JP2001068456A - Reactive ion etching method - Google Patents

Reactive ion etching method

Info

Publication number
JP2001068456A
JP2001068456A JP24446299A JP24446299A JP2001068456A JP 2001068456 A JP2001068456 A JP 2001068456A JP 24446299 A JP24446299 A JP 24446299A JP 24446299 A JP24446299 A JP 24446299A JP 2001068456 A JP2001068456 A JP 2001068456A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
gas
etched
single crystal
crystal silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24446299A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Takiguchi
幸司 滝口
Masaaki Sato
政明 佐藤
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.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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 New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP24446299A priority Critical patent/JP2001068456A/en
Publication of JP2001068456A publication Critical patent/JP2001068456A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow stable and fast etching continuously by allowing a reactive product which suppresses disappearance of etching seed on the inside wall surface of a reactive device to stick to the inside wall surface. SOLUTION: A material 3 which is to be etched and a single crystal silicon substrate are carried into a load lock chamber 11. When a vacuum chamber 1 and the load lock chamber 11 reach a specified vacuum level, a gate valve 13 is opened. Then the single crystal silicon substrate in the load lock chamber 11 is transferred over a lower electrode 2 in the vacuum chamber 1, and the gate valve 13 is closed. Then a gas guiding valve 10 is opened for introducing an etching gas. After etching with HBr gas and O2 gas introduced, only the flow rate of O2 gas is reduced for etching. Thus, a substance produced at etching of the single crystal silicon substrate sticks to the inside wall surface of reactive device, and increases the amount of etching seed on the inside wall surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造工
程において、半導体基板、薄膜、配線材料等をマスクパ
ターンに従いエッチングする反応性イオンエッチング方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reactive ion etching method for etching a semiconductor substrate, a thin film, a wiring material and the like in accordance with a mask pattern in a manufacturing process of a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】反応性イオンエッチング方法は、被エッ
チング材料表面を反応性ガスと方向性をもったイオン衝
撃により、イオンの入射方向に異方性をもった加工を行
うドライエッチング方法である。例えば、ハロゲン元素
あるいはハロゲン元素を含む反応ガスを用いて、単結晶
シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、二酸
化シリコン、窒化シリコンなどのシリコンを含む材料
や、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデ
ン、銅、不純物として銅を添加したアルミニウムなどの
金属、ガリウム砒素、インジウムリン、タングステンシ
リサイド、チタンシリサイド等の金属化合物の異方性エ
ッチングが可能である。
2. Description of the Related Art The reactive ion etching method is a dry etching method in which the surface of a material to be etched is anisotropically processed in the direction of incidence of ions by a reactive gas and directional ion bombardment. For example, using a halogen element or a reaction gas containing a halogen element, as a material containing silicon such as single crystal silicon, polysilicon, amorphous silicon, silicon dioxide, silicon nitride, or aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, copper, or an impurity, Anisotropic etching of a metal such as aluminum to which copper is added or a metal compound such as gallium arsenide, indium phosphide, tungsten silicide, or titanium silicide is possible.

【0003】このような反応性イオンエッチング方法で
は、そのエッチング速度は反応に寄与するエッチング種
の濃度に依存する場合が多い。つまり、反応装置内のエ
ッチング種の濃度が高いほど、エッチング速度が速くな
る場合が多い。従ってエッチング速度を再現性良く制御
するためには、反応装置内のエッチング種の濃度を制御
する必要がある。
In such a reactive ion etching method, the etching rate often depends on the concentration of an etching species contributing to the reaction. That is, the higher the concentration of the etching species in the reactor, the higher the etching rate in many cases. Therefore, in order to control the etching rate with good reproducibility, it is necessary to control the concentration of the etching species in the reactor.

