JPH06132253A - Reactive ion etching for silicon nitride film - Google Patents

Reactive ion etching for silicon nitride film

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JPH06132253A
JPH06132253A JP4277161A JP27716192A JPH06132253A JP H06132253 A JPH06132253 A JP H06132253A JP 4277161 A JP4277161 A JP 4277161A JP 27716192 A JP27716192 A JP 27716192A JP H06132253 A JPH06132253 A JP H06132253A
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JP
Japan
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plasma
etching
sample
silicon nitride
reactive ion
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Application number
JP4277161A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Nakanishi
敏雄 中西
Hideki Fujiwara
英樹 藤原
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06132253A publication Critical patent/JPH06132253A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a reactive ion etching method for a silicon nitride film which can fulfill the anisotropy and the high selectivity of Si3N4 to a base SiO2 film at the same time, using ECR-RIE. CONSTITUTION:In reactive ion etching method for etching the silicon nitride film of the sample put on a sample susceptor, using microwave plasma having a magnetic field, the plasma is one of chloric gas 0.6 mtorr or over in pressure.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は窒化珪素膜の反応性イオ
ンエッチング方法、より詳細には主としてECRーRI
E装置を用いた窒化珪素膜の反応性イオンエッチング方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for reactive ion etching of a silicon nitride film, and more particularly to ECR-RI.
The present invention relates to a reactive ion etching method for a silicon nitride film using an E apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI(集積回路素子)製造工程の一つ
に素子分離工程があり、近年はLOCOS(Local Oxid
ation of Silicon)プロセスが主に用いられている。こ
のプロセスでは耐酸化マスクとなるSi3N4 パターン形成
時(エッチング時)において、Si3N4 の下地であるSiO2
膜に対する高選択性エッチングを必要としている。
2. Description of the Related Art One of LSI (Integrated Circuit Device) manufacturing processes is an element isolation process, and in recent years, LOCOS (Local Oxid)
ation of Silicon) process is mainly used. In this process, when forming the Si 3 N 4 pattern (during etching) that serves as an oxidation resistant mask, the SiO 2 that is the base of Si 3 N 4 is formed.
It requires highly selective etching for the membrane.

【0003】図7はCDE(ケミカルドライエッチン
グ)におけるポリシリコン Si3N4 、SiO2の各エッチン
グ速度とCF4 中の酸素濃度との関係を示しており(1
983年工業調査会西澤潤一編「半導体研究19巻」P
231)、図8はCDEにおけるSi3N4 及びSiO2の各エ
ッチング速度とNF3 を30sccmに設定した時のCl2
量との関係を示している(J.Electrochem. Soc. Vol.13
6,No.7(1989))。Si3N4のエッチングにはF系もしくはC
l系ガスを用いており、図7及び図8に示したようにC
DEにおけるSi3N4 の下地SiO2膜に対する選択比は、高
い値となっていた。
FIG. 7 shows the relationship between the etching rates of polysilicon Si 3 N 4 and SiO 2 in CDE (chemical dry etching) and the oxygen concentration in CF 4 (1
983 Industrial Research Committee, Junichi Nishizawa, "Semiconductor Research, Vol. 19" P
231) and FIG. 8 show the relationship between the etching rates of Si 3 N 4 and SiO 2 in CDE and the Cl 2 flow rate when NF 3 is set to 30 sccm (J. Electrochem. Soc. Vol. 13).
6, No. 7 (1989)). F3 or C for etching Si 3 N 4
l-based gas is used, and as shown in FIG. 7 and FIG.
The selection ratio of Si 3 N 4 to the underlying SiO 2 film in DE was high.

【0004】これはSiO2の結合エネルギーがSi3N4 の結
合エネルギーよりも大きく、FもしくはFCl によりSi3N
4 はエッチングされるが、SiO2は容易にはエッチングさ
れないことによる。
This is because the binding energy of SiO 2 is larger than that of Si 3 N 4 , and F 3 or FCl causes Si 3 N.
4 is etched, but SiO 2 is not easily etched.

