JP2005142223A - Atmospheric plasma etching method for tungsten - Google Patents
Atmospheric plasma etching method for tungsten Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005142223A JP2005142223A JP2003374639A JP2003374639A JP2005142223A JP 2005142223 A JP2005142223 A JP 2005142223A JP 2003374639 A JP2003374639 A JP 2003374639A JP 2003374639 A JP2003374639 A JP 2003374639A JP 2005142223 A JP2005142223 A JP 2005142223A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tungsten
- gas
- process gas
- plasma etching
- halogen
- 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
Links
Images
Landscapes
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、略常圧場においてタングステンをプラズマエッチングする方法に関する。 The present invention relates to a method for plasma etching tungsten in a substantially normal pressure field.
タングステンは、例えば多層半導体基板において各層の配線を繋ぐ導電材料として用いられている。 Tungsten is used, for example, as a conductive material that connects wirings of each layer in a multilayer semiconductor substrate.
特許文献1には、タングステンをエッチングするためのプロセスガスとして、SF6等のフッ素系ガスと窒素の混合ガスを用いることが記載されている。該文献1では、例えば8.7Paの低圧場でエッチング処理を行なっている。 Patent Document 1 describes using a mixed gas of fluorine gas such as SF 6 and nitrogen as a process gas for etching tungsten. In the literature 1, for example, the etching process is performed in a low pressure field of 8.7 Pa.
また、低圧プラズマエッチングでは、タングステン用のプロセスガスとしてCF4、SF6、NF3、Cl2等のハロゲン系ガスを用いることが知られている。この種ハロゲン系ガスは、プラズマによって電離、解離され、タングステンフッ化物やタングステン塩化物等となって気化し、除去される。なお、フッ化物の沸点は17.1℃であり、塩化物の沸点は347℃であるため、ハロゲン系の中でもフッ化系のガスを用いたほうが、エッチングレートをより高くすることができる。 In low-pressure plasma etching, it is known to use a halogen-based gas such as CF 4 , SF 6 , NF 3 , or Cl 2 as a process gas for tungsten. This type of halogen-based gas is ionized and dissociated by plasma, and is vaporized and removed as tungsten fluoride or tungsten chloride. Since the boiling point of fluoride is 17.1 ° C. and the boiling point of chloride is 347 ° C., the etching rate can be further increased by using a fluorinated gas among halogen-based gases.
上記のように、タングステンは低圧場ではエッチング可能である。しかし、常圧場でエッチングする技術は、未だ実現していなかった。 As described above, tungsten can be etched in a low pressure field. However, the technique of etching in a normal pressure field has not yet been realized.
発明者は、タングステンを常圧場でプラズマエッチングすべく、鋭意、実験研究を行なった。その結果、フッ素系等のハロゲン系ガスに酸素を混合することにより、エッチングし得ることが判明した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、略常圧場において、プロセスガスをプラズマ化(励起、活性化)して基材に吹付け、基材表面に被膜されたタングステンをプラズマエッチングする常圧プラズマエッチング方法であって、前記プロセスガスとして酸素とハロゲン系ガス(ハロゲンガスまたはハロゲン化合物ガス)の混合ガスを用いることを特徴とする。
The inventor diligently conducted experimental research to plasma-etch tungsten in a normal pressure field. As a result, it was found that etching can be performed by mixing oxygen with a halogen-based gas such as a fluorine-based gas.
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned knowledge. In a substantially normal pressure field, the process gas is converted into plasma (excited and activated) and sprayed onto the substrate, and tungsten coated on the substrate surface is converted into plasma. An atmospheric pressure plasma etching method for etching, wherein a mixed gas of oxygen and a halogen-based gas (halogen gas or halogen compound gas) is used as the process gas.
なお、本発明における略常圧(大気圧近傍の圧力)とは、1.333×104〜10.664×104Paの範囲を言う。特に、9.331×104〜10.397×104Paの範囲は、圧力調整が容易で装置構成が簡便になり、好ましい。 In addition, the substantially normal pressure (pressure near atmospheric pressure) in the present invention refers to a range of 1.333 × 10 4 to 10.664 × 10 4 Pa. In particular, the range of 9.331 × 10 4 to 10.9797 × 10 4 Pa is preferable because pressure adjustment is easy and the apparatus configuration is simple.
