[go: up one dir, main page]

JP3198538B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

Info

Publication number
JP3198538B2
JP3198538B2 JP14815091A JP14815091A JP3198538B2 JP 3198538 B2 JP3198538 B2 JP 3198538B2 JP 14815091 A JP14815091 A JP 14815091A JP 14815091 A JP14815091 A JP 14815091A JP 3198538 B2 JP3198538 B2 JP 3198538B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
gas
selectivity
silicon
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP14815091A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04346427A (en
Inventor
敏治 柳田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP14815091A priority Critical patent/JP3198538B2/en
Publication of JPH04346427A publication Critical patent/JPH04346427A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3198538B2 publication Critical patent/JP3198538B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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
対レジスト選択性および対シリコン下地選択性に優れ、
しかも高速でパーティクル汚染が少ない酸化シリコン層
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 and the like, and more particularly, to a method excellent in selectivity with respect to resist and selectivity with respect to silicon underlayer.
In addition, the present invention relates to a method for dry-etching a silicon oxide layer at high speed and with low particle contamination.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の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化が進展する
に伴い、酸化シリコン(SiO2 )に代表されるシリコ
ン化合物層のドライエッチング方法についても技術的要
求がますます厳しくなってきている。まず、高集積化に
よりデバイス・チップの面積が拡大しウェハが大口径化
している一方、形成すべきパターンは微細化しているの
で、エッチングのウェハ面内均一性を確保するためにド
ライエッチング装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式
に移行しつつある。この際、従来と同等の生産性を維持
するためには、大幅なエッチング速度の向上が必須とな
る。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が浅くなり、また各種の材料層も
薄くなっている状況下では、従来以上に対下地選択性に
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不純物拡散領域や、
SRAMの抵抗負荷素子として用いられるPMOSトラ
ンジスタのソース・ドレイン領域等にコンタクトを形成
しようとする場合等に、シリコン基板や多結晶シリコン
層を下地として行われるSiO2 層間絶縁膜のエッチン
グ等がその例である。さらに、対レジスト選択比の向上
も重要な課題である。これは、サブミクロン・デバイス
では、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。しかし、高
速性、高選択性、低ダメージといった特性は互いに取捨
選択される関係にあり、すべてを満足できるエッチング
・プロセスを確立することは極めて困難である。
In recent years the VLSI, with the progress of high integration and performance of semiconductor devices, as seen in ULSI or the like, the dry etching method of the silicon compound layer represented by silicon oxide (SiO 2) Even technical requirements are becoming more stringent. First, while the area of device chips has been enlarged and the wafer diameter has been increased due to the high integration, the pattern to be formed has been miniaturized. The mainstream is shifting from the conventional batch type to the single-wafer type. At this time, in order to maintain the same productivity as that of the related art, it is necessary to greatly improve the etching rate. In addition, under the circumstances where the junction depth of the impurity diffusion region becomes shallower and the thickness of various material layers is reduced in order to increase the speed and miniaturization of the device, the selectivity to the underlayer is superior to that of the prior art and less damage is caused. Etching technology is required. For example, an impurity diffusion region formed in a semiconductor substrate,
For example, when a contact is to be formed in a source / drain region of a PMOS transistor used as a resistance load element of an SRAM, etching of an SiO 2 interlayer insulating film using a silicon substrate or a polycrystalline silicon layer as a base is an example. It is. Further, improvement of the resist selectivity is also an important issue. This is because, in submicron devices, the occurrence of slight dimensional change due to resist receding is no longer allowed. However, characteristics such as high speed, high selectivity, and low damage are mutually selected, and it is extremely difficult to establish an etching process that can satisfy all of them.

【0003】従来、シリコン系材料層に対して高い選択
比を保ちながらSiO2 層に代表されるシリコン化合物
層をドライエッチングするには、CHF3 、CF4 /H
2 混合系、CF4 /O2 混合系、C2 6 /CHF3
合系等がエッチング・ガスとして典型的に使用されてき
た。これらは、いずれもC/F比(分子内の炭素原子数
とフッ素原子数の比)が0.25以上のフルオロカーボ
ン系ガスを主体としている。これらのガス系が使用され
るのは、(a)フルオロカーボン系ガスに含まれるCが
SiO2 層の表面でC−Oを結合を生成し、Si−O結
合を切断したり弱めたりする働きがある、(b)SiO
2 層の主エッチング種であるCFn + (特にn=3) を
生成できる、さらに(c)プラズマ中で相対的に炭素に
富む状態が作り出されるので、SiO2 中の酸素がCO
またはCO2の形で除去される一方、ガス系に含まれる
C,H,F等の寄与によりシリコン系材料層の表面では
炭素系のポリマーが堆積してエッチング速度が低下し、
シリコン系材料層に対する高選択比が得られる、等の理
由にもとづいている。なお、上記のH2 ,O2 等の添加
ガスは選択比の制御を目的として用いられているもので
あり、それぞれF* 発生量を低減もしくは増大させるこ
とができる。つまり、エッチング反応系の見掛け上のC
/F比を制御する効果を有する。
Conventionally, to dry-etch a silicon compound layer typified by a SiO 2 layer while maintaining a high selectivity with respect to a silicon-based material layer, CHF 3 , CF 4 / H
Two- mixed systems, CF 4 / O 2 mixed systems, C 2 F 6 / CHF 3 mixed systems, and the like have been typically used as etching gases. Each of these is mainly composed of a fluorocarbon gas having a C / F ratio (ratio of the number of carbon atoms to the number of fluorine atoms in a molecule) of 0.25 or more. These gas systems are used because (a) C contained in the fluorocarbon-based gas forms a bond of CO on the surface of the SiO 2 layer and cuts or weakens the Si-O bond. Yes, (b) SiO
Oxygen in SiO 2 is reduced to CO 2 because it can produce two layers of main etching species, CF n + (particularly n = 3), and (c) creates a relatively carbon-rich state in the plasma.
Alternatively, while being removed in the form of CO 2 , the carbon-based polymer is deposited on the surface of the silicon-based material layer due to the contribution of C, H, F and the like contained in the gas system, and the etching rate is reduced.
This is based on the reason that a high selectivity with respect to the silicon-based material layer can be obtained. Note that the above-mentioned additive gases such as H 2 and O 2 are used for the purpose of controlling the selectivity, and can reduce or increase the amount of F * generated, respectively. That is, the apparent C of the etching reaction system
It has the effect of controlling the / F ratio.

