JPH08107105A - Method for patterning silicon material layer - Google Patents

Method for patterning silicon material layer

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JPH08107105A
JPH08107105A JP24264294A JP24264294A JPH08107105A JP H08107105 A JPH08107105 A JP H08107105A JP 24264294 A JP24264294 A JP 24264294A JP 24264294 A JP24264294 A JP 24264294A JP H08107105 A JPH08107105 A JP H08107105A
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etching
silicon
material layer
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patterning
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Abstract

PURPOSE: To provide a method of patterning of the Si material wiring such as polycrystalline silicon and the like to be formed on the base insulating film having a high step without forming residue and excessive side wall protecting film. CONSTITUTION: The reaction product 7, which is grown in a large quantity when main etching is conducted and remains in plasma, is over-etched while the reaction product 7 is being removed by high speed evacuation. The above- mentioned reaction product may be removed before overetching by purging using inert gas. Accordingly, an excessive side-wall protective film 6 is not deposited, by the redissociation of the reaction product 7 which remains when overetching. As a result, string-like residue does not remain on a stepped part, and also a gate insulating film 2 is not thinned off by a wet processing to be performed for removal of excessive side-wall protective film.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の内部配線等
に用いられる多結晶シリコン等のシリコン系材料層のパ
ターニング方法に関し、特に下地絶縁膜との高選択比が
要求される場合に用いて有効なシリコン系材料層のパタ
ーニング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for patterning a silicon-based material layer such as polycrystalline silicon used for internal wiring of a semiconductor device, and particularly when it is required to have a high selection ratio with respect to a base insulating film. The present invention relates to an effective patterning method for a silicon-based material layer.

【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、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。一例とし
て、MOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚さが10n
m程度迄薄膜化されつつあり、多結晶シリコン等のシリ
コン系材料からなるゲート電極のパターニングにおいて
は、下地のゲート絶縁膜との高選択比を達成できるドラ
イエッチング方法が求められる。
2. Description of the Related Art As the design rules of semiconductor devices such as LSI are miniaturized from half micron to quarter micron, the demand for microfabrication technology such as dry etching is becoming more severe. As an example, the thickness of the gate insulating film of the MOS transistor is 10n.
In the patterning of a gate electrode made of a silicon-based material such as polycrystalline silicon, which is being thinned to about m, a dry etching method capable of achieving a high selection ratio with respect to an underlying gate insulating film is required.

【0003】このため近年のゲート電極加工において
は、ECRプラズマやヘリコン波プラズマ等、1×10
10/cm3 以上の高密度プラズマ発生源を有するプラズ
マエッチング装置を用い、Cl系やBr系のエッチング
ガスを採用し、かつ低イオン入射エネルギ条件下でパタ
ーニングを行う方法が一般的である。これは2原子間の
結合エネルギでみると、ゲート絶縁膜を構成するSi−
O結合(800kJ/mole)やSi−N結合(43
9kJ/mole)の結合エネルギよりも、エッチング
の反応生成物を構成するSi−Cl結合(406kJ/
mole)やSi−Br結合(368kJ/mole)
の結合エネルギの方が小さいので、低イオンエネルギ条
件下ではゲート絶縁膜はほとんどエッチングされないた
めである。Cl系やBr系のエッチングガスの採用によ
り、30以上の高選択比を達成することができる。一例
として、HBrガスを用いた多結晶シリコン層の高選択
比エッチング方法は、米国特許第4,502,915号
明細書や、特開平2−224241号公報に開示されて
いる。
For this reason, in the recent processing of gate electrodes, ECR plasma, helicon wave plasma, etc., 1 × 10
A general method is to use a plasma etching apparatus having a high-density plasma generation source of 10 / cm 3 or more, employ a Cl-based or Br-based etching gas, and perform patterning under low ion incident energy conditions. Seen in terms of the binding energy between two atoms, this is Si- which forms the gate insulating film.
O bond (800 kJ / mole) and Si-N bond (43
Relative to the bond energy of 9 kJ / mole), the Si-Cl bond (406 kJ / mole) that constitutes the reaction product of etching.
mole) and Si-Br bond (368 kJ / mole)
This is because the binding energy of is smaller than that of the gate insulating film under low ion energy conditions. By using Cl-based or Br-based etching gas, a high selection ratio of 30 or more can be achieved. As an example, a high selective ratio etching method for a polycrystalline silicon layer using HBr gas is disclosed in US Pat. No. 4,502,915 and JP-A-2-224241.

【0004】通常、ゲート電極加工を始めとするシリコ
ン材料系層のパターニングにおいては、自然酸化膜のブ
レークスルーを含む高イオンエネルギかつ低選択比のメ
インエッチングと、下地絶縁膜との高選択比を達成する
低イオンエネルギのオーバーエッチングとからなる2段
階エッチングが用いられる。このオーバーエッチング工
程においては、下地絶縁膜の実質的なエッチングレート
は例えば2nm/min以下と非常に小さい値であり、
オーバーエッチング工程中に下地絶縁膜エッチングされ
膜減りすることは殆どない。
Usually, in patterning of a silicon material-based layer including processing of a gate electrode, main etching with high ion energy and low selection ratio including breakthrough of a natural oxide film and a high selection ratio with an underlying insulating film are performed. A two-step etch consisting of achieving low ion energy overetch is used. In this over-etching process, the substantial etching rate of the underlying insulating film is a very small value of 2 nm / min or less,
During the over-etching process, the base insulating film is hardly etched and the film is hardly reduced.

【0005】ところで、オーバーエッチング工程中にお
いては、エッチングチャンバの内壁や空間には、前工程
のメインエッチング工程中に発生した反応生成物である
シリコンのハロゲン化物が残留している。この反応生成
物はSiClx 、SiOx Cly 、SiBrx およびS
iOx Bry 等であり、これらのうちの1部は高密度プ
ラズマにより再解離して被処理基板上に堆積する。かか
る再解離堆積のメカニズムについては、例えば第41回
応用物理学関係連合講演会(1994年春季年会)講演
予稿集p573、講演番号30a−ZF−8に報告され
ている。この再解離堆積物はSiOx 系の物質であるた
め、高選択比のオーバーエッチング条件では当然エッチ
ングされず、シリコン材料系層のエッチングを阻害する
方向に働く。そこで、シリコン材料系層のエッチングレ
ートは、この再解離堆積物の堆積反応と、エッチング反
応の競合条件により決定されることとなる。
By the way, during the over-etching process, silicon halide, which is a reaction product generated during the main etching process of the previous process, remains on the inner wall and space of the etching chamber. The reaction products are SiCl x , SiO x Cl y , SiBr x and S.
iO x Br y and the like, and a part of these is re-dissociated by high-density plasma and deposited on the substrate to be processed. The mechanism of such re-dissociative deposition has been reported in, for example, Proceedings of the 41st Joint Lecture on Applied Physics (Spring Annual Meeting 1994) p573, Lecture No. 30a-ZF-8. Since this re-dissociated deposit is a substance of SiO x type, it is naturally not etched under the over-etching condition with a high selection ratio, and acts to hinder the etching of the silicon material type layer. Therefore, the etching rate of the silicon material layer is determined by the competitive conditions of the deposition reaction of the re-dissociative deposit and the etching reaction.

