JPH08222551A - Plasma etching of silicon oxide based material layer - Google Patents

Plasma etching of silicon oxide based material layer

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JPH08222551A
JPH08222551A JP2917495A JP2917495A JPH08222551A JP H08222551 A JPH08222551 A JP H08222551A JP 2917495 A JP2917495 A JP 2917495A JP 2917495 A JP2917495 A JP 2917495A JP H08222551 A JPH08222551 A JP H08222551A
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silicon oxide
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Abstract

PURPOSE: To provide plasma etching using a gas of high safety, which realizes high selectivity of a silicon oxide based material layer, practical etching rate and low particle level. CONSTITUTION: Using a mixed gas containing carbon fluoride based gas and steam, a contact hole 5 is opened in a silicon oxide based material layer 3 on a semiconductor substrate 1. Two-stage etching may be performed, changing the flow ratio of the mixed gas. In addition, deposition of sulfur may be used along with the etching. Thus, the quality of carbon fluoride based polymer deposited on a target substrate is raised, thus improving selectivity with respect to a resist mask 4 and the semiconductor substrate 1. Since the amount of deposited polymer can be reduced, the particle level is lowered. Devices, such as, a gas exhaust unit, need not be newly added.

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等の製造分野
で適用される酸化シリコン系材料層のプラズマエッチン
グ方法に関し、更に詳しくは、被エッチング基板上の酸
化シリコン系材料層を、高精度にパターニングする際に
用いて有用な酸化シリコン系材料層のプラズマエッチン
グ方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching method for a silicon oxide material layer applied in the field of manufacturing semiconductor devices and the like. The present invention relates to a plasma etching method for a silicon oxide based material layer that is useful when patterning.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置の高集積度化、高
性能化が進展するに伴い、そのデザインルールはハーフ
ミクロンからサブクォータミクロンへと縮小しつつあ
る。これに伴い、酸化シリコン系材料層を始めとする各
種材料層に微細加工を施し、これをパターニングするた
めのプラズマエッチング方法に対する技術的要求は、ま
すます高度化している。
2. Description of the Related Art With the progress of higher integration and higher performance of semiconductor devices such as LSI, the design rule thereof is being reduced from half micron to subquarter micron. Along with this, technical requirements for a plasma etching method for performing fine processing on various material layers including a silicon oxide-based material layer and patterning the same have become more and more sophisticated.

【0003】例えば、被エッチング基板の大口径化にと
もない、8インチ径以上の被エッチング基板の全面にわ
たり、均一な処理が要求される。またASIC(App
lication Specific IC)に代表さ
れるように、多品種少量生産への要求が一部には高い。
これらの背景から、プラズマエッチング装置は枚葉式が
主流となっている。このため従来のバッチ式のプラズマ
エッチング装置に劣らない処理能力を維持するために
は、被エッチング基板1枚当たりのエッチングレートを
大幅に向上させる必要がある。
For example, with the increase in the diameter of the substrate to be etched, uniform processing is required over the entire surface of the substrate to be etched having a diameter of 8 inches or more. In addition, ASIC (App
There is a high demand for high-mix low-volume production in some cases, as typified by the license specific IC.
From these backgrounds, the single-wafer type plasma etching apparatus is predominant. Therefore, in order to maintain the processing capability comparable to that of the conventional batch type plasma etching apparatus, it is necessary to greatly improve the etching rate per substrate to be etched.

【0004】また半導体デバイスの信号処理の高速化
や、半導体素子自体の微細化を図るため、例えばMOS
トランジスタにおいては不純物拡散層の接合深さが浅く
なり、その他の各種材料層の厚さも薄くなっている。こ
のような半導体装置の製造プロセスにおいては、従来以
上に対下地材料層との選択性に優れ、下地材料層のダメ
ージが少ないプラズマエッチング方法が求められる。
In order to speed up the signal processing of a semiconductor device and miniaturize the semiconductor element itself, for example, a MOS is used.
In the transistor, the junction depth of the impurity diffusion layer is shallow, and the thickness of other various material layers is also thin. In the manufacturing process of such a semiconductor device, a plasma etching method which is more excellent in selectivity with respect to the underlying material layer than the conventional one and has less damage to the underlying material layer is required.

【0005】さらに、対レジストマスクの選択比向上も
重要な問題である。微細なデザインルールの半導体装置
を安定に製造するために、プラズマエッチング中に生じ
るレジストマスクの後退による寸法変換差の発生は、極
く僅かなレベルのものでも許容され難くなりつつあるか
らでる。
Further, improving the selection ratio of the resist mask is also an important problem. This is because, in order to stably manufacture a semiconductor device having a fine design rule, it is becoming difficult to allow a dimensional conversion difference due to the receding of a resist mask during plasma etching, even if the difference is extremely small.

【0006】酸化シリコン系材料層のプラズマエッチン
グは、強固なSi−O結合を切断する必要があるため、
従来からイオン性の強いエッチングモードが採用されて
いる。一般的なエッチングガスはCF4 を代表とするC
F系ガスを主体とするものであり、CF系ガスから解離
生成するCFx + の入射イオンエネルギによるスパッタ
リング作用と、構成元素である炭素の還元性によるSi
−O結合の分解作用を利用するものである。しかしイオ
ンモードのプラズマエッチングの特徴として、エッチン
グレートは一般に小さい。そこで高速エッチングを指向
して入射イオンエネルギを高めると、エッチング反応は
物理的なスパッタリング反応に近くなり、選択性は低下
する。すなわち、CF系ガスによる酸化シリコン系材料
層のプラズマエッチングは、高速性と選択性は両立しが
たいものであった。
Plasma etching of the silicon oxide-based material layer requires breaking a strong Si--O bond.
Conventionally, an etching mode having a strong ionic property has been adopted. A typical etching gas is C represented by CF 4.
It is mainly composed of F-based gas, and has a sputtering action due to incident ion energy of CF x + generated by dissociation from CF-based gas and Si due to the reducing property of carbon as a constituent element.
It utilizes the decomposition action of the -O bond. However, as a characteristic of ion-mode plasma etching, the etching rate is generally small. Therefore, when the incident ion energy is increased by directing high-speed etching, the etching reaction becomes close to a physical sputtering reaction and the selectivity is lowered. That is, the plasma etching of the silicon oxide based material layer with the CF based gas is difficult to achieve both high speed and selectivity.

