JP2001077085A - Sample surface treatment method - Google Patents

Sample surface treatment method

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JP2001077085A
JP2001077085A JP24964699A JP24964699A JP2001077085A JP 2001077085 A JP2001077085 A JP 2001077085A JP 24964699 A JP24964699 A JP 24964699A JP 24964699 A JP24964699 A JP 24964699A JP 2001077085 A JP2001077085 A JP 2001077085A
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Muneo Furuse
宗雄 古瀬
Makoto Nawata
誠 縄田
Katsuya Watanabe
克哉 渡辺
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子の高速化の要求に応えるために、有
機低誘電率材料にエッチング等の処理を施す際、効率良
く加工寸法が処理を行うために、(CH3)2O、(NH
2)COもしくはCH3NH2ガスでエッチング処理を
行う試料の表面処理方法を提供することにある。 【解決手段】プラズマエッチングによる微細パタンの加
工を行うための試料の表面処理装置であって、真空容器
104中に設けられ、表面処理される試料107を載置する試
料台108と、プラズマの生成用の処理ガスを前記真空容
器中に連続的に供給する処理ガス供給手段100と、前記
真空容器中にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記プラズマ生成とは独立に、バイアス電圧を前記試料
台に印可するバイアス電源からなる装置で、前記試料台
に載置された試料に対して、(CH3)2O、(NH2)C
OもしくはCH3NH2ガスでエッチング等の処理を効
率的に施す試料の表面処理方法。
(57) Abstract: To meet the demand for high-speed semiconductor devices, when performing processing such as etching on an organic low-dielectric-constant material, (CH3) 2 O , (NH
2) To provide a method for surface treatment of a sample in which etching treatment is performed with CO or CH3NH2 gas. A sample surface treatment apparatus for processing a fine pattern by plasma etching, comprising: a vacuum container;
A sample stage 108 for mounting a sample 107 to be subjected to surface treatment is provided in 104, processing gas supply means 100 for continuously supplying a processing gas for generating plasma into the vacuum container, Plasma generating means for generating plasma in the
Independently of the plasma generation, a device comprising a bias power supply for applying a bias voltage to the sample stage is used to apply (CH3) 2O, (NH2) C to the sample placed on the sample stage.
A surface treatment method for a sample in which a process such as etching is efficiently performed with O or CH3NH2 gas.

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】本発明は試料の表面処理方法
および装置にかかわり、特にプラズマを用いて有機低誘
電率膜のエッチングを行なうのに適した表面処理方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for surface treatment of a sample, and more particularly to a surface treatment method suitable for etching an organic low dielectric constant film using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、半導体素子の表面を処理する
手段として、半導体素子をプラズマ中でエッチングする
装置が知られている。ここでは、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する。磁場によ
り電子はサイクロトロン運動し、こ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。半導体素子等の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。また、プ
ラズマとなるプロセス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 Conventionally, as means for treating the surface of a semiconductor device, an apparatus for etching a semiconductor device in plasma has been known. Here, a conventional technique will be described using an apparatus called an ECR (Electron Cyclotron Resonance) method as an example. 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 a plasma can be generated efficiently by resonating this frequency with the frequency of the microwave. A high frequency voltage is applied to the sample to accelerate ions incident on the sample such as a semiconductor device. Further, a halogen gas such as chlorine or fluorine is used as a process gas to be plasma.

