JP6095528B2 - Plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing method.
本技術分野の背景技術として、特開2007−235136号公報(特許文献1)がある。この公報には、側面パッシベーションが、酸化パッシベーション層をエッチング層の側面および/または底面に選択的に形成することによって管理される技法が記載されている。 As background art of this technical field, there is JP-A-2007-235136 (Patent Document 1). This publication describes a technique in which side passivation is managed by selectively forming an oxidation passivation layer on the side and / or bottom of the etching layer.
また、本技術分野の背景技術として、特開2010−118549号公報(特許文献2)がある。この公報には、交流バイアス電力の載置台への供給と停止とを交互に繰り返し、交流バイアス電力を供給する期間と交流バイアス電力を停止する期間との合計期間に対する交流バイアス電力を供給する期間の比が0.1以上0.5以下になるように、交流バイアス電力を制御するプラズマエッチング方法が記載されている。 Moreover, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-118549 (patent document 2) as background art of this technical field. In this publication, the supply and stop of alternating current bias power to the mounting table are alternately repeated, and the alternating current bias power supply period and the alternating current bias power stop period are combined. A plasma etching method is described in which the AC bias power is controlled so that the ratio is 0.1 or more and 0.5 or less.
近年、半導体装置の製造分野においては、素子分離技術として浅溝分離(Shallow Trench Isolation:以下STIと略称する)が用いられており、STIでは、例えば異方性エッチングによりシリコン基板にトレンチ(エッチング溝とも言う)が形成される。 In recent years, shallow trench isolation (hereinafter abbreviated as STI) is used as an element isolation technique in the field of manufacturing semiconductor devices. In STI, trenches (etching grooves) are formed in a silicon substrate by, for example, anisotropic etching. Also called).
ところで、シリコン基板には、トレンチの幅が比較的狭く、かつトレンチが比較的密に設けられている領域(以下、パターン密部と略称する)と、トレンチの幅が比較的広く、かつトレンチが比較的疎に設けられている領域(以下、パターン疎部と略称する)とが形成される。そして、エッチングによるシリコン基板にトレンチを形成する工程では、パターン密部およびパターン疎部においてトレンチの深さおよび形状が同じとなるように加工することが不可欠である。しかし、トレンチの幅が20nm以下のパターン密部では、疎密マイクロローディングが発生して、所望するトレンチの深さおよび形状が得られないという問題がある。 By the way, the silicon substrate has a relatively narrow trench width and a relatively dense trench area (hereinafter abbreviated as a pattern dense portion), a relatively wide trench width, A relatively sparse region (hereinafter, abbreviated as a pattern sparse portion) is formed. In the step of forming the trench in the silicon substrate by etching, it is essential to process the trench so that the trench has the same depth and shape in the dense pattern portion and the loose pattern portion. However, in the dense pattern portion where the trench width is 20 nm or less, there is a problem that dense microloading occurs and the desired trench depth and shape cannot be obtained.
そこで、本発明は、シリコン基板に形成されるトレンチの幅が20nm以下のパターン密部において、疎密マイクロローディングを低減できるプラズマ処理方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a plasma processing method capable of reducing dense microloading in a dense pattern portion where a trench formed in a silicon substrate has a width of 20 nm or less.
上記課題を解決するために、本発明は、第1の工程と、第2の工程と、第3の工程とを複数回繰り返すことにより、所定の深さのトレンチをシリコン基板に形成する。第1の工程では、20nm以下のトレンチパターンが形成されたマスクを用いて、時間変調された高周波電力を印加しながら、シリコン基板を塩素を含有するガスを用いてエッチングする。時間変調された高周波電極のOFF時間は5ms以上とする。第2の工程では、第1の工程で形成されたトレンチの側面に堆積した堆積物を、フッ素を含有するガスを用いて除去する。第3の工程では、第2の工程において堆積物が除去されたトレンチの側面および底面を、酸素を含有するガスを用いて酸化する。 In order to solve the above problems, the present invention forms a trench having a predetermined depth in a silicon substrate by repeating the first step, the second step, and the third step a plurality of times. In the first step, the silicon substrate is etched using a chlorine-containing gas while applying time-modulated high-frequency power using a mask on which a trench pattern of 20 nm or less is formed. The OFF time of the time-modulated high frequency electrode is 5 ms or more. In the second step, the deposit deposited on the side surface of the trench formed in the first step is removed using a gas containing fluorine. In the third step, the side and bottom surfaces of the trench from which the deposits are removed in the second step are oxidized using a gas containing oxygen.
