JP3259529B2 - Selective etching method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの製造分
野等において適用される選択エッチング方法に関し、特
に窒化シリコン系材料層と酸化シリコン系材料層との間
のエッチング選択比を大きく確保する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a selective etching method applied in the field of manufacturing semiconductor devices and the like, and more particularly to a method for ensuring a large etching selectivity between a silicon nitride-based material layer and a silicon oxide-based material layer. .
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコン・デバイスにおける層間絶縁膜
の構成材料としては、一般にシリコン化合物、中でも酸
化シリコン(SiOx ;典型的にはx=2)膜が広く用
いられている。2. Description of the Related Art As a constituent material of an interlayer insulating film in a silicon device, a silicon compound, in particular, a silicon oxide (SiO x ; typically, x = 2) film is widely used.
【0003】SiOx のドライエッチングには、従来よ
りCHF3 、CF4 /H2 混合ガス、CF4 /O2 混合
ガス、C2 F6 /CHF3 混合ガス等、フルオロカーボ
ン系化合物を組成の主体とするエッチング・ガスが用い
られてきた。これは、(a)フルオロカーボン系化合物
に含まれるC原子がSiOx 層の表面で原子間結合エネ
ルギーの大きいC−O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)SiO2 層の
主エッチング種であるCFx + (典型的にはx=3) を
生成できる、さらに(c)エッチング反応系のC/F比
(C原子数とF原子数の比)を制御することにより炭素
系ポリマーの堆積量を最適化し、レジスト・マスクや下
地材料層に対して高選択性が達成できる、等の理由にも
とづいている。Conventionally, dry etching of SiO x has been mainly carried out using a fluorocarbon-based compound such as CHF 3 , CF 4 / H 2 mixed gas, CF 4 / O 2 mixed gas, C 2 F 6 / CHF 3 mixed gas, etc. Etching gas has been used. This is because (a) C atoms contained in the fluorocarbon-based compound generate C—O bonds having a large interatomic bond energy on the surface of the SiO x layer, and have a function of cutting or weakening the Si—O bonds. (B) CF x + (typically x = 3), which is the main etching species of the SiO 2 layer, can be generated, and (c) the C / F ratio of the etching reaction system (the ratio of the number of C atoms to the number of F atoms) ) To optimize the amount of carbon-based polymer deposited and achieve high selectivity with respect to the resist mask and the underlying material layer.
【0004】なお、ここで言う下地材料層とは、主とし
てシリコン基板、ポリシリコン層、ポリサイド膜等のシ
リコン系材料層を指す。[0004] The underlying material layer referred to here mainly refers to a silicon-based material layer such as a silicon substrate, a polysilicon layer, and a polycide film.
【0005】一方、窒化シリコン(Six Ny ;特にx
=3,y=4)もシリコン・デバイスに適用される絶縁
膜材料である。Six Ny 層のドライエッチングにも、
基本的にはSiOx 層のエッチングと同様のガス組成が
適用される。ただし、SiOx 層がイオン・アシスト反
応を主体とする機構によりエッチングされるのに対し、
Six Ny 層はF* を主エッチング種とするラジカル反
応機構にもとづいてエッチングされ、エッチング速度も
SiO2 層よりも速い。On the other hand, a silicon nitride (Si x N y; especially x
= 3, y = 4) are also insulating film materials applied to silicon devices. The dry etching of Si x N y layer,
Basically, a gas composition similar to that used for etching the SiO x layer is applied. However, while the SiO x layer is etched by a mechanism mainly based on the ion assist reaction,
Si x N y layer is etched on the basis of the radical reaction mechanism as a main etching species F *, faster than the etching speed SiO 2 layer.
【0006】ところで、シリコン・デバイスの製造工程
の中には、SiOx 層とSix Ny層との間の高選択エ
ッチングを要する工程が幾つかある。Incidentally, there are several steps in the manufacturing process of silicon devices that require highly selective etching between the SiO x layer and the Si x N y layer.
【0007】たとえば、SiOx 層上におけるSix N
y 層のエッチングは、LOCOS法において素子分離領
域を規定するためのパターニング時に行われる。LOC
OS法では、酸化マスクとなるSix Ny 層をパッド酸
化膜(SiO2 層)上でエッチングするが、近年このパ
ッド酸化膜がバーズ・ビーク長を最小限に止めるために
極めて薄く形成されるため、高い選択性が要求されてい
る。For example, Si x N on a SiO x layer
The etching of the y layer is performed at the time of patterning for defining an element isolation region in the LOCOS method. LOC
In the OS method, a Si x N y layer serving as an oxidation mask is etched on a pad oxide film (SiO 2 layer). In recent years, this pad oxide film is formed to be extremely thin in order to minimize the bird's beak length. Therefore, high selectivity is required.
【0008】また、デバイスの微細化、複雑化にともな
ってSix Ny 層がエッチング・ダメージを防止するた
めのエッチング停止層として色々な場所に形成されるケ
ースが増えており、Six Ny 層上でSiOx 層を高選
択エッチングする必要も生じている。Further, miniaturization of the device, and an increasing number of cases of Si x N y layer with the complex is formed in many places as an etch stop layer to prevent etching damage, Si x N y The need also arises for highly selective etching of the SiO x layer on the layer.
【0009】たとえば、オーバーエッチング時の基板ダ
メージを低減させるために基板の表面に薄いSix Ny
層が介在されていたり、いわゆるONO(SiOx /S
ixNy /SiOx )構造を有するゲート絶縁膜が形成
されていたり、さらにあるいはゲート電極の表面にSi
x Ny 層が積層されている場合には、この上で行われる
SiOx 層のエッチングをSix Ny 層の表面で確実に
停止させなければならない。[0009] For example, thin on the surface of the substrate in order to reduce the substrate damage during the over-etching Si x N y
Layers or so-called ONO (SiO x / S
i x N y / SiO x) or have a gate insulating film is formed to have a structure, further or Si on the surface of the gate electrode
if x N y layers are stacked must reliably stop the etch of the SiO x layer is performed on the surface of the Si x N y layer.
【0010】ところで、積層される異なる材料層の間の
高選択エッチングは、一般に両材料層の原子間結合エネ
ルギーの値が大きく異なっている場合ほど容易である。
しかし、SiOx 層とSix Ny 層の場合、Si−O結
合とSi−N結合の原子間結合エネルギーの値が比較的
近いために高選択エッチングが難しい。[0010] In general, high selective etching between different material layers to be laminated is easier when the values of the interatomic bond energies of the two material layers are largely different from each other.
However, if the SiO x layer and the Si x N y layer, a high selective etching is difficult because the value of the SiO bond and Si-N bonds of interatomic bond energy is relatively close.
【0011】そこで、SiOx 層上におけるSix Ny
層の選択エッチングについては、従来より幾つかの方法
が提案されている。[0011] Therefore, Si x N y on the SiO x layer
Several methods have been proposed for selective etching of layers.
