JP2722768B2 - Etching method of multilayer resist layer - Google Patents
Etching method of multilayer resist layerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔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行われる多
層レジスト層のエッチング方法に関し、特に異方性形状
の達成、下地材料に起因するアフタ・コロージョンの防
止等を可能とする方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for etching a multilayer resist layer performed in the field of manufacturing semiconductor devices and the like, and more particularly to achieving an anisotropic shape and after-corrosion caused by a base material. The present invention relates to a method that can prevent the occurrence of a problem.
本発明の第1の発明は、下層レジスト層,中間膜,お
よび上層レジスト層を使用するいわゆる3層レジスト・
プロセスにおいて、所定の形状にパターニングされた上
層レジスト層および中間膜をマスクとして少なくともO2
ガスとCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより下層レ
ジスト層のエッチングを行うに際し、基体を−80〜0℃
に冷却することにより、Cl2ガスの添加量が比較的少な
い場合にも異方性形状の達成を可能とするものである。The first invention of the present invention is a so-called three-layer resist using a lower resist layer, an intermediate film, and an upper resist layer.
In the process, at least O 2 using the upper resist layer and the intermediate film patterned in a predetermined shape as a mask.
When etching the lower resist layer with an etching gas containing a gas and a Cl 2 gas, the substrate was heated to −80 to 0 ° C.
Thus, the anisotropic shape can be achieved even when the amount of Cl 2 gas added is relatively small.
本発明の第2の発明は、Al系材料からなる下地材料層
の上に形成された多層レジスト層のエッチングを行うに
際し、下層レジスト層のエッチングを少なくともO2ガス
とCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより側壁保護膜
を形成しながら行った後、F系ガスによるプラズマ処理
を施すことにより、側壁保護膜内の残留ClをFに置換
し、アフタ・コロージョンの発生を防止しようとするも
のである。According to a second aspect of the present invention, when etching a multilayer resist layer formed on a base material layer made of an Al-based material, etching of the lower resist layer includes etching containing at least O 2 gas and Cl 2 gas.・ After performing while forming the side wall protective film with the gas, by performing plasma treatment with the F-based gas, the residual Cl in the side wall protective film is replaced with F to prevent the occurrence of after-corrosion. is there.
さらに本発明の第3の発明は、上記第2の発明におけ
る下層レジスト層のエッチングを、基体を−80〜0℃に
冷却した状態で行うことにより、Cl2ガスの添加量が比
較的少ない場合にも異方性形状の達成を可能とし、かつ
残留Clの除去を容易としてアフタ・コロージョンの発生
を防止しようとするものである。Further, the third invention of the present invention provides a method for etching a lower resist layer according to the second invention, wherein the substrate is cooled to −80 to 0 ° C., so that the amount of Cl 2 gas added is relatively small. Another object of the present invention is to make it possible to achieve an anisotropic shape and to easily remove residual Cl to prevent the occurrence of after-corrosion.
半導体装置のデザイン・ルールがサブミクロン・レベ
ル、さらにはクォーターミクロン・レベルと高度に微細
化されるに伴い、各種加工技術に対する要求も一段と厳
しさを増している。As the design rules of semiconductor devices have become extremely finer at the submicron level and even at the quarter micron level, the demands for various processing techniques have become even more severe.
フォトリソグラフィ技術も例外ではなく、高解像度を
求めて露光波長がエキシマ・レーザー光の波長域である
遠紫外域へと短かくなるに伴い、多層レジスト法の採用
が必須となりつつある。多層レジスト法は、基体の表面
段差を吸収するに十分な厚い下層レジスト層と、高解像
度を達成するに十分な薄い上層レジスト層との少なくと
も2種類のレジスト層を組み合わせて使用する方法であ
る。良く知られた方法としては、下地材料層上に厚い下
層レジスト層、SOG(スピン・オン・グラス)等からな
る極めて薄い中間膜、およびフォトリソグフィによりパ
ターニングされる薄い上層レジスト層の3者からなる多
層レジスト層を使用する、いわゆる3層レジスト・プロ
セスがある。このプロセスでは、まず上層レジスト層が
所定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてそ
の下の中間膜および下地レジスト層が現像される。この
現像は、一般にO2ガス等を用いるドライ・エッチングに
より行われる。Photolithography technology is no exception, and the use of a multilayer resist method is becoming essential as the exposure wavelength becomes shorter in the deep ultraviolet region, which is the wavelength region of excimer laser light, in order to obtain high resolution. The multilayer resist method is a method using a combination of at least two types of resist layers, a lower resist layer thick enough to absorb a surface step of a substrate and a thin upper resist layer thin enough to achieve high resolution. A well-known method consists of a thick lower resist layer on a base material layer, an extremely thin intermediate film made of SOG (spin-on-glass), and a thin upper resist layer patterned by photolithography. There is a so-called three-layer resist process that uses multiple resist layers. In this process, first, the upper resist layer is patterned into a predetermined shape, and using this as a mask, the intermediate film and the underlying resist layer thereunder are developed. This development is generally performed by dry etching using O 2 gas or the like.
ところで、多層レジスト層の異方性加工を高速にかつ
制御性良く行うことは実際には極めて困難である。これ
は、高速性を優先させればラジカル・モードを主体とす
る反応に頼らざるを得なくなるため異方性が低下し、異
方性を優先させればイオン・モードを主体とする反応に
頼らざるを得なくなるため高速化が困難となるという本
質的な問題があるからである。Incidentally, it is actually extremely difficult to perform anisotropic processing of a multilayer resist layer at high speed and with good controllability. This is because if high-speed performance is prioritized, the reaction mainly depends on the radical mode, so the anisotropy decreases.If priority is given to anisotropy, the reaction mainly depends on the ion mode. This is because there is an essential problem that speeding up becomes difficult because of the necessity.
