JP3363782B2 - Highly selective oxide etching process for integrated circuit structures - Google Patents
Highly selective oxide etching process for integrated circuit structuresInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン表面の存在下
四フッ化シリコン(SiF 4 ) と1種以上の他のフッ素含
有エッチング剤ガスの混合ガスを用いて集積回路構造の
酸化物をプラズマエッチングするプロセスに関する。更
に詳細には、本発明は、SiF 4 と1種以上の他のフッ素
含有エッチング剤ガスの混合ガス及びシリコン表面を用
いて集積回路構造のシリコンに関する酸化物を優先的に
エッチングするための選択性の高いプラズマエッチング
プロセスに関し、このプラズマエッチングプロセスは、
容量放電(capacitive discharge)又は電磁結合プラズ
マ発生機と共に用いることができる。FIELD OF THE INVENTION The present invention uses a mixed gas of silicon tetrafluoride (SiF 4 ) and one or more other fluorine-containing etchant gases in the presence of a silicon surface to plasma oxides of integrated circuit structures. Regarding the etching process. More specifically, the present invention provides a selectivity for preferentially etching silicon-related oxides in integrated circuit structures using a gas mixture of SiF 4 and one or more other fluorine-containing etchant gases and a silicon surface. High plasma etching process, this plasma etching process is
It can be used with a capacitive discharge or an inductively coupled plasma generator.
【0002】[0002]
【従来の技術】集積回路構造において酸化物層は、典型
的には絶縁体としてシリコン又はシリコン含有表面、例
えばシリコンウェハーのような単結晶シリコン、エピタ
キシャルシリコン、ポリシリコン又はケイ化チタンのよ
うなケイ化物の上層(overlying )として用いられる。
そのような酸化物層は、例えば下層シリコンの導電性コ
ンタクト形成のためのビア(vias)を形成するために選択
的にエッチングされる。そのような酸化物エッチング
は、慣用的には1種以上のフッ素含有エッチングガス、
例えばCF4 、CHF 3 、CH2 F 2 、CH3 F 、C 2 F 6 、NF
3 、SF6 等を用いるプラズマエッチングプロセスにおい
て行われる。BACKGROUND OF THE INVENTION In integrated circuit structures, oxide layers are typically silicon or silicon containing surfaces as insulators, for example single crystal silicon such as silicon wafers, epitaxial silicon, polysilicon or silicides such as titanium silicide. Used as an overlying compound.
Such oxide layers are selectively etched to form vias, for example, for forming underlying silicon conductive contacts. Such oxide etching is conventionally performed with one or more fluorine-containing etching gases,
For example CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, C 2 F 6 , NF
3 , plasma etching process using SF 6 etc.
【0003】そのような先行技術の酸化物エッチングプ
ロセスにおいて慣用の容量放電プラズマ発生機を用いる
場合、エッチングチャンバ内の圧力は、典型的には約1
00〜1000ミリトル(1トル(Torr))で維持され
てシリコンに関する選択性約20:1を生じる。即ち、
シリコンの代わりに酸化物が約20:1の比で選択的に
エッチングされる。When using a conventional capacitive discharge plasma generator in such prior art oxide etching processes, the pressure in the etching chamber is typically about 1.
Maintained at 0 to 1000 millitorr (Torr) yields a selectivity for silicon of about 20: 1. That is,
Oxide instead of silicon is selectively etched in a ratio of about 20: 1.
【0004】しかしながら、エッチングにそのような高
い圧力を用いると、エッチングのプロフィール(profil
e )の制御に不利な影響を及ぼす。例えば、0.35ミ
クロメーター(μm)径のコンタクト及び/又はビアの垂
直壁を得るために、200ミリトル以下、好ましくは3
0ミリトル以下、特に約10ミリトルの低い圧力を用い
ねばならない。しかしながら、そのような低い圧力下で
慣用の平行平板容量放電型プラズマ発生機を使用すると
遅いエッチング速度やピーク電圧のより高いピークを招
き、電磁結合型プラズマ発生機のような別の形のプラズ
マ発生機の使用を必要とする。However, when such high pressure is used for etching, the etching profile (profil
adversely affect the control of e). For example, less than 200 mtorr, preferably 3 to obtain a vertical wall of contacts and / or vias of 0.35 micrometer (μm) diameter.
Low pressures below 0 mTorr, especially about 10 mTorr should be used. However, using a conventional parallel plate capacitive discharge plasma generator under such a low pressure leads to a slow etching rate and a higher peak of the peak voltage, resulting in another form of plasma generation such as an electromagnetically coupled plasma generator. Need to use the machine.
【0005】約10ミリトルの圧力と電磁結合プラズマ
発生機によって発生されるプラズマを用いると垂直壁を
有するコンタクトホール(contact hole )のエッチング
を生じるが、上記フッ素含有エッチングガス化学を用い
るエッチングシステムのシリコンに対する選択性は、約
6:1に減少する。これは恐らく、低い圧力環境下にお
けるポリマー生成の困難性と容量放電型プラズマ発生機
の代わりに電磁結合プラズマ発生機を使用することに起
因する、より高い密度のプラズマのより攻撃的な性質に
よるものである。While a pressure of about 10 mTorr and a plasma generated by an electromagnetically coupled plasma generator results in the etching of contact holes with vertical walls, the silicon of an etching system using the fluorine-containing etching gas chemistry described above. The selectivity for is reduced to about 6: 1. This is probably due to the difficulty of polymer formation in low pressure environments and the more aggressive nature of higher density plasmas due to the use of electromagnetically coupled plasma generators instead of capacitive discharge plasma generators. Is.
