JPH088244B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH088244B2
JPH088244B2 JP2076603A JP7660390A JPH088244B2 JP H088244 B2 JPH088244 B2 JP H088244B2 JP 2076603 A JP2076603 A JP 2076603A JP 7660390 A JP7660390 A JP 7660390A JP H088244 B2 JPH088244 B2 JP H088244B2
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etching
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film
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thin film
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徳久 大岩
晴雄 岡野
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、基板上の薄膜をテーパを付けて選択エッチ
ングするドライエッチング方法に係わり、特にエッチン
グガスの圧力及び基板温度の最適化をはかったドライエ
ッチング方法に関する。
The present invention relates to a dry etching method in which a thin film on a substrate is tapered and selectively etched, and in particular, the etching gas pressure and the substrate temperature are controlled. The present invention relates to an optimized dry etching method.

(従来の技術) 従来、多結晶シリコン等の電極材料やシリコン酸化膜
等のエッチングには反応性イオンエッチング法が用いら
れている。反応性イオンエッチング法は、一対の平行平
板電極を備える真空容器内に被処理基体(例えば、被エ
ッチング薄膜が形成された基板)を入れ、反応性ガスを
導入した後、高周波電力の印加により前記ガスを放電せ
しめ、この放電により発生したガスプラズマをを用いて
被処理基体をエッチングする方法である。
(Prior Art) Conventionally, a reactive ion etching method has been used for etching an electrode material such as polycrystalline silicon or a silicon oxide film. In the reactive ion etching method, a substrate to be processed (for example, a substrate on which a thin film to be etched is formed) is placed in a vacuum container provided with a pair of parallel plate electrodes, a reactive gas is introduced, and then high frequency power is applied to the substrate. This is a method in which a gas is discharged and the substrate to be processed is etched using the gas plasma generated by this discharge.

この反応性イオンエッチング法の他に、プラズマエッ
チングECR型ドライエッチング法、イオンビームエッチ
ング法、光励起エッチング法等があるが、これらのエッ
チングも真空容器内の被処理基体に活性化した反応性ガ
スのイオンを化学的或いは物理的に作用させてエッチン
グを行うものであり、この点において前記反応性イオン
エッチング法と同様と考えてよい。
In addition to this reactive ion etching method, there are plasma etching ECR type dry etching method, ion beam etching method, photo-excited etching method, etc., but these etching methods also use reactive gas activated on the substrate to be processed in the vacuum container. Etching is performed by causing ions to chemically or physically act, and in this respect, it may be considered to be similar to the reactive ion etching method.

シリコン酸化膜のエッチングには、反応性ガスとして
C2F6,CF4,CHF3等の炭素を含むものが用いられてい
る。
As a reactive gas for etching the silicon oxide film
Those containing carbon such as C 2 F 6 , CF 4 and CHF 3 are used.

下地がSiでCF4+H2ガスによってSiO2をエッチングす
る場合、Si上には放電によって生じたCF3が吸着する。
このCF3はHによってFを引き抜かれて、CFx(x=1,2,
3)からなる重合膜を生成する。一方、SiO2表面にも同
様にCF3が吸着する。このCF3はイオン衝撃によりCとF
に解離し、FはSiと反応してSiF4↑となり、残ったCは
表面に残留しているOと反応してCO↑となる。その結
果、Siとは異なりエッチングは速やかに進行する。その
際、イオン衝撃を受ける面だけで反応が進行するため、
側壁ではエッチングは起こらず垂直な形状となる。
When the underlying layer is Si and SiO 2 is etched by CF 4 + H 2 gas, CF 3 generated by electric discharge is adsorbed on Si.
This CF 3 is pulled out of F by H, and CF x (x = 1,2,
A polymerized film consisting of 3) is produced. On the other hand, CF 3 is similarly adsorbed on the SiO 2 surface. This CF 3 is C and F due to ion bombardment.
And F reacts with Si to become SiF 4 ↑, and the remaining C reacts with O remaining on the surface to become CO ↑. As a result, unlike Si, etching proceeds rapidly. At that time, the reaction proceeds only on the surface that receives the ion bombardment,
Etching does not occur on the side wall and the shape becomes vertical.

シリコン酸化膜のエッチングはコンタクトホールやビ
アホールの形成等に使われているが、パターンの微細化
に伴って開口の小さいアスペクト比の大きなホールが形
成される。その結果、コンタクトホールへのAl等の金属
膜の埋め込みは断面形状が垂直で、しかもアスペクト比
の大きなホールへの埋め込みとなり、Al膜のステップカ
バレッジが悪くなる。そして、開口が1μm程度になる
と、Alがホール内でつながらなくなるという問題が発生
している。
The etching of the silicon oxide film is used to form contact holes and via holes, but with the miniaturization of patterns, holes with small openings and large aspect ratios are formed. As a result, the metal film of Al or the like is buried in the contact hole in a hole having a vertical cross-section and a large aspect ratio, resulting in poor step coverage of the Al film. Then, when the opening becomes about 1 μm, there is a problem that Al is not connected in the hole.

