JPH08241885A - Method and apparatus for surface treating - Google Patents

Method and apparatus for surface treating

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JPH08241885A
JPH08241885A JP4525895A JP4525895A JPH08241885A JP H08241885 A JPH08241885 A JP H08241885A JP 4525895 A JP4525895 A JP 4525895A JP 4525895 A JP4525895 A JP 4525895A JP H08241885 A JPH08241885 A JP H08241885A
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JP
Japan
Prior art keywords
pulse
voltage
processed
etching method
dry etching
Prior art date
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Pending
Application number
JP4525895A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Koto
直行 小藤
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
Tatsumi Mizutani
巽 水谷
Keizo Suzuki
敬三 鈴木
Kenichi Mizuishi
賢一 水石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08241885A publication Critical patent/JPH08241885A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To reduce the charge-up due to electron shading and to eliminate various problems due to the shading by applying the voltage of a pulse waveform having the rising speed of a specific value or more as a bias voltage. CONSTITUTION: Microwaves generated by a magnetron 18 are introduced into a discharge tube 20 via a waveguide 19, and a plasma of high density is generated by the electron cyclotron resonance of the introduced microwaves and the magnetic field formed by a coil 21. The plasma is grounded by a ground electrode 22 so that the plasma is not largely changed due to the application of the pulse. As a sample, a resist mask is formed on a polysilicon film to be used. The sample 1 is connected to an electrostatic attraction constant-voltage source 24 and a pulse power source 17 via electrostatic attraction insulating ceramic. In order to generate the pulse voltage of the rising speed of 10<3> V/μs or more, the pulse power source of the rising speed of 10<3> V/μs or more is required at the lowest.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】プラズマを用いた試料の表面処理
に関し、特に試料へのバイアス電圧の印加方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment of a sample using plasma, and more particularly to a method of applying a bias voltage to the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】RFバイアスと呼ばれる最も代表的な従
来バイアス印加方法を図2に示す。被エッチング試料1
はキャパシタ2を介して高周波電源3に接続されてい
る。高周波電源3からは図3のような正弦波状の電圧が
印加される。このときプラズマ4から供給される電子が
イオンに比べて数十倍大きいためキャパシタ2の試料側
には負の電荷が蓄積される。このキャパシタ電荷のた
め、図4のように負にシフトした電圧が基板上に表れ
る。この負電圧によってエッチング種である正イオンが
加速され基板に垂直入射することによって垂直形状のエ
ッチングが可能になる。また、この他にアイデアとして
は特許1095402号や特開平6-61182などにおいてパルス波
形の電圧をバイアスとして用いる方法も既に考案されて
いる。しかし、パルスの立ち上がり速度の重要性に着目
した例はこれまでにない。
2. Description of the Related Art The most typical conventional bias application method called RF bias is shown in FIG. Sample to be etched 1
Is connected to a high frequency power supply 3 via a capacitor 2. A high-frequency power source 3 applies a sinusoidal voltage as shown in FIG. At this time, since the electrons supplied from the plasma 4 are several tens of times larger than the ions, negative charges are accumulated on the sample side of the capacitor 2. Due to this capacitor charge, a negatively shifted voltage appears on the substrate as shown in FIG. This negative voltage accelerates the positive ions, which are etching species, and makes them vertically incident on the substrate, thereby enabling vertical etching. In addition to this, as an idea, a method of using a voltage of a pulse waveform as a bias has already been devised in Japanese Patent No. 1095402 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-61182. However, there has been no example so far focusing on the importance of the pulse rising speed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図4の基板バイアス波
形では、電子が試料に入射する正のサイクルで電子を加
速するための正電圧がほとんど0になっているため、電
子はほとんど加速されず基板に入射する。このようなバ
イアス印加法を用いて微細パターンの加工を行った場
合、試料に局所的チャージアップが生じる。このチャー
ジアップの発生機構を図5に示す。イオン5は加速され
て試料に入射するため、微細パターンの底面まで達する
のに対して、電子6は加速されず試料に等方的に入射す
るため微細パターンではマスク7に遮られて底面まで達
することができない(電子シェーディング現象)。この
ため、微細パターンが負にチャージアップし底面が正に
チャージアップする。この電子シェーディングによるチ
ャージアップはプラズマエッチングにおいて様々な弊害
をもたらしている。その最も重要な問題の一つがゲート
用ポリシリコン加工における局所異常サイドエッチング
(ノッチング)の発生である。このノッチングの発生機
構を図6に示す。電子シェーディング現象による微細パ
ターン底面の正のチャージアップによってエッチング種
であるイオン5が反発され、パターンの側面へ入射する
ようになる。この側面に入射するイオンがポリシリコン
層8と下地シリコン酸化膜層9との界面にノッチング1
0を発生させる。
In the substrate bias waveform of FIG. 4, since the positive voltage for accelerating the electrons in the positive cycle in which the electrons enter the sample is almost 0, the electrons are hardly accelerated. Incident on the substrate. When a fine pattern is processed using such a bias application method, local charge-up occurs in the sample. The mechanism of this charge-up generation is shown in FIG. Since the ions 5 are accelerated and enter the sample, they reach the bottom surface of the fine pattern, while the electrons 6 are not accelerated and areotropically incident on the sample, so that the fine pattern is blocked by the mask 7 and reaches the bottom surface. Not possible (electronic shading phenomenon). Therefore, the fine pattern is charged up negatively and the bottom surface is charged up positively. The charge-up due to this electron shading causes various problems in plasma etching. One of the most important problems is the occurrence of local abnormal side etching (notching) in the processing of gate polysilicon. The mechanism of occurrence of this notching is shown in FIG. Due to the positive charge-up on the bottom surface of the fine pattern due to the electron shading phenomenon, the ions 5 as etching species are repelled and enter the side surface of the pattern. Ions incident on this side surface are notched at the interface between the polysilicon layer 8 and the underlying silicon oxide film layer 9.
Generates 0.

【0004】また、電子シェーディング起因のチャージ
アップは、メタル配線の加工においても問題となってお
り、ゲート絶縁膜破壊などの原因となっている。このゲ
ート絶縁膜破壊の発生機構を図7に示す。電子シェーデ
ィングによって生じた正電荷はメタル配線11につなが
っているフローティングゲート12に集められるため、
フローティングゲート12と基板シリコン13との間の
ゲート絶縁膜14には強い電界が発生し、絶縁破壊を生
じる。
In addition, the charge-up caused by electronic shading is also a problem in the processing of metal wiring, which causes breakdown of the gate insulating film. The mechanism of occurrence of this gate insulating film breakdown is shown in FIG. Positive charges generated by electron shading are collected in the floating gate 12 connected to the metal wiring 11,
A strong electric field is generated in the gate insulating film 14 between the floating gate 12 and the substrate silicon 13 to cause dielectric breakdown.

【0005】この他にも、電子シェーディング現象によ
るチャージアップはトレンチやコンタクトホールなどの
微細孔エッチングにおいても問題となっており、サブト
レンチやボーイング等の形状異常を発生させる原因にな
っている。この機構を図8に示す。ポリシリコンのエッ
チングの場合と同様、電子シェーディングのため、孔の
側面が負に、孔の底面が正に、それぞれチャージアップ
する。このチャージアップによってエッチング種である
イオン5が曲げられ、イオンは孔の側面や孔底の端部に
入射するようになる。このため、孔側面や孔底面端部が
エッチングされボーイング15やサブトレンチ16等の
形状異常が発生する。
In addition to this, the charge-up due to the electron shading phenomenon is also a problem in the etching of fine holes such as trenches and contact holes, which causes abnormal shapes such as sub-trench and bowing. This mechanism is shown in FIG. As in the case of polysilicon etching, electron shading charges up the side of the hole negatively and the bottom of the hole positively. Due to this charge-up, the ions 5 that are the etching species are bent, and the ions enter the side surface of the hole or the end of the hole bottom. Therefore, the side surface of the hole and the end of the bottom surface of the hole are etched, so that the bowing 15, the sub-trenches 16 and the like have abnormal shapes.

