JP4117438B2 - パーティクル発生の少ないプラズマエッチング用シリコン電極板 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマエッチング装置に使用するパーティクル発生の少ないシリコン電極板に関するものであり、特に半導体装置を構成する層間絶縁膜のエッチングに際してパーティクル発生が極めて少ないシリコン電極板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体装置を製造する工程の一つにSiウエハをエッチングする工程があり、Siウエハをエッチングするための装置として、プラズマエッチング装置が用いられている。さらに具体的に述べると、Siウエハの表面に酸化シリコンからなる層間絶縁膜を形成し、さらにその上にフォトレジスト膜を局部的に形成し、前記層間絶縁膜のフォトレジスト膜の無い部分をエッチング面としてエッチングすることが行なわれている。この時使用されるプラズマエッチング装置は、例えば図1に示されるように、真空容器1内に電極板2および架台3が間隔をおいて設けられており、架台3の上に層間絶縁膜(図示せず)を形成したSiウエハ4を載置し、エッチングガス7をシリコン電極板2に設けられた貫通細孔5を通してSiウエハ4に向って流しながら高周波電源6により電極板2と架台3の間に高周波電圧を印加することができるようになっている。
【0003】
供給されたエッチングガス7はこの高周波電圧の印加によりシリコン電極板2と架台3の間の空間でプラズマ10となり、このプラズマ10がSiウエハに当ってSiウエハ4の表面がエッチングされる。前記シリコン電極板2は円盤状の単結晶シリコンで構成されており、この単結晶シリコン円盤の平面に対して直角方向に複数の貫通細孔5が設けられている。
【0004】
ところが、従来の単結晶シリコンからなるシリコン電極板を用いてSiウエハをプラズマエッチングした場合、プラズマエッチングしたSiウエハ表面に粒径:0.5μm以上の粗大パーティクルが多数付着し、かかる粗大パーティクルが多数付着したSiウエハは不良品となり、プラズマエッチングしたSiウエハの歩留りの低下が問題点となっている。
【0005】
この問題点を解決するために、従来は、図2(a)に示されるように、シリコン電極板2の貫通細孔5の端部に面取り8を施したり、または図2(b)に示されるように、シリコン電極板2の貫通細孔5を成形するときに壁面から内部に向かって成長するマイクロクラック9の長さを10μm以下に抑えたりして粒径:0.5μm以上の粗大パーティクルの発生を防止している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、半導体装置の高性能化に伴って、Siウエハ表面に付着するパーティクルをさらに少なくするよう求められており、前記従来の単結晶シリコン電極板を用いると、粒径:0.5μm以上の粗大パーティクルの発生は防止できるが、粒径:0.3μm以上のさらに微細なパーティクルの発生までも少なくすることはできない。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、プラズマエッチングしたSiウエハ表面に粗大パーティクルだけでなく、さらに微細なパーティクルの付着を防止すべく研究を行った結果、
一般に、従来の引き上げ法によって得られた単結晶シリコンインゴットにはCOP(Crystal Originated Particle)欠陥、FDR(フロー・パターン・デフェクト)欠陥、LSTD(赤外散乱体)欠陥などの成長欠陥(As−grownn欠陥)を含むことが知られており、この成長欠陥の中でもCOP欠陥の少ない単結晶シリコンで作製した電極板を用いてプラズマエッチングを行なうと、プラズマエッチングの際に発生するパーティクル数が少なくなり、COP欠陥の密度が104個/cm3を越えて含む単結晶シリコンからなる電極板を用いてプラズマエッチングを行うと、Siウエハ表面に付着する0.3μm以上のパーティクル数が急増する、などの研究結果が得られたのである。
【0008】
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