このため、従来から異方性と高速性を両立させるため
の研究が種々行われている。For this reason, various studies have conventionally been made to achieve both anisotropy and high speed.
エッチング時のウェハ温度を0℃以下に冷却しながら
エッチングを行う、いわゆる低温エッチング法も、注目
される技術のひとつである。これは、エッチング時のウ
ェハ温度を低温化することで側壁部におけるラジカル反
応を凍結し、低イオン・エネルギーで異方性加工を行う
ものである。たとえば、第35回応用物理学関係連合講演
会春季年会演予稿集第496ページ,講演番号28a−G−4
(1988年)には、ウェハ温度を液体窒素により−100℃
程度まで下げた状態で多層レジスト層の酸素プラズマ・
エッチングを行うことにより、エッチング速度を大幅に
低下させることなく異方性形状を達成した例が報告され
ている。A so-called low-temperature etching method in which etching is performed while cooling the wafer temperature at the time of etching to 0 ° C. or lower is also one of the techniques to be noted. In this technique, the radical reaction on the side wall is frozen by lowering the wafer temperature at the time of etching, and anisotropic processing is performed with low ion energy. For example, 35th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics Spring Meeting, page 496, lecture number 28a-G-4
(1988), the wafer temperature was set to -100 ° C with liquid nitrogen.
Oxygen plasma of the multilayer resist layer
There has been reported an example in which an anisotropic shape is achieved by performing etching without significantly lowering the etching rate.
一方、側壁保護膜を利用して異方性加工を行う試みも
なされている。たとえば、本発明者は先に特願平1−64
086号明細書において、多層レジスト層のエッチング・
ガスとして一般に使用されているO2ガスにCl系ガスを添
加することにより、該Cl系ガスと下層レジスト層との反
応生成物であるCClxを側壁保護膜として堆積させながら
異方性加工を行う技術を提案している。On the other hand, an attempt has been made to perform anisotropic processing using a sidewall protective film. For example, the present inventor has previously described Japanese Patent Application No. 1-64.
No. 086, the etching of the multilayer resist layer
By adding a Cl-based gas to an O 2 gas generally used as a gas, anisotropic processing is performed while depositing CCl x , which is a reaction product of the Cl-based gas and a lower resist layer, as a sidewall protective film. Propose technology to do.
このように、多層レジスト層のエッチングを高速にか
つ高い異方性をもって行うための技術が各種提案されて
いるが、未だ解決すべき問題も多い。As described above, various techniques for etching a multilayer resist layer at high speed and with high anisotropy have been proposed, but there are still many problems to be solved.
たとえば、ウェハ温度を液体窒素により−100℃程度
まで下げる前述の技術においては、エッチング時のウェ
ハ温度を−100℃に保つ必要から周辺冷却系としてはよ
り低温域の冷却能力を有するものが必須となり、装置が
大型化したりコスト高となる等の問題がある。さらに、
かかる低温域では反応生成物の蒸気圧が極めて低いの
で、これがパターン側壁部に厚く堆積してパターン幅を
増大させる懸念もある。したがって、低温エッチングを
行うにしても、実施温度域をより高温化する方が実用上
望ましいプロセスとなり得る。For example, in the above-mentioned technology for lowering the wafer temperature to about -100 ° C with liquid nitrogen, it is necessary to maintain the wafer temperature at the time of etching at -100 ° C. However, there are problems such as an increase in the size of the apparatus and an increase in cost. further,
Since the vapor pressure of the reaction product is extremely low in such a low temperature range, there is a concern that the reaction product may be thickly deposited on the pattern side wall to increase the pattern width. Therefore, even if low-temperature etching is performed, it is a practically desirable process to raise the operating temperature range to a higher temperature.
一方、本発明者が先に提案したO2ガスとCl系ガスの混
合ガス系を使用する方法では、常温において異方性加工
を行うためには、Cl系ガスの添加量を全体の約60〜80%
と比較的高く設定することが必要である。しかし、大量
にCl系ガスを使用することは、堆積物の増加に伴うパー
ティクル汚染の発生、再現性の低下、エッチング速度の
低下等の問題を起こす虞れがあり、さらに改善が望まれ
るところである。On the other hand, in the method using a mixed gas system of O 2 gas and Cl-based gas previously proposed by the present inventor, in order to perform anisotropic processing at room temperature, the amount of added Cl-based gas is about 60% of the total. ~ 80%
It is necessary to set relatively high. However, the use of a large amount of Cl-based gas may cause problems such as generation of particle contamination due to an increase in deposits, reduction in reproducibility, and reduction in etching rate, and further improvement is desired. .
さらに、Al系材料層のエッチング用マスクを多層レジ
スト層により形成しようとする場合、該多層レジスト層
のエッチングを行うためのエッチング・ガスに上述のよ
うにCl系ガスが含有されていると、該Al系材料層が露出
した時点でアフタ・コロージョンが起こる可能性があ
る。この場合のアフタ・コロージョンは、側壁保護膜中
の残留ClがAlと化合して潮解性の強いAlCl3等の塩素化
合物を生成し、これが吸湿して電解性の液滴となり、水
素発生型の局部電池が形成されることが原因であると考
えられる。Further, when an etching mask for the Al-based material layer is to be formed by a multilayer resist layer, if the Cl-based gas is contained in an etching gas for etching the multilayer resist layer as described above, After-corrosion may occur when the Al-based material layer is exposed. In the after-corrosion in this case, residual Cl in the side wall protective film combines with Al to generate a chlorine compound such as AlCl 3 having strong deliquescent, which absorbs moisture to form electrolytic droplets, which is a hydrogen-generating type. This may be due to the formation of a local battery.