【0004】これに対し、本願出願人は先に特願平2−
75828号明細書において、炭素数2以上の飽和ない
し不飽和の鎖状高次フルオロカーボン系ガスを使用する
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、C2 6 ,C3 8 ,C4 10,C4 8
等の高次フルオロカーボン系ガスを使用することにより
CFn + を効率良く生成させ、エッチングの高速化を図
ったものである。ただし、高次フルオロカーボン系ガス
を単独で使用するのみでは、対レジスト選択比および対
シリコン下地選択比を十分に大きくとることができな
い。たとえばC3 8 をエッチング・ガスとしてシリコ
ン基板上のSiO2 層をエッチングした場合、高速性は
達成されるものの、対レジスト選択比が1.3程度と低
く、エッチング耐性が不足する他、パターン・エッジの
後退により寸法変換差が発生してしまう。また、対シリ
コン選択比も4.1程度であるので、オーバーエッチン
グ耐性に問題が残る。そこで、これらの問題を解決する
ために上記の先行技術では鎖状高次フルオロカーボン・
ガス単独によるエッチングは下地が露出する直前で停止
し、シリコン化合物層の残余部をエッチングする際には
炭素系ポリマーの堆積を促進するためにこのガスにさら
に炭化水素系ガスを添加するという、2段階エッチング
が行われている。
On the other hand, the applicant of the present application has previously filed Japanese Patent Application No. Hei.
No. 75828 proposes a dry etching method for a silicon compound layer using a saturated or unsaturated chain-like higher-order fluorocarbon-based gas having 2 or more carbon atoms. These are C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 4 F 8
By using a higher-order fluorocarbon-based gas such as that described above, CF n + is efficiently generated and the etching speed is increased. However, the sole use of a higher-order fluorocarbon-based gas alone cannot provide a sufficiently high selectivity to resist and a high selectivity to silicon underlayer. For example, when an SiO 2 layer on a silicon substrate is etched using C 3 F 8 as an etching gas, high speed is achieved, but the selectivity to resist is as low as about 1.3, and etching resistance is insufficient. -A dimension conversion difference occurs due to the retreat of the edge. Further, since the selectivity with respect to silicon is about 4.1, there remains a problem in over-etching resistance. Therefore, in order to solve these problems, in the above prior art, a chain high-order fluorocarbon.
Etching with the gas alone is stopped immediately before the underlayer is exposed, and when etching the remainder of the silicon compound layer, a hydrocarbon-based gas is further added to this gas to promote the deposition of the carbon-based polymer. Step etching is performed.

【0005】しかしながら、半導体装置のデザイン・ル
ールが高度に微細化されている現状では、既にエッチン
グ・マスクとの寸法変換差がほとんど許容できなくなり
つつあり、上述のような2段階エッチングを行うにして
も、1段目のエッチングにおける選択比をさらに向上さ
せることが必要となる。また、今後より一層微細化が進
行するに伴い、炭素系ポリマーによるパーティクル汚染
の影響が深刻化することも考えられるので、2段目のエ
ッチングにおける炭化水素系ガス等の堆積性ガスの使用
量もできるだけ低減させたいところである。かかる観点
から、本発明者は先に特願平2−295225号明細書
において、被処理基板の温度を50℃以下に制御した状
態で、分子内に少なくとも1個の不飽和結合を有する鎖
状不飽和フルオロカーボン系ガスを用いてシリコン化合
物層をエッチングする技術を提案している。上記鎖状不
飽和フルオロカーボン系ガスは、放電解離により理論上
は1分子から2個以上のCFn + を生成するので、Si
2 を高速にエッチングすることができる。また、分子
内に不飽和結合を有することから解離により高活性なラ
ジカルを生成させ易く、炭素系ポリマーの重合が促進さ
れる。しかも、被処理基板の温度が50℃以下に制御さ
れていることにより、上記炭素系ポリマーの堆積が促進
される。したがって、対レジスト選択性および対シリコ
ン下地選択性を向上させることができる。また、同明細
書には、鎖状不飽和フルオロカーボン系ガス単独による
エッチングはシリコン化合物層の途中までで停止し、残
余のエッチングを上記の鎖状不飽和フルオロカーボン系
ガスに炭化水素系ガスを添加したガスを用いて行う技術
も同時に提案している。これは、下地シリコンに対する
選択性を一層向上させるために、エッチングの中途から
堆積性ガスを併用しているのである。
However, under the current situation where the design rule of a semiconductor device is highly miniaturized, a dimensional conversion difference from an etching mask has become almost unacceptable. However, it is necessary to further improve the selectivity in the first-stage etching. Also, with the further miniaturization in the future, the effect of particle contamination by the carbon-based polymer may become serious, so the amount of deposition gas such as hydrocarbon-based gas used in the second stage etching is also reduced. I want to reduce it as much as possible. From this point of view, the present inventor has previously described in Japanese Patent Application No. 2-295225 a chain-like structure having at least one unsaturated bond in the molecule while controlling the temperature of the substrate to be treated at 50 ° C. or lower. A technique for etching a silicon compound layer using an unsaturated fluorocarbon-based gas has been proposed. Since the chain unsaturated fluorocarbon-based gas theoretically generates two or more CF n + from one molecule by discharge dissociation, Si
O 2 can be etched at a high speed. Further, since the compound has an unsaturated bond in the molecule, a highly active radical is easily generated by dissociation, and the polymerization of the carbon-based polymer is promoted. Moreover, since the temperature of the substrate to be processed is controlled to 50 ° C. or less, the deposition of the carbon-based polymer is promoted. Therefore, selectivity with respect to resist and selectivity with respect to silicon underlayer can be improved. Further, in the same specification, the etching with the chain unsaturated fluorocarbon-based gas alone was stopped halfway in the silicon compound layer, and the remaining etching was performed by adding a hydrocarbon-based gas to the above-described chain-shaped unsaturated fluorocarbon-based gas. A technique using gas is also proposed at the same time. This is because a deposition gas is used in the middle of etching in order to further improve the selectivity to the underlying silicon.