【0007】酸化シリコン系材料層のプラズマエッチン
グにおける選択性を向上するため、CF系ガスにH2
添加したり、分子中にHを含むCHF3 等CHF系ガス
を採用する従来技術がある。これはプラズマ中に生成す
るHラジカル(H* )により、プラズマ中の過剰なF*
を捕捉し、HFの形でエッチングチャンバ外に除去し、
エッチング反応系の実質的なC/F比(C原子とF原子
の割合い)を増加させる思想にもとづく。C/F比の増
加は、エッチングと競合して堆積するフッ化炭素系ポリ
マ中のF原子の含有量を低減し、イオン入射耐性等の膜
質を強化する作用があり、したがってSi等の下地との
選択性を向上する効果がある。フッ化炭素系ポリマは、
酸化シリコン系材料層上ではその表面からスパッタアウ
トされるO原子と反応して酸化除去されるので堆積せ
ず、エッチングレートを低下することは実質上ない。し
かしフッ化炭素系ポリマは、酸化作用を有さないSi等
の下地上に専ら堆積し、イオン入射から下地を保護する
ため実質的なエッチングストッパとして機能し、このた
めに選択比が向上するのである。これらC/F比の概念
や高選択性が達成される機構については、例えばJ.V
ac.Science.Tech,16(2),391
(1979)に報告されている。
In order to improve the selectivity in the plasma etching of the silicon oxide material layer, there is a conventional technique in which H 2 is added to CF gas or CHF gas such as CHF 3 containing H in the molecule is adopted. This is due to excess H * in the plasma due to H radicals (H * ) generated in the plasma .
Captured and removed in the form of HF outside the etching chamber,
It is based on the idea of increasing the substantial C / F ratio (ratio of C atoms and F atoms) of the etching reaction system. Increasing the C / F ratio has the effect of reducing the content of F atoms in the fluorocarbon-based polymer that is deposited in competition with etching, and strengthening the film quality such as the resistance to ion incidence, and therefore, it can be used as a base such as Si. Has the effect of improving the selectivity of. Fluorocarbon-based polymers are
On the silicon oxide-based material layer, it reacts with O atoms sputtered out from the surface and is oxidized and removed, so that it is not deposited and the etching rate is not substantially lowered. However, the fluorocarbon polymer is exclusively deposited on the lower surface of Si, which does not have an oxidizing action, and functions as a substantial etching stopper to protect the base from the ion incidence, which improves the selection ratio. is there. For the concept of these C / F ratios and the mechanism by which high selectivity is achieved, see J. V
ac. Science. Tech, 16 (2), 391.
(1979).

【0008】また最近においては、イオン入射耐性とい
う物理的観点とは異なった立場からフッ化炭素系ポリマ
の膜質を見直す動向がある。すなわち、F原子リッチな
フッ化炭素系ポリマが下地材料層であるSi等の露出面
に堆積した場合には、フッ化炭素系ポリマ中のF原子と
下地のSi原子とは、単なる吸着あるいは付着にとどま
らず、イオンの入射にアシストされて化学反応および反
応生成物の脱離過程と進む。この一連の過程は正しくエ
ッチングであり、対下地材料層の選択比が得られない結
果となる。このような観点から、フッ化炭素系ガスにC
Oを添加し、プラズマ中の過剰なF* をCOFx 等の形
で捕捉してC/F比を増加する試みが第39回応用物理
学関係連合講演会(1993年春季年会)講演予稿集p
614、講演番号31a−ZE−10に報告されてい
る。また同様の観点から、NF3 等の無機フッ素系エッ
チングガスにCOを添加して余剰のF* を捕捉し、選択
比を向上する提案が、例えば米国特許第4,807,0
16号明細書に開示されている。
Recently, there is a trend to reconsider the film quality of fluorocarbon polymers from a standpoint different from the physical viewpoint of ion incidence resistance. That is, when a fluorocarbon-based polymer rich in F atoms is deposited on an exposed surface such as Si which is the base material layer, the F atoms in the fluorocarbon-based polymer and the base Si atoms are simply adsorbed or attached. Not only the above, but also the process of desorption of chemical reaction and reaction products is assisted by the incidence of ions. This series of processes is a correct etching, and the result is that the selectivity ratio to the underlying material layer cannot be obtained. From this point of view, C is added to the fluorocarbon gas.
An attempt to increase the C / F ratio by capturing excess F * in the plasma in the form of COF x, etc. by adding O was preprinted at the 39th Joint Lecture on Applied Physics (Spring Annual Meeting 1993) Collection p
614, presentation number 31a-ZE-10. From the same viewpoint, there is a proposal of adding CO to an inorganic fluorine-based etching gas such as NF 3 to trap excess F * and improving the selection ratio, for example, US Pat. No. 4,807,0.
No. 16 specification.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フッ
化炭素系ガスにH2 やCOを添加して下地材料層との選
択比を向上する手法においては、これら添加ガスの引火
性や安全性について充分な配慮が必要である。とりわけ
クリーンルーム等の閉鎖空間での取り扱いには、検討の
余地が大きい。また実用化に当たっては排気ガスの処理
設備を新たに設ける必要がある。
As described above, in the method of adding H 2 or CO to the fluorocarbon gas to improve the selectivity with respect to the underlying material layer, the flammability and safety of these added gases are improved. It is necessary to give sufficient consideration to sex. Especially, there is a lot of room for consideration in handling in a closed space such as a clean room. In addition, for practical use, it is necessary to newly install exhaust gas treatment equipment.

【0010】本発明は、上述した酸化シリコン系材料層
のプラズマエッチングに関する各種問題点を解決するこ
とをその課題としている。すなわち本発明の課題は、下
地材料層上に形成された酸化シリコン系材料層をパター
ニングするに当たり、対下地材料層および対レジストマ
スクの選択比に優れたプラズマエッチング方法を提供す
ることである。
An object of the present invention is to solve various problems relating to the plasma etching of the silicon oxide material layer described above. That is, an object of the present invention is to provide a plasma etching method which is excellent in the selection ratio of the material layer to the underlying material layer and the resist mask when patterning the silicon oxide based material layer formed on the underlying material layer.

