JPH06318575A - Dry etching - Google Patents
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- JPH06318575A JPH06318575A JP5105737A JP10573793A JPH06318575A JP H06318575 A JPH06318575 A JP H06318575A JP 5105737 A JP5105737 A JP 5105737A JP 10573793 A JP10573793 A JP 10573793A JP H06318575 A JPH06318575 A JP H06318575A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用されるドライエッチング方法に関し、特に
対レジスト選択性、対シリコン下地選択性、高速性、低
ダメージ性、低汚染性のいずれにも優れるシリコン化合
物層のドライエッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied in the field of manufacturing semiconductor devices, etc., and particularly to any one of resist selectivity, silicon underlayer selectivity, high speed, low damage and low contamination. The present invention also relates to a dry etching method of a silicon compound layer, which is excellent.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられるよう
に、半導体装置の高集積化および高性能が進展するに伴
い、デバイス・チップの面積が拡大し、ウェハが大口径
化する一方、形成すべきパターンは高度に微細化されて
きている。このようなウェハに対して均一で高精度なエ
ッチングを行う必要性、およびＡＳＩＣの製造のような
多品種少量生産に対応する必要性から、ドライエッチン
グ装置も従来のバッチ式に替わって枚葉式が主流となっ
ている。枚葉式ドライエッチング装置において従来と同
等の生産性を維持するためには、ウェハ１枚当たりのエ
ッチング速度を大幅に向上させなければならない。2. Description of the Related Art As seen in VLSI, ULSI, etc., as the integration and performance of semiconductor devices have advanced, the area of device chips has increased and the wafer has to have a larger diameter, but must be formed. Patterns have become highly miniaturized. Due to the need to perform uniform and high-precision etching on such wafers and the need to support high-mix low-volume production such as ASIC manufacturing, the dry etching apparatus is also a single wafer type instead of the conventional batch type. Is the mainstream. In order to maintain the same productivity as the conventional one in a single wafer type dry etching apparatus, it is necessary to greatly improve the etching rate per wafer.
【０００３】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
めに不純物拡散領域の接合深さや各種材料層の厚さが縮
小されている状況下では、従来以上にこれらの下地に対
する選択性に優れ、ダメージの少ないエッチング技術が
要求される。たとえば、半導体基板内に形成された浅い
不純物拡散領域と上層配線とを接続するためにＳｉＯ x
層間絶縁膜にコンタクト・ホールを開口するプロセス
は、かかるエッチング技術の要求される典型的なプロセ
スである。In addition, the speed and miniaturization of devices have been attempted.
In order to reduce the junction depth of the impurity diffusion region and the thickness of various material layers,
Under reduced circumstances, these substrates will be more effective than before.
Etching technology with excellent selectivity and less damage
Required. For example, a shallow
SiO for connecting the impurity diffusion region and the upper wiring x
Process of opening contact holes in interlayer insulating film
Is a typical process required for such etching technology.
It is.
【０００４】さらに、レジスト選択性の向上も重要な課
題である。これは、サブミクロン・デバイス、クォータ
ーミクロン・デバイスにおいて、レジストの後退による
わずかな寸法変換差の発生も許容されなくなってきてい
るからである。Further, improvement of resist selectivity is also an important issue. This is because in the sub-micron device and quarter-micron device, even a slight dimensional conversion difference due to resist receding has become unacceptable.
【０００５】ところで、従来よりＳｉＯ2 系材料層のエ
ッチングは、強固なＳｉ−Ｏ結合を切断するために、イ
オン性を強めたモードで行われている。典型的なエッチ
ング・ガスは、ＣＨＦ3 ，ＣＦ4 等であり、これらから
生成するＣＦx + の入射エネルギーを利用している。し
かし、高速エッチングを行うためにはこの入射イオン・
エネルギーを高めることが必要であり、エッチング反応
が物理的なスパッタ反応に近くなるため、高速性への要
求と高選択性・低ダメージ性への要求とが常に背反して
いた。By the way, conventionally, the etching of the SiO 2 type material layer is performed in a mode in which the ionicity is strengthened in order to break the strong Si—O bond. Typical etching gas is CHF 3 , CF 4, etc., and the incident energy of CF x + generated from these is used. However, in order to perform high-speed etching, this incident ion
Since it is necessary to increase the energy, and the etching reaction is close to the physical sputtering reaction, the requirement for high speed and the requirement for high selectivity and low damage have always been in conflict.
【０００６】そこで従来は、エッチング・ガスにＨ2 や
堆積性の炭化水素系ガスを等を添加してエッチング反応
系の見掛け上のＣ／Ｆ比（炭素原子数とフッ素原子数の
比）を増大させ、エッチング反応と競合して起こる炭素
系ポリマーの堆積を促進することにより高選択性を達成
してきた。Therefore, conventionally, H 2 or a depositing hydrocarbon gas is added to the etching gas to increase the apparent C / F ratio (ratio of the number of carbon atoms and the number of fluorine atoms) of the etching reaction system. High selectivity has been achieved by increasing and promoting the deposition of carbon-based polymers in competition with the etching reaction.
【０００７】これら従来のエッチング・ガスに代わり、
本願出願人は先に特開平３−２７６６２６号公報におい
て、炭素数２以上の飽和ないし不飽和の高次鎖状フルオ
ロカーボン（ＦＣ）系ガスを使用するシリコン化合物層
のドライエッチング方法を提案している。これは、１分
子から大量のＣＦx + を解離生成できるＣ3 Ｆ8 ，Ｃ 4
Ｆ8 等の鎖状ＦＣ系ガスを使用することにより、エッチ
ングの高速化を図ったものである。Instead of these conventional etching gases,
The applicant of the present application has previously described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-276626.
And saturated or unsaturated higher-order chain fluors with 2 or more carbon atoms
Silicon compound layer using carbon (FC) gas
The dry etching method of is proposed. This is 1 minute
A large amount of CF from the childx +Can dissociate3F8, C Four
F8Etching by using chain FC gas such as
This is to speed up the processing.
【０００８】ただし、この鎖状ＦＣ系ガスの単独組成系
では同時にＦ* の生成量も多くなり、シリコン系下地材
料層に対する選択比が不足する虞れが大きい。そこで、
実用プロセスとして、下地が露出する直前でエッチング
（ジャストエッチング）を一旦停止し、残りのエッチン
グ（オーバーエッチング）は上記ガスにＣ2 Ｈ4 （エチ
レン）等の炭化水素系ガスを添加して行うことも提案し
ている。これは、エッチング反応系内にＣ原子を補給す
ると共に、プラズマ中に生成するＨ* で過剰のＦ* を捕
捉し、見掛け上のＣ／Ｆ比を高めて炭素系ポリマーの堆
積を促進するためである。However, in the single composition system of the chain FC gas, the amount of F * produced is increased at the same time, and there is a great possibility that the selection ratio with respect to the silicon base material layer is insufficient. Therefore,
As a practical process, the etching (just etching) is temporarily stopped immediately before the base is exposed, and the remaining etching (over etching) is performed by adding a hydrocarbon-based gas such as C 2 H 4 (ethylene) to the above gas. Is also proposing. This is to replenish C atoms in the etching reaction system and to capture excess F * by H * generated in the plasma to enhance the apparent C / F ratio and accelerate the deposition of carbon-based polymer. Is.
