JP3288306B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3288306B2
JP3288306B2 JP20293898A JP20293898A JP3288306B2 JP 3288306 B2 JP3288306 B2 JP 3288306B2 JP 20293898 A JP20293898 A JP 20293898A JP 20293898 A JP20293898 A JP 20293898A JP 3288306 B2 JP3288306 B2 JP 3288306B2
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聡 中川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いた
半導体装置の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor equipment using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の半導体デバイスの製造において、
反応室内にプラズマを生成させて、ドライエッチングや
CVDを行うプラズマ加工は、高集積化された半導体デ
バイス内の要素を加工するために欠かせない技術であ
る。例えば、酸化膜からなる層間絶縁膜に、配線とトラ
ンジスタのソース・ドレイン領域などの活性領域とを接
続するためのコンタクトホールや、配線間を接続するた
めのバイヤホールを形成する際には、反応室内にプラズ
マを生成して、ホールの側面方向へのエッチングの進行
は側壁保護膜によって抑制しながら、ホール底面にはプ
ラズマイオンの衝突によってエッチングを進行させるよ
うにしている。このような異方性エッチングによって、
微細な径を有しながら層間絶縁膜をほぼストレートに貫
通するコンタクトホールやバイヤホールを形成すること
ができる。
2. Description of the Related Art In the current production of semiconductor devices,
Plasma processing in which plasma is generated in a reaction chamber to perform dry etching or CVD is an indispensable technique for processing elements in a highly integrated semiconductor device. For example, when forming a contact hole for connecting a wiring to an active region such as a source / drain region of a transistor or a via hole for connecting a wiring in an interlayer insulating film made of an oxide film, a reaction is required. Plasma is generated in the chamber, and the progress of the etching in the side surface direction of the hole is suppressed by the side wall protective film, and the etching is advanced by the collision of plasma ions on the bottom surface of the hole. By such anisotropic etching,
It is possible to form a contact hole or a via hole that penetrates the interlayer insulating film almost straight while having a fine diameter.

【0003】ところで、半導体デバイスサイズの縮小に
伴い、配線幅やコンタクトホールやバイヤホールの径は
ますます小さくなっている。しかるに、これらのホール
の形成工程を例にとれば、ホール径は小さくなっている
にかかわらず、層間絶縁膜の厚さはほとんど薄くなって
いない。したがって、ホール径に対する層間絶縁膜の厚
さの比(アスペクト比)はますます大きくなってきてい
る。そして、アスペクト比の増大に伴い、ホールを形成
する工程において、正常なホールが形成されないケース
が生じやすくなる。特に、高アスペクト比のホールを形
成する際には、ホール径によってエッチレートが変わる
マイクロローディング現象と呼ばれる現象が生じやすか
った。特に微細な径のホールを形成している際にこのマ
イクロローディング効果が発生すると、エッチングの進
行が次第に遅くなり、ときには貫通ホールが形成されな
いうちにエッチングが停止するおそれがあった。
[0003] With the reduction in the size of semiconductor devices, the width of wiring and the diameter of contact holes and via holes are becoming smaller. However, taking the hole forming process as an example, the thickness of the interlayer insulating film is hardly reduced regardless of the hole diameter being reduced. Therefore, the ratio of the thickness of the interlayer insulating film to the hole diameter (aspect ratio) is increasing. Then, as the aspect ratio increases, a case where a normal hole is not formed tends to occur in a step of forming a hole. In particular, when a hole having a high aspect ratio is formed, a phenomenon called a microloading phenomenon in which the etch rate changes depending on the hole diameter is likely to occur. In particular, when this microloading effect occurs when a hole having a small diameter is formed, the progress of etching gradually slows down, and sometimes etching may stop before a through hole is formed.

【0004】一方、ドライエッチング技術の最近の進歩
に伴い、側壁保護膜の発生をできるだけ抑制すべく側壁
保護膜の形成とエッチングとを交互に行なうTMエッチ
ング(Time Modelation Etching )と呼ばれる技術や、
側壁でのラジカル反応が凍結するまでウエハ温度を下げ
て、側壁保護膜を形成することなく異方性エッチングを
実現する低温エッチング技術と呼ばれる技術がある。こ
れらの技術によると、側壁保護膜をなくすか低減しなが
ら、異方性を確保することができる。上述のマイクロロ
ーディング現象の発生も抑制される。
On the other hand, with the recent progress of the dry etching technique, a technique called TM etching (Time Modeling Etching) in which formation and etching of the sidewall protective film are alternately performed in order to minimize the generation of the sidewall protective film,
There is a technique called a low-temperature etching technique that lowers the wafer temperature until the radical reaction on the side wall freezes, and realizes anisotropic etching without forming a side wall protective film. According to these techniques, it is possible to secure anisotropy while eliminating or reducing the side wall protective film. The occurrence of the above-described microloading phenomenon is also suppressed.

【0005】また、最近では、高アスペクト比のホール
のエッチングに適したプラズマ源として、アンテナを絶
縁物の反応室壁に設置した低ガス圧力、高密度プラズマ
の誘導結合型プラズマやヘリコン波プラズマを用いるこ
とにより、側壁保護膜を形成しなくても高異方性,高エ
ッチ速度,高選択性を実現できるようになっている。
Recently, as a plasma source suitable for etching a hole having a high aspect ratio, an inductively coupled plasma or a helicon wave plasma having a low gas pressure and a high density in which an antenna is installed on a wall of an insulating reaction chamber is used. By using this, high anisotropy, high etch rate and high selectivity can be realized without forming a side wall protective film.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この高
密度プラズマを用いる技術において、エッチングの進行
が途中で停止して、貫通ホールが形成されないという現
象がある。このようなエッチストップは、それまで貫通
ホールが正常に形成されていた状態で、突如エッチング
が途中で停止する現象である。また、このエッチストッ
プの発生時期は、エッチング開始直後のときもあり、エ
ッチングが進行してから後のときもあるというようにば
らつきがあり、一定の傾向を示していない。ウエハを何
枚か処理しているうちに、あるウエハのエッチングの進
行中に突然エッチストップが発生するのであって、何ら
かの要因が蓄積されて生じることを暗示している。
However, in this technique using high-density plasma, there is a phenomenon that the progress of etching is stopped halfway and no through-hole is formed. Such an etch stop is a phenomenon in which etching is suddenly stopped halfway in a state where a through-hole has been formed normally. In addition, the timing of the occurrence of the etch stop may vary immediately after the start of the etching, or may occur after the progress of the etching, and does not show a certain tendency. While several wafers are being processed, an etch stop occurs suddenly while a certain wafer is being etched, which implies that some factors accumulate and occur.

【0007】このようなばらつきが生じる原因について
は、まだ詳細に解明されていないのが現状であるが、上
記マイクロローディングとは明らかに区別できる現象で
ある。そこで、本発明者達は、このようなエッチングが
停止する現象を「エッチストップ」と呼ぶことにする。
Although the cause of such variation has not yet been elucidated in detail, it is a phenomenon that can be clearly distinguished from the microloading described above. Therefore, the present inventors refer to such a phenomenon that the etching stops as "etch stop".

【0008】図37は、正常なエッチング,マイクロロ
ーディング及びここで問題にしているエッチストップの
3つの場合におけるエッチングの進行状態を示す図であ
る。同図において、横軸はエッチング時間を表し、縦軸
はエッチング量を示している。そして、エッチング線E
tnは正常なエッチングの場合を、エッチング線Emlはマ
イクロローディングが生じる場合を、エッチング線Est
はエッチストップが生じる場合をそれぞれ示す。マイク
ロローディングの場合には、図37のエッチング線Eml
に示すように、ある程度の深さに達するとエッチングの
進行が遅くなるのが特徴である。一方、エッチストップ
の場合、図37のエッチング線Estに示すように、正常
なエッチングの進行状態から突然エッチングの進行が止
まるのであって、既に述べたように、発生時期もまちま
ちである。すなわち、マイクロローディング効果がエッ
チングレートの連続的な低下により引き起こされる現象
であるのに対し、ここでいう「エッチストップ」とは、
ある一定のエッチングレートで正常なエッチングを行な
っている状態から非連続的にエッチングレートが0にな
ることにより引き起こされる現象といえる。しかも、マ
イクロローディング効果が生じない条件下でも、エッチ
ストップは生じる。
FIG. 37 is a diagram showing the progress of etching in the three cases of normal etching, microloading and the etch stop in question here. In the figure, the horizontal axis represents the etching time, and the vertical axis represents the etching amount. And the etching line E
tn indicates the case of normal etching, etching line Eml indicates the case where microloading occurs, and etching line Est
Indicates a case where an etch stop occurs. In the case of microloading, the etching line Eml in FIG.
As shown in (1), when a certain depth is reached, the etching progresses slowly. On the other hand, in the case of the etch stop, as shown by the etching line Est in FIG. 37, the progress of the etching is suddenly stopped from the normal state of the progress of the etching, and as described above, the occurrence time varies. That is, while the microloading effect is a phenomenon caused by a continuous decrease in the etching rate, the “etch stop” here is
This can be said to be a phenomenon caused by the etching rate being discontinuously reduced to 0 from a state where normal etching is being performed at a certain etching rate. Moreover, even under the condition where the microloading effect does not occur, the etch stop occurs.

【0009】ここで、一般的に、プラズマエッチングに
おけるエッチングレートRは、下記式(1)で表され
る。
Here, generally, an etching rate R in plasma etching is represented by the following equation (1).

【0010】 R=(1/ρ)・θ・Γi・Ei−θ・Γd (1) ここで、ρは被エッチング物の密度、θはラジカルの表
面被覆率、Γiはイオンのフラックス量を表す関数、E
iはイオンエネルギー、Γdはラジカルのフラックス量
を表す関数をそれぞれ示す。そして、式(1)の第1項
はエッチングに寄与するファクタであり、第2項はデポ
ジションに寄与するファクタである。
R = (1 / ρ) · θ · Γi · Ei−θ · Γd (1) where ρ is the density of the object to be etched, θ is the surface coverage of radicals, and Δi is the amount of ion flux. Function, E
i represents ion energy, and Δd represents a function representing the amount of radical flux. The first term of the equation (1) is a factor contributing to etching, and the second term is a factor contributing to deposition.

【0011】エッチングが停止するということは、上記
式(1)のエッチングレートRが0以下になるというこ
とである。そして、このようなR≦0になるためには、
以下のような条件が必要である。 (a) Γi≒0の場合 この場合には、コンタクト孔内に入射するイオンフラッ
クス量が減少する。この状態は、コンタクト孔のアスペ
クト比の増大や、表面チャージングなどにより発生す
る。 (b) Ei≒0の場合 この場合には、コンタクト孔内に入射するイオンのエネ
ルギーが減少する。この状態は、特に絶縁膜に形成され
るコンタクト孔内にイオンの下方への運動を阻害するチ
ャージが存在することにより発生する。例えば、コンタ
クト孔の底面に正の電荷がありコンタクト孔の側壁上部
に負の電荷がある場合である。 (c) (1/ρ)・θ・Γi・Ei≦θ・Γdの場合 これは、デポジションに寄与するラジカルの量がエッチ
ングに寄与するイオンの量を上回る場合である。これ
は、プラズマ中のC2 /F比又はC/F比が増大するこ
とにより発生する。
Stopping the etching means that the etching rate R in the above equation (1) becomes 0 or less. And in order to satisfy such R ≦ 0,
The following conditions are required. (A) In the case of ≒ i ≒ 0 In this case, the amount of ion flux entering the contact hole decreases. This state occurs due to an increase in the aspect ratio of the contact hole, surface charging, and the like. (B) In the case of Ei こ の 0 In this case, the energy of ions entering the contact hole decreases. This state is caused particularly by the presence of a charge that inhibits the downward movement of ions in the contact hole formed in the insulating film. For example, there is a case where the bottom surface of the contact hole has a positive charge and the top portion of the contact hole has a negative charge on the side wall. (C) (1 / ρ) · θ ·) i · Ei ≦ θ · Γd This is a case where the amount of radicals contributing to deposition exceeds the amount of ions contributing to etching. This is caused by an increase in the C 2 / F ratio or the C / F ratio in the plasma.

【0012】そして、一般的に、マイクロローディング
効果とは、上記条件(c)によって引き起こされる現象
ということがいえる。これらの現象の機構はまだ解明さ
れていないが、マイクロローディング効果は、ホール内
に供給されるデポラジカルが連続的に多くなって徐々に
エッチングレートが小さくなる現象であって関数Γi,
Γdが連続関数として表されるのに対し、エッチストッ
プはエッチングレートが突然0になる現象であって関数
Γi,Γdが不連続関数として表されるものと推定され
る。
In general, the microloading effect can be said to be a phenomenon caused by the above condition (c). Although the mechanism of these phenomena has not yet been elucidated, the microloading effect is a phenomenon in which the amount of depot radicals supplied into the holes increases continuously and the etching rate gradually decreases, and the function Γi,
While Γd is represented as a continuous function, it is estimated that the etch stop is a phenomenon in which the etching rate suddenly becomes 0, and the functions Γi and Γd are represented as discontinuous functions.

【0013】本発明は、このエッチストップ現象の原因
の究明のための多くの実験を積み重ねた結果なされたも
のであり、エッチストップが発生する条件とエッチスト
ップが発生しない条件とを把握することにより、エッチ
ストップを確実に解消しうる半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。
The present invention has been made as a result of accumulating many experiments for investigating the cause of the etch stop phenomenon. The present invention is based on the understanding of the conditions under which an etch stop occurs and the conditions under which an etch stop does not occur. , and to provide a manufacturing method of a semiconductor device which can reliably eliminate the etch stop.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、反応室の壁面からの酸素の放
出作用あるいは酸素を含むガスの供給によりエッチング
等のプラズマ処理の進行を妨げるデポ物を除去すること
にある。
Means taken by the present invention to achieve the above object are to release oxygen from the wall surface of the reaction chamber or supply a gas containing oxygen to advance the plasma processing such as etching. The elimination of obstructive deposits.

【0015】本発明の半導体装置の製造方法は、酸素を
含む材料からなる酸素含有部材を壁部に有する反応室
と、上記酸素含有部材に近接して設けられたアンテナコ
イルとを備えた装置を用いて行う半導体装置の製造方法
であって、上記酸素含有部材を交換する際、酸素含有部
材からの酸素放出量を測定し、予め設定されている適正
範囲内であるような酸素放出量を示すように酸素を含む
ガスの流量を決定する第1のステップと、半導体装置が
形成されるウエハを上記反応室内に設置した状態で、上
記反応室内にガスを導入する第2のステップと、上記ア
ンテナコイルに高周波電力を供給して上記反応室内に高
密度プラズマを発生させる第3のステップと、上記反応
室内に酸素を含むガスを上記第1のステップで決定した
流量で導入しながら、半導体装置形成のためのエッチン
グを行う第4のステップとを備えている。
The method of manufacturing a semi-conductor device of the present invention, apparatus including a reaction chamber having an oxygen-containing member made of a material containing oxygen in the wall, and an antenna coil provided in proximity to the oxygen-containing member A method of manufacturing a semiconductor device using the method, when replacing the oxygen-containing member, measuring the amount of oxygen released from the oxygen-containing member, the amount of oxygen released within a predetermined appropriate range A first step of determining a flow rate of a gas containing oxygen as shown, a second step of introducing a gas into the reaction chamber while a wafer on which a semiconductor device is formed is installed in the reaction chamber, A third step of supplying high-frequency power to the antenna coil to generate high-density plasma in the reaction chamber; and introducing a gas containing oxygen into the reaction chamber at a flow rate determined in the first step. And a fourth step of performing etching for the semiconductor device formation.

【0016】この方法により、酸素含有部材の取り付け
方のばらつきによって、エッチストップの発生を回避で
きるだけの酸素の放出が得られないときにも、酸素を含
むガスからの酸素の供給によりエッチストップの発生を
確実に防止することができる。
According to this method, even when it is not possible to release oxygen enough to avoid the occurrence of an etch stop due to a variation in how the oxygen-containing member is attached, the generation of the etch stop can be achieved by supplying oxygen from the oxygen-containing gas. Can be reliably prevented.

【0017】本発明の半導体装置の製造方法は、酸素を
含む材料からなる酸素含有部材を壁部に有する反応室
と、上記酸素含有部材に近接して設けられたアンテナコ
イルと、上記反応室内にガスを導入するためのガス供給
手段と、上記アンテナコイルに高周波電力を供給して上
記反応室内に誘導結合プラズマ,ヘリコン波プラズマ及
びECRプラズマのうちいずれか1つを発生させるため
のプラズマ発生手段と、上記プラズマ内のOの発光強度
を検出するための発光強度検出手段とを備えた装置を用
いて行なう半導体装置の製造方法であって、半導体装置
が形成されるウエハを上記反応室内に設置した状態で、
上記反応室内にガスを導入する第1のステップと、上記
プラズマ発生手段により反応室内にプラズマを発生させ
て、上記ウエハの一部にホールを形成するためのエッチ
ングを行う第2のステップと、上記発光強度検出手段の
検出値が、エッチングがほぼ一定速度で進行している状
態から非連続的にエッチングが停止するエッチストップ
が発生する条件であるときには次のウエハのエッチング
を停止させる第3のステップとを備えている。
Method of manufacturing a semi-conductor device [0017] The present invention includes a reaction chamber having an oxygen-containing member made of a material containing oxygen in the wall, and an antenna coil provided in proximity to the oxygen-containing member, said reaction chamber Gas supply means for introducing gas into the reactor, and plasma generation means for supplying high-frequency power to the antenna coil to generate any one of inductively coupled plasma, helicon wave plasma and ECR plasma in the reaction chamber And a method for manufacturing a semiconductor device using a device having light emission intensity detection means for detecting the emission intensity of O in the plasma, wherein a wafer on which the semiconductor device is formed is placed in the reaction chamber. In the state
A first step of introducing gas into the reaction chamber, a second step of generating plasma in the reaction chamber by the plasma generation means, and performing etching to form a hole in a part of the wafer; A third step of stopping the etching of the next wafer when the value detected by the light emission intensity detecting means is such that an etching stop occurs in which the etching is discontinuously stopped from a state where the etching is proceeding at a substantially constant speed; And

【0018】その場合、上記ガス供給手段は、フロロカ
ーボン系ガスを供給するものであり、上記発光強度検出
手段は、上記プラズマ内のFの発光強度をも検出するも
のであり、上記Oの発光強度とFの発光強度との発光強
度比を演算するステップをさらに備え、上記第3のステ
ップでは、上記演算手段で算出された発光強度比が上記
エッチストップが発生する条件にあるときに次のウエハ
のエッチングを停止させることが好ましい。
In this case, the gas supply means supplies a fluorocarbon-based gas, the emission intensity detection means also detects the emission intensity of F in the plasma, and the emission intensity of the O Calculating a light emission intensity ratio between the light emission intensity and the light emission intensity of F. In the third step, when the light emission intensity ratio calculated by the calculation means is in a condition that the etch stop occurs, the next wafer Is preferably stopped.

【0019】これらの方法により、エッチストップの発
生による不良品の発生を未然に防止することができる。
With these methods, it is possible to prevent the occurrence of defective products due to the occurrence of etch stop.

【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に半導体装置を製造するための方法であって、酸素含有
部材を壁部に有する反応室内において、上記酸素含有部
材を加熱して上記酸素含有部材から上記反応室内に酸素
(O)を供給する第1のステップと、上記反応室内に、
基板と、該基板上に形成されたシリコン酸化膜と、該シ
リコン酸化膜の上に形成されたマスクとを有するウエハ
を設置する第2のステップと、上記反応室内に炭素
(C)とフッ素(F)とを含み、かつ、不活性ガスを含
まないエッチング用ガスを導入する第3のステップと、
上記反応室内のウエハ近傍に1×1011/cm3 以上の
高密度プラズマを発生させて、上記シリコン酸化膜のう
ち上記マスクの開口部下方にホールが形成されるように
ドライエッチングを行なう第4のステップとを備え、上
記第4のステップは、上記プラズマ内のOとCの濃度比
が、上記高密度プラズマにより上記ホールの底面にC−
C結合を含む堆積物が生成されて、エッチングがほぼ一
定速度で進行している状態から非連続的にエッチングが
停止するエッチストップが発生しないための予め設定さ
れている適正範囲内であるように、上記酸素含有部材か
らの酸素放出量を制御しながら行なわれる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device on a substrate, wherein the oxygen-containing member is heated in a reaction chamber having an oxygen-containing member in a wall portion. A first step of supplying oxygen (O) from the containing member into the reaction chamber;
A second step of installing a wafer having a substrate, a silicon oxide film formed on the substrate, and a mask formed on the silicon oxide film; and carbon (C) and fluorine (C) in the reaction chamber. F) and contains an inert gas.
A third step of introducing a suitable etching gas;
A high-density plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more is generated in the vicinity of the wafer in the reaction chamber, and dry etching is performed to form a hole in the silicon oxide film below the opening of the mask. The fourth step is such that the concentration ratio of O and C in the plasma is C-
Deposits containing C-bonds are generated, and the etching is performed at a substantially constant speed. The etching is discontinuously stopped so that an etch stop does not occur. This is performed while controlling the amount of oxygen released from the oxygen-containing member.

【0021】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に半導体装置を製造するための方法であって、酸素含有
部材を壁部に有する反応室内において、上記酸素含有部
材を加熱して上記酸素含有部材から上記反応室内に酸素
(O)を供給する第1のステップと、上記反応室内に、
基板と、該基板上に形成されたシリコン酸化膜と、該シ
リコン酸化膜の上に形成されたマスクとを有するウエハ
を設置する第2のステップと、上記反応室内に炭素
(C)とフッ素(F)とを含み、かつ、不活性ガスを含
まないエッチング用ガスを導入する第3のステップと、
上記反応室内のウエハ近傍に1×1011/cm3 以上の
高密度プラズマを発生させて、上記シリコン酸化膜のう
ち上記マスクの開口部下方にホールが形成されるように
ドライエッチングを行なう第4のステップとを備え、上
記第4のステップは、上記プラズマ内のOとFの濃度比
が、上記高密度プラズマにより上記ホールの底面にC−
C結合を含む堆積物が生成されて、エッチングがほぼ一
定速度で進行している状態から非連続的にエッチングが
停止するエッチストップが発生しないための予め設定さ
れている適正範囲内であるように、上記酸素含有部材か
らの酸素放出量を制御しながら行なわれる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device on a substrate, wherein the oxygen-containing member is heated in a reaction chamber having an oxygen-containing member in a wall portion. A first step of supplying oxygen (O) from the containing member into the reaction chamber;
A second step of installing a wafer having a substrate, a silicon oxide film formed on the substrate, and a mask formed on the silicon oxide film; and carbon (C) and fluorine (C) in the reaction chamber. F) and contains an inert gas.
A third step of introducing a suitable etching gas;
A high-density plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more is generated in the vicinity of the wafer in the reaction chamber, and dry etching is performed to form a hole in the silicon oxide film below the opening of the mask. The fourth step is such that the concentration ratio of O and F in the plasma is C-
Deposits containing C-bonds are generated, and the etching is performed at a substantially constant speed. The etching is discontinuously stopped so that an etch stop does not occur. This is performed while controlling the amount of oxygen released from the oxygen-containing member.

【0022】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に半導体装置を製造するための方法であって、酸素含有
部材を壁部に有する反応室内において、上記酸素含有部
材を加熱して上記酸素含有部材から上記反応室内に酸素
(O)を供給する第1のステップと、上記反応室内に、
基板と、該基板上に形成されたシリコン酸化膜と、該シ
リコン酸化膜の上に形成されたマスクとを有するウエハ
を設置する第2のステップと、上記反応室内に炭素
(C)とフッ素(F)とを含み、かつ、不活性ガスを含
まないエッチング用ガスを導入する第3のステップと、
上記反応室内のウエハ近傍に1×1011/cm3 以上の
高密度プラズマを発生させて、上記シリコン酸化膜のう
ち上記マスクの開口部下方にホールが形成されるように
ドライエッチングを行なう第4のステップとを備え、上
記第4のステップは、上記プラズマ内のO,C及びFの
濃度比が、上記高密度プラズマにより上記ホールの底面
にC−C結合を含む堆積物が生成されて、エッチングが
ほぼ一定速度で進行している状態から非連続的にエッチ
ングが停止するエッチストップが発生しないための予め
設定されている適正範囲内であるように、上記酸素含有
部材からの酸素放出量を制御しながら行なわれる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device on a substrate, wherein the oxygen-containing member is heated in a reaction chamber having an oxygen-containing member in a wall portion. A first step of supplying oxygen (O) from the containing member into the reaction chamber;
A second step of installing a wafer having a substrate, a silicon oxide film formed on the substrate, and a mask formed on the silicon oxide film; and carbon (C) and fluorine (C) in the reaction chamber. F) and contains an inert gas.
A third step of introducing a suitable etching gas;
A high-density plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more is generated in the vicinity of the wafer in the reaction chamber, and dry etching is performed to form a hole in the silicon oxide film below the opening of the mask. The fourth step is such that the concentration ratio of O, C and F in the plasma is such that the high-density plasma forms a deposit containing CC bonds on the bottom surface of the hole; The amount of oxygen released from the oxygen-containing member is set so as to be within a predetermined appropriate range for preventing an etch stop in which the etching stops discontinuously from a state where the etching is proceeding at a substantially constant speed. It is performed while controlling.

