JP2000091325A - Method and device for surface treatment - Google Patents

Method and device for surface treatment

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JP2000091325A
JP2000091325A JP10258599A JP25859998A JP2000091325A JP 2000091325 A JP2000091325 A JP 2000091325A JP 10258599 A JP10258599 A JP 10258599A JP 25859998 A JP25859998 A JP 25859998A JP 2000091325 A JP2000091325 A JP 2000091325A
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JP
Japan
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surface treatment
power supply
frequency power
plasma
pattern
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JP10258599A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Ono
哲郎 小野
Yasuhiro Nishimori
康博 西森
Takashi Sato
孝 佐藤
Naoyuki Koto
直行 小藤
Masaru Izawa
勝 伊沢
Yasushi Goto
康 後藤
Takeshi Yoshioka
健 吉岡
Hideyuki Kazumi
秀之 数見
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Hitachi Ltd
Hitachi Plant Technologies Ltd
Original Assignee
Hitachi Techno Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce damages to a gate oxide film connected to a pattern from electron shading by turning off a high-frequency power source which impresses a high-frequency voltage upon a sample prior to the electrified voltage of the pattern reaches the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film, and turning on the voltage after the electrified voltage of the pattern becomes sufficiently lower. SOLUTION: A sample 107 is set up on a sample stage 108. In order to accelerate ions incident on the sample 107, a high-frequency power source 109, which impresses a high-frequency voltage upon the sample 107, is connected to the sample stage 108. The breakdown of a gate oxide film is prevented by preventing the rising of a pattern voltage Vp, by turning off the power source 109 before the voltage Vp exceeds the dielectric breakdown voltage Vb of the gate oxide film. When the power source 109 is turned off, the pattern voltage Vp drops, because the ions are no longer accelerated. When the power source 109 is repeatedly turned on and off in such a way that the source 109 is turned on, when the pattern voltage Vp becomes sufficiently low and turned off before the pattern voltage Vp exceeds the breakdown voltage Vb, the charge amount flowing into the gate oxide film can be maintained at a small amount. Therefore, the dielectric breakdown of the gate oxide film can be prevented.

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】本発明は表面処理方法および
装置に係り、特にプラズマを用いて半導体素子等が形成
される試料の表面をエッチング処理するのに好適な表面
処理方法および装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method and apparatus, and more particularly to a surface treatment method and apparatus suitable for etching the surface of a sample on which a semiconductor element or the like is formed using plasma. .

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子のエッチングに用いられてい
るプラズマを利用した装置、例えば、ECR(電子サイクロ
トロン共鳴)方式と呼ばれる装置を例に、従来技術を説
明する。この方式では、外部より磁場を印加した真空容
器中でマイクロ波によりプラズマを発生させる。磁場に
より電子はサイクロトロン運動し、このサイクロトロン
運動の周波数とマイクロ波の周波数を共鳴させることで
効率良くプラズマを発生できる。また、試料に入射する
イオンを加速するために、試料には高周波電圧が印加さ
れる。被エッチング物としてSi系が用いられる場合、プ
ラズマとなるガスには塩素やフッ素などのハロゲンガス
が用いられる。
2. Description of the Related Art The prior art will be described with reference to an apparatus utilizing plasma used for etching a semiconductor element, for example, an apparatus called an ECR (Electron Cyclotron Resonance) system. In this method, plasma is generated by microwaves in a vacuum vessel to which a magnetic field is externally applied. Electrons move in a cyclotron due to the magnetic field, and plasma can be efficiently generated by resonating the frequency of the cyclotron motion with the frequency of the microwave. In addition, a high frequency voltage is applied to the sample to accelerate ions incident on the sample. When an Si-based material is used as an object to be etched, a halogen gas such as chlorine or fluorine is used as a plasma gas.

【0003】このような装置の高精度化を図るために、
特開平6-151360号公報に記載の技術が知られている。本
技術は、試料に印加する高周波電圧のオン−オフを間欠
的に制御することにより、エッチングしたい物質である
Siと下地酸化膜との選択比を高くしている。
In order to improve the accuracy of such a device,
The technique described in JP-A-6-151360 is known. This technology is a substance to be etched by intermittently controlling on-off of a high-frequency voltage applied to a sample.
The selectivity between Si and the underlying oxide film is increased.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体素子の微
細化に伴って、プロセスに用いるプラズマによる半導体
素子に与える損傷の問題が顕在化している。具体的に
は、MOS(metal oxide semiconductor)トランジスタのゲ
ート酸化膜の厚さは256M以降のメモリ素子では6nm以下
になる。このようなゲート酸化膜の薄膜化に加えて加工
のアスペクト比(縦方向と横方向の寸法比)が大きくな
ると、電子シェーディングと呼ばれる現象で生じる電気
的な損傷が問題になる。次に図を用いて、電子シェーデ
ィング現象の説明を行う。図2(1)はエッチング装置内
のプラズマにさらされている半導体ウエハの断面図であ
る。図2(2)は(1)のレジストパタンを上から見た図で
ある。Si基板205の上に素子分離酸化膜204、ゲー
ト酸化膜203が形成その上にpoly-Si層202とレジ
スト201が櫛状に形成されている。プラズマエッチン
グ中には、電子206とイオン207が試料に入射す
る。イオン207は試料に印加される高周波電圧で加速
されて試料表面に垂直に入射するが、電子206は質量
が小さいのでランダムな速度成分が大きく不揃いな方向
で入射する。このために図2(1)に示すように、アスペ
クト比の高い溝の加工ではイオンは溝底208まで到達
できるが、電子は主にレジスト201の側壁に捕獲され
る。するとゲート酸化膜203にはpoly-Si層202を
介して正の電荷が蓄積され、この量がある値を超えると
ゲート酸化膜203が絶縁破壊を起こし、素子不良とな
る。以上のように、イオンと電子の方向性の違いから微
細溝内に電子が供給されない現象を電子シェーディング
と呼ぶ。
With the recent miniaturization of semiconductor devices, the problem of damage to semiconductor devices due to plasma used in processes has become apparent. Specifically, the thickness of the gate oxide film of a MOS (metal oxide semiconductor) transistor is 6 nm or less in a memory element of 256M or more. If the aspect ratio of processing (the ratio of dimensions in the vertical direction to the horizontal direction) increases in addition to the reduction in the thickness of the gate oxide film, electrical damage caused by a phenomenon called electron shading becomes a problem. Next, the electronic shading phenomenon will be described with reference to the drawings. FIG. 2A is a cross-sectional view of a semiconductor wafer exposed to plasma in an etching apparatus. FIG. 2B is a view of the resist pattern of FIG. An element isolation oxide film 204 and a gate oxide film 203 are formed on a Si substrate 205, and a poly-Si layer 202 and a resist 201 are formed thereon in a comb shape. During the plasma etching, electrons 206 and ions 207 are incident on the sample. The ions 207 are accelerated by the high-frequency voltage applied to the sample and are incident perpendicularly to the surface of the sample, but the electrons 206 are incident in irregular directions in which the random velocity component is large because the mass is small. For this reason, as shown in FIG. 2A, in processing a groove having a high aspect ratio, ions can reach the groove bottom 208, but electrons are mainly captured on the side walls of the resist 201. Then, positive charges are accumulated in the gate oxide film 203 via the poly-Si layer 202. If this amount exceeds a certain value, the gate oxide film 203 undergoes dielectric breakdown, resulting in element failure. As described above, a phenomenon in which electrons are not supplied into the fine groove due to a difference in directionality between ions and electrons is referred to as electron shading.

