JP4160946B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明はプラズマ処理に関する方法及びプラズマ処理する装置に関し、特に、気相中の原料ガスをプラズマ化し、活性化した粒子の物理または化学反応により半導体材料の表面を処理する、ドライエッチング工程に用いられるプラズマ処理に関する。   The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus, and more particularly to a dry etching process in which a raw material gas in a gas phase is converted into plasma and the surface of a semiconductor material is processed by physical or chemical reaction of activated particles. It relates to plasma processing.

近年の半導体素子の微細化に伴って、配線層の多層化と、素子構造の立体化が進行している。それに伴い配線や素子間の電気的絶縁を保つために使用される絶縁膜の加工は、益々重要になっていくと考えられる。この絶縁膜であるシリコン酸化膜のエッチングには、従来よりCF4、C28などのパーフルオロカーボンガス(PFC)やCH22、CHF3等のハイドロフルオロカーボンガス(HFC)が使用されてきた。これは、シリコン酸化膜のSi−O結合を切り離し、揮発性の化合物を生成するためには、炭素を含むガスが必須であるためである。 With the recent miniaturization of semiconductor elements, multilayer wiring layers and three-dimensional element structures are progressing. Accordingly, it is considered that the processing of the insulating film used for maintaining the electrical insulation between the wiring and the elements becomes more and more important. For etching the silicon oxide film which is an insulating film, perfluorocarbon gases (PFC) such as CF 4 and C 2 F 8 and hydrofluorocarbon gases (HFC) such as CH 2 F 2 and CHF 3 have been used. It was. This is because a gas containing carbon is indispensable for breaking the Si—O bond of the silicon oxide film and generating a volatile compound.

しかしながら、近年、地球規模での環境問題がクローズアップされてきているが、上記のPFC、HFCは、赤外線を吸収しやすく、大気中での寿命も3000年以上と長いため、地球温暖化への影響が非常に大きく、今後それらの使用が制限、もしくは入手が困難になことが予想されてきている。   In recent years, however, environmental problems on a global scale have been highlighted. However, the PFC and HFC described above are easy to absorb infrared rays and have a long life in the atmosphere of over 3000 years. The impact is so great that it is expected that their use will be limited or difficult to obtain in the future.

また、PFCやHFCガスプラズマ中では、FやCF1、CF2、CF3等のフロロカーボンラジカルとイオンが存在している。シリコン酸化膜のエッチングは、これらの活性種(ラジカル)がシリコン酸化膜の反応表面に付着し、そこへ入射するイオンのエネルギーによる疑似高温状態下での化学反応により揮発物が生成されるというメカニズムで進行する。したがって、良好なエッチング特性を得るためには、試料に入射する活性種の制御と試料に入射するイオンのエネルギーと密度を制御する必要がある。このプラズマ中のイオンの密度と活性種の制御はこれらのエッチング装置のプラズマ生成機構によって制御を行っていた。 In PFC and HFC gas plasma, fluorocarbon radicals such as F, CF 1 , CF 2 , and CF 3 and ions are present. Etching of silicon oxide film is a mechanism in which these active species (radicals) adhere to the reaction surface of silicon oxide film, and volatiles are generated by chemical reaction under a pseudo high temperature state by the energy of ions incident on the silicon oxide film. Proceed with Therefore, in order to obtain good etching characteristics, it is necessary to control the active species incident on the sample and the energy and density of ions incident on the sample. Control of the density and active species of ions in the plasma is controlled by the plasma generation mechanism of these etching apparatuses.

また、反応容器内で活性種を生成する方法として、例えば特許文献1には、反応容器内を炭素系材料で構成し、この炭素成分をプラズマ中に供給してエッチングすることが記載されている。   In addition, as a method for generating active species in a reaction vessel, for example, Patent Document 1 describes that the inside of a reaction vessel is made of a carbon-based material, and this carbon component is supplied into plasma and etched. .

なお、特許文献2には、反応容器をセラミックス製として試料への活性種によるエッチング作用の減退を防止すること、及び反応容器の外周にヒーターを設けてセラミックス製の反応容器に対するプラズマによる熱衝撃を軽減することが記載されている。   In Patent Document 2, the reaction vessel is made of ceramics to prevent a decrease in the etching action due to active species on the sample, and a heater is provided on the outer periphery of the reaction vessel to prevent thermal shock from plasma on the ceramic reaction vessel. It is described to reduce.

一方、PFC、HFCのガスプラズマを使用した場合、試料処理の進行に伴ってフロロカーボン系またはカーボン系のポリマーが反応室内壁への付着する。この付着物を除去する方法として特開平5−62936号に記載されている通り、反応室の外壁に対して絶縁され、かつ複数に分割された電極を反応室内面に設置し、プラズマ生成用電極の間に順次高周波電圧を印加しプラズマクリーニングする方法が知られている。また、特許文献3、特許文献4、特許文献5には、反応室の外壁に対して絶縁された電極に電圧を印加して、プラズマクリーニングする方法が記載されている。   On the other hand, when PFC or HFC gas plasma is used, the fluorocarbon-based or carbon-based polymer adheres to the reaction chamber wall as the sample processing proceeds. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-62936 as a method for removing the deposit, an electrode which is insulated from the outer wall of the reaction chamber and divided into a plurality of portions is installed on the inner surface of the reaction chamber, and an electrode for plasma generation There is known a method of performing plasma cleaning by sequentially applying a high-frequency voltage between the two. Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5 describe a plasma cleaning method by applying a voltage to an electrode insulated from the outer wall of a reaction chamber.

特開平7−74147号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-74147 特開平4−363021号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-3633021 特開平1−231320号公報JP-A-1-231320 特開平1−231321号公報JP-A-1-231321 特開平1−231322号公報JP-A-1-231322

しかし、従来例のようなプラズマクリーニングを施したとしても、クリーニング前には反応室内壁に付着物が存在する。プラズマ中のフッ素は反応室内壁の付着層と反応するため、プラズマ中のフッ素密度が次第に減少し、プラズマ中の炭素の比率が増加する。すなわち、反応室内壁への付着が進行するとラジカル組成が変化するため、エッチング特性が変化するという経時変化が引き起こされ、大きな問題となっていた。   However, even if plasma cleaning is performed as in the conventional example, deposits are present on the reaction chamber wall before cleaning. Since fluorine in the plasma reacts with the adhesion layer on the inner wall of the reaction chamber, the fluorine density in the plasma gradually decreases and the proportion of carbon in the plasma increases. That is, as the adhesion to the reaction chamber wall progresses, the radical composition changes, which causes a change over time in that the etching characteristics change, which is a serious problem.

一方、エッチング装置は、プラズマ生成機構によって、容量結合型、ECR(電子サイクロトロン共鳴)型、ICP(誘導結合)型、表面波励起型等に分類できる。容量結合型の装置では、下部電極に試料を設置し2系統の電圧印加機構により上部電極と下部電極に異なる周波数及び電圧を印加することで、プラズマ生成制御と試料入射エネルギー制御を試みているが、その構造上これらを独立に制御することは出来ない。この装置における活性種制御は、電極に使用している炭素もしくは、シリコンで行なっていると考えられているが、これに関しては制御パラメータがない。従って、上下の2つの電源による制御で、イオン密度、試料入射するイオンのエネルギー制御、活性種の制御の3つの制御を行わなければならず、良好なエッチング特性が得られる各種パラメータの範囲(プロセスウィンドウと定義する。)が狭く、安定なエッチング条件を得ることが困難であるという問題があった。ここで、上記のエッチング特性を決めるパラメータとしては、例えば、プラズマ発生機構では、電極板間に投入する高周波の電力やμ波電力、ガス流量やガス圧力やガス組成がある。また、入射イオンエネルギー制御では、印加電圧の波形や周波数及び電力等がある。   On the other hand, the etching apparatus can be classified into a capacitive coupling type, an ECR (electron cyclotron resonance) type, an ICP (inductive coupling) type, a surface wave excitation type, and the like according to a plasma generation mechanism. In the capacitively coupled device, a sample is placed on the lower electrode, and plasma generation control and sample incident energy control are attempted by applying different frequencies and voltages to the upper electrode and lower electrode by two voltage application mechanisms. Because of its structure, these cannot be controlled independently. The active species control in this apparatus is considered to be performed by carbon or silicon used for the electrode, but there is no control parameter for this. Therefore, the control by the two upper and lower power sources must perform three controls: ion density, energy control of ions incident on the sample, and control of active species, and a range of various parameters (processes) for obtaining good etching characteristics. There is a problem that it is difficult to obtain stable etching conditions. Here, the parameters that determine the etching characteristics include, for example, high-frequency power, μ-wave power, gas flow rate, gas pressure, and gas composition supplied between the electrode plates in the plasma generation mechanism. In the incident ion energy control, there are a waveform, frequency, power, and the like of an applied voltage.

一方、容量結合型以外のプラズマ生成方式では、プラズマ生成制御と試料に入射するイオンのエネルギー制御との独立制御は可能であったが、活性種を制御する機構としてはプラズマ生成制御に依存されており、これもプロセスウィンドウが狭いといった問題があった。具体的には、ECR等高密度プラズマエッチング装置でSAC(Self Align Contact)のシリコン酸化膜加工をおこなった場合、孔底でのエッチング停止とシリコン窒化膜削れが発生するというトレードオフが問題となっている。さらに、高密度プラズマを用いて、選択性が高いエッチングを行うと、孔径が小さくなるほどエッチング速度が低下するマイクロローディング現象や、逆マイクロローディング現象が発生しており、問題となっている。また、これらの装置でTiNとAl等積層膜のメタル加工を行った場合、TiNとAl等の異種材料間の境目に局所異常サイドエッチング形状(ノッチング)ができるといった問題も生じている。   On the other hand, plasma generation methods other than the capacitive coupling type can control the plasma generation control independently of the energy control of ions incident on the sample, but the mechanism for controlling the active species depends on the plasma generation control. This also has the problem that the process window is narrow. Specifically, when SAC (Self Align Contact) silicon oxide film processing is performed with a high-density plasma etching apparatus such as ECR, the trade-off between etching stop at the hole bottom and silicon nitride film scraping becomes a problem. ing. Further, when etching with high selectivity is performed using high-density plasma, a microloading phenomenon in which the etching rate decreases as the hole diameter decreases and a reverse microloading phenomenon occur, which is a problem. Further, when metal processing of a laminated film such as TiN and Al is performed with these apparatuses, there is a problem that a local abnormal side etching shape (notching) can be formed at the boundary between different materials such as TiN and Al.

また、特許文献1記載の方法では、適切な活性種の量を制御できず、所望のエッチングをすることは困難である。なお、特許文献2号記載の方法では、反応容器内で活性種を生成することはできないといった問題がある。   In addition, the method described in Patent Document 1 cannot control the amount of appropriate active species, and it is difficult to perform desired etching. In addition, in the method of patent document 2, there exists a problem that an active species cannot be produced | generated within reaction container.

上記課題は、プラズマが接触する領域内に、エッチングに必要な量の活性種を生成させることによって達成される。   The above object is achieved by generating an amount of active species necessary for etching in a region where the plasma is in contact.

以下、具体的に示す。試料上のシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のエッチングにおいては、例えばフッ素を含むガスを反応室に導入して、0.3Pa−200Paのような低ガス圧力の状態に保持し、μ波やRF波の入力電力によってこのガスを放電させ、プラズマを生成する。そして、プラズマと接触する領域に設置した炭素を含む固体に、直流もしくは高周波電圧を印加して、所望の量の炭素を放出させ、プラズマ中のフッ素ラジカルをCF、CF2、CF3、C24などのフロロカーボンラジカルに変換生成し、試料のエッチングを行う。 Specific description will be given below. In the etching of the silicon oxide film and silicon nitride film on the sample, for example, a gas containing fluorine is introduced into the reaction chamber and maintained in a low gas pressure state such as 0.3 Pa-200 Pa, and μ wave or RF wave This gas is discharged by the input power of, and plasma is generated. Then, a direct current or a high frequency voltage is applied to a carbon-containing solid placed in a region in contact with the plasma to release a desired amount of carbon, and fluorine radicals in the plasma are converted into CF, CF 2 , CF 3 , C 2. The sample is converted into a fluorocarbon radical such as F 4 and etched.

また、反応室に導入するガスとして、フッ素を含み炭素を含まないガスを導入して、反応室内でフッ素含有ガスと固体炭素を反応させると、PFC、HFCを使用せずにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を選択的にエッチングできる。即ち、炭素を含まないフッ素ガスによるプラズマを生成し、新たに反応室内に設置した固体状の炭素にフッ素原子イオンを反応させるとCF4、CF2、CF3、C24の炭素とフッ素の化合物が生成できる。これらの化合物である活性種分子は、従来PFCガスの解離から直接生成することができ、この生成された活性種分子によって、シリコン酸化膜のエッチングを行うことができた。本発明の特徴は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のエッチングにおいて、PFC、HFCガスからエッチングに必要な活性種を直接供給するのでなくプラズマ処理室において固体との反応によって変換生成することである。この方法により、PFC、HFCガスが規制され使用禁止になった場合でも、エッチングに必要な活性種を生成し、従来の選択性を保ちつつエッチングを行うことが可能となった。 Moreover, if a gas containing fluorine and not carbon is introduced as a gas to be introduced into the reaction chamber, and the fluorine-containing gas and solid carbon are reacted in the reaction chamber, a silicon oxide film or silicon is used without using PFC or HFC. A nitride film or the like can be selectively etched. That is, when plasma is generated by fluorine gas not containing carbon, and fluorine atom ions are reacted with solid carbon newly installed in the reaction chamber, carbon and fluorine of CF 4 , CF 2 , CF 3 , C 2 F 4 Can be produced. The active species molecules which are these compounds can be directly generated from the dissociation of the PFC gas conventionally, and the silicon oxide film can be etched by the generated active species molecules. The feature of the present invention is that in the etching of the silicon oxide film and the silicon nitride film, the active species necessary for the etching is not directly supplied from the PFC or HFC gas, but is converted and generated by reaction with the solid in the plasma processing chamber. By this method, even when PFC and HFC gas are restricted and prohibited from being used, it is possible to generate active species necessary for etching and perform etching while maintaining the conventional selectivity.

