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JP3472397B2 - Dry etching method - Google Patents
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JP3472397B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3472397B2
JP3472397B2 JP30367495A JP30367495A JP3472397B2 JP 3472397 B2 JP3472397 B2 JP 3472397B2 JP 30367495 A JP30367495 A JP 30367495A JP 30367495 A JP30367495 A JP 30367495A JP 3472397 B2 JP3472397 B2 JP 3472397B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
におけるドライエッチング方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a dry etching how in the manufacture of a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体の製造工程において、ドライエッ
チングは、主として被加工物をパターニングする際に使
用される加工方法である。パターニングの代表的な工程
は、残存部と開口部とからなる所定のパターンを有する
レジスト膜を被加工物の上に形成するフォトリソグラフ
ィー工程と、このレジスト膜の開口部下方の被加工物を
除去するドライエッチング工程とからなる。
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, dry etching is a processing method mainly used for patterning an object to be processed. A typical patterning process is a photolithography process in which a resist film having a predetermined pattern consisting of a remaining portion and an opening is formed on the object to be processed, and the object below the opening in the resist film is removed. And a dry etching step.

【0003】ここで、MOSFETのゲート電極のパタ
ーニング工程を例にとって説明する。図12(a)に示
すように、シリコン基板6上にゲート酸化膜となるシリ
コン酸化膜7と、ゲート電極となるポリシリコン膜4と
を順次堆積した後、その上にレジストを塗布してレジス
ト膜5を形成する。そして、フォトリソグラフィー工程
によってレジスト膜5に残存部と開口部とからなるパタ
ーンを形成する。このレジスト膜5をエッチングマスク
として、ポリシリコン膜4のドライエッチングを行う。
なお、同図(a)において、符号1は活性種、2はイオ
ン、3はエッチング生成物を示す。
Here, the patterning process of the gate electrode of the MOSFET will be described as an example. As shown in FIG. 12A, a silicon oxide film 7 to be a gate oxide film and a polysilicon film 4 to be a gate electrode are sequentially deposited on a silicon substrate 6, and then a resist is applied thereon to form a resist. The film 5 is formed. Then, a pattern including the remaining portion and the opening is formed on the resist film 5 by a photolithography process. Using the resist film 5 as an etching mask, the polysilicon film 4 is dry-etched.
In FIG. 1A, reference numeral 1 indicates active species, 2 indicates ions, and 3 indicates etching products.

【0004】その際、レジスト膜5の開口部下方のポリ
シリコン膜に凹部9が形成され、レジスト膜5の残存部
下方のポリシリコン膜4に凸部8が形成される。また、
図12(a)に示す凸部8には、隣接する凸部との間の
距離が大きい孤立した凸部8a(以下、孤立凸部とい
う)と、各凸部間の距離が小さい密集した凸部8b(以
下、密集凸部という)があり、同様に、各凸部8a,8
bの両側には孤立凹部9aと密集凹部9bとがある。そ
して、レジスト膜5の開口部下方のポリシリコン膜4を
すべて除去することにより、各凸部8a,8bがゲート
電極となり、これによってゲート電極のパターニングが
終了する。エッチャントとして反応性ガスを用いるドラ
イエッチングは、被加工物の除去によって形成される凸
部8a,8bの側壁に、被加工物とエッチングガスとの
反応やエッチングガスの分解等によって生じるエッチン
グ生成物を付着させて、横方向へのエッチングの進行を
妨げることにより、専ら下方へのエッチング作用のみを
発揮させるいわゆる異方性エッチングを行うことができ
る。このような異方性エッチングによって、ほぼ垂直な
側壁を有する凸部8a,8bを形成することができ、凸
部8a,8bの横方向寸法をレジスト膜5の残存部の横
方向寸法にほぼ一致させることができるので、現在で
は、ドライエッチングは半導体の微細加工において必要
不可欠な技術となっている。
At this time, a concave portion 9 is formed in the polysilicon film below the opening of the resist film 5, and a convex portion 8 is formed in the polysilicon film 4 below the remaining portion of the resist film 5. Also,
The convex portions 8 shown in FIG. 12A include isolated convex portions 8a having a large distance between adjacent convex portions (hereinafter referred to as isolated convex portions) and dense convex portions having a small distance between the convex portions. There is a portion 8b (hereinafter referred to as a dense convex portion), and similarly, each convex portion 8a, 8
There are isolated recesses 9a and dense recesses 9b on both sides of b. Then, by removing all of the polysilicon film 4 below the opening of the resist film 5, each of the protrusions 8a and 8b becomes a gate electrode, whereby the patterning of the gate electrode is completed. Dry etching using a reactive gas as an etchant causes etching products generated by the reaction between the workpiece and the etching gas, the decomposition of the etching gas, or the like on the sidewalls of the protrusions 8a and 8b formed by removing the workpiece. By adhering and blocking the progress of etching in the lateral direction, so-called anisotropic etching can be performed in which only the downward etching action is exerted. By such anisotropic etching, the protrusions 8a and 8b having substantially vertical sidewalls can be formed, and the lateral dimension of the protrusions 8a and 8b substantially matches the lateral dimension of the remaining portion of the resist film 5. Therefore, dry etching is now an indispensable technique in fine processing of semiconductors.

【0005】ところで、近年、半導体装置の微細化技術
が進むにつれて、フォトリソグラフィー工程及びドライ
エッチング工程を含むパターニング工程において、マス
ターパターンと被加工物のパターンとの間に生じる寸法
変換差(CDゲイン(CriticalDimensi
onGain)又はCDロス(CriticalDim
ensionLoss))が問題となっている。フォト
リソグラフィー工程ではレジスト膜が被加工物であるの
で、寸法変換差とは、レチクルのパターンとレジスト膜
のパターンとの寸法差である。ドライエッチングにおけ
る寸法変換差とは、レジスト膜のパターンとドライエッ
チング後の被加工物のパターンとの寸法差であり、具体
的には、レジスト膜の残存部と被加工物に形成される凸
部の下端部との横方向寸法差である。このような寸法変
換差を生ぜしめる主な要因としては、 1)フォトリソグラフィー工程:ポストベーク時でのパ
ターン用のレジスト材料の熱的な伸縮・膨脹や露光時の
焦点のずれ等による解像の違い 2)ドライエッチング工程:エッチング中に凸部の側壁
の付着物が過剰であることによって生じる凸部の下端部
寸法の増大や、凸部の側壁の付着部が過少なためにサイ
ドエッチングが進むことによって生じる凸部の下端部寸
法の減小 などがある。
By the way, in recent years, as the miniaturization technology of semiconductor devices has progressed, in the patterning process including the photolithography process and the dry etching process, a dimensional conversion difference (CD gain (CD gain ( Critical Dimension
onGain) or CD loss (CriticalDim)
enionLoss)) is a problem. Since the resist film is a workpiece in the photolithography process, the dimension conversion difference is the dimension difference between the reticle pattern and the resist film pattern. The dimensional conversion difference in dry etching is the dimensional difference between the pattern of the resist film and the pattern of the workpiece after dry etching, and specifically, the remaining portion of the resist film and the convex portion formed on the workpiece. Is the lateral dimension difference from the lower end of the. The main factors that cause such a dimensional conversion difference are as follows: 1) Photolithography process: thermal expansion / expansion of the resist material for a pattern during post-baking, and resolution due to a focus shift during exposure. Difference 2) Dry etching process: Side etching progresses due to an increase in the size of the lower end of the convex portion caused by an excessive amount of deposits on the sidewall of the convex portion during etching, and an excessive amount of the adhered portion on the sidewall of the convex portion. There is a decrease in the size of the lower end of the convex portion caused by the above.

