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JPH0817169B2 - Plasma etching method - Google Patents

Plasma etching method

Info

Publication number
JPH0817169B2
JPH0817169B2 JP63056112A JP5611288A JPH0817169B2 JP H0817169 B2 JPH0817169 B2 JP H0817169B2 JP 63056112 A JP63056112 A JP 63056112A JP 5611288 A JP5611288 A JP 5611288A JP H0817169 B2 JPH0817169 B2 JP H0817169B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
gas
plasma
shape
silicon
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
JP63056112A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01231326A (en
Inventor
良二 濱崎
敬 藤井
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP63056112A priority Critical patent/JPH0817169B2/en
Publication of JPH01231326A publication Critical patent/JPH01231326A/en
Publication of JPH0817169B2 publication Critical patent/JPH0817169B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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、プラズマエッチング方法に係り、特に被加
工物の微細エッチング加工に好適なプラズマエッチング
方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma etching method, and more particularly to a plasma etching method suitable for fine etching of a workpiece.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年シリコン集積回路の高集積化に伴なって、シリコ
ン深溝によりアイソレーションやシリコン深孔によるキ
ャパシタ形成等シリコン基板を加工する技術が実用化さ
れている。シリコン基板の加工ではアスベスト比が高く
(1:4〜1:10)、特に形状の制御が重要である。
In recent years, with the high integration of silicon integrated circuits, techniques for processing silicon substrates such as isolation by deep silicon trenches and formation of capacitors by deep silicon holes have been put into practical use. In the processing of silicon substrates, the asbestos ratio is high (1: 4 to 1:10), and shape control is especially important.

従来シリコン基板のエッチングは、いわゆるリアクテ
ィブイオンエッチング(RIE)装置により低圧力(1〜1
0mTorr)の塩素系ガスプラズマを使用して行われてい
た。この場合、低圧力でエッチングすることによりイオ
ンの方向性を強めることによってエッチングの異方性を
確保している。
Conventional silicon substrate etching is performed at a low pressure (1 to 1) by a so-called reactive ion etching (RIE) device.
It was performed using chlorine gas plasma of 0 mTorr). In this case, the anisotropy of etching is secured by strengthening the directionality of ions by etching at a low pressure.

また、最近では、例えば、ケミカルソサエティ,プラ
ズマ処理に関する第5図シンポジュウム論文集,第552
頁〜第567頁(Proc,of the 5th Sympodium on Plasma P
rocessing,the Electrochemical Soc.,PP552〜567)で
論じられているように、ハロカーボン系ガスとSF6の組
合せによる、いわゆる側壁保護形プロセスを使用し、カ
ソードカップルのエッチング装置でのエッチングも試み
られている。
Recently, for example, Chemical Society, Plasma Treatment, Fig. 5, Symposium, 552
Page ~ Page 567 (Proc, of the 5th Sympodium on Plasma P
rocessing, the Electrochemical Soc., as discussed in PP552~567), by a combination of halocarbon-based gas and SF 6, using a so-called side wall protective type process, also attempted etching with an etching apparatus of a cathode couple ing.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記従来技術の問題点を以下に述べる。 The problems of the above conventional technology will be described below.

1. RIE装置によるエッチング この方法では塩素系ガスを使用し、塩素イオンとシリ
コンとの反応によりエッチングを行っている。イオンの
方向性をそろえるため低い圧力でエッチングするこの方
法では以下のような問題点がある。
1. Etching by RIE device In this method, chlorine-based gas is used and etching is performed by the reaction between chlorine ions and silicon. This method, in which etching is performed at a low pressure in order to align the directionality of ions, has the following problems.

シリコンのエッチング速度が小さい。 The etching rate of silicon is low.

このため複数のシリコンウェーハを同時に処理する
バッチ式のエッチング装置が使用されるが、同一バッチ
内でのエッチング速度の均一性が悪い。
For this reason, a batch type etching apparatus that simultaneously processes a plurality of silicon wafers is used, but the uniformity of the etching rate in the same batch is poor.

大きな高周波パワーを必要とするためイオンエネル
ギーが大きく、シリコン基板のダメージが大きい。
Since a large high frequency power is required, the ion energy is large and the silicon substrate is damaged greatly.

2. アノードカップリング装置によるエッチングでは、
公知例に示されているように充分な異方性が得られな
い。
2. In etching by the anode coupling device,
As shown in the known example, sufficient anisotropy cannot be obtained.

