JPH0513381A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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Publication number
JPH0513381A
JPH0513381A JP18701491A JP18701491A JPH0513381A JP H0513381 A JPH0513381 A JP H0513381A JP 18701491 A JP18701491 A JP 18701491A JP 18701491 A JP18701491 A JP 18701491A JP H0513381 A JPH0513381 A JP H0513381A
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JP
Japan
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etching
wafer
trench
mixed gas
gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP18701491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuji Nagayama
哲治 長山
Shingo Kadomura
新吾 門村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0513381A publication Critical patent/JPH0513381A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To simultaneously attain to the high anisotropy, rapidity and low pollusion level in the silicon trench etching step. CONSTITUTION:A wafer is cooled down at -70 deg.C to etch away a single crystal silicon substrate using Cl2/N2/S2F2 mixed gas. The etching step can be performed rapidly compared with the conventional step using Cl2/N2 base mixed gas due to F* produced from S2F2 contributing to the etching step. At this time, in addition to the production of the liberated S from S2F2, a part of this S reacts to N2 so as to produce (SN)n in polymer state having the high resistance to radical attack or ion shock. Next, these products together with SixNy, etc., are formed into a sidewall protective film 5 so as to enhance the sidewall protective effect on attaining the high anisotropy. Furthermore, S and (SN)n can be easily sublimated or decomposed to be removed by heating the wafer so as not to cause the particle pollution at all.

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分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
シリコン・トレンチ・エッチング等の高アスペクト比加
工を行う際に低汚染性,高速性,高異方性を同時に達成
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 applied in the field of manufacturing semiconductor devices, etc., and in particular, it has low contamination, high speed and high characteristics when performing high aspect ratio processing such as silicon trench etching. It is about how to simultaneously achieve torpority.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のVLSI,ULSI等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、半導体デバイスにおける各種パターンのアスペ
クト比は急速に増大する傾向にある。したがって、ドラ
イエッチング技術についても、高アスペクト比加工を良
好な異方性をもって行う技術が切望されている。シリコ
ン系材料層の高アスペクト比加工の典型的な例は、容量
素子の形成や素子分離を目的として行われるシリコン・
トレンチ・エッチングである。トレンチの深さはデバイ
スの種類や用途により異なり、容量素子では4〜5μ
m,素子分離ではMOSトランジスタ用で1μm、バイ
ポーラ・トランジスタ用で4μm程度とされているが、
その開口径はいずれも0.35〜1.0μm程度であ
る。かかる高アスペクト比加工を実現するために、従来
から種々のエッチング・ガスを用いたRIE(反応性イ
オン・エッチング)が提案されている。上記エッチング
・ガスは、大別するとフッ素系ガスと塩素系ガスの2種
類に分けられる。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices have become more highly integrated and have higher performance as seen in recent VLSI, ULSI, etc., the aspect ratios of various patterns in semiconductor devices tend to increase rapidly. Therefore, also for the dry etching technique, a technique for performing high aspect ratio processing with favorable anisotropy is desired. A typical example of high aspect ratio processing of a silicon-based material layer is silicon for the purpose of forming capacitive elements and element isolation.
It is trench etching. The depth of the trench depends on the device type and application, and is 4 to 5μ for the capacitive element.
m, element separation is about 1 μm for MOS transistors and about 4 μm for bipolar transistors.
The opening diameter is about 0.35 to 1.0 μm. In order to realize such high aspect ratio processing, RIE (reactive ion etching) using various etching gases has been conventionally proposed. The etching gas is roughly classified into two types, a fluorine-based gas and a chlorine-based gas.

【0003】フッ素系ガスによるシリコン系材料層のエ
ッチングは、本質的にはラジカル反応にもとづいて自発
的に進行する。これは、Si−F結合の原子間結合エネ
ルギーがSi−Si結合のそれよりも遙かに大きく、ま
たF* の半径が小さいので単結晶シリコンの結晶格子内
に容易に侵入できるからである。しかし、トレンチの開
口径が微小になるとラジカルの入射が減少し、エッチン
グ速度が低下したりトレンチの先端部が細くなる等の問
題が避けられない。したがって、フッ素系ガスは一般に
シリコン系材料層の高アスペクト比加工に適していると
は言えない。一方、塩素系ガスによるシリコン系材料層
のエッチングは、本質的にはイオン・アシスト反応にも
とづいて進行する。これは、半径が比較的大きく単結晶
シリコンの結晶格子内には容易に侵入できないCl
* に、イオン入射エネルギーを与える機構でエッチング
を行うからである。このため、高バイアス条件下でのエ
ッチングが必要となる。しかし、原子間結合エネルギー
の大小関係がSi−O結合>Si−Cl結合であり、S
iO2 系マスクに対して高選択比が得られること、また
異方性形状が得やすいこと等の理由から、一般には塩素
系ガスがシリコン系材料層の高アスペクト比加工に用い
られている。
The etching of the silicon-based material layer with the fluorine-based gas essentially proceeds spontaneously based on the radical reaction. This is because the interatomic bond energy of the Si—F bond is much larger than that of the Si—Si bond and the radius of F * is small, so that it can easily penetrate into the crystal lattice of single crystal silicon. However, when the opening diameter of the trench becomes small, the incidence of radicals decreases, and the problems such as a decrease in etching rate and a thin tip of the trench cannot be avoided. Therefore, the fluorine-based gas is not generally suitable for high aspect ratio processing of the silicon-based material layer. On the other hand, the etching of the silicon-based material layer with the chlorine-based gas essentially proceeds based on the ion-assisted reaction. This is because Cl has a relatively large radius and cannot easily penetrate into the crystal lattice of single crystal silicon.
This is because etching is performed by a mechanism that gives ion incident energy to * . Therefore, etching under high bias conditions is required. However, the magnitude relationship of the interatomic bond energy is Si-O bond> Si-Cl bond, and S
Chlorine-based gas is generally used for high-aspect-ratio processing of a silicon-based material layer for the reason that a high selection ratio can be obtained with respect to an iO 2 -based mask and an anisotropic shape can be easily obtained.

