JP2009259863A - Dry etching processing device, and dry etching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置を製造するため被処理物をドライエッチングするためのドライエッチング処理装置及びドライエッチング方法に関し、特に単結晶シリコン又は多結晶シリコンなどのシリコン基板(シリコンウェハ)をドライエッチングするためのドライエッチング処理装置及びドライエッチング方法に関する。 The present invention relates to a dry etching processing apparatus and dry etching method for dry etching a workpiece to manufacture a semiconductor device, and more particularly to dry etching a silicon substrate (silicon wafer) such as single crystal silicon or polycrystalline silicon. The present invention relates to a dry etching processing apparatus and a dry etching method.
近年、半導体装置の製造分野においては、素子分離技術としてシャロートレンチアイソレーション(STI:Shallow Trench Isolation)技術が多用されており、STI技術では、例えば、異方性エッチングによりシリコン基板にトレンチ(エッチング溝)を形成している。 In recent years, in the field of manufacturing semiconductor devices, shallow trench isolation (STI) technology has been widely used as an element isolation technology. In the STI technology, for example, a trench (etching groove) is formed on a silicon substrate by anisotropic etching. ) Is formed.
異方性エッチングの一例として、例えば、エッチング室内に設けられた一対の対向電極のうちの一方にシリコン基板を配置し、対向電極の双方に高周波電力を供給し、エッチング室内にCl2 又はHBrを含むガスを供給してシリコン基板をドライエッチングする方法が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1のドライエッチング方法にあっては、エッチングにより形成される溝の側壁の形状を制御する場合に、シリコン基板をエッチングする際に活性粒子(例えば、HBrを用いる場合、SiBr3 、SiBr2 、SiBrなど)が生成され、生成された活性粒子が、エッチング溝の側壁のSiと共有結合することで、溝の側壁に付着し、エッチング溝の上面と底面での溝の幅が異なり、溝底面の幅を所要の寸法に制御することが困難であった。このため、半導体装置の素子分離層の寸法精度が低下するという問題があった。
However, in the dry etching method of
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、バイアス電圧の絶対値を200V以下にすることにより、エッチング溝の幅を一様に形成することができるドライエッチング処理装置及びドライエッチング方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a dry etching processing apparatus and a dry etching method capable of uniformly forming the width of an etching groove by setting the absolute value of the bias voltage to 200 V or less. The purpose is to provide.
また、本発明の目的は、エッチングガスが供給された処理室内の圧力を30mTorr〜100mTorrの範囲に調節することにより、エッチング溝の幅を一様に形成することができるドライエッチング処理装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a dry etching processing apparatus capable of uniformly forming the width of the etching groove by adjusting the pressure in the processing chamber supplied with the etching gas to a range of 30 mTorr to 100 mTorr. There is.
また、本発明の目的は、エッチングガスを励起するために供給する高周波電力を100W以上とすることにより、エッチング溝の幅を一様に形成することができるドライエッチング処理装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a dry etching processing apparatus capable of uniformly forming the width of the etching groove by setting the high-frequency power supplied to excite the etching gas to 100 W or more. .
また、本発明の目的は、マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を用いてエッチングガスを励起することにより、エッチング溝の幅を一様に形成することができるドライエッチング処理装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a dry etching processing apparatus that can uniformly form the width of the etching groove by exciting the etching gas using the microwave generated by the microwave generating section. is there.
第1発明に係るドライエッチング処理装置は、処理室内に配置された被処理物をドライエッチングするドライエッチング処理装置において、処理室内に供給されるエッチングガスを励起してプラズマを発生させるためのプラズマ発生部と、該プラズマ発生部で発生させたプラズマ中のイオン及び活性種を被処理物の方向へ加速させるため、該被処理物に対してバイアス電圧を印加する電圧印加部とを備え、該電圧印加部で印加するバイアス電圧の絶対値を200V以下にするように構成してあることを特徴とする。 A dry etching processing apparatus according to a first aspect of the present invention is a dry etching processing apparatus for dry-etching an object to be processed disposed in a processing chamber, and generates plasma for generating plasma by exciting an etching gas supplied into the processing chamber. And a voltage applying unit for applying a bias voltage to the object to be processed in order to accelerate ions and active species in the plasma generated by the plasma generating part in the direction of the object to be processed. The absolute value of the bias voltage applied by the application unit is configured to be 200 V or less.
第2発明に係るドライエッチング処理装置は、第1発明において、エッチングガスが供給された処理室内の圧力を30mTorr〜100mTorrの範囲に調節する圧力調節部を備えることを特徴とする。 The dry etching processing apparatus according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, the apparatus includes a pressure adjusting unit that adjusts the pressure in the processing chamber supplied with the etching gas to a range of 30 mTorr to 100 mTorr.