一方、SAC加工時の選択比向上およびプロセスマージンの向上の課題については、シリコン酸化膜のエッチャントであるCF2へ単一種化することで達成することが出来る。これに対して、活性種制御材料を炭素とし、これをプラズマ境界面に配置することで、プラズマ中のフッ素を1/2に低減し、活性種制御材料にアルミニウムを用いた場合に比べて、CF1、CF2、CF3をそれぞれ5、10、2倍に増加させることができるという現象を発見した。図2にその結果を示す。図2は活性種制御材料にAl、SiO2、Cを使用した場合のCF4プラズマ中のフッ素とCF2を測定した結果である。この結果は、活性種制御材料としてアルミニウムを使用するとフッ素との反応がないためフッ素密度は大きいが、炭素にするとフッ素密度はアルミに比べて半減していることを示している。このことは、活性種制御材料の炭素とプラズマ中のフッ素が反応し、CF2が増加するといった変換反応がおこることが考えられる。この時、CF1、CF2も増加していることが確認された。また、活性種制御材料がSiO2では、プラズマ中のフッ素同様、CF1、CF2、CF3も減少し、CF1、CF2、CF3と活性種制御材のSiO2とが化学反応していることを示している。このように、プラズマ中の活性種と化学反応をおこし、生成物が揮発するような活性種制御材料をプラズマ領域に設置することで、プラズマ中の活性種組成を変化させることが可能となる。また、活性種材料にシリコン、炭化シリコンを使用しても、SiF2等の揮発物を生成する化学反応が起こり、プラズマ中のフッ素を低減することができた。 On the other hand, the problem of improving the selection ratio and the process margin at the time of SAC processing can be achieved by singly seeding into CF 2 which is an etchant of the silicon oxide film. On the other hand, the active species control material is carbon, and this is arranged on the plasma boundary surface, thereby reducing the fluorine in the plasma to 1/2, compared to the case where aluminum is used as the active species control material, the CF 1, CF 2, CF 3 discovered the phenomenon each can be increased in 5,10,2 times. The results are shown in FIG. FIG. 2 shows the results of measurement of fluorine and CF 2 in CF 4 plasma when Al, SiO 2 , and C are used as the active species control material. This result shows that when aluminum is used as the active species control material, there is no reaction with fluorine, so the fluorine density is large, but when carbon is used, the fluorine density is halved compared to aluminum. This is considered to be caused by a conversion reaction in which the active species control material carbon reacts with fluorine in the plasma and CF 2 increases. At this time, it was confirmed that CF 1 and CF 2 also increased. In addition, when the active species control material is SiO 2 , CF 1 , CF 2 , and CF 3 are reduced in the same manner as fluorine in the plasma, and CF 1 , CF 2 , CF 3 and the active species control material SiO 2 chemically react. It shows that. In this way, the active species composition in the plasma can be changed by providing an active species control material that causes a chemical reaction with the active species in the plasma and volatilizes the product in the plasma region. Even when silicon or silicon carbide was used as the active species material, a chemical reaction that generated volatiles such as SiF 2 occurred, and fluorine in the plasma could be reduced.

さらに、活性種制御材料に電圧印加機構を設置し、試料処理と平行して電圧を印加することで上記の活性種の単一種化は促進することが確認された。図3は、CF4ガスプラズマ中で、炭素の活性種制御材料に負の直流電圧を印加した時のCF1、CF2、CF3のラジカル密度を測定した結果である。印加電圧が大きくなるに従い、CF3が減少し、CF2が増加することが新たに見出された。この現象は活性種制御材料上でのイオンアシスト反応に起因する。この効果を利用し、プラズマ中のフッ素をCF2変換し、活性種を単一種化したプラズマを使用することで、シリコン酸化膜上では反応生成物が揮発してエッチングが進行するが、シリコン窒化膜上では残留物のためエッチングが停止するという選択性エッチングが可能となり、選択比低下による窒化膜の肩削れの問題を解決することが出来る。また、従来の炭素とフッ素のバランスによるエッチング機構に対して、炭素よりエッチング側面への付着係数の低いCF2を使用するため、マイクロローディング、逆マイクロローディング現象を抑えることが可能であることが確認できた。 Furthermore, it was confirmed that the single species of the active species was promoted by installing a voltage application mechanism in the active species control material and applying a voltage in parallel with the sample processing. FIG. 3 shows the results of measurement of the radical density of CF 1 , CF 2 , and CF 3 when a negative DC voltage is applied to the carbon active species control material in CF 4 gas plasma. It was newly found that CF 3 decreases and CF 2 increases as the applied voltage increases. This phenomenon is caused by an ion assist reaction on the active species control material. Utilizing this effect, the plasma in which the fluorine in the plasma is converted to CF 2 and the active species is converted into a single species, the reaction product volatilizes on the silicon oxide film and the etching proceeds. Selective etching in which etching stops due to residue on the film is possible, and the problem of shoulder shaving of the nitride film due to a decrease in selectivity can be solved. It is also confirmed that the microloading and reverse microloading phenomena can be suppressed by using CF 2 which has a lower adhesion coefficient to the etching side than carbon compared to the conventional etching mechanism based on the balance between carbon and fluorine. did it.

また、エッチング速度の大きく異なる試料のエッチングを行う場合、活性種制御材料に、被エッチング材料と同じ元素もしくは被エッチング材料と同じ元素を少なくとも一種類含む化合物を使用し、エッチングする材料によって活性種制御材料に印加する電圧を時間的もしくはモニターしながら制御し、活性種制御材料である種のラジカルを消費・放出させることで、異種材料間に発生するといった局所異常形状を抑えることが出来た。   In addition, when etching samples with significantly different etching rates, the active species control material is the same element as the material to be etched or a compound containing at least one element that is the same as the material to be etched, and the active species is controlled by the material to be etched. By controlling the voltage applied to the material over time or monitoring and consuming / releasing the radicals that are the active species control material, local abnormal shapes such as those occurring between different materials could be suppressed.

さらに、メタルエッチングの異種材料間の局所形状異常の課題は、エッチャントの変動を少なくすることで解決する事ができる。即ち、活性種制御材料を被エッチング材料とし、エッチング時間若しくは、活性種モニター結果により活性種密度の制御を行うことで解決することができた。   Furthermore, the problem of local shape anomalies between different materials in metal etching can be solved by reducing the variation of the etchant. That is, the problem can be solved by using the active species control material as the material to be etched and controlling the active species density according to the etching time or the active species monitoring result.

一方、プラズマが接する面への堆積物を除去することでエッチング特性の経時変化を抑制することが可能となった。即ち、活性種制御材料をプラズマを囲む様に配置し外部から電圧を印加しながら試料を処理することにより、プラズマ接触面に付着する堆積物を自動的に除去することができた。なお、試料処理中に電圧の印加を行うことでスループットを向上する効果も得られた。ここで、C481.5mTorr、μ波パワー200Wとし、C48プラズマに接する面に設置したアルミ板に任意の電圧を印加した場合の、堆積層の厚さを段差計で測定した結果を図5に示す。堆積物はプラズマ密度に依存するが、適度な電圧をプラズマ境界面に印加することで堆積膜が付着しないためエッチング特性の経時変化を抑えることが可能となる。 On the other hand, it is possible to suppress changes in etching characteristics over time by removing deposits on the surface in contact with plasma. That is, deposits attached to the plasma contact surface could be automatically removed by arranging the active species control material so as to surround the plasma and processing the sample while applying a voltage from the outside. In addition, the effect of improving the throughput by applying a voltage during sample processing was also obtained. Here, C 4 F 8 1.5 mTorr, and μ-wave power 200 W, measured in the case of applying an arbitrary voltage to the aluminum plate was placed on the surface in contact with the C 4 F 8 plasma, the thickness of the deposited layer in step meter The results are shown in FIG. Although the deposit depends on the plasma density, it is possible to suppress the change in etching characteristics over time because the deposited film does not adhere by applying an appropriate voltage to the plasma interface.

本発明により以下の効果を得ることが出来た。
PFC、HFCガス使用せずに、エッチングに必要な活性種を生成し従来の選択性を保ちつつシリコン酸化膜のエッチングを行うことが可能となる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
Without using PFC or HFC gas, it is possible to generate active species necessary for etching and to etch the silicon oxide film while maintaining the conventional selectivity.

シリコン酸化膜プロセスにおいては、プラズマ中のフッ素をCF2変換し、活性種を単一種化したプラズマを使用することで、シリコン酸化膜上では反応生成物が揮発してエッチングが進行するが、シリコン窒化膜上では残留物のためエッチングが停止するという選択性エッチングが可能となり、選択比低下による窒化膜の肩削れの問題およびプロセスマージンの拡大化を解決することが出来る。 In the silicon oxide film process, the fluorine in the plasma CF 2 converts, by using the plasma obtained by single species of the active species, but progresses etching reaction products is volatilized in the silicon oxide film, a silicon Selective etching in which etching stops due to residue on the nitride film is possible, and the problem of shoulder shaving of the nitride film due to the reduction in the selection ratio and the expansion of the process margin can be solved.

また、メタルエッチング時の異種材料間における活性種の変化を一定に保つことができ、局所形状異常を抑制することが可能となる。
プラズマ境界面への付着物が除去できるため、経時変化が抑制でき、高スループットで長期的にも安定で良好なエッチング特性を得ることができる。
In addition, the change of active species between different materials during metal etching can be kept constant, and local shape abnormality can be suppressed.
Since the deposits on the plasma boundary surface can be removed, the change with time can be suppressed, and stable and good etching characteristics can be obtained with high throughput and long term.

(実施例1)
図1は本発明を搭載したエッチング装置を横から見た構成図で、磁場と電磁波の相互作用を利用したプラズマ発生機構の一方法であるECRプラズマを用いたものである。反応室104は、マイクロ波導入窓103と真空排気装置108とガス導入管109から成り、その内部には試料106を設置するための試料台107を備えている。プラズマ発生機構は、マイクロ波発振器101と導波管102と電磁石105から成る。そして、試料台107には、試料106に入射するイオンを加速するためのRF電源110が接続されている。このRF電源110からは、数百kHzから数十MHzの周波数をもつラジオ波が発振される。そのラジオ波によって加速されたイオンが、試料106に入射することでエッチング反応が促進される。
(Example 1)
FIG. 1 is a side view of an etching apparatus equipped with the present invention, which uses ECR plasma, which is a method for generating a plasma using the interaction between a magnetic field and an electromagnetic wave. The reaction chamber 104 includes a microwave introduction window 103, a vacuum exhaust device 108, and a gas introduction pipe 109, and a sample stage 107 for installing a sample 106 is provided therein. The plasma generation mechanism includes a microwave oscillator 101, a waveguide 102, and an electromagnet 105. The sample stage 107 is connected to an RF power source 110 for accelerating ions incident on the sample 106. The RF power source 110 oscillates a radio wave having a frequency of several hundred kHz to several tens of MHz. The ions accelerated by the radio waves are incident on the sample 106, thereby promoting the etching reaction.

ガスは、ガス導入管109より反応室104に導入され、プラズマ113が生成される。特に、酸化膜エッチングを行なう場合は、フロロカーボンガスプラズマが使用されるが、このプラズマ中には、解離によって生じるフッ素やCF1、CF2、CF3などの活性種が存在している。ここで、プラズマ中でフッ素が過剰な場合、例えば、SAC加工においては、窒化膜、酸化膜ともにエッチングされるために、選択性エッチングを行なうことが困難になる。したがって、SAC加工の選択性エッチングを行なうためには、プラズマ中のフッ素を低減することが必要条件である。本装置は、新たに活性種を制御するような材料を含む活性種制御材料112を有する。活性種制御材料112は、ヒータ116、冷却管117、温度制御回路121により温度制御されている。温度は温度モニタ114でモニタリングされる。なお、温度制御については、実施例5で説明する。また、この装置は、フィードバック回路を設けた発光分光器でプラズマ状態をモニタリングできるようにされている。 The gas is introduced into the reaction chamber 104 through the gas introduction pipe 109, and plasma 113 is generated. In particular, when performing oxide film etching, fluorocarbon gas plasma is used, and in this plasma, active species such as fluorine, CF 1 , CF 2 , and CF 3 generated by dissociation exist. Here, when the fluorine is excessive in the plasma, for example, in the SAC processing, since both the nitride film and the oxide film are etched, it becomes difficult to perform selective etching. Therefore, in order to perform selective etching of SAC processing, it is a necessary condition to reduce fluorine in plasma. The apparatus has an active species control material 112 including a material that newly controls the active species. The active species control material 112 is temperature controlled by a heater 116, a cooling pipe 117, and a temperature control circuit 121. The temperature is monitored by a temperature monitor 114. The temperature control will be described in the fifth embodiment. In addition, this apparatus can monitor the plasma state with an emission spectrometer provided with a feedback circuit.

そして、活性種制御材料112に電圧を印加することで、上記の変換反応をさらに促進することができることが新たに確認された。活性種制御材料112に電圧を印加する手段としては、活性種制御材料112と反応室104との間に絶縁体111を設置し、ブロッキングコンデンサー117及び交流電源119からなる電圧印加回路115を設けた。ここでブロッキングコンデンサーはプラズマからの直流電流をブロックする役割をし、ブロッキングコンデンサーによりVdcが発生し効果的にイオンの加速が行うことが可能となる。電圧印加回路115は、交流電源119、パルス電源、活性種制御材料の材料が導電体ならば、直流電源でもよい。絶縁体111には、400℃程度の温度に耐えうるアルミナ、窒化シリコンを使用するのが好ましい。電圧印加しない場合は、絶縁体111を設置する必要がないことはいうまでもない。   It was newly confirmed that the conversion reaction can be further promoted by applying a voltage to the active species control material 112. As means for applying a voltage to the active species control material 112, an insulator 111 is installed between the active species control material 112 and the reaction chamber 104, and a voltage application circuit 115 including a blocking capacitor 117 and an AC power source 119 is provided. . Here, the blocking capacitor serves to block the direct current from the plasma, and Vdc is generated by the blocking capacitor, so that ions can be effectively accelerated. The voltage application circuit 115 may be a direct current power source if the material of the alternating current power source 119, the pulse power source, and the active species control material is a conductor. As the insulator 111, it is preferable to use alumina or silicon nitride that can withstand a temperature of about 400 ° C. Needless to say, it is not necessary to install the insulator 111 when no voltage is applied.

また、活性種制御材料112として、石英、窒化シリコンなどの絶縁物を使用する場合には、図18に示すように、活性種制御材料112と絶縁体111との間に導電板401を挿入し、その導電板401に電圧印加回路115を接続したほうが電圧導入効率がよい。   When an insulator such as quartz or silicon nitride is used as the active species control material 112, a conductive plate 401 is inserted between the active species control material 112 and the insulator 111 as shown in FIG. The voltage introduction efficiency is better when the voltage application circuit 115 is connected to the conductive plate 401.

図3は、CF4ガスプラズマ中で、炭素の活性種制御材料112に負の直流電圧を印加した時のCF1、CF2、CF3のラジカル密度を測定した結果である。印加電圧が大きくなるに従い、CF3が減少し、CF2が増加することが新たに見出された。これは、活性種制御材料にフロロカーボン系の付着層が形成されている状態に、イオンが入射し、そのエネルギーにより局所的な擬似高温状態が作られ化学反応が促進されるというイオンアシスト反応がおこることに起因する。 FIG. 3 shows the results of measuring the radical density of CF 1 , CF 2 , and CF 3 when a negative DC voltage is applied to the carbon active species control material 112 in CF 4 gas plasma. It was newly found that CF 3 decreases and CF 2 increases as the applied voltage increases. This is because an ion-assisted reaction occurs in which ions are incident on a state where a fluorocarbon-based adhesion layer is formed on the active species control material, and a local pseudo high temperature state is created by the energy to promote a chemical reaction. Due to that.

