JPH05291207A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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Publication number
JPH05291207A
JPH05291207A JP8540692A JP8540692A JPH05291207A JP H05291207 A JPH05291207 A JP H05291207A JP 8540692 A JP8540692 A JP 8540692A JP 8540692 A JP8540692 A JP 8540692A JP H05291207 A JPH05291207 A JP H05291207A
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JP
Japan
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layer
etching
material layer
gas
etched
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8540692A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiharu Yanagida
敏治 柳田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH05291207A publication Critical patent/JPH05291207A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the selectivity of a substratum when a lowerlayer resist layer is etched in a three-layer resist process. CONSTITUTION:A lower-layer resist layer 3 on an Al-1% Si-0.5% Cu layer 2 is etched by using a mixed gas of NOCl (nitrocyl chloride) and O2. A sidewall protective film 6 which is formed at this time is a carbon-based polymer in which a nitrosyl group (-N=O) has been introduced into CClx; it is provided with a highly etching-resistant property due to a strong chemical bond and a strong electrostatic attraction force. Consequently, the energy of impinging ions which are required for an anisotropic working operation can be reduced and the selectivity of a substratum is enhanced. As a result, the sputtered and restruck substance of the Al-1% Si-0.5% Cu layer 2 is not produced. When S2Cl2 is added to a gas system and S is deposited simultaneously, it is possible to realize higher selectivity, lower damage and lower contamination of the title dry etching method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、特にたとえば多層レジスト・プロセスにおいて下
層レジスト層をエッチングする際の異方性加工に必要な
入射イオン・エネルギーを低減することにより、下地選
択性を向上させ、かつ下地材料のスパッタ再付着を防止
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, and more particularly, it reduces underlayer selectivity by reducing incident ion energy required for anisotropic processing when etching a lower resist layer in a multilayer resist process, for example. And a method for preventing reattachment of the base material by sputtering.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置のデザイン・ルールがサブミ
クロンからクォーターミクロンのレベルへと高度に微細
化されるに伴い、フォトリソグラフィやドライエッチン
グ等の各種加工技術に対する要求も一段と厳しさを増し
ている。フォトリソグラフィ技術においては、近年、高
解像度を求めて露光波長が短波長化され、さらに基板の
表面段差が増大していることもあって、多層レジスト・
プロセスの採用が必須となりつつある。多層レジスト・
プロセスは、基板の表面段差を吸収するに十分な厚い下
層レジスト層と、高解像度を達成するに十分な薄い上層
レジスト層の少なくとも2種類のレジスト層とを組み合
わせて使用する方法である。
2. Description of the Related Art As semiconductor device design rules are highly miniaturized from sub-micron level to quarter-micron level, requirements for various processing techniques such as photolithography and dry etching are becoming more severe. .. In the photolithography technology, in recent years, the exposure wavelength has been shortened in order to obtain high resolution, and the step difference on the surface of the substrate has increased.
Adoption of processes is becoming mandatory. Multi-layer resist
The process is a method of using a combination of at least two types of resist layers, that is, a lower resist layer thick enough to absorb surface steps of a substrate and an upper resist layer thin enough to achieve high resolution.

【0003】良く知られた方法としては、J.Vac.
Sci.Tech.,16,(1979),p.162
0に報告されている、いわゆる3層レジスト・プロセス
がある。これは、基板の表面段差を平坦化する厚い下層
レジスト層、この下層レジスト層をエッチングする際の
マスクを構成するための無機材料からなる薄い中間層、
およびフォトリソグラフィと現像処理によりパターニン
グされる薄い上層レジスト層の3種類の層を使用するも
のである。このプロセスでは、まず上層レジスト層が所
定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてその
下の中間層がRIE(反応性イオン・エッチング)によ
りパターニングされ、さらに前記上層レジスト層と中間
層とをマスクとしてO2 ガス等を用いるドライエッチン
グにより下層レジスト層がパターニングされる。
A well-known method is described in J. Vac.
Sci. Tech. 16, (1979), p. 162
There is a so-called three-layer resist process reported in No. 0. This is a thick lower resist layer for flattening the surface steps of the substrate, a thin intermediate layer made of an inorganic material for forming a mask when etching the lower resist layer,
And a thin upper resist layer that is patterned by photolithography and development processing. In this process, first, the upper resist layer is patterned into a predetermined shape, the intermediate layer thereunder is patterned by RIE (reactive ion etching), and the upper resist layer and the intermediate layer are used as a mask. The lower resist layer is patterned by dry etching using O 2 gas or the like.

【0004】ところで、O2 ガスにより有機材料層であ
る下層レジスト層をエッチングする工程においては、O
* (酸素ラジカル)による等方的な燃焼反応に起因する
パターン形状劣化を防止するために、イオン入射エネル
ギーをある程度高めた条件を採用することが必要とな
る。つまり、低ガス圧かつ高バイアス・パワーといった
条件下でイオンの平均自由行程と自己バイアス電位Vdc
を増大させ、このイオンの高い運動エネルギーを利用し
てスパッタリングを起こさせることにより、高異方性を
達成するわけである。
By the way, in the step of etching the lower resist layer which is an organic material layer with O 2 gas,
* In order to prevent the deterioration of the pattern shape due to the isotropic combustion reaction due to (oxygen radicals), it is necessary to adopt the condition where the ion incident energy is increased to some extent. That is, the mean free path of ions and the self-bias potential V dc under the conditions of low gas pressure and high bias power.
Is increased, and high anisotropy is achieved by utilizing the high kinetic energy of this ion to cause sputtering.

【0005】ところが、かかるエッチング条件の採用は
下地材料層に対する選択性の低下につながり、これが多
層レジスト・プロセスの実用化を妨げる原因ともなって
いる。この問題を、図3を参照しながら説明する。図3
(a)は、3層レジスト・プロセスにおいて、上層レジ
スト・パターン15が形成されたウェハの状態を示して
いる。ここまでの工程を簡単に説明すると、まず段差を
有するSiO2 層間絶縁膜11上にこの段差にならった
下地材料層12を形成し、この段差を吸収してウェハの
表面を平坦化できる厚さを有する下層レジスト層13、
および回転塗布ガラス(SOG)からなる薄いSOG中
間層14を順次形成し、さらにこのSOG中間層14の
上に薄い上層レジスト層を形成する。この上層レジスト
層をフォトリソグラフィと現像処理によりパターニング
すると、上述の上層レジスト・パターン15が得られ
る。このときのフォトリソグラフィの解像度は極めて高
く、上記上層レジスト・パターン15は0.35μm幅
の明瞭なエッジを有している。
However, the adoption of such etching conditions leads to a decrease in the selectivity with respect to the underlying material layer, which is also a factor that hinders the practical application of the multilayer resist process. This problem will be described with reference to FIG. Figure 3
(A) shows the state of the wafer on which the upper layer resist pattern 15 is formed in the three-layer resist process. The steps up to this point will be briefly described. First, the underlying material layer 12 that follows the step is formed on the SiO 2 interlayer insulating film 11 having the step, and the step is absorbed so that the surface of the wafer can be flattened. A lower resist layer 13 having
Then, a thin SOG intermediate layer 14 made of spin-coated glass (SOG) is sequentially formed, and a thin upper resist layer is further formed on the SOG intermediate layer 14. The upper resist pattern 15 is obtained by patterning the upper resist layer by photolithography and development processing. The resolution of photolithography at this time is extremely high, and the upper layer resist pattern 15 has a clear edge with a width of 0.35 μm.

【0006】次に、上層レジスト・パターン15をマス
クとしてSOG中間層14をRIE(反応性イオン・エ
ッチング)によりパターニングし、図3(b)に示され
るようにSOGパターン14aを形成する。このSOG
パターン14aも、極めて明瞭なエッジを有している。
Next, the SOG intermediate layer 14 is patterned by RIE (reactive ion etching) using the upper resist pattern 15 as a mask to form an SOG pattern 14a as shown in FIG. 3B. This SOG
The pattern 14a also has a very clear edge.