【0004】このエッチング種の濃度は、生成と消滅の
バランスによって変化する。エッチング種の生成は、電
子密度やその運動エネルギーの分布が律速しており、装
置内に導入する反応ガス圧や投入電力によって決まり、
制御性は非常に高い。一方、エッチング種の消滅は、エ
ッチングによる消費、真空ポンプによる排気の他、反応
装置の内壁面での再結合による消失が考えられ、この消
滅速度を制御することは非常に難しい。特に、反応装置
の内壁面での再結合による消失は、内壁面の状態の影響
を受けやすく、エッチングを行っている間にも変化す
る。そのため、エッチング種の消失速度が安定せず、エ
ッチング速度がばらつく原因となっていた。
[0004] The concentration of the etching species varies depending on the balance between generation and extinction. The generation of the etching species is determined by the distribution of electron density and its kinetic energy, and is determined by the reaction gas pressure and the input power introduced into the device.
Controllability is very high. On the other hand, the disappearance of the etching species may be caused by consumption by etching, evacuation by a vacuum pump, or disappearance by recombination on the inner wall surface of the reactor, and it is very difficult to control the disappearance rate. In particular, the disappearance due to recombination on the inner wall surface of the reactor is easily affected by the state of the inner wall surface, and changes during the etching. For this reason, the disappearance rate of the etching species is not stable, which causes a variation in the etching rate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従って、エッチング速
度がばらつく原因と考えられる、反応装置の内壁面での
再結合による消失速度の変化を抑えることができれば、
高速エッチングを安定的に実現することが可能となる。
本発明は、上記問題点を解消し、安定的に高速エッチン
グを行うことができる反応性イオンエッチング方法を提
供することを目的とする。
Therefore, if it is possible to suppress the change in the disappearance rate due to recombination on the inner wall of the reactor, which is considered to be the cause of the variation in the etching rate,
High-speed etching can be stably realized.
An object of the present invention is to provide a reactive ion etching method capable of solving the above problems and performing high-speed etching stably.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、反応装置内で反応ガスをプラズマ励起させ、
被エッチング材料のエッチングを行う反応性イオンエッ
チング方法において、該反応装置の内壁面でのエッチン
グ種の消失を抑えることができる反応生成物を該内壁面
に付着させ、ほぼ連続して被エッチング材料のエッチン
グを行うことを特徴とするものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a reaction gas is excited by plasma in a reaction apparatus.
In a reactive ion etching method for etching a material to be etched, a reaction product capable of suppressing the disappearance of etching species on the inner wall surface of the reaction device is attached to the inner wall surface, and the reaction product is substantially continuously etched. It is characterized by performing etching.

【0007】特に、被エッチング材料および前記シリコ
ンを含む材料が、単結晶シリコン、多結晶シリコンある
いはアモルファスシリコンのいずれかを用いることによ
り、高速でシリコンをエッチングすることができる。
In particular, silicon can be etched at a high speed by using any one of single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon as the material to be etched and the material containing silicon.

【0008】さらに、被エッチング材料およびシリコン
を含む材料が単結晶シリコン、多結晶シリコンあるいは
アモルファスシリコンのいずれかであるとき、HBr、
またはHBrとSiF4の混合ガスのいずれかと、O2
2O、N2O、NH3の少なくともいずれか1つとを含
む混合ガスでエッチングすることにより、側壁が垂直な
深い溝構造のエッチングを行うことができる。
Further, when the material to be etched and the material containing silicon are any of single crystal silicon, polycrystal silicon and amorphous silicon, HBr,
Alternatively, any one of a mixed gas of HBr and SiF 4 and O 2 ,
By etching with a mixed gas containing at least one of H 2 O, N 2 O, and NH 3 , it is possible to etch a deep groove structure in which a side wall is vertical.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は本発明に使用する反応装置の一例を
示す。図に示すように、グランドを兼ねたステンレスで
形成された真空チャンバー1内に、高周波電源14に接
続された下部電極2が配置され、エッチング時には、下
部電極2上に単結晶シリコン基板あるいは所望のパター
ンが形成された単結晶シリコン基板からなる被エッチン
グ材料3が載置される。下部電極2は、内部を冷媒が流
れる構造となっており、被エッチング材料3等の温度を
一定に保つことができる。また、被エッチング材料3等
と下部電極2との熱接触を改善するため、石英クランプ
(図示せず)で固定される。なお、下部電極表面は、カ
プトンテープ(デュポン社製)で覆われている。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an example of a reaction apparatus used in the present invention. As shown in the figure, a lower electrode 2 connected to a high-frequency power supply 14 is arranged in a vacuum chamber 1 formed of stainless steel also serving as a ground, and a single crystal silicon substrate or a desired An etching target material 3 made of a single crystal silicon substrate on which a pattern is formed is placed. The lower electrode 2 has a structure in which a coolant flows inside, and can keep the temperature of the material 3 to be etched or the like constant. In addition, in order to improve thermal contact between the material 3 to be etched and the lower electrode 2, it is fixed by a quartz clamp (not shown). The lower electrode surface is covered with Kapton tape (manufactured by DuPont).

【0010】石英ガラス4を介して形成されたマルチス
パイラルコイル5が上部電極を構成する。マルチスパイ
ラルコイル5は、高周波電源14が接続されており、1
3.56MHzの高周波が印加され、真空チャンバー1
内にプラズマを発生させることができる。また、真空チ
ャンバー1内にはステンレスで形成されたインナーチャ
ンバー6が挿入されている。このインナーチャンバー6
および石英ガラス4は、ヒーターによって30〜150
℃に加熱できる構造となっている。
The multi-spiral coil 5 formed through the quartz glass 4 forms an upper electrode. The multi-spiral coil 5 is connected to a high-frequency power supply 14,
A high frequency of 3.56 MHz is applied to the vacuum chamber 1
A plasma can be generated inside. An inner chamber 6 made of stainless steel is inserted into the vacuum chamber 1. This inner chamber 6
And the quartz glass 4 is heated to 30 to 150 by a heater.
It has a structure that can be heated to ℃.

