JPH05182935A - Dry-etching method - Google Patents

Dry-etching method

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JPH05182935A
JPH05182935A JP4151290A JP15129092A JPH05182935A JP H05182935 A JPH05182935 A JP H05182935A JP 4151290 A JP4151290 A JP 4151290A JP 15129092 A JP15129092 A JP 15129092A JP H05182935 A JPH05182935 A JP H05182935A
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etching
lower electrode
plasma
polysilicon
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Fumihiko Higuchi
文彦 樋口
Yoshio Fukazawa
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Abstract

PURPOSE:To extend the selecting range of etching state by a method wherein the mixed gas containing the first gas containing bromine and the second gas containing halogen excluding bromine is fed to a processed body and then a polysilicon exposed layer is etched away using a plasma comprising the mixed gas turned into plasma state. CONSTITUTION:A silicon oxide film, a polysilicon film are laminated on a silicon substrate and then a wafer W formed on the polysilicon film as the processed body is mounted on a circular lower electrode 2B. Next, HBr gas as the first gas and HCl gas as the second gas are led into a vacuum chamber 1 through a gas leading-in pipe and gas diffused plates 13, 14 to be vacuumized through an exhaust pipe 15. Next, a plasma is produced by impressing the space between an upper electrode 2A and the lower electrode 2B with high-frequency power and simultaneously irradiating the space with ultraviolet rays to etch away the wafer W on the polysilicon film. Through these procedures, a high selection ratio is shown at high etching rate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体ウエハに対
してエッチング処理をするためのドライエッチング方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for etching a semiconductor wafer, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ウエハの処理工程において、例え
ばキャパシタや素子の分離、あるいはコンタクトホール
の形成などのためにドライエッチングが行われている。
このようなエッチングにおいては、多様な要求がなさ
れ、レジスト膜や下地膜に対する大きな選択比、溝の側
壁のスムースな垂直性(良好な異方性)、大きなエッチ
ング速度、及び残渣が少ないことなどが要求される。
2. Description of the Related Art In the process of processing a semiconductor wafer, dry etching is carried out, for example, for the purpose of separating capacitors and elements or forming contact holes.
In such etching, various requirements are made, such as a large selection ratio with respect to the resist film and the underlying film, smooth verticality (good anisotropy) of the side wall of the groove, a large etching rate, and a small residue. Required.

【0003】そこで従来では、例えばCClなどのガ
スを用い、これに例えば電場をかけてプラズマを生成
し、プラズマに含まれるClによって膜を除去していく
一方、Cによりレジスト膜の有機成分やケイ素(Si)
と共に保護膜を形成して、異方性を確保すると共に、ガ
ス流量や電力値を調整して大きなエッチング速度及び高
選択比の得られる条件を見出だしてエッチングを行なう
ようにしていた。
Therefore, conventionally, for example, a gas such as CCl 4 is used, and an electric field is applied to the gas to generate plasma, and the film is removed by Cl contained in the plasma, while the organic component of the resist film and C are removed by C. Silicon (Si)
At the same time, a protective film is formed to secure anisotropy, and the conditions of obtaining a high etching rate and a high selection ratio are found by adjusting the gas flow rate and the electric power value to perform etching.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、1種類のガスの中で側壁保護作用と膜の除去
作用とを持たせて異方性形状を得るようにしているた
め、例えば側壁保護作用を強くするとポリマーの一部が
予定外のところに残渣として付着するなど双方の作用が
最適に発揮される条件を見出だす事が困難である。
However, in the conventional method, the anisotropic shape is obtained by providing the side wall protecting action and the film removing action in one kind of gas. When the protective action is strengthened, it is difficult to find conditions under which both actions are optimally exerted, for example, a part of the polymer adheres as a residue to an unexpected place.

【0005】しかも各作用の程度は電力値の大きさ即ち
プラズマのエネルギーなどの他の条件によっても変わっ
てくるから、結局大きなエッチング速度、良好な異方性
及び高選択比を同時に満足する最適条件を見出だす事が
非常に困難である。
Moreover, the degree of each action also changes depending on other conditions such as the magnitude of the electric power value, that is, the energy of the plasma, so that the optimum condition is to satisfy a large etching rate, a good anisotropy and a high selection ratio at the same time. It is very difficult to find out.

【0006】例えば大きなエッチング速度を得るために
はプラズマのエネルギーを大きくすればよいが、このよ
うにするとスパッタ作用が強すぎて下地膜に対する選択
比がとれなくなってオーバエッチングとなるし、また逆
にプラズマのエネルギーを小さくすると選択比が高くな
るが、今度はエッチング速度が小さくなると共に、エッ
チングすべき膜の表面に酸化部分があると、除去作用が
弱まって柱状の残渣として残ることもある。
For example, in order to obtain a high etching rate, it is sufficient to increase the plasma energy, but in this case, the sputtering action is too strong and the selection ratio with respect to the underlying film cannot be obtained, resulting in overetching. When the energy of plasma is reduced, the selection ratio increases, but this time the etching rate also decreases, and if there is an oxidized portion on the surface of the film to be etched, the removal action weakens and it may remain as a column-shaped residue.

【0007】本発明はこのような背景のもとになされた
ものであり、その目的は、高い選択比及び大きなエッチ
ング速度を得ながら良好な異方性エッチングを達成でき
る方法を提供する事にある。
The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide a method capable of achieving a good anisotropic etching while obtaining a high selection ratio and a large etching rate. ..

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、互い
に対向する一対の電極の一方の電極上に、ポリシリコン
露出層を含む被処理体を載置する工程と、臭素を含む第
1のガスと、臭素以外のハロゲンを含む第2のガスとを
含む混合ガスを、被処理体上に供給すると共に、前記一
対の電極間に高周波電圧を印加して当該混合ガスをプラ
ズマ化し、このプラズマにより当該ポリシリコン露出層
をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a step of placing an object to be processed including a polysilicon exposed layer on one of a pair of electrodes facing each other, and a first step including bromine. Gas and a second gas containing a halogen other than bromine are supplied onto the object to be processed, and a high frequency voltage is applied between the pair of electrodes to turn the mixed gas into plasma, Etching the exposed polysilicon layer with plasma.

【0009】請求項2の発明は、一対の電極の間隔を6
〜8mmに設定し、被処理体の表面温度を60〜100
℃に設定したことを特徴とする。
According to a second aspect of the invention, the distance between the pair of electrodes is 6
~ 8mm, the surface temperature of the object to be treated is 60 ~ 100
It is characterized by being set at ℃.

【0010】[0010]

【作用】例えばHBrガスとHClガスとの混合ガスを
電極上の被処理体に供給し、電極間に高周波電圧を印加
して得られたプラズマによりエッチングを行なうと、B
rが例えばレジスト膜の有機成分やケイ素(Si)など
と反応してポリマーを生成し、これにより側壁保護が行
われると共に、Clにより例えばポリシリコン膜の除去
が行われると推察される。従って側壁保護作用と膜の除
去作用とが夫々2種類のガスに分担されているので、こ
れらの流量比をコントロールすることにより、最適なエ
ッチングが行われる。
When, for example, a mixed gas of HBr gas and HCl gas is supplied to the object to be processed on the electrodes and a high-frequency voltage is applied between the electrodes to perform etching by plasma obtained,
It is presumed that r reacts with, for example, an organic component of the resist film or silicon (Si) to generate a polymer, whereby sidewall protection is performed, and Cl removes the polysilicon film, for example. Therefore, the side wall protecting action and the film removing action are respectively shared by the two kinds of gases, so that optimum etching can be performed by controlling the flow rate ratio of these two gases.

【0011】[0011]

【実施例】以下本発明の実施例について述べると、図1
はエッチング処理を行うための装置の一例を示す図であ
る。
EXAMPLE An example of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an apparatus for performing an etching process.