【0023】上記半導体装置の製造方法によっても、エ
ッチストップの発生を回避しながら、ホールを貫通させ
ることができる。
According to the above-described method for manufacturing a semiconductor device, the hole can be penetrated while avoiding the occurrence of the etch stop.

【0024】記ホールが貫通した後、上記基板の上に
は炭素含有生成物が堆積されるように上記プラズマ中の
Oの濃度を調整することが好ましい。
[0024] After the upper Symbol hole penetrates, on the substrate it is preferable to adjust the concentration of O in the plasma to be deposited is a carbon-containing product.

【0025】記エッチストップが発生しないためのプ
ラズマ中のOの発光強度の適正範囲を予め求めておき、
上記第4のステップでは、上記プラズマ中のOの発光強
度を測定しながら、上記Oの発光強度が上記適正範囲に
あるように上記プラズマ中のOの濃度を調整することを
特徴とすることが好ましい。
[0025] the proper range of the light-emitting intensity of the O in the plasma for the upper Symbol etch stop does not occur is obtained in advance,
The fourth step is characterized in that while measuring the emission intensity of O in the plasma, the concentration of O in the plasma is adjusted so that the emission intensity of O is within the appropriate range. preferable.

【0026】記エッチストップが発生しないためのプ
ラズマ中のOの発光強度とFの発光強度との比の適正範
囲を予め求めておき、上記第3のステップでは、フロロ
カーボン系ガス,及びフロロカーボン系ガスと不活性ガ
スとの混合ガスのうちいずれか一方を反応室内に導入
し、上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの
発光強度とFの発光強度とを測定しながら、Oの発光強
度とFの発光強度との比が予め設定されている適正範囲
内であるように上記プラズマ中のOとFとの濃度比を調
節することができる。その場合、上記プラズマ中のOと
Fとの濃度比の適正範囲は、4〜10であることが好ま
しい。
The upper Symbol etch stop to previously obtain beforehand the proper range of the ratio of the emission intensity of the emission intensity and F of O in the plasma for not occur, in the third step, fluorocarbon gas, and fluorocarbon-based Either one of the mixed gas of the gas and the inert gas is introduced into the reaction chamber, and in the fourth step, the emission intensity of O is measured while measuring the emission intensity of O and the emission intensity of F from the plasma. The concentration ratio between O and F in the plasma can be adjusted so that the ratio between the intensity and the emission intensity of F is within a predetermined appropriate range. In this case, the appropriate range of the concentration ratio between O and F in the plasma is preferably 4 to 10.

【0027】第3のステップでは、フロロカーボン
系ガス,及びフロロカーボン系ガスと不活性ガスとの混
合ガスのうちいずれか一方を反応室内に導入し、上記
4のステップでは、上記エッチストップが発生しないた
めのプラズマ中のOの発光強度とC2 の発光強度との比
の適正範囲を予め求めておき、記プラズマからのOの発
光強度とC2 の発光強度とを測定しながら、Oの発光強
度とC2 の発光強度との比が予め設定されている適正範
囲内であるように上記プラズマ中のOとCとの濃度比を
調節することができる。
[0027] In the above SL third step, fluorocarbon gas, and either one of a gas mixture of fluorocarbon gas and inert gas is introduced into the reaction chamber, said first
In the fourth step, an appropriate range of the ratio between the emission intensity of O in the plasma and the emission intensity of C 2 for preventing the occurrence of the etch stop is determined in advance, and the emission intensity of O from the plasma and the emission ratio of C 2 are determined. While measuring the light emission intensity, the concentration ratio between O and C in the plasma may be adjusted so that the ratio between the light emission intensity of O and the light emission intensity of C 2 is within a predetermined appropriate range. it can.

【0028】記エッチストップが発生しないためのプ
ラズマ中のOの発光強度とC2 の発光強度との比の適正
範囲を予め求めておき、上記第3のステップでは、フロ
ロカーボン系ガス,及びフロロカーボン系ガスと不活性
ガスとの混合ガスのうちいずれか一方を反応室内に導入
し、上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの
発光強度とC2 の発光強度とを測定しながら、Oの発光
強度とC2 の発光強度との比が予め設定されている適正
範囲内であるように上記プラズマ中のOとCとの濃度比
を調節しながらエッチングするとともに、上記ホールが
貫通した後、上記基板の上には炭素含有生成物が堆積さ
れるように上記プラズマ中のOの濃度を調整することが
できる。
The previously seeking proper range of the ratio of the emission intensity of the emission intensity and C 2 of O in the plasma for the upper Symbol etch stop does not occur in advance, in the third step, fluorocarbon gas, and fluorocarbon Either one of the mixed gas of the system gas and the inert gas is introduced into the reaction chamber, and in the fourth step, while measuring the emission intensity of O from the plasma and the emission intensity of C 2 , Etching while adjusting the concentration ratio of O and C in the plasma so that the ratio of the emission intensity of C 2 to the emission intensity of C 2 is within a predetermined appropriate range, and after the hole has penetrated. , on the substrate to adjust the concentration of O in the plasma to be deposited is a carbon-containing products
it can.

【0029】記エッチストップが発生しないためのプ
ラズマ中のOの発光強度とFの発光強度との比の適正範
囲と、Oの発光強度とC2 の発光強度との比の適正範囲
を予め求めておき、上記第3のステップでは、フロロカ
ーボン系ガス,及びフロロカーボン系ガスと不活性ガス
との混合ガスのうちいずれか一方を反応室内に導入し、
上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの発光
強度とFの発光強度とC2 の発光強度とを測定しなが
ら、Oの発光強度とFの発光強度との比が予め設定され
ている適正範囲内であり、かつOの発光強度とC2 の発
光強度との比が予め設定されている適正範囲内であるよ
うに上記プラズマ中のO,F及びCの濃度比を調節する
ことができる。
[0029] and the appropriate range of the ratio of the emission intensity of the emission intensity and F of O in the plasma for the upper Symbol etch stop does not occur, the appropriate range of the ratio of the emission intensity of the emission intensity and C 2 O-advance In the third step, one of a fluorocarbon-based gas and a mixed gas of a fluorocarbon-based gas and an inert gas is introduced into the reaction chamber.
In the fourth step, the ratio between the emission intensity of O and the emission intensity of F is preset while measuring the emission intensity of O, the emission intensity of F, and the emission intensity of C 2 from the plasma. The concentration ratio of O, F and C in the plasma is adjusted so that the ratio is within an appropriate range and the ratio between the emission intensity of O and the emission intensity of C 2 is within a preset appropriate range.
be able to.

【0030】記エッチストップが発生しないためのプ
ラズマ中のOの発光強度とFの発光強度との比の適正範
囲と、Oの発光強度とC2 の発光強度との比の適正範囲
を予め求めておき、上記第3のステップでは、フロロカ
ーボン系ガス,及びフロロカーボン系ガスと不活性ガス
との混合ガスのうちいずれか一方を反応室内に導入し、
上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの発光
強度とFの発光強度とC2 の発光強度とを測定しなが
ら、Oの発光強度とFの発光強度との比が予め設定され
ている適正範囲内であり、かつOの発光強度とC2 の発
光強度との比が予め設定されている適正範囲内であるよ
うに上記プラズマ中のO,F及びCの濃度比を調節しな
がらエッチングするとともに、上記ホールが貫通した
後、上記基板の上には炭素含有生成物が堆積されるよう
に上記プラズマ中のOの濃度を調整することができる。
[0030] and the appropriate range of the ratio of the emission intensity of the emission intensity and F of O in the plasma for the upper Symbol etch stop does not occur, the appropriate range of the ratio of the emission intensity of the emission intensity and C 2 O-advance In the third step, one of a fluorocarbon-based gas and a mixed gas of a fluorocarbon-based gas and an inert gas is introduced into the reaction chamber.
In the fourth step, the ratio between the emission intensity of O and the emission intensity of F is preset while measuring the emission intensity of O, the emission intensity of F, and the emission intensity of C 2 from the plasma. Etching while adjusting the concentration ratio of O, F and C in the plasma so as to be within an appropriate range and the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of C 2 is within a preset appropriate range. At the same time, the concentration of O in the plasma can be adjusted so that a carbon-containing product is deposited on the substrate after the holes have penetrated .

【0031】上記第1のステップでは、上記酸素含有部
材の温度を180℃〜300℃の範囲に加熱して、上記
酸素含有部材から上記反応室内に酸素(O)を供給する
ことが好ましい。
In the first step, the oxygen-containing part
By heating the temperature of the material to the range of 180 to 300 ° C,
Supplying oxygen (O) from the oxygen-containing member into the reaction chamber
Is preferred.

【0032】第4のステップでは、上記反応室内に
酸素を含むガスを導入し、かつ上記酸素を含むガスの量
を調整することができる。
[0032] In the above SL fourth step is to introduce an oxygen-containing gas to the reaction chamber, and it is possible to adjust the amount of gas containing oxygen.

【0033】記反応室内に、炭素含有部材及びフッ素
含有部材のうち少なくともいずれか1つをさらに配設し
ておき、上記第4のステップでは、上記各部材からの炭
及びフッ素のうち少なくともいずれか1つの放出量を
制御することにより、上記プラズマ中のO,F及びCの
濃度比を調整することができる。
The above Symbol reaction chamber, leave further provided at least one of a carbon-containing member and a fluorine-containing member, in the fourth step, of the carbon and fluorine from each member By controlling at least one of the emission amounts, the concentration ratio of O, F, and C in the plasma can be adjusted.

【0034】第4のステップでは、上記反応室内に
炭素,フッ素及び酸素のうち少なくともいずれか1つを
含むガスを導入することによりプラズマ中のO,F及び
Cの濃度比を調整することができる。
[0034] In the above SL fourth step, adjusting the concentration ratio in the plasma O, F and C by introducing the reaction of carbon in the indoor, fluorine and gas containing at least any one of oxygen Can be.

【0035】第3のステップでは、上記反応室内
に、CF4 ,C26 ,C38 ,C48 ,C58
及びC66 のうち少なくともいずれか1つを含むガス
を導入することが好ましい。
[0035] In the above SL third step, the reaction chamber, CF 4, C 2 F 6 , C 3 F 8, C 4 F 8, C 5 F 8
And a gas containing at least one of C 6 F 6 .

【0036】第3のステップでは、上記反応室内
に、Cxyz (x,y及びzは成分比)で表される
化合物を含むガスを導入することが好ましい。
[0036] In the above SL third step, the reaction chamber, C x F y O z ( x, y , and z component ratio) it is preferable to introduce a gas containing a compound represented by the.

【0037】この方法により、1種類のガスで、プラズ
マ中のO,F及びCの濃度を調節することが可能になる
ので、マスフローコントローラの数を低減することがで
き、設備費の低減と制御の簡素化とを図ることができ
る。
According to this method, the concentration of O, F and C in the plasma can be adjusted with one kind of gas, so that the number of mass flow controllers can be reduced, and the equipment cost can be reduced and control can be performed. Can be simplified.

【0038】記マスクの開口部と上記ホール全体のア
スペクト比が4以上であり、上記ホールの径が1μm以
下である場合に、本発明適用の効果が大きい。
[0038] and the opening and the aspect ratio of the entire hole of the upper SL mask 4 above, when the diameter of the hole is 1μm or less, a large effect of the present invention applied.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】まず、本実施形態に係るプラズマ
中の炭素,フッ素及び酸素の濃度比とエッチストップと
の関連性について多数の実験データについて、図面を参
照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the relationship between the concentration ratio of carbon, fluorine, and oxygen in plasma and the etch stop according to the present embodiment will be described with reference to the drawings with reference to a number of experimental data.

【0040】図1は実験に使用した半導体装置の製造装
置の構成を説明する図である。図1において、1aは反
応室を囲むチャンバーの下枠、1bはチャンバーの上
枠、2Aはチャンバーの中央部を構成する石英ドーム
(酸素含有部材)、3は石英ドーム2Aの外周に巻かれ
たアンテナコイル、4はアンテナコイル3に供給される
高周波電力用の第1整合器、5は第1高周波電源、7は
ポリシリコンからなる上部電極、6は上部電極7を加熱
するためのトップヒーター、8はガス導入口、9は被加
工物である基板、10は下部電極、12は下部電極10
に供給される高周波電力用の第2整合器、13は第2高
周波電源、14はターボ分子ポンプ、15はドライポン
プ、17はプラズマ、18はプラズマ17からの光を通
過させるための光フャイバ、19は発光分光装置、21
はアンテナコイル3を保護するアルミナ筒、22はクー
リングリング、23は石英製のウエハクランプ、24は
アルミナ筒21の下端部に配設され石英ドーム2Aを加
熱するためのドームヒーター、25は反応室の下部を囲
む石英ライナーをそれぞれ示す。上記ガス導入口8に
は、図示しないガス供給系からエッチングに必要な各種
ガスが供給されるように構成されており、その各種ガス
の流量は流量計と制御弁とによって所望の値に調節可能
に構成されている。
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus used in an experiment. In FIG. 1, 1a is a lower frame of a chamber surrounding the reaction chamber, 1b is an upper frame of the chamber, 2A is a quartz dome (oxygen-containing member) constituting a central portion of the chamber, and 3 is wound around the outer periphery of the quartz dome 2A. An antenna coil, 4 a first matching device for high-frequency power supplied to the antenna coil 3, 5 a first high-frequency power supply, 7 an upper electrode made of polysilicon, 6 a top heater for heating the upper electrode 7, 8 is a gas inlet, 9 is a substrate to be processed, 10 is a lower electrode, 12 is a lower electrode 10
, A second high-frequency power supply, 14 a turbo molecular pump, 15 a dry pump, 17 a plasma, 18 an optical fiber for passing light from the plasma 17, 19 is an emission spectrometer, 21
Is an alumina cylinder for protecting the antenna coil 3, 22 is a cooling ring, 23 is a quartz wafer clamp, 24 is a dome heater disposed at the lower end of the alumina cylinder 21 for heating the quartz dome 2A, and 25 is a reaction chamber. Each shows a quartz liner surrounding the lower part of FIG. The gas inlet 8 is configured so that various gases necessary for etching are supplied from a gas supply system (not shown), and the flow rates of the various gases can be adjusted to desired values by a flow meter and a control valve. Is configured.

【0041】図1に示すように、チャンバーの下枠1
a、石英ドーム2A及びチャンバーの上枠1bによって
反応室が形成され、ターボ分子ポンプ14及びドライポ
ンプ15により反応室内が真空引きされるように構成さ
れている。この反応室内には、下部電極10が設置され
ており、下部電極10の上に被加工物である基板9が設
置されている。上部電極7はトップヒーター6によって
温度が調整できるように構成されており、石英ドーム2
Aはドームヒーター24によって温度が調整できるよう
に構成されている。
As shown in FIG. 1, the lower frame 1 of the chamber
a, a quartz dome 2A and an upper frame 1b of the chamber form a reaction chamber, and the reaction chamber is evacuated by a turbo molecular pump 14 and a dry pump 15. A lower electrode 10 is provided in the reaction chamber, and a substrate 9 as a workpiece is provided on the lower electrode 10. The upper electrode 7 is configured so that the temperature can be adjusted by the top heater 6.
A is configured so that the temperature can be adjusted by the dome heater 24.

【0042】基板9を加工する際には、ガス導入口8よ
り反応室内部にフロロカーボン系ガス例えばC26
含むガスを流量40sccmで導入し、O2 ガスは添加
しない。反応室内の圧力を5mTorr(0.67Pa)に
した状態で、第1高周波電源5によりアンテナコイル3
にソースパワーとして約2700Wの高周波電力を印加
し、第1整合器4によって高周波電力の反射電力を抑え
ることによって、反応室内部にプラズマ17を生成す
る。そして、第2高周波電源13により下部電極10に
バイアスパワーとして約1300Wの高周波電力を印加
し、第2整合器12によって高周波電力の反射電力を抑
えることによって、基板9上にプラズマ17に対するバ
イアス電圧を印加する。そして、このバイアス電圧によ
って加速されるイオンによって、基板9上の被加工領域
例えば層間絶縁膜をエッチングして、ホールを形成す
る。例えばC26 がプラズマ中で分解して発生するC
x Fyラジカル(x=0,1,2,…、x=0,1,
2,…)と層間絶縁膜を構成する酸化シリコンとが反応
し、下地のシリコン基板とのエッチング選択比を高く維
持しながらエッチングが進行する。特に、この装置は、
10mTorrオーダーの高真空中で、高密度のプラズマを
発生させるように構成されており、ホール形成中にも側
壁保護膜を形成することなく異方性エッチングを実現で
きるように構成されている。
When the substrate 9 is processed, a fluorocarbon-based gas, for example, a gas containing C 2 F 6 is introduced into the reaction chamber from the gas inlet 8 at a flow rate of 40 sccm, and no O 2 gas is added. With the pressure in the reaction chamber set to 5 mTorr (0.67 Pa), the antenna coil 3 is
, A high-frequency power of about 2700 W is applied as a source power, and the reflected power of the high-frequency power is suppressed by the first matching device 4, thereby generating a plasma 17 inside the reaction chamber. Then, a high-frequency power of about 1300 W is applied as a bias power to the lower electrode 10 by the second high-frequency power supply 13, and the reflected power of the high-frequency power is suppressed by the second matching device 12, so that the bias voltage for the plasma 17 on the substrate 9 is reduced Apply. Then, a region to be processed, for example, an interlayer insulating film on the substrate 9 is etched by ions accelerated by the bias voltage to form a hole. For example, C 2 F 6 is decomposed in the plasma to generate C
x Fy radical (x = 0, 1, 2,..., x = 0, 1,
2) and silicon oxide constituting the interlayer insulating film react with each other, and the etching proceeds while maintaining a high etching selectivity with respect to the underlying silicon substrate. In particular, this device
It is configured to generate high-density plasma in a high vacuum of the order of 10 mTorr, and to realize anisotropic etching without forming a sidewall protective film even during hole formation.

【0043】図2(a),(b)及び図3(a),
(b)は、本発明に関連して行ったプラズマの発光分析
の結果得られた発光スペクトルを示す図であり、いずれ
も縦軸は発光強度を示し、横軸は波長(波数)を示す。
図2(a),(b)はいずれもエッチング途中における
エッチストップを生じないで円滑に加工ができた場合の
発光スペクトルを示し、図2(a)はO,Fがピークと
なる波長(それぞれ774nm,777nm)の近辺に
おける発光スペクトルを、図2(b)はC2 がピークと
なる波長の近辺における発光スペクトルをそれぞれ示
す。また、図3(a),(b)はいずれもエッチング途
中におけるエッチストップを生じて貫通ホールが形成さ
れない場合の発光スペクトルを示し、図3(a)はO,
Fがピークとなる波長の近辺における発光スペクトル
を、図3(b)はC2 がピークとなる波長の近辺におけ
る発光スペクトルをそれぞれ示す。なお、図2及び図3
には示されていないが、SiFのピークも観察されてい
る。それ以外の物質のピークは観察されていない。
FIGS. 2A and 2B and FIGS.
(B) is a diagram showing emission spectra obtained as a result of plasma emission analysis performed in connection with the present invention. In each case, the vertical axis indicates emission intensity, and the horizontal axis indicates wavelength (wave number).
2 (a) and 2 (b) show the emission spectra when processing was performed smoothly without any etch stop during etching, and FIG. 2 (a) shows wavelengths at which O and F are peaks (respectively). 774 nm and 777 nm), and FIG. 2B shows an emission spectrum near a wavelength at which C 2 has a peak. 3 (a) and 3 (b) show emission spectra when an etch stop occurs during etching and no through hole is formed, and FIG. 3 (a) shows O, O,
FIG. 3B shows an emission spectrum near the wavelength at which F peaks, and FIG. 3B shows an emission spectrum near the wavelength at which C 2 peaks. 2 and 3
Although not shown in the figure, a peak of SiF is also observed. No other substance peaks were observed.

【0044】ここで、以下の記載において、発光強度は
ピークの値によって比較するものとし、ピーク部の幅は
無視するものとする。
Here, in the following description, the emission intensity is compared by the value of the peak, and the width of the peak is ignored.

【0045】図2(a)と図3(a)とを比較すると、
エッチストップを生じる場合、Oの発光強度が弱いこと
が示されている。また、O/Fの発光強度比が大きいほ
どエッチストップが生じていないことも示されている。
図2(b)と図3(b)とを比較すると、エッチストッ
プを生じる場合、C2 の発光強度が大きいことが示され
ている。ただし、図2(a),(b)及び図3(a),
(b)の示す傾向が意味のあるものかどうかについて
は、さらにこの後説明する他のデータをも参考にして定
める必要がある。
When comparing FIG. 2 (a) and FIG. 3 (a),
It is shown that the emission intensity of O is weak when an etch stop occurs. It is also shown that the larger the O / F emission intensity ratio, the less etch stop occurs.
A comparison between FIG. 2B and FIG. 3B shows that when an etch stop occurs, the emission intensity of C 2 is large. However, FIGS. 2 (a) and 2 (b) and FIGS.
Whether the tendency shown in (b) is significant or not must be determined with reference to other data described later.

【0046】なお、一般的には、シリコン酸化膜をエッ
チングすると、SiO2 の分解によって生じたOとエッ
チングガスであるフルオロカーボンガスの分解によって
生じたCとが反応してCO,CO2 ,CF等が生じると
いわれている。そして、エッチングの終点検出のために
はプラズマ中のCO量の変化を観察するのであるが、図
1に示す装置によるエッチングの場合、プラズマ中にC
O,CO2 はほとんど存在していなかった。これは、こ
の装置において形成されるプラズマ中においては極めて
高い解離効率が実現されているために、フルオロカーボ
ンが効率よくC,Fに分離しているものと考えられる。
Generally, when a silicon oxide film is etched, O generated by decomposition of SiO 2 reacts with C generated by decomposition of a fluorocarbon gas as an etching gas to form CO, CO 2 , CF, etc. Is said to occur. In order to detect the end point of the etching, a change in the amount of CO in the plasma is observed. In the case of etching by the apparatus shown in FIG.
O and CO 2 were hardly present. This is considered to be because fluorocarbon is efficiently separated into C and F because extremely high dissociation efficiency is realized in the plasma formed in this apparatus.

【0047】図4(a),(b)は、ホールを形成する
ためのエッチング時にホールの底面上に堆積するデポ物
の結合状態を調べるために行った基板の中心位置と端部
位置とにおけるESCAの分析結果を示す柱状グラフで
ある。同図において、ハッチング模様が異なる柱はそれ
ぞれ異なる原子間結合の存在比を示している。また、同
図(a)は、サンプルNo.1〜3のESCA分析結果
を、同図(b)はサンプルNo.4〜6のESCA分析
結果をそれぞれ示す。サンプルNo.1は一般的な条件
(上部電極温度260℃,石英ドームの壁温220℃,
ソースパワー2700W,O2 流量0sccm)でエッ
チングされたものであり、エッチストップは生じなかっ
た。サンプルNo.2は上記一般的な条件から石英ドー
ム2Aの壁温のみを180℃に変えてエッチングされた
ものであり、エッチストップが生じた。サンプルNo.
3はソースパワーを2500Wにして上部電極7の温度
を240℃に制御しながらエッチングされたものであ
り、エッチストップは生じなかった。サンプルNo.4
はソースパワーが2500WでO2 の流量が4sccm
の条件でエッチングされたサンプルでありエッチストッ
プは生じなかった。サンプルNo.5はソースパワーが
2500WでO2 の流量が2sccmの条件でエッチン
グされたサンプルであり、エッチストップが生じなかっ
た。サンプルNo.6は上記一般的な条件からソースパ
ワーのみを2500Wに変えてエッチングされたもので
あり、エッチストップが生じた。
FIGS. 4A and 4B show the relationship between the center position and the end position of the substrate, which was used to check the bonding state of the deposits deposited on the bottom surface of the hole during the etching for forming the hole. It is a columnar graph which shows the analysis result of ESCA. In the figure, columns having different hatching patterns indicate different ratios of interatomic bonds. Also, FIG. The ESCA analysis results of Sample Nos. 1 to 3 are shown in FIG. 4 to 6 show the results of ESCA analysis. Sample No. 1 is a general condition (upper electrode temperature 260 ° C., quartz dome wall temperature 220 ° C.,
Etching was performed at a source power of 2700 W and an O 2 flow rate of 0 sccm), and no etch stop occurred. Sample No. No. 2 was etched by changing only the wall temperature of the quartz dome 2A to 180 ° C. from the above general conditions, and an etch stop occurred. Sample No.
Sample No. 3 was etched while controlling the temperature of the upper electrode 7 at 240 ° C. with the source power set at 2500 W, and no etch stop occurred. Sample No. 4
Has a source power of 2500 W and an O 2 flow rate of 4 sccm
And no etch stop occurred. Sample No. Sample No. 5 was etched under the condition that the source power was 2500 W and the flow rate of O 2 was 2 sccm, and no etch stop occurred. Sample No. No. 6 was etched by changing only the source power to 2500 W from the above general conditions, and an etch stop occurred.

