JP6391734B2 - Semiconductor manufacturing method - Google Patents

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本発明は、プラズマを用いた半導体製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing method using plasma.

例えばプラズマを用いたドライエッチング装置で、プラズマを周期的にオンオフする技術に関しては特開平1−149965号公報(特許文献1)に開示されている。ここにはプラズマを周期的にオンオフして、オフ期間のアフタグローでプラズマの組成が異なることを利用して、イオン、ラジカル他を時間的、空間的に任意に制御する方法が述べられている。同特許文献1にはパルス幅を1ms以下、周期を10s以下にすることも記載されている。またプラズマ中の荷電粒子(イオン、電子)による損傷を防ぐために、プラズマをウェハから離れたところで発生して、長い距離を拡散させることにより荷電粒子を取り除き、Fラジカルのような電荷を持たない粒子によるエッチングを行う方法が特開昭62−31124号公報(特許文献2)に記載されている。このエッチングはケミカルドライエッチングと呼ばれている。   For example, a technique for periodically turning on / off plasma with a dry etching apparatus using plasma is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-149965 (Patent Document 1). Here, a method is described in which ions and radicals and the like are arbitrarily controlled temporally and spatially by utilizing the fact that the plasma composition varies depending on the afterglow in the off period by periodically turning on and off the plasma. The patent document 1 also describes that the pulse width is 1 ms or less and the period is 10 s or less. Also, in order to prevent damage caused by charged particles (ions, electrons) in the plasma, the plasma is generated at a distance from the wafer, the charged particles are removed by diffusing for a long distance, and particles having no charge such as F radicals. A method of performing etching by the method described in JP-A-62-31124 (Patent Document 2). This etching is called chemical dry etching.

特開平1−149965号公報JP-A-1-149965 特開昭62−31124号公報JP-A-62-31124

半導体素子の微細化とともにフィン電界効果トランジスタ(Fin−FET:Field Effect Transistor)と呼ばれる3次元構造のトランジスタの量産が開始されている。これに対応して微細化の鍵であるドライエッチング技術は、更なる微細化、高アスペクトおよび従来の2次元構造のトランジスタに無い複雑な形状の高精度のエッチングが要求され、ブレークスルー技術が必要になっている。   With the miniaturization of semiconductor elements, mass production of transistors having a three-dimensional structure called fin field effect transistors (Fin-FETs) has been started. Correspondingly, dry etching technology, which is the key to miniaturization, requires further miniaturization, high aspect and high-precision etching of complex shapes not found in conventional two-dimensional transistors, and requires breakthrough technology. It has become.

イオンを主体とした、イオンアシストエッチングでは異方性の高い形状加工ができる。一方、中性ラジカルを主体としたケミカルドライエッチングでは等方的かつ選択比が高い加工が可能となる。3次元構造トランジスタの加工にはこの両者が必要となる。しかし、従来技術ではイオンアシストエッチング装置とケミカルドライエッチング装置ではその構造が大きく異なっており、同一装置内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができなかった。   Highly anisotropic shape processing can be performed by ion-assisted etching mainly composed of ions. On the other hand, chemical dry etching mainly composed of neutral radicals enables isotropic processing with a high selectivity. Both of these are required for processing a three-dimensional transistor. However, in the prior art, the structures of the ion assist etching apparatus and the chemical dry etching apparatus are greatly different, and the ion assist etching and the chemical dry etching cannot be performed continuously in the same apparatus.

本発明の目的は、同一チャンバ内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができる半導体製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method capable of continuously performing ion-assisted etching and chemical dry etching in the same chamber.

本発明では上記目的を達成するために、連続放電のプラズマにより試料をプラズマエッチングする半導体製造方法において、
前記試料がプラズマエッチングされるプラズマ処理室内に磁場を生成し、
前記試料上の前記磁場の磁束密度を100G以下とすることを特徴とする半導体製造方法とする。
また、連続放電のプラズマにより試料をプラズマエッチングする半導体製造方法において、
前記試料がプラズマエッチングされるプラズマ処理室内に磁場を生成し、
前記磁場を生成する複数のコイルに流すそれぞれの電流の極性を逆にすることを特徴とする半導体製造方法とする。
In the present invention, in order to achieve the above object, in a semiconductor manufacturing method in which a sample is plasma-etched by continuous discharge plasma,
Generating a magnetic field in a plasma processing chamber in which the sample is plasma etched;
The semiconductor manufacturing method is characterized in that the magnetic flux density of the magnetic field on the sample is 100 G or less.
Moreover, in a semiconductor manufacturing method in which a sample is plasma etched by continuous discharge plasma,
Generating a magnetic field in a plasma processing chamber in which the sample is plasma etched;
The semiconductor manufacturing method is characterized in that the polarities of the respective currents flowing through the plurality of coils generating the magnetic field are reversed.