【0006】本発明は、電子シェーディング起因のチャ
ージアップを低減し、上記のような電子シェーディング
起因の諸問題を解消するものである。
The present invention reduces the charge-up caused by electronic shading and solves the above-mentioned problems caused by electronic shading.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】電子シェーディングは電
子が基板に向かって加速されないことに起因する。した
がって、電子シェーディング起因のチャージアップを抑
制するためには基板電位をプラズマ電位より高くし、基
板とプラズマの間に電子を加速する電界を発生させれば
よい。しかし、従来のバイアス印加方法では、基板電位
をプラズマ電位より高くすることは不可能だった。
Electron shading results from the fact that electrons are not accelerated towards the substrate. Therefore, in order to suppress charge-up due to electron shading, the substrate potential may be set higher than the plasma potential, and an electric field that accelerates electrons may be generated between the substrate and plasma. However, it was impossible to raise the substrate potential higher than the plasma potential by the conventional bias applying method.

【0008】本発明は、従来の正弦波状のバイアス電圧
に代え、高速のパルス電圧を印加することによって、電
子を基板に加速する電界を発生させるものである。具体
的には、図9に示すように、バイアス電源を従来の正弦
波状の高周波電源に代え、パルス電源17を設置し、こ
のパルス電源からバイアス電圧として、立ち上がり速度
が103 V/μs以上のパルス電圧を印加する。これに
よって、表面処理中の被処理物の電位の最大値をプラズ
マの電位より高くすることができる。特にパルスのデュ
ーティー比としては5 %以下が望ましい。
The present invention generates an electric field for accelerating electrons on a substrate by applying a high-speed pulse voltage instead of the conventional sinusoidal bias voltage. Specifically, as shown in FIG. 9, the bias power source is replaced with a conventional sinusoidal high frequency power source, a pulse power source 17 is installed, and a rising speed of 10 3 V / μs or more is set as a bias voltage from the pulse power source. Apply pulse voltage. With this, the maximum value of the potential of the object to be processed during the surface treatment can be made higher than the potential of the plasma. Particularly, the duty ratio of the pulse is preferably 5% or less.

【0009】[0009]

【作用】本発明のように、図9の装置においてパルス電
源17から、図10のような高速のパルス波形電圧を印
加した場合について考える。この場合基板には図11の
ようなバイアス波形が現れる。入力電圧が0の間、基板
はプラズマ電位より約20 V低い浮遊電位とよばれる
電位状態にある。この間、基板上の微細パターンの底面
には図5の場合と同様に電子シェーディングによる正の
チャージアップが発生する。一方、正のパルス電圧が印
加されている間には、基板は浮遊電位より高い電位にな
る。パルス電圧印加中の電位がプラズマ電位より高い場
合、基板電位とプラズマ電位との差の電圧(以下では電
子加速電圧と呼ぶ)によって、図12のように電子が加
速されて微細パターンの底面まで入射する。微細パター
ン底面の正のチャージアップは中和される。これによっ
てノッチング等の電子シェーディングに起因する諸問題
が解決されると考えられる。
Consider a case where a high-speed pulse waveform voltage as shown in FIG. 10 is applied from the pulse power supply 17 in the apparatus of FIG. 9 as in the present invention. In this case, a bias waveform as shown in FIG. 11 appears on the substrate. While the input voltage is 0, the substrate is in a potential state called floating potential, which is about 20 V lower than the plasma potential. During this time, positive charge-up due to electronic shading occurs on the bottom surface of the fine pattern on the substrate as in the case of FIG. On the other hand, the substrate has a potential higher than the floating potential while the positive pulse voltage is applied. When the potential during the application of the pulse voltage is higher than the plasma potential, the voltage of the difference between the substrate potential and the plasma potential (hereinafter referred to as electron acceleration voltage) accelerates the electrons as shown in FIG. To do. Positive charge-up on the bottom surface of the fine pattern is neutralized. It is considered that this solves various problems caused by electronic shading such as notching.

【0010】次に、この電子加速電圧を基板上に発生さ
せるためのパルスの条件を検討する。 まず、パルスの
立ち上がり速度について考える。パルスの立ち上がり速
度が遅い場合、基板電位がプラズマ電位に達するまでの
間に、プラズマから流入する電子電流によって図9中の
試料と電源との間のキャパシタに電圧降下を生じ基板に
正電位が発生しなくなる。したがって基板上に電子加速
電圧を発生させるためには、数1に示した電子電流によ
る電圧降下の速度より、パルスの立ち上がり速度が大き
くなければならない。
Next, the conditions of the pulse for generating this electron acceleration voltage on the substrate will be examined. First, consider the rising speed of the pulse. When the rising speed of the pulse is slow, a voltage drop occurs in the capacitor between the sample and the power supply in FIG. 9 due to the electron current flowing from the plasma until the substrate potential reaches the plasma potential, and a positive potential is generated on the substrate. Will not do. Therefore, in order to generate the electron acceleration voltage on the substrate, the rising speed of the pulse must be higher than the speed of the voltage drop due to the electron current shown in Formula 1.

【0011】[0011]

【数1】 [Equation 1]

【0012】仮に電子温度Teを2 eV、プラズマ密度
eを1011 /cm3とし、静電チャックのキャパシタ
ンスの値30 pF/cm2を用いて、数1で与えられる
電圧降下速度を求めると約103 V/μsになる。した
がって、基板上に電子加速電圧を発生させるためには最
低でも103 V/μs以上の立ち上がり速度が必要と考
えられる。実際にパルス幅1 μs、大きさ100 V、
繰返し周波数 1KHzのパルスを印加し、パルスの立
上り速度と電子加速電圧の関係を測定した。その結果を
図13に示す。電子加速電圧は立上り速度103 V/μ
s以上から発生し、5×103 V/μs以上で最大値を
とる。
Assuming that the electron temperature T e is 2 eV, the plasma density n e is 10 11 / cm 3, and the capacitance value of the electrostatic chuck is 30 pF / cm 2 , the voltage drop rate given by Equation 1 is obtained. And about 10 3 V / μs. Therefore, it is considered that a rising speed of at least 10 3 V / μs or more is required to generate the electron acceleration voltage on the substrate. Actually pulse width 1 μs, magnitude 100 V,
A pulse having a repetition frequency of 1 KHz was applied, and the relationship between the pulse rising speed and the electron acceleration voltage was measured. The result is shown in FIG. The electron acceleration voltage has a rising speed of 10 3 V / μ
It occurs from s or more and has a maximum value at 5 × 10 3 V / μs or more.

【0013】次に、パルス電圧の大きさについて検討す
る。仮にパルス立ち上がり中の基板の電圧降下がなくパ
ルスバイアスの印加によってパルス電圧と同じ大きさの
正電圧が基板上に生じたとする。この正電圧からプラズ
マ電位と浮遊電位の差約20Vを引いた大きさの電圧が
実際の電子加速電圧である。この電子加速電圧が電子の
横方向の運動エネルギー約3 eVに比べ十分大きな値
であれば、電子を垂直に入射させることができる。この
ような電子加速電圧としては最低でも10V以上が必要
である。したがって実際に基板に印加する電圧として最
低でも10V+20 Vすなわち30 V以上の正のパル
ス電圧が必要となる。
Next, the magnitude of the pulse voltage will be examined. It is assumed that there is no voltage drop of the substrate during the pulse rise and a positive voltage of the same magnitude as the pulse voltage is generated on the substrate by applying the pulse bias. A voltage having a magnitude obtained by subtracting a difference of about 20 V between the plasma potential and the floating potential from this positive voltage is the actual electron acceleration voltage. If the electron acceleration voltage has a value sufficiently larger than the lateral kinetic energy of the electron of about 3 eV, the electron can be vertically incident. Such electron accelerating voltage must be at least 10V or higher. Therefore, as a voltage actually applied to the substrate, a positive pulse voltage of at least 10V + 20V, that is, 30V or more is required.

【0014】次に、パルスの幅について検討する。正の
パルスの幅が長い場合、正電圧印加中の電子の流入によ
って基板電位は103 V/μsの割合で低下し、一定時
間後に浮遊電位に戻ってしまう。パルス電圧の大きさを
102 Vと仮定すると、基板電位が浮遊電位に達する時
間は0.1 μsであり、パルスの幅はこれより短いこ
とが望ましい。
Next, the pulse width will be examined. When the width of the positive pulse is long, the substrate potential decreases at a rate of 10 3 V / μs due to the inflow of electrons while the positive voltage is applied, and returns to the floating potential after a certain period of time. Assuming that the magnitude of the pulse voltage is 10 2 V, the time required for the substrate potential to reach the floating potential is 0.1 μs, and the pulse width is preferably shorter than this.

