JPH04315453A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法,
特に高融点金属シリサイド又は金属を下地層とする酸化
膜にコンタクトホールを形成するためのエッチング方法
に関する。[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device,
In particular, the present invention relates to an etching method for forming a contact hole in an oxide film having a high melting point metal silicide or metal as an underlying layer.
【0002】半導体装置の高速,高密度化に伴い,配線
抵抗が低く耐熱性のある高融点金属シリサイド又は高融
点金属を,コンタクト材料又は拡散抵抗の低減材料とし
て広く使用する必要が生じた。As semiconductor devices become faster and more dense, it has become necessary to widely use refractory metal silicides or refractory metals, which have low wiring resistance and heat resistance, as contact materials or materials for reducing diffusion resistance.
【0003】このため,かかる材料を下地とする酸化膜
に確実にコンタクトホールを形成できるイオンエッチン
グ方法が必要とされる。Therefore, there is a need for an ion etching method that can reliably form contact holes in oxide films based on such materials.
【0004】0004
【従来の技術】従来,酸化膜のイオンエッチングにはC
F4 ガスと,CHF3 又はO2 ガスとの混合ガス
を用いた反応性イオンエッチングが使用されている。こ
れらのガスを用いたエッチングは,大きな異方性指数と
大きなエッチング速度を有しており酸化膜を精密かつ迅
速に加工することができる。[Prior art] Conventionally, ion etching of oxide film was performed using carbon dioxide.
Reactive ion etching using a mixed gas of F4 gas and CHF3 or O2 gas is used. Etching using these gases has a large anisotropy index and a high etching rate, and can process oxide films precisely and quickly.
【0005】しかし,高融点金属やそのシリサイドに対
する選択比はあまり大きくなく,このため反応性イオン
エッチングによって酸化膜にコンタクトホールを形成す
る際に,酸化膜の下地である高融点金属やそのシリサイ
ドがオーバエッチングされるのである。However, the selectivity of high melting point metals and their silicides is not very large, and therefore, when forming contact holes in oxide films by reactive ion etching, the high melting point metals and their silicides, which are the base of the oxide films, are It is over-etched.
【0006】従来技術をシリコン基板へのコンタクトホ
ールに適用した実施例により説明する。図3は従来技術
の説明図であり,シリコン基板1表面に形成されたTi
Si2 からなる下地層7へコンタクトをとるために酸
化膜11に設けられたコンタクトホール10Aの形成過
程を断面図で表している。An example in which the prior art is applied to a contact hole in a silicon substrate will be explained. FIG. 3 is an explanatory diagram of the prior art, in which Ti formed on the surface of the silicon substrate 1
A cross-sectional view shows the process of forming a contact hole 10A provided in an oxide film 11 to make contact with a base layer 7 made of Si2.
【0007】従来の反応性イオンエッチングでは,図3
(a)を参照して,レジスト8をマスクパターンとして
酸化膜11をエッチングするとき,図3(b)を参照し
て,コンタクトホール10Aの底の下地層がエッチング
され,ときには下地層を貫通してコンタクトホール10
Aの底面が直接シリコン基板1に達するのである。In conventional reactive ion etching, as shown in FIG.
Referring to (a), when etching the oxide film 11 using the resist 8 as a mask pattern, referring to FIG. 3(b), the base layer at the bottom of the contact hole 10A is etched, and sometimes the base layer is etched. contact hole 10
The bottom surface of A directly reaches the silicon substrate 1.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述のように,従来の
コンタクトホールを形成するための反応性イオンエッチ
ングにおいては,酸化膜のエッチング速度に対して下地
層を構成する高融点金属又はそのシリサイドの選択比が
小さいため,下地層がオーバエッチングされコンタクト
の信頼性を損なうという問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] As mentioned above, in conventional reactive ion etching for forming contact holes, the etching rate of the high melting point metal or its silicide constituting the underlying layer is different from the etching rate of the oxide film. Since the selectivity is small, there is a problem in that the underlying layer is over-etched, impairing the reliability of the contact.
