JP3752464B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置(半導体集積回路)の製造過程における、特に微細で深い溝や穴の加工に好適なドライエッチング技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
ドライエッチング技術は、薬液を用いたウェットエッチング技術に比べて微細加工が容易に行えるため半導体集積回路(LSI)の製造に広く用いられている。従来の反応性イオンエッチング(RIE)法を用いた場合、エッチング時のガス圧は10mTorrから100mTorr、反応ガス流量は10sccmから100sccmである。RIE法においては、該圧力の下限よりも低いと放電が不安定になり、該圧力の上限よりも高いと等方性エッチングとなる。従来のドライエッチング装置では、排気速度が1000 l/sec以下のポンプが多用されており、上記反応ガス流量は上記ガス圧に設定可能な範囲の値が選ばれている。
【0003】
また、特公昭52−126174号やソリッド ステ−ト デバイシス アンド マテリアルズ p207,(1990)(Solid State Devices and Materials P207,(1990))にはマイクロ波プラズマエッチング(ECR)技術が開示されている。さらに、ドライプロセスシンポジウムp54,(1988)にはマグネトロン放電型RIEが、ジャ−ナル オブ バキュ−ム サイエンス テクノロジ ビ− 9(2)、310(1991)(Journal of Vacuum Science Technology B9(2),310(1991))にはヘリコン型RIE等のドライエッチング装置が開示されている。これらのドライエッチング装置の反応ガス圧力は0.5mTorr以上であり、ガス流量は20sccm以下である。エッチング速度は、例えば、ECRエッチング法の場合、被エッチング物として多結晶シリコン、反応ガスとして塩素(Cl2)を用い、ガス圧0.5mTorr、ガス流量20sccmとすると約300nm/minの値が得られている。
【0004】
従来のドライエッチング装置の1例として、マイクロ波ドライエッチング装置を図16に示す。101はマイクロ波発生部、102は導波管、104は反応ガス用導入口、105は反応ガス用配管、106はマスフロ−コントロ−ラ、107は発生したプラズマを高密度化するための電磁石、109はシリコンウェ−ハ、110は試料台、111はチャンバ−、112は高周波電源、114は真空ポンプ、117はエッチング処理室をそれぞれ示す。マイクロ波発生部101で発生したマイクロ波は導波管102を伝わりチャンバ−111内に導入され、該チャンバ−111内で反応ガスをプラズマ化する。該プラズマは、試料台110上のシリコンウェ−ハ表面をエッチングする。該ドライエッチング装置においては、一種類のガスは一本のガス配管105と一つのマスフロ−コントロ−ラ105を用いてチャンバ−111内に導入され、該ガス配管105はチャンバ−111に直接取り付けられている。そのガス導入口104の開口部の面積は、ガス配管105の断面積程度である。チャンバ−111内のガス圧は、チャンバ−内に導入される反応ガスの流量が多いほど高く、真空ポンプ114によるチャンバ−内の実効排気速度が大きいほど低くなる。ガス圧が1mtorr以上では数十sccm、0.1mtorr台の低ガス圧領域では数sccmの値が用いられている。また、実効排気速度は真空ポンプの排気速度と排気系統のコンダクタンスで決まり、従来の装置では400 l/sec以下である。
【0005】
導入するガス流量に対する処理室内圧力は次式で表される。
【0006】
P=(q+Q)/S …(1)式
ここで、P(Torr)は処理室内圧力(処理室内の場所により圧力が異なる場合はプラズマ放電部のガス圧力)、qはガスを導入しない場合の装置からのリーク量、Qは導入ガス流量(Torr・l/sec)、Sは装置の実効排気速度(l/sec)である。通常の場合、qはQの1/1000以下でありほとんど無視できる。従来装置では、例えば、ポンプの排気速度(S0)が約1000 l/sec以下のターボ分子ポンプを備え、処理室の排気コンダクタンス(C)は200 l/sec〜1000 l/secで、この時の実効排気速度S0は複数台の排気ポンプの排気速度S1からSn(nはポンプの台数を示す数値)と真空処理室の排気コンダクタンスCにより次式で表され、
1/S0=(1/ΣSn)+1/C …(2)式
従来は実効排気速度100〜400 l/secの排気を行っていた。従って、0.5mTorrにガス圧力を設定すると流すことができるガス流量は4〜20sccmとなっていた。
【0007】
一方、真空処理室内でのガスの流れやすさを表す量として、ガスの処理室内滞在時間があり、これは次式のように表される。
【0008】
τ=V/S(=PV/Q) …(3)式
ここで、Vは真空処理室の総容積である。従来装置においては、上記の通り実効排気速度が100〜400 l/secで、真空処理室容積が100〜300 l程度であり、ガス滞在時間は400msec〜3000msec程度となっていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
LSIの微細化に伴い、0.3μm程度の寸法の溝や穴の加工技術が要求されてきているが、従来のRIE法を用いたドライエッチングでは、ガス圧が高いためガスプラズマ中でのイオンの散乱等により基板に入射するイオンの方向性が乱れ、微細な寸法の溝や穴を高精度に加工することが困難である。
【0010】
反応ガス圧を低くすることにより、ガスプラズマ中のイオンの散乱を防止することができる。上記程度の寸法の溝や穴を異方性加工するためには、試料に入射する斜めイオンの入射角度を1°以下に抑える必要が有り、反応ガス圧(動作圧力)としては1mTorr以下、望ましくは0.5mTorr以下にする必要がある。但し、プラズマを安定に放電させるためには0.01mTorr以上の圧力が必要である。反応ガス圧の低いドライエッチング装置としては、上記ECRエッチング装置、マグネトロン放電型RIE装置及びヘリコン型RIE装置がある。しかしながら、従来のドライエッチング装置においては、反応ガス圧が低いと、エッチング速度が小さくなるという問題が生じる。すなわち、エッチングの方向性を高めることと、エッチング速度高めることとはドレ−ドオフの関係にあり両立することが困難である。
【0011】
さらに、LSIを形成するSiウェハの直径は大型化してきており、例えば、上記ECRエッチング装置では、ウェハを一枚ごとに真空処理室に搬送してエッチング処理する枚葉式ドライエッチング装置が用いられていた。このような装置を用いると、例えば6インチウェハで200nmの厚さのポリシリコンをエッチングするために、200〜300nm/minのエッチ速度で約1〜2分間の処理時間を要する。直径8インチのウェハを用いると、エッチ速度はエッチング面積依存性(いわゆるローディング効果)のために低下し、処理時間が2〜4分間に増え、エッチング処理速度(スループット)が低下するとの問題が生じる。高周波またはマイクロ波の入力パワーを増大してエッチング速度を高めてスル−プットを高めると、イオンエネルギが増大して選択性が低下するとの問題が発生する。上記枚葉式ドライエッチング装置を複数台用いて並列処理することにより、エッチング条件を変えることなくスループットの向上をはかることが可能であるが、装置コストが膨大になる。
【0012】
また、上記ECRエッチング装置では、ガス導入口の開口部の断面積が小さいために、実効的な排気速度を従来の装置よりも大きくしてエッチング処理室117を流れるガス流量を大きくし、例えば、1300 l/sec以上にすると、ガス導入口104からチャンバー111へガスが流れ込むときのガス流速が音速近くまで上昇し、流れの中に衝撃波が生じて流れの中の圧力が不均一になる。この状態では試料上のガス密度の均一性だけでなく、放電によるプラズマの不均一や不安定が生じて、エッチング速度の均一性の低下などの問題を生じる。このため、ガスの流速は音速以下、望ましくは音速の1/3以下にする必要がある。
【0013】
また、ガス導入口104が、エッチング処理室117の排気口である試料台110の横の部分に近いところにある構成では、ガス導入口からチャンバー内に入るガスがチャンバー全体に広がる前に排気口から排気されてしまい、効率よくガスが利用されないという問題があった。また、チャンバー形状によってはガスの流れが十分エッチング処理室117の中心に広がらないという問題があった。
【0014】
また、一種類のガスを流すのに一つのマスフローコントローラ106と一本のガス配管のみを用いていたので、エッチング処理室117内のガスの流れが偏るためにエッチングの均一性が悪くなるという問題があった。
【0015】
さらに、従来の上記装置ではウェハーの大口径化が進むにつれ、ガスの流れがエッチング処理室117の中心に十分広がらないという問題があった。
【0016】
本発明の主たる目的は、微細な寸法を有する溝や穴を高精度に、かつ、高速にエッチングすることのできるドライエッチング技術を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0017】
本発明の他の目的は、スル−プットの大きなドライエッチング技術を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0018】
本発明の他の目的は、異方性の高いドライエッチング方法及びドライエッチング装置を提供することにある。
【0019】
本発明の他の目的は、選択性の高いドライエッチング技術を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0020】
本発明の他の目的は、1mTorr以下、望ましくは0.5mTorr以下の低ガス圧力において500nm/min以上、望ましくは1000nm/min以上の高エッチ速度を得るドライエッチング技術を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0021】
本発明の他の目的は、均一性の良好なドライエッチング技術を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0022】
本発明の他の目的は、ウェハ表面や処理室内壁への反応生成物の再付着による汚染の少ないドライエッチング技術を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明の主たる特徴は以下のとおりである。
主面に所定パターンのマスクを有する半導体基体を準備する工程、エッチング処理室内に前記半導体基体を設置する工程と、前記処理室内にガスを供給し、前記ガスをプラズマ化し、前記プラズマにより前記半導体基体の主面に前記マスクパターンに対応した所定深さのトレンチを形成する工程とを含み、前記トレンチの形成工程において、前記処理室内のガスを、排気速度が2000 l/s以上となるターボ分子ポンプを用いて排気する半導体装置の製造方法にある。
そして、より具体的な手段は、真空処理室内におけるガス圧を5mTorr以下望ましくは1mTorr以下とし、かつ、実効排気速度500 l/sec以上で反応ガスの滞在時間を300msec以下、望ましくは実効排気速度1300 l/sec以上で反応ガスの滞在時間を100msec以下とすることにより達成される。
【0024】
図33に、本発明の具体的な排気速度、ガス圧力制御範囲とその効果を示す。前述したように、ガス圧力は、エッチング方向性(異方性)を制御するパラメータであり、排気速度はエッチ速度を制御するパラメータである。従来エッチングでは、実効排気速度は約400 l/sec以下の低速排気のため、マイクロ波エッチング等高密度プラズマエッチング装置を用いても低エッチ速度の問題があり、また低ガス圧において入射粒子の方向性が揃ってもマスクとの選択比が小さいこと等のため実際には高異方性加工が困難であった。
【0025】
本発明の主な適用範囲は、図に示す三つの領域に分けることができる。すなわち、
(1)ガス圧力の領域によらず、従来の1.5倍以上の中程度のエッチ速度高速化を目的とする領域、すなわち、実効排気速度800 l/sec以上を必要とする領域、
(2)従来の1.5倍以上の中程度のエッチ速度高速化、従来の1.5倍以上の中程度の高異方性を目的とする領域、すなわち、実効排気速度500 l/sec以上、ガス圧力5mTorr以下を必要とする領域、
(3)従来の2倍以上の高速化、従来の2倍以上の高異方性を目的とする領域、すなわち、実効排気速度1300 l/sec以上、ガス圧力1mTorr以下を必要とする領域、
である。
【0026】
プロセス向上の点のみからすると(3)の方式が最適であるが、半導体製造プロセスには種々の加工工程があるため、装置のコストを考慮にいれると、低コストで要求性能を得るために、(1)や(2)の適用法も可能である。
【0027】
前述の(1)式により、ガス圧力P、排気速度S、ガス流量Qの関係は、P=Q/Sで表されるので、上記手段を満足するために必要なガス流量は必要最低ガス圧力を0.5mTorr、実効排気速度を800 l/secとすると32sccmとなる。しかし、実際にはガス圧力の微調整をするため、この変動分を考慮し、望ましくは40sccm以上となる。
【0028】
ここで、ガス圧力は0.01mTorr以下で放電が不安定になるので、ガス圧力の下限は0.01mTorrを越えることが望ましい。
【0029】
また、排気速度は装置の大きさを考慮にいれると、最大でも実効排気速度100000 l/secを越えるべきではない。
【0030】
また、ガス滞在時間は、真空処理室の容積と上記排気速度の上限、及びエッチング表面反応の反応時間を考慮に入れると、0.1msec以上とするべきである。
【0031】
また、ガス流量は、ガスの使用コストとガス流制御を考慮に入れると、10000sccmを越えるべきではない。
【0032】
第二に、前項の目的は、ガス導入口の面積を広げて導入ガスの流速を音速の1/3以下とすること、ガス導入口とガス配管の間にガスバッファ室を設けること、排気口と試料台とを近接して設け、該試料台とチャンバへのガス導入口取り付け位置を離すとともに、該チャンバ−の中心方向に設けること、マスフローコントローラでガス流量を制御してガスを流すガス配管及びガス導入口をチャンバーの周りに対称性よく複数取り付けること、ガスの流れを制御するじゃま板をチャンバー内に設けること、エッチング処理室の高さ/幅の比を0.5以上とすること、ガス導入口の高さをエッチング処理室の上部から1/3以内の位置に設けること、排気系とエッチング処理室の間に真空バッファ室を設けること、典型的には、ポンプの排気速度を2500 l/sec以上、望ましくは4000 l/sec以上にし、排気コンダクタンスを2000 l/sec以上、望ましくは3000 l/sec以上にして実効排気コンダクタンスを1300 l/sec以上にすること等により、効果的に達成される。
【0033】
第三に、前項の目的は、チャンバ−内における反応ガスの滞在時間を100msec以下とするとするとともに、さらに大型ベッセルを用いて大口径ウェハを多数枚を同時にバッチ処理することにより達成される。
【0034】
さらに、上記目的は、大型ベッセル内の試料台の中心部に排気口を設けること、大型ベッセルの真空室内に導入するガス流量を100sccm以上とすること、試料台となる電極面積を5000cm2以上とすること、処理室、及び排気管の総排気コンダクタンスを3300 l以上とし、かつ、排気速度5000 l/sec以上の排気ポンプを用いること、実効排気速度を2000 l/sec以上とすること等により、効果的に達成される。
【0035】
従来のドライエッチング装置では、ガス圧力を低くするとエッチング速度は著しく減少し、実用的なエッチング速度が得られなくなる。これは、ガス圧力を低くすると反応室内のイオン数が減少するためであると考えられている。本発明者らは、ガス圧力を低くし、かつ、高エッチング速度を得るために種々の検討を重ねた。その結果、イオンが最初に被エッチング物と衝突する際、エッチングが生じることを見出した。即ち、未反応のイオン(反応性ガス)が既反応イオン(反応生成物)に比べて反応室内に多数存在すれば、ガス圧力が同一でもエッチング速度を高めることができることを見出した。そこで、さらに、未反応のイオンと反応生成物との割合を決定する要因について検討を行った。
【0036】
図5は、ガス流量を変化させた時の反応性ガスと全入射粒子(反応性ガス+反応生成物)の基板への入射割合Rを計算した結果である。即ち、該入射割合Rは、
R=1/(1+2.735×1021・A・P/(α・Q)) …(4)式
で与えられる。ここで、C1は被エッチング物及びエッチングガスにより決まる定数で、0.1から10の範囲の値を有する。Aはエッチングされる面積、Pはガス圧、αはガスの利用率を表し、エッチング装置における導入ガスの放電効率やエッチング処理室の形状等により決まる定数で10から100%の範囲の値を有する。Qはガス流量である。図5は、エッチング面積Aを78.5cm2、ガス利用率αを42%、ガス圧力を0.5mTorrとして表示したものである。この結果から、反応性ガスの割合はガス流量とともに増大することがわかる。一方、図6にガス流量を変化させた時のガス滞在時間の変化を式(3)を用いて計算で求めた結果を示す。ガス流量が増大するとガス滞在時間は急激に減少する。従って、ガス流量の増加にともないエッチング反応を阻害する反応生成物の処理室内滞在時間が減少し、速やかに処理室外に排気されるため、エッチング反応が促進され、エッチング速度が増大する。しかしながら、単にガス流量を大きくすると、図17に示すように動作圧力(ガス圧力)が大きくなり、その結果、異方性が低下する。動作圧力(ガス圧力)を変えず、ガス流量を大きくする方法については、図17に示すように実効排気速度(エッチング処理内部におけるガス流量)が大きいほど同一動作圧力でのガス導入口でのガス流量が大きくなることになる。即ち、実効排気速度を大きくすることにより、同一動作圧力でのガス流量を大きくすることができる。
