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JPH0878400A - Pattern formation method of silicon-based material layer - Google Patents

Pattern formation method of silicon-based material layer

Info

Publication number
JPH0878400A
JPH0878400A JP6239440A JP23944094A JPH0878400A JP H0878400 A JPH0878400 A JP H0878400A JP 6239440 A JP6239440 A JP 6239440A JP 23944094 A JP23944094 A JP 23944094A JP H0878400 A JPH0878400 A JP H0878400A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
based material
material layer
etching
resist film
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.)
Pending
Application number
JP6239440A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiichi Fukuda
誠一 福田
Tetsuya Tatsumi
哲也 辰巳
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP6239440A priority Critical patent/JPH0878400A/en
Publication of JPH0878400A publication Critical patent/JPH0878400A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リソグラフィ技術の解像限界よりも微細なパ
ターンを生産性良く形成できるシリコン系材料層のパタ
ーン形成方法を提供すること。 【構成】 第1工程では基体としてのシリコン基板10
の表面に、絶縁膜であるゲート酸化膜11とシリコン系
材料層である多結晶シリコン層12とレジスト膜13と
を順次形成する。この後、レジスト膜13をパターンニ
ングする。第2工程では、パターンニングされたレジス
ト膜13を等方性エッチングすると同時に多結晶シリコ
ン層12のほぼ層厚分を異方性エッチングする。この工
程では、二フッ化二イオウ、二フッ化イオウ、四フッ化
イオウおよび十フッ化二イオウのうちの少なくとも一種
のフッ化イオウを含むエッチングガスを用いる。そして
第3工程では、フッ素以外のハロゲンの少なくとも一種
を含むエッチングガスを用いて、多結晶シリコン層12
の残余部分12aをエッチングする。
(57) [Summary] [Object] To provide a method for forming a pattern of a silicon-based material layer capable of forming a fine pattern finer than the resolution limit of a lithography technique with high productivity. [Structure] In the first step, a silicon substrate 10 as a substrate
A gate oxide film 11 that is an insulating film, a polycrystalline silicon layer 12 that is a silicon-based material layer, and a resist film 13 are sequentially formed on the surface of. After that, the resist film 13 is patterned. In the second step, the patterned resist film 13 is isotropically etched, and at the same time, the polycrystalline silicon layer 12 is anisotropically etched by almost the thickness thereof. In this step, an etching gas containing at least one of sulfur difluoride, sulfur difluoride, sulfur tetrafluoride, and sulfur difluoride is used. Then, in the third step, an etching gas containing at least one kind of halogen other than fluorine is used to etch the polycrystalline silicon layer 12
The remaining portion 12a of is etched.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば多結晶シリコン
層やタングステンポリサイド層などのシリコン系材料層
のパターン形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern forming method for a silicon-based material layer such as a polycrystalline silicon layer or a tungsten polycide layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、VLSI、ULSIなどに見られ
るように半導体装置のデザイン・ルールは高度に微細化
している。これに伴い、例えば多結晶シリコン層やタン
グステンポリサイド層などのシリコン系材料層からなる
トランジスタゲート電極の微細加工では、所望のゲート
長に一致する正確なレジストマスクの露光・現像技術が
特に必要になっている。そこで、レジストの微細パター
ンの形成方法が検討され実施されている。
2. Description of the Related Art In recent years, design rules of semiconductor devices have been highly miniaturized as seen in VLSI and ULSI. Along with this, for example, in the fine processing of a transistor gate electrode made of a silicon-based material layer such as a polycrystalline silicon layer or a tungsten polycide layer, an accurate resist mask exposure / development technique that matches a desired gate length is particularly required. Has become. Therefore, a method for forming a fine resist pattern has been studied and implemented.

【0003】例えば電子線直接描画技法がある。この方
法は、これまでの量産化可能なリソグラフィ技術よりも
2世代以上先行した微細パターンを形成する方法であ
る。その他、レジストアッシング法も広く用いられてい
る。レジストアッシング法では、リソグラフィ技術によ
って限界寸法まで微細加工したレジストをさらに酸素プ
ラズマまたは酸素ラジカルによってアッシングし、リソ
グラフィ技術の限界以上に微細化されたレジストパター
ンを形成する。
For example, there is an electron beam direct writing technique. This method is a method of forming a fine pattern that is two or more generations ahead of the conventional lithographic technology that can be mass-produced. In addition, the resist ashing method is also widely used. In the resist ashing method, a resist finely processed to a critical dimension by a lithography technique is further ashed by oxygen plasma or oxygen radicals to form a resist pattern finer than the limit of the lithography technique.