一般に、高温状態下での化学反応生成物は、結合する原子の数が少ない常温では不安定な分子が生成されやすいことが知られている。例えば、シリコン基板上に吸着された塩素原子は、基板温度が600℃で下地のSiと化学反応によりSiCl2を生成するが、900℃ではSiClを生成することが知られている。したがって、今回の実験で得られるイオンエネルギー下では、CF2が安定に生成されやすいということが推測される。すなわち、フロロカーボンガスプラズマ中で活性種制御材料112として炭素を使用し電圧印加によるイオンアシスト反応を利用すれば、プラズマ中のFやCF3をCF2へと変換することができ、プラズマ中の活性種を制御することが可能であることを示している。 In general, it is known that a chemical reaction product under a high temperature condition is likely to generate an unstable molecule at room temperature where the number of bonded atoms is small. For example, chlorine atoms adsorbed on a silicon substrate generate SiCl 2 by a chemical reaction with the underlying Si at a substrate temperature of 600 ° C., but are known to generate SiCl at 900 ° C. Therefore, it is presumed that CF 2 is easily generated stably under the ion energy obtained in this experiment. That is, if carbon is used as the active species control material 112 in a fluorocarbon gas plasma and an ion assist reaction by applying a voltage is used, F and CF 3 in the plasma can be converted to CF 2 , and the activity in the plasma It shows that it is possible to control the species.

また、使用するプラズマの密度によって、活性種制御材料に印加できる高周波電圧の周波数の下限が決まる。エッチングに使用されるプラズマ密度は、1011〜1012個/cm3程度であり、その時の飽和イオン電流密度Ieは、10-2〜10-4A/cm2程度である。一般に、プラズマ中の電極に高周波を印加する場合、おおよそIe/(CV)以上の周波数が必要となる。この関係式は、定性的には電圧印加機構によって降下した電極の電圧変化が、それを打ち消すように流入するイオンの量の変化より早く変化することが必要であるということから導かれる。ここで、Cは単位面積あたりの静電容量でおよそ10-11ファラッド程度、Vは印加される電圧で、およそ102ボルト程度である。したがって、エッチングに使用される上記のプラズマにおいては、印加可能な高周波の周波数は、100kHz以上は必要である。上限値については、イオンが電圧変化に追随できて、イオンアシスト反応の効果がある周波数は、100MHz程度であった。この時、電圧印加回路115として、パルス電源及び直流電源を使用すると、活性種制御材料に入射するイオンエネルギーの単色化ができ、変換反応経路の単一化が可能となるため、イオンアシスト反応による活性種の選択的な生成がより効率良く行える。使用する活性種制御材料の材料が絶縁体だとパルス電圧でしか上記効果は出せないが、導体だと直流電圧を印加する方が、装置的コストのから見ても好ましい。また、この時使用するパルスの周波数は、電圧印加する系の静電容量によって変化するが、一般的な数十nF程度の容量の系だと、100kHz以上は必要であった。 Further, the lower limit of the frequency of the high frequency voltage that can be applied to the active species control material is determined by the density of the plasma used. The plasma density used for etching is about 10 11 to 10 12 atoms / cm 3 , and the saturated ion current density I e at that time is about 10 −2 to 10 −4 A / cm 2 . In general, when applying a high frequency to an electrode in plasma, a frequency of approximately I e / (CV) or higher is required. This relational expression is derived qualitatively from the fact that the voltage change of the electrode dropped by the voltage application mechanism needs to change faster than the change of the amount of ions flowing in so as to cancel it. Here, C is a capacitance per unit area of about 10 −11 farad, and V is an applied voltage, which is about 10 2 volts. Therefore, in the above plasma used for etching, the frequency of the high frequency that can be applied must be 100 kHz or more. Regarding the upper limit value, the frequency at which ions can follow the voltage change and have an ion assist reaction effect was about 100 MHz. At this time, if a pulse power source and a DC power source are used as the voltage application circuit 115, the ion energy incident on the active species control material can be monochromatic, and the conversion reaction path can be unified. Selective generation of active species can be performed more efficiently. If the active species control material to be used is an insulator, the above effect can be obtained only by a pulse voltage. However, if it is a conductor, it is preferable to apply a DC voltage from the viewpoint of apparatus cost. Further, the frequency of the pulse used at this time varies depending on the electrostatic capacity of the system to which the voltage is applied. However, if the system has a capacity of about several tens of nF, 100 kHz or more is necessary.

本発明は、フロロカーボンガスプラズマだけでなく、カーボン系のガスを使用する場合や、有機系レジストをマスクとして使用する場合においても、活性種制御材料112上の付着物に、イオンアシスト反応を引き起こしエッチングに有効な活性種に変換、除去することが可能である。   In the present invention, not only the fluorocarbon gas plasma but also a carbon-based gas or an organic resist is used as a mask causes an ion-assisted reaction on the deposit on the active species control material 112 to perform etching. It is possible to convert it into an active species effective for removal.

(実施例2)
PFC、HFCガスを用いずにシリコン酸化膜エッチングを行う実施例を以下に記す。図1で示すようなECR型のマイクロ波放電プラズマの本実施例では、ウエーハに対向する電極は設置されない。したがって、ウエハーに対向する電極をカーボンとすることができないため、原理的にはカーボンを含まないガスによるエッチングは困難である。
(Example 2)
An embodiment in which silicon oxide film etching is performed without using PFC or HFC gas will be described below. In the present embodiment of the ECR type microwave discharge plasma as shown in FIG. 1, no electrode facing the wafer is provided. Therefore, since the electrode facing the wafer cannot be made of carbon, in principle, etching using a gas not containing carbon is difficult.

しかし、活性種制御材料112をSiCとした結果、導入ガスをArとSF6を含み炭素を含まないガスとして、反応室104内に流した。このトータルのガス流量は20−300sccmに設定し、SF6は1−10sccmで変化させた。なお、放電の圧力は0.1−5Paに設定した。この導入ガスをプラズマ化してSiCと反応させてエッチングに必要な活性種を生成させた。 However, as a result of using SiC as the active species control material 112, the introduced gas was flowed into the reaction chamber 104 as a gas containing Ar and SF 6 and not containing carbon. Gas flow rate of the total set 20-300sccm, SF 6 was changed in 1-10Sccm. The discharge pressure was set to 0.1-5 Pa. This introduced gas was turned into plasma and reacted with SiC to generate active species necessary for etching.

ウエーハは、被エッチング膜としてシリコン酸化膜が形成されており、そのエッチングのマスクはホトレジストによって行った。このホトレジストはリソグラフィによりに微細なパターンを形成したものを使用した。また酸化膜に下地層としてシリコンの窒化膜とシリコン膜を用いた。   In the wafer, a silicon oxide film was formed as a film to be etched, and the etching mask was made of photoresist. This photoresist used was a fine pattern formed by lithography. Further, a silicon nitride film and a silicon film were used as an underlayer for the oxide film.

SiC板のエッチング速度が50nm/minから600nm/minとなる条件では、酸化膜のエッチング速度が400nm/minから2000nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は500nm/minから80nm/minまで変化した。すなわちSiC壁面電極のエッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きくできる。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするためには、SiC壁面電極のエッチング速度を大きくする必要があった。すなわち、SiC250nm/minのエッチレートで、酸化膜のエッチレートが1000nm/min、シリコン窒化膜のエッチレートが70nm/minとなり、対シリコン窒化膜の選択比が14.2となった。   Under the condition that the etching rate of the SiC plate is 50 nm / min to 600 nm / min, the etching rate of the oxide film changes from 400 nm / min to 2000 nm / min, and the etching rate of the resist film changes from 500 nm / min to 80 nm / min. did. That is, the etching rate of the resist can be adjusted by the etching rate of the SiC wall electrode, and the selectivity can be increased. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. In order to most selectively etch the silicon nitride film, it is necessary to increase the etching rate of the SiC wall electrode. That is, with an etch rate of SiC 250 nm / min, the etch rate of the oxide film was 1000 nm / min, the etch rate of the silicon nitride film was 70 nm / min, and the selectivity of the silicon nitride film was 14.2.

この状態で壁面の電極とウエーハ電極の温度の効果を−60℃から250℃まで変化させて、そのエッチングに対する効果を調べた。その結果、ウエーハ電極の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできることが分かった。特に好ましい温度は0℃以上であった。SiC温度200℃で対シリコン窒化膜の選択比は5であった。壁面の電極については、温度が低いと物質の堆積が起きやすいが、上部の電極と同様に、電極表面のエッチング速度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用できた。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスのプラズマを使用した場合に、プラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生成せしめ、その固体の温度を特に0℃以上にすることによって、シリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチングできることが明らかにでき、本発明の有効性が確認できた。   In this state, the effect of the temperature of the wall electrode and the wafer electrode was changed from −60 ° C. to 250 ° C., and the effect on the etching was examined. As a result, it was found that the silicon oxide film can be selectively etched with respect to the silicon nitride film by setting the temperature of the wafer electrode as high as possible. A particularly preferred temperature was 0 ° C. or higher. The selectivity of the silicon nitride film with respect to the SiC temperature of 200 ° C. was 5. As for the electrode on the wall surface, material deposition is likely to occur when the temperature is low. However, like the upper electrode, it is one of the factors that determine the etching rate of the electrode surface. Therefore, it is necessary to keep the temperature as constant as possible. In addition, the higher the temperature, the higher the etching rate, and the lower the temperature, the lower the efficiency of the active species conversion reaction. Therefore, it was possible to set and use a predetermined etching rate within the above temperature range. That is, from this example, when a plasma of a gas not containing carbon is used, carbon is contained in the solid surface that comes into contact with the plasma to generate an etching reaction of the solid, and the temperature of the solid is set to 0 ° C. or more in particular. Thus, it was clarified that the silicon oxide film can be etched at a high etching rate, and the effectiveness of the present invention was confirmed.

炭素を含有しないガスの一例として、ここではArとSF6の混合ガスを用いたが、他の不活性ガスNe、Kr、Xeでも良く、フッ素を含むガスでは、SF6は地球温暖化係数が高くまたライフタイムも長く、好もしいものではないが、極めて少量の消費量ですむという利点がある。SF6以外では、F2、HF、XeF2、PF3、BF3、NF3、SiF4、ハロゲン化物の塩化フッ素ClF、ClF3、臭化フッ素BrF、BrF3、BrF5、ヨウ化フッ素IF5で効果がある。 As an example of a gas that does not contain carbon, a mixed gas of Ar and SF 6 is used here, but other inert gases Ne, Kr, and Xe may be used. In a gas containing fluorine, SF 6 has a global warming potential. It is expensive and has a long lifetime, which is not desirable, but has the advantage of requiring very little consumption. Other than SF 6 , F 2 , HF, XeF 2 , PF 3 , BF 3 , NF 3 , SiF 4 , halide fluorine fluoride ClF, ClF 3 , fluorine bromide BrF, BrF 3 , BrF 5 , fluorine iodide IF 5 is effective.

SiCのほかには、パイロリティックグラファイト板や有機樹脂膜、SiCN、ダイアモンド板、Al43、炭化ホウ素等の炭素含有材料であればよいことが分かった。また、これらの炭化物を他の材料表面に形成した構造でも同様に、エッチングに必要な活性種を形成することができた。 In addition to SiC, it has been found that a carbon-containing material such as a pyrolytic graphite plate, an organic resin film, SiCN, a diamond plate, Al 4 C 3 , or boron carbide may be used. Similarly, the active species necessary for etching could be formed even in the structure in which these carbides were formed on the surface of other materials.

(実施例3)
活性種制御材料に被処理材料と同じ材料を使用する場合の実施例について説明する。このような材料を使用することにより、特に試料が異種材料で形成される積層構造物を、同一プラズマ中でエッチングする場合に発生する異常形状を改善するのに効果的である。例えば、図4(a)は、塩素プラズマ中でメタルの配線加工時に用いられるSiO2305上に形成された、レジスト301、TiN304、Al303、TiN304の積層構造を、従来のECRプラズマエッチング装置でエッチング処理を行なった場合でのエッチング形状である。このように従来装置では、TiN304と境界をなすAl部分(ノッチング部分)302が異常に削れてしまう。
(Example 3)
An example in which the same material as the material to be treated is used as the active species control material will be described. Use of such a material is effective in improving an abnormal shape that occurs when a laminated structure in which a sample is formed of a different material is etched in the same plasma. For example, FIG. 4A shows an etching of a laminated structure of resist 301, TiN304, Al303, and TiN304 formed on SiO 2 305 used in metal wiring processing in chlorine plasma with a conventional ECR plasma etching apparatus. It is an etching shape when processing is performed. Thus, in the conventional apparatus, the Al portion (notching portion) 302 that forms a boundary with the TiN 304 is abnormally shaved.

この時のプラズマ中の塩素濃度の変化を示したものが図4(b)である。このグラフは、ノッチング部分の塩素濃度307が、TiNエッチング時の塩素密度306が大きい状態から急激に減少し、その後にAlエッチング時の安定な塩素濃度308の状態に変化することを示している。このことは、ノッチング部分302でプラズマ中の塩素密度が過剰であるため、異常形状が発生することを示している。   FIG. 4B shows the change in the chlorine concentration in the plasma at this time. This graph shows that the chlorine concentration 307 in the notching portion suddenly decreases from a state where the chlorine density 306 at the time of TiN etching is large, and then changes to a state of a stable chlorine concentration 308 at the time of Al etching. This indicates that an abnormal shape occurs because the chlorine density in the plasma is excessive at the notching portion 302.

そこで、このエッチングを行う場合に活性種制御材料112としてAlを使用すると、TiN304エッチング時に壁面のAlで塩素を消費させた塩素ラジカル密度309(図4(b))の状態にすることが出来るため、エッチング層がAlに変化しても塩素ラジカルの急激な変動を抑えることが出来る。これを図21に示す。すなわち、異種材料間で活性種の消費量が異なる層に移行する場合、過剰の活性種が滞在することが原因と考えられる。したがって、試料のエッチングにおける活性種消費が少ない層をエッチングする場合、活性種制御材料に電圧を印加しエッチャントを活性種制御材料で消費することで、試料に入射する活性種の量を一定化することが可能となり、エッチャントの変動化を減少させることができた。   Therefore, if Al is used as the active species control material 112 when performing this etching, the chlorine radical density 309 (FIG. 4 (b)) in which chlorine is consumed by Al on the wall surface during TiN304 etching can be obtained. Even if the etching layer changes to Al, rapid fluctuations in chlorine radicals can be suppressed. This is shown in FIG. In other words, it is considered that excessive active species stay when the active species are transferred to different layers between different materials. Therefore, when etching a layer that consumes less active species in etching the sample, a voltage is applied to the active species control material and the etchant is consumed by the active species control material, thereby stabilizing the amount of active species incident on the sample. It was possible to reduce the variation of the etchant.

また、活性種制御材料にマスク材料と同じ材料を使用することで、エッチングされたマスク材料から発生するプラズマ中の酸素、炭素の量の変化を小さくすることができるため、時間的にも安定な側壁保護膜を形成でき、アンダーカット部分310(図4(a))がないエッチング形状を得ることができる。   In addition, by using the same material as the mask material for the active species control material, changes in the amount of oxygen and carbon in the plasma generated from the etched mask material can be reduced, so that it is also stable in time. A sidewall protective film can be formed, and an etched shape without the undercut portion 310 (FIG. 4A) can be obtained.

