JP2007273707A - ウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法を提供する。
【解決手段】シリコン電極板の径をＡ、ウエハの径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝１．０〜１．１の範囲内のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面をプラズマエッチングする方法において、前記シリコン電極板の最外周の比抵抗値をＲｓ、シリコン電極板の中心の比抵抗値をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−３の範囲内のシリコン電極板の中心の比抵抗値Ｒｃがシリコン電極板の最外周の比抵抗値Ｒｓに比べて極端に低い比抵抗値を有するシリコン電極板を使用する。
【選択図】 なし

Description

この発明は、ウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法に関するものである。

一般に、半導体集積回路を製造する工程において使用するウエハをエッチングするためのプラズマエッチング方法は、図３に示されるように、真空容器１内にシリコン電極板２および架台３が間隔をおいて設けられており、架台３の上にウエハ４を載置し、エッチングガス７をシリコン電極板２に設けられた貫通細孔５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電源６により電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加し、高周波電圧の印加によりシリコン電極板２と架台３の間の空間にプラズマ１０を発生させ、このプラズマ１０による物理反応と、シリコン−エッチングガス７による化学反応により、ウエハ４の表面をエッチングすることにより行われる。

シリコン電極板２としては、単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板、柱状晶シリコン電極板などが知られているが、現在ではＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットを輪切り状に切断したのち表面研磨して作製した単結晶シリコン電極板が主に使用されている（特許文献１参照）。前記ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットはその比抵抗値が５０〜１０００Ω・ｃｍの範囲内にあり、前記ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットは引き上げに際して溶融シリコンが外周部から中心部に向かって凝固するところから、単結晶シリコンインゴットの中心部は外周部に比べて不純物含有量が極微量ではあるが高く、したがって、不純物含有量の高い単結晶シリコンインゴット中心部の比抵抗値は外周部の比抵抗値に比べて１０％程度低い。

また、一般に、シリコン電極板を使用してウエハの表面を均一にプラズマエッチングするには、ウエハの径のよりも大きな径を有するシリコン電極板を使用している。ウエハの径のよりも大きな径を有するシリコン電極板を使用しないとウエハの表面を均一にプラズマエッチングすることができないことから、通常、シリコン電極板の径をＡ、ウエハの径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝１．２以上の大きな径を有するシリコン電極板を使用している。Ａ／Ｂ＝１．１以下の条件でプラズマエッチングを行なうと、ウエハの表面を均一にプラズマエッチングすることができないとされているからである。
特開２００３−５１４８５号公報

しかし、シリコン電極板は径が大きくなるほど高価なものとなるところから、ウエハの寸法とほぼ同じ寸法を有するシリコン電極板を使用してウエハを均一にプラズマエッチングすることがコストの面からも求められており、ウエハの寸法とほぼ同じ寸法を有するシリコン電極板を使用してウエハを均一にプラズマエッチングする方法の開発が求められていた。

そこで、本発明者等は、プラズマエッチングに際してウエハの寸法とほぼ同じ寸法を有するシリコン電極板を使用してウエハ表面をバラツキの少ないプラズマエッチングを行うことができる方法を開発すべく研究を行った。その結果、
（イ）シリコン電極板の最外周の比抵抗値をＲｓ、シリコン電極板の中心の比抵抗値をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−３の範囲内にあるようなシリコン電極板の中心の比抵抗値Ｒｃがシリコン電極板の最外周の比抵抗値をＲｓに比べて極端に低い比抵抗値を有するシリコン電極板を使用してプラズマエッチングすると、Ａ／Ｂ＝１．０〜１．１（ただし、Ａ：シリコン電極板の径、Ｂ：ウエハの径）の範囲内のウエハとほぼ同じ径を有するシリコン電極板を使用してウエハの表面をプラズマエッチングしてもエッチングレートのバラツキが少ない均一なプラズマエッチングすることができる、
（ロ）前記中心の比抵抗値が格段に低く最外周の比抵抗値が高いシリコン電極板は、単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板および柱状晶シリコン電極板の内のいずれであっても同じ効果を奏する、などの研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、

（１）シリコン電極板の径をＡ、ウエハの径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝１．０〜１．１の範囲内のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面をプラズマエッチングする方法において、前記シリコン電極板の最外周の比抵抗値をＲｓ、シリコン電極板の中心の比抵抗値をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−３の範囲内のシリコン電極板の中心の比抵抗値Ｒｃがシリコン電極板の最外周の比抵抗値をＲｓに比べて極端に低い比抵抗値を有するシリコン電極板を使用するウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法、に特徴を有するものである。

前記最外周の比抵抗値Ｒｓは５０〜１０００Ω・ｃｍとする。この比抵抗値は通常のＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットの比抵抗値である。
したがって、この発明は、

