JPH0817804A - Plasma etching method - Google Patents
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- JPH0817804A JPH0817804A JP15247594A JP15247594A JPH0817804A JP H0817804 A JPH0817804 A JP H0817804A JP 15247594 A JP15247594 A JP 15247594A JP 15247594 A JP15247594 A JP 15247594A JP H0817804 A JPH0817804 A JP H0817804A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマエッチング方法
に関し、さらに詳しくは同一のエッチングチャンバ内で
連続的に多数回のエッチング処理を重ねても、安定で均
一なエッチング特性が得られるＳｉ系材料層のプラズマ
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 plasma etching method, and more particularly to a Si-based material layer capable of obtaining stable and uniform etching characteristics even if a plurality of etching treatments are successively repeated in the same etching chamber. The present invention relates to a plasma etching method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化されるに伴い、プラズマエッチング等の微細加工技
術に対する要求は一段と厳しさを増している。中でも、
多結晶シリコンや高融点金属シリサイドを用いたＭＩＳ
ＦＥＴのゲート電極や、Ｓｉ基板へのトレンチ加工にお
いては、高異方性、高選択比、高エッチングレート、低
汚染そして低ダメージ等の諸要求を高いレベルで満足さ
せ得るプラズマエッチング方法が要求される。2. Description of the Related Art As semiconductor device design rules such as LSI are miniaturized from a level of half micron to quarter micron, requirements for microfabrication techniques such as plasma etching are becoming more severe. Above all,
MIS using polycrystalline silicon or refractory metal silicide
A plasma etching method capable of satisfying various requirements such as high anisotropy, high selection ratio, high etching rate, low pollution and low damage at a high level is required in the trench processing of a gate electrode of a FET or a Si substrate. It
【０００３】サイドエッチングのない高異方性エッチン
グと下地絶縁膜との高選択比を両立するエッチングガス
として、近年Ｃｌ（塩素）系ガス、Ｂｒ（臭素）系ガス
あるいはＩ（ヨウ素）系ガスを含むエッチングガスが有
効とされている。これは、Ｂｒラジカル（Ｂｒ* ）やＣ
ｌラジカル（Ｃｌ* ）あるいはＩラジカル（Ｉ* ）の化
学的活性が、通常用いられるＣＦ4 等Ｆ（フッ素）系ガ
スから生成するＦラジカル（Ｆ* ）よりも小さいため、
ラジカル反応主体による等方性エッチングを抑制できる
ためである。In recent years, Cl (chlorine) -based gas, Br (bromine) -based gas or I (iodine) -based gas has been used as an etching gas that achieves both high anisotropic etching without side etching and high selectivity with respect to the underlying insulating film. The etching gas containing it is said to be effective. This is Br radical (Br * ) or C
Since the chemical activity of the l radical (Cl * ) or the I radical (I * ) is smaller than that of the F radical (F * ) generated from an F (fluorine) -based gas such as CF 4 which is usually used,
This is because it is possible to suppress isotropic etching caused by radical reaction.
【０００４】またエッチングの反応生成物であるＳｉＢ
ｒx やＳｉＣｌx あるいはＳｉＩxが被エッチング基板
上に堆積し、イオン入射の少ないパターン側面に残留し
て側壁保護膜を形成するので、ラジカルのアタックや垂
直方向以外からの入射イオンからパターン側面を保護す
る効果が期待されるためでもある。SiB which is a reaction product of etching
Since r x , SiCl x, or SiI x is deposited on the substrate to be etched and remains on the side surface of the pattern with a small amount of ion incidence to form a side wall protective film, the side surface of the pattern may be attacked by radical attacks or incident ions from directions other than the vertical direction. It is also because the effect of protection is expected.
【０００５】これら反応生成物の堆積を助長するととも
に、ラジカル反応をさらに低減するために、被エッチン
グ基板温度を例えば０℃以下に冷却する低温エッチング
が施される。このためには、冷媒等により低温冷却され
た基板ステージに被エッチング基板を静電チャックによ
り密着させ、さらにＨｅ等の熱伝導ガスを基板ステージ
表面から被エッチング基板の裏面に向けて少量流し、熱
伝導効率を高めることが行われる。静電チャックとして
は、エッチングの面内均一性の観点から、単極式静電チ
ャックが一般的である。プラズマエッチング終了後に
は、被エッチング基板上に残留している電荷をＨｅ等の
希ガスプラズマ放電により除去した後、被エッチング基
板を基板ステージから離脱し搬送する。かかる方法の詳
細に関しては、本願出願人が先に出願した特願平５−２
５８６１４号明細書に記載されている。In order to promote the deposition of these reaction products and further reduce the radical reaction, low temperature etching for cooling the substrate temperature to be etched to, for example, 0 ° C. or lower is performed. For this purpose, the substrate to be etched is brought into close contact with the substrate stage cooled to a low temperature with a coolant or the like by an electrostatic chuck, and a small amount of heat-conducting gas such as He is flowed from the surface of the substrate stage toward the back surface of the substrate to be etched to heat the substrate. Increasing the conduction efficiency is performed. As the electrostatic chuck, a single-pole type electrostatic chuck is generally used from the viewpoint of in-plane uniformity of etching. After the plasma etching is completed, the electric charges remaining on the substrate to be etched are removed by plasma discharge of a rare gas such as He, and then the substrate to be etched is separated from the substrate stage and conveyed. For details of this method, refer to Japanese Patent Application No. 5-2 filed previously by the applicant of the present application.
