JP3559429B2 - Plasma processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波放電を用いたプラズマ処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高周波放電を用いたプラズマ処理方法は、半導体製造方法において、微細加工のためのドライエッチング、薄膜形成のためのスパッタリング、プラズマCVD、イオン注入等、様々なところで用いられている。
以下、プラズマ処理方法の適用例として、微細加工に適したドライエッチングについて説明する。ドライエッチング技術として最も広く用いられている反応性イオンエッチング(いわゆる、RIE)は、適当なガスの高周波放電プラズマ中に試料を晒すことによりエッチング反応を起こさせ、試料の表面の不要部分を除去するものである。
【0003】
反応性イオンエッチングにおいては、微細化を促進するためにイオンの方向性を揃えることが必要であるが、そのためにはプラズマ中でのイオンの散乱を減らすことが不可欠である。イオンの方向性を揃えるためには、プラズマ発生装置内の圧力を低くし、イオンの平均自由行程を大きくすることが効果的であるが、プラズマ密度が低下しエッチング速度が低くなるという問題がある。
【0004】
その対策として誘導結合型プラズマ装置やヘリコン型プラズマ装置等の高密度プラズマ装置が導入されつつある。高密度プラズマ装置は、従来からある平行平板型RIE装置に比べ10倍〜100倍程度高密度のプラズマを発生でき、圧力が1/10から1/100程度低い条件下でも平行平板型RIE装置と同等以上のエッチング速度が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにして改良された従来のプラズマ処理方法においても、エッチング形状の異常、マイクロローディング効果の発生、ゲート絶縁膜の劣化や破壊の発生という問題点があった。これらは、進行する微細化に対して依然プラズマ中の化学反応の制御範囲が狭いこと、さらには高密度プラズマであるが故に、チャージアップが著しい、過度の解離によってラジカル密度が低下するといったことが原因となっている。これらの課題を解決する1つの方法として、従来からパルスプラズマプロセス(例えば、特開平6−267900号公報参照)が提案されている。
【0006】
このパルスプラズマプロセスは、プラズマ発生用高周波電力(RF)をパルス状に供給し、高周波電力供給期間にオフ期間を設けることで、プラズマ中の解離反応、基板への電荷蓄積過程を制御することを目的としていたが、その詳細な機構は不明で、課題を十分解決するには至っていない。
本発明は、このような課題のうち、特にラジカル密度の制御に注力し、低圧力下でも微細加工性に優れたプラズマ処理方法を課題としている。特に、酸化膜のエッチングにおいては、その選択性を得る上で、エッチング反応や堆積保護膜形成に関与するラジカル種や密度を制御する必要がある。
【0007】
したがって、本発明の目的は、ラジカル密度を高精度に制御することができるプラズマ処理方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、パルスプラズマプロセスにおけるパルス変調パラメータにより解離反応を制御し、連続放電のCWプロセスでは実現できない高精度なラジカル密度の制御を実現することに特徴を有している。
【0009】
請求項1に記載の発明は、真空室に供給された反応ガスを、前記真空室に供給されるプラズマ生成用高周波電力によりプラズマ化することによりラジカルを生成し、そのプラズマで真空室内の基板バイアス用高周波電力が印加された試料をエッチング加工するプラズマ処理方法であって、プラズマ生成用高周波電力をオンオフ変調することによってラジカル密度をラジカル種ごとに制御してエッチング速度とエッチング選択比を制御し、メインエッチング工程でのプラズマ生成用高周波電力のオンオフ変調周期に対するオン時間の割合(デューティ比)に対して、メインエッチング工程の後のオーバーエッチング工程でのデューティ比を小さくして、前記試料を処理することを特徴とする。
【0010】
一般に、供給する高周波電力を増加させることによりプラズマ中の電子密度が増加し、その電子衝撃によって反応ガスの解離反応が進む。この解離反応過程でエッチングに必要なラジカルが生成されるが、高密度プラズマ源の場合、高い高周波電力投入下では、過度の解離反応によって、せっかく生成されたエッチングに必要なラジカルさえも分解されてしまう懸念がある。高いエッチング速度と高い選択比を両立させるには、高いイオン電流密度が得られる高い高周波電力投入下で、必要なラジカル種について高い密度を得る必要がある。
【0011】
本発明では、解離反応過程の時間依存性を利用して、高周波電力に対する効果的な時間間隔のオンオフのパルス変調によりCW時には得られない高いラジカル密度を得ることが可能となり、高選択かつ高速のエッチングプロセスが実現される。本発明では、効果的なオン時間ならびにオフ時間、すなわち、オン時間/変調周期(=デューティ比)を見出している。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載された発明において、メインエッチング工程あるいはオーバーエッチング工程におけるデューティ比を0.1〜0.8の範囲内とすることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1に記載された発明において、メインエッチング工程あるいはオーバーエッチング工程におけるデューティ比を0.3〜0.7の範囲内とすることを特徴とする。