【0007】次に、O2 ガスを用い、上記下層レジスト
層13をエッチングする。このエッチング過程では、薄
い上層レジスト・パターン15が途中で消失し、それ以
降はSOGパターン14aのみがエッチング・マスクと
して機能する。ここで、下層レジスト層13は、3層レ
ジスト・プロセスの趣旨にもとづいてウェハの表面段差
を吸収するに十分な膜厚に形成される層であるから、そ
の膜厚はウェハ上の領域により大きく異なっており、エ
ッチングに要する時間も当然異なる。たとえば、下地材
料層12の段差の上部に対応する領域では、図3(c)
に示されるように早い時期に下層レジスト・パターン1
3aが完成され(ジャストエッチング状態)、下地材料
層12が露出してしまう。
Next, the lower resist layer 13 is etched by using O 2 gas. In this etching process, the thin upper resist pattern 15 disappears halfway, and thereafter, only the SOG pattern 14a functions as an etching mask. Here, the lower resist layer 13 is a layer formed to have a film thickness sufficient to absorb the surface step difference of the wafer based on the purpose of the three-layer resist process. They are different, and the time required for etching is naturally different. For example, in the region corresponding to the upper part of the step of the base material layer 12, FIG.
Lower layer resist pattern 1 early as shown in
3a is completed (just etching state), and the underlying material layer 12 is exposed.

【0008】続いて、段差の下部に対応する領域におい
て残余部13bを除去するためのオーバーエッチングを
行うと、段差の上部では下地材料層12が大きな入射エ
ネルギーを有するイオンの照射を受け、スパッタされ
る。スパッタ生成物の一部は、下層レジスト・パターン
13aの側壁部に再付着し、図3(d)に示されるよう
な再付着物層12aを形成する。特に下地材料層12が
金属配線材料等である場合、この再付着物層12aは除
去が困難であり、パーティクル汚染源となる。また、S
OGパターン14aがイオン照射により後退する他、上
述の再付着物層12aがエッチング・マスクの実質的な
線幅を太らせるので、寸法変換差が発生し易くなる。
Subsequently, when overetching is performed to remove the residual portion 13b in the region corresponding to the lower portion of the step, the base material layer 12 is irradiated with ions having a large incident energy and sputtered at the upper portion of the step. It A part of the sputtered product is redeposited on the side wall portion of the lower resist pattern 13a to form a redeposited layer 12a as shown in FIG. 3 (d). Particularly when the underlying material layer 12 is a metal wiring material or the like, the redeposited material layer 12a is difficult to remove and becomes a source of particle contamination. Also, S
In addition to the OG pattern 14a receding by ion irradiation, the redeposited layer 12a described above thickens the substantial line width of the etching mask, so that a dimensional conversion difference is likely to occur.

【0009】上述のような再付着物の問題は、たとえば
第33回応用物理学関係連合講演会(1986年春季年
会)講演予稿集p.542,演題番号2p−Q−8でも
指摘されており、周知のところである。再付着物層12
aの形成を抑制するには入射イオン・エネルギーの低減
が効果的であるのは明白だが、これでは前述の等方的な
燃焼反応が優勢となり、異方性が低下してしまう。
The problem of reattachment as described above is described in, for example, Proceedings of the 33rd Joint Lecture in Applied Physics (Spring Annual Meeting 1986) p. 542, Abstract No. 2p-Q-8 has been pointed out and is well known. Reattachment layer 12
Although it is clear that the reduction of incident ion energy is effective in suppressing the formation of a, this causes the above-mentioned isotropic combustion reaction to predominate, resulting in a decrease in anisotropy.

【0010】このため、入射イオン・エネルギーの低減
と高異方性の達成とを両立し得るレジスト材料層のドラ
イエッチング方法が切望されている。
Therefore, a dry etching method for a resist material layer is desired which can achieve both reduction of incident ion energy and achievement of high anisotropy.

【0011】かかる要望に対応する技術として、本願出
願人はこれまでに、高異方性の達成をラジカル性の低減
とイオン性の増強のみに依存するのではなく、反応生成
物による側壁保護を併用して達成しようとする技術を各
種提案している。つまり、側壁保護を併用すれば、イオ
ン入射エネルギーを実用的なエッチング速度を損なわな
い程度に低減することができ、また近年注目されている
低温エッチングを行うにしても、従来よりも遙かに室温
に近い温度域で同等の効果が得られるからである。
As a technique for responding to such a demand, the applicant of the present application has not hitherto depended only on reduction of radicality and enhancement of ionicity for achievement of high anisotropy, but for side wall protection by a reaction product. We are proposing various technologies to be achieved in combination. In other words, if sidewall protection is also used, the ion incident energy can be reduced to such an extent that the practical etching rate is not impaired, and even if low temperature etching, which has been attracting attention in recent years, is performed, the temperature is far higher than that of the conventional method. This is because the same effect can be obtained in the temperature range close to.

【0012】たとえば、特開平2−244625号公報
には、O2 に塩素(Cl)系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とCl系
ガスとの反応生成物であるCClx を側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を開示した。また、特願平2−198044号
明細書には、ウェハ温度を50℃以下に制御した状態で
NH3 を主体とするエッチング・ガスを使用してレジス
ト材料層をエッチングする技術を提案している。ここで
は、少なくともN,C,Oを構成元素として含むエッチ
ング反応生成物が側壁保護膜の役割を果たす。
For example, in JP-A-2-244625, a reaction product of a lower resist layer and a Cl-based gas is obtained by using an etching gas in which chlorine (Cl) -based gas is added to O 2. A technique for anisotropically etching the lower resist layer while depositing CCl x as a sidewall protective film has been disclosed. Further, Japanese Patent Application No. 2-198044 proposes a technique of etching a resist material layer using an etching gas mainly composed of NH 3 in a state where the wafer temperature is controlled at 50 ° C. or lower. .. Here, the etching reaction product containing at least N, C, and O as constituent elements plays a role of a sidewall protective film.

【0013】さらに、特願平2−298167号明細書
には、O2 に臭素(Br)系ガスを添加したエッチング
・ガスを使用することにより、下層レジスト層とBr系
ガスとの反応生成物であるCBrx を側壁保護膜として
堆積させながら該下層レジスト層の異方性エッチングを
行う技術を提案した。
Further, Japanese Patent Application No. 2-298167 discloses that a reaction product of a lower resist layer and a Br-based gas is obtained by using an etching gas in which bromine (Br) -based gas is added to O 2 . A technique of anisotropically etching the lower resist layer while depositing CBr x as a side wall protective film was proposed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本願出願人が先に提案
した各ドライエッチング方法は、実用的なエッチング速
度を確保した上で低エネルギーのイオンによる異方性加
工を実用的な温度域で達成したという点において、いず
れも極めて画期的な技術であった。しかし、今後、デバ
イスの高集積化が進行してウェハの表面段差が増大する
と、100%ものオーバーエッチングを必要とするケー
スも生ずる。しかし、このように長時間のイオン入射を
受けるプロセスにおいて、下地材料層のスパッタ再付着
を防止することは依然として困難である。入射イオン・
エネルギーをさらに低下させることも考えられるが、こ
れでは異方性を確保するために塩素系ガスや臭素系ガス
の添加量を増大せざるを得ず、エッチング速度の低下や
パーティクル・レベルの悪化を免れない。
The respective dry etching methods previously proposed by the applicant of the present invention achieve anisotropic etching with low energy ions in a practical temperature range while ensuring a practical etching rate. In that respect, they were all extremely innovative technologies. However, in the future, as the device integration becomes higher and the wafer surface level difference increases, there are cases where 100% overetching is required. However, it is still difficult to prevent the spatter redeposition of the base material layer in the process of receiving the ions for a long time. Incident ion
Although it is possible to further reduce the energy, this has no choice but to increase the amount of chlorine-based gas or bromine-based gas added in order to ensure anisotropy, which causes a decrease in etching rate and deterioration of particle level. I cannot escape.