【0005】しかしながら、CDEはマイクロ波放電に
より生成されたラジカルを輸送し、エッチング室へ導入
する方式であり、エッチングがラジカル主体であるた
め、異方性が得られず、寸法制御が困難である。このた
め異方性に優れ、寸法制御が容易であるRIEを用いた
Si3N4 のエッチングが報告されている。図9はRIEを
用い、RFパワー150W、CF4 流量21cc/mi
n、H2流量12cc/min、ガス圧1×10-2Tor
rに設定し、CF4 +H2へのN2添加量に対するSi3N4
SiO2、Siの各エッチング速度の変化を示したグラフであ
る(1983年工業調査会西澤潤一編「半導体研究19
巻」P233)。この場合、基板が負にバイアスされる
ため、イオンが垂直方向に入射し、このイオンの衝撃効
果により顕著な異方性エッチングが行なわれる。
However, the CDE is a method of transporting radicals generated by microwave discharge and introducing them into the etching chamber. Since etching is mainly composed of radicals, anisotropy cannot be obtained and dimensional control is difficult. . Therefore, RIE was used because it has excellent anisotropy and is easy to control in size.
Etching of Si 3 N 4 has been reported. FIG. 9 shows RIE using RF power of 150 W and CF 4 flow rate of 21 cc / mi.
n, H 2 flow rate 12 cc / min, gas pressure 1 × 10 -2 Tor
set to r, Si 3 N 4 with respect to the amount of N 2 added to CF 4 + H 2 ,
3 is a graph showing changes in etching rates of SiO 2 and Si (edited by Junichi Nishizawa, 1983 Industrial Research Group, “Semiconductor Research 19
Vol. ”P233). In this case, since the substrate is negatively biased, ions are incident in the vertical direction, and the impact effect of the ions causes remarkable anisotropic etching.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のエッチング方法において、CDEを用いた場
合、エッチング加工形状に異方性を持たせることはでき
ず、一方、エッチング加工形状に異方性を持たせるため
にRIEを用いた場合、下地SiO2膜に対するSi3N4の高
選択性が得られない。このように従来の方法では異方性
と高選択性とを同時に満たすことができないという課題
があった。
However, in the above-mentioned conventional etching method, when CDE is used, it is not possible to impart anisotropy to the etching processed shape. On the other hand, the etching processed shape is anisotropic. When RIE is used for the purpose, high selectivity of Si 3 N 4 with respect to the underlying SiO 2 film cannot be obtained. As described above, the conventional method has a problem that anisotropy and high selectivity cannot be satisfied at the same time.

【0007】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであって、ECRーRIEを用いて異方性と下地SiO2
に対するSi3N4 の高選択性を同時に満たすことができる
窒化珪素膜の反応性イオンエッチング方法を提供するこ
とを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and uses ECR-RIE to obtain anisotropy and an underlying SiO 2 film.
It is an object of the present invention to provide a reactive ion etching method for a silicon nitride film which can simultaneously satisfy the high selectivity of Si 3 N 4 with respect to Si.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る窒化珪素膜の反応性イオンエッチング方
法は、有磁場マイクロ波プラズマを用いて、試料台に載
置した試料の窒化珪素膜をエッチングする反応性イオン
エッチング方法において、前記プラズマは0.6mtorr 以
上の圧力の塩素系ガスのプラズマであることを特徴と
し、また有磁場マイクロ波プラズマを用いて、試料台に
載置した試料の窒化珪素膜をエッチングする反応性イオ
ンエッチング方法において、前記プラズマは塩素系ガス
のプラズマで、かつ前記試料台に30W以下の高周波電
力を印加することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method for reactive ion etching a silicon nitride film according to the present invention is to use a magnetic field microwave plasma to form a sample silicon nitride on a sample stage. In the reactive ion etching method for etching a film, the plasma is characterized by being a plasma of chlorine-based gas at a pressure of 0.6 mtorr or more, and using a magnetic field microwave plasma, a sample of a sample placed on a sample stage is used. In the reactive ion etching method for etching a silicon nitride film, the plasma is a chlorine-based gas plasma, and high-frequency power of 30 W or less is applied to the sample stage.