【0012】図1に示す真空チャンバ1には、処理ガス
を導入するためのガス導入管11が連結されており、こ
のガス導入管11の出口領域には、ガスを均一に導入す
るためのガス導入室12が形成されている。
A gas introducing pipe 11 for introducing a processing gas is connected to the vacuum chamber 1 shown in FIG. 1, and an outlet region of the gas introducing pipe 11 is provided with a gas for uniformly introducing the gas. An introduction chamber 12 is formed.

【0013】このガス導入室12と真空チャンバ1内と
の間には、例えばアルマイトよりなる第1及び第2のガ
ス拡散板13、14が設けられており、前段側の第1の
ガス拡散板13は、図2の(a)に示すように例えば口
径3〜5cm程度の孔13aが中央部とその周囲4ケ所
に形成されると共に、後段側の第2のガス拡散板14
は、図2の(b)に示すように例えば0.5〜1mm程
度の孔14aが放射状に形成されている。前記ガス拡散
板13、14や、これらを取り巻く部材は、この例では
上部電極2Aを構成するものである。
Between the gas introduction chamber 12 and the vacuum chamber 1, there are provided first and second gas diffusion plates 13 and 14 made of, for example, alumite, and the first gas diffusion plate on the preceding stage side. As shown in FIG. 2A, the hole 13 has a hole 13a having a diameter of 3 to 5 cm, for example, at the central portion and four peripheral portions thereof, and the second gas diffusion plate 14 on the rear stage side.
As shown in FIG. 2B, the holes 14a having a diameter of, for example, about 0.5 to 1 mm are radially formed. The gas diffusion plates 13 and 14 and the members surrounding them constitute the upper electrode 2A in this example.

【0014】前記上部電極2Aの下方側には、半導体ウ
エハWの載置部を兼ねた下部電極2Bが上部電極2Aと
対向するように配置されており、上部電極2Aはコンデ
ンサCを介して高周波電源RFに接続されると共に、下
部電極2Bは接地されている。また前記下部電極2Bの
内部には、ウエハWを冷却し例えばその表面温度を70
〜120℃の範囲に保つための冷却流体の流路(図示せ
ず)が形成されている。
Below the upper electrode 2A, a lower electrode 2B which also serves as a mounting portion for the semiconductor wafer W is arranged so as to face the upper electrode 2A, and the upper electrode 2A has a high frequency through a capacitor C. The lower electrode 2B is connected to the power supply RF and grounded. Inside the lower electrode 2B, the wafer W is cooled and its surface temperature is, for example, 70%.
A flow path (not shown) for the cooling fluid is formed to maintain the temperature in the range of 120 ° C.

【0015】更に前記真空チャンバ1の側面には、窓部
31を介して紫外線ランプ3が配置されており、このラ
ンプ3よりの紫外線をプラズマ放電領域に照射するよう
にしている。このように紫外線のエネルギーを利用すれ
ば、低い電力エネルギーでプラズマを発生することがで
き、ウエハに対する活性種のスパッタダメージを抑える
ことができる。なお、図中15はガス排気管、16はガ
ス排気管に接続された真空ポンプ、17はAPC(au
tomatic pressurecontrolle
r)である。
Further, an ultraviolet lamp 3 is arranged on the side surface of the vacuum chamber 1 through a window portion 31, and ultraviolet rays from the lamp 3 are applied to the plasma discharge region. By using the energy of ultraviolet rays in this way, plasma can be generated with low power energy, and sputter damage of the active species to the wafer can be suppressed. In the figure, 15 is a gas exhaust pipe, 16 is a vacuum pump connected to the gas exhaust pipe, and 17 is an APC (au
tomatic pressure control
r).

【0016】次に上述の装置を用いてエッチングを行っ
た具体的な例について述べる。シリコン基板上に酸化シ
リコン(SiO)膜、ポリシリコン膜が夫々例えば厚
さ200オングストローム、4000オングストローム
で、この順に積層され、更にポリシリコン膜の表面に、
例えば厚さ10000オングストロームのレジスト膜が
形成された直径15cmのウエハWを被処理体として例
えば直径18cmの円形上の下部電極2B上に載置し、
第1のガスであるHBrガス及び第2のガスであるHC
lガスを、夫々例えば30SCCM、200SCCMの
流量でガス導入管11及びガス拡散板13、14を通じ
て真空チャンバ1内に導入すると共に、排気管15を通
じて真空引きすることにより、ガス圧を例えば600m
Torrに設定する。
Next, a specific example of etching using the above apparatus will be described. A silicon oxide (SiO 2 ) film and a polysilicon film are stacked in this order on the silicon substrate, for example, with a thickness of 200 Å and 4000 Å, respectively, and further on the surface of the polysilicon film.
For example, a wafer W having a diameter of 15 cm on which a resist film having a thickness of 10000 angstrom is formed is mounted on a circular lower electrode 2B having a diameter of, for example, 18 cm as an object to be processed,
HBr gas that is the first gas and HC that is the second gas
l gas is introduced into the vacuum chamber 1 through the gas introduction pipe 11 and the gas diffusion plates 13 and 14 at a flow rate of 30 SCCM and 200 SCCM, respectively, and is evacuated through the exhaust pipe 15 so that the gas pressure is 600 m, for example.
Set to Torr.

【0017】そして電極2A、2B間に例えば周波数1
3.56MHz、電力値200Wの高周波電力を印加す
ると共に、紫外線ランプ7を照射してプラズマを発生さ
せ、ウエハWのポリシリコン膜のエッチングを行った。
このときウエハWの表面温度は約100℃、上部電極2
A、下部電極2Bの温度は夫々40℃、60℃であっ
た。なおウエハWの表面温度はサーモラベルを用いて測
定した。
Then, for example, a frequency of 1 is applied between the electrodes 2A and 2B.
The polysilicon film of the wafer W was etched by applying a high frequency power of 3.56 MHz and a power value of 200 W and irradiating the ultraviolet lamp 7 to generate plasma.
At this time, the surface temperature of the wafer W is about 100 ° C., and the upper electrode 2
The temperatures of A and the lower electrode 2B were 40 ° C. and 60 ° C., respectively. The surface temperature of the wafer W was measured using a thermo label.

【0018】このようなエッチングにおけるエッチング
速度及び選択比については次の通りであった。即ちポリ
シリコンのエッチング速度が夫々3549オングストロ
ーム/分であり、酸化シリコンに対する選択比(ポリシ
リコンのエッチング速度/酸化シリコンのエッチング速
度)、及びレジストに対する選択比(ポリシリコンのエ
ッチング速度/レジストのエッチング速度)は夫々2
0.8及び6.5であった。
The etching rate and the selection ratio in such etching were as follows. That is, the etching rate of polysilicon is 3549 angstroms / minute, respectively, and the selection ratio to silicon oxide (etching rate of polysilicon / etching rate of silicon oxide) and the selection ratio to resist (etching rate of polysilicon / etching rate of resist) ) Is 2 each
It was 0.8 and 6.5.

【0019】また上述のエッチングにおいて、電力値が
150W、250W、即ちウエハ単位面積当りの電力値
が0.85〜1.41W/cm2 の場合について夫々上
述と同様のエッチングを行ったところ、エッチング速
度、選択比の結果は図3に示す通りであった。なお図3
には、上述の結果も合わせて示してあり、○はポリシリ
コンのエッチング速度、△は酸化シリコンに対する選択
比、×はレジストに対する選択比である。
Further, in the above etching, when the power values were 150 W and 250 W, that is, the power values per unit area of the wafer were 0.85 to 1.41 W / cm 2 , the same etching as that described above was carried out. The results of speed and selectivity were as shown in FIG. Figure 3
In addition, the above-mentioned results are also shown in the table, ◯ indicates the etching rate of polysilicon, Δ indicates the selection ratio for silicon oxide, and × indicates the selection ratio for resist.

