JP5756974B2 - Manufacturing method of semiconductor device, measuring method in semiconductor etching process - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、または、半導体エッチングプロセスにおける計測方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device or a measurement method in a semiconductor etching process.

出願人は、Si深堀エッチング技術において、発光分光計測によるリアルタイムモニタリング技術とフィードバック制御技術を組み合わせてRIE−lagを低減させるアイデアを出願している(特願2010−78251参照)。   The applicant has applied for an idea to reduce RIE-lag by combining a real-time monitoring technique based on emission spectroscopy and a feedback control technique in the Si deep etching technique (see Japanese Patent Application No. 2010-78251).

Si深堀エッチングでは、表面にマスク材を形成したSi基板をエッチングしてトレンチを形成し、このトレンチの壁面に保護膜を形成し(保護膜形成ステップ)、トレンチ底面の保護膜を除去した後トレンチ側壁面の保護膜が除去されるまでまたSi基板をエッチングする(エッチングステップ)。このように、エッチングステップが実質的に2段階となっていることにより、深さ方向へのエッチングが異方的に進行する。つまり本来、等方的に近いエッチング特性を持つF原子等とSiとのエッチング反応でも底面の保護膜が除去されてから側壁面の保護膜が除去されるまでの間は深さ方向のみにエッチングが進行することになり、異方性を保つことができる。そして、保護膜形成ステップとエッチングステップとを繰り返し行うことにより、Si基板に深いトレンチを形成する。   In Si deep etching, a Si substrate with a mask material formed on the surface is etched to form a trench, a protective film is formed on the wall surface of the trench (protective film forming step), and after removing the protective film on the bottom of the trench, the trench The Si substrate is etched again until the side wall surface protective film is removed (etching step). As described above, the etching step has substantially two stages, so that the etching in the depth direction proceeds anisotropically. In other words, etching is performed only in the depth direction between the removal of the protective film on the bottom surface and the removal of the protective film on the side wall surface even in the etching reaction between Si and F atoms having isotropic etching characteristics. As a result, the anisotropy can be maintained. Then, a deep trench is formed in the Si substrate by repeatedly performing the protective film forming step and the etching step.

この出願では、発光分光計測により、プロセス進行中にトレンチ底面、側壁面に形成されたポリマーからなる保護膜が除去されるタイミングを検出することが発明のポイントであり、これに合わせてプロセスパラメータを制御する。   In this application, it is the point of the invention to detect the timing at which the protective film made of polymer formed on the bottom and side walls of the trench is removed during the process by emission spectroscopic measurement. Control.

図6は、従来のトレンチ形成のプロセス進行におけるプラズマ中の各原子、分子の発光強度とプロセスパラメータ設定の時間的推移を示した図である。図6(a)に示されるように、保護膜形成ステップ後のエッチングステップ開始からF原子の発光強度が低下する時点(T=t1)を検出することで底面保護膜が除去されるタイミングを検出する。また、図6(b)に示されるように、t1後にC分子の発光強度が低下して一定レベルになる時点(T=t2)を検出することでトレンチの側壁保護膜が除去されるタイミングを検出する。 FIG. 6 is a diagram showing the temporal transition of the emission intensity of each atom and molecule in the plasma and the process parameter setting in the process of conventional trench formation. As shown in FIG. 6A, the timing at which the bottom surface protective film is removed is detected by detecting the time point (T = t1) when the emission intensity of F atoms decreases from the start of the etching step after the protective film formation step. To do. Further, as shown in FIG. 6 (b), the timing of C 2 molecules of emission intensity sidewall protective film of the trench by detecting the time (T = t2) be constant level drops are removed after t1 Is detected.

しかし、この方法を実際に実施する場合には以下の問題点がある。通常のSi深堀エッチング技術は、上記保護膜形成のステップと微小エッチングのステップを、導入ガスをおよそ数秒単位で切り換えながらプロセスを進める。保護膜形成ステップでは、主にCガスを、エッチングステップでは主にSFガスを用いる。 However, when this method is actually implemented, there are the following problems. In the ordinary Si deep etching technique, the process proceeds between the protective film formation step and the minute etching step while switching the introduced gas in units of several seconds. In the protective film forming step, C 4 F 8 gas is mainly used, and in the etching step, SF 6 gas is mainly used.

そのため、各ステップの終了から次のステップの開始にかけては導入ガスが完全に切り替わるまでに一定の時間を要し、この間は図6(c)に示されるように2種のガスが混じり合った状態となる。また、各ステップでのプラズマ生成条件は必ずしも同一ではなく、例えば図6(d)に示されるようにステップの切り換えに伴って圧力制御バルブの開度状態やプラズマ生成用RF電源のマッチングポイントはステップ毎に変えなければならない。これらの調整も各ステップ開始から一定時間を要する。   Therefore, it takes a certain time for the introduced gas to be completely switched from the end of each step to the start of the next step, and during this period, the two gases are mixed as shown in FIG. 6 (c). It becomes. In addition, the plasma generation conditions in each step are not necessarily the same. For example, as shown in FIG. 6D, the opening state of the pressure control valve and the matching point of the RF power source for plasma generation are step by step switching. It must be changed every time. These adjustments also require a certain time from the start of each step.

これらの要因により各ステップ開始直後はプラズマの状態が過渡的であり、底面保護膜除去の瞬間として本来捉えたい波形に対して図6に示すようにノイズ成分となって重畳され、正確なタイミングの検出ができなくなる可能性がある。   Due to these factors, the plasma state is transient immediately after the start of each step, and is superimposed as a noise component as shown in FIG. Detection may not be possible.

また、側壁面上に形成された保護膜の除去については、保護膜の除去時すなわちt2時に分解、再結合により生じるC分子等の発光を計測することになる。しかし、このC分子等も前の保護膜形成ステップで導入されたCガスが反応チャンバ内に残留するため、上記と同様にノイズ成分となる。 Further, regarding the removal of the protective film formed on the side wall surface, light emission of C 2 molecules and the like generated by decomposition and recombination at the time of removal of the protective film, that is, at t2 is measured. However, since the C 4 F 8 gas introduced in the previous protective film formation step also remains in the reaction chamber, this C 2 molecule or the like becomes a noise component as described above.

こうした事情によりトレンチ底面の保護膜の除去、側壁面保護膜の除去タイミングが正確に計測できない可能性がある。   Under such circumstances, there is a possibility that the removal timing of the protective film on the bottom surface of the trench and the removal timing of the protective film on the side wall surface cannot be measured accurately.

そこで、こうした問題点に対処するため、エッチングステップ開始からノイズ混入が懸念される一定時間での計測を止め、一定時間経過後のF原子のピークを検出する方法が特許文献1で提案されている。また、エッチングステップ開始から一定時間と終了前一定時間を除いて、中間期間のみで計測して代表値とする方法が特許文献2で提案されている。   Therefore, in order to cope with such problems, Patent Document 1 proposes a method of stopping the measurement at a certain time when there is a concern about noise contamination from the start of the etching step and detecting the peak of F atoms after the certain time has elapsed. . Further, Patent Document 2 proposes a method of measuring only an intermediate period to obtain a representative value excluding a certain time and a certain time before the end from the start of the etching step.

