JPH11162941A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH11162941A
JPH11162941A JP32867697A JP32867697A JPH11162941A JP H11162941 A JPH11162941 A JP H11162941A JP 32867697 A JP32867697 A JP 32867697A JP 32867697 A JP32867697 A JP 32867697A JP H11162941 A JPH11162941 A JP H11162941A
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Japan
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etching
titanium silicide
gas
chlorine
film
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JP32867697A
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Takeshi Tokashiki
健 渡嘉敷
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method that does not depend on the crystal structure of titanium silicide and controls shapes in a highly anisotropic manner that prevents undercuts and side etch in worm holes. SOLUTION: A titanium silicide layer 5 formed on a silicon substrate 1 is dry etched in this method. A hard mask 8 is formed on the titanium silicide layer. Then, the titanium silicide layer 5 is etched using plasma of a mixed gas that is obtained by adding a methane gas and boron trichloride to chlorine or hydrogen bromide so that the sidewall of the etched layer is protected by methane. As a result, high anisotropic etching is secured regardless of the crystal structure of titanium silicide. Addition of the boron trichloride minimizes the difference of etch rates of titanium silicide and silicon nodule and prevents occurrence of etching residue.

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
方法において、半導体基板に対してプラズマエッチング
装置を用いてエッチング加工を行うドライエッチング方
法に関し、特に、チタンシリサイドを高異方性にエッチ
ングする場合のドライエッチング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a dry etching method for performing an etching process on a semiconductor substrate by using a plasma etching apparatus. The dry etching method in the case.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属シリサイドであるチタンシリサイド
は低抵抗材料であるため、高速動作を意図した超微細な
DRAMデバイスの開発において、ゲート電極やビット
線への応用が検討されている。ゲート電極やビット線を
作成するに際してのエッチング加工は、デバイスの性能
の向上を図るためにアンダーカットのない異方性エッチ
ングが要求される。特に、ゲート電極は、デバイス性能
に大きく影響するため、高異方性エッチング形状が求め
られる。
2. Description of the Related Art Since titanium silicide, which is a metal silicide, is a low-resistance material, application to a gate electrode and a bit line is being studied in the development of an ultra-fine DRAM device intended for high-speed operation. An etching process for forming a gate electrode and a bit line requires anisotropic etching without undercut in order to improve device performance. In particular, since the gate electrode greatly affects device performance, a highly anisotropic etched shape is required.

【0003】チタンシリサイドをゲート電極の材料とし
て用いた場合のエッチング方法としては、例えば特願平
6−29257号公報に記載されているように、臭化水
素(HBr)と塩素(Cl2)との混合ガスを用い、混
合比を1:1〜1:9、圧力を30mTorr以下に設
定したマグネトロンRIE装置でエッチング加工を行う
ことが提案されている。
As an etching method using titanium silicide as a material for a gate electrode, for example, as described in Japanese Patent Application No. 6-29257, hydrogen bromide (HBr) and chlorine (Cl 2 ) are used. It has been proposed to perform etching by a magnetron RIE apparatus using a mixed gas of 1 to 1 and a mixing ratio of 1: 1 to 1: 9 and a pressure of 30 mTorr or less.

【0004】この方法においては、ガス混合比、圧力及
び磁界を最適化することで、レジストマスクを用いな
い、すなわち、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜(以
後、ハードマスクと称する)をエッチングマスク材料に
用いてエッチング形状の制御を図っている。ハードマス
クを用いてエッチング加工を行った場合、一般にエッチ
ング層の側壁を保護する効果が低いことが知られてい
る。上述のエッチング方法では、エッチングに際して極
力圧力を下げ(10mTorr以下)、且つ飽和蒸気圧
の低い、臭素とシリコンの反応生成物であるSi一Br
膜をエッチング層(チタンシリサイド)の側壁に側壁保
護膜として形成し、エッチング加工の際の高異方性を実
現している。
In this method, a resist mask is not used by optimizing a gas mixture ratio, a pressure and a magnetic field, that is, a silicon nitride film or a silicon oxide film (hereinafter, referred to as a hard mask) is used as an etching mask material. This is used to control the etching shape. It is known that when an etching process is performed using a hard mask, the effect of protecting the sidewall of the etching layer is generally low. In the above-described etching method, Si-Br, which is a reaction product of bromine and silicon, has a pressure as low as possible (10 mTorr or less) and has a low saturated vapor pressure.
The film is formed as a side wall protective film on the side wall of the etching layer (titanium silicide), thereby realizing high anisotropy during etching.