【0020】そして各条件でエッチングを終了した後ウ
エハ表面をSEM写真で観察したところ、下地膜をオー
バエッチすることなく、下地膜に対してほぼ垂直にポリ
シリコン膜がカットされており、更にコーナ部に残渣が
ほとんど付着しておらず、直角性の良いカットがなされ
ていた。
After the etching was completed under each condition, the surface of the wafer was observed with an SEM photograph. As a result, the polysilicon film was cut almost perpendicularly to the base film without overetching the base film. Almost no residue was attached to the part, and the cut was made with good right angle.

【0021】即ち、この実施例によれば約2400オン
グストローム/分〜3500オングストローム/分と大
きなエッチング速度でかつ酸化シリコンに対して約16
〜35と高い選択比でポリシリコンをエッチングでき、
オーバエッチすることなくかつ異方性の良いエッチング
を達成できると共に、レジストに対しても高い選択比が
得られることが理解される。
That is, according to this embodiment, the etching rate is as high as about 2400 angstroms / minute to 3500 angstroms / minute and about 16 times for silicon oxide.
Polysilicon can be etched with a high selection ratio of ~ 35,
It is understood that etching with good anisotropy can be achieved without overetching, and a high selection ratio can be obtained for the resist.

【0022】次に図1の装置を用いて、HClガスの代
わりにClガスを第2のガスとして真空チャンバ1内
に導入すると共に、総流量に対するHBrの流量比を2
5%、50%、75%に夫々設定し(Clの流量比は
夫々75%、50%、25%となる)、更に電力値を1
75Wとして上述と同様のウエハWに対してエッチング
を行ったところ、エッチング速度、選択比の結果は図4
に示す通りであった。なお図4中○はポリシリコンのエ
ッチング速度、△は酸化シリコンに対する選択比、×は
レジストに対する選択比である。
Next, using the apparatus of FIG. 1, Cl 2 gas is introduced as a second gas into the vacuum chamber 1 instead of HCl gas, and the flow rate ratio of HBr to the total flow rate is set to 2
Set to 5%, 50%, and 75%, respectively (Cl 2 flow rate ratios are 75%, 50%, and 25%, respectively), and set the power value to 1
When the same wafer W as described above was etched at 75 W, the results of the etching rate and the selection ratio are shown in FIG.
It was as shown in. In FIG. 4, ◯ is the etching rate of polysilicon, Δ is the selection ratio for silicon oxide, and X is the selection ratio for resist.

【0023】この結果からわかるようにHBrガス及び
CLガスを混合ガスとして用いた場合においても、酸
化シリコンに対して約25〜50と高い選択比でかつ2
000〜3000オングストローム/分と大きな速度で
ポリシリコンをエッチングでき、レジストに対しても大
きな選択比が得られる。
As can be seen from these results, even when HBr gas and CL 2 gas are used as a mixed gas, the selectivity is as high as about 25 to 50 for silicon oxide and 2
Polysilicon can be etched at a large rate of 000 to 3000 angstrom / min, and a large selection ratio can be obtained for resist.

【0024】しかしながら各エッチング終了後にウエハ
の表面をSEM写真で観察したところ、HBrガスの流
量比が75%(HBr75/CL25)の条件のもの
は図5に示すように下地膜(酸化シリコン膜)41に多
数の柱状の残渣41aが生成されていた。図5中42は
ポリシリコン膜、43はレジスト膜である。またHBr
ガスの流量比が25%(HBr25/CL75)の条
件のものについては、前記柱状の残渣は全く見られなか
ったが、HBrガスの流量比が50%(HBr50/C
50)の条件のものは僅かに柱状の残渣がみられ
た。
[0024] However Observation of the surface of the wafer after each etched with SEM photograph, the flow rate of HBr gas is 75% (HBr75 / CL 2 25 ) base film (silicon oxide as conditions those shown in FIG. 5 of the A large number of columnar residues 41 a were formed on the film 41. In FIG. 5, 42 is a polysilicon film and 43 is a resist film. Also HBr
Gas flow rate of 25% for (HBr25 / CL 2 75) conditions things, the columnar residue was not observed at all, the flow rate of HBr gas is 50% (HBr50 / C
The slightly columnar residues those conditions L 2 50) were observed.

【0025】次にこのような現象を、先述のように高い
選択比が得られることと合わせて考察する。まずHBr
ガスの流量比を多くすると残渣の量が多くなることか
ら、Cl(塩素)が主としてポリシリコンを除去してい
く一方、Br(臭素)がケイ素やレジスト膜中の有機成
分と共にポリマーを生成し、これがポリシリコン膜の側
壁に付着して保護膜となり、これによって異方性が得ら
れていると考えられる。
Next, such a phenomenon will be considered together with the fact that a high selection ratio can be obtained as described above. First, HBr
As the gas flow rate ratio increases, the amount of residue increases, so that Cl (chlorine) mainly removes polysilicon, while Br (bromine) forms a polymer together with silicon and the organic components in the resist film, It is considered that this adheres to the side wall of the polysilicon film and becomes a protective film, and that anisotropy is obtained by this.

【0026】そしてHBrの流量比がかなり大きくなる
と前記ポリマーの量が過剰になり、この結果ポリマーが
側壁以外に付着堆積して、柱状の残渣となって現れるも
のと推察される。
When the flow rate ratio of HBr becomes considerably large, the amount of the polymer becomes excessive, and as a result, the polymer is presumed to be deposited and deposited on the portions other than the side wall and appear as columnar residues.

【0027】このような残渣はデバイスに対して不純物
となってその特性を損なうものであるから、HBrガス
とCLガスとの混合ガスによりエッチングを行う場合
には、上記の残渣の生成を抑えるために、混合ガス(H
Br+CL)に対するHBrガスの流量比が50%以
下であることが望ましい。またHBrガスの流量比が小
さすぎると、側壁保護機能が低下し、側壁がえぐられて
アンダーカットになってしまうため結局HBrガスの流
量比は5〜50%の範囲であることが好ましい。
Since such a residue acts as an impurity on the device and impairs its characteristics, generation of the above residue is suppressed when etching is performed with a mixed gas of HBr gas and CL 2 gas. For mixed gas (H
The flow rate ratio of HBr gas to Br + CL 2 ) is preferably 50% or less. If the flow rate ratio of HBr gas is too small, the side wall protection function is deteriorated, and the side wall is scooped and undercut, so that the flow rate ratio of HBr gas is preferably in the range of 5 to 50%.

【0028】以上のようにBrによる側壁保護機能とC
lによる膜の除去機能との相互作用により異方性エッチ
ングを確保するにあたっては、柱状の残渣の生成を抑え
るために、Clに対するBrの量がある限界値を越えな
いようにすることが重要であるが、その限界値について
は、Brを生成するガスの種類とClを生成するガスの
種類によって左右されると考えられ、予め実験を行なっ
て、柱状の残渣が生成される流量比を把握しておくこと
が必要である。
As described above, the side wall protection function of Br and C
In order to secure the anisotropic etching due to the interaction with the film removal function of l, it is important that the amount of Br relative to Cl does not exceed a certain limit value in order to suppress the formation of columnar residues. However, the limit value is considered to depend on the type of gas that produces Br and the type of gas that produces Cl. Experiments were conducted in advance to determine the flow rate ratio at which columnar residues are produced. It is necessary to keep it.

【0029】そしてHBrガスとHClガスとの混合ガ
スにより上述のウエハに対してエッチングを行なったと
ころ、少なくともHBrガスが10〜50SCCM、H
Clガスが150〜300SCCMの範囲においては、
柱状の残渣が生成されることなく、コーナーの直角性の
良い良好なエッチングを行なうことができた。
When the above-mentioned wafer was etched with a mixed gas of HBr gas and HCl gas, at least HBr gas of 10 to 50 SCCM, H
When the Cl gas is in the range of 150 to 300 SCCM,
Good etching with good corner right angle could be performed without generating columnar residues.

