JPH08167597A - Etching method and device - Google Patents

Etching method and device

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JPH08167597A
JPH08167597A JP33206994A JP33206994A JPH08167597A JP H08167597 A JPH08167597 A JP H08167597A JP 33206994 A JP33206994 A JP 33206994A JP 33206994 A JP33206994 A JP 33206994A JP H08167597 A JPH08167597 A JP H08167597A
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reaction chamber
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舜平 山崎
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英臣 須沢
Shigefumi Sakai
重史 酒井
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Abstract

PURPOSE: To carry out an anisotropic etching process without using plasma by a method wherein halogen fluoride is introduced into a reaction chamber, and a light source is made to irradiate a stubstrate placed in the reaction chamber with light rays at a right angle. CONSTITUTION: A substrate 206 is placed on a substrate holder 204, and a reaction chamber 201 is reduced in pressure. Thereafter, a light source 205 provided above the substrate holder 204 is made to irradiate the substrate 206 with ultraviolet rays at a right angle, and halogen fluoride such as chlorine trifluaride diluted with nitrogen or argon for controlling an etching rate to a concentration of 1 to 10% is introduced as etching gas into the reaction chamber 201. An etching process is carried out keeping the reaction chamber 201 at 100m Torr. By this setup, foreign elements such as carbon and sulfur undesirable for a silicon semiconductor are restrained from mixing into it.

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、半導体集積回路の作製
方法に関し、シリコン、モリブテン、タングステンによ
って組成の95%以上が占められている導電性被膜の異
方性エッチングに関する。このような導電性被膜として
は、単結晶、多結晶もしくはアモルファス状態のシリコ
ン、タングステンシリサイド(WSi2 )、モリブテン
シリサイド(MoSi2 )あるいはこれらの多層膜が挙
げられ、本発明はこれらの被膜を実質的にプラズマを用
いないでエッチングする方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly to anisotropic etching of a conductive coating film whose composition is 95% or more of silicon, molybdenum and tungsten. Examples of such a conductive film include silicon in a single crystal, polycrystal or amorphous state, tungsten silicide (WSi 2 ), molybdenum silicide (MoSi 2 ), or a multilayer film of these, and the present invention substantially comprises these films. To a method of etching without using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の微細化の要求により、
各種のドライエッチング法が開発された。特に微細化に
よって、アスペクト比(縦と横の比率)が高くなるにつ
れ、異方性エッチング(垂直方向に選択的にエッチング
が進行するエッチング方法)技術が必要とされるように
なった。このような微細加工は特に、半導体基板、ゲイ
ト電極・配線や下層の配線の加工において要ハロゲン。
そして、このような配線にはシリコンやタングステン、
モリブテン、あるいはそれらのシリサイド(珪化物、例
えば、タングステンシリサイド(WSi2 )、モリブテ
ンシリサイド(MoSi2 ))が使用されるため、これ
らの材料の異方性エッチング技術が重要であった。
2. Description of the Related Art Due to the demand for miniaturization of semiconductor integrated circuits,
Various dry etching methods have been developed. In particular, as the aspect ratio (the ratio of length to width) becomes higher due to miniaturization, anisotropic etching (etching method in which etching selectively advances in the vertical direction) is required. Such fine processing requires halogen especially in the processing of semiconductor substrates, gate electrodes / wiring, and underlying wiring.
And for such wiring, silicon, tungsten,
Since molybdenum or a silicide thereof (silicide, for example, tungsten silicide (WSi 2 ), molybdenum silicide (MoSi 2 )) is used, an anisotropic etching technique for these materials has been important.

【0003】従来、このようなエッチングはCF4 、S
6 その他のフッ化物気体をプラズマによって電離させ
ることによって、フッ素活性種を発生させ、これとシリ
コンやモリブテン、タングステンを反応させ、揮発性の
フッ化珪素、フッ化モリブテン、フッ化タングステンと
してエッチングする方法が一般的であった。しかしなが
ら、このようなエッチング工程においては、エッチング
ガス中に含まれる炭素や硫黄がシリコンと化合して半導
体素子に混入する危険性があり、また、長期間エッチン
グに使用したチャンバー内壁にはテフロン状のポリマー
が付着するという問題点があった。
Conventionally, such etching is performed by using CF 4 , S.
By ionizing F 6 and other fluoride gases with plasma, fluorine active species are generated and reacted with silicon, molybdenum and tungsten to etch as volatile silicon fluoride, molybdenum fluoride and tungsten fluoride. The method was common. However, in such an etching process, there is a risk that carbon and sulfur contained in the etching gas will combine with silicon and be mixed into the semiconductor element, and that the inner wall of the chamber used for etching for a long time has a Teflon-like shape. There is a problem that the polymer adheres.

