JPS6366912B2 - - Google Patents

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JPS6366912B2
JPS6366912B2 JP59231411A JP23141184A JPS6366912B2 JP S6366912 B2 JPS6366912 B2 JP S6366912B2 JP 59231411 A JP59231411 A JP 59231411A JP 23141184 A JP23141184 A JP 23141184A JP S6366912 B2 JPS6366912 B2 JP S6366912B2
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Japan
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etching
gas
plasma
reactive
fluorine
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Application number
JP59231411A
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Japanese (ja)
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JPS61110782A (en
Inventor
Toshiro Ono
Seitaro Matsuo
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS6366912B2 publication Critical patent/JPS6366912B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は反応性ガスプラズマ中のイオンを利用
して、電子デバイス基板上に、制御性よく高品質
に微細パタンを形成する反応性イオンエツチング
方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to reactive ion etching, which uses ions in reactive gas plasma to form fine patterns with good controllability and high quality on electronic device substrates. It is about the method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路などの電子デバイスの高速化や
高集積化にともない、高精度で高品質に微細パタ
ンを形成できるエツチング方法が望まれている。
とくにMOSデバイス等のゲート金属パタンの形
成では、下地となる薄いゲート酸化膜とゲート金
属とを選択性高く高精度に加工するとともに、下
地半導体への損傷を極力小さくし、またエツチン
グ面上に金属などの残留物がないように高品質の
エツチングをすることが必要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION As electronic devices such as semiconductor integrated circuits become faster and more highly integrated, there is a need for an etching method that can form fine patterns with high precision and quality.
In particular, when forming gate metal patterns for MOS devices, etc., the thin gate oxide film that serves as the base and the gate metal are processed with high selectivity and high precision, while minimizing damage to the underlying semiconductor. It is necessary to use high quality etching to avoid any residue such as.

従来、ガスプラズマを用いるエツチング方法と
してプラズマエツチング法が広く用いられてき
た。この場合はガス圧が10〜100Paと高いため、
エツチング反応の殆どは方向性がなく、反応性が
高い中性ラジカルとの反応によつている。したが
つて酸化膜との選択性を高くしてエツチングでき
るが、等方的なエツチングとなるためアンダカツ
トを生じパタンの微細化には限界があつた。これ
に対して1〜10Paのガス圧範囲で、イオン衝撃
反応を併用してエツチングする反応性スパツタエ
ツチング法がある。この方法ではプラズマ中のイ
オンの衝撃効果でエツチング反応を生じさせるた
め、アンダカツトがないパタン形成が可能であ
る。しかし比較的ガス圧が高いために反応性ラジ
カルのエツチングを抑制できるハロゲン化炭素ガ
スを用い、また200〜1000eVのイオンエネルギを
必要としている。このため下地酸化膜やマスク材
に対して十分に大きい選択特性は実現困難であ
り、また下地半導体に損傷を与えることがあるた
めゲート金属のエツチング方法としてはその適用
が制限されていた。
Conventionally, plasma etching has been widely used as an etching method using gas plasma. In this case, the gas pressure is high at 10 to 100 Pa, so
Most etching reactions are non-directional and involve reactions with highly reactive neutral radicals. Therefore, etching can be performed with high selectivity to the oxide film, but since the etching is isotropic, undercuts occur and there is a limit to the miniaturization of patterns. On the other hand, there is a reactive sputter etching method in which etching is performed using ion bombardment reaction in a gas pressure range of 1 to 10 Pa. In this method, an etching reaction is caused by the bombardment effect of ions in plasma, so it is possible to form a pattern without undercuts. However, because the gas pressure is relatively high, a halogenated carbon gas that can suppress etching of reactive radicals is used, and an ion energy of 200 to 1000 eV is required. For this reason, it is difficult to achieve sufficiently high selectivity for the underlying oxide film or mask material, and the underlying semiconductor may be damaged, so its application as a gate metal etching method has been limited.