また、ビアホール形成の際には、垂直な側壁にエッチ
ングによって発生するアルミ酸化物やアルミ弗化物が厚
く堆積し、その後のレジスト除去工程等で取り除くこと
ができない。この堆積物は弗素を含むためビアホールに
埋め込まれたAl腐食の原因となり、またWのビアホール
への選択的な埋め込みにおいては下地Alだけでなく、側
壁の堆積物からも成長が起こり、選択性が崩れるという
問題がある。
Further, when forming a via hole, aluminum oxide or aluminum fluoride generated by etching is thickly deposited on a vertical side wall and cannot be removed in a subsequent resist removing step or the like. Since this deposit contains fluorine, it becomes a cause of Al corrosion embedded in the via hole, and in the selective burying of W into the via hole, not only the underlying Al but also the sidewall deposits grow, and the selectivity is increased. There is a problem of collapse.

(発明が解決しようとする課題) このように従来、コンタクトホールやビアホール等の
酸化膜のドライエッチングでは、エッチング側壁の断面
形状が垂直となるため、間口の小さい高アスペクト比の
ホールへのAl膜形成においては、ステップカバレッジが
悪くホール内で途切れてしまう問題、或いは側壁に堆積
したアルミ酸化物やアルミ弗化物を取り除けないという
問題があった。これらの問題を解決するためにはコンタ
クトホールやビアホールの側壁をテーパ状にし、間口1
μmの場合には80度程度のテーパ角を付けてエッチング
すればよいが、このようなテーパを付けてエッチングす
る方法は未だ実用化されていない。
(Problems to be solved by the invention) As described above, conventionally, in dry etching of an oxide film such as a contact hole or a via hole, the cross-sectional shape of the etching sidewall becomes vertical, so that an Al film for a hole with a small frontage and a high aspect ratio is formed. In formation, there was a problem that step coverage was poor and the hole was interrupted, or that aluminum oxide or aluminum fluoride deposited on the side wall could not be removed. In order to solve these problems, the sidewalls of contact holes and via holes are tapered, and the frontage 1
In the case of μm, etching may be performed with a taper angle of about 80 degrees, but a method of etching with such a taper has not yet been put into practical use.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、エッチング形状をテーパ状に制御
することができ、金属膜等のステップカバーレッジの改
善及び側壁堆積物の除去の容易化等をはかり得るドライ
エッチング方法を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to be able to control an etching shape in a taper shape, to improve step coverage of a metal film or the like and to remove a sidewall deposit. It is to provide a dry etching method that can be easily performed.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明では、被処理基体が
収容された反応容器内に、少なくともC,F及びH元素を
含有する反応性ガスを導入し、このガスを活性化して被
処理基体(具体的には、基板上の被エッチング薄膜)を
選択エッチングするドライエッチング方法において、薄
膜のエッチング領域の開口幅をl、厚さをtとしたと
き、エッチング圧力P(Torr)と基板温度T(℃)とを
以下の条件で定められる領域内に設定してエッチングを
行うことを特徴としている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in the present invention, a reactive gas containing at least C, F and H elements in a reaction container accommodating a substrate to be treated. In the dry etching method of activating the gas and selectively etching the substrate to be processed (specifically, the thin film to be etched on the substrate), in the etching region of the thin film, the opening width is 1 and the thickness is t. At this time, the etching pressure P (Torr) and the substrate temperature T (° C.) are set within a region defined by the following conditions to perform etching.

T<80logP+240 … T≧80logP+160 … ここで、式は側壁のテーパ角度が70度以上となる条
件、式はテーパ角度が90度より小さくなる条件、は
テーパエッチングで下地に達するまでエッチングできる
条件を示している。
T <80logP + 240 ... T ≧ 80logP + 160 ... Here, the expression shows the condition that the taper angle of the side wall is 70 degrees or more, the expression shows the condition that the taper angle is smaller than 90 degrees, and the expression shows the condition that etching can be performed until the base is reached by taper etching.

