JPH05343367A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

Info

Publication number
JPH05343367A
JPH05343367A JP15096892A JP15096892A JPH05343367A JP H05343367 A JPH05343367 A JP H05343367A JP 15096892 A JP15096892 A JP 15096892A JP 15096892 A JP15096892 A JP 15096892A JP H05343367 A JPH05343367 A JP H05343367A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
carbon
sulfur
based polymer
cos
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP15096892A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3120569B2 (en
Inventor
Tetsuji Nagayama
哲治 長山
Toshiharu Yanagida
敏治 柳田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP04150968A priority Critical patent/JP3120569B2/en
Publication of JPH05343367A publication Critical patent/JPH05343367A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3120569B2 publication Critical patent/JP3120569B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide less contamination, high selectivity, damage, etc., in the case of etching a silicon series material layer to be processed with a trench, a gate, etc. CONSTITUTION:In the case of forming shallow trenches 1a, 1b, a single crystalline silicon substrate 1 is etched by using mixture gas of COS (carbonyl sulfide)/ SF6. In this case, carbonyl group (>C=O), etc., is introduced to carbon series polymer CFX to be formed with decomposed product of a resist mask 4 and COS itself to strengthen its structure, free S(sulfur) generated from the COS is added thereto to form a rigid sidewall protective film 7. Incident ion energy necessary for anisotropy processing and depositing amounts of the carbon based polymer can be reduced, resist selectivity is improved, and particle contamination can be reduced. The film 7 is easily removed by ashing. When it is applied to a gate electrode processing, promising CFC removal is obtained.

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
シリコン系材料層の高異方性,高選択性, 低汚染性,低
ダメージ性エッチングを行う方法に関する。
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, performs high anisotropy, high selectivity, low contamination and low damage etching of a silicon-based material layer. Regarding the method.

【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、単結晶シリコン,多結晶シリコン,アモルファ
スシリコン等のシリコン系材料層のエッチングにおいて
も、高異方性,高選択性,低汚染性,低ダメージ性とい
う諸要求をいずれかを犠牲にすることなく達成する技術
が強く望まれている。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices have become more highly integrated and have higher performance as seen in VLSI, ULSI, etc. in recent years, etching of silicon-based material layers such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, etc. Also in the above, there is a strong demand for a technology that achieves the various requirements of high anisotropy, high selectivity, low contamination, and low damage without sacrificing any of them.

【0003】シリコン系材料層のエッチングには、トレ
ンチ加工とゲート電極加工という代表的な2分野があ
る。トレンチ加工は、微細素子分離やメモリ・セル容量
面積の確保を目的としてトレンチを形成するためのプロ
セスである。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4〜5μm(ディープ・トレ
ンチ)、素子分離ではMOS−FET用で1μm(シャ
ロー・トレンチ)、バイポーラ・トランジスタ用で4μ
m程度とされている。いずれのトレンチも開口径は0.
35〜1μm程度であり、高アスペクト比パターンの異
方性加工が要求される。
There are two typical fields for etching a silicon-based material layer: trench processing and gate electrode processing. Trench processing is a process for forming trenches for the purpose of isolating fine elements and ensuring the memory cell capacity area. The depth of the trench depends on the type and application of the device, and is 4 to 5 μm (deep trench) for the capacitive element, 1 μm for the MOS-FET (shallow trench) for element isolation, and 4 μ for the bipolar transistor.
It is about m. The opening diameter of each trench is 0.
It is about 35 to 1 μm, and anisotropic processing of a high aspect ratio pattern is required.

【0004】トレンチ加工には、一般には塩素系ガスが
用いられる。これは、Cl* がF*に比べて原子半径が
大きいため自発的にSiの結晶格子内に侵入して異方性
形状を劣化させる虞れが少なく、また特にディープ・ト
レンチ加工においては酸化シリコン系のエッチング・マ
スクに対して高選択性が維持できるからである。しか
し、実際にはマスク・パターンやエッチング条件の変動
等によってトレンチの断面形状が複雑に変化し易く、ア
ンダカットやボウイング(bowing)等の形状異常
がしばしば経験される。これらは、いずれも後工程にお
けるトレンチの埋め込みや容量の制御等を困難とする。
Chlorine gas is generally used for trench processing. Since Cl * has a larger atomic radius than F * , there is little risk that it will spontaneously enter the Si crystal lattice and deteriorate the anisotropic shape, and especially in deep trench processing, silicon oxide is used. This is because high selectivity can be maintained with respect to the etching mask of the system. In reality, however, the cross-sectional shape of the trench is likely to change intricately due to changes in the mask pattern and etching conditions, and shape abnormalities such as undercut and bowing are often experienced. All of these make it difficult to fill trenches and control the capacitance in the subsequent process.

【0005】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 producing 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 substance, and etching can be performed under clean conditions.

【0006】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 application is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-599.
Japanese Patent No. 17 also discloses a technique of performing silicon trench etching using a Cl 2 / N 2 mixed gas. This technique also utilizes Si x N y , Si x N y Cl z, etc. as the side wall protective material, but these are generated by the reaction of 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.

【0007】一方、多結晶シリコンの代表的なエッチン
グ・プロセスはゲート加工である。ゲート電極のパター
ン幅は、MOS−FETのソース・ドレイン領域が自己
整合的に形成される場合のチャネル長やLDD構造にお
けるサイドウォールの寸法精度に直接影響する。したが
って、このプロセスにも極めて高い加工精度が要求され
る。
On the other hand, a typical etching process for polycrystalline silicon is gate processing. The pattern width of the gate electrode directly affects the channel length when the source / drain regions of the MOS-FET are formed in a self-aligned manner and the dimensional accuracy of the sidewall in the LDD structure. Therefore, this process also requires extremely high processing accuracy.

【0008】ゲート電極加工には、従来からCFC11
3(C2 Cl3 3 )等に代表されるCFC(クロロフ
ルオロカーボン)ガスがエッチング・ガスとして広く用
いられてきた。CFCガスは1分子内にFとClとを構
成元素として有するため、条件によりF* ,Cl* 等の
寄与によるラジカル反応と、CClx + ,Cl+ 等の寄
与によるイオン・アシスト反応のバランスを制御しなが
らエッチングを進行させることが可能である。また、気
相中から堆積する炭素系ポリマーで側壁保護を行いなが
ら高異方性を達成することができる。
Conventionally, CFC11 has been used for processing the gate electrode.
CFC (chlorofluorocarbon) gas represented by 3 (C 2 Cl 3 F 3 ) and the like has been widely used as an etching gas. Since CFC gas has F and Cl as constituent elements in one molecule, depending on the conditions, a radical reaction due to contributions of F * , Cl *, etc. and an ion-assisted reaction due to contributions of CCl x + , Cl + etc. are balanced. It is possible to proceed with etching while controlling. Further, it is possible to achieve high anisotropy while protecting the side wall with the carbon-based polymer deposited from the gas phase.

【0009】しかしながら、CFCガスは周知のように
地球のオゾン層破壊の一因であることが指摘されてお
り、近い将来に製造および使用が禁止される運びであ
る。したがって、ドライエッチングの分野においてもC
FCガスの代替品を見出し、その効果的な利用方法を確
立することが急務とされている。また、半導体装置のデ
ザイン・ルールが今後さらに微細化されると、気相中か
ら堆積する炭素系ポリマーがパーティクル汚染源となる
ことも考えられ、この意味からも脱CFC対策が望まれ
ている。
However, it is known that CFC gas is one of the causes of the depletion of the ozone layer of the earth as well known, and the production and use thereof will be prohibited in the near future. Therefore, even in the field of dry etching, C
There is an urgent need to find alternatives to FC gas and establish effective ways to use them. Further, if the design rule of the semiconductor device is further miniaturized in the future, it is considered that carbon-based polymer deposited from the gas phase becomes a source of particle contamination, and from this point of view, countermeasures against CFC depletion are desired.