【0009】また,コンタクトホールの底の下地表面が
炭素及び炭素化合物で汚染されるという欠点があった。
本発明は,高融点金属又はそのシリサイドに対する選択
比の高い酸化膜のエッチング方法を提供して,下地層の
オーバエッチングを防止するとともに,高い信頼性をも
つ精密なコンタクトホールを迅速に形成できる半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。Another drawback is that the underlying surface at the bottom of the contact hole is contaminated with carbon and carbon compounds. The present invention provides a method for etching an oxide film with a high selectivity to high-melting point metals or their silicides, thereby preventing over-etching of the underlying layer and quickly forming precise contact holes with high reliability in semiconductors. The purpose is to provide a method for manufacturing the device.
【0010】0010
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図であり,前記第二の構成に係るコンタクトホール10
Aの形成過程を断面図で表したものである。[Means for Solving the Problems] FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, and shows a contact hole 10 according to the second configuration.
The formation process of A is shown in cross-sectional view.
【0011】上記課題を解決するために,図1を参照し
て,本発明の第一の構成は, 高融点金属シリサイド
及び高融点金属のうちの何れかを下地層7とするシリコ
ン酸化膜11を,該下地層7をストッパとしてパターン
ニングする反応性イオンエッチングにおいて,該イオン
エッチングは,三弗化窒素と水素との混合ガスを用い,
該酸化膜11のエッチング速度が5nm/分以下となる
温度及び高周波電力の下で行うことを特徴として構成し
,及び,半導体基板1上に設けられた高融点金属シリサ
イドからなる下地層7上に形成されたシリコン酸化膜1
1に該下地層7と接続ためのコンタクトホール10Aを
形成するエッチングにおいて,該酸化膜11を異方性イ
オンエッチングして該酸化膜11に該コンタクトホール
10Aの深さの途中までの穴10を形成し,その後,三
弗化窒素と水素との混合ガスを用いた反応性イオンエッ
チングにより該穴10の底の酸化膜を除去して該コンタ
クトホール10Aを形成することを特徴として構成する
。In order to solve the above problems, referring to FIG. 1, the first structure of the present invention is to form a silicon oxide film 11 with a base layer 7 made of either high-melting point metal silicide or high-melting point metal. In reactive ion etching for patterning using the base layer 7 as a stopper, the ion etching uses a mixed gas of nitrogen trifluoride and hydrogen,
The structure is characterized in that the etching is performed at a temperature and under high frequency power such that the etching rate of the oxide film 11 is 5 nm/min or less, and the etching is performed on the base layer 7 made of high melting point metal silicide provided on the semiconductor substrate 1. Formed silicon oxide film 1
1, in the etching to form a contact hole 10A for connection with the base layer 7, the oxide film 11 is anisotropically etched to form a hole 10 in the oxide film 11 to the middle of the depth of the contact hole 10A. The contact hole 10A is formed by removing the oxide film at the bottom of the hole 10 by reactive ion etching using a mixed gas of nitrogen trifluoride and hydrogen.
【0012】0012
【作用】本発明の発明者は,NF3 とH2 との混合
ガスを用いる反応性イオンエッチングにおいて,基板温
度が略室温にあり,かつプラズマを発生させる高周波電
力が小さいときには,高融点金属シリサイド又は金属の
エッチング速度は極めて小さく,酸化膜に対して大きな
選択比を有することを実験により明らかにしたのである
。[Operation] The inventor of the present invention has discovered that in reactive ion etching using a mixed gas of NF3 and H2, when the substrate temperature is approximately room temperature and the high frequency power for generating plasma is low, high melting point metal silicide or metal Experiments have shown that the etching rate of oxide is extremely low and that it has a high selectivity to oxide films.