【0048】上記実験結果を整理すると下記表1が得ら
れる。
Table 1 below is obtained by summarizing the above experimental results.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】図5(a),(b)は、上記図4(a),
(b)に示すサンプルNo.1〜6と同じサンプルにつ
いて、ホールの底面上に堆積するデポ物の成分を分析し
た結果を示す図である。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) correspond to FIGS.
Sample No. shown in FIG. It is a figure which shows the result of having analyzed the component of the deposit thing deposited on the bottom face of a hole about the same sample as 1-6.

【0051】上記図4(a),(b)及び図5(a),
(b)を比較してわかるように、ホールの底面上に堆積
するデポ物は、C,O,F,Siをそれぞれ相当量含ん
でいるにもかかわらず、これらの成分の結合状態は、C
−C結合がほとんどであり、FやSiは遊離状態で存在
していると思われる。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) and FIGS.
As can be seen from the comparison of (b), although the deposit deposited on the bottom surface of the hole contains a considerable amount of C, O, F, and Si, the bonding state of these components is C
Most of -C bonds are present, and F and Si seem to exist in a free state.

【0052】図6はO,F及びC2 の発光強度のソース
パワー依存性を示す図、図7はO/Fの発光強度比及び
2 /Fの発光強度比のソースパワー依存性を示す図で
ある。図6からわかるように、ソースパワーが大きいほ
どOの発光強度が大きくなる。その原因は、石英ドーム
2Aがエッチングされやすくなる結果、石英ドーム2A
から酸素が放出されやすくなることによると思われる。
また、ソースパワーが大きいほどFの発光強度がわずか
に大きくなっている。これは、プラズマ中におけるC2
6 の解離度が大きくなるため当然のことと思われる。
なお、C2 の発光強度はソースパワーの変化があっても
ほとんど変化が見られない。その結果、図7に示すよう
に、ソースパワーが大きいほどO/Fの発光強度比が大
きくなる。また、ソースパワーが大きいほどC2 /Fの
発光強度比が小さくなっているが、これはそれほど顕著
な傾向とはいえない。
FIG. 6 is a diagram showing the source power dependency of the light emission intensity of O, F and C 2 , and FIG. 7 is a diagram showing the source power dependency of the light emission intensity ratio of O / F and C 2 / F. FIG. As can be seen from FIG. 6, the emission intensity of O increases as the source power increases. The cause is that the quartz dome 2A is easily etched, so that the quartz dome 2A
This is probably because oxygen is easily released from.
Further, the emission intensity of F is slightly increased as the source power is increased. This is because C 2 in plasma
It seems natural because the degree of dissociation of F 6 increases.
The emission intensity of C 2 little change is observed even with changes in the source power. As a result, as shown in FIG. 7, the O / F emission intensity ratio increases as the source power increases. Also, the emission intensity ratio of C 2 / F decreases as the source power increases, but this is not a remarkable tendency.

【0053】図8はO,F及びC2 の発光強度の石英ド
ーム2Aの壁温依存性を示す図、図9はO/Fの発光強
度比及びC2 /Fの発光強度比のドームの壁温依存性を
示す図である。図8からわかるように、ドームの壁温が
高くなるほどOの発光強度が大きくなる。その原因は、
石英ドーム2Aに付着したデポ物が暖められて揮発しや
すくなる結果、石英ドーム2Aから酸素が放出されやす
くなることによると思われる。また、ドームの壁温が高
いほどC2 ,Fの発光強度がわずかに小さくなってい
る。その結果、図9に示すように、ソースパワーが大き
いほどO/Fの発光強度比が大きくなるが、C2 /Fの
発光強度比は有意性のある変化を示していない。そし
て、この条件下における実験では、ドームの壁温が20
0℃以下ではエッチストップが生じたが、ドームの壁温
が200℃を越えるとエッチストップが生じていない。
FIG. 8 is a diagram showing the wall temperature dependence of the emission intensity of O, F and C 2 on the wall of the quartz dome 2A. FIG. 9 is a graph showing the emission intensity ratio of O / F and the emission intensity ratio of C 2 / F. It is a figure which shows wall temperature dependence. As can be seen from FIG. 8, the emission intensity of O increases as the wall temperature of the dome increases. The cause is
It is considered that the deposits attached to the quartz dome 2A are heated and volatilized easily, and as a result, oxygen is easily released from the quartz dome 2A. In addition, the higher the wall temperature of the dome, the smaller the light emission intensity of C 2 and F becomes. As a result, as shown in FIG. 9, the emission intensity ratio of O / F increases as the source power increases, but the emission intensity ratio of C 2 / F does not show a significant change. In the experiment under these conditions, the dome wall temperature was 20
At 0 ° C. or lower, an etch stop occurred, but when the dome wall temperature exceeded 200 ° C., no etch stop occurred.

【0054】図10(a)〜(c)は、シリコン基板上
の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するドライエッ
チングを行ったときの正常な貫通ホールが形成された状
態,エッチストップが生じて貫通ホールが形成されてい
ない状態、貫通ホールが形成された後オーバーエッチン
グを行ったときの状態を示すSEM写真である。ただ
し、同図(a),(b)はフォトレジストマスクが除去
された状態を示し、同図(c)フォトレジストマスクが
残っている状態を示している。
FIGS. 10A to 10C show a state in which a normal through hole is formed when dry etching for forming a contact hole in an interlayer insulating film on a silicon substrate is performed, and an etch stop occurs to form a through hole. 4 is an SEM photograph showing a state where no hole is formed and a state where over-etching is performed after a through hole is formed. 3A and 3B show a state where the photoresist mask has been removed, and FIG. 3C shows a state where the photoresist mask remains.

【0055】ここで、上述の図2〜図10のデータに基
づき、エッチング途中におけるエッチストップが生じる
原因について考察する。
Here, the cause of the occurrence of the etch stop during the etching will be considered based on the data shown in FIGS.

【0056】まず、ここで問題にしているエッチストッ
プは、エッチレートが連続的に低下することによって生
じるいわゆるマイクロローディング効果(RIEラグ)
とは異なる。また、図10(b)に示すエッチストップ
を生じたときの底部におけるホール径が、図10(a)
に示す正常な貫通ホールが形成される途中の径とほぼ同
じである。
First, the etch stop in question is a so-called microloading effect (RIE lag) caused by a continuous decrease in the etch rate.
And different. Also, the hole diameter at the bottom when the etch stop shown in FIG.
The diameter is almost the same as that of the normal through hole shown in FIG.

【0057】次に、フルオロカーボンガスをエッチング
ガスとして用いたときのシリコン酸化膜へのホールの形
成は、以下の作用によって行われるといわれている。
Next, it is said that the formation of holes in the silicon oxide film when a fluorocarbon gas is used as an etching gas is performed by the following action.

【0058】シリコン酸化膜にホールを開口している
間、ホールの底には上述のようにCに富んだCF系化合
物が堆積している。一方、イオンの照射によって堆積物
下方のシリコン酸化膜中にダメージ層が形成されると、
SiO2 が分解してSiとOとが発生する。そして、こ
のSi,Oと堆積物中のC,Fとの反応によって堆積物
除去され、かつシリコン酸化膜のエッチングが進行す
る。つまり、堆積物がホールの底に堆積しようとする作
用よりも、堆積物を除去しかつシリコン酸化膜を除去し
ようとする作用が強いことで、下方にエッチングが進行
する。
While the hole is opened in the silicon oxide film, the C-rich CF compound is deposited on the bottom of the hole as described above. On the other hand, when a damaged layer is formed in the silicon oxide film below the deposit by ion irradiation,
SiO 2 is decomposed to generate Si and O. Then, the deposits are removed by the reaction between Si, O and C, F in the deposits, and the etching of the silicon oxide film proceeds. That is, the etching proceeds downward because the action of removing the deposit and the action of removing the silicon oxide film is stronger than the action of depositing on the bottom of the hole.

【0059】しかるに、例えば、ホールのアスペクト比
が4以上になり、ホールの径が1μm程度になるなど、
半導体装置の高集積化が進むと以下の問題が生じる。こ
のようにホールが深くなるとホールの底面に対するイオ
ンの入射角が狭くなるので、イオンの入射量が低減し、
エッチング作用が弱くなる。このために、エッチング作
用よりも堆積物の堆積作用が強くなり、エッチングが停
止するものと推定される(上述の条件(a)による)。
また、ここで行った条件下では、ホール底の堆積物は、
CF化合物ではなく−C−C−ポリマーがほとんどであ
ると思われる。そして、このようなカーボン系化合物が
−C−C−ポリマーとなってホールの底に堆積すると、
イオンの衝突によっても分解されない下方のシリコン酸
化膜中にダメージ層が形成されにくくなり、エッチスト
ップが生じるものと思われる(上述の条件(c)によ
る)。すなわち、このような硬い−C−C−ポリマーが
形成されると、Oの存在によって−C−C−ポリマーの
主鎖を分解してしまうことが必要である。
However, for example, the aspect ratio of the hole becomes 4 or more, and the diameter of the hole becomes about 1 μm.
The following problems arise as the degree of integration of semiconductor devices increases. As the hole becomes deeper, the incident angle of ions with respect to the bottom surface of the hole becomes narrower, so that the amount of incident ions is reduced,
The etching action becomes weak. For this reason, it is presumed that the depositing action of the deposit becomes stronger than the etching action, and the etching stops (according to the above condition (a)).
Also, under the conditions performed here, the sediment at the bottom of the hole is:
It appears that most are -CC-polymers rather than CF compounds. Then, when such a carbon-based compound becomes -CC-polymer and is deposited on the bottom of the hole,
It is considered that a damaged layer is less likely to be formed in the lower silicon oxide film that is not decomposed even by ion collision, and an etch stop is caused (according to the above condition (c)). That is, when such a hard —CC—polymer is formed, it is necessary to decompose the main chain of the —CC—polymer by the presence of O.

【0060】ところが、シリコン基板上のシリコン酸化
膜にホールを形成するためのエッチングを行う際には、
フルオロカーボンガスにO2 ガスを添加しないことが多
い。これは、上述のようにSiO2 の分解によってOが
発生するので、O2 ガスを添加しなくても、ホール底に
堆積しようとするカーボン系滞留物を容易に分解して、
その堆積を防止することができるからである。また、O
2 ガスを添加しない方が下地のシリコン基板のオーバー
エッチングを確実に防止できる(言い換えると高選択比
が得られる)ことにもよる。したがって、実際に図1の
装置を使用して層間絶縁膜(シリコン酸化膜)にコンタ
クトホールを形成していると、O2 ガスを添加していな
いにも拘わらず、図2,図3に示すように、プラズマ中
にOが存在している。
However, when performing etching for forming a hole in a silicon oxide film on a silicon substrate,
It is often not added O 2 gas to the fluorocarbon gas. This is because, as described above, O is generated by the decomposition of SiO 2 , and therefore, even without adding O 2 gas, the carbon-based residue that is to be deposited on the bottom of the hole is easily decomposed,
This is because the deposition can be prevented. Also, O
The fact that no gas is added can surely prevent over-etching of the underlying silicon substrate (in other words, a high selectivity can be obtained). Therefore, when the contact hole is actually formed in the interlayer insulating film (silicon oxide film) using the apparatus shown in FIG. 1, even though the O 2 gas is not added, as shown in FIGS. As described above, O exists in the plasma.

【0061】ここで、図2,図3に示すように、エッチ
ングの途中においてエッチストップを生じないときに
は、エッチストップを生じるときに比べ、プラズマ中の
Oの濃度が高いことがわかった。したがって、この過剰
なOを供給する供給源があるはずである。さらに実験を
行った結果、図6に示すように、石英ドームの温度が高
いとき(200℃)にはエッチストップが生じないこと
がわかった。すなわち、従来エッチストップを生じた
り、生じなかったりするという現象のばらつきが、石英
ドームの温度に依存していることが判明したのである。
これは、高周波電力の印加によって石英ドームを構成す
るSiO2 が一部反応し、SiFとO2 とが発生するこ
とによるものと思われる。一方、石英ドームにはプラズ
マ加工の際に生じたデポ物が堆積するが、石英ドームの
温度が高いとこのデポ物が揮発しやすくなり、その結
果、表面のデポ膜の厚みが薄くなるので、石英ドームか
らO2 が反応室内に抜け出しやすくなるものと推定され
る。この推定がほぼ事実に近いであろうことは、図15
に示す試料No.2の石英ドームの壁温や、図8に示す
データによって裏付けられている。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, it was found that the concentration of O in the plasma was higher when the etch stop did not occur during the etching than when the etch stop occurred. Therefore, there should be a source that supplies this excess O. As a result of further experiments, it was found that as shown in FIG. 6, when the temperature of the quartz dome was high (200 ° C.), no etch stop occurred. That is, it has been found that the variation in the phenomenon that the conventional etch stop occurs or does not occur depends on the temperature of the quartz dome.
This is considered to be because SiO 2 constituting the quartz dome partially reacts by the application of the high-frequency power to generate SiF and O 2 . On the other hand, deposits generated during plasma processing are deposited on the quartz dome, but when the temperature of the quartz dome is high, this deposit tends to volatilize, and as a result, the thickness of the deposit film on the surface decreases, It is estimated that O 2 easily escapes from the quartz dome into the reaction chamber. It can be seen that this estimate would be nearly true in FIG.
Sample No. shown in FIG. This is supported by the wall temperature of the quartz dome 2 and the data shown in FIG.

【0062】また、図4に示す試料No.6のソースパ
ワーや図6に示すデータからわかるように、ソースパワ
ーが大きいほどエッチストップは生じにくい。これは、
ソースパワーが大きいと石英ドームがエッチングされる
ため、石英ドームから発生するO2 の量も増大するため
と推定される。
The sample No. shown in FIG. As can be seen from the source power of No. 6 and the data shown in FIG. this is,
It is presumed that when the source power is large, the quartz dome is etched, so that the amount of O 2 generated from the quartz dome also increases.

【0063】以上を総合すると、何らかの手段によって
反応室内のO2 の量を適正量に維持することにより、エ
ッチストップを防止することができると考えられた。た
だし、O2 ガスの量が多すぎると、上述のように貫通ホ
ールが形成された後にシリコン基板がエッチングされる
ので、選択比が悪化する。
In summary, it was considered that the etch stop could be prevented by maintaining the amount of O 2 in the reaction chamber at an appropriate amount by some means. However, if the amount of the O 2 gas is too large, the selectivity deteriorates because the silicon substrate is etched after the through holes are formed as described above.

【0064】次に、O以外の元素の存在もエッチング作
用に重要な影響を及ぼしていると思われた。まず、プラ
ズマ中のOに対するFの存在比も重要である。その理由
は、Fが少ないとエッチング作用が弱くなり、Fが多す
ぎると下地のシリコン基板のエッチング作用が強くな
り、シリコン酸化膜のエッチング選択比が低下するから
である。
Next, it was considered that the presence of elements other than O also had an important effect on the etching action. First, the ratio of F to O in plasma is also important. The reason is that if F is small, the etching effect is weak, and if F is too large, the etching effect on the underlying silicon substrate is strong, and the etching selectivity of the silicon oxide film is reduced.

【0065】また、プラズマ中のOに対するCの存在比
が多すぎるとエッチストップが生じやすくなり、少なす
ぎるとシリコン酸化膜とシリコン基板とエッチング選択
比が悪化する。
If the ratio of C to O in the plasma is too large, an etch stop is likely to occur. If the ratio is too small, the etching selectivity between the silicon oxide film and the silicon substrate deteriorates.

【0066】したがって、シリコン酸化膜にホールを形
成する際におけるエッチストップだけでなく、下地のシ
リコン基板のエッチングを防止するためには、O2 ガス
の量だけでなく、O,F及びCの存在比が重要となる。
Therefore, not only the amount of O 2 gas but also the presence of O, F and C are required to prevent etching of the underlying silicon substrate as well as etch stop when forming holes in the silicon oxide film. The ratio is important.

【0067】図31は、石英ドームを使用してその温度
を一定(240℃)に保持しながら、酸素ガスを供給し
たときのOの発光強度をコイル電力をパラメータとして
示すデータである。エッチングガスには、C26 を用
いている。同図の横軸は酸素ガスの流量を表し、縦軸は
Oの発光強度を表している。そして、コイル電力が一定
の測定点を結んだ直線が発光強度0の線(横軸)と交わ
る点における酸素流量の値(負の値)が、酸素の流量に
相当する石英ドームからの酸素の放出量を示している。
例えば、コイル電力2700Wの測定点を結んだ直線と
横軸との交点の値(x=−19.8)は、酸素流量1
9.8sccmに相当する酸素を放出しているものと思
われる。
FIG. 31 shows data indicating the emission intensity of O when oxygen gas is supplied using the quartz dome as a parameter while the temperature is kept constant (240 ° C.) using the coil power as a parameter. C 2 F 6 is used as an etching gas. The horizontal axis of the figure represents the flow rate of oxygen gas, and the vertical axis represents the emission intensity of O. Then, the value (negative value) of the oxygen flow at the point where the straight line connecting the measurement points where the coil power is constant intersects the line (horizontal axis) of the emission intensity 0 is the value of oxygen The amount of release is shown.
For example, the value of the intersection (x = -19.8) between the straight line connecting the measurement points of the coil power of 2700 W and the horizontal axis is the oxygen flow rate 1
It is considered that oxygen corresponding to 9.8 sccm was released.

【0068】同図に示されるように、酸素ガス流量の増
大に応じてOの発光強度が増大している。これは、既に
述べたように、石英ドームの内面に付着しているデポ物
が加熱されて揮発しやすくなり、その結果、石英ドーム
中の酸素が放出されやすくなるからである。このデータ
から、Oの発光強度がエッチストップを生じない所定値
(例えば図2に示す任意単位で300)よりも大きくな
るように酸素ガスの流量を制御すればよいことがわか
る。
As shown in the figure, the emission intensity of O increases as the flow rate of oxygen gas increases. This is because, as described above, the deposited matter adhering to the inner surface of the quartz dome is easily heated and volatilized, and as a result, oxygen in the quartz dome is easily released. From this data, it can be seen that the flow rate of the oxygen gas should be controlled so that the emission intensity of O becomes larger than a predetermined value (for example, 300 in an arbitrary unit shown in FIG. 2) at which no etch stop occurs.

【0069】また、コイル電力の増大につれてOの発光
強度も増大していることがわかる。これは、既に述べた
ように、石英ドームの内面に付着しているデポ物が分解
して揮発しやすくなり、その結果、石英ドーム中の酸素
が放出されやすくなるからである。したがって、酸素の
流量を一定に、あるいは酸素ガスを供給せずにOの発光
強度がエッチストップを生じない所定値よりも大きくな
るようにコイル電力を制御してもよいこともわかる。
It can also be seen that the emission intensity of O increases as the coil power increases. This is because, as described above, the deposit attached to the inner surface of the quartz dome is easily decomposed and volatilized, and as a result, oxygen in the quartz dome is easily released. Therefore, it is also understood that the coil power may be controlled so that the flow rate of oxygen is constant or the emission intensity of O becomes larger than a predetermined value at which no etch stop occurs without supplying oxygen gas.

【0070】また、コイル電力と酸素流量とを適宜調整
することによって、エッチストップをより効果的に防止
できるであろうことが予想される。
It is expected that the etch stop can be more effectively prevented by appropriately adjusting the coil power and the oxygen flow rate.

【0071】図32は、コイル電力を変更したときのコ
イル電力に対するO/Fの発光強度比及びC2 /Fの発
光強度比の変化を示すデータである。石英ドーム2Aの
温度は240℃と一定にし、酸素ガスは供給していな
い。エッチングガスとしてはC26 を用いている。同
図に示されるように、コイル電力が増大するほどO/F
の発光強度比は大きくなっている。一方、コイル電力が
増大するほどC2 /Fの発光強度比は小さくなってい
る。このことは、いずれもコイル電力が大きいほどエッ
チストップが生じにくいことを意味する。
FIG. 32 is data showing changes in the O / F emission intensity ratio and the C 2 / F emission intensity ratio with respect to the coil power when the coil power is changed. The temperature of the quartz dome 2A was kept constant at 240 ° C., and oxygen gas was not supplied. C 2 F 6 is used as an etching gas. As shown in the figure, the O / F increases as the coil power increases.
Have a large emission intensity ratio. On the other hand, as the coil power increases, the emission intensity ratio of C 2 / F decreases. This means that etch stop is less likely to occur as the coil power increases.

【0072】本発明は、上述の実験データに裏付けられ
た考察に基づいてなされたものであり、以下のような実
施形態がある。
The present invention has been made based on the considerations supported by the above experimental data, and has the following embodiments.

【0073】(第1の実施形態) 本実施形態では、図1に示す半導体装置の製造装置を使
用して、反応室内の酸素濃度を調整する第1の方法につ
いて説明する。
(First Embodiment) In the present embodiment, a first method for adjusting the oxygen concentration in the reaction chamber using the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described.

【0074】基板9を加工する際には、ガス導入口8よ
り反応室内部にC26 ガス,C48 ガス等のフロロ
カーボン系ガスを導入し、第1高周波電源5によりアン
テナコイル3に高周波電力を印加し、第1整合器4によ
って高周波電力の反射電力を抑えることによって、反応
室内部にプラズマ17を生成する。そして、第2高周波
電源13によりブロッキングコンデンサ11を介して下
部電極10に高周波電力を印加し、第2整合器12によ
って高周波電力の反射電力を抑えることによって、プラ
ズマ17を基板9に付勢するためのバイアス電圧が基板
9に印加される。そして、このバイアス電圧によって加
速されるイオンによって、基板9をエッチングする。
When processing the substrate 9, a fluorocarbon-based gas such as C 2 F 6 gas or C 4 F 8 gas is introduced into the reaction chamber from the gas inlet 8, and the first high-frequency power supply 5 supplies the antenna coil 3. The plasma 17 is generated inside the reaction chamber by applying high-frequency power to the reaction chamber and suppressing the reflected power of the high-frequency power by the first matching device 4. The second high-frequency power supply 13 applies high-frequency power to the lower electrode 10 via the blocking capacitor 11, and suppresses the reflected power of the high-frequency power by the second matching device 12, thereby energizing the plasma 17 to the substrate 9. Is applied to the substrate 9. Then, the substrate 9 is etched by the ions accelerated by the bias voltage.

【0075】ここで、本実施形態の製造方法の特徴は、
発光分光装置19によりプラズマ17から出射される光
のうちOの発光強度を観察しながら石英ドーム2A内の
温度を約180℃に制御している点である。
Here, the features of the manufacturing method of this embodiment are as follows.
The point is that the temperature inside the quartz dome 2A is controlled to about 180 ° C. while observing the emission intensity of O in the light emitted from the plasma 17 by the emission spectroscope 19.

