JPH05217961A - Precision processing method for silicon - Google Patents
Precision processing method for siliconInfo
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- JPH05217961A JPH05217961A JP5601092A JP5601092A JPH05217961A JP H05217961 A JPH05217961 A JP H05217961A JP 5601092 A JP5601092 A JP 5601092A JP 5601092 A JP5601092 A JP 5601092A JP H05217961 A JPH05217961 A JP H05217961A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造方法および
マイクロマシン製造方法に係わり、具体的にはシリコン
層の精密エッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing method and a micromachine manufacturing method, and more particularly to a precision etching method for a silicon layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えばＭＯＳ形集積回路の進展におい
て、パタン寸法の微細化がなされているが、加工精度も
微細化にともなって向上する必要がある。一般論として
加工精度の向上には、レジストのパタン精度向上と異方
性プラズマエッチング時の寸法変換差減少が必要であ
る。このうち、異方性プラズマエッチングによる寸法変
換差はエッチングマスクとなるレジスト側のエッチング
中の寸法変化量と被エッチング膜側の寸法変換量の両方
に依存している。2. Description of the Related Art For example, in the development of MOS type integrated circuits, the pattern size has been miniaturized, but the processing accuracy also needs to be improved with the miniaturization. In general, in order to improve the processing accuracy, it is necessary to improve the resist pattern accuracy and reduce the dimension conversion difference during anisotropic plasma etching. Of these, the dimensional change due to anisotropic plasma etching depends on both the dimensional change during etching on the resist side that serves as an etching mask and the dimensional change on the etched film side.
【０００３】従来、異方性プラズマエッチング法として
反応性イオンエッチング法やＥＣＲプラズマエッチング
法が開発されている。プラズマエッチング時のマスクに
は、光リソグラフィ技術でパタンニングされてなる有機
膜レジストが主に使用され、シリコンやアルミニウム系
合金の電極パタンの異方性プラズマエッチングがハロゲ
ンガスを用いて行われている。こうしたエッチングにお
いては、下地の絶縁膜がエッチングにより露出した後で
も、エッチング残差物の除去や加工精度の向上の観点か
らさらにエッチングを追加が生ずる場合があり、電極材
料に対するマスク材料ならびに下地絶縁膜とのエッチレ
ート比の向上が必要である。Conventionally, reactive ion etching and ECR plasma etching have been developed as anisotropic plasma etching. An organic film resist patterned by photolithography is mainly used as a mask during plasma etching, and anisotropic plasma etching of an electrode pattern of silicon or an aluminum alloy is performed using a halogen gas. .. In such etching, even after the underlying insulating film is exposed by etching, additional etching may occur from the viewpoint of removing etching residues and improving processing accuracy. It is necessary to improve the etch rate ratio with.
【０００４】特にＭＯＳトランジスタのゲート長が０．
２μｍ程度に微細化するとゲート酸化膜厚は５ｎｍ程度
まで薄くなるため、ゲート電極加工において追加エッチ
ング中に５ｎｍと薄い酸化膜がエッチングされ、基板の
シリコンまでエッチングされる可能性が生じる。この可
能性を除去するにはゲート電極材料とゲート酸化膜のエ
ッチレート比として、主面の凹凸にもよるが１００以上
あることが望ましい。このため、イオン衝突エネルギー
の高い反応性イオンエッチング法においては、ハロゲン
化ガスとして臭化水素（以下、ＨＢｒと記す）が用いら
れる。In particular, the gate length of a MOS transistor is 0.
If the size is reduced to about 2 μm, the gate oxide film thickness becomes as thin as about 5 nm. Therefore, the oxide film as thin as 5 nm may be etched during the additional etching in the gate electrode processing, and the silicon of the substrate may be etched. In order to eliminate this possibility, it is desirable that the etching rate ratio between the gate electrode material and the gate oxide film be 100 or more, although it depends on the roughness of the main surface. Therefore, in the reactive ion etching method having high ion collision energy, hydrogen bromide (hereinafter referred to as HBr) is used as a halogenated gas.
【０００５】ＨＢｒによって達成された反応性イオンエ
ッチングではシリコンと下地となるＳｉＯ2 とのエッチ
ング選択比の最大値としては、有機レジストをエッチン
グマスクとする場合とＳｉＯ2 膜をエッチングマスクと
する場合とで異なり、有機レジストマスクでは５０〜１
００，ＳｉＯ2 膜マスクでは３００程度になっている。
この差は、有機レジストマスクからの反応生成物が下地
酸化膜のエッチング反応に影響しているためと考えられ
ている。In the reactive ion etching achieved by HBr, the maximum etching selection ratio between silicon and the underlying SiO 2 is obtained when an organic resist is used as an etching mask and when an SiO 2 film is used as an etching mask. , The organic resist mask is 50 to 1
00, the SiO 2 film mask is about 300.
This difference is considered to be because the reaction product from the organic resist mask affects the etching reaction of the underlying oxide film.