【0030】ここで除去機能を果たすハロゲンとして
は、Clに限らず、Br以外の例えばFなどであっても
よく、そのハロゲンを含むガスであれば第2のガスとし
て種々のガスを用いることができる。
Here, the halogen that performs the removing function is not limited to Cl, but may be, for example, F other than Br, and if the gas contains the halogen, various gases can be used as the second gas. it can.

【0031】また側壁保護機能を果たすBrを含む第1
のガスとしては、HBrガスに限らずBrガスなど種
々のガスを用いることができる。
Also, a first component containing Br that fulfills a side wall protection function.
The gas is not limited to HBr gas, and various gases such as Br 2 gas can be used.

【0032】また本発明ではエッチングに直接関与する
ガスの他に、例えばプラズマを安定させるためにHeな
どの不活性ガスを真空チャンバ内に導入するようにして
もよい。更にまた第1のガスとしては、少なくともBr
を含むガスであれば他のハロゲンを含む化合物であって
もよく、第2のガスとしては、少なくともBr以外のハ
ロゲンを含むガスであれば、その中にBrが含まれてい
るガスであってもよい。
In the present invention, in addition to the gas directly involved in etching, an inert gas such as He may be introduced into the vacuum chamber in order to stabilize the plasma. Furthermore, as the first gas, at least Br
Any other halogen-containing compound may be used as long as it is a gas containing, and the second gas is a gas containing Br if it is a gas containing at least halogen other than Br. Good.

【0033】図6は被処理体(半導体ウエハ)Wを機械
的クランプ手段で固定するとともに、半導体ウエハW裏
面と、これを支持する下部電極上面との間の空間に伝熱
媒体としての気体を導入する装置を用いて、ポリシリコ
ンのエッチングをおこなう例を示している。
In FIG. 6, an object to be processed (semiconductor wafer) W is fixed by mechanical clamping means, and a gas as a heat transfer medium is introduced into the space between the back surface of the semiconductor wafer W and the upper surface of the lower electrode supporting the same. An example is shown in which polysilicon is etched using the apparatus to be introduced.

【0034】本図中、5はアルミニウム表面をアルマイ
ト処理し内部を気密に保持した反応容器であって、その
上部には、昇降機構51により昇降可能な電極体52が
設けられている。この電極体52は表面をアルマイト処
理したアルミニウムから作られている。また、この電極
体52には冷却手段が組み合わせられており、この冷却
手段は、例えば電極体52内部に循環する流路53と、
これに配管54を介して接続された冷却装置55とから
なり、例えば水を所定温度に制御して循環する構造とな
っている。
In the figure, reference numeral 5 denotes a reaction vessel in which the aluminum surface is anodized and the inside is kept airtight, and an electrode body 52 which can be raised and lowered by an elevating mechanism 51 is provided above the reaction vessel. The electrode body 52 is made of aluminum whose surface is anodized. A cooling means is combined with the electrode body 52, and the cooling means includes, for example, a flow path 53 circulating inside the electrode body 52,
The cooling device 55 is connected to this via a pipe 54, and has a structure in which, for example, water is controlled to a predetermined temperature and circulates.

【0035】この電極体52の下面には例えば多数の孔
が形成されたアモルファスカーボン製の上部電極6A
が、この電極体52と電気的に接続されかつ空間60を
介して設けられている。この空間60にはガス供給管6
1が接続されており、このガス供給管61は、反応容器
5外部のガス供給源(図示しない)からの反応ガスを空
間60に供給する役割をもっている。この上部電極6A
および電極体52の周囲には絶縁リング56が設けられ
ている。この絶縁リング56の下面から上部電極6A下
面周縁部に延びるようにしてシールドリング57が配設
されている。このシールドリング57はエッチング処理
される半導体ウエハWとほぼ同じ口径にプラズマを発生
できるように絶縁体例えば四弗化エチレン樹脂で形成さ
れている。また、反応容器5の下方には反応容器5内部
を所定の真空状態に排気するための排気管58が設けら
れている。さらに上部電極6Aは高周波電源RFに接続
されている。
An upper electrode 6A made of amorphous carbon having a large number of holes formed on the lower surface of the electrode body 52, for example.
Are electrically connected to the electrode body 52 and are provided via the space 60. In this space 60, the gas supply pipe 6
1 is connected, and this gas supply pipe 61 has a role of supplying a reaction gas from a gas supply source (not shown) outside the reaction container 5 to the space 60. This upper electrode 6A
An insulating ring 56 is provided around the electrode body 52. A shield ring 57 is arranged so as to extend from the lower surface of the insulating ring 56 to the peripheral portion of the lower surface of the upper electrode 6A. The shield ring 57 is made of an insulating material such as ethylene tetrafluoride resin so that plasma can be generated in the same diameter as the semiconductor wafer W to be etched. Further, an exhaust pipe 58 for exhausting the inside of the reaction container 5 to a predetermined vacuum state is provided below the reaction container 5. Further, the upper electrode 6A is connected to the high frequency power supply RF.

【0036】そして配管61の途中には上部電極6Aの
冷却不良を検出するため、フロースイッチ62が設けら
れ、配管54中に流れる冷却水の流量が設定範囲内であ
るか否かまたは冷却水の流れの有無を検出し、設定値か
ら外れた場合にプラズマの発生を停止するようになって
いる。
A flow switch 62 is provided in the middle of the pipe 61 to detect a cooling failure of the upper electrode 6A, and it is determined whether the flow rate of the cooling water flowing in the pipe 54 is within a set range or not. The presence or absence of a flow is detected, and when it deviates from the set value, plasma generation is stopped.

【0037】上部電極6Aの下方に、これに対向して半
導体ウエハWの載置台を兼ねる下部電極6Bが設けられ
ている。また下部電極6Bの上面には、厚み約25ミク
ロンの絶縁性弾性フィルム63(ポリイミド系樹脂)が
アクリル系接着剤により貼り付けられている。この弾性
フィルム63は半導体ウエハWと下部電極6Bとの間の
インピーダンスを一定にするために設けられている。す
なわち、半導体ウエハWと下部電極6Bとの間のインピ
ーダンスは両者の間の間隔依存するため不均一になり易
いが、両者の間に絶縁性弾性フィルム63を介在させる
ことにより、両者間のインピーダンスは両者の面間の間
隔よりも弾性フィルム63により支配されるため一定と
なりやすくなる。
Below the upper electrode 6A, a lower electrode 6B serving as a mounting table for the semiconductor wafer W is provided so as to face the upper electrode 6A. An insulating elastic film 63 (polyimide resin) having a thickness of about 25 μm is attached to the upper surface of the lower electrode 6B with an acrylic adhesive. The elastic film 63 is provided to keep the impedance between the semiconductor wafer W and the lower electrode 6B constant. That is, the impedance between the semiconductor wafer W and the lower electrode 6B tends to be non-uniform because it depends on the distance between the two, but by interposing the insulating elastic film 63 between them, the impedance between them is Since it is dominated by the elastic film 63 rather than the distance between the two surfaces, it tends to be constant.

【0038】下部電極6Bの外周側には、例えばエアシ
リンダなどの駆動機構64によって昇降可能なクランプ
リング65が配置されており、このクランプリング65
によって、半導体ウエハWの周縁部を弾性フィルム63
側に押圧することにより、半導体ウエハWは所定のクラ
ンプ荷重で下部電極6Bの上面に保持される。
A clamp ring 65 which can be moved up and down by a drive mechanism 64 such as an air cylinder is arranged on the outer peripheral side of the lower electrode 6B.
The peripheral portion of the semiconductor wafer W is removed by the elastic film 63.
By pressing it to the side, the semiconductor wafer W is held on the upper surface of the lower electrode 6B with a predetermined clamp load.