【0009】[0009]

【作用】SiーClの結合エネルギーは77kcal/mol、Siー
N の結合エネルギーは105kcal/mol、SiーO の結合エ
ネルギーは192kcal/molであり、結合エネルギーの大
小関係はSiーCl<SiーN <SiーO となる。このためClラ
ジカルでSiN 、SiO2をエッチングすることは通常困難で
ある。しかしRIE装置では被エッチング基板に塩素イ
オンが垂直に入射することから、この塩素イオンの衝突
によるエネルギーによって、SiとN との結合を弱めて励
起してやることにより、エッチングを垂直方向に進行さ
せることが可能となる。
[Function] Si-Cl bond energy is 77 kcal / mol, Si-
The binding energy of N is 105 kcal / mol, the binding energy of Si-O is 192 kcal / mol, and the magnitude relationship of the binding energies is Si-Cl <Si-N <Si-O. For this reason, it is usually difficult to etch SiN and SiO 2 with Cl radicals. However, since chlorine ions are vertically incident on the substrate to be etched in the RIE apparatus, the energy due to the collision of the chlorine ions weakens the bond between Si and N and excites it so that the etching can proceed in the vertical direction. It will be possible.

【0010】図1はECRーRIEプラズマ装置でのポ
テンシャル分布を示したグラフであり、図2はマイクロ
波パワー1000W、RFパワー0Wの条件におけるガ
ス圧とプラズマ電位との関係を示したグラフである。図
1及び図2により明らかなように、ECR−RIEプラ
ズマ装置のプラズマポテンシャル(VPP)はガス圧に大
きく依存する。図3はCl2 流量を26sccm、ガス圧
力を0.8×10-3Torrに設定したときの印加RF
パワーとセルフバイアスとの関係を示したグラフであ
り、図3に示したように、セルフバイアス(VDC)は印
加RFパワーに大きく依存することがわかる。このこと
から、VPP+VDCによって得られるイオンのエネルギー
をガス圧とRFパワーとによって制御すれば、イオン衝
突のエネルギーにより結合の励起状態を変化させること
ができると予測される。しかし通常のRIEを用いる
と、イオンエネルギーが大きすぎるため、高選択比を得
ることは困難である。このためガス圧が低くともプラズ
マを立てることができ、高いイオン化率を得ることがで
きるECRと、異方性エッチングに富むRIEとを組み
合わせたECRーRIEを装置を用いることが望ましい
といえる。
FIG. 1 is a graph showing the potential distribution in the ECR-RIE plasma apparatus, and FIG. 2 is a graph showing the relationship between the gas pressure and the plasma potential under the conditions of microwave power of 1000 W and RF power of 0 W. . As is clear from FIGS. 1 and 2, the plasma potential (V pp ) of the ECR-RIE plasma device largely depends on the gas pressure. FIG. 3 shows the applied RF when the Cl 2 flow rate is set to 26 sccm and the gas pressure is set to 0.8 × 10 −3 Torr.
It is a graph showing the relationship between power and self-bias, and as shown in FIG. 3, it can be seen that self-bias (V DC ) greatly depends on the applied RF power. From this, it is predicted that if the ion energy obtained by V PP + V DC is controlled by the gas pressure and the RF power, the excited state of the bond can be changed by the energy of ion collision. However, when a normal RIE is used, it is difficult to obtain a high selection ratio because the ion energy is too large. Therefore, it can be said that it is desirable to use an ECR-RIE device that combines ECR that can generate plasma even when the gas pressure is low and that can obtain a high ionization rate, and RIE that is rich in anisotropic etching.