【0005】一方、チタンシリサイドはスパッタリング
法によって成膜されるが、成膜時の基板温度や成膜後の
熱処理温度によって、その結晶構造は、アモルファス,
C49,C54の結晶構造の三態に分類できる。すなわ
ち、200℃以下の熱処理ではアモルファス構造、20
0℃以上800℃以下の熱処理ではC49の結晶構造、
850℃以上の熱処理ではC54の結晶構造を有してい
る。この熱処理は、細線化したチタンシリサイドの抵抗
値のばらつきを抑制するために行われる。
[0005] On the other hand, titanium silicide is formed by a sputtering method, and its crystal structure is amorphous or amorphous depending on the substrate temperature during film formation or the heat treatment temperature after film formation.
It can be classified into three forms of the crystal structure of C49 and C54. That is, an amorphous structure,
In the heat treatment at 0 ° C. or more and 800 ° C. or less, the crystal structure of C49,
The heat treatment at 850 ° C. or higher has a C54 crystal structure. This heat treatment is performed to suppress the variation in the resistance value of the thinned titanium silicide.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平6−29257公報で示されたチタンシリサイド
のエッチング方法においては、チタンシリサイドの結晶
構造については言及されていない。そして、本発明者
は、チタンシリサイドの結晶構造が異なると、臭化水素
と塩素の混合ガスでエッチングを行う場合、その混合比
を最適化したエッチング条件を適用してもエッチング反
応性が大きく異なることを見出した。
However, in the above-mentioned method of etching titanium silicide disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-29257, no mention is made of the crystal structure of titanium silicide. Further, the present inventor has found that when the crystal structure of titanium silicide is different, when etching is performed with a mixed gas of hydrogen bromide and chlorine, the etching reactivity is significantly different even when applying the etching conditions in which the mixing ratio is optimized. I found that.

【0007】すなわち、図3(a)に示すように、シリ
コン基板1上に、シリコン熱酸化膜2,ポリシリコン膜
3,窒化チタン膜4,チタンシリサイド膜5を順次成膜
し、チタンシリサイド膜5上に形成されたハードマスク
8によるエッチング加工により積層膜をパターニングし
てゲート配線を形成するに際して、チタンシリサイド膜
5の結晶構造が異なる場合についてそれぞれエッチング
加工を行った。
That is, as shown in FIG. 3A, a silicon thermal oxide film 2, a polysilicon film 3, a titanium nitride film 4, and a titanium silicide film 5 are sequentially formed on a silicon substrate 1 to form a titanium silicide film. When patterning the laminated film by etching with the hard mask 8 formed on the 5 to form the gate wiring, etching was performed for each case where the crystal structure of the titanium silicide film 5 was different.

【0008】チタンシリサイド膜5がアモルファス構造
のチタンシリサイド16である場合、エッチング加工に
よるアンダーカットが生じにくく、その断面形状は図3
(a)に示すようになる。一方、チタンシリサイド膜5
がC49又はC54の結晶構造のチタンシリサイド1
7,18である場合、エッチング加工によりアンダーカ
ット10が生じ、その断面形状は図3(b)に示すよう
になる。アンダーカット19が生じる原因は、C49又
はC54の結晶構造を有するチタンシリサイド17,1
8と塩素とのエッチング反応性が高いこと、Si一Br
膜によるチタンシリサイド膜5の側壁保護効果が小さい
ため、臭化水素(HBr)の混合比の最適化が困難であ
ることに起因すると考えられる。また、臭化水素単独に
よるエッチングを行った場合でも、チタンシリサイド膜
5の側壁に虫食い状のサイドエッチ20が発生しやすい
(図3(c)参照)。
When the titanium silicide film 5 is a titanium silicide 16 having an amorphous structure, an undercut due to etching hardly occurs, and its cross-sectional shape is shown in FIG.
As shown in FIG. On the other hand, the titanium silicide film 5
Is titanium silicide 1 having a crystal structure of C49 or C54
In the case of 7, 18, the undercut 10 is generated by the etching process, and the cross-sectional shape is as shown in FIG. The cause of the undercut 19 is that titanium silicide 17, 1 having a C49 or C54 crystal structure is formed.
8 has high etching reactivity with chlorine, Si-Br
This is considered to be due to the difficulty in optimizing the mixing ratio of hydrogen bromide (HBr) because the effect of the film on protecting the side wall of the titanium silicide film 5 is small. In addition, even when etching is performed using only hydrogen bromide, a worm-like side etch 20 easily occurs on the side wall of the titanium silicide film 5 (see FIG. 3C).

【0009】上述の現象から、チタンシリサイド膜の結
晶構造(相)の種類によっては、Si−Br膜が側壁保
護膜として完全でないことを示唆している。特に、エッ
チング時の基板温度が20℃以上となると、虫食い状の
サイドエッチ20が顕著となることが判明している。加
えて、C49やC54の結晶構造のチタンシリサイドの
膜中には、シリコンノジュールと呼ぱれるシリコンの固
まりが生じる。特に、チタンシリサイド層中に固溶度以
上のシリコンが存在すると、シリコンノジュールが生じ
易い。そして、このシリコンノジュール21は、図3
(d)に示すように、エッチング残さ23の主原因とな
る。これは、シリコンノジュール21がチタンシリサイ
ドに比ベエッチング速度が遅いためマイクロマスク22
として作用し、残さを発生させるからである。特に、塩
素の混合比の高いガスを用いると両者のエッチングレー
ト差が顕著となり激しいエッチング残さが生じる。
The above phenomenon suggests that the Si-Br film is not perfect as a sidewall protective film depending on the type of crystal structure (phase) of the titanium silicide film. In particular, it has been found that when the substrate temperature at the time of etching is 20 ° C. or higher, the worm-like side etch 20 becomes remarkable. In addition, in a film of titanium silicide having a crystal structure of C49 or C54, a lump of silicon called silicon nodule is generated. In particular, when silicon having a solid solubility or higher exists in the titanium silicide layer, silicon nodules are easily generated. The silicon nodule 21 is shown in FIG.
As shown in (d), it becomes the main cause of the etching residue 23. This is because the silicon nodule 21 has a lower etching rate than titanium silicide, and
The reason for this is that it generates residuals. In particular, when a gas having a high mixing ratio of chlorine is used, the etching rate difference between the two becomes remarkable, resulting in severe etching residue.

