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JPH10209122A - Sidewall formation method - Google Patents

Sidewall formation method

Info

Publication number
JPH10209122A
JPH10209122A JP615597A JP615597A JPH10209122A JP H10209122 A JPH10209122 A JP H10209122A JP 615597 A JP615597 A JP 615597A JP 615597 A JP615597 A JP 615597A JP H10209122 A JPH10209122 A JP H10209122A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
silicon oxide
oxide film
sidewall
thickness
Prior art date
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Granted
Application number
JP615597A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3581770B2 (en
Inventor
Satoshi Morishita
敏 森下
Kazuo Sugimoto
和雄 杉本
Koichiro Adachi
浩一郎 足立
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp 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 Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP00615597A priority Critical patent/JP3581770B2/en
Publication of JPH10209122A publication Critical patent/JPH10209122A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3581770B2 publication Critical patent/JP3581770B2/en
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  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 従来のサイドウォール形成方法では、サイド
ウォール膜厚に大きなバラツキが生じるという問題があ
った。形成したサイドウォール寸法のバラツキがトラン
ジスタ動作のしきい値電圧のバラツキなど素子特性のバ
ラツキに直結しているため、素子の微細化と動作電圧の
低減にはサイドウォール寸法のバラツキ抑制が特に重要
であった。 【解決手段】 炭素及びフッ素を含むフロロカーボン系
ガスを含むエッチングガスを用いて、前記酸化シリコン
膜4をエッチングすることによって、前記ゲート電極3
の側壁にサイドウォールを形成する工程において、前記
基板1の温度を−40℃から−80℃に設定することで
上記問題点を解決した。
(57) [Summary] (with correction) [PROBLEMS] The conventional sidewall forming method has a problem that a large variation occurs in the sidewall film thickness. Since variations in the formed sidewall dimensions are directly linked to variations in device characteristics such as variations in the threshold voltage of transistor operation, it is particularly important to suppress variations in sidewall dimensions in miniaturizing devices and reducing operating voltages. there were. SOLUTION: The silicon oxide film 4 is etched using an etching gas containing a fluorocarbon-based gas containing carbon and fluorine, thereby forming the gate electrode 3.
The above problem was solved by setting the temperature of the substrate 1 from −40 ° C. to −80 ° C. in the step of forming the sidewall on the side wall of the substrate.

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、半導体装置等のサ
イドウォールの形成方法に関し、特にシリコン酸化膜の
サイドウォールの形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a sidewall of a semiconductor device or the like, and more particularly, to a method for forming a sidewall of a silicon oxide film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュータや通信機器において
携帯型機種の需要が高まり、機器の高性能化とともに低
消費電力化が進められている。このため、これらの携帯
型機器に使用されており、機器全体の性能に直結する重
要部分である大規模集積回路(以下、LSIと記す。)
等半導体装置について高性能でかつ低消費電力な特性を
有する半導体装置が切望されている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for portable models of computers and communication devices, and high performance and low power consumption of devices have been promoted. For this reason, large-scale integrated circuits (hereinafter referred to as LSIs) which are used in these portable devices and are an important part directly related to the performance of the entire device.
There is a strong demand for a semiconductor device having high performance and low power consumption.

【0003】LSIの高性能化、低消責電力化には、ト
ランジスタ素子の微細化と電源電圧の低減が有効となる
が、トランジスタ素子の動作電圧を低減するためには、
トランジスタ素子特性のバラツキ要因であるパターン寸
法のバラツキ抑制が特に重要であり、素子の微細化、即
ちパターンの微細化が急速に進展しているので、パター
ン寸法の高精度化への要求はますます厳しいものとなっ
ている。
In order to improve the performance and reduce the power consumption of an LSI, miniaturization of the transistor element and reduction of the power supply voltage are effective. However, in order to reduce the operating voltage of the transistor element,
It is particularly important to suppress variations in pattern dimensions, which is a cause of variations in transistor element characteristics.Since miniaturization of elements, that is, pattern miniaturization, is rapidly progressing, there is an increasing demand for higher precision of pattern dimensions. It has become tough.

【0004】ところで、トランジスタ素子の導電性膜の
パターンを自己整合的に絶縁する技術としてサイドウォ
ール形成法が知られているが、トランジスタ素子がLD
D構造MOSトランジスタに代表されるようにゲート電
極がサイドウォールで被膜されている構造をもつ微細構
造のトランジスタの場合には、形成したサイドウォール
寸法のバラツキがトランジスタ動作のしきい値電圧のバ
ラツキなど素子特性のバラツキに直結しているため、素
子の微細化と動作電圧の低減にはサイドウォール寸法の
バラツキ抑制が特に重要となってくる。
As a technique for insulating a pattern of a conductive film of a transistor element in a self-aligning manner, a side wall formation method is known.
In the case of a microstructured transistor having a structure in which a gate electrode is covered with a sidewall, as typified by a D-structure MOS transistor, variations in the formed sidewall dimensions may cause variations in the threshold voltage of transistor operation and the like. Since this is directly related to the variation in the element characteristics, it is particularly important to suppress the variation in the side wall dimension in miniaturizing the element and reducing the operating voltage.

【0005】従来のサイドウォールの形成技術につい
て、MOSトランジスタの製造工程で説明する。従来の
サイドウォール形成工程の断面図を図5に示す。
[0005] A conventional sidewall forming technique will be described in the process of manufacturing a MOS transistor. FIG. 5 shows a cross-sectional view of a conventional side wall forming process.

【0006】まず、図5(a)に示すように、基板1上
のトランジスタを形成すべき領域の表面にゲート絶縁膜
2を形成し、さらにゲート絶縁膜2上にポリシリコンか
らなるゲート電極3を形成する。次いで、酸化シリコン
膜4をゲート電極3を覆うように堆積する。
First, as shown in FIG. 5A, a gate insulating film 2 is formed on a surface of a region on a substrate 1 where a transistor is to be formed, and a gate electrode 3 made of polysilicon is formed on the gate insulating film 2. To form Next, a silicon oxide film 4 is deposited so as to cover the gate electrode 3.

【0007】次に、図5(b)に示すように、酸化シリ
コン膜4を異方性ドライエッチングによりエッチバック
し、ソース及びドレインが形成されるべき領域のシリコ
ン基板表面5を露出させるまでエッチングする。
Next, as shown in FIG. 5B, the silicon oxide film 4 is etched back by anisotropic dry etching until the silicon substrate surface 5 in the region where the source and drain are to be formed is exposed. I do.

【0008】さらに、エッチング時間の数十%の時間で
(以下、オーバーエッチ量数十%と記す)オーバーエッ
チングすることによって、このとき、ゲート電極3の側
面に酸化シリコンからなるサイドウォール6が形成され
る。以上で、図5(c)に示すサイドウォールが形成さ
れる。
Further, by performing over-etching for several tens of% of the etching time (hereinafter referred to as "over-etch amount several tens%"), side walls 6 made of silicon oxide are formed on the side surfaces of gate electrode 3 at this time. Is done. Thus, the sidewall shown in FIG. 5C is formed.

