JPH1187324A - Plasma processing method - Google Patents
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- JPH1187324A JPH1187324A JP9239784A JP23978497A JPH1187324A JP H1187324 A JPH1187324 A JP H1187324A JP 9239784 A JP9239784 A JP 9239784A JP 23978497 A JP23978497 A JP 23978497A JP H1187324 A JPH1187324 A JP H1187324A
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Abstract
Description
【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、詳しくは、半導体装置の製造分野における堆積装
置やドライエッチング装置のクリーニングおよび各種材
料のエッチングに有効なプラズマ処理法に関する。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 effective for cleaning a deposition apparatus and a dry etching apparatus and etching various materials in the field of manufacturing semiconductor devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体装置を製造する際に、ウェーハ上
に金属や半導体またはそれらの化合物の堆積やエッチン
グなどの処理を行う場合、これらの処理を行うプロセス
装置の処理室内壁面や排気管の内壁面の上にも、堆積物
や被加工材料およびそれらの反応生成物が付着する。こ
れらの付着物によって、成膜プロセスやエッチングプロ
セスの特性の経時変化および異物の発生などが起こり、
装置の安定性が低下するので、定期的に除去する必要が
ある。2. Description of the Related Art In manufacturing a semiconductor device, when a process such as deposition or etching of a metal, a semiconductor, or a compound thereof is performed on a wafer, the inside of a processing chamber wall or an exhaust pipe of a process apparatus for performing such a process. Deposits, materials to be processed, and their reaction products also adhere to the wall surfaces. Due to these deposits, the characteristics of the film forming process and the etching process change over time and the generation of foreign substances occurs.
The stability of the device is reduced and must be removed periodically.
【０００３】これらの付着物を除去する効率的な方法
は、クリーニングガスを処理室に流しつつプラズマ放電
することによって、付着物を化学的に除去する方法であ
る。このクリーニングガスとしては、一般にＮＦ3、Ｃ
Ｆ4、ＳＦ6、Ｃ2Ｆ6などが用いられる。[0003] An efficient method of removing these deposits is a method of chemically removing the deposits by performing plasma discharge while flowing a cleaning gas into a processing chamber. As this cleaning gas, NF 3 , C
F 4 , SF 6 , C 2 F 6 and the like are used.
【０００４】また、半導体装置の製造工程において、シ
リコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜の微細加工
には、Ｃ4Ｆ8などのフルオロカーボンガスやＣＨＦ3な
どのハイドロフルオロカーボンガスのプラズマが用いら
れる。例えば、これらのガスが下記のような反応をする
と、Ｓｉ表面には固体のカーボンＣが残りエッチング速
度が低下するが、ＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4の表面には固体の
反応生成物が残らないためこのようなエッチング速度の
低下は起こらず、ＳｉＯ2とＳｉ3Ｎ4を選択的にエッチ
ングすることがが可能である。In the process of manufacturing a semiconductor device, a plasma of a fluorocarbon gas such as C 4 F 8 or a plasma of a hydrofluorocarbon gas such as CHF 3 is used for fine processing of an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. . For example, when these gases react as follows, solid carbon C remains on the Si surface and the etching rate decreases, but no solid reaction product remains on the surfaces of SiO 2 and Si 3 N 4. Therefore, such a decrease in the etching rate does not occur, and it is possible to selectively etch SiO 2 and Si 3 N 4 .
【０００５】[0005]
【化１】 Ｓｉ＋ＣxＦy→ＳｉＦ4＋Ｃ …（１） ＳｉＯ2＋ＣxＦy→ＳｉＦ4＋ＣＯ …（２） Ｓｉ3Ｎ4＋ＣxＨyＦz→ＳｉＦ4＋ＨＣＮ …（３） すなわち、堆積反応とエッチング反応の競合を制御する
ことで材料間の選択比を高くすることができる。一般
に、堆積反応を支配するのはＣＦxラジカルであり、エ
ッチング反応を支配するのはＦラジカルである。したが
って、例えばＳｉＮやＳｉＯをＳｉに対して選択的にエ
ッチングする場合には、ＦラジカルによるＳｉエッチン
グを抑制するため、ＣＦxラジカルの量がＦラジカルの
量に比べて多くなければならない。## STR1 ## Si + C x F y → SiF 4 + C ... (1) SiO 2 + C x F y → SiF 4 + CO ... (2) Si 3 N 4 + C x H y F z → SiF 4 + HCN ... (3) i.e., By controlling the competition between the deposition reaction and the etching reaction, the selectivity between the materials can be increased. Generally, the deposition reaction is governed by CF x radicals, and the etching reaction is governed by F radicals. Therefore, when, for example, SiN or SiO is selectively etched with respect to Si, the amount of CF x radicals must be larger than the amount of F radicals in order to suppress Si etching by F radicals.
