JPH09266196A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method

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JPH09266196A
JPH09266196A JP7346596A JP7346596A JPH09266196A JP H09266196 A JPH09266196 A JP H09266196A JP 7346596 A JP7346596 A JP 7346596A JP 7346596 A JP7346596 A JP 7346596A JP H09266196 A JPH09266196 A JP H09266196A
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resist mask
angle
etching
etched
insulating film
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the dimensional conversion difference in the patterning by setting the angle between the surface of a material layer to be etched and side wall of a resist mask to a value exceeding the retrogressing angle of a resist mask by etching and less than the deposition angle of a fluorocarbon type polymer on the side wall of the mask. SOLUTION: The angle between the surface of an offset insulation film 5 i.e., a material layer to be etched and inside wall of a resist mask 6 is set to a value exceeding the retrogressing angle of the line width of the mask 6 by etching and less than the deposition angel of a fluorocarbon type polymer on the side wall of the mask 6. This provides a correlation of the angle between the material layer surface and inside wall of the resist mask with the amt. of the side wall deposited polymer and dimensional conversion difference. If the mask 6 is designed for the angle in this range, the dimensional conversion difference can be reduced and stably controlled.

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
法に関し、さらに詳しくは、微細かつ厳密な寸法制御性
が求められるエッチング工程を有する半導体装置の製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device having an etching process that requires fine and strict dimensional controllability.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置の高集積化が進展
するに伴い、内部配線や電極等の微細化が進展してい
る。MOSトランジスタのゲート電極等に適用される最
小デザインルールは、DRAM(Dynamic Random Accses
s Memory) を例にとると、16MDRAMで0.5μ
m、64MDRAMで0.35μmそして次世代の25
6MDRAMで0.25μmとされている。かかる微細
幅のゲート電極エッチングにおいては、下地のゲート絶
縁膜の薄膜化に伴って高選択比が要求されるとともに、
パターン幅の厳密な寸法制御が求められる。n+ Pol
y−Si/WSi2 等の高融点金属ポリサイド層をレジ
ストマスクを用いてエッチングするゲート電極加工にお
いては、Cl系ガスやBr系ガスを用いるガスケミスト
リの進歩により、極めて薄い例えば4nm程度のゲート
酸化膜に対する高選択比、および寸法変換差(ΔCD、
パターンシフト)〜0.02μmすなわち20nm程度
の制御性が得られる段階にすでに達している。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices such as LSIs have been highly integrated, miniaturization of internal wiring and electrodes has been advanced. The minimum design rule applied to the gate electrodes of MOS transistors is the DRAM (Dynamic Random Accsess).
s Memory) as an example, 0.5μ in 16M DRAM
m, 64M DRAM 0.35μm and next generation 25
It is set to 0.25 μm in 6 MDRAM. In such fine gate electrode etching, a high selection ratio is required as the underlying gate insulating film becomes thinner, and
Strict dimensional control of the pattern width is required. n + Pol
In the gate electrode processing for etching a refractory metal polycide layer such as y-Si / WSi 2 using a resist mask, due to the progress of gas chemistry using Cl-based gas or Br-based gas, an extremely thin gate oxidation of about 4 nm is performed. High selectivity to membrane and dimensional conversion difference (ΔCD,
(Pattern shift) to 0.02 μm, that is, the stage where controllability of about 20 nm is obtained has already been reached.

【0003】今後さらに高集積化が進むと、コンタクト
ホール加工におけるマスク合わせを不要とするセルフア
ラインコンタクト構造が採用されるものと考えられる。
このセルフアラインコンタクト構造の製造工程の一例
を、図3および図4を参照して説明する。まず図3
(a)に示すように、半導体基板1上にゲート絶縁膜
2、多結晶シリコン膜3、高抵抗金属シリサイド膜4、
オフセット絶縁膜5および複数のレジストマスク6を隣
接して形成する。複数のレジストマスク6間のスペース
は、後工程において半導体基板1の不純物拡散層(図示
せず)に臨むセルフアラインコンタクトが形成される部
分である。つぎに図3(b)に示すようにレジストマス
ク6をエッチングマスクとしてオフセット絶縁膜5をパ
ターニングし、レジストマスク6を剥離する。この状態
を図3(c)に示す。この後図3(d)に示すようにオ
フセット絶縁膜5パターンをエッチングマスクとして、
高融点金属シリサイド膜5と多結晶シリコン膜4をエッ
チングし、高融点金属ポリサイド膜からなる複数のゲー
ト電極を隣接して形成する。
It is considered that as the degree of integration is further increased in the future, a self-aligned contact structure which does not require mask alignment in the processing of contact holes will be adopted.
An example of the manufacturing process of this self-aligned contact structure will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in (a), a gate insulating film 2, a polycrystalline silicon film 3, a high resistance metal silicide film 4,
The offset insulating film 5 and the plurality of resist masks 6 are formed adjacent to each other. The space between the plurality of resist masks 6 is a portion where a self-aligned contact facing an impurity diffusion layer (not shown) of the semiconductor substrate 1 is formed in a post process. Next, as shown in FIG. 3B, the offset insulating film 5 is patterned using the resist mask 6 as an etching mask, and the resist mask 6 is removed. This state is shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 3D, the offset insulating film 5 pattern was used as an etching mask.
The refractory metal silicide film 5 and the polycrystalline silicon film 4 are etched to form a plurality of gate electrodes made of a refractory metal polycide film adjacent to each other.