【0011】本発明の別の課題は、エッチングガスング
系からH2 やCO等、使用にあたって引火性や安全性に
検討の余地のあるガスを排除し、また新たに排気ガス処
理施設等の設備投資が不要な酸化シリコン系材料層のプ
ラズマエッチング方法を提供することである。
Another object of the present invention is to eliminate gases, such as H 2 and CO, which should be considered for their flammability and safety in use from the etching gas system, and to newly install equipment such as an exhaust gas treatment facility. An object of the present invention is to provide a plasma etching method for a silicon oxide based material layer that does not require investment.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の酸化シリコン系
材料層のプラズマエッチング方法は、上記課題を達成す
るために提案するものであり、フッ化炭素系ガスと、水
蒸気を含む混合ガスを用い、下地材料層上の酸化シリコ
ン系材料層をパターニングすることを特徴とするもので
ある。本発明で採用するフッ化炭素系ガスは一般式Cn
m あるいはこれらの化合物内のF原子の一部をHで置
換したCn l m-l (n、mおよびlはそれぞれ自然
数)で表される化合物であり、飽和化合物あるいは不飽
和化合物の別を問わない。放電解離により生成するメイ
ンエッチャントであるCFx + の生成効率からは、nは
2以上の高次フッ化炭素系ガスの使用が望ましい。
A plasma etching method for a silicon oxide material layer of the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and uses a mixed gas containing a fluorocarbon gas and water vapor. The silicon oxide based material layer on the base material layer is patterned. The fluorocarbon-based gas used in the present invention has the general formula C n
F m or a compound represented by C n H 1 F ml (n, m and l are each natural numbers) in which some of the F atoms in these compounds are replaced with H, and it may be a saturated compound or an unsaturated compound. It doesn't matter. It is desirable to use a high-order fluorocarbon-based gas in which n is 2 or more in view of the generation efficiency of CF x + which is the main etchant generated by discharge dissociation.

【0013】また本発明の酸化シリコン系材料層のプラ
ズマエッチング方法は、フッ化炭素系ガスと、水蒸気を
含む第1の混合ガスを用い、下地材料層上の酸化シリコ
ン系材料層を、その層厚を実質的に越えない深さまでパ
ターニングする第1のエッチング工程と、この第1の混
合ガス中の水蒸気の混合比を高めた第2の混合ガスを用
い、酸化シリコン系材料層の厚さ方向の残部をパターニ
ングして前記下地材料層を露出する第2のエッチング工
程をこの順に施すことを特徴とするものである。ここで
述べた下地材料層上の酸化シリコン系材料層を、その層
厚を実質的に越えない深さまでパターニングする、とい
う意味は、下地材料層が露出する直前までパターニング
するということである。ただしエッチングレートのわず
かな不均一性から、被エッチング基板上の一部において
下地材料層が不可避的に僅かに露出した場合も含むもの
とする。
In the plasma etching method for a silicon oxide based material layer according to the present invention, a carbon dioxide based gas and a first mixed gas containing water vapor are used, and the silicon oxide based material layer on the base material layer is Using the first etching step of patterning to a depth that does not substantially exceed the thickness and the second mixed gas in which the mixing ratio of water vapor in the first mixed gas is increased, the thickness direction of the silicon oxide based material layer is increased. The second etching step of patterning the remaining portion of the above to expose the underlying material layer is performed in this order. The patterning of the silicon oxide-based material layer on the base material layer described above to a depth that does not substantially exceed the layer thickness means that the patterning is performed until just before the base material layer is exposed. However, due to slight non-uniformity of the etching rate, a case where the underlying material layer is inevitably exposed slightly on a part of the substrate to be etched is also included.

【0014】さらに本発明の酸化シリコン系材料層のプ
ラズマエッチング方法は、被エッチング基板の温度を室
温以下に制御しつつ、フッ化炭素系ガスと水蒸気を含む
混合ガス中に、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイ
オウを放出しうるハロゲン化イオウ系化合物をさらに添
加することを特徴とするものである。本発明で用いる放
電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうる
ハロゲン化イオウ系ガスは、具体的にはS2 2 、SF
2 、SF4 、S2 10、S2 Cl2 、S3 Cl2 、SC
2 、S2 Br2 、S3 Br2 、およびS2 Br10が例
示され、これら単独または組み合わせて使用できる。室
温において液状の化合物は、公知の方法で加熱気化して
用いればよい。ハロゲン化イオウガスとして一般的なS
6 は、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを
放出することは困難であるので、これを除外する。
Further, in the plasma etching method for a silicon oxide material layer of the present invention, the temperature of the substrate to be etched is controlled to be room temperature or below, and under the discharge dissociation condition in a mixed gas containing a fluorocarbon gas and water vapor. It is characterized by further adding a halogenated sulfur compound capable of releasing free sulfur into the plasma. The halogenated sulfur-based gas capable of releasing free sulfur into plasma under the conditions of discharge dissociation used in the present invention includes S 2 F 2 and SF.
2 , SF 4 , S 2 F 10 , S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 , SC
L 2 , S 2 Br 2 , S 3 Br 2 , and S 2 Br 10 are exemplified, and these can be used alone or in combination. A compound that is liquid at room temperature may be heated and vaporized by a known method before use. Common S as halogenated sulfur gas
F 6 is excluded because it is difficult to release free sulfur into the plasma under discharge dissociation conditions.

【0015】本発明では、いずれのプラズマエッチング
方法においても、プラズマ密度を1×1010/cm3
上1×1011/cm3 未満に制御しつつパターニングす
ることが望ましい。
In the present invention, in any of the plasma etching methods, it is desirable to perform patterning while controlling the plasma density to 1 × 10 10 / cm 3 or more and less than 1 × 10 11 / cm 3 .

【0016】[0016]

【作用】本発明の骨子は、水蒸気すなわちH2 Oがプラ
ズマ中で解離して生成するH*およびH+ を利用し、こ
れによりプラズマ中の過剰なF* およびF+ を捕捉して
HFないし一部HOFの形でエッチングチャンバ外へ除
去し、エッチング反応系のC/F比を制御する点にあ
る。この結果、被エッチング基板上に堆積するフッ化炭
素系ポリマはカーボンリッチでイオン入射耐性の高い膜
となり、主として露出したSi等の下地材料層上に堆積
し、エッチング選択比を向上するのである。このカーボ
ンリッチなフッ化炭素系ポリマは、フッ素成分が少ない
のでイオン入射にアシストされる形で下地材料層と化学
反応および反応生成物の脱離過程と進むことはなく、こ
の面からも対下地材料層選択比は向上する。
The skeleton of the present invention utilizes H * and H + which are generated when water vapor, that is, H 2 O is dissociated in the plasma, and thereby traps excess F * and F + in the plasma to HF or H +. A part is removed in the form of HOF to the outside of the etching chamber to control the C / F ratio of the etching reaction system. As a result, the fluorocarbon-based polymer deposited on the substrate to be etched becomes a carbon-rich film having a high ion incidence resistance, and is mainly deposited on the exposed underlying material layer such as Si to improve the etching selectivity. Since this carbon-rich fluorocarbon polymer has a small amount of fluorine component, it does not proceed with the chemical reaction and the desorption process of the reaction product with the underlying material layer in a form assisted by the ion injection. The material layer selection ratio is improved.