【0006】まず、ドライエッチングにおける寸法変換
差について説明する。例えば、従来のRIE(Reac
tiveIonEtching)によるポリシリコン膜
のエッチングでは、特にHBrガスを使用すると寸法変
換差が発生し易いことが知られている。特に、図12
(a)に示す凸部8のうち孤立凸部8aでは密集凸部8
bよりも寸法変換差が大きい。例えば、ゲート長0.5
μm程度に対応するポリシリコン膜のパターニングの
際、孤立凸部8aでは、図12(b)に示すように、レ
ジスト膜の残存部の幅W1に対する凸部8aの下端部の
幅W2の寸法増大量が0.05μm程度となり、密集凸
部8bでは、図12(c)に示すように、レジスト膜5
の残存部の幅W1に対する凸部8bの下端部の幅W2の
寸法増大量はほぼ0.00μmとなる傾向がある(つま
り、0.005μmよりも小さい)。一般的に、1つの
半導体装置内には、トランジスタが密集したメモリセル
アレイ等と各トランジスタが孤立した周辺回路等とが混
在しているので、トランジスタの存在場所によって、ゲ
ート等のマスクからの寸法変換差がばらつくことにな
る。その結果、例えば周辺回路内のMOSFETのゲー
ト長の精度が悪化するので、デバイスの電気特性のばら
つきや歩留りに問題が生じていた。
First, the dimensional conversion difference in dry etching will be described. For example, the conventional RIE (Reac
It is known that, in the etching of a polysilicon film by TIVE ION ETCHING, a dimensional conversion difference is likely to occur particularly when HBr gas is used. In particular, FIG.
Among the convex portions 8 shown in (a), the isolated convex portion 8a is a dense convex portion 8a.
The difference in dimensional conversion is larger than that in b. For example, gate length 0.5
At the time of patterning the polysilicon film corresponding to about μm, in the isolated convex portion 8a, as shown in FIG. 12B, the width W2 of the lower end portion of the convex portion 8a is increased relative to the width W1 of the remaining portion of the resist film. A large amount becomes about 0.05 μm, and the resist film 5 is formed on the dense convex portion 8b as shown in FIG.
The dimensional increase amount of the width W2 of the lower end portion of the convex portion 8b with respect to the width W1 of the remaining portion tends to be about 0.00 μm (that is, smaller than 0.005 μm). Generally, in one semiconductor device, a memory cell array having densely packed transistors and a peripheral circuit having isolated transistors are mixed. Therefore, the size conversion from a mask such as a gate is performed depending on the location of the transistor. The difference will vary. As a result, for example, the accuracy of the gate length of the MOSFET in the peripheral circuit is deteriorated, which causes a problem in the variation in the electrical characteristics of the device and the yield.

【0007】このような大きな寸法変換差の発生を防止
すべく、ドライエッチング工程では、HBrを使用しな
いプロセスも行われている。例えば高真空エッチャー
(電子サイクロトロン共鳴を利用したECRや、ヘリコ
ン波を利用したプラズマソースなど)が導入され、寸法
変換差を低減することが試みられてきた。
In order to prevent the occurrence of such a large dimensional conversion difference, a process not using HBr is also performed in the dry etching process. For example, a high vacuum etcher (ECR using electron cyclotron resonance, plasma source using helicon wave, etc.) has been introduced, and attempts have been made to reduce the size conversion difference.

【0008】一方、フォトリソグラフィー技術において
は、寸法変換差を低減する1つの方法として、露光用光
源の短波長化や光学系の機械的精度の改善がある。現
在、露光用光源の波長と同じ程度の加工精度が得られる
程度にまで、機械的精度が向上している。例えば0.3
5μmルールのデバイスに対して、現状の標準的な加工
精度は、i線露光によれば約±0.04μm程度であ
る。
On the other hand, in the photolithography technique, as one method of reducing the dimensional conversion difference, there is a shortening of the wavelength of the exposure light source and improvement of the mechanical accuracy of the optical system. At present, the mechanical accuracy has been improved to the extent that processing accuracy equivalent to the wavelength of the exposure light source can be obtained. For example 0.3
For a device with a 5 μm rule, the current standard processing accuracy is about ± 0.04 μm according to i-line exposure.

【0009】また、フォトリソグラフィー工程における
寸法変換差も、パターンの種類によってばらつくことが
知られている。一般に、孤立凸部における寸法変換差の
方が、密集凸部における寸法変換差よりも大きい。フォ
トレジスト工程において生じる寸法変換差に対しては、
これまでフォトリソグラフィー工程における寸法変換差
を予め考慮してフォトリソグラフィー用のレチクルパタ
ーンのサイズを縮小しておくことによって、ある程度寸
法変換差を解消するようにしている。
It is also known that the dimensional conversion difference in the photolithography process also varies depending on the type of pattern. Generally, the dimensional conversion difference in the isolated convex portion is larger than the dimensional conversion difference in the dense convex portion. For the dimension conversion difference that occurs in the photoresist process,
Up to now, the size conversion difference in the photolithography process has been taken into consideration in advance to reduce the size of the reticle pattern for photolithography, thereby eliminating the size conversion difference to some extent.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ド
ライエッチング工程やフォトリソグラフィー工程におい
ては、以下のような問題があった。
However, the dry etching process and the photolithography process have the following problems.

【0011】ドライエッチング工程においては、高真空
エッチャー等でも、現実には、孤立凸部の寸法変化差が
大きくなり、孤立凸部と密集凸部との間における寸法変
換差のばらつきが生じており、現在の技術ではこのよう
な寸法変換差のばらつきの解消は困難である。今後、さ
らに微細化が進むと、寸法変換差のばらつきは、歩留り
低下をもたらす主原因の一つになると予想されるが、以
上のように、従来のRIEタイプのエッチャーはもとよ
り高真空エッチャーにおいても寸法変換差のばらつきを
抑制することは非常に困難であった。
In the dry etching process, even with a high vacuum etcher or the like, in reality, the dimensional change difference between the isolated convex portions becomes large, and the dimensional conversion difference between the isolated convex portions and the dense convex portions varies. With the current technology, it is difficult to eliminate such variation in dimensional conversion difference. With further miniaturization in the future, it is expected that the variation in the dimensional conversion difference will be one of the main causes of lowering the yield, but as described above, not only in the conventional RIE type etcher but also in the high vacuum etcher. It was very difficult to suppress the variation in dimensional conversion difference.

【0012】また、トランジスタの所望の特性を得るた
めに、エッチングにより形成される凸部例えばゲート電
極等の断面形状を自由に制御することが今後重要になる
と予想されるが、ドライエッチングにより形成される被
加工物の断面形状の制御は極めて困難であった。
In order to obtain desired characteristics of the transistor, it is expected that it will be important in the future to freely control the cross-sectional shape of the convex portion formed by etching, such as the gate electrode, but it is formed by dry etching. It was extremely difficult to control the cross-sectional shape of the workpiece.

【0013】一方、フォトリソグラフィー工程において
は、露光光の短波長化も限界に近付き、機械的精度例え
ばレンズの精度や部品の位置決め精度なども限界に近づ
いている。したがって、それほど大幅な加工精度の向上
は困難な現状にある。加えて、上述のごとくレチクルパ
ターンの縮小等によって寸法変換差を低減できたとして
も、フォトリソグラフィー工程においてもウエハ間にお
ける寸法変換差のばらつきが生じる。この寸法変換差の
ばらつきが生じていることは認識されているものの、フ
ォトリソグラフィー技術におけるウエハ間の寸法変換差
のばらつきは、機械的な制約からの部分が大きく、根本
的に解消することは困難である。一方、デバイスのサイ
ズの微細化にともない、従来では問題にならなかった程
度の寸法変換差のばらつきが問題となってきている。
On the other hand, in the photolithography process, the shortening of the wavelength of the exposure light is approaching its limit, and the mechanical accuracy such as the accuracy of the lens and the positioning accuracy of the parts are approaching their limits. Therefore, it is currently difficult to significantly improve the processing accuracy. In addition, even if the dimensional conversion difference can be reduced by reducing the reticle pattern or the like as described above, the dimensional conversion difference varies among wafers even in the photolithography process. Although it is recognized that the variation in the dimensional conversion difference occurs, the variation in the dimensional conversion difference between the wafers in the photolithography technology is largely due to mechanical restrictions, and it is difficult to eliminate it fundamentally. Is. On the other hand, with the miniaturization of the device size, the variation in the dimensional conversion difference, which has not been a problem in the past, has become a problem.

