JP2000077388A - Method and system for dry etching - Google Patents

Method and system for dry etching

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JP2000077388A
JP2000077388A JP10243537A JP24353798A JP2000077388A JP 2000077388 A JP2000077388 A JP 2000077388A JP 10243537 A JP10243537 A JP 10243537A JP 24353798 A JP24353798 A JP 24353798A JP 2000077388 A JP2000077388 A JP 2000077388A
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Japan
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wave
dry etching
bias voltage
saw
sample
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JP10243537A
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Japanese (ja)
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Masashi Mori
政士 森
Naoyuki Koto
直行 小藤
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
Shinichi Taji
新一 田地
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce subtrenches at the time of fine patterning by applying a sine wave bias subjected to amplitude modulation by a saw-tooth wave to a sample setting electrode. SOLUTION: At the time of etching a sample 113 set on an electrode 112 applied with an AC bias voltage by touching the surface of the sample 113 to a plasm generated above the sample 113, the AC bias voltage is subjected to amplitude modulation by a saw-tooth wave by an amplitude modulation bias generating mechanism 116 comprising a sine wave oscillator 110 and a saw-tooth wave generator 109. For example, a sine wave (AC bias) of about 800 kHz is subjected to amplitude modulation by a triangular wave or a saw- tooth wave. Frequency of the sine wave is about 2 MHz or below, preferably 2-100 kHz, more preferably 2-400 kHz and one cycle of the waveform used for amplitude modulation is preferably set t about 10 ms or less.

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、半導体素子や電子
回路等の各種微細パターンの製造工程に利用されるプラ
ズマ処理によるドライエッチング方法及びドライエッチ
ング装置に係り、特に被処理物にバイアスを印加してプ
ラズマ処理するドライエッチング方法及びドライエッチ
ング装置の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method and a dry etching apparatus by a plasma process used in a manufacturing process of various fine patterns such as a semiconductor element and an electronic circuit, and more particularly to a method of applying a bias to an object to be processed. The present invention relates to a dry etching method and a dry etching apparatus for performing a plasma treatment by using a dry etching method.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、半導体装置の製造に用いるエッチ
ング工程においては、微細性と異方性加工の実現のため
にプラズマ処理によるエッチングを使用する方法が主流
である。このプラズマ処理によるエッチング工程におい
て、プラズマを生成する手段としては、真空容器内に導
入したガスに電磁波を照射し、そのエネルギーでガスを
解離させる方法が一般的である。
2. Description of the Related Art At present, in an etching process used for manufacturing a semiconductor device, a method using etching by plasma processing is mainly used to realize fineness and anisotropic processing. In the etching process by the plasma treatment, as a means for generating plasma, a method of irradiating a gas introduced into a vacuum vessel with an electromagnetic wave and dissociating the gas with the energy is generally used.

【0003】このプラズマを生成するプラズマ源として
例えば、容量結合型プラズマ(CCP:capacitive coupled
plasma)、誘導結合型プラズマ(ICP: inductively coup
ledplasma)、ECR(electron cyclotron resonance)プラ
ズマがある。また、ECRプラズマに関しては、従来のマ
イクロ(μ)波ではなくUHF帯の電磁波を使用したもの
も存在する。
As a plasma source for generating this plasma, for example, a capacitively coupled plasma (CCP) is used.
plasma), inductively coup (ICP)
ledplasma) and ECR (electron cyclotron resonance) plasma. In addition, there are ECR plasmas that use UHF-band electromagnetic waves instead of conventional micro (μ) waves.

【0004】この中でICP、ECRプラズマのように、プラ
ズマ電位が比較的小さいプラズマ源を用いてエッチング
を行う場合、処理試料に高周波(RF)バイアスを印加して
処理試料上での加工を促進させるという技術が確立され
ている。このRFバイアスには、13.56MHz、 2MHz、 800k
Hz等の周波数が一般的に使用されている。
When etching is performed using a plasma source having a relatively low plasma potential, such as ICP or ECR plasma, a high frequency (RF) bias is applied to the processing sample to accelerate the processing on the processing sample. The technology to make it work has been established. This RF bias includes 13.56MHz, 2MHz, 800k
Frequencies such as Hz are commonly used.