【0004】また上記方法によって微細なレジストパタ
ーンを形成した後、図2に示す過程で進行するドライエ
ッチングを行ってゲート電極を得ている。例えば図2
(a)に示すようにシリコン基板20表面に、ゲート酸
化膜21、多結晶シリコン層22および微細なレジスト
パターン23が順に形成されたものでは、例えばハロゲ
ン系のガスを用いて多結晶シリコン層22をドライエッ
チングする。
After forming a fine resist pattern by the above method, the gate electrode is obtained by dry etching which proceeds in the process shown in FIG. Figure 2
In the case where the gate oxide film 21, the polycrystalline silicon layer 22 and the fine resist pattern 23 are sequentially formed on the surface of the silicon substrate 20 as shown in (a), the polycrystalline silicon layer 22 is formed by using, for example, a halogen-based gas. Dry etching.

【0005】すると、図2(b)に示すように多結晶シ
リコン層22が異方性エッチングされるとともに、エッ
チングによって生成する反応生成物がレジストパターン
23と多結晶シリコン層22の側壁に付着して側壁保護
膜24が形成される。よって図2(c)に示すように、
レジストパターン23の線幅αに忠実にエッチングされ
た多結晶シリコン層22からなるゲート電極が得られ
る。
Then, as shown in FIG. 2B, the polycrystalline silicon layer 22 is anisotropically etched, and reaction products generated by the etching adhere to the resist pattern 23 and the sidewalls of the polycrystalline silicon layer 22. As a result, the sidewall protection film 24 is formed. Therefore, as shown in FIG.
A gate electrode made of the polycrystalline silicon layer 22 that is faithfully etched to the line width α of the resist pattern 23 is obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電子線直接描画法、レジストアッシング法では以下の
ような課題がある。電子線直接描画法の場合、レジスト
全面にパターンを直接描画するために、基体全面の処理
に長時間を要する。またこのレジストをその後のドライ
エッチング工程に耐えうるレジストパターンとして利用
するためには、多層レジスト法を採り入れる必要があ
る。したがって、生産性が悪くコストが高くつく。
However, the electron beam direct writing method and the resist ashing method described above have the following problems. In the case of the electron beam direct writing method, since the pattern is directly written on the entire surface of the resist, it takes a long time to process the entire surface of the substrate. Further, in order to use this resist as a resist pattern that can withstand the subsequent dry etching step, it is necessary to adopt a multilayer resist method. Therefore, the productivity is low and the cost is high.

【0007】またレジストアッシング法では、ドライエ
ッチング工程の前のアッシングによってレジストが薄く
なり、かつレジストの線幅の均一性が得られない。さら
にリソグラフィ技術によるレジストパターン形成工程と
ドライエッチング工程との間にアッシング工程が入るの
で、プロセスフローの観点から純粋な工程増になる。よ
って、レジストアッシング法でも、生産性の点が課題に
なっている。
Further, in the resist ashing method, the resist is thinned by the ashing before the dry etching step, and the uniformity of the resist line width cannot be obtained. Furthermore, since an ashing process is inserted between the resist pattern forming process by the lithography technique and the dry etching process, the number of processes is increased from the viewpoint of process flow. Therefore, even in the resist ashing method, productivity is a problem.

【0008】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、リソグラフィ技術の解像限界よりも微細
なパターンを生産性良く形成できるシリコン系材料層の
パターン形成方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a pattern forming method of a silicon-based material layer capable of forming a fine pattern finer than the resolution limit of a lithography technique with high productivity. I am trying.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン系材料
層のパターン形成方法では、まず第1工程で、基体表面
に絶縁膜とシリコン系材料層とレジスト膜とを順次形成
する。この後、レジスト膜をパターンニングする。次い
で第2工程では、パターンニングされたレジスト膜を等
方性エッチングすると同時に上記リコン系材料層のほぼ
層厚分を異方性エッチングする。この工程では、二フッ
化二イオウ、二フッ化イオウ、四フッ化イオウおよび十
フッ化二イオウのうちの少なくとも一種のフッ化イオウ
を含むエッチングガスを用いる。次いで第3工程では、
フッ素以外のハロゲンの少なくとも一種を含むエッチン
グガスを用いて、シリコン系材料層の残余部分をエッチ
ングする。
In the method of forming a pattern of a silicon-based material layer of the present invention, first, in a first step, an insulating film, a silicon-based material layer and a resist film are sequentially formed on the surface of a substrate. Then, the resist film is patterned. Next, in a second step, the patterned resist film is isotropically etched, and at the same time, substantially the thickness of the recon-type material layer is anisotropically etched. In this step, an etching gas containing at least one of sulfur difluoride, sulfur difluoride, sulfur tetrafluoride, and sulfur difluoride is used. Next, in the third step,
The remaining portion of the silicon-based material layer is etched using an etching gas containing at least one kind of halogen other than fluorine.