【0037】
図7は反応性ガス及び全入射粒子の割合とガス滞在時間との関係を式(3)及び式(4)を用いて求めた結果を示す。なお、真空処理室内の総容積は100 l、エッチング面積Aは78.5cm2、ガス利用率αは42%として求めた。図7から、ガス滞在時間の減少とともに反応性ガスの割合が増大し、1secから100msecの間に大幅に変化することがわかる。従って、エッチング反応を効率良く行うためには、反応性ガスの割合をウェハ入射全粒子の60%以上とした場合、図5からガス流量を40sccm以上、望ましくは100sccm以上、また、図7からガス滞在時間を100msec以下、望ましくは50msec以下にすればよいことがわかる。
【0038】
エッチング処理室内の容積が1000 l以下の場合、該室内を流れるガス流量を1300 l/sec以上とすることにより、上記ガス滞在時間を実現できる。また、ガス導入口の総開口部面積を150cm2とすることによりガス導入口でのガス流速を音速の1/3以下とすることが可能となり、ガスの流れが圧縮性になることを防ぐことができた。これにより、ガスの流れに発生する衝撃波を抑えることができ、プラズマの不安定性や不均一性を抑制することができた。
【0039】
ガス導入口を、エッチング処理室の排気口である試料台の横の部分から遠い位置に取り付けた結果、ガスの流れがチャンバー内に十分広がるようになり、効率よくガスがプラズマ化されるのでエッチング処理速度と均一性が増加した。またその向きをチャンバー中心方向に向けたためにチャンバー中心方向にガスが十分流れるようになり、そのためエッチング速度と均一性が向上した。
【0040】
マスフローコントローラでガス流量を制御してガスを流すガス配管をチャンバーの周りに対称性よく複数取り付けることにより、チャンバー内のガスの流れの偏りを防止することができた。その結果、エッチングの均一性が上昇した。ガス導入口の取り付けも対称性を考慮したため、ガスの流れの均一性が改善された。また、じゃま板を取り付けることにより、チャンバー内のガスの流れを制御することが可能になり、特にプラズマを生成する場所にガスの流れを作ることができ、エッチング速度が増加した。
【0041】
チャンバーの高さ/幅の比を0.5以上にすることにより、チャンバー中心方向へ十分にガスが流れるようになった。これを図15を用いて説明する。図に示したのはエッチング処理室内のガスの流れの密度がエッチング処理室の高さ/幅の比にどのように影響を受けるかをシミュレーションした結果である。エッチング処理室の高さ/幅の比を大きくすればエッチング処理室の中心であるウェハー上部の流れの密度が大きくなり、均一性が向上することがわかる。このように本発明ではエッチング処理室の中心へ効率よく均一にガスが流れるようにできたので、プラズマ密度が増加し、プラズマの均一性がよくなった。その結果、低圧力領域でもエッチング速度が速く均一性の良いエッチングを行うことができるようになった。
【0042】
ドライエッチング装置では動作圧力が低いほど、プラズマからウェハに入射するイオンの散乱の頻度が減り、エッチングの異方性が高くなる。本発明によれば、実用的なエッチング速度で低圧力動作による異方性エッチングを均一性よく行なうことができる。
【0043】
大型の真空処理室を用いてドライエッチングを行うことにより、一度に多数の試料を処理することができるのでスル−プットを向上することができる。大型ベッセルを用いた場合、特に、エッチング反応によって発生する反応生成物を速やかに処理室外に排気することが重要である。そのために、高速排気が必要である。従来装置では、例えば、ポンプ排気速度が約1000 l/sec以下のターボ分子ポンプを備え、排気コンダクタンスCが200 l/sec〜1000 l/secで、100〜400 l/secであった。従って、5mTorrにガス圧力を設定すると流すことができるガス流量は40〜200sccmとなっていた。本発明では、大型ベッセル装置において前述のような高速排気ポンプと大きい排気コンダクタンスにより実効排気速度1300 l/sec以上、望ましくは2000 l/sec以上にし、5mTorrで800sccmのガス流量を流すことが可能である。
【0044】
図18は真空処理室容積を100 lから10000 lまで変化させた場合の、実効排気速度とガス滞在時間の関係を示す。処理室容積が100 lの場合実効排気速度を700 l/sec以上、容積500 lでは3600 l/sec以上、容積10000 lでは70000 l/sec以上の実効排気速度とすることにより、ガス滞在時間を100msec以下にすることができる。一例として実効排気速度70000 l/secを実現するためには、前記(2)式から、例えば140000 l/secの排気速度のポンプを用い、140000 l/secの排気コンダクタンスの真空処理室を用いればよい。
【0045】
また、試料台の中心部に排気口を設けることにより、試料台の中心と周辺での処理ガス密度を均一にすることができる。
【0046】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
本発明による高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置の一実施例を図1に示す。真空処理室1にエッチングガスを導入し、マイクロ波発生器2において2.45GHzの高周波を発生させ、これを導波管3により放電部4に輸送してガスプラズマ5を発生させる。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル6が放電部周囲に配置され、875ガウスの磁場により電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance: ECRともいう)により高密度のプラズマが発生される。放電部には試料台7があり、この上に設置されたウェハ8をガスプラズマによりエッチング処理する。処理後のエッチングガスはガス導入口9から放電部4、真空処理室1を経て排気管10から排気ポンプ11により真空処理室外へ排出される。この際、コンダクタンスバルブ12を可変にすることにより、排気速度を変えることができる。処理ガスはガス流量コントローラー13を通しガス配管14を経てガス導入口9からメッシュ状に小孔の開いたバッファ室15を通して放電部4へ導入される。ガス導入口9は2個所以上設け、放電部中心軸に対して対称に配置した。エッチング時のガス圧力はプラズマ放電部に設置したガス圧力センサ23により測定した。これにより、プラズマ放電部におけるガス流量、ガス圧力、ガス排気速度、ガス滞在時間を決定できる。ウェハを設置する試料台には、ウェハを0℃以下に冷却する冷却機構16が備えられ、13.56MHzから400KHzのRFバイアス17が印加できる。真空処理室にはヒータ18が付いており、50℃以上に加熱できる。
【0047】
排気ポンプには排気速度2000 l/secのターボ分子ポンプ2台を用い、総排気速度4000 l/secにして放電部の中心軸に対して対称に配置した。また、真空処理室の実質的なガス排気口部分10もウエハ中心軸に対して対照に配置した。これにより、排気コンダクタンスを極力大きくしながら、ガスの流れをウェハ中心に対して対照にすることができた。ガスの通路となる放電部、真空処理室、排気管及びコンダクタンスバルブの総排気コンダクタンスは4000 l/secとした。このために、放電部4の下方部の直径を上方部より大きくし、これにともなって、この部分に設置する磁場コイル6の直径も、その上部に位置するコイル直径より大きくした。エッチング時のウェハ位置は、最下段のコイルの厚み方向の中心よりも下に位置させ、放電部の下方の排気コンダクタンスを極力大きくする構造とした。この時、最大実効排気速度は2000 l/secである。また、放電部、真空処理室、排気管の総容積は100 lであり、真空処理室内のガス滞在時間は前述の(3)式より50msecである。
【0048】
この高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置を用いて、Siトレンチに用いられるSi単結晶のエッチングを行なった。試料は、Si基板を500nmの厚さに熱酸化膜し、その上にホトレジストマスクを形成し、酸化膜をドライエッチングして直径0.1μmから1.0μmのホ−ルパタ−ンを形成後、ホトレジストを除去してSiO2マスクを形成したものである。エッチングガスにはCl2を用い、ガス圧力0.5mTorr、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは2MHzで20W、ウェハ温度は−30℃とし、ガス流量を2から100sccmまで変化させた。磁場強度分布は放電部の上方から下方に向けて小さく、ECR条件を満たす875ガウスの位置はウェハ上方40mmであった。この時のSiエッチ速度のガス流量依存性を図2に示す。2sccmでは80nm/minのエッチ速度はCl2ガス流量とともに増加し、100sccmにおいて1300nm/minとなった。また、同様のエッチング条件による、ガス圧力とSiのマスクからのアンダーカット量の関係を図3に示す。Siのエッチング形状は、0.5mTorrの低ガス圧力であるため高い方向性が得られ、5μmの深さのSi深孔のアンダーカット量は0.03μm以下で、ガス流量依存性はほとんどなかった。図4に、本発明による実効排気速度2500 l/secの装置、及び従来の実効排気速度150 l/secの装置を用いた場合のSiエッチング速度のガス圧力依存性を示す。エッチング条件は図2の結果におけるものと同様である。従来エッチング装置ではガス圧力低下とともにSiのエッチング速度は大幅に減少している。これはガス滞在時間が470msecと長く、また、排気速度が遅いため低ガス圧でガス流量が減少していることによる。高排気速度の本発明装置を用いると、0.5mTorr以下の低ガス圧において従来装置の10倍以上のエッチ速度が得られ、0.5mTorr以下で1μm/min以上の高速エッチングを行なうことができた。一方、エッチング速度の孔径依存性は小さく0.1μmから1.0μmの間の孔径において速度差は3%以内であった。また、ガス流量を変化させても、SiO2のエッチ速度はほとんど変化せず、ガス流量100sccmにおいてエッチングマスクに用いたSiO2との選択比(Si/SiO2)は約50であった。
【0049】
また、リンドープポリシリコンのエッチングでも図2および図3とほぼ同様の結果が得られ、Cl2流量100sccmで1500nm/minで、アンダーカット量は0.03μm以下であった。
【0050】
(実施例2)
図1に示す高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置により、コンタクトホールに用いられるSiO2のエッチングを行った。試料はSi基板上に2μmの厚さにCVD法でSi酸化膜を形成し、その上に、ホトレジストマスクを形成した。エッチングガスにはCHF3を用い、ガス圧力0.5mTorr、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは800KHzで200W、ウェハ温度は−30℃とし、ガス流量を2から100sccmまで変化させた。2sccmでは50nm/minのエッチ速度はCl2ガス流量とともに増加し、100sccmにおいて500nm/minとなった。SiO2のエッチング形状は、0.5mTorrの低ガス圧力であるため高い方向性が得られ、2μmの深さのSiO2深孔のアンダーカット量は0.05μm以下で、ガス流量依存性はほとんどなかった。さらに、エッチング速度の孔径依存性は小さく0.1μmから1.0μmの間の孔径において速度差は3%以内であった。また、ガス流量を2sccmから100sccm増大させた時のSiO2とホトレジストとの選択比は、2倍以上増大した。
【0051】
(実施例3)
図8に高速排気反応性イオンエッチング(RIE)装置の実施例を示す。磁場コイルを備えた磁場印加型であるため、1mTorr以下でも放電は可能である。真空処理室1にエッチングガスを導入し、13.56MHzの高周波で放電しガスプラズマ5を発生させる。放電部には試料台7があり、この上に設置されたウェハ8をガスプラズマによりエッチング処理する。処理後のエッチングガスはガス導入口9から真空処理室1を経て排気管10から排気ポンプ11により真空処理室外へ排出される。この際、コンダクタンスバルブ12を可変にすることにより、排気速度を変えることができる。処理ガスはガス流量コントローラー13を通しガス配管14を経てガス導入口9からメッシュ状に小孔の開いたバッファ室15を通して真空処理室1へ導入される。ガス導入口9は2個所以上設け、放電部中心軸に対して対称に配置した。ウェハを設置する試料台には、ウェハを0℃以下に冷却する冷却機構16が備えられている。真空処理室にはヒータ18が付いており、50℃以上に加熱できる。
【0052】
排気ポンプには排気速度2000 l/secのターボ分子ポンプ2台を放電部の中心軸に対して対称に配置した。ガスの通路となる放電部、真空処理室、排気管及びコンダクタンスバルブの総排気コンダクタンスは4000 l/secとした。この時、実効排気速度は2000 l/secである。また、放電部、真空処理室、排気管の総容積は100 lであり、真空処理室内のガス滞在時間は前述の(3)式より50msecである。
【0053】
図8に示す高速排気反応性イオンエッチング装置により、多層レジストマスクに用いられるホトレジストのエッチングを行った。試料は、Si基板上にホトレジストを1.5μmの厚さに塗布しベークし、SOG(Spin−On−Glass)やチタンシリカ等の中間層を形成し、その上にホトレジストでパターニングを行った後、中間層をドライエッチングして下層ホトレジストをエッチングするためのマスクを形成したものである。エッチングガスにはO2を用い、ガス圧力0.5mTorr、RFパワー500W、ウェハ温度は−100℃とし、ガス流量を2から100sccmまで変化させた。2sccmでは100nm/minのエッチ速度はCl2ガス流量とともに増加し、100sccmにおいて1000nm/minとなった。レジストのエッチング形状は、0.5mTorrの低ガス圧力であるため高い方向性が得られ、1.5μmの深さのレジストのアンダーカット量は0.05μm以下で、ガス流量依存性はほとんどなかった。さらに、エッチング速度の孔径依存性は小さく0.1μmから1.0μmの間の孔径において速度差は3%以内であった。
【0054】
(実施例4)
本発明の一実施例を図9に示す。マイクロ波発生器101から発生したマイクロ波は導波管102を通り、マイクロ波導入口を通してチャンバー111内のエッチング処理室117に送られる。ガスはマスフローコントローラ106で流量を調節した後、ガス配管105を通してエッチング処理室117に送られる。ガスはガス配管105の後に備え付けられたガス導入口104を通ってエッチング処理室117に広がる。
【0055】
エッチング処理室117に入ったガスはじゃま板108により流れを制御されてエッチング処理室117の中心部の密度が均一になるように流れる。このガスの流れはウェハー109の上部でマイクロ波により励起されてプラズマ状態になる。このプラズマにより活性な粒子を生成してウェハーのエッチングを行なう。この時に電磁石107により外部磁場を印加することによりマイクロ波のエネルギーが効率よくプラズマに伝わるように調整する。
【0056】
試料台には高周波電源112により高周波電圧を印加することができる。この電源によりウェハー109にバイアス電圧を印加して入射イオンの方向性やエネルギーを制御する。この試料台に冷却機構や加熱機構を装備すればウェハー温度を制御したエッチングを行なうこともできる。
【0057】
ガス導入口104からチャンバー111内に入り、エッチング処理室117でプラズマ状態になってウェハー109でエッチング反応に用いられたガスの流れは、反応生成物とともにエッチング処理室117からみた排気口である試料台110の横を通り、排気バッファ室113を介して真空ポンプ114により排気される。
【0058】
高排気速度の真空ポンプを用いるときや、真空ポンプを複数用いるときには、チャンバー111に直接真空ポンプ114を取り付けるのではなく、排気バッファ室113を介してチャンバー111に取り付けることにより、エッチング処理室117からみた排気口である試料台の横の排気速度を均一化することができる。その結果、ガスの流れにムラがなくなるために、均一性のよいエッチングが可能になる。
【0059】
本実施例のガスの流れを制御するための構成要素にはガス導入口104とじゃま板108と排気バッファ室113がある。
【0060】
ガス導入口104は従来の装置では特に何も処理がされていなかった。ガス配管105をチャンバー111に直接接続し、その接続位置も特に考慮はされていなかった。従来の装置の一例を図16に示している。ガス配管105はチャンバー111に直接取り付けてある。
【0061】
本発明ではガス導入口の開口部の面積を広げることにより、ガス流速が音速の1/3を越えないようにすることを特徴とする。図9に示した実施例ではガス配管105がチャンバー111と接続する部分にガス導入バッファ室116を設けて、そのバッファ部の壁面に複数のガス導入口104を設けることにより、ガス導入口の開口部面積を増やしてガス流速を音速の1/3以下に抑えている。