【０００６】なお、特開昭５５−１３８８３４、特開昭
６２−９６３３、特開昭６３−３３５８６、特開平１−
２０８８３４には、ＣＦＩ系ガスを用いてＳｉをエッチ
ングすることが記載され、特開平７−１９３０５５に
は、ＩＦ系ガスを用いてＳｉＯ2をエッチングすること
が記載され、さらに特開昭６１−１２３１４２には、Ｏ
2、ＣＦ系およびＣＨＩ系ガスを用いてＳｉ、Ｓｉ3Ｎ4
をエッチングすることが記載されている。Incidentally, JP-A-55-138834, JP-A-62-9633, JP-A-63-33586, and JP-A-Hei.
No. 208834 describes etching of Si using a CFI-based gas, and JP-A-7-193055 describes etching of SiO 2 using an IF-based gas. Has O
2 , Si, Si 3 N 4 using CF-based and CHI-based gases
Is described.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記ＮＦ3、ＣＦ4、Ｓ
Ｆ6、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8またはＣＨＦ3を、クリーニングや
エッチングに用いると、下記のように二つの問題が生ず
る。The above-mentioned NF 3 , CF 4 , S
When F 6 , C 2 F 6 , C 4 F 8 or CHF 3 is used for cleaning or etching, two problems arise as follows.
【０００８】（１）これらのガスは、分解に長時間を必
要とし、地球の温暖化に悪い影響を与えるので好ましく
ない。すなわち、表１に示したように、上記ＮＦ3など
のガスは、他のガス（ＣＦ3Ｉ、ＣＨ2Ｆ2）にくらべて
大気中の寿命が著しく長いので、使用後に大気中に放出
されても、分解が遅く大気中に長時間残る。そのため、
地球温暖化係数が大きく、地球の温暖化に対する悪影響
が他のガスよりはるかに大きい。なお、表１では地球温
暖化係数はＧＷＰ値を示してあり、この数値は、炭酸ガ
スを基準として１００年換算をしたものである。(1) These gases are not preferable because they require a long time for decomposition and adversely affect global warming. That is, as shown in Table 1, the gas such as NF 3 has a significantly longer life in the atmosphere than other gases (CF 3 I, CH 2 F 2 ), and is released into the atmosphere after use. However, it is slowly decomposed and remains in the atmosphere for a long time. for that reason,
It has a large global warming potential and has a far greater negative impact on global warming than other gases. In Table 1, the global warming potential is shown as a GWP value, and this numerical value is obtained by converting carbon dioxide gas as a standard for 100 years.
【０００９】（２）上記ガスのうち、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、
ＣＨＦ3を主としてシリコン酸化膜などシリコン絶縁膜
のエッチングに用いた場合は、エッチングの制御が難し
い。例えば、上記フルオロカーボンガスやハイドロフル
オロカーボンガスを、有磁場マイクロ波プラズマやヘリ
コン波プラズマ・誘導結合型プラズマなど、高密度プラ
ズマによるエッチングに用いた場合は、ＦラジカルとＣ
Ｆxラジカルの生成量の制御が難しく、エッチング速度
や選択性の制御が困難である。(2) Among the above gases, C 2 F 6 , C 4 F 8 ,
When CHF 3 is mainly used for etching a silicon insulating film such as a silicon oxide film, it is difficult to control the etching. For example, when the above-mentioned fluorocarbon gas or hydrofluorocarbon gas is used for etching with high-density plasma such as magnetic field microwave plasma, helicon wave plasma, or inductively coupled plasma, F radical and C
It is difficult to control the generation amount of F x radicals, and it is difficult to control the etching rate and selectivity.