【0006】あるいはまた、ヘキサフルオロベンゼン
(C6 6)とテトラフルオロメタン(CF4 )の混合
ガスによりSiO2 をエッチングする技術が特公平1−
60938号公報に開示されている。これは、環状不飽
和高次フルオロカーボン系ガスを使用することによりプ
ラズマ中に効率的にCFn + を発生させ、かつ炭素系ポ
リマーの重合を促進することを意図しており、やはり本
願出願人の先願と同様の発想にもとづくものである。
Alternatively, a technique of etching SiO 2 with a mixed gas of hexafluorobenzene (C 6 F 6 ) and tetrafluoromethane (CF 4 ) is disclosed in Japanese Patent Publication No.
No. 60938 discloses this. This is intended to efficiently generate CFn + in the plasma by using a cyclic unsaturated higher-order fluorocarbon-based gas and promote polymerization of the carbon-based polymer. It is based on the same idea as the earlier application.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来提案さ
れている鎖状不飽和フルオロカーボン系ガス、もしくは
環状不飽和フルオロカーボン系ガスを使用する技術にお
いては、これまでの説明からも明らかなように、十分な
選択比を得るために実用上は他の添加ガスと併用するこ
とが必要であった。また、C6 6 を使用する技術によ
ると、これを開示する公報中でも言及されているとお
り、C6 6 単独でエッチング・ガスを構成することは
できない。それは、C6 6 単独ではプラズマ中に著し
く多量のCFn + が発生し、炭素系ポリマーの重合が過
度に促進されてエッチング反応が進行しないからであ
る。そこで、このCFn + の発生を抑制するために、あ
らゆるフルオロカーボン系ガスの中で最もC/F比の低
いCF4 を混合しているのである。しかし、放電状態の
安定化に要する時間や制御性等を考慮すると、エッチン
グに実質的に関与するガスは単一組成とし、また途中で
条件を切り換えることなく1段階プロセスでエッチング
を行う方が、制御性、再現性、およびスループットを向
上させる上では有利である。そこで本発明は、高異方
性,高速性,高下地選択性,高レジスト選択性,低汚染
性,再現性等に優れる新規なドライエッチング方法を提
供することを目的とする。
However, in the technology using a chain unsaturated fluorocarbon-based gas or a cyclic unsaturated fluorocarbon-based gas conventionally proposed, as is apparent from the above description, In order to obtain a high selectivity, it was practically necessary to use it in combination with another additive gas. Further, according to the technology using C 6 F 6 , as mentioned in the gazette which discloses the technology, it is not possible to form the etching gas by C 6 F 6 alone. This is because C 6 F 6 alone generates a remarkably large amount of CF n + in the plasma, and excessively promotes the polymerization of the carbon-based polymer, so that the etching reaction does not proceed. Therefore, in order to suppress the generation of CF n + , CF 4 having the lowest C / F ratio among all fluorocarbon-based gases is mixed. However, in consideration of the time required for stabilizing the discharge state, controllability, and the like, it is preferable that the gas substantially involved in the etching has a single composition, and that the etching be performed in a one-step process without changing the conditions in the middle. This is advantageous in improving controllability, reproducibility, and throughput. Therefore, an object of the present invention is to provide a novel dry etching method which is excellent in high anisotropy, high speed, high underlayer selectivity, high resist selectivity, low contamination, and reproducibility.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明にかかるドライエ
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、被エッチング基板の温度を50℃以下に
制御し、一般式C(ただし、x,y,zは原
子数を示す自然数であり、x≧2,y>z≧1,2x+
2>y+z,y≧x+zの条件を全て満足する。)で表
される不飽和鎖状化合物を主体とするエッチングガスを
用いて酸化シリコン層のエッチングを行うことを特徴と
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A dry etching method according to the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and controls the temperature of a substrate to be etched to 50 ° C. or less and uses a general formula C x F y H z (where x, y, and z are natural numbers indicating the number of atoms, and x ≧ 2, y> z ≧ 1, 2x +
2> y + z, y ≧ x + z are all satisfied. The etching of the silicon oxide layer is performed using an etching gas mainly containing an unsaturated chain compound represented by the formula (1).

