JPH053181A - Dry etching method - Google Patents
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- JPH053181A JPH053181A JP4241491A JP4241491A JPH053181A JP H053181 A JPH053181 A JP H053181A JP 4241491 A JP4241491 A JP 4241491A JP 4241491 A JP4241491 A JP 4241491A JP H053181 A JPH053181 A JP H053181A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、特に断面形状がいわゆる逆テーパー状に形成され
たレジスト・パターンをマスクとする場合にも寸法変換
差を解消する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method, and more particularly to a method for eliminating a dimensional conversion difference even when a resist pattern having a so-called reverse taper cross section is used as a mask.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＶＬＳＩ、さらにはＵＬＳＩと半導体装
置のデザイン・ルールが微細化されるに伴い、フォトリ
ソグラフィの分野においても露光装置の高開口数化、露
光波長の短波長化、フォトレジスト材料の改良等に関す
る研究が進められている。特に、露光光源として、従来
の高圧水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ），ｉ線（３６５
ｎｍ）等の光源に代わり、ＫｒＦエキシマ・レーザー光
（２４８ｎｍ）等のエキシマ・レーザー光源を使用する
エキシマ・レーザー・リソグラフィが、比較的容易に高
解像度を達成させ得る技術として注目されている。2. Description of the Related Art With the miniaturization of VLSI, further ULSI and semiconductor device design rules, in the field of photolithography, the exposure apparatus has a higher numerical aperture, a shorter exposure wavelength and a photoresist material. Research on improvements is ongoing. In particular, as an exposure light source, g-line (436 nm) and i-line (365) of a conventional high pressure mercury lamp are used.
Excimer laser lithography, which uses an excimer laser light source such as KrF excimer laser light (248 nm) in place of a light source such as KrF excimer laser light (248 nm), is attracting attention as a technique that can achieve high resolution relatively easily.
【０００３】ところで、エキシマ・レーザー・リソグラ
フィにおいては、従来からｇ線露光やｉ線露光に典型的
に用いられてきたノボラック系ポジ型フォトレジストを
そのまま適用することは難しい。それは、ベース樹脂で
あるノボラック樹脂、および感光剤として添加されてい
るナフトキノンジアジド系化合物の芳香環がＫｒＦエキ
シマ・レーザー光の波長域に大きな吸収を有しているた
めに、感度が不足する他、露光光の透過性が著しく低下
し、フォトレジスト・パターンの断面形状がテーパー化
してしまうからである。By the way, in excimer laser lithography, it is difficult to directly apply the novolac-based positive photoresist which has been typically used for g-line exposure or i-line exposure. It is because the novolak resin as the base resin and the aromatic ring of the naphthoquinonediazide compound added as a photosensitizer have a large absorption in the wavelength range of the KrF excimer laser light, resulting in insufficient sensitivity. This is because the transmittance of the exposure light is remarkably reduced and the sectional shape of the photoresist pattern is tapered.
【０００４】かかる事情から、エキシマ・レーザー波長
にて高感度および高解像度を達成できるフォトレジスト
材料が望まれている。近年、このようなフォトレジスト
として、いわゆる化学増幅系レジストが注目されてい
る。これは、光反応によりまずオニウム塩，ポリハロゲ
ン化物等の光反応性酸触媒発生剤（以下、単に光酸発生
剤と称する。）から酸触媒を発生させ、次にこの酸触媒
の存在下で熱処理（ポストベーキング）を行うことによ
り重合，架橋，官能基変換等のレジスト反応を進行さ
せ、その溶解速度変化を生ぜしめるタイプのフォトレジ
ストである。化学増幅系レジストは、レジスト反応のタ
イプによりポジ型とネガ型、また基本成分の数により二
成分系，三成分系等に分類される。現状では、ベース樹
脂にノボラック樹脂、光酸発生剤にＤＤＴ（ｐ，ｐ′−
ジクロロジフェニルトリクロロエタン）、酸架橋剤にヘ
キサメチロールメラミンを使用したネガ型三成分系レジ
ストが最も実用化に近いものとされている。このレジス
トの解像機構は、まずＫｒＦエキシマ・レーザー露光に
よりＤＤＴから酸触媒が生成し、この酸触媒がポストベ
ーキング時に架橋剤によるベース樹脂の架橋を促進する
ことにより露光部がアルカリ不溶となることにもとづい
ている。Under these circumstances, there is a demand for a photoresist material capable of achieving high sensitivity and high resolution at the excimer laser wavelength. In recent years, so-called chemically amplified resists have received attention as such photoresists. This is because an acid catalyst is first generated by a photoreaction from a photoreactive acid catalyst generator (hereinafter simply referred to as a photoacid generator) such as onium salt or polyhalide, and then in the presence of this acid catalyst. This is a type of photoresist that undergoes heat treatment (post-baking) to promote resist reactions such as polymerization, cross-linking, and functional group conversion, resulting in changes in its dissolution rate. Chemically amplified resists are classified into positive type and negative type depending on the type of resist reaction, and two-component type, three-component type and the like depending on the number of basic components. Currently, the base resin is a novolac resin, and the photoacid generator is DDT (p, p'-).
It is said that the negative type three-component resist using dichlorodiphenyltrichloroethane) and hexamethylolmelamine as an acid cross-linking agent is the most practically available. The resolution mechanism of this resist is that an acid catalyst is first generated from DDT by KrF excimer laser exposure, and this acid catalyst promotes crosslinking of the base resin by a crosslinking agent during post-baking, so that the exposed area becomes insoluble in alkali. Based on.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなネガ型の化学増幅系レジストは、露光光の膜厚方
向の光量分布の影響を受け易く、露光部においては表面
付近がより高い難溶性を示すようになるので、現像後に
は断面形状が特有の逆テーパー状を呈する。このような
レジスト・パターンの断面形状の劣化は、該パターンを
マスクとしてエッチングを行う際に、エッチング機構に
よっては寸法変換差を生ずる原因となる。However, the negative-type chemically amplified resist as described above is easily affected by the light amount distribution of the exposure light in the film thickness direction, and in the exposed portion, it is more difficult to dissolve near the surface. Therefore, after development, the cross-sectional shape exhibits a unique inverse taper shape. Such deterioration of the cross-sectional shape of the resist pattern causes a dimensional conversion difference depending on the etching mechanism when etching is performed using the pattern as a mask.