【００１０】[0010]
【表１】 [Table 1]
【００１１】すなわち、高密度プラズマにおいては、エ
ッチングガスの解離度が高くエッチング速度も高い。そ
の反面、フルオロカーボンガスやハイドロフルオロカー
ボンガス分子はバラバラに分解されて、ＦラジカルがＣ
Ｆxラジカルに比べ非常に多くなり、Ｓｉ、ＳｉＯ2およ
びＳｉ3Ｎ3の間のエッチング選択性を高くするのが困難
である。しかし、プラズマの解離を抑制してＣＦxラジ
カルが分解しないようにするために、プラズマ生成エネ
ルギーを低くすると、プラズマ自体が不安定になってし
まい、高速エッチングを安定して行うことは困難にな
る。That is, in high-density plasma, the degree of dissociation of the etching gas is high and the etching rate is high. On the other hand, fluorocarbon gas and hydrofluorocarbon gas molecules are decomposed separately and F radicals are
F x radicals are much more than F x radicals, and it is difficult to increase the etching selectivity between Si, SiO 2 and Si 3 N 3 . However, if the plasma generation energy is reduced in order to suppress the dissociation of the plasma and prevent the CF x radicals from being decomposed, the plasma itself becomes unstable and it becomes difficult to perform high-speed etching stably. .
【００１２】このように、上記ＮＦ3やＳＦ6などのガス
をクリーニングやエッチングに用いた場合は地球の温暖
化に対する悪影響が大きく、また、フルオロカーボンガ
スやハイドロフルオロカーボンガスをエッチングガスと
して用いた場合は、高いエッチング異方性と高いエッチ
ング選択比を保ったまま、高速エッチングを行うことは
困難である。さらに、今後のウェーハの大口径化に対応
するために不可欠な、安定なプラズマの大口径化も困難
である。As described above, when a gas such as NF 3 or SF 6 is used for cleaning or etching, the adverse effect on global warming is great, and when a fluorocarbon gas or a hydrofluorocarbon gas is used as an etching gas. It is difficult to perform high-speed etching while maintaining high etching anisotropy and high etching selectivity. Further, it is difficult to increase the diameter of a stable plasma, which is indispensable for responding to the increase in the diameter of a wafer in the future.
【００１３】本発明の目的は、上記従来の問題を解決
し、地球の温暖化に悪影響を与える恐れがないクリーニ
ング方法を提供することである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a cleaning method which does not adversely affect global warming.
【００１４】本発明の他の目的は、高いエッチング異方
性と高いエッチング選択比を保ったまま、高速エッチン
グを行うことができ、さらに安定な大口径プラズマを使
用することができるエッチング方法を提供することであ
る。Another object of the present invention is to provide an etching method capable of performing high-speed etching while maintaining high etching anisotropy and a high etching selectivity, and using a more stable large-diameter plasma. It is to be.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のプラズマ処理方法は、所望の膜を堆積する装
置若しくはドライエッチング装置の内面上に形成されて
いる付着物を、ヨウ素、フッ素および炭素を成分元素と
して含むガスと酸素の混合ガスを電離して生成されたプ
ラズマによって除去することを特徴とする。According to the plasma processing method of the present invention for achieving the above object, a deposit formed on the inner surface of a device for depositing a desired film or a dry etching device is treated with iodine, fluorine or the like. And a mixed gas of oxygen and a gas containing carbon as a component element is removed by plasma generated by ionization.
【００１６】すなわち、上記ＮＦ3、ＣＦ4、ＳＦ6、Ｃ2
Ｆ6、Ｃ4Ｆ8またはＣＨＦ3の代わりに、分解しやすい分
子構造中にフッ素を含むガスを用いることによって、地
球温暖化効果が低減されるとともに、プラズマ生成エネ
ルギーを低くしても安定したプラズマが形成できるよう
になった。That is, NF 3 , CF 4 , SF 6 , C 2
By using a gas containing fluorine in a readily decomposable molecular structure instead of F 6 , C 4 F 8 or CHF 3 , the global warming effect is reduced and the plasma generation energy is stable even when the energy is reduced. Plasma can now be formed.
【００１７】上記分解しやすい分子構造は、炭素および
フッ素とともにヨウ素を成分元素として含有することに
よって得られる。ヨウ素はフッ素や水素に比べて原子半
径が大きいので、フルオロカーボンガスやハイドロフル
オロカーボンガス分子のフッ素をヨウ素によって置換し
た場合、そのガスの解離に必要なエネルギーはもとのガ
スよりも低くなる。一般に、成膜装置（堆積装置）やエ
ッチング装置の処理室の内面上に、成膜材料や被エッチ
ング材料などの反応生成物が付着すると、クリーニング
のためにプラズマを放電させる際に、放電が起り難くな
る。これは、処理室内面上に付着した反応生成物が、外
部からの電力供給を阻害し、プラズマが放電し難くなる
ためである。The above easily decomposed molecular structure can be obtained by containing iodine as a component element together with carbon and fluorine. Since iodine has a larger atomic radius than fluorine or hydrogen, when fluorine in a fluorocarbon gas or hydrofluorocarbon gas molecule is replaced by iodine, the energy required for dissociation of the gas becomes lower than that of the original gas. Generally, when a reaction product such as a film forming material or a material to be etched adheres to the inner surface of a processing chamber of a film forming apparatus (a deposition apparatus) or an etching apparatus, a discharge occurs when a plasma is discharged for cleaning. It becomes difficult. This is because the reaction products attached to the inside of the processing chamber hinder the supply of electric power from the outside, and the plasma is hardly discharged.