【０００６】ＳｉＯ2 膜マスクを使用した場合、ＨＢｒ
と酸素の２元ガスプラズマにより３０００まで選択比の
向上がなされることが報告されている。このようにＳｉ
Ｏ2膜マスクはシリコンと下地のＳｉＯ2 との間に高い
選択比を実現するが、有機レジストをマスクとして使用
する場合よりも、確実に工程数が増加すること、及び主
面の凹凸によっては段差部分のＳｉＯ2 膜がＳｉＯ2 膜
マスクのパタン形成のための異方性エッチングにおいて
除去しきれず、エッチ残差の原因になることから、有機
レジスト並みの簡易性，汎用性はない。When a SiO 2 film mask is used, HBr
It has been reported that the selective ratio can be improved up to 3000 by the binary gas plasma of oxygen and oxygen. Thus Si
The O 2 film mask realizes a high selection ratio between silicon and underlying SiO 2 , but the number of steps is certainly increased as compared with the case where an organic resist is used as a mask, and depending on the unevenness of the main surface, Since the SiO 2 film in the step portion cannot be completely removed by anisotropic etching for forming the pattern of the SiO 2 film mask and causes an etching residual, it is not as simple and versatile as an organic resist.
【０００７】一方、有機レジストマスクを用いたエッチ
ングにおいては、前述の選択比の問題以外にも、エッチ
ング中におけるその膜厚と寸法の減少量がＳｉＯ2 膜マ
スクと比較して多い。ハロゲン化ガスとしてＨＢｒを用
いると塩素を用いた場合と比べてこの点では有利となる
が、ＨＢｒは塩素よりエッチレートが低いという欠点を
有する。さらに、ＨＢｒではレジストのサイドエッチン
グが少ないので、有機レジストマスクの側面を臭素イオ
ンが反応性スパッタすることによるレジスト側面に平行
して局所的に発生する下地酸化膜表面のレジスト反応生
成物の汚染箇所が固定される結果となり、その部分で下
地酸化膜のエッチレートが特別大きくなるという欠点も
ある。On the other hand, in the etching using the organic resist mask, in addition to the above-mentioned problem of the selection ratio, the amount of reduction in the film thickness and the dimension during the etching is larger than that of the SiO 2 film mask. The use of HBr as the halogenated gas is more advantageous in this respect than the case of using chlorine, but HBr has a drawback that the etching rate is lower than that of chlorine. Further, since the side etching of the resist is less in HBr, the side surface of the organic resist mask is locally sputtered parallel to the side surface of the resist due to the reactive sputtering of bromine ions, and the contaminated portion of the resist reaction product on the surface of the underlying oxide film Is also fixed, and there is a drawback that the etching rate of the underlying oxide film becomes particularly large at that portion.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】微細加工用のマスクと
しては、有機レジストが有するエッチングマスクとして
の簡易性と汎用性，およびＳｉＯ2 膜マスクの微細加工
用マスクとしての高清浄性と高エッチ耐性の両方を満足
するマスクが望ましい。本発明は以上の点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、有機膜レジストの極表面
のみを酸化膜でコートすることにより、上述した有機膜
レジストとＳｉＯ2 膜の利点を両立させるシリコンの精
密加工方法を提供することにある。As a mask for microfabrication, the organic resist is simple and versatile as an etching mask, and a SiO 2 film mask has high cleanliness and high etch resistance as a microfabrication mask. A mask that satisfies both of these is desirable. The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to coat only the extreme surface of an organic film resist with an oxide film, thereby making the above-mentioned advantages of the organic film resist and the SiO 2 film compatible with each other. It is to provide a precision processing method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、ハロゲン化ガ
スと酸素の混合ガスによるシリコンのプラズマエッチン
グでは、反応生成物がプラズマ中及び固体表面で再反応
し、シリコンのエッチャントであるハロゲンの再生およ
びウエハ主面上への再反応物の析出が発生すると言う下
記に示す発見から生じたものである。但し、ここに言う
プラズマとはプラズマ本体及びシース領域を含めた総称
である。According to the present invention, in plasma etching of silicon with a mixed gas of a halogenated gas and oxygen, reaction products are re-reacted in plasma and on a solid surface to regenerate halogen which is an etchant of silicon. And the discovery described below that precipitation of re-reacted substances on the main surface of the wafer occurs. However, the plasma mentioned here is a general term including the plasma body and the sheath region.