【0004】つぎに図4(e)に示すようにサイドウォ
ール形成膜7を全面に形成し、これを異方的にエッチバ
ックして、図4(f)に示すように複数のゲート電極の
側面にサイドウォールスペーサ7aを残す。この後図5
(g)に示すように層間絶縁膜8を全面に形成しセルフ
アラインコンタクトホール開口用レジストマスク9をパ
ターニングする。セルフアラインコンタクトホール開口
用レジストマスク9のパターニング露光時の位置合わせ
には、厳密性は要求されない。つづけてセルフアライン
コンタクトホール開口用レジストマスク9をエッチング
マスクとして層間絶縁膜8をエッチングし、セルフアラ
インコンタクトホール10を開口する。セルフアライン
コンタクトホール開口用レジストマスク9を剥離した状
態を図5(h)に示す。この後、図示はしないがセルフ
アラインコンタクトホール10内にコンタクトプラグ
や、層間絶縁膜8上にも延在する上層配線を形成し、セ
ルフアラインコンタクト構造を完成する。
Next, as shown in FIG. 4E, a sidewall forming film 7 is formed on the entire surface and is anisotropically etched back to form a plurality of gate electrodes as shown in FIG. 4F. The sidewall spacer 7a is left on the side surface. After this
As shown in (g), an interlayer insulating film 8 is formed on the entire surface, and a resist mask 9 for opening a self-aligned contact hole is patterned. Strictness is not required for the alignment during the patterning exposure of the resist mask 9 for opening the self-aligned contact hole. Subsequently, the interlayer insulating film 8 is etched using the resist mask 9 for opening the self-aligned contact hole as an etching mask to open the self-aligned contact hole 10. A state in which the resist mask 9 for opening the self-aligned contact hole is peeled off is shown in FIG. Thereafter, although not shown, a contact plug and an upper layer wiring extending also over the interlayer insulating film 8 are formed in the self-aligned contact hole 10 to complete the self-aligned contact structure.

【0005】このように、セルフアラインコンタクトホ
ール10底部のコンタクト面は、サイドウォールスペー
サ7aにより自己整合的に規制された幅と位置を有し、
リソグラフィの解像限界以下の微小開口幅とすることも
可能である。またオフセット絶縁膜5は、ゲート電極と
コンタクトプラグあるいは上層配線との絶縁耐圧を向上
するために必要である一方、ゲート電極加工時のエッチ
ングマスク機能としての重要な役割を果たしている。
In this way, the contact surface at the bottom of the self-aligned contact hole 10 has a width and position regulated in a self-aligned manner by the sidewall spacer 7a,
It is also possible to set a minute aperture width equal to or smaller than the resolution limit of lithography. Further, the offset insulating film 5 is necessary to improve the withstand voltage between the gate electrode and the contact plug or the upper wiring, but also plays an important role as an etching mask function when processing the gate electrode.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】さて、オフセット絶縁
膜をエッチングマスクとするゲート電極加工における寸
法変換差は、 1.レジストマスクのパターニング 2.オフセット絶縁膜のパターニング 3.ゲート電極のパターニング の3つのファクタの総和となって現れる。ここで1およ
び3の寸法変換差については、従来のレジストマスクを
エッチングマスクとするゲート電極加工においても同様
のファクタであるが、これに新たに2のファクタが加わ
ることにより、寸法変換差のばらつきはさらに大きくな
る。
The dimensional conversion difference in the gate electrode processing using the offset insulating film as an etching mask is as follows. Patterning of resist mask 1. Patterning of offset insulating film 3. It appears as the sum of the three factors of gate electrode patterning. Here, the dimensional conversion difference of 1 and 3 is the same factor in the conventional gate electrode processing using the resist mask as an etching mask, but by adding a new factor of 2 to this, the dimensional conversion difference varies. Will be even bigger.

【0007】オフセット絶縁膜に用いられるSiO2
酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングは、強固な
Si−O結合(結合エネルギ705kJ/mol)を切
断するためにある程度以上のイオン入射エネルギが必要
とされる。一方下地のシリコンや高融点金属シリサイド
等とのエッチング選択比を得るために、過剰気味のフッ
化炭素系ポリマを生成するプラズマエッチング条件が採
用される。したがって、ゲート電極・配線のようなライ
ン状のパターン加工においては、レジストマスクやライ
ン状パターン側壁に過剰なフッ化炭素系ポリマが堆積
し、ライン状パターン幅が太る形で発生する被エッチン
グ材料層パターンの寸法変換差は、最大0.1μmにも
達する場合がある。さらにこの寸法変換差の絶対値およ
びばらつきは、オフセット絶縁膜加工に用いるレジスト
マスクの形状にも大きく依存して変化することが発明者
らの検討により明らかとなってきた。
Plasma etching of a silicon oxide-based material layer such as SiO 2 used for an offset insulating film requires ion incident energy above a certain level in order to break a strong Si—O bond (bonding energy 705 kJ / mol). It On the other hand, in order to obtain an etching selection ratio with respect to the underlying silicon, refractory metal silicide, or the like, plasma etching conditions that generate an excessively fluorocarbon-based polymer are adopted. Therefore, in the processing of a linear pattern such as a gate electrode / wiring, an excessive amount of fluorocarbon-based polymer is deposited on the resist mask or the sidewall of the linear pattern, and the line-shaped pattern is thickened. The pattern size conversion difference may reach a maximum of 0.1 μm. Further, it has been clarified by the inventors that the absolute value and variation of the dimensional conversion difference largely depend on the shape of the resist mask used for processing the offset insulating film.