【0010】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、チタンシリサイドのドライエッチング方法におい
て、チタンシリサイドの結晶構造に依存せず、アンダー
カットや虫食い状のサイドエッチが生じることのない高
異方性の形状制御性を有するドライエッチング方法を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method of dry-etching titanium silicide, a highly anisotropic method that does not depend on the crystal structure of titanium silicide and does not cause undercuts or worm-like side etching. An object of the present invention is to provide a dry etching method having a characteristic shape controllability.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、基板上に形成されたチタンシリサイド層のド
ライエッチング方法において、チタンシリサイド層上に
エッチングのためのマスクパターンを形成し、その後、
塩素または臭化水素にメタンガスを添加した混合ガスに
よるガスプラズマでチタンシリサイド層をエッチングす
ることを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a dry etching method for a titanium silicide layer formed on a substrate, comprising: forming a mask pattern for etching on the titanium silicide layer; ,
It is characterized in that the titanium silicide layer is etched by gas plasma using a mixed gas obtained by adding methane gas to chlorine or hydrogen bromide.

【0012】また、塩素または臭化水素にメタンガスを
添加した混合ガス系に三塩化ホウ素を添加した混合ガス
によるガスプラズマでエッチング加工を行ってもよい。
したがって、チタンシリサイド層のエッチングに使用さ
れる混合ガスは、塩素/メタンガス、臭化水素/メタン
ガス、塩素/メタンガス/三塩化ホウ素、臭化水素/メ
タンガス/三塩化ホウ素が適用できる。
The etching may be performed by gas plasma using a mixed gas obtained by adding boron trichloride to a mixed gas system obtained by adding methane gas to chlorine or hydrogen bromide.
Therefore, as the mixed gas used for etching the titanium silicide layer, chlorine / methane gas, hydrogen bromide / methane gas, chlorine / methane gas / boron trichloride, hydrogen bromide / methane gas / boron trichloride can be applied.

【0013】また、チタンシリサイド層に代えて、ポリ
シリコン層と窒化チタン層とチタンシリサイド層とを順
次積層して構成される積層膜(チタンポリサイド)のチ
タンシリサイド層及び窒化チタン層をエッチングする場
合にも適用できる。
Further, instead of the titanium silicide layer, the titanium silicide layer and the titanium nitride layer of the laminated film (titanium polycide) formed by sequentially laminating a polysilicon layer, a titanium nitride layer, and a titanium silicide layer are etched. Also applicable to cases.

【0014】本発明によれば、塩素または臭化水素にメ
タンガスを添加した混合ガスによるガスプラズマにおい
て、メタンガスはプラズマ中の電子との衝突により、解
離が進行する。その結果、エッチング層であるチタンシ
リサイドの側壁に主として炭素からなる側壁保護膜が形
成される。炭素原子を主とした側壁保護膜は、チタンシ
リサイドと化学的に反応することはなく、また、炭素原
子同士の強固な結合によって形成された側壁保護膜は、
十分なエッチング耐性をもつ。その結果、チタンシリサ
イドの結晶構造が異なっていても、塩素または臭化水素
によるアンダーカットや虫食い状のサイドエッチが抑制
される。
According to the present invention, in a gas plasma of a mixed gas obtained by adding methane gas to chlorine or hydrogen bromide, methane gas dissociates due to collision with electrons in the plasma. As a result, a side wall protective film mainly made of carbon is formed on the side wall of titanium silicide which is an etching layer. The sidewall protective film mainly composed of carbon atoms does not chemically react with titanium silicide, and the sidewall protective film formed by strong bonding between carbon atoms is
It has sufficient etching resistance. As a result, even if the crystal structure of titanium silicide is different, undercut or worm-like side etch due to chlorine or hydrogen bromide is suppressed.

【0015】また、塩素または臭化水素にメタンガスを
添加した混合ガスにさらに三塩化ホウ索を添加した混合
ガスとすると、チタンシリサイドとシリコンノジュール
のエッチレート差を最小化させる効果がある。その結
果、チタンシリサイドとシリコンノジュールは等速に近
い状態でエッチングが進行するため、シリコンノジュー
ルがマイクロマスクとして働くことはない。よって、エ
ッチング残さを大幅に抑制することが可能となる。
When a mixed gas obtained by adding methane gas to chlorine or hydrogen bromide and further adding borane trichloride is used, there is an effect of minimizing a difference in etch rate between titanium silicide and silicon nodule. As a result, the etching of the titanium silicide and the silicon nodule proceeds at a nearly constant speed, so that the silicon nodule does not function as a micromask. Therefore, it is possible to significantly suppress the etching residue.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明のドライエッチング方法の一実
施例について図面を参照しながら説明する。図1は、本
発明方法で使用するドライエッチング装置の構成図を示
すもので、プラズマが発生する真空容器10は、口径3
57mm、高さ125mmの金属製容器11と、口径3
57mm、厚さ20mmの石英製天板12で囲まれて構
成されている。エッチング時において真空容器11内の
圧力は10mTorr以下に保たれる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the dry etching method of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a dry etching apparatus used in the method of the present invention.
Metal container 11 of 57 mm and height of 125 mm and caliber 3
It is surrounded by a quartz top plate 12 having a thickness of 57 mm and a thickness of 20 mm. During the etching, the pressure in the vacuum chamber 11 is kept at 10 mTorr or less.