【0011】真空チャンバー1内は、真空ポンプ7によ
って排気され、スロットバルブ8により、真空チャンバ
ー1内の圧力が一定に保たれる。反応ガスは、ガス導入
ユニット9内のマスフローコントローラーで流量調整さ
れたのち混合され、ガス導入バルブ10を通して真空チ
ャンバー1内に導入される。
The inside of the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump 7, and the pressure in the vacuum chamber 1 is kept constant by a slot valve 8. The reaction gas is mixed after being adjusted in flow rate by a mass flow controller in the gas introduction unit 9, and is introduced into the vacuum chamber 1 through the gas introduction valve 10.

【0012】被エッチング材料等の搬入、搬出時に、真
空チャンバー1内の真空度が劣化しないように、ロード
ロック室11が設けられており、搬送ロボット12が、
被エッチング材料等の搬入、搬出を行う。
A load lock chamber 11 is provided so that the degree of vacuum in the vacuum chamber 1 does not deteriorate when a material to be etched or the like is loaded or unloaded.
Carry in and out of the material to be etched and the like.

【0013】一方、所望のマスクパターンを形成した被
エッチング材料を用意する。一例として図2に示すよう
に、単結晶シリコン基板21上に、220オングストロ
ームの二酸化シリコン膜22、1500オングストロー
ムの窒化膜23、5000オングストロームの二酸化シ
リコン膜24を積層形成した後、通常のホトリソグラフ
法によってパターニングを行った。また、表面にマスク
パターンを形成していない、別の単結晶シリコン基板を
用意する。
On the other hand, a material to be etched on which a desired mask pattern is formed is prepared. As an example, as shown in FIG. 2, a 220 angstrom silicon dioxide film 22, a 1500 angstrom nitride film 23, and a 5000 angstrom silicon dioxide film 24 are laminated on a single crystal silicon substrate 21 and then formed by ordinary photolithography. Was performed to perform patterning. Further, another single crystal silicon substrate having no mask pattern formed on its surface is prepared.

【0014】エッチングは次のように行われる。まず、
図1に示した反応装置の真空チャンバー1内を真空ポン
プ7によって10-4Pa以下に排気する。ロードロック
室11内には、先に用意した被エッチング材料3と単結
晶シリコン基板(図示せず)が搬入されている。
The etching is performed as follows. First,
The inside of the vacuum chamber 1 of the reactor shown in FIG. 1 is evacuated to 10 −4 Pa or less by the vacuum pump 7. The material 3 to be etched and a single-crystal silicon substrate (not shown) previously prepared are carried into the load lock chamber 11.

【0015】真空チャンバー1内およびロードロック室
11が所定の真空度に達したところで、ゲートバルブ1
3を開き、ロードロック室11内の単結晶シリコン基板
を真空チャンバー1内の下部電極2上に搬入し、ゲート
バルブ13を閉じる。
When the inside of the vacuum chamber 1 and the load lock chamber 11 reach a predetermined degree of vacuum, the gate valve 1
3, the single crystal silicon substrate in the load lock chamber 11 is carried on the lower electrode 2 in the vacuum chamber 1, and the gate valve 13 is closed.

【0016】下部電極2は、熱交換器により一定温度、
例えば50℃に維持されている。ガス導入バルブ10を
開き、エッチングを行うためのガスを導入する。一例と
して、表面の自然酸化膜を除去するため、Cl2ガスを
70SCCM、真空チャンバー内の圧力を2Pa、上部
電極の印加電力を3.0W/cm2、下部電極の印加電
力を1.0W/cm2とし、10秒間のエッチングを行
う。その後、HBrガスを70SCCM、O2ガスを2
SCCMで導入し、真空チャンバー1内の圧力を3P
a、上部電極の印加電力を3.0W/cm2、下部電極
の印加電力を2.0W/cm2とし、1分間エッチング
を行った後、O2ガスの流量のみを1.5SCCMに変
えて6分間のエッチングを行った。
The lower electrode 2 is heated at a constant temperature by a heat exchanger.
For example, it is maintained at 50 ° C. The gas introduction valve 10 is opened, and a gas for performing etching is introduced. As an example, in order to remove the natural oxide film on the surface, Cl 2 gas is 70 SCCM, the pressure in the vacuum chamber is 2 Pa, the applied power of the upper electrode is 3.0 W / cm 2 , and the applied power of the lower electrode is 1.0 W / cm 2 and etching for 10 seconds. Thereafter, HBr gas was supplied at 70 SCCM and O 2 gas was supplied at 2 SCCM.
Introduced by SCCM, pressure in vacuum chamber 1 was 3P
a, Etching was performed for 1 minute with the applied power to the upper electrode being 3.0 W / cm 2 and the applied power to the lower electrode being 2.0 W / cm 2, and then only the flow rate of the O 2 gas was changed to 1.5 SCCM. Etching was performed for 6 minutes.

【0017】この単結晶シリコン基板のエッチングによ
って、反応装置内の内壁面にエッチング生成物が付着す
る。
As a result of the etching of the single crystal silicon substrate, an etching product adheres to the inner wall surface in the reactor.