本発明によれば、シリコン基板に形成されるトレンチの幅が20nm以下のパターン密部において、疎密マイクロローディングを低減できるプラズマ処理方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma processing method capable of reducing dense microloading in a dense pattern portion where a trench formed in a silicon substrate has a width of 20 nm or less.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.
また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In addition, when referring to “consisting of A”, “consisting of A”, “having A”, and “including A”, other elements are excluded unless specifically indicated that only that element is included. It goes without saying that it is not what you do. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching may be added to make the drawings easy to see even if they are plan views. In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
まず、実施の形態による半導体装置の製造方法がより明確となると思われるため、比較例として、本発明者らによって検討されたSTIのトレンチの形成工程について、図9を用いて詳細に説明する。図9は、比較例における半導体装置の製造工程を説明する半導体基板の要部断面図である。 First, since it is considered that the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment will become clearer, as a comparative example, the STI trench forming process studied by the present inventors will be described in detail with reference to FIG. FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate for explaining a manufacturing process of a semiconductor device in a comparative example.
半導体素子は、例えば約0.7倍のスケーリング則で微細化している。そして、現在の半導体製品に適用されている32nmまたは22nmのデザインルール(設計基準)は、次世代の半導体製品では20nm以下となり、STIのトレンチの幅の縮小がますます進んでいる。 The semiconductor element is miniaturized, for example, with a scaling rule of about 0.7 times. The design rule (design standard) of 32 nm or 22 nm applied to the current semiconductor products is 20 nm or less in the next generation semiconductor products, and the width of the STI trench is further reduced.
しかしながら、パターン密部のトレンチの幅が20nm以下のSTIでは、以下に説明する種々の技術的課題が存在する。すなわち、図9に示すように、シリコン基板201のエッチングにおいて、シリコン基板201をエッチングする工程の途中でも、微量の反応生成物203がシリコン基板201およびハードマスク202の側面に堆積して、トレンチ208の幅がより狭まる、またはトレンチ208が塞がった状態となる。このため、エッチングの進行が困難となる。また、トレンチ208の幅が狭いため、トレンチ208の底面付近に堆積している反応生成物は、特に除去し難い。そのため、トレンチ208の深さの差である疎密マイクロローディングが大きくなる。
However, in the STI where the width of the trench in the dense pattern portion is 20 nm or less, there are various technical problems described below. That is, as shown in FIG. 9, in the etching of the
エッチングの条件を制御して反応生成物を減らす、または次の工程で過度の反応生成物を除去することにより、パターン密部のエッチングを進行させることはできる。しかし、このような場合、疎密マイクロローディングを小さくすることはできるが、トレンチの側面保護が不十分であるため、隣り合うトレンチの間のライン寸法が規定のライン寸法より小さくなったり、トレンチがサイドエッチ形状になったりする問題が発生する。すなわち、疎密マイクロローディングの低減と、ライン寸法の変動およびトレンチの異常形状の防止と、の両立が課題となっている。 The etching of the pattern dense portion can be progressed by controlling the etching conditions to reduce the reaction product or removing the excessive reaction product in the next step. However, in such a case, the density microloading can be reduced, but the trench side protection is insufficient, so the line dimension between adjacent trenches becomes smaller than the prescribed line dimension, or the trench is side The problem of becoming an etched shape occurs. That is, it is a problem to achieve both reduction of density microloading and prevention of fluctuations in line dimensions and abnormal shapes of trenches.
実施例におけるプラズマエッチング装置を図1を用いて説明する。図1は、実施例におけるプラズマエッチング装置の概略図である。 A plasma etching apparatus in the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of a plasma etching apparatus in an embodiment.
