JP3807598B2 - Etching method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えばLSI等の半導体デバイスがその表面に形成される半導体ウエハ(以下、「ウエハ」という)を例にとって説明すると、従来から気密に構成された処理室内にエッチングガスを導入し、高周波電力の印加によって前記処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマ雰囲気中でウエハに対して例えばコンタクトホール形成のためのエッチング処理が行われている。
【0003】
これを例えばシリコン酸化膜(SiO2)のエッチングに基づいて説明すると、従来からウエハ上に形成されているシリコン酸化膜に対してエッチングを実施する場合、エッチングガスとして例えばCF4などのF(フッ素)系ガス、CCl4などのCl(塩素)系ガス、さらにはCClF3などのF−Cl系ガスなどが多く用いられている。
そして前記各種系のガスのうち、例えばCF4の場合には、プラズマによってガス分子を解離させて生じたF*(フッ素ラジカル)により、シリコン酸化膜(SiO2)が除去される。
【0004】
ところで今日ではデバイスの高集積化に伴い、ハーフミクロン、クォーターミクロンに対応した超微細加工が可能なエッチング方法が求められており、そのため例えばコンタクトホールも0.35μm以下に形成することが必要となってくるが、このような微細なコンタクトホールを形成するためには、高密度のプラズマ雰囲気中で選択比の高い異方性エッチングを実現する必要がある。
【0005】
しかしながら高密度のプラズマ雰囲気の下では、プラズマに吸収されるエネルギーが高いため、ガス分子の解離が進行し、その結果例えば前出CF4の場合には、F*(フッ素ラジカル)が過剰に生成されてしまい、選択比が低下してエッチングが等方性へとシフトしてしまう傾向がある。
【0006】
従って、前記過剰なフッ素ラジカルを何らかの手段で除去する必要があるが、この点最近では、そのようなフッ素ラジカルと容易に反応してこれを無能化させる、例えばSi(珪素)などの材質によって、電極プレートなど処理室内の部材を構成することが提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのように処理室内の部材にSi単体を用いる方法では、まずこの部材自体を適宜の加熱手段によって300゜C程度の高温に加熱する必要がある。また処理回数を重ねていくと、部材表面の表面積が変化していって反応表面積が変化し、その結果フッ素ラジカルと反応する量が一定とはならず、肝要なエッチング処理自体がウエハ毎に異なってくるというおそれも生ずる。
さらには、一定処理回数毎にメンテナンスが必要となり、スループットも低下してしまう。
【0008】
本発明はそのような問題点に鑑みてなされたものであり、基本的には等方性エッチングへとシフトさせてしまう過剰なラジカル成分を、定混合量ガスによって吸収除去して、異方性エッチングの選択比を向上させることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的達成のため、請求項1に記載のエッチング方法は、処理室内に処理ガスを導入し、被処理体に対してプラズマ雰囲気下で前記被処理体のシリコン酸化膜に対して所定のエッチング処理を施すエッチング方法において、前記処理ガスとして、C(炭素)とF(フッ素)を含むガスと、S(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスとの混合ガスを使用すると共に、前記S(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスの流量を調節して、前記C(炭素)とF(フッ素)を含むガスの解離反応によって生ずる過剰なフッ素ラジカルとS(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスとを反応させてその抑制の制御を行うことを特徴とするものである。
【0010】
前記エッチング方法において、前記プラズマ雰囲気は、処理容器内に設けられた上部電極とサセプタに高周波電力を印加することによって発生され、前記高周波電力は、変圧部を介して前記処理容器とは切り離された一次側の高周波電源によって供給され、かつ前記変圧部を介した二次側の波形に対して各々マッチングがとられるようにしてもよい。
【0011】
なお本発明における炭素とフッ素を含むガスとしては、例えば既述のCF4を始めとしたCxFy系のハロゲン化炭素化合物のガスが挙げられる。
【0012】
また前記S(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスは、たとえばSOBr2等のチオニル類、又はSO、SO2、SO3、S2O、S2O3、S2O7、SO4等の硫黄酸化物ガスが挙げられる。
【0013】
本発明において、前者のC(炭素)とフッ素を含むガスはいわゆる反応ガスとして機能し、プラズマ中で解離反応を起こして、エッチングを行うためのラジカル成分などのエッチャントが発生する。
他方後者のS(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないS(硫黄)系ガスは、前記反応ガスの解離が進行してしまって過剰なラジカル成分が生成されたときに、この過剰なラジカル成分と反応して、これを除去する。
【0014】
