JPH07169739A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH07169739A
JPH07169739A JP31225093A JP31225093A JPH07169739A JP H07169739 A JPH07169739 A JP H07169739A JP 31225093 A JP31225093 A JP 31225093A JP 31225093 A JP31225093 A JP 31225093A JP H07169739 A JPH07169739 A JP H07169739A
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layer
etching
resist
resist pattern
etched
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Toshiharu Yanagida
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Abstract

PURPOSE:To prevent the undercut of a lower-layer resist pattern by dividing the etching of a lower resist layer into two stages and making the condition of the second etching process to be performed after an upper resist layer is etched off different from that of the first etching process. CONSTITUTION:An Al-Si-Cu alloy layer 2, lower resist layer 3, and SiO2-based intermediate layer 4 are formed on an SiO2-based interlayer insulating film 1 having a step. In addition, an upper-layer resist pattern 5 which is patterned to a prescribed shape is formed on the layer 4. Then the layers 4 and 3 of this substrate to be etched are etched by using the pattern 5 as a mask. As a result of the above-mentioned first etching process, the pattern 5 is also etched off and an intermediate-layer pattern 4a is exposed. However, the remaining part 3b of the lower resist layer 3 still exists in this stage. Therefore, the remaining part 3b is etched by changing the etching condition.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、特に例えば多層レジストプロセスにおいて、有機
材料層である下層レジストを異方性加工してレジストパ
ターンを形成する際にアンダカットを防止し、寸法変換
差のない下層レジストパターンを形成する方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method, and in particular, for example, in a multi-layer resist process, undercutting is prevented when anisotropically processing a lower layer resist which is an organic material layer to form a resist pattern, The present invention relates to a method of forming a lower layer resist pattern having no conversion difference.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化されるに伴い、フォトリソグラフィやドライエッチ
ング等の微細加工技術に対する要求は一段と厳しさを増
している。フォトリソグラフィ技術においては、近年微
細なデザインルールを達成するために、高解像度を求め
て露光波長が短波長化され、さらに多層配線構造を採る
ために下地基板の表面段差が増大していることから、多
層レジストプロセスの採用が必須となりつつある。多層
レジストプロセスは、下地基板の表面段差を吸収して平
坦面を形成するに充分な厚さを有する下層レジストと、
下層レジストをエッチングする際の実質的なマスクパタ
ーンを構成するための無機材料からなる薄い中間層と、
高解像度を達成するに充分な薄い上層レジストとを組み
合わせて使用するいわゆる3層レジストプロセスの概念
が、J.M.MorranらによりJ.Vac.Sci.Technol., 16, 1620
(1979) に報告されている。また多層レジストのドライ
エッチング方法について、月刊セミコンダクターワール
ド誌1987年11月号101〜106ページに詳細な
解説記事が掲載されている。
2. Description of the Related Art As semiconductor device design rules such as LSI are miniaturized from a level of half micron to quarter micron, requirements for fine processing technologies such as photolithography and dry etching are becoming more severe. . In photolithography technology, in recent years, in order to achieve fine design rules, the exposure wavelength has been shortened in order to obtain high resolution, and since the multilayer wiring structure has been adopted, the surface step of the underlying substrate has increased. The adoption of a multi-layer resist process is becoming essential. The multi-layer resist process includes a lower layer resist having a sufficient thickness to absorb a surface step of a base substrate and form a flat surface,
A thin intermediate layer made of an inorganic material for constituting a substantial mask pattern when etching the lower layer resist,
JM Morran et al., J. Vac. Sci. Technol., 16 , 1620, introduced the concept of a so-called three-layer resist process, which is used in combination with an upper layer resist that is thin enough to achieve high resolution.
(1979). Further, regarding the dry etching method of the multi-layer resist, a detailed commentary article is published in the monthly semiconductor world magazine, November 1987, pages 101 to 106.

【0003】3層レジストプロセスによるレジストパタ
ーン形成方法を図2を参照して説明する。
A method of forming a resist pattern by the three-layer resist process will be described with reference to FIG.

【0004】図2(a)は、3層レジストプロセスにお
いて上層レジストパターン5が形成された被エッチング
基板の断面形状を示している。すなわち、まず段差を有
する層間絶縁膜1上にこの段差にならった、例えばAl
合金等からなる下地材料層2を形成し、この段差を吸収
して平坦な表面を形成しうる充分な厚さを有する下層レ
ジスト層3、および例えば回転塗布ガラス(SOG)か
らなるSiO2 系中間層4、そしてさらにこの中間層4
上に薄い上層レジスト層をこの順に順次形成する。この
上層レジスト層をフォトリソグラフィと現像によりパタ
ーニングして、上述のレジストパターン5を得る。この
際のフォトリソグラフィは平坦面への露光であるから解
像度は高く、上記上層レジストパターン5は例えば0.
35μm幅の明瞭な矩形形状を有する。
FIG. 2A shows a sectional shape of the substrate to be etched on which the upper layer resist pattern 5 is formed in the three-layer resist process. That is, first, for example, Al which has this step on the interlayer insulating film 1 having the step is formed.
A base material layer 2 made of an alloy or the like is formed, a lower resist layer 3 having a sufficient thickness to absorb the step and form a flat surface, and a SiO 2 -based intermediate layer made of, for example, spin coating glass (SOG). Layer 4, and then this middle layer 4
A thin upper resist layer is sequentially formed thereon in this order. The upper resist layer is patterned by photolithography and development to obtain the resist pattern 5 described above. Since the photolithography at this time is exposure on a flat surface, the resolution is high, and the upper layer resist pattern 5 has, for example, a density of 0.
It has a clear rectangular shape with a width of 35 μm.

【0005】次に、上層レジストパターン5をマスクと
して中間層4をRIEによりパターニングし、図2
(b)に示すように中間層パターン4aを形成する。こ
の中間層パターン4aも0.35μm幅の明瞭な矩形形
状を有する。
Next, the intermediate layer 4 is patterned by RIE using the upper layer resist pattern 5 as a mask, as shown in FIG.
As shown in (b), the intermediate layer pattern 4a is formed. This intermediate layer pattern 4a also has a clear rectangular shape with a width of 0.35 μm.

【0006】次に、上層レジストパターン5と中間層パ
ターン4aをマスクとし、O2 ガスを用い下層レジスト
層3を異方性エッチングすることにより、図2(c)に
示すように目的とする下層レジストパターン3aを形成
する。このエッチング過程では、薄い上層レジストパタ
ーン5は中途でエッチオフされて消失する。
Next, by using the upper resist pattern 5 and the intermediate layer pattern 4a as a mask, the lower resist layer 3 is anisotropically etched using O 2 gas to obtain the desired lower layer as shown in FIG. 2 (c). A resist pattern 3a is formed. In this etching process, the thin upper resist pattern 5 is etched off and disappears midway.