【0008】このオフセット絶縁膜エッチング時の寸法
変換差の問題を図5(a)〜(d)を参照して説明す
る。まず図5(a)に示すように半導体基板1上にゲー
ト絶縁膜2、多結晶シリコン膜3、高融点金属シリサイ
ド膜4、オフセット絶縁膜5およびレジストマスク6を
順次形成し、これを被エッチング基板とする。レジスト
マスク6の側壁面とオフセット絶縁膜5表面がなす角度
θは通常90°に設定され、図5(a)では説明の簡単
のためにレジストマスク6は1個のみを示してある。つ
ぎに過剰のフッ化炭素系ポリマが発生する高選択比プラ
ズマエッチング条件により、オフセット絶縁膜をパター
ニングすると、図5(b)に示すようにレジストマスク
6および加工されつつあるオフセット絶縁膜5パターン
側壁には側壁堆積ポリマ11が付着しつつパターニング
が進行する。このため、完成したオフセット絶縁膜5パ
ターンの底辺幅は、レジストマスク6の幅より大きくな
る。レジストマスク6と側壁堆積ポリマを剥離した状態
が図5(c)である。つぎにこのオフセット絶縁膜5パ
ターンをエッチングマスクとして、高融点金属シリサイ
ド膜4および多結晶シリコン膜3をエッチングしてゲー
ト電極を完成する。図5(d)に示すこの状態から明ら
かなように、オフセット絶縁膜5パターンの形状はゲー
ト電極加工時にはほとんど変化しないので、ゲート電極
の幅はレジストマスク6の幅より拡がって正の寸法変換
差が発生することとなる。
The problem of the dimensional conversion difference during the etching of the offset insulating film will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5A, a gate insulating film 2, a polycrystalline silicon film 3, a refractory metal silicide film 4, an offset insulating film 5 and a resist mask 6 are sequentially formed on a semiconductor substrate 1 and are etched. Use as a substrate. The angle θ formed between the side wall surface of the resist mask 6 and the surface of the offset insulating film 5 is usually set to 90 °, and only one resist mask 6 is shown in FIG. Next, when the offset insulating film is patterned under a high selective ratio plasma etching condition in which an excessive amount of fluorocarbon-based polymer is generated, the resist mask 6 and the sidewall of the pattern of the offset insulating film 5 being processed are patterned as shown in FIG. 5B. The patterning proceeds while the sidewall deposition polymer 11 is attached to the. Therefore, the bottom width of the completed pattern of the offset insulating film 5 is larger than the width of the resist mask 6. FIG. 5C shows a state where the resist mask 6 and the side wall deposited polymer are peeled off. Then, using the pattern of the offset insulating film 5 as an etching mask, the refractory metal silicide film 4 and the polycrystalline silicon film 3 are etched to complete a gate electrode. As is apparent from this state shown in FIG. 5D, since the shape of the offset insulating film 5 pattern hardly changes during the processing of the gate electrode, the width of the gate electrode is wider than the width of the resist mask 6 and the positive dimension conversion difference. Will occur.

【0009】本発明は上述したオフセット絶縁膜のよう
な微細幅の被エッチング材料層のパターニングにおける
寸法変換差を低減し、高集積度の半導体装置の高精度の
製造方法を提供することをその目的とする。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a highly integrated semiconductor device with high accuracy by reducing a dimensional conversion difference in patterning a material layer to be etched having a fine width such as the above-mentioned offset insulating film. And

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の課題を解決するために提案するもので
あり、被エッチング材料層上に形成されたレジストマス
クをエッチングマスクとし、フッ化炭素系ガスを含むエ
ッチングガスにより、この被エッチング材料層をエッチ
ングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
被エッチング材料層表面と、レジストマスクの内側から
前記レジストマスクの側壁面とが挟んでなす角度θは、
エッチングにより、レジストマスクの線幅が後退する角
度を超えるものであるとともに、このエッチングによ
り、レジストマスクの側壁にフッ化炭素系ポリマが堆積
する角度未満であることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is proposed to solve the above-mentioned problems, and a resist mask formed on a material layer to be etched is used as an etching mask. In a method for manufacturing a semiconductor device, which has a step of etching the material layer to be etched by an etching gas containing a carbon dioxide gas,
The angle θ formed between the surface of the material layer to be etched and the side wall surface of the resist mask from the inside of the resist mask is
It is characterized in that the line width of the resist mask exceeds the angle of receding by etching, and the angle is less than the angle at which the fluorocarbon-based polymer is deposited on the side wall of the resist mask by the etching.

【0011】本発明で対象とする被エッチング材料層
は、SiO2 、Si3 4 、SiON、SiOFおよび
有機高分子のうちのいずれかすくなくとも一種である際
に好適に実施することができる。また本発明が対象とす
る被エッチング材料層の機能としては、ゲート電極上に
形成するオフセット絶縁膜である場合に好適に実施する
ことができる。
The material layer to be etched targeted by the present invention can be suitably implemented when it is at least one of SiO 2 , Si 3 N 4 , SiON, SiOF and organic polymers. Further, the function of the material layer to be etched, which is the object of the present invention, can be suitably implemented when it is an offset insulating film formed on the gate electrode.