【００１０】ＥＣＲプラズマエッチング装置でＳｉＯ2
膜上のシリコン層のエッチングを塩素と酸素の混合ガス
で行う場合、酸素混合比を増加させるとシリコンのエッ
チレートは殆ど変化しないが、ＳｉＯ2 膜のエッチレー
トは減少するので、シリコンとＳｉＯ2 膜とのエッチン
グ選択比が大幅に増加し、自然酸化膜上に堆積したシリ
コン膜のみをその自然酸化膜をエッチングすることな
く、異方性エッチングすることが可能である。この場
合、酸素分圧の増加量には閾値が存在し、閾値以上の酸
素分圧ではシリコンはエッチングされない。この閾値は
シリコンエッチングの当初から塩素と酸素の混合ガスを
使用する場合と、シリコンを予め塩素でエッチングし、
途中から酸素を添加する場合とでは異なっており、途中
から酸素を添加する方が大きい閾値が得られる。ECR plasma etching equipment for SiO 2
When etching the silicon layer of the film with a mixed gas of chlorine and oxygen, but little change in etch rate is increased silicon oxygen mixture ratio, the etch rate of the SiO 2 film is reduced, silicon and SiO 2 The etching selectivity with respect to the film is significantly increased, and only the silicon film deposited on the natural oxide film can be anisotropically etched without etching the natural oxide film. In this case, there is a threshold value for the amount of increase in the oxygen partial pressure, and silicon is not etched at an oxygen partial pressure above the threshold value. This threshold is the case of using a mixed gas of chlorine and oxygen from the beginning of silicon etching, and etching silicon with chlorine in advance,
This is different from the case where oxygen is added halfway, and a larger threshold value is obtained when oxygen is added halfway.
【００１１】また、ウエハ主面のシリコンエッチ面積比
をレジストのパタンニングにより調整した場合では、酸
素分圧の閾値はシリコンエッチ面積比に依存し、シリコ
ンエッチ面積比の大きい方が酸素分圧の閾値が大きくな
る傾向を示す。これは、酸素を添加する時点においてプ
ラズマ中及び固体表面に依存するシリコンと塩素との反
応生成物が酸素と反応して再び塩素を再生する過程が存
在すること、及びその再生量はシリコンのエッチングに
よって供給されたシリコン塩化物の量に依存することを
示していると考えられる。When the silicon etch area ratio of the main surface of the wafer is adjusted by resist patterning, the threshold value of oxygen partial pressure depends on the silicon etch area ratio. The larger the silicon etch area ratio, the higher the oxygen partial pressure. The threshold tends to increase. This is because at the time of adding oxygen, there is a process in which the reaction product of silicon and chlorine, which depends on the plasma and on the solid surface, reacts with oxygen to regenerate chlorine, and the amount of regeneration is the etching of silicon. It is believed to be dependent on the amount of silicon chloride supplied by.
【００１２】また、塩素と酸素の混合ガスでシリコンの
エッチングを行った後の下地の酸化膜の膜厚は、酸素添
加量を増加させることにより当初膜厚より増加する。こ
れはシリコンの塩化物としてプラズマ中に一旦気化した
反応生成物が、プラズマ中及び下地酸化膜表面で酸素と
再反応しシリコン酸化物となって堆積したためである。
このように、塩素と酸素の混合ガスでシリコンをエッチ
ングすると、エッチングされているシリコン面以外の部
分に再反応したシリコン酸化物が堆積するという現象が
ある。Further, the film thickness of the underlying oxide film after etching silicon with a mixed gas of chlorine and oxygen is increased from the initial film thickness by increasing the amount of oxygen added. This is because the reaction product once vaporized in plasma as a chloride of silicon was re-reacted with oxygen in the plasma and on the surface of the underlying oxide film to be deposited as silicon oxide.
As described above, when silicon is etched with a mixed gas of chlorine and oxygen, there is a phenomenon that re-reacted silicon oxide is deposited on a portion other than the etched silicon surface.
【００１３】さらに、塩素の代わりにＨＢｒを使用した
場合、例えば０．１５ｍＴorr 、酸素混合比５％ではシ
リコンエッチングを行うと酸素ラジカルによるレジスト
剥離が全く行えない程度まで、レジスト表面に析出物が
ある。このウエハを０．５％ＨＦ液、２２℃に１０秒間
浸し、水洗後に同様のレジスト剥離処理をするとレジス
トは通常のレートで完全にアッシングされる。上記フッ
酸液はシリコン熱酸化膜を０．０８ｎｍ毎秒の速度でエ
ッチングする。またＨＢｒに酸素を微量添加するだけ
で、Ｓｉのエッチレートは大幅に増加する。これらの結
果は、シリコンのエッチングによる生成物のシリコン臭
化物がプラズマ中および固体表面で酸素と再反応し、多
量の臭素ラジカルおよびシリコン酸化物を生成すること
によるものと考えられる。すなわち、臭化ラジカルはシ
リコンのエッチレートを増加させ、シリコン酸化物はエ
ッチングされているシリコン面以外のウエハ主面に析出
し、とりわけレジスト表面に析出したシリコン酸化物は
アッシング阻止膜として作用すると考えれる。Furthermore, when HBr is used instead of chlorine, for example, when the silicon etching is performed at 0.15 mTorr and an oxygen mixture ratio of 5%, there is a deposit on the resist surface to the extent that resist stripping due to oxygen radicals cannot be performed at all. .. This wafer is dipped in a 0.5% HF solution at 22 ° C. for 10 seconds, washed with water and then subjected to the same resist stripping process, whereby the resist is completely ashed at a normal rate. The hydrofluoric acid solution etches the silicon thermal oxide film at a rate of 0.08 nm / sec. Further, the Si etch rate is significantly increased by only adding a small amount of oxygen to HBr. These results are considered to be due to the fact that silicon bromide, which is a product of etching silicon, re-reacts with oxygen in the plasma and on the solid surface to generate a large amount of bromine radicals and silicon oxide. That is, it is considered that the bromide radicals increase the etching rate of silicon, the silicon oxide is deposited on the main surface of the wafer other than the silicon surface being etched, and the silicon oxide deposited on the resist surface acts as an ashing prevention film. Be done.