【0004】また、エッチングに際してプラズマを発生
させねばならず、それによる半導体素子へのプラズマダ
メージが素子信頼性を低下させるという問題もあった。
一方、シリコンやタングステン、モリブテンを主成分と
する材料のエッチングガスとしてはフッ化ハロゲン、す
なわち、化学式XFn (Xはフッ素以外のハロゲン、n
は整数)で示される物質(例えば、ClF、ClF3
BrF、BrF 3 、IF、IF3 等)が知られている。
これらの材料は極めて強力なフッ化作用を有するため、
プラズマによって活性種を発生させなくともエッチング
できる(ガスエッチング)という特徴があった。しか
し、通常のガスエッチングにおいては、側方へのエッチ
ングを抑制して、垂直方向のみを選択的にエッチングす
ることができず、したがって、異方性エッチングは難し
かった。
Plasma is generated during etching.
It is necessary to prevent the plasma plasma from being applied to the semiconductor device.
There is also a problem that the image deteriorates device reliability.
On the other hand, with silicon, tungsten, and molybdenum as the main components
As the etching gas for the material
Nachi, chemical formula XFn(X is a halogen other than fluorine, n
Is an integer) (eg ClF, ClF3,
BrF, BrF 3, IF, IF3Etc.) are known.
Because these materials have an extremely strong fluorination effect,
Etching without generating active species by plasma
It had the feature that it could be done (gas etching). Only
However, in normal gas etching, side etching
To suppress etching and selectively etch only in the vertical direction.
Therefore, anisotropic etching is difficult
won.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような諸
問題を解決せんとしてなされたものである。すなわち、
エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、実質的に
プラズマを用いないで異方性エッチングをおこなう方法
を提供することを課題とする。この結果、炭素や硫黄と
いうようなシリコン半導体にとって好ましくない異元素
を素子中に混入させることがなくなる。また、エッチン
グチャンバーのメンテナンスも容易となる。もちろん、
半導体素子のプラズマダメージも減少し、信頼性も向上
させることが可能である。
The present invention has been made to solve these problems. That is,
An object of the present invention is to provide a method of performing anisotropic etching using halogen fluoride as an etching gas and substantially not using plasma. As a result, foreign elements such as carbon and sulfur that are not preferable for silicon semiconductors are not mixed in the element. Further, maintenance of the etching chamber becomes easy. of course,
Plasma damage to the semiconductor element is also reduced, and reliability can be improved.

【0006】[0006]

【発明を解決するための手段】本発明は、フッ化塩素
(ClF)、三フッ化塩素(ClF3 )、五フッ化塩素
(ClF5 )、フッ化臭素(BrF)、三フッ化臭素
(BrF3 )、フッ化ヨウ素(IF)、三フッ化ヨウ素
(IF3 )等をはじめとしたフッ化ハロゲンをエッチン
グガスとして用い、かつ、基板に対して概略垂直に被エ
ッチング面に光(紫外光やレーザー光等)を照射せしめ
ることによって、エッチングに異方性を持たせることを
特徴とする。また、そのためには反応容器内にフッ化ハ
ロゲンを導入する手段と、基板に概略垂直に光を照射す
るための手段とを有するエッチング装置が必要である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to chlorine fluoride (ClF), chlorine trifluoride (ClF 3 ), chlorine pentafluoride (ClF 5 ), bromine fluoride (BrF), bromine trifluoride ( BrF 3 ), iodine fluoride (IF), iodine trifluoride (IF 3 ), and other halogen fluorides are used as an etching gas, and the surface to be etched is exposed to light (ultraviolet light) substantially perpendicular to the substrate. Or laser light) to impart anisotropy to the etching. Further, for that purpose, an etching apparatus having a means for introducing halogen fluoride into the reaction vessel and a means for irradiating the substrate with light substantially perpendicularly is required.

【0007】[0007]

【作用】通常のフッ化ハライドによるガスエッチングで
は、ウェットエッチングと同様に等方的なエッチングと
なる。例えば、図1(A)のごとく基板101上のシリ
コン膜102にフォトレジストのエッチングマスク10
3を形成した膜のエッチングをおこなった場合、エッチ
ングを担っているフッ化ハロゲン分子は、等方的に試料
表面に入射するため、エッチング面は図1(B)に示す
ように斜めとなる。なお、エッチングにおいては、な
お、図1(B)中の点線は、当初のエッチングマスクで
ある。フッ化ハロゲンによるフッ化作用のため、フォト
レジストもエッチングされつつ、エッチングが進行す
る。(図1(B))
Function Gas etching using a normal fluoride halide is isotropic etching as in wet etching. For example, as shown in FIG. 1A, an etching mask 10 of a photoresist is formed on the silicon film 102 on the substrate 101.
When the film on which No. 3 is formed is etched, the halogen fluoride molecules that are responsible for the etching are isotropically incident on the sample surface, so that the etching surface becomes oblique as shown in FIG. In etching, the dotted line in FIG. 1B is the original etching mask. Due to the fluorination effect of halogen fluoride, the etching proceeds while the photoresist is also being etched. (Fig. 1 (B))

【0008】エッチングにおいて、異方性を持たせるに
は、 パターン側壁へのラジカルの入射量を減少させる。 側壁に保護膜を形成し、側壁での被エッチング膜と
ラジカルとの接触を防止する。 側壁での反応そのものを抑える。 のいずれかを満たすことが必要である。本発明はこれら
のうち、に注目し、エッチング面での反応を、側面で
の反応に比較して優先して進行させることにより、エッ
チングの際に異方性を持たせる。
In order to have anisotropy in etching, the amount of radicals incident on the pattern side wall is reduced. A protective film is formed on the side wall to prevent contact between the film to be etched and the radical on the side wall. The reaction itself on the side wall is suppressed. It is necessary to meet either of the above. The present invention pays attention to one of these, and preferentially advances the reaction on the etching surface as compared with the reaction on the side surface, thereby giving anisotropy during etching.

