JP2564702B2 - Plasma etching method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒素とハロゲン元素との化合物をプラズマ
エッチング用反応性気体とするプラズマエッチング方法
に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma etching method using a compound of nitrogen and a halogen element as a reactive gas for plasma etching.

近年、たとえば、半導体集積回路の製造工程に使用す
るエッチング技術は、従来のエッチング溶液を用いたウ
エットエッチングの代わりに反応性気体を用いたドライ
エッチングが開発されつつある。In recent years, for example, dry etching using a reactive gas is being developed as an etching technique used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, instead of conventional wet etching using an etching solution.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

このドライエッチングは、工程の簡略化、およびデバ
イスの信頼性の向上を図ることができるという特徴を有
している。このため、エッチングガスは、ハロゲン元
素、たとえばフッ素、塩素の化合物であるCF₄、CCl₄を
プラズマ中にて分解し、F^*、Cl^*を発生させていた。This dry etching has a feature that the process can be simplified and the reliability of the device can be improved. Therefore, the etching gas decomposes halogen compounds such as CF ₄ and CCl ₄ which are compounds of fluorine and chlorine in plasma to generate F ^* and Cl ^* .

たとえば、特公昭53−14472号公報に記載されている
ガスエッチング装置は、試料の入った真空容器内に、フ
ッ素原子を含むガスを供給すると共に、このガスを解離
せしめてプラズマエッチングガスを生成し、このプラズ
マエッチングガスによってエッチングを行なう。For example, a gas etching apparatus described in Japanese Patent Publication No. 53-14472 is configured to supply a gas containing fluorine atoms into a vacuum container containing a sample and dissociate the gas to generate a plasma etching gas. Etching is performed with this plasma etching gas.

また、特開昭53−96938号公報に記載されている乾式
エッチング装置は、試料の入った真空容器内にマイクロ
波を吸収させて放電を発生させ、また磁界を発生させる
と共に、CF₄と酸素、またはC₂Cl₂と酸素を供給させるこ
とによってプラズマエッチングガスを生成し、このプラ
ズマエッチングガスによってエッチングを行なう。Further, the dry etching apparatus described in JP-A-53-96938 absorbs microwaves in a vacuum vessel containing a sample to generate an electric discharge, and also generates a magnetic field, and at the same time, CF ₄ and oxygen. , Or C ₂ Cl ₂ and oxygen are supplied to generate a plasma etching gas, and the plasma etching gas is used for etching.

さらに、特公昭55−8592号公報に記載されている弗化
水素を含むガスによる処理装置は、冷却状態にある真空
容器内に弗化水素を含むガスを供給してエッチングガス
を生成し、予めプラズマ処理を行なわなくても、このエ
ッチングガスによってエッチングを行なう。Further, the processing apparatus using a gas containing hydrogen fluoride described in JP-B-55-8592 generates an etching gas by supplying a gas containing hydrogen fluoride to a vacuum container in a cooled state. Even if plasma processing is not performed, etching is performed by this etching gas.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかし、上記各公報に記載された発明におけるプラズ
マエッチングガスに、固体である炭素または酸化性の気
体が存在し、これが半導体の信頼性向上の面で、きわめ
て有害なものであることが判明した。However, it has been found that the plasma etching gas in the invention described in each of the above publications contains solid carbon or an oxidizing gas, which is extremely harmful in terms of improving the reliability of the semiconductor.

このため、このCF₄、CCl₄のガス中に0.1％ないし５％
の酸素を入れ、炭素と酸素を結合させて、CO₂ガスにし
てしまうことが検討されている。Therefore, 0.1% to 5% in the CF ₄ and CCl ₄ gas
It is considered to add oxygen of the above and combine carbon and oxygen to form CO ₂ gas.

しかし、このプラズマ中で、炭素と酸素との化合は、
必ずしも十分であるとはいえず、基本的に半導体集積回
路にとって不適当なガスであったり、あいるは炭素ある
いは酸素のような活性化された状態で残る場合がある。However, in this plasma, the combination of carbon and oxygen is
It is not always sufficient, but it may be a gas that is basically unsuitable for semiconductor integrated circuits, or it may remain in an activated state such as carbon or oxygen.

また、炭素を用いないプラズマエッチング方法とし
て、HClを用いる方法がある。上記気体は、きわめて酸
性であり、反応容器、つぎ手、真空ポンプ等が腐触しや
すく、別の大きな問題になってしまった。Further, as a plasma etching method that does not use carbon, there is a method that uses HCl. The above-mentioned gas is extremely acidic, and the reaction container, the handle, the vacuum pump, etc. are easily corroded, which has become another big problem.

以上のような問題を解決するために、本発明は、エッ
チングに不要な物質や気体、あるいはエッチング装置に
不都合な物質や気体を発生させないプラズマエッチング
方法を提供することを目的とする。In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a plasma etching method that does not generate a substance or gas unnecessary for etching, or a substance or gas unfavorable to an etching apparatus.

