JPH0590226A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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- JPH0590226A JPH0590226A JP4029018A JP2901892A JPH0590226A JP H0590226 A JPH0590226 A JP H0590226A JP 4029018 A JP4029018 A JP 4029018A JP 2901892 A JP2901892 A JP 2901892A JP H0590226 A JPH0590226 A JP H0590226A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の半
導体装置の製造方法に係わり、特にドライエッチング工
程の改良をはかった半導体装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device with an improved dry etching process.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路の進歩に伴い素子
の微細化は進む一方であり、パターン寸法の高精度化へ
の要求が高まっている。一般に、半導体集積回路はシリ
コン基板等の半導体基板上に所定のパターンの酸化シリ
コン等の絶縁性膜や、多結晶シリコン,アルミニウム,
銅,タングステン,シリサイド等の導電性膜等を積層す
ることによって形成される。2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of semiconductor integrated circuits, the miniaturization of elements is advancing, and the demand for higher precision of pattern dimensions is increasing. Generally, a semiconductor integrated circuit includes an insulating film such as silicon oxide having a predetermined pattern on a semiconductor substrate such as a silicon substrate, polycrystalline silicon, aluminum,
It is formed by stacking conductive films such as copper, tungsten, and silicide.
【0003】これらの膜を所望のパターンに加工するた
めの技術として、この膜上に感光性のレジストを塗布し
た後、光や紫外線を所望のパターンに従ってレジストを
露光し、現像によって露光部又は未露光部を選択的に除
去することによりレジストにパターンを形成するリソグ
ラフィ技術、次にこのレジストパターンをマスクとして
下地の膜をエッチング加工するドライエッチング技術、
さらにこのレジストを除去する剥離技術が用いられてい
る。As a technique for processing these films into a desired pattern, a photosensitive resist is coated on the film, and then the resist is exposed to light or ultraviolet rays according to the desired pattern, and the exposed portion or unexposed area is developed by development. A lithography technique for forming a pattern on a resist by selectively removing an exposed portion, and a dry etching technique for etching a base film using the resist pattern as a mask.
Further, a peeling technique for removing this resist is used.
【0004】しかし、半導体素子の集積度の増大に伴
い、要求されるパターンの最小寸法及び寸法精度は小さ
くなる一方であり、最近では0.5μm以下の微細パタ
ーンの形成が必要となっている。このような微細領域の
パターンに対応するためには、上述したパターン形成の
ための技術に種々な問題が生じ、大幅な技術の向上が必
要とされる。However, with the increase in the degree of integration of semiconductor devices, the required minimum size and dimensional accuracy of the pattern are becoming smaller, and recently, it is necessary to form a fine pattern of 0.5 μm or less. In order to deal with such a pattern of a fine area, various problems occur in the technique for forming the pattern described above, and it is necessary to greatly improve the technique.
【0005】以下に、これらの問題について具体的に説
明する。These problems will be specifically described below.
【0006】現在、微細なレジストパターンを用いて、
下地の膜を加工する一つの方法として、プラズマを用い
るRIE技術が広く用いられている。この方法は、例え
ば一対の平行平板電極を具備した真空容器内に被加工膜
の堆積された基板を入れ、容器内を真空に引いた後、ハ
ロゲン元素等を含有する反応性のガスを導入し、高周波
電力の印加による放電によってガスをプラズマ化し、発
生したプラズマを用いて被加工膜をエッチングする方法
である。Currently, using a fine resist pattern,
As one method of processing the underlying film, the RIE technique using plasma is widely used. In this method, for example, the substrate on which the film to be processed is deposited is placed in a vacuum container equipped with a pair of parallel plate electrodes, the interior of the container is evacuated, and then a reactive gas containing a halogen element or the like is introduced. In this method, a gas is turned into plasma by discharge by applying high-frequency power, and a film to be processed is etched using the generated plasma.
【0007】このエッチング方法によれば、プラズマ中
の各種の粒子のうち、イオンが電極表面のイオンシース
に発生する直流電界によって加速され、大きなエネルギ
ーを持って被加工膜を衝撃し、イオン促進化学反応を起
こす。このため、エッチングはイオンの入射方向に進
み、アンダーカットのない方向性エッチングが可能とな
る。According to this etching method, among various particles in plasma, ions are accelerated by the DC electric field generated in the ion sheath on the electrode surface, impact the film to be processed with a large amount of energy, and ion-enhancing chemical Cause a reaction. Therefore, the etching proceeds in the ion incident direction, and directional etching without undercut is possible.
【0008】しかし、このイオン衝撃によってあらゆる
材料が励起又は活性化されるため、ラジカルだけを利用
するエッチングに比べると、物質固有の反応性の差がで
にくく、一般に材料の違いによるエッチング速度の比、
即ち選択比が小さいことがある。例えば、Alのエッチ
ングではレジストのエッチング速度が大きいため、パタ
ーン変換差が大きく高精度にパターンを形成できない。
さらに、段差形状部ではレジストの膜厚が薄くなるため
に、配線部分がエッチングされて配線切れが生じる等の
問題がある。However, since all the materials are excited or activated by this ion bombardment, the difference in reactivity peculiar to the substance is less likely to occur as compared with the etching using only radicals, and the etching rate ratio is generally different depending on the material. ,
That is, the selection ratio may be small. For example, in the case of Al etching, since the etching rate of the resist is high, the pattern conversion difference is large and a pattern cannot be formed with high precision.
Further, in the step-shaped portion, the film thickness of the resist becomes thin, so that there is a problem that the wiring portion is etched and the wiring is broken.
【0009】この問題を解決するために、Alのエッチ
ングにおいてAl上に多層レジストを形成し、高アスペ
クト比を有するパターンを形成し、これをマスクとして
Alをエッチングする方法が行われている。In order to solve this problem, a method of forming a multi-layer resist on Al in the etching of Al to form a pattern having a high aspect ratio, and etching Al using this as a mask is used.
【0010】多層レジストにおいては、例えば3層レジ
ストプロセスの場合、まず凹凸のある基板上に有機質の
膜を塗布して平坦化する。次いで、中間層としてシリコ
ン酸化物等の無機膜を形成する。そして、上層のレジス
トを塗布し、通常のリソグラフィ手段により最上層レジ
ストパターンを形成する。このようにして3層のレジス
トを形成した後、最上層レジストパターンをマスクとし
て、ハロゲンを含有するガスをエッチングガスとして用
いた反応性イオンエッチング等の異方性エッチングによ
り中間層をエッチングし、続いて酸素を含むガスを用い
て下層の平坦化層をエッチングしてレジストパターンを
転写する。In the case of a multi-layer resist, for example, in the case of a three-layer resist process, first, an organic film is applied on a substrate having irregularities to flatten it. Next, an inorganic film such as silicon oxide is formed as an intermediate layer. Then, the upper layer resist is applied, and the uppermost layer resist pattern is formed by the usual lithography means. After forming the three-layer resist in this manner, the intermediate layer is etched by anisotropic etching such as reactive ion etching using a gas containing halogen as an etching gas, using the uppermost layer resist pattern as a mask. Then, the lower flattening layer is etched using a gas containing oxygen to transfer the resist pattern.
【0011】従って、3層レジスト法では、下層レジス
トにより基板平坦化が行われ、上層の高解像のレジスト
を用いてこれをパターンニングすることにより、下地の
凹凸の影響を受けることなく、良好に露光現像を行うこ
とができ、高解像で寸法精度の良いレジストパターンを
形成することができる。しかしながら、3層レジストで
は、工程数が極めて複雑であり、コストが増大する。高
アスペクト比であるため、被加工層のエッチング時にマ
イクロローディング効果が生じ、パターン線幅にエッチ
ング速度が大きく依存する等の問題が生じる。Therefore, in the three-layer resist method, the substrate is flattened by the lower layer resist and patterned by using the upper layer high resolution resist, which is good without being affected by the unevenness of the base. Can be exposed and developed, and a resist pattern with high resolution and high dimensional accuracy can be formed. However, with a three-layer resist, the number of steps is extremely complicated and the cost increases. Since the aspect ratio is high, a microloading effect occurs during etching of the layer to be processed, and there arises a problem that the etching rate greatly depends on the pattern line width.
【0012】そこで、上記問題を解決するために2層レ
ジストが用いられている。この方法では、被エッチング
膜上にエッチング耐性の大きいシリコン酸化膜等の無機
膜を形成する。そして、この無機膜上にレジストを塗布
し、通常のリソグラフィ手段によりレジストパターンを
形成する。このようにして2層レジストを形成した後、
レジストパターンをマスクとしてハロゲンを含有するガ
スをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチン
グ等の異方性エッチングにより、無機膜をエッチングす
る。続いて、レジストを剥離し、無機膜パターン単体を
マスクとして反応性イオンエッチングにより、被エッチ
ング膜を加工する。Therefore, a two-layer resist is used to solve the above problem. In this method, an inorganic film such as a silicon oxide film having high etching resistance is formed on the film to be etched. Then, a resist is applied on this inorganic film, and a resist pattern is formed by an ordinary lithography means. After forming the two-layer resist in this way,
The inorganic film is etched by anisotropic etching such as reactive ion etching using a gas containing halogen as an etching gas using the resist pattern as a mask. Then, the resist is peeled off, and the film to be etched is processed by reactive ion etching using the inorganic film pattern simple substance as a mask.
【0013】従って、2層レジスト法では、3層レジス
ト法に比べて工程数が簡略されるため、コストは低減さ
れる。さらに、エッチング耐性の大きな無機膜がエッチ
ングマスクとして作用するために、被エッチング膜との
間で大きなエッチング選択比が得られ、高精度の加工が
可能となる。また、無機膜単体をエッチングマスクとし
て用いた場合には、無機膜の膜厚を制御することによ
り、アスペクト比の小さなマスクパターンが得られるた
めに、マイクロローディング効果を抑制することも可能
となる。Therefore, in the two-layer resist method, the number of steps is simplified as compared with the three-layer resist method, so that the cost is reduced. Furthermore, since the inorganic film having a high etching resistance acts as an etching mask, a large etching selection ratio with respect to the film to be etched can be obtained, and high-precision processing can be performed. Further, when the inorganic film alone is used as an etching mask, a mask pattern having a small aspect ratio can be obtained by controlling the film thickness of the inorganic film, so that the microloading effect can be suppressed.
【0014】ところで、このような3層レジスト或いは
2層レジストの最大の問題は、これらの多層レジスト構
造における無機膜等のマスクの剥離が困難な点にある。By the way, the biggest problem with such a three-layer resist or a two-layer resist is that it is difficult to remove a mask such as an inorganic film in these multilayer resist structures.
【0015】通常、マスクの剥離工程では、レジストを
下地の材料に応じて硫酸や過酸化水素水等を用いて溶解
せしめるか、或いは酸素ガスを用いたプラズマアッシン
グ法により除去するのが一般的である。しかし、上述し
た多層レジスト法により形成したマスクは、シリコン酸
化膜等の無機膜層を含有している。このために、上記に
示したようなマスク剥離手段で除去できるのは、有機質
の膜のみであり、無機系のマスクは除去するのが極めて
困難である。Generally, in the mask stripping process, the resist is generally dissolved by using sulfuric acid, hydrogen peroxide solution, or the like depending on the material of the base, or removed by a plasma ashing method using oxygen gas. is there. However, the mask formed by the above-mentioned multilayer resist method contains an inorganic film layer such as a silicon oxide film. For this reason, only the organic film can be removed by the mask stripping means as described above, and it is extremely difficult to remove the inorganic mask.
【0016】また、これらの無機質のマスクを弗素や塩
素等のハロゲンを含んだガス等を用いてドライエッチン
グにより除去することは可能であるが、同時に下地の被
処理基板のシリコン酸化膜やシリコン或いはAl等まで
がダメージを受けてしまうという問題があった。Although it is possible to remove these inorganic masks by dry etching using a gas containing halogen such as fluorine or chlorine, at the same time, the silicon oxide film or silicon of the underlying substrate to be processed or There is a problem that even Al and the like are damaged.
【0017】さらに、マスク材料としてシリコン酸化膜
等の絶縁性膜を用いた場合、プラズマを用いたエッチン
グ方法においては、プラズマ中のイオンと電子が被エッ
チング膜中に入射される。これらの膜中に入射するイオ
ンや電子により、膜には電荷が蓄積される(チャージア
ップ)。例えば、マスクパターンに対して電子が斜めか
ら入射すると片方の壁にだけ当たるため、左右のマスク
パターンの壁に蓄積される電荷が相異なってくる。その
電荷の非対称の結果、壁の左右方向に新たに生じた電界
がイオンに作用して運動方向を曲げ、形状の異方性を劣
化させてしまうという問題があり、微細なパターンを高
精度にエッチングすることが困難であった。Further, when an insulating film such as a silicon oxide film is used as the mask material, in the etching method using plasma, ions and electrons in the plasma are incident on the film to be etched. Charges are accumulated in the film (charge-up) by the ions and electrons incident on these films. For example, when electrons are obliquely incident on the mask pattern, they hit only one wall, so that the charges accumulated on the walls of the left and right mask patterns are different from each other. As a result of the asymmetry of the charges, there is a problem that a new electric field generated in the lateral direction of the wall acts on the ions to bend the movement direction and deteriorate the anisotropy of the shape. It was difficult to etch.
【0018】また、金属材料、特にAlSiCu等をエ
ッチングする場合、エッチングマスクであるレジスト膜
を剥離した後、放置すると腐食(コロージョン)が生
じ、デバイス特性を劣化させるという問題が生じ、高信
頼性を有したデバイス作成が困難であった。Further, when etching a metal material, particularly AlSiCu, etc., if the resist film as an etching mask is peeled off and then left to stand, corrosion (corrosion) occurs, which causes a problem of degrading device characteristics, resulting in high reliability. It was difficult to make the device.
【0019】なお、他の技術として、マスク材料として
炭素膜を用い、被エッチング材料のウェットエッチング
を行う方法が提案されている(特開平 2-58221号公
報)。この技術は、炭素膜の耐薬品性が高いことに基づ
き、エッチングマスクとして耐薬品性に優れている炭素
膜を用い、弗酸などの酸を利用したウェットエッチング
を行ったものである。しかしながら、ウェットエッチン
グでは、現在の半導体素子の微細化に対応するのは困難
であり、さらに今後の半導体素子の微細化に対応するこ
とは不可能である。As another technique, a method has been proposed in which a carbon film is used as a mask material and a material to be etched is wet-etched (Japanese Patent Laid-Open No. 2-58221). This technique uses a carbon film having excellent chemical resistance as an etching mask based on the high chemical resistance of the carbon film, and performs wet etching using an acid such as hydrofluoric acid. However, it is difficult for wet etching to cope with the present miniaturization of semiconductor elements, and it is impossible to cope with future miniaturization of semiconductor elements.
【0020】[0020]
【発明が解決しようとする課題】このように従来、反応
性イオンエッチング技術により、被処理基体を異方的に
加工する際には、次の (1)〜(7) に示すような問題があ
った。 (1) エッチングマスクの被エッチング材料に対するドラ
イエッチング選択比が小さいため、加工中のエッチング
マスク材料の膜減りが激しく、高精度のパターンを得る
ことができない。 (2) マスク材料が有機質であったり、SiO2 膜のよう
な絶縁性膜の場合においては、プラズマ中でこれらの膜
中に入射するイオンと電子のバランスによりマスク中に
蓄積される電荷量により、マスクパターンがチャージア
ップし、これにより、イオンの入射方向が曲げられるた
めに、微細なパターンを高精度に加工できない。 (3) マスク材料と被エッチング材料、さらには周辺に隣
接する材料との組み合せによっては、被エッチング材料
や周辺に隣接する材料に全く損傷を与えずにマスク材料
を選択的に除去することは不可能である場合があった。 (4) 反応性イオンエッチング中に被処理膜中の温度が上
昇すると、マスク材料の耐熱性が低いためにマスクパタ
ーンに劣化を生じ、高精度の加工ができない。さらに、
意図的にエッチング中の基板温度を上昇させたい場合に
は、上記問題により上昇させる基板温度に上限があり、
被処理基体を十分にエッチングすることが不可能であ
る。 (5) 有機質膜をマスク材料として用いた場合には、膜中
に不純物が含有されているために、反応性イオンエッチ
ング中にこれらの不純物がプラズマ中に混入し、被処理
基体が汚染される。特に、被処理基体が金属材料である
場合は、汚染に誘起された腐食(コロージョン)が生じ
るという問題があり、高信頼性を有するデバイスを得る
ことは不可能である。 (6) 有機質膜やSiO2 等の絶縁膜或いはTi等の金属
膜は、特定の化学薬品処理に対して、溶解、浸食、腐食
等の作用を受け、化学薬品処理により容易にダメージを
生じる。 (7) 段差形状を有した膜の加工においては、凹凸面を有
機物等で平坦化し、平坦化面に高精度レジストパターン
を形成する手段(多層レジストプロセス)が用いられ
る。この場合、レジストパターンのアスペクト比が高く
なり、エッチング速度のパターン寸法依存性(マイクロ
ローディング効果)が顕著となり、高精度のエッチング
は困難となる。さらに、エッチングに用いたレジストパ
ターンが容易に剥離できない。As described above, conventionally, when the substrate to be processed is anisotropically processed by the reactive ion etching technique, the following problems (1) to (7) occur. there were. (1) Since the dry etching selection ratio of the etching mask to the material to be etched is small, the film thickness of the etching mask material during processing is severely reduced, and a highly accurate pattern cannot be obtained. (2) When the mask material is organic or is an insulating film such as a SiO 2 film, the amount of charge accumulated in the mask depends on the balance of ions and electrons incident on these films in plasma. However, the mask pattern is charged up, and the incident direction of ions is bent, so that a fine pattern cannot be processed with high precision. (3) Depending on the combination of the mask material, the material to be etched, and the material adjacent to the periphery, it is not possible to selectively remove the mask material without damaging the material to be etched or the material adjacent to the periphery. Sometimes it was possible. (4) If the temperature in the film to be processed rises during reactive ion etching, the mask material deteriorates due to the low heat resistance of the mask material, and highly accurate processing cannot be performed. further,
If you want to intentionally raise the substrate temperature during etching, there is an upper limit to the substrate temperature that can be raised due to the above problems.
It is impossible to sufficiently etch the substrate to be processed. (5) When an organic film is used as a mask material, since impurities are contained in the film, these impurities are mixed into the plasma during reactive ion etching to contaminate the substrate to be processed. .. In particular, when the substrate to be processed is a metal material, there is a problem that corrosion (corrosion) induced by contamination occurs, and it is impossible to obtain a highly reliable device. (6) The organic film, the insulating film such as SiO 2 or the metal film such as Ti is subjected to the action of dissolution, erosion, corrosion and the like with respect to a specific chemical treatment, and is easily damaged by the chemical treatment. (7) In processing a film having a step shape, a means (multilayer resist process) is used for flattening the uneven surface with an organic material or the like and forming a highly accurate resist pattern on the flattened surface. In this case, the aspect ratio of the resist pattern becomes high, the pattern size dependence of the etching rate (microloading effect) becomes remarkable, and high-precision etching becomes difficult. Further, the resist pattern used for etching cannot be easily peeled off.
【0021】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ドライエッチング技術
において被処理基体を異方性エッチングする際に、マス
ク材料に起因する各種の問題(被加工膜とのエッチング
選択比,チャージアップ,マスク剥離時における損傷,
耐熱性,被処理基体の汚染等)をなくすことができ、高
精度のパターン形成が可能な半導体装置の製造方法を提
供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to solve various problems caused by a mask material when anisotropically etching a substrate to be processed in a dry etching technique ( Etching selectivity to the film to be processed, charge-up, damage during mask stripping,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which can eliminate heat resistance, contamination of a substrate to be processed, etc. and can form a pattern with high precision.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、被加工
膜上にドライエッチングのエッチングマスクとして、炭
素膜を形成し、この炭素膜をマスクとして被加工膜をド
ライエッチングすることにある。The essence of the present invention is to form a carbon film on a film to be processed as an etching mask for dry etching, and dry-etch the film to be processed using this carbon film as a mask.
【0023】即ち本発明は、半導体装置の製造方法にお
いて、被処理基体表面上に炭素膜を被着したのち、この
炭素膜上に所定のレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクとして炭素膜をエッチングし、次
いで炭素膜パターンに沿って被処理基体をドライエッチ
ングすることを特徴としている。That is, according to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, after depositing a carbon film on the surface of a substrate to be processed, a predetermined resist pattern is formed on the carbon film, and the carbon film is used as a mask. Is etched, and then the substrate to be processed is dry-etched along the carbon film pattern.
【0024】ここで、本発明における望ましい実施態様
としては、次のものが上げられる。The following are preferred embodiments of the present invention.
【0025】(1) 炭素膜のエッチング工程において、
エッチングガスとして、酸素,窒素,ハロゲンガス又は
アルゴン,クリプトン,キセノンなどの不活性ガス或い
は水素或いはフルオロカ−ボンガスのいずれかのガスを
用いること。(1) In the carbon film etching step,
As the etching gas, use oxygen, nitrogen, a halogen gas, an inert gas such as argon, krypton, or xenon, or hydrogen or a fluorocarbon gas.
【0026】(2) 被処理基体の温度は、−100℃以
上50℃以下の範囲で温度制御されること。(2) The temperature of the substrate to be treated should be controlled within the range of -100 ° C to 50 ° C.
【0027】(3) 炭素膜は、スパッタリング法、真空
蒸着法、或いはCVD法により成膜すること。(3) The carbon film should be formed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or a CVD method.
【0028】(4) 被処理基体の異方性エッチング工程
後、該基体を真空容器内に設置し、酸素ガスを含むエッ
チングガスを用いて、炭素膜を除去する工程を含むこ
と。(4) After the step of anisotropically etching the substrate to be processed, the step of placing the substrate in a vacuum container and removing the carbon film by using an etching gas containing oxygen gas is included.
【0029】(5) 被処理基体として、アルミニウムを
含む金属又は合金膜を用い、エッチングガスとして、塩
素或いは臭素を含むガスを用いること。(5) A metal or alloy film containing aluminum is used as the substrate to be treated, and a gas containing chlorine or bromine is used as the etching gas.
【0030】(6) 被処理基体として、アルミニウムを
含む金属又は合金膜を用い、レジストを剥離する工程
後、被処理基体を洗浄してから、エッチングガスとして
塩素又は臭素を含むガスを用いて、被処理基体を異方的
にエッチングすること。(6) A metal or alloy film containing aluminum is used as the substrate to be processed, and after the step of removing the resist, the substrate to be processed is washed and then a gas containing chlorine or bromine is used as an etching gas. Anisotropically etching the substrate to be processed.
【0031】(7) 被処理基体として、アルミニウムを
含む金属又は合金膜を用い、カ−ボンを被着する工程
前、被処理基体を酸素ガスを用いてプラズマ処理するこ
と。(7) A metal or alloy film containing aluminum is used as the substrate to be treated, and the substrate to be treated is plasma-treated with oxygen gas before the step of depositing carbon.
【0032】(8)レジストパターンを剥離する手段とし
て被処理基体を真空容器内に設置し、該容器とは別の領
域で、少なくとも弗素元素を含むガスと酸素ガスからな
る混合ガスを励起し、励起により生成される活性種を真
空容器内に供給するダウンフローエッチングを用いるこ
と。(8) As a means for peeling off the resist pattern, the substrate to be treated is placed in a vacuum container, and a mixed gas consisting of a gas containing at least a fluorine element and an oxygen gas is excited in a region different from the container, Using down-flow etching in which active species generated by excitation are supplied into a vacuum vessel.
【0033】(9)有機質膜よりなる所定のマスクパター
ンにおいて、該有機質膜には不純物が含有されているこ
と。(9) In a predetermined mask pattern made of an organic film, the organic film contains impurities.
【0034】その他の実施態様を以下に示す。Other embodiments will be shown below.
【0035】(1) シリコン基板表面上に炭素膜を被着し
たのち、この炭素膜上に有機レジストパターンを形成
し、次いでこのレジストパターンをマスクとして炭素膜
をエッチングし、次いでレジストを剥離し、次いで被処
理基体を真空容器内に設置し、該容器内に塩素,弗素又
は臭素を含むガスを導入すると共に放電を誘起してプラ
ズマを生成し、炭素膜パターンをマスクとしてシリコン
基板を異方性エッチングして溝を形成する。(1) After depositing a carbon film on the surface of a silicon substrate, an organic resist pattern is formed on this carbon film, then the carbon film is etched using this resist pattern as a mask, and then the resist is peeled off, Then, the substrate to be processed is placed in a vacuum container, a gas containing chlorine, fluorine or bromine is introduced into the container, and discharge is induced to generate plasma. The carbon film pattern is used as a mask to anisotropy the silicon substrate. Etch to form grooves.
【0036】(2) また、半導体基板の表面に互いに電気
的に分離して設けられた導電型のソース・ドレイン領域
と、該領域間のチャンネルを含む基板表面にゲート絶縁
膜を介して設けられたゲート電極とを有するLDD構造
のMIS型半導体装置の製造方法において、ゲート電極
をマスクとして基板にイオン注入を行い低濃度不純物層
を形成したのち、ゲート電極を有する基板表面上に絶縁
膜形成し、次いでこの絶縁膜上に炭素膜を形成し、次い
で酸素を用いた異方性エッチングにより炭素膜をエッチ
バックしてゲート電極の側壁にのみ炭素膜を残存させ、
次いでゲート電極及び側壁の炭素膜をマスクとして基板
にイオン注入を行い高濃度不純物層を形成する。(2) In addition, a conductive type source / drain region is provided on the surface of the semiconductor substrate so as to be electrically isolated from each other, and a channel insulating film is provided on the substrate surface including a channel between the regions. In the method for manufacturing an MIS type semiconductor device having an LDD structure having a gate electrode, a low concentration impurity layer is formed by implanting ions into the substrate using the gate electrode as a mask, and then an insulating film is formed on the surface of the substrate having the gate electrode. Then, a carbon film is formed on this insulating film, and then the carbon film is etched back by anisotropic etching using oxygen to leave the carbon film only on the side wall of the gate electrode.
Next, using the gate electrode and the carbon film on the side wall as a mask, ions are implanted into the substrate to form a high-concentration impurity layer.
【0037】(3) 透光性絶縁基板表面上に形成されたゲ
ート電極,該ゲート電極上に絶縁膜を介して形成された
半導体膜,該半導体膜上に形成されたソース・ドレイン
電極及び該ソース・ドレイン電極間の半導体膜上に形成
された保護膜を有する薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、ゲート電極,ソース・ドレイン電極,半導体膜及
び保護膜をそれぞれパターニングするに際し、パターニ
ングすべき被加工膜上に炭素膜を被着したのち、この炭
素膜上に有機レジストパターンを形成し、次いでこのレ
ジストパターンをマスクとして炭素膜をエッチングし、
次いでハロゲンを含むエッチングガスを用いたプラズマ
エッチングにより、炭素膜をマスクとして被加工膜を異
方性エッチングする。(3) A gate electrode formed on the surface of the translucent insulating substrate, a semiconductor film formed on the gate electrode via an insulating film, source / drain electrodes formed on the semiconductor film, and In a method of manufacturing a thin film transistor having a protective film formed on a semiconductor film between a source / drain electrode, in patterning a gate electrode, a source / drain electrode, a semiconductor film and a protective film, a film to be processed is to be patterned. After depositing the carbon film, an organic resist pattern is formed on this carbon film, and then the carbon film is etched using this resist pattern as a mask.
Then, by plasma etching using an etching gas containing halogen, the film to be processed is anisotropically etched using the carbon film as a mask.
【0038】(4) 半導体装置の製造方法において、基板
表面上にシリコン酸化膜が形成された被処理基体上に炭
素膜を被着した後、この炭素膜上に有機レジストパター
ンを形成し、次いでこのレジストパターンをマスクとし
て炭素膜をエッチングし、次いで被処理基体を真空容器
内に設置し、該容器内にフルオロカ−ボンガス又はフル
オロカ−ボンガスと酸化数4未満の炭素酸化物ガス例え
ば一酸化炭素ガスとの混合ガスを含むエッチングガスを
導入すると共に、放電を誘起してプラズマを生成し、炭
素膜パターンに沿ってシリコン酸化膜を異方性エッチン
グする。(4) In the method of manufacturing a semiconductor device, after depositing a carbon film on a substrate to be processed having a silicon oxide film formed on the surface of a substrate, an organic resist pattern is formed on the carbon film, and then, The carbon film is etched by using this resist pattern as a mask, and then the substrate to be treated is placed in a vacuum container, and a fluorocarbon gas or a fluorocarbon gas and a carbon oxide gas having an oxidation number of less than 4 such as carbon monoxide gas is placed in the container. While introducing an etching gas containing a mixed gas of and, a discharge is induced to generate plasma, and the silicon oxide film is anisotropically etched along the carbon film pattern.
【0039】(5) 半導体装置の製造方法において、基板
表面上に銅膜が形成された被処理基体上に炭素膜を被着
したのち、この炭素膜上に有機レジストパターンを形成
し、次いでこのレジストパターンをマスクとして炭素膜
をエッチングし、次いでレジストパターンを剥離し、次
いで被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内に塩素
又は臭素を含むエッチングガスを導入すると共に放電を
誘起してプラズマを生成し、炭素膜パターンをマスクと
して銅膜を異方性エッチングする。さらに、より望まし
くは、基体の温度を200℃以上の温度に制御する。(5) In a method of manufacturing a semiconductor device, a carbon film is deposited on a substrate to be processed having a copper film formed on the surface of a substrate, an organic resist pattern is formed on the carbon film, and then the organic resist pattern is formed. The carbon film is etched by using the resist pattern as a mask, the resist pattern is then peeled off, the substrate to be treated is placed in a vacuum vessel, and an etching gas containing chlorine or bromine is introduced into the vessel to induce discharge. Plasma is generated, and the copper film is anisotropically etched using the carbon film pattern as a mask. Furthermore, more desirably, the temperature of the substrate is controlled to a temperature of 200 ° C. or higher.
【0040】(6) 露光マスクの製造方法において、透光
性基板表面上に不透明膜又はシリコン酸化膜が形成され
た被処理基体上に炭素膜を被着したのち、この炭素膜上
に有機レジストパターンを形成し、次いでこのレジスト
パターンをマスクとして炭素膜をエッチングし、次いで
被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内にハロゲン
を主成分としたエッチングガスを導入すると共に放電を
誘起してプラズマを生成し、炭素膜パターンに沿って不
透明膜又はシリコン酸化膜を異方性エッチングする。(6) In the method of manufacturing an exposure mask, a carbon film is deposited on a substrate to be processed having an opaque film or a silicon oxide film formed on the surface of a transparent substrate, and then an organic resist is deposited on the carbon film. A pattern is formed, then the carbon film is etched using this resist pattern as a mask, then the substrate to be treated is placed in a vacuum vessel, and an etching gas mainly containing halogen is introduced into the vessel and discharge is induced. Plasma is generated to anisotropically etch the opaque film or the silicon oxide film along the carbon film pattern.
【0041】(7) 半導体装置の製造方法において、表面
に溝及び/又は段差を有する被処理基体上に膜を被着
し、被処理基体表面を平坦化する工程と、全面に炭素膜
を被着する工程と、前記炭素膜上に第1のマスクパター
ンを形成する工程と、前記第1のマスクパターンをマス
クとして前記炭素膜をエッチングし、前記炭素膜からな
る第2のマスクパタ−ンを形成する工程と、前記被処理
基体を真空容器内に設置し、該容器内にハロゲンを主成
分としたエッチングガスを導入すると共に放電を誘起し
てプラズマを生成し、前記第2のマスクパターンに沿っ
て前記被処理基体を異方性エッチングする工程とを含
む。(7) In the method of manufacturing a semiconductor device, a step of depositing a film on a substrate to be processed having a groove and / or a step on the surface and flattening the surface of the substrate to be processed, and a carbon film on the entire surface. And a step of forming a first mask pattern on the carbon film, and the carbon film is etched by using the first mask pattern as a mask to form a second mask pattern of the carbon film. And a step of placing the substrate to be processed in a vacuum container, introducing an etching gas containing halogen as a main component into the container, and inducing a discharge to generate plasma, which follows the second mask pattern. And anisotropically etching the substrate to be processed.
【0042】(8) 半導体装置の製造方法において、表面
に溝及び/又は段差を有する被処理基体上に炭素膜を被
着する工程と、この炭素膜を被着した被処理基体上に膜
を形成する工程と、前記炭素膜が露出するまでエッチン
グし、炭素膜を被着した被処理基体表面を平坦化する工
程と、前記炭素膜上に第1のマスクパターンを形成する
工程と、前記第1のマスクパターンをマスクとして前記
炭素膜をエッチングし、前記炭素膜からなる第2のマス
クパタ−ンを形成する工程と、前記被処理基体を真空容
器内に設置し、該容器内にハロゲンを主成分としたエッ
チングガスを導入すると共に放電を誘起してプラズマを
生成し、前記第2のマスクパターンに沿って前記被処理
基体を異方性エッチングする工程とを含む。(8) In the method of manufacturing a semiconductor device, a step of depositing a carbon film on a substrate to be treated having a groove and / or a step on the surface, and a film on the substrate to be treated having the carbon film deposited thereon. A step of forming, a step of etching until the carbon film is exposed and a surface of the substrate to be treated on which the carbon film is deposited being flattened, a step of forming a first mask pattern on the carbon film, The carbon film is etched using the mask pattern No. 1 as a mask to form a second mask pattern made of the carbon film, and the substrate to be processed is placed in a vacuum container, and halogen is mainly contained in the container. Introducing an etching gas as a component and inducing an electric discharge to generate plasma, and anisotropically etching the substrate to be processed along the second mask pattern.
【0043】(9) 半導体装置の製造方法において、表面
上に単結晶シリコン、多結晶シリコン、金属及び金属ケ
イ化物からなる群から選ばれた膜が形成された被処理基
体上に炭素膜を被着する工程と、前記炭素膜上にレジス
トパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを
マスクとして前記炭素膜をエッチングする工程と、次い
で前記被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内にハ
ロゲンを主成分とするガスと一酸化炭素との混合ガスを
導入すると共に放電を誘起してプラズマを生成し、前記
炭素膜パターンに沿って前記膜を異方性エッチングする
工程とを含む。(9) In the method of manufacturing a semiconductor device, a carbon film is formed on a substrate to be processed on the surface of which a film selected from the group consisting of single crystal silicon, polycrystalline silicon, metal and metal silicide is formed. A step of depositing, a step of forming a resist pattern on the carbon film, a step of etching the carbon film using the resist pattern as a mask, and then the substrate to be treated is placed in a vacuum container and placed in the container. Introducing a mixed gas of a gas containing halogen as a main component and carbon monoxide, inducing a discharge to generate plasma, and anisotropically etching the film along the carbon film pattern.
【0044】(10)半導体装置の製造方法において、被処
理基体上にダイヤモンド膜を被着する工程と、このダイ
ヤモンド膜をパタ−ニングしてダイヤモンドからなるマ
スクパタ−ンを形成する工程と、このマスクパタ−ンを
マスクとして前記被処理基体をドライエッチングする工
程とを含む。(10) In the method of manufacturing a semiconductor device, a step of depositing a diamond film on a substrate to be processed, a step of patterning the diamond film to form a mask pattern made of diamond, and a step of forming the mask pattern. Dry etching the substrate to be processed with the mask as a mask.
【0045】[0045]
【作用】本発明において、炭素膜のドライエッチング耐
性を調べるために、反応性イオンエッチング装置にて種
々のガスを用い、エッチングガス圧,高周波電力密度及
び基板温度を変化させ、炭素膜,AlSiCu膜,レジ
スト膜,SiO2 膜,Si基板のエッチング速度を測定
した。また、ダウンフロー型エッチング装置及び円筒型
エッチング装置を用い、種々のガス下での上記材料のエ
ッチング速度を評価した。In the present invention, in order to investigate the dry etching resistance of the carbon film, various gases are used in the reactive ion etching apparatus, the etching gas pressure, the high frequency power density and the substrate temperature are changed to change the carbon film and the AlSiCu film. The etching rates of the resist film, the SiO 2 film and the Si substrate were measured. Also, the etching rates of the above materials under various gases were evaluated using a downflow type etching apparatus and a cylindrical type etching apparatus.
【0046】上記実験の結果、塩素と三塩化硼素,或い
は塩素と四塩化硅素との混合ガスを用いた反応性イオン
エッチングに対して、炭素のエッチング速度が極めて小
さいにも拘らず、上記AlSiCu膜,Si膜及びレジ
スト膜は大きなエッチング速度で異方的にエッチングで
きることが判明した。As a result of the above experiment, although the etching rate of carbon is extremely low in the reactive ion etching using a mixed gas of chlorine and boron trichloride or chlorine and silicon tetrachloride, the AlSiCu film is , Si film and resist film can be anisotropically etched at a high etching rate.
【0047】また、弗素を主成分とするハロゲンガスを
用いた反応性イオンエッチングに対しても、炭素のエッ
チング速度が極めて小さく、一方SiO2 膜は大きなエ
ッチング速度で異方的にエッチングできることも判明し
た。即ち、炭素膜が耐薬品性に優れ、ウェットエッチン
グの良好なマスクとなることは公知であるが、適当な条
件下では、反応性イオンエッチング等のドライエッチン
グに対しても大きな耐性を有することが明らかとなっ
た。It was also found that the etching rate of carbon is extremely low even with reactive ion etching using a halogen gas containing fluorine as a main component, while the SiO 2 film can be anisotropically etched at a high etching rate. did. That is, it is known that a carbon film has excellent chemical resistance and serves as a good mask for wet etching, but under appropriate conditions, it can have great resistance to dry etching such as reactive ion etching. It became clear.
【0048】そこで、基板上に形成されたAlSiCu
膜,SiO2 膜或いはSi基板表面に炭素膜からなるマ
スクパターンを形成することにより、これらのマスクパ
ターンは反応性イオンエッチング耐性の大きなマスクと
して作用するために、上記材料を高精度にて異方性加工
することが可能である。Therefore, AlSiCu formed on the substrate
By forming a mask pattern made of a carbon film on the surface of a film, SiO 2 film or Si substrate, these mask patterns act as a mask having a high resistance to reactive ion etching. It can be processed.
【0049】さらに、ダウンフロー型のエッチング装置
にて種々の条件下にてエッチング特性の実験を行ったと
ころ、四弗化炭素と酸素との混合ガスを用いたエッチン
グにおいて、適度にこのガスの混合比を変化させること
により、レジスト膜或いはSiO2 膜は極めて大きなエ
ッチング速度でエッチングされるのに対し、炭素膜は全
くエッチングされない現象が見い出された。Further, an experiment of etching characteristics was carried out under various conditions in a down-flow type etching apparatus. As a result, in the etching using a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen, the gas was appropriately mixed. By changing the ratio, it was found that the resist film or the SiO 2 film was etched at an extremely high etching rate, whereas the carbon film was not etched at all.
【0050】これにより、炭素膜やSiO2 膜に対して
レジストのみを選択的にエッチングする、或いは炭素膜
に対してSiO2 膜を選択的にエッチングすることが可
能である。[0050] Thus, a resist only be etched selectively with respect to the carbon film and SiO 2 film, or it is possible to selectively etch the SiO 2 film to the carbon film.