【0009】酸化シリコン膜のエッチバックには、通
常、反応性イオンエッチング(RIE)装置などが使用
され、CF4やCHF3などフツ素や炭素を含むガスのプ
ラズマが用いられている。通常、シリコン基板温度を常
温にしてエッチングを行っている。
For etching back the silicon oxide film, a reactive ion etching (RIE) apparatus or the like is usually used, and a plasma of a gas containing fluorine or carbon such as CF 4 or CHF 3 is used. Normally, etching is performed at a silicon substrate temperature of normal temperature.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サイドウォール形成方法では、サイドウォール膜厚に大
きなバラツキが生じるという問題があった。図6にサイ
ドウォール形成時のサイドウォール膜厚の変化を示す。
図6(a)に示すように、膜厚T1のゲート電極3に対
して膜厚T2の酸化シリコン膜4をCVD法(化学的気
相堆積法)で堆積したとき、ゲート電極3側面での酸化
シリコン膜4の膜厚はT3でほぼT2と等しい膜厚とな
る。ついで、酸化シリコン膜4をエッチバックして下地
のシリコン基板表面5を露出させると図6(b)に示す
ように、サイドウォール6が形成される。このとき、形
成されたサイドウォール6の膜厚T4がT4=T3とな
り、酸化シリコン膜4の堆積膜厚T2でサイドウォール
膜厚T4を制御できるのが膜厚制御の容易性の観点から
望ましいのであるが、実際にはT4<T2となる。この
ような膜厚の変化が、酸化シリコン膜4の形成時の堆積
膜厚やエッチング速度のウエハ面内均一性以上にサイド
ウォール寸法のバラツキを大きくしている。
However, the conventional method for forming a sidewall has a problem that a large variation occurs in the thickness of the sidewall. FIG. 6 shows a change in the thickness of the sidewall when the sidewall is formed.
As shown in FIG. 6A, when a silicon oxide film 4 having a thickness T2 is deposited on a gate electrode 3 having a thickness T1 by a CVD method (chemical vapor deposition method), The thickness of the silicon oxide film 4 is substantially equal to T2 at T3. Next, when the silicon oxide film 4 is etched back to expose the underlying silicon substrate surface 5, a sidewall 6 is formed as shown in FIG. 6B. At this time, the thickness T4 of the formed sidewall 6 becomes T4 = T3, and it is desirable from the viewpoint of easy control of the thickness that the sidewall thickness T4 can be controlled by the deposited thickness T2 of the silicon oxide film 4. However, actually, T4 <T2. Such a change in the film thickness increases the variation in the sidewall dimension more than the uniformity of the deposited film thickness and the etching rate in the formation of the silicon oxide film 4 in the wafer surface.

【0011】形成されたサイドウォール膜厚T4が酸化
シリコンの初期膜厚T2より小さくなるのは、ゲート側
面の酸化シリコン膜厚の減少、つまリサイドエッチの進
行によるもので、主にエッチング速度のイオン入射角依
存性に起因している。これは、一般に固体表面のイオン
衝撃によるエッチングでは垂直にイオンが入射する場合
よりも角度をつけて斜めに入射した方がエッチング速度
が大きくなるというもので、前記酸化シリコン膜の場合
では、イオンが垂直に入射する水平部分よりも斜めに入
射する傾斜部(肩部)のほうがエッチング速度が大きく
なる、つまり肩部の後退が速くなるのである。
The reason that the formed sidewall film thickness T4 becomes smaller than the initial silicon film thickness T2 is due to the decrease in the silicon oxide film thickness on the side surface of the gate, that is, the progress of the re-side etching. This is due to the dependence on the ion incident angle. This is because, generally, in the etching by ion bombardment of a solid surface, the etching rate is higher when the ions are incident obliquely at an angle than when the ions are incident vertically, and in the case of the silicon oxide film, The inclined portion (shoulder portion) obliquely incident than the horizontal portion vertically incident has a higher etching rate, that is, the retreat of the shoulder portion is faster.

【0012】従来、エッチングの異方性を大きくする一
般的手法として、ウエハステージに印加するバイアスパ
ワーを大きくしてイオンのエネルギーと方向性を高める
方法があるが、上記のように、エッチング速度のイオン
入射角依存性に起因しているためイオンの方向性を改善
しても肩部の後退の問題は解決されない。しかも、イオ
ンのエネルギーを高くすると、酸化シリコン膜をエッチ
ングして下地シリコン基板表面5を露出させたときに基
板へのダメージ7が大きくなり素子特性の劣化等の問題
となる。もう一つの手法として反応生成物をパターン側
壁に堆積させて堆積膜による側壁保護効果を利用する方
法も知られているが、基板に対して垂直な壁面やエッチ
ングマスク直下の壁面のようにイオン衝撃を受けにくい
ところではなく、イオン衝撃を受けやすい肩部ではこの
効果は期待できない。
Conventionally, as a general method for increasing the anisotropy of etching, there is a method of increasing the bias power applied to the wafer stage to increase the energy and directionality of ions. Due to the dependence on the angle of incidence of ions, the problem of retraction of the shoulder cannot be solved even if the directionality of ions is improved. In addition, when the ion energy is increased, when the silicon oxide film is etched to expose the underlying silicon substrate surface 5, damage 7 to the substrate is increased, causing a problem such as deterioration of element characteristics. Another method is known in which the reaction product is deposited on the pattern side wall to utilize the side wall protection effect of the deposited film.However, ion bombardment such as a wall perpendicular to the substrate or a wall immediately below the etching mask is also known. This effect cannot be expected in a shoulder that is easily affected by ion bombardment, not in a place that is not easily affected by ion bombardment.

【0013】また、肩部の後退速度、すなわちサイドエ
ッチングの速度については、例えばゲー卜電極3の断面
形状やサイズが変わると酸化シリコン膜の肩部の形状
(曲率あるいは角度)が変わる。このため、たとえウェ
ハ面内の水平面のエッチング速度が均−であったとして
も形状の違いから肩部の後退速度は一定ではなく、形成
されるサイドウォール幅T4にバラツキを生じてしま
う。特に、サイドエッチングの速度は、オーバーエッチ
ングを行う際に大きくなる傾向にあり、オーバーエッチ
ング時での肩部の後退がサイドウォール膜厚T4のバラ
ツキの大きな要因となっている。
As for the retreating speed of the shoulder, that is, the speed of side etching, for example, if the cross-sectional shape or size of the gate electrode 3 changes, the shape (curvature or angle) of the shoulder of the silicon oxide film changes. Therefore, even if the etching rate on the horizontal surface in the wafer surface is uniform, the retreat speed of the shoulder is not constant due to the difference in shape, and the formed sidewall width T4 varies. In particular, the speed of side etching tends to increase when performing over-etching, and the recession of the shoulder during over-etching is a major cause of the variation in the sidewall film thickness T4.

【0014】また、サイドウォール膜厚T4のバラツキ
はゲート電極3の膜厚T1に対する酸化シリコン4の膜
厚T2の比にも依存しており、膜厚T1に対して膜厚T
2が大きくなるほど酸化シリコン膜4の肩部が大きくな
り、ゲート電極3側面に沿った酸化シリコン膜4の垂直
な部分が少なくなるので、エッチング肩部の後退が顕著
になる。
The variation in the thickness T4 of the side wall also depends on the ratio of the thickness T2 of the silicon oxide 4 to the thickness T1 of the gate electrode 3.
As 2 increases, the shoulder of the silicon oxide film 4 increases, and the vertical portion of the silicon oxide film 4 along the side surface of the gate electrode 3 decreases, so that the recession of the etching shoulder becomes remarkable.

【0015】さらに、トランジスタ電源電圧低減による
動作速度の低下を防ぐためには、ポリシリコンゲート電
極の容量を小さい方がよく、そのためにはポリシリコン
ゲート電極の膜厚T1は小さい方が望ましい。一方で、
トランジスタを微細化した際に素子特性バラツキの要因
となる短チャネル効果を抑えるためにはサイドウォール
膜厚T4は必ずしも小さくできない。従って、微細化に
伴って、膜厚T1に対して膜厚T2がますます大きくな
っていく傾向にある。
Further, in order to prevent a decrease in the operating speed due to a reduction in the transistor power supply voltage, it is preferable that the capacitance of the polysilicon gate electrode is small, and for that purpose, it is desirable that the thickness T1 of the polysilicon gate electrode is small. On the other hand,
In order to suppress a short channel effect which causes a variation in device characteristics when a transistor is miniaturized, the thickness T4 of the sidewall cannot be necessarily reduced. Accordingly, the film thickness T2 tends to be larger than the film thickness T1 with miniaturization.