第3発明に係るドライエッチング処理装置は、第1発明又は第2発明において、前記プラズマ発生部は、エッチングガスを励起するための100W以上の高周波電力を供給する高周波電力供給部を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the plasma generation unit includes a high-frequency power supply unit that supplies high-frequency power of 100 W or more for exciting the etching gas. And
第4発明に係るドライエッチング処理装置は、第1発明乃至第3発明のいずれか1つにおいて、前記プラズマ発生部は、マイクロ波発生部を備え、該マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を用いてエッチングガスを励起するように構成してあることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a dry etching processing apparatus according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the plasma generator includes a microwave generator, and uses the microwave generated by the microwave generator. And the etching gas is excited.
第5発明に係るドライエッチング方法は、処理室内に配置された被処理物をドライエッチングするドライエッチング方法において、処理室内に供給されるエッチングガスを励起してプラズマを発生させ、発生させたプラズマ中のイオン及び活性種を被処理物の方向へ加速させるため、該被処理物に対して絶対値が200V以下のバイアス電圧を印加し、該被処理物をエッチングする際に活性粒子の生成を抑制することを特徴とする。 A dry etching method according to a fifth aspect of the present invention is a dry etching method for dry etching a workpiece disposed in a processing chamber, wherein an etching gas supplied into the processing chamber is excited to generate plasma, and the generated plasma is In order to accelerate the ions and active species in the direction of the object to be processed, a bias voltage having an absolute value of 200 V or less is applied to the object to be processed, and the generation of active particles is suppressed when the object to be processed is etched. It is characterized by doing.
第6発明に係るドライエッチング方法は、第5発明において、活性粒子の生成を抑制することにより、活性粒子の前記被処理物のエッチング溝の側壁への付着を防止することを特徴とする。 A dry etching method according to a sixth invention is characterized in that, in the fifth invention, the active particles are prevented from adhering to the sidewalls of the etching groove of the object to be processed by suppressing the generation of active particles.
第1発明、第5発明及び第6発明にあっては、処理室内に供給されるエッチングガスを励起してプラズマを発生させ、発生させたプラズマ中のイオン及び活性種を被処理物(例えば、シリコン基板)の方向へ加速させるため、被処理物に対して絶対値が200V以下(すなわち、0Vから−200Vの範囲)のバイアス電圧を印加し、被処理物をエッチングする際に活性粒子の生成を抑制する。例えば、エッチングガスとしてHBrを用いた場合、バイアス電圧を200V以下にすることにより、シリコン基板に到達するプラズマ中のイオン(例えば、Br+ )のエネルギーを小さくし、Si−Siの共有結合が切断されて活性粒子(例えば、SiBr3 、SiBr2 、SiBrなど)が生成されることを抑制する。 In the first invention, the fifth invention, and the sixth invention, the etching gas supplied into the processing chamber is excited to generate plasma, and ions and active species in the generated plasma are processed (for example, In order to accelerate in the direction of the silicon substrate, a bias voltage having an absolute value of 200 V or less (that is, a range of 0 V to −200 V) is applied to the object to be processed, and active particles are generated when the object to be processed is etched. Suppress. For example, when HBr is used as an etching gas, the energy of ions (for example, Br + ) in plasma reaching the silicon substrate is reduced by setting the bias voltage to 200 V or less, and the Si—Si covalent bond is broken. Thus, generation of active particles (for example, SiBr 3 , SiBr 2 , SiBr, etc.) is suppressed.
バイアス電圧の絶対値が200Vを超える場合には、シリコン基板に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、Si−Siの共有結合が切断されて活性粒子(例えば、SiBr3 、SiBr2 、SiBrなど)が生成される。生成された活性粒子は、エッチング溝の側壁のSiと結合して安定な(不活性)SiBr4 となり側壁に付着するため、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することが困難となるとともに、半導体装置の素子分離層の寸法精度が低下する。バイアス電圧の絶対値を200V以下にすることにより、活性粒子の生成を抑制する。これにより、活性粒子のシリコン基板のエッチング溝の側壁への付着を防止してシリコン基板のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。
When the absolute value of the bias voltage exceeds 200 V, the energy of ions reaching the silicon substrate is increased, and the Si—Si covalent bond is cut to generate active particles (for example, SiBr 3 , SiBr 2 , SiBr). Generated. The generated active particles combine with Si on the sidewall of the etching groove to become stable (inactive) SiBr 4 and adhere to the sidewall, so that it becomes difficult to control the width of the etching groove to a required dimension, The dimensional accuracy of the element isolation layer of the semiconductor device is lowered. By making the absolute value of the
第2発明にあっては、エッチングガスが供給された処理室内の圧力を30mTorr〜100mTorrの範囲に調節する。圧力が30mTorrより小さい場合、あるいは、100mTorrより大きい場合、プラズマ中の電子密度が低下する。電子密度が低下した場合、シリコン基板に対して供給する高周波電力が一定であるとすると、バイアス電圧を高くする必要があり、バイアス電圧を高くした場合、シリコン基板に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、活性粒子の生成を促進してしまう。処理室内の圧力を30mTorr〜100mTorrの範囲に調節することにより、電子密度を高くしてバイアス電圧を低くすることができる。このため、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。 In the second invention, the pressure in the processing chamber supplied with the etching gas is adjusted to a range of 30 mTorr to 100 mTorr. When the pressure is smaller than 30 mTorr or larger than 100 mTorr, the electron density in the plasma is lowered. When the electron density decreases, assuming that the high-frequency power supplied to the silicon substrate is constant, the bias voltage must be increased. When the bias voltage is increased, the energy of ions reaching the silicon substrate increases. , Promoting the generation of active particles. By adjusting the pressure in the processing chamber to a range of 30 mTorr to 100 mTorr, the electron density can be increased and the bias voltage can be decreased. Therefore, the generation of active particles can be suppressed and the width of the etching groove of the silicon substrate can be formed uniformly, the width of the etching groove can be controlled to a required dimension, and the element isolation layer of the semiconductor device can be controlled. The dimensional accuracy can be improved.
