JPH0888218A - Method and device for plasma etching - Google Patents

Method and device for plasma etching

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JPH0888218A
JPH0888218A JP6248583A JP24858394A JPH0888218A JP H0888218 A JPH0888218 A JP H0888218A JP 6248583 A JP6248583 A JP 6248583A JP 24858394 A JP24858394 A JP 24858394A JP H0888218 A JPH0888218 A JP H0888218A
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JP
Japan
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time
frequency power
etching
high frequency
coil
Prior art date
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Pending
Application number
JP6248583A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Horiike
靖浩 堀池
Kazuyuki Toyoda
一行 豊田
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Kokusai Electric Corp
Original Assignee
Kokusai Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155Frequency modulation
    • H01J37/32165Plural frequencies

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE: To increase the etching speed ratio and etching characteristics by impressing pulsative high-frequency electric power upon a coil and making the frequency of the high-frequency electric power for generating plasma the same as that of bias power, and then, changing the phase difference between the frequencies of both electric powers. CONSTITUTION: The output of a high-frequency power source 12 is impressed upon a coil 3 through a matching device 7. Then high-density plasma is generated in a reaction chamber 2 by generating helicon waves in the chamber 2. At the same time, the output of a bias power source 10 is impressed upon a planar electrode 5 through another matching device 9. Under such a condition, a workpiece is etched by utilizing a self-bias voltage or AC electric field generated from the electrode 5. When the frequency of pulse modulation is made the same as that impressed upon the electrode 5, the phase difference between both frequencies is appropriately set by means of a phase shifter 13.

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、半導体製造工程の1つ
であるエッチング、特にプラズマを利用してドライエッ
チングを行う為のプラズマエッチング方法及びその装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching method, which is one of semiconductor manufacturing processes, and more particularly to a plasma etching method and apparatus for dry etching using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プラズマを生成させる方法として
は、1対の平板電極を対峙させ設け、減圧雰囲気下で反
応ガスを供給し、両電極間に高周波電力を印加させ、プ
ラズマを生成させる方法と、マイクロ波と磁場によりプ
ラズマを生成させるECR(Electoron Cy
clotoron Resonance)法と、磁場が
印加された空間に高周波電力を印加することで生成する
ヘリコン波を利用してプラズマを生成させる有磁場誘導
方法等があり、このヘリコン波を利用してプラズマを生
成させる有磁場誘導方法では、前掲した2者よりも高密
度のプラズマを生成させることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for generating plasma, a pair of flat plate electrodes are provided facing each other, a reaction gas is supplied under a reduced pressure atmosphere, and high frequency power is applied between both electrodes to generate plasma. And ECR (Electroron Cy) that generates plasma by microwave and magnetic field.
Clotoron Resonance) method and magnetic field induction method of generating plasma by using helicon wave generated by applying high frequency power to the space to which magnetic field is applied. With the magnetic field induction method, it is possible to generate a higher density plasma than the above-mentioned two.

【0003】図12に於いて、従来のヘリコン波を利用
してプラズマを生成する有磁場誘導方法のプラズマエッ
チング装置を説明する。
Referring to FIG. 12, a conventional plasma etching apparatus of a magnetic field induction method for generating plasma using a helicon wave will be described.

【0004】導電材料で構成された気密な処理室1の上
側に、絶縁物で構成された円筒状の反応室2が気密に連
設され、該反応室2の外側に2巻のコイル3が巻き設け
られ、更に該コイル3の外側に前記反応室2の軸心方向
に磁場を発生する為の磁場発生コイル4が配設されてい
る。又、前記反応室2の底面には半導体試料等の被処理
物の載置台を兼ねる平板電極5が絶縁物で構成された台
座6を介して設けられている。
A cylindrical reaction chamber 2 made of an insulating material is airtightly connected to an upper side of an airtight processing chamber 1 made of a conductive material, and two coils 3 are provided outside the reaction chamber 2. A magnetic field generating coil 4 for generating a magnetic field in the axial direction of the reaction chamber 2 is provided outside the coil 3 in a wound manner. On the bottom surface of the reaction chamber 2, there is provided a flat plate electrode 5 which also serves as a mounting table for an object to be processed such as a semiconductor sample via a pedestal 6 made of an insulating material.

【0005】前記コイル3には整合器7と高周波電源8
が直列に接続され、該高周波電源8の出力を前記整合器
7を通して前記コイル3に印加できる様になっている。
又、前記平板電極5には整合器9、バイアス電源10が
直列に接続され、該バイアス電源10の出力を前記整合
器9を通して前記平板電極5に印加できる様になってい
る。
The coil 3 includes a matching unit 7 and a high frequency power source 8
Are connected in series so that the output of the high frequency power source 8 can be applied to the coil 3 through the matching unit 7.
A matching unit 9 and a bias power supply 10 are connected in series to the plate electrode 5, and the output of the bias power supply 10 can be applied to the plate electrode 5 through the matching unit 9.