【0051】次に、O2 ガス或いはAr,Kr等の不活
性ガス、さらにはCF4 に対する、炭素膜とレジスト膜
のエッチング速度を種々の条件下にて調べたところ、−
70℃において炭素膜のエッチング速度はレジスト膜の
約半分程度であることが判明した。また、基板温度を−
50℃程度に冷却してO2 ガスを用いてエッチングした
ところ、異方的に垂直加工できることが判明した。一
方、ArやKrの不活性ガスを用いた場合は、室温にお
いても垂直加工が可能であった。Next, the etching rates of the carbon film and the resist film with respect to O 2 gas or an inert gas such as Ar and Kr, and CF 4 were examined under various conditions.
It was found that the etching rate of the carbon film at 70 ° C. was about half that of the resist film. In addition, the substrate temperature
When it was cooled to about 50 ° C. and etched using O 2 gas, it was found that anisotropic vertical processing was possible. On the other hand, when an inert gas such as Ar or Kr was used, vertical processing was possible even at room temperature.
【0052】これにより、上記ガスを用いて適度にエッ
チング条件を選択することにより、レジストパターンを
マスクとして炭素膜の異方性加工を実現することが可能
である。特に、炭素膜は、O2 ガスを用いたプラズマエ
ッチングにより、容易に除去し得ることが判明した。Accordingly, by appropriately selecting the etching conditions using the above-mentioned gas, it is possible to realize anisotropic processing of the carbon film using the resist pattern as a mask. In particular, it has been found that the carbon film can be easily removed by plasma etching using O 2 gas.
【0053】そこで、炭素膜表面に形成されたレジスト
膜との積層構造からなる膜或いはマスクパターンにおい
て、CF4 とO2 の混合ガスを用いたダウンフロー型エ
ッチングにてレジストパターンを除去することにより、
炭素膜からなるマスクパターンを形成することが可能で
ある。また、炭素膜及びレジスト膜を除去する場合は、
O2 ガスを用いたプラズマエッチング装置にて容易に実
現可能である。Therefore, by removing the resist pattern by down-flow type etching using a mixed gas of CF 4 and O 2 in the film or the mask pattern having a laminated structure with the resist film formed on the surface of the carbon film. ,
It is possible to form a mask pattern made of a carbon film. When removing the carbon film and the resist film,
It can be easily realized by a plasma etching apparatus using O 2 gas.
【0054】また、本発明者等は、炭素膜の特性を詳細
に調べたところ、次のような事実を見い出した。即ち、
反応性イオンエッチング装置において、基板温度を30
0℃まで上昇させても炭素膜パターンには熱変形が生じ
ず、また脱ガスも極めて少ない。従って、通常のドライ
エッチングでは、非常に低蒸気圧のエッチング生成物し
か生じないCu膜に関しても、高精度で異方性加工が可
能となった。Further, the present inventors have found the following facts by examining the characteristics of the carbon film in detail. That is,
In the reactive ion etching device, the substrate temperature is set to 30
Even if the temperature is raised to 0 ° C, the carbon film pattern is not thermally deformed, and degassing is extremely small. Therefore, it is possible to perform anisotropic processing with high accuracy even on a Cu film that produces only an etching product having a very low vapor pressure in normal dry etching.
【0055】更に、炭素膜は、スパッタ法や真空蒸着法
により容易に形成可能であることが判明した。そこで、
これらの炭素膜について膜質をSIMS分析により調べ
たところ、得られた炭素膜は 99.99%以上の高純度を有
していることが判った。即ち、予めレジスト等の不純物
を多量に含む有機質膜を前述の方法にて、選択的に除去
した後、炭素膜をエッチングマスクとして用いることに
より、大気に一週間放置してもAlSiCu膜エッチン
グ後の腐食が観察されなかった。高純度のマスクを用い
て高精度の加工が可能であるため、半導体集積回路にお
ける配線の製造工程や、Si基板に溝部を形成してなる
キャパシタの形成に用いた場合、高信頼性を有してデバ
イスの形成が可能となる。Further, it has been found that the carbon film can be easily formed by the sputtering method or the vacuum deposition method. Therefore,
When the film quality of these carbon films was examined by SIMS analysis, it was found that the obtained carbon films had a high purity of 99.99% or more. That is, by selectively removing the organic film containing a large amount of impurities such as resist in advance by the above-mentioned method, by using the carbon film as an etching mask, even if the film is left in the atmosphere for one week, the AlSiCu film after etching can be removed. No corrosion was observed. Since high-precision processing is possible using a high-purity mask, it has high reliability when used in the manufacturing process of wiring in a semiconductor integrated circuit or in the formation of a capacitor having a groove formed in a Si substrate. Device can be formed.
【0056】[0056]
【実施例】以下、本発明の各実施例について、図面を参
照して説明する。 〈実施例1〉図1は、本発明の一実施例方法に係わるA
l合金膜パターンの形成工程を示す断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <Embodiment 1> FIG. 1 shows an embodiment A of the present invention.
It is sectional drawing which shows the formation process of l alloy film pattern.
【0057】まず、図1(a)に示すように、Si基板
11上にSiO2 膜12を形成し、このSiO2 膜12
上にAlSiCu(Si濃度1wt%、Cu濃度0.5
wt%)薄膜13を堆積する。次いで、図1(b)に示
す如く、薄膜13上に炭素膜14(膜厚40nm)を形
成する。[0057] First, as shown in FIG. 1 (a), to form an SiO 2 film 12 on the Si substrate 11, the SiO 2 film 12
AlSiCu (Si concentration 1 wt%, Cu concentration 0.5
wt%) Deposit thin film 13. Next, as shown in FIG. 1B, a carbon film 14 (film thickness 40 nm) is formed on the thin film 13.
【0058】ここで、炭素膜14はマグネトロンスパッ
タリング装置にて堆積した。スパッタリング前の真空度
は10-8Torr台であり、スパッタリングガスとしてAr
ガスを用い、Arガスを5×10-3Torrまで導入した
後、高周波電力1kWで炭素ターゲットをArイオンに
てスパッタリングすることにより堆積した。堆積膜の厚
さは、スパッタリング時間を変化させることにより制御
可能であった。しかし、AlSiCu薄膜13上に上記
方法にて炭素膜14を形成したところ、Si基板上部分
的に炭素膜14が剥れるという現象が生じた。Here, the carbon film 14 was deposited by a magnetron sputtering device. The degree of vacuum before sputtering is on the order of 10 -8 Torr, and the sputtering gas is Ar.
Gas was used to introduce Ar gas up to 5 × 10 −3 Torr, and then a carbon target was sputtered with Ar ions at a high frequency power of 1 kW for deposition. The thickness of the deposited film could be controlled by changing the sputtering time. However, when the carbon film 14 was formed on the AlSiCu thin film 13 by the above method, a phenomenon that the carbon film 14 was partially peeled off on the Si substrate occurred.
【0059】従って、AlSiCu薄膜13と炭素膜1
4との密着性を向上させるために、炭素膜堆積前に、A
lSiCu薄膜表面を酸素ガスを用いたプラズマに晒す
ことにより、AlSiCu薄膜表面の改質を行った。酸
素ガスプラズマ処理をしたAlSiCu膜と処理をしな
いAlSiCu膜とをオージェ電子分光法(AES)に
より分析したところ、プラズマ処理を実施したAlSi
Cu膜では表面の酸素濃度の増大が観察された。Therefore, the AlSiCu thin film 13 and the carbon film 1
In order to improve the adhesion with No. 4, before depositing the carbon film, A
The surface of the AlSiCu thin film was modified by exposing the surface of the 1SiCu thin film to plasma using oxygen gas. When the AlSiCu film subjected to the oxygen gas plasma treatment and the untreated AlSiCu film were analyzed by Auger electron spectroscopy (AES), the AlSiCu film subjected to the plasma treatment was analyzed.
An increase in the oxygen concentration on the surface was observed for the Cu film.
【0060】次に、酸素ガスプラズマ処理を施したAl
SiCu膜上に前述した如く同一条件にて、炭素膜(4
0nm厚)の堆積を行った。炭素膜堆積後、膜の剥がれ
を観察したところ、Si基板上全域に渡って、炭素膜の
剥がれは見当たらなかった。形成した炭素膜の結晶構造
を明らかにするため、X線回析法(XRD)による膜分
析を行ったところ、膜は非晶質構造であることが判明し
た。さらに、二次イオン質量分析法(SIMS)により
形成した炭素膜を分析したところ、炭素以外の他の不純
物原子は、膜中にてAES法の検出感度以下であること
が判明した。Next, Al subjected to oxygen gas plasma treatment
Under the same conditions as described above, the carbon film (4
0 nm thick) was deposited. When the peeling of the film was observed after depositing the carbon film, no peeling of the carbon film was found over the entire area of the Si substrate. In order to clarify the crystal structure of the formed carbon film, film analysis by X-ray diffraction (XRD) was conducted, and it was found that the film had an amorphous structure. Furthermore, when the carbon film formed by secondary ion mass spectrometry (SIMS) was analyzed, it was found that the impurity atoms other than carbon were below the detection sensitivity of the AES method in the film.
【0061】次いで、図1(c)に示すように、炭素膜
14上にフォトレジスト15(膜厚1.6μm)を塗布
し、通常のリソグラフィ技術を用いて、レジスト15を
露光した。続いて、図1(d)に示す如く、レジスト1
5を現像して、レジストパターン15を形成した。この
図1(d)に示す工程では、現像液として、アルカリ性
有機溶済を用いたが、現像時に炭素膜14の溶出,剥離
などの問題は生じなかった。Next, as shown in FIG. 1C, a photoresist 15 (film thickness: 1.6 μm) was applied on the carbon film 14, and the resist 15 was exposed using a normal lithography technique. Then, as shown in FIG.
5 was developed to form a resist pattern 15. In the step shown in FIG. 1D, alkaline organic solution was used as the developing solution, but no problems such as elution and peeling of the carbon film 14 occurred during development.
【0062】次いで、図1(e)及び(f)に示すよう
に、レジストパターンをマスクとして、RIEにて、炭
素膜14及びAlSiCu膜13を選択エッチングし、
AlSiCu膜13をパターニングした。Next, as shown in FIGS. 1E and 1F, the carbon film 14 and the AlSiCu film 13 are selectively etched by RIE using the resist pattern as a mask.
The AlSiCu film 13 was patterned.
【0063】上記、図1(e)及び(f)の工程につい
て詳細に説明する。The steps of FIGS. 1E and 1F will be described in detail.
【0064】まず、図2を用いて、この実施例に適用し
たドライエッチング装置から説明する。First, the dry etching apparatus applied to this embodiment will be described with reference to FIG.
【0065】この装置は、エッチング室20,導入用予
備室30及び排出用予備室40から構成されており、エ
ッチング室20と導入用予備室30及び排出用予備室4
0との間は、ゲートバルブ31及び41によりそれぞれ
仕切られている。そして、エッチング室20を真空に保
持したまま、導入用予備室30に配置されたゲートバル
ブ32から被処理基体を導入し、排出用予備室40に配
置されたゲートバルブ42から被処理基体を排出するこ
とにより、大気中の水分や酸素等の悪影響を避けること
ができるようになっている。また、予備室30,40内
には、基板載置台33及び43がそれぞれ設置されてい
る。This apparatus is composed of an etching chamber 20, an introducing preliminary chamber 30 and an ejecting auxiliary chamber 40. The etching chamber 20, the introducing auxiliary chamber 30 and the ejecting auxiliary chamber 4 are provided.
Gates 31 and 41 are separated from 0. Then, the substrate to be treated is introduced from the gate valve 32 arranged in the preliminary chamber 30 for introduction while the etching chamber 20 is kept in vacuum, and the substrate to be treated is discharged from the gate valve 42 arranged in the preliminary chamber 40 for discharge. By doing so, it is possible to avoid the adverse effects of moisture and oxygen in the atmosphere. Substrate mounting tables 33 and 43 are installed in the preliminary chambers 30 and 40, respectively.
【0066】エッチング室20は、真空容器20a内に
配置された被処理基板21を載置するための第1の電極
22と、この第1の電極22に13.56MHzの高周
波電力を印加すべく、ブロッキングキャパシタ29を介
して接続された高周波電源24と、第1の電極22を冷
却し、被処理基板21の基板温度を所望の温度に制御す
るための冷却管25とを具備している。The etching chamber 20 is designed to apply a first electrode 22 for placing a substrate 21 to be processed placed in a vacuum container 20a, and a high frequency power of 13.56 MHz to the first electrode 22. A high frequency power supply 24 connected via a blocking capacitor 29 and a cooling pipe 25 for cooling the first electrode 22 and controlling the substrate temperature of the substrate 21 to be processed to a desired temperature are provided.
【0067】また、塩素ガス(Cl2 )供給ライン28
a,三塩化硼素(BCl3 )供給ライン28b,臭化水
素ガス(HBr)供給ライン28c,酸素ガス(O2 )
供給ライン28d,不活性ガス(He、Ar或いはK
r)供給ライン28e及び水素ガス(H2 )供給ライン
28fから、真空容器20a内にCl2 ,BCl3 ,H
Br,O2 ,H2 ,He(或いはAr,Kr)を導入し
つつ、第1の電極22と第2の電極を兼ねた真空容器2
0aの内壁(上壁)との間に高周波電圧が印加されるよ
うになっている。Further, the chlorine gas (Cl 2 ) supply line 28
a, boron trichloride (BCl 3 ) supply line 28b, hydrogen bromide gas (HBr) supply line 28c, oxygen gas (O 2 )
Supply line 28d, inert gas (He, Ar or K
r) from the supply line 28e and a hydrogen gas (H 2) supply line 28f, Cl 2, BCl 3 into the vacuum chamber 20a, H
A vacuum container 2 which also serves as a first electrode 22 and a second electrode while introducing Br, O 2 , H 2 and He (or Ar and Kr).
A high frequency voltage is applied to the inner wall (upper wall) of 0a.
【0068】ここで、真空容器20aはアースに接続さ
れている。ガス供給ライン28a〜28fは、各々バル
ブと流量調整器29a〜29fを具備し、流量及びガス
圧を所望の値に調整できるようになっている。Here, the vacuum container 20a is connected to the ground. Each of the gas supply lines 28a to 28f is provided with a valve and a flow rate adjuster 29a to 29f, and the flow rate and the gas pressure can be adjusted to desired values.
【0069】また、真空容器20aの第2の電極部分の
上方には、永久磁石26が設置されており、モータによ
り回転軸27のまわりで偏心回転せしめられ、この永久
磁石26の発する50〜500ガウスの磁界により10
-3Torr台、又はそれ以下の高真空でも高密度のプラズマ
を発生維持することが可能となるように構成されてい
る。このようにして生成された高密度プラズマから大量
のイオンが引出され、被処理基板21に照射されエッチ
ングが行われる。Further, a permanent magnet 26 is installed above the second electrode portion of the vacuum container 20a, and is eccentrically rotated about a rotation shaft 27 by a motor, and the permanent magnet 26 emits 50 to 500. 10 due to Gaussian magnetic field
It is configured so that high-density plasma can be generated and maintained even in a high vacuum of -3 Torr level or lower. A large amount of ions are extracted from the high-density plasma generated in this manner, and the processed substrate 21 is irradiated with the ions and etched.
【0070】次に、上述のドライエッチング装置を使用
し、図1(e)に示す如く、エッチングガスとしてO2
或いはH2 を用いて、被エッチング材料である炭素膜1
4をレジストパターン15をマスクとしてエッチングし
た例を説明する。Next, using the above-described dry etching apparatus, as shown in FIG. 1 (e), O 2 as the etching gas
Alternatively, by using H 2 , a carbon film 1 as a material to be etched
An example in which 4 is etched using the resist pattern 15 as a mask will be described.
【0071】まず、エッチングガスにO2 を用い、基板
温度を変化させて、図1(e)に示す如く、炭素膜14
をエッチングした。エッチング条件はO2 ガス(流量1
00SCCM)圧力は1.5Paとし、高周波電力を1.7
W/cm2 印加するようにした。First, using O 2 as an etching gas and changing the substrate temperature, as shown in FIG.
Was etched. The etching conditions are O 2 gas (flow rate 1
00SCCM) Pressure is 1.5Pa and high frequency power is 1.7
W / cm 2 was applied.
【0072】基板温度を−50℃に保持した場合、炭素
膜14が約300nm/分の速度でエッチングされたの
に対して、レジスト15は1μm/分であり、炭素膜1
4とレジスト15との選択比は約0.3である。また、
エッチングされた炭素膜14の形状をSEMにて観察し
たところ、図3(a)に示す如く、ほぼ垂直形状が得ら
れた。When the substrate temperature was kept at -50 ° C., the carbon film 14 was etched at a rate of about 300 nm / min, while the resist 15 was 1 μm / min.
The selection ratio between 4 and the resist 15 is about 0.3. Also,
When the shape of the etched carbon film 14 was observed by SEM, a substantially vertical shape was obtained as shown in FIG.
【0073】一方、基板温度を70℃に保持した場合、
炭素膜14とレジスト15の選択比は約0.3であり、
基板温度を−50℃の場合とほぼ同じであるのに対し
て、エッチングした炭素膜14の形状をSEMにて観察
したところ、炭素膜14は図3(b)に示す如くテーパ
形状であることが判明した。On the other hand, when the substrate temperature is kept at 70 ° C.,
The selection ratio between the carbon film 14 and the resist 15 is about 0.3,
While the substrate temperature is almost the same as that at −50 ° C., the etched carbon film 14 is observed by SEM to find that the carbon film 14 has a tapered shape as shown in FIG. 3B. There was found.
【0074】これは、図3(b)に示すように、炭素膜
14上に残存するレジスト15のパターンにサイドエッ
チングが生じ、このサイドエッチングによりレジストの
パターン15が細るためである。つまり、基板温度を低
温にした場合においては、レジスト15のサイドエッチ
ング量が著しく抑制されるために、炭素膜14をほぼ垂
直にエッチング可能であることが判った。This is because, as shown in FIG. 3B, side etching occurs in the pattern of the resist 15 remaining on the carbon film 14, and this side etching narrows the resist pattern 15. That is, it was found that when the substrate temperature was lowered, the side etching amount of the resist 15 was remarkably suppressed, so that the carbon film 14 could be etched almost vertically.
【0075】レジスト15のサイドエッチング量は、O
2 RIE中にレジストパターンの側壁に入射する酸素イ
オン及び酸素ラジカル量とレジストとの反応速度、或い
は反応生成物の脱離量により決定される。基板温度を低
温にすることにより、反応速度の低下、側壁からの反応
生成物の脱離量の低下、さらには側壁保護膜等の形成な
どが生じ、レジストのサイドエッチング量が抑制される
と考えられる。種々のガスを用い、レジストをエッチン
グした結果、H2 ガスを用いることによって、比較的高
温でしかも、炭素膜とレジストとの選択比が向上する現
象が見い出された。The side etching amount of the resist 15 is O
2 Determined by the amount of oxygen ions and oxygen radicals incident on the sidewall of the resist pattern during RIE, the reaction rate with the resist, or the amount of desorption of reaction products. It is thought that by lowering the substrate temperature, the reaction rate decreases, the amount of reaction products desorbed from the side wall decreases, and the side wall protective film, etc. are formed, and the side etching amount of the resist is suppressed. Be done. As a result of etching the resist using various gases, it was found that the use of H 2 gas improved the selectivity between the carbon film and the resist at a relatively high temperature.
【0076】上述のドライエッチング装置を用いて、エ
ッチングガスとしてH2 (総量100SCCM)圧力1.5
Pa、高周波電力1.7W/cm2 、基板温度25℃に
保持して、レジスト15をマスクとして、炭素膜14の
エッチングを行った。このとき、炭素膜14が330n
m/分でエッチングされるのに対して、レジスト15の
エッチング速度は670nm/分であった。従って、炭
素膜14とレジスト15との選択比は約0.5であっ
た。また、エッチング後のパターン形状をSEMにより
観察したところ、レジストパターンにサイドエッチング
は生じなく、且つ炭素膜14も図3(a)に示すように
ほぼ垂直であることが判明した。Using the above dry etching apparatus, H 2 (total amount 100 SCCM) as an etching gas and a pressure of 1.5
The carbon film 14 was etched using the resist 15 as a mask while maintaining Pa, high frequency power of 1.7 W / cm 2 and substrate temperature of 25 ° C. At this time, the carbon film 14 is
The etching rate of the resist 15 was 670 nm / min, while the etching rate was m / min. Therefore, the selection ratio between the carbon film 14 and the resist 15 was about 0.5. Further, when the pattern shape after etching was observed by SEM, it was found that side etching did not occur in the resist pattern, and the carbon film 14 was almost vertical as shown in FIG. 3 (a).
【0077】また、エッチングガスとして不活性ガスを
用い、スパッタ効果により炭素膜14をエッチングした
例について説明する。上述のドライエッチング装置を用
い、エッチングガスとしてAr(総量100SCCM)圧力
1.5Pa、高周波電力1.7W/cm2 、基板温度2
5℃下で、レジストマスクとして炭素膜14のエッチン
グを行った。An example in which an inert gas is used as the etching gas and the carbon film 14 is etched by the sputtering effect will be described. Using the above dry etching apparatus, Ar (total amount 100 SCCM) pressure 1.5 Pa, high frequency power 1.7 W / cm 2 , substrate temperature 2 as etching gas
The carbon film 14 was etched as a resist mask at 5 ° C.
【0078】このとき、炭素膜14は60nm/分でス
パッタエッチングされるのに対し、レジスト15のエッ
チング速度は100nm/分であった。従って、炭素膜
14とレジスト15との選択比は0.6であった。ま
た、エッチング後のパターン形状をSEMにより観察し
たところ、レジストパターンにサイドエッチングが生じ
ず、且つ炭素膜14も垂直に加工することが可能であっ
た。これは、不活性ガスを用いた場合、スパッタ効果に
よりエッチングが進行するため、垂直形状の炭素膜14
の加工が可能となると考えられる。At this time, the carbon film 14 was sputter-etched at 60 nm / min, whereas the etching rate of the resist 15 was 100 nm / min. Therefore, the selection ratio between the carbon film 14 and the resist 15 was 0.6. Further, when the pattern shape after etching was observed by SEM, it was found that side etching did not occur in the resist pattern and the carbon film 14 could also be processed vertically. This is because when an inert gas is used, the etching progresses due to the sputtering effect, and thus the vertically-shaped carbon film 14 is used.
It is considered possible to process
【0079】次いで、図1(f)に示す如く、レジスト
パターン15及び炭素膜14をエッチングマスクとし
て、AlSiCu膜13の選択エッチングを行った。A
lSiCu膜13のエッチングにおいても、前述したド
ライエッチング装置を用いた。エッチング条件は、基板
温度を50℃に保持し、エッチングガスとしてCl2 と
BCl3 との混合ガス(流量100SCCM)を用いた。エ
ッチング圧力は1.5Pa、RF電力は、0.8W/c
m2 から3W/cm2 まで変化させた。Then, as shown in FIG. 1F, the AlSiCu film 13 was selectively etched using the resist pattern 15 and the carbon film 14 as an etching mask. A
Also in the etching of the 1SiCu film 13, the dry etching apparatus described above was used. As the etching conditions, the substrate temperature was kept at 50 ° C., and a mixed gas of Cl 2 and BCl 3 (flow rate 100 SCCM) was used as an etching gas. Etching pressure is 1.5 Pa, RF power is 0.8 W / c
It was changed from m 2 to 3 W / cm 2 .
【0080】図4は、RF電力を変化させてエッチング
した膜のエッチング速度を測定した結果を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing the results of measuring the etching rate of the film etched by changing the RF power.
【0081】これより、RF印加電力0.8W/cm2
にて、AlSiCu薄膜13のエッチング速度が約35
0nm/分、炭素膜14のエッチング速度は、約25n
m/分であり、薄膜13と炭素膜14との選択比は約1
4である。一方、このときの薄膜13とレジスト15と
の選択比は約2であった。また、RF印加電力0.8W
/cm2 よりも小さい場合には、Siウェハ周辺部に残
渣の発生が観察されたが、0.8W/cm2 以上では全
く生じていないことが判明した。From this, the RF applied power 0.8 W / cm 2
The etching rate of the AlSiCu thin film 13 is about 35
0 nm / min, the etching rate of the carbon film 14 is about 25 n
m / min, and the selection ratio between the thin film 13 and the carbon film 14 is about 1
It is 4. On the other hand, the selection ratio between the thin film 13 and the resist 15 at this time was about 2. RF applied power 0.8W
When it was smaller than / cm 2, the generation of residue was observed in the peripheral portion of the Si wafer, but it was found that at 0.8 W / cm 2 or more, no residue was generated.
【0082】RF印加電力0.8W/cm2 にてエッチ
ングしたAlSiCu薄膜13の形状をSEMにより評
価たところ、テーパ角88°でテーパ形状であることが
判った。また、テーパ形状は、RF印加電力の増大とと
もに大きく(テーパ角度が小さく)なることが分った。When the shape of the AlSiCu thin film 13 etched with RF applied power of 0.8 W / cm 2 was evaluated by SEM, it was found to be a tapered shape with a taper angle of 88 °. It was also found that the taper shape becomes larger (taper angle becomes smaller) as the RF applied power increases.
【0083】また、RF印加電力1.5W/cm2 以上
でエッチングしたAlSiCu薄膜13においては、エ
ッチング後、AlSiCu薄膜13上にレジスト15は
残存していないことが、上記同様SEMにより確認され
た。Further, in the AlSiCu thin film 13 etched with RF applied power of 1.5 W / cm 2 or more, it was confirmed by SEM that the resist 15 did not remain on the AlSiCu thin film 13 after etching.
【0084】これより、AlSiCu薄膜13とレジス
ト15との選択比は図4に示した如く、RF印加電力と
ともに減少して行くため、電力1.5W/cm2 以上で
はレジスト15は全て消失する。従って、AlSiCu
薄膜13のエッチングマスクは炭素膜14となる。即
ち、レジスト15のみをマスクとして用いた場合では、
選択比が小さいためにAlSiCu薄膜13を全てエッ
チングするまで良好なエッチングマスクとして作用しな
い。しかし、炭素膜14をエッチングマスクとして適用
することにより、AlSiCu薄膜13と炭素膜14と
の選択比が例えば電力1.5W/cm2 では10以上あ
るために、AlSiCu薄膜13の良好なエッチングが
可能となることが分かる。From this, the selection ratio between the AlSiCu thin film 13 and the resist 15 decreases with the RF applied power as shown in FIG. 4, so that the resist 15 disappears entirely at a power of 1.5 W / cm 2 or more. Therefore, AlSiCu
The carbon film 14 serves as an etching mask for the thin film 13. That is, when only the resist 15 is used as a mask,
Since the selection ratio is small, it does not act as a good etching mask until the AlSiCu thin film 13 is completely etched. However, by applying the carbon film 14 as an etching mask, the AlSiCu thin film 13 and the carbon film 14 have a selection ratio of 10 or more at a power of 1.5 W / cm 2 , for example, and thus the AlSiCu thin film 13 can be etched well. It turns out that
【0085】最後に、図1(g)に示す如く、レジスト
パターン及び炭素膜14の除去を行った。エッチング装
置として通常のバレル型プラズマエッチング装置を用い
た。レジストパターンを上記装置にて、通常の酸素プラ
ズマによりアッシングしたところ、前記レジストパター
ン及び炭素膜の除去を行なうことが出来た。一方、炭素
膜14は、上記酸素プラズマアッシングにより容易に除
去できることが判明した。Finally, as shown in FIG. 1G, the resist pattern and the carbon film 14 were removed. An ordinary barrel type plasma etching device was used as an etching device. The resist pattern and the carbon film could be removed by ashing the resist pattern with ordinary oxygen plasma in the above apparatus. On the other hand, it was found that the carbon film 14 can be easily removed by the oxygen plasma ashing.
【0086】レジストパターンを完全に除去するため
に、図5に示すようなダウンフロー型エッチング装置を
用いた。図5に示すのは、本実施例において用いられた
炭素膜14に対してレジスト15を選択的に剥離するた
めのダウンフロー型エッチング装置の概略図である。In order to completely remove the resist pattern, a downflow type etching apparatus as shown in FIG. 5 was used. FIG. 5 is a schematic view of a downflow type etching apparatus for selectively removing the resist 15 from the carbon film 14 used in this example.
【0087】この装置の主要部は、真空容器50とこの
容器内に試料51を載置する試料台52と、ガス導入さ
れるガス導入口53と、ガス導入口53から導入された
ガスを放電するための石英製の放電管54と、容器内に
導入されたガスを排気するガス排気口55からなる。な
お、放電管54には導波管56を介して周波数2.45
GHzのマイクロ波が電源57より印加され、内部に無
電極放電が発生してガス導入口53から導入されたガス
を分解するものとなっている。The main part of this apparatus is a vacuum container 50, a sample table 52 on which a sample 51 is placed, a gas inlet port 53 for introducing gas, and a gas introduced from the gas inlet port 53 for discharging gas. The discharge tube 54 is made of quartz, and the gas exhaust port 55 exhausts the gas introduced into the container. The discharge tube 54 has a frequency of 2.45 via a waveguide 56.
A microwave of GHz is applied from the power source 57 to generate an electrodeless discharge inside and decompose the gas introduced from the gas introduction port 53.
【0088】次に、上記エッチング装置を用いて、前述
の試料におけるレジスト膜の剥離を行った。レジストパ
ターンをマスクに炭素膜をRIEにて垂直加工し、パタ
ーン開口部に下地AlSiCu薄膜が露出した構造(レ
ジスト/炭素/AlSiCu/SiO2 )を有した試料
51を、図5に示すダウンフロー型エッチング装置に搬
入し、試料台52上に固定した。次いで、真空度10-3
Torrまで排気口55から真空排気した後、エッチングガ
スとしてCF4 /O2 混合ガスを導入した。CF4 /O
2 の流量は15/500SCCM一定とし、圧力0.3Torr
に保持した。また、温度は室温に保持した。次いで、マ
イクロ波を印加して放電を生じさせ、エッチングを行っ
た。Next, the resist film in the above sample was peeled off using the above etching apparatus. A sample 51 having a structure (resist / carbon / AlSiCu / SiO 2 ) in which a carbon film was vertically processed by RIE using a resist pattern as a mask and the underlying AlSiCu thin film was exposed in a pattern opening was shown in FIG. It was loaded into the etching apparatus and fixed on the sample table 52. Next, vacuum degree 10 -3
After evacuation to the Torr from the exhaust port 55, a CF 4 / O 2 mixed gas was introduced as an etching gas. CF 4 / O
The flow rate of 2 is fixed at 15/500 SCCM and the pressure is 0.3 Torr.
Held in. The temperature was kept at room temperature. Then, microwaves were applied to cause discharge, and etching was performed.
【0089】このような工程により、エッチングガスと
して四弗化化炭素(CF4 )ガスと酸素との混合ガスを
用い、圧力0.3Torrにて上記ダウンフロー型エッチン
グ装置にてアッシングを試みたところ、レジストパター
ンは残存物が生じず、完全に除去可能であった。By the above steps, a mixed gas of carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas and oxygen was used as an etching gas, and ashing was attempted by the downflow type etching apparatus at a pressure of 0.3 Torr. The resist pattern was completely removable without any residue.
【0090】また、上記レジストパターンを完全に除去
できる条件にて、炭素膜のエッチングを調べたところ、
ダウンフロー型エッチングにおいては炭素膜はエッチン
グされないことが分った。When the etching of the carbon film was examined under the condition that the resist pattern could be completely removed,
It was found that the carbon film was not etched in the downflow type etching.
【0091】従って、レジストパターンが残存している
場合のマスクパターンを剥離するに際しては、CF4 ガ
スとO2 ガスとの混合ガスを用いたダウンフロー型エッ
チングにてレジストを除去した後、前述の如くバレル型
エッチング装置を用い、通常のO2 プラズマアッシング
処理を施すことによって、炭素膜は容易に剥離されるこ
とが確認できた。剥離後、AlSiCu薄膜パターンを
SEMにて評価したところ、テーパ形状でライン/スペ
ースの線幅400nm/400nmのAlSiCu薄膜
が良好に形成されていることが判った。Therefore, when removing the mask pattern when the resist pattern remains, the resist is removed by downflow type etching using a mixed gas of CF 4 gas and O 2 gas, and then the above-mentioned process is performed. As described above, it was confirmed that the carbon film was easily peeled off by performing the usual O 2 plasma ashing treatment using the barrel type etching apparatus. After peeling, the AlSiCu thin film pattern was evaluated by SEM, and it was found that an AlSiCu thin film having a tapered line / space width of 400 nm / 400 nm was formed well.
【0092】また、前述したように炭素膜のパターニン
グ方法として、レジストマスクとしてH2 ,O2 ,不活
性ガス(Ne、Ar、Kr、Xe)或いはSF6 ,CF
4 等のガスや、これらの混合ガスを用いて炭素膜のドラ
イエッチングを行ったが、上記ガス或いは混合ガスのい
ずれを用いてエッチングした場合も良好な炭素膜の加工
が可能であり、これらのプロセスを用いて形成されたA
lSiCu薄膜パターンについても良好な形状で残渣の
ないもの得られた。 〈実施例2〉次に、本発明の第2の実施例のエッチング
方法について説明する。図6は、本発明の第2の実施例
に係るパターン形状工程を示す断面図である。As described above, as a method for patterning a carbon film, H 2 , O 2 , a inert gas (Ne, Ar, Kr, Xe) or SF 6 , CF is used as a resist mask.
Although the carbon film was dry-etched using a gas such as 4 or a mixed gas thereof, a good carbon film can be processed by etching using any of the above-mentioned gas or mixed gas. A formed using the process
Regarding the 1SiCu thin film pattern, a good shape and no residue was obtained. <Embodiment 2> Next, an etching method according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a sectional view showing a pattern forming step according to the second embodiment of the present invention.
【0093】まず、図6(a)に示すように、Si基板
11上にSiO2 膜12を形成し、このSiO2 膜12
の表面にAlSiCu(Si濃度1wt%、Cu濃度
0.5wt%)薄膜13を堆積する。その後、AlSi
Cu薄膜13の表面をO2 プラズマにより改質した。[0093] First, as shown in FIG. 6 (a), to form an SiO 2 film 12 on the Si substrate 11, the SiO 2 film 12
An AlSiCu (Si concentration 1 wt%, Cu concentration 0.5 wt%) thin film 13 is deposited on the surface of the. Then AlSi
The surface of the Cu thin film 13 was modified by O 2 plasma.
【0094】次いで、図6(b)に示す如く、薄膜13
上に炭素膜14(膜厚300nm)を形成する。また、
同時に比較のためスパッタリング法により、シリコン酸
化膜(SiO2 )(14′)を膜厚300nmに形成し
た試料も作成した。ここで、炭素膜14の堆積は、実施
例1にて記述したものと同様の方法にて行った。Then, as shown in FIG. 6B, the thin film 13 is formed.
A carbon film 14 (thickness 300 nm) is formed on top. Also,
At the same time, for comparison, a sample in which a silicon oxide film (SiO 2 ) (14 ′) was formed to a film thickness of 300 nm was also prepared by the sputtering method. Here, the deposition of the carbon film 14 was performed by the same method as that described in Example 1.
【0095】次いで、図6(c)に示すように、炭素膜
14及びSiO2 膜14′上に各々1.6μmのレジス
ト15を堆積し、図6(d)に示す如く通常のリソグラ
フィ技術を用いて、レジスト15を露光,現像すること
により、レジストパターンの形成を行った。この図6
(d)に示す工程において、炭素膜14或いはSiO2
膜14′の溶出,剥離などの問題は全く生じなかった。Next, as shown in FIG. 6C, a 1.6 μm-thick resist 15 is deposited on each of the carbon film 14 and the SiO 2 film 14 ', and an ordinary lithography technique is applied as shown in FIG. 6D. The resist 15 was exposed to light and developed to form a resist pattern. This Figure 6
In the step shown in (d), the carbon film 14 or SiO 2
There were no problems such as elution and peeling of the film 14 '.
【0096】次いで、図6(e)に示す如く、レジスト
パターンをマスクとしてRIEにて炭素膜14のパター
ニングを実施した。用いたドライエッチング装置は、前
述したマグネトロン載置のRIE装置である。実施例1
で記述した如く、O2 ガス流量100SCCM,圧力1.5
Pa,RF印加電力1.7W/cm2 ,基板温度−50
℃において、レジストパターンをマスクとして炭素膜1
4をエッチングした。これにより、図6(e)に示す如
く、炭素膜14のパターニングがなされた。なお、この
炭素膜14上にはレジストパターンが残存している。Next, as shown in FIG. 6E, the carbon film 14 was patterned by RIE using the resist pattern as a mask. The dry etching device used is the above-mentioned magnetron-mounted RIE device. Example 1
As described above, O 2 gas flow rate 100 SCCM, pressure 1.5
Pa, RF applied power 1.7 W / cm 2 , substrate temperature -50
Carbon film 1 using the resist pattern as a mask at ℃
4 was etched. As a result, the carbon film 14 was patterned as shown in FIG. A resist pattern remains on the carbon film 14.
【0097】一方、上記と同一のエッチング装置にて、
レジストパターンをマスクとしてSiO2 膜14′のパ
ターニングを行った。CF4 /O2 ガス流量100SCC
M、圧力1.5Pa,RF電力1.7W/cm2 ,基板温度2
5℃において、レジストパターンをマスクとしてSiO
2 膜14をエッチングした。これにより、図6(e)に
示すのと同様に、SiO2 膜14′のパターニングがな
された。このSiO2 膜14′上にもレジストパターン
が残存している。On the other hand, in the same etching device as above,
The SiO 2 film 14 ′ was patterned using the resist pattern as a mask. CF 4 / O 2 gas flow rate 100 SCC
M, pressure 1.5 Pa, RF power 1.7 W / cm 2 , substrate temperature 2
At 5 ° C., using the resist pattern as a mask
2 The film 14 was etched. As a result, the SiO 2 film 14 'was patterned in the same manner as shown in FIG. 6 (e). The resist pattern also remains on this SiO 2 film 14 '.
【0098】次いで、図6(f)に示す如く、これらの
薄膜上に残存するレジストパターンを除去するために実
施例1で述べたCF4 /O2 ガスを用いたダウンフロー
アッシング装置にてレジストパターンの剥離を行った。
これにより、炭素膜14及びSiO2 膜14′上のレジ
ストパターンは全てエッチング除去され、炭素膜14及
びSiO2 膜14′からなるエッチングマスクパターン
が形成された。Next, as shown in FIG. 6 (f), in order to remove the resist pattern remaining on these thin films, the resist is removed by the downflow ashing apparatus using the CF 4 / O 2 gas described in the first embodiment. The pattern was peeled off.
As a result, all the resist patterns on the carbon film 14 and the SiO 2 film 14 'were removed by etching, and an etching mask pattern composed of the carbon film 14 and the SiO 2 film 14' was formed.