【0010】上記第2工程で使用するエッチングガス
は、窒素系化合物を含んでいても良い。また上記第3工
程で使用するエッチングガスが、酸素系化合物を含んで
いることも可能である。さらに上記第2工程を行う際に
は、上記基体を0℃〜70℃の範囲内の所定温度に保持
することが好ましい。
The etching gas used in the second step may contain a nitrogen compound. In addition, the etching gas used in the third step may contain an oxygen-based compound. Further, when performing the second step, it is preferable to maintain the substrate at a predetermined temperature within the range of 0 ° C to 70 ° C.

【0011】[0011]

【作用】本発明では、第2工程においてシリコン系材料
層の異方性エッチングと同時に、パターンニングされた
レジスト膜の等方性エッチングが進行する。そのため、
レジスト膜は第1工程で形成された寸法よりも微細に加
工される。また同時に進行する異方性エッチングによっ
て、シリコン系材料層はレジスト膜と略等しい寸法に微
細加工される。また第3工程で用いるエッチングガス
は、フッ素系のガスとは異なり絶縁膜に対するシリコン
系材料層の選択比が高いガスである。よって、第3工程
では絶縁膜が損傷しない。
In the present invention, at the same time as anisotropic etching of the silicon-based material layer in the second step, isotropic etching of the patterned resist film proceeds. for that reason,
The resist film is processed finer than the size formed in the first step. The silicon-based material layer is finely processed to have substantially the same dimensions as the resist film by anisotropic etching that proceeds at the same time. Further, the etching gas used in the third step is a gas having a high selection ratio of the silicon-based material layer to the insulating film, unlike the fluorine-based gas. Therefore, the insulating film is not damaged in the third step.

【0012】また第2工程で基体を0℃〜70℃の範囲
内の所定温度に保持した際には、0℃以上であるため、
エッチングガスに含まれているフッ化イオウのイオウに
よるレジスト側壁への吸着が抑制される。その結果、レ
ジスト膜の等方性エッチングがなされる。また70℃以
下であるため、レジスト膜のエッチング耐性が劣化しな
い。
When the substrate is kept at a predetermined temperature in the range of 0 ° C. to 70 ° C. in the second step, it is 0 ° C. or higher,
Adsorption of sulfur fluoride contained in the etching gas onto the side wall of the resist by sulfur is suppressed. As a result, isotropic etching of the resist film is performed. Further, since the temperature is 70 ° C. or lower, the etching resistance of the resist film does not deteriorate.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明に係るシリコン系材料層のパタ
ーン形成方法の実施例を図1に示す工程図に基づいて説
明する。なおこの実施例では、トランジスタゲート電極
のパターン形成を例にとって述べる。図1(a)に示す
第1工程では、まず拡散炉によって、基体としてのシリ
コン基板10表面に酸化シリコンからなる絶縁膜、つま
りゲート酸化膜11を形成する。このとき、ゲート酸化
膜11を例えば8nm程度の膜厚に形成する。
EXAMPLE An example of a method of forming a pattern of a silicon-based material layer according to the present invention will be described below with reference to the process chart shown in FIG. In this embodiment, the pattern formation of the transistor gate electrode will be described as an example. In the first step shown in FIG. 1A, first, an insulating film made of silicon oxide, that is, a gate oxide film 11 is formed on the surface of a silicon substrate 10 as a base by a diffusion furnace. At this time, the gate oxide film 11 is formed to have a film thickness of, for example, about 8 nm.