【0013】かかる実験の一例は次の通りである。シリ
コン基板上に形成されたWSi2,TiSi2,TaS
i2,W,Ti,Ta及び燐ガラスフローにより形成さ
れたシリコン酸化膜を,室温において,高周波電力10
W,NF3 のH2 に対するの流量比を1/10,圧
力30mTorrの条件下で平行平板型エッチング装置
により反応性イオンエッチングした結果,酸化膜のエッ
チング速度は1.2nm/分であり,一方, WSi2
,TiSi2 ,TaSi2,W,Ti,Taのエッ
ンチング速度は0.05nm以下であった。An example of such an experiment is as follows. WSi2, TiSi2, TaS formed on a silicon substrate
A silicon oxide film formed by i2, W, Ti, Ta and phosphorous glass flow was heated at room temperature with high frequency power of 10
As a result of reactive ion etching using a parallel plate type etching apparatus under the conditions of a flow rate ratio of W, NF3 to H2 of 1/10 and a pressure of 30 mTorr, the etching rate of the oxide film was 1.2 nm/min, while WSi2
, TiSi2, TaSi2, W, Ti, and Ta were etched at a rate of 0.05 nm or less.
【0014】また,酸化膜のエッチング速度が5nm/
分以下となる低い基板温度,小さな高周波電力において
選択比は著しく大きくなる。本実験に使用したガスは,
通常は高温,大電力の条件下でWのエッチング及び半導
体装置の製造装置のチャンバー内面に付着した高融点金
属の化合物等を除去するために使用されていて,通常の
条件では高融点金属及びその化合物がエッチングされる
ことが知られている。[0014] Furthermore, the etching rate of the oxide film is 5 nm/
The selection ratio becomes significantly large at low substrate temperatures of less than 1000 m and at small high-frequency power. The gas used in this experiment was
It is usually used for etching W under high temperature and high power conditions and for removing high melting point metal compounds etc. attached to the inner surface of the chamber of semiconductor device manufacturing equipment. It is known that compounds can be etched.
【0015】それにも係わらず本発明の構成において,
Wや高融点金属の化合物のエッチングが認められないの
は,温度が150℃以下であること,かつ高周波電力が
小さいことに起因している。[0015] Nevertheless, in the configuration of the present invention,
The reason why no etching of W or high melting point metal compounds is observed is that the temperature is 150° C. or lower and the high frequency power is low.
【0016】即ち,酸化膜のエッチング速度が5nm/
分を超える高い基板温度又は大きい高周波電力でのエッ
チング条件下では,高融点金属等のエッチングも速くな
るため選択比は低下するのである。That is, the etching rate of the oxide film is 5 nm/
Under etching conditions where the substrate temperature is higher than 1000 yen or high frequency power is used, the etching rate of high melting point metals etc. also becomes faster and the selectivity decreases.
【0017】本発明の発明者は,一連の実験結果を考慮
することにより,温度と高周波電力がかかる従来との相
違をもたらす本質的要因であり,従って高融点金属及び
そのシリサイドであればその種類は重要な相違をもたら
さないと推定している。By considering a series of experimental results, the inventor of the present invention has determined that temperature and high frequency power are the essential factors that cause such a difference from the conventional one, and therefore, in the case of high melting point metals and their silicides, the types of We estimate that this does not make a significant difference.
【0018】本発明は,上記の事実に基づき案出された
。本発明の第一の構成では,高融点金属シリサイド又は
金属を下地として,その上の酸化膜を三弗化窒素(NF
3 )と水素(H2 )との混合ガスを用いた反応性イ
オンエッチングによりパターンニングする。The present invention has been devised based on the above facts. In the first configuration of the present invention, a high-melting point metal silicide or metal is used as a base, and an oxide film thereon is formed using nitrogen trifluoride (NF).
3) Patterning is performed by reactive ion etching using a mixed gas of hydrogen (H2) and hydrogen (H2).
