JP3279016B2 - Dry etching method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等の微
細加工分野において行われるドライエッチング方法に関
し、特にエキシマ・レーザ・リソグフィ用の反射防止膜
として好適なＳｉＯＮ系材料膜の良好なエッチングを行
う方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method used in the field of microfabrication such as the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to a method of etching a SiON-based material film suitable as an antireflection film for excimer laser lithography. On how to do.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化が加速度的に進行
するに伴い、その最小加工寸法も急速に縮小されてい
る。たとえば、現状で量産ラインに移行されている１６
ＭＤＲＡＭの最小加工寸法は約０．５μｍであるが、次
世代の６４ＭＤＲＡＭでは０．３５μｍ以下、次々世代
の２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍ以下に縮小される
とみられている。2. Description of the Related Art As high integration of semiconductor devices progresses at an accelerated pace, their minimum processing dimensions are rapidly reduced. For example, at present 16
The minimum processing size of the MDRAM is about 0.5 μm, but it is expected to be reduced to 0.35 μm or less in the next-generation 64 MDRAM, and to 0.25 μm or less in the next-generation 256 MDRAM.

【０００３】この微細化度は、マスク・パターンを形成
するフォトリソグラフィ技術に依存するといっても過言
ではない。現行の０．５μｍクラスの加工では、高圧水
銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５
ｎｍ）等の可視〜近紫外光源が用いられているが、０．
３５μｍ〜０．２５μｍ（ディープ・サブミクロン）ク
ラスでは、ＫｒＦエキシマ・レーザ光（波長２４８ｎ
ｍ）等の遠紫外光源が必要となる。特に線幅０．４μｍ
以下の微細なマスクを形成するフォトリソグラフィ技術
においては、ハレーションや定在波効果によるコントラ
ストや解像度の低下を防止するために、下地材料膜から
の反射光を弱めるための反射防止膜がほぼ必須となる。It is no exaggeration to say that the degree of miniaturization depends on the photolithography technique for forming a mask pattern. In the current 0.5 μm class processing, g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365
nm) or near-ultraviolet light source is used.
In the 35 μm to 0.25 μm (deep submicron) class, KrF excimer laser light (wavelength 248 n
m) etc. is required. Especially line width 0.4μm
In the photolithography technology for forming the following fine masks, an antireflection film for weakening the light reflected from the underlying material film is almost indispensable in order to prevent the reduction of contrast and resolution due to halation and standing wave effects. Become.

【０００４】反射防止膜の構成材料としては、従来から
アモルファス・シリコン、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ等が多く用
いられてきたが、近年、ＳｉＯＮ（酸化窒化シリコン）
系材料が遠紫外領域において良好な光学特性を有するこ
とが示され、エキシマ・レーザ・リソグラフィへの適用
が期待されている。たとえば、Ｗ（タングステン）−ポ
リサイド膜やＡｌ系配線膜の反射率をＳｉＯＮ系材料膜
で抑制しながら微細配線加工を行うようなプロセスが、
典型的なプロセスとなる。As a constituent material of the anti-reflection film, amorphous silicon, TiN, TiON and the like have been used in many cases, but recently, SiON (silicon oxynitride) has been used.
It has been shown that the system material has good optical properties in the deep ultraviolet region, and is expected to be applied to excimer laser lithography. For example, a process of performing fine wiring processing while suppressing the reflectance of a W (tungsten) -polycide film or an Al-based wiring film with a SiON-based material film is known.
This is a typical process.

【０００５】代表的なＳｉＯＮ系材料はＳｉＯ_x Ｎ_y で
表され、その元素組成比はおおよそＳｉ：Ｏ：Ｎ＝２：
１：１である。[0005] A typical SiON-based material is represented by SiO _x N _y , and its elemental composition is approximately Si: O: N = 2:
1: 1.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるフォ
トリソグラフィによりレジスト・マスクのパターニング
が終了した後には、次工程のエッチング工程において反
射防止膜も当然エッチングされる。しかしながら、たと
えばＳｉＯ_x Ｎ_y の場合、その組成は５０％前後をＳｉ
が占めていることからもわかるように、ＳｉとＳｉＯ_x
（酸化シリコン）との中間的である。したがって、エッ
チング特性もＳｉとＳｉＯ_x の中間的であり、エッチン
グ条件の最適化に困難を来しているのが現状である。こ
の問題を、図１１ないし図１３、および図１４を参照し
ながら説明する。After the patterning of the resist mask is completed by the photolithography, the antireflection film is naturally etched in the next etching step. However, for example, in the case of SiO _x N _y , the composition
Occupies Si and SiO _x
(Silicon oxide). Therefore, the etching characteristics also an intermediate of Si and SiO _x, at present, it may have been reached difficulty to optimize etching conditions. This problem will be described with reference to FIGS. 11 to 13 and FIG.

【０００７】図１１ないし図１３は、Ｗ−ポリサイド膜
５を被覆するＳｉＯＮ反射防止膜６をエッチングするプ
ロセスを示すものである。サンプル・ウェハは、図１１
に示されるように、Ｓｉ基板１上にゲート酸化膜２を介
してＷ−ポリサイド膜５およびＳｉＯＮ反射防止膜６を
順次積層し、さらにその上に所定の形状にパターニング
されたレジスト・マスク７が形成されたものである。上
記Ｗ−ポリサイド膜５は、下層側から順に不純物を含有
するポリシリコン膜３とタングステン・シリサイド（Ｗ
Ｓｉ_x ）膜４とが順次積層されたものである。FIGS. 11 to 13 show a process of etching the SiON anti-reflection film 6 covering the W-polycide film 5. FIG. The sample wafer is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a W-polycide film 5 and a SiON antireflection film 6 are sequentially laminated on a Si substrate 1 via a gate oxide film 2, and a resist mask 7 patterned in a predetermined shape is further formed thereon. It was formed. The W-polycide film 5 is formed of a polysilicon film 3 containing impurities and a tungsten silicide (W
Six ( _Six ) films 4 are sequentially laminated.

【０００８】いま、このＳｉＯＮ反射防止膜６のエッチ
ングを、フルオロカーボン系のエッチング・ガスを用い
てＳｉＯ_x 用のエッチング条件で行ったとすると、Ｓｉ
ＯＮがＳｉＯ_x よりもＳｉリッチであることに起因して
エッチング速度が非常に遅くなる。これは、カーボン系
ポリマーの堆積が過剰となるためである。一方、塩素系
ガスを用いてＳｉ用のエッチング条件でエッチングする
と、ＳｉＯＮがＳｉよりもＯリッチであることに起因し
て、レジスト・マスク７のエッジが次第に後退してゆ
く。これは、エッチング時に放出されるＯ^* （酸素ラジ
カル）の作用によりレジスト・マスク７が浸触されるか
らである。[0008] Now, the etching of the SiON antireflection film 6, when performed in the etching conditions for SiO _x using an etching gas of fluorocarbon, Si
The etching rate is very slow due to ON being richer in Si than SiO _x . This is because the deposition of the carbon-based polymer becomes excessive. On the other hand, when etching is performed under a Si-based etching condition using a chlorine-based gas, the edges of the resist mask 7 gradually recede because SiON is O-rich than Si. This is because the resist mask 7 is touched by the action of O ^* (oxygen radical) released during etching.