【0006】上述した低い選択性は、高度に平面化(pl
anarize )された構造及び完全に均一なエッチング/プ
ラズマチャンバ条件に対しては十分である。しかしなが
ら、上層の酸化物のエッチングでシリコンがさらされて
もできるだけシリコンをエッチングしないことが望まし
い多くの応用においては、上記した低い選択性は許容さ
れない。例えばある場合には、酸化物エッチングで下層
シリコンのエッチングが約50オングストローム(5x
10-3μm)未満であることが望ましい。The low selectivity described above results in a high degree of planarization (pl
Sufficient for annealed structures and perfectly uniform etch / plasma chamber conditions. However, in many applications where it is desirable to etch as little silicon as possible when the overlying oxide etch exposes the silicon, the low selectivity described above is not acceptable. For example, in some cases, an oxide etch may etch the underlying silicon by about 50 angstroms (5x
It is preferably less than 10 −3 μm).
【0007】1種以上の慣用のフッ素含有エッチングガ
スを用いる慣用的なプラズマ酸化物エッチングプロセス
は、通常シリコンのエッチングを妨げるポリマーの生成
によるものであり、ここで酸化物のエッチング中酸素の
遊離は酸化物表面ポリマーを分解するが、そのような生
成酸素の不存在はシリコン表面上のポリマーの分解を防
止する。従って電磁結合型プラズマの場合、上記6:1
のシリコンに対する酸化物エッチング比より高い選択性
を得るためにそのようなポリマーの生成を増加させるこ
とが必要である。The conventional plasma oxide etching process with one or more conventional fluorine-containing etching gases is due to the formation of polymers that normally interfere with the etching of silicon, where the liberation of oxygen during the etching of the oxide. Degrades the oxide surface polymer, but the absence of such generated oxygen prevents degradation of the polymer on the silicon surface. Therefore, in the case of electromagnetically coupled plasma, the above 6: 1
It is necessary to increase the production of such polymers in order to obtain a higher selectivity than the oxide etching ratio of silicon to silicon.
【0008】しかしながら、そのようなポリマー生成の
増加は、酸化物エッチング速度の低下、プロセス枠(pr
ocess window)の減少及び粒子生成のための可能性の増
加を犠牲にしてプロセスの選択性を増加する。また、こ
れはスループットの許容されない減少やデバイス収量の
減少を引き起こしてしまう。However, such increased polymer formation results in a lower oxide etch rate, process window (pr).
increase the selectivity of the process at the expense of reduced ocess window) and increased potential for particle generation. It also causes an unacceptable reduction in throughput and device yield.
【0009】従って電磁結合プラズマ発生機を用いて、
低い圧力、例えば約10ミリトルを用いても、酸化物材
料のエッチング速度を実質的に低下させずに、シリコン
に対する高い選択性を示す酸化物エッチングプロセスを
提供することが望まれる。Therefore, using an electromagnetically coupled plasma generator,
It is desirable to provide an oxide etch process that exhibits high selectivity to silicon without substantially reducing the etch rate of oxide materials even at low pressures, such as about 10 mTorr.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の酸化物エッチン
グプロセスは、SiF 4 ガスと1種以上のフッ素含有エッ
チング剤ガスの混合ガスを用いてシリコン含有表面上の
酸化物をプラズマエッチングしてシリコン含有表面に関
して選択性の高いプロセスを提供することを含む。プロ
セスが行われるエッチングチャンバはまた、露出シリコ
ン表面を含むことが好ましい。SUMMARY OF THE INVENTION The oxide etching process of the present invention involves the plasma etching of an oxide on a silicon-containing surface using a mixed gas of SiF 4 gas and one or more fluorine-containing etchant gases. Providing a process that is highly selective with respect to the containing surface. The etching chamber in which the process is performed also preferably includes an exposed silicon surface.
【0011】好ましい実施態様において、本発明のエッ
チングプロセスは、電磁結合プラズマ発生機によって発
生されたプラズマを用いて約1〜30ミリトル、典型的
には約10ミリトルの圧力で行われる。しかしながら、
上記エッチングプロセスは、上記電磁結合プラズマ発生
機あるいは容量放電(平行平板)型プラズマ発生機によ
って発生されたプラズマを用いて約50〜200ミリト
ル、典型的には約100ミリトルのより高い圧力で用い
ることもできる。In a preferred embodiment, the etching process of the present invention is carried out with a plasma generated by an electromagnetically coupled plasma generator at a pressure of about 1 to 30 mTorr, typically about 10 mTorr. However,
The etching process is performed at a higher pressure of about 50 to 200 mTorr, typically about 100 mTorr using plasma generated by the electromagnetically coupled plasma generator or the capacitive discharge (parallel plate) type plasma generator. You can also
【0012】本発明の酸化物エッチングプロセスは、シ
リコンに対し約30:1の高い選択性を示し、即ち酸化
物は、使用されるプラズマ発生機の型又は約1〜200
ミリトルの幅のある範囲で用いられる圧力にかかわら
ず、シリコンのエッチング速度の約30倍の速度でエッ
チングされる。The oxide etching process of the present invention exhibits a high selectivity to silicon of about 30: 1, ie the oxide is either the type of plasma generator used or about 1-200.