【0004】ところで、塩素系ガスを用いたとしても、
シリコン・トレンチ・エッチングにはマスク・パターン
やエッチング・パラメータ等によってトレンチの断面形
状が複雑に変化し、後工程におけるトレンチの埋め込み
や容量の制御等に困難をきたし易いという問題がある。
たとえば、図2に示されるように、単結晶シリコン基板
11をSiO2 パターン12とサイドウォール13から
なるエッチング・マスクの開口部14を介してエッチン
グする場合を考える。これは、容量素子等の形成を目的
としていわゆるディープ・トレンチ(deep tre
nch)を形成する場合のプロセスである。ここで、上
記サイドウォール13は現状のフォトリソグラフィの解
像限界を越えた微細な開口部14を得るために設けられ
ているものであり、CVDによるSiO2 堆積膜をエッ
チバックすることにより自己整合的に形成されている。
このように、エッチング・マスクのエッジ部が丸みを帯
びていると、この部分に垂直入射したイオンが散乱さ
れ、開口部14内には斜め方向に入射するようになる。
このようなイオンの影響があるために、形成されるトレ
ンチ11aの断面形状は異方性形状とはならず、側壁部
に弓型の湾曲部15が形成される。これは、いわゆるボ
ウイング(bowing)と呼ばれる現象である。この
ような現象は、エッチング・マスクの一部にサイドウォ
ール13が形成された場合に限らず、高バイアス条件下
で高い入射エネルギーを有するイオンにエッチング・マ
スクのエッジ部がスパッタされて丸みを帯びた場合にも
生ずる。
By the way, even if chlorine gas is used,
The silicon trench etching has a problem in that the cross-sectional shape of the trench changes intricately depending on the mask pattern, etching parameters, etc., and it is difficult to fill the trench and control the capacitance in the subsequent process.
For example, as shown in FIG. 2, consider the case where a single crystal silicon substrate 11 is etched through an opening 14 of an etching mask composed of a SiO 2 pattern 12 and sidewalls 13. This is a so-called deep trench for the purpose of forming a capacitive element or the like.
nch) is formed. Here, the sidewall 13 is provided to obtain a fine opening 14 that exceeds the resolution limit of the current photolithography, and is self-aligned by etching back the SiO 2 deposited film by CVD. Has been formed.
Thus, when the edge portion of the etching mask is rounded, the ions that are vertically incident on this portion are scattered and are obliquely incident on the inside of the opening 14.
Due to the influence of such ions, the cross-sectional shape of the formed trench 11a does not have an anisotropic shape, and the bow-shaped curved portion 15 is formed on the side wall portion. This is a so-called bowing phenomenon. Such a phenomenon is not limited to the case where the sidewall 13 is formed on a part of the etching mask, and the edge portion of the etching mask is sputtered by ions having a high incident energy under a high bias condition to be rounded. It also occurs when

【0005】また、たとえばCl2 ガスを単独で使用す
ると、図3に示されるようなアンダカット部16を生じ
たトレンチ11bが形成されることもある。これは、C
* の影響が強く現れているからである。このような場
合には、トレンチ11aが深くなるにつれてその底部へ
活性種が到達しにくくなるので、断面形状は図示される
ようにテーパー化する。
When Cl 2 gas is used alone, the trench 11b having the undercut portion 16 as shown in FIG. 3 may be formed. This is C
This is because the influence of l * is strongly manifested. In such a case, as the trench 11a becomes deeper, it becomes more difficult for active species to reach the bottom of the trench 11a, so the cross-sectional shape is tapered as shown in the drawing.

【0006】そこで、上述のようなトレンチの断面形状
の劣化を防止するために、放電解離条件下で堆積性物質
を生成し得るエッチング・ガスを使用し、この堆積性物
質を利用して側壁保護を行う方法が従来から幾つか提案
されている。たとえば、本願出願人が先に特開昭63−
73526号公報において開示したSiCl4 /N2
合ガスは、その代表例である。これは、SiCl4 から
主エッチング種としてCl* やCl+を生成させると共
に、SiCl4 とN2 との反応により気相中にSix
y ,Six y Clz 等を生成させ、これらを堆積させ
て側壁保護を行う方法である。この技術によれば、側壁
保護物質として炭素系ポリマーを利用するよりは遙かに
パーティクル汚染を低減させることができ、クリーンな
条件でエッチングを行うことが可能となる。
Therefore, in order to prevent the above-described deterioration of the cross-sectional shape of the trench, an etching gas capable of forming a depositable substance under discharge dissociation conditions is used, and the depositable substance is utilized to protect the sidewall. Several methods have been proposed in the past. For example, the applicant of the present invention first disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-
The SiCl 4 / N 2 mixed gas disclosed in Japanese Patent No. 73526 is a typical example. This, together to generate a Cl * and Cl + from SiCl 4 as a main etching species, Si x N in the gas phase by reaction with SiCl 4 and N 2
In this method, y , Si x N y Cl z, etc. are generated, and these are deposited to protect the side wall. According to this technique, particle contamination can be reduced far more than when a carbon-based polymer is used as a sidewall protective material, and etching can be performed under clean conditions.

【0007】さらに本願出願人は、特開昭64−599
17号公報において、Cl2 /N2 混合ガスを用いてシ
リコン・トレンチ・エッチングを行う技術も開示してい
る。この技術もSix y ,Six y Clz 等を側壁
保護物質として利用するが、これらはエッチング反応生
成物SiClx とN2 とが反応することにより生成す
る。したがって、前述のSiCl4 /N2 混合ガスを用
いるプロセスのようにエッチング・ガスの構成成分同士
の反応により気相中に堆積性物質が生成する場合と比べ
て、さらにパーティクル汚染を低減させることが可能と
なる。
Further, the applicant of the present invention is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-599.
Japanese Patent Publication No. 17 also discloses a technique of performing silicon trench etching using a Cl 2 / N 2 mixed gas. This technique also uses Si x N y , Si x N y Cl z, etc. as the side wall protective material, but these are generated by the reaction between the etching reaction products SiCl x and N 2 . Therefore, the particle contamination can be further reduced as compared with the case where the depositable substance is generated in the gas phase due to the reaction between the constituent components of the etching gas as in the process using the SiCl 4 / N 2 mixed gas described above. It will be possible.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体装置の
デザイン・ルールが今後も急ピッチで進行すると、従来
にも増して高いレベルでパーティクル汚染を低減させる
必要が生ずる。この観点から、上述のSix y ,Si
x y Clz 等を利用するプロセスは現状の要求は満た
しているが、根本的にパーティクル汚染を回避するには
至っていない。しかも、シリコン・トレンチ・エッチン
グは一般にプロセス時間が長く、堆積性物質の生成量も
多くなるので、かかる物質を側壁保護に利用するとして
も、エッチング終了後には容易かつ完全に除去できるこ
とが前提となる。また、上述のように側壁保護を利用す
るプロセスでは、高異方性の達成をイオンの垂直入射の
みに依存する場合よりはバイアス・パワーを下げること
ができるため、レジスト・マスクに対する選択性を向上
させることができる。しかし、塩素系ガスによるシリコ
ン系材料層のエッチング反応は、イオン・アシストの過
程に律速されて本来的に高速化が困難であるため、条件
を低バイアス化するとエッチング速度はますます低下し
てしまう。今後のドライエッチングの分野では枚葉処理
が主流となり、従来以上に高速性への要求が高まると予
想されているので、実用的なプロセスを提供するために
は一層のエッチング速度の向上が必要である。
However, if the design rules of semiconductor devices continue to progress at a rapid pace, it becomes necessary to reduce particle contamination at a higher level than ever before. From this viewpoint, the above-mentioned Si x N y , Si
Although processes utilizing x N y Cl z, etc. meets the current requirements, not come to avoid fundamentally particle contamination. Moreover, since silicon trench etching generally requires a long process time and produces a large amount of depositable substances, it is premised that such substances can be easily and completely removed after etching even if they are used for sidewall protection. . In addition, as described above, in the process using the sidewall protection, the bias power can be lowered as compared with the case where the achievement of the high anisotropy depends only on the vertical incidence of ions, so that the selectivity with respect to the resist mask is improved. Can be made. However, since the etching reaction of the silicon-based material layer by chlorine-based gas is rate-controlled by the ion assist process and it is essentially difficult to increase the speed, lowering the bias conditions will further decrease the etching rate. . In the field of dry etching in the future, single-wafer processing will become the mainstream, and it is expected that the demand for high-speed processing will increase more than ever, so it is necessary to further improve the etching speed in order to provide a practical process. is there.