【0015】最後に、パルスの繰り返し周波数について
検討する。パルスの繰り返し周波数と基板電位波形の関
係をシミュレーションにより計算した。その結果をパル
スのデューティー比(繰り返し周波数×パルス幅)を横
軸に、電子加速電圧の大きさを縦軸に取り、図14に示
す。この結果は次の3つの領域に分けられる。(A)繰
り返し周波数が非常に小さい場合(デューティー比0.
5 %以下) この領域では、パルス印加時に基板表面に発生する電子
加速電圧の大きさが繰り返し周波数の影響を受けず、一
定値を示す。この際、基板表面に現われる電圧波形を図
15に示す。エッチングは主に浮遊電位の状態で行われ
る。浮遊電位の間の電子シェーディングによって生じる
正のチャージアップが、間欠的に印加される正のパルス
電圧によって緩和される。したがって、パルスの繰り返
しを増やす程チャージアップ解消の効果が大きくなる。
Finally, the pulse repetition frequency will be considered. The relationship between the pulse repetition frequency and the substrate potential waveform was calculated by simulation. The results are shown in FIG. 14, in which the horizontal axis represents the duty ratio of the pulse (repetition frequency × pulse width) and the vertical axis represents the magnitude of the electron acceleration voltage. This result is divided into the following three areas. (A) When the repetition frequency is very small (duty ratio 0.
5% or less) In this region, the magnitude of the electron acceleration voltage generated on the surface of the substrate at the time of applying a pulse is not affected by the repetition frequency and shows a constant value. At this time, the voltage waveform appearing on the substrate surface is shown in FIG. The etching is mainly performed in a floating potential state. Positive charge-up caused by electron shading between floating potentials is mitigated by the intermittently applied positive pulse voltage. Therefore, the effect of eliminating charge-up increases as the number of pulse repetitions increases.

【0016】(B)繰り返し周波数が適度に小さい場合
(デューティー比0.5 %〜5 %) この領域では繰り返し周波数が大きくなるほど電子加速
電圧が小さくなる。このときの基板表面電位波形を図1
6に示す。入力電圧に対して基板電位が負にシフトする
ことによって自己バイアスが発生する。この場合パルス
印加の瞬間には電子を加速するための正電圧も発生する
ため、自己バイアスによる高速エッチングと電子加速電
圧によるチャージアップ解消の両方が実現可能である。
(B) When the repetition frequency is appropriately small (duty ratio 0.5% to 5%) In this region, the electron acceleration voltage decreases as the repetition frequency increases. The substrate surface potential waveform at this time is shown in FIG.
6 is shown. Self-bias is generated by the negative shift of the substrate potential with respect to the input voltage. In this case, since a positive voltage for accelerating the electrons is also generated at the moment of applying the pulse, both high-speed etching by self-bias and charge-up elimination by the electron acceleration voltage can be realized.

【0017】(C)繰り返し周波数が大きすぎる場合
(デューティー比5 %以上) この領域では基板表面に電子加速電圧は現われない。こ
の時の基板表面電位波形を図17に示す。入力電圧に対
して基板電位が負にシフトし過ぎるため、パルス電圧を
印加した際の基板電位がプラズマ電位より小さくなって
しまう。したがって電子シェーディング減少によって生
じるチャージアップを解消する作用はない。 以上から
パルスバイアス印加によって電子シェーディングを抑制
させるためには(A)もしくは(B)の領域の繰り返し
周波数を使う必要がある。この内(A)の領域の繰り返
し周波数では、基板に大きな負バイアスを発生させない
ため、高選択性でかつ電子シェーディング現象の影響の
小さいエッチングが可能である。一方(B)の領域の周
波数では電子加速電圧による電子シェーディング抑制効
果に加えて、自己バイアスによるイオンの加速も実現で
きるため、垂直かつ高速のエッチングが行える。
(C) When the repetition frequency is too high (duty ratio 5% or more) In this region, no electron acceleration voltage appears on the substrate surface. The waveform of the substrate surface potential at this time is shown in FIG. Since the substrate potential shifts too negatively with respect to the input voltage, the substrate potential when the pulse voltage is applied becomes smaller than the plasma potential. Therefore, there is no action for eliminating the charge-up caused by the decrease in electronic shading. From the above, it is necessary to use the repetition frequency in the region (A) or (B) in order to suppress the electron shading by applying the pulse bias. At the repetition frequency in the region (A), a large negative bias is not generated in the substrate, so that etching with high selectivity and small influence of the electron shading phenomenon is possible. On the other hand, at the frequency in the region (B), in addition to the effect of suppressing electron shading by the electron accelerating voltage, ion acceleration by self-bias can be realized, so that vertical and high-speed etching can be performed.

【0018】それでは具体的に電子シェーディング現象
によって発生する諸問題に対する本発明の作用を以下に
説明する。
The operation of the present invention for various problems caused by the electronic shading phenomenon will be described below.

【0019】まず、ゲート用ポリシリコン加工における
ノッチングの発生の問題が本発明により解消される機構
を図18に示す。本発明によればイオン5だけでなく電
子6もパターンに垂直入射するようになるため、微細パ
ターンの底面や側面のチャージアップが解消される。こ
のため、エッチング種であるイオン5がパターン底面で
反発されることはなくなり、ノッチングのない垂直形状
が得られる。
First, FIG. 18 shows a mechanism by which the present invention solves the problem of notching in the processing of gate polysilicon. According to the present invention, not only the ions 5 but also the electrons 6 are vertically incident on the pattern, so that the charge-up on the bottom and side surfaces of the fine pattern is eliminated. Therefore, the ions 5 as etching species are not repelled at the bottom surface of the pattern, and a vertical shape without notching is obtained.

【0020】次にメタル配線加工におけるチャージアッ
プダメージの問題が本発明により解消される機構を図1
9に示す。本発明によれば微細パターン底面の正のチャ
ージアップが解消されるため、正電荷がフローティング
ゲート12に集中する現象もなくなり、フローティング
ゲート12と基板13の間のゲート絶縁膜13のダメー
ジも生じなくなる。
Next, a mechanism by which the present invention solves the problem of charge-up damage in metal wiring processing is shown in FIG.
9 shows. According to the present invention, since the positive charge-up on the bottom surface of the fine pattern is eliminated, the phenomenon that the positive charges are concentrated on the floating gate 12 is eliminated, and the gate insulating film 13 between the floating gate 12 and the substrate 13 is not damaged. .

【0021】最後に、本発明によってトレンチやコンタ
クトホール等の微細孔加工におけるボーイングやサブト
レンチの発生が抑制される機構を図20に示す。本発明
によれば電子シェーディングによるチャージアップが発
生しないため、イオン5は基板に垂直に入射する。した
がって、サブトレンチやボーイングのない垂直形状が得
られる。
Finally, FIG. 20 shows a mechanism for suppressing the occurrence of bowing and sub-trench in the processing of fine holes such as trenches and contact holes according to the present invention. According to the present invention, charge-up due to electron shading does not occur, so that the ions 5 vertically enter the substrate. Therefore, a vertical shape without sub-trench or bowing is obtained.

【0022】[0022]