【0039】また、下部電極6Bの上面は、半導体ウエ
ハWの周縁部にクランプリング65によって加えられた
クランプ荷重が、半導体ウエハWの周辺部での固定によ
る等分布荷重として加わったと仮定した時の半導体ウエ
ハWの変形曲面(等分布荷重曲面)とほぼ同一の曲面で
凸状に形成されている。
On the upper surface of the lower electrode 6B, it is assumed that the clamp load applied to the peripheral edge of the semiconductor wafer W by the clamp ring 65 is applied as an evenly distributed load due to the fixing at the peripheral portion of the semiconductor wafer W. The semiconductor wafer W is formed in a convex shape with a curved surface that is substantially the same as the deformed curved surface (uniformly distributed load curved surface).

【0040】下部電極6Bには半導体ウエハWを冷却す
るように冷却水管66に連通する冷却ジャケット67が
内蔵されている。
The lower electrode 6B has a built-in cooling jacket 67 communicating with the cooling water pipe 66 so as to cool the semiconductor wafer W.

【0041】ここで、下部電極6Bの上面に配置された
弾性フィルム63と半導体ウエハWとの間には、微視的
に見ると半導体ウエハW裏面の表面粗さにより微小な空
間が必然的に形成される。そのため、下部電極6B内部
には、弾性フィルム63と半導体ウエハWとの間の伝熱
を助ける媒体となる気体を上記微小空間内に導入するた
めのガス導入管7が中央部を貫通して設けられている。
このガス導入管7は反応容器5外に配置された圧力調整
機構70を介してガス供給源71に接続されている。
Here, a microscopic space is inevitably formed between the elastic film 63 disposed on the upper surface of the lower electrode 6B and the semiconductor wafer W due to the surface roughness of the back surface of the semiconductor wafer W when viewed microscopically. It is formed. Therefore, inside the lower electrode 6B, a gas introduction pipe 7 for introducing a gas serving as a medium for assisting heat transfer between the elastic film 63 and the semiconductor wafer W into the minute space is provided so as to penetrate the central portion. Has been.
The gas introduction pipe 7 is connected to a gas supply source 71 via a pressure adjusting mechanism 70 arranged outside the reaction vessel 5.

【0042】ガス導入管7は圧力調整機構70内で分岐
され、一方の分岐管には、ガス供給源71側から順に、
導入ガスの流量を調整する流量調整器72、主開閉弁7
3および圧力ゲージ74が設けられている。また、他方
の分岐管には、副開閉弁75および圧力調整弁76を介
して真空ポンプ77に接続されている。圧力調整弁76
は圧力ゲージ74によって計測された弾性フィルム63
と半導体ウエハWとの間の上記微小空間内の圧力に応じ
て予め記憶された制御プログラムにより自動的にコンピ
ュータ制御が、コントローラ78によってなされ、また
主開閉弁73と副開閉弁75とが連動するように構成さ
れている。
The gas introduction pipe 7 is branched in the pressure adjusting mechanism 70, and one branch pipe is sequentially arranged from the gas supply source 71 side.
Flow rate regulator 72 for adjusting the flow rate of the introduced gas, main on-off valve 7
3 and a pressure gauge 74 are provided. The other branch pipe is connected to a vacuum pump 77 via a sub opening / closing valve 75 and a pressure adjusting valve 76. Pressure control valve 76
Is the elastic film 63 measured by the pressure gauge 74.
The computer 78 is automatically controlled by a controller 78 according to a control program stored in advance in accordance with the pressure in the minute space between the semiconductor wafer W and the semiconductor wafer W, and the main opening / closing valve 73 and the auxiliary opening / closing valve 75 are interlocked. Is configured.

【0043】伝熱媒体用ガスとしては、窒素ガス、ヘリ
ウム、アルゴンなどの不活性ガスが用いられるが、半導
体ウエハの処理に用いられる反応ガスを用いることも可
能であり、特にガスの種類には限定されない。
As the heat transfer medium gas, an inert gas such as nitrogen gas, helium or argon is used, but it is also possible to use a reaction gas used for processing a semiconductor wafer. Not limited.

【0044】上記のような機械的クランプによる半導体
ウエハWの固定方式のほか、図7に示すような静電チャ
ックにより半導体ウエハWを固定するようにしてもよ
い。
In addition to the method of fixing the semiconductor wafer W by the mechanical clamp as described above, the semiconductor wafer W may be fixed by an electrostatic chuck as shown in FIG.

【0045】図7は下部電極部分のみを示しており、他
の構成は図6に示すものと全く同様のものを用いること
ができる。
FIG. 7 shows only the lower electrode portion, and the other structure can be exactly the same as that shown in FIG.

【0046】この図7の装置を説明すると、下部構成部
材81上に絶縁部82を介してテーブル83が設けられ
ている。このテーブル83には、半導体ウエハWを固
定、保持する静電チャック84と、半導体ウエハWの温
度調節を行う温度調節部85とが設けられ、温度調節部
85には冷却流体を循環させる流体通路86が形成され
ている。
Explaining the apparatus of FIG. 7, a table 83 is provided on the lower component member 81 via an insulating portion 82. The table 83 is provided with an electrostatic chuck 84 for fixing and holding the semiconductor wafer W, and a temperature adjusting section 85 for adjusting the temperature of the semiconductor wafer W. The temperature adjusting section 85 has a fluid passage for circulating a cooling fluid. 86 is formed.

【0047】さらに、下部構成部材81と絶縁部82と
テーブル83を貫通して、熱伝達ガス供給孔87が形成
されると共に、この熱伝達ガス供給孔87の基端部には
熱伝達ガスユニット88が接続されており、当該熱伝達
ガスユニット88よりこのガス供給孔87を介して、ヘ
リウムなどの熱伝達ガスを静電チャック84と半導体ウ
エハWとの間に、例えば10Torrの圧力で毎秒1c
c供給することにより、半導体ウエハWと静電チャック
87間の温度差を10℃以下に抑えることも可能であ
る。
Further, a heat transfer gas supply hole 87 is formed penetrating the lower component 81, the insulating part 82 and the table 83, and a heat transfer gas unit is formed at the base end of the heat transfer gas supply hole 87. 88 is connected, and a heat transfer gas such as helium is transferred between the electrostatic chuck 84 and the semiconductor wafer W from the heat transfer gas unit 88 via the gas supply hole 87 at a pressure of, for example, 10 Torr per second 1c.
By supplying c, the temperature difference between the semiconductor wafer W and the electrostatic chuck 87 can be suppressed to 10 ° C. or less.

【0048】静電チャック84は、下部電極を構成する
チャック本体91と、チャック本体91の上面に配置さ
れる柔軟性を有する静電吸着シート92と、この静電吸
着シート92に給電するための給電用シート93とを有
する。チャック本体91は、例えばアルミニウムで形成
され、裏面まで貫通する矩形の穴(図示しない)を有す
る。
The electrostatic chuck 84 includes a chuck body 91 which constitutes a lower electrode, a flexible electrostatic attraction sheet 92 which is arranged on the upper surface of the chuck body 91, and a power source for supplying power to the electrostatic attraction sheet 92. And a power feeding sheet 93. The chuck body 91 is made of, for example, aluminum and has a rectangular hole (not shown) that penetrates to the back surface.