【0009】エッチング速度を向上させるためのアプロ
ーチには、大別してエッチング反応系のラジカル性を高
める方法と、高バイアス条件によりイオン入射エネルギ
ーを高める方法とがある。たとえば、本願出願人は先に
特開平3−129730号公報において、SiCl4
2 混合ガスにさらにClF3 等のようなF* を生成し
得るフッ素系化合物を添加する技術も提案している。し
かし、F* の増加に伴う異方性形状の劣化を防止するた
めに、フッ素系化合物の添加量には自ずと限界がある。
一方、イオン入射エネルギーを高めると、従来の側壁保
護膜では側壁保護効果が不足するという問題がある。シ
リコン・トレンチ・エッチングではエッチング時間が長
時間に及ぶ上、開口部の微細化を図るためにエッチング
・マスクの一部に前述のようなサイドウォールが形成さ
れている場合等には、断面形状の劣化を防止し切れない
虞れがある。したがって、高速性,高異方性,低汚染性
の各要求をいずれも高いレベルで満足できるプロセスは
得られていないのが実情である。
Approaches for improving the etching rate are roughly classified into a method of increasing the radical property of the etching reaction system and a method of increasing the ion incident energy under a high bias condition. For example, the applicant of the present application previously disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-129730, SiCl 4 /
A technique of adding a fluorine-based compound capable of generating F * such as ClF 3 to the N 2 mixed gas is also proposed. However, in order to prevent the deterioration of the anisotropic shape due to the increase of F *, the amount of the fluorine compound added is naturally limited.
On the other hand, when the ion incident energy is increased, there is a problem that the conventional sidewall protection film lacks the sidewall protection effect. In the silicon trench etching, the etching time takes a long time, and when the side wall as described above is formed in a part of the etching mask in order to miniaturize the opening, the cross-sectional shape may be reduced. There is a risk that deterioration will not be prevented. Therefore, the reality is that no process has been obtained that can satisfy the requirements for high speed, high anisotropy, and low contamination at a high level.

【0010】以上、ディープ・トレンチ加工における問
題点について論じてきたが、エッチング速度の向上は、
素子分離領域の形成を目的とするシャロー・トレンチ
(shallow trench)加工においても極め
て重要な課題である。一般にシャロー・トレンチ加工で
は、被エッチング面積がウェハ面積の50%以上にも及
び、ディープ・トレンチ加工の場合の5%以下と比べて
1桁も大きい面積をエッチングしなければならない。こ
のように被エッチング面積が増大すると、ローディング
効果によりエッチング速度は必然的に低下し、場合によ
ってはその低下率が50%近くにも及んでしまう。そこ
で、実用的なプロセスを実現するためには、高バイアス
化によりイオン入射エネルギーを高めたり、ラジカル成
分を増加させてエッチング速度を向上させることがやは
り不可欠となる。そこで本発明は、シリコン系材料層の
エッチングにおいて、高速性,高異方性,低汚染性を同
時に実現できる方法を提供することを目的とする。
Although the problems in deep trench processing have been discussed above, the improvement of the etching rate is
This is also an extremely important issue in shallow trench processing for the purpose of forming an element isolation region. Generally, in the shallow trench processing, the area to be etched reaches 50% or more of the wafer area, and an area larger by an order of magnitude than 5% in the deep trench processing must be etched. When the area to be etched increases in this way, the etching rate inevitably decreases due to the loading effect, and in some cases, the rate of decrease reaches nearly 50%. Therefore, in order to realize a practical process, it is essential to increase the ion incident energy by increasing the bias and increase the radical component to improve the etching rate. Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of simultaneously achieving high speed, high anisotropy, and low contamination in etching a silicon-based material layer.

【0011】[0011]

【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、上述の目的を達成するために提案されるもの
である。すなわち、本願の第1の発明にかかるドライエ
ッチング方法は、被エッチング基板の温度を室温以下に
制御しながら、Cl2 と、N2 と、S2 2 ,SF2
SF4 ,S2 10から選ばれる少なくとも1種類のフッ
化イオウとを含むエッチング・ガスを用いてシリコン系
材料層のエッチングを行うことを特徴とする。
The dry etching method of the present invention is proposed to achieve the above object. That is, in the dry etching method according to the first invention of the present application, while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature, Cl 2 , N 2 , S 2 F 2 , SF 2 ,
It is characterized in that the silicon-based material layer is etched using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from SF 4 and S 2 F 10 .

【0012】本願の第2の発明にかかるドライエッチン
グ方法は、被エッチング基板の温度を室温以下に制御し
ながら、SiCl4 と、N2 と、S2 2 ,SF2 ,S
4 ,S2 10から選ばれる少なくとも1種類のフッ化
イオウとを含むエッチング・ガスを用いてシリコン系材
料層のエッチングを行うことを特徴とする。
In the dry etching method according to the second invention of the present application, SiCl 4 , N 2 , S 2 F 2 , SF 2 and S are controlled while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature.
It is characterized in that the silicon-based material layer is etched using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from F 4 and S 2 F 10 .

【0013】さらに、本願の第3の発明にかかるドライ
エッチング方法は、被エッチング基板の温度を室温以下
に制御しながら、HBrと、N2 と、S2 2 ,S
2 ,SF4 ,S2 10から選ばれる少なくとも1種類
のフッ化イオウとを含むエッチング・ガスを用いてシリ
コン系材料層のエッチングを行うことを特徴とする。
Further, in the dry etching method according to the third invention of the present application, HBr, N 2 , S 2 F 2 , and S 2 are controlled while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature.
It is characterized in that the silicon-based material layer is etched using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from F 2 , SF 4 , and S 2 F 10 .