No. 58614.
【０００６】これらＣｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系
ガスを用いてプラズマエッチングする場合においても、
均一で安定なパターニングを施すためには、被エッチン
グ層表面に形成されているＳｉＯ2 をはじめとする自然
酸化膜を予め除去した後、パターニングを施すことが望
ましい。Even when plasma etching is performed using these Cl-based gas, Br-based gas and I-based gas,
In order to perform uniform and stable patterning, it is desirable to perform patterning after previously removing a natural oxide film such as SiO 2 formed on the surface of the layer to be etched.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳｉＢｒx
やＳｉＣｌx あるいはＳｉＩx 等のエッチング反応生成
物は、被エッチング基板上に堆積するとともに、エッチ
ングチャンバ内壁面にも付着する。とりわけ、量産ライ
ンでの連続処理時においては反応生成物の付着量が加算
されてゆくので、蓄積した反応生成物が逆にスパッタア
ウトされてプラズマ雰囲気中に放出される量も増え、エ
ッチングチャンバ内は反応生成物過剰の雰囲気となる。
従ってこの場合には、被エッチング層のエッチングレー
トの低下、パターンのテーパ形状化による寸法変換差の
発生等、プロセスの不安定性を招く一因ともなってい
た。By the way, SiBr x
An etching reaction product such as SiCl x or SiI x deposits on the substrate to be etched and also adheres to the inner wall surface of the etching chamber. In particular, during continuous processing on a mass production line, the amount of reaction products attached is added, so the amount of accumulated reaction products is conversely sputtered out and released into the plasma atmosphere. Becomes an atmosphere of excess reaction products.
Therefore, in this case, it is one of the factors that cause the instability of the process such as the reduction of the etching rate of the layer to be etched and the occurrence of the dimensional conversion difference due to the taper of the pattern.
【０００８】また上述の反応生成物は酸化され易い物質
であるので、プラズマエッチング終了後エッチングチャ
ンバ内を大気解放したり、レジストマスクをアッシング
する場合には酸化物に変換され、これが剥離してパーテ
ィクル汚染の原因ともなっていた。Further, since the above-mentioned reaction product is a substance which is easily oxidized, it is converted to an oxide when the inside of the etching chamber is exposed to the atmosphere after the plasma etching is completed or the resist mask is ashed, and this is exfoliated to form particles. It was also the cause of pollution.
【０００９】エッチングチャンバ内壁に付着したこれら
反応生成物は、例えば数十枚の被エッチング基板を連続
的に処理する各ロット終了毎に、Ｆ系ガスによるドライ
クリーニングを行って除去する方法が採られている。し
かし連続的処理中に徐々に蓄積する反応生成物によるプ
ロセスの変動には対応できないのが現状であった。A method is adopted in which these reaction products adhering to the inner wall of the etching chamber are removed by performing dry cleaning with an F-based gas at the end of each lot in which several tens of substrates to be etched are continuously processed. ing. However, the current situation is that it is not possible to deal with process fluctuations due to reaction products that gradually accumulate during continuous processing.
【００１０】そこで本発明の課題は、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ
系ガスやＩ系ガスを含むエッチングガスにより、被エッ
チング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズマ
エッチング方法において、エッチングチャンバ内壁への
反応生成物の堆積に起因するプロセスの不安定性を排除
し、これにより安定で均一なパターン形状が得られるプ
ラズマエッチング方法を提供することである。Therefore, the object of the present invention is to provide a Cl type gas and Br.
In a plasma etching method for etching a Si-based material layer on a substrate to be etched with an etching gas containing a system gas or an I-based gas, process instability resulting from deposition of reaction products on an inner wall of an etching chamber is eliminated, Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma etching method capable of obtaining a stable and uniform pattern shape.
【００１１】また本発明の別の課題は、Ｓｉ系材料層上
の自然酸化膜の除去や、さらに単極式静電チャックを用
いるエッチング方法においてはエッチング終了後の被エ
ッチング基板の残留電荷除去をも兼ねた、上述したプラ
ズマエッチング方法を提供することである。本発明の上
記以外の課題は本明細書および添付図面の説明により明
らかにされる。Another object of the present invention is to remove the natural oxide film on the Si-based material layer and to remove the residual charge on the substrate to be etched after the etching in the etching method using a monopolar electrostatic chuck. The purpose of the present invention is to provide the above-described plasma etching method that also serves as the above. Other problems of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマエッチ
ング方法は、上述の課題を解決するために発案したもの
であり、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスから選
ばれるいずれか１種を含むエッチングガスにより、被エ
ッチング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズ
マエッチング方法において、Ｆ系ガスを含む処理ガスの
プラズマ放電により、このＳｉ系材料層表面の自然酸化
膜を除去するとともに、エッチングチャンバ内壁面をク
リーニングした後、プラズマエッチングを施すことを特
徴とするものである。The plasma etching method of the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and any one selected from Cl-based gas, Br-based gas and I-based gas can be used. In a plasma etching method for etching a Si-based material layer on a substrate to be etched with an etching gas containing the same, a natural oxide film on the surface of the Si-based material layer is removed by plasma discharge of a processing gas containing an F-based gas, and etching is performed. After cleaning the inner wall surface of the chamber, plasma etching is performed.