【0006】このため、エッチング時にイオンの入射の
少ないパターンの側面部分や段差側面部分では、再解離
堆積物の堆積反応が優勢となり、エッチング時間の経過
とともに次第に厚い再解離堆積物によるSiOx 系の側
壁保護膜が蓄積形成される。この様子を従来のシリコン
系材料層のパターニング方法をその工程順に説明する概
略断面図である図5(a)〜(b)および図6(c)〜
(d)と、各工程に対応するプラズマエッチング装置の
概略断面図を示す図5(a’)〜(b’)および図6
(c’)〜(d’)を参照して説明する。
For this reason, the deposition reaction of the re-dissociation deposit becomes dominant on the side surface portion and the step side surface portion of the pattern where the number of incident ions during etching is small, and as the etching time elapses, the thickness of the re-dissociation deposit of SiO x system becomes gradually increased. The side wall protection film is accumulated and formed. FIG. 5A to FIG. 5B and FIG. 6C to FIG. 6C are schematic cross-sectional views illustrating this state in the order of steps of a conventional method for patterning a silicon-based material layer.
FIG. 5 (a ′) to (b ′) and FIG. 6 showing (d) and a schematic cross-sectional view of the plasma etching apparatus corresponding to each step.
This will be described with reference to (c ') to (d').

【0007】不純物拡散層等の能動素子(図示せず)を
形成したSi等の半導体基板1上にゲート絶縁膜2およ
び素子分離領域3を形成し、さらにn+ 多結晶シリコン
等よりなるシリコン材料系層4およびパターニング用の
レジストマスク5を形成する。図5(a)に示すこのサ
ンプルを被処理基板とする。この被処理基板15を図5
(a’)に示すECRプラズマエッチング装置10の基
板ステージ上にセッティングする。
A gate insulating film 2 and an element isolation region 3 are formed on a semiconductor substrate 1 such as Si on which an active element (not shown) such as an impurity diffusion layer is formed, and a silicon material made of n + polycrystal silicon or the like. A system layer 4 and a resist mask 5 for patterning are formed. This sample shown in FIG. 5A is a substrate to be processed. This processed substrate 15 is shown in FIG.
It is set on the substrate stage of the ECR plasma etching apparatus 10 shown in (a ′).

【0008】つぎに高イオンエネルギかつ低選択比のメ
インエッチングにより、Si系材料層4のメインエッチ
ングを施す。図5(b)および図5(b’)はこのメイ
ンエッチングの中途段階を示す。レジストマスク5およ
びパターニングされたシリコン系材料層4の側面にはレ
ジストマスク5の分解生成物およびエッチング反応生成
物による側壁保護膜6が付着形成され、異方性の向上に
寄与する。一方、プラズマ7中には排気されるべき上述
した反応生成物7が存在する。
Next, main etching of the Si-based material layer 4 is performed by high-energy and low-selection-ratio main etching. 5 (b) and 5 (b ') show an intermediate stage of this main etching. A side wall protection film 6 is adhered and formed on the side surfaces of the resist mask 5 and the patterned silicon-based material layer 4 by decomposition products of the resist mask 5 and etching reaction products, which contributes to improvement of anisotropy. On the other hand, the above-mentioned reaction product 7 to be exhausted exists in the plasma 7.

【0009】メインエッチングが終了し、シリコン系材
料パターン4Pが形成された段階で低イオンエネルギか
つ高選択比の条件によるオーバーエッチングに移り、素
子分離領域3の段差部分のSi系材料層の残渣4R等を
除去する。この状態を図6(c)および図6(c’)に
示す。この段階では、プラズマ中に残留する反応生成物
7は高密度プラズマにより再解離し、SiOx 系の側壁
保護膜6が残渣4R側面やシリコン系材料パターン4P
側面にさらに堆積し、成長する。
After the main etching is completed and the silicon-based material pattern 4P is formed, the over-etching is performed under the condition of low ion energy and high selection ratio, and the residue 4R of the Si-based material layer in the step portion of the element isolation region 3 is removed. Etc. are removed. This state is shown in FIGS. 6 (c) and 6 (c '). At this stage, the reaction product 7 remaining in the plasma is re-dissociated by the high-density plasma, and the SiO x side wall protective film 6 is left on the side surface of the residue 4R and the silicon-based material pattern 4P.
Further deposit and grow on the side surface.

【0010】オーバーエッチングが終了し、シリコン系
材料層の残渣4Rがあらかたエッチオフされた段階が図
6(d)および図6(d’)である。シリコン系材料層
の残渣4Rの側面に側壁保護膜6が厚く形成された場合
には、これがエッチングのマスクとなりシリコン系材料
層の残渣4Rは素子分離領域3の側面にストリング状に
残る。ストリング状の残渣4Rは段差部分に筋状に残
り、導電性であるために配線間のショートの原因とな
る。さらに、レジストマスク5とシリコン系材料パター
ン4Pの側面に側壁保護膜6が厚く堆積すると、アンダ
カットの防止には好結果をもたらすものの、これは最終
的には除去しなければならない。側壁保護膜6は先に述
べたようにSiOx 系ないしはCl、Br等のハロゲン
原子を含むSiOx 系の物質であるため、エッチング終
了後被処理基板を大気中にとりだすとSiOx 系の物質
に変換される。このため、希HF水溶液等によるウェッ
トエッチングにより除去することは可能である。しかし
側壁保護膜6の膜厚が厚い場合には、このウェットプロ
セスの処理時間が長くなり、結果的にはゲート絶縁膜の
膜厚ロスにつながり、デバイス特性の劣化を招きかねな
い。
FIGS. 6 (d) and 6 (d ') show the stage after the over-etching is completed and the residue 4R of the silicon-based material layer is newly etched off. When the side wall protective film 6 is formed thick on the side surface of the residue 4R of the silicon-based material layer, this serves as an etching mask, and the residue 4R of the silicon-based material layer remains in a string shape on the side surface of the element isolation region 3. The string-like residue 4R remains in a streak shape on the step portion and is conductive, which causes a short circuit between the wirings. Further, if the side wall protective film 6 is thickly deposited on the side surfaces of the resist mask 5 and the silicon-based material pattern 4P, it has a good result in preventing the undercut, but this must be finally removed. Since the sidewall protection film 6 is a SiO x based material comprising previously SiO x system or Cl As mentioned, a halogen atom Br, etc., out the substance of the SiO x type taken into the air to be treated substrate after etching Is converted to. Therefore, it can be removed by wet etching with a dilute HF aqueous solution or the like. However, when the film thickness of the side wall protection film 6 is large, the processing time of this wet process becomes long, resulting in a film thickness loss of the gate insulating film, which may lead to deterioration of device characteristics.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の問題点を解決することをその課題とするもので
あり、多結晶シリコン等シリコン系材料層のパターニン
グにおいて、残渣を発生することなく、しかも下地絶縁
膜との高選択比を実現しうるシリコン系材料層のパター
ニング方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to generate a residue in patterning a silicon-based material layer such as polycrystalline silicon. It is an object of the present invention to provide a method for patterning a silicon-based material layer that can realize a high selection ratio with respect to the underlying insulating film.