(作用) 少なくともC,F及びHを含有する反応性ガス、例えばC
HF3ガスを放電励起すると、吸着性の強いCF3が生成され
基板表面に吸着する。この吸着量は基板を冷却すると多
くなり基板表面に厚く堆積する。イオン衝撃を受けるエ
ッチング薄膜(例えばSiO2)上では反応が進行しフロロ
カーボン膜は形成されない。しかし、イオン衝撃のない
側壁では反応は進行せず堆積したフロロカーボン膜がマ
スクとなり、これによりSiO2等の薄膜をテーパ状にエッ
チングすることができる。間口0.8μm深さ1.2μmのホ
ールを形成するためにはテーパ角を70度以上にしなけれ
ばならず、上述した圧力と温度の関係の領域内の条件下
にすることによりテーパ角70〜90度を持つエッチングを
行うことができる。
(Action) Reactive gas containing at least C, F and H, eg C
When HF 3 gas is excited by discharge, CF 3 having strong adsorptivity is generated and adsorbed on the substrate surface. This adsorbed amount increases as the substrate is cooled and is deposited thickly on the substrate surface. The reaction proceeds on the etching thin film (for example, SiO 2 ) subjected to ion bombardment, and the fluorocarbon film is not formed. However, the reaction does not proceed on the side wall where there is no ion bombardment, and the deposited fluorocarbon film serves as a mask, whereby the thin film such as SiO 2 can be etched in a taper shape. To form a hole with a frontage of 0.8 μm and a depth of 1.2 μm, the taper angle must be 70 degrees or more. Etching can be performed.

なお、基板を冷却したシリコン酸化膜のエッチング
は、昭和62年応用物理秋季大会予稿集P464−19a−K−1
0、昭和63年応用物理秋季大会予稿集P463,27P−L−6
及び特開昭63−174322号公報等に記載があるが、前2者
は本発明で規定する温度と圧力の関係の領域外について
の記述であり、後者は炭素を含まないガスを使ってのシ
リコン酸化膜のエッチングについての記述である。即
ち、いずれの公知例にも、C,F,Hを含む反応性ガスを用
いたテーパエッチングに関しては何等記載されておら
ず、ましてテーパエッチングに最適な圧力P及び温度T
の条件は示唆すらされていない。
The etching of the silicon oxide film after cooling the substrate is described in 1988 Applied Physics Autumn Meeting Proceedings P464-19a-K-1.
0, 1988 Autumn Meeting of Applied Physics Proceedings P463, 27P-L-6
And Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-174322, the former two are descriptions outside the range of the relationship between temperature and pressure specified in the present invention, and the latter two are those using a gas containing no carbon. This is a description of etching a silicon oxide film. That is, none of the known examples describes the taper etching using the reactive gas containing C, F and H, let alone the optimum pressure P and temperature T for the taper etching.
The condition of is not even suggested.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
(Examples) The details of the present invention will be described below with reference to illustrated examples.

第1図は本発明の一実施例方法に使用したドライエッ
チング装置を示す概略構成図である。図中10はエッチン
グ室11を形成する接地された容器であり、この容器10の
底部に陰極20が設置されている。陰極20には、マッチン
グ回路21を介して電源22から13.56MHzの高周波電力が印
加される。また、陰極20は冷却管23を通して冷媒により
冷却され、この冷却管23は高周波電力印加のためにリー
ドとして用いられる。陰極20上にはポリイミド膜24に挟
まれた銅板25が貼り付けられており、銅板25に電源26か
ら4kVの電圧を印加することにより、被処理基体30が陰
極20上に静電的に吸着されるもとなっている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a dry etching apparatus used in the method of one embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a grounded container forming an etching chamber 11, and a cathode 20 is installed at the bottom of this container 10. High frequency power of 13.56 MHz is applied to the cathode 20 from a power supply 22 via a matching circuit 21. Further, the cathode 20 is cooled by a coolant through a cooling pipe 23, and this cooling pipe 23 is used as a lead for applying high frequency power. A copper plate 25 sandwiched between polyimide films 24 is attached on the cathode 20, and by applying a voltage of 4 kV from a power source 26 to the copper plate 25, the substrate 30 to be treated is electrostatically adsorbed on the cathode 20. It is supposed to be done.

また、エッチング室11にはガス導入口12から反応性ガ
スが導入され、さらにエッチング室11内のガスは排気口
13から排気される。陰極20に対向する陽極はエッチング
室10の上壁で形成されるものとなっている。この陽極の
裏面対向位置には複数の永久磁石14及びその駆動機構15
からなる磁場発生器が設置され、陰極20と陽極との対向
空間に磁界を印加するものとなっている。なお、図中27
は被処理基体30の裏面にガスを導入して熱伝導を取るた
めのガス導入管、28は陰極20と容器10とを絶縁するため
の絶縁物、29は静電チャックの銅板25リードと陰極20と
を絶縁するための絶縁物を示している。
Further, a reactive gas is introduced into the etching chamber 11 through the gas inlet 12, and the gas in the etching chamber 11 is exhausted.
Exhausted from 13. The anode facing the cathode 20 is formed by the upper wall of the etching chamber 10. A plurality of permanent magnets 14 and a drive mechanism 15 for the permanent magnets 14 are provided at the positions facing the back surface of the anode.
A magnetic field generator consisting of is installed to apply a magnetic field to the space facing the cathode 20 and the anode. 27 in the figure
Is a gas introducing tube for introducing heat into the back surface of the substrate 30 to be processed for heat conduction, 28 is an insulator for insulating the cathode 20 from the container 10, 29 is a copper plate 25 of the electrostatic chuck, and a cathode 20 shows an insulator for insulating 20 and.

