JPH0794482A - Dry etching method - Google Patents
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- JPH0794482A JPH0794482A JP23826493A JP23826493A JPH0794482A JP H0794482 A JPH0794482 A JP H0794482A JP 23826493 A JP23826493 A JP 23826493A JP 23826493 A JP23826493 A JP 23826493A JP H0794482 A JPH0794482 A JP H0794482A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はドライエッチング方法に
関し、より詳細には真空容器内にガスを導入してプラズ
マを発生させ、試料の金属膜上に形成されたシリコン酸
化膜をエッチングする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, and more particularly to a dry etching method in which a gas is introduced into a vacuum chamber to generate plasma to etch a silicon oxide film formed on a metal film of a sample. Regarding the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の高集積半導体素子などの製造工程
においては、素子の微細化に伴い、多層配線基板のビア
ホールにおいても、微細で高アスペクト比のホールを形
成することが要求されてきており、試料の金属膜上に形
成されたシリコン酸化膜を高精度にエッチングする技術
が必要とされている。2. Description of the Related Art In recent manufacturing processes for highly integrated semiconductor devices and the like, with the miniaturization of devices, it is required to form fine holes having a high aspect ratio even in via holes of a multilayer wiring board. There is a need for a technique for etching a silicon oxide film formed on a metal film of a sample with high accuracy.
【０００３】微細なエッチングが可能なエッチング方法
としては、対象物と反応して揮発性あるいは蒸気圧の高
い物質を生成するような反応ガスを供給し、プラズマ放
電励起によって活性化させ、反応を促進させてエッチン
グを行うドライエッチング方法が広く用いられている。As an etching method capable of fine etching, a reaction gas that reacts with an object to generate a volatile or high vapor pressure substance is supplied and activated by plasma discharge excitation to accelerate the reaction. A dry etching method in which the etching is carried out is widely used.
【０００４】従来のドライエッチング方法においては、
平行平板型の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reacti
ve Ion Etching）装置や、磁場を用いたマグネトロンＲ
ＩＥ装置などが使用されている。また、減圧又は低ガス
圧下にある真空容器内に、マイクロ波を導入することに
よりガス放電を起こさせてプラズマを発生させ、該プラ
ズマを試料表面に照射することにより、前記シリコン酸
化膜をエッチング処理する装置は、高集積半導体素子等
の製造に欠かせないものとして、盛んに研究開発が進め
られている。特に、有磁場マイクロ波プラズマ装置や電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron R
esonance）励起によりプラズマを発生させる装置は、低
ガス圧力領域で活性度の高いプラズマを発生させること
のできる利点を有しており、将来的にも有望視されてい
る。In the conventional dry etching method,
Parallel plate type reactive ion etching (RIE; Reacti)
ve Ion Etching) device and magnetron R using magnetic field
An IE device or the like is used. In addition, by introducing a microwave into a vacuum container under reduced pressure or low gas pressure to cause a gas discharge to generate plasma, and irradiate the sample surface with the plasma, the silicon oxide film is etched. Such devices are being actively researched and developed as indispensable for manufacturing highly integrated semiconductor elements and the like. In particular, a magnetic field microwave plasma device and an electron cyclotron resonance (ECR: Electron Cyclotron R
An apparatus for generating plasma by esonance) has an advantage that plasma with high activity can be generated in a low gas pressure region, and is expected to be promising in the future.
【０００５】上記した各種装置を用い、試料の金属膜上
に形成されたシリコン酸化膜にプラズマエッチング処理
を施す場合には、該シリコン酸化膜のエッチング速度が
大きく、しかもレジストのエッチング速度に対する前記
シリコン酸化膜のエッチング速度の比（以下、レジスト
に対するエッチング選択比と記す）が大きい反応ガスを
用いることが望ましい。When a plasma etching process is performed on a silicon oxide film formed on a metal film of a sample by using the above-mentioned various devices, the etching rate of the silicon oxide film is high, and moreover, the silicon etching rate is higher than that of the resist. It is desirable to use a reaction gas having a large etching rate ratio of the oxide film (hereinafter referred to as an etching selection ratio with respect to the resist).
【０００６】また、エッチングの際の反応ガスとして、
ＣＦ4 ガス、Ｃ2 Ｆ6 ガス、Ｃ3 Ｆ8 ガス、Ｃ4 Ｆ8 ガ
ス、Ｃ5 Ｆ10ガス等のフルオロカーボン系ガスを用いる
と、プラズマ中で反応ガスが解離し、この解離したカー
ボン系ラジカル種が試料表面に重合膜として堆積する。
この堆積した重合膜は、シリコン酸化膜のエッチング速
度の低下以上にレジストのエッチング速度を低下させる
ため、エッチング選択比が大きくなる。例えばＣ4 Ｆ8
ガスを用いてエッチング処理を行なった場合、重合膜堆
積速度が増加するに伴って、レジストに対するエッチン
グ選択比も増加することが報告されている（１９９２年
秋期第５３回応用物理学会学術講演会予稿集、１７ａ−
ＳＫ−５、１９９２年９月１６日発行）。Further, as a reaction gas at the time of etching,
When a fluorocarbon-based gas such as CF 4 gas, C 2 F 6 gas, C 3 F 8 gas, C 4 F 8 gas, or C 5 F 10 gas is used, the reaction gas is dissociated in plasma and the dissociated carbon-based gas is used. Radical species are deposited as a polymerized film on the surface of the sample.
The deposited polymer film reduces the etching rate of the resist more than the etching rate of the silicon oxide film, so that the etching selection ratio becomes large. For example, C 4 F 8
It has been reported that when the etching process is performed using gas, the etching selectivity to resist increases as the polymer film deposition rate increases. Shu, 17a-
SK-5, issued September 16, 1992).