【0012】たとえば、本願出願人は先に特開昭61−
142744号公報において、C/F比(分子内のC原
子数とF原子数の比)が小さいCH2 F2 等のガスにC
O2を30〜70%のモル比で混合したエッチング・ガ
スを用いる技術を開示している。これは、プラズマ中に
CO* を発生させてF* の一部を捕捉し、F* の再結合
によって生成されるCFx + (特にx=3)の生成量を
減ずることにより、Six Ny 層のエッチング速度に比
べてSiOx 層のエッチング速度を大きく低下させるも
のである。For example, the applicant of the present application has previously described in
No. 142744 discloses that a gas such as CH 2 F 2 having a small C / F ratio (ratio of the number of C atoms to the number of F atoms in a molecule) has C
O 2 and disclose a technique of using mixed etchant gas in a molar ratio of 30% to 70%. This can be achieved by reducing the production of by generating CO * in plasma to capture a portion of the F *, CF x + (especially x = 3) produced by the recombination of F *, Si x N This is to significantly lower the etching rate of the SiO x layer compared to the etching rate of the y layer.
【0013】また、プロシーディングス・オブ・シンポ
ジウム・オン・ドライ・プロセス(Proceedings of Sym
posium on Dry Process),第88巻7号,86〜94ペ
ージ(1987年)には、ケミカル・ドライエッチング
装置にNF3 とCl2 とを供給し、マイクロ波放電によ
り気相中に生成するFClを利用してSiOx 上のSi
x Ny 層をエッチングする技術が記載されている。Si
−O結合はイオン結合性を55%含むのに対し、Si−
N結合は30%であり、共有結合性の割合が高い。つま
り、Six Ny 層中の化学結合の性質は、単結晶シリコ
ン中の化学結合(共有結合)のそれに近く、FClから
解離生成したF* ,Cl* 等のラジカルによりエッチン
グされる。一方、SiOx 層はこれらのラジカルによっ
てもほとんどエッチングされないので、高選択エッチン
グが可能となる。[0013] The proceedings of symposium on dry process (Proceedings of Symposium)
posium on Dry Process), Vol. 88, No. 7, pp. 86-94 (1987), NF 3 and Cl 2 are supplied to a chemical dry etching apparatus, and FCCl generated in a gas phase by microwave discharge is disclosed. Utilizing Si on SiO x
technique of etching the x N y layer is described. Si
The -O bond contains 55% of ionic bondability, whereas Si-
The N bond is 30%, and the ratio of covalent bonds is high. That is, the nature of the chemical bonds of Si x N y layer is close to that of the chemical bonding of a single crystal silicon (covalent bond), F * generated dissociated from FCl, it is etched by radicals such as Cl *. On the other hand, since the SiO x layer is hardly etched even by these radicals, highly selective etching becomes possible.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、F* の
存在するエッチング反応系によりSiOx 層の上でSi
x Ny 層を選択エッチングする技術については、幾つか
の提案がある。その実現性の高さは、原子間結合エネル
ギーの大小関係がSi−F(553kJ/mole)>
Si−O結合(465kJ/mol)>Si−N結合
(440kJ/mole)であることからも、ある程度
想像できる。つまり、ラジカル反応を主体とする機構で
Six Ny をエッチングするプロセスであれば、途中で
SiOx 層が露出した時点でエッチング速度は必然的に
低下するからである。As described above, the etching reaction system in which F * is present causes the Si on the SiO x layer to be formed on the SiO x layer.
For x N y layer is selectively etched technique, there are several proposals. The high degree of feasibility is based on the fact that the magnitude relationship between the interatomic bond energies is as follows:
From the fact that Si—O bond (465 kJ / mol)> Si—N bond (440 kJ / mole), it can be imagined to some extent. That is, if the process of etching the Si x N y in mechanism mainly composed of radical reaction, the etching rate at the time when the SiO x layer is exposed on the way is because inevitably reduced.
【0015】しかし、この技術にも問題はある。たとえ
ば上述のFClを利用するプロセスでは、ラジカル反応
を利用しているために異方性加工が本質的に困難であ
る。However, this technique also has a problem. For example, in the above-described process using FCl, anisotropic processing is essentially difficult because a radical reaction is used.
【0016】一方、これとは逆にSix Ny 層の上でS
iOx 層を選択エッチングする技術については選択性を
確保することが難しいため、報告例も少ない。これは、
イオン・アシスト反応を主体とする機構によりSiOx
層をエッチングしていても、その反応系中には必ずラジ
カルが生成しており、Six Ny が露出した時点でこの
ラジカルにより下地のエッチング速度が上昇してしまう
からである。On the other hand, on the other hand, S on the Si x N y layer
There are few reports on the technique of selectively etching the iO x layer because it is difficult to ensure the selectivity. this is,
SiO x by a mechanism mainly based on ion assist reaction
Also be etched layers, that are always radicals in the reaction system is generated, because the etching rate of the underlayer by the radical when Si x N y is exposed is increased.
【0017】最近になって、新しいプラズマ源の採用に
よりラジカルの生成量を低下させた高密度プラズマを用
いてこれを実現する技術が提案されている。たとえば、
プロシーディングス・オブ・ザ・フォーティサード・シ
ンポジウム・オン・セミコンダクターズ・アンド・イン
テグレーティッド・サーキッツ・テクノロジ(Proceedi
ngs of the 43rd Symposium on Semiconductors and In
tegrated Circuits Technology) ,p.54(199
2)には、C2 H6 ガスの誘導結合プラズマ(ICP=
Induction Coupled Plasma)
を用い、LPCVD法により成膜されたSi3 N4 層の
上でTEOS−CVD法により形成されたSiOx 層を
C2 F6 (ヘキサフルオロエタン)を用いてエッチング
し、ゲート電極に一部重なる接続孔を開口するプロセス
例が記載されている。高密度プラズマ中ではガスの解離
が高度に進行するので、C2 F6 はほぼイオン式量の小
さいCF+ に分解され、これがエッチングに寄与してい
るものと考えられている。また、このとき堆積するC/
F比の低いフルオロカーボン系ポリマーの中のC原子
は、Six Ny 中のN原子よりもSiOx 中のO原子と
結合しやすいので、SiOx 層の表面では除去される
が、Six Ny 上では堆積する。これが、選択性の達成
メカニズムに関する解釈である。Recently, there has been proposed a technique for realizing this by using a high-density plasma in which the amount of radical generation is reduced by employing a new plasma source. For example,
Proceedings of the Forthird Symposium on Semiconductors and Integrated Circuits Technology (Proceedi
ngs of the 43rd Symposium on Semiconductors and In
integrated Circuits Technology), p. 54 (199
2) includes inductively coupled plasma of C 2 H 6 gas (ICP =
Induction Coupled Plasma)
Is used to etch the SiO x layer formed by the TEOS-CVD method on the Si 3 N 4 layer formed by the LPCVD method using C 2 F 6 (hexafluoroethane), and a part of the gate electrode is formed. An example process for opening overlapping connection holes is described. In a high-density plasma, the dissociation of the gas proceeds to a high degree, so that C 2 F 6 is decomposed into CF + having a small ionic amount, which is considered to contribute to etching. In addition, C /
C atoms in the lower F ratio fluorocarbon polymer, since Si x N easily combined with O atoms in the SiO x than N atom in y, but is removed at the surface of the SiO x layer, Si x N Deposits on y . This is the interpretation of the mechanism of achieving selectivity.