【０００９】いずれの場合にも、エッチング後のＳｉＯ
Ｎ反射防止膜６ｔ〔添字ｔはテーパ形状（ｔａｐｅｒｅ
ｄ）であることを示す。〕のエッジは図１２に示される
ようにテーパー化し、レジスト・マスク７のエッジより
も外側へ突出した状態となる。In any case, the etched SiO 2
N antireflection film 6t [subscript t is tapered (taper
d). 12 is tapered as shown in FIG. 12 so as to protrude outward from the edge of the resist mask 7.

【００１０】いまこの状態で、Ｗ−ポリサイド膜５をた
とえばＣｌ₂ ／Ｏ₂ 混合ガスを用いてエッチングする
と、エッチング反応生成物としてＳｉＣｌ_x ，ＷＣｌＯ
_x ，ＣＯ_x ，ＮＯ_x 等が生成することによりエッチング
が進行する。ここで、従来ならばパターンの側壁面上に
はレジスト・マスク７からのスパッタ生成物に由来する
カーボン系の側壁保護膜が形成され、異方性加工が行わ
れる筈である。すなわち、図１２に示されるような異方
性形状を有するゲート電極５ａ〔添字ａは異方性形状
（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）であることを示す。以下同
様。〕が形成される筈である。In this state, when the W-polycide film 5 is etched by using, for example, a Cl ₂ / O ₂ mixed gas, SiCl _x and WClO are produced as etching reaction products.
Etching proceeds due to generation of _x , CO _x , NO _{x and the} like. Here, conventionally, on the side wall surface of the pattern, a carbon-based side wall protective film derived from sputter products from the resist mask 7 is formed, and anisotropic processing should be performed. That is, the gate electrode 5a having an anisotropic shape as shown in FIG. 12 [the subscript a indicates an anisotropic shape (anisotropic). The same applies hereinafter. ] Should be formed.

【００１１】しかし、このエッチング中にはＳｉＯＮ反
射防止膜６ｔのエッジ部がプラズマに曝されており、し
かもこのエッジ部の塩素系エッチング種に対する耐性が
低いために、ここから容易にＯ^* が放出される。このＯ
^* により、カーボン系の側壁保護膜がＣＯ_x の形で除去
され易い状態となっている。この状態でエッチングを続
けると、図１３に示されるように、ゲート電極５ｅ〔添
字ｅは浸触形状（ｅｒｏｄｅｄ）であることを示す。〕
には大きなアンダカットが生ずる。このアンダカットは
ＷＳｉ_x 層４ｅにおいて最も顕著であるが、これはＷが
ＷＣｌＯ_x の形で引き抜かれることにより、増速エッチ
ングが生じたからである。このような現象は、オーバー
エッチング時には特に顕著に観察される。However, during this etching, the edge of the SiON antireflection film 6t is exposed to plasma, and since the edge has low resistance to chlorine-based etching species, O ^* is easily released from the edge. Is done. This O
^{* Indicates} that the carbon-based sidewall protective film is easily removed in the form of CO _x . When the etching is continued in this state, as shown in FIG. 13, the gate electrode 5e [the subscript e indicates that it has an eroded shape. ]
Has a large undercut. This undercut is most pronounced in WSi _x layer 4e, which by W is withdrawn in the form of WClO _x, because accelerated etching occurs. Such a phenomenon is particularly remarkably observed during overetching.

【００１２】同様のアンダカットの問題は、図１４に示
されるＡｌ系配線膜のエッチングにおいても発生する。
図１４は、ＳｉＯ_x 層間絶縁膜１１上において、Ｔｉ膜
１２ａとＴｉＮ膜１３ａからなるバリヤメタル１４ａに
Ａｌ−１％Ｓｉ膜１５ｅが積層されてなるＡｌ系配線膜
が、レジスト・マスク１７およびテーパ化したＳｉＯＮ
反射防止膜１６ｔをマスクとしてエッチングされた状態
を示している。ここで、上記Ａｌ−１％Ｓｉ膜１５ｅに
はアンダカットが生じている。これは、前述の理由によ
りテーパ化したＳｉＯＮ反射防止膜１６ｔのエッジから
放出されたＯ^* によりカーボン系側壁保護膜が除去され
る結果、Ａｌが塩素系化学種に容易に引き抜かれてしま
うからである。The same undercut problem also occurs in the etching of the Al-based wiring film shown in FIG.
FIG. 14 shows that an Al-based wiring film in which an Al-1% Si film 15e is laminated on a barrier metal 14a composed of a Ti film 12a and a TiN film 13a on a SiO _x interlayer insulating film 11 has a resist mask 17 and a tapered shape. SiON
This shows a state where the film is etched using the antireflection film 16t as a mask. Here, undercut occurs in the Al-1% Si film 15e. This is because the carbon-based sidewall protective film is removed by O ^* emitted from the edge of the SiON antireflection film 16t tapered for the above-described reason, and Al is easily extracted by the chlorine-based chemical species. is there.

【００１３】このように、ゲート電極やＡｌ系配線パタ
ーンの形状が劣化すると、配線抵抗が設計値から外れる
他、特にゲート電極についてはＬＤＤ構造達成用のサイ
ド・ウォールの形成が困難となる等、様々な問題が生ず
る。そこで本発明は、ＳｉＯＮ系材料膜のテーパ化を防
止し、これにより下層側の材料層の異方性加工も可能と
するドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。As described above, when the shape of the gate electrode or the Al-based wiring pattern is deteriorated, the wiring resistance deviates from the designed value, and it becomes difficult to form a side wall for achieving the LDD structure especially for the gate electrode. Various problems arise. Therefore, an object of the present invention is to provide a dry etching method that prevents tapering of a SiON-based material film, thereby enabling anisotropic processing of a lower material layer.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達するために検討を行う過程で、ＳｉＯＮ系材料膜の
エッチング形状異常を防止するためには、エッチング速
度の高速化、または放出されるＯ^* の捕捉、あるいはこ
の両方の対策を同時に講ずることが有効であると考え
た。さらに、これらの対策は、ＳｉＯＮ系材料膜に予め
イオン注入を施してその膜組成を改変することで可能と
なることを見出した。In order to achieve the above object, the present inventor, in the course of studying, aims to increase the etching rate or release the SiON-based material film in order to prevent an abnormal etching shape of the SiON-based material film. We thought that it would be effective to capture O ^* or take both measures at the same time. Furthermore, they have found that these measures can be made by previously ion-implanting the SiON-based material film and modifying the film composition.

【００１５】本発明のドライエッチング方法は、かかる
知見にもとづいて提案されるものであり、ＳｉＯＮ系材
料からなる反射防止膜に所定のイオン注入を施しアモル
ファス化して表面を改質した後に、エッチングを行うも
のである。ここで、上記ＳｉＯＮ系材料膜は、典型的に
はプラズマＣＶＤ法により成膜されるが、このときに用
いられる原料ガスの組成によっては、水素原子を含む組
成、すなわちＳｉＯＮＨ系材料膜とされる場合もある。The dry etching method of the present invention is proposed on the basis of such knowledge. The antireflection film made of a SiON-based material is subjected to predetermined ion implantation to make the surface amorphous and modify the surface, and then the etching is performed. Is what you do. Here, the SiON-based material film is typically formed by a plasma CVD method, but depending on the composition of the raw material gas used at this time, a composition containing hydrogen atoms, that is, a SiONH-based material film is used. In some cases.