【0013】
発明においては、高い選択比を得るために高いラジカル密度を得られる条件が見出されたが、同一試料を加工する処理時間中すべてに必ずしも高い選択比が必要なわけではない。むしろ膜厚比や構造によっては選択比の低くエッチング速度の高い条件で処理する時間を一部設けることが望ましい場合がある。本発明においては、オンオフ変調条件を時間的に変化させることで、低選択高エッチング速度条件下と高選択条件下での連続処理を可能としている。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1、2または3に記載された発明において、プラズマ発生用の高周波電源のオンオフ変調を、基板バイアス用高周波電源のオンオフ変調と同期させることを特徴とする。
請求項5に記載された発明は、請求項1,2,3または4に記載された発明において、プラズマ生成用高周波電力あるいは基板バイアス用高周波電力のオンオフ変調周期を20μ秒〜200μ秒とすることを特徴とする。
【0015】
請求項6に記載された発明は、請求項1、2、3、4または5記載の発明において、反応ガスがフッ素を含むガスであって、試料がPoly−Si上に酸化膜が形成されている試料であることを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
〔第1の実施の形態〕
図1は本発明の第1の実施の形態におけるプラズマエッチング装置(ドライエッチング装置)の構造を示す模式図である。本装置は、誘導結合方式によるプラズマ生成室1により構成されており、チャンバーは接地されている。ガス導入口2からは、反応性ガス、例えば酸化膜エッチングの場合、CHF3 (50%)/C4 8 (50%)の混合ガスを、50sccm、5Pa程度に導入する。
【0016】
プラズマ生成室1に石英板を隔てて上部に取り付けられたマルチスパイラルコイル3に、マッチング回路4を介してプラズマ生成用高周波電源5より高周波電力を印加することにより、プラズマ6を生成することができる。試料となるウエハ7は、マルチスパイラルコイル3に対向する形で下部電極8上に置かれ、マッチング回路9を介してバイアス用高周波電源10よりバイアス用高周波電力が供給される。パルス発生器11からは、プラズマ生成用高周波電源5とバイアス用高周波電源10にオンオフ変調用パルス信号が送られる構成になっている。
【0017】
図2はこのオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラメータの時間変化の説明図である。図2(a)はCW時の高周波電力(例えば、13.56MHz)を示すが、この高周波電力は、同図(b)の変調用パルスにより、同図(c)に示すようにオンオフ変調される。変調パラメータとしては、オン時間、オフ時間および変調周期があり、変調周期中のオン時間の割合をデューティ比とする。
【0018】
変調周期を10μ秒〜1000μ秒とした場合、プラズマのオンオフに応じて電子密度は、図2(d)のように変化するが、プラズマ中のラジカルの寿命は1m秒以上と、変調周期よりはるかに長い。したがって、ラジカル密度は、同図(e)に示すように変調周期を通じて一定である。なお、同図(e)中、実線はCFラジカルの密度を示し、破線はCFラジカルの密度を示している。
【0019】
図3は本発明の第1の実施の形態におけるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のCFラジカル、CFラジカルの密度の相対変化を示す特性図である。この図は、瞬時投入パワー1500W、デューティ比は50%で一定、すなわち時間平均投入パワー750Wで一定の下、パルス変調周期によるラジカル密度の相対変化を示している。この図から、CW時に比べ、また、変調周期が短くなるに従いラジカル密度、特に、CFラジカル密度が増大しているのがわかる。
【0020】
このラジカル密度の変化は、母ガスからの各ラジカル・原子への多段階の解離反応過程の時間依存性に起因していると考えられる。すなわち、CWの高密度プラズマにおいては、解離反応が高次まで進みすぎ初段の反応で生成されたCFラジカルがさらに分解され損なわれる傾向にあったが、パルス変調時には解離反応がそのμ秒オーダー時間依存性のために高次の反応過程が抑制され、その結果、CFラジカル密度が相対的に増大したものと考えられる。
【0021】
このラジカル密度の増大は、エッチング特性に大きな影響を及ぼす。図4は、図3と同一条件でのパルス変調周期によるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のBPSGエッチング速度および対Poly−Si(ポリシリコン)選択比の変化を示す特性図である。変調周期が短くなるに従い、ラジカル密度、特に、CFラジカル密度が増加し、エッチング速度は低下するものの、対Poly−Si選択比は増大している。