【0062】
マスフローコントローラ106通してガス配管105を流れるガスの圧力は1気圧程度であり、そのガスを直接チャンバーの中に流し込むと、圧力差からチャンバーにガスが入るところで流れが乱れやすい。本実施例ではガス配管105とチャンバー111との間にガス導入バッファ室116を設けたことにより、圧力差による流れの乱れを抑えることもできる。
【0063】
さらに本実施例ではマスフローコントローラ106を含めたガス配管105をチャンバーの周りに対称性を考慮して複数取り付けることにより、ガスの流れの均一性を上げている。
【0064】
プラズマはエッチング処理室の中心付近に生じる方が活性粒子が効率良くウェハーに入射し、均一性も上昇する。エッチング処理室117の壁面に沿って流れるガスの流れはエッチングに対する寄与が小さい。そこで本実施例ではこのチャンバー111の壁面を流れるガスの流れをチャンバーの中心付近に流れるように流れを制御するために、じゃま板108を取り付けた。じゃま板108は流れのコンダクタンスを悪くする副作用もあるので、あまり大きなものを取り付けると逆効果になる可能性もある。本実施例ではガス導入口104から、エッチング処理室117の排気口になる試料台110とチャンバー111の間の隙間が見えなくなり、かつウェハー109の上にかからないようにした。
【0065】
さらに本実施例ではチャンバー111と真空ポンプ114の間に排気バッファ室113を取り付けたことも流れを制御する特徴の一つである。流れを均一にするためには排気系も対称性がよいことが望ましい。しかし、試料台112にはバイアス印加電圧のための高周波電源112を接続したり、ウェハー109の温度制御をする低温ドライエッチングを行なうために、冷媒を流すための冷却機構を取り付けたりする必要がある。そのために、真空ポンプを含めた排気系を対称性良く配置することは難しい。本実施例で取り付けた真空バッファ113は真空ポンプ114の排気能力がエッチング処理室117の排気部分に均一にかかるようにする働きがある。さらに排気能力を上げるために複数の真空ポンプを取り付けるときなども、排気バッファ室113はエッチング処理室117の排気を均一にする働きの効果が高い。
【0066】
図10は本実施例のチャンバー111のガス配管105を含んだ水平方向の断面図である。ここではガス配管105は4本取り付けてあるが、ガス導入バッファ室116があるのでガス配管105は1本でもよい。しかし流れを均一にするためには対称性を考慮して複数本取り付けた方がよい。
【0067】
以上のような構成のマイクロ波ドライエッチング装置を用いて0.3〜0.5μmの穴や溝をSi基板表面に形成した。試料はレジストマスク、もしくはSiO2マスクによりパターンを形成したものを用い、マイクロ波パワー400W、圧力0.5mTorr、ガス流量50sccm、RFバイアス30W(13.56MHz)の条件で、SF6ガスを用いた。その結果、エッチング速度は500nm/min以上であった。また、サイドエッチ量は0.05μm以下であり、良好な垂直形状を得ることができた。
【0068】
(実施例5)
図11は本発明の他の一実施例を示したものである。この実施例ではガス導入バッファ室116を円周状ではなく、ガス配管105に対応した数の孤立したガス導入バッファ室116を取り付けた。均一性を比べると図9に示した実施例の方がよいが、装置を作成するのは、図11に示した実施例の方が簡単にできるという長所がある。
【0069】
じゃま板108も円周状でなく、孤立したものを複数取り付ける方法がある。また円周状のじゃま板108をチャンバー111の違う高さの場所に複数取り付けたり、円周状のじゃま板と孤立したじゃま板を組み合せて使ったり、大きさや形の違うじゃま板をチャンバー111内のさまざまな部分に取り付けて、ガスの流れを制御することができる。このように、バッファ室116を設けることにより、該室を設けない場合に比べて8インチウェ−ハ内のエッチング速度の均一性が2倍以上向上し、±10%以下にすることができた。
【0070】
(実施例6)
図12は本発明の一実施例として他のガス配管法を説明したものである。この例ではガス配管105がチャンバー111に複数の部分で接続しているのに対し、ボンベ115から流れてくるガスを1つのマスフローコントローラ106だけで流量を制御している。1つのマスフローコントローラだけで流量を制御しているので、流量を正確に制御でき、装置構造も簡単にできるという長所があるのに対し、マスフローコントローラ106からチャンバー111までのガス配管105の距離が変わってくるために、エッチング処理室117内のガスの流れの均一性が多少悪くなる欠点がある。しかし、ガス導入口バッファ室116の大きさを場所によって変化させたり、ガス導入口104の開口面積や開口率を場所によって変化させたり取付け高さを調節することにより、ガスの流れの均一性をシステムとして調整することもできるので、均一性の低下は実用上はそれほど問題にならない。
【0071】
このように、複数のガス配管105を用いることにより、単一ガス配管の場合に比べて8インチウェ−ハ内のエッチング速度の均一性が2倍以上向上し、±10%以下にすることができた。
【0072】
(実施例7)
図13は本発明の一実施例として他のガス配管法を説明したものである。チャンバー111に接続する複数のガス配管105に対して、それぞれ一つ以上のマスフローコントローラ106を用いて1つ以上のボンベ115からのガス流量を制御することが本実施例の特徴である。それぞれのマスフローコントローラ106を流れるガス流量を調整することによりチャンバー111内のガスの流れを均一にすることができる。また同一ガス種のボンベを複数用いることによりそのガスのエッチング処理室内の流れを均一にするという使用法の他に、異なる種類のガス種をエッチング処理室で混合するために違うガス種のボンベを使用する方法も行なうことができる。それぞれのガス種に対するガス配管の数や位置、そしてその中を流れるガス流量を調節することにより、異なる種類のガスを十分均一に混合して、なおかつその混合ガスのエッチング処理室内での流れを均一にすることができる。このように、複数のガス配管105と複数のガスボンベを用いることにより、単一ガス配管、単一ガスボンベを用いる場合に比べて8インチウェ−ハ内のエッチング速度の均一性が2倍以上向上し、±10%以下にすることができた。
【0073】
(実施例8)
本発明の他の一実施例を図14に示す。この実施例ではマイクロ波導入窓103の下にガス導入バッファ室116を取り付け、ウェハー109の上部にガス導入口104を形成した。この方法はガスの流れの均一性が良くなり、特にチャンバー中心部のガス流量密度が増加するという長所を持つ。しかしマイクロ波の通り道にガス圧力が高い部分が生じるために、マイクロ波の進行を妨げたり、ガス導入バッファ室116内で放電を起こす可能性があるという問題点もある。しかしこれはマイクロ波のパワーや電磁石107による調整、ガス導入口バッファ室116内の圧力上昇を抑えるためにガス流量に時間変調をかけたり、その時間変調と同期してマイクロ波を投入するようにして回避することができるために、実用上はそれほど問題ではない。
【0074】
(実施例9)
本発明による大型ベッセル高速排気反応性イオンエッチング(RIE)装置の実施例を図19示す。真空処理室201にエッチングガスを導入し、13.56MHzの高周波202で放電しガスプラズマ203を発生させる。真空処理室は直径120cm、高さ約40cmの円筒型で、電極は平行平板型のカソードカップリング型で、上部電極204がアース電位、下部電極205が高周波印加電極であり、下部電極がウェハを載置する試料台になっている。下部電極の直径は90cmで、エッチングの均一性向上のため、下部電極中央部にも処理ガスを排気できる直径10cmの排気口206を設け、下部電極の中央と周辺の両方から真空処理室外へ排気した。電極面積は約6300cm2あり、8インチウェハ207を6枚載置して同時にエッチング処理した。処理ガスの排気速度はコンダクタンスバルブ208を可変にすることにより変えることができる。処理ガスはガス流量コントローラー209を通しガス配管210を経てガス導入口211からメッシュ状に小孔の開いたバッファ室212を通して真空処理室201へ導入される。ガス導入口211は2個所以上設け、放電部中心軸に対して対称に配置した。ウェハを設置する試料台には、ウェハを0℃以下に冷却する冷却機構213が備えられている。真空処理室にはヒータ214が付いており50℃以上に加熱できる。
【0075】
排気ポンプには排気速度6000 l/secのターボ分子ポンプ2台を放電部の中心軸に対して対称に配置した。ガスの通路となる放電部、真空処理室、排気管及び全開のコンダクタンスバルブの総排気コンダクタンスは12000 l/secであった。この時、実効排気速度は6000 l/secである。また、真空処理室、排気管の総容積は約500 lであり、真空処理室内のガス滞在時間は前述の(3)式より83msecである。
【0076】
図19に示す高速排気反応性イオンエッチング装置により、Si単結晶のエッチングを行なった。試料は、8インチSi基板の上にホトレジストマスクを形成したもので、試料台に6枚同時に載置した。エッチングガスにはCF4を用い、ガス圧力200mTorr、RFパワー2KW(パワー密度は0.32W/cm2)、ウェハ温度は−50℃とし、コンダクタンスバルブの開度を変えることにより排気速度を変えてガス滞在時間を変化させた。このとき、ガス圧力は一定でガス流量を変化させた。この時のSiエッチ速度のガス流量依存性を図20に示す。ガス流量50sccmの時、Siエッチ速度は100nm/minであったが、ガス流量900sccmでは800nm/minにエッチ速度が増大した。この時、1μmの深さにエッチングしSiのマスクからのアンダーカット量は0.1μm以下であった。また、Siとホトレジストとの選択比は4.0であった。エッチ速度のウェハ内及びウェハ間均一性は±5%以下であった。
【0077】
(実施例10)
本発明による大型ベッセル高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置の実施例を図21示す。真空処理室201には5個所のマイクロ波放電部216が設置され、それぞれ独立にガスプラズマ203を発生させることができる。真空処理室内に配置された試料台上で5個所のマイクロ波放電部の下にそれぞれ、合計5枚の8インチウェハ207を設置し、同時にエッチング処理した。試料台内部で5個所のウェハ設置部の近辺にそれぞれガス排気口206を設けた。ガスプラズマは、真空処理室201にエッチングガスを導入し、マイクロ波発生器217において2.45GHzの高周波を発生させ、これを導波管218により放電部216に輸送して発生させる。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル219が放電部周囲に配置され、875ガウスの磁場により電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance: ECRともいう)により高密度のプラズマが発生される。エッチングガスはガス導入口211から放電部219、真空処理室201を経て排気ポンプ215により真空処理室外へ排出される。排気速度はコンダクタンスバルブ208を可変にすることにより変えることができる。処理ガスはガス流量コントローラー209を通しガス配管210を経てガス導入口211からメッシュ状に小孔の開いたバッファ室212を通して放電部216へ導入される。ガス導入口211は2個所以上設け、放電部中心軸に対して対称に配置した。ウェハを設置する試料台には、ウェハを0℃以下に冷却する冷却機構213が備えられ、13.56MHzから400KHzのRFバイアス202が印加できる。真空処理室にはヒータ214が付いており、50℃以上に加熱できる。
【0078】
排気ポンプには排気速度20000 l/secのターボ分子ポンプ2台を放電部の中心軸に対して対称に配置した。ガスの通路となる放電部、真空処理室、排気管及び全開のコンダクタンスバルブの総排気コンダクタンスは40000 l/secとした。この時、実効排気速度は20000 l/secである。また、真空処理室、放電部、排気管の総容積は約2000 lであり、真空処理室内のガス滞在時間は100msecである。
【0079】
図21に示す大型ベッセル高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置により、Si単結晶のエッチングを行なった。試料は、8インチSi基板の上にホトレジストマスクを形成したもので、試料台に5枚同時に載置した。エッチングガスにはCF4を用い、ガス圧力5mTorr、マイクロ波パワー2KW、RFバイアスは2MHzで200W、ウェハ温度は−50℃とした。この時のSiエッチ速度は、ガス流量900sccmにおいて1.5μm/minであった。この時、1μmの深さにエッチングしSiのマスクからのアンダーカット量は0.1μm以下であった。また、Siとホトレジストとの選択比は3.0であった。エッチ速度のウェハ内及びウェハ間均一性は±5%以下であった。
【0080】
(実施例11)
図1に示す高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置により、8インチウェハ上に総面積の異なるパターンを形成して、Alエッチングを行った。エッチング条件はCl2ガス圧力3mTorr、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは2MHzで50W、ウェハ温度は0℃とした。ウェハ口径を6インチから8インチに変化させた場合の実効排気速度(以下の実施例内容説明では単に排気速度と表す)とエッチ速度の関係を、図22に示す。ウェハ内エッチング面積比率は50%である。ガス圧を一定(3mTorr)にしているので、排気速度(Sl/sec)に対するガス流量(Q sccm)は、Q=79.05×S×0.003である。
【0081】
従来の低速排気(約200 l/sec)のAlエッチングでは6インチの場合、エッチ速度は約0.8μm/minであった。排気速度を500 l/secにすると、エッチ速度は約1.5倍の1.2μm/minとなり、800 l/secでは約1.8倍の1.4μm/minになり、1300 l/secでは2倍の1.6μm/minとなった。8インチウェハでは、より顕著な変化が認められ、800 l/secでは従来の2.4倍、1300 l/secでは従来の約3倍になった。
【0082】
従って、8インチウェハで従来エッチ速度(6インチ、200 l/sec)の1.5倍以上を得ようとすると、少なくとも800 l/sec以上が必要であることがわかり、2倍以上を得ようとすると少なくとも1300 l/sec以上が必要であることがわかった。
【0083】
なお、このようなエッチ速度の面積依存性はAl以外にSi等の他材料でもほぼ同様に見られ、8インチウェハで従来エッチ速度の1.5倍以上を得るためには、800 l/sec以上の排気速度が必要であった。またガス圧力、マイクロ波パワー、試料温度、バイアス等のエッチング条件の異なる場合も同様に、8インチウェハで従来エッチ速度の1.5倍以上を得るためには、800 l/sec以上の排気速度が必要であった。
【0084】
(実施例12)
図1に示す高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置により、ECR面(プラズマ内で磁場が875Gになる面)とウェハとの距離(ECR面距離)を変化させて、Siエッチングを行った。エッチング条件はCl2ガス圧力0.5mTorr、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは2MHzで20W、ウェハ温度は−30℃とした。排気速度を変化させた場合のECR面距離とエッチ速度の関係を図23に示す。従来排気速度(200 l/sec)ではECR面距離を0から150mmに遠ざけるとエッチ速度は300から100nm/minまで減少した。一方、500 l/secの高速排気によるエッチングではECR面距離が150mmと遠くても、エッチ速度は300nm/minが得られ、さらに距離を近付けると1000nm/min以上に増大した。すなわち、高速排気エッチングによりECR面距離がある程度離れても、ECR面を近付けた場合と同等もしくはそれ以上のエッチ速度が得られることがわかった。
【0085】
ECR面を近付けた場合に問題となるのは、ECR領域ではプラズマの解離効率が高いために、ウェハから発生した反応生成物が再解離してウェハ表面に再デポジションすることである。この減少により、エッチング形状の劣化や表面汚染につながる場合がある。また、ECR面距離を小さくすると、エッチング均一性が低下する場合もある。表面分析から、反応生成物のウェハへの吸着量を調べると図24に示すように、排気速度が500 l/secの場合、ECR面距離が小さくなるにつれて吸着量の増大することが分かった。排気速度が小さい場合(200 l/sec)には反応生成物の排気速度が遅いためECR面距離がある程度離れて再解離が少なくても、ウェハへの吸着量が多くなる。従って、反応生成物吸着の少ない低汚染で高速のエッチングのためには、ECR面距離をある程度大きくして高速排気することが良い。図24の結果から、ECR面距離は40mm以上離して、排気速度500 l/sec以上を用いることが適当であることが分かった。
【0086】
(実施例13)