【００１４】以上示した，ハロゲン化ガスと酸素ガスと
の混合ガスプラズマによるシリコンのエッチング状態に
おけるシリコンのハロゲン化合物と酸素との反応につい
ては、シリコンとの化学結合における結合エネルギーの
強弱で予想できる。すなわち、シリコンと酸素間の結合
エネルギーで規格化すると、シリコンと塩素間の結合エ
ネルギーは約０．９前後、シリコンと臭素間の結合エネ
ルギーは約０．８であり、シリコンと臭素間の化学結合
はシリコンと塩素間の化学結合よりも弱いので酸化され
やすい。そのため、プラズマ中及び固体表面のシリコン
の臭素化物の酸化によて臭素の再生量が多くなり、シリ
コンのエッチレートが増加するとともに、シリコン酸化
物の析出量も増加するものと考えられる。The reaction between the halogen compound of silicon and oxygen in the etching state of silicon by the mixed gas plasma of the halogenated gas and the oxygen gas as described above can be predicted by the strength of the bond energy in the chemical bond with the silicon. That is, when normalized by the bond energy between silicon and oxygen, the bond energy between silicon and chlorine is about 0.9, the bond energy between silicon and bromine is about 0.8, and the chemical bond between silicon and bromine is Is weaker than the chemical bond between silicon and chlorine and is therefore susceptible to oxidation. Therefore, it is considered that the amount of bromine regenerated increases due to the oxidation of silicon bromide in the plasma and on the solid surface, which increases the silicon etch rate and the amount of silicon oxide precipitation.
【００１５】本発明は上記の現象を利用し、シリコンエ
ッチング工程にＨＢｒと酸素の混合ガスプラズマによる
シリコンエッチングを含めることにより、有機レジスト
パタンの表面をシリコン酸化物でコーティングし、プラ
ズマにとっては有機レジストパタンがあたかも酸化膜マ
スクのように振る舞うことを特徴とする。さらに、本発
明は、ＨＢｒと酸素の混合ガスのエッチング直前にハロ
ゲンガスによるシリコンエッチングを先行させることに
より、最初からＨＢｒと酸素の混合ガス比でシリコンを
エッチングできる以上の酸素分圧でシリコンをエッチン
グし、有機レジストへのシリコン酸化物の析出レートを
コントロールすることを特徴とする。The present invention takes advantage of the above phenomenon, and includes silicon etching by a mixed gas plasma of HBr and oxygen in the silicon etching process to coat the surface of the organic resist pattern with silicon oxide, and for plasma, the organic resist is used. The feature is that the pattern behaves like an oxide film mask. Further, according to the present invention, the silicon etching by the halogen gas is preceded immediately before the etching of the mixed gas of HBr and oxygen, so that the silicon is etched at an oxygen partial pressure higher than that capable of etching the silicon with the mixed gas ratio of HBr and oxygen from the beginning. In addition, the deposition rate of silicon oxide on the organic resist is controlled.
【００１６】[0016]
【作用】本発明のエッチング方法では、レジスト表面に
シリコン酸化物をコーティングする。コーティング層の
膜厚は極めて薄いが、プラズマとレジストを完全に遮断
し、あたかもシリコン酸化膜をエッチングマスクとして
いるのと同様の作用がある。すなわち、ハロゲン化ガス
と酸素の混合ガスプラズマではシリコン酸化物のエッチ
レートが零に近いので、上記コーティング層はエッチン
グ中もレジストとプラズマが遮断し続ける。そのため、
エッチングの進展にかかわらずエッチングマスクの寸法
及び厚膜は変化しない。また、エッチング中にレジスト
からの反応生成物のプラズマ中への影響がなく、下地酸
化膜のエッチレートの低下が抑制される。In the etching method of the present invention, the resist surface is coated with silicon oxide. Although the thickness of the coating layer is extremely thin, it completely shuts off the plasma and the resist, and has the same effect as if the silicon oxide film were used as an etching mask. That is, in the mixed gas plasma of a halogenated gas and oxygen, the etching rate of silicon oxide is close to zero, so that the resist layer and the plasma continue to be interrupted during the etching of the coating layer. for that reason,
The size and the thickness of the etching mask do not change regardless of the progress of etching. Further, during etching, there is no influence of reaction products from the resist on the plasma, and a decrease in the etching rate of the underlying oxide film is suppressed.