第3発明にあっては、エッチングガスを励起するために供給する高周波電力を100W以上とする。高周波電力が100Wより小さい場合、プラズマ中の電子密度が低下し、シリコン基板に対して供給する高周波電力が一定であるとすると、バイアス電圧を高くする必要があり、バイアス電圧を高くした場合、シリコン基板に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、活性粒子の生成を促進してしまう。高周波電力を100W以上(例えば、500W程度)とすることにより、プラズマ中の電子密度を高くしてバイアス電圧を低くすることができる。このため、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。 In the third invention, the high frequency power supplied to excite the etching gas is set to 100 W or more. When the high-frequency power is smaller than 100 W, the electron density in the plasma is reduced, and if the high-frequency power supplied to the silicon substrate is constant, the bias voltage needs to be increased. The energy of ions reaching the substrate is increased, and the generation of active particles is promoted. By setting the high frequency power to 100 W or more (for example, about 500 W), the electron density in the plasma can be increased and the bias voltage can be decreased. Therefore, the generation of active particles can be suppressed and the width of the etching groove of the silicon substrate can be formed uniformly, the width of the etching groove can be controlled to a required dimension, and the element isolation layer of the semiconductor device can be controlled. The dimensional accuracy can be improved.
第4発明にあっては、マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を用いてエッチングガスを励起する。マイクロ波を用いた場合、プラズマ中の電子密度を高くすることができるため(例えば、1011個/cm3 程度)、バイアス電圧を低くすることができる。このため、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。 In the fourth aspect of the invention, the etching gas is excited using the microwave generated by the microwave generation unit. In the case of using a microwave, since the electron density in plasma can be increased (for example, about 10 11 particles / cm 3 ), the bias voltage can be decreased. Therefore, the generation of active particles can be suppressed and the width of the etching groove of the silicon substrate can be formed uniformly, the width of the etching groove can be controlled to a required dimension, and the element isolation layer of the semiconductor device can be controlled. The dimensional accuracy can be improved.
本発明によれば、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。 According to the present invention, the generation of active particles can be suppressed and the width of the etching groove of the silicon substrate can be formed uniformly, the width of the etching groove can be controlled to a required dimension, and the element of the semiconductor device The dimensional accuracy of the separation layer can be improved.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本発明に係るドライエッチング処理装置100の構成の一例を示す構成図である。図1において、10は処理容器である。処理容器10は、有底円筒形状であって全体がアルミニウムなどの導体により形成され、さらに処理容器10は接地されている。処理容器10の内部は、密閉され、ドライエッチング処理の処理空間となっている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a dry
処理容器10内には、例えば、シリコン単結晶、シリコン多結晶などのシリコン基板である被処理物としての半導体ウェハWを載置する載置台12が配置される。載置台12は、例えば、アルマイト処理したアルミニウム等により表面を平坦にした円板状をなし、例えば、アルミニウム等よりなる支柱14を介して処理容器10の底部中央より所定の位置に配置される。
In the
処理容器10の周囲壁には、半導体ウェハWを搬入、搬出するための搬出入口16を設けてあり、搬出入口16には、処理容器10内を密閉状態にしたまま搬出入口16を開閉するためのゲートバルブ18を設けてある。
The peripheral wall of the
処理容器10には、周囲壁を貫通する貫通孔を開設してあり、該貫通孔に嵌合させたガス導入管20から処理容器10内に所要のガスが導入される。ガス導入管20には、ガスノズル20aを設けてあり、ガスの流量を所要の値に調整することができる。なお、ガスノズル20aを複数本設けて、それぞれのガスノズルにより異なる種類のガスを導入することにより、各ガスの流量を独立に制御するようにしてもよく、あるいは、シャワーヘッド状に処理容器10の天井部に設けることもできる。
A through-hole penetrating the peripheral wall is opened in the
ドライエッチング用のガスとしては、例えば、HBrのみ、Cl2 のみ、HBrとCl2 の混合、あるいは、これらとO2 の混合ガスを用いることができる。なお、エッチングガスは、これらに限定されるものではなく、SF6 、CF4 などを用いることもできる。 As a gas for dry etching, for example, HBr only, only Cl 2, mixing of HBr and Cl 2, or may be a mixed gas thereof with O 2. Note that the etching gas is not limited to these, and SF 6 , CF 4, and the like can also be used.