これら特許文献1、2では、Siエッチング中のF原子の代表値をモニターしつつ、エッチング先端面が例えばSiO等の下地膜に到達したことを検出することが目的であるため、エッチングステップ開始後の一定時間後に計測するという方法を取っている。 In these Patent Documents 1 and 2, the purpose is to detect that the etching front end surface has reached a base film such as SiO 2 while monitoring the representative value of F atoms during Si etching. The method is to measure after a certain time later.

特表2001−501041号公報JP 2001-501041 A 特開2003−92286号公報JP 2003-92286 A

しかし、上記の特許文献1、2では、発光強度の測定結果にノイズの影響が及ばないようにするため、ステップの切り替え後、一定時間経過後に発光強度を計測している。このため、特許文献1、2に記載の方法では、トレンチの底面や側壁面の保護膜が除去された正確なタイミングを把握することができない。   However, in Patent Documents 1 and 2 described above, in order to prevent the influence of noise on the measurement result of the light emission intensity, the light emission intensity is measured after a lapse of a certain time after step switching. For this reason, the methods described in Patent Documents 1 and 2 cannot grasp the exact timing at which the protective film on the bottom surface and the side wall surface of the trench is removed.

本発明は上記点に鑑み、トレンチの底面および側壁面の保護膜が除去されたそれぞれのタイミングを正確に把握することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to accurately grasp the timing at which the protective film on the bottom surface and side wall surface of the trench is removed.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、表面(19a)に所定のパターニングを施したマスク材(23)を形成したSi基板(19)もしくはSOI基板を反応チャンバ(10)内に設置し、当該反応チャンバ(10)内で放電を起こさせて当該反応チャンバ(10)内に導入した導入ガスをプラズマ化して基板に照射することにより基板をマスク材(23)のパターンに従ってエッチングするエッチングステップと、導入ガスを切り換えて反応チャンバ(10)内で放電を起こさせることによりプラズマ化し、エッチングステップによって基板に形成したトレンチ(24)の壁面に保護膜(25)を堆積させる保護膜堆積ステップと、が含まれている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an Si substrate (19) or an SOI substrate on which a mask material (23) having a predetermined pattern is formed on the surface (19a) is placed in the reaction chamber (10). The substrate is etched in accordance with the pattern of the mask material (23) by causing discharge in the reaction chamber (10) and plasmaizing the introduced gas introduced into the reaction chamber (10) and irradiating the substrate. A protective film in which a protective film (25) is deposited on the wall surface of the trench (24) formed in the substrate by the etching step by switching the introduced gas and causing discharge in the reaction chamber (10) to generate plasma. And a deposition step.

そして、基板にマスク材(23)を残した状態でエッチングステップと保護膜堆積ステップとを繰り返すことによりトレンチ(24)を掘り下げていく半導体装置の製造方法であって、以下の点を特徴としている。   A method of manufacturing a semiconductor device in which a trench (24) is dug down by repeating an etching step and a protective film deposition step while leaving a mask material (23) on the substrate, and is characterized by the following points. .

すなわち、エッチングステップの開始前と終了後に、プラズマ生成用の放電を止めて、導入ガスを各ステップに応じたガスに完全に置換して反応チャンバ(10)内の圧力を所定の値に設定し、かつ、当該放電が止まっている間にプロセスパラメータの設定値を各ステップに応じた値に設定する切替ステップが含まれている。   That is, before and after the start of the etching step, the plasma generation discharge is stopped, the introduced gas is completely replaced with the gas corresponding to each step, and the pressure in the reaction chamber (10) is set to a predetermined value. In addition, a switching step for setting the set value of the process parameter to a value corresponding to each step while the discharge is stopped is included.

また、切替ステップの後のエッチングステップでは、保護膜(25)のエッチングプロセスの進行を反映する特徴的な発光ピーク波長の強度変化を発光分光器(15)によってモニタし、モニタした波形から、トレンチ(24)の底面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミング、および、トレンチ(24)の側壁面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミングを把握することを特徴とする。   In the etching step after the switching step, the intensity change of the characteristic emission peak wavelength that reflects the progress of the etching process of the protective film (25) is monitored by the emission spectrometer (15), and the trench is determined from the monitored waveform. It is characterized by grasping the timing at which the protective film (25) deposited on the bottom surface of (24) is removed and the timing at which the protective film (25) deposited on the side wall surface of the trench (24) is removed.

これによると、保護膜堆積ステップからエッチングステップに移行する際に切替ステップを実行して反応チャンバ(10)内の導入ガスをエッチングステップに応じたガスに完全に置換しているので、エッチングステップ時には反応チャンバ(10)内が安定状態になっている。このため、エッチングステップの発光強度の測定結果にノイズの影響が及ばない。したがって、モニタした波形からトレンチ(24)の底面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミング、および、トレンチ(24)の側壁面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミングをそれぞれ正確に把握することができる。   According to this, when switching from the protective film deposition step to the etching step, the switching step is executed to completely replace the introduced gas in the reaction chamber (10) with the gas corresponding to the etching step. The reaction chamber (10) is in a stable state. For this reason, the influence of noise does not affect the measurement result of the emission intensity in the etching step. Therefore, the timing at which the protective film (25) deposited on the bottom surface of the trench (24) is removed from the monitored waveform, and the timing at which the protective film (25) deposited on the side wall surface of the trench (24) is removed, respectively. Accurately grasp.

請求項2に記載の発明のように、エッチングステップでは導入ガスとしてF原子を含むガスを用いると共に、F原子もしくはSiF分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることができる。 As in the second aspect of the invention, in the etching step, a gas containing F atoms can be used as the introduced gas, and the intensity change of the emission peak wavelength of the F atoms or SiF x molecules can be monitored.

請求項3に記載の発明のように、保護膜堆積ステップでは導入ガスとしてC原子を含むガスを用い、エッチングステップではC原子もしくはC分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることができる。 As in the third aspect of the invention, the protective film deposition step uses a gas containing C atoms as the introduction gas, and the etching step can monitor the intensity change of the emission peak wavelength of C atoms or C 2 molecules.

請求項4に記載の発明のように、保護膜堆積ステップでは導入ガスとしてO原子を含むガスを導入ガスとして用い、エッチングステップではO原子もしくはSiO分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることもできる。 In the protective film deposition step, a gas containing O atoms is used as the introduction gas in the protective film deposition step, and the intensity change of the emission peak wavelength of the O atom or SiO x molecule is monitored in the etching step. You can also.

請求項5に記載の発明では、エッチングステップの開始前と終了後においてプラズマ生成用の放電を止める時間を、導入ガスの置換もしくはプロセスパラメータの設定に要する時間よりも長く設定することを特徴とする。これにより、エッチングステップに移行する前に、確実に、反応チャンバ(10)内に安定状態を作り出すことができる。   The invention according to claim 5 is characterized in that the time for stopping the discharge for plasma generation before and after the start of the etching step is set longer than the time required for replacing the introduced gas or setting the process parameters. . This ensures that a stable state is created in the reaction chamber (10) before proceeding to the etching step.

請求項6に記載の発明では、発光ピーク波長の強度変化をモニタすることにより、保護膜(25)が除去されたタイミングを把握することについては、保護膜堆積ステップとエッチングステップとの繰り返しを複数回行う中の1回のエッチングステップにおいて行うことを特徴とする。これにより、放電を停止する時間が繰り返されることによってプロセス時間が延びることを最小限に抑えることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, a plurality of repetitions of the protective film deposition step and the etching step are performed to grasp the timing at which the protective film (25) is removed by monitoring the intensity change of the emission peak wavelength. The etching is performed in one etching step. Accordingly, it is possible to minimize the increase in the process time due to the repetition of the time for stopping the discharge.