【0009】本発明においてエッチング・ガスの主体を
なす鎖状化合物Cxy z は、C原子数xが2以上で
あることからいわゆる高次フルオロカーボンの誘導体で
ある。C原子数xの上限は、上記鎖状化合物を気化させ
た状態でエッチング反応系に導入し得る限りにおいて、
特に限定されるものではない。またH原子数zが1以上
であることから上記高次フルオロカーボンのF原子のう
ち少なくとも1個はH原子に置換されている。1分子中
のF原子数yは常にH原子数zよりも多く、またF原子
数yはC原子数xとH原子数zの和と同じかそれ以上で
ある。このように1分子内のH原子数zに条件が付けら
れているのは、H原子数が多くなるとその分だけF原子
数が減少してしまい、1分子からのシリコン化合物層の
エッチング種であるCFn +の生成量が減少するからで
ある。また、H原子数zが極端に多くなれば上記鎖状化
合物の性質が堆積性ガスのそれに近いものとなり、エッ
チング速度が大幅に低下したり、過剰な炭素系ポリマー
の堆積によりパーティクル汚染が増大する等の問題も生
ずる。さらに、2x+2≧y+zなる条件から、上記鎖
状化合物は飽和,不飽和のいずれの化合物であっても良
い。特に不飽和化合物を使用する場合には、放電解離に
よりプラズマ中にモノラジカル、あるいは場合によって
はカルベン等の高活性なビラジカル(二端遊離基)が生
成し、これらが不飽和結合中のπ電子系を攻撃すること
により炭素系ポリマーの重合が促進される。
In the present invention, the chain compound C x F y H z, which is a main component of the etching gas, is a so-called higher-order fluorocarbon derivative because the number of C atoms x is 2 or more. The upper limit of the number of C atoms x is such that the chain compound can be introduced into the etching reaction system in a vaporized state.
There is no particular limitation. Further, since the number z of H atoms is 1 or more, at least one of the F atoms of the higher order fluorocarbon is replaced with an H atom. The number of F atoms y in one molecule is always greater than the number of H atoms z, and the number of F atoms y is equal to or greater than the sum of the number of C atoms x and the number of H atoms z. The condition that the number of H atoms z in one molecule is set as described above is that as the number of H atoms increases, the number of F atoms decreases by that amount, and the etching species of the silicon compound layer from one molecule increases. This is because the generation amount of a certain CF n + decreases. If the number z of H atoms becomes extremely large, the properties of the chain compound become close to those of the deposition gas, and the etching rate is significantly reduced, and particle contamination increases due to excessive deposition of the carbon-based polymer. And the like. Further, from the condition that 2x + 2 ≧ y + z, the chain compound may be any of a saturated and unsaturated compound. In particular, when an unsaturated compound is used, monoradicals or, in some cases, highly active biradicals (two-terminal free radicals) such as carbene are generated in the plasma by discharge dissociation, and these generate π electrons in the unsaturated bond. Attacking the system promotes the polymerization of the carbon-based polymer.

【0010】これらの条件を総合すると、たとえばx=
2の場合に使用できる鎖状化合物は、組成式で表すとC
2 3 H,C2 5 H,C2 4 2 の3種類となり、
x=3の場合はC3 5 H,C3 7 H,C3 6 2
の3種類となり、x=4の場合はC4 5 H,C4 7
H,C4 6 2 ,C4 9 H,C4 8 2 ,C4
7 3 の6種類となる。もちろん、同じ組成式でもH原
子の置換位置や炭素骨格の分岐によって複数の構造異性
体が存在する。
When these conditions are combined, for example, x =
The chain compound that can be used in the case of 2 is represented by C
2 F 3 H, C 2 F 5 H, C 2 F 4 H 2
When x = 3, C 3 F 5 H, C 3 F 7 H, C 3 F 6 H 2
And when x = 4, C 4 F 5 H and C 4 F 7
H, C 4 F 6 H 2 , C 4 F 9 H, C 4 F 8 H 2, C 4 F
The six 7 H 3. Of course, even in the same composition formula, there are a plurality of structural isomers depending on the substitution position of the H atom and the branch of the carbon skeleton.