【００１６】また、イオンのドーズ量は必ずしも化学量
論的に厳密に決定する必要はなく、所望する改変の内容
に応じて適宜設定すれば良い。たとえば、ＳｉＯＮ系材
料膜をアモルファス化させるために必要なドーズ量は、
用いるドーパントの質量等にもよるが、おおよそ１０¹⁵
／ｃｍ² のオーダーである。The ion dose does not necessarily need to be strictly determined stoichiometrically, but may be set appropriately according to the desired modification. For example, the dose required to make a SiON-based material film amorphous is as follows:
Although it depends on the mass of the dopant used, about 10 ¹⁵
/ Cm ² .

【００１７】前記イオン注入に用いるドーパントとして
は、まず不活性ガスのドーパントを挙げることができ
る。かかるドーパントの例としては、Ｈｅ⁺ ，Ｎｅ⁺ ，
Ａｒ⁺，Ｋｒ⁺ ，Ｘｅ⁺ 等がある。あるいは、酸素系活
性種を捕捉し得るドーパントを用いても良い。かかるド
ーパントとは、典型的には水素系ドーパント、炭素系ド
ーパント、窒素系ドーパント、イオウ系ドーパントのい
ずれかである。As a dopant used for the ion implantation, a dopant of an inert gas can be mentioned. Examples of such dopants include He ⁺ , Ne ⁺ ,
Ar ⁺ , Kr ⁺ , Xe ^{+ and the} like. Alternatively, a dopant capable of capturing oxygen-based active species may be used. Such a dopant is typically any of a hydrogen-based dopant, a carbon-based dopant, a nitrogen-based dopant, and a sulfur-based dopant.

【００１８】さらにあるいは、シリコン系ドーパントを
注入してエッチング前の前記ＳｉＯＮ系材料膜の組成を
Ｓｉ系材料膜に近づけるか、あるいは酸素系ドーパント
を注入してＳｉＯ_x 系材料膜に近づけても良い。[0018] Further alternatively, by injecting a silicon-based dopant may be closer to the one closer to the composition of the SiON-based material film on the Si-based material film, or SiO _x material film by implanting oxygen dopant before etching .

【００１９】なお、上記ＳｉＯＮ系材料膜は、その下層
側の材料膜のための反射防止膜として形成することがで
きる。かかる下層側の材料膜としては、高融点金属シリ
サイド膜、ポリサイド膜、高融点金属膜、Ａｌ系材料
膜、その他、半導体装置の製造に通常用いられる導電材
料膜が挙げられる。なお、反射防止膜はその直下の高反
射率材料膜の反射率を低減するために用いられるのが一
般的であるが、そのさらに下側の高反射率材料膜からの
反射率の低減に用いても良い。たとえば、Ａｌ系下層配
線膜にコンタクトをとる目的で透明なＳｉＯ_x 層間絶縁
膜にビアホールを形成するためのリソグラフィを行う場
合、このＳｉＯ_x 層間絶縁膜上にＳｉＯＮ系の反射防止
膜を形成し、Ａｌ系下層配線膜からの反射を抑えるよう
にしても良い。The SiON-based material film can be formed as an antireflection film for a material film on the lower layer side. Examples of such a lower material film include a refractory metal silicide film, a polycide film, a refractory metal film, an Al-based material film, and other conductive material films commonly used in the manufacture of semiconductor devices. The anti-reflection film is generally used to reduce the reflectance of the high-reflectivity material film immediately below the anti-reflection film. May be. For example, when performing lithography for forming a via hole in a transparent SiO _x interlayer insulating film for the purpose of contacting the Al-based lower wiring film, an SiON-based antireflection film is formed on the SiO _x interlayer insulating film, The reflection from the Al-based lower wiring film may be suppressed.

【００２０】[0020]

【作用】本発明のポイントは、ＳｉＯＮ系材料膜のエッ
チングに先立ち、予めこの膜をイオン注入により改質さ
せておく点にある。ここで、使用するドーパントの種類
によらず一般的に期待できる効果は、ＳｉＯＮ系材料膜
のアモルファス化によるエッチング速度の高速化であ
る。これによりＳｉＯＮ系材料膜のエッジのテーパ化を
防ぎ、続く下地側の材料膜のエッチング時における該エ
ッジからのＯ^* の放出を抑制し、側壁保護膜の除去を防
止することができる。したがって、下層側の材料膜の異
方性エッチングも可能となる。不活性ガスのドーパント
は、ＳｉＯＮ系材料膜の構成元素と相互作用を持たない
ため、もっぱらこのアモルファス化に寄与することにな
る。The point of the present invention is that, prior to etching of the SiON-based material film, this film is previously modified by ion implantation. Here, an effect generally expected irrespective of the type of dopant used is an increase in the etching rate due to the amorphousization of the SiON-based material film. Accordingly, the edge of the SiON-based material film can be prevented from being tapered, O ^* is released from the edge when the underlying material film is etched, and the removal of the sidewall protective film can be prevented. Therefore, anisotropic etching of the lower material film is also possible. Since the dopant of the inert gas does not interact with the constituent elements of the SiON-based material film, it contributes to the amorphousization exclusively.

【００２１】一方、酸素系活性種を捕捉し得るドーパン
トを用いた場合には、改質されたＳｉＯＮ系材料膜のエ
ッチングに伴って放出されたＯ^* が、同時に放出される
上記ドーパントにより直ちに捕捉される。すなわち、こ
のドーパントが水素系ドーパントであればＨ₂ Ｏ、炭素
系ドーパントであればＣＯ_x 、窒素系ドーパントであれ
ばＮＯ_x 、イオウ系ドーパントであればＳＯ_x が生成
し、これらは揮発性化合物として直ちに系外へ排気除去
される。したがって、エッチング反応系におけるＯ^* の
見掛け上の生成量を減じ、レジスト・マスクの形状劣化
を防止することができる。これによりＳｉＯＮ系材料膜
の異方性加工が可能となり、さらにはその下地側の材料
膜の異方性加工が可能となる。On the other hand, when a dopant capable of capturing oxygen-based active species is used, O ^* released along with the etching of the modified SiON-based material film is immediately captured by the simultaneously released dopant. Is done. That is, if the dopant is a hydrogen-based dopant, H ₂ O is generated; if the dopant is a carbon-based dopant, CO _x ; if the dopant is a nitrogen-based dopant, NO _x ; if the dopant is a sulfur-based dopant, SO _x is generated; The gas is immediately removed from the system. Therefore, it is possible to reduce the apparent amount of O ^* generated in the etching reaction system and to prevent the resist mask from deteriorating in shape. This enables anisotropic processing of the SiON-based material film, and further allows anisotropic processing of the underlying material film.

【００２２】また、何らかの事情でＳｉＯＮ系材料膜に
若干のテーパ化が生じ、そのエッジから下地側の材料膜
のエッチング中にＯ^* が放出されることがあっても、カ
ーボン系側壁保護膜が除去されるには至らない。これに
より、下地側の材料膜の異方性エッチングが実現され
る。Even if the SiON-based material film is slightly tapered for some reason and O ^* is released from the edge during the etching of the underlying material film, the carbon-based sidewall protective film is not removed. It will not be eliminated. This realizes anisotropic etching of the underlying material film.