【0005】本発明の目的は、この電子シェーディング
による半導体素子の損傷を低減することのできる表面処
理方法および装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a surface treatment method and apparatus capable of reducing damage to a semiconductor element due to the electron shading.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、試料に高周波
電圧を印加して行われる微細パタンのエッチング加工に
おいて、パタンの帯電電圧が該パタンが接続されている
ゲート酸化膜の絶縁破壊電圧に達する前に、試料に印加
する高周波電源をオフし、パタンの帯電が十分低くなっ
てから高周波電源をオンする、この高周波電源のオン・
オフを繰返えして処理することにより、達成される。
According to the present invention, in etching a fine pattern by applying a high-frequency voltage to a sample, the charging voltage of the pattern is reduced by the breakdown voltage of the gate oxide film to which the pattern is connected. Before reaching, turn off the high-frequency power supply to be applied to the sample, and turn on the high-frequency power supply after the pattern is sufficiently charged.
This is achieved by repeatedly processing off.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】〔実施例1〕以下、本発明の一実
施例を図1ないし図12により説明する。図1(1)は
本発明を適用するプラズマエッチング装置の全体構成図
である。マイクロ波電源101から導波管102と導入
窓103を介して真空容器104内にマイクロ波が導入
される。導入窓103の材質は石英、セラミックなど電
磁波を透過する物質である。真空容器104の回りには
電磁石105が設置されており、磁場強度はマイクロ波
の周波数と共鳴を起こすように設定されて、たとえば周
波数が2.45GHzならば磁場強度は875Gaussである。この
磁場強度でプラズマ106中の電子のサイクロトロン運
動が電磁波の周波数と共鳴するために、効率よく電磁波
のエネルギーがプラズマに供給され高密度のプラズマが
できる。試料107は試料台108の上に設置される。
試料に入射するイオンを加速するために、高周波電圧電
源109が試料台108に接続されている。高周波電圧
電源の周波数に特に制限はないが、通常では周波数は2
00kHzから20MHzの範囲が実用的である。図1(2)
は高周波電圧電源109の電圧波形110を示す。本発
明に従い,高周波電圧がオンオフできるようになってい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1A is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied. Microwaves are introduced from a microwave power supply 101 into a vacuum vessel 104 through a waveguide 102 and an introduction window 103. The material of the introduction window 103 is a material that transmits electromagnetic waves, such as quartz or ceramic. An electromagnet 105 is provided around the vacuum vessel 104, and the magnetic field strength is set to cause resonance with the microwave frequency. For example, if the frequency is 2.45 GHz, the magnetic field strength is 875 Gauss. Since the cyclotron motion of the electrons in the plasma 106 resonates with the frequency of the electromagnetic wave at this magnetic field intensity, the energy of the electromagnetic wave is efficiently supplied to the plasma, and a high-density plasma is generated. The sample 107 is set on a sample stage 108.
A high frequency voltage power supply 109 is connected to the sample stage 108 to accelerate ions incident on the sample. There is no particular limitation on the frequency of the high-frequency voltage power supply.
A range from 00 kHz to 20 MHz is practical. Fig. 1 (2)
Shows a voltage waveform 110 of the high-frequency voltage power supply 109. According to the present invention, the high frequency voltage can be turned on and off.

【0008】図3に微細パタンの断面形状のエッチング
進行状態を示す。図3(1)はエッチング前の始状態で
ある。図3(2)はラインの外の広い部分のpoly Siの
エッチングが終了した時点で、マイクロローディングと
呼ばれる微細部分のエッチング速度が小さくなる現象に
より、ライン間のpoly Si301がまだ残っている。こ
の時点で微細パタンが周囲の他の部分と電気的に切断さ
れ、パタンの帯電が始る。これ以前は、電子シェーディ
ングにより帯電しても、電荷は周囲のpoly Siを伝わっ
て逃げることができる。図3(3)はさらにエッチング
が進行して、下地のライン間の酸化膜302が露出した
時点を示す。ここでは、イオンが溝底に入ってきても、
poly Siがないために酸化膜を帯電するが、ゲート酸化
膜203へは流れなくなるので、これ以降にゲート酸化
膜に生じる劣化は少なくなる。すなわち、ゲート酸化膜
の破壊はほとんど図3(2)から(3)までの間で生じ
る。
FIG. 3 shows the progress of the etching of the cross-sectional shape of the fine pattern. FIG. 3A shows a starting state before etching. In FIG. 3 (2), when the etching of the poly Si in a wide portion outside the line is completed, poly Si 301 between the lines still remains due to a phenomenon called microloading, in which the etching rate of the fine portion decreases. At this point, the fine pattern is electrically disconnected from other surrounding parts, and charging of the pattern starts. Before this, even if charged by electron shading, the charges can escape through the surrounding poly Si. FIG. 3C shows a point in time when the etching proceeds further and the oxide film 302 between the underlying lines is exposed. Here, even if ions enter the groove bottom,
The oxide film is charged due to the absence of poly Si, but does not flow to the gate oxide film 203, so that the deterioration of the gate oxide film thereafter is reduced. That is, the destruction of the gate oxide film almost occurs between FIGS. 3 (2) and 3 (3).