また、プラズマにより試料をプラズマエッチングする半導体製造方法において、
連続プラズマを用い前記試料が載置される試料台に供給する高周波電力を1W以上として前記試料をプラズマエッチングするイオンアシストエッチング工程と、
パルス変調された高周波電力により生成されたプラズマを用い前記試料台に供給する高周波電力を0Wとして前記試料をプラズマエッチングするケミカルドライエッチング工程とを有し、
前記イオンアシストエッチング工程と前記ケミカルドライエッチング工程は、前記試料がプラズマエッチングされる同一のプラズマ処理室内で連続して行われることを特徴とする半導体製造方法とする。
Further, in a semiconductor manufacturing method in which a sample is plasma etched by plasma,
An ion-assisted etching process that plasma etches the sample with a high frequency power of 1 W or more supplied to a sample stage on which the sample is placed using continuous plasma;
A chemical dry etching process in which the sample is plasma-etched with a high-frequency power supplied to the sample stage of 0 W using plasma generated by pulse-modulated high-frequency power,
The ion-assisted etching process and the chemical dry etching process are continuously performed in the same plasma processing chamber in which the sample is plasma-etched.

また、パルス変調された高周波電力により生成され、イオンとラジカルを含むプラズマにより試料をプラズマエッチングする半導体製造方法において、
同一のプラズマ処理室に配置された試料に対し、前記イオンの入射数と前記ラジカルの入射数の比が相対的に大きな第一のプラズマ処理工程と
前記イオンの入射数と前記ラジカルの入射数の比が相対的に小さな第二のプラズマ処理工程と、を有することを特徴とする半導体製造方法とする。
In addition, in a semiconductor manufacturing method in which a sample is plasma-etched with plasma containing ions and radicals generated by pulse-modulated high-frequency power,
For a sample placed in the same plasma processing chamber, the first plasma processing step in which the ratio of the number of incident ions to the number of incident radicals is relatively large, the number of incident ions and the number of incident radicals. And a second plasma processing step having a relatively small ratio.

本発明によれば、同一チャンバ内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができる半導体製造方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the semiconductor manufacturing method which can perform ion assist etching and chemical dry etching continuously in the same chamber.

本発明の第1の実施例に係る半導体製造方法(ドライエッチング)を行うために用いた半導体製造装置の概略全体構成図である。1 is a schematic overall configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus used for performing a semiconductor manufacturing method (dry etching) according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例に係る半導体製造方法(ドライエッチング)におけるパルスのデューティー比とウェハに入射する飽和イオン電流密度の関係を示す。The relationship between the duty ratio of the pulse and the saturated ion current density incident on the wafer in the semiconductor manufacturing method (dry etching) according to the first embodiment of the present invention is shown. 本発明の第2の実施例に係る半導体製造方法(ドライエッチング)におけるウェハ上の磁束密度と飽和イオン電流密度の関係を示す。The relationship between the magnetic flux density on a wafer and the saturation ion current density in the semiconductor manufacturing method (dry etching) concerning the 2nd example of the present invention is shown. 本発明の第3の実施例に係る半導体製造方法(ドライエッチング)におけるECR面の高さと飽和イオン電流密度の関係を示す。The relationship between the height of the ECR plane and the saturation ion current density in the semiconductor manufacturing method (dry etching) according to the third embodiment of the present invention is shown. 本発明の第5の実施例に係る半導体製造方法(ドライエッチング)における処理工程の概略図である。It is the schematic of the process process in the semiconductor manufacturing method (dry etching) based on the 5th Example of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例に係る半導体製造方法(ドライエッチング)を適用するプラズマエッチング装置の一例で、プラズマ生成手段にマイクロ波と磁場を利用した電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:以下ECRと称する)プラズマエッチング装置の概略図である。   FIG. 1 shows an example of a plasma etching apparatus to which a semiconductor manufacturing method (dry etching) according to a first embodiment of the present invention is applied. Electron Cyclotron Resonance (Electron Cyclotron Resonance) using a microwave and a magnetic field as plasma generating means. 1 is a schematic view of a plasma etching apparatus (hereinafter referred to as ECR).