【００２３】シリコン系ドーパントや酸素系ドーパント
の導入は、さらに意図的なＳｉＯＮ系材料膜のエッチン
グ特性の変化を意図して行うものである。シリコン系ド
ーパントを導入すればＳｉＯＮ系材料膜の組成はＳｉ系
材料膜により近づき、酸素系ドーパントを導入すればＳ
ｉＯ_x 系材料膜の組成に近づく。つまり、ＳｉとＳｉＯ
_x の中間的な組成ゆえにいずれのエッチング条件によっ
ても最適なエッチングを行うことが難しかったＳｉＯＮ
の組成がどちらかに近づくので、条件の最適化が容易と
なり、安定したエッチングを行うことが可能となる。The introduction of the silicon-based dopant and the oxygen-based dopant is intended to further intentionally change the etching characteristics of the SiON-based material film. When a silicon-based dopant is introduced, the composition of the SiON-based material film becomes closer to that of the Si-based material film.
It approaches the composition of the iO _x -based material film. That is, Si and SiO
SiON which was difficult to perform optimal etching under any etching conditions due to intermediate composition of _x
Is closer to either one, so that the conditions can be easily optimized and stable etching can be performed.

【００２４】なお、この考え方にしたがえば、上述の窒
素系ドーパントを用いた場合にはＳｉＯＮ系材料膜の組
成がＳｉＮ系材料膜に近づくとみることもでき、ＳｉＯ
_x 系材料膜と同等のエッチング条件で安定したエッチン
グを行うことができる。According to this concept, when the above-mentioned nitrogen-based dopant is used, the composition of the SiON-based material film can be considered to approach the SiN-based material film.
Stable etching can be performed under the same etching conditions as the _x- based material film.

【００２５】ところで、本発明においてエッチングの対
象となるＳｉＯＮ系材料膜は、本願出願人が以前に示し
ているように、エキシマ・レーザ波長域において適度な
光学定数（ｎ，ｋ）（ただし、ｎ，ｋは複素振幅反射率
の実数部と虚数部係数をそれぞれ表す。）を有してお
り、しかもこの光学定数を成膜時のガス組成により広い
範囲で変更することが可能である。したがって、反射防
止条件の設定の自由度が大きく、エキシマ・レーザ・リ
ソグラフィにより良好なパターン解像特性を実現するこ
とができる。Incidentally, the SiON-based material film to be etched in the present invention has an appropriate optical constant (n, k) (where n, k) in an excimer laser wavelength region, as previously shown by the present applicant. , K represent the real part and imaginary part coefficients of the complex amplitude reflectivity, respectively), and the optical constants can be changed in a wide range depending on the gas composition at the time of film formation. Therefore, the degree of freedom in setting antireflection conditions is large, and good pattern resolution characteristics can be realized by excimer laser lithography.

【００２６】[0026]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【００２７】実施例１ 本実施例は、ポリサイド・ゲート電極加工において、Ｗ
−ポリサイド膜上のＳｉＯＮ反射防止膜にＳｉ⁺ のイオ
ン注入を行って改質した後、この改質層とＷ−ポリサイ
ド膜とをＣｌ₂ ／Ｏ₂ 混合ガスでエッチングした例であ
る。このプロセスを、図１および図２を参照しながら説
明する。 Embodiment 1 In this embodiment, W is used for processing a polycide gate electrode.
In this example, the SiON antireflection film on the polycide film is reformed by ion implantation of Si ⁺ , and then the modified layer and the W-polycide film are etched with a Cl ₂ / O ₂ mixed gas. This process will be described with reference to FIGS.

【００２８】図１に、本実施例でエッチング・サンプル
として用いたウェハの構成を示す。ここでは、Ｓｉ基板
１上に厚さ約８０ｎｍのゲート酸化膜２を介してＷ−ポ
リサイド膜５およびＳｉＯＮ反射防止膜６が順次積層さ
れ、さらにその上に所定の形状にパターニングされたレ
ジスト・マスク７が形成されている。ここで、上記Ｗ−
ポリサイド膜５は、下層側から順に、不純物を含有する
厚さ約５０ｎｍのポリシリコン層３と厚さ約５０ｎｍの
ＷＳｉ_x 層４とが順次積層されたものである。また、上
記ＳｉＯＮ反射防止膜６は、一例としてＳｉＨ₄ ／Ｎ ₂
Ｏ混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により厚さ２９ｎ
ｍに堆積されている。さらに、上記レジスト・マスク７
は、ネガ型３成分系化学増幅レジスト材料（シプレー社
製；ＸＰ８８４３）とＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッ
パを用い、厚さ約１μｍ，パターン幅約０．２５μｍに
形成されている。FIG. 1 shows an etched sample in this embodiment.
The configuration of the wafer used as the above is shown. Here, the Si substrate
1 through a gate oxide film 2 having a thickness of about 80 nm.
The reside film 5 and the SiON antireflection film 6 are sequentially laminated.
And a pattern patterned on it
A resist mask 7 is formed. Here, W-
The polycide film 5 contains impurities in order from the lower layer side.
A polysilicon layer 3 having a thickness of about 50 nm and a polysilicon layer 3 having a thickness of about 50 nm
WSi_xLayer 4 is sequentially laminated. Also on
The SiON antireflection film 6 is made of, for example, SiH_Four/ N _Two
29n thickness by plasma CVD using O mixed gas
m. Further, the resist mask 7
Is a negative three-component chemically amplified resist material
XP8843) and KrF excimer laser step
To a thickness of about 1 µm and a pattern width of about 0.25 µm
Is formed.

【００２９】まず、このウェハを大電流タイプのイオン
注入装置にセットし、一例としてイオン加速エネルギー
２０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹⁷／ｃｍ² の条件でＳｉ
⁺ のイオン注入を行った。この結果、図１に示されるよ
うに、ＳｉＯＮ反射防止膜の露出部分はＳｉの組成比が
増大し、かつアモルファス化した改質層８に変化した。
つまり、この改質層８の膜質は、アモルファス・シリコ
ンに近似したものとなった。First, the wafer was set in a large current type ion implantation apparatus, and as an example, the Si was implanted under the conditions of an ion acceleration energy of 20 keV and a dose of 1 × 10 ¹⁷ / cm ^2.
+ Ion implantation was performed. As a result, as shown in FIG. 1, the exposed portion of the SiON antireflection film was changed to the modified layer 8 in which the composition ratio of Si increased and became amorphous.
That is, the film quality of the modified layer 8 was similar to that of amorphous silicon.

