JPH09186136A - Plasma processing method - Google Patents

Plasma processing method

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JPH09186136A
JPH09186136A JP7353877A JP35387795A JPH09186136A JP H09186136 A JPH09186136 A JP H09186136A JP 7353877 A JP7353877 A JP 7353877A JP 35387795 A JP35387795 A JP 35387795A JP H09186136 A JPH09186136 A JP H09186136A
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Japan
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plasma
source
plasma processing
source power
ratio
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JP7353877A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Nogami
裕 野上
Kojin Nakagawa
行人 中川
Kimiko Mashita
公子 真下
Yoneichi Ogawara
米一 小河原
Tsutomu Tsukada
勉 塚田
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent excessive dissociation of process gas and increase the rate of selected Si to a matrix in plasma processing using a helicon plasma source. SOLUTION: The method is implemented as follows: Source power is applied through antenna 12 to a source chamber 11 that is constructed by utilizing a helicon plasma source and produces a plasma. The plasma produced by discharge due to the source electrode is used in necessary processes, such as etching, on a substrate 14. This plasma processing is performed at a source power below the value of source power corresponding to the portion of discontinuous variation in the ratio of the intensities of two if specific wavelength of beams of emitted light due to the above-mentioned plasma relative top the source power.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理方法に
関し、特に、ヘリコン波プラズマ源を用いて生成された
プラズマで半導体素子に対してエッチング処理または成
膜処理等を行うプラズマ処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method, and more particularly to a plasma processing method in which a semiconductor element is subjected to an etching process or a film forming process with plasma generated using a helicon wave plasma source.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近のプラズマ処理では、半導体素子の
加工寸法の微細化や高精度化に伴い、低圧で行うことが
必要とされている。特に、プラズマエッチングでは低圧
処理が要求される。一方、処理の低圧化に伴って処理速
度が低下するという問題が発生する。これは、処理圧力
が低圧になると、イオンおよび中性活性種の密度が低下
するからである。このような処理速度の低下を補償する
方法としては、高密度プラズマを利用する方法がある。
高密度プラズマを得るプラズマ発生法の一つとして、従
来、ヘリコン波プラズマ源を利用する方法が提案されて
いる。
2. Description of the Related Art In recent plasma processing, it has been required to be performed at a low pressure as the processing size of a semiconductor element becomes finer and the processing accuracy becomes higher. Particularly, low-pressure processing is required for plasma etching. On the other hand, there arises a problem that the processing speed decreases as the processing pressure becomes lower. This is because when the processing pressure becomes low, the density of ions and neutral active species decreases. As a method of compensating for such a decrease in processing speed, there is a method of utilizing high density plasma.
As one of the plasma generation methods for obtaining high-density plasma, a method using a helicon wave plasma source has been conventionally proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理において
低圧で高密度プラズマを発生できるヘリコン波プラズマ
源を利用する従来のプラズマ処理法の特徴は、プロセス
ガスの解離度が高いことである。そして、解離度が高い
という特徴が次のような問題を提起する。
A feature of the conventional plasma processing method utilizing a helicon wave plasma source capable of generating high density plasma at low pressure in plasma processing is that the dissociation degree of process gas is high. The feature of high dissociation degree poses the following problems.

【0004】例えば高密度プラズマをシリコン酸化膜の
エッチングに適用した場合に、プロセスガスであるフロ
ロカーボンガスの解離が進み過ぎ、弗素原子ラジカルが
発生する。弗素原子ラジカルはシリコン酸化膜の下地で
あるシリコン(Si)のエッチャントでもあるので、下
地のシリコンまでがエッチングされる。プラズマを発生
する手段としてヘリコン波プラズマ源を用いた場合、大
きなソース電力を投入すると、下地シリコンがエッチン
グされることから、下地のシリコンに対して高選択比を
得ることができないという問題が生じる。
For example, when high density plasma is applied to the etching of a silicon oxide film, the dissociation of the fluorocarbon gas, which is the process gas, proceeds too much, and fluorine atom radicals are generated. Since the fluorine atom radical is also an etchant of silicon (Si) which is the base of the silicon oxide film, even the base silicon is etched. When a helicon wave plasma source is used as a means for generating plasma, when a large source power is applied, the underlying silicon is etched, which causes a problem that a high selection ratio cannot be obtained with respect to the underlying silicon.

