JPH09129614A - Manufacture of semiconductor device and semiconductor device manufacturing device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device and semiconductor device manufacturing device

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JPH09129614A
JPH09129614A JP30367595A JP30367595A JPH09129614A JP H09129614 A JPH09129614 A JP H09129614A JP 30367595 A JP30367595 A JP 30367595A JP 30367595 A JP30367595 A JP 30367595A JP H09129614 A JPH09129614 A JP H09129614A
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semiconductor device
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gas flow
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Kouji Eriguchi
浩二 江利口
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device, which reduces a dimensional conversion difference between the lower end of a projected part, which is formed by etching, and a mask and can control the dimensional conversion difference, and a semiconductor device manufacturing device. SOLUTION: A semiconductor wafer 10 with a part to be treated, which is coated with a resist film having a pattern which consists of the remaining part of the resist film and an aperture, is installed in a chamber 21, gas is introduced in the chamber 21 and a dry etching is performed to form respectively a projected part under the lower part of the remaining part of the resist film and a recess part under the lower part of the aperture. The relation between a dimensional conversion difference under a constant gas pressure and a gas flow rate is previously made into a data base to hold stored and the gas flow rate is controlled so that a dimensional conversion difference in a dry etching process becomes equal to a difference between the dimension of the remaining part of the resist film and the finished dimension of the part to be treated. Thereby, an irregularity in the dimension of the resist film is dissolved to make the accuracy of the finished dimension of the part to be etched enhance and an irregularity in the finihsed diemension is reduced.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及び半導体装置の製造装置に係り、特にドライエッ
チング工程の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly to improvement of a dry etching process.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体の製造工程において、ドライエッ
チングは、主として被加工物をパターニングする際に使
用される加工方法である。パターニングの代表的な工程
は、残存部と開口部とからなる所定のパターンを有する
レジスト膜を被加工物の上に形成するフォトリソグラフ
ィー工程と、このレジスト膜の開口部下方の被加工物を
除去するドライエッチング工程とからなる。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, dry etching is a processing method mainly used for patterning an object to be processed. A typical patterning process is a photolithography process in which a resist film having a predetermined pattern consisting of a remaining portion and an opening is formed on the object to be processed, and the object below the opening in the resist film is removed. And a dry etching step.

【0003】ここで、MOSFETのゲート電極のパタ
ーニング工程を例にとって説明する。図18(a)に示
すように、シリコン基板6上にゲート酸化膜となるシリ
コン酸化膜7と、ゲート電極となるポリシリコン膜4と
を順次堆積した後、その上にレジストを塗布してレジス
ト膜5を形成する。そして、フォトリソグラフィー工程
によってレジスト膜5に残存部と開口部とからなるパタ
ーンを形成する。このレジスト膜5をエッチングマスク
として、ポリシリコン膜4のドライエッチングを行う。
なお、同図(a)において、符号1は活性種、2はイオ
ン、3はエッチング生成物を示す。
Here, the patterning process of the gate electrode of the MOSFET will be described as an example. As shown in FIG. 18A, a silicon oxide film 7 to be a gate oxide film and a polysilicon film 4 to be a gate electrode are sequentially deposited on a silicon substrate 6, and then a resist is applied thereon to form a resist. The film 5 is formed. Then, a pattern including the remaining portion and the opening is formed on the resist film 5 by a photolithography process. Using the resist film 5 as an etching mask, the polysilicon film 4 is dry-etched.
In FIG. 1A, reference numeral 1 indicates active species, 2 indicates ions, and 3 indicates etching products.

【0004】その際、レジスト膜5の開口部下方のポリ
シリコン膜に凹部9が形成され、レジスト膜5の残存部
下方のポリシリコン膜4に凸部8が形成される。また、
図18(a)に示す凸部8には、隣接する凸部との間の
距離が大きい孤立した凸部8a(以下、孤立凸部とい
う)と、各凸部間の距離が小さい密集した凸部8b(以
下、密集凸部という)があり、同様に、各凸部8a,8
bの両側には孤立凹部9aと密集凹部9bとがある。そ
して、レジスト膜5の開口部下方のポリシリコン膜4を
すべて除去することにより、各凸部8a,8bがゲート
電極となり、これによってゲート電極のパターニングが
終了する。エッチャントとして反応性ガスを用いるドラ
イエッチングは、被加工物の除去によって形成される凸
部8a,8bの側壁に、被加工物とエッチングガスとの
反応やエッチングガスの分解等によって生じるエッチン
グ生成物を付着させて、横方向へのエッチングの進行を
妨げることにより、専ら下方へのエッチング作用のみを
発揮させるいわゆる異方性エッチングを行うことができ
る。このような異方性エッチングによって、ほぼ垂直な
側壁を有する凸部8a,8bを形成することができ、凸
部8a,8bの横方向寸法をレジスト膜5の残存部の横
方向寸法にほぼ一致させることができるので、現在で
は、ドライエッチングは半導体の微細加工において必要
不可欠な技術となっている。
At this time, a concave portion 9 is formed in the polysilicon film below the opening of the resist film 5, and a convex portion 8 is formed in the polysilicon film 4 below the remaining portion of the resist film 5. Also,
The convex portions 8 shown in FIG. 18A include isolated convex portions 8a having a large distance between adjacent convex portions (hereinafter referred to as isolated convex portions) and dense convex portions having a small distance between the convex portions. There is a portion 8b (hereinafter referred to as a dense convex portion), and similarly, each convex portion 8a, 8
There are isolated recesses 9a and dense recesses 9b on both sides of b. Then, by removing all of the polysilicon film 4 below the opening of the resist film 5, each of the protrusions 8a and 8b becomes a gate electrode, whereby the patterning of the gate electrode is completed. Dry etching using a reactive gas as an etchant causes etching products generated by the reaction between the workpiece and the etching gas, the decomposition of the etching gas, or the like on the sidewalls of the protrusions 8a and 8b formed by removing the workpiece. By adhering and blocking the progress of etching in the lateral direction, so-called anisotropic etching can be performed in which only the downward etching action is exerted. By such anisotropic etching, the protrusions 8a and 8b having substantially vertical sidewalls can be formed, and the lateral dimension of the protrusions 8a and 8b substantially matches the lateral dimension of the remaining portion of the resist film 5. Therefore, dry etching is now an indispensable technique in fine processing of semiconductors.

【0005】ところで、近年、半導体装置の微細化技術
が進むにつれて、フォトリソグラフィー工程及びドライ
エッチング工程を含むパターニング工程において、マス
ターパターンと被加工物のパターンとの間に生じる寸法
変換差(CDゲイン(Critical Dimension Gain )又は
CDロス(Critical Dimension Loss ))が問題となっ
ている。フォトリソグラフィー工程ではレジスト膜が被
加工物であるので、寸法変換差とは、レチクルのパター
ンとレジスト膜のパターンとの寸法差である。ドライエ
ッチングにおける寸法変換差とは、レジスト膜のパター
ンとドライエッチング後の被加工物のパターンとの寸法
差であり、具体的には、レジスト膜の残存部と被加工物
に形成される凸部の下端部との横方向寸法差である。こ
のような寸法変換差を生ぜしめる主な要因としては、 1)フォトリソグラフィー工程:ポストベーク時でのパ
ターン用のレジスト材料の熱的な伸縮・膨脹や露光時の
焦点のずれ等による解像の違い 2)ドライエッチング工程:エッチング中に凸部の側壁
の付着物が過剰であることによって生じる凸部の下端部
寸法の増大や、凸部の側壁の付着部が過少なためにサイ
ドエッチングが進むことによって生じる凸部の下端部寸
法の減小などがある。
By the way, in recent years, as the miniaturization technology of semiconductor devices has progressed, in the patterning process including the photolithography process and the dry etching process, a dimensional conversion difference (CD gain (CD gain ( Critical Dimension Gain) or CD loss (Critical Dimension Loss)) is a problem. Since the resist film is a workpiece in the photolithography process, the dimension conversion difference is the dimension difference between the reticle pattern and the resist film pattern. The dimensional conversion difference in dry etching is the dimensional difference between the pattern of the resist film and the pattern of the workpiece after dry etching, and specifically, the remaining portion of the resist film and the convex portion formed on the workpiece. Is the lateral dimension difference from the lower end of the. The main factors that cause such a dimensional conversion difference are as follows: 1) Photolithography process: thermal expansion / expansion of the resist material for a pattern during post-baking, and resolution due to a focus shift during exposure. Difference 2) Dry etching step: Side etching progresses due to an increase in the size of the lower end of the convex portion caused by an excessive amount of deposits on the side wall of the convex portion during etching, and an excessive amount of the adhered portion on the side wall of the convex portion. There is a decrease in the size of the lower end of the convex portion caused by the above.

【0006】まず、ドライエッチングにおける寸法変換
差について説明する。例えば、従来のRIE(Reactive
Ion Etching )によるポリシリコン膜のエッチング
では、特にHBrガスを使用すると寸法変換差が発生し
易いことが知られている。特に、図18(a)に示す凸
部8のうち孤立凸部8aでは密集凸部8bよりも寸法変
換差が大きい。例えば、ゲート長0.5μm程度に対応
するポリシリコン膜のパターニングの際、孤立凸部8a
では、図18(b)に示すように、レジスト膜の残存部
の幅W1 に対する凸部8aの下端部の幅W2 の寸法増大
量が0.05μm程度となり、密集凸部8bでは、図1
8(c)に示すように、レジスト膜5の残存部の幅W1
に対する凸部8bの下端部の幅W2 の寸法増大量はほぼ
0.00μmとなる傾向がある(つまり、0.005μ
mよりも小さい)。一般的に、1つの半導体装置内に
は、トランジスタが密集したメモリセルアレイ等と各ト
ランジスタが孤立した周辺回路等とが混在しているの
で、トランジスタの存在場所によって、ゲート等のマス
クからの寸法変換差がばらつくことになる。その結果、
例えば周辺回路内のMOSFETのゲート長の精度が悪
化するので、デバイスの電気特性のばらつきや歩留りに
問題が生じていた。
First, the dimensional conversion difference in dry etching will be described. For example, conventional RIE (Reactive
It is known that in the etching of a polysilicon film by Ion Etching), a dimensional conversion difference is likely to occur particularly when HBr gas is used. In particular, in the convex portion 8 shown in FIG. 18A, the isolated convex portion 8a has a larger dimensional conversion difference than the dense convex portion 8b. For example, when patterning a polysilicon film corresponding to a gate length of about 0.5 μm, the isolated protrusion 8a is formed.
Then, as shown in FIG. 18B, the dimension increase amount of the width W2 of the lower end portion of the convex portion 8a with respect to the width W1 of the remaining portion of the resist film is about 0.05 μm, and in the dense convex portion 8b, as shown in FIG.
As shown in FIG. 8 (c), the width W1 of the remaining portion of the resist film 5
The amount of increase in the width W2 of the lower end of the convex portion 8b tends to be about 0.00 μm (that is, 0.005 μm).
smaller than m). Generally, in one semiconductor device, a memory cell array having densely packed transistors and a peripheral circuit having isolated transistors are mixed. Therefore, the size conversion from a mask such as a gate is performed depending on the location of the transistor. The difference will vary. as a result,
For example, since the accuracy of the gate length of the MOSFET in the peripheral circuit is deteriorated, there have been problems in variations in the electrical characteristics of the device and in the yield.

【0007】このような大きな寸法変換差の発生を防止
すべく、ドライエッチング工程では、HBrを使用しな
いプロセスも行われている。例えば高真空エッチャー
(電子サイクロトロン共鳴を利用したECRや、ヘリコ
ン波を利用したプラズマソースなど)が導入され、寸法
変換差を低減することが試みられてきた。
In order to prevent the occurrence of such a large dimensional conversion difference, a process not using HBr is also performed in the dry etching process. For example, a high vacuum etcher (ECR using electron cyclotron resonance, plasma source using helicon wave, etc.) has been introduced, and attempts have been made to reduce the size conversion difference.

【0008】一方、フォトリソグラフィー技術において
は、寸法変換差を低減する1つの方法として、露光用光
源の短波長化や光学系の機械的精度の改善がある。現
在、露光用光源の波長と同じ程度の加工精度が得られる
程度にまで、機械的精度が向上している。例えば0.3
5μmルールのデバイスに対して、現状の標準的な加工
精度は、i線露光によれば約±0.04μm程度であ
る。
On the other hand, in the photolithography technique, as one method of reducing the dimensional conversion difference, there is a shortening of the wavelength of the exposure light source and improvement of the mechanical accuracy of the optical system. At present, the mechanical accuracy has been improved to the extent that processing accuracy equivalent to the wavelength of the exposure light source can be obtained. For example 0.3
For a device with a 5 μm rule, the current standard processing accuracy is about ± 0.04 μm according to i-line exposure.

【0009】また、フォトリソグラフィー工程における
寸法変換差も、パターンの種類によってばらつくことが
知られている。一般に、孤立凸部における寸法変換差の
方が、密集凸部における寸法変換差よりも大きい。フォ
トレジスト工程において生じる寸法変換差に対しては、
これまでフォトリソグラフィー工程における寸法変換差
を予め考慮してフォトリソグラフィー用のレチクルパタ
ーンのサイズを縮小しておくことによって、ある程度寸
法変換差を解消するようにしている。
It is also known that the dimensional conversion difference in the photolithography process also varies depending on the type of pattern. Generally, the dimensional conversion difference in the isolated convex portion is larger than the dimensional conversion difference in the dense convex portion. For the dimension conversion difference that occurs in the photoresist process,
Up to now, the size conversion difference in the photolithography process has been taken into consideration in advance to reduce the size of the reticle pattern for photolithography, thereby eliminating the size conversion difference to some extent.

【0010】さらに、米国をはじめ、国内各社は、将来
の半導体製造工場の形態が、各々の製造プロセスをコン
ピューター管理により制御する形態が主流となると予想
し、実際にその形態を実現する試みもなされている。す
なわち、各製造プロセスにおける被加工物の基本特性を
向上させるだけではなく、ウエハ一枚一枚を管理するこ
とにより、将来の半導体事業に要望されている多品種少
量生産に対応するためである。したがって、ウエハ間の
寸法変換差のばらつきを管理することにより、デバイス
特性のばらつきを低減することが重要視されつつある。
また、各プロセスを制御し、ウエハ毎の情報を管理し、
個々の製品の特性のばらつきをできるだけ抑制して、均
一な性能をもった製品を製造する試みもなされている。
Furthermore, domestic companies, including the United States, anticipate that the form of future semiconductor manufacturing plants will be the form in which each manufacturing process is controlled by computer management, and attempts are being made to actually realize that form. ing. That is, not only is it necessary to improve the basic characteristics of the work piece in each manufacturing process, but also to manage the individual wafers so as to meet the high-mix low-volume production demanded in the future semiconductor business. Therefore, it is becoming important to reduce the variation in device characteristics by managing the variation in dimensional conversion difference between wafers.
It also controls each process, manages information for each wafer,
Attempts have also been made to manufacture products with uniform performance by suppressing variations in the characteristics of individual products as much as possible.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ド
ライエッチング工程やフォトリソグラフィー工程におい
ては、以下のような問題があった。
However, the dry etching process and the photolithography process have the following problems.