【0012】つぎに作用の説明に移る。フッ化炭素系ガ
スを用いたプラズマエッチングにおいて、レジストマス
クや被エッチング材料層パターンの側壁に付着するフッ
化炭素系ポリマの量は、レジストマスクの形状が一定の
場合には、次の3種のプラズマエッチング条件によりほ
ぼ決定される。 (1)フッ化炭素系ガスによるプラズマからのポリマ入
射量(プラズマ中の炭素とフッ素の比、C/F比) (2)被エッチング基板表面でのポリマの付着確率(被
エッチング基板温度等) (3)被エッチング基板表面でのポリマのスパッタリン
グ除去率(入射イオンエネルギ) これらのプラズマエッチング条件を一定とした上で、レ
ジストマスクの形状、すなわち被エッチング材料層表面
とレジストマスクの内側から前記レジストマスクの側壁
面とが挟んでなす角度θと、側壁堆積ポリマの付着量お
よび寸法変換差ΔCDの関係について、本発明者は鋭意
検討を加えた結果、両者にはある相関関係があることを
見出した。この関係を図4のグラフに示す。図4のグラ
フは、横軸にレジストマスクの角度θを、縦軸には寸法
変換差ΔCDをとってある。
Next, the operation will be described. In plasma etching using a fluorocarbon-based gas, the amount of fluorocarbon-based polymer adhering to the side walls of the resist mask and the material layer pattern to be etched is the following three types when the shape of the resist mask is constant. It is almost determined by the plasma etching conditions. (1) Incident amount of polymer from plasma due to fluorocarbon-based gas (ratio of carbon to fluorine in plasma, C / F ratio) (2) Probability of polymer adhesion on the surface of the substrate to be etched (substrate temperature to be etched, etc.) (3) Sputtering removal rate of polymer on the surface of the substrate to be etched (incident ion energy) With these plasma etching conditions being kept constant, the shape of the resist mask, that is, the surface of the material to be etched and the inside of the resist mask from the resist As a result of diligent studies, the present inventor has found that there is a certain correlation between the angle θ formed by the side wall surface of the mask and the amount of deposition of the side wall deposited polymer and the dimensional conversion difference ΔCD. It was This relationship is shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis represents the resist mask angle θ, and the vertical axis represents the dimension conversion difference ΔCD.

【0013】このグラフから明らかなように、角度θが
小さい場合、すなわち順テーパ形状のレジストマスク6
の場合には、レジストマスク6の側壁は直接イオン入射
に曝されるので、この部分でのスパッタリング除去速度
が(1)〜(3)で決定されるフッ化炭素系ポリマの付
着速度を上回り、側壁堆積ポリマ11は付着せず、むし
ろレジストマスク6側壁がスパッタリングされてその幅
が後退し、結果として被エッチング材料層であるオフセ
ット絶縁膜5には負の寸法変換差が発生する。この条件
は図4のグラフの左側、すなわち角度θがa点以下の角
度の場合に相当する。一方、角度θが大きい場合にはこ
の逆で、レジストマスク6の側壁が直接イオン入射に曝
される確率は小さく、この部分でのスパッタリング除去
速度が(1)〜(3)で決定されるフッ化炭素系ポリマ
の付着速度を下回る。このため側壁堆積ポリマ11がこ
の部分に付着して、レジストマスク6はその線幅が太
り、結果として被エッチング材料層であるオフセット絶
縁膜5には正の寸法変換差が発生する。この条件は図4
のグラフの右側、すなわち角度θがb点で示される角度
以上の場合に相当する。
As is apparent from this graph, when the angle θ is small, that is, the forward-tapered resist mask 6 is formed.
In this case, since the side wall of the resist mask 6 is directly exposed to ion injection, the sputtering removal rate at this portion exceeds the deposition rate of the fluorocarbon polymer determined by (1) to (3), The sidewall deposition polymer 11 does not adhere, but rather the sidewall of the resist mask 6 is sputtered and its width recedes, and as a result, a negative dimension conversion difference occurs in the offset insulating film 5 which is the material layer to be etched. This condition corresponds to the left side of the graph in FIG. 4, that is, the case where the angle θ is the angle a or less. On the other hand, when the angle θ is large, on the contrary, the probability that the side wall of the resist mask 6 is directly exposed to the ion injection is small, and the sputtering removal rate at this portion is determined by (1) to (3). Below the deposition rate of the carbon-based polymer. Therefore, the sidewall deposition polymer 11 adheres to this portion, the line width of the resist mask 6 becomes thick, and as a result, a positive dimensional conversion difference occurs in the offset insulating film 5 which is the material layer to be etched. This condition is shown in Figure 4.
The graph corresponds to the right side of the graph, that is, the case where the angle θ is equal to or larger than the angle indicated by the point b.