【0014】次いで、減圧の化学的気相成長法(以下、
CVD法と記す)によって、シリコン系材料層としての
多結晶シリコン層12をゲート酸化膜11上に成膜す
る。なお成膜時には、多結晶シリコン層12に不純物を
ドープする。そして、不純物を多結晶シリコン層12に
均一性良く拡散させて活性化させるために、例えば約8
50℃で10分間程度アニール処理を行う。
Next, a reduced pressure chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as
A polycrystalline silicon layer 12 as a silicon-based material layer is formed on the gate oxide film 11 by the CVD method). At the time of film formation, the polycrystalline silicon layer 12 is doped with impurities. Then, in order to diffuse and activate the impurities in the polycrystalline silicon layer 12 with good uniformity, for example, about 8
Annealing is performed at 50 ° C. for about 10 minutes.

【0015】続いてスピンコート法によって、多結晶シ
リコン層12上にフォトレジスト膜(以下、レジスト膜
と略す)13を形成する。その後、エキシマレーザステ
ッパーによって、レジスト膜13をパターンニングす
る。このパターンニングでは、パターンニングされたレ
ジスト膜13の線幅βが、エキシマレーザステッパーの
限界加工寸法に近い例えば0.30μm程度になるよう
に露光、現像を行う。
Then, a photoresist film (hereinafter abbreviated as resist film) 13 is formed on the polycrystalline silicon layer 12 by spin coating. Then, the resist film 13 is patterned by an excimer laser stepper. In this patterning, exposure and development are performed so that the line width β of the patterned resist film 13 is, for example, about 0.30 μm, which is close to the critical processing dimension of the excimer laser stepper.

【0016】次に、図1(b)に示す第2工程を行う。
第2工程ではパターンニングされたレジスト膜13を等
方性エッチングすると同時に多結晶シリコン層12のほ
ぼ層厚分を異方性エッチングする。このジャストエッチ
ングの際のエッチングガスには、二フッ化二イオウ(S
2 2 )、二フッ化イオウ(S2 F)、四フッ化イオウ
(SF4 )および十フッ化二イオウ(S2 10)のうち
の少なくとも一種のフッ化イオウを含むガスを用いる。
またエッチングガスは、窒素系化合物を含んでいても良
い。
Next, the second step shown in FIG. 1B is performed.
In the second step, the patterned resist film 13 is isotropically etched and, at the same time, substantially the thickness of the polycrystalline silicon layer 12 is anisotropically etched. The etching gas for this just etching is sulfur difluoride (S
2 F 2 ), sulfur difluoride (S 2 F), sulfur tetrafluoride (SF 4 ) and at least one sulfur difluoride (S 2 F 10 ) gas containing sulfur fluoride is used.
Further, the etching gas may contain a nitrogen compound.

【0017】また上記ジャストエッチングに際しては、
シリコン基板10を0℃〜70℃の範囲内の所定温度に
保持する。
Further, in the just etching,
The silicon substrate 10 is maintained at a predetermined temperature within the range of 0 ° C to 70 ° C.

【0018】例えばエッチングガスをS2 2 とし、E
CR(Electron Cyclotron Resonance)型のエッチング
装置を用いる場合のジャストエッチングの条件の一例を
以下に示す。マイクロ波供給電力=850W(2.45
GHz)、磁場強度=87.5mT(875G)、 チ
ャンバー内圧力=1.3Pa、高周波(RF)バイアス
電力=100W、シリコン基板温度=30℃、S2 2
ガス流量=100ml/min。
For example, the etching gas is S 2 F 2 and E
An example of just etching conditions when using a CR (Electron Cyclotron Resonance) type etching apparatus is shown below. Microwave supply power = 850W (2.45W
GHz), magnetic field strength = 87.5 mT (875 G), chamber pressure = 1.3 Pa, radio frequency (RF) bias power = 100 W, silicon substrate temperature = 30 ° C., S 2 F 2
Gas flow rate = 100 ml / min.

【0019】また上記と同様のエッチングガスで、マグ
ネトロンRIE(Reactive Ion Etching)型のエッチン
グ装置によりジャストエッチングする場合の条件の一例
を以下に示す。磁場強度=20mT(200G)、
チャンバー内圧力=2.5Pa、高周波(RF)バイア
ス電力=250W、 シリコン基板温度=30℃、S2
2 ガス流量=100ml/min。
An example of conditions for just etching with a magnetron RIE (Reactive Ion Etching) type etching apparatus using the same etching gas as described above is shown below. Magnetic field strength = 20 mT (200 G),
Chamber pressure = 2.5 Pa, radio frequency (RF) bias power = 250 W, silicon substrate temperature = 30 ° C., S 2
F 2 gas flow rate = 100 ml / min.