【0018】この技術はかなり有望であるが、安定した
選択性を得にくいという欠点がある。たとえば、上述の
プロセスにおける選択比は、平坦部においては無限大で
あるが、コーナー部ではせいぜい20以上といったレベ
ルに低下する。かかる選択性の面内バラつきは、C2 F
6 の解離が高度に進んだ結果生成するF* の寄与による
ものと考えられる。This technique is quite promising, but has the drawback that it is difficult to obtain stable selectivity. For example, the selectivity in the above-described process is infinite at the flat portion, but drops to a level of at least 20 at the corner portion. The in-plane variation of the selectivity is C 2 F
This is probably due to the contribution of F * generated as a result of the advanced dissociation of 6 .
【0019】そこで本発明は、Six Ny 層に対して安
定に高選択比を確保することが可能なSiOx 層のドラ
イエッチング方法を提供することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a dry etching method for an SiO x layer that can ensure a high selectivity with respect to a Si x N y layer.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明の選択エッチング
方法は、上述の目的に鑑みて提案されるものであり、窒
化シリコン系材料層の上に酸化シリコン系材料層が形成
されてなる基板上で該酸化シリコン系材料層を選択的に
エッチングする際に、前記酸化シリコン系材料層を実質
的にその層厚分だけエッチングするジャストエッチング
工程ではフルオロカーボン系化合物を主体とするエッチ
ング・ガスを用いたドライエッチングを行い、前記酸化
シリコン系材料層の残余部をエッチングするオーバーエ
ッチング工程では前記フルオロカーボン系化合物と窒素
含有有機シリコン化合物とを含むエッチング・ガスを用
いたドライエッチングを行うものである。SUMMARY OF THE INVENTION The selective etching method of the present invention is proposed in view of the above-mentioned object, and is provided on a substrate having a silicon oxide-based material layer formed on a silicon nitride-based material layer. In the step of selectively etching the silicon oxide-based material layer, in the just etching step of etching the silicon oxide-based material layer substantially by the thickness thereof, an etching gas mainly containing a fluorocarbon-based compound was used. In the over-etching step of performing dry etching to etch the remaining portion of the silicon oxide-based material layer, dry etching using an etching gas containing the fluorocarbon-based compound and the nitrogen-containing organic silicon compound is performed.
【0021】上記フルオロカーボン系化合物としては、
酸化シリコン系材料層のエッチングに通常用いられてい
る化合物を適宜選択して用いることができる。As the above fluorocarbon compound,
A compound generally used for etching the silicon oxide-based material layer can be appropriately selected and used.
【0022】前記オーバーエッチング工程を終了した後
には、前記基板に対して熱リン酸溶液処理を行い、オー
バーエッチング中に堆積した窒化シリコン系堆積物を溶
解除去すると良い。After the completion of the over-etching step, the substrate may be subjected to a hot phosphoric acid solution treatment to dissolve and remove silicon nitride-based deposits deposited during the over-etching.
【0023】ところで、上述の選択エッチングでは通常
はレジスト・パターンをエッチング・マスクとして用い
るので、エッチング終了後にはこのレジスト・パターン
を除去するために酸素系プラズマによるアッシングが行
われる。この場合、上記熱リン酸溶液処理はアッシング
の前に行うことが望ましい。これは、アッシングを先に
行うと、レジスト・パターンの表面に堆積した窒化シリ
コン系堆積物が酸化され、酸化シリコン系パーティクル
を発生させる虞れがあるからである。In the above-described selective etching, a resist pattern is usually used as an etching mask. After the etching, ashing with oxygen-based plasma is performed to remove the resist pattern. In this case, the hot phosphoric acid solution treatment is desirably performed before ashing. This is because, if ashing is performed first, silicon nitride-based deposits deposited on the surface of the resist pattern may be oxidized and silicon oxide-based particles may be generated.
【0024】なお、下地の窒化シリコン系材料層が比較
的薄く、異方性形状の劣化がそれほど問題とならない場
合には、上記熱リン酸溶液処理の処理時間を適宜延長す
ることにより、該窒化シリコン系材料層のエッチングを
行うこともできる。If the underlying silicon nitride-based material layer is relatively thin and deterioration of the anisotropic shape is not so problematic, the treatment time of the hot phosphoric acid solution treatment is appropriately extended to obtain The silicon-based material layer can be etched.
【0025】以上述べたプロセスとは逆に、所定の形状
にパターニングされた窒化シリコン系材料層をマスクと
してその下層側の酸化シリコン系材料層を選択的にエッ
チングする場合には、前記エッチングとしてフルオロカ
ーボン系化合物と窒素含有有機シリコン化合物とを含む
エッチング・ガスを用いたドライエッチングを行う。Contrary to the above-described process, when the silicon oxide-based material layer underneath is selectively etched using the silicon nitride-based material layer patterned into a predetermined shape as a mask, fluorocarbon is used as the etching. Dry etching is performed using an etching gas containing a base compound and a nitrogen-containing organic silicon compound.
【0026】ここで、本発明で用いられる窒素含有有機
シリコン化合物としては、化学気相反応系で窒化シリコ
ン系堆積物を生成し得る化合物を用いる。これは、オー
バーエッチング時の下地の窒化シリコン系材料層に対す
る選択性を向上させるためである。窒化シリコン系堆積
物を効率良く生成させるためには、上記化合物としてア
ジド基(−N3 )またはジアルキルアミノ基(−N
R2 )の少なくとも一方がSi原子に結合されてなる化
合物を用いることが好適である。つまり、これらの化合
物はSi−N結合を有する。さらに、生成される膜形成
前駆体の流動性が向上するように、Si原子の結合手の
一部にアルキル基やアルコキシル基が結合されていても
良い。かかる要件を満たす窒素含有有機シリコン化合物
を一般式で表現すると、次のようになる。Here, as the nitrogen-containing organosilicon compound used in the present invention, a compound capable of forming a silicon nitride-based deposit in a chemical vapor reaction system is used. This is to improve the selectivity to the underlying silicon nitride-based material layer during overetching. In order to efficiently produce a silicon nitride-based deposit, an azide group (—N 3 ) or a dialkylamino group (—N
It is preferable to use a compound in which at least one of R 2 ) is bonded to a Si atom. That is, these compounds have a Si-N bond. Further, an alkyl group or an alkoxyl group may be bonded to a part of a bond of a Si atom so that the generated film-forming precursor has improved fluidity. The nitrogen-containing organosilicon compound satisfying such requirements can be represented by the following general formula.