上記では、半導体装置の製造方法について述べたが、請求項7〜12に記載の発明のように、エッチングステップにおける保護膜(25)のエッチングの進行状況を発光分光器(15)を用いてモニタリングする半導体エッチングプロセスにおける計測方法としても採用することができる。   Although the semiconductor device manufacturing method has been described above, the progress of etching of the protective film (25) in the etching step is monitored using the emission spectrometer (15) as in the inventions of claims 7-12. It can also be employed as a measurement method in a semiconductor etching process.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態に係るエッチング装置の模式図である。1 is a schematic diagram of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. エッチングプロセスの概要を説明するための各プロセス設定の時間的推移を示した図である。It is the figure which showed the time transition of each process setting for demonstrating the outline | summary of an etching process. F原子のピークの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the peak of F atom. トレンチの形成ステップを示した図である。It is the figure which showed the formation step of a trench. 第1実施形態に係る各プロセス設定の時間的推移を示した図である。It is the figure which showed the time transition of each process setting which concerns on 1st Embodiment. 従来のトレンチ形成における各プロセス設定の時間的推移を示した図である。It is the figure which showed the time transition of each process setting in the conventional trench formation.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、半導体基板にトレンチを形成した半導体装置の製造方法と、その製法において半導体エッチングプロセスの進行状況を把握するための発光強度の計測方法について説明する。まず、本実施形態で用いるエッチング装置の構成について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device in which a trench is formed in a semiconductor substrate and a method for measuring emission intensity for grasping the progress of a semiconductor etching process in the manufacturing method will be described. First, the configuration of the etching apparatus used in this embodiment will be described.

図1は、本実施形態に係るエッチング装置の模式図である。この図に示されるように、エッチング装置は、反応チャンバ10、プラズマ生成用の電源11、バイアス用の電源12、エッチングガス用のマスフローコントローラ13、保護膜堆積用のマスフローコントローラ14、および発光分光器15を備えた構成となっている。   FIG. 1 is a schematic diagram of an etching apparatus according to this embodiment. As shown in this figure, the etching apparatus includes a reaction chamber 10, a plasma generation power supply 11, a bias power supply 12, an etching gas mass flow controller 13, a protective film deposition mass flow controller 14, and an emission spectrometer. 15 is provided.

真空室を構成する反応チャンバ10には、ガス導入口16と排気ポート17とが備えられている。ガス導入口16には、エッチングガス用のマスフローコントローラ13と保護膜堆積用のマスフローコントローラ14とが接続されている。マスフローコントローラ13、14は各種ガスの反応チャンバ10内への流量を制御する。   The reaction chamber 10 constituting the vacuum chamber is provided with a gas inlet 16 and an exhaust port 17. A mass flow controller 13 for etching gas and a mass flow controller 14 for depositing a protective film are connected to the gas inlet 16. The mass flow controllers 13 and 14 control the flow rates of various gases into the reaction chamber 10.

また、反応チャンバ10にはRFコイル18が内蔵されており、RFコイル18にプラズマ生成用の電源11から電力供給されることで反応チャンバ10内にRF電界が発生するようになっている。なお、電源11には図示しないマッチング装置が接続されている。そして、各ステップに応じて、プラズマ自体のインピーダンスに合わせてバリアブルコンデンサの容量値のRFマッチング位置(マッチングポイント)が変更される。   An RF coil 18 is built in the reaction chamber 10, and an RF electric field is generated in the reaction chamber 10 by supplying electric power to the RF coil 18 from a power source 11 for generating plasma. Note that a matching device (not shown) is connected to the power source 11. Then, according to each step, the RF matching position (matching point) of the capacitance value of the variable capacitor is changed in accordance with the impedance of the plasma itself.

そして、エッチング対象のSi基板19は、反応チャンバ10内に配置された設置台20の上に配置される。Si基板19はSiウェハであり、Si基板19の表面19a側にトレンチが形成される。この設置台20にはバイアス用の電源12が電気的に接続されているので、Si基板19には所定のバイアスが印加される。なお、設置台20にはSi基板19を裏面側から冷却するための冷却用Heガスが導入される機構になっている。   Then, the Si substrate 19 to be etched is arranged on the installation table 20 arranged in the reaction chamber 10. The Si substrate 19 is a Si wafer, and a trench is formed on the surface 19 a side of the Si substrate 19. Since the power supply 12 for bias is electrically connected to the installation base 20, a predetermined bias is applied to the Si substrate 19. The installation base 20 has a mechanism in which a cooling He gas for cooling the Si substrate 19 from the back side is introduced.

さらに、反応チャンバ10には、Si基板19の上方に観測窓21が設けられている。この観測窓21に光ファイバ22が接続されており、この光ファイバ22は発光分光器15に接続されている。発光分光器15は、エッチングプロセスの進行状況を反映する特徴的な発光ピーク波長の強度変化をモニタする。以上が、エッチング装置の構成である。   Further, an observation window 21 is provided in the reaction chamber 10 above the Si substrate 19. An optical fiber 22 is connected to the observation window 21, and the optical fiber 22 is connected to the emission spectrometer 15. The emission spectrometer 15 monitors the intensity change of the characteristic emission peak wavelength that reflects the progress of the etching process. The above is the configuration of the etching apparatus.

次に、Si基板19に対するトレンチ形成方法の概要について説明する。トレンチ形成方法を簡単に説明すると、まず、表面19aにマスク材を形成したSi基板19を反応チャンバ10内に設置する。続いて、反応チャンバ10内で放電を起こさせて反応チャンバ10内に導入した導入ガスをプラズマ化してSi基板19に照射することによりSi基板19をマスク材のパターンに従ってエッチングする(エッチングステップ)。この後、導入ガスを切り換えて反応チャンバ10内で再び放電を起こさせることにより導入ガスをプラズマ化し、エッチングステップによってSi基板19に形成したトレンチの壁面に保護膜を堆積させる(保護膜堆積ステップ)。そして、Si基板19にマスク材を残した状態でエッチングステップと保護膜堆積ステップとを繰り返すことによりトレンチを掘り下げていく。   Next, an outline of a trench forming method for the Si substrate 19 will be described. The trench forming method will be briefly described. First, the Si substrate 19 having a mask material formed on the surface 19a is set in the reaction chamber 10. Subsequently, the Si substrate 19 is etched in accordance with the pattern of the mask material by causing discharge in the reaction chamber 10 to be plasma and irradiating the Si substrate 19 with the introduced gas introduced into the reaction chamber 10 (etching step). Thereafter, the introduced gas is switched to cause discharge again in the reaction chamber 10 to turn the introduced gas into plasma, and a protective film is deposited on the wall surface of the trench formed in the Si substrate 19 by the etching step (protective film deposition step). . Then, the trench is dug down by repeating the etching step and the protective film deposition step while leaving the mask material on the Si substrate 19.