【0003】このような従来の装置において、主にエッ
チング加工を行う材料としてはレジスト、ポリシリコ
ン、Al等のメタルおよび酸化膜であった。しかし、半
導体素子の高速化に伴い、層間絶縁膜の代わりに有機低
誘電率膜を用いる例が増えている。有機低誘電率のエッ
チングに使用するガスとして、H2とN2の混合ガスが
これまで報告されている。
In such a conventional apparatus, a material mainly subjected to etching processing is a metal such as resist, polysilicon, and Al, and an oxide film. However, with an increase in the speed of a semiconductor device, an example of using an organic low dielectric constant film instead of an interlayer insulating film is increasing. A mixed gas of H2 and N2 has been reported as a gas used for etching with an organic low dielectric constant.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体素子
の微細化に伴い、配線や電極に相当するラインとスペー
スの加工寸法は0.5μm以下、好ましくは0.2μm以
下の領域に入っている。有機低誘電率膜をエッチングす
る際、このよう微細パタンの加工では、ラインが次第に
太くなり、パタンが設計寸法に加工できない問題が顕著
になる。さらに微細な溝内と比較的広い部分でのエッチ
ング速度の差に加えて、形状の差、いわゆる形状マイク
ロローディングが顕著になり、加工の障害となる。ま
た、有機低誘電率膜をエッチングする際に、エッチング
速度を向上させるため、高密度のプラズマを生成すると
いう方法を採用している例もあるが、配線およびホール
の側壁が削れる現象、いわゆるボウイングが発生した
り、溝底部にサブトレンチが発生するため後工程の障害
となる。
By the way, with the miniaturization of semiconductor elements, the processing dimensions of lines and spaces corresponding to wirings and electrodes are in the region of 0.5 μm or less, preferably 0.2 μm or less. When etching an organic low-dielectric-constant film, in processing such a fine pattern, the line becomes gradually thicker, and the problem that the pattern cannot be processed to design dimensions becomes significant. Further, in addition to the difference in etching rate between a fine groove and a relatively wide portion, a difference in shape, that is, a so-called shape microloading becomes remarkable, which hinders processing. In addition, when etching an organic low dielectric constant film, there is an example in which a method of generating high-density plasma is adopted in order to improve an etching rate. Or a sub-trench at the bottom of the groove, which hinders subsequent processes.

【0005】有機低誘電率膜のエッチングは新しい技術
であるが、エッチング装置は従来から絶縁膜のエッチン
グに使用している装置を転用する場合が多い。従来のエ
ッチング装置は、素子の最小加工寸法が1μm程度の時
代に発明されたもので、エッチングの材料も配線用のメ
タル材料、多結晶シリコン等の材料であった。特に、有
機低誘電率膜のエッチングは従来は行われておらず、エ
ッチングに使用するガス自体も、従来のエッチングに使
用していたガスとはまったく異なるガスを使用してい
る。また、有機低誘電率膜の加工では、エッチング特性
はマスク材として使用しているレジストとほぼ等しく、
選択比を大きくする事は困難である。その結果、プラズ
マの物理量とエッチング特性の関係の解析に基ずく、緻
密なプロセス条件の組立が必要であり、現在多くのメー
カーがここに多くの労力を費やしている。
Although the etching of an organic low dielectric constant film is a new technique, an etching apparatus which has been conventionally used for etching an insulating film is often diverted. The conventional etching apparatus was invented when the minimum processing size of the element was about 1 μm, and the etching material was also a metal material for wiring, a material such as polycrystalline silicon, or the like. In particular, the etching of the organic low dielectric constant film has not been conventionally performed, and the gas used for the etching itself is completely different from the gas used for the conventional etching. Also, in the processing of the organic low dielectric constant film, the etching characteristics are almost equal to the resist used as a mask material,
It is difficult to increase the selectivity. As a result, it is necessary to assemble precise process conditions based on the analysis of the relationship between the physical quantity of the plasma and the etching characteristics, and many manufacturers are currently spending much effort here.

【0006】本発明の目的は、有機低誘電率材料のエッ
チング等の処理を効率良く行うことができる試料の表面
処理方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for treating a surface of a sample, which can efficiently perform a process such as etching of an organic low dielectric constant material.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、有機低誘電率膜のエッチングプロセスにおいて、処
理室内にプラズマを生成するとともに、有機低誘電率膜
を(CH3)2O、(NH2)COもしくはCH3NH2の
ガスでエッチング等の処理を行うものである。
In order to achieve the above object, in the process of etching an organic low dielectric constant film, a plasma is generated in a processing chamber and the organic low dielectric constant film is formed by (CH3) 2O, (NH2) Processing such as etching is performed with CO or CH3NH2 gas.

【0008】これによって、有機低誘電率膜はエッチン
グ処理することによってCHN、H2O等の形に変化し
排気される。この(CH3)2O、(NH2)COもしくは
CH3NH2によるエッチングでは、エッチングガスに
Cを含むためボウイングやサブトレンチの発生を低減す
ることが出来る。
As a result, the organic low dielectric constant film is changed into the form of CHN, H 2 O, etc. by the etching treatment, and is exhausted. In this etching using (CH3) 2O, (NH2) CO or CH3NH2, the generation of bowing and subtrench can be reduced because the etching gas contains C.