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反応ガ
スとしてフルオロカーボン系ガスを用い、例えば金属膜
上に形成されたシリコン酸化膜をエッチングしてビアホ
ールを形成する際に、平行平板型のＲＩＥ装置を使用し
た場合、図６に示したようにエッチング後のホール側壁
２５には重合膜３４が形成され、この重合膜３４中には
オーバーエッチング時にイオンによりスパッタされた金
属膜２１の再付着物が含まれる。この再付着物は通常の
レジスト２３に対するアッシングでは完全に除去できな
いため、アッシング後のホール２５側壁には図７に示し
たような残留膜３４ａが形成されるという課題があっ
た。この残留膜を除去するためには、化学溶液処理等の
ウエット処理を行う必要があり（月刊Semiconductor Wo
rld １９９３年８月号ｐ．７６〜７９）、工程数が増加
し、製造コストが高くなるという課題があった。However, when a fluorocarbon-based gas is used as a reaction gas and a via hole is formed by etching a silicon oxide film formed on a metal film, for example, a parallel plate type RIE device is used. In this case, as shown in FIG. 6, a polymer film 34 is formed on the side wall 25 of the hole after etching, and the polymer film 34 contains reattachment of the metal film 21 sputtered by ions during overetching. . Since the re-deposited matter cannot be completely removed by the usual ashing for the resist 23, there is a problem that the residual film 34a as shown in FIG. 7 is formed on the side wall of the hole 25 after the ashing. In order to remove this residual film, it is necessary to perform wet treatment such as chemical solution treatment (monthly Semiconductor Wo
rld August 1993 p. 76-79), the number of steps is increased and the manufacturing cost is increased.
【０００８】また、マグネトロンＲＩＥ装置において、
試料を冷却してエッチングを行うことにより、金属膜の
再付着を減少させた事例がある。これは試料を冷却する
ことにより金属膜のスパッタ率を減少させたためであ
り、エッチング後のホール２５側壁に形成された重合膜
４４中には金属膜２１の再付着物が含まれていない（図
８）。このため、図９に示したようにアッシング後のホ
ール２５側壁には残留膜が生じず、ホール２５側壁表面
は滑らかになる（Proc. of 12th Symp. on Dry Proces
s, Tokyo 1990 p.105）。しかしながら、前記試料の冷
却によりテーパ角を有するホール２５が形成され、ホー
ル２５側壁のテーパ角が約７０〜８０度と小さいため、
微細で高アスペクト比のビアホールを形成することは困
難であるという課題があった。In the magnetron RIE apparatus,
In some cases, the redeposition of the metal film is reduced by cooling the sample and performing etching. This is because the sputtering rate of the metal film was decreased by cooling the sample, and the polymer film 44 formed on the side wall of the hole 25 after etching does not include the reattachment of the metal film 21 (FIG. 8). Therefore, as shown in FIG. 9, no residual film is formed on the side wall of the hole 25 after ashing, and the surface of the side wall of the hole 25 becomes smooth (Proc. Of 12th Symp. On Dry Proces).
s, Tokyo 1990 p.105). However, since the hole 25 having a taper angle is formed by cooling the sample and the taper angle of the side wall of the hole 25 is as small as about 70 to 80 degrees,
There is a problem that it is difficult to form a fine via hole having a high aspect ratio.
【０００９】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、金属膜上に形成されたシリコン酸化膜に
ビアホール等を形成する場合において、シリコン酸化膜
のエッチング速度を大きな値で維持することができなが
ら、しかも金属膜に対するエッチング選択比を大きな値
で維持することができ、またレジストのアッシング後に
おけるホール内部への残留膜の形成を防止することがで
き、さらにホール側壁の形状を略垂直形状にすることが
できるドライエッチング方法を提供することを目的とし
ている。The present invention has been made in view of the above problems, and maintains a high etching rate of a silicon oxide film when a via hole or the like is formed in a silicon oxide film formed on a metal film. In addition, the etching selectivity to the metal film can be maintained at a large value, formation of a residual film inside the hole after resist ashing can be prevented, and the shape of the side wall of the hole can be further improved. It is an object of the present invention to provide a dry etching method capable of forming a substantially vertical shape.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく、導入した反応ガスにマイクロ波による高周
波電界と励磁コイルにより形成される磁界とを作用させ
てプラズマを発生させることにより指向性の高いプラズ
マを発生させた場合、ホール側壁への重合膜の形成はほ
とんどなく、また前記ホール底部に重合膜が形成されや
すいことに着目した。特に、このホール底部の前記重合
膜によって金属膜をスパッタから保護することを考えた
のである。しかし、試料表面に照射されるイオンのエネ
ルギーが小さ過ぎると、イオンの指向性が低下し、前記
ホール底部への前記重合膜の形成が増加し、シリコン酸
化膜のエッチング速度自体が急速に低下する。あるいは
逆にイオンのエネルギーが大き過ぎると、前記重合膜の
形成速度以上に金属膜のスパッタ速度が大きくなるた
め、該金属膜がスパッタされ、前記シリコン酸化膜のエ
ッチング速度が増加するにもかかわらず、前記金属膜に
対するエッチング選択比が減少する。すなわち、本発明
者はさらに最適なイオンのエネルギー範囲があることを
発見したのである。In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor applies a high frequency electric field by microwaves and a magnetic field formed by an exciting coil to the introduced reaction gas to generate plasma. It was noted that when plasma with high directivity was generated, a polymerized film was hardly formed on the side wall of the hole, and the polymerized film was easily formed on the bottom of the hole. In particular, it was considered to protect the metal film from sputtering by the polymerized film at the bottom of the hole. However, when the energy of the ions irradiated on the sample surface is too small, the ion directivity is lowered, the formation of the polymerized film at the bottom of the hole is increased, and the etching rate itself of the silicon oxide film is rapidly decreased. . On the contrary, if the energy of the ions is too high, the sputter rate of the metal film becomes higher than the formation rate of the polymer film, so that the metal film is sputtered and the etching rate of the silicon oxide film increases. The etching selectivity with respect to the metal film is reduced. That is, the present inventor discovered that there is a more optimal ion energy range.