【0011】さらに本発明では、エッチング中の被エッ
チング基板の温度を50℃以下に制御する。この温度制
御は室温域でも、あるいは近年ドライエッチングの分野
において注目されている低温エッチングのごとく0℃以
下の温度域で行っても良い。通常、ドライエッチングの
過程では冷却を特に行わなければ被エッチング基板の温
度は200℃程度にも上昇する。しかし、温度を50℃
以下に制御すれば、蒸気圧の低下により効率良く炭素系
ポリマーを堆積させることができる。特に、0℃以下に
冷却して低温エッチングを行えば、選択性の向上は一層
顕著となる。レジスト材料やシリコン系材料層のエッチ
ングはF* (フッ素ラジカル)による化学反応を主体と
して進行するので、反応系の温度が低下してラジカルの
運動が抑制されるとエッチング速度も低下する。これに
対し、SiO2 等のシリコン化合物層のエッチングはイ
オンによるスパッタリングを主体として物理的に進行す
るので、冷却によるエッチング速度の低下はレジスト材
料やシリコン系材料ほど顕著ではない。したがって、低
温域では選択比の一層の向上が期待できるわけである。
Further, in the present invention, the temperature of the substrate to be etched during the etching is controlled to 50 ° C. or less. This temperature control may be performed in a room temperature range or in a temperature range of 0 ° C. or lower as in low-temperature etching which has recently attracted attention in the field of dry etching. Usually, the temperature of the substrate to be etched rises to about 200 ° C. unless cooling is particularly performed in the process of dry etching. However, if the temperature is 50 ° C
With the following control, the carbon-based polymer can be efficiently deposited by lowering the vapor pressure. In particular, if the etching is performed at a low temperature of 0 ° C. or less, the selectivity is further improved. Since the etching of the resist material or the silicon-based material layer proceeds mainly by a chemical reaction due to F * (fluorine radical), when the temperature of the reaction system is reduced and the movement of the radical is suppressed, the etching rate is also reduced. On the other hand, since etching of a silicon compound layer such as SiO 2 physically proceeds mainly by sputtering with ions, the decrease in the etching rate due to cooling is not so remarkable as that of a resist material or a silicon-based material. Therefore, further improvement of the selectivity can be expected in the low temperature range.

【0012】[0012]

【作用】本発明で使用される鎖状化合物の1分子から
は、理論上は少なくとも(x−1)個のCFn + が生成
する。したがって、同じガス圧下ではCF3 H,CF2
2 といった従来公知のガスを使用した場合と比べてプ
ラズマ中におけるCFn + の絶対量が多くなる。これに
伴って、プラズマ中におけるF* の生成量も多くなる
が、過剰のF* は上記鎖状化合物が放電解離して生成す
るH* に捕捉され、HFの形で系外へ除去される。した
がって、対下地選択性、対レジスト選択性、および異方
性が低下することはない。このように、CFn + の大量
生成とF*の一部消費とによりエッチング反応系のC/
F比は最適化され、堆積性ガスを添加しなくても炭素系
ポリマーの堆積が促進される。この炭素系ポリマーは、
50℃以下に温度制御された被エッチング基板上におい
て、単結晶シリコンや多結晶シリコン等のシリコン系材
料層の表面やレジスト・パターンの表面に堆積すると、
イオン衝撃等によっても容易には除去されない。しか
し、SiO2 等のシリコン化合物層の表面では層内に含
まれる酸素がスパッタ・アウトされて炭素系ポリマーの
分解に寄与するため容易に除去される。したがって、炭
素系ポリマーの堆積が増加すれば、対レジスト選択性お
よび対シリコン下地選択性が向上する。ただし、本発明
ではシリコン化合物層のエッチング種であるCFn +
絶対量は増加しているので、炭素系ポリマーの堆積が促
進されても何らエッチング速度が低下することはない。
[Function] From one molecule of the chain compound used in the present invention
Is theoretically at least (x-1) CFn +Is generated
I do. Therefore, under the same gas pressure, CFThreeH, CFTwo
H TwoCompared to the case using a conventionally known gas such as
CF in plasman +Increases the absolute amount of to this
Accordingly, F in the plasma*Also increases the amount of
But the excess F*Is formed when the above chain compound is dissociated by discharge.
H*And removed out of the system in the form of HF. did
Therefore, selectivity to base, selectivity to resist, and anisotropy
There is no decrease in sex. Thus, CFn +Large amount of
Generation and F*Of the etching reaction system due to the partial consumption of
The F ratio is optimized so that carbon-based
Polymer deposition is promoted. This carbon-based polymer
On the substrate to be etched whose temperature is controlled below 50 ° C
And silicon-based materials such as monocrystalline silicon and polycrystalline silicon
When deposited on the surface of the coating layer or the surface of the resist pattern,
It is not easily removed by ion bombardment or the like. Only
And SiOTwoOn the surface of a silicon compound layer such as
Oxygen is sputtered out of the carbon-based polymer
Easily removed to contribute to decomposition. Therefore, charcoal
Increasing the deposition of base polymer increases the selectivity to resist.
And the selectivity to the silicon underlayer is improved. However, the present invention
Now, CF which is the etching species of the silicon compound layern +of
Increasing absolute amount promotes carbon-based polymer deposition
Even if it is advanced, the etching rate does not decrease at all.