【実施例】【Example】

(実施例1)図21はゲート用ポリシリコン加工用マイ
クロ波エッチング装置に本発明のパルスバイアスを適用
した装置の例である。この装置では、マグネトロン18
で発生したマイクロ波を導波管19を通して放電管20
に導入し、導入されたマイクロ波とコイル21で作られ
る磁場の電子サイクロトロン共鳴によって高密度のプラ
ズマを生成できる構造になっている。このプラズマの電
位がパルスの印加によって大きく変動しないようにする
ため本装置では試料1の表面積の4倍以上の表面積をも
つアース電極22によってプラズマを接地させている。
エッチングされる試料1としては、6インチサイズのS
iウェーハを熱酸化した上にポリシリコン膜を堆積さ
せ、このポリシリコン膜上にレジストマスクを形成させ
たものを用いた。この試料1が静電容量5 nFの静電
吸着用絶縁セラミック23を介して、静電吸着用定電圧
源24およびパルス電源17に接続されている。本発明
のように立ち上がり速度103 V/μs以上のパルス電
圧を発生するためには、最低でも立ち上がり速度103
V/μs以上のパルス発生電源が必要である。本実施例
では、パルス電源として立ち上がり速度任意波形発生器
25と最大立ち上がり速度5×103 V/μsecの高
速広帯域電力増幅器26で構成されており、任意波形発
生器25からの5 Vのパルス信号を高速広帯域電力増
幅器26で20倍に増幅することによって立ち上がり速
度5×103 V/μsで数100 V大きさのパルスを
発生できる構造になっている。この電源系によって発生
されるパルス波形の一例を図22に示す。図22のよう
に、高速のパルスを発生させた場合パルス波形は矩形に
ならない。またパルスの立上り方も直線的ではない。そ
のためパルス幅や立上り速度としては、数通りの定義の
仕方がある。本明細書中では、パルス幅をパルスの半値
幅で定義している。また、パルスの立上り速度をパルス
立上り部の傾きの最大値で定義している。
(Embodiment 1) FIG. 21 shows an example of an apparatus in which the pulse bias of the present invention is applied to a microwave etching apparatus for processing polysilicon for gates. In this device, the magnetron 18
The microwave generated in the discharge tube 20 through the waveguide 19.
The structure is such that high density plasma can be generated by the electron cyclotron resonance of the introduced microwave and the magnetic field generated by the coil 21. In this apparatus, the plasma is grounded by the earth electrode 22 having a surface area of 4 times or more of the surface area of the sample 1 so that the potential of the plasma does not largely change by the application of the pulse.
As a sample 1 to be etched, a 6-inch S
The i-wafer was thermally oxidized to deposit a polysilicon film, and a resist mask was formed on the polysilicon film. This sample 1 is connected to a constant voltage source 24 for electrostatic attraction and a pulse power source 17 via an insulating ceramic 23 for electrostatic attraction having a capacitance of 5 nF. In order to generate a pulse voltage with a rising speed of 10 3 V / μs or more as in the present invention, at least a rising speed of 10 3
A pulse generation power source of V / μs or more is required. In this embodiment, a pulse power source is composed of a rising speed arbitrary waveform generator 25 and a high-speed wideband power amplifier 26 having a maximum rising speed of 5 × 10 3 V / μsec, and a 5 V pulse signal from the arbitrary waveform generator 25. Is amplified 20 times by the high-speed broadband power amplifier 26, so that a pulse of several 100 V magnitude can be generated at a rising speed of 5 × 10 3 V / μs. FIG. 22 shows an example of the pulse waveform generated by this power supply system. As shown in FIG. 22, when a high-speed pulse is generated, the pulse waveform does not become rectangular. Also, the rise of the pulse is not linear. Therefore, there are several ways to define the pulse width and the rising speed. In this specification, the pulse width is defined as the half-value width of the pulse. Further, the pulse rising speed is defined by the maximum value of the slope of the pulse rising portion.

【0023】本装置により塩素プラズマを用いてシリコ
ン酸化膜上に形成したポリシリコン微細パターンをエッ
チングした。まず、パルス電圧を100 Vパルス幅を
1 μsパルスの繰返し周波数を1 KHzで固定し、パ
ルスの立上り速度を変えて、ノッチングの大きさを調べ
た。その結果を図1に示す。ノッチの大きさは立上り速
度103 V/μsで減少し始め、5×103V/μs以
上で最小値になることがわかる。
With this apparatus, the polysilicon fine pattern formed on the silicon oxide film was etched using chlorine plasma. First, the pulse voltage was 100 V, the pulse width was 1 μs, the pulse repetition frequency was fixed at 1 KHz, the rising speed of the pulse was changed, and the notching magnitude was examined. The result is shown in FIG. It can be seen that the size of the notch starts to decrease at the rising speed of 10 3 V / μs and reaches the minimum value at 5 × 10 3 V / μs or more.

【0024】次に、パルスの大きさを100 V、パル
ス幅を前述の100 ns以下の値の50 nsに固定
し、パルスの繰り返し周波数を変えて、ノッチングの大
きさを調べた。その結果をノッチング大きさを縦軸にデ
ューティー比(パルス幅×繰り返し周波数)横軸にとり
図23に示す。デューティー比5 %以下の領域すなわ
ちパルスの繰り返し周波数1 MHz以下の領域ではパ
ルスの繰り返し周波数を増やしパルスの投入頻度を高く
めることによって、ノッチングの大きさが減少してい
る。したがって、本発明のパルス電圧印加にはノッチン
グ抑制の効果があることがわかる。この内、デューティ
ー比が0.5 %から5 %すなわち繰り返し周波数が1
00 MHzから1 MHzの範囲では、ノッチングは全
く見られず、さらに自己バイアスの発生によって1 μ
m/min以上の高速エッチングが可能である。一方、
パルスのデューティー比0.5 %以下すなわち繰り返
し周波数100 MHz以下の範囲ではノッチングの抑
制と同時に選択比100以上の高選択エッチングが可能
である。
Next, the magnitude of the pulse was fixed at 100 V, the pulse width was fixed at 50 ns, which was a value of 100 ns or less, and the notch magnitude was examined by changing the pulse repetition frequency. The results are shown in FIG. 23 with the notching magnitude on the vertical axis and the duty ratio (pulse width × repetition frequency) on the horizontal axis. In the region where the duty ratio is 5% or less, that is, in the region where the pulse repetition frequency is 1 MHz or less, the notch size is reduced by increasing the pulse repetition frequency and increasing the pulse injection frequency. Therefore, it is understood that the pulse voltage application of the present invention has an effect of suppressing notching. Of these, the duty ratio is 0.5% to 5%, that is, the repetition frequency is 1
In the range of 00 MHz to 1 MHz, no notching is observed, and self-bias is generated, resulting in 1 μm.
High-speed etching of m / min or more is possible. on the other hand,
In the range of the pulse duty ratio of 0.5% or less, that is, the repetition frequency of 100 MHz or less, notching can be suppressed and high selective etching with a selectivity of 100 or more can be performed.

【0025】本実施例の装置を用いて、パルス幅50
ns、デューティー比1 %、すなわち繰り返し周波数
200 KHzのパルス電圧を印加しポリシリコンの微
細パターンをエッチングした。このときのポリシリコン
加工形状の断面電子顕微鏡写真を図24、また参考のた
めRFバイアスを用いてエッチングした場合の加工形状
を図25に示す。RFバイアスを用いた場合にはノッチ
ングが見られるのに対して、本発明のパルスバイアスを
用いた場合ではノッチングが消失し垂直加工形状が得ら
れた。
Using the apparatus of this embodiment, a pulse width of 50
A pulse voltage of ns and a duty ratio of 1%, that is, a repetition frequency of 200 KHz was applied to etch the fine pattern of polysilicon. FIG. 24 shows a cross-sectional electron micrograph of the polysilicon processed shape at this time, and FIG. 25 shows the processed shape when etching is performed using an RF bias for reference. Notching was observed when the RF bias was used, whereas notching disappeared and a vertically machined shape was obtained when the pulse bias of the present invention was used.

【0026】本実施例の効果はマイクロ波エッチング装
置に限定されるものではなく、誘導結合式高周波プラズ
マエッチング装置やヘリコンプラズマエッチング装置等
他の放電方式を用いたプラズマエッチング装置において
も同様の効果がある。
The effect of the present embodiment is not limited to the microwave etching apparatus, and the same effect can be obtained in a plasma etching apparatus using another discharge method such as an inductively coupled high frequency plasma etching apparatus and a helicon plasma etching apparatus. is there.

【0027】(実施例2)実施例1の装置を用いてメタ
ル配線の加工を行った。
Example 2 Using the apparatus of Example 1, metal wiring was processed.

【0028】まず、パルスの立ち上がり速度を5×10
3 V/μsにパルスの幅を50 nsにそれぞれ固定
し、パルスの繰り返し周波数を10 MHzから50 K
Hzの範囲で変化させ、ゲート絶縁膜の絶縁破壊率を調
べた。その結果を図26に示す。デューティー比5 %
以下の領域すなわちパルスの繰り返し周波数1 MHz
以下の領域ではパルスの繰り返し周波数を増やしパルス
の投入頻度を高くめることによって、ゲート破壊の確立
が減少している。このことから、パルスにはチャージア
ップダメージを低減の効果があることがわかる。
First, the pulse rising speed is set to 5 × 10.
The pulse width is fixed to 50 V ns at 3 V / μs, and the pulse repetition frequency is from 10 MHz to 50 K.
The dielectric breakdown rate of the gate insulating film was examined by changing the frequency in the range of Hz. The result is shown in FIG. Duty ratio 5%
The following area, that is, pulse repetition frequency 1 MHz
In the following region, the probability of gate breakdown is reduced by increasing the pulse repetition frequency and increasing the pulse input frequency. From this, it is understood that the pulse has an effect of reducing charge-up damage.