【0022】
これまで、選択性を決定するパラメータとしてCFラジカル、CFラジカル、およびFの密度あるいは密度比との相関が議論されてきたが、ここでのパルス変調の結果からはCFラジカル密度の存在が重要であることが示唆される。なお、定量的には、20μ秒〜200μ秒の変調周期が特に効果的であることがわかる。
【0023】
図5は、瞬時投入パワー1500W、パルス変調周期100μ秒一定の下、デューティ比によるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のCFラジカル、CFラジカルの密度変化を示す特性図である。デューティ比に対するラジカル密度の変化は非常に著しいが、この変化には時間平均投入パワーの変化をも含んでいる。パルスオンオフ変調のみの効果を判別するために、図6に、時間平均投入ICPパワーから見たパルス変調時とCW時のCFラジカル、CFラジカルの密度変化を示す。なお、ICPとは、インダクトリ・カップルド・プラズマ(誘導結合プラズマ)の略号である。
【0024】
これらの比較からわかるように、ラジカル密度の増大に効果的なデューティ比域、すなわちCW時に比べ高いラジカル密度が得られるデューティ比域は10〜80%であることがわかる。
図7は、図5と同一条件でのデューティ比によるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のBPSGエッチング速度および対Poly−Si選択比の変化を示す特性図である。デューティ比変化によりCW時のラジカル密度変化分にパルス変調効果分が加わった形でラジカル密度が変化し、それに対応してエッチング特性が変化している。基本的には、CFラジカル、CFラジカルは、堆積保護膜として作用し、エッチング反応を引き起こすイオンおよびF原子密度とのバランスで、エッチング特性が変化する。すなわち、ラジカル密度の小さい高デューティ比域ではエッチング速度は大きいが選択比が小さく、ラジカル密度の大きい低デューティ比域では膜堆積が起こる。高選択な条件はこれらの中間域に存在する。どの領域を使うかは、イオンおよびF原子密度との兼ね合いできまるが、基本的にはCW時よりラジカル密度の大きい、オン時間/周期=0.1〜0.8の範囲でオンオフ変調するのが効果的であることがわかる。なお、CW時に対する優位性や実質的な電力の利用効率を考えた場合、実用上特に有効な範囲は、オン時間/周期=0.3〜0.7である。
【0025】
〔第2の実施の形態〕
第1の実施の形態においては、高周波電力のオンオフ変調によりエッチング特性を制御でき、特に選択比を向上させることが可能であることが明らかになったが、実際の試料のエッチングにおいてはすべての処理時間にわたって高い選択比で処理する必要はない。そこで、処理速度を考えた場合、むしろ膜厚比や構造によっては選択比が低くエッチング速度が高い条件で処理する時間を、一部設けることが望ましい場合がある。例えば、図8のオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラメータの時間変化に示すように、デューティ比を時間的に変化させて、メインエッチングおよびオーバーエッチングの両工程のうち、オーバーエッチングの工程にのみ高選択な条件を用いることが肝要である。なお、図8において、(a)はパルス変調時のデューティ比の変化を示し、(b)はパルス変調時のラジカル密度の変化を示し、(c)はパルス変調時のエッチング特性および選択比の変化を示している。
【0026】
なお、この実施の形態では、オン時間/変調周期を0.1〜0.8の範囲で、時間的に変化させることを説明しているが、オン時間/変調周期を0.1〜0.8の範囲内に限定する必要はなく、オン時間/変調周期を上記の範囲外の値に変化させてもよい。つまり、この実施の形態は、オン時間/変調周期を時間的に変化させることによりエッチング速度を変更することができるということを説明している。
【0027】
〔第3の実施の形態〕
第2の実施の形態においては、第1の実施の形態の装置の構成に加えて、オンオフ変調条件を時間的に変化させることで、低選択高エッチング速度条件下と高選択条件下での連続処理を可能としている。この場合において、高周波放電の整合条件を乱さないために変調パラメータのうちオン時間のみ変化させ、変調周期は一定とすることが好ましい。また、プラズマ発生用高周波電源を、基板バイアス用高周波電源と同期させ、かつオン時間/変調周期を時間的に変化させる機能を搭載することにより、高精度なエッチングに条件には好ましい。
【0028】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、オン時間/変調周期=0.1〜0.8の範囲でパルス変調を行うことによりラジカル生成密度を制御でき、高精度なエッチングが実現できる。