【0005】例えば電界効果型トランジスタ(MOSデ
バイス)のゲート形成工程において、これらのRFバイア
スを印加し、ゲートエッチングを行った場合、ゲート酸
化膜とゲート電極との間に局所的なサイドエッチ(ノッ
チング)が入るという現象が生じた。これは試料に入射
する電子のエネルギーが小さいため、エッチング底面ま
で電子が到達できず底面が正に帯電し入射イオンの進路
がクーロン反発で曲げられるためである。これを解決す
るために、電子の引き込み時間よりはやく正電圧を印加
しエッチング底面まで電子を引き込む「パルスバイア
ス」(特開平6-61182号公報)技術が知られている。
For example, in the step of forming a gate of a field effect transistor (MOS device), when these RF biases are applied and gate etching is performed, local side etching (notching) occurs between a gate oxide film and a gate electrode. ) Occurred. This is because the electrons incident on the sample have low energy, so that the electrons cannot reach the etching bottom surface, the bottom surface is charged positively, and the path of the incident ions is bent by Coulomb repulsion. To solve this problem, there is known a "pulse bias" (JP-A-6-61182) technique in which a positive voltage is applied sooner than the electron attraction time to attract electrons to the etching bottom surface.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ULSIの微細化
に伴い5nm以下とゲート酸化膜が薄膜化している中、ノ
ッチングの問題よりもサブトレンチ形状によるゲート絶
縁膜の破壊という問題が新たにクローズアップしてき
た。このサブトレンチ形状によるゲート絶縁膜の破壊と
は、ゲート絶縁膜上にゲート電極形成用として成膜され
た導電膜を、レジストマスクを用いてエッチングするこ
とにより微小電極(ゲート電極)のパターンを形成する
際に、このゲート電極の周囲の絶縁膜に不要な溝(サブ
トレンチ形状)が形成され、ゲート絶縁膜を破壊するこ
とを云う。
However, as the thickness of the gate oxide film is reduced to 5 nm or less due to the miniaturization of ULSI, the problem of destruction of the gate insulating film due to the sub-trench shape is newly closed rather than the problem of notching. I've been up. The destruction of the gate insulating film by the sub-trench shape means that a conductive film formed on the gate insulating film for forming a gate electrode is etched using a resist mask to form a pattern of minute electrodes (gate electrodes). In this case, an unnecessary groove (subtrench shape) is formed in the insulating film around the gate electrode, and the gate insulating film is destroyed.

【0007】したがって、本発明の目的は、上記ICP、E
CR等のプラズマ電位が比較的小さいプラズマ源を用い、
提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide the above ICP, E
Using a plasma source with a relatively small plasma potential such as CR,
To provide.

【0008】さらに具体的には、1011〜1012cm-3程度の
高密度プラズマを使用して処理試料設置電極にバイアス
を印加するドライエッチング方法及び装置において、サ
ブトレンチを低減することのできる改良されたドライエ
ッチング方法及びドライエッチング装置を提供すること
にある。
More specifically, in a dry etching method and apparatus for applying a bias to a processing sample setting electrode using high density plasma of about 10 11 to 10 12 cm -3 , the number of sub-trenches can be reduced. An object of the present invention is to provide an improved dry etching method and dry etching apparatus.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記サブトレンチの原因
として、電極パターン側壁でのイオンの反射が一般に言
われている。本発明者等の実験検討によれば1011〜1012
cm-3の高密度プラズマで例えば800kHzの150VppのRFバイ
アスを使用した場合、試料に入射するイオンのエネルギ
ー分布は、図4(a)に示す通り、0〜150V程度まで広がっ
た分布になる。この高エネルギー部402のイオンがパタ
ーン側壁で反射し、サブトレンチが発生すると考えられ
る。
As a cause of the above-mentioned sub-trench, reflection of ions on a side wall of an electrode pattern is generally said. According to the experimental studies by the present inventors, 10 11 to 10 12
When an RF bias of, for example, 800 V and 150 Vpp is used in a high-density plasma of cm −3 , the energy distribution of ions incident on the sample spreads to about 0 to 150 V as shown in FIG. It is considered that the ions in the high-energy portion 402 are reflected on the pattern side wall, and a subtrench is generated.