そこで本発明は、多層レジスト法においてO2ガスとCl
系ガスとを含むエッチング・ガスにより下層レジスト層
のエッチングを行う場合にも、パーティクル汚染の発
生、再現性の低下、エッチング速度の低下、アフタ・コ
ロージョンの発生、設備の大型化等を招かない方法を提
供することを目的とする。Therefore, the present invention provides an O 2 gas and Cl
Even if the lower resist layer is etched with an etching gas containing a base gas, a method that does not cause the occurrence of particle contamination, a decrease in reproducibility, a decrease in the etching rate, the occurrence of after-corrosion, and an increase in equipment size The purpose is to provide.
本発明者は、上述の目的を達成するために鋭意検討を
行ったところ、多層レジスト層のエッチングにおいてO2
ガスにCl2ガスを添加したエッチング・ガスを使用し、
かつ低温エッチングを実施すれば、比較的Cl2ガスの添
加量が少なくても良好な異方性が達成され、エッチング
速度が低下せず、しかも従来より高い温度域でエッチン
グが行えることを見出した。The present inventors have conducted intensive studies in order to achieve the above object, and found that O 2
Using an etching gas obtained by adding Cl 2 gas to the gas,
Also, it has been found that if low-temperature etching is performed, good anisotropy is achieved even with a relatively small amount of Cl 2 gas added, the etching rate is not reduced, and etching can be performed in a higher temperature range than before. .
さらに、Al系材料層上の多層レジスト層のエッチング
を上述のようなエッチング・ガスを用いて行う場合に
は、エッチング後にF系ガスを使用するプラズマ処理を
行うことによりアフタ・コロージョンが効果的に防止さ
れることを見出した。Further, when the etching of the multilayer resist layer on the Al-based material layer is performed using the above-described etching gas, after-etching is effectively performed by performing a plasma treatment using an F-based gas after the etching. Found to be prevented.
さらに、上述のようなエッチング・ガスを用いてAl系
材料層上の多層レジスト層の低温エッチングを行えば、
側壁保護膜の形成量を減少させることができ、アフタ・
コロージョンの防止効果をより高めることが可能となる
ことを見出した。Furthermore, if low-temperature etching of the multilayer resist layer on the Al-based material layer is performed using the above-described etching gas,
The formation amount of the side wall protective film can be reduced,
It has been found that the effect of preventing corrosion can be further enhanced.
本発明は以上のような知見にもとづいて完成されたも
のである。The present invention has been completed based on the above findings.
すなわち、本発明の第1の発明にかかる多層レジスト
層のエッチング方法は、下地材料層上に下層レジスト
層、中間層、および上層レジスト層をこの順に積層する
ことにより形成された多層レジスト層のパターニングを
行う多層レジスト層のエッチング方法において、前記上
層レジスト層を所望の形状にパターニングして上層レジ
スト・パターンを形成する工程と、前記上層レジスト・
パターンをマスクとする前記中間層のパターニングによ
り中間膜パターンを形成する工程と、基体を−80〜0℃
に冷却した状態で少なくともO2ガスと10〜20%のCl2ガ
スとを含むエッチング・ガスにより前記上層レジスト・
パターンおよび前記中間膜パターンをマスクとして前記
下層レジスト層をエッチングする工程とを有することを
特徴とするものである。That is, the method for etching a multilayer resist layer according to the first invention of the present invention comprises the steps of patterning a multilayer resist layer formed by laminating a lower resist layer, an intermediate layer, and an upper resist layer on a base material layer in this order. Performing a step of patterning the upper resist layer into a desired shape to form an upper resist pattern; and
Forming an intermediate film pattern by patterning the intermediate layer using the pattern as a mask;
The upper layer resist by etching gas containing at least O 2 gas and 10-20% of Cl 2 gas with cold state,
Etching the lower resist layer using the pattern and the intermediate film pattern as a mask.
本発明の第2の発明にかかる多層レジスト層のエッチ
ング方法は、Alを主体とする下地材料層上に下層レジス
ト層、中間膜、および上層レジスト層をこの順に積層す
ることにより形成された多層レジスト層のパターニング
を行う多層レジスト層のエッチング方法において、前記
上層レジスト層を所望の形状にパターニングして上層レ
ジスト・パターンを形成する工程と、前記上層レジスト
・パターンをマスクとする前記中間層のパターニングに
より中間膜パターンを形成する工程と、基体を−80〜0
℃に冷却した状態で少なくともO2ガスと10〜20%のCl2
ガスとを含むエッチング・ガスにより前記上層レジスト
・パターンおよび前記中間膜パターンをマスクとして前
記下層レジスト層をエッチングする工程と、F系ガスに
よるプラズマ処理を施す工程とを有することを特徴とす
るものである。The method for etching a multilayer resist layer according to the second invention of the present invention is a multilayer resist formed by laminating a lower resist layer, an intermediate film, and an upper resist layer in this order on a base material layer mainly composed of Al. In the method of etching a multilayer resist layer for patterning a layer, a step of patterning the upper resist layer into a desired shape to form an upper resist pattern, and patterning the intermediate layer using the upper resist pattern as a mask A step of forming an intermediate film pattern;
At least in a state cooled to ° C. O 2 gas and 10-20% of Cl 2
A step of etching the lower resist layer using the upper resist pattern and the intermediate film pattern as a mask with an etching gas containing a gas, and a step of performing a plasma treatment with an F-based gas. is there.