ここで、前記ハロゲン系ガスの流量比が、プロセスガスの総流量に対し30〜75vol%であることが好ましい。
前記ハロゲン系ガスとして、フッ素系、塩素系、臭素系等を用いることができる。特に、フッ素系ガス(フッ素またはフッ素化合物ガス)を用いると、常圧エッチングしやすくなり、好ましい。フッ素系ガスの中でも、CF4またはC2F6を用いると、安全性を高めることができ、より好ましい。
Here, the flow rate ratio of the halogen-based gas is preferably 30 to 75 vol% with respect to the total flow rate of the process gas.
As the halogen gas, fluorine, chlorine, bromine, or the like can be used. In particular, the use of a fluorine-based gas (fluorine or fluorine compound gas) is preferable because it facilitates atmospheric etching. Among the fluorine-based gases, use of CF 4 or C 2 F 6 is more preferable because safety can be improved.
前記基材を、50〜120℃の温度にしてエッチングを行なうのが望ましい。これによって、エッチングレートを一層確実に高くできる。 The substrate is preferably etched at a temperature of 50 to 120 ° C. Thereby, the etching rate can be further reliably increased.
本発明によれば、略常圧場においてタングステンをプラズマエッチングすることができる。 According to the present invention, tungsten can be plasma etched in a substantially normal pressure field.
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明は、半導体基材の表面に被膜されたタングステンを略常圧場でプラズマエッチングするのに適用される。本発明方法は、図1に例示する常圧プラズマエッチング装置Mを用いて実施される。装置Mは、処理ヘッド1と、この処理ヘッド1に接続されたプロセスガス供給源2および電源3(電界印加手段)並びに排気ポンプ4と、処理ヘッド1の下方に配されたステージ5とを備えている。ステージ5上に、エッチングすべき半導体基材90が配置される。ステージ5は、ヒータ6(基材加熱手段)にて加熱される。ひいては、基材90が加熱されるようになっている。基材90の加熱温度は、50〜120℃が好ましい。装置Mおよび基材90は、略常圧場に置かれている。
Embodiments of the present invention will be described below.
The present invention is applied to plasma etching of tungsten coated on the surface of a semiconductor substrate in a substantially normal pressure field. The method of the present invention is carried out using an atmospheric pressure plasma etching apparatus M illustrated in FIG. The apparatus M includes a processing head 1, a process
処理ヘッド1には、一対をなす電極11,12が収容されている。一方の電極11が、電源3に接続されて電界印加電極となり、他方の電極12が、接地されて接地電極となっている。なお、電源3は、例えばパルス波形の電圧を出力するようになっている。このパルスの立上がり時間及び/又は立下り時間は、10μs以下、パルス継続時間は、200μs以下、電界強度は1〜1000kV/cm、周波数は0.5kHz以上であることが望ましい。パルス波に限らず、正弦波等の連続波を出力するようになっていてもよい。
A pair of
少なくとも一方の電極11または12の対向面には、固体誘電体層が被膜されている。これら電極11,12どうしの間に通路1aが形成されている。プロセスガス供給源2からプロセスガス供給路2aが延び、電極間通路1aの上端部(上流端)に連なっている。電極間通路1aの下流端は、処理ヘッド1の下端部の吹出し孔1bに連なっている。吹出し孔1bは、例えばスポット状をなしている。
A solid dielectric layer is coated on the opposing surface of at least one of the
更に、処理ヘッド1の下端部には、吸込み孔1cが形成されている。吸込み孔1cは、吹出し孔1bの直近外周において吹出し孔1bを囲んでいる。吸込み孔1cは、吸引路4aを介して排気ポンプ4に連なっている。
Further, a
常圧プラズマエッチング装置Mのプロセスガス供給源2は、プロセスガスとしてCF4(ハロゲン系ガス)と酸素を別々に貯えるとともに、適量ずつ混合してプロセスガス供給路2aに送出するようになっている。プロセスガス成分を液相で貯え、気化器にて気化するようになっていてもよい。CF4の流量比は、プロセスガス(CF4+O2)の総流量に対し30〜75vol%の範囲内で設定される。
The process
このプロセスガスが、供給路2aを経て、電極間通路1aに導入される。一方、電源3から電界印加電極11への電圧供給により電極間通路1aに電界が印加され、プラズマ放電が形成される。放電形態は、グロー放電が望ましいが、コロナ放電や沿面放電やアーク放電であってもよい。この放電によって、プロセスガスがプラズマ化(励起、活性化)される。このプラズマ化したプロセスガスが、処理ヘッド1の下端の吹出し孔1bから吹出され、基材90の上面(表面)に吹付けられる。
This process gas is introduced into the
これによって、基材90のタングステン膜を略常圧場でエッチングすることができる。プロセスガス成分のハロゲン系ガスとして、CF4を用いているので、高エッチングレートと安全性を確保することができる。ヒータ6にて基材90を加熱することにより、エッチングレートを一層高めることができる。
As a result, the tungsten film of the
なお、プロセスガス成分のハロゲン系ガスとして、CF4に代えて、C2F6等の他のフッ素系ガスを用いてもよい。フッ素系ガスに代えて、塩素系や臭素系等の他のハロゲン系ガスを用いてもよい。 In addition, instead of CF 4 , other fluorine-based gas such as C 2 F 6 may be used as the halogen-based gas of the process gas component. Instead of fluorine-based gas, other halogen-based gas such as chlorine-based or bromine-based gas may be used.