【0017】石英製天板12の上面には平面形状が螺旋
状のRFアンテナ13が設けられ、RFアンテナ13に
は13.56MHzの高周波電圧が印加されている。真
空容器11内でのエッチングに用いられるプラズマは、
誘導結合型の放電により生成される。誘導結合放電は、
RFアンテナ13から発生する誘導電界により励起され
る。
An RF antenna 13 having a spiral planar shape is provided on the upper surface of the quartz top plate 12, and a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the RF antenna 13. Plasma used for etching in the vacuum vessel 11 is as follows:
It is generated by an inductively coupled discharge. Inductively coupled discharge
It is excited by an induced electric field generated from the RF antenna 13.

【0018】真空容器11の下方側には、ステージ状の
バイアス電極14が設けられ、このバイアス電極14上
に被エッチング物となる半導体基板15が設置される。
バイアス電極14には、13.56MHzの高周波電圧
が印加されている。このバイアス電極14は、プラズマ
中のイオンが半導体基板15へ入射する際のエネルギー
を制御する役割を有している。
A stage-like bias electrode 14 is provided below the vacuum vessel 11, and a semiconductor substrate 15 to be etched is placed on the bias electrode 14.
A high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the bias electrode 14. The bias electrode 14 has a role of controlling energy when ions in the plasma enter the semiconductor substrate 15.

【0019】次に、本発明のドライエッチング方法の第
一の実施例について、図2を参照しながら説明する。本
発明のドライエッチング方法は、シリコン基板上に形成
されたチタンシリサイドやチタンポリサイドをエッチン
グする場合に使用する混合ガス(塩素または臭化水素に
メタンガスを添加した混合ガス、又はこれらの混合ガス
にさらに三塩化ホウ索を添加した混合ガス)に特徴があ
り、この混合ガスのガスプラズマによると、チタンシリ
サイドの結晶構造にかかわらずアンダーカット等が生じ
ない高異方性なエッチングを実現可能とする。
Next, a first embodiment of the dry etching method of the present invention will be described with reference to FIG. The dry etching method of the present invention uses a mixed gas (a mixed gas obtained by adding methane gas to chlorine or hydrogen bromide, or a mixed gas thereof) used for etching titanium silicide or titanium polycide formed on a silicon substrate. Furthermore, the mixed gas to which chlorinated chlorinated is added has a feature. According to the gas plasma of the mixed gas, highly anisotropic etching without undercut or the like can be realized regardless of the crystal structure of titanium silicide. .

【0020】先ず、シリコン基板1を熱酸化してシリコ
ン熱酸化膜2を7nmの膜厚に成膜する。次に、前記シ
リコン熱酸化膜2上にポリシリコン膜3を100nmの
膜厚に成膜する。ポリシリコン膜3には燐をドープさ
せ、活性化させる。次に、スパッタリング法を用いて窒
化チタン膜4を10nmの膜厚に成膜したのち、引き続
きスパッタリング法を用いてチタンシリサイド膜5を1
00nmの膜厚に成膜する。チタンシリサイドの組成比
は、チタン:シリコンが1:2.4の比とした。
First, the silicon substrate 1 is thermally oxidized to form a silicon thermal oxide film 2 with a thickness of 7 nm. Next, a polysilicon film 3 is formed on the silicon thermal oxide film 2 to a thickness of 100 nm. The polysilicon film 3 is activated by doping phosphorus. Next, after a titanium nitride film 4 is formed to a thickness of 10 nm by using a sputtering method, a titanium silicide film 5 is successively formed by using a sputtering method.
A film is formed to a thickness of 00 nm. The composition ratio of titanium silicide was a ratio of titanium: silicon of 1: 2.4.

【0021】次に、ラピッドサーマルア二一ル(RT
A)法を用いて、窒素雰囲気にて850℃、10秒の熱
処理をチタンシリサイド膜5に施す。その結果、チタン
シリサイド膜5は、アモルファス状態からC54の結晶
構造に変化する。次に、エッチングマスクとなるCVD
酸化膜6をCVD法を用いて180nmの膜厚に成膜し
た後、感光性レジストを塗布、およびKrFエキシマレ
ーザリソグラフィー装置で露光、現像することで0.2
umライン幅のレジストマスクパターン7を形成する
(図2(a)参照)。
Next, a rapid thermal array (RT)
Using the method A), the titanium silicide film 5 is subjected to a heat treatment at 850 ° C. for 10 seconds in a nitrogen atmosphere. As a result, the titanium silicide film 5 changes from an amorphous state to a C54 crystal structure. Next, CVD as an etching mask
After the oxide film 6 is formed to a thickness of 180 nm by the CVD method, a photosensitive resist is applied, and is exposed and developed by a KrF excimer laser lithography apparatus.
A resist mask pattern 7 having a um line width is formed (see FIG. 2A).