【０００６】たとえば図２（ａ）に示されるように、基
板１１上に形成された被エッチング材料層１２をフォト
レジスト・パターン１３をマスクとしてエッチングする
場合を考える。ここで、上記フォトレジスト・パターン
１３の断面形状は垂直壁を有する矩形のパターンとはな
っておらず、膜厚方向の最下面におけるパターン幅ｄ2
が最上面におけるパターン幅ｄ1 よりも小（ｄ1 ＞
ｄ2 ）となる、いわゆる逆テーパー状となされている。
このうち、パターン幅ｄ1 が目的とするパターン幅であ
る。For example, as shown in FIG. 2A, consider a case where the material layer 12 to be etched formed on the substrate 11 is etched using the photoresist pattern 13 as a mask. Here, the cross-sectional shape of the photoresist pattern 13 is not a rectangular pattern having vertical walls, but the pattern width d 2 at the bottom surface in the film thickness direction.
Is smaller than the pattern width d 1 on the uppermost surface (d 1 >
d 2 ), that is, a so-called reverse taper shape.
Of these, the pattern width d 1 is the target pattern width.
【０００７】このようなフォトレジスト・パターン１３
をマスクとして被エッチング材料層１２のエッチングを
行う場合、該被エッチング材料層１２がたとえば酸化シ
リコンのように主としてイオン・モードによりエッチン
グされる材料からなる場合には、図２（ｂ）に示される
ように、エッチング後の被エッチング材料層１２ａのパ
ターン幅はほぼパターン幅ｄ1 と等しくなる。これは、
一般にイオン・モードにより微細なパターンのエッチン
グを行う際には低ガス圧，高バイアス電圧の条件が適用
され、これによりイオンｉ+ の平均自由行程が延び、入
射方向も被エッチング層１２に対してほぼ垂直に揃えら
れるので、イオンｉ+ の入射範囲がフォトレジスト・パ
ターン１３の最上面の幅ｄ1 でほぼ規制されるからであ
る。Such a photoresist pattern 13
When the material layer 12 to be etched is etched by using as a mask, the material layer 12 to be etched is shown in FIG. 2B when it is made of a material such as silicon oxide which is mainly etched by the ion mode. As described above, the pattern width of the etched material layer 12a after etching becomes substantially equal to the pattern width d 1 . this is,
Generally, when a fine pattern is etched by the ion mode, low gas pressure and high bias voltage conditions are applied, whereby the mean free path of the ions i + is extended, and the incident direction is also relative to the etching target layer 12. Since they are aligned almost vertically, the incident range of the ions i + is substantially restricted by the width d 1 of the uppermost surface of the photoresist pattern 13.
【０００８】しかし、上記被エッチング材料層１２がた
とえば多結晶シリコンやアルミニウム系材料のように主
としてラジカル・モードによりエッチングされる材料か
らなる場合には、図３に示されるように、エッチング後
の被エッチング材料層１２ｂのパターン幅はほぼパター
ン幅ｄ2 と等しくなってしまう。これは、ラジカルｒ*
はイオンと異なり運動方向を揃えることができないた
め、斜め入射成分の影響が強く現れてレジスト・パター
ン１３の最下面からエッチングが進行するためである。
したがって、目的とするパターン幅ｄ1 と得られるパタ
ーン幅ｄ2 との間に差が生じてしまう。これが寸法変換
差である。このように、レジスト・パターンの断面形状
がいわゆる逆テーパー状とされていると、被エッチング
材料層の種類によっては寸法変換差が生じてしまう。However, when the material layer 12 to be etched is made of a material such as polycrystalline silicon or aluminum-based material which is mainly etched by the radical mode, as shown in FIG. The pattern width of the etching material layer 12b becomes almost equal to the pattern width d 2 . This is the radical r *
This is because, unlike the ions, the directions of motion cannot be aligned, so that the influence of the obliquely incident component appears strongly and etching proceeds from the lowermost surface of the resist pattern 13.
Therefore, there is a difference between the target pattern width d 1 and the obtained pattern width d 2 . This is the size conversion difference. As described above, when the cross-sectional shape of the resist pattern is so-called reverse taper, a dimensional conversion difference may occur depending on the type of material layer to be etched.
【０００９】そこで本発明は、レジスト・パターンの断
面形状がいわゆる逆テーパー状とされている場合にも、
被エッチング材料層の種類によらず、常に寸法変換差の
ないエッチングを行うことが可能なドライエッチング方
法を提供することを目的とする。Therefore, according to the present invention, even when the cross-sectional shape of the resist pattern is a so-called inverse taper shape,
An object of the present invention is to provide a dry etching method capable of always performing etching with no difference in dimension conversion regardless of the type of material layer to be etched.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達成するために検討を重ねた結果、被エッチング材料
層のエッチング前か、もしくはエッチング中にレジスト
・パターンの断面形状を補正すれば寸法変換差が解消さ
れることを見出し、本発明を提案するに至ったものであ
る。As a result of repeated studies to achieve the above object, the present inventor has found that the cross-sectional shape of a resist pattern can be corrected before or during the etching of a material layer to be etched. Therefore, they have found that the dimensional conversion difference is eliminated, and have come to propose the present invention.