【0010】この脱CFC対策のひとつとして有望と考
えられる技術に、Br系化学種を主エッチング種として
利用するプロセスがある。たとえば、Digest o
fPapers 1989 2nd MicroPro
cess Conference,p.190には、H
Brを用いるn+ 型多結晶シリコンのゲート電極加工が
報告されている。Brはイオン半径が大きく、シリコン
系材料層の結晶格子内もしくは結晶粒界内に進入しな
い。したがって、シリコン系材料層をF* のように自発
的かつ等方的にエッチングする虞れが少なく、イオン・
アシスト機構により異方的なエッチングを進行させるこ
とができる。また、原子間結合エネルギーを比較した場
合にSi−O結合(1077kJ/mol)がSi−B
r結合(368kJ/mol)よりも遙かに大きいこと
からも明らかなように、SiO2からなるゲート酸化膜
に対して高選択性が達成できる。さらに、レジスト・マ
スクの表面を蒸気圧の低いCBrx で被覆することがで
きるので、レジスト選択性を向上できる点もBr系化学
種の大きなメリットである。
One of the promising technologies as one of the countermeasures against this CFC removal is a process of using a Br type chemical species as a main etching species. For example, Digest o
fPapers 1989 2nd MicroPro
cess Conference, p. 190 to H
Processing of n + type polycrystalline silicon gate electrodes using Br has been reported. Br has a large ionic radius and does not enter the crystal lattice or the crystal grain boundaries of the silicon-based material layer. Therefore, there is little possibility that the silicon-based material layer is spontaneously and isotropically etched like F * , and the ion
Anisotropic etching can be progressed by the assist mechanism. In addition, when the interatomic bond energies are compared, the Si-O bond (1077 kJ / mol) is Si-B.
As is clear from the fact that it is much larger than r-coupling (368 kJ / mol), high selectivity can be achieved for the gate oxide film made of SiO 2 . Further, since the surface of the resist mask can be coated with CBr x having a low vapor pressure, the point that the resist selectivity can be improved is also a great advantage of the Br-based chemical species.

【0011】一方、上述のような炭素系ポリマーの側壁
保護作用により高異方性を達成するのではなく、被エッ
チング基板(ウェハ)の低温化によりこれを達成しよう
とする技術も提案されている。これは、いわゆる低温エ
ッチングと呼ばれるプロセスであり、ウェハの温度を0
℃以下に保持することにより、深さ方向のエッチング速
度をイオン・アシスト効果により実用レベルに維持した
まま、パターン側壁部におけるラジカル反応を凍結また
は抑制してアンダカット等の形状異常を防止しようとす
る技術である。たとえば、第35回応用物理学関係連合
講演会(1988年春季年会)講演予稿集第495ペー
ジ演題番号28a−G−2には、ウェハを−130℃に
冷却し、SF6 ガスを用いてシリコン・トレンチ・エッ
チングおよびn+ 型多結晶シリコン層のエッチングを行
った例が報告されている。
On the other hand, a technique has been proposed in which high anisotropy is not achieved by the side wall protecting action of the carbon-based polymer as described above, but this is achieved by lowering the temperature of the substrate (wafer) to be etched. .. This is a so-called low temperature etching process, and the wafer temperature is reduced to zero.
By keeping the temperature below ℃, the radical reaction on the pattern side wall is frozen or suppressed while the etching rate in the depth direction is maintained at a practical level by the ion assist effect, and shape abnormalities such as undercut are prevented. It is a technology. For example, in the 35th Joint Lecture on Applied Physics (Spring Annual Meeting 1988) Proceedings, p. 495, page No. 28a-G-2, the wafer was cooled to -130 ° C. and SF 6 gas was used. An example in which a silicon trench etching and an n + type polycrystalline silicon layer are etched has been reported.

【0012】[0012]

【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、トレンチ加工においてS
x y ,Six y Clz 等を側壁保護に利用する上
述のプロセスは、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、トレンチ加工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。
However, if the design rules of semiconductor devices continue to progress at a rapid pace, it will be necessary to reduce particle contamination at a higher level than ever before. From this viewpoint, in trench processing, S
The above-described process utilizing i x N y , Si x N y Cl z, etc. for sidewall protection satisfies the current requirements but has not fundamentally avoided particle contamination. In addition, since trench processing generally requires a long process time and a large amount of depositable substances are produced, it is premised that such substances can be easily and completely removed after etching even if they are used for sidewall protection.

【0013】また、HBrをゲート電極加工に用いるプ
ロセスでも、SiBrx 等によるパーティクル汚染を回
避することは難しい。
Even in the process of using HBr for processing the gate electrode, it is difficult to avoid particle contamination due to SiBr x or the like.

【0014】これらに対し、低温エッチングは脱CFC
対策の有効な手段のひとつと期待されているが、高異方
性の達成をラジカルの反応の凍結もしくは抑制のみに頼
ろうとすると、前述のように液体窒素を要するレベルの
低温冷却が必要となる。しかしこれでは、大型で特殊な
冷却装置が必要となること、真空シール材の信頼性が低
下すること等のハードウェア面の問題が生ずる。また、
ウェハの冷却および室温に戻すまでの加熱に時間がかか
るのでスループットが低下することも懸念され、経済性
や生産性を損なう虞れが大きい。
On the other hand, low temperature etching removes CFC.
It is expected to be one of the effective measures, but if we try to rely only on freezing or suppressing the reaction of radicals to achieve high anisotropy, it will be necessary to cool at a low temperature that requires liquid nitrogen as described above. .. However, this causes problems in hardware such as the need for a large-scale special cooling device and the reduction in reliability of the vacuum sealing material. Also,
Since it takes time to cool the wafer and heat it to return it to room temperature, there is a concern that throughput may be reduced, and there is a great risk of impairing economic efficiency and productivity.

【0015】そこで本発明は、高異方性、高選択性、低
汚染性,低ダメージ性といった両立の難しい諸特性を高
いレベルで満足させ、しかも実用的な温度域で実施でき
るシリコン系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。
In view of the above, the present invention provides a silicon-based material layer which can satisfy various properties that are difficult to achieve at the same time, such as high anisotropy, high selectivity, low contamination, and low damage, at a high level and can be carried out in a practical temperature range. It is an object of the present invention to provide a dry etching method of

【0016】[0016]

【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、硫化カルボニルとハロゲン系化合物とを含むエ
ッチング・ガスを用い、少なくともエッチング・パター
ンの側壁面上に炭素系ポリマーとイオウとを堆積させな
がらシリコン系材料層を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 uses at least an etching gas containing an etching gas containing carbonyl sulfide and a halogen-based compound. It is characterized in that the silicon-based material layer is etched while depositing the carbon-based polymer and sulfur on the sidewall surface of the pattern.

【0017】本発明はまた、放電解離条件下でプラズマ
中にハロゲン系化学種と遊離のイオウとを生成可能なガ
ス組成物に硫化カルボニルを添加してなるエッチング・
ガスを用い、少なくともエッチング・パターンの側壁面
上に炭素系ポリマーとイオウとを堆積させながらシリコ
ン系材料層をエッチングすることを特徴とする。
The present invention also relates to an etching / etching method in which carbonyl sulfide is added to a gas composition capable of generating a halogen-based chemical species and free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions.
It is characterized in that the silicon-based material layer is etched while using a gas to deposit the carbon-based polymer and sulfur on at least the sidewall surface of the etching pattern.