【0014】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上述のようなドライエッチング工程
において寸法変換差のばらつきが発生するメカニズムを
解明し、そのメカニズムに着目して、ドライエッチング
工程における寸法変換差のばらつきとエッチングにより
形成される被加工物の断面形状とを制御し得るドライエ
ッチング方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to elucidate a mechanism in which variations in dimensional conversion difference occur in the dry etching process as described above, and pay attention to the mechanism. and to provide a dry etching how capable of controlling the cross-sectional shape of the workpiece formed by the variations in the etching of the pattern shift in the dry etching process.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】(寸法変換差の発生メカ
ニズムの解明) まず、発明の実施の過程において解明された寸法変換差
の発生のメカニズムについて説明する。
[Means for Solving the Problems] (Clarification of Mechanism of Dimensional Change Difference) First, the mechanism of dimensional change difference generation clarified in the course of carrying out the invention will be described.

【0016】一般に、ドライエッチングの過程におい
て、プラズマ化されたガスと被エッチング部の分解物と
の反応等によってエッチング生成物が生じる。そして、
このエッチング生成物が凹部の側部に付着して、側部の
エッチングが進行するのを適度に妨げることで、適正な
異方性エッチングが行われる。しかし、特に、被エッチ
ング部の各凸部が互いに孤立した部分では、凸部の下端
部がエッチングマスクの残存部の幅よりも広くなる現象
が生じやすい。これは、各凸部間の距離つまり凹部の幅
が広いので凹部で発生するエッチング生成物が多くな
り、過度に多くのエッチング生成物が側壁に付着しエッ
チングの妨害作用が強すぎる結果を招くと考えられる。
このような寸法変換差のばらつきが生じるメカニズムに
ついて、本発明の過程において解明された点を上記図1
2(a)〜(c)を参照しながら説明する。
Generally, in the course of dry etching, an etching product is generated due to a reaction between a gas turned into plasma and a decomposed product of an etched portion. And
By adhering the etching products to the side portions of the concave portions and appropriately preventing the etching of the side portions from proceeding, proper anisotropic etching is performed. However, in particular, in a portion where the respective convex portions of the etched portion are isolated from each other, the phenomenon that the lower end portion of the convex portion becomes wider than the width of the remaining portion of the etching mask is likely to occur. This is because the distance between each convex portion, that is, the width of the concave portion is large, so that the amount of etching products generated in the concave portions is large, and an excessively large amount of etching products adheres to the side wall, resulting in an excessively disturbing etching effect. Conceivable.
Regarding the mechanism of such variation in the dimensional conversion difference, the points elucidated in the process of the present invention are shown in FIG.
2 (a) to (c) will be described.

【0017】図12(a)に示すように、一般的に、凹
部9では活性種1が被エッチング部であるポリシリコン
膜4に付着し、イオン2が入射して、その運動エネルギ
ーにより反応が促進されてエッチングが進行する。とこ
ろが、エッチングによって生成されるエッチング生成物
3の凸部8の側壁への付着量は、孤立凸部8aと密集凸
部8bとでは異なる。つまり、孤立凸部8aの両側の孤
立凹部9aの幅は広いので、エッチングされる領域の面
積も広く、孤立凸部8aの側壁に付着するエッチング生
成物3の量が多くなる。その結果、側壁を保護する堆積
物の膜厚が大きくなり、横方向へのエッチングを妨害す
る作用が大きくなる。したがって、孤立凸部8aにおい
ては、図12(b)に示すように、孤立凸部8aの下端
部の幅W2がレジスト膜5の残存部の寸法つまり孤立凸
部8aの上端部の幅W1よりも大きくなる。一方、密集
凸部8b間の密集凹部9bの幅は狭いので、エッチング
される領域の面積も小さく、各密集凸部8bの側壁に付
着するエッチング生成物の量が少なくなる。その結果、
側壁方向へのエッチング作用を妨害する作用が小さくな
る。したがって、図12(c)に示すように、密集凸部
8bの下端部の幅W1が上端部の寸法W1よりもほとん
ど増大することがない。このようにして、孤立凸部8a
の寸法変換差は、密集凸部8bの寸法変換差より大きく
なる。
As shown in FIG. 12A, generally, in the recess 9, the active species 1 are attached to the polysilicon film 4 which is the portion to be etched, the ions 2 are incident, and the reaction is caused by the kinetic energy. Etching is promoted and progresses. However, the adhesion amount of the etching product 3 generated by etching to the side wall of the convex portion 8 is different between the isolated convex portion 8a and the dense convex portion 8b. That is, since the widths of the isolated concave portions 9a on both sides of the isolated convex portion 8a are large, the area of the region to be etched is also large, and the amount of the etching product 3 attached to the sidewall of the isolated convex portion 8a is large. As a result, the film thickness of the deposit that protects the side wall becomes large, and the effect of disturbing the lateral etching becomes large. Therefore, in the isolated convex portion 8a, as shown in FIG. 12B, the width W2 of the lower end portion of the isolated convex portion 8a is larger than the dimension of the remaining portion of the resist film 5, that is, the width W1 of the upper end portion of the isolated convex portion 8a. Also grows. On the other hand, since the width of the dense concave portions 9b between the dense convex portions 8b is narrow, the area of the region to be etched is small, and the amount of etching products attached to the side wall of each dense convex portion 8b is small. as a result,
The effect of disturbing the etching effect in the side wall direction is reduced. Therefore, as shown in FIG. 12C, the width W1 of the lower end portion of the dense convex portion 8b is hardly larger than the dimension W1 of the upper end portion. In this way, the isolated convex portion 8a
The dimensional conversion difference is larger than the dimensional conversion difference of the dense convex portions 8b.

【0018】以上のメカニズムによって、1つのチップ
内に配置されるトランジスタ等のデバイスにおいて、寸
法変換差のばらつきが発生してしまうと推測される。
It is presumed that due to the above mechanism, variations in dimensional conversion difference occur in devices such as transistors arranged in one chip.

【0019】(各請求項が講じた手段) 上記寸法変化差のばらつきの発生のメカニズムに着目
し、本発明では、凸部の断面形状を制御することによ
り、孤立凸部における寸法変換差を低減し、各凸部間の
寸法変換差のばらつきを解消すべく、請求項1〜に記
載される手段を講じている。
(Means taken by each claim) Focusing on the mechanism of occurrence of the variation in the dimensional change difference, the present invention controls the sectional shape of the convex portion to reduce the dimensional conversion difference in the isolated convex portion. However, in order to eliminate the variation in the dimensional conversion difference between the convex portions, the measures described in claims 1 to 3 are taken.

【0020】本発明のドライエッチング方法は、請求項
1に記載されるように、残存部と開口部とからなるパタ
ーンを有するエッチングマスクにより被エッチング部が
被覆された半導体ウエハを反応室内に設置し、上記反応
室内にガスを導入する工程と、上記ガスを用いてドライ
エッチングを行い、上記被エッチング部における上記エ
ッチングマスクの残存部下方には凸部を上記エッチング
マスクの開口部下方には凹部をそれぞれ形成する工程と
を備えている。そして、上記反応室におけるガスの圧力
と流量との調整により、上記ドライエッチングにより発
生するエッチング生成物の上記凹部外への排出割合と上
記凸部側壁への付着割合とを制御して、上記凸部の下端
部と上記エッチングマスクの上記残存部との横方向寸法
差である寸法変換差を制御する方法である。
According to the dry etching method of the present invention, as described in claim 1, a semiconductor wafer in which a portion to be etched is covered with an etching mask having a pattern of remaining portions and openings is placed in a reaction chamber. , A step of introducing a gas into the reaction chamber, and dry etching is performed using the gas, a convex portion is formed below the remaining portion of the etching mask in the etched portion, and a concave portion is formed below the opening portion of the etching mask. And a step of forming each. Then, by adjusting the pressure and flow rate of the gas in the reaction chamber, the discharge rate of the etching product generated by the dry etching to the outside of the concave portion and the adhesion rate to the side wall of the convex portion are controlled to control the convex portion. This is a method of controlling a dimension conversion difference which is a lateral dimension difference between the lower end of the portion and the remaining portion of the etching mask.