処理容器10の底部には、排気口22を設けてあり、処理容器10の内気を排出することができる。排気口22には、圧力制御弁24、真空ポンプ26が介装された排気路28を接続してある。これにより、処理容器10内の圧力を所要の値に調節することができる。
An
載置台12の下方には、半導体ウェハWの搬出入時に載置台12を昇降させるための複数(例えば、3個)の昇降ピン30を設けてある。昇降ピン30は、伸縮可能なベローズ32を介して処理容器10の底部を貫通して設けられた昇降ロッド34により昇降されることができる。載置台12には、昇降ピン30を挿通可能な挿通孔36を形成してある。
Below the mounting table 12, a plurality of (for example, three) lifting pins 30 are provided for moving the mounting table 12 up and down when the semiconductor wafer W is loaded and unloaded. The elevating pins 30 can be moved up and down by elevating
載置台12は、耐熱材料、例えば、アルミナ等のセラミックで形成してあり、セラミック中に加熱手段38を設けている。加熱手段38は、載置台12の略全域に亘って埋め込まれた、例えば、薄板状の抵抗加熱ヒータよりなり、支柱14内に配された配線40を介してヒータ電源42に接続されている。
The mounting table 12 is formed of a heat-resistant material, for example, ceramic such as alumina, and a
載置台12の上面には、例えば、網目状に配設した導体線44を内部に備える薄板状の静電チャック46を設けてある。導体線48には、直流電源50を接続してあり、直流電源50が供給する直流電圧により、静電チャック46は、載置台12に載置する半導体ウェハWを静電吸着する。静電チャック46内部の導体線44には、例えば、整合器(不図示)を介して13.56MHzのバイアス用の高周波電力を印加するためのバイアス用高周波電源52を接続してある。なお、バイアス用高周波電源52が供給する高周波電力の周波数は、13.56MHzに限定されるものではなく、27MHzなど他のRF帯の周波数でもよい。
On the top surface of the mounting table 12, for example, a thin plate-like
バイアス用高周波電源52は、処理容器10内に導入されたエッチングガスを後述のマイクロ波導入装置200で励起して発生させたプラズマ中のイオン及び活性種を半導体ウェハWの方向へ加速させるため、絶対値が200V以下(すなわち、0V〜−200Vの範囲、より好ましくは−100V程度)のバイアス電圧を半導体ウェハWに印加する。
The bias high-
処理容器10の天井部には、天板54を設けてあり、天板54と処理容器10とはOリング等のシール部材56により処理容器10内の気密性を保持している。天板54は、例えば、石英、セラミック、アルミナ(Al2 O3 )、あるいは窒化アルミ(AlN)などの誘電体で形成され、マイクロ波に対して透過性を有する。なお、天板54の厚みは、耐圧性を考慮して、例えば、20mmとすることができる。
A
天板54の上面には、エッチングガスを励起してプラズマを発生させるためのマイクロ波導入装置200を設けてある。マイクロ波導入装置200は、処理容器10内へマイクロ波を導入するための平面アンテナ部材202を備えている。
On the top surface of the
平面アンテナ部材202は、例えば、半導体ウェハWのサイズが300mmである場合、ウェハサイズよりも大きい、例えば、直径が400〜500mm程度、厚みが1〜数mm程度の導電性材料よりなる円板状であり、その表面が銀メッキされた銅板又はアルミ板である。平面アンテナ部材202には、例えば、長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射用のスロット204を形成してある。なお、スロット204の配置又は形態は、特に限定されるものではなく、例えば、同心円状、渦巻状、又は放射状に配置することができ、あるいは、アンテナ部材全面に均一になるように分布させることもできる。また、平面アンテナ部材202は、いわゆるRLSA(Radial Line Slot Antenna)方式のアンテナ構造であり、これにより、高密度(例えば、1011個/cm3 程度)かつ低電子エネルギーのプラズマを発生させることができる。
For example, when the size of the semiconductor wafer W is 300 mm, the
平面アンテナ部材202の上面の略全面には円形薄板状の遅波部材206を設けてある。遅波部材206は、例えば、石英、セラミック、アルミナ(Al2 O3 )、あるいは窒化アルミ(AlN)などの誘電体で形成されている。遅波部材206は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。
A circular thin plate-like
遅波部材206の上面及び側面をすべて覆うように導体製であって中空円筒状の容器である導波箱210を設けてある。平面アンテナ部材202は、導波箱210の底板として構成される。導波箱210の上部には、導波箱210を冷却するために冷媒を流す冷却手段として冷却ジャケット212を設けてある。なお、平面アンテナ部材202の外周辺部及び導波箱210は、いずれも処理容器10と導通してある。
A
遅波部材206の上面中央には、上方へ凸状に突出した給電部208を形成してある。給電部208には、同軸導波管214を接続してある。同軸導波管214は、中心導体214aと、中心導体214aの回りに所定の間隔を隔てて配置された円環状の外側導体214bとを備える。外側導体214bは、導波箱210の上面中央に接続してある。また、中心導体214aは、遅波部材206の中央に形成された貫通孔222を通じて平面アンテナ部材202の中央部に接続してある。また、給電部208の上部外周は、外側導体214bの下部内壁に密着した状態で装着してある。
At the center of the upper surface of the
同軸導波管214には、モード変換器216及び矩形導波管218を介してマイクロ波発生器220に接続してある。マイクロ波発生器220は、例えば、2.45GHzのマイクロ波を発生し、発生したマイクロ波は、平面アンテナ部材202、遅波部材206へ伝搬される。なお、マイクロ波の周波数は、2.45GHzに限定されるものではなく、例えば、8.35GHzなど他の周波数でもよい。また、マイクロ波を発生させるための高周波電力は100W以上であり、例えば、2000W、500Wなどの値とすることができる。なお、プラズマを発生させるための高周波電力の周波数は、マイクロ波に限定されるものではなく、UHF帯、VHF帯などでもよい。
The