【0010】従って、イオンエネルギー分布の高エネル
ギー部分が存在しないようなバイアス印加方式を採用す
ればよいと云うことに気がついた。これを実現するため
には、例えば800kHzの正弦波(交流バイアス)を、三角
波もしくは鋸波の如き鋸歯状波で振幅変調すればよく、
その場合、正弦波の周波数は2MHz以下、好ましくは2M
Hz〜100kHz、さらに好ましくは2MHz〜400kHz、
振幅変調に用いる波形の1サイクルを10ms以下とするこ
とが望ましいと云う知見を得た。
Therefore, it has been noticed that a bias application method in which a high energy portion of the ion energy distribution does not exist may be employed. In order to realize this, for example, an 800 kHz sine wave (AC bias) may be amplitude-modulated by a sawtooth wave such as a triangular wave or a sawtooth wave.
In that case, the frequency of the sine wave is 2 MHz or less, preferably 2M
Hz to 100 kHz, more preferably 2 MHz to 400 kHz,
It was found that it is desirable that one cycle of the waveform used for amplitude modulation should be 10 ms or less.

【0011】本発明は、このような知見に基づいてなさ
れたものであり、上記目的のドライエッチング方法に係
る発明は、試料を設置した電極に交流バイアス電圧を印
加した状態で、試料上にプラズマを発生させ試料面をプ
ラズマに接触させてエッチング処理するに際し、前記交
流バイアス電圧を鋸歯状波で振幅変調して印加すること
を特徴とするドライエッチング方法によって、達成され
る。
The present invention has been made based on such knowledge, and the invention according to the above-mentioned dry etching method has a plasma etching method in which an AC bias voltage is applied to an electrode on which the sample is placed. In the dry etching method, the AC bias voltage is amplitude-modulated and applied with a sawtooth wave when etching is performed by causing the sample surface to come into contact with the plasma and performing the etching process.

【0012】また、上記目的のドライエッチング装置に
係る発明は、ガスを真空の放電部容器内に導入する手段
と、放電部容器内に電磁波を放射しプラズマを生成する
手段と、処理試料を設置した電極に交流バイアス電圧を
印加する手段とを備えたドライエッチング装置におい
て、前記処理試料を設置した電極に交流バイアス電圧を
印加する手段を、交流バイアス電圧に鋸歯状波を印加し
て振幅変調する手段で構成したことを特徴とするドライ
エッチング装置によって、達成される。
Further, according to the invention relating to the dry etching apparatus of the above object, there are provided means for introducing a gas into a vacuum discharge part container, means for radiating electromagnetic waves into the discharge part container to generate plasma, and installing a processing sample. And a means for applying an AC bias voltage to the applied electrode, wherein the means for applying the AC bias voltage to the electrode on which the processing sample is placed is subjected to amplitude modulation by applying a sawtooth wave to the AC bias voltage. The present invention is achieved by a dry etching apparatus characterized by comprising means.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】上記ドライエッチング方法におい
て、交流バイアス電圧を振幅変調する鋸歯状波として
は、例えば時間軸tに対し所定の立上り傾斜角度を有す
る波形であり、典型的な波形は三角波もしくは鋸波であ
るが、その他これら波形の頂点部分が丸みを帯びたり、
欠落したり多少の変形した波形であってもよい。ただ
し、立ち上が垂直な矩形波は含まない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the above dry etching method, the sawtooth wave for amplitude-modulating an AC bias voltage is, for example, a waveform having a predetermined rising inclination angle with respect to a time axis t, and a typical waveform is a triangular wave or a triangular wave. Although it is a sawtooth wave, the vertices of these waveforms are rounded,
The waveform may be missing or slightly deformed. However, it does not include a rectangular wave whose rise is vertical.

【0014】上記ドライエッチング装置において、交流
バイアス電圧に鋸歯状波を印加して振幅変調する手段と
しては、例えば正弦波発振器と鋸歯状波発生器とで構成
し、これによって正弦波を鋸歯状波で振幅変調すればよ
い。
In the above-mentioned dry etching apparatus, the means for applying a sawtooth wave to the AC bias voltage and modulating the amplitude includes, for example, a sine wave oscillator and a sawtooth wave generator. May be amplitude-modulated.