したがって、過剰なラジカル成分の発生具合、即ち反応ガスの解離程度に応じて、例えばマスフローコントローラなどによって、後者のS(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないS(硫黄)系ガスの流量を制御することにより、過剰なラジカル成分を抑制して、エッチングの選択比を向上させ、垂直異方性を高めた異方性エッチング処理を実施することが可能になる。
【0015】
なお、かかる各ガスの機能に鑑みれば、実際のエッチング処理において処理室内に導入する処理ガスは、他に例えばN2、Arガスなどの不活性ガス等を併用することは妨げない。
【0016】
本発明のようにF(フッ素)を含まずO(酸素)を含むS(硫黄)系ガスを用いた場合には、このO(酸素)が例えば処理ガス中の過剰なC(炭素)と反応して、
C + O2 → CO2↑
となり、これを排気させる。
従って処理ガス中に異方性エッチングを妨げる過剰な炭素も除去することが可能となっている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明すると、図1は本実施の形態を実施するために用いたプラズマエッチング装置1の断面を模式的に示しており、このプラズマエッチング装置1は、電極板が平行に対向した所謂平行平板型RIE装置として構成されている。
【0018】
このプラズマエッチング装置1は、例えば表面が酸化アルマイト処理されたアルミニウムなどからなる円筒あるいは矩形状に成形された処理容器2を有しており、この処理容器2は接地されている。
前記処理容器2内に形成される処理室内の底部にはセラミックなどの絶縁板3を介して、被処理体、例えば半導体ウエハ(以下、「ウエハ」という)Wを載置するための略円柱状のサセプタ支持台4が収容され、さらにこのサセプタ支持台4の上部には、下部電極を構成するサセプタ5が設けられている。なお本実施の形態においては、シリコン基板を有する前記ウエハW上のシリコン酸化膜(SiO2)のエッチングを実施する場合について説明する。
【0019】
前記サセプタ支持台4の内部には、冷媒室6が設けられており、この冷媒室6には例えば液体窒素などの温度調節用の冷媒が冷媒導入管7を介して導入可能であり、導入された冷媒はこの冷媒室6内を循環し、その間生ずる冷熱は冷媒室6から前記サセプタ5を介して前記ウエハWに対して伝熱され、このウエハWの処理面を所望する温度まで冷却することが可能である。
なお冷媒として、例えば前記したような液体窒素を用いた場合、その核沸騰により生じた窒素ガスは冷媒排出管8より処理室2外へと排出されるようになっている。
【0020】
前記サセプタ5は、その上面中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウエハWと略同形の静電チャック11が設けられている。この静電チャック11は、2枚の高分子ポリイミド・フィルムによって導電層12が挟持された構成を有しており、この導電層12に対して、処理容器2外部に設置されている直流高圧電源13から、例えば1.5kVの直流高電圧を印加することによって、この静電チャック11上面に載置されたウエハWは、クーロン力よってその位置で吸着保持されるようになっている。
【0021】
前記サセプタ5の上端周縁部には、静電チャック11上に載置されたウエハWを囲むように、環状のフォーカスリング15が配置されている。このフォーカスリング15は反応性イオンを引き寄せない絶縁性の材質からなり、プラズマよって発生した反応性イオンを、その内側のウエハWにだけ効果的に入射せしめるように構成されている。
【0022】
そしてこのフォーカスリング15の材質を例えば、SiO(一酸化珪素)によって構成することより、後述の如く、フッ素ラジカルと反応して、これを除去することが可能になっている。
【0023】
前記サセプタ5の上方には、このサセプタ5と平行に対向して、これより約15〜20mm程度離間させて位置に、上部電極21が、絶縁材22を介して、処理容器2の上部に支持されている。
【0024】
この上部電極21は、前記サセプタ5との対向面に、多数の拡散孔23を有する、例えばSiC又はアモルファスカーボンからなる電極板24と、この電極板24と平行に位置して、両者間に中空部を形成する例えば表面が酸化アルマイト処理されたアルミニウムからなる支持板25とを有し、さらに前記電極板24の上面には、ガス拡散板26が設けられている。
【0025】
前記ガス拡散板26は、図2に示したような形態を有しており、図3に示したように、例えばボルトなどの固定部材27によって前記電極板24に固定されている。
そしてこのガス拡散板26の材質は、多数の孔を有する例えばカーボンやガラスカーボンなどの導電材から構成されているが、その他絶縁材であるセラミックスや石英などで構成してもよい。但し、前者の導電材で構成したほうが、前記電極板24と同電位となるため、異常放電の可能性はなくなるので好ましい。
【0026】
前記上部電極21における支持板25の中央には、図3に示したように、ガス導入口28が設けられ、さらにこのガス導入口28には、図1に示したように、ガス導入管29が接続されている。
このガス導入管29には、図1に示したように、ガス供給管31が接続されており、さらにこのガス供給管31は3つに分岐されて、各々バルブ32、マスフローコントローラ33を介して、それぞれ対応する処理ガス供給源34、35、36に通じている。
本実施の形態においては、処理ガス供給源34からはCF4ガス、処理ガス供給源35からはSOガス、処理ガス供給源36からはN2ガスが供給されるように設定されている。
【0027】
前記処理容器2の下部には排気管41が接続されており、この処理容器2とゲートバルブ42を介して隣接しているロードロック室43の排気管44共々、ターボ分子ポンプなどの排気手段45に通じており、所定の減圧雰囲気まで真空引きできるように構成されている。