【０００９】本発明者は、この選択性の不足を解消する
別の技術として、先に特開平４−１７００２６号公報に
おいて、分子内に少なくとも１個の不飽和結合を有する
鎖状不飽和ＦＣ系ガスを用い、かつ被処理基板（ウェ
ハ）の温度を５０℃以下に制御する技術を開示してい
る。これは、ウェハ温度を一定温度以上に上昇させない
工夫を行うことで炭素系ポリマーの蒸気圧を低く維持
し、その堆積を促進して高選択化を図るものである。こ
れにより、基本的に単独組成ガスによる高選択エッチン
グが実現された。As another technique for solving this lack of selectivity, the present inventor has previously described in JP-A-4-170026 a chain unsaturated FC system having at least one unsaturated bond in the molecule. A technique of using gas and controlling the temperature of a substrate (wafer) to be processed at 50 ° C. or lower is disclosed. This is to maintain the vapor pressure of the carbon-based polymer low by promoting the deposition of the carbon-based polymer by devising such that the wafer temperature does not rise above a certain temperature, thereby achieving high selectivity. As a result, basically high selective etching with a single composition gas was realized.
【００１０】さらに本発明者は、先に特開平４−２５８
１１７号公報において、分子構造の少なくとも一部に環
状部を有する飽和ないしは不飽和ＦＣ系ガスを用いる技
術も開示している。これは、環状構造に起因する分子本
来のＣ／Ｆ比の高さを利用して、高速性、高選択性、低
ダメージ性に優れるエッチングを実現したものであっ
た。Further, the present inventor has previously mentioned that the Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-258.
Japanese Patent Publication 117 discloses a technique of using a saturated or unsaturated FC-based gas having a ring portion in at least a part of its molecular structure. This was achieved by utilizing the high C / F ratio inherent in the molecule due to the cyclic structure to realize etching excellent in high speed, high selectivity and low damage.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】このように、不飽和Ｃ
Ｆ系ガスや環状ＣＦ系ガス等の採用により、シリコン化
合物層の高選択エッチングを基本的に単独ガス系で実現
できるという大きな成果が得られた。しかしながら、こ
れらの技術も、選択比確保のメカニズムがエッチングと
競合して進行する炭素系ポリマーの堆積に依存する点に
おいては、従来技術の延長線上にある。したがって、枚
葉処理回数が重なれば、やはりエッチング・チャンバ内
に炭素系ポリマーが蓄積されてしまう。つまり、上記の
技術は選択比の向上を通じた寸法変換差や下地ダメージ
の低減には極めて効果的であるものの、汚染性に関して
はエッチング・チャンバのクリーニング頻度が減少する
といった程度の改善にとどまっているのが実情である。As described above, the unsaturated C
The use of the F-based gas, the cyclic CF-based gas, or the like has achieved a great result that the highly selective etching of the silicon compound layer can be basically realized by the single gas system. However, these techniques are also an extension of the conventional technique in that the mechanism for securing the selection ratio depends on the deposition of the carbon-based polymer that progresses in competition with etching. Therefore, if the number of single-wafer treatments is increased, the carbon-based polymer is still accumulated in the etching chamber. In other words, although the above technique is extremely effective in reducing the dimensional conversion difference and the underlying damage by improving the selection ratio, it is limited to the extent that the cleaning frequency of the etching chamber is reduced with respect to the contamination property. Is the reality.
【００１２】そこで本発明は、高速性，高選択性，低ダ
メージ性に優れることはもちろん、低汚染性にも優れる
シリコン化合物層のドライエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a dry etching method for a silicon compound layer which is excellent not only in high speed, high selectivity and low damage but also in low contamination.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウから選ばれる
少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆy （た
だし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧２，ｙ
≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次ＦＣ系
化合物とを含むエッチング・ガスを用いてシリコン化合
物層をエッチングするものである。The dry etching method of the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and is at least one inorganic oxide selected from carbon oxide, nitric oxide, and sulfur oxide. And the general formula C x F y (where x and y are natural numbers representing the number of atoms, and x ≧ 2, y
The condition of ≦ 2x + 2 is satisfied. ) Is used to etch the silicon compound layer using an etching gas containing a higher order FC compound.
【００１４】上述の無機酸化物はエッチング・ガスの構
成成分として用いられるものであるから、取り扱い性を
考慮すると常温常圧下で気体であるか、もしくは容易に
気化できる化合物であることが特に望ましい。かかる観
点から、実用性の高い酸化炭素としては、ＣＯ（一酸化
炭素）、ＣＯ 2 （二酸化炭素）、Ｃ3 Ｏ2 （二酸化三炭
素，沸点７℃）を挙げることができる。酸化炭素には、
この他にも分子内の炭素原子数が酸素原子数よりも多
い、亜酸化炭素と総称される化合物が知られており、一
酸化炭素中で無声放電を行った場合に生成する組成の一
定しない物質や、二酸化五炭素、九酸化十二炭素（無水
メリト酸）等がある。The above-mentioned inorganic oxide is a composition of etching gas.
Because it is used as a component, it is easy to handle.
Considering that it is a gas at normal temperature and pressure, or easily
It is particularly desirable for the compound to be vaporizable. Such a view
From the point of view, CO (monoxide) is a highly practical carbon oxide.
Carbon), CO 2(Carbon dioxide), C3O2(3 carbon dioxide
Elementary, boiling point 7 ° C.). For carbon oxide,
In addition, the number of carbon atoms in the molecule is higher than the number of oxygen atoms.
Compounds generally called carbon suboxide are known.
One of the compositions produced by silent discharge in carbon oxide
Unspecified substances, pentacarbon dioxide, 12 carbon monoxide (anhydrous
(Mellitic acid) and the like.
【００１５】また、実用性の高い酸化窒素としては、Ｎ
2 Ｏ（酸化二窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）、Ｎ2 Ｏ
3 （三酸化二窒素）、ＮＯ2 （二酸化窒素）、ＮＯ
3 （三酸化窒素）を挙げることができる。この他に知ら
れている酸化窒素としては、Ｎ2 Ｏ5（五酸化二窒素）
とＮ2 Ｏ6 （六酸化二窒素）があるが、前者は昇華点３
２．４℃（１気圧）の固体、後者は不安定な固体であ
る。Further, as highly practical nitric oxide, N
2 O (dinitrogen oxide), NO (nitric oxide), N 2 O
3 (dinitrogen trioxide), NO 2 (nitrogen dioxide), NO
3 (nitric oxide) can be mentioned. Other known nitric oxides are N 2 O 5 (dinitrogen pentoxide).
And N 2 O 6 (dinitrogen hexaoxide), the former has a sublimation point of 3
2.4 ° C. (1 atm) solid, the latter is an unstable solid.
【００１６】さらに、実用性の高い酸化イオウとして
は、ＳＯ（一酸化イオウ）、ＳＯ2 （二酸化イオウ）を
挙げることができる。この他にも数種類の酸化イオウが
知られているが、室温近傍では分解等により複雑な相や
組成を有する混合物として存在するものが多い。たとえ
ば、Ｓ2 Ｏ3 （三酸化二イオウ）は加熱によりＳ，Ｓ
Ｏ，ＳＯ2 に分解する固体である。ＳＯ3 （三酸化イオ
ウ）は、室温近傍で液体、あるいは融点の異なるα型，
β型，γ型のいずれかの形をとる固体である。Ｓ2Ｏ7
（七酸化二イオウ）は融点０℃、昇華点１０℃の固体で
ある。さらに、ＳＯ 4 （四酸化イオウ）は融点３℃の固
体であるが、酸素を発生して分解し、七酸化二イオウを
生成する。Furthermore, as highly practical sulfur oxide
Is SO (sulfur monoxide), SO2(Sulfur dioxide)
Can be mentioned. In addition to this, several kinds of sulfur oxide
It is known that, at room temperature, complex phases and
Many are present as a mixture with composition. for example
For example, S2O3(Di sulfur trioxide) is heated to S, S
O, SO2It is a solid that decomposes into. SO3(Io trioxide
C) is a liquid near room temperature, or an α type with a different melting point,
It is a solid that takes either β-type or γ-type. S2O7
(Sulfur heptoxide) is a solid with a melting point of 0 ° C and a sublimation point of 10 ° C.
is there. Furthermore, SO Four(Sulfur tetraoxide) is a solid with a melting point of 3 ° C.