【0029】電子シェーディングによるチャージアップ
やノッチングは、被エッチング膜の残膜厚が0になるタ
イミングすなわちジャストエッチ以降のオーバーエッチ
ング中に発生する現象である。したがって、エッチング
開始から終了まで本方式のパルスバイアスを印加する必
要はなく、ジャストエッチ以降のオーバーエッチだけに
本方式のパルスバイアス印加を行なってもチャージアッ
プ低減やノッチング低減に効果がある。そこで実施例
3、4、5ではジャストエッチの前後でバイアスを切り
替える方法を検討した。
Charge-up or notching due to electron shading is a phenomenon that occurs at the timing when the remaining film thickness of the film to be etched becomes 0, that is, during overetching after just etching. Therefore, it is not necessary to apply the pulse bias of this method from the start to the end of etching, and even if the pulse bias of this method is applied only for overetching after just etching, it is effective in reducing charge-up and notching. Therefore, in Examples 3, 4, and 5, a method of switching the bias before and after the just etching was examined.

【0030】(実施例3)実施例1の装置を用いゲート
用ポリシリコンの加工を行った。本実施例ではパルスの
立ち上がり速度を5×103 V/μsにパルス幅を50
nsにそれぞれ設定し、図27のタイミングダイアグ
ラムのようにエッチング開始からポリシリコン残膜厚が
0になるジャストエッチのタイミングまでの間にパルス
の繰り返し周波数を10 MHzから500 KHzに減
らすことによってデューティー比を50 %から1 %に
変化させた。またジャストエッチ以降のオーバーエッチ
ングではパルスのデューティー比を1 %に固定にして
エッチングを行った。この場合も、図22と同様にノッ
チングのない垂直加工形状が得られた。
(Embodiment 3) Using the apparatus of Embodiment 1, the polysilicon for gates was processed. In this embodiment, the rising speed of the pulse is 5 × 10 3 V / μs and the pulse width is 50.
ns, and as shown in the timing diagram of FIG. 27, the duty ratio is reduced by reducing the pulse repetition frequency from 10 MHz to 500 KHz between the start of etching and the timing of just etching at which the remaining polysilicon film thickness becomes 0. Was changed from 50% to 1%. In overetching after just etching, the pulse duty ratio was fixed at 1% for etching. Also in this case, a vertically processed shape without notching was obtained as in FIG.

【0031】本実施例ではジャストエッチ以降でパルス
のデューティー比を1 %に固定したがそれ以前にパル
スのデューティー比が1 %になるようにしても同様の
効果が得られた。
In this embodiment, the duty ratio of the pulse was fixed to 1% after just etching, but the same effect was obtained even if the duty ratio of the pulse was set to 1% before that.

【0032】また、本実施例ではオーバーエッチング中
のパルスのデューティー比を1%に固定したが、このデ
ューティー比は5 %以下の値であれば同様の効果を持
つ。さらに本実施例の方法は、ゲート用ポリシリコン加
工におけるノッチングの低減だけでなく、メタル配線エ
ッチングにおけるチャージアップダメージの低減におい
ても有効である。
Further, in the present embodiment, the duty ratio of the pulse during over-etching is fixed to 1%, but if this duty ratio is a value of 5% or less, the same effect is obtained. Furthermore, the method of this embodiment is effective not only in reducing notching in processing the gate polysilicon, but also in reducing charge-up damage in metal wiring etching.

【0033】(実施例4)実施例1の装置を用いゲート
用ポリシリコンの加工を行った。本実施例ではパルスの
立ち上がり速度を5×103 V/μsに繰り返し周波数
を500 KHzにそれぞれ固定し、図28のタイミン
グダイアグラムのようにエッチング開始からジャストエ
ッチのタイミングまでの間にパルス幅を1 μsから5
0 nsに変化させた。またジャストエッチ以降のオー
バーエッチングではパルス幅を50nsに固定にしてエ
ッチングを行った。この場合も、図24と同様にノッチ
ングのない垂直加工形状が得られた。
(Example 4) Using the apparatus of Example 1, the polysilicon for gates was processed. In this embodiment, the pulse rising speed is fixed at 5 × 10 3 V / μs and the repetition frequency is fixed at 500 KHz, and the pulse width is set to 1 from the etching start to the just etching timing as shown in the timing diagram of FIG. μs to 5
It was changed to 0 ns. In overetching after just etching, the etching was performed with the pulse width fixed at 50 ns. Also in this case, a vertically machined shape without notching was obtained as in FIG.

【0034】本実施例ではジャストエッチ以降でパルス
幅を50 nsに固定したがそれ以前にパルスの幅が5
0 nsになるようにしても同様の効果が得られた。
In this embodiment, the pulse width is fixed at 50 ns after just etching, but before that, the pulse width was 5 ns.
Similar effects were obtained even when the time was set to 0 ns.

【0035】また本実施例では、オーバーエッチング以
降でパルスの幅を50 nsに固定してエッチングを行
ったが、このパルス幅は100 ns以下であれば同様
の効果がある。
In this embodiment, the pulse width is fixed to 50 ns after the over-etching and etching is performed. However, if the pulse width is 100 ns or less, the same effect can be obtained.

【0036】さらに本実施例の方法は、ゲート用ポリシ
リコン加工におけるノッチングの低減だけでなく、メタ
ル配線エッチングにおけるチャージアップダメージの低
減においても有効である。
Furthermore, the method of this embodiment is effective not only in reducing notching in processing the gate polysilicon, but also in reducing charge-up damage in metal wiring etching.

【0037】(実施例5)実施例1の装置を用いゲート
用ポリシリコンの加工を行った。本実施例ではパルス幅
を50 nsに、パルスの繰り返し周波数を500 KH
zにそれぞれ固定し、図29のタイミングダイアグラム
のようにエッチング開始からジャストエッチのタイミン
グまでの間にパルスの立ち上がり速度を5×10 V/
μsから5×103 V/μsまで変化させた。またジャ
ストエッチ以降のオーバーエッチングでは立ち上がり速
度を5×103 V/μsに固定にしてエッチングを行っ
た。この場合も、図24と同様にノッチングのない垂直
加工形状が得られた。
(Example 5) Using the apparatus of Example 1, the polysilicon for gates was processed. In this embodiment, the pulse width is 50 ns and the pulse repetition frequency is 500 KH.
Each is fixed to z, and the rising speed of the pulse is 5 × 10 V / from the start of etching to the timing of just etching as shown in the timing diagram of FIG.
It was changed from μs to 5 × 10 3 V / μs. In overetching after just etching, the rising speed was fixed at 5 × 10 3 V / μs. Also in this case, a vertically machined shape without notching was obtained as in FIG.

【0038】本実施例ではジャストエッチ以降でパルス
の立ち上がり速度を50×103 V/μsに固定した
が、それ以前にパルスの立ち上がり速度が5×103
/μsになるようにしても同様の効果が得られた。
In this embodiment, the pulse rising speed was fixed at 50 × 10 3 V / μs after just etching, but before that, the pulse rising speed was 5 × 10 3 V.
The same effect was obtained even if the value was set to / μs.

【0039】また本実施例では、オーバーエッチング以
降でパルスの立ち上がり速度を5×103 V/μsに固
定してエッチングを行ったが、この立ち上がり速度が1
3V/μs以上であれば同様の効果がある。
In this embodiment, after the over-etching, the pulse rising speed was fixed at 5 × 10 3 V / μs and etching was performed.
The same effect can be obtained if it is 0 3 V / μs or more.

【0040】さらに本実施例の方法は、ゲート用ポリシ
リコン加工におけるノッチングの低減だけでなく、メタ
ル配線エッチングにおけるチャージアップダメージの低
減においても有効である。
Furthermore, the method of this embodiment is effective not only in reducing notching in processing the gate polysilicon, but also in reducing charge-up damage in metal wiring etching.