【0018】本発明はまた、硫化カルボニルとハロゲン
系化合物とを含むエッチング・ガスを用い、少なくとも
エッチング・パターンの側壁面上に炭素系ポリマーとイ
オウとを堆積させながらシリコン系材料層を実質的にそ
の層厚分だけエッチングするジャストエッチング工程
と、放電解離条件下でプラズマ中にハロゲン系化学種と
遊離のイオウとを生成可能なガス組成物に硫化カルボニ
ルを添加してなるエッチング・ガスを用い、少なくとも
前記エッチング・パターンの側壁面上に炭素系ポリマー
とイオウとを堆積させながら前記シリコン系材料層の残
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。
The present invention also uses an etching gas containing carbonyl sulfide and a halogen-based compound, and substantially deposits the silicon-based material layer while depositing the carbon-based polymer and sulfur on at least the sidewall surface of the etching pattern. Using a just etching step of etching only the layer thickness, and an etching gas obtained by adding carbonyl sulfide to a gas composition capable of generating halogen-based chemical species and free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions, And a carbon-based polymer and sulfur on at least a sidewall surface of the etching pattern while etching the remaining portion of the silicon-based material layer.

【0019】本発明はさらに、エッチング終了後に、少
なくとも前記シリコン系材料層のエッチング・パターン
の側壁面上に堆積した前記炭素系ポリマーと前記イオウ
とを、アッシングにより除去することを特徴とする。
The present invention is further characterized in that after the etching is completed, at least the carbon-based polymer and the sulfur deposited on the sidewall surface of the etching pattern of the silicon-based material layer are removed by ashing.

【0020】[0020]

【作用】本発明者は、上述の目的を達成するには、側壁
保護膜を構成する炭素系ポリマーの膜質を従来よりも強
化し、エッチング耐性を向上させることが極めて有効で
あると考えるに至った。それは、炭素系ポリマー強化に
次のようなメリットが期待できるからである。
In order to achieve the above object, the present inventor has come to the conclusion that it is extremely effective to enhance the film quality of the carbon-based polymer forming the side wall protective film as compared with the conventional one and improve the etching resistance. It was This is because the following advantages can be expected in carbon-based polymer reinforcement.

【0021】第一に、側壁保護効果が向上するので、異
方性加工に必要な入射イオン・エネルギーを下げること
ができる。これにより、エッチング・マスクやゲート酸
化膜のスパッタ除去を抑制することができ、これらに対
する選択性が向上し、ダメージが低減される。第二に、
高異方性、高選択性を達成するために必要な炭素系ポリ
マーの堆積量を低減できるので、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。また、炭素系
ポリマーを構成するC原子によるSiO2 からのO原子
引き抜きも抑制されるので、ゲート電極加工に際しては
ゲート酸化膜に対する選択性も向上する。
First, since the side wall protection effect is improved, the incident ion energy required for anisotropic processing can be lowered. As a result, it is possible to suppress sputter removal of the etching mask and the gate oxide film, the selectivity for these is improved, and the damage is reduced. Secondly,
Since the deposition amount of the carbon-based polymer required to achieve high anisotropy and high selectivity can be reduced, particle contamination can be reduced as compared with the conventional technique. Further, since the extraction of O atoms from SiO 2 by the C atoms constituting the carbon-based polymer is suppressed, the selectivity for the gate oxide film is improved when the gate electrode is processed.

【0022】第三に、側壁保護効果の向上によりSiと
の反応性の高いF系化学種やCl系化学種をエッチング
に利用できるようになるので、高異方性、高選択性の達
成をBr系化学種のみに依存していた場合に比べてエッ
チング速度が格段に上昇する。
Thirdly, by improving the side wall protection effect, F type chemical species and Cl type chemical species having high reactivity with Si can be utilized for etching, so that high anisotropy and high selectivity can be achieved. The etching rate is remarkably increased as compared with the case of relying only on the Br-based chemical species.

【0023】本発明では、かかる炭素系ポリマーの強化
を可能とするエッチング・ガスとして、硫化カルボニル
(COS)とハロゲン系化合物とを含む混合系を使用す
る。ここで、ハロゲン系化合物は、言うまでもなくシリ
コン系材料層の主エッチング種を供給するために添加さ
れている。一方、COSはO=C=Sなる直線状の分子
構造を有し、この分子内のカルボニル基が高い重合促進
活性を有することにより、炭素系ポリマーの重合度を上
昇させ、イオン入射やラジカルの攻撃に対する耐性を高
める。また、炭素系ポリマーに上述の官能基もしくはこ
れに由来するフラグメントが導入されると、単に−CX
2 −(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−
O結合(1077kJ/mol)がC−C結合(607
kJ/mol)より遙かに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、炭素系ポリマーのエッチング耐性および表面
保護効果は向上する。
In the present invention, a mixed system containing carbonyl sulfide (COS) and a halogen-based compound is used as an etching gas capable of strengthening the carbon-based polymer. Here, needless to say, the halogen-based compound is added to supply the main etching species for the silicon-based material layer. On the other hand, COS has a linear molecular structure of O = C = S, and the carbonyl group in this molecule has a high polymerization promoting activity, thereby increasing the degree of polymerization of the carbon-based polymer and preventing the incidence of ions and radicals. Increase resistance to attacks. Moreover, when the above-mentioned functional group or a fragment derived from this is introduced into the carbon-based polymer, it is merely -CX.
Recent studies have also revealed that chemical and physical stability is higher than that of a conventional carbon-based polymer having a 2- (X represents a halogen atom) repeating structure.
When comparing the binding energies between two atoms, this is C-
O bond (1077 kJ / mol) is C—C bond (607
It is intuitively understood from the fact that it is much larger than kJ / mol). Furthermore, the introduction of the functional group 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 contributes to the etching resistance of the carbon-based polymer. And the surface protection effect is improved.

【0024】さらに、COSは放電解離条件下でS(イ
オウ)を放出することができる。この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
ばその表面へ堆積し、側壁保護もしくは表面保護に寄与
する。しかも、ウェハをおおよそ90℃以上に加熱すれ
ば容易に昇華するので、S自身は何らパーティクル汚染
源となるものではない。
Furthermore, COS can release S (sulfur) under discharge dissociation conditions. Although depending on the conditions, this S deposits on the surface of the wafer if the temperature of the wafer is controlled to be approximately room temperature or lower, and contributes to sidewall protection or surface protection. In addition, since S is easily sublimated by heating the wafer to approximately 90 ° C. or higher, S itself does not become a source of particle contamination.

【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、およびSの堆積が期待できること等の
理由から、本発明では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、レジスト・マスク
や下地材料層に対する選択性を向上させ、低ダメージ化
を図ることができる。また、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、パーティクル汚染も低
減させることができる。
As described above, in the present invention, the incident ions necessary for anisotropic processing are enhanced because the film quality of the carbon-based polymer itself is strengthened and the deposition of S can be expected.
Energy can be reduced, selectivity to a resist mask or a base material layer can be improved, and damage can be reduced. In addition, the amount of carbon-based polymer deposited can be relatively reduced, and particle contamination can also be reduced.

【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。その方法とは、COSの他にSを放
出し得る化合物を存在させ、Sの堆積を増強することで
ある。この場合のSは、ハロゲン系化学種の供給源と同
じ化合物から供給されても、また別の化合物から供給さ
れても構わない。いずれにしても、COSのみからSを
供給する場合に比べてべてSの堆積が増強されるので、
入射イオン・エネルギーを一層低減でき、高選択化、低
汚染化、低ダメージ化を徹底させることができる。ま
た、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一層効果的に低減させるこ
とができる。
The present invention is based on the above idea, but proposes a method aiming at further reduction of pollution and damage. The method is to enhance the deposition of S by the presence of a compound capable of releasing S in addition to COS. In this case, S may be supplied from the same compound as the source of the halogen-based chemical species or may be supplied from another compound. In any case, since the deposition of S is enhanced as compared with the case where S is supplied only from COS,
Incident ions and energy can be further reduced, and high selectivity, low pollution, and low damage can be thoroughly achieved. In addition, the amount of carbon-based polymer deposited can be relatively reduced, and particle contamination can be more effectively reduced.