図1に示す高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置により、1から10mTorrのガス圧力においてAlをエッチングした。エッチング条件はCl2ガス圧力5mTorr、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは2MHzで20W、ウェハ温度は0℃とした。排気速度とAlエッチ速度の関係を図25に示す。ガス流量はガス圧力に排気速度を乗じたものである。500 l/sec以上でエッチ速度は大きく増大する。一方、アンダーカット量の排気速度依存性を図26に示す。ガス圧が5mTorrと高いためアンダーカットは生じやすく、特に排気速度1300 l/sec以上において増大傾向が大きかった。排気速度1300 l/sec以下においてアンダーカット量が小さい理由は、反応生成物の滞在時間が長く、これがパターン側壁にデポして側面エッチングを防止するからである。従って、側壁デポを用いなければアンダーカットを押さえられないエッチングで、しかも高エッチ速度が必要な場合に、1000nm/min以上の高エッチ速度で、アンダーカット量を0.1μm以下に抑えるためには、500 l/secが適当であった。また、同様のエッチング傾向は1から10mTorrの圧力で得られ、1000nm/min以上の高エッチ速度で、アンダーカット量0.1μm以下を満足する排気速度は500 l/secと1300l/secの間にあった。なお、ガス滞在時間は500 l/secの時に300msecであった。
【0087】
(実施例14)
図1に示す高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置により、BCl3ガスを用いてAlをエッチングした。エッチング条件はBCl3ガス圧力4mTorr、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは2MHzで20W、ウェハ温度は20℃とした。Alアンダーカット量のガス圧力依存性を図27に示す。排気速度は800 l/secとした。アンダーカット量は5mTorr以下で顕著に減少し、0.1μm以下になった。Cl2によるエッチングに比較し、BCl3ではより高いガス圧力でアンダーカットが減少する。この理由は、BCl3がパターン側壁にデポジションし側壁を保護する効果があるためである。一方、Alエッチ速度のマイクロローディング(パターンサイズ依存性:ここでは0.2μm;aと10μm;bの溝パターンでのエッチ速度の比;a/b)の排気速度依存性を図28に示す。マイクロロディングは排気速度の増大とともに減少し、800 l/sec以上で実用に適する0.9以上となった。排気速度増大とともにマイクロロディングが減少する理由は、排気速度増大によりエッチング反応粒子が小さい溝内にも十分供給されるようになるためである。従って、BCl3を用いたAlエッチングにおいてアンダーカットとマイクロローディングを抑えたエッチングを行うためには、ガス圧力5mTorr以下で排気速度800 l/sec以上が良いことがわかった。マイクロロディグは、小さい溝内を最後までエッチングするのに必要なオーバーエッチング量に関係するが、この場合マイクロローディングは0.9以上では実用上大きな問題がないため、排気速度を必要以上に大きくする必要はない。
【0088】
(実施例15)
図1に示す高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置及び図29に示す反応性イオンエッチング装置により、Alをエッチングした。エッチング条件は、マイクロ波エッチング装置ではCl2ガス、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは2MHzで20W、ウェハ温度は10℃とし、反応性イオンエッチングではRFパワー500W、Cl2ガス、ウェハ温度は10℃とした。Alエッチ速度とガス圧力の関係を図30に示す。排気速度は500 l/secとした。マイクロ波エッチングではガス圧力の低いところでエッチングできるため、4mTorrでアンダーカットが0.1μm以下になり、エッチ速度は1000nm/minであった。反応性イオンエッチングでは、低ガス圧ではエッチングできず、10mTorrでアンダーカットは0.2μmであり、エッチ速度は300nm/minであった。すなわち、マイクロ波エッチングは反応性イオンエッチングに比べると、低ガス圧でアンダーカットが小さく高速のエッチングが可能である。一方、Alエッチ速度と排気速度との関係を図31に示す。ガス圧力は4mTorrである。排気速度を増大すると、Alエッチ速度は反応性イオンエッチングよりもマイクロ波エッチングの方が顕著に増大する。これは、マイクロ波エッチングでは反応性イオンエッチングに比べて表面反応速度が大きく、いわばエッチング反応粒子の供給律速の状態にあるため、排気速度増大によりエッチング反応粒子の供給を増大するとエッチング反応が促進されるためである。特に、500 l/sec以上でエッチ速度が飽和傾向にあった。一方、反応性イオンエッチングでは、表面反応速度が小さく、反応律速の状態にあるため、排気速度増大によりエッチング反応粒子の供給を増やしてもエッチ速度の増加は小さい。従って、マイクロ波プラズマエッチングを用いて、低ガス圧でアンダーカットを防止し、高速排気でエッチ速度を増大させるために、ガス圧を4mTorr以下にし、500 l/sec以上の排気速度にすることが適する。アンダーカットはガス圧力を下げるほど小さくなるが、Alエッチ速度は0.5mTorr以下で大きく低下して300nm/min以下になり、実用的にはあまり適さない。
【0089】
(実施例16)
図1に示す高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置及び図29に示す反応性イオンエッチング装置により、Alをエッチングした。エッチング条件は、マイクロ波エッチング装置ではCl2ガス圧4mTorr、マイクロ波パワー500W、RFバイアスは2MHzで20W、ウェハ温度は10℃とし、反応性イオンエッチングではRFパワー500W、Cl2ガス圧10mTorr、ウェハ温度は10℃とした。Alエッチ速度とガス滞在時間の関係を図32に示す。ここではガス流量を可変とした。滞在時間の減少もにいずれのエッチング方法でもAlエッチ速度は増加傾向にあるが、マイクロ波エッチングの方が顕著に増加した。滞在時間300msecにおいてAlエッチ速度は1000nm/minであった。従って、アンダーカット0.1μm以下で、エッチ速度1000nm/minを得るためには、ガス圧力4mTorr以下でガス滞在時間300msec以下にすることが必要である。
【0090】
【発明の効果】
本発明によれば、1mTorr以下の高真空下でガス流量を40sccm以上に増大でき、ガス滞在時間を100msec以下にできるため、高真空下でアンダーカットを防止し、大ガス流量で高いエッチ速度を達成でき、被エッチング材料とその他の材料とのエッチング速度比(選択比)も増大できる効果がある。その結果、非常に高い方向性が必要となるSiトレンチやコンタクト孔等の高アスペクト比(パターン幅/エッチング深さの比)エッチングを、高速度で高精度に加工することができる。
【0091】
また、1mTorr以上のガス圧力でもアンダーカットをある程度防止し、エッチ速度、エッチング選択性を向上することができる。
【0092】
また、反応生成物の再デポジションが少ないので、これによるウェハや装置の汚染、エッチング形状の異常などを低減できる。
【0093】
本発明の効果は前述のエッチング装置やエッチング材料に限らず、例えば、マグネトロン型RIEやヘリコン共振型RIE等の他の装置、およびアルミニウム、タングステン、タングステンシリサイド、銅、GaAs、Si窒化膜等の他の材料についても同様の効果がある。
【0094】
また、大型ベッセルを用いることにより、例えば8インチ以上のウェハを多数枚同時にエッチング処理でき、そのエッング速度も従来と同程度にできるので、ドライエッチングのスループットを向上でき、半導体製品のコスト低減できる効果がある。
【0095】
本発明による大型ベッセル、高速排気処理装置での大口径ウェハ一括処理は、ドライエッチング以外のプロセスにおいてもスループット増大の効果が大きい。例えば、プラズマCVD装置、スパッタリング装置、イオンミリング装置、プラズマドーピング装置等がその例である。いずれの装置でも真空処理室が大型化すると処理室内の残留ガス量が増加し、例えば形成膜内への残留ガス混入による膜質劣化等の問題が生ずるが、高速排気によりこのような効果が低減でき、良質の薄膜を形成できる。さらに、残留ガス量を膜形成のために必要な値以下にする時間を高速排気により短縮でき、プロセススループット向上を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高真空高速排気型のマイクロ波プラズマエッチング装置の概略断面図である。
【図2】本発明に係る高真空高速排気型のマイクロ波プラズマエッチング装置を用いたSiエッチングにおけるガス流量とエッチング速度の関係を示す図である。
【図3】本発明に係る高真空高速排気型のマイクロ波プラズマエッチング装置を用いたSiエッチングにおける、ガス圧力とアンダーカット量の関係を示す図である。
【図4】本発明に係る高真空高速排気型のマイクロ波プラズマエッチング装置を用いたSiエッチングにおける、ガス圧力とエッチ速度の関係を示す図である。
【図5】ガス流量を変化させた時の反応性ガスと反応生成物の基板への入射割合を求めた計算結果を示す図である。
【図6】ガス流量を変化させた時のガス滞在時間を求めた計算結果を示す図である。
【図7】ガス滞在時間を変化させた時の反応性ガスと反応生成物の基板への入射割合を求めた計算結果を示す図である。
【図8】本発明に係る高真空高速排気型の反応性イオンエッチング(RIE)装置の概略断面図である。
【図9】本発明に係るドライエッチング装置の概略断面図である。
【図10】本発明に係るドライエッチング装置の部分平面図である。
【図11】本発明に係るドライエッチング装置の部分平面図である。
【図12】本発明に係るドライエッチング装置のガス配管の構成を示した平面図である。
【図13】本発明に係るドライエッチング装置のガス配管の構成を示した平面図である。
【図14】本発明に係るドライエッチング装置の概略断面図である。
【図15】エッチング処理室の高さと幅の比と、エッチング処理室内のガスの流れ密度の関係を、シミュレーションにより求めた結果である。
【図16】従来のドライエッチング装置の概略断面図である。
【図17】異なる実行排気速度に対するガス圧力とガス流量との関係を示す図である。
【図18】実効排気速度とガス滞在時間との関係を真空処理室容積をパラメ−タとして示す図である。
【図19】本発明に係る大型ベッセル高速排気反応性イオンエッチング(RIE)装置の概略図である。
【図20】高真空高速排気型のマイクロ波プラズマエッチング装置を用いたSiエッチングにおける、ガス流量とエッチ速度の関係を示す図である。
【図21】本発明に係る大型ベッセル高速排気マイクロ波プラズマエッチング装置の概略図である。
【図22】本発明に係るAlエッチ速度と実効排気速度のグラフである。
【図23】本発明に係るSiエッチ速度とウェハ−ECR面距離のグラフである。
【図24】本発明に係るウェハ表面への反応生成物とウェハ−ECR面距離のグラフである。
【図25】本発明に係るAlエッチ速度と実効排気速度のグラフである。
【図26】本発明に係るAlアンダーカット量と実効排気速度のグラフである。
【図27】本発明に係るAlアンダーカット量とガス圧力のグラフである。
【図28】本発明に係るAlエッチング深さ比(パターンサイズ依存)と実効排気速度のグラフである。
【図29】本発明に係る高速排気反応性イオンエッチング(RIE)装置の概略図である。
【図30】本発明に係るAlエッチ速度とガス圧力のグラフである。
【図31】本発明に係るAlエッチ速度と実効排気速度のグラフである。
【図32】本発明に係るAlエッチ速度とガス滞在時間のグラフである。
【図33】本発明の効果を適用する処理ガス圧力と実効排気速度の範囲を示す図である。
【符号の説明】
1…真空処理室、2…マイクロ波発生器、3…導波管、4…放電部、5…ガスプラズマ、6…ソレノイドコイル、7…試料台、8…ウェハ、9…ガス導入口、 10…排気管、11…排気ポンプ、12…コンダクタンスバルブ、13…ガス流量コントローラ、14…ガス配管、15…バッファ室、16…冷却機構、17…RFバイアス、18…ヒータ、19…バタフライバルブ、20…ガスの流れ、21…マイクロ波動導入窓、22…上部電極、23…ガス圧センサ
101…マイクロ波発生部、102…導波管、103…マイクロ波導入窓、104…ガス導入口、105…ガス配管、106…マスフローコントローラ、107…電磁石、108…じゃま板、109…ウェハ、110…試料台、111…チャンバー、112…高周波電源、113…排気バッファ室、114…真空ポンプ、115…ガスボンベ、116…ガス導入バッファ室、117…エッチング処理室201…真空処理室、202…高周波、203…ガスプラズマ、204…上部電極、205…下部電極、206…ガス排気口、207…8インチウェハ、208…コンダクタンスバルブ、209…ガス流量コントローラ、210…ガス配管、211…ガス導入口、212…バッファ室、213…冷却機構、214…ヒータ、215…排気ポンプ、216…放電部、217…マイクロ波発生器、RFバイアス、218…導波管、219…ソレノイドコイル、220…ガスの流れ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dry etching technique suitable for processing fine and deep grooves and holes in a manufacturing process of a semiconductor device (semiconductor integrated circuit).
[0002]
[Prior art]
The dry etching technique is widely used in the manufacture of semiconductor integrated circuits (LSIs) because fine processing can be easily performed as compared with the wet etching technique using a chemical solution. When the conventional reactive ion etching (RIE) method is used, the gas pressure during etching is 10 mTorr to 100 mTorr, and the reactive gas flow rate is 10 sccm to 100 sccm. In the RIE method, discharge is unstable when the pressure is lower than the lower limit, and isotropic etching is performed when the pressure is higher than the upper limit. In a conventional dry etching apparatus, a pump having an exhaust speed of 1000 l / sec or less is frequently used, and the reaction gas flow rate is selected within a range in which the gas pressure can be set.
[0003]
Japanese Patent Publication No. 52-126174 and Solid State Devices and Materials p207, (1990) (Solid State Devices and Materials P207, (1990)) disclose microwave plasma etching (ECR) technology. In addition, in the dry process symposium p54, (1988), the magnetron discharge type RIE is described in Journal of Vacuum Science Technology B9 (2), 310 (1991) discloses a dry etching apparatus such as a helicon type RIE. The reaction gas pressure of these dry etching apparatuses is 0.5 mTorr or more, and the gas flow rate is 20 sccm or less. For example, in the case of the ECR etching method, the etching rate is polycrystalline silicon as an object to be etched and chlorine (Cl as a reactive gas). 2 ), A gas pressure of 0.5 mTorr, and a gas flow rate of 20 sccm, a value of about 300 nm / min is obtained.