【0006】上記した従来例に於いて、前記処理室1、
反応室2内を図示しない真空ポンプにより排気し、排気
後反応室2内に反応ガスを供給し、反応室2内の圧力を
一定に保持する。前記磁場発生コイル4により反応室2
内に磁場が発生された状態で、前記高周波電源8の出力
を前記整合器7を通して前記コイル3に印加し、反応室
2内にヘリコン波を発生させ、高密度のプラズマを生成
する。
In the above-mentioned conventional example, the processing chamber 1,
The inside of the reaction chamber 2 is evacuated by a vacuum pump (not shown), the reaction gas is supplied into the reaction chamber 2 after exhaustion, and the pressure in the reaction chamber 2 is kept constant. The reaction chamber 2 is formed by the magnetic field generating coil 4.
With the magnetic field generated therein, the output of the high frequency power source 8 is applied to the coil 3 through the matching unit 7 to generate a helicon wave in the reaction chamber 2 to generate high density plasma.

【0007】同時に前記バイアス電源10の出力を前記
整合器9を通して前記平板電極5に印加し、平板電極5
上に生じたセルフバイアス電圧或は交流電界を利用し
て、平板電極5に載置した被処理物11をエッチングす
る。
At the same time, the output of the bias power source 10 is applied to the plate electrode 5 through the matching unit 9, and the plate electrode 5
Using the self-bias voltage or the alternating electric field generated above, the object 11 to be processed placed on the plate electrode 5 is etched.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記した様に、ヘリコ
ン波を利用してプラズマを生成する場合、高密度のプラ
ズマが得られるという利点があるが、反応室に導入した
反応ガスの解離、及びエッチングで生じた反応生成物の
解離が進むという現象がある。
As described above, when plasma is generated using a helicon wave, there is an advantage that high density plasma can be obtained. However, dissociation of the reaction gas introduced into the reaction chamber, and There is a phenomenon that a reaction product generated by etching is dissociated.

【0009】半導体試料であるシリコン(Si)ウェー
ハ上のシリコン酸化膜(SiO2 膜)をエッチングする
場合、反応ガスとしてCX Y 系を用いるが、本従来例
の様な高密度のプラズマを生成しエッチングを行う装置
では、反応ガスの解離が進む為、フッ素(F)の生成比
率が大きくなり、この為フッ素によるシリコン酸化膜の
下地のシリコンのエッチングが進行し、選択比(エッチ
ング速度比)が低下するという問題がある。
When etching a silicon oxide film (SiO 2 film) on a silicon (Si) wafer which is a semiconductor sample, a C X F Y system is used as a reaction gas, but a high density plasma as in the conventional example is used. In the apparatus for generating and etching, the dissociation of the reaction gas proceeds, so that the generation ratio of fluorine (F) becomes large, which causes the etching of silicon as the base of the silicon oxide film due to fluorine to proceed, resulting in a selective ratio (etching rate ratio). ) Decreases.

【0010】FによるSiのエッチングを押さえる為
に、添加ガスとしてH2 を用いる方法があり、例えばエ
ッチングガスとしてC4 8 とH2 を用いてエッチング
する場合、SiO2 膜とSiの選択比を向上させる為に
2 の割合を増やすと、SiO2 のエッチング速度も低
下し、結果として選択比は向上しない。
In order to suppress the etching of Si by F, there is a method of using H 2 as an additive gas. For example, when etching is carried out by using C 4 F 8 and H 2 as etching gases, the selection ratio of SiO 2 film and Si is If the proportion of H 2 is increased to improve the etching rate, the etching rate of SiO 2 also decreases, and as a result, the selectivity does not improve.

【0011】本発明は斯かる実情に鑑み、ヘリコン波を
利用して高密度のプラズマを生成してエッチングを行う
場合に、エッチング速度比を増大させ、エッチング特性
を向上させ、更にプロセス条件のマージンを広げようと
するものである。
In view of the above situation, the present invention increases the etching rate ratio, improves the etching characteristics, and further improves the process condition margin when the high density plasma is generated by utilizing the helicon wave for etching. Is to spread.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、反応室の軸心
方向に磁場を印加し、該反応室の周囲に巻設したコイル
に高周波電力を印加して生成したプラズマを利用して被
処理物のエッチングを行うプラズマエッチングに於い
て、前記コイルに印加する高周波電力をパルス状とし、
又プラズマを発生させる高周波電力とバイアス電力との
周波数を同一にし、両電力の周波数の位相差を変更させ
る様にしたものである。
The present invention utilizes a plasma generated by applying a magnetic field in the axial direction of the reaction chamber and applying high-frequency power to a coil wound around the reaction chamber. In plasma etching for etching a processed object, the high frequency power applied to the coil is pulsed,
Further, the high frequency power for generating plasma and the bias power have the same frequency, and the phase difference between the frequencies of both powers is changed.

