JP2004335523A - Method for etching and rie system - Google Patents

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etching
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plasma
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Toshiaki Okamoto
俊昭 岡本
Takemoto Yamauchi
健資 山内
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for etching that is improved in selectivity and productivity, and to provide an RIE system. <P>SOLUTION: The method for etching includes a step of placing a substrate 2 to be treated in a chamber 1, a step of introducing a gas containing a fluorocarbon gas into the chamber 1, and a sep of generating plasma 9 in the chamber 1 by simultaneously or alternately impressing a first high frequency and a second high frequency higher than the first high frequency. The method also includes a step of etching the substrate 2 with the plasma 9. The C/F ratio of the fluorocarbon gas is adjusted to ≥0.65. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造工程等に用いられるエッチング方法、装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体のエッチング工程において、プラズマを用いて処理を行うRIE(Reactive Ion Etching)装置が広く用いられている。図3に容量結合型RIE装置を示す。これは、真空チャンバー11中にウエハ12を載置、エッチングガスを導入し、RF電源15より入力された高周波(一般的には13.56MHzのRF)を下部電極14より印加することによりプラズマ19を発生させ、ウエハをエッチング処理するものである。
【0003】
このようなRIE装置において、ウエハ上に形成されたSiO膜は、一般にCF等のフッ化炭素系のガスを用いてエッチング処理される。通常、マスク材であるレジストとの選択比(SiO膜のエッチングレート/レジストのエッチングレート)は3〜4であり、エッチングするSiO膜厚が厚くなると、それに伴い、レジストもある程度厚く形成しておく必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
半導体素子の微細化に伴い、露光工程における解像度の問題から、SiO膜厚に応じてレジストを厚く形成することが困難となり、レジストとの選択比の向上が強く要求されるようになった。そこで、エッチングガスの最適化を図ったところ、選択比がエッチングガスのC/F比に依存し、0.65以上のとき、レジストとの選択比が7〜10と向上することがわかった。しかしながら、その一方でエッチングレートが低くなり、生産性が大きく低下してしまうという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、従来のエッチング方法、装置における欠点を取り除き、選択性、生産性の高いエッチング方法、RIE装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のエッチング方法は、チャンバー内に被処理基板を載置する工程と、このチャンバー内に、炭化フッ素ガスを含むガスを導入する工程と、チャンバー内に、第1の周波数の高周波と、より周波数の高い第2の周波数の高周波を同時に或いは交互に印加して、プラズマを生成する工程と、このプラズマにより、被処理基板をエッチングする工程を備え、炭化フッ素ガスのC/F比が0.65以上であることを特徴とするものである。
【0007】
また、本発明のエッチング方法においては、さらにチャンバー内に30〜60ガウスの磁場を印加することを特徴としている。
【0008】
そして、本発明のエッチング方法においては、さらにチャンバー内に磁場を印加するとともに、第2の周波数の高周波の周波数を低周波側に変動させて印加することを特徴としている。
【0009】
また、本発明のRIE装置は、チャンバーと、このチャンバー内に炭素及びフッ素を含むガスを導入する手段と、チャンバー内に、第1の周波数の高周波と、より高周波の第2の周波数の高周波を同時に或いは交互に印加する下部電極と、この下部電極上に設置され、基板を載置するステージを備えることを特徴とするものである。
【0010】
そして、本発明のRIE装置は、容量結合型RIE装置であることを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【0012】
図1に本実施形態に用いられる容量結合型マグネトロンRIE装置を示す。プラズマを発生させる真空チャンバー1中に、絶縁体からなり、ウエハ(被処理基板)2を載置するステージ3と、その下部に下部電極4が設置されている。そして、それぞれ数MHz、数十MHzの高周波(以下RFとする)を印加するRF電源(L)5、RF電源(H)6と、これらRF電源側とチャンバー側のインピーダンスを整合させるためのマッチングボックス7が、下部電極4と接続されている。さらに、チャンバー1上部には、磁場を印加するためのマグネトロン8が設置されている。
【0013】