【0012】ドライエッチング工程においては、高真空
エッチャー等でも、現実には、孤立凸部の寸法変化差が
大きくなり、孤立凸部と密集凸部との間における寸法変
換差のばらつきが生じており、現在の技術ではこのよう
な寸法変換差のばらつきの解消は困難である。今後、さ
らに微細化が進むと、寸法変換差のばらつきは、歩留り
低下をもたらす主原因の一つになると予想されるが、以
上のように、従来のRIEタイプのエッチャーはもとよ
り高真空エッチャーにおいても寸法変換差のばらつきを
抑制することは非常に困難であった。
In the dry etching process, even with a high vacuum etcher or the like, in reality, the dimensional change difference between the isolated convex portions becomes large, and the dimensional conversion difference between the isolated convex portions and the dense convex portions varies. With the current technology, it is difficult to eliminate such variation in dimensional conversion difference. With further miniaturization in the future, it is expected that the variation in the dimensional conversion difference will be one of the main causes of lowering the yield, but as described above, not only in the conventional RIE type etcher but also in the high vacuum etcher. It was very difficult to suppress the variation in dimensional conversion difference.

【0013】また、トランジスタの所望の特性を得るた
めに、エッチングにより形成される凸部例えばゲート電
極等の断面形状を自由に制御することが今後重要になる
と予想されるが、ドライエッチングにより形成される被
加工物の断面形状の制御は極めて困難であった。
In order to obtain desired characteristics of the transistor, it is expected that it will be important in the future to freely control the cross-sectional shape of the convex portion formed by etching, such as the gate electrode, but it is formed by dry etching. It was extremely difficult to control the cross-sectional shape of the workpiece.

【0014】一方、フォトリソグラフィー工程において
は、露光光の短波長化も限界に近付き、機械的精度例え
ばレンズの精度や部品の位置決め精度なども限界に近づ
いている。したがって、それほど大幅な加工精度の向上
は困難な現状にある。加えて、上述のごとくレチクルパ
ターンの縮小等によって寸法変換差を低減できたとして
も、フォトリソグラフィー工程においてもウエハ間にお
ける寸法変換差のばらつきが生じる。この寸法変換差の
ばらつきが生じていることは認識されているものの、フ
ォトリソグラフィー技術におけるウエハ間の寸法変換差
のばらつきは、機械的な制約からの部分が大きく、根本
的に解消することは困難である。一方、デバイスのサイ
ズの微細化にともない、従来では問題にならなかった程
度の寸法変換差のばらつきが問題となってきている。
On the other hand, in the photolithography process, shortening the wavelength of exposure light is approaching its limit, and mechanical precision such as lens precision and component positioning precision is approaching its limit. Therefore, it is currently difficult to significantly improve the processing accuracy. In addition, even if the dimensional conversion difference can be reduced by reducing the reticle pattern or the like as described above, the dimensional conversion difference varies among wafers even in the photolithography process. Although it is recognized that the variation in the dimensional conversion difference occurs, the variation in the dimensional conversion difference between the wafers in the photolithography technology is largely due to mechanical restrictions, and it is difficult to eliminate it fundamentally. Is. On the other hand, with the miniaturization of the device size, the variation in the dimensional conversion difference, which has not been a problem in the past, has become a problem.

【0015】そこで、仮に、ウエハレベルでの情報管理
を行ない、フォトリソグラフィー工程でのウエハ毎の寸
法変換差の情報に基づいて、ドライエッチング工程での
寸法変換差を制御し、できるだけ最終的な寸法変換差
を、ウエハ間で一定になるようにできれば、均一な特性
をもったデバイスを製造することができる。あるいは、
上記した、フォトリソグラフィー用マスクの縮小などに
より、孤立凸部と密集凸部の仕上がりサイズを同じ程度
にすることも可能になる。
Therefore, temporarily, information management is performed at the wafer level, and the dimension conversion difference in the dry etching process is controlled based on the information of the dimension conversion difference for each wafer in the photolithography process to obtain the final dimension as much as possible. If the conversion difference can be made constant between wafers, devices having uniform characteristics can be manufactured. Or,
By reducing the size of the photolithography mask as described above, it is possible to make the finished sizes of the isolated convex parts and the dense convex parts to be about the same.

【0016】すなわち、フォトリソグラフィー工程での
寸法変換差とドライエッチング工程での寸法変換差の
“和”を一定にすることにより、最終的なウエハ間の寸
法変換差の“ばらつき”を低減することができる。
That is, by keeping the "sum" of the dimension conversion difference in the photolithography process and the dimension conversion difference in the dry etching process constant, the "variation" of the final dimension conversion difference between wafers can be reduced. You can

【0017】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、フォトリソグラフィー工程で発生し
た寸法変換差とドライエッチング工程の寸法変換差との
和、つまりエッチングマスク形成用レチクルのマスター
パターンと最終的な被加工物のパターンとの間の寸法変
換差が一定となるように、ドライエッチング工程での寸
法変換差を制御することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is a sum of a dimension conversion difference generated in a photolithography process and a dimension conversion difference in a dry etching process, that is, an etching mask forming reticle. The purpose is to control the dimensional conversion difference in the dry etching process so that the dimensional conversion difference between the master pattern and the final pattern of the workpiece is constant.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(寸法変換差の発生メカニズムの解明)まず、発明の実
施の過程において解明された寸法変換差の発生のメカニ
ズムについて説明する。
(Elucidation of Mechanism of Generation of Dimensional Change) First, the mechanism of generation of difference of dimensional conversion clarified in the process of carrying out the invention will be described.

【0019】一般に、ドライエッチングの過程におい
て、プラズマ化されたガスと被エッチング部の分解物と
の反応等によってエッチング生成物が生じる。そして、
このエッチング生成物が凹部の側部に付着して、側部の
エッチングが進行するのを適度に妨げることで、適正な
異方性エッチングが行われる。しかし、特に、被エッチ
ング部の各凸部が互いに孤立した部分では、凸部の下端
部がエッチングマスクの残存部の幅よりも広くなる現象
が生じやすい。これは、各凸部間の距離つまり凹部の幅
が広いので凹部で発生するエッチング生成物が多くな
り、過度に多くのエッチング生成物が側壁に付着しエッ
チングの妨害作用が強すぎる結果を招くと考えられる。
このような寸法変換差のばらつきが生じるメカニズムに
ついて、本発明の過程において解明された点を上記図1
8(a)〜(c)を参照しながら説明する。
Generally, in the course of dry etching, an etching product is generated due to a reaction between a gas turned into plasma and a decomposed product in the portion to be etched. And
By adhering the etching products to the side portions of the concave portions and appropriately preventing the etching of the side portions from proceeding, proper anisotropic etching is performed. However, in particular, in a portion where the respective convex portions of the etched portion are isolated from each other, the phenomenon that the lower end portion of the convex portion becomes wider than the width of the remaining portion of the etching mask is likely to occur. This is because the distance between each convex portion, that is, the width of the concave portion is large, so that the amount of etching products generated in the concave portions is large, and an excessively large amount of etching products adheres to the side wall, resulting in an excessively disturbing etching effect. Conceivable.
Regarding the mechanism of such variation in the dimensional conversion difference, the points elucidated in the process of the present invention are shown in FIG.
A description will be given with reference to 8 (a) to 8 (c).

【0020】図18(a)に示すように、一般的に、凹
部9では活性種1が被エッチング部であるポリシリコン
膜4に付着し、イオン2が入射して、その運動エネルギ
ーにより反応が促進されてエッチングが進行する。とこ
ろが、エッチングによって生成されるエッチング生成物
3の凸部8の側壁への付着量は、孤立凸部8aと密集凸
部8bとでは異なる。つまり、孤立凸部8aの両側の孤
立凹部9aの幅は広いので、エッチングされる領域の面
積も広く、孤立凸部8aの側壁に付着するエッチング生
成物3の量が多くなる。その結果、側壁を保護する堆積
物の膜厚が大きくなり、横方向へのエッチングを妨害す
る作用が大きくなる。したがって、孤立凸部8aにおい
ては、図18(b)に示すように、孤立凸部8aの下端
部の幅W2 がレジスト膜5の残存部の寸法つまり孤立凸
部8aの上端部の幅W1 よりも大きくなる。一方、密集
凸部8b間の密集凹部9bの幅は狭いので、エッチング
される領域の面積も小さく、各密集凸部8bの側壁に付
着するエッチング生成物の量が少なくなる。その結果、
側壁方向へのエッチング作用を妨害する作用が小さくな
る。したがって、図18(c)に示すように、密集凸部
8bの下端部の幅W1 が上端部の寸法W1 よりもほとん
ど増大することがない。このようにして、孤立凸部8a
の寸法変換差は、密集凸部8bの寸法変換差より大きく
なる。
As shown in FIG. 18A, generally, in the recess 9, the active species 1 are attached to the polysilicon film 4 which is the portion to be etched, the ions 2 are incident, and the reaction is caused by the kinetic energy. Etching is promoted and progresses. However, the adhesion amount of the etching product 3 generated by etching to the side wall of the convex portion 8 is different between the isolated convex portion 8a and the dense convex portion 8b. That is, since the widths of the isolated concave portions 9a on both sides of the isolated convex portion 8a are large, the area of the region to be etched is also large, and the amount of the etching product 3 attached to the sidewall of the isolated convex portion 8a is large. As a result, the film thickness of the deposit that protects the side wall becomes large, and the effect of disturbing the lateral etching becomes large. Therefore, in the isolated convex portion 8a, as shown in FIG. 18B, the width W2 of the lower end portion of the isolated convex portion 8a is smaller than the size of the remaining portion of the resist film 5, that is, the width W1 of the upper end portion of the isolated convex portion 8a. Also grows. On the other hand, since the width of the dense concave portions 9b between the dense convex portions 8b is narrow, the area of the region to be etched is small, and the amount of etching products attached to the side wall of each dense convex portion 8b is small. as a result,
The effect of disturbing the etching effect in the side wall direction is reduced. Therefore, as shown in FIG. 18 (c), the width W1 of the lower end portion of the dense convex portion 8b is hardly larger than the dimension W1 of the upper end portion. In this way, the isolated convex portion 8a
The dimensional conversion difference is larger than the dimensional conversion difference of the dense convex portions 8b.

【0021】以上のメカニズムによって、1つのチップ
内に配置されるトランジスタ等のデバイスにおいて、寸
法変換差のばらつきが発生してしまうと推測される。
It is presumed that the above mechanism causes variations in dimensional conversion difference in devices such as transistors arranged in one chip.

【0022】(各請求項が講じた手段)上記寸法変化差
のばらつきの発生のメカニズムに着目し、本発明では、
凸部の断面形状を制御するとともに、フォトリソグラフ
ィー工程におけるエッチングマスク寸法のばらつきに対
応した寸法変換差をドライエッチング工程で生ぜしめる
ことにより、被エッチング部の仕上がり寸法の精度を向
上させ、かつ仕上がり寸法のばらつきを解消すべく、請
求項1〜17に記載される手段を講じている。
(Means taken by each claim) Focusing on the mechanism of occurrence of the variation in the dimensional change difference, the present invention
By controlling the cross-sectional shape of the convex portion and creating a dimensional conversion difference corresponding to the variation of the etching mask dimension in the photolithography process in the dry etching process, the precision of the finished dimension of the etched portion is improved and the finished dimension is improved. The measures described in claims 1 to 17 are taken in order to eliminate the variation.

【0023】本発明の半導体装置の製造方法は、請求項
1に記載されるように、半導体ウエハの被エッチング部
の上にエッチングマスクを形成するフォトリソグラフィ
ー工程と、上記エッチングマスクの残存部の横方向寸法
を測定する工程と、上記測定結果に基づき上記反応室内
のガスの圧力及び流量を決定する工程と、上記半導体ウ
エハを反応室内に設置し、上記反応室内にエッチング用
ガスを導入する工程と、上記ガスを用いてドライエッチ
ングを行い、上記被エッチング部における上記エッチン
グマスクの残存部下方には凸部を上記エッチングマスク
の開口部下方には凹部をそれぞれ形成する工程とを備
え、上記ドライエッチングを行う工程では、上記ガスの
圧力と流量とを決定する工程で決定された条件に従いガ
スの圧力と流量とを調整することにより、上記ドライエ
ッチングにより発生するエッチング生成物の上記凹部外
への排出割合と上記凸部側壁への付着割合とを制御し
て、上記凸部の下端部と上記エッチングマスクの上記残
存部との間における横方向寸法差である寸法変換差を所
定範囲に収める方法である。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, as described in claim 1, a photolithography step of forming an etching mask on a portion to be etched of a semiconductor wafer and a lateral portion of the remaining portion of the etching mask. A step of measuring the directional dimension, a step of determining the pressure and flow rate of the gas in the reaction chamber based on the measurement result, a step of installing the semiconductor wafer in the reaction chamber, and introducing an etching gas into the reaction chamber. The step of performing dry etching using the gas to form a convex portion below the remaining portion of the etching mask in the etched portion and a concave portion below the opening portion of the etching mask. In the step of performing, the gas pressure and flow rate are set according to the conditions determined in the step of determining the gas pressure and flow rate. By adjusting the discharge ratio of the etching product generated by the dry etching to the outside of the concave portion and the adhesion ratio to the side wall of the convex portion, the lower end of the convex portion and the remaining of the etching mask This is a method of keeping the dimensional conversion difference, which is the lateral dimensional difference between the parts, within a predetermined range.

【0024】請求項1のようにガス圧力とガス流量とを
制御することにより、被エッチング部の寸法変換差を制
御できる。この機構は解明されていないが、下記の作用
によるものと推測される。
By controlling the gas pressure and the gas flow rate as in the first aspect, the dimensional conversion difference of the etched portion can be controlled. Although this mechanism has not been clarified, it is presumed to be due to the following actions.

【0025】ガスの圧力を増大させた場合、図1(a)
に示す活性種1及びエッチング生成物3の平均自由行程
λ(λはおもにエッチング圧力pにより決定される。)
が、反応室の寸法d(あるいはウエハサイズ)に比べて
十分小さくなり(例えば、P=100mTorr、d=
20cmなど)、ガスの流れは、粘性流と呼ばれる領域
になる。このとき、中性ガスは、エッチング生成物が凸
部の側壁に付着しようとする際の抵抗として作用する。
さらに、ガス圧力とガス流量とが大きくなると、凹部9
に強い乱流が生じエッチング生成物が側壁に付着するの
を妨げる作用が強くなる。以上の2つの作用により、ガ
スの圧力及び流量が増大すると、エッチング生成物の凸
部側壁への付着割合が減小する。
When the pressure of the gas is increased, as shown in FIG.
The mean free path λ of the active species 1 and the etching product 3 shown in (where λ is mainly determined by the etching pressure p).
Is sufficiently smaller than the reaction chamber dimension d (or wafer size) (for example, P = 100 mTorr, d =
20 cm), the flow of gas becomes a region called viscous flow. At this time, the neutral gas acts as a resistance when the etching product tries to adhere to the side wall of the convex portion.
Further, when the gas pressure and the gas flow rate increase, the recess 9
A strong turbulence is generated in the side wall, and the effect of preventing the etching products from adhering to the side wall becomes stronger. When the gas pressure and flow rate increase due to the above two actions, the rate of adhesion of etching products to the sidewalls of the protrusions decreases.