【0014】[0014]

【作用】本発明者らは、従来の高速化の試みがいずれも
不十分な結果に終わっているのは側壁保護効果が不足し
ているためであり、これを強化すれば従来の問題点は解
決できるものと考えた。つまり、強固な側壁保護膜が形
成されていれば、高バイアス下で加速されたイオンがマ
スク端部で散乱されて開口部から斜めに入射したとして
も、またエッチング反応系内のラジカル量が増えたとし
ても、ボウイングやアンダカット等を生ずる虞れがなく
なるわけである。
The present inventors have found that the attempts at speeding up in the past have been unsatisfactory in all cases because the side wall protection effect is insufficient. I thought it could be solved. In other words, if a strong sidewall protective film is formed, the amount of radicals in the etching reaction system will increase even if ions accelerated under a high bias are scattered at the mask edge and obliquely enter from the opening. Even if it does, there is no risk of bowing or undercutting.

【0015】そこで、側壁保護を強化しながら高速化を
図るため、本発明では従来から提案されているCl2
2 混合ガス,SiCl4 /N2 混合ガス,HBr/N
2 混合ガスにS/F比の大きいフッ化イオウを添加す
る。このフッ化イオウは、本願出願人が特願平3−20
360号明細書を始めとする一連の出願により提案して
いる化合物であり、放電解離条件下でシリコン系化合物
の主エッチング種であるF* を生成できる。つまり、従
来のシリコン・トレンチ・エッチングではほとんど使用
されていなかったF* をエッチング反応系に供給するこ
とにより、エッチング速度を大幅に向上させるわけであ
る。また、上記フッ化イオウからはSFx + ,S+ 等の
イオンも生成するので、これらを利用してイオン・アシ
スト反応を進行させ、異方性加工を行う。
Therefore, in order to increase the speed while strengthening the side wall protection, Cl 2 /
N 2 mixed gas, SiCl 4 / N 2 mixed gas, HBr / N
2 Add sulfur fluoride with a high S / F ratio to the mixed gas. This sulfur fluoride is disclosed in Japanese Patent Application No. 3-20
It is a compound proposed by a series of applications including the specification No. 360, and can generate F * which is a main etching species of a silicon-based compound under discharge dissociation conditions. In other words, by supplying F * , which has hardly been used in the conventional silicon trench etching, to the etching reaction system, the etching rate is greatly improved. Further, since ions such as SF x + and S + are also generated from the above-mentioned sulfur fluoride, the ion-assisted reaction is promoted by utilizing these ions and anisotropic processing is performed.

【0016】ただし、エッチングにF* を関与させる以
上は、従来以上に強固な側壁保護が必要となるが、本発
明ではこれを極めて巧妙な機構により実現することがで
きる。上記フッ化イオウのいまひとつの重要な特長は、
放電解離条件下で遊離のイオウ(S)を生成することで
ある。これは、同じくフッ化イオウでも安定でエッチン
グ・ガスとして既に実用化されているSF6 が、放電解
離によっても遊離のSを生成しないのとは極めて異なる
性質である。生成したSは、室温以下に温度制御された
ウェハの表面に堆積し、イオンの垂直入射が原理的に生
じないパターン側壁部において側壁保護効果を発揮す
る。
However, as long as F * is involved in the etching, stronger sidewall protection than the conventional one is required, but in the present invention, this can be realized by an extremely delicate mechanism. Another important feature of the above sulfur fluoride is
The production of free sulfur (S) under discharge dissociation conditions. This is a very different property from SF 6 which is also stable with sulfur fluoride and has already been put to practical use as an etching gas, and does not generate free S even by discharge dissociation. The generated S deposits on the surface of the wafer whose temperature is controlled below room temperature, and exerts a side wall protection effect on the pattern side wall portion where vertical incidence of ions does not occur in principle.

【0017】また上記のSの一部は、エッチング・ガス
に含まれているN2とさらに反応し、窒化イオウ系化合
物を生成する。上記窒化イオウ系化合物としては、一般
式(NS)n で表されるチアジル化合物が最も代表的な
ものである。すなわち最も単純に考えれば、窒素系化合
物の放電解離によりプラズマ中に生成したNと、イオウ
系化合物の放電解離によりプラズマ中に生成したSとが
結合して、まずチアジル(N≡S)が形成される。この
チアジルは、酸素類似体である一酸化窒素(NO)の構
造から類推して不対電子を持っており、容易に重合して
(SN)2 ,(SN)4 ,さらには(SN)n を生成す
る。(SN)2 は20℃付近で容易に重合して(SN)
4 および(SN)n を生成し、自身は30℃付近で分解
する。(SN)4 は融点178℃,分解温度206℃の
環状物質である。(SN)n は化学的に安定で130℃
までは分解しない。本発明ではウェハの温度が室温以下
に制御されているので、(SN)n はウェハ上で安定に
存在できる。
Further, a part of the above S further reacts with N 2 contained in the etching gas to form a sulfur nitride compound. As the sulfur nitride compound, the thiazyl compound represented by the general formula (NS) n is most representative. That is, in the simplest way, N generated in plasma by discharge dissociation of a nitrogen-based compound and S generated in plasma by discharge dissociation of a sulfur-based compound are combined to first form thiazyl (N≡S). To be done. This thiazyl has an unpaired electron by analogy with the structure of nitric oxide (NO), which is an oxygen analog, and easily polymerizes (SN) 2 , (SN) 4 , and further (SN) n. To generate. (SN) 2 polymerizes easily at around 20 ° C (SN)
It produces 4 and (SN) n , and decomposes itself at around 30 ° C. (SN) 4 is a cyclic substance having a melting point of 178 ° C. and a decomposition temperature of 206 ° C. (SN) n is chemically stable at 130 ° C
Does not disassemble. In the present invention, since the temperature of the wafer is controlled below room temperature, (SN) n can exist stably on the wafer.