Regardless of the pressure used over a range of millitorr, it etches at about 30 times the silicon etch rate.
【0013】本発明の酸化物エッチングプロセスは、Si
F 4 ガスと1種以上のフッ素含有エッチング剤ガスの混
合ガスを用いるエッチングチャンバ内での集積回路構造
のシリコン含有表面上の酸化物をプラズマエッチングす
るための高い選択性のプラズマエッチングを含む。エッ
チングチャンバはまた、露出シリコン表面を含むことが
好ましい。The oxide etching process of the present invention uses Si
Includes highly selective plasma etching for plasma etching oxides on silicon-containing surfaces of integrated circuit structures in an etching chamber using a mixture of F 4 gas and one or more fluorine-containing etchant gases. The etching chamber also preferably includes an exposed silicon surface.
【0014】SiF 4 と組み合わせて本発明のプロセスで
用いられる1種以上のフッ素含有エッチング剤ガスは、
SiF 4 以外の1種(又は複数種)のフッ素含有エッチン
グ剤ガスを意味すると理解されることは当然のことであ
る。そのようなフッ素含有エッチング剤ガスは、1〜2
個の炭素を有する1種以上のフッ素含有炭化水素ガス、
例えばCF4 、CHF 3 、CH2 F 2 、CH3 F 、C 2 F 6 及び
その混合ガスを含む。NF3 、SF6 及びその混合ガスのよ
うな他のフッ素含有エッチング剤ガス並びにそのような
フッ素含有エッチング剤ガスと1〜2個の炭素を有する
フッ素含有炭化水素ガスの混合ガスを用いることもでき
る。The one or more fluorine-containing etchant gases used in the process of the invention in combination with SiF 4 are:
Of course, it is understood to mean one (or more) fluorine-containing etchant gas other than SiF 4 . Such a fluorine-containing etchant gas is 1 to 2
One or more fluorine-containing hydrocarbon gas having 1 carbon,
For example, CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, C 2 F 6 and mixed gas thereof are included. Other fluorine-containing etchant gases such as NF 3 , SF 6 and mixtures thereof as well as mixtures of such fluorine-containing etchant gases with fluorine-containing hydrocarbon gases having 1-2 carbons can also be used. .
【0015】本発明の実施においてSiF 4 と組み合わせ
て用いられる1種以上のフッ素含有エッチング剤ガス
は、1種以上の分子量のより高いフッ化炭化水素も含ま
れる。分子量のより高いフッ化炭化水素は、一般式Cx
Hy Fz (ここでxは3〜6であり、yは0〜3であ
り、zは2x−y(環状化合物の場合)又は2x−y+
2(非環状化合物の場合)である)を有する3〜6個の
炭素を有するフッ化炭化水素化合物と定義される。その
ような3〜6個の炭素を有するフッ化炭化水素は、炭素
とフッ素あるいは炭素、フッ素及び水素を含み、環状又
は非環状であるが、芳香族ではない有機分子を含む。The one or more fluorine-containing etchant gases used in combination with SiF 4 in the practice of the present invention also include one or more higher molecular weight fluorocarbons. Higher molecular weight fluorohydrocarbons have the general formula C x
H y F z (where x is 3 to 6, y is 0 to 3, z in the case of 2x-y (cyclic compounds) or 2x-y +
2 (for acyclic compounds)) with 3 to 6 carbons. Such fluorocarbons having 3 to 6 carbons include carbon and fluorine or carbon, fluorine and hydrogen, and include organic molecules that are cyclic or acyclic but are not aromatic.