【0009】本発明においては、光を基板に対して概略
垂直に照射することで、光が照射されるエッチング面で
のフッ化ハロゲンや被エッチング表面を活性化せしめ、
反応を容易に進行させる。一方、光が直接、入射しな
い、あるいは光の総量が小さい側面では反応が遅くな
る。その結果、エッチング方向に指向性を持たせ得るこ
とができ、図1(C)に示すように異方性を付けること
が可能となった。(図1(B))
In the present invention, light is irradiated substantially perpendicularly to the substrate to activate the halogen fluoride or the surface to be etched on the etching surface irradiated with light,
Allow the reaction to proceed easily. On the other hand, the reaction is slow on the side where light does not enter directly or the total amount of light is small. As a result, it is possible to give directivity to the etching direction, and it is possible to give anisotropy as shown in FIG. (Fig. 1 (B))

【0010】本発明をより効果的に実施するには、例え
ば、ClF、ClF3 のように反応性の強い材料におい
ては基板を冷却するとよい。なぜならば、このように反
応性の高い気体においては、常温でも十分に高いエッチ
ング速度が得られるため、垂直方向へのエッチングを選
択的におこなうことができない(異方性が高められな
い)からである。
In order to carry out the present invention more effectively, it is advisable to cool the substrate in the case of a highly reactive material such as ClF or ClF 3 . This is because, in such a highly reactive gas, a sufficiently high etching rate can be obtained even at room temperature, so that vertical etching cannot be selectively performed (anisotropy cannot be increased). is there.

【0011】[0011]

【実施例】【Example】

[実施例1]図2に本発明によるエッチング装置を示
す。反応容器(チャンバー)201には反応ガスを導入
する為のガス導入系202および、反応容器を減圧に
し、かつ排ガス処理のための除害装置等を有する排気系
203が設けられてある。ガス導入系は、ClF、Cl
3 、ClF5 、BrF、BrF3 、IF、IF3 等を
はじめとするフッ化ハロゲンの他にエッチング速度を調
整するために希釈用ガスとして、窒素およびアルゴンが
備えてある。本実施例においてはフッ化ハロゲンとして
ClF3 を使用した。
[Embodiment 1] FIG. 2 shows an etching apparatus according to the present invention. The reaction vessel (chamber) 201 is provided with a gas introduction system 202 for introducing a reaction gas and an exhaust system 203 for reducing the pressure of the reaction vessel and having a detoxifying device for treating exhaust gas. The gas introduction system is ClF, Cl
F 3, ClF 5, BrF, BrF 3, IF, as a diluting gas to adjust the addition to the etching rate of the halogen fluoride, including IF 3 or the like, nitrogen and argon are provided. In this example, ClF 3 was used as the halogen fluoride.

【0012】また、反応容器内部に設置された基板ホル
ダー204は枚様式であり、このホルダーには常温〜−
20℃程度まで温度を変化させることが可能な温度コン
トローラーが設けられてある。さらに、基板ホルダーの
上部には光源205が設けられてある。この光源とし
て、本実施例においてはUVランプを用いた。これは、
大面積基板のエッチングには好ましかった。それ以外の
ものは長方形のレーザービーム等を使用してもかまわな
い。
Further, the substrate holder 204 installed inside the reaction vessel is of a sheet type, and this holder has a room temperature to −
A temperature controller capable of changing the temperature up to about 20 ° C. is provided. Further, a light source 205 is provided above the substrate holder. In this embodiment, a UV lamp is used as this light source. this is,
It was preferred for etching large area substrates. Other than that, a rectangular laser beam or the like may be used.

【0013】上記のような構成をとるエッチング装置に
おいて、図1(A)のようにマスクパターニングがされ
たシリコン膜のエッチングをおこなった例を示す。まず
基板206を基板ホルダー204に設置して反応容器を
減圧した。その後、基板204に光(本実施例において
は紫外光)を概略垂直に照射しながら、エッチング速度
を制御するために窒素やアルゴンによって1〜10%に
希釈したClF3 をエッチングガスとして導入した。本
実施例においては、ClF3 の濃度が5%となるように
窒素によって希釈した。そして、反応容器内の圧力を1
00mTorrとしてエッチングをおこなった。以上の
ようにして、エッチングをおこなった結果、垂直方向に
選択的にエッチングが進行し、図1(C)に示すよう
に、ほぼ垂直のエッチング端面が得られた。
An example of etching a mask-patterned silicon film as shown in FIG. 1A in an etching apparatus having the above-described structure is shown. First, the substrate 206 was placed on the substrate holder 204 and the pressure of the reaction container was reduced. Thereafter, while irradiating the substrate 204 with light (ultraviolet light in this embodiment) substantially vertically, ClF 3 diluted with nitrogen or argon to 1 to 10% was introduced as an etching gas while controlling the etching rate. In this example, the concentration of ClF 3 was diluted with nitrogen so as to be 5%. Then, set the pressure in the reaction vessel to 1
Etching was performed at 00 mTorr. As a result of performing the etching as described above, the etching selectively progressed in the vertical direction, and as shown in FIG. 1C, a substantially vertical etching end face was obtained.