本発明は、その他の積層構造にも適用可能であり、具体的には、レジスト−ポリシリコン積層構造、SiO2−Si34構造、Al−W−Al構造、TiN−AlCu−TiN−Ti構造、TiN−Cu−TiN構造、SiO2マスク−Pt構造、ポリシリコン−SiO2構造などがあり、その場合には、活性種制御材料として、ポリシリコン、Si34、W、Al、Cu、Pt、SiO2を使用すればいいことが確認された。また、活性種制御材料として、被試料材料と同じ材料を含むものを使用すると本発明の効果は確実だが、エッチャントとの反応速度が被処理材料と同様な速度で進行するような別の材料を適用しても効果はある。 The present invention can also be applied to other laminated structures, specifically, a resist-polysilicon laminated structure, a SiO 2 —Si 3 N 4 structure, an Al—W—Al structure, a TiN—AlCu—TiN—Ti. structure, TiN-Cu-TiN structure, SiO 2 mask -Pt structure, include poly-silicon -SiO 2 structure, in which case, as the active species control materials, poly-silicon, Si 3 N 4, W, Al, Cu It was confirmed that Pt and SiO 2 should be used. In addition, if an active species control material containing the same material as the sample material is used, the effect of the present invention is certain, but another material whose reaction rate with the etchant proceeds at the same rate as the material to be processed is used. Even if applied, there is an effect.

このとき、異種材料間でのエッチャントの変動率は、エッチング表面と活性種制御材料との面積比程度である。エッチングを行う場合の処理試料の表面はマスク部分と被処理材料部分から成るが、活性種制御材料のプラズマ境界部分の面積を、このうちの小さい部分の面積よりも大きくすることで、活性種の変化率を抑えることが可能であった。   At this time, the variation rate of the etchant between different materials is about the area ratio between the etching surface and the active species control material. The surface of the sample to be processed when etching is made up of a mask part and a material part to be processed. By making the area of the plasma boundary part of the active species control material larger than the area of the small part, the active species It was possible to suppress the rate of change.

(実施例4)
活性種制御材料に電圧を印加する方法及び機構の実施例について説明する。活性種制御材料に高周波を印加する場合、その面積が、プラズマ電位を決定している部分の面積と同程度になると、図6に示すようにプラズマ電位602が印加電圧601に追随して変動する現象が起きる。このプラズマ電位602の追随現象が起きると、プラズマ−活性種制御材料間のシース電圧は603のようになり、その直流成分である自己バイアス電圧604が印加されなくなるため試料106や活性種制御材料112へのイオン入射エネルギーの制御が出来くなるため、これを回避する方法が必要である。この方法の方針としては、プラズマ電位を決定している部分の面積に対して、電圧印加する活性種制御材料の面積を小さくするか、印加する周波数を高くして1周期で流れ込むイオンの量を少なくするか、ブロッキングコンデンサー118の容量を大きくするといった方法が効果的である。本目的のためには、活性種制御材料112を複数の互いに絶縁されたブロックに分割する方法がよい。この方法で、電圧印加時のプラズマから入射するイオン電流の総量が少なくなるため、プラズマ電位の追随現象を回避するのに効果がある。
Example 4
An example of a method and mechanism for applying a voltage to the active species control material will be described. In the case where a high frequency is applied to the active species control material, if the area thereof is approximately the same as the area of the portion where the plasma potential is determined, the plasma potential 602 varies following the applied voltage 601 as shown in FIG. A phenomenon occurs. When the following phenomenon of the plasma potential 602 occurs, the sheath voltage between the plasma and the active species control material becomes 603, and the self-bias voltage 604 that is the direct current component is not applied. Since it becomes impossible to control the ion incident energy to the surface, a method for avoiding this is required. The policy of this method is to reduce the area of the active species control material to which the voltage is applied relative to the area of the portion where the plasma potential is determined, or increase the frequency to be applied and the amount of ions flowing in one cycle. A method of reducing or increasing the capacity of the blocking capacitor 118 is effective. For this purpose, a method of dividing the active species control material 112 into a plurality of mutually isolated blocks is preferable. This method is effective in avoiding the plasma potential following phenomenon because the total amount of ion current incident from the plasma during voltage application is reduced.

さらに、効果的な例を図8に示す。図8は、活性種制御材料を絶縁体111により互いに絶縁された3つのブロック802、803、804に分割し、リレー回路801を組み込んだ電圧印加回路の動作の略図である。このリレー回路801により電圧印加されているブロック部分とプラズマ電位を決定する(この場合は接地電位)部分との面積比をさらに小さくすることができる。この時、小面積の活性種制御材料を複数ならべる方法も同様な効果が得られる。   An effective example is shown in FIG. FIG. 8 is a schematic diagram of the operation of the voltage application circuit in which the active species control material is divided into three blocks 802, 803, and 804 that are insulated from each other by the insulator 111 and the relay circuit 801 is incorporated. The area ratio between the block portion to which voltage is applied by the relay circuit 801 and the portion that determines the plasma potential (in this case, the ground potential) can be further reduced. At this time, the same effect can be obtained by using a plurality of small-area active species control materials.

3分割された活性種制御材料に図7に示すようなタイミングで高周波電圧を印加する場合のリレー回路801の動作を、図8(a)の時刻1、図8(b)の時刻2を用いて説明する。まず、時刻1ではブロックa802が高周波電源119に接続され、他のブロックは接地されている。次に時刻2においては、ブロックb803が高周波電源119に接続され、他のブロックは接地された状態に移行することが示されている。同様に時刻3においてはブロックc804が高周波電源119に接続され、その他は接地された状態に移行する。このように複数ブロックに順次電圧を印加し、電圧印加されている以外のブロックは接地されるという方法でプラズマ電位の変動を効率的に防ぐことができる。なお、ここでは3つに分割したが、2つ以上であれば同様の効果が得られる。   The operation of the relay circuit 801 when a high frequency voltage is applied to the active species control material divided into three at the timing shown in FIG. 7 is performed using time 1 in FIG. 8A and time 2 in FIG. 8B. I will explain. First, at time 1, the block a802 is connected to the high frequency power source 119, and the other blocks are grounded. Next, at time 2, the block b803 is connected to the high frequency power supply 119, and the other blocks are shown to be grounded. Similarly, at time 3, the block c804 is connected to the high frequency power supply 119, and the others are grounded. In this way, it is possible to efficiently prevent fluctuations in plasma potential by applying a voltage to a plurality of blocks sequentially and grounding blocks other than the voltage applied. In addition, although it divided | segmented into three here, if it is two or more, the same effect will be acquired.

しかしながら、図8の方法は付着物を除去するだけの効果を期待する分にはよいが、活性種制御の観点から考えると、面積が小さくなると制御効率は低下することが考えられる。そこで、図9(a)で示されるように、高周波電源119にかえて複位相高周波電源回路901を接続し、3つのブロックに分割したブロックa802、ブロックb803、ブロックc804にそれぞれ位相の異なる高周波を同時に印加(ブロックa802には初期位相0度の正弦波902、ブロックb803には初期位相120度の正弦波903、ブロックc804には初期位相240度の正弦波904)することで、図9(b)に示すようなプラズマ電位602の時間的平坦化を行うことができる。また、同時に複数枚のブロックに電圧を印加できるため、活性種制御効率は図8の方法より向上し、付着物除去の効率の向上にもつながる。また、この方法を実施するためには互いに位相の異なる複数の高周波電源を用いてもよい。このような活性種制御材料への入射イオンのエネルギー制御を行うためには、分割したブロックに異なる周波数を印加しても同様の効果が得られることは言うまでもない。   However, although the method of FIG. 8 is good enough to expect the effect of only removing the deposits, from the viewpoint of active species control, it is conceivable that the control efficiency decreases as the area decreases. Therefore, as shown in FIG. 9A, instead of the high frequency power supply 119, a multiphase high frequency power supply circuit 901 is connected, and high frequency having different phases is applied to each of the block a802, block b803, and block c804 divided into three blocks. By simultaneously applying (since block 802 a sine wave 902 having an initial phase of 0 °, block b803 having a sine wave 903 having an initial phase of 120 °, and block c804 having a sine wave 904 having an initial phase of 240 °), FIG. The plasma potential 602 as shown in FIG. In addition, since the voltage can be applied to a plurality of blocks at the same time, the active species control efficiency is improved as compared with the method of FIG. 8, and the deposit removal efficiency is improved. In order to implement this method, a plurality of high-frequency power sources having different phases may be used. It goes without saying that the same effect can be obtained by applying different frequencies to the divided blocks in order to control the energy of incident ions to the active species control material.

(実施例5)
活性種制御材料に温度制御機構を設置する場合の実施例について図1を用いて説明する。本発明での活性種制御には、化学反応進行下の温度による安定生成物の違いを利用する方法と活性種制御材料のマクロ的な温度を制御する方法があり、両者とも効果がある。装置稼働中に活性種制御材料112の温度を、プラズマからの加熱によらず一定に保つことで、活性種制御材料112からの酸素、水、水素等の脱離物や化学反応生成効率を常時一定にすることができる。活性種制御材料の温度を一定に保つ手段の実施例には、加熱手段としてはヒータ116、冷却手段としては冷却管117、温度検知手段としては温度モニター114から構成され、温度モニター114の測定結果をもとにヒータ116や冷却管117の温度を調節する温度制御回路121から構成される。この場合、加熱手段には、赤外線ランプ等の手段、冷却手段には液体窒素や水、油を用いてもよい。
(Example 5)
An embodiment in which a temperature control mechanism is installed in the active species control material will be described with reference to FIG. The active species control in the present invention includes a method that utilizes the difference in stable products depending on the temperature under the progress of the chemical reaction and a method that controls the macroscopic temperature of the active species control material, both of which are effective. By keeping the temperature of the active species control material 112 constant regardless of the heating from the plasma during the operation of the apparatus, the desorptions of chemical species such as oxygen, water, and hydrogen from the active species control material 112 and the chemical reaction generation efficiency are always maintained. Can be constant. Examples of the means for keeping the temperature of the active species control material constant include a heater 116 as a heating means, a cooling pipe 117 as a cooling means, and a temperature monitor 114 as a temperature detection means. The temperature control circuit 121 adjusts the temperature of the heater 116 and the cooling pipe 117 based on the above. In this case, means such as an infrared lamp may be used as the heating means, and liquid nitrogen, water, or oil may be used as the cooling means.

(実施例6)
プラズマ中の活性種の量や、活性種制御材料112への堆積量を検知し、プラズマ状態や試料処理状態に応じて、活性種制御材料に印加する電圧及び周波数を制御する機構についての実施例について説明する。図中111は絶縁体、114は反応室を示す。まず、活性種制御材料の付着量や、スパッタ量を検知する手段を備えた実施例を図10に示す。スパッタ量検知手段としては、水晶振動子膜厚計プローブ1001の一部に、活性種制御材料を構成する物質1003を蒸着させ、その一部をブロッキングコンデンサー118を介して高周波電源119に接続し、活性種制御材料112と同じ電圧を印加できる構造にする。そして、装置稼働中に付着、もしくは削り取られる量を水晶の振動数の変化によりとらえ、フィードバック回路1002で振動数の変化に応じた量を電圧印加回路115に帰還させることで活性種制御材料112に印加する電圧、及び周波数を制御し適度な削れ量になるように調整することにより、活性種制御材料112の寿命をのばすことができ、刻々と変化していくプラズマの条件にも対応できる。
(Example 6)
Example of a mechanism for detecting the amount of active species in plasma and the amount deposited on the active species control material 112 and controlling the voltage and frequency applied to the active species control material according to the plasma state and sample processing state Will be described. In the figure, 111 is an insulator, and 114 is a reaction chamber. First, FIG. 10 shows an embodiment provided with means for detecting the amount of active species control material deposited and the amount of sputtering. As a spatter amount detection means, a substance 1003 constituting an active species control material is vapor-deposited on a part of the quartz oscillator film thickness probe 1001, and a part of the substance 1003 is connected to a high-frequency power source 119 via a blocking capacitor 118. The structure is such that the same voltage as that of the active species control material 112 can be applied. Then, the amount adhering to or scraping off during the operation of the apparatus is captured by the change in the vibration frequency of the crystal, and the amount corresponding to the change in the vibration frequency is fed back to the voltage application circuit 115 by the feedback circuit 1002. By controlling the applied voltage and frequency so as to obtain an appropriate amount of cutting, the life of the active species control material 112 can be extended, and it is possible to cope with plasma conditions that change every moment.

また、プラズマ中の活性種の量の変化を検知する手段として、図1の発光分光120を設置し、この検知結果の増減を基に活性種制御材料への印加電圧を制御する電気回路を設けることにより、プラズマ中の活性種をリアルタイムで常時一定の状態に保つことができる。   Further, as means for detecting a change in the amount of active species in the plasma, the emission spectrum 120 of FIG. 1 is installed, and an electric circuit for controlling the voltage applied to the active species control material is provided based on the increase or decrease of the detection result. As a result, the active species in the plasma can always be kept constant in real time.

また、図17に、試料処理時間により印加する高周波の電圧及び周波数の制御機構を示す。時間制御を行うために時間制御用コンピューター1701に加え、制御用プログラムを用意し、そのプログラミングされたタイムシーケンスに基づいて、活性種制御材料112に印加する電圧や、周波数を時間的に変化させる。
制御用コンピューター1701からの電圧値、周波数に対応するデジタル信号は、D/Aコンバータ1702によりそれらのアナログ電圧に変換され、電圧印加回路115に入力され、活性種制御材料112に印加する電圧、及び周波数を変化させる。この方法は、反応室に付加する機構が少なく、反応室外部で、任意の時間制御を行うことができる。すなわち、試料処理に伴うエッチング速度や被処理材料の膜厚が既知ならば、それに応じた処理時間に伴う電圧値、周波数値をプログラムにより自由に設定することができ、かつ比較的低コストで実現できるという利点がある。以上のような実施例を実現するためには、外部からの入力電圧等によって活性種制御材料112への印加する電圧値や周波数を変化させることができる機能を電圧印加機構115が備えていることが必要である。
FIG. 17 shows a high-frequency voltage applied according to the sample processing time and a frequency control mechanism. In order to perform time control, a control program is prepared in addition to the time control computer 1701, and the voltage and frequency applied to the active species control material 112 are temporally changed based on the programmed time sequence.
The digital signal corresponding to the voltage value and frequency from the control computer 1701 is converted into those analog voltages by the D / A converter 1702 and input to the voltage application circuit 115 to be applied to the active species control material 112, and Change the frequency. In this method, there are few mechanisms added to the reaction chamber, and arbitrary time control can be performed outside the reaction chamber. In other words, if the etching rate associated with sample processing and the film thickness of the material to be processed are known, the voltage value and frequency value associated with the processing time can be set freely by the program and realized at a relatively low cost. There is an advantage that you can. In order to realize the embodiment as described above, the voltage application mechanism 115 has a function capable of changing the voltage value or frequency applied to the active species control material 112 by an external input voltage or the like. is required.