これらの欠点を補うため、0.001〜1Paのガス圧
範囲で電子サイクロトロン共鳴(ECR)放電を
利用してプラズマを生成し、プラズマ中のイオン
に50eV以下のエネルギと方向性とを与え、アン
ダカツトがなく、高精度に選択性高くゲート金属
をエツチングするECR反応性イオンエツチング
法(特願昭58−228645号参照)がある。このエツ
チング法ではガス圧が低いために中性ラジカルの
濃度が低く、さらにガスとして中性ラジカルでは
比較的反応性が小さく、かつ50eV以下の低エネ
ルギで金属に対して反応性が促進される弗素以外
のハロゲンガス、例えば塩素ガスを主成分として
用いているため、アンダカツトがないパタン加工
ができる。さらに低イオンエネルギであるため
に、下地へのイオン衝撃の損傷を防止して加工で
き、そのためMOSデバイスなどのゲート金属膜
のエツチング法として非常にすぐれている。
To compensate for these shortcomings, plasma is generated using electron cyclotron resonance (ECR) discharge in the gas pressure range of 0.001 to 1 Pa, giving the ions in the plasma less than 50 eV of energy and directionality, and eliminating undercuts. There is an ECR reactive ion etching method (see Japanese Patent Application No. 58-228645) which etches the gate metal with high precision and high selectivity. In this etching method, the concentration of neutral radicals is low because the gas pressure is low, and fluorine, which has relatively low reactivity with neutral radicals as a gas, and whose reactivity with metals is promoted at low energy of 50 eV or less. Since halogen gas such as chlorine gas is used as the main component, pattern processing without undercuts is possible. Furthermore, since the ion energy is low, it can be processed without damaging the underlying layer due to ion bombardment, making it an excellent etching method for gate metal films such as MOS devices.

しかし上記ECR反応性イオンエツチングでは
弗素以外のハロゲンガスを主成分としており、金
属とのエツチング反応生成物は沸点が室温と同程
度かそれよりも低い。一方金属膜のエツチングに
は耐熱性が低い高分子材料からなるレジストをマ
スクとして用いるため、その温度を室温程度に保
つ必要がある。このためエツチング反応生成物が
除去されずに残渣となつてエツチング面に残つた
り、またエツチング反応生成物の除去速度がエツ
チング温度領域で大きく変化し、エツチング速度
が不安定になる原因を作ることになる。さらに弗
素以外のハロゲンガスは本質的に反応性が低いた
めに、エツチング装置内の排気が不十分で水蒸気
などが残留してエツチング表面に吸着した場合
や、エツチングの前工程でエツチング表面が極め
てわずかでも酸化などで変質している場合には、
エツチングが円滑に進行しないことがあるなどと
いう欠点があつた。
However, in the above ECR reactive ion etching, the main component is a halogen gas other than fluorine, and the etching reaction product with the metal has a boiling point that is about the same as or lower than room temperature. On the other hand, since a resist made of a polymeric material with low heat resistance is used as a mask for etching a metal film, it is necessary to maintain the temperature at about room temperature. For this reason, the etching reaction product may not be removed and may remain as a residue on the etching surface, or the removal rate of the etching reaction product may vary greatly in the etching temperature range, causing the etching rate to become unstable. become. Furthermore, since halogen gases other than fluorine inherently have low reactivity, if the etching equipment is not sufficiently vented and water vapor remains and is adsorbed on the etching surface, or if the etching surface is extremely thin during the pre-etching process. However, if the quality has changed due to oxidation etc.
There were drawbacks such as etching not proceeding smoothly.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のECR反応性イオンエツチングにおいて、
エツチング反応生成物やエツチング表面の変質に
起因するエツチングの不安定性を防止することに
より、低イオンエネルギで微細パタンが形成でき
る信頼性が高い反応性イオンエツチング方法を得
ることにある。
In the above ECR reactive ion etching,
The object of the present invention is to provide a highly reliable reactive ion etching method capable of forming fine patterns with low ion energy by preventing etching instability caused by etching reaction products and deterioration of the etching surface.

〔問題点を解決するための手段〕 本発明による反応性イオンエツチング方法は、
反応性ガスをプラズマ生成室に導入して反応性ガ
スプラズマを生成し、該反応性ガスプラズマを生
成室から引出し、かつ試料に向う上記反応性ガス
プラズマ流の内部に、試料に向つて減少する発散
磁界を作用させ、電子を減速しイオンを加速する
電界を付与する反応性イオンエツチング方法にお
いて、上記反応性ガスとして弗素以外のハロゲン
ガスに、弗素ガスまたは弗素化合物のガスを含む
ガスを添加したものである。
[Means for solving the problems] The reactive ion etching method according to the present invention includes:
Introducing a reactive gas into the plasma generation chamber to generate a reactive gas plasma, withdrawing the reactive gas plasma from the generation chamber and reducing the reactive gas plasma toward the sample into the reactive gas plasma flow toward the sample. In a reactive ion etching method in which a divergent magnetic field is applied to apply an electric field that decelerates electrons and accelerates ions, a gas containing fluorine gas or a fluorine compound gas is added to a halogen gas other than fluorine as the reactive gas. It is something.

