JPH06132255A - Dry etching method for gate electrode - Google Patents

Dry etching method for gate electrode

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JPH06132255A
JPH06132255A JP27908892A JP27908892A JPH06132255A JP H06132255 A JPH06132255 A JP H06132255A JP 27908892 A JP27908892 A JP 27908892A JP 27908892 A JP27908892 A JP 27908892A JP H06132255 A JPH06132255 A JP H06132255A
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JP
Japan
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gate electrode
etching
gas
polysilicon
dry etching
Prior art date
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Application number
JP27908892A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidetaka Horiuchi
英隆 堀内
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reconcile high anisotropy and high selectivity of a gate insulating film by dry-etching the gate electrode of a MISFET, using specified mixed gas. CONSTITUTION:Mixed gas, where Cl2, O2, HCl are mixed at the ratio of 5:1:1, is introduced into ion source by a mass flow controller. Etching is performed, with the gate electrode 11 of a MISFET being a gate electrode 12 as a sample to be processed, by ion beams 18 by discharging electricity at the same time with the introduction. Moreover, the etching processing with this mixed gas also makes the processing of the gate electrode possible in the polycide structure between polysilicon and silicide of high melting point metal, by the simple process of single step even if it is on a stepped face since relatively close etching speeds can be obtained for the silicide and polysilicon.

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MISFETの
ゲート電極を加工するドライエッチング方法、特にその
エッチングガスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for processing a gate electrode of a MISFET of a semiconductor device, and more particularly to an etching gas therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゲート電極のプラズマによる加工におい
ては、異方性とゲート絶縁物の選択性(対SiO2選択比)
を共に高くし両立させることが必要であり、この要求は
年々厳しくなってきている。また、図5に示すようなゲ
ート電極11が高融点金属のシリサイド電極9とポリシリ
コン電極10とのポリサイド構造となっている場合には
(以下ポリサイド構造と略す)、それに加えてシリサイ
ドとポリシリコンのエッチング速度が近いことが必要で
ある。
2. Description of the Related Art Anisotropy and selectivity of gate insulator (selection ratio to SiO 2 ) in plasma processing of gate electrode
It is necessary to raise both of them and make them compatible with each other, and this requirement is becoming stricter year by year. When the gate electrode 11 as shown in FIG. 5 has a polycide structure of the refractory metal silicide electrode 9 and the polysilicon electrode 10 (hereinafter abbreviated as polycide structure), in addition to the silicide and the polysilicon. It is necessary that the etching speeds of the two are close to each other.

【0003】高異方性とゲート絶縁物の高選択性との両
立を実現するために、従来はエッチングガスとして、例
えば特開昭60−102745号、特開平4−67624 号に開示さ
れているようにCCl4、CCl2F2、C2Cl3F3 等を使用する方
法が一般的であった。しかし、これらのガスはオゾン層
破壊の原因となるため、使用が全廃されることが決定し
ている。
In order to achieve both high anisotropy and high selectivity of the gate insulator, conventional etching gases have been disclosed in, for example, JP-A-60-102745 and JP-A-4-67624. As described above, the method using CCl 4 , CCl 2 F 2 , C 2 Cl 3 F 3, etc. has been general. However, since these gases cause ozone layer depletion, it has been decided that their use will be completely abolished.