【0015】さらに、下地材料層の種類によっては、パ
ーティクル汚染が深刻化することも指摘されている。こ
れは、特に下地材料層に銅(Cu)が含有される場合に
問題となる。Cuは、Al系配線のエレクトロマイグレ
ーション耐性およびストレスマイグレーション耐性を向
上させる目的で、近年、Alに対して0.5〜1%程度
の割合で添加されるようになってきている。また、Cu
は電気抵抗率が約1.4μΩcmと低くAlの半分程度
であるため、有効なドライエッチング技術さえ確立され
れば半導体装置における将来の配線材料としての期待も
高い。
Further, it has been pointed out that particle contamination becomes serious depending on the type of the base material layer. This becomes a problem particularly when the base material layer contains copper (Cu). In recent years, Cu has been added at a rate of about 0.5 to 1% with respect to Al for the purpose of improving electromigration resistance and stress migration resistance of Al-based wiring. Also, Cu
Has a low electrical resistivity of about 1.4 μΩcm, which is about half that of Al, so that it is highly expected as a future wiring material in a semiconductor device if an effective dry etching technique is established.

【0016】ところが、Cuの塩化物や臭化物は蒸気圧
が低い。したがって、Cuを含む下地材料層上でCl系
ガスやBr系ガスを用いて下層レジスト層をエッチング
すると、下地材料層の露出面から供給されたCuがCu
2 Cl2 やCu2 Br2 等の形でパターン側壁面上に再
付着する。また、このときのエッチング・ガスの主成分
であるO2 によっても蒸気圧の低い酸化銅が生成し、こ
れもパターン側壁面上に再付着する。これらの再付着物
は除去が困難であり、パーティクル汚染の原因となる。
However, the chloride or bromide of Cu has a low vapor pressure. Therefore, when the lower resist layer is etched using a Cl-based gas or a Br-based gas on the underlying material layer containing Cu, Cu supplied from the exposed surface of the underlying material layer is Cu.
Redeposit on the pattern side wall surface in the form of 2 Cl 2 or Cu 2 Br 2 . Further, O 2 which is the main component of the etching gas at this time also produces copper oxide having a low vapor pressure, which also re-deposits on the pattern side wall surface. These redeposits are difficult to remove and cause particle contamination.

【0017】そこで、この問題に対処するため、本発明
者は先に特願平3−4222号明細書において、オーバ
ーエッチング時のガス組成を窒素系化合物と酸素系化合
物の混合組成、もしくは酸化窒素系化合物を含む組成と
する方法を提案している。これは、下地材料層がCuで
ある場合にも、Cuを蒸気圧の比較的高い硝酸銅Cu
(NO3 2 の形で揮発除去させることができる極めて
優れた方法である。しかし、硝酸の関与するこのエッチ
ング反応系は酸化性が強いため、条件によってはCuの
露出表面から内部に向けて徐々に酸化が進行し、最終的
に形成されるCu配線パターンの配線抵抗が上昇してし
まうという懸念がある。
In order to address this problem, the present inventor has previously disclosed in Japanese Patent Application No. 3-4222 that the gas composition during overetching is a mixed composition of a nitrogen compound and an oxygen compound or nitric oxide. A method of preparing a composition containing a system compound is proposed. This is because even if the base material layer is Cu, Cu has a relatively high vapor pressure
It is an extremely excellent method that can volatilize and remove in the form of (NO 3 ) 2 . However, since this etching reaction system in which nitric acid is involved has a strong oxidizing property, depending on the conditions, oxidation gradually progresses from the exposed surface of Cu toward the inside, and the wiring resistance of the finally formed Cu wiring pattern increases. There is a concern that it will be done.

【0018】そこで本発明は、下地材料層に由来するス
パッタ生成物の再付着を効果的に防止し、かつ下地材料
層がCuからなる場合にはその抵抗の上昇を招かないレ
ジスト層(有機材料層)のドライエッチング方法を提供
することを目的とする。
Therefore, the present invention effectively prevents the redeposition of sputtered products derived from the base material layer, and does not increase the resistance of the resist layer (organic material when the base material layer is made of Cu). Layer) dry etching method.

【0019】[0019]

【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
であり、下地材料層上に形成された有機材料層を、分子
内にニトロシル基もしくはニトリル基の少なくとも一方
の官能基を有する化合物を含むエッチング・ガスを用い
てエッチングすることを特徴とする。
The dry etching method of the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and an organic material layer formed on a base material layer has a nitrosyl group in its molecule. Alternatively, the etching is performed using an etching gas containing a compound having at least one functional group of a nitrile group.

【0020】また本発明は、上記エッチング・ガスがさ
らに放電解離条件下でプラズマ中にイオウを放出し得る
イオウ系化合物を含むことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the etching gas further contains a sulfur-based compound capable of releasing sulfur into plasma under discharge dissociation conditions.

【0021】また本発明は、上記エッチングをジャスト
エッチング工程とオーバーエッチング工程の2段階に分
け、ジャストエッチング工程では分子内にニトロシル基
もしくはニトリル基の少なくとも一方の官能基を有する
化合物と上記イオウ系化合物とを含むエッチング・ガス
を用い、オーバーエッチング工程ではNH3 を含むエッ
チング・ガスを用い、かつ被エッチング基板を加熱する
ことを特徴とする。
The present invention also divides the above etching into two steps, a just etching step and an overetching step, and in the just etching step, a compound having at least one functional group of a nitrosyl group or a nitrile group in the molecule and the sulfur compound. It is characterized in that an etching gas containing and is used, an etching gas containing NH 3 is used in the overetching step, and the substrate to be etched is heated.

【0022】さらに本発明は、前記下地材料層がCuを
含有することを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the base material layer contains Cu.

【0023】[0023]

【作用】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身の膜
質を強化することにより、その堆積量を減少させても十
分に高いマスク選択性および下地選択性を達成する点に
ある。炭素系ポリマー自身の膜質を強化する方法とし
て、本発明では分子中にニトロシル基(−N=O)を有
するニトロシル化合物、もしくはニトリル基(−N
2)を有するニトリル化合物を使用する。
The point of the present invention is that by strengthening the film quality of the carbon-based polymer itself, a sufficiently high mask selectivity and underlayer selectivity can be achieved even if the deposition amount is reduced. As a method for strengthening the film quality of the carbon-based polymer itself, in the present invention, a nitrosyl compound having a nitrosyl group (-N = O) in the molecule or a nitrile group (-N
A nitrile compound having O 2 ) is used.