【００１３】また本発明のプラズマエッチング方法は、
被エッチング基板を単極式静電チャックにより保持しつ
つ、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスから選ばれ
るいずれか１種を含むエッチングガスにより、被エッチ
ング基板上のＳｉ系材料層をエッチングするプラズマエ
ッチング方法において、このプラズマエッチングを施し
た後、Ｆ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電により、
被エッチング基板の残留電荷除去を施すとともに、エッ
チングチャンバ内壁面をクリーニングすることを特徴と
するものである。Further, the plasma etching method of the present invention is
While holding the substrate to be etched by a monopolar electrostatic chuck, the Si-based material layer on the substrate to be etched is etched by an etching gas containing any one selected from Cl-based gas, Br-based gas and I-based gas. In this plasma etching method, after performing the plasma etching, the plasma discharge of the processing gas containing the F-based gas causes
It is characterized in that the residual charge of the substrate to be etched is removed and the inner wall surface of the etching chamber is cleaned.
【００１４】ここでＳｉ系材料層は、非晶質Ｓｉ、多結
晶ＳｉおよびＳｉ基板を含むシリコン材料、高融点金属
シリサイドおよび高融点金属ポリサイド等の積層材料を
含むものである。またＦ系ガスを含む処理ガスとは、Ｓ
Ｆ6 、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｆ4 、ＨＦ、Ｆ2 およびＸｅＦ2 等
非堆積性のＦ原子を含むガスあるいはこれらのガスの混
合ガス、さらにはこれらと他の非堆積性ガスとの混合ガ
スを指し示すものである。Here, the Si-based material layer contains a layered material such as a silicon material including amorphous Si, polycrystalline Si and a Si substrate, a refractory metal silicide and a refractory metal polycide. Further, the processing gas containing the F-based gas means S
Gases containing non-depositing F atoms such as F 6 , NF 3 , N 2 F 4 , HF, F 2 and XeF 2 or mixed gases of these gases, and mixed gases of these with other non-depositing gases To point to.
【００１５】[0015]
【作用】本発明のポイントは、従来各ロット終了毎の行
っていたＦ系ガスによるドライクリーニングを、各プラ
ズマエッチングの開始前または終了後毎に行う点にあ
る。即ち、例えば枚葉式エッチング装置であれば、被エ
ッチング基板１枚毎にエッチングチャンバの内壁面をク
リーニングするのである。The point of the present invention resides in that the dry cleaning with the F-based gas, which has been conventionally performed at the end of each lot, is performed before or after the end of each plasma etching. That is, for example, in the case of a single wafer etching apparatus, the inner wall surface of the etching chamber is cleaned for each substrate to be etched.
【００１６】本発明においては、このクリーニングをＦ
系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電により行い、この
時に被エッチング層表面に形成されている自然酸化膜の
除去ステップを同時に施す。これにより、前回のプラズ
マエッチングによりエッチングチャンバ内壁面に堆積し
た反応生成物は除去され、当回のプラズマエッチングに
おいてはクリーンなチャンバ内で安定で均一な処理を施
すことが可能となる。In the present invention, this cleaning is F
This is performed by plasma discharge of a processing gas containing a system gas, and at this time, a step of removing the natural oxide film formed on the surface of the layer to be etched is simultaneously performed. As a result, the reaction products deposited on the inner wall surface of the etching chamber by the previous plasma etching are removed, and stable and uniform treatment can be performed in the clean chamber in the plasma etching of this time.
【００１７】また単極式静電チャックを用いるプラズマ
エッチングにおいては、このクリーニングをＦ系ガスを
含む処理ガスのプラズマ放電により行い、この時に被エ
ッチング基板の残留電荷除去ステップを同時に施す。こ
れにより、当回のプラズマエッチングによりエッチング
チャンバ内壁面に堆積した反応生成物は除去され、次回
のプラズマエッチングにおいてはクリーンなチャンバ内
で安定で均一な処理を施すことが可能となる。Further, in the plasma etching using the unipolar electrostatic chuck, this cleaning is performed by plasma discharge of the processing gas containing the F-based gas, and at the same time, the residual charge removing step of the substrate to be etched is performed. As a result, the reaction products deposited on the inner wall surface of the etching chamber by the plasma etching of this time are removed, and stable and uniform processing can be performed in the clean chamber in the next plasma etching.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照しながら説明する。まず、図１（ａ）〜（ｃ）および
図３（ａ）〜（ｃ）は実施例で用いたＲＦバイアス印加
型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示す概略
断面図である。すなわち、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を導波管３を経由して石英等の誘電体材料からなるベル
ジャ４内に導入し、ソレノイドコイル５により発生する
０．０８７５Ｔの磁界によりべルジャ４内にＥＣＲ放電
によるプラズマ７を生成する。べルジャ４はエッチング
チャンバを構成する主要部分であり、その下部には被エ
ッチング基板１を載置する基板ステージ２を配設する。
なお両図とも、基板ステージ２の温度制御手段、静電チ
ャック、ガス導入孔、真空ポンプ等の細部は図示を省略
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIGS. 1A to 1C and FIGS. 3A to 3C are schematic cross-sectional views showing a usage state of the RF bias application type ECR plasma etching apparatus used in the examples. That is, a microwave of 2.45 GHz is introduced into the bell jar 4 made of a dielectric material such as quartz via the waveguide 3, and the ECR is introduced into the bell jar 4 by the magnetic field of 0.0875T generated by the solenoid coil 5. Plasma 7 is generated by the discharge. The bell jar 4 is a main part of the etching chamber, and the substrate stage 2 on which the substrate to be etched 1 is placed is arranged below the bell jar 4.
