JP4849247B2

JP4849247B2 - 比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極およびその製造方法

Info

Publication number: JP4849247B2
Application number: JP2006346046A
Authority: JP
Inventors: 孝志米久; 悟史藤田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP2008159773A

Description

この発明は、比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極およびその製造方法に関するものである。

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方法は、図３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ことにより行われる。

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多く使用されている（特許文献１参照）。前記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引き上げに際して溶融シリコンが外周部から中心部に向かって凝固するところから、単結晶シリコンインゴットの中心部は外周部に比べて不純物含有量が極微量ではあるが高く、また、溶融シリコンをるつぼ内で溶融し凝固させて作製する多結晶シリコンインゴットおよび柱状晶シリコンインゴットについても外周部から中心部に向かって凝固するところからインゴットの中心部は外周部に比べて不純物含有量が極微量ではあるが高くなり、したがって、不純物含有量の高い単結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンインゴットおよび柱状晶シリコンインゴット中心部の比抵抗値は外周部の比抵抗値に比べて１０％程度低くなることは避けられなかった。
特開昭６１−２３８９８５号公報

したがって、単結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンインゴットおよび柱状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従来の単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板および柱状晶シリコン電極板は、比抵抗値の面内バラツキが１０％程度あり、かかる比抵抗値の面内バラツキを有する単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板および柱状晶シリコン電極板を使用して被エッチング物であるウエハのプラズマエッチングを行なうと、単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板および柱状晶シリコン電極板の比抵抗値の面内バラツキが大きいために、ウエハ面内のエッチングレートを均一にすることができない。
特に、比抵抗値が１０Ω・ｃｍ以上の比抵抗値を有する単結晶シリコン電極板、多結晶シリコン電極板および柱状晶シリコン電極板ではドーパントの含有量による比抵抗値の差が大きく影響するようになり、この従来の単結晶シリコン電極板または多結晶シリコン電極板を用いてウエハを一層均一にプラズマエッチングすることは難しい。

そこで、本発明者等は、ウエハをプラズマエッチングするに際してウエハ表面を均一にバラツキの少ないプラズマエッチングを行うことができるシリコン電極板を得るべく研究を行った。その結果、
（イ）円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板の比抵抗値のうちで最大の比抵抗値をＲｍａｘ、最小の比抵抗値をＲｍｉｎとすると、［（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）／Ｒｍａｘ×１００］（以下、バラツキという）が５％以内にある比抵抗値を有する円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板を選んで用意し、前記円板状シリコン電極要素板を中心部とし、前記円板状シリコン電極要素板の周囲に単数または複数のリング状シリコン電極要素板を同心円状に嵌め込むことにより得られた複合シリコン電極板は、比抵抗値の面内バラツキが５％以内となり、この複合シリコン電極板を使用してウエハをプラズマエッチングすると、エッチングレートのバラツキが少ない均一なプラズマエッチングすることができる、
（ロ）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、比抵抗値：１０〜１００Ω・ｃｍの単結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンインゴットまたは柱状晶シリコンインゴットから作製することが好ましい、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、
（１）バラツキが５％以内にある比抵抗値を有する円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板を、前記円板状シリコン電極要素板を中心部とし、前記円板状シリコン電極要素板の周囲に単数または複数のリング状シリコン電極要素板を同心円状に嵌め込んでなる比抵抗値の面内バラツキが小さい複合シリコン電極板、
（２）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、１０〜１００Ω・ｃｍの比抵抗値を有する前記（１）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板、
（３）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、単結晶シリコンからなる前記（１）または（２）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板、
（４）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、多結晶シリコンからなる前記（１）または（２）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板、
（５）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、柱状晶シリコンからなる前記（１）または（２）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板、
（６）バラツキが５％以内にある比抵抗値を有する円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板を用意し、前記円板状シリコン電極要素板を中心部とし、前記円板状シリコン電極要素板の周囲に単数または複数のリング状シリコン電極要素板を同心円状に嵌め込む比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法、
（７）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、１０〜１００Ω・ｃｍの比抵抗値を有する前記（６）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法、
（８）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、単結晶シリコンからなる前記（６）または（７）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法、
（９）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、多結晶シリコンからなる前記（６）または（７）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法、