【0015】また、ドライエッチングに使用するプラズ
マとしては、例えば1011〜1012cm-3程度の高密度プラズ
マが使用され、エッチング処理の対象となる試料及び処
理工程としては、例えばULSIの如き微細加工を要す
る半導体装置の製造工程における各種エッチング工程
(MOSデバイスのゲート電極形成工程など)、薄膜磁
気ヘッドの製造工程における各種微細パターン形成工程
など、微細な各種のパターン形成を必要とする電子部品
の製造工程に広く利用することができる。
As the plasma used for dry etching, high-density plasma of, for example, about 10 11 to 10 12 cm -3 is used. Various types of electronic components that require the formation of various fine patterns, such as various etching processes in the manufacturing process of semiconductor devices that require processing (eg, gate electrode forming process for MOS devices) and various fine pattern forming processes in the manufacturing process of thin-film magnetic heads. It can be widely used in the manufacturing process.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を具体的
に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0017】〈実施例1〉図1は、本発明のドライエッ
チング装置の具体的な構成例を模式的に示した概略説明
図である。この装置はUHF帯ECRエッチング装置の例であ
り、装置構成上の特徴は、試料設置電極112に交流バ
イアス電圧を印加する際に、交流バイアスを鋸歯状波で
振幅変調する振幅変調バイアス発生機構116を備えた点
にある。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic explanatory view schematically showing a specific configuration example of a dry etching apparatus according to the present invention. This apparatus is an example of a UHF band ECR etching apparatus, and the feature of the apparatus configuration is that, when an AC bias voltage is applied to the sample setting electrode 112, an amplitude modulation bias generation mechanism 116 that amplitude-modulates the AC bias with a sawtooth wave. It is in the point with.

【0018】本装置は、ガス導入管114から放電部容器1
05内にガスを導入したあと、真空排気装置106に付属し
ている開度可変の不図示のバルブにより容器内圧力を制
御することができる。
The present apparatus is configured such that the discharge vessel 1
After the gas is introduced into the chamber 05, the pressure in the vessel can be controlled by a variable opening valve (not shown) attached to the evacuation device 106.

【0019】UHF電源101から発振されたUHF波は、同軸
管または導波管によって電送され、UHF波整合器102で負
荷インピーダンスとの整合をとり、電磁波放射電極103
により放電部容器105内に放出される。
A UHF wave oscillated from a UHF power supply 101 is transmitted by a coaxial tube or a waveguide, and is matched with a load impedance by a UHF wave matching device 102 to form an electromagnetic wave radiating electrode 103.
Is discharged into the discharge part container 105.

【0020】放出された電磁波のエネルギーにより、放
電部容器105内のガスが解離する。その時、電磁石104に
より形成された磁場で、電子に電子サイクロトロン運動
を起こさせ、0.5〜2Pa程度の低圧力でプラズマ115を生
成することが出来る。処理試料113は、試料設置電極112
上に設置されておりプラズマ115に接する構造となって
いる。
The gas in the discharge part container 105 is dissociated by the energy of the emitted electromagnetic wave. At this time, the magnetic field formed by the electromagnet 104 causes the electrons to undergo electron cyclotron motion, so that the plasma 115 can be generated at a low pressure of about 0.5 to 2 Pa. The processing sample 113 is a sample setting electrode 112
It is installed above and has a structure in contact with the plasma 115.

【0021】本発明を実現する振幅変調バイアス発生機
構116は、振幅変調の機能が付帯してある正弦波発振器1
10と三角波発生器109とリニアアンプ108から構成され
る。そして、弦波発振器110からの発振周波数(800kH
z)に整合させるために、整合器107を用いて試料113が
搭載される設置電極112へ電力を投入する。800kHz以外
の正弦波を使用する場合は、リニアアンプ108、整合器1
07を使用する正弦波の周波数に応じて変化させることで
対応することができる。
The amplitude modulation bias generating mechanism 116 for realizing the present invention includes a sine wave oscillator 1 having an amplitude modulation function.
It comprises 10, a triangular wave generator 109 and a linear amplifier 108. Then, the oscillation frequency from the sinusoidal oscillator 110 (800 kHz
In order to perform the matching in z), power is supplied to the installation electrode 112 on which the sample 113 is mounted using the matching device 107. When using a sine wave other than 800 kHz, use the linear amplifier 108 and matching unit 1
07 can be dealt with by changing according to the frequency of the sine wave used.

【0022】また、本発明を実現する振幅変調バイアス
発生機構116は、正弦波発振器110とアンプ108と三角波
発生器109が一体となった発振器を用いてもよい。本機
構116から発振される波形をブロッキングコンデンサー1
11と試料設置電極112との間の点で測定すると図2の様
に観測される。本装置は、静電吸着式の試料固定方式を
採用していなかったためバイアス印加による負の直流成
分が発生していることがわかる。
Further, as the amplitude modulation bias generating mechanism 116 for realizing the present invention, an oscillator in which the sine wave oscillator 110, the amplifier 108 and the triangular wave generator 109 are integrated may be used. Blocking capacitor 1
When measured at a point between 11 and the sample setting electrode 112, it is observed as shown in FIG. It can be seen that the present apparatus did not employ the electrostatic adsorption type sample fixing method, so that a negative DC component was generated by bias application.