【0012】また本発明の別の課題は、配線間のショー
トやゲート絶縁膜のダメージによるデバイス不良のな
い、信頼性の高い半導体装置を製造しうるシリコン系材
料層のパターニング方法を提供することである。本発明
の上記以外の課題は、本願明細書の記述および添付図面
の説明により明らかにされる。
Another object of the present invention is to provide a method of patterning a silicon-based material layer which can produce a highly reliable semiconductor device without a device failure due to a short circuit between wirings or damage to a gate insulating film. is there. Other problems of the present invention will be made clear by the description of the present specification and the description of the accompanying drawings.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン系材料
層のパターニング方法は、上述の課題を解決するために
提案するものであり、絶縁膜上のシリコン系材料層を、
高エッチングレートの第1のエッチング工程と、高選択
比の第2のエッチング工程を含むプラズマエッチングに
よりパターニングする、シリコン系材料層のパターニン
グ方法であって、第2のエッチング工程におけるエッチ
ングガスの排気速度を、第1のエッチング工程における
エッチングガスの排気速度より大きくすることを特徴と
するものである。第1のエッチング工程はジャストエッ
チング迄に相当する工程であり、第2のエッチング工程
はオーバーエッチング工程に相当するものである。
A method of patterning a silicon-based material layer of the present invention is proposed in order to solve the above-mentioned problems.
A method for patterning a silicon-based material layer, which comprises patterning by plasma etching including a first etching step having a high etching rate and a second etching step having a high selection ratio, wherein an exhaust rate of an etching gas in the second etching step. Is set to be higher than the exhaust rate of the etching gas in the first etching step. The first etching step corresponds to just etching, and the second etching step corresponds to an over-etching step.

【0014】第2のエッチング工程におけるエッチング
ガスの排気速度は、1000 l/sec以上であるこ
とが望ましい。
The exhaust rate of the etching gas in the second etching step is preferably 1000 l / sec or more.

【0015】また本発明のもう1つのシリコン系材料層
のパターニング方法は、これも上述の課題を解決するた
めに提案するものであり、絶縁膜上のシリコン系材料層
を、高エッチングレートの第1のエッチング工程と、高
選択比の第2のエッチング工程を含むプラズマエッチン
グによりパターニングする、シリコン系材料層のパター
ニング方法であって、第1のエッチング工程と、第2の
エッチング工程との間に、さらに不活性ガスによるパー
ジ工程を有することを特徴とするものである。すなわち
メインエッチング終了後、エッチング装置内を不活性ガ
スで置換後、さらにオーバーエッチング工程を施す。不
活性ガスとしてはHe、Ar、XeそしKr等の希ガス
や、N2 やO2 や乾燥空気等を用いてよい。
Another method of patterning a silicon-based material layer according to the present invention is also proposed to solve the above-mentioned problems. The silicon-based material layer on the insulating film is formed with a high etching rate. 1. A method of patterning a silicon-based material layer, comprising: patterning by plasma etching including an etching process of No. 1 and a second etching process of high selectivity, wherein the patterning method is performed between the first etching process and the second etching process. In addition, the method further comprises a purging step with an inert gas. That is, after the main etching is completed, the inside of the etching apparatus is replaced with an inert gas, and then an over-etching step is performed. As the inert gas, a rare gas such as He, Ar, Xe and Kr, N 2 , O 2 or dry air may be used.

【0016】本発明で用いるエッチングガスとしては、
Cl系ガス、Br系ガスおよびI系ガスのうちのいずれ
か1種を含むことが望ましい。ここでCl系ガスとして
は、Cl2 、HCl、BCl3 、CCl4 そしてSiC
4 等Cl原子を含むガスを任意に使用できる。またB
r系ガスとしては、Br2 、HBr BBr3 、CBr
4 そしてSiBr4 等Br原子を含むガスを任意に使用
できる。さらにI系ガスとしては、I2 、HI、B
3 、CI4 そしてSiI4 等I原子を含むガスを任意
に使用できる。これらガスを単独または組み合わせて用
いてよい。また添加ガスとして、H2 、N2 、O2 や希
ガス等を混合して用いてもよい。
The etching gas used in the present invention is
It is desirable to contain any one of Cl-based gas, Br-based gas, and I-based gas. Here, the Cl-based gas includes Cl 2 , HCl, BCl 3 , CCl 4 and SiC.
Any gas containing Cl atoms such as l 4 can be used. Also B
Examples of the r-based gas include Br 2 , HBr BBr 3 , and CBr.
Gases containing Br atoms such as 4 and SiBr 4 can optionally be used. Further, as I-based gas, I 2 , HI, B
Gases containing I atoms such as I 3 , CI 4 and SiI 4 can optionally be used. These gases may be used alone or in combination. Further, H 2 , N 2 , O 2 or a rare gas may be mixed and used as an additive gas.

【0017】本発明で用いるシリコン系材料層は、多結
晶シリコン、非晶質シリコン、高融点金属シリサイドお
よび高融点金属ポリサイド等、Siを構成元素あるいは
主要な構成元素とするものである。もちろんn型、p型
等の不純物を含んでいてよい。
The silicon material layer used in the present invention contains Si as a constituent element or a main constituent element such as polycrystalline silicon, amorphous silicon, refractory metal silicide and refractory metal polycide. Of course, n-type and p-type impurities may be included.

【0018】[0018]

【作用】本発明のポイントは、オーバーエッチング時に
被処理基板上に堆積する反応生成物による再解離堆積種
を、エッチングチャンバ内から可及的に排除してオーバ
ーエッチングを施す点にある。
The point of the present invention is that the re-dissociative deposition species due to the reaction products deposited on the substrate to be processed during over-etching are removed as much as possible from the inside of the etching chamber, and over-etching is performed.

【0019】オーバーエッチングの段階でチャンバ内に
残留している反応生成物は、主として高エッチングレー
トのメインエッチング時に発生したものである。これ
は、被エッチング層の露出面積の小さいオーバーエッチ
ング工程においては、エッチングレートが小さいことも
あり、反応生成物の発生量は少ないためである。したが
って、メインエッチング時に発生した残留反応生成物が
次工程のオーバーエッチングに与える影響を防止するた
めには、残留反応生成物を速やかに排除しつつオーバー
エッチングを施すことが最も効果的である。このために
は、1000 l/sec以上の実効的な排気速度によ
り、オーバーエッチングを施せばよい。
The reaction products remaining in the chamber during the over-etching stage are mainly generated during the main etching with a high etching rate. This is because in the over-etching process in which the exposed area of the layer to be etched is small, the etching rate may be small and the amount of reaction products generated is small. Therefore, in order to prevent the influence of the residual reaction product generated during the main etching on the overetching in the next step, it is most effective to remove the residual reaction product quickly while performing the overetching. For this purpose, over-etching may be performed at an effective pumping speed of 1000 l / sec or more.