In both figures, details of the temperature control means of the substrate stage 2, the electrostatic chuck, the gas introduction hole, the vacuum pump, etc. are omitted.
【００１９】実施例１ 本実施例は、Ｂｒ系ガスを用いてＳｉ基板にトレンチを
形成する際に本発明を適用した例であり、これを図１
（ａ）〜（ｃ）および図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。本実施例で用いた被エッチング基板は、図２
（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１に０．３５μｍの開口
径を有するレジストマスク１３を形成したものである。
Ｓｉ基板１上にはＳｉＯ2 からなる自然酸化膜１２が薄
く形成されており、この自然酸化膜１２の厚さ、膜質等
は不規則なものである。したがって、この状態のままＳ
ｉトレンチエッチングを開始すると、安定で均一な形状
のトレンチ加工に支障をきたす虞れがある。Example 1 This example is an example in which the present invention is applied when a trench is formed in a Si substrate by using a Br type gas.
A description will be given with reference to (a) to (c) and FIGS. 2 (a) to (c). The substrate to be etched used in this example is shown in FIG.
As shown in (a), a resist mask 13 having an opening diameter of 0.35 μm is formed on the Si substrate 1.
A natural oxide film 12 made of SiO 2 is thinly formed on the Si substrate 1, and the thickness, film quality, etc. of the natural oxide film 12 are irregular. Therefore, S in this state
When the i-trench etching is started, there is a possibility that a stable and uniform trench processing may be hindered.
【００２０】そこでまず、この自然酸化膜１２の除去を
行う。図２（ａ）に示す被エッチング基板１を図１
（ａ）に示すエッチング装置の基板ステージ２上にセッ
ティングする。この際、べルジャ４の内壁面には前回の
Ｓｉトレンチエッチングにより生成したＳｉＢｒx 系の
反応生成物６が付着している。言うまでもなく、図１
（ａ）ではこの反応生成物６は誇張して示してある。次
に一例として下記条件により、Ｆ系ガスによるプラズマ
放電を５秒間施す。 ＳＦ6 ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １．０ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本プラズマ放電工程においては、ＳＦ6 の解離により生
成するプラズマ７によるラジカル反応が、ＳＦx + 等の
イオン入射にアシストされる機構で強固な自然酸化膜１
２がブレークスルーされて消失し、図２（ｂ）に示すよ
うにＳｉ基板１の表面が露出する。同時に、図１（ｂ）
に示すようにべルジャ４内壁面に付着していた反応生成
物６もクリーニングされる。Therefore, first, the natural oxide film 12 is removed. The substrate 1 to be etched shown in FIG.
It is set on the substrate stage 2 of the etching apparatus shown in (a). At this time, the SiBr x reaction product 6 produced by the previous Si trench etching is attached to the inner wall surface of the bell jar 4. Needless to say, Figure 1
This reaction product 6 is shown exaggerated in (a). Next, as an example, plasma discharge using an F-based gas is performed for 5 seconds under the following conditions. SF 6 50 sccm Gas pressure 1.0 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 40 W (2 MHz) Substrate temperature 0 ° C. In this plasma discharge step, radicals generated by plasma 7 generated by dissociation of SF 6 A strong natural oxide film with a mechanism in which the reaction is assisted by the incidence of ions such as SF x +
2 breaks through and disappears, and the surface of the Si substrate 1 is exposed as shown in FIG. At the same time, Fig. 1 (b)
As shown in FIG. 5, the reaction product 6 attached to the inner wall surface of the bell jar 4 is also cleaned.
【００２１】続けて、一例として下記条件によりＳｉ基
板１１のトレンチエッチングを行う。 ＨＢｒ １２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．５ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、図１（ｃ）および図２（ｃ）に
示すように、ＨＢｒによるプラズマ７が生成し、Ｓｉ基
板１１はＢｒ* によるラジカル反応がＢｒ+ の入射にア
シストされる形でエッチングが進行する。形成されるト
レンチ１４の側面には、ＳｉＢｒx 系の反応生成物から
なる側壁保護膜（図示せず）が形成され、異方性エッチ
ングが達成される。この側壁保護膜は、レジストマスク
１３の分解生成物を一部含むものである。同時に、Ｓｉ
Ｂｒx 系の反応生成物６はべルジャ４の内壁面に付着す
る。エッチング終了後、加工済の被エッチング基板を搬
出し、新たな被エッチング基板を搬入し、再び図１
（ａ）の状態となる。Subsequently, as an example, trench etching of the Si substrate 11 is performed under the following conditions. HBr 120 sccm Gas pressure 0.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (2 MHz) Substrate temperature 0 ° C. In this etching step, as shown in FIGS. 1 (c) and 2 (c). Then, the plasma 7 is generated by HBr, and the Si substrate 11 is etched in such a manner that the radical reaction by Br * is assisted by the incident Br + . A sidewall protection film (not shown) made of a reaction product of SiBr x system is formed on the side surface of the formed trench 14, and anisotropic etching is achieved. The side wall protective film partially contains a decomposition product of the resist mask 13. At the same time Si
The Br x reaction product 6 adheres to the inner wall surface of the bell jar 4. After the etching is completed, the processed substrate to be etched is carried out, a new substrate to be etched is carried in, and the process shown in FIG.