【0023】図1に示したUHF帯ECRプラズマを使用し、
従来の800kHzの正弦波を試料設置電極に印加して図3
(a)のようなMOSデバイスにおけるゲート構造のサン
プルをエッチングした場合のエッチング結果を図3(b)
に示す。
Using the UHF band ECR plasma shown in FIG.
Fig. 3
FIG. 3B shows an etching result when a sample having a gate structure in a MOS device as shown in FIG.
Shown in

【0024】また、本発明の三角波に振幅変調されたバ
イアスを印加した場合のエッチング結果を図3(c)に示
す。使用したサンプルの構造は、上層からレジスト30
1、ゲート電極を形成するための導電膜(poly-Si)30
2、絶縁膜(SiO2)303、Si基板304である。従来の振幅
変調せずにRFバイアスを使用した場合、図3(b)に示し
たように、サブトレンチ305が発生したが、本発明を適
用したところ図3(c)に示したように、サブトレンチは
全く発生することなく十分に改善することが出来た。
FIG. 3C shows an etching result when a bias whose amplitude is modulated to the triangular wave of the present invention is applied. The structure of the sample used was such that resist 30
1. Conductive film (poly-Si) 30 for forming gate electrode
2. Insulating film (SiO 2 ) 303 and Si substrate 304. When an RF bias is used without conventional amplitude modulation, a subtrench 305 is generated as shown in FIG. 3B, but when the present invention is applied, as shown in FIG. The sub-trench was sufficiently improved without any occurrence.

【0025】このことは、本発明により入射イオンのエ
ネルギー分布を制御したことに起因する。従来の振幅変
調せずに800kHzのRFバイアスを印加した場合と、本発明
の三角波で振幅変調してバイアスを印加した場合の処理
試料に入射するイオンのエネルギー分布をシミュレーシ
ョンした結果を図4(a)及び図4(b)に示す。
This is because the energy distribution of the incident ions is controlled according to the present invention. FIG. 4 (a) shows the results of simulating the energy distribution of ions incident on a processing sample when a conventional 800 kHz RF bias is applied without amplitude modulation and when a bias is applied by amplitude modulation with a triangular wave according to the present invention. ) And FIG. 4 (b).

【0026】この結果より、従来の振幅変調しない800k
Hzの場合の入射イオンエネルギー分布401には、図4(a)
に示すように高エネルギー部分402が存在していること
がわかる。
From this result, it can be seen that the conventional 800 k
Fig. 4 (a) shows the incident ion energy distribution 401 in the case of Hz.
It can be seen that the high energy portion 402 exists as shown in FIG.

【0027】一方、最大振幅を一定、かつ、周期を100k
Hz、1kHzと変化させた三角波で800kHzのRFを変調した本
実施例の場合の入射イオンエネルギー分布は、図4(b)に
示す曲線404、403のように変化した。振幅周期を下げる
にしたがって、高エネルギー成分402が低減していき、1
kHzの三角波で振幅変調した場合には曲線403に示したよ
うに高エネルギー部分が存在しなくなる。
On the other hand, the maximum amplitude is constant and the period is 100 k.
The incident ion energy distribution in the case of the present embodiment in which the RF of 800 kHz was modulated by the triangular wave changed to Hz and 1 kHz changed as curves 404 and 403 shown in FIG. 4B. As the amplitude period is reduced, the high energy component 402 decreases, and 1
When the amplitude is modulated by the triangular wave of kHz, the high energy portion does not exist as shown by the curve 403.

【0028】この高エネルギー成分を無くしたことでサ
ブトレンチを無くすることが出来ることがわかった。同
様なイオンエネルギー分布は鋸波でも得ることができる
ため、振幅変調波形が鋸波でも同様の効果が得られる。
It has been found that the sub-trench can be eliminated by eliminating the high energy component. Since a similar ion energy distribution can be obtained even with a sawtooth wave, a similar effect can be obtained even when the amplitude modulation waveform is a sawtooth wave.