【0009】本発明によれば、微細パタンの加工におい
て、(CH3)2O、(NH2)COもしくはCH3NH2
を有するプロセスガスでエッチング等の処理を行う際
に、Cを含むガスを使用することでボウイングやサブト
レンチの発生を低減することが出来る。これにより、エ
ッチング等の処理を行う試料全面のエッチング形状を均
一且に行うことが可能である。
According to the present invention, in processing a fine pattern, (CH3) 2O, (NH2) CO or CH3NH2
When a process such as etching is performed with a process gas having the above-mentioned characteristic, the use of a gas containing C can reduce the occurrence of bowing and sub-trench. This makes it possible to uniformly and uniformly form an etched shape on the entire surface of the sample on which processing such as etching is performed.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1に
より説明する。図1は、本発明を適用したプラズマエッ
チング装置の全体構成図である。マグネトロン101か
ら、自動整合器106と導波管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。
一方、真空容器104には、ガス導入手段100を介し
てハロゲンなどのエッチングガスが導入され、マイクロ
波の導入に伴いこのガスのプラズマが発生する。導入窓
103の材質は、石英、セラミックなどマイクロ波(電
磁波)を透過する物質である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied. Microwaves are introduced into the vacuum chamber 104 from the magnetron 101 via the automatic matching unit 106, the waveguide 102, and the introduction window 103.
On the other hand, an etching gas such as halogen is introduced into the vacuum vessel 104 via the gas introduction means 100, and plasma of this gas is generated with the introduction of the microwave. The material of the introduction window 103 is a material that transmits microwaves (electromagnetic waves) such as quartz and ceramic.

【0011】真空容器104の回りには、電磁石105
が設置されている。電磁石105による磁場強度は、マ
イクロ波の周波数と共鳴を起こすように設定されてい
る。たとえば、周波数が2.45GHzならば、磁場強
度は875Gaussである。
An electromagnet 105 is provided around the vacuum vessel 104.
Is installed. The magnetic field strength of the electromagnet 105 is set so as to cause resonance with the frequency of the microwave. For example, if the frequency is 2.45 GHz, the magnetic field strength is 875 Gauss.

【0012】この磁場強度で、プラズマ中の電子のサイ
クロトロン運動が電磁波の周波数と共鳴するために、効
率よくマイクロ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。
At this magnetic field strength, the cyclotron motion of the electrons in the plasma resonates with the frequency of the electromagnetic wave, so that microwave energy is efficiently supplied to the plasma,
High-density plasma can be generated.

【0013】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
電源であるrf(radio frequency)バイアス電源109
が、ハイパスフィルター111を介して試料台108に
接続されている。
The sample 107 is set on a sample stage 108. In order to accelerate ions incident on the sample, an rf (radio frequency) bias power supply 109 which is a high frequency power supply
Are connected to the sample stage 108 via a high-pass filter 111.

【0014】また、ローパスフィルター113を介して
直流電源112を接続し、試料台108に電圧を印加す
ることで、試料を試料台に静電力により保持する。
A DC power supply 112 is connected via a low-pass filter 113, and a voltage is applied to the sample stage 108, whereby the sample is held on the sample stage by electrostatic force.

【0015】図1において、生成するプラズマは(CH
3)2O、(NH2)COもしくはCH3NH2のうち、
少なくとも1種類のガスを含んでいる。その結果、エッ
チング等の処理を行う試料107の表面反応の係数を大
きくすることが可能となる。試料107において、(C
H3)2O、(NH2)COもしくはCH3NH2でエッ
チングされた部分の有機低誘電率膜は、CHNあるいは
H2O等に変化して真空排気される。その結果、試料の
エッチング形状を制御しながらエッチングを行うことが
出来る。
In FIG. 1, the generated plasma is (CH
3) Of 2O, (NH2) CO or CH3NH2,
It contains at least one gas. As a result, it is possible to increase the coefficient of the surface reaction of the sample 107 on which the processing such as etching is performed. In sample 107, (C
The portion of the organic low dielectric constant film etched by H3) 2O, (NH2) CO or CH3NH2 is changed to CHN, H2O, or the like and evacuated. As a result, etching can be performed while controlling the etching shape of the sample.