【0013】[0013]

【作用】高周波電力をパルス状とし、断続的に印加する
ことでエッチング特性を向上させ、又高周波電力とバイ
アス電力との周波数を同一にし、両電力の周波数の位相
差を変更さることで、プロセス条件のマージンを広げ
る。
Function: The high-frequency power is pulsed and intermittently applied to improve the etching characteristics, and the frequencies of the high-frequency power and the bias power are made the same, and the phase difference between the frequencies of both powers is changed, Increase the margin of conditions.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1中に於いて、図12中で示したものと
同様の構成要素には同符号を付してある。
In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 12 are designated by the same reference numerals.

【0016】導電材料で構成された気密な処理室1の上
側に、絶縁物で構成された円筒状の反応室2が気密に連
設され、該反応室2の外側に2巻のコイル3が巻き設け
られ、更に該コイル3の外側に前記反応室2の軸心方向
に磁場を発生する為の磁場発生コイル4が配設されてい
る。又、前記反応室2の底面には半導体試料等の被処理
物の載置台を兼ねる平板電極5が絶縁物で構成された台
座6を介して設けられている。
A cylindrical reaction chamber 2 made of an insulating material is airtightly connected to the upper side of an airtight processing chamber 1 made of a conductive material, and two coils 3 are provided outside the reaction chamber 2. A magnetic field generating coil 4 for generating a magnetic field in the axial direction of the reaction chamber 2 is provided outside the coil 3 in a wound manner. On the bottom surface of the reaction chamber 2, there is provided a flat plate electrode 5 which also serves as a mounting table for an object to be processed such as a semiconductor sample via a pedestal 6 made of an insulating material.

【0017】尚、前記コイル3は、生成されたプラズマ
の均一性を考慮すると、1巻でも充分であり、装置の簡
略化を考えると1巻のコイル3の方が好ましい。図2は
コイル3を1巻とした実施例を図示している。又、前記
磁場発生コイル4は反応室2の軸心方向に磁場を発生さ
せる手段であればよく永久磁石であってもよいことは勿
論である。
It should be noted that one turn of the coil 3 is sufficient in consideration of the uniformity of the generated plasma, and one turn of the coil 3 is preferable in view of simplification of the apparatus. FIG. 2 illustrates an embodiment in which the coil 3 has one turn. The magnetic field generating coil 4 may be a permanent magnet as long as it can generate a magnetic field in the axial direction of the reaction chamber 2.

【0018】前記コイル3には整合器7とパルス変調可
能な高周波電源12が直列に接続され、該高周波電源1
2の出力を前記整合器7を通して前記コイル3に印加で
きる様になっている。又、前記平板電極5には整合器
9、バイアス電源10が直列に接続され、該バイアス電
源10の出力を前記整合器9を通して前記平板電極5に
印加できる様になっている。
A matching device 7 and a high frequency power source 12 capable of pulse modulation are connected in series to the coil 3, and the high frequency power source 1
The output of 2 can be applied to the coil 3 through the matching device 7. A matching unit 9 and a bias power supply 10 are connected in series to the plate electrode 5, and the output of the bias power supply 10 can be applied to the plate electrode 5 through the matching unit 9.

【0019】前記高周波電源12の基本波の周波数は通
常13.56MHz であるが、これ以外の周波数を用いる
ことも勿論可能である。又、パルス変調を行う手段は、
前記高周波電源12に内蔵させてもよく、或は別途増幅
器と市販の任意信号発生器を組合わせたものでもよく、
前記コイルにパルス状の高周波電力を印加する高周波電
力印加手段であればよい。
The frequency of the fundamental wave of the high frequency power source 12 is usually 13.56 MHz, but it is of course possible to use a frequency other than this. Also, the means for performing pulse modulation is
It may be built in the high frequency power source 12, or may be a combination of a separate amplifier and a commercially available arbitrary signal generator,
It may be any high-frequency power applying means for applying pulsed high-frequency power to the coil.

【0020】図3はパルス変調の態様を示し、(a)は
コイル3に印加する高周波電力の基本波を示し、(b)
はパルス変調を示し、(c)は(b)で示すパルス変調
によって(a)の基本波を変調した状態を示す。
FIG. 3 shows a mode of pulse modulation, (a) shows a fundamental wave of high frequency power applied to the coil 3, (b).
Shows pulse modulation, and (c) shows a state in which the fundamental wave of (a) is modulated by the pulse modulation shown in (b).

【0021】前記整合器7、前記整合器9にフェイズシ
フタ13を接続し、前記高周波電源12が出力するパル
ス変調波と前記バイアス電源10が出力するバイアス電
力の周波数を同一とした場合は、パルス変調波とバイア
ス電力の位相差を任意に設定できる様になっている。
When a phase shifter 13 is connected to the matching box 7 and the matching box 9 and the frequency of the pulse-modulated wave output from the high frequency power source 12 and the bias power output from the bias power source 10 are the same, a pulse is generated. The phase difference between the modulated wave and the bias power can be set arbitrarily.