【0029】本実施例の振幅変調バイアス発生機構116
から発振されるこの変調波形は、図2に示したように、
高エネルギーの主要因となる最低電圧の頂点付近202の
時間微分が不連続なもの(具体例として、三角波、鋸
波)が効果的である。図2において、最低電圧の頂点付
近202を拡大したものが203である。こように、正確な三
角波でなく、ノイズ成分もしくは振幅波形の振幅に影響
なく、周期が異なる波形が重畳した場合の波形204でも
同様な効果を得ることができた。
The amplitude modulation bias generation mechanism 116 of the present embodiment.
This modulated waveform oscillated from is, as shown in FIG.
The one in which the time derivative near the peak of the lowest voltage 202 which is a main factor of high energy is discontinuous (specific examples, a triangular wave and a sawtooth wave) is effective. In FIG. 2, reference numeral 203 is an enlarged view of the vicinity 202 of the lowest voltage peak. As described above, the same effect can be obtained with the waveform 204 in which waveforms having different periods are superimposed without being affected by the noise component or the amplitude of the amplitude waveform, instead of the accurate triangular wave.

【0030】これらの効果は、UHF帯ECRプラズマエッチ
ング装置に限らず、ICPプラズマ、マグネトロンプラズ
マを用いた場合でも同様な効果を得ることが出来る。
These effects are not limited to the UHF band ECR plasma etching apparatus, and the same effects can be obtained when ICP plasma or magnetron plasma is used.

【0031】また、実験結果よりレジスト選択比を2〜
3から3〜4、対SiO2選択比を50から70へと向上する効
果も得られた。これも高エネルギー成分が無くなった結
果と考えらる。また、1011cm-3台の密度のプラズマにお
いては、印加する正弦波の周波数が2MHz以上になると
イオンが追随する事が出来ず、イオンエネルギー分布は
VDCを中心とした分布となるため、本発明はこの周波数
以下の場合が、より効果的である。
From the experimental results, it was found that the resist selectivity was 2 to 2.
The effect of improving the selectivity from 3 to 3 to 4 and SiO 2 from 50 to 70 was also obtained. This is also considered to be the result of the elimination of high energy components. Also, in a plasma having a density of 10 11 cm -3 , ions cannot follow the frequency of the applied sine wave when the frequency is 2 MHz or more, and the ion energy distribution is
Since the distribution is centered on V DC , the present invention is more effective when the frequency is lower than this frequency.

【0032】本実施例の振幅変調バイアス発生機構116
においては、正弦波を振幅変調するために鋸歯状波を発
生する手段として三角波発生器109を使用したが、三角
波発生器に限らず鋸波発生器、さらにはこれら三角波、
鋸波の波形の頂部が歪んだ波形を発生するものであって
も同様の効果が得られることは云うまでもない。
The amplitude modulation bias generating mechanism 116 of the present embodiment
In the above, the triangular wave generator 109 was used as a means for generating a sawtooth wave in order to amplitude-modulate a sine wave, but the sawtooth wave generator is not limited to the triangular wave generator, and further these triangular waves,
It is needless to say that the same effect can be obtained even if the top of the sawtooth waveform generates a distorted waveform.

【0033】〈実施例2〉正弦波バイアスの振幅変調に
使用した三角波の周期を変化させた場合のメタルのエッ
チング速度を測定した実験結果を図5に示す。同図にお
いて、白ぬきの丸の点は三角波のピーク電圧が500V時の
エッチング速度501、黒の三角の点は300Vのエッチング
速度502である。このように三角波周期が100Hzよりも遅
くなるにしたがってエッチング速度が減少する結果がえ
られた。
Example 2 FIG. 5 shows the results of an experiment in which the metal etching rate was measured when the period of the triangular wave used for amplitude modulation of the sine wave bias was changed. In the figure, the white circles indicate the etching rate 501 when the peak voltage of the triangular wave is 500 V, and the black triangle points indicate the etching rate 502 at 300 V. Thus, a result was obtained in which the etching rate decreased as the triangular wave cycle became slower than 100 Hz.

【0034】この事より、実用範囲のエッチング速度を
維持しつつ、実施例1の効果を得るためには三角波の周
期を100kHz以上、すなわち1サイクルの時間を10ms以下
にする必要があることがわかった。
From this, it can be seen that the period of the triangular wave must be 100 kHz or more, that is, one cycle time is 10 ms or less in order to obtain the effect of the first embodiment while maintaining the etching rate in the practical range. Was.