【0018】次に、ゲートバルブ13を開き、真空チャ
ンバー1内の単結晶シリコン基板を下部電極2上から搬
出する。次に所望のマスクパターンを形成した被エッチ
ング材料3をロードロック室11から真空チャンバー1
内の下部電極2上に搬入し、ゲートバルブ13を閉じ
る。
Next, the gate valve 13 is opened, and the single crystal silicon substrate in the vacuum chamber 1 is carried out from above the lower electrode 2. Next, the material 3 to be etched on which a desired mask pattern is formed is transferred from the load lock chamber 11 to the vacuum chamber 1.
It is carried onto the lower electrode 2 in the inside, and the gate valve 13 is closed.

【0019】ガス導入バルブ10を開き、エッチングを
行うためのガスを導入する。一例として、表面の自然酸
化膜を除去するため、Cl2ガスを70SCCM、真空
チャンバー内の圧力を2Pa、上部電極の印加電力を
3.0W/cm2、下部電極の印加電力を1.0W/c
2とし、10秒間のエッチングを行う。その後、HB
rガスを70SCCM、O2ガスを2SCCMで導入
し、真空チャンバー1内の圧力を3Pa、上部電極の印
加電力を3.0W/cm2、下部電極の印加電力を2.
0W/cm2とし、1分間エッチングを行った後、O2
スの流量のみを1.5SCCMに変えて6分間のエッチ
ングを行った。
The gas introduction valve 10 is opened to introduce a gas for performing etching. As an example, in order to remove the natural oxide film on the surface, Cl 2 gas is 70 SCCM, the pressure in the vacuum chamber is 2 Pa, the applied power of the upper electrode is 3.0 W / cm 2 , and the applied power of the lower electrode is 1.0 W / c
m 2 and etching for 10 seconds. Then HB
The r gas was introduced at 70 SCCM and the O 2 gas at 2 SCCM, the pressure in the vacuum chamber 1 was 3 Pa, the power applied to the upper electrode was 3.0 W / cm 2 , and the power applied to the lower electrode was 2.
After performing etching for 1 minute at 0 W / cm 2 , etching was performed for 6 minutes while changing only the flow rate of the O 2 gas to 1.5 SCCM.

【0020】その結果、開口幅が0.8ミクロンのパタ
ーンで、5.2ミクロンの深さのエッチングを行うこと
ができた。比較のため、被エッチング材料のエッチング
の前に、単結晶シリコン基板のエッチングを行わずに、
同一のマスクパターンを形成した被エッチング材料を真
空チャンバー1内の下部電極2上に搬入し、エッチング
を行った。エッチング条件は上記同様とした。その結
果、エッチング深さが、4.1ミクロンとなり、エッチ
ング速度が低下していることが確認された。
As a result, a pattern having an opening width of 0.8 μm could be etched to a depth of 5.2 μm. For comparison, before etching the material to be etched, without etching the single crystal silicon substrate,
The material to be etched on which the same mask pattern was formed was carried onto the lower electrode 2 in the vacuum chamber 1 and was etched. The etching conditions were the same as above. As a result, the etching depth was 4.1 microns, and it was confirmed that the etching rate was reduced.

【0021】このようなエッチング速度の違いは、エッ
チング中のプラズマの発光スペクトルの分析からエッチ
ング種の濃度の差によることが確認された。即ち、単結
晶シリコン基板のエッチングを行わずに、被エッチング
材料のエッチングを行った際、臭素に由来する発光スペ
クトル(波長750.74nm)の発光強度が、37
3.5カウントであった。それに対し、単結晶シリコン
基板のエッチングを行った場合は、606.0カウント
に増加していた。
It was confirmed from the analysis of the emission spectrum of the plasma during the etching that the difference in the etching rate was caused by the difference in the concentration of the etching species. That is, when the material to be etched is etched without etching the single crystal silicon substrate, the emission intensity of the emission spectrum (wavelength: 750.74 nm) derived from bromine is 37.
It was 3.5 counts. On the other hand, when the single crystal silicon substrate was etched, the count increased to 606.0 counts.

【0022】以上のように本発明によれば、単結晶シリ
コン基板のエッチング時に生成する物質が、反応装置内
の内壁面に付着し、内壁面でのエッチング種の再結合係
数を小さくし、反応装置内のエッチング種の量を増加さ
せることができ、エッチング速度をはやくすることがで
きる。
As described above, according to the present invention, the substance generated during the etching of a single crystal silicon substrate adheres to the inner wall surface of the reactor, reduces the recombination coefficient of the etching species on the inner wall surface, The amount of etching species in the apparatus can be increased, and the etching rate can be increased.