【0005】図4を参照して上記問題を具体的に説明す
る。図4は高いソース電力を投入した場合のシリコン酸
化膜のエッチング特性に関するグラフを示し、これらの
グラフを得るための実験に用いた装置は、ヘリコン波プ
ラズマ源を利用したプラズマエッチング装置である。こ
のプラズマエッチング装置では、特定のプロセス条件の
下で、シリコン基板に形成されたシリコン酸化膜をエッ
チングするプラズマ処理が行われる。なお、ヘリコン波
プラズマ源を用いた従来のプラズマエッチング装置では
ソース電力として高い電力を投入するのが一般的であ
り、この例でも、上記特定プロセス条件のうちソース電
力については例えば1500Wという高い値の電力が投
入されている。
The above problem will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing the etching characteristics of the silicon oxide film when a high source power is applied, and the apparatus used in the experiment for obtaining these graphs is a plasma etching apparatus using a helicon wave plasma source. In this plasma etching apparatus, a plasma process for etching a silicon oxide film formed on a silicon substrate is performed under specific process conditions. Incidentally, in a conventional plasma etching apparatus using a helicon wave plasma source, it is common to apply high power as the source power, and in this example as well, the source power of the specific process condition is as high as 1500 W, for example. Power is on.

【0006】図4に示されたグラフの座標系について、
横軸はコンタクトホールの大きさ(直径φ:単位はμ
m)を意味し、左側縦軸はシリコン酸化膜と下地シリコ
ンのエッチング速度(オングストローム/分 (min))を
意味し、右側縦軸はシリコン酸化膜の下地シリコンに対
する選択比(対下地Si選択比)を意味する。図4で
は、シリコンのエッチング速度の変化を示すグラフ5
1、選択比の変化を示すグラフ52、シリコン酸化膜の
エッチング速度の変化を示すグラフ53が描かれてい
る。
Regarding the coordinate system of the graph shown in FIG.
The horizontal axis is the size of the contact hole (diameter φ: unit is μ
m), the vertical axis on the left side represents the etching rate (angstrom / min (min)) of the silicon oxide film and the underlying silicon, and the vertical axis on the right side represents the selection ratio of the silicon oxide film to the underlying silicon (selectivity ratio to underlying silicon). ) Means. FIG. 4 is a graph 5 showing changes in the etching rate of silicon.
1, a graph 52 showing changes in the selection ratio, and a graph 53 showing changes in the etching rate of the silicon oxide film are drawn.

【0007】図4によれば、グラフ52で明らかなよう
に、例えば直径φが0.5μmのコンタクトホールにお
いて得られた対下地Si選択比はたかだか23である。
この選択比は、サブハーフミクロン設計ルールのデバイ
ス製造では対下地Si選択比は40以上が要求されるの
で、不十分な値である。このように、ヘリコン波プラズ
マ源を用いた従来のプラズマエッチング装置では、低い
対下地Si選択比しか得られないという問題を有してい
た。
According to FIG. 4, as is clear from the graph 52, for example, the selectivity ratio to the underlying Si obtained in the contact hole having the diameter φ of 0.5 μm is 23 at most.
This selection ratio is an inadequate value because the selection ratio of Si to the underlying silicon is required to be 40 or more in the device manufacturing under the sub-half micron design rule. As described above, the conventional plasma etching apparatus using the helicon wave plasma source has a problem that only a low selectivity ratio of Si to the underlying layer can be obtained.

【0008】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、ヘリコン波プラズマ源を用いてプラズマ処理
を行うとき、プロセスガスにおける過度の解離を抑制し
てプラズマ処理を行い、対下地Si選択比を高くできる
プラズマ処理方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems. When plasma processing is performed using a helicon wave plasma source, plasma processing is performed by suppressing excessive dissociation in the process gas, and Si against the underlying substrate is used. It is to provide a plasma processing method capable of increasing the selection ratio.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段および作用】第1の本発明
(請求項1に対応)に係るプラズマ処理方法は、ヘリコ
ン波プラズマ源を利用して構成され、プラズマ生成を行
うソースチャンバにアンテナを経由してソース電力が投
入され、このソース電力に基づく放電で生成されたプラ
ズマで基板に対して必要な処理が行われる方法であり、
上記プラズマによる発光のうち特定の2つの波長の発光
強度の比のソース電力に対する変化特性において不連続
に変化する部分に対応するソース電力値以下の値のソー
ス電力でプラズマ処理を行うように構成される。
A plasma processing method according to a first aspect of the present invention (corresponding to claim 1) is configured by using a helicon wave plasma source, and an antenna is provided in a source chamber for generating plasma. This is a method in which the source power is input via the plasma and the necessary processing is performed on the substrate with the plasma generated by the discharge based on this source power.
It is configured to perform plasma processing with a source power that is less than or equal to a source power value that corresponds to a portion of the emission characteristics of the plasma that changes in the ratio of the emission intensity of two specific wavelengths with respect to the source power and that changes discontinuously. It