Although it is a body, it generates oxygen and decomposes it, and
To generate.
【００１７】本発明におけるエッチング・ガスのもう一
方の構成成分は、高次ＦＣ系化合物である。上記高次Ｆ
Ｃ系化合物は、炭素数ｘが２以上の高次化合物であり、
しかもフッ素原子数ｙが（２ｘ＋２）以下であることか
ら、その骨格構造は直鎖状、分枝状、環状の別を問わ
ず、飽和、不飽和の別を問わず、さらに該骨格構造を構
成する炭素原子間結合の種類も特に限定されるものでは
ない。The other component of the etching gas in the present invention is a higher order FC compound. Higher order F
The C-based compound is a high-order compound having a carbon number x of 2 or more,
Moreover, since the number of fluorine atoms y is (2x + 2) or less, the skeleton structure may be straight-chain, branched or cyclic, and may be saturated or unsaturated. The type of carbon-carbon bond to be used is not particularly limited.
【００１８】本発明はまた、前記エッチング・ガスを用
いて前記シリコン化合物層を実質的にその層厚を超えな
い深さまでエッチングするジャストエッチング工程と、
前記エッチング・ガス中の前記無機酸化物の含量比を前
記ジャストエッチング工程におけるよりも大として前記
シリコン化合物層をオーバーエッチングするものであ
る。The present invention also includes a just etching step of using the etching gas to etch the silicon compound layer to a depth substantially not exceeding its layer thickness,
The content ratio of the inorganic oxide in the etching gas is set to be higher than that in the just etching step to overetch the silicon compound layer.
【００１９】本発明はさらに、上述の高次ＦＣ系化合物
と無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてジャス
トエッチングを行った後、Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，
Ｓ2Ｆ10から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウ
と前記無機酸化物とを含むエッチング・ガスを用いてオ
ーバーエッチングを行うものである。According to the present invention, after just etching is performed using an etching gas containing the above-mentioned higher order FC-based compound and an inorganic oxide, S 2 F 2 , SF 2 , SF 4 ,
Overetching is performed using an etching gas containing at least one sulfur fluoride selected from S 2 F 10 and the inorganic oxide.
【００２０】[0020]
【作用】本発明のポイントは、炭素系ポリマー自身の膜
質を強化することにより、その堆積量を減じても十分に
高いレジスト選択性および下地選択性を達成し、またこ
れにより低汚染性，低ダメージ性を達成することにあ
る。本発明では、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウの少
なくともいずれかをエッチング・ガスの構成成分のひと
つとして使用する。これら無機酸化物は、分子内に異種
原子間の多重結合を有しており、幾つかの分極構造の共
鳴混成体として存在するが、これらの分極構造のある種
のものが高い重合促進活性を有する。この結果、エッチ
ング・ガスの分解生成物やエッチング・マスクとして用
いられた有機材料パターンの分解生成物に由来する炭素
系ポリマーの重合度が増し、エッチング耐性が向上す
る。The point of the present invention is that by strengthening the film quality of the carbon-based polymer itself, a sufficiently high resist selectivity and underlayer selectivity can be achieved even if the amount of deposition thereof is reduced. To achieve damage. In the present invention, at least one of carbon oxide, nitric oxide and sulfur oxide is used as one of the constituents of the etching gas. These inorganic oxides have multiple bonds between different atoms in the molecule and exist as a resonance hybrid of some polarization structures. However, some of these polarization structures have high polymerization promoting activity. Have. As a result, the degree of polymerization of the carbon-based polymer derived from the decomposition products of the etching gas and the decomposition products of the organic material pattern used as the etching mask is increased, and the etching resistance is improved.
【００２１】また、これらの無機酸化物の分解生成物
は、炭素系ポリマーにカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ），ニト
ロシル基（−Ｎ＝Ｏ），ニトリル基（−ＮＯ2 ），チオ
ニル基＞Ｓ＝Ｏ），スルフリル基（−ＳＯ2 ）等の極性
基を導入することができる。炭素系ポリマーにかかる極
性基が導入されると、単に−ＣＸ2 −（Ｘはハロゲン原
子を表す。）の繰り返し構造からなる従来の炭素系ポリ
マーよりも化学的，物理的安定性が増すことが、近年の
研究により明らかとなっている。この現象の理由に関す
る論拠は、おおよそ次の２点である。Decomposition products of these inorganic oxides are carbon-based polymers having carbonyl group (> C = O), nitrosyl group (-N = O), nitrile group (-NO 2 ), thionyl group> S. = O), it can be introduced polar groups such as sulfuryl group (-SO 2). When such a polar group is introduced into the carbon-based polymer, the chemical and physical stability may be increased as compared with the conventional carbon-based polymer which is simply composed of a repeating structure of —CX 2 — (X represents a halogen atom). , Recent research has revealed. The rationale for the reason for this phenomenon is roughly the following two points.
【００２２】そのひとつは、Ｃ−Ｏ結合（１０７７ｋＪ
／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｎ結合（７７０ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｎ−
Ｏ結合（６３１ｋＪ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｓ結合（７１３ｋ
Ｊ／ｍｏｌ）の原子間結合エネルギーが、いずれもＣ−
Ｃ結合（６０７ｋＪ／ｍｏｌ）よりも大きいという事実
である。いまひとつは、上記の官能基の導入により炭素
系ポリマーの極性が増大し、負に帯電しているエッチン
グ中のウェハに対してその静電吸着力が高まるというも
のである。One of them is C—O bond (1077 kJ).
/ Mol), C-N bond (770 kJ / mol), N-
O bond (631 kJ / mol), C—S bond (713 k)
J / mol) has an interatomic bond energy of C-
The fact is that it is larger than the C-bond (607 kJ / mol). Another is that the introduction of the above-mentioned functional group increases the polarity of the carbon-based polymer and increases the electrostatic attraction force to the wafer being etched, which is negatively charged.
【００２３】このように、炭素系ポリマー自身の膜質が
強化され、入射イオンに対して高い耐性を示すようにな
るため、エッチング・マスクである有機材料パターンや
下地材料層に対して選択性が向上する他、下地材料層へ
のダメージ発生も少なくなる。また、高選択性を達成す
るために必要な炭素系ポリマーの堆積量を相対的に低減
できるので、従来技術に比べてパーティクル汚染を減少
させることができる。As described above, since the film quality of the carbon-based polymer itself is strengthened and it becomes highly resistant to incident ions, the selectivity is improved with respect to the organic material pattern as the etching mask and the underlying material layer. In addition, the occurrence of damage to the base material layer is reduced. In addition, since the amount of carbon-based polymer that is required to achieve high selectivity can be relatively reduced, particle contamination can be reduced as compared with the conventional technique.