[0004]
As an example of a conventional dry etching apparatus, a microwave dry etching apparatus is shown in FIG. 101 is a microwave generation unit, 102 is a waveguide, 104 is a reaction gas inlet, 105 is a reaction gas pipe, 106 is a mass flow controller, 107 is an electromagnet for increasing the density of generated plasma, Reference numeral 109 denotes a silicon wafer, 110 denotes a sample stage, 111 denotes a chamber, 112 denotes a high-frequency power source, 114 denotes a vacuum pump, and 117 denotes an etching processing chamber. Microwaves generated by the microwave generation unit 101 travel along the waveguide 102 and are introduced into the chamber 111, and the reaction gas is turned into plasma in the chamber 111. The plasma etches the silicon wafer surface on the sample stage 110. In the dry etching apparatus, one kind of gas is introduced into the chamber 111 using one gas pipe 105 and one mass flow controller 105, and the gas pipe 105 is directly attached to the chamber 111. ing. The area of the opening of the gas inlet 104 is about the cross-sectional area of the gas pipe 105. The gas pressure in the chamber 111 increases as the flow rate of the reaction gas introduced into the chamber increases, and decreases as the effective exhaust speed in the chamber by the vacuum pump 114 increases. A value of several tens sccm is used when the gas pressure is 1 mtorr or higher, and a value of several sccm is used in a low gas pressure region of the order of 0.1 mtorr. The effective pumping speed is determined by the pumping speed of the vacuum pump and the conductance of the pumping system, and is 400 l / sec or less in the conventional apparatus.
[0005]
The processing chamber pressure with respect to the introduced gas flow rate is expressed by the following equation.
[0006]
P = (q + Q) / S (1) formula
Here, P (Torr) is the pressure in the processing chamber (when the pressure varies depending on the location in the processing chamber), q is the amount of leakage from the apparatus when no gas is introduced, and Q is the flow rate of the introduced gas ( Torr · l / sec), S is the effective pumping speed (l / sec) of the apparatus. In a normal case, q is 1/1000 or less of Q and can be almost ignored. In the conventional apparatus, for example, the pumping speed (S 0 ) Has a turbo molecular pump of about 1000 l / sec or less, the exhaust conductance (C) of the processing chamber is 200 l / sec to 1000 l / sec, and the effective exhaust speed S0 at this time is the exhaust of multiple exhaust pumps From the speeds S1 to Sn (n is a numerical value indicating the number of pumps) and the exhaust conductance C of the vacuum processing chamber,
1 / S0 = (1 / ΣSn) + 1 / C (2)
Conventionally, exhaust was performed at an effective exhaust speed of 100 to 400 l / sec. Therefore, when the gas pressure is set to 0.5 mTorr, the gas flow rate that can be flowed is 4 to 20 sccm.
[0007]
On the other hand, as an amount representing the ease of gas flow in the vacuum processing chamber, there is a gas residence time in the processing chamber, which is expressed by the following equation.
[0008]
τ = V / S (= PV / Q) (3) formula
Here, V is the total volume of the vacuum processing chamber. In the conventional apparatus, as described above, the effective exhaust speed is 100 to 400 l / sec, the vacuum processing chamber volume is about 100 to 300 l, and the gas residence time is about 400 msec to 3000 msec.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
With the miniaturization of LSIs, processing technology for grooves and holes with dimensions of about 0.3 μm has been required. However, in dry etching using the conventional RIE method, the gas pressure is high, so ions in gas plasma are required. The directionality of ions incident on the substrate is disturbed due to scattering of light, and it is difficult to process grooves and holes with fine dimensions with high accuracy.
[0010]
By reducing the reaction gas pressure, ion scattering in the gas plasma can be prevented. In order to anisotropically process grooves and holes having the above dimensions, it is necessary to suppress the incident angle of oblique ions incident on the sample to 1 ° or less, and the reaction gas pressure (operating pressure) is preferably 1 mTorr or less. Needs to be 0.5 mTorr or less. However, in order to discharge the plasma stably, a pressure of 0.01 mTorr or more is necessary. Examples of the dry etching apparatus having a low reaction gas pressure include the ECR etching apparatus, the magnetron discharge RIE apparatus, and the helicon type RIE apparatus. However, in the conventional dry etching apparatus, when the reaction gas pressure is low, there arises a problem that the etching rate becomes small. That is, increasing the etching directionality and increasing the etching rate are in a drain-off relationship and are difficult to achieve at the same time.
[0011]
Furthermore, the diameter of the Si wafer forming the LSI is becoming larger. For example, in the ECR etching apparatus, a single wafer type dry etching apparatus is used in which the wafer is transferred to the vacuum processing chamber one by one and etched. It was. When such an apparatus is used, for example, in order to etch polysilicon having a thickness of 200 nm on a 6-inch wafer, a processing time of about 1 to 2 minutes is required at an etching rate of 200 to 300 nm / min. When an 8-inch diameter wafer is used, the etching rate decreases due to etching area dependency (so-called loading effect), the processing time increases to 2 to 4 minutes, and the etching processing rate (throughput) decreases. . When the input power of high frequency or microwave is increased to increase the etching rate and increase the throughput, there arises a problem that the ion energy is increased and the selectivity is lowered. By performing parallel processing using a plurality of the single wafer type dry etching apparatuses, it is possible to improve the throughput without changing the etching conditions, but the apparatus cost becomes enormous.
[0012]
In the ECR etching apparatus, since the cross-sectional area of the opening of the gas inlet is small, the effective exhaust speed is made larger than that of the conventional apparatus to increase the flow rate of gas flowing through the etching chamber 117, for example, If it is set to 1300 l / sec or more, the gas flow velocity when the gas flows into the chamber 111 from the gas inlet 104 increases to near the sonic velocity, a shock wave is generated in the flow, and the pressure in the flow becomes uneven. In this state, not only the gas density on the sample is uniform, but also plasma non-uniformity or instability due to discharge occurs, causing problems such as a reduction in uniformity of the etching rate. For this reason, the flow rate of gas needs to be less than or equal to the speed of sound, preferably less than or equal to 1/3 of the speed of sound.
[0013]
Further, in the configuration in which the gas inlet 104 is close to the side portion of the sample stage 110 that is the exhaust port of the etching process chamber 117, the exhaust port before the gas entering the chamber from the gas inlet spreads throughout the chamber. There is a problem that the gas is not efficiently used. In addition, depending on the chamber shape, there is a problem that the gas flow does not sufficiently spread to the center of the etching chamber 117.
[0014]
In addition, since only one mass flow controller 106 and one gas pipe are used to flow one kind of gas, the gas flow in the etching processing chamber 117 is biased, resulting in poor etching uniformity. was there.
[0015]
Further, the conventional apparatus has a problem that the gas flow does not spread sufficiently to the center of the etching chamber 117 as the wafer diameter increases.
[0016]
A main object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using a dry etching technique capable of etching a groove or hole having a minute dimension with high accuracy and at high speed.
[0017]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using a dry etching technique having a large throughput.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a dry etching method and dry etching apparatus having high anisotropy.
[0019]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using a dry etching technique with high selectivity.
[0020]
Another object of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device using a dry etching technique that obtains a high etch rate of 500 nm / min or more, preferably 1000 nm / min or more at a low gas pressure of 1 mTorr or less, preferably 0.5 mTorr or less. Is to provide.
[0021]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using a dry etching technique with good uniformity.
[0022]
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using a dry etching technique that is less contaminated due to re-adhesion of reaction products on the wafer surface or processing chamber wall.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The main features of the present invention are as follows.
A step of preparing a semiconductor substrate having a mask having a predetermined pattern on a main surface; a step of installing the semiconductor substrate in an etching chamber; and a gas is supplied into the processing chamber to convert the gas into plasma, and the plasma is used to generate the semiconductor substrate. Forming a trench having a predetermined depth corresponding to the mask pattern on the main surface of the substrate, and in the trench formation step, the gas in the processing chamber is evacuated at a rate of 2000 l / s or more. A method of manufacturing a semiconductor device that exhausts air using
A more specific means is that the gas pressure in the vacuum processing chamber is 5 mTorr or less, preferably 1 mTorr or less, and the residence time of the reaction gas is 300 msec or less, preferably an effective pumping speed 1300 at an effective pumping speed of 500 l / sec or more. This is achieved by setting the residence time of the reaction gas to 100 msec or less at 1 / sec or more.
[0024]
FIG. 33 shows the specific exhaust speed, gas pressure control range, and effects of the present invention. As described above, the gas pressure is a parameter for controlling the etching directionality (anisotropy), and the exhaust speed is a parameter for controlling the etching speed. In conventional etching, since the effective exhaust speed is low speed of about 400 l / sec or less, there is a problem of low etch speed even if a high-density plasma etching apparatus such as microwave etching is used, and the direction of incident particles at low gas pressure. Even if the properties are uniform, high selectivity processing is actually difficult due to the small selection ratio with the mask.
[0025]
The main application range of the present invention can be divided into three regions shown in the figure. That is,
(1) Regardless of the gas pressure region, a region intended to increase the etching rate to a medium level 1.5 times or more than the conventional one, that is, a region requiring an effective exhaust speed of 800 l / sec or more,
(2) A region intended to achieve a medium etch rate of 1.5 times or more of the conventional level and a medium high anisotropy of 1.5 times or more of the conventional level, that is, an effective exhaust speed of 500 l / sec or more. A region requiring a gas pressure of 5 mTorr or less,
(3) A region aiming at a speed increase of 2 times or more of the conventional method and a high anisotropy of 2 times or more of the conventional method, that is, a region requiring an effective exhaust speed of 1300 l / sec or more and a gas pressure of 1 mTorr or less
It is.
[0026]
From the point of process improvement alone, the method of (3) is optimal, but since there are various processing steps in the semiconductor manufacturing process, in order to obtain the required performance at a low cost, considering the cost of the device, The application methods (1) and (2) are also possible.
[0027]
Since the relationship between the gas pressure P, the exhaust speed S, and the gas flow rate Q is expressed by P = Q / S according to the above equation (1), the gas flow rate necessary to satisfy the above means is the minimum required gas pressure. Is 0.5 mTorr, and the effective pumping speed is 800 l / sec, 32 sccm. However, since the gas pressure is actually finely adjusted, this variation is taken into consideration, and it is preferably 40 sccm or more.
[0028]
Here, since the discharge becomes unstable when the gas pressure is 0.01 mTorr or less, it is desirable that the lower limit of the gas pressure exceeds 0.01 mTorr.
[0029]
Also, the exhaust speed should not exceed the effective exhaust speed of 100,000 l / sec at the maximum considering the size of the apparatus.
[0030]
Further, the gas residence time should be 0.1 msec or more in consideration of the volume of the vacuum processing chamber, the upper limit of the exhaust speed, and the reaction time of the etching surface reaction.
[0031]
Also, the gas flow rate should not exceed 10,000 sccm, considering gas usage costs and gas flow control.
[0032]
Second, the purpose of the preceding paragraph is to widen the area of the gas introduction port so that the flow velocity of the introduction gas is 1/3 or less of the sound velocity, to provide a gas buffer chamber between the gas introduction port and the gas pipe, And a sample stage are provided close to each other, the gas inlet mounting position is separated from the sample stage and the chamber, and is provided in the center direction of the chamber. And mounting a plurality of gas inlets symmetrically around the chamber, providing a baffle plate for controlling the gas flow in the chamber, and setting the height / width ratio of the etching chamber to 0.5 or more, The height of the gas inlet is provided at a position within 1/3 from the upper part of the etching chamber, a vacuum buffer chamber is provided between the exhaust system and the etching chamber, and typically the pumping speed of the pump Effective by setting 2500 l / sec or more, desirably 4000 l / sec or more, exhaust conductance of 2000 l / sec or more, desirably 3000 l / sec or more, and effective exhaust conductance of 1300 l / sec or more. To be achieved.
[0033]
Thirdly, the object of the preceding paragraph is achieved by setting the residence time of the reactive gas in the chamber to 100 msec or less and batch processing a large number of large-diameter wafers simultaneously using a large vessel.
[0034]
Further, the above object is to provide an exhaust port at the center of the sample stage in the large vessel, to set the gas flow rate introduced into the vacuum chamber of the large vessel to 100 sccm or more, and to provide an electrode area of 5000 cm as the sample stage. 2 With the above, the total exhaust conductance of the processing chamber and the exhaust pipe is set to 3300 l or more, an exhaust pump having an exhaust speed of 5000 l / sec or more is used, and the effective exhaust speed is set to 2000 l / sec or more. Is effectively achieved.
[0035]
In the conventional dry etching apparatus, when the gas pressure is lowered, the etching rate is remarkably reduced, and a practical etching rate cannot be obtained. This is considered to be because the number of ions in the reaction chamber decreases when the gas pressure is lowered. The inventors have made various studies in order to reduce the gas pressure and obtain a high etching rate. As a result, it was found that etching occurs when ions first collide with an object to be etched. That is, it has been found that if a large number of unreacted ions (reactive gas) are present in the reaction chamber as compared with the already reacted ions (reaction product), the etching rate can be increased even if the gas pressure is the same. Then, the factor which determines the ratio of unreacted ion and reaction product was further examined.
[0036]
FIG. 5 shows the calculation result of the incidence ratio R of the reactive gas and all incident particles (reactive gas + reaction product) to the substrate when the gas flow rate is changed. That is, the incidence ratio R is
R = 1 / (1 + 2.735 × 10 2 C 1 ・ A ・ P / (α ・ Q)) (4)
Given in. Where C 1 Is a constant determined by the object to be etched and the etching gas, and has a value in the range of 0.1 to 10. A is the area to be etched, P is the gas pressure, α is the gas utilization rate, and has a value in the range of 10 to 100%, which is a constant determined by the discharge efficiency of the introduced gas and the shape of the etching chamber in the etching apparatus. . Q is the gas flow rate. FIG. 5 shows an etching area A of 78.5 cm. 2 The gas utilization rate α is 42% and the gas pressure is 0.5 mTorr. From this result, it can be seen that the proportion of the reactive gas increases with the gas flow rate. On the other hand, FIG. 6 shows a result obtained by calculating the change in the gas residence time when the gas flow rate is changed using the equation (3). As the gas flow rate increases, the gas residence time decreases rapidly. Therefore, as the gas flow rate increases, the residence time of the reaction product that inhibits the etching reaction decreases and is quickly exhausted out of the processing chamber, so that the etching reaction is accelerated and the etching rate is increased. However, simply increasing the gas flow rate increases the operating pressure (gas pressure) as shown in FIG. 17, resulting in a decrease in anisotropy. As for the method of increasing the gas flow rate without changing the operating pressure (gas pressure), as shown in FIG. 17, the larger the effective exhaust speed (gas flow rate in the etching process), the higher the gas at the gas inlet at the same operating pressure. The flow rate will increase. That is, the gas flow rate at the same operating pressure can be increased by increasing the effective exhaust speed.
