JPH1116887A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JPH1116887A
JPH1116887A JP16562097A JP16562097A JPH1116887A JP H1116887 A JPH1116887 A JP H1116887A JP 16562097 A JP16562097 A JP 16562097A JP 16562097 A JP16562097 A JP 16562097A JP H1116887 A JPH1116887 A JP H1116887A
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JP
Japan
Prior art keywords
etching
gas
silicon
film
silicon oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP16562097A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiko Mitani
克彦 三谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】半導体基板100上のゲート101を積
層,埋め込みした窒化ケイ素膜102及びBPSG膜1
03上にレジストマスク104を形成した試料に対し
て,C4F8及びCH3OHガス系のプラズマエッチン
グ技術によりレジストマスク104の開孔部から露出し
たBPSG膜103をエッチング除去して窒化ケイ素膜
102表面にまで至るコンタクト孔105を形成する。 【効果】本発明により,酸化ケイ素膜をエッチングする
ときに,COガスのように毒性の高いプロセスガスを用
いることなく,下地にある窒化ケイ素膜をエッチング・
ストッパー層とした自己整合的なコンタクト孔の形成プ
ロセス等を量産に適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,半導体基板上の酸
化ケイ素膜のエッチング方法に係り,特に酸化ケイ素膜
の直下にある酸化ケイ素膜に対して高い選択比を要求さ
れるエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIに用いられる酸化ケイ素系材料の
エッチング工程では,微細で且つ高いアスペクト比を有
するコンタクトホールの形成が可能であること及び,該
酸化ケイ素系材料の直下にある下地材料(窒化ケイ素,
Si等)との高い選択比を有することが要求されてい
る。酸化ケイ素系材料のエッチングにはフルオロカーボ
ン系ガスが主に用いられている。該酸化ケイ素系材料と
下地材料との選択性は,プラズマ解離成分によるエッチ
ング反応と堆積反応等の競合により決まる。大雑把には
プラズマ中のC/F比が高いほど,下地材料との選択比
が高くなる傾向が確認されているが,フルオロカーボン
系ガスのみでは充分な選択比が得られていない。選択比
の向上を図る手段として,例えば特開平5−94974
号公報に記載されているように,主エッチングガスであ
るフルオロカーボン系ガスの他にCO添加する技術が検
討されている。添加したCOは解離によりC成分を供給
すると共にCOFxの型でFを低減し,エッチング雰囲
気中のC/F比を上げると考えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では,
COを添加ガスとして用いているが,COガスは人体に
は極めて猛毒であり,半導体の量産工場における使用は
安全上好ましくない。
【0004】本発明の目的は,酸化ケイ素膜をエッチン
グするときに,毒性の高いプロセスガスを用いることな
く,下地の窒化ケイ素膜との選択比が大きいエッチング
方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は,フルオロカ
ーボン系ガスに水素化ケイ素ガスを添加して酸化ケイ素
膜をエッチングし該酸化ケイ素膜の直下にある窒化ケイ
素膜の表面近傍でエッチングを停止する工程を含ませる
ことにより,達成される。
【0006】本発明では,フルオロカーボン系ガスの他
に水素化ケイ素ガス,例えばSiH4を添加しているの
でエッチング雰囲気中にSi,SiHx,及びHが解離
し,フルオロカーボン系ガスから解離したFと反応しS
iF4,SiHxFy及びHFの型でFをスカベンジす
る。その結果,実効的には上述した従来例のCOガス添
加と同様にC/F比が高まり,窒化ケイ素膜に対する選
択比を大幅に上げることができる。本発明で用いる水素
化ケイ素ガスはCOガスに比べ毒性は小さく,半導体の
成膜工程の原料ガスとしてよく用いられている。
【0007】
【発明の実施の形態】
〔実施例1〕本発明の一実施例を図1の工程図を用いて
説明する。
【0008】図1において,半導体基板100上のゲー
ト101を積層,埋め込みした窒化ケイ素膜102及び
BPSG膜103上にレジストマスク104を形成した
試料(図1(a))をエッチング装置に投入した。エッ
チング装置はロードロック式有磁場マイクロ波エッチン
グ装置を用いた。
【0009】次に, C4F8及びSiH4ガス系のプラ
ズマエッチング技術によりレジストマスク104の開孔
部から露出したBPSG膜103をエッチング除去して
窒化ケイ素膜102表面にまで至るコンタクト孔105
を形成した(図1(b))。主なエッチング条件は、ガ
ス流量C4F8:100sccm,SiH4:2sccm,全ガス
圧3Pa,基板温度−10℃である。
【0010】本一実施例ではC4F8とSiH4を用いる