【0021】この方法において、上記被エッチング部は
単結晶シリコンまたはポリシリコンからなり、上記反応
室におけるガスの圧力は100mTorr以上であり、
上記反応室におけるガスの流量は100sccm以上で
あり、上記ガスは、臭化水素ガス,臭化水素ガスと塩素
ガスとの混合ガス,及び臭化水素ガスと塩化水素ガスと
の混合ガスのうちのいずれか1つであり、上記寸法変換
差は0.04μm以下である。
In this method, the portion to be etched is
Made of single crystal silicon or polysilicon, the above reaction
The pressure of the gas in the chamber is 100 mTorr or more,
The gas flow rate in the reaction chamber is 100 sccm or more.
Yes, the above gases are hydrogen bromide gas, hydrogen bromide gas and chlorine
Mixed gas with gas, and hydrogen bromide gas and hydrogen chloride gas
Any one of the mixed gas of
The difference is 0.04 μm or less.

【0022】請求項1のようにガス圧力とガス流量とを
制御することにより、被エッチング部の寸法変換差を制
御できる。この機構は解明されていないが、下記の作用
によるものと推測される。
By controlling the gas pressure and the gas flow rate as in the first aspect, the dimensional conversion difference of the etched portion can be controlled. Although this mechanism has not been clarified, it is presumed to be due to the following actions.

【0023】ガスの圧力を増大させた場合、図1(a)
に示す活性種1及びエッチング生成物3の平均自由行程
λ(λはおもにエッチング圧力pにより決定される。)
が、反応室の寸法d(あるいはウエハサイズ)に比べて
十分小さくなり(例えば、P=100mTorr、d=
20cmなど)、ガスの流れは、粘性流と呼ばれる領域
になる。このとき、中性ガスは、エッチング生成物が凸
部の側壁に付着しようとする際の抵抗として作用する。
さらに、ガス圧力とガス流量とが大きくなると、凹部9
に強い乱流が生じエッチング生成物が側壁に付着するの
を妨げる作用が強くなる。以上の2つの作用により、ガ
スの圧力及び流量が増大すると、エッチング生成物の凸
部側壁への付着割合が減小する。
When the gas pressure is increased, FIG. 1 (a)
The mean free path λ of the active species 1 and the etching product 3 shown in (where λ is mainly determined by the etching pressure p).
Is sufficiently smaller than the reaction chamber dimension d (or wafer size) (for example, P = 100 mTorr, d =
20 cm), the flow of gas becomes a region called viscous flow. At this time, the neutral gas acts as a resistance when the etching product tries to adhere to the side wall of the convex portion.
Further, when the gas pressure and the gas flow rate increase, the recess 9
A strong turbulence is generated in the side wall, and the effect of preventing the etching products from adhering to the side wall becomes stronger. When the gas pressure and flow rate increase due to the above two actions, the rate of adhesion of etching products to the sidewalls of the protrusions decreases.

【0024】また、ガス圧力が高くなると単位体積当た
りのガスの重量が大きくなる(粘性が大きくなる)の
で、エッチング生成物の輸送効率が高くなり、エッチン
グ生成物を上方の空間に排出させる作用が大きくなる。
つまり、凸部の側壁の保護に寄与するエッチング生成物
3粒子は、バルクのガスの流速に引きこまれて排出され
る。加えて、反応室内では、流れがほとんどなく静圧状
態である凹部の底部付近や側壁付近に対してガスが流れ
る上方の空間が負圧になるが、ガス流量が大きくなると
負圧と正圧との圧力差が大きくなるので、エッチング生
成物の排出が促進される。すなわち、ガスの圧力又は流
量が増大すると、以上の作用と強い乱流の発生による作
用とによって、エッチング生成物3の上方空間への排出
割合が大きくなる。
Further, as the gas pressure increases, the weight of the gas per unit volume increases (viscosity increases), so that the transport efficiency of the etching products increases and the action of discharging the etching products to the upper space is achieved. growing.
That is, the three particles of the etching product, which contribute to the protection of the sidewall of the convex portion, are drawn into the bulk gas flow rate and discharged. In addition, in the reaction chamber, a negative pressure is generated in the space above the bottom of the recess where there is almost no flow and in the static pressure state, and near the side wall, but negative pressure and positive pressure occur when the gas flow rate increases. Since the pressure difference between the two becomes large, discharge of etching products is promoted. That is, when the pressure or flow rate of the gas increases, the discharge ratio of the etching product 3 to the upper space increases due to the above-described effects and the effects due to the generation of strong turbulence.

【0025】また、以上の逆の作用として、ガスの圧力
または流量を低減することにより、エッチング生成物3
の凸部側壁への付着割合が増大する。
Further, as a reverse action of the above, the etching product 3 is reduced by reducing the gas pressure or flow rate.
The adhesion ratio of the to the side wall of the convex portion increases.

【0026】したがって、ガスの圧力と流量とを制御す
ることによって、以上の各作用のいずれかが主となり各
作用が互いに関連しあって、エッチング生成物の上方空
間への排出割合と側壁への付着割合とを制御することが
可能となる。したがって、凸部の断面形状が容易に制御
されるとともに、孤立凸部の寸法変換差も低減されるこ
とになる。
Therefore, by controlling the pressure and flow rate of the gas, any one of the above-mentioned actions becomes the main and the actions are related to each other, and the discharge ratio of the etching product to the upper space and to the side wall. It becomes possible to control the adhesion ratio. Therefore, the cross-sectional shape of the convex portion is easily controlled, and the dimensional conversion difference of the isolated convex portion is also reduced.

【0027】請求項に記載されるように、請求項1の
ドライエッチング方法において、上記被エッチング部内
の上記凸部のうち少なくとも1つを、下端部の横方向寸
法が0.4μm以下で、両側の凹部の横方向寸法がいず
れも1μm以上となる孤立凸部とすることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the dry etching method according to the first aspect, at least one of the protrusions in the etched portion has a lower end having a lateral dimension of 0.4 μm or less, It is possible to form an isolated convex portion in which the lateral dimension of the concave portions on both sides is 1 μm or more.

【0028】この方法により、特に寸法変換差の大きい
孤立凸部の形状が改善されることになる。
By this method, the shape of the isolated convex portion having a large dimensional conversion difference is improved.

【0029】請求項に記載されるように、請求項1の
ドライエッチング方法において、上記被エッチング部内
の上記凸部のうち少なくとも1つを、両側の凹部の横方
向寸法がいずれも1μm以上となる孤立凸部とし、上記
被エッチング部内の上記凸部のうちの他の複数個を、各
凸部間の凹部の横方向寸法が1μm以下である密集凸部
とすることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the dry etching method according to the first aspect, at least one of the protrusions in the etched portion has a lateral dimension of 1 μm or more on both sides. As the isolated convex portion, the other pluralities of the convex portions in the etched portion can be dense convex portions in which the lateral dimension of the concave portions between the convex portions is 1 μm or less.