【0024】これらの化合物は、分子内にO原子を含む
ことから、原理的には単独でも有機材料層用のエッチン
グ・ガスを構成することができる。しかし、本発明のエ
ッチング反応系における上記化合物の重要な作用は、上
記の各官能基がN原子が正電荷、O原子が負電荷を帯び
るごとく分極した構造をとることができ、高い重合促進
活性を有することである。つまり、かかる官能基もしく
はこれに由来する原子団がプラズマ中に存在することに
より、炭素系ポリマーの重合度が上昇し、イオン入射や
ラジカルの攻撃に対する耐性を高めることができる。ま
た、炭素系ポリマーに上述の官能基が導入されると、単
に−CX2 −(Xはハロゲン原子を表す。)の繰り返し
構造からなる従来の炭素系ポリマーよりも化学的,物理
的安定性が増すことも、近年の研究により明らかとなっ
ている。これは、2原子間の結合エネルギーを比較する
と、C−N結合(770kJ/mol)がC−C結合
(607kJ/mol)より大きいことからも直観的に
理解される。さらに、上述のような官能基の導入により
炭素系ポリマーの極性が増大し、エッチング中は負に帯
電しているウェハに対してその静電吸着力が高まること
によっても、炭素系ポリマーの表面保護効果は向上す
る。
Since these compounds contain O atom in the molecule, they can theoretically constitute the etching gas for the organic material layer alone. However, the important action of the above compound in the etching reaction system of the present invention is that each of the above functional groups can have a structure in which the N atom is positively charged and the O atom is negatively charged, resulting in a high polymerization promoting activity. Is to have. That is, the presence of such a functional group or an atomic group derived from the functional group in the plasma increases the degree of polymerization of the carbon-based polymer, and can enhance the resistance to ion injection and radical attack. In addition, when the above-mentioned functional group is introduced into the carbon-based polymer, the chemical and physical stability of the carbon-based polymer is higher than that of the conventional carbon-based polymer which is simply composed of a repeating structure of —CX 2 — (X represents a halogen atom). It is also clear from recent studies that the number will increase. This is intuitively understood from the fact that the C—N bond (770 kJ / mol) is larger than the C—C bond (607 kJ / mol) when comparing the binding energy between two atoms. Furthermore, the introduction of the functional groups as described above increases the polarity of the carbon-based polymer, and the electrostatic adsorption force to the wafer that is negatively charged during etching is also increased, which also protects the surface of the carbon-based polymer. The effect improves.

【0025】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化されることにより、異方性加工に必要な入射イオン
・エネルギーを低減させることができ、SOG等からな
るマスクや下地材料層に対する選択性が向上する他、下
地材料層へのダメージ発生も少なくなる。また、高異方
性、高選択性を達成するために必要な炭素系ポリマーの
堆積量も低減できるので、従来技術に比べてパーティク
ル汚染を減少させることができる。
By thus strengthening the film quality of the carbon-based polymer itself, it is possible to reduce the incident ions and energy required for anisotropic processing, and the selectivity for the mask made of SOG or the like and the underlying material layer. And the occurrence of damage to the base material layer is reduced. In addition, the amount of carbon-based polymer required to achieve high anisotropy and high selectivity can be reduced, so that particle contamination can be reduced as compared with the prior art.

【0026】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の低汚染化と低ダメージ化を目指
す方法も提案する。そのひとつは、上記のエッチング・
ガスに、さらに放電解離条件下でプラズマ中にイオウ
(S)を放出できるイオウ系化合物を添加することであ
る。この場合、エッチング反応生成物である炭素系ポリ
マーに加え、Sも側壁保護に利用できるようになるから
である。Sは、条件にもよるが、ウェハがおおよそ室温
以下に温度制御されていればその表面に堆積し、おおよ
そ90℃以上に加熱されれば容易に昇華するので、Sあ
るいは窒化イオウ系化合物自身がパーティクル汚染源と
なる虞れがない。
The present invention is based on the above idea, but proposes a method aiming at further reduction of pollution and damage. One of them is the above-mentioned etching
A sulfur-based compound capable of releasing sulfur (S) into plasma under discharge dissociation conditions is added to the gas. In this case, in addition to the carbon-based polymer which is the etching reaction product, S can also be used for sidewall protection. Although depending on the conditions, S is deposited on the surface of the wafer if the temperature of the wafer is controlled to about room temperature or lower, and easily sublimes if heated to about 90 ° C. or higher. There is no risk of becoming a source of particle contamination.

【0027】また、このSの一部はさらにニトロシル基
もしくはニトリル基から放出されるNと反応し、種々の
窒化イオウ系化合物を生成する。上記窒化イオウ系化合
物の主体をなし、本発明者が特に側壁保護効果を期待す
る化合物は、ポリチアジル(SN)x である。ポリチア
ジルの単結晶状態における性質,構造等については、
J.Am.Chem.Soc.,Vol.29,p.6
358〜6363(1975)に詳述されている。常圧
下では208℃、減圧下では140〜150℃付近まで
安定に存在するポリマー状物質である。したがって、通
常のドライエッチングが行われるウェハ温度条件下では
該ウェハ上に堆積し、イオンの垂直入射面ではスパッタ
除去過程と競合することによりエッチング速度を低下さ
せ、パターン側壁部では側壁保護の役割を果たす。しか
も、(SN)x の結晶中では、S−N−S−N−…の繰
り返し共有結合からなる主鎖が互いに平行に配向してい
る。したがって、この(SN)x を主体とする窒化イオ
ウ系化合物は、F* 等の侵入を有効に阻止することがで
きる。また、条件により加速されたイオンが入射したと
しても、結合角や立体配座の変化等に由来していわゆる
スポンジ効果が発揮され、イオン衝撃を吸収もしくは緩
和することができる。つまり、単体のSの堆積物よりも
側壁保護効果が大きく、またイオン衝撃に対する緩衝性
も高いのである。さらに、(SN)x は減圧下で140
〜150℃付近まで加熱すれば容易に分解または昇華
し、完全に除去することができる。
Further, a part of this S further reacts with N released from the nitrosyl group or nitrile group to form various sulfur nitride compounds. A compound which mainly constitutes the above-mentioned sulfur nitride-based compound and which the present inventor expects to have a side wall protecting effect is polythiazyl (SN) x . Regarding the properties and structure of polythiazyl in the single crystal state,
J. Am. Chem. Soc. , Vol. 29, p. 6
358-6363 (1975). It is a polymeric substance that stably exists at 208 ° C. under normal pressure and around 140 to 150 ° C. under reduced pressure. Therefore, under normal wafer temperature conditions where normal dry etching is performed, the film is deposited on the wafer, and the etching rate is reduced by competing with the sputter removal process at the vertical incidence plane of ions, and the pattern side wall portion plays a role of side wall protection. Fulfill Moreover, in the crystal of (SN) x, the main chains composed of S-N-S-N -... Repeated covalent bonds are oriented parallel to each other. Therefore, this sulfur nitride compound mainly composed of (SN) x can effectively prevent the intrusion of F * and the like. Further, even if ions accelerated by the conditions are incident, a so-called sponge effect is exerted due to a change in the bond angle or the conformation, and the ion impact can be absorbed or alleviated. In other words, the side wall protection effect is greater than that of a single S deposit, and the shock resistance against ion bombardment is also high. Furthermore, (SN) x is 140 under reduced pressure.
When heated up to about 150 ° C, it is easily decomposed or sublimated and can be completely removed.

【0028】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)x 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
イミド型化合物等も生成可能である。
In addition, halogen such as F * is contained in the plasma.
When a radical is present, S in (SN) x above
A thiazyl halide having a halogen atom attached on the atom may also be produced. Further, when hydrogen-based gas is added to control the amount of F * produced, thiazyl hydrogen can also be produced. Furthermore, depending on the conditions, the number of S atoms in the molecule and N
It is also possible to produce a cyclic sulfur nitride compound having an imbalanced number of atoms, or an imide type compound in which an H atom is bonded to the N atom of these cyclic sulfur nitride compounds.

【0029】いずれにしても、上述の窒化イオウ系化合
物は、通常のウェハ温度条件下ではウェハ上に堆積可能
であり、ウェハを加熱すれば除去される。本発明では、
かかるSおよび窒化イオウ系化合物の堆積が期待できる
ことにより、入射イオン・エネルギーを一層低減でき、
低ダメージ化を徹底することができる。また、これによ
り炭素系ポリマーの堆積量を相対的に減少させることが
でき、パーティクル汚染をそれだけ減少させることがで
きる。
In any case, the above-mentioned sulfur nitride-based compound can be deposited on the wafer under normal wafer temperature conditions, and is removed by heating the wafer. In the present invention,
By expecting deposition of such S and sulfur nitride compounds, incident ion energy can be further reduced,
It is possible to thoroughly reduce damage. Moreover, the amount of carbon-based polymer deposited can be relatively reduced by this, and particle contamination can be reduced accordingly.