本発明では、多層レジスト層を構成する層のうち下層
レジスト層のエッチングを、少なくともO2ガスとCl2ガ
スとを含むエッチング・ガスを使用して行う。かかる混
合ガス系によれば、Cl2ガスと有機レジスト材料とが反
応することによりCClxなる組成を有するポリマーがパタ
ーン側壁部に堆積する過程と、O2ガスが該ポリマーをエ
ッチング除去する過程とが競合して起こる。したがっ
て、通常ならばラジカル・モードによる反応が進行して
マスクの下にアンダカットが生ずるような比較的高ガス
圧,低直流バイアス下の条件においても、側壁保護膜を
利用した異方性加工が可能となり、しかも通常のイオン
・モードによる反応に比べて遥かにエッチング速度も高
めることができる。In the present invention, the lower resist layer of the layers constituting the multilayer resist layer is etched using an etching gas containing at least an O 2 gas and a Cl 2 gas. According to such a mixed gas system, a process in which a polymer having a composition of CCl x is deposited on the pattern side wall by reacting the Cl 2 gas with the organic resist material, and a process in which the O 2 gas etches the polymer is removed. Happens in conflict. Therefore, even under relatively high gas pressure and low DC bias conditions where a reaction in the radical mode normally proceeds to cause undercut under the mask, anisotropic processing using the sidewall protective film can be performed. It is possible, and the etching rate can be much higher than that of the reaction in the normal ion mode.
以上が本発明の2つの発明に共通するエッチング機構
であるが、さらに第1の発明ではエッチングに際して基
体を−80〜0℃に冷却する。このことにより、まず酸素
ラジカルによるレジストのエッチング反応が適度に抑制
され、異方性形状を達成する上で有利となる。また、低
温下では反応生成物CClxの蒸気圧が常温より遥かに低く
側壁保護膜が形成され易くなっているので、従来の混合
ガス系に比べてCl2ガスの含有量を大幅に減少させても
同等の効果を得ることができる上、パーティクル汚染の
発生やエッチング速度の低下を防止することができる。
ただし本発明の場合、前述のような−100℃にも及ぶ冷
却は不要であり、汎用の有機溶媒等を冷媒とする−80〜
0℃の冷却で十分である。したがって、反応生成物の過
剰な堆積が抑制されてパターン幅の増大等の虞れがなく
なる他、チラー(chiller)等の比較的簡単な冷却装置
が使用できるため、装置面,コスト面でも有利となる。The above is the etching mechanism common to the two inventions of the present invention. In the first invention, the substrate is cooled to −80 to 0 ° C. during etching. Thereby, first, the etching reaction of the resist due to oxygen radicals is appropriately suppressed, which is advantageous in achieving an anisotropic shape. In addition, at low temperatures, the vapor pressure of the reaction product CCl x is much lower than normal temperature, and the side wall protective film is easily formed.Therefore, the content of Cl 2 gas is greatly reduced as compared with the conventional mixed gas system. The same effect can be obtained, and the occurrence of particle contamination and a decrease in etching rate can be prevented.
However, in the case of the present invention, the above-described cooling down to −100 ° C. is unnecessary, and a general-purpose organic solvent or the like is used as a refrigerant for −80 to −80 ° C.
Cooling at 0 ° C. is sufficient. Therefore, excessive deposition of the reaction product is suppressed, and there is no danger of an increase in the pattern width, and a relatively simple cooling device such as a chiller can be used, which is advantageous in terms of equipment and cost. Become.
第2の発明では、かかる優れた特性を有する上述のエ
ッチング・ガスをAl系下地材料層の上に形成される多層
レジスト層のエッチングに適用する場合、エッチング終
了後にF系ガスによるプラズマ処理を施す。すなわち、
アフタ・コロージョンを防止するためにAl配線層等のエ
ッチングの後処理として一般的に行われている技術を、
多層レジスト層のエッチングの後処理にも適用するわけ
である。これにより、エッチング・ガスにCl2ガスを添
加することのメリットのみを引き出すことが可能とな
る。In the second invention, when the above-described etching gas having such excellent characteristics is applied to the etching of a multilayer resist layer formed on an Al-based base material layer, a plasma treatment with an F-based gas is performed after the etching is completed. . That is,
In order to prevent after-corrosion, a technique that is generally performed as a post-processing of etching of Al wiring layer etc.
In other words, the present invention is also applied to post-processing of etching of the multilayer resist layer. As a result, only the merit of adding Cl 2 gas to the etching gas can be obtained.
さらに第2の発明では、上述のエッチングを基体を−
80〜0℃に冷却した状態で行う。この場合、第1の発明
の場合と同様エッチング・ガス中におけるCl2ガスの含
有量を大幅に下げることができるので、側壁保護膜の堆
積が減少し、そのぶん残留Clの影響も少なくなる。した
がって、F系ガスによるプラズマ処理も容易となり、Al
系下地材料層に対するアフタ・コロージョンの防止効果
が一層高まるわけである。Further, in the second invention, the above-mentioned etching is
It is carried out while cooling to 80 to 0 ° C. In this case, the content of Cl 2 gas in the etching gas can be greatly reduced as in the case of the first invention, so that the deposition of the side wall protective film is reduced and the influence of residual Cl is reduced accordingly. Therefore, the plasma treatment with the F-based gas becomes easy, and
The effect of preventing after-corrosion on the base material layer is further enhanced.