そして前記ロードロック室43内に設けられた搬送アームなどの搬送手段46によって、被処理体であるウエハWは、前記処理容器2とこのロードロック室43との間で搬入、搬出されるように構成されている。
【0028】
また前記プラズマエッチング装置1におけるパワーユニットは、高周波電源部を前記処理容器2から切り離したいわゆるパワースプリット構成を採っている。
即ち、例えば13.56MHzの高周波を発振させる高周波電源51は、誘導コイルなどで構成される変圧部52の一次側に設置されており、さらにこの変圧部52の誘導コイルなどの二次側に、接地されるスライドコントローラ53が設けられている。
【0029】
そしてこの変圧部52の二次側は、それぞれ第1整合器54、ブロッキングコンデンサ55を介して前出上部電極21の電極板24と、第2整合器56、ブロッキングコンデンサ57を介して、前出サセプタ5とに各々接続されており、それぞれ二次側の波形に対してマッチングを行い、上部電極21とサセプタ5とに、各々180゜位相のずれた高周波電力を印加するように構成されている。
【0030】
本実施の形態を実施するためのプラズマエッチング装置1は以上のように構成されており、次にその動作等について説明すると、まず被処理体であるウエハWは、ゲートバルブ42が開放された後、搬送手段46によってロードロック室43から処理容器2内へと搬入され、静電チャック11上に載置される。そして高圧直流電源13の印加によって前記ウエハWは、この静電チャック11上に吸着保持される。その後搬送手段46がロードロック室43内へ後退したのち、処理容器2内は排気手段45によって真空引きされていく。
【0031】
他方バルブ32が開放されて、マスフローコントローラ33によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給源34からはCF4ガスが、また処理ガス供給源35からはSOガスが、ガス供給管31、ガス導入管29、ガス導入口28を通じて、上部電極23の中空部内へと導入される。
さらにこの中空部から、前記CF4ガスとSOガスとの混合ガスが、ガス拡散板26、拡散孔23を通じて、前記ウエハWに対して吐出されるのであるが、図3に示したように、このガス拡散板26は多孔体で構成されており、直接の吐出口となる前記複数の拡散孔23の構成と相俟って、前記ウエハWに対しては極めて均等に吐出されるものである。
【0032】
そして処理容器2内の圧力は例えば10mTorrに設定、維持された後、高周波電源51が作動して、変圧部52のスライドコントローラ53でその出力調整がなされつつ、前記上部電極21とサセプタ5とに対して、位相が180゜異なった高周波電力が印加されて、これら上部電極21とサセプタ5との間にプラズマが発生し、前記導入されたCF4ガスの解離によって生じたラジカル成分によって、ウエハWに対して所定のエッチングが施される。
【0033】
このときCF4は、
・CF3 + F−
CF3 − + ・F
CF3 + + F−
CF3 + + ・F + e−
のように、多段階に解離していき、 F− → F* + e− となって、このF*(フッ素ラジカル)がウエハW表面のSiO2に対してエッチングを行う。
【0034】
しかしながらこのまま前記した解離が最終段階まで進行してしまって、フッ素ラジカルが過剰に生成されると、エッチングの垂直異方性が損なわれて選択比が低下し、全体として等方性エッチングとなってしまう。
【0035】
ところが本実施の形態においては、CF4ガスと共にSOガスを混合して処理容器2内に導入しているので、例えば次のような反応が生起され、過剰なフッ素ラジカルは吸収、除去される。即ち、
F* + SO → SF6↑ + O2↑ (係数は任意)
となり、またCF4中における過剰のC(炭素)は、
C + O2 → CO2↑
となって、排気される。
【0036】
従って、選択比を低下させる過剰なフッ素ラジカルは抑制されて、垂直異方性の良好なエッチングを実施することが可能である。
しかも本実施の形態においては、F(フッ素)を含まずO(酸素)を含むS(硫黄)系のガスであるSOガスを用いているので、前記したように過剰のC(炭素)がSO中のOと反応してCO2(二酸化炭素)となって排気される。従ってフロン系ガスとしてC(炭素)を含むガスと混合させて使用した場合、被処理体表面にCが堆積して異方性エッチングを阻害することが防止できる。
【0037】
しかもかかる過剰フッ素ラジカル抑制の制御は、例えばSOガスの流量の調節によって行うことが可能であるから、対応するマスフローコントローラ33の制御によってこれを容易になし得ることが可能である。
【0038】
なお前記上部電極21とサセプタ5に対して印加される高周波電力は、それぞれ二次側において、各々第1整合器54、第2整合器56によってマッチングされているので、図4に示したように、歪みのない正常な正弦波を有する高周波電力を印加させることが可能である。
この点、従来のパワースプリット構成を有するこの種の装置においては、一次側にのみ整合器をおいてマッチングをとっていたので、図5に示したような、歪みのある略ラムプ形の波形となっていた。そのため、当該歪みによってエッチング特性が劣化したり、制御が困難になって所期のエッチング処理が行えないおそれがあった。
【0039】
この点、前記プラズマエッチング装置1では、二次側にそれぞれ第1整合器54、第2整合器56を設けて有るので、図4に示したように歪みのない正弦波形を有する高周波電力を印加させることが可能である。従って、この点からも所定のエッチング処理を行うことが可能になっている。
なおこの場合、各第1整合器54、第2整合器56を例えば差動バリコンで制御するように構成してもよい。