【0030】この方法により、以下の作用が得られ、被
エッチング部内における孤立凸部と密集凸部との間の寸
法変化差のばらつきが抑制される。すなわち、ガスの流
速を次第に増大させていくと、上述のように図1(a)
に示すエッチング生成物3の排出速度も増大し、エッチ
ング生成物3のエッチング表面での滞在時間が短くな
る。しかし、その滞在時間の短縮効果は、エッチングパ
ターンによって異なってくる。孤立凹部9aにおいて
は、エッチング生成物3はガスの流れに左右されやす
く、その滞在時間の短縮効果は大きいのに対し、密集凹
部9bにおいては、凹部9bが狭く入りくんだ形状とな
っているために、エッチング生成物3の滞在時間がガス
の流れに左右されにくい。以上の理由により、エッチン
グ生成物3の側壁保護効果による密集凸部の寸法変換差
はほとんど変化しないのに対し、孤立凸部では、ガスの
流れの増大とともに寸法変換差が減少してゆくことにな
る。したがって、寸法変換差のばらつきが低減される。
By this method, the following effects are obtained, and the variation in the dimensional change difference between the isolated convex portions and the dense convex portions in the etched portion is suppressed. That is, when the gas flow velocity is gradually increased, as shown in FIG.
The discharge rate of the etching product 3 shown in 1 also increases, and the residence time of the etching product 3 on the etching surface is shortened. However, the effect of shortening the residence time depends on the etching pattern. In the isolated recesses 9a, the etching products 3 are easily influenced by the flow of gas, and the effect of shortening the stay time is large, whereas in the dense recesses 9b, the recesses 9b have a narrow and recessed shape. In addition, the residence time of the etching product 3 is not easily influenced by the gas flow. For the above reason, the dimension conversion difference of the dense convex portions due to the side wall protection effect of the etching product 3 hardly changes, whereas the isolated convex portions decrease the dimension conversion difference as the gas flow increases. Become. Therefore, variations in dimensional conversion difference are reduced.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態) 次に、本発明の第1の実施形態について説明する。図2
は本発明の第1の実施の形態における中真空領域マグネ
トロンRIE装置の構成を概略的に示す断面図である。
図2において、符号と部材名との関係は以下の通りであ
る。21は反応室であるチャンバ、22は電磁コイル、
10はLSI用半導体ウエハ等の試料、11は高周波電
源(例えば13.56MHz工業用電源)、12はカッ
プリングコンデンサ、13はカソード電極、14はアノ
ード電極、15はターボ分子ポンプ、16はロータリー
ポンプ、17はマスフローコントローラ、20はプラズ
マ発生領域をそれぞれ示す。アノード電極14は接地さ
れており、ターボ分子ポンプ15及びロータリーポンプ
16でチャンバ1内のガスが排気口から排出される。ま
た、マスフローコントローラ17により、チャンバ21
内で流入されるガス流量を調整するようになされてい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) Next, a first embodiment of the present invention will be described. Figure 2
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a medium vacuum region magnetron RIE device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the relationship between the reference numerals and the member names is as follows. 21 is a reaction chamber, 22 is an electromagnetic coil,
10 is a sample such as a semiconductor wafer for LSI, 11 is a high frequency power source (for example, 13.56 MHz industrial power source), 12 is a coupling capacitor, 13 is a cathode electrode, 14 is an anode electrode, 15 is a turbo molecular pump, 16 is a rotary pump. , 17 are mass flow controllers, and 20 is a plasma generation region. The anode electrode 14 is grounded, and the gas in the chamber 1 is exhausted from the exhaust port by the turbo molecular pump 15 and the rotary pump 16. In addition, the mass flow controller 17 controls the chamber 21
It is designed to adjust the flow rate of the gas that flows in.

【0032】また、図3は半導体ウエハの被エッチング
部の断面図であって、シリコン基板6上にゲート酸化膜
7を介して被エッチング部であるポリシリコン膜4が堆
積されており、このポリシリコン膜からゲート電極であ
る凸部8が形成される。そのとき、トランジスタの配置
場所によって、孤立凸部8aと密集凸部8bとが形成さ
れる。
FIG. 3 is a sectional view of a portion to be etched of a semiconductor wafer, in which a polysilicon film 4 which is the portion to be etched is deposited on a silicon substrate 6 with a gate oxide film 7 interposed therebetween. The convex portion 8 which is the gate electrode is formed from the silicon film. At that time, the isolated convex portion 8a and the dense convex portion 8b are formed depending on the location of the transistor.

【0033】ドライエッチングを行う際には、図2に示
すように、チャンバサイズとしてチャンバ半径を約20
cmとし、ガス圧力を100mTorrの粘性領域にお
いて、ガスをチャンバ21に充填する。その後、高周波
電源11から出力された電力(215W)はカップリン
グコンデンサ12を介してカソード電極13に伝達され
る。この伝達された電力と電磁コイル22で発生する磁
界により、チャンバ21内に導入されたHBrガス,C
l2ガスからなるエッチングガスが電離し、プラズマ領
域20が形成される。そして、HBrガスから解離した
活性種であるBrラジカルとCl2から解離したClラ
ジカルとが、イオンアシストのもとで、ポリシリコンを
エッチングする。エッチングによって生成されたSiB
rx(x=1、2、3、4)は、エッチング側壁に付着
し、サイドエッチを防止する。
When performing dry etching, as shown in FIG. 2, the chamber radius is about 20.
The gas is filled in the chamber 21 in a viscous region where the pressure is 100 cm and the gas pressure is 100 mTorr. Thereafter, the electric power (215 W) output from the high frequency power supply 11 is transmitted to the cathode electrode 13 via the coupling capacitor 12. Due to the transmitted electric power and the magnetic field generated by the electromagnetic coil 22, the HBr gas, C introduced into the chamber 21
The etching gas composed of 12 gas is ionized to form the plasma region 20. Then, the Br radicals, which are active species dissociated from the HBr gas, and the Cl radicals dissociated from Cl2, etch polysilicon under the ion assist. SiB produced by etching
rx (x = 1, 2, 3, 4) adheres to the etching sidewall and prevents side etching.

【0034】本実施例の方法によれば、HBrガス及び
Cl2ガスの合計流量が増大するに伴い、孤立凸部8a
と密集凸部8bとでは側壁へのエッチング生成物の付着
量の差は減少する。図4(a)は、ガス圧力100mT
orr下におけるトータルのガス流量に対する寸法変換
差の変化を示す。ガス圧力100mTorrのもとで、
トータルのガス流量が100sccm以上であれば、寸
法変換差のばらつきは平均で0.04μmまで低減でき
る。その結果、従来の50sccm程度のガス流量で行
なっていた方法に比べ、寸法変換差ばらつきは半減で
き、デバイスの歩留りを向上できる。また、図4(b)
は、ガス圧力50mTorr下におけるトータルのガス
流量に対する寸法変換差の変化を示す。ガス圧力が50
mTorr下においても、同図に示すように、寸法変換
差のばらつきを低減することができる。
According to the method of this embodiment, as the total flow rate of the HBr gas and the Cl2 gas increases, the isolated convex portion 8a increases.
The difference in the adhesion amount of the etching product to the side wall between the dense convex portion 8b and the dense convex portion 8b decreases. FIG. 4A shows a gas pressure of 100 mT.
The change of the dimension conversion difference with respect to the total gas flow rate under orr is shown. Under a gas pressure of 100 mTorr,
If the total gas flow rate is 100 sccm or more, the variation in dimensional conversion difference can be reduced to 0.04 μm on average. As a result, compared to the conventional method in which the gas flow rate is about 50 sccm, the variation in dimensional conversion difference can be reduced by half, and the device yield can be improved. In addition, FIG.
Shows the change in dimensional conversion difference with respect to the total gas flow rate under a gas pressure of 50 mTorr. Gas pressure is 50
Even under mTorr, it is possible to reduce the variation in the dimensional conversion difference as shown in FIG.

【0035】さらに、注目すべきは、孤立したパターン
の寸法変換差が、トータルのガス流量と反比例に近い関
係にあることである。つまり、ガス流量をコントロール
することで、孤立凸部の寸法変換差のみ制御することが
できる。仮に、フォトレジスト膜のパターニングの際
に、残存部の寸法が大きくなったときには、ガス流量を
コントロールして、仕上がりの寸法を規格内におさめる
ことが可能となる。
Further, it should be noted that the dimensional conversion difference of the isolated pattern is in a relationship almost inversely proportional to the total gas flow rate. That is, by controlling the gas flow rate, it is possible to control only the dimension conversion difference of the isolated convex portion. If the size of the remaining portion becomes large during patterning of the photoresist film, it is possible to control the gas flow rate and keep the finished size within the standard.

【0036】また、エッチング中において、ガス流量を
時間的に変動させ側壁への付着量を変化させることによ
り、各凸部8a,8bの断面形状を自由に制御できる。
Further, during etching, the cross-sectional shape of each of the protrusions 8a and 8b can be freely controlled by changing the gas flow rate with time to change the amount of adhesion to the side wall.

【0037】本実施形態では、図3に示すように、孤立
凸部8aのみの形状を台形状にしており、この場合、ガ
ス流量をエッチング途中で75sccmから150sc
cmに増大させている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, only the isolated convex portion 8a has a trapezoidal shape. In this case, the gas flow rate is 75 sccm to 150 sccm during etching.
It has been increased to cm.