【００２４】また上記の無機酸化物は、エッチングの高
速化にも寄与している。すなわち、上記の官能基から生
成可能なＣＯ* ，ＳＯ* ，ＳＯ2 * ，ＮＯ* 等のラジカ
ルは強い還元作用を有しており、ＳｉＯ2 中のＯ原子を
引き抜くことができる。これは、２原子分子の生成熱か
ら算出された原子間結合エネルギーがＣ−Ｏ結合では１
０７６ｋＪ／ｍｏｌ，Ｓ−Ｏ結合では５２３ｋＪ／ｍｏ
ｌ，Ｎ−Ｏ結合では６３２ｋＪ／ｍｏｌであって、結晶
中におけるＳｉ−Ｏ結合の４６５ｋＪ／ｍｏｌに比べて
いずれも大きいことからも理解される。Ｏ原子が引き抜
かれた後のＳｉ原子は、エッチング反応系に存在する主
エッチング種であるＦ* （フッ素ラジカル）と結合する
ことにより、ハロゲン化物の形で速やかに除去される。The above-mentioned inorganic oxide also contributes to speeding up the etching. That is, the above can be generated from the functional groups CO *, SO *, SO 2 *, radicals NO * such has a strong reducing action, it is possible to pull out the O atoms in the SiO 2. This is because the interatomic bond energy calculated from the heat of formation of a diatomic molecule is 1 for a C—O bond.
076 kJ / mol, 523 kJ / mo for SO bond
It can also be understood from the fact that it is 632 kJ / mol for l, N—O bond, which is larger than 465 kJ / mol for Si—O bond in the crystal. The Si atom after the O atom is extracted is quickly removed in the form of a halide by bonding with F * (fluorine radical) which is the main etching species present in the etching reaction system.
【００２５】つまり本発明では、従来もっぱら物理的な
スパッタ作用に依存していたＳｉ−Ｏ結合の切断を、化
学的な作用も利用して行うことができるようになる。し
かも、本発明で使用する無機酸化物は、レジスト材料や
下地のＳｉ系材料には重大な作用を及ぼさず、これらの
材料のエッチング速度は低速に維持される。That is, according to the present invention, the breaking of the Si--O bond, which has heretofore mainly depended on the physical sputtering action, can be performed also by utilizing the chemical action. Moreover, the inorganic oxide used in the present invention has no significant effect on the resist material and the underlying Si-based material, and the etching rate of these materials is kept low.
【００２６】さらに、この無機酸化物から解離生成する
Ｏ* は、特に本発明のドライエッチングがＳｉＯx 層間
絶縁膜への接続孔形成に適用される場合に、エッチング
速度の向上とマイクロローディング効果の抑制に役立
つ。マイクロローディング効果は、同一基板上で被エッ
チング面積の小さい部分ほどエッチング速度が低下する
現象であり、開口径が小さくアスペクト比の大きい近年
の接続孔加工等において問題となっている。これは、被
エッチング面積の減少に伴ってＳｉＯx 層間絶縁膜から
放出されるＯ原子量が減少し、しかも接続孔の底面にま
でイオンが入射しにくくなっているために、狭い接続孔
ほどその内部で炭素系ポリマーの堆積が過剰となり易い
からである。しかし、本発明ではプラズマ中からＯ* が
供給されることにより、過剰な炭素系ポリマーが燃焼除
去されるので、微細な接続孔内においても高速エッチン
グが進行する。Further, O * generated by dissociation from this inorganic oxide improves the etching rate and improves the microloading effect, especially when the dry etching of the present invention is applied to the formation of a connection hole in the SiO x interlayer insulating film. Helps control. The microloading effect is a phenomenon in which the etching rate decreases as the area to be etched becomes smaller on the same substrate, which has been a problem in recent years such as processing of connection holes with a small opening diameter and a large aspect ratio. This is because the amount of O atoms released from the SiO x interlayer insulating film decreases as the area to be etched decreases, and it is more difficult for ions to enter the bottom surface of the contact hole. This is because the carbon-based polymer is likely to be excessively deposited. However, in the present invention, since the excess carbon-based polymer is burned and removed by supplying O * from the plasma, high-speed etching proceeds even in the fine connection holes.
【００２７】ところで、上述の無機酸化物はシリコン化
合物層のエッチング種となり得る原子を分子中に持たな
いので、本発明ではエッチング・ガスのもう一方の主要
な構成成分として、本発明者が以前から提案している高
次ＦＣ系化合物を用い、プラズマ中へＦ* やＣＦx + を
供給する。これにより、前述のように高速エッチングが
可能となる。さらに、このＦＣ系化合物は炭素系ポリマ
ーの供給源でもあるため、下地選択性の確保をレジスト
・マスクのスパッタ生成物のみに頼る必要がなくなる。
このため、入射イオン・エネルギーを一層低減すること
ができ、選択性を向上させることができる。By the way, since the above-mentioned inorganic oxide does not have an atom in the molecule that can be an etching species of the silicon compound layer, the present inventor has used it as the other main constituent of the etching gas in the present invention. F * and CF x + are supplied to the plasma by using the proposed higher order FC compound. This enables high speed etching as described above. Further, since this FC-based compound is also a supply source of the carbon-based polymer, it is not necessary to rely on only the sputter products of the resist mask to secure the underlayer selectivity.
Therefore, the incident ion energy can be further reduced and the selectivity can be improved.
【００２８】本発明は、以上のような考え方を基本とし
ているが、さらに一層の高選択化、低汚染化を目指す方
法も提案する。そのひとつは、シリコン化合物層のエッ
チングを下地材料層が露出する直前までのジャストエッ
チング工程とそれ以降のオーバーエッチング工程の２工
程に分け、後半のオーバーエッチング工程で前記エッチ
ング・ガス中の無機酸化物の含量比をジャストエッチン
グ工程におけるよりも大とすることである。たとえばシ
リコン化合物層としてＳｉＯx 層間絶縁膜を想定した場
合、この方法によれば下地との界面付近のエッチングは
Ｆ* が少なく、かつＯ原子引き抜き反応とポリマー強化
を促進する条件下で進行するようになる。特に、酸化炭
素から生成するＣＯ* については、Ｆ* の捕捉剤として
の機能が近年報告されており、このことによってもＦ*
はさらに減少する。したがって、更なる高選択化が達成
される。The present invention is based on the above idea, but proposes a method aiming at further higher selectivity and lower pollution. One is to divide the etching of the silicon compound layer into two steps, a just etching step until just before the underlying material layer is exposed, and an overetching step after that, and in the latter half overetching step, the inorganic oxide in the etching gas is divided. Is to be larger than in the just etching process. For example, when an SiO x interlayer insulating film is assumed as the silicon compound layer, according to this method, the etching in the vicinity of the interface with the base is such that F * is small and the O atom abstraction reaction and polymer strengthening are promoted. become. In particular, for CO * generated from carbon oxides, function as a scavenger of F * has been reported in recent years, even by this F *
Is further reduced. Therefore, further high selectivity is achieved.
【００２９】あるいは、オーバーエッチング時のエッチ
ング・ガス組成を、Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ 2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ
10から選ばれる少なくとも１種類のフッ化イオウと上記
無機酸化物との混合系としても良い。つまり、オーバー
エッチング時には高速性は特に要求されないので、フル
オロカーボン系化合物は敢えて使用せず、炭素系ポリマ
ーの堆積を一切排除するのである。Alternatively, etching during over-etching
Gas composition, S2F2, SF 2, SFFour, S2F
TenAt least one kind of sulfur fluoride selected from the above and
It may be a mixed system with an inorganic oxide. That is, over
Since high speed is not required at the time of etching,
Do not use Orocarbon compounds
It eliminates any deposits.