[0037]
FIG. 7 shows the results of determining the relationship between the ratio of the reactive gas and all incident particles and the gas residence time using the equations (3) and (4). The total volume in the vacuum processing chamber is 100 l, and the etching area A is 78.5 cm. 2 The gas utilization rate α was determined as 42%. From FIG. 7, it can be seen that the ratio of the reactive gas increases as the gas residence time decreases and changes significantly between 1 sec and 100 msec. Therefore, in order to efficiently perform the etching reaction, when the ratio of the reactive gas is 60% or more of the total particle incident on the wafer, the gas flow rate is 40 sccm or more, preferably 100 sccm or more from FIG. It can be seen that the staying time should be 100 msec or less, preferably 50 msec or less.
[0038]
When the volume in the etching chamber is 1000 l or less, the gas residence time can be realized by setting the flow rate of gas flowing through the chamber to 1300 l / sec or more. The total opening area of the gas inlet is 150 cm. 2 As a result, the gas flow velocity at the gas inlet can be reduced to 1/3 or less of the sound velocity, and the gas flow can be prevented from becoming compressible. Thereby, the shock wave generated in the gas flow can be suppressed, and the instability and non-uniformity of the plasma can be suppressed.
[0039]
As a result of attaching the gas inlet to a position far from the horizontal part of the sample stage, which is the exhaust port of the etching chamber, the gas flow will spread sufficiently in the chamber, and the gas will be efficiently converted into plasma. Processing speed and uniformity increased. Further, since the direction is directed toward the center of the chamber, the gas can flow sufficiently in the direction of the center of the chamber, which improves the etching rate and uniformity.
[0040]
By controlling the gas flow rate with a mass flow controller and attaching a plurality of gas pipes that flow gas around the chamber with good symmetry, it was possible to prevent uneven gas flow in the chamber. As a result, the uniformity of etching increased. The gas flow uniformity was improved because of the symmetry of the gas inlet. In addition, by attaching a baffle plate, it became possible to control the flow of gas in the chamber, and in particular, it was possible to create a flow of gas at a place where plasma was generated, and the etching rate was increased.
[0041]
By setting the chamber height / width ratio to 0.5 or more, the gas flowed sufficiently toward the center of the chamber. This will be described with reference to FIG. The figure shows the result of simulating how the gas flow density in the etching chamber is affected by the height / width ratio of the etching chamber. It can be seen that increasing the height / width ratio of the etching chamber increases the flow density above the wafer, which is the center of the etching chamber, and improves uniformity. As described above, in the present invention, the gas can efficiently and uniformly flow to the center of the etching chamber, so that the plasma density is increased and the uniformity of the plasma is improved. As a result, even in a low pressure region, it is possible to perform etching with high uniformity and high etching speed.
[0042]
In the dry etching apparatus, as the operating pressure is lower, the frequency of scattering of ions incident on the wafer from the plasma is reduced, and the anisotropy of etching is increased. According to the present invention, anisotropic etching by low pressure operation can be performed with good uniformity at a practical etching rate.
[0043]
By performing dry etching using a large-sized vacuum processing chamber, a large number of samples can be processed at a time, so that the throughput can be improved. When a large vessel is used, it is particularly important to quickly exhaust reaction products generated by the etching reaction out of the processing chamber. Therefore, high speed exhaust is necessary. In the conventional apparatus, for example, a turbo molecular pump having a pump exhaust speed of about 1000 l / sec or less is provided, and an exhaust conductance C is 200 l / sec to 1000 l / sec, which is 100 to 400 l / sec. Therefore, when the gas pressure is set to 5 mTorr, the gas flow rate that can be flowed is 40 to 200 sccm. In the present invention, in a large vessel apparatus, an effective exhaust speed of 1300 l / sec or more, preferably 2000 l / sec or more can be flowed at a flow rate of 800 sccm at 5 mTorr by using a high-speed exhaust pump and a large exhaust conductance as described above. is there.
[0044]
FIG. 18 shows the relationship between the effective exhaust speed and the gas residence time when the vacuum processing chamber volume is changed from 100 l to 10000 l. By setting the effective pumping speed to 700 l / sec or more when the processing chamber volume is 100 l, the effective pumping speed is 3600 l / sec or more at a volume of 500 l, and 70000 l / sec or more at a volume of 10,000 l, thereby reducing the gas residence time. It can be set to 100 msec or less. As an example, in order to realize an effective exhaust speed of 70000 l / sec, if a pump with an exhaust speed of 140000 l / sec, for example, and a vacuum processing chamber with an exhaust conductance of 140000 l / sec are used, Good.
[0045]
Further, by providing the exhaust port at the center of the sample stage, the processing gas density at the center and the periphery of the sample stage can be made uniform.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
One embodiment of a high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus according to the present invention is shown in FIG. An etching gas is introduced into the vacuum processing chamber 1, a high frequency of 2.45 GHz is generated in the microwave generator 2, and this is transported to the discharge unit 4 by the waveguide 3 to generate a gas plasma 5. A solenoid coil 6 for generating a magnetic field is arranged around the discharge unit for high-efficiency discharge, and high-density plasma is generated by electron cyclotron resonance (ECR) by an 875 Gauss magnetic field. There is a sample stage 7 in the discharge part, and the wafer 8 placed thereon is etched by gas plasma. The processed etching gas is discharged from the gas inlet 9 to the outside of the vacuum processing chamber through the discharge unit 4 and the vacuum processing chamber 1 and from the exhaust pipe 10 by the exhaust pump 11. At this time, the exhaust speed can be changed by making the conductance valve 12 variable. The processing gas is introduced into the discharge unit 4 through the gas flow rate controller 13, the gas pipe 14, and the gas introduction port 9 through the buffer chamber 15 having a small hole in a mesh shape. Two or more gas inlets 9 were provided and arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The gas pressure at the time of etching was measured by a gas pressure sensor 23 installed in the plasma discharge part. Thereby, the gas flow rate, gas pressure, gas exhaust speed, and gas residence time in the plasma discharge part can be determined. The sample stage on which the wafer is installed is provided with a cooling mechanism 16 for cooling the wafer to 0 ° C. or less, and an RF bias 17 of 13.56 MHz to 400 KHz can be applied. The vacuum processing chamber is provided with a heater 18 and can be heated to 50 ° C. or higher.
[0047]
Two turbo molecular pumps having an exhaust speed of 2000 l / sec were used as the exhaust pumps, and the exhaust pumps were arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part at a total exhaust speed of 4000 l / sec. Further, the substantial gas exhaust port portion 10 of the vacuum processing chamber was also arranged in contrast to the wafer central axis. As a result, it was possible to contrast the gas flow with respect to the wafer center while increasing the exhaust conductance as much as possible. The total exhaust conductance of the discharge section, the vacuum processing chamber, the exhaust pipe, and the conductance valve, which are gas passages, was 4000 l / sec. For this purpose, the diameter of the lower part of the discharge part 4 is made larger than that of the upper part, and accordingly, the diameter of the magnetic field coil 6 installed in this part is also made larger than the diameter of the coil located above it. The wafer position at the time of etching is positioned below the center in the thickness direction of the lowermost coil, and the exhaust conductance below the discharge part is made as large as possible. At this time, the maximum effective exhaust speed is 2000 l / sec. The total volume of the discharge part, the vacuum processing chamber, and the exhaust pipe is 100 l, and the gas residence time in the vacuum processing chamber is 50 msec from the above-described equation (3).
[0048]
Using this high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus, etching of the Si single crystal used for the Si trench was performed. The sample was formed by thermally oxidizing a Si substrate to a thickness of 500 nm, forming a photoresist mask thereon, dry etching the oxide film to form a hole pattern having a diameter of 0.1 μm to 1.0 μm, Remove photoresist to remove SiO 2 A mask is formed. The etching gas is Cl 2 The gas pressure was 0.5 mTorr, the microwave power was 500 W, the RF bias was 20 W at 2 MHz, the wafer temperature was −30 ° C., and the gas flow rate was varied from 2 to 100 sccm. The magnetic field strength distribution was small from the top to the bottom of the discharge part, and the position of 875 Gauss satisfying the ECR condition was 40 mm above the wafer. FIG. 2 shows the gas flow rate dependence of the Si etch rate at this time. At 2 sccm, the etch rate of 80 nm / min is Cl. 2 It increased with the gas flow rate, and reached 1300 nm / min at 100 sccm. FIG. 3 shows the relationship between the gas pressure and the amount of undercut from the Si mask under similar etching conditions. Since the etching shape of Si is a low gas pressure of 0.5 mTorr, a high directionality is obtained, and the undercut amount of a Si deep hole having a depth of 5 μm is 0.03 μm or less, and there is almost no gas flow rate dependency. . FIG. 4 shows the gas pressure dependence of the Si etching rate when using an apparatus having an effective pumping speed of 2500 l / sec according to the present invention and a conventional apparatus having an effective pumping speed of 150 l / sec. Etching conditions are the same as those in the results of FIG. In the conventional etching apparatus, the etching rate of Si is greatly reduced as the gas pressure decreases. This is because the gas residence time is as long as 470 msec and the gas flow rate is reduced at a low gas pressure because the exhaust speed is slow. Using the apparatus of the present invention with a high pumping speed, an etching rate of 10 times or more of the conventional apparatus can be obtained at a low gas pressure of 0.5 mTorr or less, and high-speed etching of 1 μm / min or more can be performed at 0.5 mTorr or less. It was. On the other hand, the dependence of the etching rate on the hole diameter is small, and the difference in speed is within 3% for the hole diameters between 0.1 μm and 1.0 μm. Even if the gas flow rate is changed, SiO 2 The etching rate of the SiO 2 used for the etching mask was almost unchanged at a gas flow rate of 100 sccm. 2 (Si / SiO 2 ) Was about 50.
[0049]
Also, the etching of phosphorus-doped polysilicon gives almost the same result as in FIG. 2 and FIG. 2 The undercut amount was 0.03 μm or less at 1500 nm / min at a flow rate of 100 sccm.
[0050]
(Example 2)
SiO used for contact holes by the high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 2 Etching was performed. As a sample, a Si oxide film having a thickness of 2 μm was formed on a Si substrate by a CVD method, and a photoresist mask was formed thereon. Etching gas is CHF Three A gas pressure of 0.5 mTorr, a microwave power of 500 W, an RF bias of 200 K at 800 KHz, a wafer temperature of −30 ° C., and a gas flow rate varied from 2 to 100 sccm. At 2 sccm, the etch rate of 50 nm / min is Cl. 2 It increased with the gas flow rate, and reached 500 nm / min at 100 sccm. SiO 2 Since the etching shape is low gas pressure of 0.5 mTorr, high directivity is obtained, and SiO 2 having a depth of 2 μm is obtained. 2 The undercut amount of the deep hole was 0.05 μm or less, and there was almost no gas flow rate dependency. Further, the dependence of the etching rate on the hole diameter was small, and the difference in speed was within 3% for the hole diameters between 0.1 μm and 1.0 μm. In addition, when the gas flow rate is increased from 2 sccm to 100 sccm, SiO 2 And the photoresist selectivity increased more than twice.
[0051]
Example 3
FIG. 8 shows an embodiment of a high-speed exhaust reactive ion etching (RIE) apparatus. Since it is a magnetic field application type equipped with a magnetic field coil, discharge is possible even at 1 mTorr or less. An etching gas is introduced into the vacuum processing chamber 1, and a gas plasma 5 is generated by discharging at a high frequency of 13.56 MHz. There is a sample stage 7 in the discharge part, and the wafer 8 placed thereon is etched by gas plasma. The processed etching gas is discharged from the gas inlet 9 through the vacuum processing chamber 1 and from the exhaust pipe 10 to the outside of the vacuum processing chamber by the exhaust pump 11. At this time, the exhaust speed can be changed by making the conductance valve 12 variable. The processing gas is introduced into the vacuum processing chamber 1 through the gas flow rate controller 13, the gas piping 14, and the gas introduction port 9 through the buffer chamber 15 having a small hole in a mesh shape. Two or more gas inlets 9 were provided and arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The sample stage on which the wafer is installed is provided with a cooling mechanism 16 that cools the wafer to 0 ° C. or lower. The vacuum processing chamber is provided with a heater 18 and can be heated to 50 ° C. or higher.
[0052]
In the exhaust pump, two turbo molecular pumps having an exhaust speed of 2000 l / sec were arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The total exhaust conductance of the discharge section, the vacuum processing chamber, the exhaust pipe, and the conductance valve, which are gas passages, was 4000 l / sec. At this time, the effective exhaust speed is 2000 l / sec. The total volume of the discharge part, the vacuum processing chamber, and the exhaust pipe is 100 l, and the gas residence time in the vacuum processing chamber is 50 msec from the above-described equation (3).
[0053]
The photoresist used for the multilayer resist mask was etched by the high-speed exhaust reactive ion etching apparatus shown in FIG. The sample was coated with a photoresist on a Si substrate to a thickness of 1.5 μm and baked to form an intermediate layer such as SOG (Spin-On-Glass) or titanium silica, and patterned on the photoresist. The intermediate layer is dry-etched to form a mask for etching the lower layer photoresist. Etching gas is O 2 The gas pressure was 0.5 mTorr, the RF power was 500 W, the wafer temperature was −100 ° C., and the gas flow rate was changed from 2 to 100 sccm. At 2 sccm, the etch rate of 100 nm / min is Cl. 2 It increased with the gas flow rate, and reached 1000 nm / min at 100 sccm. Since the etching shape of the resist is a low gas pressure of 0.5 mTorr, high directionality is obtained, and the undercut amount of the resist having a depth of 1.5 μm is 0.05 μm or less, and there is almost no gas flow rate dependency. . Further, the dependence of the etching rate on the hole diameter was small, and the difference in speed was within 3% for the hole diameters between 0.1 μm and 1.0 μm.
[0054]
(Example 4)
An embodiment of the present invention is shown in FIG. The microwave generated from the microwave generator 101 passes through the waveguide 102 and is sent to the etching processing chamber 117 in the chamber 111 through the microwave inlet. After the gas flow rate is adjusted by the mass flow controller 106, the gas is sent to the etching processing chamber 117 through the gas pipe 105. The gas spreads into the etching processing chamber 117 through the gas inlet 104 provided after the gas pipe 105.
[0055]
The gas entering the etching chamber 117 is controlled in flow by the baffle plate 108 and flows so that the density at the center of the etching chamber 117 is uniform. This gas flow is excited by microwaves on the upper portion of the wafer 109 to be in a plasma state. The plasma is used to generate active particles to etch the wafer. At this time, an external magnetic field is applied by the electromagnet 107 so that the microwave energy is efficiently transmitted to the plasma.
[0056]
A high frequency voltage can be applied to the sample stage by a high frequency power source 112. This power supply applies a bias voltage to the wafer 109 to control the directionality and energy of incident ions. If the sample stage is equipped with a cooling mechanism or a heating mechanism, etching with the wafer temperature controlled can be performed.
[0057]
A gas flow that enters the chamber 111 from the gas inlet 104 and enters a plasma state in the etching chamber 117 and is used for the etching reaction in the wafer 109 is a sample that is an exhaust port viewed from the etching chamber 117 along with the reaction product. The gas passes through the table 110 and is exhausted by the vacuum pump 114 through the exhaust buffer chamber 113.
[0058]
When a high pumping speed vacuum pump is used or when a plurality of vacuum pumps are used, the vacuum pump 114 is not directly attached to the chamber 111 but is attached to the chamber 111 via the exhaust buffer chamber 113 so that the etching processing chamber 117 can be removed. It is possible to equalize the exhaust speed next to the sample stage, which is the exhaust port. As a result, there is no unevenness in the gas flow, and etching with good uniformity becomes possible.