【0014】〔実施例2〕 本発明を用いて、新しい電
界効果トランジスタを作製する例を図5を用いて説明す
る。半導体集積回路のデザインルールが縮小するにした
がって、電界効果トランジスタにおいては、ドレイン−
チャネル間の電界強度の急峻さにより、ホットキャリヤ
注入現象が生じるようになった。このようなデザインル
ールの縮小(すなわち、チャネルが短くなること)によ
る特性の劣化を一般に短チャネル効果という。このよう
な短チャネル効果を抑制する方法として、図3に示すよ
うな低濃度不純物領域(低濃度ドレイン、LDD)30
6、307を有するMIS型電界効果トランジスタが開
発された。
Example 2 An example of manufacturing a new field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. As the design rules of semiconductor integrated circuits shrink, the drain-
Due to the steepness of the electric field strength between the channels, a hot carrier injection phenomenon has come to occur. The deterioration of the characteristics due to the reduction of the design rule (that is, the shortening of the channel) is generally called the short channel effect. As a method of suppressing such a short channel effect, a low concentration impurity region (low concentration drain, LDD) 30 as shown in FIG.
A MIS field effect transistor having 6,307 has been developed.

【0015】この種のデバイスではソース304とチャ
ネル形成領域、あるいはドレイン305とチャネル形成
領域の間に、ソース/ドレインより低濃度のLDD30
6、307が設けられたために、電界を緩和する効果が
生じ、ホットキャリヤの発生を抑制することができた。
図3に示すようなLDDはまず、ゲイト電極301を形
成した後に、ドーピングをおこない、低濃度不純物領域
を形成し、その後、酸化珪素等の材料によってサイドウ
ォール302を形成し、これをマスクとして自己整合的
にドーピングをおこなって、ソース/ドレインを形成す
る方法が採用された。
In this type of device, the LDD 30 having a lower concentration than the source / drain is provided between the source 304 and the channel forming region or between the drain 305 and the channel forming region.
Since Nos. 6 and 307 are provided, the effect of relaxing the electric field is produced, and the generation of hot carriers can be suppressed.
In the LDD as shown in FIG. 3, first, after forming the gate electrode 301, doping is performed to form a low-concentration impurity region, and then the side wall 302 is formed with a material such as silicon oxide. A method of forming a source / drain by consistently doping was adopted.

【0016】そのため、LDD上にはゲイト電極が存在
せず、さらなる短チャネル化によっては、LDD上のゲ
イト絶縁膜にホットキャリヤがトラップされる現象が生
じた。そして、このようなホットキャリヤ、特にホット
エレクトロンのトラップによって、LDDの導電型が反
転してしまい、しきい値の変動や、サブスレシュホール
ド係数の増加、パンチスルー耐圧の低下という短チャネ
ル効果が避けられなくなった。
Therefore, the gate electrode does not exist on the LDD, and due to the further shortening of the channel, the phenomenon that hot carriers are trapped in the gate insulating film on the LDD occurs. Then, due to the trapping of such hot carriers, especially hot electrons, the conductivity type of the LDD is inverted, and the short channel effect such as the fluctuation of the threshold value, the increase of the subthreshold coefficient, and the decrease of the punch-through breakdown voltage is avoided. I can no longer.

【0017】このような問題点を解決すべく、LDD上
をもゲイト電極で覆った、オーバーラップLDD構造
(GOLD)構造が提唱された。この構造を採用すれ
ば、上記のようなLDD上のゲイト絶縁膜にホットキャ
リヤがトラップされたことによる特性の劣化は避けるこ
とができる。しかしながら、GOLDを作製することは
容易ではなかった。これまでに報告されているGOLD
構造のMIS型電界効果トランジスタとしては、IT−
LDD構造(T.Y.Huang:IEDM Tec
h.Digest 742(1986))がある。その
作製方法の概略を図4に示す。
In order to solve such a problem, an overlapping LDD structure (GOLD) structure has been proposed in which the LDD is also covered with a gate electrode. By adopting this structure, it is possible to avoid the deterioration of characteristics due to the trapping of hot carriers in the gate insulating film on the LDD as described above. However, it was not easy to produce GOLD. GOLD reported so far
As a MIS type field effect transistor having a structure, IT-
LDD structure (TY Huang: IEDM Tec
h. Digest 742 (1986)). The outline of the manufacturing method is shown in FIG.