【0009】図4にはラインとスペースパタンの電位が
周りと切断されてから、電子シェーディングによって上
昇していく様子を計算機によりシュミレーションした結
果を示す。パタンの電位が上がり、ゲートに電流が流
れ、酸化膜を通過した電荷の総量Qが、破壊電荷量Qbdを
越えると、酸化膜が破壊する。図5にはゲート酸化膜の
電圧−電流特性を示す。図5の電圧Vaから酸化膜にはFN
トンネル電流と呼ばれる電流が流れ始め、電圧Vbで大電
流が流れる。ここでは、Vbを破壊電圧と呼ぶ。図4にお
ける、パタン電位の上昇は、試料に高周波電圧を印加す
ることでイオンが加速され、電子シェーディングが生じ
るからである。以上からゲート酸化膜の破壊を防ぐに
は、パタン電位Vpが破壊電圧Vbを越える前に高周波電圧
をオフして、パタン電圧の上昇を防げばよい。高周波電
圧をオフするとイオンが加速されなくなるので、Vpは低
下する。Vpが十分下がった時点で再び高周波電源をオン
してVbを越える前にオフすることを繰返すと、ゲート酸
化膜に流れる電荷量が少なく保たれるので、絶縁破壊を
防ぐことができる。図6に試料に印加する高周波電圧を
オンオフした場合のパタン電位の変化を示す。さらに安
全の余裕度を高めるためにはVpがVbの50%以下になる
ようにオンオフすると良い。
FIG. 4 shows the result of a computer simulation of how the potential of the line and space patterns rises due to electronic shading after being cut off from the surroundings. When the potential of the pattern rises, a current flows through the gate, and when the total amount Q of charges passing through the oxide film exceeds the breakdown charge amount Qbd, the oxide film is destroyed. FIG. 5 shows the voltage-current characteristics of the gate oxide film. From the voltage Va in FIG.
A current called a tunnel current starts to flow, and a large current flows at the voltage Vb. Here, Vb is called a breakdown voltage. The increase in the pattern potential in FIG. 4 is because the application of a high-frequency voltage to the sample accelerates ions and causes electron shading. As described above, in order to prevent the gate oxide film from being broken, the high-frequency voltage may be turned off before the pattern potential Vp exceeds the breakdown voltage Vb to prevent the pattern voltage from rising. When the high-frequency voltage is turned off, ions are not accelerated, so that Vp decreases. If the high-frequency power supply is turned on again at the time when Vp is sufficiently lowered and then turned off before exceeding Vb, the amount of charge flowing through the gate oxide film is kept small, so that dielectric breakdown can be prevented. FIG. 6 shows a change in the pattern potential when the high frequency voltage applied to the sample is turned on and off. In order to further increase the safety margin, it is preferable to turn on / off so that Vp becomes 50% or less of Vb.

【0010】また、高周波電圧を連続的に印加してもパ
タンは無限に帯電することはないのでイオンと電子の入
射がバランスしたところで、パタン電位Vpは飽和電圧Vs
atに飽和する。 Vsatが破壊電圧Vbより小さい場合は、
短時間(数十ms)で酸化膜が破壊することはないが、電流
がある程度大きいためにある時間経過すると破壊する。
この場合には、VpがVsatになる前に高周波電源をオフ
し、十分低くなってからオンすることを繰返して酸化膜
の破壊を抑制できる。さらに安全の余裕度を高めるには
VpがVsatの50%以下になるようにオンオフするとよ
い。
Further, since the pattern is not charged indefinitely even when the high-frequency voltage is applied continuously, the pattern potential Vp becomes the saturation voltage Vs when the incidence of ions and electrons is balanced.
Saturates at. If Vsat is smaller than the breakdown voltage Vb,
Although the oxide film does not break down in a short time (several tens of ms), it breaks down after a certain period of time because of a large current.
In this case, destruction of the oxide film can be suppressed by repeatedly turning off the high-frequency power supply before Vp becomes Vsat and turning it on after it is sufficiently lowered. To further increase safety margins
It is preferable to turn on and off such that Vp becomes 50% or less of Vsat.

【0011】パタンの電位はシュミレーションまたはパ
タンにプローブを接続することで求まるが、これらの方
法は時間がかかる。次に、パタン電圧の上昇速度を簡易
的に求める方法を述べる。図3(2)に示す、パタン外
側と基板シリコンの電位は通常等しくなる。ラインとス
ペースパタンは、半導体素子ではゲートの電極やゲート
を結ぶ配線に相当してラインはゲート酸化膜と接続して
いる部分以外は、素子分離絶縁膜あるいは多層配線間の
層間絶縁膜の上に配置している。この絶縁膜上のパタン
の電位上昇速度は、絶縁膜で形成されるコンデンサをプ
ラズマからのイオン電流で充電する速さに相当する。ラ
インを形成するpoly Siに流れ込むイオン電流は溝側面
で電子と中和する部分があるので、プラズマの飽和イオ
ン電流密度Isの100%が入射するわけではないが、上
限はIsで与えられる。すなわちIsを用いて計算した値は
最も悪いケースで、この値を絶縁破壊を防ぐ基準に用い
ることができる。単位面積当りの容量C(F/cm2)のコンデ
ンサを単位面積当りの電流I(A/cm2)で充電すると、電圧
の上昇速度Vc (V/s)はVc=I/Cで与えられる。時間Ton
(s)の間の電圧の上昇dV(V)はdV=Vc x Tonとなる。この
式で求まるdVがゲート酸化膜の破壊電圧Vb、あるいはパ
タンの飽和電圧Vsat以下になるようにTonを設定すれ
ば、酸化膜の破壊を抑えられる。さらに安全の余裕度を
増すには、Tonをパタン電位VpがVbあるいは Vsatの50
%以下になるようにすればよい。
The potential of a pattern is determined by simulation or by connecting a probe to the pattern, but these methods are time-consuming. Next, a method for easily obtaining the rising speed of the pattern voltage will be described. The potential of the pattern outside and the substrate silicon shown in FIG. In a semiconductor device, the line and space pattern correspond to the gate electrode and the wiring connecting the gate, and the line is formed on the element isolation insulating film or the interlayer insulating film between the multilayer wirings except for the portion connected to the gate oxide film. Have been placed. The rate at which the potential of the pattern on the insulating film rises corresponds to the rate at which a capacitor formed of the insulating film is charged with ion current from plasma. Since the ion current flowing into the poly Si forming the line has a portion neutralized with the electrons on the groove side surface, 100% of the saturated ion current density Is of the plasma is not necessarily incident, but the upper limit is given by Is. That is, the value calculated using Is is the worst case, and this value can be used as a reference for preventing dielectric breakdown. When a capacitor having a capacitance per unit area C (F / cm2) is charged with a current per unit area I (A / cm2), a voltage rising rate Vc (V / s) is given by Vc = I / C. Time Ton
The voltage rise dV (V) during (s) is dV = Vc × Ton. If Ton is set so that dV obtained by this equation is equal to or lower than the breakdown voltage Vb of the gate oxide film or the saturation voltage Vsat of the pattern, the breakdown of the oxide film can be suppressed. To further increase the safety margin, Ton should be set to a pattern potential Vp of 50 Vb or Vsat.
%.