【0018】この他、プラズマ中にF* 等のハロゲン・
ラジカルが存在している場合には、上記(SN)n のS
原子上にハロゲン原子が結合したハロゲン化チアジルも
生成し得る。また、F* の生成量を制御するために水素
系ガスが添加されている場合には、チアジル水素も生成
し得る。さらに、条件によってはS4 2 (融点23
℃),S112 (融点150〜155℃),S15
2 (融点137℃),S162 (融点122℃)等のよ
うに分子内のS原子数とN原子数が不均衡な環状窒化イ
オウ化合物、あるいはこれら環状窒化イオウ化合物のN
原子上にH原子が結合したS7 NH(融点113.5
℃),1,3−S6 (NH)2 (融点130℃),1,
4−S6 (NH)2 (融点133℃),1,5−S
6 (NH)2 (融点155℃),1,3,5−S5 (N
H)3 (融点124℃),1,3,6−S5 (NH)3
(融点131℃),S4 (NH)4 (融点145℃)等
のイミド型の化合物等も生成可能である。
In addition to the above, halogens such as F * are contained in the plasma.
When a radical is present, S in (SN) n above
A thiazyl halide having a halogen atom attached on the atom may also be produced. Further, when a hydrogen-based gas is added to control the amount of F * produced, thiazyl hydrogen can also be produced. Furthermore, depending on the conditions, S 4 N 2 (melting point 23
℃), S 11 N 2 (melting point 150 to 155 ℃), S 15 N
2 (melting point 137 ° C.), S 16 N 2 (melting point 122 ° C.), etc., a cyclic sulfur nitride compound in which the number of S atoms and N atoms in the molecule is imbalanced, or N of these cyclic sulfur nitride compounds
S 7 NH (Helting point 113.5
℃), 1,3-S 6 (NH) 2 (melting point 130 ℃), 1,
4-S 6 (NH) 2 (melting point 133 ° C.), 1,5-S
6 (NH) 2 (melting point 155 ° C.), 1,3,5-S 5 (N
H) 3 (melting point 124 ° C.), 1,3,6-S 5 (NH) 3
It is also possible to produce imide type compounds such as (melting point 131 ° C.) and S 4 (NH) 4 (melting point 145 ° C.).

【0019】イオウと窒素とを構成元素として含む上述
の窒化イオウ系化合物はすべて、室温以下に温度制御さ
れたウェハ上では安定に存在することができる。特に、
優先的に形成されると考えられる(SN)n はポリマー
状であるため、単体のSに比べて堆積膜としての効果が
大きい。すなわち、ポリマーの場合、当然のことながら
単体のSよりは遙かに多数の原子間において共有結合が
存在しており、しかもこの共有結合により形成される主
鎖が3次元的にランダムに折れ曲がる形で堆積してい
る。したがって、オーバーエッチング中にもシリコン基
板内へのエッチング種の侵入を効果的に防止することが
できる。また、加速されたイオンが入射したとしても、
ポリマーはその結合角や立体配座の変化等に由来してい
わゆるスポンジ効果を発揮し、その衝撃を吸収もしくは
緩和することができる。しかも、上記窒化イオウ系化合
物は、いずれもウェハをおおよそ130℃以上に加熱す
れば分解するので、従来の炭素系ポリマーのようにウェ
ハ上に残留することがなく、何らパーティクル汚染の原
因となるものではない。
All of the above-mentioned sulfur nitride compounds containing sulfur and nitrogen as constituent elements can exist stably on a wafer whose temperature is controlled below room temperature. In particular,
Since (SN) n, which is considered to be preferentially formed, is in the form of a polymer, it has a greater effect as a deposited film than S alone. That is, in the case of a polymer, as a matter of course, a covalent bond exists between a large number of atoms far more than that of S as a simple substance, and the main chain formed by the covalent bond is three-dimensionally randomly bent. Is deposited in. Therefore, it is possible to effectively prevent the penetration of etching species into the silicon substrate even during overetching. Also, even if accelerated ions are incident,
The polymer exerts a so-called sponge effect due to changes in its bond angle and conformation, and can absorb or alleviate its impact. Moreover, the above sulfur nitride compounds are decomposed when the wafer is heated to approximately 130 ° C. or higher, so that they do not remain on the wafer like conventional carbon-based polymers and cause particle contamination. is not.

【0020】ところで、従来から提案されているCl2
/N2 混合ガス,SiCl4 /N2 混合ガス,およびH
Br/N2 混合ガスは、それぞれ独自にSix y ,S
x Cly z ,Six Bry z 等の側壁保護物質を
生成できる系であり、本発明においても当然これらの窒
化シリコン系化合物は生成する。しかし、これらの混合
ガス系にフッ化イオウが添加されると、N2 の一部は前
述のように(SN)n の形成用に消費されるので、上記
窒化シリコン系化合物の生成量は相対的に少なくなる。
したがって、パーティクル汚染は大幅に抑制できること
になる。以上の理由により、本願のいずれの発明によっ
ても高速化,高異方性,低汚染性が同時に達成できるの
である。
By the way, conventionally proposed Cl 2
/ N 2 mixed gas, SiCl 4 / N 2 mixed gas, and H
The Br / N 2 mixed gas has its own Si x N y and S
This is a system capable of producing a side wall protective material such as i x Cl y N z or Si x Br y N z , and naturally, these silicon nitride compounds are also produced in the present invention. However, when sulfur fluoride is added to these mixed gas systems, a part of N 2 is consumed for the formation of (SN) n as described above. Less.
Therefore, particle contamination can be greatly suppressed. For the above reasons, any of the inventions of the present application can simultaneously achieve high speed, high anisotropy, and low contamination.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.

【0022】実施例1 本実施例は、本願の第1の発明をディープ・トレンチ加
工に適用し、Cl2/S2 2 混合ガスを用いて単結晶
シリコン基板をエッチングした例である。このプロセス
を、図1を参照しながら説明する。まず、一例として図
1(a)に示されるように、単結晶シリコン基板1上に
SiO2 パターン2とサイドウォール3からなるエッチ
ング・マスクが形成されたサンプル・ウェハを用意し
た。ここで上記SiO2 パターン2は、CVD等により
形成された層厚1μmのSiO2 堆積膜をノボラック系
ポジ型フォトレジスト(東京応化工業社製;商品名TS
MR−V3)を用いたg線露光およびアルカリ現像によ
りパターニングし、0.5μm径の開口部を形成してな
るものである。また上記サイドウォール3は、レジスト
・マスクを除去した後、ウェハの全面に一例としてTE
OS(テトラエトキシシラン)を原料ガスとするCVD
により層厚0.15μmのSiO2 堆積膜を形成し、該
SiO2 堆積膜をRIEによりエッチバックして形成さ
れたものである。このようにして、上記エッチング・マ
スクに形成される開口部4の開口径は、フォトリソグラ
フィの解像限界を越えて0.2μmに縮小されている。
Example 1 This example is an example in which the first invention of the present application is applied to deep trench processing, and a single crystal silicon substrate is etched using a Cl 2 / S 2 F 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIG. First, as an example, as shown in FIG. 1A, a sample wafer was prepared in which an etching mask composed of a SiO 2 pattern 2 and sidewalls 3 was formed on a single crystal silicon substrate 1. Wherein said SiO 2 pattern 2, novolac positive photoresist (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. of SiO 2 deposited film formed layer thickness 1μm by CVD or the like; trade name TS
It is formed by patterning by g-line exposure using MR-V3) and alkali development to form an opening having a diameter of 0.5 μm. The sidewall 3 is formed on the entire surface of the wafer after removing the resist mask, as an example.
CVD using OS (tetraethoxysilane) as a source gas
To form a SiO 2 deposited film having a layer thickness of 0.15 μm, and etch back the SiO 2 deposited film by RIE. Thus, the opening diameter of the opening 4 formed in the etching mask is reduced to 0.2 μm, exceeding the resolution limit of photolithography.