【0027】上述のように、ハロゲン系化学種の存在下
でCOSを含むか、もしくはSの堆積をさらに増強でき
る混合系を用いれば、基本的にはシリコン系材料層の1
段階エッチングが可能となり、下地選択性を考慮する必
要のないトレンチ加工に関しては、これで十分な効果を
得ることができる。本発明ではさらに、下地選択性を考
慮する必要があるゲート電極加工において高速性、低汚
染性、下地選択性を向上させるための方法も提案する。
それは、ジャストエッチング時とオーバーエッチング時
とでガス組成を切り替える2段階エッチングである。
As described above, if a mixed system containing COS in the presence of a halogen-based chemical species or capable of further enhancing the deposition of S is used, basically one layer of the silicon-based material layer is used.
This makes it possible to perform stepwise etching, and it is possible to obtain a sufficient effect with respect to trench processing that does not require consideration of underlying selectivity. The present invention further proposes a method for improving high speed, low contamination, and underlayer selectivity in gate electrode processing which requires consideration of underlayer selectivity.
It is a two-step etching in which the gas composition is switched between just etching and over etching.

【0028】まず、シリコン系材料層を実質的にその層
厚分だけエッチングするジャストエッチング工程では、
硫化カルボニルとハロゲン系化合物とを含むエッチング
・ガスを用いる。この段階では、強化された炭素系ポリ
マーとSとが堆積する。次に、シリコン系材料層の残余
部をエッチングするオーバーエッチング工程では、ハロ
ゲン系化学種と遊離のSとを生成し得るガス系に硫化カ
ルボニルを添加したエッチング・ガスを用いる。この段
階では、炭素系ポリマーももちろん堆積するが、Sの堆
積が増強される。これにより、オーバーエッチング時に
低ダメージ化を意図して入射イオン・エネルギーを低減
させたとしても、側壁保護効果の強化により、シリコン
系材料層のエッチング・パターンの良好な異方性形状が
維持される。
First, in the just etching step of etching the silicon-based material layer substantially by the thickness thereof,
An etching gas containing carbonyl sulfide and a halogen-based compound is used. At this stage, the reinforced carbon-based polymer and S are deposited. Next, in the over-etching step of etching the remaining portion of the silicon-based material layer, an etching gas in which carbonyl sulfide is added to a gas system that can generate halogen-based chemical species and free S is used. At this stage, the carbon-based polymer is of course deposited, but the deposition of S is enhanced. As a result, even if the incident ion energy is reduced in order to reduce damage during overetching, the sidewall protection effect is enhanced, so that a good anisotropic shape of the etching pattern of the silicon-based material layer is maintained. ..

【0029】上述の各エッチングにおいてエッチング・
パターンの側壁面上に堆積した炭素系ポリマーとSと
は、アッシングにより除去することができる。このアッ
シングは、レジスト・マスクを用いるプロセスであれ
ば、このレジスト・マスクの除去を兼ねて行うことがで
きる。ディープ・トレンチ加工のように無機系のエッチ
ング・マスクを用いるプロセスであれば、別工程にて行
う。いずれにしても、炭素系ポリマーの堆積量は従来プ
ロセスに比べて遙かに少ないため、除去は容易である。
一方のイオウは、プラズマ輻射熱やアッシング時の反応
熱により容易に昇華する他、O2 によっても燃焼される
ので、パーティクル汚染を惹起させる懸念は一切ない。
In each of the above etchings,
The carbon-based polymer and S deposited on the side wall surface of the pattern can be removed by ashing. This ashing can also be performed by removing the resist mask if the process uses a resist mask. If the process uses an inorganic etching mask, such as deep trench processing, it is performed in a separate process. In any case, the amount of the carbon-based polymer deposited is much smaller than that in the conventional process, and therefore the removal is easy.
On the other hand, sulfur is easily sublimated by plasma radiant heat or reaction heat during ashing, and is also burned by O 2 , so there is no possibility of causing particle contamination.

【0030】[0030]

【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.

【0031】実施例1 本実施例は、本発明をシャロー・トレンチ加工に適用
し、COS/SF6 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、図1(a)に示されるよ
うに、単結晶シリコン基板1上にパッド酸化膜2および
多結晶シリコン層3が順次積層され、所定の形状にパタ
ーニングされたレジスト・マスク4が形成されたサンプ
ル・ウェハを用意した。ここで上記多結晶シリコン層3
は、たとえばCVDにより層厚約0.15μmに形成さ
れており、エッチング中のレジスト・マスク4のエッジ
の後退をトレンチ形状の劣化に反映させないためのバッ
ファ層として設けられるものである。また、上記パッド
酸化膜2は、たとえば上記単結晶シリコン基板1の熱酸
化により層厚0.01μmに形成されており、トレンチ
加工の終了後に上記多結晶シリコン層3をエッチバック
する際のストッパ層として設けられるものである。さら
に、上記レジスト・マスク4は、ネガ型3成分型の化学
増幅系ネガ型フォトレジスト材料(シプレー社製;商品
名SAL−601)を用いて層厚0.7μmに形成され
ており、KrFエキシマ・レーザ・リソグラフィおよび
アルカリ現像により、開口径0.35μmの第1の開口
部5と、開口径1μmの第2の開口部6とが形成されて
なるものである。
Example 1 This example is an example in which the present invention is applied to shallow trench processing and a single crystal silicon substrate is etched using a COS / SF 6 mixed gas. This process will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1A, a pad oxide film 2 and a polycrystalline silicon layer 3 were sequentially laminated on a single crystal silicon substrate 1, and a resist mask 4 patterned into a predetermined shape was formed. A sample wafer was prepared. Here, the polycrystalline silicon layer 3
Is formed by, for example, CVD to have a layer thickness of about 0.15 μm, and is provided as a buffer layer for preventing the recession of the edge of the resist mask 4 during etching from being reflected in the deterioration of the trench shape. The pad oxide film 2 is formed to have a layer thickness of 0.01 μm by, for example, thermal oxidation of the single crystal silicon substrate 1, and is a stopper layer for etching back the polycrystalline silicon layer 3 after the trench processing is completed. Is provided as. Further, the resist mask 4 is formed to a layer thickness of 0.7 μm by using a negative type three-component type chemically amplified negative type photoresist material (manufactured by Shipley Co .; trade name SAL-601). A first opening 5 having an opening diameter of 0.35 μm and a second opening 6 having an opening diameter of 1 μm are formed by laser lithography and alkali development.

【0032】次に、上記ウェハをRFバイアス印加型有
磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置のウェハ載置
電極上にセットした。このウェハ載置電極は冷却配管を
内蔵しており、装置外部に設置されるチラー等の冷却設
備から適当な冷媒の供給を受けることにより、ウェハを
所望の温度に冷却できるようになされている。ここで
は、冷媒としてエタノールを使用し、一例として下記の
条件でエッチングを行った。
Next, the above wafer was set on the wafer mounting electrode of the RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus. The wafer mounting electrode has a built-in cooling pipe, and the wafer can be cooled to a desired temperature by receiving an appropriate coolant supply from a cooling facility such as a chiller installed outside the apparatus. Here, ethanol was used as a coolant, and etching was performed under the following conditions as an example.

【0033】 COS流量 10SCCM SF6 流量 10SCCM ガス圧 0.67Pa(=5mTorr) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 −30℃COS flow rate 10 SCCM SF 6 flow rate 10 SCCM Gas pressure 0.67 Pa (= 5 mTorr) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature -30 ° C.