【0017】水蒸気の解離によるH* およびH+ の生
成、およびF* およびF+ を捕捉してHFないし一部H
OFの形でエッチングチャンバ外へ除去する反応過程
は、プラズマ密度を1×1010/cm3 以上1×1011
/cm3 未満に制御した場合に効果的に進行する。プラ
ズマ密度が1×1010/cm3 未満ではフッ化炭素系ガ
スの解離効率が不十分で、メインエッチャントであるC
x + が不足し、実用的なエッチングレートが得られ難
い。またH2 Oの解離も不十分である。一方プラズマ密
度が1×1011/cm3 を超えると、本来エッチングチ
ャンバ外に排気されるべきHFないしHOFが再解離
し、F* およびF+ の捕捉が十分でなく、堆積するフッ
化炭素系ポリマ中のF含有量を低減することが困難とな
る。すなわちエッチング選択比を向上することが困難と
なる。
Generation of H * and H + by dissociation of water vapor, and trapping of F * and F + to HF or partial H
In the reaction process of removing it in the form of OF to the outside of the etching chamber, the plasma density is 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11
/ Progresses effectively when controlled to less than 3 cm 3 . If the plasma density is less than 1 × 10 10 / cm 3 , the dissociation efficiency of the fluorocarbon gas is insufficient, and C, which is the main etchant, is used.
F x + is insufficient and it is difficult to obtain a practical etching rate. Moreover, dissociation of H 2 O is also insufficient. On the other hand, when the plasma density exceeds 1 × 10 11 / cm 3 , the HF or HOF that should originally be exhausted to the outside of the etching chamber is re-dissociated and the trapping of F * and F + is insufficient, resulting in the deposition of the fluorocarbon-based material. It becomes difficult to reduce the F content in the polymer. That is, it becomes difficult to improve the etching selection ratio.

【0018】ところで、従来一般的に用いられている平
行平板型RIE装置が発生しうるプラズマ密度は1×1
9 /cm3 台、磁場を併用した平行平板型マグネトロ
ンRIE装置で1×1010/cm3 台、高密度プラズマ
エッチング装置と呼ばれるECR(Electron
Cyclotron Resonance)プラズマエ
ッチング装置、ICP(Inductively Co
upled Plasma、誘導結合プラズマ)エッチ
ング装置およびヘリコン波プラズマエッチング装置等で
は1×1011/cm3 超1×1013/cm3 未満程度で
ある。すなわち、本発明のプラズマエッチング方法は、
平行平板型マグネトロンRIE装置を用いる場合に好ま
しい結果を得ることができる。
By the way, the plasma density which can be generated by the parallel plate type RIE apparatus generally used conventionally is 1 × 1.
09 / cm 3 unit, 1 × 10 10 / cm 3 unit in a parallel plate type magnetron RIE device that also uses magnetic field, ECR (Electron Electron called High Density Plasma Etching Device)
Cyclotron Resonance plasma etching equipment, ICP (Inductively Co)
upled Plasma, the inductively coupled plasma) etching apparatus and a helicon wave plasma etching apparatus or the like which is approximately less than 1 × 10 11 / cm 3 Ultra 1 × 10 13 / cm 3. That is, the plasma etching method of the present invention,
Preferable results can be obtained when using a parallel plate magnetron RIE apparatus.

【0019】本発明は以上のような技術的思想を根底と
しているが、さらに一層のエッチングレートの向上と高
選択比を達成するため、プラズマエッチングを2段階化
する方法を提案する。すなわち、ジャストエッチング工
程に相当する第1のプラズマエッチング工程が終了した
時点で混合ガスの混合比を変更し、第2のプラズマエッ
チング工程、すなわち、オーバーエッチング工程におい
ては水蒸気の混合比を高める。この2段階エッチングに
より、第1のプラズマエッチング工程においては実用的
な高速エッチングレートを、第2のプラズマエッチング
工程においてはさらに高い対下地材料層選択比を達成で
きる。
Although the present invention is based on the above technical idea, in order to further improve the etching rate and achieve a high selection ratio, a method of performing plasma etching in two stages is proposed. That is, the mixing ratio of the mixed gas is changed when the first plasma etching process corresponding to the just etching process is completed, and the mixing ratio of water vapor is increased in the second plasma etching process, that is, the overetching process. With this two-step etching, a practical high-speed etching rate can be achieved in the first plasma etching step, and a higher selection ratio to the underlying material layer can be achieved in the second plasma etching step.

【0020】本発明においてはさらに、被エッチング基
板温度を室温以下に制御しつつ、放電解離条件下でプラ
ズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系
ガスを添加する方法をも提案する。これらハロゲン化イ
オウ系ガスの添加により、被エッチング基板上にはフッ
化炭素系ポリマの他にイオウが堆積し、Si等の対下地
材料選択比や対レジストマスク選択比がさらに向上す
る。一方酸化シリコン系材料層表面では、スパッタリン
グにより放出されるOにより、SOやSO2 となって速
やかに除去されるので、エッチングレートの低下は事実
上起こらない。したがって、エッチングレートを確保し
たまま高選択比エッチングが可能となる。
The present invention further proposes a method of adding a halogenated sulfur-based gas capable of releasing free sulfur into plasma under discharge dissociation conditions while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature. By the addition of these halogenated sulfur-based gases, sulfur is deposited on the substrate to be etched in addition to the fluorocarbon-based polymer, and the selection ratio to the underlying material such as Si and the selection ratio to the resist mask are further improved. On the other hand, on the surface of the silicon oxide-based material layer, the oxygen released by sputtering becomes SO or SO 2 and is quickly removed, so that the etching rate does not actually decrease. Therefore, high selectivity etching can be performed while maintaining the etching rate.