(実施例7)
活性種制御材料に印加する直流成分(自己バイアス電圧)の電圧を、−20V以下とすることの実施例を説明する。まず、正の電荷を持つイオンを加速するためには、少なくとも負のバイアス、すなわち、0V以下の電圧を印加する必要がある。この時、イオンアシスト反応による化学反応領域は、入射するイオンのレンジにほぼ比例していると推測される。例えば、1000eV以下のエネルギーE(eV)を持つArイオンのレンジR(Å)は、R=0.08×Eの関係があることが知られている。このとき、反応領域内に、反応に参加する分子が少なくとも一つは存在することが必要である。想定される活性種機構の材料のなかで、原子間距離が小さい石英のSi−O結合が1.62Åであるから、活性種変換を行なう場合には、イオンエネルギーは少なくとも20eVは必要である。したがって、活性種制御材料へ印加する電圧を−20V以下とすることで、活性種制御を効率よく進行させることができる。
(Example 7)
An embodiment in which the voltage of the direct current component (self-bias voltage) applied to the active species control material is set to −20 V or less will be described. First, in order to accelerate ions having a positive charge, it is necessary to apply at least a negative bias, that is, a voltage of 0 V or less. At this time, it is presumed that the chemical reaction region by the ion-assisted reaction is almost proportional to the range of incident ions. For example, it is known that the range R (Å) of Ar ions having energy E (eV) of 1000 eV or less has a relationship of R = 0.08 × E. At this time, it is necessary that at least one molecule participating in the reaction exists in the reaction region. Among the materials of the assumed active species mechanism, since the Si—O bond of quartz having a small interatomic distance is 1.62 Å, ion conversion requires at least 20 eV when performing active species conversion. Therefore, active species control can be advanced efficiently by setting the voltage applied to the active species control material to -20 V or less.

(実施例8)
活性種制御材料に印加する直流成分(自己バイアス電圧)の電圧を−50V以上とすることの実施例を説明する。図5は、ECRプラズマ装置を用いて、C48ガスプラズマ中にAl試料を設置し、800kHzの交流電圧を印加した場合のAl表面の付着物の厚さを段差計により測定した結果である。この結果より、1.5mTorrでμ波電力200Wの条件だと、シース電圧の直流成分である自己バイアス電圧が−45Vで堆積物が付着せず、かつ下地のAlもエッチングされないような表面が得られることがわかる。この測定は、測定に用いたAl試料の表面粗さの誤差を考慮すると印加電圧を−50V以上とすることで活性種制御材料がエッチングされないような条件が存在することが考えられる。また、このような電圧は、付着した活性種固有のスパッタしきい値電圧と、プラズマ中から活性種制御材料に入射する活性種の量とプラズマの密度によって変化するため、上記のスパッタ量検知手段を用いて調整することも考えられる。
(Example 8)
An embodiment in which the voltage of the direct current component (self-bias voltage) applied to the active species control material is set to −50 V or more will be described. FIG. 5 shows the result of measuring the thickness of the deposit on the Al surface with a step gauge when an Al sample is placed in C 4 F 8 gas plasma using an ECR plasma apparatus and an AC voltage of 800 kHz is applied. is there. From this result, under conditions of 1.5 mTorr and μW power of 200 W, a surface is obtained in which the self-bias voltage, which is the DC component of the sheath voltage, is −45 V, no deposits adhere, and the underlying Al is not etched. I understand that In consideration of the error in the surface roughness of the Al sample used for the measurement, it is considered that there are conditions under which the active species control material is not etched when the applied voltage is set to −50 V or more. Further, such a voltage varies depending on the sputter threshold voltage unique to the attached active species, the amount of active species incident on the active species control material from the plasma, and the plasma density. It is also possible to adjust using.

したがって、印加電圧が0Vから−50Vの間に、カーボン系の付着物だけをスパッタできる電圧が存在し、この電圧で、試料処理中に印加することで、活性種制御の効果と同時に、プラズマ境界面への堆積物を除去することができるため、酸素クリーニングの短縮化、省略でき、トータルスループットの向上へとつながる。この時、試料処理時間と活性種制御材料への電圧印加時間を異なるタイミングで行なうことも考えられる。また、上記の装置でクリーニングガス(酸素、アルゴン等)を導入することで、上記同じ手法でプラズマ境界面のクリーニングも可能である。   Therefore, when the applied voltage is between 0V and -50V, there is a voltage that can sputter only carbon-based deposits. By applying this voltage during sample processing, the effect of controlling the active species can be achieved simultaneously with the plasma boundary. Since deposits on the surface can be removed, oxygen cleaning can be shortened or omitted, leading to an improvement in total throughput. At this time, it is also conceivable to perform the sample processing time and the voltage application time to the active species control material at different timings. Further, by introducing a cleaning gas (oxygen, argon, etc.) with the above apparatus, the plasma interface can be cleaned by the same method as described above.

(実施例9)
磁場を使用したUHF波プラズマエッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを例にして、本発明によるガスの有効な使用方法を図11を利用して説明する。本実施例では、炭素を含有しないガスとしてClF3を使用する。不活性ガスとしてNe、Ar、Kr、Xeを混合した。フッ素を含むガスでは、SF6、NF3は地球温暖化係数が高くまたライフタイムも長く、好もしいものではないが、極めて少量の消費量ですむという利点があるが、ClF3も同様の効果があった。
Example 9
Taking an example of silicon oxide film etching in a UHF wave plasma etching apparatus using a magnetic field, an effective method of using a gas according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, ClF 3 is used as a gas not containing carbon. Ne, Ar, Kr, and Xe were mixed as an inert gas. For gases containing fluorine, SF 6 and NF 3 have a high global warming potential and a long lifetime, which is not desirable, but it has the advantage of requiring very little consumption, but ClF 3 has the same effect. there were.

本実施例では、UHF波放射アンテナ71をウエーハに対向する形態となっており、その材質はパイロリティックグラファイト板を使用した。上記パイロリティックグラファイト板は、SiCのほかに有機樹脂膜、SiCN、ダイアモンド板、Al43、炭化ホウ素等の炭素含有材料であればよいことが分かった。またこれらの炭化物を表面に形成した構造でも効果があった。UHF波放射アンテナ71に外部にlow−path filter を設置しRF電源を設置すると、対向電極構造となり生成粒子が効率よく試料に入射し、活性種制御の効果を増加することが出来た。 In this embodiment, the UHF wave radiation antenna 71 is opposed to the wafer, and the material thereof is a pyrolytic graphite plate. It has been found that the pyrolytic graphite plate may be a carbon-containing material such as organic resin film, SiCN, diamond plate, Al 4 C 3 , boron carbide in addition to SiC. In addition, a structure in which these carbides are formed on the surface is also effective. When a low-path filter was installed outside the UHF wave radiating antenna 71 and an RF power supply was installed, the counter electrode structure was formed, and the generated particles were efficiently incident on the sample, and the effect of active species control could be increased.

トータルのガス流量は50−500sccmに設定し、SF6は1−10sccmで変化させた。放電の圧力は0.5−5Paに設定した。UHF波は、プラズマ放電用UHF波電源74から同軸ケーブル79を伝わって、放射アンテナ71より投入され、プラズマを生成させる。下部のウエーハ電極107にはプラズマ中のイオンを加速するrf電力110を投入した。上部と下部の電極の間隔は10−200mmに設定し、活性種制御材料112であるパイロリティックグラファイト板に、rf電力119を印加できる機構を設けた。なお、図中の符号78はマグネットである。壁面の材料には、炭素を含有する物質として表面処理したSiCを用いた。このSiCに電力を投入すると該プラズマでこのSiCがエッチングされる。   The total gas flow rate was set to 50-500 sccm, and SF6 was varied from 1-10 sccm. The discharge pressure was set to 0.5-5 Pa. The UHF wave is transmitted from the plasma discharge UHF wave power source 74 through the coaxial cable 79 and input from the radiation antenna 71 to generate plasma. The lower wafer electrode 107 was supplied with rf electric power 110 for accelerating ions in the plasma. The distance between the upper and lower electrodes was set to 10-200 mm, and a mechanism capable of applying rf power 119 to the pyrolytic graphite plate as the active species control material 112 was provided. Reference numeral 78 in the figure denotes a magnet. As the material for the wall surface, SiC surface-treated as a substance containing carbon was used. When power is supplied to this SiC, the SiC is etched by the plasma.

ウエーハは、同様に被エッチング膜としてシリコン酸化膜が形成されており、そのエッチングのマスクはホトレジストによって行った。リソグラフィによりこのホトレジストに微細なパターンを形成したものを使用した。また酸化膜に下地層としてシリコン窒化膜とシリコン膜を用いた。   In the wafer, similarly, a silicon oxide film is formed as a film to be etched, and the etching mask is made of photoresist. A photolithographic resist having a fine pattern formed thereon was used. Further, a silicon nitride film and a silicon film were used as an underlayer for the oxide film.

上部電極のパイロリティックグラファイト板のエッチング速度が50nm/minから600nm/minとなる条件で酸化膜をエッチングすると、酸化膜のエッチング速度が400nm/minから1400nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は600nm/minから60nm/minまで変化した。すなわちSiC壁面電極のエッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きくできる。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするためには、SiC壁面電極のエッチング速度を大きくする必要があった。   When the oxide film is etched under the condition that the etching rate of the pyrolytic graphite plate of the upper electrode is 50 nm / min to 600 nm / min, the etching rate of the oxide film changes from 400 nm / min to 1400 nm / min, and the etching rate of the resist film Changed from 600 nm / min to 60 nm / min. That is, the etching rate of the resist can be adjusted by the etching rate of the SiC wall electrode, and the selectivity can be increased. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. In order to most selectively etch the silicon nitride film, it is necessary to increase the etching rate of the SiC wall electrode.

この状態で上下の電極と壁面の電極の温度の効果を各温度を−60℃から250℃まで変化させてそのエッチングに対する効果を調べた。その結果、ウエーハ電極の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできることが分かった。特に好ましい温度は0℃以上であった。上部電極の温度は、その電極表面のエッチング速度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電極による活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用できる。壁面の電極については、温度が低いと物質の堆積が起きやすいが、上部の電極と同様に、電極表面のエッチング速度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電極による活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用できた。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスとしてClF3を使用した場合に、プラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生成せしめ、その固体の温度を−60℃から250℃までに制御することによって、シリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチングできることが明らかにでき、本発明の有効性が確認できた。 In this state, the temperature effect of the upper and lower electrodes and the wall surface electrode was changed from −60 ° C. to 250 ° C., and the effect on the etching was examined. As a result, it was found that the silicon oxide film can be selectively etched with respect to the silicon nitride film by setting the temperature of the wafer electrode as high as possible. A particularly preferred temperature was 0 ° C. or higher. The temperature of the upper electrode was one of the factors determining the etching rate of the electrode surface. Therefore, it is necessary to keep the temperature as constant as possible. In addition, the higher the temperature, the higher the etching rate, and the lower the temperature, the lower the efficiency of the active species conversion reaction by the upper electrode. Therefore, it can be used by setting a predetermined etching rate within the above temperature range. As for the electrode on the wall surface, material deposition is likely to occur when the temperature is low. However, like the upper electrode, it is one of the factors that determine the etching rate of the electrode surface. Therefore, it is necessary to keep the temperature as constant as possible. In addition, the higher the temperature, the higher the etching rate, and the lower the temperature, the lower the efficiency of the active species conversion reaction by the upper electrode. Therefore, it was possible to set and use a predetermined etching rate within the above temperature range. That is, from this example, when ClF 3 is used as a gas not containing carbon, carbon is contained in the solid surface in contact with the plasma to generate an etching reaction of the solid, and the temperature of the solid is changed from −60 ° C. to 250 ° C. It was clarified that the silicon oxide film can be etched at a high etching rate by controlling the temperature to 0 ° C., and the effectiveness of the present invention was confirmed.

(実施例10)
図14はプラズマ発生装置として表面波励起型プラズマを用いた本発明の実施例である。導波管1402からの電磁波が誘電体1401を介してプラズマエネルギーを与えてプラズマを発生させる。その他の機構と効果は、プラズマ生成機構としてECR型を用いた場合と同様である。
(Example 10)
FIG. 14 shows an embodiment of the present invention using surface wave excitation type plasma as a plasma generator. Electromagnetic waves from the waveguide 1402 give plasma energy through the dielectric 1401 to generate plasma. Other mechanisms and effects are the same as when the ECR type is used as the plasma generation mechanism.

(実施例11)
活性種制御材料の材料として炭素を使用し、本発明を適用してSAC加工を行なった場合の実施例を説明する。図16(a)はSAC加工を行う前の試料の構造である。シリコン基板1505上にポリシリコンからなるゲート電極1504が形成されている。SAC加工は窒化膜1503をストッパー層として用いて、酸化膜1502をエッチングし、コンタクトホールを形成する酸化膜加工であり、256M以降のDRAMのコンタクトホール形成時に有望な方法である。なお、1501はレジストである。活性種制御の概念がない、またはその機構が独立制御が可能でなかった従来の方法、例えば,有磁場マイクロ波の高密度プラズマエッチング装置を用いて、C485mTorr、マイクロ波電力1100Wの条件でエッチングを行うと、図16(b)に示すように、窒化膜の肩部分が削れ1506が発生しまいポリシリコンゲート1504の絶縁を保てなくなる不良と図16(c)で示すようなコンタクトホールの孔底でエッチング停止1507がおこるといったトレードオフが発生し、良好な選択エッチングのプロセスウィンドウが狭かった。
(Example 11)
An example in which carbon is used as the material of the active species control material and SAC processing is performed by applying the present invention will be described. FIG. 16A shows the structure of the sample before performing SAC processing. A gate electrode 1504 made of polysilicon is formed on a silicon substrate 1505. The SAC process is an oxide film process that forms a contact hole by etching the oxide film 1502 using the nitride film 1503 as a stopper layer, and is a promising method when forming a contact hole in a DRAM of 256M or later. Reference numeral 1501 denotes a resist. There is no concept of active species control or the mechanism is not capable of independent control, for example, using a magnetic field microwave high-density plasma etching apparatus, C 4 F 8 5 mTorr, microwave power 1100 W If etching is performed under the conditions, as shown in FIG. 16 (b), the shoulder portion of the nitride film is scraped to generate 1506, resulting in failure to maintain insulation of the polysilicon gate 1504, and contact as shown in FIG. 16 (c). A trade-off that etching stop 1507 occurred at the bottom of the hole occurred, and the process window for good selective etching was narrow.

本発明を適用することにより、酸化膜のエッチング反応に重要な堆積膜組成を選択エッチングに適したものにすることができる。すなわち、プラズマ中の酸化膜、窒化膜ともにエッチングしてしまうフッ素を低減し、選択エッチングに適したCF2に変換できるため、窒化膜上では堆積物が残留して肩削れを抑え、酸化膜上ではエッチングが進行するような良好な表面反応を促進することが出来る。
したがって、本方法を用いてSAC加工を行なった場合、図16(d)のような良好なエッチング形状を得ることができる。
By applying the present invention, the deposited film composition important for the etching reaction of the oxide film can be made suitable for selective etching. That is, the oxide film in the plasma reduces the fluorine etches both nitride film, which can be converted to CF 2 suitable for selective etching, suppress scraping shoulder and residual deposits on nitride film, oxide film Then, it is possible to promote a good surface reaction such that etching proceeds.
Therefore, when SAC processing is performed using this method, a good etching shape as shown in FIG. 16 (d) can be obtained.