【００３０】次に、このウェハをＲＦバイアス印加型有
磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、
一例として下記の条件で改質層８とＷ−ポリサイド膜５
とを一括してエッチングした。 Ｃｌ₂ 流量 ７２ ＳＣＣＭ Ｏ₂ 流量 ８ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ７５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ４０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃（アルコール系冷
媒使用）Next, the wafer is set in an RF bias applying type magnetic field microwave plasma etching apparatus,
As an example, the modified layer 8 and the W-polycide film 5 under the following conditions
And were etched at once. Cl ₂ flow rate 72 SCCM O ₂ flow rate 8 SCCM Gas pressure 0.4 Pa Microwave power 750 W (2.45 GH)
z) RF bias power 40 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 0 ° C (using alcohol-based refrigerant)

【００３１】ここでは、相対的にＳｉリッチとなり、か
つアモルファス化した改質層８が、Ｃｌ^* の寄与で高速
かつ異方的に除去された。したがって、従来のようにＷ
−ポリサイド膜のエッチング中に反射防止膜のエッジか
ら不必要にＯ^* がスパッタアウトされ、この結果レジス
ト・マスク７が後退したり、あるいはカーボン系側壁保
護膜（図示せず。）が除去されることはなかった。最終
的にば、図２に示されるように、異方性形状を有するゲ
ート電極５ａを形成することができた。In this case, the modified layer 8 which is relatively rich in Si and which has been made amorphous is removed at high speed and anisotropically by the contribution of Cl ^* . Therefore, W
O ^* is sputtered out unnecessarily from the edge of the antireflection film during the etching of the polycide film, and as a result, the resist mask 7 recedes or the carbon-based side wall protective film (not shown) is removed. I never did. Finally, as shown in FIG. 2, a gate electrode 5a having an anisotropic shape could be formed.

【００３２】なお、本実施例ではイオン注入時のイオン
・スパッタ作用によりレジスト・マスク７の膜厚が若干
減少するが、改質層８とＷ−ポリサイド膜５のエッチン
グ所要時間がいずれも短いため、異方性形状に何ら悪影
響が及ぶことはなかった。In this embodiment, the thickness of the resist mask 7 is slightly reduced due to the ion sputtering effect at the time of ion implantation. However, the time required for etching the modified layer 8 and the W-polycide film 5 is short. The anisotropic shape was not affected at all.

【００３３】実施例２ 本実施例では、同様のポリサイド・ゲート電極加工にお
いて、Ｏ^* の捕捉効果を期待して予めＳｉＯＮ反射防止
膜にＨ₂ ⁺ のイオン注入を行った。サンプル・ウェハは
実施例１で用いたものと同じである。このウェハに、一
例としてイオン加速エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量１
×１０¹⁷／ｃｍ² の条件でＨ₂ ⁺ のイオン注入を行っ
た。これにより、ＳｉＯＮ反射防止膜の露出部分は、Ｈ
原子を含有する改質層８に変化した。 Embodiment 2 In this embodiment, in the same polycide gate electrode processing, H ₂ ⁺ ions were implanted into the SiON antireflection film in advance in expectation of an O ^* trapping effect. The sample wafer is the same as that used in Example 1. For example, an ion acceleration energy of 10 keV and a dose of 1
H ₂ ⁺ ion implantation was performed under the condition of × 10 ¹⁷ / cm ² . Thus, the exposed portion of the SiON antireflection film is H
It changed to a modified layer 8 containing atoms.

【００３４】この後、実施例１と同じ条件で改質層８と
Ｗ−ポリサイド５膜とを一括してエッチングしたとこ
ろ、いずれも良好な異方性形状をもって加工された。本
実施例では、改質層８のエッチングに伴って放出される
Ｏ^* が、同時に放出されるＨ^*により直ちに捕捉される
ので、改質層８のエッチング中におけるレジスト・マス
ク７の後退を効果的に抑制することができた。Thereafter, when the modified layer 8 and the W-polycide 5 film were collectively etched under the same conditions as in Example 1, all were processed with a good anisotropic shape. In the present embodiment, O ^* released along with the etching of the modified layer 8 is immediately captured by H ^* released at the same time, so that the retreat of the resist mask 7 during the etching of the modified layer 8 is effective. Could be suppressed.

【００３５】なお、このとき万一レジスト・マスク７が
若干後退し、この状態で引き続きＷ−ポリサイド膜５の
エッチングを開始したとしても、上述の理由によりＯ^*
は直ちに消費されるので、ゲート電極５ａの形状劣化は
実用上問題の無いレベルに抑えることができる。At this time, even if the resist mask 7 is slightly retreated and the etching of the W-polycide film 5 is started continuously in this state, O ^{* is not} removed for the above-mentioned reason ^.
Is immediately consumed, so that the deterioration of the shape of the gate electrode 5a can be suppressed to a level at which there is no practical problem.

【００３６】実施例３ 本実施例では、Ａｌ系配線加工において、Ａｌ−１％Ｓ
ｉ膜上のＳｉＯＮ反射防止膜にＮ₂ ⁺ のイオン注入を行
って改質した後、この改質層とＡｌ−１％Ｓｉ膜とバリ
ヤメタルとを一括してＢＣｌ₃ ／Ｃｌ₂ 混合ガスを用い
てエッチングした例である。このプロセスを、図３およ
び図４を参照しながら説明する。 Embodiment 3 In this embodiment, Al-1% S
After reforming the SiON antireflection film on the i film by ion implantation of N ₂ ⁺ , the reformed layer, the Al-1% Si film and the barrier metal are collectively used with a mixed gas of BCl ₃ / Cl _2. This is an example of etching by etching. This process will be described with reference to FIGS.

【００３７】本実施例でエッチング・サンプルとして用
いたウェハを図３に示す。このウェハは、ＳｉＯ₂ 層間
絶縁膜１１上に厚さ約１００ｎｍのバリヤメタル１４、
厚さ約３００ｎｍのＡｌ−１％Ｓｉ膜１５、厚さ２３ｎ
ｍのＳｉＯＮ反射防止膜１６が順次積層され、さらにそ
の上に厚さ約１．４μｍ、パターン幅０．２５μｍのレ
ジスト・マスク１７が形成されたものである。上記バリ
ヤメタル１４は、たとえば下層側から順に厚さ約３０ｎ
ｍのＴｉ層１２と厚さ約７０ｎｍのＴｉＯＮ層１３とが
順次積層されたものである。FIG. 3 shows a wafer used as an etching sample in this embodiment. This wafer has a barrier metal 14 having a thickness of about 100 nm on the SiO ₂ interlayer insulating film 11,
Al-1% Si film 15 having a thickness of about 300 nm and a thickness of 23 n
m SiON antireflection films 16 are sequentially laminated, and a resist mask 17 having a thickness of about 1.4 μm and a pattern width of 0.25 μm is further formed thereon. The barrier metal 14 has a thickness of, for example, about 30 n in order from the lower layer side.
An m-Ti layer 12 and a TiON layer 13 having a thickness of about 70 nm are sequentially laminated.

【００３８】まず、このウェハに対し、一例としてイオ
ン加速エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹⁷／ｃ
ｍ² の条件でＮ₂ ⁺ のイオン注入を行った。この結果、
図３に示されるように、ＳｉＯＮ反射防止膜の露出部分
はアモルファス化した改質層１８に変化した。First, as an example, an ion acceleration energy of 10 keV and a dose of 1 × 10 ¹⁷ / c are applied to the wafer.
N ₂ ⁺ ion implantation was performed under the condition of m ² . As a result,
As shown in FIG. 3, the exposed portion of the SiON anti-reflection film was changed to the modified layer 18 which was made amorphous.