【0018】まず、半導体基板401上にフィールド絶
縁物402とゲイト絶縁膜403を形成した後、多結晶
シリコン等の導電性被膜404を成膜する。(図4
(A)) そして、導電性被膜404を適度にエッチングし、ゲイ
ト電極406を形成する。このとき注意しなければなら
ないのは、導電性被膜404を全てエッチングしてしま
うのではなく、適当な厚さ(100〜1000Å)だ
け、残して薄い導電性被膜407とすることである。こ
のため、このエッチング工程は極めて難しい。(点線で
示される405は元の導電性被膜である。)
First, after forming the field insulator 402 and the gate insulating film 403 on the semiconductor substrate 401, a conductive film 404 such as polycrystalline silicon is formed. (Fig. 4
(A) Then, the conductive film 404 is appropriately etched to form a gate electrode 406. At this time, it should be noted that the conductive film 404 is not completely etched, but the conductive film 407 is thin and has an appropriate thickness (100 to 1000 Å). Therefore, this etching process is extremely difficult. (405 indicated by the dotted line is the original conductive film.)

【0019】このようにして、薄い導電性被膜407と
ゲイト絶縁膜403を通して、スルードーピングによ
り、LDD408、409を形成する。この際に、導電
性被膜が厚いと十分にスルードピングできない。また、
基板間、バッチ間で導電性被膜の厚さが異なると、ドー
ズ量がバラツクこととなる。(図4(B)) その後、全面に酸化珪素等の材料で被膜410を成膜す
る。(図4(C)) そして、従来のLDD構造を作製する場合と同様に被膜
410を異方性エッチング法によりエッチングすること
により、サイドウォール412を形成する。このエッチ
ング工程では薄い導電性被膜407もエッチングする。
そして、このようにして形成したサイドウォールをマス
クとして、自己整合的にドーピングをおこない、ソース
413、ドレイン414を形成する。(図4(D))
In this manner, LDDs 408 and 409 are formed by through doping through the thin conductive film 407 and the gate insulating film 403. At this time, if the conductive film is thick, it is not possible to sufficiently dope through-doping. Also,
If the thickness of the conductive coating differs between the substrates and between the batches, the dose amount will vary. (FIG. 4B) After that, a film 410 is formed on the entire surface with a material such as silicon oxide. (FIG. 4C) Then, the side wall 412 is formed by etching the film 410 by an anisotropic etching method as in the case of manufacturing a conventional LDD structure. In this etching process, the thin conductive film 407 is also etched.
Then, using the sidewalls thus formed as a mask, doping is performed in a self-aligned manner to form a source 413 and a drain 414. (Fig. 4 (D))

【0020】その後、層間絶縁物415、ソース電極・
配線416、ドレイン電極・配線417を形成してMI
S型電界効果トランジスタが完成する。(図4(E)) 図から明らかなように、ゲイト電極の部分が逆T字(I
nverse−T)であるので、IT−LDDと呼ばれ
る。そして、ゲイト電極の薄い部分がLDD上に存在す
るため、LDD表面のキャリヤ密度もゲイト電極によっ
てある程度制御できる。その結果、LDDの不純物濃度
をより小さくしてもLDDの直列抵抗によって相互コン
ダクタンスが減少したり、LDD上の絶縁膜中に注入さ
れたホットキャリヤによってデバイス特性が変動するこ
とが少なくなる。
After that, the interlayer insulator 415, the source electrode,
A wiring 416 and a drain electrode / wiring 417 are formed to form MI.
The S-type field effect transistor is completed. (FIG. 4 (E)) As is clear from the figure, the gate electrode portion has an inverted T-shape (I
It is referred to as IT-LDD. Since the thin portion of the gate electrode exists on the LDD, the carrier density on the LDD surface can be controlled to some extent by the gate electrode. As a result, even if the impurity concentration of the LDD is made smaller, mutual conductance is reduced by the series resistance of the LDD, and device characteristics are less likely to be changed by hot carriers injected into the insulating film on the LDD.

【0021】これらの利点はIT−LDD構造に固有の
ものではなく、全てのGOLD構造に共通することであ
る。そして、LDDの不純物濃度を低くできるので電界
緩和効果も大きく、また、LDDの浅くできるので、短
チャネル効果やパンチスルーも抑制できる。
These advantages are not unique to the IT-LDD structure but are common to all GOLD structures. Since the impurity concentration of LDD can be lowered, the electric field relaxation effect is large, and since the LDD can be made shallow, the short channel effect and punch through can be suppressed.

【0022】しかしながら、GOLDの作製方法として
は、IT−LDD構造以外には効果的な方法がなかっ
た。従来のLDD構造において、単にサイドウォールを
シリコンを主成分とする導電性被膜で構成することは実
用的でなかった。それは、サイドウォールを形成する際
のエッチングが、酸化珪素を主成分とするゲイト絶縁膜
でストップさせることが難しく、基板を大きくエッチン
グする可能性があったためである。これは、従来のドラ
イエッチングプロセスでは、シリコンをエッチングする
際の酸化珪素との選択比が十分に大きくないことと、ゲ
イト電極(=サイドウォール)の厚さに比較してゲイト
絶縁膜の厚さが1/10程度と小さかったためである。
However, as a method for producing GOLD, there has been no effective method other than the IT-LDD structure. In the conventional LDD structure, it is not practical to simply form the sidewall with a conductive film containing silicon as a main component. This is because it is difficult to stop the etching at the time of forming the sidewalls with the gate insulating film containing silicon oxide as a main component, and there is a possibility that the substrate may be largely etched. This is because the conventional dry etching process does not have a sufficiently large selection ratio with respect to silicon oxide when etching silicon, and that the thickness of the gate insulating film is larger than that of the gate electrode (= sidewall). Is because it was as small as about 1/10.