【0010】上記第1の本発明では、投入されたソース
電力が、プラズマによる発光のうち特定の2つの波長の
発光強度の比のソース電力に対する変化特性で不連続に
変化する部分に対応するソース電力値以下の値であるの
で、プロセスガスの過度の解離が抑制され、このプラズ
マ処理方法を例えばシリコン酸化膜のエッチングに適用
すると、対下地Si選択比を高くすることができる。
In the first aspect of the present invention, the source power supplied corresponds to a portion of the light emission by the plasma which changes discontinuously due to the change characteristic of the ratio of the emission intensity of two specific wavelengths to the source power. Since the value is less than or equal to the electric power value, excessive dissociation of the process gas is suppressed, and when this plasma processing method is applied to etching of a silicon oxide film, for example, the selection ratio of underlying Si can be increased.

【0011】第2の本発明(請求項2に対応)に係るプ
ラズマ処理方法は、上記第1の発明において、フロロカ
ーボンガスを使用して酸化シリコンを主成分とする薄膜
のドライエッチングであることを特徴とする。
A plasma processing method according to a second aspect of the present invention (corresponding to claim 2) is the dry etching of a thin film containing silicon oxide as a main component using fluorocarbon gas according to the first aspect of the present invention. Characterize.

【0012】第3の本発明(請求項3に対応)に係るプ
ラズマ処理方法は、上記第2の発明において、前記特定
の2つの波長の発光強度の比が、Fラジカルの波長の発
光強度とCyFxの波長の発光強度との比であることを
特徴とする。
A plasma processing method according to a third aspect of the present invention (corresponding to claim 3) is the plasma processing method according to the second aspect of the present invention, wherein the ratio of the emission intensities of the two specific wavelengths is the emission intensity of the F radical wavelength. It is characterized in that it is the ratio of the emission intensity of the wavelength of CyFx.

【0013】第4の本発明(請求項4に対応)に係るプ
ラズマ処理方法は、上記第3の発明において、前記特定
の2つの波長の発光強度の比が、Fラジカルの波長の発
光強度とCF2 の波長の発光強度との比であることを特
徴とする。
A plasma processing method according to a fourth aspect of the present invention (corresponding to claim 4) is the plasma processing method according to the third aspect of the present invention, wherein the ratio of the emission intensities of the specific two wavelengths is equal to the emission intensity of the F radical wavelength. It is characterized in that it is the ratio to the emission intensity of the wavelength of CF 2 .

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0015】図1は、本発明に係るプラズマ処理方法が
実施されるプラズマ処理装置の代表的な例として、ヘリ
コン波プラズマ源を利用したプラズマエッチング装置を
概略的に示している。図1において、誘電体で形成され
た、プラズマを生成するためのソースチャンバ11の周
囲に、ヘリコン波励起電界を発生するための一対のアン
テナ12、ヘリコン波を励起するために必要な外部磁場
を発生するコイル13が配置される。ソースチャンバ1
1は放電作用によってプラズマを生成する。ソースチャ
ンバ11は、被処理対象である基板14が内部に配置さ
れる拡散チャンバ15の上壁に設けられる。ソースチャ
ンバ11と拡散チャンバ15の各内部空間はつながって
いる。従って、ソースチャンバ11で生成されたプラズ
マは拡散チャンバ15の内部に拡散され、内部に配置さ
れた基板14の表面をエッチングする。基板14はシリ
コンで形成され、基板ホルダ16の上に配置される。
FIG. 1 schematically shows a plasma etching apparatus using a helicon wave plasma source as a typical example of the plasma processing apparatus in which the plasma processing method according to the present invention is implemented. In FIG. 1, a pair of antennas 12 for generating a helicon wave excitation electric field and an external magnetic field necessary for exciting a helicon wave are formed around a source chamber 11 for generating plasma, which is formed of a dielectric material. The generating coil 13 is arranged. Source chamber 1
1 generates plasma by the action of discharge. The source chamber 11 is provided on the upper wall of the diffusion chamber 15 in which the substrate 14 to be processed is arranged. The internal spaces of the source chamber 11 and the diffusion chamber 15 are connected to each other. Therefore, the plasma generated in the source chamber 11 is diffused inside the diffusion chamber 15 and etches the surface of the substrate 14 disposed inside. The substrate 14 is made of silicon and is placed on the substrate holder 16.