【0014】図4に示すグラフにおいて、a点とb点の
間にはレジストマスク6の線幅が後退せず、フッ化炭素
系ポリマの過剰堆積が発生しない領域がある幅を持って
存在する。この領域は角度θは90°以下、すなわち弱
い順テーパ形状の領域に存在する。したがってこの領域
の角度θにレジストマスク6を設計すれば、寸法変換差
ΔCDを小さくしかも安定に制御することができる。レ
ジストマスクの角度θの最適範囲はa点とb点との間に
ある幅を持って存在するので、その制御は容易である。
レジストマスクの側壁角度θの制御は、露光量、PEB
(Post ExposureBake)の条件或いは化学増幅レジストで
あれば光酸発生剤PAG(Photo Acid Generator)の添加
量等、任意の方法で可能である。
In the graph shown in FIG. 4, the line width of the resist mask 6 does not recede between the points a and b, and there is a region in which there is no excessive deposition of the fluorocarbon polymer. . This region has an angle θ of 90 ° or less, that is, a region having a weak forward taper shape. Therefore, if the resist mask 6 is designed to have an angle θ in this region, the dimensional conversion difference ΔCD can be made small and stable. Since the optimum range of the angle θ of the resist mask exists with a width between the points a and b, its control is easy.
The sidewall angle θ of the resist mask is controlled by the exposure amount, PEB
(Post Exposure Bake) conditions or a chemically amplified resist can be used by any method such as the addition amount of the photo acid generator PAG (Photo Acid Generator).

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図1を参
照しながら説明する。以下の実施例はいずれもポリサイ
ドゲート電極・配線上のオフセット絶縁膜加工に本発明
を適用した例である。なお従来例の説明に供した図5中
と同様の構成要素部分には同一の参照符号を付すものと
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG. The following examples are all examples in which the present invention is applied to processing an offset insulating film on a polycide gate electrode / wiring. It should be noted that the same components as those in FIG. 5 used to explain the conventional example are denoted by the same reference numerals.

【0016】実施例1 本実施例は、フッ化炭素系ポリマの堆積量が比較的多い
高選択比条件でのオフセット絶縁膜加工を施した例であ
る。被エッチング基板として図1(a)に示すように、
シリコン等の半導体基板1上にSiO2 からなるゲート
絶縁膜2、多結晶シリコン膜3およびWSi2 からなる
高融点金属シリサイド膜4、オフセット絶縁膜5および
レジストマスク6が順次形成されたものである。このう
ち多結晶シリコン膜3および高融点金属シリサイド膜4
の厚さは一例としていずれも100nm、オフセット絶
縁膜5の厚さは230nm、レジストマスク6はポジ型
の化学増幅レジストとエキシマレーザリソグラフィによ
り線幅250nm、側壁角度θ=85°に形成した。
Example 1 This example is an example in which an offset insulating film is processed under a high selection ratio condition in which the amount of fluorocarbon polymer is relatively large. As the substrate to be etched, as shown in FIG.
A gate insulating film 2 made of SiO 2 , a polycrystalline silicon film 3, a refractory metal silicide film 4 made of WSi 2 , an offset insulating film 5, and a resist mask 6 are sequentially formed on a semiconductor substrate 1 made of silicon or the like. . Of these, the polycrystalline silicon film 3 and the refractory metal silicide film 4
As an example, each of them has a thickness of 100 nm, the offset insulating film 5 has a thickness of 230 nm, and the resist mask 6 is formed by a positive type chemically amplified resist and excimer laser lithography to have a line width of 250 nm and a side wall angle θ = 85 °.

【0017】この被エッチング基板を平行平板型マグネ
トロンRIE装置のカソード電極上に載置し、一例とし
て下記プラズマエッチング条件によりレジストマスク6
から露出するオフセット絶縁膜5をパターニングした。 C4 8 10 sccm O2 10 sccm Ar 100 sccm ガス圧力 0.5 Pa RF電源パワー 1000 W(13.56MHz) 被エッチング基板温度 20 ℃ 本プラズマエッチング条件はプラズマ中のC/F比が大
きく、比較的堆積性が大きく選択比がとれる一方で、線
幅は太り易い。したがって図4のグラフでのa点は82
°、b点は87°であり、この間に5°の幅がある。本
実施例では角度θを85°に設定することにより、レジ
ストマスク6やパターニングされつつあるオフセット絶
縁膜5パターンの側面にフッ化炭素系ポリマが付着する
ことなく、またレジストマスク6が後退することなく、
オフセット絶縁膜5パターンの寸法変換差ΔCDを+2
0nm以内に抑えることができた。オフセット絶縁膜パ
ターンの側面の角度θO は88°であった。オフセット
絶縁膜5のパターニング終了後の被エッチング基板を図
1(b)に示す。
This substrate to be etched is placed on the cathode electrode of a parallel plate type magnetron RIE apparatus, and as an example, the resist mask 6 is formed under the following plasma etching conditions.
The offset insulating film 5 exposed from the above was patterned. C 4 F 8 10 sccm O 2 10 sccm Ar 100 sccm Gas pressure 0.5 Pa RF power source power 1000 W (13.56 MHz) Etching substrate temperature 20 ° C. This plasma etching condition has a large C / F ratio in plasma, The line width tends to be thick while the deposition property is relatively large and the selection ratio can be obtained. Therefore, the point a in the graph of FIG.
° and b point are 87 °, and there is a width of 5 ° between them. In this embodiment, by setting the angle θ to 85 °, the fluorocarbon polymer does not adhere to the side surfaces of the resist mask 6 and the pattern of the offset insulating film 5 being patterned, and the resist mask 6 is retracted. Without
Offset conversion film 5 Pattern conversion difference ΔCD +2
It could be suppressed to within 0 nm. The angle θ O of the side surface of the offset insulating film pattern was 88 °. The substrate to be etched after the patterning of the offset insulating film 5 is completed is shown in FIG.