【0076】図11は、本実施形態に関連して行ったプ
ラズマの発光分析結果を示す図である。図11におい
て、縦軸はOの発光強度ここでは例として波長777n
mのOの発光強度(任意単位)を示し、横軸は石英ドー
ムの温度を示している。エッチングガスとしては、C2
6 を使用している。また、酸素ガスは供給していな
い。同図に示されるように、石英ドームの壁温が160
℃以下の範囲では温度の上昇に対してOの発光強度が緩
やかに増加するのに対して、160℃以上では石英ドー
ムの壁温の上昇につれて急激にOの発光強度が増大す
る。また、180℃以上では石英ドームの壁温が上昇し
てもOの発光強度はほとんど変わらなくなる。
FIG. 11 is a diagram showing the results of plasma emission analysis performed in connection with the present embodiment. In FIG. 11, the vertical axis indicates the emission intensity of O, here, for example, a wavelength of 777 n
The emission intensity of O of m (arbitrary unit) is shown, and the horizontal axis shows the temperature of the quartz dome. As an etching gas, C 2
We are using the F 6. No oxygen gas was supplied. As shown in the figure, the wall temperature of the quartz dome is 160
The emission intensity of O gradually increases with an increase in temperature in the range of not more than ° C, whereas the emission intensity of O rapidly increases with an increase in the wall temperature of the quartz dome above 160 ° C. At 180 ° C. or higher, the O light emission intensity hardly changes even if the wall temperature of the quartz dome increases.

【0077】ここで、既に説明したように、この発光強
度を上昇させる酸素は、主として石英ドーム2Aを構成
する石英(酸化珪素)中の酸素であり、石英ドーム2A
の外周部に巻かれたアンテナコイル3の電界によって石
英ドーム2Aがエッチングされるときに発生し、プラズ
マ17中に放出されるものと思われる。その場合、石英
ドームの壁温が160℃以下のときには、反応生成物が
石英ドーム2Aの内壁面に堆積するために、酸素はプラ
ズマ17中に放出されず発光強度は小さいが、石英ドー
ムの壁温が160℃以上になると、反応生成物が石英ド
ーム2Aの内壁面に堆積しにくくなるので、酸素がプラ
ズマ17中に放出され、発光強度が大きくなると考えら
れる。
As described above, the oxygen that increases the light emission intensity is mainly oxygen in the quartz (silicon oxide) constituting the quartz dome 2A,
Is generated when the quartz dome 2 </ b> A is etched by the electric field of the antenna coil 3 wound around the outer circumference of the antenna, and is emitted into the plasma 17. In this case, when the wall temperature of the quartz dome is 160 ° C. or lower, since the reaction product is deposited on the inner wall surface of the quartz dome 2A, oxygen is not released into the plasma 17 and the emission intensity is small. When the temperature is 160 ° C. or higher, it is considered that the reaction products are less likely to be deposited on the inner wall surface of the quartz dome 2A, so that oxygen is released into the plasma 17 and the emission intensity increases.

【0078】そして、上述のような石英ドームの壁温の
範囲によって石英ドーム2Aの内壁面から酸素が放出さ
れたり放出されなかったりすることで、以下のような図
12(a),(b)に示すエッチング形態の相違が生じ
ていた。
The oxygen is released or not released from the inner wall surface of the quartz dome 2A depending on the range of the wall temperature of the quartz dome as described above, so that the following FIGS. 12 (a) and 12 (b) are obtained. The difference of the etching form shown in FIG.

【0079】図12(a)は、石英ドームの壁温を14
0℃に制御してエッチングを行ったときの基板9の断面
図である。図12(a)において、101はレジスト
膜、102は酸化膜、103はシリコン基板、104は
コンタクトホール、105はデポ物をそれぞれ示す。図
12(a)に示す条件では、コンタクトホール104が
酸化膜102の中間程度に達するまでエッチングは進む
が、コンタクトホール104が深くなると、エッチング
ガスがプラズマ中で重合されてなる炭素を含んだ重合膜
やレジスト膜101中に含まれる炭素を含んだデポ物が
開口中のコンタクトホール104の底面に堆積し始め
る。そして、このデポ物がエッチングのイオンを遮るの
で、エッチングが途中停止し、コンタクトホール104
が貫通されない。
FIG. 12A shows that the wall temperature of the quartz dome is 14
FIG. 4 is a cross-sectional view of the substrate 9 when etching is performed at 0 ° C. In FIG. 12A, 101 is a resist film, 102 is an oxide film, 103 is a silicon substrate, 104 is a contact hole, and 105 is a deposit. Under the conditions shown in FIG. 12A, the etching proceeds until the contact hole 104 reaches about the middle of the oxide film 102. However, when the contact hole 104 becomes deeper, the etching gas is polymerized in the plasma to contain a polymer containing carbon. A deposit containing carbon contained in the film or the resist film 101 starts to deposit on the bottom of the contact hole 104 in the opening. Then, since the deposit blocks the ions for etching, the etching stops halfway and the contact hole 104 is formed.
Is not penetrated.

【0080】一方、図12(b)は、本実施形態による
石英ドームの壁温を180℃に制御してコンタクトホー
ル104を形成する時の形状を示す。上述のように、こ
の条件下では石英ドーム2Aの内壁面から酸素が放出さ
れるので、コンタクトホール104の底面に炭素を含ん
だデポ物が堆積しようとしても、炭素と酸素との反応に
よってデポ物が除去される。したがって、コンタクトホ
ール104が深くなっても、底面にエッチングの途中停
止を招くようなデポ物が堆積することはない。したがっ
て、図12(b)に示すように、酸化膜102を貫通し
てシリコン基板103に到達するコンタクトホール10
4を形成することができる。
On the other hand, FIG. 12B shows a shape when the contact hole 104 is formed by controlling the wall temperature of the quartz dome according to the present embodiment to 180 ° C. As described above, since oxygen is released from the inner wall surface of the quartz dome 2A under this condition, even if a deposit containing carbon is to be deposited on the bottom surface of the contact hole 104, the reaction between carbon and oxygen causes the deposit to be deposited. Is removed. Therefore, even if the contact hole 104 becomes deep, a deposit that would stop the etching halfway does not deposit on the bottom surface. Therefore, as shown in FIG. 12B, the contact hole 10 penetrating through the oxide film 102 and reaching the silicon substrate 103 is formed.
4 can be formed.

【0081】以上のように、本実施形態によれば、石英
ドームの壁温を180℃以上に温度制御することで、石
英ドーム2Aの内壁面に反応生成物が付着するのが抑制
される。そして、エッチングを行っている間、この反応
生成物の付着抑制作用によって石英ドーム2Aの内壁面
から安定して酸素が供給されるので、エッチングが途中
停止することなく、アスペクト比の高いコンタクトホー
ルをも確実に形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, by controlling the wall temperature of the quartz dome to 180 ° C. or more, it is possible to suppress the reaction products from adhering to the inner wall surface of the quartz dome 2A. During the etching, oxygen is stably supplied from the inner wall surface of the quartz dome 2A by the action of suppressing the adhesion of the reaction product, so that the contact hole having a high aspect ratio can be formed without stopping the etching in the middle. Can also be reliably formed.

【0082】なお、本実施形態では、石英ドームの壁温
をプラズマ17中のOの発光強度から検出するようにし
ているが、温度の検出は他の方法によってもよい。たと
えば、経験的にヒーターへの供給電力と石英ドームの壁
温との関係を予め求めておいて供給電力を制御する方法
や、直接石英ドームにサーモメータを取り付ける方法な
どがあり、どのような方法を用いても、エッチング等の
加工を円滑に行うことができる。
In the present embodiment, the wall temperature of the quartz dome is detected from the emission intensity of O in the plasma 17, but the temperature may be detected by another method. For example, there is a method of empirically determining the relationship between the power supplied to the heater and the wall temperature of the quartz dome in advance to control the supplied power, and a method of directly attaching a thermometer to the quartz dome. Even if is used, processing such as etching can be performed smoothly.

【0083】また、プラズマ中のO発光強度を検出する
ことにより、図11に示す特性を利用して、石英ドーム
から酸素が確実に放出されるように、プラズマ中の酸素
濃度をより直接的に調整しうる。図33は、Oの発光強
度が適正範囲内に入るように石英ドームの壁温を制御す
ることにより、エッチストップを防止するための手順を
示すフローチャートである。
Further, by detecting the O emission intensity in the plasma, the oxygen concentration in the plasma can be more directly controlled by utilizing the characteristics shown in FIG. 11 so that oxygen is reliably released from the quartz dome. Can be adjusted. FIG. 33 is a flowchart showing a procedure for preventing the etch stop by controlling the wall temperature of the quartz dome so that the emission intensity of O falls within an appropriate range.

【0084】ステップST11で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップST12で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップST13でアンテナコイ
ル3及び下部電極10に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ST14で、ドームヒーター24による石英ドーム2A
の加熱制御を行ない、ステップST15でOの発光強度
を検出する。次に、ステップST16で、Oの発光強度
が所定値300(図2に示す任意単位の値)以上か否か
を判別して、300以上であればステップST17に進
んでエッチングを続行する。一方、ステップST16に
おける判別でOの発光強度が300未満であればステッ
プST18に移行し、石英ドーム2Aの加熱量を変更し
てから、ステップST14に戻る。
In step ST11, the wafer is carried into the reaction chamber, and gas supply into the reaction chamber is started in step ST12. In step ST13, high-frequency power is applied to the antenna coil 3 and the lower electrode 10, and The etching of the upper oxide film is started. Then, in step ST14, the quartz dome 2A by the dome heater 24
Is performed, and the emission intensity of O is detected in step ST15. Next, in step ST16, it is determined whether or not the light emission intensity of O is equal to or more than a predetermined value 300 (value of an arbitrary unit shown in FIG. 2). On the other hand, if the emission intensity of O is less than 300 as determined in step ST16, the process proceeds to step ST18, where the heating amount of the quartz dome 2A is changed, and then the process returns to step ST14.

【0085】以上の制御により、反応室内の酸素濃度を
エッチストップが生じない範囲に制御することができ
る。
By the above control, the oxygen concentration in the reaction chamber can be controlled within a range where no etch stop occurs.

【0086】(第2の実施形態) 本実施形態においては、図1に示す半導体装置の製造装
置を用いて、反応室内の酸素雰囲気を調整する第2の方
法について説明する。
(Second Embodiment) In the present embodiment, a second method for adjusting an oxygen atmosphere in a reaction chamber using the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described.

【0087】本実施形態においては、石英ドーム2A及
び上部電極7をヒーター6,24によって加熱すること
により、石英ドーム2Aを140℃に温度制御しなが
ら、加工を行う。そして、ガス導入口8より反応室内部
にC26 ガス,C48 ガス等のフロロカーボン系ガ
スとこのフロロカーボン系ガスの流量の5%以下の流量
の酸素ガスとの混合ガスを導入する。そして、上述の第
1の実施形態と同様に、第1高周波電源5からの電力の
供給によってプラズマ17を生成するとともに、第2高
周波電源13からの高周波電力の供給によって、基板9
上にバイアス電圧を印加し、基板9をエッチングする。
In the present embodiment, the quartz dome 2A and the upper electrode 7 are heated by the heaters 6 and 24, thereby performing processing while controlling the temperature of the quartz dome 2A to 140 ° C. Then, a mixed gas of a fluorocarbon-based gas such as C 2 F 6 gas and C 4 F 8 gas and an oxygen gas having a flow rate of 5% or less of the flow rate of the fluorocarbon-based gas is introduced into the reaction chamber from the gas inlet 8. . Then, similarly to the above-described first embodiment, the plasma 17 is generated by the supply of the power from the first high-frequency power supply 5, and the substrate 9 is supplied by the supply of the high-frequency power from the second high-frequency power supply 13.
A bias voltage is applied thereon, and the substrate 9 is etched.

【0088】図13は、本実施形態に関連して行ったプ
ラズマの発光分析結果を示す図である。図13におい
て、縦軸はOの発光強度ここでは例として波長777n
mのOの発光強度(任意単位)を示し、横軸は石英ドー
ムの温度を示している。同図に示されるように、本実施
形態では、第1の実施形態とは異なり反応室内に酸素ガ
スを導入しているので、その分だけOの発光強度が高く
なる。すなわち、石英ドームの壁温140℃においても
Oの発光強度が300程度になっており、このOの発光
強度の値は、図11に示す第1の実施形態における酸素
ガスを導入しないときの石英ドームの壁温180℃にお
けるOの発光強度と同じ値である。このことから、石英
ドームを高温に加熱して石英ドームから酸素を多く放出
させなくても、酸素ガスを添加することで同様の効果が
得られると予想される。
FIG. 13 is a diagram showing the results of plasma emission analysis performed in connection with the present embodiment. In FIG. 13, the vertical axis indicates the emission intensity of O, in this case, the wavelength is 777 n
The emission intensity of O of m (arbitrary unit) is shown, and the horizontal axis shows the temperature of the quartz dome. As shown in the figure, in the present embodiment, unlike the first embodiment, since oxygen gas is introduced into the reaction chamber, the emission intensity of O is increased accordingly. That is, the emission intensity of O is about 300 even at the wall temperature of the quartz dome of 140 ° C., and the value of the emission intensity of O is the same as that of the quartz without the introduction of oxygen gas in the first embodiment shown in FIG. This is the same value as the emission intensity of O at a dome wall temperature of 180 ° C. From this, it is expected that the same effect can be obtained by adding oxygen gas without heating the quartz dome to a high temperature to release a large amount of oxygen from the quartz dome.

【0089】本実施形態では、酸素ガスを導入して石英
ドームの壁温を140℃に制御しながら、第1の実施形
態と同様に基板9中のコンタクトホール104の形成の
ためのエッチングを行うと、図12(b)に示すよう
に、コンタクトホール104の底部にエッチングを途中
停止させるようなデポ物を堆積させることなくエッチン
グを行うことができ、酸化膜102を貫通してシリコン
基板103に到達するコンタクトホール104を形成す
ることができた。
In the present embodiment, etching for forming the contact hole 104 in the substrate 9 is performed in the same manner as in the first embodiment, while controlling the wall temperature of the quartz dome to 140 ° C. by introducing oxygen gas. Then, as shown in FIG. 12B, etching can be performed without depositing a deposit at the bottom of the contact hole 104 so as to stop the etching halfway, and the silicon substrate 103 penetrates the oxide film 102. The contact hole 104 which reaches was able to be formed.

【0090】なお、本実施形態では、反応室内部にC2
6 ガス,C48 ガス等のフロロカーボン系ガスと、
フロロカーボン系ガスの流量の5%以下の酸素ガスとの
混合ガスを導入するとしたが、C26 ガス,C48
ガス等のフロロカーボン系ガス及びAr,He,Xe,
Kr等の希ガス(不活性ガス)の混合ガスと、混合ガス
の流量の5%以下の流量の酸素ガスとの混合ガスでもよ
い。また、添加ガスとして酸素ガスを用いたが、一部に
酸素を含む分子からなるガス,たとえばCOガス,CO
2 ガスでもよい。
In the present embodiment, C 2 is contained inside the reaction chamber.
A fluorocarbon-based gas such as F 6 gas or C 4 F 8 gas;
A mixed gas with an oxygen gas of 5% or less of the flow rate of the fluorocarbon-based gas was introduced, but C 2 F 6 gas and C 4 F 8
Fluorocarbon-based gas such as gas and Ar, He, Xe,
A mixed gas of a mixed gas of a rare gas (inert gas) such as Kr and an oxygen gas having a flow rate of 5% or less of the flow rate of the mixed gas may be used. Although oxygen gas is used as the additive gas, a gas composed of molecules partially containing oxygen, for example, CO gas, CO
Two gases may be used.

【0091】(第3の実施形態) 本実施形態では、酸素ガスの流量によって反応室内の酸
素濃度を調整する方法について説明する。
(Third Embodiment) In this embodiment, a method for adjusting the oxygen concentration in the reaction chamber by the flow rate of oxygen gas will be described.

【0092】図14は第3の実施形態に係る半導体装置
の製造装置の構成を示す図である。同図に示すように、
本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、石英ドーム
2Aの代わりに窒化珪素ドーム2Bを備えている点とを
除き、上記図1に示す半導体装置の製造装置と同じ構造
を有している。ただし、図14にはOリング16が記載
されているが、図1においても、図示は省略されている
ものの、図14におけるとほぼ同じ位置にOリングが設
けられている。
FIG. 14 is a view showing a configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus according to the third embodiment. As shown in the figure,
The semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment has the same structure as the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 1 except that a silicon nitride dome 2B is provided instead of the quartz dome 2A. However, although the O-ring 16 is shown in FIG. 14, although not shown in FIG. 1, the O-ring is provided at substantially the same position as in FIG.

【0093】そして、本実施形態においては、窒化珪素
ドーム2B及び上部電極7はヒーター6によって加熱さ
れ、窒化珪素ドーム2Bの温度が180℃以上に保たれ
るようにヒーター6の加熱量が制御されている。そし
て、ガス導入口8より反応室内部にC26 ガス,C4
8 ガス等のフロロカーボン系ガスとフロロカーボンガ
スの流量の5%以下の酸素ガスとの混合ガスを導入す
る。そして、上述の第1の実施形態と同様に、第1高周
波電源5からの電力の供給によってプラズマ17を生成
するとともに、第2高周波電源13からの高周波電力の
供給によって、基板9上にバイアス電圧を印加し、基板
9をエッチングする。
In this embodiment, the silicon nitride dome 2B and the upper electrode 7 are heated by the heater 6, and the heating amount of the heater 6 is controlled so that the temperature of the silicon nitride dome 2B is maintained at 180 ° C. or higher. ing. Then, C 2 F 6 gas, C 4
F 8 is introduced a mixed gas of 5% or less oxygen gas at a flow rate of fluorocarbon-based gas and fluorocarbon gas such as a gas. As in the first embodiment, the plasma 17 is generated by the supply of the power from the first high-frequency power supply 5, and the bias voltage is applied to the substrate 9 by the supply of the high-frequency power from the second high-frequency power supply 13. Is applied to etch the substrate 9.

【0094】次に、図15は、本実施形態に関連して行
った酸素を含まない窒化珪素ドームを用いた場合と酸素
を含む石英ドームを用いた場合の酸素のプラズマ発光強
度の相違を示す図である。なお、ドームの壁温は共に1
80℃の高温である。第1の実施形態で説明したよう
に、石英ドーム2Aは、アンテナコイル3の電界により
SiO2 がエッチングされるのでその内壁面から酸素が
放出されるが、窒化珪素ドーム2Bは、同じ条件ではエ
ッチングされることはなく、内壁面からは何も放出され
ない。これは、窒化珪素ドーム2Bの構成元素Si−N
間の結合エネルギーは石英の構成元素Si−O間の結合
エネルギーより大きいことによる。
Next, FIG. 15 shows the difference in the plasma emission intensity of oxygen between the case where the silicon nitride dome containing no oxygen is used and the case where the quartz dome containing oxygen is used, performed in connection with the present embodiment. FIG. The wall temperature of the dome is 1
High temperature of 80 ° C. As described in the first embodiment, since the SiO 2 is etched by the electric field of the antenna coil 3, oxygen is released from the inner wall surface of the quartz dome 2A, but the silicon nitride dome 2B is etched under the same conditions. Nothing is released from the inner wall surface. This is because of the constituent element Si—N of the silicon nitride dome 2B.
This is because the bond energy between them is larger than the bond energy between the constituent elements Si—O of quartz.

【0095】このように、酸素を含まない窒化珪素ドー
ムがエッチングされても反応室の側壁から酸素が放出し
ないので、基板9中のコンタクトホール104の形成の
ためのエッチングを行うとエッチング途中でコンタクト
ホール104の底部に炭素系のデポ物が堆積し、エッチ
ングが途中で停止する(図12(b)参照)。
As described above, even if the silicon nitride dome containing no oxygen is etched, oxygen is not released from the side wall of the reaction chamber. Therefore, when the etching for forming the contact hole 104 in the substrate 9 is performed, the contact during the etching is not completed. A carbon-based deposit deposits on the bottom of the hole 104, and the etching stops halfway (see FIG. 12B).

【0096】この時、図15に示す石英ドーム2AのO
の発光強度以上のOの発光強度を示すように酸素ガスを
添加すると炭素系のデポ物は除去され、エッチングが途
中で停止することなく進行し、酸化膜102を貫通して
シリコン基板103に到達するコンタクトホール104
が形成された。図34は、Oの発光強度が適正範囲内に
入るように酸素ガスの流量を制御することにより、エッ
チストップを防止するための手順を示すフローチャート
である。
At this time, the O of the quartz dome 2A shown in FIG.
When oxygen gas is added so as to exhibit an emission intensity of O equal to or higher than the emission intensity of carbon, the carbon-based deposit is removed, the etching proceeds without stopping halfway, and reaches the silicon substrate 103 through the oxide film 102. Contact hole 104
Was formed. FIG. 34 is a flowchart showing a procedure for preventing the etch stop by controlling the flow rate of the oxygen gas so that the emission intensity of O falls within an appropriate range.

【0097】ステップST21で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップST22で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップST23でアンテナコイ
ル3及び下部電極10に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ST24で、ガス供給系の制御弁の開度を調節して酸素
ガスの流量制御を行ない、ステップST25でOの発光
強度を検出する。次に、ステップST26で、Oの発光
強度が所定値300(図2に示す任意単位の値)以上か
否かを判別して、300以上であればステップST27
に進んでエッチングを続行する。一方、ステップST2
6における判別でOの発光強度が300未満であればス
テップST28に移行し、酸素ガスの流量を変更してか
ら、ステップST24に戻る。
In step ST21, the wafer is carried into the reaction chamber, and in step ST22, gas supply into the reaction chamber is started. In step ST23, high-frequency power is applied to the antenna coil 3 and the lower electrode 10 so that the wafer is supplied. The etching of the upper oxide film is started. Then, in step ST24, the opening degree of the control valve of the gas supply system is adjusted to control the flow rate of oxygen gas, and in step ST25, the emission intensity of O is detected. Next, in step ST26, it is determined whether or not the emission intensity of O is equal to or more than a predetermined value 300 (value of an arbitrary unit shown in FIG. 2).
Proceed to to continue the etching. On the other hand, step ST2
If the emission intensity of O is less than 300 in the determination in step 6, the process proceeds to step ST28, in which the flow rate of the oxygen gas is changed, and then returns to step ST24.

【0098】以上の制御により、プラズマ中のOの濃度
をエッチストップが生じない範囲に制御することができ
る。
By the above control, the concentration of O in the plasma can be controlled within a range where no etch stop occurs.

【0099】また、石英ドーム2Aの代わりに窒化珪素
ドーム2Bを設けることにより、ドームの内壁面から酸
素が放出されないので、エッチング特性が反応室の内壁
を構成する材料の影響を受けない。したがって、プラズ
マ中のOの濃度を酸素ガスの流量のみで制御できるの
で、制御は容易であるといえる。
By providing the silicon nitride dome 2B instead of the quartz dome 2A, oxygen is not released from the inner wall surface of the dome, so that the etching characteristics are not affected by the material constituting the inner wall of the reaction chamber. Therefore, since the concentration of O in the plasma can be controlled only by the flow rate of the oxygen gas, it can be said that the control is easy.

【0100】なお、本実施形態では、反応室の内壁を構
成する材料として窒化珪素を使用したが、窒化珪素の代
わりに、窒化アルミニウム、炭化珪素、AlF等、他の
いかなる酸素を有しない絶縁物を用いてもよい。
In this embodiment, silicon nitride is used as a material for forming the inner wall of the reaction chamber. However, instead of silicon nitride, any other insulator having no oxygen, such as aluminum nitride, silicon carbide, or AlF, is used. May be used.

【0101】なお、本実施形態では、反応室内部にC2
6 ガス,C48 ガス等のフロロカーボン系ガスとフ
ロロカーボン系ガスの流量の5%以下の酸素ガスとの混
合ガスを導入するとしたが、C26 ガス,C48
ス等のフロロカーボン系ガス及びAr,He,Xe,K
r等の希ガス(不活性ガス)の混合ガスと、混合ガスの
流量の5%以下の流量の酸素ガスとの混合ガスでもよ
い。また、添加ガスとして酸素ガスを用いたが、一部に
酸素を含む分子からなるガス,たとえばCOガス,CO
2 ガスでもよい。あるいは、C26 ガス,C48
ス等のフロロカーボン系ガスと、Ar,He,Xe,K
r等の希ガス(不活性ガス)と、COガス,CO2 ガス
等との混合ガスと、この混合ガスの流量の5%以下の酸
素ガスとの混合ガスでもよい。
In the present embodiment, C 2 is contained inside the reaction chamber.
It is assumed that a mixed gas of a fluorocarbon gas such as F 6 gas and C 4 F 8 gas and an oxygen gas having a flow rate of 5% or less of the flow rate of the fluorocarbon gas is introduced, but a mixture gas of C 2 F 6 gas, C 4 F 8 gas, etc. Fluorocarbon gas and Ar, He, Xe, K
A mixed gas of a mixed gas of a rare gas (inert gas) such as r and an oxygen gas having a flow rate of 5% or less of the flow rate of the mixed gas may be used. Although oxygen gas is used as the additive gas, a gas composed of molecules partially containing oxygen, for example, CO gas, CO
Two gases may be used. Alternatively, a fluorocarbon-based gas such as C 2 F 6 gas or C 4 F 8 gas, and Ar, He, Xe, K
A mixed gas of a mixed gas of a rare gas (inert gas) such as r, a CO gas, a CO 2 gas, and the like, and an oxygen gas having a flow rate of 5% or less of the mixed gas may be used.

