JPH0629257A - Reactive ion etching method - Google Patents
Reactive ion etching methodInfo
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- JPH0629257A JPH0629257A JP5091102A JP9110293A JPH0629257A JP H0629257 A JPH0629257 A JP H0629257A JP 5091102 A JP5091102 A JP 5091102A JP 9110293 A JP9110293 A JP 9110293A JP H0629257 A JPH0629257 A JP H0629257A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、金属シリサイドをエッ
チングする反応性イオン・エッチング(Reactiv
e Ion Etch:RIE)方法、より詳細には、
チタン・シリサイドを含むポリシリコンのサンドイッチ
構造をエッチングする反応性イオン・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 reactive ion etching (Reactiv) for etching metal silicide.
e Ion Etch (RIE) method, and more specifically,
The present invention relates to a reactive ion etching method for etching a polysilicon sandwich structure containing titanium silicide.
【0002】[0002]
【従来の技術】TiSi2 やWSiのような、耐熱性金
属シリサイドは、ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ(DRAM)高性能デバイスにおいて、急速に相
互接続用の材料になりつつある。金属シリサイドは、ゲ
ート構造に重要な低抵抗性であるため、特に魅力のある
材料である。 2. Description of the Related Art Refractory metal silicides such as TiSi 2 and WSi are used for dynamic random access
Memory (DRAM) is rapidly becoming the material of choice for interconnects in high performance devices. Metal silicide is a particularly attractive material because of its low resistivity, which is important for gate structures.
【0003】最近の、より細い線幅が要求されるDRA
Mの現在の傾向において、垂直エッチング・プロファイ
ルを与えるエッチング処理が必要である。Roth等
著、“J.Vac.Sci.Technol.,B7
(3)”,May 1989に示されているように、ア
ンダーカットの量を少なくすることにより、デバイスの
速度が上がり、全体的な性能を良くすることができる。
最も極端な場合には、サンドイッチ構造における金属シ
リサイドのアンダーカットは、ポリシリコン層からマス
ク・ライン(二酸化シリコンまたは窒化シリコン)のリ
フトオフまたは分離を可能とする。Recently, a DRA that requires a thinner line width
In the current trend of M, an etching process that gives a vertical etching profile is needed. Roth et al., “J. Vac. Sci. Technol., B7.
(3) ", May 1989, by reducing the amount of undercut, the speed of the device is increased and overall performance can be improved.
In the most extreme case, the metal silicide undercut in the sandwich structure allows lift-off or isolation of the mask line (silicon dioxide or silicon nitride) from the polysilicon layer.
【0004】CF4 −O2 の混合気体のような過フッ化
炭素は、これまでにシリコンのRIEに使用されてき
た。この混合気体が電気放電で分離するときフッ素原子
は解放され、シリコンはSiF4 として蒸発する。この
種の処理は、等方的に作用する。絶縁マスクを有するサ
ンドイッチ構造が使用されるときには、金属シリサイド
とゲート構造のアンダーカットが発生する。Carbon perfluoride, such as a CF 4 -O 2 gas mixture, has been used for RIE of silicon. When this mixed gas is separated by electric discharge, fluorine atoms are released and silicon is evaporated as SiF 4 . This type of processing works isotropically. Undercutting of the metal silicide and the gate structure occurs when a sandwich structure with an insulating mask is used.
【0005】米国特許第4,450,042号明細書
は、異方性エッチングに近いエッチングを与えるBCl
3 に基づいたエッチング処理を開示している。H−BC
l3 −Br2 混合気体を用いると、高いエッチング速度
が得られた。この米国特許明細書には、臭素分子は、塩
素またはフッ素含有化合物と結合されるときに、ポリシ
リコンのみをエッチングできることがわかったというこ
とが述べられている。US Pat. No. 4,450,042 discloses BCl which provides an etch similar to anisotropic etching.
An etching process based on 3 is disclosed. H-BC
With l 3 -Br 2 mixed gas, high etch rates were obtained. It is stated in this U.S. patent that bromine molecules were found to be able to etch only polysilicon when combined with chlorine or fluorine containing compounds.
【0006】米国特許第4,490,209号明細書
は、HBr,HClおよびHeの混合気体による、単層
構造シリコンの異方性RIEを開示している。この米国
特許明細書では、エッチングの間、臭素は四臭化シリコ
ンとして側壁に吸収され、横方向エッチングを阻止する
パシベ−ティング物質として働き、垂直方向のイオン衝
撃が、エッチングされる領域上にパシベーティング物質
の形成を禁止する、という仮説を立てている。シリコン
は、Si−Cl−Br化合物としてエッチングされる。
この米国特許明細書では、窒化シリコンおよび金属シリ
サイドを含む別のシリコン含有材料は、前記混合気体を
用いて効果的にエッチングできることを提案している。
また、この米国特許明細書では、ポリシリコンがエッチ
ングされるとき、単一基板反応装置内で1.5トルの圧
力が用いられ、この圧力は、0.25〜5.00トルの
間で変更できる、ということを提案している。US Pat. No. 4,490,209 discloses anisotropic RIE of monolayer silicon with a mixed gas of HBr, HCl and He. In this U.S. patent, during etching, bromine is absorbed on the sidewalls as silicon tetrabromide, which acts as a passivating material to prevent lateral etching, and vertical ion bombardment causes passivation over the area to be etched. The hypothesis is that it prohibits the formation of baking substances. Silicon is etched as a Si-Cl-Br compound.
This U.S. patent proposes that other silicon-containing materials, including silicon nitride and metal suicides, can be effectively etched using the gas mixture.
Also, in this U.S. Patent, a pressure of 1.5 torr is used in a single substrate reactor when polysilicon is etched, the pressure varying between 0.25 and 5.00 torr. I suggest that you can.