〔作用〕[Effect]

上記反応性イオンエツチングではイオンエネル
ギが10〜50eVと低く、エツチング反応が化学的
に進行するため、エツチング面の清浄さが極めて
影響しやすくなる。上記イオンエネルギ領域で反
応性が促進される弗素以外のハロゲンガスを主成
分にして、これに弗素または弗素化合物のガスを
添加してエツチングを行うが弗素は雰囲気におけ
る不純物の影響を受けにくく、またエツチングに
よる反応生成物である弗素化合物は揮発性が高い
ため、上記反応生成物の除去が円滑に行われる。
In the above-mentioned reactive ion etching, the ion energy is as low as 10 to 50 eV, and the etching reaction proceeds chemically, so that the cleanliness of the etched surface is extremely susceptible. Etching is performed by adding fluorine or fluorine compound gas to a halogen gas other than fluorine whose reactivity is promoted in the above ion energy range, but fluorine is less affected by impurities in the atmosphere, and Since the fluorine compound which is the reaction product of etching has high volatility, the reaction product can be smoothly removed.

〔実施例〕〔Example〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。第1図は本発明による反応性イオンエツチン
グ方法に使用する装置の一実施例を示す構成図、
第2図は本実施例における塩基と六弗化硫黄の混
合ガスによる多結晶シリコンのエツチング特性を
示す図、第3図は本発明の他の実施例で、aはモ
リブデンとAZレジストのエツチング速度を示す
図、bは上記エツチングに際し六弗化硫黄を加え
た場合のエツチング速度を示す図である。第1図
において、プラズマ生成室1と、プラズマ引出し
窓2を介して連設された試料室3は、該試料室3
に取付けられた試料台4上に試料基板5を載置し
た試料載置台6を設け、第2ガス導入系7と排気
系への接続部8とを備えている。上記プラズマ生
成室1はマイクロ波導入窓9を経て矩形導波管1
0に接続され、外側に磁気コイル11を周設し該
磁気コイル11の外周には磁気シールド12を施
している。なお上記プラズマ生成室1は第1ガス
導入系13および冷却水の給水口14を有してい
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an apparatus used in the reactive ion etching method according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing the etching characteristics of polycrystalline silicon by a mixed gas of base and sulfur hexafluoride in this example, and FIG. 3 is another example of the present invention, where a is the etching rate of molybdenum and AZ resist. FIG. 1B is a diagram showing the etching rate when sulfur hexafluoride is added during the above etching. In FIG. 1, a plasma generation chamber 1 and a sample chamber 3 connected to each other via a plasma extraction window 2 are
A sample mounting table 6 on which a sample substrate 5 is mounted is provided on a sample table 4 attached to a sample table 4, and is provided with a second gas introduction system 7 and a connection part 8 to an exhaust system. The plasma generation chamber 1 is connected to a rectangular waveguide 1 via a microwave introduction window 9.
0, a magnetic coil 11 is provided around the outside, and a magnetic shield 12 is provided around the outer periphery of the magnetic coil 11. The plasma generation chamber 1 has a first gas introduction system 13 and a cooling water supply port 14.