【0016】上記式に含まれる3〜6個の炭素を有する
環状フッ化炭化水素化合物の具体例は、CH3 H 3 F 3 、
C 3 H 2 F 4 、C 3 HF5 、C 3 F 6 、C 4 H 2 F 6 、C
4 HF7 、C 4 F 8 、C 5 H 3 F 7 、C 5 H 2 F 8 、C 5
HF9 、C 5 F 10、C 6 H 3 F9 、C 6 H 2 F 10、C 4 HF
11及びC 6 F 12である。上記式に含まれる3〜6個の炭
素を有する非環状フッ化炭化水素化合物の具体例は、C
3 H 3 F 5 、C 3 H 2F 6 、C 3 HF7 、C 3 F 8 、C 4 H
3 F 7 、C 4 H 2 F 8 、C 4 HF9 、C 4 F 10、C 5 H
3 F 9 、C 5 H 2 F 10、C 5 HF11、C 5 F 1 2 、C 6 H
3 F 11、C 6 H2 F 12、C 4 HF13及びC 6 F 14である。
上記3〜6個の炭素を有するフッ化炭化水素化合物中シ
クロオクトフルオロブタン(C 4 F 8 )が好ましい。Specific examples of the cyclic fluorohydrocarbon compound having 3 to 6 carbons contained in the above formula include CH 3 H 3 F 3 and
C 3 H 2 F 4 , C 3 HF 5 , C 3 F 6 , C 4 H 2 F 6 , C
4 HF 7 , C 4 F 8 , C 5 H 3 F 7 , C 5 H 2 F 8 , C 5
HF 9 , C 5 F 10 , C 6 H 3 F 9 , C 6 H 2 F 10 , C 4 HF
11 and C 6 F 12 . Specific examples of the acyclic fluorohydrocarbon compound having 3 to 6 carbons included in the above formula are C
3 H 3 F 5 , C 3 H 2 F 6 , C 3 HF 7 , C 3 F 8 , C 4 H
3 F 7 , C 4 H 2 F 8 , C 4 HF 9 , C 4 F 10 , C 5 H
3 F 9 , C 5 H 2 F 10 , C 5 HF 11 , C 5 F 12 2 , C 6 H
3 F 11 , C 6 H 2 F 12 , C 4 HF 13 and C 6 F 14 .
Cyclooctfluorobutane (C 4 F 8 ) in the above-mentioned fluorohydrocarbon compound having 3 to 6 carbons is preferable.
【0017】これらの分子量のより高いフッ化炭化水素
エッチング剤ガスは、いずれも単独で又は他の上記フッ
素含有エッチング剤ガスと組み合わせてSiF 4 と共に用
いられる。All of these higher molecular weight fluorohydrocarbon etchant gases are used with SiF 4 either alone or in combination with the other fluorine-containing etchant gases described above.
【0018】エッチングチャンバで用いられるSiF 4 ガ
スの量は、用いられる1種(又は複数種)のフッ素含有
エッチング剤ガスの全量の約10〜50容量%の範囲と
することができる。従って例えば、1種以上のフッ素含
有エッチング剤を9リットルのエッチングチャンバに約
20〜60標準立方センチメートル毎分(sccm) の流速
で流すと、SiF 4 の流速は約2(20sccmの10容量
%)〜30(60sccmの50容量%)sccmの範囲とな
る。より大きな又はより小さなエッチングチャンバを用
いる場合、流速はこれ以上又はこれ以下に各々調整され
る必要があるが、プロセスで用いられる1種以上のフッ
素含有エッチング剤ガスの全量に対するSiF4 の割合は
同じままである。The amount of SiF 4 gas used in the etching chamber can range from about 10 to 50% by volume of the total amount of the fluorine-containing etchant gas (s) used. Thus, for example, if one or more fluorine-containing etchants are run in a 9 liter etching chamber at a flow rate of about 20-60 standard cubic centimeters per minute (sccm), the SiF 4 flow rate is about 2 (10 vol% of 20 sccm)- The range is 30 (50% by volume of 60 sccm) sccm. If larger or smaller etching chambers are used, the flow rates need to be adjusted above or below each, but the ratio of SiF 4 to the total amount of one or more fluorine-containing etchant gases used in the process is the same. There is.
【0019】SiF 4 と1種以上のフッ素含有エッチング
ガスの混合ガスは、エッチングチャンバで単独で用いる
ことができるが、更にヘリウム又はアルゴンのような1
種以上の不活性ガスを用いて希釈してもよい。そのよう
な不活性ガスは、0〜約200sccmの速度でエッチング
チャンバに流してもよい。ある場合には、窒素又は他の
非反応性の1種又は複数種のガスもSiF 4 と1種以上の
フッ素含有エッチングガスの混合ガス(不活性ガスを含
む又は含まない)と共に用いることもできる。A mixture of SiF 4 and one or more fluorine-containing etching gases can be used alone in the etching chamber, but may also be mixed with one such as helium or argon.
It may be diluted with one or more inert gases. Such an inert gas may flow into the etching chamber at a rate of 0 to about 200 sccm. In some cases, nitrogen or other non-reactive gas (es) may also be used with a mixture of SiF 4 and one or more fluorine-containing etching gas (with or without inert gas). .
【0020】SiF 4 と1種以上のフッ素含有エッチング
ガスの組み合わせ(他のガスを含む又は含まない)を用
いる本発明のプラズマエッチングプロセスは、慣用の容
量放電(平行平板)プラズマ発生機又は電磁結合プラズ
マ発生機と組み合わせて用いることができる。本発明の
エッチングプロセス中エッチングチャンバと関係する
(assoceated with )プラズマは、エッチングチャンバ
内で発生したあるいはエッチングチャンバ外部であるが
チャンバの上流にエッチングガス流として発生したプラ
ズマを含む。The plasma etching process of the present invention using a combination of SiF 4 and one or more fluorine-containing etching gases (with or without other gases) may be performed using conventional capacitive discharge (parallel plate) plasma generators or electromagnetic coupling. It can be used in combination with a plasma generator. Plasma associated with the etching chamber during the etching process of the present invention includes plasma generated within the etching chamber or outside the etching chamber but upstream of the chamber as a stream of etching gas.