また、オン時間/変調周期を時間的に変化させることで、低選択高エッチング速度条件下と高選択条件下での連続処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理方法において用いるプラズマエッチング装置の構成を示す模式図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理方法におけるオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラメータの時間変化の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理方法におけるパルス変調周期によるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のCFラジカル、CFラジカルの密度変化を示す特性図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理方法におけるパルス変調周期によるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のBPSGエッチング速度および対Poly−Si選択比の変化を示す特性図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理方法におけるパルス変調デューティ比によるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のCFラジカル、CFラジカルの密度変化を示す特性図である。
【図6】時間平均投入ICPパワーから見た本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理方法におけるパルス変調時とCW時のCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のCFラジカル、CFラジカルの密度変化を示す特性図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理方法におけるパルス変調デューティ比によるCHF(50%)/C(50%)プラズマ中のBPSGエッチング速度および対Poly−Si選択比の変化を示す特性図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態のプラズマ処理方法によるオンオフパルス変調パラメータおよび各種パラメータの時間変化の説明図である。
【符号の説明】
1 プラズマ生成室
2 ガス導入口
3 マルチスパイラルコイル
4 マッチング回路
5 高周波電源
6 プラズマ
7 ウエハ
8 下部電極
9 マッチング回路
10 高周波電源
11 パルス発生器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing method using high-frequency discharge.
[0002]
[Prior art]
A plasma processing method using high-frequency discharge is used in various places in a semiconductor manufacturing method such as dry etching for fine processing, sputtering for forming a thin film, plasma CVD, and ion implantation.
Hereinafter, dry etching suitable for fine processing will be described as an application example of the plasma processing method. Reactive ion etching (so-called RIE), which is most widely used as a dry etching technique, causes an etching reaction by exposing a sample to a high-frequency discharge plasma of an appropriate gas, thereby removing unnecessary portions on the surface of the sample. Things.
[0003]
In reactive ion etching, it is necessary to make the directionality of ions uniform in order to promote miniaturization. For that purpose, it is indispensable to reduce scattering of ions in plasma. In order to make the directionality of ions uniform, it is effective to lower the pressure in the plasma generator and increase the mean free path of the ions, but there is a problem that the plasma density decreases and the etching rate decreases. .