【００１７】本発明により、有機レジストをエッチング
マスクに使用することによる工程の簡易性と主面の凹凸
の影響を受けにくいという汎用性を利用でき、かつ有機
レジストをエッチングマスクに用いることによる欠点で
あるエッチング中にエッチングマスク寸法が減少するこ
とと、下地膜エッチを増速させるという２つの欠点を抑
制することが同時になされる。According to the present invention, it is possible to utilize the simplicity of the process by using an organic resist as an etching mask and the versatility of being less susceptible to the unevenness of the main surface, and the drawbacks of using an organic resist as an etching mask. At the same time, the etch mask size is reduced during a given etch and the two drawbacks of accelerating the underlayer etch are simultaneously controlled.
【００１８】[0018]
実施例１ 図１は、本発明によるシリコンの精密加工方法の第１の
実施例を工程順に説明するための原理図である。ウエハ
１の主面にはシリコン酸化膜２，シリコン膜３が形成さ
れており、電極となるシリコン膜３上にはリソグラフィ
技術にて有機レジスト４がパタンニングされている（図
１(a) ）。このウエハ主面を、例えばＥＣＲプラズマエ
ッチング装置において、ＨＢｒガスを０．１５ｍＴorr
、マイクロ波入力４００Ｗのプラズマに曝してシリコ
ン膜３をエッチングする（図１(b)）。シリコン膜３の
エッチング途中にＨＢｒガスに酸素ガスを５％添加し、
シリコンをエッチングすると同時に有機レジスト４上に
シリコン酸化物５をコーティングする（図１(c) ）。但
し、シリコン酸化物５はシリコン膜３のエッチングによ
り形成されてなる側面にも析出する可能性があるが、確
認できないこと及び本発明には本質的でないことから、
図示しない。First Embodiment FIG. 1 is a principle diagram for explaining a first embodiment of a silicon precision machining method according to the present invention in the order of steps. A silicon oxide film 2 and a silicon film 3 are formed on the main surface of the wafer 1, and an organic resist 4 is patterned on the silicon film 3 serving as an electrode by a lithography technique (FIG. 1 (a)). . The main surface of the wafer is fed with HBr gas of 0.15 mTorr in an ECR plasma etching apparatus, for example.
Then, the silicon film 3 is etched by being exposed to a plasma having a microwave input of 400 W (FIG. 1 (b)). During the etching of the silicon film 3, 5% oxygen gas was added to HBr gas,
Simultaneously with etching the silicon, the organic resist 4 is coated with the silicon oxide 5 (FIG. 1 (c)). However, although the silicon oxide 5 may be deposited on the side surface formed by etching the silicon film 3, it cannot be confirmed and is not essential to the present invention.
Not shown.
【００１９】ついで、プラズマガスを塩素ガスと酸素ガ
スの混合ガスに変換し、シリコン膜３のエッチングを続
けると、シリコン酸化膜２が露出し、シリコン膜３のパ
タンニングが終了する（図１(d)）。この段階でシリコ
ンのエッチングを行う塩素と酸素の混合ガスではシリコ
ン酸化物のエッチレートは零に近い条件でエッチングす
ることが可能であるので、有機レジスト４表面にコーテ
ィングされたシリコン酸化膜５は有機レジスト４がプラ
ズマ中に曝されることを防止する。また、シリコン膜３
の加工終了後のレジスト除去法としては、希フッ酸に数
秒間浸漬し、水洗の後、通常のレジスト剥離工程でレジ
ストを完全に除去することができる。Next, when the plasma gas is converted into a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas and the etching of the silicon film 3 is continued, the silicon oxide film 2 is exposed and the patterning of the silicon film 3 is completed (see FIG. 1 ( d)). Since the etching rate of silicon oxide can be etched with a mixed gas of chlorine and oxygen that etches silicon at this stage, the etching rate of silicon oxide can be close to zero. The resist 4 is prevented from being exposed to plasma. Also, the silicon film 3
As a method for removing the resist after the processing of (1), the resist can be completely removed by dipping in dilute hydrofluoric acid for several seconds, washing with water, and then performing a normal resist stripping process.
【００２０】このように、有機レジスト４をシリコン酸
化物５でコーティングした結果、以後のシリコン膜３の
エッチングにおいて有機レジスト４の膜減りが防止さ
れ、有機レジスト４のサイドエッチングによる寸法減少
がなくなるとともに、有機レジスト成分のプラズマ中へ
の汚染が無くなるので、シリコンと酸化膜とのエッチン
グ選択比が上昇するという特徴を有している。As a result of coating the organic resist 4 with the silicon oxide 5 as described above, the film thickness of the organic resist 4 is prevented from being reduced in the subsequent etching of the silicon film 3 and the dimension reduction due to the side etching of the organic resist 4 is eliminated. Since the organic resist component is not contaminated in the plasma, the etching selection ratio between silicon and oxide film is increased.