【0022】次に、CVD酸化膜6をCF4とCHF3
Arからなる混合ガスでドライエッチングして、ハード
マスク8を形成する。不要となったレジストマスクバタ
ーンを剥離した後(図2(b)参照)、C54の結晶構
造のチタンシリサイド膜5及び窒化チタン膜4、続いて
ポリシリコン膜3を連続してドライエッチングする。
Next, the CVD oxide film 6 is dry-etched with a mixed gas of CF 4 , CHF 3 and Ar to form a hard mask 8. After the unnecessary resist mask pattern is removed (see FIG. 2B), the titanium silicide film 5 and the titanium nitride film 4 having the crystal structure of C54, and then the polysilicon film 3 are continuously dry-etched.

【0023】その際のエッチング条件は、以下の通りで
ある。チタンシリサイド膜5及び窒化チタン膜4のエッ
チングは、塩素とArで4%に希釈したメタンの混合ガ
スに三塩化ホウ素を添加した混合ガスを用いる。塩素の
ガス流量は50sccm、Ar希釈のメタンを100s
ccmから200sccmとした。圧力は2mTorr
に固定し、プラズマソースのRFパワーを250W、バ
イアス側のRFパワーを150Wとした。なお、シリコ
ン基板1の温度は20℃に固定した。この時のチタンシ
リサイド膜5のエッチング速度は、300nm/min
が得られる。
The etching conditions at that time are as follows. For the etching of the titanium silicide film 5 and the titanium nitride film 4, a mixed gas obtained by adding boron trichloride to a mixed gas of methane diluted to 4% with chlorine and Ar is used. Chlorine gas flow rate is 50sccm, Ar diluted methane is 100s
It was changed from ccm to 200 sccm. Pressure is 2mTorr
, And the RF power of the plasma source was 250 W and the RF power on the bias side was 150 W. Note that the temperature of the silicon substrate 1 was fixed at 20 ° C. At this time, the etching rate of the titanium silicide film 5 is 300 nm / min.
Is obtained.

【0024】引き続くポリシリコン膜3のエッチング
は、臭化水素を150sccm、圧力8mTorr、プ
ラズマソースのRFパワーを200W、バイアス側のR
Fパワーを50Wとした。この時のポリシリコン膜3の
エッチレートは100nm/minが得られる。ポリシ
リコン膜3をエッチングするガスとして臭化水素を用い
ているので、下地となるシリコン熱酸化膜(ゲート酸化
膜)2と高選択性を保ってエッチングすることができ
る。ポリシリコン膜3をエッチングするガスとしては、
臭化水素の代りに塩素を用いてもよく、臭化水素または
塩素と酸素との混合ガスを使用してもよい。エッチング
後は、酸剥離を行い、不要な側壁堆積物を除去する。
In the subsequent etching of the polysilicon film 3, the hydrogen bromide is set to 150 sccm, the pressure is set to 8 mTorr, the RF power of the plasma source is set to 200 W, and the R on the bias side is set.
The F power was set to 50W. At this time, the etch rate of the polysilicon film 3 is 100 nm / min. Since hydrogen bromide is used as a gas for etching the polysilicon film 3, etching can be performed while maintaining high selectivity with the silicon thermal oxide film (gate oxide film) 2 as a base. As a gas for etching the polysilicon film 3,
Chlorine may be used instead of hydrogen bromide, or a mixed gas of hydrogen bromide or chlorine and oxygen may be used. After the etching, acid stripping is performed to remove unnecessary sidewall deposits.

【0025】なお、チタンシリサイド膜5のエッチング
のエンドポイントモニタリングは405nmの発光波長
を用いている。チタンシリサイド膜5のジャストエッチ
時にこの発光強度は低下するので、ポリシリコン膜3の
エッチング条件に切り替えるタイミングが容易に判定で
きる。
The end point monitoring of the etching of the titanium silicide film 5 uses an emission wavelength of 405 nm. Since the emission intensity decreases during the just-etching of the titanium silicide film 5, the timing for switching to the etching condition of the polysilicon film 3 can be easily determined.

【0026】上記エッチング条件によれば、チタンシリ
サイド膜5をエッチングする混合ガスにメタンガスを添
加しているため、チタンシリサイド膜5の側面に耐エッ
チング性が十分な側壁保護膜が形成される。その結果、
チタンシリサイド膜5及び窒化チタン膜4のエッチング
は、ハードマスクに対して垂直に制御された高異方性を
確保でき、図2(c)に示すように、アンダーカットや
虫食い状のサイドエッチのない0.2umライン幅の高
異方性エッチング形状を有するチタンポリサイドゲート
配線9が得られた。また、混合ガスに三塩化ホウ素を添
加しているため、チタンシリサイト膜5中のシリコンノ
ジュールを除去することができ、エッチング残さの発生
を完全に抑制することができた。
According to the above etching conditions, a methane gas is added to the mixed gas for etching the titanium silicide film 5, so that a sidewall protective film having sufficient etching resistance is formed on the side surface of the titanium silicide film 5. as a result,
The etching of the titanium silicide film 5 and the titanium nitride film 4 can secure high anisotropy controlled perpendicular to the hard mask, and as shown in FIG. Thus, a titanium polycide gate wiring 9 having a highly anisotropic etching shape with a line width of 0.2 μm was obtained. Moreover, since boron trichloride was added to the mixed gas, silicon nodules in the titanium silicide film 5 could be removed, and generation of etching residues could be completely suppressed.