【0030】また本発明では、下地材料層の酸化を効果
的に防止するため、上記エッチングをジャストエッチン
グ工程とオーバーエッチング工程とに分け、後者のオー
バーエッチング工程においてガス系から酸素を排除し、
NH3 とを含むエッチング・ガスを用いてオーバーエッ
チングを行う方法も提案する。NH3 を用いた場合のエ
ッチング機構については、上述の特願平2−19804
4号明細書に明らかにされているとおりである。この方
法は、特に下地材料層がCu等の酸化され易い材料層か
らなる場合に、その露出表面の酸化や再付着層の形成を
防止する上で極めて効果的である。
Further, in the present invention, in order to effectively prevent the oxidation of the base material layer, the above etching is divided into a just etching step and an overetching step, and oxygen is removed from the gas system in the latter overetching step.
A method of overetching using an etching gas containing NH 3 is also proposed. Regarding the etching mechanism when NH 3 is used, the above-mentioned Japanese Patent Application No. Hei 2-19804.
This is as disclosed in the specification of No. 4. This method is extremely effective in preventing the oxidation of the exposed surface and the formation of a redeposited layer, especially when the underlying material layer is made of a material layer such as Cu which is easily oxidized.

【0031】[0031]

【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.

【0032】実施例1 本実施例は、3層レジスト・プロセスにおいてAl−1
%Si−0.5%Cu層の上に形成された下層レジスト
層を、NOCl(塩化ニトロシル)/O2 混合ガスを用
いて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。
Example 1 This example uses Al-1 in a three-layer resist process.
In this example, the lower resist layer formed on the% Si-0.5% Cu layer was etched using NOCl (nitrosyl chloride) / O 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIG.

【0033】まず、図1(a)に示されるように、段差
を有するSiO2 層間絶縁膜1上にこの段差にならった
Al−1%Si−0.5%Cu層2を約0.7μmの厚
さに形成し、さらにこの上にたとえばノボラック系ポジ
型フォトレジスト(東京応化工業社製;商品名OFPR
−800)を塗布して下層レジスト層3を形成した。こ
こで、段差の下部に対応する領域の下層レジスト層3の
厚さは、約1.0μmである。この下層レジスト層3の
上には、SOG(東京応化工業社製;商品名OCD−T
ype2)をスピンコートし、厚さ約0.2μmのSO
G中間層4を形成した。さらに、このSOG中間層4の
上には、所定の形状にパターニングされた上層レジスト
・パターン5を形成した。この上層レジスト・パターン
5は、一例としてネガ型3成分化学増幅系レジスト材料
(シプレー社製;商品名SAL−601)からなる厚さ
約0.7μmの塗膜についてKrFエキシマ・レーザ・
リソグラフィおよび現像処理を行うことにより形成し
た。この上層レジスト・パターン5のパターン幅は、約
0.35μmである。
First, as shown in FIG. 1A, an Al-1% Si-0.5% Cu layer 2 having a step difference of about 0.7 μm is formed on the SiO 2 interlayer insulating film 1 having a step difference. And a novolac-based positive photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; trade name OFPR).
-800) was applied to form a lower resist layer 3. Here, the thickness of the lower resist layer 3 in the region corresponding to the lower part of the step is about 1.0 μm. SOG (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; trade name OCD-T) is formed on the lower resist layer 3.
ype2) is spin-coated and the thickness of SO is about 0.2 μm.
The G intermediate layer 4 was formed. Further, an upper layer resist pattern 5 patterned into a predetermined shape was formed on the SOG intermediate layer 4. The upper resist pattern 5 is, for example, a negative type three-component chemically amplified resist material (made by Shipley Co .; trade name SAL-601) with a thickness of about 0.7 μm for a KrF excimer laser.
It was formed by performing lithography and development processing. The pattern width of the upper resist pattern 5 is about 0.35 μm.

【0034】次に、このウェハをヘキソード型のRIE
(反応性イオン・エッチング)装置にセットし、上層レ
ジスト・パターン5をマスクとしてSOG中間層4をエ
ッチングした。このときの条件は、一例としてCHF3
流量75SCCM,O2 流量8SCCM,ガス圧6.5
Pa,RFパワー1350W(13.56MHz)とし
た。この結果、図1(b)に示されるように、上層レジ
スト・パターン5の直下にSOGパターン4aが形成さ
れた。
Next, this wafer is subjected to hex type RIE.
It was set in a (reactive ion etching) apparatus, and the SOG intermediate layer 4 was etched using the upper layer resist pattern 5 as a mask. The conditions at this time are, for example, CHF 3
Flow rate 75 SCCM, O 2 flow rate 8 SCCM, gas pressure 6.5
Pa and RF power were 1350 W (13.56 MHz). As a result, as shown in FIG. 1B, the SOG pattern 4a was formed immediately below the upper layer resist pattern 5.

【0035】次に、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・エッチング装置に移設し、一例
として下記の条件で下層レジスト層3をエッチングし
た。 NOCl流量 15SCCM O2 流量 45SCCM ガス圧 1.5Pa マイクロ波パワー 900W RFバイアス・パワー 300W(2MHz) ウェハ温度 室温 上記のガス系は、最も一般的なレジスト材料層のエッチ
ング・ガスであるO2に、NOClを添加したものであ
る。NOClは単独でもエッチング・ガスを構成できな
くはないが、分子内にO原子を1個しか持たないため、
実用的なエッチング速度を得るためにO2 と併用してい
るのである。
Next, the wafer was transferred to an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and the lower resist layer 3 was etched under the following conditions as an example. NOCl flow rate 15SCCM O 2 flow rate 45SCCM Gas pressure 1.5Pa Microwave power 900W RF bias power 300W (2MHz) Wafer temperature Room temperature The above gas system is applied to O 2 which is the most common etching gas for resist material layer. It is the one to which NOCl is added. Although NOCl cannot form an etching gas by itself, it has only one O atom in the molecule,
It is used together with O 2 in order to obtain a practical etching rate.

【0036】このエッチング過程では、O* による等方
的な燃焼反応がN+ ,NO+ ,NOClx + ,O+ 等の
イオンにアシストされる機構でエッチングが進行した。
また、従来のO2 /Cl系ガスを用いた場合と同様に下
層レジスト層3から供給される炭素系の分解生成物に起
因してCClx が生成する一方、さらにニトロシル基が
その構造中に取り込まれ、強固な炭素系ポリマーが生成
した。この炭素系ポリマーは、パターン側壁部に堆積し
て側壁保護膜6を形成し、異方性加工に寄与した。この
結果、図1(c)に示されるように、異方性形状を有す
る下層レジスト・パターン3aが形成された。
In this etching process, the etching proceeded by a mechanism in which the isotropic combustion reaction by O * was assisted by the ions of N + , NO + , NOCl x + , O + and the like.
Further, as in the case of using the conventional O 2 / Cl-based gas, CCl x is generated due to the carbon-based decomposition product supplied from the lower resist layer 3, while the nitrosyl group is added to the structure. It was taken in and a strong carbon-based polymer was generated. This carbon-based polymer was deposited on the side wall of the pattern to form the side wall protection film 6, which contributed to anisotropic processing. As a result, as shown in FIG. 1C, a lower layer resist pattern 3a having an anisotropic shape was formed.