【００１１】すなわち、本発明の第１の発明にかかるド
ライエッチング方法は、パターン幅が膜厚方向の最上面
から最下面へ向けて小とされることにより傾斜側壁部が
形成されてなるレジスト・パターンをマスクとして被エ
ッチング材料層のエッチングを行うドライエッチング方
法であって、前記傾斜側壁部に放電反応生成物を堆積さ
せて該傾斜側壁部を前記被エッチング材料層に対して略
垂直に整形した後、該被エッチング材料層のエッチング
を行うことを特徴とするものである。That is, in the dry etching method according to the first aspect of the present invention, the resist width in which the inclined side wall portion is formed by reducing the pattern width from the uppermost surface to the lowermost surface in the film thickness direction. A dry etching method for etching a material layer to be etched using a pattern as a mask, wherein a discharge reaction product is deposited on the inclined sidewall portion to shape the inclined sidewall portion substantially perpendicular to the material layer to be etched. After that, the material layer to be etched is etched.
【００１２】さらに、本発明の第２の発明にかかるドラ
イエッチング方法は、前記傾斜側壁部にエッチング反応
生成物を堆積させて該傾斜側壁部を前記被エッチング材
料層に対して略垂直に整形しながら該被エッチング材料
層のエッチングを行うことを特徴とするものである。Further, in the dry etching method according to the second aspect of the present invention, an etching reaction product is deposited on the inclined side wall portion to shape the inclined side wall portion substantially perpendicular to the material layer to be etched. However, the etching is performed on the material layer to be etched.
【００１３】[0013]
【作用】本発明の第１の発明では、被エッチング材料層
のエッチングに先立って逆テーパー状に形成されたレジ
スト・パターンの傾斜側壁部が放電反応生成物の堆積に
より被エッチング材料層に対して略垂直となるように補
正される。かかる堆積は、たとえば堆積反応とスパッタ
リングが競合するような条件を適宜設定することで達成
可能である。その結果、レジスト・パターンの最下面に
おけるパターン幅ｄ2 は最上面におけるパターン幅ｄ1
とほぼ等しくなるので、後に行われるエッチングがイオ
ン・モードを主体とする場合はもちろん、ラジカル・モ
ードを主体とする場合であっても目的のパターン幅を維
持したエッチングが行われ、寸法変換差が解消される。According to the first aspect of the present invention, the inclined sidewall portion of the resist pattern formed in an inverse taper shape prior to the etching of the material layer to be etched is deposited on the material layer to be etched by the deposition of the discharge reaction product. It is corrected to be almost vertical. Such deposition can be achieved by, for example, appropriately setting conditions such that the deposition reaction and sputtering compete with each other. As a result, the pattern width d 2 at the bottom surface of the resist pattern is the pattern width d 1 at the top surface.
Therefore, when the etching to be performed later is mainly based on the ion mode, even if the etching is mainly based on the radical mode, the etching is performed while maintaining the target pattern width, and the difference in dimensional conversion is Will be resolved.
【００１４】本発明の第２の発明では、被エッチング材
料層のエッチングと上述のレジスト・パターンとの補正
とが同時に行われる。この場合にも、エッチング反応も
しくはスパッタリングと堆積反応とが競合するような条
件を適宜設定することにより、第１の発明と同様の効果
を得ることができる。In the second aspect of the present invention, the etching of the material layer to be etched and the correction of the above-mentioned resist pattern are simultaneously performed. Also in this case, the same effect as that of the first invention can be obtained by appropriately setting the conditions such that the etching reaction or the sputtering reaction and the deposition reaction compete with each other.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面を
参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１６】実施例１
本実施例は、本願の第１の発明をゲート加工に適用し、
逆テーパー状のレジスト・パターンをＳｉＣｌ4 ／Ｎ2
混合ガス系からの放電反応生成物により整形した後、Ｈ
Ｂｒを用いてＤＯＰＯＳ（ｄｏｐｅｄ ｐｏｌｙｓｉｌ
ｉｃｏｎ）層をエッチングした例である。このプロセス
を図１（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。まず、
図１（ａ）に示されるように、シリコン等からなる半導
体基板１上にゲート酸化膜２を介してＤＯＰＯＳ層３を
形成した。さらにＤＯＰＯＳ層３上に化学増幅系ネガ型
フォトレジスト（シプレー社製：商品名ＳＡＬ６０１）
を塗布して１μｍ厚のフォトレジスト層を形成し、Ｋｒ
Ｆエキシマ・レーザー・ステッパを使用して選択露光を
行い、ポストベーキングおよびアルカリ現像処理を経て
フォトレジスト・パターン４を形成した。このフォトレ
ジスト・パターン４の断面形状はいわゆる逆テーパー状
となり、傾斜側壁部４ａが形成されていた。このときの
最上面におけるパターン幅Ｄ1 は０．４μｍ、最下面に
おけるパターン幅はＤ2 は０．３μｍであった。Example 1 In this example, the first invention of the present application is applied to gate processing,
Reverse taper resist pattern is SiCl 4 / N 2
After shaping by the discharge reaction product from the mixed gas system, H
DoPOS (doped polysil) using Br
This is an example of etching the (icon) layer. This process will be described with reference to FIGS. First,
As shown in FIG. 1A, a DOPOS layer 3 was formed on a semiconductor substrate 1 made of silicon or the like with a gate oxide film 2 interposed therebetween. Further, a chemically amplified negative photoresist (made by Shipley Co., Ltd .: trade name SAL601) is formed on the DOPOS layer 3.
To form a photoresist layer with a thickness of 1 μm.
Selective exposure was performed using an F excimer laser stepper, and post-baking and alkali development treatment were performed to form a photoresist pattern 4. The cross-sectional shape of this photoresist pattern 4 was a so-called reverse taper shape, and the inclined side wall portion 4a was formed. At this time, the pattern width D 1 on the uppermost surface was 0.4 μm, and the pattern width D 2 on the lowermost surface was 0.3 μm.