【0035】また、上記シミュレーション結果より、正
弦波バイアスを振幅変調するための波形の周期は、正弦
波(RF)の周波数以下が必要であることは云うまでもな
い。
From the above simulation results, it is needless to say that the cycle of the waveform for amplitude-modulating the sine wave bias needs to be equal to or less than the frequency of the sine wave (RF).

【0036】[0036]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、高密度プラ
ズマを使用し、試料設置電極にバイアスを印加をするド
ライエッチング方法及び装置において、正弦波バイアス
を鋸歯状波で振幅変調することにより、微細パターンの
形成において最大の問題となっていたサブトレンチを低
減もしくは完全に無くすることが出来た。また、対レジ
スト、対酸化膜選択性が向上する効果も得られるように
なった。
As described in detail above, the intended object has been achieved by the present invention. That is, in a dry etching method and apparatus in which high-density plasma is used and a bias is applied to a sample setting electrode, a sinusoidal bias is amplitude-modulated with a sawtooth wave, which is the biggest problem in forming a fine pattern. The reduced sub-trench could be reduced or completely eliminated. Further, an effect of improving selectivity with respect to resist and oxide film can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施例となるUHF帯ECRプラズマエッ
チング装置の模式図。
FIG. 1 is a schematic view of a UHF band ECR plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の効果を実験した時に用いたバイアスの
波形図。
FIG. 2 is a waveform diagram of a bias used when an effect of the present invention is tested.

【図3】MOSデバイス製造時のゲート電極パターン形
成工程におけるエッチング効果を、従来の比較例と対比
して示した本実施例の工程断面図。
FIG. 3 is a process cross-sectional view of the present embodiment showing an etching effect in a gate electrode pattern forming step in manufacturing a MOS device in comparison with a conventional comparative example.

【図4】試料に入射するイオンのエネルギー分布を、従
来例と対比して示した本実施例のグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the energy distribution of ions incident on a sample in comparison with a conventional example.

【図5】振幅変調に使用した三角波の周期を変化させた
場合のメタルのエッチング速度の変化を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a change in metal etching rate when the cycle of a triangular wave used for amplitude modulation is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…UHF電源、 102…UHF波整合器、 10
3…電磁波放射電極、104…電磁石、 105…放電
部容器、 106…真空排気装置、107…RF整合
器、 108…リニアアンプ、 109…三角波発
生器、110…正弦波発振器、 111…ブロッキングコン
デンサ、112…試料設置電極、 113…処理試料、
114…ガス導入管、115…プラズマ、 116…
振幅変調バイアス発生機構、201…本発明で用いたバイ
アス波形、 301…レジスト、302…poly-
Si、 303…SiO2、 304…Si基
板、305…サブトレンチ、401…800kHz時(振幅変調な
し)の入射イオンエネルギー分布、402…高エネルギー
部、 403…本実施例の入射イオンエネルギー分布、501
…500Vpp時のエッチング速度の変化を示す特性図、502
…300Vpp時のエッチング速度の変化を示す特性図。
101 ... UHF power supply, 102 ... UHF wave matching device, 10
3 ... electromagnetic radiation electrode, 104 ... electromagnet, 105 ... discharge part container, 106 ... vacuum exhaust device, 107 ... RF matching device, 108 ... linear amplifier, 109 ... triangular wave generator, 110 ... sine wave oscillator, 111 ... blocking capacitor 112… Sample setting electrode, 113… Processed sample,
114… Gas inlet pipe, 115… Plasma, 116…
Amplitude modulation bias generation mechanism, 201: bias waveform used in the present invention, 301: resist, 302: poly-
Si, 303: SiO 2 , 304: Si substrate, 305: Subtrench, 401: 800 kHz incident ion energy distribution (no amplitude modulation), 402: high energy portion, 403: incident ion energy distribution of the present embodiment, 501
... Characteristic diagram showing change in etching rate at 500 Vpp, 502
... Characteristic diagram showing change in etching rate at 300 Vpp.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 4K057 DA02 DA13 DB01 DB06 DD01 DD08 DG20 DM02 DM18 DM20 DN01 5F004 AA02 AA05 AA06 BA04 BA08 BA09 BA14 BB11 BB18 BD07 CA06 CA09 DB00 DB02 DB08 EB02  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Kazunori Tsujimoto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. F term in the Central Research Laboratory of the Works (reference) 4K057 DA02 DA13 DB01 DB06 DD01 DD08 DG20 DM02 DM18 DM20 DN01 5F004 AA02 AA05 AA06 BA04 BA08 BA09 BA14 BB11 BB18 BD07 CA06 CA09 DB00 DB02 DB08 EB02