このようなRIE装置は、以下のように用いられる。まず、チャンバー1中のステージ3上に、SiO膜上にレジストマスクの形成されたウエハ2を設置し、減圧後Cガス(C/F比0.65以上)を含む混合ガスを導入する。一方、RF電源(L)5、RF電源(H)6の双方より入力されるRF(L)、RF(L)より高周波のRF(H)は、マッチングボックス7によりインピーダンス整合され、下部電極4より印加されて、プラズマ9を発生する。このとき、必要に応じてマグネトロン8により所定の磁場が印加される。そしてステージ3上に載置されたウエハ2は、プラズマ中のイオン、及びラジカルと反応してエッチングが進行する。
【0014】
SiO膜のエッチングは、表面に付着したプラズマ中のCラジカルに、生成されたイオンが衝突することにより進行すると考えられる。一方、レジストのエッチングは、プラズマ中のイオンやFラジカルにより進行し、さらにイオン衝突によりスパッタリングも同時に発生すると考えられる。このため、イオンやFラジカルが多く発生すると、レジストに対するSiO膜の選択比が低くなってしまう。
【0015】
そこで、炭化フッ素ガス中のC/F比を大きくして、Cラジカル密度を増大させ、高いレートでレジスト表面にCを堆積させることにより、対レジスト選択比を向上することができる。しかしながら、同時にSiO膜上にも過剰にCが付着するため、SiO膜のエッチングが進行しなくなる(エッチストップ)という状況が発生する。
【0016】
そのため、さらにSiO膜のエッチングを進行させるには、イオンをウエハに引き込むエネルギー(以下イオンエネルギー)をより高くして、Cラジカルが付着したSiO膜に衝突させる必要がある。例えば、アスペクト比の高いホールをエッチングする場合、表面に比べて底部では付着するCが少なくなっている。そこで、高エネルギーのイオンを衝突させると、Cラジカル付着量が多い表面(レジスト)は、付着量が少ない底部(SiO膜)と比較してエッチングの進行が抑制されることになり、エッチング選択比を向上させることができる。
【0017】
このように、エッチング選択比とエッチングレートの向上には、イオンやFラジカル密度を抑え、かつCラジカル密度を増大させるとともに、イオンエネルギーを増大させる必要がある。
【0018】
RFにより生成されたプラズマのイオン密度、ラジカル密度は、印加したRFの電力増加に比例して増大する。また、イオンエネルギーも同様に増大する。従って、上述のように、イオンやFラジカル密度を抑え、かつイオンエネルギーを増大させるには、各々を独立して制御する必要があるが、RF(H)によりイオン密度、ラジカル密度を、RF(L)によりイオンエネルギーをそれぞれ制御することが可能となる。
【0019】
その結果、対レジスト選択比は8以上となり、SiO膜のエッチングレートは450nm/min以上を得ることができる。
【0020】
尚、プラズマのイオン、ラジカル密度、イオンエネルギーを制御できるRIE装置には、本実施形態において用いた容量結合型RIE装置の他、ECR(Electron cyclotron resonance)プラズマ装置、ICP(Inductively Coupled Plasma)装置、SWP(Surface Wave Plasma)装置などが挙げられるが、容量結合型RIE装置と比較してイオン密度、ラジカル密度が高い。
【0021】
本実施形態において、RF(H)、RF(L)は、ステージ3の下部電極4より印加されたが、1つ若しくは複数のRFをチャンバー上部に設置される上部電極より印加しても良い。また、RF(H)を数十MHz、RF(L)を数MHzとしたが、周波数が異なっていれば良く、例えば、13.56MHzを境にH、Lを設定すれば良い。
【0022】
また、RF(H)電力を抑えることにより、イオンやFラジカル密度を抑え、対レジスト選択比を向上させることができるが、一方でCラジカル密度も抑えられてしまうためSiO膜のエッチングレートが低下してしまう。他方、図2に示すように、磁場を印加することによりエッチングレートは増大し、対レジスト選択比は低下する。そこで、30〜60ガウスの磁場を印加することにより、ある程度の選択比を維持しつつ、エッチングレートを向上させることができる。また、同時にRF(H)の周波数を、プラズマ放電を維持しつつ、低周波側にシフトさせることにより、選択比を向上させることができる。この場合、エッチングレートは低下するため、さらに、印加磁場を100ガウス前後以上として、エッチングレートを向上させることも効果的である。
【0023】
尚、本実施形態において、C/F比0.65以上の炭化フッ素ガスとしてCガスを用いたが、特に限定されるものではなく、この他C等、種々の炭化フッ素ガスを用いることができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、選択性、生産性の高いエッチング方法及びRIE装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のRIE装置を示す図。
【図2】本発明における磁場印加時の特性を示す図。
【図3】従来のRIE装置を示す図。
【符号の説明】
1、11 チャンバー
2、12 ウエハ(被処理基板)
3、13 ステージ
4、14 下部電極
5 RF電源(L)
6 RF電源(H)
7、17 マッチングボックス
8 マグネトロン
9、19 プラズマ
15 RF電源(13.56MHz)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching method and an apparatus used in a semiconductor manufacturing process and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in a semiconductor etching process, an RIE (Reactive Ion Etching) apparatus that performs processing using plasma has been widely used. FIG. 3 shows a capacitively coupled RIE apparatus. This is done by placing a wafer 12 in a vacuum chamber 11, introducing an etching gas, and applying a high frequency (generally, 13.56 MHz RF) input from an RF power supply 15 from a lower electrode 14 to generate a plasma 19. Is generated and the wafer is etched.