そして、上記のようにトレンチを形成するに際し、本実施形態では、
(1)エッチングステップの直前の保護膜形成ステップが終了した時点で一旦プラズマ生成用放電をOFFとすること
(2)その後、エッチングステップでの導入ガスの置換、プロセスパラメータの遷移等を完全に終了させた後、放電を再開してエッチングステップを開始すること
を特徴としている。
And when forming a trench as mentioned above, in this embodiment,
(1) Turn off the plasma generation discharge once the protective film formation step immediately before the etching step is completed. (2) After that, the replacement of the introduced gas in the etching step, the transition of process parameters, etc. are completely completed. Then, the discharge is resumed and the etching step is started.

図2は、時間軸に対して、(a)流量ガス、(b)プラズマ生成RF値、(c)圧力制御バルブ開度、(d)発光強度をそれぞれ示したプロセス設定の時間的推移である。なお、図2(b)の「プラズマ生成RF値」はプラズマ生成用の電源11の入力パワーである。   FIG. 2 is a time transition of process settings showing (a) flow gas, (b) plasma generation RF value, (c) pressure control valve opening degree, and (d) emission intensity with respect to the time axis. . Note that the “plasma generation RF value” in FIG. 2B is the input power of the power source 11 for plasma generation.

T=T1の時点で保護膜堆積ステップが終了すると、図2(a)に示されるように保護膜堆積ステップにおいて反応チャンバ10に導入されたガスの供給を停止し、反応チャンバ10に導入するガスをエッチングステップ用の導入ガスに入れ替える。また、図2(b)に示されるように、時点T1でプラズマ生成RF値を「0」として放電をOFFとする。さらに、図2(c)に示されるように圧力制御バルブの開度をエッチングステップ用に調整する。その他のプロセスパラメータの設定値についてもエッチングステップ用に変更する。そして、反応チャンバ10内では放電に起因した反応は起こらないので、図2(d)に示されるように、発光分光器15で観測される発光強度は0となる。   When the protective film deposition step ends at the time point T = T1, the supply of the gas introduced into the reaction chamber 10 in the protective film deposition step is stopped as shown in FIG. Is replaced with the introduced gas for the etching step. Further, as shown in FIG. 2B, the plasma generation RF value is set to “0” at time T1, and the discharge is turned off. Further, as shown in FIG. 2C, the opening of the pressure control valve is adjusted for the etching step. Other process parameter setting values are also changed for the etching step. Since no reaction caused by the discharge occurs in the reaction chamber 10, the emission intensity observed by the emission spectrometer 15 becomes zero as shown in FIG.

この後、T=T2の時点からプラズマ生成用の電源11がONとなり、反応チャンバ10内で再び放電を起こさせてエッチングステップを開始する。なお、エッチングステップ終了後も上記と同様に導入ガスやプロセスパラメータを変更する。   Thereafter, the power source 11 for generating plasma is turned on from the time T = T2, and discharge is caused again in the reaction chamber 10 to start the etching step. Note that the introduced gas and process parameters are changed after the etching step in the same manner as described above.

ここで、放電をOFFとする時点T1から時点T2までの期間を切替ステップとする。すなわち、切替ステップでは、プラズマ生成用の放電を止めて、導入ガスを各ステップに応じたガスに完全に置換して反応チャンバ10内の圧力を所定の値に設定し、かつ、当該放電が止まっている間にプロセスパラメータの設定値を前記各ステップに応じた値に設定する。切替ステップは、エッチングステップの開始前と終了後、すなわち保護膜堆積ステップとエッチングステップとの間、エッチングステップと保護膜堆積ステップとの間にそれぞれ設けられている。   Here, a period from time T1 to time T2 when the discharge is turned off is defined as a switching step. That is, in the switching step, the discharge for plasma generation is stopped, the introduced gas is completely replaced with the gas corresponding to each step, the pressure in the reaction chamber 10 is set to a predetermined value, and the discharge is stopped. In the meantime, the set value of the process parameter is set to a value corresponding to each step. The switching step is provided before and after the start of the etching step, that is, between the protective film deposition step and the etching step, and between the etching step and the protective film deposition step.

このように、エッチングステップが開始した後の反応チャンバ10内は過渡状態ではなく、定常状態としたあとで放電を開始してエッチングステップをスタートさせる。過渡状態とは前のステップで用いた導入ガスが反応チャンバ10に残された状態であり、定常状態とは現在のステップで用いる導入ガスのみが反応チャンバ10に存在する状態である。これにより、上述したノイズの影響を一切受けずに正確に保護膜除去のタイミングを検出できることを実験的に確認した。   As described above, the reaction chamber 10 after the etching step is started is not in a transient state, but is discharged after a steady state is started to start the etching step. The transient state is a state in which the introduced gas used in the previous step is left in the reaction chamber 10, and the steady state is a state in which only the introduced gas used in the current step exists in the reaction chamber 10. Thus, it was experimentally confirmed that the protective film removal timing can be accurately detected without being affected by the noise described above.

図3は、F原子のピークの計測例である。上記の手法を用いずに、単に保護膜形成ステップ→エッチングステップ→・・・と、過渡状態を含んだ方法で発光強度を計測すると、図3(a)に示されるようにノイズ等の影響を受けてF原子の階段状の波形がつぶれてしまったり、計測の再現性が低下する。また、エッチングが進行してトレンチが深くなると計測波形が全体的に歪んで正確なタイミング検出ができなくなる。   FIG. 3 is an example of measuring the peak of F atoms. Without using the above technique, if the emission intensity is measured by a method including a transient state, such as a protective film formation step → etching step →..., The influence of noise or the like is affected as shown in FIG. In response, the stepped waveform of the F atom may be crushed or the reproducibility of the measurement will be reduced. Further, when the etching progresses and the trench becomes deep, the measurement waveform is distorted as a whole and accurate timing detection cannot be performed.

一方、上記の手法を用いることで、図3(b)に示されるように、波形のつぶれや歪みがなくなり計測の再現性も得られることがわかった。また、エッチングが進行してトレンチが深くなったときに計測波形の全体的な歪みが生じず、深いトレンチに対しても保護膜除去の正確なタイミングを検出できる。なお、保護膜除去のタイミングは、図3(b)のように発光強度が検出しきい値を下回ることを検出することで把握できる。   On the other hand, it was found that by using the above-described method, as shown in FIG. 3B, waveform collapse and distortion are eliminated, and measurement reproducibility can be obtained. Further, when the etching progresses and the trench becomes deep, the entire measurement waveform is not distorted, and an accurate timing for removing the protective film can be detected even for the deep trench. Note that the timing of removing the protective film can be grasped by detecting that the emission intensity is below the detection threshold as shown in FIG.

続いて、具体的なトレンチ形成について、図4および図5を参照して説明する。上述のように、通常のSi深堀エッチングでは、エッチング対象となるSi基板19を反応チャンバ10内に設置した後、保護膜堆積ステップとエッチングステップとを数秒程度、具体的には2秒〜10秒程度で交互に実施する。   Next, specific trench formation will be described with reference to FIGS. As described above, in the normal Si deep etching, after the Si substrate 19 to be etched is placed in the reaction chamber 10, the protective film deposition step and the etching step are performed for several seconds, specifically 2 seconds to 10 seconds. Perform alternately at a degree.

まず、Si基板19の表面19aに然るべきパターニングの施されたSiOのマスク材23が形成されたものを用意し、反応チャンバ10の設置台20に設置する。そして、図4(a)に示されるように、まずはエッチングステップを実行してSi基板19にトレンチ24を形成する。 First, a surface of the Si substrate 19 on which an appropriately patterned SiO 2 mask material 23 is formed is prepared and placed on the stage 20 of the reaction chamber 10. Then, as shown in FIG. 4A, first, an etching step is performed to form a trench 24 in the Si substrate 19.

