JPS6231123A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPS6231123A
JPS6231123A JP16987585A JP16987585A JPS6231123A JP S6231123 A JPS6231123 A JP S6231123A JP 16987585 A JP16987585 A JP 16987585A JP 16987585 A JP16987585 A JP 16987585A JP S6231123 A JPS6231123 A JP S6231123A
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JP
Japan
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etching
plasma
gas
ion beam
wafer
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JP16987585A
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Japanese (ja)
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Yasue Sato
安栄 佐藤
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To allow miniature patterning by a method wherein, following a reactive ion beam etching process, the irradiation of an ion beam is stopped by stopping the application of a voltage to a drawer electrode, and etching is performed with plasma excitation gas. CONSTITUTION:SF6 gas is introduced into a plasma generation section 2 from an etching gas introduction pipe 5, and a vacuum chamber 1 is depressed to about 5X10<-4>Torr by discharging air from a discharge opening 7. In this state, microwave of 2.45GHz is introduced from the wave conduction pipe 6 so as to generate plasma by applying electric field of 875 gaus. A specified voltage is applied to an ion drawer electrode 4, and ions are drawn out from the generated plasma, and the ions are accelerated to irradiate it onto a wafer 9 as an reactive beam, thereby etching the poly-Si film on the wafer 9. Then, a plasma is generated in a plasma generation section 2 to etch the poly-Si film of about 100s Angstrom remaining on the wafer 9.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の分野] 本発明は、反応性ガスを用いて半導体ウェハ等の表面に
加速、集束された反応性イオンビームを照射する反応性
イオンビームエツチング方式およびプラズマエツチング
により活性化された励起ガスによるプラズマ励起ガスエ
ツチング方式の両方式を用いたドライエツチング方法に
関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of the Invention] The present invention utilizes a reactive ion beam etching method that uses a reactive gas to irradiate the surface of a semiconductor wafer, etc. with an accelerated and focused reactive ion beam, and plasma etching. The present invention relates to a dry etching method using both plasma excitation gas etching methods using activated excitation gas.

[発明の背景1 集積回路の高密度化に伴い、半導体製造プロセスのりソ
ゲラフイエ程においてサブミクロンオーダーのドライエ
ツチング技術が必要とされている。
[Background of the Invention 1] With the increasing density of integrated circuits, submicron-order dry etching technology is required in the semiconductor manufacturing process.

このようなドライエツチング手段として反応性イオンビ
ームエツチング方式が開発されている。従来の反応性イ
オンビームエツチング方式は、エツチングガスとして反
応性ガス(CF4.02 F8等)を用い、これをプラ
ズマ化し、発生したプラXマカラ反応性イt ン(CF
3”、 CF2”、 CF”。
A reactive ion beam etching method has been developed as such a dry etching means. The conventional reactive ion beam etching method uses a reactive gas (CF4.02 F8, etc.) as the etching gas, converts it into plasma, and generates plasma reactive ions (CF
3”, CF2”, CF”.

F等)を引き出し、この反応性イオンを所定のエネルギ
に加速してイオンビームとし、ウェハ上に照射して物理
的および化学的作用によりエツチングを行っていた。
These reactive ions are accelerated to a predetermined energy to form an ion beam, and the wafer is irradiated with the ion beam to perform etching through physical and chemical effects.

一方、エツチングガスをプラズマにより活性化し、この
プラズマ励起ガスの化学的作用によりウェハ表面をエツ
チングするプラズマ励起ガスエツチング方式が従来から
用いられている。
On the other hand, a plasma-excited gas etching method has been used in which an etching gas is activated by plasma and the wafer surface is etched by the chemical action of the plasma-excited gas.

ところで、従来の反応性イオンビームエツチング方式に
おいては、イオンビームの物理的エツチング効果のため
、化学的エツチング作用のみの場合に比べ、異方性が太
き(なりアンダーカットの少い比較的微細パターンのエ
ツチングが可能となる反面、選択性が少く被エツチング
材の材質に応じてエツチング速度を変えることはできな
かった。
By the way, in the conventional reactive ion beam etching method, due to the physical etching effect of the ion beam, the anisotropy is thicker (and relatively fine patterns with less undercuts) than in the case of chemical etching alone. On the other hand, it was not possible to change the etching speed depending on the material of the material to be etched due to low selectivity.