【００３９】次に、このウェハをＲＦバイアス印加型有
磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置にセットし、
一例として下記の条件で改質層１８、Ａｌ−１％Ｓｉ膜
１５、およびバリヤメタル１４とを一括してエッチング
した。 ＢＣｌ₃ 流量 ４０ ＳＣＣＭ Ｃｌ₂ 流量 ６０ ＳＣＣＭ ガス圧 １．３ Ｐａ マイクロ波パワー ９５０ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ５０ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハ載置電極温度 ２０ ℃（水冷）Next, the wafer is set in an RF bias application type magnetic field microwave plasma etching apparatus,
As an example, the modified layer 18, the Al-1% Si film 15, and the barrier metal 14 were collectively etched under the following conditions. BCl ₃ flow rate 40 SCCM Cl ₂ flow rate 60 SCCM Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 950 W (2.45 GH)
z) RF bias power 50 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C (water cooling)

【００４０】ここでは、アモルファス化した改質層１８
が、Ｃｌ^* の寄与で高速かつ異方的に除去された。この
エッチング中、放出されるＯ^* は同時に放出されるＮ^*
により直ちに捕捉されるため、レジスト・マスク１７の
後退が抑制された。この結果、下層側のＡｌ−１％Ｓｉ
膜１５およびバリヤメタル１４のエッチングも、全て異
方的に進行した。Here, the modified layer 18 which has been made amorphous
Was rapidly and anisotropically removed with the contribution of Cl ^* . During this etching, the released O ^* is released simultaneously with the released N ^*.
As a result, the retraction of the resist mask 17 was suppressed. As a result, the lower layer Al-1% Si
The etching of the film 15 and the barrier metal 14 all proceeded anisotropically.

【００４１】なお、本実施例では仮にレジスト・マスク
１７の後退が若干生じたとしても、Ｎ^* によるＯ^* の捕
捉効果、および副生するＡｌＮ_x （窒化アルミニウム）
による側壁保護効果の強化が期待できる。このため、従
来Ａｌ−１％Ｓｉ膜に生じていたようなアンダカット等
の形状異常を、ほぼ完全に抑制することができた。In this embodiment, even if the resist mask 17 slightly recedes, the effect of N ^* to capture O ^* and by-produced AlN _x (aluminum nitride)
Can be expected to enhance the side wall protection effect. For this reason, the shape abnormality such as the undercut which has conventionally occurred in the Al-1% Si film could be almost completely suppressed.

【００４２】実施例４ 本実施例では、実施例３と同様のＡｌ系配線加工におい
て、予めＳｉＯＮ反射防止膜にＣ⁺ のイオン注入を行っ
た。サンプル・ウェハは実施例３で用いたものと同じで
ある。このウェハに、一例としてイオン加速エネルギー
１０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹⁷／ｃｍ² の条件でＣ⁺
のイオン注入を行った。これにより、ＳｉＯＮ反射防止
膜の露出部分は、Ｃ原子を含有する改質層１８に変化し
た。 Example 4 In this example, in the same Al-based wiring processing as in Example 3, C ⁺ ions were implanted into the SiON antireflection film in advance. The sample wafer is the same as that used in Example 3. As an example, C ^{+ is applied to the} wafer under the conditions of an ion acceleration energy of 10 keV and a dose of 1 × 10 ¹⁷ / cm ^2.
Was implanted. Thereby, the exposed portion of the SiON antireflection film was changed to the modified layer 18 containing C atoms.

【００４３】この後、実施例３と同じ条件で改質層１
８、Ａｌ−１％Ｓｉ膜１５、およびバリヤメタル１４を
一括してエッチングしたところ、いずれも良好な異方性
形状をもって加工された。これは、改質層１８のエッチ
ングに伴って放出されるＯ^* が、同時に放出されるＣ^*
により直ちに捕捉されたために、レジスト・マスク１７
の後退や側壁保護膜の除去が防止されたからである。Thereafter, the modified layer 1 was made under the same conditions as in Example 3.
8, when the Al-1% Si film 15 and the barrier metal 14 were collectively etched, all were processed with a good anisotropic shape. This is because O ^* released along with the etching of the modified layer 18 is replaced by C ^* released simultaneously ^.
Mask 17 because it was immediately captured by
This is because receding and removal of the sidewall protective film are prevented.

【００４４】実施例５ 本実施例では、実施例３および実施例４のプロセス終了
後にＡｌ−１％Ｓｉ膜１５ａの上に残るＳｉＯＮ反射防
止膜１６を容易に除去するため、レジスト・マスク１７
をアッシングした後、該ＳｉＯＮ反射防止膜１６にＡｒ
⁺ のイオン注入を行った。このプロセスを、図４ないし
図６を参照しながら説明する。 Embodiment 5 In this embodiment, a resist mask 17 is used to easily remove the SiON antireflection film 16 remaining on the Al-1% Si film 15a after the processes of Embodiments 3 and 4 are completed.
After ashing, the SiON antireflection film 16 is coated with Ar.
⁺ Ion implantation was performed. This process will be described with reference to FIGS.

【００４５】まず、前出の図４に示したＡｌ系配線パタ
ーンの上部のレジスト・マスク１７をアッシングにより
除去した。続いて、一例としてイオン加速エネルギー２
０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０¹⁶／ｃｍ² の条件でＡｒ⁺
をイオン注入し、上記ＳｉＯＮ反射防止膜１６を図５に
示されるような改質層１８に変化させた。First, the resist mask 17 above the Al-based wiring pattern shown in FIG. 4 was removed by ashing. Then, as an example, ion acceleration energy 2
Ar ^{+ under} the conditions of ⁰ keV and a dose of 5 × 10 ¹⁶ / cm ²
Was ion-implanted to change the SiON antireflection film 16 into a modified layer 18 as shown in FIG.

【００４６】次に、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ング装置を用い、一例として下記の条件で改質層１８を
除去した。 Ｃｌ₂ 流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 １．３ Ｐａ マイクロ波パワー ８００ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ３０ Ｗ（８００ ｋＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ２０ ℃（水冷） この条件はＳｉ系材料膜用の一般的なエッチング条件で
ある。ここでは、元々ＳｉリッチなＳｉＯＮ反射防止膜
がアモルファス化によりさらにエッチングされ易い膜に
変化しているため、下地のＳｉＯ₂ 層間絶縁膜１１に対
する選択性を極めて高く維持しながら改質層１８を選択
的に除去することができた。Next, the modified layer 18 was removed using, for example, the magnetic field microwave plasma etching apparatus under the following conditions. Cl ₂ flow rate 50 SCCM Gas pressure 1.3 Pa Microwave power 800 W (2.45 GH
z) RF bias power 30 W (800 kHz)
z) Wafer mounting electrode temperature 20 ° C. (water cooling) This condition is a general etching condition for a Si-based material film. Here, since the Si-rich SiON antireflection film has been changed to a film which is more easily etched by amorphization, the modified layer 18 is selected while maintaining the selectivity to the underlying SiO ₂ interlayer insulating film 11 extremely high. Was successfully removed.

【００４７】実施例６ 本実施例は、コンタクト・ホールのパターニング用にＳ
ｉＯ₂ 層間絶縁膜上に形成されたＳｉＯＮ反射防止膜を
容易に除去するため、コンタクト・ホールの開口が終了
する直前でレジスト・マスクを一旦アッシングし、露出
したＳｉＯＮ反射防止膜にＡｒ⁺ のイオン注入を行って
改質し、さらにＣＨＦ₃ ／ＣＨ₂ Ｆ₂ 混合ガスを用いて
この改質層とＳｉＯ₂ 層間絶縁膜の残余部の全面エッチ
バックを行った例である。このプロセスを、図７ないし
図１０を参照しながら説明する。 Embodiment 6 In this embodiment, an S is used for patterning a contact hole.
iO ₂ layers for easy removal of the SiON antireflection film formed on the insulating film, once ashing the resist mask immediately before opening of the contact hole is completed, the SiON antireflection film exposed in Ar ⁺ ions In this example, the entire surface of the modified layer and the remaining portion of the SiO ₂ interlayer insulating film are etched back using a mixed gas of CHF ₃ / CH ₂ F ₂ . This process will be described with reference to FIGS.