【0021】更に、本発明の譲受人に譲渡される本発明
者らによる1991年6月27日に出願され、クロス- リファ
レンスがここに説明される同時係属中の米国特許出願
(出願番号第07/722,340号)に詳細に記載されるよう
に、シリコン含有表面を有する電極をエッチングチャン
バ内に設置してもよい。このシリコン含有電極は、場合
によっては高周波バイアスで維持される。エッチング中
エッチングチャンバにこのシリコン含有電極を存在させ
ると、電極の高周波バイアスがあってもなくても有利で
あることがわかった。しかしながら、高周波バイアスが
電極に供給されない場合には、ポリマーが表面に付着す
るのを妨げるために電極のシリコン含有表面を約200
〜300℃の高温(elevated temperarue )に維持する
ことが有利である。Further, co-pending US patent application (application no. 07) filed June 27, 1991 by the present inventors assigned to the assignee of the present invention, cross-reference is described herein. An electrode having a silicon-containing surface may be placed in the etching chamber, as described in detail in US Pat. The silicon-containing electrode is optionally maintained with a high frequency bias. The presence of this silicon-containing electrode in the etching chamber during etching has been found to be advantageous with or without high frequency bias of the electrode. However, if no radio frequency bias is applied to the electrode, the silicon-containing surface of the electrode will be reduced to about 200 to prevent the polymer from adhering to the surface.
It is advantageous to maintain an elevated temperarue of ~ 300 ° C.
【0022】操作の理論によって縛られるものではない
が、エッチングプロセス中シリコン含有電極の存在は、
チャンバ内の遊離フッ素ラジカル(free fluorine radi
cals)の過剰量の存在を妨げる、即ちバッファーとして
作用すると思われる。Without being bound by the theory of operation, the presence of the silicon-containing electrode during the etching process is
Free fluorine radicals in the chamber
It appears to prevent the presence of an excess of cals), ie act as a buffer.
【0023】本発明のエッチングプロセスで用いられる
圧力は、わずか1ミリトルから200ミリトルの高さま
で変動することが可能である。しかしながら、約50ト
ル未満の圧力でプラズマを始動又は維持するようなプラ
ズマ発生機が不十分なために、容量平板型プラズマ発生
機を用いると約50ミリトル未満の圧力を使用すること
が可能とは言えないことは留意される。The pressure used in the etching process of the present invention can vary from as little as 1 mTorr to as high as 200 mTorr. However, due to insufficient plasma generators to start or maintain the plasma at pressures less than about 50 Torr, it is possible to use pressures less than about 50 mtorr with a volumetric plate plasma generator. It is noted that this cannot be said.
【0024】従って本発明のプロセスの実施において容
量放電型プラズマ発生機を用いる場合、圧力は約50〜
200ミリトルの範囲に維持されることが好ましい。Thus, when using a capacitive discharge plasma generator in the practice of the process of the present invention, the pressure will be about 50-.
It is preferably maintained in the range of 200 millitorr.
【0025】しかしながら、例えば上記したビアのよう
な酸化物層の垂直壁穴を得るためには、約50ミリトル
未満の圧力で本発明のプロセスを操作することが非常に
望ましいので、本発明のプロセスは、約1〜200ミリ
トルのより幅のある圧力範囲で、最も好ましくは約1〜
30ミリトルの圧力範囲で操作することができるプラズ
マ発生機を用いて行うことが好ましい。従って電磁結合
プラズマ発生機を本発明のプロセスの実施において用い
ることが有利である。However, it is highly desirable to operate the process of the present invention at a pressure of less than about 50 mTorr to obtain vertical wall holes in the oxide layer, such as the vias described above, so the process of the present invention is preferred. Is in a wider pressure range of about 1 to 200 mtorr, most preferably about 1 to
Preference is given to using a plasma generator which can be operated in a pressure range of 30 mtorr. Therefore, it is advantageous to use an electromagnetically coupled plasma generator in the practice of the process of this invention.
【0026】“電磁結合プラズマ発生機”とは、プラズ
マを発生させるために容量結合発生機よりむしろ電磁界
を用いるプラズマ発生機のあらゆる型を定義することを
意味する。そのような電磁結合プラズマ発生機は、本明
細書で“高密度”プラズマとして特徴づけられる約10
10イオン/立方センチメートルより大きいイオン密度を
有するプラズマを発生させることができ、これは本発明
のプロセスにおいて有用な好ましいプラズマ密度であ
る。"Electromagnetically coupled plasma generator" is meant to define any type of plasma generator that uses an electromagnetic field rather than a capacitively coupled generator to generate the plasma. Such an inductively coupled plasma generator is characterized herein as a "dense" plasma, about 10
A plasma having an ion density greater than 10 ions / cubic centimeter can be generated, which is the preferred plasma density useful in the process of the present invention.