[0059]
The components for controlling the gas flow of this embodiment include a gas inlet 104, a baffle plate 108, and an exhaust buffer chamber 113.
[0060]
The gas introduction port 104 was not particularly treated in the conventional apparatus. The gas pipe 105 was directly connected to the chamber 111, and the connection position was not particularly considered. An example of a conventional apparatus is shown in FIG. The gas pipe 105 is directly attached to the chamber 111.
[0061]
The present invention is characterized in that the gas flow velocity does not exceed 1/3 of the sound velocity by expanding the area of the opening of the gas inlet. In the embodiment shown in FIG. 9, a gas introduction buffer chamber 116 is provided at a portion where the gas pipe 105 is connected to the chamber 111, and a plurality of gas introduction ports 104 are provided on the wall surface of the buffer portion, thereby opening the gas introduction port. The partial area is increased and the gas flow rate is suppressed to 1/3 or less of the sound velocity.
[0062]
The pressure of the gas flowing through the gas pipe 105 through the mass flow controller 106 is about 1 atm. When the gas is directly flowed into the chamber, the flow tends to be disturbed where the gas enters the chamber due to the pressure difference. In this embodiment, by providing the gas introduction buffer chamber 116 between the gas pipe 105 and the chamber 111, it is possible to suppress the flow disturbance due to the pressure difference.
[0063]
Further, in this embodiment, a plurality of gas pipes 105 including the mass flow controller 106 are attached around the chamber in consideration of symmetry, thereby improving the gas flow uniformity.
[0064]
When the plasma is generated near the center of the etching chamber, the active particles are efficiently incident on the wafer and the uniformity is increased. The flow of gas flowing along the wall surface of the etching chamber 117 has a small contribution to etching. Therefore, in this embodiment, the baffle plate 108 is attached to control the flow of the gas flowing on the wall surface of the chamber 111 so as to flow near the center of the chamber. Since the baffle plate 108 has a side effect of deteriorating the conductance of the flow, it may be adversely affected if a large one is attached. In this embodiment, the gap between the sample stage 110 and the chamber 111 that becomes the exhaust port of the etching chamber 117 is not visible from the gas introduction port 104 and is not exposed on the wafer 109.
[0065]
Further, in this embodiment, the exhaust buffer chamber 113 is installed between the chamber 111 and the vacuum pump 114, which is one of the features for controlling the flow. In order to make the flow uniform, it is desirable that the exhaust system also has good symmetry. However, it is necessary to connect a high-frequency power source 112 for bias application voltage to the sample stage 112 and to attach a cooling mechanism for flowing a coolant in order to perform low-temperature dry etching for controlling the temperature of the wafer 109. . Therefore, it is difficult to arrange the exhaust system including the vacuum pump with good symmetry. The vacuum buffer 113 attached in this embodiment has a function of uniformly applying the exhaust capability of the vacuum pump 114 to the exhaust portion of the etching processing chamber 117. Further, the exhaust buffer chamber 113 is highly effective in making the exhaust of the etching processing chamber 117 uniform even when a plurality of vacuum pumps are attached to increase the exhaust capability.
[0066]
FIG. 10 is a horizontal sectional view including the gas pipe 105 of the chamber 111 of this embodiment. Here, four gas pipes 105 are attached, but since there is a gas introduction buffer chamber 116, one gas pipe 105 may be provided. However, in order to make the flow uniform, it is better to attach a plurality of them in consideration of symmetry.
[0067]
Using the microwave dry etching apparatus configured as described above, holes and grooves of 0.3 to 0.5 μm were formed on the surface of the Si substrate. The sample used was a resist mask or a pattern formed with a SiO2 mask, and under the conditions of microwave power 400 W, pressure 0.5 mTorr, gas flow rate 50 sccm, RF bias 30 W (13.56 MHz), SF 6 Gas was used. As a result, the etching rate was 500 nm / min or more. The side etch amount was 0.05 μm or less, and a good vertical shape could be obtained.
[0068]
(Example 5)
FIG. 11 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the gas introduction buffer chambers 116 are not circumferential, but a number of isolated gas introduction buffer chambers 116 corresponding to the gas pipes 105 are attached. Compared to the uniformity, the embodiment shown in FIG. 9 is better, but the apparatus shown in FIG. 11 has the advantage that the embodiment shown in FIG. 11 can be made easier.
[0069]
There is a method in which the baffle plate 108 is not circular and a plurality of isolated ones are attached. Also, multiple circumferential baffles 108 can be installed at different heights in the chamber 111, or circumferential baffles and isolated baffles can be used in combination. It can be attached to various parts of the gas to control the gas flow. Thus, by providing the buffer chamber 116, the uniformity of the etching rate in the 8-inch wafer was improved more than twice compared with the case where the chamber was not provided, and could be ± 10% or less.
[0070]
(Example 6)
FIG. 12 illustrates another gas piping method as one embodiment of the present invention. In this example, the gas pipe 105 is connected to the chamber 111 at a plurality of portions, whereas the flow rate of the gas flowing from the cylinder 115 is controlled by only one mass flow controller 106. Since the flow rate is controlled by only one mass flow controller, there is an advantage that the flow rate can be accurately controlled and the structure of the apparatus can be simplified. On the other hand, the distance of the gas pipe 105 from the mass flow controller 106 to the chamber 111 changes. Therefore, there is a drawback that the uniformity of the gas flow in the etching chamber 117 is somewhat deteriorated. However, by changing the size of the gas inlet buffer chamber 116 depending on the location, changing the opening area and opening ratio of the gas inlet 104 depending on the location, and adjusting the mounting height, the gas flow uniformity can be improved. Since it can be adjusted as a system, the decrease in uniformity is not so much a problem in practice.
[0071]
Thus, by using a plurality of gas pipes 105, the uniformity of the etching rate in the 8-inch wafer can be improved more than twice compared with the case of a single gas pipe, and can be reduced to ± 10% or less. It was.
[0072]
(Example 7)
FIG. 13 illustrates another gas piping method as one embodiment of the present invention. A feature of the present embodiment is that the gas flow rate from one or more cylinders 115 is controlled by using one or more mass flow controllers 106 for a plurality of gas pipes 105 connected to the chamber 111. The flow of gas in the chamber 111 can be made uniform by adjusting the flow rate of gas flowing through each mass flow controller 106. In addition to the usage of making the gas flow uniform in the etching chamber by using multiple cylinders of the same gas type, different gas types of cylinders are used to mix different types of gas in the etching chamber. The method used can also be performed. By adjusting the number and position of gas pipes for each gas type and the flow rate of gas flowing through them, different types of gas are mixed uniformly and the flow of the mixed gas in the etching chamber is uniform. Can be. Thus, by using a plurality of gas pipes 105 and a plurality of gas cylinders, the uniformity of the etching rate in the 8-inch wafer is improved more than twice compared with the case of using a single gas pipe and a single gas cylinder, ± 10% or less could be achieved.
[0073]
(Example 8)
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, a gas introduction buffer chamber 116 is attached under the microwave introduction window 103, and the gas introduction port 104 is formed in the upper part of the wafer 109. This method has the advantage that the gas flow is more uniform and the gas flow density in the center of the chamber is increased. However, since a portion where the gas pressure is high is generated in the path of the microwave, there is a problem that the microwave may be prevented from traveling or a discharge may occur in the gas introduction buffer chamber 116. However, in order to suppress the adjustment of the power of the microwave, the electromagnet 107, and the pressure increase in the gas inlet buffer chamber 116, the gas flow rate is time-modulated, or the microwave is input in synchronization with the time modulation. This is practically not a problem because it can be avoided.
[0074]
Example 9
FIG. 19 shows an embodiment of a large vessel fast exhaust reactive ion etching (RIE) apparatus according to the present invention. An etching gas is introduced into the vacuum processing chamber 201, and a gas plasma 203 is generated by discharging at a high frequency 202 of 13.56 MHz. The vacuum processing chamber is a cylindrical type having a diameter of 120 cm and a height of about 40 cm, the electrode is a parallel plate type cathode coupling type, the upper electrode 204 is a ground potential, the lower electrode 205 is a high frequency application electrode, and the lower electrode is a wafer. It is a sample stage to be placed. The diameter of the lower electrode is 90 cm. To improve the uniformity of etching, an exhaust port 206 having a diameter of 10 cm that can exhaust the processing gas is provided at the center of the lower electrode, and exhausted from both the center and the periphery of the lower electrode outside the vacuum processing chamber. did. The electrode area is about 6300cm 2 Yes, six 8-inch wafers 207 were placed and etched simultaneously. The exhaust speed of the processing gas can be changed by making the conductance valve 208 variable. The processing gas is introduced into the vacuum processing chamber 201 through the gas flow rate controller 209, the gas piping 210, and the gas introduction port 211 through the buffer chamber 212 having a small hole in a mesh shape. Two or more gas inlets 211 were provided and arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The sample stage on which the wafer is installed is provided with a cooling mechanism 213 that cools the wafer to 0 ° C. or lower. The vacuum processing chamber is provided with a heater 214 and can be heated to 50 ° C. or higher.
[0075]
As the exhaust pump, two turbo molecular pumps having an exhaust speed of 6000 l / sec were arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The total exhaust conductance of the discharge section, the vacuum processing chamber, the exhaust pipe, and the fully open conductance valve serving as a gas passage was 12000 l / sec. At this time, the effective exhaust speed is 6000 l / sec. The total volume of the vacuum processing chamber and the exhaust pipe is about 500 l, and the gas residence time in the vacuum processing chamber is 83 msec from the above-described equation (3).
[0076]
The Si single crystal was etched by the high-speed exhaust reactive ion etching apparatus shown in FIG. The sample was obtained by forming a photoresist mask on an 8-inch Si substrate, and six samples were placed on the sample stage at the same time. CF as etching gas Four , Gas pressure 200mTorr, RF power 2KW (power density is 0.32W / cm 2 The wafer temperature was −50 ° C., and the gas residence time was changed by changing the exhaust speed by changing the opening of the conductance valve. At this time, the gas pressure was constant and the gas flow rate was changed. FIG. 20 shows the gas flow rate dependence of the Si etch rate at this time. The Si etch rate was 100 nm / min when the gas flow rate was 50 sccm, but the etch rate increased to 800 nm / min when the gas flow rate was 900 sccm. At this time, etching was performed to a depth of 1 μm, and the amount of undercut from the Si mask was 0.1 μm or less. The selection ratio between Si and photoresist was 4.0. The uniformity of the etch rate within the wafer and between the wafers was ± 5% or less.
[0077]
(Example 10)
FIG. 21 shows an embodiment of a large vessel high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus according to the present invention. Five vacuum discharge portions 216 are installed in the vacuum processing chamber 201, and the gas plasma 203 can be generated independently of each other. A total of five 8-inch wafers 207 were respectively placed under five microwave discharge portions on the sample stage placed in the vacuum processing chamber, and simultaneously etched. Gas exhaust ports 206 were provided in the vicinity of the five wafer placement portions inside the sample stage. The gas plasma is generated by introducing an etching gas into the vacuum processing chamber 201, generating a high frequency of 2.45 GHz in the microwave generator 217, and transporting this to the discharge unit 216 through the waveguide 218. A solenoid coil 219 for generating a magnetic field is disposed around the discharge unit for high-efficiency discharge, and high-density plasma is generated by electron cyclotron resonance (ECR) by an 875 Gauss magnetic field. The etching gas is discharged from the gas inlet 211 to the outside of the vacuum processing chamber by the exhaust pump 215 through the discharge unit 219 and the vacuum processing chamber 201. The exhaust speed can be changed by making the conductance valve 208 variable. The processing gas is introduced into the discharge unit 216 through the gas flow rate controller 209, the gas pipe 210, and the gas introduction port 211 through the buffer chamber 212 having a small hole in a mesh shape. Two or more gas inlets 211 were provided and arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The sample stage on which the wafer is installed is provided with a cooling mechanism 213 that cools the wafer to 0 ° C. or less, and an RF bias 202 of 13.56 MHz to 400 KHz can be applied. The vacuum processing chamber is provided with a heater 214 and can be heated to 50 ° C. or higher.
[0078]
As the exhaust pump, two turbo molecular pumps having an exhaust speed of 20000 l / sec were arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The total exhaust conductance of the discharge section, the vacuum processing chamber, the exhaust pipe, and the fully open conductance valve serving as a gas passage was 40000 l / sec. At this time, the effective exhaust speed is 20000 l / sec. The total volume of the vacuum processing chamber, the discharge part, and the exhaust pipe is about 2000 l, and the gas residence time in the vacuum processing chamber is 100 msec.
[0079]
The Si single crystal was etched by a large vessel high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. Samples were obtained by forming a photoresist mask on an 8-inch Si substrate, and five samples were placed on the sample stage simultaneously. CF as etching gas Four The gas pressure was 5 mTorr, the microwave power was 2 KW, the RF bias was 200 W at 2 MHz, and the wafer temperature was −50 ° C. The Si etch rate at this time was 1.5 μm / min at a gas flow rate of 900 sccm. At this time, etching was performed to a depth of 1 μm, and the amount of undercut from the Si mask was 0.1 μm or less. The selection ratio between Si and photoresist was 3.0. The uniformity of the etch rate within the wafer and between the wafers was ± 5% or less.
[0080]
(Example 11)
With the high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 1, patterns with different total areas were formed on an 8-inch wafer, and Al etching was performed. Etching conditions are Cl 2 The gas pressure was 3 mTorr, the microwave power was 500 W, the RF bias was 50 W at 2 MHz, and the wafer temperature was 0 ° C. FIG. 22 shows the relationship between the effective evacuation rate (simply referred to as the evacuation rate in the following description of the embodiments) and the etch rate when the wafer diameter is changed from 6 inches to 8 inches. The etching area ratio in the wafer is 50%. Since the gas pressure is constant (3 mTorr), the gas flow rate (Q sccm) with respect to the exhaust speed (Sl / sec) is Q = 79.05 × S × 0.003.
[0081]
In the case of 6 inches in the conventional Al etching with low speed exhaust (about 200 l / sec), the etching rate was about 0.8 μm / min. When the exhaust speed is 500 l / sec, the etch rate is about 1.5 times 1.2 μm / min, and at 800 l / sec is about 1.8 times 1.4 μm / min, and at 1300 l / sec. It was doubled to 1.6 μm / min. In the 8-inch wafer, a more remarkable change was observed, which was 2.4 times the conventional value at 800 l / sec and about three times the conventional value at 1300 l / sec.
[0082]
Therefore, when trying to obtain 1.5 times or more of the conventional etch rate (6 inches, 200 l / sec) with an 8-inch wafer, it is found that at least 800 l / sec or more is necessary, and 2 times or more is obtained. Then, it was found that at least 1300 l / sec or more is necessary.
[0083]
The area dependence of the etching rate is almost the same with other materials such as Si in addition to Al. In order to obtain 1.5 times or more of the conventional etching rate with an 8-inch wafer, 800 l / sec. The above pumping speed was necessary. Similarly, in the case where etching conditions such as gas pressure, microwave power, sample temperature, and bias are different, an evacuation rate of 800 l / sec or more is required in order to obtain 1.5 times or more of the conventional etching rate with an 8-inch wafer. Was necessary.