【0023】そして、IT−LDD構造は上記のような
利点を多く有するものの、その作製方法が極めて難しい
という問題があった。特に図4(B)の導電性被膜のエ
ッチングの制御が極めて難しかった。もし、基板間、基
板内で薄い導電性被膜407の厚さにバラツキがある
と、ソース/ドレインの不純物濃度が変動してしまい、
よって、トランジスタの特性がバラつくこととなる。
Although the IT-LDD structure has many advantages as described above, there is a problem that the manufacturing method thereof is extremely difficult. In particular, it was extremely difficult to control the etching of the conductive film shown in FIG. If there is variation in the thickness of the thin conductive film 407 between the substrates or within the substrate, the impurity concentration of the source / drain fluctuates,
Therefore, the characteristics of the transistor vary.

【0024】本発明を用いれば、極めて簡単に、サイド
ウォールをシリコンやモリブテン、タングステン等を主
成分とする(純度95%以上のシリコンよりなる)材料
とすることが可能となる。すなわち、サイドウォールを
ゲイト電極の一部とすることにより、GOLD構造を得
ることができる。このような構造を得るために、シリコ
ンやモリブテン、タングステンを主成分とする材料より
なる導電性被膜をゲイト電極の中央部となる部分を覆っ
て成膜したのち、本発明を実施することによって、異方
性エッチングをおこなえばよい。
By using the present invention, the sidewalls can be made of a material containing silicon, molybdenum, tungsten or the like as a main component (made of silicon having a purity of 95% or more) very easily. That is, a GOLD structure can be obtained by forming the sidewalls as a part of the gate electrode. In order to obtain such a structure, a conductive coating film made of a material containing silicon, molybdenum, or tungsten as a main component is formed so as to cover the central portion of the gate electrode, and then the present invention is carried out. Anisotropic etching may be performed.

【0025】なお、本発明ではサイドウォールの形成の
ためのエッチングにおいて、サイドウォール材料とゲイ
ト絶縁膜材料とのエッチングの選択比を十分に大きくす
ることも可能となる。これはフッ化ハライドが酸化珪素
をほとんどエッチングしないという特性を有しているた
めである。その結果、半導体基板のオーバーエッチング
が回避できるのみか、ゲイト絶縁膜のオーバーエッチン
グも無くなる。
According to the present invention, it is possible to sufficiently increase the etching selectivity between the sidewall material and the gate insulating film material in the etching for forming the sidewall. This is because the fluorinated halide has a characteristic that it hardly etches silicon oxide. As a result, not only overetching of the semiconductor substrate can be avoided, but also overetching of the gate insulating film is eliminated.

【0026】以下、本実施例では、従来のLDD構造に
おいてゲイト電極に相当する部分(図3の301)はゲ
イト電極であるが、それはゲイト電極の全てではないと
いう意味で、ゲイト電極の中央部と称する。また、従来
のLDD構造のサイドウォールに相当する部分(図3の
302)もシリコンを主成分とする材料によって構成さ
れた導電性材料で、同時にゲイト電極の一部であるの
で、サイドウォールという呼び名以外にゲイト電極の側
部とも称することとする。
In the following, in the present embodiment, the portion corresponding to the gate electrode (301 in FIG. 3) in the conventional LDD structure is the gate electrode, but in the sense that it is not all of the gate electrode, the central portion of the gate electrode. Called. In addition, the portion corresponding to the sidewall of the conventional LDD structure (302 in FIG. 3) is also a conductive material composed of a material containing silicon as a main component, and at the same time, it is also a part of the gate electrode. Besides, it is also referred to as a side portion of the gate electrode.

【0027】図5に本実施例を示す。まず、シリコン基
板501上に公知のLOCOS形成法によって、厚さ3
000Å〜1μmのフィールド絶縁物502を形成し
た。また、ゲイト絶縁膜として、厚さ100〜500Å
の酸化珪素膜503を熱酸化法によって形成した。さら
に、熱CVD法によって燐をドーピングして導電率を高
めた多結晶シリコン膜(厚さ2000〜5000Å)を
堆積し、これをエッチングしてゲイト電極の中央部50
4を形成した。そして、ゲイト電極の中央部504をマ
スクとして自己整合的に燐のイオン注入をおこない、低
濃度のN型不純物領域(=LDD)505、506を形
成した。LDDの燐の濃度は1×1016〜1×1017
子/cm3 、深さは300〜1000Åとすると好まし
かった。(図5(A))
FIG. 5 shows this embodiment. First, a silicon substrate 501 having a thickness of 3 is formed by a known LOCOS forming method.
A field insulator 502 having a thickness of 000Å to 1 μm was formed. Also, as a gate insulating film, a thickness of 100 to 500 Å
The silicon oxide film 503 was formed by the thermal oxidation method. Further, a polycrystalline silicon film (thickness 2000 to 5000 Å) having a conductivity increased by doping phosphorus by the thermal CVD method is deposited and etched to etch the central portion 50 of the gate electrode.
4 was formed. Then, phosphorus ion implantation was performed in a self-aligning manner using the central portion 504 of the gate electrode as a mask to form low-concentration N-type impurity regions (= LDD) 505 and 506. It is preferable that the concentration of phosphorus in LDD is 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 and the depth is 300 to 1000 Å. (Figure 5 (A))