【0018】この後レジストマスク6を剥離して図1
(c)の状態とした被エッチング基板を、基板バイアス
印加型ECRプラズマエッチング装置の基板ステージ上
に載置し、オフセット絶縁膜5パターンをエッチングマ
スクとして、高融点金属ポリサイド膜を連続してパター
ニングする。エッチングは一例として下記条件によっ
た。 Cl2 75 sccm O2 6 sccm ガス圧力 0.4 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45GHz) 基板バイアスパワー メインエッチング時 80 W(13.56MHz) オーバーエッチング時 40 W(13.56MHz) 被エッチング基板温度 20 ℃ 本プラズマエッチング工程は、エッチングマスクである
オフセット絶縁膜パターンの側面が88°であるので、
ポリサイドゲート電極・配線にも顕著な寸法変換差が発
生せず、初期のレジストマスク6幅とほぼ同一幅の加工
ができた。
After that, the resist mask 6 is peeled off and the structure shown in FIG.
The substrate to be etched in the state of (c) is placed on the substrate stage of the substrate bias application type ECR plasma etching apparatus, and the refractory metal polycide film is continuously patterned using the pattern of the offset insulating film 5 as an etching mask. . The etching was performed under the following conditions as an example. Cl 2 75 sccm O 2 6 sccm Gas pressure 0.4 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) Substrate bias power Main etching 80 W (13.56 MHz) Over etching 40 W (13.56 MHz) Etched substrate Temperature 20 ° C. In this plasma etching process, since the side surface of the offset insulating film pattern, which is the etching mask, is 88 °,
The polycide gate electrode / wiring did not have a remarkable dimensional conversion difference, and the width of the resist mask 6 was almost the same as the initial width.

【0019】以下のサイドウォールスペーサ形成工程、
セルフアラインコンタクト開口工程およびコンタクトプ
ラグ形成工程等は従来技術と同様であるので重複する説
明は省略する。本実施例によれば、フッ化炭素系ポリマ
の堆積性が強い高選択比エッチング条件を採用しても、
正の寸法変換差が発生することなく微細ゲート電極・配
線加工を施すことが可能である。
The following sidewall spacer forming step,
Since the self-aligned contact opening step, the contact plug forming step and the like are the same as those in the prior art, duplicate description will be omitted. According to this embodiment, even if the high selective ratio etching condition in which the deposition property of the fluorocarbon polymer is strong is adopted,
It is possible to perform fine gate electrode / wiring processing without causing a positive dimensional conversion difference.

【0020】実施例2 本実施例は、フッ化炭素系ポリマの堆積量が比較的少な
い高エッチングレートド条件でのオフセット絶縁膜加工
を施した例である。本実施例で採用した図1(a)に示
す被エッチング基板は前実施例1とほぼ同様であるので
重複する説明は省略する。本実施例においては、レジス
トマスク6はポジ型の化学増幅レジストとエキシマレー
ザリソグラフィにより、線幅250nm、側壁角度θ=
87°に形成した。
Example 2 This example is an example in which the offset insulating film was processed under a high etching rate condition in which the amount of fluorocarbon polymer deposited was relatively small. Since the substrate to be etched shown in FIG. 1A used in this embodiment is substantially the same as that in the first embodiment, duplicate description will be omitted. In this embodiment, the resist mask 6 is formed by a positive chemically amplified resist and excimer laser lithography, and has a line width of 250 nm and a side wall angle θ =.
Formed at 87 °.

【0021】この被エッチング基板を平行平板型マグネ
トロンRIE装置のカソード電極上に載置し、一例とし
て下記プラズマエッチング条件によりレジストマスク6
から露出するオフセット絶縁膜5をパターニングした。 CHF3 30 sccm Ar 100 sccm ガス圧力 0.5 Pa RF電源パワー 1000 W(13.56MHz) 被エッチング基板温度 20 ℃ 本プラズマエッチング条件はプラズマ中のC/F比が小
さいので、堆積性が少なくエッチングレートは大きい一
方で、線幅は比較的細り易い。したがって図4のグラフ
でのa点およびb点は大角度側にシフトし、a点は85
°、b点は89°付近となり、この間に4°の幅があ
る。本実施例では角度θを87°に設定することによ
り、レジストマスク6が後退することなく、またレジス
トマスク6やパターニングされつつあるオフセット絶縁
膜パターンの側面にフッ化炭素系ポリマが付着すること
なく、オフセット絶縁膜5パターンの寸法変換差ΔCD
を0〜−20nmの範囲に抑えることができた。オフセ
ット絶縁膜パターンの側面の角度θO は88°であっ
た。オフセット絶縁膜5のパターニング終了後の被エッ
チング基板を図1(b)に示す。本プラズマエッチング
条件はまた、比較的選択比の小さなエッチング条件であ
り、下地の高融点金属シリサイド膜4との選択比をとり
難い。しかしオフセット絶縁膜加工においては後工程で
高融点金属シリサイド膜4をエッチングするので、選択
比は特に問題とはならない。
This substrate to be etched is placed on the cathode electrode of a parallel plate type magnetron RIE apparatus, and as an example, the resist mask 6 is formed under the following plasma etching conditions.
The offset insulating film 5 exposed from the above was patterned. CHF 3 30 sccm Ar 100 sccm Gas pressure 0.5 Pa RF power supply power 1000 W (13.56 MHz) Etching substrate temperature 20 ° C. Under the plasma etching conditions, the C / F ratio in the plasma is small, so that the deposition property is small and etching is performed. While the rate is large, the line width is relatively thin. Therefore, points a and b in the graph of FIG. 4 shift to the large angle side, and point a is 85
The points b and b are around 89 °, and there is a width of 4 ° between them. In this embodiment, by setting the angle θ to 87 °, the resist mask 6 does not recede, and the fluorocarbon polymer does not adhere to the side surfaces of the resist mask 6 and the offset insulating film pattern being patterned. , Dimensional conversion difference ΔCD of 5 patterns of offset insulating film
Was suppressed to the range of 0 to -20 nm. The angle θ O of the side surface of the offset insulating film pattern was 88 °. The substrate to be etched after the patterning of the offset insulating film 5 is completed is shown in FIG. This plasma etching condition is also an etching condition with a relatively small selection ratio, and it is difficult to obtain a selection ratio with the underlying refractory metal silicide film 4. However, since the refractory metal silicide film 4 is etched in a later step in processing the offset insulating film, the selection ratio is not a particular problem.