【0016】図2に、(CH3)2O、(NH2)COもし
くはCH3NH2ガスでエッチングした場合とそうでな
い場合の側壁形状の比較を示す。この図2は、ボウイン
グ形状の改善に関したものである。つまり、(CH3)2
O、(NH2)COもしくはCH3NH2ガスでエッチン
グを行った場合は、試料の側壁形状は良好でボウイング
等の形状不良は見られない。しかし、H2とN2の混合
ガスでエッチングを行った場合は、デポ性のガスを使用
していないので、試料の側壁形状がエッチングされるた
め、溝はボウイング形状となる。
FIG. 2 shows a comparison of side wall shapes when etching is performed with (CH3) 2O, (NH2) CO or CH3NH2 gas, and when etching is not performed. FIG. 2 relates to the improvement of the bowing shape. That is, (CH3) 2
When etching is performed with O, (NH2) CO or CH3NH2 gas, the side wall shape of the sample is good, and no shape defect such as bowing is observed. However, when etching is performed using a mixed gas of H 2 and N 2, since a gas having a depot property is not used, the side wall shape of the sample is etched, so that the groove has a bowing shape.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明によれば、有機低誘電率膜に効率
良くエッチング等の処理を施すことが可能となる半導体
素子の表面処理方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a method for treating a surface of a semiconductor device, which enables an organic low-dielectric-constant film to be efficiently subjected to a treatment such as etching.

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

【図1】本発明の一実施例であるエッチング装置の全体
構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明のエッチングにおけるエッチング形状図
である。
FIG. 2 is an etching shape diagram in the etching of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…ガス導入管、101…マイクロ波電源、102…導波
管、103…導入窓、104…真空容器、105…磁石、106…ス
タブチューナー、107…試料、108…試料台、109…高周
波電圧電源、111…マッチングボックス、112…直流電
源、113…ローハ゜スフィルタ、115…プラズマ、116…レジスト、
117…酸化膜、118…有機低誘電率膜。
100: gas introduction tube, 101: microwave power supply, 102: waveguide, 103: introduction window, 104: vacuum vessel, 105: magnet, 106: stub tuner, 107: sample, 108: sample stage, 109: high frequency voltage Power supply, 111 matching box, 112 DC power supply, 113 low-pass filter, 115 plasma, 116 resist
117: oxide film, 118: organic low dielectric constant film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 克哉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5F004 AA05 BA14 BB11 DA00 DB23 EB03  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Katsuya Watanabe 502 Kandachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki F-term in Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. F-term (reference) 5F004 AA05 BA14 BB11 DA00 DB23 EB03

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマ発生装置と、減圧可能なエッチン
グ処理室と、エッチング処理室にガスを供給するガス供
給装置と、プラズマ処理を施す試料を保持する試料台
と、試料台上に支持された試料に高周波を印加する装置
と、真空排気装置等からなるプラズマ処理装置を用いた
試料の表面処理方法において、有機低誘電率膜をエッチ
ングする際に、(CH3)2O、(NH2)COもしくはC
H3NH2のうち、少なくとも1種類以上のガスを使用
することを特徴とする試料の表面処理方法。
1. A plasma generator, an etching chamber capable of reducing pressure, a gas supply device for supplying a gas to the etching chamber, a sample table for holding a sample to be subjected to plasma processing, and a sample table supported on the sample table. In a sample surface treatment method using a device for applying a high frequency to a sample and a plasma treatment device including a vacuum evacuation device and the like, when etching an organic low dielectric constant film, (CH3) 2O, (NH2) CO or C
A method for treating a surface of a sample, wherein at least one kind of gas is used among H3NH2.
【請求項2】請求項1記載の表面処理方法において、前
記(CH3)2O、(NH2)COもしくはCH3NH2の
うち、少なくとも1種類以上のガスと他のガスを混合し
て、有機低誘電率膜にエッチング等の処理を行うことを
特徴とする試料の表面処理方法。
2. The organic low dielectric constant film according to claim 1, wherein at least one of (CH3) 2O, (NH2) CO and CH3NH2 is mixed with another gas. A surface treatment method for a sample, characterized by performing a treatment such as etching on the sample.
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