【００３０】ここで使用されるフッ化イオウは、本願出
願人が先に特開平４−８４４２７号公報においてＳｉＯ
x 系材料層のエッチング用に提案した化合物であり、Ｓ
Ｆx + ，Ｆ* 等のエッチング種を生成する。また上記フ
ッ化イオウは、従来からエッチング・ガスとして実用化
されているＳＦ6 に比べてＳ／Ｆ比（１分子中のＳ原子
数とＦ原子数の比）が大きく、放電解離条件下でプラズ
マ中に遊離のＳ（イオウ）を放出することができる。こ
のＳは、条件にもよるがウェハがおおよそ室温以下に温
度制御されていれば、その表面へ堆積する。このとき、
ＳｉＯx 系材料層の表面ではＳはスパッタ・アウトされ
たＯ原子によりＳＯx の形で除去されるが、レジスト材
料やＳｉ系材料の表面、あるいはパターン側壁部にはそ
のまま堆積し、高選択性，高異方性の達成に寄与する。The sulfur fluoride used here is the one used in the present application.
The applicant previously described in JP-A-4-84427 that SiO
xS is a compound proposed for the etching of the base material layer,
Fx +, F*To produce etching species such as. In addition,
Traditionally, sulfur dioxide has been used as an etching gas.
SF6S / F ratio compared to (S atom in one molecule
The ratio of the number of atoms to the number of F atoms) is large, and the
Free S (sulfur) can be released into the mask. This
S depends on the conditions, but the temperature of the wafer is below room temperature.
If it is controlled, it will deposit on the surface. At this time,
SiOxS is sputtered out on the surface of the system material layer.
SO due to O atomxIs removed in the form of a resist material
On the surface of the material or Si-based material, or on the side wall of the pattern.
As it is deposited, it contributes to the achievement of high selectivity and high anisotropy.
【００３１】なお、エッチング反応系に窒素系化学種が
存在する場合には、上記Ｓの一部がこの窒素系化学種と
反応し、ポリチアジル（ＳＮ）x に代表される窒化イオ
ウ系化合物が生成する可能性がある。この窒化イオウ系
化合物は、昇華性もしくは熱分解性物質であり、ウェハ
がおおよそ１３０℃以下に温度制御されている場合に、
その表面へ堆積することができる。When a nitrogen-based chemical species is present in the etching reaction system, part of S reacts with the nitrogen-based chemical species to form a sulfur nitride-based compound represented by polythiazyl (SN) x. there's a possibility that. This sulfur nitride compound is a sublimable or thermally decomposable substance, and when the temperature of the wafer is controlled to about 130 ° C. or less,
It can be deposited on the surface.
【００３２】これらＳや窒化イオウ系化合物が堆積する
系では、その分、炭素系ポリマーの堆積量が少なくて済
む。このため、レジスト・マスクをスパッタするイオン
の入射エネルギーを低減してレジスト選択比を向上させ
ることができ、パーティクル汚染を著しく低減させるこ
とができる。なお、Ｓや窒化イオウ系化合物は、エッチ
ング終了後にウェハをそれぞれ上述の温度以上に加熱す
るか、酸素系プラズマ処理を行うことにより、容易に昇
華，分解，燃焼等の機構にしたがって除去することがで
きる。もちろん、レジスト・アッシングが行われるプロ
セスであれば、この時に同時に除去できる。いずれにし
ても、Ｓや窒化イオウ系化合物そのものがパーティクル
汚染源となる懸念は、一切ない。In the system in which these S and sulfur nitride-based compounds are deposited, the amount of carbon-based polymer deposited is correspondingly small. Therefore, the incident energy of ions sputtering the resist mask can be reduced to improve the resist selection ratio, and particle contamination can be significantly reduced. It should be noted that S and sulfur nitride-based compounds can be easily removed by a mechanism such as sublimation, decomposition, and combustion by heating the wafers above the above temperatures or performing oxygen-based plasma treatment after etching. it can. Of course, if the process involves resist ashing, it can be removed at the same time. In any case, there is no concern that S or the sulfur nitride-based compound itself may be a particle contamination source.
【００３３】[0033]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.
【００３４】実施例１ 本実施例は、本発明をコンタクト・ホール加工に適用
し、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 （オクタフルオロシクロブタン）／Ｃ
Ｏ2 混合ガスを用いてＳｉＯ2 層間絶縁膜をエッチング
した例である。このプロセスを、図１を参照しながら説
明する。本実施例においてエッチング・サンプルとした
ウェハは、図１（ａ）に示されるように、予め不純物拡
散領域２が形成された単結晶Ｓｉ基板１上にＳｉＯ2 層
間絶縁膜３が形成され、さらに該ＳｉＯ2 層間絶縁膜３
のエッチング・マスクとしてレジスト・マスク４が形成
されたものである。上記レジスト・マスク４には、ホー
ル・パターンにしたがって開口部４ａが設けられてい
る。 Example 1 In this example, the present invention is applied to the processing of contact holes, and c-C 4 F 8 (octafluorocyclobutane) / C is used.
This is an example of etching the SiO 2 interlayer insulating film using an O 2 mixed gas. This process will be described with reference to FIG. In the wafer used as the etching sample in this embodiment, as shown in FIG. 1A, a SiO 2 interlayer insulating film 3 is formed on a single crystal Si substrate 1 in which an impurity diffusion region 2 is formed in advance. The SiO 2 interlayer insulating film 3
The resist mask 4 is formed as the etching mask of FIG. The resist mask 4 is provided with openings 4a according to a hole pattern.
【００３５】このウェハを、マグネトロンＲＩＥ（反応
性イオン・エッチング）装置のウェハ載置電極上にセッ
トした。ここで、上記ウェハ載置電極は冷却配管を内蔵
しており、装置外部に接続されるチラー等の冷却設備か
ら該冷却配管に冷媒を供給して循環させることにより、
エッチング中のウェハ温度を室温以下に制御することが
可能となされている。一例として、下記の条件でＳｉＯ
2 層間絶縁膜３のエッチングを行った。This wafer was set on the wafer mounting electrode of a magnetron RIE (reactive ion etching) apparatus. Here, the wafer mounting electrode has a built-in cooling pipe, by supplying a refrigerant to the cooling pipe from a cooling equipment such as a chiller connected to the outside of the apparatus to circulate the cooling pipe,
It is possible to control the wafer temperature during etching to be room temperature or lower. As an example, SiO under the following conditions
2 The interlayer insulating film 3 was etched.
【００３６】 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ ＣＯ2 流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ（＝１５０
Ｇ） ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用）C-C 4 F 8 flow rate 35 SCCM CO 2 flow rate 15 SCCM gas pressure 2.0 Pa RF power density 2.0 W / cm 2 (1
3.56 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 -2 T (= 150)
G) Wafer mounting electrode temperature -30 ° C (using alcohol refrigerant)
【００３７】このエッチング過程では、ＣＦx + による
イオン・モード・エッチングが、ＣＯ* によるＯ原子引
き抜き反応により促進される。このため、過大な入射イ
オン・エネルギーを与える条件ではないにもかかわら
ず、９５０ｎｍ／分もの高速でエッチングが進行した。
一方、イオン・スパッタ作用によりレジスト・マスク４
から供給された炭素系の分解生成物やｃ−Ｃ4 Ｆ8 の放
電分解生成物は、Ｃ−Ｏ結合やカルボニル基をその構造
中に取り込みながら、強固な炭素系ポリマーを形成し
た。この炭素系ポリマーは、少量でも高いエッチング耐
性を発揮し、レジスト・マスク４や単結晶Ｓｉ基板１の
表面におけるエッチング速度を大幅に低減させた。ま
た、ウェハが低温冷却されていることによりＦ* による
ラジカル反応が抑制され、主としてラジカル・モードで
エッチングされるレジスト材料やシリコン系材料のエッ
チング速度がＳｉＯ2 系材料のそれよりも相対的に低下
した。In this etching process, ion mode etching by CF x + is promoted by an O atom abstraction reaction by CO * . For this reason, the etching proceeded at a high speed of 950 nm / min, even though it was not a condition for giving an excessive incident ion energy.