【0027】例えば、Matsuo等の米国特許第4,401,054
号、Matsuo等の米国特許第4,492,620 号及びGhanbariの
米国特許第4,778,561 号(3件の特許に対するクロス- リ
ファレンスがここに説明される) 並びにJournal of Vac
uum Science Technology B、Vol.4 、No.4、Jul/Aug 19
86、pp818-821 に発表されたMachida 等による“SiO2
Planarization Technology With Biasing and Electron
Cyclotron Resonance Plasma Deposition for Submicr
on Interconnections" の題名の論文に記載されている
電子サイクロトロン共振(ECR) 型プラズマ発生機が上記
“電磁結合プラズマ発生機" に包含される。For example, Matsuo et al., US Pat. No. 4,401,054
U.S. Pat. No. 4,492,620 to Matsuo et al. And U.S. Pat.No. 4,778,561 to Ghanbari (cross-references to the three patents are set forth herein) and the Journal of Vac.
uum Science Technology B, Vol.4, No.4, Jul / Aug 19
86, pp818-821, "SiO 2 by Machida et al.
Planarization Technology With Biasing and Electron
Cyclotron Resonance Plasma Deposition for Submicr
An electron cyclotron resonance (ECR) type plasma generator described in a paper entitled "On Interconnections" is included in the above "electromagnetically coupled plasma generator".
【0028】また例えばSteinberg 等の米国特許第4,36
8,092 号又はFlamm 等の米国特許第4,918,031 号に記載
される電磁結合らせん又は円筒共振器も上記“電磁結合
プラズマ発生機" に包含され、これらの両特許に対する
クロス- リファレンスがここに説明される。Also, for example, Steinberg et al., US Pat.
The electromagnetically coupled spiral or cylindrical resonators described in U.S. Pat. No. 4,918,031 to 8,092 or Flamm et al. Are also included in the above "inductively coupled plasma generator" and cross-references to both of these patents are described herein.
【0029】更に、例えばBoswell の米国特許第4,810,
935 号に記載されるプラズマ発生機のようなヘリコン
(helicon )拡散共振器も上記“電磁結合プラズマ発生
機" に包含され、この特許に対するクロス- リファレン
スもここに説明される。Further, for example, Boswell, US Pat. No. 4,810,
Helicon diffusion resonators, such as the plasma generator described in the '935 patent, are also included in the above "inductively coupled plasma generator" and the cross-reference to this patent is also described herein.
【0030】また、更にOgleの米国特許第4,948,458 号
には、変成器結合プラズマ発生機を含む電磁結合プラズ
マ発生機のあらゆる種類が記載されており、この特許に
対するクロス- リファレンスもここに説明される。Still further, Ogle US Pat. No. 4,948,458 describes all types of electromagnetically coupled plasma generators, including transformer coupled plasma generators, and cross-references to this patent are also described herein. .
【0031】プラズマのパワーレベル(power level )
は、約500ワット〜5キロワット(kw)で変動すること
ができ、プラズマ発生機の個々の種類、チャンバの寸
法、所望のエッチング速度等に左右される。例えばEC
R型電磁結合プラズマ発生機を約6リットルのエッチン
グチャンバと毎分約5000オングストロームの所望の
エッチング速度と共に用いると、電力は典型的には約2
〜3kwの範囲である。2リットルのエッチングチャンバ
及び毎分約5000オングストロームの所望のエッチン
グ速度と共に用いられる誘導形電磁結合プラズマ発生機
の場合、電力は典型的には約1〜2kwの範囲である。高
密度プラズマを生じさせる場合、パワー密度(power de
nsity )即ちプラズマ発生チャンバの容量に関するパワ
ーレベルは、4リットルのプラズマ発生チャンバ中約1
000ワットの電力レベルに等価とすることが好まし
い。Plasma power level
Can vary from about 500 Watts to 5 kilowatts (kw) and depends on the particular type of plasma generator, chamber dimensions, desired etch rate, and the like. EC for example
Using an R-type electromagnetically coupled plasma generator with an etch chamber of about 6 liters and a desired etch rate of about 5000 angstroms per minute, the power is typically about 2
The range is up to 3 kw. For an inductively coupled plasma generator used with a 2 liter etch chamber and the desired etch rate of about 5000 angstroms per minute, the power is typically in the range of about 1-2 kW. When generating a high-density plasma, the power density (power de
power level in terms of plasma generation chamber capacity is about 1 in a 4 liter plasma generation chamber.
Equivalent to a power level of 000 watts is preferred.
【0032】更に本発明のプロセスの利点は、四フッ化
シリコン(SiF 4 ) の使用によって示されるシリコンに
対する高い選択性のために、ポリマー生成の少ないSiF
4 ガスと共に1 種又は複数種の“炭素の少ない(leaner
)" フッ素含有エッチングガスが使用されるので、よ
り速いエッチング速度が可能であることである。ポリマ
ー生成の少ない“炭素の少ない" フッ素含有エッチング
ガスは、NF3 又はSF6 のような炭素を含まないフッ素含
有エッチングガス又はフッ素対炭素比が少なくとも3:
1、例えばCHF 3 、好ましくは少なくとも4:1、例え
ばCF4 である炭素及びフッ素含有ガスを意味する。A further advantage of the process of the present invention is the low polymer formation of SiF due to the high selectivity towards silicon exhibited by the use of silicon tetrafluoride (SiF 4 ).