【0022】以下、作動を説明する。The operation will be described below.

【0023】前記処理室1、反応室2内を図示しない真
空ポンプにより排気し、排気後反応室2内に反応ガスを
供給し、反応室2内の圧力を一定に保持する。前記磁場
発生コイル4により反応室2内に磁場が発生された状態
で、前記高周波電源12の出力を前記整合器7を通して
前記コイル3に印加し、反応室2内にヘリコン波を発生
させ、高密度のプラズマを生成する。
The inside of the processing chamber 1 and the reaction chamber 2 is evacuated by a vacuum pump (not shown), and after exhaustion, the reaction gas is supplied into the reaction chamber 2 to keep the pressure inside the reaction chamber 2 constant. With the magnetic field generated in the reaction chamber 2 by the magnetic field generation coil 4, the output of the high frequency power source 12 is applied to the coil 3 through the matching device 7 to generate a helicon wave in the reaction chamber 2, Generate a plasma of density.

【0024】同時に前記バイアス電源10の出力を前記
整合器9を通して前記平板電極5に印加し、平板電極5
上に生じたセルフバイアス電圧或は交流電界を利用し
て、平板電極5に載置した被処理物11をエッチングす
る。
At the same time, the output of the bias power source 10 is applied to the plate electrode 5 through the matching unit 9, and the plate electrode 5
Using the self-bias voltage or the alternating electric field generated above, the object 11 to be processed placed on the plate electrode 5 is etched.

【0025】又、必要に応じてパルス変調の周波数と平
板電極5に印加するバイアス電力の周波数を同一とした
場合は、相互の位相差を前記フェイズシフタ13によ
り、適宜設定する。
If the frequency of the pulse modulation and the frequency of the bias power applied to the flat plate electrode 5 are made the same if necessary, the phase difference between them is appropriately set by the phase shifter 13.

【0026】次に、前記コイル3に印加する高周波電力
をパルス変調した場合について説明する。
Next, a case where the high frequency power applied to the coil 3 is pulse-modulated will be described.

【0027】図4は反応性ガスの混合比と、SiO2
びSiのエッチング速度並びにSiO2 とSiの選択比
(エッチング速度比)との関係を示した線図で、上の図
はパルス変調した高周波電力をコイル3に印加したもの
で、下の図は連続して高周波電力をコイル3に印加した
場合の線図である。図中、実線はエッチング速度、破線
は選択比を示している。エッチングの条件は下記の通り
である。
[0027] Figure 4 is a mixing ratio of the reactive gas, a line diagram showing the relationship between the selection ratio of the etching rate and SiO 2 and Si of the SiO 2 and Si (etching rate ratio), the diagram above pulse modulation The following high-frequency power is applied to the coil 3, and the lower diagram is a diagram when the high-frequency power is continuously applied to the coil 3. In the figure, the solid line shows the etching rate and the broken line shows the selection ratio. The etching conditions are as follows.

【0028】・エッチングガス:C4 8 +H2 ・圧力 :5mTorr ・高周波出力電力:13.56MHz 、1.0KW ・パルス変調仕様:ON 時間 5μsec OFF時間 120μsec ・バイアス電圧 :−200V・ Etching gas: C 4 F 8 + H 2・ Pressure: 5 mTorr ・ High-frequency output power: 13.56 MHz, 1.0 KW ・ Pulse modulation specifications: ON time 5 μsec OFF time 120 μsec ・ Bias voltage: -200V

【0029】エッチング条件中に記述したバイアス電圧
とは、反応室2にプラズマが生成された状態で平板電極
5にバイアス電力を印加した時に平板電極5に発生する
直流電圧を示す。
The bias voltage described in the etching conditions means a DC voltage generated in the plate electrode 5 when bias power is applied to the plate electrode 5 in a state where plasma is generated in the reaction chamber 2.

【0030】図4の下半図に示す様に、高周波電力を連
続してコイル3に印加した場合はH2 の混合比率を高く
していくと、SiO2 及びSiのエッチング速度並びに
それらの選択比は徐々に減少し、H2 の混合比が40%
付近で急激に減少する。H2の混合比が50%になる
と、エッチング速度並びにそれらの選択比の値は、略0
になる。
As shown in the lower half of FIG. 4, when a high frequency power is continuously applied to the coil 3, the etching rate of SiO 2 and Si and their selection are increased by increasing the mixing ratio of H 2. The ratio gradually decreases, and the mixing ratio of H 2 is 40%
It decreases sharply in the vicinity. When the mixture ratio of H 2 becomes 50%, the etching rate and the selection ratio thereof are almost 0.
become.