【0034】この過程では、SF6 から解離生成したF
* 等によるラジカル反応が、C+ ,CO+ ,COS+
+ ,SFx + 等のイオンの入射エネルギーにアシスト
される機構でエッチングが進行した。またこれと同時
に、レジスト・マスク6の分解生成物に由来してCFx
が生成し、さらにカルボニル基やC−O結合等がその構
造中に取り込まれて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図1
(b)に示されるような側壁保護膜7を形成し、堆積量
こそ少ないものの高いエッチング耐性を発揮し、異方性
加工に寄与した。この側壁保護膜7には、COSから解
離生成した遊離のSも含まれている。しかも、本実施例
ではパターン側壁面におけるラジカル反応がウェハ冷却
の効果により抑制されている。この結果、従来のCFC
ガスを用いるプロセスに比べてRFバイアス・パワーを
約7割も削減させているにもかかわらず、良好な異方性
形状を有するシャロー・トレンチ1a,1bが形成さ
れ、レジスト選択性も従来の約2倍に向上した。
In this process, F generated by dissociation from SF 6 is produced.
The radical reaction due to * etc. is C + , CO + , COS + ,
Etching progressed by a mechanism assisted by the incident energy of ions such as S + and SF x + . At the same time, CF x derived from decomposition products of the resist mask 6 is generated.
Was further produced, and further, a carbonyl group, a C—O bond, etc. were incorporated into the structure to produce a strong carbon-based polymer.
The carbon-based polymer is deposited on the side wall of the pattern, and the carbon-based polymer shown in FIG.
By forming the side wall protective film 7 as shown in (b), a high etching resistance was exhibited although the deposition amount was small, which contributed to anisotropic processing. The side wall protection film 7 also contains free S dissociated from COS. Moreover, in this embodiment, the radical reaction on the side wall surface of the pattern is suppressed by the effect of wafer cooling. As a result, the conventional CFC
Although the RF bias power is reduced by about 70% as compared with the process using gas, the shallow trenches 1a and 1b having a good anisotropic shape are formed, and the resist selectivity is about the same as that of the conventional one. Doubled.

【0035】なお、単結晶シリコン基板1の異方性エッ
チングのみを目的とするならば、本実施例のエッチング
・ガスはCl* やBr* をハロゲン系化学種として生成
し得るものであっても良いはずである。しかし、シャロ
ー・トレンチ加工では多結晶シリコン層3やパッド酸化
膜2も共通の組成のガス系によりエッチングするのが通
例なので、特にパッド酸化膜2を残渣を発生させること
なく除去するためにSF6 を添加して、SiO2 系材料
をエッチング可能なF* を発生させているのである。こ
のF* は、当然のことながらシャロー・トレンチ加工の
高速化に寄与している。これは、ローディング効果を防
止する上でも極めて有効である。
If only the anisotropic etching of the single crystal silicon substrate 1 is intended, the etching gas of this embodiment may generate Cl * or Br * as a halogen-based chemical species. Should be good. However, in the shallow trench processing, it is usual that the polycrystalline silicon layer 3 and the pad oxide film 2 are also etched by a gas system having a common composition. Therefore, in order to remove the pad oxide film 2 without generating a residue, SF 6 Is added to generate F * capable of etching the SiO 2 -based material. This F * naturally contributes to speeding up of the shallow trench processing. This is also extremely effective in preventing the loading effect.

【0036】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・トレンチ加工のそれが5%以下であるのと比べて
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、エッチング
速度を向上させることが不可欠となる。したがって、本
実施例のようにF* が併用でき、かつ異方性やレジスト
選択性が低下しないプロセスは極めて実用性が高い。
Generally, in the shallow trench processing, the area to be etched reaches 50% or more of the wafer area, and the area to be etched is an order of magnitude larger than that in the deep trench processing which is 5% or less. I won't. 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 improve the etching rate. Therefore, the process in which F * can be used together and the anisotropy and the resist selectivity are not deteriorated as in this embodiment is extremely practical.

【0037】最後に、上記ウェハをプラズマ・アッシン
グ装置に移設し、通常のO2 プラズマ・アッシングの条
件で上記レジスト・マスク4を燃焼除去した。このと
き、図1(c)に示されるように、側壁保護膜7も速や
かに除去された。この側壁保護膜7は前述のように強化
された炭素系ポリマーとSとから構成されるが、該炭素
系ポリマーの堆積量は従来プロセスに比べて遙かに少な
いため、何らパーティクル・レベルが悪化することはな
かった。
Finally, the wafer was transferred to a plasma ashing apparatus, and the resist mask 4 was removed by burning under the conditions of normal O 2 plasma ashing. At this time, as shown in FIG. 1C, the side wall protective film 7 was also promptly removed. The sidewall protective film 7 is composed of the carbon-based polymer reinforced as described above and S. However, since the deposited amount of the carbon-based polymer is much smaller than that in the conventional process, the particle level is deteriorated. I didn't do it.

【0038】実施例2 本実施例は、同じくシャロー・トレンチ加工の例である
が、エッチング・ガスとしてCOS/S2 2 混合ガス
を使用し、S(イオウ)の堆積を増強してレジスト選択
性のより一層の向上と低汚染化を図ったものである。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1(a)に示したものと同じである。このウェハ
について、一例として下記の条件でエッチングを行っ
た。
Example 2 This example is also an example of shallow trench processing, but a COS / S 2 F 2 mixed gas is used as an etching gas to enhance the deposition of S (sulfur) and select a resist. This is to further improve the property and reduce pollution. The wafer used as the etching sample in this example is the same as that shown in FIG. As an example, this wafer was etched under the following conditions.

【0039】 COS流量 10SCCM S2 2 流量 10SCCM ガス圧 0.67Pa(=5mTo
rr) マイクロ波パワー 850W(2.45GH
z) RFバイアス・パワー 20W(2MHz) ウェハ温度 −30℃
COS flow rate 10 SCCM S 2 F 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 0.67 Pa (= 5 mTo
rr) Microwave power 850W (2.45GH)
z) RF bias power 20W (2MHz) Wafer temperature -30 ° C

【0040】上記S2 2 は、F* の供給源であること
はもちろんであるが、放電解離条件下でSを放出すると
いう重要な役目を担っている。すなわち、本実施例では
カルボニル基やC−O結合等で強化されたCFx に加え
て、COSとS2 2 の双方から生成するSが側壁保護
膜7の形成に関与できるようになる。これらの効果によ
り、実施例1よりも入射イオン・エネルギーを下げた条
件であるにもかかわらず、良好な異方性加工を行うこと
ができた。また、Sの堆積が増強された分だけ炭素系ポ
リマーの堆積量をさらに低減できたので、パーティクル
汚染が著しく減少した。
The above S 2 F 2 is not only a source of F * , but also plays an important role of releasing S under discharge dissociation conditions. That is, in this example, in addition to CF x reinforced by a carbonyl group or a C—O bond, S generated from both COS and S 2 F 2 can participate in the formation of the sidewall protective film 7. Due to these effects, favorable anisotropic processing could be performed despite the condition that the incident ion energy was lower than in Example 1. Further, since the amount of carbon-based polymer deposited could be further reduced by the amount of enhanced S deposition, particle contamination was significantly reduced.

【0041】エッチング終了後にO2 プラズマ・アッシ
ングを行ったところ、図1(c)に示されるように、レ
ジスト・マスク4と側壁保護膜7は速やかに除去され
た。
When O 2 plasma ashing was performed after the etching was completed, as shown in FIG. 1C, the resist mask 4 and the side wall protective film 7 were quickly removed.