(実施例12)
平行平板型エッチング装置で、化合物内に炭素を含まないガスを導入してシリコン酸化膜をエッチングする実施例について、図20を用いて説明する。本実施例では、ウエーハ106に対向する電極1202はパイロリティックグラファイト板を使用した。炭素を含有しないガスの一例として、放電ガスは、ArとSF6の混合ガスを用いた。この混合ガスは、上記パイロリティックグラファイト板のガス導入孔を通して上部から供給した。トータルのガス流量は100〜500sccmに設定し、SF6は1〜10sccmで変化させた。放電の圧力は1〜5Paに設定した。上部の電極には、rf電力1201を投入し、プラズマを発生させる。下部電極107にはプラズマ中のイオンを加速するrf電力110を投入した。また上部と下部の電極の間隔は5から50mmまで変化させた。
(Example 12)
An embodiment in which a silicon oxide film is etched by introducing a gas not containing carbon into a compound with a parallel plate etching apparatus will be described with reference to FIG. In this embodiment, a pyrolytic graphite plate is used for the electrode 1202 facing the wafer 106. As an example of a gas not containing carbon, a mixed gas of Ar and SF 6 was used as the discharge gas. This mixed gas was supplied from above through the gas introduction hole of the pyrolytic graphite plate. The total gas flow rate was set to 100 to 500 sccm, and SF 6 was changed from 1 to 10 sccm. The discharge pressure was set to 1 to 5 Pa. An rf power 1201 is applied to the upper electrode to generate plasma. The lower electrode 107 was supplied with rf power 110 for accelerating ions in the plasma. The distance between the upper and lower electrodes was varied from 5 to 50 mm.

ウエーハは、レジスト、シリコン酸化膜、シリコン膜、シリコン窒化膜が形成されたものを用いた。ここでは、ホトレジストをマスクとして、シリコン酸化膜をエッチングした。   As the wafer, a resist, a silicon oxide film, a silicon film, and a silicon nitride film were used. Here, the silicon oxide film was etched using the photoresist as a mask.

上部電極のパイロリティックグラファイト板のエッチング速度を100nm/minから1000nm/minまで変化させると、これに伴って酸化膜のエッチング速度が500nm/minから2000nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は800nm/minから90nm/minまで変化した。パイロリティックグラファイト板のエッチング速度によってレジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きく保つことが可能であった。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。従って、シリコン酸化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするためには、パイロリティックグラファイト板のエッチング速度を100nm/min以上大きくする必要があることが分かった。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスによりシリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチングでき、本発明の有効性が確認できた。   When the etching rate of the pyrolytic graphite plate of the upper electrode is changed from 100 nm / min to 1000 nm / min, the etching rate of the oxide film is changed from 500 nm / min to 2000 nm / min, and the etching rate of the resist film is It changed from 800 nm / min to 90 nm / min. The etching rate of the resist can be adjusted by the etching rate of the pyrolytic graphite plate, and the selectivity can be kept large. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. Therefore, it has been found that the etching rate of the pyrolytic graphite plate needs to be increased by 100 nm / min or more in order to most selectively etch the silicon oxide film. That is, from this example, the silicon oxide film can be etched at a high etching rate with a gas containing no carbon, and the effectiveness of the present invention was confirmed.

(実施例13)
本実施例では、実施例12のような平行平板型のプラズマ処理装置に、プラズマ処理室の壁面近傍に第3の電極112を設置した装置を用いてエッチングする例を、図12を用いて説明する。第3の電極として、表面処理したSiC112を用い、このSiCに電力119を投入するとそのプラズマでこのSiCがエッチングされる。また、SiC112はヒーター116及び冷却管117によって温度調節されている。それ以外は実施例12と同様である。
(Example 13)
In this embodiment, an example of etching using the apparatus in which the third electrode 112 is installed near the wall surface of the plasma processing chamber in the parallel plate type plasma processing apparatus as in Embodiment 12 will be described with reference to FIG. To do. As the third electrode, surface-treated SiC 112 is used, and when power 119 is applied to the SiC, the SiC is etched by the plasma. In addition, the temperature of SiC 112 is adjusted by a heater 116 and a cooling pipe 117. Other than that is the same as Example 12.

上部電極1202のパイロリティックグラファイト板のエッチング速度が100nm/minから400nm/minとなる条件で、SiC112に電力119を投入し、このSiC壁面電極のエッチング速度によるウエーハ上のレジスト、シリコン酸化膜、シリコン膜、シリコン窒化膜のエッチング速度の変化を測定した。その結果、SiC電極のエッチング速度が大きくなるにしたがって、酸化膜のエッチング速度が500nm/minから1500nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は300nm/minから60nm/minまで変化した。すなわちSiC壁面電極のエッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きく保つことが可能であった。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするためには、SiC壁面電極のエッチング速度を大きくする必要があることが分かった。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスのプラズマを使用した場合に、プラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生成せしめることによって、シリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチングできることが明らかにでき、本発明の有効性が確認できた。   Under the condition that the etching rate of the pyrolytic graphite plate of the upper electrode 1202 is from 100 nm / min to 400 nm / min, power 119 is applied to the SiC 112, and the resist, silicon oxide film, silicon on the wafer according to the etching rate of the SiC wall electrode Changes in the etching rate of the film and the silicon nitride film were measured. As a result, as the SiC electrode etching rate increased, the oxide film etching rate changed from 500 nm / min to 1500 nm / min, and the resist film etching rate changed from 300 nm / min to 60 nm / min. That is, the etching rate of the resist can be adjusted by the etching rate of the SiC wall electrode, and the selectivity can be kept large. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. It has been found that the etching rate of the SiC wall electrode needs to be increased in order to most selectively etch the silicon nitride film. In other words, from this example, when using plasma of a gas that does not contain carbon, the silicon oxide film is etched at a high etching rate by containing carbon on the solid surface in contact with the plasma and generating an etching reaction of this solid. It was clear that this was possible and the effectiveness of the present invention was confirmed.

プラズマ処理室の壁面への電力の印加については、いくつかの有効な手段があった。そのひとつは、壁面をいくつかに分割して、異なるバイアス電力により動作させる方法であった。また、第二にはウエーハのバイアス電力電源をウエーハと壁面に電力の位相等を変えて共有しても、効果があった。   There are several effective means for applying power to the wall of the plasma processing chamber. One of them was a method in which the wall surface was divided into several parts and operated with different bias powers. Second, there is an effect even if the wafer bias power supply is shared between the wafer and the wall surface by changing the phase of the power.

上下の電極間隔が30mm以下の極めて狭い状況においても壁面のバイアス印加方法は効果があった。   Even in a very narrow situation where the distance between the upper and lower electrodes is 30 mm or less, the wall surface bias application method was effective.

その壁面電極のエッチング速度を高精度に制御するには、壁面のバイアス電力の波形と周波数についても制御する必要があり、イオンエネルギ分布を小さく均一にエッチングできるように設定できる。   In order to control the etching rate of the wall electrode with high accuracy, it is necessary to control the waveform and frequency of the bias power on the wall surface, and the ion energy distribution can be set to be small and uniformly etched.

(実施例14)
磁場を使用した平行平板型エッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングについて図19により説明する。本実施例では、ウエーハ106に対向する電極1202はパイロリティックグラファイト板を使用した。放電ガスは、ArとSF6の混合ガスを用いた。この混合ガスは、上記パイロリティックグラファイト板のガス導入孔を通して上部から供給した。トータルのガス流量は20〜500sccmに設定し、SF6は1〜10sccmで変化させた。放電の圧力は0.1〜5Paに設定した。上部と下部の電極の間隔は10〜200mmに設定した。壁面近傍に、表面処理したSiC112を用いた。このSiCに電力を投入すると上記プラズマでこのSiCがエッチングされる。それ以外は実施例12と同様である。
(Example 14)
The silicon oxide film etching with a parallel plate etching apparatus using a magnetic field will be described with reference to FIG. In this embodiment, a pyrolytic graphite plate is used for the electrode 1202 facing the wafer 106. As the discharge gas, a mixed gas of Ar and SF 6 was used. This mixed gas was supplied from above through the gas introduction hole of the pyrolytic graphite plate. The total gas flow rate was set to 20 to 500 sccm, and SF 6 was changed from 1 to 10 sccm. The discharge pressure was set to 0.1-5 Pa. The distance between the upper and lower electrodes was set to 10 to 200 mm. A surface-treated SiC 112 was used in the vicinity of the wall surface. When power is supplied to this SiC, the SiC is etched by the plasma. Other than that is the same as Example 12.

上部電極のパイロリティックグラファイト板のエッチング速度が50nm/minから600nm/minとなる条件で、SiCに電力を投入し、このSiC電極のエッチング速度によるウエーハ上のレジスト、シリコン酸化膜、シリコン膜、シリコン窒化膜のエッチング速度の変化を測定した。その結果、SiC壁面電極のエッチング速度が大きくなるにしたがって、酸化膜のエッチング速度が400nm/minから1600nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は500nm/minから60nm/minまで変化した。すなわちSiC壁面電極のエッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きく保つことが可能であった。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするためには、SiC壁面電極のエッチング速度を大きくする必要があることが分かった。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスのプラズマを使用した場合に、プラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生成せしめることによって、シリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチングできることが明らかにでき、本発明の有効性が確認できた。   Under the condition that the etching rate of the pyrolytic graphite plate of the upper electrode is 50 nm / min to 600 nm / min, power is applied to SiC, and the resist, silicon oxide film, silicon film, silicon on the wafer according to the etching rate of this SiC electrode Changes in the etching rate of the nitride film were measured. As a result, as the etching rate of the SiC wall electrode increased, the etching rate of the oxide film changed from 400 nm / min to 1600 nm / min, and the etching rate of the resist film changed from 500 nm / min to 60 nm / min. That is, the etching rate of the resist can be adjusted by the etching rate of the SiC wall electrode, and the selectivity can be kept large. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. It has been found that the etching rate of the SiC wall electrode needs to be increased in order to most selectively etch the silicon nitride film. In other words, from this example, when using plasma of a gas that does not contain carbon, the silicon oxide film is etched at a high etching rate by containing carbon on the solid surface in contact with the plasma and generating an etching reaction of this solid. It was clear that this was possible and the effectiveness of the present invention was confirmed.

プラズマ処理室の壁面への電力の印加については、実施例2と同様にいくつかの有効な手段があった。そのひとつは、壁面をいくつかに分割して、異なるバイアス電力により動作させる方法であった。また、第二にはウエーハのバイアス電力電源をウエーハと壁面に電力の位相等を変えて共有しても、効果があった。上下の電極間隔が30mm以下の極めて狭い状況においても壁面のバイアス印加方法は効果があったが、特に電極間隔が30mmを越えた条件で有効であった。   As in Example 2, there were some effective means for applying power to the wall surface of the plasma processing chamber. One of them was a method in which the wall surface was divided into several parts and operated with different bias powers. Second, there is an effect even if the wafer bias power source is shared by changing the phase of the power between the wafer and the wall surface. The wall surface bias application method was effective even in a very narrow situation where the distance between the upper and lower electrodes was 30 mm or less, but it was particularly effective under the condition where the electrode distance exceeded 30 mm.

(実施例15)
本実施例は、実施例14にさらに温度調節機構48を設け、電極の温度を制御しながらエッチングする方法について、図15を用いて説明する。
(Example 15)
In the present embodiment, a method for etching while controlling the temperature of the electrode by further providing a temperature adjusting mechanism 48 in the embodiment 14 will be described with reference to FIG.

上下の電極と壁面の電極の温度の効果を各温度を−60℃から250℃まで変化させてそのエッチングに対する効果を調べた。その結果、ウエーハ電極の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできることが分かった。特に好ましい温度は0℃以上であった。上部電極の温度は、その電極表面のエッチング速度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電極による活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用できる。壁面の電極については、温度が低いと物質の堆積が起きやすいが、上部の電極と同様に、電極表面のエッチング速度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電極による活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用できた。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスのプラズマを使用した場合に、プラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生成せしめ、その固体の温度を−60℃から250℃までに制御することによって、シリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチングできることが明らかにできることが確認された。   The effect of the temperature on the upper and lower electrodes and the electrode on the wall surface was changed from -60 ° C. to 250 ° C. to examine the effect on the etching. As a result, it was found that the silicon oxide film can be selectively etched with respect to the silicon nitride film by setting the temperature of the wafer electrode as high as possible. A particularly preferred temperature was 0 ° C. or higher. The temperature of the upper electrode was one of the factors determining the etching rate of the electrode surface. Therefore, it is necessary to keep the temperature as constant as possible. In addition, the higher the temperature, the higher the etching rate, and the lower the temperature, the lower the efficiency of the active species conversion reaction by the upper electrode. Therefore, it can be used by setting a predetermined etching rate within the above temperature range. As for the electrode on the wall surface, material deposition is likely to occur when the temperature is low. However, like the upper electrode, it is one of the factors that determine the etching rate of the electrode surface. Therefore, it is necessary to keep the temperature as constant as possible. In addition, the higher the temperature, the higher the etching rate, and the lower the temperature, the lower the efficiency of the active species conversion reaction by the upper electrode. Therefore, it was possible to set and use a predetermined etching rate within the above temperature range. That is, from this example, when a plasma of a gas not containing carbon is used, carbon is contained in the solid surface in contact with the plasma to generate an etching reaction of the solid, and the temperature of the solid is changed from −60 ° C. to 250 ° C. It was confirmed that the silicon oxide film can be etched at a high etching rate by controlling the above.

(実施例16)
本発明による誘導結合型のrf波放電エッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを図13により説明する。ウエハー106は、バイアス用高周波印加下部電極を兼ねたウエハーテーブル107上に設置され、ウエハーテーブル107はバイアス用高周波電源110に接続されている。本実施例では、実施例12〜15とは異なり、ウエーハに対向する電極は設置されず、絶縁窓51が配置される。壁面近傍に活性種制御材料112としてSiCを使用した。このSiCには、バイアス印加電源119が接続されている。実施例14と同様に、トータルのガス流量を20〜500sccmに設定し、SF6は1〜10sccmで変化させた。放電の圧力は0.3〜5Paに設定した。rf電力はプラズマ放電用高周波電源54からプラズマ処理室の放電部にコイル上に形成したアンテナに通電し、アルミナや石英によってつくった放電窓板58もしくは放電管のなかにプラズマを生成した。
(Example 16)
The silicon oxide film etching in the inductively coupled rf wave discharge etching apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The wafer 106 is placed on a wafer table 107 that also serves as a bias high-frequency application lower electrode, and the wafer table 107 is connected to a bias high-frequency power source 110. In this embodiment, unlike Embodiments 12 to 15, an electrode facing the wafer is not installed, and an insulating window 51 is arranged. SiC was used as the active species control material 112 in the vicinity of the wall surface. A bias application power source 119 is connected to the SiC. As in Example 14, the total gas flow rate was set to 20 to 500 sccm, and SF 6 was varied from 1 to 10 sccm. The discharge pressure was set to 0.3 to 5 Pa. The rf power was supplied from a plasma discharge high frequency power supply 54 to an antenna formed on the coil in the discharge part of the plasma processing chamber, and plasma was generated in the discharge window plate 58 or discharge tube made of alumina or quartz.

それ以外の条件は、実施例14と同様である。その結果、実施例4と同様に、SiC壁面電極のエッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きく保つことが可能であった。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするためには、SiC壁面電極のエッチング速度を大きくする必要があることが分かった。   The other conditions are the same as in Example 14. As a result, similarly to Example 4, the etching rate of the resist could be adjusted by the etching rate of the SiC wall surface electrode, and the selection ratio could be kept large. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. It has been found that the etching rate of the SiC wall electrode needs to be increased in order to most selectively etch the silicon nitride film.