【００２１】また、最初に酸素を添加せず、ハロゲン化
ガスのみでシリコンをエッチングすることにより、シリ
コン表面の自然酸化膜の影響を無くすことが可能とな
る。さらに、シリコン表面もしくはプラズマ中にシリコ
ンのハロゲン化物が存在している間に酸素を添加するこ
とにより、シリコンのハロゲン化物が酸素と反応してシ
リコンのエッチャントであるハロゲンを再生するため、
シリコンのエッチングが進行する酸素濃度の範囲が拡大
し、酸素濃度に依存するシリコン酸化物の析出レートの
コントロール幅が拡大するため、この方法の適用できる
範囲としても拡大するという特徴を有している。ここ
で、ＨＢｒは吸着水分の影響を受け易いので、図１(b)
のシリコンエッチングは塩素ガスを用いても良いし、６
弗化硫黄等の還元性ガスを用いても良い。また、極微量
の酸素を添加していても良い。Further, it is possible to eliminate the influence of the natural oxide film on the silicon surface by etching the silicon only with the halogenated gas without adding oxygen first. Furthermore, by adding oxygen while the silicon halide is present on the silicon surface or in the plasma, the silicon halide reacts with oxygen to regenerate the silicon etchant halogen,
Since the range of oxygen concentration in which silicon etching progresses expands, and the control range of the deposition rate of silicon oxide depending on the oxygen concentration expands, the method can be applied to a wider range. .. Here, since HBr is easily affected by the adsorbed moisture, FIG.
Chlorine gas may be used for the silicon etching of 6
A reducing gas such as sulfur fluoride may be used. Also, a very small amount of oxygen may be added.
【００２２】実施例２ 図２は、本発明の第２の実施例を示す断面図である。図
１の実施例との相違点は、図２(d)（図１(d)に相当）の
シリコン膜３が垂直にエッチされた時点において、酸素
ガスプラズマによりシリコン側壁を酸化してシリコン酸
化膜６を形成し（図２(e)）、続いてシリコンのエッチ
ングを塩素で継続する（図２(f)）という点である。レ
ジスト４表面はシリコン酸化膜５，６によってコーティ
ングされているので、酸素ガスプラズマの影響を受けな
い。Embodiment 2 FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. The difference from the embodiment of FIG. 1 is that when the silicon film 3 of FIG. 2 (d) (corresponding to FIG. 1 (d)) is vertically etched, the silicon sidewall is oxidized by oxygen gas plasma and silicon oxide is oxidized. The point is that the film 6 is formed (FIG. 2 (e)), and then etching of silicon is continued with chlorine (FIG. 2 (f)). Since the surface of the resist 4 is coated with the silicon oxide films 5 and 6, it is not affected by the oxygen gas plasma.
【００２３】また、塩素ラジカルは５０℃以上の温度で
はシリコン酸化膜６を拡散してシリコン膜３のサイドエ
ッチングが発生するが、５０℃以下の温度では酸化膜を
介してのエッチレートはほぼ零に近くなる。従って、ウ
エハ温度が５０℃以下の温度で塩素ガスプラズマにより
エッチングすれば、ウエハ主面に垂直なシリコン側面は
シリコン酸化膜６で覆われているのでエッチングを受け
ないが、プラズマに直接曝される水平な部分ではイオン
のエネルギーと流速が十分に大きいので、いわゆるイオ
ンアシストエッチング作用で表面のシリコン酸化膜７が
塩素によってエッチングを受け、さらにシリコン膜３ａ
のエッチングが進行する。At a temperature of 50 ° C. or higher, chlorine radicals diffuse in the silicon oxide film 6 to cause side etching of the silicon film 3, but at a temperature of 50 ° C. or lower, the etching rate through the oxide film is almost zero. Get closer to. Therefore, if etching is performed by chlorine gas plasma at a wafer temperature of 50 ° C. or less, the silicon side surface vertical to the main surface of the wafer is covered with the silicon oxide film 6 and is not subjected to etching, but is directly exposed to plasma. Since the energy and flow velocity of the ions are sufficiently high in the horizontal portion, the silicon oxide film 7 on the surface is etched by chlorine by the so-called ion-assisted etching action, and the silicon film 3a
Etching progresses.