次に、保護膜堆積ステップを行う。保護膜堆積ステップでは図5(a)に示されるようにCガスのみ、あるいはCガスと若干の添加ガス(ArやO等)の混合ガスを反応チャンバ10内に導入する。流量は数100sccm、具体的には100sccm〜500sccm程度であり、プロセス中の反応チャンバ10内の圧力は1Pa、具体的には1Pa〜10Pa程度である。そして、プラズマ生成用の電源11を一定パワーで入力することで、反応チャンバ10内に導入した導入ガスをプラズマ化する。プラズマ生成用の電源11は例えば周波数が13.56MHzのものを用い、入力パワーとしては数100W〜数kW程度である。これにより、CF(x=0〜4)が生成されてSi基板19の表面19aで重合反応を起こさせてフロロカーボン系のポリマー膜を形成する。このポリマー膜が図4(b)に示される保護膜25である。 Next, a protective film deposition step is performed. Introducing a mixed gas of only C 4 F 8 gas as a protective film deposition step shown in FIG. 5 (a), or C 4 F 8 gas and some additive gas (Ar or O 2, etc.) into the reaction chamber 10 To do. The flow rate is several hundred sccm, specifically about 100 sccm to 500 sccm, and the pressure in the reaction chamber 10 during the process is about 1 Pa, specifically about 1 Pa to 10 Pa. Then, the introduced gas introduced into the reaction chamber 10 is turned into plasma by inputting the plasma generation power supply 11 at a constant power. The power source 11 for generating plasma is, for example, one having a frequency of 13.56 MHz, and the input power is about several hundred W to several kW. As a result, CF x (x = 0 to 4) is generated and a polymerization reaction is caused on the surface 19a of the Si substrate 19 to form a fluorocarbon-based polymer film. This polymer film is the protective film 25 shown in FIG.

この保護膜堆積ステップを所定の時間実施した後、図5(b)に示されるように、時点T1でプラズマ生成用の電源11を一旦OFFとし、切替ステップに移行する。ここで、通常、Si深堀エッチング装置ではプラズマ生成用の電源11とバイアス印加用の電源12の2系統のRF電源を用いるが、プラズマ生成用の電源11をOFFしたときはバイアス印加用の電源12もOFFとする。   After performing this protective film deposition step for a predetermined time, as shown in FIG. 5B, the plasma generation power source 11 is temporarily turned off at time T1, and the process proceeds to the switching step. Here, normally, in the Si deep etching apparatus, two RF power sources, that is, a plasma generating power source 11 and a bias applying power source 12 are used, but when the plasma generating power source 11 is turned off, the bias applying power source 12 is used. Is also OFF.

次に、エッチングステップを実施するために導入ガスを切り替えてSFガス、あるいはSFガスと若干の添加ガス(ArやO等)の混合ガスを反応チャンバ10内に導入する。流量は数100sccm、具体的には100sccm〜500sccm程度であり、プロセス中の反応チャンバ10内の圧力は1Pa、具体的には1Pa〜10Pa程度である。反応チャンバ10内の導入ガスが完全に入れ替わるのに1秒〜数秒程度要する。この後、反応チャンバ10内の圧力は然るべき設定値で安定する。 Next, in order to perform the etching step, the introduced gas is switched, and SF 6 gas or a mixed gas of SF 6 gas and some additive gas (Ar, O 2, etc.) is introduced into the reaction chamber 10. The flow rate is several hundred sccm, specifically about 100 sccm to 500 sccm, and the pressure in the reaction chamber 10 during the process is about 1 Pa, specifically about 1 Pa to 10 Pa. It takes about 1 second to several seconds for the introduced gas in the reaction chamber 10 to be completely replaced. Thereafter, the pressure in the reaction chamber 10 is stabilized at an appropriate set value.

また、切替ステップにおいて、図5(c)に示されるように、チャンバ圧力を調節するバルブ開度やプラズマ生成用の電源11のマッチングポイントもエッチングステップの実施時の設定値に向かって遷移する。 なお、エッチングステップでのプロセスパラメータの設定値は必ずしも保護膜堆積ステップでの設定値と同一ではない。   Further, in the switching step, as shown in FIG. 5C, the valve opening degree for adjusting the chamber pressure and the matching point of the plasma generation power source 11 also change toward the set values at the time of performing the etching step. Note that the process parameter setting values in the etching step are not necessarily the same as the setting values in the protective film deposition step.

この後、図5の時点T2からエッチングステップを開始する。すなわち、プラズマ生成用の電源11を再びONして反応チャンバ10内で放電を起こさせて導入ガスをプラズマ化する。また、バイアス印加用の電源12もONとする。このバイアス印加用の電源12は例えば周波数13.56MHzもしくは数100kHz程度のものを用い、数10W〜数100W程度の入力とする。   Thereafter, the etching step is started from time T2 in FIG. That is, the plasma generation power source 11 is turned on again to cause a discharge in the reaction chamber 10 to turn the introduced gas into plasma. Also, the power supply 12 for bias application is turned on. The bias applying power source 12 has, for example, a frequency of about 13.56 MHz or several hundreds of kHz, and has an input of several tens of watts to several hundreds of watts.

時点T2後のエッチングステップにおいて、反応チャンバ10内で生じるプラズマからの発光は、観測窓21から採取されて光ファイバ22を介して発光分光器15に導入される。ここで、図5(d)のように各波長成分に分光された上で強度計測される。   In the etching step after time T2, light emission from the plasma generated in the reaction chamber 10 is collected from the observation window 21 and introduced into the emission spectrometer 15 via the optical fiber 22. Here, as shown in FIG. 5D, the intensity is measured after being divided into each wavelength component.

エッチングステップが開始され、直前の保護膜堆積ステップで形成されたトレンチ24の底面上の保護膜25(ポリマー膜)が除去されてSiのエッチング反応がスタートすると、SFプラズマ中のF原子濃度が低下する。このため、F原子に起因する発光ピーク(例えばλ=685.6nm)の強度は低下する。一方、エッチング反応での反応生成物(SiF)がプラズマ中で再度解離して生じたSiF分子による発光ピーク(例えばλ=777.0nm)の強度は増加する。 When the etching step is started and the protective film 25 (polymer film) on the bottom surface of the trench 24 formed in the immediately preceding protective film deposition step is removed and the Si etching reaction starts, the F atom concentration in the SF 6 plasma is increased. descend. For this reason, the intensity of the emission peak (for example, λ = 685.6 nm) due to the F atom is lowered. On the other hand, the intensity of the emission peak (for example, λ = 777.0 nm) due to SiF x molecules generated by the reaction product (SiF 4 ) in the etching reaction being dissociated again in the plasma increases.

そして、保護膜堆積ステップからエッチングステップに移行する際に、保護膜堆積ステップで用いる導入ガスとエッチングステップで用いる導入ガスを完全に入れ替えている。このため、これらのピーク強度の低下、あるいは増加は過渡状態に起因するノイズ成分を含まないために非常に明瞭に観測することができる。   Then, when shifting from the protective film deposition step to the etching step, the introduced gas used in the protective film deposition step and the introduced gas used in the etching step are completely switched. For this reason, the decrease or increase in the peak intensity does not include a noise component due to the transient state, and can be observed very clearly.