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】試料を設置した電極に交流バイアス電圧を
印加した状態で、試料上にプラズマを発生させ試料面を
プラズマに接触させてエッチング処理するに際し、前記
交流バイアス電圧を鋸歯状波で振幅変調して印加するこ
とを特徴とするドライエッチング方法。
1. An AC bias voltage is applied to an electrode on which a sample is placed, and a plasma is generated on the sample and the sample surface is brought into contact with the plasma to perform an etching process. A dry etching method characterized by modulating and applying.
【請求項2】前記交流バイアス電圧の周波数を2MHz
〜100kHzとしたことを特徴とするドライエッチン
グ方法。
2. The frequency of the AC bias voltage is 2 MHz.
A dry etching method wherein the frequency is set to 100 kHz.
【請求項3】前記交流バイアス電圧の振幅変調に用いる
鋸歯状波が、三角波であることを特徴とする請求項1も
しくは2記載のドライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein the sawtooth wave used for amplitude modulation of the AC bias voltage is a triangular wave.
【請求項4】前記交流バイアス電圧の振幅変調に用いる
鋸歯状波が、鋸波であることを特徴とする請求項1もし
くは2記載のドライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein the sawtooth wave used for amplitude modulation of the AC bias voltage is a sawtooth wave.
【請求項5】前記交流バイアス電圧の振幅変調に用いる
鋸歯状波の1サイクルの周期が10ms以下であること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のド
ライエッチング方法。
5. The dry etching method according to claim 1, wherein a cycle of one cycle of the saw-tooth wave used for amplitude modulation of the AC bias voltage is 10 ms or less.
【請求項6】ガスを真空の放電部容器内に導入する手段
と、放電部容器内に電磁波を放射しプラズマを生成する
手段と、処理試料を設置した電極に交流バイアス電圧を
印加する手段とを備えたドライエッチング装置におい
て、前記処理試料を設置した電極に交流バイアス電圧を
印加する手段を、交流バイアス電圧に鋸歯状波を印加し
て振幅変調する手段で構成したことを特徴とするドライ
エッチング装置。
6. Means for introducing a gas into a vacuum discharge vessel, means for radiating electromagnetic waves into the discharge vessel to generate plasma, and means for applying an AC bias voltage to an electrode on which a processing sample is placed. Wherein the means for applying an AC bias voltage to the electrode on which the processing sample is placed is constituted by a means for applying a sawtooth wave to the AC bias voltage to modulate the amplitude. apparatus.
【請求項7】前記交流バイアス電圧に鋸歯状波を印加し
て振幅変調する手段を、正弦波発振器と鋸歯状波発生器
とで構成したことを特徴とする請求項6記載のドライエ
ッチング装置。
7. A dry etching apparatus according to claim 6, wherein said means for applying a saw-tooth wave to said AC bias voltage and modulating the amplitude comprises a sine wave oscillator and a saw-tooth wave generator.
【請求項8】前記正弦波発振器は、周波数が2MHz〜
100kHzの発振器であることを特徴とする請求項6
もしくは7記載のドライエッチング装置。
8. The sine wave oscillator has a frequency of 2 MHz to
7. An oscillator of 100 kHz.
Or the dry etching apparatus according to 7.
【請求項9】前記鋸歯状波発生器は、1サイクルの周期
が10ms以下の鋸歯状波波発生器であることを特徴と
する請求項6乃至8のいずれか一つに記載のドライエッ
チング装置。
9. The dry etching apparatus according to claim 6, wherein the saw-tooth wave generator is a saw-tooth wave generator having one cycle of 10 ms or less. .
【請求項10】前記交流バイアス電圧に鋸歯状波を印加
して振幅変調する手段を、正弦波発振器と鋸歯状波発生
器とで構成したことを特徴とする請求項6記載のドライ
エッチング装置。
10. A dry etching apparatus according to claim 6, wherein said means for applying a saw-tooth wave to said AC bias voltage and modulating the amplitude comprises a sine wave oscillator and a saw-tooth wave generator.
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JP2007509506A (en) * 2003-10-21 2007-04-12 ウナクシス ユーエスエイ、インコーポレイテッド High-aspect SOI structure notch-etching using time division multiplexing and RF bias modulation

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