【００１８】しかし、ヨウ素を成分元素として含む、例
えばフルオロヨードカーボンのように、分解しやすいガ
スを用いると、上記成膜材料などが上記内面上に付着し
ていても、クリーニングのためのプラズマを効率よく生
成することができ、堆積装置やエッチング装置の内面の
クリーニングが支障なく行われる。However, if a gas containing iodine as a component element, such as fluoroiodocarbon, which is easily decomposed, is used, plasma for cleaning can be generated even if the film forming material adheres to the inner surface. It can be efficiently produced, and cleaning of the inner surface of the deposition apparatus or the etching apparatus can be performed without any trouble.
【００１９】また、表１に示したように、例えば本発明
において使用されるガスの一つであるＣＦ3Ｉは、上記
ＣＦ4など、ヨウ素を含まない他のガスより、大気中寿
命がはるかに短く、地球温暖化係数ははるかに小さいの
で、地球温暖化に対する影響が、上記他のガスよりはる
かに小さい。Ｃ2Ｆ5ＩやＣ3Ｆ7Ｉなど、本発明において
用いられる他のガスも、Ｃ-Ｉ結合エネルギーはＣ-Ｆ結
合エネルギーより低いので、ＣＦ3Ｉと同等の短い寿命
をもっていることは明らかである。As shown in Table 1, for example, CF 3 I, which is one of the gases used in the present invention, has a far longer life in the atmosphere than other gases that do not contain iodine, such as the above CF 4. And its impact on global warming is much smaller than the other gases mentioned above. Such as C 2 F 5 I and C 3 F 7 I, other gases used in the present invention also, the C-I bond energy is lower than CF bond energy, it has a CF 3 I equivalent short lifetime it is obvious.
【００２０】上記被除去物が、所望の膜を堆積する装置
やエッチング装置の内面上に形成されている場合、上記
被除去物を除去して堆積装置やエッチング装置などのク
リーニングを行うには、上記ガスに酸素を加えるのが有
効である。すなわち、上記ガスを用いて形成されたプラ
ズマは、ＣＦxラジカルが含まれているので堆積性を有
しており、クリーニングを行う場合は、ＣＦxラジカル
による炭素化合物の堆積を抑制する必要がある。炭素化
合物の堆積抑制は、被クリーニング部の温度を高くする
ことによっても可能であるが、酸素ガスを加えてＣＦx
ラジカルと酸素ラジカルの競合反応によって堆積を抑え
る方が、はるかに簡便で有効である。When the object to be removed is formed on the inner surface of a device for depositing a desired film or an etching device, cleaning the deposition device or the etching device by removing the object to be removed is as follows. It is effective to add oxygen to the above gas. That is, the plasma formed by using the above gas has a deposition property because it contains CF x radicals, and when performing cleaning, it is necessary to suppress the deposition of carbon compounds due to the CF x radicals. . Although carbon compound deposition can be suppressed by increasing the temperature of the portion to be cleaned, CF x is added by adding oxygen gas.
It is much simpler and more effective to suppress deposition by a competitive reaction between radicals and oxygen radicals.
【００２１】さらに、酸素ガスとの混合ガスを使用する
ことは、例えば有機物やタングステンの除去に、特に有
効である。上記ガスと上記酸素の混合比は９５：５〜５
０：５０とすれば、好ましいクリーニングを行うことが
できる。The use of a mixed gas with oxygen gas is particularly effective for removing organic substances and tungsten, for example. The mixing ratio of the gas and the oxygen is 95: 5 to 5
If the ratio is set to 0:50, preferable cleaning can be performed.