プラズマを生成するときは、排気系の接続部8
より上記プラズマ生成室1と試料室3とを高真空
に排気し、第1ガス導入系13と第2ガス導入系
7の一方または両方からガスを導入して0.001〜
1Paの圧力とし、マイクロ波源(図示なし)より
マイクロ波を矩形導波管10およびマイクロ波導
入窓9を介してプラズマ生成室1に導入し、同時
にプラズマ生成室1に周設した磁気コイル11に
よつて、プラズマ生成室1の少なくとも一部に電
子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を与え
る。マイクロ波源には、例えば周波数2.45GHzの
マグネトロンを用いることができ、この時の電子
サイクロトロン共鳴条件は磁束密度875Gである。
プラズマ生成室1はマイクロ波の電界強度を高め
放電効率をあげるためにマイクロ波空洞共振器の
条件にするのが好適で、本実施例ではTE112
の円形空洞共振器モードを採用し、内のり寸法で
直径15cm、高さ15cmの円筒形状にした。プラズマ
引出し窓2は直径5cmの円形窓とし、マイクロ波
に対する反射面とした。磁気コイル11により発
生する磁界はプラズマ生成室1の内部の電子サイ
クロトロン共鳴領域から、試料室3に設置された
試料台4の方向に、例えば試料台部表面が100〜
200ガウス程度になるような所定の勾配で減少す
る発散磁界を構成している。なお本構成では磁界
が装置の外部へしみだすのを防止し、効率よく発
散磁界を構成するために、磁気コイル11の外周
に磁気シールド12を配置している。
When generating plasma, the connection part 8 of the exhaust system
The plasma generation chamber 1 and the sample chamber 3 are evacuated to a high vacuum, and gas is introduced from one or both of the first gas introduction system 13 and the second gas introduction system 7 to a temperature of 0.001~
At a pressure of 1 Pa, microwaves are introduced from a microwave source (not shown) into the plasma generation chamber 1 through the rectangular waveguide 10 and the microwave introduction window 9, and at the same time are introduced into the magnetic coil 11 installed around the plasma generation chamber 1. Therefore, a magnetic field that satisfies the electron cyclotron resonance conditions is applied to at least a portion of the plasma generation chamber 1. For example, a magnetron with a frequency of 2.45 GHz can be used as the microwave source, and the electron cyclotron resonance condition at this time is a magnetic flux density of 875 G.
In order to increase the electric field strength of the microwave and increase the discharge efficiency, it is preferable that the plasma generation chamber 1 be set to the condition of a microwave cavity resonator.
The circular cavity resonator mode was adopted, and the inner dimensions were cylindrical with a diameter of 15 cm and a height of 15 cm. The plasma extraction window 2 was a circular window with a diameter of 5 cm, and was used as a reflection surface for microwaves. The magnetic field generated by the magnetic coil 11 is directed from the electron cyclotron resonance region inside the plasma generation chamber 1 toward the sample stage 4 installed in the sample chamber 3, for example, when the surface of the sample stage is 100 to
It constitutes a diverging magnetic field that decreases with a predetermined slope of about 200 Gauss. In this configuration, a magnetic shield 12 is disposed around the outer periphery of the magnetic coil 11 in order to prevent the magnetic field from seeping out to the outside of the device and to efficiently configure a diverging magnetic field.

電子サイクロトロン共鳴によつて生成されたプ
ラズマでは、電子が高エネルギ状態で円運動して
いるため、電子が持つ磁気モーメントと磁界勾配
との相互作用で、磁界速度が減少する方向、つま
りプラズマ生成室1から試料台4の方向にプラズ
マ中の電子が加速され、この結果プラズマ流15
が形成される。さらに本構成ではプラズマ生成室
1と電気的に絶縁した状態で試料台4の上に試料
載置台6を配置しているため、上記プラズマ流1
5の内部には電子を減速させイオンを加速するよ
うな電界が生じ、試料載置台6へのイオンと電子
との入射数が一致するような条件で平衡状態にな
る。したがつてプラズマ中のイオンは、従来方法
のように熱拡散によつて移動するのと異なり、本
発明ではプラズマ流15中の電界によつて試料表
面へ効果的に輸送される。さらに試料載置台6、
試料基板5の表面には電子の熱運動に起因した電
界が生じ、プラズマシースが形成される。これら
の結果、プラズマ流15中のイオンはプラズマ流
15中の電界と、プラズマシース中の電界の和に
等しい運動エネルギおよび方向性を付与されて試
料載置台6および試料基板5に入射する。上記の
ような装置の構成、プラズマ流形成法およびイオ
ンエネルギ付与の原理は、先願の反応性イオンエ
ツチング方法(特願昭58−228645)に同じであ
る。本発明が上記方法と異なる点は、弗素以外の
ハロゲンガスを用いたときに生じ易いエツチング
の不安定性を除去し、信頼性高く微細パタンを形
成するために弗素あるいは弗素の化合物ガスを混
合させる点である。
In the plasma generated by electron cyclotron resonance, the electrons are in a high-energy state and move in a circular motion, so the interaction between the magnetic moment of the electrons and the magnetic field gradient causes the magnetic field velocity to decrease, that is, in the plasma generation chamber. Electrons in the plasma are accelerated in the direction from 1 to the sample stage 4, resulting in a plasma flow 15
is formed. Furthermore, in this configuration, since the sample mounting table 6 is arranged on the sample table 4 in a state where it is electrically insulated from the plasma generation chamber 1, the plasma flow 1 is
An electric field that decelerates electrons and accelerates ions is generated inside the sample holder 5, and an equilibrium state is reached under the condition that the number of ions and electrons incident on the sample mounting table 6 match. Therefore, the ions in the plasma are effectively transported to the sample surface by the electric field in the plasma stream 15 in the present invention, unlike the conventional method in which they are moved by thermal diffusion. Further, a sample mounting table 6,
An electric field is generated on the surface of the sample substrate 5 due to the thermal movement of electrons, and a plasma sheath is formed. As a result, the ions in the plasma flow 15 are imparted with kinetic energy and directionality equal to the sum of the electric field in the plasma flow 15 and the electric field in the plasma sheath, and enter the sample mounting stage 6 and the sample substrate 5. The configuration of the apparatus as described above, the plasma flow forming method, and the principle of applying ion energy are the same as the reactive ion etching method of the previous application (Japanese Patent Application No. 58-228645). The present invention differs from the above method in that fluorine or a fluorine compound gas is mixed in order to eliminate etching instability that tends to occur when using a halogen gas other than fluorine, and to form a fine pattern with high reliability. It is.