【0011】上記した方法によれば、有磁場マイクロ波
プラズマを用いて、試料台に載置した試料の窒化珪素膜
をエッチングする反応性イオンエッチング方法におい
て、前記プラズマは0.6mtorr以上の圧力の塩素系ガスの
プラズマであるので、結合の励起状態を変化させること
が可能となり、SiO2に対するSi3N4 のエッチングの高選
択性を得ることが可能になると共に異方性に優れたエッ
チングが可能となる。
According to the above-mentioned method, in the reactive ion etching method of etching the silicon nitride film of the sample placed on the sample stage by using the magnetic field microwave plasma, the plasma is chlorine having a pressure of 0.6 mtorr or more. Since it is a plasma of a system gas, it is possible to change the excited state of the bond, and it is possible to obtain high selectivity for etching Si 3 N 4 with respect to SiO 2 and to perform etching with excellent anisotropy. Becomes

【0012】また有磁場マイクロ波プラズマを用いて、
試料台に載置した試料の窒化珪素膜をエッチングする反
応性イオンエッチング方法において、前記プラズマは塩
素系ガスのプラズマで、かつ前記試料台に30W以下の
高周波電力を印加する場合、上記方法と同様に結合の励
起状態を変化させることが可能となり、SiO2に対するSi
3N4 のエッチングの高選択性を得ることが可能になると
共に異方性に優れたエッチングが可能となる。
Further, by using a magnetic field microwave plasma,
In the reactive ion etching method for etching a silicon nitride film of a sample placed on a sample stage, when the plasma is chlorine-based gas and a high frequency power of 30 W or less is applied to the sample stage, the same as the above method. the it is possible to vary the excited state of the binding, Si for SiO 2
It becomes possible to obtain a high selectivity of 3 N 4 etching, and it is possible to perform etching having excellent anisotropy.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明に係る窒化珪素膜の反応性イオ
ンエッチング方法の実施例を図面に基づいて説明する。
図4は一般に使用されるECRーRIE装置を示した縱
断面図であり、図中11はプラズマ生成室を示してい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the reactive ion etching method for a silicon nitride film according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 4 is a sectional view showing a generally used ECR-RIE apparatus, and 11 in the figure shows a plasma generation chamber.

【0014】プラズマ生成室11の周壁は2重構造にな
っており、その内部は冷却水を通流させる冷却室15と
なっており、プラズマ生成室11上壁略中央部にはマイ
クロ波導入孔11aが形成され、このマイクロ波導入孔
11a上部には石英板11bが配設されており、石英板
11b上方に導波管12が接続されている。またプラズ
マ生成室11の下部にはプラズマ引き出し窓11dが形
成されており、プラズマ引き出し窓11dに臨ませて試
料室13が配設されており、試料室13の下部には試料
室13内を所定の圧力に設定するためのターボ分子ポン
プ22、ロータリーポンプ23及びオイルクリーナー2
4が接続されている。さらにプラズマ生成室11及びこ
れに接続された導波管12の一端部にわたる周囲にはこ
れらを囲繞する態様でこれらと同心状に励磁コイル14
が配設されている。
The peripheral wall of the plasma generating chamber 11 has a double structure, the inside of which is a cooling chamber 15 for allowing cooling water to flow therethrough, and a microwave introducing hole is provided substantially in the center of the upper wall of the plasma generating chamber 11. 11a is formed, a quartz plate 11b is disposed above the microwave introduction hole 11a, and a waveguide 12 is connected above the quartz plate 11b. A plasma extraction window 11d is formed below the plasma generation chamber 11, and a sample chamber 13 is disposed so as to face the plasma extraction window 11d. Turbo molecular pump 22, rotary pump 23 and oil cleaner 2 for setting the pressure of
4 is connected. Further, the exciting coil 14 is concentrically formed around the plasma generating chamber 11 and one end of the waveguide 12 connected to the plasma generating chamber 11 so as to surround them.
Is provided.

【0015】一方試料室13内にはプラズマ引き出し窓
11dと対向する位置に試料保持台17が配設され、試
料保持台17上にはウエハ等の試料18が載置されてい
る。試料保持台17の内部には電極板25が埋設されて
おり、電極板25は接続線25aによりマッチングボッ
クス26を介してRF電源27に接続されている。また
試料保持台17内の接続線25aを囲繞するようにして
冷却液管16が配設されており、冷却液管16をさらに
囲繞するようにして2重磁気コイル17aが配設されて
いる。
On the other hand, in the sample chamber 13, a sample holder 17 is arranged at a position facing the plasma extraction window 11d, and a sample 18 such as a wafer is placed on the sample holder 17. An electrode plate 25 is embedded inside the sample holder 17, and the electrode plate 25 is connected to an RF power supply 27 via a matching box 26 by a connecting wire 25a. Further, the cooling liquid pipe 16 is arranged so as to surround the connection line 25a in the sample holder 17, and the double magnetic coil 17a is arranged so as to further surround the cooling liquid pipe 16.