（２）前記最外周の比抵抗値Ｒｓは５０〜１０００Ω・ｃｍである前記（１）記載のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法、に特徴を有するものである。

前記シリコン電極板は、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンの内のいずれかであってもよい。したがって、この発明は、
（３）前記複合シリコン電極板は、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンからなる前記（１）または（２）記載のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法、に特徴を有するものである。

次に、この発明のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法において使用するシリコン電極板の具体的な製造方法を図面に基づいて説明する。図１はこの発明のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法において使用するシリコン電極板の製造方法を説明するための断面説明図である。

図１（ａ）の断面図に示されるような外周面が円錐状傾斜面１５を有する中心シリコン円盤１１を用意し、さらにこの中心シリコン円盤１１に嵌合することができかつ中心シリコン円盤１１よりも高比抵抗を有する内周面および外周面が共に円錐状傾斜面１５を有する図１（ｂ）の断面図に示されるような中間シリコンリング１２を用意し、さらに前記中間シリコンリング１２に嵌合することができかつ前記中間シリコンリング１２よりも高比抵抗を有し、さらに内周面が円錐状傾斜面１５を有しかつ外周面が径に垂直な外周面を有する図１（ｃ）の断面図に示されるような最外周シリコンリング１３を用意する。

これら中心シリコン円盤１１、中間シリコンリング１２および最外周シリコンリング１３を図１（ｄ）に示されるように同軸的に嵌合して複合シリコン円盤１６を作製し、この複合シリコン円盤１６に上面８から下面９に向かって厚さ方向に平行な方向に貫通細孔５を形成することにより図２の断面図に示される複合シリコン電極板１４を作製し、この複合シリコン電極板１４を使用してこの発明のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法を実施する。

図１および図２において、複合シリコン電極板１４を構成する最外周シリコンリング１３は通常のＣＺ法で引き上げられた単結晶シリコンインゴットを輪切りにして作られるのでその比抵抗値は５０〜１０００Ω・ｃｍの範囲内である。一方、中心シリコン円盤１１は比抵抗値が（５０〜１０００Ω・ｃｍ）×（１０^−４〜２^−３）の範囲内とし、中間シリコンリング１２は最外周シリコンリングと中心シリコン円盤の比抵抗値の中間の比抵抗値を有するように選択する。

図２に示されるこの発明の方法において使用する複合シリコン電極板１４は中間シリコンリングを１個だけ使用して作製したが、前記複合シリコン電極板１４を作製するために使用する中間シリコンリングは複数個使用して作製することもできる。最外周シリコンリングの比抵抗値をＲｓ、中心シリコン円盤の比抵抗値をＲｃ、中間シリコンリングの比抵抗値をＲｍとすると、Ｒｓ＞Ｒｍ＞Ｒｃとなり、さらに中間シリコンリングを複数個使用する場合は中心シリコン円盤に近い中間シリコンリングほど比抵抗値が低くかつ最外周シリコンリングに近いほど比抵抗値が高くなるようにする。
さらに前記中心シリコン円盤１１、中間シリコンリング１２および最外周シリコンリング１３は単結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンインゴット、柱状晶シリコンインゴットの内のいずれかを素材として作製することができるが、単結晶シリコンインゴットを素材として作ることがもっとも好ましい。

この発明は、ウエハの寸法に近い寸法を有するシリコン電極板を使用してウエハのプラズマエッチングレートを均一化することができ、使用するシリコン電極板のコストを下げて半導体集積回路を効率良く生産することができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。

この発明のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法を実施例に基づいて具体的に説明する。

実施例１〜１２および比較例１〜２
ＣＺ法により引き上げることにより直径：２４０ｍｍを有し比抵抗の異なる単結晶シリコンインゴットを複数個作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーによりいずれも厚さ：１０ｍｍに輪切り切断して単結晶シリコン円盤を作製し、これら単結晶シリコン円盤を研削することにより、表１に示される中心シリコン円盤の比抵抗値：Ｒｃ、中間シリコンリングの比抵抗値：Ｒｍおよび最外周シリコンリングの比抵抗値：Ｒｓを有する複合単結晶シリコン円盤を作製した。前記中心シリコン円盤、中間シリコンリングおよび最外周シリコンリングの寸法は下記の通りである。
中心シリコン円盤：
大外径：１２０ｍｍ、小外径：１１８ｍｍを有する上面からした面に向かって傾斜している外周面を有する単結晶シリコンからなる中心シリコン円盤、

中間シリコンリング：
大外径：１８０ｍｍ、小外径：１７８ｍｍを有し上面から下面に向かって傾斜している外周面、並びに大内径：１２０ｍｍ、小内径：１１８ｍｍを有し上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する単結晶シリコンからなる中間シリコンリング、
最外周シリコンリング：
外径：２００ｍｍ、２１０ｍｍおよび２２０ｍｍの異なった外径を有し、かつ大内径：１８０ｍｍ、小内径：１７８ｍｍを有する内周面が上面からした面に向かって傾斜している内周面を有する単結晶シリコンからなる最外周シリコンリング。