【0049】静電吸着シート92は絶縁性の2枚のポリ
イミドシート92aと、これらのポリイミドシート92
aの間に介挿された誘電層としての導電性シート92b
とを有し、チャック本体91の表面形状に合わせて円形
に形成されている。2枚のポリイミドシート92aの周
縁部は、導電性シート92bの周縁部を覆うように融着
されている。導電性シート92bは銅などの導電体で形
成され、約20ミクロンの厚みを有し、ポリイミドシー
ト92aは1枚当たり約50ミクロンの厚みを有してい
る。
The electrostatic attraction sheet 92 includes two insulating polyimide sheets 92a and these polyimide sheets 92a.
Conductive sheet 92b as a dielectric layer interposed between a and
And has a circular shape according to the surface shape of the chuck body 91. The peripheral edges of the two polyimide sheets 92a are fused so as to cover the peripheral edges of the conductive sheet 92b. The conductive sheet 92b is made of a conductor such as copper and has a thickness of about 20 microns, and each polyimide sheet 92a has a thickness of about 50 microns.

【0050】給電用シート93は、静電吸着シート92
と同様に2枚のポリイミドシート93aと、これらの間
に介挿された導電性シート93bとから構成される。な
お、給電用シート93と静電吸着シート92とは熱膨脹
係数がほぼ等しい材質であればよく、必ずしも同一材料
で形成する必要はない。
The power feeding sheet 93 is an electrostatic attraction sheet 92.
Similarly, it is composed of two polyimide sheets 93a and a conductive sheet 93b interposed between them. The power feeding sheet 93 and the electrostatic attraction sheet 92 need only be made of materials having substantially the same thermal expansion coefficient, and are not necessarily formed of the same material.

【0051】給電用シート93の一端部に接点が形成さ
れ、静電吸着シート92の裏面に形成された接点に電気
的に接続されている。給電用シート93の他端部にも接
点が形成され、この接点がリード線94に電気的に接続
されている。このリード線94は、スイッチ95を介し
て直流電源96に接続されている。従って、スイッチ9
5をONにして直流電源96から例えば2KVの直流電
圧を給電用シート93を介して静電吸着シート92に印
加することができる。なお、上記給電用シート93の他
端部の接点の付近は図示しないOリングにより気密にシ
ールされている。
A contact is formed at one end of the power feeding sheet 93, and is electrically connected to a contact formed on the back surface of the electrostatic attraction sheet 92. A contact is also formed on the other end of the power feeding sheet 93, and this contact is electrically connected to the lead wire 94. The lead wire 94 is connected to a DC power supply 96 via a switch 95. Therefore, switch 9
5 is turned on, and a DC voltage of, for example, 2 KV can be applied from the DC power supply 96 to the electrostatic attraction sheet 92 via the power feeding sheet 93. The vicinity of the contact at the other end of the power feeding sheet 93 is hermetically sealed by an O-ring (not shown).

【0052】上記静電チャック84では、半導体ウエハ
Wと、静電吸着シート92の導電性シート92bとの間
に直流電源96によって高電圧(2KV)を印加し、導
電性シート92bと半導体ウエハWとに正と負の電荷を
生じさせ、この間に働くクーロン力によって半導体ウエ
ハWを吸着保持することができる。この際の吸着力F
は、S:導電性シート252の面積、ε:絶縁膜の誘電
率、V:電圧、d:絶縁膜の厚み、とすると、理論的に
は下記の式によって表される。
In the electrostatic chuck 84, a high voltage (2 KV) is applied by the DC power supply 96 between the semiconductor wafer W and the conductive sheet 92b of the electrostatic attraction sheet 92, and the conductive sheet 92b and the semiconductor wafer W are applied. Positive and negative charges are generated in and, and the semiconductor wafer W can be adsorbed and held by the Coulomb force that acts between them. Adsorption force F at this time
Is theoretically represented by the following equation, where S is the area of the conductive sheet 252, ε is the dielectric constant of the insulating film, V is the voltage, and d is the thickness of the insulating film.

【0053】F=(1/2)Sε(V/d)2 上記吸着力Fは、絶縁膜にポリイミドシートを用いた場
合には、F=50g/cm2 、セラミックを用いた場合
には、200〜500g/cm2 となる。
F = (1/2) Sε (V / d) 2 The above adsorption force F is F = 50 g / cm 2 when a polyimide sheet is used for the insulating film, and when the ceramic is used. It becomes 200-500 g / cm 2 .

【0054】本実施例では、上記吸着力Fを得るための
給電手段として、静電吸着シート92とチャック本体9
1によって覆われている給電用シート93とを使用して
いる。従って、静電チャックをプラズマエッチング装置
のチャックに使用する場合には、給電用シート93がプ
ラズマ生成空間に露出していないので、プラズマダメー
ジを受けることなく、シートの寿命を大幅に伸ばすこと
ができる。
In this embodiment, the electrostatic attraction sheet 92 and the chuck body 9 are used as a power feeding means for obtaining the attraction force F.
The sheet for power feeding 93 covered with 1 is used. Therefore, when the electrostatic chuck is used as the chuck of the plasma etching apparatus, since the power feeding sheet 93 is not exposed to the plasma generation space, the life of the sheet can be greatly extended without being damaged by the plasma. ..

【0055】さらに本実施例ではプラズマエッチングを
行う際に、温度調節部85によって半導体ウエハWの温
度調節、例えば冷却をおこなっている。このような冷却
を行うためには、半導体ウエハWと静電吸着シート92
との間に熱伝達率を高めるためのガスを充填すること
(例えば図6に示す装置を介して)が不可欠となる。つ
まり、上述した上記吸着力Fでは熱伝達が良好に行われ
ないからである。そこで、上記吸着力Fは、半導体ウエ
ハWおよび静電吸着シート92の間に導入される熱伝導
性ガスの圧力を高めるための密封作用も有している。
Further, in this embodiment, the temperature of the semiconductor wafer W is adjusted, for example, cooled by the temperature adjusting unit 85 when performing the plasma etching. In order to perform such cooling, the semiconductor wafer W and the electrostatic attraction sheet 92
It is indispensable to fill a gas for increasing the heat transfer coefficient between the and (for example, via the device shown in FIG. 6). In other words, heat transfer is not satisfactorily performed with the above-mentioned adsorption force F. Therefore, the attraction force F also has a sealing action for increasing the pressure of the heat conductive gas introduced between the semiconductor wafer W and the electrostatic attraction sheet 92.

【0056】静電吸着シート92および給電用シート9
3の絶縁層と導電層を形成する絶縁材料、導電材料とし
ては、ポリイミド、銅に限定されるもではなく、絶縁層
としてはセラミックシートも用いることができる。な
お、静電吸着シート92および給電用シート93の材料
としては、両者の熱変形によって接点間の電気的接続に
支障を生じないような、熱膨脹係数がほぼ等しい材料で
あればいずれでもよい。
Electrostatic attraction sheet 92 and power feeding sheet 9
The insulating material and the conductive material forming the insulating layer and the conductive layer of No. 3 are not limited to polyimide and copper, and a ceramic sheet can be used as the insulating layer. Any material may be used as the material for the electrostatic attraction sheet 92 and the power feeding sheet 93 as long as they have substantially the same thermal expansion coefficient so that thermal deformation of both does not hinder the electrical connection between the contacts.

【0057】なお、上記静電チャックをプラズマエッチ
ング装置に適用した場合には、プラズマが上部電極と下
部電極との間に発生した時に、これらの電極間に配置さ
れた半導体ウエハは発生したプラズマによって上部電極
と導通し、半導体ウエハに負の電荷が蓄積される。その
ため、正の電荷が蓄積される静電吸着シートと半導体ウ
エハとの間のクーロン力が増加し、静電チャックの吸着
力が高められる。
When the above electrostatic chuck is applied to a plasma etching apparatus, when plasma is generated between the upper electrode and the lower electrode, the semiconductor wafer arranged between these electrodes is affected by the generated plasma. It conducts with the upper electrode, and negative charges are accumulated in the semiconductor wafer. Therefore, the Coulomb force between the electrostatic attraction sheet on which positive charges are accumulated and the semiconductor wafer is increased, and the attraction force of the electrostatic chuck is enhanced.