【００１１】すなわち、上記目的を達成するために本発
明に係るドライエッチング方法は、導入した反応ガスに
マイクロ波による高周波電界と励磁コイルにより形成さ
れる磁界とを作用させてプラズマ生成室内でプラズマを
発生させると共に、該プラズマを前記磁界により前記プ
ラズマ生成室と連通している試料室に導き、該試料室内
に配置された試料の金属膜上に形成されたシリコン酸化
膜にエッチング処理を施すドライエッチング方法におい
て、前記反応ガスとしてフルオロカーボン系ガスを用
い、かつ前記試料に照射されるイオンのエネルギーを２
００ｅＶから４００ｅＶまでの範囲に制御することを特
徴としている。That is, in order to achieve the above object, the dry etching method according to the present invention applies a high frequency electric field by microwaves and a magnetic field formed by an exciting coil to the introduced reaction gas to generate plasma in the plasma generating chamber. Dry etching in which the plasma is introduced into the sample chamber communicating with the plasma generation chamber by the magnetic field and the silicon oxide film formed on the metal film of the sample placed in the sample chamber is etched. In the method, a fluorocarbon-based gas is used as the reaction gas, and the energy of the ions irradiated on the sample is 2
It is characterized by controlling in the range from 00 eV to 400 eV.
【００１２】[0012]
【作用】導入した反応ガスにマイクロ波による高周波電
界と励磁コイルにより形成される磁界とを作用させてプ
ラズマを発生させる、特に電子サイクロトロン共鳴を利
用してプラズマを発生させる場合には、１０-4〜１０-2
Ｔｏｒｒの低ガス圧力領域において指向性の良いプラズ
マを発生させることが可能であり、ホール側壁への重合
膜の形成はほとんどなく前記ホール底部に重合膜が形成
されやすい。[Function] When a high frequency electric field generated by microwaves and a magnetic field formed by an exciting coil are applied to the introduced reaction gas to generate plasma, particularly when plasma is generated by utilizing electron cyclotron resonance, 10 −4 -10 -2
Plasma with good directivity can be generated in the low gas pressure region of Torr, and there is almost no formation of a polymerized film on the side wall of the hole, and the polymerized film is easily formed on the bottom of the hole.
【００１３】また、反応ガスとしてフルオロカーボン系
ガスを用いた場合、プラズマ中で反応ガスが解離し、こ
の解離したフルオロカーボン系ラジカル種が試料表面上
に重合膜として堆積する。この重合膜は前記シリコン酸
化膜上では前記重合膜中のＦ、Ｃが前記シリコン酸化膜
中のＳｉ、Ｏと各々反応し、ＳｉＦｘ（ｘ＝１〜４）や
ＣＯｘ（ｘ＝１〜２）等の反応生成物を形成して真空中
へと脱離する。すなわち前記シリコン酸化膜のエッチン
グは進行する。これに対し、膜中に酸素を含まない金属
膜上では、重合膜は反応せずに堆積するのみである。When a fluorocarbon-based gas is used as the reaction gas, the reaction gas is dissociated in plasma, and the dissociated fluorocarbon-based radical species are deposited as a polymerized film on the surface of the sample. In the polymerized film, F and C in the polymerized film react with Si and O in the silicon oxide film on the silicon oxide film, and SiFx (x = 1 to 4) and COx (x = 1 to 2). Form a reaction product and desorb into a vacuum. That is, the etching of the silicon oxide film proceeds. On the other hand, on the metal film that does not contain oxygen in the film, the polymerized film does not react and is only deposited.
【００１４】したがって、反応ガスとしてフルオロカー
ボン系ガスを用い、マイクロ波による高周波電界と励磁
コイルにより形成される磁界とを作用させてプラズマを
発生させる、特に電子サイクロトロン共鳴を利用してプ
ラズマを発生させる場合には、まずホール側壁への前記
重合膜の形成がほとんどないため、微細で高アスペクト
比の前記ホールに対してもエッチング形状すなわち前記
ホール内テーパ角を垂直に近づけやすくなり、また前記
ホール底部に前記重合膜が形成されやすいため、この重
合膜は下地がシリコン酸化膜である間はエッチッングが
進行するが、下地が金属膜となった場合は、該金属膜表
面上に堆積したままとなり、該金属膜をスパッタから保
護することが可能となる。Therefore, when a fluorocarbon gas is used as a reaction gas and a high frequency electric field generated by microwaves and a magnetic field formed by an exciting coil are caused to generate plasma, particularly when plasma is generated using electron cyclotron resonance. First, since there is almost no formation of the polymerized film on the side wall of the hole, it becomes easy to make the etching shape, that is, the taper angle within the hole, close to vertical even for the fine hole with a high aspect ratio, and Since the polymerized film is easily formed, etching progresses in the polymerized film while the base is a silicon oxide film, but when the base is a metal film, it remains deposited on the surface of the metal film. It is possible to protect the metal film from spatter.
【００１５】さらに、イオンのエネルギーが２００ｅＶ
以上である場合は、前記ホール底部への前記重合膜の過
度の堆積による前記シリコン酸化膜自体のエッチング速
度の低下を防ぎ、またイオンのエネルギーが４００ｅＶ
以下である場合は、前記ホール底部の前記重合膜の形成
速度以上に前記ホール底部のスパッタ速度が大きくな
り、前記金属膜がスパッタされ、前記シリコン酸化膜の
エッチング速度が増加するにもかかわらず、前記金属膜
に対するエッチング選択比が減少することを防ぐことが
可能となる。Further, the ion energy is 200 eV.
In the above case, the etching rate of the silicon oxide film itself is prevented from lowering due to excessive deposition of the polymerized film on the bottom of the hole, and the ion energy is 400 eV.
If the following, the sputtering rate of the hole bottom becomes higher than the formation rate of the polymerized film at the bottom of the hole, the metal film is sputtered, and the etching rate of the silicon oxide film increases, It is possible to prevent the etching selection ratio with respect to the metal film from decreasing.