【0012】ゲート酸化膜の破壊電圧Vbは膜により異な
る。また、パタンの飽和電圧Vsatもパタンの形状とプラ
ズマ状態に依存する。そこで次に数nmの酸化膜の加工で
成立するゲート酸化膜破壊抑制の条件を述べる。この厚
さの熱酸化膜の破壊電界強度は6から12MV/cmとな
る。現在の素子のゲート酸化膜厚はおよそ5nmでこの値
を目安にすると、Vbは3から6Vになる。ここで、エッ
チングするラインとスペースパタンが厚さ100nmの絶
縁膜の上に配置されているとすると絶縁膜の単位面積当
りの容量Cは4 x 10-8 F/cm2になる。またエッチング時
のプラズマの飽和イオン電流密度Isatを 2mA/cm2とす
るとラインとスペースパタンの電圧上昇速度Vc=I/Cは0.
5 x 105 V/sとなる。この電圧が先に述べた破壊電圧Vb
の3から6Vを越えないようにするためには、試料に印
加する高周波電圧のオン時間tonを60から120μs以
下に設定すればよい。設定は酸化膜の質によるが安全の
余裕度を考えるとこれらの50%以下、すなわちTonを
30から60μs以下とすればよい。以上のように、ゲ
ート酸化膜の破壊を防ぐための高周波電圧のオン時間
は、下地絶縁膜の厚さとイオン飽和電流から求まる。
The breakdown voltage Vb of the gate oxide film differs depending on the film. Further, the saturation voltage Vsat of the pattern also depends on the shape of the pattern and the plasma state. Therefore, next, conditions for suppressing gate oxide film destruction that are satisfied by processing an oxide film of several nm will be described. The breakdown electric field strength of the thermal oxide film having this thickness is 6 to 12 MV / cm. The gate oxide film thickness of the current device is about 5 nm, and using this value as a guide, Vb is 3 to 6 V. Here, assuming that the line to be etched and the space pattern are arranged on the insulating film having a thickness of 100 nm, the capacitance C per unit area of the insulating film is 4 × 10 −8 F / cm 2. When the saturation ion current density Isat of the plasma at the time of etching is 2 mA / cm2, the voltage rise rate Vc = I / C of the line and space pattern is 0.
5 x 10 5 V / s. This voltage is the breakdown voltage Vb described above.
In order not to exceed 3 to 6 V, the on-time ton of the high-frequency voltage applied to the sample may be set to 60 to 120 μs or less. The setting depends on the quality of the oxide film, but considering the safety margin, it is sufficient to set these to 50% or less, that is, Ton to 30 to 60 μs or less. As described above, the on-time of the high-frequency voltage for preventing the gate oxide film from being broken is determined from the thickness of the base insulating film and the ion saturation current.

【0013】以上、高周波電圧のオン時間について述べ
た。オフ時間はパタン電位が十分下がる時間撮るが、普
通充電と放電の時定数は同程度なので、オフ時間は少な
くともオン時間以上に設定すればよい。すなわち、オン
オフの繰返しの周期をT、1サイクルにおけるオン時間
の割合をデューティー比DとするとDを50%にすればよ
い。さらに安全の余裕度を増やすためにはオフ時間をオ
ン時間の2倍以上にすれば十分である。
The on-time of the high-frequency voltage has been described above. The off time is taken during the time when the pattern potential is sufficiently lowered, but since the time constants of normal charge and discharge are almost the same, the off time may be set to at least the on time. That is, if the cycle of the on / off repetition is T and the duty ratio D is the ratio of the on time in one cycle, D may be set to 50%. In order to further increase the safety margin, it is sufficient to set the off time to twice or more the on time.

【0014】次に、この装置で図2に示す構造の損傷評
価素子をエッチングして、ゲート酸化膜203の絶縁破
壊率を測定した結果を図7に示す。エッチングのガスに
はCl2(80sccm)とBCl3(20sccm)の混合ガスで圧力を
1Paとした。マイクロ波電源101の出力を700Wと
した。電極温度は40℃とした。高周波電圧電源109
の周波数は800KHzで、連続出力の電力を70Wとし
た。オンオフ時では、ピーク電力350W、繰返し周波
数2kHz、デューティー比20%とした。正味電力はピ
ーク電力とデューティー比の積で70Wになり、オン時
間は100μsとなる。この条件で、高周波電圧連続と
オンオフ時のアルミあるいはpoly Si、レジストなどの
エッチング速度が同じとなる。図2に示す素子の形状は
ゲート酸化膜203の厚さが4nm、poly Si層202の
厚さ0.2nm、レジスト201の厚さが1μmで、ライン
とスペースの幅はそれぞれ0.5μmとした。図7ではライ
ンの数とアンテナ比((スペース部面積)/(ゲート酸化膜
面積))をパラメータとしている。どの条件においても、
バイアスをオンオフすることにより素子の破壊率は0%
になり、本実施例の効果がわかる。
Next, FIG. 7 shows the result of measuring the dielectric breakdown rate of the gate oxide film 203 by etching the damage evaluation element having the structure shown in FIG. 2 with this apparatus. The etching gas was a mixture gas of Cl2 (80 sccm) and BCl3 (20 sccm) at a pressure of 1 Pa. The output of the microwave power supply 101 was 700 W. The electrode temperature was 40 ° C. High frequency voltage power supply 109
Was 800 KHz and the continuous output power was 70 W. At the time of on / off, the peak power was 350 W, the repetition frequency was 2 kHz, and the duty ratio was 20%. The net power is 70 W as the product of the peak power and the duty ratio, and the ON time is 100 μs. Under these conditions, the high-frequency voltage continuity and the etching rate of aluminum, poly Si, resist, etc. at the time of on / off are the same. The device shown in FIG. 2 has a gate oxide film 203 having a thickness of 4 nm, a poly Si layer 202 having a thickness of 0.2 nm, a resist 201 having a thickness of 1 μm, and a line and space width of 0.5 μm. In FIG. 7, the number of lines and the antenna ratio ((space area) / (gate oxide film area)) are used as parameters. Under any conditions,
The destruction rate of the element is 0% by turning on and off the bias.
Thus, the effect of this embodiment can be understood.