（１０）前記円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板は、柱状晶シリコンからなる前記（６）または（７）記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法、に特徴を有するものである。

円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板の比抵抗値を１０〜１００Ω・ｃｍとしたのは、比抵抗値が１０Ω・ｃｍ以上の比抵抗値を有するシリコン電極板ではドーパントの含有量による比抵抗値の差が大きく影響するようになるからであり、その上限を１００Ω・ｃｍとしたのは、１００Ω・ｃｍを越える大きな比抵抗値を有するシリコン電極板では導電性を確保することが困難になるからであり、複合シリコン電極板の面内バラツキを５％以内にしたのは、複合シリコン電極板を組立てるために使用する円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板の比抵抗値のバラツキが０％となるように選ぶことができれば理想的であるが、現状では円板状シリコン電極要素板および単数または複数のリング状シリコン電極要素板の比抵抗値のバラツキが０％となるように選ぶことは難しく、比抵抗値のバラツキが５％以下であるならば許容できるからである。

次に、この発明の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極の製造方法を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極の製造方法を説明するための断面説明図である。まず、図１（ａ）に示される円板状シリコン電極要素板１１、図１（ｂ）に示される中間リング状シリコン電極要素板１２および図１（ｃ）に示される最外周リング状シリコン電極要素板１３を用意する。
円板状シリコン電極要素板１１は図１（ａ）の断面図に示されるように外周面は円錐状傾斜面１５を有している。さらに、この円板状シリコン電極要素板１１が嵌合する中間リング状シリコン電極要素板１２の内周面および外周面は、図１（ｂ）に示されるように、共に円錐状傾斜面１５を有している。さらに前記中間リング状シリコン電極要素板１２が嵌合する最外周リング状シリコン電極要素板１３の内周面は、図１（ｃ）に示されるように、円錐状傾斜面１５を有している。

円板状シリコン電極要素板１１、中間リング状シリコン電極要素板１２および最外周リング状シリコン電極要素板１３はこれらを図１（ｄ）に示されるように同軸的に嵌合して複合シリコン素板１６を作製し、この複合シリコン素板１６に上面８から下面９に向かって厚さ方向に平行な方向に貫通細孔５を形成することにより図２の断面図に示される複合シリコン電極板１４を作製する。前記貫通細孔５は図１（ｄ）に示される複合シリコン素板１６を作製したのち形成してもよいが、予め円板状シリコン電極要素板１１、中間リング状シリコン電極要素板１２および最外周リング状シリコン電極要素板１３に設けておいたものでもよい。

円板状シリコン電極要素板１１、中間リング状シリコン電極要素板１２および最外周リング状シリコン電極要素板１３は同じ結晶のシリコンからなることが好ましい。すなわち、円板状シリコン電極要素板１１、中間リング状シリコン電極要素板１２および最外周リング状シリコン電極要素板１３はすべてが単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンからなることが好ましい。図１および図２に示されるこの発明の複合シリコン電極板１４は中間リング状シリコン電極要素板１２を１個だけ使用して作製したが、前記この発明の複合シリコン電極板１４を作製するために使用する中間リング状シリコン電極要素板１２は複数個使用して作製することもできる。

この発明によると、通常のシリコンインゴットからは得られない面内バラツキの極めて小さい複合シリコン電極板を比較的簡単に作製することができ、これを使用してウエハをプラズマエッチングすると、エッチングレートを一層均一化することができ、使用するシリコン電極板のコストを下げて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。

この発明の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極の製造方法を実施例に基づいて具体的に説明する。