【００２２】また、上記他の目的を達成するための本発
明のプラズマ処理方法は、半導体基板の表面上に形成さ
れている酸化シリコン若しくは窒化シリコンからなる被
除去物を、ヨウ素、フッ素および炭素を成分元素として
含むガスのプラズマを用い、上記プラズマを生成するた
めの放電パワーは１００Ｗ以上、４００Ｗ以下、上記ガ
スの流量は１０ｓｃｃｍ以上、２００ｓｃｃｍ以下で除
去することを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method comprising the steps of: removing an object formed of silicon oxide or silicon nitride formed on a surface of a semiconductor substrate with iodine, fluorine, and carbon; A plasma of a gas containing a component element is used, and the discharge power for generating the plasma is 100 W or more and 400 W or less, and the flow rate of the gas is 10 sccm or more and 200 sccm or less.
【００２３】すなわち、上記酸化シリコン若しくは窒化
シリコンからなる被除去物が、半導体基板の表面上に形
成されている場合のプラズマ処理方法はエッチング方法
であるが、上記ヨウ素、フッ素および炭素を成分元素と
して含むガスをエッチングに用いると、下記の効果が得
られる。（１）ＣＦxによる堆積性によって、被エッチ
ング材料間の選択比が向上する。（２）放電パワーを低
くするなど、プラズマを低解離にしたり、ガス流量を適
宜調節することによって、シリコン酸化膜やシリコン窒
化膜を、シリコンに対して選択的にエッチングすること
ができる。（３）上記ヨウ素を成分元素として含むガス
は、プラズマ密度が低くてもエッチングが可能であるた
め、プラズマ中のフッ素の量は少なく、高いエッチング
選択性が得られる。しかも、低い電子エネルギで分解す
るので、放出されるフッソの量も少ない。（４）ヨウ素
は質量が大きいので、重いイオンによるエッチングによ
ってエッチングの異方性が向上する。（５）プラズマに
よって形成された堆積膜中にはヨウ素が含まれているの
で、ヨウ素を含まない堆積膜にくらべて分解しやすい。
そのため、エッチングの終了後、酸素プラズマによるア
ッシング処理によって堆積膜を簡単に除去することがで
きる。That is, when the object to be removed made of silicon oxide or silicon nitride is formed on the surface of a semiconductor substrate, the plasma processing method is an etching method, but the above-mentioned iodine, fluorine and carbon are used as constituent elements. When the gas containing is used for etching, the following effects can be obtained. (1) by deposition by CF x, improved selection ratio between the material to be etched. (2) The silicon oxide film or silicon nitride film can be selectively etched with respect to silicon by lowering the dissociation of the plasma, such as by lowering the discharge power, or by appropriately adjusting the gas flow rate. (3) Since the gas containing iodine as a component element can be etched even when the plasma density is low, the amount of fluorine in the plasma is small, and high etching selectivity can be obtained. In addition, since it is decomposed with low electron energy, the amount of released fluorine is small. (4) Since iodine has a large mass, the anisotropy of etching is improved by etching with heavy ions. (5) Since iodine is contained in the deposited film formed by the plasma, the deposited film is more easily decomposed than the deposited film not containing iodine.
Therefore, after the etching is completed, the deposited film can be easily removed by an ashing process using oxygen plasma.
【００２４】本発明によってエッチングを行なう場合、
上記プラズマを形成するための放電パワーを１００Ｗ以
上、４００Ｗ以下と従来より低くしてプラズマの解離を
低くするとともに、上記ガスの流量を１０ｓｃｃｍ以
上、２００ｓｃｃｍ以下とすることによって、シリコン
に対して酸化シリコンや窒化シリコンを選択的にエッチ
ングすることができる。従来は、上記範囲と異なるプラ
ズマ発生の条件やガス流量によって酸化シリコンや窒化
シリコンに対してシリコンを選択的にエッチングしてい
たのであるが、本発明は、プラズマ発生の条件やガス流
量を変えることによって、全く逆の選択エッチングを可
能にしたものである。When performing etching according to the present invention,
By reducing the plasma dissociation by lowering the discharge power for forming the plasma to 100 W or more and 400 W or less than the conventional method, and by setting the flow rate of the gas to 10 sccm or more and 200 sccm or less, silicon oxide with respect to silicon And silicon nitride can be selectively etched. Conventionally, silicon was selectively etched with respect to silicon oxide or silicon nitride according to plasma generation conditions and gas flow rates different from the above ranges.However, the present invention is directed to changing the plasma generation conditions and gas flow rates. This enables completely opposite selective etching.