【0007】米国特許第4,744,861号明細書
は、臭素ガスが単独で、またはヘリウム、ネオン、クリ
プトンのような不活性ガスと混合されて使用される場合
の処理を開示している。これは、前述した米国特許第
4,450,042号明細書で開示された考え方とは逆
である。米国特許第4,744,861号明細書の処理
は、多層構造のエッチングには使用されておらず、臭素
ガス単独では反応的にエッチングしないために、チタン
またはタングステンのシリサイドのエッチングには使用
することができない。US Pat. No. 4,744,861 discloses a treatment when bromine gas is used alone or mixed with an inert gas such as helium, neon or krypton. This is contrary to the idea disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 4,450,042. The process of U.S. Pat. No. 4,744,861 is used to etch titanium or tungsten silicide because it is not used to etch multilayer structures and is not reactively etched by bromine gas alone. I can't.
【0008】米国特許第5,007,982号明細書
は、HBr単独またはHBrと不活性ガスとの混合気体
を用いたポリシリコンのRIEを開示している。このR
IEは、薄い酸化物に対して選択的な単一層構造を有す
るレジスト・マスクのみを使用している構造に対するも
のである。またこの処理は、バッチ反応装置において、
タンタルまたはチタンのシリサイド層のみをエッチング
するのに用いられるということも、この米国特許明細書
には提案されている。単一ウエハ反応装置において、電
力密度は、極端に異なり、システムの限界内で、HBr
単独でまたはHBrと不活性ガスとを混合して使用する
ことは、米国特許第5,007,982号明細書で検討
されているシリサイド構造に対して実行可能な反応性エ
ッチング処理を実現できない。US Pat. No. 5,007,982 discloses RIE of polysilicon using HBr alone or a mixed gas of HBr and an inert gas. This R
IE is for a structure using only a resist mask with a single layer structure selective for thin oxides. In addition, this process, in a batch reactor,
It is also proposed in this U.S. patent to be used to etch only tantalum or titanium silicide layers. In single-wafer reactors, the power densities are extremely different, and within the limits of the system, HBr
The use of HBr alone or in combination with an inert gas does not provide a viable reactive etching process for the silicide structures discussed in US Pat. No. 5,007,982.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、停止層用の薄いゲート酸化物と、マスク用の二
酸化シリコンまたは窒化シリコンまたはこれらのいかな
る組み合わせに対しても選択的な多層金属シリサイド/
ポリシリコン構造のエッチング・プロファイルの精密制
御が可能な、サブミクロン(0.3μm未満のライン
幅)RIE処理を提供することにある。ポリシリコン層
は、n+ またはp+ に均一にドープまたはアンドープさ
れる。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thin gate oxide for a stop layer and a multi-layer metal silicide selective for silicon dioxide or silicon nitride for a mask or any combination thereof. /
It is to provide a sub-micron (line width less than 0.3 μm) RIE process that allows precise control of the etching profile of polysilicon structures. The polysilicon layer is uniformly doped or undoped to n + or p + .
【0010】本発明の他の目的は、フォトレジスト・マ
スクを用いない制御方法によって、チタン・シリサイド
と他の金属シリサイドをエッチングするために、HBr
と塩素含有ガスを使用することにある。本発明のエッチ
ング処理の間に使用される絶縁マスクは、フォトレジス
ト・マスクが輪郭形成層として使用される前工程で輪郭
形成され、この絶縁マスクは、過フッ化炭素によりエッ
チングされ、次に、この構造は本発明のゲート構造RI
E処理用のレジストが除去される。Another object of the present invention is to etch HBr and other metal suicides by a control method that does not use a photoresist mask, so as to etch HBr.
And the use of chlorine-containing gas. The insulating mask used during the etching process of the present invention is contoured in a previous step in which a photoresist mask is used as a contouring layer, the insulating mask is etched with fluorocarbon and then: This structure is the gate structure RI of the present invention.
The resist for E treatment is removed.
【0011】本発明のさらに他の目的は、磁界強化反応
室の圧力を最適化し、サンドイッチ構造をエッチングす
るときの混合気体の混合比を最適化して、塩素原子とH
Brの混合ガスが使用されたときに、所望の垂直プロフ
ァイルまたはエッチング・バイアスを形成する。Still another object of the present invention is to optimize the pressure of the magnetic field enhanced reaction chamber and optimize the mixing ratio of the mixed gas when etching the sandwich structure so that chlorine atoms and H 2 are mixed.
When a mixed gas of Br is used, it produces the desired vertical profile or etch bias.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、HBr
と塩素を含有するガスで構成されたエッチング用混合気
体は、絶縁マスクと、薄い金属シリサイド層と、ポリシ
リコン層とによりなるサンドイッチ構造をエッチングす
るために使用される。シリサイド/ポリシリコン層のプ
ロファイルは、反応装置内の磁界の大きさと、反応装置
内の圧力の大きさと、HBrと塩素の混合比を調整する
ことにより、垂直状態から傾斜状態(もし必要なら)ま
で、制御的変化できることが調べられた。これらのファ
クタ(磁界、圧力、混合比)の組み合わせを用いて、シ
リサイド/ポリシリコン層のプロファイルを制御しなが
ら変化させることができる。その理由は、これらファク
タを互いに干渉しないで決定できるからである。According to the present invention, HBr is used.
An etching gas mixture composed of a gas containing chlorine and chlorine is used to etch a sandwich structure composed of an insulating mask, a thin metal silicide layer, and a polysilicon layer. The profile of the silicide / polysilicon layer varies from vertical to graded (if necessary) by adjusting the magnitude of the magnetic field in the reactor, the magnitude of the pressure in the reactor, and the mixing ratio of HBr and chlorine. , It was investigated that controllable changes could be made. A combination of these factors (magnetic field, pressure, mix ratio) can be used to controllably change the profile of the silicide / polysilicon layer. The reason is that these factors can be determined without interfering with each other.