【0016】拡散チャンバ15とソースチャンバ11
は、プラズマを生成することにより基板14上に形成さ
れた例えばシリコン酸化膜に対してエッチング処理を行
う場合において、その内部を排気機構(図示せず)によ
って所要レベルまで減圧される。さらに、基板14に対
するプラズマ処理が行われる拡散チャンバ15に対しガ
ス導入機構(図示せず)によってプロセスガスが必要な
圧力にて導入される。
Diffusion chamber 15 and source chamber 11
When the etching process is performed on, for example, a silicon oxide film formed on the substrate 14 by generating plasma, the inside thereof is depressurized to a required level by an exhaust mechanism (not shown). Further, the process gas is introduced into the diffusion chamber 15 in which the plasma processing is performed on the substrate 14 by a gas introduction mechanism (not shown) at a required pressure.

【0017】ループ形状に形成されたヘリコン波励起用
アンテナ12には、高周波電源17からマッチングボッ
クス18を経由して高周波電力が供給される。高周波電
源17から供給される高周波電力は、ソースチャンバ1
1に投入されるソース電力である。また基板ホルダ16
に対しては他の高周波電源19から高周波電力が供給さ
れる。高周波電源19から供給される高周波電力は、基
板14へ入射するイオンのエネルギを制御するためのバ
イアス電力である。
High frequency power is supplied from a high frequency power supply 17 to a helicon wave excitation antenna 12 formed in a loop shape via a matching box 18. The high frequency power supplied from the high frequency power supply 17 is supplied to the source chamber 1
1 is the source power input. In addition, the substrate holder 16
The other high-frequency power source 19 supplies high-frequency power. The high frequency power supplied from the high frequency power supply 19 is a bias power for controlling the energy of the ions entering the substrate 14.

【0018】なお、ソースチャンバ11で生成されたプ
ラズマが、ソースチャンバ11の内壁面や拡散チャンバ
15の内側壁面に衝突してプラズマが損失するのを抑制
するために、拡散チャンバ15等の外部に図示しない棒
状の永久磁石の磁極を交互に変えて配置することによ
り、各チャンバの内側壁面にカスプ磁場を形成すること
も好ましい。
In order to prevent the plasma generated in the source chamber 11 from colliding with the inner wall surface of the source chamber 11 and the inner wall surface of the diffusion chamber 15 and causing the plasma to be lost, the plasma is generated outside the diffusion chamber 15. It is also preferable to form the cusp magnetic field on the inner wall surface of each chamber by alternately arranging the magnetic poles of rod-shaped permanent magnets (not shown).

【0019】拡散チャンバ15の側壁にはビューイング
ポート20が形成され、このビューイングポート20に
は、その内部に十分な透過波長帯域を持つ合成石英製の
ガラス21が取り付けられ、大気側に分光器受光プロー
ブ22が取り付けられる。拡散チャンバ15内でのプラ
ズマに起因して生じる発光は、ビューイングポート20
とガラス21と分光器受光プローブ22を経由して取り
出される。取り出された発光は、オプチカルファイバ2
3で分光器24へ導かれ、特定の波長の発光強度が測定
される。
A viewing port 20 is formed on the side wall of the diffusion chamber 15. A glass 21 made of synthetic quartz having a sufficient transmission wavelength band is attached to the inside of the viewing port 20, and the viewing port 20 is spectroscopically exposed to the atmosphere. A light receiving probe 22 is attached. Light emission caused by the plasma in the diffusion chamber 15 is generated by the viewing port 20.
Then, it is taken out via the glass 21 and the spectroscope light receiving probe 22. The emitted light is extracted by the optical fiber 2
At 3, the light is guided to the spectroscope 24, and the emission intensity of a specific wavelength is measured.

【0020】次に、上記構成を有するプラズマ処理装置
でプラズマ処理を行うための特徴的動作を説明する。
Next, a characteristic operation for performing plasma processing in the plasma processing apparatus having the above-mentioned structure will be described.