【0019】既述の実験結果のとおり,本発明のエッチ
ングガスを用いた反応性イオンエッチングにおいては,
下地材料は大きな選択比を有しているから下地がオーバ
エッチングされることは無いのである。As shown in the experimental results described above, in reactive ion etching using the etching gas of the present invention,
Since the underlying material has a large selectivity, the underlying material is not over-etched.
【0020】さらに,公知のようにNF3 ガスは炭素
化合物等の汚染を生ずることがない。従って,本構成に
よれば,洗浄な下地表面をもち且つオーバエッチのない
精密なパターンを容易に形成することができるのである
。Furthermore, as is well known, NF3 gas does not cause contamination with carbon compounds or the like. Therefore, according to this configuration, it is possible to easily form a precise pattern that has a clean base surface and is free from overetching.
【0021】本発明の第二の構成を図1を参照して説明
する。本発明の第二の構成では,図1(a)を参照して
,コンタクトホール10Aの途中までの酸化膜を除去す
る第一エッチングと,図1(b)を参照して,その残り
の酸化膜を除去する第二エッチングと,異なる2つのエ
ッチングから構成される。A second configuration of the present invention will be explained with reference to FIG. In the second configuration of the present invention, with reference to FIG. 1(a), the first etching process is performed to remove the oxide film up to the middle of the contact hole 10A, and the remaining oxide film is removed with reference to FIG. 1(b). It consists of a second etching that removes the film and two different etchings.
【0022】この構成により,初めの第一エッチングに
ついては,下地の選択比を考慮することなく,酸化膜1
1のエッチング速度が大きく,かつ異方性指数の大きな
方法を選ぶことができる。With this configuration, in the first etching, the oxide film 1 is removed without considering the selectivity of the base.
A method with a high etching rate and a large anisotropy index can be selected.
【0023】このため,残りの酸化膜を除去する第二エ
ッチングのエッチング速度が遅くとも,初めの第一エッ
チングにおいて十分深く酸化膜11を除去することによ
りコンタクトホール11A形成に要する全体の時間を短
かくすることができるのである。Therefore, even if the etching speed of the second etching to remove the remaining oxide film is slow, the overall time required to form the contact hole 11A can be shortened by removing the oxide film 11 sufficiently deeply in the first etching. It is possible.
【0024】また,第二エッチングの異方性指数が小さ
い場合であっても,初めに大部分の加工を異方性指数の
大きな第一エッチングによって行うことにより,精密な
形状のコンタクトホール10Aを形成することができる
。Furthermore, even if the second etching has a small anisotropy index, by performing most of the processing with the first etching having a large anisotropy index, it is possible to form a contact hole 10A with a precise shape. can be formed.
【0025】さらに,残りの酸化膜を除去するエッチン
グには第一の構成にかかる方法が用いられており,下地
層7との選択比を大きくとることが容易にでき,下地層
7がオーバエッチングされないから,信頼性の高いコン
タクトホール10Aを形成することができる。Furthermore, since the method according to the first configuration is used for etching to remove the remaining oxide film, a high selectivity with respect to the base layer 7 can be easily obtained, and the base layer 7 is not over-etched. Therefore, a highly reliable contact hole 10A can be formed.
【0026】[0026]
【実施例】図2は本発明の一実施例工程図であり,MO
Sトランジスタのソース及びドレインへのコンタクトホ
ールの断面を表している。[Example] Figure 2 is a process diagram of one embodiment of the present invention.
It shows a cross section of a contact hole to the source and drain of an S transistor.
【0027】本発明を図2を参照して,詳細に説明する
。初めに,図2(a)を参照して,シリコン基板1表面
に分離酸化帯2,ゲート6及びソース5,ドレイン4領
域を形成した後,高融点金属3,例えばTiを堆積する
。The present invention will be explained in detail with reference to FIG. First, referring to FIG. 2(a), after forming isolation oxide zone 2, gate 6, source 5, and drain 4 regions on the surface of silicon substrate 1, high melting point metal 3, for example, Ti, is deposited.