ことにより,窒化ケイ素膜102のエッチング速度がB
PSG膜103のエッチングに比べて1/10〜1/5
0と小さくできる。その結果,窒化ケイ素膜102の膜
厚が薄くても良好なエッチング・ストッパー層となる。
【0011】本一実施例では, SiH4のC4F8に対
するガス流量比が0.02となるように添加している
が, C4F8から解離する過剰なFをスカベンジするた
めには,SiH4の対C4F8流量比として0.005〜
0.1の範囲であれば同様の効果がある。ここで,その
他のエッチング条件(全ガス圧,基板温度)についても
上記した数値に限定されることはなく,エッチング装置
及び試料に応じて調整し,最適化を図ることは可能であ
る。
【0012】また,本一実施例ではC4F8及びSiH4
によりBPSG膜103の全膜厚をエッチングしている
が,窒化ケイ素膜102に対する高い選択比が要求され
るのは,少なくとも窒化ケイ素膜102近傍のBPSG
膜103をエッチングするとき及び引き続くオーバー・
エッチングのときである。
【0013】従って, BPSG膜103の最初のエッ
チングはSiH4無添加のC4F8系ガスでエッチングを
行い,窒化ケイ素膜102近傍のBPSG膜103をエ
ッチングする工程及びオーバー・エッチング工程のみS
iH4を添加することでも上述した効果は得られる。
【0014】また,本一実施例では, C4F8及びSi
H4を用いてエッチングしているが,He,Ne,A
r,Kr,及びXeガス等の希ガスを併せて添加しても
同様の効果がある。
【0015】また,本一実施例では, C4F8及びSi
H4を用いてエッチングしているが,フルオロカーボン
系ガスとして,CF4,C2F6,C3F8, C4F8
の一つ以上を含め,水素化ケイ素ガスとしてSiH4,
Si2H6の少なくとも一つ以上を含めたガス系を用い
ても同様の効果がある。
【0016】本一実施例では,BPSG膜103をエッ
チングしているが,他の酸化ケイ素膜がPSG,SiO
2膜或いは該積層膜であっても同様の効果がある。ま
た,窒化ケイ素膜102についてもSi3N4膜の他にH
或いはOを僅かに含有するSiN膜であっても同様の効
果がある。
【0017】また、本一実施例では有磁場マイクロ波エ
ッチング装置を用いているが、他のプラズマエッチング
装置、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)エッ
チング装置或いは平行平板電極を用いた高周波エッチン
グ装置であっても同様の効果が得られる。
【0018】〔実施例2〕本発明の他の一実施例を図2
の工程図を用いて説明する。
【0019】図2において,半導体基板200上のゲー
ト201の上面及び側面を窒化ケイ素膜202で選択的
に被覆し,前記半導体基板200の全面に成膜したBP
SG膜203上によりレジストマスク204を形成した
試料(図2(a))をエッチング装置に投入した。エッ
チング装置はロードロック式有磁場マイクロ波エッチン
グ装置を用いた。
【0020】次に, C4F8及びSiH4ガス系のプラ
ズマエッチング技術によりレジストマスク204の開孔
部から露出したBPSG膜203をエッチング除去して
窒化ケイ素膜202表面及び半導体基板200上にまで
至るコンタクト孔205を形成した(図2(b))。主
なエッチング条件は、ガス流量C4F8:100sccm,
SiH4:2sccm,全ガス圧3Pa,基板温度−10℃で
ある。
【0021】本一実施例ではC4F8とSiH4を用いる
ことにより,窒化ケイ素膜102のエッチング速度がB
PSG膜203のエッチングに比べて1/10〜1/5
0と小さくできる。その結果,窒化ケイ素膜202の膜
厚が薄くても良好なエッチング・ストッパー層となる。
【0022】本一実施例では,SiH4のC4F8に対す
るガス流量比が0.02となるように添加しているが,
C4F8から解離する過剰なFをスカベンジするために
は,SiH4の対C4F8流量比として,0.005〜0.
1の範囲であれば同様の効果がある。
【0023】ここで,その他のエッチング条件(全ガス
圧,基板温度)についても上記した数値に限定されるこ
とはなく,エッチング装置及び試料に応じて調整し,最
適化を図ることは可能である。
【0024】また,上記一実施例ではC4F8及びSi
H4によりBPSG膜203の全膜厚をエッチングして
いるが,窒化ケイ素膜202に対する高い選択比が要求
されるのは,少なくとも窒化ケイ素膜202及び半導体
基板200近傍のBPSG膜203をエッチングすると
き及び引き続くオーバー・エッチングのときである。
【0025】従って, BPSG膜203の最初のエッ
チングはSiH4無添加のC4F8系ガスでエッチングを
行い,窒化ケイ素膜202及び半導体基板200近傍の
BPSG膜203をエッチングする工程及びオーバー・
エッチング工程のみSiH4を添加することでも上述し
た効果は得られる。
【0026】また,本一実施例では, C4F8及びSi
H4を用いてエッチングしているが,He,Ne,A
r,Kr,及びXeガス等の希ガスを併せて添加しても
同様の効果がある。
【0027】また,本一実施例では, C4F8及びSi
H4を用いてエッチングしているが,フルオロカーボン
系ガスとして,CF4,C2F6,C3F8, C4F8
の一つ以上を含め,水素化ケイ素ガスとしてSiH4,
Si2H6の少なくとも一つ以上を含めたガス系を用い
ても同様の効果がある。
【0028】本一実施例では,BPSG膜203をエッ
チングしているが,他の酸化ケイ素膜がPSG,SiO
2膜或いは該積層膜であっても同様の効果がある。ま