【0016】以上のように、サイドウォール形成におい
ては、肩部のエッチング(サイドエッチ)を抑えて、肩
部の形状やオーバーエッチ量のバラツキ等に左右され
ず、サイドウォール膜厚T4がシリコン酸化膜4の堆積
膜厚で決定できる高精度な形成方法の確立が望まれてい
る。
As described above, in the formation of the sidewall, the etching of the shoulder (side etch) is suppressed, and the thickness T4 of the sidewall is not affected by the variation in the shape of the shoulder and the amount of overetching. It is desired to establish a highly accurate formation method that can be determined by the deposited film thickness of the film 4.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明のサイドウォール
の形成方法は、ゲート電極が形成された基板上に酸化シ
リコン膜を形成する工程と、炭素及びフッ素を含むフロ
ロカーボン系ガスを含むエッチングガスを用いて、前記
酸化シリコン膜をエッチングすることによって、前記ゲ
ート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程とを含
むサイドウォールの形成方法において、前記酸化シリコ
ン膜をエッチングする工程で、前記基板の温度を−40
℃から−80℃に設定することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for forming a side wall, comprising: forming a silicon oxide film on a substrate on which a gate electrode is formed; and forming an etching gas containing a fluorocarbon-based gas containing carbon and fluorine. Forming a sidewall on the side wall of the gate electrode by etching the silicon oxide film, wherein the temperature of the substrate is reduced by etching the silicon oxide film. -40
It is characterized in that the temperature is set at from -80 ° C to -80 ° C.

【0018】前記段差がゲート電極であることを特徴と
する。
The step is a gate electrode.

【0019】前記エッチングガスは、前記炭素及びフッ
素を含むフロロカーボン系ガスに少なくともハロゲン化
合物ガスあるいは酸素のどちらか一方を添加することを
特徴とする。
The etching gas is characterized in that at least one of a halogen compound gas and oxygen is added to the fluorocarbon-based gas containing carbon and fluorine.

【0020】これら前記炭素及びフッ素を含むフロロカ
ーボン系がC48であることを特徴とし、前記ハロゲン
化合物ガスは、HBrであることを特徴とする。
The fluorocarbon system containing carbon and fluorine is C 4 F 8 , and the halogen compound gas is HBr.

【0021】また、前記シリコン酸化膜をエッチングす
る工程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添
加したエッチングガスを用いてエッチングを行う工程
と、前記フロロカーボン系ガスのみからなるエッチング
ガスを用いてエッチングを行う工程とを有することを特
徴とすることが好ましい。
In the step of etching the silicon oxide film, the etching is performed using an etching gas obtained by adding a halogen compound to a fluorocarbon-based gas, and the etching is performed using an etching gas consisting of only the fluorocarbon-based gas. And a process.

【0022】また、前記シリコン酸化膜をエッチングす
る工程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添
加したエッチングガスを用いてエッチングを行う工程
と、前記フロロカーボン系ガスに酸素を添加したエッチ
ングガスを用いてエッチングを行う工程とを有すること
を特徴としても構わない。
The step of etching the silicon oxide film includes the step of performing etching using an etching gas obtained by adding a halogen compound to a fluorocarbon-based gas, and the step of etching using an etching gas obtained by adding oxygen to the fluorocarbon-based gas. And a step of performing the following.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施の形態
を参照して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments.

【0024】(実施の形態1)図1に、本発明のパター
ン形成方法で製作するパターン形成方法を説明する工程
断面図を示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a process sectional view for explaining a pattern forming method manufactured by the pattern forming method of the present invention.

【0025】基板1上のトランジスタを形成すべき領域
の表面に、厚さ3nmの(酸化シリコンからなる)ゲー
ト絶緑膜2を形成し、さらにその上にポリシリコンから
なるゲート電極3を幅0.2μm、厚さ150nmで形
成する。次いで、CVD法により厚さ120nmの酸化
シリコン膜4を堆積する。この工程までの断面図を図1
(a)に示す。
On the surface of a region where a transistor is to be formed on the substrate 1, a gate insulating film 2 (made of silicon oxide) having a thickness of 3 nm is formed, and a gate electrode 3 made of polysilicon is further formed thereon with a width of 0 nm. .2 .mu.m and 150 nm in thickness. Next, a silicon oxide film 4 having a thickness of 120 nm is deposited by a CVD method. FIG. 1 shows a cross-sectional view up to this step.
(A).

【0026】次に、図1(b)に示す酸化シリコン膜4
をエッチバックする工程において、エッチングガスとし
て、C48に臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガスと
して例えばCl2を添加したものを用い、エッチング装
置としてECRプラズマエッチング装置を使用した。ガ
ス流量はC48が30sccm、Cl2が3sccmで
ある。ウェハサイズは6インチでステージに印加するバ
イアスパワーは100W、放電圧力は1mTorrであ
る。エッチング時の基板温度を−60℃とした時、酸化
シリコン膜4のエッチング速度は180nm/分であっ
た。サイドウォール形成のためのエッチング時間は、オ
ーバーエッチ量50%として設定した。
Next, the silicon oxide film 4 shown in FIG.
In the step of etching back, a gas obtained by adding, for example, Cl 2 as a halogen-based gas containing bromine or chlorine to C 4 F 8 was used as an etching gas, and an ECR plasma etching device was used as an etching device. The gas flow rates are 30 sccm for C 4 F 8 and 3 sccm for Cl 2 . The wafer size is 6 inches, the bias power applied to the stage is 100 W, and the discharge pressure is 1 mTorr. When the substrate temperature at the time of etching was −60 ° C., the etching rate of the silicon oxide film 4 was 180 nm / min. The etching time for forming the sidewall was set as an overetch amount of 50%.

【0027】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極3の厚さ(T1)に対する酸化シリコン膜4の堆積
膜厚(T2)の比T2/T1は0.8と大きく、ゲート
電極3側面に沿った酸化シリコン膜4の垂直な部分は3
nm以下で小さいが、酸化シリコン膜4をエッチングし
たとき、図1(c)に示すように、肩部の後退が抑制さ
れ、形成されたサイドウォール幅T4は堆積時の初期膜
厚をそのまま維持しており120nmのままであった。
In the present embodiment, the ratio T2 / T1 of the deposited film thickness (T2) of the silicon oxide film 4 to the thickness (T1) of the polysilicon gate electrode 3 is as large as 0.8, and is along the side surface of the gate electrode 3. The vertical portion of the silicon oxide film 4 is 3
Although it is small at nm or less, when the silicon oxide film 4 is etched, as shown in FIG. 1C, the retreat of the shoulder is suppressed, and the formed sidewall width T4 maintains the initial film thickness at the time of deposition. And remained at 120 nm.

【0028】本発明における基板冷却効果について、図
2を参照して説明する。
The substrate cooling effect of the present invention will be described with reference to FIG.

【0029】図2(a)に示すように、基板1上のトラ
ンジスタを形成すべき領域の表面に、厚さ3nmの(酸
化シリコンからなる)ゲート絶緑膜2が形成され、さら
にその上にポリシリコンからなるゲート電極3が幅0.
2μm、厚さ150nmで形成され、さらに、厚さ12
0nmの酸化シリコン膜4が形成された基板をエッチン
グする。
As shown in FIG. 2A, a 3 nm-thick gate insulating film 2 (made of silicon oxide) is formed on the surface of a region where a transistor is to be formed on the substrate 1, and further thereon. The gate electrode 3 made of polysilicon has a width of 0.
2 μm, 150 nm thick, and 12 μm thick
The substrate on which the 0 nm silicon oxide film 4 is formed is etched.