〔課題を解決するために手段〕[Means for solving the problem]

前記目的を達成するために、本発明のプラズマエッチ
ング方法は、、反応容器（１）内の試料台（４）上に基
板（３）を配設し、当該基板（３）の表面に塩化窒素を
主成分とする炭素および酸素を含まない反応性気体に水
素を0.1％ないし10％添加した混合気体を室温を越えた
温度でプラズマ化し、前記基板（３）と前記プラズマ化
した反応性気体とを互いに反応せしめて、アルミニウ
ム、モリブデン、タングステンからなる金属、金属化合
物を選択的にエッチングすることを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the plasma etching method of the present invention provides a substrate (3) on a sample stage (4) in a reaction vessel (1), and nitrogen chloride is provided on the surface of the substrate (3). A mixed gas of 0.1% to 10% of hydrogen added to a reactive gas containing no carbon and oxygen as main components is turned into plasma at a temperature exceeding room temperature, and the substrate (3) and the reactive gas turned into plasma Are selectively reacted with each other to selectively etch a metal or metal compound made of aluminum, molybdenum, or tungsten.

〔作用〕[Action]

本出願人は、塩化窒素を主成分とする炭素および酸素
を含まない反応性気体に水素を0.1％ないし10％添加し
た混合気体を室温を越えた温度でプラズマ化させ、この
プラズマガスを基板の表面に放出せしめると共に、前記
基板とプラズマ化した反応性気体とを互いに反応せしめ
て、アルミニウム、モリブデン、タングステンからなる
金属、金属化合物を選択的にエッチングを行なうと、反
応の際に出る副産物が有害な気体であると共に、冷却を
行わずに、パターン切れのよいプラズマエッチングが行
えることに着目した。The applicant has made a mixed gas of 0.1% to 10% of hydrogen added to a reactive gas containing nitrogen chloride as a main component and containing no carbon and oxygen at a temperature exceeding room temperature, and the plasma gas of the substrate is used. When the metal and metal compound consisting of aluminum, molybdenum, and tungsten are selectively etched by causing the substrate and the reactive gas converted into plasma to react with each other while being released to the surface, by-products generated during the reaction are harmful. We paid attention to the fact that plasma etching with good pattern cutting can be performed without cooling with the gas.

〔実施例〕〔Example〕

第１図は本発明の一実施例で、縦型プラズマエッチン
グ装置を説明するための図である。第１図において、プ
ラズマエッチング装置は、エッチング容器（１）と、マ
イクロ波発生源（６）と、ガス供給系と、排気系とから
構成されている。FIG. 1 is a diagram for explaining a vertical plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the plasma etching apparatus comprises an etching container (1), a microwave generation source (6), a gas supply system, and an exhaust system.

そして、エッチング容器（１）は、電極（２）と、試
料（３）を載せる試料台（４）と、反応性気体を活性化
する活性室（５）とを備えている。The etching container (1) includes an electrode (2), a sample table (4) on which a sample (3) is placed, and an active chamber (5) that activates a reactive gas.

ガス供給系は、反応性気体であるNF₃をエッチング容
器（１）に供給する導入口（９）と、水素または不活性
ガスをエッチング容器（１）に供給する導入口（10）と
から構成されている。The gas supply system is composed of an inlet (9) for supplying reactive gas NF ₃ to the etching container (1) and an inlet (10) for supplying hydrogen or an inert gas to the etching container (1). Has been done.

マイクロ波発生源（６）は、周波数2.45GHz、1.35KW
最大の容量を有するマグネトロンよりアッテニュエイタ
ー（７）を経て反応性ガスを活性室（５）にて活性す
る。排気系は、ストップバルブ（11）と、ニードルバル
ブ（12）と、ロータリポンポ（13）とから構成されてい
る。Microwave source (6), frequency 2.45GHz, 1.35KW
The reactive gas is activated in the activation chamber (5) through the attenuator (7) from the magnetron having the maximum capacity. The exhaust system is composed of a stop valve (11), a needle valve (12), and a rotary pump (13).

上記のようなプラスマエッチング装置において、反応
性気体は、次のように反応する。In the plasma etching apparatus as described above, the reactive gas reacts as follows.

NF₃ → N^*＋3F^* 2N^* → N₂↑ F^*＋Si → SiF₄↑ 上記の反応によりエッチングされるべき試料が単結
晶、多結晶、アモルファス、またはセミアモルファス構
造の珪素において、ラジカルな弗素は、試料をSiF₄とし
てエッチングする。また、ラジカルな窒素は、安定して
いるため、他の物質と結合しない不活性ガス（N₂）とし
て放出される。NF ₃ → N ^* ＋ 3F ^* 2N ^* → N ₂ ↑ F ^* ＋ Si → SiF ₄ ↑ If the sample to be etched by the above reaction is silicon of single crystal, polycrystal, amorphous or semi-amorphous structure, radical fluorine is , The sample is etched as SiF ₄ . Further, radical nitrogen is stable and is released as an inert gas (N ₂ ) that does not bond with other substances.