【００１６】したがって、上記した構成のドライエッチ
ング方法によれば、金属膜上に形成されたシリコン酸化
膜にビアホール等を形成する場合において、前記シリコ
ン酸化膜のエッチング速度が大きな値に維持されなが
ら、しかも前記金属膜に対するエッチング選択比が良好
なエッチングが行われ、また前記金属膜に対するイオン
によるスパッタが緩和され、レジストのアッシング後に
おける前記ホール内部への残留膜の形成が防止され、該
残留膜除去のためのウエット処理工程を省略することが
可能となり、さらに前記ホール側壁の形状を略垂直形状
にすることが可能となる。Therefore, according to the dry etching method having the above-mentioned structure, when a via hole or the like is formed in the silicon oxide film formed on the metal film, the etching rate of the silicon oxide film is maintained at a high value, Moreover, etching with a good etching selection ratio to the metal film is performed, and sputtering by ions to the metal film is mitigated, formation of a residual film inside the hole after resist ashing is prevented, and removal of the residual film is performed. It is possible to omit the wet processing step for, and it is possible to make the shape of the side wall of the hole substantially vertical.
【００１７】また、マイクロ波による高周波電界と励磁
コイルにより形成される磁界とを作用させてプラズマを
発生させるので、試料台に電極を埋設して高周波を印加
する手段等により容易にイオンのエネルギーを制御する
ことが可能となる。すなわち、前記試料台に埋設された
前記電極に印加する高周波電力を変化させることによっ
て試料表面に照射されるイオンのエネルギーを独立して
制御することが可能である。ちなみにイオンの最大加速
電圧Ｖmax は、Ｖmax ＝｜Ｖｄｃ｜＋Ｖｐｐ／２の式で
定義される。ここで、Ｖｄｃは高周波を印加することに
よって発生する自己バイアス電圧であって負の値を持
ち、Ｖｐｐは高周波電源から供給される正弦波電圧の振
幅の２倍の電圧である。Further, since the high frequency electric field generated by the microwave and the magnetic field formed by the exciting coil are caused to generate plasma, the energy of the ions can be easily generated by the means for burying the electrode in the sample stage and applying the high frequency. It becomes possible to control. That is, it is possible to independently control the energy of the ions irradiated on the sample surface by changing the high frequency power applied to the electrode embedded in the sample stage. Incidentally, the maximum accelerating voltage Vmax of ions is defined by the equation of Vmax = | Vdc | + Vpp / 2. Here, Vdc is a self-bias voltage generated by applying a high frequency and has a negative value, and Vpp is a voltage twice the amplitude of the sine wave voltage supplied from the high frequency power supply.
【００１８】さらにフルオロカーボン系ガスにＯ2 ガス
が含まれている場合は、ホール側壁の形状をより一層垂
直形状に近づけることが可能となる。Further, when the fluorocarbon-based gas contains O 2 gas, the shape of the side wall of the hole can be made closer to the vertical shape.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、本発明に係るドライエッチング方法の
実施例を図面に基づいて説明する。実施例に係るドライ
エッチング方法に用いた装置は、電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）励起を利用するプラズマ処理装置であり、
図１中１１はプラズマ生成室を示している。プラズマ生
成室１１の周壁は２重構造に構成されており、その内部
には冷却水の流通室１１ａが形成され、また上部壁中央
の石英ガラス板１１ｂにより封止されたマイクロ波導入
口１１ｃが形成され、さらに下部壁中央にはマイクロ波
導入口１１ｃと対向する位置にはプラズマ引き出し窓１
１ｄが形成されている。マイクロ波導入口１１ｃには他
端がマイクロ波発振器（図示せず）に接続された導波管
１２の一端が接続され、またプラズマ引き出し窓１１ｄ
に臨ませて試料室１３が配設されている。さらにプラズ
マ生成室１１及びこれに接続された導波管１２の一端部
にわたってこれらを囲繞する態様でこれらと同心状に励
磁コイル１４が配設されている。Embodiments of the dry etching method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The apparatus used in the dry etching method according to the example is a plasma processing apparatus using electron cyclotron resonance (ECR) excitation,
Reference numeral 11 in FIG. 1 denotes a plasma generation chamber. The peripheral wall of the plasma generation chamber 11 has a double structure, and a cooling water flow chamber 11a is formed therein, and a microwave inlet 11c sealed by a quartz glass plate 11b at the center of the upper wall is formed. Further, in the center of the lower wall, the plasma extraction window 1 is provided at a position facing the microwave introduction port 11c.
1d is formed. The microwave inlet 11c is connected to one end of a waveguide 12 whose other end is connected to a microwave oscillator (not shown), and a plasma extraction window 11d.
A sample chamber 13 is arranged so as to face the above. Further, an exciting coil 14 is arranged concentrically with the plasma generation chamber 11 and the waveguide 12 connected to the plasma generation chamber 11 so as to surround them.
【００２０】一方試料室１３内にはプラズマ引き出し窓
１１ｄと対向する位置に試料Ｓを載置するための試料台
１７が配設されている。この試料台１７には電極１５が
埋設され、電極１５には高周波電源であるＲＦ電源１６
が接続されており、このＲＦ電源１６の印加電圧は調節
できるようになっている。また試料室１３の下部壁に
は、図示しない排気装置に接続される排気口１３ａが形
成されている。On the other hand, in the sample chamber 13, a sample table 17 for mounting the sample S is arranged at a position facing the plasma extraction window 11d. An electrode 15 is embedded in the sample table 17, and an RF power source 16 which is a high frequency power source is embedded in the electrode 15.
Are connected, and the applied voltage of the RF power source 16 can be adjusted. An exhaust port 13a connected to an exhaust device (not shown) is formed in the lower wall of the sample chamber 13.
【００２１】また図中１１ｇはプラズマ生成室１１に連
なる反応ガス供給系を示しており、１３ｇは試料室１３
に連なる反応ガス供給系を示しており、１１ｈ、１１ｉ
は冷却水の供給系、排出系を示している。In the figure, 11g shows a reaction gas supply system connected to the plasma generation chamber 11, and 13g shows a sample chamber 13.