処理後のガスや副生成物は、吸込み孔1cに吸込まれ、吸引路4aを経て、排気ポンプ4から排気される。
The treated gas and by-products are sucked into the
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、本実施形態の常圧プラズマエッチング装置Mは、基材を電極間空間から離して配置する所謂リモート式の装置であるが、基材を電極間空間の内部に配置する所謂ダイレクト式の装置にも適用可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
For example, the atmospheric pressure plasma etching apparatus M of the present embodiment is a so-called remote apparatus that disposes the base material away from the interelectrode space, but a so-called direct apparatus that disposes the base material inside the interelectrode space. It is also applicable to.
次に、本発明の実施例を説明する。本発明が、以下の実施例に限定されるものでないことは当然である。
実施例1では、図1と同様の装置を用い、タングステン膜の常圧プラズマエッチングを行なった。処理条件は以下の通りである。
プロセスガス成分:CF4+O2
タングステン膜厚:4000Å
ステージひいては基材温度:常温(約20℃)
環境温度:22.3℃
環境湿度:64.7%RH
そして、プロセスガスの総流量を100ccmとし、CF4の流量比を0〜100vol%の範囲で変化させ、エッチングレートを測定した。
Next, examples of the present invention will be described. Of course, the present invention is not limited to the following examples.
In Example 1, the same apparatus as in FIG. 1 was used to perform atmospheric pressure plasma etching of the tungsten film. The processing conditions are as follows.
Process gas component: CF 4 + O 2
Tungsten film thickness: 4000 mm
Stage and substrate temperature: room temperature (about 20 ° C)
Environmental temperature: 22.3 ° C
Environmental humidity: 64.7% RH
Then, the total flow rate of the process gas was set to 100 ccm, the flow rate ratio of CF 4 was changed in the range of 0 to 100 vol%, and the etching rate was measured.
結果を図2に示す。
O2だけ(O2=100vol%)、或いはCF4だけ(CF4=100vol%)では、エッチング不能であった。O2にCF4が少量でも混入していれば、或いは、CF4にO2が少量でも混入していれば、タングステンをエッチング可能であることが確認された。そして、CF4/(CF4+O2)=30〜75vol%の範囲で、十分に実用的な高エッチングレートが得られることが判明した。
The results are shown in FIG.
Etching was not possible with O 2 alone (O 2 = 100 vol%) or CF 4 alone (CF 4 = 100 vol%). If the O 2 if mixed CF 4 even a small amount, or, if mixed even O 2 a small amount to CF 4, it was confirmed tungsten can be etched. And it turned out that a sufficiently practical high etching rate can be obtained in the range of CF 4 / (CF 4 + O 2 ) = 30 to 75 vol%.
CF4とO2の混合ガスによりタングステンが常圧プラズマエッチングされるメカニズムは、はっきりしていない。しかし、エッチング箇所の周辺にWOF4やWO3と見られる酸化物が確認された。このことから、タングステンが、酸素の励起種によって、タングステン酸化物又はタングステン酸フッ化物になって結合が切れ易い状態になり、更に、フッ素の励起種によって、六フッ化タングステンになって気化するものと推察される。 The mechanism by which atmospheric pressure plasma etching of tungsten by a mixed gas of CF 4 and O 2 is not clear. However, oxides that could be seen as WOF 4 and WO 3 were confirmed around the etched portion. From this, tungsten becomes tungsten oxide or tungstic acid fluoride due to the excited species of oxygen and is easily broken, and further, vaporized as tungsten hexafluoride by the excited species of fluorine. It is guessed.