【0040】
なお前記した実施の形態で用いたプラズマエッチング装置1の上部電極23内に使用されたガス拡散板26は、従来のアルミニウム系材質とは異なり、既述の如くカーボン、ガラスカーボン、セラミックス、石英等で構成されている。従って、エッチングガスとして、例えばCCl4などの塩素系ガスを用いた場合であっても、腐食することはない。
【0041】
また従来は多数の拡散孔を有する拡散板を複数用いて均等吐出させる構成を採っており、そのため取付け、メンテナンスの際に煩雑であったが、前記した実施の形態で用いたプラズマエッチング装置1においては、多孔体のガス拡散板26を用いているから、これを1枚使用するだけでも十分な均等吐出効果が得られ、またボルト等の固定部材27による固定で取り付けることが可能となっている。従って、取付け、メンテナンスが極めて容易となっている。
【0042】
なお前記した実施の形態においては、エッチャントを発生させるガスとしてCF4ガスを用い、過剰なラジカル成分を吸収除去させる成分を発生させるガスとしてSOを用いたが、本発明はもちろんこれらガスに限定されるものではない。
例えばエッチャントを発生させるガスとしては、前記CF4を始めとしたCxFy系のハロゲン化炭素化合物、を用いることが可能である。
【0043】
また他方、過剰なラジカル成分を吸収除去させる成分を発生させるガスとしては、F(フッ素)含まないS(硫黄)系ガス、例えばSOBr2(臭化チオニル)等のチオニル類、CS2、H2S、N2S2、N4S4、As4S4、As2S3、P4S7、P2S5等の硫化物、SO、SO2、SO3、S2O、S2O3、S2O7、SO4等の硫黄酸化物のガスを用いることが可能である。
【0044】
また特に実施の形態でも使用したSOを始めとしたSO2、SO3、S2O、S2O3、S2O7、SO4等の硫黄酸化物のように、F(フッ素)含まずO(酸素)を含むS(硫黄)系のガスを用いれば、前記のCF4を始めとしたCxFy系のハロゲン化炭素化合物(いわゆるフレオンガス)と混合させた場合、過剰なC(炭素)とO(酸素)とが反応してCO2(二酸化炭素)となって排気されるので、異方性エッチングを阻害させる炭素化合物が被処理体表面に体積することが防止できる。
【0045】
ところで本実施の形態に用いた前記プラズマエッチング装置1の処理容器2内のサセプタ5の上端周縁部には、環状のフォーカスリング15が配置されているが、このフォーカスリング15の材質を例えば、SiO(一酸化珪素)によって構成すると、次のような作用効果が得られる。
【0046】
即ちSiOは、図6に示したように、その表面に不動態であるSiO2を容易に形成させる。そうすると、ウエハWに対するシリコン酸化膜のエッチングの際には、このフォーカスリング15表面のSiO2も同時にエッチングされ、内部のSiOが露出する。
そうするとこのSiOが既述のF*(フッ素ラジカル)と反応して、
SiO + F* → SiF4 + O2↑
という反応が起こり、やはり過剰なフッ素ラジカルを吸収、除去させることが可能となる。またその際の生成反応物はSiF4であるから、処理容器内を汚染するおそれもない。しかも不動体であるSiO2は常温にてSiOの表面に形成されるので、例えばSiOによって前出フォーカスリング15を構成しても、別途専用の加熱手段等は不要であり、しかも取扱も容易である。その他、例えば処理容器2の内壁をSiOで構成しても同様な効果が得られる。
【0047】
なお前出実施の形態に用いた装置は、いわゆる平行平板型のプラズマエッチング装置であったが、本発明を実施するには、これに限らず、他のエッチング装置、例えばマグネトロンRIE装置、ECRエッチング装置を用いてもよい。もちろん被処理体も既述の如き半導体ウエハに限らず、例えばLCD基板であっても全く同様な効果が得られる。
【0048】
【発明の効果】
本発明によれば、処理容器内に導入する処理ガスによって、垂直異方性を妨げるラジカル成分の抑制が行えるので、選択比を向上させた異方性エッチングが実現可能である。しかも前記処理ガスの流量を制御することにより、前記抑制の制御を容易になしえる。また異方性エッチングを妨げる過剰なC(炭素)が処理ガス中にあっても、これも除去することが可能であり、さらにこの点からも選択比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を実施する際に用いたプラズマエッチング装置の側面の説明図である。
【図2】図1のプラズマエッチング装置における上部電極内に用いたガス拡散板の斜視図である。
【図3】図1のプラズマエッチング装置における上部電極の縦断面の説明図である。
【図4】図1のプラズマエッチング装置において印加された高周波の波形を示す説明図である。
【図5】従来のパワースプリット型のプラズマ装置において印加された高周波の波形を示す説明図である。
【図6】図1のプラズマエッチング装置におけるフォーカスリングにSiOを用いた場合の縦断面の説明図である。
【符号の説明】
1 プラズマエッチング装置
2 処理容器
5 サセプタ
21 上部電極
23 拡散孔
26 ガス拡散板
29 ガス導入管
34、35、36 処理ガス供給源
45 排気手段
51 高周波電源
54 第1整合器
55 第2整合器
W ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching method.
[0002]
[Prior art]