第2図は本実施例における塩素(Cl2)と六弗
素化硫黄(SF6)との混合ガスによる多結晶シリ
コンのエツチング特性を示す図である。横軸には
SF6とCl2の総流量を15c.c./分としたときのSF6
流量比(%)を示し、縦軸には多結晶シリコンエ
ツチングの速度(X)、多結晶シリコンと酸化シ
リコンのエツチング速度比(Y)および多結晶シ
リコンパタンのアンダカツト量(Z)を示してい
る。SF6流量比0%(Cl流量比100%)のとき、
多結晶シリコンのエツチング面には針状のエツチ
ング残渣が生じ、エツチング速度も550Å/分と
小さい。しかしSF6流量比10%以上の領域ではエ
ツチング残渣を生じない清浄なエツチング面が得
られるとともに、1000Å/A以上のエツチング速
度が得られる。一方、SF6流量比20%まではアン
ダカツトを生じないパタンが得られているが、
SF6流量比30%以上になるとアンダカツト量が急
激に増加する。またこの傾向と一致して多結晶シ
リコンと酸化シリコンとのエツチング速度比(選
択性)はSF6流量比20%以上で急激に低下する。
FIG. 2 is a diagram showing the etching characteristics of polycrystalline silicon using a mixed gas of chlorine (Cl 2 ) and sulfur hexafluoride (SF 6 ) in this example. On the horizontal axis
The flow rate ratio (%) of SF 6 is shown when the total flow rate of SF 6 and Cl 2 is 15 c.c./min. The vertical axis shows the polycrystalline silicon etching speed (X), polycrystalline silicon and silicon oxide. The etching rate ratio (Y) and the undercut amount (Z) of the polycrystalline silicon pattern are shown. When SF 6 flow rate ratio is 0% (Cl flow rate ratio 100%),
Acicular etching residue is produced on the etched surface of polycrystalline silicon, and the etching rate is as low as 550 Å/min. However, in the region where the SF 6 flow rate ratio is 10% or more, a clean etching surface without etching residue can be obtained, and an etching rate of 1000 Å/A or more can be obtained. On the other hand, a pattern without undercuts was obtained up to 20% SF 6 flow rate;
When the SF 6 flow rate ratio exceeds 30%, the undercut amount increases rapidly. Also, consistent with this tendency, the etching rate ratio (selectivity) between polycrystalline silicon and silicon oxide decreases rapidly when the SF 6 flow rate ratio is 20% or more.