図1に示すように、真空容器101の上部に、真空容器101内に処理ガスを導入するためのシャワープレート104(例えば石英製)、および誘電体窓105(例えば石英製)を設置し、これらを密封することにより処理室106が構成されている。シャワープレート104には処理ガスを流すためのガス供給装置107が接続されている。また、真空容器101には真空排気口108を介して真空排気装置(図示は省略)が接続されている。
As shown in FIG. 1, a shower plate 104 (for example, made of quartz) and a dielectric window 105 (for example, made of quartz) for introducing a processing gas into the
プラズマを生成するための電力を処理室106に伝送するため、誘電体窓105の上方には電磁波を伝送する導波管109を設けている。導波管109へ伝送される電磁波(プラズマ生成用高周波)は電磁波発生用電源103から発振させる。電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では2.45GHzのマイクロ波(プラズマ生成用高周波)を使用する。処理室106の外周部には、磁場を形成する磁場発生用コイル110が設けてあり、電磁波発生用電源103から発振された電力(本実施例では、マイクロ波パワー)は、形成された磁場との相互作用により、処理室106内に高密度プラズマを生成する。
In order to transmit power for generating plasma to the
また、シャワープレート104に対向して真空容器101の下部にはウェハ載置用電極102を設けている。ウェハ載置用電極102は電極表面が溶射膜(図示は省略)で被覆されており、高周波フィルタ114を介して直流電源115が接続されている。さらに、ウェハ載置用電源102には、マッチング回路112を介してバイアス用高周波電源である高周波電源113が接続されている。ウェハ載置用電極102には、温度調節器(図示は省略)も接続されている。
A
処理室106内に搬送された試料であるウェハ111は、直流電源115から印加される直流電圧の静電気力でウェハ載置用電極102上に吸着され、さらに温度調節される。ガス供給装置107によって真空容器101内へ所望の処理ガスを供給した後、真空容器101内を所定の圧力とし、処理室106内にプラズマを発生させる。ウェハ載置用電極102に接続された高周波電源113から高周波電力を印加することにより、プラズマからウェハへイオンを引き込み、ウェハ111がプラズマ処理される。また、高周波電源113は、パルス発振器を備えるため、ウェハ載置用電極102に時間変調された間欠的な高周波電力、または連続的な同一の高周波電力を印加することができる。
The
次に、実施例における前述のプラズマエッチング装置を用いたプラズマ処理方法について図2〜図8を用いて説明する。図2〜図6は、実施例における半導体基板の製造工程を説明する半導体基板の要部断面図である。図7(a)および(b)はそれぞれ、第2の工程における高周波電力と疎密マイクロローディングとの関係を示すグラフ図、および第2の工程における高周波電力とライン寸法との関係を示すグラフ図である。図8(a)および(b)はそれぞれ、第1の工程における時間変調された間欠的な高周波電力のOFF時間と疎密マイクロローディングとの関係を示すグラフ図、および第1の工程における時間変調された間欠的な高周波電力のOFF時間とライン寸法との関係を示すグラフ図である。 Next, a plasma processing method using the above-described plasma etching apparatus in the embodiment will be described with reference to FIGS. 2-6 is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate explaining the manufacturing process of the semiconductor substrate in an Example. FIGS. 7A and 7B are graphs showing the relationship between high-frequency power and dense microloading in the second step, and graphs showing the relationship between high-frequency power and line dimensions in the second step, respectively. is there. FIGS. 8A and 8B are graphs showing the relationship between the OFF time of the time-modulated intermittent high-frequency power in the first step and the density microloading, and the time modulation in the first step, respectively. It is a graph which shows the relationship between the OFF time of the intermittent high frequency electric power, and the line dimension.
本実施例では、プラズマエッチング装置を用いてシリコン基板に深さが240nmのトレンチを形成するが、このトレンチの形成に、3つの工程を複数回繰り返すプラズマ処理方法を用いることを特徴とする。表1に、本実施例におけるプラズマ処理方法の処理条件の一例をまとめる。 In this embodiment, a trench having a depth of 240 nm is formed in a silicon substrate using a plasma etching apparatus, and a plasma processing method in which three steps are repeated a plurality of times is used for forming the trench. Table 1 summarizes an example of processing conditions of the plasma processing method in this embodiment.