For example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a “wafer”) on which a semiconductor device such as an LSI is formed will be described as an example. An etching gas is introduced into a processing chamber that has been conventionally airtight, and high-frequency power is applied. Plasma is generated in the processing chamber, and an etching process for forming contact holes, for example, is performed on the wafer in the plasma atmosphere.
[0003]
This will be described based on, for example, etching of a silicon oxide film (SiO 2 ). When etching is conventionally performed on a silicon oxide film formed on a wafer, an etching gas such as F (fluorine) such as CF 4 is used. ) Based gases, Cl (chlorine) based gases such as CCl 4, and F—Cl based gases such as CClF 3 are often used.
Of the various gases, for example, CF 4 , the silicon oxide film (SiO 2 ) is removed by F * (fluorine radical) generated by dissociating gas molecules by plasma.
[0004]
Nowadays, with the high integration of devices, there is a demand for an etching method capable of ultra-fine processing corresponding to half micron and quarter micron. Therefore, for example, a contact hole needs to be formed to 0.35 μm or less. However, in order to form such a fine contact hole, it is necessary to realize anisotropic etching with a high selectivity in a high-density plasma atmosphere.
[0005]
However, under a high-density plasma atmosphere, the energy absorbed by the plasma is high, so the dissociation of gas molecules proceeds. As a result, for example, in the case of CF 4 described above, excessive F * (fluorine radical) is generated. As a result, the selectivity is lowered and the etching tends to be isotropic.
[0006]
Therefore, it is necessary to remove the excess fluorine radicals by some means. Recently, however, it is easy to react with such fluorine radicals and disable them, for example, by a material such as Si (silicon), It has been proposed to constitute a member in the processing chamber such as an electrode plate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a method using Si alone as a member in the processing chamber, it is necessary to first heat the member itself to a high temperature of about 300 ° C. by appropriate heating means. In addition, as the number of treatments is repeated, the surface area of the member surface changes and the reaction surface area changes. As a result, the amount of reaction with fluorine radicals is not constant, and the important etching process itself varies from wafer to wafer. There is also a risk of coming.