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照し
ながら説明する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施例1 本実施例では、本発明の第1の発明を適用例について
第1図(A)ないし第1図(D)を参照しながら説明す
る。Embodiment 1 In this embodiment, an application example of the first invention of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) to 1 (D).
まず、第1図(A)に示されるように、下地材料層
(1)上に下層レジスト層(2)、中間膜(3)、およ
び上層レジスト層(4)を順次積層したウェハを用意し
た。ここで、下層レジスト層(2)は、ノボラック系ポ
ジ型フォトレジスト(東京応化工業社製:商品名OFPR80
0)が約1μm厚に塗布されてなるものであり、中間膜
(3)はSOG(東京応化工業社製:商品名OCD Type2)が
約0.15μm厚に塗布されてなるものであり、また上層レ
ジスト層(4)はノボラック系ポジ型フォトレジスト
(東京応化社製:商品名TSMR−V3)が約0.8μm厚に塗
布されてなるものである。First, as shown in FIG. 1A, a wafer was prepared in which a lower resist layer (2), an intermediate film (3), and an upper resist layer (4) were sequentially laminated on a base material layer (1). . Here, the lower resist layer (2) is a novolak-based positive photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; trade name: OFPR80)
0) is applied to a thickness of about 1 μm, the intermediate film (3) is an SOG (trade name: OCD Type2 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) applied to a thickness of about 0.15 μm, and The resist layer (4) is formed by applying a novolak-based positive type photoresist (trade name: TSMR-V3, manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd.) to a thickness of about 0.8 μm.
次に、g線(436nm)による選択露光、アルカリ現像
液(東京応化社製:NMD−3)による現像を経て上層レジ
スト層(4)をパターニングし、第1図(B)に示され
るように、上層レジスト・パターン(4a)を形成した。Next, the upper resist layer (4) is patterned through selective exposure with g-line (436 nm) and development with an alkali developing solution (NMD-3, manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.), as shown in FIG. 1 (B). Then, an upper resist pattern (4a) was formed.
次に、マグネトロンRIE(反応性イオン・エッチン
グ)装置を使用して、たとえばC3F8流量50SCCM,ガス圧1
5mTorr,高周波バイアス・パワー1500Wの条件により蒸気
上層レジスト・パターン(4a)をマスクとする中間膜
(3)のパターニングを行い、第1図(C)に示される
ような中間膜パターン(3a)を形成した。Next, using a magnetron RIE (reactive ion etching) apparatus, for example, C 3 F 8 flow rate 50 SCCM, gas pressure 1
The intermediate film (3) is patterned using the upper vapor resist pattern (4a) as a mask under the conditions of 5 mTorr and a high frequency bias power of 1500 W to form an intermediate film pattern (3a) as shown in FIG. 1 (C). Formed.
次に、ECR(電子サイクロトロン共鳴)型プラズマ・
エッチング装置のウェハ設置電極上に上述のウェハを設
置し、該ウェハ設置電極を所定の温度に冷却した。この
状態で、O2ガス流量40SCCM,Cl2ガス流量10SCCM,ガス圧1
0mTorr,マイクロ波パワー850W,高周波バイアス・パワー
200Wの条件にて上層レジスト・パターン(4a)および中
間膜パターン(3a)をマスクとする下層レジスト層
(2)のエッチングを行った。Next, ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma
The above-mentioned wafer was set on the wafer setting electrode of the etching apparatus, and the wafer setting electrode was cooled to a predetermined temperature. In this state, O 2 gas flow rate 40 SCCM, Cl 2 gas flow rate 10 SCCM, gas pressure 1
0mTorr, microwave power 850W, high frequency bias power
Under the condition of 200 W, the lower resist layer (2) was etched using the upper resist pattern (4a) and the intermediate film pattern (3a) as masks.
ここで、図示されない側壁保護膜の寄与により異方性
加工が達成されれば、もちろん第1図(D)に示される
ように垂直壁を有する下層レジスト・パターン(2a)が
形成され、良好な多層レジスト・パターン(5)が完成
される。ただし、この図に上層レジスト・パターン(4
a)が図示されていないのは、下層レジスト層(2)の
エッチング時に同時に除去されてしまうからである。し
かし、低温エッチングにおいてはエッチング・ガスの種
類と被加工材料の組合せにより異方性加工を達成し得る
ウェハ温度が異なる。そこで、ウェハ温度を変化させな
がら、各温度におけるアンダカット率(%)の測定を行
った。Here, if anisotropic processing is achieved by the contribution of a sidewall protective film (not shown), a lower resist pattern (2a) having vertical walls is formed as shown in FIG. The multilayer resist pattern (5) is completed. However, the upper resist pattern (4
The reason a) is not shown is that the lower resist layer (2) is removed at the same time as the etching. However, in low-temperature etching, the wafer temperature at which anisotropic processing can be achieved differs depending on the combination of the type of etching gas and the material to be processed. Therefore, the undercut ratio (%) at each temperature was measured while changing the wafer temperature.