まず、図2に示すように、シリコン基板201を準備し、シリコン基板201上に所定の形状にパターニングされたハードマスク202を形成する。パターン密部における隣り合うハードマスク202の間隔は20nm以下、例えば10nm程度である。
First, as shown in FIG. 2, a
次に、図3に示すように、第1の工程で、ハードマスク202を用いたエッチングにより、シリコン基板201にトレンチ208を形成する。処理条件として、Cl2ガスを用い、Cl2ガスの流量を400mL/min以上、圧力を1.0Pa以下とした。これは、良好な疎密マイクロローディングが得られ、ウェハの中心部と外周部において、トレンチ208の深さが同じになるようにするためである。代表的には、Cl2ガスの流量を420mL/min、圧力を0.65Paとした。
Next, as shown in FIG. 3, a
ここで、マイクロ波パワー1100Wでプラズマを生成し、電力値350W、デューティー比35%の時間変調された間欠的な高周波電力を高周波電源から印加しながら、シリコン基板201をエッチングする。なお、デューティー比は、時間変調された間欠的な高周波電力のON時間をTon、OFF時間をToffとした場合、デューティー比=Ton/(Ton+Toff)で表される。
Here, plasma is generated with a microwave power of 1100 W, and the
エッチング中は、反応生成物203がトレンチ208の内壁(側面および底面)およびハードマスク202の側面に堆積するため、パターン密部では、微量の反応生成物203でも、トレンチ208の狭まりおよび塞がりが発生する。そこで、本実施例では、第1の工程のエッチング時間を長くしすぎて、エッチング中にトレンチ208の塞がりが発生しないように、トレンチ208の深さが、例えば20nm程度、反応生成物203の厚さが、例えば1nm程度になるように、エッチング時間は6秒に設定した。
During the etching, the
次に、図4に示すように、第2の工程で、反応生成物203を除去する。これにより、反応生成物203の堆積によってトレンチ208の狭まりおよび塞がりを防止する。処理条件として、CF4ガスとArガスとを混合したガスを用い、CF4ガスの流量を10mL/min、Arガスの流量を50mL/minとした。さらに、圧力を0.6Paとした。マイクロ波パワー600Wでプラズマを生成し、電力値50Wの連続的な高周波電力を高周波電源から印加しながら、反応生成物203をエッチングする。エッチング時間は2秒に設定した。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、図5に示すように、第3の工程で、ハードマスク202の側面および上面、ならびにトレンチ208の内壁(側面および底面)に酸化部分204を形成する。この酸化部分204を設けることによって、次の工程でシリコン基板201をさらに深さ方向にエッチングする際、ハードマスク202の側面およびトレンチ208の側面のエッチングを防ぐことができるので、ライン寸法の変動およびトレンチの異常形状を抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 5, in a third step, oxidized
処理条件として、O2ガスとArガスとHeガスとを混合したガスを用い、O2ガスの流量を200mL/min、Arガスの流量を300mL/min、Heガスの流量を300mL/minとした。さらに、圧力を6.0Paとした。マイクロ波パワー700Wでプラズマを生成し、高周波電力を印加せず、プラズマ処理をした。酸化部分204は、反応生成物203に比べて厚さが薄いため、パターン密部のトレンチ208の幅を広く保った状態でトレンチ208の側面を保護することができる。また、第3の工程の処理時間が長すぎるとパターン密部のトレンチ208の底面が過剰に酸化されて、次の工程でシリコン基板201をさらに深さ方向にエッチングする際、エッチングが阻害される。このため、パターン密部のトレンチ208の底面のエッチングが阻害されない範囲として、処理時間は10秒に設定した。
As processing conditions, a mixed gas of O 2 gas, Ar gas, and He gas was used, the flow rate of O 2 gas was 200 mL / min, the flow rate of Ar gas was 300 mL / min, and the flow rate of He gas was 300 mL / min. . Furthermore, the pressure was 6.0 Pa. Plasma was generated with a microwave power of 700 W, and plasma treatment was performed without applying high-frequency power. Since the oxidized
本実施例では、前述の表1に示す処理条件で、前述の図3(第1の工程)、前述の図4(第2の工程)、および前述の図5(第3の工程)を用いて説明した3つの工程を12回(全36工程)繰り返す。これにより、図6に示すように、パターン密部に深さが240nmのトレンチ208を形成する。
In this example, the above-described FIG. 3 (first step), the above-described FIG. 4 (second step), and the above-described FIG. 5 (third step) are used under the processing conditions shown in Table 1 above. The three steps described above are repeated 12 times (a total of 36 steps). Thereby, as shown in FIG. 6, a