【0031】図4の上半図に示す様に、印加する高周波
電力をパルス変調した場合は、図4の下半図に示す連続
波と比較してSiO2 のエッチング速度が大きくなる。
又、高周波電力をパルス変調し、H2 の混合比を大きく
していくと選択比は増加し、H2 の混合比率が38%付
近でSiのエッチング速度が0(μ/min )になり、選
択比、(SiO2 のエッチング速度)/(Siのエッチ
ング速度)は無限大になる。
As shown in the upper half of FIG. 4, when the applied high frequency power is pulse-modulated, the etching rate of SiO 2 becomes higher than that of the continuous wave shown in the lower half of FIG.
Further, when the high-frequency power is pulse-modulated and the H 2 mixing ratio is increased, the selection ratio increases, and the Si etching rate becomes 0 (μ / min) when the H 2 mixing ratio is around 38%. The selectivity, (SiO 2 etching rate) / (Si etching rate) becomes infinite.

【0032】パルス変調することによって選択比が増大
するのは、パルス変調のON/OFF時間を適切にする
ことにより、反応生成物の中で特にHFの解離が押さえ
られ、解離によって生じるFによるSiのエッチング速
度の増大が押さえられる為と考えられる。
The reason why the selection ratio is increased by the pulse modulation is that the dissociation of HF is suppressed especially in the reaction product by adjusting the ON / OFF time of the pulse modulation, and Si by F generated by the dissociation is suppressed. It is considered that this is because the increase in the etching rate is suppressed.

【0033】図5は、パルス変調のON時間を5μsec
に固定した状態に於ける、OFF時間とSiO2 及びS
iのエッチング速度との関係を示したものであり、エッ
チング条件は下記の通りである。
FIG. 5 shows that the ON time of pulse modulation is 5 μsec.
OFF time and SiO 2 and S when fixed to
The relationship between i and the etching rate is shown, and the etching conditions are as follows.

【0034】・エッチングガス:C4 8 にH2 を50
%添加→H2 流量÷(H2 流量+C4 8 流量)×10
0=50% ・圧力 :5mTorr ・高周波電力出力:13.56MHz 、1.0KW ・パルス変調仕様:ON時間 5μsec 固定 ・バイアス電圧 :200V
Etching gas: C 4 F 8 with H 2 50
% Addition → H 2 flow rate ÷ (H 2 flow rate + C 4 F 8 flow rate) × 10
0 = 50% ・ Pressure: 5mTorr ・ High frequency power output: 13.56MHz, 1.0KW ・ Pulse modulation specification: ON time fixed at 5μsec ・ Bias voltage: 200V

【0035】上記エッチング条件の下では、パルス変調
のOFF時間が5〜20μsec の範囲に於いては、Si
のエッチング速度は0μ/min である。
Under the above etching conditions, when the pulse modulation OFF time is in the range of 5 to 20 μsec, Si
The etching rate is 0 μ / min.

【0036】OFF時間が10μsec 以上になると、S
iO2 のエッチング速度は減少し、20μsec 時点で0
μ/min になることから、SiO2 のエッチング速度を
維持するには一般的傾向として、OFF時間を短くする
ことが必要と考えられる。
When the OFF time becomes 10 μsec or more, S
The etching rate of io 2 decreases and reaches 0 at 20 μsec.
Since it is μ / min, it is considered that it is necessary to shorten the OFF time as a general tendency to maintain the etching rate of SiO 2 .

【0037】図6は、パルス変調のOFF時間を5μse
c に固定した状態での、ON時間とSiO2 及びSiの
エッチング速度との関係を示したものであり、エッチン
グ条件は下記の通りである。
In FIG. 6, the OFF time of pulse modulation is set to 5 μse.
The relationship between the ON time and the etching rate of SiO 2 and Si in the state of being fixed to c is shown, and the etching conditions are as follows.

【0038】・エッチングガス:C4 8 にH2 を50
%添加→H2 流量÷(H2 流量+C4 8 流量)×10
0=50% ・圧力 :5mTorr ・高周波電力出力:13.56MHz 、1.0KW ・パルス変調仕様:OFF時間 5μsec 固定 ・バイアス電圧 :200V
Etching gas: C 4 F 8 with H 2 50
% Addition → H 2 flow rate ÷ (H 2 flow rate + C 4 F 8 flow rate) × 10
0 = 50% ・ Pressure: 5mTorr ・ High frequency power output: 13.56MHz, 1.0KW ・ Pulse modulation specification: OFF time fixed at 5μsec ・ Bias voltage: 200V

【0039】ON時間が20μsec 時点で、SiO2
エッチング速度は0/minになるが、この様にON時間を
長くするとSiO2 のエッチング速度が低下するので、
一般的傾向としてON時間を短くすることが必要と考え
られる。
When the ON time is 20 μsec, the etching rate of SiO 2 is 0 / min. However, if the ON time is increased in this way, the etching rate of SiO 2 decreases.
As a general tendency, it is considered necessary to shorten the ON time.