【0015】次に、図3(2)の状態にあるラインとス
ペースパタン電位の各種パラメータ依存性を示す。高周
波電圧をオンオフするとパタン電位は図6に示すように
振動するが、以下に示すパタン電位は電圧が安定したと
きの電圧の山のピークの値を示す。以下の値は下地絶縁
膜の厚さを100nmと仮定した数値計算例であるが、こ
れらを目安としてエッチング条件の設定が可能になる。
図8は、オンオフ繰返し周波数2kHz、デューティー比
20%、オン時の電圧振幅1500Vでの、プラズマか
らの飽和イオン電流の値とパタン電位の関係である。プ
ラズマからの飽和イオン電流が増加するとパタン電位は
増加して、ゲート酸化膜に損傷が入りやすくなる。図8
から飽和イオン電流を5mA/cm2以下にするとパタン電位
は3V以下となり、ゲート破壊を抑制できることがわか
る。飽和イオン電流密度を下げるためには、プラズマを
発生する電磁波の電力を下げればよい。図1の装置では
マイクロ波電力を1500W以下にすると飽和イオン電
流密度が5mA/cm2以下になる。図1に示すエッチング装
置のプラズマ発生部分(試料台108上面から導入窓1
03の下面までの空間)の体積は15000ccなので1cc当
たりのマイクロ波電力は0.1W/cc以下とすればよい。
プラズマ発生部分の体積が変わったり、エッチング装置
の方式が変わってもプラズマ発生用電源の電力とプラズ
マ発生部分の体積の割合を0.1W/cc以下にするとよ
い。図9は繰返し周波数2kHz一定でデューティー比を
変えた場合のパタン電位で、デューティー比50%以下
でパタン電位6V以下にできる。図10はデューティー
比20%一定で繰返し周波数を変えた場合のパタン電位
を示す。繰返し周波数を250Hz以上にするとパタン電
位が6V以下にできる。図11はパタンのリーク抵抗と
パタン電位の関係である。パタンのリーク抵抗とはパタ
ンに蓄積した正電荷がレジストの表面電気伝導や酸化膜
のリーク抵抗あるいはプラズマからの電子の注入によ
り、電子と中和する現象の総和を抵抗で表したものであ
る。この値が低い方がパタン電位は速く放電するので電
位が低くなる。この値が4オーム平方m相当以下になる
ように素子を設計する、あるいはエッチング条件を設定
するとパタン電位が6V以下になる。通常の加工では特
殊な設定の必要はないが、例えばアスペクト比が非常に
高いラインとスペースの加工などでは必要となる。素子
の設計上ではパタンの一部を抵抗が低い物質を介して基
板のシリコンウエハと結合しておき、ラインとスペース
の加工終了後にその部分を切離すなどがある。またエッ
チング条件ではレジスト表面の抵抗を下げるために炭素
原子を含むガスCO2,CO,CF4,CH4などを混合して、炭素が
レジスト表面に堆積するようにする。図12は電子の溝
底への到達率とパタン電位の計算例である。イオンの溝
底への到達率がパラメータとなっている。イオンや電子
の溝底への到達率は溝のアスペクト比やエッチング条件
に依存する。
Next, the dependence of the line and space pattern potentials in the state of FIG. 3 (2) on various parameters will be described. When the high-frequency voltage is turned on and off, the pattern potential oscillates as shown in FIG. 6, but the following pattern potential indicates the peak value of the voltage peak when the voltage is stabilized. The following values are numerical examples in which the thickness of the base insulating film is assumed to be 100 nm, and the etching conditions can be set using these as a guide.
FIG. 8 shows the relationship between the value of the saturated ion current from the plasma and the pattern potential when the on / off repetition frequency is 2 kHz, the duty ratio is 20%, and the voltage amplitude at the time of on is 1500 V. When the saturated ion current from the plasma increases, the pattern potential increases, and the gate oxide film is easily damaged. FIG.
From this, it is found that when the saturated ion current is set to 5 mA / cm 2 or less, the pattern potential becomes 3 V or less, and gate breakdown can be suppressed. In order to reduce the saturation ion current density, the power of the electromagnetic wave for generating plasma may be reduced. In the apparatus of FIG. 1, when the microwave power is set to 1500 W or less, the saturation ion current density becomes 5 mA / cm 2 or less. The plasma generating portion of the etching apparatus shown in FIG.
Since the volume of the space up to the lower surface of 03 is 15000 cc, the microwave power per cc may be set to 0.1 W / cc or less.
Even if the volume of the plasma generating portion changes or the method of the etching apparatus changes, the ratio of the power of the power source for plasma generation to the volume of the plasma generating portion is preferably set to 0.1 W / cc or less. FIG. 9 shows a pattern potential when the duty ratio is changed at a constant repetition frequency of 2 kHz. The pattern potential can be reduced to 6 V or less at a duty ratio of 50% or less. FIG. 10 shows a pattern potential when the repetition frequency is changed while the duty ratio is constant at 20%. When the repetition frequency is set to 250 Hz or more, the pattern potential can be set to 6 V or less. FIG. 11 shows the relationship between the pattern leak resistance and the pattern potential. The leak resistance of a pattern is the resistance expressed as the sum of the phenomenon in which positive charges accumulated in a pattern are neutralized with electrons by surface electric conduction of a resist, leak resistance of an oxide film, or injection of electrons from plasma. The lower this value is, the faster the pattern potential is discharged, and the lower the potential is. If the element is designed so that this value is equivalent to 4 ohm square m or less, or if the etching conditions are set, the pattern potential becomes 6 V or less. No special setting is necessary for normal processing, but it is necessary for processing lines and spaces with a very high aspect ratio, for example. In designing the element, a part of the pattern is bonded to the silicon wafer of the substrate through a substance having a low resistance, and the part is cut off after the line and the space are processed. Further, under the etching conditions, gases containing carbon atoms such as CO2, CO, CF4, and CH4 are mixed to lower the resistance of the resist surface so that carbon is deposited on the resist surface. FIG. 12 is a calculation example of the electron arrival rate at the groove bottom and the pattern potential. The arrival rate of ions to the groove bottom is a parameter. The rate at which ions or electrons reach the bottom of the groove depends on the aspect ratio of the groove and the etching conditions.

【0016】次に、エッチングに用いるガスについて述
べる。本実施例はアスペクトの高いラインとスペースの
加工に適している。このようなラインとスペースは主に
トランジスタのゲート電極あるいはゲートにつながった
メタル配線部分に相当する。ゲート電極はpoly Si、pol
y Siと金属の合金、、タングステンなどの高融点金属あ
るいはこれらの材料の多層膜でできている。これらの材
料のエッチングには塩素、HBr、塩素と酸素の混合ガ
ス、HBrと酸素の混合ガス、あるいは塩素とHBrと酸素の
混合ガスが適している。またメタル配線のエッチングに
は塩素、塩素とBCl3の混合ガス、塩素とHClの混合ガ
ス、あるいは塩素とBCl3とHClの混合ガスが適してい
る。すなわち本実施例は、これらのガスと組合わせての
使用で効果が上がる。
Next, the gas used for etching will be described. This embodiment is suitable for processing lines and spaces having a high aspect ratio. Such lines and spaces mainly correspond to a gate electrode of a transistor or a metal wiring portion connected to a gate. Gate electrode is poly Si, pol
y It is made of an alloy of Si and a metal, a high melting point metal such as tungsten, or a multilayer film of these materials. For etching these materials, chlorine, HBr, a mixed gas of chlorine and oxygen, a mixed gas of HBr and oxygen, or a mixed gas of chlorine, HBr, and oxygen are suitable. For etching of metal wiring, chlorine, a mixed gas of chlorine and BCl3, a mixed gas of chlorine and HCl, or a mixed gas of chlorine, BCl3 and HCl is suitable. That is, the present embodiment is more effective when used in combination with these gases.