【0016】また図中11cはプラズマ生成室11に連
通する反応ガス供給管を示しており、13bはプラズマ
生成室11に連通する反応ガス供給管を示しており、1
5a、15bは冷却水の供給管、排出管を示しており、
16a、16bは冷却液の供給管、排出管を示してい
る。
Reference numeral 11c in the drawing denotes a reaction gas supply pipe communicating with the plasma generation chamber 11, and 13b denotes a reaction gas supply pipe communicating with the plasma generation chamber 11.
Reference numerals 5a and 15b denote a cooling water supply pipe and a cooling water discharge pipe,
Reference numerals 16a and 16b denote a supply pipe and a discharge pipe for the cooling liquid.

【0017】さらに試料室13の片側には試料ローディ
ング室19が配設されており、試料ローディング室19
内には試料18が載置されたカセット19aが配設され
ている。この試料ローディング室19内を試料室13内
と同じ圧力に維持するために試料ローディング室19に
はターボ分子ポンプ20及びロータリーポンプ21が接
続されている。
Further, a sample loading chamber 19 is provided on one side of the sample chamber 13, and the sample loading chamber 19 is provided.
A cassette 19a on which the sample 18 is placed is arranged inside. A turbo molecular pump 20 and a rotary pump 21 are connected to the sample loading chamber 19 in order to maintain the same pressure in the sample loading chamber 19 as in the sample chamber 13.

【0018】このように構成されたECRーRIE装置
を用い、試料18にエッチング処理を施すには、まずプ
ラズマ生成室11及び試料室13内をターブ分子ポンプ
22及びロータリーポンプ23を作動させて、所定の真
空度に設定した後、試料保持台17内の電極板25にR
F電源27を印加し、2重磁気コイル17aに電流を流
し、冷却液管16内に冷却液を通流し、冷却室15内に
も冷却水を通流する。そしてプラズマ生成室11内に反
応ガス供給管11cを通じて反応ガスとしてCl系ガス
を供給する。そして励磁コイル14に電流を流して磁界
を形成しつつプラズマ生成室11内にマイクロ波を導入
し、プラズマ生成室11を空洞共振器としてガスを共鳴
励起させてプラズマを生成させる。生成したプラズマは
励磁コイル14により形成される試料室13側に向かう
に従い磁束密度が低下する発散磁界によって試料室13
内の試料18周辺に投射せしめられ、試料室13内の試
料18表面をエッチングする。エッチングされた試料1
8は試料ローディング室19内に運ばれ、カセット19
a内に収納され、未処理の試料18が試料保持台17に
運ばれる。
In order to etch the sample 18 by using the ECR-RIE apparatus having the above-mentioned structure, first, the Turb molecular pump 22 and the rotary pump 23 are operated in the plasma generation chamber 11 and the sample chamber 13, respectively. After setting a predetermined degree of vacuum, R on the electrode plate 25 in the sample holder 17
The F power supply 27 is applied, a current is passed through the double magnetic coil 17a, a cooling liquid is passed through the cooling liquid pipe 16, and cooling water is also passed through the cooling chamber 15. Then, Cl-based gas is supplied as a reaction gas into the plasma generation chamber 11 through the reaction gas supply pipe 11c. Then, a microwave is introduced into the plasma generation chamber 11 while applying a current to the exciting coil 14 to form a magnetic field, and the gas is resonantly excited by using the plasma generation chamber 11 as a cavity resonator to generate plasma. The generated plasma has a divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the side of the sample chamber 13 formed by the exciting coil 14, and thus the sample chamber 13
The surface of the sample 18 in the sample chamber 13 is etched by being projected onto the periphery of the sample 18 inside. Etched sample 1
8 is carried into the sample loading chamber 19 and the cassette 19
The unprocessed sample 18 stored in a is carried to the sample holder 17.