【0013】この処理で使用される絶縁マスク(たとえ
ば二酸化シリコンまたは窒化シリコン)により、プロフ
ァイル制御のためのエッチングに対して異方性を与える
ために、低圧力状態(30mトル未満)が、混合比に関
係なく使用することが必要である。低圧力状態により、
層への同時Si−Br側壁のパシベーションが可能にな
り構造のアンダーカットを阻止する。Due to the insulating mask used in this process (eg, silicon dioxide or silicon nitride), low pressure conditions (less than 30 mTorr) cause mixing ratios to impart anisotropy to the etching for profile control. It is necessary to use it regardless of. Depending on the low pressure condition,
Simultaneous Si-Br sidewall passivation to the layer is possible, preventing undercutting of the structure.
【0014】HBr:Cl2 混合比と圧力は、プロファ
イル制御およびゲート酸化物に対する選択性に対して最
適化すべきである。ゲート酸化物の厚さに基づいて、H
Br:Cl2 混合比は、選択性とプロファイルを維持す
るために確認された処理状態の中で簡単に調整すること
ができる。The HBr: Cl 2 mix ratio and pressure should be optimized for profile control and selectivity to the gate oxide. H based on gate oxide thickness
The Br: Cl 2 mix ratio can be easily adjusted within the established process conditions to maintain selectivity and profile.
【0015】最適化処理は、窒化シリコンまたは二酸化
シリコンのマスクを使用する場合で、混合比が異なる。
というのは、各膜は異なる量の側壁パシベーションを与
えるからである。堆積方法が垂直マスク・プロファイル
をもたらす限り、絶縁マスクの堆積方法(LPCVD,
PECVD等)に依存しない。The optimization process uses a mask of silicon nitride or silicon dioxide, and the mixing ratio is different.
This is because each film provides a different amount of sidewall passivation. As long as the deposition method results in a vertical mask profile, the insulating mask deposition method (LPCVD,
PECVD, etc.).
【0016】[0016]
【実施例】図1は、磁界強化型単一ウエハ反応装置の略
図を示す。この反応装置は、反応室10、反応室10の
中に配置されたプラットホーム12、プラットホーム1
2内の電極16に電気的に接続された無線周波電源1
4、反応室10の中に流入口20を有するガス源18、
反応室10を取り巻く磁気コイル22、反応室10に接
続された真空ポンプ24から構成されている。RIE処
理においては、基板(図示せず)は、プラットホーム1
2の上に置かれ、無線周波電源14を与えることにより
反応室10内のガスから生成されたプラズマによってエ
ッチングされる。流入口20は、エッチング・プラズマ
が均一になるように、基板上にガスを均等に分散する拡
散スクリーン26を有するのが好適である。バルブ28
は、反応室10内の真空圧を調節し、真空ポンプ24
は、基板がエッチングされるに従って生じるエッチング
生成物を取り除く。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows a schematic diagram of a magnetic field enhanced single wafer reactor. This reaction apparatus includes a reaction chamber 10, a platform 12 disposed in the reaction chamber 10, and a platform 1.
Radio frequency power source 1 electrically connected to electrodes 16 in 2
4, a gas source 18 having an inflow port 20 in the reaction chamber 10,
It is composed of a magnetic coil 22 surrounding the reaction chamber 10 and a vacuum pump 24 connected to the reaction chamber 10. In the RIE process, the substrate (not shown) is mounted on the platform 1
2 and is etched by the plasma generated from the gas in the reaction chamber 10 by applying a radio frequency power supply 14. The inlet 20 preferably has a diffusion screen 26 that evenly distributes the gas over the substrate so that the etching plasma is uniform. Valve 28
Adjusts the vacuum pressure in the reaction chamber 10, and the vacuum pump 24
Removes etching products that occur as the substrate is etched.
【0017】本発明は、特に、シリコン基板上の金属シ
リサイド(たとえば最も好適にはチタン・シリサイド)
サンドイッチ・ゲート構造をエッチングする場合に使用
されるエッチング用ガスに関する。特に、低圧力(30
mトル以下)および高電力(200ワット以上)下で、
HBrが、塩素含有ガスと混合して、金属シリサイドを
含むゲート積層に垂直または制御された傾斜の側壁を有
する構造を生成でき、他方、フッ素または塩素系エッチ
ング材の使用は、使用される圧力または磁界にかかわら
ず、しばしば構造に重大なアンダーカットを引き起こす
ということが発見された。The present invention is particularly directed to metal suicides (eg, most preferably titanium suicides) on silicon substrates.
The present invention relates to an etching gas used when etching a sandwich gate structure. Especially low pressure (30
under m torr) and high power (over 200 watts),
HBr can be mixed with a chlorine-containing gas to produce a structure having vertical or controlled graded sidewalls on a gate stack containing metal silicide, while the use of a fluorine or chlorine based etchant can reduce the pressure used or It has been discovered that regardless of the magnetic field, it often causes a significant undercut in the structure.
