JP3033128B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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Description
リコン系材料層のドライエッチング方法に関し、特にい
わゆるマイクロローディング効果を抑制しながら異方性
エッチングを行う方法に関する。
チング領域をエッチングすることにより該シリコン系材
料層に所定のパターンを形成するドライエッチング方法
において、相対的に広い面積を有する被エッチング領域
においてエッチング反応生成物及び/又は副反応生成物
の堆積とエッチングとを効果的に競合させることによ
り、広い被エッチングにおけるエッチング速度を低下さ
せて狭い被エッチング領域におけるそれに近づけて相対
的に低下させていわゆるマイクロローディング効果を抑
制する。
ル、さらにはクォーターミクロン・レベルと高度に微細
化されるに伴い、一層の高加工精度が要求される。この
ような高加工精度が要求されると、被エッチング材料層
を所定の形状にパターニングする際に、エッチング速度
が被エッチング領域の面積の大小に依存して変化する現
象であるマイクロローディング効果等が問題となる。
等からなる半導体基板1上に例えば酸化シリコンからな
る絶縁酸化膜2、ポリサイド膜5の下層に相当しn型不
純物がドープされた多結晶シリコン層3、ポリサイド膜
5の上層に相当する高融点金属シリサイド層4が順次積
層されてなる基体において、予めフォトリソグラフィに
より所定のパターンに形成されたフォトレジスト層6を
マスクとしてポリサイド膜5をエッチングする。この基
体上には、フォトレジスト6が比較的密に形成されエッ
チングされる面積が相対的に狭い領域Iと、フォトレジ
スト層6が比較的疎に形成されエッチングされる面積が
相対的に広い領域IIが形成される。すなわち、上記領域
I及び領域IIにおいては、それぞれ開口幅の小さい第1
の開口部7aの内部と開口幅の大きい第2の開口部7bの内
部がそれぞれ被エッチング領域となる。
それ以上に微細化されている場合には、二つの領域I,II
におけるエッチング速度は等しくならない。例えば、第
1図(B)に示されるように、領域IIの第2の開口部7b
内において過不足なくポリサイド膜5がエッチング除去
された時点では、領域Iの第1の開口部7a内にはまだ若
干の多結晶シリコン層3が残存している。これは、第1
の開口部7aの開口幅が小さいために、基体面に対して斜
め方向に運動するエッチング種の入射確率が低くなり、
領域Iにおけるエッチング速度が低下するからである。
ン層3を完全に除去しようとするならば、オーバーエッ
チングが必要となる。例えば、上述のようなプロセスが
ポリサイド・ゲート電極の形成に適用される場合、ゲー
ト酸化膜に相当する上記絶縁酸化膜2は、100Åあるい
はそれ以下に薄膜化されているので、損傷を防止する意
味からもオーバーエッチングは望ましくない。
グ効果の影響を抑制できるシリコン系材料層のドライエ
ッチング方法を提供することを目的とする。
を行ったところ、マイクロローディング効果を抑制する
ためには、相対的に広い面積を有する被エッチング領域
におけるエッチング速度を低下させて相対的に狭い面積
を有する被エッチング領域におけるそれに近づければよ
いこと、またかかるエッチング速度の低下はエッチング
反応生成物及び/又は副反応生成物を利用することによ
り可能となることを見出した。
あり、シリコン系材料層上の面積の異なる被エッチング
領域をエッチングすることにより該シリコン系材料層に
所定のパターンを形成するドライエッチング方法におい
て、少なくともHBrとフッ素系ガスとN2ガスを含むエッ
チングガスにより、相対的に広い面積を有する被エッチ
ング領域において相対的に狭い面積を有する被エッチン
グ領域におけるよりも多い量のエッチング反応生成物及
び/又は副反応生成物を堆積させながら異方性エッチン
グを行うことで、上記相対的に広い面積を有する被エッ
チング領域のエッチング速度を低下させ、上記相対的に
狭い面積を有する被エッチング領域のエッチング速度に
近づけるようにしたものである。
ッチング種の入射確率が被エッチング領域の面積の大小
に依存するようになる。このような場合、エッチング種
が大量に入射し得る広い被エッチング領域では、エッチ
ング種が少量しか入射できない狭い被エッチング領域に
比べて生成するエッチング反応生成物及び/又は副反応
生成物が、絶対量ではもちろん、単位面積当たりの堆積
量でも多くなる。
チング種とシリコン系材料あるいはレジスト材料との反
応により生成する化合物を指し、副反応生成物とはこの
化合物がさらにエッチングガス中に存在する上記エッチ
ング種以外の成分と反応して生成する化合物を指す。
存在していると、エッチング種がこれらの堆積物の除去
にも消費されるため、堆積量に応じたエッチング速度の
低下が起こる。すなわち、相対的に面積が広く堆積物も