これらのピーク強度の変化から図4(c)に示されるようにトレンチ24の底面上の保護膜25が完全に除去される時点(T=t1)を検出することができ、これをトリガー信号として図5(b)に示されるように例えばバイアス印加用の電源12の設定値を低下させるフィードバック制御を行うことができる。   From this change in peak intensity, as shown in FIG. 4C, the time point (T = t1) at which the protective film 25 on the bottom surface of the trench 24 is completely removed can be detected, and this is used as a trigger signal. As shown in FIG. 5B, for example, feedback control for reducing the set value of the power supply 12 for bias application can be performed.

なお、図5(d)に示されるように、F原子とSiF分子の各ピーク強度が変化する時点t1が同じであるので、これら2つのピーク強度から時点t1を検出することにより、トレンチ24の底面の保護膜25が完全に除去されたタイミングを正確に把握することができる。 As shown in FIG. 5D, since the time t1 at which the peak intensities of the F atom and the SiF x molecule change is the same, by detecting the time t1 from these two peak intensities, the trench 24 is detected. It is possible to accurately grasp the timing at which the protective film 25 on the bottom surface is completely removed.

また、C分子に起因する発光ピーク(例えばλ=516.5nm)は、保護膜25が分解されて除去される際に、プラズマ中での再解離、結合等により発生すると考えられる。したがって、トレンチ24の底面上、さらに側壁面上での保護膜25がエッチング作用によって次第になくなり最終的に側壁面上での保護膜25が完全に無くなるまで緩やかにピーク強度は低下し、やがて一定となる。もしくはF原子のピークの発光強度が2度目の低下を見せる。なぜなら、導入ガスはSFに完全に置換された後であるので、C分子は保護膜25の分解からしか発生しないためである。これらのタイミングを側壁保護膜除去タイミングとして把握することができる。トレンチ24の側壁面の保護膜25が除去されると、図4(d)に示されるようにトレンチ24が深くなる。 In addition, it is considered that a light emission peak (for example, λ = 516.5 nm) due to C 2 molecules is generated by re-dissociation, bonding, or the like in plasma when the protective film 25 is decomposed and removed. Therefore, the protective film 25 on the bottom surface of the trench 24 and further on the side wall surface gradually disappears due to the etching action, and finally the peak intensity gradually decreases until the protective film 25 on the side wall surface is completely removed. Become. Alternatively, the emission intensity of the peak of the F atom shows a second decrease. This is because the introduced gas is after being completely replaced with SF 6 , so that C 2 molecules are generated only from the decomposition of the protective film 25. These timings can be grasped as the side wall protective film removal timing. When the protective film 25 on the side wall surface of the trench 24 is removed, the trench 24 becomes deeper as shown in FIG.

トレンチ24の側壁面の保護膜25が除去された時点をT=t2としてこれをトリガー信号として例えばエッチングステップを終了することができる。以上のようにして、発光分光器15によってモニタした波形からトレンチ24の底面に堆積した保護膜25が除去されたタイミング(T=t1)、および、トレンチ24の側壁面に堆積した保護膜25が除去されたタイミング(T=t2)をそれぞれ正確に把握することができる。   When the protective film 25 on the side wall surface of the trench 24 is removed, T = t2, and this can be used as a trigger signal to complete the etching step, for example. As described above, the timing at which the protective film 25 deposited on the bottom surface of the trench 24 is removed from the waveform monitored by the emission spectrometer 15 (T = t1), and the protective film 25 deposited on the sidewall surface of the trench 24 The removed timing (T = t2) can be accurately grasped.

そして、切替ステップにおいて、再度保護膜堆積ステップに戻るように導入ガス、各プロセスパラメータの設定値を変更するフィードバック制御を行うことができる。こうしたフィードバック制御により、エッチングレートの向上やマスク選択比の向上、あるいは上述のRIE−lagの抑制等が可能になる。このように、エッチングステップから保護膜堆積ステップに移行する際も放電を止める切替ステップの期間が存在するので、過渡状態でのノイズによってC分子のピークが一定値となるタイミングがノイズに埋もれてしまうのを防ぐことができる。 In the switching step, feedback control can be performed to change the setting values of the introduced gas and each process parameter so as to return to the protective film deposition step again. Such feedback control makes it possible to improve the etching rate, improve the mask selection ratio, or suppress the RIE-lag described above. Thus, since there is a period of switching the step stopping the discharge when moving to the protective film deposition step from the etching step, the timing of the peak of C 2 molecule becomes a constant value due to noise in the transient state is buried in noise Can be prevented.

ここで、エッチングステップの前後で放電がOFFとなる時間は、導入ガスの置換もしくはバルブ開度やRFマッチングポイントの遷移に必要な時間よりも長く設定する。具体的には1秒〜2秒程度である。これにより、各ステップに移行する前に確実に安定状態を作り出すことができる。   Here, the time during which the discharge is turned off before and after the etching step is set longer than the time necessary for the replacement of the introduced gas or the transition of the valve opening or RF matching point. Specifically, it is about 1 second to 2 seconds. As a result, a stable state can be reliably created before shifting to each step.

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。上述のように、保護膜堆積ステップとエッチングステップとを繰り返してトレンチ24を掘り進むエッチング技術において、上記第1実施形態では保護膜25としてポリマー膜を形成していたが、本実施形態では保護膜25としてOプラズマ照射によるSiO膜を形成する。本実施形態においても、図1に示されたエッチング製造装置を用いる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As described above, in the etching technique in which the trench 24 is dug by repeating the protective film deposition step and the etching step, the polymer film is formed as the protective film 25 in the first embodiment. However, in the present embodiment, the protective film 25 is formed. As a result, an SiO 2 film is formed by O 2 plasma irradiation. Also in this embodiment, the etching manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is used.

この場合にもSiO膜が形成される保護膜堆積ステップが終了した時点で一旦、プラズマ生成用の電源11による放電を止めて次のエッチングステップでのSFを主としたガスに切り換えて完全に置換する。そしてチャンバ圧力が安定し、かつこの間にエッチングステップでの各種プロセスパラメータ設定値の変更を終えた後で再度プラズマ生成用の電源11をONする。 Also in this case, once the protective film deposition step for forming the SiO 2 film is completed, the discharge by the power source 11 for plasma generation is once stopped, and the SF 6 in the next etching step is switched to the main gas to complete the process. Replace with. Then, after the chamber pressure is stabilized and the change of various process parameter setting values in the etching step is completed during this time, the power source 11 for plasma generation is turned on again.

これにより、トレンチ24の底面上のSiO膜が除去されてSiのエッチングがスタートすると、第1実施形態と同様にF原子の発光強度が低下し、SiF分子の発光強度が増加するタイミングを検出することができる。この検出タイミングを、トレンチ24の底面のSiO膜が除去されたタイミングとして正確に把握することができる。 Thus, when the SiO 2 film on the bottom surface of the trench 24 is removed and Si etching starts, the emission intensity of F atoms decreases and the emission intensity of SiF x molecules increases as in the first embodiment. Can be detected. This detection timing can be accurately grasped as the timing at which the SiO 2 film on the bottom surface of the trench 24 is removed.