また、実施例15と同様に、ウエーハ電極の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできることが分かった。   Further, as in Example 15, it was found that the silicon oxide film can be selectively etched with respect to the silicon nitride film by setting the temperature of the wafer electrode as high as possible.

(実施例17)
本発明による磁場を使用しないUHF波プラズマエッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを図11により説明する。本実施例では、ウエーハに対向する電極71はパイロリティックグラファイト板を使用した。
(Example 17)
The silicon oxide film etching in the UHF wave plasma etching apparatus not using a magnetic field according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a pyrolytic graphite plate is used as the electrode 71 facing the wafer.

導入ガスをSF6とArの混合ガスとして、トータルのガス流量は50〜500sccmに設定し、SF6は1〜10sccmで変化させた。放電の圧力は0.5〜5Paに設定した。上部と下部の電極の間隔は10〜200mmに設定した。プラズマ処理室の壁面近傍に活性種制御機構として、表面処理したSiC76を用いた。このSiCに電力を投入すると前記プラズマでこのSiCがエッチングされる。 The introduced gas was a mixed gas of SF 6 and Ar, the total gas flow rate was set to 50 to 500 sccm, and SF 6 was varied from 1 to 10 sccm. The discharge pressure was set to 0.5 to 5 Pa. The distance between the upper and lower electrodes was set to 10 to 200 mm. A surface-treated SiC 76 was used as the active species control mechanism in the vicinity of the wall surface of the plasma processing chamber. When power is supplied to this SiC, the SiC is etched by the plasma.

ウエーハは、基板上にシリコン窒化膜、シリコン膜、シリコン酸化膜、ホトレジストが形成されたものを使用した。   The wafer used was a silicon nitride film, silicon film, silicon oxide film and photoresist formed on a substrate.

上部電極のパイロリティックグラファイト板のエッチング速度が50nm/minから600nm/minとなる条件で、酸化膜のエッチング速度が400nm/minから1400nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は600nm/minから60nm/minまで変化した。すなわちSiC壁面電極のエッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きくなる。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするためには、SiC壁面電極のエッチング速度を大きくする必要があった。   The etching rate of the oxide film changes from 400 nm / min to 1400 nm / min under the condition that the etching rate of the pyrolytic graphite plate of the upper electrode is 50 nm / min to 600 nm / min, and the etching rate of the resist film changes from 600 nm / min. It changed to 60 nm / min. That is, the etching rate of the resist can be adjusted by the etching rate of the SiC wall electrode, and the selectivity is increased. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. In order to most selectively etch the silicon nitride film, it is necessary to increase the etching rate of the SiC wall electrode.

また、実施例15と同様に、ウエーハ電極の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできることが分かった。   Further, as in Example 15, it was found that the silicon oxide film can be selectively etched with respect to the silicon nitride film by setting the temperature of the wafer electrode as high as possible.

(実施例18)
磁場を使用したUHF波プラズマエッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを例にして、図11を用いて本発明によるガスの有効な使用方法について説明する。本実施例では、炭素を含有しないガスとしてClF3を使用する。不活性ガスとしてNe、Ar、Kr、Xeを混合した。フッ素を含むガスと同様、ClF3は地球温暖化係数が高くまたライフタイムも長く、好もしいものではないが、極めて少量の消費量ですむという利点がある。その他の条件は、実施例17と同様である。
(Example 18)
Taking an example of silicon oxide film etching in a UHF wave plasma etching apparatus using a magnetic field, an effective method of using a gas according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, ClF 3 is used as a gas not containing carbon. Ne, Ar, Kr, and Xe were mixed as an inert gas. Similar to fluorine-containing gas, ClF 3 has a high global warming potential and a long lifetime, which is not preferable, but has the advantage of requiring very little consumption. Other conditions are the same as in Example 17.

その結果、ClF3を使用した場合でも、実施例17と同様の効果、即ち活性種制御材料の温度を−60℃から250℃まで制御して、シリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチングできる効果が得られた。 As a result, even when ClF 3 is used, the same effect as in Example 17, that is, the effect that the silicon oxide film can be etched at a high etching rate by controlling the temperature of the active species control material from −60 ° C. to 250 ° C. Obtained.

(実施例19)
誘導結合型高周波放電のプラズマエッチング装置でClF3に加えて、微量の炭素を含むガスをエッチングガスとして使用して、シリコン酸化膜のエッチングを行った。
(Example 19)
The silicon oxide film was etched using a gas containing a small amount of carbon as an etching gas in addition to ClF 3 in an inductively coupled high-frequency discharge plasma etching apparatus.

本実施例では、誘導結合型であるのでウエーハに対向する電極は設置されないが、壁面近傍の電極112(図13)にSiCを使用した結果、本発明の効果が認められた。しかしシリコン酸化膜のエッチングをシリコン窒化膜に対して選択的に行うことがかなり困難である。本実施例はこれを補う方法である。炭素を含有するガスとしては、Cのほかに、HとFとClのいずれかを含有するガスを使用すればよい。   In this example, since the inductive coupling type is used, an electrode facing the wafer is not installed, but as a result of using SiC for the electrode 112 (FIG. 13) in the vicinity of the wall surface, the effect of the present invention was recognized. However, it is quite difficult to selectively etch the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film. The present embodiment is a method for compensating for this. As the gas containing carbon, in addition to C, a gas containing any of H, F, and Cl may be used.

トータルのガス流量は20〜500sccmに設定し、ClF3は0〜10sccmで変化させた。微量の添加ガスには、クロロフォルムを使用した。その導入量はClF3を越えない程度に設定した。放電の圧力は0.3〜5Paに設定した。rf電力はプラズマ処理室の放電部にコイル上に形成したアンテナに通電し、アルミナや石英によってつくった放電窓板もしくは放電管のなかにプラズマを生成した。ウエーハ電極にはプラズマ中のイオンを加速するrf電力を投入した。 The total gas flow rate was set to 20 to 500 sccm, and ClF 3 was changed from 0 to 10 sccm. Chloroform was used for a small amount of additive gas. The amount introduced was set so as not to exceed ClF 3 . The discharge pressure was set to 0.3 to 5 Pa. The rf power was supplied to the antenna formed on the coil in the discharge part of the plasma processing chamber, and plasma was generated in a discharge window plate or discharge tube made of alumina or quartz. The wafer electrode was supplied with rf power for accelerating ions in the plasma.

ウエーハは、基板上にシリコン窒化膜、シリコン膜、シリコン酸化膜、ホトレジストが形成されたものを用いた。   The wafer used was a silicon nitride film, silicon film, silicon oxide film, and photoresist formed on a substrate.

SiCのエッチング速度が50nm/minから600nm/minとなる条件とすると、酸化膜のエッチング速度は400nm/minから1600nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は500nm/minから60nm/minまで変化した。またシリコン窒化膜のエッチング速度は40〜200nm/minであり、クロロフォルムを添加することにより、選択比は、20%以上向上し、少量のガス添加の効果が大きいことが明らかであり、本発明の有効性がさらに活かされる例であった。すなわち炭素を含むガスの少量添加によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比が大きくなる。この炭素を含むガスは、トータルガス流量の1%以下好ましくは0.4〜0.8%程度流すと効果的である。即ち、本実施例では炭素を含むガスを5sccm以下流すと上述の効果がある。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを極めて効果的に選択的にエッチングできた。   Assuming that the SiC etching rate is 50 nm / min to 600 nm / min, the oxide film etching rate changes from 400 nm / min to 1600 nm / min, and the resist film etching rate changes from 500 nm / min to 60 nm / min. did. The etching rate of the silicon nitride film is 40 to 200 nm / min, and it is clear that the addition of chloroform improves the selectivity by 20% or more, and the effect of adding a small amount of gas is large. This is an example where the effectiveness is further utilized. That is, by adding a small amount of gas containing carbon, the etching rate of the resist can be adjusted, and the selectivity is increased. This carbon-containing gas is effective when it is flowed at 1% or less, preferably about 0.4 to 0.8% of the total gas flow rate. That is, in this embodiment, the above-described effect is obtained when a gas containing carbon is flowed at 5 sccm or less. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. The etching of the silicon nitride film could be selectively performed very effectively.

この状態で上下の電極と壁面の電極の温度の効果を各温度を−60℃から250℃まで変化させてそのエッチングに対する効果を調べた。その結果、ウエーハ電極の温度は、炭素含有ガスの添加の場合には炭素含有ガスの添加しない場合に比較すると、シリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできる温度が約10℃程度低くても良いことが分かった。特に好ましい温度は−10℃以上であった。上部電極の温度は、その電極表面のエッチング速度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電極による活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用できる。壁面の電極については、温度が低いと物質の堆積が起きやすいが、上部の電極と同様に、電極表面のエッチング速度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電極による活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用できた。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスとしてClF3を使用し、炭素を含有するガスとしては、Cのほかに、HとFとClのいずれかを含有するガスを添加して使用した場合に、プラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生成せしめ、その固体の温度を−60℃から240℃までに制御することによって、シリコン酸化膜を高エッチング速度で高選択比でエッチングできることが明らかにでき、本発明の有効性が確認できた。 In this state, the temperature effect of the upper and lower electrodes and the wall surface electrode was changed from −60 ° C. to 250 ° C., and the effect on the etching was examined. As a result, the temperature of the wafer electrode is about 10 ° C. at which the silicon oxide film can be selectively etched with respect to the silicon nitride film when the carbon-containing gas is added compared to when the carbon-containing gas is not added. It turned out that it may be low. A particularly preferable temperature was −10 ° C. or higher. The temperature of the upper electrode was one of the factors determining the etching rate of the electrode surface. Therefore, it is necessary to keep the temperature as constant as possible. In addition, the higher the temperature, the higher the etching rate, and the lower the temperature, the lower the efficiency of the active species conversion reaction by the upper electrode. Therefore, it can be used by setting a predetermined etching rate within the above temperature range. As for the electrode on the wall surface, material deposition is likely to occur when the temperature is low. However, like the upper electrode, it is one of the factors that determine the etching rate of the electrode surface. Therefore, it is necessary to keep the temperature as constant as possible. In addition, the higher the temperature, the higher the etching rate, and the lower the temperature, the lower the efficiency of the active species conversion reaction by the upper electrode. Therefore, it was possible to set and use a predetermined etching rate within the above temperature range. That is, from this example, when ClF 3 is used as a gas not containing carbon, and the gas containing carbon is added with a gas containing any of H, F and Cl in addition to C, In addition, carbon is contained in the solid surface in contact with the plasma to generate an etching reaction of the solid, and the temperature of the solid is controlled from -60 ° C. to 240 ° C., so that the silicon oxide film is highly selected at a high etching rate. It was clarified that etching can be performed by the ratio, and the effectiveness of the present invention was confirmed.

(実施例20)
誘導結合型高周波放電のプラズマエッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを例にして、本発明によるガスの有効な使用方法について説明する。本実施例では、エッチングガスとしてClF3を使用するが、加えて、酸素を含有するガス、例としてはO2を使用する。同時に実施例19のように微量の炭素を含むガスを使用してもよい。不活性ガスとしてNe、Ar、Kr、Xeのいずれかを混合した。フッ素を含むガスでは、OF6、NF3、ClF3も使用できる。本実施例の重要な点は、O2、CO、CO2、NO、NO2、H2O等が使用できることにある。
(Example 20)
The effective use of the gas according to the present invention will be described by taking silicon oxide film etching in an inductively coupled high frequency discharge plasma etching apparatus as an example. In this embodiment, ClF 3 is used as an etching gas, but in addition, a gas containing oxygen, for example, O 2 is used. At the same time, as in Example 19, a gas containing a trace amount of carbon may be used. Any of Ne, Ar, Kr, and Xe was mixed as an inert gas. Of gases containing fluorine, OF 6 , NF 3 , and ClF 3 can also be used. The important point of this embodiment is that O 2 , CO, CO 2 , NO, NO 2 , H 2 O, etc. can be used.

本実施例では、壁面近傍の電極としてパイロリティックグラファイトを使用した結果、本発明の効果が認められた。しかしシリコン酸化膜のエッチングをシリコン窒化膜に対して選択的に行うことがかなり困難である。本実施例はこれを補う方法である。炭素を含有するガスとしては、Cのほかに、HとFとClのいずれかを含有するガスを使用すればよい。   In this example, as a result of using pyrolytic graphite as an electrode in the vicinity of the wall surface, the effect of the present invention was recognized. However, it is quite difficult to selectively etch the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film. The present embodiment is a method for compensating for this. As the gas containing carbon, in addition to C, a gas containing any of H, F, and Cl may be used.

トータルのガス流量は20〜500sccmに設定し、ClF3は1〜10sccmで変化させた。微量の添加ガスには、O2を使用した。その導入量はClF3を越えない程度に設定した。放電の圧力は0.3〜5Paに設定した。rf電力はプラズマ処理室の放電部にコイル上に形成したアンテナに通電し、アルミナや石英によってつくった放電窓板もしくは放電管のなかにプラズマを生成した。ウエーハ電極にはプラズマ中のイオンを加速するrf電力を投入した。本実施例では、これまでの例とは異なり、このエッチング反応の結果として、CO、CO2、C32、C52等の炭素酸化物ガスが形成される。その結果、シリコン酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングするには極めて効果的となり、本発明の有効性がさらに高めることができる。 The total gas flow rate was set to 20 to 500 sccm, and ClF 3 was changed from 1 to 10 sccm. The additive gas traces were using O 2. The amount introduced was set so as not to exceed ClF 3 . The discharge pressure was set to 0.3 to 5 Pa. The rf power was supplied to the antenna formed on the coil in the discharge part of the plasma processing chamber, and plasma was generated in a discharge window plate or discharge tube made of alumina or quartz. The wafer electrode was supplied with rf power for accelerating ions in the plasma. In this embodiment, unlike the previous examples, carbon oxide gases such as CO, CO 2 , C 3 O 2 , and C 5 O 2 are formed as a result of this etching reaction. As a result, it becomes extremely effective to selectively etch the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film, and the effectiveness of the present invention can be further enhanced.

ウエーハは、基板上にシリコン窒化膜、シリコン膜、シリコン酸化膜、ホトレジストが形成されたものを用いた。   The wafer used was a silicon nitride film, silicon film, silicon oxide film, and photoresist formed on a substrate.

上部電極のグラファイトのエッチング速度が50nm/minから600nm/minとなる条件で、酸化膜のエッチング速度が400nm/minから1600nm/minまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は500nm/minから60nm/minまで変化した。またシリコン窒化膜のエッチング速度は30〜150nm/minであり、酸素添加によって選択比は、15%以上向上し、少量のガス添加の効果が大きいことが明らかであり、本発明の有効性がさらに活かされる例であった。すなわち酸素を含むガスの少量添加によって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きくなる。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを極めて効果的に選択的にエッチングできた。   The etching rate of the oxide film changes from 400 nm / min to 1600 nm / min under the condition that the etching rate of graphite of the upper electrode is 50 nm / min to 600 nm / min, and the etching rate of the resist film changes from 500 nm / min to 60 nm / min. Changed. Further, the etching rate of the silicon nitride film is 30 to 150 nm / min, and the selectivity is improved by 15% or more by adding oxygen, and it is clear that the effect of adding a small amount of gas is large, and the effectiveness of the present invention is further improved. It was an example to be utilized. That is, by adding a small amount of a gas containing oxygen, the etching rate of the resist can be adjusted, and the selectivity is increased. The etching rate of the silicon film also changed in the same manner as the resist. The etching of the silicon nitride film could be selectively performed very effectively.