この装置は、マグネトロン放電を利用したドライエッ
チング装置であるが、本発明方法は装置構成には何等限
定されず、他の装置を用いることも可能である。他の装
置の例として、第2図及び第3図を示す。第2図に示す
装置は、磁場コイル47により磁場の印加された反応容器
41に、マグネトロン44により発生した2.45GHzのマイク
ロ波を導波管45及び石英窓46を介して導入し、反応性ガ
スをECR放電励起するものである。試料台43には13.56MH
zのRF電力を印加しウェハ(試料)42上へのイオン照射
エネルギーを制御する。さらに、図示しない試料冷却機
構により試料温度を冷却する構成となっている。また、
第3図はカウフマン型のイオン銃48を用いて反応性ガス
を励起して生成したイオンを試料42上に照射するもので
ある。試料温度の制御は図示しない試料冷却機構により
制御する構成となっている。
This apparatus is a dry etching apparatus using magnetron discharge, but the method of the present invention is not limited to the apparatus configuration, and other apparatuses can be used. As an example of another device, FIGS. 2 and 3 are shown. The apparatus shown in FIG. 2 is a reaction vessel to which a magnetic field is applied by a magnetic field coil 47.
A microwave of 2.45 GHz generated by the magnetron 44 is introduced into the magnet 41 through the waveguide 45 and the quartz window 46 to excite the reactive gas by ECR discharge. 13.56 MH on the sample table 43
RF power of z is applied to control the ion irradiation energy on the wafer (sample) 42. Further, the sample cooling mechanism (not shown) cools the sample temperature. Also,
FIG. 3 shows that the sample 42 is irradiated with ions generated by exciting a reactive gas by using a Kauffman type ion gun 48. The sample temperature is controlled by a sample cooling mechanism (not shown).

次に、上述した装置を用いたドライエッチング方法に
ついて説明する。
Next, a dry etching method using the above apparatus will be described.

まず、SiO2とSiのエッチング速度の温度依存性を、第
4図により説明する。先の第1図の装置を用い、CHF3
スの流量を50sccmとし、圧力を40mTorr,RF電力を450Wと
した。このとき、基板上での水平磁界強度は100Gaussで
あった。図中、縦軸はエッチング速度、横軸は基板温度
である。SiO2膜のエッチング速度は温度に対し殆ど変化
しない。これに対し、Siのエッチング速度は温度低下に
よって減少している。
First, the temperature dependence of the etching rates of SiO 2 and Si will be described with reference to FIG. Using the apparatus shown in FIG. 1, the flow rate of CHF 3 gas was 50 sccm, the pressure was 40 mTorr, and the RF power was 450 W. At this time, the horizontal magnetic field strength on the substrate was 100 Gauss. In the figure, the vertical axis represents the etching rate and the horizontal axis represents the substrate temperature. The etching rate of the SiO 2 film hardly changes with temperature. On the other hand, the etching rate of Si decreases with decreasing temperature.

Siのエッチング速度が変化する理由は既に述べた如
く、基板温度が低下するとCFxの吸着量が多くなり、フ
ロロカーボンの重合膜が厚くなるためである。一方、Si
O2上ではCFxは反応によって速やかに除去されるため、
エッチング速度は温度には殆ど依存しない。
As described above, the reason why the etching rate of Si changes is that the amount of CF x adsorbed increases and the polymerized film of fluorocarbon becomes thicker as the substrate temperature decreases. On the other hand, Si
Since CF x is rapidly removed by the reaction on O 2 ,
The etching rate is almost independent of temperature.

SiO2膜とSiのエッチング速度の圧力依存性を、第5図
により説明する。CHF3流量50sccm、RF電力450W、温度0
℃とした。図中、縦軸はエッチング速度、横軸は圧力で
ある。SiO2エッチング速度は圧力を依存しないが、Siの
エッチング速度は圧力を高くすると低下する。この原因
は、上述した温度依存性の場合と同様である。即ち、圧
力を上げるとCF3が多くなり表面への吸着量が多くなる
ためである。
The pressure dependence of the etching rate of the SiO 2 film and Si will be described with reference to FIG. CHF 3 flow rate 50sccm, RF power 450W, temperature 0
℃ was made. In the figure, the vertical axis represents the etching rate and the horizontal axis represents the pressure. The SiO 2 etching rate does not depend on pressure, but the etching rate of Si decreases with increasing pressure. The cause is similar to the case of the temperature dependence described above. That is, when the pressure is increased, CF 3 increases and the amount of adsorption on the surface increases.