【0037】本実施例ではまた、Al−1%Si−0.
5%Cu層2に対して高い選択性が達成された。これ
は、上記の炭素系ポリマーがその構造が強化されること
により少量でも高いエッチング耐性を発揮し、Al−1
%Si−0.5%Cu層2の表面においてそのエッチン
グ速度を大幅に低下させたからである。
In the present embodiment, Al-1% Si-0.
A high selectivity was achieved for the 5% Cu layer 2. This is because the above-mentioned carbon-based polymer exhibits high etching resistance even in a small amount due to its structure being strengthened, and Al-1
This is because the etching rate on the surface of the% Si-0.5% Cu layer 2 is significantly reduced.

【0038】実施例2 本実施例は、同じく下層レジスト層を、NOBr(臭化
ニトロシル)/O2 混合ガスを用いてエッチングした例
である。まず、前出の図1(b)に示されるウェハを有
磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、
下層レジスト層3をエッチングした。このときの条件
は、NOClをNOBrに代えた他は実施例1と同じで
ある。ただし、NOBrは常温で液体物質であるため、
Heガス・バブリングにより気化させた後、エッチング
・チャンバ内へ導入した。
Example 2 This example is an example in which the lower resist layer was similarly etched using a NOBr (nitrosyl bromide) / O 2 mixed gas. First, the wafer shown in FIG. 1 (b) is set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus,
The lower resist layer 3 was etched. The conditions at this time are the same as in Example 1 except that NOCl was replaced by NOBr. However, since NOBr is a liquid substance at room temperature,
After being vaporized by He gas bubbling, it was introduced into the etching chamber.

【0039】このエッチング過程では、CBrx 、およ
びこれにニトロシル基が取り込まれた炭素系ポリマーが
生成し、これらの堆積物により側壁保護膜6が形成され
た。特に、本実施例では原子半径が大きくSiに対する
反応性の低いBr系の化学種を用いていることにより、
実施例1に比べてSOGパターン4aに対する選択性が
向上した。
In this etching process, CBr x and a carbon-based polymer having a nitrosyl group incorporated therein were produced, and the sidewall protective film 6 was formed by these deposits. In particular, in the present embodiment, by using a Br-based chemical species having a large atomic radius and low reactivity with Si,
The selectivity for the SOG pattern 4a was improved as compared with Example 1.

【0040】実施例3 本実施例は、同じく下層レジスト層を、NOCl/S2
Cl2 /O2 混合ガスを用いてエッチングした例であ
る。まず、図1(b)に示されるウェハを有磁場マイク
ロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例として
下記の条件で下層レジスト層3をエッチングした。
Example 3 In this example, the lower resist layer was also changed to NOCl / S 2
This is an example of etching using a Cl 2 / O 2 mixed gas. First, the wafer shown in FIG. 1B was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the lower resist layer 3 was etched under the following conditions.

【0041】 NOCl流量 15SCCM S2 Cl2 流量 15SCCM O2 流量 40SCCM ガス圧 1.5Pa マイクロ波パワー 900W RFバイアス・パワー 180W(2MHz) ウェハ温度 −30℃(エタノール系冷媒使
用) 上記のガス系は、実施例1で使用したガス系にS2 Cl
2 を添加したものである。これにより、CClx やニト
ロシル基を含む炭素系ポリマーの他、S2 Cl 2 から解
離生成するSや、さらにこのSの一部がNOClから解
離生成するNと反応して生成する(SN)x 等の窒化イ
オウ系化合物も側壁保護に寄与し、これらが混合してな
る側壁保護膜7が形成された。また、ウェハが低温冷却
されていることにより、イオン入射を受けないパターン
側壁部において異方的なラジカル反応が抑制された。し
たがって、異方性加工に要する入射イオン・エネルギー
を実施例1よりも低減することができ、SOGパターン
4aの後退や、Al−1%Si−0.5%Cu層2に由
来する再付着物層はほとんど観察されなくなった。
NOCl flow rate 15 SCCM S2Cl2Flow rate 15 SCCM O2Flow rate 40SCCM Gas pressure 1.5Pa Microwave power 900W RF bias power 180W (2MHz) Wafer temperature -30 ° C (using ethanol-based refrigerant)
The above gas system is the same as the gas system used in Example 12Cl
2Is added. As a result, CClxAnd Nito
In addition to carbon-based polymers containing rosyl groups, S2Cl 2From
S that is generated separately, and part of this S is solved from NOCl
Generated by reacting with N generated separately (SN)xA nitride of
Ou compounds also contribute to side wall protection, and these must not be mixed.
The side wall protective film 7 is formed. Also, the wafer is cooled at low temperature.
Pattern that does not receive the ion injection
The anisotropic radical reaction was suppressed at the side wall. Shi
Therefore, incident ion energy required for anisotropic processing
Of the SOG pattern
4a receding and Al-1% Si-0.5% Cu layer 2
The incoming redeposit layer was barely observed.

【0042】実施例4 本実施例は、同じく下層レジスト層を、NOBr/S2
Br2 /O2 混合ガスを用いてエッチングした例であ
る。本実施例におけるエッチング条件は、NOClに代
えてNOBrを、またS2Cl2 に代えてS2 Br2
使用した他は、すべて実施例3と同じである。
Example 4 In this example, the lower resist layer was also changed to NOBr / S 2
This is an example of etching using a Br 2 / O 2 mixed gas. The etching conditions in this example are all the same as in Example 3 except that NOBr was used in place of NOCl, and S 2 Br 2 was used in place of S 2 Cl 2 .

【0043】本実施例では、Br系の化学種がエッチン
グ反応系に関与していることにより、SOGパターン4
aやAl−1%Si−0.5%Cu層2に対する選択性
が実施例3よりもさらに向上した。
In this embodiment, since the Br-based chemical species participate in the etching reaction system, the SOG pattern 4 is obtained.
The selectivity with respect to a and Al-1% Si-0.5% Cu layer 2 improved further than Example 3.

【0044】実施例5 本実施例は、Cu層の上に形成された下層レジスト層
を、NO2 Cl(塩化ニトリル)/H2 S/O2 混合ガ
スを用いてジャストエッチングした後、Cl2 /NH3
混合ガスを用いてオーバーエッチングした例である。こ
のプロセスを、図2を参照しながら説明する。なお、図
2の参照符号は図1と一部共通である。
Example 5 In this example, the lower resist layer formed on the Cu layer was just etched using a mixed gas of NO 2 Cl (nitrile chloride) / H 2 S / O 2 and then Cl 2 was added. / NH 3
This is an example of overetching using a mixed gas. This process will be described with reference to FIG. Note that the reference numerals in FIG. 2 are partially common to those in FIG.

【0045】本実施例でエッチング・サンプルとして使
用したウェハは、図2(a)に示されるように、段差を
有するSiO2 層間絶縁膜1上にこの段差にならったC
u層8が形成され、さらにこの上に3層レジスト・プロ
セスにより下層レジスト層3、SOGパターン4a、上
層レジスト・パターン5が順次形成されてなるものであ
る。ここで、SOGパターン4aおよび上層レジスト・
パターン5のパターニング方法は、実施例1で前述した
とおりである。
The wafer used as the etching sample in this example has a stepped C on the SiO 2 interlayer insulating film 1 having a stepped portion, as shown in FIG. 2A.
The u layer 8 is formed, and the lower layer resist layer 3, the SOG pattern 4a, and the upper layer resist pattern 5 are sequentially formed on the u layer 8 by a three-layer resist process. Here, the SOG pattern 4a and the upper layer resist
The patterning method of the pattern 5 is as described above in the first embodiment.