Furthermore, maintenance is required every certain number of processing times, and throughput is also reduced.
[0008]
The present invention has been made in view of such a problem, and basically, an excess radical component that shifts to isotropic etching is absorbed and removed by a constant mixture gas, and anisotropic. The object is to improve the etching selectivity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an etching method according to claim 1, wherein a processing gas is introduced into a processing chamber, and a predetermined etching process is performed on the silicon oxide film of the target object in a plasma atmosphere. In the etching method, the mixed gas of the gas containing C (carbon) and F (fluorine) and the gas containing S (sulfur) and O (oxygen) and not containing F (fluorine) is used as the processing gas. while using the S by adjusting the flow rate of the gas containing no one or include (sulfur) and O (oxygen) F (fluorine), dissociation of the C-containing gas (carbon) and F (the fluorine) It is characterized by controlling the suppression by reacting an excess fluorine radical generated by the reaction with a gas containing S (sulfur) and O (oxygen) and not containing F (fluorine).
[0010]
In the etching method, the plasma atmosphere is generated by applying high-frequency power to an upper electrode and a susceptor provided in the processing container, and the high-frequency power is separated from the processing container through a transformer. Matching may be performed with respect to the waveform on the secondary side supplied by the high frequency power source on the primary side and via the transformer.
[0011]
Examples of the gas containing carbon and fluorine in the present invention include CxFy-based halogenated carbon compound gases such as CF 4 described above .
[0012]
The gas containing S (sulfur) and O (oxygen) and not containing F (fluorine) is, for example, thionyls such as SOBr 2 or SO, SO 2 , SO 3 , S 2 O, S 2 O 3. , S 2 O 7 , SO 4 and other sulfur oxide gases.
[0013]
In the present invention, the former gas containing C (carbon) and fluorine functions as a so-called reaction gas, and causes a dissociation reaction in plasma to generate an etchant such as a radical component for performing etching.
On the other hand, in the latter S (sulfur) -based gas containing S (sulfur) and O (oxygen) and not containing F (fluorine), dissociation of the reaction gas proceeds and an excessive radical component is generated. Sometimes it reacts with this excess radical component to remove it.
[0014]
Therefore, excessive state of generation of the radical components, i.e. depending on the degree dissociation of the reactant gases, for example, by a mass flow controller, not including the latter S and (sulfur) O (oxygen) and a and F (fluorine) S ( By controlling the flow rate of the (sulfur) -based gas, it is possible to suppress anisotropic radical components, improve the etching selectivity, and perform anisotropic etching with increased vertical anisotropy.
[0015]
Incidentally, in view of the functions of the respective gas, the process gas introduced into the processing chamber in actual etching process is not impeded by a combination of inert gases and the like such as other example N 2, Ar gas.
[0016]
When an S (sulfur) -based gas not containing F (fluorine) and containing O (oxygen) is used as in the present invention , this O (oxygen) reacts with, for example, excess C (carbon) in the processing gas. do it,
C + O 2 → CO 2 ↑
And exhaust it.
Therefore, it is possible to remove excess carbon that hinders anisotropic etching in the processing gas.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows a cross section of a plasma etching apparatus 1 used for carrying out the present embodiment. The electrode plate is configured as a so-called parallel plate RIE apparatus in which the electrode plates face each other in parallel.
[0018]
The plasma etching apparatus 1 includes a processing container 2 formed in a cylindrical or rectangular shape made of, for example, aluminum whose surface is anodized with anodization, and the processing container 2 is grounded.
A substantially cylindrical shape for placing an object to be processed, for example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) W through an insulating plate 3 made of ceramic or the like at the bottom of the processing chamber formed in the processing container 2. The
[0019]
A refrigerant chamber 6 is provided in the
For example, when liquid nitrogen as described above is used as the refrigerant, nitrogen gas generated by the nucleate boiling is discharged out of the processing chamber 2 through the
[0020]
The susceptor 5 is formed into a convex disk shape at the center of the upper surface, and an
[0021]
An
[0022]
The
[0023]
Above the susceptor 5, an upper electrode 21 is supported on the upper portion of the processing vessel 2 via an insulating
[0024]
The upper electrode 21 has a number of diffusion holes 23 on the surface facing the susceptor 5, for example, an
[0025]
The
The material of the
[0026]
As shown in FIG. 3, a
As shown in FIG. 1, a
In the present embodiment, the processing
[0027]
An
Then, the wafer W, which is an object to be processed, is loaded and unloaded between the processing container 2 and the
[0028]
The power unit in the plasma etching apparatus 1 has a so-called power split configuration in which a high-frequency power source is separated from the processing container 2.