【0022】この後のレジストマスク6の剥離工程以
後、コンタクトプラグの形成工程までは前実施例1と同
様であり、重複する説明は省略する。本実施例によれ
ば、フッ化炭素系ポリマの堆積性が少ない高エッチング
レート条件を採用しても、負の寸法変換差が発生するこ
となく、微細ゲート電極・配線加工を施すことが可能で
ある。
After the subsequent step of removing the resist mask 6, the steps up to the step of forming the contact plug are the same as those in the first embodiment, and the duplicated description will be omitted. According to the present embodiment, even if a high etching rate condition in which the deposition property of the fluorocarbon polymer is small is adopted, it is possible to perform fine gate electrode / wiring processing without causing a negative dimension conversion difference. is there.

【0023】以上、本発明を2種の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
Although the present invention has been described above with reference to two embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0024】例えば被エッチング材料層としてSiO2
を例示したが、他にSi3 4 、SiON、SiOFお
よび有機高分子等の材料層を用いることができる。特に
SiOFや有機高分子等は比誘電率が小さいので、セル
フアラインコンタクト構造のオフセット絶縁膜に採用し
ても配線間容量の低減に有利である。有機高分子材料と
してはシロキサン結合を含む有機SOG、ポリイミド、
ポリパラキシリレン(商品名パリレン)、ポリナフタレ
ンや、さらにフッ素を含む高分子材料がある。低誘電率
材料層は、単独でオフセット絶縁膜としてもよく、Si
2 等の無機絶縁膜と積層して用いてもよい。
For example, the material layer to be etched is SiO 2
However, other material layers such as Si 3 N 4 , SiON, SiOF and organic polymers can be used. In particular, since SiOF and organic polymers have a small relative permittivity, they are advantageous in reducing the capacitance between wirings even when they are used as an offset insulating film having a self-align contact structure. As the organic polymer material, organic SOG containing a siloxane bond, polyimide,
There are polyparaxylylene (trade name parylene), polynaphthalene, and polymer materials containing fluorine. The low dielectric constant material layer may be used alone as an offset insulating film.
It may be used by laminating it with an inorganic insulating film such as O 2 .

【0025】フッ化炭素系ガスとしてC4 8 およびC
HF3 を例示したが、CF4 、C26 、C3 6 ある
いはCH2 2 等を用いることができる。ただし各フッ
化炭素系ガスによりプラズマ中のC/F比が異なるの
で、図4のグラフ中のa点とb点は変動する。これはエ
ッチングガス中にH2 やCO等のフッ素化学種捕捉ガス
を混合した場合も同様である。したがって、各種エッチ
ングガス、エッチング条件ごとに予めa点とb点の値を
調べておくことが望ましい。エッチングガス中にO2
2 、ArあるいはHe等の添加ガスを混合した場合も
同様である。
C 4 F 8 and C as fluorocarbon type gas
Although HF 3 is exemplified, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 6, CH 2 F 2 or the like can be used. However, since the C / F ratio in the plasma varies depending on each fluorocarbon-based gas, the points a and b in the graph of FIG. 4 vary. This is also the case when a fluorine chemical species capturing gas such as H 2 or CO is mixed in the etching gas. Therefore, it is desirable to check the values at points a and b in advance for each etching gas and etching condition. O 2 in the etching gas,
The same applies when an additive gas such as N 2 , Ar or He is mixed.

【0026】本発明は、オフセット絶縁膜加工における
寸法変換差ΔCD低減のみならず、先述した各種被エッ
チング材料層を例えば層間絶縁膜に用いた接続孔加工に
おける寸法変換差低減にも用いることができる。
The present invention can be used not only to reduce the dimensional conversion difference ΔCD in the processing of the offset insulating film, but also to reduce the dimensional conversion difference in the processing of the connection hole using the above-mentioned various material layers to be etched, for example, in the interlayer insulating film. .