[0004]
As a countermeasure, a high-density plasma device such as an inductively coupled plasma device or a helicon plasma device is being introduced. A high-density plasma apparatus can generate plasma at a density of about 10 to 100 times as high as that of a conventional parallel-plate RIE apparatus. An equivalent or higher etching rate can be obtained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even the conventional plasma processing method improved in this way has problems such as abnormal etching shape, generation of a microloading effect, and deterioration or destruction of the gate insulating film. These still have a narrow control range of the chemical reaction in the plasma against the progress of miniaturization, and furthermore, because of the high-density plasma, the charge-up is remarkable, and the radical density decreases due to excessive dissociation. Cause. As one method for solving these problems, a pulse plasma process (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-267900) has been proposed.
[0006]
This pulsed plasma process supplies a plasma-generating high-frequency power (RF) in a pulsed form, and provides an off-period during the high-frequency power supply period to control the dissociation reaction in the plasma and the charge accumulation process on the substrate. The purpose was, but the detailed mechanism is unknown, and the problem has not been sufficiently solved.
An object of the present invention is to provide a plasma processing method which is particularly focused on controlling the radical density among these problems and has excellent fine processing properties even under a low pressure. In particular, in the etching of an oxide film, it is necessary to control radical species and density involved in an etching reaction and formation of a deposited protective film in order to obtain the selectivity.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing method capable of controlling the radical density with high accuracy.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is characterized in that a dissociation reaction is controlled by a pulse modulation parameter in a pulsed plasma process, and a highly accurate control of radical density, which cannot be realized by a continuous discharge CW process, is realized.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, radicals are generated by converting a reaction gas supplied to a vacuum chamber into plasma using high frequency power for plasma generation supplied to the vacuum chamber, and the plasma generates a substrate bias in the vacuum chamber. A plasma processing method for etching a sample to which high-frequency power for power is applied, wherein the on- off modulation of the high-frequency power for plasma generation controls the radical density for each radical species to control the etching rate and etching selectivity , The sample is processed by reducing the duty ratio in the over-etching step after the main etching step with respect to the ratio (duty ratio) of the on-time to the on-off modulation cycle of the high frequency power for plasma generation in the main etching step. It is characterized by the following.
[0010]
Generally, by increasing the supplied high frequency power, the electron density in the plasma increases, and the electron impact causes the dissociation reaction of the reaction gas to proceed. In the process of this dissociation reaction, radicals necessary for etching are generated, but in the case of a high-density plasma source, under high RF power input, even radicals necessary for etching are decomposed by excessive dissociation reaction. There is a concern. In order to achieve both a high etching rate and a high selectivity, it is necessary to obtain a high density for a required radical species under a high RF power supply at which a high ion current density can be obtained.
[0011]
In the present invention, by utilizing the time dependency of the dissociation reaction process, it is possible to obtain a high radical density that cannot be obtained during CW by pulse modulation of on / off of an effective time interval with respect to high-frequency power, thereby achieving high selection and high speed. An etching process is realized. In the present invention, the effective ON time and OFF time, that is, ON time / modulation period (= duty ratio) are found.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the duty ratio in the main etching step or the over-etching step is in a range of 0.1 to 0.8.
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the duty ratio in the main etching step or the over-etching step is in the range of 0.3 to 0.7.
[0013]
In the present invention, a condition for obtaining a high radical density has been found in order to obtain a high selectivity, but a high selectivity is not necessarily required during all processing times for processing the same sample. Rather, depending on the film thickness ratio and the structure, it may be desirable to partially provide time for processing under conditions of a low selectivity and a high etching rate. In the present invention, by continuously changing the on / off modulation condition over time, it is possible to perform continuous processing under a low selective high etching rate condition and a high selective condition.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect, the on / off modulation of the high frequency power supply for plasma generation is synchronized with the on / off modulation of the high frequency power supply for substrate bias.