【0023】このエッチング種の再結合係数を小さくす
るためのエッチングは、被エッチング材料のエッチング
を行う度に行う必要はない。上記条件では、1度単結晶
シリコン基板のエッチングを行った後、被エッチング材
料を25枚連続してエッチングを行ったが、エッチング
形状やエッチング速度に大きな変化は見られないことが
確認された。しかし、被エッチング材料のエッチングに
よって、装置の内壁面に付着した物質が、エッチングさ
れる場合は、適宜エッチング種の再結合係数を小さくす
るためのエッチングを行う必要がある。また、装置内の
真空を破った際には、装置内のクリーニングを行い、エ
ッチング種の再結合係数を小さくするためのエッチング
を行うのが好ましい。
The etching for reducing the recombination coefficient of the etching species does not need to be performed every time the material to be etched is etched. Under the above conditions, after etching the single-crystal silicon substrate once, etching was continuously performed on 25 materials to be etched, but it was confirmed that no significant change was observed in the etching shape and the etching rate. However, when a substance adhering to the inner wall surface of the device is etched by the etching of the material to be etched, it is necessary to perform etching for appropriately reducing the recombination coefficient of the etching species. Further, when the vacuum in the apparatus is broken, it is preferable to clean the inside of the apparatus and perform etching for reducing the recombination coefficient of the etching species.

【0024】以上エッチングガスとしてHBrを用いた
場合を説明したが、反応装置内の内壁面に、エッチング
種の再結合係数を小さくする物質を付着させることがで
きれば、エッチング条件は、種々変更することが可能で
ある。エッチングガスを変更する場合であれば、HBr
ガスの代わりにHBrガスとSiF4ガスを用いても良
い。例えば、図1に示す真空チャンバー1内およびロー
ドロック室11が所定の真空度に達したところで、ゲー
トバルブ13を開き、ロードロック室11内の単結晶シ
リコン基板を真空チャンバー1内の下部電極2上に搬入
し、ゲートバルブ13を閉じる。
The case where HBr is used as the etching gas has been described above. However, if a substance capable of reducing the recombination coefficient of the etching species can be attached to the inner wall surface of the reactor, the etching conditions may be variously changed. Is possible. To change the etching gas, use HBr
HBr gas and SiF 4 gas may be used in place of the gas. For example, when the inside of the vacuum chamber 1 and the load lock chamber 11 shown in FIG. 1 reach a predetermined degree of vacuum, the gate valve 13 is opened, and the single crystal silicon substrate in the load lock chamber 11 is moved to the lower electrode 2 in the vacuum chamber 1. The gate valve 13 is closed.

【0025】下部電極2は、熱交換器により一定温度、
例えば50℃に維持されている。ガス導入バルブ10を
開き、自然酸化膜を除去するエッチングを行った後、被
エッチング材料のエッチングを行うためのガスを導入す
る。一例として、HBrガスを50SCCM、SiF4
ガスを4.5SCCN、O2ガスを3.7SCCMで導
入し、真空チャンバー1内の圧力を3Pa、上部電極の
印加電力を3.0W/cm2、下部電極の印加電力を
0.5W/cm2とし、1分間エッチングを行った後、
2ガスの流量のみを3.0SCCMに変えて6分15
秒間のエッチングを行った。
The lower electrode 2 is heated at a constant temperature by a heat exchanger.
For example, it is maintained at 50 ° C. After the gas introduction valve 10 is opened to perform etching for removing the natural oxide film, a gas for etching the material to be etched is introduced. As an example, HBr gas is 50 SCCM, SiF 4
Gas was introduced at 4.5 SCCN and O 2 gas was introduced at 3.7 SCCM, the pressure in the vacuum chamber 1 was 3 Pa, the applied power to the upper electrode was 3.0 W / cm 2 , and the applied power to the lower electrode was 0.5 W / cm. 2 and after etching for 1 minute,
6 minutes 15 by changing only the flow rate of O 2 gas to 3.0 SCCM
Etching for 2 seconds was performed.

【0026】次に、ゲートバルブ13を開き、真空チャ
ンバー1内の単結晶シリコン基板を下部電極2上から搬
出する。次に所望のマスクパターンを形成した被エッチ
ング材料をロードロック室11から真空チャンバー1内
の下部電極2上に搬入し、ゲートバルブ13を閉じる。
Next, the gate valve 13 is opened, and the single crystal silicon substrate in the vacuum chamber 1 is carried out from above the lower electrode 2. Next, the material to be etched having the desired mask pattern formed thereon is carried from the load lock chamber 11 onto the lower electrode 2 in the vacuum chamber 1 and the gate valve 13 is closed.

【0027】ガス導入バルブ10を開き、自然酸化膜を
除去するエッチングを行った後、被エッチング材料のエ
ッチングを行うためのガスを導入する。一例として、H
Brガスを50SCCM、SiF4ガスを4.5SCC
M、O2ガスを3.7SCCMで導入し、真空チャンバ
ー1内の圧力を3Pa、上部電極の印加電力を3.0W
/cm2、下部電極の印加電力を0.5W/cm2とし、
1分間エッチングを行った後、O2ガスの流量のみを
3.0SCCMに変えて6分15秒間のエッチングを行
った。
After the gas introduction valve 10 is opened to perform etching for removing the natural oxide film, a gas for etching the material to be etched is introduced. As an example, H
50 SCCM of Br gas and 4.5 SCC of SiF 4 gas
M, O 2 gas was introduced at 3.7 SCCM, the pressure in the vacuum chamber 1 was 3 Pa, and the power applied to the upper electrode was 3.0 W.
/ Cm 2 , the power applied to the lower electrode is 0.5 W / cm 2 ,
After etching for 1 minute, the etching was performed for 6 minutes and 15 seconds while changing only the flow rate of the O 2 gas to 3.0 SCCM.

