JP5630710B2

JP5630710B2 - プラズマエッチング用シリコン電極板

Info

Publication number: JP5630710B2
Application number: JP2011019181A
Authority: JP
Inventors: 米久　孝志; 孝志米久; 康太高畠
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP2012160571A

Description

この発明は、プラズマエッチングの面内均一性が向上するプラズマエッチング用シリコン電極板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シリコン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に示すように、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いる。このプラズマエッチング装置では、架台３の上にシリコンウエハ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を通してシリコンウエハ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と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と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による化学反応とにより、シリコンウエハ４の表面をエッチングする（特許文献１参照）。

従来、シリコン電極板２はカーボンで構成された電極板が使用されたこともあったが、近年、主として単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは柱状晶シリコンからなるシリコン電極板が使用されている。

特開２００３−５１４９１号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のシリコン電極板では、プラズマエッチング時に対向する被エッチング物との間に生じたプラズマによって表面が徐々に消耗して凹凸が生じ、この凹凸によって異常放電が生じるおそれがあった。異常放電が生じると、エッチングの均一性が悪化してしまうという不都合がある。
このようなプラズマエッチングによる表面の凹凸は、平面内において比抵抗値にバラツキが存在しているため、対向する被エッチング物との間のプラズマ密度が不均一になって生じると考えられる。したがって、表面の凹凸を抑えるためには、比抵抗値の面内バラツキを抑える必要があるが、ドーパント含有量に面内差があるため、比抵抗値の面内バラツキを抑えることは困難であった。特に、高比抵抗値では、ドーパント含有量の面内差が大きく影響するため、比抵抗値の面内バラツキを抑えることが難しい。このように従来では、被エッチング物との間のプラズマ密度を均一に保持することが困難なため、被エッチング物であるウエハ面内のエッチングレートを均一化させることが難しいという問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、プラズマエッチングによって生じる表面の凹凸を抑制し、均一なエッチングが可能になるプラズマエッチング用シリコン電極板を提供することを目的とする。

本発明者等は、比抵抗値の面内均一性が良好でプラズマエッチングに際してエッチングレートの面内均一性が向上するシリコン電極板を得るべく研究を行った。その結果、シリコン中にＢと共にＮｉ，Ｃｒのうち一種以上をドーピングすることで、プラズマエッチングにおいて表面における凹凸の発生を抑制可能なことを見出した。

したがって、本発明は、上記知見から得られたものであり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のプラズマエッチング用シリコン電極板は、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上とＢとがドーパントとして添加された単結晶シリコンで構成され、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、２×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする。

このプラズマエッチング用シリコン電極板では、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上とＢ（ボロン）とがドーパントとして添加された単結晶シリコンで構成されているので、単結晶シリコンの電気特性（比抵抗値）が面内で均一化され、プラズマエッチングにおいて表面が消耗する際に凹凸を極めて少なくすることができる。このように比抵抗値の面内均一性が向上したことにより、被エッチング物との間のプラズマ密度が均一化して、表面の消耗状態も均一化されて凹凸がほとんど生じないことから、異常放電の発生を抑制してエッチングの均一化を図ることができる。
なお、添加するＮｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度を上記下限値以上に設定した理由は、２×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であると、上述した比抵抗値の面内均一性の効果が明確に現れないためである。

また、本発明のプラズマエッチング用シリコン電極板は、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。
すなわち、このプラズマエッチング用シリコン電極板では、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であるので、単結晶化率の低下を抑制することができる。添加するＮｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度を上記上限値以下に設定した理由は、５×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を超えるとＳｉ単結晶化の阻害要因となり単結晶化率（インゴット中の単結晶部の割合）が小さくなってしまい、製造歩留まりが低下するためである。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るプラズマエッチング用シリコン電極板によれば、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上とＢとがドーパントとして添加された単結晶シリコンで構成されているので、単結晶シリコンの電気特性が面内で均一化され、プラズマエッチングによって生じる表面の凹凸を極めて少なくすることができる。したがって、本発明のプラズマエッチング用シリコン電極板をプラズマエッチング装置に採用することによって、異常放電を抑制することができ、面内均一性の高いプラズマエッチングが可能になる。

本発明に係るプラズマエッチング用シリコン電極板の一実施形態および従来例を用いたプラズマエッチング装置の断面説明図である。

以下、本発明に係るプラズマエッチング用シリコン電極板の一実施形態を、その製造方法と共に説明する。

本実施形態のプラズマエッチング用シリコン電極板１２は、例えば図１に示されるように、複数の貫通細孔５が形成され、プラズマエッチング装置の真空容器１内の架台３上に載置されたシリコンウエハ４の上方に対向状態で配される。
このプラズマエッチング装置では、貫通細孔５を通してエッチングガス７をシリコンウエハ４に向って流しながら高周波電源６によりシリコン電極板１２と架台３と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１２と架台３と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による化学反応とにより、シリコンウエハ４の表面をエッチングする。

本実施形態のプラズマエッチング用シリコン電極板１２は、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上とＢとがドーパントとして添加された単結晶シリコンで構成され、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、２×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上に設定されている。また、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