【0099】次いで、図6(g)に示す如く、炭素膜1
4及びSiO2 膜14′をエッチングマスクとして、A
lSiCu薄膜13のエッチングを行った。AlSiC
u薄膜13のエッチングは、実施例1で記述した如く、
マグネトロン型ドライエッチング装置を用いて行った。
エッチング条件は、基板温度25℃に保持し、エッチン
グガスとして、Cl2 とBCl3 の混合ガス(流量20
SCCM)を用いた。エッチング圧力は、0.5Pa、RF
電力は0.8W/cm2 である。Then, as shown in FIG. 6G, the carbon film 1
4 and the SiO 2 film 14 'as an etching mask
The 1SiCu thin film 13 was etched. AlSiC
The etching of the u thin film 13 is performed as described in the first embodiment.
It was performed using a magnetron type dry etching device.
The etching condition is that the substrate temperature is maintained at 25 ° C., and a mixed gas of Cl 2 and BCl 3 (flow rate 20
SCCM) was used. Etching pressure is 0.5 Pa, RF
The power is 0.8 W / cm 2 .
【0100】このとき、AlSiCu薄膜13はエッチ
ング速度が約300nm/min、炭素膜14のエッチ
ング速度は約35nm/min、SiO2 膜14′のエ
ッチング速度は約40nm/minであり、AlSiC
uと炭素の選択比は約9、AlSiCuとSiO2 の選
択比は約8.5であった。At this time, the AlSiCu thin film 13 has an etching rate of about 300 nm / min, the carbon film 14 has an etching rate of about 35 nm / min, and the SiO 2 film 14 'has an etching rate of about 40 nm / min.
The selection ratio of u to carbon was about 9, and the selection ratio of AlSiCu to SiO 2 was about 8.5.
【0101】また、この条件の下で、ウェハ上に発生す
る残渣量を観察したところ炭素膜14をマスクとした場
合には残渣は全く見られなかった。一方、SiO2 膜1
4′をマスクとした場合には残渣の発生が観察された。
この残渣発生の相違はSiO2 マスクの場合は、RIE
におけるイオン衝撃により酸素がマスクより発生するた
め残留酸素量が大きくなり、Al酸化物が生じるためと
考えられる。Under this condition, when the amount of residue generated on the wafer was observed, no residue was found when the carbon film 14 was used as a mask. On the other hand, SiO 2 film 1
When 4'is used as a mask, generation of residues was observed.
This difference in residue generation is caused by RIE in the case of a SiO 2 mask.
It is considered that the amount of residual oxygen increases due to the generation of oxygen from the mask due to the ion bombardment in (3), and Al oxide is generated.
【0102】エッチングされたAlSiCu薄膜13の
形状をSEMにて観察したところ、図7(a)に示す如
く炭素膜14をマスクとして用いた場合、パターンのラ
インアンドスペース(L/S)部ではほぼ垂直形状のパ
ターンが得られた。ところが、図7(b)に示す如くS
iO2 膜14′をマスクとして用いた場合においては、
L/Sパターンのパターン端部において、片側(L/S
パターンの無い側)が大きなテーパ形状になっているこ
とが判明した。炭素膜14をマスクとして用いた場合に
おいては、極端に左右非対称のパターンになるという現
象は観察されなかった。The shape of the etched AlSiCu thin film 13 was observed by SEM. When the carbon film 14 was used as a mask as shown in FIG. 7A, the line and space (L / S) portion of the pattern was almost the same. A vertical shaped pattern was obtained. However, as shown in FIG.
When the iO 2 film 14 'is used as a mask,
At the pattern end of the L / S pattern, one side (L / S
It was found that the side with no pattern) had a large taper shape. When the carbon film 14 was used as a mask, the phenomenon of an extremely asymmetric pattern was not observed.
【0103】これは、次のような現象に基づくものと考
えられる。即ち、エッチング中にマスクパターンには、
イオンシースに発生する電界によって加速された電子及
びイオンが入射される。被エッチング物(マスク材料)
が絶縁物である場合は、これらの入射するイオンや電子
により絶縁物中に電荷が蓄積される(チャージアッ
プ)。これに対し、被エッチング物が導電性材料の場合
においては、チャージアップは生じない。This is considered to be based on the following phenomenon. That is, during etching, the mask pattern
Electrons and ions accelerated by the electric field generated in the ion sheath are incident. Etching object (mask material)
Is an insulator, charges are accumulated in the insulator by these incident ions and electrons (charge-up). On the other hand, when the material to be etched is a conductive material, charge-up does not occur.
【0104】従って、上記実験においてはマスクパター
ンに対して例えば斜めから入射した荷電粒子により、絶
縁物であるSiO2 膜14′の側壁にはチャージアップ
が生じ、電荷が蓄積される。L/Sパターンの中央部で
は、パターンの両側に蓄積される電荷量が等しいために
左右対称にイオンは曲げられ、エッチングは垂直方向に
進行する。しかし、L/Sパターン端部においては、S
iO2 膜14′のパターンは片側にしか存在しないた
め、チャージアップしたSiO2 マスクによりイオンは
曲げられるために、左右非対称の形状となると考えられ
る。Therefore, in the above experiment, charged particles are incident on the mask pattern obliquely, for example, so that charge-up occurs on the side wall of the SiO 2 film 14 ′, which is an insulator, and charges are accumulated. In the central portion of the L / S pattern, the amount of charges accumulated on both sides of the pattern is equal, so that the ions are bent symmetrically and etching proceeds in the vertical direction. However, at the end of the L / S pattern, S
Since the pattern of the iO 2 film 14 ′ is present only on one side, it is considered that the ions are bent by the charged-up SiO 2 mask, resulting in a laterally asymmetrical shape.
【0105】一方、炭素膜14をエッチングマスクとし
て用いた場合には、炭素膜14の抵抗率は、10-4Ωc
mと低く導電性材料である。従って、チャージアップが
生じないために、図7(a)に示した如く、L/Sパタ
ーンの端部においてもエッチング形状は左右対称で垂直
形状を示す。On the other hand, when the carbon film 14 is used as an etching mask, the resistivity of the carbon film 14 is 10 −4 Ωc.
m is a low conductive material. Therefore, since charge-up does not occur, as shown in FIG. 7A, the etching shape at the end of the L / S pattern is also symmetrical and vertical.
【0106】そこで、ドライエッチングにおいて、プラ
ズマ電位と試料の載置されている電極とに形成されるバ
イアス電圧(陰極降下電圧)を変化させ、SiO2 及び
炭素膜をエッチングパターンとして、AlSiCu薄膜
をエッチングした時のL/Sパターン端部パターンの形
状を評価した。パターン形状は、前述の如く、チャージ
アップ効果の影響が大きい場合、テーパ形状となる。ま
た、チャージアップ効果が小さければ、垂直形状とな
る。Therefore, in dry etching, the plasma potential and the bias voltage (cathode drop voltage) formed on the electrode on which the sample is placed are changed, and the AlSiCu thin film is etched using the SiO 2 and carbon films as etching patterns. The shape of the end pattern of the L / S pattern was evaluated. As described above, the pattern shape becomes a taper shape when the influence of the charge-up effect is large. If the charge-up effect is small, the shape becomes vertical.
【0107】図8に、バイアス電圧を変化させたときの
エッチングされたAlSiCu薄膜の形状をSEMにて
観察し、L/Sパターン端部でのテーパ角を調べた結果
を示す。これより、SiO2 マスクを用いた場合、バイ
アス電圧150V付近より、パターン形状が垂直或いは
逆テーパ形状からテーパ形状へと変化する。FIG. 8 shows the result of examining the taper angle at the end of the L / S pattern by observing the shape of the etched AlSiCu thin film when the bias voltage was changed, with an SEM. As a result, when the SiO 2 mask is used, the pattern shape changes from the vertical or inverse taper shape to the taper shape from around the bias voltage of 150V.
【0108】一方、炭素膜をマスクとした場合には、1
00V以下のバイアス電圧により、はじめて垂直形状よ
りテーパ形状に変化することが判明した。これにより、
炭素膜をマスクとした場合、マスクパターンがチャージ
アップを受けないために、バイアス電圧が低くとも高精
度のエッチングが可能である。On the other hand, when the carbon film is used as a mask, 1
It was found for the first time that the vertical shape changed to a tapered shape with a bias voltage of 00 V or less. This allows
When the carbon film is used as a mask, since the mask pattern is not charged up, highly accurate etching is possible even when the bias voltage is low.
【0109】次いで、図6(h)に示すように、炭素膜
14及びSiO2 膜14′の剥離を行った。炭素膜14
の剥離には、実施例1と同様に、通常のO2 プラズマエ
ッチング装置を用いた。これにより、炭素膜14を容易
に除去することが可能であった。Next, as shown in FIG. 6H, the carbon film 14 and the SiO 2 film 14 'were peeled off. Carbon film 14
As in Example 1, a normal O 2 plasma etching apparatus was used for peeling. Thereby, the carbon film 14 could be easily removed.
【0110】一方、SiO2 膜14′はO2 プラズマエ
ッチングにて全くエッチングされなかった。そこで、S
iO2 膜14′の剥離には、CF4 /O2 ガスを用いた
ダウンフロー型装置にてエッチングを試みたところ、S
iO2 膜14′は除去可能であった。しかし、上記ダウ
ンフローにてSiO2 膜14′を除去したものでは、A
lSiCu薄膜13に多量の腐食が発生した。また、下
地のSiO2 膜12も同様にエッチングされるためにA
lSiCuパターン下にえぐれが生じた。On the other hand, the SiO 2 film 14 'was not etched at all by O 2 plasma etching. So S
The separation of the iO 2 film 14 ', was attempted etching with downflow device using CF 4 / O 2 gas, S
The iO 2 film 14 'was removable. However, in the case where the SiO 2 film 14 'is removed by the above down flow, A
A large amount of corrosion occurred on the 1SiCu thin film 13. Further, since the underlying SiO 2 film 12 is also etched in the same manner, A
Undercutting occurred under the lSiCu pattern.
【0111】炭素膜14をマスクとしたものについて
は、O2 プラズマエッチングについて炭素膜剥離後、A
lSiCu薄膜13に腐食は全く観察されなかった。さ
らに、下地SiO2 膜12のえぐれや損傷も全く観察さ
れなかった。また、SiO2 膜14′の剥離に関して
は、HF等のウェットエッチング液を用いて種々試みて
みたが、AlSiCu薄膜13や下地SiO2 膜12へ
のダメージを生じさせないで剥離することは不可能であ
った。With the carbon film 14 as a mask, O 2 plasma etching was performed after removing the carbon film and
No corrosion was observed on the 1SiCu thin film 13. Furthermore, no scooping or damage of the underlying SiO 2 film 12 was observed. Further, various attempts have been made to remove the SiO 2 film 14 ′ using a wet etching solution such as HF, but it is impossible to remove it without causing damage to the AlSiCu thin film 13 and the underlying SiO 2 film 12. there were.
【0112】即ち、炭素以外の例えば無機薄膜(SiO
2 )をエッチングマスクとして用いて、AlSiCu薄
膜のエッチングを行うことにより、AlSiCu薄膜と
のエッチング選択比はレジストをマスクとして用いた場
合と比較して大きくすることが可能となるが、AlSi
Cu薄膜や下地SiO2 膜へのダメージなく、これらの
マスク薄膜を簡易に除去することは、非常に困難である
ことが判明した。That is, for example, an inorganic thin film other than carbon (SiO 2
By performing etching of the AlSiCu thin film using 2 ) as an etching mask, the etching selectivity with respect to the AlSiCu thin film can be increased as compared with the case where the resist is used as a mask.
It has been found that it is very difficult to easily remove these mask thin films without damaging the Cu thin film and the underlying SiO 2 film.
【0113】また、マスク材料として絶縁膜を用いた場
合には、チャージアップによりエッチング形状を制御す
ることは難しく、高精度のエッチングを実現することは
困難である。マスク剥離後SEMにて形状を評価したと
ころ、炭素膜をマスクとして用いたAlSiCu薄膜に
おいては、垂直形状にて、線幅/ライン=0.4μm/
0.4μmのパターンを得ることが可能であった。When an insulating film is used as the mask material, it is difficult to control the etching shape by charge-up, and it is difficult to realize highly accurate etching. When the shape of the AlSiCu thin film using the carbon film as a mask was evaluated by SEM after the mask was peeled off, the line width / line = 0.4 μm / in the vertical shape.
It was possible to obtain a pattern of 0.4 μm.
【0114】次に、実施例1及び実施例2で示したプロ
セスにて形成したAlSiCu薄膜の腐食について評価
した。用いた試料は、Si基板上にSiO2膜を形成
し、この表面に順次Ti薄膜(膜厚20nm),TiN
薄膜(膜厚70nm)及びAlSiCu(Si濃度1w
t%,Cu濃度0.5wt%)薄膜を堆積したものであ
る。さらに、図1(b)で述べた如く、AlSiCu薄
膜の表面をO2 プラズマ処理して改質した。Next, the corrosion of the AlSiCu thin film formed by the process shown in Example 1 and Example 2 was evaluated. The sample used was a SiO 2 film formed on a Si substrate, and a Ti thin film (film thickness 20 nm) and TiN were sequentially formed on this surface.
Thin film (film thickness 70nm) and AlSiCu (Si concentration 1w
t%, Cu concentration 0.5 wt%) thin film is deposited. Further, as described with reference to FIG. 1B, the surface of the AlSiCu thin film was modified by O 2 plasma treatment.
【0115】上記プロセスにて形成されたAlSiCu
/TiN/Ti/SiO2 積層薄膜構造上に対し、実施
例1に示した図1(b)〜(g)及び実施例2に示した
図6(b)〜(h)の工程により、上記試料の加工を行
った。AlSiCu formed by the above process
/ TiN / Ti / SiO 2 laminated thin film structure, the steps of FIGS. 1 (b) to 1 (g) shown in Example 1 and FIGS. 6 (b) to 6 (h) shown in Example 2 were performed. The sample was processed.
【0116】なお、このプロセスにおいて、TiN/T
i薄膜のエッチングは、AlSiCuのエッチングと全
く同一条件にて、AlSiCuのエッチング後に引き続
いて実施した。この試料の加工形状をSEMにて調べた
ところ、実施例1及び実施例2で示した両プロセスと
も、AlSiCu/TiN/Ti構造がほぼ垂直形状に
てエッチングされていること確認した。In this process, TiN / T
The etching of the i thin film was carried out subsequently to the etching of AlSiCu under exactly the same conditions as the etching of AlSiCu. When the processed shape of this sample was examined by SEM, it was confirmed that the AlSiCu / TiN / Ti structure was etched in a substantially vertical shape in both processes shown in Example 1 and Example 2.
【0117】エッチング後、上記試料を大気中に放置
し、腐食の様子を光学顕微鏡により評価した。チップ内
にて発生した腐食量を評価した結果を、図9に示す。レ
ジストをマスクとして用いてエッチングしたものは、放
置24時間後にコロージョンの発生が観察された。これ
に対し、炭素膜をマスクとして用いてエッチングしたも
のは、1週間放置してもコロージョンの発生は全く認め
られなかった。After etching, the above samples were left in the atmosphere and the state of corrosion was evaluated by an optical microscope. The result of evaluating the amount of corrosion generated in the chip is shown in FIG. When etching was performed using the resist as a mask, the occurrence of corrosion was observed after standing for 24 hours. On the other hand, in the case of etching using the carbon film as a mask, no generation of corrosion was observed even after standing for 1 week.
【0118】これについては、後述する実施例7にて詳
述するが、エッチング中にレジストが分解されるとレジ
スト中に含有される不純物がAlSiCu膜表面に附着
する。そして、この不純物がコロージョンを促進する要
因になっていると考えられる。一方、炭素膜中には不純
物は殆ど含有されていないため(前述の如くSIMS分
析にて検出感度以下)、長期間の大気放置後もコロージ
ョンの発生は生じないと考えられる。 〈実施例3〉次に、本発明の第3の実施例について説明
する。Although this will be described in detail in Example 7 described later, when the resist is decomposed during etching, impurities contained in the resist adhere to the surface of the AlSiCu film. And, it is considered that this impurity is a factor that promotes corrosion. On the other hand, since the carbon film contains almost no impurities (less than the detection sensitivity in SIMS analysis as described above), it is considered that corrosion does not occur even after being left in the air for a long time. <Third Embodiment> Next, a third embodiment of the present invention will be described.
【0119】この実施例は、炭素膜をSi基板のエッチ
ングマスクとして用いた例であり、特にデバイス構造に
おけるトレンチキャパシタ技術であるSi基板に数μm
の深さのトレンチ(穴)を、ドライエッチング方法によ
り穿設する方法について述べる。This embodiment is an example in which a carbon film is used as an etching mask for a Si substrate, and in particular, a Si substrate, which is a trench capacitor technology in the device structure, has a thickness of several μm.
A method of forming a trench (hole) having a depth of 1 by the dry etching method will be described.
【0120】図10は、炭素膜をエッチングマスクとし
て採用した、本実施例に係わるトレンチキャパシタの形
成工程を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a step of forming a trench capacitor according to the present embodiment, which employs a carbon film as an etching mask.
【0121】まず、図10(a)に示される如く、Si
基板70上に所要パターンのマスク71を形成する。通
常このパターン71は、シリコン酸化膜(SiO2 )や
シリコン窒化膜(SiN)、或いはこれらの積層構造が
用いられている。本実施例では、マスク71として素子
分離用SiO2 上にスパッタ法により形成された炭素膜
を用いた。また、上記SiO2 等のマスクを用いた場合
には、約800nm程度の厚膜を必要とするが、炭素膜
の膜厚は200nmのものを用いた。First, as shown in FIG. 10A, Si
A mask 71 having a required pattern is formed on the substrate 70. Normally, the pattern 71 is made of a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN), or a laminated structure of these. In this example, a carbon film formed by sputtering on SiO 2 for element isolation was used as the mask 71. Further, when the mask of SiO 2 or the like is used, a thick film of about 800 nm is required, but a carbon film having a thickness of 200 nm was used.
【0122】次いで、図10(b)に示す如く、反応性
ドライエッチング技術により所要の深さのトレンチ72
を穿設した。このときのエッチング装置としては、実施
例1で記述したような、マグネトロンを載置したものを
用いた。エッチングガスとしては、Cl2 とSiCl4
(四塩化硅素)との混合ガスを用いた。エッチング中の
ガス圧は7×10-3Torr、高周波印加電力は3W/cm
2 である。また、基板表面の温度はほぼ100℃となる
ように保持した。Then, as shown in FIG. 10B, the trench 72 having a required depth is formed by the reactive dry etching technique.
Was drilled. As the etching device at this time, the one on which the magnetron was mounted as described in Example 1 was used. As the etching gas, Cl 2 and SiCl 4 are used.
A mixed gas with (silicon tetrachloride) was used. Gas pressure during etching is 7 × 10 -3 Torr, and high frequency applied power is 3 W / cm.
Is 2 . Further, the temperature of the substrate surface was maintained at about 100 ° C.
【0123】このとき、エッチングマスクとSi基板と
のエッチング選択比を測定したところ、エッチングマス
クとしてSiO2 71′を用いた場合、選択比は10程
度であったのに対して、炭素膜をマスクとして用いた場
合には、選択比は約20と大きな値を示した。At this time, the etching selectivity between the etching mask and the Si substrate was measured. When SiO 2 71 'was used as the etching mask, the selectivity was about 10, whereas the carbon film was used as the mask. When used as, the selection ratio showed a large value of about 20.
【0124】また、エッチングによるトレンチ72の形
状は、SiO2 及び炭素膜を用いても垂直形状のものが
得られた。しかし、ウェハ面内のマイクロローディング
効果を評価したところ、炭素膜を用いた場合の方がマイ
クロローディング効果が低減されていることが判明し
た。これは、SiO2 膜に比べ炭素膜は、Siとの選択
比が大きいために、エッチングマスクとしての膜厚を薄
くすることが可能で、本実施例の場合、SiO2 マスク
に比べ炭素膜の膜厚を1/3とすることが可能であった
ために、アスペクト比が軽減されたためと考えられる。Further, the shape of the trench 72 formed by etching was vertical even if SiO 2 and a carbon film were used. However, evaluation of the microloading effect within the wafer surface revealed that the microloading effect was reduced when the carbon film was used. This carbon film than in the SiO 2 film, for selectivity between Si is large, it is possible to reduce the film thickness as an etching mask, in the present embodiment, the carbon film than in the SiO 2 mask It is considered that the aspect ratio was reduced because the film thickness could be reduced to 1/3.
【0125】次いで、図10(c)に示すように、ドラ
イエッチング時に発生する欠陥や汚染物を除去するため
に、トレンチ72の側壁に薄いSiO2 膜73を熱酸化
により形成し、続いて図10(d)に示すように、フッ
化アンモニア水(NH4 F)等の溶液を用いてSiO2
膜73を除去した。Next, as shown in FIG. 10C, a thin SiO 2 film 73 is formed on the side wall of the trench 72 by thermal oxidation in order to remove defects and contaminants generated during dry etching. As shown in FIG. 10 (d), a solution of aqueous ammonia fluoride (NH 4 F) or the like is used for SiO 2
The film 73 was removed.
【0126】この場合、図11(a)に示すように炭素
膜71は、薄いSiO2 膜を熱酸化により形成する工程
においても変質、或いは炭素のSi膜中への拡散等は生
じなかった。また、NH4 F溶液を用いた後処理によっ
て、上記炭素膜71は全くエッチングされず、SiO2
膜73のみを剥離することが可能であった。In this case, as shown in FIG. 11A, the carbon film 71 did not undergo alteration or diffusion of carbon into the Si film even in the step of forming a thin SiO 2 film by thermal oxidation. Further, the after treatment using the NH 4 F solution, the carbon film 71 is entirely etched, SiO 2
It was possible to peel off only the film 73.
【0127】一方、エッチングマスクとしてSiO2 膜
71′をマスクとして用いた場合においては、図11
(b)に示すようにNH4 F溶液によりSiO2 膜7
1′及び素子分離酸化膜75がエッチングされて、マス
クが後退することが明らかとなった。この場合において
は、トレンチ間を分離する素子分離構造75がエッチン
グされるため、デバイスの集積度とともにトレンチ間の
間隔が狭くなると、トレンチキャパシタ間の分離ができ
なくなるという問題が生じた。On the other hand, in the case where the SiO 2 film 71 'is used as an etching mask, the structure shown in FIG.
As shown in (b), the SiO 2 film 7 is formed by NH 4 F solution.
It was revealed that the mask was recessed by etching 1'and the element isolation oxide film 75. In this case, since the element isolation structure 75 for isolating the trenches is etched, there arises a problem that the isolation between the trench capacitors cannot be performed when the space between the trenches becomes narrower with the integration degree of the device.
【0128】次いで、図10(e)に示すように、トレ
ンチ72の側壁に不純物拡散を行って、拡散層74を形
成する。本実施例のように炭素膜を用いたマスク後退の
ない場合においては、図10(e)に示すように、トレ
ンチ側壁部のみに拡散層74が形成される。ところが、
図11(c)に示すように、SiO2膜をマスクとして
用いたプロセスでは、マスクが後退するためにトレンチ
上部においても拡散層74が形成される。この場合は、
十分な素子分離構造が形成されていない上に拡散層間の
距離が近接するため、トレンチキャパシタ間でのリーク
電流が大きくなるという問題が生じる。Then, as shown in FIG. 10E, impurity diffusion is performed on the sidewall of the trench 72 to form a diffusion layer 74. In the case where there is no mask recession using a carbon film as in the present embodiment, as shown in FIG. 10E, the diffusion layer 74 is formed only on the side wall of the trench. However,
As shown in FIG. 11C, in the process using the SiO 2 film as a mask, the mask recedes, so that the diffusion layer 74 is formed also in the upper portion of the trench. in this case,
Since a sufficient isolation structure is not formed and the distance between the diffusion layers is close, there arises a problem that leakage current between the trench capacitors becomes large.
【0129】次いで、エッチングマスク71を除去した
のち、誘電体となる薄いシリコン酸化膜或いは酸化膜と
窒化膜(SiN)との積層膜73を形成する。次いで、
図10(f)に示す如く、多結晶シリコン膜76を堆積
し、不純物拡散を行って導電性とし、前述のドライエッ
チング装置を用いて、多結晶シリコン膜76をCl2 ガ
スを用いたドライエッチングによりパターニングして、
所要の容量を有するトレンチキャパシタを構成した。Next, after removing the etching mask 71, a thin silicon oxide film serving as a dielectric or a laminated film 73 of an oxide film and a nitride film (SiN) is formed. Then
As shown in FIG. 10F, a polycrystalline silicon film 76 is deposited, impurities are diffused to make it conductive, and the polycrystalline silicon film 76 is dry-etched using Cl 2 gas by using the above-mentioned dry etching apparatus. Patterning with
A trench capacitor having the required capacitance was constructed.
【0130】最後に、炭素膜マスクを用いて形成したト
レンチキャパシタと、SiO2 膜或いはSiO2 とSi
Nとの積層構造からなるマスクを用いて形成したトレン
チキャパシタとを比較したところ、炭素膜マスクを用い
て構成したトレンチキャパシタにおいて、高い絶縁耐圧
で低リーク電流特性とすることが可能であった。 〈実施例4〉次に、本発明の第4の実施例について説明
する。Finally, the trench capacitor formed using the carbon film mask and the SiO 2 film or SiO 2 and Si
A comparison with a trench capacitor formed by using a mask having a laminated structure with N revealed that a trench capacitor formed by using a carbon film mask could have a high withstand voltage and low leakage current characteristics. <Embodiment 4> Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
【0131】この実施例では、銅(Cu)等のドライエ
ッチングにおいてエッチングマスクとして、炭素膜を用
いた方法について述べる。即ち、Cu等のハロゲン化合
物は蒸気圧が低く、イオン等の高いエネルギー衝撃や高
い基板温度がエッチングに必要となるため、レジスト等
の有機質材料に代えて炭素膜をマスクとして用いる方法
である。In this example, a method using a carbon film as an etching mask in dry etching of copper (Cu) or the like will be described. That is, since a halogen compound such as Cu has a low vapor pressure and requires a high energy impact of ions or the like and a high substrate temperature for etching, a carbon film is used as a mask instead of an organic material such as a resist.
【0132】まず、図6に示した実施例2の場合と同様
に、SiO2 膜12上にCu膜(800nm)13をス
パッタリング法により形成した。その後、図6(b)に
示す如く、炭素膜14を200nm厚さに上記と同様の
スパッタリング法により形成した。First, as in the case of Example 2 shown in FIG. 6, a Cu film (800 nm) 13 was formed on the SiO 2 film 12 by the sputtering method. Then, as shown in FIG. 6B, a carbon film 14 having a thickness of 200 nm was formed by the same sputtering method as described above.
【0133】次いで、図6(c)から(f)に示したの
と全く同一工程により炭素膜14のパターニングを行
い、炭素膜14上のレジスト15を剥離し、図6(f)
に示すような構造を得た。Then, the carbon film 14 is patterned by the same steps as shown in FIGS. 6C to 6F, the resist 15 on the carbon film 14 is peeled off, and the pattern shown in FIG.
A structure as shown in was obtained.
【0134】次いで、図6(g)に示すように、炭素膜
14をマスクとして用いCu膜13のドライエッチング
を行った。エッチング装置は、実施例1に示したマグネ
トロンを載置した反応イオンエッチング装置を用いた。
エッチングガスとしてCl2 (総量100SCCM)、圧力
0.5Pa、高周波電力1.7W/cm2 、基板温度を
200〜400℃まで変化させた。Next, as shown in FIG. 6G, the Cu film 13 was dry-etched using the carbon film 14 as a mask. As the etching apparatus, the reactive ion etching apparatus equipped with the magnetron shown in Example 1 was used.
Cl 2 (total amount of 100 SCCM) was used as an etching gas, the pressure was 0.5 Pa, the high frequency power was 1.7 W / cm 2 , and the substrate temperature was changed from 200 to 400 ° C.
【0135】ここで、比較のために、Cu膜上に通常の
有機レジストを形成し、基板温度を上昇させたところ、
光硬化処理を施したレジストにおいても、基板温度16
0℃以上ではレジストパターンが熱により劣化すること
が判明した。一方、炭素膜をマスクパターンとした場
合、基板温度400℃においてもパターンの劣化は観察
されなかった。For comparison, an ordinary organic resist was formed on the Cu film and the substrate temperature was raised.
The substrate temperature of 16
It was found that the resist pattern was deteriorated by heat at 0 ° C or higher. On the other hand, when the carbon film was used as the mask pattern, no deterioration of the pattern was observed even at a substrate temperature of 400 ° C.
【0136】上記構造についてドライエッチングを行っ
たところ、基板温度250℃では、Cuはエッチングは
されるものの、残渣が発生した。しかし、基板温度を3
00℃以上に上昇させてエッチングしたところ、図6
(g)に示す如く、ほぼ垂直な形状にてCuをエッチン
グすることが可能であり、また残渣の発生は全く観察さ
れなかった。When dry etching was performed on the above structure, at the substrate temperature of 250 ° C., Cu was etched, but a residue was generated. However, if the substrate temperature is 3
When etching was performed by raising the temperature to 00 ° C. or higher, FIG.
As shown in (g), it was possible to etch Cu in a substantially vertical shape, and no residue was observed.
【0137】このときのCuのエッチング速度は400
nm/min、炭素膜のエッチング速度は100nm/
min、Cuと炭素膜とのエッチング選択比は4であ
る。従って、炭素膜は300℃以上という高温において
も、ハロゲンガスを用いた反応性イオンエッチングの良
好なエッチングマスクとして作用するという耐熱性を有
するために、Cuのようなハロゲン化合物の蒸気圧が低
い材料においても高精度のエッチングが可能となる。 〈実施例5〉次に、本発明の第5の実施例について説明
する。The etching rate of Cu at this time is 400
nm / min, carbon film etching rate is 100 nm /
The etching selection ratio between min, Cu and the carbon film is 4. Therefore, since the carbon film has heat resistance that it works as a good etching mask for reactive ion etching using a halogen gas even at a high temperature of 300 ° C. or higher, a material having a low vapor pressure of a halogen compound such as Cu. Also in this case, highly accurate etching becomes possible. <Fifth Embodiment> Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
【0138】この実施例では、MOS型半導体集積回路
におけるトランジスタのドレイン領域を低濃度及び高濃
度の拡散領域を二重構造とした、いわゆるLDD(Ligh
t Doped Drain )構造に炭素膜マスクを適用する方法に
ついて説明する。In this embodiment, the drain region of the transistor in the MOS type semiconductor integrated circuit has a double structure of a low concentration and a high concentration diffusion region, which is a so-called LDD (Ligh).
A method of applying a carbon film mask to the t Doped Drain) structure will be described.
【0139】図12は、本実施例に係わるMOSトラン
ジスタの製造工程を示す断面図である。まず、図12
(a)に示すように、p型シリコン基板91に、選択酸
化によりフィールド酸化膜92を形成した後、熱酸化処
理を施して、フィールド酸化膜92で分離された島状の
素子形成領域表面に厚さ15nmのゲート酸化膜93を
形成した。続いて、全面に厚さ400nmの多結晶シリ
コン膜を堆積し、PoCl3 の雰囲気中でリン拡散を行
って該多結晶シリコン膜にリンをドープし低抵抗化させ
た後、フォトエッチング技術によりパターニングしてゲ
ート電極94を形成した。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to this embodiment. First, FIG.
As shown in (a), after a field oxide film 92 is formed on the p-type silicon substrate 91 by selective oxidation, a thermal oxidation process is performed on the surface of the island-shaped element formation region separated by the field oxide film 92. A gate oxide film 93 having a thickness of 15 nm was formed. Subsequently, a polycrystalline silicon film having a thickness of 400 nm is deposited on the entire surface, phosphorus is diffused in an atmosphere of PoCl 3 to dope the polycrystalline silicon film with phosphorus to reduce the resistance, and then patterned by photoetching technique. Then, the gate electrode 94 was formed.
【0140】次いで、図12(b)に示すように、熱酸
化処理を施して、ゲート電極94の上面及び側面に厚さ
100nmの酸化膜95を形成した。その後、ゲート電
極94及び酸化膜95をマスクとして、拡散係数の比較
的小さい砒素を加速電圧35keV、ドーズ量1×10
14cm-2の条件でイオン注入し、活性化して基板91表
面にゲート電極94に対して自己整合的にn- 型拡散領
域96a、96bを形成した。Next, as shown in FIG. 12B, thermal oxidation treatment was performed to form an oxide film 95 with a thickness of 100 nm on the upper surface and the side surface of the gate electrode 94. Then, using the gate electrode 94 and the oxide film 95 as a mask, arsenic having a relatively small diffusion coefficient is used as an acceleration voltage of 35 keV and a dose of 1 × 10.
Ions were implanted and activated under the condition of 14 cm −2 to form n − type diffusion regions 96a and 96b on the surface of the substrate 91 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 94.
【0141】次いで、図12(c)に示すように、全面
に厚さ200nmの炭素膜98をスパッタリング法によ
り堆積した。スパッタリングには、実施例1に示したマ
グネトロン型スパッタリング装置を用い、Arガスをス
パッタリングガスとして、炭素のターゲット(純度99.9
99%)をスパッタリングし、炭素膜98を形成した。形
成した炭素膜98の純度を二次イオン質量分析法(SI
MS)を用いて分析したところ、炭素以外の元素に関し
てはSIMSの検出感度以下(〜1615atms/cm3 )
であった。Next, as shown in FIG. 12C, a carbon film 98 having a thickness of 200 nm was deposited on the entire surface by a sputtering method. For the sputtering, the magnetron-type sputtering apparatus shown in Example 1 was used, with Ar gas as the sputtering gas, a carbon target (purity 99.9).
99%) was sputtered to form a carbon film 98. The purity of the formed carbon film 98 is measured by secondary ion mass spectrometry (SI
MS) analysis revealed that for elements other than carbon, the detection sensitivity is less than that of SIMS (up to 16 15 atms / cm 3 ).
Met.
【0142】次いで、図12(d)に示す如く実施例1
にて用いたドライエッチング装置を用い、O2 ガス(流
量100SCCM)圧力7Pa、高周波電力0.8W/cm
2 、基板温度−30℃にて、上記炭素膜98の反応性イ
オンエッチング法により全面のエッチングを行った。こ
の反応性イオンエッチングにより、ゲート電極94の側
面に対応する酸化膜95に炭素膜98からなる壁体10
0を形成した。Then, as shown in FIG. 12D, Example 1
Using a dry etching apparatus used in the, O 2 gas (flow rate 100 SCCM) Pressure 7 Pa, RF power 0.8 W / cm
2. The entire surface of the carbon film 98 was etched by the reactive ion etching method at a substrate temperature of -30 ° C. By this reactive ion etching, the wall 10 made of the carbon film 98 is formed on the oxide film 95 corresponding to the side surface of the gate electrode 94.
Formed 0.
【0143】この場合のエッチング速度を測定したとこ
ろ、炭素膜98のエッチング速度は300nm/min
であったのに対して、SiO2 膜93のエッチング速度
は6nm/minであった。従って、SiO2 膜93を
消失させないで炭素膜98からなる壁体100を形成す
ることが可能であった。When the etching rate in this case was measured, the etching rate of the carbon film 98 was 300 nm / min.
However, the etching rate of the SiO 2 film 93 was 6 nm / min. Therefore, it was possible to form the wall body 100 made of the carbon film 98 without losing the SiO 2 film 93.
【0144】一方、比較のために、従来から使用されて
きたSiO2 からなる壁体の形成を行った。前述した炭
素膜の形成工程と同様に図12(c)に示すように、全
面に厚さ200nmのSiO2 膜(98′)を堆積し、
反応性イオンエッチング法により全面エッチングを行っ
た。On the other hand, for comparison, a conventionally used wall body made of SiO 2 was formed. As shown in FIG. 12C, a SiO 2 film (98 ′) having a thickness of 200 nm is deposited on the entire surface as in the step of forming the carbon film described above.
The entire surface was etched by the reactive ion etching method.
【0145】しかし、エッチング速度のウェハ面内での
均一性を考慮すると、SiO2 膜93と全面に堆積した
SiO2 膜98′とのエッチング速度が等しいために、
SiO2 膜93を消失させないで、ウェハ面内全域に渡
って、SiO2 膜98′から構成される壁体100を形
成することは不可能であった。However, considering the uniformity of the etching rate within the wafer surface, since the etching rates of the SiO 2 film 93 and the SiO 2 film 98 'deposited on the entire surface are equal,
It was impossible to form the wall body 100 composed of the SiO 2 film 98 'over the entire surface of the wafer without losing the SiO 2 film 93.
【0146】次いで、図12(d)に示すように、ゲー
ト電極94,酸化膜95及び壁体100をマスクとし
て、砒素を加速電圧40keV、ドーズ量5×1015c
m-2の条件でイオン注入し、活性化して基板91表面に
壁体100に対して自己整合的に、n- 型拡散領域96
a,96bより高濃度のn+ 拡散領域99a,99bを
形成した。このとき、炭素膜98からなる壁体100
は、砒素のイオン注入条件にて、十分な阻止能力を有し
ているために、自己整合的に拡散層99a,99bを形
成することは容易であった。Next, as shown in FIG. 12D, with the gate electrode 94, the oxide film 95 and the wall 100 as a mask, arsenic is accelerated at a voltage of 40 keV and a dose of 5 × 10 15 c.
Ions are implanted under the condition of m −2 , activated, and self-aligned with the wall body 100 on the surface of the substrate 91, and the n − type diffusion region 96
n + diffusion regions 99a and 99b having a higher concentration than a and 96b are formed. At this time, the wall body 100 made of the carbon film 98
Has a sufficient blocking ability under the arsenic ion implantation conditions, so that it was easy to form the diffusion layers 99a and 99b in a self-aligned manner.
【0147】この工程によって、n- 型拡散領域96a
及びn+ 型拡散領域99aからなるソース領域が形成さ
れると共に、n- 型拡散領域96b及びn+ 型拡散領域
99bからなるドレイン領域が形成された。即ち、LD
D構造が実現されることになる。By this step, the n -- type diffusion region 96a is formed.
And the n + type diffusion region 99a are formed as the source region, and the n − type diffusion region 96b and the n + type diffusion region 99b are formed as the drain region. That is, LD
The D structure will be realized.
【0148】次いで、図12(e)に示すように、全面
にCVD−SiO2膜102を堆積し、このCVD−S
iO2 膜102及びゲート酸化膜93等にフォトエッチ
ング技術によりコンタクトホール103を開孔した。そ
の後、Al膜を堆積してパターニングを行うことによ
り、ソース、ドレイン領域のn+ 型拡散領域99a,9
9b及びゲート電極94とコンタクトホール103を通
して接続する、Al配線104,105,106を形成
してnチャンネルMOSトランジスタICを製造した。Next, as shown in FIG. 12E, a CVD-SiO 2 film 102 is deposited on the entire surface, and this CVD-S is formed.
A contact hole 103 was formed in the iO 2 film 102, the gate oxide film 93 and the like by a photoetching technique. After that, by depositing an Al film and patterning it, n + type diffusion regions 99a and 9a of the source and drain regions are formed.
An n-channel MOS transistor IC was manufactured by forming Al wirings 104, 105 and 106 which are connected to 9b and the gate electrode 94 through the contact hole 103.