【0017】なお、本実施例では、ラインとスペースの
幅がそれぞれ0.5μmのものを例に説明したが、ライン
とスペースの幅がそれぞれ1μm以下で、アスペクト比
が1以上である微細パタンにおいては、本実施例の効果
が得られる。
In this embodiment, the line width and the space width are each 0.5 μm. However, in the case of a fine pattern having a line width and a space width of 1 μm or less and an aspect ratio of 1 or more, respectively. Can obtain the effect of the present embodiment.

【0018】〔実施例2〕図13は本発明を適用する別
の装置構造で、この装置では数百kHzから数十MHzのいわ
ゆるラジオ波帯(以後rfと呼ぶ)の周波数で誘導結合に
よりプラズマを発生させる。真空容器1303はアルミ
ナや石英などの電磁波を透過する物質でつくられてい
る。その回りに、プラズマ1310を発生させるための
電磁コイル1302が巻いてある。コイルにはrf電源1
304が接続されている。真空容器1301内には試料
台1308がありその上に試料1307が置かれ、高周
波電圧電源1309が接続されている。真空容器130
1には上蓋1305がついているがこれは一体型でもか
まわない。この方式の装置でも、高周波電圧電源130
9をオンオフしてパタン電位の上昇を抑えると、ゲート
酸化膜の破壊を防ぐことができる。図13に示す装置で
は、電磁コイル1302は上蓋1305の上に設置され
ていても効果は同じである。
Embodiment 2 FIG. 13 shows another apparatus structure to which the present invention is applied. In this apparatus, plasma is generated by inductive coupling at a frequency of a so-called radio wave band (hereinafter referred to as rf) of several hundred kHz to several tens MHz. Generate. The vacuum vessel 1303 is made of a material that transmits electromagnetic waves, such as alumina and quartz. An electromagnetic coil 1302 for generating the plasma 1310 is wound therearound. Rf power supply 1 for coil
304 is connected. A sample table 1308 is provided in the vacuum vessel 1301, on which a sample 1307 is placed, and a high-frequency voltage power supply 1309 is connected. Vacuum container 130
1 has an upper lid 1305, which may be an integral type. In this type of apparatus, the high-frequency voltage power supply 130
By turning on / off 9 to suppress the increase in the pattern potential, it is possible to prevent the gate oxide film from being broken. In the device shown in FIG. 13, the effect is the same even if the electromagnetic coil 1302 is installed on the upper lid 1305.

【0019】〔実施例3〕図14は本発明を適用する別
の装置構造で、この装置ではrf電力の容量結合によりプ
ラズマを発生させる。真空容器1401内には2枚の電
極1402、1405が平行に配置してある。電極には
それぞれrf電源1403と高周波電圧電源1406が接
続してある。試料1404は試料台をかねる電極140
5の上におかれる。ガスは試料と対向した電極1402
に開いた穴から導入管1408を通して容器内に入れら
れる。プラズマ1407は2枚の電極の間で発生する。
この方式の装置でも、高周波電圧電源1406をオンオ
フしてパタン電位の上昇を抑えると、ゲート酸化膜の破
壊を防ぐことができる。
Embodiment 3 FIG. 14 shows another apparatus structure to which the present invention is applied. In this apparatus, plasma is generated by capacitive coupling of rf power. Two electrodes 1402 and 1405 are arranged in parallel in a vacuum vessel 1401. An rf power supply 1403 and a high-frequency voltage power supply 1406 are connected to the electrodes, respectively. The sample 1404 is an electrode 140 serving as a sample stage.
Put it on 5. The gas is the electrode 1402 facing the sample.
The container is put into the container through the introduction tube 1408 from the hole opened at the end. Plasma 1407 is generated between two electrodes.
Also in this type of device, when the high-frequency voltage power supply 1406 is turned on and off to suppress the increase in the pattern potential, the gate oxide film can be prevented from being broken.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上、本発明によれば、パタン電位の上
昇を抑えてゲート酸化膜の絶縁破壊を防ぐことができ
る。
As described above, according to the present invention, an increase in the pattern potential can be suppressed and the dielectric breakdown of the gate oxide film can be prevented.

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

【図1】本発明の表面加工方法を実施するための装置の
一実施例を示す全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing one embodiment of an apparatus for performing a surface processing method of the present invention.

【図2】従来の方法により表面加工した際の電子シェー
ディング現象を説明するための試料の断面を示す図であ
る。
FIG. 2 is a view showing a cross section of a sample for explaining an electron shading phenomenon when a surface is processed by a conventional method.

【図3】図1の装置により表面加工した試料の断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a sample whose surface has been processed by the apparatus of FIG. 1;

【図4】処理時間とパタン電位との関係を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between processing time and pattern potential.

【図5】ゲート酸化膜の電圧と電流との関係を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a voltage of a gate oxide film and a current.

【図6】処理時間とパタン電位との関係示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between processing time and pattern potential.

【図7】ゲート酸化膜の破壊率FIG. 7: Breakdown rate of gate oxide film

【図8】飽和イオン電流とパタン電位の関係FIG. 8: Relationship between saturated ion current and pattern potential

【図9】デューティー比とパタン電位の関係FIG. 9 is a relationship between duty ratio and pattern potential.

【図10】繰返し周波数ととパタン電位の関係FIG. 10: Relationship between repetition frequency and pattern potential

【図11】リーク抵抗とパタン電位の関係FIG. 11 shows the relationship between leak resistance and pattern potential.

【図12】電子の溝底到達率とパタン電位の関係FIG. 12 shows the relationship between the rate at which electrons reach the groove bottom and the pattern potential.

【図13】本発明の表面加工方法を実施するための装置
の他の実施例を示す全体構成図である。
FIG. 13 is an overall configuration diagram showing another embodiment of an apparatus for performing the surface processing method of the present invention.