この本実施形態のプラズマエッチング用シリコン電極板１２の製造方法について以下に具体的に説明する。
まず、石英ルツボ中でＳｉを溶解させるが、この際にＢと共にＮｉ，Ｃｒのうち一種以上を上記の所定濃度となるように添加する。なお、ＮｉやＣｒの添加量は微量であるため、Ｓｉ中にＮｉ，Ｃｒのうち一種以上を高濃度（１×１０^１６〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度）で含有した多結晶Ｓｉ塊を予め作製し、この多結晶Ｓｉ塊を破砕してＮｉ，Ｃｒのうち一種以上を含有した多結晶Ｓｉ粉末とし、該多結晶Ｓｉ粉末を必要なＮｉやＣｒの濃度となるように秤量して石英ルツボ中のＳｉに添加する。

次に、例えば上記石英ルツボから得た直径：３００ｍｍの単結晶シリコンインゴットを用意し、このインゴットをダイヤモンドバンドソーにより厚さ：４ｍｍに輪切り切断して円盤状の単結晶シリコン基板を作製する。上記単結晶シリコンインゴットは、Ｂ（ボロン）が１×１０^１４〜５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のドーパント濃度で添加されていると共に、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上が２×１０^１３〜３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のドーパント濃度で添加されて結晶成長されたものである。なお、全体としてｐ型となるようにＮｉ，Ｃｒのうち一種以上とＢとのドーパント濃度が調整されている。この単結晶シリコン基板は、所定のＢ濃度を有するシリコン基板をＮｉ，ＣｒあるいはＮｉＣｒ合金と接触させて加熱し、Ｎｉ，Ｃｒを熱拡散させることによって得てもよい。

さらに、この単結晶シリコン基板の上下面を平面研削し、反りを除去して厚みを整えた後、取付穴および貫通細孔５を加工する。例えば、内径：０．５ｍｍの貫通細孔５を孔間ピッチ：８ｍｍで形成する。この後、さらに平面研削を施して製品の所定厚みとする。

なお、本実施形態では、ドーパントのＮｉ，Ｃｒのうち一種以上を予め結晶成長時に添加して単結晶シリコンインゴットを得ているが、Ｂのみ結晶成長時に添加した単結晶シリコンインゴットから切断し上記加工を行ったシリコン基板に、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上を含有した塗料を表面に塗布した後、熱処理を施すことで、塗料中のＮｉ，Ｃｒのうち一種以上をシリコン基板内に拡散させて結晶中に添加しても構わない。なお、この際の塗料は、Ｎｉ，Ｃｒ以外の成分として、熱処理中にシリコン基板中に拡散せずに蒸発するものが採用され、例えばＣ（炭素）とＮｉ，Ｃｒのうち一種以上との混合塗料等が採用される。

このように作製した本実施形態のプラズマエッチング用シリコン電極板１２では、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上とＢ（ボロン）とがドーパントとして添加された単結晶シリコンで構成されているので、単結晶シリコンの電気特性（比抵抗値）が面内で均一化され、プラズマエッチングにおいて表面が消耗する際に凹凸を極めて少なくすることができる。

このように比抵抗値の面内均一性が向上したことにより、被エッチング物（シリコンウエハ４）との間のプラズマ密度が均一化して、表面の消耗状態も均一化されて凹凸がほとんど生じないことから、異常放電の発生を抑制してエッチングの均一化を図ることができる。
また、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、２×１０^１３〜３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるので、良好な比抵抗値の面内均一性が得られると共に、単結晶化率の低下を抑制することができる。

次に、上記本実施形態に基づいて作製したシリコン電極板の実施例について評価した結果を説明する。

本発明のシリコン電極板の実施例は、表１に示すように、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の添加量を変えて作製し、比抵抗値の面内分布と、Ｓｉ単結晶化率とについてそれぞれ調べた。これらの結果を表１に示す。また、比較例１，２として、Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、２×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３よりも少なく添加されたシリコン電極板も作製して同様に評価した結果も表１に併せて示す。なお、いずれの実施例および比較例も、Ｂの添加量を２×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とした。

この評価結果から判るように、比較例１，２に対して本発明の実施例はいずれも比抵抗値の面内分布の数値が半分程度に小さくなっている。なお、ＮｉまたはＣｒの添加量（Ｎｉ濃度またはＣｒ濃度）が３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を超えて多い実施例７，８では、比較例や他の実施例よりもＳｉ単結晶化率が低下しているが、３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の実施例１〜６については、９４％以上の高いＳｉ単結晶化率が得られている。
このように本実施例のシリコン電極板では、比抵抗値の高い面内均一性を有している。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１…真空容器、２，１２…シリコン電極板、３…架台、４…シリコンウエハ、５…貫通細孔、６…高周波電源、７…プラズマエッチングガス、１０…ブラズマ

Claims

プラズマエッチング装置の真空容器内の架台上に載置された被エッチング物の上方に対向状態で配されるプラズマエッチング用シリコン電極板であって、
Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上とＢとがドーパントとして添加された単結晶シリコンで構成され、
Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、２×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であることを特徴とするプラズマエッチング用シリコン電極板。
請求項１に記載のプラズマエッチング用シリコン電極板において、
Ｎｉ，Ｃｒのうち一種以上の濃度が、３×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とするプラズマエッチング用シリコン電極板。