【0038】(第2の実施の形態) 次に、第2の実施形態について説明する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described.

【0039】図5は、本発明の第2の実施の形態に係る
中真空RIE装置の構成を概略的に示す断面図である。
図5において、符号と部材名との関係は以下の通りであ
る。21はチャンバ、22はLSI用半導体ウエハ、1
1は高周波電源(例えば13.56MHz工業用電
源)、12はカップリングコンデンサ、13はカソード
電極、14はアノード電極、15はターボ分子ポンプ、
16はロータリーポンプ、17はマスフローコントロー
ラ、20はプラズマ発生領域をそれぞれ示す。アノード
電極14は接地されており、ターボ分子ポンプ15及び
ロータリーポンプ16でチャンバ21内のガスが排気口
から排出される。また、マスフローコントローラ17に
より、チャンバ21内で流入されるガス流量を調整する
ようになされている。本実施形態に係るRIE装置で
は、上記第1の実施形態に係る中真空領域マグネトロン
RIE装置とは異なり、チャンバ21の側方に電磁コイ
ルが付設されていない。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing the structure of a medium vacuum RIE apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the relationship between the reference numerals and the member names is as follows. 21 is a chamber; 22 is a semiconductor wafer for LSI;
1 is a high frequency power supply (for example, 13.56 MHz industrial power supply), 12 is a coupling capacitor, 13 is a cathode electrode, 14 is an anode electrode, 15 is a turbo molecular pump,
Reference numeral 16 is a rotary pump, 17 is a mass flow controller, and 20 is a plasma generation region. The anode electrode 14 is grounded, and the gas in the chamber 21 is exhausted from the exhaust port by the turbo molecular pump 15 and the rotary pump 16. Further, the mass flow controller 17 adjusts the flow rate of gas flowing into the chamber 21. Unlike the medium vacuum region magnetron RIE device according to the first embodiment, the RIE device according to the present embodiment has no electromagnetic coil attached to the side of the chamber 21.

【0040】ドライエッチングを行う際、図5に示すよ
うに、チャンバサイズ(チャンバ半径)が約18cm、
ガス圧力領域が180mTorrの粘性領域において、
ガスをチャンバ21に充填する。その後高周波電源11
から出力された電力(200W)はカップリングコンデ
ンサ12を介してカソード電極13に伝達される。この
伝達された電力により、チャンバ21内に導入されたH
Brガス,HClガス、O2ガスからなるエッチングガ
スが電離しプラズマ領域20が形成される。そして、H
Brから解離した活性種であるBrラジカルとHClか
ら解離したClラジカルとが、イオンアシストのもと
で、ポリシリコンをエッチングする作用は、基本上記第
1の実施形態における作用とほぼ同様である。
When performing dry etching, as shown in FIG. 5, the chamber size (chamber radius) is about 18 cm,
In the viscous region where the gas pressure region is 180 mTorr,
The chamber 21 is filled with gas. After that, high frequency power 11
The electric power (200 W) output from is transmitted to the cathode electrode 13 via the coupling capacitor 12. Due to the transmitted power, the H introduced in the chamber 21
The etching gas composed of Br gas, HCl gas, and O 2 gas is ionized to form the plasma region 20. And H
The action of the Br radical, which is an active species dissociated from Br, and the Cl radical, which is dissociated from HCl, to etch polysilicon under the ion assist is basically the same as the action in the first embodiment.

【0041】図6は、本実施形態におけるトータルのガ
ス流量と寸法変換差との関係を示し、ガス圧力を180
mTorrとしている。本実施形態では、図6に示すよ
うに、ガス圧力180mTorrのもとで、トータルの
ガス流量が100sccm以上であれば、寸法変換差の
ばらつきは平均で0.04μmまで低減できる。その結
果、従来の45sccm程度のガス流量で行なっていた
方法に比べ、寸法変換差のばらつきを大幅に低減でき、
デバイスの歩留りを向上できる。
FIG. 6 shows the relationship between the total gas flow rate and the dimensional conversion difference in this embodiment.
It is mTorr. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, when the total gas flow rate is 100 sccm or more under a gas pressure of 180 mTorr, the variation in dimensional conversion difference can be reduced to 0.04 μm on average. As a result, it is possible to greatly reduce the variation in the dimensional conversion difference as compared with the conventional method in which the gas flow rate is about 45 sccm.
The device yield can be improved.

【0042】また、第1の実施の形態の場合と同様に、
第2の実施の形態においても、トータルのガス流量と孤
立凸部の寸法変換差とは反比例に近い関係にあるので、
この関係を利用して、ガス流量をコントロールすること
で、孤立凸部の寸法変換差のみ制御することができる。
また、エッチング中にガス流量を時間的に変動させエッ
チング生成物の側壁への付着量を変化させることによ
り、凸部の断面形状を自由に制御することができる。
Further, as in the case of the first embodiment,
Also in the second embodiment, since the total gas flow rate and the size conversion difference of the isolated convex portion are in a nearly inversely proportional relationship,
By controlling the gas flow rate using this relationship, it is possible to control only the dimension conversion difference of the isolated convex portion.
In addition, the cross-sectional shape of the convex portion can be freely controlled by changing the gas flow rate during etching to change the amount of the etching product attached to the side wall.

【0043】(第1及び第2の実施形態のまとめ及び追
加実験のデータ) 次に、上記第1及び第2の実施形態におけるデータに追
加するデータを得るために行った実験の結果と、各実施
形態のまとめとについて説明する。なお、ここでの実験
は上記第1の実施形態と同様の中真空領域マグネトロン
RIE装置を使用して行った。
(Summary of First and Second Embodiments and Data of Additional Experiments) Next, the results of experiments conducted to obtain data to be added to the data in the first and second embodiments, and A summary of the embodiments will be described. The experiment here was performed using the medium vacuum region magnetron RIE apparatus similar to that of the first embodiment.

【0044】図7(a)〜図7(c)は、ガス圧力を一
定値100mTorrとし、ガス流量を30,75,1
50sccmと変えたときの孤立凸部の断面形状をそれ
ぞれ示すSEM写真である。また、図8(a)〜図8
(c)は、ガス圧力を一定値100mTorrとし、ガ
ス流量を30,75,150sccmにしたときの密集
凸部の断面形状をそれぞれ示すSEM写真である。図7
(a)〜図7(c)に示されるように、ガス流量が50
sccmのときには孤立凸部の下端部の寸法が上端部の
寸法より増大しており、寸法変換差が大きい。一方、ガ
ス流量が75sccmのときには寸法変換差はかなり小
さくなっているが、0ではない。そして、ガス流量が1
50sccmのときには孤立凸部の下端部の寸法は上端
部の寸法とほぼ等しく寸法変換差はほとんど0に近い。
一方、図8(a)〜図8(c)に示されるように、ガス
圧力がいずれの条件であっても、密集凸部の下端部の寸
法は上端部の寸法とほとんど等しく、寸法変換差はガス
流量の変化にかかわらずほぼ0である。
7 (a) to 7 (c), the gas pressure is constant at 100 mTorr and the gas flow rate is 30, 75, 1.
3 is an SEM photograph showing the cross-sectional shape of an isolated convex portion when changed to 50 sccm. Moreover, FIG.
(C) is an SEM photograph showing the cross-sectional shape of the dense convex portions when the gas pressure is set to a constant value of 100 mTorr and the gas flow rate is set to 30, 75, and 150 sccm. Figure 7
As shown in FIGS. 7A to 7C, the gas flow rate is 50
When it is sccm, the size of the lower end portion of the isolated convex portion is larger than the size of the upper end portion, and the dimensional conversion difference is large. On the other hand, when the gas flow rate is 75 sccm, the dimensional conversion difference is considerably small, but it is not zero. And the gas flow rate is 1
At 50 sccm, the size of the lower end of the isolated protrusion is almost equal to the size of the upper end, and the size conversion difference is almost zero.
On the other hand, as shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c), the size of the lower end of the dense convex portion is almost equal to the size of the upper end regardless of the gas pressure, and the size conversion difference Is almost 0 regardless of the change in gas flow rate.