【0018】図2(a)において、HBrが塩素ガス
(Cl2 ,HCl,BCl3 など)と1:1〜1:9の
比で混合するとき、ゲート酸化物の薄い層上に配置され
た絶縁マスク(Si3 N4 またはSiO2 )、金属シリ
サイド層(たとえばTiSi2など)、ポリシリコン層
(N+ またはP+ にドープまたはアンドープされた)か
ら構成される積層内のシリサイド層のアンダーカットが
存在しない。反応装置内の圧力や磁界の変化は、混合ガ
スによる異方性エッチングに悪影響を与えない。ポリシ
リコン・プロファイルは、ド−パントにかかわらず、他
のすべての条件が一定のとき、HBrの増加に従い徐々
正に傾斜する。磁界の増加は、エッチング速度の増加と
エッチングされた側壁上の重合に影響を及ぼす。自由原
子ハロゲン種の量は、磁界(0〜75ガウス)と共に増
加する。これは、光放出スペクトルと、SEMコンカレ
ンス(concurrence)で結果として得られる
プロファイルとによって決定される。In FIG. 2A, HBr was placed on a thin layer of gate oxide when mixed with chlorine gas (Cl 2 , HCl, BCl 3, etc.) in a ratio of 1: 1 to 1: 9. Undercutting of silicide layers in a stack consisting of an insulating mask (Si 3 N 4 or SiO 2 ), a metal silicide layer (eg TiSi 2 etc.) and a polysilicon layer (doped or undoped into N + or P + ). Does not exist. Changes in pressure and magnetic field in the reactor do not adversely affect anisotropic etching by the mixed gas. The polysilicon profile, regardless of dopant, slopes positively with increasing HBr when all other conditions are constant. The increase in magnetic field affects the increase in etch rate and polymerization on the etched sidewalls. The amount of free atom halogen species increases with magnetic field (0-75 gauss). This is determined by the light emission spectrum and the resulting profile on the SEM concurrence.
【0019】電力と圧力の影響(したがってDCバイア
ス電圧)は、文献に十分に記述されている。DCバイア
スが増加するにつれて、エッチングの異方性が増加す
る。圧力が減少し電力が増加するにつれて、金属シリサ
イドの垂直プロファイルは、エッチングの垂直成分によ
り達成される(他の変数が一定のとき)。さらに、側壁
上のパシベーション膜の量も、これらの条件下で増加す
る。The effects of power and pressure (and hence DC bias voltage) are well documented in the literature. As the DC bias increases, the etch anisotropy increases. As the pressure decreases and the power increases, the vertical profile of the metal silicide is achieved by the vertical component of the etch (when other variables are constant). Furthermore, the amount of passivation film on the sidewalls also increases under these conditions.
【0020】一連のエッチング実験において、2500
〜4000オングストロームのSiN4 またはSi
O2 、1000オングストロームのTiSi2 、200
0オングストロームのポリシリコンよりなる積層は、H
Brと塩素により高速度(4000オングストローム/
分以上)でエッチングされ、上述した変化条件下でのポ
リシリコンのド−パント濃度にかかわらず、0.00〜
0.05のエッチング・バイアスが証明された。少量の
不活性ガスを混入しても(全流量の0〜10%)、プロ
ファイルにはほとんど影響がない。さらに、この処理
は、10%未満のエッチング速度不均一性、すなわち6
mmエッジ・エクスクルージョン(edgeexclu
sion)を有する200mm基板上の3シグマを容易
に与えることができる。特に、200mmシリコン基板
のエッジから6mm内側で、エッチングは、ウエハ表面
の99.73%のうちの90%が均一である。この利点
は、プロファイル制御と正確な終点検出である。ゲート
酸化物厚に要求される選択性により、高選択性オーバエ
ッチングは、HBr:Cl2 混合比を低くすることによ
って、または低圧力または高圧力(20mトル〜200
mトル)の酸素を付加することによって、使用すること
ができる。エッチング均一性が与えられると、もし必要
であれば、100%オーバエッチングをしても構造の全
体的なプロファイルに影響を与えないであろう。In a series of etching experiments, 2500
~ 4000 Angstrom SiN 4 or Si
O 2 , 1000 Å TiSi 2 , 200
A stack of 0 Å polysilicon is H
High speed due to Br and chlorine (4000 Å /
Min.), Regardless of the polysilicon dopant concentration under the above-mentioned changing conditions, 0.00-
An etching bias of 0.05 was proven. Mixing a small amount of inert gas (0 to 10% of the total flow rate) has almost no effect on the profile. Moreover, this process results in an etch rate non-uniformity of less than 10%, ie 6
mm Edge Exclusion (edgeexclu
3 sigma on a 200 mm substrate with a sion) can easily be provided. In particular, within 6 mm from the edge of a 200 mm silicon substrate, the etching is uniform on 90% of the 99.73% of the wafer surface. The advantage is profile control and accurate endpoint detection. Depending on the selectivity required for gate oxide thickness, high selectivity overetching can be achieved by lowering the HBr: Cl 2 mix ratio or at low or high pressures (20 mTorr to 200 mTorr).
It can be used by adding oxygen (mTorr). Given the etch uniformity, a 100% overetch, if desired, will not affect the overall profile of the structure.
【0021】米国特許第5,007,982号明細書お
よび米国特許第5,013,398号明細書は、チタン
・シリサイドやタングステン・シリサイドのような耐熱
性金属シリサイドをエッチングするとき、エッチング・
ガスとしてHBrのみを用いることを提案しているが、
本発明による実験では、たとえ高DCバイアスと組み合
わせても、HBr単独またはHBrと不活性ガスとの混
合気体で、非常に低いエッチング速度しか得られない。
さらに、HBr単独またはHBrと不活性ガスとの混合
気体によるエッチングは、不均一性が高いプロファイル
を生じる。したがって、HBr単独またはHBrと不活
性ガスとの混合気体によるエッチングは、製造には不適
切である。HBrが塩素と混合されると、シリコンに対
する塩素の反応速度が増加するために、エッチング速度
は飛躍的に増大する。ガスの混合は、全製造スループッ
トを増大させる。US Pat. No. 5,007,982 and US Pat. No. 5,013,398 disclose etching and refractory metal silicides such as titanium silicide and tungsten silicide.
It has been proposed to use only HBr as the gas,
In the experiments according to the invention, HBr alone or a mixture of HBr and an inert gas gives a very low etching rate, even in combination with a high DC bias.