【0149】上記工程において、炭素膜98を用いた壁
体100の劣化及び壁体100から他の領域への炭素膜
98の拡散等は全く観察されなかった。また、上記nチ
ャンネルMOSトランジスタの特性を評価したところ、
ホットキャリアの発生を抑制し、ドレイン電界を緩和し
た良好なトランジスタ特性を高い生産率をもって得るこ
とができた。In the above steps, neither deterioration of the wall body 100 using the carbon film 98 nor diffusion of the carbon film 98 from the wall body 100 to other regions was observed. Moreover, when the characteristics of the n-channel MOS transistor are evaluated,
The generation of hot carriers was suppressed, and good transistor characteristics in which the drain electric field was relaxed could be obtained with a high production rate.
【0150】また、比較のために用いた従来型のSiO
2 膜からなる壁体を有するMOSトランジスタの特性を
評価したところ、良好なトランジスタ特性が得られる生
産率は極めて低いものであった。この原因を分析したと
ころ、ゲート酸化膜であるSiO2 膜93が壁体形成時
のエッチングにより消失していることに起因することが
判明した。The conventional type SiO used for comparison.
When the characteristics of a MOS transistor having a wall made of two films were evaluated, the production rate at which good transistor characteristics were obtained was extremely low. Analysis of the cause revealed that it was caused by the fact that the SiO 2 film 93, which is a gate oxide film, disappeared due to etching during the formation of the wall body.
【0151】従って本実施例によれば、炭素膜98を用
いた壁体100を形成することにより、LDD構造を有
する高性能で高信頼性のMOSトランジスタを高効率に
て生産することが可能であった。 〈実施例6〉次に、本発明の第6の実施例について説明
する。Therefore, according to this embodiment, by forming the wall body 100 using the carbon film 98, a high-performance and highly reliable MOS transistor having an LDD structure can be produced with high efficiency. there were. <Sixth Embodiment> Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
【0152】この実施例では、リソグラフィ工程におけ
る露光マスク、特に位相シフタを有した露光マスクの製
造工程に炭素膜を適用した例について説明する。図13
は、本実施例に係わる露光マスクの製造工程を示す断面
図である。In this embodiment, an example in which a carbon film is applied to a manufacturing process of an exposure mask in a lithography process, particularly an exposure mask having a phase shifter will be described. FIG.
FIG. 7A is a cross-sectional view showing the process of manufacturing the exposure mask according to the present embodiment.
【0153】まず、図13(a)に示すように、透光性
の石英基板(厚さ約2.3mm)200の表面にスパッ
タリング法により、膜厚100nmのCr薄膜からなる
半透明の膜201を形成した。続いて、実施例1〜5に
て記述した如く、Cr薄膜201上に炭素膜204をス
パッタリング法にて50nm堆積した後、炭素膜204
上にレジスト205を塗布し、EB露光を用いたリソグ
ラフィ工程によりレジスト205をパターニングした。First, as shown in FIG. 13A, a semitransparent film 201 made of a Cr thin film having a thickness of 100 nm is formed on the surface of a transparent quartz substrate (thickness: about 2.3 mm) 200 by a sputtering method. Formed. Then, as described in Examples 1 to 5, after depositing a carbon film 204 on the Cr thin film 201 by a sputtering method to a thickness of 50 nm, the carbon film 204 is deposited.
A resist 205 was applied on the above, and the resist 205 was patterned by a lithography process using EB exposure.
【0154】次いで、図13(b)に示すようにレジス
ト205をマスクとして、実施例1〜5で述べたドライ
エッチング技術により炭素膜204の加工を行った。エ
ッチング工程は、実施例2に記述したようにH2 ガス
(100SCCM流量)を用い、圧力1.5Pa、高周波電
力1.7W/cm2 、基板温度25℃にて、前述のドラ
イエッチング装置を用いて行った。これにより、レジス
トパターンに対して、炭素膜204を垂直に加工するこ
とが可能であった。Next, as shown in FIG. 13B, the carbon film 204 was processed by the dry etching technique described in Examples 1 to 5 using the resist 205 as a mask. In the etching process, H 2 gas (100 SCCM flow rate) was used as described in Example 2, the pressure was 1.5 Pa, the high frequency power was 1.7 W / cm 2 , the substrate temperature was 25 ° C., and the dry etching apparatus was used. I went. As a result, it was possible to process the carbon film 204 perpendicularly to the resist pattern.
【0155】この場合、被エッチング材料である炭素膜
204が厚さ2.3mmの厚い石英基板200上に形成
されているために、石英基板200の温度が200℃程
度まで上昇する。被エッチング物である炭素膜204が
薄いために、上記エッチングにおいては、レジストパタ
ーンの劣化なく炭素膜204のドライエッチングが可能
であった。In this case, since the carbon film 204 which is the material to be etched is formed on the thick quartz substrate 200 having a thickness of 2.3 mm, the temperature of the quartz substrate 200 rises up to about 200.degree. Since the carbon film 204, which is the object to be etched, is thin, dry etching of the carbon film 204 was possible in the above etching without deterioration of the resist pattern.
【0156】次いで、炭素膜204上のレジスト205
を、CF4 /O2 ガスを用いたダウンフロー型アッシン
グ装置によりアッシングして除去した。アッシング条件
は実施例2に示したように流量CF4 /O2 =15/5
00SCCM、圧力0.8Torr、アッシング時間は2分であ
った。これにより、炭素膜204及びCr薄膜201に
全く損傷を与えない(Cr薄膜については表面が若干酸
化された)でレジスト205を除去することが可能であ
った。Next, the resist 205 on the carbon film 204.
Was removed by ashing with a downflow type ashing apparatus using CF 4 / O 2 gas. As the ashing condition, the flow rate CF 4 / O 2 = 15/5 as shown in the second embodiment.
The pressure was 00 SCCM, the pressure was 0.8 Torr, and the ashing time was 2 minutes. As a result, the resist 205 could be removed without damaging the carbon film 204 and the Cr thin film 201 (the surface of the Cr thin film was slightly oxidized).
【0157】次いで、上記のドライエッチング装置を用
い、炭素膜204をエッチングマスクとしてCr薄膜2
01のパターニングを行った。エッチングには、エッチ
ングガスとしてCH2 ClとO2 とを主成分とした混合
ガスを用いた。このときのエッチング圧力は1.5P
a、パワーは0.8W/cm2 、基板温度は25℃であ
る。これにより、Cr薄膜201を残渣なく、垂直にエ
ッチングすることが可能であった。Then, using the dry etching apparatus described above, the Cr thin film 2 is formed using the carbon film 204 as an etching mask.
01 patterning was performed. For etching, a mixed gas containing CH 2 Cl and O 2 as main components was used as an etching gas. The etching pressure at this time is 1.5P
a, the power is 0.8 W / cm 2 , and the substrate temperature is 25 ° C. As a result, the Cr thin film 201 could be vertically etched without any residue.
【0158】このエッチングにおいても基板温度は上昇
するが、炭素膜204をマスクとした場合、炭素膜20
4の形状が熱のために変形或いは劣化しないために、C
r薄膜201の高精度の加工が可能であった。The substrate temperature also rises in this etching, but when the carbon film 204 is used as a mask, the carbon film 20 is removed.
Since the shape of 4 does not deform or deteriorate due to heat, C
It was possible to process the r thin film 201 with high accuracy.
【0159】その後、炭素膜204を前述した如くO2
ガスを用いたプラズマエッチングにより除去した。この
際、Cr薄膜201の極く表面が酸化され、表面にCr
酸化物が形成されたが、光学的な透過率等を評価したと
ころ、透過率等には殆ど変化がなく、マスク材料として
は問題がないことが判った。また、石英基板200には
何らダメージは生じないことを確認した。After that, the carbon film 204 is subjected to O 2 as described above.
It was removed by plasma etching using gas. At this time, the very surface of the Cr thin film 201 is oxidized, and
An oxide was formed, but when the optical transmittance and the like were evaluated, it was found that there was almost no change in the transmittance and the like, and there was no problem as a mask material. It was also confirmed that the quartz substrate 200 was not damaged at all.
【0160】次いで、図13(c)に示すように、露光
光に対して位相シフタとなる膜厚約300nmの酸化シ
リコン膜202を堆積する。ここで、位相シフタとして
の酸化シリコン膜202の膜厚は、180℃位相がずれ
るような値となっている。Next, as shown in FIG. 13C, a silicon oxide film 202 having a film thickness of about 300 nm which serves as a phase shifter for exposure light is deposited. Here, the film thickness of the silicon oxide film 202 as the phase shifter has a value such that the phase shifts by 180 ° C.
【0161】次いで、酸化シリコン膜202の上に前述
の如く炭素膜206をスパッタリング法により50nm
堆積した。続いて、レジスト207を塗布し、EB露光
を用いたリソグラフィ工程によりレジスト207をパタ
ーニングした。Then, the carbon film 206 is sputtered on the silicon oxide film 202 as described above to a thickness of 50 nm.
Deposited. Subsequently, a resist 207 was applied, and the resist 207 was patterned by a lithography process using EB exposure.
【0162】次いで、図13(d)に示すように、レジ
スト207をマスクとして前述の如くドライエッチング
技術により炭素膜206のエッチングを行い、炭素膜2
06の垂直な加工を行った。その後、CF4 /O2 ガス
を用いたダウンフロー型アッシングによりレジスト20
5を除去した。Next, as shown in FIG. 13D, the carbon film 206 is etched by the dry etching technique using the resist 207 as a mask as described above, and the carbon film 2 is removed.
06 vertical machining was performed. After that, the resist 20 is formed by down-flow type ashing using CF 4 / O 2 gas.
5 was removed.
【0163】次いで、図13(e)に示すように、前述
のドライエッチング装置にて、エッチングガスとしてC
HF3 ガスを用いて、反応性イオンエッチングによりS
iO2 膜203の加工を行った。Then, as shown in FIG. 13E, C was used as an etching gas in the above-mentioned dry etching apparatus.
S by reactive ion etching using HF 3 gas
The iO 2 film 203 was processed.
【0164】エッチング条件は、パワー1.4W/cm
2 、圧力40mTorrである。この場合、エッチング中の
基板温度は250℃以上に上昇する。比較のためにエッ
チングマスクとしてレジストからなるパターンを形成
し、レジストパターンをマスクとして上記石英基板20
0上に形成されたSiO2 膜203のドライエッチング
を上記と同一条件にて行ったところ、エッチング中の温
度上昇によりレジストパターンが変形し、さらにレジス
ト分解物が多量に発生するため、高精度のSiO2 膜2
03のエッチング加工を実現することは不可能であっ
た。The etching condition is a power of 1.4 W / cm.
2. The pressure is 40 mTorr. In this case, the substrate temperature during etching rises to 250 ° C. or higher. For comparison, a resist pattern is formed as an etching mask, and the quartz substrate 20 is formed using the resist pattern as a mask.
When the dry etching of the SiO 2 film 203 formed on the SiO.sub.2 film is performed under the same conditions as described above, the resist pattern is deformed due to the temperature rise during the etching, and a large amount of resist decomposed products are generated. SiO 2 film 2
It was impossible to realize the etching process of No. 03.
【0165】また、レジスト分解物より発生するゴミが
多量に付着,残渣していることも判明した。一方、炭素
膜206をエッチングマスクとして用いた場合において
は、前記エッチング中の温度上昇にて炭素膜206を全
く変形しなく、耐熱性に優れたドライエッチングマスク
として作用するので、高精度のSiO2 膜203の加工
が可能であった。またエッチング後のゴミを評価したと
ころ全く観察されなかった。It was also found that a large amount of dust generated from the resist decomposition product was attached and remained. On the other hand, in the case of using a carbon film 206 as an etching mask, the not deformed at all the carbon film 206 at a temperature rise during etching, because they act as a dry etching mask having excellent heat resistance, high-precision SiO 2 It was possible to process the film 203. Further, when dust after etching was evaluated, it was not observed at all.
【0166】最後に、炭素膜206を除去することによ
り、図13(e)に示すような位相シフタ露光マスクが
完成する。Finally, by removing the carbon film 206, a phase shifter exposure mask as shown in FIG. 13E is completed.
【0167】このようにして形成した露光用マスクをN
A=0.42の投影レンズを有するKrFエキシマステ
ッパーに装置し、図14(a)に示すようにエキシマレ
ーザ光を照射し、図14(d)に示すような被処理基板
上700に塗布された0.5μm厚のノボラック系ポジ
レジスト(PR−1024)701を露光した。The exposure mask thus formed is
A KrF excimer stepper having a projection lens of A = 0.42 is installed, and is irradiated with excimer laser light as shown in FIG. 14 (a), and applied on a substrate 700 to be processed as shown in FIG. 14 (d). A 0.5 μm thick novolak-based positive resist (PR-1024) 701 was exposed.
【0168】この場合、図14(b)(c)に示す如く
位相シフタを通過した光は位相が180°ずれており、
この光振幅と位相シフタのない部分を通過した光の振幅
が2つの透過部の境界で互いに打ち消し合うために、2
つの透過部の境界部の光強度は0となり、2つの透過部
よりウェハ上に形成されるパターンを分離することが可
能であった。In this case, as shown in FIGS. 14B and 14C, the light passing through the phase shifter is out of phase by 180 °,
Since this light amplitude and the amplitude of the light passing through the portion without the phase shifter cancel each other at the boundary between the two transmitting portions,
The light intensity at the boundary between the two transmissive portions was 0, and it was possible to separate the pattern formed on the wafer from the two transmissive portions.
【0169】従って、図14(d)に示すように0.2
μmのパターンが極めて高精度に再現性よく得られた。
また、マスクの欠陥検査を行ったところ白黒の欠陥とも
に観察されなかった。ちなみに、炭素膜をマスクとして
用いず、レジストをマスクとして用いて作成した露光マ
スクでは所望のパターンが形成されておらず、露光マス
クとして使用することはできなかった。Therefore, as shown in FIG.
The μm pattern was obtained with extremely high accuracy and reproducibility.
In addition, when the mask was inspected for defects, neither black-and-white defects were observed. Incidentally, an exposure mask formed by using a resist as a mask without using a carbon film as a mask did not have a desired pattern and could not be used as an exposure mask.
【0170】位相シフタを用いた露光マスクにおいてマ
スク構造は種々提案されているがシフタ材料である例え
ばSiO2 の微細加工には、ドライエッチング技術が必
須である。しかし、石英基板は厚く形成されているため
に、エッチング中の基板の冷却は極めて困難になる。Although various mask structures have been proposed for an exposure mask using a phase shifter, a dry etching technique is indispensable for fine processing of a shifter material such as SiO 2 . However, since the quartz substrate is formed thick, it is extremely difficult to cool the substrate during etching.
【0171】従って、エッチング中の温度上昇は回避困
難であり、エッチングマスクとして有機質であるレジス
トを用いた場合には、耐熱性に乏しいため、レジストパ
ターンが変形劣化し、高精度のパターン形成及びゴミの
ない高信頼性マスクを得ることはできないことが判っ
た。Therefore, it is difficult to avoid the temperature rise during etching, and when an organic resist is used as an etching mask, the resist pattern is poor in heat resistance, so that the resist pattern is deformed and deteriorated, and highly accurate pattern formation and dust are prevented. It turns out that it is not possible to obtain a high-reliability mask.
【0172】一方、マスク材料として、耐熱性に優れた
種々の無機材料を用いることも可能であるが、これらの
材料の高精度の加工は極めて困難である。例えば、エッ
チング条件によっては、エッチング中の温度上昇により
前述の如くレジストが劣化するために、高精度の加工が
不可能である場合も生じる。On the other hand, it is possible to use various inorganic materials having excellent heat resistance as the mask material, but highly accurate processing of these materials is extremely difficult. For example, depending on the etching conditions, the resist deteriorates as described above due to the temperature rise during the etching, so that it may not be possible to perform highly accurate processing.
【0173】さらに、SiO2 等をマスクとして用いた
場合、このマスクを除去する工程において、例えばCF
4 /O2 ガスを用いたエッチング又はHF等のウェット
エッチング処理を施した場合には、位相シフタであるS
iO2 或いは石英基板も損傷を受け、マスク材料のみを
選択的に除去することは困難である。従って、高精度の
露光マスクを得ることはできない。Further, when SiO 2 or the like is used as a mask, in the step of removing this mask, for example, CF
When the etching using 4 / O 2 gas or the wet etching such as HF is performed, the phase shifter S
The io 2 or quartz substrate is also damaged, and it is difficult to selectively remove only the mask material. Therefore, a highly accurate exposure mask cannot be obtained.
【0174】〈実施例7〉次に、本発明の第7の実施例
として、半導体装置における上層金属配線と下層金属配
線との接続部(VIAコンタクト)を形成する工程にお
いて、炭素膜をエッチングマスクとして適用した例につ
いて、図15,図16及び図17を用いて説明する。<Embodiment 7> Next, as a seventh embodiment of the present invention, in the step of forming a connecting portion (VIA contact) between an upper metal wiring and a lower metal wiring in a semiconductor device, the carbon film is used as an etching mask. An example applied as will be described with reference to FIGS. 15, 16 and 17.
【0175】まず、図15(a)に示すように、素子が
形成された半導体基板401上に堆積された第1の層間
絶縁膜402上に、第1金属配線層403として、例え
ばAl合金配線膜(Si:1%,Cu:0.5%)を8
00nm程度スパッタ法により堆積する。さらに、第2
の層間絶縁膜として、低温プラズマCVD(気相成長)
装置でTEOS(テトラエトキシシラン)等を用いてS
iO2膜404を堆積する。First, as shown in FIG. 15A, as a first metal wiring layer 403, for example, an Al alloy wiring is formed on a first interlayer insulating film 402 deposited on a semiconductor substrate 401 on which elements are formed. 8 films (Si: 1%, Cu: 0.5%)
About 00 nm is deposited by the sputtering method. Furthermore, the second
Low temperature plasma CVD (vapor phase growth) as an interlayer insulating film of
TEOS (tetraethoxysilane) etc. is used in the equipment
An iO 2 film 404 is deposited.
【0176】続いて、実施例1〜6で詳述した如く、S
iO2 膜404上にスパッタ法により炭素膜300を2
00nm堆積する。この炭素膜上300にフォトレジス
ト405を堆積し、通常のフォトリソグラフィ工程によ
り、第2の層間絶縁膜404の接続孔形成予定部上のみ
フォトレジスト405を除去する。Then, as described in detail in Examples 1 to 6, S
A carbon film 300 is formed on the iO 2 film 404 by sputtering.
00 nm is deposited. A photoresist 405 is deposited on the carbon film 300, and the photoresist 405 is removed only on a portion of the second interlayer insulating film 404 where a contact hole is to be formed by a normal photolithography process.
【0177】次いで、図15(b)に示す如く、フォト
レジスト405をマスクとして、実施例2で詳述した如
く、H2 ガスを用いたドライエッチング技術により炭素
膜300を異方性エッチングする。次いで、図15
(c)に示す如く、実施例2と同様、CF4 /O2 ガス
を用いたダウンフロー型アッシングにより、レジスト4
05をエッチング除去した。Next, as shown in FIG. 15B, using the photoresist 405 as a mask, the carbon film 300 is anisotropically etched by the dry etching technique using H 2 gas as described in detail in the second embodiment. Then, in FIG.
As shown in (c), the resist 4 was formed by downflow ashing using CF 4 / O 2 gas as in Example 2.
05 was removed by etching.
【0178】次いで、図15(d)に示す如く、実施例
1〜6で用いたドライエッチング装置を用い、反応性イ
オンエッチング法により前述のSiO2 膜404を第1
の金属配線403が露出するまで異方性エッチングし、
接続孔406を形成した。Next, as shown in FIG. 15D, the above-mentioned SiO 2 film 404 is first formed by the reactive ion etching method using the dry etching apparatus used in the first to sixth embodiments.
Anisotropic etching is performed until the metal wiring 403 of
The connection hole 406 was formed.
【0179】このときのエッチングには、エッチングガ
スとしてCHF3 ガスを用い、パワー1.4W/c
m2 、圧力40mTorr、ガス流量20SCCM、基板温度1
50℃とした。SiO2 膜のエッチング速度を測定した
ところ、エッチング速度は200nm/minであっ
た。このときの形状をSEMにて観察したところ、形状
はほぼ垂直であった。しかし、エッチング時の基板温度
を100℃以下に下げることによって、SiO2 膜40
4のエッチング形状はテーパ状にすることが可能であっ
た。For the etching at this time, CHF 3 gas was used as the etching gas, and the power was 1.4 W / c.
m 2 , pressure 40 mTorr, gas flow 20 SCCM, substrate temperature 1
It was set to 50 ° C. When the etching rate of the SiO 2 film was measured, the etching rate was 200 nm / min. When the shape at this time was observed by SEM, the shape was almost vertical. However, by lowering the substrate temperature during etching to 100 ° C. or lower, the SiO 2 film 40
The etching shape of No. 4 could be tapered.
【0180】エッチング形状が垂直の場合においては、
エッチング側面にわずかの堆積物408が形成されるが
エッチング時の基板温度を下げ、テーパ形状にした場
合、堆積物408は全く観察されなかった。When the etching shape is vertical,
Although a small amount of deposit 408 is formed on the etched side surface, no deposit 408 was observed when the substrate temperature during etching was lowered to form a taper shape.
【0181】次いで、実施例2で述べたように、O2 ガ
スプラズマエッチングにより炭素膜300を除去した。
次いで、図15(e)に示すように、スパッタリング法
により、全面に第2金属配線層407(例えばAlSi
Cu膜)を堆積し、これをパターニングして第2の金属
配線407を形成した。Then, as described in Example 2, the carbon film 300 was removed by O 2 gas plasma etching.
Then, as shown in FIG. 15E, the second metal wiring layer 407 (for example, AlSi
A Cu film) was deposited and patterned to form a second metal wiring 407.
【0182】ここで、比較のために、従来の製造方法で
あるレジストをエッチングマスクとして用いてVIAコ
ンタクトを形成した。For comparison, a VIA contact was formed by using a resist as a conventional manufacturing method as an etching mask.
【0183】まず、図16(a)に示す如く、素子が形
成された半導体基板401上に堆積された第1の層間絶
縁膜402上に、Al合金配線としてAlSiCu膜4
03(Si:1%,Cu:0.5%)を800nm程度
スパッタ法により堆積し、さらに第2の層間絶縁膜とし
て、低温プラズマCVD法によりSiO2 膜404を堆
積した。これまでの工程は図15で示したものと全く同
一である。First, as shown in FIG. 16A, the AlSiCu film 4 is formed as an Al alloy wiring on the first interlayer insulating film 402 deposited on the semiconductor substrate 401 on which the element is formed.
03 (Si: 1%, Cu: 0.5%) was deposited by a sputtering method to a thickness of about 800 nm, and a SiO 2 film 404 was further deposited as a second interlayer insulating film by a low temperature plasma CVD method. The steps so far are exactly the same as those shown in FIG.
【0184】次いで、SiO2 膜404上にフォトレジ
スト(1.6μm厚)405を堆積し、通常のフォトリ
ソグラフィ工程により第2の層間絶縁膜404の接続孔
形成予定部上のみレジスト405を除去する。次いで、
図16(b)に示す如く、レジスト405をマスクとし
て、前述した如く同一条件にてSiO2 膜404を第1
の金属配線403が露出するまでCHF3 ガスを用いて
異方性エッチングして接続孔406を形成した。Next, a photoresist (1.6 μm thick) 405 is deposited on the SiO 2 film 404, and the resist 405 is removed only on a portion of the second interlayer insulating film 404 where a contact hole is to be formed by a normal photolithography process. .. Then
As shown in FIG. 16B, using the resist 405 as a mask, the first SiO 2 film 404 is formed under the same conditions as described above.
Was anisotropically etched using CHF 3 gas until the metal wiring 403 was exposed to form a connection hole 406.
【0185】このとき、基板温度を150℃とした場
合、SiO2 膜404の形状は、ほぼ垂直であった。し
かし、通常のO2 プラズマアッシングによりレジスト4
05の除去を行ったところ、図16(b)に示す如くS
iO2 膜404の側壁にフェンスと呼ばれる堆積物40
8が、図15で示した如く炭素膜300を用いたプロセ
スと比較して、多量に形成されていることが判明した。
エッチング時の基板温度を下げ、テーパ形状にした場
合、堆積物408は全く観察されなかった。At this time, when the substrate temperature was 150 ° C., the shape of the SiO 2 film 404 was almost vertical. However, the resist 4 is removed by normal O 2 plasma ashing.
As a result of removing 05, as shown in FIG.
Deposits 40 called fences on the sidewalls of the iO 2 film 404
It was found that 8 was formed in a large amount as compared with the process using the carbon film 300 as shown in FIG.
When the substrate temperature at the time of etching was lowered to form a taper shape, no deposit 408 was observed.
【0186】次いで、図16(c)に示すようにスパッ
タリング法により全面に第2の金属配線層であるAlS
iCu膜407を堆積し、これをパターニングして第2
の金属407を形成した。Then, as shown in FIG. 16C, a second metal wiring layer of AlS is formed on the entire surface by a sputtering method.
The iCu film 407 is deposited and patterned to form a second
Of metal 407 was formed.
【0187】次に、炭素膜をマスクとして用いたプロセ
ス(図15)とレジストをマスクとして用いたプロセス
(図16)により形成したVIAコンタクトの腐食特性
を評価した。評価は実施例2にて記述したように大気に
長時間放置し、チップ内で生じた腐食量を顕微鏡観察に
より調べることにより行った。図9に示すようにレジス
トをマスクとして用いたプロセスでは多量の腐食(コロ
ージョン)の発生が観察された。一方、カーボンを付着
したものは1週間放置してもコロージョンは全く認めら
れなかった。Next, the corrosion characteristics of the VIA contact formed by the process using the carbon film as a mask (FIG. 15) and the process using the resist as a mask (FIG. 16) were evaluated. The evaluation was performed by leaving it in the atmosphere for a long time as described in Example 2 and examining the amount of corrosion generated in the chip by microscopic observation. As shown in FIG. 9, a large amount of corrosion was observed in the process using the resist as a mask. On the other hand, no corrosion was observed at all for the one to which carbon was adhered even if left for one week.
【0188】この要因を調べるために、VIAコンタク
ト開孔後のウェハを純水に浸し、イオンクロマトグラフ
ィ法による分析を行ったところ、図17に示すように不
純物として、Cl及びFが検出された。特に、炭素膜マ
スクに比べレジストをマスクとして用いたものはF及び
Clの量が高いことが判明した。To investigate this factor, the wafer after the VIA contact opening was dipped in pure water and analyzed by ion chromatography. As a result, Cl and F were detected as impurities as shown in FIG. In particular, it was found that the amount of F and Cl was higher when the resist was used as the mask than the carbon film mask.
【0189】即ち、コロージョンの要因としては、接続
孔開口終了後に大気中に放置しておくと、第1金属配線
層403とその表面に存在するF及びClを含む不純物
と空気中の水分によりF- 及びCl- イオンが形成され
る。水分中にこれらのイオンが含まれると水は電解質と
なり、次のような反応が容易に生じる。That is, as a cause of corrosion, if the first metal wiring layer 403 and the surface thereof are left in the atmosphere after the opening of the contact hole, the impurities including F and Cl and the moisture in the air cause F. - and Cl - ions are formed. When these ions are contained in water, water becomes an electrolyte and the following reaction easily occurs.
【0190】 Al+3Cl- →AlCl3 +3e- 2AlCl3 +6H2 O→2Al(OH)3 +6H+ +6Cl- この反応が一度始まると、生成されるClによって、第
1金属配線層403のAlSiCuの腐食が促進される
と考えられる。[0190] Al + 3Cl - → AlCl 3 + 3e - 2AlCl 3 + 6H 2 O → 2Al (OH) 3 + 6H + + 6Cl - When this reaction once starts, by Cl produced, corrosion of AlSiCu the first metal wiring layer 403 is promoted It is thought to be done.
【0191】また、エッチングが下層の第1金属配線4
03の表面まで達すると、第1金属配線中に含まれる金
属やマスク材料(405或いは300)、SiO2 膜4
04に含まれる原子がスパッタされ、これらの物質は接
続孔406の側面や接続孔406の底面に付着する。こ
れらの付着物はO2 アッシングにより除去できないため
に、アッシング後、例えば側面での堆積物(フェンス)
408が生じる。これは、後工程での上層の第2の金属
配線層407のスパッタ時にオーバーハング形状が生じ
て配線等の問題が生じる。In addition, the etching is performed on the lower first metal wiring 4
03, the metal contained in the first metal wiring, the mask material (405 or 300), the SiO 2 film 4
The atoms contained in 04 are sputtered, and these substances adhere to the side surface of the connection hole 406 and the bottom surface of the connection hole 406. Since these deposits cannot be removed by O 2 ashing, after ashing, for example, deposits (fences) on the side surface
408 occurs. This causes a problem such as wiring due to an overhang shape when the upper second metal wiring layer 407 is sputtered in a later step.
【0192】これに対して、エッチングマスクとして炭
素膜を使用した場合、レジストをマスクとして用いた場
合に比べ、プラズマエッチング中の分解物が少ないため
に、VIA側壁での堆積物を減少させることが可能であ
る。従って、上記した配線の段切れという問題は生じな
い。また、レジストをマスクとして用いた場合、レジス
ト除去後、空気中の水分との反応によりイオンが形成さ
れ、コロージョンが多量に発生する。これに対し、炭素
膜マスクでは、予め、レジストが除去されているため
に、コロージョンは殆ど生じない。On the other hand, when the carbon film is used as the etching mask, the amount of decomposed substances during the plasma etching is smaller than that when the resist is used as the mask, so that the deposits on the VIA side wall can be reduced. It is possible. Therefore, the problem of disconnection of the wiring described above does not occur. Further, when the resist is used as a mask, after the resist is removed, ions are formed by the reaction with moisture in the air, and a large amount of corrosion occurs. On the other hand, in the carbon film mask, since the resist has been removed in advance, corrosion hardly occurs.
【0193】さらに、炭素膜はSiO2 膜に対して高い
ドライエッチング選択比を示すために、マスクとしての
膜厚を薄くすることが可能である。従って、エッチング
時におけるアスペクト比を低減することができるため
に、エッチング速度のパターン寸法依存性(パターン寸
法の狭いパターンではエッチング速度が低下する)、い
わゆるマイクロローディング効果を低減させることが可
能であった。Further, since the carbon film exhibits a high dry etching selection ratio with respect to the SiO 2 film, it is possible to reduce the film thickness as a mask. Therefore, since it is possible to reduce the aspect ratio during etching, it is possible to reduce the pattern dimension dependence of the etching rate (the etching rate decreases in a pattern having a narrow pattern dimension), that is, the so-called microloading effect. ..
【0194】従って、本実施例のように炭素膜マスクを
用いることにより、高精度にてVIA開孔が可能とな
り、高信頼性を有する配線の形成が可能であった。 〈実施例8〉次に、本発明の第8の実施例として、半導
体装置における金属配線のコンタクト孔を開孔する工程
において、炭素膜をエッチングマスクとして適用した例
について、図18を用いて説明する。Therefore, by using the carbon film mask as in the present embodiment, the VIA hole can be formed with high accuracy, and the wiring having high reliability can be formed. <Embodiment 8> Next, as an eighth embodiment of the present invention, an example in which a carbon film is applied as an etching mask in the step of opening a contact hole of a metal wiring in a semiconductor device will be described with reference to FIG. To do.
【0195】まず、図18(a)に示すように、面方位
(100)のSi基板501上に不純物を導入して拡散
層502を形成する。次いで、図18(b)に示すよう
に、CVD法によりSiO2 膜を300nm程度堆積し
た後、SiO2 膜上にBPSG(ボロン,リン硅化ガラ
ス)を600nm程度堆積し、低温リフロー工程を経て
表面を平坦化し、層間絶縁膜503を形成する。First, as shown in FIG. 18A, an impurity is introduced on a Si substrate 501 having a plane orientation (100) to form a diffusion layer 502. Next, as shown in FIG. 18B, a SiO 2 film is deposited to a thickness of about 300 nm by a CVD method, and then BPSG (boron, phosphide silicate glass) is deposited to a thickness of about 600 nm on the SiO 2 film, and the surface is subjected to a low temperature reflow process. Are planarized and an interlayer insulating film 503 is formed.
【0196】次いで、層間絶縁膜503に以下のように
して開孔を形成する。この工程においては、図18
(c)に示したように、層間絶縁膜503上にフォトレ
ジストを堆積し、通常のフォトリソグラフィ技術により
開孔しパターニングしたレジストを層間絶縁膜503の
エッチングマスク504として用い、実施例7で示した
ものと同一のドライエッチング技術により層間絶縁膜5
03を開孔したものと、実施例7で示したように、図1
5(a)〜(d)の工程により、炭素膜をマスク504
として層間絶縁膜503を開孔したものを作成した。Next, an opening is formed in the interlayer insulating film 503 as follows. In this step, as shown in FIG.
As shown in (c), a photoresist is deposited on the inter-layer insulation film 503, and the patterned resist is used as an etching mask 504 for the inter-layer insulation film 503 by opening and patterning with a normal photolithography technique. Interlayer insulating film 5 by the same dry etching technology as
No. 03 was opened, and as shown in Example 7, FIG.
The carbon film is masked 504 by the steps 5 (a) to (d).
An inter-layer insulating film 503 having holes was prepared as.
【0197】次いで、レジスト及び炭素膜等のマスク5
04を除去した後、開孔部に拡散層502が露出したコ
ンタクト孔506を埋め込むように、配線用の金属膜で
あるAlSiCu薄膜505をスパッタ法により全面に
堆積した。Next, a mask 5 such as a resist and a carbon film
After removing 04, an AlSiCu thin film 505, which is a metal film for wiring, was deposited on the entire surface by a sputtering method so as to fill the contact hole 506 in which the diffusion layer 502 was exposed in the opening.
【0198】このようにして形成したコンタクト孔の特
性を評価したところ、レジストをマスクとしてコンタク
トを開孔したものは、コンタクト抵抗の増大,接合破
壊,コンタクト抵抗のばらつき,さらにAlSiCu配
線の腐食が生じた。腐食に関しては、図9に示したよう
にコンタクト部で放置時間とともに腐食量の増加が観察
された。これに対し、炭素膜をマスクとして用いたもの
は、接触抵抗の増大等の劣化及び腐食の発生はみられな
かった。When the characteristics of the contact hole thus formed were evaluated, when the contact was opened using the resist as a mask, increase in contact resistance, junction breakdown, variation in contact resistance, and corrosion of AlSiCu wiring occurred. It was Regarding corrosion, as shown in FIG. 9, an increase in the amount of corrosion was observed with the standing time at the contact portion. On the other hand, in the case of using the carbon film as a mask, deterioration such as increase in contact resistance and occurrence of corrosion were not observed.
【0199】これは、レジストマスクを用いた場合、反
応性イオンエッチング中に生じるレジストからの分解物
中の不純物がコンタクト孔中に付着し、電気的特性の劣
化を引き起こすためと考えられる。一方、炭素膜を用い
た場合はエッチング選択比が高いため、エッチング中に
おける炭素膜の劣化が少ない。さらに、コンタクト孔中
に付着した場合、マスクからの付着物は炭素であるた
め、腐食等の発生がなく、電気的特性を引き起こすこと
はないと考えられる。This is considered to be because when a resist mask is used, impurities in the decomposed product from the resist generated during the reactive ion etching adhere to the contact holes and cause deterioration of the electrical characteristics. On the other hand, when the carbon film is used, since the etching selectivity is high, the carbon film is less deteriorated during the etching. Further, when the metal adheres to the contact hole, since the adhered material from the mask is carbon, it is considered that there is no occurrence of corrosion or the like and no electrical characteristics are caused.
【0200】また、エッチングガスとして、前述の如く
CHF3 等の炭素を含有したハロゲンガスを用いた場合
は、ガス自体中にも炭素が含まれており、マスク材料か
らの炭素が特に電気的特性の劣化を生じさせることはな
い。 〈実施例9〉次に、本発明の第9の実施例として、炭素
膜をマスクとしてSiO2 膜のエッチングを行った例に
ついて、図19を用いて説明する。When the halogen gas containing carbon such as CHF 3 is used as the etching gas as described above, the gas itself contains carbon, and the carbon from the mask material has a particularly high electrical characteristic. Does not cause deterioration of <Embodiment 9> Next, as a ninth embodiment of the present invention, an example of etching a SiO 2 film using a carbon film as a mask will be described with reference to FIG.
【0201】まず、Si基板601上にSiO2 膜60
2を熱酸化により0.8μm堆積する。次いで、実施例
2で示した如く、炭素膜(膜厚200nm)603をス
パッタ法により形成した後、通常のフォトリソグラフィ
技術により所望パターンのレジスト604を形成した。First, the SiO 2 film 60 is formed on the Si substrate 601.
2 is deposited by thermal oxidation to 0.8 μm. Next, as shown in Example 2, a carbon film (film thickness 200 nm) 603 was formed by a sputtering method, and then a resist 604 having a desired pattern was formed by an ordinary photolithography technique.
【0202】次いで、図19(a)に示すように、H2
ガスを用いたドライエッチング技術により、上記フォト
レジスト604(膜厚1μm)をマスクとして炭素膜6
03の垂直加工を行い、CF4 /O2 ガスを用いたダウ
ンフローアッシングにより残存するレジスト604を除
去した。これにより、図19(b)に示すように、Si
O2 膜602上に炭素膜603のパターンを形成した。Then, as shown in FIG. 19A, H 2
A carbon film 6 was formed by a dry etching technique using gas using the photoresist 604 (film thickness 1 μm) as a mask.
The vertical processing of No. 03 was performed, and the remaining resist 604 was removed by downflow ashing using CF 4 / O 2 gas. As a result, as shown in FIG.
A pattern of carbon film 603 was formed on the O 2 film 602.
【0203】次いで、図19(c)に示すように、実施
例1〜8にて記述したドライエッチング装置を用いて、
SiO2 膜602のドライエッチングを行った。エッチ
ングには、エッチングガスとして、CHF3 とCOガス
との混合ガスを用いた。パワー1.4W/cm2 、圧力
40mTorr 、ガス流量20SCCM、基板温度を−50℃か
ら300℃まで変化させてエッチングした。Then, as shown in FIG. 19C, using the dry etching apparatus described in Examples 1 to 8,
The SiO 2 film 602 was dry-etched. In the etching, a mixed gas of CHF 3 and CO gas was used as an etching gas. The power was 1.4 W / cm 2 , the pressure was 40 mTorr, the gas flow rate was 20 SCCM, and the substrate temperature was changed from −50 ° C. to 300 ° C. for etching.
【0204】基板温度に対するSiO2 膜602のエッ
チング形状をSEMにて測定したところ、基板温度の上
昇とともにテーパ形状から垂直形状まで変化することが
判明した。また、このときSiO2 膜のエッチング速度
200nm/minに対し、Siのエッチング速度は6
nm/min、このときのSiO2 とSiのエッチング
選択比は30以上のものが得られた。When the etching shape of the SiO 2 film 602 with respect to the substrate temperature was measured by SEM, it was found that the shape changed from a taper shape to a vertical shape as the substrate temperature increased. At this time, the etching rate of Si is 6 nm while the etching rate of SiO 2 film is 200 nm / min.
nm / min, the etching selection ratio of SiO 2 and Si at this time was 30 or more.