この装置は、内部を真空排気できるチャンバ(プラズマ処理室)101と、試料であるウェハ102を配置する試料台103と、チャンバ101の上面に設けられた石英などのマイクロ波透過窓104と、その上方に設けられた導波管105と、マグネトロン106と、チャンバ101の周りに設けられたソレノイドコイル107と、試料台103に接続された静電吸着電源108と、高周波バイアス電源109とを備える。   This apparatus includes a chamber (plasma processing chamber) 101 that can be evacuated inside, a sample stage 103 on which a wafer 102 as a sample is placed, a microwave transmission window 104 such as quartz provided on the upper surface of the chamber 101, A waveguide 105 provided above, a magnetron 106, a solenoid coil 107 provided around the chamber 101, an electrostatic adsorption power supply 108 connected to the sample stage 103, and a high-frequency bias power supply 109 are provided.

ウェハ102は、ウェハ搬入口110からチャンバ101内に搬入された後、静電吸着電源108によって試料台103に静電吸着される。次にプロセスガスがガス導入口111からチャンバ101に導入される。チャンバ101内は、真空ポンプ(図示省略)により減圧排気され、所定の圧力(例えば、0.1Pa〜50Pa)に調整される。   The wafer 102 is carried into the chamber 101 from the wafer carry-in port 110 and then electrostatically adsorbed to the sample stage 103 by the electrostatic adsorption power source 108. Next, process gas is introduced into the chamber 101 from the gas inlet 111. The inside of the chamber 101 is evacuated by a vacuum pump (not shown) and adjusted to a predetermined pressure (for example, 0.1 Pa to 50 Pa).

次に、マグネトロン106から周波数2.45GHzのマイクロ波が発振され、導波管105と石英などのマイクロ波透過窓104を介してチャンバ101内に供給される。マイクロ波とソレノイドコイル107によって発生された磁場との相互作用によって処理ガスが励起され、ウェハ102上部の空間にイオンやラジカルが含まれたプラズマ112が形成される。   Next, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is oscillated from the magnetron 106 and supplied into the chamber 101 through the waveguide 105 and a microwave transmission window 104 such as quartz. The processing gas is excited by the interaction between the microwave and the magnetic field generated by the solenoid coil 107, and a plasma 112 containing ions and radicals is formed in the space above the wafer 102.

マグネトロン106の出力はパルス変調することが可能で、この時間変調周波数をプラズマパルス周波数fp、逆数をプラズマパルス周期とする。一方、試料台103には、高周波バイアス電源109によって高周波バイアス電力が印加され、プラズマ112中のイオンがウェハ102上に垂直に加速され入射する。プラズマ112からのラジカルとイオンの作用によってウェハ102が異方的にエッチングされる。   The output of the magnetron 106 can be pulse-modulated, and the time modulation frequency is set as the plasma pulse frequency fp and the inverse is set as the plasma pulse period. On the other hand, a high-frequency bias power is applied to the sample stage 103 by a high-frequency bias power source 109, and ions in the plasma 112 are vertically accelerated and incident on the wafer 102. The wafer 102 is anisotropically etched by the action of radicals and ions from the plasma 112.

また、高周波バイアス電源109には、パルス発生装置113が接続されており、パルス発生装置113が発生させる連続パルス波によって高周波バイアス電源109により試料台103に供給される高周波バイアス電力をパルス変調することができる。   In addition, a pulse generator 113 is connected to the high frequency bias power source 109, and the high frequency bias power supplied to the sample stage 103 from the high frequency bias power source 109 is pulse-modulated by a continuous pulse wave generated by the pulse generator 113. Can do.

このパルス変調の周波数をバイアスパルス周波数fbとし、その逆数をバイアスパルス周期とする。また、パルス発生装置113は、バイアスパルス周波数と、1周期におけるオンの期間とオフの期間の比を任意に設定できる機能を有する。尚、1周期に対するオン期間の割合をデューティー(Duty)比と呼ぶ。   The frequency of this pulse modulation is a bias pulse frequency fb, and its reciprocal is a bias pulse cycle. Further, the pulse generator 113 has a function capable of arbitrarily setting the bias pulse frequency and the ratio between the on period and the off period in one cycle. Note that the ratio of the ON period to one cycle is referred to as a duty ratio.