Shows a reaction gas supply system connected to
Indicates a cooling water supply system and a cooling water supply system.
【００２２】このように構成されたエッチング装置を用
いて試料Ｓ表面をエッチングする場合、プラズマ生成室
１１及び試料室１３内を所定の真空度に設定した後、プ
ラズマ生成室１１内に反応ガス供給系１１ｇ又は反応ガ
ス供給系１３ｇを通じて所要のガス圧力が得られるよう
にガスを供給し、励磁コイル１４により電子サイクロト
ロン共鳴励起に必要な磁界を形成しつつマイクロ波導入
口１１ｃを通じてプラズマ生成室１１内にマイクロ波を
導入し、プラズマ生成室１１を空洞共振器としてガスを
共鳴励起させ、プラズマを生成させる。生成したプラズ
マは励磁コイル１４により形成される試料室１３側に向
かうに従い磁束密度が低下する発散磁界によって試料室
１３内の試料Ｓ及び試料Ｓ周辺に投射される。このとき
同時に、ＲＦ電源１６から電極１５に印加する高周波電
圧を調節し、試料Ｓ表面に照射されるイオンのエネルギ
ー及び運動方向を制御して試料Ｓ表面をエッチングす
る。When the surface of the sample S is etched by using the etching apparatus configured as described above, the inside of the plasma generation chamber 11 and the sample chamber 13 is set to a predetermined vacuum degree, and then the reaction gas is supplied into the plasma generation chamber 11. A gas is supplied through a system 11g or a reaction gas supply system 13g so that a required gas pressure is obtained, and a magnetic field required for electron cyclotron resonance excitation is formed by an exciting coil 14 into the plasma generation chamber 11 through a microwave introduction port 11c. A microwave is introduced, and the gas is resonantly excited by using the plasma generation chamber 11 as a cavity resonator to generate plasma. The generated plasma is projected onto the sample S in the sample chamber 13 and the periphery of the sample S by a divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the sample chamber 13 side formed by the exciting coil 14. At the same time, the high frequency voltage applied from the RF power source 16 to the electrode 15 is adjusted to control the energy and movement direction of the ions irradiated on the surface of the sample S to etch the surface of the sample S.
【００２３】上記した構成のプラズマ処理装置を用い、
試料Ｓとして、ＡｌまたはＴｉからなる金属膜上にシリ
コン酸化膜が形成され、該シリコン酸化膜上にレジスト
パターンが形成された直径が６インチのシリコンウエハ
を用い、この試料Ｓを試料台１７にセットした。次に、
反応ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガスを用い、Ｃ4 Ｆ8 ガスの流
量を２５ｓｃｃｍ、ガス圧力を１ｍＴｏｒｒにそれぞれ
設定してガス供給系１１ｇからプラズマ生成室１１内に
導入した。また電極１５に印加するＲＦ電源１６からの
高周波電圧を変化させ、試料Ｓに照射されるイオンのエ
ネルギーを種々に変えて前記シリコン酸化膜のエッチン
グを行った。エッチング処理の後、前記シリコン酸化膜
のエッチング速度及び前記Ａｌ膜及び前記Ｔｉ膜に対す
るエッチング選択比を測定した。Using the plasma processing apparatus having the above structure,
As the sample S, a silicon wafer having a diameter of 6 inches in which a silicon oxide film is formed on a metal film made of Al or Ti and a resist pattern is formed on the silicon oxide film is used. Set next,
C 4 F 8 gas was used as the reaction gas, the flow rate of the C 4 F 8 gas was set to 25 sccm, and the gas pressure was set to 1 mTorr, and the gas was introduced into the plasma generation chamber 11 from the gas supply system 11 g. Further, the silicon oxide film was etched by changing the high frequency voltage from the RF power source 16 applied to the electrode 15 to change the energy of the ions irradiated on the sample S variously. After the etching treatment, the etching rate of the silicon oxide film and the etching selectivity with respect to the Al film and the Ti film were measured.
【００２４】上記エッチング処理において、ＲＦ電源１
６として４００ＫＨｚの高周波電源を使用し、マイクロ
波の周波数を２．４５ＧＨｚに、前記マイクロ波の供給
電力を１５００Ｗにそれぞれ設定した。また照射イオン
エネルギー（Ｖmax ）の値は、上記エッチング処理前に
同一の条件下でプラズマを発生させ、自己バイアス電圧
（Ｖｄｃ）及びＲＦ電源から供給される正弦波電圧の２
倍（Ｖｐｐ）を測定し、Ｖmax ＝｜Ｖｄｃ｜＋Ｖｐｐ／
２の式により求めておいた。さらに前記シリコン酸化
膜、前記Ａｌ膜及び前記Ｔｉ膜のエッチング速度は走査
型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による測定から求めた。その結
果を図２に示す。In the above etching process, the RF power source 1
A high frequency power source of 400 KHz was used as 6, the microwave frequency was set to 2.45 GHz, and the microwave power supply was set to 1500 W. The value of the irradiation ion energy (Vmax) is 2 of the self-bias voltage (Vdc) and the sine wave voltage supplied from the RF power supply, which is generated under the same conditions before the etching process.
Double (Vpp) is measured and Vmax = | Vdc | + Vpp /
It was calculated by the equation of 2. Further, the etching rates of the silicon oxide film, the Al film and the Ti film were obtained by measurement with a scanning electron microscope (SEM). The result is shown in FIG.