【0013】このように、本発明によれば高下地選択
性、高レジスト選択性、高異方性、高速性、低汚染性
等、ドライエッチングに対するあらゆる要求を満足しな
がらシリコン化合物層のエッチングを行うことが可能と
なる。なお、本発明における鎖状化合物中のHが過剰な
* の捕捉を目的としていることを考慮すると、従来提
案された高次フルオロカーボン系ガス等に単にH2 を添
加しても良いように思われる。しかし、これではまず、
単一組成ガスを使用することのメリットが失われる。ま
た、H2 は分子半径が小さいのでシリコン基板等の結晶
格子内に容易に侵入し、基板ダメージを惹起させ易い。
さらに、取扱も危険である。したがって、やはり本発明
で提案する鎖状化合物を単一組成にて使用することが望
ましい。
As described above, according to the present invention, etching of a silicon compound layer can be performed while satisfying all requirements for dry etching, such as high base selectivity, high resist selectivity, high anisotropy, high speed, and low contamination. It is possible to do. In view of the fact that H in the chain compound in the present invention is intended to capture excess F * , it seems that H 2 may be simply added to a conventionally proposed higher-order fluorocarbon-based gas or the like. It is. But first,
The benefits of using a single composition gas are lost. Moreover, H 2 because molecular radius is less easily penetrate into the crystal lattice of the silicon substrate and the like, which makes it easy to induce substrate damage.
Furthermore, handling is dangerous. Therefore, it is desirable to use the chain compound proposed in the present invention in a single composition.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0015】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、C3 7 H(1,1,1,2,3,3,3−ヘプタ
フルオロプロパン)を使用してSiO2 層間絶縁膜をエ
ッチングした例である。本実施例においてエッチング・
サンプルとして使用した被エッチング基板(ウェハ)
は、予め不純物拡散層が形成された単結晶シリコン基板
上にSiO2 層間絶縁膜が形成され、さらに該SiO2
層間絶縁膜のエッチング・マスクとしてレジスト・パタ
ーンが形成されてなるものである。上記ウェハを、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50
℃以下に制御することが可能となされているものであ
る。ここでは、冷媒としてエタノールを使用し、エッチ
ング中のウェハ温度が0℃に維持されるようにした。こ
の状態で、一例としてC3 7H流量46SCCM,ガ
ス圧2Pa,RFパワー密度2.0W/cm2 ,磁場強
度150Gaussの条件でエッチングを行った。
Embodiment 1 In this embodiment, the present invention is applied to contact hole processing, and C 3 F 7 H (1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane) is used. This is an example in which an SiO 2 interlayer insulating film is etched. In this embodiment, the etching
Substrate to be etched (wafer) used as sample
Is, SiO 2 interlayer insulating film is formed on a single crystal silicon substrate in advance impurity diffusion layer is formed, further the SiO 2
A resist pattern is formed as an etching mask for the interlayer insulating film. The wafer was set on a wafer mounting electrode of a magnetron RIE (reactive ion etching) apparatus. Here, the wafer mounting electrode has a built-in cooling pipe, and by supplying a coolant to the cooling pipe from a cooling facility such as a chiller connected to the outside of the apparatus and circulating the same, the wafer temperature during etching is reduced by 50%.
It is possible to control the temperature to below ° C. Here, ethanol was used as a coolant, and the wafer temperature during etching was maintained at 0 ° C. In this state, as an example, etching was performed under the conditions of a C 3 F 7 H flow rate of 46 SCCM, a gas pressure of 2 Pa, an RF power density of 2.0 W / cm 2 , and a magnetic field strength of 150 Gauss.

【0016】上述のエッチング過程では、C3 7
(C/F比=1/2)が放電解離してプラズマ中に生成
するCFn + により、SiO2 層間絶縁膜のエッチング
がイオン・アシスト反応を主体とする機構により進行す
る。このとき、レジスト・パターンの表面においては炭
素系ポリマーが効率良く堆積したが、SiO2 層間絶縁
膜の表面では自身のエッチング除去に伴って炭素系ポリ
マーも除去された。その結果、堆積性ガスを添加したり
エッチング条件を途中で切り換える等の操作が行われて
いないにもかかわらず、良好な異方性形状を有するコン
タクト・ホールが高速に形成された。このプロセスにお
ける対レジスト選択比は3.5、対シリコン選択比は約
15であった。上述の対レジスト選択比が得られたこと
により、寸法変換差は従来と比べて大幅に低減された。
また、上述のように高い対シリコン選択比が得られたこ
とにより、50%ものオーバーエッチングを行っても単
結晶シリコン基板および不純物拡散層が大きくダメージ
を受けることはなかった。上記の選択比の値は、C3
8 /C2 4 混合ガスのように堆積性ガスが添加されて
なるエッチング・ガスを使用した場合の選択比と同等で
あった。しかし、本実施例では単一組成のガスを使用
し、しかも1段階プロセスが採用されているため、制御
性、再現性、スループット等は上記混合ガスを使用する
場合よりも格段に向上した。
In the above-mentioned etching process, C 3 F 7 H
(C / F ratio = 1 /) is dissociated by discharge and CF n + is generated in the plasma, whereby the etching of the SiO 2 interlayer insulating film proceeds by a mechanism mainly using an ion assist reaction. At this time, the carbon-based polymer was efficiently deposited on the surface of the resist pattern, but the carbon-based polymer was also removed on the surface of the SiO 2 interlayer insulating film along with its etching removal. As a result, a contact hole having a favorable anisotropic shape was formed at a high speed even though no operation such as addition of a deposition gas or switching of etching conditions was performed. The selectivity to resist in this process was 3.5 and the selectivity to silicon was about 15. By obtaining the above selectivity with respect to resist, the dimensional conversion difference was significantly reduced as compared with the conventional case.
Further, since a high selectivity to silicon was obtained as described above, the single crystal silicon substrate and the impurity diffusion layer were not significantly damaged even when overetching was performed by as much as 50%. The value of the above selectivity is C 3 F
The selectivity was equivalent to the case where an etching gas to which a deposition gas was added, such as an 8 / C 2 H 4 mixed gas, was used. However, in this embodiment, a gas having a single composition was used, and a one-step process was employed. Therefore, controllability, reproducibility, throughput, and the like were remarkably improved as compared with the case of using the mixed gas.