【0007】しかる後、下層レジストパターン3aをマ
スクとして下地材料層2をRIE等の異方性エッチング
によりパターニングして、所望の例えばAl合金配線パ
ターン(図示せず)を得るのである。このとき、中間層
パターン4aは残したまま下層材料層をエッチングして
もよいし、別途除去して下層レジストパターン3aのみ
で下層材料層2をエッチングしてもよい。このような多
層レジストのプロセスを踏むことにより、段差基板上に
あっても制御性のよい下地材料層、例えばAl合金配線
パターンの形成が可能となるのである。
Thereafter, the underlying material layer 2 is patterned by anisotropic etching such as RIE using the lower resist pattern 3a as a mask to obtain a desired Al alloy wiring pattern (not shown). At this time, the lower layer material layer may be etched while leaving the intermediate layer pattern 4a, or may be separately removed and the lower layer material layer 2 may be etched only by the lower layer resist pattern 3a. By performing such a multi-layer resist process, it becomes possible to form a base material layer having good controllability even on a stepped substrate, for example, an Al alloy wiring pattern.

【0008】ところで、上述したように下層レジスト層
3のエッチングにはO2 ガスによるRIEが一般的に用
いられる。下層レジスト層3は3層レジストプロセスの
趣旨にもとづき、被エッチング基板の表面段差を吸収す
るのに充分な膜厚に形成した層であるから、そのエッチ
ングには高速性が要求される。そこで、エッチングレー
トの向上を意図して高ガス圧力条件とし、酸素ラジカル
(以下、O* と記す)を増加させてラジカル反応を主体
としてエッチングすると、O* が中間層パターン4a下
部にまでまわりこみ、等方的酸化反応によるアンダーカ
ットが発生し、下層レジストパターン3aの形状が悪化
する。
By the way, as described above, RIE using O 2 gas is generally used for etching the lower resist layer 3. The lower resist layer 3 is a layer formed to have a film thickness sufficient to absorb the step difference on the surface of the substrate to be etched based on the purpose of the three-layer resist process, and therefore high speed etching is required. Therefore, when a high gas pressure condition is set with the intention of improving the etching rate and oxygen radicals (hereinafter referred to as O * ) are increased to perform etching mainly by a radical reaction, O * wraps around to the lower portion of the intermediate layer pattern 4a, Undercutting occurs due to the isotropic oxidation reaction, and the shape of the lower layer resist pattern 3a deteriorates.

【0009】一方、下層レジストのアンダーカットを防
止し、高異方性エッチングを達成するためには、低ガス
圧かつ高バイアス電力といった、イオンの平均自由行程
と基板バイアスを高めた条件を採用することが必要とな
る。つまり、酸素イオン(以下、O+ と記す)の垂直入
射性と大きな運動エネルギを利用して、スパッタリング
を併用しながらイオンモードのエッチングを行うことに
より、高異方性エッチングを行うのである。ところが、
かかるエッチング条件の採用は、高いエッチングレート
を得ることが困難であること、および下地材料層との選
択比低下を招き、下地材料層がスパッタされてその一部
は下層レジストパターン3aの側壁に再付着する。この
問題を図3を参照して説明する。
On the other hand, in order to prevent undercutting of the lower layer resist and achieve high anisotropic etching, conditions such as low gas pressure and high bias power that increase the mean free path of ions and the substrate bias are adopted. Will be required. In other words, high anisotropic etching is performed by utilizing the normal incidence of oxygen ions (hereinafter, referred to as O + ) and large kinetic energy to perform ion mode etching while simultaneously using sputtering. However,
Adopting such etching conditions makes it difficult to obtain a high etching rate and lowers the selection ratio with respect to the underlying material layer, and the underlying material layer is sputtered and a part of it is reused on the sidewall of the lower resist pattern 3a. Adhere to. This problem will be described with reference to FIG.

【0010】図3は、強いイオンモードのエッチングに
より、下層レジストパターン3aが完成した状態を示
す。段差上部の下層レジストパターンは膜厚が薄いので
早期に形成される。すると、段差上部の露出した下地材
料層2は、段差下部の下層レジストパターンが形成され
る迄、O+ の不所望な照射を継続して受けることにな
る。このため下地材料層2はスパッタされ、その一部は
下層レジストパターン3aの側壁に付着して再付着物層
2aを形成する。特に下地材料層2がCuを含む金属配
線材料層である場合、この再付着物層2aは除去が困難
であり、基板上に残留してパーティクル汚染源になる。
また、上記再付着物層は下層レジストパターン3aの実
質的な線幅を太らせるので、下地材料層のエッチングに
際して寸法変換差が発生し易くなる。
FIG. 3 shows a state where the lower layer resist pattern 3a is completed by the strong ion mode etching. Since the lower resist pattern on the step is thin, it is formed early. Then, the exposed underlying material layer 2 on the upper part of the step is continuously subjected to the undesired irradiation of O + until the lower resist pattern on the lower part of the step is formed. Therefore, the base material layer 2 is sputtered, and a part thereof adheres to the side wall of the lower layer resist pattern 3a to form the redeposited material layer 2a. Particularly when the underlying material layer 2 is a metal wiring material layer containing Cu, the redeposited material layer 2a is difficult to remove and remains on the substrate to become a particle contamination source.
Further, since the redeposited material layer increases the substantial line width of the lower resist pattern 3a, a dimensional conversion difference is likely to occur during etching of the base material layer.

【0011】上述した再付着物層の問題は、例えば第3
3回応用物理学関係連合講演会(1986年春季年会) 講演
予稿集 p.542, 講演番号 2p-Q-8 で指摘されており、周
知のところである。再付着物層の形成を抑制するために
は、入射イオンエネルギの低減が効果的であることは明
白であるが、これでは前述の等方的反応が優勢となり、
異方性が低下し、アンダーカットが発生してしまう。
The problem of the redeposited layer described above is, for example, the third one.
It is pointed out in Proceedings of the 3rd Joint Lecture on Applied Physics (Spring Annual Meeting 1986) p.542, Lecture No. 2p-Q-8, and is well known. It is clear that reducing the incident ion energy is effective in suppressing the formation of the redeposited layer, but this makes the aforementioned isotropic reaction predominant,
Anisotropy decreases and undercut occurs.

【0012】このため、入射イオンエネルギの低減と、
高異方性の達成とを両立しうる下層レジスト層のドライ
エッチング方法が切望されている。
Therefore, the incident ion energy is reduced, and
A dry etching method for a lower resist layer that can achieve both high anisotropy and compatibility has been earnestly desired.

【0013】かかる要望に対応する技術として、本出願
人はこれまでにラジカル成分の低減とイオン成分の増強
のみに依存して達成するのではなく、エッチングの反応
生成物による側壁保護膜を積極的に利用して高異方性形
状を達成するという思想にもとづく発明を出願してい
る。すなわち側壁保護膜を併用すれば、O* のアタック
をカバーしつつ、エッチングレートを実用上支障ない程
度に確保しながら、イオン入射エネルギを低減すること
が可能となる。
As a technique for responding to such a demand, the present applicant has not hitherto achieved it only by reducing the radical component and enhancing the ionic component, but rather by actively forming a side wall protective film by a reaction product of etching. We have applied for an invention based on the idea of utilizing this to achieve a highly anisotropic shape. That is, if the side wall protective film is also used, it is possible to reduce the ion incident energy while covering the O * attack and ensuring the etching rate to the extent that there is no practical problem.