ここで、パターン密部のトレンチ208の深さが240nmの場合において、パターン密部のトレンチ208の深さ205と、パターン疎部のトレンチ208の深さ206との差である疎密マイクロローディングを低減する必要がある。
Here, in the case where the depth of the
図7(a)は、パターン密部のトレンチの深さを240nmにするために、前述の表1に示した3つの工程を12回繰り返した場合において、第2の工程における高周波電力と疎密マイクロローディングとの関係を示すグラフ図である。図7(b)は、パターン密部のトレンチの深さを240nmにするために、前述の表1に示した3つの工程を12回繰り返した場合において、第2の工程における高周波電力とライン寸法との関係を示すグラフ図である。ここで、ライン寸法とは、例えば前述の図6に示すライン寸法207である。
FIG. 7A shows the case where the three steps shown in Table 1 above are repeated 12 times in order to make the depth of the trenches in the dense pattern portion 240 nm, and the high frequency power and the sparse microscopic power in the second step. It is a graph which shows the relationship with loading. FIG. 7B shows the high frequency power and the line size in the second process when the three processes shown in Table 1 are repeated 12 times in order to make the depth of the trench in the pattern dense part 240 nm. It is a graph which shows the relationship. Here, the line dimension is, for example, the
図7(a)に示すように、高周波電力を印加しない場合は、疎密マイクロローディングは100.5nmである。これに対して、50W以上の高周波電力を印加した場合は、疎密マイクロローディングは79.6〜81.7nmであり、高周波電力を印加しない場合よりも10nm以上小さくなった。また、図7(b)に示すように、高周波電力を印加しても、ライン寸法は16.1〜16.3nmであり、変化していないことが分かる。 As shown in FIG. 7A, when high frequency power is not applied, the density microloading is 100.5 nm. On the other hand, when high frequency power of 50 W or more was applied, the density microloading was 79.6 to 81.7 nm, which was 10 nm or more smaller than when no high frequency power was applied. Moreover, as shown in FIG.7 (b), even if a high frequency electric power is applied, it turns out that a line dimension is 16.1-16.3 nm and is not changing.
ライン寸法は変化していないことから、第2の工程において高周波電力を印加することにより、トレンチの側面の反応生成物の除去効果を変えずに、トレンチの底面の反応生成物が完全に除去されて、第1の工程におけるパターン密部のエッチングが進行しやすくなったためであると考えられる。 Since the line dimensions have not changed, the reaction product on the bottom surface of the trench is completely removed by applying high frequency power in the second step without changing the effect of removing the reaction product on the side surface of the trench. This is considered to be because the etching of the dense pattern portion in the first step is likely to proceed.
また、本実施例では、1回の繰り返しで約1nmの厚さの反応生成物が付着することが分かっている。そこで、反応生成物に近い性質のSiO2膜を成膜したウェハを用いて削れ量を0.88nmとして、反応生成物が約1nmエッチングされるように高周波電力を50Wと設定した。 In addition, in this example, it is known that a reaction product having a thickness of about 1 nm adheres in one iteration. Therefore, the amount of scraping was set to 0.88 nm using a wafer on which a SiO 2 film having a property close to that of the reaction product was formed, and the high frequency power was set to 50 W so that the reaction product was etched by about 1 nm.