On the other hand, the resist mask 4 is formed by the action of ion sputtering
The carbon-based decomposition product and the c-C 4 F 8 discharge-decomposition product supplied from Co., Ltd. formed a strong carbon-based polymer while incorporating a C—O bond and a carbonyl group into the structure. This carbon-based polymer exhibited high etching resistance even in a small amount, and significantly reduced the etching rate on the surfaces of the resist mask 4 and the single crystal Si substrate 1. Further, since the wafer is cooled at a low temperature, the radical reaction due to F * is suppressed, and the etching rate of the resist material or the silicon-based material that is mainly etched in the radical mode is relatively lower than that of the SiO 2 -based material. did.
【００３８】これらの理由により、レジスト・マスク４
に対しては約７、単結晶Ｓｉ基板１に対しては約３０の
選択比が達成された。特に、レジスト・マスク４の形状
が良好に維持されることにより、図１（ｂ）に示される
ように、寸法変換差を発生させることなく良好な異方性
形状を有するコンタクト・ホール５を形成することがで
きた。For these reasons, the resist mask 4
Of about 7 and about 30 for the single crystal Si substrate 1. In particular, since the shape of the resist mask 4 is maintained well, the contact hole 5 having a good anisotropic shape is formed without causing a dimensional conversion difference as shown in FIG. 1B. We were able to.
【００３９】また、炭素系ポリマーの堆積量が減少した
ことにより、マイクロローディング効果が抑制された。
さらに、同一エッチング・チャンバ内で上述のプロセス
によるウェハ処理回数を重ねた場合、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 の単
独組成ガスを用いて同じ処理回数を経た場合に比べてパ
ーティクル・レベルが著しく改善された。したがって、
エッチング・チャンバのクリーニング頻度を減少させる
ことができ、スループットを向上させることもできた。Further, the microloading effect was suppressed because the amount of carbon-based polymer deposited was reduced.
Further, when the number of times of wafer processing by the above-mentioned process is repeated in the same etching chamber, the particle level is remarkably improved as compared with the case where the same number of processing is performed by using the single composition gas of c-C 4 F 8 . . Therefore,
The etching chamber cleaning frequency could be reduced and the throughput could be improved.
【００４０】実施例２ 本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＮＯ混合ガスを用いてＳｉＯ2 層間
絶縁膜３をエッチングした。本実施例でエッチング・サ
ンプルとして用いたウェハは、図１（ａ）に示したもの
と同じである。後述の各実施例も同様である。 Example 2 In this example, in the same contact hole processing, the SiO 2 interlayer insulating film 3 was etched using a mixed gas of c—C 4 F 8 / NO. The wafer used as the etching sample in this example is the same as that shown in FIG. The same applies to each embodiment described later.
【００４１】エッチング条件の一例を以下に示す。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ ＮＯ流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用） 上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｎ結合やニトロシル基等の導入により強化され
た。An example of etching conditions is shown below. c-C 4 F 8 flow rate 35 SCCM NO flow rate 15 SCCM gas pressure 2.0 Pa RF power density 2.0 W / cm 2 (1
3.56 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 -2 T Wafer mounting electrode temperature -30 ° C. (using alcohol-based coolant) The etching mechanism that proceeds under the above conditions is almost the same as in Example 1. However, here, the carbon-based polymer was reinforced by introducing a C—N bond or a nitrosyl group.
【００４２】実施例３ 本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／ＳＯ 2 混合ガスを用いてＳｉＯ2 層
間絶縁膜３をエッチングした。エッチング条件の一例を
以下に示す。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ ＳＯ2 流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 −３０ ℃（アルコール
系冷媒使用） 上記の条件により進行するエッチングの機構は、ほぼ実
施例１に準じたものであるが、ここでは炭素系ポリマー
がＣ−Ｓ結合やスルフリル基，チオニル基等の導入によ
り強化された。[0042]Example 3 In this embodiment, the same contact hole processing is performed.
, C-CFourF8/ SO 2SiO using mixed gas2layer
The insulating film 3 was etched. Example of etching conditions
It is shown below. c-CFourF8Flow rate 35 SCCM SO2Flow rate 15 SCCM Gas pressure 2.0 Pa RF power density 2.0 W / cm2(1
3.56 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10-2 T Wafer mounting electrode temperature -30 ° C (alcohol
The use of a system refrigerant) The etching mechanism that progresses under the above conditions is almost real.
Same as Example 1, but here carbon-based polymer
By introducing a C—S bond, a sulfuryl group, a thionyl group, etc.
Was strengthened.
【００４３】実施例４ 本実施例では、同様のコンタクト・ホール加工におい
て、ｃ−Ｃ4 Ｆ8 ／Ｃ3Ｏ2 混合ガスを用いてＳｉＯ2
層間絶縁膜３をジャストエッチングした後、この混合ガ
ス中のＣ3 Ｏ2 の含量比を高めてオーバーエッチングを
行うことにより、高選択化を図った。このプロセスを、
図２および前出の図１を参照しながら説明する。 Example 4 In this example, in the same contact hole processing, SiO 2 was mixed with c-C 4 F 8 / C 3 O 2 mixed gas.
After the interlayer insulating film 3 was just etched, the content ratio of C 3 O 2 in this mixed gas was increased to carry out overetching to achieve high selectivity. This process
Description will be made with reference to FIG. 2 and FIG. 1 described above.
【００４４】まず、図１（ａ）に示されるウェハを用
い、一例として下記の条件で、ＳｉＯ 2 層間絶縁膜３を
実質的に不純物拡散領域２が露出する直前まで行った。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １５ ＳＣＣＭ（エッ
チング・ガス中の含量比３０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃First, using the wafer shown in FIG.
As an example, under the following conditions, SiO 2Interlayer insulation film 3
Substantially immediately before the impurity diffusion region 2 is exposed. c-CFourF8Flow rate 35 SCCM C3O2Flow rate 15 SCCM
30% of the content in the etching gas) Gas pressure 2.0 Pa RF power density 2.0 W / cm2(1
3.56 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10-2 T Wafer mounting electrode temperature 0 ℃
【００４５】このジャストエッチング工程におけるエッ
チング機構は、ほぼ実施例１で上述したとおりである。
終点判定は、４８３．５ｎｍにおけるＣＯ* の発光スペ
クトル強度、あるいは７７７ｎｍにおけるＳｉＦ* の発
光スペクトル強度が変化し始めた時点で行った。この時
点は、ウェハ上の一部で下地の不純物拡散領域２が露出
し始めた時に対応している。しかし、ウェハ上の他部に
おいては、図２に示されるように、コンタクト・ホール
５は中途部までしか形成されず、その底部にＳｉＯ2 層
間絶縁膜３の残余部３ａが残されていた。The etching mechanism in this just etching process is almost as described above in the first embodiment.
The end point determination was performed when the emission spectrum intensity of CO * at 483.5 nm or the emission spectrum intensity of SiF * at 777 nm started to change. This time point corresponds to when the underlying impurity diffusion region 2 starts to be exposed on a part of the wafer. However, in the other part on the wafer, as shown in FIG. 2, the contact hole 5 was formed only up to the middle part, and the residual part 3a of the SiO 2 interlayer insulating film 3 was left at the bottom part.