【0027】 Sin (NR2 )w (N3 )x (R′)y (OR″)z ただし、n,w,x,y,zはn≧1、w+x+y+z
=2n+2、0≦w≦2n+2、0≦x≦2n+2、1
≦w+x≦2n+2、0≦y≦2n+1、0≦z≦2n
+1の関係を満たす整数である。Rは炭化水素基であ
り、飽和/不飽和の別、あるいは直鎖状/分枝状/環状
の別を問わない。Rとしては、メチル基、エチル基、シ
クロペンタジエニル基等を例示することができる。ま
た、R′およびR″はアルキル基を表す。これらの化合
物は、いずれも本願出願人が窒化シリコン系薄膜のCV
D用ガスとして提案しているものである。[0027] Si n (NR 2) w ( N 3) x (R ') y (OR ") z , however, n, w, x, y , z is n ≧ 1, w + x + y + z
= 2n + 2, 0 ≦ w ≦ 2n + 2, 0 ≦ x ≦ 2n + 2, 1,
≤w + x≤2n + 2, 0≤y≤2n + 1, 0≤z≤2n
It is an integer satisfying the relationship of +1. R is a hydrocarbon group, which may be saturated / unsaturated or linear / branched / cyclic. Examples of R include a methyl group, an ethyl group and a cyclopentadienyl group. Further, R ′ and R ″ represent an alkyl group. The applicant of the present invention has a formula of CV of silicon nitride based thin film.
It is proposed as a gas for D.
【0028】[0028]
【作用】本発明では、酸化シリコン系材料層のエッチン
グ時の窒化シリコン系材料層に対する高選択性が、エッ
チング・ガスに添加される窒素含有有機シリコン化合物
により達成される。この高選択性は、窒素含有有機シリ
コン化合物から気相中に生成する窒化シリコン系堆積物
が窒化シリコン系材料層の露出面へ堆積する過程と、ス
パッタ除去される過程とが競合することに由来する。し
たがって、この窒素含有有機シリコン化合物は、上記窒
化シリコン系材料層がエッチングの下地である場合には
オーバーエッチング工程でエッチング・ガスに添加され
ることにより、また上記窒化シリコン系材料層がエッチ
ング・マスクである場合にはエッチングの最初からガス
系に添加されることにより、選択性向上効果を発揮す
る。According to the present invention, high selectivity to the silicon nitride-based material layer during etching of the silicon oxide-based material layer is achieved by the nitrogen-containing organic silicon compound added to the etching gas. This high selectivity results from the competition between the process of depositing silicon nitride-based deposits generated in the gas phase from the nitrogen-containing organosilicon compound on the exposed surface of the silicon nitride-based material layer and the process of removing by sputtering. I do. Therefore, this nitrogen-containing organosilicon compound is added to the etching gas in the over-etching step when the silicon nitride-based material layer is a base for etching, and the silicon nitride-based material layer is used as an etching mask. In the case of, the effect of improving selectivity is exhibited by being added to the gas system from the beginning of etching.
【0029】本発明では、このように高選択性が気相中
からの堆積物に起因して得られるため、従来の高次フル
オロカーボン系ガスの高密度プラズマを用いる場合のよ
うな選択性の面内バラつきが生じない。In the present invention, since such high selectivity is obtained due to the deposit from the gas phase, the selectivity is not so high as in the case of using a high-density plasma of a conventional high-order fluorocarbon-based gas. There is no internal variation.
【0030】なお、ドライエッチング中に生じた窒化シ
リコン系堆積物は、エッチング終了後に熱リン酸溶液処
理を行うことにより溶解除去することができるので、基
板上に何ら汚染を残す原因とはならない。The silicon nitride-based deposit generated during the dry etching can be dissolved and removed by performing a hot phosphoric acid solution treatment after the completion of the etching, so that it does not cause any contamination on the substrate.
【0031】[0031]
【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.
【0032】実施例1 本実施例は、Six Ny 下地膜を有するSiOx 層間絶
縁膜にドライエッチングによりコンタクト・ホールを開
口するプロセスにおいて、ジャストエッチング工程でc
−C4 F8 (オクタフルオロシクロブタン)ガス、オー
バーエッチング工程でc−C4 F8 /[(CH3)2 N]4S
i(テトラジメチルアミノシラン)混合ガスを用いた例
である。このプロセスを、図1ないし図5を参照しなが
ら説明する。 Embodiment 1 In this embodiment, in a process of opening a contact hole by dry etching in a SiO x interlayer insulating film having a Si x N y underlayer, c
-C 4 F 8 (octafluorocyclobutane) gas, c-C 4 F 8 / overetching step [(CH 3) 2 N] 4 S
This is an example using an i (tetradimethylaminosilane) mixed gas. This process will be described with reference to FIGS.
【0033】まず、図1に示されるように、予め不純物
拡散領域(図示せず。)が形成されたシリコン基板1上
にたとえばLPCVD法により層厚10nmのSixNy
下地膜2を形成し、続いて常圧CVD法により層厚50
0nmのSiOx層間絶縁膜3を形成した。さらに、こ
のSiOx層間絶縁膜3の上で化学増幅系ポジ型フォト
レジスト材料(和光純薬社製;商品名WKR−PT2)
をKrFエキシマ・レーザ・リソグラフィおよび現像処
理によりパターニングし、直径約0.35μmの開口部
5を有するレジスト・マスク4を形成した。First, as shown in FIG. 1, on a silicon substrate 1 on which an impurity diffusion region (not shown) has been formed in advance, a 6 nm-thick Si x N y is formed by, eg, LPCVD.
A base film 2 is formed, and then a layer thickness of 50
A 0 nm SiO x interlayer insulating film 3 was formed. Further, on this SiO x interlayer insulating film 3, a chemically amplified positive photoresist material (WKR-PT2, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Was patterned by KrF excimer laser lithography and development to form a resist mask 4 having an opening 5 having a diameter of about 0.35 μm.
【0034】次に、このウェハを有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置にセットし、一例として下記の条
件でSiOx 層間絶縁膜3をジャストエッチングした。Next, the wafer was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and the SiO x interlayer insulating film 3 was just etched under the following conditions as an example.
【0035】 c−C4 F8 流量 40 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45 G
Hz) RFバイアス・パワー 225 W(800 kH
z) ウェハ温度 20 ℃ このジャストエッチング工程では、高次フルオロカーボ
ン系ガスの高密度プラズマ中に生成する大量のCFx +
とF* との寄与により、SiOx 層間絶縁膜3が高速異
方性エッチングされ、コンタクト・ホール6が途中まで
形成された。C-C 4 F 8 flow rate 40 SCCM gas pressure 0.27 Pa microwave power 1200 W (2.45 G
Hz) RF bias power 225 W (800 kHz)
z) Wafer temperature 20 ° C. In this just etching step, a large amount of CF x + generated in high-density plasma of a higher-order fluorocarbon-based gas is used.
And F * , the SiO x interlayer insulating film 3 was subjected to high-speed anisotropic etching, and a contact hole 6 was formed halfway.