次に、本実施例方法により実際にエッチングしたSiO2
膜の断面形状を第6図を用いて説明する。まず、第6図
(a)に示すような被処理基体を形成する。即ち、下地
ポリシリコン膜61上にCVD−SiO2膜62を形成し、その上
にレジスト層63を形成し、通常の露光技術によりレジス
ト層63をパターニングして開口を開ける。この被処理基
体を温度120℃でエッチングしたところ、第6図(b)
に示すようにSiO2膜62は垂直にエッチングされた。ま
た、温度30℃でエッチングしたところ、第6図(c)に
示すようにエッチング側壁に重合膜64が堆積し、その結
果エッチング側壁はテーパ状となった。
Next, SiO 2 actually etched by the method of this embodiment was used.
The cross-sectional shape of the film will be described with reference to FIG. First, a substrate to be processed as shown in FIG. 6 (a) is formed. That is, a CVD-SiO 2 film 62 is formed on the underlying polysilicon film 61, a resist layer 63 is formed thereon, and the resist layer 63 is patterned by a normal exposure technique to open an opening. When this substrate to be processed was etched at a temperature of 120 ° C., FIG. 6 (b)
The SiO 2 film 62 was vertically etched as shown in FIG. Further, when the etching was performed at a temperature of 30 ° C., the polymer film 64 was deposited on the etching side wall as shown in FIG. 6C, and as a result, the etching side wall was tapered.

磁界強度とSiO2エッチング速度との関係を、第7図を
用いて説明する。CHF350sccm、RF電力900W、圧力40mTor
rとした。磁界強度が大きくなるに伴ってSiO2のエッチ
ング速度が大きくなり、磁界印加はエッチング速度を大
きくするのに有効であるのが判る。磁界強度とテーパ角
の関係を、第8図を用いて説明する。上述した第6図
(a)と同様の基板を用いたところ、テーパ角は磁界強
度には依存しないことが判明した。
The relationship between the magnetic field strength and the SiO 2 etching rate will be described with reference to FIG. CHF 3 50sccm, RF power 900W, pressure 40mTor
It was r. It can be seen that the etching rate of SiO 2 increases as the magnetic field strength increases, and that applying a magnetic field is effective in increasing the etching rate. The relationship between the magnetic field strength and the taper angle will be described with reference to FIG. When a substrate similar to that shown in FIG. 6 (a) was used, it was found that the taper angle does not depend on the magnetic field strength.

温度,圧力とテーパ角の関係を、第9図を用いて説明
する。CHF350sccm、RF電力900Wとし、第6図(a)と同
様な基板を用いた。図中縦軸はテーパ角、横軸は温度で
ある。テーパ角は温度を上げると垂直に近づき、また圧
力を低下させると垂直に近づく。さらに、圧力が高いほ
どテーパ角は小さくなる。これは、温度の冷却及び圧力
の上昇によってCFxの吸着量が多くなり、厚い重合膜が
表面に形成されるためである。なお、SiO2表面ではイオ
ン衝撃によってCFxが分解してFが生成しSiF4↑とな
り、Cは残されたOと反応してCOとなり速やかに反応が
進むが、イオン衝撃のない側壁では重合膜が残りこれが
マスクとなってSiO2がテーパ状にエッチングされること
になる。
The relationship between temperature, pressure and taper angle will be described with reference to FIG. CHF 3 was 50 sccm, RF power was 900 W, and the same substrate as in FIG. 6 (a) was used. In the figure, the vertical axis represents the taper angle and the horizontal axis represents the temperature. The taper angle becomes closer to vertical when the temperature is raised, and becomes closer to vertical when the pressure is lowered. Further, the higher the pressure, the smaller the taper angle. This is because the amount of CF x adsorbed increases due to the cooling of the temperature and the increase of the pressure, and a thick polymer film is formed on the surface. It should be noted that on the SiO 2 surface, CF x is decomposed by ion bombardment to produce F and become SiF 4 ↑, and C reacts with the remaining O to become CO and the reaction proceeds rapidly, but polymerization occurs on the side wall without ion bombardment. The film remains, and this is used as a mask to etch SiO 2 into a taper shape.

コンタクトホールを形成する場合、例えば間口0.8μ
mで深さ1.2μmのホールを形成する場合、テーパ角は7
0度以上でなければ下まで穴が開かない。また、パター
ンの微細化を考えるとテーパ角があまり大きいと、開口
幅も大きくなるので望ましくない。一般には、テーパ角
を70度以上にする必要がある。
When forming a contact hole, for example, the frontage is 0.8μ
When forming a hole with a depth of 1.2 μm in m, the taper angle is 7
If it is not more than 0 degree, the hole will not be drilled down. Further, considering the miniaturization of the pattern, if the taper angle is too large, the opening width also becomes large, which is not desirable. Generally, the taper angle needs to be 70 degrees or more.