【0004】これらのガスを使用しない他の技術として
は、例えば特開昭60−64476 号公報、特開平2−94520
号公報に開示されているようにCl2 、 HCl等のClを含む
ガス使用する方法がある。Cl2 、HCl 等の単体ガスで
は、高異方性とゲート絶縁物の高選択性を両立すること
が難しいため、O2 やH2 等を加えた混合ガスの形で用
いられる場合が多い。特にO2 を添加する方法では、ポ
リサイド構造における、シリサイドとポリシリコンとの
エッチング速度が近くなり、シングルステップでの加工
も可能なため段差面上の加工に有利である。しかし、Cl
2 にO2 を加えただけでは、高異方性とゲート絶縁物の
高選択性の両立は容易ではなく、例えば特開平2−1552
30号公報、特開平4−105321号公報に開示されてるよう
に、エッチング装置そのものに対する大きな工夫、改善
が必要である。また、例えば特開平3−62518 号公報、
特開平3−109719号公報に開示されてるようにCF4 、CH
2F2等の規制されないフロンガスを添加する場合もある
が、プラズマエッチング後の排気に、規制対象となる特
定フロンガスが含まれる。
Other techniques which do not use these gases include, for example, JP-A-60-64476 and JP-A-2-94520.
There is a method of using a gas containing Cl such as Cl 2 and HCl as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Since it is difficult to achieve both high anisotropy and high selectivity of the gate insulator with a simple substance gas such as Cl 2 and HCl, it is often used in the form of a mixed gas containing O 2 and H 2 . In particular, the method of adding O 2 is advantageous in processing on the step surface because the etching rate of silicide and polysilicon in the polycide structure becomes close and processing in a single step is possible. But Cl
Just adding O 2 to 2, both high selectivity of high anisotropy and the gate insulator is not easy, for example, JP-A-2-1552
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 30-35321 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-105321, it is necessary to devise and improve the etching apparatus itself. Further, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-62518,
As disclosed in JP-A-3-109719, CF 4 , CH
In some cases, an unregulated CFC gas such as 2 F 2 is added, but the exhaust gas after plasma etching contains a specified CFC gas to be regulated.

【0005】他のガスとしては、例えば特開平3−1278
26号公報、M.Nakamura et.al. Proc.of Symposium on D
ry Process P58(1988)に開示されているように HBr、
Br2等のBrを含むガスが使用される。この場合もCl系ガ
スと同様にO2 等を加えた形で用いられる場合が多い。
しかし、ゲート電極が前記のようなポリサイド構造の場
合には、Br系のガスでは高融点金属のシリサイドをほと
んどエッチングすることができない。この場合には、例
えば辰巳他、第37回応用物理学会係連合講演会、 28p−
ZF−3のようにSF6 ガスを加えたり、他ガス系とのマル
チステップで加工することが必要となる。
As other gas, for example, JP-A-3-1278
No. 26, M. Nakamura et.al. Proc. Of Symposium on D
HBr, as disclosed in ry Process P58 (1988),
A gas containing Br such as Br 2 is used. In this case as well, it is often used in the form of adding O 2 or the like, like the Cl-based gas.
However, when the gate electrode has the polycide structure as described above, the refractory metal silicide can hardly be etched with the Br-based gas. In this case, for example, Tatsumi et al., 37th Joint Symposium on Applied Physics, 28p-
As with ZF-3, it is necessary to add SF 6 gas or perform multi-step processing with other gas systems.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術には、前述
のような課題がある。以下にその課題をまとめて説明す
る。一般的に使用されてきたCCl4、CCl2F2、C2Cl3F3
のガスはオゾン層破壊の原因となるため、使用が全廃さ
れることがが決定している。
The conventional techniques have the above-mentioned problems. The issues will be summarized below. Gases such as CCl 4 , CCl 2 F 2 and C 2 Cl 3 F 3 that have been generally used cause ozone layer depletion, and it has been decided that the use will be completely abolished.

【0007】Cl2 や HClをベースとするガスでは、高異
方性とゲート絶縁物の高選択性を両立するのが難しいと
いう欠点がある。HBrをベースとするガスは、フォトレ
ジストやゲート絶縁物との選択比が非常に高く、同時に
高異方性を満足する。前記ポリサイド構造となっていた
場合、高融点金属のシリサイドをほとんどエッチングす
ることができないため、マルチステップのエッチングを
する必要があり、マルチステップのエッチングでは段差
上の加工が難しいという欠点がある。さらに反応生成物
の再付着した残渣が、非常に除去されにくい形で残って
しまうという欠点がある。
Gases based on Cl 2 or HCl have the drawback that it is difficult to achieve both high anisotropy and high selectivity of the gate insulator. The gas based on HBr has a very high selection ratio with respect to the photoresist and the gate insulator, and at the same time satisfies the high anisotropy. In the case of the polycide structure, since the refractory metal silicide can hardly be etched, it is necessary to perform multi-step etching, and the multi-step etching has a drawback that it is difficult to process the step. Further, there is a drawback that the redeposited residue of the reaction product remains in a form that is very difficult to remove.

