うことを
特徴とする微細パターンの形成方法。
1. When forming a conductor pattern on a semiconductor substrate, a thin film pattern made of the conductor is formed on the substrate, and then the same material is epitaxially grown on the pattern to a predetermined thickness to form the pattern. A method for forming fine patterns.
JP16686483A 1983-09-10 1983-09-10 Formation of fine pattern Granted JPS6058641A (en)

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