JP2009038209A - Silicon electrode plate providing uniform etching - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、SiO2膜を形成したウエハなどを均一にエッチングすることができるシリコン電極板に関するものである。 The present invention relates to a silicon electrode plate capable of uniformly etching a wafer or the like on which a SiO 2 film is formed.
一般に、半導体集積回路を製造する工程においてウエハをエッチングする工程があり、このエッチングは一般にプラズマエッチング法により行われている。図3はプラズマエッチング法を説明するための断面説明図であり、図3において、1は真空容器、2はシリコン電極板、3は架台である。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に設けられたガス噴出孔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。
In general, there is a process of etching a wafer in a process of manufacturing a semiconductor integrated circuit, and this etching is generally performed by a plasma etching method. FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view for explaining the plasma etching method. In FIG. 3, 1 is a vacuum vessel, 2 is a silicon electrode plate, and 3 is a frame. As shown in FIG. 3, a
シリコン電極板2は5〜20mmの厚さを有し、単結晶シリコン、多結晶シリコン、柱状晶シリコンからなることが知られているが、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多く使用されている。これらシリコン電極板に形成されているガス噴出孔5は一般に直径:0.5mmを有するが、エッチングガス流入側の径をエッチングガス流出側の径よりも大きくしたものも知られており、図4に示されるように大径孔部分11および小径孔部分12を有するガス噴出孔5も知られている(特許文献1参照)。そして、このようにシリコン電極板2の厚さ方向に平行に設けられているガス噴出孔5の小径孔部分12の直径は0.2〜0.8mmを有し、大径孔部分11の直径は小径孔部分12の直径の0.01〜10倍の直径を有するとされている。図3および図4に示されるガス噴出孔5を通過したエッチングガス7はウエハ4に直角に当るようになっている。
前述のように、一般に、シリコン電極板にはシリコン電極板の厚さ方向に平行に穿設されたガス噴出孔が多数設けられており、かかる構造のガス噴出孔を有するシリコン電極板を使用して被エッチング物であるウエハのプラズマエッチングを行なうと、ウエハ面内をエッチングすることができるが、長時間プラズマエッチングを行うとエッチングの均一性が損なわれるようになる。 As described above, in general, a silicon electrode plate is provided with a number of gas ejection holes drilled in parallel to the thickness direction of the silicon electrode plate, and a silicon electrode plate having such a structure is used. When the plasma etching of the wafer to be etched is performed, the inside of the wafer can be etched. However, if the plasma etching is performed for a long time, the uniformity of etching is impaired.
そこで、本発明者等は、長時間プラズマエッチングしてもウエハのエッチングの均一性が損なわれることのないプラズマエッチング手段を開発すべく研究を行った。
その結果、シリコン電極板に穿設されているガス噴出孔の形状構造がエッチングの均一性に大きく影響を及ぼし、前記ガス噴出孔が図1の断面説明図に示されるように、深さがシリコン電極板の厚さよりも浅くかつ軸がシリコン電極板の厚さ方向になるように設けられている有底大径孔部分8と、この有底大径孔部分8の底部分から厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔9を有するシリコン電極板を用いてプラズマエッチングを行うと、一層均一なプラズマエッチングすることができる、という研究結果が得られたのである。
Therefore, the present inventors have studied to develop a plasma etching means that does not impair the uniformity of wafer etching even if plasma etching is performed for a long time.
As a result, the shape structure of the gas ejection holes drilled in the silicon electrode plate greatly affects the uniformity of etching, and the gas ejection holes have a depth of silicon as shown in the cross-sectional explanatory view of FIG. A bottomed large-
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)シリコン電極板にガス噴出孔を設けてなるシリコン電極板において、前記ガス噴出孔は、深さがシリコン電極板の厚さよりも浅くかつ軸がシリコン電極板の厚さ方向になるように設けられている有底大径孔部分と、この有底大径孔部分の底部分からシリコン電極板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔とからなる均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板、に特徴を有するものである。
The present invention has been made based on the results of such research,
(1) In a silicon electrode plate in which a gas ejection hole is provided in a silicon electrode plate, the gas ejection hole has a depth shallower than the thickness of the silicon electrode plate and the axis is in the thickness direction of the silicon electrode plate. A plurality of bottomed large-diameter holes provided and a plurality of holes penetrating from one bottom of the bottomed large-diameter hole to one side of the silicon electrode plate in a direction non-parallel to the thickness direction of the silicon electrode plate The silicon electrode plate is characterized by a uniform etching comprising the through-holes.