【0028】その結果、開口幅が0.8ミクロンのパタ
ーンで、5.5ミクロンの深さのエッチングを行うこと
ができた。比較のため、単結晶シリコン基板のエッチン
グを行わずに、同一のマスクパターンを形成した被エッ
チング材料を真空チャンバー1内の下部電極2上に搬入
し、エッチングを行った。エッチング条件は上記同様と
し、HBrガスを50SCCM、SiF4ガスを4.5
SCCM、O2ガスを3.7SCCMで導入し、真空チ
ャンバー1内の圧力を3Pa、上部電極の印加電力を
3.0W/cm2、下部電極の印加電力を0.5W/c
2とし、1分間エッチングを行った後、O2ガスの流量
のみを3.0SCCMに変えて6分15秒間のエッチン
グを行った。その結果、深さが4.1ミクロンとなっ
た。
As a result, a pattern having an opening width of 0.8 μm can be etched to a depth of 5.5 μm. For comparison, without etching the single crystal silicon substrate, the material to be etched having the same mask pattern was carried on the lower electrode 2 in the vacuum chamber 1 and etched. The etching conditions were the same as above, HBr gas was 50 SCCM, and SiF 4 gas was 4.5.
SCCM and O 2 gas were introduced at 3.7 SCCM, the pressure in the vacuum chamber 1 was 3 Pa, the applied power to the upper electrode was 3.0 W / cm 2 , and the applied power to the lower electrode was 0.5 W / c.
After performing etching for 1 minute at m 2 , etching was performed for 6 minutes and 15 seconds while changing only the flow rate of the O 2 gas to 3.0 SCCM. As a result, the depth became 4.1 microns.

【0029】このように、エッチングガスの種類を変え
た場合でも、被エッチング材料のエッチング前に、単結
晶シリコン基板をエッチングすることにより、エッチン
グ速度を大きくすることができた。エッチング種の増加
を確認するため、被エッチング材料のエッチング中のプ
ラズマの発光スペクトルの分析をおこなった。図3に
は、エッチング種である臭素プラズマに由来する発光ス
ペクトル(波長750.74nm)の発光強度を、単結
晶シリコン基板のエッチングの時間を変えて測定した結
果と、1分当たりのエッチング深さの算出結果を示す。
図に示すように、単結晶シリコン基板のエッチングを行
わない場合と比較して、単結晶シリコン基板のエッチン
グを行うと、発光強度が増加し、同時に1分当たりのエ
ッチング深さも増加していることがわかる。
As described above, even when the kind of the etching gas is changed, the etching rate can be increased by etching the single crystal silicon substrate before etching the material to be etched. In order to confirm the increase in etching species, the emission spectrum of plasma during the etching of the material to be etched was analyzed. FIG. 3 shows the results of measuring the emission intensity of the emission spectrum (wavelength 750.74 nm) derived from bromine plasma as an etching species while changing the etching time of the single crystal silicon substrate, and the etching depth per minute. The calculation results of are shown.
As shown in the figure, when the single crystal silicon substrate is etched, the light emission intensity increases and the etching depth per minute also increases when the single crystal silicon substrate is etched. I understand.

【0030】なお、図3に示す結果は、HBrガスを5
0SCCM、SiF4ガスを4.5SCCM、O2ガスを
3.7SCCMで導入し、真空チャンバー1内の圧力を
3Pa、上部電極の印加電力を3.0W/cm2、下部
電極の印加電力を0.5W/cm2とし、1分間エッチ
ングを行った後、所定の時間、O2ガスの流量のみを
3.0SCCMに変えてエッチングを行った結果を示
す。即ち、エッチング時間5分の場合は、O2ガスの流
量が3.7SCCMの条件で1分間エッチングした後、
酸素ガスの流量のみ3.0SCCMに変えて4分間エッ
チングした深さを測定し、1分当たりのエッチング深さ
の換算結果を示している。ここで、O2ガスの流量を変
えることでエッチング速度が大きく変化しないことは、
確認されている。
The results shown in FIG. 3 indicate that the HBr gas
0 SCCM, 4.5 SCCM of SiF 4 gas and 3.7 SCCM of O 2 gas were introduced, the pressure in the vacuum chamber 1 was 3 Pa, the power applied to the upper electrode was 3.0 W / cm 2 , and the power applied to the lower electrode was 0. The results of etching performed at a power of 0.5 W / cm 2 for one minute and then changing the flow rate of the O 2 gas only to 3.0 SCCM for a predetermined time are shown. That is, when the etching time is 5 minutes, the etching is performed for 1 minute under the condition that the flow rate of the O 2 gas is 3.7 SCCM.
The etching depth was measured for 4 minutes while changing only the flow rate of the oxygen gas to 3.0 SCCM, and the result of conversion of the etching depth per minute is shown. Here, the fact that the etching rate does not significantly change by changing the flow rate of the O 2 gas is as follows.
Has been confirmed.