【0041】(実施例6)図28に示すようにパルス電
圧と正弦波電圧のいずれでもバイアスとして印加できる
プラズマエッチング装置を用いて、ゲート用ポリシリコ
ンを加工した。本実施例では図31のタイミングダイア
グララムのようにジャストエッチに達するまで10 M
Hzの正弦波電圧を印加してエッチングを行い、オーバ
ーエッチングでは立ち上がり速度5×103 V/μs、
パルス幅50 ns、500 KHzのパルス電圧に切り
替えてエッチングを行った。この場合も実施例1と同
様、ノッチングのない垂直加工形状が得られた。
(Embodiment 6) As shown in FIG. 28, the gate polysilicon is processed using a plasma etching apparatus capable of applying a pulse voltage or a sine wave voltage as a bias. In this embodiment, it is 10 M until just etching is reached as in the timing diagram of FIG.
Etching is performed by applying a sinusoidal voltage of Hz, and the rising speed is 5 × 10 3 V / μs in over etching.
Etching was performed by switching to a pulse voltage of 500 KHz with a pulse width of 50 ns. Also in this case, as in Example 1, a vertically processed shape without notching was obtained.

【0042】本実施例では、ジャストエッチの時点でバ
イアスを正弦波からパルスに切り替えたが、このバイア
スの切り替えをジャストエッチ以前に行っても同様の効
果が得られる。
In this embodiment, the bias is switched from the sine wave to the pulse at the time of just etching, but the same effect can be obtained even if the bias is switched before just etching.

【0043】また本実施例の方法は、ゲート用ポリシリ
コン加工におけるノッチングの低減だけでなく、メタル
配線エッチングにおけるチャージアップダメージの低減
においても有効である。
The method of this embodiment is effective not only in reducing notching in processing the gate polysilicon, but also in reducing charge-up damage in metal wiring etching.

【0044】(実施例7)実施例1の装置において、立
ち上がり速度5×103 V/μs、繰り返し周波数50
0 KHz、パルス幅50 ns、大きさ100 Vのパ
ルス電圧をバイアスとして印加しトレンチのエッチング
を行った。その加工形状の断面を図32に示す。比較の
ため通常のRFバイアスを用いてエッチングした場合の
加工形状の断面を図33に示す。RFバイアスを用いた
場合に見られたボーイング15やサブトレンチ16が本
発明のパルスバイアス印加では消失しておりで垂直でか
つ底面端部のラウンドした形状が得られた。同時にマイ
クロローディングと呼ばれるエッチ速度のパターンサイ
ズ依存性も見られなくなった。
(Embodiment 7) In the apparatus of Embodiment 1, the rising speed is 5 × 10 3 V / μs, and the repetition frequency is 50.
A trench was etched by applying a pulse voltage of 0 KHz, a pulse width of 50 ns, and a magnitude of 100 V as a bias. FIG. 32 shows a cross section of the processed shape. For comparison, FIG. 33 shows a cross section of a processed shape when etching is performed using a normal RF bias. The bowing 15 and the sub-trench 16 observed when the RF bias was used disappeared by the application of the pulse bias of the present invention, and a vertical shape with a rounded bottom end was obtained. At the same time, the dependence of the etch rate on the pattern size, called microloading, disappeared.

【0045】本実施例では、トレンチの加工について述
べたがコンタクトホール等の微細孔加工や、アイソレー
ション用U溝等の微細溝加工においても同様の効果があ
る。
In this embodiment, the processing of the trench has been described, but the same effect can be obtained in the processing of fine holes such as contact holes and the processing of fine grooves such as U grooves for isolation.

【0046】(実施例8)本方式のパルス波形電圧にノ
イズ波形電圧等が重畳されていてもその電圧がパルスに
対して無視できる大きさであれば、ノッチング低減やチ
ャージアップ低減に効果があると考えられる。
(Embodiment 8) Even if a noise waveform voltage or the like is superimposed on the pulse waveform voltage of this system, if the voltage is negligible with respect to the pulse, it is effective in reducing notching and charge-up. it is conceivable that.

【0047】そこで本実施例では図21のパルス発生装
置から図34に示すようにパルスに正弦波を重畳した波
形の電圧を発生させバイアスとして印加し、ゲート用ポ
リシリコンのエッチングを行った。この場合も実施例1
と同様にノッチング抑制に効果が見られた。
Therefore, in this embodiment, the pulse generator shown in FIG. 21 generates a voltage having a waveform in which a sine wave is superimposed on a pulse as shown in FIG. 34 and applies it as a bias to etch the gate polysilicon. Also in this case, the first embodiment
Similar to the above, the effect was observed in notching suppression.

【0048】本実施例ではパルスの2倍周期の正弦波電
圧をパルス電圧に重畳したが、重畳する正弦波電圧の周
期や振幅に関係なく、本実施例と同様の効果が得られ
る。
In the present embodiment, the sine wave voltage having a double cycle of the pulse is superimposed on the pulse voltage, but the same effect as that of the present embodiment can be obtained regardless of the cycle and the amplitude of the superimposed sine wave voltage.

【0049】また本実施例の方法は、ゲート用ポリシリ
コン加工におけるノッチングの低減だけでなく、メタル
配線エッチングにおけるチャージアップダメージの低減
やトレンチ等の微細孔加工におけるボーイングやサブト
レンチの低減においても有効である。
Further, the method of this embodiment is effective not only in reducing notching in processing the gate polysilicon, but also in reducing charge-up damage in metal wiring etching and reducing bowing and sub-trench in processing fine holes such as trenches. Is.

【0050】(実施例9)実施例1の装置において、パ
ルス発生装置から図35に示すようにパルスに正の直流
電圧を重畳した波形の電圧を発生させバイアスとして印
加し、ゲート用ポリシリコンのエッチングを行った。こ
の場合も実施例1と同様にノッチング抑制に効果が見ら
れた。本実施例では、正の直流電圧をパルスに重畳した
が、重畳する直流電圧の大きさや極性に関係なく、本実
施例と同様の効果がえられる。
(Embodiment 9) In the device of Embodiment 1, a pulse generator generates a voltage having a waveform in which a positive DC voltage is superposed on a pulse as shown in FIG. Etching was performed. Also in this case, as in Example 1, the effect of suppressing notching was observed. In this embodiment, the positive DC voltage is superimposed on the pulse, but the same effect as that of this embodiment can be obtained regardless of the magnitude and polarity of the superimposed DC voltage.

【0051】また本実施例の方法は、ゲート用ポリシリ
コン加工におけるノッチングの低減だけでなく、メタル
配線エッチングにおけるチャージアップダメージの低減
やトレンチ等の微細孔加工におけるボーイングやサブト
レンチの低減においても有効である。
Further, the method of this embodiment is effective not only in reducing notching in processing the gate polysilicon, but also in reducing charge-up damage in metal wiring etching and reducing bowing and sub-trench in processing fine holes such as trenches. Is.

【0052】(実施例10)実施例1の装置の静電吸着
用絶縁セラミック23の材料として強誘電体であるPb
(Zr,Ti)O3を用いることにより静電吸着用絶縁
セラミック23の静電容量を3 nF/cm2以上に増大
させた。この装置改造によって、電子シェーディング現
象によるチャージアップを解消するのに必要なパルスの
立ち上がり速度やパルス幅を2桁小さくできる。したが
って、パルス電源に求められる性能もっちいさくなり、
パルス電源購入にかかる費用も軽減できる。
(Embodiment 10) Pb, which is a ferroelectric substance, is used as the material of the insulating ceramic 23 for electrostatic attraction of the device of Embodiment 1.
By using (Zr, Ti) O 3 , the electrostatic capacity of the insulating ceramic 23 for electrostatic adsorption was increased to 3 nF / cm 2 or more. By modifying this device, the rising speed and pulse width of the pulse required to eliminate the charge-up due to the electronic shading phenomenon can be reduced by two digits. Therefore, the performance required for the pulse power supply becomes smaller,
The cost of purchasing a pulse power supply can also be reduced.

【0053】改造後の装置を用いて、ゲート用ポリシリ
コンの加工を行った。大きさ100V、立ち上がり速度
5×10 V/μs、幅5 μsのパルス電圧をバイアス
として印加し、加工形状を観察した。その結果、実施例
1と同様、ノッチングのない垂直加工形状が得られた。
Using the modified device, the polysilicon for the gate was processed. A pulse voltage having a magnitude of 100 V, a rising speed of 5 × 10 V / μs and a width of 5 μs was applied as a bias, and the processed shape was observed. As a result, as in Example 1, a vertically machined shape without notching was obtained.