本発明者らは上述した実験データに基づき更に検討を
進めた結果、テーパ角と温度及び圧力との関係を見い出
した。第10図はテーパ角と温度及び圧力との関係を示す
図である。図中横軸は圧力P(Torr)の対数であり、縦
軸は温度T(℃)である。上側の直線がテーパ角90°と
なる条件で、下側の直線がテーパ角70度となる条件であ
る。それぞれの直線から、テーパ角90度となる条件はT
=80logP+240と表わされ、テーパ角70°となる条件は
T=80logP+160と表わされる。そして、上側の直線と
下側の直線との間の領域内の条件でエッチングを行え
ば、SiO2膜を70〜90度のテーパ状にエッチングすること
ができる。
As a result of further studies based on the above-mentioned experimental data, the present inventors have found the relationship between the taper angle and the temperature and pressure. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the taper angle and the temperature and pressure. In the figure, the horizontal axis is the logarithm of the pressure P (Torr), and the vertical axis is the temperature T (° C). The upper straight line has a taper angle of 90 °, and the lower straight line has a taper angle of 70 °. From each straight line, the condition that the taper angle is 90 degrees is T
= 80logP + 240, and the condition that the taper angle is 70 ° is expressed as T = 80logP + 160. Then, if the etching is performed under the condition in the region between the upper straight line and the lower straight line, the SiO 2 film can be etched in a taper shape of 70 to 90 degrees.

また、開口幅と膜厚との関係にもよるがテーパ角が小
さくなると、下地に達するまでエッチングできない場合
がある。第11図に示す如く、開口幅(開口が正方形でな
い場合は短辺の長さ)をl、膜厚をtとするとき、対向
するテーパ側壁が下地表面で交わるとすれば、このとき
のテーパ角θは、 となる。そして、テーパ角がこれよりも小さくなると、
エッチングが下地表面に達しないことになる。従って、
テーパエッチングを行うための最適条件は、 T<80logP+240 … T≧80logP+160 … をそれぞれ満足するように設定すればよい。なお、第10
図に破線で示したテーパ角θとなる直線の一般式は、 T=80logP+α … と表わされる。この式においては、αはθの関数となっ
ており、 α=4θ−120 … であるから、式は となる。従って,,式で定義される条件でエッチ
ングすることにより、良好なテーパエッチングが可能と
なる。
Further, depending on the relationship between the opening width and the film thickness, if the taper angle becomes small, etching may not be possible until the base is reached. As shown in FIG. 11, when the opening width (the length of the short side when the opening is not square) is l and the film thickness is t, if the opposite tapered sidewalls intersect on the underlying surface, the taper at this time is set. The angle θ is Becomes And if the taper angle becomes smaller than this,
The etching will not reach the underlying surface. Therefore,
The optimum condition for taper etching is T <80logP + 240 ... T ≧ 80logP + 160 ... Can be set to satisfy each. The tenth
The general formula of the straight line having the taper angle θ shown by the broken line in the figure is expressed as T = 80logP + α. In this formula, α is a function of θ, and α = 4θ−120 ... Becomes Therefore, good taper etching becomes possible by etching under the conditions defined by the formula.

次に、本実施例方法による効果を図面に用いて説明す
る。第12図はSi基板71上に形成されたSiO2膜72のコンタ
クトホール73に、Al膜74をスパッタ形成してAlを埋め込
む工程を示す。第12図(a)は従来のエッチング方法に
より形成したコンタクトホール73へのAl膜74の埋め込み
形状を示す。コンタクトホール73の側壁が垂直なためス
テップカバレッジが悪く、AlとSiのコンタクトが取れな
い。第12図(b)は上述したテーパエッチング方法によ
り形成したコンタクトホール73へのAl膜74の埋め込みを
示す。コンタクトホール73がテーパを有することから、
Al膜74のステップカバレッジが良好なものとなってい
る。
Next, the effect of the method of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12 shows a step in which an Al film 74 is sputtered in the contact hole 73 of the SiO 2 film 72 formed on the Si substrate 71 to embed Al. FIG. 12 (a) shows an embedded shape of the Al film 74 in the contact hole 73 formed by the conventional etching method. Since the side wall of the contact hole 73 is vertical, the step coverage is poor and the contact between Al and Si cannot be made. FIG. 12B shows the embedding of the Al film 74 in the contact hole 73 formed by the above-described taper etching method. Since the contact hole 73 has a taper,
The step coverage of the Al film 74 is excellent.

さらに、第13図はAl膜81上に形成されたSiO2膜82のビ
アホール83の形成を示す。第13図(a)は従来のエッチ
ング方法によって形成したビアホール83であり、垂直な
側壁に厚い堆積物84が残り、これを除去することはでき
ない。第13図(b)は上述したテーパエッチング方法に
より形成したビアホール83であり、側壁にテーパがある
ため付着した堆積物84はイオン衝撃を受けて再スパッタ
されて除去されるため、側壁に付着物は残らない。
Further, FIG. 13 shows the formation of via holes 83 in the SiO 2 film 82 formed on the Al film 81. FIG. 13 (a) shows a via hole 83 formed by a conventional etching method. A thick deposit 84 remains on the vertical side wall and cannot be removed. FIG. 13B is a via hole 83 formed by the above-described taper etching method. The deposit 84 attached due to the taper of the side wall is ion-impacted and re-sputtered to be removed. Does not remain.