4 gas with one or more “leaner”
) "A higher etch rate is possible because a fluorine-containing etching gas is used. A" less carbon "fluorine-containing etching gas that produces less polymer contains carbon such as NF 3 or SF 6. No fluorine-containing etching gas or fluorine to carbon ratio of at least 3:
1 and eg CHF 3 , preferably at least 4: 1 carbon and fluorine containing gas, eg CF 4 .
【0033】以下の実施例により本発明を更に具体的に
説明するが、この実施例は本発明を何ら限定するもので
はない。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but these examples do not limit the present invention in any way.
【0034】[0034]
【実施例】更に本発明の実施を具体的に説明するため
に、酸化物層をその上に有する6インチ径のシリコンウ
ェーハ及び酸化物層の上に生成されたホトレジストマス
クパターンを、約10ミリトルの圧力で維持した9リッ
トルのプラズマエッチングチャンバ内に設置した。SiF
4 12sccm及びCF4 30sccmの混合ガスをチャンバに流
し、プラズマは電磁結合プラズマ発生機を用いて約25
00ワットの電力レベルで点火し維持した。EXAMPLE To further illustrate the practice of the present invention, a 6 inch diameter silicon wafer having an oxide layer thereon and a photoresist mask pattern formed on the oxide layer was deposited at about 10 millitorr. It was placed in a 9 liter plasma etching chamber maintained at a pressure of. SiF
4 flowing 12sccm and CF 4 30 sccm mixed gas into the chamber, plasma is about using electromagnetic coupling plasma generator 25
It was ignited and maintained at a power level of 00 watts.
【0035】酸化物エッチングを約60秒間行い、プラ
ズマが消えた後、ガス流を止め、エッチングされたウェ
ーハをエッチングチャンバから取り出した。エッチング
された酸化物層をSEMを用いて調べたところ、酸化物
層の表面に関して平均直径約0.35ミクロンと垂直壁
を有するコンタクトホールが酸化物層に形成されている
ことが見られた。Oxide etching was carried out for about 60 seconds, after the plasma was extinguished, the gas flow was stopped and the etched wafer was removed from the etching chamber. Examination of the etched oxide layer using SEM showed that contact holes were formed in the oxide layer having vertical walls with an average diameter of about 0.35 microns with respect to the surface of the oxide layer.
【0036】[0036]
【発明の効果】従って本発明のプロセスは、酸化物の改
良されたプラズマエッチングプロセスを提供するもので
あり、ここで四フッ化シリコンと1種以上のフッ素含有
エッチングガスの組み合わせの使用は、シリコンに対す
る選択性の高いエッチングシステムを与える。この高い
選択性のために炭素の少ないフッ素含有エッチングガ
ス、例えばフッ素に対する炭素比の低いガスを必要に応
じて使用することができ、これはポリマー生成が少ない
のでより速いエッチング速度を与える。このエッチング
混合ガスを使用するために、プロセスにおいて容量放電
又は電磁結合型プラズマ発生機も使用可能である。この
プロセスは、約1〜200ミリトルの範囲の圧力で行う
ことができる。このプロセスは、電磁結合プラズマ発生
機を用いて、好ましくは約1〜30ミリトルの範囲の低
い圧力、典型的には約10ミリトルで行うことがで
き、、あるいは容量放電型プラズマ発生機を用いて、好
ましくは約50〜200ミリトルの高い圧力、典型的に
は約100ミリトルで行うことができる。電磁結合プラ
ズマ発生機を使用するために、プロセスは約1〜30ミ
リトルの低い圧力で用いることができ、またエッチング
される酸化物層に垂直の側壁穴を形成することができ
る。The process of the present invention thus provides an improved plasma etching process for oxides, wherein the use of a combination of silicon tetrafluoride and one or more fluorine-containing etching gas is To provide an etching system with high selectivity to. Due to this high selectivity, a low carbon fluorine-containing etching gas, such as a low carbon to fluorine ratio gas, can optionally be used, which gives faster etching rates due to less polymer formation. A capacitive discharge or inductively coupled plasma generator can also be used in the process to use this etching gas mixture. This process can be carried out at pressures in the range of about 1 to 200 mtorr. This process can be carried out using an inductively coupled plasma generator, preferably at a low pressure in the range of about 1-30 mTorr, typically about 10 mtorr, or with a capacitive discharge plasma generator. High pressures, preferably about 50 to 200 mTorr, typically about 100 mTorr. Due to the use of an inductively coupled plasma generator, the process can be used at low pressures of about 1-30 mTorr and can form vertical sidewall holes in the oxide layer to be etched.