その後、トレンチ24の側壁面上のSiO膜が除去される間、SiO分子の発光強度のピークまたはO原子に起因する発光強度のピークが徐々に低下していくことが観測される。この様子は第1実施形態で示されたC分子の発光強度のピークと同様である。これらの発光強度のピークが低下して一定値となった時点を基準として設定し、これに達したときにトレンチ24の側壁面上のSiO膜が除去されたタイミングを検出することができる。この検出タイミングを、トレンチ24の側壁面のSiO膜が除去されたタイミングとして正確に把握することができる。 Thereafter, while the SiO 2 film on the sidewall surface of the trench 24 is removed, it is observed that the peak of the emission intensity of SiO x molecules or the emission intensity peak due to O atoms gradually decreases. This state is the same as the peak of the emission intensity of the C 2 molecule shown in the first embodiment. The time point at which these emission intensity peaks decrease and become a constant value is set as a reference, and when this peak is reached, the timing at which the SiO 2 film on the sidewall surface of the trench 24 is removed can be detected. This detection timing can be accurately grasped as the timing at which the SiO 2 film on the side wall surface of the trench 24 is removed.

(他の実施形態)
上記各実施形態で示されたトレンチ形成の方法は一例であり、上記で示した方法に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、必ずしも毎サイクルで放電を止めて発光強度をモニタリングする必要はなく、フィードバック制御の精度上許容される範囲内で、複数のエッチングステップの実施に対して1回という形で省略しても良い。これは、切替ステップすなわち放電のOFFの時間が繰り返されることによってプロセス時間が延びることを最小限に抑えるためである。
(Other embodiments)
The trench formation methods described in the above embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the methods described above, and other configurations that can realize the present invention may be employed. For example, it is not always necessary to stop the discharge at every cycle and monitor the light emission intensity, and may be omitted in a form that is performed once for the execution of a plurality of etching steps within a range allowed for accuracy of feedback control. . This is to minimize the increase in process time due to repeated switching steps, ie, the discharge OFF time.

また、上記各実施形態では保護膜25を一層だけ形成する方法が示されているが、第1の保護膜としてポリマー膜を形成し、この上に第2の保護膜としてOプラズマ照射によるSiO膜を形成する方法が知られている。この方法では第2の保護膜であるSiO膜を形成した後、通常の第1の保護膜であるポリマー膜による保護膜堆積ステップとエッチングステップとの繰り返しに戻る。したがって、SiO膜の形成後、保護膜堆積ステップを先に実施する場合と、エッチングステップを先に実施する場合の2通りが考えられる。しかし、どちらの場合においてもエッチングステップの開始前に一旦プラズマ生成用の電源11をOFFにしてガスの完全置換等を行う切替ステップがあるので、再度プラズマ生成用の電源11をONにしつつ発光分光計測を行ったとしてもノイズの影響はない。 In each of the above embodiments, a method of forming only one protective film 25 is shown. However, a polymer film is formed as the first protective film, and SiO 2 formed by O 2 plasma irradiation is formed thereon as the second protective film. A method of forming two films is known. In this method, after the SiO 2 film as the second protective film is formed, the process returns to the repetition of the protective film deposition step and the etching step with the normal polymer film as the first protective film. Therefore, there are two cases where the protective film deposition step is performed first after the SiO 2 film is formed and the etching step is performed first. However, in either case, since there is a switching step in which the plasma generation power supply 11 is turned off and gas is completely replaced before the etching step is started, emission spectroscopy is performed while the plasma generation power supply 11 is turned on again. Even if measurement is performed, there is no influence of noise.

さらに、上記各実施形態では、トレンチ24を形成する基板としてSi基板を用いていたが、2枚のSi基板で絶縁層を挟み込んだSOI基板にトレンチ24を形成しても良い。   Further, in each of the above embodiments, the Si substrate is used as a substrate for forming the trench 24. However, the trench 24 may be formed in an SOI substrate in which an insulating layer is sandwiched between two Si substrates.

10 反応チャンバ
15 発光分光器
19 Si基板
19a 表面
23 マスク材
24 トレンチ
25 保護膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reaction chamber 15 Emission spectrometer 19 Si substrate 19a Surface 23 Mask material 24 Trench 25 Protective film

Claims (12)