【００２４】この場合、レジスト４上のシリコン酸化物
もシリコン酸化膜７と同様にウエハ主面に水平であるの
でエッチング中に除去され、レジスト４の頂上部分はプ
ラズマに曝される。このため、プラズマ雰囲気にはレジ
スト４からの反応生成物が含まれ下地シリコン酸化膜２
のエッチンググレートは増加するという欠点がある。し
かし、レジスト４側面はシリコン酸化物５，６でコーテ
ィングされているので、レジスト寸法の減少は抑えら
れ、さらに、有機レジスト４では通常生ずる現象である
レジスト側壁がスパッタされてレジストパタンと平行に
局所的に下地シリコン膜２の表面を汚染し、その部分で
下地シリコン酸化膜２のエッチレートを大きく増加する
現象を防止できる。In this case, since the silicon oxide on the resist 4 is also horizontal to the main surface of the wafer like the silicon oxide film 7, it is removed during the etching, and the top portion of the resist 4 is exposed to plasma. For this reason, the plasma atmosphere contains reaction products from the resist 4, and the underlying silicon oxide film 2
However, there is a drawback in that the etching rate is increased. However, since the side surface of the resist 4 is coated with the silicon oxides 5 and 6, the reduction of the resist size is suppressed, and the side wall of the resist, which is a phenomenon that normally occurs in the organic resist 4, is sputtered to be parallel to the resist pattern. It is possible to prevent the phenomenon that the surface of the underlying silicon film 2 is contaminated and the etching rate of the underlying silicon oxide film 2 is greatly increased at that portion.
【００２５】図２(f) においては、シリコン酸化膜のエ
ッチングが進む程度に微量の酸素を添加しても良いし、
表面のシリコン酸化膜７を塩素で除去してから酸素を添
加しても良い。側壁のシリコン酸化膜６よりもプラズマ
に直接曝されるシリコン酸化膜７のエッチレートが大き
いことを利用できるためである。また、塩素の代わりに
ＨＢｒを使用しても良い。In FIG. 2 (f), a small amount of oxygen may be added to the extent that etching of the silicon oxide film proceeds,
Oxygen may be added after removing the silicon oxide film 7 on the surface with chlorine. This is because the fact that the etching rate of the silicon oxide film 7 directly exposed to plasma is higher than that of the silicon oxide film 6 on the side wall can be utilized. Further, HBr may be used instead of chlorine.
【００２６】実施例３ 図３は、本発明の第３の実施例を示す断面図である。図
１との相違点は、シリコン膜３のエッチングの当初か
ら、ＥＣＲプラズマエッチング装置においてＨＢｒと酸
素と四塩化珪素の混合ガスでシリコンをエッチングする
（図３(b) ）。四塩化珪素はシリコン表面の自然酸化膜
をエッチングするとともに、酸素ガスとの反応やプラズ
マ中の衝突反応により塩素ラジカルを供給しシリコンを
エッチングする。また、ＨＢｒとシリコンの反応物であ
るシリコン臭化物は酸素により酸化されて臭素を再生す
るとともに、シリコン酸化物となりレジスト表面に析出
する。続いて、ガスを塩素ガスと酸素ガスの混合ガスに
変換し、シリコン膜３のエッチングを続けると、シリコ
ン酸化膜２が露出し、シリコン膜３のパタンニングが終
了する（図３(c)）。また、図３(b)において、四塩化珪
素の代わりに四臭化珪素を使用しても良い。Embodiment 3 FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that silicon is etched with a mixed gas of HBr, oxygen and silicon tetrachloride in an ECR plasma etching apparatus from the beginning of etching of the silicon film 3 (FIG. 3 (b)). Silicon tetrachloride etches the natural oxide film on the surface of silicon, and also supplies chlorine radicals by reaction with oxygen gas or collision reaction in plasma to etch silicon. In addition, silicon bromide, which is a reaction product of HBr and silicon, is oxidized by oxygen to regenerate bromine, and at the same time becomes silicon oxide to be deposited on the resist surface. Subsequently, when the gas is converted into a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas and the etching of the silicon film 3 is continued, the silicon oxide film 2 is exposed and the patterning of the silicon film 3 is completed (FIG. 3 (c)). .. Further, in FIG. 3B, silicon tetrabromide may be used instead of silicon tetrachloride.
【００２７】なお、上記実施例はＥＣＲプラズマ装置を
用いて説明したが、これはＥＣＲプラズマ装置において
はイオンの衝突エネルギーが低くシリコンと酸化膜との
エッチング選択比が得易い点、かつイオン化率が高いの
で再反応の効果が生じやすい点からである。本発明は、
ＥＣＲプラズマ装置に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々の装置に適用可能であ
ることは勿論である。Although the above embodiment has been described using the ECR plasma device, this is because the ion collision energy is low in the ECR plasma device and the etching selection ratio between silicon and the oxide film is easily obtained and the ionization rate is high. This is because the effect of re-reaction is likely to occur because it is high. The present invention is
The invention is not limited to the ECR plasma device, and it is needless to say that it can be applied to various devices without departing from the scope of the invention.