これらを中心シリコン円盤、中間シリコンリングおよび最外周シリコンリングを嵌め込み、表１に示される中心シリコン円盤の比抵抗値：Ｒｃ、中間シリコンリングの比抵抗値：Ｒｍおよび最外周シリコンリングの比抵抗値：Ｒｓを有する複合単結晶シリコン円盤に直径：０．５ｍｍの貫通細孔５を孔間ピッチ：８ｍｍで形成することにより表１に示される外径Ａの寸法を有する複合シリコン電極板を作製した。

得られた複合シリコン基板をエッチング装置にセットし、予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成した表１に示される外径Ｂ：２００ｍｍを有するウエハをエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０^-1Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０sccmＣＨＦ₃ ＋４sccmＯ₂ ＋１５０sccmＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、ウエハ表面のＳｉＯ₂ 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ₂ 層の中心部のエッチングの深さｘおよび中心から半径方向に１００ｍｍ離れた周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。

従来例１〜６

中心の比抵抗値が５８．８Ω・ｃｍ、最外周の比抵抗値が６５．８Ω・ｃｍを有し、表２に示される異なった外径Ａを有し、厚さ：１０ｍｍの寸法を有する市販の単結晶シリコン電極板を用意した。さらに外径Ｂ：２００ｍｍを有し予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成したウエハを用意した。この単結晶シリコン電極板をエッチング装置にセットし、さらに予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成したウエハをエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０^-1Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０sccmＣＨＦ₃ ＋４sccmＯ₂ ＋１５０sccmＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の実施例と同じ条件で、ウエハ表面のＳｉＯ₂ 層のプラズマエッチングを行ない、従来法１〜１５を実施し、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ₂ 層の中心部のエッチングの深さｘおよび中心から半径方向に１００ｍｍ離れた周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表２に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。

実施例１〜１２および比較例１〜２の表１並びに従来例１〜６の表２に示される結果から、下記の事項が分かる。
（ａ）従来例１〜６の表２に示されるように、従来から使用されている単結晶シリコン電極板を使用してウエハをプラズマエッチングすると、Ａ／Ｂ（ただし、Ａ：シリコン電極板の径、Ｂ：ウエハの径）が１．１以下となるようなウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いると、ウエハ表面のエッチングレートの均一性が急激に低下するが、実施例１〜１２の表１に示されるように中心シリコン円盤の比抵抗値：Ｒｃと最外周シリコンリングの比抵抗値：Ｒｓの比（Ｒｃ／Ｒｓ）が１０^−４〜２^−３の範囲内にある複合シリコン電極板を用いてＡ／Ｂが１．１以下となるようなウエハをプラズマエッチングしてもウエハ表面のエッチング均一性が大きく低下することはない。

（ｂ）しかし、Ｒｃ／Ｒｓが１０^−４〜２^−３の範囲を外れると、比較例１〜２の表１に示されるように、ウエハ表面のプラズマエッチングの均一性が低下する。

この発明のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法において使用するシリコン電極板の製造方法を説明するための断面説明図である。 この発明のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法において使用するシリコン電極板の断面説明図である。 従来のプラズマエッチング装置の断面説明図である。

符号の説明

１：真空容器、２：電極板、３：架台、４：Ｓｉウエハ、５：貫通細孔、６：高周波電源、７：プラズマエッチングガス、８：上面、９：下面、１０：ブラズマ、１１：中心シリコン円盤、１２：中間シリコンリング、１３：最外周シリコンリング、１４：複合シリコン電極板、１５：円錐状傾斜面、１６：複合シリコン円盤

Claims (3)

1. シリコン電極板の径をＡ、ウエハの径をＢとすると、Ａ／Ｂ＝１．０〜１．１の範囲内のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面をプラズマエッチングする方法において、前記シリコン電極板の最外周の比抵抗値をＲｓ、シリコン電極板の中心の比抵抗値をＲｃとすると、Ｒｃ／Ｒｓ＝１０^−４〜２^−３の範囲内のシリコン電極板の中心の比抵抗値Ｒｃがシリコン電極板の最外周の比抵抗値をＲｓに比べて極端に低い比抵抗値を有するシリコン電極板を使用することを特徴とするウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法。
2. 前記最外周の比抵抗値Ｒｃは５０〜１０００Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１記載のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法。
3. 前記複合シリコン電極板は、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンからなることを特徴とする請求項１または２記載のウエハとほぼ同じ寸法のシリコン電極板を用いてウエハ表面を均一にプラズマエッチングする方法。
   
   

Images