【0036】ジャストエッチング終了後のウェハの状態
は、図2に示されるとおりである。すなわち、ウェハ面
内におけるエッチング速度のバラツキにより、ある領域
では下地のSix Ny 下地膜2が露出し始めているが、
その他の領域では図示されるようにSiOx 層間絶縁膜
3の残余部が若干存在している。The state of the wafer after the completion of the just etching is as shown in FIG. That is, due to the variation of the etching rate in the wafer surface, the underlying Six x Ny underlying film 2 starts to be exposed in a certain region.
In other regions, as shown in the figure, a small portion of the SiO x interlayer insulating film 3 remains.
【0037】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように切り換え、上記残余部を除去するためのオーバー
エッチングを行った。Next, as an example, the etching conditions were changed as follows, and over-etching was performed to remove the remaining portion.
【0038】 c−C4 F8 流量 40 SCCM [(CH3)2 N]4Si流量 10 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45 G
Hz) RFバイアス・パワー 225 W(800 kH
z) ウェハ温度 20 ℃ このオーバーエッチング工程では、図3に示されるよう
に、[(CH3)2 N]4Siから生成するSix Ny 系堆積
物7がSix Ny 下地膜2の露出面を保護するため、該
Six Ny 下地膜2に対して約40の高い選択比を確保
しながらSiO2 層間絶縁膜3の残余部がエッチングさ
れた。C-C 4 F 8 flow rate 40 SCCM [(CH 3 ) 2 N] 4 Si flow rate 10 SCCM gas pressure 0.27 Pa microwave power 1200 W (2.45 G
Hz) RF bias power 225 W (800 kHz)
z) wafer temperature 20 ° C. In this over-etching process, as shown in FIG. 3, [(CH 3) 2 N] Si x N y based deposits 7 for generating from 4 Si is Si x N y underlayer 2 In order to protect the exposed surface, the remaining portion of the SiO 2 interlayer insulating film 3 was etched while ensuring a high selectivity of about 40 with respect to the Si x N y base film 2.
【0039】なお、Six Ny 系堆積物7は、レジスト
・マスク4の表面にも堆積した。The Si x N y based deposit 7 was also deposited on the surface of the resist mask 4.
【0040】次に、このウェハを熱リン酸溶液中に浸漬
した。この結果、図4に示されるように、Six Ny 系
堆積物7、およびコンタクト・ホール6内に表出するS
ixNy 下地膜2が溶解除去され、コンタクト・ホール
6が完成された。このとき、下地の不純物拡散領域に何
らダメージは生じなかった。Next, the wafer was immersed in a hot phosphoric acid solution. As a result, as shown in FIG. 4, Si x N y based deposits 7, and S is exposed to the contact hole 6
i x N y underlayer 2 is dissolved and removed, the contact hole 6 is completed. At this time, no damage occurred to the underlying impurity diffusion region.
【0041】最後に、図5に示されるように、レジスト
・マスクをO2 プラズマ・アッシングにより除去した。Finally, as shown in FIG. 5, the resist mask was removed by O 2 plasma ashing.
【0042】実施例2 本実施例では、いわゆるONO構造(SiOx /Six
Ny /SiOx の積層構造)を有するゲート絶縁膜上に
形成されたゲート電極の両側壁面にエッチバックにより
SiOx 層からなるサイドウォールを形成する際に、ジ
ャストエッチング工程でCHF3 (トリフルオロメタ
ン)ガス、オーバーエッチング工程でCHF3 / (C2
H5)3 SiN3 (トリエチルシリルアジド)混合ガスを
用いた。このプロセスを、図6ないし図8を参照しなが
ら説明する。なお、本プロセスは、LDD構造を有する
MOS−FETの製造工程に含まれるものである。[0042] Example 2 In this example, a so-called ONO structure (SiO x / Si x
When a sidewall made of a SiO x layer is formed by etch-back on both side walls of a gate electrode formed on a gate insulating film having a N y / SiO x laminate structure, CHF 3 (trifluoromethane ) Gas, CHF 3 / (C 2
H 5) using 3 SiN 3 (triethylsilyl azide) mixed gas. This process will be described with reference to FIGS. This process is included in the manufacturing process of the MOS-FET having the LDD structure.
【0043】まず、図6に示されるように、Si基板1
1上に下層SiOx 膜12(膜厚約40nm)、中層S
ix Ny 膜13(膜厚約60nm)および上層SiOx
膜14(膜厚約20nm)よりなるONO構造のゲート
絶縁膜15を形成し、この上でn+ 型ポリシリコン層を
パターニングしてゲート電極16を形成し、該ゲート電
極16をマスクとするイオン注入によりSi基板11中
に図示されない低濃度不純物拡散領域を形成し、さらに
このウェハの全面を被覆してSiOx 膜17を形成し
た。First, as shown in FIG.
Lower SiO x film 12 on 1 (film thickness of about 40 nm), middle S
i x N y film 13 (thickness: about 60 nm) and upper SiO x film
A gate insulating film 15 having an ONO structure made of a film 14 (about 20 nm in thickness) is formed, and an n + -type polysilicon layer is patterned thereon to form a gate electrode 16, and ions using the gate electrode 16 as a mask are formed. A low-concentration impurity diffusion region (not shown) was formed in the Si substrate 11 by implantation, and an SiO x film 17 was formed by covering the entire surface of the wafer.
【0044】このウェハを有磁場マイクロ波プラズマエ
ッチング装置にセットし、一例として下記の条件でSi
Ox 膜17のエッチバックを行った。This wafer was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, Si was obtained under the following conditions.
The Ox film 17 was etched back.
【0045】 CHF3 流量 30 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45 G
Hz) RFバイアス・パワー 200 W(800 kH
z) ウェハ温度 20 ℃ このエッチバックは、図7に示されるように、ゲート電
極16が露出する直前まで行った。このとき、低濃度不
純物拡散領域に臨む部分においては、上層SiOx 膜1
5の一部がエッチング除去されていても良いが、中層S
ix Ny 膜14が露出する直前でエッチングが停止して
いることが特に望ましい。CHF 3 flow rate 30 SCCM Gas pressure 0.27 Pa Microwave power 1200 W (2.45 G
Hz) RF bias power 200 W (800 kHz)
z) Wafer temperature: 20 ° C. This etch back was performed until just before the gate electrode 16 was exposed, as shown in FIG. At this time, in the portion facing the low concentration impurity diffusion region, the upper layer SiO x film 1
5 may be etched away, but the middle layer S
It is particularly desirable to i x N y film 14 is etched is stopped immediately before the exposure.
【0046】次に、エッチング条件を一例として下記の
ように変更し、SiOx 膜17の残余部および上層Si
Ox 膜14の表出部を除去した。Next, the etching conditions were changed as an example as follows, the residual portion and the upper layer Si of SiO x film 17
The exposed portion of the O x film 14 is removed.