【００２５】図２に示したように、試料Ｓへの照射イオ
ンエネルギーの値が２００ｅＶ未満の領域では、Ａｌ膜
及びＴｉ膜に対するエッチング選択比は大きな値を示す
ものの、シリコン酸化膜のエッチング速度が約３５０ｎ
ｍ／ｍｉｎから急速に減少している。一方、照射イオン
エネルギーの値が２００ｅＶから４００ｅＶまでの範囲
の領域では、シリコン酸化膜のエッチング速度は約３５
０ｎｍ／ｍｉｎとなり、かつエッチング選択比もＡｌ膜
に対して約４０以上、Ｔｉ膜に対して約５０以上の値が
得られている。しかし照射イオンエネルギーの値が４０
０ｅＶを超える領域では、シリコン酸化膜のエッチング
速度は４００ｎｍ／ｍｉｎ以上に増加するものの、エッ
チング選択比がＡｌ膜に対して約４０以下、Ｔｉ膜に対
して約５０以下にそれぞれ減少している。この結果から
明らかなように、照射イオンエネルギーの値を２００ｅ
Ｖから４００ｅＶまでの範囲に制御することにより、シ
リコン酸化膜のエッチング速度を大きく、しかもＡｌ膜
及びＴｉ膜に対するエッチング選択比を高く維持するこ
とができる。As shown in FIG. 2, in the region where the value of the ion energy applied to the sample S is less than 200 eV, the etching selectivity of the Al film and the Ti film is large, but the etching rate of the silicon oxide film is high. About 350n
It rapidly decreases from m / min. On the other hand, in the region where the value of the irradiation ion energy is 200 eV to 400 eV, the etching rate of the silicon oxide film is about 35.
The value is 0 nm / min, and the etching selectivity is about 40 or more for the Al film and about 50 or more for the Ti film. However, the value of irradiation ion energy is 40
In the region of more than 0 eV, the etching rate of the silicon oxide film increases to 400 nm / min or more, but the etching selectivity decreases to about 40 or less for the Al film and about 50 or less for the Ti film. As is clear from this result, the value of the irradiation ion energy is 200e.
By controlling in the range from V to 400 eV, the etching rate of the silicon oxide film can be increased and the etching selection ratio with respect to the Al film and the Ti film can be maintained high.
【００２６】図３は上記エッチング処理において、照射
イオンエネルギーの値を３００ｅＶに制御した場合の、
シリコン酸化膜２２のエッチング処理後であって、レジ
スト２３のプラズマアッシング前におけるホール２５の
状態を示した模式的断面図である。また、図４はアッシ
ング後におけるホール２５の状態を示した模式的断面図
である。この場合の下地金属膜２１はＡｌ膜である。FIG. 3 shows the case of controlling the irradiation ion energy value to 300 eV in the above etching process.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the state of holes 25 after the etching process of the silicon oxide film 22 and before the plasma ashing of the resist 23. Further, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the state of the holes 25 after ashing. The base metal film 21 in this case is an Al film.
【００２７】図３及び図４から明らかなように、シリコ
ン酸化膜２２のエッチング後のホール２５側壁のテーパ
角θは約８５度以上になっており、ホール２５側壁の形
状を略垂直形状にすることができた。また、レジスト２
３のプラズマアッシング前のホール２５底部には重合膜
２４が形成されているが、ホール２５側壁には重合膜２
４がほとんど形成されておらず、アッシング後にはホー
ル２５底部の重合膜２４は完全に除去されている。この
ように照射イオンエネルギーの値を３００ｅＶに制御す
ることにより、シリコン酸化膜２２のエッチング中にホ
ール２５底部に重合膜２４を堆積させることができ、金
属膜２１のスパッタを低減し、スパッタされた金属がホ
ール２５側壁等に再付着するのを防止してアッシング後
のホール２５内部に残留膜が形成されないようにするこ
とができる。従って、該残留膜除去のためのウエット処
理工程を省略して製造コストを削減することができる。As is apparent from FIGS. 3 and 4, the taper angle θ of the side wall of the hole 25 after etching the silicon oxide film 22 is about 85 degrees or more, and the side wall of the hole 25 is formed into a substantially vertical shape. I was able to. Also, the resist 2
The polymerized film 24 is formed on the bottom of the hole 25 before the plasma ashing of FIG.
4 was hardly formed, and the polymerized film 24 at the bottom of the hole 25 was completely removed after the ashing. By controlling the value of the irradiation ion energy to 300 eV in this way, the polymerized film 24 can be deposited at the bottom of the hole 25 during the etching of the silicon oxide film 22, the sputtering of the metal film 21 is reduced, and the sputtering is performed. It is possible to prevent the metal from redepositing on the side wall of the hole 25 and the like so that a residual film is not formed inside the hole 25 after ashing. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by omitting the wet treatment step for removing the residual film.
【００２８】さらに、前記高周波電界と前記磁界とを作
用させるため、１０-4〜１０-2Ｔｏｒｒの低ガス圧力領
域で活性度の高いプラズマが生成され、異方性に優れた
エッチングを行うことができ、このためホール２５側壁
に重合膜が形成されず、エッチング後のホール２５側壁
の形状を略垂直形状にすることができ、微細で高アスペ
クト比の前記ビアホールを形成することができる。Further, since the high frequency electric field and the magnetic field are caused to act, plasma having high activity is generated in a low gas pressure region of 10 −4 to 10 −2 Torr, and etching having excellent anisotropy is performed. Therefore, a polymer film is not formed on the side wall of the hole 25, and the side wall of the hole 25 after etching can be formed into a substantially vertical shape, and the via hole having a fine and high aspect ratio can be formed.
【００２９】なお、本実施例では反応ガスとしてＣ4 Ｆ
8 ガスを用いた場合を例とって説明したが、その他ＣＦ
4 ガス、Ｃ2 Ｆ6 ガス、Ｃ3 Ｆ8 ガス及びＣ5 Ｆ10ガス
等のフルオロカーボンガスを単独で用いても本実施例に
おける効果と同様の効果を得ることができる。In this example, C 4 F was used as the reaction gas.