従って、例えば5iO2yAを下地とするpony −
8illlをエツチングする場合、Po1y−8i膜を
エツチングした後さらに8102膜を同様にエツチング
するため下地が大きく損傷するという問題を生じていた
。また、イオンビームのエネルギが大きいため(通常5
ooev以上)イオン衝撃による下地のダメージの問題
もあった。
Therefore, for example, pony − based on 5iO2yA
When etching 8ill, after etching the Po1y-8i film, the 8102 film is etched in the same way, resulting in a problem that the underlying layer is severely damaged. In addition, since the energy of the ion beam is large (usually 5
ooev or higher) There was also the problem of damage to the base due to ion bombardment.

また、従来のプラズマ励起ガスエツチング方式において
は、励起ガスの化学的作用によってエツチングを行うた
め、選択性が良好である反面エツチングが等方的であり
アンダーカットの問題を生じていた。
In addition, in the conventional plasma-excited gas etching method, etching is performed by the chemical action of the excited gas, so while the selectivity is good, the etching is isotropic, resulting in the problem of undercuts.

[発明の目的] 本発明は、前記従来の各エツチング方式の欠点に鑑みな
されたものであって、アンダーカットが少く微細加工が
可能でしかも選択性の大きいドライエツチング方法を提
供することを目的とする。
[Object of the Invention] The present invention was devised in view of the drawbacks of the conventional etching methods described above, and an object of the present invention is to provide a dry etching method that causes less undercuts, allows fine processing, and has high selectivity. do.

[発明の構成] 本発明に係るドライエツチング方法においては、エツチ
ングガス導入管が接続された真空室内にイオン引出し電
極を介してプラズマ発生部とエツチング処理部とを有す
るエツチング装置内で、上記エツチングガス導入管より
反応性ガスを導入してプラズマを発生させ、上記イオン
引出し電極に電圧を印加してイオンビームを引出し、該
イオンビームの照射によりエツチングを行う第1エツチ
ング工程と、上記イオン引出し電極への電圧印加を停止
してイオンビーム照射を停止し、プラズマ励起ガスのみ
をエツチング処理部に導入し、該プラズマ励起ガスによ
りエツチングを行う第2エツチング工程とを連続して行
っている。
[Structure of the Invention] In the dry etching method according to the present invention, the etching gas is introduced into an etching apparatus having a plasma generation section and an etching processing section via an ion extraction electrode in a vacuum chamber to which an etching gas introduction pipe is connected. A first etching step in which a reactive gas is introduced through an introduction tube to generate plasma, a voltage is applied to the ion extraction electrode to extract an ion beam, and etching is performed by irradiation with the ion beam; A second etching step is continuously performed in which the voltage application is stopped, the ion beam irradiation is stopped, only the plasma excitation gas is introduced into the etching processing section, and etching is performed using the plasma excitation gas.

[実施例] 第1図に本発明に係るドライエツチング方法で用いる装
置の構成を示す。真空室1は上部のプラズマ発生部2お
よび下部のエツチング処理部3からなる。プラズマ発生
部2とエツチング処理部3との間には、発生したプラズ
マからイオンを引出しこれを加速するためのイオン)引
出し電極4が設けられる。プラズマ発生部2にはエツチ
ングガス導入管5およびマイクロ波導入用導波管6が接
続される。エツチング処理部3には排気口1が設けられ
図示しない真空ポンプに接続される。エラ1チング処理
部3内にはホルダ8上に搭載されたウェハ9が配置され
る。
[Example] FIG. 1 shows the configuration of an apparatus used in the dry etching method according to the present invention. The vacuum chamber 1 consists of an upper plasma generating section 2 and a lower etching processing section 3. An ion extraction electrode 4 is provided between the plasma generation section 2 and the etching processing section 3 for extracting ions from the generated plasma and accelerating them. An etching gas introduction pipe 5 and a microwave introduction waveguide 6 are connected to the plasma generation section 2. The etching processing section 3 is provided with an exhaust port 1 and connected to a vacuum pump (not shown). A wafer 9 mounted on a holder 8 is disposed within the etching processing section 3 .

このような構成の装置を使用した本発明方法について以
下に説明する。この実施例は、例えば反応性ガスとして
SFeガスを使用しPo1y −8i膜をエツチングす
る場合についてのものである。
The method of the present invention using the apparatus having such a configuration will be described below. This example concerns the case where a Po1y-8i film is etched using, for example, SFe gas as the reactive gas.