【0027】次に、ドライエッチング方法の第二の実施
例について説明する。ハードマスク8を形成し不要にな
ったレジストを剥離する工程までは、第一の実施例の方
法と同一であるので説明を省略する。チタンシリサイド
膜5及び窒化チタン膜4をエッチングするための混合ガ
ス、及び、ポリシリコン膜3をエッチングするガス(混
合ガス)が第一の実施例と異なるものである。すなわ
ち、チタンシリサイド膜5及び窒化チタン膜4のエッチ
ングは、塩素とArで4%に希釈したメタンの混合ガス
を用いている。塩素のガス流量は50sccm、Ar希
釈のメタンを100sccmから200sccmとし
た。圧力は2mTorrに固定し、プラズマソースのR
Fパワーを250W、バイアス側のRFパワーを200
Wとした。なお、シリコン基板1の温度は60℃とし
た。この時のチタンシリサイド膜5のエッチング速度は
350nm/5minが得られる。
Next, a second embodiment of the dry etching method will be described. The steps up to the step of forming the hard mask 8 and stripping the unnecessary resist are the same as those in the method of the first embodiment, and a description thereof will be omitted. A mixed gas for etching the titanium silicide film 5 and the titanium nitride film 4 and a gas (mixed gas) for etching the polysilicon film 3 are different from those of the first embodiment. That is, the etching of the titanium silicide film 5 and the titanium nitride film 4 uses a mixed gas of chlorine and methane diluted to 4% with Ar. The gas flow rate of chlorine was 50 sccm, and the methane diluted with Ar was 100 sccm to 200 sccm. The pressure was fixed at 2 mTorr, and R
F power 250 W, bias side RF power 200
W. The temperature of the silicon substrate 1 was set to 60 ° C. At this time, the etching rate of the titanium silicide film 5 is 350 nm / 5 min.

【0028】引き続くポリシリコン膜3のエッチング
は、臭化水素を150sccm、酸素を2sccm、圧
カ8mTorr、プラズマソースのRFパワーを200
W、バイアス側のRFパワーを50Wとした。この時の
ポリシリコン膜3のエッチレートは130nm/min
が得られる。
In the subsequent etching of the polysilicon film 3, 150 sccm of hydrogen bromide, 2 sccm of oxygen, pressure of 8 mTorr, and RF power of the plasma source are set to 200.
W and the RF power on the bias side were 50 W. At this time, the etching rate of the polysilicon film 3 is 130 nm / min.
Is obtained.

【0029】なお、エッチングのエンドポイントモニタ
リングは第一の実施例と同様の手法を用いる。基板温度
の高温設定、バイアスパワーの増加を図ることでシリコ
ンノジュールに起因するエッチング残さを抑制でき、混
合ガスにメタンを添加することにより十分な側壁保護膜
が形成された結果、アンダーカットや虫食い状のサイド
エッチのない0.2umライン幅の高異方性エッチング
形状を有するチタンポリサイドゲート配線9が得られた
(図2(c))。
Note that the same method as in the first embodiment is used for monitoring the end point of the etching. By setting the substrate temperature to a high temperature and increasing the bias power, the etching residue caused by the silicon nodules can be suppressed, and by adding methane to the mixed gas, a sufficient sidewall protective film is formed, resulting in undercuts and worm-like Thus, a titanium polycide gate wiring 9 having a highly anisotropically etched shape having a line width of 0.2 μm without side etching was obtained (FIG. 2C).

【0030】次に、ドライエッチング方法の第三の実施
例について説明する。この実施例では、チタンシリサイ
ド膜5及び窒化チタン膜4のエッチングに際して、塩素
ガスの代わりに臭化水素を用いた。すなわち、臭化水素
とArで4%に希釈したメタンの混合ガスを用いる。臭
化水素のガス流量は50sccm、Ar希釈のメタンを
50sccmから100sccmとした。圧カは2mT
orrに固定し、プラズマソースのRFパワーを250
W、バイアス側のRFパワーを150Wとした。なお、
シリコン基板1の温度は20〜80℃とした。この時の
チタンシリサイド膜5のエッチング速度は150nm/
minが得られる。
Next, a third embodiment of the dry etching method will be described. In this embodiment, when etching the titanium silicide film 5 and the titanium nitride film 4, hydrogen bromide is used instead of chlorine gas. That is, a mixed gas of hydrogen bromide and methane diluted to 4% with Ar is used. The gas flow rate of hydrogen bromide was 50 sccm, and the methane diluted with Ar was 50 sccm to 100 sccm. Pressure is 2mT
orr, and the plasma source RF power is 250
W and the RF power on the bias side were 150 W. In addition,
The temperature of the silicon substrate 1 was 20 to 80 ° C. At this time, the etching rate of the titanium silicide film 5 is 150 nm /
min is obtained.