That is, for example, the high
[0029]
The secondary side of the
[0030]
The plasma etching apparatus 1 for carrying out the present embodiment is configured as described above. Next, its operation and the like will be described. First, after the
[0031]
On the other hand, the
Further, from this hollow portion, the mixed gas of the CF 4 gas and SO gas is discharged to the wafer W through the
[0032]
Then, after the pressure in the processing container 2 is set and maintained at, for example, 10 mTorr, the high
[0033]
At this time, CF 4
・ CF 3 + F −
CF 3 - + · F
CF 3 + + F −
CF 3 + + F + e −
In this way, the dissociation takes place in multiple stages, and F − → F * + e −, and this F * (fluorine radical) etches SiO 2 on the surface of the wafer W.
[0034]
However, if the dissociation described above proceeds to the final stage and fluorine radicals are generated excessively, the vertical anisotropy of etching is impaired and the selectivity is lowered, resulting in isotropic etching as a whole. End up.
[0035]
However, in the present embodiment, the SO 4 gas is mixed with the CF 4 gas and introduced into the processing container 2, so that, for example, the following reaction occurs, and excess fluorine radicals are absorbed and removed. That is,
F * + SO → SF 6 ↑ + O 2 ↑ (coefficient is arbitrary)
And the excess C (carbon) in CF 4 is
C + O 2 → CO 2 ↑
And exhausted.
[0036]
Therefore, excessive fluorine radicals that reduce the selectivity can be suppressed, and etching with good perpendicular anisotropy can be performed.
Moreover, in this embodiment, since SO gas, which is an S (sulfur) -based gas not containing F (fluorine) but containing O (oxygen), is used, as described above, excess C (carbon) is converted into SO. It reacts with O in the inside and becomes CO 2 (carbon dioxide) and is exhausted. Accordingly, when mixed with a gas containing C (carbon) as a chlorofluorocarbon-based gas, it is possible to prevent C from depositing on the surface of the object to be processed and inhibiting anisotropic etching.
[0037]
Moreover, since the control of the excessive fluorine radical suppression can be performed by adjusting the flow rate of the SO gas, for example, this can be easily achieved by the control of the corresponding
[0038]
Since the high frequency power applied to the upper electrode 21 and the susceptor 5 is matched by the
In this respect, in this type of apparatus having a conventional power split configuration, matching is performed with a matching unit provided only on the primary side, so that a substantially lumped waveform having distortion as shown in FIG. It was. For this reason, there is a possibility that the etching characteristics deteriorate due to the distortion or that the desired etching process cannot be performed due to difficulty in control.
[0039]
In this regard, since the plasma etching apparatus 1 includes the
In this case, the
[0040]
The
[0041]
Conventionally, a plurality of diffusion plates having a large number of diffusion holes are used for uniform discharge, which is complicated during installation and maintenance. In the plasma etching apparatus 1 used in the above embodiment, however, Since a porous
[0042]
In the above-described embodiment, CF 4 gas is used as a gas for generating an etchant, and SO is used as a gas for generating a component for absorbing and removing excess radical components. However, the present invention is of course limited to these gases. It is not something.
For example, as a gas for generating an etchant, it is possible to use CxFy-based halogenated carbon compounds such as CF 4 .
[0043]
On the other hand, as a gas for generating a component that absorbs and removes excess radical components, S (sulfur) -based gas not containing F (fluorine), for example, thionyls such as SOBr 2 (thionyl bromide), CS 2 , H 2 S, N 2 S 2 , N 4 S 4 , As 4 S 4 , As 2 S 3 , P 4 S 7 , sulfides such as P 2 S 5 , SO, SO 2 , SO 3 , S 2 O, S 2 It is possible to use a sulfur oxide gas such as O 3 , S 2 O 7 or SO 4 .
[0044]
Moreover, it does not contain F (fluorine) like sulfur oxides such as SO 2 , SO 3 , S 2 O, S 2 O 3 , S 2 O 7 , SO 4 such as SO used in the embodiment. If an S (sulfur) -based gas containing O (oxygen) is used, when mixed with a CxFy-based halogenated carbon compound (so-called freon gas) such as CF 4 , excess C (carbon) and O Since it reacts with (oxygen) and becomes CO 2 (carbon dioxide) and is exhausted, it is possible to prevent the carbon compound that inhibits anisotropic etching from growing on the surface of the object to be processed.