エツチングガス導入管5よりSFeガスをプラズマ発生
部2に導入し、排気口1より真空排気して(矢印B)真
空室1内を5 x 10−4 torr程度の圧力にす
る。この状態で導波管6より2.45GH7のマイクロ
波を導入しく矢印A )  l175G aussの磁
場を与えてプラズマを発生させる。イオン引出し電極4
に所定の電圧を印加し発生したプラズマからイオンを引
出しこれを500eV程度のエネルギに加速して反応性
イオンビームとして矢印Cのようにウェハ9に向けて照
射する。これによりウェハ9上のPo1y−8i膜が反
応性イオンビームによりエツチングされる。この反応性
イオンビームによるエツチングが所定量だけ行われると
(例えばpoly−8i膜を数百人程度残した状態)、
イオン引出し電極4への電圧印加を停止してイオンビー
ムの照射を停止する。エツチングが所定量だけ行われた
かどうかの判断は、イオン照射時間およびエツチングモ
ニタの抵抗検知等に基いて行われる。
SFe gas is introduced into the plasma generating section 2 through the etching gas introduction pipe 5, and evacuated through the exhaust port 1 (arrow B) to bring the inside of the vacuum chamber 1 to a pressure of about 5 x 10-4 torr. In this state, a microwave of 2.45GH7 is introduced from the waveguide 6 and a magnetic field of 1175Gauss is applied (arrow A) to generate plasma. Ion extraction electrode 4
A predetermined voltage is applied to the wafer 9 to extract ions from the generated plasma, accelerate the ions to an energy of about 500 eV, and irradiate the wafer 9 as a reactive ion beam as shown by arrow C. As a result, the Po1y-8i film on the wafer 9 is etched by the reactive ion beam. When this reactive ion beam etching is performed by a predetermined amount (for example, with several hundred layers of poly-8i film remaining),
The voltage application to the ion extraction electrode 4 is stopped, and the ion beam irradiation is stopped. Whether or not etching has been performed by a predetermined amount is determined based on the ion irradiation time and resistance detection by the etching monitor.

次に真空室1内の圧力を10−1〜1 torr程度ま
で上げプラズマ発生部2で同様にプラズマを発生させる
。このときイオン引出し電極4はグランド電位である。
Next, the pressure in the vacuum chamber 1 is raised to about 10-1 to 1 torr, and plasma is generated in the plasma generating section 2 in the same manner. At this time, the ion extraction electrode 4 is at ground potential.

このような状態では、イオンはプラズマ発生部2から引
出されず、プラズマによって化学的に励起されたガスの
みが引出し電極4を通過してエツチング処理部3内に流
入する。このようなプラズマ励起ガスの化学的作用によ
りウェハ9上に残された数百人程度のPo1y −8i
 I!Iがエツチングされる。
In this state, ions are not extracted from the plasma generating section 2, and only gas chemically excited by the plasma passes through the extraction electrode 4 and flows into the etching processing section 3. Several hundred Po1y-8i particles remained on the wafer 9 due to the chemical action of the plasma-excited gas.
I! I is etched.

第2図は前記イオンビーム照射によるエツチング工程終
了直前のウェハの部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the wafer immediately before the etching process by ion beam irradiation is completed.

Si基板10上にSiO2膜11膜形1され、その上に
Po1y −S i 15112がコーティングされ、
レジストパターン13で覆われる。レジストパターン1
3で覆われた部分以外のPo1y−8i膜12はイオン
ビーム(矢印C)によりエツチングされる。イオンビー
ムエツチングの異方性のためアンダーカットはほとんど
起らずレジストパターン13に正確に対応した微細加工
が行われる。
A SiO2 film 11 is formed on a Si substrate 10, and Po1y-S i 15112 is coated thereon.
It is covered with a resist pattern 13. Resist pattern 1
The portion of the Po1y-8i film 12 other than the portion covered by 3 is etched by an ion beam (arrow C). Due to the anisotropy of ion beam etching, undercuts hardly occur, and microfabrication that accurately corresponds to the resist pattern 13 is performed.

第3図は前記プラズマ励起ガスによるエツチング工程終
了時のウェハの部分断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the wafer at the end of the etching process using the plasma excitation gas.

SFeガスの場合、5102との選択比Po1y −8
i/SiO2は30以上となるため下地のS i 02
1111はほとんどエツチングされずにPoly−3t
gIのみがエツチングされる。このプラズマ励起ガスに
よるエツチングは化学的作用による等方的なエツチング
であるため、レジストパターン13(7)下部(7)P
oly −5t 11a12も多少エツチングされる。
In the case of SFe gas, the selectivity with 5102 is Po1y -8
Since i/SiO2 is 30 or more, the underlying S i 02
1111 is Poly-3t with almost no etching
Only gI is etched. This etching by plasma-excited gas is isotropic etching due to chemical action, so the resist pattern 13 (7) lower part (7) P
oly-5t 11a12 is also etched to some extent.