【0031】引き続くポリシリコン膜3のエッチング
は、臭化水素を150sccm、酸素を2sccm、圧
カ8mTorr、ブラズマソースのRFパワーを200
W、バイアス側のRFパワーを50Wとした。この時の
ポリシリコン膜3のエッチレートは130nm/min
が得られる。なお、エッチングのエンドポイントモニタ
リングは第一の実施例と同様の手法を用いる。
In the subsequent etching of the polysilicon film 3, 150 sccm of hydrogen bromide, 2 sccm of oxygen, a pressure of 8 mTorr, and an RF power of a plasma source of 200
W and the RF power on the bias side were 50 W. At this time, the etching rate of the polysilicon film 3 is 130 nm / min.
Is obtained. Note that the same method as in the first embodiment is used for monitoring the end point of the etching.

【0032】この実施例によれば、チタンシリサイド膜
5及び窒化チタン膜4のエッチングに際して、塩素と比
較してエッチング反応性が低い臭化水素を用いているた
めエッチングレートは低下する。しかしながら、チタン
シリサイドとシリコンノジュールのエッチレー卜差も低
減するため、エッチング残さは発生しにくい。また、メ
タンの添加により十分な側壁保護膜が形成された結果、
基板温度が20℃から80℃の範囲でアンダーカットや
虫食い状のサイドエッチのない0.2umライン幅の高
異方性エッチング形状を有するチタンポリサイドゲート
9が得られた(図2(c))。
According to this embodiment, when etching the titanium silicide film 5 and the titanium nitride film 4, hydrogen bromide having lower etching reactivity than chlorine is used, so that the etching rate is reduced. However, since the difference in etch rate between titanium silicide and silicon nodule is also reduced, an etching residue hardly occurs. In addition, as a result of formation of a sufficient side wall protective film by addition of methane,
When the substrate temperature was in the range of 20 ° C. to 80 ° C., a titanium polycide gate 9 having a highly anisotropically etched shape having a line width of 0.2 μm without undercut or worm-like side etch was obtained (FIG. 2C). ).

【0033】上記した各実施例では、C54の結晶構造
をもつチタンシリサイドのエッチングについて説明した
が、C49の結晶構造やアモルファス構造においても、
C54に比較してアンダーカットや虫食い状のサイドエ
ッチのない0.2umライン幅の高異方性エッチング形
状を有するチタンポリサイドゲート配線9が得られるこ
とが確認できた。したがって、チタンシリサイドやチタ
ンポリサイドのドライエッチング方法において、塩素や
臭化水素にメタンを添加する混合ガスによるガスプラズ
マでエッチングを行うことで、チタンシリサイドの結晶
構造(相)によらず高異方性のエッチング形状の制御が
可能となる。
In the above embodiments, the etching of titanium silicide having the crystal structure of C54 has been described.
It was confirmed that a titanium polycide gate wiring 9 having a highly anisotropic etching shape having a line width of 0.2 μm and having no undercut or worm-like side etch as compared with C54 was obtained. Therefore, in the dry etching method of titanium silicide or titanium polycide, by performing etching with gas plasma using a mixed gas of methane and chlorine or hydrogen bromide, highly anisotropic regardless of the crystal structure (phase) of titanium silicide. Thus, it is possible to control the etching shape.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、チタンシリサイドやチ
タンポリサイドのドライエッチング方法において、塩素
や臭化水素にメタンを添加する混合ガスによるガスプラ
ズマでエッチングを行うことで、チタンシリサイドの結
晶構造(相)によらず側壁保護効果を高めることにより
アンダーカットやサイドエッチを抑制し、高異方性エッ
チングを可能として微細なチタンシリサイドまたはチタ
ンポリサイド配線を得ることができる。その結果、サブ
ミクロン以下の超微細な高速電子デバイスの製造が可能
となる。
According to the present invention, in the dry etching method for titanium silicide or titanium polycide, the crystal structure of titanium silicide is etched by performing gas plasma with a mixed gas of methane and chlorine or hydrogen bromide. By improving the side wall protection effect regardless of (phase), undercut and side etching can be suppressed, and highly anisotropic etching can be performed, so that fine titanium silicide or titanium polycide wiring can be obtained. As a result, it becomes possible to manufacture ultra-fine high-speed electronic devices of submicron or less.

【0035】また、塩素や臭化水素にメタンを添加する
混合ガスに更に三塩化ホウ素を添加することで、エッチ
ング残さの原因となるシリコンノジュールをエッチング
除去することができる。
Further, by adding boron trichloride to a mixed gas in which methane is added to chlorine or hydrogen bromide, silicon nodules which cause etching residues can be removed by etching.

【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で用いられるド
ライエッチング装置の構造説明図である。
FIG. 1 is a structural explanatory view of a dry etching apparatus used in a dry etching method of the present invention.

【図2】(a)〜(c)は本発明のドライエッチング方
法の各工程における半導体基板の断面を示す工程断面説
明図である。
FIGS. 2 (a) to 2 (c) are cross-sectional explanatory views showing cross sections of a semiconductor substrate in respective steps of a dry etching method of the present invention.