【0026】また、ガス圧力が高くなると単位体積当た
りのガスの重量が大きくなる(粘性が大きくなる)の
で、エッチング生成物の輸送効率が高くなり、エッチン
グ生成物を上方の空間に排出させる作用が大きくなる。
つまり、凸部の側壁の保護に寄与するエッチング生成物
3粒子は、バルクのガスの流速に引きこまれて排出され
る。加えて、反応室内では、流れがほとんどなく静圧状
態である凹部の底部付近や側壁付近に対してガスが流れ
る上方の空間が負圧になるが、ガス流量が大きくなると
負圧と正圧との圧力差が大きくなるので、エッチング生
成物の排出が促進される。すなわち、ガスの圧力又は流
量が増大すると、以上の作用と強い乱流の発生による作
用とによって、エッチング生成物3の上方空間への排出
割合が大きくなる。
Further, as the gas pressure increases, the weight of the gas per unit volume increases (viscosity increases), so that the transport efficiency of the etching product is increased and the action of discharging the etching product to the upper space is achieved. growing.
That is, the three particles of the etching product, which contribute to the protection of the sidewall of the convex portion, are drawn into the bulk gas flow rate and discharged. In addition, in the reaction chamber, a negative pressure is generated in the space above the bottom of the recess where there is almost no flow and in the static pressure state, and near the side wall, but negative pressure and positive pressure occur when the gas flow rate increases. Since the pressure difference between the two becomes large, discharge of etching products is promoted. That is, when the pressure or flow rate of the gas increases, the discharge ratio of the etching product 3 to the upper space increases due to the above-described effects and the effects due to the generation of strong turbulence.

【0027】また、以上の逆の作用として、ガスの圧力
または流量を低減することにより、エッチング生成物3
の凸部側壁への付着割合が増大する。
Further, as a reverse action of the above, the etching product 3 is reduced by reducing the gas pressure or flow rate.
The adhesion ratio of the to the side wall of the convex portion increases.

【0028】したがって、ガスの圧力と流量とを制御す
ることによって、以上の各作用のいずれかが主となり各
作用が互いに関連しあって、エッチング生成物の上方空
間への排出割合と側壁への付着割合とを制御することが
可能となる。さらに、エッチングマスクの寸法と被エッ
チング部の最終寸法との差を考慮して、ドライエッチン
グにおける寸法変換差を制御することが可能となり、被
エッチング部の最終仕上がり精度が向上する。
Therefore, by controlling the pressure and flow rate of the gas, any one of the above-mentioned respective actions is predominant and the respective actions are related to each other, and the discharge ratio of the etching product to the upper space and the side wall. It becomes possible to control the adhesion ratio. Further, it becomes possible to control the dimensional conversion difference in dry etching in consideration of the difference between the dimensions of the etching mask and the final dimension of the etched portion, and the final finish accuracy of the etched portion is improved.

【0029】すなわち、エッチングマスクを形成するフ
ォトリソグラフィー工程において、レチクル寸法とエッ
チングマスク寸法との差つまり寸法変換差のウエハ間の
ばらつきは、統計的ばらつきを含んでいる。それは、一
般に正規分布をなしている。その正規分布の中心値が、
一般に言われるフォトリソグラフィー工程での平均的な
寸法変換差である。一方、ドライエッチング工程におい
ても、レジストパターン寸法とエッチング後寸法の差、
すなわち寸法変換差のウエハ間のばらつきも、統計的な
ばらつきを含んでいる。それは同様に正規分布で与えら
れる。
That is, in the photolithography process for forming an etching mask, the difference between the reticle size and the etching mask size, that is, the size conversion difference between wafers includes statistical variations. It generally has a normal distribution. The center value of the normal distribution is
It is an average dimensional conversion difference in the photolithography process generally called. On the other hand, even in the dry etching process, the difference between the resist pattern dimension and the dimension after etching,
That is, the variation in dimensional conversion difference between wafers also includes statistical variation. It is also given with a normal distribution.

【0030】したがって、フォトリソグラフィー工程と
ドライエッチング工程とを何の関連をもたせることなく
行っていた従来の半導体装置の製造方法では、被エッチ
ング部の仕上がり寸法の平均値は、それぞれの工程の寸
法変換差の和だけ所望寸法よりもずれることになる。ま
た、被エッチング部の仕上がり寸法のばらつき(ウエハ
間のばらつき)は、統計学上、フォトリソグラフィー工
程及びドライエッチング工程における寸法変換差のばら
つきが重畳した大きなバラツキとなる。
Therefore, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device in which the photolithography process and the dry etching process are performed without any relation, the average value of the finished dimensions of the etched portion is the dimension conversion of each step. It will deviate from the desired size by the sum of the differences. Further, variations in the finished dimensions of the portions to be etched (variations between wafers) are statistically statistically large variations in which variations in dimensional conversion differences in the photolithography process and the dry etching process are superimposed.

【0031】それに対し、この方法では、フォトリソグ
ラフィーにおいて生じた寸法変換差を是正するようにド
ライエッチング工程における寸法変換差が制御されるの
で、被エッチング部の仕上がり寸法の平均値が所望の寸
法にほぼ一致する。また、フォトリソグラフィー工程に
おいて生じたエッチングマスクの寸法のばらつきを解消
するようにドライエッチング工程における寸法変換差が
制御されるので、被エッチング部の仕上がり寸法のばら
つきが低減されることになる。被エッチング部の仕上が
り寸法の平均値が所望の寸法にほぼ一致する。また、フ
ォトリソグラフィー工程において生じたエッチングマス
クの寸法のばらつきを解消するようにドライエッチング
工程における寸法変換差が制御されるので、被エッチン
グ部の仕上がり寸法のばらつきが低減されることにな
る。
On the other hand, in this method, the dimensional conversion difference in the dry etching process is controlled so as to correct the dimensional conversion difference generated in photolithography, so that the average value of the finished dimensions of the etched portion becomes a desired dimension. Almost match. Further, since the dimensional conversion difference in the dry etching process is controlled so as to eliminate the variation in the dimensions of the etching mask generated in the photolithography process, the variation in the finished dimensions of the etched portion is reduced. The average value of the finished dimensions of the etched portion substantially matches the desired dimension. Further, since the dimensional conversion difference in the dry etching process is controlled so as to eliminate the variation in the dimensions of the etching mask generated in the photolithography process, the variation in the finished dimensions of the etched portion is reduced.

【0032】請求項2に記載されるように、請求項1の
半導体装置の製造方法において、上記ドライエッチング
を行う工程では、予め上記反応室内のガスの圧力を一定
とし、上記ガス流量を外部パラメータとして上記ガス流
量を調整することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, in the step of performing the dry etching, the pressure of the gas in the reaction chamber is made constant and the gas flow rate is set as an external parameter. As a result, the gas flow rate can be adjusted.

【0033】この方法により、圧力の制御よりも流量の
制御の方が容易かつ正確に行えることから、反応室内の
ガスの状態を被エッチング部の所望の仕上がり寸法を得
るために必要な状態に制御することが容易となる。
With this method, the flow rate can be controlled more easily and more accurately than the pressure control. Therefore, the gas state in the reaction chamber can be controlled to a state necessary for obtaining the desired finished dimension of the etched portion. It becomes easy to do.

【0034】請求項3に記載されるように、請求項1又
は2の半導体の製造方法において、上記エッチングマス
クの残存部の寸法を測定する工程と,上記ガスの圧力及
び流量を決定する工程と、上記ドライエッチング工程に
おけるガスの流量の制御は、各ウエハごとに行うことが
できる。
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor according to the first or second aspect, the steps of measuring the size of the remaining portion of the etching mask, and determining the pressure and flow rate of the gas. The flow rate of gas in the dry etching step can be controlled for each wafer.

【0035】この方法により、被エッチング部の仕上が
り寸法のばらつきを低減しながら、各ウエハの履歴を考
慮したドライエッチングを行うことができ、多品種少量
生産に適した半導体装置の製造方法となる。
According to this method, it is possible to carry out dry etching in consideration of the history of each wafer while reducing the variation in the finished dimension of the portion to be etched, and it becomes a semiconductor device manufacturing method suitable for high-mix low-volume production.

【0036】請求項4に記載されるように、請求項2又
は3の半導体装置の製造方法において、上記ガス流量と
ガス圧力とを決定する工程では、一定のガス圧力下で上
記寸法変換差とガス流量とを双曲線関数で近似して、ガ
ス流量を決定することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second or third aspect, in the step of determining the gas flow rate and the gas pressure, the dimensional conversion difference and the dimensional conversion difference are maintained under a constant gas pressure. The gas flow rate can be approximated by a hyperbolic function to determine the gas flow rate.

【0037】この方法により、寸法変換差とガス流量と
の関係が双曲線関数で近似し得るという実験的事実に基
づいて、ドライエッチング時の適正なガス流量が極めて
迅速に決定されるので、製造工程の進行がスムーズとな
る。すなわち、本発明の過程において、実験的に、一定
のガス圧力下で、寸法変換差dとガス流量fとは、下記
の双曲線関数 (d−do )(f−fo )=A (do ,fo 及びAはガス圧力によって定まる定数)に
より近似できることが実験的に認められた。したがっ
て、予め、各被エッチング部の材種やガスの種類及び所
定のガス圧力下における寸法変換差とガス流量の関係を
上記双曲線関数により把握しておくことで、エッチング
マスクの残存部の寸法を測定すると、ドライエッチング
における適正なガス流量を即座に決定することが可能と
なる。
According to this method, an appropriate gas flow rate during dry etching can be extremely quickly determined based on the experimental fact that the relationship between the dimensional conversion difference and the gas flow rate can be approximated by a hyperbolic function. Will be smooth. That is, in the process of the present invention, the dimensional conversion difference d and the gas flow rate f are experimentally determined by the following hyperbolic function (d-do) (f-fo) = A (do, fo) under a constant gas pressure. It was experimentally recognized that A and A can be approximated by a constant determined by the gas pressure. Therefore, the size of the remaining portion of the etching mask can be determined by previously grasping the relationship between the material type and gas type of each etched portion and the dimensional conversion difference under a predetermined gas pressure and the gas flow rate by the hyperbolic function. The measurement makes it possible to immediately determine the appropriate gas flow rate in dry etching.

【0038】請求項5に記載されるように、請求項1の
半導体装置の製造方法において、上記エッチングマスク
を形成する工程では、被エッチング部の孤立凸部上のエ
ッチングマスクの残存部の横方向寸法を被エッチング部
の最終仕上がり寸法よりも一定値だけ小さくなるように
エッチングマスクを形成することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, in the step of forming the etching mask, the remaining portion of the etching mask on the isolated convex portion of the portion to be etched is laterally aligned. The etching mask can be formed so that the dimension is smaller than the final finished dimension of the etched portion by a certain value.

【0039】この方法により、ドライエッチング工程で
は、被エッチング部の孤立凸部の下端部の横方向寸法を
エッチングマスクの横方向寸法よりも一定値だけ大きめ
にすることで、被エッチング部の仕上がり寸法を所望の
寸法に収めることができる。従って、寸法変換差を0に
するような厳しいドライエッチング条件が不要となり、
半導体装置の製造工程における管理が容易となる。
According to this method, in the dry etching process, the lateral dimension of the lower end portion of the isolated convex portion of the etched portion is made larger than the lateral dimension of the etching mask by a certain value, so that the finished dimension of the etched portion is increased. Can be placed in the desired dimensions. Therefore, the strict dry etching condition that makes the dimension conversion difference 0 becomes unnecessary,
Management in the manufacturing process of the semiconductor device becomes easy.

【0040】請求項6に記載されるように、請求項1の
半導体装置の製造方法において、上記反応室におけるガ
スの圧力が5mTorr以上でガスの流量が100sc
cm以上であることが好ましい。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, the gas pressure in the reaction chamber is 5 mTorr or more and the gas flow rate is 100 sc.
cm or more.

【0041】この方法により、ガスの粘性が高まり、か
つ凹部の側壁と上方空間との圧力差や乱流の強さが大き
くなるので、ガスによってエッチング生成物を凹部の上
方空間に輸送する効率が高められ、寸法変換差が確実に
低減される。
By this method, the viscosity of the gas is increased, and the pressure difference between the side wall of the recess and the upper space and the strength of the turbulence are increased, so that the efficiency of transporting the etching product to the upper space of the recess by the gas is increased. It is enhanced, and the size conversion difference is surely reduced.

【0042】請求項7に記載されるように、請求項1の
半導体装置の製造方法において、上記被エッチング部内
の上記凸部のうち少なくとも1つを、下端部の横方向寸
法が0.4μm以下で、両側の凹部の横方向寸法がいず
れも1μm以上となる孤立凸部とすることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, at least one of the protrusions in the etched portion has a lateral dimension of a lower end of 0.4 μm or less. Thus, it is possible to form an isolated convex portion in which the lateral dimension of the concave portions on both sides is 1 μm or more.

【0043】この方法により、特に寸法変換差の大きい
孤立凸部の形状が改善されることになる。
By this method, the shape of the isolated convex portion having a large dimensional conversion difference is improved.

【0044】請求項8に記載されるように、請求項1の
半導体装置の製造方法において、上記被エッチング部内
の上記凸部のうち少なくとも1つを、両側の凹部の横方
向寸法がいずれも1μm以上となる孤立凸部とし、上記
被エッチング部内の上記凸部のうちの他の複数個を、各
凸部間の凹部の横方向寸法が1μm以下である密集凸部
とすることができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, at least one of the protrusions in the etched portion has a lateral dimension of 1 μm on both sides. As the isolated convex portion as described above, another plurality of the convex portions in the etched portion can be dense convex portions in which the lateral dimension of the concave portions between the convex portions is 1 μm or less.