【0046】次に、このウェハを有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置にセットし、一例として下記の条
件で下層レジスト層3をジャストエッチングした。 NO2 Cl流量 15SCCM H2 S流量 10SCCM O2 流量 45SCCM ガス圧 1.5Pa マイクロ波パワー 900W RFバイアス・パワー 180W(2MHz) ウェハ温度 −30℃(エタノール系冷媒使
用) このジャストエッチング工程では、ニトリル基もしくは
これが一部分解したニトロシル基の導入により強化され
た炭素系ポリマーと、H2 Sから解離生成するSと、窒
化イオウ系化合物とが混合してなる側壁保護膜7が形成
されながら、異方的にエッチングが進行した。ただし、
上記NO2 Clは前述のNOClに比べて分子中のO原
子数が多いため、エッチング速度が低下することはなか
った。このエッチングは、図2(b)に示されるよう
に、段差の上部においてCu層8の表面が露出した段階
で停止させた。このとき、段差の下部に対応する領域に
は、下層レジスト層3の残余部3bが残っていた。
Next, this wafer was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the lower resist layer 3 was just-etched under the following conditions. NO 2 Cl flow rate 15SCCM H 2 S flow rate 10SCCM O 2 flow rate 45SCCM Gas pressure 1.5Pa Microwave power 900W RF bias power 180W (2MHz) Wafer temperature -30 ° C (using ethanol-based refrigerant) In this just etching process, nitrile group Alternatively, while the carbon-based polymer reinforced by the introduction of a partially decomposed nitrosyl group, S that is dissociated from H 2 S and a sulfur nitride-based compound are mixed, the sidewall protective film 7 is formed anisotropically. Etching progressed. However,
Since the above NO 2 Cl has a larger number of O atoms in the molecule than the above-mentioned NOCl, the etching rate was not lowered. As shown in FIG. 2B, this etching was stopped when the surface of the Cu layer 8 was exposed at the upper part of the step. At this time, the residual portion 3b of the lower resist layer 3 remained in the region corresponding to the lower portion of the step.

【0047】そこで、上記残余部3bを除去するため
に、エッチング条件を一例として下記のように切り替え
てオーバーエッチングを行った。 Cl2 流量 15SCCM NH3 流量 45SCCM ガス圧 1.5Pa マイクロ波パワー 900W RFバイアス・パワー 120W(2MHz) ウェハ温度 150℃ ここで、ウェハの加熱は、ウェハ・ステージに内蔵され
たヒータを作動させることにより行った。このオーバー
エッチング工程では、C,Cl,N,O等を構成元素と
する炭素系ポリマーが堆積して側壁保護膜6が形成され
ながらエッチングが進行した。
Therefore, in order to remove the residual portion 3b, overetching was performed by changing the etching conditions as follows as an example. Cl 2 flow rate 15 SCCM NH 3 flow rate 45 SCCM Gas pressure 1.5 Pa Microwave power 900 W RF bias power 120 W (2 MHz) Wafer temperature 150 ° C. Here, the wafer is heated by operating the heater built in the wafer stage. went. In this over-etching step, etching progressed while the carbon-based polymer having C, Cl, N, O, etc. as a constituent element was deposited to form the sidewall protection film 6.

【0048】ところで、本実施例の重要なメリットは、
後工程で形成されるCu配線パターンの配線抵抗が上昇
しないことである。これは、上述のオーバーエッチング
工程においてエッチング反応系から酸素を排除したこと
により、Cu層8の露出面における酸化反応が防止され
たからである。
By the way, the important advantage of this embodiment is that
That is, the wiring resistance of the Cu wiring pattern formed in the subsequent step does not increase. This is because the oxidation reaction on the exposed surface of the Cu layer 8 was prevented by eliminating oxygen from the etching reaction system in the above-described overetching step.

【0049】なお、本実施例のようにウェハ温度の大き
く異なるエッチング・プロセスを連続して行う場合に
は、ウェハの昇降温のための所要時間によりスループッ
トを低下させないために、ウェハ・ステージの設定温度
の異なる複数のエッチング・チャンバを高真空下に接続
したマルチ・チャンバ型のエッチング装置を使用するこ
とが特に好ましい。あるいは、本発明者が先に特願平3
−301279号明細書において提案しているように、
冷却手段を有する固定電極と加熱手段を有する可動電極
とを組み合わせたウェハ・ステージを装備したECRプ
ラズマ装置等を使用することも、極めて有効である。
In the case where the etching processes having greatly different wafer temperatures are continuously performed as in this embodiment, the wafer stage is set in order to prevent the throughput from being lowered due to the time required for raising and lowering the temperature of the wafer. It is particularly preferable to use a multi-chamber type etching apparatus in which a plurality of etching chambers having different temperatures are connected under high vacuum. Alternatively, the present inventor first applied for Japanese Patent Application No. 3
As proposed in the specification of US Pat. No. 3,011,279,
It is also extremely effective to use an ECR plasma device equipped with a wafer stage in which a fixed electrode having a cooling means and a movable electrode having a heating means are combined.

【0050】実施例6 本実施例は、Cu層の上に形成された下層レジスト層
を、NOBr/H2 S/O2 混合ガスを用いてジャスト
エッチングした後、Cl2 /NH3 混合ガスを用いてオ
ーバーエッチングした例である。本実施例のジャストエ
ッチング条件は、NO2 ClをNOBrに代えた他は、
すべて実施例5と同じである。また、オーバーエッチン
グ条件も実施例5と同じである。
Example 6 In this example, the lower resist layer formed on the Cu layer was just-etched using a NOBr / H 2 S / O 2 mixed gas, and then a Cl 2 / NH 3 mixed gas was added. This is an example of over-etching using. The just etching conditions of this embodiment are as follows except that NO 2 Cl is replaced by NOBr.
All are the same as in Example 5. The overetching conditions are also the same as in Example 5.

【0051】本実施例では、ジャストエッチング工程に
おけるハロゲン化学種としてBrを使用していることに
より、SOGパターン4aおよびCu層8に対する選択
比が実施例5よりも一層向上した。
In this embodiment, since Br is used as the halogen chemical species in the just etching step, the selection ratio for the SOG pattern 4a and the Cu layer 8 is further improved as compared with the fifth embodiment.

【0052】以上、本発明を6例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
ものではない。たとえば、塩化ニトロシルには上述のN
OClの他、NOCl2 (二塩化ニトロシル)やNOC
3 (三塩化ニトロシル)の存在が知られている。ま
た、臭化ニトロシルにも同様に二臭化物、三臭化物の存
在が知られている。また、分子内にClとBrの双方を
有するようなニトロシル化合物も存在可能である。これ
らの化合物は、いずれも本発明で使用することができ
る。
Although the present invention has been described based on the six examples, the present invention is not limited to these examples. For example, nitrosyl chloride has the above N
In addition to OCl, NOCl 2 (nitrosyl dichloride) and NOC
The presence of l 3 (nitrosyl trichloride) is known. Similarly, the presence of dibromide and tribromide in nitrosyl bromide is also known. Also, a nitrosyl compound having both Cl and Br in the molecule can be present. Any of these compounds can be used in the present invention.

【0053】ニトリル化合物としては、上述のNO2
lの他、NO2 Br等も使用することができる。ところ
で、上述の各実施例で塩化物と臭化物とを採り上げたこ
とから、フッ化ニトロシル(NOF)やフッ化ニトリル
(NO2 F)を使用することも容易に類推されるが、こ
れらの化合物はF* を発生するため、上述のSOGパタ
ーンのような酸化シリコン系のエッチング・マスクを使
用する場合には、マスク選択性の低下を招き好ましくな
い。
Examples of the nitrile compound include NO 2 C mentioned above.
In addition to 1, NO 2 Br or the like can also be used. By the way, since chloride and bromide are picked up in each of the above-mentioned examples, it is easily inferred to use nitrosyl fluoride (NOF) or nitrile fluoride (NO 2 F). Since F * is generated, when a silicon oxide-based etching mask such as the SOG pattern described above is used, the mask selectivity is deteriorated, which is not preferable.