次に、ウェハへのイオンの入射を低減させるための一例を説明する。図2に第1の高周波電源であるマグネトロン106をオンオフ変調して、そのデューティー(Duty)比とウェハに入射する飽和イオン電流密度の関係を示す。飽和イオン電流密度の値は時間的に平均した値である。表1はプラズマの条件を示しており、条件1および条件2のデューティー比のαとβはデューティー比を変更したことを意味し、オンオフの周波数は1000Hzである。   Next, an example for reducing the incidence of ions on the wafer will be described. FIG. 2 shows the relationship between the duty ratio of the magnetron 106, which is the first high-frequency power source, and the saturation ion current density incident on the wafer. The value of the saturated ion current density is a value averaged over time. Table 1 shows the plasma conditions. The duty ratios α and β in the conditions 1 and 2 mean that the duty ratio is changed, and the on / off frequency is 1000 Hz.

Figure 0006391734
Figure 0006391734

マイクロ波電力が600Wでも1000Wでも飽和イオン電流密度はデューティー比が約30%から急激に減少して、約20%で変曲点になると同時にラジカル主体のエッチングが可能な0.5mA以下になる。 Whether the microwave power is 600 W or 1000 W, the saturated ion current density rapidly decreases from about 30% of the duty ratio, becomes about 20%, becomes an inflection point, and at the same time becomes 0.5 mA or less that allows radical-based etching.

この原因を調べるために、高速の計測器を用いて飽和イオン電流密度の時間変化を測定した。その結果、オン時間が0.3ms以下ではオン時間内に飽和イオン電流密度が定常値まで達していないことが分かった。すなわち、ウェハ上の飽和イオン電流密度を低減するためには飽和イオン電流密度が定常値に達する前にプラズマをオフすることが非常に有効であることが分かる。具体的にはオン時間を0.2ms以下にしてかつデューティー比を20%以下にすると、飽和イオン電流密度は十分低下できる。即ち、デューティー比を変えることによりイオンアシストエッチング(イオンの入射数とラジカルの入射数の比が相対的に大きい)とケミカルエッチング(イオンの入射数とラジカルの入射数の比が相対的に小さい)を切り替えることができる。これにより、半導体製造においてイオンアシストエッチングとケミカルエッチングとの一貫処理が可能となる。   In order to investigate this cause, the time change of the saturation ion current density was measured using a high-speed measuring instrument. As a result, it was found that the saturation ion current density did not reach the steady value within the on time when the on time was 0.3 ms or less. That is, it can be seen that turning off the plasma before the saturation ion current density reaches a steady value is very effective in reducing the saturation ion current density on the wafer. Specifically, when the on-time is 0.2 ms or less and the duty ratio is 20% or less, the saturated ion current density can be sufficiently reduced. That is, by changing the duty ratio, ion-assisted etching (the ratio of the incident number of ions to the incident number of radicals is relatively large) and chemical etching (the ratio of the incident number of ions to the incident number of radicals is relatively small). Can be switched. Thereby, it is possible to perform integrated processing of ion-assisted etching and chemical etching in semiconductor manufacturing.

次にイオンアシストエッチングからケミカルドライエッチングを一貫で加工する際の課題の解決策を説明する。ケミカルドライエッチングではプラズマ密度を下げているので、プラズマが着火しにくいという課題が生じる。安定的に着火するにはプラズマ密度が高く着火しやすい着火ステップをケミカルドライエッチングステップ前に挿入すればよいが、するとラジカル主体のエッチングと相反することになってしまう。これを回避するためには、ケミカルドライエッチングのステップにイオン化電圧が低くかつエッチング特性に影響を与えない気体を混合すればよい。たとえばKrやXeを全体に全流量の10%以下(但し、0%以上)混合することで、この課題を回避できる。また別の方法として前述した堆積膜除去ステップと着火ステップを兼用する方法がある。このためには保護膜除去ステップとケミカルドライエッチングステップの間をプラズマ発生用の第1の高周波電源の出力を切ることなく連続して移行すればよい。   Next, the solution of the problem at the time of processing chemical dry etching consistently from ion assist etching is explained. In chemical dry etching, the plasma density is lowered, which causes a problem that the plasma is difficult to ignite. In order to ignite stably, an ignition step having a high plasma density and being easy to ignite may be inserted before the chemical dry etching step. However, this would conflict with radical-based etching. In order to avoid this, a gas that has a low ionization voltage and does not affect the etching characteristics may be mixed in the chemical dry etching step. For example, this problem can be avoided by mixing 10% or less (however, 0% or more) of the total flow rate with Kr or Xe as a whole. As another method, there is a method in which the deposited film removing step and the ignition step are combined. For this purpose, the transition between the protective film removing step and the chemical dry etching step may be performed continuously without turning off the output of the first high-frequency power source for generating plasma.