しかしながら、このような等方的エツチングによるアン
ダーカットはプラズマ励起ガスによるエツチング時間を
短くすることによりパターン形状に対する影響を無視で
きる程度に小さくすることができる。
However, such undercuts caused by isotropic etching can be reduced to a negligible effect on the pattern shape by shortening the etching time using the plasma-excited gas.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明に係るドライエツチング方
法においては、通常の反応性イオンビームエツチング装
置を用いて、反応性イオンビームエツチング工程に続い
て、引出し電極への電圧印加を停止してイオンビーム照
射を停止し、圧力を多少高めるという簡単な切換作業に
よりプラズマ励起ガスによるエツチングを行っている。
[Effects of the Invention] As explained above, in the dry etching method according to the present invention, a normal reactive ion beam etching apparatus is used, and following the reactive ion beam etching process, voltage is applied to the extraction electrode. Etching with plasma-excited gas is performed by a simple switching operation of stopping ion beam irradiation and slightly increasing the pressure.

従って、異方性エツチングによる微細バターニングが可
能となるばかりでなく選択性が良好となり下地のオーバ
ーエツチング又は大きなダメージを防止することができ
る。また、同一装置を用いて連続的に前記2つのエツチ
ング工程を実施するため時間を多く要することはなく、
エツチング工程が能率的に行われ生産性が向上する。
Therefore, not only is it possible to perform fine buttering by anisotropic etching, but the selectivity is also good, and over-etching or major damage to the underlying layer can be prevented. In addition, since the two etching steps are performed continuously using the same device, it does not take much time.
The etching process is performed efficiently and productivity is improved.

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

第1図は本発明方法で用いる反応性イオンビームエツチ
ング装置の構成図、第2図は反応性イオンビームエツチ
ング工程中のウェハの部分断面図、第3図はプラズマ励
起ガスエツチング工程終了時のウェハの部分断面図であ
る。 1・・・真空室、2・・・プラズマ発生部、3・・・エ
ツチング処理部、4・・・イオン引出し′R極、5・・
・エツチングガス導入管、9・・・ウェハ。
Fig. 1 is a block diagram of a reactive ion beam etching apparatus used in the method of the present invention, Fig. 2 is a partial cross-sectional view of a wafer during the reactive ion beam etching process, and Fig. 3 is a wafer at the end of the plasma-excited gas etching process. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vacuum chamber, 2... Plasma generation part, 3... Etching processing part, 4... Ion extraction 'R pole, 5...
- Etching gas introduction pipe, 9... wafer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、エッチングガス導入管が接続された真空室内にイオ
ン引出し電極を介してプラズマ発生部とエッチング処理
部とを有するエッチング装置内で、(1)上記エッチン
グガス導入管より反応性ガスを導入してプラズマを発生
させ、上記イオン引出し電極に電圧を印加してイオンビ
ームを引出し、該イオンビームの照射によりエッチング
を行う第1エッチング工程と、 (2)上記イオン引出し電極への電圧印加を停止してイ
オンビーム照射を停止し、プラズマ励起ガスのみをエッ
チング処理部に導入し、該プラズマ励起ガスによりエッ
チングを行う第2エッチング工程とを連続して行うドラ
イエッチング方法。
[Scope of Claims] 1. In an etching apparatus having a plasma generation section and an etching processing section via an ion extraction electrode in a vacuum chamber to which an etching gas introduction tube is connected, (1) a reaction is carried out from the etching gas introduction tube. a first etching step of introducing a reactive gas to generate plasma, applying a voltage to the ion extraction electrode to extract an ion beam, and performing etching by irradiation with the ion beam; (2) etching to the ion extraction electrode; A dry etching method in which the voltage application is stopped, ion beam irradiation is stopped, only plasma excitation gas is introduced into the etching processing section, and a second etching step is performed in which etching is performed using the plasma excitation gas.
JP16987585A 1985-08-02 1985-08-02 Dry etching method Pending JPS6231123A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6417013B1 (en) 1999-01-29 2002-07-09 Plasma-Therm, Inc. Morphed processing of semiconductor devices

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6417013B1 (en) 1999-01-29 2002-07-09 Plasma-Therm, Inc. Morphed processing of semiconductor devices

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