本発明の目的は、異方性・量産性に優れ、また被加工
物へのダメージの小さいプラズマエッチング方法を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a plasma etching method that is excellent in anisotropy and mass productivity and that causes little damage to a work piece.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、プラズマエッチング方法を炭素を含む側
壁保護用ガス(C2Br2F4)とエッチングガスとの流量比
を固定し、それにエッチング形状制御用ガスとして塩素
(Cl2),アルゴン(Ar),キセノン(Xe)およびクリ
プト(Kr)ガスの内の少なくとも一種類のガスを、同時
に混合した混合ガスをプラズマ化し、該プラズマにより
被加工物をエッチングする方法とすることにより、達成
される。
The above-mentioned object is to perform a plasma etching method by fixing the flow rate ratio of the side wall protection gas containing carbon (C 2 Br 2 F 4 ) and the etching gas, and using chlorine (Cl 2 ) and argon (Ar) as etching shape control gases. ), Xenon (Xe) and crypto (Kr) gases are mixed at the same time to form a mixed gas into plasma, and the plasma is used to etch the workpiece.

〔作用〕[Action]

炭素を含む側壁保護ガスは、側壁保護のための保護膜
形成を、またエッチングガスはエッチングを進行させ
る。これに、エッチング形状制御用ガスとしてCl2,Ar,X
eおよびKrの内の少なくとも一種類のガスを添加するこ
とで、形状制御がより微細にコントロールされる。
The side wall protective gas containing carbon advances the formation of a protective film for side wall protection, and the etching gas advances the etching. Thereto, Cl 2 as an etching shape control gas, Ar, X
The shape control can be controlled more finely by adding at least one kind of gas selected from e and Kr.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を説明する。 An embodiment of the present invention will be described below.

第1図〜第3図はC2Br2F4とSF6ガスによるシリコン基
板1の加工形状を示す。ここで、C2Br2F4は側壁保護用
ガスであり、また、SF6はエッチングガスである。SF6
流量比が小さい場合には第1図のようにシリコン基板1
のエッチングが進むにつれて溝幅もしくは孔径が小さく
なるいわゆる順テーパ形の形状となる。SF6の流量比を
大きくしていくと第2図のようにテーパ角が大きくなっ
て垂直形状に近くなりついには第3図のように垂直な形
状が得られる。この垂直形状が得られるときのSF6流量
比は、加工されるシリコン基板1のウェハサイズ・被エ
ッチング面積(マスクが形成されていない部分の面積)
・パターンサイズ・パターン形状などや、また他のプロ
セス条件によって変化するが、およそ2%から30%の間
である。
1 to 3 show the processed shape of the silicon substrate 1 by C 2 Br 2 F 4 and SF 6 gas. Here, C 2 Br 2 F 4 is a sidewall protection gas, and SF 6 is an etching gas. When the flow rate ratio of SF 6 is small, silicon substrate 1
As the etching proceeds, the groove width or the hole diameter becomes so-called a forward taper shape. As the flow rate ratio of SF 6 is increased, the taper angle increases as shown in Fig. 2 and approaches a vertical shape, and finally a vertical shape as shown in Fig. 3 is obtained. The SF 6 flow rate ratio when this vertical shape is obtained is determined by the wafer size of the silicon substrate 1 to be processed and the area to be etched (area of the portion where the mask is not formed).
-It varies depending on the pattern size and pattern shape and other process conditions, but it is between about 2% and 30%.

次に第4図に示したように順テーパ形状から第5図に
示したように垂直形状に変化したときに、同時にアンダ
ーカットが発生する場合がある。アンダーカットが発生
すると垂直形状が得られても寸法のシフトが発生するた
めデパイス特性上好ましくない。このような場合には、
第6図に示すようにアンダーカットが発生しない条件で
C2Br2F4をSF6の流量比を固定し、これにCl2もしくはAr
もしくはXeもしくはKrの内の少なくとも一種類のガスを
添加してやると第7図のようにアンダーカットを発生さ
せることなく垂直形状を得ることができる。このように
Cl2・Ar・Xe・Krは微妙な形状制御を可能にする役割を
果たす。また第7図に示したように、これらのガスを添
加すると、溝もしくは孔の底部に丸みがつく効果があ
る。これは溝・孔加工の次の工程での溝・孔の内部への
成膜におけるカバレッジおよび、溝・孔の角部における
ストレスの問題において有利なものである。
Next, when the forward tapered shape as shown in FIG. 4 is changed to the vertical shape as shown in FIG. 5, undercut may occur at the same time. If undercut occurs, a dimension shift occurs even if a vertical shape is obtained, which is not preferable in terms of the deice characteristic. In such cases,
As shown in Fig. 6, under the condition that undercut does not occur
C 2 Br 2 F 4 is fixed at a flow rate ratio of SF 6 , and Cl 2 or Ar
Alternatively, when at least one kind of gas selected from Xe and Kr is added, a vertical shape can be obtained without generating an undercut as shown in FIG. in this way
Cl 2 , Ar, Xe, and Kr play a role in enabling delicate shape control. As shown in FIG. 7, addition of these gases has the effect of rounding the bottom of the groove or hole. This is advantageous in terms of the coverage in the film formation inside the groove / hole in the process subsequent to the groove / hole processing and the problem of stress at the corners of the groove / hole.