【0205】次いで、図15(d)に示すように、O2
プラズマエッチングにより炭素膜603を選択的に除去
し、テーパ形状から垂直形状に至るSiO2 膜602の
高精度の加工が可能であった。[0205] Then, as shown in FIG. 15 (d), O 2
The carbon film 603 was selectively removed by plasma etching, and the SiO 2 film 602 having a tapered shape to a vertical shape could be processed with high precision.
【0206】比較のために、レジストをマスクとして、
前述と全く同一の条件にてSiO2 膜602のエッチン
グを行ったところ、基板温度−50℃から150℃まで
はテーパ形状から垂直形状に向い、加工形状を制御する
ことが可能であった。しかし、基板温度を150℃以上
に上昇させた場合、レジストパターンが熱により変形す
るために、所望のパターン寸法のパターンを高精度にて
加工することは不可能であった。また、垂直形状のSi
O2 膜をSiとの高選択比を保ちながら形成させること
は不可能であった。For comparison, using the resist as a mask,
When the SiO 2 film 602 was etched under exactly the same conditions as described above, it was possible to control the processed shape from the taper shape to the vertical shape from the substrate temperature of −50 ° C. to 150 ° C. However, when the substrate temperature is raised to 150 ° C. or higher, the resist pattern is deformed by heat, so that it is impossible to process a pattern having a desired pattern size with high accuracy. In addition, vertical shape Si
It was impossible to form an O 2 film while maintaining a high selection ratio with Si.
【0207】さらに、基板温度が150℃以下で、レジ
ストパターンの熱による劣化が観察されない領域におい
ては、垂直なパターン形成は得られない。また、レジス
トパターンとSiO2 との選択比が約15と低く、さら
には、レジスト膜厚に対する開口寸法(アスペクト比)
がパターン寸法0.5μmのところでは3以上と大き
く、図20に示す如く、マイクロローディング効果によ
り、高精度のパターンを得ることができなかった。Further, in the region where the substrate temperature is 150 ° C. or lower and deterioration of the resist pattern due to heat is not observed, vertical pattern formation cannot be obtained. Further, the selection ratio between the resist pattern and SiO 2 is as low as about 15, and further, the opening dimension (aspect ratio) with respect to the resist film thickness.
Was as large as 3 or more at the pattern dimension of 0.5 μm, and as shown in FIG. 20, a highly accurate pattern could not be obtained due to the microloading effect.
【0208】一方、炭素膜をマスクとして用いた場合
は、炭素膜とSiO2膜とのエッチング選択比が20以
上と高く、パターン寸法0.5μmに対して炭素膜厚は
0.2μm以下(スペクト比0.4以下)にすることが
可能であるため、マイクロローディング効果の少ない、
高精度のエッチングが可能となった。 〈実施例10〉次に、本発明の第10の実施例につい
て、図面を参照して説明する。図21及び図22は、そ
の工程断面図である。On the other hand, when the carbon film is used as a mask, the etching selectivity between the carbon film and the SiO 2 film is as high as 20 or more, and the carbon film thickness is 0.2 μm or less for the pattern dimension of 0.5 μm (spect Ratio of 0.4 or less), which has less microloading effect,
High-precision etching has become possible. <Embodiment 10> Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 21 and 22 are sectional views of the steps.
【0209】まず、図21(a)に示す如く、シリコン
基板800上に酸化シリコン801を形成し、これに図
示の如く段差を形成したのち、この上層にスパッタリン
グ法によりAlSiCu薄膜802(膜厚0.8μm)
を形成した。その後、実施例1に示す如く、AlSiC
u表面をO2 プラズマにより酸化した後、炭素膜803
(膜厚0.2μm)を形成し、C/AlSiCu/Si
O2 /Si構造からなる試料を製作した。First, as shown in FIG. 21A, a silicon oxide 801 is formed on a silicon substrate 800, a step is formed on the silicon oxide 801 as shown in the figure, and then an AlSiCu thin film 802 (having a thickness of 0) is formed on the upper layer by sputtering. .8 μm)
Formed. Then, as shown in Example 1, AlSiC
After the u surface is oxidized by O 2 plasma, a carbon film 803
(Film thickness 0.2 μm) is formed and C / AlSiCu / Si
A sample having an O 2 / Si structure was manufactured.
【0210】次いで、図21(b)に示す如く、C/A
lSiCu薄膜を加工するために、レジスト804を3
層レジスト法により加工する。Then, as shown in FIG. 21B, C / A
In order to process the 1SiCu thin film, a resist 804 is applied to
Process by the layer resist method.
【0211】即ち、スピンコート法により膜厚3μmの
感光性樹脂層からなる下層レジストを塗布する。ここで
は、下層レジストとして、ノボラック樹脂とナフトキノ
ンジアゾスルホン酸エステルを5:1で混合し、更に光
反射防止用色素を10%混入させたレジストをエチルセ
ロソルブアセテートに溶解したものをスピンコート法に
より塗布して用いた。そして、この下層レジストに対し
て90℃、5分のベーキングを行い、段差部の平坦化を
実現した。That is, a lower layer resist made of a photosensitive resin layer having a film thickness of 3 μm is applied by spin coating. Here, as the lower layer resist, a novolak resin and naphthoquinone diazosulfonic acid ester were mixed at a ratio of 5: 1, and a resist containing 10% of a dye for preventing light reflection was dissolved in ethyl cellosolve acetate and applied by spin coating. Used. Then, the lower layer resist was baked at 90 ° C. for 5 minutes to flatten the step portion.
【0212】次いで、この下層レジスト上に中間層とし
て膜厚100nmのSOG膜をスピンコートし、上層に
ノボラック系ポジレジスト(PR−1024)を0.5
μm塗布し、厚さ1.5μmの上層レジストを塗布し、
90℃,5分のベーキングを行った後、マスクを通して
g線で露光,現像してレジストパターンを開口した。続
いて、開口したレジストパターンをマスクとして、CF
4 /O2 混合ガスを用い、前述したドライエッチング装
置にて、SOG膜をエッチングし、SOGに所望のパタ
ーニングを行った後、SOG膜をマスクとして、図21
(b)に示すようにレジスト804を加工した。これに
より、パターン寸法0.5〜5μm、アスペクト比6〜
0.6を有するレジストパターン804の形成を行っ
た。Then, a SOG film having a film thickness of 100 nm was spin-coated as an intermediate layer on the lower layer resist, and a novolac positive resist (PR-1024) was formed on the upper layer by 0.5.
.mu.m, and a top layer resist of 1.5 .mu.m thick is applied.
After baking at 90 ° C. for 5 minutes, the resist pattern was opened by exposing with a g-line through a mask and developing. Then, using the opened resist pattern as a mask, CF
After the SOG film is etched by the above-mentioned dry etching apparatus using a 4 / O 2 mixed gas and desired patterning is performed on the SOG film, the SOG film is used as a mask as shown in FIG.
The resist 804 was processed as shown in FIG. As a result, the pattern size is 0.5 to 5 μm and the aspect ratio is 6 to
A resist pattern 804 having 0.6 was formed.
【0213】この工程により、シリコン基板上にSiO
2 801やAlSiCu薄膜802により生じた段差形
状部を平坦化した後、レジスト膜の露光を行うので、上
記パターン寸法を有したレジスト804のパターンを段
差部においても高精度で形成することが可能となる。By this step, SiO 2 is formed on the silicon substrate.
Since the resist film is exposed after flattening the step-shaped portion caused by 2801 or the AlSiCu thin film 802, it is possible to form the pattern of the resist 804 having the above-mentioned pattern dimensions with high accuracy even in the step portion. Become.
【0214】次いで、図21(c)に示すように、上記
ドライエッチング装置を用い、O2 ガスにて炭素膜80
3を垂直加工し、パターン寸法0.5〜5μmの炭素膜
803の加工を行った。Next, as shown in FIG. 21C, the carbon film 80 is filled with O 2 gas using the dry etching apparatus.
3 was vertically processed, and a carbon film 803 having a pattern size of 0.5 to 5 μm was processed.
【0215】次いで、ダウンフロー型のエッチング装置
にて、CF4 /O2 ガスを用い、レジストパターン(3
層レジスト)804をアッシングした。このアッシング
処理により、図22(a)に示すように、3層レジスト
は全て除去されるが、炭素膜803及び下層のAlSi
Cu薄膜802は全くエッチングされなかった。Next, in a down-flow type etching apparatus, CF 4 / O 2 gas was used to form a resist pattern (3
Layer resist) 804 was ashed. By this ashing process, as shown in FIG. 22A, all the three-layer resist is removed, but the carbon film 803 and the lower AlSi layer are removed.
The Cu thin film 802 was not etched at all.
【0216】次いで、図22(b)に示すように、エッ
チングしてパターニングされた炭素膜803をマスクと
して、下地のAlSiCu薄膜801をドライエッチン
グした。エッチング装置は実施例2にて前述したドライ
エッチング装置を用い、圧力1.5Pa、高周波電力1
W/cm2 、基板温度25℃にて、Cl2 /BCl3 の
混合ガスを放電させ、反応性イオンエッチングによりA
lSiCu薄膜802を120秒間エッチングした。Next, as shown in FIG. 22B, the underlying AlSiCu thin film 801 was dry-etched using the etched and patterned carbon film 803 as a mask. As the etching apparatus, the dry etching apparatus described in Example 2 was used, and the pressure was 1.5 Pa and the high frequency power was 1.
A mixed gas of Cl 2 / BCl 3 was discharged at W / cm 2 and a substrate temperature of 25 ° C., and A was formed by reactive ion etching.
The 1SiCu thin film 802 was etched for 120 seconds.
【0217】このエッチング工程においては、実施例2
で記述したように炭素膜とAlSiCu薄膜802との
エッチング選択比が約10と大きいために、炭素膜80
3はエッチング除去されず、AlSiCu膜802を垂
直加工することが可能であった。In this etching process, the second embodiment is used.
As described above, since the etching selection ratio between the carbon film and the AlSiCu thin film 802 is as large as about 10, the carbon film 80
No. 3 was not removed by etching, and the AlSiCu film 802 could be vertically processed.
【0218】次いで、図22(c)に示すように、通常
のO2 ガスを用いたプラズマエッチングにより炭素膜マ
スク803の除去を行った。この工程により形成された
AlSiCu薄膜パターンをSEMにて評価したとこ
ろ、種々の段差形状部に渡ってパターン寸法0.5〜5
μmのパターンが高精度に形成されていることが判明し
た。さらに、光学顕微鏡を用いて残渣物の観察したとこ
ろ、残渣は全く認められなかった。Next, as shown in FIG. 22 (c), the carbon film mask 803 was removed by plasma etching using ordinary O 2 gas. When the AlSiCu thin film pattern formed by this process was evaluated by SEM, the pattern dimension was 0.5 to 5 over various step shape portions.
It was found that the μm pattern was formed with high accuracy. Furthermore, when the residue was observed using an optical microscope, no residue was observed.
【0219】また、実施例7にて説明したように、大気
に放置し、腐食(コロージョン)の評価を行ったとこ
ろ、図9に示したものと同様、予めレジストパターンを
除去するために、レジスト中に含まれる不純物がAlS
iCu膜のエッチングパターン中に付着しないので、一
週間経ても、コロージョンの発生は全くみられなかっ
た。Further, as described in Example 7, when left in the atmosphere and evaluated for corrosion (corrosion), the resist pattern was previously removed in the same manner as that shown in FIG. Impurities contained in AlS
Since it did not adhere to the etching pattern of the iCu film, no corrosion was observed even after one week.
【0220】さらに、AlSiCu膜のエッチングにお
いて、エッチングマスクとして膜厚200nmの炭素膜
パターンを用いるので、アスペクト比が0.2〜2にな
る。従って、3層レジスト804を用いた場合のアスペ
クト比0.6〜6に比べて大幅に低減される。Further, in the etching of the AlSiCu film, the carbon film pattern having a film thickness of 200 nm is used as the etching mask, so that the aspect ratio becomes 0.2 to 2. Therefore, the aspect ratio is greatly reduced as compared with the case where the three-layer resist 804 is used.
【0221】従って、図20に示すように、エッチング
速度のパターン寸法依存性(マイクロローディング効
果)は殆どなかった。エッチング速度のパターン寸法依
存性をデバイス素子寸法精度から考慮した場合、デバイ
ス寸法精度のスペック(3σ/x)<10%であること
が必要である。図20に示す如く、エッチング速度のパ
ターン寸法依存性特性により、上記スペックはアスペク
ト比2より小さいことが必要である。このようなアスペ
クト比は、本実験における炭素膜マスクを形成すること
により容易に達成することが可能であった。Therefore, as shown in FIG. 20, there was almost no pattern dimension dependency of the etching rate (microloading effect). When the pattern dimension dependence of the etching rate is taken into consideration from the device element dimensional accuracy, it is necessary that the device dimensional accuracy specification (3σ / x) <10%. As shown in FIG. 20, it is necessary that the above spec be smaller than the aspect ratio 2 due to the pattern size dependence characteristic of the etching rate. Such an aspect ratio could be easily achieved by forming the carbon film mask in this experiment.
【0222】さらに、通常の3層レジストをマスクとし
てAlSiCuをエッチングした場合、アスペクト比が
高く、レジスト分解物とAlSiCuのエッチング生成
物との堆積物がレジストパターン側面に多量に付着し、
アッシング後、これらに起因する残留物が多量に生じ
る。この残留物をAlSiCuパターンに損傷を与えな
いで、完全にとり除くことは不可能であった。しかし、
この実施例においては図20(f)に示したように、エ
ッチングマスクが炭素膜であるため、アスペクト比が低
く、さらに炭素膜とAlSiCuとのエッチング生成物
との堆積物がエッチング側面に形成されない。従って、
O2 プラズマアッシングにより、残留物なく完全にレジ
ストパターンの除去が可能であった。Furthermore, when AlSiCu is etched using a normal three-layer resist as a mask, the aspect ratio is high, and a large amount of deposits of the resist decomposition product and the AlSiCu etching product adhere to the side surface of the resist pattern.
After ashing, a large amount of residue is generated due to these. It was impossible to completely remove this residue without damaging the AlSiCu pattern. But,
In this embodiment, as shown in FIG. 20 (f), since the etching mask is a carbon film, the aspect ratio is low, and a deposit of the carbon film and the etching product of AlSiCu is not formed on the etching side surface. .. Therefore,
By O 2 plasma ashing, the resist pattern could be completely removed without residue.
【0223】従って本実施例では、断面形状垂直の線幅
0.5μmの高精度Al膜のエッチングが段差形状部に
おいても実現できた。 〈実施例11〉次に、本発明の第11の実施例につい
て、図23を参照して説明する。Therefore, in this example, etching of a high-precision Al film having a line width of 0.5 μm perpendicular to the sectional shape could be realized even in the step-shaped portion. <Embodiment 11> Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0224】この実施例では、薄膜トランジスタ(TF
T)の製造工程に炭素膜を適用した例について説明す
る。この実施例は、第6の実施例と同様、透光性絶縁基
板上に素子を形成する際の反応性イオンエッチング用マ
スクとして耐熱効果の大きな炭素膜を用いたものであ
る。In this embodiment, a thin film transistor (TF
An example in which a carbon film is applied to the manufacturing process of T) will be described. Similar to the sixth embodiment, this embodiment uses a carbon film having a large heat resistance effect as a mask for reactive ion etching when forming an element on a translucent insulating substrate.
【0225】まず、例えばガラス基板からなる厚さ数mm
の透明性絶縁基体501上に、スパッタリング法により
厚さ約200nmのMo或いはMoTa合金等の金属膜
を形成する。続いて、スパッタリング法により炭素膜4
0nmを形成した後、フォトレジストパターンを形成す
る。その後、実施例1〜10で述べた如く、レジストを
マスクとして炭素膜パターンを反応性イオンエッチング
RIEにより形成し、ホトレジストパターンを選択的に
剥離する。First, for example, a glass substrate having a thickness of several mm
A metal film such as Mo or MoTa alloy having a thickness of about 200 nm is formed on the transparent insulating substrate 501 by the sputtering method. Then, the carbon film 4 is formed by the sputtering method.
After forming 0 nm, a photoresist pattern is formed. Then, as described in Examples 1 to 10, a carbon film pattern is formed by reactive ion etching RIE using the resist as a mask, and the photoresist pattern is selectively stripped.
【0226】次いで、炭素膜パターンをマスクとして用
い上記金属膜のRIEを行い、図23(a)に示すよう
なゲート電極502を形成する。この際、炭素膜パター
ンを形成せず、レジストパターンをマスクとして、金属
膜のRIEを行った場合、実施例7で示したように基板
501の厚さが数mmと厚いために充分基板の冷却がで
きない。従って、RIE中の基板温度が200℃以上ま
で上昇するので、レジストパターンが熱のために変形
し、高精度の加工はできない。Then, RIE of the above metal film is performed using the carbon film pattern as a mask to form a gate electrode 502 as shown in FIG. At this time, when RIE of the metal film is performed using the resist pattern as a mask without forming the carbon film pattern, the thickness of the substrate 501 is as thick as several mm as shown in Example 7, so that the substrate is sufficiently cooled. I can't. Therefore, since the substrate temperature during RIE rises to 200 ° C. or higher, the resist pattern is deformed due to heat, and high-precision processing cannot be performed.
【0227】一方、炭素膜の加工においても、同様のR
IEを行っているが、炭素膜の膜厚が40nmと薄いの
で、エッチング中にレジストの劣化は生じない。炭素膜
パターンをマスクとして金属膜502のRIEを行った
場合、炭素膜マスクパターンは十分な耐熱性を有してい
るために、基板温度上昇により変形することなく、良好
なRIEが可能である。On the other hand, when processing a carbon film, the same R
Although the IE is performed, since the carbon film is as thin as 40 nm, deterioration of the resist does not occur during etching. When the RIE of the metal film 502 is performed using the carbon film pattern as a mask, the carbon film mask pattern has sufficient heat resistance, so that good RIE is possible without being deformed due to a rise in the substrate temperature.
【0228】次いで、O2 ガスを用いたプラズマエッチ
ングにより炭素膜を除去した後、図23(b)に示すよ
うに、プラズマCVDにより第1のゲート絶縁膜である
SiNx 膜503を約300nm堆積する。Next, after removing the carbon film by plasma etching using O 2 gas, as shown in FIG. 23B, a SiN x film 503 which is a first gate insulating film is deposited to a thickness of about 300 nm by plasma CVD. To do.
【0229】次いで、図23(c)に示すように、厚さ
200nmのITO(Indium Tin Oxide )等の透明導
電膜をスパッタリング法により堆積させ、前述の如く炭
素膜によるマスクパターンをマスクとしてRIEし、画
素電極509を形成する。Next, as shown in FIG. 23C, a transparent conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide) having a thickness of 200 nm is deposited by the sputtering method, and RIE is performed using the mask pattern of the carbon film as a mask as described above. The pixel electrode 509 is formed.
【0230】次いで、図23(d)に示すように、ゲー
ト電極502の位置するところに、非晶質シリコン(a
−Si)の半導体膜(膜厚100nm)504を形成
し、フォトレジストパターンをマスクとしてRIEによ
りパターニングした。Next, as shown in FIG. 23D, amorphous silicon (a) is formed at the position of the gate electrode 502.
A -Si) semiconductor film (film thickness 100 nm) 504 was formed and patterned by RIE using the photoresist pattern as a mask.
【0231】次いで、図23(e)に示すように、上記
非晶質シリコン膜504上にプラズマCVD法により第
2の保護膜であるSiNx 膜(膜厚200mn)を形成
し、図23(b)と同様に炭素膜をマスクパターンとし
て、RIEによりゲート電極502上に位置するように
保護膜505を形成する。Then, as shown in FIG. 23E, a SiN x film (film thickness 200 mn) as a second protective film is formed on the amorphous silicon film 504 by the plasma CVD method. Similar to b), a protective film 505 is formed by RIE so as to be located on the gate electrode 502 by using a carbon film as a mask pattern.
【0232】次いで、図23(f)に示すように、非晶
質シリコン膜504及び後述するソース・ドレイン電極
とのオーミック接触を得るために、n+ 非晶質シリコン
膜(膜厚50nm)508を形成し、前述の如くレジス
トパターンをマスクとして、RIE加工しパターニング
した。Next, as shown in FIG. 23F, in order to obtain ohmic contact with the amorphous silicon film 504 and the source / drain electrodes described later, an n + amorphous silicon film (film thickness 50 nm) 508 is formed. Was formed, and using the resist pattern as a mask as described above, RIE processing was performed and patterning was performed.
【0233】最後に、図23(g)に示す如く、スパッ
タリング法等を用いて、Mo膜を約50nm、その上に
Al膜を約1μm形成し、ソース電極506とともに画
素電極509に接続するドレイン電極507を形成す
る。ソース電極506及びドレイン電極507は、図2
3(b)の工程で示した如く、炭素膜マスクパターンを
Al/Mo膜上に形成し、炭素膜をマスクとしてRIE
した。その後、炭素膜マスクをO2 プラズマエッチング
により剥離した。Finally, as shown in FIG. 23 (g), a Mo film is formed to a thickness of about 50 nm and an Al film is formed to a thickness of about 1 μm on the Mo film by a sputtering method or the like, and the drain connected to the pixel electrode 509 together with the source electrode 506 is formed. The electrode 507 is formed. The source electrode 506 and the drain electrode 507 are shown in FIG.
As shown in step 3 (b), a carbon film mask pattern is formed on the Al / Mo film, and the carbon film is used as a mask for RIE.
did. Then, the carbon film mask was removed by O 2 plasma etching.
【0234】以上のような工程により、石英基板501
上に画素電極509を設けたTFTが完成する。Through the above steps, the quartz substrate 501
The TFT having the pixel electrode 509 provided thereon is completed.
【0235】このようなTFTの形成工程では、ゲート
電極502,保護膜505及び電極膜のパターン形成を
実現するためにRIEを用いる。しかし、RIE中に基
板温度が上昇し、レジストパターンをこれらのエッチン
グマスクとして使用した場合は、熱のためにパターンが
変形し、微細なパターンの高精度な加工はできない。し
かし、炭素膜からなるパターンを形成し、RIEマスク
として用いることにより、高精度な加工が実現できた。In such a TFT forming process, RIE is used to realize pattern formation of the gate electrode 502, the protective film 505 and the electrode film. However, when the substrate temperature rises during RIE and the resist pattern is used as an etching mask for these, the pattern is deformed due to heat, and it is impossible to process a fine pattern with high precision. However, by forming a pattern made of a carbon film and using it as an RIE mask, highly accurate processing could be realized.
【0236】また、基板温度上昇に伴い、レジストから
は種々の不純物が発生し、ゴミ等の発生要因となってい
たが、炭素膜は高純度であるため、エッチング中のガス
発生量が極めて小さく、ゴミの発生も少ない。従って、
歩留りが向上し、信頼性の大きなTFTを高生産率を持
って得ることが可能であった。 〈実施例12〉次に、本発明の第12の実施例として素
子間の分離領域を形成する例について示す。図24は、
その工程を示す断面図である。Further, as the substrate temperature rises, various impurities are generated from the resist, which causes dust and the like. However, since the carbon film is of high purity, the amount of gas generated during etching is extremely small. Also, there is little garbage. Therefore,
It was possible to obtain a TFT with improved yield and high reliability with a high production rate. <Embodiment 12> Next, an example of forming an isolation region between elements will be described as a twelfth embodiment of the present invention. Figure 24 shows
It is sectional drawing which shows the process.
【0237】まず、図24(a)に示すように、例えば
p型の比抵抗10Ωcmのシリコンウェハ基板901上
に炭素膜902をマスクとするパターンを形成する。炭
素膜のパターン方法は、実施例1〜11で述べた如く、
レジストパターンをマスクとして、反応性イオンエッチ
ング法により垂直加工した。First, as shown in FIG. 24A, a pattern using the carbon film 902 as a mask is formed on a silicon wafer substrate 901 having a p-type specific resistance of 10 Ωcm, for example. The patterning method of the carbon film is as described in Examples 1 to 11.
Using the resist pattern as a mask, vertical processing was performed by the reactive ion etching method.
【0238】次いで、図24(b)に示す如く、実施例
3で述べた如く、Cl2 とSiCl4 の混合ガスを用い
た反応性イオンエッチングにより、炭素膜902をマス
クとしてシリコンウェハ901を選択エッチングし、幅
1μm、深さ0.5μmの溝903を形成する。Next, as shown in FIG. 24B, as described in the third embodiment, the silicon wafer 901 is selected by the reactive ion etching using the mixed gas of Cl 2 and SiCl 4 with the carbon film 902 as a mask. Etching is performed to form a groove 903 having a width of 1 μm and a depth of 0.5 μm.
【0239】次いで、図24(c)に示す如く、溝90
3の内壁にB+ 等のイオンを加速電圧30keV,ドー
ズ量5×1013cm-2でイオン注入し、p型の反転防止
層904を形成した。Then, as shown in FIG. 24C, the groove 90 is formed.
Ions such as B + were implanted into the inner wall of No. 3 at an acceleration voltage of 30 keV and a dose amount of 5 × 10 13 cm -2 to form a p-type inversion prevention layer 904.
【0240】さらに、図24(d)に示す如く、炭素膜
902をO2 ガスを用いたプラズマエッチングにより除
去した後、溝903内部にSiO2 膜905をCVD法
等により埋めこんで、素子分離領域906を形成した。Further, as shown in FIG. 24 (d), after removing the carbon film 902 by plasma etching using O 2 gas, a SiO 2 film 905 is embedded in the groove 903 by the CVD method or the like, and element isolation is performed. Region 906 was formed.
【0241】実際の半導体装置では、その後、例えば図
24(e)に示すように、前記形成された素子分離領域
906の両側には、基板901表面にn-層907が形
成され、さらにその上に酸化膜908を介して多結晶シ
リコン電極909が形成されてMOSキャパシタ910
が構成される。さらに、基板901表面にソース、ドレ
インとなるn- 層911,ゲート酸化膜912及び多結
晶シリコンゲート電極913が形成されて、MOSFE
Tが構成される。In an actual semiconductor device, thereafter, as shown in FIG. 24E, for example, an n − layer 907 is formed on the surface of the substrate 901 on both sides of the formed element isolation region 906, and further thereon. A polycrystalline silicon electrode 909 is formed on the surface of the MOS capacitor 910 via an oxide film 908.
Is configured. Further, an n − layer 911 serving as a source and a drain, a gate oxide film 912, and a polycrystalline silicon gate electrode 913 are formed on the surface of the substrate 901, and the MOSFE is formed.
T is constructed.
【0242】この工程において、反応性イオンエッチン
グのためのエッチングマスクとして作用するマスクパタ
ーンをレジスト膜で形成した場合、レジスト膜中に含有
される不純物がプラズマにより分解され、溝部903の
内部に付着する。これらの付着した不純物は、後の洗浄
工程等では完全に除去できない、或いは弗酸を含有する
ウェットエッチング液等にて長時間エッチングすると溝
部側面903表面が荒れ損傷を受けるので、MOSFE
Tを形成した場合表面準位密度が増大し、少数キャリア
の生成効率を増加させる要因となる。In this step, when a mask pattern acting as an etching mask for reactive ion etching is formed of a resist film, impurities contained in the resist film are decomposed by plasma and attached inside the groove 903. .. These adhered impurities cannot be completely removed in a subsequent cleaning step or the like, or the surface of the groove side surface 903 is roughened and damaged when etched for a long time with a wet etching solution containing hydrofluoric acid.
When T is formed, the surface state density increases, which becomes a factor of increasing the generation efficiency of minority carriers.
【0243】また、図24(d)に示したように、レジ
スト膜もO2 ガスを用いたプラズマエッチングにより除
去可能であるが、上記レジスト膜剥離工程中に、レジス
ト膜中の不純物が溝部903に付着し、これも、デバイ
スの特性を劣化させる要因となる。As shown in FIG. 24D, the resist film can also be removed by plasma etching using O 2 gas. However, during the resist film stripping process, impurities in the resist film are removed by the groove 903. Adheres to the surface, which also causes deterioration of device characteristics.
【0244】一方、炭素膜は極めて高純度(SIMS分
析により炭素以外の元素は検出されない)のマスク材料
であるために、RIE或いはO2 ガスプラズマエッチン
グ中に溝部903或いは反転防止層904を汚染するこ
とはない。従って、良好なMOSFETの形成が可能と
なる。On the other hand, since the carbon film is a mask material of extremely high purity (elements other than carbon are not detected by SIMS analysis), it contaminates the groove portion 903 or the inversion prevention layer 904 during RIE or O 2 gas plasma etching. There is no such thing. Therefore, a good MOSFET can be formed.
【0245】また、エッチングマスクとして、SiO2
膜を用いた場合、例えばRIE終了後、SiO2 マスク
パターンを除去するために弗素を含有するガスを用いて
エッチング除去すると、例えば図24(c)に示す如く
溝部903の反転防止層904が除去されたりし、溝部
903に弗素等が付着されるのでデバイス特性を劣化さ
せる要因となる。As an etching mask, SiO 2 is used.
In the case of using a film, for example, after the RIE is completed, when the SiO 2 mask pattern is removed by etching using a gas containing fluorine, the inversion prevention layer 904 of the groove 903 is removed as shown in FIG. In addition, fluorine or the like adheres to the groove 903, which causes deterioration of device characteristics.
【0246】これらを回避するために、図24(d)に
示す如く、溝部903をCVD法等によって埋め込んだ
後、SiO2 マスクパターン902を剥離する方法も考
えられるが、溝部903を埋め込む場合、SiO2 膜の
厚さだけ溝部のアスペクト比が増大するので、微細な溝
になるに従い埋め込みが困難となり、溝部にボイドが形
成されたりし、デバイス特性に劣化をもたらす。In order to avoid these, as shown in FIG. 24D, a method of removing the SiO 2 mask pattern 902 after filling the groove portion 903 by the CVD method or the like can be considered. Since the aspect ratio of the groove portion increases by the thickness of the SiO 2 film, it becomes more difficult to fill as the groove becomes finer, voids are formed in the groove portion, and device characteristics deteriorate.
【0247】これらの結果から、炭素膜をエッチングマ
スクパターンに用いた本実施例を、ダイナミックメモリ
に適用すれば、デバイスへの信頼性が飛躍的に向上し、
キャパシタの保持特性が大幅に向上する。From these results, when the present embodiment using the carbon film as the etching mask pattern is applied to the dynamic memory, the reliability of the device is dramatically improved,
The holding characteristics of the capacitor are significantly improved.
【0248】以上説明した実施例1〜12においては、
平行平板電極を有したマグネトロン型の反応性イオンエ
ッチング装置を用いているが、マイクロ波を印加したE
CR放電を用いた反応性イオンエッチング装置、又はマ
イクロ波若しくは電子線を印加することによって生成さ
れた放電プラズマ下で被エッチング基体に電圧を印加し
た反応性イオンエッチング装置を用いてもよい。In Examples 1 to 12 described above,
A magnetron-type reactive ion etching device having parallel plate electrodes is used, but microwave applied E
A reactive ion etching apparatus using CR discharge or a reactive ion etching apparatus in which a voltage is applied to the substrate to be etched under discharge plasma generated by applying a microwave or an electron beam may be used.
【0249】また、炭素膜の形成方法として、スパッタ
リング法を用いてきたが、真空蒸着法を用いて形成して
もよい。実施例1及び実施例2において、AlSiCu
膜のエッチングにおいて、エッチングガスとしてCl2
とBCl3 の混合ガスを用いたが、Br2 、HBr、B
Br3 等の臭素を主成分とするハロゲンガスや、上記C
l2 を主成分とするガスとの混合ガスをエッチングに使
用することも可能である。さらに、上記ガス中に、A
r、Kr、Xe、He、Neなどの希ガスを導入しても
かまわない。Although the sputtering method has been used as the method for forming the carbon film, it may be formed by using the vacuum vapor deposition method. In Example 1 and Example 2, AlSiCu
In etching the film, Cl 2 is used as an etching gas.
And a mixed gas of BCl 3 were used, Br 2 , HBr, B
Halogen gas containing bromine as a main component such as Br 3 or the above C
It is also possible to use a mixed gas of a gas of l 2 as a main component on etching. Furthermore, in the above gas, A
A rare gas such as r, Kr, Xe, He or Ne may be introduced.
【0250】実施例では、AlSiCu膜のエッチング
について述べたが、AlSiCu/TiN/Ti等のバ
リアメタルとの積層構造のエッチングに適用することも
可能である。さらに、AlSiCu膜エッチングにおい
て、レジストを剥離した後、被処理基体を清浄する工程
を施した後、AlSiCu膜をエッチングするようにし
てもよい。その他、タングステン或いはモリブデン等の
高融点金属、又は高融点金属硅化物等に適用することも
可能である。In the embodiment, the etching of the AlSiCu film is described, but it can be applied to the etching of a laminated structure with a barrier metal such as AlSiCu / TiN / Ti. Further, in the AlSiCu film etching, the AlSiCu film may be etched after removing the resist and then performing a step of cleaning the substrate to be processed. In addition, it is also possible to apply to a high melting point metal such as tungsten or molybdenum, or a high melting point metal silicide.
【0251】AlSiCuのエッチングにおける圧力,
高周波電力密度,基板温度等は、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。炭素膜
を剥離する工程において、円筒型のプラズマエッチング
装置を用いているが、平行平板型電極を有したエッチン
グ装置を用いてもよい。Pressure in AlSiCu etching,
The high frequency power density, the substrate temperature, etc. can be variously modified and implemented without departing from the scope of the present invention. Although a cylindrical plasma etching apparatus is used in the step of peeling off the carbon film, an etching apparatus having parallel plate electrodes may be used.
【0252】レジスト膜を炭素膜に対して選択的に剥離
する工程において、CF4 /O2 ガスを用いたダウンフ
ロー型アッシング装置を用いているが、エッチングガス
として、SF6 、NF3 等、少なくともフッ素を含有し
ているガスと酸素との混合ガスであればよい。In the step of selectively peeling the resist film from the carbon film, a downflow type ashing apparatus using CF 4 / O 2 gas is used, but SF 6 , NF 3, etc. are used as etching gas. A mixed gas of a gas containing at least fluorine and oxygen may be used.
【0253】実施例3及び12において、Si基板に溝
を穿設している工程において、エッチングガスとしてC
l2 とSiCl4 との混合ガスを用いているが、Cl2
とHBr等、臭素を含むガスを添加してもよく、少なく
ともCl2 を主成分とするガスであればよい。In Examples 3 and 12, C was used as an etching gas in the step of forming a groove in the Si substrate.
Although a mixed gas of l 2 and SiCl 4, Cl 2
And a gas containing bromine, such as HBr, may be added, and any gas containing at least Cl 2 as a main component may be used.
【0254】実施例6においては、リソグラフィに用い
る露光マスク或いはTFTの形成のために、石英基板を
用いているが、透光性に優れていれば、誘電体基板を用
いてもよい。露光マスクにおいて不透明なパターンとし
てCrを用いたが、酸化クロム或いはモリブデン硅化物
等の高融点金属硅化物を用いてもよい。In Example 6, a quartz substrate is used to form an exposure mask or TFT used for lithography, but a dielectric substrate may be used as long as it has excellent light-transmitting properties. Although Cr is used as the opaque pattern in the exposure mask, a refractory metal silicide such as chromium oxide or molybdenum silicide may be used.
【0255】さらに、上記露光マスクの製造工程におい
て、不透明なパターンとしてCrを選択した。本実施例
において用いたCr膜の膜厚が100nmと薄いため、
本実施例においては、レジストをマスクとしてCrをエ
ッチングした。しかし、この不透明のエッチングプロセ
スにおいても、エッチング条件及びエッチング物の膜厚
さらに材質に応じ、炭素膜をマスクパターンとしてエッ
チングするプロセスを適用してもよい。Further, Cr was selected as the opaque pattern in the manufacturing process of the exposure mask. Since the thickness of the Cr film used in this example is as thin as 100 nm,
In this example, Cr was etched using the resist as a mask. However, also in this opaque etching process, a process of etching using a carbon film as a mask pattern may be applied depending on the etching conditions, the film thickness of the etching product, and the material.
【0256】実施例9において、SiO2 膜のエッチン
グガスとしてCHF3 とCOとの混合ガスを用いている
が、少なくともフッ素を含有する炭化水素ガスであれば
他のガスを用いてもよい。また、H2 ガスを上記ガス中
に添加した混合ガスを用いてもよい。In Example 9, a mixed gas of CHF 3 and CO is used as the etching gas for the SiO 2 film, but another gas may be used as long as it is a hydrocarbon gas containing at least fluorine. Alternatively, a mixed gas obtained by adding H 2 gas to the above gas may be used.
【0257】また、上記露光マスクの製造プロセスにお
いて、レジスト膜を剥離して炭素膜からなるマスクパタ
ーンにてエッチングを行っているが、エッチング条件に
応じてレジストを除去しないで、レジストが被着した炭
素膜パターンをマスクとしてエッチングを行ってもよ
い。In the process of manufacturing the above-mentioned exposure mask, the resist film is peeled off and etching is performed with the mask pattern made of the carbon film. However, the resist is not removed according to the etching conditions, and the resist is deposited. Etching may be performed using the carbon film pattern as a mask.
【0258】同様にして、厚い基板上でのエッチング工
程(TFT製造工程)においても、非晶質Siの膜厚が
薄いため、レジストをマスクとしてエッチングを行った
が、エッチング条件等に応じて、レジストを剥離し、炭
素膜をマスクパターンとしてエッチングする或いは、レ
ジストを除去しないでレジストが被着した炭素膜パター
ンをマスクとしてエッチングを行ってもよい。Similarly, in the etching process (TFT manufacturing process) on a thick substrate, etching was performed using the resist as a mask because the film thickness of amorphous Si was thin. However, depending on the etching conditions, etc. The resist may be peeled off and etched using the carbon film as a mask pattern, or the carbon film pattern on which the resist is deposited may be used as a mask without removing the resist.
【0259】さらに、AlSiCu膜,Si基板,Si
O2 膜のエッチングにおいて、実施例ではエッチング
後、マスクとして用いた炭素膜は剥離したが、場合によ
っては炭素膜を除去しないで、そのまま残してその後の
プロセス工程を施しても構わない。 〈実施例13〉次に、本発明の第13の実施例につい
て、図25を参照して説明する。Further, AlSiCu film, Si substrate, Si
In the etching of the O 2 film, the carbon film used as the mask was peeled off after the etching in the embodiment, but in some cases, the carbon film may not be removed and may be left as it is for subsequent process steps. <Embodiment 13> Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0260】先ず、図25(a)に示すように、面方位
(100)のシリコン半導体基板1000上に不純物を
導入して拡散層1002を形成する。次に、CVD法
(化学気相成長)によりSiO2 膜を300nm程度、
SiO2 膜上にBPSG膜(ボロン・リン・硅化ガラ
ス)を600nm程度堆積し、低温リフロー工程を経て
表面を平坦化し層間絶縁膜1001を形成する。First, as shown in FIG. 25A, an impurity is introduced into a silicon semiconductor substrate 1000 having a plane orientation (100) to form a diffusion layer 1002. Next, a SiO 2 film of about 300 nm is formed by a CVD method (chemical vapor deposition),
A BPSG film (boron / phosphorus / silicided glass) having a thickness of about 600 nm is deposited on the SiO 2 film and the surface is flattened through a low temperature reflow process to form an interlayer insulating film 1001.