【0014】例えば、特開平2-244625号公報には、O2
にCl系ガスを添加したエッチングガスを使用すること
により、レジストとCl系ガスとの反応生成物であるC
Cl x を側壁保護膜として堆積しながら下層レジスト層
の異方性エッチングを行う技術を示した。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-244625 discloses O2
Use an etching gas with Cl-based gas added to
C, which is a reaction product of the resist and Cl-based gas
Cl xAs a sidewall protection film while depositing a lower resist layer
The technique for performing anisotropic etching of is shown.

【0015】また、特開平4-084414号公報には、基板温
度を50℃以下に制御して、NH3を主体とするエッチ
ングガスを用いてレジスト材料層をエッチングする技術
を提案している。この方法によれば、N、CおよびOを
構成元素として含む反応生成物が側壁保護膜の役割を果
たす。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-084414 proposes a technique of controlling the substrate temperature at 50 ° C. or lower and etching the resist material layer using an etching gas mainly containing NH 3 . According to this method, the reaction product containing N, C and O as constituent elements plays the role of a sidewall protective film.

【0016】さらに、特開平4-171726号公報には、O2
にBr系ガスを添加したエッチングガスを使用すること
により、レジストとBr系ガスとの反応生成物であるC
Br x を側壁保護膜として堆積しながら下層レジスト層
の異方性エッチングを行う技術を開示した。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 4-171726 discloses an O2
Use an etching gas with a Br-based gas added to
C, which is a reaction product of the resist and the Br-based gas,
Br xAs a sidewall protection film while depositing a lower resist layer
A technique for performing anisotropic etching of the above has been disclosed.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本出願人が先に出願し
た上述の各ドライエッチング方法は、実用的なエッチン
グレートを確保した上で、実用的温度領域において、低
イオンエネルギによる異方性エッチングを達成した点に
おいて画期的な技術である。これらの技術により、下地
材料層のスパッタによる下層レジストパターン側壁への
再付着は大きく抑制されるに至った。
The above-mentioned dry etching methods previously filed by the applicant of the present invention ensure that a practical etching rate is ensured and that anisotropic etching by low ion energy is carried out in a practical temperature range. This is an epoch-making technology in that By these techniques, reattachment of the base material layer to the side wall of the lower resist pattern by sputtering has been greatly suppressed.

【0018】しかしながら、今後デバイスの高集積化が
進み、より微細化した下層レジストパターンの異方性加
工を行おうとするとき、その加工寸法変換差が顕在化す
る場合も懸念される。この問題を図4を参照して説明す
る。
However, when the device is highly integrated in the future and anisotropic processing of a finer lower resist pattern is performed, there is a concern that the processing size conversion difference may become apparent. This problem will be described with reference to FIG.

【0019】図4(a)は、上層レジストパターンおよ
び中間層パターン4aをマスクに下層レジストを中途ま
でエッチングした状態であり、未完成の下層レジストパ
ターン側壁には前述したカーボン系の側壁保護膜6が形
成されている。この側壁保護膜6は、上層レジストパタ
ーンおよび下層レジスト3から供給されるカーボンと、
エッチングガスとの反応生成物であり、下層レジストパ
ターンのアンダーカットを防ぎ、異方性加工に寄与して
いる。ところが、上層レジストパターンが一旦エッチオ
フされ中間層4aが露出した時点からは、反応生成物の
供給が大幅に減少するため、下層レジスト層の異方性加
工に必要なだけの側壁保護膜が形成されず、下層レジス
ト層の残余部3bのエッチングを継続すると、アンダー
カット7が発生するという現象がしばしば生じるように
なった。このようなアンダーカット7による下層レジス
トパターン3aの加工寸法変換差の発生は、多層レジス
トプロセスの実用化を図る上で障害となりつつある。
FIG. 4A shows a state in which the lower layer resist is etched halfway using the upper layer resist pattern and the intermediate layer pattern 4a as a mask, and the carbon-based side wall protective film 6 is formed on the side wall of the unfinished lower layer resist pattern. Are formed. The side wall protective film 6 contains carbon supplied from the upper layer resist pattern and the lower layer resist 3,
It is a reaction product with etching gas and prevents undercutting of the lower layer resist pattern and contributes to anisotropic processing. However, after the upper resist pattern is once etched off and the intermediate layer 4a is exposed, the supply of the reaction product is significantly reduced, so that the side wall protective film necessary for anisotropic processing of the lower resist layer is formed. However, when the etching of the remaining portion 3b of the lower resist layer is continued, a phenomenon that an undercut 7 occurs often occurs. The generation of the difference in processing dimension conversion of the lower layer resist pattern 3a due to such an undercut 7 is becoming an obstacle to the practical application of the multilayer resist process.

【0020】そこで本発明の課題は、多層レジストプロ
セスにおける下層レジストのパターニングにおいて、上
層レジストのエッチオフ前後でのエッチング反応生成物
の供給量減少にともなうアンダーカットを防止し、寸法
変換差のない異方性にすぐれたドライエッチング方法を
提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to prevent undercutting in the patterning of the lower layer resist in the multi-layer resist process due to a decrease in the supply amount of the etching reaction product before and after the etching off of the upper layer resist, and to prevent a difference in size conversion. It is to provide a dry etching method excellent in directionality.

【0021】また本発明の課題は、下地材料層のスパッ
タリングによる下層レジストパターン側壁への再付着を
防止し、パーティクル汚染のないクリーンなドライエッ
チング方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a clean dry etching method which prevents reattachment of the underlying material layer to the side wall of the lower resist pattern by sputtering and is free from particle contamination.

【0022】さらに本発明の別の課題は、実用的なエッ
チングレートを確保しつつ、上記課題を達成することで
ある。
Still another object of the present invention is to achieve the above object while ensuring a practical etching rate.

【0023】[0023]

【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、上述の課題を解決するために発案したもので
あり、下層レジスト層のドライエッチング工程を2段階
に分け、上層レジストパターンがエッチオフされる迄の
第1のドライエッチング工程と、上層レジストパターン
がエッチオフされた後の第2のドライエッチング工程と
で構成し、第2のドライエッチング工程では第1のドラ
イエッチング工程とは異なるエッチング条件を用いるよ
うにした。
The dry etching method of the present invention was devised to solve the above-mentioned problems. The dry etching process of the lower resist layer is divided into two steps, and the upper resist pattern is etched off. The first dry etching step up to the above is performed and the second dry etching step after the upper layer resist pattern is etched off. The second dry etching step is different from the first dry etching step. The conditions were used.

【0024】また本発明のドライエッチング方法は、酸
素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガスを用い、第2の
エッチング工程においては、ハロゲン系ガスの混合比を
高めるようにした。
In the dry etching method of the present invention, a mixed gas containing oxygen gas and a halogen-based gas is used, and the mixing ratio of the halogen-based gas is increased in the second etching step.

【0025】さらに本発明のドライエッチング方法は、
酸素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガスを用い、第2
のエッチング工程においては、エッチング圧力を低下す
る構成とした。
Further, the dry etching method of the present invention is
Using a mixed gas containing oxygen gas and halogen-based gas,
In the etching process, the etching pressure was reduced.

【0026】またさらに本発明のドライエッチング方法
は、酸素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガスを用い、
第2のエッチング工程においては、希ガスを添加するよ
うにした。
Furthermore, the dry etching method of the present invention uses a mixed gas containing an oxygen gas and a halogen-based gas,
A rare gas was added in the second etching step.

【0027】そして本発明のドライエッチング方法は、
酸素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガスを用い、第2
のエッチング工程においては、基板バイアス電圧を高め
る構成をとるようにした。
The dry etching method of the present invention is
Using a mixed gas containing oxygen gas and halogen-based gas,
In the etching process, the substrate bias voltage is increased.

【0028】[0028]

【作用】本発明のポイントは、下層レジスト層のエッチ
ングを2段階に分け、上層レジストがエッチオフされる
迄の第1のエッチング工程と、上層レジストがエッチオ
フされた後の第2のエッチング工程とで構成し、第2の
エッチング工程の条件を第1のエッチング工程の条件と
異ならしめたことにある。これにより、上層レジストパ
ターンがエッチオフされた後も、エッチング反応生成物
の供給不足にともなう側壁保護膜形成機能の弱体化を補
い、下層レジストパターンのアンダーカットを防止でき
る。
The point of the present invention is that the etching of the lower resist layer is divided into two stages, the first etching step until the upper resist is etched off, and the second etching step after the upper resist is etched off. And the condition of the second etching step is different from the condition of the first etching step. As a result, even after the upper layer resist pattern is etched off, the weakening of the side wall protective film forming function due to insufficient supply of the etching reaction product can be compensated for, and the undercut of the lower layer resist pattern can be prevented.

【0029】また本発明においては、エッチング反応生
成物を側壁保護膜の形成に寄与させるような、例えば酸
素ガスとハロゲン系ガスとの混合ガスを用いてエッチン
グし、第2のエッチング工程においてはハロゲン系ガス
の混合比率を高めることにより、未反応のエッチング活
性種であるO* が過剰に存在することを防止する。また
同時に、エッチング反応生成物であるCClx 、CBr
x 等の生成を促進し、側壁保護膜の強化を図るのであ
る。これにより、下層レジストパターンのアンダーカッ
トを防止できる。
Further, in the present invention, the etching reaction product is etched by using a mixed gas of, for example, oxygen gas and halogen-based gas, which contributes to the formation of the side wall protective film, and the halogen is used in the second etching step. By increasing the mixing ratio of the system gases, it is possible to prevent the excessive presence of unreacted etching active species O * . At the same time, etching reaction products CCl x , CBr
It promotes the generation of x and the like and strengthens the side wall protective film. This can prevent undercut of the lower layer resist pattern.

【0030】さらに本発明においては、酸素ガスとハロ
ゲン系ガスとの混合ガスを用いてエッチングし、第2の
エッチング工程においてはエッチング圧力を低下するこ
とにより、O+ の平均自由工程を増大させ、このイオン
の高い運動エネルギを利用して異方性エッチングを達成
し、アンダカットを防止するのである。
Further, in the present invention, etching is performed using a mixed gas of oxygen gas and halogen-based gas, and the etching pressure is lowered in the second etching step to increase the mean free path of O + , The high kinetic energy of the ions is used to achieve anisotropic etching and prevent undercut.

【0031】またさらに本発明においては、酸素ガスと
ハロゲン系ガスとの混合ガスを用いてエッチングし、第
2のエッチング工程においては希ガスを添加することに
より、エッチング活性種であるO* の濃度を相対的に下
げ、これにより下層レジストパターンのアンダーカット
が防止できる。
Further, in the present invention, etching is performed using a mixed gas of oxygen gas and halogen-based gas, and a rare gas is added in the second etching step so that the concentration of O * which is an etching active species is increased. Is relatively lowered, whereby undercut of the lower layer resist pattern can be prevented.

【0032】そして本発明においては、酸素ガスとハロ
ゲン系ガスとの混合ガスを用いてエッチングし、第2の
エッチング工程においては基板バイアス電圧を高めるこ
とにより、イオンの運動エネルギを高めて異方性エッチ
ングを達成し、アンダカットを防止するのである。
In the present invention, etching is performed using a mixed gas of oxygen gas and halogen-based gas, and in the second etching step, the substrate bias voltage is increased to increase the kinetic energy of ions and increase the anisotropy. It achieves etching and prevents undercutting.

【0033】ところで、3層レジストプロセスにおいて
下層レジストのパターニング時にエッチング条件を2段
階に分ける技術的思想は、一例として下地材料層が一部
露出した後でエッチング条件を変化する方法が知られて
いる。すなわち、オーバーエッチング条件を異ならしめ
て、例えば下地材料層のダメージ等を防止するものであ
る。ここで述べた従来の2段エッチングは、上層レジス
ト層がエッチオッフされた時点で側壁保護膜形成にあず
かる反応生成物の減少を補うという本発明の技術的思想
とは別個のものである。
By the way, as a technical idea of dividing the etching condition into two stages when patterning the lower layer resist in the three-layer resist process, as an example, a method of changing the etching condition after a part of the underlying material layer is exposed is known. . That is, the overetching conditions are made different to prevent, for example, damage to the underlying material layer. The conventional two-step etching described here is different from the technical idea of the present invention, which compensates for the decrease in the reaction products involved in the formation of the sidewall protective film when the upper resist layer is etched off.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0035】実施例1 本実施例は、3層レジストプロセスにおいて、Al−1
%Si−0.5%Cu合金からなる下地材料層上に形成
された下層レジスト層を、O2 とCl2 との混合ガスを
用いてパターニングする場合、エッチングを2段階に分
け、上層レジストパターンがエッチオフされた後にはC
2 の混合比を高めてエッチングを行なった例である。
このドライエッチング方法を図1を参照して説明する。
なお、同図において、従来の技術で説明した箇所と同じ
部分には、同一の参照番号を付与することとする。
Example 1 In this example, Al-1 was used in a three-layer resist process.
When the lower layer resist layer formed on the base material layer made of% Si-0.5% Cu alloy is patterned using a mixed gas of O 2 and Cl 2 , the etching is divided into two steps to form an upper layer resist pattern. C after being etched off
This is an example in which etching is performed with a higher mixing ratio of l 2 .
This dry etching method will be described with reference to FIG.
In the figure, the same parts as those described in the related art are designated by the same reference numerals.

【0036】まず、図1(a)に示すように、被エッチ
ング基板として、例えば5インチ径のSiウェハ上に形
成された、段差を有するSiO2 系層間絶縁膜1上に、
この段差にならったAl−1%Si−0.5%Cu合金
層2をO.7μmの厚さに形成して、これを下地材料層
とする。なお、ここでは層間絶縁膜1下の下層配線等は
図示を省略する。つぎにこの上に一例としてノボラック
系ポジ型フォトレジスト(東京応化工業株式会社製、商
品名OFPR−800)を塗布して下層レジスト層3を
形成する。ここで、段差下部に対応する領域の下層レジ
スト層3の厚さは約1.0μmであり、表面は段差を吸
収して平坦面となるように形成する。この下層レジスト
層3の上には、SOG(東京応化工業株式会社製、商品
名OCD−Type2)をスピンコートし、厚さ約0.
2μmのSiO2 系中間層4を形成する。さらに、この
中間層4上には所定の形状にパターニングした上層レジ
ストパターン5を形成する。この上層レジストパターン
5は、一例としてネガ型化学増幅系レジスト(シプレー
社製、商品名SAL−601)からなる厚さ約0.7μ
mの塗布膜に対し、KrFエキシマレーザ露光および現
像処理を行うことにより形成する。この上層レジストパ
ターン5のパターン幅は、一例として0.35μmであ
る。
First, as shown in FIG. 1A, as a substrate to be etched, a stepped SiO 2 -based interlayer insulating film 1 is formed on a Si wafer having a diameter of 5 inches, for example.
The Al-1% Si-0.5% Cu alloy layer 2 having this step difference is formed by O.D. It is formed to a thickness of 7 μm and is used as a base material layer. It should be noted that the lower layer wiring and the like below the interlayer insulating film 1 are omitted here. Next, as an example, a novolac-based positive photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., trade name OFPR-800) is applied thereon to form the lower resist layer 3. Here, the thickness of the lower resist layer 3 corresponding to the lower part of the step is about 1.0 μm, and the surface is formed so as to absorb the step and become a flat surface. On the lower resist layer 3, SOG (trade name OCD-Type2 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated to a thickness of about 0.
A 2 μm SiO 2 -based intermediate layer 4 is formed. Further, an upper layer resist pattern 5 patterned into a predetermined shape is formed on the intermediate layer 4. The upper resist pattern 5 is, for example, a negative chemically amplified resist (made by Shipley, trade name SAL-601) and has a thickness of about 0.7 μm.
The coating film of m is subjected to KrF excimer laser exposure and development processing to be formed. The pattern width of the upper layer resist pattern 5 is 0.35 μm, for example.

【0037】次に、この被エッチング基板を例えばヘキ
ソード型ドライエッチング装置にセットし、上層レジス
トパターン5をマスクとして中間層4をエッチングす
る。このときのエッチング条件は、例えば下記のとおり
とした。 CHF3 75 sccm O2 8 sccm ガス圧力 6.5 Pa RFバイアスパワー 1350 W(13.56MH
z) この結果、図1(b)に示したように、上層レジストパ
ターン5の直下に中間層パターン4aが形成された。
Next, the substrate to be etched is set in, for example, a hex type dry etching apparatus, and the intermediate layer 4 is etched using the upper layer resist pattern 5 as a mask. The etching conditions at this time are as follows, for example. CHF 3 75 sccm O 2 8 sccm Gas pressure 6.5 Pa RF bias power 1350 W (13.56 MH
z) As a result, as shown in FIG. 1B, the intermediate layer pattern 4a was formed immediately below the upper layer resist pattern 5.

【0038】次に、この被エッチング基板をRFバイア
ス印加型ECRプラズマエッチング装置に移設し、一例
として下記条件で下層レジスト層3をエッチングした。 O2 40 sccm Cl2 10 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 200 W(2MHz) 基板温度 室温
Next, this substrate to be etched was transferred to an RF bias application type ECR plasma etching apparatus, and the lower resist layer 3 was etched under the following conditions as an example. O 2 40 sccm Cl 2 10 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature

【0039】上記エッチング過程では、O* による等方
的酸化反応が、O+ 、Cl+ 等のイオンにアシストされ
る機構で下層レジスト層3のエッチングが進行すると同
時に、上層レジストパターン5のエッチングも進行す
る。また、エッチングガスと、上層レジストパターン5
および下層レジスト層3から供給される炭素系の分解生
成物に起因して反応生成物CClx が発生するが、これ
はプラズマ中で重合し、炭素系プラズマポリマが生成し
た。この炭素系プラズマポリマは、パターン側壁部に堆
積して側壁保護膜6を形成し、異方性エッチングに寄与
する。この結果、図1(c)に示したように、異方性形
状を保った下層レジストパターン中途迄形成された。
In the above etching process, the lower resist layer 3 is etched by a mechanism in which isotropic oxidation reaction by O * is assisted by ions such as O + and Cl + , and at the same time, the upper resist pattern 5 is etched. proceed. In addition, the etching gas and the upper resist pattern 5
Further, a reaction product CCl x is generated due to the carbon-based decomposition product supplied from the lower resist layer 3, which is polymerized in plasma to form a carbon-based plasma polymer. This carbon-based plasma polymer is deposited on the side wall of the pattern to form the side wall protection film 6 and contributes to anisotropic etching. As a result, as shown in FIG. 1C, the lower resist pattern having an anisotropic shape was formed halfway.

【0040】上記第1のエッチング工程においては、上
層レジストパターン5もエッチオフされ、中間層パター
ン4aが露出する。しかしこの段階では下層レジスト層
の残余部3bが未だ存在する。
In the first etching step, the upper layer resist pattern 5 is also etched off and the intermediate layer pattern 4a is exposed. However, at this stage, the remaining portion 3b of the lower resist layer still exists.

【0041】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、下層レジスト層の残余部3bのエッ
チングを行う。 O2 20 sccm Cl2 30 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 200 W(2MHz) 基板温度 室温 この第2のエッチング工程では、O2 の混合比を低下さ
せCl2 の混合比を増加し、他のエッチング条件は同一
とした。すなわち、上層レジストパターンがエッチオフ
されたことによる未反応のO* が過剰に存在することが
防止され、同時に側壁保護膜として機能するCClx
生成を助長する。この結果、図1(d)に示すように、
下層レジストパターン3aがアンダカットなく、異方性
形状を保って形成された。
Therefore, the etching conditions are switched as follows by way of example, and the remaining portion 3b of the lower resist layer is etched. O 2 20 sccm Cl 2 30 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature In the second etching step, the mixing ratio of O 2 is lowered. The mixing ratio of Cl 2 was increased, and the other etching conditions were the same. That is, it is possible to prevent the unreacted O * from being excessively present due to the etching-off of the upper layer resist pattern, and at the same time, to promote the formation of CCl x that functions as a sidewall protective film. As a result, as shown in FIG.
The lower resist pattern 3a was formed without undercutting while maintaining its anisotropic shape.

【0042】実施例2 本実施例は同じく下層レジスト層をO2 とHClの混合
ガスを用いてエッチングする場合に、エッチングを2段
階に分け、上層レジストパターンがエッチオフされた後
はエッチング圧力を低下すると同時に、マイクロ波パワ
ーも下げて2段目のエッチングをおこなった例であり、
同じく図1を参照して説明する。
Example 2 In this example, when the lower resist layer is similarly etched using a mixed gas of O 2 and HCl, the etching is divided into two steps, and the etching pressure is adjusted after the upper resist pattern is etched off. This is an example in which the microwave power is also lowered and the second stage etching is performed at the same time.
Similarly, description will be made with reference to FIG.

【0043】中間層パターン4aの形成までは実施例1
と同じであるので説明は省略する。図1(b)の被エッ
チング基板を有磁場マイクロ波エッチング装置にセッテ
ィングし、一例として下記条件で下層レジスト層3をエ
ッチングした。 O2 40 sccm HCl 10 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 200 W(2MHz) 基板温度 室温
Example 1 up to formation of the intermediate layer pattern 4a
The description is omitted because it is the same as. The substrate to be etched shown in FIG. 1B was set in a magnetic field microwave etching apparatus, and as an example, the lower resist layer 3 was etched under the following conditions. O 2 40 sccm HCl 10 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature

【0044】上記エッチング過程では、O* による等方
的酸化反応がH+ 、Cl+ およびO + 等のイオンにアシ
ストされてエッチングが進行する一方、エッチング反応
生成物CClx がプラズマ重合物となり側壁保護膜の形
成に寄与する。この結果、図1(c)に示したように、
異方性形状を保った下層レジストパターンが中途迄形成
された。
In the above etching process, O*Isotropic by
Oxidative reaction is H+, Cl+And O +Reed on ions such as
While etching is progressed due to strike, etching reaction
Product CClxBecomes a plasma polymer and forms the side wall protective film.
Contribute to growth. As a result, as shown in FIG.
Lower layer resist pattern maintaining anisotropic shape is formed halfway
Was done.

【0045】上記第1のエッチング工程においては、上
層レジストパターン5も同時にエッチオフされ、中間層
パターン4aが露出する。しかしこの段階では下層レジ
スト層の残余部3bが未だ存在する。
In the first etching step, the upper layer resist pattern 5 is also etched off at the same time to expose the intermediate layer pattern 4a. However, at this stage, the remaining portion 3b of the lower resist layer still exists.

【0046】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、下層レジスト層の残余部3bのエッ
チングを行う。 O2 40 sccm HCl 10 sccm ガス圧力 1.0 Pa マイクロ波パワー 450 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 200 W(2MHz) 基板温度 室温 この第2のエッチング工程では、上層レジストパターン
5がエッチオフされた時点から反応生成物CClx の生
成量が減少し、相対的に過剰となるO* の生成量をマイ
クロ波パワーの低下により減少させたこと、および低圧
力化により平均自由工程の伸びたH+ 、Cl+ およびO
+ 等のイオンの直進性により、図1(d)に示すように
下層レジストパターン3aにアンダーカットを生じるこ
となく、良好な異方性形状が達成された。
Therefore, the etching conditions are switched as follows, for example, and the remaining portion 3b of the lower resist layer is etched. O 2 40 sccm HCl 10 sccm Gas pressure 1.0 Pa Microwave power 450 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature In the second etching step, the upper resist pattern 5 is etched off. The amount of the reaction product CCl x decreased from that point, and the amount of O * , which was a relative excess, was decreased by the decrease in the microwave power. + , Cl + and O
Due to the straightness of ions such as + , a good anisotropic shape was achieved without causing an undercut in the lower resist pattern 3a as shown in FIG. 1 (d).

【0047】実施例3 本実施例は同じく下層レジスト層をO2 とHBrの混合
ガスを用いてエッチングする場合に、エッチングを2段
階に分け、上層レジストパターンがエッチオフされた後
はArガスを添加すると同時に、基板バイアスを増加し
て2段目のエッチングを行なった例であり、同じく図1
を参照して説明する。
Example 3 In this example, when the lower resist layer is similarly etched using a mixed gas of O 2 and HBr, the etching is divided into two steps, and Ar gas is used after the upper resist pattern is etched off. This is an example in which the substrate bias is increased and the second stage etching is performed at the same time as the addition.
Will be described with reference to.

【0048】中間層パターン4aの形成までは実施例1
と同じであるので説明は省略する。図1(b)の被エッ
チング基板を有磁場マイクロ波エッチング装置にセッテ
ィングし、一例として下記条件で下層レジスト層3をエ
ッチングした。 O2 40 sccm HBr 10 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 200 W(2MHz) 基板温度 室温
Example 1 up to formation of the intermediate layer pattern 4a
The description is omitted because it is the same as. The substrate to be etched shown in FIG. 1B was set in a magnetic field microwave etching apparatus, and as an example, the lower resist layer 3 was etched under the following conditions. O 2 40 sccm HBr 10 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature

【0049】上記エッチング過程では、O* による等方
的酸化反応がH+ 、Br+ およびO + 等のイオンにアシ
ストされてエッチングが進行する一方、エッチング反応
生成物CBrx がプラズマ重合物として側壁保護膜の形
成に寄与する。この結果、図1(c)に示したように、
異方性形状を保った下層レジストパターンが中途迄形成
された。
In the above etching process, O*Isotropic by
Oxidative reaction is H+, Br+And O +Reed on ions such as
While etching is progressed due to strike, etching reaction
Product CBrxIs the shape of the side wall protective film as plasma polymer
Contribute to growth. As a result, as shown in FIG.
Lower layer resist pattern maintaining anisotropic shape is formed halfway
Was done.

【0050】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、下層レジスト層の残余部3bのエッ
チングを行う。 O2 40 sccm HBr 10 sccm Ar 90 sccm ガス圧力 2.0 Pa マイクロ波パワー 900 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 300 W(2MHz) 基板温度 室温 この第2のエッチング工程では、上層レジストパターン
5がエッチオフされた時点から側壁保護膜6の形成に寄
与する反応生成物CClx の生成量が減少しするが、希
釈ガスとしてArを添加したことにより、未反応のO*
が過剰に存在することが防止された。またRFバイアス
パワーの増加により、H+ 、Br+ およびO+ 等のイオ
ン入射強度が大きくなり、これにAr+ も加わりイオン
アシストによるエッチングが進行した。これらの相乗効
果により、図1(d)に示すように下層レジストパター
ン3aにアンダーカットを生じることなく、良好な異方
性形状が達成された。
Therefore, the etching conditions are switched as follows by way of example, and the remaining portion 3b of the lower resist layer is etched. O 2 40 sccm HBr 10 sccm Ar 90 sccm Gas pressure 2.0 Pa Microwave power 900 W (2.45 GHz) RF bias power 300 W (2 MHz) Substrate temperature Room temperature In the second etching step, the upper resist pattern 5 is formed. Although the amount of the reaction product CCl x that contributes to the formation of the sidewall protection film 6 decreases from the time of etching off, the addition of Ar as a diluent gas reduces the unreacted O *.
Was prevented from being present in excess. Further, as the RF bias power was increased, the incident intensity of ions such as H + , Br +, and O + was increased, and Ar + was also added to this, and the ion assisted etching proceeded. Due to these synergistic effects, a good anisotropic shape was achieved without causing an undercut in the lower layer resist pattern 3a as shown in FIG. 1 (d).

【0051】特に、本実施例ではClに比べて原子半径
が大きく反応性の低いBr系の化学種を用いることによ
り、中間層パターン4aやAl−Si−Cu下地材料層
2に対する層に対する選択比が向上する効果もみられ
た。
In particular, in this embodiment, by using a Br-based chemical species having a large atomic radius and a low reactivity as compared with Cl, the selection ratio of the intermediate layer pattern 4a and the Al—Si—Cu base material layer 2 to the layer is selected. There was also an effect of improving.

【0052】ところで、前述の各実施例において第2の
エッチング工程に切り替えるタイミングは、上層レジス
トパターンがエッチオフされる時点から以後、反応生成
物であるCO2 ガスの生成量が減少する事を利用し、4
83.5nmにおけるCO*の発光スペクトル強度が減
少し始める時点に設定すればよい。
By the way, the timing of switching to the second etching step in each of the above-described embodiments is that the production amount of CO 2 gas, which is a reaction product, decreases after the upper layer resist pattern is etched off. Then 4
It may be set at the time when the emission spectrum intensity of CO * at 83.5 nm starts to decrease.

【0053】以上、本発明を3例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
Although the present invention has been described with reference to the three examples, the present invention is not limited to these examples.

【0054】例えば、第2のエッチングにプロセス条件
を切り替える時点として、上記実施例では上層レジスト
パターン5がエッチオフされた後としたが、厳密に上層
レジストパターンが消失した時点以後と限定する必要は
ない。本発明の基本的な原理にしたがえば、上層レジス
トパターンがエッチオフされる近傍に切り替えのタイミ
ングを設定すれば下層レジストのアンダーカットを防止
する効果が充分に得られるものである。
For example, although the process conditions for the second etching are switched after the upper resist pattern 5 is etched off in the above embodiment, it is not necessary to strictly limit the time after the upper resist pattern disappears. Absent. According to the basic principle of the present invention, the effect of preventing undercut of the lower layer resist can be sufficiently obtained by setting the switching timing in the vicinity of where the upper layer resist pattern is etched off.

【0055】またハロゲン系ガスとして上記実施例では
Cl2 、HClおよびHBrを用いたが、その他側壁保
護膜の形成に寄与するガス、例えばBCl3 、CC
4 、SiCl4 、Br2 、BBr3 、HI等ハロゲン
原子を含むガスを広く用いることが可能である。
Although Cl 2 , HCl, and HBr are used as the halogen-based gas in the above embodiment, other gases that contribute to the formation of the side wall protective film, such as BCl 3 and CC, are used.
It is possible to widely use a gas containing a halogen atom such as l 4 , SiCl 4 , Br 2 , BBr 3 , and HI.

【0056】中間層はSOGを用いたSiO2 系材料を
用いたが、Si3 4 系、Al2 3 系、a−Siや各
種金属等の無機薄膜を使用することが可能であり、その
成膜法もスパッタリング、蒸着、各種CVD等を用いる
ことができる。
The intermediate layer is SiO using SOG.2Based materials
I used Si3NFourSystem, Al2O 3System, a-Si and each
It is possible to use an inorganic thin film such as a seed metal.
Sputtering, vapor deposition, various CVD, etc. are used as the film forming method.
be able to.

【0057】下地材料層上の有機材料層として、上述の
各実施例ではノボラック系ポジ型フォトレジストを用い
たが、その他各種レジスト材料を用いることが可能であ
る。本有機材料層は、段差下地の平坦化をはかれば良い
のであるから、感光性である必要はなく、ポリイミド他
各種有機材料を利用できる。
As the organic material layer on the base material layer, the novolac-based positive photoresist was used in the above-mentioned embodiments, but various other resist materials can be used. The organic material layer does not need to be photosensitive because it suffices to flatten the step underlayer, and various organic materials such as polyimide can be used.

【0058】さらに、被エッチング基板の構成、エッチ
ング条件、エッチング装置等は適宜変更可能である。エ
ッチングガス組成には、その他N2 、H2 、CO、CO
2 、NOx 系、SOx 系ガス等を添加してもよい。
Further, the structure of the substrate to be etched, etching conditions, etching apparatus, etc. can be changed as appropriate. Other etching gas compositions include N 2 , H 2 , CO, and CO.
2 , NO x -based gas, SO x- based gas or the like may be added.

【0059】その他、前記実施例に限定されることな
く、上層レジストパターンのエッチオフ以後、下層レジ
ストパターンのアンダーカットを防止しうる機能を有す
る第2のエッチングを適宜導入すれば本発明の効果が顕
れることはいう迄もない。
In addition, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and the effect of the present invention can be obtained by appropriately introducing the second etching having the function of preventing the undercut of the lower layer resist pattern after the etching off of the upper layer resist pattern. It goes without saying that it will appear.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は3層レジストプロセスにおける下層レジスト等有機材
料層のエッチングにおいて、上層レジストのエッチオフ
以後の反応生成物減少にともなう側壁保護膜機能低下に
よる下層レジストパターンのアンダーカットを効果的に
防止し、寸法変換差のない異方性形状にすぐれた多層レ
ジストのドライエッチング方法が実現できる。
As is apparent from the above description, in the present invention, in the etching of the organic material layer such as the lower resist in the three-layer resist process, the function of the side wall protective film is lowered due to the decrease of the reaction products after the etching off of the upper resist. It is possible to effectively prevent undercut of the lower layer resist pattern due to, and to realize a dry etching method of a multilayer resist excellent in anisotropic shape with no dimensional conversion difference.

【0061】また本発明によれば、下地材料層のスパッ
タリングによる下層レジストパターン側壁への再付着を
防止し、パターンシフトを防ぎつつパーティクル汚染の
ないクリーンな多層レジストのドライエッチング方法を
行える。
Further, according to the present invention, it is possible to perform a dry etching method for a clean multi-layer resist which prevents the redeposition on the side wall of the lower resist pattern due to the sputtering of the underlying material layer and prevents the pattern shift and particle contamination.

【0062】さらに本発明により、実用的なエッチング
レートを確保した上で、下層レジストパターンのアンダ
ーカットと寸法変換差を排除し、かつ下地スパッタの無
い清浄な多層レジストのドライエッチング方法を達成で
きる。
Furthermore, according to the present invention, it is possible to achieve a dry etching method for a clean multi-layered resist which eliminates the undercut of the lower layer resist pattern and the dimensional conversion difference while ensuring a practical etching rate.

【0063】上記効果により、例えば3層レジストプロ
セスの実用性を高めることができ、高集積度、高信頼性
を要求される、微細なデサインルールにもとづく多層配
線構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて有効
である。本発明は、上記半導体装置のみにとどまらず、
高段差基板上等でパターニングする必要のあるOEI
C、バブルドメイン記憶装置さらには薄膜磁気ヘッドコ
イル等のパターニングにおいても高い効果を発揮する。
Due to the above effects, for example, the practicability of the three-layer resist process can be improved, and in the manufacturing process of a semiconductor device having a multilayer wiring structure based on a fine design rule, which requires high integration and high reliability. It is valid. The present invention is not limited to the above semiconductor device,
OEI that requires patterning on high step substrates
C, Bubble domain storage device, and also exhibits a high effect in patterning thin film magnetic head coils and the like.

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

【図1】本発明を適用した実施例1、2および3を、そ
の工程順に説明する概略断面図であり、(a)は段差を
有するAl−Si−Cu合金下地材料層上に下層レジス
ト層、中間層および上層レジストパターンが順次形成さ
れた状態、(b)は中間層パターンが形成された状態、
(c)は上層レジストパターンおよび中間層パターンを
マスクに下層レジスト層に第1のエッチング工程を施す
ことにより、下地レジストパターンが中途まで形成され
た状態であり、上層レジストパターンはエッチオッフさ
れて消失した状態、(d)は中間層パターンをマスクに
下層レジストの残余部に第2のエッチング工程を施し下
層レジストパターンが完成した状態である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating Examples 1, 2 and 3 to which the present invention is applied, in the order of steps, in which (a) is a lower resist layer on an Al—Si—Cu alloy base material layer having steps. , A state where the intermediate layer and the upper layer resist pattern are sequentially formed, (b) is a state where the intermediate layer pattern is formed,
(C) is a state in which the underlying resist pattern is formed halfway by performing the first etching process on the lower resist layer using the upper resist pattern and the intermediate layer pattern as a mask, and the upper resist pattern is etched off and disappears. The state (d) is a state where the lower layer resist pattern is completed by performing the second etching process on the remaining portion of the lower layer resist using the intermediate layer pattern as a mask.

【図2】従来の3層レジスト技術を、その工程順に説明
する概略断面図であり、(a)は段差を有する下地材料
層上に下層レジスト層、中間層および上層レジストパタ
ーンが順次形成された状態、(b)は中間層パターンが
形成された状態、(c)は上層レジストパターンおよび
中間層パターンをマスクに下層レジスト層をエッチング
して下層レジストパターンが完成した状態である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional three-layer resist technique in the order of steps, in which (a) shows a lower resist layer, an intermediate layer and an upper resist pattern which are sequentially formed on a base material layer having a step. The state, (b) is a state in which the intermediate layer pattern is formed, and (c) is the state in which the lower layer resist pattern is completed by etching the lower layer resist layer using the upper layer resist pattern and the intermediate layer pattern as a mask.

【図3】従来の多層レジスト技術の問題点を示す概略断
面図であり、段差上部の下層レジストパターン側壁に、
下地材料層のスパッタ再付着物層が形成された状態であ
る。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a problem of the conventional multi-layer resist technology, in which a lower-layer resist pattern side wall above a step is
This is a state in which the spatter reattachment layer of the base material layer is formed.

【図4】従来の多層レジスト技術の問題点を、その工程
順に説明する概略断面図であり、(a)は上層レジスト
パターンと中間層をマスクに下層レジスト層をエッチン
グし、上層レジストパターンがエッチオフされた直後の
状態、(b)は中間層パターンをマスクに下層レジスト
の残余部をエッチングして下層レジストパターンが完成
した状態である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the problems of the conventional multi-layer resist technology in the order of the steps, in which (a) is an etching of the lower resist layer with the upper resist pattern and the intermediate layer as a mask, and the upper resist pattern is etched. Immediately after being turned off, (b) shows a state where the lower layer resist pattern is completed by etching the remaining portion of the lower layer resist using the intermediate layer pattern as a mask.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 層間絶縁膜 2 下地材料層(Al−Si−Cu合金層) 3 下層レジスト層 3a 下層レジストパターン 3b 下層レジスト層の残余部 4 中間層 4a 中間層パターン 5 上層レジストパターン 6 側壁保護膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Interlayer insulating film 2 Underlayer material layer (Al-Si-Cu alloy layer) 3 Lower resist layer 3a Lower resist pattern 3b Remaining part of lower resist layer 4 Intermediate layer 4a Intermediate pattern 5 Upper resist pattern 6 Side wall protective film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地材料層上に有機材料層、中間層およ
び上層レジストパターンを順次形成し、該上層レジスト
パターンをマスクに上記中間層をパターニングし、つぎ
に少なくとも中間層パターンをマスクに上記有機材料層
をパターニングする多層レジストのドライエッチング方
法において、 上記有機材料層のパターニングは、上記上層レジストパ
ターンがエッチオフされる迄の第1のエッチング工程
と、上記上層レジストパターンがエッチオフされた後
の、該第1のエッチング工程とは異なるエッチング条件
の第2の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。
1. An organic material layer, an intermediate layer, and an upper layer resist pattern are sequentially formed on a base material layer, the intermediate layer is patterned using the upper layer resist pattern as a mask, and then the organic layer is formed using at least the intermediate layer pattern as a mask. In the dry etching method of a multilayer resist for patterning a material layer, the patterning of the organic material layer includes a first etching step until the upper layer resist pattern is etched off and a step after the upper layer resist pattern is etched off. And a second etching step under different etching conditions from the first etching step.
【請求項2】 酸素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガ
スを用い、第2のエッチング工程においては、該ハロゲ
ン系ガスの混合比を高めることを特徴とする請求項1記
載のドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein a mixed gas containing oxygen gas and a halogen-based gas is used, and a mixing ratio of the halogen-based gas is increased in the second etching step.
【請求項3】 酸素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガ
スを用い、第2のエッチング工程においては、エッチン
グ圧力を低下することを特徴とする請求項1記載のドラ
イエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein a mixed gas containing oxygen gas and a halogen-based gas is used, and the etching pressure is lowered in the second etching step.
【請求項4】 酸素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガ
スを用い、第2のエッチング工程においては、希ガスを
添加することを特徴とする請求項1記載のドライエッチ
ング方法。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein a mixed gas containing oxygen gas and a halogen-based gas is used, and a rare gas is added in the second etching step.
【請求項5】 酸素ガスとハロゲン系ガスを含む混合ガ
スを用い、第2のエッチング工程においては、基板バイ
アス電圧を高めること特徴とする請求項1記載のドライ
エッチング方法。
5. The dry etching method according to claim 1, wherein the substrate bias voltage is increased in the second etching step by using a mixed gas containing oxygen gas and a halogen-based gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6492278B2 (en) 2000-03-13 2002-12-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device
JP2008505497A (en) * 2004-06-30 2008-02-21 ラム リサーチ コーポレーション Two-layer resist plasma etching method

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