【0058】次に、図6に示す装置を用い、下部電極の
温度変化がエッチング速度、エッチングの選択比、エッ
チング形状等に与える影響について調べた実施例につい
て説明する。
Next, an example in which the influence of the temperature change of the lower electrode on the etching rate, the etching selection ratio, the etching shape and the like is investigated by using the apparatus shown in FIG. 6 will be described.

【0059】シリコン基板上に酸化シリコン(Si
2 )膜、ポリシリコン膜がそれぞれ例えば厚さ200
オングストローム、4000オングストロームで、この
順に積層され、さらにポリシリコン膜の表面に、例えば
厚さ10000オングストロームのレジスト膜が形成さ
れた直径15cmの半導体ウエハWを被処理体として例
えば直径18cmの円形上の下部電極114上に載置
し、第1のガスであるHBrガスおよび第2のガスであ
るHClガスをそれぞれ例えば30sccm、200s
ccmの流量でガス供給管61を通じて反応容器5内に
導入するとともに、排気管58を通じて真空引きするこ
とにより、ガス圧を500mTorrに設定する。
Silicon oxide (Si
The O 2 ) film and the polysilicon film each have a thickness of 200, for example.
For example, a semiconductor wafer W having a diameter of 15 cm and having a resist film having a thickness of 10000 angstroms, which is stacked in this order at a thickness of 4000 angstroms and is formed on the surface of a polysilicon film, is used as a processing object and has a circular lower portion having a diameter of 18 cm, for example. It is placed on the electrode 114, and HBr gas which is the first gas and HCl gas which is the second gas are, for example, 30 sccm and 200 s, respectively.
The gas pressure is set to 500 mTorr by introducing the gas into the reaction vessel 5 through the gas supply pipe 61 at a flow rate of ccm and evacuating through the exhaust pipe 58.

【0060】また、電極6A、6B間の間隔を8mmと
し、クランプ圧力を5Kg/cm2 とし、冷却用ガス媒
体としてヘリウムをバックプレッシャ3Torrでガス
導入管7を介して5sccm流した。
Further, the distance between the electrodes 6A and 6B was set to 8 mm, the clamping pressure was set to 5 Kg / cm 2, and helium as a cooling gas medium was caused to flow at 5 sccm through the gas introduction pipe 7 with a back pressure of 3 Torr.

【0061】そして電極6A、6B間に例えば周波数1
3.56MHz、電力値200Wの高周波電力を印加
し、プラズマを発生させ、半導体ウエハWのポリシリコ
ン膜のエッチングを行った。このとき、上部電極6Aの
温度を40℃とし、下部電極6Bの温度を20℃から8
0℃に変化させた。このとき半導体ウエハWの表面温度
は約60℃から約120℃に変化した。なお、半導体ウ
エハWの表面温度の測定はサーモラベルを用いておこな
った。
Then, for example, a frequency of 1 is applied between the electrodes 6A and 6B.
A high frequency power having a power value of 200 W at 3.56 MHz was applied to generate plasma to etch the polysilicon film of the semiconductor wafer W. At this time, the temperature of the upper electrode 6A is set to 40 ° C., and the temperature of the lower electrode 6B is set to 20 ° C. to 8 ° C.
The temperature was changed to 0 ° C. At this time, the surface temperature of the semiconductor wafer W changed from about 60 ° C to about 120 ° C. The surface temperature of the semiconductor wafer W was measured using a thermo label.

【0062】この結果を図8および図9(A)〜(D)
に示す。図8に示す特性図の横軸のカッコ内温度はウエ
ハの表面温度である。また図9(A)は下部電極6Bの
温度を20℃とした場合、図9(B)は下部電極6Bの
温度を40℃とした場合、図9(C)は下部電極6Bの
温度を60℃とした場合、図9(D)は下部電極6Bの
温度を80℃とした場合を示す。図中、97はシリコン
基板、98はシリコン酸化膜、99はポリシリコン、1
00はレジスト膜である。
The results are shown in FIGS. 8 and 9 (A)-(D).
Shown in. The temperature in the parentheses on the horizontal axis of the characteristic diagram shown in FIG. 8 is the surface temperature of the wafer. 9A shows the case where the temperature of the lower electrode 6B is 20 ° C., FIG. 9B shows the case where the temperature of the lower electrode 6B is 40 ° C., and FIG. 9C shows the case where the temperature of the lower electrode 6B is 60 ° C. 9C shows the case where the temperature of the lower electrode 6B is 80.degree. In the figure, 97 is a silicon substrate, 98 is a silicon oxide film, 99 is polysilicon, 1
00 is a resist film.

【0063】すなわち、ポリシリコンのエッチング速度
は、下部電極6Bの温度を80℃の場合に増大が見られ
たがそれ以下の温度では有意な差異は認められなかっ
た。SiO2 に対するエッチング速度は、下部電極6B
の温度が上昇するにつれて増大した。ポリシリコンの酸
化シリコンに対する選択比(ポリシリコンのエッチング
速度/酸化シリコンのエッチング速度)は、下部電極6
Bの温度が上昇するにつれて著しく減少した。ポリシリ
コンのレジストに対する選択比(ポリシリコンのエッチ
ング速度/レジストのエッチング速度)は、下部電極6
Bの温度が上昇するにつれてやや増大した。さらに下部
電極6Bの温度が80℃の場合、図9(D)に示すよう
にサイドエッチングが大きくなった。
That is, the polysilicon etching rate increased when the temperature of the lower electrode 6B was 80 ° C., but no significant difference was observed at temperatures lower than that. The etching rate for SiO 2 is lower electrode 6B.
Increased with increasing temperature. The selection ratio of polysilicon to silicon oxide (polysilicon etching rate / silicon oxide etching rate) depends on the lower electrode 6.
It significantly decreased as the temperature of B increased. The selection ratio of polysilicon to resist (polysilicon etching rate / resist etching rate) depends on the lower electrode 6
It increased slightly as the temperature of B increased. Further, when the temperature of the lower electrode 6B was 80 ° C., the side etching became large as shown in FIG. 9 (D).

【0064】このようなことから、下部電極6Bの温度
は20℃から60℃の範囲が適当であることが認められ
た。なお、下部電極6Bの温度が20℃未満であると、
ポリシリコンのエッチング速度が低下し、エッチングに
長時間を要し、またウエハ上に異物が残り易いなどの問
題があり、好ましくない。
From the above, it was confirmed that the temperature of the lower electrode 6B is appropriately in the range of 20 ° C to 60 ° C. If the temperature of the lower electrode 6B is lower than 20 ° C,
This is not preferable because there are problems that the etching rate of polysilicon is lowered, etching takes a long time, and foreign matter is likely to remain on the wafer.

【0065】次に、図6に示す装置を用い、下部電極と
上部電極との間隔の変化がエッチング速度、エッチング
の選択比、エッチング形状等に与える影響について調べ
た実施例について説明する。
Next, an example in which the change in the distance between the lower electrode and the upper electrode affects the etching rate, the etching selection ratio, the etching shape, etc., using the apparatus shown in FIG. 6 will be described.

【0066】シリコン基板上に酸化シリコン(Si
2 )膜、ポリシリコン膜がそれぞれ例えば厚さ200
オングストローム、4000オングストロームで、この
順に積層され、さらにポリシリコン膜の表面に、例えば
厚さ10000オングストロームのレジスト膜が形成さ
れた直径15cmの半導体ウエハWを被処理体として例
えば直径18cmの円形上の下部電極6B上に載置し、
第1のガスであるHBrガスおよび第2のガスであるH
Clガスをそれぞれ例えば30sccm、200scc
mの流量でガス供給管61を通じて反応容器5内に導入
するとともに、排気管58を通じて真空引きすることに
より、ガス圧を500mTorrに設定する。
Silicon oxide (Si
The O 2 ) film and the polysilicon film each have a thickness of 200, for example.
For example, a semiconductor wafer W having a diameter of 15 cm and having a resist film having a thickness of 10000 angstroms, which is stacked in this order at a thickness of 4000 angstroms and is formed on the surface of a polysilicon film, is used as a processing object and has a circular lower portion having a diameter of 18 cm, for example. Place it on the electrode 6B,
HBr gas that is the first gas and H that is the second gas
Cl gas is, for example, 30 sccm and 200 sccc, respectively.
The gas pressure is set to 500 mTorr by introducing the gas into the reaction vessel 5 through the gas supply pipe 61 at a flow rate of m and evacuating through the exhaust pipe 58.