【0030】エッチングガスとしてC48を用い基板温
度を−40℃以下に冷却すると、エッチングガスに含ま
れる元素や被エッチング材であるSiなどの化合物から
なる炭素ポリマーの堆積作用が凹部、すわちパターンの
底部21、側壁部22及び肩部23で強まり、上面部2
4に比べエッチング速度が低下する。この状態を図2
(b)に示す。
When C 4 F 8 is used as an etching gas and the substrate temperature is cooled to -40 ° C. or less, the carbon polymer composed of elements such as Si contained in the etching gas and a material to be etched, such as Si or the like, has a concave portion, a wrinkle portion. The pattern is strengthened at the bottom 21, side wall 22, and shoulder 23 of the pattern, and the upper surface 2
4, the etching rate is lower. This state is shown in FIG.
(B).

【0031】底部21のエッチング速度も低下するが、
これによって側壁部22のみでなく肩部23においてサ
イドエッチをほとんどなくすことができる。ゲート電極
3が露呈するまでエッチングを行うまでの工程で形成さ
れたサイドウォールを図2(c)に示す。
Although the etching rate of the bottom 21 also decreases,
As a result, the side etch can be almost eliminated not only at the side wall portion 22 but also at the shoulder portion 23. FIG. 2C shows the sidewall formed in the process until the etching is performed until the gate electrode 3 is exposed.

【0032】本実施の形態において、エッチングガスに
臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガスとしてCl2
添加したが、臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガスの
添加は、前記炭素系ポリマー堆積による側壁部22及び
肩部23におけるサイドエッチング抑制効果をある程度
維持しながら、−方で、前記炭素系ポリマー堆積による
底部21のエッチング速度の低下を防止することに効果
があり、上記のように例えばCl2を少量添加すること
で側壁部22や肩部23のサイドエッチを抑制しつつ、
底部21のエッチング速度を上面部24とほぼ同等に保
つことができる。ただし、添加量が多くなるとシリコン
に対する選択性を低下させるので添加量は10%以下が
好ましい。
In this embodiment, Cl 2 is added as a halogen-based gas containing bromine or chlorine to the etching gas. While maintaining the side-etching suppression effect at the shoulder 23 to some extent, the negative side is effective in preventing the lowering of the etching rate of the bottom 21 due to the carbon-based polymer deposition. As described above, for example, a small amount of Cl 2 is added. By doing so, while suppressing the side etch of the side wall 22 and the shoulder 23,
The etching rate of the bottom part 21 can be kept substantially equal to that of the top part 24. However, if the addition amount increases, the selectivity to silicon decreases, so the addition amount is preferably 10% or less.

【0033】本発明では、先に述べたように、基板冷却
により酸化シリコン膜の上面部24に比べ底部21への
炭素系ポリマーの堆積効果が高まることを利用してい
る。このため、本発明では、酸化シリコン膜をエッチン
グし下地シリコン基板が露出したとしても、この底部2
1にあたるシリコン基板上への堆積作用も高められてい
るため、サイドウォール形成時の下地基板へのダメージ
低減にも効果がある。
As described above, the present invention utilizes the fact that the effect of depositing the carbon-based polymer on the bottom portion 21 of the silicon oxide film is higher than that on the upper portion 24 of the silicon oxide film by cooling the substrate. For this reason, according to the present invention, even if the underlying silicon substrate is exposed by etching the silicon oxide film,
Since the effect of deposition on the silicon substrate (1) is also enhanced, it is also effective in reducing damage to the underlying substrate when the sidewall is formed.

【0034】本実施の形態では、フロロカーボン系ガス
として、C48を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、炭素系ポリマーの堆積に寄与するCFX
X=1,2,3)ラジカルを生成しやすい他のC/F
比の高い組成のガス、例えばC26,C36,CH
3,C38などによっても同様の効果が得られること
は明らかである。
In the present embodiment, C 4 F 8 is used as the fluorocarbon-based gas. However, the present invention is not limited to this, and CF X which contributes to the deposition of the carbon-based polymer is used.
( X = 1,2,3) Other C / F that easily generates radicals
Gases with a high composition ratio, such as C 2 F 6 , C 3 F 6 , CH
It is clear that the same effect can be obtained by using F 3 , C 3 F 8 and the like.

【0035】本実施の形態においてエッチング装置にE
CRプラズマエッチング装置を用いたが、本発明はこれ
に限られるものではなく、平行平板型プラズマエッチン
グ装置やICP(誘導結合型)プラズマエッチング装置
などその他のプラズマエッチング装置を用いても同様の
効果が期待できることは明らかである。
In this embodiment, the etching apparatus is provided with E
Although a CR plasma etching apparatus was used, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by using another plasma etching apparatus such as a parallel plate plasma etching apparatus or an ICP (inductively coupled) plasma etching apparatus. Clearly what can be expected.

【0036】図3にサイドウォール幅のオーバーエッチ
量依存性を示す。上述したようにオーバーエッチに対し
てサイドウォール幅は変化しやすいので、オーバーエッ
チでのサイドウォール幅の変化に対して従来のパターン
形成方法と本発明の基板温度を−60℃とした時の比較
を行った。従来の方法では、オーバーエッチ量に対して
大きくサイドウォール幅が小さくなっているが、本発明
の方法ではほとんど変化していない。
FIG. 3 shows the dependency of the sidewall width on the amount of overetch. As described above, since the sidewall width is easily changed with respect to the overetch, a comparison is made between the conventional pattern forming method and the case where the substrate temperature of the present invention is set to -60 ° C. with respect to the change in the sidewall width during the overetch. Was done. In the conventional method, the side wall width is smaller than the overetch amount, but is hardly changed in the method of the present invention.

【0037】図4は、図2における肩部23の後退速度
(パターン上面部24で下地ゲート電極が露出するまで
エッチングしたときの垂直方向のエッチング量で定義す
る)の基板冷却温度依存性を測定したものであるが、基
板温度を−40℃以下に下げることによって肩部のエッ
チング量が急激に減少しているのがわかる。側壁部22
及び肩部23のサイドエッチ抑制は温度を下げるほど効
果があるが、冷却温度を−80℃より下げると、エッチ
ングガスのチャンバ内壁やステージまわリヘの吸着が多
くなり、放電圧力やガス組成が維持しにくくなるので好
ましくない。
FIG. 4 shows the measurement of the substrate cooling temperature dependency of the retreat speed of the shoulder 23 in FIG. 2 (defined by the amount of etching in the vertical direction when etching is performed until the underlying gate electrode is exposed on the pattern upper surface 24). However, it can be seen that the amount of etching of the shoulder portion is sharply reduced by lowering the substrate temperature to -40 ° C or lower. Side wall 22
The effect of suppressing side etch of the shoulder 23 is more effective as the temperature is lowered. However, when the cooling temperature is lowered below -80 ° C., the adsorption of the etching gas to the inner wall of the chamber and the stage round surface increases, and the discharge pressure and the gas composition are maintained. It is not preferable because it becomes difficult to perform.