The case where 8 gases are used has been described as an example, but other CF
Even if a fluorocarbon gas such as 4 gas, C 2 F 6 gas, C 3 F 8 gas, and C 5 F 10 gas is used alone, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
【００３０】また、別の実施例に係るドライエッチング
方法では、反応ガスとしてＣ4 Ｆ8ガスとＯ2 ガスとの
混合比が２：１である混合ガスを用い、ガス流量をＣ4
Ｆ8ガスが２８ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスが１４ｓｃｃｍに、
ガス圧力を１ｍＴｏｒｒにそれぞれ設定し、ガス供給系
１１ｇからプラズマ生成室１１内に導入した。その他の
条件は上記した実施例と同様にしてシリコン酸化膜のエ
ッチングを行った。結果を図５に示す。In the dry etching method according to another embodiment, a mixed gas having a mixing ratio of C 4 F 8 gas and O 2 gas of 2: 1 is used as a reaction gas, and the gas flow rate is C 4.
F 8 gas is 28 sccm, O 2 gas is 14 sccm,
The gas pressure was set to 1 mTorr and introduced into the plasma generation chamber 11 from the gas supply system 11g. The other conditions were the same as in the above-described embodiment, and the silicon oxide film was etched. Results are shown in FIG.
【００３１】図５に示したように、本実施例ではＡｌ膜
及びＴｉ膜に対するエッチング選択比がやや減少してい
るものの、イオンエネルギーの値が２００ｅＶから４０
０ｅＶまでの範囲の領域では、前記シリコン酸化膜のエ
ッチング速度がさらに増大しており、この場合も良好な
エッチング処理を行うことができた。As shown in FIG. 5, in this embodiment, although the etching selectivity to the Al film and the Ti film was slightly decreased, the ion energy value was changed from 200 eV to 40 eV.
In the region up to 0 eV, the etching rate of the silicon oxide film was further increased, and in this case as well, good etching treatment could be performed.
【００３２】本実施例に係るドライエッチ方法において
は、反応ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガスとＯ2 ガスとの混合ガ
スを用いたので、プラズマアッシング前におけるホール
（図示せず）内部には上記した実施例の場合よりも薄い
重合膜が堆積し、前記ホール側壁のテーパ角θは約８７
度以上になっており、該ホール形状をより一層垂直形状
に近づけることができた。In the dry etching method according to the present embodiment, a mixed gas of C 4 F 8 gas and O 2 gas was used as the reaction gas, so that the inside of the hole (not shown) before plasma ashing was described above. A polymer film thinner than that of the embodiment is deposited, and the taper angle θ of the side wall of the hole is about 87.
The hole shape was closer to the vertical shape.
【００３３】なお、本実施例では反応ガスとしてＣ4 Ｆ
8 ガス及びＯ2 ガスの混合ガスを用いた場合を例とって
説明したが、その他ＣＦ4 ガス、Ｃ2 Ｆ6 ガス、Ｃ3 Ｆ
8 ガス及びＣ5 Ｆ10ガス等のフルオロカーボンガスと、
Ｏ2 ガスとの混合ガスを用いてもよく、この場合も本実
施例における効果と同様の効果を得ることができる。In this example, C 4 F was used as the reaction gas.
Although the case where a mixed gas of 8 gas and O 2 gas is used has been described as an example, other CF 4 gas, C 2 F 6 gas, C 3 F
Fluorocarbon gas such as 8 gas and C 5 F 10 gas,
A mixed gas with O 2 gas may be used, and also in this case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るドライ
エッチング方法においては、マイクロ波による高周波電
界と励磁コイルにより形成される磁界とを作用させてプ
ラズマ生成室でプラズマを発生させると共に、該プラズ
マを前記磁界により前記プラズマ生成室を連通している
試料室に導き、該試料室内に配置された試料の金属膜上
に形成されたシリコン酸化膜にエッチング処理を施すド
ライエッチング方法において、前記反応ガスとしてフル
オロカーボン系ガスを用い、かつ前記試料に照射される
イオンのエネルギーを２００ｅＶから４００ｅＶまでの
範囲に制御するので、例えば前記シリコン酸化膜にビア
ホールを形成する場合、前記シリコン酸化膜のエッチン
グ速度を大きな値に維持することができながら、しかも
前記金属膜に対するエッチング選択比が良好なエッチン
グを行うことができる。As described in detail above, in the dry etching method according to the present invention, a high frequency electric field generated by microwaves and a magnetic field formed by an exciting coil are caused to act to generate plasma in the plasma generating chamber, and In the dry etching method, the plasma is introduced into the sample chamber communicating with the plasma generation chamber by the magnetic field, and the silicon oxide film formed on the metal film of the sample placed in the sample chamber is etched. Since a fluorocarbon-based gas is used as the gas and the energy of the ions with which the sample is irradiated is controlled within the range of 200 eV to 400 eV, for example, when forming a via hole in the silicon oxide film, the etching rate of the silicon oxide film is It is possible to maintain a large value, It can etch selectivity perform good etching.
【００３５】また、フルオロカーボン系ガスを用いるた
め、前記金属膜が酸素を含まない場合、エッチング中の
ホール底部に重合膜を堆積させることができ、前記金属
膜に対するイオンによるスパッタを緩和し、スパッタさ
れた金属の前記ホール側壁等への再付着を防止してレジ
ストアッシング後の前記ホール内部に残留膜が形成され
ないようにすることができる。従って、該残留膜除去の
ためのウエット処理工程を省略して製造コストを削減す
ることができる。Further, since the fluorocarbon-based gas is used, when the metal film does not contain oxygen, a polymer film can be deposited on the bottom of the hole during etching, and the sputtering by ions to the metal film is relaxed and sputtered. It is possible to prevent redeposition of the metal on the side wall of the hole or the like to prevent a residual film from being formed inside the hole after resist ashing. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by omitting the wet treatment step for removing the residual film.
【００３６】さらに、前記高周波電界と前記磁界とを作
用させるため、１０-4〜１０-2Ｔｏｒｒの低ガス圧力領
域で活性度の高いプラズマが生成され、異方性に優れた
エッチングを行うことができる。このため、前記ホール
側壁に前記重合膜が形成されず、エッチング後の前記ホ
ール側壁の形状を略垂直形状にすることができ、微細で
高アスペクト比の前記ビアホールを形成することができ
る。Further, since the high frequency electric field and the magnetic field are caused to act, plasma with high activity is generated in a low gas pressure region of 10 −4 to 10 −2 Torr, and etching with excellent anisotropy is performed. You can Therefore, the polymerized film is not formed on the side wall of the hole, and the shape of the side wall of the hole after etching can be made substantially vertical, and the via hole having a fine and high aspect ratio can be formed.