【0020】このようなジャストエッチングでは、図1
(b)に示すように多結晶シリコン層12に残余部分1
2aが残る。よって第2工程の後は、図1(c)に示す
第3工程のオーバーエッチングを行う。すなわち第3工
程では、フッ素以外のハロゲンの少なくとも一種を含む
エッチングガスを用い、上記のように多結晶シリコン層
12の残余部分12aをエッチングする。オーバエッチ
ングに用いるエッチングガスは、酸素系化合物を含んで
いても良い。
In such just etching, as shown in FIG.
As shown in (b), the remaining portion 1 is left on the polycrystalline silicon layer 12.
2a remains. Therefore, after the second step, overetching of the third step shown in FIG. 1C is performed. That is, in the third step, the remaining portion 12a of the polycrystalline silicon layer 12 is etched using the etching gas containing at least one kind of halogen other than fluorine as described above. The etching gas used for overetching may contain an oxygen-based compound.

【0021】エッチングガスの具体例としては、臭化水
素(HBr)と塩素(Cl2 )との混合ガス、HBrと
2 との混合ガス、Cl2 とO2 との混合ガスおよびH
BrとCl2 とO2 との混合ガスなどが挙げられる。
Specific examples of the etching gas include a mixed gas of hydrogen bromide (HBr) and chlorine (Cl 2 ), a mixed gas of HBr and O 2 , a mixed gas of Cl 2 and O 2 , and H 2.
A mixed gas of Br, Cl 2, and O 2 can be used.

【0022】例えばエッチングガスにHBrとCl2
の混合ガスを用い、ECR型のエッチング装置を用いる
場合のオーバエッチングの条件の一例を以下に示す。マ
イクロ波供給電力=850W(2.45GHz)、磁場
強度=87.5mT(875G)、 チャンバー内圧力
=1.3Pa、高周波(RF)バイアス電力=60W、
シリコン基板温度=30℃、HBr/Cl2 ガス流量
=120/10ml/min。
An example of overetching conditions when an ECR type etching apparatus is used with a mixed gas of HBr and Cl 2 as an etching gas is shown below. Microwave supply power = 850 W (2.45 GHz), magnetic field strength = 87.5 mT (875 G), chamber pressure = 1.3 Pa, radio frequency (RF) bias power = 60 W,
Silicon substrate temperature = 30 ° C., HBr / Cl 2 gas flow rate = 120/10 ml / min.

【0023】また上記と同様のエッチングガスで、マグ
ネトロンRIE型のエッチング装置によりオーバエッチ
ングする場合の条件の一例を以下に示す。磁場強度=2
0mT(200G)、 チャンバー内圧力=2.5
Pa、高周波(RF)バイアス電力=120W、シリコ
ン基板温度=30℃、HBr/Cl2 ガス流量=200
/30ml/min。
An example of conditions for over-etching with a magnetron RIE type etching apparatus using the same etching gas as above is shown below. Magnetic field strength = 2
0mT (200G), chamber pressure = 2.5
Pa, radio frequency (RF) bias power = 120 W, silicon substrate temperature = 30 ° C., HBr / Cl 2 gas flow rate = 200
/ 30 ml / min.

【0024】このオーバエッチングによって、エキシマ
レーザステッパーの解像限界に近い寸法より約3/5微
細な0.18μm程度の線幅γの多結晶シリコン層12
のパターンが形成される。すなわち、0.18μm程度
の非常に微細なゲート長γを有するゲート電極のパター
ンが得られる。
By this over-etching, the polycrystalline silicon layer 12 having a line width γ of about 0.18 μm, which is about 3/5 finer than the size close to the resolution limit of the excimer laser stepper.
Pattern is formed. That is, a pattern of the gate electrode having a very fine gate length γ of about 0.18 μm can be obtained.