【0019】図5は塩素ガス圧とエッチングレートとの
関係を示したグラフである。これらの測定は、上記EC
RーRIE装置を用い、マイクロ波周波数を2.45G
Zに、マイクロ波パワーを1KWに、印加RF周波数
を13.56MHZ に、試料台循環チラー温度を10℃
に設定して行なった。またエッチング条件としてガス圧
を0.45〜3.1mtorrに設定し、RFパワーを
0Wに設定し、それぞれの条件下におけるSi3N4 のエッ
チングレート、SiO2のエッチングレート及び選択比を測
定し、測定した結果をグラフに示した。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between chlorine gas pressure and etching rate. These measurements are based on the EC
Using R-RIE equipment, microwave frequency 2.45G
The H Z, the microwave power to 1 KW, the applied RF frequency 13.56MH Z, 10 ℃ sample stage circulating chiller temperature
I set it to. As the etching conditions, the gas pressure was set to 0.45 to 3.1 mtorr, the RF power was set to 0 W, and the Si 3 N 4 etching rate, SiO 2 etching rate and selectivity were measured under each condition. The measured results are shown in the graph.

【0020】図5に示したように、Si3N4 のエッチング
レートはSiO2のエッチングレートよりも大きく、Si3N4
及びSiO2のエッチングレートは塩素ガス圧が上昇すると
ともに減少傾向を示しており、選択比においては1mt
orr以上で5以上となっている。選択比としては通常
4以上が要求され、また図6に示すようにRFを印加す
ると選択比は小さくなる。これらをふまえた結果、塩素
ガス圧は0.6 mtorr以上に設定することが望まし
い。
[0020] As shown in FIG. 5, the etching rate the Si 3 N 4 is greater than the etching rate of SiO 2, Si 3 N 4
The etching rates of SiO 2 and SiO 2 tend to decrease as the chlorine gas pressure increases, and the selection ratio is 1 mt.
It is 5 or more at orr or higher. Normally, a selection ratio of 4 or more is required, and when RF is applied as shown in FIG. 6, the selection ratio becomes small. As a result of taking these factors into consideration, it is desirable that the chlorine gas pressure be set to 0.6 mtorr or more.

【0021】図6は印加RFパワーとエッチングレート
との関係を示したグラフである。これらの測定は、上記
同様にECRーRIE装置を用い、マイクロ波周波数を
2.45GHZ に、マイクロ波パワーを1KWに、印加
RF周波数を13.56MHZ に、試料台循環チラー温
度を10℃に設定して行なった。またエッチング条件と
してはRFパワーを0〜100Wに、塩素流量15sc
cmに設定し、塩素ガス圧を0.45、1.0、2.
0、mtorrに設定し、それぞれの条件下におけるSi
3N4 のエッチングレート、SiO2のエッチングレート及び
選択比を測定し、測定した結果をグラフに示した。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the applied RF power and the etching rate. These measurements, in the same manner as described above using an ECR over RIE apparatus, a microwave frequency 2.45 GHz Z, the microwave power to 1 KW, the applied RF frequency 13.56MH Z, 10 ℃ sample stage circulating chiller temperature I set it to. The etching conditions are RF power of 0 to 100 W and chlorine flow rate of 15 sc.
cm, and the chlorine gas pressure is 0.45, 1.0, 2.
0, mtorr, and Si under each condition
The etching rate of 3 N 4, the etching rate of SiO 2 , and the selection ratio were measured, and the measurement results are shown in the graph.

【0022】図6に示したように、Si3N4 のエッチング
レートはSiO2のエッチングレートより大きく、Si3N4
びSiO2のエッチングレートはRFパワーが上昇するとと
もに上昇傾向を示しているが、選択比は減少傾向を示し
ている。要求される選択比は4以上であるため、選択比
を考慮した際、印加するRFパワーとしては30W以下
が望ましい。
As shown in FIG. 6, the etching rate of Si 3 N 4 is higher than that of SiO 2 , and the etching rates of Si 3 N 4 and SiO 2 tend to increase as the RF power increases. However, the selection ratio shows a decreasing trend. Since the required selection ratio is 4 or more, when the selection ratio is taken into consideration, the RF power applied is preferably 30 W or less.