【００２５】エッチングを行う場合、上記ガスに炭酸ガ
ス、ハイドロフルオロカーボンガスおよび水素ガスから
なる群から選択されたガスを加えた混合ガスを用いる
と、高いエッチング選択性が得られ、上記ハイドロフル
オロカーボンガスとしてはＣＨ2Ｆ2若しくはＣＨ3Ｆを
用いることができる。In the case of performing etching, a high etching selectivity can be obtained by using a mixed gas obtained by adding a gas selected from the group consisting of carbon dioxide, hydrofluorocarbon gas and hydrogen gas to the above gas. Can be CH 2 F 2 or CH 3 F.
【００２６】エッチングを行う際に、被処理物である酸
化シリコンや窒化シリコンの上に、所定の形状を有する
有機物膜からなるマスクを形成して、露出された部分を
選択的にエッチングして除去することができる。この場
合、上記半導体基板がその上に置かれた電極の温度を５
０℃以下、−５０℃以上に保ってエッチングを行えば、
上記マスクの変質なしに高い精度のエッチングを行うこ
とができる。When performing etching, a mask made of an organic film having a predetermined shape is formed on silicon oxide or silicon nitride to be processed, and the exposed portion is selectively etched and removed. can do. In this case, the temperature of the electrode on which the semiconductor substrate is placed is 5
If etching is carried out at 0 ° C or lower and at -50 ° C or higher,
High-precision etching can be performed without alteration of the mask.
【００２７】上記ヨウ素、フッ素および炭素を成分元素
として含むガスとしては、ＣＦ3Ｉ、Ｃ2Ｆ5Ｉ、Ｃ3Ｆ7
Ｉ、Ｃ4Ｆ9ＩおよびＣ2ＨＦ4Ｉからなる群から選択され
たヨウ素を含むフルオロカーボンまたはハイドロフルオ
ロカーボンガスを使用できる。The gases containing iodine, fluorine and carbon as component elements include CF 3 I, C 2 F 5 I and C 3 F 7
A fluorocarbon or hydrofluorocarbon gas containing iodine selected from the group consisting of I, C 4 F 9 I and C 2 HF 4 I can be used.
【００２８】[0028]
【発明の実施の形態】本発明はＣＶＤ装置やスパッタリ
ング装置など、周知の各種堆積装置および各種ドライエ
ッチング装置の内面のクリーニングに適用できる。堆積
装置としてはＣＶＤ装置など各種成膜あるいは堆積装置
のクリーニングに広く適用できる。同様に、上記ドライ
エッチング装置としては、平行平板型やマイクロ波エッ
チング装置など周知の各種ドライエッチング装置のクリ
ーニングに適用できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention can be applied to cleaning of the inner surface of various known deposition apparatuses and various dry etching apparatuses such as a CVD apparatus and a sputtering apparatus. The deposition apparatus can be widely applied to various kinds of film formation such as a CVD apparatus or cleaning of the deposition apparatus. Similarly, the dry etching apparatus can be applied to cleaning of various known dry etching apparatuses such as a parallel plate type and a microwave etching apparatus.
【００２９】本発明によれば、これらの各種装置の内面
上に付着された、例えば有機物質、タングステン、シリ
コン、酸化シリコン、窒化シリコンなどは、効果的に除
去されて良好なクリーングを行なうことができる。この
場合、上記ガスの流量を１０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ
の範囲内にし、放電パワーを２００Ｗ〜２０００Ｗの範
囲内にすれば、好ましいクリーニングを行なうことがで
きる。酸素との混合ガスを使用することは、有機物やタ
ングステンの除去に特に有利である。According to the present invention, for example, organic substances, tungsten, silicon, silicon oxide, silicon nitride, etc. attached on the inner surfaces of these various devices can be effectively removed to perform good cleaning. it can. In this case, the flow rate of the gas is 10 sccm to 200 sccm.
If the discharge power is within the range of 200 W to 2000 W, preferable cleaning can be performed. The use of a gas mixture with oxygen is particularly advantageous for removing organic substances and tungsten.