【００４８】図７に、本実施例でエッチング・サンプル
として用いたウェハの構成を示す。このウェハは、Ｓｉ
基板２１上に厚さ約１μｍのＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２２、
厚さ５０ｎｍのＳｉＯＮ反射防止膜２３、およびホール
・パターンにしたがった開口部を有する厚さ約１．０μ
ｍのレジスト・マスク２４が順次形成されたものであ
る。FIG. 7 shows the structure of a wafer used as an etching sample in this embodiment. This wafer is Si
An SiO ₂ interlayer insulating film 22 having a thickness of about 1 μm on a substrate 21,
SiON antireflection film 23 having a thickness of 50 nm and a thickness of about 1.0 μm having an opening according to a hole pattern
m resist masks 24 are sequentially formed.

【００４９】このウェハを有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置にセットし、一例として下記の条件でＳ
ｉＯＮ反射防止膜２３、およびＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２２
の膜厚の約９５％をエッチングした。 ＣＨＦ₃ 流量 ４５ ＳＣＣＭ ＣＨ₂ Ｆ₂ 流量 ５ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．２ Ｐａ マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー ２００ Ｗ（８００ ｋＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃（アルコール系冷
媒使用） このエッチングにより、図８に示されるように、コンタ
クト・ホール２５が途中まで形成された。本実施例で
は、このエッチング前にＳｉＯＮ反射防止膜２３へは特
にイオン注入を行っていないが、上述のエッチング条件
がＳｉＯ₂ ／Ｓｉ間の選択比の余り高くない条件である
ため、エッジのテーパー化はほとんど観察されなかっ
た。The wafer is subjected to a magnetic field microwave plasma
It is set in an etching apparatus, and as an example, S
iON antireflection film 23 and SiO ₂ interlayer insulation film 22
About 95% of the film thickness of was etched. CHF ₃ flow rate 45 SCCM CH ₂ F ₂ flow rate 5 SCCM Gas pressure 0.2 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GH
z) RF bias power 200 W (800 kHz)
z) Temperature of wafer mounting electrode 0 ° C. (using alcohol-based refrigerant) By this etching, as shown in FIG. 8, a contact hole 25 was partially formed. In this embodiment, although this is not particularly subjected to ion implantation prior to etching the SiON antireflection film 23, the etching conditions described above is less not high condition selection ratio between SiO ₂ / Si, edge taper Almost no transformation was observed.

【００５０】次に、図９に示されるように、上記レジス
ト・マスク２４をアッシングした。続いて、一例として
イオン加速エネルギー２０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０¹⁷
／ｃｍ² の条件でＯ₂ ⁺ をイオン注入し、上記ＳｉＯＮ
反射防止膜２３を改質層２６に変化させた。この改質層
２６の組成は、ＳｉＯ₂ により近づいた。Next, as shown in FIG. 9, the resist mask 24 was ashed. Subsequently, as an example, the ion acceleration energy is 20 keV and the dose is 5 × 10 ¹⁷
/ Under the conditions of cm ² O ₂ ⁺ ions are implanted, the SiON
The antireflection film 23 was changed to a modified layer 26. The composition of the modified layer 26 was closer to SiO ₂ .

【００５１】さらに、一例として下記の条件で上記改質
層２６とＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２２の残余部の全面エッチ
バックを行った。 ＣＨＦ₃ 流量 ４０ ＳＣＣＭ ＣＨ₂ Ｆ₂ 流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．２ Ｐａ マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ ＧＨ
ｚ） ＲＦバイアス・パワー １８０ Ｗ（８００ ｋＨ
ｚ） ウェハ載置電極温度 ０ ℃（アルコール系冷
媒使用） この条件は、先のエッチング条件に比べてＣＨ₂ Ｆ₂ の
流量比が高い分、ＳｉＯ₂ ／Ｓｉ間の選択比を向上させ
たものである。しかし、上述のイオン注入により形成さ
れた改質層２６の組成がＳｉＯ₂ に近づいているため、
改質層２６とＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２２の残余部とはほぼ
等しい速度で速やかにエッチングされた。この結果、図
１０に示されるように、異方性形状を有するコンタクト
・ホール２５が完成した。また、当然のことながら、下
地のＳｉ基板２１に対しても高い選択比が確保された。Further, as an example, the entire surface of the modified layer 26 and the remaining portion of the SiO ₂ interlayer insulating film 22 were etched back under the following conditions. CHF ₃ flow rate 40 SCCM CH ₂ F ₂ flow rate 10 SCCM Gas pressure 0.2 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GH)
z) RF bias power 180 W (800 kHz)
z) Wafer mounting electrode temperature 0 ° C. (using alcohol-based refrigerant) This condition is that the selection ratio between SiO ₂ / Si is improved because the flow rate ratio of CH ₂ F ₂ is higher than the previous etching condition. It is. However, since the composition of the modified layer 26 formed by the above-described ion implantation approaches SiO ₂ ,
The modified layer 26 and the remaining portion of the SiO ₂ interlayer insulating film 22 were quickly etched at substantially the same speed. As a result, as shown in FIG. 10, a contact hole 25 having an anisotropic shape was completed. Naturally, a high selectivity was secured for the underlying Si substrate 21.

【００５２】以上、本発明を６例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。すなわち、イオン注入に用いるドーパン
ト、イオン注入条件、サンプル・ウェハの構成、使用す
るエッチング装置、エッチング条件等の詳細が適宜変更
可能であることは言うまでもない。Although the present invention has been described based on the six embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. That is, it goes without saying that the details of the dopant used for the ion implantation, the ion implantation conditions, the configuration of the sample wafer, the etching apparatus used, the etching conditions, and the like can be appropriately changed.

【００５３】[0053]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によればエッチングに先立ってイオン注入によりＳｉ
ＯＮ系材料からなる反射防止膜をアモルファス化して改
質することにより、この材料膜の選択除去を良好に行う
ことができる。これにより、表面がＳｉＯＮ系の反射防
止膜に被覆されているような材料膜についても、良好な
異方性加工が実現できる。As is clear from the above description, according to the present invention, Si is implanted by ion implantation prior to etching.
By making the antireflection film made of the ON-based material amorphous and modifying it, the material film can be selectively removed satisfactorily. Thereby, even for a material film whose surface is covered with a SiON-based antireflection film, good anisotropic processing can be realized.

【００５４】このＳｉＯＮ系材料膜の反射防止膜として
の効果は、特にエキシマ・レーザ・リソグラフィにおい
て重要である。したがって本発明は、ＳｉＯＮ系材料膜
の加工特性の改善を通じて、次世代以降の微細加工の精
度や信頼性を高める上で大きな貢献をなすものである。The effect of the SiON-based material film as an antireflection film is particularly important in excimer laser lithography. Therefore, the present invention makes a great contribution to improving the precision and reliability of the fine processing in the next generation and thereafter by improving the processing characteristics of the SiON-based material film.