(1)COP欠陥の密度が104個/cm3以下の単結晶シリコンからなるパーティクル発生の少ないプラズマエッチング用シリコン電極板、に特徴を有するものである。
【0009】
前記COP欠陥密度が104個/cm3以下の単結晶シリコン製電極板を製造するには、単結晶シリコンインゴットをシリコン融液から引き上げる際に、全長に亘って従来の温度域(900〜1100℃)よりも高い1200〜1400℃の温度域に1時間以上単結晶シリコンインゴットを保持することによりCOP欠陥密度が104個/cm3以下の単結晶シリコンインゴットを作製し、このようにして得られたCOP欠陥密度が104個/cm3以下の単結晶シリコンインゴットを切断して単結晶シリコンの円板を作製し、この単結晶シリコン円板に貫通細孔を形成することにより得られる。
【0010】
単結晶シリコンに含まれるCOP欠陥の数を測定するには、SC1洗浄液(RCA標準1液=NHOH/H/HO)を用いて単結晶シリコンの表面を繰り返し洗浄することにより単結晶シリコンの表面に現れるエッチピットを拡大化し、この拡大化したエッチピットをパーティクルカウンター(たとえばSS6200)で検出し測定する。COP欠陥は微細であっても、繰り返し洗浄することにより拡大化されたエッチピットとして現れるために検出が可能となるのである。
【0011】
さらに、本発明者らは、
(a)一方向凝固組織を有する鋳造体シリコンインゴットは通常の鋳造体シリコンインゴットと比べて純度が高くかつCOP欠陥密度が少なくすることができ、COP欠陥密度が104個/cm3以下の一方向凝固組織を有する鋳造体シリコンインゴットから作製したシリコン電極板を用いてプラズマエッチングを行なうと、プラズマエッチングの際に発生するパーティクル数が少なくなる、
(b)このCOP欠陥密度が104個/cm3以下の一方向凝固組織を有する鋳造体シリコンインゴットは、凝固方向の温度勾配をG(mm/時)、一方向凝固の凝固速度をR:(K/mm)とすると、GR(K/時)を1〜20の範囲内に小さくし、さらにG/R(mm2/K・時)を10〜1000の範囲に制御することにより得られる、などの研究結果が得られたのである。
【0012】
したがって、この発明は、
(2)COPの密度が104個/cm3以下の一方向凝固組織を有するシリコン鋳造体からなるパーティクル発生の少ないプラズマエッチング用シリコン電極板、に特徴を有するものである。
前記COP欠陥を全くなくすことはコストがかかりすぎるのでコスト的に見てCOP欠陥密度の一層好ましい範囲は10〜103個/cm3である。
【0013】
一方向凝固組織を有する高純度シリコン鋳造体に含まれるCOP欠陥を測定するには、前記単結晶におけるCOP欠陥の測定と同じ方法でエッチングし、カウントの際に粒界によるものを除去することにより検出することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施例1
単結晶シリコンインゴットをシリコン融液から引き上げる際に、全長に亘って表1に示される温度および時間に単結晶シリコンインゴットを保持することにより、直胴部の直径:300mm、長さ:300mmを有し、全長:600mmの寸法を有する単結晶シリコンインゴットを作製し、これら単結晶シリコンインゴットの直胴部をダイヤモンドハンドソーにより厚さ:7mmに切断し、研摩加工して直径:280mm、厚さ:4.5mmの寸法を有する単結晶シリコン板を作製し、この単結晶シリコン板にドリル加工により直径:0.45mmの貫通細孔を形成することにより、本発明プラズマエッチング用シリコン電極板(以下、本発明電極板という)1〜6および従来プラズマエッチング用シリコン電極板(以下、従来電極板という)1を作製した。
【0015】
これら本発明電極板1〜6および従来電極板1の表面を鏡面研磨したのち、85℃に加熱したSC1洗浄液に40分間浸漬することによりSC1洗浄を行なった。このとき使用するSC1洗浄液は、H22水溶液(比重1.1)、NH4OH(比重0.9)、およびH2OをH2O:H22:NH4OH=5:1:1の容積比で混合することにより作製した。かかる本発明電極板1〜6および従来電極板1の鏡面研磨表面をSC1洗浄液で3回洗浄すると、COP欠陥がエッチピットとして顕在化し、この顕在化したエッチピットの数をパーティクルカウンターにより測定し、本発明電極板1〜6および従来電極板1に含まれるCOP欠陥密度を求め、その結果を表1に示した。