【００３０】また、本発明によってエッチングを行う
と、半導体基板上の酸化シリコンや窒化シリコンを、シ
リコンなどに対して良好な選択性でエッチングすること
ができ、この場合も、エッチング装置としては、下記各
実施例で用いたマイクロ波エッチング装置のみではな
く、平行平板型のエッチング装置、ヘリコン波プラズマ
エッチング装置あるいは誘導結合型プラズマエッチング
装置など、周知の他のエッチング装置を用いても同様の
効果が得られる。Further, by performing etching according to the present invention, silicon oxide or silicon nitride on a semiconductor substrate can be etched with good selectivity to silicon or the like. The same effect can be obtained not only by the microwave etching apparatus used in each embodiment but also by using other well-known etching apparatuses such as a parallel plate type etching apparatus, a helicon wave plasma etching apparatus or an inductively coupled plasma etching apparatus. Can be
【００３１】また、上記ガスは一種類のみを単独で使用
してもよいが、２種類以上のガスを用いてもよい。さら
に、例えばＨＩとＣ2Ｆ6のように、２種類以上のガスを
混合して、Ｃ、ＦおよびＩを存在させるようにしてもよ
い。The above gases may be used alone, or two or more gases may be used. Furthermore, C, F and I may be present by mixing two or more types of gases, such as HI and C 2 F 6 .
【００３２】シリコン酸化膜をエッチングするには、フ
ルオロヨードカーボンガスにハイドロフルオロカーボン
ガス、炭酸ガス、水素あるいは希ガスを混ぜることによ
ってエッチング速度や選択比を制御することができる。
Ｃ2ＨＦ4Ｉは成分元素として水素を含んでいるため、こ
のガスを用いるとシリコンに対するシリコン酸化膜のエ
ッチング選択比を高くすることができる。ただし、この
ガスは常温・大気圧では液体であるため、配管を減圧す
るか、配管温度をＣ2ＨＦ4Ｉの気化温度より高く保持す
るなどの工夫が必要となる。Ｃ3Ｆ7ＩとＣ4Ｆ9Ｉも常温
・大気圧で液体であるため、使用時にはＣ2ＨＦ4Ｉと同
様の対策をする必要がある。To etch the silicon oxide film, the etching rate and the selectivity can be controlled by mixing hydrofluorocarbon gas, carbon dioxide gas, hydrogen or a rare gas with fluoroiodocarbon gas.
Since C 2 HF 4 I contains hydrogen as a component element, the use of this gas can increase the etching selectivity of the silicon oxide film with respect to silicon. However, since this gas is liquid at normal temperature and atmospheric pressure, it is necessary to take measures such as reducing the pressure of the pipe or keeping the pipe temperature higher than the vaporization temperature of C 2 HF 4 I. Since C 3 F 7 I and C 4 F 9 I are also liquids at normal temperature and atmospheric pressure, it is necessary to take the same measures as C 2 HF 4 I during use.
【００３３】[0033]
〈実施例１〉まず、本発明をシリコン酸化膜のエッチン
グに適用した実施例について説明する。図２（ａ）に示
したように、シリコン基板２０１の主表面上に、周知の
熱酸化法を用いてシリコン酸化膜２０２を成長させた。<Embodiment 1> First, an embodiment in which the present invention is applied to etching of a silicon oxide film will be described. As shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 202 was grown on the main surface of the silicon substrate 201 by using a well-known thermal oxidation method.
【００３４】次に、図２（ｂ）に示したように、レジス
ト膜２０３を形成した後、ＫｒＦエキシマレーザ露光装
置を用いた露光およびそれに続く周知の現像処理によっ
て、孔パターン２０４を有するマスクを形成した。Next, as shown in FIG. 2B, after a resist film 203 is formed, a mask having a hole pattern 204 is formed by exposure using a KrF excimer laser exposure apparatus and subsequent known development processing. Formed.
【００３５】次に、図１に示したマイクロ波プラズマエ
ッチング装置を用い、上記シリコン酸化膜２０２の露出
された部分を除去して、図２（ｃ）に示したように、孔
パターン２０５を形成した。エッチングガスとしてはＣ
2Ｆ5Ｉを用いた。主なエッチング条件は下記の通りであ
る。Next, by using the microwave plasma etching apparatus shown in FIG. 1, the exposed portion of the silicon oxide film 202 is removed, and a hole pattern 205 is formed as shown in FIG. 2C. did. C as etching gas
Using 2 F 5 I. The main etching conditions are as follows.
【００３６】ガス…Ｃ2Ｆ5Ｉ ガス流量…２５ｓｃｃｍ ガス圧力…３ｍＴｏｒｒ マイクロ波出力…４００Ｗ 高周波電力…３００Ｗ 電極温度…０℃ その結果、シリコン酸化膜のエッチングレートは約８０
０ｎｍ／分、シリコン酸化膜とシリコンとの選択比は約
２０倍であり、いずれも十分満足できる値が得られた。
また、エッチングによって形成された孔パターン２０５
の断面形状は、図２（ｃ）に示したように、側面がほぼ
垂直であり、極めて良好であった。Gas: C 2 F 5 I Gas flow rate: 25 sccm Gas pressure: 3 mTorr Microwave output: 400 W High frequency power: 300 W Electrode temperature: 0 ° C. As a result, the etching rate of the silicon oxide film is about 80.