【0023】このようにして高選択比の得られる塩素ガ
ス圧1mtorr以上、あるいはRFパワー30W以下
の場合を実施例とし、塩素ガス圧及びRFパワーがその
範囲外であるものを比較例とし、エッチングの異方性も
加味したこれらの比較結果を表1に示した。
In this way, the case where the chlorine gas pressure of 1 mtorr or more or the RF power of 30 W or less which can obtain a high selection ratio is set as an example, and the chlorine gas pressure and the RF power which are out of the range are set as a comparative example. Table 1 shows the results of these comparisons in which the anisotropy of is also taken into consideration.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】表1から明らかなように、実施例に係る窒
化珪素膜の反応性イオンエッチング方法にあっては、Si
O2に対するSi3N4 の選択比は高く、しかもRFパワーが
30Wに近づくほど異方性も高くなっていることがわか
る。
As is clear from Table 1, in the reactive ion etching method for the silicon nitride film according to the example, the Si
It can be seen that the selection ratio of Si 3 N 4 to O 2 is high, and the anisotropy becomes higher as the RF power approaches 30W.

【0026】一方、比較例1及び2のように、塩素ガス
圧及びRFパワーが請求項範囲外である場合、比較的異
方性は高くなっているが選択性が悪くなっている。また
比較例3〜6に対しても同様のことが言える。。
On the other hand, as in Comparative Examples 1 and 2, when the chlorine gas pressure and the RF power are out of the claimed range, the anisotropy is relatively high but the selectivity is poor. The same applies to Comparative Examples 3 to 6. .

【0027】以上説明したように、実施例に係る窒化珪
素膜の反応性イオンエッチング方法にあっては、ECR
ーRIE装置を用い、エッチングガス種には塩素を用い
て塩素ガス圧0.6 mTorr 以上の圧力で塩素系ガスのプラ
ズマをたて、試料台にはRFパワーを30W以下で印加
し、エッチングをすることにより、異方性に優れるだけ
でなく、SiO2に対するSi3N4 の高選択比を得ることがで
きる。
As described above, in the reactive ion etching method for the silicon nitride film according to the embodiment, the ECR
-Using RIE equipment, chlorine is used as the etching gas species, chlorine-based gas plasma is ignited at a chlorine gas pressure of 0.6 mTorr or more, and RF power is applied to the sample stage at 30 W or less for etching. This makes it possible to obtain not only excellent anisotropy but also a high selection ratio of Si 3 N 4 with respect to SiO 2 .

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る窒化珪
素膜の反応性イオンエッチング方法にあっては、有磁場
マイクロ波プラズマを用いて、試料台に載置した試料の
窒化珪素膜をエッチングする反応性イオンエッチング方
法において、前記プラズマは1mtorr 以上の圧力の塩素
系ガスのプラズマであるので、結合の励起状態を変化さ
せることが可能となり、SiO2に対するSi3N4 のエッチン
グの高選択性を得ることができると共に異方性に優れた
エッチングを行うことができる。
As described above in detail, in the reactive ion etching method of the silicon nitride film according to the present invention, the silicon nitride film of the sample placed on the sample stage is used by using the magnetic field microwave plasma. In the reactive ion etching method for etching, since the plasma is a chlorine-based gas plasma having a pressure of 1 mtorr or more, it becomes possible to change the excited state of the bond, and it is possible to highly selectively etch Si 3 N 4 with respect to SiO 2 . And etching with excellent anisotropy can be performed.

【0029】また有磁場マイクロ波プラズマを用いて、
試料台に載置した試料の窒化珪素膜をエッチングする反
応性イオンエッチング方法において、前記プラズマは塩
素系ガスのプラズマで、かつ前記試料台に30W以下の
高周波電力を印加する場合、上記方法と同様に結合の励
起状態を変化させることが可能となり、SiO2に対するSi
3N4 のエッチングの高選択性を得ることができると共に
異方性に優れたエッチングを行うことができる。
Further, by using a magnetic field microwave plasma,
In the reactive ion etching method for etching a silicon nitride film of a sample placed on a sample stage, when the plasma is chlorine-based gas and a high frequency power of 30 W or less is applied to the sample stage, the same as the above method. the it is possible to vary the excited state of the binding, Si for SiO 2
It is possible to obtain high selectivity of 3 N 4 etching and perform etching with excellent anisotropy.