多い被エッチング領域ほど、そこにおけるエッチング速
度は低下することになる。したがって、エッチング速度
が基体の全体にわたって平均化され、マイクロローディ
ング効果が抑制される。
がら説明する。
用した例であり、前述の第1図(A)、第1図(B)及
び第2図を参照して説明する。
ものである。ここで、高融点金属シリサイド層4の材料
としては、タングステン・シリサイド層を使用する。ま
た、領域Iではライン・アンド・スペース、すなわち各
フォトレジスト層6のパターン幅と第1の開口部7aの開
口幅をいずれも0.6μmとし、領域IIでは第2の開口部7
bの開口幅を3μmとした。
印加型ECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマエッチ
ング装置にセットし、SF6流量20SCCM、HBr流量30SCCM、
N2流量30SCCM、ガス圧5mTorr、マイクロ波電流250mA、R
Fバイアス・パワー100Wの条件でフォトレジスト層6を
マスクとするポリサイド膜5のエッチングを行う。この
結果、第1図(B)に示されるように、いずれの領域I,
IIにおいても良好な異方性形状が達成されながらエッチ
ングが進行した。ここで、領域IIにおいて過不足なくポ
リサイド膜5が除去された時点では、領域Iにおいて多
結晶シリコン層3が残存部3aとして若干残っていた。上
記領域IIにおけるエッチング速度を1とすると、残存部
3aの膜厚から算出した領域Iにおけるエッチング速度は
0.83となり、従来のポリサイド膜のエッチング技術より
はかなり効果的にマイクロローディング効果の抑制が可
能となる。
願出願人が先に特願平2−10489号明細書においてポリ
サイド膜のドライエッチング用に提案したHBrとフッ素
系ガスとを含む混合ガスを基本としており、これにN2が
添加されてなるものである。
は、ラジカル半径が大きく容易に被エッチング材料(上
述の実施例ではポリサイド膜)の結晶格子内若しくは結
晶粒界内に侵入しないため、自発的なエッチング反応を
起こすことは困難であるが、イオン衝撃を伴った場合に
エッチング反応を起こすことができる。したがって、高
異方性の達成には有利なエッチング種である。一方、フ
ッ素系ガス(上述の実施例ではSF6)は、反応性の高い
フッ素ラジカルの供給源であり、Brラジカルの低反応性
をカバーして実用的なエッチング速度を確保する役目を
果たす。これらHBrとフッ素系ガスとを含む混合ガスに
よれば、Brによりフォトレジスト層がスパッタリングさ
れて形成される炭素系ポリマーや、ポリサイド膜のエッ
チングにより生成するSiBrx等がエッチング反応生成物
として堆積し、この堆積物が側壁保護の役目を果たして
異方性エッチングが達成される。これらの堆積物は上記
フッ素系ガスから生ずるフッ素ラジカルにより一部除去
されてしまうので、エッチング面積の広い領域IIにおい
て有効にエッチング速度を低下させるに十分な量には堆
積せず、その結果マイクロローディング効果が顕著に現
れてしまう。本実施例ではエッチング・ガスにN2が含ま
れており、これが例えば上記SiBrxとさらに反応してSix
NyやSixBryNz等の副反応生成物を堆積させる。
チング反応生成物及び副反応生成物等を含む複雑な組成
を有する堆積物8が被エッチング領域に堆積する。堆積
物8は、エッチング面積の狭い領域Iにおけるよりもエ
ッチング面積の広い領域IIにおいて、絶対量はもちろん
のこと、単位面積当たりでも多く形成される。この堆積
物8は、両開口部7a,7bの側壁保護を行って形状異方性
の向上に寄与に、さらに、領域IIにおいてはその堆積反
応とスパッタリング除去とが競合することにより、効果
的にエッチング速度を低下させる役目を果たす。したが
って、エッチング面積の広い領域におけるほどエッチン
グ速度が低下して、狭い領域におけるそれに近づく。そ
の結果、ウェハ面内におけるエッチング速度の分布が減
少し、マイクロローディング効果が抑制される。
は、N2の添加量により調節可能である。このことを確認
するために、エッチング・ガス中にN2を添加せず、SF6
流量を30SCCM、HBr流量を20SCCMとした他は前述と同じ
条件にてポリサイド膜のエッチングを行った。結果は、
領域IIにおけるエッチング速度を1とした場合、領域I
におけるエッチング速度は0.71となり、明らかに前述の
実施例よりはマイクロローディング効果が顕著に現れて
いた。これは、N2の作用による副反応生成物が存在しな
いために両方の領域I,IIにおける堆積物の量が総じて少
なく、領域IIにおいて選択的にエッチング速度を低下さ
せるには至らなかったためである。
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能
である。
述のようなポリサイド膜に限られるものではなく、例え
ば単結晶シリコン層、多結晶シリコン層、金属シリサイ
ド層等であってもよい。
し、これをHBr及びN2と混合したエッチング・ガスを使