【0020】一方、メインエッチング工程においてはエ
ッチングチャンバ内の反応生成物の滞留は、側壁保護膜
を形成しサイドエッチングを防止するために必要であ
る。このため、エッチングガスの排気速度はオーバーエ
ッチング時より小さい、例えば200 l/sec程度
の低排気速度が望ましい。
On the other hand, in the main etching process, the retention of the reaction product in the etching chamber is necessary to form a side wall protective film and prevent side etching. For this reason, it is desirable that the exhaust rate of the etching gas is lower than that during overetching, for example, a low exhaust rate of about 200 l / sec.

【0021】排気速度が異なるエッチングを連続して施
すには、大排気量の真空ポンプを有するエッチング装置
と小排気量の真空ポンプを有するエッチング装置をゲー
トバルブで連接した装置を用いてもよい。しかしより現
実的には、例えば3000l/min程度の大排気量の
真空ポンプと、排気量を制御するコンダクタンスバルブ
を有するエッチング装置を用い、コンダクタンスバルブ
の制御により排気量を切り替えて使用すればよい。
In order to continuously perform etching with different pumping speeds, an apparatus in which a gate valve connects an etching apparatus having a large pumping vacuum pump and an etching apparatus having a small pumping vacuum pump may be used. However, more realistically, for example, a vacuum pump having a large exhaust amount of about 3000 l / min and an etching apparatus having a conductance valve for controlling the exhaust amount may be used, and the exhaust amount may be switched by controlling the conductance valve.

【0022】ところで、大排気量ポンプを用いた高速排
気エッチングの概念は、例えば特開平5−167226
号公報や、1992年ドライプロセスシンポジウム予稿
集p49〜54等に開示ないしは報告がある。しかしい
ずれもメインエッチング工程とオーバーエッチング工程
で排気速度を切り替え、反応生成物の滞留時間を制御す
る本発明の技術的思想は見当たらない。
By the way, the concept of high-speed exhaust etching using a large displacement pump is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-167226.
There is a disclosure or a report in the gazette and the 1992 Dry Process Symposium Proceedings p49-54. However, neither of the technical ideas of the present invention is found in which the evacuation rate is switched between the main etching step and the overetching step to control the residence time of the reaction product.

【0023】装置的制約から大排気量真空ポンプを装備
していないエッチング装置や、装備していても排気速度
の調整が充分におこなえないエッチング装置について
は、メインエッチング終了後、エッチングに影響を及ぼ
さない不活性ガスによりチャンバ内をパージし、残留反
応生成物を排除する。この段階からオーバーエッチング
を施せば、メインエッチング時に発生した残留反応生成
物が次工程のオーバーエッチングに与える影響を防止す
ることが可能である。不活性ガスによるパージは、単に
エッチングガスを停止し真空排気のみで残留反応生成物
を除去するよりははるかに短時間で除去可能である。不
活性ガスは、残留反応生成物と置換すればよいので、プ
ラズマ化する必要はない。不活性ガスのパージと真空排
気を複数回繰り返す、いわゆるサイクルパージを施せば
上記効果は一層徹底される。
Due to equipment restrictions, an etching apparatus that is not equipped with a large displacement vacuum pump, or an etching apparatus that is not equipped with a sufficient pumping speed adjustment, will affect etching after the main etching is completed. Purge the chamber with no inert gas to eliminate residual reaction products. If over-etching is performed from this stage, it is possible to prevent the influence of the residual reaction product generated during the main etching on the over-etching in the next step. Purging with an inert gas can be removed in a much shorter time than simply removing the etching gas and evacuating the residual reaction products. Since the inert gas may be replaced with the residual reaction product, it is not necessary to turn it into plasma. If the so-called cycle purge, in which the purging of the inert gas and the evacuation of the vacuum are repeated a plurality of times, the above-mentioned effect is further enhanced.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図
面を参照しながら説明する。以下参照する図面では、従
来技術の説明で参照した図面と同様の機能を有する部分
には同じ参照番号を付すものとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings to be referred to below, parts having the same functions as those in the drawings referred to in the description of the prior art are designated by the same reference numerals.

【0025】実施例1 最初に本実施例で用いたプラズマエッチング装置につ
き、図3を参照して説明する。図3に示すプラズマエッ
チング装置は、一例として5000 l/minの大排
気量のターボ分子ポンプ17およびドライポンプ18、
そして例えば100 l/minから3000 l/m
inの範囲で実効排気速度が可変のコンダクタンスバル
ブ16等により真空排気系が構成されている。プラズマ
エッチング装置本体10は従来と同様であり、図示しな
いマグネトロンで発生したマイクロ波をマイクロ波導波
管11と石英製のべルジャ12を経由してエッチングチ
ャンバ内に導入し、ソレノイドコイル13が発生する磁
場との相互作用によりECRモードのプラズマを励起す
る。エッチングチャンバ内には基板ステージ14上に被
処理基板15をセッティングする。
Example 1 First, the plasma etching apparatus used in this example will be described with reference to FIG. As an example, the plasma etching apparatus shown in FIG. 3 includes a turbo molecular pump 17 and a dry pump 18, which have a large displacement of 5000 l / min.
And, for example, 100 l / min to 3000 l / m
A vacuum exhaust system is configured by the conductance valve 16 and the like whose effective exhaust speed is variable within the range of in. The plasma etching apparatus main body 10 is the same as the conventional one, and a microwave generated by a magnetron (not shown) is introduced into the etching chamber via the microwave waveguide 11 and the quartz bell jar 12, and the solenoid coil 13 is generated. The ECR mode plasma is excited by the interaction with the magnetic field. The substrate 15 to be processed is set on the substrate stage 14 in the etching chamber.

【0026】つぎに本実施例のシリコン系材料層のパタ
ーニング方法を、その工程順に説明する概略断面を示す
図1(a)〜(b)および図2(c)〜(d)と、各工
程に対応するプラズマエッチング装置の概略断面を示
す、図1(a’)〜(b’)および図2(c’)〜
(d’)を参照して説明する。
Next, a method of patterning a silicon-based material layer according to the present embodiment will be described in the order of the steps shown in FIGS. 1A to 1B and FIGS. 2C to 2D, and each step. 1 (a ')-(b') and FIG. 2 (c ')-showing a schematic cross section of a plasma etching apparatus corresponding to FIG.
This will be described with reference to (d ').