【0038】(実施の形態2)実施の形態1と同様に、
トランジスタを形成すべき領域の表面に厚さ3nmのゲ
ート絶縁膜を形成し、さらにその上に例えばポリシリコ
ンからなるゲート電極を幅0.2μm、厚さ(T1)1
50nmで形成する。次いで、CVD法により、例えば
厚さ(T2)120nmの酸化シリコン膜を椎積する。
本発明の実施の形態では、前記酸化シリコン膜をエッチ
バックする工程において、エッチングガスとしてC48
に臭素を含むハロゲン系ガスとしてHBrを6%添加し
たものを用い、エッチング装置としてECRプラズマエ
ッチング装置を使用した。エッチング時の基板温度を−
50℃とした時、酸化シリコン膜のエッチング速度は約
160nm/分となる。サイドウォール形成のためのエ
ッチング時間は、オーバーエッチ量50%として設定し
た。
(Embodiment 2) As in Embodiment 1,
A gate insulating film having a thickness of 3 nm is formed on a surface of a region where a transistor is to be formed, and a gate electrode made of, for example, polysilicon is formed thereon with a width of 0.2 μm and a thickness of (T1) 1.
It is formed with a thickness of 50 nm. Next, a silicon oxide film having a thickness (T2) of, for example, 120 nm is deposited by a CVD method.
In the embodiment of the present invention, in the step of etching back the silicon oxide film, C 4 F 8 is used as an etching gas.
A gas obtained by adding 6% of HBr as a halogen-containing gas containing bromine was used, and an ECR plasma etching apparatus was used as an etching apparatus. Substrate temperature during etching
At 50 ° C., the etching rate of the silicon oxide film is about 160 nm / min. The etching time for forming the sidewall was set as an overetch amount of 50%.

【0039】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ(T1)に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
(T2)の比T2/T1は0.8と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は3nm以下
で小さくなるが、酸化シリコン膜をエッチングしたと
き、肩部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール
幅は堆積時の初期膜厚をそのまま維持しており120n
mであった。
In this embodiment, the ratio T2 / T1 of the deposited thickness (T2) of the silicon oxide film to the thickness (T1) of the polysilicon gate electrode is as large as 0.8, and the silicon oxide film along the side surface of the gate electrode. The vertical portion becomes smaller at 3 nm or less, but when the silicon oxide film is etched, the retreat of the shoulder portion is suppressed, and the formed sidewall width maintains the initial film thickness at the time of deposition, and is 120 nm.
m.

【0040】本実施の形態では、フロロカーボン系ガス
として、C48を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、炭素系ポリマーの稚積に寄与するCFX
X=1,2,3)ラジカルを生成しやすい他のC/F
比の高い組成のガス、例えばC26,C36,CH
3,C38などによっても同様の効果が得られること
は明らかである。
In the present embodiment, C 4 F 8 was used as the fluorocarbon-based gas. However, the present invention is not limited to this, and CF X which contributes to the accumulation of carbon-based polymer is used.
( X = 1,2,3) Other C / F that easily generates radicals
Gases with a high composition ratio, such as C 2 F 6 , C 3 F 6 , CH
It is clear that the same effect can be obtained by using F 3 , C 3 F 8 and the like.

【0041】本実施の形態において、エッチングガスに
ハロゲン系ガスとして例えばHBrを添加したが、水素
を含むHBrを用いた場合、プラズマ中で発生する水素
ラジカルにより、過剰なフッ素ラジカルが捕捉され、H
Fが生成されるため、結果としてC/F比を増大させ、
炭素系ポリマーの堆積促進させる作用がある。したがっ
て、水素を含むHBrを用いた場合、エッチングの異方
性向上や下地シリコンに対する選択性低下防止、すなわ
ちダメージ低減にも効果がある。
In this embodiment, for example, HBr is added as a halogen-based gas to the etching gas. However, when HBr containing hydrogen is used, excess fluorine radicals are trapped by hydrogen radicals generated in plasma, and H
F is generated, resulting in an increase in the C / F ratio,
It has the effect of accelerating the deposition of the carbon-based polymer. Therefore, when HBr containing hydrogen is used, it is also effective in improving the anisotropy of etching and preventing a decrease in selectivity to underlying silicon, that is, reducing damage.

【0042】本実施の形態においてエッチング装置には
ECRプラズマエッチング装置を用いたが、本発明はこ
れに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッチ
ング装置やICP(誘導結合型)プラズマエッチング装
置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同様
の効果が期待できることは明らかである。
In this embodiment, an ECR plasma etching apparatus is used as an etching apparatus. However, the present invention is not limited to this, and a parallel plate type plasma etching apparatus, an ICP (inductive coupling type) plasma etching apparatus, and the like can be used. It is clear that the same effect can be expected by using the plasma etching apparatus described above.

【0043】(実施の形態3)実施の形態1と同様に、
トランジスタを形成すべき領域の表面に例えば厚さ3n
mのゲート絶縁膜を形成し、さらにその上に例えばポリ
シリコンからなるゲート電極を幅0.2μm、膜厚(T
1)150nmで形成する。次いで、CVD法により、
例えば厚さ(T2)120nmの酸化シリコン膜を堆積
する。本発明の実施の形態3では、前記酸化シリコン膜
をエッチバックする工程において、エッチングガスとし
てC48にHBrを6%、O2を6%添加したものを用
い、エッチング装置としてECRプラズマエッチング装
置を使用した。エッチング時の基板湿度を−50℃とし
た時、酸化シリコン膜のエッチング速度は約170nm
/分となる。サイドウォール形成のためのエッチング時
間は、オーバーエッチ量50%として設定した。
(Embodiment 3) As in Embodiment 1,
On the surface of the region where the transistor is to be formed, for example, a thickness of 3 n
m, and a gate electrode made of, for example, polysilicon having a width of 0.2 μm and a film thickness (T
1) Form 150 nm. Next, by the CVD method,
For example, a silicon oxide film having a thickness (T2) of 120 nm is deposited. In the third embodiment of the present invention, in the step of etching back the silicon oxide film, a gas obtained by adding 6% of HBr and 6% of O 2 to C 4 F 8 is used as an etching gas, and ECR plasma etching is used as an etching apparatus. The device was used. When the substrate humidity at the time of etching is −50 ° C., the etching rate of the silicon oxide film is about 170 nm.
/ Min. The etching time for forming the sidewall was set as an overetch amount of 50%.

【0044】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ(T1)に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
(T2)の比T2/T1は0.8と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は3nm以下
で小さいが、酸化シリコン膜をエッチングしたとき、肩
部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール幅は堆
積時の初期膜厚をそのまま維持しており120nmであ
った。
In the present embodiment, the ratio T2 / T1 of the deposited film thickness (T2) of the silicon oxide film to the thickness (T1) of the polysilicon gate electrode is as large as 0.8, and the silicon oxide film along the side surface of the gate electrode. The vertical portion was small at 3 nm or less, but when the silicon oxide film was etched, the retreat of the shoulder was suppressed, and the formed sidewall width was 120 nm, maintaining the initial film thickness at the time of deposition. .

【0045】本実施の形態では、フロロカーボン系ガス
として、C48を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、炭素系ポリマーの堆積に寄与するCFX
X=1,2,3)ラジカルを生成しやすい他のC/F
比の高い組成のガス、例えばC26,C36,CH
3,C38などによっても同様の効果が得られること
は明らかである。
In the present embodiment, C 4 F 8 was used as the fluorocarbon-based gas. However, the present invention is not limited to this, and CF X that contributes to the deposition of the carbon-based polymer is used.
( X = 1,2,3) Other C / F that easily generates radicals
Gases with a high composition ratio, such as C 2 F 6 , C 3 F 6 , CH
It is clear that the same effect can be obtained by using F 3 , C 3 F 8 and the like.

【0046】本実施の形態において、エッチングガスに
ハロゲン系ガスと酸素を添加したが、ハロゲン系ガスの
みを添加した実施の形態1、2と比較して、炭素系ポリ
マー堆積による底部エッチング速度低下を抑えるのに効
果があり、特に、微細な密集パターンで底部のスペース
が非常に狭くなった場合においても底部エッチング速度
の低下を効果的に抑さえ、安定した加工ができた。ゲー
ト側壁部及び肩部におけるサイドエッチを抑制したサイ
ドウォールの加工ができる。これにより側壁部の垂直部
分が長くなることから、オーバーエッチ時間を長くと
れ、オーバーエッチ時間のバラツキにより依存しない高
精度のサイドウォール加工ができる。
In this embodiment, the halogen-based gas and oxygen are added to the etching gas. However, compared to Embodiments 1 and 2 in which only the halogen-based gas is added, the lowering of the bottom etching rate due to the deposition of the carbon-based polymer is reduced. In particular, even when the space at the bottom is very narrow due to the fine dense pattern, the lowering of the bottom etching rate was effectively suppressed, and stable processing was achieved. It is possible to process a side wall in which side etching on a gate side wall and a shoulder is suppressed. As a result, the vertical portion of the side wall portion is lengthened, so that the overetch time can be increased, and high-accuracy sidewall processing independent of the variation of the overetch time can be performed.