かくして本実施例によれば、励起したCHF3ガスを用い
たシリコン酸化膜のエッチングにおいて、,,式
の条件下でSiO2膜をエッチングすることにより、テーパ
状の側壁を有するコンタクトホールを形成することがで
きる。従って、エッチング後の側壁への付着物を容易に
除去することができ、さらにエッチングしたコンタクト
ホールへの金属膜の埋め込みをステップカバーレッジ良
く実現することが可能となる。
Thus, according to the present embodiment, in the etching of the silicon oxide film using the excited CHF 3 gas, the contact hole having the tapered side wall is formed by etching the SiO 2 film under the condition of the formula. be able to. Therefore, it is possible to easily remove the deposits on the sidewalls after etching, and it is possible to embed the metal film in the etched contact holes with good step coverage.

次に、本発明の他の実施例方法について説明する。こ
の実施例方法は、2段階のエッチングによりテーパエッ
チングを行うことにある。
Next, another embodiment method of the present invention will be described. The method of this embodiment is to perform taper etching by two-step etching.

まず、第14図(a)に示す如く、Si基板91上に形成し
たSiO2膜92上に、コンタクトホール形成のための開口を
有するレジスト93を形成する。次いで、第14図(b)に
示す如く、レジスト93をマスクにSiO2膜92をその途中ま
でテーパエッチングする。このエッチングでは、前述し
たの条件が必要なだけで、,の条件は必要ない。
First, as shown in FIG. 14A, a resist 93 having an opening for forming a contact hole is formed on a SiO 2 film 92 formed on a Si substrate 91. Next, as shown in FIG. 14B, the SiO 2 film 92 is taper-etched halfway using the resist 93 as a mask. In this etching, only the above-mentioned conditions are required, and the conditions of and are not required.

次いで、第14図(c)に示す如く、再びレジスト93を
マスクにSiO2膜92を最後までテーパエッチングする。こ
のエッチングでは、先のエッチングよりもテーパ角度が
大きくなる条件であればよく、例えば基板温度を上げて
エッチングする。基板温度を上げる代わりにガスの圧力
を低くしてもよい。なお、この2回目のエッチングで
は、テーパ角度が90度になってもよい。
Then, as shown in FIG. 14C, the SiO 2 film 92 is taper-etched to the end using the resist 93 as a mask again. This etching may be performed under the condition that the taper angle is larger than that of the previous etching. For example, the substrate temperature is raised and etching is performed. Instead of raising the substrate temperature, the gas pressure may be lowered. The taper angle may be 90 degrees in the second etching.

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、容器内に導入する反応性ガスはCHF3
限るものではなく、少なくともC,F及びH元素を含有す
るガスであればよく、CH22やCF4+H2等を用いること
が可能である。この場合も、テーパが形成されるメカニ
ズムは実施例と同様であるので、エッチング条件は,
,式を満たす範囲とすればよい。また、被エッチン
グ材料はシリコン酸化膜に限定されるものではなく、上
記のガスでエッチングされるものであれば適用可能であ
る。具体的には、ポリシリコンのエッチングに適用する
場合、Cl2+CHF3、Alのエッチングに適用する場合、Cl2
+BCl3+CHF3を用いればよい。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, the reactive gas introduced into the container is not limited to CHF 3 , but any gas containing at least C, F and H elements can be used, and CH 2 F 2 or CF 4 + H 2 can be used. Is. In this case as well, the mechanism of forming the taper is the same as that of the embodiment, so the etching conditions are
, The range should satisfy the formula. The material to be etched is not limited to the silicon oxide film, but any material that can be etched with the above gas can be applied. Specifically, when applied to etching polysilicon, Cl 2 + CHF 3 , and when applied to Al etching, Cl 2
+ BCl 3 + CHF 3 may be used. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、基板上の薄膜を
テーパ状にエッチングすることが可能であり、エッチン
グ形状を制御することができる。また、テーパ状にエッ
チングすることにより側壁への付着物はなく、さらにエ
ッチングした溝への金属膜の埋め込みは良好なステップ
カバーレッジを得ることができる。
[Effect of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, a thin film on a substrate can be etched in a tapered shape, and the etching shape can be controlled. In addition, since the etching is performed in a taper shape, there is no deposit on the side wall, and further, the step coverage can be obtained by embedding the metal film in the etched groove.