【0031】なお上記実施の形態は、エッチングガスと
していずれも、O2ガスを添加しているが、これは、深
い溝のエッチングを行う際、溝の側壁部の異常エッチン
グを防止するため添加しているもので、単結晶シリコン
基板のエッチングの際には必ずしも必要でない。
In the above-described embodiment, the O 2 gas is added as an etching gas. However, this is added to prevent abnormal etching of the side wall of the groove when etching a deep groove. This is not always necessary when etching a single crystal silicon substrate.

【0032】しかし、トレンチ構造等アスペクト比の大
きい溝を形成するためのエッチングでは、サイドエッチ
ング等の発生を防ぐため、O2ガスのほか、側壁保護膜
の成長を促進するガス、具体的にはH2O、N2、N
2O、NH3の少なくともいずれか一種類を添加するのが
好ましい。これらのガスを添加しても、本発明の効果を
損なうことがないことはいうまでもない。
However, in the etching for forming a trench having a large aspect ratio such as a trench structure, in order to prevent the occurrence of side etching or the like, in addition to the O 2 gas, a gas for promoting the growth of the sidewall protective film, specifically, a gas for promoting the growth. H 2 O, N 2 , N
It is preferable to add at least one of 2 O and NH 3 . Needless to say, the addition of these gases does not impair the effects of the present invention.

【0033】また、上記エッチングガスの他、Cl2
ス、HClガス、BBr3ガス、BCl3ガス、SiCl
4ガスを少なくとも一種類含むガスを用いても、同様の
効果を得ることができる。
In addition to the above-mentioned etching gas, Cl 2 gas, HCl gas, BBr 3 gas, BCl 3 gas, SiCl
The same effect can be obtained by using a gas containing at least one of the four gases.

【0034】さらに単結晶シリコン基板の代わりに、ア
モルファスシリコン、多結晶シリコンの膜を使用する場
合も同様の効果を得ることができ、少なくともシリコン
を含む材料であればよい。
Further, the same effect can be obtained when an amorphous silicon or polycrystalline silicon film is used instead of a single crystal silicon substrate, as long as the material contains at least silicon.

【0035】また、被エッチング材料として単結晶シリ
コン基板に限定されることはなく、他の半導体材料や金
属、例えば多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン
膜、アルミニウム膜、シリコンや銅などを含むアルミニ
ウム合金膜、銅膜、タングステン膜、窒化タングステン
膜、モリブデン膜、チタン膜、窒化チタン膜、タングス
テンチタン膜、タングステンシリサイド膜、チタンシリ
サイド膜、シリコンカーバイド、ガリウム砒素、インジ
ウムリン等の化合物半導体膜あるいは基板等においても
同様な効果を得ることができる。
The material to be etched is not limited to a single crystal silicon substrate, but may be other semiconductor materials or metals, for example, a polycrystalline silicon film, an amorphous silicon film, an aluminum film, or an aluminum alloy film containing silicon or copper. , Copper film, tungsten film, tungsten nitride film, molybdenum film, titanium film, titanium nitride film, tungsten titanium film, tungsten silicide film, titanium silicide film, compound semiconductor film such as silicon carbide, gallium arsenide, indium phosphide, etc. Can obtain the same effect.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
エッチング材料のエッチング工程前に、シリコンを含む
材料をエッチングすることにより、高エッチング速度の
エッチングを実現することができる。
As described above, according to the present invention, etching at a high etching rate can be realized by etching a material containing silicon before the step of etching the material to be etched.

【0037】本発明では、エッチングガスに側壁保護膜
の成長を促進する反応ガスを加えても、高エッチング速
度のエッチングを行うことができ、形状コントロールも
同時に行うことができるという利点がある。
The present invention has the advantage that the etching can be performed at a high etching rate and the shape can be controlled at the same time even if a reaction gas for promoting the growth of the sidewall protective film is added to the etching gas.