ここでアンダカット率とは、第3図に示されるよう
に、マスクとなる中間膜パターン(3a)の端部から測っ
た下層レジスト・パターン(2b)の後退量をl、下層レ
ジスト・パターン(2b)の高さをhとするとき、(l/
h)×100で定義される値である。As shown in FIG. 3, the undercut ratio is defined as the amount of retreat of the lower resist pattern (2b) measured from the end of the intermediate film pattern (3a) serving as a mask as 1, and the lower resist pattern (2). When the height of 2b) is h, (l /
h) Value defined by x100.
また、ウェハ温度に関しては、常温より高い温度域に
おける実験では通常のヒータの温度設定により、また常
温より低い温度域における実験ではチラーからウェハ設
置電極に冷媒として供給されるエタノールの温度を変化
させることにより制御を行った。ただし、エッチング中
にはウェハ温度が初期設定温度よりも上昇する。たとえ
ば、エタノールを冷媒とするチラーでは−100℃程度ま
での冷却が可能であるが、初期設定温度を−80℃とした
場合、エッチング中のウェハ温度は−60℃付近まで上昇
する。したがって、以下の本明細書中で述べるウェハ温
度とは、すべてエッチング中のウェハ温度を指すものと
する。Regarding the wafer temperature, the temperature of the ethanol supplied as a coolant from the chiller to the wafer installation electrode should be changed in the experiment in the temperature range higher than normal temperature by setting the normal heater temperature, and in the experiment in the temperature range lower than normal temperature. Was controlled by. However, during the etching, the wafer temperature rises above the initially set temperature. For example, a chiller using ethanol as a coolant can cool to about -100 ° C, but when the initial set temperature is -80 ° C, the wafer temperature during etching rises to around -60 ° C. Therefore, the following wafer temperatures described in this specification all refer to the wafer temperature during etching.
なお、比較のために、O2ガスを単独使用したエッチン
グも同様に行い、アンダカット率(%)を測定した。こ
の場合の条件は、O2ガス流量50SCCM,ガス圧10mTorr,マ
イクロ波パワー850W,高周波バイアス・パワー200Wとし
た。For comparison, etching using only O 2 gas was performed in the same manner, and the undercut ratio (%) was measured. The conditions in this case were an O 2 gas flow rate of 50 SCCM, a gas pressure of 10 mTorr, a microwave power of 850 W, and a high frequency bias power of 200 W.
結果を第2図に示す。図中、縦軸はアンダカット率
(%)、横軸はウェハ温度(℃)を表し、白丸(○)の
プロットはO2ガスとCl2ガスの混合ガスによる実験結
果、黒丸(●)のプロットはO2ガス単独による比較実験
結果にそれぞれ対応している。この結果から、いずれの
ガス系の場合にもウェハ温度の上昇と共にアンダカット
率が上昇するが、O2ガスとCl2ガスの混合ガスを使用し
てエッチングを行った場合には、O2ガス単独による場合
と比べて高い温度域でアンダカット率が低減できること
が明らかである。O2ガス単独では−60℃まで冷却しても
アンダカットを抑制し切れていないが、O2ガスとCl2ガ
スの混合ガス系では約−24℃でほぼ完全にアンダカット
を抑制することができ、前述の第1図(C)に示す状態
が達成された。このことは、設備やコストの観点からも
本発明の極めて高い実用性を示すものである。さらに、
従来の技術においては常温においてアンダカットをほぼ
完全に抑制するのにCl2ガス添加量60〜80%が必要であ
ったが、本発明では簡単な冷却を併用すればCl2ガス添
加量を大幅に低減させても(上述の例ではCl2ガス添加
量20%)同等の効果が得られ、この観点からも本発明の
有効性が実証される。The results are shown in FIG. In the figure, the ordinate represents the undercut ratio (%), the abscissa represents the wafer temperature (° C.), the plot of white circles (○) represents the experimental results with a mixed gas of O 2 gas and Cl 2 gas, The plots correspond to the results of comparative experiments using O 2 gas alone. From these results, the undercut ratio increases with increasing wafer temperature in any gas system. However, when etching is performed using a mixed gas of O 2 gas and Cl 2 gas, the O 2 gas It is clear that the undercut ratio can be reduced in a high temperature range as compared with the case of using only one. O not fully suppress the undercut be cooled to -60 ° C. in 2 gas alone, the mixed gas system of the O 2 gas and Cl 2 gas can be suppressed almost completely undercut at about -24 ° C. As a result, the state shown in FIG. 1 (C) was achieved. This shows the extremely high practicality of the present invention from the viewpoint of equipment and cost. further,
In the prior art, the Cl 2 gas addition amount of 60 to 80% was required to almost completely suppress the undercut at room temperature, but in the present invention, the Cl 2 gas addition amount can be significantly increased by using simple cooling together. (In the example described above, the Cl 2 gas addition amount is 20%), the same effect can be obtained, and the effectiveness of the present invention is also demonstrated from this viewpoint.
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であ
る。Note that the present invention is not limited to the present embodiment,
Changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
たとえば、O2ガス量を45SCCM,Cl2ガス流量を5SCCM
(すなわちCl2ガス添加量10%)の場合には、ウェハ温
度約−60℃にてほぼ完全にアンダカットを抑制すること
ができた。For example, the O 2 gas amount is 45 SCCM and the Cl 2 gas flow rate is 5 SCCM
In the case of the Cl 2 gas addition amount of 10%, undercut was almost completely suppressed at a wafer temperature of about −60 ° C.