【0054】本実施例では静電吸着用絶縁セラミックと
してPb(Zr,Ti)O3を用いたが、他の強誘電体
を用いた場合も類似の効果がある。例えば、(Pb,B
a)Nb26を用いた場合しきいとなる立ち上がり速度
やパルス幅を実施例1の場合の200分の1に低減でき
る。また、(Sr,Ba)Nb26を用いた場合では5
0分の1に、BaTiO3の場合では300分の1に、
PbTiO3の場合では10分の1に、Bi4Ti312
の場合では30分の1に、Pb(Mg,Nb)O3−P
bTiO3の固溶体の場合には2000分の1に、それ
ぞれ、低減することができる。
In this embodiment, Pb (Zr, Ti) O 3 is used as the insulating ceramic for electrostatic attraction, but the similar effect can be obtained when another ferroelectric substance is used. For example, (Pb, B
a) It is possible to reduce the rising speed and the pulse width, which are thresholds when Nb 2 O 6 is used, to 1/200 of those in the first embodiment. Moreover, in the case of using (Sr, Ba) Nb 2 O 6 , it is 5
To one- third , one- third for BaTiO 3
In the case of PbTiO 3 , it is 1/10 that of Bi 4 Ti 3 O 12
In the case of, Pb (Mg, Nb) O 3 -P
In the case of a solid solution of bTiO 3 , it can be reduced to 1/2000, respectively.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、電子シェーディング現
象に起因するチャージアップが低減され、その結果、電
子シェーディングに起因するノッチングや、チャージア
ップダメージ、ボーイング、サブトレンチ等の発生が抑
制される。またマイクロローディングの低減にも有効で
ある。
According to the present invention, the charge-up caused by the electron shading phenomenon is reduced, and as a result, the occurrence of notching, charge-up damage, bowing, sub-trench, etc. due to the electron shading is suppressed. It is also effective in reducing microloading.

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

【図1】入力パルスの立上り速度とノッチングの大きさ
の関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the rising speed of an input pulse and the magnitude of notching.

【図2】従来のRFバイアス印加に用いるエッチング装
置の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional etching apparatus used for applying an RF bias.

【図3】従来のRFバイアス印加の場合のバイアス入力
電圧波形を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a bias input voltage waveform when a conventional RF bias is applied.

【図4】従来のRFバイアス印加の場合の基板バイアス
波形を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a substrate bias waveform when a conventional RF bias is applied.

【図5】局所的チャージアップの発生機構(電子シェー
ディング現象)を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a local charge-up occurrence mechanism (electronic shading phenomenon).

【図6】ゲート用ポリシリコン加工における局所異状サ
イドエッチ形状(ノッチング)の発生機構を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a generation mechanism of a locally abnormal side-etched shape (notching) in processing a gate polysilicon.

【図7】メタル配線加工におけるゲート絶縁膜へのダメ
ージの発生機構を示す図である
FIG. 7 is a diagram showing a mechanism of causing damage to a gate insulating film in metal wiring processing.

【図8】微細溝加工におけるボーイングおよびサブトレ
ンチの発生機構を示す図である
FIG. 8 is a diagram showing a mechanism of generation of bowing and sub-trench in fine groove processing.

【図9】本発明のパルスバイアス印加に用いる表面処理
装置の構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a surface treatment apparatus used for applying a pulse bias according to the present invention.

【図10】本発明のパルスバイアス印加の場合のバイア
ス入力電圧波形を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a bias input voltage waveform in the case of applying a pulse bias according to the present invention.

【図11】本発明のパルスバイアス印加の場合の基板バ
イアス波形を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a substrate bias waveform in the case of applying a pulse bias according to the present invention.

【図12】本発明による局所的チャージアップ低減機構
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a local charge-up reduction mechanism according to the present invention.

【図13】入力パルスの立上り速度と電子加速電圧の大
きさの関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the rising speed of an input pulse and the magnitude of an electron acceleration voltage.

【図14】入力パルスのデューティー比(繰り返し周波
数×パルス幅)と電子加速電圧の大きさの関係を示す図
である。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the duty ratio of an input pulse (repetition frequency × pulse width) and the magnitude of an electron acceleration voltage.

【図15】入力パルスのデューティー比が0.1 %の
場合の基板バイアス波形を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a substrate bias waveform when the duty ratio of an input pulse is 0.1%.

【図16】入力パルスのデューティー比が1 %の場合
の基板バイアス波形を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a substrate bias waveform when the duty ratio of an input pulse is 1%.

【図17】入力パルスのデューティー比が10 %の場
合の基板バイアス波形を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a substrate bias waveform when the duty ratio of an input pulse is 10%.

【図18】本発明によるノッチング低減機構を示す図で
ある。
FIG. 18 is a diagram showing a notching reduction mechanism according to the present invention.

【図19】本発明によるゲート絶縁膜ダメージ低減の機
構を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a mechanism for reducing damage to a gate insulating film according to the present invention.

【図20】本発明によるサブトレンチおよびボーイング
の低減機構を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a sub-trench and bowing reduction mechanism according to the present invention.

【図21】本発明をマイクロ波エッチング装置に適用し
た場合の装置構成図である。
FIG. 21 is a device configuration diagram when the present invention is applied to a microwave etching device.

【図22】パルス電源により発生されるパルス電圧波形
の一例を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing an example of a pulse voltage waveform generated by a pulse power supply.

【図23】パルスのデューティー比とノッチングの大き
さの関係を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the duty ratio of pulses and the magnitude of notching.

【図24】本発明によるゲート用ポリシリコン加工形状
を示す図である。
FIG. 24 is a view showing a processed shape of polysilicon for a gate according to the present invention.

【図25】従来法によるゲート用ポリシリコン加工形状
を示す図である。
FIG. 25 is a view showing a processed shape of polysilicon for a gate by a conventional method.

【図26】パルスのデューティー比とゲート絶縁膜破壊
率の関係を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a relationship between a pulse duty ratio and a gate insulating film destruction rate.

【図27】エッチング中のパルスの繰り返し周波数の変
化を示すタイミングダイアグラムである。
FIG. 27 is a timing diagram showing changes in pulse repetition frequency during etching.

【図28】エッチング中のパルス幅の変化を示すタイミ
ングダイアグラムである。
FIG. 28 is a timing diagram showing changes in pulse width during etching.

【図29】エッチング中のパルスの立ち上がり速度の変
化を示すタイミングダイアグラムである。
FIG. 29 is a timing diagram showing changes in the rising speed of a pulse during etching.

【図30】パルスバイアスとRFバイアスを切り替える
ことのできるマイクロ波エッチング装置である。
FIG. 30 is a microwave etching apparatus capable of switching between a pulse bias and an RF bias.

【図31】パルスバイアスとRFバイアスの切り替えの
タイミングを示すダイアグラムである。
FIG. 31 is a diagram showing the timing of switching between pulse bias and RF bias.

【図32】本発明によるトレンチ加工形状を示す図であ
る。
FIG. 32 is a view showing a trench processing shape according to the present invention.

【図33】従来法によるトレンチ加工形状を示す図であ
る。
FIG. 33 is a view showing a trench processing shape by a conventional method.

【図34】本発明の入力パルス電圧波形の例を示す図で
ある。
FIG. 34 is a diagram showing an example of an input pulse voltage waveform of the present invention.

【図35】本発明の入力パルス電圧波形の例を示す図で
ある。
FIG. 35 is a diagram showing an example of an input pulse voltage waveform of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…被エッチング試料、2…キャパシタ、3…高周波電
源、4…プラズマ、5…イオン、6…電子、7…レジス
トマスク、8…ポリシリコン層、9…シリコン酸化膜、
10…ノッチング、11…メタル配線、12フローティ
ングゲート、13…基板シリコン、14…ゲート絶縁
膜、15…ボーイング、16…サブトレンチ、17…パ
ルス電源、18…マグネトロン、19…導波管、20…
放電管、21…磁場発生用コイル、22…アース電極、
23…静電吸着用絶縁セラミック、24…静電吸着用定
電圧電源、25…任意波形発生器、26…高速広帯域電
力増幅器。
1 ... Etching sample, 2 ... Capacitor, 3 ... High frequency power supply, 4 ... Plasma, 5 ... Ion, 6 ... Electron, 7 ... Resist mask, 8 ... Polysilicon layer, 9 ... Silicon oxide film,
10 ... Notching, 11 ... Metal wiring, 12 Floating gate, 13 ... Substrate silicon, 14 ... Gate insulating film, 15 ... Boeing, 16 ... Sub trench, 17 ... Pulse power supply, 18 ... Magnetron, 19 ... Waveguide, 20 ...
Discharge tube, 21 ... Coil for magnetic field generation, 22 ... Ground electrode,
23 ... Insulating ceramics for electrostatic attraction, 24 ... Constant voltage power source for electrostatic attraction, 25 ... Arbitrary waveform generator, 26 ... High-speed broadband power amplifier.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敬三 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 水石 賢一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Keizo Suzuki 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kenichi Mizuishi 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Center