【0025】上記実施例の第2工程のジャストエッチン
グでは、レジスト膜13とエッチングガスに含まれるフ
ッ化イオウのフッ素とが反応する。そしてフッ素系化合
物(CFX )を生成し、その生成物は異方性エッチング
された多結晶シリコン層12の側壁に付着することなく
排気される。このため、上記したようにパターンニング
されたレジスト膜13の等方性エッチングと、多結晶シ
リコン層12の略層厚分の異方性エッチングとが同時に
進行する。
In the just etching of the second step of the above embodiment, the resist film 13 reacts with the fluorine of sulfur fluoride contained in the etching gas. Then, a fluorine-based compound (CF x ) is generated, and the product is exhausted without adhering to the sidewall of the anisotropically etched polycrystalline silicon layer 12. Therefore, the isotropic etching of the resist film 13 patterned as described above and the anisotropic etching of approximately the thickness of the polycrystalline silicon layer 12 simultaneously proceed.

【0026】その結果、レジスト膜13の線幅γは、第
1工程の露光、現像による線幅の仕上がり寸法βよりも
細く加工される。しかも、同時に進行する異方性エッチ
ングによって、多結晶シリコン層12はレジスト膜13
の線幅γと略等しい線幅寸法に微細加工される。またア
ッシングと異なり、制御性の良いエッチングによってレ
ジスト膜13を微細に加工するので、レジスト膜13の
線幅γの均一性を確保することができる。
As a result, the line width γ of the resist film 13 is processed to be thinner than the finished line width dimension β of the exposure and development in the first step. Moreover, the polycrystal silicon layer 12 is formed into the resist film 13 by the anisotropic etching which proceeds at the same time.
Finely processed to have a line width dimension substantially equal to the line width γ of. Further, unlike the ashing, the resist film 13 is finely processed by etching with good controllability, so that the uniformity of the line width γ of the resist film 13 can be secured.

【0027】また放電解離条件下では、上記エッチング
ガスに含まれる少なくとも一種のフッ化イオウが解離し
てイオウ(S)が生じる。生じたイオウは異方性エッチ
ングされた多結晶シリコン層12の側壁に吸着するた
め、多結晶シリコン層12のアンダーカットが防止され
る。よって、多結晶シリコン層12の側壁は、シリコン
基板10表面に対して垂直に加工される。
Under the discharge dissociation condition, at least one sulfur fluoride contained in the etching gas is dissociated to generate sulfur (S). Since the generated sulfur is adsorbed on the side wall of the anisotropically etched polycrystalline silicon layer 12, the undercut of the polycrystalline silicon layer 12 is prevented. Therefore, the side wall of the polycrystalline silicon layer 12 is processed perpendicularly to the surface of the silicon substrate 10.

【0028】さらにエッチングガスが窒素系化合物を含
んでいる場合は、例えばSNポリマーからなる窒化イオ
ウ系化合物が異方性エッチングされた多結晶シリコン層
12の側壁に吸着する。よって、このようなエッチング
ガスを用いた場合も多結晶シリコン層12のアンダーカ
ットが防止される。
Further, when the etching gas contains a nitrogen compound, for example, a sulfur nitride compound made of SN polymer is adsorbed on the side wall of the anisotropically etched polycrystalline silicon layer 12. Therefore, even when such an etching gas is used, undercut of the polycrystalline silicon layer 12 is prevented.

【0029】また一般に、イオウ系のガスでは、0℃よ
りも低い温度で異方性エッチングが進行し易いことが知
られている。しかし、第2工程ではシリコン基板10を
0℃〜70℃の範囲内の所定温度に保持する。このた
め、エッチングガスに含まれているフッ化イオウのイオ
ウによるレジスト膜13の側壁への吸着が抑制され、レ
ジスト膜13は等方性エッチングされる。なお、シリコ
ン基板10の保持温度の上限値を70℃としたのは、レ
ジスト膜13のエッチング耐性が劣化してマスクとして
の機能を果たさなくなる虞れがあるためである。
It is generally known that with a sulfur-based gas, anisotropic etching easily proceeds at a temperature lower than 0 ° C. However, in the second step, the silicon substrate 10 is maintained at a predetermined temperature within the range of 0 ° C to 70 ° C. Therefore, the adsorption of sulfur fluoride contained in the etching gas onto the side wall of the resist film 13 by sulfur is suppressed, and the resist film 13 is isotropically etched. The upper limit of the holding temperature of the silicon substrate 10 is set to 70 ° C. because the etching resistance of the resist film 13 may deteriorate and the function as a mask may not be achieved.