【００４６】そこで、エッチング条件を一例として下記
の条件に切り換え、残余部３ａを除去するためのオーバ
ーエッチングを行った。 ｃ−Ｃ4 Ｆ8 流量 ２５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 ２５ ＳＣＣＭ（エッ
チング・ガス中の含量比５０％） ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．２ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、ＲＦパワー密度を低
下させて入射イオン・エネルギーを低減させ、ＣＯ* に
よる化学的なＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチン
グを行った。炭素系ポリマーの生成量は減少したが、そ
の膜質強化は効率良く行われた。Therefore, the etching conditions were switched to the following conditions as an example, and over-etching for removing the residual portion 3a was performed. c-C 4 F 8 flow rate 25 SCCM C 3 O 2 flow rate 25 SCCM (content ratio in etching gas 50%) Gas pressure 2.0 Pa RF power density 1.2 W / cm 2 (1
3.56 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 -2 T Wafer-mounted electrode temperature 0 ° C. In this over-etching process, RF power density is reduced to reduce incident ion energy, and CO * produces chemical O 2 Etching was performed mainly by the atom abstraction reaction. Although the amount of carbon-based polymer produced decreased, the film quality was efficiently enhanced.
【００４７】この結果、実施例１ほどウェハを冷却して
いないにもかかわらず、良好な高選択、低ダメージ、低
汚染エッチングを行うことができた。なお、上記のＣ3
Ｏ2 に替えてＮＯ2 ，ＳＯ2 を用いた場合にも、同様に
良好なエッチングを行うことができた。特にＳＯ2 を用
いた場合には、３０６ｎｍ，３１７ｎｍ，３２７ｎｍの
いずれかにおけるＳＯ* の発光スペクトル強度変化をも
ってジャストエッチング工程の終点判定することができ
た。As a result, good high selection, low damage, and low contamination etching could be performed even though the wafer was not cooled as much as in Example 1. The above C 3
Even when NO 2 or SO 2 was used instead of O 2 , good etching could be similarly performed. Especially when SO 2 was used, the end point of the just etching process could be determined by the change in the emission spectrum intensity of SO * at any of 306 nm, 317 nm, and 327 nm.
【００４８】実施例５ 本実施例では、ジャストエッチング工程でＣ3 Ｆ8 ／Ｃ
3 Ｏ2 混合ガス、オーバーエッチング工程でＳ2 Ｆ2 ／
Ｃ3 Ｏ2 混合ガスを用いることにより、徹底した低汚染
化を図った。ジャストエッチング条件の一例を以下に示
す。 Example 5 In this example, C 3 F 8 / C was used in the just etching process.
3 O 2 mixed gas, S 2 F 2 /
By using a C 3 O 2 mixed gas, thorough pollution reduction was achieved. An example of just etching conditions is shown below.
【００４９】 Ｃ3 Ｆ8 流量 ３５ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 ２．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃C 3 F 8 flow rate 35 SCCM C 3 O 2 flow rate 15 SCCM gas pressure 2.0 Pa RF power density 2.0 W / cm 2 (1
3.56 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 -2 T Wafer mounting electrode temperature 0 ° C.
【００５０】続いて、一例として下記の条件でオーバー
エッチングを行った。 Ｓ2 Ｆ2 流量 ４０ ＳＣＣＭ Ｃ3 Ｏ2 流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ２．０ Ｐａ ＲＦパワー密度 １．０ Ｗ／ｃｍ2 （１
３．５６ ＭＨｚ） 磁場強度 １．５×１０-2 Ｔ ウェハ載置電極温度 ０ ℃ このオーバーエッチング工程では、入射イオン・エネル
ギーを低減してＯ原子引き抜き反応を主体とするエッチ
ングを進行させると共に、Ｓ2 Ｆ2 から解離生成するＳ
をレジスト・マスク４や不純物拡散領域２の表面に堆積
させた。これにより、不純物拡散領域２との界面付近に
おいては炭素系ポリマーをほとんど堆積させることな
く、高選択性を達成することができた。Then, as an example, overetching was performed under the following conditions. S 2 F 2 flow rate 40 SCCM C 3 O 2 flow rate 10 SCCM Gas pressure 2.0 Pa RF power density 1.0 W / cm 2 (1
3.56 MHz) Magnetic field strength 1.5 × 10 -2 T Wafer mounting electrode temperature 0 ° C. In this over-etching process, the incident ion energy is reduced to promote etching mainly based on O atom abstraction reaction, and S generated by dissociation from S 2 F 2
Was deposited on the surface of the resist mask 4 and the impurity diffusion region 2. As a result, high selectivity could be achieved with almost no carbon-based polymer deposited near the interface with the impurity diffusion region 2.
【００５１】なお、堆積したＳは、エッチング終了後に
ウェハを約９０℃に加熱するか、あるいはレジスト・マ
スク４をアッシングする際に、昇華もしくは燃焼により
容易に除去することができた。エッチング・チャンバ内
に堆積したＳも、同様に除去することができた。したが
って、本実施例では低汚染化がさらに徹底された。これ
により、デバイスの歩留りが向上し、スループットも改
善された。The deposited S could be easily removed by sublimation or combustion when the wafer was heated to about 90 ° C. after etching or when the resist mask 4 was ashed. S deposited in the etching chamber could be similarly removed. Therefore, in this example, the reduction of pollution was further thorough. As a result, the device yield was improved and the throughput was also improved.
【００５２】また、上記のＣ3 Ｏ2 に替えてＮＯ2 やＳ
Ｏ2 を用いた場合にも、同様に高選択、低汚染エッチン
グを行うことができた。Further, instead of the above C 3 O 2 , NO 2 and S
Even when O 2 was used, highly selective and low contamination etching could be similarly performed.
【００５３】以上、本発明を５例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、フッ化イオウとして上述の実
施例ではＳ2 Ｆ2 を使用したが、本発明で限定される他
のフッ化イオウ、すなわちＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10を
使用しても、基本的には同様の結果が得られる。The present invention has been described above based on the five embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, although S 2 F 2 was used as the sulfur fluoride in the above-mentioned embodiments, other sulfur fluorides limited in the present invention, that is, SF 2 , SF 4 , and S 2 F 10 can be used as the basic sulfur. Similar results are obtained.
【００５４】本発明で使用されるエッチング・ガスに
は、エッチング速度の制御を目的としてＯ2 等を添加し
たり、あるいはスパッタリング効果，希釈効果，冷却効
果等を期待する意味でＨｅ，Ａｒ等の希ガスを適宜添加
しても良い。被エッチング材料層は上述のＳｉＯ2 層間
絶縁膜に限られるものではなく、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰ
ＳＧ，ＡｓＳＧ，ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の他のＳｉ
Ｏ2系材料層であっても良く、さらにはＳｉx Ｎy 等で
あっても良い。In the etching gas used in the present invention, O 2 or the like is added for the purpose of controlling the etching rate, or He, Ar or the like is used in the sense of expecting a sputtering effect, a dilution effect, a cooling effect or the like. You may add a rare gas suitably. The material layer to be etched is not limited to the above-mentioned SiO 2 interlayer insulating film, but may be PSG, BSG, BP.
Other Si such as SG, AsSG, AsPSG, AsBSG
It may be an O 2 -based material layer, or may be Si x N y or the like.
【００５５】その他、ウェハの構成、使用するエッチン
グ装置、無機酸化物と高次ＦＣ系化合物の組み合わせ、
エッチング条件等が適宜変更可能であることは、言うま
でもない。In addition, the structure of the wafer, the etching device used, the combination of the inorganic oxide and the higher order FC compound,
It goes without saying that the etching conditions and the like can be changed as appropriate.