【００１７】次に、この状態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Ｓ
ｉＣｌ4 流量１０ＷＣＣＭ，Ｎ2流量１０ＳＣＣＭ，ガ
ス圧１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ），マイクロ波パワー
８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー０Ｗの条件でプラズマ
処理を行った。この結果、図１（ｂ）に示されるよう
に、上記フォトレジスト・パターン４の傾斜側壁部４ａ
にエッチング反応生成物が堆積してスペーサ５が形成さ
れ、マスクの断面形状はほぼ矩形に整形された。ここで
用いたＳｉＣｌ4 ／Ｎ2 系は、本発明者が先に特開昭６
３−７３５２６号公報おいて、シリコン・トレンチ・エ
ッチングに適用して良好な結果を得たガス系である。こ
の先行技術では、放電により気相中から生成するＳｉx
Ｎy ，Ｓｉx Ｎy Ｃｌz 等の組成を有する反応生成物を
側壁保護に利用して、良好な異方性加工を行っている。
本実施例では、これらの放電反応生成物がスペーサ５を
構成しているわけである。ただし、本実施例ではＲＦバ
イアスを印加していないので、下地であるＤＯＰＯＳ層
３のエッチングは進行しない。しかし、プラズマ処理条
件が最適に設定されている結果、傾斜側壁部４ａとＤＯ
ＰＯＳ層３の表面に挟まれた狭隘なコーナー部では上述
の放電反応生成物の堆積反応が優先し、傾斜側壁部４ａ
の上方のごとく外部環境に向けて比較的大きく開放され
た部位ではスパッタリングが優先するという機構によ
り、マスクの断面形状が首尾よく整形された。なお、同
様の整形はたとえば全面に反応生成物を堆積させた後、
エッチバックを行うといった２段階の工程を経ることに
よっても可能であるが、本実施例の方法によれば１段階
の工程で整形が可能となり、しかもオーバーエッチング
による損傷等の虞れがないので遙かに有利である。Next, the wafer in this state is set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and S is used as an example.
Plasma treatment was performed under the conditions of iCl 4 flow rate of 10 WCCM, N 2 flow rate of 10 SCCM, gas pressure of 1.3 Pa (10 mTorr), microwave power of 850 W, and RF bias power of 0 W. As a result, as shown in FIG. 1B, the inclined sidewall portion 4a of the photoresist pattern 4 is formed.
The etching reaction product was deposited on the substrate to form the spacer 5, and the cross-sectional shape of the mask was shaped into a substantially rectangular shape. The present inventors have previously described the SiCl 4 / N 2 system used here in Japanese Patent Laid-Open No.
In JP-A-3-73526, it is a gas system which has been applied to silicon trench etching and obtained good results. In this prior art, Si x generated from the gas phase by discharge
The reaction product having a composition such as N y or Si x N y Cl z is used for side wall protection to perform favorable anisotropic processing.
In this embodiment, these discharge reaction products constitute the spacer 5. However, in this embodiment, since the RF bias is not applied, the etching of the underlying DOPOS layer 3 does not proceed. However, as a result of the plasma processing conditions being optimally set, the inclined side wall portion 4a and the DO
In the narrow corner portion sandwiched between the surfaces of the POS layer 3, the above-mentioned deposition reaction of the discharge reaction product has priority, and the inclined side wall portion 4a
The cross-sectional shape of the mask was successfully shaped by the mechanism that sputtering is prioritized at a site relatively open to the external environment such as above. Note that the same shaping can be performed, for example, after depositing the reaction product on the entire surface,
Although it is possible to go through a two-step process such as etching back, according to the method of this embodiment, the shaping can be performed in one step and there is no fear of damage due to overetching. Is advantageous.
【００１８】次に、上述のフォトレジスト・パターン４
とスペーサ５とをマスクとして、ＤＯＰＯＳ層３のエッ
チングを行った。すなわち、同じく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ＨＢｒ流量
５０ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ，マイクロ波パワー８
５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワー１００Ｗ（２ＭＨｚ）の
条件でエッチングを行った。ＨＢｒから生成するＢｒ*
は、半径が比較的大きくシリコン系材料層の結晶格子内
や結晶粒界内には侵入しないため自発的なエッチングは
起こさないが、イオン衝撃を伴った場合のみエッチング
を進行させる。したがって、高異方性の達成には極めて
優れたガスである。また、脱フロン対策としても有効で
ある。このエッチングの結果、図１（ｃ）に示されるよ
うに、パターン幅Ｄ1 を有するゲート電極３ａが良好な
異方性形状をもって形成された。Next, the photoresist pattern 4 described above is used.
Using the spacers 5 as a mask, the DOPOS layer 3 was etched. That is, using the same magnetic field microwave plasma etching apparatus, as an example, HBr flow rate 50 SCCM, gas pressure 1.3 Pa, microwave power 8
Etching was performed under the conditions of 50 W and RF bias power of 100 W (2 MHz). Br * generated from HBr
Has a relatively large radius and does not penetrate into the crystal lattice or the crystal grain boundaries of the silicon-based material layer, so that spontaneous etching does not occur, but etching proceeds only when ion bombardment occurs. Therefore, it is an extremely excellent gas for achieving high anisotropy. It is also effective as a measure against CFCs. As a result of this etching, as shown in FIG. 1C, the gate electrode 3a having the pattern width D 1 was formed with a good anisotropic shape.