【0021】まず本発明に係るプラズマ処理方法を行う
ため、予め、アンテナ12に印加するソース電力以外の
プロセスパラメータ、すなわち、ガス流量、内部圧力、
コイル13により発生する外部磁場強度、バイアス電力
等を、従来装置で設定される特定の値に固定する。次
に、ソース電力を適宜に与えてソースチャンバ11でプ
ラズマ放電を発生させ、この放電で発生したプラズマを
拡散チャンバ15内の基板14の方へ拡散させる。拡散
チャンバ15内へ拡散したプラズマに起因して生じる発
光は、ビューイングポート20とガラス21と分光器受
光プローブ22を経由して取り出され、さらにオプチカ
ルファイバ23で分光器24へ導かれる。分光器24で
は、特定の波長の発光強度、すなわち後述するような特
定の2つの波長についての発光強度が測定され、これに
よって当該特定の2つの波長の発光強度の比が計測され
る。そして、上記ソース電力の値を変化させることによ
って、上記特定の2つの波長の発光強度の比の変化特性
(ソース電力依存特性)が観測される。
First, in order to perform the plasma processing method according to the present invention, process parameters other than the source power applied to the antenna 12, that is, gas flow rate, internal pressure,
The external magnetic field strength, bias power, etc. generated by the coil 13 are fixed to specific values set by the conventional device. Next, the source power is appropriately applied to generate plasma discharge in the source chamber 11, and the plasma generated by this discharge is diffused toward the substrate 14 in the diffusion chamber 15. Light emission caused by the plasma diffused into the diffusion chamber 15 is taken out through the viewing port 20, the glass 21, and the spectroscope light-receiving probe 22, and is further guided to the spectroscope 24 by the optical fiber 23. The spectroscope 24 measures the emission intensity of a specific wavelength, that is, the emission intensity of two specific wavelengths as described below, and thereby measures the ratio of the emission intensity of the specific two wavelengths. Then, by changing the value of the source power, a change characteristic of the ratio of the emission intensities of the specific two wavelengths (source power dependence characteristic) is observed.

【0022】上記の特定の2つの波長としては、1つは
解離の進展の指標となるような高解離度状態のラジカル
からの発光に関連する波長を、他の1つは低解離度状態
であるラジカルからの発光に関連する波長を、各々選ぶ
ことが望ましい。
As the above-mentioned two specific wavelengths, one is a wavelength related to light emission from a radical in a high dissociation state that serves as an indicator of progress of dissociation, and the other is a wavelength in a low dissociation state. It is desirable to select each wavelength associated with the emission from a radical.

【0023】シリコン酸化膜のエッチングを例にとる
と、1つの波長として、プロセスガスであるフロロカー
ボンガスの最終解離物である弗素原子ラジカルからの発
光に関連する704nmが選択され、他の1つの波長と
して、低解離度状態で代表的な堆積種であるCF2 から
の発光に関連する276nmが選択される。その結果、
波長704nmの光の発光強度と、波長276nmの光
の発光強度の変化が測定され、これらの2つの光の発光
強度の比が計測される。
Taking the etching of the silicon oxide film as an example, 704 nm which is related to the emission from the fluorine atom radical which is the final dissociation product of the fluorocarbon gas which is the process gas is selected as one wavelength, and the other wavelength is selected. Is selected as 276 nm which is related to the emission from CF 2 which is a typical deposition species in the low dissociation state. as a result,
The change in the emission intensity of the light having a wavelength of 704 nm and the emission intensity of the light having a wavelength of 276 nm is measured, and the ratio of the emission intensities of these two lights is measured.

【0024】図2は、上記のごとくして得られたCF2
ラジカルに関する発光の発光強度に対するFラジカルに
関する発光の発光強度の比のソース電力依存特性31
と、測定したシリコン酸化膜の対下地Si選択比のソー
ス電力依存特性32を示している。図2のグラフにおい
て、横軸はソース電力、左側縦軸はCF2 ラジカルとF
ラジカルの発光強度比、右側縦軸は対下地Si選択比を
それぞれ示す。このグラフによれば、1000Wのソー
ス電力値を境に発光強度比が不連続に変化していること
が分る。また当該発光強度比が不連続的に増加する10
00W近傍で対下地Si選択比が急激に低下しているこ
とも分る。これは、CF2 に対するFの発光強度比が不
連続的に変化するソース電力値以下の値をとるソース電
力でシリコン酸化膜のエッチングを行うと、高い対下地
Si選択比が得られることを示唆している。そこで、本
実施形態によるプラズマ処理方法では、当該プラズマ処
理を、上記発光強度比の変化特性において不連続に変化
する部分に対応するソース電力値以下の値をとるソース
電力を用いて行うものである。
FIG. 2 shows CF 2 obtained as described above.
Source power dependence characteristic of ratio of emission intensity of emission of F radical to emission intensity of emission of radical 31
And the source power dependence characteristics 32 of the measured silicon oxide film-to-underlying Si selection ratio are shown. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis represents the source power, and the left vertical axis represents the CF 2 radical and F.
The emission intensity ratio of radicals and the vertical axis on the right side show the selection ratio of Si to the base. According to this graph, it can be seen that the emission intensity ratio changes discontinuously at the boundary of the source power value of 1000 W. Further, the emission intensity ratio increases discontinuously 10
It can also be seen that the selection ratio to Si of the base is drastically reduced near 00W. This suggests that when the silicon oxide film is etched with a source power whose emission intensity ratio of F to CF 2 is less than or equal to the source power value at which it discontinuously changes, a high selectivity ratio to the underlying Si layer can be obtained. doing. Therefore, in the plasma processing method according to the present embodiment, the plasma processing is performed using the source power having a value equal to or lower than the source power value corresponding to the discontinuously changing portion in the change characteristic of the emission intensity ratio. .