【0047】本実施の形態においてエッチング装置には
ECRプラズマエッチング装置を用いたが、本発明はこ
れに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッチ
ング装置やICP(誘導結合型)プラズマエッチング装
置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同様
の効果が期待できることは明らかである。
In this embodiment, an ECR plasma etching apparatus is used as an etching apparatus. However, the present invention is not limited to this, and a parallel plate type plasma etching apparatus, an ICP (inductive coupling type) plasma etching apparatus, and the like can be used. It is clear that the same effect can be expected by using the plasma etching apparatus described above.

【0048】(実施の形態4)実施の形態1と同様に、
トランジスタを形成すべき領域の表面に厚さ3nmのゲ
ート絶縁膜を形成し、さらにその上にポリシリコンから
なるゲート電極を幅0.2μm、厚さ(T1)150n
mで形成する。次いで、CVD法により、例えば厚さ
(T2)120nmの酸化シリコン膜を稚積する。本発
明の実施の形態4では、前記酸化シリコン膜をエッチバ
ックする工程において、第1のステップではエッチング
ガスにフロロカーボン系ガスとしてC48を臭素あるい
は塩素を含むハロゲン系ガスとしてHBrを7%添加し
たものを用い、第2のステップにはフロロカーボン系ガ
スとしてC48を用いた。エッチング装置にはECRプ
ラズマエッチング装置を使用した。エッチング時の基板
温度を−40℃とした時、第1のステップでは酸化シリ
コン膜のエッチング速度は約160nm/分、第2のス
テップでは酸化シリコン膜のエッチング速度は約50n
m/分であった。第1のステップで85%のエッチング
を行い、第2のステップで残りの15%のエッチングを
行い、オーバーエッチ量50%のエッチングを行った。
(Embodiment 4) As in Embodiment 1,
A gate insulating film having a thickness of 3 nm is formed on the surface of a region where a transistor is to be formed, and a gate electrode made of polysilicon is formed thereon with a width of 0.2 μm and a thickness (T1) of 150 n.
m. Next, a silicon oxide film having a thickness (T2) of, for example, 120 nm is deposited by a CVD method. In the fourth embodiment of the present invention, in the step of etching back the silicon oxide film, in the first step, C 4 F 8 is used as a fluorocarbon-based gas as an etching gas and HBr is used as a halogen-based gas containing bromine or chlorine at a concentration of 7%. In the second step, C 4 F 8 was used as a fluorocarbon-based gas. An ECR plasma etching apparatus was used as the etching apparatus. When the substrate temperature at the time of etching is −40 ° C., the etching rate of the silicon oxide film is about 160 nm / min in the first step, and the etching rate of the silicon oxide film is about 50 n in the second step.
m / min. In the first step, 85% etching was performed, in the second step, the remaining 15% etching was performed, and the overetch amount was etched 50%.

【0049】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ(T1)に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
(T2)の比T2/T1は0.8と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は3nm以下
で小さいが、酸化シリコン膜をエッチングしたとき、肩
部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール幅は堆
積時の初期膜厚をそのまま維持しており、120nmで
あった。
In the present embodiment, the ratio T2 / T1 of the deposited thickness (T2) of the silicon oxide film to the thickness (T1) of the polysilicon gate electrode is as large as 0.8, and the silicon oxide film along the side surface of the gate electrode Although the vertical portion is small at 3 nm or less, when the silicon oxide film is etched, the retreat of the shoulder is suppressed, and the formed sidewall width maintains the initial film thickness at the time of deposition, and is 120 nm. Was.

【0050】本実施の形態の第1のステップは前記第2
の実施の形態と同様の効果をねらったもので、第2の実
施の形態と同様に行う。本実施の形態では、C48のみ
でエッチングする第2のステップを設けている。第2の
ステップでは、臭素あるいは塩素を含むハロゲン系ガス
を添加していないため、第1のステップのみでエッチン
グする実施の形態2と比較して、炭素系ポリマー堆積に
よる側壁部及び肩部におけるサイドエッチ抑制効果を高
めることができ、しかも、第2ステツプで底部への炭素
系ポリマー堆積効果を高めることができるため、対下地
シリコン基板露出時の選択性向上やダメージ低減を図る
ことができる。
The first step in this embodiment is the second step.
The third embodiment aims at the same effect as that of the second embodiment and performs the same operation as the second embodiment. In the present embodiment, a second step of etching only with C 4 F 8 is provided. In the second step, since a halogen-based gas containing bromine or chlorine is not added, compared to the second embodiment in which etching is performed only in the first step, the side wall and the shoulder in the side wall and the shoulder formed by carbon-based polymer deposition are used. Since the effect of suppressing the etch can be enhanced, and the effect of depositing the carbon-based polymer on the bottom can be enhanced in the second step, the selectivity and the damage can be reduced when the underlying silicon substrate is exposed.

【0051】ただし、第2のステップでは、臭素あるい
は塩素を含むハロゲン系ガスを添加していないため、炭
素系ポリマー稚積による底部エッチング速度の低下を招
くやすく、また、それによリステツプ時間が長くなると
パーティクルが発生しやすくなることから、第2のステ
ップでの酸化シリコン膜のエッチングは、全体の30%
以下、オーバーエッチ量も50%以下に抑えるのが望ま
しい。
However, in the second step, since a halogen-based gas containing bromine or chlorine is not added, the lowering of the bottom etching rate due to the accumulation of the carbon-based polymer is apt to be caused. Since the particles are likely to be generated, the etching of the silicon oxide film in the second step is 30% of the whole.
Hereinafter, it is desirable that the overetch amount is also suppressed to 50% or less.

【0052】本実施の形態では、第1のステップ及び第
2のステップにおいてフロロカーボン系ガスとして、C
48を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、炭素系ポリマーの堆積に寄与するCFXX=1,
2,3)ラジカルを生成しやすい他のC/F比の高い組
成のガス、例えばC26,C36,CHF3,C38
どによっても同様の効果が得られることは明らかであ
る。
In this embodiment, in the first step and the second step, C is used as the fluorocarbon-based gas.
Although 4 F 8 was used, the present invention is not limited to this, and CF X ( X = 1,
2,3) The same effect can be obtained by other gases that easily generate radicals and have a high C / F ratio, such as C 2 F 6 , C 3 F 6 , CHF 3 , and C 3 F 8. it is obvious.

【0053】本実施の形態においてエッチング装置には
ECRプラズマエッチング装置をもちいたが、本発明は
これに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッ
チング装置やICP(誘導結合型)プラズマエッチング
装置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同
様の効果が期待できることは明らかである。
In this embodiment, an ECR plasma etching apparatus is used as an etching apparatus. However, the present invention is not limited to this, and a parallel plate type plasma etching apparatus, an ICP (inductive coupling type) plasma etching apparatus, or the like may be used. It is clear that the same effect can be expected by using the plasma etching apparatus described above.

【0054】(実施の形態5)第1の実施の形態と同様
にして、トランジスタを形成すべき領域の表面に例えば
厚さ3nmのゲート絶縁膜を形成し、さらにその上に例
えばポリシリコンからなるゲート電極を幅0.2μm、
厚さ(T1)150nmで形成する。次いで、CVD法
により、例えば厚さ(T2)120nmの酸化シリコン
膜を堆積する。
(Embodiment 5) In the same manner as in the first embodiment, a gate insulating film having a thickness of, for example, 3 nm is formed on the surface of a region where a transistor is to be formed, and further made of polysilicon, for example. 0.2 μm wide gate electrode,
It is formed with a thickness (T1) of 150 nm. Next, a silicon oxide film having a thickness (T2) of, for example, 120 nm is deposited by a CVD method.