The state of (a) is obtained.
【００２２】本実施例によれば、トレンチエッチング開
始前はＳｉ基板１１表面の自然酸化膜１２は除去された
状態であるとともに、べルジャ４内壁面の反応生成物６
も除去された状態であるので、前回のエッチング工程の
履歴を受けることなく、すなわち反応生成物過剰の雰囲
気となることなく、安定で均一なＳｉトレンチエッチン
グを継続して施すことが可能である。According to this embodiment, the natural oxide film 12 on the surface of the Si substrate 11 is removed before the start of the trench etching, and the reaction product 6 on the inner wall surface of the bell jar 4 is removed.
Since it is also removed, stable and uniform Si trench etching can be continuously performed without receiving the history of the previous etching step, that is, without forming an atmosphere of excess reaction products.
【００２３】実施例２ 本実施例は単極式静電チャックを有するエッチング装置
により、高融点金属ポリサイド層をＣｌ系ガスによりエ
ッチングする場合に本発明を適用した例であり、これを
図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）を参照し
て説明する。本実施例に用いたエッチング装置は、基本
的には実施例１で用いたＲＦバイアス印加型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置と同じであるが、図３（ａ）〜
（ｃ）に示す装置は、基板ステージ２に単極式静電チャ
ック（図示せず）を具備するものである。Example 2 This example is an example in which the present invention is applied to the case of etching a refractory metal polycide layer with a Cl-based gas using an etching apparatus having a monopolar electrostatic chuck. A description will be given with reference to a) to (c) and FIGS. 4 (a) to (c). The etching apparatus used in this example is basically the same as the RF bias application type ECR plasma etching apparatus used in Example 1, but FIG.
The apparatus shown in (c) includes a substrate stage 2 equipped with a monopolar electrostatic chuck (not shown).
【００２４】本実施例で用いた被エッチング基板は、図
４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１上にＳｉＯ2 等の
ゲート絶縁膜１５、不純物をドープした多結晶シリコン
層１６、ＷＳｉX 層１７が順次被着され、０．３５ｎｍ
幅のレジストマスク１３を形成したものであり、例えば
ゲート電極配線のパターニングに適用するものである。
各層の厚さは、一例として絶縁層１５が１０ｎｍ、多結
晶シリコン層１６およびＷＳｉX 層１７はともに１００
ｎｍである。この被エッチング基板１を図３（ａ）に示
したエッチング装置の低温冷却された基板ステージ２上
にセッティングし、単極式静電チャックにより被エッチ
ング基板を吸着保持する。次に一例として下記条件によ
り高融点金属ポリサイドゲート電極のパターニングを行
う。 Ｃｌ2 ７０ ｓｃｃｍ Ｏ2 １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．４ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ４０ Ｗ（２ＭＨｚ） 基板温度 ０ ℃ 本エッチング工程では、Ｃｌ2 ／Ｏ2 混合ガスのプラズ
マ７が生成し、Ｃｌ*によるラジカル反応がＣｌ+ 、Ｏ
+ のイオン入射にアシストされる形で高速の異方性エッ
チングが進行する。パターニングされる高融点金属ポリ
サイドのパターン側面には、反応生成物ＳｉＣｌx が側
壁保護膜１８となって付着し、異方性の向上に寄与す
る。側壁保護膜１８はレジストマスク１３の分解生成物
をも含むものである。同時にこの反応生成物６はべルジ
ャ４の内壁面にも付着する。As shown in FIG. 4A, the substrate to be etched used in this example is a Si substrate 11 having a gate insulating film 15 such as SiO 2 , a polycrystalline silicon layer 16 doped with impurities, WSi x. Layers 17 are deposited in sequence, 0.35 nm
A resist mask 13 having a width is formed, and is applied to, for example, patterning of gate electrode wiring.
The thickness of each layer is, for example, 10 nm for the insulating layer 15 and 100 for the polycrystalline silicon layer 16 and the WSi X layer 17.
nm. The substrate 1 to be etched is set on the substrate stage 2 which is cooled at a low temperature in the etching apparatus shown in FIG. 3A, and the substrate to be etched is suction-held by a monopolar electrostatic chuck. Next, as an example, the refractory metal polycide gate electrode is patterned under the following conditions. Cl 2 70 sccm O 2 10 sccm Gas pressure 0.4 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 40 W (2 MHz) Substrate temperature 0 ° C. Plasma of Cl 2 / O 2 mixed gas is used in this etching process. 7 is generated, and the radical reaction by Cl * is caused by Cl + , O
High-speed anisotropic etching proceeds in a form assisted by + ion injection. The reaction product SiCl x adheres to the pattern side surface of the refractory metal polycide to be patterned as a side wall protective film 18, and contributes to the improvement of anisotropy. The side wall protection film 18 also contains a decomposition product of the resist mask 13. At the same time, the reaction product 6 also adheres to the inner wall surface of the bell jar 4.