塩素ガスを用いて単結晶シリコンを従来のエツ
チング法でエツチングしたときに観察される針状
のエツチング残渣については、H.B.Pogge等に
よつても報告されている(Reactive Ion
Etching of Silicon with Cl2/Ar、J.
Electrochem.Soc.、Vol.130、1592(1983)。上記
文献によれば、エツチング残渣は装置内に残留し
た水蒸気等が原因でエツチング表面に形成される
酸化シリコンによると推定している。そして十分
に装置内の残留ガスを排気すれば、エツチング残
渣の発生は防止できるとしている。発明者等が検
討した多結晶シリコンのエツチング面に発生して
いるエツチング残渣も同様な原因によるものと考
え、試料交換時にエツチング装置内を直接大気に
接しないような構造にするなど、水蒸気等の不純
物が装置内に残留しないように工夫して検討し
た。これによつて残渣の個数や大きさは減少した
が、非常に再現性が悪く、また信頼性に欠けるも
のであつた。従来の反応性イオンエツチングでは
イオンエネルギが200〜1000eVであるために、表
面が汚染されていたとしても極めて僅かであれ
ば、高いイオンエネルギによつて半ば物理的にス
パツタリングしてその影響を除くことが可能と考
えられる。しかし本発明の反応性イオンエツチン
グではイオンエネルギが10〜50eVであり、エツ
チングが化学的に進行するため表面の清浄さには
非常に敏感になる。これに加えて塩素とシリコン
との反応生成物である四塩化珪素の沸点が57℃と
低いために、上記四塩化珪素の除去が円滑に進ま
ず、条件が悪いときはさらに上記四塩化珪素と雰
囲気不純物が結合しエツチング残渣の原因になる
ことが考えられる。
The needle-shaped etching residue observed when monocrystalline silicon is etched using chlorine gas by the conventional etching method has also been reported by HBPogge et al. (Reactive Ion
Etching of Silicon with Cl 2 /Ar, J.
Electrochem.Soc., Vol.130, 1592 (1983). According to the above literature, it is estimated that the etching residue is caused by silicon oxide formed on the etching surface due to water vapor remaining in the apparatus. It is also said that the generation of etching residue can be prevented by sufficiently exhausting the residual gas inside the device. The inventors believe that the etching residue that occurs on the etched surface of polycrystalline silicon is due to the same cause, and the etching equipment is structured so that it does not come into direct contact with the atmosphere when exchanging samples. We devised ways to prevent impurities from remaining in the equipment. This reduced the number and size of residues, but the reproducibility was extremely poor and reliability was lacking. In conventional reactive ion etching, the ion energy is 200 to 1000 eV, so if the surface is only slightly contaminated, it is possible to remove the effects by semi-physical sputtering using high ion energy. is considered possible. However, in the reactive ion etching of the present invention, the ion energy is 10 to 50 eV, and etching proceeds chemically, making it extremely sensitive to surface cleanliness. In addition, the boiling point of silicon tetrachloride, which is a reaction product between chlorine and silicon, is as low as 57°C, so the removal of silicon tetrachloride does not proceed smoothly, and if conditions are bad, the silicon tetrachloride may be removed even more. It is thought that atmospheric impurities combine and cause etching residue.

本発明では雰囲気の不純物の影響を軽減し、か
つエツチング反応生成物の円滑な除去を増長する
ために、塩素ガス(Cl2)に弗素の化合物ガス、
実施例では六弗化硫黄(SF6)を添加した。すな
わち雰囲気の不純物の影響を受けにくい弗素によ
つてエツチング反応を助長するとともに、エツチ
ング反応生成物としてより沸点が高い弗化塩化化
合物を形成して、エツチング反応生成物除去の円
滑化をはかつた。第2図に示すように本実施例で
はSF6流量比5〜20%の範囲においてエツチング
残渣を生じることなく、高いエツチング速度でエ
ツチングすることができた。さらに上記範囲では
アンダカツトを生じることなく、高精度に、かつ
酸化シリコンとの選択性高く高品質なエツチング
パタンが得られた。また第2図においてSF6流量
比30%以上ではアンダカツトを生じ、酸化シリコ
ンとの選択性が低下するなど、エツチング特性の
低下が見られた。これは反応性が高い弗素がエツ
チング反応の主役を果たすためである。すなわち
中性ラジカルの状態では反応性が低く、エネルギ
と方向性とを付与されたイオンがエツチングの主
要な役割りを果たすような弗素以外のハロゲンガ
ス、本実施例では塩素ガスを主成分として用いる
ことが必要である。
In the present invention, in order to reduce the influence of impurities in the atmosphere and increase the smooth removal of etching reaction products, a fluorine compound gas is added to chlorine gas (Cl 2 ).
In the example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) was added. In other words, the etching reaction is promoted by fluorine, which is less affected by impurities in the atmosphere, and a fluorochloride compound having a higher boiling point is formed as an etching reaction product, thereby facilitating the removal of the etching reaction product. . As shown in FIG. 2, in this example, etching could be performed at a high etching rate without producing an etching residue in the SF 6 flow rate ratio range of 5 to 20%. Furthermore, within the above range, a high quality etching pattern was obtained with high precision and high selectivity to silicon oxide without causing any undercuts. In addition, in FIG. 2, when the SF 6 flow rate was 30% or more, undercuts occurred and the selectivity with silicon oxide decreased, resulting in a decrease in etching characteristics. This is because highly reactive fluorine plays a leading role in the etching reaction. In other words, a halogen gas other than fluorine, which has low reactivity in the state of a neutral radical and ions endowed with energy and directionality play a major role in etching, is used as a main component in this example, chlorine gas. It is necessary.