【0055】本発明の第5の実施の形態では、前記酸化
シリコン膜をエッチバックする工程において、第1のス
テップではエッチングガスにフロロカーボン系ガスとし
てC48を用い、第2のステップではフロロカーボン系
ガスにC48を用い臭素あるいは塩素を含むハロゲン系
ガスとしてHBr添加したものを用いた。HBrの添加
は7%に設定した。エッチング装置にはECRプラズマ
エッチング装置を使用した。エッチング時の基板温度を
−50℃とした時、第1のステップでは酸化シリコン膜
のエッチング速度は約50nm/分、第2のステップで
は酸化シリコン膜のエッチング速度は約160nm/分
であった。第1のステップで酸化シリコン膜の20%の
エッチングを行い、第2のステップで残りの80%のエ
ッチングと50%のオーバーエッチを行った。
In the fifth embodiment of the present invention, in the step of etching back the silicon oxide film, C 4 F 8 is used as an etching gas in the first step, and fluorocarbon is used in the second step. It was used as the HBr added as the halogen-based gas containing bromine or chlorine using a C 4 F 8 in the system gas. The addition of HBr was set at 7%. An ECR plasma etching apparatus was used as the etching apparatus. When the substrate temperature at the time of etching was −50 ° C., the etching rate of the silicon oxide film in the first step was about 50 nm / min, and the etching rate of the silicon oxide film in the second step was about 160 nm / min. In the first step, the silicon oxide film was etched by 20%, and in the second step, the remaining 80% etching and 50% overetching were performed.

【0056】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ(T1)に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
(T2)の比T2/T1は0.8と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は3nm以下
で少なくなるが、酸化シリコン膜をエッチングしたと
き、肩部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール
幅は堆積時の初期膜厚をそのまま維持しており120n
mであった。
In the present embodiment, the ratio T2 / T1 of the deposited film thickness (T2) of the silicon oxide film to the thickness (T1) of the polysilicon gate electrode is as large as 0.8, and the silicon oxide film along the side surface of the gate electrode. The vertical portion becomes smaller when the thickness is 3 nm or less, but when the silicon oxide film is etched, the retreat of the shoulder is suppressed, and the formed sidewall width maintains the initial film thickness at the time of deposition.
m.

【0057】本実施の形態において第2のステップは前
記第2の実施の形態と同様の効果をねらったもので、第
1の実施の形態と同様に行う。本実施の形態では、第1
のステップにC48のみでエッチングするステップを設
けたが、これにより臭素あるいは塩素を含むハロゲン系
ガスを添加する場合と比較して、側壁部及び肩部におけ
る炭素系ポリマー堆積効果を高めることができ、第2の
実施の形態と比較して特に肩部のサイドエッチを抑制し
たサイドウォールの加工ができる。
In the present embodiment, the second step aims at the same effect as in the second embodiment, and is performed in the same manner as in the first embodiment. In the present embodiment, the first
Is provided with a step of etching only with C 4 F 8 , which enhances the carbon-based polymer deposition effect on the side wall and shoulder as compared with the case where a halogen-based gas containing bromine or chlorine is added. As a result, it is possible to process a sidewall in which side etching of a shoulder portion is particularly suppressed as compared with the second embodiment.

【0058】これにより側壁部の垂直部分が長くなるこ
とから、オーバーエッチ時間を長くとれ、オーバーエッ
チ時間のバラツキにより依存しない高精度のサイドウォ
ール加工ができる。
As a result, the vertical portion of the side wall becomes longer, so that the overetching time can be increased, and a highly accurate sidewall processing can be performed without depending on the variation of the overetching time.

【0059】本実施の形態の第1のステップでは、臭素
あるいは塩素を含むハロゲン系ガスを添加していないた
め、炭素系ポリマー稚積による底部エッチング速度の低
下を招くやすく、第1のステップでの酸化シリコン膜の
エッチングは、全体の30%以下が望ましい。第2のス
テップでは、臭素を含むハロゲン系ガスを添加している
ためパーティクルが発生しにくく、第4の実施の形態と
比較してオーバーエッチ量を多くすることが出来る。
In the first step of the present embodiment, since a halogen-based gas containing bromine or chlorine is not added, a lowering of the bottom etching rate due to the accumulation of the carbon-based polymer is likely to occur. The etching of the silicon oxide film is desirably 30% or less of the whole. In the second step, since a halogen-based gas containing bromine is added, particles are hardly generated, and the amount of overetch can be increased as compared with the fourth embodiment.

【0060】本実施の形態では、第1のステップ及び第
2のステップにおいてフロロカーボン系ガスとして、C
48を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、炭素系ポリマーの堆積に寄与するCFXX=1,
2,3)ラジカルを生成しやすい他のC/F比の高い組
成のガス、例えばC26,C36,CHF3,C38
どによっても同様の効果が得られることは明らかであ
る。
In this embodiment, in the first step and the second step, C is used as the fluorocarbon-based gas.
Although 4 F 8 was used, the present invention is not limited to this, and CF X ( X = 1,
2,3) The same effect can be obtained by other gases that easily generate radicals and have a high C / F ratio, such as C 2 F 6 , C 3 F 6 , CHF 3 , and C 3 F 8. it is obvious.

【0061】本実施の形態においてエッチング装置には
ECRプラズマエッチング装置をもちいたが、本発明は
これに限られるものではなく、平行平板型プラズマエッ
チング装置やICP(誘導結合型)プラズマエッチング
装置などその他のプラズマエッチング装置を用いても同
様の効果が期待できることは明らかである。
In this embodiment, an ECR plasma etching apparatus is used as an etching apparatus. However, the present invention is not limited to this, and a parallel plate type plasma etching apparatus, an ICP (inductively coupled type) plasma etching apparatus, or the like may be used. It is clear that the same effect can be expected by using the plasma etching apparatus described above.

【0062】(実施の形態6)実施の形態1と同様にし
て、トランジスタを形成すべき領域の表面に例えば厚さ
3nmのゲート絶縁膜を形成し、さらにその上に例えば
ポリシリコンからなるゲート電極を幅0.2μm、厚さ
(T1)150nmで形成する。次いで、CVD法によ
り、例えば厚さ(T2)120nmの酸化シリコン膜を
稚積する。本発明の第6の実施の形態では、前記酸化シ
リコン膜をエッチバックする工程において、第1のステ
ップではエッチングガスとしてフロロカーボン系ガスと
してC48を用い、これにO2を7%添加したものを用
いた。第2のステップではエッチングガスにフロロカー
ボン系ガスとしてC48を用い、臭素を含むハロゲン系
ガスとしてHBrを用いる。HBrの添加は7%にし
た。エッチング装置にはECRプラズマエッチング装置
を使用した。エッチング時の基板温度を−50℃とした
時、第1のステップでは酸化シリコン膜のエッチング速
度は約110nm/分、第2のステップでは酸化シリコ
ン膜のエッチング速度は約160nm/分であった。第
1のステップで50%のエッチングを行い、第2のステ
ップで残りの50%のエッチングと50%のオーバーエ
ッチを行った。
(Embodiment 6) In the same manner as in Embodiment 1, a gate insulating film having a thickness of, for example, 3 nm is formed on the surface of a region where a transistor is to be formed, and a gate electrode made of, for example, polysilicon is further formed thereon. Is formed with a width of 0.2 μm and a thickness (T1) of 150 nm. Next, a silicon oxide film having a thickness (T2) of, for example, 120 nm is deposited by a CVD method. In the sixth embodiment of the present invention, in the step of etching back the silicon oxide film, in the first step, C 4 F 8 was used as a fluorocarbon-based gas as an etching gas, and O 2 was added to this at 7%. Was used. In the second step, C 4 F 8 is used as a fluorocarbon-based gas as an etching gas, and HBr is used as a halogen-based gas containing bromine. The addition of HBr was 7%. An ECR plasma etching apparatus was used as the etching apparatus. When the substrate temperature during the etching was -50 ° C., the etching rate of the silicon oxide film was about 110 nm / min in the first step, and the etching rate of the silicon oxide film was about 160 nm / min in the second step. In the first step, 50% etching was performed, and in the second step, the remaining 50% etching and 50% overetching were performed.