高周波電力を印加せずに、エッチング時間を延長する方法も考えられる。しかし、この方法では、トレンチの底面の反応生成物の除去は困難であることから、トレンチの底面の反応生成物を除去している間に、トレンチの側面の反応生成物が除去され、さらにシリコン基板までエッチングされて、ライン寸法の減少およびトレンチの形状異常が発生する。従って、短時間でトレンチの底面の反応生成物を完全に除去できるだけの高周波電力を印加する方法が有効である。 A method of extending the etching time without applying high frequency power is also conceivable. However, in this method, since it is difficult to remove the reaction product on the bottom surface of the trench, the reaction product on the side surface of the trench is removed while the reaction product on the bottom surface of the trench is being removed. Etching to the substrate causes a reduction in line size and an abnormal shape of the trench. Therefore, a method of applying high-frequency power that can completely remove the reaction product on the bottom surface of the trench in a short time is effective.
図8(a)は、パターン密部のトレンチの深さを240nmにするために、前述の表1に示した3つの工程を12回繰り返した場合において、第1の工程における時間変調された間欠的な高周波電力のOFF時間と疎密マイクロローディングとの関係を示すグラフ図である。図8(b)は、パターン密部のトレンチの深さを240nmにするために、前述の表1に示した3つの工程を12回繰り返した場合において、第1の工程における時間変調された間欠的な高周波電力のOFF時間とライン寸法との関係を示すグラフ図である。ここで、ライン寸法とは、例えば前述の図6に示すライン寸法207である。
FIG. 8A shows the time-modulated intermittent in the first step when the three steps shown in Table 1 are repeated 12 times in order to set the depth of the trench in the pattern dense portion to 240 nm. It is a graph which shows the relationship between the OFF time of typical high frequency electric power, and dense / micro loading. FIG. 8B shows the time-modulated intermittent in the first step when the three steps shown in Table 1 are repeated 12 times in order to make the depth of the trench in the pattern dense portion 240 nm. It is a graph which shows the relationship between the OFF time of typical high frequency electric power, and a line dimension. Here, the line dimension is, for example, the
図8(a)に示すように、OFF時間が0.32〜3.2msの範囲で、疎密マイクロローディングは79.3〜83.3nmである、これに対して、OFF時間が5ms以上では、疎密マイクロローディングは50.0〜56.7nmである。また、図8(b)に示すように、OFF時間を変化させても、ライン寸法は16.1〜16.5nmであり、変化していないことが分かる。 As shown in FIG. 8A, the OFF time is in the range of 0.32 to 3.2 ms, and the dense microloading is 79.3 to 83.3 nm. On the other hand, when the OFF time is 5 ms or more, The density microloading is 50.0-56.7 nm. Moreover, as shown in FIG.8 (b), even if it changes OFF time, it turns out that a line dimension is 16.1-16.5 nm and is not changing.
これは、OFF時間ではエッチングが進行しないことに起因する。すなわち、OFF時間が長くなることにより反応生成物の増加が抑えられ、また、排気が促進されることによりウェハに再付着する前に反応生成物は排気されるので、第1の工程のエッチング中、パターン密部のトレンチが狭まりにくくなり、狭い幅のトレンチでもエッチングが可能になったためである。また、OFF時間を長くすることで、第1の工程のエッチング中に堆積する反応生成物を減らしたにも関わらず、ライン寸法が小さくならないのは、第3の工程の効果によりトレンチの側面が十分酸化されて、保護できたためである。 This is due to the fact that etching does not proceed during the OFF time. That is, the increase in the reaction product is suppressed by extending the OFF time, and the reaction product is exhausted before being reattached to the wafer by promoting the exhaust, so that during the etching in the first step This is because the trenches in the dense pattern portion are less likely to be narrowed, and etching is possible even with narrow trenches. In addition, by increasing the OFF time, the reaction product deposited during the etching of the first step is reduced, but the line size does not become small because the side surface of the trench is not affected by the effect of the third step. This is because it was sufficiently oxidized and protected.