Further, etching with HBr alone or a mixed gas of HBr and an inert gas produces a profile with high non-uniformity. Therefore, etching with HBr alone or a mixed gas of HBr and an inert gas is not suitable for manufacturing. When HBr is mixed with chlorine, the etching rate increases dramatically due to the increased reaction rate of chlorine with silicon. Mixing the gases increases overall manufacturing throughput.
【0022】図2(a)に示されているゲート積層の重
要な特徴は、エッチング処理において、フォトレジスト
ではなくハード・マスク(窒化シリコンまたは二酸化シ
リコン)が使用されることにある。レジストを使用しな
いエッチングのときの垂直側壁は、特に興味をひく。な
ぜならば、ハードマスクに対するプラズマの選択性のた
めに、ハード・マスクは、多量の側壁パシベーション膜
を与えないからである。塩素と臭素は、絶縁体と比較し
てレジストに対し低選択性を有し、側壁パシベーション
膜を与えるために、このマスク層を本質的にスパッタダ
ウンすることができる。この処理の後、次のフッ化水素
酸エッチングでこの側壁を除去することが必要である。
これは、適確な製品を得るのに処理時間を追加する。An important feature of the gate stack shown in FIG. 2 (a) is that the etch process uses a hard mask (silicon nitride or silicon dioxide) rather than photoresist. Vertical sidewalls during resist-less etching are of particular interest. Because, due to the selectivity of the plasma over the hard mask, the hard mask does not provide a large amount of sidewall passivation film. Chlorine and bromine have a low selectivity to the resist compared to insulators, and this mask layer can be essentially sputtered down to provide a sidewall passivation film. After this treatment, it is necessary to remove this sidewall with a subsequent hydrofluoric acid etch.
This adds processing time to get the right product.
【0023】米国特許第4,490,209号明細書
は、HBrとHClによる金属シリサイドのエッチング
を開示している。しかしながら、この処理はエッチング
層に対して、側壁パシベーション膜を与えるフォトレジ
スト・マスクを使用している。本発明によって企画され
る絶縁マスクの使用、特にゲート構造に対する使用は、
ゲート酸化物に対するより高い選択性を与える。なぜな
らば、二酸化シリコンと反応する、レジスト膜からのプ
ラズマ中の塩化炭素が存在せず、二酸化シリコンに対し
てより低い選択性のためである。US Pat. No. 4,490,209 discloses the etching of metal suicides with HBr and HCl. However, this process uses a photoresist mask that provides a sidewall passivation film for the etch layer. The use of insulating masks designed according to the invention, especially for gate structures, is
Gives higher selectivity to the gate oxide. This is because there is no carbon chloride in the plasma from the resist film that reacts with silicon dioxide, and because of the lower selectivity to silicon dioxide.
【0024】図3(a)〜(c)は、ゲート構造の側壁
プロファイルを制御するために、本発明のHBr:塩素
ガス混合気体と共に、磁界の封じ込めおよび/または低
減圧力を用いることができることを示している。ほとん
どの応用においては、垂直プロファイル(図3(a)に
示される)が、要求される。しかしながら、他の幾つか
の応用は、所望のデバイス速度を達成するために、傾斜
プロファイル(図3(b)と(c)に示される)を必要
とする。エッチング時の磁界使用による一般的影響は、
プラズマ中にイオン種の量を増加させることである。こ
れは、プラズマの原子放出分光によって確認された。し
たがって、磁界の使用は、エッチング速度を増加させ、
横方向へのエッチングを阻止するために、側壁上で吸収
されおよび/または反応する自由に遊離した臭素の増加
によって、側壁パシベーション膜を増大させる。その結
果、他のすべての変数(混合比、電力など)が一定であ
ると仮定して、シリサイドのアンダーカットおよび全体
的構造に対する正傾斜プロファイルが小さくなる。吟味
された混合比と圧力の条件に対し、磁界の最適条件は、
0〜30ガウスである。しかしながら、エッチング実験
において、磁界を0〜75ガウスで変化したときに好結
果が得られた。FIGS. 3 (a)-(c) show that magnetic field containment and / or reduced pressure can be used with the HBr: chlorine gas mixture of the present invention to control the sidewall profile of the gate structure. Shows. In most applications, a vertical profile (shown in Figure 3 (a)) is required. However, some other applications require a tilt profile (shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c)) to achieve the desired device speed. The general effect of using a magnetic field during etching is
Increasing the amount of ionic species in the plasma. This was confirmed by atomic emission spectroscopy of the plasma. Therefore, the use of a magnetic field increases the etching rate,
In order to prevent lateral etching, the sidewall passivation film is increased by increasing the free liberated bromine absorbed and / or reacted on the sidewalls. As a result, the positive slope profile for the silicide undercut and overall structure is reduced, assuming all other variables (mixing ratio, power, etc.) are constant. The optimum conditions of the magnetic field are as follows:
It is 0 to 30 gauss. However, good results were obtained in etching experiments when the magnetic field was varied from 0 to 75 Gauss.
【0025】この処理で使用される絶縁マスク(たとえ
ば二酸化シリコンまたは窒化シリコン)により、プロフ
ァイル制御のためのエッチングに十分な異方性を与える
ために、低圧力状態(30mトル未満)が、混合比に関
係なく使用することが必要である。低圧力状態により、
Si−Br側壁パシベーション膜ゲート構造のアンダー
カットを阻止することを可能にする。より低いHBr:
Cl2 混合比と組み合わせて低圧力を用いることによっ
て、図3(c)に示すようなより正傾斜のプロファイル
を得ることができた。The insulating mask used in this process (eg, silicon dioxide or silicon nitride) allows low pressure conditions (less than 30 mTorr) to provide a sufficient mixing anisotropy to provide sufficient anisotropy for etching for profile control. It is necessary to use it regardless of. Depending on the low pressure condition,
The undercut of the Si-Br sidewall passivation film gate structure can be prevented. Lower HBr:
By using a low pressure in combination with the Cl 2 mixing ratio, a more positive slope profile could be obtained as shown in FIG. 3 (c).