【００３７】また、前記フルオロカーボン系ガスにＯ2
ガスが含まれている場合は、ホール側壁の形状をより一
層垂直形状に近づけることができる。Further, O 2 is added to the fluorocarbon gas.
When the gas is contained, the shape of the side wall of the hole can be made closer to the vertical shape.
【図１】本発明の実施例に係るドライエッチング方法の
実施に用いた有磁場マイクロ波プラズマ装置を模式的に
示した縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing a magnetic field microwave plasma apparatus used for carrying out a dry etching method according to an example of the present invention.
【図２】実施例に係るドライエッチング方法において、
イオンエネルギーを変化させた場合の、シリコン酸化膜
のエッチング速度と、Ａｌ膜及びＴｉ膜に対するエッチ
ング選択比とを示したグラフである。FIG. 2 shows a dry etching method according to an embodiment,
6 is a graph showing an etching rate of a silicon oxide film and an etching selection ratio for an Al film and a Ti film when the ion energy is changed.
【図３】実施例に係るドライエッチング方法において、
照射イオンエネルギーの値を３００ｅＶに制御した場合
の、レジストのアッシング前におけるホールの状態を示
した模式的断面図である。FIG. 3 shows a dry etching method according to an embodiment.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state of holes before ashing of a resist when the value of irradiation ion energy is controlled to 300 eV.
【図４】実施例に係るドライエッチング方法において、
照射イオンエネルギーの値を３００ｅＶに制御した場合
の、レジストのアッシング後におけるホールの状態を示
した模式的断面図である。FIG. 4 shows a dry etching method according to an embodiment.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the state of holes after ashing of a resist when the value of irradiation ion energy is controlled to 300 eV.
【図５】別の実施例に係るドライエッチング方法におい
て、イオンエネルギーを変化させた場合の、シリコン酸
化膜のエッチング速度と、Ａｌ膜及びＴｉ膜に対するエ
ッチング選択比とを示したグラフである。FIG. 5 is a graph showing an etching rate of a silicon oxide film and an etching selection ratio for an Al film and a Ti film when ion energy is changed in a dry etching method according to another embodiment.
【図６】ＲＩＥ装置を用い、フルオロカーボン系ガスを
用いた従来のドライエッチング方法におけるレジストの
アッシング前のホールの状態を示した模式的断面図であ
る。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state of holes before ashing of a resist in a conventional dry etching method using a fluorocarbon gas by using an RIE apparatus.
【図７】ＲＩＥ装置を用い、フルオロカーボン系ガスを
用いた従来のドライエッチング方法におけるレジストの
アッシング後のホールの状態を示した模式的断面図であ
る。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the state of holes after resist ashing in a conventional dry etching method using a fluorocarbon-based gas, using an RIE apparatus.
【図８】磁場を用いたマグネトロンＲＩＥ装置を用い、
フルオロカーボン系ガスを用いた従来のドライエッチン
グ方法におけるレジストのアッシング前のホールの状態
を示した模式的断面図である。FIG. 8 shows a magnetron RIE device using a magnetic field,
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state of holes before ashing of a resist in a conventional dry etching method using a fluorocarbon gas.
【図９】磁場を用いたマグネトロンＲＩＥ装置を用い、
フルオロカーボン系ガスを用いた従来のドライエッチン
グ方法におけるレジストのアッシング後のホールの状態
を示した模式的断面図である。FIG. 9 shows a magnetron RIE device using a magnetic field,
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state of holes after resist ashing in a conventional dry etching method using a fluorocarbon-based gas.
１１ プラズマ生成室 １３ 試料室 １４ 励磁コイル Ｓ 試料 11 Plasma generation chamber 13 Sample chamber 14 Excitation coil S Sample
Claims (1)
周波電界と励磁コイルにより形成される磁界とを作用さ
せてプラズマ生成室内でプラズマを発生させると共に、
該プラズマを前記磁界により前記プラズマ生成室と連通
している試料室に導き、該試料室内に配置された試料の
金属膜上に形成されたシリコン酸化膜にエッチング処理
を施すドライエッチング方法において、前記反応ガスと
してフルオロカーボン系ガスを用い、かつ前記試料に照
射されるイオンのエネルギーを２００ｅＶから４００ｅ
Ｖまでの範囲に制御することを特徴とするドライエッチ
ング方法。1. A high-frequency electric field generated by microwaves and a magnetic field formed by an exciting coil act on the introduced reaction gas to generate plasma in the plasma generation chamber, and
In the dry etching method, the plasma is introduced into the sample chamber communicating with the plasma generation chamber by the magnetic field, and the silicon oxide film formed on the metal film of the sample arranged in the sample chamber is subjected to etching treatment. A fluorocarbon-based gas is used as the reaction gas, and the energy of the ions with which the sample is irradiated is from 200 eV to 400 e.
A dry etching method characterized by controlling to a range up to V.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23826493A JPH0794482A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23826493A JPH0794482A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Dry etching method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794482A true JPH0794482A (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=17027600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23826493A Pending JPH0794482A (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Dry etching method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794482A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003043072A1 (en) * | 2001-11-14 | 2003-05-22 | Tokyo Electron Limited | Etching method and plasma etcher |
| KR100731331B1 (en) * | 1997-01-08 | 2007-10-01 | 동경 엘렉트론 주식회사 | Dry etching method |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP23826493A patent/JPH0794482A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100731331B1 (en) * | 1997-01-08 | 2007-10-01 | 동경 엘렉트론 주식회사 | Dry etching method |
| WO2003043072A1 (en) * | 2001-11-14 | 2003-05-22 | Tokyo Electron Limited | Etching method and plasma etcher |
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