【0047】 CHF3 流量 40 SCCM (C2 H5)3 SiN3 10 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45 G
Hz) RFバイアス・パワー 200 W(800 kH
z) ウェハ温度 20 ℃ このオーバーエッチングにより、図8に示されるような
SiOx サイドウォール17sが形成された。このと
き、 (C2 H5)3 SiN3 から生成するSix Ny 系堆
積物がイオンの垂直入射面におけるエッチング速度を低
下させるため、露出した中層Six Ny 膜14に対して
約40もの高選択比が達成された。CHF 3 flow rate 40 SCCM (C 2 H 5 ) 3 SiN 3 10 SCCM gas pressure 0.27 Pa microwave power 1200 W (2.45 G
Hz) RF bias power 200 W (800 kHz)
z) Wafer temperature 20 ° C. By this over-etching, SiO x sidewalls 17s as shown in FIG. 8 were formed. At this time, about relative Si x N for y based deposits reduces the etch rate in the vertical plane of incidence of the ion, middle Si x N y film 14 exposed generated from (C 2 H 5) 3 SiN 3 40 High selectivity was achieved.
【0048】なお、ウェハの表面に堆積したSix Ny
系堆積物は、熱リン酸溶液処理により除去することがで
きた。The Si x N y deposited on the surface of the wafer
The system deposits could be removed by hot phosphoric acid solution treatment.
【0049】実施例3 本実施例では、Six Ny マスクを介してSiOx 層間
絶縁膜にコンタクト・ホールを開口するプロセスにおい
て、c−C4 F8 /(C2 H5)2 Si(N3)2(オクタ
フルオロシクロブタン/ジエチルシリルジアジド)混合
ガスを用いた。このプロセスを、図9および図10を参
照しながら説明する。[0049] EXAMPLE 3 In this example, Si x N in SiO x interlayer insulating film through a y mask in the process of opening the contact hole, c-C 4 F 8 / (C 2 H 5) 2 Si ( A mixed gas of N 3 ) 2 (octafluorocyclobutane / diethylsilyldiazide) was used. This process will be described with reference to FIGS.
【0050】まず、図9に示されるように、予め不純物
拡散領域(図示せず。)が形成されたSi基板21上に
常圧CVD法により膜厚約1μmのSiOx 層間絶縁膜
22を堆積し、この上にSix Ny マスク23を形成し
た。このSix Ny マスク23は、プラズマCVD法に
より形成された厚さ約100nmのSix Ny 層をレジ
スト・マスク(図示せず。)を用いてパターニングする
ことにより、開口幅約0.35μmの開口部24が形成
されてなるものである。レジスト・マスクは既にアッシ
ングにより除去されている。First, as shown in FIG. 9, an SiO x interlayer insulating film 22 having a thickness of about 1 μm is deposited on a Si substrate 21 on which an impurity diffusion region (not shown) has been formed in advance by a normal pressure CVD method. and to form a Si x N y mask 23 thereon. The Si x N y mask 23 has an opening width of about 0.35 μm by patterning a Si x N y layer formed by a plasma CVD method and having a thickness of about 100 nm using a resist mask (not shown). Is formed. The resist mask has already been removed by ashing.
【0051】このウェハを有磁場マイクロ波プラズマエ
ッチング装置にセットし、一例として下記の条件でSi
Ox 層間絶縁膜22のドライエッチングを行った。The wafer was set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, Si was obtained under the following conditions.
The dry etching of O x interlayer insulating film 22 was performed.
【0052】 c−C4 F8 流量 30 SCCM (C2 H5)2 Si(N3)2 5 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45 G
Hz) RFバイアス・パワー 225 W(800 kH
z) ウェハ温度 20 ℃ ここでは、エッチング開始前に既にSix Ny からなる
層(Six Ny マスク23)が露出しているため、初め
から窒素含有有機シリコン化合物〔(C2 H5)2 Si
(N3)2 〕を含むエッチング・ガスを用いた。エッチン
グ中には、SixNy マスク23の表面がSix Ny 系
堆積物(図示せず。)で保護されるため、マスクの後退
によるり寸法変換差の発生が防止され、図10に示され
るように良好な異方性形状を有するコンタクト・ホール
25が形成された。本実施例におけるマスク選択比は、
約30であった。[0052] c-C 4 F 8 flow rate 30 SCCM (C 2 H 5) 2 Si (N 3) 2 5 SCCM Gas pressure 0.27 Pa microwave power 1200 W (2.45 G
Hz) RF bias power 225 W (800 kHz)
The z) wafer temperature 20 ° C. Here, since the layer comprising the previously Si x N y before starting the etching (Si x N y mask 23) is exposed, the nitrogen-containing organic silicon compound from the beginning [(C 2 H 5) 2 Si
(N 3 ) 2 ] was used. During etching, the surface of the Si x N y mask 23 is protected by the Si x N y based deposits (not shown.), The occurrence of pattern shift Ri by retraction of the mask is prevented, FIG. 10 As shown, a contact hole 25 having a good anisotropic shape was formed. The mask selection ratio in the present embodiment is:
It was about 30.
【0053】実施例4 本実施例では、SRAMの負荷用TFTのゲート電極と
記憶ノードとを接続するためにSiOx 層間絶縁膜に自
己整合的にコンタクト・ホールを開口するプロセスにお
いて、ジャストエッチング工程でc−C4 F8 ガス、オ
ーバーエッチング工程でc−C4 F8 /[(CH3)2 N]4
Si(オクタフルオロシクロブタン/テトラジメチルア
ミノシラン)混合ガスを用いた。このプロセスを、図1
1ないし図13を参照しながら説明する。 Embodiment 4 In this embodiment, in a process of opening a contact hole in a self-aligned manner in an SiO x interlayer insulating film in order to connect a gate electrode of a load TFT of an SRAM and a storage node, a just etching step is performed. in c-C 4 F 8 gas, c-C 4 overetching step F 8 / [(CH 3) 2 N] 4
A mixed gas of Si (octafluorocyclobutane / tetradimethylaminosilane) was used. This process is illustrated in FIG.
This will be described with reference to FIGS.
【0054】本実施例でエッチング・サンプルとして用
いたウェハの構成を、図11に示す。すなわち、Si基
板31上に熱酸化によりゲート酸化膜32を形成し、こ
の上にドライバ・トランジスタの2本のゲート電極3
5、およびSiOx 層からなるオフセット酸化膜36を
共通パターンにて形成した。ここで、上記ゲート電極3
5は、下層側から順にポリシリコン層33とタングステ
ン・シリサイド(WSix )層34とが積層されたタン
グステン・ポリサイド膜からなる。ゲート電極35の両
側壁面には、SiOx サイドウォール37をエッチバッ
ク・プロセスにより形成し、前述のゲート電極35およ
びSiOx サイドウォール37をマスクとした2回のイ
オン注入により、LDD構造を有する不純物拡散領域
(図示せず。)をシリコン基板31内に形成した。FIG. 11 shows the configuration of a wafer used as an etching sample in this embodiment. That is, a gate oxide film 32 is formed on a Si substrate 31 by thermal oxidation, and two gate electrodes 3 of a driver transistor are formed thereon.