制御手段58は、例えば、マイクロコンピュータ、半導体メモリ等で構成され、ドライエッチング処理装置100の全体の動作を制御する。また、ドライエッチング処理装置100の動作は、予め処理手順を定めたコンピュータプログラムをマイクロコンピュータで処理することにより実現することができる。この場合、コンピュータプログラムは、HDD、半導体メモリ又はCD(Compact Disc)等の記憶媒体60に記憶することができる。
The control means 58 is composed of, for example, a microcomputer, a semiconductor memory, and the like, and controls the overall operation of the dry
より具体的には、制御手段58は、エッチングガスの流量制御、処理容器10内の圧力制御、バイアス用高周波電源52のバイアス電圧制御、マイクロ波導入装置のプラズマ発生用の電力制御、処理容器10内の温度制御、エッチング時間の制御、半導体ウェハWの搬入搬出制御などを行う。
More specifically, the control means 58 controls the flow rate of the etching gas, the pressure in the
次に、上述のドライエッチング処理装置100によって、シリコン基板からなる半導体ウェハWのシリコン(Si)をドライエッチングして、溝(トレンチ)を形成する工程について説明する。
Next, a process of forming a groove (trench) by dry-etching silicon (Si) of a semiconductor wafer W made of a silicon substrate using the above-described dry
単結晶シリコン基板又は多結晶シリコン基板の表面に窒化シリコン層(SiN)からなるハードマスク層を形成した半導体ウェハWを、ゲートバルブ18を開いて処理容器10内に搬入し、昇降ピン30を上昇させて、半導体ウェハWを載置台12の上面に載置する。直流電源50により供給される直流電圧を印加することにより、半導体ウェハWを静電チャック46上に静電吸着する。載置台12に載置した半導体ウェハWを、加熱手段38により、所要のプロセス温度に調整する。
A semiconductor wafer W, on which a hard mask layer made of a silicon nitride layer (SiN) is formed on the surface of a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate, is loaded into the
次に、ゲートバルブ18を閉じ、圧力制御弁24を調整して、処理容器10内を所定の真空度まで真空引きした後、ガスノズル20aを制御して所要のエッチングガス(例えば、HBr)を処理容器10内へ供給する。この場合、圧力制御弁24を制御することにより、処理容器10内の圧力を所要の値(例えば、30mTorr〜100mTorrの範囲)に調整する。
Next, the
同時に、マイクロ波発生器220を駆動し、マイクロ波発生器220にて発生したマイクロ波を、矩形導波管218及び同軸導波管214を介して給電部208より平面アンテナ部材202及び遅波部材206に供給し、遅波部材206によって波長を短くしたマイクロ波を、天板54を透過させて処理空間に導入し、これによりエッチングガスを励起させて処理空間にプラズマを発生させる。
At the same time, the microwave generator 220 is driven, and the microwave generated by the microwave generator 220 is supplied to the
プラズマ中のイオン(例えば、Br+、HBr+など)、活性種(ラジカル、Br2 など)は、バイアス用高周波電源52のバイアス電圧(例えば、200V以下)により半導体ウェハWの方向へ加速され、シリコン基板に衝突することにより、ハードマスク層が形成されていないシリコン基板を異方性エッチングする。
Ions (for example, Br + , HBr +, etc.) and active species (radicals, Br 2, etc.) in the plasma are accelerated in the direction of the semiconductor wafer W by the bias voltage (for example, 200 V or less) of the bias high-
次に、本発明に係るドライエッチング方法と従来のドライエッチング方法とを比較して説明する。図2は従来のドライエッチングにより形成したシリコン基板1の断面図であり、図3は従来のドライエッチングの処理の様子を示す模式図である。図2(a)に示すように、単結晶又は多結晶のシリコン基板1の表面に窒化シリコン層(SiN)2からなるハードマスク層を形成した半導体ウェハWをドライエッチングした場合、図2(b)に示すように、エッチングにより形成された溝(トレンチ)の断面がテーパ状になる。このため、例えば、ハードマスク層により溝の幅をW1にすべくドライエッチングしたものの、溝の底部の幅はW1と異なったW2となり、また、このW2がどの程度になるかを制御することができない。このため、半導体装置の素子分離層の寸法精度が低下するという問題があった。なお、溝の底部の幅W2は、幅W1に対して、10〜20%程度の誤差を有する。
Next, the dry etching method according to the present invention will be described in comparison with the conventional dry etching method. FIG. 2 is a cross-sectional view of a
図3(a)はシリコン基板1の表面又はエッチングにより形成されつつある溝の底部での処理の様子を示す。シリコン基板1の表面又は溝の底部に高いエネルギーで加速されたイオン(例えば、Br+、HBr+など)が衝突した場合、Si−Si共有結合(結合エネルギーは、例えば、2.9eV)が切断され、SiBr3 などの活性粒子(活性な分子)を生成する。なお、生成される活性粒子は、SiBr3 に限定されず、SiBr2 、SiBrなども含まれる。
FIG. 3A shows the state of processing at the surface of the
この場合の反応式は、例えば、Si+3Br→SiBr3 、Si+2Br→SiBr2 、又はSi+Br→SiBrで表わすことができる。 The reaction formula in this case can be expressed by, for example, Si + 3Br → SiBr 3 , Si + 2Br → SiBr 2 , or Si + Br → SiBr.