According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second, third or fourth aspect, the on / off modulation period of the high frequency power for plasma generation or the high frequency power for the substrate bias is set to 20 μsec to 200 μsec. It is characterized by.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first, second, third, fourth or fifth aspect, the reaction gas is a gas containing fluorine, and the sample has an oxide film formed on Poly-Si. It is characterized by being a sample.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a plasma etching apparatus (dry etching apparatus) according to the first embodiment of the present invention. This apparatus is constituted by a plasma generation chamber 1 of an inductive coupling system, and the chamber is grounded. From the gas inlet 2, a reactive gas, for example, a mixed gas of CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) is introduced at about 50 sccm and 5 Pa in the case of etching an oxide film.
[0016]
The plasma 6 can be generated by applying high-frequency power from the high-frequency power supply 5 for plasma generation via the matching circuit 4 to the multi-spiral coil 3 mounted above the plasma generation chamber 1 with a quartz plate interposed therebetween. . A wafer 7 serving as a sample is placed on the lower electrode 8 so as to face the multi-spiral coil 3, and high frequency bias power is supplied from a high frequency bias power supply 10 via a matching circuit 9. A pulse signal for on / off modulation is sent from the pulse generator 11 to the high frequency power supply 5 for plasma generation and the high frequency power supply 10 for bias.
[0017]
FIG. 2 is an explanatory diagram of a time change of the on / off pulse modulation parameter and various parameters. FIG. 2A shows high-frequency power (for example, 13.56 MHz) at the time of CW. This high-frequency power is modulated on and off by the modulation pulse shown in FIG. 2B as shown in FIG. You. The modulation parameters include an on-time, an off-time, and a modulation period, and the duty ratio is a ratio of the on-time during the modulation period.
[0018]
When the modulation period is set to 10 μsec to 1000 μsec, the electron density changes as shown in FIG. 2D according to the on / off state of the plasma, but the lifetime of radicals in the plasma is 1 msec or more, which is far longer than the modulation period. Long. Therefore, the radical density is constant throughout the modulation period as shown in FIG. In FIG. 3E, the solid line indicates the density of CF 2 radicals, and the dashed line indicates the density of CF radicals.
[0019]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relative change in the density of CF radicals and CF 2 radicals in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma in the first embodiment of the present invention. This figure shows the relative change in radical density due to the pulse modulation period under the condition that the instantaneous input power is 1500 W and the duty ratio is constant at 50%, that is, the time average input power is 750 W. From this figure, it can be seen that the radical density, particularly the CF 2 radical density, increases as the modulation period becomes shorter than in the CW mode.
[0020]
This change in radical density is thought to be due to the time dependence of the multi-step dissociation reaction process from the mother gas to each radical / atom. That is, in the high-density plasma of CW, the dissociation reaction tends to progress to a higher order, and the CF 2 radical generated in the first-stage reaction tends to be further decomposed and damaged. It is considered that the higher-order reaction process was suppressed due to the time dependency, and as a result, the CF 2 radical density was relatively increased.
[0021]
This increase in radical density has a large effect on etching characteristics. FIG. 4 shows changes in the BPSG etching rate in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma and the selectivity with respect to Poly-Si (polysilicon) in the pulse modulation period under the same conditions as in FIG. FIG. As the modulation period becomes shorter, the radical density, in particular, the CF 2 radical density increases, and the etching rate decreases, but the poly-Si selectivity increases.
[0022]
Previously, CF radicals as a parameter for determining selectivity, CF 2 radicals, and the correlation between the density or density ratio of F have been discussed, the presence of CF 2 radical density from the result of the pulse modulation where It is suggested to be important. In addition, quantitatively, it turns out that a modulation period of 20 μsec to 200 μsec is particularly effective.