【0040】図7は、パルス変調のOFF時間を5μse
c に固定した状態に於ける、ON時間と、反応生成物の
堆積速度との関係を示したものであり、エッチング条件
は下記の通りである。
FIG. 7 shows that the OFF time of pulse modulation is 5 μse.
The relationship between the ON time and the deposition rate of the reaction product in the state of being fixed at c is shown. The etching conditions are as follows.

【0041】・エッチングガス:C4 8 にH2 を50
%添加→H2 流量÷(H2 流量+C4 8 流量)×10
0=50% ・圧力 :5mTorr ・高周波電力出力:13.56MHz 、1.0KW ・パルス変調仕様:ON時間 5μsec 固定 ・バイアス電圧 :200V
Etching gas: C 4 F 8 with H 2 50
% Addition → H 2 flow rate ÷ (H 2 flow rate + C 4 F 8 flow rate) × 10
0 = 50% ・ Pressure: 5mTorr ・ High frequency power output: 13.56MHz, 1.0KW ・ Pulse modulation specification: ON time fixed at 5μsec ・ Bias voltage: 200V

【0042】ON時間が短い程反応生成物の堆積速度は
大きくなる。堆積速度を大きくすることにより、選択比
の向上が期待できるので、選択比を向上するには一般的
にON時間を短くすることが必要と考えられる。
The shorter the ON time, the higher the deposition rate of the reaction product. Since it is expected that the selection ratio can be improved by increasing the deposition rate, it is generally considered necessary to shorten the ON time in order to improve the selection ratio.

【0043】図6と図7に示した結果から、ON時間を
短くするとSiO2 のエッチング速度が向上し、又反応
生成物の堆積速度も向上する傾向が見られることから、
選択比を増大する条件と放電条件の方向付けができる。
From the results shown in FIGS. 6 and 7, it can be seen that the shortening of the ON time tends to improve the etching rate of SiO 2 and also the deposition rate of the reaction product.
The conditions for increasing the selection ratio and the discharge conditions can be oriented.

【0044】図8は、パルス変調のOFF時間を、それ
ぞれ5μsec と20μsec に固定した状態に於ける、パ
ルス変調のON時間と、電子密度との関係を示したもの
であり、放電条件は下記の通りである。
FIG. 8 shows the relationship between the pulse modulation ON time and the electron density when the pulse modulation OFF time is fixed at 5 μsec and 20 μsec, respectively. The discharge conditions are as follows. On the street.

【0045】・エッチングガス:Ar ・圧力 :2mTorr ・高周波電力出力:13.56MHz 、1.0KW-Etching gas: Ar-Pressure: 2 mTorr-High frequency power output: 13.56 MHz, 1.0 KW

【0046】ON時間を変化させても電子密度は大きな
変化を示さないが、この現象がパルス変調した場合に、
SiO2 のエッチング速度が低下しない原因の一つと考
えられる。
Even if the ON time is changed, the electron density does not change greatly, but when this phenomenon is pulse-modulated,
This is considered to be one of the reasons why the etching rate of SiO 2 does not decrease.

【0047】図9は、パルス変調のOFF時間を、それ
ぞれ5μsec と20μsec に固定した状態に於ける、パ
ルス変調のON時間と、電子温度との関係を示したもの
であり、放電条件は下記の通りである。
FIG. 9 shows the relationship between the pulse modulation ON time and the electron temperature when the pulse modulation OFF time is fixed at 5 μsec and 20 μsec, respectively. The discharge conditions are as follows. On the street.

【0048】・エッチングガス:Ar ・圧力 :2mTorr ・高周波電力出力:13.56MHz 、1.0KW-Etching gas: Ar-Pressure: 2 mTorr-High frequency power output: 13.56 MHz, 1.0 KW

【0049】OFF時間が20μsec の場合、ON時間
を変化させると電子温度は大きな変化を示すが、この現
象によってガスの解離状態が変化する。OFF時間が5
μsec の場合は電子温度に大きな変化は無い為、ガスの
解離状態を変化させる場合は、OFF時間を適切な長さ
に設定することが必要になる。
When the OFF time is 20 μsec, the electron temperature shows a large change when the ON time is changed, but this phenomenon changes the dissociated state of the gas. OFF time is 5
In the case of μsec, there is no large change in the electron temperature, so when changing the gas dissociation state, it is necessary to set the OFF time to an appropriate length.

【0050】又図9は、OFF時間が20μsec の方
が、電子温度の変化が大きく、従って反応ガスの解離状
態を変化させる効果が大きいことを示している。
Further, FIG. 9 shows that when the OFF time is 20 μsec, the change in electron temperature is large, and therefore the effect of changing the dissociation state of the reaction gas is large.

【0051】図10は反応性ガスの混合比と、SiO2
及びSiのエッチング速度並びにSiO2 及びSiの選
択比(エッチング速度比)との関係を示した線図であ
る。
FIG. 10 shows the mixing ratio of the reactive gas and SiO 2
3 is a diagram showing the relationship between the etching rate of Si and Si and the selection ratio (etching rate ratio) of SiO 2 and Si.