【0261】次に、層間絶縁膜1001を異方性エッチ
ングで選択的に開孔して拡散層1002の一部上面が露
出するコンタクト孔を形成する。Next, the interlayer insulating film 1001 is selectively opened by anisotropic etching to form a contact hole in which a part of the upper surface of the diffusion layer 1002 is exposed.
【0262】次に、金属ターゲットを用いたスパッタ法
によって、配線用の金属薄膜、例えばTiN/Ti膜
(70/20nm)とAlSiCu膜(800nm)の
積層構造膜1003を順次堆積する。Next, a metal thin film for wiring, for example, a laminated structure film 1003 of a TiN / Ti film (70/20 nm) and an AlSiCu film (800 nm) is sequentially deposited by a sputtering method using a metal target.
【0263】次いで、図25(b)に示す如く、有機薄
膜、例えばノボラック樹脂1004を全面に2.0μm
程度塗布し、コンタクト孔を完全に埋め込む。Next, as shown in FIG. 25 (b), an organic thin film, for example, novolac resin 1004, is applied to the entire surface to a thickness of 2.0 μm.
Apply approximately to completely fill the contact hole.
【0264】次いで、図25(c)に示す如く、O2 ガ
スを用いた反応性イオンエッチング技術により、ノボラ
ック樹脂1004を層間絶縁膜1001の表面まで異方
性エッチング(エッチバック)した。Next, as shown in FIG. 25C, the novolac resin 1004 was anisotropically etched (etched back) to the surface of the interlayer insulating film 1001 by the reactive ion etching technique using O 2 gas.
【0265】このときのエッチングには、マグネトロン
載置の反応性イオンエッチング(RIE)装置を用い、
O2 ガス流量100SCCM、圧力6Pa、高周波電力1.7
W/cm2 、基板温度25℃において行なった。For the etching at this time, a reactive ion etching (RIE) device mounted on a magnetron was used.
O 2 gas flow rate 100 SCCM, pressure 6 Pa, high frequency power 1.7
It was performed at W / cm 2 and a substrate temperature of 25 ° C.
【0266】ノボラック樹脂のエッチング速度を測定し
たところ、エッチング速度は1.5μm/min であった。
又、このときのコンタクト孔の断面をSEMにて観察し
たところ図25(c)に示す如く、コンタクト孔が完全
にノボラック樹脂にて埋め込まれ、さらに、コンタクト
孔におけるノボラック樹脂の上面と層間絶縁膜1003
の上面とが一致しており、平坦化されていることが判明
した。When the etching rate of the novolac resin was measured, the etching rate was 1.5 μm / min.
When the cross section of the contact hole at this time is observed by SEM, as shown in FIG. 25C, the contact hole is completely filled with the novolac resin, and further, the upper surface of the novolac resin in the contact hole and the interlayer insulating film. 1003
It was found that the upper surface of the layer coincided with the upper surface and was flattened.
【0267】次いで、図25(d)に示すように、スパ
ッタ法により炭素膜1005をAlSiCu膜1003
上に堆積した。炭素膜の膜厚は200nmである。Next, as shown in FIG. 25D, the carbon film 1005 and the AlSiCu film 1003 are formed by the sputtering method.
Deposited on top. The thickness of the carbon film is 200 nm.
【0268】次に、炭素膜1005上にフォトレジスト
1006を膜厚1.6μm 塗布し、通常のリソグラフィ
技術を用いて、レジスト1006を露光し、現像するこ
とによりレジストパターン1006を形成した。Next, a photoresist 1006 having a film thickness of 1.6 μm was applied on the carbon film 1005, and the resist 1006 was exposed and developed by a usual lithography technique to form a resist pattern 1006.
【0269】この工程では、現像液としてアルカリ性有
機溶液を用いたが、現像時に炭素膜105、AlSiC
u膜1003、ノボラック樹脂膜1004の溶出、剥離
などの問題は生じなかった。In this step, an alkaline organic solution was used as the developing solution, but the carbon film 105 and AlSiC were used during the development.
Problems such as elution and peeling of the u film 1003 and the novolac resin film 1004 did not occur.
【0270】次いで、図25(e)に示すように、マグ
ネトロン載置のRIE装置を使用し、エッチングガスと
してO2 あるいはH2 を用いて、被エッチング材料であ
る炭素膜1005をレジストパターン1006をマスク
としてエッチングした。Next, as shown in FIG. 25E, a carbon film 1005 as a material to be etched is formed into a resist pattern 1006 by using a magnetron-mounted RIE device and using O 2 or H 2 as an etching gas. Etched as a mask.
【0271】エッチングガスにO2 を用いた場合、エッ
チング条件はO2 ガス流量100SCCM、圧力1.5Pa、
高周波電力を1.7W/cm2 印加し、基板温度を−75
℃に保持した。When O 2 is used as the etching gas, the etching conditions are O 2 gas flow rate 100 SCCM, pressure 1.5 Pa,
High frequency power of 1.7 W / cm 2 is applied and the substrate temperature is -75.
Hold at 0 ° C.
【0272】このとき、炭素膜1005が約300nm
/minでエッチングされたのに対して、レジスト1006
は約1.0μm/min であり、炭素膜1005とレジスト
1006との選択比は約0.3であった。エッチングさ
れた炭素膜1005の形状をSEMにて観察したところ
ほぼ垂直形状が得られた。At this time, the carbon film 1005 has a thickness of about 300 nm.
/ min, but resist 1006
Was about 1.0 μm / min, and the selection ratio between the carbon film 1005 and the resist 1006 was about 0.3. When the shape of the etched carbon film 1005 was observed with the SEM, a substantially vertical shape was obtained.
【0273】また、エッチングガスとしてH2 を用いた
場合では、H2 ガス流量100SCCM、圧力1.5Pa、高
周波電力1.7W/cm2 、基板温度25℃にて、炭素膜
1005が33nm/min、レジスト1006が670n
m/minでエッチングされた。この場合も、エッチングし
た炭素膜の形状はほぼ垂直であった。When H 2 was used as the etching gas, the carbon film 1005 was 33 nm / min at the H 2 gas flow rate of 100 SCCM, the pressure of 1.5 Pa, the high frequency power of 1.7 W / cm 2 , and the substrate temperature of 25 ° C. , Resist 1006 is 670n
Etched at m / min. Also in this case, the shape of the etched carbon film was almost vertical.
【0274】次に、炭素膜1005に対して選択的にレ
ジスト1006を除去した。レジストパターンのエッチ
ングには、マイクロ波励起を用いたダウンフロー型のエ
ッチング装置を用いた。エッチング条件は、エッチング
ガスとしてCF4 とO2 との混合ガスを用い、CF4 /
O2の流量は15/500SCMM一定とした。圧力は0.
3Torrに保持し、基板温度は室温に保った。マイクロ波
を印加(電力600W)して放電を生じさせ、エッチン
グを行なった。Next, the resist 1006 was selectively removed with respect to the carbon film 1005. A down-flow type etching apparatus using microwave excitation was used for etching the resist pattern. As the etching conditions, a mixed gas of CF 4 and O 2 is used as an etching gas, and CF 4 /
The flow rate of O 2 was constant at 15/500 SCMM. The pressure is 0.
The temperature was kept at 3 Torr and the substrate temperature was kept at room temperature. Microwaves were applied (power 600 W) to generate discharge and etching was performed.
【0275】このエッチングによりレジストは、0.8
μm/min でエッチングされるのに対して、炭素膜、Al
SiCu膜は全くエッチングされない。By this etching, the resist becomes 0.8
Etching at μm / min, whereas carbon film, Al
The SiCu film is not etched at all.
【0276】次いで、図25(f)に示す如く、マグネ
トロン載置のRIE装置を用いて、カーボン膜1005
をマスクとしてAlSiCu膜とTiN/Ti膜の積層
構造膜1003の選択エッチングを行なった。エッチン
グ条件は、基板温度を50℃に保持し、エッチングガス
としてCl2 /BCl3 との混合ガス(流量100SCC
M)を用いた。エッチング圧力は1.5Pa、高周波電力
は0.8W/cm2 である。Next, as shown in FIG. 25 (f), a carbon film 1005 is formed by using a magnetron-mounted RIE apparatus.
Using the as a mask, the selective etching of the laminated structure film 1003 of the AlSiCu film and the TiN / Ti film was performed. The etching condition is that the substrate temperature is kept at 50 ° C. and a mixed gas of Cl 2 / BCl 3 is used as an etching gas (flow rate 100 SCC).
M) was used. The etching pressure is 1.5 Pa, and the high frequency power is 0.8 W / cm 2 .
【0277】これより、AlSiCu膜1003が35
0nm/minでエッチングされるが、炭素膜1005は約
25nm/minであり、選択比14が得られた。このとき
の形状をSEMにより評価したところ、テーパ角88°
でAlSiCu膜1003はテーパ形状であることが分
った。As a result, the AlSiCu film 1003 has a thickness of 35.
Although etched at 0 nm / min, the carbon film 1005 was about 25 nm / min, and a selectivity ratio of 14 was obtained. When the shape at this time was evaluated by SEM, the taper angle was 88 °.
It was found that the AlSiCu film 1003 had a tapered shape.
【0278】最後に、図25(g)に示す如く、バレル
型のプラズマエッチング装置を用いて、O2 プラズマア
ッシング処理を施した。Finally, as shown in FIG. 25 (g), an O 2 plasma ashing process was performed using a barrel type plasma etching apparatus.
【0279】これにより、炭素膜及びコンタクトホール
内に埋め込まれていたノボラック樹脂は容易に剥離され
ることが確認できた。又、AlSiCu膜のパターン端
等にフェンス等の残留物は全く残っていなかった。From this, it was confirmed that the novolak resin embedded in the carbon film and the contact hole was easily peeled off. Further, no residue such as a fence remained on the pattern edge of the AlSiCu film.
【0280】次に、低温プラズマCVD法によりSiO
2 膜からなる絶縁膜1007を堆積し、AlSiCu膜
パターン間の埋め込みを行なった。SEMにて、この断
面形状を観察したところ、0.5μm ラインアンドスペ
ースのAlSiCu膜パターンにSiO2 膜1007が
完全に埋め込まれることが判明した。Next, SiO 2 is formed by a low temperature plasma CVD method.
An insulating film 1007 consisting of two films was deposited and embedded between AlSiCu film patterns. When the cross-sectional shape was observed by SEM, it was found that the SiO 2 film 1007 was completely embedded in the AlSiCu film pattern of 0.5 μm line and space.
【0281】フェンスが生じない要因としては、AlS
iCuエッチングのマスクが炭素膜であり、炭素膜のエ
ッチング速度が小さく、エッチング生成物の量が少ない
ことと炭素膜から生じるエッチング生成分とAlSiC
uのエッチング生成分とは容易に反応しない。アスペク
ト比が小さい為、パターン側壁での付着物量が極めて少
ない為と考えられる。AlS is a factor that does not cause a fence.
The iCu etching mask is a carbon film, the etching rate of the carbon film is low, the amount of etching products is small, and the etching products generated from the carbon film and AlSiC
It does not easily react with the etching product of u. It is considered that the amount of the deposit on the sidewall of the pattern is extremely small because the aspect ratio is small.
【0282】上記プロセスにより形成されたAlSiC
u/TiN/Ti積層構造上に対してエッチングを行な
った(図25(f))。AlSiC formed by the above process
Etching was performed on the u / TiN / Ti laminated structure (FIG. 25 (f)).
【0283】更に、この実施例においては、AlSiC
u膜のエッチングにおいてエッチングマスクとして膜厚
200nmの炭素膜パタ−ンを用いているので、パタ−
ンのアスペクト比が0.2〜2.0となる。従って、従
来のフォトレジストをマスクとして用いた場合のアスペ
クト比1.6〜16に比べ、大幅に低減される。エッチ
ング速度のパタア−ン寸法依存性(マイクロロ−ディン
グ効果)は、上記プロセスにおいては全く見られなかっ
た。 〈実施例14〉次に、本発明の第14の実施例として、
半導体装置における上層金属配線と下層金属配線との接
続部(VIAコンタクト)を形成する工程において、図
26に示した工程断面図を用いて説明する。Further, in this embodiment, AlSiC
Since a carbon film pattern with a thickness of 200 nm is used as an etching mask in etching the u film, the pattern is
Aspect ratio is 0.2 to 2.0. Therefore, the aspect ratio is significantly reduced as compared with the aspect ratio of 1.6 to 16 when the conventional photoresist is used as a mask. The pattern size dependence of the etching rate (microloading effect) was not found at all in the above process. <Embodiment 14> Next, as a fourteenth embodiment of the present invention,
In the step of forming a connecting portion (VIA contact) between the upper layer metal wiring and the lower layer metal wiring in the semiconductor device, description will be given using the step cross-sectional views shown in FIG.
【0284】まず、図26(a)に示すように、素子が
形成された半導体基板上に堆積された第1の層間絶縁膜
1100上に、第1の金属配線層1101として例えば
AlSiCu膜(膜厚8000A)1101をスパッタ
法により堆積する。First, as shown in FIG. 26A, for example, an AlSiCu film (film) is formed as the first metal wiring layer 1101 on the first interlayer insulating film 1100 deposited on the semiconductor substrate on which the element is formed. A thickness of 8000 A) 1101 is deposited by sputtering.
【0285】さらに、第2の層間絶縁膜として、低温プ
ラズマCVD(気相成長)装置でTEOS(テトラエト
キシシラン)等を用いてSiO2 膜1102を堆積す
る。Further, as a second interlayer insulating film, a SiO 2 film 1102 is deposited using TEOS (tetraethoxysilane) or the like with a low temperature plasma CVD (vapor phase growth) apparatus.
【0286】次いで、SiO2 膜1102上にフォトレ
ジスト(膜厚1.6μm )を堆積し、通常のフォトリソ
グラフィ工程により、第2の層間絶縁膜202の接続孔
形成予定部上のみレジストを除去し、このレジストをマ
スクとして、SiO2 膜1102を第1の金属配線11
01が露出するまで異方性エッチングし、ビアコンタク
トを開孔した。Next, a photoresist (film thickness: 1.6 μm) is deposited on the SiO 2 film 1102, and the resist is removed only on a portion of the second interlayer insulating film 202 where a contact hole is to be formed by a normal photolithography process. Using the resist as a mask, the SiO 2 film 1102 is used as the first metal wiring 11
The via contact was opened by anisotropically etching until 01 was exposed.
【0287】次いで、スパッタリング法により全面に第
2の金属配線層であるTiN/Ti(膜厚700/20
0A)1103及びAlSiCu膜(膜厚0.8μm )
1104を順次堆積した。Then, the second metal wiring layer of TiN / Ti (film thickness 700/20 is formed over the entire surface by a sputtering method.
0A) 1103 and AlSiCu film (film thickness 0.8 μm)
1104 was sequentially deposited.
【0288】次いで図26(b)に示すように、ビアコ
ンタクトホール部を埋めるべく、全面に有機薄膜、例え
ばノボラック樹脂1105を膜厚2.0μm 程度塗布し
た。又、ノボラック樹脂中の溶媒を除去すべく、250
℃、2分間のベーキング処理を施し、ノボラック樹脂か
らなる平坦化層1105を形成した。Then, as shown in FIG. 26B, an organic thin film, for example, a novolac resin 1105 is applied to a thickness of about 2.0 μm on the entire surface to fill the via contact hole portion. In addition, in order to remove the solvent in the novolac resin, 250
A baking treatment was performed at 2 ° C. for 2 minutes to form a flattening layer 1105 made of a novolac resin.
【0289】次いで、図26(c)に示すように、炭素
膜1106の堆積を行なった。炭素膜1106の堆積に
は、平行平板型のプラズマエッチング装置を用い、カソ
ード電極にウエハを保持し、ガスとしてCOを用い、圧
力20mTorr 、高周波電力1.4W/cm2 、基板温度2
5℃、ガス流量100SCCMにて放電させ、炭素膜(膜厚
2000A)1106をノボラック樹脂膜1105上に
堆積した。このときの炭素膜の堆積速度は、150A/m
inであった。Then, as shown in FIG. 26C, a carbon film 1106 was deposited. A parallel plate type plasma etching apparatus was used to deposit the carbon film 1106, a wafer was held on the cathode electrode, CO was used as a gas, a pressure was 20 mTorr, a high frequency power was 1.4 W / cm 2 , and a substrate temperature was 2
By discharging at 5 ° C. and a gas flow rate of 100 SCCM, a carbon film (film thickness 2000 A) 1106 was deposited on the novolac resin film 1105. The deposition rate of the carbon film at this time is 150 A / m
It was in.
【0290】次いで、図26(d)に示すように、炭素
膜1106上にフォトレジスト1107を膜厚1.6μ
m 塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いてレジスト1
107を露光し、現像することによりレジストパターン
1107を形成した。Next, as shown in FIG. 26D, a photoresist 1107 having a film thickness of 1.6 μm is formed on the carbon film 1106.
m coating and resist 1 using ordinary lithographic technique
A resist pattern 1107 was formed by exposing and developing 107.
【0291】次いで、図26(e)に示すようにマグネ
トロン載置のRIE装置を使用し、エッチングガスとし
てO2 を用いて、レジストパターン1107をマスクと
して炭素膜1106及びノボラック樹脂膜1105のエ
ッチングを行なった。Then, as shown in FIG. 26 (e), the carbon film 1106 and the novolac resin film 1105 are etched using the resist pattern 1107 as a mask by using O 2 as an etching gas using a magnetron-mounted RIE apparatus. I did.
【0292】エッチング条件は、O2 ガス流量100SC
CM、圧力6.0Pa、高周波電力1.7W/cm2 印加し、
基板温度を−50℃に保持した。The etching conditions are O 2 gas flow rate of 100 SC.
CM, pressure 6.0Pa, high frequency power 1.7W / cm 2 applied,
The substrate temperature was kept at -50 ° C.
【0293】このとき、炭素膜1105は約3000A
/minでエッチングされたのに対してレジスト1106は
約1.0μm/min 、ノボラック樹脂1105は約1.0
μm/min でエッチングされた。このエッチングにより上
層のレジスト1107はほとんどエッチングされ、炭素
膜1106とノボラック樹脂1105から構成されるパ
ターンが形成された。At this time, the carbon film 1105 has a thickness of about 3000A.
The resist 1106 is about 1.0 μm / min, and the novolac resin 1105 is about 1.0, while the etching rate is 1.0 / min.
Etched at μm / min. By this etching, the upper layer resist 1107 was almost etched, and a pattern composed of the carbon film 1106 and the novolac resin 1105 was formed.
【0294】このエッチング形状をSEMにて観察した
ところ、垂直形状のパターンであることが判明した。When this etching shape was observed by SEM, it was found to be a vertical pattern.
【0295】次いで、図26(f)に示すように、マグ
ネトロン載置のRIE装置を用いて、カーボン膜110
6/ノボラック樹脂膜1105をマスクとして、AlS
iCu膜1104及びTiN/Ti1103積層構造膜
のエッチングを行なった。Next, as shown in FIG. 26 (f), a carbon film 110 is formed by using a RIE apparatus mounted on a magnetron.
6 / Novolak resin film 1105 as a mask, AlS
The iCu film 1104 and the TiN / Ti1103 laminated structure film were etched.
【0296】エッチング条件は、実施例13と同様で、
圧力1.5Pa、高周波電力0.8W/cm2 、基板温度5
0℃、エッチングガスとしてCl2 とBCl3 の混合ガ
ス(流量100SCCM)を用いた。The etching conditions are the same as in Example 13,
Pressure 1.5Pa, high frequency power 0.8W / cm 2 , substrate temperature 5
A mixed gas of Cl 2 and BCl 3 (flow rate 100 SCCM) was used as an etching gas at 0 ° C.
【0297】エッチングの形状をSEMにて観察したと
ころ、テーパ角88°で、AlSiCu膜1103及び
TiN/Ti膜がテーパ形状でエッチングされているこ
とが分った。When the etching shape was observed by SEM, it was found that the AlSiCu film 1103 and the TiN / Ti film were etched in a taper shape at a taper angle of 88 °.
【0298】最後に、図26(g)に示す如く、バレル
型のプラズマエッチング装置を用いて、O2 ガスによる
プラズマアッシングを施した。Finally, as shown in FIG. 26G, plasma ashing with O 2 gas was performed using a barrel type plasma etching apparatus.
【0299】これより、炭素膜1106及びノボラック
樹脂層1105は容易に剥離されることが確認できた。From this, it was confirmed that the carbon film 1106 and the novolac resin layer 1105 were easily peeled off.
【0300】次に、低温プラズマCVD法によりSiO
2 膜からなる絶縁膜1107を堆積し、AlSiCu膜
パターン間への埋め込みを行なった。Next, SiO 2 is formed by a low temperature plasma CVD method.
An insulating film 1107 composed of two films was deposited and embedded between the AlSiCu film patterns.
【0301】SEMにてこの断面形状を観察したところ
0.5μm ラインアンドスペースのAlSiCu膜パタ
ーンにSiO2 膜1108が完全に埋め込まれているこ
とを確認した。When this cross-sectional shape was observed by SEM, it was confirmed that the SiO 2 film 1108 was completely embedded in the AlSiCu film pattern of 0.5 μm line and space.
【0302】又、AlSiCu膜のパターンにフェンス
等の残留物は全く観察されなかったが、この要因として
は、実施例13で前述したように、AlSiCu膜エッ
チング中のマスクが炭素膜であり、炭素膜のエッチング
速度が小さく炭素膜から生じるエッチング分解物の付着
量が従来のフォトレジストに比べ非常に少ない為と考え
られる。Further, no residue such as fences was observed in the pattern of the AlSiCu film. This is due to the fact that the mask during the etching of the AlSiCu film is the carbon film and the carbon It is considered that the etching rate of the film is small and the amount of the etching decomposition products generated from the carbon film is much smaller than that of the conventional photoresist.
【0303】又、塗布するノボラック樹脂1105の膜
厚を励起する(少なくともヴィアコンタクト部が全て埋
め込まれていればよい)ことにより、アスペクト比を
2.5以下にすることが可能であり、マイクロローディ
ング効果を大幅に低減可能である。By exciting the film thickness of the novolac resin 1105 to be applied (at least all the via contact portions need to be buried), the aspect ratio can be set to 2.5 or less, and the microloading can be performed. The effect can be greatly reduced.
【0304】これらの結果から、炭素膜をエッチングマ
スクパターンに用いた本実施例を半導体集積回路用配線
構造工程に適用すれば、デバイスへの信頼性が飛躍的に
向上することがわかる。From these results, it is understood that if the present embodiment using the carbon film as the etching mask pattern is applied to the wiring structure process for the semiconductor integrated circuit, the reliability of the device is dramatically improved.
【0305】実施例13及び14では、有機薄膜100
4、1005としてハロゲン原子等を含有しないことが
望ましい。In Examples 13 and 14, the organic thin film 100 was used.
4, 1005 preferably does not contain a halogen atom or the like.
【0306】以上説明した実施例13及び14では、有
機薄膜の堆積方法として回転塗布法を用いているが、ダ
ウンフロー型プラズマCVD装置あるいは平行平板型の
プラズマCVD装置を用い、基板温度を冷却し、制御
し、ガスとして有機質モノマー等を導入することによ
り、コンタクトホールやビアホールの溝の底面より順に
堆積が生じる液相CVD法を利用することにより、溝部
にハロゲン原子等を含有しない有機質薄膜を堆積させる
ことが可能となる。In Examples 13 and 14 described above, the spin coating method was used as the method for depositing the organic thin film, but the downflow type plasma CVD apparatus or the parallel plate type plasma CVD apparatus was used to cool the substrate temperature. By controlling and introducing organic monomer etc. as a gas, deposition is performed in order from the bottom surface of the groove of the contact hole or via hole. By using the liquid phase CVD method, an organic thin film containing no halogen atom is deposited in the groove. It becomes possible.
【0307】更に、実施例13では有機薄膜のエッチバ
ックを行なっているが、膜厚の制御あるいは上述の液相
CVD法を用いることにより、エッチバックを用いない
で、コンタクト孔やビアホールのみを埋め込むことが可
能である。Further, although the organic thin film is etched back in the thirteenth embodiment, only the contact hole or the via hole is filled without using the etch back by controlling the film thickness or by using the liquid phase CVD method described above. It is possible.
【0308】実施例13ではコンタクトホール、実施例
14ではビアホールについての適用を記述したが、それ
ぞれどちらの構造にたいしてもこれらの実施例を適用し
てもよい。又、実施例1ではシリコン半導体基板上で行
なわれたが、ウエル領域上でもよく拡散層は基板と同一
導電型でも逆導電型でもかまわない。Although the application of the contact hole is described in the thirteenth embodiment and the via hole is described in the fourteenth embodiment, these embodiments may be applied to either structure. Further, in the first embodiment, it is performed on the silicon semiconductor substrate, but the diffusion layer may have the same conductivity type as the substrate or the opposite conductivity type to the well region.
【0309】実施例13,14においては、有機膜11
05によりコンタクト孔やビアホールを埋め込んだ後、
炭素膜1106を形成したが、その逆に、図26(h)
に示すように、全面に炭素膜1106を被着した後、全
面に有機膜1105を形成し、更にこの有機膜1105
をエッチバックして表面を平坦化し、その後、その上に
レジストパタ−ン1107を形成してもよい。In Examples 13 and 14, the organic film 11 was used.
After filling the contact holes and via holes with 05,
A carbon film 1106 was formed, but conversely, as shown in FIG.
, A carbon film 1106 is deposited on the entire surface, an organic film 1105 is formed on the entire surface, and the organic film 1105 is further formed.
May be etched back to flatten the surface, and then a resist pattern 1107 may be formed thereon.
【0310】実施例13,14においては、平行平板電
極を有したマグネトロン型の反応性イオンエッチング装
置を用いているが、マイクロ波を印加したECR放電を
用いた反応性イオンエッチング装置、又はマイクロ波若
しくは電子線を印加することによって生成された放電プ
ラズマ下で、被エッチング基体に電圧を印加した反応性
イオンエッチング装置を用いてもよい。In Examples 13 and 14, a magnetron type reactive ion etching apparatus having parallel plate electrodes was used. However, a reactive ion etching apparatus using ECR discharge to which a microwave was applied, or a microwave was used. Alternatively, a reactive ion etching apparatus in which a voltage is applied to the substrate to be etched under the discharge plasma generated by applying an electron beam may be used.
【0311】又、炭素膜の形成方法として、スパッタリ
ング法あるいはCOガスを用いたCVD法を用いてきた
が、真空蒸着法を用いて形成してもよい。Although the sputtering method or the CVD method using CO gas has been used as the method for forming the carbon film, the carbon film may be formed by using the vacuum evaporation method.
【0312】更に、炭化水素ガスを用いたプラズマCV
D、光CVD、又は電子線CVDによって形成してもよ
い。Furthermore, plasma CV using hydrocarbon gas
It may be formed by D, photo CVD, or electron beam CVD.
【0313】更にまた、形成した有機質薄膜表面にイオ
ン注入する、あるいはプラズマ、電磁波、荷電粒子を照
射し、これらの有機質薄膜表面を改質し、例えば炭化さ
せてもよい。Furthermore, the surface of the formed organic thin film may be ion-implanted or irradiated with plasma, electromagnetic waves, or charged particles to modify the surface of these organic thin films, for example, carbonized.
【0314】また、有機ガスに電磁波(レーザ、光、X
線)や荷電粒子(イオン電子)を照射したCVD法を用
いて全面に堆積あるいは選択堆積させてもよい。Electromagnetic waves (laser, light, X
Line) or charged particles (ion electrons) may be used for the CVD method to deposit or selectively deposit the entire surface.
【0315】実施例13,14において、AlSiCu
膜のエッチングにおいて、エッチングガスとしてCl2
とBCl3 の混合ガスを用いたがBr2 、HBr、BB
r3 等の臭素を主成分とするハロゲンガスや、Cl2 を
主成分とするガスとの混合ガスをエッチングして使用す
ることも可能である。In Examples 13 and 14, AlSiCu
In etching the film, Cl 2 is used as an etching gas.
A mixed gas of BCl 3 and BCl 3 was used, but Br 2 , HBr, BB
It is also possible to etch and use a mixed gas of a halogen gas mainly containing bromine such as r 3 or a gas mainly containing Cl 2 .
【0316】更に上記ガス中にAr、Kr、Xe、H
e、Neなどの希ガスを導入してもかまわない。Further, Ar, Kr, Xe, H are added to the above gas.
A rare gas such as e or Ne may be introduced.
【0317】実施例13,14では、AlSiCu/T
iN/Ti等のバリアメタルの積層構造のエッチングに
ついて述べたが、AlSiCu膜あるいは他の高融点金
属材料、高融点金属材料の窒化物、高融点金属硅化物と
の積層構造、更に多結晶シリコン、絶縁物等、半導体材
料全てに適用することも可能である。In Examples 13 and 14, AlSiCu / T
Although the etching of the laminated structure of the barrier metal such as iN / Ti has been described, the laminated structure of the AlSiCu film or another refractory metal material, the nitride of the refractory metal material, the refractory metal silicide, the polycrystalline silicon, It is also possible to apply to all semiconductor materials such as insulators.
【0318】更に、金属膜のエッチングにおいて、レジ
ストを剥離した後、被処理基体を清浄する工程を施した
後、AlSiCu/TiN/Ti膜をエッチングするよ
うにしてもよい。Further, in the etching of the metal film, the AlSiCu / TiN / Ti film may be etched after removing the resist and then performing the step of cleaning the substrate to be processed.
【0319】AlSiCuあるいは炭素膜のエッチング
における圧力、高周波電力密度、基板温度等は本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することがで
きる。The pressure, the high frequency power density, the substrate temperature, etc. in the etching of the AlSiCu or carbon film can be variously modified and implemented without departing from the scope of the present invention.
【0320】炭素膜を剥離する工程において、円筒型の
プラズマエッチング装置を用いているが、平行平板型電
極を有したエッチング装置を用いてもよい。In the step of peeling the carbon film, a cylindrical plasma etching apparatus is used, but an etching apparatus having parallel plate type electrodes may be used.
【0321】レジスト膜を炭素膜に対して、選択的に剥
離する工程において、CF4 /O2 ガスを用いたダウン
フロー型アッシング装置を用いているが、エッチングガ
スとして、SF6 、NF3 等、少なくともフッ素を含有
しているガスと少なくとも酸素を含有しているガス(例
えばH2 O)との混合ガスであればよい。In the step of selectively peeling the resist film from the carbon film, a downflow type ashing apparatus using CF 4 / O 2 gas is used, but SF 6 , NF 3, etc. are used as etching gas. A mixed gas of a gas containing at least fluorine and a gas containing at least oxygen (for example, H 2 O) may be used.
【0322】有機薄膜として、ノボラック樹脂を用いた
が、他の有機質材料を用いてもよい。 〈実施例15〉図27は、本発明の第15の実施例に係
わるAl合金膜パターンの形成工程を示す断面図であ
る。まず、図27(a)に示すように、Si基板120
1上にSiO2 膜1202を形成し、このSiO2 膜1
202上にAlSiCu(Si濃度1wt%、Cu濃度
0.5wt%)薄膜1203を堆積する。次いで、図2
7(b)に示す如く、薄膜1203上に炭素膜1204
(膜厚200nm)を形成する。Although the novolac resin is used as the organic thin film, other organic materials may be used. <Embodiment 15> FIG. 27 is a sectional view showing a step of forming an Al alloy film pattern according to a fifteenth embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 27A, the Si substrate 120
The SiO 2 film 1202 is formed on 1, the SiO 2 film 1
An AlSiCu (Si concentration 1 wt%, Cu concentration 0.5 wt%) thin film 1203 is deposited on 202. Then, FIG.
7 (b), a carbon film 1204 is formed on the thin film 1203.
(Film thickness 200 nm) is formed.
【0323】ここで、炭素膜1204はマグネトロンス
パッタリング装置にて堆積した。スパッタリング前の真
空度は10-8Torr台であり、スパッタリングガスとして
Arガスを用い、Arガスを5×10-3Torrまで導入し
た後、高周波電力1kWで炭素ターゲットをArイオン
にてスパッタリングすることにより堆積した。堆積膜の
厚さは、スパッタリング時間を変化させることにより制
御可能であった。しかし、AlSiCu薄膜1203上
に上記方法にて炭素膜1204を形成したところ、Si
基板上部分的に炭素膜1204が剥れるという現象が生
じた。Here, the carbon film 1204 was deposited by a magnetron sputtering device. The degree of vacuum before sputtering is in the order of 10 -8 Torr, Ar gas is used as a sputtering gas, and after introducing Ar gas up to 5 × 10 -3 Torr, a carbon target is sputtered with Ar ions at a high frequency power of 1 kW. Deposited by. The thickness of the deposited film could be controlled by changing the sputtering time. However, when the carbon film 1204 was formed on the AlSiCu thin film 1203 by the above method,
The phenomenon that the carbon film 1204 was partially peeled off on the substrate occurred.
【0324】従って、AlSiCu薄膜1203と炭素
膜1204との密着性を向上させるために、炭素膜堆積
前に、AlSiCu薄膜表面を酸素ガスを用いたプラズ
マに晒すことにより、AlSiCu薄膜表面の改質を行
った。酸素ガスプラズマ処理をしたAlSiCu膜と処
理をしないAlSiCu膜とをオージェ電子分光法(A
ES)により分析したところ、プラズマ処理を実施した
AlSiCu膜では表面の酸素濃度の増大が観察され
た。Therefore, in order to improve the adhesion between the AlSiCu thin film 1203 and the carbon film 1204, the surface of the AlSiCu thin film is exposed to plasma using oxygen gas before the carbon film is deposited, so that the surface of the AlSiCu thin film is modified. went. Auger electron spectroscopy (A) of the AlSiCu film treated with oxygen gas plasma and the AlSiCu film not treated
When analyzed by ES), an increase in the oxygen concentration on the surface was observed in the AlSiCu film subjected to the plasma treatment.
【0325】次に、酸素ガスプラズマ処理を施したAl
SiCu膜上に前述した如く同一条件にて、炭素膜(2
000nm厚)の堆積を行った。炭素膜堆積後、膜の剥
がれを観察したところ、Si基板上全域に渡って、炭素
膜の剥がれは見当たらなかった。形成した炭素膜の結晶
構造を明らかにするため、X線回析法(XRD)による
膜分析を行ったところ、膜は非晶質構造であることが判
明した。さらに、二次イオン質量分析法(SIMS)に
より形成した炭素膜を分析したところ、炭素以外の他の
不純物原子は、膜中にてAES法の検出感度以下である
ことが判明した。次いで、図27(c)に示すように、
炭素膜1204上にフォトレジスト1205(膜厚1.
6μm)を塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いて、
レジスト1205を露光した。続いて、図27(d)に
示す如く、レジスト1205を現像して、レジストパタ
ーン1205を形成した。この図27(d)に示す工程
では、現像液として、アルカリ性有機溶済を用いたが、
現像時に炭素膜1204の溶出,剥離などの問題は生じ
なかった。Next, Al subjected to oxygen gas plasma treatment
Under the same conditions as described above, the carbon film (2
000 nm thick) was deposited. When the peeling of the film was observed after depositing the carbon film, no peeling of the carbon film was found over the entire area of the Si substrate. In order to clarify the crystal structure of the formed carbon film, film analysis by X-ray diffraction (XRD) was conducted, and it was found that the film had an amorphous structure. Furthermore, when the carbon film formed by secondary ion mass spectrometry (SIMS) was analyzed, it was found that the impurity atoms other than carbon were below the detection sensitivity of the AES method in the film. Then, as shown in FIG. 27 (c),
Photoresist 1205 (film thickness 1.
6 μm), and using ordinary lithographic techniques,
The resist 1205 was exposed. Subsequently, as shown in FIG. 27D, the resist 1205 was developed to form a resist pattern 1205. In the step shown in FIG. 27D, alkaline organic solution is used as the developing solution.
No problems such as elution and peeling of the carbon film 1204 occurred during development.
【0326】次いで、図27(e)及び(f)に示すよ
うに、レジストパターンをマスクとして、RIEにて、
炭素膜1204及びAlSiCu膜1203を選択エッ
チングし、AlSiCu膜1203をパターニングし
た。Then, as shown in FIGS. 27E and 27F, RIE is performed using the resist pattern as a mask.
The carbon film 1204 and the AlSiCu film 1203 were selectively etched to pattern the AlSiCu film 1203.
【0327】上記、図27(e)及び(f)の工程につ
いて詳細に説明する。まず、図28を用いて、この実施
例に適用したドライエッチング装置から説明する。The above steps of FIGS. 27E and 27F will be described in detail. First, the dry etching apparatus applied to this embodiment will be described with reference to FIG.
【0328】この装置は、エッチング室1320,導入
用予備室1330及び排出用予備室1340から構成さ
れており、エッチング室1320と導入用予備室133
0及び排出用予備室1340との間は、ゲートバルブ1
331及び1341によりそれぞれ仕切られている。そ
して、エッチング室1320を真空に保持したまま、導
入用予備室1330に配置されたゲートバルブ1332
から被処理基体を導入し、排出用予備室1340に配置
されたゲートバルブ1342から被処理基体を排出する
ことにより、大気中の水分や酸素等の悪影響を避けるこ
とができるようになっている。また、予備室1330,
1340内には、基板載置台1333及び1343がそ
れぞれ設置されている。This apparatus comprises an etching chamber 1320, a preliminary chamber 1330 for introduction, and a preliminary chamber 1340 for discharge, and the etching chamber 1320 and the preliminary chamber 133 for introduction.
0 and the discharge preliminary chamber 1340 are connected to each other by the gate valve 1
It is partitioned by 331 and 1341, respectively. Then, with the etching chamber 1320 kept in a vacuum, the gate valve 1332 arranged in the introduction preliminary chamber 1330.
By introducing the substrate to be treated from above and discharging the substrate to be treated from the gate valve 1342 disposed in the discharge preliminary chamber 1340, it is possible to avoid adverse effects of moisture and oxygen in the atmosphere. In addition, the spare room 1330,
Substrate platforms 1333 and 1343 are installed in 1340, respectively.
【0329】エッチング室1320は、真空容器132
0a内に配置された被処理基板1321を載置するため
の第1の電極1322と、この第1の電極1322に1
3.56MHzの高周波電力を印加すべく、ブロッキン
グキャパシタ1329を介して接続された高周波電源1
324と、第1の電極1322を冷却し、被処理基板1
321の基板温度を所望の温度に制御するための冷却管
1325とを具備している。The etching chamber 1320 has a vacuum container 132.
0a, a first electrode 1322 for mounting the substrate 1321 to be processed, and a first electrode 1322
A high frequency power supply 1 connected via a blocking capacitor 1329 to apply a high frequency power of 3.56 MHz.
324 and the first electrode 1322 are cooled, and the substrate to be processed 1 is processed.
And a cooling pipe 1325 for controlling the substrate temperature of 321 to a desired temperature.