【0045】この方法により、以下の作用が得られ、被
エッチング部内における孤立凸部と密集凸部との間の寸
法変化差のばらつきが抑制される。すなわち、ガスの流
速を次第に増大させていくと、上述のように図1(a)
に示すエッチング生成物3の排出速度も増大し、エッチ
ング生成物3のエッチング表面での滞在時間が短くな
る。しかし、その滞在時間の短縮効果は、エッチングパ
ターンによって異なってくる。孤立凹部9aにおいて
は、エッチング生成物3はガスの流れに左右されやす
く、その滞在時間の短縮効果は大きいのに対し、密集凹
部9bにおいては、凹部9bが狭く入りくんだ形状とな
っているために、エッチング生成物3の滞在時間がガス
の流れに左右されにくい。以上の理由により、エッチン
グ生成物3の側壁保護効果による密集凸部の寸法変換差
はほとんど変化しないのに対し、孤立凸部では、ガスの
流れの増大とともに寸法変換差が減少してゆくことにな
る。したがって、寸法変換差のばらつきが低減される。
By this method, the following effects are obtained, and the variation in the dimensional change difference between the isolated convex portions and the dense convex portions in the etched portion is suppressed. That is, when the gas flow velocity is gradually increased, as shown in FIG.
The discharge rate of the etching product 3 shown in 1 also increases, and the residence time of the etching product 3 on the etching surface is shortened. However, the effect of shortening the residence time depends on the etching pattern. In the isolated recesses 9a, the etching products 3 are easily influenced by the flow of gas, and the effect of shortening the stay time is large, whereas in the dense recesses 9b, the recesses 9b have a narrow and recessed shape. In addition, the residence time of the etching product 3 is not easily influenced by the gas flow. For the above reason, the dimension conversion difference of the dense convex portions due to the side wall protection effect of the etching product 3 hardly changes, whereas the isolated convex portions decrease the dimension conversion difference as the gas flow increases. Become. Therefore, variations in dimensional conversion difference are reduced.

【0046】請求項9に記載されるように、請求項1の
半導体装置の製造方法において、上記被エッチング部
を、単結晶シリコン,ポリシリコン,Al,Cu,W,
Ti,Co,Ta,Mo及びNiのうち少なくともいず
れか1つを含む材料により構成することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, the portion to be etched is made of single crystal silicon, polysilicon, Al, Cu, W,
It can be made of a material containing at least one of Ti, Co, Ta, Mo and Ni.

【0047】この方法により、各種デバイスの電極や配
線の形状精度が向上し、電気的特性が良好となる。
By this method, the shape accuracy of the electrodes and wirings of various devices is improved, and the electrical characteristics are improved.

【0048】本発明の半導体装置の製造装置は、請求項
10に記載されるように、被エッチング部が残存部と開
口部とからなるパターンを有するエッチングマスクで覆
われた半導体ウエハを収納するための反応室と、上記反
応室内にエッチング用ガスを供給するガス供給手段と、
上記ガスをプラズマ化して上記被エッチング部の上記エ
ッチングマスクの残存部下方に凸部を形成する一方エッ
チングマスクの開口部下方に凹部を形成するようドライ
エッチングを行うプラズマ発生手段と、上記凸部の下端
部と上記エッチングマスクの残存部との横方向寸法差で
ある寸法変換差を所定の範囲に収めるように、上記反応
室内のガスの圧力及び流量のうち少なくとも一方を制御
する制御手段とを備えている。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing apparatus for accommodating a semiconductor wafer in which an etched portion is covered with an etching mask having a pattern of a remaining portion and an opening. And a gas supply means for supplying an etching gas into the reaction chamber,
Plasma generating means for plasma-converting the gas to form a convex portion below the remaining portion of the etching mask of the etched portion while performing dry etching to form a concave portion below the opening portion of the etching mask; A control means for controlling at least one of the pressure and the flow rate of the gas in the reaction chamber so that the dimension conversion difference, which is the lateral dimension difference between the lower end portion and the remaining portion of the etching mask, falls within a predetermined range. ing.

【0049】この構成により、上述の請求項1と同様の
作用が得られる。
With this configuration, the same operation as that of the above-described claim 1 can be obtained.

【0050】請求項11に記載されるように、請求項1
0の半導体装置の製造装置において、上記ガス供給手段
を上記反応室内に所定圧力のエッチングガスを供給する
ものとし、上記制御手段を上記反応室内のガス流量を変
化させるものとすることができる。
As described in claim 11, claim 1
In the semiconductor device manufacturing apparatus of No. 0, the gas supply unit may supply an etching gas having a predetermined pressure into the reaction chamber, and the control unit may change the gas flow rate in the reaction chamber.

【0051】この構成により、寸法変換差を容易に制御
することが可能となり、被エッチング部の仕上がり寸法
の精度の高い半導体装置が製造されることになる。
With this configuration, it is possible to easily control the dimensional conversion difference, and it is possible to manufacture a semiconductor device in which the finished dimensions of the etched portion are highly accurate.

【0052】請求項12に記載されるように、請求項1
0又は11の半導体装置の製造装置において、上記制御
手段を、上記ガス圧力及びガス流量のうち少なくともい
ずれか一方を調整する調整手段と、ドライエッチングを
行う前に予め当該被エッチング部と同じ材質及び同じパ
ターンを有する既エッチング物について測定された寸法
変換差とガス圧力及びガス流量との関係をデータベース
化して記憶させておく記憶手段と、上記記憶手段に記憶
される上記寸法変換差と上記ガス圧力及びガス流量との
関係を用いて、上記凸部の下端部の寸法を所望の値にす
るための上記ガス圧力及びガス流量とを演算する演算手
段と、上記演算手段で演算された上記ガス圧力及びガス
流量の条件を上記調整手段に転送する転送手段とにより
構成することができる。
As described in claim 12, claim 1
In the manufacturing apparatus of a semiconductor device of 0 or 11, the control unit includes an adjusting unit that adjusts at least one of the gas pressure and the gas flow rate, and the same material as that of the portion to be etched in advance before performing dry etching. Storage means for storing a database of the relationship between the dimensional conversion difference measured for already-etched products having the same pattern and the gas pressure and gas flow rate; and the dimensional conversion difference and the gas pressure stored in the storage means. And a gas flow rate calculated by the calculation means for calculating the gas pressure and the gas flow rate for making the dimension of the lower end of the convex portion a desired value by using the relationship between the gas pressure and the gas flow rate. And a transfer means for transferring the gas flow rate condition to the adjusting means.

【0053】請求項13に記載されるように、請求項1
2の半導体装置の製造装置において、上記演算手段を、
ガス圧力が一定の条件下で寸法変換差とガスの流量との
関係を双曲線関数で近似して、ガス流量を決定すること
ができる。
As described in claim 13, claim 1
In the semiconductor device manufacturing apparatus of No. 2,
The gas flow rate can be determined by approximating the relationship between the dimension conversion difference and the gas flow rate with a hyperbolic function under the condition that the gas pressure is constant.

【0054】請求項12又は13の構成により、ドライ
エッチング工程におけるガス流量の適正な条件を迅速に
決定することが可能となり、被エッチング部の仕上がり
寸法精度の高い半導体装置が低コストで製造されること
になる。
According to the twelfth or thirteenth aspect, it is possible to quickly determine an appropriate condition of the gas flow rate in the dry etching process, and a semiconductor device with high finished dimension accuracy of the etched portion can be manufactured at low cost. It will be.

【0055】請求項14に記載されるように、請求項1
0の半導体装置の製造装置において、上記ガス供給手段
を、ハロゲンガス,ハロゲン化物ガスのうち少なくとも
いずれか1つを含むガスを供給するものとできる。
As described in claim 14, claim 1
In the semiconductor device manufacturing apparatus of No. 0, the gas supply means may supply a gas containing at least one of a halogen gas and a halide gas.

【0056】請求項15に記載されるように、請求項1
4の半導体装置の製造装置において、上記ハロゲンガス
を、臭化水素ガス,臭化水素ガスと塩素ガスの混合ガ
ス,及び臭化水素ガスと塩化水素ガスの混合ガスのうち
のいずれか1つとすることができる。
As described in claim 15, claim 1
In the semiconductor device manufacturing apparatus of No. 4, the halogen gas is any one of hydrogen bromide gas, a mixed gas of hydrogen bromide gas and chlorine gas, and a mixed gas of hydrogen bromide gas and hydrogen chloride gas. be able to.

【0057】請求項16に記載されるように、請求項1
0の半導体装置の製造装置において、上記被エッチング
部は、単結晶シリコン,ポリシリコン,Al,Cu,
W,Ti,Co,Ta,Mo及びNiのうち少なくとも
いずれか1つを含む材料で構成することができる。
As described in claim 16, claim 1
In the semiconductor device manufacturing apparatus of No. 0, the etched portion is made of single crystal silicon, polysilicon, Al, Cu,
It can be made of a material containing at least one of W, Ti, Co, Ta, Mo and Ni.

【0058】[0058]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)次に、本発明の第1の実施形態に
ついて説明する。図2は本発明の第1の実施の形態にお
ける中真空領域マグネトロンRIE装置の構成を概略的
に示す断面図である。図2において、符号と部材名との
関係は以下の通りである。21は反応室であるチャン
バ、22は電磁コイル、10はLSI用半導体ウエハ等
の試料、11は高周波電源(例えば13.56MHz工
業用電源)、12はカップリングコンデンサ、13はカ
ソード電極、14はアノード電極、15はターボ分子ポ
ンプ、16はロータリーポンプ、17はマスフローコン
トローラ、20はプラズマ発生領域をそれぞれ示す。ア
ノード電極14は接地されており、ターボ分子ポンプ1
5及びロータリーポンプ16でチャンバ1内のガスが排
気口から排出される。また、マスフローコントローラ1
7により、チャンバ21内で流入されるガス流量を調整
するようになされている。
(First Embodiment) Next, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a sectional view schematically showing the configuration of the medium vacuum region magnetron RIE apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the relationship between the reference numerals and the member names is as follows. Reference numeral 21 is a chamber which is a reaction chamber, 22 is an electromagnetic coil, 10 is a sample such as a semiconductor wafer for LSI, 11 is a high frequency power supply (for example, 13.56 MHz industrial power supply), 12 is a coupling capacitor, 13 is a cathode electrode, and 14 is a An anode electrode, 15 is a turbo molecular pump, 16 is a rotary pump, 17 is a mass flow controller, and 20 is a plasma generation region. The anode electrode 14 is grounded, and the turbo molecular pump 1
5 and the rotary pump 16 exhausts the gas in the chamber 1 from the exhaust port. In addition, the mass flow controller 1
7, the flow rate of gas flowing into the chamber 21 is adjusted.

【0059】また、図3は被エッチング部の断面図であ
って、シリコン基板6上にゲート酸化膜7を介して被エ
ッチング部であるポリシリコン膜4が堆積されており、
このポリシリコン膜からゲート電極である凸部8が形成
される。そのとき、トランジスタの配置場所によって、
孤立凸部8aと密集凸部8bとが形成される。
FIG. 3 is a sectional view of the portion to be etched, in which the polysilicon film 4 which is the portion to be etched is deposited on the silicon substrate 6 via the gate oxide film 7.
The convex portion 8 which is the gate electrode is formed from this polysilicon film. At that time, depending on the location of the transistor,
The isolated convex portion 8a and the dense convex portion 8b are formed.

【0060】ドライエッチングを行う際には、図2に示
すように、チャンバサイズとしてチャンバ半径を約20
cmとし、ガス圧力を100mTorrの粘性領域にお
いて、ガスをチャンバ21に充填する。その後、高周波
電源11から出力された電力(215W)はカップリン
グコンデンサ12を介してカソード電極13に伝達され
る。この伝達された電力と電磁コイル22で発生する磁
界により、チャンバ21内に導入されたHBrガス,C
l2 ガスからなるエッチングガスが電離し、プラズマ領
域20が形成される。そして、HBrガスから解離した
活性種であるBrラジカルとCl2 から解離したClラ
ジカルとが、イオンアシストのもとで、ポリシリコンを
エッチングする。エッチングによって生成されたSiB
rx (x=1 、 2 、 3 、 4)は、エッチング側壁に
付着し、サイドエッチを防止する。
When performing dry etching, as shown in FIG. 2, the chamber size is set to a chamber radius of about 20.
The gas is filled in the chamber 21 in a viscous region where the pressure is 100 cm and the gas pressure is 100 mTorr. Thereafter, the electric power (215 W) output from the high frequency power supply 11 is transmitted to the cathode electrode 13 via the coupling capacitor 12. Due to the transmitted electric power and the magnetic field generated by the electromagnetic coil 22, the HBr gas, C introduced into the chamber 21
The etching gas consisting of 12 gas is ionized to form the plasma region 20. Then, Br radicals, which are active species dissociated from the HBr gas, and Cl radicals dissociated from Cl2, etch polysilicon under the ion assist. SiB produced by etching
rx (x = 1, 2, 3, 4) adheres to the etching sidewall and prevents side etching.

【0061】本実施例の方法によれば、HBrガス及び
Cl2 ガスの合計流量が増大するに伴い、孤立凸部8a
と密集凸部8bとでは側壁へのエッチング生成物の付着
量の差は減少する。図4(a)は、ガス圧力100mT
orr下におけるトータルのガス流量に対する寸法変換
差の変化を示す。ガス圧力100mTorrのもとで、
トータルのガス流量が100sccm以上であれば、寸
法変換差のばらつきは平均で0.04μmまで低減でき
る。その結果、従来の50sccm程度のガス流量で行
なっていた方法に比べ、寸法変換差ばらつきは半減で
き、デバイスの歩留りを向上できる。また、図4(b)
は、ガス圧力50mTorr下におけるトータルのガス
流量に対する寸法変換差の変化を示す。ガス圧力が50
mTorr下においても、同図に示すように、寸法変換
差のばらつきを低減することができる。
According to the method of this embodiment, as the total flow rate of the HBr gas and the Cl2 gas increases, the isolated convex portion 8a
The difference in the adhesion amount of the etching product to the side wall between the dense convex portion 8b and the dense convex portion 8b decreases. FIG. 4A shows a gas pressure of 100 mT.
The change of the dimension conversion difference with respect to the total gas flow rate under orr is shown. Under a gas pressure of 100 mTorr,
If the total gas flow rate is 100 sccm or more, the variation in dimensional conversion difference can be reduced to 0.04 μm on average. As a result, compared to the conventional method in which the gas flow rate is about 50 sccm, the variation in dimensional conversion difference can be reduced by half, and the device yield can be improved. FIG. 4 (b)
Shows the change in dimensional conversion difference with respect to the total gas flow rate under a gas pressure of 50 mTorr. Gas pressure is 50
Even under mTorr, it is possible to reduce the variation in the dimensional conversion difference as shown in FIG.

【0062】さらに、注目すべきは、孤立したパターン
の寸法変換差が、トータルのガス流量と反比例に近い関
係にあることである。つまり、ガス流量をコントロール
することで、孤立凸部の寸法変換差のみ制御することが
できる。仮に、フォトレジスト膜のパターニングの際
に、残存部の寸法が大きくなったときには、ガス流量を
コントロールして、仕上がりの寸法を規格内におさめる
ことが可能となる。
Further, it should be noted that the dimensional conversion difference of the isolated pattern is in a relationship almost inversely proportional to the total gas flow rate. That is, by controlling the gas flow rate, it is possible to control only the dimension conversion difference of the isolated convex portion. If the size of the remaining portion becomes large during patterning of the photoresist film, it is possible to control the gas flow rate and keep the finished size within the standard.