上記エッチング材は、他の珪化物、たとえば窒化珪
素、酸化アルミニューム、酸化珪素等であってもよい。The etchant may be another silicide, such as silicon nitride, aluminum oxide, silicon oxide, or the like.

反応容器の圧力は、排気口のストップバルブ（11）、
ニードルバルブ（12）またはロータリポンプ（13）によ
り調整した。The pressure in the reaction vessel is controlled by the stop valve (11) at the exhaust port,
It was adjusted by the needle valve (12) or rotary pump (13).

基板または基板上の被膜を選択酸化するには、フオト
レジスト、たとえばOMR83（東京応化製）を用い、レジ
ストパターンにより１μｍ中のスリット開口を設け、開
口部のみをエッチングすればよい。In order to selectively oxidize the substrate or the coating film on the substrate, a photoresist, for example, OMR83 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is used, a slit opening of 1 μm is provided by the resist pattern, and only the opening is etched.

エッチング時の容器の圧力は、0.01torrないし0.5tor
rとしたが、一般に0.05torrないし0.5torrがサイドエッ
チもなく微細パターンを切ることができた。The pressure of the container during etching is 0.01 torr to 0.5 torr
However, generally, 0.05 torr to 0.5 torr could cut a fine pattern without side etching.

試料は、100℃ないし−30℃の範囲にて制御した。特
に、これに水素を１％ないし10％混入して酸化珪素をエ
ッチングする時に10℃ないし−15℃に冷やしておく方が
パターンの抜けがエッチング速度を2000Å／分ないし30
0Å／分と下げることができ、エッチング結果がきれい
であった。Samples were controlled in the range 100 ° C to -30 ° C. In particular, when etching silicon oxide with 1% to 10% of hydrogen mixed therein, it is better to cool to 10 ° C to -15 ° C because the pattern will be lost because the etching rate is 2000 Å / min to 30%.
It was possible to reduce it to 0Å / min, and the etching result was beautiful.

また、ハロゲン元素のうち塩化窒素を用いるとアルミ
ニューム、モリブデン、タングステン等の金属またはそ
の化合物のエッチングに好ましく、アルミニュームの場
合の反応式を以下に示す。Further, use of nitrogen chloride among halogen elements is preferable for etching metals such as aluminum, molybdenum, and tungsten or compounds thereof, and the reaction formula in the case of aluminum is shown below.

NCl₃ → N^*＋3Cl^* 2N^* → N₂ 4Cl^*＋Al → AlCl₄↑ さらに、ここに水素を0.1％ないし10％添加してパタ
ーンの切れをよくしてもよい。NCl ₃ → N ^* + 3Cl ^* 2N ^* → N ₂ 4Cl ^* + Al → AlCl ₄ ↑ Furthermore, 0.1% to 10% of hydrogen may be added here to improve the cutting of the pattern.

さらにまた、本実施例において、活性室（５）に固体
たとえば粉末のNH₄Ｆ、NH₄HF₂を置き、同時にHe、Ar等
の不活性ガスを（10）より導入し、マイクロ波によりこ
のフッ化アンモニュームを活性化分解し、フッ素ラジカ
ルを発生させてもよい。さらに、この発生したラジカル
およびこの副産物は、He、Arにより試料（３）の上面に
衝突し、それを選択的にエッチングさせることができ
た。Furthermore, in this embodiment, solids such as powdered NH ₄ F and NH ₄ HF ₂ are placed in the active chamber (5), and at the same time, an inert gas such as He and Ar is introduced from (10) and microwaves are used. Fluorine radicals may be generated by activating decomposition of ammonium fluoride. Further, the generated radicals and this by-product collide with the upper surface of the sample (3) by He and Ar, and it was possible to selectively etch it.

これは塩化アンモニュームを用いても同様である。 This is also the case with ammonium chloride.

本発明は、珪素またはその化合物のプラズマエッチン
グを示した。しかし、GaAs、InP、BP等のプラズマエッ
チングにおいても同様であり、さらに、これらの酸化
物、窒化物に対しても適用できる。The present invention has shown plasma etching of silicon or its compounds. However, the same applies to plasma etching of GaAs, InP, BP, etc., and further, it can be applied to these oxides and nitrides.

また、プラマエッチング系は、マイクロ波のみではな
く13.56MHzの高周波、また方式として容量結合型、誘導
結合型、平行平板型のエッチング技術においても同様で
ある。Further, the plasma etching system is not limited to microwaves, but also applies to high-frequency waves of 13.56 MHz, and the same applies to capacitive coupling type, inductive coupling type, and parallel plate type etching techniques.