【0045】また、図9(a),図9(b)は、ガス流
量を一定値75sccmとし、ガス圧力を20,100
mTorrに変化させたときの孤立凸部の断面形状を示
すSEM写真である。図9(a),図9(b)に示され
るように、ガス圧力が20mTorrのときには、孤立
凸部の下端部の寸法は上端部の寸法よりも増大してお
り、寸法変換差が大きい。一方、ガス圧力が100mT
orrのときには寸法変換差がかなり小さくなってい
る。
9 (a) and 9 (b), the gas flow rate is set to a constant value of 75 sccm, and the gas pressure is set to 20,100.
It is a SEM photograph showing the cross-sectional shape of an isolated convex part when changing to mTorr. As shown in FIGS. 9A and 9B, when the gas pressure is 20 mTorr, the size of the lower end of the isolated convex portion is larger than the size of the upper end, and the size conversion difference is large. On the other hand, the gas pressure is 100 mT
At orrr, the dimensional conversion difference is considerably small.

【0046】図10は、ガス流量が75sccmの条件
下とガス流量が150sccmの条件下とにおける孤立
凸部の寸法変換差のガス圧力依存性を示す図である。同
図に示されるように、ガス流量が75sccmの場合に
はこのデータを外挿することによってガス圧力が約13
0mTorr以上のときに寸法変換差を0.04μm以
下に抑制し得る。また、ガス流量が150sccmのと
きには、ガス圧力が約90mTorr以上のときに寸法
変換差を0.04μm以下に抑制し得る。
FIG. 10 is a diagram showing the gas pressure dependence of the dimensional conversion difference of the isolated convex portion under the conditions of the gas flow rate of 75 sccm and the gas flow rate of 150 sccm. As shown in the figure, when the gas flow rate is 75 sccm, by extrapolating this data, the gas pressure is about 13
When it is 0 mTorr or more, the dimensional conversion difference can be suppressed to 0.04 μm or less. When the gas flow rate is 150 sccm, the dimensional conversion difference can be suppressed to 0.04 μm or less when the gas pressure is about 90 mTorr or more.

【0047】図11は、本発明のドライエッチング方法
と従来のドライエッチング方法とにおけるガス流量とガ
ス圧力との関係を示すマップである。
FIG. 11 is a map showing the relationship between the gas flow rate and the gas pressure in the dry etching method of the present invention and the conventional dry etching method.

【0048】初期のドライエッチング技術では、同図に
示す領域ReAの条件つまり比較的低真空(高圧力)で
比較的少ないガス流量下で行われてきた。一方、最近で
は、同図に示す領域ReBの条件つまり高真空(低圧
力)で比較的少ないガス流量下に移行してきている。例
えば高真空エッチャーであるECRタイプにおいて、排
気速度を変化させ、活性種のエッチング側壁への付着量
を制御する試みが行なわれている(例えば特開平5―2
59119、5―267227、5―267249、5
―275376)。しかし、ガスの流れが粘性領域でな
いためと考えられるが、孤立凸部における寸法変換差を
解消するまでには至っておらず、寸法変換差のばらつき
を低減することは困難であった。
The initial dry etching technique has been carried out under the condition of the region ReA shown in the figure, that is, under a relatively low vacuum (high pressure) and under a relatively small gas flow rate. On the other hand, recently, the condition has been shifted to a relatively small gas flow rate under the condition of the region ReB shown in the figure, that is, high vacuum (low pressure). For example, in an ECR type which is a high vacuum etcher, an attempt has been made to change the exhaust rate to control the amount of active species deposited on the etching sidewall (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-2).
59119, 5-267227, 5-267249, 5
-275376). However, although it is considered that the gas flow is not in the viscous region, the size conversion difference in the isolated convex portion has not been eliminated yet, and it is difficult to reduce the variation in the size conversion difference.

【0049】それに対し、本発明では、同図に示す領域
ReCの条件つまり比較的低真空(高圧力)で比較的多
いガス流量下で行っている。このような条件下でドライ
エッチングを行うことにより、上述のように、孤立凸部
においても寸法変換差をほぼ解消し得るのである。
On the other hand, according to the present invention, the condition of the region ReC shown in the figure, that is, a relatively low vacuum (high pressure) and a relatively large gas flow rate is used. By performing the dry etching under such a condition, it is possible to almost eliminate the dimensional conversion difference even in the isolated convex portion as described above.

【0050】経験上、本発明の効果を確実に生ぜしめる
ためのガスの圧力Pの範囲は、径dが30cmのチャン
バ内では、5mTorr以上である。すなわち、圧力P
とチャンバ径dとの積P・dが以下の範囲であることが
好ましい。
From experience, the range of the gas pressure P for surely producing the effect of the present invention is 5 mTorr or more in a chamber having a diameter d of 30 cm. That is, the pressure P
It is preferable that the product P · d of the chamber diameter d and the chamber diameter d be in the following range.

【0051】 P・d≧5(mTorr)×30(cm) =1.5×10―3(Torr・m) =1.5×10―3×1.33Pa・m =1.5×10―3×1.33(Kg/m)・sec2
・m =0.2Kg/sec2 また、本発明によりパターニング可能な被エッチング部
の材料は、Si,poly−Si(ドープト及びアンド
ープトを含む),アモルファスSi,GaAs,Ga
N,AlGaAs,InGaAs,AlP,AlAs,
InP,InAs,InSb等の半導体材料,Al,C
u,Cu合金,Al合金,W,T,Co,Ta,Mo,
Nb等の金属材料、WSix,TiSix,CoSix
等のシリサイドである。
P · d ≧ 5 (mTorr) × 30 (cm) = 1.5 × 10 −3 (Torr · m) = 1.5 × 10 −3 × 1.33 Pa · m = 1.5 × 10− 3 x 1.33 (Kg / m) sec2
M = 0.2 Kg / sec2 Further, the material of the etched portion which can be patterned by the present invention is Si, poly-Si (including doped and undoped), amorphous Si, GaAs, Ga.
N, AlGaAs, InGaAs, AlP, AlAs,
Semiconductor materials such as InP, InAs, InSb, Al, C
u, Cu alloy, Al alloy, W, T, Co, Ta, Mo,
Metallic materials such as Nb, WSix, TiSix, CoSix
Etc. are silicides.

【0052】また、上記各実施形態におけるデータに示
される寸法変換差のガス流量依存性に着目すると、ガス
流量を制御することで、特に孤立凸部の側壁保護効果を
制御し、孤立凸部の断面形状を自由に制御できる。
Further, focusing on the gas flow rate dependence of the dimensional conversion difference shown in the data in each of the above-described embodiments, by controlling the gas flow rate, the side wall protection effect of the isolated convex portion is particularly controlled, and the isolated convex portion of the isolated convex portion is controlled. The cross-sectional shape can be controlled freely.

【0053】[0053]

【発明の効果】請求項1によれば、半導体ウエハの被エ
ッチング部に凸部と凹部とからなるパターンを形成する
ドライエッチングを行う際、ガスの圧力と流量との調整
によりエッチング生成物の凹部外への排出割合と凸部側
壁への付着割合とを制御して寸法変換差を制御するよう
にしたので、凸部の断面形状の制御の容易化と、孤立凸
部の寸法変換差の低減とを図ることができる。
According to the first aspect of the present invention, when dry etching is performed to form a pattern of protrusions and depressions on an etched portion of a semiconductor wafer, the depressions of etching products are adjusted by adjusting the gas pressure and flow rate. Since the dimensional conversion difference is controlled by controlling the discharge rate to the outside and the adhesion rate to the side wall of the convex portion, it is easy to control the sectional shape of the convex portion and reduce the dimensional conversion difference of the isolated convex portion. Can be achieved.

【0054】請求項によれば、請求項1において、被
エッチング部内の凸部のうち少なくとも1つを孤立凸部
としたので、特に寸法変換差の大きい孤立凸部の形状が
改善されることになる。
According to the second aspect , in the first aspect, at least one of the protrusions in the etched portion is an isolated protrusion, so that the shape of the isolated protrusion having a large dimensional conversion difference is improved. become.