【図14】本発明の表面加工方法を実施するための装置
のさらに他の実施例を示す全体構成図である。
FIG. 14 is an overall configuration diagram showing still another embodiment of the apparatus for performing the surface processing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…マイクロ波電源、102…導波管、103…導入窓、10
4,1303,1401…真空容器、105…磁石、106,1310,1407…
プラズマ、107,1307,1404…試料、108,1308…試料台、1
09,1309,1406…高周波電圧電源、1408…ガス導入管、11
0…電圧波形、201…レジスト,202…poly Si層,203…ゲ
ート酸化膜、204…素子分離酸化膜、205…基板Si、206
…電子、207…イオン、208…溝底、301…ライン間poly
Si、302…ライン間酸化膜、1302…電磁コイル、1304,14
03…rf電源、1305…上蓋、1402,1405…電極。
101 ... microwave power supply, 102 ... waveguide, 103 ... introduction window, 10
4,1303,1401… Vacuum container, 105… Magnet, 106,1310,1407…
Plasma, 107, 1307, 1404 ... sample, 108, 1308 ... sample stage, 1
09,1309,1406… High frequency voltage power supply, 1408… Gas inlet tube, 11
0: voltage waveform, 201: resist, 202: poly Si layer, 203: gate oxide film, 204: element isolation oxide film, 205: substrate Si, 206
… Electrons, 207… ions, 208… groove bottoms, 301… poly between lines
Si, 302: oxide film between lines, 1302: electromagnetic coil, 1304, 14
03 rf power supply, 1305 top cover, 1402, 1405 electrodes.

フロントページの続き (72)発明者 西森 康博 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 佐藤 孝 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内 (72)発明者 小藤 直行 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊沢 勝 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 後藤 康 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 吉岡 健 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 数見 秀之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 4G075 AA30 AA61 BC06 CA26 CA47 CA51 CA65 EC21 FB04 FB06 5F004 AA16 BA14 BA20 BB11 CA03 CA06 DA00 DA01 DA26 DA29 DB02 DB15 DB17 5F045 AA08 AA10 EH03 EH11 EH12 EH17 EH20 Continuing from the front page (72) Inventor Yasuhiro Nishimori 794, Higashi-Toyoi, Oji, Kudamatsu, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado Plant, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Naoyuki Koto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masaru Izawa 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi Central, Ltd. In the laboratory (72) Inventor Yasushi Goto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd.Central Research Laboratories (72) Inventor Hideyuki Kazumi 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. 4G075 AA30 AA61 BC06 CA26 CA47 CA51 CA65 EC21 FB04 FB06 5F004 AA16 BA14 BA20 BB 11 CA03 CA06 DA00 DA01 DA26 DA29 DB02 DB15 DB17 5F045 AA08 AA10 EH03 EH11 EH12 EH17 EH20