【0021】酸化シリコン系材料層のパターニング終了
後は、被エッチング基板を90℃〜100℃に加熱すれ
ば堆積したイオウは昇華除去され、被エッチング基板に
対するコンタミネーションを残す虞れはない。イオウ
は、レジストアッシングの際にレジストと同時に酸化除
去することも可能である。なお、これらハロゲン化イオ
ウ系ガスとともに、N2 やN2 4 等のN系ガスを添加
すれば、被エッチング基板上には窒化イオウポリマであ
るポリチアジルが堆積する。ポリチアジルはイオウより
さらにイオン入射耐性が大きく、選択比向上やダメージ
防止効果が高い。ポリチアジルもプラズマエッチング終
了後は昇華除去可能であり、昇華温度は減圧下で約15
0℃以上である。イオウおよびポリチアジルの昇華温度
から明らかなように、被エッチング基板温度がこれら昇
華温度未満であればイオウあるいはポリチアジルは堆積
可能である。ただし堆積膜の安定性の観点からは、被エ
ッチング基板温度を室温以下、例えば20〜25℃以下
に制御することが望ましい。
After the patterning of the silicon oxide material layer is completed, if the substrate to be etched is heated to 90 ° C. to 100 ° C., the deposited sulfur is sublimated and removed, and there is no risk of leaving contamination on the substrate to be etched. Sulfur can also be oxidized and removed simultaneously with the resist during resist ashing. If N-based gas such as N 2 or N 2 H 4 is added together with these halogenated sulfur-based gas, polythiazyl which is a sulfur nitride polymer is deposited on the substrate to be etched. Polythiazyl has a higher ion incidence resistance than sulfur, and has a high selection ratio improvement and damage prevention effect. Polythiazil can also be removed by sublimation after plasma etching, and the sublimation temperature is about 15 under reduced pressure.
0 ° C. or higher. As is clear from the sublimation temperatures of sulfur and polythiazyl, sulfur or polythiazyl can be deposited if the substrate temperature to be etched is lower than these sublimation temperatures. However, from the viewpoint of the stability of the deposited film, it is desirable to control the temperature of the substrate to be etched to room temperature or lower, for example, 20 to 25 ° C. or lower.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明を一例としてコンタクトホール
加工に適用した具体的実施例につき、添付図面を参照し
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments in which the present invention is applied to the processing of contact holes will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0023】実施例1 本実施例は、フッ化炭素系ガスであるC4 8 と、H2
Oを含む混合ガスにより、シリコン基板上のSiO2
らなる酸化シリコン系材料層をプラズマエッチングして
コンタクトホールを形成した例であり、これを図1
(a)〜(b)を参照して説明する。
Example 1 In this example, C 4 F 8 which is a fluorocarbon gas and H 2 are used.
FIG. 1 shows an example in which a contact hole is formed by plasma etching a silicon oxide material layer made of SiO 2 on a silicon substrate with a mixed gas containing O.
This will be described with reference to (a) and (b).

【0024】まず図1(a)に示すように、予め不純物
拡散層2等が形成されたSi等の半導体基板1上に、S
iO2 からなる酸化シリコン系材料層3を形成する。つ
ぎに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、0.35μmの開口径を有するレジスト
マスク4を接続孔開口位置にパターニングする。酸化シ
リコン系材料層3の厚さは一例として600nmであ
り、減圧CVD等により形成する。ここまで形成した図
1(a)に示すサンプルを、被エッチング基板とする。
First, as shown in FIG. 1A, S is formed on a semiconductor substrate 1 of Si or the like on which an impurity diffusion layer 2 and the like are formed in advance.
a silicon oxide-based material layer 3 composed of iO 2. Next, a chemically amplified resist and KrF excimer laser lithography are used to pattern a resist mask 4 having an opening diameter of 0.35 μm at the contact hole opening position. The thickness of the silicon oxide based material layer 3 is 600 nm, for example, and is formed by low pressure CVD or the like. The sample shown in FIG. 1A formed so far is used as a substrate to be etched.

【0025】つぎにこの被エッチング基板を磁場を併用
したマグネトロンRIE装置の基板ステージ上に載置
し、下記条件により酸化シリコン系材料層3の露出部分
をプラズマエッチングする。なお基板ステージは、アル
コール系冷媒が循環する冷却配管を内蔵することによ
り、0℃以下に温度制御できるものである。 C4 8 70 sccm H2 O 30 sccm ガス圧力 4.0 Pa RF電源パワー 700 W(13.56MH
z) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 −20 ℃ このプラズマエッチング過程においては、F* によるラ
ジカル反応が、主としてCFx + のイオン入射にアシス
トされる形で酸化シリコン系材料層のプラズマエッチン
グが進行した。エッチングレートは600nm/min
であった。
Next, this substrate to be etched is placed on the substrate stage of a magnetron RIE apparatus which also uses a magnetic field, and the exposed portion of the silicon oxide material layer 3 is plasma-etched under the following conditions. The substrate stage can control the temperature to 0 ° C. or lower by incorporating a cooling pipe in which an alcohol-based refrigerant circulates. C 4 F 8 70 sccm H 2 O 30 sccm Gas pressure 4.0 Pa RF power supply power 700 W (13.56 MH
z) Magnetic field strength 1.5 × 10 −2 T Substrate temperature to be etched −20 ° C. In this plasma etching process, the radical reaction by F * is mainly assisted by the ion injection of CF x + to form the silicon oxide based material. Plasma etching of the layer proceeded. Etching rate is 600 nm / min
Met.

【0026】またプラズマ中にはH2 Oの解離により生
成したH* やOH* あるいはこれらのイオンが、C4
8 の解離によい生成し過剰なF* やそのイオンを捕捉す
る。この結果、被エッチング基板上に堆積するフッ化炭
素系ポリマは、F成分の含有量の少ないものであり、高
いイオン入射耐性を有していた。フッ化炭素系ポリマ
は、プラズマエッチングにより露出する下地材料層であ
るシリコン等の半導体基板、正確には不純物拡散層2上
やレジストマスク4上に主として堆積する結果、高い選
択比が得られる。すなわち、下地材料層である半導体基
板1が露出した段階で、その表面にフッ化炭素系ポリマ
が堆積するのでエッチングレートは大幅に低下し、この
結果高い選択比が達成されるのである。本実施例におい
ては、被エッチング基板が−20℃に制御されているこ
とから、F* によるラジカル反応が抑制されている。こ
の結果、主としてラジカルモードでエッチングが進行す
るレジスト材料や下地材料層であるSiのエッチングレ
ートが低下し、これも選択比向上の一因と考えられる。
しかし選択比向上の寄与の割合は、イオン入射耐性の高
いフッ化炭素系ポリマによるものが大勢を占めている。
選択比は、対下地材料層が約35、対レジストマスクが
約10であった。被エッチング基板にコンタクトホール
5が開口された、プラズマエッチング終了後の状態を図
1(b)に示す。
In the plasma, H * and OH * produced by dissociation of H 2 O or these ions are C 4 F 2.
Generates well for dissociation of 8 and traps excess F * and its ions. As a result, the fluorocarbon-based polymer deposited on the substrate to be etched had a low content of the F component and had a high resistance to ion incidence. The fluorocarbon polymer is mainly deposited on a semiconductor substrate such as silicon which is a base material layer exposed by plasma etching, to be precise, on the impurity diffusion layer 2 and the resist mask 4, and as a result, a high selection ratio is obtained. That is, when the semiconductor substrate 1, which is the base material layer, is exposed, the fluorocarbon-based polymer is deposited on the surface of the semiconductor substrate 1, so that the etching rate is significantly reduced, and as a result, a high selection ratio is achieved. In this example, since the substrate to be etched was controlled at −20 ° C., the radical reaction due to F * was suppressed. As a result, the etching rate of Si, which is the resist material and the underlying material layer, in which the etching mainly proceeds in the radical mode is lowered, and this is also considered to be one of the reasons for improving the selection ratio.
However, the majority of the contribution of the improvement of the selection ratio is due to the fluorocarbon polymer having a high ion injection resistance.
The selection ratio was about 35 for the base material layer and about 10 for the resist mask. FIG. 1B shows a state after the plasma etching is completed in which the contact hole 5 is opened in the substrate to be etched.