た,窒化ケイ素膜102についてもSi3N4膜の他に,
H或いはOを僅かに含有するSiN膜であっても同様の
効果がある。
【0029】また、本一実施例では有磁場マイクロ波エ
ッチング装置を用いているが、他のプラズマエッチング
装置、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)エッ
チング装置或いは平行平板電極を用いた高周波エッチン
グ装置であっても同様の効果が得られる。
【0030】
【発明の効果】本発明を用いると、BPSG膜等の酸化
ケイ素膜をエッチングするときに,COガスのように毒
性の高いプロセスガスを用いることなく,下地にある窒
化ケイ素膜に対して高い選択比を確保できる。
【0031】従って,窒化ケイ素膜をBPSG膜エッチ
ング時のエッチング・ストッパー層として活かすことが
可能であり,自己整合的なコンタクト孔の形成プロセス
等に適用できる。その結果,量産工場において半導体素
子の高集積化,高性能化を進めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の工程図である。
【図2】本発明の他の実施例の工程図である。
【符号の説明】
100…半導体基板、101…ゲート、102…窒化ケ
イ素膜、103…BPSG膜、104…レジストマス
ク、105…コンタクト孔、200…半導体基板、20
1…ゲート、202…窒化ケイ素膜、203… BPS
G膜、204…レジストマスク、205…コンタクト
孔。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に形成したレジストマスク開
    孔部から露出した酸化ケイ素膜をエッチングする工程
    が,フルオロカーボン系ガスと水素化ケイ素ガスを含む
    ガスを用いてプラズマエッチングを行う工程を含むこと
    を特徴とするエッチング方法。
  2. 【請求項2】半導体基板上に形成したレジストマスク開
    孔部から露出した酸化ケイ素膜をエッチングし該酸化ケ
    イ素膜の直下にエッチング停止層によりエッチングを停
    止する工程が,フルオロカーボン系ガスと水素化ケイ素
    ガスを含むガスを用いてプラズマエッチングを行う工程
    を含むことを特徴とするエッチング方法。
  3. 【請求項3】半導体基板上に形成したレジストマスク開
    孔部から露出した酸化ケイ素膜をエッチングし該酸化ケ
    イ素膜の直下にある窒化ケイ素膜によりエッチングを停
    止する工程が,フルオロカーボン系ガスと水素化ケイ素
    ガスを含むガスを用いてプラズマエッチングを行う工程
    を含むことを特徴とするエッチング方法。
  4. 【請求項4】半導体基板上に形成したレジストマスク開
    孔部から露出した酸化ケイ素膜をエッチングする工程
    が,フルオロカーボン系ガス,水素化ケイ素ガス及び,
    希ガスを含むガスを用いてプラズマエッチングを行う工
    程を含むことを特徴とするエッチング方法。
  5. 【請求項5】半導体基板上に形成したレジストマスク開
    孔部から露出した酸化ケイ素膜をエッチングし該酸化ケ
    イ素膜の直下にあるエッチング停止層によりエッチング
    を停止する工程が,フルオロカーボン系ガス,水素化ケ
    イ素ガス及び,希ガスを含むガスを用いてプラズマエッ
    チングを行う工程を含むことを特徴とするエッチング方
    法。
  6. 【請求項6】半導体基板上に形成したレジストマスク開
    孔部から露出した酸化ケイ素膜をエッチングし該酸化ケ
    イ素膜の直下にある窒化ケイ素膜によりエッチングを停
    止する工程が,フルオロカーボン系ガス,水素化ケイ素
    ガス及び,希ガスを含むガスを用いてプラズマエッチン
    グを行う工程を含むことを特徴とするエッチング方法。
  7. 【請求項7】前記水素化ケイ素ガスとフルオロカーボン
    系ガスの流量比が0.005〜0.1の範囲にあることを
    特徴とする請求項1及び請求項4記載のエッチング方
    法。
  8. 【請求項8】前記フルオロカーボン系ガスがCF4,C
    2F6,C3F8,C4F8の少なくとも一つ以上から
    なり,水素化ケイ素ガスがSiH4, Si2H6の少な
    くとも一つ以上からなることを特徴とする請求項1乃至
    請求項3記載のエッチング方法。
  9. 【請求項9】前記希ガスがHe,Ne,Ar,Kr,及
    びXeガスの少なくとも一つ以上からなることを特徴と
    する請求項4乃至請求項6記載のエッチング方法。
  10. 【請求項10】前記酸化ケイ素膜がBPSG,PSG,
    SiO2膜の何れかを含んでおり,前記窒化ケイ素膜が
    Si3N4膜であることを特徴とする請求項3及び請求項
    6記載のエッチング方法。
JP16562097A 1997-06-23 1997-06-23 エッチング方法 Pending JPH1116887A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003107410A3 (en) * 2002-06-14 2004-04-15 Lam Res Corp METHOD FOR ENGRAVING DIELECTRIC LAYERS WITH A RESERVE LAYER AND / OR AN ENGRAVING PROFILE HAVING IMPROVED CHARACTERISTICS
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