【００２５】ポリサイド層のエッチングが終了し、単極
式静電チャックの高圧ＤＣ電源を切っても、被エッチン
グ基板１には残留電荷が存在しており、基板ステージ２
から無理に離脱させた場合は被エッチング基板１に損傷
を生じる場合がある。そこでつぎにこの残留電荷の除去
ステップとして、Ｆ系ガスを含む処理ガスにより、一例
として下記条件によりプラズマ放電を５秒間施す。 ＳＦ6 ３０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．５ Ｐａ マイクロ波パワー ８５０ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 基板温度 ０ ℃ 本プラズマ放電工程では、図３（ｃ）に示すようにＳＦ
6 ／Ｏ2 混合ガスによるプラズマ７が生成し、べルジャ
４内壁面の反応生成物６が除去される。同時に、被エッ
チング基板１上の残留電荷も中和され、基板ステージ２
からの離脱および搬送は容易なものとなる。さらに、エ
ッチングされたポリサイド電極パターン側面の側壁保護
膜１８もこのＦ系プラズマにより除去される。本プラズ
マ放電条件は、ＲＦバイアスパワーが０Ｗであり、低イ
オンエネルギ条件であることから、ゲート絶縁膜１５に
与えるダメージは無視しうるレベルである。この状態を
図４（ｃ）に示す。加工済みの被エッチング基板をエッ
チング装置から搬出後、新しい被エッチング基板を搬入
し、再び図３（ａ）の状態となる。Even after the etching of the polycide layer is completed and the high voltage DC power supply of the unipolar electrostatic chuck is turned off, residual charges remain on the substrate to be etched 1 and the substrate stage 2
If it is forcibly removed from the substrate, the substrate to be etched 1 may be damaged. Therefore, next, as the step of removing the residual charges, plasma discharge is performed for 5 seconds under the following conditions, for example, by using a processing gas containing an F-based gas. SF 6 30 sccm O 2 20 sccm Gas pressure 0.5 Pa Microwave power 850 W (2.45 GHz) RF bias power 0 W Substrate temperature 0 ° C. In this plasma discharge step, as shown in FIG.
Plasma 7 is generated by the 6 / O 2 mixed gas, and the reaction product 6 on the inner wall surface of the bell jar 4 is removed. At the same time, the residual charge on the substrate to be etched 1 is also neutralized, and the substrate stage 2
It becomes easy to remove from and transport. Further, the sidewall protection film 18 on the side surface of the etched polycide electrode pattern is also removed by this F-based plasma. Since the RF discharge power is 0 W and the ion energy is low under this plasma discharge condition, damage to the gate insulating film 15 is at a negligible level. This state is shown in FIG. After the processed substrate to be etched is carried out of the etching apparatus, a new substrate to be etched is carried in, and the state shown in FIG.
【００２６】本実施例によれば、エッチング終了後の被
エッチング基板上の残留電荷除去ステップと同時に、エ
ッチングチャンバ内壁面の反応生成物６も除去された状
態からエッチングが開始されるので、前回のエッチング
工程の履歴を受けることなく、すなわち反応生成物過剰
の雰囲気となることなく、安定で均一なポリサイドゲー
トエッチングを継続して施すことが可能である。さら
に、側壁保護膜の除去も同時に達成されるので、プロセ
ス全体のスループットの向上に寄与する。According to the present embodiment, since the etching is started from the state where the reaction product 6 on the inner wall surface of the etching chamber is also removed at the same time as the step of removing the residual charges on the substrate to be etched after the etching is completed, It is possible to continuously perform stable and uniform polycide gate etching without receiving a history of the etching process, that is, without creating an atmosphere of excess reaction products. Further, the removal of the side wall protective film is also achieved at the same time, which contributes to the improvement of the throughput of the whole process.
【００２７】以上、本発明を２例の実施例により説明し
たが本発明はこれら実施例になんら限定されるものでは
なく、種々の実施態様が可能である。Although the present invention has been described with reference to the two examples, the present invention is not limited to these examples, and various embodiments are possible.
【００２８】例えばエッチングガスとしてＣｌ系ガスと
Ｂｒ系ガスを例示したが、ＨＩやＩ 2 等のＩ系ガスを含
むエッチングガスによりＳｉ材料層をエッチングする場
合にも適用可能である。この場合にも、反応生成物とし
て比較的蒸気圧の小さいＳｉＩx 系の反応生成物がエッ
チングチャンバ内壁面の付着し易いものである。For example, a Cl type gas is used as an etching gas.
Although Br-based gas is shown as an example, HI and I 2Including I-based gas such as
When etching a Si material layer with an etching gas
It is also applicable to the case. Even in this case, the reaction product
And relatively low vapor pressure SiIxThe reaction product of the system is
The inner wall surface of the ching chamber is easily attached.
【００２９】Ｆ系ガスとしてＳＦ6 を例示したが、ＮＦ
3 、Ｎ2 Ｆ4 、ＨＦ、Ｆ2 およびＸｅＦ2 等非堆積性の
Ｆ原子を含むガスあるいはこれらのガスの混合ガス、さ
らにはこれらと他の非堆積性ガスとの混合ガスを適宜用
いてもよい。SF 6 is exemplified as the F-based gas, but NF
3 , N 2 F 4 , HF, F 2 and XeF 2 and the like, a gas containing non-depositing F atoms, a mixed gas of these gases, or a mixed gas of these and another non-depositing gas is appropriately used. Good.