これらの活性粒子は、図3(b)に示すように、シリコン基板1の溝の側壁のSiと結合して側壁に付着し、結果として溝の断面形状をテーパ状にする。高いエネルギーのイオンの衝突により生成された活性粒子は、エッチング溝の深さが深くなるに応じて側壁のSiと結合し易くなるため、溝の深さ深いほど付着量が多くなり、図2(b)に示すようにテーパ状になる。
As shown in FIG. 3B, these active particles are bonded to the side walls of the
図4は本発明に係るドライエッチング方法により形成したシリコン基板1の断面図であり、図5は本発明に係るドライエッチング方法の処理の様子を示す模式図である。図4(a)に示すように、単結晶又は多結晶のシリコン基板1の表面に窒化シリコン層(SiN)2からなるハードマスク層を形成した半導体ウェハWをドライエッチングした場合、図4(b)に示すように、エッチングにより形成された溝(トレンチ)の断面はシリコン基板1の基板面に対して垂直になり、溝の幅は、溝の表面側でも底部でも同じ寸法W1となる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図5(a)はシリコン基板1の表面又はエッチングにより形成されつつある溝の底部での処理の様子を示す。シリコン基板1の表面又は溝の底部に低いエネルギー(例えば、バイアス電圧が200V以下、より好ましくは100V程度)で加速されたイオン(例えば、Br+、HBr+など)が衝突した場合、Si−Si共有結合(結合エネルギーは、例えば、2.9eV)を切断することができず、Br−Br間のファンデルワールス結合(結合エネルギーは、例えば、0.2eV)を切断する。これにより、SiBr4 なる不活性粒子(安定な分子)を生成する。
FIG. 5A shows a state of processing at the surface of the
この場合の反応式は、例えば、Si+4Br→SiBr4で表わすことができる。 The reaction formula in this case can be expressed by, for example, Si + 4Br → SiBr 4 .
この不活性粒子は、安定な粒子であるため、図5(b)に示すように、シリコン基板1の溝の側壁のSiとは結合することなく、処理容器10外へ排出される。
Since the inert particles are stable particles, they are discharged out of the
図6は衝突時のエネルギーと生成される分子の反応速度との関係を示す説明図である。図6において、横軸はシリコン基板1へ1個のイオンが衝突する際のエネルギーを示し、縦軸は分子の生成反応速度を示す。図6に示すように、イオンのエネルギーが小さい場合(例えば、1eV以下)には、ほぼSiBr4 のみ生成されるのが分かる。また、イオンのエネルギーが高くなるに応じて、SiBr3 が生成される。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the energy at the time of collision and the reaction rate of the generated molecules. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the energy when one ion collides with the
上述のとおり、例えば、エッチングガスとしてHBrを用いた場合、バイアス電圧の絶対値を200V以下にすることにより、シリコン基板1に到達するプラズマ中のイオン(例えば、Br+ )のエネルギーを小さくし、Si−Siの共有結合が切断されて活性粒子(例えば、SiBr3 、SiBr2 、SiBr等)が生成されることを抑制することができる。
As described above, for example, when HBr is used as the etching gas, the energy of ions (for example, Br + ) in the plasma reaching the
バイアス電圧の絶対値が200Vを超える場合(例えば、上述のイオンのエネルギーが1eVを超える場合)には、シリコン基板1に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、Si−Siの共有結合が切断されて活性粒子(例えば、SiBr3 、SiBr2 、SiBr等)が生成される。生成された活性粒子は、エッチング溝の側壁のSiと結合して安定な(不活性)SiBr4 となり側壁に付着するため、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することが困難となるとともに、半導体装置の素子分離層の寸法精度が低下する。バイアス電圧の絶対値を200V以下にする(すなわち、上述のイオンのエネルギーを、例えば、1eV以下にする)ことにより、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板1のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。
When the absolute value of the bias voltage exceeds 200 V (for example, when the above-described ion energy exceeds 1 eV), the energy of ions reaching the
図7はバイアス電圧と電子密度との関係を示す説明図である。図7において、横軸はバイアス用高周波電源52より供給される高周波電力(バイアスパワー)を示し、縦軸は電子密度を示す。また、図中の曲線は、バイアス電圧(例えば、100V、200Vなど)を一定にした場合のバイアスパワーと電子密度との関係を示す。上述のとおり、バイアス電圧の絶対値が200Vを超える場合には、活性粒子が生成され、バイアス電圧が200V以下の場合、不活性粒子が生成される。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the bias voltage and the electron density. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the high frequency power (bias power) supplied from the bias high
仮に、シリコン基板1に対して供給する高周波電力(バイアスパワー)が一定である場合、図7に示すように、電子密度が低いほどバイアス電圧を高くしなければならない。バイアス電圧を高くした場合には、シリコン基板1に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、活性粒子の生成を促進してしまう。一方、電子密度が高いほどバイアス電圧を低く(例えば、絶対値が100V程度)することができる。このため、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板1のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。