第3図は本発明における他の実施例を示す図
で、aはモリブデンMo膜とAZレジストのエツチ
ング特性を示す図である。横軸には塩素ガス10
c.c./分に混合した酸素ガス(O2)の流量を、縦
軸にはエツチング速度を示している。モリブデン
のエツチング速度は酸素流量5c.c./分以上では
600Å/分と一定で、この領域ではエツチング残
渣を生じない清浄なエツチング面が得られた。し
かし上記領域ではマスクとして用いたAZレジス
トのエツチング速度が大きく微細なパタン形成に
は適さない。さらに酸素流量を2c.c./分以下にす
るとレジストのエツチング速度が小さく微細なパ
タン形成には適しているが、この場合はエツチン
グ残渣を生じるとともに、酸素流量を極端に小さ
くするとモリブデンのエツチング速度も著しく低
下する。これに対し第3図bは、上記第3図aに
示した塩素10c.c./分、酸素2c.c./分の条件に六弗
化硫黄を添加した場合におけるエツチング速度を
示す図である。本実施例ではSF6を2c.c./分以上
を添加した場合、モリブデンをエツチングした残
渣がなく、高速度で、かつレジストとの選択性が
高いエツチングをすることができた。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a diagram showing the etching characteristics of a molybdenum Mo film and an AZ resist. The horizontal axis shows chlorine gas 10
The flow rate of mixed oxygen gas (O 2 ) is shown in cc/min, and the etching rate is shown on the vertical axis. Molybdenum etching rate is lower than oxygen flow rate of 5c.c./min.
The etching rate was constant at 600 Å/min, and a clean etched surface without any etching residue was obtained in this region. However, in the above region, the etching speed of the AZ resist used as a mask is high and it is not suitable for forming fine patterns. Furthermore, if the oxygen flow rate is lower than 2 c.c./min, the etching rate of the resist is low and is suitable for forming fine patterns, but in this case, etching residue is generated, and if the oxygen flow rate is extremely low, the etching rate of molybdenum is reduced. also decreases significantly. On the other hand, Figure 3b shows the etching rate when sulfur hexafluoride is added to the conditions of chlorine 10c.c./min and oxygen 2c.c./min shown in Figure 3a above. be. In this example, when SF 6 was added at a rate of 2 c.c./min or more, there was no residue from etching molybdenum, and etching could be performed at high speed and with high selectivity to the resist.