【0027】図1(a)に示す被処理基板は、不図示の
不純物拡散層等の能動素子群を形成したSi等の半導体
基板1を熱酸化して、厚さ10nmのゲート絶縁膜2お
よび素子分離領域3を形成し、さらに下記LPCVD条
件により、n+ 多結晶シリコン層からなるシリコン系材
料層4を400nmの厚さに堆積し、さらにネガ型化学
増幅型レジストとKrFエキシマレーザリソグラフィに
より、例えば0.35nmの幅にレジストマスク5を形
成したものである。 SiH4 500 sccm PH3 0.3 sccm ガス圧力 100 Pa 被処理基板温度 500 ℃ シリコン系材料層4は、素子分離領域3の厚さを反映し
て約200nmの段差を有する。この被処理基板15を
図1(a’)に示す大排気量の真空ポンプを有するプラ
ズマエッチング装置にセッティングする。
The substrate to be processed shown in FIG. 1A is obtained by thermally oxidizing a semiconductor substrate 1 made of Si or the like on which an active element group such as an impurity diffusion layer (not shown) is formed, and a gate insulating film 2 having a thickness of 10 nm and An element isolation region 3 is formed, a silicon-based material layer 4 made of an n + polycrystalline silicon layer is deposited to a thickness of 400 nm under the following LPCVD conditions, and further, a negative chemically amplified resist and KrF excimer laser lithography are used. For example, the resist mask 5 is formed to have a width of 0.35 nm. SiH 4 500 sccm PH 3 0.3 sccm Gas pressure 100 Pa Substrate temperature 500 ° C. Silicon-based material layer 4 has a step difference of about 200 nm reflecting the thickness of element isolation region 3. This substrate 15 to be processed is set in a plasma etching apparatus having a large pumping vacuum pump shown in FIG.

【0028】シリコン系材料層4のメインエッチングと
して、一例として下記条件によりプラズマエッチングを
施す。 Cl2 75 sccm O2 5 sccm ガス圧力 0.4 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 80 W(13.56MHz) 被処理基板温度 20 ℃ 排気速度 200 l/sec 本エッチング工程においては、図1(b)および図1
(b’)に示すように、被エッチング層とエッチングガ
スによる反応生成物7であるSiClx やSiO x Cl
y やレジストマスク5の分解生成物からなる側壁保護膜
6がレジストマスク5側面やパターニングされつつある
シリコン系材料層4の側面に付着形成され、異方性エッ
チングに寄与する。エッチングガスのプラズマ19中に
もこれら反応生成物7が存在する。
Main etching of the silicon-based material layer 4 and
Then, as an example, plasma etching is performed under the following conditions.
Give. Cl2 75 sccm O2 5 sccm Gas pressure 0.4 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 80 W (13.56 MHz) Substrate temperature to be treated 20 ° C. Exhaust rate 200 l / sec In this etching step, FIG. ) And Figure 1
As shown in (b '), the layer to be etched and the etching gas are
Reaction product 7 of SiClxAnd SiO xCl
ySide wall protective film made of decomposition products of the resist mask 5
6 is being patterned on the side surface of the resist mask 5 and patterning
An anisotropic etchant is formed by being attached to the side surface of the silicon-based material layer 4.
Contribute to ching. In the plasma 19 of etching gas
Also, these reaction products 7 are present.

【0029】シリコン系材料層4のパターニングが進
み、下地のゲート絶縁膜2が露出する直前、あるいは1
部露出した段階で下記オーバーエッチング条件に切り替
える。この段階では、図2(c)および図2(c’)に
示すように素子分離領域3の段差部にはシリコン系材料
層の残渣4Rが残っている。このオーバーエッチング条
件においては、メインエッチング条件に比較して大排気
速度を採用するので、メインエッチング時に大量に発生
してプラズマ中に残留している反応生成物7は速やかに
除去されその量は少ない。 HBr 120 sccm O2 4 sccm ガス圧力 1.0 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 60 W(13.56MHz) 被処理基板温度 20 ℃ 排気速度 3000 l/sec
Immediately before the underlying gate insulating film 2 is exposed by patterning of the silicon-based material layer 4, or 1
When the part is exposed, the following over-etching conditions are switched. At this stage, as shown in FIGS. 2C and 2C ′, the residue 4R of the silicon-based material layer remains in the step portion of the element isolation region 3. Under this over-etching condition, a large evacuation rate is adopted as compared with the main etching condition, so that a large amount of reaction products 7 generated during the main etching and remaining in the plasma are promptly removed and the amount thereof is small. . HBr 120 sccm O 2 4 sccm Gas pressure 1.0 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 60 W (13.56 MHz) Processed substrate temperature 20 ° C. Pumping speed 3000 l / sec

【0030】本オーバーエッチング工程では、残渣4R
をはじめとするシリコン系材料層4の残部はSiBrx
やSiOx Bry 等の反応生成物を形成して速やかに除
去されるので、被処理基板上に過剰に再堆積することが
ない。またBr系ガスの採用と、メインエッチングに比
較して低めのRFバイアスパワーの採用により、ゲート
絶縁膜2との選択比は200以上が得らた。このためゲ
ート絶縁膜のダメージの発生がない。加えて、ガス圧力
をメインエッチング時に比較して高く設定しており、等
方性を加味したエッチング条件であり、残渣4Rの除去
は完全なものとなりストリング状に残留することはな
い。オーバーエッチングを終了し、再び排気速度を下げ
た状態を図2(d)および図2(d’)に示す。
In this over-etching process, the residue 4R
And the rest of the silicon-based material layer 4 is SiBr x.
Since reaction products such as SiO x and Br y are formed and quickly removed, they are not redeposited excessively on the substrate to be processed. Further, by adopting the Br-based gas and adopting the RF bias power which is lower than that in the main etching, the selection ratio with respect to the gate insulating film 2 was 200 or more. Therefore, the gate insulating film is not damaged. In addition, the gas pressure is set higher than that in the main etching, and the etching conditions take isotropicity into consideration, so that the residue 4R is completely removed and does not remain in a string shape. FIG. 2D and FIG. 2D show a state in which the over-etching is completed and the evacuation rate is lowered again.

【0031】最終的にはレジストマスク5をアッシング
または剥離液で除去し、側壁保護膜6を希HF水溶液で
ライトエッチしてシリコン系材料パターン4Pを完成す
る。本実施例によれば、オーバーエッチング時に大排気
速度とすることにより、反応生成物の過剰な堆積を防
ぎ、ストリング状残渣やゲート絶縁膜の膜減り等による
デバイス特性の劣化を防止することが可能となる。
Finally, the resist mask 5 is removed by ashing or a stripping solution, and the side wall protection film 6 is lightly etched with a dilute HF aqueous solution to complete the silicon material pattern 4P. According to the present embodiment, by setting a high evacuation rate during overetching, it is possible to prevent excessive deposition of reaction products and prevent deterioration of device characteristics due to string-like residues and reduction of the gate insulating film. Becomes

【0032】実施例2 本実施例は実施例1と同じ被処理基板を、大排気量ポン
プを持たない通常のプラズマエッチング装置により、不
活性ガスによるパージ工程を挿入してパターニングした
例であり、これを本実施例のシリコン系材料層のパター
ニング方法を、その工程順に説明する概略断面である図
4(a)〜(c)および各段階に対応するプラズマエッ
チング装置の概略断面を示す、図4(a’)〜(c’)
を参照して説明する。
Example 2 This example is an example in which the same substrate as in Example 1 was patterned by inserting a purging step with an inert gas by an ordinary plasma etching apparatus having no large displacement pump. 4A to 4C, which are schematic cross-sectional views illustrating a method of patterning a silicon-based material layer according to the present embodiment in the order of steps, and a schematic cross-section of a plasma etching apparatus corresponding to each step. (A ')-(c')
Will be described with reference to.