【0023】次に、上記ウェハをRFバイアス印加型の
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセット
し、ウェハ載置電極に内蔵された冷却配管にエタノール
等の冷媒を循環させてエッチング中のウェハ温度が−7
0℃に維持されるようにした。この状態で、Cl2 流量
30SCCM,N2 流量10SCCM,S2 2 流量1
0SCCM,ガス圧1.3Pa(10mTorr),マ
イクロ波パワー850W,RFバイアス・パワー200
W(2MHz)の条件で単結晶シリコン基板1をエッチ
ングした。このエッチング過程では、Cl2 から生成す
るCl* とS2 2 から生成するF* によるラジカル反
応を、高バイアス条件下でウェハ方向に加速されるSF
x + ,Sx + ,Clx + ,Nx + 等のイオンでアシスト
する機構により、単結晶シリコン基板1がエッチングさ
れた。ここでは、エッチングにF* が関与することによ
り、Cl2 /N2 混合ガス系で100W程度のRFバイ
アス・パワーを印加していた場合と比べてエッチング速
度が20%程度向上し、約4500Å/分という速いエ
ッチング速度が達成された。
Next, the above-mentioned wafer is set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus of RF bias application type, and a cooling pipe such as ethanol is circulated through a cooling pipe built in the wafer mounting electrode to measure the wafer temperature during etching. Is -7
It was maintained at 0 ° C. In this state, Cl 2 flow rate 30 SCCM, N 2 flow rate 10 SCCM, S 2 F 2 flow rate 1
0SCCM, gas pressure 1.3Pa (10mTorr), microwave power 850W, RF bias power 200
The single crystal silicon substrate 1 was etched under the condition of W (2 MHz). In this etching process, the radical reaction by Cl * generated from Cl 2 and F * generated from S 2 F 2 is accelerated in the wafer direction under high bias SF
The single crystal silicon substrate 1 was etched by a mechanism assisted by ions such as x + , S x + , Cl x + and N x + . Here, since F * is involved in the etching, the etching rate is improved by about 20% as compared with the case where the RF bias power of about 100 W is applied in the Cl 2 / N 2 mixed gas system, and about 4500 Å / A high etching rate of minutes has been achieved.

【0024】ところで、上述の条件では低いRF周波数
で高いバイアス・パワーを印加しており、一般的なドラ
イエッチング方法の中でもイオン入射エネルギーが比較
的高い部類に属する。しかも、エッチング反応系には従
来の一般的なシリコン・トレンチ・エッチングでは使用
されていないF* が含まれている。従来の技術では、か
かる高バイアス条件下とF* の存在下で異方性加工を達
成することは困難であったが、本発明では側壁保護効果
の強化によりこれが可能となった。この機構は、以下の
とおりである。すなわち、上述のエッチング反応と並行
してS2 2 から生成する遊離のSがN系化学種と反応
して(SN)n を主体とする窒化イオウ系化合物が生成
し、トレンチ1aの側壁部に堆積して側壁保護膜5を形
成する。この(SN)n はポリマー状の化合物であり、
自身のスポンジ効果や立体構造上あるいは化学構造上の
効果により、あらゆる活性種の攻撃に対して高い耐性を
示す。この他、上記側壁保護膜5には、エッチング反応
生成物のSiClxやSiFx がさらにN2 と反応して
生成するSix y ,Six Cly z 等の窒化シリコ
ン系化合物や、S2 2 から生成する遊離のS等も含ま
れる。ただし、上記窒化シリコン系化合物の生成量は、
従来のCl2 /N2 系によるエッチング時よりは少な
い。このような側壁保護膜5が存在することにより、ト
レンチ1aの側壁部は、イオン・シース内やサイドウォ
ール3aの表面で散乱されて開口部4から斜め方向に入
射するイオンの衝撃に耐え、またラジカルの側方攻撃か
らも極めて効果的に保護されたのである。
By the way, under the above conditions, a high bias power is applied at a low RF frequency, which belongs to the category of relatively high ion incident energy among general dry etching methods. Moreover, the etching reaction system contains F * which is not used in the conventional general silicon trench etching. In the prior art, it was difficult to achieve anisotropic processing under such high bias conditions and in the presence of F * , but in the present invention, this can be achieved by strengthening the side wall protection effect. This mechanism is as follows. That is, in parallel with the above etching reaction, free S generated from S 2 F 2 reacts with the N-based chemical species to generate a sulfur nitride compound mainly composed of (SN) n , and the side wall portion of the trench 1a is formed. Then, the sidewall protection film 5 is formed. This (SN) n is a polymer compound,
Due to its own sponge effect and three-dimensional or chemical structure effect, it is highly resistant to attack by any active species. In addition, the sidewall protection film 5 includes a silicon nitride-based compound such as Si x N y or Si x Cl y N z , which is generated by further reaction of etching reaction products SiCl x and SiF x with N 2 . Free S and the like generated from S 2 F 2 are also included. However, the amount of silicon nitride compound produced is
Less than when etching with conventional Cl 2 / N 2 system. Due to the presence of such a side wall protective film 5, the side wall of the trench 1a withstands the impact of ions scattered in the ion sheath and on the surface of the side wall 3a and obliquely incident from the opening 4, and It was also extremely effectively protected from the side attack of radicals.

【0025】エッチング終了後、上記のウェハを約10
0℃に加熱したところ、図1(c)に示されるように上
記側壁保護膜5は速やかに昇華もしくは分解除去され、
何らパーティクル汚染を発生させることはなかっいた。
なおこの加熱は、低温エッチング後のウェハ上への結露
を防止するための加熱をもって兼用させても良い。
After the etching is completed, the above-mentioned wafer is about 10
When heated to 0 ° C., the side wall protective film 5 is quickly sublimated or decomposed and removed, as shown in FIG.
No particle contamination was generated.
Note that this heating may also be combined with heating for preventing dew condensation on the wafer after low temperature etching.