【0016】
一方、CVDによりSiO2の積層を施した直径:200mmのSiウエハを用意し、これをプラズマエッチング装置にセットし、本発明電極板1〜6および従来電極板1を用いて、
チャンバー内圧力:50Pa、
ガス流量比:Ar/CHClF3/CH4 =300/15/15(SCCm)、
高周波電力:1.5KW、
エッチング時間:2min.、
の条件でプラズマエッチングを行ない、Siウエハ表面に付着する直径:0.3μm以上のパーティクル数を測定し、その結果を表1に示した。
【0017】
【表1】
Figure 0004117438
【0018】
表1に示される結果から、本発明電極板1〜6を用いてプラズマエッチングを行った場合と従来電極板1を用いてプラズマエッチングを行った場合を比較すると、本発明電極板1〜6を用いてプラズマエッチングを行った場合にSiウエハ表面に付着する0.3μm以下のパーティクル発生数は格段に少ないことがわかる。
【0019】
実施例2
一方向凝固鋳型の縦方向の温度勾配をG(mm/h)、一方向凝固速度をR(K/mm)を表1に示される値となるようにし、冷却速度GR(K/h)およびG/R(mm/Kh)の値が表1に示される値となるように制御しながら一方向凝固させることにより、一方向凝固組織を有し、直径:300mm、長さ:300mmmの寸法を有する円柱状鋳造体シリコンインゴットを作製し、胴部をダイヤモンドハンドソーにより厚さ:7mmに切断し、研摩加工して直径:280mm、厚さ:4.5mmの寸法を有する一方向凝固組織を有する鋳造体シリコン板を作製し、この一方向凝固組織を有する鋳造体シリコン板にドリル加工により直径:0.45mmの貫通細孔を形成し、本発明電極板7〜11および従来電極板2を作製した。
【0020】
これら本発明電極板7〜11および従来電極板2の表面を鏡面研磨したのち、85℃に加熱したSC1洗浄液に40分間浸漬することによりSC1洗浄を行なった。このとき使用するSC1洗浄液は、実施例1で使用したSC1洗浄液と同じSC1洗浄液を使用した。本発明電極板7〜11および従来電極板2の表面をSC1洗浄液で洗浄すると、COP欠陥がエッチピットとして顕在化すると同時に結晶粒界も顕在化するところから、結晶粒界のカウント数を除いた補正値をエッチピットの数としてパーティクルカウンターにより測定し、本発明電極板7〜11および従来電極板2に含まれるCOP欠陥密度を求め、その結果を表2に示した。
【0021】
このようにして得られた本発明電極板7〜11および従来電極板2を実施例1で用意したプラズマエッチング装置にセットし、実施例1と同じ条件でプラズマエッチングを行ない、Siウエハ表面に付着する直径:0.3μm以上のパーティクル数を測定し、その結果を表2に示した。
【0022】
【表2】
Figure 0004117438
【0023】
表2に示される結果から、本発明電極板7〜11を用いてプラズマエッチングを行った場合と従来電極板2を用いてプラズマエッチングを行った場合を比較すると、Siウエハ表面に付着する0.3μm以下のパーティクル発生数は格段に少ないことがわかる。
【0024】
【発明の効果】
上述のように、この発明のシリコン電極板を用いてSiウエハをプラズマエッチングすると、パーティクル発生による不良品発生を大幅に減らすことができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のプラズマエッチング装置の断面説明図である。
【図2】従来のシリコン電極板における貫通細孔の断面説明図である。
【符号の説明】
1 真空容器
2 シリコン電極板
3 架台
4 Siウエハ
5 貫通細孔
6 高周波電源
7 プラズマエッチングガス
8 面取り
9 マイクロクラック
10 プラズマ

Claims (2)

  1. COPの密度が104個/cm3以下の単結晶シリコンからなることを特徴とするパーティクル発生の少ないプラズマエッチング用シリコン電極板。
  2. COPの密度が104個/cm3以下の一方向凝固組織を有するシリコン鋳造体からなることを特徴とするパーティクル発生の少ないプラズマエッチング用シリコン電極板。
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