5, and an offset oxide film 36 composed of a SiO x layer was formed in a common pattern. Here, the gate electrode 3
5 consists of the lower polysilicon layer in this order from the side 33 and a tungsten silicide (WSi x) layer 34 and a tungsten polycide film laminated the. SiO x sidewalls 37 are formed on both side walls of the gate electrode 35 by an etch-back process, and impurities having an LDD structure are formed by ion implantation twice using the gate electrode 35 and the SiO x sidewalls 37 as masks. A diffusion region (not shown) was formed in the silicon substrate 31.
【0055】さらに、ウェハの全面にたとえば減圧CV
D法によりSix Ny エッチング停止層38を堆積し、
この上に常圧CVD法によりSiOx 層間絶縁膜39を
堆積してウェハ表面を平坦化し、さらにこの上で所定の
パターンを有するレジスト・マスク40を形成した。こ
のレジスト・マスク40は、ゲート電極間スペースに臨
む開口部41を有している。Further, for example, a reduced pressure CV
The Si x N y etch stop layer 38 is deposited by method D,
An SiO x interlayer insulating film 39 was deposited thereon by normal pressure CVD to flatten the wafer surface, and a resist mask 40 having a predetermined pattern was formed thereon. The resist mask 40 has an opening 41 facing the space between the gate electrodes.
【0056】次に、上記SiOx 層間絶縁膜39のエッ
チングをジャストエッチング、オーバーエッチングの2
段階に分けて行った。各段階のエッチング条件は、実施
例1で上述した条件と同じとし、まずc−C4 F8 ガス
を用いてSiOx 層間絶縁膜39を下地のSix Ny エ
ッチング停止層38が露出する直前までジャストエッチ
ングし、続いてc−C4 F8 /[(CH3)2 N]4Si混合
ガスを用いてSiOx層間絶縁膜39の残余部をオーバ
ーエッチングした。これにより、図12に示されるよう
に、Six Ny エッチング停止層38に対して高い選択
比を維持しながらコンタクト・ホール42が途中まで開
口された。Next, the etching of the SiO x interlayer insulating film 39 is performed by just etching or over etching.
It went in stages. The etching conditions at each stage are the same as those described in the first embodiment. First, the c-C 4 F 8 gas is used to form the SiO x interlayer insulating film 39 immediately before the underlying Six x N y etching stop layer 38 is exposed. Then, the remaining portion of the SiO x interlayer insulating film 39 was over-etched using a mixed gas of c—C 4 F 8 / [(CH 3 ) 2 N] 4 Si. Thus, as shown in FIG. 12, contact holes 42 while maintaining a high selectivity with respect to Si x N y etch stop layer 38 is opened halfway.
【0057】さらに、熱リン酸処理を行い、ウェハ表面
に堆積したSix Ny 系堆積物(図示せず。)、および
コンタクト・ホール42の底面に表出したSix Ny エ
ッチング停止層38を溶解除去し、コンタクト・ホール
42を完成した。Further, a hot phosphoric acid treatment is performed to deposit Six x N y -based deposits (not shown) deposited on the wafer surface, and a Six x N y etching stop layer 38 exposed at the bottom of the contact hole 42. Was dissolved and removed to complete the contact hole 42.
【0058】なお、かかる自己整合的なコンタクト構造
には色々な変形例がある。たとえば図14に示されるよ
うに、コンタクト・ホールの開口位置がゲート電極間ス
ペースの半分程度とされることもある。この場合、Si
x Ny エッチング停止層38の形成までは上述の実施例
4と同じであるが、この上をSiOx 層間絶縁膜43で
平坦に被覆し、レジスト・マスク44を形成する際に、
その開口部45の位置を図示されるように狭め、コンタ
クト・ホール46を形成する。There are various modifications of the self-aligned contact structure. For example, as shown in FIG. 14, the opening position of the contact hole may be about half of the space between the gate electrodes. In this case, Si
When it x N y to the formation of the etch stop layer 38 is the same as in Example 4 above, the on the flatly coated with SiO x interlayer insulating film 43, a resist mask 44,
The position of the opening 45 is narrowed as shown, and a contact hole 46 is formed.
【0059】さらにあるいは、Six Ny エッチング停
止層を設けず、Six Ny 層によりサイドウォールを形
成することもできる。[0059] Further alternatively, without providing the Si x N y etch stop layer can also form side walls by Si x N y layer.
【0060】たとえば、図15に示されるように、Si
基板51上にゲート酸化膜52、およびポリシリコン層
53とWSix 層54が積層されてなる2本のゲート電
極55が順次形成され、エッチバックによりその両側壁
面にSix Ny サイドウォール56が形成され、これら
の表面がSiOx 層間絶縁膜57で平坦に被覆され、さ
らにこの上に開口部59を有するレジスト・マスク58
が形成されている場合、本発明を適用すると、Six N
y サイドウォール56に対して高い選択比を維持しなが
らコンタクト・ホール60を開口することができる。For example, as shown in FIG.
A gate oxide film 52 on the substrate 51, and the polysilicon layer 53 and the WSi x layer 54 is the two gate electrodes 55 are sequentially formed comprising laminated, Si x N y sidewalls 56 on both sides wall by etch back These surfaces are flatly covered with a SiO x interlayer insulating film 57, and a resist mask 58 having an opening 59 thereon is further formed.
When the present invention is applied when Si x N is formed,
The contact hole 60 can be opened while maintaining a high selectivity with respect to the y side wall 56.
【0061】以上、本発明を4例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、エッチング・ガスとして用いるフルオロ
カーボン系化合物、これと併用される窒素含有有機シリ
コン化合物、サンプル・ウェハの構成、エッチング条
件、使用するエッチング装置等は、いずれも適宜変更可
能である。Although the present invention has been described based on the four embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, but includes a fluorocarbon-based compound used as an etching gas and a combination thereof. Any of the nitrogen-containing organic silicon compound, the configuration of the sample wafer, the etching conditions, the etching apparatus used, and the like can be appropriately changed.
【0062】[0062]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の選択エッチング方法によれば、従来困難であった酸
化シリコン系材料と窒化シリコン系材料の選択エッチン
グを高い選択比および優れた面内均一性をもって行うこ
とが可能となる。特に、窒化シリコン系材料層上におけ
るSiOx シリコン系材料層の高選択エッチングが可能
となることで、プロセスやデバイス構造の選択幅が大幅
に広がる。As is clear from the above description, according to the selective etching method of the present invention, the selective etching of silicon oxide-based material and silicon nitride-based material, which has been difficult in the prior art, can be performed with a high selectivity and excellent surface area. It is possible to perform with uniformity inside. In particular, since the selective etching of the SiO x silicon-based material layer on the silicon nitride-based material layer becomes possible, the process and the device structure can be widely selected.