【0063】また、エッチング中において、ガス流量を
時間的に変動させ側壁への付着量を変化させることによ
り、各凸部8a,8bの断面形状を自由に制御できる。
Further, during etching, the cross-sectional shape of each convex portion 8a, 8b can be freely controlled by changing the gas flow rate with time to change the amount of adhesion to the side wall.

【0064】本実施形態では、図3に示すように、孤立
凸部8aのみの形状を台形状にしており、この場合、ガ
ス流量をエッチング途中で75sccmから150sc
cmに増大させている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, only the isolated convex portion 8a has a trapezoidal shape. In this case, the gas flow rate is 75 sccm to 150 sccm during etching.
It has been increased to cm.

【0065】(第2の実施の形態)次に、第2の実施形
態について説明する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described.

【0066】図5は、本発明の第2の実施の形態に係る
中真空RIE装置の構成を概略的に示す断面図である。
図5において、符号と部材名との関係は以下の通りであ
る。21はチャンバ、22はLSI用半導体ウエハ等の
試料、11は高周波電源(例えば13.56MHz工業
用電源)、12はカップリングコンデンサ、13はカソ
ード電極、14はアノード電極、15はターボ分子ポン
プ、16はロータリーポンプ、17はマスフローコント
ローラ、20はプラズマ発生領域をそれぞれ示す。アノ
ード電極14は接地されており、ターボ分子ポンプ15
及びロータリーポンプ16でチャンバ21内のガスが排
気口から排出される。また、マスフローコントローラ1
7により、チャンバ21内で流入されるガス流量を調整
するようになされている。本実施形態に係るRIE装置
では、上記第1の実施形態に係る中真空領域マグネトロ
ンRIE装置とは異なり、チャンバ21の側方に電磁コ
イルが付設されていない。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing the structure of an intermediate vacuum RIE apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the relationship between the reference numerals and the member names is as follows. Reference numeral 21 is a chamber, 22 is a sample such as a semiconductor wafer for LSI, 11 is a high frequency power source (for example, 13.56 MHz industrial power source), 12 is a coupling capacitor, 13 is a cathode electrode, 14 is an anode electrode, 15 is a turbo molecular pump, Reference numeral 16 is a rotary pump, 17 is a mass flow controller, and 20 is a plasma generation region. The anode electrode 14 is grounded, and the turbo molecular pump 15
The gas in the chamber 21 is exhausted from the exhaust port by the rotary pump 16. In addition, the mass flow controller 1
7, the flow rate of gas flowing into the chamber 21 is adjusted. Unlike the medium vacuum region magnetron RIE device according to the first embodiment, the RIE device according to the present embodiment has no electromagnetic coil attached to the side of the chamber 21.

【0067】ドライエッチングを行う際、図5に示すよ
うに、チャンバサイズ(チャンバ半径)が約18cm、
ガス圧力領域が180mTorrの粘性領域において、
ガスをチャンバ21に充填する。その後高周波電源11
から出力された電力(200W)はカップリングコンデ
ンサ12を介してカソード電極13に伝達される。この
伝達された電力により、チャンバ21内に導入されたH
Brガス,HClガス、O2 ガスからなるエッチングガ
スが電離しプラズマ領域20が形成される。そして、H
Brから解離した活性種であるBrラジカルとHClか
ら解離したClラジカルとが、イオンアシストのもと
で、ポリシリコンをエッチングする作用は、基本上記第
1の実施形態における作用とほぼ同様である。
When performing dry etching, as shown in FIG. 5, the chamber size (chamber radius) is about 18 cm,
In the viscous region where the gas pressure region is 180 mTorr,
The chamber 21 is filled with gas. After that, high frequency power 11
The electric power (200 W) output from is transmitted to the cathode electrode 13 via the coupling capacitor 12. Due to the transmitted power, the H introduced in the chamber 21
An etching gas composed of Br gas, HCl gas and O2 gas is ionized to form a plasma region 20. And H
The action of the Br radical, which is an active species dissociated from Br, and the Cl radical, which is dissociated from HCl, to etch polysilicon under the ion assist is basically the same as the action in the first embodiment.

【0068】図6は、本実施形態におけるトータルのガ
ス流量と寸法変換差との関係を示し、ガス圧力を180
mTorrとしている。本実施形態では、図6に示すよ
うに、ガス圧力180mTorrのもとで、トータルの
ガス流量が100sccm以上であれば、寸法変換差の
ばらつきは平均で0.04μmまで低減できる。その結
果、従来の45sccm程度のガス流量で行なっていた
方法に比べ、寸法変換差のばらつきを大幅に低減でき、
デバイスの歩留りを向上できる。
FIG. 6 shows the relationship between the total gas flow rate and the dimensional conversion difference in this embodiment.
It is mTorr. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, when the total gas flow rate is 100 sccm or more under a gas pressure of 180 mTorr, the variation in dimensional conversion difference can be reduced to 0.04 μm on average. As a result, it is possible to greatly reduce the variation in the dimensional conversion difference as compared with the conventional method in which the gas flow rate is about 45 sccm.
The device yield can be improved.

【0069】また、第1の実施の形態の場合と同様に、
第2の実施の形態においても、トータルのガス流量と孤
立凸部の寸法変換差とは反比例に近い関係にあるので、
この関係を利用して、ガス流量をコントロールすること
で、孤立凸部の寸法変換差のみ制御することができる。
また、エッチング中にガス流量を時間的に変動させエッ
チング生成物の側壁への付着量を変化させることによ
り、凸部の断面形状を自由に制御することができる。
Further, as in the case of the first embodiment,
Also in the second embodiment, since the total gas flow rate and the size conversion difference of the isolated convex portion are in a nearly inversely proportional relationship,
By controlling the gas flow rate using this relationship, it is possible to control only the dimension conversion difference of the isolated convex portion.
In addition, the cross-sectional shape of the convex portion can be freely controlled by changing the gas flow rate during etching to change the amount of the etching product attached to the side wall.

【0070】(第1及び第2の実施形態のまとめ及び追
加実験のデータ)次に、上記第1及び第2の実施形態に
おけるデータに追加するデータを得るために行った実験
の結果と、各実施形態のまとめとについて説明する。な
お、ここでの実験は上記第1の実施形態と同様の中真空
領域マグネトロンRIE装置を使用して行った。
(Summary of First and Second Embodiments and Additional Experiment Data) Next, the results of the experiment conducted to obtain data to be added to the data in the first and second embodiments and A summary of the embodiments will be described. The experiment here was performed using the medium vacuum region magnetron RIE apparatus similar to that of the first embodiment.

【0071】図7(a)〜図7(c)は、ガス圧力を一
定値100mTorrとし、ガス流量を30,75,1
50sccmと変えたときの孤立凸部の断面形状をそれ
ぞれ示すSEM写真である。また、図8(a)〜図8
(c)は、ガス圧力を一定値100mTorrとし、ガ
ス流量を30,75,150sccmにしたときの密集
凸部の断面形状をそれぞれ示すSEM写真である。図7
(a)〜図7(c)に示されるように、ガス流量が50
sccmのときには孤立凸部の下端部の寸法が上端部の
寸法より増大しており、寸法変換差が大きい。一方、ガ
ス流量が75sccmのときには寸法変換差はかなり小
さくなっているが、0ではない。そして、ガス流量が1
50sccmのときには孤立凸部の下端部の寸法は上端
部の寸法とほぼ等しく寸法変換差はほとんど0に近い。
一方、図8(a)〜図8(c)に示されるように、ガス
圧力がいずれの条件であっても、密集凸部の下端部の寸
法は上端部の寸法とほとんど等しく、寸法変換差はガス
流量の変化にかかわらずほぼ0である。
7 (a) to 7 (c), the gas pressure is constant at 100 mTorr and the gas flow rate is 30, 75, 1.
3 is an SEM photograph showing the cross-sectional shape of an isolated convex portion when changed to 50 sccm. Moreover, FIG.
(C) is an SEM photograph showing the cross-sectional shape of the dense convex portions when the gas pressure is set to a constant value of 100 mTorr and the gas flow rate is set to 30, 75, and 150 sccm. FIG.
As shown in FIGS. 7A to 7C, the gas flow rate is 50
When it is sccm, the size of the lower end portion of the isolated convex portion is larger than the size of the upper end portion, and the dimensional conversion difference is large. On the other hand, when the gas flow rate is 75 sccm, the dimensional conversion difference is considerably small, but it is not zero. And the gas flow rate is 1
At 50 sccm, the size of the lower end of the isolated protrusion is almost equal to the size of the upper end, and the size conversion difference is almost zero.
On the other hand, as shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c), the size of the lower end of the dense convex portion is almost equal to the size of the upper end regardless of the gas pressure, and the size conversion difference Is almost 0 regardless of the change in gas flow rate.

【0072】また、図9(a),図9(b)は、ガス流
量を一定値75sccmとし、ガス圧力を20,100
mTorrに変化させたときの孤立凸部の断面形状を示
すSEM写真である。図9(a),図9(b)に示され
るように、ガス圧力が20mTorrのときには、孤立
凸部の下端部の寸法は上端部の寸法よりも増大してお
り、寸法変換差が大きい。一方、ガス圧力が100mT
orrのときには寸法変換差がかなり小さくなってい
る。
9 (a) and 9 (b), the gas flow rate is set to a constant value of 75 sccm, and the gas pressure is set to 20,100.
It is a SEM photograph showing the cross-sectional shape of an isolated convex part when changing to mTorr. As shown in FIGS. 9A and 9B, when the gas pressure is 20 mTorr, the size of the lower end of the isolated convex portion is larger than the size of the upper end, and the size conversion difference is large. On the other hand, the gas pressure is 100 mT
At orrr, the dimensional conversion difference is considerably small.

【0073】図10は、ガス流量が75sccmの条件
下とガス流量が150sccmの条件下とにおける孤立
凸部の寸法変換差のガス圧力依存性を示す図である。同
図に示されるように、ガス流量が75sccmの場合に
はこのデータを外挿することによってガス圧力が約13
0mTorr以上のときに寸法変換差を0.04μm以
下に抑制し得る。また、ガス流量が150sccmのと
きには、ガス圧力が約90mTorr以上のときに寸法
変換差を0.04μm以下に抑制し得る。
FIG. 10 is a diagram showing the gas pressure dependence of the dimensional conversion difference of the isolated convex portion under the conditions of the gas flow rate of 75 sccm and the gas flow rate of 150 sccm. As shown in the figure, when the gas flow rate is 75 sccm, by extrapolating this data, the gas pressure is about 13
When it is 0 mTorr or more, the dimensional conversion difference can be suppressed to 0.04 μm or less. When the gas flow rate is 150 sccm, the dimensional conversion difference can be suppressed to 0.04 μm or less when the gas pressure is about 90 mTorr or more.

【0074】図11は、本発明のドライエッチング方法
と従来のドライエッチング方法とにおけるガス流量とガ
ス圧力との関係を示すマップである。
FIG. 11 is a map showing the relationship between the gas flow rate and the gas pressure in the dry etching method of the present invention and the conventional dry etching method.

【0075】初期のドライエッチング技術では、同図に
示す領域Re Aの条件つまり比較的低真空(高圧力)で
比較的少ないガス流量下で行われてきた。一方、最近で
は、同図に示す領域Re Bの条件つまり高真空(低圧
力)で比較的少ないガス流量下に移行してきている。例
えば高真空エッチャーであるECRタイプにおいて、排
気速度を変化させ、活性種のエッチング側壁への付着量
を制御する試みが行なわれている(例えば特開平5 ―
259119、 5 ― 267227、 5 ― 267249、 5― 275
376)。しかし、ガスの流れが粘性領域でないためと考
えられるが、孤立凸部における寸法変換差を解消するま
でには至っておらず、寸法変換差のばらつきを低減する
ことは困難であった。
The initial dry etching technique has been carried out under the condition of the region Re A shown in the figure, that is, under a relatively low vacuum (high pressure) and under a relatively small gas flow rate. On the other hand, recently, the condition has been shifted to a relatively small gas flow rate under the condition of the region Re B shown in the figure, that is, high vacuum (low pressure). For example, in an ECR type, which is a high vacuum etcher, an attempt has been made to change the exhaust rate to control the amount of active species deposited on the etching side wall (for example, JP-A-5-
259119, 5 ― 267227, 5 ― 267249, 5 ― 275
376). However, although it is considered that the gas flow is not in the viscous region, the size conversion difference in the isolated convex portion has not been eliminated yet, and it is difficult to reduce the variation in the size conversion difference.

【0076】それに対し、本発明では、同図に示す領域
Re Cの条件つまり比較的低真空(高圧力)で比較的多
いガス流量下で行っている。このような条件下でドライ
エッチングを行うことにより、上述のように、孤立凸部
においても寸法変換差をほぼ解消し得るのである。
On the other hand, in the present invention, the process is performed under the condition of the region Re C shown in the figure, that is, under a relatively low vacuum (high pressure) and under a relatively large gas flow rate. By performing the dry etching under such a condition, it is possible to almost eliminate the dimensional conversion difference even in the isolated convex portion as described above.

【0077】経験上、本発明の効果を確実に生ぜしめる
ためのガスの圧力Pの範囲は、径dが30cmのチャン
バ内では、5mTorr以上である。すなわち、圧力P
とチャンバ径dとの積P・dが以下の範囲であることが
好ましい。
From experience, the range of the gas pressure P for reliably producing the effect of the present invention is 5 mTorr or more in the chamber having the diameter d of 30 cm. That is, the pressure P
It is preferable that the product P · d of the chamber diameter d and the chamber diameter d be in the following range.

【0078】 P・d≧5(mTorr)×30(cm) =1.5×10-3(Torr・m) =1.5×10-3×1.33Pa・m =1.5×10-3×1.33(Kg/m)・sec 2 ・m =0.2Kg/sec2 また、本発明によりパターニング可能な被エッチング部
の材料は、Si,poly−Si(ドープト及びアンド
ープトを含む),アモルファスSi,GaAs,Ga
N,AlGaAs,InGaAs,AlP,AlAs,
InP,InAs,InSb等の半導体材料,Al,C
u,Cu合金,Al合金,W,T,Co,Ta,Mo,
Nb等の金属材料、WSix ,TiSix ,CoSix
等のシリサイドである。
P · d ≧ 5 (mTorr) × 30 (cm) = 1.5 × 10 −3 (Torr · m) = 1.5 × 10 −3 × 1.33 Pa · m = 1.5 × 10 − 3 × 1.33 (Kg / m) · sec 2 · m = 0.2Kg / sec 2 the material of the patternable be etched portion according to the present invention, (including doped and undoped) Si, poly-Si, Amorphous Si, GaAs, Ga
N, AlGaAs, InGaAs, AlP, AlAs,
Semiconductor materials such as InP, InAs, InSb, Al, C
u, Cu alloy, Al alloy, W, T, Co, Ta, Mo,
Metallic materials such as Nb, WSix, TiSix, CoSix
Etc. are silicides.