[0023]
FIG. 5 shows the change in density of CF radicals and CF 2 radicals in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma depending on the duty ratio under the condition of an instantaneous input power of 1500 W and a constant pulse modulation period of 100 μsec. It is a characteristic diagram. The change in radical density with respect to the duty ratio is very remarkable, but this change also includes a change in the time-average input power. FIG. 6 shows a change in density of CF radicals and CF 2 radicals during pulse modulation and during CW as viewed from the time-average input ICP power in order to determine the effect of only pulse on-off modulation. Note that ICP is an abbreviation for inductively coupled plasma (inductively coupled plasma).
[0024]
As can be seen from these comparisons, the duty ratio range effective for increasing the radical density, that is, the duty ratio range in which a higher radical density can be obtained as compared with CW, is 10 to 80%.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing changes in the BPSG etching rate in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma and the selectivity with respect to Poly-Si with the duty ratio under the same conditions as in FIG. . Due to the change in the duty ratio, the radical density changes in a form in which the pulse modulation effect is added to the radical density change during CW, and the etching characteristics change correspondingly. Basically, CF radicals and CF 2 radicals act as a deposition protection film, and the etching characteristics change depending on the balance between ions that cause an etching reaction and F atom density. That is, in the high duty ratio region where the radical density is small, the etching rate is high but the selectivity is small, and in the low duty ratio region where the radical density is large, film deposition occurs. Highly selective conditions exist in these intermediate regions. The region to be used can be determined in accordance with the ion and F atom densities. Basically, on / off modulation is performed within a range of on time / period = 0.1 to 0.8, which has a larger radical density than CW. Is effective. In addition, in consideration of the superiority to the CW time and the substantial power use efficiency, a practically particularly effective range is ON time / period = 0.3 to 0.7.
[0025]
[Second embodiment]
In the first embodiment, it has been clarified that the etching characteristics can be controlled by on / off modulation of the high-frequency power, and in particular, it is possible to improve the selectivity. There is no need to process with high selectivity over time. Therefore, in consideration of the processing speed, it may be desirable to provide a part of the processing time under the condition that the selectivity is low and the etching rate is high depending on the film thickness ratio and the structure. For example, as shown in the time change of the ON / OFF pulse modulation parameter and various parameters in FIG. 8, the duty ratio is temporally changed, and a high selection is performed only in the over-etching process out of both the main etching and the over-etching processes. It is important to use conditions. 8A shows a change in the duty ratio at the time of pulse modulation, FIG. 8B shows a change of the radical density at the time of pulse modulation, and FIG. 8C shows the change of the etching characteristic and the selectivity at the time of pulse modulation. The change is shown.
[0026]
In this embodiment, it is described that the ON time / modulation cycle is changed over time in the range of 0.1 to 0.8, but the ON time / modulation cycle is set to 0.1 to 0. The ON time / modulation period need not be limited to the range of 8, and may be changed to a value outside the above range. In other words, this embodiment explains that the etching rate can be changed by changing the ON time / modulation period with time.
[0027]
[Third Embodiment]
In the second embodiment, in addition to the configuration of the device of the first embodiment, by changing the on / off modulation condition over time, continuous under a low selective high etching rate condition and a high selective condition. Processing is possible. In this case, it is preferable that only the on-time of the modulation parameter be changed and the modulation period be constant so as not to disturb the matching condition of the high-frequency discharge. In addition, by providing a function of synchronizing the high-frequency power supply for plasma generation with the high-frequency power supply for substrate bias, and having a function of changing the ON time / modulation cycle with time, it is preferable for high-precision etching.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the radical generation density can be controlled by performing pulse modulation in the range of ON time / modulation period = 0.1 to 0.8, and highly accurate etching can be realized.