【0027】本実施例によれば、フッ化炭素系ガスと水
蒸気を含む混合ガスを用いることにより、高い選択比と
実用的なエッチングレートをともに達成することができ
る。
According to this embodiment, by using the mixed gas containing the fluorocarbon-based gas and the steam, it is possible to achieve both a high selection ratio and a practical etching rate.

【0028】実施例2 本実施例は、フッ化炭素系ガスとしてC3 8 と、H2
Oを含む混合ガスにより、酸化シリコン系材料層を2段
階エッチングした例であり、これを図2(a)〜(c)
を参照して説明する。
Example 2 In this example, C 3 F 8 and H 2 were used as fluorocarbon gas.
This is an example in which the silicon oxide-based material layer is etched in two steps by a mixed gas containing O, and this is shown in FIGS.
Will be described with reference to.

【0029】本実施例で採用した図2(a)に示す被エ
ッチング基板は、実施例1で説明した図1(a)に示す
被エッチング基板と同一であるので、重複する説明を省
略する。この被エッチング基板を磁場を併用したマグネ
トロンRIE装置の基板ステージ上に載置し、下記第1
のエッチング条件により酸化シリコン系材料層3の露出
部分をプラズマエッチングする。 C3 8 80 sccm H2 O 20 sccm ガス圧力 4.0 Pa RF電源パワー 700 W(13.56MH
z) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 −30 ℃ この第1のエッチング工程は、下地材料層である半導体
基板1、より正確には半導体基板1に形成された不純物
拡散層2が露出する直前まで継続した。本プラズマエッ
チング過程におけるエッチング機構は前実施例と基本的
には同じであるが、フッ化炭素系ガスの混合比が多いこ
とにより、エッチングレートは約700nm/minで
あった。第1のエッチング工程終了後の被エッチング基
板の状態を図1(b)に示す。
The substrate to be etched shown in FIG. 2 (a) used in this embodiment is the same as the substrate to be etched shown in FIG. 1 (a) described in the first embodiment, and therefore the duplicated description will be omitted. This substrate to be etched is placed on the substrate stage of a magnetron RIE device that also uses a magnetic field.
The exposed portion of the silicon oxide based material layer 3 is plasma-etched under the above etching conditions. C 3 F 8 80 sccm H 2 O 20 sccm Gas pressure 4.0 Pa RF power supply power 700 W (13.56 MH
z) Magnetic field strength 1.5 × 10 −2 T substrate temperature to be etched −30 ° C. This first etching step is performed on the semiconductor substrate 1 which is a base material layer, more accurately on the impurity diffusion layer formed on the semiconductor substrate 1. It continued until just before 2 was exposed. The etching mechanism in this plasma etching process was basically the same as in the previous example, but the etching rate was about 700 nm / min due to the large mixing ratio of the fluorocarbon-based gas. The state of the substrate to be etched after the completion of the first etching step is shown in FIG.

【0030】次にエッチング条件を切り替え、一例とし
て下記条件により第2のエッチング工程を施す。この工
程はオーバーエッチング工程である。 C3 8 60 sccm H2 O 40 sccm ガス圧力 4.0 Pa RF電源パワー 700 W(13.56MH
z) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 −30 ℃ 本第2のエッチング過程においては、H2 Oの混合比が
第1のエッチング条件よりも高いことから、堆積するフ
ッ化炭素系ポリマの膜質はさらに強力なものとなり、露
出する下地材料層である不純物拡散層2の表面を確実に
保護する。本第2のエッチング工程のエッチングレート
は、第1のエッチング工程のエッチングレートよりは小
さいものの、酸化シリコン系材料層3の厚さ方向の残部
の厚さは極く薄いので、パターニング工程全体のスルー
プットが低下する迄には至らない。この結果、下地材料
層にダメージを与えることなく、良好な異方性形状を有
するコンタクトホールが形成された。この状態を図2
(c)に示す。
Next, the etching conditions are switched, and as an example, the second etching process is performed under the following conditions. This process is an over-etching process. C 3 F 8 60 sccm H 2 O 40 sccm Gas pressure 4.0 Pa RF power supply power 700 W (13.56 MH
z) Magnetic field strength 1.5 × 10 −2 T Substrate temperature to be etched −30 ° C. In the second etching process, the mixing ratio of H 2 O is higher than that in the first etching condition. The film quality of the carbon-based polymer becomes stronger, and the exposed surface of the impurity diffusion layer 2 as the underlying material layer is surely protected. Although the etching rate of the second etching step is smaller than that of the first etching step, the remaining thickness of the silicon oxide based material layer 3 in the thickness direction is extremely thin, so that the throughput of the entire patterning step is high. Does not reach the point of decreasing. As a result, a contact hole having a good anisotropic shape was formed without damaging the underlying material layer. This state is shown in Figure 2.
It is shown in (c).

【0031】本実施例によれば、C3 8 とH2 Oを含
む混合ガスを用い、その混合比を変えた2段階エッチン
グを採用することで、実施例1におけるよりもさらに高
いエッチングレートと高い選択比、および下地材料層に
与える低ダメージ性をともに達成することができる。
According to the present embodiment, the mixed gas containing C 3 F 8 and H 2 O is used, and the two-step etching in which the mixing ratio is changed is adopted, so that the etching rate higher than that in the first embodiment is obtained. It is possible to achieve both a high selection ratio and low damage to the underlying material layer.

【0032】実施例3 本実施例は、フッ化炭素系ガスであるC4 8 と、H2
Oを含む混合ガスに、さらに放電解離条件下でプラズマ
中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ化合物
としてS2 2 を添加し、被エッチング基板を室温以下
に制御しながら酸化シリコン系材料層をパターニングし
た例であり、これを再び図1(a)〜(b)を参照して
説明する。
Example 3 In this example, C 4 F 8 which is a fluorocarbon gas and H 2 are used.
To the mixed gas containing O, S 2 F 2 was added as a halogenated sulfur compound capable of releasing free sulfur into plasma under discharge dissociation conditions, and the silicon oxide-based material was controlled while controlling the substrate to be etched below room temperature. This is an example of patterning a layer, which will be described again with reference to FIGS.