【0025】次に、本実施形態によるプラズマ処理方法
をシリコン酸化膜のエッチングに適用した例を説明す
る。
Next, an example in which the plasma processing method according to the present embodiment is applied to etching of a silicon oxide film will be described.

【0026】図1に示したヘリコン波プラズマ源を動作
させるには、ソースチャンバ11および拡散チャンバ1
5をよく知られた排気機構(図示せず)で所定の減圧レ
ベルまで排気する。次に、図示しないガス供給機構によ
りCHF3 ,C2 6 ,C48 等のフロロカーボンガ
ス(弗化炭化水素)を図示しないマスフローコントロー
ラにより流量制御して供給する。次に、拡散チャンバ1
5と排気機構との間にあるバリアブルオリフィス(図示
せず)を圧力制御コントローラ(図示せず)で制御して
圧力を1〜100 mTorrの範囲に制御する。その際、電
極ホルダ16上には、シリコン酸化膜上にレジストにて
所望のパターニングが施されたシリコン基板14を載置
しておく。次に、プラズマ生成用高周波電源17よりマ
ッチングボックス18を介して一対のアンテナ12にソ
ース電力が供給される。同時に、基板ホルダ16にはイ
オンの入射エネルギーを制御するため、高周波バイアス
用高周波電源19より所要のバイアス電力が供給され
る。
To operate the helicon wave plasma source shown in FIG. 1, the source chamber 11 and the diffusion chamber 1
5 is evacuated to a predetermined decompression level by a well-known evacuation mechanism (not shown). Then, a gas supply mechanism (not shown) supplies a fluorocarbon gas (fluorocarbon) such as CHF 3 , C 2 F 6 , C 4 F 8 with a flow rate controlled by a mass flow controller (not shown). Next, the diffusion chamber 1
A variable orifice (not shown) located between the No. 5 and the exhaust mechanism is controlled by a pressure controller (not shown) to control the pressure within the range of 1 to 100 mTorr. At that time, on the electrode holder 16, the silicon substrate 14 in which a desired pattern is formed on the silicon oxide film with a resist is placed. Next, source power is supplied from the high-frequency power source 17 for plasma generation to the pair of antennas 12 via the matching box 18. At the same time, the substrate holder 16 is supplied with required bias power from the high frequency power source 19 for high frequency bias in order to control the incident energy of ions.

【0027】上記の動作において、アンテナ12への投
入されるソース電力を、CF2 に対するFの発光強度比
のソース電力依存特性において不連続に変化する箇所に
対応するソース電力値以下の値に設定することにより、
拡散チャンバ15に供給されたプロセスガスが過度に解
離することを抑制することができる。
In the above operation, the source power supplied to the antenna 12 is set to a value equal to or lower than the source power value corresponding to the discontinuously changing portion in the source power dependence characteristic of the emission intensity ratio of F to CF 2 . By doing
It is possible to suppress excessive dissociation of the process gas supplied to the diffusion chamber 15.