【００１９】実施例２
本実施例は、本願の第１の発明をゲート加工に適用した
他の例であり、逆テーパー状のレジスト・パターンをＳ
2 Ｆ2 ／Ｈ2 Ｓ混合ガス系からの放電反応生成物により
整形した後、Ｓ2 Ｆ2 を用いてＤＯＰＯＳ層をエッチン
グした例である。まず、実施例１と同様にＤＯＰＯＳ層
３上に逆テーパー状のフォトレジスト・パターン４が形
成されたウェハを有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置のウェハ載置電極上にセットした。ここで使用し
たウェハ載置電極は、内蔵する冷却配管に装置外部に設
置されるチラー等の冷却設備から冷媒を導入して循環さ
せることにより、処理中のウェハ温度を０℃以下に冷却
することが可能となされたものである。本実施例ではエ
タノール冷媒を使用した。この状態で、一例としてＳ2
Ｆ2 流量５ＳＣＣＭ，Ｈ2 Ｓ流量１０ＳＣＣＭ，ガス圧
１．３Ｐａ，マイクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス
・パワー１０Ｗ（２ＭＨｚ），ウェハ温度−３０℃の条
件でプラズマ処理を行った。上記Ｓ2 Ｆ2 は、本発明者
が先に特願平２−１９８０４５号明細書においてドライ
エッチング用ガスとして提案したフッ化イオウのひとつ
であり、マイクロ波放電により解離してＳやＦ* 等を生
成することができる。しかし、上記プラズマ処理はフォ
トレジスト・パターン４の断面形状を整形することが目
的であって、整形前にＤＯＰＯＳ層３がエッチングされ
てはならないので、ガス系にＨ2Ｓを添加してＨ* を生
成させ、過剰なＦ* を捕捉しているのである。また、Ｈ
2 ＳからもＳが形成する。Ｓ2 Ｆ2 とＨ2 Ｓの両方から
生成したＳは、ウェハが低温冷却されていることにより
その表面へ堆積するが、弱いＲＦバイアス・パワーが印
加されていることによりイオンの垂直入射面では直ちに
スパッタ除去され、イオンの入射が起こらないパターン
側壁部においては堆積する。かかる機構により、フォト
レジスト・パターン４の傾斜側壁部４ａにＳが堆積して
スペーサ５が形成され、マスクの断面形状はほぼ矩形に
整形された。Embodiment 2 This embodiment is another example in which the first invention of the present application is applied to gate processing, and an inverse tapered resist pattern is formed by S
In this example, the DOPOS layer is etched using S 2 F 2 after being shaped by the discharge reaction product from the 2 F 2 / H 2 S mixed gas system. First, as in Example 1, the wafer in which the reverse tapered photoresist pattern 4 was formed on the DOPOS layer 3 was set on the wafer mounting electrode of the magnetic field microwave plasma etching apparatus. The wafer mounting electrode used here cools the wafer temperature during processing to 0 ° C. or less by introducing a coolant into a built-in cooling pipe from a cooling facility such as a chiller installed outside the device to circulate the coolant. It was made possible. In this example, an ethanol refrigerant was used. In this state, as an example, S 2
Plasma treatment was performed under the conditions of F 2 flow rate 5 SCCM, H 2 S flow rate 10 SCCM, gas pressure 1.3 Pa, microwave power 850 W, RF bias power 10 W (2 MHz), and wafer temperature -30 ° C. The above S 2 F 2 is one of the sulfur fluorides that the present inventor has previously proposed as a dry etching gas in Japanese Patent Application No. 2-198045, and is dissociated by microwave discharge to generate S, F *, etc. Can be generated. However, the above plasma treatment is intended to shape the cross-sectional shape of the photoresist pattern 4, and the DOPOS layer 3 must not be etched before shaping. Therefore, H 2 S is added to the gas system to form H *. Is generated, and excess F * is trapped. Also, H
2 S also forms from S. S generated from both S 2 F 2 and H 2 S is deposited on the surface of the wafer due to the low temperature cooling of the wafer, but due to the weak RF bias power being applied, the normal incidence plane of ions is Immediately sputtered off and deposited on the side wall of the pattern where the incidence of ions does not occur. By this mechanism, S was deposited on the inclined side wall portion 4a of the photoresist pattern 4 to form the spacer 5, and the cross-sectional shape of the mask was shaped into a substantially rectangular shape.
【００２０】次に、上記フォトレジスト・パターン４と
スペーサ５とをマスクとし、一例としてＳ2 Ｆ2 流量５
ＳＣＣＭ，ガス圧１．３Ｐａ，マイクロ波パワー８５０
Ｗ，ＲＦバイアス・パワー３０Ｗ（２ＭＨｚ），ウェハ
温度−３０℃の条件でＤＯＰＯＳ層３のエッチングを行
った。この過程では、パターン側壁部にＳの側壁保護膜
（図示せず。）が形成されながらエッチングが進行し、
寸法変換差を生ずることなく良好な異方性形状を有する
ゲート電極３ａが形成された。Ｓからなる上記スペーサ
５および側壁保護膜は、エッチング終了後にウェハを１
００℃付近まで加熱することにより容易に昇華除去さ
れ、何らパーティクル汚染を惹起させることはなかっ
た。なお、上述のプロセスではゲート酸化膜２に対する
高選択性も併せて実現された。過剰なＦ* の消費とウェ
ハの低温化とによりラジカル反応が抑制されていること
と、側壁保護が行われる分だけＲＦバイアス・パワーを
低減できることが、その主な理由である。また、かかる
低バイアス条件によれば、フォトレジスト・パターン４
のスパッタ除去も抑制されるため、対レジスト選択性が
向上し、炭素系ポリマーによるパーティクル汚染も防止
することができた。Next, using the photoresist pattern 4 and the spacer 5 as a mask, an S 2 F 2 flow rate of 5 is used as an example.
SCCM, gas pressure 1.3Pa, microwave power 850
The DOPOS layer 3 was etched under the conditions of W, RF bias power of 30 W (2 MHz), and wafer temperature of -30 ° C. In this process, the etching proceeds while the S sidewall protection film (not shown) is formed on the pattern sidewall,
The gate electrode 3a having a good anisotropic shape was formed without causing a size conversion difference. The spacer 5 and the side wall protective film made of S are formed on the wafer 1 after the etching is completed.
It was easily sublimated and removed by heating to around 00 ° C, and no particle contamination was caused. The process described above also realized high selectivity for the gate oxide film 2. The main reasons are that the radical reaction is suppressed by excessive F * consumption and the wafer temperature is lowered, and the RF bias power can be reduced by the amount of sidewall protection. Further, according to the low bias condition, the photoresist pattern 4
Since the removal of the spatters was also suppressed, the resist selectivity was improved and the particle contamination by the carbon-based polymer could be prevented.