【0033】本実施例で採用した被処理基板およびメイ
ンエッチング条件は前実施例と同一であり、メインエッ
チング迄の工程は図1(a)〜(b)および図1
(a’)〜(b’)をもって替えることとし、重複する
説明を省略する。ただし本実施例で用いるプラズマエッ
チング装置は、数百l/secの排気速度の真空ポンプ
を有する通常の装置である。
The substrate to be processed and the main etching conditions adopted in this embodiment are the same as in the previous embodiment, and the steps up to the main etching are shown in FIGS. 1 (a)-(b) and FIG.
(A ')-(b') will be replaced, and redundant description will be omitted. However, the plasma etching apparatus used in this example is a normal apparatus having a vacuum pump with an exhaust rate of several hundred l / sec.

【0034】メインエッチング終了後、次のオーバーエ
ッチング工程に入る前に、本実施例では下記条件により
不活性ガスのパージを施す。 He 100 sccm ガス圧力 0.5 Pa マイクロ波パワー 0 W RFバイアスパワー 0 W 被処理基板温度 20 ℃ 排気速度 200 l/sec 本パージ工程では、マイクロ波を印加せずプラズマを発
生していないが、エッチングチャンバ内に大量に残留し
ている反応生成物7はその大部分がHeと置換し、除去
される。パージ工程中の被処理基板およびプラズマエッ
チング装置の概略断面図を図4(a)および図4
(a’)に示す。
In the present embodiment, after the main etching is completed and before the next over-etching step, an inert gas is purged under the following conditions. He 100 sccm Gas pressure 0.5 Pa Microwave power 0 W RF bias power 0 W Substrate temperature 20 ° C. Pumping speed 200 l / sec In this purging step, no microwave was applied and plasma was not generated. Most of the reaction product 7 remaining in the etching chamber is replaced with He and is removed. 4A and 4B are schematic cross-sectional views of the substrate to be processed and the plasma etching apparatus during the purging step.
It shows in (a ').

【0035】続けて、一例として下記条件によりオーバ
ーエッチング条件に切り替える。このオーバーエッチン
グ時には、メインエッチング時に大量に発生してプラズ
マ中に残留している反応生成物7の量は少ない。 HBr 120 sccm O2 4 sccm ガス圧力 1.0 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 60 W(13.56MHz) 被処理基板温度 20 ℃ 排気速度 200 l/sec
Subsequently, as an example, the over-etching condition is switched under the following conditions. During this over-etching, the amount of the reaction product 7 generated in a large amount during the main etching and remaining in the plasma is small. HBr 120 sccm O 2 4 sccm Gas pressure 1.0 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 60 W (13.56 MHz) Processed substrate temperature 20 ° C. Pumping speed 200 l / sec

【0036】本オーバーエッチング工程では、残渣4R
をはじめとするシリコン系材料層4の残部はSiBrx
やSiOx Bry 等の反応生成物を形成して除去され
る。排気速度は200 l/secと小さいものの、新
たな反応生成物7は生成量は僅かであり、メインエッチ
ング時の反応生成物7の残留量も少ないので、被処理基
板上に過剰な側壁保護膜6として再堆積することがな
い。またBr系ガスの採用と、メインエッチングに比較
して低めのRFバイアスパワーの採用により、ゲート絶
縁膜2との選択比はここでも200以上が達成され、ゲ
ート絶縁膜のダメージの発生もない。加えて、ガス圧力
をメインエッチング時に比較して高く設定しており、等
方性を加味したエッチング条件であり、残渣4Rの除去
は完全なものとなりストリング状に残留することはな
い。オーバーエッチングを終了し、排気速度を下げた状
態を図4(c)および図4(c’)に示す。
In this over-etching process, the residue 4R
And the rest of the silicon-based material layer 4 is SiBr x.
And reaction products such as SiO x Br y are formed and removed. Although the exhaust rate is as low as 200 l / sec, the amount of new reaction product 7 is small and the amount of reaction product 7 remaining during the main etching is small. 6 does not redeposit. Further, by adopting the Br-based gas and adopting the RF bias power which is lower than that in the main etching, the selection ratio with the gate insulating film 2 is also 200 or more, and the gate insulating film is not damaged. In addition, the gas pressure is set higher than that in the main etching, and the etching conditions take isotropicity into consideration, so that the residue 4R is completely removed and does not remain in a string shape. FIG. 4C and FIG. 4C ′ show a state in which the overetching is completed and the exhaust speed is lowered.

【0037】最終的にはレジストマスク5をアッシング
または剥離液で除去し、側壁保護膜6を希HF水溶液で
ライトエッチしてシリコン系材料パターン4Pを完成す
る。本実施例によれば、大排気量ポンプを持たない通常
のプラズマエッチング装置を採用し、オーバーエッチン
グ前に不活性ガスによるパージ工程を挿入することによ
り、過剰の側壁保護膜の堆積を防ぎ、ストリング状残渣
の発生や、ゲート絶縁膜の膜減りやダメージを防止する
ことが可能となる。
Finally, the resist mask 5 is removed by ashing or a stripping solution, and the side wall protective film 6 is lightly etched with a dilute HF aqueous solution to complete the silicon material pattern 4P. According to the present embodiment, a normal plasma etching apparatus without a large displacement pump is adopted, and a purge process with an inert gas is inserted before overetching to prevent the deposition of an excessive side wall protective film and to prevent the string. It is possible to prevent the generation of a particulate residue and the reduction or damage of the gate insulating film.

【0038】以上、本発明を2例の実施例により説明し
たが本発明はこれら実施例になんら限定されるものでは
ない。
The present invention has been described above with reference to the two examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0039】例えば、実施例1において大排気量条件に
よるオーバーエッチング工程に入る前に、エッチングチ
ャンバ内を不活性ガスによりパージする工程を挿入すれ
ば、残留反応生成物の除去はより一層徹底されたものと
なる。
For example, if a step of purging the inside of the etching chamber with an inert gas is inserted before the overetching step under the large displacement condition in Example 1, the removal of the residual reaction product is more thorough. Will be things.

【0040】シリコン系材料配線あるいはシリコン系材
料層としてn+ 多結晶シリコンによるものを例示した
が、非晶質シリコン、高融点金属シリサイドおよび高融
点金属層ポリサイド等、Siを構成元素あるいは主な構
成元素とする導電性材料やその積層材料についても、本
発明を適用することが可能である。これらの材料層は、
いずれも反応生成物の再解離による過剰な堆積物によ
り、ストリング状の残渣を発生し易い材料である。
Although the silicon-based material wiring or the silicon-based material layer is made of n + polycrystalline silicon, the constituent elements or main constituents of Si such as amorphous silicon, refractory metal silicide and refractory metal layer polycide are shown. The present invention can be applied to a conductive material as an element and a laminated material thereof. These material layers are
Both are materials that easily generate string-like residues due to excessive deposits due to re-dissociation of reaction products.