実施例１
大外径：１２０ｍｍ、小外径：１１８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している外周面を有し、比抵抗値：３６．０Ω・ｃｍを有する単結晶シリコンからなる円板状シリコン電極要素板を用意し、
さらに大外径：１８０ｍｍ、小外径：１７８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している外周面、並びに大内径：１２０ｍｍ、小内径：１１８ｍｍを有し上面から下面に向かって傾斜している内周面を有し、比抵抗値：３６．１Ω・ｃｍを有する単結晶シリコンからなる中間シリコンリング中間リング状シリコン電極要素板を用意し、
さらに外径：３００ｍｍを有し、かつ大内径：１８０ｍｍ、小内径：１７８ｍｍの寸法を有し内周面が上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する比抵抗値：３６．３Ω・ｃｍを有する単結晶シリコンからなる最外周シリコンリングを用意した。
これらを円板状シリコン電極要素板、中間リング状シリコン電極要素板および最外周リング状シリコン電極要素板を嵌め込んで厚さ：５ｍｍを有する複合シリコン素板を作製し、この複合シリコン素板に内径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間ピッチ：８ｍｍとなるようにダイヤモンドドリルを用いて加工し、本発明複合シリコン電極板１を作製した。この本発明複合シリコン電極板１の比抵抗値の面内バラツキは０．８％であった。

実施例２
大外径：１２０ｍｍ、小外径：１１８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している外周面を有し、比抵抗値：３３．８Ω・ｃｍを有する多結晶シリコンからなる円板状シリコン電極要素板を用意し、
さらに大外径：１８０ｍｍ、小外径：１７８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している外周面、並びに大内径：１２０ｍｍ、小内径：１１８ｍｍを有し上面から下面に向かって傾斜している内周面を有し、比抵抗値：３４．３Ω・ｃｍを有する多結晶シリコンからなる中間シリコンリング中間リング状シリコン電極要素板を用意し、
さらに外径：３００ｍｍを有し、かつ大内径：１８０ｍｍ、小内径：１７８ｍｍの寸法を有する内周面が上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する比抵抗値：３４．１Ω・ｃｍを有する多結晶シリコンからなる最外周シリコンリングを用意した。
これらを円板状シリコン電極要素板、中間リング状シリコン電極要素板および最外周リング状シリコン電極要素板を嵌め込んで厚さ：５ｍｍを有する複合シリコン素板を作製し、この複合シリコン素板に内径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間ピッチ：８ｍｍとなるようにダイヤモンドドリルを用いて加工し、本発明複合シリコン電極板２を作製した。この本発明複合シリコン電極板２の比抵抗値の面内バラツキは１．５％であった。

実施例３
大外径：１２０ｍｍ、小外径：１１８ｍｍの寸法を有する上面から下面に向かって傾斜している外周面を有し、比抵抗値：３４．０Ω・ｃｍを有する柱状晶シリコンからなる円板状シリコン電極要素板を用意し、
さらに大外径：１８０ｍｍ、小外径：１７８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している外周面、並びに大内径：１２０ｍｍ、小内径：１１８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している内周面を有し、比抵抗値：３３．５Ω・ｃｍを有する柱状晶シリコンからなる中間シリコンリング中間リング状シリコン電極要素板を用意し、
さらに外径：３００ｍｍを有し、かつ大内径：１８０ｍｍ、小内径：１７８ｍｍの寸法を有する内周面が上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する比抵抗値：３４．９Ω・ｃｍを有する柱状晶シリコンからなる最外周シリコンリングを用意した。
これらを円板状シリコン電極要素板、中間リング状シリコン電極要素板および最外周リング状シリコン電極要素板を嵌め込んで厚さ：５ｍｍを有する複合シリコン素板を作製し、この複合シリコン素板に内径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間ピッチ：８ｍｍとなるようにダイヤモンドドリルを用いて加工し、本発明複合シリコン電極板３を作製した。この本発明複合シリコン電極板３の比抵抗値の面内バラツキは４．０％であった。