【0028】投入されるソース電力の値に関して上記の
条件を満たすようにして得られたシリコン酸化膜のエッ
チング特性を図3に示す。図3において、横軸はコンタ
クトホールの大きさ(直径:単位はμm)、左側縦軸は
シリコン酸化膜と下地シリコンのエッチング速度(オン
グストローム/分 (min))、右側縦軸はシリコンに対す
る選択比を意味する。図3では、シリコンのエッチング
速度の変化を示すグラフ41、選択比の変化を示すグラ
フ42、シリコン酸化膜のエッチング速度の変化を示す
グラフ43が描かれている。従来技術の項で述べた通
り、発光強度比のソース電力に対する変化特性が不連続
的に変化する部分に対応するソース電力値以上のソース
電力でエッチングを行った場合には、得られた対下地S
i選択比は直径0.5μmのホールにおいてもたかだか
23であったが、本実施形態の処理方法によるエッチン
グでは、図4のグラフに示す通り、直径0.5μmのホ
ールにおいて対下地Si選択比は83となり、十分に大
きな値の選択比を得ることができた。
FIG. 3 shows the etching characteristics of the silicon oxide film obtained by satisfying the above conditions with respect to the value of the source power to be input. In FIG. 3, the horizontal axis represents the size of the contact hole (diameter: unit is μm), the left vertical axis represents the etching rate of the silicon oxide film and the underlying silicon (angstrom / min (min)), and the right vertical axis represents the selection ratio to silicon. Means In FIG. 3, a graph 41 showing changes in the etching rate of silicon, a graph 42 showing changes in the selection ratio, and a graph 43 showing changes in the etching rate of the silicon oxide film are drawn. As described in the section of the prior art, when etching is performed with a source power higher than the source power value corresponding to the portion where the change characteristic of the emission intensity ratio with respect to the source power changes discontinuously, the obtained anti-base S
The i selection ratio was at most 23 even in the hole having a diameter of 0.5 μm, but in the etching by the processing method of the present embodiment, as shown in the graph of FIG. It was 83, and a sufficiently large selection ratio could be obtained.

【0029】以上のように、本実施形態によるプラズマ
処理方法によれば、シリコン酸化膜の対下地Si選択比
が急激に低下する直前の高ソース電力、すなわち高プラ
ズマ密度の状態でエッチングが行えるので、高いエッチ
ング速度が得られ、また同時に、解離状態が低い状態に
あるので、十分な対下地Si選択比を得ることができる
という利点を有する。
As described above, according to the plasma processing method of the present embodiment, etching can be performed at a high source power, that is, at a high plasma density immediately before the selection ratio of the silicon oxide film to the underlying Si is sharply reduced. A high etching rate can be obtained, and at the same time, since the dissociation state is low, there is an advantage that a sufficient selectivity ratio to the underlying Si layer can be obtained.

【0030】上記実施形態では、ヘリコン波プラズマ源
によるシリコン酸化膜のエッチングの例に説明したが、
本発明によるプラズマ処理方法は前述の例に限定される
わけではない。過度の解離を抑えかつ高密度なプラズマ
が必要なすべてのプラズマ処理に適用可能であるのはい
うまでもない。そのようなプラズマ処理として、ドライ
エッチングの他に、プラズマによる表面処理やプラズマ
CVD等を挙げることができる。またヘリコン波プラズ
マ源以外の高密度プラズマ発生手段、例えばECR、T
CP、ICP等に適用できるのは勿論である。
In the above embodiment, the example of etching the silicon oxide film by the helicon wave plasma source is explained.
The plasma processing method according to the present invention is not limited to the above example. It is needless to say that the present invention can be applied to all plasma treatments in which excessive dissociation is suppressed and high-density plasma is required. As such plasma treatment, in addition to dry etching, surface treatment by plasma, plasma CVD, or the like can be given. High-density plasma generating means other than the helicon wave plasma source, such as ECR, T
Of course, it can be applied to CP, ICP and the like.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ヘリコン波プラズマ源を利用して構成されるプラ
ズマ処理装置におけるプラズマ処理方法で、プロセス条
件のうちソース電力の値を、プラズマによる発光のうち
特定の2つの波長の発光強度の比のソース電力に対する
変化特性で不連続に変化する部分に対応するソース電力
値以下の値としたため、プロセスガスの過度の解離が抑
制され、当該解離状態が適切に制御された、すなわちエ
ッチング種が適切に生成された、高密度のプラズマガス
を得ることができる。これによって、ヘリコン波プラズ
マ源を用いてプラズマ処理を行うとき、プロセスガスに
おける過度の解離を抑制し、対下地Si選択比を高くす
ることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in the plasma processing method in the plasma processing apparatus configured by using the helicon wave plasma source, the value of the source power among the process conditions Of the emission intensity of two specific wavelengths of the emission due to the source power value corresponding to the discontinuously changing portion of the source power value, the excessive dissociation of the process gas is suppressed, It is possible to obtain a high-density plasma gas in which the dissociation state is appropriately controlled, that is, the etching species are appropriately generated. As a result, when plasma processing is performed using a helicon wave plasma source, it is possible to suppress excessive dissociation in the process gas and increase the Si-to-base Si selection ratio.

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

【図1】本発明に係るプラズマ処理方法が適用されるヘ
リコン波プラズマ源を備えたプラズマ処理装置の概略的
な構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus including a helicon wave plasma source to which a plasma processing method according to the present invention is applied.