【0063】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、高集積度および高性能を有
する半導体装置の製造に好適であり、その産業上の価値
は極めて大きい。Therefore, the present invention is designed based on fine design rules, is suitable for manufacturing a semiconductor device having a high degree of integration and high performance, and its industrial value is extremely large.
【図1】本発明をコンタクト・ホール加工に適用したプ
ロセス例において、エッチング開始前のウェハの状態を
示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before starting etching in a process example in which the present invention is applied to contact hole processing.
【図2】図1のSiOx 層間絶縁膜をジャストエッチン
グした状態を示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where the SiO x interlayer insulating film of FIG. 1 is just etched.
【図3】図2のSiOx 層間絶縁膜をオーバーエッチン
グした状態を示す模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the SiO x interlayer insulating film of FIG. 2 is over-etched.
【図4】図3のSix Ny 系堆積物およびSix Ny 下
地膜を選択的に除去してコンタクト・ホールを完成した
状態を示す模式的断面図である。4 is a schematic cross-sectional view of the Si x N y based deposits and Si x N y underlayer is selectively removed illustrating a state in which to complete the contact holes of FIG.
【図5】図4のレジスト・マスクを除去した状態を示す
模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state where the resist mask of FIG. 4 is removed.
【図6】本発明をONO構造を有するゲート絶縁膜上に
おけるLDDサイドウォール形成に適用したプロセス例
において、エッチング開始前のウェハの状態を示す模式
的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before the start of etching in a process example in which the present invention is applied to the formation of an LDD sidewall on a gate insulating film having an ONO structure.
【図7】図6のSiOx 膜を下地が露出する直前までエ
ッチバックした状態を示す模式的断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the SiO x film of FIG. 6 is etched back immediately before a base is exposed.
【図8】図7のSiOx 膜の残余部をエッチングしてL
DDサイドウォールを完成した状態を示す模式的断面図
である。FIG. 8 is a view showing a state where the remaining portion of the SiO x film shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state where a DD sidewall is completed.
【図9】本発明をSix Ny マスクによるコンタクト・
ホール加工に適用したプロセス例において、エッチング
開始前のウェハの状態を示す模式的断面図である。Contacts 9 The present invention by Si x N y mask
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before starting etching in a process example applied to hole processing.
【図10】図9のSiOx 層間絶縁膜をエッチングして
コンタクト・ホールを形成した状態を示す模式的断面図
である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state where a contact hole is formed by etching the SiO x interlayer insulating film of FIG. 9;
【図11】本発明を自己整合的なSRAMのコンタクト
・ホール加工に適用したプロセス例において、エッチン
グ開始前のウェハの状態を示す模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state of a wafer before starting etching in a process example in which the present invention is applied to a self-aligned SRAM contact hole processing.
【図12】図11のSiOx 層間絶縁膜をエッチング
し、コンタクト・ホールを途中まで開口した状態を示す
模式的断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the SiO x interlayer insulating film of FIG. 11 is etched and a contact hole is partially opened.
【図13】図12のコンタクト・ホールの底面に表出す
るSix Ny エッチング停止層を除去してコンタクト・
ホールを完成した状態を示す模式的断面図である。[13] The Si x N y etch stop layer exposed to the bottom surface of the contact hole 12 is removed contact
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state where a hole is completed.
【図14】SRAMの自己整合コンタクト加工の他のプ
ロセス例において、SiOx 層間絶縁膜をエッチングし
た状態を示す模式的断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an SiO x interlayer insulating film is etched in another process example of the self-aligned contact processing of the SRAM.
【図15】SRAMの自己整合コンタクト加工のさらに
他のプロセス例において、コンタクト・ホールを完成し
た状態を示す模式的断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a state where a contact hole is completed in still another process example of the self-aligned contact processing of the SRAM.
1,11,21,51 シリコン基板 2 Six Ny 下地膜 3,22,39,43,57 SiOx 層間絶縁膜 4,40,44,58 レジスト・マスク 6,25,42,46,60 コンタクト・ホール 13 中層Six Ny 膜 14 上層SiOx 膜 16,35,55 ゲート電極 17 SiOx 膜 17s,37 SiOx サイドウォール 36 オフセット酸化膜 38 Six Ny エッチング停止層 56 Six Ny サイドウォール1,11,21,51 silicon substrate 2 Si x N y underlayer 3,22,39,43,57 SiO x interlayer insulating film 4,40,44,58 resist mask 6,25,42,46,60 Contacts Hall 13 middle Si x N y film 14 upper SiO x film 16,35,55 gate electrode 17 SiO x film 17s, 37 SiO x sidewall 36 offset oxide film 38 Si x N y etch stop layer 56 Si x N y side Wall
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 H01L 21/205 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/205
Claims (4)
ン系材料層が形成されてなる基板上で該酸化シリコン系
材料層を選択的にエッチングする選択エッチング方法に
おいて、 前記酸化シリコン系材料層を実質的にその層厚分だけエ
ッチングするジャストエッチング工程ではフルオロカー
ボン系化合物を主体とするエッチング・ガスを用いたド
ライエッチングを行い、 前記酸化シリコン系材料層の残余部をエッチングするオ
ーバーエッチング工程では前記フルオロカーボン系化合
物と窒素含有有機シリコン化合物とを含むエッチング・
ガスを用いたドライエッチングを行うことを特徴とする
選択エッチング方法。1. A selective etching method for selectively etching a silicon oxide-based material layer on a substrate in which a silicon oxide-based material layer is formed on a silicon nitride-based material layer, comprising: In the just etching step of etching substantially by the thickness of the layer, dry etching using an etching gas mainly containing a fluorocarbon-based compound is performed, and in the over-etching step of etching the remaining portion of the silicon oxide-based material layer, the fluorocarbon is used. Etching containing nitrogen-based compound and nitrogen-containing organic silicon compound
A selective etching method comprising performing dry etching using a gas.
後、前記基板に対して熱リン酸溶液処理を行うことを特
徴とする請求項1記載の選択エッチング方法。2. The selective etching method according to claim 1, wherein, after the over-etching step, a hot phosphoric acid solution treatment is performed on the substrate.
リコン系材料層をマスクとしてその下層側の酸化シリコ
ン系材料層を選択的にエッチングする選択エッチング方
法において、 前記エッチングとしてフルオロカーボン系化合物と窒素
含有有機シリコン化合物とを含むエッチング・ガスを用
いたドライエッチングを行うことを特徴とする選択エッ
チング方法。3. A selective etching method for selectively etching a silicon oxide-based material layer below a silicon nitride-based material layer patterned in a predetermined shape as a mask, wherein the etching includes a fluorocarbon-based compound and a nitrogen-containing organic compound. A selective etching method comprising performing dry etching using an etching gas containing a silicon compound.
て、アジド基またはジアルキルアミノ基の少なくとも一
方がSi原子に結合されてなる化合物を用いることを特
徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載
の選択エッチング方法。4. The compound according to claim 1, wherein at least one of an azide group and a dialkylamino group is bonded to a Si atom as the nitrogen-containing organic silicon-based compound. Item 4. The selective etching method according to item 1.
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