【0008】本発明は、以上の課題を解決し、高異方性
とゲート絶縁物の高選択性を両立させることができるド
ライエッチング方法を提供するためになされたものであ
る。
The present invention has been made to solve the above problems and to provide a dry etching method capable of achieving both high anisotropy and high selectivity of a gate insulator.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、 (1)半導体装
置のMISFETのゲート電極を加工するドライエッチング工
程において、エッチングガスとして Cl2、O2 、ハロゲ
ン化水素をそれぞれほぼ5:1:1の割合で混合したガ
スを使用することを特徴とするゲート電極のドライエッ
チング方法であり、また (2)ゲート電極が、ポリシリコ
ンと高融点金属のシリサイドとのポリサイド構造である
場合における (1)に記載のドライエッチング方法であ
り、さらに (3)ハロゲン化水素が、塩化水素であること
を特徴とする (1)または (2)記載のドライエッチング方
法である。
According to the present invention, (1) in a dry etching process for processing a gate electrode of a MISFET of a semiconductor device, Cl 2 , O 2 , and hydrogen halide are each used as an etching gas in an amount of about 5: 1: A dry etching method for a gate electrode characterized by using a gas mixed in a ratio of 1; and (2) a case where the gate electrode has a polycide structure of polysilicon and a refractory metal silicide (1 (3) The dry etching method according to (1) or (2), wherein the hydrogen halide is (3) hydrogen chloride.

【0010】[0010]

【作用】本発明では、従来の Cl2/O2 のガス系でエッ
チングする方法に対し、ハロゲン化水素ガスを添加し、
Cl2、O2 、ハロゲン化水素( HCl、 HBr等)をそれぞ
れおおよそ5:1:1で混合したガスでゲート電極をド
ライエッチング加工する。
In the present invention, hydrogen halide gas is added to the conventional method of etching with Cl 2 / O 2 gas system,
The gate electrode is dry-etched with a gas in which Cl 2 , O 2 and hydrogen halide (HCl, HBr, etc.) are mixed at about 5: 1: 1.

【0011】本発明によると、 HClを Cl2/O2 にわず
かに添加することによってゲート絶縁物の選択性が向上
し、エッチング加工における高異方性と対SiO2選択比が
向上する。
According to the present invention, by slightly adding HCl to Cl 2 / O 2 , the selectivity of the gate insulator is improved, the high anisotropy in the etching process and the selectivity to SiO 2 are improved.

【0012】[0012]

【実施例】以下に本発明の実施例にしたがって、本発明
の作用、効果を併せて説明する。図3に示す ECRエッチ
ング装置を用いた。イオン源の中に、MFC 4で Cl2、O
2 、HCl を所定の配合にされた混合ガスを導入し、放電
させ、イオンビーム18によって、図4に示すような構造
の下地がゲート酸化膜12であるMISFETのゲート電極11を
被加工試料5として、エッチング加工を行った。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples of the present invention.
The action and effect of will be described together. ECR etch shown in Figure 3
Was used. Cl in MFC 4 in the ion source2, O
2 Introduce a mixed gas containing HCl and HCl in a prescribed composition and discharge.
The ion beam 18 causes the structure shown in FIG.
The gate electrode 11 of the MISFET whose underlayer is the gate oxide film 12.
As the sample 5 to be processed, etching processing was performed.