【0079】また、上記各実施形態におけるデータに示
される寸法変換差のガス流量依存性に着目すると、ガス
流量を制御することで、特に孤立凸部の側壁保護効果を
制御し、孤立凸部の断面形状を自由に制御できる。
Further, focusing on the gas flow rate dependence of the dimensional conversion difference shown in the data in each of the above-described embodiments, by controlling the gas flow rate, the side wall protection effect of the isolated convex portion is particularly controlled, and the isolated convex portion of the isolated convex portion is controlled. The cross-sectional shape can be controlled freely.

【0080】(第3の実施形態)次に、第3の実施形態
について説明する。まず、第3の実施形態によって寸法
変換差を制御する原理について、図12及び図13を参
照しながら説明する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described. First, the principle of controlling the dimension conversion difference according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13.

【0081】図12は、フォトリソグラフィー工程とド
ライエッチング工程とにおいて寸法変換差を制御する原
理を説明する図である。図13は、ウエハ上の半導体装
置の部材(例えばMOSFETのポリシリコンゲート)
を形成する際の手順を示すフローチャートであって、上
記各実施形態で示された寸法変換差のガス流量依存性に
着目してドライエッチング工程におけるガス流量制御を
行う場合の手順を示している。
FIG. 12 is a diagram for explaining the principle of controlling the dimension conversion difference between the photolithography process and the dry etching process. FIG. 13 shows a member of a semiconductor device on a wafer (eg, polysilicon gate of MOSFET).
9 is a flowchart showing a procedure for forming a gas, showing a procedure for controlling the gas flow rate in the dry etching process by paying attention to the gas flow rate dependency of the dimensional conversion difference shown in each of the above embodiments.

【0082】図13に示すように、まず、ステップST
1において、ウエハ一枚ずつについてフォトリソグラフ
ィープロセスが実施され、所定のパターンを有するフォ
トレジスト膜(エッチングマスク)が形成される。その
際、後のドライエッチング工程における寸法変換差(C
Dゲイン)を考慮して、孤立凸部となるゲート電極に対
しては、最終仕上がり寸法0.4μm(ゲート長)より
も0.04μm小さめにレジスト膜を形成しておく。な
お、このようなレジスト膜寸法は、レチクルパターンの
孤立凸部に相当する部位の寸法を、ドライエッチング工
程における寸法変換差0.04μmと、フォトリソグラ
フィー工程において生じる寸法変換差とを加算した分だ
け細目にしておくことで容易に実現される。
As shown in FIG. 13, first, step ST
1, a photolithography process is performed on each wafer to form a photoresist film (etching mask) having a predetermined pattern. At that time, the dimensional conversion difference (C
In consideration of (D gain), a resist film is formed to be 0.04 μm smaller than the final finished dimension of 0.4 μm (gate length) for the gate electrode to be an isolated convex portion. Note that such a resist film size is obtained by adding the size of the portion corresponding to the isolated convex portion of the reticle pattern to the size conversion difference of 0.04 μm in the dry etching process and the size conversion difference generated in the photolithography process. It can be easily realized by setting the details.

【0083】その後、ステップST2で、そのレジスト
膜の残存部の寸法が測定され、その測定結果が個々のウ
エハに対して記録される。後述のように、フォトリソグ
ラフィー工程においてもレチクルパターンとレジスト膜
のパターンとの間で寸法変換差があり、しかも、その寸
法変換差のばらつきが生じるので、図12に示すよう
に、各ウエハ上の同じ部位のMOSFETのゲート電極
形成領域上を覆うレジスト膜の残存部の寸法は所定のば
らつきをもっている。
Then, in step ST2, the dimension of the remaining portion of the resist film is measured, and the measurement result is recorded for each wafer. As will be described later, there is a dimensional conversion difference between the reticle pattern and the resist film pattern even in the photolithography process, and further, the dimensional conversion difference varies, so that as shown in FIG. The dimension of the remaining portion of the resist film covering the gate electrode formation region of the MOSFET in the same portion has a predetermined variation.

【0084】次に、ステップST3で、レジスト膜寸法
の測定データが制御システムに転送され、ステップST
4で、コンピュータによってデータベース化される。
Next, in step ST3, the measurement data of the resist film dimension is transferred to the control system, and step ST
At 4, the data is made into a database by the computer.

【0085】次に、ステップST5で、各ウエハに対し
てドライエッチングプロセスが実施される。ドライエッ
チングプロセスでは、ステップST2における寸法の測
定結果に基づいて、ウエハ毎のエッチング条件(ガス流
量)が、制御システムを通して設定される。つまり、図
12に示すように、各ウエハの孤立凸部上のレジスト膜
の残存部の寸法と、ゲート電極の最終仕上がりゲート長
0.4μmとの差を算出すると、その差がドライエッチ
ング工程における望ましい寸法変換差となる。したがっ
て、ドライエッチング工程における条件、具体的にはガ
スの圧力と流量とを各ウエハごとに変えて寸法変換差を
制御することにより、ポリシリコンゲートの仕上がり寸
法をより正確に規格値0.4μmに収めることができる
はずである。
Next, in step ST5, a dry etching process is performed on each wafer. In the dry etching process, the etching condition (gas flow rate) for each wafer is set through the control system based on the dimension measurement result in step ST2. That is, as shown in FIG. 12, when the difference between the size of the remaining portion of the resist film on the isolated convex portion of each wafer and the final gate length of 0.4 μm of the gate electrode is calculated, the difference is calculated in the dry etching process. The desired dimensional conversion difference is obtained. Therefore, by changing the conditions in the dry etching process, specifically, the gas pressure and flow rate for each wafer to control the size conversion difference, the finished size of the polysilicon gate can be more accurately set to the standard value of 0.4 μm. Should be able to fit.

【0086】図14は、ドライエッチングを行うための
マグネトロンRIE装置の構成を概略的に示す断面図で
ある。ただし、本実施形態では、上記第1の実施形態と
同様に、素子分離,ゲート酸化工程を経てゲート電極材
料であるポリシリコンが堆積されたLSI半導体ウエハ
上に、フォトレジスト膜が塗布され、フォトリソグラフ
ィー工程でレジスト膜からなるエッチングマスクが形成
されたものを加工試料とする(図3参照)。この時、露
光用の光源には、i線を利用している。
FIG. 14 is a sectional view schematically showing the structure of a magnetron RIE apparatus for performing dry etching. However, in the present embodiment, as in the first embodiment, a photoresist film is applied onto an LSI semiconductor wafer on which polysilicon, which is a gate electrode material, is deposited through element isolation and gate oxidation steps, A processed sample on which an etching mask made of a resist film is formed in the lithography process is used as a processed sample (see FIG. 3). At this time, i-line is used as the light source for exposure.

【0087】図14において、符号と部材名との関係は
以下の通りである。21は反応室であるチャンバ、22
は電磁コイル、10はLSI用半導体ウエハ、11は高
周波電源(例えば13.56MHz工業用電源)、12
はカップリングコンデンサ、13はカソード電極、14
はアノード電極、15はターボ分子ポンプ、16はロー
タリーポンプ、17はマスフローコントローラ、20は
プラズマ発生領域をそれぞれ示す。アノード電極14は
接地されており、ターボ分子ポンプ15及びロータリー
ポンプ16でチャンバ21内のガスが排気口から排出さ
れる。また、マスフローコントローラ17により、チャ
ンバ21内で流入されるガス流量を調整するようになさ
れている。ここまでの構成は上記第1の実施形態におい
て使用したマグネトロンRIE装置と同じである。
In FIG. 14, the relationship between reference numerals and member names is as follows. 21 is a chamber which is a reaction chamber, 22
Is an electromagnetic coil, 10 is a semiconductor wafer for LSI, 11 is a high frequency power source (for example, 13.56 MHz industrial power source), 12
Is a coupling capacitor, 13 is a cathode electrode, 14
Is an anode electrode, 15 is a turbo molecular pump, 16 is a rotary pump, 17 is a mass flow controller, and 20 is a plasma generation region. The anode electrode 14 is grounded, and the gas in the chamber 21 is exhausted from the exhaust port by the turbo molecular pump 15 and the rotary pump 16. Further, the mass flow controller 17 adjusts the flow rate of gas flowing into the chamber 21. The configuration up to this point is the same as that of the magnetron RIE device used in the first embodiment.

【0088】ここで、本実施形態では、フォトリソグラ
フィー工程での寸法データに基づきマスフローコントロ
ーラ17を制御して、ガス流量を変化させる制御用コン
ピュータ18が配設されている。つまり、制御用コンピ
ュータ18によって、フォトリソグラフィー工程におい
て得られたレジスト膜の寸法に関するデータ信号Sdata
を受け、マスフローコントローラ17に制御信号Scont
を送るように構成されている。
Here, in the present embodiment, a control computer 18 for changing the gas flow rate by controlling the mass flow controller 17 based on the dimension data in the photolithography process is provided. That is, the control computer 18 causes the data signal Sdata relating to the dimensions of the resist film obtained in the photolithography process.
In response to this, the mass flow controller 17 sends the control signal Scont
Is configured to send.

【0089】ドライエッチングを行う際には、、ガス圧
力を100mTorrの粘性領域において、ガスをチャ
ンバ21に充填する。その後、高周波電源11から出力
された電力(215W)はカップリングコンデンサ12
を介してカソード電極13に伝達される。この伝達され
た電力と電磁コイル22で発生する磁界により、チャン
バ21内に導入されたHBrガス,Cl2 ガスからなる
エッチングガスが電離し、プラズマ領域20が形成され
る。そして、HBrガスから解離した活性種であるBr
ラジカルとCl2 から解離したClラジカルとが、イオ
ンアシストのもとで、ポリシリコンをエッチングする。
When dry etching is performed, the gas is filled in the chamber 21 in a viscous region where the gas pressure is 100 mTorr. After that, the power (215 W) output from the high frequency power supply 11 is applied to the coupling capacitor 12
Is transmitted to the cathode electrode 13 via. The transmitted electric power and the magnetic field generated by the electromagnetic coil 22 ionize the etching gas composed of HBr gas and Cl2 gas introduced into the chamber 21 to form the plasma region 20. Then, Br, which is an active species dissociated from the HBr gas,
Radicals and Cl radicals dissociated from Cl2 etch polysilicon under ion assist.

【0090】そのとき、本実施形態では、寸法変換差と
ガス流量との関係を以下の双曲線関数で近似している。
図15は、第1の実施形態における図4(a),(b)
に示す寸法変換差のガス流量依存性のデータを整理して
示すものである。同図に示されるように、寸法変換差d
とガス流量fとの関係は、ガス流量が所定の範囲では双
曲線関数で近似することができる。より単純には、ガス
圧力によっては、寸法変換差dはガス流量fに反比例す
ると近似することも可能である。
At this time, in this embodiment, the relationship between the dimensional conversion difference and the gas flow rate is approximated by the following hyperbolic function.
FIG. 15 is a diagram of FIG. 4A and FIG. 4B in the first embodiment.
The data of the gas flow rate dependency of the dimensional conversion difference shown in are arranged and shown. As shown in the figure, the dimension conversion difference d
The gas flow rate f can be approximated by a hyperbolic function within a predetermined gas flow rate range. More simply, depending on the gas pressure, it is possible to approximate that the dimension conversion difference d is inversely proportional to the gas flow rate f.

【0091】例えば、圧力100mTorr下における
寸法変換差d(μm)とガス流量f(sccm)との関
係は、 d=A/f (A=4) で近似し得る。
For example, the relationship between the size conversion difference d (μm) and the gas flow rate f (sccm) under a pressure of 100 mTorr can be approximated by d = A / f (A = 4).

【0092】この関係を利用して、最終的なポリシリコ
ンゲートの仕上がり寸法がウエハ間で一定になるように
ガス流量を制御する。例えば、目標の仕上がり寸法を
0.4μmと設定した場合、ウエハ内のレジスト膜の平
均寸法が0.38μmのウエハでは、ドライエッチング
工程において0.02μmの寸法変換差(CDゲイン)
が生じるようにガス流量を設定する。ウエハ内のレジス
ト膜の平均寸法が0.36μmの場合は、ドライエッチ
ング工程における寸法変換差(CDゲイン)が0.04
μmになるように設定する。以下、各ウエハについて、
上述と同様の手続きで、ウエハ毎にガス流量を制御し
て、エッチングを行う。
By utilizing this relationship, the gas flow rate is controlled so that the final finished size of the polysilicon gate becomes constant between wafers. For example, when the target finish dimension is set to 0.4 μm, in a wafer in which the average dimension of the resist film in the wafer is 0.38 μm, the dimension conversion difference (CD gain) of 0.02 μm in the dry etching process.
The gas flow rate is set so that When the average size of the resist film in the wafer is 0.36 μm, the size conversion difference (CD gain) in the dry etching process is 0.04.
Set to be μm. Below, for each wafer,
By the same procedure as described above, etching is performed by controlling the gas flow rate for each wafer.

【0093】図16(a),(b)は、フォトリソグラ
フィー工程におけるレジスト膜の孤立凸部上の残存部の
寸法を示す。同図(a)が本発明の製造方法によりドラ
イエッチングを行なうサンプルについて得られたデータ
であり、同図(b)は従来の方法によって加工するサン
プルについて得られたデータである。
16A and 16B show the dimensions of the remaining portion of the resist film on the isolated convex portion in the photolithography process. The figure (a) is the data obtained about the sample which dry-etches by the manufacturing method of this invention, and the figure (b) is the data obtained about the sample processed by the conventional method.

【0094】図17(a),(b)は、最終的に形成さ
れたポリシリコンゲート(孤立凸部)の下端部の寸法
(つまりゲート長の仕上がり寸法)を各ウエハについて
示す。図17(a)は本発明のドライエッチング方法に
よってガス流量を制御した場合、図17(b)はガス流
量を変化させない従来の方法により行った場合のデータ
をそれぞれ示す。
FIGS. 17A and 17B show the dimensions (that is, the finished dimensions of the gate length) of the lower end portion of the finally formed polysilicon gate (isolated convex portion) for each wafer. FIG. 17A shows data when the gas flow rate is controlled by the dry etching method of the present invention, and FIG. 17B shows data when the gas flow rate is controlled by a conventional method.