【0102】(第4の実施形態) 本実施形態では、図1に示す半導体装置の製造装置中の
石英ドームの使用の可否を判断する方法について説明す
る。
(Fourth Embodiment) In the present embodiment, a method for determining whether or not the quartz dome can be used in the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described.

【0103】第1の実施形態においても説明したよう
に、反応室の内壁を酸素を含む材料により構成したと
き、この反応室からの放出酸素量がエッチング特性に大
きな影響を与える。第1の実施形態で使用した図1に示
す半導体装置の製造装置においては、石英ドーム2Aに
巻いているアンテナコイル3の電界によって石英ドーム
2Aがエッチングされて、石英ドーム2Aの内壁面から
酸素がプラズマ17中に放出される。
As described in the first embodiment, when the inner wall of the reaction chamber is made of a material containing oxygen, the amount of oxygen released from the reaction chamber greatly affects the etching characteristics. In the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 1 used in the first embodiment, the quartz dome 2A is etched by the electric field of the antenna coil 3 wound on the quartz dome 2A, and oxygen is removed from the inner wall surface of the quartz dome 2A. Released into the plasma 17.

【0104】したがって、例えば部品寿命で石英ドーム
を交換したとき、石英ドームの酸素含有量の相違、ある
いは石英ドームの内壁面の処理による凹凸の程度の相違
など、石英ドームの状態のばらつきによって内壁面から
放出される酸素量が異なり、エッチング特性に大きな影
響を与える。従来の方法では、実際に製品を処理してエ
ッチングが途中停止するという製品不良が発生してか
ら、石英ドームに問題があることが判明した。
Therefore, for example, when the quartz dome is replaced during the life of the component, the inner wall surface may be changed due to a variation in the state of the quartz dome, such as a difference in the oxygen content of the quartz dome or a degree of unevenness due to the processing of the inner wall surface of the quartz dome. The amount of oxygen released from the semiconductor varies, greatly affecting the etching characteristics. In the conventional method, it has been found that there is a problem with the quartz dome after a product defect has occurred in which the product is actually processed and the etching is stopped halfway.

【0105】図16は、図1に示す半導体装置の製造装
置において石英ドーム2Aの温度を180℃にしたとき
のOの発光強度の石英ドームのロット依存性を示してい
る。石英ドームS1、S2、S3は全く同様に作製され
た物であるが、同図に示されるようにOの発光強度が異
なる。Oの発光強度が規格値よりも小さい値の石英ドー
ムS2を用いたとき、その内壁面から十分に酸素が供給
されず、コンタクトホール形成のためのエッチングを行
うとエッチング途中でコンタクトホールの底部に炭素系
のデポ物が堆積し、エッチングが途中で停止する。Oの
発光強度が規格値よりも大きい値の石英ドームS1、S
3を用いれば、その内壁面から十分に酸素が供給される
ので、コンタクトホール底部の炭素系のデポ物は除去さ
れ、エッチングが途中で停止することなくコンタクトホ
ールを貫通させることができる。
FIG. 16 shows the lot dependence of the emission intensity of O when the temperature of the quartz dome 2A is set to 180 ° C. in the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. The quartz domes S1, S2, and S3 are manufactured in exactly the same manner, but have different O emission intensities as shown in FIG. When a quartz dome S2 having a light emission intensity of O smaller than the standard value is used, oxygen is not sufficiently supplied from the inner wall surface thereof, and when etching for forming a contact hole is performed, the bottom of the contact hole is formed during the etching. A carbon-based deposit is deposited, and the etching stops halfway. Quartz domes S1, S whose emission intensity of O is larger than the standard value
When using No. 3, since oxygen is sufficiently supplied from the inner wall surface, carbon-based deposits at the bottom of the contact hole are removed, and the contact hole can be penetrated without stopping etching.

【0106】本実施形態によれば、半導体装置の製造装
置において石英ドーム等の部品を交換する際、製品を製
造する前にあらかじめ部品から放出される酸素量を測定
するようにしたので、製造されるデバイス製品の不良を
事前に防ぐことが可能となる。
According to the present embodiment, when replacing a part such as a quartz dome in a semiconductor device manufacturing apparatus, the amount of oxygen released from the part is measured in advance before manufacturing a product. Device products can be prevented in advance.

【0107】(第5の実施形態) 本実施形態では、図1に示す半導体装置の製造装置中の
石英ドームを交換する際に、石英ドームの使用前の状態
に応じて半導体装置の製造工程中における反応室の雰囲
気を制御する方法について説明する。
(Fifth Embodiment) In this embodiment, when the quartz dome in the apparatus for manufacturing a semiconductor device shown in FIG. 1 is replaced, the manufacturing process of the semiconductor device depends on the state before the use of the quartz dome. The method of controlling the atmosphere in the reaction chamber in the above will be described.

【0108】第1の実施形態において説明したように、
反応室の内壁を酸素を含む材料により構成したとき、こ
の反応室からの放出酸素量がエッチング特性に大きな影
響を与える。第1の実施形態で使用した図1に示す半導
体装置の製造装置においては、石英ドーム2Aに巻いて
いるアンテナコイル3の電界によって石英ドーム2Aが
エッチングされて、石英ドーム2Aの内壁面から酸素が
プラズマ17中に放出される。
As described in the first embodiment,
When the inner wall of the reaction chamber is made of a material containing oxygen, the amount of oxygen released from the reaction chamber greatly affects the etching characteristics. In the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 1 used in the first embodiment, the quartz dome 2A is etched by the electric field of the antenna coil 3 wound on the quartz dome 2A, and oxygen is removed from the inner wall surface of the quartz dome 2A. Released into the plasma 17.

【0109】したがって、例えば部品寿命で石英ドーム
を交換したとき、石英ドームの加工精度の相違、あるい
は取り付けの際の調整の相違などにより、石英ドームと
アンテナコイルとの密着度が異なる。このことにより、
石英ドームの内壁面からの放出酸素量が異なり、エッチ
ング特性に大きな影響を与える。従来の方法では、実際
に製品を処理してエッチングが途中停止するという製品
不良が発生してから、石英ドームに問題があることが判
明した。
Therefore, for example, when the quartz dome is replaced during the life of the component, the degree of adhesion between the quartz dome and the antenna coil differs due to a difference in processing accuracy of the quartz dome or a difference in adjustment at the time of mounting. This allows
The amount of oxygen released from the inner wall surface of the quartz dome differs, which has a significant effect on the etching characteristics. In the conventional method, it has been found that there is a problem with the quartz dome after a product defect has occurred in which the product is actually processed and the etching is stopped halfway.

【0110】図17は、第4の実施形態における図16
に示すようなOの発光強度の石英ロット依存性がある場
合に、Oの発光強度が規格値よりも大きい値の石英ドー
ム(例えば図16の石英ドームS3)を図1に示す半導
体装置の製造装置に数回取り付け,取り外しを行ったと
きのOの発光強度のばらつきを示している。同図に示さ
れるように、同じ石英ドームを用いているが、取り付け
回数が変わるとOの発光強度も異なり、Oの発光強度が
規格値よりも小さくなる場合も発生している。
FIG. 17 is a circuit diagram showing the fourth embodiment shown in FIG.
In the case where the O emission intensity is dependent on the quartz lot as shown in FIG. 1, a quartz dome (for example, the quartz dome S3 in FIG. 16) having the O emission intensity larger than the standard value is manufactured in the semiconductor device shown in FIG. The graph shows the variation in the emission intensity of O when the device is attached to and detached from the device several times. As shown in the figure, although the same quartz dome is used, the emission intensity of O differs when the number of attachments changes, and the emission intensity of O sometimes becomes smaller than the standard value.

【0111】上述のようなOの発光強度のばらつきの原
因は、石英ドームの取り付け具合によってアンテナコイ
ルとの密着度が異なっていることにあると考えられる。
この状態でコンタクトホール形成のためのエッチングを
実施すると、エッチング途中でコンタクトホールの底部
に炭素系のデポ物が堆積し、エッチングが途中で停止す
る。
It is considered that the above-mentioned variation in the emission intensity of O is due to the fact that the degree of adhesion to the antenna coil differs depending on how the quartz dome is attached.
If etching for forming a contact hole is performed in this state, a carbon-based deposit is deposited on the bottom of the contact hole during the etching, and the etching stops on the way.

【0112】ここで、本実施形態では、石英ドームの交
換時にOの発光強度を検出し、Oの発光強度が規格値よ
りも大きくなるように、酸素ガスを添加する。このため
の制御は、図34に示すフローチャートに示すとおりで
よい。これにより、コンタクトホール底部の炭素系のデ
ポ物は除去され、エッチングが途中で停止することな
く、酸化膜を貫通してシリコン基板に到達するコンタク
トホールを形成できる。
Here, in this embodiment, the emission intensity of O is detected when the quartz dome is replaced, and oxygen gas is added so that the emission intensity of O becomes larger than the standard value. The control for this may be as shown in the flowchart shown in FIG. As a result, the carbon-based deposit at the bottom of the contact hole is removed, and a contact hole that penetrates the oxide film and reaches the silicon substrate can be formed without stopping etching.

【0113】このように、半導体装置の製造装置におい
て石英部品を交換する際、製品を製造する前にあらかじ
め部品から放出される酸素量を測定し、放出酸素量が規
格値を満足しない場合、酸素ガスを導入し、その導入酸
素ガス量を制御することで、製品不良を事前に防ぐこと
が可能となる。
As described above, when replacing a quartz part in a semiconductor device manufacturing apparatus, the amount of oxygen released from the part is measured in advance before manufacturing a product. By introducing a gas and controlling the amount of the introduced oxygen gas, it is possible to prevent product defects in advance.

【0114】なお、酸素ガスに限らず、酸素を含む他の
ガスを使用してもよい。酸素を含むガスとしてはO2
スに限定されるものではなく、構成元素として酸素を含
むCOガス,CO2 ガス等を使用してもよい。
It is to be noted that the present invention is not limited to oxygen gas, and other gases containing oxygen may be used. The gas containing oxygen is not limited to the O 2 gas, but a CO gas, a CO 2 gas, or the like containing oxygen as a constituent element may be used.

【0115】本具体例を適用できるエッチングガスは、
CF4 ,C26 ,C38 ,C48 及びC66
うち少なくともいずれか1つを含むガスであることが好
ましい。また、Cxyz で表されるガス(例えばC
222 ,C463 ,C642 など)を使用
すれば、酸素の濃度比も同時に調整可能となる。したが
って、ガスの流量の調節に必要なマスフローコントロー
ラの数を低減することができ、設備費の低減と制御の簡
素化を図ることができる。
The etching gas to which this specific example can be applied is
Preferably, the gas contains at least one of CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 and C 6 F 6 . In addition, a gas represented by C x F y O z (for example, C
With 2 like F 2 O 2, C 4 F 6 O 3, C 6 F 4 O 2), the concentration ratio of oxygen also becomes possible to adjust at the same time. Therefore, it is possible to reduce the number of mass flow controllers required for adjusting the gas flow rate, thereby reducing equipment costs and simplifying control.

【0116】(第6の実施形態) 本実施形態では、図1に示す半導体装置の製造装置を用
い、OとFの発光強度比を制御しながら半導体装置の製
造を行なう方法について説明する。
(Sixth Embodiment) In this embodiment, a method of manufacturing a semiconductor device while controlling the emission intensity ratio between O and F using the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described.

【0117】本実施形態においては、石英ドーム2A及
び上部電極7をヒーター6,24によって加熱すること
により、石英ドーム2Aを180℃に温度制御しなが
ら、加工を行う。そして、ガス導入口8より反応室内部
にC26 ガス,C48 ガス等のフロロカーボン系ガ
スとこのフロロカーボン系ガスの流量の5%以下の流量
の酸素ガスとの混合ガスを導入する。そして、上述の第
1の実施形態と同様に、第1高周波電源5からの電力の
供給によってプラズマ17を生成するとともに、第2高
周波電源13からの高周波電力の供給によって、基板9
上にバイアス電圧を印加し、基板9をエッチングする。
In the present embodiment, the quartz dome 2A and the upper electrode 7 are heated by the heaters 6 and 24, and processing is performed while controlling the temperature of the quartz dome 2A to 180 ° C. Then, a mixed gas of a fluorocarbon-based gas such as C 2 F 6 gas and C 4 F 8 gas and an oxygen gas having a flow rate of 5% or less of the flow rate of the fluorocarbon-based gas is introduced into the reaction chamber from the gas inlet 8. . Then, similarly to the above-described first embodiment, the plasma 17 is generated by the supply of the power from the first high-frequency power supply 5, and the substrate 9 is supplied by the supply of the high-frequency power from the second high-frequency power supply 13.
A bias voltage is applied thereon, and the substrate 9 is etched.

【0118】ここで、本実施形態の特徴は、光ファイバ
18を通して発光分光装置19によりプラズマ17中の
OとFの発光強度を検出している点である。
Here, the feature of this embodiment is that the emission intensity of O and F in the plasma 17 is detected by the emission spectroscope 19 through the optical fiber 18.

【0119】図18は、プラズマ17中のOの発光強度
とFの発光強度と石英ドームの壁温との関係を示す図で
ある。同図の縦軸はフッ素(波長685nm)の発光強
度に対する酸素(波長777nm)の発光強度の比(以
下、単に発光強度比という)を表している。同図に示さ
れるように、石英ドームの壁温が高くなるほど発光強度
比が大きくなっている。これは、エッチングガスである
フロロカーボン系ガスから生成されるフッ素量は石英ド
ームの壁温の如何に拘わらず一定であるのに対し、石英
ドームの内壁面からの酸素放出量は石英ドームの壁温が
高くなるほど多くなることによる。そして、コンタクト
ホール形成のためのエッチングを行うと、石英ドームの
壁温が160℃のときの発光強度比20では、酸素量が
少ないためにコンタクトホール底部に炭素系のデポ物が
堆積され、エッチングが途中で停止してコンタクトホー
ルが形成されない。一方、石英ドームの壁温が180℃
以上になって発光強度比が40〜50になると、コンタ
クトホール底部にデポ物が堆積することなくエッチング
が進行し、コンタクトホールを貫通させることができ
る。特に、図18に示す石英ドームの壁温と発光強度比
との間の相関関係を利用する方法によれば、図14に示
す石英ドームの壁温と発光強度との相関関係を利用する
場合に比べて、実際に測定する発光強度比の変化から石
英ドームの壁温が180℃に達した状態を確実に把握で
きる利点がある。なお、このO/Fの発光強度比の適正
範囲が上述の図4〜図9のデータと異なっているのは、
図2〜図9のO/Fの発光強度比は、制御の容易さを考
慮して、図2及び図3に示すOのピーク波長777nm
に近い波長774nmにおけるFのピーク値を利用して
算出しているためである。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship among the emission intensity of O in the plasma 17, the emission intensity of F, and the wall temperature of the quartz dome. The vertical axis in the figure represents the ratio of the emission intensity of oxygen (wavelength 777 nm) to the emission intensity of fluorine (wavelength 685 nm) (hereinafter simply referred to as the emission intensity ratio). As shown in the figure, the emission intensity ratio increases as the wall temperature of the quartz dome increases. This is because the amount of fluorine generated from the fluorocarbon-based gas, which is an etching gas, is constant regardless of the wall temperature of the quartz dome, whereas the amount of oxygen released from the inner wall surface of the quartz dome is the wall temperature of the quartz dome. The higher the value, the more it is. Then, when etching for forming the contact hole is performed, when the wall temperature of the quartz dome is 160 ° C., at a light emission intensity ratio of 20, a carbon-based deposit is deposited at the bottom of the contact hole due to a small amount of oxygen. Stops halfway and no contact hole is formed. On the other hand, the wall temperature of the quartz dome is 180 ° C
When the emission intensity ratio becomes 40 to 50 as described above, the etching proceeds without deposits being deposited on the bottom of the contact hole, and the contact hole can be penetrated. In particular, according to the method using the correlation between the wall temperature of the quartz dome and the light emission intensity ratio shown in FIG. 18, the method using the correlation between the wall temperature and the light emission intensity of the quartz dome shown in FIG. In comparison, there is an advantage that the state in which the wall temperature of the quartz dome has reached 180 ° C. can be reliably grasped from a change in the emission intensity ratio actually measured. The reason why the appropriate range of the O / F emission intensity ratio is different from the data shown in FIGS.
The emission intensity ratio of O / F in FIGS. 2 to 9 is determined by considering the ease of control, and the peak wavelength of O of 777 nm shown in FIGS. 2 and 3.
This is because the calculation is performed using the peak value of F at a wavelength of 774 nm which is close to.

【0120】そこで、本実施形態における半導体装置の
製造方法では、OとFの発光強度比が40以上の条件で
エッチングを行う。
Therefore, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, etching is performed under the condition that the emission intensity ratio between O and F is 40 or more.

【0121】図19は、本実施形態に係る半導体装置の
製造装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図であ
る。同図において、21は図1に示すような機器類を含
む反応室、22は発光分光装置、23はアナログ信号を
デジタル信号に変換するためのA/D変換器、24は各
部材の動作を制御するための装置CPU、25は製品を
反応室の内外に搬送するための搬送系、26は異常を告
知するための警報器をそれぞれ示す。
FIG. 19 is a block diagram schematically showing a configuration of a control system of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment. In the figure, reference numeral 21 denotes a reaction chamber including the devices shown in FIG. 1, 22 denotes an emission spectrometer, 23 denotes an A / D converter for converting an analog signal into a digital signal, and 24 denotes the operation of each member. An apparatus CPU for control, 25 is a transport system for transporting products into and out of the reaction chamber, and 26 is an alarm for notifying an abnormality.

【0122】また、図20は、エッチングを行う際に図
19に示す装置CPU24によって行われる制御の手順
を示すフローチャートである。以下、図19を参照しな
がら、図20のフローチャートに沿って、エッチング工
程について説明する。
FIG. 20 is a flowchart showing a control procedure performed by the apparatus CPU 24 shown in FIG. 19 when performing etching. Hereinafter, the etching process will be described with reference to FIG. 19 and along the flowchart of FIG.

【0123】まず、ステップST1で、搬送系25によ
り製品を反応室21外へ搬送し、エッチング処理待ちの
次の製品を反応室21内へ搬送する。そして、ステップ
ST2で、製品のエッチング例えばコンタクトホール形
成のためのエッチングを開始する。
First, in step ST1, the product is transported out of the reaction chamber 21 by the transport system 25, and the next product waiting for the etching process is transported into the reaction chamber 21. Then, in step ST2, etching of the product, for example, etching for forming a contact hole is started.

【0124】次に、ステップST3,ST4で、エッチ
ング中におけるプラズマ中の発光強度を発光分光装置2
2で検知する。ここでは、OとFの発光強度を検出す
る。この検出したアナログ信号はA/D変換器23でデ
ジタル信号に変換された後、装置CPU24に取り込ま
れる。そして、ステップST6で、装置CPU24によ
り酸素とフッ素との発光強度比が演算される。
Next, in steps ST3 and ST4, the emission intensity in the plasma during the etching is measured by the emission spectrometer 2.
2 to detect. Here, the emission intensities of O and F are detected. The detected analog signal is converted into a digital signal by the A / D converter 23, and is taken into the device CPU 24. Then, in step ST6, the device CPU 24 calculates the emission intensity ratio between oxygen and fluorine.

【0125】次に、ステップST6で、発光強度比が4
0以上か否かを判別し、発光強度比が40以上であれ
ば、ステップST7に進んでエッチングを続行し、エッ
チングが終了すると上記ステップST1の制御に戻る。
Next, in step ST6, the light emission intensity ratio becomes 4
It is determined whether it is 0 or more, and if the light emission intensity ratio is 40 or more, the process proceeds to step ST7 to continue the etching. When the etching is completed, the process returns to the control in step ST1.

【0126】一方、ステップST6の判別で発光強度比
が40に満たない場合は、現在進行中のエッチングは続
行し、ステップST9でエッチングが終了すると、エッ
チング終了後の製品は搬送系25により反応室(石英ド
ーム)外へ搬送させるが、エッチング処理待ちの次の製
品は、ステップST9の制御により反応室内へ搬送させ
ない。そして、ステップST10で、警報器26から異
常であることを知らせる警報を発生させる。
On the other hand, if the emission intensity ratio is less than 40 in the discrimination in step ST6, the etching that is currently in progress is continued, and when the etching is completed in step ST9, the product after the completion of etching is transferred to the reaction chamber by the transfer system 25. (Quartz dome) is transported outside, but the next product waiting for the etching process is not transported into the reaction chamber under the control of step ST9. Then, in step ST10, an alarm is generated from the alarm device 26 to notify that it is abnormal.

【0127】このような半導体装置の製造装置及び半導
体装置の製造方法を用いることで、製品不良を未然に防
ぐことが可能となる。なお、ステップST8におけるエ
ッチングの終了時には、貫通したコンタクトホールが形
成される(図12(b)の状態)こともあれば、貫通さ
れないで途中でエッチングの進行が停止している(図1
2(a)の状態)こともあり得る。
By using such a semiconductor device manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method, it is possible to prevent product defects. At the end of the etching in step ST8, a penetrating contact hole may be formed (the state shown in FIG. 12B), or the etching is stopped halfway without being penetrated (FIG. 1).
2 (a)).

【0128】なお、本実施形態では、OとFの発光強度
を測定し、その比を用いたが、Oのみの発光強度を用い
ても良い。
In this embodiment, the emission intensities of O and F are measured and the ratio is used. However, the emission intensity of O alone may be used.

【0129】また、本実施形態の応用として、Oの発光
強度とFの発光強度との比が40以上になる条件でエッ
チングを行うように、酸素ガスを導入しながらエッチン
グを行うようにしてもよい。
Further, as an application of this embodiment, etching may be performed while introducing oxygen gas so that etching is performed under the condition that the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of F is 40 or more. Good.

【0130】(第7の実施形態) 本実施形態では、図1に示す半導体装置の製造装置を用
い、反応室内の酸素,フッ素及び炭素の濃度比を調整し
ながら半導体装置の製造を行なう方法について説明す
る。
(Seventh Embodiment) In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device while adjusting the concentration ratio of oxygen, fluorine and carbon in a reaction chamber using the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. explain.

【0131】図21は、図1に示す装置を用いてフルオ
ロカーボンガス(ここではC26ガス)を使用しなが
らRFパワーを2700Wとし、これに添加するO2
スの流量と、石英ドーム2Aの温度とを変えたときの発
光スペクトル中のOピーク値とFピーク値との比である
O/Fの発光強度比を示す図である。そして、図21に
示す各条件のうちO2 ガスの流量が0で石英ドーム2A
の温度が220℃,230℃のときのみエッチストップ
が生じた。すなわち、O/Fの発光強度比が1.0以下
のときにはエッチストップが生じていることがわかる。
このときのプラズマ中のO/Fの濃度比はこの発光強度
比とは一致しないが、予めエッチストップが生じないO
/Fの発光強度比がわかっているので、このO/Fの発
光強度比がエッチストップを生じない適正範囲に入るよ
うにO2 ガスとフルオロカーボンガスとの流量比を制御
することにより、エッチストップを確実に回避しながら
コンタクトホールを形成することができる。
FIG. 21 shows that the apparatus shown in FIG. 1 is used to adjust the RF power to 2700 W while using a fluorocarbon gas (C 2 F 6 gas in this case), to add a flow rate of the O 2 gas to be added to the RF power and a quartz dome 2A. FIG. 5 is a diagram showing the O / F emission intensity ratio, which is the ratio between the O peak value and the F peak value in the emission spectrum when the temperature is changed. Then, the quartz dome 2A at a flow rate of O 2 gas is 0 among the conditions shown in FIG. 21
Etch stop occurred only at temperatures of 220 ° C. and 230 ° C. That is, it can be seen that an etch stop has occurred when the O / F emission intensity ratio is 1.0 or less.
The O / F concentration ratio in the plasma at this time does not match this emission intensity ratio, but O / F in which no etch stop occurs in advance
Since the emission intensity ratio of O / F is known, by controlling the flow ratio between the O 2 gas and the fluorocarbon gas so that the emission intensity ratio of O / F falls within an appropriate range where etch stop does not occur, the etch stop is performed. Can be formed while the contact hole is reliably avoided.