【0028】次いで,図2(b)を参照して,熱処理に
より高融点金属3のシリサイドからなる厚さ略100n
mの下地層7をソース,ドレイン領域4,5に形成した
後,残りの高融点金属3を除去する。Next, referring to FIG. 2(b), heat treatment is performed to form a film of approximately 100 nm thick made of silicide of high melting point metal 3.
After forming the base layer 7 of m on the source and drain regions 4 and 5, the remaining high melting point metal 3 is removed.
【0029】次いで,図2(c)を参照して,燐ガラス
フローにより厚さ略500nmの酸化膜11を形成し,
その上にコンタクトホール10Aをエッチングするため
の窓9を設けたレジスト8パターンを形成する。Next, referring to FIG. 2(c), an oxide film 11 with a thickness of approximately 500 nm is formed by phosphorous glass flow.
A resist 8 pattern is formed thereon, in which a window 9 for etching the contact hole 10A is provided.
【0030】次いで,図2(d)を参照して,酸化膜1
1を迅速,且つ大きな異方性指数をもつエッチングによ
り,コンタクトホールの途中迄,例えば酸化膜の厚さの
90パーセントの深さまで除去する。かかるエッチング
として,例えばCF4 とCHF3 の混合ガスを用い
た異方性の反応性イオンエッチングを用いることができ
る。Next, referring to FIG. 2(d), the oxide film 1
1 is removed quickly and by etching with a large anisotropy index to the middle of the contact hole, for example, to a depth of 90% of the thickness of the oxide film. As such etching, for example, anisotropic reactive ion etching using a mixed gas of CF4 and CHF3 can be used.
【0031】次いで,図2(e)を参照して,エッチン
グガスを流量10sccmのNF3 と流量100sc
cmのH2 との混合ガスに切替え,基板温度を略室温
迄冷却した後,高周波電力を10W,圧力30mTor
rで残りの酸化膜を反応性イオンエッチングして,コン
タクトホール10Aを形成する。Next, referring to FIG. 2(e), the etching gas was mixed with NF3 at a flow rate of 10 sccm and NF3 at a flow rate of 100 sccm.
After switching to a mixed gas with cm of H2 and cooling the substrate temperature to approximately room temperature, the high frequency power was 10W and the pressure was 30mTorr.
The remaining oxide film is subjected to reactive ion etching using r to form a contact hole 10A.
【0032】このエッチングにおいて,当初高周波電力
を,例えば50Wと大きくすることにより,下地層をあ
まり大きくオーバエッチングすることなく,酸化膜のエ
ッチング速度を大きくすることができる。従って,加工
時間を短縮できるという効果を生ずる。In this etching, by initially increasing the high frequency power to, for example, 50 W, it is possible to increase the etching rate of the oxide film without over-etching the underlying layer too much. Therefore, the effect of reducing machining time is produced.
【0033】次いで,図2(f)を参照して,タングス
テン12をCVDにより選択的に下地層7表面に堆積し
てコンタクトホールを埋込み,その上に配線13を形成
することにより,ソース,ドレインのコンタクト配線を
完成する。Next, referring to FIG. 2(f), tungsten 12 is selectively deposited on the surface of base layer 7 by CVD to fill contact holes, and wiring 13 is formed thereon to form sources and drains. Complete the contact wiring.