【0028】そして、熱CVD法によって燐をドーピン
グして導電率を高めた多結晶シリコン膜(厚さ2000
Å〜1μm)507を成膜した。(図5(B)) その後、ClF3 による異方性エッチングをおこなっ
た。本実施例は図2に示された装置を用いて、実施例1
と同様におこなった。まず、基板206を基板ホルダー
204に設置して反応容器を減圧した。その後、基板2
04に光(本実施例においては紫外光)を照射しなが
ら、アルゴンによって1〜10%に希釈したClF3
エッチングガスとして導入した。本実施例においては、
ClF3 の濃度が5%となるように窒素によって希釈し
た。そして、反応容器内の圧力を10Torrとした。
ClF3 の流量は500sccm、窒素の流量は500
sccmとした。
Then, a polycrystalline silicon film (thickness: 2000), which is doped with phosphorus by the thermal CVD method to increase the conductivity,
Å-1 μm) 507 was deposited. (FIG. 5 (B)) After that, anisotropic etching with ClF 3 was performed. This example uses the apparatus shown in FIG.
Same as above. First, the substrate 206 was placed on the substrate holder 204, and the reaction container was depressurized. Then substrate 2
While irradiating 04 with light (ultraviolet light in this example), ClF 3 diluted with argon to 1 to 10% was introduced as an etching gas. In this embodiment,
It was diluted with nitrogen so that the concentration of ClF 3 was 5%. Then, the pressure in the reaction vessel was set to 10 Torr.
The flow rate of ClF 3 is 500 sccm, and the flow rate of nitrogen is 500
It was set to sccm.

【0029】この結果、シリコン膜507は、垂直方向
にエッチングされ、ゲイト電極の中央部504の側面に
ゲイト電極の側部(サイドウォール)509が形成され
た。(図5(C)) その後、砒素のイオン注入によって、ゲイト電極をマス
クとして自己整合的にドーピングをおこない、ソース5
10、ドレイン511を作製した。砒素の濃度は1×1
19〜5×1020原子/cm3 とした。そして、熱アニ
ール処理により、LDDおよびソース/ドレインの再結
晶化をおこなった。(図5(D)) その後、熱CVD法によって、層間絶縁物として、厚さ
3000Å〜1μmの酸化珪素膜512を堆積した。そ
して、これにコンタクトホールを形成し、ソース電極5
13、ドレイン電極514を形成した。このようにし
て、GOLD型トランジスタを作製することができた。
(図5(E))
As a result, the silicon film 507 was etched in the vertical direction, and the side portion (sidewall) 509 of the gate electrode was formed on the side surface of the central portion 504 of the gate electrode. (FIG. 5C) After that, arsenic ion implantation is performed to perform self-aligned doping using the gate electrode as a mask to form the source 5
10 and the drain 511 were produced. Arsenic concentration is 1 × 1
It was set to 0 19 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 . Then, the LDD and the source / drain were recrystallized by thermal annealing. (FIG. 5D) After that, a silicon oxide film 512 having a thickness of 3000 Å to 1 μm was deposited as an interlayer insulator by a thermal CVD method. Then, a contact hole is formed in the source electrode 5
13 and the drain electrode 514 were formed. In this way, a GOLD type transistor could be manufactured.
(Fig. 5 (E))

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によって、半導体集積回路におい
て重要なシリコン基板のエッチング、あるいは多結晶シ
リコン、モリブテン、タングステン、モリブテンシリサ
イド、タングステンシリサイド、ポリサイド(シリコン
とタングステンシリサイドあるいはモリブテンシリサイ
ドの多層膜)等の配線のエッチングをおこなうことがで
きる。しかも、本発明のエッチングにおいては、炭素や
硫黄が副産することがないので、半導体素子の特性に悪
影響を及ぼすことがない。また、長期間にわたってエッ
チングをおこなっても、チャンバーの内壁にポリマー等
が付着することはなく、メンテナンスが容易である。
According to the present invention, etching of a silicon substrate, which is important in a semiconductor integrated circuit, or polycrystalline silicon, molybdenum, tungsten, molybdenum silicide, tungsten silicide, polycide (a multi-layer film of silicon and tungsten silicide or molybdenum silicide), etc. Wiring can be etched. Moreover, in the etching of the present invention, since carbon and sulfur are not produced as by-products, the characteristics of the semiconductor element are not adversely affected. Further, even if the etching is performed for a long period of time, the polymer or the like does not adhere to the inner wall of the chamber, and the maintenance is easy.