【００２８】また、上記実施例ではシリコン膜のエッチ
ングの場合について説明したが、シリコン基板のエッチ
ングにも適用できることは勿論である。さらに、エッチ
ング対象膜としてはシリコン膜に限らず、シリコン膜を
含む膜構成であればよく、例えば金属シリサイドとシリ
コンの２層膜であっても良いことは勿論である。また、
エッチングマスクとしては有機レジストに限定されるも
のではなく、無機レジストでも良いことは言うまでもな
い。In the above embodiment, the case of etching a silicon film has been described, but it goes without saying that it can be applied to the etching of a silicon substrate. Further, the film to be etched is not limited to the silicon film, but may be a film structure including the silicon film, and may be, for example, a two-layer film of metal silicide and silicon. Also,
It goes without saying that the etching mask is not limited to the organic resist and may be an inorganic resist.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、レジスト
パタンをマスクとしてそのレジスト表面にシリコンと酸
素を含む化合物が析出する条件でシリコンをプラズマエ
ッチングすることにより、プラズマエッチング中のレジ
ストマスクの膜減り及び寸法減少および固体表面のレジ
ストからの汚染が防止できる。したがって、簡易性と汎
用性に優れる通常の有機レジストを用いたリソグラフィ
技術でも、シリコン膜の高精度加工，下地酸化膜との高
エッチング選択比加工が可能になる。その結果、製造工
程の大幅な変更なしで、集積回路の高性能化が可能にな
り、マイクロマシンに適用すればその微細化が可能にな
る。As described above, according to the present invention, by using the resist pattern as a mask, the silicon is plasma-etched under the condition that the compound containing silicon and oxygen is deposited on the surface of the resist. Reduction and size reduction and contamination from resist on solid surface can be prevented. Therefore, it is possible to perform high-precision processing of a silicon film and high etching selection ratio processing with an underlying oxide film even by a lithography technique using an ordinary organic resist that is simple and versatile. As a result, it is possible to improve the performance of the integrated circuit without drastically changing the manufacturing process, and it is possible to miniaturize the integrated circuit when applied to a micromachine.
【図１】本発明によるシリコンの精密加工方法の第１の
実施例を工程順に説明するための構造断面図である。FIG. 1 is a structural cross-sectional view for explaining a first embodiment of a silicon precision machining method according to the present invention in the order of steps.
【図２】本発明による第２の実施例を説明するための構
造断面図である。FIG. 2 is a structural sectional view for explaining a second embodiment according to the present invention.
【図３】本発明の第３の実施例を説明するための構造断
面図である。FIG. 3 is a structural sectional view for explaining a third embodiment of the present invention.
１ ウエハ ２ 絶縁膜 ３ シリコン膜 ３ａ シリコン膜 ４ 有機レジスト ５ シリコン酸化物 ６ シリコン酸化膜 ７ シリコン酸化膜 1 Wafer 2 Insulating Film 3 Silicon Film 3a Silicon Film 4 Organic Resist 5 Silicon Oxide 6 Silicon Oxide Film 7 Silicon Oxide Film
Claims (3)
タンを形成する工程と、前記レジストパタンをマスクと
して、そのレジスト表面にシリコンと酸素を含む化合物
が析出する条件で前記シリコン層をプラズマエッチング
する工程とからなることを特徴とするシリコンの精密加
工方法。1. A step of forming a silicon layer and a resist pattern on a main surface of a wafer, and plasma etching the silicon layer under the condition that a compound containing silicon and oxygen is deposited on the resist surface using the resist pattern as a mask. A precision processing method for silicon, comprising the steps of:
を含む混合ガスを用いてプラズマエッチングを行うこと
を特徴とするシリコンの精密加工方法。2. The method for precise processing of silicon according to claim 1, wherein plasma etching is performed using a mixed gas containing silicon halide.
トをマスクとして加工する方法において、前記レジスト
表面にシリコンと酸素を含む化合物が析出する条件で、
あらかじめ前記シリコン電極をプラズマエッチングする
工程と、この工程によりエッチングされたシリコン電極
の側壁を酸素ガスプラズマにより酸化する工程と、しか
る後このシリコン電極を再びプラズマエッチングする工
程とからなることを特徴とするシリコンの精密加工方
法。3. A method of processing a silicon electrode pattern on an insulating film using a resist as a mask, wherein a compound containing silicon and oxygen is deposited on the resist surface,
It is characterized by comprising a step of plasma etching the silicon electrode in advance, a step of oxidizing the side wall of the silicon electrode etched by this step with oxygen gas plasma, and a step of plasma etching the silicon electrode again thereafter. Precision processing method of silicon.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5601092A JPH05217961A (en) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | Precision processing method for silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5601092A JPH05217961A (en) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | Precision processing method for silicon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05217961A true JPH05217961A (en) | 1993-08-27 |
Family
ID=13015090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5601092A Pending JPH05217961A (en) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | Precision processing method for silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05217961A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005534518A (en) * | 2002-07-30 | 2005-11-17 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Layer system having a silicon layer and a passive layer, a method for forming a passive layer on a silicon layer, and uses thereof |
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-
1992
- 1992-02-07 JP JP5601092A patent/JPH05217961A/en active Pending
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