【0013】電極温度−20℃、1mTorr、ガス流量40sc
cnの条件で、 Cl2/O2 のガス系でエッチングした場合
と HCl/O2 のガス系でエッチングした場合の、ポリシ
リコンのエッチング速度と対SiO2選択比とを図2
(a)、(b)に示す。どちらの場合においても、O2
添加量が15%を越えるとポリシリコンエッチング速度の
低下が見られ、20%を越えると、ポリシリコンのエッチ
ングが進まなくなる。対SiO2選択比は Cl2/O2 のガス
系の方が HCl/O2 のガス系より高く、O2 の添加量を
増やすほど大きくなる。これらから、O2の添加量は、全
体の10〜15%とするのが適当である。
Electrode temperature -20 ° C, 1 mTorr, gas flow rate 40sc
FIG. 2 shows the etching rate of polysilicon and the selectivity to SiO 2 when Cl 2 / O 2 gas system and HCl / O 2 gas system were etched under the condition of cn.
Shown in (a) and (b). In both cases, when the amount of O 2 added exceeds 15%, the polysilicon etching rate decreases, and when it exceeds 20%, the etching of polysilicon does not proceed. Vs. SiO 2 selectivity ratio towards the gas system of Cl 2 / O 2 is higher than the gas system of the HCl / O 2, increases as increasing the amount of O 2. From these, it is appropriate to add O 2 in an amount of 10 to 15% of the total amount.

【0014】電極温度−20℃、1mTorrの条件下で、 C
l230sccn+O2 6sccnのガスに対し、 HClを添加してい
った場合のポリシリコンのエッチング速度と対SiO2選択
比とを図1に示す。 HClの添加量が増えても20%以下な
らばポリシリコンエッチング速度はほとんど変わらな
い。しかし、対SiO2選択比は、 HClのわずかな添加でも
向上する。この時、わずかだがエッチングの異方性も向
上する。しかし、全体の20%以上添加すると、エッチン
グ速度の低下が顕著になる(図1には示さないが対フォ
トレジスト選択比の低下も著しくなる)。これらから H
Clの添加量は全体の10〜20%とするのが適当である。
Under the conditions of electrode temperature -20 ° C. and 1 mTorr, C
FIG. 1 shows the etching rate of polysilicon and the selectivity to SiO 2 when HCl was added to a gas of 1 2 30 sccn + O 2 6 sccn. Even if the amount of HCl added increases, if it is 20% or less, the polysilicon etching rate remains almost unchanged. However, the selectivity to SiO 2 improves even with a small addition of HCl. At this time, the anisotropy of etching is slightly improved. However, when it is added in an amount of 20% or more of the total, the etching rate is remarkably lowered (not shown in FIG. 1, the selection ratio to photoresist is also remarkably lowered). From these H
It is appropriate that the amount of Cl added be 10 to 20% of the total amount.

【0015】また、図1においては、電極温度−20℃の
場合のデータを示したが、常温ではこの HCl添加の効果
は小さくなる。本発明は低温エッチングの場合に効果が
著しい。以上、 Cl2/O2 のガス系に HClを添加した場
合について説明したが、 HBr等他のハロゲン化水素を添
加した場合も同様の効果がある。 HBrと HClではむしろ
異方性向上、対SiO2選択比向上の効果は前者の方が大き
い。 HBr/ Cl2/O2 のガス系を使用する場合としては
特開平3−241829号公報がある。特開平3−241829号公
報の実施例に示される特性は、本特許と大きく異なる
が、これは電極温度が本特許における実施例とおよそ 1
00℃の差があることによる。但し、 HBrを添加した場合
にはエッチング残さ(反応生成物) が残らないように、
他パラメターの調整が必要である。
Further, FIG. 1 shows the data when the electrode temperature is −20 ° C., but at room temperature, the effect of this HCl addition becomes small. The present invention is extremely effective in the case of low temperature etching. Although the case where HCl is added to the Cl 2 / O 2 gas system has been described above, the same effect can be obtained when another hydrogen halide such as HBr is added. In the case of HBr and HCl, the former is more effective in improving the anisotropy and the selectivity to SiO 2 . As when using a gas system of HBr / Cl 2 / O 2 may JP 3-241829. The characteristics shown in the examples of Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-241829 differ greatly from those of the present patent, but the electrode temperature is about 1
Because there is a difference of 00 ℃. However, when HBr is added, make sure that no etching residue (reaction product) remains.
It is necessary to adjust other parameters.