[0084]
(Example 12)
Si etching was performed using the high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 1 while changing the distance (ECR plane distance) between the ECR plane (the plane in which the magnetic field becomes 875 G in the plasma) and the wafer. Etching conditions are Cl 2 The gas pressure was 0.5 mTorr, the microwave power was 500 W, the RF bias was 20 W at 2 MHz, and the wafer temperature was −30 ° C. FIG. 23 shows the relationship between the ECR surface distance and the etch rate when the exhaust speed is changed. With the conventional exhaust speed (200 l / sec), the etch rate decreased from 300 to 100 nm / min when the ECR surface distance was increased from 0 to 150 mm. On the other hand, even when the ECR surface distance is as long as 150 mm, the etching rate is 300 nm / min in the etching by high-speed evacuation of 500 l / sec, and increases to 1000 nm / min or more when the distance is further reduced. That is, it has been found that even if the ECR surface distance is increased to some extent by high-speed exhaust etching, an etching rate equal to or higher than that obtained when the ECR surface is brought closer is obtained.
[0085]
A problem when the ECR plane is brought close is that the plasma dissociation efficiency is high in the ECR region, so that the reaction product generated from the wafer is re-dissociated and redeposited on the wafer surface. This reduction may lead to etching shape deterioration and surface contamination. Further, when the ECR surface distance is reduced, the etching uniformity may be lowered. From the surface analysis, the amount of adsorption of the reaction product on the wafer was examined. As shown in FIG. 24, it was found that the amount of adsorption increased as the ECR surface distance decreased when the exhaust speed was 500 l / sec. When the exhaust speed is low (200 l / sec), the reaction product exhaust speed is slow, so even if the ECR plane distance is some distance away and re-dissociation is small, the amount of adsorption to the wafer increases. Therefore, for low-contamination and high-speed etching with little adsorption of reaction products, it is preferable to increase the ECR surface distance to some extent and exhaust at high speed. From the results of FIG. 24, it was found that it is appropriate to use an exhaust speed of 500 l / sec or more with an ECR surface distance of 40 mm or more.
[0086]
(Example 13)
Al was etched at a gas pressure of 1 to 10 mTorr using the high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. Etching conditions are Cl 2 The gas pressure was 5 mTorr, the microwave power was 500 W, the RF bias was 20 W at 2 MHz, and the wafer temperature was 0 ° C. FIG. 25 shows the relationship between the exhaust speed and the Al etch speed. The gas flow rate is obtained by multiplying the gas pressure by the exhaust speed. The etch rate greatly increases at 500 l / sec or more. On the other hand, the exhaust speed dependency of the undercut amount is shown in FIG. Since the gas pressure is as high as 5 mTorr, undercut is likely to occur, and the tendency to increase is particularly large at an exhaust speed of 1300 l / sec or more. The reason why the undercut amount is small at an exhaust speed of 1300 l / sec or less is that the residence time of the reaction product is long, which deposits on the pattern side wall to prevent side etching. Therefore, in order to suppress the undercut amount to 0.1 μm or less at a high etch rate of 1000 nm / min or higher when etching that cannot suppress the undercut without using a sidewall deposition and a high etch rate is required. 500 l / sec was appropriate. A similar etching tendency was obtained at a pressure of 1 to 10 mTorr, and the exhaust speed satisfying an undercut amount of 0.1 μm or less was between 500 l / sec and 1300 l / sec at a high etch rate of 1000 nm / min or more. . The gas residence time was 300 msec at 500 l / sec.
[0087]
(Example 14)
By using the high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. Three Al was etched using gas. Etching conditions are BCl Three The gas pressure was 4 mTorr, the microwave power was 500 W, the RF bias was 20 W at 2 MHz, and the wafer temperature was 20 ° C. FIG. 27 shows the gas pressure dependence of the Al undercut amount. The exhaust speed was 800 l / sec. The undercut amount significantly decreased at 5 mTorr or less and became 0.1 μm or less. Cl 2 Compared with etching by BCl Three Now undercuts are reduced at higher gas pressures. This is because BCl Three This is because there is an effect of depositing on the pattern side wall and protecting the side wall. On the other hand, FIG. 28 shows the exhaust rate dependency of microloading of Al etch rate (pattern size dependency: here 0.2 μm; ratio of etch rate of a and 10 μm; b groove pattern; a / b). The micro-loading decreased as the exhaust speed increased, and became 0.9 or more suitable for practical use at 800 l / sec or more. The reason why the micro-loading decreases with the increase in the exhaust speed is that the etching reaction particles are sufficiently supplied into the small groove due to the increase in the exhaust speed. Therefore, BCl Three It has been found that in order to perform etching while suppressing undercutting and microloading in Al etching using, an exhaust speed of 800 l / sec or more is good at a gas pressure of 5 mTorr or less. Microrod is related to the amount of overetching required to etch the inside of a small groove to the end. In this case, since microloading is 0.9 or more, there is no practical problem, so the pumping speed is increased more than necessary. do not have to.
[0088]
(Example 15)
Al was etched by the high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 1 and the reactive ion etching apparatus shown in FIG. Etching conditions are Cl in a microwave etching apparatus. 2 Gas, microwave power 500W, RF bias 20W at 2MHz, wafer temperature 10 ° C, reactive ion etching with RF power 500W, Cl 2 The gas and wafer temperatures were 10 ° C. FIG. 30 shows the relationship between the Al etch rate and the gas pressure. The exhaust speed was 500 l / sec. Since microwave etching can be performed at a low gas pressure, the undercut is 0.1 μm or less at 4 mTorr, and the etching rate is 1000 nm / min. In reactive ion etching, etching was not possible at a low gas pressure, the undercut was 0.2 μm at 10 mTorr, and the etch rate was 300 nm / min. In other words, microwave etching is capable of high-speed etching with low gas pressure and less undercut as compared with reactive ion etching. On the other hand, FIG. 31 shows the relationship between the Al etch rate and the exhaust rate. The gas pressure is 4 mTorr. As the pumping rate is increased, the Al etch rate is significantly increased in microwave etching than in reactive ion etching. This is because microwave etching has a higher surface reaction rate than reactive ion etching, so that the rate of supply of etching reaction particles is limited. Therefore, if the supply of etching reaction particles is increased by increasing the exhaust speed, the etching reaction is promoted. Because. In particular, the etch rate tended to be saturated at 500 l / sec or more. On the other hand, in reactive ion etching, the surface reaction rate is low and the reaction rate is limited. Therefore, even if the supply of etching reaction particles is increased by increasing the exhaust rate, the increase in the etch rate is small. Therefore, by using microwave plasma etching, in order to prevent undercut at low gas pressure and increase the etch rate by high-speed exhaust, the gas pressure should be 4 mTorr or less and the exhaust rate should be 500 l / sec or more. Suitable. The undercut becomes smaller as the gas pressure is lowered. However, the Al etch rate is greatly reduced at 0.5 mTorr or less to 300 nm / min or less, which is not very suitable for practical use.
[0089]
(Example 16)
Al was etched by the high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 1 and the reactive ion etching apparatus shown in FIG. Etching conditions are Cl in a microwave etching apparatus. 2 Gas pressure of 4 mTorr, microwave power of 500 W, RF bias of 20 W at 2 MHz, wafer temperature of 10 ° C., reactive ion etching with RF power of 500 W, Cl 2 The gas pressure was 10 mTorr and the wafer temperature was 10 ° C. FIG. 32 shows the relationship between the Al etch rate and the gas residence time. Here, the gas flow rate was variable. Although the etching time tended to increase with any of the etching methods as the residence time decreased, the microwave etching significantly increased. The Al etch rate was 1000 nm / min at a residence time of 300 msec. Therefore, in order to obtain an etch rate of 1000 nm / min with an undercut of 0.1 μm or less, it is necessary to set the gas residence time to 300 msec or less at a gas pressure of 4 mTorr or less.
[0090]
【The invention's effect】
According to the present invention, the gas flow rate can be increased to 40 sccm or more under a high vacuum of 1 mTorr or less, and the gas residence time can be reduced to 100 msec or less. Therefore, undercut is prevented under a high vacuum, and a high etch rate is achieved at a large gas flow rate. This can be achieved, and the etching rate ratio (selection ratio) between the material to be etched and other materials can be increased. As a result, high aspect ratio (pattern width / etching depth ratio) etching of Si trenches, contact holes, and the like that require very high directivity can be processed at high speed and high accuracy.
[0091]
Further, even under a gas pressure of 1 mTorr or higher, undercutting can be prevented to some extent, and the etching rate and etching selectivity can be improved.
[0092]
In addition, since the redeposition of the reaction product is small, contamination of the wafer and the apparatus and abnormal etching shape can be reduced.
[0093]
The effects of the present invention are not limited to the above-described etching apparatus and etching material. For example, other apparatuses such as magnetron type RIE and helicon resonance type RIE, and other elements such as aluminum, tungsten, tungsten silicide, copper, GaAs, Si nitride film, etc. The same effect can be obtained with these materials.
[0094]
In addition, by using a large vessel, for example, a large number of wafers of 8 inches or more can be etched at the same time, and the etching rate can be made similar to the conventional one, so that the dry etching throughput can be improved and the cost of semiconductor products can be reduced. There is.
[0095]
The large-bore batch processing in the large vessel and high-speed exhaust processing apparatus according to the present invention has a great effect of increasing the throughput even in processes other than dry etching. For example, plasma CVD apparatus, sputtering apparatus, ion milling apparatus, plasma doping apparatus, etc. are examples. In any apparatus, when the vacuum processing chamber is enlarged, the amount of residual gas in the processing chamber increases, causing problems such as film quality deterioration due to residual gas mixing into the formed film, but such effects can be reduced by high-speed exhaust. High quality thin film can be formed. Furthermore, it is possible to shorten the time for the residual gas amount to be equal to or less than the value necessary for film formation by high-speed exhaust, and it is possible to improve the process throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a high-vacuum high-speed exhaust type microwave plasma etching apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a gas flow rate and an etching rate in Si etching using the high vacuum high speed exhaust type microwave plasma etching apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a gas pressure and an undercut amount in Si etching using a high vacuum high speed exhaust type microwave plasma etching apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between gas pressure and etch rate in Si etching using a high-vacuum high-speed exhaust type microwave plasma etching apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a calculation result obtained by calculating an incidence ratio of a reactive gas and a reaction product to a substrate when a gas flow rate is changed.
FIG. 6 is a diagram showing a calculation result of obtaining a gas residence time when the gas flow rate is changed.
FIG. 7 is a diagram illustrating a calculation result of obtaining the incidence ratio of a reactive gas and a reaction product to a substrate when the gas residence time is changed.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a high-vacuum high-speed exhaust type reactive ion etching (RIE) apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic sectional view of a dry etching apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is a partial plan view of a dry etching apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a partial plan view of a dry etching apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a gas pipe of the dry etching apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a gas pipe of the dry etching apparatus according to the present invention.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a dry etching apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is a result of obtaining a relationship between the ratio of the height and width of the etching chamber and the gas flow density in the etching chamber by simulation.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a conventional dry etching apparatus.
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between gas pressure and gas flow rate for different effective exhaust speeds.
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the effective exhaust speed and the gas residence time, with the vacuum processing chamber volume as a parameter.
FIG. 19 is a schematic view of a large vessel fast exhaust reactive ion etching (RIE) apparatus according to the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a relationship between a gas flow rate and an etching rate in Si etching using a high vacuum high speed exhaust type microwave plasma etching apparatus.
FIG. 21 is a schematic view of a large-sized vessel high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus according to the present invention.
FIG. 22 is a graph of Al etch rate and effective exhaust rate according to the present invention.
FIG. 23 is a graph of Si etch rate and wafer-ECR surface distance according to the present invention.
FIG. 24 is a graph of the reaction product on the wafer surface and the wafer-ECR plane distance according to the present invention.
FIG. 25 is a graph of Al etch rate and effective exhaust rate according to the present invention.
FIG. 26 is a graph of the amount of Al undercut and the effective exhaust speed according to the present invention.
FIG. 27 is a graph of Al undercut amount and gas pressure according to the present invention.
FIG. 28 is a graph showing an Al etching depth ratio (depending on pattern size) and an effective exhaust speed according to the present invention.
FIG. 29 is a schematic view of a fast exhaust reactive ion etching (RIE) apparatus according to the present invention.
FIG. 30 is a graph of Al etch rate and gas pressure according to the present invention.
FIG. 31 is a graph of Al etch rate and effective exhaust rate according to the present invention.
FIG. 32 is a graph of Al etch rate and gas residence time according to the present invention.
FIG. 33 is a diagram showing a range of a processing gas pressure and an effective exhaust speed to which the effect of the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum processing chamber, 2 ... Microwave generator, 3 ... Waveguide, 4 ... Discharge part, 5 ... Gas plasma, 6 ... Solenoid coil, 7 ... Sample stand, 8 ... Wafer, 9 ... Gas inlet, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Exhaust pipe, 11 ... Exhaust pump, 12 ... Conductance valve, 13 ... Gas flow controller, 14 ... Gas piping, 15 ... Buffer chamber, 16 ... Cooling mechanism, 17 ... RF bias, 18 ... Heater, 19 ... Butterfly valve, 20 ... Gas flow, 21 ... Microwave introduction window, 22 ... Upper electrode, 23 ... Gas pressure sensor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Microwave generation part, 102 ... Waveguide, 103 ... Microwave introduction window, 104 ... Gas introduction port, 105 ... Gas piping, 106 ... Mass flow controller, 107 ... Electromagnet, 108 ... Baffle plate, 109 ... Wafer, 110 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Sample stage 111 ... Chamber, 112 ... High frequency power source, 113 ... Exhaust buffer chamber, 114 ... Vacuum pump, 115 ... Gas cylinder, 116 ... Gas introduction buffer chamber, 117 ... Etching processing chamber 201 ... Vacuum processing chamber, 202 ... High frequency, DESCRIPTION OF SYMBOLS 203 ... Gas plasma, 204 ... Upper electrode, 205 ... Lower electrode, 206 ... Gas exhaust port, 207 ... 8 inch wafer, 208 ... Conductance valve, 209 ... Gas flow controller, 210 ... Gas piping, 211 ... Gas inlet port, 212 ... buffer chamber, 213 ... cooling mechanism, 214 ... heater, 215 ... exhaust pump , 216 ... discharge unit, 217 ... microwave generator, RF bias, 218 ... waveguide, 219 ... solenoid coil, the flow of 220 ... gas.

Claims (2)

主面に所定パターンのマスクを有するSi基体を準備する工程
エッチング処理室内に前記Si基体を設置する工程と、
前記エッチング処理室内にClガスを含む処理ガスを供給し、前記処理ガスをプラズマ化し、
前記エッチング処理室内のガス圧力を0.5mTorr以下、実効排気速度を500l/s以上に維持しながら、前記プラズマにより生成された反応性ガスによって前記Si基体をエッチングする工程とを含み、
前記処理ガスの処理室内滞在時間は、100msec以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of preparing a Si substrate having a mask having a predetermined pattern on the main surface,
Installing the Si substrate in an etching chamber;
Supplying a processing gas containing Cl 2 gas into the etching processing chamber, converting the processing gas into plasma,
The etching chamber gas pressure 0.5mTorr less, while maintaining the effective pumping speed above 500 l / s, viewed including the step of etching the Si substrate by a reactive gas generated by the plasma,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein a residence time of the processing gas in the processing chamber is 100 msec or less .
前記処理ガスの供給は、前記処理室内に供給されるガス流量が100sccm以上で行われることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。  2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the process gas is supplied at a flow rate of gas supplied to the process chamber of 100 sccm or more.
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