表面(19a)に所定のパターニングを施したマスク材(23)を形成したSi基板(19)もしくはSOI基板を反応チャンバ(10)内に設置し、当該反応チャンバ(10)内で放電を起こさせて当該反応チャンバ(10)内に導入した導入ガスをプラズマ化して前記基板に照射することにより前記基板を前記マスク材(23)のパターンに従ってエッチングするエッチングステップと、
前記導入ガスを切り換えて前記反応チャンバ(10)内で放電を起こさせることによりプラズマ化し、前記エッチングステップによって前記基板に形成したトレンチ(24)の壁面に保護膜(25)を堆積させる保護膜堆積ステップと、が含まれており、
前記基板に前記マスク材(23)を残した状態で前記エッチングステップと前記保護膜堆積ステップとを繰り返すことにより前記トレンチ(24)を掘り下げていく半導体装置の製造方法であって、
前記エッチングステップの開始前と終了後に、プラズマ生成用の放電を止めて、前記導入ガスを前記各ステップに応じたガスに完全に置換して前記反応チャンバ(10)内の圧力を所定の値に設定し、かつ、当該放電が止まっている間にプロセスパラメータの設定値を前記各ステップに応じた値に設定する切替ステップが含まれており、
前記切替ステップの後の前記エッチングステップでは、前記保護膜(25)のエッチングプロセスの進行を反映する特徴的な発光ピーク波長の強度変化を発光分光器(15)によってモニタし、モニタした波形から、前記トレンチ(24)の底面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミング、および、前記トレンチ(24)の側壁面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミングを把握することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A Si substrate (19) or SOI substrate on which a mask material (23) having a predetermined patterning is formed on the surface (19a) is placed in the reaction chamber (10), and discharge is caused in the reaction chamber (10). An etching step of etching the substrate according to the pattern of the mask material (23) by converting the introduced gas introduced into the reaction chamber (10) into plasma and irradiating the substrate with the plasma;
Protective film deposition in which the introduced gas is switched to generate plasma by causing discharge in the reaction chamber (10), and a protective film (25) is deposited on the wall surface of the trench (24) formed in the substrate by the etching step. Steps, and
A method of manufacturing a semiconductor device in which the trench (24) is dug down by repeating the etching step and the protective film deposition step while leaving the mask material (23) on the substrate,
Before and after the start of the etching step, the discharge for plasma generation is stopped, and the introduced gas is completely replaced with a gas corresponding to each step, and the pressure in the reaction chamber (10) is set to a predetermined value. A switching step for setting and setting a process parameter setting value to a value corresponding to each step while the discharge is stopped is included,
In the etching step after the switching step, the intensity change of the characteristic emission peak wavelength reflecting the progress of the etching process of the protective film (25) is monitored by the emission spectrometer (15), and from the monitored waveform, The timing at which the protective film (25) deposited on the bottom surface of the trench (24) is removed and the timing at which the protective film (25) deposited on the side wall surface of the trench (24) is removed are grasped. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記エッチングステップでは導入ガスとしてF原子を含むガスを用いると共に、前記F原子もしくはSiF分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることを特徴とする請求項1に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 a gas containing F atoms is used as an introduction gas in the etching step, and intensity change of an emission peak wavelength of the F atoms or SiF x molecules is monitored. 前記保護膜堆積ステップでは導入ガスとしてC原子を含むガスを用い、
前記エッチングステップでは前記C原子もしくはC分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In the protective film deposition step, a gas containing C atoms is used as an introduction gas,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the etching step, an intensity change of an emission peak wavelength of the C atom or C2 molecule is monitored.
前記保護膜堆積ステップでは導入ガスとしてO原子を含むガスを導入ガスとして用い、
前記エッチングステップでは前記O原子もしくはSiO分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In the protective film deposition step, a gas containing O atoms is used as the introduction gas as the introduction gas,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the etching step, an intensity change of an emission peak wavelength of the O atom or SiO x molecule is monitored.
前記エッチングステップの開始前と終了後において前記プラズマ生成用の放電を止める時間を、前記導入ガスの置換もしくは前記プロセスパラメータの設定に要する時間よりも長く設定することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   5. The time for stopping the discharge for generating the plasma before and after the start of the etching step is set longer than the time required for replacing the introduced gas or setting the process parameters. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of these. 前記発光ピーク波長の強度変化をモニタすることにより、前記保護膜(25)が除去されたタイミングを把握することについては、前記保護膜堆積ステップと前記エッチングステップとの繰り返しを複数回行う中の1回のエッチングステップにおいて行うことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   As for grasping the timing at which the protective film (25) is removed by monitoring the intensity change of the emission peak wavelength, one of repeating the protective film deposition step and the etching step a plurality of times. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed in a single etching step. 表面(19a)に所定のパターニングを施したマスク材(23)を形成したSi基板(19)もしくはSOI基板を反応チャンバ(10)内に設置し、当該反応チャンバ(10)内で放電を起こさせて当該反応チャンバ(10)内に導入した導入ガスをプラズマ化して前記基板に照射することにより前記基板を前記マスク材(23)のパターンに従ってエッチングするエッチングステップと、
前記導入ガスを切り換えて前記反応チャンバ(10)内で放電を起こさせることによりプラズマ化し、前記エッチングステップによって前記基板に形成したトレンチ(24)の壁面に保護膜(25)を堆積させる保護膜堆積ステップと、が含まれており、
前記基板に前記マスク材(23)を残した状態で前記エッチングステップと前記保護膜堆積ステップとを繰り返すことにより前記トレンチ(24)を掘り下げていく際に、前記エッチングステップにおける前記保護膜(25)のエッチングの進行状況を発光分光器(15)を用いてモニタリングする半導体エッチングプロセスにおける計測方法であって、
前記エッチングステップの開始前と終了後に、プラズマ生成用の放電を止めて、前記導入ガスを前記各ステップに応じたガスに完全に置換して前記反応チャンバ(10)内の圧力を所定の値に設定し、かつ、当該放電が止まっている間にプロセスパラメータの設定値を前記各ステップに応じた値に設定する切替ステップが含まれており、
前記プラズマ生成用の放電を再開して前記エッチングステップを開始し、再度放電を停止して当該エッチングステップが終了するまでに、前記保護膜(25)のエッチングプロセスの進行を反映する特徴的な発光ピーク波長の強度変化を前記発光分光器(15)によってモニタし、モニタした波形から、前記トレンチ(24)の底面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミング、および、前記トレンチ(24)の側壁面に堆積した保護膜(25)が除去されたタイミングを把握することを特徴とする計測方法。
A Si substrate (19) or SOI substrate on which a mask material (23) having a predetermined patterning is formed on the surface (19a) is placed in the reaction chamber (10), and discharge is caused in the reaction chamber (10). An etching step of etching the substrate according to the pattern of the mask material (23) by converting the introduced gas introduced into the reaction chamber (10) into plasma and irradiating the substrate with the plasma;
Protective film deposition in which the introduced gas is switched to generate plasma by causing discharge in the reaction chamber (10), and a protective film (25) is deposited on the wall surface of the trench (24) formed in the substrate by the etching step. Steps, and
When the trench (24) is dug down by repeating the etching step and the protective film deposition step while leaving the mask material (23) on the substrate, the protective film (25) in the etching step A measuring method in a semiconductor etching process for monitoring the progress of etching using an emission spectrometer (15),
Before and after the start of the etching step, the discharge for plasma generation is stopped, and the introduced gas is completely replaced with a gas corresponding to each step, and the pressure in the reaction chamber (10) is set to a predetermined value. A switching step for setting and setting a process parameter setting value to a value corresponding to each step while the discharge is stopped is included,
Characteristic light emission reflecting the progress of the etching process of the protective film (25) until the plasma generation discharge is restarted and the etching step is started, and the discharge is stopped again and the etching step is completed. The intensity change of the peak wavelength is monitored by the emission spectrometer (15), and the timing at which the protective film (25) deposited on the bottom surface of the trench (24) is removed from the monitored waveform, and the trench (24) A measurement method characterized by grasping the timing at which the protective film (25) deposited on the side wall surface of the substrate is removed.
前記エッチングステップでは、当該エッチングステップで用いる導入ガスとしてF原子を含むガスを用い、前記F原子もしくはSiF分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることを特徴とする請求項7に記載の計測方法。 The measurement according to claim 7, wherein in the etching step, a gas containing F atoms is used as an introduction gas used in the etching step, and an intensity change of an emission peak wavelength of the F atoms or SiF x molecules is monitored. Method. 前記保護膜堆積ステップでは、当該保護膜堆積ステップで用いる導入ガスとしてC原子を含むガスを用い、前記C原子もしくはC分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることを特徴とする請求項7に記載の計測方法。 8. In the protective film deposition step, a gas containing C atoms is used as an introduction gas used in the protective film deposition step, and a change in emission peak wavelength intensity of the C atoms or C 2 molecules is monitored. Measurement method described in 1. 前記保護膜堆積ステップでは、当該保護膜堆積ステップで用いる導入ガスとしてO原子を含むガスを導入ガスとして用い、前記O原子もしくはSiO分子の発光ピーク波長の強度変化をモニタすることを特徴とする請求項7に記載の計測方法。 In the protective film deposition step, a gas containing O atoms is used as an introduction gas as an introduction gas used in the protection film deposition step, and the intensity change of the emission peak wavelength of the O atoms or SiO x molecules is monitored. The measurement method according to claim 7. 前記エッチングステップの開始前と終了後において前記プラズマ生成用の放電を止める時間を、前記導入ガスの置換もしくは前記プロセスパラメータの設定に要する時間よりも長く設定することを特徴とする請求項7ないし10のいずれか1つに記載の計測方法。   11. The time for stopping the plasma generation discharge before and after the start of the etching step is set longer than the time required for replacing the introduced gas or setting the process parameters. The measuring method as described in any one of these. 前記発光ピーク波長の強度変化をモニタすることにより、前記保護膜(25)が除去されたタイミングを把握することについては、前記保護膜堆積ステップと前記エッチングステップとの繰り返しを複数回行う中の1回のエッチングステップにおいて行うことを特徴とする請求項7ないし11のいずれか1つに記載の計測方法。   As for grasping the timing at which the protective film (25) is removed by monitoring the intensity change of the emission peak wavelength, one of repeating the protective film deposition step and the etching step a plurality of times. The measurement method according to claim 7, wherein the measurement is performed in a single etching step.
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