用してもよい。
釈効果及び冷却効果を期待する意味でアルゴン、ヘリウ
ム等の希ガスを適宜混合してもよい。
ることにより、相対的に広い面積を有する被エッチング
領域に、相対的に狭い面積を有する被エッチング領域よ
りも多い量のエッチング反応生成物及び/又は副反応生
成物を堆積させながら異方性エッチングを行い、相対的
に広い面積を有する被エッチング領域のエッチング速度
を低下させ、相対的に狭い面積を有する被エッチング領
域のエッチング速度に近づけることができるので、微細
なパターンをエッチングする場合にもマイクロローディ
ング効果の影響を抑制しながら高異方性加工を行うこと
ができる。さらに、過度のオーバーエッチングが不要と
なり、下地の損傷も防止することができる。
度及び高信頼性を有する半導体装置を製造することがで
きる。
エッチング方法の一例をその工程順にしたがって示す概
略断面図であり、第1図(A)は絶縁酸化膜、ポリサイ
ド膜、フォトレジスト層の形成工程を示し、第1図
(B)はポリサイド膜のエッチング工程を示す。 第2図は本発明を適用したポリサイド膜のドライエッチ
ングの機構を説明する概略断面図である。 1……半導体基板、2……絶縁酸化膜、3……多結晶シ
リコン層、3a……残存部、4……高融点金属シリサイド
層、5……ポリサイド膜、6……フォトレジスト層、7a
……第1の開口部、7b……第2の開口部、8……堆積
物。
Claims (1)
- 【請求項1】シリコン系材料層上の面積の異なる被エッ
チング領域をエッチングすることにより該シリコン系材
料層に所定のパターンを形成するドライエッチング方法
において、 少なくとHBrとフッ素系ガスとN2ガスを含むエッチング
ガスにより、相対的に広い面積を有する被エッチング領
域において相対的に狭い面積を有する被エッチング領域
におけるよりも多い量のエッチング反応生成物及び/又
は副反応生成物を堆積させながら異方性エッチングを行
うことで、上記相対的に広い面積を有する被エッチング
領域のエッチング速度を低下させ、上記相対的に狭い面
積を有する被エッチング領域のエッチング速度に近づけ
ることを特徴とするドライエッチング方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2133978A JP3033128B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | ドライエッチング方法 |
KR1019910008221A KR100201448B1 (ko) | 1990-05-25 | 1991-05-22 | 드라이에칭방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2133978A JP3033128B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | ドライエッチング方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0429316A JPH0429316A (ja) | 1992-01-31 |
JP3033128B2 true JP3033128B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=15117526
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2133978A Expired - Lifetime JP3033128B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | ドライエッチング方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3033128B2 (ja) |
KR (1) | KR100201448B1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2907314B2 (ja) * | 1993-12-30 | 1999-06-21 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-05-25 JP JP2133978A patent/JP3033128B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-22 KR KR1019910008221A patent/KR100201448B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100201448B1 (ko) | 1999-06-15 |
JPH0429316A (ja) | 1992-01-31 |
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