JP4535283B2 - 比抵抗値の面内バラツキが少ないプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板 - Google Patents
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Description
この発明は、比抵抗値の面内バラツキが少ないプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板に関するものであり、この比抵抗値の面内バラツキが少ない単結晶シリコン電極板を使用すると、ウエハ表面をバラツキなく均一にエッチングすることができる。
一般に、半導体集積回路を製造する工程において使用するウエハをエッチングするためのプラズマエッチング装置は、図１に示されるように、真空容器１内にシリコン電極板２および架台３が間隔をおいて設けられており、架台３の上にウエハ４を載置し、エッチングガス７をシリコン電極板２に設けられた貫通細孔５を通してウエハ４に向って流しながら高周波電源６により電極板２と架台３の間に高周波電圧を印加し、高周波電圧の印加によりシリコン電極板２と架台３の間の空間にプラズマ１０を発生させ、このプラズマ１０による物理反応と、シリコン−エッチングガス７による化学反応により、ウエハ４の表面をエッチングする装置であることは知られている。
シリコン電極板２としては、単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板、柱状晶シリコン電極板などが知られているが、現在ではＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットを輪切り状に切断したのち表面研磨して作製した単結晶シリコン電極板が主に使用されている。（特許文献１参照）。
特開２００３−５１４８５号公報
従来の単結晶シリコン電極板を使用してウエハのプラズマエッチングを行うと
被エッチング物であるウエハの中心部と周辺部とでエッチングレートにバラツキが生じるなどウエハ表面の位置によってエッチングレートにバラツキが生じ、ウエハの均一なプラズマエッチングができないことがあった。特に、近年、高純度で比抵抗の高い比抵抗値が：１０〜１００×１０−２Ω・ｍを有する単結晶シリコン電極板を使用されるようになり、この比抵抗の高い単結晶シリコン電極板ではウエハの表面位置によるエッチングレートのバラツキが大きくなるなどの問題点があった。
被エッチング物であるウエハの中心部と周辺部とでエッチングレートにバラツキが生じるなどウエハ表面の位置によってエッチングレートにバラツキが生じ、ウエハの均一なプラズマエッチングができないことがあった。特に、近年、高純度で比抵抗の高い比抵抗値が：１０〜１００×１０−２Ω・ｍを有する単結晶シリコン電極板を使用されるようになり、この比抵抗の高い単結晶シリコン電極板ではウエハの表面位置によるエッチングレートのバラツキが大きくなるなどの問題点があった。
そこで、本発明者等は、プラズマエッチングに際してウエハ表面のエッチングレートのバラツキが少ない単結晶シリコン電極板を得るべく研究を行った。その結果、
（イ）プラズマエッチングに際して使用する単結晶シリコン電極板の比抵抗値の面内バラツキが被エッチング物であるウエハ表面のエッチングレートのバラツキに大きく影響を及ぼし、単結晶シリコン電極板の比抵抗値の面内バラツキが少ないほどウエハ表面のエッチングレートのバラツキが少なくなる、
（ロ）従来の単結晶シリコン電極板における比抵抗値の面内バラツキは１０％程度であったが、比抵抗値の面内バラツキを５％以下にすると、ウエハ表面のエッチングレートのバラツキが格段に少なくなる、
（ハ）ウエハ表面のエッチングレートのバラツキに及ぼす影響は比抵抗値が高い単結晶シリコン電極板で大きくなり、特に比抵抗値が１０〜１００×１０−２Ω・ｍの比抵抗値が高い単結晶シリコン電極板に対して大きく影響を及ぼす、などの研究結果が得られたのである。
（イ）プラズマエッチングに際して使用する単結晶シリコン電極板の比抵抗値の面内バラツキが被エッチング物であるウエハ表面のエッチングレートのバラツキに大きく影響を及ぼし、単結晶シリコン電極板の比抵抗値の面内バラツキが少ないほどウエハ表面のエッチングレートのバラツキが少なくなる、
（ロ）従来の単結晶シリコン電極板における比抵抗値の面内バラツキは１０％程度であったが、比抵抗値の面内バラツキを５％以下にすると、ウエハ表面のエッチングレートのバラツキが格段に少なくなる、
（ハ）ウエハ表面のエッチングレートのバラツキに及ぼす影響は比抵抗値が高い単結晶シリコン電極板で大きくなり、特に比抵抗値が１０〜１００×１０−２Ω・ｍの比抵抗値が高い単結晶シリコン電極板に対して大きく影響を及ぼす、などの研究結果が得られたのである。
この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
比抵抗値の面内バラツキが５％以内であり、かつ、比抵抗値が１０〜１００×１０ −２ Ω・ｍの高抵抗を有するプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板、に
特長を有するものである。
比抵抗値の面内バラツキが５％以内であり、かつ、比抵抗値が１０〜１００×１０ −２ Ω・ｍの高抵抗を有するプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板、に
特長を有するものである。
この発明の比抵抗値の面内バラツキが５％以内であるプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板を製造するには、先ず、所望の径よりも大きな単結晶シリコンインゴットを通常のＣＺ法により作製し、この所望の径よりも大きな単結晶シリコンインゴットを輪切りに切断して単結晶シリコン基板を作製し、得られた単結晶シリコン基板の外周を通常よりも厚く研削することにより作製することができる。
この輪切りにした単結晶シリコン基板の外周を通常よりも厚く研削する理由は、一般に、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットは外周部ほど純度が高く、中心部に近いほど純度が低くなっているところから、中心部と外周部との比抵抗値の差が大きくなっているが、単結晶シリコン基板の外周を通常よりも厚く研削することにより中心部と外周部との純度を均等にし、中心部と外周部との比抵抗値の差を小さくして面内バラツキを小さくするという理由によるものである。