【0067】また、クランプ圧力を5Kg/cm2
し、冷却用ガス媒体としてヘリウムをバックプレッシャ
3Torrでガス導入管122を介して5sccm流し
た。
Further, the clamp pressure was set to 5 kg / cm 2, and helium as a cooling gas medium was caused to flow at a back pressure of 3 Torr through the gas introduction pipe 122 at 5 sccm.

【0068】そして電極6A、6B間に例えば周波数1
3.56MHz、電力値200Wの高周波電力を印加
し、プラズマを発生させ、半導体ウエハWのポリシリコ
ン膜のエッチングを行った。このとき、上部電極6Aの
温度を40℃、下部電極6Bの温度を60℃とし、下部
電極と上部電極との間隔を6mm〜8mmに変化させ
た。この結果を図10に示す。
Then, for example, a frequency of 1 is applied between the electrodes 6A and 6B.
A high frequency power having a power value of 200 W at 3.56 MHz was applied to generate plasma to etch the polysilicon film of the semiconductor wafer W. At this time, the temperature of the upper electrode 6A was 40 ° C., the temperature of the lower electrode 6B was 60 ° C., and the distance between the lower electrode and the upper electrode was changed to 6 mm to 8 mm. The result is shown in FIG.

【0069】すなわち、ポリシリコンのエッチング速度
は、下部電極と上部電極との間隔が大きくなるにしたが
い、低下し、SiO2 に対するエッチング速度は、下部
電極と上部電極との間隔が8mmのときやや低下した。
またポリシリコンの酸化シリコンに対する選択比(ポリ
シリコンのエッチング速度/酸化シリコンのエッチング
速度)は、下部電極と上部電極との間隔が8mmのとき
最大値を示した。さらにポリシリコンのエッチング均一
性は下部電極と上部電極との間隔が大きくなるにしたが
い低下し、前記間隔が10mmのときにはエッチング速
度の面内のばらつきが20%近くなってしまった。この
ようなことから、下部電極と上部電極との間隔は6mm
〜8mmの範囲が適当であることが認められた。
That is, the etching rate of polysilicon decreases as the distance between the lower electrode and the upper electrode increases, and the etching rate for SiO 2 slightly decreases when the distance between the lower electrode and the upper electrode is 8 mm. did.
The selection ratio of polysilicon to silicon oxide (polysilicon etching rate / silicon oxide etching rate) showed the maximum value when the distance between the lower electrode and the upper electrode was 8 mm. Further, the etching uniformity of polysilicon is reduced as the distance between the lower electrode and the upper electrode is increased, and when the distance is 10 mm, the in-plane variation of the etching rate is close to 20%. Therefore, the distance between the lower electrode and the upper electrode is 6 mm.
It has been found that a range of up to 8 mm is suitable.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明によれば、Clなどのハロゲンと
Brとを用いてエッチングを行っており、実験例からも
わかるようにBrによる側壁の保護作用と他のハロゲン
による膜の除去作用とが相俟って異方性のエッチングが
達成できると推察されることから、Brと他のハロゲン
の量を夫々コントロールすることでエッチングの状態を
選定することができ、従って従来例えばCCLなどの
ように1種類のガスを用いて異方性を持たせていた場合
に比べ、エッチングの状態の選定範囲が広くなる。この
結果高い選択比でエッチング速度が大きく、しかも残渣
が少なく直角性のよいカットが得られ、良好な異方性エ
ッチングを達成することができ、デバイスの高集積化に
伴う微細パターンのエッチングに対し極めて有効な方法
である。
According to the present invention, etching is performed using halogen such as Cl and Br, and as can be seen from the experimental examples, Br has a side wall protecting effect and another halogen has a function of removing a film. since the anisotropic etching is presumed that achievable I but coupled with, it is possible to select the state of etching by respectively control the amount of Br and other halogen, therefore, such a conventional example CCL 4 As compared with the case where one type of gas is used to provide anisotropy, the selection range of the etching state becomes wider. As a result, the etching rate is high with a high selection ratio, moreover there are few residues, and a good right angle cut can be obtained, and good anisotropic etching can be achieved, which is suitable for the etching of fine patterns accompanying the high integration of devices. This is an extremely effective method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に用いた装置の一例を示す説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus used in an example of the present invention.

【図2】図1の装置に用いたガス拡散板の一例を示す平
面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a gas diffusion plate used in the apparatus of FIG.

【図3】電源電力とエッチング速度及び選択比との関係
を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between power supply power, etching rate, and selection ratio.

【図4】HBrの流量比とエッチング速度及び選択比と
の関係を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a flow rate ratio of HBr, an etching rate, and a selection ratio.

【図5】ウエハ表面の一部を拡大して示す説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an enlarged part of the wafer surface.

【図6】本発明の実施例に用いた装置の他の例を示す説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing another example of the apparatus used in the examples of the present invention.

【図7】本発明の実施例に用いた装置の更に他の例を示
す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing still another example of the apparatus used in the examples of the present invention.

【図8】電極温度とエッチング速度及び選択比との関係
を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between an electrode temperature, an etching rate, and a selection ratio.

【図9】電極温度毎のエッチングの状態を示す説明図で
ある。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state of etching for each electrode temperature.

【図10】電極間隔とエッチング速度、選択比、及びエ
ッチングの均一性との関係を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between an electrode interval, an etching rate, a selection ratio, and etching uniformity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、5 真空チャンバ 13、14 ガス拡散板 2A、6A 上部電極 2B、6B 下部電極 3 紫外線ランプ 11、61 ガス供給管 65 クランプリング 70 圧力調整機構 84 静電チャック 92 静電吸着シート 93 給電シート 1, 5 Vacuum chamber 13, 14 Gas diffusion plate 2A, 6A Upper electrode 2B, 6B Lower electrode 3 Ultraviolet lamp 11, 61 Gas supply pipe 65 Clamp ring 70 Pressure adjusting mechanism 84 Electrostatic chuck 92 Electrostatic adsorption sheet 93 Power feeding sheet

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに対向する一対の電極の一方の電極
上に、ポリシリコン露出層を含む被処理体を載置する工
程と、 臭素を含む第1のガスと、臭素以外のハロゲンを含む第
2のガスとを含む混合ガスを、被処理体上に供給すると
共に、前記一対の電極間に高周波電圧を印加して当該混
合ガスをプラズマ化し、このプラズマにより当該ポリシ
リコン露出層をエッチングする工程と、 を含むことを特徴とするドライエッチング方法。
1. A step of placing an object to be processed including a polysilicon exposed layer on one electrode of a pair of electrodes facing each other, a first gas containing bromine, and a first gas containing halogen other than bromine. Supplying a mixed gas containing the second gas onto the object to be processed, applying a high frequency voltage between the pair of electrodes to turn the mixed gas into plasma, and etching the exposed polysilicon layer with the plasma. And a dry etching method comprising:
【請求項2】 一対の電極の間隔を6〜8mmに設定
し、被処理体の表面温度を60〜100℃に設定した請
求項1記載のドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the distance between the pair of electrodes is set to 6 to 8 mm, and the surface temperature of the object to be processed is set to 60 to 100 ° C.
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