【0132】一方、図22は、図1に示す装置を用いて
フルオロカーボンガス(ここではC26 ガス)を使用
しながらRFパワーを2300Wとし、これに添加する
2ガスの流量と、石英ドーム2Aの温度とを変えたと
きの発光スペクトル中のOピーク値とC2 ピーク値との
比であるO/C2 の発光強度比を示す図である。図22
に示す各条件のうちO2 ガスの流量が0で石英ドーム2
Aの温度が160℃,180℃のとき、O2 ガスの流量
が1sccmで石英ドーム2Aの温度が160℃,18
0℃のとき、O2 ガスの流量が2sccmで石英ドーム
2Aの温度が160℃のときにエッチストップが生じ
た。すなわち、O/C2 の発光強度比が19以下のとき
にエッチストップが生じていることがわかる。このとき
のプラズマ中のO/Cの濃度比はO/C2 の発光強度比
とは一致しないが、予めエッチストップが生じないO/
2 の発光強度比がわかっているので、このO/C2
発光強度比がエッチストップを生じない適正範囲に入る
ようにO2 ガスとフルオロカーボンガスとの流量比を制
御することにより、エッチストップを確実に回避しなが
らコンタクトホールを形成することができる。なお、図
22に示すデータでは、エッチストップを生じる温度が
図21に示す温度よりも低いが、これは、RFパワーが
2300Wと少し弱いためと思われる。
[0132] On the other hand, FIG. 22 is a 2300W RF power while using a fluorocarbon gas (C 2 F 6 gas in this case) using the apparatus shown in FIG. 1, and the flow rate of O 2 gas added thereto, quartz shows the emission intensity ratio of O / C 2 which is the ratio of the O peak value and C 2 peak in the emission spectrum when varying the temperature of the dome 2A. FIG.
In the conditions shown in the figure, the O 2 gas flow rate was 0 and the quartz dome 2
When the temperature of A is 160 ° C. and 180 ° C., the flow rate of the O 2 gas is 1 sccm, and the temperature of the quartz dome 2A is 160 ° C. and 18 ° C.
At 0 ° C., an etch stop occurred when the flow rate of the O 2 gas was 2 sccm and the temperature of the quartz dome 2A was 160 ° C. That is, it can be seen that an etch stop occurs when the O / C 2 emission intensity ratio is 19 or less. At this time, the concentration ratio of O / C in the plasma does not match the emission intensity ratio of O / C 2 , but O / C in which an etch stop does not occur in advance.
Since the emission intensity ratio of C 2 is known, the etch ratio is controlled by controlling the flow ratio of the O 2 gas to the fluorocarbon gas so that the emission intensity ratio of O / C 2 falls within an appropriate range where no etch stop occurs. The contact hole can be formed while reliably avoiding the stop. In the data shown in FIG. 22, the temperature at which the etch stop occurs is lower than the temperature shown in FIG. 21, but this is probably because the RF power is a little weak at 2300 W.

【0133】また、図21及び図22のデータを総合す
ると、プラズマ中のC,F及びOの発光強度比が適正範
囲内にあるように、プラズマ中の3者の濃度比を制御す
ることは可能であることはわかる。ただし、フルオロカ
ーボンガスなどのエッチングガスの種類が定まると、反
応室内に存在する炭素とフッ素の濃度比はほぼ一定とな
る。したがって、一般的には、O/Fの発光強度比また
はO/C2 の発光強度比を測定しながらO2 ガスの流量
を制御すればよいことがわかる。その場合、O/C2
発光強度比を制御パラメータとする方がホールの底部に
炭素含有生成物が堆積しようとする作用とそれを除去し
ようとする作用とのバランスが適正に図れるように直接
的に制御することができる。しかし、図2(a),
(b)に示すように、発光スペクトル中のOとC2 のピ
ーク値を与える波長は大きく異なっているので、両者の
発光ピーク強度比を正確に求めるには手間を要する。そ
の点、発光スペクトル中のOとFのピーク値を与える波
長は極めて近いので、両者の発光ピーク強度比は迅速か
つ正確に測定することができる。また、図21に示すよ
うに、フルオロカーボンガスの種類によって炭素とフッ
素の濃度比はほぼ一定と見なせるので、OとFとの発光
強度比をOとC2 との発光強度比の代わりに制御パラメ
ータとして利用することができる。その場合、図21に
示すエッチストップが生じたときのO/Fの発光強度比
は、実際はエッチストップが生じるO/C2 の発光強度
比つまりプラズマ中のOとCの濃度比を表しているとも
考えることができる。ただし、Fの濃度自体も別の機能
面でエッチング作用に影響を及ぼすので、エッチング作
用を害しない範囲でエッチストップを防止するためにO
/Fの発光強度比を制御パラメータとして利用すること
もできる。
21 and 22, the control of the concentration ratio of the three components in the plasma such that the ratio of the emission intensities of C, F and O in the plasma is within an appropriate range. I know it is possible. However, when the type of etching gas such as fluorocarbon gas is determined, the concentration ratio between carbon and fluorine existing in the reaction chamber becomes substantially constant. Therefore, it is generally understood that the flow rate of the O 2 gas should be controlled while measuring the O / F emission intensity ratio or the O / C 2 emission intensity ratio. In this case, it is preferable to use the emission intensity ratio of O / C 2 as a control parameter so that the effect of depositing the carbon-containing product at the bottom of the hole and the effect of removing it can be properly balanced. Can be controlled. However, FIG.
As shown in (b), since the wavelengths giving the peak values of O and C 2 in the emission spectrum are significantly different, it takes time and effort to accurately determine the emission peak intensity ratio between the two. At that point, the wavelengths giving the peak values of O and F in the emission spectrum are very close, so that the emission peak intensity ratio between the two can be measured quickly and accurately. Further, as shown in FIG. 21, since the concentration ratio of carbon and fluorine by the type of fluorocarbon gas it can be regarded as almost constant, controlling the emission intensity ratio between O and F in place of the light emission intensity ratio between O and C 2 Parameter Can be used as In this case, the O / F emission intensity ratio when the etch stop occurs shown in FIG. 21 actually represents the O / C 2 emission intensity ratio at which the etch stop occurs, that is, the O / C concentration ratio in the plasma. You can also think. However, since the concentration of F itself affects the etching action in another functional aspect, it is necessary to prevent the etch stop within a range that does not impair the etching action.
The emission intensity ratio of / F can also be used as a control parameter.

【0134】上記各データに示されるエッチストップの
発生の有無とC,F,Oの発光強度比との関係から、エ
ッチング途中におけるエッチストップを生じないために
は、プラズマ中のC,F,Oの濃度比が以下の範囲であ
ることが好ましいと思われる。
From the relationship between the presence / absence of an etch stop and the emission intensity ratio of C, F, and O shown in the above data, in order to prevent the etch stop from occurring during the etching, C, F, O It is preferable that the concentration ratio be within the following range.

【0135】まず、エッチストップが生じないために
は、O/Fの濃度比が4以上であることが好ましいと思
われる。一方、O/Fの濃度比が大きすぎるとシリコン
酸化膜とシリコン基板とのエッチング選択比が悪化する
とともにエッチングレートが低下するので、10以下で
あることが好ましいと思われる。すなわち、O/Fの濃
度比は4〜10であることが好ましいと思われる。
First, it is considered that the O / F concentration ratio is preferably 4 or more so that no etch stop occurs. On the other hand, if the O / F concentration ratio is too large, the etching selectivity between the silicon oxide film and the silicon substrate is deteriorated and the etching rate is lowered. That is, it is considered that the O / F concentration ratio is preferably 4 to 10.

【0136】また、プラズマ中のO/Cの濃度比が小さ
すぎるとエッチング途中におけるエッチストップが生じ
ることから、O/Cの濃度比が2以上であることが好ま
しいと思われる。一方、プラズマ中のO/Cの濃度比が
大きすぎるとシリコン酸化膜とシリコン基板とのエッチ
ング選択比が高くできないので、5以下であることが好
ましいと思われる。すなわち、プラズマ中のO/Cの濃
度比は2〜5であることが好ましいと思われる。
Further, if the O / C concentration ratio in the plasma is too small, an etch stop occurs during the etching, so it is considered preferable that the O / C concentration ratio is 2 or more. On the other hand, if the concentration ratio of O / C in the plasma is too large, the etching selectivity between the silicon oxide film and the silicon substrate cannot be increased. That is, it seems that the O / C concentration ratio in the plasma is preferably 2 to 5.

【0137】ここで、単に一定流量のO2 ガスを流すだ
けでは、多くのウエハを処理していくうちに反応室のプ
ラズマ中のC,F,Oの濃度比が次第に適正範囲からず
れて、突然エッチストップが発生する事態を確実に回避
することができない。これは、プラズマ中のC,F,O
の濃度比が最適範囲から少しでもずれていると、そのず
れが蓄積されて行くことによるものと思われる。したが
って、プラズマ中のC,F,Oの濃度比が適正範囲にな
るように制御することにより、常にプラズマ中のC,
F,Oの濃度比が適正範囲に保たれて、より確実にエッ
チストップを防止できる利点がある。
Here, simply flowing O 2 gas at a constant flow rate causes the concentration ratio of C, F, and O in the plasma in the reaction chamber to gradually deviate from an appropriate range as many wafers are processed. A situation in which an etch stop suddenly occurs cannot be avoided. This is because C, F, O in plasma
If the concentration ratio deviates even slightly from the optimum range, it is considered that the deviation accumulates. Therefore, by controlling the concentration ratio of C, F, and O in the plasma to be within an appropriate range, C, F, and O in the plasma are always controlled.
There is an advantage that the concentration ratio of F and O is kept in an appropriate range, and the etch stop can be more reliably prevented.

【0138】ここで、上述のような適正なC,F,Oの
濃度比を実現するための方法としては、以下の方法があ
る。
Here, there are the following methods for realizing the appropriate C, F, O concentration ratio as described above.

【0139】第1の方法は、既に説明したように、O2
ガスを添加することなく石英ドーム2Aの温度を制御す
る方法である。この方法によって、Oの濃度が調整され
る結果、Oに対するC及びFの濃度比をそれぞれ適正範
囲に維持することが可能である。この方法については、
既に説明したとおりである。
[0139] The first method is, as already explained, O 2
This is a method of controlling the temperature of the quartz dome 2A without adding a gas. As a result of adjusting the concentration of O by this method, the concentration ratio of C and F to O can be maintained in appropriate ranges. For this method,
As described above.

【0140】ただし、石英部材の加熱制御だけでは、適
正範囲を実現するための条件が狭くなる。そこで、以下
の方法が可能である。
However, only by controlling the heating of the quartz member, the conditions for realizing the appropriate range become narrow. Therefore, the following method is possible.

【0141】まず、トップヒータ6によってポリシリコ
ンからなる上部電極7を暖めると、Fが直接ポリシリコ
ンと反応する、つまり、ポリシリコンがFを吸収すると
いう作用が大きくなる。例えば、O2 ガスを供給せず
に、石英ドーム2Aを220℃に加熱し、かつ上部電極
7を加熱し、ソースパワーを2500W印加した場合、
240℃ではエッチストップが生じなかったが、260
℃に加熱するとエッチストップが生じるという結果が得
られている。これは、Fの濃度比が低くなったためと思
われる。したがって、トップヒータ6によってポリシリ
コンからなる上部電極7(以下、ポリシリコン電極と呼
ぶ)を加熱制御することによって、Fの濃度比を調整す
ることができる。
First, when the upper electrode 7 made of polysilicon is heated by the top heater 6, F directly reacts with polysilicon, that is, the effect that polysilicon absorbs F increases. For example, when the quartz dome 2A is heated to 220 ° C. without supplying the O 2 gas, and the upper electrode 7 is heated and a source power of 2500 W is applied,
Although no etch stop occurred at 240 ° C.,
The result is that an etch stop occurs when heated to ° C. This is probably because the concentration ratio of F became low. Therefore, by controlling the heating of the upper electrode 7 (hereinafter, referred to as a polysilicon electrode) made of polysilicon by the top heater 6, the concentration ratio of F can be adjusted.

【0142】図35は、O/Fの発光強度比が適正範囲
内に入るように石英ドームの加熱量やポリシリコン電極
の加熱量を制御することにより、エッチストップを防止
するための手順を示すフローチャートである。
FIG. 35 shows a procedure for preventing the etch stop by controlling the heating amount of the quartz dome and the heating amount of the polysilicon electrode so that the O / F emission intensity ratio falls within an appropriate range. It is a flowchart.

【0143】ステップST31で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップST32で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップST33でアンテナコイ
ル3及び下部電極10に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ST34で、ドームヒーター24による石英ドーム2A
の加熱制御を行ない、ステップST35で、トップヒー
ター6によるポリシリコン電極の加熱制御を行ない、ス
テップST36で、O,Fの発光強度を検出する。次
に、ステップST37で、O/Fの発光強度比が適正範
囲内か否かを判別して、適正範囲内であればステップS
T38に進んでエッチングを続行する。一方、ステップ
ST37における判別でO/Fの発光強度が適正範囲内
になければステップST39に移行し、石英ドームの加
熱量又はポリシリコン電極の加熱量(あるいは両者の加
熱量)を変更してから、ステップST34に戻る。
In step ST31, the wafer is carried into the reaction chamber, and in step ST32, the supply of gas into the reaction chamber is started. In step ST33, high-frequency power is applied to the antenna coil 3 and the lower electrode 10, and The etching of the upper oxide film is started. Then, in step ST34, the quartz dome 2A by the dome heater 24
In step ST35, heating control of the polysilicon electrode by the top heater 6 is performed, and in step ST36, the emission intensities of O and F are detected. Next, in step ST37, it is determined whether or not the O / F emission intensity ratio is within an appropriate range.
Proceeding to T38, the etching is continued. On the other hand, if it is determined in step ST37 that the O / F emission intensity is not within the appropriate range, the process proceeds to step ST39, in which the heating amount of the quartz dome or the heating amount of the polysilicon electrode (or the heating amount of both) is changed. The process returns to step ST34.

【0144】以上の制御により、プラズマ中のO/Fの
濃度比をエッチストップが生じない範囲に制御すること
ができる。
By the above control, the O / F concentration ratio in the plasma can be controlled within a range where no etch stop occurs.

【0145】また、炭素を含有する部材を反応室内に設
置してこれを加熱制御するようにしてもよい。例えばト
ップヒータ7をカーボンで構成し(以下、カーボンヒー
ターと呼ぶ)、加熱することによって反応室内へのCの
放出量を制御し、プラズマ中のCの濃度比を調整するこ
とができる。
Further, a member containing carbon may be installed in the reaction chamber, and may be heated and controlled. For example, the top heater 7 is made of carbon (hereinafter, referred to as a carbon heater), and the amount of C released into the reaction chamber can be controlled by heating to adjust the concentration ratio of C in the plasma.

【0146】図36は、O/Fの発光強度比及びO/C
2 の発光強度比が適正範囲内に入るように石英ドームの
加熱量やカーボンヒーターの加熱量を制御することによ
り、エッチストップを防止するための手順を示すフロー
チャートである。
FIG. 36 shows the O / F emission intensity ratio and O / C
9 is a flowchart showing a procedure for preventing an etch stop by controlling the heating amount of the quartz dome and the heating amount of the carbon heater so that the emission intensity ratio of No. 2 falls within an appropriate range.

【0147】ステップST41で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップST42で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップST43でアンテナコイ
ル3及び下部電極10に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ST44で、ドームヒーター24による石英ドーム2A
の加熱制御を行ない、ステップST45で、カーボンヒ
ーターの加熱制御を行ない、ステップST46で、O,
F,C2 の発光強度を検出する。次に、ステップST4
7で、O/Fの発光強度比が適正範囲内か否かを判別し
た後、さらにステップST48で、O/C2 の発光強度
比が適正範囲内か否かを判別して、両者がいずれも適正
範囲内であればステップST49に進んでエッチングを
続行する。一方、O/Fの発光強度比又はO/C2 の発
光強度比が適正範囲内になければステップST50に移
行し、石英ドームの加熱量又はカーボンヒーターの加熱
量(あるいは両者の加熱量)を変更してから、ステップ
ST44に戻る。
In step ST41, the wafer is loaded into the reaction chamber, and gas supply into the reaction chamber is started in step ST42. In step ST43, high-frequency power is applied to the antenna coil 3 and the lower electrode 10, and The etching of the upper oxide film is started. Thereafter, in step ST44, the quartz dome 2A by the dome heater 24
Is performed, and in step ST45, heating control of the carbon heater is performed. In step ST46, O,
The emission intensity of F and C 2 is detected. Next, step ST4
7, it is determined whether the O / F emission intensity ratio is within an appropriate range. Then, in step ST48, it is determined whether the O / C 2 emission intensity ratio is within an appropriate range. If it is within the proper range, the process proceeds to step ST49 to continue the etching. On the other hand, if the O / F emission intensity ratio or the O / C 2 emission intensity ratio is not within the appropriate range, the process proceeds to step ST50, where the heating amount of the quartz dome or the heating amount of the carbon heater (or the heating amount of both) is reduced. After the change, the process returns to step ST44.

【0148】以上の制御により、プラズマ中のO/Fの
濃度比及びO/C2 の濃度比をエッチストップが生じな
い範囲に制御することができる。
By the above control, the O / F concentration ratio and the O / C 2 concentration ratio in the plasma can be controlled within a range in which no etch stop occurs.

【0149】また、C,F,Oの濃度比を調整するため
には、これらの元素のうち少なくともいずれか1つを含
むガスを反応ガス,あるいは添加ガスとして使用するこ
とができる。
In order to adjust the concentration ratio of C, F, and O, a gas containing at least one of these elements can be used as a reaction gas or an additive gas.

【0150】例えば、反応ガスとして、CF4 ,C2
6 ,C38 ,C48 ,C58及びC66 のうち
少なくともいずれか1つを含むガスを使用することがで
きる。また、C48 にCOガスまたはO2 ガスを添加
してもよい。さらに、C66 にC48 を加えたガス
を反応ガスとして用いることで、C,Fの濃度比をより
微細に調整することもできる。
For example, CF 4 , C 2 F
6, C 3 F 8, C 4 F 8, C 5 gas containing at least one of a F 8 and C 6 F 6 can be used. Further, CO gas or O 2 gas may be added to C 4 F 8 . Further, by using a gas obtained by adding C 4 F 8 to C 6 F 6 as a reaction gas, the concentration ratio of C and F can be more finely adjusted.

【0151】また、Cxyz で表されるガス(例え
ばC222 ,C463 ,C642 など)を
使用すれば、COガスのごとく毒性のあるガスを使用し
なくても、単一の反応ガスによってC,F,Oの濃度比
を適正範囲に維持することが可能となる。また、これら
のガスに、CF4 等のフルオロカーボンガスを加えても
よい。
If a gas represented by C x F y O z (for example, C 2 F 2 O 2 , C 4 F 6 O 3 , C 6 F 4 O 2 ) is used, toxicity is as high as that of CO gas. Without using a gas having a certain concentration, the concentration ratio of C, F, and O can be maintained in an appropriate range by a single reaction gas. Further, a fluorocarbon gas such as CF 4 may be added to these gases.

【0152】特に、以上の反応ガス,添加ガスを使用す
る場合、反応室内に露出する表面部分が石英やカーボン
で構成される部材を反応室内には配置せずに、ガスの流
量の制御のみで、プラズマ中のC,F,Oの濃度比を適
正に調整するようにしてもよい。
In particular, when the above-described reaction gas and additive gas are used, a member whose surface exposed in the reaction chamber is made of quartz or carbon is not disposed in the reaction chamber, but only by controlling the gas flow rate. Alternatively, the concentration ratio of C, F, and O in the plasma may be appropriately adjusted.

【0153】(第8の実施形態) 本実施形態では、反応室内におけるアルミニウムイオン
の存在に起因して生じるエッチストップに関して説明す
る。
(Eighth Embodiment) In this embodiment, an etch stop caused by the presence of aluminum ions in a reaction chamber will be described.

【0154】一般に、金属膜(特に配線用のAl膜,T
i膜,Cu膜,W膜,Co膜など)をエッチングする際
や、金属膜上の他の部材(例えばシリコン酸化膜)をエ
ッチングし終わって金属膜が露出したときに、反応室内
のプラズマに金属が飛散する現象が見られる。図23
(a),(b)は、Al膜をエッチングするときとSi
基板をエッチングするときのプラズマの発光分析の結果
を示す発光スペクトル図である。図23(a)に示すデ
ータにおいては、図23(b)には現れていないAlイ
オンが検出されており、プラズマ中にAlイオンが飛散
していることが裏付けられている。
Generally, a metal film (particularly, an Al film for wiring,
When etching the i-film, Cu film, W film, Co film, etc., or when the metal film is exposed after etching other members (for example, silicon oxide film) on the metal film, the plasma in the reaction chamber is exposed. The phenomenon of metal scattering is seen. FIG.
(A) and (b) show the case where the Al film is etched and the case where the Si film is etched.
FIG. 4 is an emission spectrum diagram showing a result of plasma emission analysis when etching a substrate. In the data shown in FIG. 23A, Al ions not appearing in FIG. 23B are detected, confirming that Al ions are scattered in the plasma.

【0155】そして、飛散した金属はチャンバー内の部
材に付着してエッチング種(F,0)と結合するものと
思われる。図24は、チャンバー内のシリコン天板と石
英ドームの表面をXPSにより分析した結果を示す図で
ある。同図において、横軸は結合力(eV)を表し、縦
軸は分析強度を示す。同図に示されるように、両部材共
にAl−F結合を有する物質の存在が確認されている。
It is considered that the scattered metal adheres to the members in the chamber and combines with the etching species (F, 0). FIG. 24 is a diagram showing a result of analyzing the surfaces of the silicon top plate and the quartz dome in the chamber by XPS. In the figure, the horizontal axis represents the binding force (eV), and the vertical axis represents the analysis intensity. As shown in the figure, the presence of a substance having an Al-F bond in both members has been confirmed.

【0156】図25は、反応室内へのAlの飛散に起因
するエッチストップのモデルを示す断面図である。ま
た、図26は、エッチストップが発生する過程を示すフ
ローチャートである。以下、図25及び図26を参照し
ながら、エッチストップが発生する過程について説明す
る。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a model of an etch stop caused by scattering of Al into the reaction chamber. FIG. 26 is a flowchart showing a process in which an etch stop occurs. Hereinafter, a process in which an etch stop occurs will be described with reference to FIGS.

【0157】ここでは、チャンバーの壁部を石英ドーム
とシリコン天板とにより構成し、2つのRF電源によ
り、誘導コイルと下部電極に高周波電力を印加するよう
に構成された誘導結合型プラズマ装置を用いる場合を例
に採っている。ウエハ上にシリコン酸化膜からなる層間
絶縁膜が形成されており、この層間絶縁膜にAl配線に
到達するホール(バイヤホール)を形成するためのプラ
ズマエッチングを行なっているとする。プラズマ内に
は、フロロカーボンの分解によって生じたFイオン,F
ラジカルやC2 イオンが存在している。このとき、大面
積のホール(例えばボンディングパッド上のホール)が
あると、そのホールが貫通されると、大面積のAl配線
の表面が露出する。そして、プラズマ中にAlイオンが
飛散すると、プラズマ内のFイオンとAlイオンとが結
合して化合物AlFx が形成され、これがシリコン天板
や石英ドーム上に堆積する。このAlFx の形成によっ
て、プラズマ中のエッチング種(F)が減少し、C2
F比が上昇する。その結果、実施形態の前に述べた作用
により、エッチストップが生じる。このような形態のエ
ッチストップは、上記条件(c)が満たされたことによ
って生じると考えられる。
Here, an inductively-coupled plasma apparatus in which the chamber wall is composed of a quartz dome and a silicon top plate and two RF power supplies are used to apply high-frequency power to the induction coil and the lower electrode. The case of using is taken as an example. It is assumed that an interlayer insulating film made of a silicon oxide film is formed on a wafer, and plasma etching for forming a hole (via hole) reaching the Al wiring is performed in the interlayer insulating film. F ions and F ions generated by the decomposition of fluorocarbon are contained in the plasma.
Radicals and C 2 ions are present. At this time, if there is a large-area hole (for example, a hole on a bonding pad), when the hole is penetrated, the surface of the large-area Al wiring is exposed. When Al ions are scattered in the plasma, F ions and Al ions in the plasma combine to form a compound AlF x , which is deposited on a silicon top plate or a quartz dome. Due to the formation of AlF x , the etching species (F) in the plasma is reduced, and C 2 /
The F ratio increases. As a result, an etch stop occurs due to the operation described above in the embodiment. It is considered that such an etch stop occurs when the above condition (c) is satisfied.