【0095】本発明のドライエッチング方法によれば、
フォトリソグラフィーにおいて生じた寸法変換差を是正
するようにドライエッチング工程における寸法変換差が
制御されるので、被エッチング部(ポリシリコンゲー
ト)の仕上がり寸法の平均値が所望の寸法にほぼ一致す
る。また、図16(a)に示すドライエッチング前のレ
ジスト膜における寸法のばらつきが、標準偏差に換算し
て0.00974μmで、図17(a)に示すドライエ
ッチング後のゲート長の仕上がり寸法のばらつきが標準
偏差に換算して0.010907μmである。すなわ
ち、ガス流量を制御することにより、ドライエッチング
後の仕上がり寸法のばらつきは、殆どフォトリソグラフ
ィー工程でのばらつきと変わらない程度まで低減できて
いる。すなわち、フォトリソグラフィー工程において生
じたエッチングマスクの寸法のばらつきを解消するよう
にドライエッチング工程における寸法変換差が制御され
るので、被エッチング部の仕上がり寸法のばらつきが低
減されるのである。
According to the dry etching method of the present invention,
Since the size conversion difference in the dry etching process is controlled so as to correct the size conversion difference generated in the photolithography, the average value of the finished size of the etched portion (polysilicon gate) substantially matches the desired size. In addition, the dimensional variation in the resist film before dry etching shown in FIG. 16A is 0.00974 μm in terms of standard deviation, and the finished dimension variation of the gate length after dry etching shown in FIG. Is 0.010907 μm in terms of standard deviation. That is, by controlling the gas flow rate, the variation in the finished dimension after dry etching can be reduced to a level that is almost the same as the variation in the photolithography process. That is, since the dimensional conversion difference in the dry etching process is controlled so as to eliminate the variation in the dimensions of the etching mask generated in the photolithography process, the variation in the finished dimensions of the etched portion is reduced.

【0096】一方、従来の方法によるサンプルでは、図
16(b)に示すドライエッチング前におけるレジスト
膜の寸法のばらつきが標準偏差に換算して0.0068
2μmで、図17(b)に示すドライエッチング後の仕
上がり寸法のばらつきが標準偏差に換算して0.017
29μmである。すなわち、フォトリソグラフィー工程
における寸法のばらつきに、ドライエッチング工程にお
けるばらつきが重畳された結果、被エッチング部の寸法
のばらつきがレジスト膜寸法のばらつきの2.5倍程度
に拡大されている。
On the other hand, in the sample prepared by the conventional method, the variation in the dimension of the resist film before dry etching shown in FIG. 16B is converted into a standard deviation of 0.0068.
At 2 μm, the variation of the finished dimension after dry etching shown in FIG. 17B is 0.017 in terms of standard deviation.
29 μm. In other words, as a result of the dimensional variation in the photolithography process being superimposed on the variability in the dry etching process, the dimensional variation of the etched portion is enlarged to about 2.5 times the dimensional variation of the resist film.

【0097】それに対し、本実施形態のごとくガス流量
を制御しながらドライエッチングを行うことにより、フ
ォトリソグラフィー工程におけるレジスト膜寸法のばら
つきをほぼ解消させて、被エッチング部の仕上がり寸法
のばらつきを低減することができ、高い加工精度を得る
ことができる。そのため、デバイス性能の均一性の向上
と製品歩留りの向上とを図ることができる。
On the other hand, by performing the dry etching while controlling the gas flow rate as in this embodiment, the variation in the resist film dimension in the photolithography process is almost eliminated, and the variation in the finished dimension of the etched portion is reduced. Therefore, high processing accuracy can be obtained. Therefore, it is possible to improve the uniformity of device performance and improve the product yield.

【0098】なお、ガス流量制御による他のエッチング
特性変化、エッチング速度変動、チャージアップ損傷は
見られなかった。
It should be noted that no other changes in etching characteristics, changes in etching rate, and charge-up damage due to gas flow rate control were observed.

【0099】なお、図15に示すガス圧力が50mTo
rrの条件下においては、ガス流量が75〜200sc
cmの付近では、寸法変換差dとガス流量fとの関係
を、下記各双曲線関数 (d−do )(f−fo )=A により近似することが可能である。その場合、データを
上記双曲線関数に代入し、最小2乗法等を利用すると、 do =0.0075(μm) fo =37.5(sccm) A=2.81 が得られる。
The gas pressure shown in FIG. 15 is 50 mTo.
Under the condition of rr, the gas flow rate is 75 to 200 sc
In the vicinity of cm, the relationship between the dimension conversion difference d and the gas flow rate f can be approximated by the following hyperbolic functions (d-do) (f-fo) = A. In that case, by substituting the data into the hyperbolic function and using the least squares method or the like, do = 0.0075 (μm) fo = 37.5 (sccm) A = 2.81 is obtained.

【0100】その場合、d=do は、双曲線関数の漸近
線となるので、この圧力下でかつ75〜200sccm
付近のガス流量ではdo 以下の寸法変換差を得ることが
困難であることを示している。反面、一定の寸法変換差
の値d1 を得たい場合には、d1 に近いかつd1以下の
do となるようなガス圧力に設定することで、ガス流量
が多少変動しても余り寸法変換差dが変化しないので、
安定した寸法変換差を得ることができる。
In this case, d = do is an asymptote of the hyperbolic function, and therefore at this pressure and at 75 to 200 sccm.
It shows that it is difficult to obtain a dimensional conversion difference of do or less at a gas flow rate in the vicinity. On the other hand, when it is desired to obtain a constant dimensional conversion difference value d1, the residual dimensional conversion difference d can be set even if the gas flow rate is slightly changed by setting the gas pressure so that it is close to d1 and is equal to or less than d1. Does not change, so
A stable dimensional conversion difference can be obtained.

【0101】[0101]

【発明の効果】請求項1によれば、被エッチング部のエ
ッチングマスクの残存部下方には凸部をエッチングマス
クの開口部下方には凹部をそれぞれ形成するドライエッ
チングを行う際、エッチングマスクの残存部の寸法を測
定し、その結果に基づいてフォトリソグラフィーにおい
て生じた寸法変換差を是正するようにドライエッチング
工程における寸法変換差をガスの圧力と流量との調整に
より制御するようにしたので、被エッチング部の仕上が
り寸法精度の向上とぞのばらつきの低減とを図ることが
できる。
According to the first aspect of the present invention, when dry etching is performed in which a convex portion is formed below the remaining portion of the etching mask of the portion to be etched and a concave portion is formed below the opening portion of the etching mask, the etching mask remains. The dimension change of the dry etching process is controlled by adjusting the gas pressure and the flow rate so that the dimension change difference caused in the photolithography can be corrected based on the measurement of the dimension of the portion. It is possible to improve the finished dimensional accuracy of the etched portion and reduce variations.

【0102】請求項2によれば、請求項1において、ド
ライエッチングを行う工程では、ガス圧力を一定とし、
ガス流量を制御するようにしたので、制御の容易化を図
ることができる。
According to a second aspect, in the dry etching step according to the first aspect, the gas pressure is kept constant,
Since the gas flow rate is controlled, the control can be facilitated.

【0103】請求項3によれば、請求項1又は2の半導
体の製造方法において、各工程を各ウエハごとに行うよ
うにしたので、各ウエハの履歴を考慮したドライエッチ
ングを行うことができ、多品種少量生産に適した半導体
装置の製造方法の提供を図ることができる。
According to the third aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing method of the first or second aspect, since each step is performed for each wafer, dry etching can be performed in consideration of the history of each wafer. It is possible to provide a semiconductor device manufacturing method suitable for high-mix low-volume production.

【0104】請求項4によれば、請求項2又は3におい
て、一定のガス圧力下で上記寸法変換差とガス流量とを
双曲線関数で近似して、ガス流量を決定するようにした
ので、ドライエッチング時の適正なガス流量を極めて迅
速に決定することができ、よって、製造工程の進行の円
滑化を図ることができる。
According to the fourth aspect, in the second or third aspect, the gas flow rate is determined by approximating the dimensional conversion difference and the gas flow rate with a hyperbolic function under a constant gas pressure. The appropriate gas flow rate during etching can be determined extremely quickly, and thus the progress of the manufacturing process can be facilitated.

【0105】請求項5によれば、請求項1において、被
エッチング部の孤立凸部上のエッチングマスクの残存部
の横方向寸法を被エッチング部の最終仕上がり寸法より
も一定値だけ小さくなるようにエッチングマスクを形成
するようにしたので、容易に被エッチング部の仕上がり
寸法を所望の寸法に収めることができる。
According to a fifth aspect, in the first aspect, the lateral dimension of the remaining portion of the etching mask on the isolated convex portion of the etched portion is made smaller than the final finished dimension of the etched portion by a certain value. Since the etching mask is formed, the finished size of the etched portion can be easily set to a desired size.

【0106】請求項6によれば、請求項1において、反
応室におけるガスの圧力を5mTorr以上とし、ガス
の流量を100sccm以上としたので、ガスによるエ
ッチング生成物の凹部上方空間への輸送効率を向上させ
ることができ、よって、寸法変換差を確実に低減するこ
とができる。
According to the sixth aspect, in the first aspect, the gas pressure in the reaction chamber is set to 5 mTorr or more and the gas flow rate is set to 100 sccm or more. It is possible to improve, and thus it is possible to surely reduce the dimensional conversion difference.

【0107】請求項7によれば、請求項1において、被
エッチング部内の凸部のうち少なくとも1つを孤立凸部
としたので、特に寸法変換差の大きい孤立凸部の形状が
改善されることになる。
According to the seventh aspect, in the first aspect, at least one of the protrusions in the etched portion is an isolated protrusion, so that the shape of the isolated protrusion having a large dimensional conversion difference is improved. become.

【0108】請求項8によれば、請求項1において、被
エッチング部内の凸部のうち少なくとも1つを孤立凸部
とし、他の複数個を密集凸部としたので、被エッチング
部内における孤立凸部と密集凸部との間の寸法変化差の
ばらつきを抑制することができる。
According to the eighth aspect, in the first aspect, at least one of the convex portions in the etched portion is an isolated convex portion and the other plural portions are dense convex portions. Therefore, the isolated convex portion in the etched portion is formed. It is possible to suppress variation in the dimensional change difference between the portion and the dense convex portion.

【0109】請求項9によれば、請求項1において、被
エッチング部を、単結晶シリコン,ポリシリコン,A
l,Cu,W,Ti,Co,Ta,Mo及びNiのうち
少なくともいずれか1つを含む材料により構成するよう
にしたので、各種デバイスの電極や配線の形状精度の向
上により、電気的特性の改善を図ることができる。
According to a ninth aspect, in the first aspect, the portion to be etched is made of single crystal silicon, polysilicon or A.
Since it is made of a material containing at least one of l, Cu, W, Ti, Co, Ta, Mo, and Ni, it is possible to improve the shape accuracy of electrodes and wirings of various devices to improve the electrical characteristics. Can be improved.

【0110】請求項10によれば、ドライエッチングを
行って被エッチング部に凸部と凹部とからなるパターン
を形成するための半導体装置の製造装置において、寸法
変換差を所定の範囲に収めるように、反応室内のガスの
圧力及び流量のうち少なくとも一方を制御する制御手段
を設けたので、上記請求項1と同様の効果を発揮するこ
とができる。
According to the tenth aspect, in a semiconductor device manufacturing apparatus for performing dry etching to form a pattern of convex portions and concave portions on a portion to be etched, the dimensional conversion difference is set within a predetermined range. Since the control means for controlling at least one of the pressure and the flow rate of the gas in the reaction chamber is provided, the same effect as that of claim 1 can be exhibited.

【0111】請求項11によれば、請求項10におい
て、反応室内にガス圧力を一定とし、制御手段によりガ
ス流量を制御するようにしたので、寸法変換差の制御の
容易化を図り、被エッチング部の仕上がり寸法の精度の
高い半導体装置の製造を図ることができる。
According to the eleventh aspect, in the tenth aspect, the gas pressure is kept constant in the reaction chamber, and the gas flow rate is controlled by the control means. Therefore, the control of the dimensional conversion difference is facilitated, and the etching target is etched. It is possible to manufacture a semiconductor device with a high finished dimension accuracy.

【0112】請求項12又は13によれば、請求項10
において、制御手段を、ガス流量を調整する調整手段
と、予め測定された寸法変換差とガス圧力及びガス流量
との関係をデータベース化して記憶させておく記憶手段
と、その記憶内容を用いて適正なガス圧力及びガス流量
とを演算する演算手段と、演算された条件を調整手段に
転送する転送手段とにより構成するようにしたので、ガ
ス流量の適正な条件を迅速に決定することが可能とな
り、製造工程の円滑化を図ることができる。
According to claim 12 or 13, claim 10
In the above, in the control means, the adjusting means for adjusting the gas flow rate, the storing means for storing the relationship between the pre-measured dimensional conversion difference, the gas pressure and the gas flow rate in a database, and the stored contents are used to properly control. Since it is composed of the calculating means for calculating the gas pressure and the gas flow rate and the transferring means for transferring the calculated condition to the adjusting means, it becomes possible to quickly determine the proper condition of the gas flow rate. Therefore, the manufacturing process can be facilitated.

【0113】請求項14又は15によれば、請求項10
において、ガス供給手段をハロゲンガス,ハロゲン化物
ガスのうち少なくともいずれか1つを含むガスを供給す
るものにより構成したので、高いエッチング機能を発揮
しながら高い寸法精度を得ることができる。
According to claim 14 or 15, claim 10
In the above, since the gas supply means is configured to supply a gas containing at least one of halogen gas and halide gas, it is possible to obtain high dimensional accuracy while exhibiting a high etching function.

【0114】請求項16によれば、請求項10におい
て、被エッチング部を、単結晶シリコン,ポリシリコ
ン,Al,Cu,W,Ti,Co,Ta,Mo及びNi
のうち少なくともいずれか1つを含む材料で構成したの
で、請求項9と同様の効果を発揮することができる。
According to a sixteenth aspect, in the tenth aspect, the portion to be etched is made of single crystal silicon, polysilicon, Al, Cu, W, Ti, Co, Ta, Mo and Ni.
Since it is made of a material containing at least one of the above, the same effect as in claim 9 can be exhibited.

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

【図1】本発明のドライエッチング方法によるエッチン
グを行う際のシリコン基板、孤立凸部,密集凸部の断面
形状をそれぞれ示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a silicon substrate, an isolated convex portion, and a dense convex portion when performing etching by a dry etching method of the present invention.

【図2】第1の実施形態におけるドライエッチング装置
の構造を概略的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the dry etching apparatus in the first embodiment.

【図3】第1の実施形態における被エッチング部の断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion to be etched in the first embodiment.

【図4】第1の実施形態によって得られた寸法変換差の
ガス流量依存性のデータを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing data of gas flow rate dependence of a dimensional conversion difference obtained according to the first embodiment.

【図5】第2の実施形態におけるドライエッチング装置
の構造を概略的に示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing the structure of a dry etching apparatus according to a second embodiment.

【図6】第2の実施形態によって得られた寸法変換差の
ガス流量依存性のデータを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing data of gas flow rate dependence of a dimensional conversion difference obtained according to the second embodiment.

【図7】追加の実験によるガス圧力100mTorr,
ガス流量30,75,150sccmの時の孤立凸部の
断面形状をそれぞれ示すSEM写真図である。
FIG. 7: Gas pressure of 100 mTorr with additional experiments,
It is a SEM photograph figure which shows the cross-sectional shape of an isolated convex part at the time of gas flow of 30,75,150 sccm, respectively.

【図8】追加の実験によるガス圧力100mTorr,
ガス流量30,75,150sccmの時の密集凸部の
断面形状をそれぞれ示すSEM写真図である。
FIG. 8: Gas pressure of 100 mTorr with additional experiments,
It is a SEM photograph figure which shows the cross-sectional shape of a dense convex part, respectively when gas flow rates are 30, 75, and 150 sccm.