【図2】CF2 ラジカルからの発光強度に対するFラジ
カルからの発光強度の比およびシリコン酸化膜の対下地
Si選択比の各々のソース電力依存特性を示すグラフで
ある。
FIG. 2 is a graph showing source power dependence characteristics of the ratio of the emission intensity from the F radical to the emission intensity from the CF 2 radical and the selection ratio of the silicon oxide film to the underlying Si.

【図3】CF2 ラジカルからの発光強度に対するFラジ
カルからの発光強度の比が不連続に変化する部分に対応
するソース電力値以下でシリコン酸化膜をエッチングし
た場合の、シリコン酸化膜エッチング特性のコンタクト
ホール径依存特性を示すグラフである。
FIG. 3 shows the etching characteristics of the silicon oxide film when the silicon oxide film is etched below the source power value corresponding to the portion where the ratio of the emission intensity from the F radical to the emission intensity from the CF 2 radical changes discontinuously. It is a graph which shows a contact hole diameter dependence characteristic.

【図4】従来の高いソース電力を用いるプラズマ処理方
法を適用した場合のシリコン酸化膜エッチング特性を示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing silicon oxide film etching characteristics when a conventional plasma processing method using high source power is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ソースチャンバ 12 アンテナ 13 コイル 14 基板 15 拡散チャンバ 16 基板ホルダ 17 ソース電力供給用高周波電源 19 バイアス電力供給用高周波電源 20 ビューイングポート 21 ガラス 22 分光器受光プローブ 23 オプチカルファイバ 24 分光器 11 Source Chamber 12 Antenna 13 Coil 14 Substrate 15 Diffusion Chamber 16 Substrate Holder 17 Source Power High-Frequency Power Supply 19 Bias Power Supply High-Frequency Power Supply 20 Viewing Port 21 Glass 22 Spectrometer Receiving Probe 23 Optical Fiber 24 Spectrometer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C23C 14/35 C23C 14/35 F 16/50 16/50 (72)発明者 小河原 米一 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 (72)発明者 塚田 勉 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI technical display location // C23C 14/35 C23C 14/35 F 16/50 16/50 (72) Inventor Yoneichi Ogawara 5-8-1 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Within Anerva Co., Ltd. (72) Inventor Tsutomu Tsukada 5-4-1 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Within Anerva Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ヘリコン波プラズマ源を使用してプラズ
マを生成するプラズマ処理方法において、 前記プラズマによる発光のうち特定の2つの波長の発光
強度の比のソース電力に対する変化特性で不連続に変化
する部分に対応するソース電力値以下の値のソース電力
でプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方
法。
1. A plasma processing method for generating plasma using a helicon wave plasma source, wherein the ratio of the emission intensity of two specific wavelengths of the emission by the plasma changes discontinuously with respect to the source power. A plasma processing method, characterized in that the plasma processing is performed with a source power having a value equal to or lower than a source power value corresponding to the portion.
【請求項2】 前記プラズマ処理は、フロロカーボンガ
スを使用して酸化シリコンを主成分とする薄膜のドライ
エッチングであることを特徴とする請求項1記載のプラ
ズマ処理方法。
2. The plasma processing method according to claim 1, wherein the plasma processing is dry etching of a thin film containing silicon oxide as a main component using a fluorocarbon gas.
【請求項3】 前記特定の2つの波長の発光強度の比
は、Fラジカルの波長の発光強度とCyFxの波長の発
光強度との比であることを特徴とする請求項2記載のプ
ラズマ処理方法。
3. The plasma processing method according to claim 2, wherein the ratio of the emission intensities of the two specific wavelengths is the ratio of the emission intensity of the F radical wavelength to the emission intensity of the CyFx wavelength. .
【請求項4】 前記特定の2つの波長の発光強度の比
は、Fラジカルの波長の発光強度とCF2 の波長の発光
強度との比であることを特徴とする請求項3記載のプラ
ズマ処理方法。
4. The plasma processing according to claim 3, wherein the ratio of the emission intensities of the two specific wavelengths is the ratio of the emission intensity of the F radical wavelength to the emission intensity of the CF 2 wavelength. Method.
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GB2511840A (en) * 2013-03-15 2014-09-17 Thermo Electron Mfg Ltd Method and apparatus for control of a plasma for spectrometry
GB2511840B (en) * 2013-03-15 2017-07-05 Thermo Electron Mfg Ltd Method and apparatus for control of a plasma for spectrometry

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