【0042】実施例3 本実施例は、本発明をディープ・トレンチ加工に適用
し、COS/Cl2 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2を参照しな
がら説明する。まず、一例として図2(a)に示される
ように、単結晶シリコン基板11上に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
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12は、CVD等により形成された層
厚0.2μmのSiO2 堆積膜上を、g線露光およびア
ルカリ現像によりパターニングされたノボラック系ポジ
型フォトレジスト材料(東京応化工業社製;商品名TS
MR−V3)からなるマスクを介してエッチングするこ
とにより、0.5μm径の開口部が形成されてなるもの
である。また上記サイドウォール13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TEOS
(テトラエトキシシラン)を原料ガスとするCVDによ
り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
14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 3 This example is an example in which the present invention is applied to deep trench processing and a single crystal silicon substrate is etched using COS / Cl 2 . This process will be described with reference to FIG. First, as an example, as shown in FIG. 2A, a sample wafer was prepared in which an etching mask composed of a SiO 2 pattern 12 and sidewalls 13 was formed on a single crystal silicon substrate 11. Here, the above-mentioned SiO 2 pattern 12 is a novolak-based positive photoresist material (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) that is patterned by g-line exposure and alkali development on a SiO 2 deposited film having a layer thickness of 0.2 μm formed by CVD or the like. Product name: TS
An opening having a diameter of 0.5 μm is formed by etching through a mask made of MR-V3). Also, the sidewall 13 is formed on the entire surface of the wafer after removing the resist mask, as an example, by using TEOS.
A SiO 2 deposited film is formed by CVD using (tetraethoxysilane) as a source gas, and the SiO 2 deposited film is subjected to RIE.
It is formed by etching back by. In this way, the opening diameter of the opening 14 formed in the etching mask is reduced to 0.2 μm, exceeding the resolution limit of photolithography.

【0043】このウェハをRFバイアス印加型有磁場マ
イクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、一例と
して下記の条件で単結晶シリコン基板11をエッチング
した。 COS流量 10SCCM Cl2 流量 10SCCM ガス圧 0.27Pa(=2mTor
r) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 50W(2MHz) ウェハ温度 −30℃
This wafer was set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, the single crystal silicon substrate 11 was etched under the following conditions. COS flow rate 10 SCCM Cl 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 0.27 Pa (= 2 mTorr
r) Microwave power 850W (2.45GHz) RF bias power 50W (2MHz) Wafer temperature -30 ° C

【0044】このエッチング過程では、Cl2 から生成
するCl* によるラジカル反応が、C+ ,COx + ,C
OS+ ,S+ ,Clx + 等のイオンの入射エネルギーに
アシストされる機構で単結晶シリコン基板11がエッチ
ングされた。このとき、COSの放電解離生成物にカル
ボニル基やC−O結合等が取り込まれて強固な炭素系ポ
リマーが形成され、これがパターン側壁面上に堆積し
て、図2(b)に示されるような側壁保護膜15が形成
された。つまりCOSは、本実施例のごとくエッチング
・マスクから炭素系ポリマーが供給されない系におい
て、炭素系ポリマーの原料となるフラグメントを気相中
に供給する役目も果たしている。しかも、COSはSも
放出でき、これを側壁保護膜15の形成に寄与させてい
る。RFバイアス・パワーは、従来のたとえばCl2
2 混合ガス系によるエッチングに比べてほぼ半減され
ており、これにより対SiO2 選択比を従来の約2倍に
向上させることができた。さらに、ガス圧を大きく低下
させることによってイオンの平均自由行程を延長し、ウ
ェハ面への垂直入射成分を増大させる工夫も行われてい
る。これらの効果により、異方性形状を有するディープ
・トレンチ11aが形成された。
In this etching process, the radical reaction due to Cl * generated from Cl 2 causes C + , CO x + , C
The single crystal silicon substrate 11 was etched by a mechanism assisted by the incident energy of ions such as OS + , S + and Cl x + . At this time, a carbonyl group, a C—O bond, etc. are incorporated into the discharge dissociation product of COS to form a strong carbon-based polymer, which is deposited on the side wall surface of the pattern, as shown in FIG. 2B. The side wall protective film 15 was formed. That is, the COS also plays a role of supplying the fragment, which is the raw material of the carbon-based polymer, into the gas phase in the system where the carbon-based polymer is not supplied from the etching mask as in the present embodiment. Moreover, COS can also release S, which contributes to the formation of the sidewall protection film 15. The RF bias power is conventional, for example Cl 2 /
Compared with the etching by the N 2 mixed gas system, the etching rate is almost halved, and the selection ratio with respect to SiO 2 could be improved to about twice that of the conventional etching. Furthermore, the mean free path of the ions is extended by greatly reducing the gas pressure, and a device for increasing the vertical incident component on the wafer surface has been devised. Due to these effects, the deep trench 11a having an anisotropic shape was formed.

【0045】エッチング終了後、上記のウェハに対して
2 プラズマ・アッシングを行ったところ、上記側壁保
護膜15は図2(c)に示されるように速やかに除去さ
れ、何らパーティクル汚染を発生させることはなかっ
た。
After the completion of etching, O 2 plasma ashing was performed on the wafer, and the sidewall protection film 15 was quickly removed as shown in FIG. 2 (c), causing any particle contamination. It never happened.

【0046】実施例4 本実施例は、同じくディープ・トレンチ加工の例である
が、エッチング・ガスとしてCOS/Cl2 /H2 S混
合ガスを使用した。まず、図2(a)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、一例とし下記の条件でエッチングを行った。
Example 4 This example is also an example of deep trench processing, but a COS / Cl 2 / H 2 S mixed gas was used as an etching gas. First, the wafer shown in FIG. 2A was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and etching was performed under the following conditions as an example.

【0047】 COS流量 10SCCM Cl2 流量 10SCCM H2 S流量 5SCCM ガス圧 0.27Pa(=2mTor
r) マイクロ波パワー 850W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 50W(2MHz) ウェハ温度 −30℃ 本実施例ではCl* の供給源としてCl2 、増強分のS
の供給源としてH2 Sが別個に添加されているが、図2
(b)に示されるような側壁保護膜15が形成されるメ
カニズムは、ほぼ実施例3で上述したとおりである。本
実施例によっても、良好な異方性形状を有するディープ
・トレンチ11aが形成された。
COS flow rate 10 SCCM Cl 2 flow rate 10 SCCM H 2 S flow rate 5 SCCM Gas pressure 0.27 Pa (= 2 mTor)
r) Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer temperature -30 ° C. In this example, Cl 2 is the source of Cl * , and S for the augmented amount.
Although H 2 S is separately added as a source of
The mechanism for forming the side wall protective film 15 as shown in (b) is almost as described above in the third embodiment. Also in this example, the deep trench 11a having a good anisotropic shape was formed.

【0048】実施例5 本実施例は、本発明をゲート電極加工に適用し、COS
/HBr混合ガスを用いて多結晶シリコン層をジャスト
エッチングした後、COS/S2 Br2 混合ガスを用い
てオーバーエッチングを行った例である。このプロセス
を、図3を参照しながら説明する。
Example 5 In this example, the present invention is applied to processing a gate electrode, and COS
In this example, the polycrystalline silicon layer is just-etched using the / HBr mixed gas, and then overetched using the COS / S 2 Br 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIG.

【0049】本実施例においてエッチング・サンプルと
して使用したウェハは、図3(a)に示されるように、
単結晶シリコン基板21上にSiO2 からなる厚さ約
0.01μmのゲート酸化膜22を介してn型不純物を
ドープした厚さ約0.3μmのn型多結晶シリコン層2
3が形成され、この上にさらに厚さ約1μmのレジスト
・マスク24が所定のパターンに形成されてなるもので
ある。
The wafer used as the etching sample in this example is as shown in FIG.
An n-type polycrystalline silicon layer 2 having a thickness of approximately 0.3 μm, which is formed by doping n-type impurities through a gate oxide film 22 having a thickness of approximately 0.01 μm and made of SiO 2 on a single crystal silicon substrate 21.
3 is formed, and a resist mask 24 having a thickness of about 1 μm is further formed in a predetermined pattern on this.