If the high frequency power (bias power) supplied to the
図8は処理容器10内の圧力と電子密度との関係を示す説明図である。図8に示すように、圧力が30mTorrより小さい場合、あるいは、圧力が100mTorrより大きい場合、プラズマ中の電子密度が低下する。電子密度が低下した場合、シリコン基板1に対して供給する高周波電力が一定であるとすると、上述のとおり、バイアス電圧を高くする必要があり、バイアス電圧を高くした場合、シリコン基板1に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、活性粒子の生成を促進してしまう。処理容器10内の圧力を30mTorr〜100mTorrの範囲に調節することにより、電子密度を高くしてバイアス電圧を低くすることができる。これにより、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the pressure in the
また、上述のとおり、本発明にあっては、マイクロ波を発生させるための高周波電力は100W以上とする。高周波電力が100Wより小さい場合、プラズマ中の電子密度が低下し、シリコン基板1に対して供給する高周波電力が一定であるとすると、バイアス電圧を高くする必要があり、バイアス電圧を高くした場合、シリコン基板1に到達するイオンのエネルギーが大きくなり、活性粒子の生成を促進してしまう。高周波電力を100W以上とすることにより、プラズマ中の電子密度を高くしてバイアス電圧を低くすることができる。このため、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板1のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。
Further, as described above, in the present invention, the high frequency power for generating the microwave is 100 W or more. If the high frequency power is smaller than 100 W, the electron density in the plasma is reduced, and if the high frequency power supplied to the
また、上述のとおり、本発明にあっては、マイクロ波発生器220で発生したマイクロ波を用いてエッチングガスを励起する。マイクロ波を用いた場合、プラズマ中の電子密度を高くすることができるため(例えば、1011個/cm3 程度)、バイアス電圧を低くすることができる。このため、活性粒子の生成を抑制してシリコン基板1のエッチング溝の幅を一様に形成することができ、エッチング溝の幅を所要の寸法に制御することができ、半導体装置の素子分離層の寸法精度を向上させることができる。
Further, as described above, in the present invention, the etching gas is excited using the microwave generated by the microwave generator 220. In the case of using a microwave, since the electron density in plasma can be increased (for example, about 10 11 particles / cm 3 ), the bias voltage can be decreased. Therefore, the generation of active particles can be suppressed, and the width of the etching groove of the
上述の実施の形態では、プラズマを発生させる手段としてマイクロ波を用いる構成であったが、プラズマ発生手段は、これに限定されるものではなく、平行平板型、電子サイクロトロン共鳴型(ECR:Electron Cyclotron Resonance)、ヘリコン波励起型(HWP:Helicon Wave Plasma)、誘導結合型(ICP:Inductively Coupled Plasma)等であってもよい。 In the above-described embodiment, the microwave is used as the means for generating the plasma. However, the plasma generating means is not limited to this, and a parallel plate type, an electron cyclotron resonance type (ECR: Electron Cyclotron) is used. Resonance), Helicon Wave Plasma (HWP), Inductively Coupled Plasma (ICP), and the like may be used.
上述の実施の形態において、処理容器10の縦寸法(ギャップ)、すなわち、処理容器10の底部と天板との離隔寸法を小さくすることにより、処理容器10内の電子密度を高くすることができる。これは、処理容器10のギャップが大きくなるほど、電子密度の高低差が大きくなるので、ギャップを小さくすることで電子密度の低下を抑制することができるからである。これによりバイアス電圧を低くすることができる。
In the above-described embodiment, the electron density in the
上述の実施の形態では、エッチングガスの例としてHBrを用いた例を説明したが、エッチングガスはHBrに限定されるものではない。例えば、HCl、Cl2 などを用いることもできる。Cl2 を用いる場合、本発明は、活性粒子(例えば、SiCl3 、SiCl2 、SiCl等)が生成されることを抑制することができる。 In the above-described embodiment, an example in which HBr is used as an example of the etching gas has been described. However, the etching gas is not limited to HBr. For example, HCl, Cl 2 or the like can be used. When Cl 2 is used, the present invention can suppress the generation of active particles (for example, SiCl 3 , SiCl 2 , SiCl, etc.).