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】減圧処理室内に載置した被処理物にプラズ
マを供給する共に前記被処理物にバイアス電圧を印加す
ることにより被処理物を処理する表面処理方法におい
て、前記バイアス電圧として、立ち上がり速度103
/μs以上のパルス波形の電圧を印加することを特徴と
する表面処理方法。
1. A surface treatment method for treating an object to be processed by supplying plasma to the object to be treated placed in a decompression processing chamber and applying a bias voltage to the object to be treated, wherein the bias voltage rises. Speed 10 3 V
/ Μs or more of the pulse waveform voltage is applied, the surface treatment method.
【請求項2】減圧処理室内に載置した被処理物にプラズ
マを供給する共に前記被処理物にバイアス電圧を印加す
ることにより被処理物を処理するドライエッチング方法
において、前記バイアス電圧として、立ち上がり速度1
3 V/μs以上のパルス波形の電圧を印加することを
特徴とするドライエッチング方法。
2. A dry etching method for processing an object to be processed by supplying plasma to the object to be processed placed in a decompression processing chamber and applying a bias voltage to the object to be processed, wherein the bias voltage rises. Speed 1
A dry etching method characterized by applying a voltage having a pulse waveform of 0 3 V / μs or more.
【請求項3】請求項2のパルス波形電圧の大きさが30
V以上であることを特徴とするドライエッチング方
法。
3. The magnitude of the pulse waveform voltage according to claim 2 is 30.
A dry etching method characterized by being V or more.
【請求項4】請求項3のパルスのデューティー比が5
%以下であることを特徴とするドライエッチング方法。
4. The pulse duty ratio according to claim 3 is 5
% Or less, a dry etching method.
【請求項5】請求項4のパルスのデューティー比が0.
5 %以上であることを特徴とするドライエッチング方
法。
5. The pulse duty ratio according to claim 4 is 0.
A dry etching method characterized by being 5% or more.
【請求項6】請求項4のパルスのデューティー比が0.
5 %以下であることを特徴とするドライエッチング方
法。
6. The duty ratio of the pulse according to claim 4 is 0.
A dry etching method characterized by being 5% or less.
【請求項7】請求項1のパルスの立ち上がり速度が5×
103 V/μs以上であることを特徴とする表面処理方
法。
7. The pulse rising speed according to claim 1 is 5 ×
A surface treatment method, which is 10 3 V / μs or more.
【請求項8】請求項2のパルスの立ち上がり速度が5×
103 V/μs以上であることを特徴とするドライエッ
チング方法。
8. The pulse rising speed according to claim 2 is 5 ×
A dry etching method characterized by being 10 3 V / μs or more.
【請求項9】請求項5および請求項6のパルスの幅が1
00 ns以下であることを特徴とするドライエッチン
グ方法。
9. The pulse width of claim 5 or 6 is 1
A dry etching method, which is 100 ns or less.
【請求項10】請求項5の被処理物がシリコン酸化膜で
あることを特徴とするドライエッチング方法。
10. The dry etching method according to claim 5, wherein the object to be processed is a silicon oxide film.
【請求項11】請求項5のエッチング方法を用いて、コ
ンタクトホールを加工することを特徴とするドライエッ
チング方法。
11. A dry etching method, wherein a contact hole is processed by using the etching method according to claim 5.
【請求項12】請求項5の被処理物が単結晶シリコンで
あることを特徴とするドライエッチング方法。
12. The dry etching method according to claim 5, wherein the object to be processed is single crystal silicon.
【請求項13】請求項5のエッチング方法を用いて、シ
リコントレンチを加工することを特徴とするドライエッ
チング方法。
13. A dry etching method, wherein a silicon trench is processed by using the etching method according to claim 5.
【請求項14】減圧処理室内に載置した被処理物にプラ
ズマを供給する共に前記被処理物にバイアス電圧を印加
することにより被処理物を処理するエッチング方法にお
いて、前記バイアス電圧として、立ち上がり速度103
V/μs以上のパルス波形の電圧に正弦波形の電圧を重
畳した波形の電圧を印加することを特徴とするドライエ
ッチング方法。
14. An etching method for processing an object to be processed by supplying plasma to the object to be processed placed in a decompression processing chamber and applying a bias voltage to the object to be processed, wherein a rising speed is used as the bias voltage. 10 3
A dry etching method comprising applying a voltage having a waveform in which a sine waveform voltage is superimposed on a pulse waveform voltage of V / μs or more.
【請求項15】減圧処理室内に載置した被処理物にプラ
ズマを供給する共に前記被処理物にバイアス電圧を印加
することにより被処理物を処理するエッチング方法にお
いて、前記バイアス電圧として、立ち上がり速度103
V/μs以上のパルス波形の電圧に直流電圧を重畳した
波形の電圧を印加することを特徴とするドライエッチン
グ方法。
15. An etching method for processing an object to be processed by supplying plasma to the object to be processed placed in a decompression processing chamber and applying a bias voltage to the object to be processed, wherein a rising speed is used as the bias voltage. 10 3
A dry etching method characterized by applying a voltage having a waveform in which a DC voltage is superimposed on a voltage having a pulse waveform of V / μs or more.
【請求項16】減圧処理室内に載置した被処理物にプラ
ズマを供給する共に前記被処理物にバイアス電圧を印加
することにより被処理物を処理するエッチング方法にお
いて、前記バイアス電圧として、103 V/μs以上の
パルス波形の電圧を印加し、かつ、パルスの立ち上がり
速度をエッチング中に変化させることを特徴とするドラ
イエッチング方法。
16. An etching method for processing an object to be processed by supplying plasma to the object to be processed placed in a decompression processing chamber and applying a bias voltage to the object to be processed, wherein the bias voltage is 10 3 A dry etching method, characterized in that a voltage having a pulse waveform of V / μs or more is applied, and a rising speed of the pulse is changed during etching.
【請求項17】減圧処理室内に載置した被処理物にプラ
ズマを供給する手段と前記被処理物にバイアス電圧を印
加する手段を有する表面処理装置において、前記バイア
スを印加する手段の一部として立ち上がり速度103
/μs以上のパルス電圧を発生することのできる電源を
具備することを特徴とする表面処理装置。
17. A surface treatment apparatus having means for supplying plasma to an object to be processed placed in a decompression processing chamber and means for applying a bias voltage to the object to be processed, as a part of the means for applying the bias. Rising speed 10 3 V
A surface treatment apparatus comprising a power supply capable of generating a pulse voltage of / μs or more.
【請求項18】減圧処理室内に載置した被処理物にプラ
ズマを供給する手段と前記被処理物にバイアス電圧を印
加する手段を有するエッチング装置において、前記バイ
アスを印加する手段の一部として立ち上がり速度103
V/μs以上のパルス電圧を発生することのできる電源
を具備することを特徴とするドライエッチング装置。
18. An etching apparatus having means for supplying plasma to an object to be processed placed in a decompression processing chamber and means for applying a bias voltage to the object to be processed, rising as part of the means for applying the bias. Speed 10 3
A dry etching apparatus comprising a power supply capable of generating a pulse voltage of V / μs or more.
【請求項19】請求項17の表面処理装置において、前
記処理室内に前記被処理物の表面積の4倍以上の表面積
を有するアース電極を具備することを特徴とする表面処
理装置。
19. The surface treatment apparatus according to claim 17, further comprising an earth electrode having a surface area which is four times or more the surface area of the object to be treated in the processing chamber.
【請求項20】請求項18のエッチング装置において、
前記処理室内に前記被処理物の表面積の4倍以上の表面
積を有するアース電極を具備することを特徴とするドラ
イエッチング装置。
20. The etching apparatus according to claim 18,
A dry etching apparatus comprising a ground electrode having a surface area that is four times or more the surface area of the object to be processed in the processing chamber.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6218196B1 (en) 1998-05-06 2001-04-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Etching apparatus, etching method, manufacturing method of a semiconductor device, and semiconductor device
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