【0030】またシリコン基板10の温度を上記のよう
に設定することで、多結晶シリコン層12の側壁へのイ
オウ系化合物の吸着が抑制されるが、RFバイアス電力
を制御することによって多結晶シリコン層12の側壁を
シリコン基板10表面に対して垂直に加工することがで
きる。
By setting the temperature of the silicon substrate 10 as described above, the adsorption of the sulfur-based compound on the side wall of the polycrystalline silicon layer 12 is suppressed, but the polycrystalline silicon is controlled by controlling the RF bias power. The sidewalls of layer 12 can be processed perpendicular to the surface of silicon substrate 10.

【0031】一方、第3工程で用いるフッ素以外のハロ
ゲンの少なくとも一種を含むエッチングガスは、フッ素
系のガスとは異なりゲート酸化膜11に対する多結晶シ
リコン層12の選択比が高いガスである。このため、ゲ
ート酸化膜11に損傷を与えることなく多結晶シリコン
層12の残余部分12aをエッチングすることができ
る。
On the other hand, the etching gas containing at least one kind of halogen other than fluorine used in the third step is a gas having a high selection ratio of the polycrystalline silicon layer 12 to the gate oxide film 11 unlike a fluorine-based gas. Therefore, the remaining portion 12a of the polycrystalline silicon layer 12 can be etched without damaging the gate oxide film 11.

【0032】さらにエッチングの際は、シリコン系反応
生成物(例えばSiClX やSiBrX など)が生じ
る。生じたシリコン系反応生成物はレジスト膜13や多
結晶シリコン層12の側壁に堆積するため、多結晶シリ
コン層12のアンダーカットが防止される。
Further, during etching, a silicon-based reaction product (for example, SiCl x or SiBr x ) is produced. Since the generated silicon-based reaction product is deposited on the sidewalls of the resist film 13 and the polycrystalline silicon layer 12, undercut of the polycrystalline silicon layer 12 is prevented.

【0033】またエッチングガスが酸素系化合物を含ん
でいる場合は、酸化シリコン系化合物(例えばSiOや
SiO2 、SiOBrなど)がレジスト膜13や多結晶
シリコン層12の側壁に吸着するため、オーバーエッチ
ングの際は側壁が一層保護される。
When the etching gas contains an oxygen-based compound, a silicon oxide-based compound (eg, SiO, SiO 2 , SiOBr, etc.) is adsorbed on the sidewalls of the resist film 13 and the polycrystalline silicon layer 12, so that overetching occurs. In this case, the side wall is further protected.

【0034】したがって上記実施例では、ゲート酸化膜
11を損傷させることなく、リソグラフィ技術の解像限
界よりも微細でかつ均一な線幅γのゲート電極のパター
ンを形成することができる。しかも一工程でレジスト膜
13の等方性エッチングと多結晶シリコン層12の異方
性エッチングとを行うので、従来のレジストアッシング
法に比べて工程数が削減される。また電子線直接描画法
に比べて、短時間でレジスト膜13をリソグラフィ技術
の解像限界よりも微細に加工できる。よって、生産性の
向上およびそれに伴うコストの低減を図ることができ
る。
Therefore, in the above embodiment, it is possible to form a gate electrode pattern having a line width γ which is finer and more uniform than the resolution limit of the lithography technique without damaging the gate oxide film 11. Moreover, since the isotropic etching of the resist film 13 and the anisotropic etching of the polycrystalline silicon layer 12 are performed in one step, the number of steps is reduced as compared with the conventional resist ashing method. Further, the resist film 13 can be processed finer than the resolution limit of the lithography technique in a short time as compared with the electron beam direct writing method. Therefore, it is possible to improve productivity and reduce costs associated therewith.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、第2工
程でパターンニングされたレジスト膜を等方性エッチン
グすると同時にシリコン系材料層の異方性エッチングす
る。このため一工程で、レジスト膜を第1工程で形成さ
れた寸法よりも微細に加工できるとともに、シリコン系
材料層をレジスト膜の寸法に微細加工できる。また第3
工程で用いるエッチングガスは、フッ素系のガスとは異
なり絶縁膜に対するシリコン系材料層の選択比が高いガ
スであるため、絶縁膜に損傷を与えることなくシリコン
系材料層の残余部分をエッチングすることができる。
As described above, according to the present invention, the resist film patterned in the second step is isotropically etched, and at the same time, the silicon-based material layer is anisotropically etched. Therefore, in one step, the resist film can be processed finer than the size formed in the first step, and the silicon-based material layer can be processed finely to the size of the resist film. Also the third
Unlike the fluorine-based gas, the etching gas used in the process has a high selection ratio of the silicon-based material layer to the insulating film, so the remaining part of the silicon-based material layer should be etched without damaging the insulating film. You can