前述の実施例では、炭素を含有する物質は、パイロリティックなグラファイト、SiCを用いたが、ほかに有機樹脂膜、SiCN、ダイアモンド板、Al43、炭化ホウ素等の炭素含有材料であればよい。またこれらの炭化物を表面に形成した構造でも効果があった。 In the above-described embodiments, pyrolytic graphite and SiC are used as the carbon-containing substance. However, other carbon-containing materials such as organic resin films, SiCN, diamond plates, Al 4 C 3 , and boron carbide can be used. Good. In addition, a structure in which these carbides are formed on the surface is also effective.

また、前述の実施例では炭素を含まないガスとしてArを用いたが、この他不活性ガスNe、Kr、Xeでも良い。   In the above-described embodiments, Ar is used as a gas not containing carbon, but other inert gases Ne, Kr, and Xe may be used.

また、前述の実施例では、フッ素を含むガスとしてSF6やClF3を用いたが、地球温暖化係数が高くまたライフタイムも長く好もしいものではないが、極めて少量の消費量ですむという利点がある。これら以外では、F2、HF、XeF2、PF3、BF3、NF3、SiF4、ハロゲン化物の塩化フッ素ClF、臭化フッ素BrF、BrF3、BrF5、ヨウ化フッ素IF5であっても良い。 In the above-described embodiment, SF 6 or ClF 3 is used as the fluorine-containing gas. However, although the global warming potential is high and the lifetime is not favorable, there is an advantage that only a very small amount of consumption is required. is there. In any other, F 2, HF, XeF 2 , PF 3, BF 3, NF 3, SiF 4, fluorine chloride halide ClF, bromine fluoride BrF, BrF 3, BrF 5, an iodide fluorine IF 5 Also good.

本発明の実施例1の、活性種制御材料を搭載したプラズマエッチング装置の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the plasma etching apparatus carrying the active species control material of Example 1 of this invention. 活性種制御材料にAl、SiO2、Cを使用した場合のCF4プラズマ中のフッ素とCF2密度を示す図である。Al to the active species control material is a diagram showing the fluorine and CF 2 density in CF 4 plasma when using SiO 2, C. CF4ガスプラズマ中で、炭素の活性種制御材料に負の直流電圧を印加した時のCF1、CF2、CF3のラジカル密度の変化を示す図である。In CF 4 gas plasma, a diagram illustrating a CF 1, the change in radical density CF 2, CF 3 at the time of applying a negative DC voltage to the active species control material carbon. レジスト−TiN−Al−TiNの積層構造を、従来のECRプラズマエッチング装置でエッチング処理を行なった場合の形状とその時のプラズマ中の塩素濃度の変化を示した図である。It is the figure which showed the shape when the laminated structure of a resist-TiN-Al-TiN was etched with the conventional ECR plasma etching apparatus, and the change of the chlorine concentration in the plasma at that time. 48プラズマに接する面に設置したアルミ板に電圧を印加した場合の堆積層の厚さを示す図である。Is a diagram showing the thickness of the deposited layer when a voltage is applied to the aluminum plate was placed on the surface in contact with the C 4 F 8 plasma. 活性種制御材料の面積がプラズマ電位を決定している部分の面積と同程度の場合のプラズマ電位と印加電圧、プラズマシース電圧、自己バイアス電圧の波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram of a plasma potential, an applied voltage, a plasma sheath voltage, and a self-bias voltage when the area of an active species control material is approximately the same as the area of a portion that determines the plasma potential. 活性種制御材料を3つに区切った場合での各ブロックに電圧印加を行うタイミングの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the timing which applies a voltage to each block at the time of dividing an active species control material into three. 活性種制御材料を三つに区切った場合のリレー回路を組み込んだ電圧印加回路の動作の略図である。It is the schematic of operation | movement of the voltage application circuit incorporating the relay circuit at the time of dividing an active species control material into three. 複位相電源回路接続した場合の構成図とプラズマ電位と各印加電圧、各プラズマシース電圧、自己バイアス電圧の波形図である。It is a block diagram when a multi-phase power supply circuit is connected, and a waveform diagram of plasma potential, applied voltage, plasma sheath voltage, and self-bias voltage. 活性種制御材料への付着量またはスパッタ量を検知する手段の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of the means to detect the adhesion amount or sputter | spatter amount to an active species control material. 本発明によるガス組成および活性種制御材料を使った、ECR型UHF波プラズマエッチング装置の概略図である。It is the schematic of the ECR type | mold UHF wave plasma etching apparatus using the gas composition and active species control material by this invention. プラズマ発生機構に容量結合型プラズマを適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図である。It is sectional drawing of the etching apparatus which applies capacitive coupling type plasma to a plasma generation mechanism and mounts this invention. プラズマ発生機構に誘導結合型プラズマを適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図である。It is sectional drawing of the etching apparatus which applies inductively coupled plasma to a plasma generation mechanism, and mounts this invention. プラズマ発生機構に表面波励起型プラズマを適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図である。It is sectional drawing of the etching apparatus which applies surface wave excitation type plasma to a plasma generation mechanism, and mounts this invention. プラズマ発生機構に有磁場平行平板プラズマを適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図である。It is sectional drawing of the etching apparatus which applies a magnetic field parallel plate plasma to a plasma generation mechanism, and mounts this invention. 酸化膜エッチングによるSAC加工を行う前の試料構造を表す図と従来方法におけるSAC加工時の肩削れ状態を表す図と従来方法におけるSAC加工時のエッチング停止状態を表す図と本発明を用いた場合でのSAC加工を行なった場合のエッチング形状を表す図である。A diagram showing a sample structure before performing SAC processing by oxide film etching, a diagram showing a shoulder shaving state at the time of SAC processing in the conventional method, a diagram showing an etching stop state at the time of SAC processing in the conventional method, and the case of using the present invention It is a figure showing the etching shape at the time of performing SAC processing in. 試料処理時間により印加する高周波の電圧及び周波数の制御機構を示す図である。It is a figure which shows the control mechanism of the high frequency voltage and frequency applied by sample processing time. 活性種制御材料と絶縁体との間に導電板を挿入し、その導電板に電圧印加回路を接続したことを示す図である。It is a figure which shows having inserted the electrically conductive board between the active species control material and the insulator, and having connected the voltage application circuit to the electrically conductive board. プラズマ発生機構に有磁場平行平板プラズマを適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図である。It is sectional drawing of the etching apparatus which applies a magnetic field parallel plate plasma to a plasma generation mechanism, and mounts this invention. プラズマ発生機構に平行平板プラズマを適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図である。It is sectional drawing of the etching apparatus which applies parallel plate plasma to a plasma generation mechanism and mounts this invention. 本発明を適用して、TiN−Al−TiNのメタル配線加工を行なった場合の加工形状を示す図である。It is a figure which shows the process shape at the time of applying this invention and performing the metal wiring process of TiN-Al-TiN.

符号の説明Explanation of symbols

48…温度調節機構、51…上部窓、54…高周波電源、58…コイル状アンテナ、71…上部電極、74…UHF波電源、78…マグネット、79…同軸ケーブル、101…マイクロ波発振器、102…導波管、103…マイクロ波導入窓、104…反応室、105…電磁石、106…試料、107…試料台、108…真空排気装置、109…ガス導入管、110…RF電源、111…絶縁体、112…活性種制御材料、113…プラズマ、114…温度モニター、115…電圧印加回路、116…ヒータ、117…冷却管、118…ブロッキングコンデンサー、119…交流電源、120…フィードバック回路を設けた発光分光器、121…温度制御回路、301…レジスト、302…ノッチ部分、303…アルミニウム、304…窒化チタン、305…SiO2、306…窒化チタンエッチング時の塩素濃度(異常形状発生時)、307…ノッチング部分での塩素密度、308…アルミニウムエッチング時の安定な塩素濃度、309…窒化チタンエッチング時の塩素密度(本発明適用時)、310…アンダーカット部分、401…導電板、601…印加電圧、602…プラズマ電位、603…シース電圧、604…自己バイアス電圧、801…リレー回路、802…ブロックa、803…ブロックb、804…ブロックc、901…複位相高周波電源回路、902…初期位相0度の正弦波、903…初期位相120度の正弦波、904…初期位相240度の正弦波、905…ブロックaへのシース電圧、906…ブロックbへのシース電圧、907…ブロックcへのシース電圧、1001…水晶振動子膜厚計プローブ、1002…フィードバック回路、1003…活性種制御材料を構成する物質、1201…高周波電源、1202…接地対向電極、1401…誘電体、1402…導波管、1501…レジスト、1502…酸化膜、1503…窒化膜、1504…ポリシリコンゲート、1505…シリコン基板、1506…窒化膜肩削れ部分、1507…エッチング停止部分、1701…時間制御用コンピュータ、1702…D/Aコンバータ。 48: Temperature control mechanism, 51: Upper window, 54: High frequency power supply, 58: Coiled antenna, 71: Upper electrode, 74: UHF wave power supply, 78 ... Magnet, 79 ... Coaxial cable, 101 ... Microwave oscillator, 102 ... Waveguide, 103 ... Microwave introduction window, 104 ... Reaction chamber, 105 ... Electromagnet, 106 ... Sample, 107 ... Sample stand, 108 ... Vacuum exhaust device, 109 ... Gas introduction tube, 110 ... RF power supply, 111 ... Insulator 112 ... Active species control material, 113 ... Plasma, 114 ... Temperature monitor, 115 ... Voltage application circuit, 116 ... Heater, 117 ... Cooling tube, 118 ... Blocking capacitor, 119 ... AC power supply, 120 ... Light emission provided with feedback circuit Spectrometer 121 ... Temperature control circuit 301 ... Resist 302 ... Notch part 303 ... Aluminum 304 ... Nitriding Tan, 305 ... SiO 2, 306 ... (abnormal shape occurs) chlorine concentration at the titanium nitride etch, 307 ... chlorine density in notching portions, 308 ... stable chlorine concentration during aluminum etching, at 309 ... titanium nitride etch Chlorine density (when the present invention is applied), 310 ... undercut portion, 401 ... conductive plate, 601 ... applied voltage, 602 ... plasma potential, 603 ... sheath voltage, 604 ... self-bias voltage, 801 ... relay circuit, 802 ... block a , 803..., Block b, 804... Block c, 901... Multiphase high frequency power supply circuit, 902... Sine wave with initial phase of 0 degree, 903. ... sheath voltage to block a, 906 ... sheath voltage to block b, 907 ... sheath electricity to block c , 1001 ... Quartz crystal thickness meter probe, 1002 ... Feedback circuit, 1003 ... Substance constituting the active species control material, 1201 ... High frequency power source, 1202 ... Ground counter electrode, 1401 ... Dielectric, 1402 ... Waveguide, 1501 ... resist, 1502 ... oxide film, 1503 ... nitride film, 1504 ... polysilicon gate, 1505 ... silicon substrate, 1506 ... nitride shoulder shaving part, 1507 ... etching stop part, 1701 ... time control computer, 1702 ... D / A converter.

Claims (6)

処理室内にウエーハを設置する工程と、
前記処理室内にガスを導入する工程と、
前記処理室内に設けられ、かつ、前記ウエーハのエッチング処理面に対して垂直方向に沿うように設けられた第1および第2の活性種制御材料に、若しくは、前記第1および第2の活性種制御材料が絶縁体の場合には前記第1および第2の活性種制御材料と絶縁膜との間に設置された夫々の導電板に対し、それぞれ異なる位相の高周波電圧を印加する工程と、
前記ガスをプラズマ化し、前記ガスと前記第1および第2の活性種制御材料とを反応させる工程と、
前記処理室内に前記反応により活性種が制御されたプラズマ雰囲気を生成し、前記プラズマ雰囲気中で前記ウエーハをエッチング処理する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Installing a wafer in the processing chamber;
Introducing a gas into the processing chamber;
The first and second active species provided in the processing chamber and provided along the direction perpendicular to the etching surface of the wafer, or the first and second active species when the control material of the insulator against the conductive plate each disposed between the first and second active species control material and the insulating film, a step of applying respective different phases of the high-frequency voltage,
Converting the gas into plasma and reacting the gas with the first and second active species control materials;
And a step of generating a plasma atmosphere in which active species are controlled by the reaction in the processing chamber and etching the wafer in the plasma atmosphere.
前記第1および第2の活性種制御材料に印加される高周波電圧は、それぞれ周波数が異な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 high-frequency voltages applied to the first and second active species control materials have different frequencies. 前記第1および第2の活性種制御材料は、同一の材料であ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 first and second active species control materials are the same material. 前記第1および第2の活性種制御材料は、炭素、Si、ポリシリコン、Si 3 4 、W、Al、Cu、Pt、SiO 2 のいずれかであ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。 Wherein the first and second active species control material, carbon, Si, polysilicon, Si 3 N 4, W, Al, Cu, Pt, according to claim 1, wherein a is either SiO 2 A method for manufacturing a semiconductor device. 処理室内にウエーハを設置する工程と、
処理室内にガスを導入する工程と、
前記処理室内に設けられ、かつ、前記ウエーハのエッチング処理面に対して垂直方向に沿うように設けられた第1および第2の活性種制御材料に、若しくは、前記第1および第2の活性種制御材料が絶縁体の場合には前記第1および第2の活性種制御材料と絶縁膜との間に夫々設置された第1および第2の導電板に対し、それぞれ高周波電圧を印加する工程と、
前記第1の活性種制御材料若しくは前記第1の導電板に対し前記高周波電圧が印加されている間に前記第2の活性種制御材料若しくは前記第2の導電板を接地し、前記第2の活性種制御材料若しくは前記第2の導電板に対し前記高周波電圧が印加されている間に、前記第1の活性種制御材料若しくは前記第1の導電板を接地する工程と、
前記ガスをプラズマ化し、前記ガスと前記第1および第2の活性種制御材料とを反応させる工程と、
前記処理室内に前記反応により活性種が制御されたプラズマ雰囲気を生成し、前記プラズマ雰囲気中で前記ウエーハをエッチング処理する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Installing a wafer in the processing chamber;
Introducing gas into the processing chamber;
The first and second active species provided in the processing chamber and provided along the direction perpendicular to the etching surface of the wafer, or the first and second active species When the control material is an insulator, applying a high-frequency voltage to the first and second conductive plates respectively disposed between the first and second active species control materials and the insulating film; ,
While the high-frequency voltage is applied to the first active species control material or the first conductive plate, the second active species control material or the second conductive plate is grounded, and the second active species control material or the first conductive plate is grounded. Grounding the first active species control material or the first conductive plate while the high frequency voltage is applied to the active species control material or the second conductive plate;
Converting the gas into plasma and reacting the gas with the first and second active species control materials;
And a step of generating a plasma atmosphere in which active species are controlled by the reaction in the processing chamber and etching the wafer in the plasma atmosphere .
前記第1および第2の活性種制御材料は、炭素、Si、ポリシリコン、Si 3 4 、W、Al、Cu、Pt、SiO 2 のいずれかであることを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。 Wherein the first and second active species control material, carbon, Si, polysilicon, Si 3 N 4, W, Al, Cu, Pt, according to claim 5, wherein a is either SiO 2 A method for manufacturing a semiconductor device.
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