以上本実施例によれば、同一チャンバ内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができる半導体製造方法を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a semiconductor manufacturing method capable of continuously performing ion-assisted etching and chemical dry etching in the same chamber.

ウェハ上の飽和イオン電流密度を低減する第3の実施例に係る半導体製造方法について説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。   A semiconductor manufacturing method according to a third embodiment for reducing the saturated ion current density on the wafer will be described. Note that the matters described in the first embodiment but not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there is no particular circumstance.

図3はウェハ中心直上の磁束密度と飽和イオン電流密度の関係を示している。また、プラズマの条件は表2の条件3を用い、コイルを変更させて測定を行っている。   FIG. 3 shows the relationship between the magnetic flux density just above the wafer center and the saturation ion current density. In addition, the plasma condition is the condition 3 in Table 2, and the measurement is performed by changing the coil.

Figure 0006391734
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図3より、ウェハ面上の磁束密度を減少させるとウェハ上の飽和イオン電流密度が減少していくことが分かる。飽和イオン電流密度とイオン密度には相関があり、これは磁束密度が減ることによりイオンのウェハへの到達が減少したため、結果的に飽和イオン電流密度も減少したと言える。さらに磁束密度が100Gで飽和イオン電流密度の変化量が最も大きく、ラジカルエッチをする際はウェハ上の磁束密度が100G以下で使用することが望ましいといえる。 FIG. 3 shows that the saturation ion current density on the wafer decreases as the magnetic flux density on the wafer surface decreases. There is a correlation between the saturated ion current density and the ion density. This is because the arrival of ions to the wafer is reduced by decreasing the magnetic flux density, and as a result, the saturated ion current density is also reduced. Further, when the magnetic flux density is 100 G, the amount of change in the saturation ion current density is the largest, and it can be said that the magnetic flux density on the wafer is desirably 100 G or less when performing radical etching.

さらに、上記の結果より磁束密度を減らすことによってイオン密度を減少できることより、コイルに流す電流の極性を変化させ測定を行った。行った条件を表2に示す(条件4)。表2のコイルに流す電流の極性を変化させることにより、ウェハ上の飽和イオン電流密度も減少した。これは、コイルに流す電流の極性を変化させることにより、チャンバ内の磁力線が壁方向へ移動し、結果としてイオンが壁方向に導かれ、ウェハ上のイオン密度が減少したため、飽和イオン電流密度が減少したと言える。すなわち、磁束密度を変化させる、或いはコイル電流の極性を変化させることにより、イオンアシストエッチングとケミカルエッチングとを切り替えることができる。これにより、半導体製造においてイオンアシストエッチングとケミカルエッチングとの一貫処理が可能となる。   Furthermore, since the ion density can be reduced by reducing the magnetic flux density from the above results, the measurement was performed by changing the polarity of the current flowing through the coil. The conditions performed are shown in Table 2 (Condition 4). By changing the polarity of the current flowing through the coil of Table 2, the saturated ion current density on the wafer was also reduced. This is because, by changing the polarity of the current flowing through the coil, the magnetic lines of force in the chamber move toward the wall, and as a result, ions are guided toward the wall and the ion density on the wafer is reduced. It can be said that it decreased. That is, ion assist etching and chemical etching can be switched by changing the magnetic flux density or changing the polarity of the coil current. Thereby, it is possible to perform integrated processing of ion-assisted etching and chemical etching in semiconductor manufacturing.

以上本実施例によれば、同一チャンバ内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができる半導体製造方法を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a semiconductor manufacturing method capable of continuously performing ion-assisted etching and chemical dry etching in the same chamber.