【0036】したがって本発明によれば、リソグラフィ
技術の解像限界よりも微細なシリコン系材料層のパター
ンを、従来法に比べて生産性良く低コストで形成するこ
とができる。
Therefore, according to the present invention, a pattern of a silicon-based material layer finer than the resolution limit of the lithography technique can be formed with high productivity and at low cost as compared with the conventional method.

【0037】また第2工程で基体を0℃〜70℃の範囲
内の所定温度に保持した際には、エッチングガスに含ま
れているフッ化イオウのイオウによりレジスト膜の等方
性エッチングが進行するので、レジスト膜を確実に微細
加工することができる。
When the substrate is kept at a predetermined temperature within the range of 0 ° C. to 70 ° C. in the second step, the isotropic etching of the resist film progresses due to the sulfur fluoride contained in the etching gas. Therefore, the resist film can be surely finely processed.

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

【図1】本発明の一例を示す工程図である。FIG. 1 is a process drawing showing an example of the present invention.

【図2】従来法の一例を示す工程図である。FIG. 2 is a process chart showing an example of a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板(基体) 11 ゲート酸化膜(絶縁膜) 12 多結晶シリコン層(シリコン系材料層) 13 レジスト膜 13a 残余部分 10 Silicon Substrate (Base) 11 Gate Oxide Film (Insulating Film) 12 Polycrystalline Silicon Layer (Silicon Material Layer) 13 Resist Film 13a Remaining Part

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体表面に絶縁膜とシリコン系材料層と
レジスト膜とを順次形成した後、前記レジスト膜をパタ
ーンニングする第1工程と、 二フッ化二イオウ、二フッ化イオウ、四フッ化イオウお
よび十フッ化二イオウのうちの少なくとも一種のフッ化
イオウを含むエッチングガスを用いて、前記パターンニ
ングされたレジスト膜を等方性エッチングすると同時に
前記シリコン系材料層のほぼ層厚分を異方性エッチング
する第2工程と、 フッ素以外のハロゲンの少なくとも一種を含むエッチン
グガスを用いて、前記シリコン系材料層の残余部分をエ
ッチングする第3工程とからなることを特徴とするシリ
コン系材料層のパターン形成方法。
1. A first step of patterning the resist film after sequentially forming an insulating film, a silicon-based material layer, and a resist film on the surface of the substrate, and sulfur difluoride, sulfur difluoride, and tetrafluoride. The patterned resist film is isotropically etched using an etching gas containing at least one kind of sulfur fluoride and sulfur difluoride, and at the same time, a substantially layer thickness of the silicon-based material layer is reduced. A silicon-based material comprising a second step of anisotropic etching and a third step of etching the remaining portion of the silicon-based material layer using an etching gas containing at least one kind of halogen other than fluorine. Layer patterning method.
【請求項2】 請求項1記載のシリコン系材料層のパタ
ーン形成方法において、 前記第2工程で使用するエッチングガスは、窒素系化合
物を含んでいることを特徴とするシリコン系材料層のパ
ターン形成方法。
2. The pattern formation method for a silicon-based material layer according to claim 1, wherein the etching gas used in the second step contains a nitrogen-based compound. Method.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載のシリコン
系材料層のパターン形成方法において、 前記第3工程で使用するエッチングガスは、酸素系化合
物を含んでいることを特徴とするシリコン系材料層のパ
ターン形成方法。
3. The silicon-based material layer pattern forming method according to claim 1 or 2, wherein the etching gas used in the third step contains an oxygen-based compound. Layer patterning method.
【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3記載
のシリコン系材料層のパターン形成方法において、 前記第2工程を行う際は、前記基体を0℃〜70℃の範
囲内の所定温度に保持することを特徴とするシリコン系
材料層のパターン形成方法。
4. The method for forming a pattern of a silicon-based material layer according to claim 1, claim 2, or claim 3, wherein when performing the second step, the substrate is set to a predetermined temperature within a range of 0 ° C to 70 ° C. A method for forming a pattern of a silicon-based material layer, which is characterized by holding at a temperature.
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