【0026】本発明を、特に好適な実施例について説明
したが、発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、種
々の変形を行なうことができることを当業者は理解する
ことができるであろう。Although the present invention has been described in terms of a particularly preferred embodiment, those skilled in the art will appreciate that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
【0027】以下、本発明の実施態様を示す。The embodiments of the present invention will be described below.
【0028】(1)金属シリサイドを反応性イオン・エ
ッチングする方法において、基板上に金属シリサイド層
を形成する工程と、前記金属シリサイド層の上に、エッ
チングのために前記金属シリサイド層の部分を露出する
ようにパターン化された層を形成する工程と、エッチン
グ室の内部に前記基板を配置する工程と、1:1〜1:
9の範囲の比の、臭化水素と塩素ガスの混合気体から生
成されたプラズマにより、前記金属シリサイド層をエッ
チングする工程と、前記エッチング工程の間、前記エッ
チング室内を30mトル以下の圧力に保持する工程と、
を含むことを特徴とする反応性イオン・エッチング方
法。(1) In the method of reactive ion etching metal silicide, forming a metal silicide layer on a substrate and exposing a portion of the metal silicide layer on the metal silicide layer for etching. Forming a layer patterned as described above, placing the substrate inside an etching chamber, and 1: 1 to 1:
A step of etching the metal silicide layer with plasma generated from a mixed gas of hydrogen bromide and chlorine gas in a ratio of 9; and maintaining a pressure of 30 mTorr or less in the etching chamber during the etching step. And the process of
A reactive ion etching method comprising:
【0029】(2)前記エッチング工程の間、磁界によ
り前記プラズマに影響を及ぼす工程をさらに含むことを
特徴とする(1)記載の方法。(2) The method according to (1), further comprising a step of influencing the plasma with a magnetic field during the etching step.
【0030】(3)前記磁界を0〜75ガウスの範囲で
変化させることを特徴とする(2)記載の方法。(3) The method according to (2), wherein the magnetic field is changed in the range of 0 to 75 Gauss.
【0031】(4)前記金属シリサイドがチタン・シリ
サイドであることを特徴とする(1)記載の方法。(4) The method according to (1), wherein the metal silicide is titanium silicide.
【0032】(5)前記金属シリサイド層の上にパター
ン化された層を、二酸化シリコンと窒化シリコンよりな
る群から選択することを特徴とする(1)記載の方法。(5) The method according to (1), wherein the patterned layer on the metal silicide layer is selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride.
【0033】(6)前記エッチング工程において生成さ
れるプラズマを、200ワット以上の電力を使用して生
成することを特徴とする(1)記載の方法。(6) The method according to (1), wherein the plasma generated in the etching step is generated by using electric power of 200 watts or more.
【0034】(7)金属シリサイドを反応性イオン・エ
ッチングする方法において、ポリシリコン層と、金属シ
リサイド層と、エッチングのために前記金属シリサイド
層の部分を露出するようにパターン化された絶縁マスク
とから構成される複合構造を基板上に形成する工程と、
エッチング室の内部に前記基板を配置する工程と、1:
1〜1:9の範囲の比の、臭化水素と塩素ガスの混合気
体から生成されたプラズマにより、前記金属シリサイド
層と前記ポリシリコン層をエッチングする工程と、を含
むことを特徴とする反応性イオン・エッチング方法。(7) In a method of reactive ion etching metal silicide, a polysilicon layer, a metal silicide layer, and an insulating mask patterned to expose portions of the metal silicide layer for etching. Forming a composite structure composed of
Arranging the substrate inside the etching chamber;
A step of etching the metal silicide layer and the polysilicon layer with plasma generated from a mixed gas of hydrogen bromide and chlorine gas in a ratio of 1 to 1: 9. Ion etching method.
【0035】(8)前記エッチング工程の間、前記エッ
チング室内を30mトル以下の圧力に保持する工程をさ
らに含むことを特徴とする(7)記載の方法。(8) The method according to (7), further comprising a step of maintaining the inside of the etching chamber at a pressure of 30 mTorr or less during the etching step.
【0036】(9)前記エッチング工程の間、磁界によ
り前記プラズマに影響を及ぼす工程をさらに含むことを
特徴とする(7)記載の方法。(9) The method according to (7), further comprising a step of affecting the plasma by a magnetic field during the etching step.
【0037】(10)前記磁界を0〜75ガウスの範囲
で変化させることを特徴とする(9)記載の方法。(10) The method according to (9), wherein the magnetic field is changed in the range of 0 to 75 Gauss.
【0038】(11)前記金属シリサイドがチタン・シ
リサイドであることを特徴とする(7)記載の方法。(11) The method according to (7), wherein the metal silicide is titanium silicide.
【0039】(12)前記金属シリサイド層の上にパタ
ーン化された層を、二酸化シリコンと窒化シリコンより
なる群から選択することを特徴とする(7)記載の方
法。(12) The method according to (7), wherein the patterned layer on the metal silicide layer is selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride.
【0040】(13)前記エッチング工程において生成
されるプラズマを、200ワット以上の電力を使用して
生成することを特徴とする(7)記載の方法。(13) The method according to (7), wherein the plasma generated in the etching step is generated by using electric power of 200 watts or more.
【0041】(14)前記ポリシリコン層を、N+ また
はP+ にド−プすることを特徴とする(7)記載の方
法。(14) The method according to (7), wherein the polysilicon layer is doped with N + or P + .