実施例2では、プロセスガスの総流量100ccmに対するCF4の流量比を30vol%に固定し、ステージひいては基材の温度を環境温度〜150℃の範囲で変え、他の条件は実施例1と同一にして、エッチングレートを測定した。 In Example 2, the flow rate ratio of CF 4 to the total flow rate of process gas of 100 ccm is fixed at 30 vol%, the stage and thus the temperature of the substrate is changed in the range of ambient temperature to 150 ° C., and other conditions are the same as in Example 1. Then, the etching rate was measured.
結果を図3に示す。
基材温度を環境温度から上げていくのに伴い、エッチングレートも上昇した。エッチングレートは、基材温度=50℃程度で略ピークに達し、120℃程度まで略ピークを維持することが確認された。それより高温にすると、エッチングレートは低下していった。
The results are shown in FIG.
As the substrate temperature was raised from the ambient temperature, the etching rate also increased. It has been confirmed that the etching rate reaches a substantially peak at a substrate temperature = 50 ° C. and maintains a substantially peak up to about 120 ° C. At higher temperatures, the etching rate decreased.
基材を環境温度より高温にするとエッチングレートが上昇するのは、六フッ化タングステンの気化が促進されるためと考えられる。反対に120℃を超えるとエッチングレートが低下するのは、O2の励起によるO3の発生量が減少し、タングステンの酸化作用が低下するためと考えられる。 The reason why the etching rate increases when the substrate is made higher than the environmental temperature is considered to be because vaporization of tungsten hexafluoride is promoted. On the other hand, when the temperature exceeds 120 ° C., the etching rate is considered to decrease because the amount of O 3 generated by the excitation of O 2 decreases and the oxidizing action of tungsten decreases.
M 常圧プラズマエッチング装置
1 処理ヘッド
1a 電極間通路(プラズマ放電空間)
2 プロセスガス供給源
6 ヒータ(基材加熱手段)
90 半導体基材
M Normal pressure plasma etching equipment 1
2 Process
90 Semiconductor substrate
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003374639A JP2005142223A (en) | 2003-11-04 | 2003-11-04 | Atmospheric plasma etching method for tungsten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003374639A JP2005142223A (en) | 2003-11-04 | 2003-11-04 | Atmospheric plasma etching method for tungsten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005142223A true JP2005142223A (en) | 2005-06-02 |
Family
ID=34686294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003374639A Pending JP2005142223A (en) | 2003-11-04 | 2003-11-04 | Atmospheric plasma etching method for tungsten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005142223A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006042329A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | A method for selective plasma chemical dry etching of phosphosilicate glass formed on surfaces of silicon wafers |
-
2003
- 2003-11-04 JP JP2003374639A patent/JP2005142223A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006042329A1 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | A method for selective plasma chemical dry etching of phosphosilicate glass formed on surfaces of silicon wafers |
DE102006042329B4 (en) * | 2006-09-01 | 2008-08-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | A method for selective plasma chemical dry etching of phosphosilicate glass formed on surfaces of silicon wafers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1689216A1 (en) | Atmospheric-pressure plasma jet | |
KR20070099345A (en) | Dc arc plasmatron and the method using the same | |
JPH0817171B2 (en) | Plasma generator and etching method using the same | |
JP5039381B2 (en) | Apparatus and method for forming plasma | |
EP1764848A2 (en) | Method for removing organic electroluminescent residues from a substrate | |
JP2010103188A (en) | Atmospheric pressure plasma processing apparatus | |
JP2002008894A (en) | Plasma treatment device and plasma lighting method | |
JP4999185B2 (en) | Dry etching method and dry etching apparatus | |
US6673197B2 (en) | Chemical plasma cathode | |
US20050241670A1 (en) | Method for cleaning a reactor using electron attachment | |
JP2005129662A (en) | Normal pressure plasma etching method | |
JP2003209096A (en) | Plasma etching treatment method and device therefor | |
JP2003208999A (en) | Discharge plasma processing method and its equipment | |
JP2005142223A (en) | Atmospheric plasma etching method for tungsten | |
TW201142937A (en) | Etching method and device | |
JP5088667B2 (en) | Plasma processing equipment | |
JPH05275190A (en) | Method and device of etching | |
JP2003049276A (en) | Discharge plasma treatment device and treatment method using the same | |
KR100760651B1 (en) | Apparatus for treating the surface of a substrate having supply pipe for treatment gas | |
JP2009094209A (en) | Etching method of silicon | |
JP3630073B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2007201067A (en) | Surface treatment method and equipment | |
JP2005072297A (en) | Plasma treatment method and equipment | |
JP2004055301A (en) | Plasma treatment device and the plasma treatment method | |
JP2004134716A (en) | Two power supply system plasma generator |