【0027】[0027]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればレジストマスクの側壁面の角度θを制御する方
法により、被エッチング材料層の寸法変換差ΔCDを低
減することができる。したがって、オフセット絶縁膜加
工等の精度が要求されるプラズマエッチング工程を含む
半導体装置を、信頼性よく製造することが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the dimension conversion difference ΔCD of the material layer to be etched can be reduced by the method of controlling the angle θ of the side wall surface of the resist mask. Therefore, it is possible to reliably manufacture a semiconductor device including a plasma etching process that requires precision such as offset insulating film processing.

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

【図1】本発明の実施例を、その工程順に説明する概略
断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view explaining an embodiment of the present invention in the order of steps thereof.

【図2】レジストマスクの側壁面の角度θと、寸法変換
差ΔCDの関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the angle θ of the side wall surface of the resist mask and the dimension conversion difference ΔCD.

【図3】セルフアラインコンタクトの製造工程の前半
を、その工程順に説明する概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the first half of the manufacturing process of the self-aligned contact in the order of the processes.

【図4】セルフアラインコンタクトの製造工程の後半
を、その工程順に説明する概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the second half of the manufacturing process of the self-aligned contact in the order of the processes.

【図5】オフセット絶縁膜加工における問題点を、その
工程順に説明する概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating problems in processing an offset insulating film in the order of steps thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…ゲート絶縁膜、3…多結晶シリコ
ン膜、4…高融点金属シリサイド膜、5…オフセット絶
縁膜、6…レジストマスク、7…サイドウォール形成
膜、7a…サイドウォールスペーサ、8…層間絶縁膜、
9…セルフアラインコンタクト開口用レジストマスク、
10…セルフアラインコンタクトホール、11…側壁堆
積ポリマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Gate insulating film, 3 ... Polycrystalline silicon film, 4 ... Refractory metal silicide film, 5 ... Offset insulating film, 6 ... Resist mask, 7 ... Sidewall forming film, 7a ... Sidewall spacer, 8 ... Interlayer insulating film,
9 ... Self-aligned contact opening resist mask,
10 ... Self-aligned contact hole, 11 ... Sidewall deposited polymer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被エッチング材料層上に形成されたレジ
ストマスクをエッチングマスクとし、 フッ化炭素系ガスを含むエッチングガスにより、前記被
エッチング材料層をエッチングする工程を有する半導体
装置の製造方法において、 前記被エッチング材料層表面と、前記レジストマスクの
内側から前記レジストマスクの側壁面とが挟んでなす角
度θは、 前記エッチングにより、前記レジストマスクの線幅が後
退する角度を超えるものであるとともに、 前記エッチングにより、前記レジストマスクの側壁にフ
ッ化炭素系ポリマが堆積する角度未満であることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of etching a material layer to be etched with an etching gas containing a fluorocarbon-based gas, using a resist mask formed on the material layer to be etched as an etching mask. The angle θ formed between the material layer surface to be etched and the sidewall surface of the resist mask from the inside of the resist mask is greater than the angle at which the line width of the resist mask recedes due to the etching, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the etching is performed at an angle less than a deposition angle of a fluorocarbon polymer on a sidewall of the resist mask.
【請求項2】 被エッチング材料層は、SiO2 、Si
3 4 、SiON、SiOFおよび有機高分子のうちの
いずれかすくなくとも一種であることを特徴とする請求
項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The material layer to be etched is SiO 2 , Si
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of 3 N 4 , SiON, SiOF and an organic polymer is used.
【請求項3】 被エッチング材料層は、ゲート電極上に
形成するオフセット絶縁膜であることを特徴とする請求
項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the material layer to be etched is an offset insulating film formed on the gate electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100436773B1 (en) * 1997-12-20 2004-09-18 주식회사 하이닉스반도체 Etching method of forming conductive pattern with large cd gain of semiconductor device
CN100345282C (en) * 2004-06-25 2007-10-24 海力士半导体有限公司 Method for fabricating semiconductor device capable of decreasing critical dimension in peripheral region
US7419902B2 (en) 1999-06-24 2008-09-02 Renesas Technology Corp. Method of manufacture of semiconductor integrated circuit
JP2014150268A (en) * 2002-10-31 2014-08-21 Applied Materials Inc Method of etching silicon-containing hard mask
CN104701159A (en) * 2013-12-10 2015-06-10 东京毅力科创株式会社 Etching method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100436773B1 (en) * 1997-12-20 2004-09-18 주식회사 하이닉스반도체 Etching method of forming conductive pattern with large cd gain of semiconductor device
US7419902B2 (en) 1999-06-24 2008-09-02 Renesas Technology Corp. Method of manufacture of semiconductor integrated circuit
JP2010062587A (en) * 1999-06-24 2010-03-18 Renesas Technology Corp Method for manufacturing semiconductor integrated circuit apparatus
US7737023B2 (en) 1999-06-24 2010-06-15 Renesas Technology Corporation Method of manufacture of semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device
JP2014150268A (en) * 2002-10-31 2014-08-21 Applied Materials Inc Method of etching silicon-containing hard mask
CN100345282C (en) * 2004-06-25 2007-10-24 海力士半导体有限公司 Method for fabricating semiconductor device capable of decreasing critical dimension in peripheral region
CN104701159A (en) * 2013-12-10 2015-06-10 东京毅力科创株式会社 Etching method

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