このように、第1の工程のエッチング中の反応生成物を減らす方法、第2の工程のエッチング後の反応生成物を除去する方法、および第3の工程の反応生成物が除去され露出したトレンチの側面を保護する方法により、パターン密部のライン寸法の変動およびトレンチの異常形状を抑制して、疎密マイクロローディングの低減を実現することができる。 Thus, a method for reducing reaction products during etching in the first step, a method for removing reaction products after etching in the second step, and a trench in which the reaction products in the third step are removed and exposed. By the method of protecting the side surfaces of the semiconductor device, the variation in the line size of the pattern dense portion and the abnormal shape of the trench can be suppressed, and the reduction of the density microloading can be realized.
なお、本実施例の最終形態としてライン寸法をさらに太くする必要があった。本実施例で使用したシリコン基板には、エッチングする前からハードマスク形成時に5nm程度のシリコン削れが観察され、その削れ部分の僅かな側面を保護するために第3の工程から処理を開始した。そして、第1の工程、第2の工程の順に12回繰り返して処理し、さらに、処理開始時の第3の工程に連続的な高周波電力を50W印加し、酸化を促進させることで、ライン寸法は目標とした18nmとなり、疎密マイクロローディングは48nmとなった。このことから、第3の工程、第1の工程、第2の工程の順の繰り返し、および第2の工程、第3の工程、第1の工程の順の繰り返しでもよく、本実施例と同様な効果が得られる。 In addition, as a final form of the present embodiment, it was necessary to further increase the line size. The silicon substrate used in this example was observed to have a silicon scraping of about 5 nm before forming the hard mask before etching, and processing was started from the third step in order to protect a slight side surface of the shaved portion. Then, the process is repeated 12 times in the order of the first process and the second process, and further, 50 W of continuous high frequency power is applied to the third process at the start of the process to promote oxidation, thereby increasing the line size. The target was 18 nm, and the density microloading was 48 nm. From this, it is possible to repeat the order of the third step, the first step, and the second step, and repeat the order of the second step, the third step, and the first step, as in this embodiment. Effects can be obtained.
また、本実施例の第1の工程では、Cl2ガスを用いたが、Cl2ガスにO2、N2、HBr、Ar、Heの1つまたは2つ以上を混合させた混合ガスを用いてもよく、本実施例と同様の効果が得られる。 In the first step of this embodiment, Cl 2 gas is used. However, a mixed gas in which one or more of O 2 , N 2 , HBr, Ar, and He is mixed with Cl 2 gas is used. The same effects as in the present embodiment may be obtained.
また、本実施例の第2の工程では、連続的な高周波電力を印加したが、時間変調された間欠的な高周波電力を印加してもよく、本実施例と同様の効果が得られる。 In the second step of this embodiment, continuous high-frequency power is applied, but time-modulated intermittent high-frequency power may be applied, and the same effects as in this embodiment can be obtained.
また、本実施例の第2の工程では、反応生成物を除去するガスとして、CF4とArとの混合ガスを用いたが、CF4、CHF3、C4F8、CH2F2、NF3、SF6のいずれか1つを含む単体ガス、またはCF4、CHF3、C4F8、CH2F2、NF3、SF6の2つ以上を混合させた混合ガスを用いてもよく、本実施例と同様の効果が得られる。 Further, in the second step of this example, a mixed gas of CF 4 and Ar was used as a gas for removing the reaction product, but CF 4 , CHF 3 , C 4 F 8 , CH 2 F 2 , using NF 3, single gas containing any one of SF 6 or CF 4, CHF 3, C 4 F 8, CH 2 F 2, NF 3, mixed gas obtained by mixing two or more of SF 6, In other words, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
また、本実施例の第3の工程では、O2とArとHeとの混合ガスを用いたが、O2の単体ガス、O2とArとの混合ガス、またはO2とHeとの混合ガスを用いてもよく、本実施例と同様の効果が得られる。 The mixing in the third step of the present embodiment uses a mixed gas of O 2, Ar and He, alone gases O 2, a mixed gas of O 2 and Ar, or O 2 and He Gas may be used, and the same effect as in this embodiment can be obtained.