【0041】Cl系ガスの代表例としてCl2 を、また
Br系ガスについてはHBrを代表して説明したが、先
述したようにCl、BrやIを構成原子として含むエッ
チングガスを適宜使用可能である。
Although Cl 2 has been described as a representative example of the Cl-based gas and HBr has been described as the representative of the Br-based gas, an etching gas containing Cl, Br or I as a constituent atom can be appropriately used as described above. is there.

【0042】前記実施例では、いずれもシリコン系材料
配線を矩形形状に異方性エッチングする際の残渣やゲー
ト絶縁膜の膜減り防止について述べた。本発明はこの目
的以外にも、シリコン系材料配線を順テーパ形状にパタ
ーニングする場合にも適用可能である。この場合には、
側壁保護膜の堆積が多い条件、例えば上述した実施例に
おけるエッチングガス中のO2 ガスの混合比を高めた条
件の採用等により、順テーパー形状のシリコン系材料配
線を得ることが可能である。この場合にも、段差部分の
ストリング状残渣を防止することができる。かかる順テ
ーパー形状の配線は、CCD撮像装置等の下層電極・配
線に採用し、層間絶縁膜や上層配線のステップカバレッ
ジを改善する場合に有用である。
In each of the above-mentioned embodiments, prevention of residues and film reduction of the gate insulating film when anisotropically etching the silicon-based material wiring into a rectangular shape has been described. In addition to this purpose, the present invention can be applied to the case of patterning a silicon-based material wiring in a forward tapered shape. In this case,
It is possible to obtain a forward taper-shaped silicon-based material wiring by adopting a condition in which the sidewall protective film is deposited abundantly, for example, a condition in which the mixing ratio of the O 2 gas in the etching gas in the above-described embodiment is increased. Also in this case, it is possible to prevent the string-like residue in the step portion. Such a forward tapered wiring is useful for a lower layer electrode / wiring of a CCD image pickup device or the like to improve step coverage of an interlayer insulating film or an upper wiring.

【0043】エッチング装置としては、基板バイアス印
加型ECRプラズマエッチング装置を用いたが、平行平
板型RIE装置、マグネトロンRIE装置であってもよ
い。ヘリコン波プラズマエッチング装置、TCP(Tr
ansformer Coupled Plasma)
エッチング装置、ICP(InductivelyCo
upled Plasma)エッチング装置等の高密度
プラズマエッチング装置を用いれば、さらなる被エッチ
ング基板内の均一性や低ダメージ、高エッチングレート
等が期待できる。
A substrate bias application type ECR plasma etching apparatus was used as the etching apparatus, but a parallel plate type RIE apparatus or a magnetron RIE apparatus may be used. Helicon wave plasma etching equipment, TCP (Tr
Transformer Coupled Plasma)
Etching equipment, ICP (InductivelyCo)
If a high-density plasma etching device such as an up plasma etching device is used, it is expected that further uniformity in the substrate to be etched, low damage, high etching rate, and the like can be expected.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればシリコン系材料層からなる被エッチング層をパ
ターニングするに際し、残渣を発生することなく、しか
も下地絶縁膜との高選択比を実現しうるシリコン系材料
層のパターニング方法を提供することが可能となった。
As is apparent from the above description, according to the present invention, when patterning a layer to be etched made of a silicon-based material layer, no residue is generated and a high selection ratio with respect to the underlying insulating film is obtained. It has become possible to provide a practicable method for patterning a silicon-based material layer.

【0045】また本発明によれば、配線間のショートや
ゲート絶縁膜のダメージによるデバイス不良のない、信
頼性の高い半導体装置を製造しうるシリコン系材料層の
パターニング方法を提供することが可能となった。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for patterning a silicon-based material layer capable of manufacturing a highly reliable semiconductor device without a device defect due to a short circuit between wirings or damage to a gate insulating film. became.

【0046】これらの効果により、多層配線の採用によ
る高段差を有する半導体装置に用いるシリコン系材料配
線を、信頼性高く形成することが可能となり、本発明が
高集積度の半導体装置の製造プロセスに寄与するところ
は大である。
Due to these effects, it becomes possible to form the silicon-based material wiring used for the semiconductor device having a high step due to the adoption of the multilayer wiring with high reliability, and the present invention is applied to the manufacturing process of the highly integrated semiconductor device. The contribution is great.

【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のシリコン系材料配
線のパターニング方法の前半を、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上にシリ
コン系材料層およびレジストマスクを形成した状態、
(a’)はこの被処理基板をプラズマエッチング装置に
セッティングした状態、(b)はシリコン系材料層をパ
ターンニングしつつある状態、(b’)はエッチングガ
スのプラズマ中に反応生成物が多量に存在している状態
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the first half of a method for patterning a silicon-based material wiring according to a first embodiment of the present invention in the order of steps, wherein (a) shows a silicon-based material layer and a silicon-based material layer on a base having steps. With the resist mask formed,
(A ') is a state in which this substrate to be processed is set in a plasma etching apparatus, (b) is a state in which a silicon-based material layer is being patterned, and (b') is a large amount of reaction products in the plasma of etching gas. It is a state that exists in.

【図2】本発明を適用した実施例1のシリコン系材料配
線のパターニング方法の後半を、その工程順に説明する
概略断面図であり、(c)はシリコン系材料層の残渣を
オーバーエッチングにより除去しつつある状態、
(c’)は高速排気によりエッチングガスのプラズマ中
に反応生成物がわずかに存在している状態で、(d)は
シリコン系材料層のパターニングが終了した状態、
(d’)はパターニング終了後のプラズマエッチング装
置の状態である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the latter half of the method for patterning a silicon-based material wiring of Example 1 to which the present invention is applied in the order of steps, and FIG. 2 (c) shows a residue of the silicon-based material layer removed by overetching. The state of
(C ') is a state in which reaction products are slightly present in the plasma of the etching gas by high-speed exhaust, (d) is a state in which the patterning of the silicon-based material layer is completed,
(D ') is the state of the plasma etching apparatus after the patterning is completed.

【図3】本発明を適用した実施例1で用いた大排気量の
プラズマエッチング装置の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a large-displacement plasma etching apparatus used in Example 1 to which the present invention is applied.

【図4】本発明を適用した実施例2のシリコン系材料配
線のパターニング方法の後半を、その工程順に説明する
概略断面図であり、(a)はシリコン系材料層のメイン
エッチング後、不活性ガスによりパージしつつある状
態、(a’)は不活性ガスのパージにより、チャンバ内
に反応生成物がわずかに存在している状態、(b)はシ
リコン系材料層の残渣をオーバーエッチングにより除去
しつつある状態、(b’)はオーバーエッチング時のプ
ラズマ中の反応生成物の様子を示す状態、(c)はシリ
コン系材料層のパターニングが終了した状態、(c’)
はパターニング終了後のプラズマエッチング装置の状態
である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the latter half of the method for patterning a silicon-based material wiring according to the second embodiment of the present invention in the order of steps, in which (a) is inactive after main etching of the silicon-based material layer. Gas is being purged, (a ') is a state in which a reaction product is slightly present in the chamber due to inert gas purging, and (b) is a silicon-based material layer residue removed by overetching. (B ') showing a state of reaction products in plasma during over-etching, (c) showing a state of patterning the silicon-based material layer, (c')
Is the state of the plasma etching apparatus after the patterning is completed.