【0016】また、このガス系のこのガス比でエッチン
グ加工すると、前記ポリサイド構造をしたゲート電極
も、シリサイドとポリシリコンが比較的近いエッチング
速度が得られるため、段差面上であってもシングルステ
ップの簡単なプロセスでの加工が可能である。
Further, when the etching process is performed in this gas system at this gas ratio, the gate electrode having the polycide structure can obtain a relatively close etching rate between silicide and polysilicon. It is possible to process with a simple process.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明によると、従来のドライエッチン
グ装置を用いたMISFETのゲート電極加工において、高異
方性、ゲート絶縁物の高選択比を共により高く両立させ
ることができ、特にポリサイド構造の加工を容易にす
る。さらに本発明を用いたプロセスは、特定フロンガス
やハロンガスを必要とせず、また排ガスとしてもそれら
を排出しない安全なプロセスである。
According to the present invention, it is possible to achieve both high anisotropy and a high selection ratio of a gate insulator in the processing of a gate electrode of a MISFET using a conventional dry etching apparatus. Facilitates processing. Furthermore, the process using the present invention is a safe process that does not require a specific CFC gas or halon gas, and does not discharge them as exhaust gas.

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

【図1】Cl2 /O2 ガス系における HCl濃度とエッチン
グ特性との関係を示す特性図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between HCl concentration and etching characteristics in a Cl 2 / O 2 gas system.

【図2】Cl2 、HCl ガスにおけるO2 濃度とエッチング
特性との関係を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between O 2 concentration in Cl 2 and HCl gas and etching characteristics.

【図3】ECR エッチング装置の概略説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of an ECR etching apparatus.

【図4】MOSFETゲート電極の構造断面図である。FIG. 4 is a structural cross-sectional view of a MOSFET gate electrode.

【図5】ゲート電極のポリサイド構造の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a polycide structure of a gate electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電磁石コイル 2 石英窓 3 マイクロ波(2.45GHZ) 4 マスフローコントローラー 5 被加工試料 6 排気孔 7 冷却水 8 Si基板 9 高融点金属のシリサイド電極 10 ポリシリコン電極 11 ゲート電極 12 ゲート酸化膜 13 LOCOS 膜 14 フォトレジスト 15 イオンビーム 1 Electromagnetic coil 2 Quartz window 3 Microwave (2.45GHZ) 4 Mass flow controller 5 Workpiece sample 6 Exhaust hole 7 Cooling water 8 Si substrate 9 Refractory metal silicide electrode 10 Polysilicon electrode 11 Gate electrode 12 Gate oxide film 13 LOCOS film 14 Photoresist 15 Ion beam

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体装置のMISFET(Metal Insulator S
emiconductor FieldEffect Transistor) のゲート電極
を加工するドライエッチング工程において、エッチング
ガスとして Cl2、O2 、ハロゲン化水素をそれぞれほぼ
5:1:1の割合で混合したガスを使用することを特徴
とするゲート電極のドライエッチング方法。
1. A semiconductor device MISFET (Metal Insulator S
In the dry etching process for processing the gate electrode of the semiconductor field effect transistor, a gas characterized by using Cl 2 , O 2 and hydrogen halide mixed at a ratio of about 5: 1: 1 is used as the etching gas. Electrode dry etching method.
【請求項2】 ゲート電極が、ポリシリコンと高融点金
属のシリサイドとのポリサイド構造である場合における
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 gate electrode has a polycide structure of polysilicon and silicide of refractory metal.
【請求項3】 ハロゲン化水素が、塩化水素であること
を特徴とする請求項1または請求項2記載のドライエッ
チング方法。
3. The dry etching method according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen halide is hydrogen chloride.
JP27908892A 1992-10-19 1992-10-19 Dry etching method for gate electrode Pending JPH06132255A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0675548A2 (en) * 1994-03-30 1995-10-04 Matsushita Electronics Corporation Method of manufacturing semiconductor devices having a built-in capacitor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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