【００２１】ところで、上述の実施例ではプラズマ処理
およびＤＯＰＯＳ層のエッチングに共用されるガスとし
てＳ2 Ｆ2 を使用したが、これは、一般にイオウとハロ
ゲン族元素を構成元素として含むイオウ系化合物をもっ
て代用することができる。たとえば、ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，
Ｓ2 Ｆ10，Ｓ3 Ｃｌ2 ，Ｓ2Ｃｌ2 ，ＳＣｌ2 ，ＳＯＦ
2 ，ＳＯＣｌ2 等を例示することができる。また、これ
らのイオウ系化合物を使用することにより生成する過剰
なＦ* もしくはＣｌ* を捕捉するためのガスとしては、
上述のＨ2 Ｓの他にもたとえばＨ2、あるいはＳｉ
Ｈ4 ，Ｓｉ2 Ｈ6 ，Ｓｉ3 Ｈ8 ，ＳｉＨ2 Ｆ2 ，ＳｉＨ
2Ｃｌ2 等のシラン系ガスが使用できる。特に、シラン
系ガスを使用する場合には、Ｈ* に加えてＳｉ系活性種
も生成され、これらがハロゲン・ラジカルの捕捉に効果
的に寄与する。さらに、エッチング速度の制御を目的と
してＯ2 等を添加しても良く、あるいは希釈効果，冷却
効果，スパッタリング効果を得る目的でＨｅ，Ａｒ等の
希ガスを適宜添加しても良い。By the way, in the above-mentioned embodiment, S 2 F 2 was used as a gas commonly used for the plasma treatment and the etching of the DOPOS layer. However, this is generally a sulfur-based compound containing sulfur and a halogen group element as constituent elements. It can be substituted. For example, SF 2 , SF 4 ,
S 2 F 10 , S 3 Cl 2 , S 2 Cl 2 , SCl 2 , SOF
2 , SOCl 2 and the like can be exemplified. Further, as a gas for capturing excess F * or Cl * produced by using these sulfur compounds,
In addition to the above H 2 S, for example, H 2 or Si
H 4, Si 2 H 6, Si 3 H 8, SiH 2 F 2, SiH
Silane-based gas such as 2 Cl 2 can be used. In particular, when a silane-based gas is used, Si-based active species are also generated in addition to H * , and these effectively contribute to the trapping of halogen radicals. Further, O 2 or the like may be added for the purpose of controlling the etching rate, or a rare gas such as He or Ar may be appropriately added for the purpose of obtaining a dilution effect, a cooling effect and a sputtering effect.
【００２２】実施例３
本実施例は、本願の第２の発明をゲート加工に適用し、
逆テーパー状のレジスト・パターンをＣ2 Ｃｌ3 Ｆ
3 （フロン１１３）から生成する炭素系ポリマーにより
整形しながら、ＤＯＰＯＳ層のエッチングも同時に進行
させる例である。本実施例では、図１（ａ）に示される
基体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Ｃ2 Ｃｌ3 Ｆ3 （フロン１１３）流
量５５ＳＣＣＭ，ＳＦ6流量５ＳＣＣＭ，ガス圧１．３
Ｐａ，マイクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス・パワ
ー１００Ｗ（２ＭＨｚ）の条件でエッチングを行った。
このエッチングの過程では、Ｃ2 Ｃｌ3 Ｆ3 ガスの放電
解離により気相中から生成する炭素系ポリマーが傾斜側
壁部４ａに堆積してフォトレジスト・パターン４が整形
されると同時にＤＯＰＯＳ層３のエッチングが進行し、
寸法変換差を生ずることなく異方性加工が達成された。Example 3 In this example, the second invention of the present application is applied to gate processing,
Reverse taper resist pattern is C 2 Cl 3 F
In this example, the DOPOS layer is simultaneously etched while being shaped by the carbon-based polymer generated from 3 (Freon 113). In this embodiment, the substrate shown in FIG. 1 (a) is set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, C 2 Cl 3 F 3 (CFC 113) flow rate 55 SCCM, SF 6 flow rate 5 SCCM, gas pressure 1 .3
Etching was performed under the conditions of Pa, microwave power 850 W, and RF bias power 100 W (2 MHz).
In this etching process, carbon-based polymer generated from the gas phase by discharge dissociation of C 2 Cl 3 F 3 gas is deposited on the inclined side wall portion 4a to shape the photoresist pattern 4 and at the same time the DOPOS layer 3 is formed. Etching progresses,
Anisotropic processing was achieved without causing size conversion differences.
【００２３】なお、上述のエッチング・ガス系は、堆積
性のフルオロカーボン系ガスとフッ素ラジカル供給源で
ある非カーボン系フッ素含有ガスとを混合することによ
り側壁保護効果, 高速性, 酸化シリコン下地に対する高
選択性を達成することを意図したものであるが、ガスの
種類は適宜変更して構わない。たとえば上記Ｃ2 Ｃｌ3
Ｆ3 に替えてたとえばＣ2 Ｃｌ2 Ｆ4 （フロン１１４）
やＣ2 ＣｌＦ5 （フロン１１５）を使用しても良く、あ
るいは将来のフロン規制を踏まえてＣＨ2 Ｆ2 ，Ｃ
Ｆ4 ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｃ3 Ｆ8 ，ＣＨＦ3 等のフルオロカー
ボン系ガスとハロゲン系ガスとの混合ガスを使用しても
良い。また、非カーボン系フッ素含有ガスとしては、上
記ＳＦ6 以外にもＮＦ3 ，ＳｉＦ4 等を使用することが
できる。さらに、上述のガス系には不活性ガス等が適宜
添加されていても構わない。The above etching gas system mixes a depositing fluorocarbon gas and a non-carbon fluorine-containing gas which is a fluorine radical supply source, and has a side wall protecting effect , high speed, and high performance against a silicon oxide substrate. Although intended to achieve selectivity, the type of gas may be changed as appropriate. For example, the above C 2 Cl 3
Instead of F 3 for example C 2 Cl 2 F 4 (Freon 114)
Or C 2 ClF 5 (Freon 115) may be used, or CH 2 F 2 , C based on future CFC regulations.