[0045]
By the way, an
[0046]
That is, as shown in FIG. 6, SiO easily forms passive SiO 2 on the surface thereof. Then, when the silicon oxide film is etched on the wafer W, the SiO 2 on the surface of the
Then, this SiO reacts with the above-mentioned F * (fluorine radical),
SiO + F * → SiF 4 + O 2 ↑
It is possible to absorb and remove excess fluorine radicals. Further, since the product reaction product at that time is SiF 4 , there is no possibility of contaminating the inside of the processing container. Moreover, since the non-moving body SiO 2 is formed on the surface of SiO at room temperature, for example, even if the
[0047]
The apparatus used in the above embodiment is a so-called parallel plate type plasma etching apparatus. However, the present invention is not limited to this, and other etching apparatuses such as a magnetron RIE apparatus and an ECR etching apparatus are used. An apparatus may be used. Of course, the object to be processed is not limited to the semiconductor wafer as described above, and the same effect can be obtained even if it is an LCD substrate, for example.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the radical component that hinders the vertical anisotropy can be suppressed by the processing gas introduced into the processing container, anisotropic etching with improved selectivity can be realized. In addition, the suppression can be easily controlled by controlling the flow rate of the processing gas. Even if excess C (carbon) that hinders anisotropic etching is present in the processing gas, it can also be removed, and the selectivity can be improved from this point.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of a side surface of a plasma etching apparatus used in carrying out an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a gas diffusion plate used in an upper electrode in the plasma etching apparatus of FIG. 1. FIG.
3 is an explanatory view of a longitudinal section of an upper electrode in the plasma etching apparatus of FIG. 1. FIG.
4 is an explanatory diagram showing a waveform of a high frequency applied in the plasma etching apparatus of FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a waveform of a high frequency applied in a conventional power split type plasma apparatus.
6 is an explanatory view of a longitudinal section when SiO is used for the focus ring in the plasma etching apparatus of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma etching apparatus 2 Processing container 5 Susceptor 21
Claims (6)
前記処理ガスとして、C(炭素)とF(フッ素)を含むガスと、S(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスとの混合ガスを使用すると共に、前記S(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスの流量を調節して、前記C(炭素)とF(フッ素)を含むガスの解離反応によって生ずる過剰なフッ素ラジカルとS(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスとを反応させてその抑制の制御を行うことを特徴とする、エッチング方法。In an etching method in which a processing gas is introduced into a processing chamber, and a predetermined etching process is performed on the silicon oxide film of the object to be processed in a plasma atmosphere.
As the processing gas, the use a gas containing C (carbon) and F (fluorine), a mixed gas of gas containing no S (sulfur) and O (oxygen) and a and F (fluorine), wherein S (sulfur) and O (oxygen) and by adjusting the flow rate of the gas containing no one or contain F (fluorine), excess fluorine produced by dissociation reaction of the gas containing the C (carbon) and F (fluorine) An etching method comprising controlling reaction by reacting a gas containing radicals, S (sulfur) and O (oxygen) and not containing F (fluorine).
前記S(硫黄)とO(酸素)とを含みかつF(フッ素)を含まないガスは、SOBr2等のチオニル類、又はSO、SO2、SO3、S2O、S2O3、S2O7、SO4等の硫黄酸化物ガスであることを特徴とする、請求項1に記載のエッチング方法。 The gas containing C (carbon) and F (fluorine) is a gas of a CxFy-based halogenated carbon compound,
The gas containing S (sulfur) and O (oxygen) and not containing F (fluorine) is thionyl such as SOBr 2 , or SO, SO 2 , SO 3 , S 2 O, S 2 O 3 , S 2. The etching method according to claim 1, wherein the etching method is a sulfur oxide gas such as 2 O 7 or SO 4 .
前記高周波電力は、変圧部を介して前記処理容器とは切り離された一次側の高周波電源によって供給され、かつ前記変圧部を介した二次側の波形に対して各々マッチングがとられていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のエッチング方法。 The plasma atmosphere is generated by applying high frequency power to an upper electrode and a susceptor provided in a processing container,
The high-frequency power is supplied by a primary-side high-frequency power source separated from the processing container via a transformer, and each of the secondary-side waveforms via the transformer is matched. The etching method according to claim 1, wherein:
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