【0330】また、塩素ガス(Cl2 )供給ライン13
28a,三塩化硼素(BCl3 )供給ライン1328
b,臭化水素ガス(HBr)供給ライン1328c,酸
素ガス(O2 )供給ライン28d,不活性ガス(He、
Ar或いはKr)供給ライン1328e,水素ガス(H
2 )供給ライン1328f及び一酸化炭素(CO)供給
ライン1328gから、真空容器1320a内にC
l2 ,BCl3 ,HBr,O2 ,H2 ,He(或いはA
r,Kr)を導入しつつ、第1の電極1322と第2の
電極を兼ねた真空容器1320aの内壁(上壁)との間
に高周波電圧が印加されるようになっている。Also, chlorine gas (Cl 2 ) supply line 13
28a, boron trichloride (BCl 3 ) supply line 1328
b, hydrogen bromide gas (HBr) supply line 1328c, oxygen gas (O 2 ) supply line 28d, inert gas (He,
Ar or Kr) supply line 1328e, hydrogen gas (H
2 ) C from the supply line 1328f and the carbon monoxide (CO) supply line 1328g into the vacuum container 1320a.
l 2 , BCl 3 , HBr, O 2 , H 2 , He (or A
r, Kr) is introduced, and a high frequency voltage is applied between the first electrode 1322 and the inner wall (upper wall) of the vacuum container 1320a which also serves as the second electrode.
【0331】ここで、真空容器1320aはアースに接
続されている。ガス供給ライン1328a〜1328g
は、各々バルブと流量調整器1329a〜1329gを
具備し、流量及びガス圧を所望の値に調整できるように
なっている。Here, the vacuum vessel 1320a is connected to the ground. Gas supply lines 1328a to 1328g
Are equipped with valves and flow rate adjusters 1329a to 1329g, respectively, so that the flow rate and gas pressure can be adjusted to desired values.
【0332】また、真空容器1320aの第2の電極部
分の上方には、永久磁石1326が設置されており、モ
ータにより回転軸1327のまわりで偏心回転せしめら
れ、この永久磁石1326の発する100〜500ガウ
スの磁界により10-3Torr台、又はそれ以下の高真空で
も高密度のプラズマを発生維持することが可能となるよ
うに構成されている。このようにして生成された高密度
プラズマから大量のイオンが引出され、被処理基板13
21に照射されエッチングが行われる。Further, a permanent magnet 1326 is installed above the second electrode portion of the vacuum container 1320a, and is eccentrically rotated about a rotary shaft 1327 by a motor, and the permanent magnet 1326 emits 100 to 500. The Gauss magnetic field is configured so that high-density plasma can be generated and maintained even in a high vacuum of the order of 10 −3 Torr or less. A large amount of ions are extracted from the high-density plasma thus generated, and
21 is irradiated and etching is performed.
【0333】次に上述のドライエッチング装置を使用
し、図27(e)に示す如く、O2 ガスを用い、基板温
度を−75℃に保持し、炭素膜1204をエッチングし
た。エッチング条件は、O2 ガス(流量100SCCM )、圧
力は40mTorr とし、高周波電力を17w/cm2 印加するよ
うにした。エッチングした炭素膜1204の形状をSE
Mにて観察したところ、炭素膜1204はほぼ垂直にエ
ッチング可能であることが判った。Next, using the dry etching apparatus described above, as shown in FIG. 27 (e), the substrate temperature was kept at -75 ° C. with O 2 gas to etch the carbon film 1204. The etching conditions were O 2 gas (flow rate 100 SCCM), pressure was 40 mTorr, and high frequency power was applied at 17 w / cm 2 . The shape of the etched carbon film 1204 is SE
Observation with M revealed that the carbon film 1204 can be etched almost vertically.
【0334】次いで、図27(f)に示す如く、レジス
トパターン1205の除去を行った。エッチング装置と
マてダウンフロー型エッチング装置を用い、エッチング
ガスとして、CF4 /O2 混合ガスを用いた。CF4 /
O2 の流量は15/500SCCM 一定とし、圧力0.3Torr に保
持した。温度は室温として、マイクロ波を印加して放電
を生じさせ、エッチングした。Next, as shown in FIG. 27F, the resist pattern 1205 was removed. An etching apparatus and a down-flow type etching apparatus were used, and CF 4 / O 2 mixed gas was used as an etching gas. CF 4 /
The O 2 flow rate was kept constant at 15/500 SCCM, and the pressure was maintained at 0.3 Torr. The temperature was set to room temperature, and a microwave was applied to generate discharge, which was then etched.
【0335】レジスト剥離後、炭素膜パターン1204
をSEMにて観察したところ、図27(f)に示す如
く、レジストパターンは残存物が生じず完全に除去可能
であった。After removing the resist, the carbon film pattern 1204
When observed by SEM, the resist pattern was completely removed without any residue as shown in FIG. 27 (f).
【0336】次いで、図27(f)に示す如く、炭素膜
1204をエッチングマスクとして、AlSiCu膜1
203の選択エッチングを行った。このAlSiCu膜
1203のエッチングにおいても、前述したドライエッ
チング装置を用いた。Then, as shown in FIG. 27F, the AlSiCu film 1 is formed using the carbon film 1204 as an etching mask.
The selective etching of 203 was performed. Also in the etching of the AlSiCu film 1203, the dry etching apparatus described above was used.
【0337】エッチング条件は、基板温度50℃に保持
し、エッチングガスとして、Cl2 とBcl3 との混合
ガス(流量100SCCM )あるいは、Cl2 とHBrあるい
はCl2 とBBr3 の混合ガス(流量100SCCM )を用い
た。推積ガスとしてCO(流量0〜100SCCM )を用い
た。The etching conditions are that the substrate temperature is kept at 50 ° C., and the etching gas is a mixed gas of Cl 2 and Bcl 3 (flow rate 100 SCCM), a mixed gas of Cl 2 and HBr, or a mixed gas of Cl 2 and BBr 3 (flow rate 100 SCCM). ) Was used. CO (flow rate 0 to 100 SCCM) was used as the deposition gas.
【0338】エッチング圧力は、2.0pa 、RF電圧密度
0.8 w/cm2 でエッチングを行なった。Etching pressure is 2.0 pa, RF voltage density
Etching was performed at 0.8 w / cm 2 .
【0339】図29は、推積ガスCOの流量を変化させ
て、エッチングした膜のエッチング速度及び形状を測定
した結果を示す図である。CO流量が0SCCMの時を
0%、100SCCMの時を100%として示す。この
ときの圧力は、2.0pa 、RF電力は0.8 w/cm2 ガスC
l2 /BCl3 混合ガス(流量50/50SCCM)、基板温度
50℃である。CO流量増加とともに、AlSiCu膜パ
ターンのテーパ角が90°から77°まで変化し、CO流量
によって、形状を制御できることが判明した。カーボン
のエッチング速度は、CO流量にかかわらず、一定であ
るのにたいし、AlSiCu膜のエッチング速度は、C
O流量の増加とともにわずかであるが減少した。FIG. 29 is a diagram showing the results of measuring the etching rate and shape of the etched film by changing the flow rate of the deposition gas CO. The CO flow rate is 0% when the flow rate is 0 SCCM and 100% when the CO flow rate is 100 SCCM. At this time, the pressure was 2.0 pa and the RF power was 0.8 w / cm 2 gas C
l 2 / BCl 3 mixed gas (flow rate 50 / 50SCCM), substrate temperature
It is 50 ° C. It was found that the taper angle of the AlSiCu film pattern changed from 90 ° to 77 ° as the CO flow rate increased, and the shape could be controlled by the CO flow rate. The etching rate of carbon is constant regardless of the CO flow rate, whereas the etching rate of the AlSiCu film is C
It decreased slightly as the O flow rate increased.
【0340】しかし、炭素にたいするAlのエッチング
選択比は、CO流量100 %の場合でも10であり、高選択
比が得られることが分かった。However, the etching selectivity of Al to carbon was 10 even at a CO flow rate of 100%, and it was found that a high selectivity was obtained.
【0341】また、エッチング後、残存物を光学顕微鏡
にて、観察したところ、CO流量50%までは全く、残存
物はみられなかったが、50%以上では、残存物の発生が
観察された。After etching, the residue was observed with an optical microscope. No residue was observed up to a CO flow rate of 50%, but at 50% or more, the occurrence of residue was observed. ..
【0342】これにより、COの添加量は、エッチング
ガス流量の50%以下であることが有効であることが分か
った。From this, it was found that it is effective that the amount of CO added is 50% or less of the etching gas flow rate.
【0343】次に、エッチング圧力を1.0pa 〜10paまで
変化させ、高周波電力密度0.8 w/cm2 、基板温度50
℃、エッチングガスとしてCl2 とBCl3 の混合ガス
(流量50/50SCCM)にCOを約30%(30SCCM )添加
して、エッチングを行なった。Next, the etching pressure was changed from 1.0 pa to 10 pa, the high frequency power density was 0.8 w / cm 2 , and the substrate temperature was 50.
Etching was performed by adding about 30% (30 SCCM) of CO to a mixed gas of Cl 2 and BCl 3 (flow rate 50/50 SCCM) as an etching gas at ℃.
【0344】図30に圧力を変化させたときのAlSi
Cu及び炭素膜のエッチング速度、AlSiCu膜のテ
ーパ角を測定した結果を示す。FIG. 30 shows AlSi when the pressure is changed.
The results of measuring the etching rates of the Cu and carbon films and the taper angle of the AlSiCu film are shown.
【0345】圧力の上昇とともにAlのエッチング速度
は増大する。逆に炭素膜のエッチング速度は減少した。
従って、圧力を上昇させることにより、選択比を大きく
することが可能であることが判った。一方、圧力を6.0p
a よりも上昇させるとエッチング後、残存物が生じるこ
とがわかった。しかし、COを全く添加しない場合、圧
力3.0pa 以上でエッチングしたAlSiCu膜パターン
にサイドエッチングが生じ、形状が逆テーパになること
が判明した。そこで、COを0〜5%まで添加し、エッ
チングを行ったところ、CO流量50%の下では、7paま
でサイドエッチングが生じなく順テーパ形状が得られる
ことが判った。The etching rate of Al increases as the pressure increases. On the contrary, the etching rate of the carbon film decreased.
Therefore, it was found that it is possible to increase the selection ratio by increasing the pressure. Meanwhile, the pressure is 6.0p
It was found that a residue was generated after etching when the temperature was raised above a. However, it was found that when CO was not added at all, side etching occurred in the AlSiCu film pattern etched at a pressure of 3.0 pa or more, and the shape became an inverse taper. Then, when CO was added in an amount of 0 to 5% and etching was performed, it was found that under a CO flow rate of 50%, side etching did not occur up to 7 pa and a forward tapered shape was obtained.
【0346】次に、エッチングガスとして、Cl2 とH
Brの混合ガス(Cl2 /HBr/50/50SCCM)を用
い、エッチングガス圧力を1.0pa 〜10paまで変化させ、
高周波電力密度2.5 w/cm2 、基板温度70℃でエッチン
グを行なった。Next, Cl 2 and H are used as etching gases.
Using a mixed gas of Br (Cl 2 / HBr / 50 / 50SCCM), the etching gas pressure is changed from 1.0pa to 10pa,
Etching was performed at a high frequency power density of 2.5 w / cm 2 and a substrate temperature of 70 ° C.
【0347】エッチング圧力6paにおいて、AlSiC
u膜のエッチング速度7000 オングストロウム/min 炭
素膜のエッチング速度700 オングストロウム/min が得
られ、残存物なく、テーパ形状でAlSiCu膜をエッ
チングできることが判明した。At an etching pressure of 6 pa, AlSiC
A u film etching rate of 7,000 Å / min and a carbon film etching rate of 700 Å / min were obtained, and it was found that the AlSiCu film can be etched in a tapered shape without any residue.
【0348】しかし、エッチング圧力を7pa以上にする
とエッチングされたAlSiCu膜のパターン表面が荒
れ、高精度のエッチングができないことが分かった。そ
こで、上記条件において、総ガス流量の約30%COを添
加し、エッチングを行った。エッチングパターン形状は
テーパ角85°のテーパ形状であった。エッチングしたパ
ターンの側壁形態をSEMにて観察したところ、表面荒
れはなく、平滑な表面形態であることがわかった。上記
CO流量において、残存物の発生は全くみられなかっ
た。However, it was found that when the etching pressure was set to 7 pa or more, the pattern surface of the etched AlSiCu film was roughened and high-precision etching could not be performed. Therefore, under the above conditions, etching was performed by adding about 30% CO of the total gas flow rate. The etching pattern had a taper angle of 85 °. When the sidewall morphology of the etched pattern was observed by SEM, it was found that the surface morphology was smooth without surface roughness. No generation of remnants was observed at the above CO flow rate.
【0349】エッチング後のAlSiCu膜パターンを
SEMにて観察したところ図27(g)に示すように0.
4 μm L/S(ラインアンドスペース)のパターンが良
好にエッチングされていることが判った。また、L/S
パターン端部でテーパ角を調べた結果、L/Sパターン
中央部と端部とでテーパ角に変化はなく、エッチング形
状は左右対称であることがわかった。When the AlSiCu film pattern after etching was observed by SEM, as shown in FIG.
It was found that the pattern of 4 μm L / S (line and space) was well etched. Also, L / S
As a result of examining the taper angle at the end of the pattern, it was found that there was no change in the taper angle between the center and the end of the L / S pattern, and the etching shape was bilaterally symmetric.
【0350】最後に、図27(h)に示す如く、炭素膜
1204の除去を行った。エッチング装置として通常の
バレル型プラズマエッチング装置を用いエッチングガス
としてO2 を用い、プラズマアッシング処理を施したと
ころ、炭素膜1204は容易に剥離されることが確認で
きた。Finally, as shown in FIG. 27H, the carbon film 1204 was removed. It was confirmed that the carbon film 1204 was easily peeled off when the plasma ashing process was performed using O 2 as the etching gas and the usual barrel type plasma etching device as the etching device.
【0351】剥離後、AlSiCuパターンをSEMに
て評価したところ、Cl2 とBCl3 混合ガスあるい
は、Cl2 とHBrの混合ガスを用いた場合も、テーパ
形状でライン/スペースの線幅0.4 μm/0.4 μmのA
lSiCu膜が良好に形成されていることが判った。After the peeling, the AlSiCu pattern was evaluated by SEM. As a result, when the mixed gas of Cl 2 and BCl 3 or the mixed gas of Cl 2 and HBr was used, the line width of the line / space was 0.4 μm / 0.4 μm A
It was found that the 1SiCu film was well formed.
【0352】また、AlSiCu表面には全く残存物は
観測されなかった。炭素膜のパターニング方法として、
レジストをマスクとして、H2 、不活性ガスや、これら
の混合ガスを用いて、炭素膜のドライエッチングを行な
ったが、上記ガスあるいは混合ガスのいずれを用いてエ
ッチングした場合も良好な炭素膜の加工が可能であり、
これらのプロセスを用いて形成されたAlSiCu薄膜
パターンについて良好な形状で残渣のないものを得た。No residue was observed on the surface of AlSiCu. As a method of patterning a carbon film,
Although the carbon film was dry-etched using H 2 and an inert gas or a mixed gas thereof using the resist as a mask, a good carbon film can be obtained by etching using any of the above gas or mixed gas. Can be processed,
AlSiCu thin film patterns formed by using these processes were obtained in good shape and without residue.
【0353】次にエッチング試料として、AlSiCu
/TiN/Ti/SiO2 の種層構造の薄膜にたいし
て、前述のCOを添加した条件で、エッチングした後、
炭素膜パターンを剥離した試料を大気中に放置し、腐食
の様子を光学顕微鏡により評価したところ、1週間放置
しても、コロージョンの発生を全く認められなかった。Next, as an etching sample, AlSiCu
/ TiN / Ti / SiO 2 seed layer thin film is etched under the above-mentioned CO addition condition,
When the sample from which the carbon film pattern was peeled was left in the air and the state of corrosion was evaluated by an optical microscope, no corrosion was observed even after left for 1 week.
【0354】〈実施例16〉次に本発明の第16の実施
例としてn+ Si膜パターンの形成方法について図31
を用いて説明する。図31は、本発明の一実施例方法に
係わるn+ Si膜のパターンの形成工程を示す断面図で
ある。<Embodiment 16> Next, as a sixteenth embodiment of the present invention, a method of forming an n + Si film pattern will be described with reference to FIG.
Will be explained. FIG. 31 is a sectional view showing a step of forming a pattern of an n + Si film according to the method of the embodiment of the present invention.
【0355】まず、図31(a)に示すようにSi基板
1401上にSiO2 膜1402を膜厚100 オングスト
ロウム形成し、このSiO2 膜1402上にCVD法に
より、膜膜3000オングストロームの多結晶シリコン膜1
403を堆積する。この多結晶シリコン膜1403中に
リンを拡散し、n+ 型の多結晶シリコン膜1403を形
成する。First, as shown in FIG. 31A, a SiO 2 film 1402 having a film thickness of 100 Å is formed on a Si substrate 1401, and a film having a film thickness of 3000 Å is formed on the SiO 2 film 1402 by the CVD method. Crystalline silicon film 1
403 is deposited. Phosphorus is diffused into this polycrystalline silicon film 1403 to form an n + -type polycrystalline silicon film 1403.
【0356】図31(b)に示すように、スパッタリン
グ法により、炭素膜(膜厚1500オングストロウム)14
04を形成する。As shown in FIG. 31B, a carbon film (thickness 1500 Å) 14 was formed by the sputtering method.
To form 04.
【0357】次に、図31(c)に示すように、炭素膜
1404上にフォトレジスト1405(膜厚16μm)を
塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いて、フォトレジ
スト55を露光した。続いて、図31(d)に示す如く、
レジスト1405を現像して、レジストパターン140
5を形成した。この図31(d)に示す工程では、現像
液として、アルカリ溶液を用いたが、炭素膜1404の
溶出、剥離などの問題は生じなかった。Next, as shown in FIG. 31C, a photoresist 1405 (film thickness: 16 μm) was applied on the carbon film 1404, and the photoresist 55 was exposed by using a normal lithography technique. Then, as shown in FIG.
The resist 1405 is developed to form the resist pattern 140.
Formed 5. In the step shown in FIG. 31D, an alkaline solution was used as the developing solution, but no problems such as elution and peeling of the carbon film 1404 occurred.
【0358】次いで、図31(e)及び(f)に示すよ
うに、レジストパターンをマスクとして、前述のドライ
エッチング装置を使用して、RIEにて、炭素膜140
4及び、n+ Si膜1403を選択エッチングし、n+
Si膜1403をSiO2 膜1402に対してパターニ
ングした。Next, as shown in FIGS. 31E and 31F, the carbon film 140 is formed by RIE using the above-described dry etching apparatus with the resist pattern as a mask.
4 and n + Si film 1403 are selectively etched to obtain n +
The Si film 1403 was patterned on the SiO 2 film 1402.
【0359】炭素膜1404のエッチングはO2 ガスを
用い、実施例15で述べたように基板温度を冷却してエ
ッチングし、垂直形状の炭素膜1404のパターニング
が可能であった。The carbon film 1404 was etched by using O 2 gas and cooling the substrate temperature as described in Example 15, and the carbon film 1404 having a vertical shape could be patterned.
【0360】次いで、図31(f)に示すように、レジ
ストパターン1405及び炭素膜1404をエッチング
マスクとして、n+ Si膜1403のエッチングを行っ
た。このn+ Si膜1403のエッチングにおいても前
述したドライエッチング装置を用いた。エッチング条件
は、圧力75mTorr に保ち、総量100SCCM 一定とし、Cl
2 ガス、SF6 ガス及びCOガスの分圧を変えた。ま
た、電極1322の温度は一30℃であり、高周波電力は
100 wである。Then, as shown in FIG. 31F, the n + Si film 1403 was etched using the resist pattern 1405 and the carbon film 1404 as an etching mask. The dry etching apparatus described above was also used for the etching of the n + Si film 1403. The etching conditions were kept at a pressure of 75 mTorr, the total amount was kept constant at 100 SCCM, and Cl
The partial pressures of 2 gas, SF 6 gas and CO gas were changed. Moreover, the temperature of the electrode 1322 is 30 ° C., and the high frequency power is
It is 100 w.
【0361】SF6 ガス(100 %)のもとでは、図32
(a)に示すようにn+ Si膜1403にアンダーセット
が発生する。そこで、SF6 ガス中にCOガスを添加
し、エッチング形状をSEMにより観察したところ、C
O(30%)以上の添加でアンダーカットはなくなり、図
32(b)に示すようにCOの添加量30〜70%では
ほぼ垂直な形状の加工が可能となる。Under SF 6 gas (100%), FIG.
As shown in (a), underset occurs in the n + Si film 1403. Therefore, when CO gas was added to SF 6 gas and the etching shape was observed by SEM, C
When O (30%) or more is added, the undercut disappears, and as shown in FIG. 32 (b), when the amount of CO added is 30 to 70%, a substantially vertical shape can be processed.
【0362】さらに、COの添加量を増加させた場合、
n+ Si膜1403のパターンにすそひきが生じること
がわかった。また、CO(100%)のもとでは、図32
(c)に示すようにパターン側壁に堆積物1406が生
成する。従って、適度にCOの添加量を制御することに
より、n+ Si膜のパターン形状を制御することが可能
であることが判った。Further, when the amount of CO added is increased,
It was found that the pattern of the n + Si film 1403 has a tail. In addition, under CO (100%),
As shown in (c), a deposit 1406 is generated on the side wall of the pattern. Therefore, it was found that the pattern shape of the n + Si film can be controlled by appropriately controlling the amount of CO added.
【0363】次に、基板温度を上昇させてエッチングす
る為に、電極1322の温度60℃に保ち、反応容器の圧
力を150mTorr以下に保ち、臭化水素(HBr)ガスある
いは塩素(Cl2 )ガスにCOガスを添加しながらエッ
チングし、形状を評価した。Next, in order to raise the substrate temperature and perform etching, the temperature of the electrode 1322 was kept at 60 ° C., the pressure of the reaction vessel was kept at 150 mTorr or less, and hydrogen bromide (HBr) gas or chlorine (Cl 2 ) gas was used. The shape was evaluated by etching while adding CO gas.
【0364】HBr(100 %)あるいはCl2 (100
%)でn+ Si膜1403をエッチングしたところ、図
32(a)に示す如く、パターンにアンダーカットが生
じた。そこでCOガスを添加したところ、COガス(15
〜60%)添加することにより、HBr、Cl2 あるい
は、HBr/Cl2 混合ガスにおいても、パターン形状
を垂直にエッチングすることが可能であることがわかっ
た。また、COガス添加量70%以上では、n+ Si膜の
エッチング速度が低下し、パターン形状もすそを引いた
り、堆積物の発生が観察された。HBr (100%) or Cl 2 (100
%), The n + Si film 1403 was etched, and as shown in FIG. 32A, an undercut was generated in the pattern. When CO gas was added, CO gas (15
It was found that the pattern shape can be vertically etched even in HBr, Cl 2 or HBr / Cl 2 mixed gas by adding (.about.60%). Further, when the amount of CO gas added was 70% or more, the etching rate of the n + Si film decreased, the pattern shape was trailing, and deposits were observed.
【0365】最後に図31(g)に示す如く、レジスト
パターン及び炭素膜パターン1404の除去を行った。
前述の如くエッチング装置としてダウンフロー型エッチ
ング装置を用いて、CF4 /O2 ガスにてレジストパタ
ーンのエッチングを行った後、通常のバレル型プラズマ
エッチング装置にてO2 ガスを用いて、炭素膜パターン
1404をエッチングすることにより、炭素膜パターン
1404は容易に剥離されることが確認できた。Finally, as shown in FIG. 31G, the resist pattern and the carbon film pattern 1404 were removed.
As described above, the down flow type etching apparatus is used as the etching apparatus, the resist pattern is etched with CF 4 / O 2 gas, and the carbon film is then removed with the usual barrel type plasma etching apparatus using O 2 gas. It was confirmed that the carbon film pattern 1404 was easily peeled off by etching the pattern 1404.
【0366】剥離は、n+ Si膜パターンをSEMにて
評価したところ、垂直形状で0.1 μmの線幅のパターン
が良好に形成されていることが判った。For the peeling, when the n + Si film pattern was evaluated by SEM, it was found that a vertical pattern having a line width of 0.1 μm was well formed.
【0367】〈実施例17〉次に本発明の第17の実施
例について、タングステンのパターン形成方法について
図33を用いて説明する。<Embodiment 17> Next, a method for forming a tungsten pattern in a seventeenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0368】即ち、実施例16と同様に、図33(a)
に示すようにシリコン基板1501上に熱酸化により膜
厚10nmの酸化シリコン(SiO2 )膜1502を形
成した後、CVD法により膜厚150nmの多結晶シリ
コン膜1503を堆積する。この多結晶シリコン膜15
03中にリンを拡散し、n型の多結晶シリコン膜150
3を形成した後、さらにスパッタ法により膜厚200n
mのタングステン膜(w)1504を形成する。That is, as in the sixteenth embodiment, FIG.
As shown in FIG. 4, a silicon oxide (SiO 2 ) film 1502 having a film thickness of 10 nm is formed on the silicon substrate 1501 by thermal oxidation, and then a polycrystalline silicon film 1503 having a film thickness of 150 nm is deposited by the CVD method. This polycrystalline silicon film 15
And phosphorus is diffused into the n-type polycrystalline silicon film 150.
3 is formed, and then a film thickness of 200 n is further formed by the sputtering method.
A tungsten film (w) 1504 of m is formed.
【0369】そして、図33(b)に示すようにこの上
層にスパッタ法により、炭素膜(1500オングストロウ
ム)1505を形成する。次に、図33(c)に示すよ
うに、炭素膜1505上にフォトレジストを塗布し、通
常のリソグラフィ技術を用いて、フォトレジストパター
ン1506を形成する。Then, as shown in FIG. 33B, a carbon film (1500 Å) 1505 is formed on this upper layer by the sputtering method. Next, as shown in FIG. 33C, a photoresist is applied on the carbon film 1505, and a photoresist pattern 1506 is formed by using an ordinary lithography technique.
【0370】次に、図33(c)に示すように、フォト
レジストパターン1506をマスクとして、O2 ガスを
用いたRIE法により炭素膜1505を垂直形状に加工
する。Next, as shown in FIG. 33C, with the photoresist pattern 1506 as a mask, the carbon film 1505 is processed into a vertical shape by the RIE method using O 2 gas.
【0371】次に、図33(d)に示すように、レジス
トパターン1506及び炭素膜1505をエッチングマ
スクとして、W膜1504のエッチングを行った。この
W膜1504のエッチングにおいても、前述した図28
に示すドライエッチング装置を用いた。Next, as shown in FIG. 33D, the W film 1504 was etched using the resist pattern 1506 and the carbon film 1505 as etching masks. Also in the etching of the W film 1504, as shown in FIG.
The dry etching apparatus shown in was used.
【0372】エッチング条件は、基板温度を140 ℃に保
ち、反応容器内のガス圧力10mTorrで、Cl2 ガスある
いはSF6 ガスあるいはこの混合ガス中にCOを添加
し、添加量を変化させ、高周波電力100 wにて行った。As the etching conditions, the substrate temperature was kept at 140 ° C., CO was added to Cl 2 gas or SF 6 gas or a mixed gas thereof at a gas pressure of 10 mTorr in the reaction vessel, and the addition amount was changed to change the high frequency power. It went at 100 w.
【0373】エッチング形状は、SEMにて観察した。
その結果、SF6 ガス(100 %)あるいはCl2 ガス
(100 %)のもとでは、図32(a)に示すようにW層
1504にアンダーカットが発生し、高精度のパターニ
ングができなかった。The etching shape was observed by SEM.
As a result, under SF 6 gas (100%) or Cl 2 gas (100%), an undercut occurred in the W layer 1504 as shown in FIG. ..
【0374】エッチング電極温度を添加し、基板温度を
下げたところ、Cl2 ガス(100 %)では、垂直パター
ンが得られるものの、堆積物の発生が観察された。When the etching electrode temperature was added and the substrate temperature was lowered, with the Cl 2 gas (100%), although vertical patterns were obtained, the generation of deposits was observed.
【0375】また、SF6 ガス(100 %)で基板温度を
−30℃まで下げても垂直形状のパターンは、得られず、
パターンにアンダーカットが生じた。Even if the substrate temperature is lowered to -30 ° C. with SF 6 gas (100%), a vertical pattern is not obtained.
The pattern undercuts.
【0376】そこで、SF6 ガスとCl2 ガスの混合ガ
スを用いてエッチングしたところ、基板温度145 ℃、C
l2 とSF6 のガス分圧7対3において、図32(b)
に示すような垂直形状のパターニングが可能であった。
しかし、SF6 (100 %)の場合、Wのエッチング速度
が450nm/min であるのに対してCl2 /SF6 :
70/30においては、エッチング速度が200nm/min
まで減少する。さらに、ウェハ内でのエッチング速度の
分布を測定したところ、周辺部でのエッチング速度が速
く、均一性が極めて低い(3λ/x:平均のエッチング
速度=50%)ことがわかった。Then, when etching was performed using a mixed gas of SF 6 gas and Cl 2 gas, the substrate temperature was 145 ° C., and C
32 (b) at a gas partial pressure of 7: 3 for l 2 and SF 6 .
The vertical patterning as shown in (3) was possible.
However, in the case of SF 6 (100%), the etching rate of W is 450 nm / min, whereas that of Cl 2 / SF 6 :
At 70/30, etching rate is 200 nm / min
Decrease to. Furthermore, when the distribution of the etching rate within the wafer was measured, it was found that the etching rate in the peripheral portion was high and the uniformity was extremely low (3λ / x: average etching rate = 50%).
【0377】また、周辺部でのエッチング速度が速い
為、下地材料であるn+ Si膜1503もエッチングさ
れてしまうことが判明した。It was also found that the n + Si film 1503 which is the base material is also etched because the etching rate in the peripheral portion is high.
【0378】そこで、SF6 ガス(100 %)にCOを添
加し、エッチングを行った。COの添加量(30〜50%)
にて、基板温度150 ℃にて、W膜1504は図32
(c)に示す如く垂直形状にエッチングできることが判
った。同様にCl2 ガス(100 %)にCOガスを添加し
たところ、基板温度150 ℃にてCO(10〜30%)にて、
垂直形状のパターン形成が可能であった。Then, CO was added to SF 6 gas (100%) to carry out etching. CO addition amount (30-50%)
At the substrate temperature of 150 ° C., the W film 1504 is shown in FIG.
It was found that vertical etching can be performed as shown in (c). Similarly, when CO gas was added to Cl 2 gas (100%), CO (10 to 30%) at a substrate temperature of 150 ° C.
It was possible to form a vertical pattern.
【0379】また、SF6 /Cl2 の混合ガス比を変化
させ、エッチング速度の均一化を計りながら、COガス
を添加していったところ、ウェハ内でのエッチング速度
分布(3λ/x=5%)で、垂直形状のパターンを得る
ことが可能であった。さらに、COガスを添加量に対す
るn+ Si膜1503のエッチング速度を調べたとこ
ろ、COガスの添加量に対して、W膜1504のエッチ
ング速度も除去に減少するが、n+ Si膜1503のエ
ッチング速度は大幅に減少することが判った。従って適
度にエッチング条件を選択することによりCOガス添加
により、n+ Si膜1503に対して、W膜1504を
選択的にエッチングすることが可能であることがわかっ
た。Further, when the CO gas was added while changing the SF 6 / Cl 2 mixed gas ratio and making the etching rate uniform, the etching rate distribution in the wafer (3λ / x = 5 %), It was possible to obtain a vertically shaped pattern. Further, when the etching rate of the n + Si film 1503 with respect to the added amount of CO gas was examined, the etching rate of the W film 1504 also decreased to the removal with respect to the added amount of CO gas, but the etching of the n + Si film 1503 was reduced. It has been found that the speed is significantly reduced. Therefore, it was found that it is possible to selectively etch the W film 1504 with respect to the n + Si film 1503 by adding the CO gas by appropriately selecting the etching conditions.
【0380】次に図33(e)に示す如く、レジストパ
ターン1506をダウンフロー型エッチング装置にて、
CF4 /O2 ガスを用いてエッチングした後、通常のバ
レル型プラズマエッチング装置にてO2 ガスを用いて、
炭素膜パターン1505をエッチングすることにより、
マスクパターンの剥離を行った。Next, as shown in FIG. 33E, the resist pattern 1506 is formed by a down flow type etching apparatus.
After etching with CF 4 / O 2 gas, using an ordinary barrel type plasma etching apparatus with O 2 gas,
By etching the carbon film pattern 1505,
The mask pattern was peeled off.
【0381】剥離後、W膜パターンをSEMにて評価し
たところ、垂直形状で0.5 μmの線幅のパターンが良好
に形成されていることが判った。After the peeling, when the W film pattern was evaluated by SEM, it was found that a vertical pattern having a line width of 0.5 μm was well formed.
【0382】また、Wの膜パターニング後、実施例16
で示した如く下地のn+ Si膜1503をSiO2 膜1
502に対して選択することにより、W/n+ Si構造
を有するパターンの加工も高精度にて実現できることが
わかった。After patterning the W film, Example 16
As shown in, the underlying n + Si film 1503 is replaced with the SiO 2 film 1
It was found that the pattern having the W / n + Si structure can be processed with high accuracy by selecting 502.
【0383】〈実施例18〉次に、本発明の第18の実
施例について説明する。<Embodiment 18> Next, an eighteenth embodiment of the present invention will be described.
【0384】この実施例は、炭素膜をSi基板のエッチ
ングマスクとして用いた例である。This embodiment is an example in which a carbon film is used as an etching mask for a Si substrate.
【0385】図34は、炭素膜をエッチングマスクとし
て採用した、本実施例に係わるトレンチキャパシタの形
成工程を示す断面図である。FIG. 34 is a sectional view showing a step of forming a trench capacitor according to the present embodiment, which uses a carbon film as an etching mask.
【0386】まず、図34(a)に示す如く、Si基板
1601上に実施例15−17で述べたように上層にレ
ジストパターン1602、下層に炭素膜パターン160
3より成るマスクパターンを形成した。炭素膜の膜厚は
200nmである。次いで、図34(b)に示す如く、
反応性イオンエッチングにより所要の深さのトレンチ1
604を穿設した。エッチング装置は前述の如くマグネ
トロンを載置したものを用いた。エッチングガスとして
は、Cl2 とCOとの混合ガスを用いた、エッチング中
のガス圧は、7×10-3Torr、高周波印加電力は3.0 w/
cm2 である。基板表面の温度はほぼ100 ℃となるように
保持した。このとき、Cl2 ガス(100 %)にてエッチ
ングした場合、トレンチ側壁に荒れが生じた。そこでC
l2 ガスにCOガス(20%)を添加した混合ガスを用い
てエッチングしたところ、垂直形状にて、平滑な平面を
有するトレンチ1604が得られる。First, as shown in FIG. 34A, a resist pattern 1602 is formed on the upper layer and a carbon film pattern 160 is formed on the lower layer on the Si substrate 1601 as described in Example 15-17.
A mask pattern of 3 was formed. The thickness of the carbon film is 200 nm. Then, as shown in FIG. 34 (b),
Trench 1 of required depth by reactive ion etching
604 was drilled. As the etching device, the one on which the magnetron was placed as described above was used. A mixed gas of Cl 2 and CO was used as an etching gas, the gas pressure during etching was 7 × 10 −3 Torr, and the high frequency applied power was 3.0 w /
It is cm 2 . The temperature of the substrate surface was maintained at about 100 ° C. At this time, when etching was performed with Cl 2 gas (100%), the sidewall of the trench was roughened. So C
When etching was performed using a mixed gas in which CO gas (20%) was added to l 2 gas, a trench 1604 having a vertical shape and a smooth flat surface was obtained.
【0387】このとき、エッチングマスクとSi基板の
エッチング選択比を測定したところ選択比20が得られ
た。また、添加するCO量(10〜40%)の範囲では、選
択比に大きな違いはみられなかった。At this time, when the etching selectivity between the etching mask and the Si substrate was measured, a selectivity of 20 was obtained. Further, within the range of the amount of CO to be added (10 to 40%), no significant difference was observed in the selection ratio.
【0388】次いで図34(c)に示すように、ドライ
エッチング時に発生する欠陥や汚染物を除去するため
に、トレンチ1604の側壁に薄いSiO2 膜1605
を熱酸化により形成し、続いて、図34(d)に示すよ
うに、フッ化アンモニア水(NH4 F)等の溶液を用い
てSiO2 膜1605を除去した。Next, as shown in FIG. 34C, a thin SiO 2 film 1605 is formed on the side wall of the trench 1604 in order to remove defects and contaminants generated during dry etching.
Was formed by thermal oxidation, and subsequently, as shown in FIG. 34D, the SiO 2 film 1605 was removed using a solution of aqueous ammonium fluoride (NH 4 F) or the like.
【0389】この場合、薄いSiO2 膜を熱酸化により
形成する工程においても炭素等のSi膜中への拡散は生
じなかった。In this case, diffusion of carbon or the like into the Si film did not occur even in the step of forming a thin SiO 2 film by thermal oxidation.
【0390】次いで、図34(e)に示すように、トレ
ンチ1602の側壁に不純物拡散を行って、拡散層16
06を形成する。これにより、トレンチ側壁部のみに拡
散層1606が形成される。Then, as shown in FIG. 34E, impurity diffusion is performed on the sidewall of the trench 1602 to form the diffusion layer 16
06 is formed. As a result, the diffusion layer 1606 is formed only on the side wall of the trench.
【0391】次いで、エッチングマスク1601を除去
したのち、誘電体になる薄いシリコン酸化膜或いは酸化
膜と窒化膜との積層構造1607を形成する。Next, after removing the etching mask 1601, a thin silicon oxide film which becomes a dielectric or a laminated structure 1607 of an oxide film and a nitride film is formed.
【0392】次いで図34(f)に示す如く、多結晶シ
リコン1608を堆積し、不純物拡散を行って、導電性
とし、前述のドライエッチング装置を用いて、多結晶シ
リコン膜1606をCl2 ガスを用いたドライエッチン
グによりパターニングして、所要の容量を有するトレン
チキャパシタを構成した。Then, as shown in FIG. 34 (f), polycrystalline silicon 1608 is deposited, impurities are diffused to make it conductive, and the polycrystalline silicon film 1606 is purged with Cl 2 gas by using the above-mentioned dry etching apparatus. Patterning was performed by the dry etching used to form a trench capacitor having a required capacitance.
【0393】最後にトレンチキャパシタの電気特性を評
価したところ、高い絶縁耐圧で、低リーク電流特性とす
ることが可能であった。Finally, when the electrical characteristics of the trench capacitor were evaluated, it was possible to obtain a high withstand voltage and a low leakage current characteristic.
【0394】以上説明した実施例15〜18において
は、平行平板電極を有したマグネトロン型の反応性イオ
ンエッチング装置を用いているが、マイクロ波を印加し
たECR放電を用いた反応性イオンエッチング装置、又
はマイクロ波若しくは電子線を印加することによって生
成された放電プラズマ下で被エッチング基体に電圧を印
加した反応性イオンエッチング装置を用いてもよい。In Examples 15 to 18 described above, a magnetron type reactive ion etching apparatus having parallel plate electrodes was used, but a reactive ion etching apparatus using ECR discharge with microwave applied, Alternatively, a reactive ion etching apparatus in which a voltage is applied to the substrate to be etched under discharge plasma generated by applying a microwave or an electron beam may be used.