10 処理容器
20a ガスノズル
24 圧力制御弁
52 バイアス用高周波電源
58 制御手段
200 マイクロ波導入装置
220 マイクロ波発生器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
処理室内に供給されるエッチングガスを励起してプラズマを発生させるためのプラズマ発生部と、
該プラズマ発生部で発生させたプラズマ中のイオン及び活性種を被処理物の方向へ加速させるため、該被処理物に対してバイアス電圧を印加する電圧印加部と
を備え、
該電圧印加部で印加するバイアス電圧の絶対値を200V以下にするように構成してあることを特徴とするドライエッチング処理装置。 In a dry etching processing apparatus for dry etching a processing object arranged in a processing chamber,
A plasma generating unit for generating plasma by exciting an etching gas supplied into the processing chamber;
A voltage applying unit for applying a bias voltage to the object to be processed in order to accelerate ions and active species in the plasma generated by the plasma generating part in the direction of the object to be processed;
A dry etching apparatus characterized in that an absolute value of a bias voltage applied by the voltage application unit is set to 200 V or less.
エッチングガスを励起するための100W以上の高周波電力を供給する高周波電力供給部を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のドライエッチング処理装置。 The plasma generator is
The dry etching processing apparatus according to claim 1, further comprising a high-frequency power supply unit that supplies a high-frequency power of 100 W or more for exciting the etching gas.
マイクロ波発生部を備え、
該マイクロ波発生部で発生したマイクロ波を用いてエッチングガスを励起するように構成してあることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のドライエッチング処理装置。 The plasma generator is
With a microwave generator,
The dry etching processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the etching gas is excited by using the microwave generated by the microwave generation unit.
処理室内に供給されるエッチングガスを励起してプラズマを発生させ、
発生させたプラズマ中のイオン及び活性種を被処理物の方向へ加速させるため、該被処理物に対して絶対値が200V以下のバイアス電圧を印加し、
該被処理物をエッチングする際に活性粒子の生成を抑制することを特徴とするドライエッチング方法。 In a dry etching method for dry etching a processing object disposed in a processing chamber,
Exciting the etching gas supplied into the processing chamber to generate plasma,
In order to accelerate ions and active species in the generated plasma in the direction of the workpiece, a bias voltage having an absolute value of 200 V or less is applied to the workpiece,
A dry etching method, wherein generation of active particles is suppressed when the object to be processed is etched.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011148985A1 (en) * | 2010-05-26 | 2011-12-01 | 住友精密工業株式会社 | Plasma etching method |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05166767A (en) * | 1991-12-19 | 1993-07-02 | Sony Corp | Dry etching |
JPH05243188A (en) * | 1992-02-27 | 1993-09-21 | Japan Steel Works Ltd:The | Etching method |
JP2003007679A (en) * | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Tokyo Electron Ltd | Dry etching method |
WO2005008760A2 (en) * | 2003-07-11 | 2005-01-27 | Infineon Technologies Ag | Method for anisotropically etching a recess in a silicon substrate and use of a plasma etching system |
JP2007081383A (en) * | 2005-08-15 | 2007-03-29 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing fine structure |
WO2008007962A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Technische Universiteit Eindhoven | Method and device for etching a substrate by means of a plasma |
JP2008016838A (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-24 | Hynix Semiconductor Inc | Method of manufacturing recess gate of semiconductor device |
JP2009215550A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-24 | Lockheed Martin Corp | Electroconductive joint-covering tape |
-
2008
- 2008-04-11 JP JP2008103764A patent/JP2009259863A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05166767A (en) * | 1991-12-19 | 1993-07-02 | Sony Corp | Dry etching |
JPH05243188A (en) * | 1992-02-27 | 1993-09-21 | Japan Steel Works Ltd:The | Etching method |
JP2003007679A (en) * | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Tokyo Electron Ltd | Dry etching method |
WO2005008760A2 (en) * | 2003-07-11 | 2005-01-27 | Infineon Technologies Ag | Method for anisotropically etching a recess in a silicon substrate and use of a plasma etching system |
JP2007081383A (en) * | 2005-08-15 | 2007-03-29 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing fine structure |
JP2008016838A (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-24 | Hynix Semiconductor Inc | Method of manufacturing recess gate of semiconductor device |
WO2008007962A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Technische Universiteit Eindhoven | Method and device for etching a substrate by means of a plasma |
JP2009215550A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-24 | Lockheed Martin Corp | Electroconductive joint-covering tape |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011148985A1 (en) * | 2010-05-26 | 2011-12-01 | 住友精密工業株式会社 | Plasma etching method |
JP5198685B2 (en) * | 2010-05-26 | 2013-05-15 | Sppテクノロジーズ株式会社 | Plasma etching method |
KR101303842B1 (en) | 2010-05-26 | 2013-09-04 | 에스피피 테크놀로지스 컴퍼니 리미티드 | Plasma etching method |
US8628676B2 (en) | 2010-05-26 | 2014-01-14 | Spp Technologies Co., Ltd. | Plasma etching method |
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