【0054】また、イオウ系化合物としては上述のS2
Cl2 ,S2 Br2 ,H2 Sの他、S3 Cl2 ,SCl
2 等の塩化イオウ、S3 Br2 ,SBr2 等の臭化イオ
ウを使用することもできる。S2 2 等のフッ化イオウ
も放電解離条件下でSを放出することはできるが、F*
を発生するため使用には注意を要する。その他、ウェハ
の構成、エッチング条件、使用するエッチング装置、エ
ッチング・ガスの組成等は適宜変更可能である。
As the sulfur-based compound, the above-mentioned S 2
Cl 2 , S 2 Br 2 , H 2 S, S 3 Cl 2 , SCl
Sulfur chloride 2 or the like, bromide sulfur such as S 3 Br 2, SBr 2 can be used. Sulfur fluoride such as S 2 F 2 can also release S under discharge dissociation conditions, but F *
Therefore, use it with caution. In addition, the configuration of the wafer, etching conditions, the etching apparatus used, the composition of the etching gas, etc. can be changed as appropriate.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では有機材料層のエッチングにおいてニトロシル基ま
たはニトリル基の少なくとも一方を含む化合物を添加し
たエッチング・ガスを使用することにより、炭素系ポリ
マーの膜質を強化し、その堆積量を減少させても高異方
性、高選択性を達成することが可能となる。この化合物
を放電解離条件下でSを放出し得るイオウ系化合物と併
用すれば、更なる高選択化、低汚染化、低ダメージ化等
を図ることができる。これにより、たとえば3層レジス
ト・プロセスの実用性を真に高めることができる。ま
た、特に有機材料層の下地材料層にCuが含まれている
場合には、オーバーエッチング時に酸素を排除したガス
系を使用することにより、Cuの再付着やこれに伴うパ
ーティクル汚染を防止することができる。
As is apparent from the above description, in the present invention, by using an etching gas containing a compound containing at least one of a nitrosyl group and a nitrile group in etching an organic material layer, a carbon-based polymer is used. It is possible to achieve high anisotropy and high selectivity even by enhancing the film quality and reducing the deposition amount. When this compound is used in combination with a sulfur-based compound capable of releasing S under discharge dissociation conditions, it is possible to achieve further high selectivity, low pollution, low damage and the like. This can truly enhance the practicality of, for example, a three layer resist process. Further, particularly when Cu is contained in the base material layer of the organic material layer, by using a gas system in which oxygen is eliminated during overetching, it is possible to prevent reattachment of Cu and particle contamination accompanying it. You can

【0056】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,高性能,高信頼性を要求さ
れる半導体装置の製造において極めて有効である。
The present invention is extremely effective in manufacturing a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and which requires high integration, high performance and high reliability.

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

【図1】本発明を適用したプロセス例をその工程順にし
たがって説明する概略断面図であり、(a)は段差を有
するAl−1%Si−0.5%Cu層上に下層レジスト
層、SOG中間層、上層レジスト・パターンが順次形成
された状態、(b)はSOGパターンが形成された状
態、(c)は少なくともSOGパターンをマスクとして
下層レジスト層をエッチングすることにより、下層レジ
スト・パターンが形成された状態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a process example to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) is a lower resist layer, SOG on an Al-1% Si-0.5% Cu layer having a step. The intermediate layer and the upper layer resist pattern are sequentially formed, (b) is the state where the SOG pattern is formed, and (c) shows the lower layer resist pattern by etching the lower layer resist layer using at least the SOG pattern as a mask. Each of the formed states is shown.

【図2】本発明を適用した他のプロセス例をその工程順
にしたがって説明する概略断面図であり、(a)は段差
を有するCu層上に下層レジスト層、SOGパターン、
上層レジスト・パターンが順次形成された状態、(b)
は下層レジスト層がジャストエッチングされた状態、
(c)は下層レジスト層がオーバーエッチングされた状
態をそれぞれ表す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the process to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) is a lower resist layer on a Cu layer having a step, an SOG pattern,
Upper resist pattern is sequentially formed, (b)
Is the state where the lower resist layer is just etched,
(C) represents a state in which the lower resist layer is over-etched.

【図3】従来のプロセスにおける問題点を説明する概略
断面図であり、(a)は段差を有する下地材料層上に下
層レジスト層、SOG中間層、上層レジスト・パターン
が順次形成された状態、(b)はSOGパターンが形成
された状態、(c)は下層レジスト層がジャストエッチ
ングされた状態、(d)はオーバーエッチング中に下地
材料層のスパッタ生成物からなる再付着物層が形成され
た状態をそれぞれ表す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a problem in a conventional process, in which (a) is a state in which a lower resist layer, an SOG intermediate layer, and an upper resist pattern are sequentially formed on a base material layer having steps. (B) shows a state in which an SOG pattern is formed, (c) shows a state in which the lower resist layer is just etched, and (d) shows a redeposited layer formed of a sputtered product of the base material layer during overetching. It represents each state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・SiO2 層間絶縁膜 2 ・・・Al−1%Si−0.5%Cu層 3 ・・・下層レジスト層 3a ・・・下層レジスト・パターン 3b ・・・(下層レジスト層の)残余部 4 ・・・SOG中間層 4a ・・・SOGパターン 5 ・・・上層レジスト・パターン 6 ・・・側壁保護膜(炭素系ポリマー) 7 ・・・側壁保護膜(炭素系ポリマー/S/窒化イ
オウ系化合物) 8 ・・・Cu層
1 ... SiO 2 interlayer insulating film 2 ··· Al-1% Si- 0.5% Cu layer 3 ... lower resist layer 3a ... lower resist pattern 3b ... (the lower resist layer) Remaining part 4 ... SOG intermediate layer 4a ... SOG pattern 5 ... Upper layer resist pattern 6 ... Side wall protective film (carbon-based polymer) 7 ... Side wall protective film (carbon-based polymer / S / nitriding) Sulfur-based compound) 8 ... Cu layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地材料層上に形成された有機材料層
を、分子内にニトロシル基もしくはニトリル基の少なく
も一方の官能基を有する化合物を含むエッチング・ガス
を用いてエッチングすることを特徴とするドライエッチ
ング方法。
1. An organic material layer formed on a base material layer is etched using an etching gas containing a compound having at least one functional group of a nitrosyl group or a nitrile group in a molecule. Dry etching method.
【請求項2】 前記エッチング・ガスが放電解離条件下
でプラズマ中にイオウを放出し得るイオウ系化合物を含
むことを特徴とする請求項1記載のドライエッチング方
法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the etching gas contains a sulfur-based compound capable of releasing sulfur into plasma under discharge dissociation conditions.
【請求項3】 下地材料層上に形成された有機材料層
を、分子内にニトロシル基もしくはニトリル基の少なく
とも一方の官能基を有する化合物と放電解離条件下でプ
ラズマ中にイオウを放出し得るイオウ系化合物とを含む
エッチング・ガスを用いて実質的に前記下地材料層が露
出する直前までエッチングするジャストエッチング工程
と、 NH3 を含むエッチング・ガスを用い、被エッチング基
板を加熱しながら前記有機材料層の残余部をエッチング
するオーバーエッチング工程とを有することを特徴とす
るドライエッチング方法。
3. An organic material layer formed on an underlying material layer, and a compound capable of releasing sulfur into plasma under discharge dissociation conditions with a compound having at least one functional group of a nitrosyl group or a nitrile group in the molecule. A just etching step of etching using an etching gas containing a base compound until substantially immediately before the underlying material layer is exposed, and an organic gas containing the NH 3 containing etching gas while heating the substrate to be etched. An over-etching step of etching the remaining portion of the layer.
【請求項4】 前記下地材料層が銅を含有することを特
徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載
のドライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein the base material layer contains copper.
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