また、冷媒としてフロン系冷媒(たとえば住友3M社
製,商品名フロリナート等)を使用するチラーでは−70
℃程度までの冷却が可能であるので、エッチング・ガス
や被加工材料の種類によってはこれを使用しても良い。
この場合、初期設定温度を−20〜30℃とすると、エッチ
ング中のウェハ温度はおおよそ0℃となる。In a chiller using a chlorofluorocarbon-based refrigerant (for example, manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd., Fluorinert, etc.), -70 is used.
Since cooling down to about ° C. is possible, this may be used depending on the type of etching gas or material to be processed.
In this case, assuming that the initial set temperature is -20 to 30C, the wafer temperature during etching is approximately 0C.
さらに、上記中間膜(3)の材料は上述のSOGに限ら
れず、CVD等により堆積される酸化シリコン,プラズマC
VD等により堆積される窒化シリコン,多結晶シリコン等
であっても良い。Further, the material of the intermediate film (3) is not limited to the above-mentioned SOG, but may be silicon oxide or plasma C deposited by CVD or the like.
Silicon nitride, polycrystalline silicon, or the like deposited by VD or the like may be used.
また、上記混合ガス系には、必要に応じて不活性ガス
等が希釈ガスとして添加されていても良い。Further, an inert gas or the like may be added as a diluting gas to the mixed gas system as needed.
実施例2 本実施例では、本発明の第2の発明の適用例について
説明する。図面による説明は省略する。Embodiment 2 In this embodiment, an application example of the second invention of the present invention will be described. The description with reference to the drawings is omitted.
まず、Al(1%Si含有)配線層上に実施例1と同様に
下層レジスト層,中間膜,上層レジスト層の3層からな
る多層レジスト層を形成し、上層レジスト層をフォトリ
ソグラフィによりパターニングし、上層レジスト・パタ
ーンを形成した。次いで、この上層レジスト・パターン
をマスクとして中間膜のパターニングを行い、中間膜パ
ターンを形成した。First, a multilayer resist layer consisting of a lower resist layer, an intermediate film, and an upper resist layer is formed on an Al (1% Si-containing) wiring layer in the same manner as in Example 1, and the upper resist layer is patterned by photolithography. Then, an upper resist pattern was formed. Next, the intermediate film was patterned using the upper resist pattern as a mask to form an intermediate film pattern.
次に、ECR型プラズマ・エッチング装置を使用してウ
ェハ温度−60℃,O2ガス流量45SCCM,Cl2ガス流量5SCCM,
ガス圧10mTorr,マイクロ波パワー850W,高周波バイアス
・パワー200Wの条件にて上層レジスト・パターンおよび
中間膜パターンをマスクとする下層レジスト層のエッチ
ングを行った。このとき、ウェハの冷却を併用すること
で、少ないCl2ガス添加量によっても側壁保護膜の寄与
により異方性加工が達成された。Next, using an ECR type plasma etching apparatus, a wafer temperature of −60 ° C., an O 2 gas flow rate of 45 SCCM, a Cl 2 gas flow rate of 5 SCCM,
The lower resist layer was etched using the upper resist pattern and the intermediate film pattern as masks under the conditions of a gas pressure of 10 mTorr, a microwave power of 850 W, and a high frequency bias power of 200 W. At this time, by concurrently using the cooling of the wafer, the anisotropic processing was achieved by the contribution of the sidewall protective film even with a small amount of Cl 2 gas added.
続いて、ウェハを真空搬送手段を介して平行平板型プ
ラズマ・エッチング装置に移送し、NF3ガス流量50SCCM,
ガス圧10mTorr,交流バイアス電圧−120Vの条件でプラズ
マ処理を行った。この処理により側壁保護膜中の残留Cl
がFに置換される共に中間膜パターンが除去された。こ
のとき、真空搬送手段を介して平行平板型プラズマ・エ
ッチング装置へ移送されたウェハは低温冷却された状態
にあり、自然に常温に戻そうとすると結露を生ずる虞れ
があるので、加熱を同時に行った。この結果、側壁保護
膜の堆積量が元来少ないこと、加熱の効果等があいまっ
て残留Clが極めて容易にFに置換された。このウェハを
大気中に放置しても、Al配線層におけるアフタ・コロー
ジョンの発生は認められなかった。Subsequently, the wafer was transferred to a parallel plate type plasma etching apparatus via a vacuum transfer means, and the NF 3 gas flow rate was 50 SCCM,
Plasma treatment was performed under the conditions of a gas pressure of 10 mTorr and an AC bias voltage of -120 V. By this process, residual Cl in the sidewall protective film
Was replaced with F and the intermediate film pattern was removed. At this time, the wafer transferred to the parallel plate type plasma etching apparatus via the vacuum transfer means is in a state of being cooled at a low temperature, and there is a possibility that dew condensation may occur if the temperature is naturally returned to room temperature. went. As a result, the residual Cl was extremely easily replaced with F due to the fact that the deposition amount of the side wall protective film was originally small, the effect of heating, and the like. Even when the wafer was left in the air, no after-corrosion was observed in the Al wiring layer.
以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれ
ば、3層レジスト・プロセスにおいてパーティクル汚染
の発生やエッチング速度の低下を招くことなく、良好な
多層レジスト層の異方性加工を再現性良く行うことが可
能となる。また、多層レジスト層の下地材料層がAl系材
料である場合には、アフタ・コロージョンを効果的に防
止することができる。さらに、本発明の第1の発明およ
び第2の発明で行われる冷却は、何ら大型で複雑な設備
を要するものではなく、コスト的にも有利である。した
がって本発明は、微細なデザイン・ルールと高性能を有
する半導体装置の製造等に特に有効である。As is clear from the above description, when the present invention is applied, good anisotropic processing of a multilayer resist layer can be performed with good reproducibility without causing particle contamination and lowering the etching rate in a three-layer resist process. It is possible to do well. Further, when the underlying material layer of the multilayer resist layer is an Al-based material, after-corrosion can be effectively prevented. Furthermore, the cooling performed in the first invention and the second invention of the present invention does not require any large and complicated equipment, and is advantageous in cost. Therefore, the present invention is particularly effective for manufacturing a semiconductor device having a fine design rule and high performance.