【0017】ここで、比較のために上記C3 7 Hと炭
素原子数の等しいC3 8 (オクタフルオロプロパン)
を用いて上述と同じ条件にてSiO2 層間絶縁膜のエッ
チングを行った。このときの対レジスト選択比は1.
5、対シリコン選択比は3.9であり、C3 7 Hを用
いた場合より大きく劣っていた。これは、C3 7 Hよ
りもC3 8 の方がC/F比が小さく、選択比低下の原
因となる過剰なF* の生成が十分に抑制されなかったか
らである。
For comparison, C 3 F 8 (octafluoropropane) having the same number of carbon atoms as C 3 F 7 H is used for comparison.
Was used to etch the SiO 2 interlayer insulating film under the same conditions as described above. At this time, the resist-to-resist selectivity is 1.
5. The selectivity to silicon was 3.9, which was much worse than that using C 3 F 7 H. This is because C 3 F 8 has a smaller C / F ratio than C 3 F 7 H, and the generation of excessive F * which causes a decrease in the selectivity was not sufficiently suppressed.

【0018】実施例2 本実施例は、本発明をコンタクト・ホール加工に適用
し、C3 6 2 (1,1,1,3,3,3−ヘキサフ
ルオロプロパン)を使用してSiO2 層間絶縁膜をエッ
チングした例である。本実施例で使用したウェハは、実
施例1で使用したものと同様である。上記ウェハを、マ
グネトロンRIE装置にセットし、一例としてC3 6
2 流量46SCCM,ガス圧2Pa,RFパワー密度
2.0W/cm2 ,磁場強度150Gauss,ウェハ
温度20℃の条件でエッチングを行った。上述のエッチ
ング過程におけるエッチング反応の進行および炭素系ポ
リマーの堆積機構は実施例1で上述したとおりである。
ただし、C3 6 2 は1分子中に2個のH原子を有
し、これらがF* を捕捉消費するので、実質的なC/F
比は3/4である。このように実施例1よりもC/F比
の高い化合物が使用されることにより、実施例1よりも
ウェハ温度が高いにもかかわらず、十分な高選択性が達
成された。
Embodiment 2 In this embodiment, the present invention is applied to contact hole processing, and SiO 2 is formed using C 3 F 6 H 2 (1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane). This is an example where two interlayer insulating films are etched. The wafer used in this example is the same as that used in Example 1. The wafer is set in a magnetron RIE apparatus, and as an example, C 3 F 6
Etching was performed under the conditions of an H 2 flow rate of 46 SCCM, a gas pressure of 2 Pa, an RF power density of 2.0 W / cm 2 , a magnetic field strength of 150 Gauss, and a wafer temperature of 20 ° C. The progress of the etching reaction and the deposition mechanism of the carbon-based polymer in the above-described etching process are as described in the first embodiment.
However, since C 3 F 6 H 2 has two H atoms in one molecule and these capture and consume F * , substantial C / F
The ratio is 3/4. By using a compound having a higher C / F ratio than that of Example 1, sufficient high selectivity was achieved despite the higher wafer temperature than that of Example 1.

【0019】実施例3 本実施例は、本発明をコンタクト・ホール加工に適用
し、C3 5 H(1,1,3,3,3−ペンタフルオロ
プロペン)を使用してSiO2 層間絶縁膜をエッチング
した例である。本実施例で使用したウェハも、実施例1
で使用したものと同様である。上記ウェハを、マグネト
ロンRIE装置にセットし、一例としてC3 5 H流量
46SCCM,ガス圧2Pa,RFパワー密度2.0W
/cm2 ,磁場強度150Gauss,ウェハ温度20
℃の条件でエッチングを行った。上述のエッチング過程
におけるエッチング反応の進行および炭素系ポリマーの
堆積機構は実施例1で上述したとおりである。C3 5
Hは分子中のH原子数は1であるが、主鎖中に二重結合
を1個有しているため、C/F比は実施例2のC3 6
2 同様、3/4である。本実施例においても、室温付
近のウェハ温度制御により十分な高選択性が達成され
た。
Embodiment 3 In this embodiment, the present invention is applied to contact hole processing, and a C 2 F 5 H (1,1,3,3,3-pentafluoropropene) is used to insulate the SiO 2 interlayer. This is an example of etching a film. The wafer used in the present embodiment is also the same as in the first embodiment.
It is the same as that used in. The above wafer is set in a magnetron RIE apparatus, and as an example, a C 3 F 5 H flow rate is 46 SCCM, a gas pressure is 2 Pa, and an RF power density is 2.0 W.
/ Cm 2 , magnetic field strength 150 Gauss, wafer temperature 20
Etching was performed under the condition of ° C. The progress of the etching reaction and the deposition mechanism of the carbon-based polymer in the above-described etching process are as described in the first embodiment. C 3 F 5
H has one H atom in the molecule, but has one double bond in the main chain. Therefore, the C / F ratio is C 3 F 6 of Example 2.
Like H 2 , it is /. Also in this example, a sufficiently high selectivity was achieved by controlling the wafer temperature near room temperature.