【００３０】Ｓｉ系材料層として単結晶Ｓｉ基板および
高融点金属ポリサイド層を例示したが、非晶質Ｓｉ、多
結晶Ｓｉ、高融点金属シリサイド等のパターニングに本
発明を適用してもよい。Although the single crystal Si substrate and the refractory metal polycide layer have been exemplified as the Si-based material layer, the present invention may be applied to patterning of amorphous Si, polycrystalline Si, refractory metal silicide or the like.
【００３１】エッチング装置として、基板バイアス印加
型ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたが、平行平板
型ＲＩＥ装置、マグネトロンＲＩＥ装置であってもよ
い。ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣＰ（Ｔｒ
ａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
エッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置等の高密
度プラズマエッチング装置を用いれば、さらなる低ダメ
ージ、高エッチングレート、被エッチング基板内の均一
性等が期待できる。Although the substrate bias application type ECR plasma etching apparatus is used as the etching apparatus, a parallel plate type RIE apparatus or a magnetron RIE apparatus may be used. Helicon wave plasma etching equipment, TCP (Tr
Transformer Coupled Plasma)
Etching equipment, ICP (Inductive C)
If a high-density plasma etching device such as an open plasma etching device is used, further low damage, high etching rate, and uniformity in the substrate to be etched can be expected.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればＣｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系ガスを含む
エッチングガスによりＳｉ系材料層をエッチングする場
合に、エッチングチャンバ内壁面に付着する反応生成物
を蓄積することなく、エッチング処理１回毎にクリーニ
ングするので、エッチングチャンバ内が反応生成物過剰
の雰囲気となることがない。このため、エッチングレー
トの低下や側壁保護膜の過剰によるパターンプロファイ
ルのテーパ化という問題は発生せず、常に安定で均一な
エッチング処理を施すことが可能となる。またチャンバ
内に蓄積する反応生成物の剥離によるパーティクルレベ
ルの低下もなく、クリーンなプロセスが実現できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, when the Si-based material layer is etched by the etching gas containing Cl-based gas, Br-based gas and I-based gas, the inner wall surface of the etching chamber is Since the cleaning is performed for each etching process without accumulating the attached reaction products, the atmosphere of the reaction products does not become excessive in the etching chamber. Therefore, the problem of tapering of the pattern profile due to the decrease of the etching rate and the excess of the side wall protection film does not occur, and it is possible to always perform a stable and uniform etching process. In addition, a clean process can be realized without lowering the particle level due to separation of reaction products accumulated in the chamber.
【００３３】またチャンバクリーニングと同時に、被エ
ッチング層表面の自然酸化膜の除去を施すことができる
ので、これもプロセスの安定化に寄与する。さらに、単
極式静電チャックを用いる場合には被エッチング基板上
の残留電荷除去を行うことが可能であり、スループット
の向上を図ることが可能となる。Further, since the natural oxide film on the surface of the layer to be etched can be removed simultaneously with the chamber cleaning, this also contributes to the stabilization of the process. Furthermore, when the monopolar electrostatic chuck is used, it is possible to remove the residual charges on the substrate to be etched, and it is possible to improve the throughput.
【００３４】本発明のプラズマエッチング方法は、特に
サブハーフミクロンクラスの微細なパターンを有する被
エッチング基板を連続的に処理する場合に、各被エッチ
ング基板１枚毎のプロセスの均一性、安定性の向上にそ
の効果が著しく、本発明がかかる半導体装置の製造プロ
セスに寄与する意義は大きい。According to the plasma etching method of the present invention, particularly when the substrate to be etched having a fine pattern of the sub-half micron class is continuously processed, the uniformity and stability of the process for each substrate to be etched can be improved. The effect is remarkably improved, and the contribution of the present invention to the semiconductor device manufacturing process is significant.
【図１】本発明を適用した実施例１で用いたＲＦバイア
ス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示
す概略断面図であり、（ａ）は前回のプラズマエッチン
グにより、チャンバ内壁面に反応生成物が付着している
状態、（ｂ）はＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電
によりチャンバ内壁面に反応生成物を除去している状
態、（ｃ）は今回のプラズマエッチングによりチャンバ
内壁面に反応生成物が付着した状態である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a usage state of an RF bias application type ECR plasma etching apparatus used in Example 1 to which the present invention is applied, in which (a) is a reaction generated on the inner wall surface of a chamber by the previous plasma etching. (B) is a state in which reaction products are removed from the inner wall surface of the chamber by plasma discharge of a processing gas containing F-based gas, and (c) is a state in which the inner wall surface of the chamber is etched by the plasma etching this time. The reaction product is in the attached state.
【図２】本発明を適用した実施例１におけるプラズマエ
ッチング方法をその工程順に説明する概略断面図であ
り、（ａ）は自然酸化膜が形成されているＳｉ基板板上
にレジストマスクを形成した状態、（ｂ）はＦ系ガスを
含む処理ガスのプラズマ放電によりレジストマスク開口
面の自然酸化膜を除去した状態、（ｃ）は続けてＳｉ基
板にトレンチエッチングを施した状態である。2A and 2B are schematic cross-sectional views illustrating a plasma etching method in Example 1 to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) shows a resist mask formed on a Si substrate plate on which a natural oxide film is formed. The state, (b) is a state in which the natural oxide film on the opening surface of the resist mask is removed by plasma discharge of a processing gas containing an F-based gas, and (c) is a state in which the Si substrate is subsequently subjected to trench etching.