【図5】従来のシリコン系材料層のパターニング方法の
前半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上にシリコン系材料層およびレジス
トマスクを形成した状態、(a’)はこの被処理基板を
プラズマエッチング装置にセッティングした状態、
(b)はシリコン系材料層をパターンニングしつつある
状態、(b’)はエッチングガスのプラズマ中に反応生
成物が多量に存在している状態である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the first half of a conventional method for patterning a silicon-based material layer in the order of steps, (a)
Is a state in which a silicon-based material layer and a resist mask are formed on a base having steps, and (a ′) is a state in which the substrate to be processed is set in a plasma etching apparatus,
(B) is a state in which the silicon-based material layer is being patterned, and (b ') is a state in which a large amount of reaction products are present in the plasma of the etching gas.

【図6】従来のシリコン系材料層のパターニング方法の
後半をその工程順に説明する概略断面図であり、(c)
はシリコン系材料層の残渣をオーバーエッチングする際
に、反応生成物の再解離により過剰の側壁保護膜が堆積
している状態、(c’)はオーバーエッチング時のプラ
ズマ中に多量の反応生成物が残存している状態、(d)
はシリコン系材料層のパターニングが終了し、段差側面
にストリング状残渣がのこされた状態、(d’)はパタ
ーニング終了後のプラズマエッチング装置の状態であ
る。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the latter half of the conventional method for patterning a silicon-based material layer in the order of steps, (c)
Is a state in which an excessive side wall protective film is deposited by re-dissociation of reaction products when the residue of the silicon-based material layer is over-etched, and (c ′) is a large amount of reaction products in the plasma during over-etching. Remains, (d)
The state where the patterning of the silicon-based material layer is completed and the string-like residue is left on the step side surface, and (d ′) is the state of the plasma etching apparatus after the patterning is completed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 ゲート絶縁膜 3 素子分離領域 4 シリコン系材料層 4P シリコン系材料パターン 4R 残渣 5 レジストマスク 6 側壁保護膜 7 反応生成物 10 プラズマエッチング装置 11 マイクロ波導波管 12 べルジャ 13 ソレノイドコイル 14 基板ステージ 15 被処理基板 16 コンダクタンスバルブ 17 ターボ分子ポンプ 18 ドライポンプ 19 プラズマ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Gate insulating film 3 Element isolation region 4 Silicon-based material layer 4P Silicon-based material pattern 4R Residue 5 Resist mask 6 Sidewall protective film 7 Reaction product 10 Plasma etching device 11 Microwave waveguide 12 Berja 13 Solenoid coil 14 Substrate stage 15 Substrate to be processed 16 Conductance valve 17 Turbo molecular pump 18 Dry pump 19 Plasma

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜上のシリコン系材料層を、高エッ
チングレートの第1のエッチング工程と、高選択比の第
2のエッチング工程を含むプラズマエッチングによりパ
ターニングする、シリコン系材料層のパターニング方法
であって、 前記第2のエッチング工程におけるエッチングガスの排
気速度は、前記第1のエッチング工程におけるエッチン
グガスの排気速度より大きいことを特徴とする、シリコ
ン系材料層のパターニング方法。
1. A method for patterning a silicon-based material layer, which comprises patterning a silicon-based material layer on an insulating film by plasma etching including a first etching step with a high etching rate and a second etching step with a high selection ratio. The method of patterning a silicon-based material layer, wherein the exhaust rate of the etching gas in the second etching step is higher than the exhaust rate of the etching gas in the first etching step.
【請求項2】 第2のエッチング工程におけるエッチン
グガスの排気速度は、1000 l/sec以上である
ことを特徴とする、請求項1記載のシリコン系材料層の
パターニング方法。
2. The method for patterning a silicon-based material layer according to claim 1, wherein the exhaust rate of the etching gas in the second etching step is 1000 l / sec or more.
【請求項3】 エッチングガスは、Cl系ガス、Br系
ガスおよびI系ガスのうちのいずれか1種を含むことを
特徴とする、請求項1記載のシリコン系材料層のパター
ニング方法。
3. The method for patterning a silicon-based material layer according to claim 1, wherein the etching gas contains any one of Cl-based gas, Br-based gas, and I-based gas.
【請求項4】 シリコン系材料層は、多結晶シリコン、
非晶質シリコン、高融点金属シリサイドおよび高融点金
属ポリサイドからなる群から選ばれる少なくとも1種で
あることを特徴とする、請求項1記載のシリコン系材料
層のパターニング方法。
4. The silicon-based material layer is polycrystalline silicon,
The method for patterning a silicon-based material layer according to claim 1, wherein the method is at least one selected from the group consisting of amorphous silicon, refractory metal silicide and refractory metal polycide.
【請求項5】 絶縁膜上のシリコン系材料層を、高エッ
チングレートの第1のエッチング工程と、高選択比の第
2のエッチング工程を含むプラズマエッチングによりパ
ターニングする、シリコン系材料層のパターニング方法
であって、 前記第1のエッチング工程と、前記第2のエッチング工
程との間に、さらに不活性ガスによるパージ工程を有す
ることを特徴とする、シリコン系材料層のパターニング
方法。
5. A method for patterning a silicon-based material layer, which comprises patterning a silicon-based material layer on an insulating film by plasma etching including a first etching step with a high etching rate and a second etching step with a high selection ratio. A method of patterning a silicon-based material layer, further comprising a purging step with an inert gas between the first etching step and the second etching step.
【請求項6】 エッチングガスは、Cl系ガス、Br系
ガスおよびI系ガスのうちのいずれか1種を含むことを
特徴とする、請求項5記載のシリコン系材料層のパター
ニング方法。
6. The method for patterning a silicon-based material layer according to claim 5, wherein the etching gas contains any one of Cl-based gas, Br-based gas, and I-based gas.
【請求項7】 シリコン系材料層は、多結晶シリコン、
非晶質シリコン、高融点金属シリサイドおよび高融点金
属ポリサイドからなる群から選ばれる少なくとも1種で
あることを特徴とする、請求項5記載のシリコン系材料
層のパターニング方法。
7. The silicon-based material layer is polycrystalline silicon,
6. The method for patterning a silicon-based material layer according to claim 5, wherein the method is at least one selected from the group consisting of amorphous silicon, refractory metal silicide, and refractory metal polycide.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001230320A (en) * 1999-12-24 2001-08-24 Hynix Semiconductor Inc Method for forming self-aligned contact in semiconductor element
US6432835B1 (en) 1998-10-05 2002-08-13 Hitachi, Ltd. Process for fabricating an integrated circuit device having a capacitor with an electrode formed at a high aspect ratio
JP2002261081A (en) * 2001-03-01 2002-09-13 Asm Japan Kk Semiconductor wafer etcher and etching method
JP2017147381A (en) * 2016-02-19 2017-08-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing method

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