比較例１
大外径：１２０ｍｍ、小外径：１１８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している外周面を有し、比抵抗値：３４．５Ω・ｃｍを有する単結晶シリコンからなる円板状シリコン電極要素板を用意し、
さらに大外径：１８０ｍｍ、小外径：１７８ｍｍの寸法を有し上面から下面に向かって傾斜している外周面、並びに大内径：１２０ｍｍ、小内径：１１８ｍｍを有し上面から下面に向かって傾斜している内周面を有し、比抵抗値：３５．２Ω・ｃｍを有する単結晶シリコンからなる中間シリコンリング中間リング状シリコン電極要素板を用意し、
さらに外径：３００ｍｍを有し、かつ大内径：１８０ｍｍ、小内径：１７８ｍｍの寸法を有し内周面が上面から下面に向かって傾斜している内周面を有する比抵抗値：３６．６Ω・ｃｍを有する単結晶シリコンからなる最外周シリコンリングを用意した。
これらを円板状シリコン電極要素板、中間リング状シリコン電極要素板および最外周リング状シリコン電極要素板を嵌め込んで厚さ：５ｍｍを有する複合シリコン素板を作製し、この複合シリコン素板に内径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間ピッチ：８ｍｍとなるようにダイヤモンドドリルを用いて加工し、本発明複合シリコン電極板１を作製した。この比較複合シリコン電極板１の比抵抗値の面内バラツキは５．７３％であった。

従来例１
通常の単結晶シリコンインゴットを輪切りにして外径：３００ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する円板を作製し、この円板に内径：０．５ｍｍの貫通細孔を孔間ピッチ：８ｍｍとなるようにダイヤモンドドリルを用いて加工し、従来シリコン電極板１を作製した。この従来シリコン電極板の比抵抗値の面内バラツキは１０％であった。

得られた本発明複合シリコン電極板１〜３、比較複合シリコン電極板１および従来シリコン電極板１をエッチング装置にセットし、予めＣＶＤによりＳｉＯ₂ 層を形成した表１に示される外径Ｂ：２００ｍｍを有する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２００時間経過した時点でのウエハ表面のＳｉＯ₂ 層の最大エッチングの深さＡおよび最小エッチングの深さＢをそれぞれ測定し、その測定値から（Ａ−Ｂ）／Ａ×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、比抵抗値の面内バラツキを無くした本発明複合シリコン電極板１〜３は、比抵抗値の面内バラツキの大きい比較複合シリコン電極板１および従来シリコン電極板１に比べてウエハ表面を均一にエッチングできることが分かる。

この発明の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極の製造方法において使用するシリコン電極板の製造方法を説明するための断面説明図である。この発明の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極の製造方法において使用するシリコン電極板の断面説明図である。従来のプラズマエッチング装置の断面説明図である。

符号の説明

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：上面、９：下面、１０：ブラズマ、１１：円板状シリコン電極要素板、１２：中間リング状シリコン電極要素板、１３：最外周リング状シリコン電極要素板、１４：複合シリコン電極素板、１５：円錐状傾斜面、１６：複合シリコン電極板

Claims

バラツキが５％以内にある比抵抗値を有する円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板を、前記円板状シリコン電極素板を中心部とし、前記円板状シリコン電極素板の周囲に単数または複数のリング状シリコン電極素板を同心円状に嵌め込んでなることを特徴とする比抵抗値の面内バラツキが小さい複合シリコン電極板。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、１０〜１００Ω・ｃｍの比抵抗値を有することを特徴とする請求項１記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１または２記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１または２記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、柱状晶シリコンからなることを特徴とする請求項１または２記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板。
バラツキが５％以内にある比抵抗値を有する円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板を用意し、前記円板状シリコン電極素板を中心部とし、前記円板状シリコン電極素板の周囲に単数または複数のリング状シリコン電極素板を同心円状に嵌め込むことを特徴とする比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、１０〜１００Ω・ｃｍの比抵抗値を有することを特徴とする請求項６記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項６または７記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項６または７記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法。
前記円板状シリコン電極素板および単数または複数のリング状シリコン電極素板は、柱状晶シリコンからなることを特徴とする請求項６または７記載の比抵抗値の面内バラツキの小さい複合シリコン電極板の製造方法。