【図３】本発明を適用した実施例２で用いたＲＦバイア
ス印加型ＥＣＲプラズマエッチング装置の使用状態を示
す概略断面図であり、（ａ）は被エッチング基板を単極
式静電チャックを有する基板ステージ上にセッティング
した状態、（ｂ）はプラズマエッチングを行っている状
態、（ｃ）はＦ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電に
よりチャンバ内壁面に反応生成物を除去すると共に被エ
ッチング基板上の残留電荷を除去ししている状態であ
る。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a usage state of an RF bias application type ECR plasma etching apparatus used in Example 2 to which the present invention is applied, and FIG. 3A shows a substrate to be etched having a unipolar electrostatic chuck. A state of being set on the substrate stage, a state of (b) performing plasma etching, and a state of (c) removing reaction products on the inner wall surface of the chamber by plasma discharge of a processing gas containing an F-based gas and on the substrate to be etched. This is a state in which the residual charge of is removed.
【図４】本発明を適用した実施例２におけるプラズマエ
ッチング方法をその工程順に説明する概略断面図であ
り、（ａ）は多結晶シリコン層上にＷＳｉx 層を積層
し、レジストマスクを形成した状態、（ｂ）は側壁保護
膜を付着形成しつつ多結晶シリコン層とＷＳｉx 層をパ
ターニングした状態、（ｃ）はＦ系ガスを含む処理ガス
のプラズマ放電により残留電荷を除去すると共に側壁保
護膜を除去した状態である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a plasma etching method in Example 2 to which the present invention is applied in the order of steps, in which (a) is a WSi x layer laminated on a polycrystalline silicon layer to form a resist mask. State (b) is a state in which the polycrystalline silicon layer and the WSi x layer are patterned while depositing a side wall protective film, and (c) is a state in which residual charges are removed and side wall protection is performed by plasma discharge of a processing gas containing an F-based gas. The film is removed.
１ 被エッチング基板 ２ 基板ステージ ３ マイクロ波導波管 ４ べルジャ ５ ソレノイドコイル ６ 反応生成物 ７ プラズマ １１ Ｓｉ基板 １２ 自然酸化膜 １３ レジストマスク １４ トレンチ １５ ゲート絶縁膜 １６ 多結晶シリコン層 １７ ＷＳｉX 層 １８ 側壁保護膜1 Etched Substrate 2 Substrate Stage 3 Microwave Waveguide 4 Berge 5 Solenoid Coil 6 Reaction Product 7 Plasma 11 Si Substrate 12 Natural Oxide Film 13 Resist Mask 14 Trench 15 Gate Insulation Film 16 Polycrystalline Silicon Layer 17 WSi X Layer 18 Side wall protection film
Claims (3)
から選ばれるいずれか１種を含むエッチングガスによ
り、被エッチング基板上のＳｉ系材料層をエッチングす
るプラズマエッチング方法において、 Ｆ系ガスを含む処理ガスのプラズマ放電により、該Ｓｉ
系材料層表面の自然酸化膜を除去するとともに、エッチ
ングチャンバ内壁面をクリーニングした後、 前記プラズマエッチングを施すことを特徴とする、プラ
ズマエッチング方法。1. A plasma etching method for etching a Si-based material layer on a substrate to be etched with an etching gas containing any one selected from Cl-based gas, Br-based gas and I-based gas, wherein F-based gas is used. By the plasma discharge of the processing gas containing the Si,
A plasma etching method, comprising removing the natural oxide film on the surface of the system material layer, cleaning the inner wall surface of the etching chamber, and then performing the plasma etching.
により保持しつつ、Ｃｌ系ガス、Ｂｒ系ガスおよびＩ系
ガスから選ばれるいずれか１種を含むエッチングガスに
より、該被エッチング基板上のＳｉ系材料層をエッチン
グするプラズマエッチング方法において、 前記プラズマエッチングを施した後、Ｆ系ガスを含む処
理ガスのプラズマ放電により、該被エッチング基板の残
留電荷除去を施すとともに、エッチングチャンバ内壁面
をクリーニングすることを特徴とする、プラズマエッチ
ング方法。2. The substrate to be etched is held on the substrate to be etched by an etching gas containing any one selected from a Cl-based gas, a Br-based gas and an I-based gas, while holding the substrate to be etched by a monopolar electrostatic chuck. In a plasma etching method for etching a Si-based material layer, after performing the plasma etching, a residual gas is removed from the substrate to be etched by plasma discharge of a processing gas containing an F-based gas, and an inner wall surface of the etching chamber is cleaned. A plasma etching method comprising:
シリサイドおよび高融点金属層ポリサイドからなる群か
ら選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする、請
求項１および２記載のプラズマエッチング方法。3. The plasma etching method according to claim 1, wherein the Si-based material layer is at least one selected from the group consisting of silicon, refractory metal silicide, and refractory metal layer polycide. .
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