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

【図1】本発明の実施の形態に使用する反応装置を説明
する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a reaction apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に使用する被エッチング材
料を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a material to be etched used in an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態を説明する表である。FIG. 3 is a table illustrating an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空チャンバー 2 下部電極 3 被エッチング材料 4 石英ガラス 5 マルチスパイラルコイル 6 インナーチャンバー 7 真空ポンプ 8 スロットバルブ 9 ガス導入ユニット 10 ガス導入バルブ 11 ロードロック室 12 搬送ロボット 13 ゲートバルブ 14 高周波電源 21 単結晶シリコン基板 22 二酸化シリコン膜 23 窒化膜 24 二酸化シリコン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Lower electrode 3 Material to be etched 4 Quartz glass 5 Multi spiral coil 6 Inner chamber 7 Vacuum pump 8 Slot valve 9 Gas introduction unit 10 Gas introduction valve 11 Load lock chamber 12 Transfer robot 13 Gate valve 14 High frequency power supply 21 Single crystal Silicon substrate 22 silicon dioxide film 23 nitride film 24 silicon dioxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K057 DA12 DB06 DC10 DD03 DE11 DE20 DM02 DN01 5F004 AA01 AA03 BA20 BB11 BB13 BB18 BB21 BC08 DA01 DA04 DA26 DB00 DB01 DB02 EA06 EA07 EB04 EB05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K057 DA12 DB06 DC10 DD03 DE11 DE20 DM02 DN01 5F004 AA01 AA03 BA20 BB11 BB13 BB18 BB21 BC08 DA01 DA04 DA26 DB00 DB01 DB02 EA06 EA07 EB04 EB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応装置内で反応ガスをプラズマ励起さ
せ、被エッチング材料のエッチングを行う反応性イオン
エッチング方法において、 前記反応装置内でシリコンを含む材料のエッチングを行
い、該反応装置の内壁面でのエッチング種の消失を抑え
ることができる反応生成物を該内壁面に付着させ、ほぼ
連続して被エッチング材料のエッチングを行うことを特
徴とする反応性イオンエッチング方法。
1. A reactive ion etching method in which a reaction gas is plasma-excited in a reactor to etch a material to be etched, wherein a material containing silicon is etched in the reactor, and an inner wall surface of the reactor is etched. A reactive ion etching method, characterized in that a reaction product capable of suppressing the disappearance of an etching species in the above step is attached to the inner wall surface, and the material to be etched is etched substantially continuously.
【請求項2】 請求項1記載の反応性イオンエッチング
方法において、前記被エッチング材料および前記シリコ
ンを含む材料が、単結晶シリコン、多結晶シリコンある
いはアモルファスシリコンのいずれかであることを特徴
とする反応性イオンエッチング方法。
2. The reactive ion etching method according to claim 1, wherein the material to be etched and the material containing silicon are any of single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon. Ionic etching method.
【請求項3】 請求項2記載の反応性イオンエッチング
方法において、前記エッチング材料および前記シリコン
を含む材料を、HBr、またはHBr、SiF4の混合
ガスのいずれかと、O2、H2O、N2O、NH3の少なく
ともいずれか1つとを含む混合ガスでエッチングするこ
とを特徴とする反応性イオンエッチング方法。
3. The reactive ion etching method according to claim 2, wherein said etching material and said silicon-containing material are mixed with HBr or a mixed gas of HBr and SiF 4 with O 2 , H 2 O, N A reactive ion etching method characterized by etching with a mixed gas containing at least one of 2 O and NH 3 .
JP24446299A 1999-08-31 1999-08-31 Reactive ion etching method Pending JP2001068456A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24446299A JP2001068456A (en) 1999-08-31 1999-08-31 Reactive ion etching method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24446299A JP2001068456A (en) 1999-08-31 1999-08-31 Reactive ion etching method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001068456A true JP2001068456A (en) 2001-03-16

Family

ID=17119014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24446299A Pending JP2001068456A (en) 1999-08-31 1999-08-31 Reactive ion etching method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001068456A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016189409A (en) * 2015-03-30 2016-11-04 東京エレクトロン株式会社 Method for forming thin film

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016189409A (en) * 2015-03-30 2016-11-04 東京エレクトロン株式会社 Method for forming thin film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210010160A1 (en) Method and apparatus for precleaning a substrate surface prior to epitaxial growth
US9240315B1 (en) CVD oxide surface pre-conditioning by inductively coupled O2 plasma
JP3084497B2 (en) Method for etching SiO2 film
JP2669460B2 (en) Etching method
JPH08264510A (en) Method and device for etching silicon nitride film
JP4673063B2 (en) Plasma processing equipment
US5413954A (en) Method of making a silicon-based device comprising surface plasma cleaning
JPH08301612A (en) Prevention of oxidation of silicon surface, formation of silicide layer on silicon surface and formation of oxidized layer on vertical surface of overhead-type semiconductor structure
US11814726B2 (en) Dry etching method or dry cleaning method
JPH04237124A (en) Dry-etching method
KR100747671B1 (en) Dry etching method and method of manufacturing semiconductor apparatus
JPH0629311A (en) Manufacture of semiconductor device
US6756314B2 (en) Method for etching a hard mask layer and a metal layer
US20100184297A1 (en) Method for protecting semiconductor wafer and process for producing semiconductor device
JP2645215B2 (en) Thin film forming equipment
US20010001074A1 (en) Controllable oxidation technique for high quality ultra-thin gate oxide
JP3974356B2 (en) Etching method of SiGe film
JP2001068456A (en) Reactive ion etching method
JPH09232281A (en) Dry-etching treatment method
KR900004266B1 (en) Method and apparatus for dry etching of silicon nitrode film
Vallon et al. Polysilicon-germanium gate patterning studies in a high density plasma helicon source
JPH06349788A (en) Etching method
JPH053178A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH04298035A (en) Plasma etching method
JPH08213368A (en) Etching method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050512

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070109

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070619