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

第1図乃至第3図は本発明方法を実施するために用いた
ドライエッチング装置を示す概略構成図、第4図乃至第
13図は本発明の一実施例方法を説明するためのもので、
第4図は基板温度とエッチング速度との関係を示す特性
図、第5図はガス圧力とエッチング速度との関係を示す
特性図、第6図はコンタクトホール形状を示す断面図、
第7図は磁界強度とエッチング速度との関係を示す特性
図、第8図は磁界強度とテーパ角との関係を示す特性
図、第9図は基板温度とテーパ角との関係を示す特性
図、第10図はテーパ角とガス圧力及び基板温度との関係
を示す特性図、第11図はテーパ角度を定義するための模
式図、第12図はコンタクトホールへのAl埋込み形状を示
す断面図、第13図はビアホール形状を示す断面図、第14
図は本発明の他の実施例方法を説明するための工程断面
図である。 61…ポリシリコン膜、62,72,82,92…SiO2膜、63,93…レ
ジスト、64…重合膜、71,91…Si基板、73…コンタクト
ホール、74,81…Al膜、83…ビアホール、84…堆積物。
1 to 3 are schematic configuration diagrams showing a dry etching apparatus used for carrying out the method of the present invention, and FIGS. 4 to 4.
FIG. 13 is for explaining one embodiment method of the present invention.
4 is a characteristic diagram showing the relationship between the substrate temperature and the etching rate, FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the gas pressure and the etching rate, and FIG. 6 is a sectional view showing the contact hole shape.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the magnetic field strength and the etching rate, FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the magnetic field strength and the taper angle, and FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the substrate temperature and the taper angle. Fig. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the taper angle and gas pressure and substrate temperature, Fig. 11 is a schematic diagram for defining the taper angle, and Fig. 12 is a sectional view showing the Al-filled shape in the contact hole. , FIG. 13 is a sectional view showing the shape of a via hole, FIG.
The drawings are process cross-sectional views for explaining a method of another embodiment of the present invention. 61 ... Polysilicon film, 62,72,82,92 ... SiO 2 film, 63,93 ... Resist, 64 ... Polymerized film, 71,91 ... Si substrate, 73 ... Contact hole, 74,81 ... Al film, 83 ... Beer hole, 84 ... Deposit.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被エッチング薄膜が形成された基板を反応
容器内に収容し、この容器内に少なくともC,F及びH元
素を含有する反応性ガスを導入し、このガスを活性化し
て基板上の薄膜を選択エッチングするドライエッチング
方法において、 前記薄膜のエッチング領域の開口幅をl、厚さをtとし
たとき、前記容器内のガス圧力P(Torr)と基板温度T
(℃)とが、 且つ T<80logP+240 の条件で定められる領域内でエッチングを行うことを特
徴とするドライエッチング方法。
1. A substrate on which a thin film to be etched is formed is housed in a reaction vessel, and a reactive gas containing at least C, F and H elements is introduced into the vessel, and this gas is activated to form a substrate on the substrate. In the dry etching method of selectively etching the thin film, the gas pressure P (Torr) in the container and the substrate temperature T are defined when the opening width of the etching region of the thin film is l and the thickness is t.
(℃) is In addition, a dry etching method is characterized in that etching is performed within a region defined by the condition of T <80logP + 240.
【請求項2】前記容器内のガス圧力P(Torr)と基板温
度T(℃)とが、 T≧80logP+160 の条件で定められる領域内でエッチングを行うことを特
徴とする請求項1記載のドライエッチング方法。
2. The dry process according to claim 1, wherein the gas pressure P (Torr) in the container and the substrate temperature T (° C.) perform etching within a region defined by the condition of T ≧ 80logP + 160. Etching method.
【請求項3】被エッチング薄膜が形成された基板を反応
容器内に収容し、この容器内に少なくともC,F及びH元
素を含有する反応性ガスを導入し、このガスを活性化し
て基板上の薄膜を選択エッチングするドライエッチング
方法において、 前記容器内のガス圧力P(Torr)と基板温度T(℃)と
が、 T1<80logP1+240 となる条件で前記薄膜を途中までエッチングし、次いで
T2>T1,P2=P1、T2=T1,P2<P1、又はT2>T1,P2<P1
の条件で最後までエッチングすることを特徴とするドラ
イエッチング方法。
3. A substrate on which a thin film to be etched is formed is housed in a reaction vessel, and a reactive gas containing at least C, F and H elements is introduced into the vessel, and this gas is activated to activate the gas on the substrate. In the dry etching method of selectively etching the thin film, the thin film is partially etched under the condition that the gas pressure P (Torr) in the container and the substrate temperature T (° C.) are T 1 <80logP 1 +240, and then
T 2 > T 1 , P 2 = P 1 , T 2 = T 1 , P 2 <P 1 , or T 2 > T 1 , P 2 <P 1
The dry etching method is characterized in that etching is performed to the end under the conditions of.
【請求項4】前記被エッチング薄膜はシリコン酸化膜で
あり、前記反応性ガスとしてCHF3ガスを用いたことを特
徴とする請求項1又は2記載のドライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein the thin film to be etched is a silicon oxide film, and CHF 3 gas is used as the reactive gas.
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