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明によれば,高融点金属又はそのシ
リサイドからなる下地層と酸化膜との間でエッチング速
度の選択比を大きくとることができるから,下地層をオ
ーバエッチングすることなくコンタクトホールを形成で
きるという効果を奏し,及び,下地層との選択比を考慮
することなく酸化膜をエッチングできるから,精密な形
状のコンタクトホールを迅速に形成することができると
いう効果を奏し,半導体装置の性能向上に寄与するとこ
ろが大きい。[Effects of the Invention] According to the present invention, a high etching rate selectivity can be achieved between the base layer made of a high-melting point metal or its silicide and the oxide film, so there is no need to over-etch the base layer. It has the effect of forming a hole, and since the oxide film can be etched without considering the selectivity with the underlying layer, it has the effect of quickly forming a contact hole with a precise shape. This greatly contributes to improving the performance of
【図1】 本発明の原理説明図[Figure 1] Diagram explaining the principle of the present invention
【図2】 本発明の一実施例工程図[Figure 2] Process diagram of one embodiment of the present invention
【図3】 従来技術の説明図[Figure 3] Explanatory diagram of conventional technology
1 基板 2 分離酸化帯 3 高融点金属 4 ドレイン 5 ソース 6 ゲート 7 下地層 8 レジスト 9 窓 10 穴 10A コンタクトホール 11 酸化膜 12 タングステン 13 配線 1 Board 2 Separate oxidation zone 3 High melting point metal 4 Drain 5. Sauce 6 Gate 7 Base layer 8 Resist 9 Window 10 holes 10A contact hole 11 Oxide film 12 Tungsten 13 Wiring
Claims (2)
のうちの何れかを下地層(7)とするシリコン酸化膜(
11)を,該下地層(7)をストッパとしてパターンニ
ングする反応性イオンエッチングにおいて,該イオンエ
ッチングは,三弗化窒素と水素との混合ガスを用い,該
酸化膜(11)のエッチング速度が5nm/分以下とな
る温度及び高周波電力の下で行うことを特徴とする半導
体装置の製造方法。Claim 1: A silicon oxide film (7) having a base layer (7) of either high-melting point metal silicide or high-melting point metal.
In reactive ion etching to pattern 11) using the base layer (7) as a stopper, the ion etching uses a mixed gas of nitrogen trifluoride and hydrogen, and the etching rate of the oxide film (11) is increased. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the manufacturing method is carried out at a temperature of 5 nm/min or less and under high frequency power.
点金属シリサイドからなる下地層(7)上に形成された
シリコン酸化膜(11)に該下地層(7)と接続するた
めのコンタクトホール(10A)を形成するエッチング
において,該酸化膜(11)を異方性イオンエッチング
して該酸化膜(11)に該コンタクトホール(10A)
の深さの途中までの穴(10)を形成し,その後,三弗
化窒素と水素との混合ガスを用いた反応性イオンエッチ
ングにより該穴(10)の底の酸化膜を除去して該コン
タクトホール(10A)を形成することを特徴とする半
導体装置の製造方法。2. A contact for connecting to a silicon oxide film (11) formed on a base layer (7) made of refractory metal silicide provided on a semiconductor substrate (1) and the base layer (7). In the etching to form the hole (10A), the oxide film (11) is anisotropically etched to form the contact hole (10A) in the oxide film (11).
After that, the oxide film at the bottom of the hole (10) is removed by reactive ion etching using a mixed gas of nitrogen trifluoride and hydrogen. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a contact hole (10A).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8107191A JPH04315453A (en) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8107191A JPH04315453A (en) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04315453A true JPH04315453A (en) | 1992-11-06 |
Family
ID=13736161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8107191A Withdrawn JPH04315453A (en) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04315453A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR19980084172A (en) * | 1997-05-21 | 1998-12-05 | 윤종용 | Dry etching method of semiconductor device using high etching selectivity |
JP2014506397A (en) * | 2010-12-14 | 2014-03-13 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Uniform dry etching in two stages |
KR20140068587A (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-09 | 삼성디스플레이 주식회사 | Method of forming contact hole |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP8107191A patent/JPH04315453A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR19980084172A (en) * | 1997-05-21 | 1998-12-05 | 윤종용 | Dry etching method of semiconductor device using high etching selectivity |
JP2014506397A (en) * | 2010-12-14 | 2014-03-13 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Uniform dry etching in two stages |
KR20140068587A (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-09 | 삼성디스플레이 주식회사 | Method of forming contact hole |
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