【0026】実施例2 本実施例は、本願の第2の発明を同じくディープ・トレ
ンチ加工に適用し、SiCl4 /N2 /S2 2 混合ガ
スを用いて単結晶シリコン基板をエッチングした例であ
る。本実施例で使用したサンプル・ウェハは、図1
(a)に示したものと同じである。このウェハをRFバ
イアス印加型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SiCl4 流量10SCC
M,N2 流量5SCCM,S2 2 流量10SCCM,
ガス圧1.3Pa(10mTorr),マイクロ波パワ
ー850W,RFバイアス・パワー200W(2MH
z),ウェハ温度−70℃の条件で単結晶シリコン基板
1をエッチングした。
Example 2 In this example, the second invention of the present application is also applied to deep trench processing, and a single crystal silicon substrate is etched using a SiCl 4 / N 2 / S 2 F 2 mixed gas. Is. The sample wafer used in this example is shown in FIG.
It is the same as that shown in (a). This wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the flow rate of SiCl 4 was 10 SCC.
M, N 2 flow rate 5 SCCM, S 2 F 2 flow rate 10 SCCM,
Gas pressure 1.3Pa (10mTorr), microwave power 850W, RF bias power 200W (2MH
z), the single crystal silicon substrate 1 was etched under the condition that the wafer temperature was −70 ° C.

【0027】この過程では、SiCl4 から生成するC
* およびS2 2 から生成するF* によるラジカル反
応を、SiClx + ,SFx + ,Sx + ,Cl+ ,N+
等のイオンでアシストする機構によりエッチングが高速
に進行した。ここでは、エッチングにF* が関与するこ
とにより、SiCl4 /N2 混合ガス系で100W程度
のRFバイアス・パワーを印加していた場合と比べてエ
ッチング速度が20%程度向上し、約4500Å/分と
いう速いエッチング速度が達成された。また、このとき
に形成される側壁保護膜5の構成成分は実施例1の場合
とほぼ同じであるが、Six y 等の窒化シリコン系化
合物はエッチング・ガスの成分ガス同士の反応により気
相中に生成する。しかし、本実施例ではエッチング・ガ
スにS2 2 が添加されており、N2 の一部が(SN)
n の形成に消費されるので、窒化シリコン系化合物の過
剰生成によるパーティクル汚染が発生することはなかっ
た。この側壁保護膜5は、エッチング終了後に上記ウェ
ハを約100℃に加熱することにより速やかに除去され
た。本実施例においても、クリーンな環境下で良好な異
方性形状を有するトレンチ1aを高速に形成することが
できた。
In this process, C produced from SiCl 4
Radical reaction by F * generated from l * and S 2 F 2 is performed by SiCl x + , SF x + , S x + , Cl + , N +
Etching proceeded at a high speed due to the ion assist mechanism. Here, since F * is involved in the etching, the etching rate is improved by about 20% as compared with the case where the RF bias power of about 100 W is applied in the SiCl 4 / N 2 mixed gas system, and about 4500 Å / A high etching rate of minutes has been achieved. Further, the constituent components of the side wall protective film 5 formed at this time are almost the same as those in the first embodiment, but the silicon nitride compound such as Si x N y is vaporized by the reaction between the component gases of the etching gas. Produces during the phase. However, in this embodiment, S 2 F 2 is added to the etching gas, and a part of N 2 is (SN).
Since it was consumed for the formation of n, no particle contamination due to excessive production of the silicon nitride-based compound occurred. The sidewall protection film 5 was quickly removed by heating the wafer to about 100 ° C. after the etching was completed. Also in this example, the trench 1a having a good anisotropic shape could be formed at high speed in a clean environment.

【0028】実施例3 本実施例は、本願の第3の発明を同じくディープ・トレ
ンチ加工に適用し、HBr/N2 /S2 2 混合ガスを
用いて単結晶シリコン基板をエッチングした例である。
本実施例で使用したサンプル・ウェハも、図1(a)に
示したものと同じである。このウェハをRFバイアス印
加型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HBr流量10SCCM,N2 流量
5SCCM,S2 2 流量10SCCM,ガス圧1.3
Pa(10mTorr),マイクロ波パワー850W,
RFバイアス・パワー200W(2MHz),ウェハ温
度−70℃の条件で単結晶シリコン基板1をエッチング
した。
Example 3 This example is an example in which the third invention of the present application is also applied to deep trench processing and a single crystal silicon substrate is etched using a HBr / N 2 / S 2 F 2 mixed gas. is there.
The sample wafer used in this example is also the same as that shown in FIG. This wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, HBr flow rate 10 SCCM, N 2 flow rate 5 SCCM, S 2 F 2 flow rate 10 SCCM, gas pressure 1.3.
Pa (10 mTorr), microwave power 850 W,
The single crystal silicon substrate 1 was etched under the conditions of RF bias power of 200 W (2 MHz) and wafer temperature of -70 ° C.

【0029】この過程では、HBrから生成するBr*
およびS2 2 から生成するF* によるラジカル反応
を、Br+ ,SFx + ,Sx + ,N+ 等のイオンでアシ
ストする機構によりエッチングが高速に進行した。従来
のHBr/N2 混合ガス系では、Brの原子半径がCl
よりもさらに小さいために高速化が極めて困難であっ
た。しかし、本実施例ではエッチングにF* が関与する
ことにより、HBr/N2 混合ガス系で100W程度の
RFバイアス・パワーを印加していた場合と比べてエッ
チング速度が30%程度向上し、約4000Å/分とい
う速いエッチング速度が達成された。またこのとき、エ
ッチング反応生成物であるSiBrxやSiFx がN2
と反応して生成するSix y 等の窒化シリコン系化合
物、S2 2 から生成する遊離のS、およびこのSがさ
らにN2 と反応して生成する(SN)n 等がパターン側
壁部に堆積し、側壁保護膜5が形成された。上記側壁保
護膜5は、エッチング終了後にウェハを約100℃に加
熱することにより速やかに除去された。本実施例におい
ても、クリーンな環境下で良好な異方性形状を有するト
レンチ1aを高速に形成することができた。
In this process, Br * produced from HBr
Etching proceeded at high speed by a mechanism of assisting radical reaction by F * generated from S 2 and F 2 with ions of Br + , SF x + , S x + , N + and the like. In the conventional HBr / N 2 mixed gas system, the atomic radius of Br is Cl
Since it is smaller than the above, it is extremely difficult to increase the speed. However, in the present embodiment, since F * is involved in the etching, the etching rate is improved by about 30% as compared with the case where the RF bias power of about 100 W is applied in the HBr / N 2 mixed gas system. A high etching rate of 4000Å / min was achieved. At this time, the etching reaction products such as SiBr x and SiF x are N 2
A silicon nitride compound such as Si x N y generated by reacting with S, free S generated from S 2 F 2 , and (SN) n generated when this S further reacts with N 2. To form a side wall protective film 5. The sidewall protection film 5 was quickly removed by heating the wafer to about 100 ° C. after the etching was completed. Also in this example, the trench 1a having a good anisotropic shape could be formed at high speed in a clean environment.