【0395】また、炭素膜の形成方法として、スパッタ
リング法を用いてきたが、真空蒸着法,CVD法を用い
て形成してもよい。更に、AlSiCu膜のエッチング
において、エッチングガスとしてCl2 とBCl3 の混
合ガス又はCl2 とHBrの混合ガスを用いたが、Br
2 、BBr3 等の臭素を主成分とするハロゲンガスや、
上記Cl2 を主成分とするガスとの混合ガスをエッチン
グに使用することも可能である。さらに、上記ガス中
に、Ar、Kr、Xe、He、Neなどの希ガスを導入
してもかまわない。Although the sputtering method has been used as the method for forming the carbon film, it may be formed by using the vacuum evaporation method or the CVD method. Furthermore, in etching the AlSiCu film, a mixed gas of Cl 2 and BCl 3 or a mixed gas of Cl 2 and HBr was used as an etching gas.
2 , halogen gas mainly containing bromine such as BBr 3 ,
It is also possible to use a mixed gas with the gas containing Cl 2 as a main component for etching. Further, a rare gas such as Ar, Kr, Xe, He or Ne may be introduced into the above gas.
【0396】実施例15〜18では、AlSiCu膜、
Si基板、n+ −Si膜、タングステンのエッチングに
ついて述べたが、AlSiCu/TiN/Ti等のバリ
アメタルとの積層構造のエッチングに適用することも可
能である。さらに、AlSiCu膜エッチングにおい
て、レジストを剥離した後、被処理基体を清浄する工程
を施した後、AlSiCu膜をエッチングするようにし
てもよい。その他、銅、SiO2 等の絶縁膜、或いはモ
リブデン等の高融点金属、又はタングステンやモリブデ
ン等の高融点金属の硅化物等に適用することも可能であ
る。In Examples 15 to 18, the AlSiCu film,
Although the etching of the Si substrate, the n + -Si film, and the tungsten has been described, the present invention can be applied to the etching of a laminated structure with a barrier metal such as AlSiCu / TiN / Ti. Further, in the AlSiCu film etching, the AlSiCu film may be etched after removing the resist and then performing a step of cleaning the substrate to be processed. In addition, it is also possible to apply it to an insulating film such as copper or SiO 2 , a high melting point metal such as molybdenum, or a silicide of a high melting point metal such as tungsten or molybdenum.
【0397】AlSiCuのエッチングにおける圧力,
高周波電力密度,基板温度等は、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。炭素膜
を剥離する工程において、円筒型のプラズマエッチング
装置を用いているが、平行平板型電極を有したエッチン
グ装置を用いてもよい。Pressure in AlSiCu etching,
The high frequency power density, the substrate temperature, etc. can be variously modified and implemented without departing from the scope of the present invention. Although a cylindrical plasma etching apparatus is used in the step of peeling off the carbon film, an etching apparatus having parallel plate electrodes may be used.
【0398】レジスト膜を炭素膜に対して選択的に剥離
する工程において、CF4 /O2 ガスを用いたダウンフ
ロー型アッシング装置を用いているが、エッチングガス
として、SF6 、NF3 等、少なくともフッ素を含有し
ているガスと酸素との混合ガス、或いは少なくとも弗素
を含有しているガスと水との混合ガス、或いは基板温度
を上昇させて、少なくともO2 を含有するガスを用いて
もよい。In the step of selectively peeling the resist film from the carbon film, a down-flow type ashing apparatus using CF 4 / O 2 gas is used, but SF 6 , NF 3, etc. are used as etching gas. It is also possible to use a mixed gas of at least fluorine-containing gas and oxygen, a mixed gas of at least fluorine-containing gas and water, or a gas containing at least O 2 by raising the substrate temperature. Good.
【0399】更に、AlSiCu膜のエッチングにおい
て、実施例15〜18では、エッチング後、マスクとし
て用いた炭素膜は剥離したが、場合によっては、炭素膜
を除去しないで、そのまま残してその後のプロセス工程
を施しても構わない。Further, in etching the AlSiCu film, in Examples 15 to 18, the carbon film used as the mask was peeled off after the etching, but in some cases, the carbon film was not removed but was left as it was, and the subsequent process steps were performed. May be given.
【0400】また、実施例(16〜18)では、レジス
トを剥離しないで、レジストと炭素膜の積層構造をマス
クパターンとしてエッチングしたが、エッチング条件等
に応じて、レジストを除去して、レジストが被着してい
ない炭素膜パターンをマスクとしてエッチングを行って
もよい。Further, in the examples (16 to 18), the resist was not peeled off and the laminated structure of the resist and the carbon film was used as a mask pattern for etching. However, the resist was removed according to the etching conditions and the like. Etching may be performed by using the carbon film pattern not deposited as a mask.
【0401】実施例15〜18では、堆積ガスとして一
酸化炭素を用いているが、メタン,エチンアセチレン等
の炭化水素ガス,少なくとも1つの炭素を含有するガス
であれば、いずれを適用してもよい。In Examples 15 to 18, carbon monoxide was used as the deposition gas, but any hydrocarbon gas such as methane or ethyneacetylene, or any gas containing at least one carbon may be applied. Good.
【0402】炭素の膜厚として実施例15では2000オン
グストロウムあるいは実施例16〜18では1500オング
ストロウムを用いているが、膜厚は適度に可変してもよ
い。As the film thickness of carbon, 2000 angstroms are used in Example 15 and 1500 angstroms in Examples 16 to 18, but the film thickness may be appropriately changed.
【0403】〈実施例19〉図35は、本発明の第19
の実施例に係わるAl合金膜パターンの形成工程を示す
断面図である。まず、図35(a)に示すように、Si
基板1701にSiO2 膜1702を形成し、このSi
O2 膜1702上にAlSiCu(Si濃度1wt%、C
u濃度0.5wt %)薄膜1703を堆積する。次いで、図
35(b)に示すごとく、薄膜1703上にダイヤモン
ド膜1704(膜厚2000オングストロウム)を形成す
る。<Embodiment 19> FIG. 35 shows a nineteenth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a process of forming an Al alloy film pattern according to the example of FIG. First, as shown in FIG.
A SiO 2 film 1702 is formed on the substrate 1701 and the Si 2
O 2 film 1702 on the AlSiCu (Si concentration 1 wt%, C
A thin film 1703 having a u concentration of 0.5 wt% is deposited. Next, as shown in FIG. 35B, a diamond film 1704 (film thickness 2000 angstrom) is formed on the thin film 1703.
【0404】ここで、ダイヤモンド膜1704は、有磁
場マイクロ波CVD装置により堆積した。反応ガスとし
てH2 とメタン(濃度2%)を用いた。ガス圧力2×10
4 Pa、ガス流量100SCCM 、基板温度400 ℃、マイクロ
波電力1200W、バイアス電圧10〜50Vの条件で、AlS
iCu薄膜1703上に作成した薄膜の走査電子顕微鏡
を観察したところ、粒径約200 オングストロウムの粒子
から形成されていることが判明した。次に、形成した薄
膜の結晶構造を明らかにするため、X線回析法(XR
D)およびラマン分光分析をおこなった。XRDの結果
から、作成された膜は、ダイヤモンドの回析ピークと一
致した。ラマン分光分析の結果を図36に示す。図36
より、1333cm−1にダイヤモンドの鋭いピークが大きく
見られた。1500cm−1付近に、僅かであるが非晶質のブ
ロードなピークが観察された。Here, the diamond film 1704 was deposited by a magnetic field microwave CVD apparatus. H 2 and methane (concentration 2%) were used as reaction gases. Gas pressure 2 × 10
AlS under the conditions of 4 Pa, gas flow rate of 100 SCCM, substrate temperature of 400 ° C., microwave power of 1200 W and bias voltage of 10 to 50 V.
Observation of a thin film formed on the iCu thin film 1703 with a scanning electron microscope revealed that the thin film was formed from particles having a particle size of about 200 Å. Next, in order to clarify the crystal structure of the formed thin film, an X-ray diffraction method (XR
D) and Raman spectroscopy. From the XRD result, the formed film coincided with the diffraction peak of diamond. The result of the Raman spectroscopic analysis is shown in FIG. Fig. 36
As a result, a sharp diamond peak was observed at 1333 cm-1. A slight but broad amorphous peak was observed near 1500 cm −1.
【0405】さらに、赤外分析法により、上記作成した
薄膜の分析をしたところ炭化水素に起因するピークが40
0 から1200cm−1付近に観察され、水素を含有する構造
であることが判明した。Further, when the above-prepared thin film was analyzed by infrared analysis, a peak due to hydrocarbon was 40
It was observed in the vicinity of 0 to 1200 cm −1 and was found to be a structure containing hydrogen.
【0406】従って、形成された薄膜は不純物として水
素を含有するが、多結晶構造から成るダイヤモンド膜で
あることが判明した。Therefore, it was found that the formed thin film was a diamond film having a polycrystalline structure although it contained hydrogen as an impurity.
【0407】次いで、図35(c)に示すようにダイヤ
モンド膜1704上にフォトレジスト1705(膜厚2.
0 μm )を塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いて、
レジスト1705を露光した。続いて、図35(d)に
示す工程では、現像液として、アルカリ性有機溶液を用
いたが、現像時に、ダイヤモンド膜1704の溶出・剥
離、あるいはAl膜の溶出などの問題は生じなかった。Next, as shown in FIG. 35C, a photoresist 1705 (film thickness 2.
0 μm) and using ordinary lithographic techniques,
The resist 1705 was exposed. Subsequently, in the step shown in FIG. 35D, an alkaline organic solution was used as the developing solution, but no problems such as elution and peeling of the diamond film 1704 or elution of the Al film occurred during the development.
【0408】次いで、図35(e)及び(f)に示すよ
うに、レジストパターンをマスクとして、RIEにて、
ダイヤモンド膜1704及びAlSiCu膜1703を
選択エッチングし、AlSiCu膜をパターニングし
た。Then, as shown in FIGS. 35 (e) and 35 (f), RIE is performed using the resist pattern as a mask.
The diamond film 1704 and the AlSiCu film 1703 were selectively etched to pattern the AlSiCu film.
【0409】上記、図35(e)の工程について詳細に
説明する。ドライエッチング装置は、マグネトロンを載
置した平行平板型の装置を用いた。エッチングに用いた
ガスは、酸素、塩素、四弗化炭素、水素である。容器の
圧力は、2.0pa 、カソードに印加した高周波電力(13.5
6MHz)の密度は、0.8 W/cm2 であった。The above step of FIG. 35E will be described in detail. As the dry etching device, a parallel plate type device on which a magnetron was placed was used. The gases used for etching are oxygen, chlorine, carbon tetrafluoride and hydrogen. The container pressure was 2.0 pa, and the high frequency power (13.5
The density (at 6 MHz) was 0.8 W / cm 2 .
【0410】先ず、エッチングガスにO2 を用い、図3
5(e)に示す如く、ダイヤモンド膜14をエッチングし
た。基板温度を−50℃〜−100 ℃に保持した場合、ダイ
ヤモンド膜1704が約1500オングストロウム/min の
速度でエッチングされたのに対して、レジスト1705
は、1.0 μm/min であり、ダイヤモンド膜1704と
レジスト1705との選択比は0.15である。またエッチ
ングされたダイヤモンド膜1704の形状をSEMにて
観察したところ、ほぼ垂直形状が得られた。First, using O 2 as an etching gas,
The diamond film 14 was etched as shown in FIG. When the substrate temperature was kept at -50 ° C to -100 ° C, the diamond film 1704 was etched at a rate of about 1500 Å / min, while the resist 1705 was etched.
Is 1.0 μm / min, and the selection ratio between the diamond film 1704 and the resist 1705 is 0.15. Further, when the shape of the etched diamond film 1704 was observed with a SEM, a substantially vertical shape was obtained.
【0411】次に比較の為に、熱分解炭素膜(グラファ
イト構造)についても上記条件で、エッチングされるこ
とが判った。熱分解炭素膜のエッチング形状も垂直なも
のが得られた。Next, for comparison, it was found that the pyrolytic carbon film (graphite structure) was also etched under the above conditions. The etching shape of the pyrolytic carbon film was also vertical.
【0412】エッチングガスに塩素、四弗化炭素、水素
を用い、レジスト膜、ダイヤモンド膜、熱分解炭素膜の
エッチング速度を上記条件にて調べた。図37はその結
果を示す特性図である。塩素及び四弗化炭素を用いて熱
分解炭素膜を、約500 〜1000オングストロウム/min で
エッチングしたところ、熱分解炭素膜のエッチング速度
は、約200 オングストロウム/min のであり、レジスト
膜のエッチング速度は、約2000オングストロウム/min
であった。Chlorine, carbon tetrafluoride and hydrogen were used as etching gases, and the etching rates of the resist film, diamond film and pyrolytic carbon film were examined under the above conditions. FIG. 37 is a characteristic diagram showing the result. When the pyrolytic carbon film was etched with chlorine and carbon tetrafluoride at about 500 to 1000 angstrom / min, the etching rate of the pyrolytic carbon film was about 200 angstrom / min. Etching rate is about 2000 Å / min
Met.
【0413】一方、水素ガスに対しては、ダイヤモンド
膜及びグラファイト膜は、約300 オングストロウム/mi
n でエッチングされるのに対してレジスト膜は、600 オ
ングストロウム/min であった。On the other hand, for hydrogen gas, the diamond film and the graphite film are about 300 Å / mi.
The resist film was 600 angstroms / min while it was etched by n 2.
【0414】次いで、図35(f)に示す如く、レジス
トパターン1705及びダイヤモンド膜1704をエッ
チングマスクとして、AlSiCu膜1703の選択エ
ッチングを行った。このAlSiCu膜1703のエッ
チングにおいても、前述したドライエッチング装置を用
いた。エッチング条件は、基板温度を50℃に保持し、エ
ッチングガスとして、塩素と三塩化ホウ素との混合ガス
(流量100SCCM )を用いた。エッチング圧力は、2.0Pa
高周波電力は、0.8 w/cm2 〜3W/cm2 まで変化させ
た。Next, as shown in FIG. 35F, the AlSiCu film 1703 was selectively etched using the resist pattern 1705 and the diamond film 1704 as an etching mask. The dry etching apparatus described above was also used for the etching of the AlSiCu film 1703. As the etching conditions, the substrate temperature was kept at 50 ° C., and a mixed gas of chlorine and boron trichloride (flow rate 100 SCCM) was used as an etching gas. Etching pressure is 2.0Pa
High frequency power was changed from 0.8 w / cm 2 ~3W / cm 2.
【0415】図37は、高周波電力を変化させてエッチ
ングした膜のエッチング速度を測定した結果を示す図で
ある。FIG. 37 is a diagram showing the results of measuring the etching rate of the film etched by changing the high frequency power.
【0416】これより、高周波電力0.8 W/cm2 にて、
AlSiCu膜1703のエッチング速度が約3500オン
グストロウム/min 、ダイヤモンド膜1704のエッチ
ング速度は、100 オングストロウム/min であり、ダイ
ヤモンド膜1704とAlSiCu膜17003との選
択比は約35である。一方、このとき、レジスト膜170
5及びグラファイト膜は、各々1600オングストロウム/
min 、250 オングストロウム/min であり、いずれもダ
イヤモンド膜よりもエッチング速度が大きい値であっ
た。From this, at high frequency power 0.8 W / cm 2 ,
The etching rate of the AlSiCu film 1703 is about 3500 Å / min, the etching rate of the diamond film 1704 is 100 Å / min, and the selection ratio between the diamond film 1704 and the AlSiCu film 17003 is about 35. On the other hand, at this time, the resist film 170
5 and graphite film are 1600 angstrom /
min and 250 angstrom / min, both of which had a higher etching rate than the diamond film.
【0417】高周波電力0.8 w/cm2 にてエッチングし
たAlSiCu薄膜1703の形状をSEMにより評価
したところ、テーパ角88°でテーパ形状であることが判
った。また、高周波電力の増大とともにダイヤモンド膜
1704とAlSiCu膜1703との選択比は小さく
なるものの、テーパ形状は大きく(テーパ角が小さく)
なることが分かった。When the shape of the AlSiCu thin film 1703 etched with high frequency power of 0.8 w / cm 2 was evaluated by SEM, it was found to be a taper shape with a taper angle of 88 °. Further, although the selection ratio between the diamond film 1704 and the AlSiCu film 1703 becomes smaller as the high frequency power increases, the taper shape becomes larger (the taper angle becomes smaller).
I found out.
【0418】また、高周波電力1.5 w/cm2 以上でエッ
チングしたAlSiCu薄膜1703においては、エッ
チング後、AlSiCu薄膜1703上にレジスト17
05は、残存していないことが、上記同様SEMにより
確認された。In the AlSiCu thin film 1703 which is etched with high frequency power of 1.5 w / cm 2 or more, the resist 17 is formed on the AlSiCu thin film 1703 after etching.
It was confirmed by SEM that No. 05 did not remain as in the above.
【0419】これより、AlSiCu薄膜1703とレ
ジスト1705との選択比は、図35に示した如く、高
周波電力とともに減少して行くため、電力1.5 w/cm2
以上では、レジスト1705は全て消失する。従って、
AlSiCu薄膜1703のエッチングマスクは、ダイ
ヤモンド1704となる。即ち、レジスト1705のみ
をマスクとして用いた場合では、選択比が小さいために
AlSiCu薄膜1703を全てエッチングするまで、
良好なエッチングマスクとして作用しない。しかし、ダ
イヤモンド14をエッチングマスクとして適用することに
より、AlSiCu薄膜1703とダイヤモンド170
4との選択比が高周波電力1.5 w/cm2 では17あるため
に、AlSiCu薄膜1703の良好なエッチングが可
能となることが分かる。From this, the selection ratio between the AlSiCu thin film 1703 and the resist 1705 decreases with the high frequency power as shown in FIG. 35, so the power is 1.5 w / cm 2
As described above, all the resist 1705 disappears. Therefore,
The etching mask of the AlSiCu thin film 1703 becomes diamond 1704. That is, when only the resist 1705 is used as a mask, since the selection ratio is small, until the AlSiCu thin film 1703 is completely etched,
Does not act as a good etching mask. However, by applying the diamond 14 as an etching mask, the AlSiCu thin film 1703 and the diamond 170 are
It can be seen that the AlSiCu thin film 1703 can be satisfactorily etched because the selection ratio with respect to 4 is 17 at high frequency power of 1.5 w / cm 2 .
【0420】最後に図35(g)に示す如く、レジスト
パターン及びダイヤモンド1704の除去を行った。エ
ッチング装置として、通常のバレル型プラズマエッチン
グ装置とダウンフロー型エッチング装置を用いた。Finally, as shown in FIG. 35G, the resist pattern and diamond 1704 were removed. As the etching apparatus, a normal barrel type plasma etching apparatus and a downflow type etching apparatus were used.
【0421】バレル型プラズマエッチング装置にて、通
常の酸素プラズマにより、アッシングしたところ、レジ
ストパターン端部や中央部に残存物が生じ完全に除去す
ることは困難であった。一方、ダイヤモンド膜1704
は上記酸素プラズマアッシングにより容易に除去できる
ことが判明した。When ashing was performed with ordinary oxygen plasma in a barrel type plasma etching apparatus, it was difficult to completely remove residual substances at the end portions and the central portion of the resist pattern and to completely remove them. On the other hand, diamond film 1704
It has been found that can be easily removed by the above oxygen plasma ashing.
【0422】次に、ダウンフロー型エッチング装置にて
前述の試料におけるレジスト膜1705及びダイヤモン
ド膜1704の剥離を行った。Next, the resist film 1705 and the diamond film 1704 in the above-described sample were peeled off using a downflow type etching apparatus.
【0423】エッチングガスとして、CF4 /O2 の混
合ガスあるいは、NF3 /H2 Oの混合ガスを導入し、
基板温度は室温に保持し、エッチング圧力0.3Torr の下
で、マイクロ波を印加して放電を生じさせ、エッチング
を行った。又、基板温度を100 ℃に保持し、O2 ガスを
用いて、上記条件にてエッチングを行った。As the etching gas, a mixed gas of CF 4 / O 2 or a mixed gas of NF 3 / H 2 O is introduced,
The substrate temperature was kept at room temperature, and under the etching pressure of 0.3 Torr, microwaves were applied to cause discharge, and etching was performed. Further, the substrate temperature was kept at 100 ° C., and etching was performed under the above conditions using O 2 gas.
【0424】この工程により、レジストパターンは残存
物が生じず、完全に除去可能であった。また、ダイヤモ
ンド膜は、全くエッチングされなかった。従って、レジ
ストパターンが残存している場合のマスクパターンを剥
離するに際してはは、CF4 /O2 の混合ガスあるいは
NF3 /O2 の混合ガスあるいは、基板温度を上昇させ
て、O2 ガスを用いたダウンフロー型エッチングにてレ
ジストを除去した後、前述の如く、バレル型エッチング
装置を用い、通常のO2 プラズマアッシング処理を施す
ことによってダイヤモンド膜は剥離されることが確認で
きた。Through this step, the resist pattern was completely removed without any residue. Also, the diamond film was not etched at all. Therefore, when stripping the mask pattern when the resist pattern remains, the CF 4 / O 2 mixed gas or the NF 3 / O 2 mixed gas or the substrate temperature is raised to remove the O 2 gas. It was confirmed that the diamond film was peeled off by removing the resist by the down-flow type etching used and then performing the normal O 2 plasma ashing treatment using the barrel type etching apparatus as described above.
【0425】剥離後、AlSiCuパターンをSEMに
て評価したところ、テーパー形状で、ライン/スペース
の線幅400nm /400nm のAlSiCu薄膜が良好に形成
されることが判った。After the peeling, the AlSiCu pattern was evaluated by SEM, and it was found that an AlSiCu thin film having a taper shape and a line / space line width of 400 nm / 400 nm was excellently formed.
【0426】また、エッチング後、上記試料を大気中に
移置し、腐食の様子を光学顕微鏡により評価したとこ
ろ、レジストをマスクとして用いてエッチングしたもの
は、放置後、24時間後にコロージョンの発生が観察され
た。これに対して、ダイヤモンドをマスクとして用いて
エッチングしたものは、1週間放置してもコロージョン
の発生は全く認められなかった。After the etching, the sample was transferred to the atmosphere and the state of corrosion was evaluated by an optical microscope. As a result, it was found that corrosion occurred after 24 hours in the case of etching using the resist as a mask. Was observed. On the other hand, in the case of etching using diamond as a mask, no corrosion was observed even if left for one week.
【0427】なお、実施例19においては、AlSiC
u膜のエッチングについて、述べたが、SiO2 、S
i、タングステンあるいはモリブデン等の高融点金属、
高融点金属硅化物等のエッチングマスクとして、ダイヤ
モンドを適用することも可能である。In Example 19, AlSiC was used.
Although the etching of the u film has been described, SiO 2 , S
i, refractory metal such as tungsten or molybdenum,
It is also possible to apply diamond as an etching mask for refractory metal silicide or the like.
【0428】またレジストとダイヤモンドとの積層構造
を用いてAlSiCu膜のエッチングを行ってきたが、
レジストマスクに用いて、ダイヤモンドをエッチングし
た後、ダウンフロー型エッチング装置にて、レジストを
剥離し、ダイヤモンド膜パターンをマスクとしてAlS
iCu膜のエッチングを行ってもよい。Although the AlSiCu film has been etched using the laminated structure of resist and diamond,
After the diamond is etched using the resist mask, the resist is stripped off using a down-flow type etching device, and the diamond film pattern is used as a mask to remove AlS.
The iCu film may be etched.
【0429】AlSiCu膜のエッチング装置として、
平行平板電極を有したマグネトロン型の反応性イオンエ
ッチング装置を用いているが、マイクロ波を印加したE
CR放電を用いた反応性イオンエッチング装置、又は、
マイクロ波若しくは電子線を印加することによって生成
された放電プラズマ下で被エッチング基体に電圧を印加
して反応性イオンエッチング装置を用いてもよい。As an etching apparatus for the AlSiCu film,
A magnetron-type reactive ion etching device having parallel plate electrodes is used, but microwave applied E
Reactive ion etching device using CR discharge, or
A reactive ion etching apparatus may be used by applying a voltage to the substrate to be etched under the discharge plasma generated by applying a microwave or an electron beam.
【0430】エッチングガスとしてCl2 とBCl3 の
混合ガスを用いたが、Br2 、HBr、BBr3 等の臭
素を主成分とするハロゲンガスや上記Cl2 を主成分と
するガスとの混合ガスをエッチングに使用することも可
能である。さらに、SiO2 、Siあるいはタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属あるいは、高融点金属の
硅化物をエッチングする場合には、SF6 、CF4 、N
F3 、フルオロカ−ボン系ガス、例えばCxHmFn
(m+n=2×2)で表わされるガス等のフッ素を主成
分とするハロゲンガスをエッチングに使用することも可
能である。Although a mixed gas of Cl 2 and BCl 3 was used as the etching gas, a mixed gas of a halogen gas mainly containing bromine such as Br 2 , HBr, BBr 3 or the above gas mainly containing Cl 2 is used. Can also be used for etching. Further, when etching refractory metal such as SiO 2 , Si or tungsten, molybdenum, or silicide of refractory metal, SF 6 , CF 4 , N
F 3 , fluorocarbon type gas such as CxHmFn
It is also possible to use a halogen gas containing fluorine as a main component such as a gas represented by (m + n = 2 × 2) for etching.
【0431】上記ガス中にAr・Kr・Xe・He・N
eなどの希ガスを導入してもかまわない。AlSiCu
のエッチングにおける圧力・高周波電力、基板温度等
は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形した実
施することができる。Ar, Kr, Xe, He, N in the above gas
A rare gas such as e may be introduced. AlSiCu
The pressure, the high frequency power, the substrate temperature, etc. in the etching can be variously modified without departing from the scope of the present invention.
【0432】レジスト膜をダイヤモンド膜に対して選択
的に剥離する工程においては、エッチングガスとしてS
F6 、F2 等少なくともフッ素を含有しているガスと酸
素との混合ガスであればよい。In the step of selectively peeling the resist film from the diamond film, S gas is used as an etching gas.
Any mixed gas of oxygen and a gas containing at least fluorine such as F 6 and F 2 may be used.
【0433】[0433]
【発明の効果】本発明による炭素膜をドライエッチング
時のマスクパターン(特に、反応性イオンエッチング等
のエッチングマスク)として用いる方法によれば、ドラ
イエッチング時のエッチングマスクと被エッチング材料
とのエッチング選択比を大きくすることが可能である。
また、マスク材料が導電性薄膜であるため、エッチング
中の荷電粒子の照射により、マスクパターンがチャージ
アップを生じることはない。従って、高精度な微細加工
が可能である。また、炭素膜は高純度化が可能であるた
め、プラズマ等のエネルギーの大きな粒子の衝突によ
り、分解されたエッチング生成物中にデバイスに悪影響
を与える不純物(例えば、重金属,ハロゲン等)が含ま
れることがないため、金属配線等の腐食等は生じない。According to the method of using the carbon film according to the present invention as a mask pattern for dry etching (particularly, an etching mask for reactive ion etching, etc.), the etching selection between the etching mask and the material to be etched during dry etching is performed. It is possible to increase the ratio.
Moreover, since the mask material is a conductive thin film, the mask pattern does not cause charge-up due to irradiation of charged particles during etching. Therefore, highly precise microfabrication is possible. In addition, since the carbon film can be highly purified, impurities (eg, heavy metals, halogens, etc.) that adversely affect the device are contained in the decomposed etching product due to collision of particles with high energy such as plasma. Since it does not occur, corrosion of metal wiring does not occur.
【0434】また、O2 ガスを用いたプラズマエッチン
グにより、炭素膜は選択的に容易に剥離することが可能
であるため、剥離工程中に他の材料へダメージ等を与え
ることがない。さらに、炭素膜は耐熱性を有しているた
め、露光マスクやTFTの製造工程における石英基板等
の膜厚の厚い絶縁基板上の薄膜をRIEする際に生じる
基板の温度上昇によって、エッチングマスクパターンが
変形を受けることもない。Further, since the carbon film can be selectively and easily peeled off by the plasma etching using O 2 gas, other materials are not damaged during the peeling process. Further, since the carbon film has heat resistance, the temperature of the substrate rises during RIE of a thin film on a thick insulating substrate such as a quartz substrate in the process of manufacturing an exposure mask or a TFT, so that the etching mask pattern Will not be deformed.
【0435】従って、半導体集積回路製造工程におい
て、微細なパターンを高精度に加工することが可能とな
る。さらに、配線やトレンチ素子等を高信頼性を持って
形成することが可能である。Therefore, a fine pattern can be processed with high precision in the semiconductor integrated circuit manufacturing process. Furthermore, it is possible to form wiring, trench elements, etc. with high reliability.
【図1】 本発明の第1の実施例に係わるパターン形成
工程を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a pattern forming step according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 第1の実施例に用いたエッチング装置の概略
構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an etching apparatus used in the first embodiment.
【図3】 第1の実施例におけるパターン形状の変化を
示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a change in pattern shape according to the first embodiment.
【図4】 RF印加電力を変化させたときの、エッチン
グ速度とエッチング選択比の関係を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the etching rate and the etching selection ratio when the RF applied power is changed.
【図5】 第1の実施例方法に用いたダウンフロー型エ
ッチング装置の概略を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an outline of a downflow type etching apparatus used in the method of the first embodiment.
【図6】 本発明の第2の実施例に係わるパターン形成
工程を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing a pattern forming step according to the second embodiment of the present invention.
【図7】 チャージアップ現象を説明するためのパター
ン断面図。FIG. 7 is a pattern cross-sectional view for explaining a charge-up phenomenon.
【図8】 直流電圧とエッチングパターンのテーパ角の
関係を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a DC voltage and a taper angle of an etching pattern.
【図9】 大気放置時間と腐食量との関係を示す特性
図。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the atmospheric exposure time and the amount of corrosion.
【図10】本発明の第3の実施例に係わるトレンチキャ
パシタの形成工程を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a step of forming a trench capacitor according to the third embodiment of the present invention.
【図11】従来方法にてトレンチ構造を形成したときの
パターン形状を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a pattern shape when a trench structure is formed by a conventional method.
【図12】本発明の第5の実施例に係わるLDD構造の
MOSトランジスタの製造工程を示す断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an LDD structure MOS transistor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第6の実施例に係わる位相シフト露
光マスクの形成工程を示す断面図。FIG. 13 is a sectional view showing a step of forming a phase shift exposure mask according to the sixth embodiment of the present invention.
【図14】第6の実施例で作成した位相シフトマスクを
用いて露光したときの様子を示す模式図。FIG. 14 is a schematic diagram showing a state when exposure is performed using the phase shift mask created in the sixth embodiment.
【図15】本発明の第7の実施例に係わるVIAホール
形成工程を示す断面図。FIG. 15 is a sectional view showing a VIA hole forming step according to the seventh embodiment of the present invention.
【図16】従来の方法を用いてVIAホールを形成した
ときのパターン形状を示す断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a pattern shape when a VIA hole is formed by using a conventional method.
【図17】炭素膜マスクとレジストマスクにおける不純
物量の比較を示す特性図。FIG. 17 is a characteristic diagram showing a comparison of the amounts of impurities in a carbon film mask and a resist mask.
【図18】本発明の第8の実施例に係わるコンタクトホ
ール形成工程を示す断面図。FIG. 18 is a sectional view showing a contact hole forming step according to the eighth embodiment of the present invention.
【図19】本発明の第9の実施例に係わるSiO2 膜の
エッチング工程を示す断面図。FIG. 19 is a sectional view showing an etching process of a SiO 2 film according to a ninth embodiment of the present invention.
【図20】アスペクト比とエッチングした深さとの関係
を示す特性図。FIG. 20 is a characteristic diagram showing the relationship between the aspect ratio and the etched depth.
【図21】本発明の第10の実施例に係わる多層レジス
トを用いたパターン形成工程を示す断面図。FIG. 21 is a sectional view showing a pattern forming process using a multilayer resist according to a tenth embodiment of the present invention.
【図22】本発明の第10の実施例に係わる多層レジス
トを用いたパターン形成工程を示す断面図。FIG. 22 is a sectional view showing a pattern forming process using a multilayer resist according to a tenth embodiment of the present invention.
【図23】本発明の第11の実施例に係わる薄膜トラン
ジスタの製造工程を示す断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film transistor according to the eleventh embodiment of the present invention.
【図24】本発明の第12の実施例に係わるトレンチ構
造による素子分離領域の形成工程を示す断面図。FIG. 24 is a sectional view showing a process of forming an element isolation region with a trench structure according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図25】本発明の第13実施例に係わる半導体集積回
路用金属配線の製造工程を示す断面図。性図。FIG. 25 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the metal wiring for semiconductor integrated circuit according to the thirteenth embodiment of the present invention. Sex chart.
【図26】本発明の第14実施例に係わる半導体装置の
上層金属配線と下層金属配線との接続部を形成する工程
を示す断面図。FIG. 26 is a sectional view showing a step of forming a connection portion between an upper metal wiring and a lower metal wiring of a semiconductor device according to a fourteenth embodiment of the present invention.
【図27】本発明の第15の実施例に係わるAl合金膜
パターンの形成工程を示す断面図。FIG. 27 is a sectional view showing the process of forming an Al alloy film pattern according to the fifteenth embodiment of the present invention.
【図28】第15の実施例に用いたエッチング装置の概
略構成を示す図。FIG. 28 is a diagram showing a schematic configuration of an etching apparatus used in a fifteenth embodiment.
【図29】推積ガスCOの流量を変化させて、エッチン
グした膜のエッチング速度及び形状を測定した結果を示
す特性図。FIG. 29 is a characteristic diagram showing the results of measuring the etching rate and shape of an etched film by changing the flow rate of the deposition gas CO.
【図30】圧力を変化させたときのAlSiCu及び炭
素膜のエッチング速度、AlSiCu膜のテーパ角を測
定した結果を示す特性図。FIG. 30 is a characteristic diagram showing the results of measuring the etching rate of the AlSiCu and carbon films and the taper angle of the AlSiCu film when the pressure is changed.
【図31】本発明の第16の実施例に係わるAl合金膜
パターンの形成工程を示す断面図。FIG. 31 is a sectional view showing the step of forming an Al alloy film pattern according to the sixteenth embodiment of the present invention.
【図32】COガスの流量とエッチング形状との関係を
示す断面図。FIG. 32 is a cross-sectional view showing the relationship between the flow rate of CO gas and the etching shape.
【図33】本発明の第17の実施例に係わるタングステ
ンのパターン形成工程を示す断面図。FIG. 33 is a sectional view showing a tungsten pattern forming step according to the seventeenth embodiment of the present invention.
【図34】本発明の第18の実施例に係わるトレンチキ
ャパシタの形成工程を示す断面図FIG. 34 is a sectional view showing the step of forming a trench capacitor according to the eighteenth embodiment of the present invention.
【図35】本発明の第19の実施例に係わるAl合金膜
パターンの形成工程を示す断面図。FIG. 35 is a sectional view showing the step of forming an Al alloy film pattern according to the nineteenth embodiment of the present invention.
【図36】本発明の第19の実施例により形成したダイ
ヤモンド薄膜の結晶構造を示すラマン分光分析の結果を
示す特性図。FIG. 36 is a characteristic diagram showing the result of Raman spectroscopic analysis showing the crystal structure of the diamond thin film formed according to the nineteenth embodiment of the present invention.
【図37】高周波電力を変化させてエッチングした膜の
エッチング速度を測定した結果を示す特性図。FIG. 37 is a characteristic diagram showing the results of measuring the etching rate of a film etched by changing the high frequency power.
11…Si基板、 12…SiO2 膜、 13…AlS
iCu薄膜、14…炭素膜、 15…フォトレジスト。11 ... Si substrate, 12 ... SiO 2 film, 13 ... AlS
iCu thin film, 14 ... Carbon film, 15 ... Photoresist.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡野 晴雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Haruo Okano 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Research Institute
Claims (3)
酸化膜が形成された被処理基体上に炭素膜を被着する工
程と、前記炭素膜上に有機レジストパターンを形成する
工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記炭素
膜をエッチングする工程と、次いで前記被処理基体を真
空容器内に設置し、該容器内にハロゲンを主成分とした
エッチングガスを導入すると共に放電を誘起してプラズ
マを生成し、前記炭素膜パターンに沿って前記不透明膜
又はシリコン酸化膜を異方性エッチングする工程とを含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A step of depositing a carbon film on a substrate to be processed having an opaque film or a silicon oxide film formed on the surface of a transparent substrate, and a step of forming an organic resist pattern on the carbon film. A step of etching the carbon film using the resist pattern as a mask, and then placing the substrate to be processed in a vacuum container, introducing an etching gas containing halogen as a main component into the container, and inducing discharge to generate plasma. And anisotropically etching the opaque film or the silicon oxide film along the carbon film pattern, the method of manufacturing a semiconductor device.
体上に膜を被着し、被処理基体表面を平坦化する工程
と、全面に炭素膜を被着する工程と、前記炭素膜上に第
1のマスクパターンを形成する工程と、前記第1のマス
クパターンをマスクとして前記炭素膜をエッチングし、
前記炭素膜からなる第2のマスクパタ−ンを形成する工
程と、前記被処理基体を真空容器内に設置し、該容器内
にハロゲンを主成分としたエッチングガスを導入すると
共に放電を誘起してプラズマを生成し、前記第2のマス
クパターンに沿って前記被処理基体を異方性エッチング
する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。2. A step of depositing a film on a substrate to be treated having a groove and / or a step on the surface to flatten the surface of the substrate to be treated, a step of depositing a carbon film on the entire surface, and the carbon film. Forming a first mask pattern on the carbon film, and etching the carbon film using the first mask pattern as a mask,
A step of forming a second mask pattern made of the carbon film, the substrate to be processed is placed in a vacuum container, an etching gas containing halogen as a main component is introduced into the container, and a discharge is induced. Generating plasma and anisotropically etching the substrate to be processed along the second mask pattern.
体上に炭素膜を被着する工程と、この炭素膜を被着した
被処理基体上に膜を形成する工程と、前記炭素膜が露出
するまでエッチングし、炭素膜を被着した被処理基体表
面を平坦化する工程と、前記炭素膜上に第1のマスクパ
ターンを形成する工程と、前記第1のマスクパターンを
マスクとして前記炭素膜をエッチングし、前記炭素膜か
らなる第2のマスクパタ−ンを形成する工程と、前記被
処理基体を真空容器内に設置し、該容器内にハロゲンを
主成分としたエッチングガスを導入すると共に放電を誘
起してプラズマを生成し、前記第2のマスクパターンに
沿って前記被処理基体を異方性エッチングする工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。3. A step of depositing a carbon film on a substrate to be treated having a groove and / or a step on the surface, a step of forming a film on the substrate to be treated having the carbon film deposited thereon, and the carbon film. Etching to expose the carbon film to flatten the surface of the substrate to be treated, forming a first mask pattern on the carbon film, and using the first mask pattern as a mask A step of etching the carbon film to form a second mask pattern made of the carbon film, the substrate to be treated is placed in a vacuum container, and an etching gas containing halogen as a main component is introduced into the container. Together with the step of inducing discharge to generate plasma and anisotropically etching the substrate to be processed along the second mask pattern.
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