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

【図１】本発明を適用したポリサイド・ゲート電極加工
において、エッチング前のイオン注入によりＳｉＯＮ反
射防止膜の露出部を改質層に変化させた状態を示す模式
的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an exposed portion of a SiON antireflection film is changed into a modified layer by ion implantation before etching in processing a polycide gate electrode to which the present invention is applied.

【図２】図１の改質層とＷ−ポリサイド膜とが選択的に
エッチングされた状態を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where a modified layer and a W-polycide film of FIG. 1 are selectively etched.

【図３】本発明を適用したＡｌ系配線加工において、エ
ッチング前のイオン注入によりＳｉＯＮ反射防止膜の露
出部を改質層に変化させた状態を示す模式的断面図であ
る。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an exposed portion of a SiON antireflection film is changed to a modified layer by ion implantation before etching in the processing of an Al-based wiring to which the present invention is applied.

【図４】図３の改質層とＡｌ−１％Ｓｉ膜とバリヤメタ
ルとが異方的にエッチングされた状態を示す模式的断面
図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the modified layer, the Al-1% Si film, and the barrier metal of FIG. 3 are anisotropically etched.

【図５】図４のレジスト・マスクがアッシングされ、か
つイオン注入によりＳｉＯＮ反射防止膜の露出部が改質
層に変化された状態を示す模式的断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the resist mask of FIG. 4 has been ashed and the exposed portion of the SiON antireflection film has been changed to a modified layer by ion implantation.

【図６】図５の改質層が除去された状態を示す模式的断
面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state where a modified layer of FIG. 5 has been removed.

【図７】本発明を適用したコンタクト・ホール加工にお
いて、エッチング前のサンプル・ウェハの状態を示す模
式的断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state of a sample wafer before etching in contact hole processing to which the present invention is applied.

【図８】図７のＳｉＯＮ反射防止膜とＳｉＯ₂ 層間絶縁
膜がエッチングされ、コンタクト・ホールが途中まで開
口された状態を示す模式的断面図である。8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the SiON antireflection film and the SiO ₂ interlayer insulating film of FIG. 7 have been etched, and contact holes have been partially opened.

【図９】図８のレジスト・マスクがアッシングされ、か
つイオン注入によりＳｉＯＮ反射防止膜の露出部が改質
層に変化された状態を示す模式的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state where the resist mask of FIG. 8 has been ashed and the exposed portion of the SiON antireflection film has been changed to a modified layer by ion implantation.

【図１０】図９の改質層とＳｉＯ₂ 層間絶縁膜の残余部
とが全面エッチバックされた状態を示す模式的断面図で
ある。10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the modified layer of FIG. 9 and the remaining portion of the SiO ₂ interlayer insulating film are entirely etched back.

【図１１】従来のポリサイド・ゲート電極加工における
エッチング前のウェハの状態を示す模式的断面図であ
る。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before etching in conventional polycide gate electrode processing.

【図１２】図１１のＳｉＯＮ反射防止膜およびＷ−ポリ
サイド膜のエッチング中に、ＳｉＯＮ反射防止膜のエッ
ジがテーパー化した状態を示す模式的断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the edge of the SiON antireflection film is tapered during etching of the SiON antireflection film and the W-polycide film of FIG.

【図１３】図１２のＷ−ポリサイド膜にアンダカットが
生じた状態を示す模式的断面図である。13 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an undercut has occurred in the W-polycide film of FIG.

【図１４】従来のＡｌ系配線加工において、ＳｉＯＮ反
射防止膜のエッジがテーパー化し、Ａｌ−１％Ｓｉ膜に
アンダカットが生じた状態を示す模式的断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the edge of a SiON antireflection film is tapered and an undercut occurs in an Al-1% Si film in conventional Al-based wiring processing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，２１ ・・・Ｓｉ基板 ５ ・・・Ｗ−ポリサイド膜 ５ａ ・・・ゲート電極 ６，１６，２３・・・ＳｉＯＮ反射防止膜 ７，１７，２４・・・レジスト・マスク ８，１８，２６・・・改質層 １１，２２ ・・・ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜 １５ ・・・Ａｌ−１％Ｓｉ膜 ２５ ・・・コンタクト・ホール1,21 ... Si substrate 5 ... W-polycide film 5a ... gate electrode 6,16,23 ... SiON antireflection film 7,17,24 ... resist mask 8,18,26 ... reformed layer 11, 22 ... SiO ₂ interlayer insulating film 15 ··· Al-1% Si film 25 ... contact hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−217884（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−144916（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−177536（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−196624（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−237124（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−60032（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−94467（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/027 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-217884 (JP, A) JP-A-2-144916 (JP, A) JP-A-2-177536 (JP, A) JP-A-3-3 196624 (JP, A) JP-A-4-237124 (JP, A) JP-A-3-60032 (JP, A) JP-A-7-94467 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/027

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ＳｉＯＮ系材料からなる反射防止膜に所
定のイオン注入を施しアモルファス化して表面を改質し
た後に、エッチングを行うことを特徴とするドライエッ
チング方法。1. An anti-reflection film made of a SiON-based material.
Perform a constant ion implantation to make it amorphous and modify the surface
And then performing etching. 【請求項２】 前記イオン注入には不活性ガスのドーパ
ントを用いることを特徴とする請求項１記載のドライエ
ッチング方法。2. The dry etching method according to claim 1, wherein an inert gas dopant is used for the ion implantation. 【請求項３】 前記イオン注入には酸素系活性種を捕捉
し得るドーパントを用いることを特徴とする請求項１記
載のドライエッチング方法。3. The dry etching method according to claim 1, wherein a dopant capable of capturing oxygen-based active species is used for the ion implantation. 【請求項４】 前記ドーパントは水素系ドーパント、炭
素系ドーパント、窒素系ドーパント、イオウ系ドーパン
トの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項
３記載のドライエッチング方法。4. The dry etching method according to claim 3, wherein the dopant is at least one of a hydrogen-based dopant, a carbon-based dopant, a nitrogen-based dopant, and a sulfur-based dopant. 【請求項５】 前記イオン注入にはシリコン系ドーパン
トを用い、これによりエッチング前の前記ＳｉＯＮ系材
料膜の組成をシリコン系材料膜に近づけることを特徴と
する請求項１記載のドライエッチング方法。5. The dry etching method according to claim 1, wherein a silicon-based dopant is used for the ion implantation, whereby the composition of the SiON-based material film before etching is made closer to that of the silicon-based material film. 【請求項６】 前記イオン注入には酸素系ドーパントを
用い、これによりエッチング前の前記ＳｉＯＮ系材料膜
の組成を酸化シリコン系材料膜に近づけることを特徴と
する請求項１記載のドライエッチング方法。6. The dry etching method according to claim 1, wherein an oxygen-based dopant is used for the ion implantation, whereby the composition of the SiON-based material film before etching is made closer to that of a silicon oxide-based material film. 【請求項７】 前記ＳｉＯＮ系材料膜は、その下地側の
材料膜のための反射防止膜であることを特徴とする請求
項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のドライエッ
チング方法。7. The dry etching method according to claim 1, wherein the SiON-based material film is an anti-reflection film for a material film on a base side thereof.