従来の単結晶シリコン電極板は、単結晶シリコンインゴットを輪切りに切断して得られた単結晶シリコン基板の外周を薄く研削して作製しているために比抵抗値の面内バラツキは１０％程度になっていたが、前述のように径の大きな単結晶シリコンインゴットを輪切りに切断した単結晶シリコン基板の外周を通常より厚く研削することにより比抵抗値の面内バラツキが５％以内であるこの発明のプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板を製造することができる。
なお、比抵抗値の面内バラツキが５％以内であるプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板を製造する方法として、ＣＺ法による引き上げ速度や回転数を制御して中心部と外周部の不純物の含有量が均等に含まれる単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットを輪切りにして作製することもできる。
この発明のプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板は、ウエハのプラズマエッチングレートを均一化し、不良品が発生することなく半導体集積回路を効率良く生産することができ、半導体装置産業の発展に大いに貢献しうるものである。
この発明のプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板を実施例に基づいて具体的に説明する。
実施例１
ＣＺ法により引き上げることにより直径：４５０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：７５ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは２％であった。
実施例１
ＣＺ法により引き上げることにより直径：４５０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：７５ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは２％であった。
得られた単結晶シリコン基板に内径０．５ｍｍの貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて孔間ピッチ８ｍｍで直径：２００ｍｍの範囲内に形成し、本発明プラズマエッチング用単結晶シリコン電極板（以下、本発明電極板という）１を作製した。
このようにして作製した本発明電極板を１をエッチング装置にセットし、予めＣＶＤによりＳｉＯ2 層を形成したウエハをエッチング装置にセットし、
チャンバー内圧力：１０-1Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０sccmＣＨＦ3 ＋４sccmＯ2 ＋１５０sccmＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、ウエハ表面のＳｉＯ2 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ2 層の中心部のエッチングの深ｘさおよび周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
実施例２
ＣＺ法により引き上げることにより直径：４２０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：６０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは３％であった。
チャンバー内圧力：１０-1Ｔｏｒｒ、
エッチングガス組成：９０sccmＣＨＦ3 ＋４sccmＯ2 ＋１５０sccmＨｅ、
高周波電力：２ｋＷ、
周波数：２０ｋＨｚ、
の条件で、ウエハ表面のＳｉＯ2 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ2 層の中心部のエッチングの深ｘさおよび周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
実施例２
ＣＺ法により引き上げることにより直径：４２０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：６０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは３％であった。
得られた単結晶シリコン基板に内径０．５ｍｍの貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて孔間ピッチ８ｍｍで直径：２００ｍｍの範囲内に形成し、本発明電極板２を作製した。
このようにして作製した本発明電極板２をエッチング装置にセットし、さらに予めＣＶＤによりＳｉＯ2 層を形成したウエハをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でウエハ表面のＳｉＯ2 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ2 層の中心部のエッチングの深ｘさおよび周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
実施例３
ＣＺ法により引き上げることにより直径：４００ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：５０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは４％であった。
実施例３
ＣＺ法により引き上げることにより直径：４００ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：５０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは４％であった。
得られた単結晶シリコン基板に内径０．５ｍｍの貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて孔間ピッチ８ｍｍで直径：２００ｍｍの範囲内に形成し、本発明電極板３を作製した。
このようにして作製した本発明電極板３をエッチング装置にセットし、さらに予めＣＶＤによりＳｉＯ2 層を形成したウエハをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でウエハ表面のＳｉＯ2 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ2 層の中心部のエッチングの深ｘさおよび周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
実施例４