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

【図1】ECRーRIE装置でのポテンシャルエネルギ
ーの分布を示したグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a distribution of potential energy in an ECR-RIE device.

【図2】ECRーRIEにおける塩素ガス圧力とプラズ
マ電位との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between chlorine gas pressure and plasma potential in ECR-RIE.

【図3】マイクロ波パワーを変化させたときの印加RF
パワーとセルフバイアスとの関係を示したグラフであ
る。
FIG. 3 is an applied RF when the microwave power is changed.
6 is a graph showing the relationship between power and self-bias.

【図4】一般に使用されるECRーRIE装置を示した
縱断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a commonly used ECR-RIE device.

【図5】RFパワーをパラメータとして塩素ガス圧とエ
ッチングレートとの関係を示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between chlorine gas pressure and etching rate with RF power as a parameter.

【図6】塩素ガス圧をパラメータとして印加RFパワー
とエッチングレートとの関係を示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between applied RF power and etching rate with chlorine gas pressure as a parameter.

【図7】CDE装置におけるポリシリコン、Si3N4 、Si
O2の各エッチング速度とCF4中のO2濃度との関係を示
したグラフである。
FIG. 7: Polysilicon, Si 3 N 4 , Si in a CDE device
It is a graph showing the relationship between the O 2 concentration of the etching rate and the CF 4 in O 2.

【図8】CDEにおけるSi3N4 及びSiO2の各エッチング
速度とNF3 流量を30sccmに設定した時のCl2 流量と
の関係を示したグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between each etching rate of Si 3 N 4 and SiO 2 in CDE and the Cl 2 flow rate when the NF 3 flow rate is set to 30 sccm.

【図9】RIEにおけるCF4 +H2へのN2添加量に対す
るSi3N4 、SiO2、Siの各エッチング速度の変化を示すグ
ラフである。
FIG. 9 is a graph showing changes in etching rates of Si 3 N 4 , SiO 2 , and Si with respect to the amount of N 2 added to CF 4 + H 2 in RIE.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

17 試料保持台(試料台) 18 試料 17 sample holder (sample table) 18 sample

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有磁場マイクロ波プラズマを用いて、試
料台に載置した試料の窒化珪素膜をエッチングする反応
性イオンエッチング方法において、前記プラズマは0.6
mtorr 以上の圧力の塩素系ガスのプラズマであることを
特徴とする窒化珪素膜の反応性イオンエッチング方法。
1. In a reactive ion etching method of etching a silicon nitride film of a sample placed on a sample stage using a magnetic field microwave plasma, the plasma is 0.6
A reactive ion etching method for a silicon nitride film, which is a plasma of chlorine-based gas at a pressure of mtorr or higher.
【請求項2】 有磁場マイクロ波プラズマを用いて、試
料台に載置した試料の窒化珪素膜をエッチングする反応
性イオンエッチング方法において、前記プラズマは塩素
系ガスのプラズマで、かつ前記試料台に30W以下の高
周波電力を印加することを特徴とする窒化珪素膜の反応
性イオンエッチング方法。
2. A reactive ion etching method for etching a silicon nitride film of a sample placed on a sample stage by using a magnetic field microwave plasma, wherein the plasma is a chlorine-based gas plasma and A reactive ion etching method for a silicon nitride film, characterized in that a high frequency power of 30 W or less is applied.
JP4277161A 1992-10-15 1992-10-15 Reactive ion etching for silicon nitride film Pending JPH06132253A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6686294B2 (en) 2000-10-20 2004-02-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method and apparatus for etching silicon nitride film and manufacturing method of semiconductor device
KR100511468B1 (en) * 2000-06-13 2005-08-31 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 Plasma processing method for working the surface of semiconductor devices

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