A mixed gas of a fluorocarbon-based gas such as F 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 and CHF 3 and a halogen-based gas may be used. As the non-carbon-based fluorine-containing gas, NF 3 , SiF 4 or the like can be used in addition to SF 6 described above. Further, an inert gas or the like may be appropriately added to the above gas system.
【００２４】実施例４
本実施例は、本願の第２の発明をＡｌ配線加工に適用
し、逆テーパー状のレジスト・パターンをＳ2 Ｃｌ2 ／
Ｈ2 混合ガス系から生成するＳにより整形しながら、Ａ
ｌ合金層およびバリヤメタルのエッチングも同時に進行
させる例である。図示による説明は省略するが、本実施
例で使用されるウェハにおいて、被エッチング材料層は
絶縁膜上に順次積層されるバリヤメタルおよびＡｌ合金
層である。ここで、上記バリヤメタルは、絶縁膜側から
順にＴｉ層およびＴｉＯＮ層が積層されてなる２層構造
を有し、また上記Ａｌ合金層はスパッタリング等の手法
によりＡｌ−１％Ｓｉ等のＡｌ合金が被着形成されてな
るものである。Ａｌ合金層上には、前述の実施例１と同
様にして逆テーパー状のフォトレジスト・パターンが形
成されている。この状態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Ｓ2 Ｃ
ｌ2 流量５０ＳＣＣＭ，Ｈ2 流量２０ＳＣＣＭ，ガス圧
１．３Ｐａ，マイクロ波パワー８５０Ｗ，ＲＦバイアス
・パワー５０Ｗ（２ＭＨｚ），ウェハ温度−３０℃の条
件でエッチングを行った。Example 4 In this example, the second invention of the present application is applied to Al wiring processing, and an inverse tapered resist pattern is formed into S 2 Cl 2 /
While shaping by S generated from H 2 mixed gas system, A
In this example, the etching of the 1-alloy layer and the barrier metal is simultaneously advanced. Although illustration is omitted, in the wafer used in this embodiment, the material layer to be etched is a barrier metal and an Al alloy layer which are sequentially laminated on the insulating film. Here, the barrier metal has a two-layer structure in which a Ti layer and a TiON layer are laminated in this order from the insulating film side, and the Al alloy layer is made of Al alloy such as Al-1% Si by a method such as sputtering. It is formed by deposition. An inversely tapered photoresist pattern is formed on the Al alloy layer in the same manner as in Example 1 described above. The wafer in this state is set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, S 2 C
Etching was carried out under the conditions of 12 flow rate 50 SCCM, H 2 flow rate 20 SCCM, gas pressure 1.3 Pa, microwave power 850 W, RF bias power 50 W (2 MHz), and wafer temperature -30 ° C.
【００２５】上記Ｓ2 Ｃｌ2 は、本発明者が先に特願平
２−１９９２４９号明細書においてドライエッチング用
ガスとして提案した塩化イオウのひとつであり、マイク
ロ波放電により解離してＳやＣｌ* 等を生成することが
できる。しかし、このプロセスではフォトレジスト・パ
ターンの断面形状を整形しながら同時にＡｌ合金層をエ
ッチングする必要があり、過剰なラジカルにより寸法変
換差が発生してはならないので、ガス系にＨ2 を添加し
て過剰なＣｌ* を捕捉しているのである。これにより、
エッチング反応系内の見掛け上のＣｌ／Ｓ比（塩素原子
数とイオウ原子数の比）が減少し、ラジカルの影響が抑
制され、かつＳが堆積し易い環境が整えられる。この結
果、生成したＳが傾斜側壁部４ａに堆積してフォトレジ
スト・パターン４が整形されると同時にＡｌ合金膜とバ
リヤメタルのエッチングが進行し、寸法変換差を生ずる
ことなく高い異方性をもってＡｌ配線が形成された。な
お、上述のエッチング条件は比較的低バイアス下でもウ
ェハの低温冷却とＳの堆積とにより高異方性を達成する
ことを狙いとしたものであり、フォトレジスト・パター
ンのスパッタリングによる分解生成物を側壁保護として
利用するものではない。したがって、該分解生成物中に
残留塩素が取り込まれる虞れが少ない。一般にバリヤメ
タル構造を有するＡｌ配線の加工は、残留塩素に起因す
るアフタ・コロージョンの発生をいかに防止するかが大
きな課題とされているが、本実施例のプロセスはその対
策としても極めて有効である。The above S 2 Cl 2 is one of the sulfur chlorides proposed by the present inventor in the specification of Japanese Patent Application No. 2-199249 previously as a gas for dry etching, and it is dissociated by microwave discharge to form S or Cl. * Etc. can be generated. However, in this process, it is necessary to simultaneously etch the Al alloy layer while shaping the cross-sectional shape of the photoresist pattern, and dimensional conversion difference should not occur due to excessive radicals. Therefore, H 2 is added to the gas system. It captures excess Cl * . This allows
The apparent Cl / S ratio (ratio of the number of chlorine atoms and the number of sulfur atoms) in the etching reaction system is reduced, the influence of radicals is suppressed, and an environment in which S is easily deposited is prepared. As a result, the generated S is deposited on the inclined side wall portion 4a and the photoresist pattern 4 is shaped, and at the same time, the etching of the Al alloy film and the barrier metal proceeds, and Al with a high anisotropy does not cause a dimensional conversion difference. The wiring is formed. The above etching conditions are aimed at achieving high anisotropy by low-temperature cooling of the wafer and deposition of S even under a relatively low bias, and decomposition products by sputtering the photoresist pattern are It is not used for side wall protection. Therefore, there is little risk that residual chlorine will be incorporated into the decomposition product. Generally, in the processing of Al wiring having a barrier metal structure, how to prevent the occurrence of after-corrosion due to residual chlorine is a major issue, but the process of this embodiment is extremely effective as a countermeasure.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば、フォトリソグラフィ後の断面形状が感
光特性により逆テーパー状となるようなレジスト・パタ
ーンをマスクとして被エッチング材料層のエッチングを
行う場合にも、被エッチング材料層の種類によらず寸法
変換差が発生する虞れがない。本発明は、今後サブミク
ロン・レベルさらにはクォーターミクロン・レベルの微
細加工を行うにあたり、エキシマ・レーザ・リソグラフ
ィおよびこの露光波長に適した化学増幅系ネガ型フォト
レジストが適用されるプロセスにおいて特に有効であ
る。As is apparent from the above description, when the present invention is applied, the material layer to be etched is formed using a resist pattern as a mask whose cross-sectional shape after photolithography becomes an inverse taper shape due to the photosensitivity. Even when etching is performed, there is no possibility that a dimensional conversion difference will occur regardless of the type of material layer to be etched. The present invention is particularly effective in excimer laser lithography and a process in which a chemically amplified negative photoresist suitable for this exposure wavelength is applied in performing fine processing at a submicron level or a quarter micron level in the future. is there.