【0158】ただし、このような金属汚染に起因するエ
ッチストップは、高アスペクト比のホールのエッチング
によっては生じにくい。図27は、1000個のイオン
がホールにある場合に、どの位置に存在するかをモンテ
カルロシミュレーションにより求めた結果を示す図であ
る。同図の横軸は1000個のイオンの番号を表し、縦
軸は断面が一定のホールの底面からの高さをアスペクト
比として表したものである。つまり、あるアスペクト比
のホールにイオンが閉じこめられる確率は、図27中で
そのアスペクト比の位置よりも下方にあるイオンの数を
イオンの総数で割った値になる。
However, an etch stop caused by such metal contamination is unlikely to occur by etching a hole having a high aspect ratio. FIG. 27 is a diagram illustrating a result obtained by using Monte Carlo simulation to determine a position where 1,000 ions are present in a hole. The abscissa in the figure represents the number of 1000 ions, and the ordinate represents the height from the bottom of the hole having a constant cross section as an aspect ratio. That is, the probability that ions are trapped in holes having a certain aspect ratio is a value obtained by dividing the number of ions below the position of the aspect ratio in FIG. 27 by the total number of ions.

【0159】図28は、図27のシミュレーション結果
に基づいてイオンがホール内にトラップされる確率と、
イオンがホールの外に飛散する確率とがアスペクト比に
よってどのように変化するかを計算した結果を示す図で
ある。図27及び図28に示されるように、ホールのア
スペクト比が高くなるほどAlイオンはホールの外に飛
散しにくくなることがわかる。
FIG. 28 shows the probability that ions are trapped in holes based on the simulation results of FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a calculation result of how the probability that ions scatter outside a hole changes depending on an aspect ratio. As shown in FIGS. 27 and 28, it can be understood that the higher the aspect ratio of the hole, the more difficult it is for Al ions to scatter outside the hole.

【0160】この理由は、図29に示すように、高アス
ペクト比のホールを形成する際には、Al配線から飛散
したAlイオンの大部分が、ホールの側面上にデポ物と
して堆積し、ホール内にトラップされるからと考えられ
る。
The reason for this is that, as shown in FIG. 29, when a hole having a high aspect ratio is formed, most of the Al ions scattered from the Al wiring are deposited on the side surface of the hole as a deposit, and It is probably because they are trapped inside.

【0161】したがって、ボンディングパッド上のホー
ルのようなアスペクト比の低いホールを含むプラズマエ
ッチングを行なう場合、このような形態のエッチストッ
プが生じる確率が高い。すなわち、ボンディングパッド
上のホールが開口されるごとに金属イオンが飛散し、こ
れが次第に反応室内に蓄積されると、反応室内のエッチ
ング種が低減していくので、何枚目かのウエハにおい
て、エッチストップが発生することになる。
Therefore, when performing plasma etching including a hole having a low aspect ratio such as a hole on a bonding pad, there is a high probability that an etch stop of such a form will occur. That is, every time a hole on the bonding pad is opened, metal ions scatter and gradually accumulate in the reaction chamber, so that the number of etching species in the reaction chamber is reduced. A stop will occur.

【0162】次に、このような金属汚染に起因するエッ
チストップを回避するためには、以下のような手段が有
効である。
Next, in order to avoid such an etch stop caused by metal contamination, the following means are effective.

【0163】第1の方法は、チャンバー内に金属製部材
の表面を露出させない方法である。金属製部材の表面が
チャンバー内に露出していると、金属製部材の表面でエ
ッチング種と金属との結合が生じることにより、エッチ
ング種(Fなど)が不足して、金属配線の表面が露出し
たのと同様の作用が生じるからである。例えばチャンバ
ーの気密性保持のために使用されるOリングに金属を混
入したものがあるが、このような状態で使用される金属
も問題となる。例えば図14に示す装置におけるOリン
グ16は、従来、アルミニウム等の金属をシリコンゴム
中に混入させたものを使用しているが、本実施形態で
は、このOリング16を金属を含まないシリコンゴムな
どにより構成する。これによって、金属汚染に起因する
エッチストップを確実に防止できることが確認された。
また、金属酸化物を用いたセラミックを含むOリング等
の部材をチャンバー内には配設しないことが好ましい。
The first method is a method in which the surface of the metal member is not exposed in the chamber. If the surface of the metal member is exposed in the chamber, the bonding between the etching species and the metal occurs on the surface of the metal member, resulting in a shortage of the etching species (such as F) and the surface of the metal wiring is exposed. This is because the same action as described above occurs. For example, there is an O-ring used for maintaining the airtightness of a chamber in which a metal is mixed, but the metal used in such a state also poses a problem. For example, the O-ring 16 in the apparatus shown in FIG. 14 has conventionally used a material in which a metal such as aluminum is mixed in silicon rubber, but in the present embodiment, the O-ring 16 is made of silicon rubber containing no metal. It is constituted by such as. As a result, it was confirmed that etch stop due to metal contamination can be reliably prevented.
Further, it is preferable that a member such as an O-ring including ceramic using a metal oxide is not provided in the chamber.

【0164】第2の方法は、反応室内のフロロカーボン
プラズマ又はフロンプラズマによって反応室内において
金属イオンのクリーニングを行なう方法である。図30
は、エッチストップを生じた条件下において、フロロカ
ーボンプラズマによるクリーニングを行なったときの回
復程度を調べた実験の結果を示す図である。同図の横軸
はクリーニング時間を、同図の縦軸は再エッチングを行
なったときのエッチストップを生じるまでに進行したホ
ールの深さをそれぞれ表しており、厚み1μmの酸化膜
にホールを形成するようにしている。これは、エッチス
トップを生じた時点では、反応室内に金属イオンが多く
残存しており、これをフロロカーボンプラズマで徐々に
クリーニングしていることを意味する。図30に示され
ように、クリーニング時間を経るごとにエッチング深さ
が深くなっており、8時間で金属イオンの濃度がわずか
である元の状態に回復していることが示されている。こ
のことは、アスペクト比2.8程度のホールをエッチン
グしたときに放出される金属イオンによる汚染は、ウエ
ハ1枚当たりに換算すると50秒程度のクリーニングに
よって除去され、エッチストップに至らないことが計算
及び実験で確認されている。
The second method is a method in which metal ions are cleaned in the reaction chamber by fluorocarbon plasma or fluorocarbon plasma in the reaction chamber. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the results of an experiment in which the degree of recovery when cleaning with fluorocarbon plasma was performed under conditions in which an etch stop occurred. The abscissa in the figure represents the cleaning time, and the ordinate in the figure represents the depth of the hole that has progressed until an etch stop occurs when re-etching is performed. The hole is formed in an oxide film having a thickness of 1 μm. I am trying to do it. This means that a large amount of metal ions remain in the reaction chamber when the etch stop occurs, and this is gradually cleaned with fluorocarbon plasma. As shown in FIG. 30, it is shown that the etching depth is increased every time the cleaning time passes, and the original state where the concentration of the metal ions is slight is recovered in 8 hours. This means that contamination by metal ions released when etching a hole having an aspect ratio of about 2.8 is removed by cleaning for about 50 seconds per wafer, and does not lead to an etch stop. And experiments.

【0165】この第2の方法の変形として、クリーニン
グを行なう代わりに、次のウエハ処理時のフロロカーボ
ンプラズマによるメインエッチの時間をわざと長めにし
て、その前の処理で反応室内に放出された金属イオンを
除去する方法である。具体的には、基板上に印加するバ
イアスパワーを通常の条件よりも落とすことにより、エ
ッチングレートを小さくしてエッチングする方法などが
ある。
As a modification of the second method, instead of performing the cleaning, the time of the main etching by the fluorocarbon plasma at the time of the next wafer processing is intentionally lengthened, and the metal ions released into the reaction chamber in the previous processing are deliberately increased. It is a method of removing. Specifically, there is a method in which the etching rate is reduced by lowering the bias power applied to the substrate to a value lower than normal conditions.

【0166】本実施形態における金属の代表的なものと
してはAl,Ti,Cu,W,Coがある。ただし、こ
れらに限定されるものではなく、エッチング種(Fな
ど)と反応性のあるものが該当する。
Representative examples of metals in this embodiment include Al, Ti, Cu, W, and Co. However, the present invention is not limited thereto, and those reactive with the etching species (such as F) are applicable.

【0167】(その他の実施形態) 本発明を適用できる被加工領域は、特に酸素を含む膜例
えばシリコン酸化膜,アルミナ膜等の酸化物により構成
される膜であるときに大きな効果を発揮することができ
る。このような酸化物により構成される膜は、エッチン
グされたときに酸素を放出するので、これを利用してシ
リコン基板やポリシリコン膜とのエッチング選択比を高
く維持しようとすると上述のようなエッチストップを招
くおそれがあるからである。
(Other Embodiments) The region to be processed to which the present invention can be applied exhibits a great effect particularly when the region is a film containing oxygen, for example, a film composed of an oxide such as a silicon oxide film or an alumina film. Can be. Since a film composed of such an oxide releases oxygen when it is etched, it is necessary to use this to maintain a high etching selectivity with a silicon substrate or a polysilicon film. This is because there is a risk of causing a stop.

【0168】上記各実施形態では、チャンバーの側壁を
石英ドーム又は窒化珪素ドームで構成したが、本発明は
かかる実施形態に限定されるものではなく、石英ドーム
等がチャンバー内に設置されているものでもよい。その
場合、反応室は、石英ドーム等で囲まれる部分であり、
石英ドーム等の外壁面から酸素が発生するような場合も
含まれる。
In each of the above embodiments, the side wall of the chamber is made of a quartz dome or a silicon nitride dome. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and a case where a quartz dome or the like is installed in the chamber is used. May be. In that case, the reaction chamber is a portion surrounded by a quartz dome or the like,
The case where oxygen is generated from the outer wall surface such as a quartz dome is also included.

【0169】上記各実施形態では、酸素含有部材として
石英ドームしか例示していないが、他の酸化物系の無機
材料でドームを構成してもよい。
In each of the above embodiments, only the quartz dome is exemplified as the oxygen-containing member, but the dome may be made of another oxide-based inorganic material.

【0170】上記各実施形態では、プラズマ処理として
エッチングについてしか説明していないが、本発明はか
かる実施形態に限定されるものではない。例えばアンモ
ニアガスや窒素ガス雰囲気中でプラズマ処理を行ってコ
ンタクトホール底の半導体基板や金属配線中に窒素を導
入するような場合にも、本発明のプラズマ処理を適用す
ることができる。
In each of the above embodiments, only the etching as the plasma processing is described, but the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the plasma processing of the present invention can be applied to a case where plasma processing is performed in an ammonia gas or nitrogen gas atmosphere to introduce nitrogen into a semiconductor substrate or metal wiring at the bottom of a contact hole.

【0171】[0171]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、プラズマエッチングによりホールを形成する際に
は、エッチストップが生じないように反応室内のプラズ
マ中のOの濃度を調節するようにしたので、ホールの底
に堆積する−C−C−ポリマーを確実に除去することに
より、エッチストップを防止することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming a hole by plasma etching, the concentration of O in the plasma in the reaction chamber is adjusted so that an etch stop does not occur. Therefore, the etch stop can be prevented by surely removing the -CC-polymer deposited on the bottom of the hole.

【0172】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
反応室内の酸素含有部材を交換する際、所望する酸素放
出量を示す酸素含有部材により反応室を構成してから、
反応室内でプラズマエッチングを行うようにしたので、
反応室を形成する酸素含有部材の取り付けによって酸素
の放出量にばらつきが生じる場合にも、エッチストップ
を招くことなく半導体装置を製造することがきる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
When replacing the oxygen-containing member in the reaction chamber, after configuring the reaction chamber with an oxygen-containing member showing a desired oxygen release amount,
Since plasma etching is performed in the reaction chamber,
Even when the amount of released oxygen varies due to the attachment of the oxygen-containing member forming the reaction chamber, the semiconductor device can be manufactured without causing an etch stop.

【0173】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
反応室の酸素含有部材を交換する際、所望する酸素放出
量を示す酸素を含むガスの流量を決定してから、その流
量のもとでプラズマエッチングを行うようにしたので、
酸素含有部材の取り付け方のばらつきによって内壁面か
らの酸素の放出量が不十分なときにも、エッチストップ
を招くことなく半導体装置を製造することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
When replacing the oxygen-containing member in the reaction chamber, the flow rate of the gas containing oxygen indicating the desired oxygen release amount was determined, and then the plasma etching was performed under the flow rate.
Even when the amount of oxygen released from the inner wall surface is insufficient due to a variation in how to attach the oxygen-containing member, the semiconductor device can be manufactured without causing an etch stop.

【0174】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
反応室内でプラズマエッチングを行う際、Oの発光強度
あるいはOの発光強度とFの発光強度との比がエッチス
トップを発生させる条件であるきには次の被加工物のエ
ッチングを停止させるようにしたたので、エッチストッ
プによる不良品の発生を未然に防止することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
When plasma etching is performed in the reaction chamber, the etching of the next workpiece is stopped when the emission intensity of O or the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of F is a condition that causes an etch stop. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of defective products due to the etch stop.

【0175】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
反応室内でプラズマエッチングを行なった後、反応室内
の金属イオンを除去するためにエッチング用ガスを所定
時間の間流すようにしたので、金属イオンの蓄積に起因
するエッチストップの発生を未然に防止することができ
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
After performing plasma etching in the reaction chamber, an etching gas is allowed to flow for a predetermined time in order to remove metal ions in the reaction chamber, thereby preventing occurrence of an etch stop due to accumulation of metal ions. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明で使用される半導体装置の製造装置の構
成の例を部分的に断面図で示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram partially showing an example of a configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus used in the present invention in a cross-sectional view.

【図2】エッチストップを生じないで円滑に加工ができ
た場合の発光スペクトルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an emission spectrum when processing can be performed smoothly without generating an etch stop.

【図3】エッチストップを生じて貫通ホールが形成され
ない場合の発光スペクトルを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an emission spectrum when an etch stop occurs and a through hole is not formed.

【図4】ホールの底面上に堆積するデポ物の結合状態を
調べるために行ったサンプル1〜6の基板の中心位置と
端部位置とにおけるESCAの分析結果をそれぞれ示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing the results of ESCA analysis at the center position and the end position of the substrates of Samples 1 to 6 for examining the bonding state of the deposits deposited on the bottom surface of the hole.

【図5】図4に示すサンプル1〜6について、ホールの
底面上に堆積するデポ物の成分を分析した結果をそれぞ
れ示す図である。
5 is a diagram showing the results of analyzing the components of the deposits deposited on the bottom surfaces of the holes for samples 1 to 6 shown in FIG.

【図6】O,F及びC2 の発光強度のソースパワー依存
性に関するデータを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing data relating to source power dependence of emission intensities of O, F and C 2 .

【図7】O/Fの発光強度比及びC2 /Fの発光強度比
のソースパワー依存性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the source power dependence of the O / F emission intensity ratio and the C 2 / F emission intensity ratio.

【図8】O,F及びC2 の発光強度のドームの壁温依存
性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the dependence of the emission intensities of O, F and C 2 on the wall temperature of the dome.

【図9】O/Fの発光強度比及びC2 /Fの発光強度比
のドームの壁温依存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the dependence of the luminous intensity ratio of O / F and the luminous intensity ratio of C 2 / F on the wall temperature of the dome.

【図10】ドライエッチングにおける正常な貫通ホール
が形成された状態,エッチストップが生じた状態、貫通
ホールが形成された後オーバーエッチングを行ったとき
の状態をそれぞれ示すSEM写真を複写した図である。
FIG. 10 is a copy of an SEM photograph showing a state in which a normal through hole is formed in dry etching, a state in which an etch stop has occurred, and a state in which over etching is performed after a through hole is formed. .

【図11】第1の実施形態に係る酸素発光分析により得
られたOの発光強度の石英ドームの壁温依存性を示す図
である。
FIG. 11 is a view showing the wall temperature dependence of the emission intensity of O obtained by oxygen emission analysis according to the first embodiment of the quartz dome.

【図12】第1の実施形態によるコンタクトホール形成
のためのエッチングにおいてエッチストップが生じた状
態と貫通ホールが形成された状態とをそれぞれ示す断面
図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a state where an etch stop has occurred and a state where a through hole has been formed in etching for forming a contact hole according to the first embodiment.

【図13】第2の実施形態に係る酸素発光分析により得
られたOの発光強度の石英ドームの壁温依存性を示す特
性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the dependence of the emission intensity of O obtained by oxygen emission analysis according to the second embodiment on the wall temperature of the quartz dome.

【図14】第3の実施形態に係る半導体装置の製造装置
の構成を部分的に断面図で示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram partially showing a configuration of an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment in a cross-sectional view.

【図15】第3の実施形態に関して行った実験で得られ
た窒化珪素ドームと石英ドームとを使用した場合におけ
るOの発光強度の相違を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a difference in emission intensity of O when using a silicon nitride dome and a quartz dome obtained in an experiment performed on the third embodiment.

【図16】第4の実施形態に係る石英ドームの温度を1
80℃にしたときのOの発光強度の石英ドームのロット
依存性を示す図である。
FIG. 16 shows that the temperature of the quartz dome according to the fourth embodiment is 1
It is a figure which shows the lot dependence of the quartz dome of the light emission intensity of O at 80 degreeC.

【図17】第5の実施形態に係るOの発光強度が規格値
よりも大きい値の石英ドームを半導体装置の製造装置に
数回取り付け,取り外しを行ったときのOの発光強度の
ばらつきを示す図である。
FIG. 17 shows a variation in O light emission intensity when a quartz dome having a light emission intensity of O greater than a standard value according to the fifth embodiment is attached to and detached from a semiconductor device manufacturing apparatus several times. FIG.

【図18】第6の実施形態に係るOの発光強度とFの発
光強度との比の石英ドームの壁温依存性を示す特性図で
ある。。
FIG. 18 is a characteristic diagram showing the wall temperature dependence of the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of F according to the sixth embodiment of the quartz dome. .

【図19】第6の実施形態に係る半導体装置の製造装置
の制御系統図である。
FIG. 19 is a control system diagram of an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment.

【図20】第6の実施形態に係る半導体装置のエッチン
グ工程の手順を示すフローチャート図である。
FIG. 20 is a flowchart illustrating a procedure of an etching process of the semiconductor device according to the sixth embodiment.

【図21】第7の実施形態の第2の具体例におけるC2
6 ガスに添加するO2 ガスの流量と石英ドームの温度
とを変えたときのO/Fの発光強度比を示す図である。
FIG. 21 shows C 2 in a second specific example of the seventh embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing O / F emission intensity ratios when the flow rate of O 2 gas added to F 6 gas and the temperature of the quartz dome are changed.

【図22】第7の実施形態の第2の具体例におけるC2
6 ガスに添加するO2 ガスの流量と石英ドームの温度
とを変えたときのO/C2 の発光強度比を示す図であ
る。
FIG. 22 shows C 2 in the second specific example of the seventh embodiment;
FIG. 6 is a diagram showing the O / C 2 emission intensity ratio when the flow rate of O 2 gas added to F 6 gas and the temperature of the quartz dome are changed.

【図23】第8の実施形態におけるAl膜をエッチング
するときとSi基板をエッチングするときのプラズマの
発光分析の結果を示す発光スペクトル図である。
FIG. 23 is an emission spectrum diagram showing results of plasma emission analysis when etching an Al film and etching an Si substrate in the eighth embodiment.

【図24】第8の実施形態におけるチャンバー内のシリ
コン天板と石英ドームの表面をXPSにより分析した結
果を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a result of analyzing a surface of a silicon top plate and a surface of a quartz dome in a chamber according to the eighth embodiment by XPS.

【図25】第8の実施形態における反応室内へのAlの
飛散に起因するエッチストップのモデルを示す断面図で
ある。
FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a model of an etch stop caused by scattering of Al into a reaction chamber according to the eighth embodiment.

【図26】第8の実施形態におけるエッチストップが発
生する過程を示すフローチャート図である。
FIG. 26 is a flowchart illustrating a process in which an etch stop occurs in the eighth embodiment.

【図27】第8の実施形態において、1000個のイオ
ンがホールにある場合に、どの位置に存在するかをモン
テカルロシミュレーションにより求めた結果を示す図で
ある。
FIG. 27 is a diagram showing a result obtained by Monte Carlo simulation of a position where 1000 ions are present in a hole in the eighth embodiment when 1000 ions are present in the hole.

【図28】図27のシミュレーション結果に基づいてイ
オンがホール内にトラップされる確率と、イオンがホー
ルの外に飛散する確率とがアスペクト比によってどのよ
うに変化するかを計算した結果を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing a calculation result of how the probability that ions are trapped in holes and the probability that ions scatter outside holes change depending on the aspect ratio based on the simulation result of FIG. 27; It is.

【図29】第8の実施形態におけるAl配線から飛散し
たAlイオンがホールの側面上にデポ物として堆積して
いる状態を示す断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a state in which Al ions scattered from Al wiring in the eighth embodiment are deposited as deposits on side surfaces of holes.

【図30】第8の実施形態において、エッチストップを
生じた条件下において、フロロカーボンプラズマによる
クリーニングを行なったときの回復程度を調べた実験の
結果を示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing a result of an experiment for examining a degree of recovery when cleaning with fluorocarbon plasma is performed under a condition in which an etch stop occurs in the eighth embodiment.

【図31】石英ドームを使用してその温度を一定に保持
しながら、酸素ガスを供給したときのOの発光強度をコ
イル電力をパラメータとして示す図である。
FIG. 31 is a diagram showing the emission intensity of O when oxygen gas is supplied while using a quartz dome to keep its temperature constant, using coil power as a parameter.

【図32】コイル電力を変更したときのコイル電力に対
するO/Fの発光強度比及びC2/Fの発光強度比の変
化を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing changes in the O / F emission intensity ratio and the C 2 / F emission intensity ratio with respect to the coil power when the coil power is changed.

【図33】第1の実施形態において、Oの発光強度が適
正範囲内に入るように石英ドームの壁温を制御するため
の手順を示すフローチャート図である。
FIG. 33 is a flowchart illustrating a procedure for controlling the wall temperature of the quartz dome so that the emission intensity of O falls within an appropriate range in the first embodiment.

【図34】第3の実施形態において、Oの発光強度が適
正範囲内に入るように酸素ガスの流量を制御する手順を
示すフローチャート図である。
FIG. 34 is a flowchart showing a procedure for controlling the flow rate of oxygen gas so that the emission intensity of O falls within an appropriate range in the third embodiment.

【図35】第7の実施形態において、O/Fの発光強度
比が適正範囲内に入るように石英ドームの加熱量やポリ
シリコン電極の加熱量を制御する手順を示すフローチャ
ート図である。
FIG. 35 is a flowchart illustrating a procedure for controlling the heating amount of the quartz dome and the heating amount of the polysilicon electrode so that the O / F emission intensity ratio falls within an appropriate range in the seventh embodiment.

【図36】第7の実施形態において、O/Fの発光強度
比及びC2 /Oの発光強度比が適正範囲内に入るように
石英ドームの加熱量やカーボンヒーターの加熱量を制御
する手順を示すフローチャート図である。
FIG. 36 shows a procedure for controlling the heating amount of the quartz dome and the heating amount of the carbon heater so that the O / F emission intensity ratio and the C 2 / O emission intensity ratio fall within appropriate ranges in the seventh embodiment. It is a flowchart figure which shows.