また第8図に示すようにC2Br2F4+SF6のみのエッチン
グでは溝もしくは孔のエッチングが進むにつれ、急に細
くなる現象が発生する場合がある。この場合にもCl2
しくはArもしくはXeもしくはKrの内の少なくとも一種類
のガスを添加することにより第9図のように垂直形状を
得ることができる。
Further, as shown in FIG. 8, when only C 2 Br 2 F 4 + SF 6 is etched, a phenomenon may occur in which the groove or hole becomes thinner as the etching progresses. Also in this case, a vertical shape can be obtained as shown in FIG. 9 by adding at least one kind of gas selected from Cl 2, Ar, Xe and Kr.

第10図にはゲート材料3をエッチングした場合の加工
形状を示す。ゲート材料3としては次のような膜に適用
できる。
FIG. 10 shows a processed shape when the gate material 3 is etched. The gate material 3 can be applied to the following films.

i)多結晶シリコン ii)タングステン・チタン・モリブデンなどの高融点金
属 iii) ii)のシリコン化合物 iv) i)とiii)の多層膜 以上の実施例では有磁場マイクロ波プラズマエッチン
グ装置において得られた例を示したが、ガスをプラズマ
化し、プラズマと被加工物との反応によりエッチングを
行う装置であれば、プロセス条件を適正化することによ
り同様な特性が得られるものと考えられる。
i) Polycrystalline silicon ii) Refractory metal such as tungsten / titanium / molybdenum iii) Silicon compound of ii) iv) Multilayer film of i) and iii) The above examples were obtained by a magnetic field microwave plasma etching apparatus. Although an example has been shown, it is considered that similar characteristics can be obtained by optimizing the process conditions in an apparatus in which gas is converted into plasma and etching is performed by the reaction between the plasma and the workpiece.

また、本実施例では垂直に加工できることを強調した
が、シリコン深溝・深孔の加工において求められる形状
は使用目的により異なり、順テーパの方が良い場合もあ
る。この点についても本発明によれば、C2Br2F4とSF6
流量比もしくは添加するガス(Cl2・Ar・Xe・Kr)の流
量を制御することにより順テーパから垂直まで容易に加
工形状をコントロールすることができることも優位な特
徴である。
Further, although it was emphasized that the present embodiment can be processed vertically, the shape required for processing a silicon deep groove / deep hole varies depending on the purpose of use, and a forward taper may be better in some cases. Also in this respect, according to the present invention, the forward taper to the vertical direction can be easily controlled by controlling the flow rate ratio of C 2 Br 2 F 4 and SF 6 or the flow rate of the added gas (Cl 2 , Ar, Xe, Kr). Another advantage is the ability to control the processing shape.

以上の実施例によれば、シリコン基板を加工する上で
形状制御が容易で、シリコンエッチング速度も大きく、
また大きなイオンエネルギーを必要としないためダメー
ジも小さい。従ってシリコン基板を量産性よく加工でき
る。
According to the above examples, the shape control is easy in processing the silicon substrate, the silicon etching rate is high,
Also, since it does not require large ion energy, damage is small. Therefore, the silicon substrate can be processed with high productivity.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、異方性,量産性に優れ、また被加工
物へのダメージの小さいプラズマエッチング方法を提供
できる効果がある。
According to the present invention, it is possible to provide a plasma etching method which is excellent in anisotropy and mass productivity and has less damage to a work piece.

【図面の簡単な説明】 第1図〜第10図は、本発明の一実施例を示すもので、第
1図〜第9図はシリコン基板のエッチング形状を示す縦
断面図、第10図はゲート材料膜のエッチング形状を示す
縦断面図である。 1……シリコン基板、2……マスク、3……ゲート材料
膜、4……下地膜
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 to 10 show an embodiment of the present invention. FIGS. 1 to 9 are longitudinal sectional views showing etching shapes of silicon substrates, and FIG. It is a longitudinal cross-sectional view showing the etching shape of the gate material film. 1 ... Silicon substrate, 2 ... Mask, 3 ... Gate material film, 4 ... Underlayer film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭素を含む側壁保護用ガスとしてC2Br2F4
とエッチングガスとしてSF6との流量比を固定し、それ
にエッチング形状制御用ガスとして塩素,アルゴン,キ
セノンおよびクリプトンガスの内の少なくとも一種類の
ガスを、同時に混合した混合ガスをプラズマ化し、該プ
ラズマにより被加工物をエッチングすることを特徴とす
るプラズマエッチング方法。
1. C 2 Br 2 F 4 as a sidewall protecting gas containing carbon
And SF 6 as an etching gas are fixed, and at least one of chlorine, argon, xenon, and krypton gas is simultaneously mixed as a gas for controlling the etching shape, and the mixed gas is plasma-converted to generate the plasma. A plasma etching method, characterized in that a workpiece is etched by means of a plasma etching method.
JP63056112A 1988-03-11 1988-03-11 Plasma etching method Expired - Lifetime JPH0817169B2 (en)

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JPH01231326A JPH01231326A (en) 1989-09-14
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