【図１】本願の第１の発明の適用例をその工程順にした
がって説明する概略断面図であり、（ａ）は逆テーパー
状を呈するフォトレジスト・パターンの形成工程、
（ｂ）はスペーサの形成によるフォトレジスト・パター
ンの整形工程、（ｃ）はフォトレジスト・パターンおよ
びスペーサをマスクとしてＤＯＰＯＳ層をエッチングし
た状態をそれぞれ表す。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an application example of the first invention of the present application in the order of steps, in which (a) is a step of forming an inversely tapered photoresist pattern,
(B) shows a step of shaping a photoresist pattern by forming spacers, and (c) shows a state in which the DOPOS layer is etched using the photoresist pattern and the spacer as a mask.
【図２】逆テーパー状のフォトレジスト・パターンをそ
のままマスクとする従来のエッチング方法における問題
点を説明する概略断面図であり、（ａ）は逆テーパー状
を呈するフォトレジスト・パターンの形成工程、（ｂ）
はイオン・モードによるエッチングを行った状態をそれ
ぞれ表す。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a problem in a conventional etching method in which a reverse-tapered photoresist pattern is used as a mask as it is, (a) is a step of forming a reverse-tapered photoresist pattern, (B)
Represents the state after the etching in the ion mode.
【図３】上記図２（ａ）に示される基体について、ラジ
カル・モードによるエッチングを行った状態を表す。FIG. 3 shows a state where radical-mode etching is performed on the substrate shown in FIG. 2 (a).
１ ・・・半導体基板
２ ・・・ゲート酸化膜
３ ・・・ＤＯＰＯＳ層
３ａ・・・ゲート電極
４ ・・・フォトレジスト・パターン
４ａ・・・傾斜側壁部
５ ・・・スペーサ
Ｄ1 ・・・フォトレジスト・パターンの最上面における
パターン幅
Ｄ2 ・・・フォトレジスト・パターンの最下面における
パターン幅1 ... semiconductor substrate 2 ... gate oxide film 3 ... DOPOS layer 3a ... gate electrode 4 ... photoresist pattern 4a ... inclined side wall portion 5 ... spacer D 1 ... Pattern width D 2 at the top surface of the photoresist pattern ... Pattern width at the bottom surface of the photoresist pattern
Claims (2)
面へ向けて小とされることにより傾斜側壁部が形成され
てなるレジスト・パターンをマスクとして被エッチング
材料層のエッチングを行うドライエッチング方法におい
て、前記傾斜側壁部に放電反応生成物を堆積させて該傾
斜側壁部を前記被エッチング層に対して略垂直に整形し
た後、該被エッチング材料層の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. A dry etching for etching a material layer to be etched by using a resist pattern formed by forming a sloped sidewall portion by reducing a pattern width from an uppermost surface to a lowermost surface in a film thickness direction as a mask. In the method, a discharge reaction product is deposited on the inclined side wall portion to shape the inclined side wall portion substantially perpendicular to the etching target layer, and then the etching target material layer is etched. Etching method.
面へ向けて小とされることにより傾斜側壁部が形成され
てなるレジスト・パターンをマスクとして被エッチング
材料層のエッチングを行うドライエッチング方法におい
て、前記傾斜側壁部にエッチング反応生成物を堆積させ
て該傾斜側壁部を前記被エッチング層に対して略垂直に
整形しながら該被エッチング材料層のエッチングを行う
ことを特徴とするドライエッチング方法。2. A dry etching for etching a material layer to be etched by using a resist pattern formed by forming a sloped sidewall portion by reducing a pattern width from an uppermost surface to a lowermost surface in a film thickness direction as a mask. In the method, dry etching is performed by depositing an etching reaction product on the inclined side wall portion and etching the material layer to be etched while shaping the inclined side wall portion substantially perpendicularly to the layer to be etched. Method.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4241491A JPH053181A (en) | 1990-07-30 | 1991-02-15 | Dry etching method |
| US07/835,324 US5342481A (en) | 1991-02-15 | 1992-02-14 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-199247 | 1990-07-30 | ||
| JP19924790 | 1990-07-30 | ||
| JP4241491A JPH053181A (en) | 1990-07-30 | 1991-02-15 | Dry etching method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053181A true JPH053181A (en) | 1993-01-08 |
Family
ID=26382091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4241491A Pending JPH053181A (en) | 1990-07-30 | 1991-02-15 | Dry etching method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH053181A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11111686A (en) * | 1997-10-01 | 1999-04-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Low-pressure plasma etching method |
| KR100447980B1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-09-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of manufacturing semiconductor device |
| KR100842763B1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-07-01 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming fine pattern in seiiconductor device |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP4241491A patent/JPH053181A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11111686A (en) * | 1997-10-01 | 1999-04-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Low-pressure plasma etching method |
| KR100447980B1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-09-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of manufacturing semiconductor device |
| KR100842763B1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-07-01 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming fine pattern in seiiconductor device |
| US8138090B2 (en) | 2007-03-19 | 2012-03-20 | Hynix Semiconductor Inc. | Method for forming fine patterns in semiconductor device |
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