【0033】先に説明した図1(a)に示す被エッチン
グ基板を、平行平板型マグネトロンRIE装置の基板ス
テージ上にセッティングし、一例として下記エッチング
条件により酸化シリコン系材料層3をパターニングし
た。なお基板ステージは、アルコール系冷媒が循環する
冷却配管を内蔵することにより0℃以下に温度制御でき
るとともに、内蔵のヒータ等により100℃以上に加熱
できるものである。 C4 8 50 sccm H2 O 20 sccm S2 2 30 sccm ガス圧力 4.0 Pa RF電源パワー 700 W(13.56MH
z) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 −20 ℃ このプラズマエッチング過程においては、C4 8 やS
2 2 の解離により生成するF* によるラジカル反応
が、主としてCFx + やSF+ のイオン入射にアシスト
される形で酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング
が進行した。
The above-described substrate to be etched shown in FIG. 1A was set on the substrate stage of a parallel plate type magnetron RIE apparatus, and the silicon oxide based material layer 3 was patterned under the following etching conditions as an example. The substrate stage can control the temperature to 0 ° C. or lower by incorporating a cooling pipe in which an alcohol-based refrigerant circulates, and can heat the substrate stage to 100 ° C. or higher by a built-in heater or the like. C 4 F 8 50 sccm H 2 O 20 sccm S 2 F 2 30 sccm Gas pressure 4.0 Pa RF power supply power 700 W (13.56 MH)
z) magnetic field strength 1.5 × 10 -2 T substrate temperature to be etched -20 ° C. In this plasma etching process, C 4 F 8 and S
Plasma etching of the silicon oxide based material layer proceeded in such a manner that the radical reaction by F * generated by dissociation of 2 F 2 was assisted mainly by the ion injection of CF x + and SF + .

【0034】また被エッチング基板上に堆積するフッ化
炭素系ポリマは、F成分の含有量の少ないものであり、
高いイオン入射耐性を有するものである。同時にイオウ
も堆積しイオン入射耐性に向上に寄与するので、フッ化
炭素系ポリマの堆積は相対的に少量でその目的が達成さ
れる。プラズマエッチング終了後の被エッチング基板の
状態を図1(b)に示す。
Further, the fluorocarbon polymer deposited on the substrate to be etched has a small content of F component,
It has a high resistance to ion injection. At the same time, since sulfur is also deposited and contributes to the improvement of ion injection resistance, the purpose of the fluorocarbon-based polymer is achieved with a relatively small amount. The state of the substrate to be etched after completion of plasma etching is shown in FIG.

【0035】本実施例によれば、C4 8 とH2 Oの混
合ガスに、さらにS2 2 を添加し、被エッチング基板
を室温以下に制御しながら酸化シリコン系材料層をパタ
ーニングすることにより、高い選択比、および下地材料
層に与える低ダメージ性をともに達成することができ
る。特に本実施例においては、プラズマエッチング終了
後、基板ステージを90℃〜100℃に加熱することに
より、被エッチング基板上や基板ステージ近傍に堆積し
たイオウは、容易に昇華除去できる。このため、被エッ
チング基板の処理枚数を重ねて連続処理を行っても、フ
ッ化炭素系ポリマ過剰なチャンバ内雰囲気が形成される
ことなく、エッチングレートの低下やマイクロローディ
ング効果が発生することはない。またチャンバ内のパー
ティクルレベルが増加することもない。
According to this embodiment, S 2 F 2 is further added to the mixed gas of C 4 F 8 and H 2 O, and the silicon oxide material layer is patterned while controlling the substrate to be etched to room temperature or below. This makes it possible to achieve both a high selection ratio and low damage to the underlying material layer. Particularly in this embodiment, after the plasma etching is completed, the substrate stage is heated to 90 ° C. to 100 ° C., so that the sulfur deposited on the substrate to be etched or in the vicinity of the substrate stage can be easily sublimated and removed. Therefore, even when the number of substrates to be etched is increased and the continuous treatment is performed, the atmosphere in the chamber in which the fluorocarbon polymer is excessive is not formed, and the etching rate is not lowered and the microloading effect is not generated. . Further, the particle level in the chamber does not increase.

【0036】以上、本発明を3つの実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
Although the present invention has been described above with reference to three embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0037】例えば、フッ化炭素系ガスとしてC4 8
とC3 8 を例示したが、飽和、不飽和を問わず他のC
F系ガスを単独または組み合わせて用いることができ
る。F原子の一部がHに置換されたCHF系ガスを用い
てもよい。同じく、F原子の一部がClやBr等他のハ
ロゲン原子に置換された化合物であってもよい。
For example, as a fluorocarbon-based gas, C 4 F 8
And C 3 F 8 are illustrated, but other C, saturated or unsaturated,
The F-based gas can be used alone or in combination. A CHF-based gas in which some of the F atoms are replaced with H may be used. Similarly, it may be a compound in which some of the F atoms are replaced with other halogen atoms such as Cl and Br.

【0038】放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオ
ウを放出しうるハロゲン化イオウ系ガスとして、S2
2 を代表としてとりあげたが、これ以外にSF2 、SF
4 、S2 10、S2 Cl2 、S3 Cl2 、SCl2 、S
2 Br2 、S3 Br2 、およびS2 Br10が例示され、
これら単独または組み合わせて使用できる。
As a halogenated sulfur-based gas capable of releasing free sulfur into plasma under discharge dissociation conditions, S 2 F
2 was taken as a representative, but in addition to this, SF 2 , SF
4 , S 2 F 10 , S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 , SCl 2 , S
2 Br 2 , S 3 Br 2 , and S 2 Br 10 are exemplified,
These can be used alone or in combination.

【0039】酸化シリコン系材料層としてSiO2 を例
示したが、PSG、BPSG等不純物を含有したシリケ
ートガラス、あるいはSiONやSiOF等、NやF等
の元素を含むもの、あるいはこれらの積層構造膜であっ
てもよい。またコンタクトホール加工に限らず、バイア
ホール加工や、LDDサイドウォールスペーサ加工等、
下地材料層との高選択比が要求される各種プラズマエッ
チングに適用可能である。
Although SiO 2 has been exemplified as the silicon oxide-based material layer, silicate glass containing impurities such as PSG and BPSG, or those containing elements such as SiON and SiOF such as N and F, or a laminated structure film thereof. It may be. Also, not limited to contact hole processing, via hole processing, LDD sidewall spacer processing, etc.
It can be applied to various plasma etchings that require a high selectivity with respect to the underlying material layer.