【図9】追加の実験によるガス圧力20,100mTo
rr,ガス流量75sccmの時の孤立凸部の断面形状
をそれぞれ示すSEM写真図である。
FIG. 9: Gas pressure of 20,100 mTo according to additional experiment
It is a SEM photograph figure which shows the cross-sectional shape of an isolated convex part at the time of rr and a gas flow rate of 75 sccm, respectively.

【図10】追加の実験によって得られた寸法変換差のガ
ス圧力依存性のデータを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing data on the gas pressure dependence of the dimensional conversion difference obtained by an additional experiment.

【図11】本発明のドライエッチングと従来のドライエ
ッチングとによるガスの圧力及び流量の領域の相違を示
すマップ図である。
FIG. 11 is a map diagram showing the difference in gas pressure and flow rate regions between the dry etching of the present invention and the conventional dry etching.

【図12】第3の実施形態におけるフォトリソグラフィ
ー工程での寸法変化差とドライエッチング工程での寸法
変換差との関係を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a dimensional change difference in a photolithography process and a dimensional conversion difference in a dry etching process in the third embodiment.

【図13】第3の実施形態に係るフォトリソグラフィー
工程及びドライエッチング工程の手順を示すフローチャ
ートである。
FIG. 13 is a flowchart showing a procedure of a photolithography process and a dry etching process according to the third embodiment.

【図14】第3の実施形態に係るドライエッチング装置
の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a dry etching apparatus according to a third embodiment.

【図15】第3の実施形態に係るガス流量の制御を行う
ための寸法変換差とガス流量との関数関係を示す特性図
である。
FIG. 15 is a characteristic diagram showing a functional relationship between a dimensional conversion difference and a gas flow rate for controlling the gas flow rate according to the third embodiment.

【図16】第3の実施形態に係るドライエッチングを行
うための各半導体ウエハサンプル上のレジスト膜の寸法
と、従来の方法によるドライエッチングを行うための半
導体ウエハサンプル上のレジスト膜の寸法のデータを示
す図である。
FIG. 16 is data of dimensions of a resist film on each semiconductor wafer sample for performing dry etching according to the third embodiment and dimensions of a resist film on a semiconductor wafer sample for performing dry etching by a conventional method. FIG.

【図17】第3の実施形態に係るドライエッチングによ
り得られたポリシリコンゲートの仕上がり寸法と、従来
の方法によるドライエッチングによって得られたポリシ
リコンゲートの仕上がり寸法のデータを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing data on the finished dimensions of a polysilicon gate obtained by dry etching according to the third embodiment and the finished dimensions of a polysilicon gate obtained by dry etching by a conventional method.

【図18】従来のドライエッチング方法によるエッチン
グを行う際のシリコン基板、孤立凸部,密集凸部の断面
形状をそれぞれ示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a silicon substrate, an isolated convex portion, and a dense convex portion when performing etching by a conventional dry etching method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 活性種 2 イオン 3 エッチング生成物 4 ポリシリコン膜 5 レジスト膜(エッチングマスク) 6 シリコン基板 7 シリコン酸化膜 8 凸部 8a 孤立凸部 8b 密集凸部 9 凹部 9a 孤立凹部 9b 密集凹部 10 試料 11 高周波電源 12 カップリングコンデンサ 13 カソード電極 14 アノード電極 15 ターボ分子ポンプ 16 ロータリーポンプ 17 マスフローコントローラー 20 プラズマ領域 21 チャンバ(反応室) 22 電磁コイル 1 active species 2 ions 3 etching product 4 polysilicon film 5 resist film (etching mask) 6 silicon substrate 7 silicon oxide film 8 convex portion 8a isolated convex portion 8b dense convex portion 9 concave portion 9a isolated concave portion 9b dense concave portion 10 sample 11 high frequency Power supply 12 Coupling capacitor 13 Cathode electrode 14 Anode electrode 15 Turbo molecular pump 16 Rotary pump 17 Mass flow controller 20 Plasma region 21 Chamber (reaction chamber) 22 Electromagnetic coil

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ウエハの被エッチング部の上にエ
ッチングマスクを形成するフォトリソグラフィー工程
と、 上記エッチングマスクの残存部の横方向寸法を測定する
工程と、 上記測定結果に基づき上記反応室内のガスの圧力及び流
量を決定する工程と、 上記半導体ウエハを反応室内に設置し、上記反応室内に
エッチング用ガスを導入する工程と、 上記ガスを用いてドライエッチングを行い、上記被エッ
チング部における上記エッチングマスクの残存部下方に
は凸部を上記エッチングマスクの開口部下方には凹部を
それぞれ形成する工程とを備え、 上記ドライエッチングを行う工程では、上記ガスの圧力
と流量とを決定する工程で決定された条件に従いガスの
圧力と流量とを調整することにより、上記ドライエッチ
ングにより発生するエッチング生成物の上記凹部外への
排出割合と上記凸部側壁への付着割合とを制御して、上
記凸部の下端部と上記エッチングマスクの上記残存部と
の間における横方向寸法差である寸法変換差を所定範囲
に収めることを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A photolithography step of forming an etching mask on a portion to be etched of a semiconductor wafer, a step of measuring a lateral dimension of a remaining portion of the etching mask, and a gas in the reaction chamber based on the measurement result. The step of determining the pressure and the flow rate of the semiconductor wafer, the step of installing the semiconductor wafer in the reaction chamber and introducing an etching gas into the reaction chamber, and the dry etching using the gas to perform the etching in the etched portion. And a step of forming a convex portion below the remaining portion of the mask and a concave portion below the opening portion of the etching mask. In the step of performing the dry etching, it is determined in the step of determining the pressure and flow rate of the gas. By adjusting the gas pressure and flow rate according to the specified conditions, the energy generated by the dry etching is A lateral dimension difference between the lower end of the protrusion and the remaining portion of the etching mask is controlled by controlling the discharge ratio of the etching product to the outside of the recess and the adhesion ratio to the sidewall of the protrusion. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that a dimensional conversion difference is kept within a predetermined range.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記ドライエッチングを行う工程では、予め上記反応室
内のガスの圧力を一定とし、上記ガス流量を外部パラメ
ータとして上記ガス流量を調整することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of performing the dry etching, the pressure of the gas in the reaction chamber is made constant, and the gas flow rate is adjusted using the gas flow rate as an external parameter. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体の製造方法
において、 上記エッチングマスクの残存部の寸法を測定する工程
と,上記ガスの圧力及び流量を決定する工程と、上記ド
ライエッチング工程とにおけるガスの流量の制御は、各
半導体ウエハごとに行うことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, further comprising: a step of measuring a dimension of a remaining portion of the etching mask, a step of determining a pressure and a flow rate of the gas, and a step of the dry etching. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gas flow rate is controlled for each semiconductor wafer.
【請求項4】 請求項2又は3記載の半導体装置の製造
方法において、 上記ガス流量とガス圧力とを決定する工程では、一定の
ガス圧力下で上記寸法変換差とガス流量とを双曲線関数
で近似して、ガス流量を決定することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein in the step of determining the gas flow rate and the gas pressure, the dimensional conversion difference and the gas flow rate are expressed by a hyperbolic function under a constant gas pressure. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gas flow rate is determined by approximation.
【請求項5】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記エッチングマスクを形成する工程では、被エッチン
グ部の孤立凸部上のエッチングマスクの残存部の横方向
寸法を被エッチング部の最終仕上がり寸法よりも一定値
だけ小さくなるようにエッチングマスクを形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, in the step of forming the etching mask, the lateral dimension of the remaining portion of the etching mask on the isolated convex portion of the etching target portion is set to the final dimension of the etching target portion. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming an etching mask so as to be smaller than a finished dimension by a constant value.
【請求項6】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、 上記反応室におけるガスの圧力が5mTorr以上でガ
スの流量が100sccm以上であることを特徴とする
ドライエッチング方法。
6. The dry etching method according to claim 1, wherein the gas pressure in the reaction chamber is 5 mTorr or more and the gas flow rate is 100 sccm or more.
【請求項7】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、 上記被エッチング物内の上記凸部のうち少なくとも1つ
は、下端部の横方向寸法が0.4μm以下で両側の凹部
の横方向寸法がいずれも1μm以上となる孤立凸部であ
ることを特徴とするドライエッチング方法。
7. The dry etching method according to claim 1, wherein at least one of the protrusions in the object to be etched has a lower end portion having a lateral dimension of 0.4 μm or less and lateral portions having concave portions on both sides. Is an isolated convex part having a size of 1 μm or more.
【請求項8】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、 上記被エッチング物内の上記凸部のうち少なくとも1つ
は、両側の凹部の横方向寸法がいずれも1μm以上とな
る孤立凸部であり、 上記被エッチング物内の上記凸部のうちの他の複数個
は、各凸部間の凹部の横方向寸法が1μm以下である密
集凸部であることを特徴とするドライエッチング方法。
8. The dry etching method according to claim 1, wherein at least one of the projections in the object to be etched is an isolated projection in which the lateral dimension of the recesses on both sides is 1 μm or more. The other plurality of the protrusions in the object to be etched are dense protrusions in which the lateral dimension of the recesses between the protrusions is 1 μm or less.
【請求項9】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記被エッチング部は、単結晶シリコン,ポリシリコ
ン,Al,Cu,W,Ti,Co,Ta,Mo及びNi
のうち少なくともいずれか1つを含む材料により構成さ
れていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the portion to be etched is single crystal silicon, polysilicon, Al, Cu, W, Ti, Co, Ta, Mo and Ni.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a material containing at least one of the above.
【請求項10】 残存部と開口部とからなるパターンを
有するエッチングマスクを用いて、被エッチング物に凸
部と凹部とからなるパターンを形成するためのドライエ
ッチング装置において、 上記被エッチング物を収納するための反応室と、 上記反応室内にエッチング用ガスを供給するガス供給手
段と、 上記ガスをプラズマ化して上記被エッチング物の上記エ
ッチングマスクの残存部下方に凸部を形成する一方エッ
チングマスクの開口部下方に凹部を形成するようドライ
エッチングを行うプラズマ発生手段と、 上記凸部の下端部と上記エッチングマスクの残存部との
横方向寸法差である寸法変換差を所定の範囲に収めるよ
うに、上記反応室内のガスの圧力及び流量のうち少なく
とも一方を制御する制御手段とを備えていることを特徴
とするドライエッチング装置。
10. A dry etching apparatus for forming a pattern of convex portions and concave portions on an object to be etched by using an etching mask having a pattern consisting of a remaining portion and an opening, and storing the object to be etched. And a gas supply means for supplying an etching gas into the reaction chamber, a plasma is generated from the gas to form a convex portion below the remaining portion of the etching mask of the object to be etched. A plasma generating means for performing dry etching so as to form a concave portion below the opening, and a dimension conversion difference which is a lateral dimension difference between the lower end portion of the convex portion and the remaining portion of the etching mask are set within a predetermined range. And a control means for controlling at least one of the pressure and the flow rate of the gas in the reaction chamber. Dry etching apparatus.
【請求項11】 請求項10記載の半導体装置の製造装
置において、 上記ガス供給手段は、上記反応室内に所定圧力のエッチ
ングガスを供給するものであり、 上記制御手段は、上記反応室内のガス流量を変化させる
ものであることを特徴とする半導体装置の製造装置。
11. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 10, wherein the gas supply unit supplies an etching gas having a predetermined pressure into the reaction chamber, and the control unit includes a gas flow rate in the reaction chamber. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, which is characterized in that:
【請求項12】 請求項10記載の半導体装置の製造装
置において、 上記制御手段は、 上記ガス圧力及びガス流量のうち少なくともいずれか一
方を調整する調整手段と、 ドライエッチングを行う前に、予め当該被エッチング部
と同じ材質及び同じパターンを有する既エッチング物に
ついて測定された寸法変換差とガス圧力及びガス流量と
の関係をデータベース化して記憶させておく記憶手段
と、 上記記憶手段に記憶される上記寸法変換差と上記ガス圧
力及びガス流量との関係を用いて、上記凸部の下端部の
寸法を所望の値にするための上記ガス圧力及びガス流量
とを演算する演算手段と、 上記演算手段で演算された上記ガス圧力及びガス流量の
条件を上記調整手段に転送する転送手段とにより構成さ
れていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
12. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 10, wherein the control means adjusts at least one of the gas pressure and the gas flow rate, and the dry etching is performed before the dry etching. Storage means for storing the relationship between the dimension conversion difference measured for the already-etched material having the same material and the same pattern as the etched portion and the gas pressure and the gas flow rate in a database, and storing the storage means in the storage means. Calculating means for calculating the gas pressure and the gas flow rate for making the dimension of the lower end of the convex portion a desired value using the relationship between the dimension conversion difference and the gas pressure and the gas flow rate; and the calculating means. And a transfer means for transferring the conditions of the gas pressure and the gas flow rate calculated by the above to the adjusting means. Forming apparatus.
【請求項13】 請求項12記載の半導体装置の製造装
置において、 上記演算手段は、ガス圧力が一定の条件下で寸法変換差
とガスの流量との関係を双曲線関数で近似して、ガス流
量を決定することを特徴とする半導体装置の製造装置。
13. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 12, wherein the arithmetic means approximates the relationship between the dimensional conversion difference and the gas flow rate with a hyperbolic function under the condition that the gas pressure is constant, and calculates the gas flow rate. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, characterized in that.
【請求項14】 請求項10記載の半導体装置の製造装
置において、 上記ガス供給手段は、ハロゲンガス,ハロゲン化物ガス
のうち少なくともいずれか1つを含むガスを供給するも
のであることを特徴とする半導体装置の製造装置。
14. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 10, wherein the gas supply means supplies a gas containing at least one of a halogen gas and a halide gas. Semiconductor device manufacturing equipment.
【請求項15】 請求項14記載の半導体装置の製造装
置において、 上記ハロゲンガスは、臭化水素ガス,臭化水素ガスと塩
素ガスの混合ガス,及び臭化水素ガスと塩化水素ガスの
混合ガスのうちのいずれか1つであることを特徴とする
半導体装置の製造装置。
15. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 14, wherein the halogen gas is hydrogen bromide gas, a mixed gas of hydrogen bromide gas and chlorine gas, or a mixed gas of hydrogen bromide gas and hydrogen chloride gas. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the manufacturing apparatus is a semiconductor device.
【請求項16】 請求項10記載の半導体装置の製造装
置において、 上記被エッチング部は、単結晶シリコン,ポリシリコ
ン,Al,Cu,W,Ti,Co,Ta,Mo及びNi
のうち少なくともいずれか1つを含む材料で構成されて
いることを特徴とする半導体装置の製造装置。
16. The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the portion to be etched is single crystal silicon, polysilicon, Al, Cu, W, Ti, Co, Ta, Mo and Ni.
A semiconductor device manufacturing apparatus comprising a material containing at least one of the above.
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