【００５６】[0056]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではシリコン化合物層のエッチングにおいて、エッチ
ング・ガスの構成成分として酸化炭素、酸化窒素、酸化
イオウのいずれかを用いることにより、炭素系ポリマー
の堆積量を低減させながら、レジスト・マスクや下地材
料層に対しては高選択性を達成することができる。ま
た、これと同時に主エッチング種を高次ＦＣ系化合物か
ら供給することにより、高速異方性エッチングを行うこ
とができる。さらに、オーバーエッチング時に無機酸化
物の含量比を増大させたりＳの堆積を併用することによ
り、プロセスを一層高選択化、低汚染化することが可能
となる。As is apparent from the above description, according to the present invention, in the etching of the silicon compound layer, by using any one of carbon oxide, nitric oxide and sulfur oxide as a constituent of the etching gas, High selectivity can be achieved for resist masks and underlying layers while reducing polymer deposition. Further, at the same time, by supplying the main etching species from the high-order FC-based compound, high-speed anisotropic etching can be performed. Further, by increasing the content ratio of the inorganic oxide during overetching or by using the deposition of S together, it becomes possible to further increase the selectivity of the process and reduce the pollution.
【００５７】したがって本発明は、微細なデザイン・ル
ールにもとづいて設計され、高集積度，高性能，高信頼
性が要求される半導体装置の製造に極めて好適である。Therefore, the present invention is extremely suitable for manufacturing a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and which requires high integration, high performance and high reliability.
【図１】本発明をコンタクト・ホール加工に適用したプ
ロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、（ａ）はＳｉＯ2 層間絶縁膜上にレジスト・マスク
が形成された状態、（ｂ）はコンタクト・ホールが開口
された状態をそれぞれ表す。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the present invention is applied to processing a contact hole in the order of steps, (a) showing a state where a resist mask is formed on a SiO 2 interlayer insulating film, (b) ) Indicates the state where the contact holes are opened.
【図２】本発明をコンタクト・ホール加工に適用した他
のプロセス例において、ＳｉＯ 2 層間絶縁膜がジャスト
エッチングされた状態を示す概略断面図である。[FIG. 2] Another application of the present invention to the processing of contact holes
In the process example of 2Interlayer insulation film is just
It is a schematic sectional drawing which shows the state which was etched.
１ ・・・単結晶Ｓｉ基板 ２ ・・・不純物拡散領域 ３ ・・・ＳｉＯ2 層間絶縁膜 ３ａ・・・（ＳｉＯ2 層間絶縁膜の）残余部 ４ ・・・レジスト・マスク ４ａ・・・開口部 ５ ・・・コンタクト・ホール1 ... monocrystalline Si substrate 2 ... impurity diffusion regions 3 ... SiO 2 interlayer insulating film 3a ... (the SiO 2 interlayer insulating film) remainder 4 ... resist mask 4a ... opening Part 5: Contact hole
Claims (3)
ばれる少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆ
y （ただし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧
２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次
フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガスを
用いてシリコン化合物層をエッチングすることを特徴と
するドライエッチング方法。1. At least one inorganic oxide selected from carbon oxide, nitric oxide, and sulfur oxide, and a general formula C x F 2.
y (where x and y are natural numbers representing the number of atoms, and x ≧
2, satisfy the condition of y ≦ 2x + 2. ) A dry etching method characterized by etching a silicon compound layer using an etching gas containing a higher order fluorocarbon compound.
ばれる少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆ
y （ただし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧
２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次
フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガスを
用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を超えない
深さにエッチングするジャストエッチング工程と、 前記高次フルオロカーボン系化合物に対する前記無機酸
化物の含量比を前記ジャストエッチング工程におけるよ
りも高めたエッチング・ガスを用いて前記シリコン化合
物層の残余部をエッチングするオーバーエッチング工程
とを有することを特徴とするドライエッチング方法。2. An inorganic oxide of at least one kind selected from carbon oxide, nitric oxide and sulfur oxide, and a general formula C x F 2.
y (where x and y are natural numbers representing the number of atoms, and x ≧
2, satisfy the condition of y ≦ 2x + 2. ) A just etching step of etching the silicon compound layer to a depth that does not substantially exceed the layer thickness thereof using an etching gas containing a higher order fluorocarbon compound, An over-etching step of etching the remaining portion of the silicon compound layer by using an etching gas having an inorganic oxide content ratio higher than that in the just etching step.
ばれる少なくとも１種類の無機酸化物と、一般式Ｃx Ｆ
y （ただし、ｘ，ｙは原子数を表す自然数であり、ｘ≧
２，ｙ≦２ｘ＋２の条件を満足する。）で表される高次
フルオロカーボン系化合物とを含むエッチング・ガスを
用いてシリコン化合物層を実質的にその層厚を超えない
深さにエッチングするジャストエッチング工程と、 Ｓ2 Ｆ2 ，ＳＦ2 ，ＳＦ4 ，Ｓ2 Ｆ10から選ばれる少な
くとも１種類のフッ化イオウと前記無機酸化物とを含む
エッチング・ガスを用いて前記シリコン化合物層の残余
部をエッチングするオーバーエッチング工程とを有する
ことを特徴とするドライエッチング方法。3. At least one inorganic oxide selected from carbon oxide, nitric oxide and sulfur oxide, and a general formula C x F 2.
y (where x and y are natural numbers representing the number of atoms, and x ≧
2, satisfy the condition of y ≦ 2x + 2. ), A just etching step of etching a silicon compound layer to a depth that does not substantially exceed the layer thickness by using an etching gas containing a higher order fluorocarbon compound, S 2 F 2 , SF 2 , And an overetching step of etching the remaining portion of the silicon compound layer with an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride selected from SF 4 and S 2 F 10 and the inorganic oxide. And a dry etching method.
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|---|---|---|---|
| JP10573793A JP3301157B2 (en) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | Dry etching method |
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| JP10573793A JP3301157B2 (en) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | Dry etching method |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06318575A true JPH06318575A (en) | 1994-11-15 |
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|---|---|---|---|
| JP10573793A Expired - Fee Related JP3301157B2 (en) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | Dry etching method |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3301157B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09186144A (en) * | 1995-12-16 | 1997-07-15 | Hyundai Electron Ind Co Ltd | Method for forming contact hole in semiconductor element |
| WO1998019331A1 (en) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Japan As Represented By Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Gas composition for dry etching and process of dry etching |
| WO1999062111A1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-02 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
| US6383403B1 (en) * | 1996-10-30 | 2002-05-07 | Japan As Represented By The Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Dry etching method |
-
1993
- 1993-05-06 JP JP10573793A patent/JP3301157B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
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| JPH09186144A (en) * | 1995-12-16 | 1997-07-15 | Hyundai Electron Ind Co Ltd | Method for forming contact hole in semiconductor element |
| WO1998019331A1 (en) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Japan As Represented By Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Gas composition for dry etching and process of dry etching |
| US6322715B1 (en) | 1996-10-30 | 2001-11-27 | Japan As Represented By Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Gas composition for dry etching and process of dry etching |
| US6383403B1 (en) * | 1996-10-30 | 2002-05-07 | Japan As Represented By The Director General Of The Agency Of Industrial Science And Technology | Dry etching method |
| WO1999062111A1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-02 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
| US6753263B1 (en) | 1998-05-22 | 2004-06-22 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3301157B2 (en) | 2002-07-15 |
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