【0042】(15)前記ポリシリコン層を、ドープし
ないことを特徴とする(7)記載の方法。(15) The method according to (7), wherein the polysilicon layer is not doped.
【0043】(16)ゲート構造のプロファイルまたは
エッチング・バイアスを制御する方法において、ポリシ
リコン層と、金属シリサイド層と、エッチングのために
前記金属シリサイド層の部分を露出するようにパターン
化された絶縁マスクとから構成される複合構造を基板上
に形成する工程と、1:1〜1:9の範囲の比の、臭化
水素と塩素ガスの混合気体から生成されたプラズマによ
り、前記金属シリサイド層とポリシリコン層をエッチン
グする工程と、前記プラズマに対して磁界を与えるか、
または前記エッチング室内の圧力を30mトル以下で変
化させるか、または磁界付与および圧力変化の組み合わ
せによって、前記反応性イオン・エッチングに影響を及
ぼす工程と、を含むことを特徴とする制御方法。(16) In a method of controlling a profile or etching bias of a gate structure, a polysilicon layer, a metal silicide layer, and an insulation patterned to expose a portion of the metal silicide layer for etching. The step of forming a composite structure composed of a mask on a substrate and the plasma generated from a mixed gas of hydrogen bromide and chlorine gas in a ratio of 1: 1 to 1: 9, the metal silicide layer. And a step of etching the polysilicon layer and applying a magnetic field to the plasma,
Or changing the pressure in the etching chamber at 30 mTorr or less, or influencing the reactive ion etching by a combination of applying a magnetic field and changing the pressure.
【0044】(17)前記影響を及ぼす工程が、前記圧
力を30mトル以下に保持しながら、磁界を0〜75ガ
ウスで変化させる工程を含むことを特徴とする(16)
記載の方法。(17) The influencing step includes the step of changing the magnetic field from 0 to 75 gauss while maintaining the pressure at 30 mTorr or less (16).
The method described.
【0045】(18)前記磁界を0〜30ガウスの範囲
で変化させることを特徴とする(17)記載の方法。(18) The method according to (17), wherein the magnetic field is changed within a range of 0 to 30 Gauss.
【0046】(19)前記影響を及ぼす工程が、200
ワット以上の電力によって前記反応室の内部で前記プラ
ズマを生成しながら、30mトル未満の範囲で前記圧力
を変化させる工程を含むことを特徴とする(16)記載
の方法。(19) The influencing step is 200
(16) The method according to (16), including the step of changing the pressure within a range of less than 30 mTorr while generating the plasma inside the reaction chamber with electric power of watts or more.
【0047】(20)前記プラズマの生成において使用
される臭化水素と塩素ガスの前記混合比を変化させる工
程をさらに含むことを特徴とする(16)記載の方法。(20) The method according to (16), further comprising the step of changing the mixing ratio of hydrogen bromide and chlorine gas used in the generation of the plasma.
【0048】(21)前記金属シリサイドがチタン・シ
リサイドであることを特徴とする(16)記載の方法。(21) The method according to (16), wherein the metal silicide is titanium silicide.
【0049】(22)前記絶縁マスクを、二酸化シリコ
ンと窒化シリコンよりなる群から選択することを特徴と
する(16)記載の方法。(22) The method according to (16), wherein the insulating mask is selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride.
【0050】[0050]
【発明の効果】本発明により、停止層用の薄いゲート酸
化膜と、マスク用の二酸化シリコンまたは窒化シリコン
またはこれらのいかなる組み合わせに対しても選択的な
多層金属シリサイド/ポリシリコン構造のエッチング・
プロファイルの精密制御が可能な、サブミクロンRIE
処理が得られる。In accordance with the present invention, a thin gate oxide film for a stop layer and an etch of a multi-layer metal silicide / polysilicon structure selective to silicon dioxide or silicon nitride for a mask or any combination of these.
Submicron RIE capable of precise profile control
Processing is obtained.
【図1】磁気強化型単一ウエハ反応装置の一実施例の略
図である。FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a magnetically enhanced single wafer reactor.
【図2】ゲート積層の例を示す断面図であり、(a)
は、HBrを混合した塩素含有ガスでエッチングしたゲ
ート積層を示し、(b)は、HBrを混合していない塩
素混合ガスでエッチングしたゲート積層を示している。
さらに、(a)と(b)は、エッチングのアンダーカッ
トを除去する場合の圧力制御と磁界の影響をも示してい
る。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a gate stack, (a)
Shows a gate stack etched with a chlorine-containing gas mixed with HBr, and (b) shows a gate stack etched with a chlorine mixed gas not mixed with HBr.
Further, (a) and (b) also show the influence of the pressure control and the magnetic field when removing the etching undercut.
【図3】磁束および/またはHBr:Cl2 混合比およ
び/またはエッチング反応装置内圧力を変化させること
により生成されたゲート積層構造の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a gate stack structure formed by changing a magnetic flux and / or a HBr: Cl 2 mixing ratio and / or a pressure in an etching reactor.