【0020】以上、本発明を3種類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
るものではなく、たとえばスパッタリングの効果、希釈
効果、冷却効果等を期待する意味で上述のガス系にH
e,Ar等の希ガスを適宜添加しても良い。これらの希
ガスにより、本発明の単一組成ガスのメリットが損なわ
れることはない。さらに、被エッチング材料層は上述の
SiO2 に限られるものではなく、PSG,BSG,
BPSG,AsSG,AsPSG,AsBSG等であっ
てもよい。
Although the present invention has been described based on three types of embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the effects of sputtering, dilution, and cooling are expected. In the sense, H
A rare gas such as e or Ar may be appropriately added. These rare gases do not impair the advantages of the single composition gas of the present invention. Further, the material layer to be etched is not limited to the above-mentioned SiO2, but may be PSG, BSG,
It may be BPSG, AsSG, AsPSG, AsBSG, or the like.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では分子内に少なくとも1個のH原子を含む飽和もし
くは不飽和の高次フルオロカーボン系鎖状化合物を使用
することにより、堆積性ガスを何ら添加することなくC
/F比を最適化し、高速性、低汚染性、高異方性、制御
性および再現性に優れたシリコン化合物層のエッチング
を行うことができる。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、高集積度と高性能
を有する半導体装置の製造に極めて好適である。
As is clear from the above description, the present invention uses a saturated or unsaturated higher-order fluorocarbon chain compound containing at least one H atom in a molecule to thereby improve deposition gas. Without any addition of C
By optimizing the / F ratio, it is possible to perform etching of a silicon compound layer excellent in high speed, low contamination, high anisotropy, controllability and reproducibility. Therefore, the present invention is extremely suitable for manufacturing a semiconductor device which is designed based on a fine design rule and has a high degree of integration and high performance.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被エッチング基板の温度を50℃以下に
制御し、一般式C(ただし、x,y,zは原
子数を示す自然数であり、x≧2,y>z≧1,2x+
2>y+z,y≧x+zの条件を全て満足する。)で表
される不飽和鎖状化合物を主体とするエッチングガスを
用いて酸化シリコン層のエッチングを行うことを特徴と
するドライエッチング方法。
A temperature of a substrate to be etched is controlled to 50 ° C. or less, and a general formula C x F y H z (where x, y, and z are natural numbers indicating the number of atoms, and x ≧ 2, y> z) ≧ 1, 2x +
2> y + z, y ≧ x + z are all satisfied. A) etching a silicon oxide layer using an etching gas mainly containing an unsaturated chain compound represented by the formula (1 ).
JP14815091A 1991-05-24 1991-05-24 Dry etching method Expired - Lifetime JP3198538B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14815091A JP3198538B2 (en) 1991-05-24 1991-05-24 Dry etching method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14815091A JP3198538B2 (en) 1991-05-24 1991-05-24 Dry etching method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04346427A JPH04346427A (en) 1992-12-02
JP3198538B2 true JP3198538B2 (en) 2001-08-13

Family

ID=15446384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14815091A Expired - Lifetime JP3198538B2 (en) 1991-05-24 1991-05-24 Dry etching method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3198538B2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100510158B1 (en) * 1996-10-30 2005-08-25 고교기쥬쯔잉초가다이효스루니혼고쿠 Gas composition for dry etching and process of dry etching
DE69737237T2 (en) * 1996-10-30 2007-05-24 Japan As Represented By Director-General, Agency Of Industrial Science And Technology METHOD OF DRYING
JPH10223614A (en) * 1997-02-12 1998-08-21 Daikin Ind Ltd Etching gas and cleaning gas
US6183655B1 (en) * 1997-09-19 2001-02-06 Applied Materials, Inc. Tunable process for selectively etching oxide using fluoropropylene and a hydrofluorocarbon
US6120697A (en) 1997-12-31 2000-09-19 Alliedsignal Inc Method of etching using hydrofluorocarbon compounds
US6174451B1 (en) * 1998-03-27 2001-01-16 Applied Materials, Inc. Oxide etch process using hexafluorobutadiene and related unsaturated hydrofluorocarbons
JP5569353B2 (en) * 2000-04-28 2014-08-13 ダイキン工業株式会社 Dry etching gas and dry etching method
JP5131436B2 (en) * 2007-05-31 2013-01-30 日本ゼオン株式会社 Etching method
JP2013030531A (en) * 2011-07-27 2013-02-07 Central Glass Co Ltd Dry etching agent
US11075084B2 (en) * 2017-08-31 2021-07-27 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Chemistries for etching multi-stacked layers

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04346427A (en) 1992-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3038950B2 (en) Dry etching method
US6074959A (en) Method manifesting a wide process window and using hexafluoropropane or other hydrofluoropropanes to selectively etch oxide
US6361705B1 (en) Plasma process for selectively etching oxide using fluoropropane or fluoropropylene
US6841483B2 (en) Unique process chemistry for etching organic low-k materials
KR100255405B1 (en) Dry etching method
JPS58204538A (en) Method of fabricating metal silicide-polysilicon bilayer structures on substrates containing integrated circuits
JPH09148314A (en) Titanium silicide etching process
JP3220992B2 (en) Dry etching method
JP3154128B2 (en) Dry etching method
JP3198538B2 (en) Dry etching method
JP3198586B2 (en) Dry etching method
US6372634B1 (en) Plasma etch chemistry and method of improving etch control
JP2991177B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3160961B2 (en) Dry etching method
JP3094470B2 (en) Dry etching method
JP3440735B2 (en) Dry etching method
JP2687787B2 (en) Dry etching method
JPH04170026A (en) Dry etching
JP3208596B2 (en) Dry etching method
JP4537818B2 (en) Plasma processing method
JP2000150465A (en) Dry etching method
JP3111643B2 (en) Dry etching method
JP3116421B2 (en) Dry etching method
JP3380947B2 (en) Plasma etching method for low dielectric constant silicon oxide based insulating film
JP3453996B2 (en) Plasma etching method for silicon oxide based insulating film

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20000919

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20010515

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080615

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090615

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090615

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100615

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100615

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110615

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term