【0055】 請求項によれば、請求項1において、被エッチング部
内の凸部のうち少なくとも1つを孤立凸部とし、他の複
数個を密集凸部としたので、被エッチング部内における
孤立凸部と密集凸部との間の寸法変化差のばらつきを抑
制することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, at least one of the convex portions in the etched portion is an isolated convex portion, and the other plural portions are dense convex portions. Therefore, the isolated convex portion in the etched portion is formed. parts and Ru can be suppressed variations in the dimensional change differential between the dense protrusions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のドライエッチング方法によるエッチン
グを行う際のシリコン基板、孤立凸部,密集凸部の断面
形状をそれぞれ示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a silicon substrate, an isolated convex portion, and a dense convex portion when performing etching by a dry etching method of the present invention.

【図2】第1の実施形態におけるドライエッチング装置
の構造を概略的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the dry etching apparatus in the first embodiment.

【図3】第1の実施形態における被エッチング部の断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion to be etched in the first embodiment.

【図4】第1の実施形態によって得られた寸法変換差の
ガス流量依存性のデータを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing data of gas flow rate dependence of a dimensional conversion difference obtained according to the first embodiment.

【図5】第2の実施形態におけるドライエッチング装置
の構造を概略的に示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing the structure of a dry etching apparatus according to a second embodiment.

【図6】第2の実施形態によって得られた寸法変換差の
ガス流量依存性のデータを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing data of gas flow rate dependence of a dimensional conversion difference obtained according to the second embodiment.

【図7】追加の実験によるガス圧力100mTorr,
ガス流量30,75,150sccmの時の孤立凸部の
断面形状をそれぞれ示すSEM写真図である。
FIG. 7: Gas pressure of 100 mTorr with additional experiments,
It is a SEM photograph figure which shows the cross-sectional shape of an isolated convex part at the time of gas flow of 30,75,150 sccm, respectively.

【図8】追加の実験によるガス圧力100mTorr,
ガス流量30,75,150sccmの時の密集凸部の
断面形状をそれぞれ示すSEM写真図である。
FIG. 8: Gas pressure of 100 mTorr with additional experiments,
It is a SEM photograph figure which shows the cross-sectional shape of a dense convex part, respectively when gas flow rates are 30, 75, and 150 sccm.

【図9】追加の実験によるガス圧力20,100mTo
rr,ガス流量75sccmの時の孤立凸部の断面形状
をそれぞれ示すSEM写真図である。
FIG. 9: Gas pressure of 20,100 mTo according to additional experiment
It is a SEM photograph figure which shows the cross-sectional shape of an isolated convex part at the time of rr and gas flow rate of 75 sccm, respectively.

【図10】追加の実験によって得られた寸法変換差のガ
ス圧力依存性のデータを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing data on the gas pressure dependence of the dimensional conversion difference obtained by an additional experiment.

【図11】本発明のドライエッチングと従来のドライエ
ッチングとによるガスの圧力及び流量の領域の相違を示
すマップ図である。
FIG. 11 is a map diagram showing the difference in gas pressure and flow rate regions between the dry etching of the present invention and the conventional dry etching.

【図12】従来のドライエッチング方法によるエッチン
グを行う際のシリコン基板、孤立凸部,密集凸部の断面
形状をそれぞれ示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a silicon substrate, an isolated convex portion, and a dense convex portion when performing etching by a conventional dry etching method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1活性種 2イオン 3エッチング生成物 4ポリシリコン膜 5レジスト膜(エッチングマスク) 6シリコン基板 7シリコン酸化膜 8凸部 8a孤立凸部 8b密集凸部 9凹部 9a孤立凹部 9b密集凹部 10試料 11高周波電源 12カップリングコンデンサ 13カソード電極 14アノード電極 15ターボ分子ポンプ 16ロータリーポンプ 17マスフローコントローラ 20プラズマ領域 21チャンバ(反応室) 22電磁コイル 1 active species 2 ion 3 Etching products 4 Polysilicon film 5 Resist film (etching mask) 6 Silicon substrate 7 Silicon oxide film 8 convex parts 8a isolated protrusion 8b dense convex part 9 recesses 9a isolated recess 9b Dense recess 10 samples 11 high frequency power supply 12 coupling capacitors 13 cathode electrode 14 anode electrodes 15 turbo molecular pump 16 rotary pump 17 mass flow controller 20 plasma regions 21 chambers (reaction chamber) 22 electromagnetic coil

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 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 残存部と開口部とからなるパターンを有
するエッチングマスクにより被エッチング部が被覆され
た半導体ウエハを反応室内に設置し、上記反応室内にガ
スを導入する工程と、 上記ガスを用いてドライエッチングを行い、上記被エッ
チング部における上記エッチングマスクの残存部下方に
は凸部を上記エッチングマスクの開口部下方には凹部を
それぞれ形成する工程とを備え、 上記反応室におけるガスの圧力と流量との調整により、
上記ドライエッチングにより発生するエッチング生成物
の上記凹部外への排出割合と上記凸部側壁への付着割合
とを制御して、上記凸部の下端部と上記エッチングマス
クの上記残存部との間における横方向寸法差である寸法
変換差を所定範囲に収めるドライエッチング方法であっ
上記被エッチング部は単結晶シリコンまたはポリシリコ
ンからなり、 上記反応室におけるガスの圧力は100mTorr以上
であり、 上記反応室におけるガスの流量は100sccm以上で
あり、 上記ガスは、臭化水素ガス,臭化水素ガスと塩素ガスと
の混合ガス,及び臭化水素ガスと塩化水素ガスとの混合
ガスのうちのいずれか1つであり、 上記寸法変換差は0.04μm以下である、 ドライエッ
チング方法。
1. A step of installing a semiconductor wafer in which a portion to be etched is covered with an etching mask having a pattern of a remaining portion and an opening in a reaction chamber and introducing a gas into the reaction chamber, and using the gas. Dry etching is performed to form a convex portion below the remaining portion of the etching mask in the etched portion, and a concave portion below the opening portion of the etching mask. By adjusting the flow rate,
By controlling the discharge rate of the etching product generated by the dry etching to the outside of the concave portion and the adhesion rate to the side wall of the convex portion, between the lower end portion of the convex portion and the remaining portion of the etching mask. This is a dry etching method that keeps the lateral dimension difference within the specified range.
The etched portion is made of single crystal silicon or poly silicon.
Made down, the pressure of the gas in the reaction chamber is more than 100mTorr
In, and the flow rate of the gas in the reaction chamber 100sccm more
Yes, the above gases are hydrogen bromide gas, hydrogen bromide gas and chlorine gas.
Gas mixture of hydrogen and hydrogen bromide gas and hydrogen chloride gas
A dry etching method in which any one of the gases is used and the dimensional conversion difference is 0.04 μm or less .
【請求項2】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、 上記被エッチング部内の上記凸部のうち少なくとも1つ
は、下端部の横方向寸法が0.4μm以下で両側の凹部
の横方向寸法がいずれも1μm以上となる孤立凸部であ
ることを特徴とするドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein at least one of the projections in the etched portion has a lateral dimension of 0.4 μm or less at a lower end and lateral dimensions of concave portions on both sides. The dry etching method is characterized in that each is an isolated convex portion having a size of 1 μm or more.
【請求項3】 請求項1記載のドライエッチング方法に
おいて、 上記被エッチング部内の上記凸部のうち少なくとも1つ
は、両側の凹部の横方向寸法がいずれも1μm以上とな
る孤立凸部であり、 上記被エッチング部内の上記凸部のうちの他の複数個
は、各凸部間の凹部の横方向寸法が1μm以下である密
集凸部であることを特徴とするドライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein at least one of the convex portions in the etched portion is an isolated convex portion in which the lateral dimension of the concave portions on both sides is 1 μm or more. The dry etching method is characterized in that the other plurality of the protrusions in the etched portion are dense protrusions in which the lateral dimension of the recesses between the protrusions is 1 μm or less.
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