次に、この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板を図面に基づいて説明する。 Next, a silicon electrode plate capable of performing uniform etching according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1はこの発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板2のガス噴出孔にエッチングガスを通してウエハ4に向って流している状態を示す断面説明図である。この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板は、まず、円板状シリコン板を用意し、この円板状シリコン板の厚さ方向に円板状シリコン板の厚さよりも浅い有底大径孔部分8を穿設し、この有底大径孔部分8の底部分から円板状シリコン板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かって円板状シリコン板の反対側の面に貫通する貫通細孔9を複数本穿設することにより作製することができる。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a state in which an etching gas flows through a gas ejection hole of a
この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板に設けられたガス噴出孔5の模型を図2の斜視図に示す。図2に示されるように、この発明の均一なエッチングを行うことができるシリコン電極板に設けられるガス噴出孔5の有底大径孔部分8は、図2(a)に示されるようにストレート部分を有する円筒状の有底大径孔部分8であっても良く、図2(b)に示されるようにテーパを有する円錐台状の有底大径孔部分8であっても良く、さらに図2(c)に示されるように円筒状と円錐状の孔が接続した形状を有する有底大径孔部分8あっても良い。その形状は特に限定されるものではなく、いかなる形状の有底孔であってもよい。そして、有底大径孔部分8から分岐する貫通細孔9は底部分から厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の反対面に貫通するように複数本の貫通細孔9が設けられている。ここで有底大径孔部分8の底部分とは、有底大径孔部分8の底であっても良く、有底大径孔部分8の底から少し上に離れた有底大径孔部分8の側壁であってもよい。前記有底大径孔部分8から分岐して設けられる貫通細孔9の直径は0.2〜0.8mmの範囲内にあることが好ましいが、有底大径孔部分8の直径は貫通細孔9の直径よりも大きくて貫通細孔9を複数本穿設できる大きさがあればよく、特に限定されるものではない。
A model of the
この発明のシリコン電極板の有底大径孔部分8とこの有底大径孔部分8に分岐して設けられた貫通細孔9からなるガス噴出孔を設けたシリコン電極板を使用して長時間プラズマエッチングを行っても均一なエッチングを行うことができる理由は明らかではないが、この発明のシリコン電極板を使用してプラズマエッチングを行うと、エッチングガスの流速は一時的に有底大径孔部分8で遅くなり、その後シリコン板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってシリコン電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔9を通過して流出するために、エッチングガスの流れが交差し、そのためにエッチングガスの流れが和らげながらウエハ4に衝突するためと考えられる。
The silicon electrode plate according to the present invention is long using a silicon electrode plate provided with a gas ejection hole comprising a bottomed large-
この発明のシリコン電極板を使用してウエハ等を長時間プラズマエッチングしても均一にエッチングすることができるので、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。 Since the silicon electrode plate of the present invention can be used to uniformly etch a wafer or the like even if it is plasma-etched for a long time, a semiconductor integrated circuit can be produced efficiently, greatly contributing to the development of the semiconductor device industry. It can be.
直径:300mm、厚さ:10mmを有する単結晶シリコンからなる円板状シリコン板を用意し、この円板状シリコン板に直径:8mm、深さ:5mmを有する有底大径孔部分をダイヤモンドドリルを用いて穿設し、さらにこの有底大径孔部分の底から円板状シリコン板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かって円板状シリコン板の反対面に貫通している4本の直径:0.5mmを有する貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて穿設し、ガス噴出孔を有する本発明シリコン電極板を作製した。 A disk-shaped silicon plate made of single-crystal silicon having a diameter of 300 mm and a thickness of 10 mm is prepared, and a diamond drill is formed on the bottomed large-diameter hole portion having a diameter of 8 mm and a depth of 5 mm. And penetrates from the bottom of the bottomed large-diameter hole portion to the opposite surface of the disk-shaped silicon plate in a direction non-parallel to the thickness direction of the disk-shaped silicon plate. Four through-holes having a diameter of 0.5 mm were drilled using a diamond drill to produce the silicon electrode plate of the present invention having gas ejection holes.
さらに、先に用意した直径:300mm、厚さ:5mmを有する単結晶シリコンからなる円板状シリコン板に直径:0.5mmの貫通細孔を円板状シリコン板の厚さ方向に平行でかつ孔間ピッチ:8mmとなるようにダイヤモンドドリルを用いて穿設することによりガス噴出孔を有する従来シリコン電極板を作製した。 Further, a through-hole having a diameter of 0.5 mm is parallel to the thickness direction of the disc-shaped silicon plate in the disc-shaped silicon plate made of single crystal silicon having a diameter of 300 mm and a thickness of 5 mm prepared in advance. A conventional silicon electrode plate having gas ejection holes was prepared by drilling with a diamond drill so that the pitch between holes was 8 mm.
得られた本発明シリコン電極板および従来シリコン電極板をそれぞれエッチング装置にセットし、予めCVDによりSiO2 層を形成した外径: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400時間経過した時点でのウエハ表面のSiO2 層の最大エッチングの深さAおよび最小エッチングの深さBをそれぞれ測定し、その測定値から(A−B)/B×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。
The obtained silicon electrode plate of the present invention and the conventional silicon electrode plate were respectively set in an etching apparatus, and a wafer having an outer diameter of 200 mm in which a SiO 2 layer was previously formed by CVD was set in the etching apparatus.
Chamber internal pressure: 10 −1 Torr,
Etching gas composition: 90 sccm CHF 3 +4 sccm O 2 +150 sccm He,
High frequency power: 2kW
Frequency: 20kHz,
Under the conditions, plasma etching of the SiO 2 layer on the wafer surface is performed, and the maximum etching depth A and the minimum etching depth B of the SiO 2 layer on the wafer surface at the time when 400 hours have elapsed from the start of etching are measured. From the measured value, a value of (A−B) / B × 100 (%) was obtained, and the result is shown in Table 1 to evaluate the etching uniformity on the wafer surface.
表1に示される結果から、本発明シリコン電極板は、従来シリコン電極板に比べて長時間プラズマエッチングを行ってもウエハ表面を均一にエッチングできることが分かる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that the silicon electrode plate of the present invention can uniformly etch the wafer surface even if plasma etching is performed for a longer time than the conventional silicon electrode plate.
1:真空容器、2:電極板、3:架台、4:ウエハ、5:ガス噴出孔、6:高周波電源、7:プラズマエッチングガス、8:有底大径孔部分、9:貫通細孔、10:ブラズマ、11:大径孔部分、12:小径孔部分 1: vacuum vessel, 2: electrode plate, 3: mount, 4: wafer, 5: gas ejection hole, 6: high-frequency power supply, 7: plasma etching gas, 8: bottomed large-diameter hole portion, 9: through-hole, 10: Plasma, 11: Large diameter hole portion, 12: Small diameter hole portion
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