上記の各実施例ではいずれも塩素ガスを主成分
として用いた場合について説明したが、他に臭
素、沃素などのハロゲンガスや、塩素、臭素、沃
素などから構成される化合物ハロゲン系ガスを主
成分として用いた場合も同様である。さらに弗素
の添加方法としてClF、SO2ClFなどの塩化弗化
物、弗化沃化物のガスを用いることができる。こ
れらのガスの選択によつてタンタル、タングステ
ン等の金属をはじめ、MoSi2等の金属化合物膜に
対しても微細、高精度、高品質にエツチングする
ことができる。
In each of the above examples, the case where chlorine gas was used as the main component was explained, but in addition, halogen gases such as bromine and iodine, and compound halogen gases composed of chlorine, bromine, iodine, etc., were used as the main component. The same applies when used as Further, as a method for adding fluorine, a gas of chlorinated fluoride or fluorinated iodide such as ClF or SO 2 ClF can be used. By selecting these gases, metals such as tantalum and tungsten as well as metal compound films such as MoSi 2 can be etched finely, with high precision, and with high quality.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上記のように本発明による反応性イオンエツチ
ング方法は、反応性ガスをプラズマ生成室に導入
して反応性ガスプラズマを生成し、該反応性ガス
プラズマを上記生成室から引出し、かつ試料に向
う反応性ガスプラズマ流の内部に、電子を減速し
イオンを加速する電界を付与する反応性イオンエ
ツチング方法において、上記反応性ガスは弗素以
外のハロゲンガスを主成分とし、弗素ガスまたは
弗素化合物ガスを含むガスを添加することによ
り、 マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴放電
によつてイオン化率が高いプラズマを生成し、発
散磁界の効果でプラズマ流として試料基板上に導
き、10〜50eVのイオンエネルギが得られるよう
にし、さらに上記イオンエネルギ領域で反応性を
促進される弗素以外のハロゲンガスを主成分に
し、弗素または弗素の化合物ガスを添加してエツ
チングするため、アンダカツトがなく、選択性が
極めて高く、しかもエツチング残渣がない高品質
な微細パタンを形成することができる。
As described above, in the reactive ion etching method according to the present invention, a reactive gas is introduced into a plasma generation chamber to generate a reactive gas plasma, the reactive gas plasma is extracted from the generation chamber, and the reactive gas plasma is directed toward a sample. In a reactive ion etching method that applies an electric field that decelerates electrons and accelerates ions inside a reactive gas plasma flow, the reactive gas is mainly composed of a halogen gas other than fluorine, and contains fluorine gas or fluorine compound gas. By adding gas, a plasma with a high ionization rate is generated by electron cyclotron resonance discharge using microwaves, and the plasma flow is guided onto the sample substrate by the effect of a diverging magnetic field, so that an ion energy of 10 to 50 eV can be obtained. Furthermore, since the main component is a halogen gas other than fluorine whose reactivity is promoted in the above ion energy range, and fluorine or fluorine compound gas is added for etching, there is no undercut and the selectivity is extremely high. High quality fine patterns with no residue can be formed.

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

第1図は本発明による反応性イオンエツチング
方法に使用する装置の一実施例を示す構成図、第
2図は本実施例における塩素と六弗化硫黄の混合
ガスによる多結晶シリコンのエツチング特性を示
す図、第3図は本発明の他の実施例で、aはモリ
ブデンとAZレジストのエツチング速度を示す図、
bは上記エツチングに際し六弗化硫黄を加えた場
合のエツチング速度を示す図である。 1……プラズマ生成室、5……試料基板、15
……反応性プラズマ流。
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the apparatus used in the reactive ion etching method according to the present invention, and Fig. 2 shows the etching characteristics of polycrystalline silicon using a mixed gas of chlorine and sulfur hexafluoride in this embodiment. Figure 3 shows another embodiment of the present invention; a is a diagram showing the etching speed of molybdenum and AZ resist;
b is a diagram showing the etching rate when sulfur hexafluoride is added during the above etching. 1... Plasma generation chamber, 5... Sample substrate, 15
...Reactive plasma flow.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 反応性ガスをプラズマ生成室に導入して反応
性ガスプラズマを生成し、該反応性ガスプラズマ
を上記生成室から引出し、かつ試料に向う反応性
ガスプラズマ流の内部に、電子を減速しイオンを
加速する電界を付与する反応性イオンエツチング
方法において、上記反応性ガスプラズマは、プラ
ズマ生成室のマイクロ波による電子サイクロトロ
ン共鳴放電によつて生成し、上記プラズマ生成室
から試料に向つて所定の勾配で減少する発散磁界
と相互作用させて電界を付与し、上記反応性ガス
は弗素以外のハロゲンガスを主成分とし、弗素ガ
スまたは弗素化合物ガスを含むガスを添加するこ
とを特徴とする反応性イオンエツチング方法。
1 A reactive gas is introduced into a plasma generation chamber to generate a reactive gas plasma, the reactive gas plasma is extracted from the generation chamber, and the electrons are decelerated and ions are generated inside the reactive gas plasma flow toward the sample. In the reactive ion etching method that applies an electric field that accelerates the plasma, the reactive gas plasma is generated by electron cyclotron resonance discharge using microwaves in a plasma generation chamber, and is directed toward the sample from the plasma generation chamber at a predetermined gradient. The reactive ion is characterized in that an electric field is applied by interacting with a diverging magnetic field that decreases in , the reactive gas is mainly composed of a halogen gas other than fluorine, and a gas containing fluorine gas or a fluorine compound gas is added. Etching method.
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JPS5396938A (en) * 1977-02-04 1978-08-24 Hitachi Ltd Dry etching apparatus
JPS58144476A (en) * 1982-02-22 1983-08-27 Toshiba Corp Reactive ion etching method

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