【0063】本実施の形態においてポリシリコンゲート
電極の厚さ(T1)に対する酸化シリコン膜の堆積膜厚
(T2)の比T2/T1は0.8と大きく、ゲート電極
側面に沿った酸化シリコン膜の垂直な部分は3nm以下
で少なくなるが、酸化シリコン膜をエッチングしたと
き、肩部の後退が抑制され、形成されたサイドウォール
幅は堆積時の初期膜厚をそのまま維持しており120n
mであった。
In the present embodiment, the ratio T2 / T1 of the deposited film thickness (T2) of the silicon oxide film to the thickness (T1) of the polysilicon gate electrode is as large as 0.8, and the silicon oxide film along the side surface of the gate electrode. The vertical portion becomes smaller when the thickness is 3 nm or less, but when the silicon oxide film is etched, the retreat of the shoulder is suppressed, and the formed sidewall width maintains the initial film thickness at the time of deposition.
m.

【0064】本実施の形態第1のステップにおいて、エ
ッチングガスにO2を添加したが、第1のステップでフ
ロロカーボン系ガスのみ使用した第4の実施の形態と比
較して、炭素系ポリマー堆積による底部エッチング速度
の低下を抑えるのに効果があり、特に微細なパターンで
底部のスペースが非常に狭くなった場合でも底部エッチ
ング速度の低下を抑さえ、安定した加工ができた。
In the first step of this embodiment, O 2 was added to the etching gas. However, as compared with the fourth embodiment in which only the fluorocarbon-based gas was used in the first step, the carbon-based polymer was deposited. This is effective in suppressing the lowering of the bottom etching rate, and in particular, even when the space at the bottom is extremely narrowed with a fine pattern, the lowering of the bottom etching rate is suppressed, and stable processing can be performed.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によって、サイドウォールの幅の
減少が抑制されるため、サイドウォールの幅のばらつき
が抑制される。従って、形成されるトランジスタの特性
のバラツキを抑制することができる。
According to the present invention, since the decrease in the width of the sidewall is suppressed, the variation in the width of the sidewall is suppressed. Therefore, variation in characteristics of the formed transistor can be suppressed.

【0066】また、ハロゲン化合物あるいは酸素のいず
れかを添加することによって、さらにサイドウォールの
幅の変化を小さくすることができる。
By adding either a halogen compound or oxygen, the change in the width of the sidewall can be further reduced.

【0067】また、ハロゲン化合物を添加したエッチン
グガスを用いた工程と、ハロゲン化合物を添加してない
エッチングガスを用いた工程との2つの工程に分けるこ
とにより、更に制御性のよいサイドウォールの形成方法
が提供できた。
Further, by dividing the process into a process using an etching gas to which a halogen compound is added and a process using an etching gas to which a halogen compound is not added, formation of a sidewall with even more controllability can be achieved. A method could be provided.

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

【図1】本発明によるサイドウォールの形成工程を示す
図である。
FIG. 1 is a view showing a step of forming a sidewall according to the present invention.

【図2】本発明の基板冷却効果を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a substrate cooling effect of the present invention.

【図3】オーバーエッチ量に対するサイドウォール膜厚
の変化を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a change in a sidewall film thickness with respect to an overetch amount.

【図4】基板温度に対する肩部エッチング量を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a shoulder etching amount with respect to a substrate temperature.

【図5】従来のサイドウォールの形成工程を示す図であ
る。
FIG. 5 is a view showing a conventional sidewall forming process.

【図6】従来のサイドウォールの形成工程におけるサイ
ドウォール膜厚の変化を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a change in a sidewall film thickness in a conventional sidewall formation process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 ゲート絶縁膜 3 ゲート電極 4 シリコン酸化膜 5 シリコン基板表面 21 底部 22 側壁部 23 肩部 24 上面部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate insulating film 3 Gate electrode 4 Silicon oxide film 5 Silicon substrate surface 21 Bottom 22 Side wall 23 Shoulder 24 Top surface

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 段差が形成された基板上に酸化シリコン
膜を形成する工程と、 炭素及びフッ素を含むフロロカーボン系ガスを含むエッ
チングガスを用いて、前記酸化シリコン膜をエッチング
することによって、前記段差の側壁にサイドウォールを
形成する工程とを含むサイドウォールの形成方法におい
て、 前記酸化シリコン膜をエッチングする工程で、前記基板
の温度を−40℃から−80℃に設定することを特徴と
するサイドウォールの形成方法。
A step of forming a silicon oxide film on a substrate having a step formed thereon, and etching the silicon oxide film using an etching gas containing a fluorocarbon-based gas containing carbon and fluorine. Forming a sidewall on the side wall of the semiconductor device, wherein the temperature of the substrate is set to -40 ° C. to −80 ° C. in the step of etching the silicon oxide film. The method of forming the wall.
【請求項2】 前記段差がゲート電極であることを特徴
とする請求項1に記載のサイドウォールの形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step is a gate electrode.
【請求項3】 前記エッチングガスは、前記フロロカー
ボン系ガスに少なくともハロゲン化合物あるいは酸素の
どちらか一方を添加することを特徴とする請求項1乃至
2のいずれかに記載のサイドウォールの形成方法。
3. The sidewall forming method according to claim 1, wherein the etching gas includes at least one of a halogen compound and oxygen added to the fluorocarbon-based gas.
【請求項4】 前記フロロカーボン系ガスがC48であ
ることを特徴とする請求項1乃至3に記載のサイドウォ
ールの形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the fluorocarbon-based gas is C 4 F 8 .
【請求項5】 前記ハロゲン化合物ガスは、HBrであ
ることを特徴とする請求項3に記載のサイドウォールの
形成方法。
5. The method according to claim 3, wherein the halogen compound gas is HBr.
【請求項6】 前記酸化シリコン膜をエッチングする工
程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添加し
たエッチングガスを用いてエッチングを行う第1の工程
と、 フロロカーボン系ガスからなるエッチングガスを用いて
エッチングを行う第2の工程と、を有することを特徴と
する請求項1乃至2のいずれかに記載のサイドウォール
の形成方法。
6. The step of etching the silicon oxide film includes a first step of performing etching using an etching gas obtained by adding a halogen compound to a fluorocarbon-based gas, and a step of performing etching using an etching gas composed of a fluorocarbon-based gas. The method according to claim 1, further comprising: performing a second step.
【請求項7】 前記酸化シリコン膜をエッチングする工
程は、フロロカーボン系ガスにハロゲン化合物を添加し
たエッチングガスを用いてエッチングを行う第1の工程
と、 フロロカーボン系ガスに酸素を添加したエッチングガス
を用いてエッチングを行う第2の工程と、を有すること
を特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載のサイド
ウォールの形成方法。
7. The step of etching the silicon oxide film includes a first step of performing etching using an etching gas obtained by adding a halogen compound to a fluorocarbon-based gas, and an etching gas obtained by adding oxygen to a fluorocarbon-based gas. 3. The method of forming a sidewall according to claim 1, further comprising: performing a second etching step.
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