ＣＺ法により引き上げることにより直径：３８０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：４０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは５％であった。 得られた単結晶シリコン基板に内径０．５ｍｍの貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて孔間ピッチ８ｍｍで直径：２００ｍｍの範囲内に形成し、本発明電極板４を作製した。
実施例４
ＣＺ法により引き上げることにより直径：３８０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：４０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは５％であった。 得られた単結晶シリコン基板に内径０．５ｍｍの貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて孔間ピッチ８ｍｍで直径：２００ｍｍの範囲内に形成し、本発明電極板４を作製した。
このようにして作製した本発明電極板４をエッチング装置にセットし、さらに予めＣＶＤによりＳｉＯ2 層を形成したウエハをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でウエハ表面のＳｉＯ2 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ2 層の中心部のエッチングの深ｘさおよび周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
比較例
ＣＺ法により引き上げることにより直径：３４０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：２０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは７％であった。
比較例
ＣＺ法により引き上げることにより直径：３４０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：２０ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは７％であった。
得られた単結晶シリコン基板に内径０．５ｍｍの貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて孔間ピッチ８ｍｍで直径：２００ｍｍの範囲内に形成し、比較電極板を作製した。
このようにして作製した比較電極板をエッチング装置にセットし、さらに予めＣＶＤによりＳｉＯ2 層を形成したウエハをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でウエハ表面のＳｉＯ2 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ2 層の中心部のエッチングの深ｘさおよび周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
従来例
ＣＺ法により引き上げることにより直径：３１０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：５ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは１０％であった。
従来例
ＣＺ法により引き上げることにより直径：３１０ｍｍの単結晶シリコンインゴットを作製し、この単結晶シリコンインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：５ｍｍに輪切り切断し、外周を厚さ：５ｍｍに渡って研削することにより直径：３００ｍｍを有する単結晶シリコン基板を作製した。この単結晶シリコン基板の中心における比抵抗値Ｘを測定してその結果を表１に示し、さらに単結晶シリコン基板の外周から半径方向に１０ｍｍの任意の地点における比抵抗値を複数個所測定し、その内の最大比抵抗値Ｙを表１に示し、前記ＸおよびＹの値から（Ｙ−Ｘ）／Ｙ×１００（％）の式にしたがって比抵抗値の面内バラツキを求めたところ、比抵抗値の面内バラツキは１０％であった。
得られた単結晶シリコン基板に内径０．５ｍｍの貫通細孔をダイヤモンドドリルを用いて孔間ピッチ８ｍｍで直径：２００ｍｍの範囲内に形成し、従来電極板を作製した。
このようにして作製した従来電極板をエッチング装置にセットし、さらに予めＣＶＤによりＳｉＯ2 層を形成したウエハをエッチング装置にセットし、実施例１と同じ条件でウエハ表面のＳｉＯ2 層のプラズマエッチングを行ない、エッチング開始から１０分間経過した時点および４００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ2 層の中心部のエッチングの深ｘさおよび周辺部のエッチングの深さｙをそれぞれ測定し、その測定値から（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値を求め、その結果を表１に示してウエハ表面のエッチング均一性を評価した。
表１に示される結果から、面内バラツキが５％以下の本発明電極板１〜４は、面内バラツキが５％を超える比較電極板および従来電極板に比べて（ｙ−ｘ）／ｙ×１００（％）の値が格段に小さいところからＳｉＯ2 層を均一にプラズマエッチングできることがわかる。
１：真空容器、２：電極板、３：架台、４：Ｓｉウエハ、５：貫通細孔、６：高周波電源、７：プラズマエッチングガス、８：下面、９：上面、１０：ブラズマ、
Claims (1)
- 比抵抗値の面内バラツキが５％以内であり、かつ、比抵抗値が１０〜１００×１０ −２ Ω・ｍの高抵抗を有することを特徴とするプラズマエッチング用単結晶シリコン電極板。
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| JPH1017393A (ja) * | 1996-06-28 | 1998-01-20 | Nisshinbo Ind Inc | プラズマエッチング電極及びその製造方法 |
| JP2004315289A (ja) * | 2003-04-16 | 2004-11-11 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶の製造方法 |
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| JP2007158007A (ja) | 2007-06-21 |
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