10 反応室 12 プラットフォーム 14 無線周波数発生源 16 電極 18 ガス源 20 流入口 22 磁気コイル 24 真空ポンプ 26 拡散スクリーン 28 バルブ 10 Reaction Chamber 12 Platform 14 Radio Frequency Source 16 Electrode 18 Gas Source 20 Inlet 22 Magnetic Coil 24 Vacuum Pump 26 Diffusion Screen 28 Valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05H 1/46 9014−2G (72)発明者 ダナ・クリスティン・ノースカット アメリカ合衆国 ニューヨーク州 パウキ ープシ ジャックマン ドライブ 97ビー─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H05H 1/46 9014-2G (72) Inventor Dana Christine Northcut PAWKI PUSH Jackman, New York, USA Drive 97 Bee
Claims (10)
グする方法において、 基板上に金属シリサイド層を形成する工程と、 前記金属シリサイド層の上に、エッチングのために前記
金属シリサイド層の部分を露出するようにパターン化さ
れた層を形成する工程と、 エッチング室の内部に前記基板を配置する工程と、 1:1〜1:9の範囲の比の、臭化水素と塩素ガスの混
合気体から生成されたプラズマにより、前記金属シリサ
イド層をエッチングする工程と、 前記エッチング工程の間、前記エッチング室内を30m
トル以下の圧力に保持する工程と、 を含むことを特徴とする反応性イオン・エッチング方
法。1. A method of reactive ion etching metal silicide, the method comprising: forming a metal silicide layer on a substrate; exposing a portion of the metal silicide layer on the metal silicide layer for etching. Forming a patterned layer as described above, arranging the substrate inside an etching chamber, and producing from a mixed gas of hydrogen bromide and chlorine gas in a ratio of 1: 1 to 1: 9. Between the step of etching the metal silicide layer with the generated plasma, and 30 m in the etching chamber during the etching step.
And a step of maintaining the pressure at a pressure of not more than torr, the reactive ion etching method comprising:
プラズマに影響を及ぼす工程をさらに含むことを特徴と
する請求項1記載の方法。2. The method of claim 1, further comprising the step of influencing the plasma with a magnetic field during the etching step.
であることを特徴とする請求項1記載の方法。3. The method of claim 1, wherein the metal silicide is titanium silicide.
れた層を、二酸化シリコンと窒化シリコンよりなる群か
ら選択することを特徴とする請求項1記載の方法。4. The method of claim 1, wherein the patterned layer on the metal silicide layer is selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride.
ラズマを、200ワット以上の電力を使用して生成する
ことを特徴とする請求項1記載の方法。5. The method according to claim 1, wherein the plasma generated in the etching step is generated by using electric power of 200 watts or more.
グする方法において、 ポリシリコン層と、金属シリサイド層と、エッチングの
ために前記金属シリサイド層の部分を露出するようにパ
ターン化された絶縁マスクとから構成される複合構造を
基板上に形成する工程と、 エッチング室の内部に前記基板を配置する工程と、 1:1〜1:9の範囲の比の、臭化水素と塩素ガスの混
合気体から生成されたプラズマにより、前記金属シリサ
イド層と前記ポリシリコン層をエッチングする工程と、 を含むことを特徴とする反応性イオン・エッチング方
法。6. A method of reactive ion etching metal silicide, comprising: a polysilicon layer, a metal silicide layer, and an insulating mask patterned to expose portions of the metal silicide layer for etching. Forming a composite structure composed on the substrate, arranging the substrate inside an etching chamber, and from a mixed gas of hydrogen bromide and chlorine gas in a ratio of 1: 1 to 1: 9. And a step of etching the metal silicide layer and the polysilicon layer with the generated plasma, the reactive ion etching method comprising:
ド−プすることを特徴とする請求項6記載の方法。7. The method of claim 6 wherein the polysilicon layer is doped N + or P + .
を特徴とする請求項6記載の方法。8. The method of claim 6, wherein the polysilicon layer is undoped.
グ・バイアスを制御する方法において、 ポリシリコン層と、金属シリサイド層と、エッチングの
ために前記金属シリサイド層の部分を露出するようにパ
ターン化された絶縁マスクとから構成される複合構造を
基板上に形成する工程と、 1:1〜1:9の範囲の比の、臭化水素と塩素ガスの混
合気体から生成されたプラズマにより、前記金属シリサ
イド層とポリシリコン層をエッチングする工程と、 前記プラズマに対して磁界を与えるか、または前記エッ
チング室内の圧力を30mトル以下で変化させるか、ま
たは磁界付与および圧力変化の組み合わせによって、前
記反応性イオン・エッチングに影響を及ぼす工程と、 を含むことを特徴とする制御方法。9. A method of controlling the profile or etch bias of a gate structure, comprising: a polysilicon layer, a metal silicide layer, and an insulating mask patterned to expose portions of the metal silicide layer for etching. And a metal silicide layer by a plasma generated from a mixed gas of hydrogen bromide and chlorine gas in a ratio of 1: 1 to 1: 9 on a substrate. The step of etching the polysilicon layer and the step of applying a magnetic field to the plasma, changing the pressure in the etching chamber at 30 mTorr or less, or a combination of applying a magnetic field and changing the pressure causes the reactive ion etching to be performed. And a control method comprising:
臭化水素と塩素ガスの前記混合比を変化させる工程をさ
らに含むことを特徴とする請求項9記載の方法。10. The method of claim 9, further comprising the step of varying the mixing ratio of hydrogen bromide and chlorine gas used in the generation of the plasma.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US88039092A | 1992-05-08 | 1992-05-08 | |
US880390 | 1992-05-08 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0629257A true JPH0629257A (en) | 1994-02-04 |
JPH0817172B2 JPH0817172B2 (en) | 1996-02-21 |
Family
ID=25376160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5091102A Expired - Lifetime JPH0817172B2 (en) | 1992-05-08 | 1993-04-19 | How to control the gate structure profile |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0817172B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6103631A (en) * | 1997-12-15 | 2000-08-15 | Nec Corporation | Method of manufacturing semiconductor device |
US6200902B1 (en) | 1997-03-31 | 2001-03-13 | Nec Corporation | Method of etching a layer in a semiconductor device |
JP2003068709A (en) * | 2001-06-15 | 2003-03-07 | Tokyo Electron Ltd | Dry etching method |
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JPH03127826A (en) * | 1989-10-13 | 1991-05-30 | Fujitsu Ltd | Dry etching method |
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1993
- 1993-04-19 JP JP5091102A patent/JPH0817172B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0817172B2 (en) | 1996-02-21 |
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