【0030】以上、本発明を3つ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
ものではなく、たとえば上述のS2 2 以外のフッ化イ
オウを使用しても、ほぼ同様の結果が得られる。また、
本発明を上述のようなディープ・トレンチ加工のみなら
ず、シャロー・トレンチ加工に適用しても良好な結果を
得ることができる。この場合、エッチング・マスクとし
ては通常レジスト・マスクが使用されるので、該レジス
ト・マスクをアッシングする際に側壁保護膜を同時に除
去することができる。さらに、本発明で使用されるエッ
チング・ガスには、スパッタリング効果,希釈効果,冷
却効果等を期待する意味でHe,Ar等の希ガスを適宜
添加しても良い。
Although the present invention has been described above based on three embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, sulfur fluoride other than S 2 F 2 described above is used. However, almost the same result is obtained. Also,
Good results can be obtained by applying the present invention to not only the deep trench processing as described above but also the shallow trench processing. In this case, since a resist mask is usually used as the etching mask, the sidewall protection film can be removed at the same time when the resist mask is ashed. Further, a rare gas such as He or Ar may be appropriately added to the etching gas used in the present invention in the sense of expecting a sputtering effect, a dilution effect, a cooling effect and the like.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では従来から提案されているハロゲン系ガスとN2
の混合ガス系にS/F比の大きいフッ化イオウを添加す
る。これにより、F* をエッチングに利用できるように
なり、高速化が実現される。また、フッ化イオウから解
離生成するSを堆積させて側壁保護に利用することが可
能となる他、このSの一部をさらにエッチング・ガス中
のN2 と反応させてポリマー状の(SN)n を主体とす
る窒化イオウ系化合物を生成させることがてきる。この
(SN)n はラジカルの攻撃やイオン衝撃に対して高い
耐性を示すので、従来のプロセスに比べて側壁保護効果
が強化される。したがって、イオン入射エネルギーを高
めたりラジカル性を強める等の手段によりエッチング速
度を向上させても、従来のように逆効果として異方性の
劣化が生ずる虞れがない。しかも、Sや(SN)n は加
熱もしくはアッシングにより容易かつ完全に除去できる
ため、パーティクル汚染を惹起させる懸念がない。した
がって本発明は、微細なデザイン・ルールにもとづいて
設計され、高集積度と高性能を有する半導体装置の製造
に極めて好適である。
As is apparent from the above description, in the present invention, sulfur fluoride having a large S / F ratio is added to the conventionally proposed mixed gas system of a halogen-based gas and N 2 . As a result, F * can be used for etching, and high speed is realized. Further, it becomes possible to deposit S that is dissociated from sulfur fluoride and use it for side wall protection. In addition, a part of this S is further reacted with N 2 in the etching gas to form a polymer (SN). It is possible to generate a sulfur nitride compound mainly composed of n . Since this (SN) n has high resistance to radical attack and ion bombardment, the side wall protection effect is enhanced as compared with the conventional process. Therefore, even if the etching rate is improved by means such as increasing the ion incident energy or increasing the radical property, there is no possibility that anisotropy will be deteriorated as an adverse effect as in the conventional case. Moreover, since S and (SN) n can be easily and completely removed by heating or ashing, there is no concern of causing particle contamination. Therefore, the present invention is extremely suitable for manufacturing a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and has high integration and high performance.

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

【図1】本発明をディープ・トレンチ加工に適用したプ
ロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、(a)は単結晶シリコン基板上にSiO2 からなる
エッチング・マスクが形成された状態、(b)は側壁保
護膜が形成されながらトレンチが形成された状態、
(c)は加熱により側壁保護膜が除去された状態をそれ
ぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the present invention is applied to deep trench processing according to the order of steps, in which (a) is a state in which an etching mask made of SiO 2 is formed on a single crystal silicon substrate. , (B) shows a state in which the trench is formed while the side wall protective film is formed,
(C) shows the state where the side wall protective film is removed by heating.

【図2】従来のディープ・トレンチ加工においてボウイ
ングが発生した状態を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where bowing has occurred in conventional deep trench processing.

【図3】従来のディープ・トレンチ加工においてアンダ
カットおよび先細りが発生した状態を示す概略断面図で
ある。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which undercutting and tapering occur in the conventional deep trench processing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・単結晶シリコン基板 1a・・・トレンチ 2 ・・・SiO2 パターン 3 ・・・サイドウォール 4 ・・・開口部 5 ・・・側壁保護膜1 ... monocrystalline silicon substrate 1a ... trench 2 · SiO 2 pattern 3 ... sidewall 4 ... opening 5 ... sidewall protective film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しながら、Cl2と、N2 と、S2 2 ,SF2 ,S
4 ,S2 10から選ばれる少なくとも1種類のフッ化
イオウとを含むエッチング・ガスを用いてシリコン系材
料層のエッチングを行うことを特徴とするドライエッチ
ング方法。
1. The temperature of the substrate to be etched is controlled to be room temperature or lower, while Cl 2 , N 2 , S 2 F 2 , SF 2 and S are added.
A dry etching method comprising etching a silicon-based material layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from F 4 and S 2 F 10 .
【請求項2】 被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しながら、SiCl4 と、N2 と、S2 2 ,S
2 ,SF4 ,S2 10から選ばれる少なくとも1種類
のフッ化イオウとを含むエッチング・ガスを用いてシリ
コン系材料層のエッチングを行うことを特徴とするドラ
イエッチング方法。
2. SiCl 4 , N 2 , S 2 F 2 , S while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature.
A dry etching method characterized in that a silicon-based material layer is etched using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from F 2 , SF 4 , and S 2 F 10 .
【請求項3】 被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しながら、HBrと、N2 と、S2 2 ,SF2 ,S
4 ,S2 10から選ばれる少なくとも1種類のフッ化
イオウとを含むエッチング・ガスを用いてシリコン系材
料層のエッチングを行うことを特徴とするドライエッチ
ング方法。
3. HBr, N 2 , S 2 F 2 , SF 2 and S while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature.
A dry etching method comprising etching a silicon-based material layer using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from F 4 and S 2 F 10 .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06163481A (en) * 1992-11-18 1994-06-10 Nippondenso Co Ltd Dry etching method of semiconductor
KR970051801A (en) * 1995-12-29 1997-07-29
JP2020006548A (en) * 2018-07-05 2020-01-16 キヤノン株式会社 Baseboard processing method, liquid discharge head baseboard and manufacturing method therefor

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