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空容器とその中にプラズマを発生させる
手段およびプラズマにより表面処理される試料を設置す
る試料台と試料に高周波電圧を印加するための高周波電
源からなる装置による試料表面に微細パタン形成するた
めの処理方法において、該パタンの帯電電圧が該パタン
が接続されているゲート酸化膜の絶縁破壊電圧に達する
前に前記高周波電源をオフし、該パタンの帯電が十分低
くなってから前記高周波電源をオンし、前記高周波電源
のオンオフを繰返して前記試料を処理することを特徴と
する表面処理方法。
A fine pattern is formed on the surface of a sample by an apparatus comprising a vacuum vessel, means for generating plasma therein, a sample stage on which a sample to be surface-treated by plasma is installed, and a high-frequency power supply for applying a high-frequency voltage to the sample. In the processing method for forming, the high-frequency power supply is turned off before the charging voltage of the pattern reaches the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film to which the pattern is connected, and after the charging of the pattern becomes sufficiently low, A surface treatment method comprising: turning on a high-frequency power supply; and repeating the on-off of the high-frequency power supply to process the sample.
【請求項2】請求項1において、微細パタンが定常状態
に帯電する前に高周波電源をオフして、該パタンの電位
が十分低くなってから高周波電源をオンすることを繰返
したことを特徴とする表面処理方法。
2. The method according to claim 1, wherein the high-frequency power supply is turned off before the fine pattern is charged in a steady state, and the high-frequency power supply is turned on after the potential of the pattern is sufficiently lowered. Surface treatment method.
【請求項3】請求項1、2において、高周波電源のオン
時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプラズマか
らのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cがゲート酸化
膜の絶縁破壊電圧以下になるように、設定したことを特
徴とする表面処理方法。
3. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power source, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma, wherein Ton x I / C is the gate oxide film. A surface treatment method characterized by being set so as to be equal to or lower than a dielectric breakdown voltage.
【請求項4】請求項1、2において、高周波電源のオン
時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプラズマか
らのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cがゲート酸化
膜の絶縁破壊電圧の50%以下になるように、設定した
ことを特徴とする表面処理方法。
4. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma, wherein Ton x I / C is A surface treatment method characterized by being set to be 50% or less of a dielectric breakdown voltage.
【請求項5】請求項1から4において、高周波電源のオ
フ時間Toffをオン時間Ton以上にしたことを特徴とする
表面処理方法。
5. The surface treatment method according to claim 1, wherein the off-time Toff of the high-frequency power supply is set to be longer than the on-time Ton.
【請求項6】請求項1から4において、高周波電源のオ
フ時間Toffをオン時間Tonの2倍以上にしたことを特徴
とする表面処理方法。
6. The surface treatment method according to claim 1, wherein the off time Toff of the high-frequency power supply is set to be at least twice the on time Ton.
【請求項7】請求項1から6において、高周波電源のオ
ン時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプラズマ
からのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cが6V以下
になるように、設定したことを特徴とする表面処理方
法。
7. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma, wherein Ton x I / C is 6 V or less. A surface treatment method characterized by setting as described above.
【請求項8】請求項1から6において、高周波電源のオ
ン時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプラズマ
からのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cが3V以下
になるように、設定したことを特徴とする表面処理方
法。
8. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma, wherein Ton x I / C is 3 V or less. A surface treatment method characterized by setting as described above.
【請求項9】請求項1から8において、プラズマからの
イオン電流密度Iを5mA/平方cm以下としたことを特徴と
する表面処理方法。
9. The surface treatment method according to claim 1, wherein the ion current density I from the plasma is set to 5 mA / cm 2 or less.
【請求項10】請求項1から8のプラズマを発生させる
手段の電力(W)とプラズマ発生空間の体積(cc)の割合を
0.1 W/cc以下としたことを特徴とする表面処理方法
10. A surface treatment method according to claim 1, wherein the ratio of the power (W) of the means for generating plasma to the volume (cc) of the plasma generation space is set to 0.1 W / cc or less.
【請求項11】請求項1から10においてプラズマを発
生するガスは塩素、BCl3、HClの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする表面処理方法。
11. A surface treatment method according to claim 1, wherein the gas generating plasma contains at least one of chlorine, BCl3, and HCl.
【請求項12】請求項1から10においてプラズマを発
生するガスは塩素と酸素あるいはHBrと酸素、あるいは
塩素とHBrと酸素の混合ガスであることを特徴とする表
面処理方法。
12. The surface treatment method according to claim 1, wherein the gas generating plasma is chlorine and oxygen, HBr and oxygen, or a mixed gas of chlorine, HBr and oxygen.
【請求項13】請求項1から12においてプラズマを発
生するガスに炭素をを含んだガスを添加したことを特徴
とする表面処理方法。
13. A surface treatment method according to claim 1, wherein a gas containing carbon is added to the gas for generating plasma.
【請求項14】請求項1から13において基板上の微細
パタンとシリコン基板との間の抵抗を4オーム平方メー
トル以下となるように微細パタンを設計したことを特徴
とする表面処理方法。
14. A surface treatment method according to claim 1, wherein the fine pattern is designed so that the resistance between the fine pattern on the substrate and the silicon substrate is 4 ohm square meter or less.
【請求項15】真空容器と、その中にプラズマを発生さ
せる手段およびプラズマにより表面処理される試料を設
置する試料台と、試料に高周波電圧を印加するための高
周波電源とからなる装置ににおいて、前記試料に形成さ
れる微細パタンの帯電電圧が該パタンが接続されている
ゲート酸化膜の絶縁破壊電圧に達する前に高周波電源を
オフし、該パタンの帯電が十分低くなってから高周波電
源をオンする制御手段を具備したことを特徴とする表面
処理装置。
15. An apparatus comprising a vacuum vessel, a means for generating plasma therein, a sample table on which a sample to be surface-treated by plasma is installed, and a high-frequency power supply for applying a high-frequency voltage to the sample. The high frequency power supply is turned off before the charging voltage of the fine pattern formed on the sample reaches the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film to which the pattern is connected, and the high frequency power supply is turned on after the charging of the pattern is sufficiently low. A surface treatment apparatus, comprising:
【請求項16】請求項15において、微細パタンが定常
状態に帯電する前に高周波電源をオフして、該パタンの
電位が十分低くなってから高周波電源をオンすることを
繰返したことを特徴とする表面処理装置。
16. A high frequency power supply according to claim 15, wherein the high frequency power supply is turned off before the fine pattern is charged to a steady state, and the high frequency power supply is turned on after the potential of the pattern becomes sufficiently low. Surface treatment equipment.
【請求項17】請求項15、16において、高周波電源
のオン時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプラ
ズマからのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cがゲー
ト酸化膜の絶縁破壊電圧以下になるように、設定したこ
とを特徴とする表面処理装置。
17. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma according to claim 15 or 16, wherein Ton x I / C is the gate oxide film thickness. A surface treatment apparatus characterized in that it is set so as to have a dielectric breakdown voltage or less.
【請求項18】請求項15、16において、高周波電源
のオン時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプラ
ズマからのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cがゲー
ト酸化膜の絶縁破壊電圧の50%以下になるように、設
定したことを特徴とする表面処理装置。
18. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma according to claim 15 or 16, wherein Ton x I / C is equal to that of the gate oxide film. A surface treatment apparatus characterized in that it is set so as to be 50% or less of a dielectric breakdown voltage.
【請求項19】請求項15から18において、高周波電
源のオフ時間Toffをオン時間Ton以上にしたことを特徴
とする表面処理装置。
19. The surface treatment apparatus according to claim 15, wherein the off-time Toff of the high-frequency power supply is set to be longer than the on-time Ton.
【請求項20】請求項15から18において、高周波電
源のオフ時間Toffをオン時間Tonの2倍以上にしたこと
を特徴とする表面処理装置。
20. The surface treatment apparatus according to claim 15, wherein the off-time Toff of the high-frequency power source is twice or more the on-time Ton.
【請求項21】請求項15から20において、高周波電
源のオン時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプ
ラズマからのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cが6
V以下になるように、設定したことを特徴とする表面処
理装置。
21. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma, wherein Ton x I / C is 6
V. The surface treatment apparatus is set to be V or less.
【請求項22】請求項15から20において、高周波電
源のオン時間Tonと微細パタンの下地絶縁膜の容量Cとプ
ラズマからのイオン電流密度Iの関係は、Ton x I/Cが3
V以下になるように、設定したことを特徴とする表面処
理装置。
22. The relationship between the on-time Ton of the high-frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma, wherein Ton x I / C is 3
V. The surface treatment apparatus is set to be V or less.
【請求項23】請求項15から22において、プラズマ
からのイオン電流密度Iを5mA/平方cm以下としたことを
特徴とする表面処理装置。
23. The surface treatment apparatus according to claim 15, wherein the ion current density I from the plasma is 5 mA / cm 2 or less.
【請求項24】請求項15から22のプラズマを発生さ
せる手段の電力(W)とプラズマ発生空間の体積(cc)の割
合を0.1W/cc以下としたことを特徴とする表面処理装
置。
24. A surface treatment apparatus according to claim 15, wherein the ratio of the power (W) of the means for generating plasma to the volume (cc) of the plasma generation space is 0.1 W / cc or less.
【請求項25】請求項15から24においてプラズマを
発生するガスは塩素、BCl3、HClの少なくとも一つを含
むことを特徴とする表面処理装置。
25. A surface treatment apparatus according to claim 15, wherein the gas generating plasma contains at least one of chlorine, BCl3, and HCl.
【請求項26】請求項15から24においてプラズマを
発生するガスは塩素と酸素あるいはHBrと酸素、あるい
は塩素とHBrと酸素の混合ガスであることを特徴とする
表面処理装置。
26. A surface treatment apparatus according to claim 15, wherein the gas generating plasma is chlorine and oxygen, HBr and oxygen, or a mixed gas of chlorine, HBr and oxygen.
【請求項27】請求項15から26においてプラズマを
発生するガスに炭素をを含んだガスを添加したことを特
徴とする表面処理装置。
27. A surface treatment apparatus according to claim 15, wherein a gas containing carbon is added to the gas for generating plasma.
【請求項28】請求項1記載の表面処理方法において、
前記微細パタンはラインとスペースの幅がそれぞれ1μ
m以下で、アスペクト比が1以上であることを特徴とす
る表面処理方法。
28. The surface treatment method according to claim 1,
The fine pattern has a line and space width of 1μ each.
m or less and an aspect ratio of 1 or more.
【請求項29】請求項15記載の表面処理方法におい
て、前記微細パタンはラインとスペースの幅がそれぞれ
1μm以下で、アスペクト比が1以上であることを特徴
とする表面処理方法。
29. The surface treatment method according to claim 15, wherein the fine pattern has a line and space width of 1 μm or less and an aspect ratio of 1 or more.
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US7364956B2 (en) 2005-07-26 2008-04-29 Hitachi High-Technologies Corporation Method for manufacturing semiconductor devices
JP2018085389A (en) * 2016-11-21 2018-05-31 東芝メモリ株式会社 Dry etching method and manufacturing method of semiconductor device

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