【図37】正常なエッチング,マイクロローディング及
びエッチストップの3つの場合におけるエッチングの進
行状態を示す図である。
FIG. 37 is a diagram showing the progress of etching in three cases: normal etching, microloading, and etch stop.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a チャンバーの下枠 1b チャンバーの上枠 2 石英ドーム(酸素含有部材) 3 アンテナコイル 4 第1整合器 5 第2高周波電源 6 ヒーター 7 上部電極 8 ガス導入口 9 基板 10 下部電極 11 ブロッキングコンデンサ 12 第2整合器 13 第2高周波電源 14 ターボ分子ポンプ 15 ドライポンプ 16 Oリング 17 プラズマ 18 光ファイバー 19 発光分光装置 21 アルミナ筒 22 クーリングリング 23 ウエハクランプ 24 ドームヒーター 25 石英ライナー101 レジスト膜 102 酸化膜 103 シリコン基板 104 コンタクトホール 105 デポ物 Reference Signs List 1a Chamber lower frame 1b Chamber upper frame 2 Quartz dome (oxygen-containing member) 3 Antenna coil 4 First matching device 5 Second high-frequency power supply 6 Heater 7 Upper electrode 8 Gas inlet 9 Substrate 10 Lower electrode 11 Blocking capacitor 12 2 matching device 13 second high frequency power supply 14 turbo molecular pump 15 dry pump 16 O-ring 17 plasma 18 optical fiber 19 emission spectrometer 21 alumina cylinder 22 cooling ring 23 wafer clamp 24 dome heater 25 quartz liner 101 resist film 102 oxide film 103 silicon substrate 104 Contact hole 105 Depot

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 聡 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工 業株式会社内 (72)発明者 松元 省二 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工 業株式会社内 (72)発明者 尾藤 陽二 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−150019(JP,A) 特開 平8−227876(JP,A) 特開 平9−181172(JP,A) 特開 平7−263409(JP,A) 特開 平7−263421(JP,A) 特開 平7−335626(JP,A) 特開 平9−181044(JP,A) 特開 平9−92642(JP,A) 特開 平5−315262(JP,A) 特開 平7−122544(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 16/507 C23F 4/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Nakagawa 1-1, Yukicho, Takatsuki-shi, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electronics Corporation (72) Inventor Shoji Matsumoto 1-1, Yukicho, Takatsuki-shi, Osaka Matsushita Inside the Electronic Industry Co., Ltd. (72) Inventor Yoji Bito 1-1, Sachimachi, Takatsuki City, Osaka Prefecture Inside the Matsushita Electronic Industry Co., Ltd. (56) References JP-A-10-150019 (JP, A) JP-A-8 JP-A-227876 (JP, A) JP-A-9-181172 (JP, A) JP-A-7-263409 (JP, A) JP-A-7-263421 (JP, A) JP-A-7-335626 (JP, A) JP-A-9-181044 (JP, A) JP-A-9-92642 (JP, A) JP-A-5-315262 (JP, A) JP-A-7-122544 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23C 16/507 C23F 4/00

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸素を含む材料からなる酸素含有部材を
壁部に有する反応室と、上記酸素含有部材に近接して設
けられたアンテナコイルとを備えた装置を用いて行う半
導体装置の製造方法であって、 上記酸素含有部材を交換する際、酸素含有部材からの酸
素放出量を測定し、 予め設定されている適正範囲内であるような酸素放出量
を示すように酸素を含むガスの流量を決定する第1のス
テップと、 半導体装置が形成されるウエハを上記反応室内に設置し
た状態で、上記反応室内にガスを導入する第2のステッ
プと、 上記アンテナコイルに高周波電力を供給して上記反応室
内に高密度プラズマを発生させる第3のステップと、 上記反応室内に酸素を含むガスを上記第1のステップで
決定した流量で導入しながら、半導体装置形成のための
エッチングを行う第4のステップとを備えていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor device using a device including a reaction chamber having an oxygen-containing member made of a material containing oxygen in a wall portion and an antenna coil provided in proximity to the oxygen-containing member. When exchanging the oxygen-containing member, the amount of oxygen released from the oxygen-containing member is measured, and the flow rate of the oxygen-containing gas is changed so as to indicate the amount of oxygen released within a predetermined appropriate range. A second step of introducing a gas into the reaction chamber while a wafer on which a semiconductor device is formed is placed in the reaction chamber; and supplying high-frequency power to the antenna coil. A third step of generating high-density plasma in the reaction chamber; and introducing an oxygen-containing gas into the reaction chamber at a flow rate determined in the first step while forming an edge for forming a semiconductor device. Method of manufacturing a semiconductor device characterized in that it comprises a fourth step of performing ring.
【請求項2】 酸素を含む材料からなる酸素含有部材を
壁部に有する反応室と、上記酸素含有部材に近接して設
けられたアンテナコイルと、上記反応室内にガスを導入
するためのガス供給手段と、上記アンテナコイルに高周
波電力を供給して上記反応室内に誘導結合プラズマ,ヘ
リコン波プラズマ及びECRプラズマのうちいずれか1
つを発生させるためのプラズマ発生手段と、上記プラズ
マ内のOの発光強度を検出するための発光強度検出手段
とを備えた装置を用いて行なう半導体装置の製造方法で
あって、 半導体装置が形成されるウエハを上記反応室内に設置し
た状態で、上記反応室内にガスを導入する第1のステッ
プと、 上記プラズマ発生手段により反応室内にプラズマを発生
させて、上記ウエハの一部にホールを形成するためのエ
ッチングを行う第2のステップと、 上記発光強度検出手段の検出値が、エッチングがほぼ一
定速度で進行している状態から非連続的にエッチングが
停止するエッチストップが発生する条件であるときには
次のウエハのエッチングを停止させる第3のステップと
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A reaction chamber having an oxygen-containing member made of an oxygen-containing material in a wall portion, an antenna coil provided close to the oxygen-containing member, and a gas supply for introducing gas into the reaction chamber. Means for supplying high-frequency power to the antenna coil and causing any one of inductively coupled plasma, helicon wave plasma and ECR plasma to enter the reaction chamber.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: using a device having plasma generation means for generating a laser beam; and light emission intensity detection means for detecting the emission intensity of O in the plasma. A first step of introducing a gas into the reaction chamber with the wafer to be placed in the reaction chamber; and generating plasma in the reaction chamber by the plasma generation means to form a hole in a part of the wafer. A second step of performing etching for performing the etching, and the detection value of the emission intensity detecting means is a condition under which an etch stop occurs in which the etching is discontinuously stopped from a state where the etching is proceeding at a substantially constant speed. A third step of stopping the etching of the next wafer in some cases.
【請求項3】 請求項記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記ガス供給手段は、フロロカーボン系ガスを供給する
ものであり、 上記発光強度検出手段は、上記プラズマ内のFの発光強
度をも検出するものであり、 上記Oの発光強度とFの発光強度との発光強度比を演算
するステップをさらに備え、 上記第3のステップでは、上記演算手段で算出された発
光強度比が上記エッチストップが発生する条件であると
きに次のウエハのエッチングを停止させることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2 , wherein said gas supply means supplies a fluorocarbon-based gas, and said emission intensity detection means also detects the emission intensity of F in said plasma. Detecting the light emission intensity ratio between the O light emission intensity and the F light emission intensity. In the third step, the light emission intensity ratio calculated by the calculation means is used as the etch stop. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein etching of a next wafer is stopped when the conditions for the occurrence of pitting occur.
【請求項4】 基板上に半導体装置を製造するための方
法であって、 酸素含有部材を壁部に有する反応室内において、上記酸
素含有部材を加熱して上記酸素含有部材から上記反応室
内に酸素(O)を供給する第1のステップと、 上記反応室内に、基板と、該基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上に形成されたマスク
とを有するウエハを設置する第2のステップと、 上記反応室内に炭素(C)とフッ素(F)とを含み、か
つ、不活性ガスを含まないエッチング用ガスを導入する
第3のステップと、 上記反応室内のウエハ近傍に1×1011/cm3 以上の
高密度プラズマを発生させて、上記シリコン酸化膜のう
ち上記マスクの開口部下方にホールが形成されるように
ドライエッチングを行なう第4のステップとを備え、 上記第4のステップは、上記プラズマ内のOとCの濃度
比が、上記高密度プラズマにより上記ホールの底面にC
−C結合を含む堆積物が生成されて、エッチングがほぼ
一定速度で進行している状態から非連続的にエッチング
が停止するエッチストップが発生しないための予め設定
されている適正範囲内であるように、上記酸素含有部材
からの酸素放出量を制御しながら行なわれることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
4. A method for manufacturing a semiconductor device on a substrate, comprising: heating an oxygen-containing member in a reaction chamber having an oxygen-containing member in a wall portion; A first step of supplying (O), a wafer having a substrate, a silicon oxide film formed on the substrate, and a mask formed on the silicon oxide film is set in the reaction chamber; A second step, wherein the reaction chamber contains carbon (C) and fluorine (F) ;
A third step of introducing an etching gas containing no inert gas; and generating a high-density plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more in the vicinity of the wafer in the reaction chamber. A fourth step of performing dry etching so that a hole is formed below the opening of the mask, wherein the fourth step is such that the concentration ratio of O and C in the plasma is adjusted by the high-density plasma. C on the bottom of the above hole
A deposit including a -C bond is generated, and the etching is performed at a substantially constant speed. The etching is discontinuously stopped. The etching is stopped within a predetermined appropriate range so that an etch stop does not occur. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the method is performed while controlling the amount of oxygen released from the oxygen-containing member.
【請求項5】 基板上に半導体装置を製造するための方
法であって、 酸素含有部材を壁部に有する反応室内において、上記酸
素含有部材を加熱して上記酸素含有部材から上記反応室
内に酸素(O)を供給する第1のステップと、 上記反応室内に、基板と、該基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上に形成されたマスク
とを有するウエハを設置する第2のステップと、 上記反応室内に炭素(C)とフッ素(F)とを含み、か
つ、不活性ガスを含まないエッチング用ガスを導入する
第3のステップと、 上記反応室内のウエハ近傍に1×1011/cm3 以上の
高密度プラズマを発生させて、上記シリコン酸化膜のう
ち上記マスクの開口部下方にホールが形成されるように
ドライエッチングを行なう第4のステップとを備え、 上記第4のステップは、上記プラズマ内のOとFの濃度
比が、上記高密度プラズマにより上記ホールの底面にC
−C結合を含む堆積物が生成されて、エッチングがほぼ
一定速度で進行している状態から非連続的にエッチング
が停止するエッチストップが発生しないための予め設定
されている適正範囲内であるように、上記酸素含有部材
からの酸素放出量を制御しながら行なわれることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device on a substrate, comprising: heating an oxygen-containing member in a reaction chamber having an oxygen-containing member in a wall portion; A first step of supplying (O), a wafer having a substrate, a silicon oxide film formed on the substrate, and a mask formed on the silicon oxide film is set in the reaction chamber; A second step, wherein the reaction chamber contains carbon (C) and fluorine (F) ;
A third step of introducing an etching gas containing no inert gas; and generating a high-density plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more in the vicinity of the wafer in the reaction chamber. A fourth step of performing dry etching so that a hole is formed below an opening of the mask, wherein the fourth step is such that the concentration ratio of O and F in the plasma is adjusted by the high-density plasma. C on the bottom of the above hole
A deposit including a -C bond is generated, and the etching is performed at a substantially constant speed. The etching is discontinuously stopped. The etching is stopped within a predetermined appropriate range so that an etch stop does not occur. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the method is performed while controlling the amount of oxygen released from the oxygen-containing member.
【請求項6】 基板上に半導体装置を製造するための方
法であって、 酸素含有部材を壁部に有する反応室内において、上記酸
素含有部材を加熱して上記酸素含有部材から上記反応室
内に酸素(O)を供給する第1のステップと、 上記反応室内に、基板と、該基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上に形成されたマスク
とを有するウエハを設置する第2のステップと、 上記反応室内に炭素(C)とフッ素(F)とを含み、か
つ、不活性ガスを含まないエッチング用ガスを導入する
第3のステップと、 上記反応室内のウエハ近傍に1×1011/cm3 以上の
高密度プラズマを発生させて、上記シリコン酸化膜のう
ち上記マスクの開口部下方にホールが形成されるように
ドライエッチングを行なう第4のステップとを備え、 上記第4のステップは、上記プラズマ内のO,C及びF
の濃度比が、上記高密度プラズマにより上記ホールの底
面にC−C結合を含む堆積物が生成されて、エッチング
がほぼ一定速度で進行している状態から非連続的にエッ
チングが停止するエッチストップが発生しないための予
め設定されている適正範囲内であるように、上記酸素含
有部材からの酸素放出量を制御しながら行なわれること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
6. A method for manufacturing a semiconductor device on a substrate, comprising: heating an oxygen-containing member in a reaction chamber having an oxygen-containing member in a wall portion; A first step of supplying (O), a wafer having a substrate, a silicon oxide film formed on the substrate, and a mask formed on the silicon oxide film is set in the reaction chamber; A second step, wherein the reaction chamber contains carbon (C) and fluorine (F) ;
A third step of introducing an etching gas containing no inert gas; and generating a high-density plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more in the vicinity of the wafer in the reaction chamber. A fourth step of performing dry etching so as to form a hole below the opening of the mask, wherein the fourth step includes O, C, and F in the plasma.
An etch stop in which a deposit containing a C--C bond is generated on the bottom surface of the hole by the high-density plasma and the etching stops discontinuously from a state where the etching is proceeding at a substantially constant speed. A process for controlling the amount of oxygen released from the oxygen-containing member so as to be within a predetermined appropriate range for preventing generation of a semiconductor device.
【請求項7】 請求項4〜6のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記ホールが貫通した後、上記基板の上には炭素含有生
成物が堆積されるように上記プラズマ中のOの濃度を調
整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein after the hole penetrates, the carbon-containing product is deposited on the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising adjusting the concentration of O in plasma.
【請求項8】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記エッチストップが発生しないためのプラズマ中のO
の発光強度の適正範囲を予め求めておき、 上記第4のステップでは、上記プラズマ中のOの発光強
度を測定しながら、上記Oの発光強度が上記適正範囲に
あるように上記プラズマ中のOの濃度を調整することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein the O in the plasma for preventing the etch stop from occurring.
In the fourth step, the emission intensity of O in the plasma is measured while measuring the emission intensity of O in the plasma so that the emission intensity of O is in the appropriate range. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: adjusting a concentration of a semiconductor device.
【請求項9】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記載
の半導体装置の製造方法において、 上記エッチストップが発生しないためのプラズマ中のO
の発光強度とFの発光強度との比の適正範囲を予め求め
ておき、 上記第3のステップでは、フロロカーボン系ガス,及び
フロロカーボン系ガスと不活性ガスとの混合ガスのうち
いずれか一方を反応室内に導入し、 上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの発光
強度とFの発光強度とを測定しながら、Oの発光強度と
Fの発光強度との比が予め設定されている適正範囲内で
あるように上記プラズマ中のOとFとの濃度比を調節す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein O in the plasma for preventing the occurrence of the etch stop.
An appropriate range of the ratio between the luminescence intensity of F and the luminescence intensity of F is determined in advance, and in the third step, one of a fluorocarbon-based gas and a mixed gas of a fluorocarbon-based gas and an inert gas is reacted. In the fourth step, the ratio between the emission intensity of O and the emission intensity of F is set in advance while measuring the emission intensity of O and the emission intensity of F from the plasma. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising adjusting the concentration ratio of O and F in the plasma so that the concentration is within the range.
【請求項10】 請求項記載の半導体装置の製造方法
において、 上記プラズマ中のOとFとの濃度比の適正範囲は、4〜
10であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9 , wherein the appropriate range of the concentration ratio between O and F in the plasma is 4 to 4.
10. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
【請求項11】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記第3のステップでは、フロロカーボン系ガス,及び
フロロカーボン系ガスと不活性ガスとの混合ガスのうち
いずれか一方を反応室内に導入し、 上記第4のステップでは、上記エッチストップが発生し
ないためのプラズマ中のOの発光強度とC2 の発光強度
との比の適正範囲を予め求めておき、 上記プラズマからのOの発光強度とC2 の発光強度とを
測定しながら、Oの発光強度とC2 の発光強度との比が
予め設定されている適正範囲内であるように上記プラズ
マ中のOとCとの濃度比を調節することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein in the third step, a mixture of a fluorocarbon-based gas and a mixed gas of a fluorocarbon-based gas and an inert gas is used. Either one of them is introduced into the reaction chamber, and in the fourth step, an appropriate range of the ratio between the emission intensity of O in the plasma and the emission intensity of C 2 in order to prevent the occurrence of the etch stop is obtained in advance. While measuring the emission intensity of O and the emission intensity of C 2 from the plasma, the emission intensity of the plasma is adjusted so that the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of C 2 is within a predetermined appropriate range. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: adjusting the concentration ratio of O and C.
【請求項12】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記エッチストップが発生しないためのプラズマ中のO
の発光強度とC2 の発光強度との比の適正範囲を予め求
めておき、 上記第3のステップでは、フロロカーボン系ガス,及び
フロロカーボン系ガスと不活性ガスとの混合ガスのうち
いずれか一方を反応室内に導入し、 上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの発光
強度とC2 の発光強度とを測定しながら、Oの発光強度
とC2 の発光強度との比が予め設定されている適正範囲
内であるように上記プラズマ中のOとCとの濃度比を調
節しながらエッチングするとともに、 上記ホールが貫通した後、上記基板の上には炭素含有生
成物が堆積されるように上記プラズマ中のOの濃度を調
整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein the O in the plasma for preventing the etch stop from occurring.
An appropriate range of the ratio of the luminescence intensity of C 2 to the luminescence intensity of C 2 is determined in advance, and in the third step, one of fluorocarbon-based gas and a mixed gas of fluorocarbon-based gas and inert gas is used. In the fourth step, while measuring the emission intensity of O and the emission intensity of C 2 from the plasma, the ratio between the emission intensity of O and the emission intensity of C 2 is set in advance. The etching is performed while adjusting the concentration ratio of O and C in the plasma so as to be within the proper range, and after the holes penetrate, the carbon-containing product is deposited on the substrate. Adjusting the concentration of O in the plasma.
【請求項13】 請求項11又は12記載の半導体装置
の製造方法において、 上記プラズマ中のCとOとの濃度比の適正範囲は、4〜
10であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11 , wherein an appropriate range of the concentration ratio of C to O in the plasma is 4 to 4.
10. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
【請求項14】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記エッチストップが発生しないためのプラズマ中のO
の発光強度とFの発光強度との比の適正範囲と、Oの発
光強度とC2 の発光強度との比の適正範囲を予め求めて
おき、 上記第3のステップでは、フロロカーボン系ガス,及び
フロロカーボン系ガスと不活性ガスとの混合ガスのうち
いずれか一方を反応室内に導入し、 上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの発光
強度とFの発光強度とC2 の発光強度とを測定しなが
ら、Oの発光強度とFの発光強度との比が予め設定され
ている適正範囲内であり、かつOの発光強度とC2 の発
光強度との比が予め設定されている適正範囲内であるよ
うに上記プラズマ中のO,F及びCの濃度比を調節する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein the O in the plasma for preventing the etch stop from occurring.
An appropriate range of the ratio between the emission intensity of F and the emission intensity of F and an appropriate range of the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of C 2 are determined in advance . In the third step, the fluorocarbon-based gas and Either a mixed gas of a fluorocarbon-based gas and an inert gas is introduced into the reaction chamber, and in the fourth step, the emission intensity of O from the plasma, the emission intensity of F, and the emission intensity of C 2 Is measured, the ratio between the emission intensity of O and the emission intensity of F is within a preset appropriate range, and the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of C 2 is set in advance. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: adjusting the concentration ratio of O, F, and C in the plasma so that the concentration is within the range.
【請求項15】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記エッチストップが発生しないためのプラズマ中のO
の発光強度とFの発光強度との比の適正範囲と、Oの発
光強度とC2 の発光強度との比の適正範囲を予め求めて
おき、 上記第3のステップでは、フロロカーボン系ガス,及び
フロロカーボン系ガスと不活性ガスとの混合ガスのうち
いずれか一方を反応室内に導入し、 上記第4のステップでは、上記プラズマからのOの発光
強度とFの発光強度とC2 の発光強度とを測定しなが
ら、Oの発光強度とFの発光強度との比が予め設定され
ている適正範囲内であり、かつOの発光強度とC2 の発
光強度との比が予め設定されている適正範囲内であるよ
うに上記プラズマ中のO,F及びCの濃度比を調節しな
がらエッチングするとともに、 上記ホールが貫通した後、上記基板の上には炭素含有生
成物が堆積されるように上記プラズマ中のOの濃度を調
整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein O in the plasma for preventing the etch stop from occurring.
An appropriate range of the ratio between the emission intensity of F and the emission intensity of F and an appropriate range of the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of C 2 are determined in advance . In the third step, the fluorocarbon-based gas and Either a mixed gas of a fluorocarbon-based gas and an inert gas is introduced into the reaction chamber, and in the fourth step, the emission intensity of O from the plasma, the emission intensity of F, and the emission intensity of C 2 Is measured, the ratio between the emission intensity of O and the emission intensity of F is within a preset appropriate range, and the ratio of the emission intensity of O to the emission intensity of C 2 is set in advance. The etching is performed while adjusting the concentration ratio of O, F and C in the plasma so as to be within the range, and the carbon-containing product is deposited on the substrate after the hole penetrates. Adjust O concentration in plasma The method of manufacturing a semiconductor device according to claim Rukoto.
【請求項16】 請求項4〜13のうちいずれか1つに
記載の半導体装置の製造方法において、 上記第1のステップでは、上記酸素含有部材の温度を1
80℃〜300℃の範囲に加熱して、上記酸素含有部材
から上記反応室内に酸素(O)を供給すること を特徴と
する半導体装置の製造方法。
16. A method according to claim 4, wherein:
In the method of manufacturing a semiconductor device described above, in the first step, the temperature of the oxygen-containing member is set to 1
The oxygen-containing member is heated to a temperature in the range of 80 ° C to 300 ° C.
And wherein the supply of oxygen (O) to the reaction chamber from
Semiconductor device manufacturing method.
【請求項17】 請求項4〜13のうちいずれか1つに
記載の半導体装置の製造方法において、 上記第4のステップでは、上記反応室内に酸素を含むガ
スを導入し、かつ上記酸素を含むガスの量を調整するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 4-13, in the fourth step, introducing a gas containing oxygen to the reaction chamber, and containing oxygen A method for manufacturing a semiconductor device, comprising adjusting an amount of gas.
【請求項18】 請求項14又は15記載の半導体装置
の製造方法において、 上記反応室内に、炭素含有部材及びフッ素含有部材の
ち少なくともいずれか1つをさらに配設しておき、 上記第4のステップでは、上記各部材からの炭素及び
素のうち少なくともいずれか1つの放出量を制御する
ことにより、上記プラズマ中のO,F及びCの濃度比を
調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
18. The method according to claim 14 or 15, wherein, in the reaction chamber, and further provided at least any one Cormorants <br/> Chi carbon-containing member and a fluorine-containing member Place, in the fourth step, by controlling one emission at least one of carbon and off <br/> Tsu containing from each member, the concentration ratio of the O in the plasma, F and C A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項19】 請求項14又は15記載の半導体装置
の製造方法において、 上記第4のステップでは、上記反応室内に炭素,フッ素
及び酸素のうち少なくともいずれか1つを含むガスを導
入することによりプラズマ中のO,F及びCの濃度比を
調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14 , wherein in the fourth step, a gas containing at least one of carbon, fluorine and oxygen is introduced into the reaction chamber. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising adjusting the concentration ratio of O, F, and C in plasma.
【請求項20】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記第3のステップでは、上記反応室内に、CF4 ,C
26 ,C38 ,C48 ,C58 及びC66
うち少なくともいずれか1つを含むガスを導入すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein in the third step, CF 4 , C is contained in the reaction chamber.
2 F 6, C 3 F 8 , C 4 F 8, C 5 method of manufacturing a semiconductor device, which comprises introducing a gas containing at least any one of F 8 and C 6 F 6.
【請求項21】 請求項4〜7のうちいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法において、 上記第3のステップでは、上記反応室内に、Cxy
z (x,y及びzは成分比)で表される化合物を含むガ
スを導入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein in the third step, C x F y O is contained in the reaction chamber.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising introducing a gas containing a compound represented by z (x, y and z are component ratios).
【請求項22】 請求項4〜21のうちいずれか1つに
記載の半導体装置の製造方法において、 上記マスクの開口部と上記ホール全体のアスペクト比は
4以上であり、 上記ホールの径は1μm以下であることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
22. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 4 to 21, opening and aspect ratio of the entire hole of the mask 4 or more, the diameter of the hole is 1μm A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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