また、本実施例の第3の工程では、高周波電力を印加しなかったが、高周波電力を印加してもよく、本実施例と同様の効果が得られる。 In the third step of the present embodiment, high frequency power is not applied, but high frequency power may be applied, and the same effect as in the present embodiment can be obtained.
なお、プラズマエッチング処理装置としては、マイクロ波プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、2周波励起平行平板型プラズマエッチング装置などが採用される。 As the plasma etching apparatus, a microwave plasma etching apparatus, an inductively coupled plasma etching apparatus, a helicon wave plasma etching apparatus, a two-frequency excitation parallel plate plasma etching apparatus, or the like is employed.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
101 真空容器
102 ウェハ載置用電極
103 電磁波発生用電源
104 シャワープレート
105 誘電体窓
106 処理室
107 ガス供給装置
108 真空排気口
109 導波管
110 磁場発生用コイル
111 ウェハ
112 マッチング回路
113 高周波電源
114 高周波フィルタ
115 直流電源
201 シリコン基板
202 ハードマスク
203 反応生成物
204 酸化部分
205 パターン密部のトレンチの深さ
206 パターン疎部のトレンチの深さ
207 ライン寸法
208 トレンチ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
(a)塩素を含有するガスを用いて、時間変調された高周波電力を印加しながら、前記シリコン基板をエッチングする第1の工程、
(b)前記第1の工程において形成された第2トレンチの側面および底面に堆積した堆積物を、フッ素を含有するガスを用いて除去する第2の工程、
(c)前記第2の工程において前記堆積物が除去された前記第2トレンチの側面および底面を、酸素を含有するガスを用いて酸化する第3の工程、
を有し、
前記第1の工程乃至前記第3の工程を繰り返すことにより、前記第1トレンチを形成し、
前記時間変調された高周波電力のOFF時間は5ms以上とする、プラズマ処理方法。 A plasma processing method for forming a first trench in a silicon substrate by plasma etching the silicon substrate using a mask in which a trench pattern having a width of 20 nm or less is formed,
(A) a first step of etching the silicon substrate using a chlorine-containing gas while applying time-modulated high-frequency power;
(B) a second step of removing deposits deposited on the side and bottom surfaces of the second trench formed in the first step using a fluorine-containing gas;
(C) a third step of oxidizing the side and bottom surfaces of the second trench from which the deposit has been removed in the second step using a gas containing oxygen;
Have
By repeating the first step to the third step, the first trench is formed,
The plasma processing method, wherein an OFF time of the time-modulated high-frequency power is 5 ms or more.
前記フッ素を含有するガスは、四フッ化メタンガスであり、
前記第1の工程の処理時間は、前記第2の工程の処理時間より長く、前記第3の工程の処理時間より短い、プラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1,
The fluorine-containing gas is tetrafluoromethane gas,
The plasma processing method, wherein a processing time of the first step is longer than a processing time of the second step and shorter than a processing time of the third step.
前記第3の工程では、高周波電力を印加する、プラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1,
In the third step, a plasma processing method of applying high frequency power.
前記第1の工程の全ガス流量に対する前記第1の工程の圧力は、前記第2の工程の全ガス流量に対する前記第2の工程の圧力および前記第3の工程の全ガス流量に対する前記第3の工程の圧力よりも低い、プラズマ処理方法。 In the plasma processing method of any one of Claims 1-3,
The pressure of the first step relative to the total gas flow rate of the first step is equal to the pressure of the second step relative to the total gas flow rate of the second step and the third pressure relative to the total gas flow rate of the third step. The plasma processing method is lower than the pressure of the process.
前記第1の工程に用いられるガスは、塩素ガスであり、
前記第2の工程に用いられるガスは、四フッ化メタンガスとアルゴンガスとの混合ガスであり、
前記第3の工程に用いられるガスは、酸素ガスとアルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスである、プラズマ処理方法。 In the plasma processing method of any one of Claims 1-4,
The gas used in the first step is chlorine gas,
The gas used in the second step is a mixed gas of tetrafluoromethane gas and argon gas,
The plasma processing method, wherein the gas used in the third step is a mixed gas of oxygen gas, argon gas, and helium gas.
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