本発明の第3の実施例に係る半導体製造方法について図4を用いて説明する。なお、実施例1又は2に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。図4で示す実施例ではECR面の高さと飽和イオン電流密度の関係を示している。図4より、ECR面をウェハ上より離すことによって飽和イオン電流密度が低下することがわかる。これは、ECR面をウェハ上から離すことにより、イオンの拡散距離が増加する。拡散距離が増加すると壁面に衝突するイオンと電子の数が増加し、両者は再結合するためECR面をウェハ上から離すことによりイオンの密度が減少し、飽和イオン電流密度が減少したと言える。ECR高さ100mm程度から急激に飽和イオン電流密度が減少する理由は、通常距離の2乗に比例して減少するがECR面が石英のマイクロ波透過窓104に近くなることにより壁での減衰が相乗効果として効いてくるからである。さらに、天板上よりも上にECR面を形成した際、チャンバ内におけるプラズマ密度が弱くなり、イオンの密度が減少するため、結果として飽和イオン電流密度も小さくなるといえる。   A semiconductor manufacturing method according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that matters described in the first or second embodiment but not described in the present embodiment can also be applied to the present embodiment unless there are special circumstances. The example shown in FIG. 4 shows the relationship between the height of the ECR plane and the saturation ion current density. FIG. 4 shows that the saturation ion current density is lowered by separating the ECR surface from the wafer. This is because the diffusion distance of ions is increased by separating the ECR surface from the wafer. When the diffusion distance increases, the number of ions and electrons that collide with the wall surface increase, and both recombine. Therefore, it can be said that the ion density is decreased by separating the ECR surface from the wafer, and the saturated ion current density is decreased. The reason why the saturated ion current density suddenly decreases from an ECR height of about 100 mm is that it decreases in proportion to the square of the normal distance, but the ECR surface becomes closer to the quartz microwave transmission window 104 and the attenuation at the wall is reduced. This is because it works as a synergistic effect. Further, when the ECR plane is formed above the top plate, the plasma density in the chamber is weakened and the ion density is reduced, and as a result, the saturated ion current density is also reduced.

以上よりラジカルエッチを行う際はイオンの生成を抑えるため、ECR面の高さがウェハ上から150mmの高さ以上にすることが望ましいといえる。すなわち、ECR面の高さを変化させることにより、イオンアシストエッチングとケミカルエッチングとを切り替えることができる。これにより、半導体製造においてイオンアシストエッチングとケミカルエッチングとの一貫処理が可能となる。   From the above, it can be said that it is desirable that the height of the ECR surface be 150 mm or more from the top of the wafer in order to suppress the generation of ions when performing radical etching. That is, the ion assist etching and the chemical etching can be switched by changing the height of the ECR plane. Thereby, it is possible to perform integrated processing of ion-assisted etching and chemical etching in semiconductor manufacturing.

以上本実施例によれば、同一チャンバ内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができる半導体製造方法を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a semiconductor manufacturing method capable of continuously performing ion-assisted etching and chemical dry etching in the same chamber.

本発明の第4の実施例に係る半導体製造方法について説明する。なお、実施例1乃至3のいずれかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。   A semiconductor manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention will be described. Note that the matters described in any of the first to third embodiments but not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there are no special circumstances.

チャンバ101内の圧力とプラズマ密度の関係を求めると、低圧から圧力を上昇させた際に、5Pa以上でプラズマ密度が減少していく。これは圧力を上昇させるにつれてチャンバ内の滞在ガスの量が増加し、イオンと電子の密度が過密となり、イオンと電子が衝突して再結合することで、プラズマの密度が減少したと言える。従って、ケミカルドライエッチングを行う際は5Pa以上の領域でエッチングを行うことが有効である。すなわち、チャンバ内の圧力を変化させることにより、イオンアシストエッチングとケミカルエッチングとを切り替えることができる。これにより、半導体製造においてイオンアシストエッチングとケミカルエッチングとの一貫処理が可能となる。   When the relationship between the pressure in the chamber 101 and the plasma density is obtained, when the pressure is increased from a low pressure, the plasma density decreases at 5 Pa or more. It can be said that as the pressure is increased, the amount of staying gas in the chamber increases, the density of ions and electrons becomes overcrowded, and ions and electrons collide and recombine, thereby reducing the plasma density. Therefore, when chemical dry etching is performed, it is effective to perform etching in a region of 5 Pa or more. That is, ion assist etching and chemical etching can be switched by changing the pressure in the chamber. Thereby, it is possible to perform integrated processing of ion-assisted etching and chemical etching in semiconductor manufacturing.