【図3】(a)〜(d)はドライエッチングにより基板
上にゲート配線を形成する場合を断面を示すもので、
(a)は異方性エッチングによる断面説明図、(b)は
アンダーカットが生じた場合の断面説明図、(c)はサ
イドエッチが生じた場合の断面説明図、(d)はエッチ
ング残さが生じた場合の断面説明図である。
3 (a) to 3 (d) show cross sections when a gate wiring is formed on a substrate by dry etching.
(A) is a cross-sectional explanatory view by anisotropic etching, (b) is a cross-sectional explanatory view when an undercut occurs, (c) is a cross-sectional explanatory view when a side etch occurs, and (d) is an etching residue. FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of a case in which such a case occurs.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 シリコン熱酸化膜 3 ポリシリコン膜 4 窒化チタン膜 5 チタンシリサイド膜 6 CVD酸化膜 7 レジストマスクパターン 8 ハードマスク 9 チタンポリサイドゲート配線 Reference Signs List 1 silicon substrate 2 silicon thermal oxide film 3 polysilicon film 4 titanium nitride film 5 titanium silicide film 6 CVD oxide film 7 resist mask pattern 8 hard mask 9 titanium polycide gate wiring

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタンシリサイドをドライエッチングす
る方法において、 基板上にチタンシリサイド層を形成する工程と、 前記チタンシリサイド層上にエッチングのためのマスク
パターンを形成する工程と、 塩素とメタンガスの混合ガスによるガスプラズマで前記
チタンシリサイド層をエッチングする工程と、を含むこ
とを特徴とするドライエッチング方法。
1. A method for dry etching titanium silicide, comprising: forming a titanium silicide layer on a substrate; forming a mask pattern for etching on the titanium silicide layer; and a mixed gas of chlorine and methane gas. Etching the titanium silicide layer with gas plasma according to claim 1.
【請求項2】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、前記エッチングする工程で用いる混合ガスは、
塩素とメタンガスに代えて、臭化水素とメタンガスであ
るドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the mixed gas used in the etching step is:
A dry etching method using hydrogen bromide and methane gas instead of chlorine and methane gas.
【請求項3】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、前記エッチングする工程で用いる混合ガスは、
塩素とメタンガスに代えて、臭化水素とメタンガスと三
塩化ホウ素であるドライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein the mixed gas used in the etching step is:
A dry etching method in which hydrogen bromide, methane gas and boron trichloride are used instead of chlorine and methane gas.
【請求項4】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、前記エッチングする工程で用いる混合ガスは、
塩素とメタンガスに代えて、塩素とメタンガスと三塩化
ホウ素であるドライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein the mixed gas used in the etching step is:
A dry etching method in which chlorine, methane gas and boron trichloride are used instead of chlorine and methane gas.
【請求項5】 チタンシリサイドをドライエッチングす
る方法において、 ポリシリコン層と窒化チタン層とチタンシリサイド層と
を順次積層して構成される積層膜を基板上に形成する工
程と、 前記チタンシリサイド層上にエッチングのためのマスク
パターンを形成する工程と、 塩素とメタンガスの混合ガスによるガスプラズマで前記
チタンシリサイド層及び窒化チタン層をエッチングする
第1のエッチング工程と、 前記工程に引き続き、塩素、臭化水素のうち少なくとも
一種類以上のガス、又は前記ガスの組み合わせに酸素を
添加したガス系で前記ポリシリコン層をエッチングする
第2のエッチング工程と、 を含むことを特徴とするドライエッチング方法。
5. A method for dry-etching titanium silicide, comprising: forming a laminated film on a substrate by sequentially laminating a polysilicon layer, a titanium nitride layer, and a titanium silicide layer; Forming a mask pattern for etching; a first etching step of etching the titanium silicide layer and the titanium nitride layer with a gas plasma of a mixed gas of chlorine and methane gas; A second etching step of etching the polysilicon layer with at least one gas of hydrogen or a gas system in which oxygen is added to a combination of the above gases.
【請求項6】 請求項5記載のドライエッチング方法に
おいて、前記第1のエッチング工程で用いる混合ガス
は、塩素とメタンガスに代えて、臭化水素とメタンガス
であるドライエッチング方法。
6. The dry etching method according to claim 5, wherein the mixed gas used in the first etching step is hydrogen bromide and methane gas instead of chlorine and methane gas.
【請求項7】 請求項5記載のドライエッチング方法に
おいて、前記第1のエッチング工程で用いる混合ガス
は、塩素とメタンガスに代えて、臭化水素とメタンガス
と三塩化ホウ素であるドライエッチング方法。
7. The dry etching method according to claim 5, wherein the mixed gas used in the first etching step is hydrogen bromide, methane gas, and boron trichloride instead of chlorine and methane gas.
【請求項8】 請求項5記載のドライエッチング方法に
おいて、前記第1のエッチング工程で用いる混合ガス
は、塩素とメタンガスに代えて、塩素とメタンガスと三
塩化ホウ素であるドライエッチング方法。
8. The dry etching method according to claim 5, wherein the mixed gas used in the first etching step is chlorine, methane gas, and boron trichloride instead of chlorine and methane gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001009934A1 (en) * 1999-08-03 2001-02-08 Applied Materials, Inc. Sidewall polymer forming gas additives for etching processes
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