[0003]
In such an RIE apparatus, the SiO 2 film formed on the wafer is generally etched using a fluorocarbon-based gas such as CF 4 . Usually, the selectivity with respect to the resist as a mask material (SiO 2 film etching rate / resist etching rate) is 3 to 4. When the SiO 2 film to be etched becomes thicker, the resist is also formed to a certain thickness. Need to be kept.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
With the miniaturization of semiconductor elements, it has become difficult to form a resist thicker in accordance with the SiO 2 film thickness due to the problem of resolution in the exposure step, and an improvement in the selectivity with respect to the resist has been strongly demanded. Then, when the etching gas was optimized, it was found that the selection ratio depends on the C / F ratio of the etching gas, and when the ratio is 0.65 or more, the selection ratio with the resist is improved to 7 to 10. However, on the other hand, there was a problem that the etching rate was lowered, and the productivity was greatly reduced.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional etching method and apparatus, and to provide an etching method and an RIE apparatus having high selectivity and productivity.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The etching method of the present invention includes a step of placing a substrate to be processed in a chamber, a step of introducing a gas containing a fluorocarbon gas into the chamber, and a step of: The method comprises the steps of simultaneously or alternately applying a high frequency of a second high frequency to generate plasma, and etching the substrate to be processed with the plasma, wherein the C / F ratio of the fluorocarbon gas is 0. The number is 65 or more.
[0007]
Further, the etching method of the present invention is further characterized in that a magnetic field of 30 to 60 Gauss is applied in the chamber.
[0008]
Further, the etching method of the present invention is characterized in that a magnetic field is further applied to the inside of the chamber, and the high frequency of the second frequency is applied while being changed to a lower frequency.
[0009]
Further, the RIE apparatus of the present invention includes a chamber, a unit for introducing a gas containing carbon and fluorine into the chamber, and a high frequency of a first frequency and a high frequency of a second frequency in a chamber. It is characterized by comprising a lower electrode to be applied simultaneously or alternately, and a stage mounted on the lower electrode for mounting a substrate.
[0010]
Further, the RIE apparatus of the present invention is characterized in that it is a capacitively coupled RIE apparatus.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 shows a capacitively coupled magnetron RIE apparatus used in the present embodiment. In a vacuum chamber 1 for generating plasma, a stage 3 made of an insulator and on which a wafer (substrate to be processed) 2 is mounted, and a lower electrode 4 is provided below the stage 3. The RF power supply (L) 5 and the RF power supply (H) 6 for applying high frequencies (hereinafter referred to as RF) of several MHz and several tens MHz, respectively, and matching for matching the impedance on the RF power side and the chamber side. Box 7 is connected to lower electrode 4. Further, a magnetron 8 for applying a magnetic field is provided above the chamber 1.
[0013]
Such an RIE apparatus is used as follows. First, a wafer 2 having a resist mask formed on an SiO 2 film is placed on a stage 3 in a chamber 1, and after decompression, a mixed gas containing a C 4 F 6 gas (C / F ratio of 0.65 or more) is supplied. Introduce. On the other hand, the RF (L) input from both the RF power source (L) 5 and the RF power source (H) 6 and the RF (H) having a higher frequency than the RF (L) are impedance-matched by the matching box 7 and the lower electrode 4 To generate a plasma 9. At this time, a predetermined magnetic field is applied by the magnetron 8 as needed. Then, the wafer 2 placed on the stage 3 reacts with ions and radicals in the plasma to progress the etching.
[0014]
It is considered that the etching of the SiO 2 film proceeds when the generated ions collide with C x F y radicals in the plasma attached to the surface. On the other hand, it is considered that the etching of the resist proceeds by ions and F radicals in the plasma, and further, sputtering occurs simultaneously by ion collision. Therefore, when a large amount of ions and F radicals are generated, the selectivity of the SiO 2 film to the resist becomes low.
[0015]
Therefore, by increasing the C / F ratio in the fluorocarbon gas to increase the C x F y radical density and depositing C x F y on the resist surface at a high rate, the resist selectivity with respect to the resist is improved. Can be. However, at the same time since in excess over the SiO 2 film C x F y are attached, situation etching of SiO 2 film is not proceed (etch stop) occurs.
[0016]
Therefore, to further advance the etching of the SiO 2 film, and a higher energy (hereinafter ion energy) attracting ions to the wafer, it is necessary to collide with the SiO 2 film C x F y radicals attached. For example, when etching high aspect ratio holes, C x F y adhered at the bottom than on the surface is low. Therefore, when high-energy ions are bombarded, the progress of etching is suppressed on the surface (resist) having a large amount of C x F y radical attached compared with the bottom portion (SiO 2 film) having a small amount of attached C x F y radicals. In addition, the etching selectivity can be improved.
[0017]
As described above, in order to improve the etching selectivity and the etching rate, it is necessary to suppress the ion and F radical densities, increase the C x F y radical density, and increase the ion energy.