【0052】(A)(B)は共に100KHz でパルス変
調した高周波電力をコイル3に印加したものであるが、
半導体試料を載置する平板電極5に印加するバイアス電
力の周波数を100KHz とし、相互の位相差を0度及び
180度とした場合の特性である。エッチングの条件は
下記の通りである。
In both (A) and (B), high frequency power pulse-modulated at 100 KHz is applied to the coil 3.
This is a characteristic when the frequency of the bias power applied to the flat plate electrode 5 on which the semiconductor sample is placed is 100 KHz and the mutual phase difference is 0 degrees and 180 degrees. The etching conditions are as follows.

【0053】・エッチングガス :C4 8 +H2 ・圧力 :5mTorr ・高周波出力電力 :13.56MHz 、1.0KW ・パルス変調仕様 :ON 時間 5μsec OFF時間 5μsec ・バイアス電力周波数:100KHz ・バイアス電圧 :−200V・ Etching gas: C 4 F 8 + H 2・ Pressure: 5 mTorr ・ High-frequency output power: 13.56 MHz, 1.0 KW ・ Pulse modulation specification: ON time 5 μsec OFF time 5 μsec ・ Bias power frequency: 100 KHz ・ Bias voltage: -200V

【0054】コイル3に印加するパルス変調した高周波
電力と、半導体試料を載置する平板電極5に印加するバ
イアス電力との位相の関係を図11に示す。図中(a)
はパルス変調波形で、(b)ではバイアス電力がパルス
変調波がONの時「−」になり、OFFの時「+」にな
る状態を示している。(c)は(b)の状態と「+」
「−」が逆になっている。位相差が0度の場合、選択比
が無限大になるのは、H2 の混合比率が50%である
が、位相差が180度の場合は、H2 の混合比率が40
%である。
FIG. 11 shows the phase relationship between the pulse-modulated high-frequency power applied to the coil 3 and the bias power applied to the plate electrode 5 on which the semiconductor sample is placed. (A) in the figure
Shows a pulse-modulated waveform, and FIG. 9B shows a state in which the bias power becomes “−” when the pulse-modulated wave is ON and “+” when it is OFF. (C) is the state of (b) and "+"
"-" Is reversed. When the phase difference is 0 degree, the selection ratio becomes infinite when the mixing ratio of H 2 is 50%, but when the phase difference is 180 degrees, the mixing ratio of H 2 is 40%.
%.

【0055】コイル3に印加するパルス変調する高周波
電力の位相と、半導体試料を載置する平板電極5に印加
するバイアス電力との位相差を制御することによって、
同一の選択比(エッチング速度比)が得られるガス混合
比等のエッチング条件を変えることができることから、
位相を制御する方法を用いることにより、エッチング条
件にマージンを持たせることができる。
By controlling the phase difference between the phase of the pulse-modulated high frequency power applied to the coil 3 and the bias power applied to the flat plate electrode 5 on which the semiconductor sample is mounted,
Since it is possible to change the etching conditions such as the gas mixture ratio to obtain the same selection ratio (etching rate ratio),
By using the method of controlling the phase, a margin can be given to the etching conditions.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、プラズ
マ生成用の高周波電力をパルス変調することにより、エ
ッチング速度を下げることなく膜と下地との選択比(エ
ッチング速度比)を向上させることができ、又、パルス
変調の周波数とバイアス電力の周波数を同一にし、それ
ら高周波電力の位相差を制御することによって、エッチ
ング条件のマージンを広げることが可能である。
As described above, according to the present invention, the high-frequency power for plasma generation is pulse-modulated to improve the selectivity between the film and the base (etching rate ratio) without lowering the etching rate. Further, by making the frequency of the pulse modulation and the frequency of the bias power the same and controlling the phase difference between the high frequency powers, it is possible to widen the margin of the etching condition.

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

【図1】本発明の一実施例の概略を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例の概略を示す構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of another embodiment of the present invention.

【図3】パルス変調波を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a pulse modulated wave.

【図4】ガスの混合比とエッチング速度と選択比の関係
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a gas mixture ratio, an etching rate, and a selection ratio.

【図5】パルス変調のOFF時間とSiO2 及びSiの
エッチング速度の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the OFF time of pulse modulation and the etching rates of SiO 2 and Si.

【図6】パルス変調のON時間とSiO2 及びSiのエ
ッチング速度の関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ON time of pulse modulation and the etching rates of SiO 2 and Si.

【図7】パルス変調のON時間と反応生成物の堆積速度
の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ON time of pulse modulation and the deposition rate of reaction products.

【図8】パルス変調のON時間と電子密度との関係を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between ON time of pulse modulation and electron density.

【図9】パルス変調のON時間と電子温度との関係を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between ON time of pulse modulation and electron temperature.