以上本実施例によれば、同一チャンバ内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができる半導体製造方法を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a semiconductor manufacturing method capable of continuously performing ion-assisted etching and chemical dry etching in the same chamber.

本発明の第5の実施例に係る半導体製造方法について説明する。なお、実施例1乃至4のいずれかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。   A semiconductor manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention will be described. Note that matters described in any of the first to fourth embodiments but not described in the present embodiment can also be applied to the present embodiment unless there are special circumstances.

これまでの実施例ではケミカルドライエッチングを行うプロセス方法であったが、図5はイオンアシストエッチングからケミカルドライエッチングを一貫で加工する例である。表3はその条件を示す。   In the embodiments so far, the chemical dry etching is a process method, but FIG. 5 shows an example in which chemical dry etching is consistently processed from ion-assisted etching. Table 3 shows the conditions.

Figure 0006391734
Figure 0006391734

図5(a)に被処理基板となる薄膜構造を示す。第1の膜に酸化膜(SiO等)501があり、その下に第2の膜としてSi層503と第3の膜としてSiGe層502が交互に積層構造を形成している。ここでSi層503およびSiGe層502はエピタキシャル成長法により作製した結晶Siおよび結晶SiGeである。 FIG. 5A shows a thin film structure to be a substrate to be processed. An oxide film (SiO 2 or the like) 501 is provided as a first film, and a Si layer 503 as a second film and a SiGe layer 502 as a third film alternately form a laminated structure thereunder. Here, the Si layer 503 and the SiGe layer 502 are crystalline Si and crystalline SiGe produced by an epitaxial growth method.

次に、図5(b)に示すよう、酸化膜501をマスクとし、Si層503とSiGe層502のイオンアシストエッチングを行う(ステップ1、2)。この工程ではSi層503とSiGe層502の側壁に堆積膜504を形成しイオンアシストエッチングを行っている。この時の試料へのバイアス電力は100Wとしたが、1W以上であれば適用可能である。   Next, as shown in FIG. 5B, ion-assisted etching of the Si layer 503 and the SiGe layer 502 is performed using the oxide film 501 as a mask (steps 1 and 2). In this step, a deposition film 504 is formed on the sidewalls of the Si layer 503 and the SiGe layer 502 and ion-assisted etching is performed. The bias power applied to the sample at this time is 100 W, but it can be applied if it is 1 W or more.

次に同一チャンバ内でケミカルドライエッチングを行うが、ラジカル主体のエッチングはイオンのエネルギーを利用しないために、チャンバ内の残留ガスやウェハの表面状態に大きく影響される。安定した処理を行うためには表3のステップ3に示すように、チャンバ内を一旦真空排気するステップを設けることが有効である。   Next, chemical dry etching is performed in the same chamber. Since radical-based etching does not use ion energy, it is greatly affected by residual gas in the chamber and the surface state of the wafer. In order to perform stable processing, it is effective to provide a step of evacuating the chamber once as shown in Step 3 of Table 3.

さらに表3のステップ4のようイオンアシストエッチング時に生じたウェハ上の堆積物を除去するステップを入れることが有効となる。図5(c)はイオンアシストエッチング後のSi層503とSiGe層502の側壁についた堆積膜の除去ステップ4を示しており、側壁の堆積膜の除去に関してはプラズマからの発光の変化を測定して側壁堆積膜の除去終了を確認するとさらに精度よく連続処理できる。図5(d)は側壁の堆積膜を除去した後の断面形状を示している。なお、ステップ4、5の時の試料への高周波バイアス電力は0Wとした。   Further, it is effective to include a step of removing deposits on the wafer generated during ion-assisted etching as in step 4 of Table 3. FIG. 5C shows a step 4 of removing the deposited film on the side walls of the Si layer 503 and the SiGe layer 502 after the ion-assisted etching. Regarding the removal of the deposited film on the side wall, the change in emission from plasma is measured. If the completion of the removal of the sidewall deposition film is confirmed, continuous processing can be performed with higher accuracy. FIG. 5D shows a cross-sectional shape after removing the deposited film on the side wall. Note that the high-frequency bias power applied to the sample in steps 4 and 5 was set to 0 W.