【図1】本発明のプロセスの一態様を示すフローシート
である。FIG. 1 is a flow sheet showing one aspect of the process of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェリー ユーエン クイ ウォング アメリカ合衆国, カリフォルニア州, フレモント, クーガー サークル 44994 (72)発明者 ディビッド ダブリュー. グロエシェ ル アメリカ合衆国, カリフォルニア州, ロス アルトス ヒルズ, ヴィア ヴェンタナ 27985 (72)発明者 ピーター アール. ケスウィック アメリカ合衆国, カリフォルニア州, ニューアーク, ジョークィン ムリ エタ アヴェニュー 6371−A (72)発明者 チャン ロン ヤング アメリカ合衆国, カリフォルニア州, ロス ガトス, レロイ アヴェニュ ー 16788 (56)参考文献 特開 平3−295231(JP,A) 特開 平2−16730(JP,A) 特開 平3−12922(JP,A) 特開 昭62−142326(JP,A) 特開 昭55−154582(JP,A) 特開 昭61−184823(JP,A) 特開 昭64−57600(JP,A) 特開 昭55−154581(JP,A) 米国特許4806199(US,A) 米国特許4844775(US,A) 欧州特許210605(EP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Jerry Yuen Quy Wong Cougar Circle, Fremont, California, USA 44994 (72) Inventor David W. Gloechel Via Ventana, Los Altos Hills, California, USA 27985 (72) Inventor Peter Earl. Keswick United States, California, Newark, Joe Quinn Murrieta Avenue 6371-A (72) Inventor Chan Rong Young United States, California, Los Gatos, Leroy Avenue 16788 (56) Reference JP-A-3-295231 (JP, A) JP-A-2-16730 (JP, A) JP-A-3-12922 (JP, A) JP-A-62-142326 (JP, A) JP-A-55-154582 (JP, A) JP-A-61 -184823 (JP, A) JP-A-64-57600 (JP, A) JP-A-55-154581 (JP, A) US Patent 4806199 (US, A) US Patent 4844775 (US, A) European Patent 210605 (EP , B1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (10)
コン含有表面上の酸化物をエッチングするためのプラズ
マエッチングプロセスであって、 ウェーハを内包するエッチングチャンバ内に、1種以上
のフッ素合有エッチングガスであって、実質的に水素ガ
ス又は酸素ガスを含有しない該フッ素含有エッチングガ
スを、流入させる工程と、 1〜30ミリトルの圧力で エッチングチャンバ内にエッ
チングガスのプラズマを維持する工程と、 前記エッチングチャンバ内のシリコン含有表面を、前記
流入の工程中は200℃以上の温度に維持する工程とを
有するプラズマエッチングプロセス。1. A plasma etch process for oxide etching on the silicon-containing surface of an integrated circuit structure on a semiconductor wafer, an etching chamber containing the wafer, one or more fluorine If Yes etching gas And hydrogen gas
Or the fluorine-containing etching gas containing no oxygen or oxygen gas
A scan, the steps of flowing, the step of maintaining a plasma of the edge <br/> Chingugasu the etch chamber at a pressure of 1-30 mTorr, the silicon-containing surface of the etch chamber, wherein
During the inflow of process and the step of maintaining the temperature above 200 ° C.
A plasma etching process having .
の温度に維持される請求項1記載のプロセス。Wherein said silicon-containing surface, the process according to claim 1, wherein is maintained at a temperature of 300 ° C. or less.
スが、1種以上のフッ素含有炭化水素ガスを有する請求
項1記載のプロセス。Wherein the one or more fluorine-containing etching gas, the process according to claim 1, further comprising one or more fluorine-containing hydrocarbon gas.
が、1〜2個の炭素を有する1種以上のフッ素含有炭化
水素ガスを有する請求項3記載のプロセス。Wherein said one or more fluorine-containing hydrocarbon gas, the process of claim 3 having one or more fluorine-containing hydrocarbon gas having 1 to 2 carbons.
が、一般式CxHyFz(xは3〜6、yは0〜3、z
は(2x−y)又は(2x−y+2))の炭素数3〜6
のフッ化炭化水素化合物を1種以上有する請求項3記載
のプロセス。5. The one or more fluorine-containing hydrocarbon gas has a general formula CxHyFz (x is 3 to 6 , y is 0 to 3 , z
Is (2x-y) or (2x-y + 2)) having 3 to 6 carbon atoms.
4. The process according to claim 3, which comprises one or more kinds of the fluorinated hydrocarbon compound.
を維持するために使用される、前記エッチングチャンバ
のシリコン含有電極を有する請求項1記載のプロセス。Wherein said silicon-containing surface, is used to maintain the plasma process of claim 1, further comprising a silicon-containing electrode of the etch chamber.
ーを印加する工程を有する請求項6記載のプロセス。7. Furthermore, the process according to claim 6, further comprising the step of applying RF power to said silicon-containing electrode.
ャンバ内へエネルギーを誘導結合させる請求項1記載の
プロセス。8. The process of claim 1, wherein maintaining the plasma inductively couples energy into the chamber.
当たり1010イオン以上のイオン密度に維持される請求
項8記載のプロセス。9. The process of claim 8 , wherein the plasma is maintained at an ion density of 10 10 ions or more per cubic centimeter.
シリコンと、エピタキシャルシリコンと、ポリシリコン
と、ケイ化物とからなる群から選択される請求項1記載
のプロセス。Wherein said silicon-containing surface, a single crystalline silicon, and epitaxial silicon, polysilicon
When process of claim 1 wherein is selected from the group consisting of a silicide.
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