【図10】(A)(B)は、ガスの混合比とエッチング
速度と選択比の関係を示す図である。
10 (A) and (B) are diagrams showing a relationship between a gas mixture ratio, an etching rate, and a selection ratio.

【図11】パルス変調した高周波電力の位相と、バイア
ス電力との位相の関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the phase of pulse-modulated high-frequency power and the phase of bias power.

【図12】従来例の概略を示す構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram showing an outline of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 処理室 2 反応室 3 コイル 4 磁場発生コイル 5 平板電極 6 台座 7 整合器 8 高周波電源 9 整合器 10 バイアス電源 11 被処理物 12 高周波電源 13 フェイズシフタ 1 Processing Room 2 Reaction Chamber 3 Coil 4 Magnetic Field Generating Coil 5 Plate Electrode 6 Pedestal 7 Matching Machine 8 High Frequency Power Supply 9 Matching Machine 10 Bias Power Supply 11 Workpiece 12 High Frequency Power Supply 13 Phase Shifter

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応室の軸心方向に磁場を印加し、該反
応室の周囲に巻設したコイルに高周波電力を印加して生
成したプラズマを利用して被処理物のエッチングを行う
プラズマエッチングに於いて、前記コイルに印加する高
周波電力をパルス状としたことを特徴とするプラズマエ
ッチング方法。
1. A plasma etching for etching an object to be processed by using a plasma generated by applying a magnetic field in the axial direction of the reaction chamber and applying high-frequency power to a coil wound around the reaction chamber. In the plasma etching method, the high frequency power applied to the coil is pulsed.
【請求項2】 パルス状高周波電力のON時間を固定
し、OFF時間を変化させることにより、エッチング速
度を変化させる請求項1のプラズマエッチング方法。
2. The plasma etching method according to claim 1, wherein the etching rate is changed by fixing the ON time of the pulsed high-frequency power and changing the OFF time.
【請求項3】 パルス状高周波電力のOFF時間を固定
し、ON時間を変化させることにより、エッチング速度
を変化させる請求項1のプラズマエッチング方法。
3. The plasma etching method according to claim 1, wherein the etching time is changed by fixing the OFF time of the pulsed high frequency power and changing the ON time.
【請求項4】 パルス状高周波電力のOFF時間を固定
し、ON時間を変化させることにより、反応生成物の堆
積速度を変化させ、エッチング対象膜と下地とのエッチ
ング速度比を変化させる請求項1のドライエッチング方
法。
4. The OFF time of the pulsed high frequency power is fixed and the ON time is changed to change the deposition rate of the reaction product and change the etching rate ratio between the film to be etched and the underlayer. Dry etching method.
【請求項5】 絶縁物で構成した反応室の周囲に巻設す
るコイルに印加するパルス状高周波電力の周期と、半導
体試料を載置する平面電極に印加するバイアス電圧発生
用の交流電力の周期を同一とし、それらの周波数の位相
差を0度或は180度として、エッチング条件、特にガ
スの混合比にマージンを持たせることを特徴とするプラ
ズマエッチング方法。
5. A cycle of pulsed high frequency power applied to a coil wound around a reaction chamber made of an insulator and a cycle of AC power for bias voltage generation applied to a flat electrode on which a semiconductor sample is mounted. And a phase difference of those frequencies is 0 degree or 180 degrees, and a margin is given to the etching conditions, especially the gas mixture ratio.
【請求項6】 反応室の軸心方向に磁場を印加する磁場
発生手段と、前記反応室の周囲に巻設したコイルと該コ
イルにパルス状の高周波電力を印加する高周波電力印加
手段と、被処理物が載置される平板電極と、該平板電極
にバイアス電力を印加するバイアス電源とを具備するこ
とを特徴とするプラズマエッチング装置。
6. A magnetic field generating means for applying a magnetic field in the axial direction of the reaction chamber, a coil wound around the reaction chamber, and a high frequency power applying means for applying pulsed high frequency power to the coil, A plasma etching apparatus comprising: a flat plate electrode on which a processed object is placed, and a bias power source for applying a bias power to the flat plate electrode.
【請求項7】 パルス状高周波電力のON/OFF時間
のON時間、OFF時間をそれぞれ独立して変更する手
段を設けた請求項6のプラズマエッチング装置。
7. The plasma etching apparatus according to claim 6, further comprising means for independently changing the ON time and the OFF time of the ON / OFF time of the pulsed high frequency power.
【請求項8】 コイルに印加する高周波電力のパルス変
調周波数と平板電極に印加するバイアス電力の周波数を
同一とし、且両電力の周波数の位相を任意に設定するフ
ェイズシフタとを具備する請求項6又は請求項7のプラ
ズマエッチング装置。
8. A phase shifter for making the pulse modulation frequency of the high frequency power applied to the coil and the frequency of the bias power applied to the plate electrode the same and for setting the phase of the frequency of both powers arbitrarily. Alternatively, the plasma etching apparatus according to claim 7.
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