【0031】しかも、本発明のエッチングはプラズマを
用いることがないので、半導体素子の信頼性を高めるこ
とができる。特に本発明の対象とする半導体基板、ゲイ
ト電極・配線等において、プラズマのダメージがないこ
とは有利である。実施例では、GOLD構造の電界効果
トランジスタを作製する例について記述したが、その他
の場合においても本発明は効果的である。また、半導体
基板上の素子以外に、絶縁基板上に形成されるTFTに
本発明を適用しても同様な効果が得られることは言うま
でもない。このように本発明は工業上、有益な発明であ
る。
Moreover, since the etching of the present invention does not use plasma, the reliability of the semiconductor device can be improved. Particularly, it is advantageous that the semiconductor substrate, the gate electrode / wiring, and the like which are the objects of the present invention are free from plasma damage. In the embodiments, an example of manufacturing a field effect transistor having a GOLD structure has been described, but the present invention is also effective in other cases. Needless to say, the same effect can be obtained by applying the present invention to a TFT formed on an insulating substrate other than the element on the semiconductor substrate. Thus, the present invention is an industrially useful invention.

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

【図1】 等方性および本発明の異方性エッチング形状
の断面を示す。
1 shows a cross section of an isotropic and anisotropic etched shape of the present invention.

【図2】 本発明のエッチング装置の概略を示す。(実
施例1)
FIG. 2 schematically shows an etching apparatus of the present invention. (Example 1)

【図3】 従来法によるLDD構造のトランジスタを示
す。
FIG. 3 shows a transistor having an LDD structure according to a conventional method.

【図4】 従来法によるIT−LDD型トランジスタの
作製方法を示す。
FIG. 4 shows a method for manufacturing an IT-LDD type transistor by a conventional method.

【図5】 実施例2によるGOLD型トランジスタの作
製方法を示す。
FIG. 5 shows a method for manufacturing a GOLD type transistor according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・・・基板 102・・・・・シリコン膜 103・・・・・マスクパターニング 201・・・・・反応容器(チャンバー) 202・・・・・ガス導入系 203・・・・・排気系 204・・・・・試料ホルダー 205・・・・・光源 206・・・・・基板 101 ... Substrate 102 ... Silicon Film 103 ... Mask Patterning 201 ... Reaction Container (Chamber) 202 ... Gas Introducing System 203 ... Exhaust System 204 ... Sample holder 205 ... Light source 206 ... Substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78 21/336 H01L 29/78 301 L (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/78 21/336 H01L 29/78 301 L (72) Inventor Yasuhiko Takemura Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture No. 398 Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器内にフッ化ハロゲンを導入する
手段と、 反応容器内に設置された基板に対して概略垂直に光を照
射するための光源と、を有することを特徴とするエッチ
ング装置。
1. An etching apparatus comprising: a means for introducing halogen fluoride into a reaction container; and a light source for irradiating light substantially perpendicular to a substrate installed in the reaction container. .
【請求項2】 請求項1において、光源がUVランプで
あることを特徴とするエッチング装置。
2. The etching apparatus according to claim 1, wherein the light source is a UV lamp.
【請求項3】 請求項1において、光源がレーザー光源
であることを特徴とするエッチング装置。
3. The etching apparatus according to claim 1, wherein the light source is a laser light source.
【請求項4】 フッ化ハロゲン雰囲気において、基板に
対して概略垂直に光を照射し、基板上に形成され、シリ
コン、タングステン、モリブテンのいずれかによって組
成の95%以上が占められた材料を垂直方向にエッチン
グすることを特徴とするエッチング方法。
4. A material which is formed on a substrate by irradiating the substrate with light in a halogen fluoride atmosphere in a direction substantially perpendicular to the substrate and containing 95% or more of the composition of silicon, tungsten, or molybdenum in a vertical direction. An etching method characterized by etching in a direction.
【請求項5】 請求項4において、フッ化ハロゲンがフ
ッ化塩素(ClF)、三フッ化塩素(ClF3 )、五フ
ッ化塩素(ClF5 )、フッ化臭素(BrF)、三フッ
化臭素(BrF3 )、フッ化ヨウ素(IF)、三フッ化
ヨウ素(IF3)のいずれかであることを特徴とするエ
ッチング方法。
5. The halogen according to claim 4, wherein the halogen fluoride is chlorine fluoride (ClF), chlorine trifluoride (ClF 3 ), chlorine pentafluoride (ClF 5 ), bromine fluoride (BrF), bromine trifluoride. (BrF 3 ), iodine fluoride (IF) or iodine trifluoride (IF 3 ), which is an etching method.
【請求項6】 請求項4において、シリコン、タングス
テン、モリブテンのいずれかによって組成の95%以上
が占められた材料は、タングステンシリサイド(WSi
2 )もしくはモリブテンシリサイド(MoSi2 )であ
ることを特徴とするエッチング方法。
6. The material according to claim 4, in which 95% or more of the composition is occupied by any one of silicon, tungsten, and molybdenum, is tungsten silicide (WSi).
2 ) or molybdenum silicide (MoSi 2 ) is used.
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