【0050】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上
記n型多結晶シリコン層23をエッチングした。 COS流量 10SCCM HBr流量 10SCCM ガス圧 0.67Pa(=5mTo
rr) マイクロ波パワー 850W(2.45GH
z) RFバイアス・パワー 30W(2MHz) ウェハ温度 −30℃ このエッチング過程では、HBrから解離生成するBr
* を主エッチング種としてエッチングが進行する。この
とき、カルボニル基やC−O結合等で強化されたCBr
x 系ポリマーと、COSから供給されるSとが堆積して
側壁保護膜25が形成されるので、異方性形状に優れる
ゲート電極23aが形成された。ただし、レジスト・マ
スク24の表面も蒸気圧の低いCBrx 系ポリマーで被
覆されるので、該レジスト・マスク24に対する選択性
は高い。
This wafer was subjected to magnetic field microwave plasma
The n-type polycrystalline silicon layer 23 was etched under the following conditions by setting in an etching apparatus. COS flow rate 10SCCM HBr flow rate 10SCCM Gas pressure 0.67Pa (= 5mTo
rr) Microwave power 850W (2.45GH)
z) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer temperature −30 ° C. Br generated by dissociation from HBr in this etching process
Etching proceeds with * as the main etching species. At this time, CBr reinforced by a carbonyl group or C—O bond
Since the x- based polymer and S supplied from COS were deposited to form the side wall protective film 25, the gate electrode 23a excellent in anisotropic shape was formed. However, since the surface of the resist mask 24 is also covered with the CBr x polymer having a low vapor pressure, the selectivity to the resist mask 24 is high.

【0051】このエッチングは、ゲート酸化膜22の表
面が露出した時点で終了したが、被エッチング領域には
部分的にn型多結晶シリコン層23の残余部23bが残
っていた。
This etching was completed when the surface of the gate oxide film 22 was exposed, but the remaining portion 23b of the n-type polycrystalline silicon layer 23 was partially left in the etched region.

【0052】そこで、エッチング条件を一例として下記
のように切り替え、上記残余部23bを除去するための
オーバーエッチングを行った。 COS流量 10SCCM S2 Br2 流量 10SCCM ガス圧 0.67Pa(=5mTo
rr) マイクロ波パワー 850W(2.45GH
z) RFバイアス・パワー 15W(2MHz) ウェハ温度 −30℃ この段階では、S2 Br2 から解離生成するSにより全
体としてのSの堆積量が増加するため、ジャストエッチ
ング工程に比べて一層の低バイアス化が可能となった。
これにより、ゲート酸化膜22に対して極めて高い選択
性を維持しながら、図3(c)に示されるように残余部
23bを完全に除去することができた。
Therefore, the etching conditions were switched as follows by way of example, and over-etching for removing the residual portion 23b was performed. COS flow rate 10 SCCM S 2 Br 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 0.67 Pa (= 5 mTo
rr) Microwave power 850W (2.45GH)
z) RF bias power 15 W (2 MHz) Wafer temperature −30 ° C. At this stage, the total amount of deposited S is increased by S generated by dissociation from S 2 Br 2, so that it is much lower than the just etching process. Biasing has become possible.
As a result, it was possible to completely remove the residual portion 23b as shown in FIG. 3C while maintaining extremely high selectivity with respect to the gate oxide film 22.

【0053】最後に、エッチング終了後のウェハをアッ
シング装置に移設してO2 プラズマ・アッシングを行っ
たところ、図3(d)に示されるようにレジスト・マス
ク24と側壁保護膜25とがきれいに除去された。
Finally, when the wafer after etching was transferred to an ashing device and O 2 plasma ashing was performed, the resist mask 24 and the side wall protective film 25 were cleaned as shown in FIG. 3D. Was removed.

【0054】以上、本発明を5例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの各実施例に何ら限定され
るものではない。たとえば、COSと併用されるハロゲ
ン化合物としては、上述のSF6 ,HBr,Cl2
他、NF3 ,HCl,ClF3 等を使用することができ
る。放電解離条件下でプラズマ中に遊離のSを放出でき
る化合物としては、上述のH2 S,S2 2 ,S2 Br
2 の他、SF2 ,SF4 ,S2 10等の他のフッ化イオ
ウ、S2 Cl2 ,S3 Cl2 ,SCl2 等の塩化イオ
ウ、S3 Br2 ,SBr2 等の他の臭化イオウ等を使用
することができる。特に、フッ化イオウ,塩化イオウ,
臭化イオウを用いる場合には、これらの化合物自身がハ
ロゲン系化学種の供給源を兼ねることができる。
The present invention has been described above based on the five embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, as the halogen compound used in combination with COS, NF 3 , HCl, ClF 3 or the like can be used in addition to SF 6 , HBr, Cl 2 described above. Compounds that can release free S into plasma under discharge dissociation conditions include H 2 S, S 2 F 2 and S 2 Br described above.
In addition to 2 , other sulfur fluoride such as SF 2 , SF 4 , S 2 F 10 , sulfur chloride such as S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 , SCl 2 and other sulfur such as S 3 Br 2 , SBr 2 Sulfur bromide or the like can be used. In particular, sulfur fluoride, sulfur chloride,
When sulfur bromide is used, these compounds themselves can also serve as the source of halogen species.

【0055】以上の化合物の組み合わせは任意である
が、特にシャロー・トレンチ加工を行う場合には、パッ
ド酸化膜の速やかな除去を可能とするために、放電解離
条件下でF* を供給し得るガス系を用いることが望まし
い。エッチング・ガスには、スパッタリング効果,冷却
効果,希釈効果を得る目的でHe,Ar等の希ガスが添
加されていても良い。
The combination of the above compounds is optional, but particularly when shallow trench processing is performed, F * can be supplied under discharge dissociation conditions in order to enable rapid removal of the pad oxide film. It is desirable to use a gas system. A rare gas such as He or Ar may be added to the etching gas for the purpose of obtaining a sputtering effect, a cooling effect and a dilution effect.

【0056】エッチングの対象となるシリコン系材料層
は、上述のような単結晶シリコン、多結晶シリコンの
他、アモルファス・シリコンからなるものであっても良
い。さらに、使用するエッチング装置、エッチング条
件、ウェハの構成等は適宜変更可能であることは言うま
でもない。
The silicon material layer to be etched may be made of amorphous silicon in addition to the above-mentioned single crystal silicon and polycrystalline silicon. Further, it goes without saying that the etching apparatus used, the etching conditions, the wafer configuration, etc. can be changed as appropriate.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではシリコン系材料層のエッチングにおいて、硫化カ
ルボニルとハロゲン系化合物とを含むエッチング・ガス
を使用することにより、Sを堆積させると共に炭素系ポ
リマーの膜質を強化し、該炭素系ポリマーの相対的な堆
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。しかも、これらは実用的なウェハ温度域
で達成できる。また、エッチング・ガス中にさらに放電
解離条件下でSを放出し得るイオウ系化合物が含まれて
いれば、Sの堆積が増強され、更なる高選択化、低汚染
化、低ダメージ化を図ることができる。
As is apparent from the above description, in the present invention, S is deposited and carbon is deposited by using an etching gas containing carbonyl sulfide and a halogen compound in etching a silicon-based material layer. High anisotropy and high selectivity can be achieved even if the film quality of the carbon-based polymer is enhanced and the relative deposition amount of the carbon-based polymer is reduced. Moreover, these can be achieved in a practical wafer temperature range. Further, if the etching gas further contains a sulfur-based compound capable of releasing S under discharge dissociation conditions, the deposition of S will be enhanced, and further higher selectivity, lower pollution, and lower damage will be achieved. be able to.