In addition, by changing the ON time / modulation cycle with time, continuous processing can be performed under a low selective high etching rate condition and a high selective condition.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma etching apparatus used in a plasma processing method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a time change of an on / off pulse modulation parameter and various parameters in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a change in density of CF radicals and CF 2 radicals in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma due to a pulse modulation period in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 shows a BPSG etching rate in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma and a selectivity ratio to Poly-Si in a CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a characteristic diagram showing changes in
FIG. 5 shows a change in density of CF radicals and CF 2 radicals in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma depending on a pulse modulation duty ratio in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 6 shows CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma during pulse modulation and CW in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention viewed from the time-average input ICP power. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in density of CF radicals and CF 2 radicals of FIG.
FIG. 7 shows a BPSG etching rate in CHF 3 (50%) / C 4 F 8 (50%) plasma and a selection with respect to Poly-Si according to a pulse modulation duty ratio in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in a ratio.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an on-off pulse modulation parameter and a change over time of various parameters by a plasma processing method according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation chamber 2 Gas inlet 3 Multi spiral coil 4 Matching circuit 5 High frequency power supply 6 Plasma 7 Wafer 8 Lower electrode 9 Matching circuit 10 High frequency power supply 11 Pulse generator

Claims (6)

真空室に供給された反応ガスを、前記真空室に供給されるプラズマ生成用高周波電力によりプラズマ化することによりラジカルを生成し、そのプラズマで前記真空室内の基板バイアス用高周波電力が印加された試料をエッチング加工するプラズマ処理方法であって、前記プラズマ生成用高周波電力をオンオフ変調することによってラジカル密度をラジカル種ごとに制御してエッチング速度とエッチング選択比を制御し、メインエッチング工程での前記プラズマ生成用高周波電力のオンオフ変調周期に対するオン時間の割合(デューティ比)に対して、前記メインエッチング工程の後のオーバーエッチング工程でのデューティ比を小さくして、前記試料を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。 A sample in which a reactive gas supplied to a vacuum chamber is converted into plasma by high-frequency power for plasma generation supplied to the vacuum chamber to generate radicals, and the plasma is applied with high-frequency power for substrate bias in the vacuum chamber. A plasma processing method for etching a plasma, wherein the on-off modulation of the high-frequency power for plasma generation controls the radical density for each radical species to control an etching rate and an etching selectivity , and the plasma in a main etching step. The sample is processed by reducing a duty ratio in an over-etching step after the main etching step with respect to a ratio (duty ratio) of an on-time to an on-off modulation cycle of the high-frequency power for generation. Plasma treatment method. 前記メインエッチング工程あるいは前記オーバーエッチング工程におけるデューティ比を0.1〜0.8の範囲内とすることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理方法。2. The plasma processing method according to claim 1, wherein a duty ratio in the main etching step or the over-etching step is in a range of 0.1 to 0.8. 前記メインエッチング工程あるいは前記オーバーエッチング工程におけるデューティ比を0.3〜0.7の範囲内とすることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理方法。2. The plasma processing method according to claim 1, wherein a duty ratio in the main etching step or the over-etching step is in a range of 0.3 to 0.7. プラズマ発生用の高周波電源のオンオフ変調を、基板バイアス用高周波電源のオンオフ変調と同期させることを特徴とする請求項1、2または3記載のプラズマ処理方法。4. The plasma processing method according to claim 1, wherein on / off modulation of the high frequency power supply for plasma generation is synchronized with on / off modulation of the high frequency power supply for substrate bias. 前記プラズマ生成用高周波電力あるいは前記基板バイアス用高周波電力のオンオフ変調周期を20μ秒〜200μ秒とすることを特徴とする請求項1、2、3または4記載のプラズマ処理方法。5. The plasma processing method according to claim 1, wherein an on / off modulation cycle of the high frequency power for plasma generation or the high frequency power for substrate bias is set to 20 to 200 [mu] sec. 前記反応ガスがフッ素を含むガスであって、前記試料がPoly−Si上に酸化膜が形成されている試料であることを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載のプラズマ処理方法。6. The plasma processing according to claim 1, wherein the reaction gas is a gas containing fluorine, and the sample is a sample in which an oxide film is formed on Poly-Si. Method.
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