その後、図5(e)は側壁の堆積膜除去後、ケミカルドライエッチングを行い得られた断面形状について示している。   FIG. 5E shows a cross-sectional shape obtained by performing chemical dry etching after removing the deposited film on the side wall.

以上のようにイオンアシストエッチング後のケミカルドライエッチングを行うために、堆積膜の除去ステップを入れることにより、イオンアシストエッチングからケミカルドライエッチングを一貫で加工することができる。   In order to perform chemical dry etching after ion-assisted etching as described above, chemical dry etching can be processed consistently from ion-assisted etching by including a step of removing the deposited film.

以上本実施例によれば、同一チャンバ内でイオンアシストエッチングとケミカルドライエッチングを連続して行うことができる半導体製造方法を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a semiconductor manufacturing method capable of continuously performing ion-assisted etching and chemical dry etching in the same chamber.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

101…チャンバ(プラズマ処理室)、102…ウェハ{試料}、103…試料台、104…マイクロ波透過窓、105…導波管、106…マグネトロン、107…ソレノイドコイル、108…静電吸着電源、109…高周波バイアス電源、110…ウェハ搬入口、111…ガス導入口、112…プラズマ、113…パルス発生装置、501…酸化膜、502…シリコンゲルマニウム層(SiGe)、503…シリコン層(Si)、504…堆積膜(反応生成物)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Chamber (plasma processing chamber), 102 ... Wafer {sample}, 103 ... Sample stand, 104 ... Microwave transmission window, 105 ... Waveguide, 106 ... Magnetron, 107 ... Solenoid coil, 108 ... Electrostatic adsorption power supply, DESCRIPTION OF SYMBOLS 109 ... High frequency bias power source, 110 ... Wafer inlet, 111 ... Gas inlet, 112 ... Plasma, 113 ... Pulse generator, 501 ... Oxide film, 502 ... Silicon germanium layer (SiGe), 503 ... Silicon layer (Si), 504: Deposited film (reaction product).

Claims (3)

プラズマ処理室にて試料をプラズマエッチングする半導体製造方法において、
連続プラズマを用い前記試料をイオンアシストエッチングする第一の工程と、
前記第一の工程後、前記プラズマ処理室内を真空排気する第二の工程と、
前記第二の工程後、前記試料に堆積した堆積膜を除去する第三の工程と
前記第三の工程後、パルス変調された高周波電力により生成されたプラズマを用い前記試料をケミカルドライエッチングする第四の工程と、を有し、
前記第一の工程から前記第四の工程までを同一の前記プラズマ処理室内にて連続して行うことを特徴とする半導体製造方法。
In a semiconductor manufacturing method in which a sample is plasma etched in a plasma processing chamber,
A first step of ion-assisted etching the sample by using a continuous plasma,
A second step of evacuating the plasma processing chamber after the first step;
A third step of removing the deposited film deposited on the sample after the second step ;
Have a, a fourth step of chemical dry etching the sample using the following the third step, generated by the high frequency power is pulse-modulated plasma,
A method for manufacturing a semiconductor , comprising performing the first step to the fourth step continuously in the same plasma processing chamber .
請求項1に記載の半導体製造方法において、
前記第一の工程は、前記試料が載置される試料台に供給する高周波電力を1W以上として行われ、
前記第四の工程は、前記試料台に供給する高周波電力を0Wとして行われることを特徴とする半導体製造方法。
The semiconductor manufacturing method according to claim 1,
The first step is performed by setting the high frequency power supplied to the sample stage on which the sample is placed as 1 W or more,
The fourth step, a semiconductor manufacturing process, characterized in that, taken in the 0W high frequency power supplied to the sample stage.
請求項1または請求項2に記載の半導体製造方法において、
前記第三の工程は、パルス変調された高周波電力により生成されたプラズマを用いて行われ、
前記第三の工程から前記第四の工程への移行は、前記第三の工程のプラズマを継続しながら行われることを特徴とする半導体製造方法。
In the semiconductor manufacturing method according to claim 1 or 2 ,
The third step is performed using plasma generated by pulse-modulated high-frequency power,
Transition from the third step to the fourth step is performed while continuing the plasma of the third step .
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