第1図(A)ないし第1図(D)は本発明の第1の発明
を一実施例をその工程順にしたがって示す概略断面図で
あり、第1図(A)は下地材料層上に下層レジスト層、
中間膜、および上層レジスト層が形成された状態、第1
図(B)はフォトリソグラフィによる上層レジスト層の
パターニング工程、第1図(C)は中間膜のパターニン
グ工程、第1図(D)は下層レジスト層のエッチング工
程をそれぞれ表す。第2図はO2ガスとCl2ガスとの混合
ガス系を用いるエッチングにおけるアンダカット率のウ
ェハ温度依存性をO2ガス単独系によるそれと比較して示
す特性図である。第3図は下層レジスト層のエッチング
においてアンダカットが発生した状態を示す概略断面図
である。 1……下地材料層 2……下層レジスト層 2a,2b……下層レジスト・パターン 3……中間膜 3a……中間膜パターン 4……上層レジスト層 4a……上層レジスト・パターン 5……多層レジスト・パターン1 (A) to 1 (D) are schematic sectional views showing an embodiment of the first invention of the present invention in the order of steps, and FIG. 1 (A) shows a lower layer on a base material layer. Resist layer,
The state in which the intermediate film and the upper resist layer are formed, the first
FIG. 1B shows a patterning step of an upper resist layer by photolithography, FIG. 1C shows a patterning step of an intermediate film, and FIG. 1D shows an etching step of a lower resist layer. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the wafer temperature dependence of the undercut ratio in etching using a mixed gas system of O 2 gas and Cl 2 gas, as compared with that of an O 2 gas alone system. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state where an undercut has occurred in the etching of the lower resist layer. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base material layer 2 ... Lower resist layer 2a, 2b ... Lower resist pattern 3 ... Intermediate film 3a ... Intermediate film pattern 4 ... Upper resist layer 4a ... Upper resist pattern 5 ... Multilayer resist ·pattern
Claims (2)
および上層レジスト層をこの順に積層することにより形
成された多層レジスト層のパターニングを行う多層レジ
スト層のエッチング方法において、 前記上層レジスト層を所望の形状にパターニングして上
層レジスト・パターンを形成する工程と、 前記上層レジスト・パターンをマスクとする前記中間層
のパターニングにより中間膜パターンを形成する工程
と、 基体を−80〜0℃に冷却した状態で少なくともO2ガスと
10〜20%のCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより前
記上層レジスト・パターンおよび前記中間膜パターンを
マスクとして前記下層レジスト層をエッチングする工程
とを有することを特徴とする多層レジスト層のエッチン
グ方法。A lower resist layer, an intermediate layer,
And a multilayer resist layer etching method for patterning a multilayer resist layer formed by laminating an upper resist layer in this order, a step of forming an upper resist pattern by patterning the upper resist layer into a desired shape. Forming an intermediate film pattern by patterning the intermediate layer using the upper resist pattern as a mask, and at least O 2 gas while the substrate is cooled to −80 to 0 ° C.
Etching the lower resist layer with the upper resist pattern and the intermediate film pattern as a mask using an etching gas containing 10 to 20% Cl 2 gas. .
ト層、中間膜、および上層レジスト層をこの順に積層す
ることにより形成された多層レジスト層のパターニング
を行う多層レジスト層のエッチング方法において、 前記上層レジスト層を所望の形状にパターニングして上
層レジスト・パターンを形成する工程と、 前記上層レジスト・パターンをマスクとする前記中間層
のパターニングにより中間膜パターンを形成する工程
と、 基体を−80〜0℃に冷却した状態で少なくともO2ガスと
10〜20%のCl2ガスとを含むエッチング・ガスにより前
記上層レジスト・パターンおよび前記中間膜パターンを
マスクとして前記下層レジスト層をエッチングする工程
と、 F系ガスによるプラズマ処理を施す工程とを有すること
を特徴とする多層レジスト層のエッチング方法。2. A multi-layer resist layer etching method for patterning a multi-layer resist layer formed by laminating a lower resist layer, an intermediate film, and an upper resist layer on a base material layer mainly composed of Al in this order. Patterning the upper resist layer into a desired shape to form an upper resist pattern; forming an intermediate film pattern by patterning the intermediate layer using the upper resist pattern as a mask; With at least O 2 gas while cooling to 80 ~ 0 ° C
A step of etching the lower resist layer using the upper resist pattern and the intermediate film pattern as a mask with an etching gas containing 10 to 20% Cl 2 gas; and performing a plasma treatment with an F-based gas. A method for etching a multi-layer resist layer, comprising:
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JPH047829A JPH047829A (en) | 1992-01-13 |
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JPS58147033A (en) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Pattern formation |
JPS59189633A (en) * | 1983-04-13 | 1984-10-27 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JPH01243426A (en) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Hitachi Ltd | Etching method for resist film |
JP2892006B2 (en) * | 1988-03-29 | 1999-05-17 | ソニー株式会社 | Etching method |
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