また、この反応性気体をスパッタエッチングまたは反
応スパッタエッチングに用いてもよいことはいうまでも
ない。Needless to say, this reactive gas may be used for sputter etching or reactive sputter etching.

化学的に安定な気体であり、また活性化または分解せ
しめた時、ハロゲン元素とその副産物が無害な気体であ
る窒素のハロゲン化物、特にフッ化窒素化物気体（NF、
NF₂、NF₃）、また塩化窒素化物気体（NCl、NCl₂、NC
l₃）を用いたプラズマエッチング方法は、さらに上記N
F、NClの水素化物であるフッ化アンモニューム（NH
₄Ｆ、NH₄HF₂）、塩化アンモニューム（NH₄Cl）の固体を
プラズマ中にて活性化、分解して、N₂、NH₃の安定な気
体とフッ素、塩素のラジカルを発生させることもでき
る。It is a chemically stable gas, and when activated or decomposed, halogen elements and their by-products are harmless gases such as nitrogen halides, especially fluorinated nitrogen gas (NF,
NF ₂ , NF ₃ ) and chloronitride gas (NCl, NCl ₂ , NC)
l ₃₎ plasma etching method using a further above N
Ammonium fluoride (NH), which is a hydride of F and NCl
₄ F, NH ₄ HF ₂ ), Ammonium chloride (NH ₄ Cl) solids are activated and decomposed in plasma to generate stable gas of N ₂ and NH ₃ and radicals of fluorine and chlorine. You can also

上記反応性気体を用いたプラズマエッチングは、プラ
ズマエッチングに不要な固体あるいは気体を残すことな
く信頼性の高い加工ができる。Plasma etching using the above reactive gas can perform highly reliable processing without leaving unnecessary solids or gas for plasma etching.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、プラズマエッチング用気体として、
塩化窒素を主成分とする炭素および酸素を含まない反応
性気体に水素を0.1ないし10％添加した混合気体を室温
を越えた温度で使用すると共に、前記基板とプラズマ化
した反応性気体とを互いに反応せしめて、アルミニウ
ム、モリブデン、タングステンからなる金属、金属化合
物を選択的にエッチングすると、プラズマエッチングに
際し、不安定で他の物質と結合し易い固体あるいは気体
が発生せず、また、冷却を行わずに、プラズマエッチン
グのパターン切れが良くなった。According to the present invention, as the plasma etching gas,
A mixed gas containing 0.1 to 10% of hydrogen added to a reactive gas containing nitrogen chloride as a main component and not containing carbon and oxygen is used at a temperature above room temperature, and the substrate and the reactive gas plasmatized are mutually used. When a metal or metal compound made of aluminum, molybdenum, or tungsten is selectively etched by reaction, no solid or gas that is unstable and easily bonded to other substances is generated during plasma etching, and cooling is not performed. Moreover, the pattern cut of the plasma etching was improved.

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

第１図は本発明の一実施例で、縦型プラズマエッチング
装置を説明するための図である。 １……エッチング容器 ２……電極 ３……試料（基板） ４……試料台 ５……活性室 ６……マイクロ波発生源 ７……アッテニュエイタ ９……NF₃導入口 10……水素、酸素、不活性ガス導入口 11……ストップバルブ 12……ニードルバルブ 13……ロータリポンプFIG. 1 is a diagram for explaining a vertical plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 ... Etching container 2 ... Electrode 3 ... Sample (substrate) 4 ... Sample stage 5 ... Active chamber 6 ... Microwave source 7 ... Attenuator 9 ... NF ₃ inlet 10 ... Hydrogen, oxygen , Inert gas inlet 11 …… Stop valve 12 …… Needle valve 13 …… Rotary pump

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】反応容器内の試料台上に基板を配設し、当
該基板の表面に塩化窒素を主成分とする炭素および酸素
を含まない反応性気体に水素を0.1％ないし10％添加し
た混合気体を室温を越えた温度でプラズマ化し、前記基
板と前記プラズマ化した反応性気体とを互いに反応せし
めて、アルミニウム、モリブデン、タングステンからな
る金属、金属化合物を選択的にエッチングすることを特
徴とするプラズマエッチング方法。1. A substrate is placed on a sample table in a reaction container, and 0.1% to 10% of hydrogen is added to a reactive gas containing nitrogen chloride as a main component and not containing carbon and oxygen on the surface of the substrate. The mixed gas is turned into plasma at a temperature exceeding room temperature, the substrate and the reactive gas turned into plasma are made to react with each other, and a metal made of aluminum, molybdenum, or tungsten, or a metal compound is selectively etched. Plasma etching method.