[0018]
The ion density and radical density of the plasma generated by the RF increase in proportion to the increase in the power of the applied RF. Also, the ion energy similarly increases. Therefore, as described above, in order to suppress the ion and F radical densities and increase the ion energy, it is necessary to control each of them independently. However, the ion density and the radical density can be reduced by RF (H). L) makes it possible to control the ion energy.
[0019]
As a result, the selectivity with respect to the resist becomes 8 or more, and the etching rate of the SiO 2 film can be 450 nm / min or more.
[0020]
Note that, in addition to the capacitively coupled RIE device used in the present embodiment, an ECR (Electron Cyclotron resonance) plasma device, an ICP (Inductively Coupled Plasma) device, An SWP (Surface Wave Plasma) device or the like can be used, but the ion density and the radical density are higher than those of a capacitively coupled RIE device.
[0021]
In the present embodiment, RF (H) and RF (L) are applied from the lower electrode 4 of the stage 3, but one or more RFs may be applied from the upper electrode provided above the chamber. Although RF (H) is set to several tens of MHz and RF (L) is set to several MHz, the frequencies may be different, for example, H and L may be set at 13.56 MHz.
[0022]
Also, by suppressing the RF (H) power, the density of ions and F radicals can be suppressed, and the selectivity to resist can be improved. On the other hand, the density of C x F y radicals is also suppressed, so that the SiO 2 film has a low density. The etching rate decreases. On the other hand, as shown in FIG. 2, by applying a magnetic field, the etching rate increases, and the selectivity to resist decreases. Therefore, by applying a magnetic field of 30 to 60 Gauss, the etching rate can be improved while maintaining a certain selectivity. At the same time, the selection ratio can be improved by shifting the RF (H) frequency to a lower frequency side while maintaining plasma discharge. In this case, since the etching rate decreases, it is effective to further increase the etching rate by setting the applied magnetic field to about 100 gauss or more.
[0023]
In this embodiment, the C 4 F 6 gas is used as the fluorine gas having a C / F ratio of 0.65 or more. However, the present invention is not particularly limited thereto. In addition, various fluorine gas such as C 5 F 8 may be used. Gas can be used.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an etching method and an RIE apparatus having high selectivity and high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an RIE apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing characteristics when a magnetic field is applied in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a conventional RIE apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 11 chamber 2, 12 wafer (substrate to be processed)
3, 13 Stage 4, 14 Lower electrode 5 RF power supply (L)
6 RF power supply (H)
7, 17 Matching box 8 Magnetron 9, 19 Plasma 15 RF power supply (13.56 MHz)

Claims (5)

チャンバー内に被処理基板を載置する工程と、
前記チャンバー内に、炭化フッ素ガスを含むガスを導入する工程と、
前記チャンバー内に、第1の周波数の高周波と、より周波数の高い第2の周波数の高周波を同時に或いは交互に印加して、プラズマを生成する工程と、
前記プラズマにより、被処理基板をエッチングする工程を備え、
前記炭化フッ素ガスのC/F比が0.65以上であることを特徴とするエッチング方法。
Placing the substrate to be processed in the chamber;
A step of introducing a gas containing a fluorocarbon gas into the chamber;
A step of simultaneously or alternately applying a high frequency of a first frequency and a high frequency of a second frequency higher in the chamber to generate plasma,
A step of etching the substrate to be processed by the plasma,
An etching method, wherein the C / F ratio of the fluorocarbon gas is 0.65 or more.
前記チャンバー内に30〜60ガウスの磁場を印加することを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。The etching method according to claim 1, wherein a magnetic field of 30 to 60 Gauss is applied to the chamber. 前記チャンバー内に磁場を印加するとともに、前記第2の周波数の高周波の周波数を低周波側に変動させて印加することを特徴とする請求項1叉は2記載のエッチング方法。3. The etching method according to claim 1, wherein a magnetic field is applied to the inside of the chamber and the high frequency of the second frequency is changed to a low frequency. チャンバーと、
前記チャンバー内に炭素及びフッ素を含むガスを導入する手段と、
前記チャンバー内に、第1の周波数の高周波と、より高周波の第2の周波数の高周波を同時に或いは交互に印加する下部電極と、
前記下部電極上に設置され、基板を載置するステージを備えることを特徴とするRIE装置。
A chamber;
Means for introducing a gas containing carbon and fluorine into the chamber,
A lower electrode for simultaneously or alternately applying a high frequency of a first frequency and a higher frequency of a second frequency in the chamber;
An RIE apparatus comprising a stage placed on the lower electrode and on which a substrate is placed.
容量結合型RIE装置であることを特徴とする請求項4記載のRIE装置。5. The RIE device according to claim 4, wherein the RIE device is a capacitively coupled RIE device.
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