【0040】その他、被エッチング基板の構造、プラズ
マエッチング装置、プラズマエッチング条件等、本発明
の技術的思想の範囲内で適宜選択して適用することが可
能である。
In addition, the structure of the substrate to be etched, the plasma etching apparatus, the plasma etching conditions and the like can be appropriately selected and applied within the scope of the technical idea of the present invention.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はフッ化炭素系ガスと水蒸気を含む混合ガスを用いて酸
化シリコン系材料層をパターニングすることにより、被
エッチング基板上に堆積するフッ化炭素系ポリマの膜質
を強化することができる。これにより、実用的なエッチ
ングレートを確保したまま対下地材料層選択比および対
レジストマスク選択比を向上できる。また堆積膜の膜質
が強化されたマージンを、堆積膜量の低減に振り向ける
ことができ、この結果パーティクル汚染の低減が図れ
る。ここにあげた効果は、H2 やCO等、安全性に検討
の余地を残すガスを用いる必要がないので、廃ガス処理
手段やガスリークのアラーム手段等の新たな設備を付加
することなく実現できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a silicon oxide based material layer is patterned by using a mixed gas containing a fluorocarbon based gas and water vapor, so that the fluorine deposited on the substrate to be etched is deposited. The film quality of the carbonized polymer can be enhanced. This makes it possible to improve the selection ratio to the underlying material layer and the selection ratio to the resist mask while maintaining a practical etching rate. In addition, the margin in which the quality of the deposited film is enhanced can be used for reducing the amount of the deposited film, and as a result, particle contamination can be reduced. The effects described here can be realized without adding new equipment such as waste gas treatment means and gas leak alarm means, because it is not necessary to use gases such as H 2 and CO that leave room for safety consideration. .

【0042】また本願の請求項2の発明によれば、エッ
チング工程を2段階化し、ジャストエッチング工程とオ
ーバーエッチング工程とでエッチングガスの混合比を変
更することにより、より一層の高選択比と、エッチング
レートの高速化を達成できる。
Further, according to the invention of claim 2 of the present application, the etching process is made into two stages, and the mixing ratio of the etching gas is changed in the just etching process and the over etching process, so that a higher selection ratio can be obtained. Higher etching rate can be achieved.

【0043】本願の請求項3の発明によれば、フッ化炭
素系ガスと水蒸気を含む混合ガスに、さらに放電解離条
件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン
化イオウ系ガスを添加することにより、高選択比の効果
に加え、特にエッチング工程を重ねた場合のパーティク
ル汚染の低減やエッチングレートの低下防止あるいはマ
イクロローディング効果防止の効果がある。
According to the invention of claim 3 of the present application, a halogenated sulfur-based gas capable of releasing free sulfur into plasma under discharge dissociation conditions is added to a mixed gas containing a fluorocarbon-based gas and water vapor. By doing so, in addition to the effect of a high selection ratio, there is an effect of reducing particle contamination, preventing a decrease in etching rate, and preventing a microloading effect particularly when etching processes are repeated.

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

【図1】本発明のプラズマエッチング方法を適用した実
施例1および3を、その工程順に説明する概略断面図で
あり、(a)は酸化シリコン系材料層上にコンタクトホ
ール開口用のレジストマスクを形成した状態、(b)は
酸化シリコン系材料層をパターニングしてコンタクトホ
ールを完成した状態である。
1A and 1B are schematic cross-sectional views for explaining Examples 1 and 3 to which the plasma etching method of the present invention is applied, in the order of steps, in which (a) shows a resist mask for opening a contact hole on a silicon oxide material layer. In the formed state, (b) is a state where the contact hole is completed by patterning the silicon oxide based material layer.

【図2】本発明のプラズマエッチング方法を適用した実
施例2を、その工程順に説明する概略断面図であり、
(a)は酸化シリコン系材料層上にコンタクトホール開
口用のレジストマスクを形成した状態、(b)は酸化シ
リコン系材料層を、その層厚を実質的に越えない深さま
でパターニングした状態、(c)は酸化シリコン系材料
層の層厚方向の残部をパターニングしてコンタクトホー
ルを完成した状態である。
2A to 2C are schematic cross-sectional views for explaining a second embodiment to which the plasma etching method of the present invention is applied, in the order of steps thereof,
(A) shows a state where a resist mask for opening a contact hole is formed on the silicon oxide based material layer, (b) shows a state where the silicon oxide based material layer is patterned to a depth that does not substantially exceed the layer thickness, ( In c), the contact hole is completed by patterning the remaining portion of the silicon oxide material layer in the layer thickness direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 不純物拡散層 3 酸化シリコン系材料層 4 レジストマスク 5 コンタクトホール 1 Semiconductor Substrate 2 Impurity Diffusion Layer 3 Silicon Oxide Material Layer 4 Resist Mask 5 Contact Hole

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フッ化炭素系ガスと、水蒸気を含む混合
ガスを用い、下地材料層上の酸化シリコン系材料層をパ
ターニングすることを特徴とする、酸化シリコン系材料
層のプラズマエッチング方法。
1. A plasma etching method for a silicon oxide based material layer, which comprises patterning a silicon oxide based material layer on a base material layer using a mixed gas containing a fluorocarbon based gas and water vapor.
【請求項2】 フッ化炭素系ガスと、水蒸気を含む第1
の混合ガスを用い、下地材料層上の酸化シリコン系材料
層を、その層厚を実質的に越えない深さまでパターニン
グする第1のエッチング工程と、 前記第1の混合ガス中の前記水蒸気の混合比を高めた第
2の混合ガスを用い、前記酸化シリコン系材料層の厚さ
方向の残部をパターニングして前記下地材料層を露出す
る第2のエッチング工程をこの順に施すことを特徴とす
る、酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法。
2. A first containing carbon fluoride gas and water vapor
A first etching step of patterning the silicon oxide-based material layer on the underlying material layer to a depth that does not substantially exceed the layer thickness thereof, using the mixed gas of 1., and mixing the water vapor in the first mixed gas. A second etching step of exposing the underlying material layer by patterning the remaining portion of the silicon oxide based material layer in the thickness direction using a second mixed gas having a higher ratio, and performing the second etching step in this order. Method for plasma etching silicon oxide based material layer.
【請求項3】 被エッチング基板の温度を室温以下に制
御しつつ、混合ガス中に放電解離条件下でプラズマ中に
遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系化合物を
さらに添加することを特徴とする、請求項1記載のプラ
ズマエッチング方法。
3. A halogenated sulfur compound capable of releasing free sulfur into plasma under discharge dissociation conditions is further added to the mixed gas while controlling the temperature of the substrate to be etched below room temperature. The plasma etching method according to claim 1, wherein
【請求項4】 プラズマ密度を、1×1010/cm3
上1×1011/cm3未満に制御しつつパターニングす
ることを特徴とする、請求項1ないし3いずれか1項記
載のプラズマエッチング方法。
4. The plasma etching according to claim 1, wherein patterning is performed while controlling the plasma density to 1 × 10 10 / cm 3 or more and less than 1 × 10 11 / cm 3. Method.
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