【0058】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極めて好適である。特にゲート電
極加工においては、有望な脱CFC対策を提供し得る。
The present invention is extremely suitable for manufacturing a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and which requires high integration, high performance and high reliability. Particularly in the gate electrode processing, it can provide a promising measure against CFC removal.

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

【図1】本発明をシャロー・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パッド酸化膜と多
結晶シリコン層とを介してレジスト・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シャロー
・トレンチが形成された状態、(c)はアッシングによ
りレジスト・マスクと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 shallow trench processing in the order of steps, (a) showing a pad oxide film and a polycrystalline silicon layer on a single crystal silicon substrate. The state where the resist mask is formed, (b) shows the state where the sidewall trench is formed while forming the shallow trench, and (c) shows the state where the resist mask and the sidewall protective film are removed by ashing. ..

【図2】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ディープ・トレンチが形成された
状態、(c)はアッシングにより側壁保護膜が除去され
た状態をそれぞれ表す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the present invention is applied to deep trench processing in the order of steps, (a) showing a state where an etching mask made of SiO 2 is formed on a single crystal silicon substrate. , (B) show a state in which the deep trench is formed while the side wall protective film is formed, and (c) shows a state in which the side wall protective film is removed by ashing.

【図3】本発明をゲート電極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n型多結晶シリコン層上にレジスト・マスクが
形成された状態、(b)はn型多結晶シリコン層がジャ
ストエッチングされた状態、(c)はn型多結晶シリコ
ン層がオーバーエッチングされた状態、(d)はアッシ
ングによりレジスト・マスクと側壁保護膜が除去された
状態をそれぞれ表す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the present invention is applied to processing a gate electrode in the order of steps thereof,
(A) is a state where a resist mask is formed on the n-type polycrystalline silicon layer, (b) is a state where the n-type polycrystalline silicon layer is just-etched, and (c) is an over-type n-type polycrystalline silicon layer. Etched state, (d) shows a state in which the resist mask and the side wall protective film are removed by ashing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,21 ・・・単結晶シリコン基板 1a,1b ・・・シャロー・トレンチ 2 ・・・パッド酸化膜 3 ・・・多結晶シリコン層 4,24 ・・・レジスト・マスク 7,15,25 ・・・側壁保護膜 11a ・・・ディープ・トレンチ 12 ・・・SiO2 パターン 13 ・・・サイドウォール 22 ・・・ゲート酸化膜 23 ・・・n型多結晶シリコン層 23a ・・・ゲート電極1,11,21 ・ ・ ・ Single crystal silicon substrate 1a, 1b ・ ・ ・ Shallow trench 2 ・ ・ ・ Pad oxide film 3 ・ ・ ・ Polycrystalline silicon layer 4,24 ・ ・ ・ Resist mask 7,15,25・ ・ ・ Sidewall protective film 11a ・ ・ ・ Deep trench 12 ・ ・ ・ SiO 2 pattern 13 ・ ・ ・ Sidewall 22 ・ ・ ・ Gate oxide film 23 ・ ・ ・ n-type polycrystalline silicon layer 23a ・ ・ ・ Gate electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 硫化カルボニルとハロゲン系化合物とを
含むエッチング・ガスを用い、少なくともエッチング・
パターンの側壁面上に炭素系ポリマーとイオウとを堆積
させながらシリコン系材料層を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 etching gas containing carbonyl sulfide and a halogen-based compound is used, and at least etching.
A dry etching method comprising etching a silicon-based material layer while depositing a carbon-based polymer and sulfur on a sidewall surface of a pattern.
【請求項2】 放電解離条件下でプラズマ中にハロゲン
系化学種と遊離のイオウとを生成可能なガス組成物に硫
化カルボニルを添加してなるエッチング・ガスを用い、
少なくともエッチング・パターンの側壁面上に炭素系ポ
リマーとイオウとを堆積させながらシリコン系材料層を
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。
2. An etching gas obtained by adding carbonyl sulfide to a gas composition capable of generating a halogen-based species and free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions,
A dry etching method characterized by etching a silicon-based material layer while depositing a carbon-based polymer and sulfur on at least a sidewall surface of an etching pattern.
【請求項3】 硫化カルボニルとハロゲン系化合物とを
含むエッチング・ガスを用い、少なくともエッチング・
パターンの側壁面上に炭素系ポリマーとイオウとを堆積
させながらシリコン系材料層を実質的にその層厚分だけ
エッチングするジャストエッチング工程と、 放電解離条件下でプラズマ中にハロゲン系化学種と遊離
のイオウとを生成可能なガス組成物に硫化カルボニルを
添加してなるエッチング・ガスを用い、少なくとも前記
エッチング・パターンの側壁面上に炭素系ポリマーとイ
オウとを堆積させながら前記シリコン系材料層の残余部
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 etching gas containing carbonyl sulfide and a halogen-based compound is used, and at least etching.
Just etching process that etches the silicon material layer substantially by its thickness while depositing carbon-based polymer and sulfur on the side wall surface of the pattern, and halogen-based species and liberation in plasma under discharge dissociation conditions. Of the silicon-based material layer while depositing the carbon-based polymer and sulfur on at least the sidewall surface of the etching pattern by using an etching gas formed by adding carbonyl sulfide to a gas composition capable of generating sulfur and An over-etching step of etching the remaining portion, which is a dry etching method.
【請求項4】 エッチング終了後に、少なくとも前記シ
リコン系材料層のエッチング・パターンの側壁面上に堆
積した前記炭素系ポリマーと前記イオウとを、アッシン
グにより除去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. After the etching is completed, at least the carbon-based polymer and the sulfur deposited on the sidewall surface of the etching pattern of the silicon-based material layer are removed by ashing. Item 4. The dry etching method according to any one of items 3.
JP04150968A 1992-06-10 1992-06-10 Dry etching method Expired - Fee Related JP3120569B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04150968A JP3120569B2 (en) 1992-06-10 1992-06-10 Dry etching method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04150968A JP3120569B2 (en) 1992-06-10 1992-06-10 Dry etching method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05343367A true JPH05343367A (en) 1993-12-24
JP3120569B2 JP3120569B2 (en) 2000-12-25

Family

ID=15508379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04150968A Expired - Fee Related JP3120569B2 (en) 1992-06-10 1992-06-10 Dry etching method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3120569B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP3120569B2 (en) 2000-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3248222B2 (en) Dry etching method
KR100238691B1 (en) Dry etching method
JP3198586B2 (en) Dry etching method
JP3318801B2 (en) Dry etching method
JP3094470B2 (en) Dry etching method
JP3298205B2 (en) Dry etching method
JP3111643B2 (en) Dry etching method
JPH0774147A (en) Method and apparatus for dry etching
JP3353462B2 (en) Dry etching method
JP3111640B2 (en) Dry etching method
JP3225559B2 (en) Dry etching method
JP3318777B2 (en) Dry etching method
JP3120569B2 (en) Dry etching method
JP3246145B2 (en) Dry etching method
JP3123199B2 (en) Dry etching method
JPH0697123A (en) Dry etching method
JPH05343364A (en) Dry etching method
JP3371642B2 (en) Plasma etching method for silicon-based material layer
JPH05299388A (en) Dry etching method
JP3008543B2 (en) Dry etching method
JP2855898B2 (en) Dry etching method
JPH08274077A (en) Plasma etching
JP3185408B2 (en) Dry etching method
JPH1116885A (en) Dry-etching
JP3365146B2 (en) Plasma etching method for refractory metal polycide layer

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20000919

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees