JPH07169756A - Plasma etching method - Google Patents

Plasma etching method

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JPH07169756A
JPH07169756A JP29604594A JP29604594A JPH07169756A JP H07169756 A JPH07169756 A JP H07169756A JP 29604594 A JP29604594 A JP 29604594A JP 29604594 A JP29604594 A JP 29604594A JP H07169756 A JPH07169756 A JP H07169756A
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JP
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etching
plasma etching
plasma
etching method
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JP29604594A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a plasma etching method by which such a substance or gas that is not required for etching is generated nor such a substance or gas that gives a trouble to the etching device is not generated. CONSTITUTION:After a substrate 3 to be etched is set on a sample stage 4 in a reaction vessel 1, selective etching is performed in a pattern by supplying a plasma of a reactive gas. A nitrogen chloride gas or nitrogen fluoride gas is used as the reactive gas.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、窒素とハロゲン元素と
の化合物をプラズマエッチング用反応性気体とするプラ
ズマエッチング方法に関するものである。近年、たとえ
ば、半導体集積回路の製造工程に使用するエッチング技
術は、従来のエッチング溶液を用いたウエットエッチン
グの代わりに反応性気体を用いたドライエッチングが開
発されつつある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching method using a compound of nitrogen and a halogen element as a reactive gas for plasma etching. In recent years, for example, dry etching using a reactive gas is being developed as an etching technique used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, instead of conventional wet etching using an etching solution.

【0002】[0002]

【従来の技術】このドライエッチングは、工程の簡略
化、およびデバイスの信頼性の向上を図ることができる
という特徴を有している。このため、エッチングガス
は、ハロゲン元素、たとえばフッ素、塩素の化合物であ
るCF4 、CCl4をプラズマ中にて分解し、F* 、Cl* を発
生させていた。たとえば、特公昭53−14472号公
報に記載されているガスエッチング装置は、試料の入っ
た真空容器内に、フッ素原子を含むガスを供給すると共
に、このガスを解離せしめてプラズマエッチングガスを
生成し、このプラズマエッチングガスによってエッチン
グを行なう。
2. Description of the Related Art This dry etching is characterized in that the process can be simplified and the reliability of the device can be improved. Therefore, the etching gas decomposes halogen compounds such as CF 4 and CCl 4 which are compounds of fluorine and chlorine in plasma to generate F * and Cl * . For example, a gas etching apparatus described in Japanese Patent Publication No. 53-14472, supplies a gas containing fluorine atoms into a vacuum container containing a sample and dissociates the gas to generate a plasma etching gas. Etching is performed with this plasma etching gas.

【0003】また、特開昭53−96938号公報に記
載されている乾式エッチング装置は、試料の入った真空
容器内にマイクロ波を吸収させて放電を発生させ、また
磁界を発生させると共に、CF4 と酸素、またはC2
l2と酸素を供給させることによってプラズマエッチング
ガスを生成し、このプラズマエッチングガスによってエ
ッチングを行なう。さらに、特公昭55−8592号公
報に記載されている弗化水素を含むガスによる処理装置
は、冷却状態にある真空容器内に弗化水素を含むガスを
供給してエッチングガスを生成して、予めプラズマ処理
を行なわなくても、このエッチングガスによってエッチ
ングを行なう。
Further, the dry etching apparatus described in JP-A-53-96938 discloses that a microwave is absorbed in a vacuum vessel containing a sample to generate an electric discharge and a magnetic field, and at the same time, CF is used. 4 and oxygen, or C 2 C
A plasma etching gas is generated by supplying l 2 and oxygen, and etching is performed using this plasma etching gas. Further, the processing apparatus using a gas containing hydrogen fluoride described in JP-B-55-8592 produces an etching gas by supplying a gas containing hydrogen fluoride into a vacuum container in a cooled state. Even if plasma treatment is not performed in advance, etching is performed with this etching gas.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記各公報に
記載された発明におけるプラズマエッチングガスに、固
体である炭素または酸化性の気体が存在し、これが半導
体の信頼性向上の面で、きわめて有害なものであること
が判明した。このため、このCF4 、CCl4のガス中に0.1
%ないし5%の酸素を入れ、炭素と酸素を結合させて、
CO2 ガスにしてしまうことが検討されている。しかし、
このプラズマ中で、炭素と酸素との化合は、必ずしも十
分であるとはいえず、基本的に半導体集積回路にとって
不適当なガスであったり、あるいは炭素あるいは酸素の
ような活性化された状態で残る場合がある。また、炭素
を用いないプラズマエッチング方法として、HCl を用い
る方法がある。上記気体は、きわめて酸性であり、反応
容器、つぎ手、真空ポンプ等が腐触しやすく、別の大き
な問題になってしまった。
However, the plasma etching gas in the inventions described in the above publications contains carbon which is solid or an oxidizing gas, which is extremely harmful from the viewpoint of improving the reliability of the semiconductor. It turned out to be Therefore, 0.1% is added to the CF 4 and CCl 4 gas.
Add 5% to 5% oxygen, combine carbon and oxygen,
It is considered to use CO 2 gas. But,
In this plasma, the combination of carbon and oxygen is not always sufficient, and it is basically an unsuitable gas for semiconductor integrated circuits, or in the activated state such as carbon or oxygen. It may remain. As a plasma etching method that does not use carbon, there is a method that uses HCl. The above-mentioned gas is extremely acidic, and the reaction container, the handle, the vacuum pump, etc. are easily corroded, which has become another big problem.

【0005】以上のような問題を解決するために、本発
明は、エッチングに不要な物質や気体、あるいはエッチ
ング装置に不都合な物質や気体を発生させないプラズマ
エッチング方法を提供することを目的とする。
In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a plasma etching method which does not generate a substance or gas unnecessary for etching or a substance or gas unfavorable to an etching apparatus.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のプラズマエッチング方法は、反応容器(1)
内にエッチングされるべき基板(3) を試料台(4) 上に配
設し、プラズマ化した反応性気体を供給して選択的にパ
ターンのエッチングを行なうものであり、上記反応性気
体は、塩化窒素化物気体またはフッ化窒素化物気体から
なることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the plasma etching method of the present invention comprises a reaction vessel (1)
The substrate (3) to be etched is disposed on the sample table (4), and the reactive gas converted into plasma is supplied to selectively etch the pattern. It is characterized in that it is composed of a nitrogen chloride gas or a fluoride fluoride gas.

【0007】[0007]

【作 用】本出願人は、化学的に安定な気体であり、
また活性化または分解せしめた時、ハロゲン元素とその
副産物が無害な気体である窒素のハロゲン化物、特にフ
ッ化窒素化物気体(NF、NF2 、NF3 ) 、また塩化窒素化
物気体(NCl、NCl2、NCl3) を用いたプラズマエッチング
方法を発見した。さらに、本出願人は、このNF、NClの
水素化物であるフッ化アンモニューム(NH4F 、NH4HF2)
、塩化アンモニューム(NH4Cl) の固体をプラズマ中に
て活性化、分解して、N2、NH3 の安定な気体とフッ素、
塩素のラジカルを発生させることを発見した。上記反応
性気体を用いたプラズマエッチングは、プラズマエッチ
ングに不要な固体あるいは気体を残すことなく信頼性の
高い加工ができる。
[Operation] The applicant is a chemically stable gas,
When activated or decomposed, halogen elements and their by-products are harmless gases such as nitrogen halides, especially fluorinated nitrite gases (NF, NF 2 , NF 3 ) and chlorinated nitrite gases (NCl, NCl). 2 , a plasma etching method using NCl 3 ) was discovered. Further, the applicant of the present invention has found that this NF, an ammonium chloride fluoride (NH 4 F, NH 4 HF 2 ) which is a hydride of NCl.
, Ammonium chloride (NH 4 Cl) solid is activated and decomposed in plasma, stable gas of N 2 and NH 3 and fluorine,
It was discovered to generate chlorine radicals. Plasma etching using the above reactive gas can perform highly reliable processing without leaving unnecessary solids or gas for plasma etching.

【0008】[0008]

【実 施 例】図1は本発明の一実施例で、縦型プラズ
マエッチング装置を説明するための図である。図1にお
いて、プラズマエッチング装置は、エッチング容器(1)
と、マイクロ波発生源(6) と、ガス供給系と、排気系と
から構成されている。そして、エッチング容器(1) は、
電極(2) と、試料(3) を載せる試料台(4) と、反応性気
体を活性化する活性室(5) とを備えている。ガス供給系
は、反応性気体であるNF3 をエッチング容器(1) に供給
する導入口(9) と、水素または不活性ガスをエッチング
容器(1) に供給する導入口(10)とから構成されている。
マイクロ波発生源(6) は、周波数2.45GHz 、1.35KW最大
の容量を有するマグネトロンよりアッテニュエイター
(7) を経て反応性ガスを活性室(5) にて活性にする。排
気系は、ストップバルブ(11)と、ニードルバルブ(12)
と、ロータリポンプ(13)とから構成されている。
EXAMPLE FIG. 1 is a diagram for explaining a vertical plasma etching apparatus according to an example of the present invention. In FIG. 1, the plasma etching apparatus includes an etching container (1)
And a microwave generation source (6), a gas supply system, and an exhaust system. And the etching container (1) is
It is provided with an electrode (2), a sample table (4) on which a sample (3) is placed, and an active chamber (5) for activating a reactive gas. The gas supply system consists of an inlet (9) for supplying reactive gas NF 3 to the etching container (1) and an inlet (10) for supplying hydrogen or an inert gas to the etching container (1). Has been done.
Microwave source (6) is an attenuator from a magnetron with a frequency of 2.45GHz and maximum capacity of 1.35KW.
The reactive gas is activated in the activation chamber (5) via (7). The exhaust system consists of a stop valve (11) and a needle valve (12).
And a rotary pump (13).

【0009】上記のようなプラズマエッチング装置にお
いて、反応性気体は、次のように反応する。 NF3 → N * + 3F* 2N* → N2↑ F * + Si → SiF4↑ 上記の反応によりエッチングされるべき試料が単結晶、
多結晶、アモルファス、またはセミアモルファス構造の
珪素において、ラジカルな弗素は、試料をSiF4としてエ
ッチングする。また、ラジカルな窒素は、安定している
ため、他の物質と結合しない不活性ガス(N2)として放
出される。上記被エッチング材は、他の珪化物、たとえ
ば窒化珪素、酸化アルミニューム、酸化珪素等であって
もよい。
In the plasma etching apparatus as described above, the reactive gas reacts as follows. NF 3 → N * + 3F * 2N * → N 2 ↑ F * + Si → SiF 4 ↑ The sample to be etched by the above reaction is a single crystal,
In polycrystalline, amorphous, or semi-amorphous silicon, radical fluorine etches the sample as SiF 4 . Further, radical nitrogen is stable and is released as an inert gas (N 2 ) that does not bond with other substances. The material to be etched may be another silicide such as silicon nitride, aluminum oxide, silicon oxide or the like.

【0010】反応容器の圧力は、排気口のストップバル
ブ(11)、ニードルバルブ(12)またはロータリポンプ(13)
により調整した。基板または基板上の被膜を選択酸化す
るには、フオトレジスト、たとえばOMR83(東京応化製)
を用い、レジストパターンにより1μm中のスリット開
口を設け、開口部のみをエッチングすればよい。エッチ
ング時の容器の圧力は、0.01torrないし0.5torr とした
が、一般に0.05torrないし0.5torr がサイドエッチもな
く微細パターンを切ることができた。試料(3) は、100
℃ないし−30℃の温度範囲に制御された。特に、試料
(3) は、水素を1%ないし10%混入して酸化珪素をエッ
チングする際に、試料台(4) を介して10℃ないし−15℃
に冷やしておく方がパターンの抜けがエッチング速度を
2000Å/分ないし300Å/分と下げることができ、エッチ
ング結果がきれいであった。
The pressure in the reaction vessel is controlled by the exhaust valve stop valve (11), needle valve (12) or rotary pump (13).
It was adjusted by. To selectively oxidize the substrate or the coating on the substrate, use a photoresist such as OMR83 (manufactured by Tokyo Ohka).
It suffices to form a slit opening of 1 μm in size by using a resist pattern and etch only the opening. The pressure of the container during etching was 0.01 torr to 0.5 torr, but generally 0.05 torr to 0.5 torr could cut the fine pattern without side etching. Sample (3) is 100
The temperature range was controlled to -30 ° C to -30 ° C. Especially the sample
(3) is 10 ° C to -15 ° C through the sample stage (4) when etching silicon oxide with 1% to 10% hydrogen.
It is better to cool down the pattern because the pattern will be removed
It was possible to reduce it to 2000Å / min or 300Å / min, and the etching result was beautiful.

【0011】また、ハロゲン元素のうち塩化窒素を用い
るとアルミニューム、モリブデン、タングステン等の金
属またはその化合物のエッチングに好ましく、アルミニ
ュームの場合の反応式を以下に示す。 NCl3 → N * + 3Cl* 2N* → N2 4Cl* + Al → AlCl4↑ さらに、ここに水素を0.1 %ないし10%添加してパター
ンの切れをよくしてもよい。さらにまた、本実施例にお
いて、活性室(5) に固体たとえば粉末のNH4F、NH4HF2
置き、同時にHe、Ar等の不活性ガスを(10)より導入し、
マイクロ波によりこのフッ化アンモニュームを活性化分
解し、フッ素ラジカルを発生させてもよい。さらに、こ
の発生したラジカルおよびこの副産物は、He、Arにより
試料(3) の上面に衝突し、それを選択的にエッチングさ
せることができた。
Further, when nitrogen chloride is used as the halogen element, it is preferable for etching a metal such as aluminum, molybdenum, or tungsten, or a compound thereof, and the reaction formula in the case of aluminum is shown below. NCl 3 → N * + 3Cl * 2N * → N 2 4Cl * + Al → AlCl 4 ↑ In addition, hydrogen may be added in an amount of 0.1% to 10% to improve the cutting of the pattern. Furthermore, in this example, solids such as powder NH 4 F, NH 4 HF 2 are placed in the active chamber (5), and at the same time, an inert gas such as He and Ar is introduced from (10),
Fluorine radicals may be generated by activating and decomposing this ammonium fluoride by microwaves. Further, the generated radicals and the by-products collide with the upper surface of the sample (3) by He and Ar, and it is possible to selectively etch it.

【0012】これは塩化アンモニュームを用いても同様
である。本発明は、珪素またはその化合物のプラズマエ
ッチングを示した。しかし、GaAs、InP 、BP等のプラズ
マエッチングにおいても同様であり、さらに、これらの
酸化物、窒化物に対しても適用できる。また、プラマエ
ッチング系は、マイクロ波のみではなく13.56MHzの高周
波、また方式として容量結合型、誘導結合型、平行平板
型のエッチング技術においても同様である。また、この
反応性気体をスパッタエッチングまたは反応スパッタエ
ッチングに用いてもよいことはいうまでもない。
This is also the case with ammonium chloride. The present invention has shown plasma etching of silicon or its compounds. However, the same applies to plasma etching of GaAs, InP, BP, etc., and further applicable to oxides and nitrides thereof. Further, the plasma etching system is not limited to microwaves, but also applies to high-frequency waves of 13.56 MHz, and the same applies to capacitive coupling type, inductive coupling type, and parallel plate type etching techniques. Needless to say, this reactive gas may be used for sputter etching or reactive sputter etching.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明によれば、プラズマエッチング用
気体として塩化窒素化物気体、あるいはフッ化窒素化物
気体を使用したので、エッチングのパターン切れがよい
と共に、プラズマエッチングを行なう際に、不安定で他
の物質と結合し易い固体あるいは気体が生成されない。
According to the present invention, since a chlorinated nitride gas or a fluorinated nitrite gas is used as the plasma etching gas, the etching pattern is well cut off and the plasma etching is unstable. Solids or gases that easily bind to other substances are not generated.

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

【図1】本発明の一実施例で、縦型プラズマエッチング
装置を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a vertical plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・エッチング容器 2・・・電極 3・・・試料(基板) 4・・・試料台 5・・・活性室 6・・・マイクロ波発生源 7・・・アッテニュエイタ 9・・・NF3 導入口 10・・水素、酸素、不活性ガス導入口 11・・ストップバルブ 12・・ニードルバルブ 13・・ロータリポンプ1 ... Etching container 2 ... Electrode 3 ... Sample (substrate) 4 ... Sample stand 5 ... Active chamber 6 ... Microwave source 7 ... Attenuator 9 ... NF 3 Inlet port 10 ··· Hydrogen, oxygen, inert gas inlet port 11 ··· Stop valve 12 ·· Needle valve 13 ·· Rotary pump

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器内にエッチングされるべき基板
を試料台上に配設し、プラズマ化した反応性気体を供給
して選択的にパターンのエッチングを行なうプラズマエ
ッチング方法において、 上記反応性気体は、塩化窒素化物気体またはフッ化窒素
化物気体からなることを特徴とするプラズマエッチング
方法。
1. A plasma etching method in which a substrate to be etched is provided on a sample table in a reaction container, and a reactive gas that has been turned into plasma is supplied to selectively etch a pattern. Is a chlorinated nitrite gas or a fluorinated nitrite gas, which is a plasma etching method.
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