At 0 nm / min, the selectivity between the silicon oxide film and silicon was about 20 times, and both were sufficiently satisfactory values.
Further, a hole pattern 205 formed by etching is formed.
As shown in FIG. 2 (c), the cross-sectional shape was very good with the side surfaces being almost vertical.
【００３７】エッチングのマスクとして用いたレジスト
膜２０３は、酸素プラズマによる灰化処理によって、図
２（ｄ）に示したように容易に除去できた。The resist film 203 used as an etching mask could be easily removed by an ashing process using oxygen plasma as shown in FIG.
【００３８】なお、図１は上記マイクロ波プラズマエッ
チング装置のエッチング室周辺のみを示す。エッチング
処理すべきシリコンウェーハ１１０は、エッチングチャ
ンバ１０４内に搬送された後、静電吸着方式の電極１０
６のヘッド部に固定される。エッチングガス導入部１０
５からのガス導入と排気口１０９からの流出量を調整し
て、チャンバ１０４内の圧力を調整した後、マグネトロ
ン１０１から放出されたマイクロ波は導波管１０２を通
して伝搬し、チャンバ周辺のコイル１０３による磁場と
の相互作用によってプラズマが発生する。シリコンウェ
ーハ１１０に入射するイオンのエネルギーは、電極にブ
ロッキングコンデンサ１０８を通して接続された高周波
電源１０７の出力によって制御した。FIG. 1 shows only the vicinity of the etching chamber of the microwave plasma etching apparatus. After the silicon wafer 110 to be subjected to the etching process is transported into the etching chamber 104, the electrode 10 of the electrostatic chuck type is
6 is fixed to the head portion. Etching gas inlet 10
After adjusting the pressure in the chamber 104 by adjusting the amount of gas introduced from the outlet 5 and the amount of outflow from the exhaust port 109, the microwave emitted from the magnetron 101 propagates through the waveguide 102 and the coil 103 around the chamber. Plasma is generated by the interaction with the magnetic field. The energy of ions incident on the silicon wafer 110 was controlled by the output of a high-frequency power supply 107 connected to the electrodes through a blocking capacitor 108.
【００３９】〈実施例２〉上記実施例１において、高周
波電力のみを２００Ｗに低下させ、他は同じ条件でエッ
チングを行った。その結果、エッチレートは約６００ｎ
ｍ／分とやや低下したが、シリコン酸化膜とシリコンと
の選択比は約３０倍に向上した。また、得られた孔パタ
ーンの断面形状は、図３（ａ）に示したように、孔パタ
ーンの底部に向かうに従って直径が小さくなる順テーパ
形状であった。また、孔パターンの側面上には側壁堆積
膜２０６が堆積されていたが、この堆積膜２０６は、そ
れに続いて行われる酸素プラズマによるレジスト２０３
の灰化処理によって、図３（ｂ）に示したように容易に
に除去された。<Embodiment 2> In the above-mentioned embodiment 1, etching was performed under the same conditions except that only the high frequency power was reduced to 200 W. As a result, the etch rate is about 600n
m / min, but the selectivity between the silicon oxide film and silicon improved about 30 times. The cross-sectional shape of the obtained hole pattern was a forward tapered shape in which the diameter became smaller toward the bottom of the hole pattern, as shown in FIG. Further, a sidewall deposition film 206 is deposited on the side surface of the hole pattern.
As shown in FIG. 3 (b), it was easily removed by the incineration treatment.
【００４０】〈実施例３〉本実施例は、エッチングガス
としてＣＦ3Ｉを用いた例である。ただし、ＣＦ3Ｉ単独
ではシリコン酸化膜とシリコンの間のエッチング選択比
が不十分なので、添加ガスとしてＣＨ2Ｆ2を混合した。
主なエッチング条件は下記の通りである。Embodiment 3 This embodiment is an example using CF 3 I as an etching gas. However, since CF 3 I alone has an insufficient etching selectivity between the silicon oxide film and silicon, CH 2 F 2 was mixed as an additional gas.
The main etching conditions are as follows.
【００４１】ガス…ＣＦ3Ｉ／ＣＨ2Ｆ2 ガス流量…２０／５ｓｃｃｍ ガス圧力…３ｍＴｏｒｒ マイクロ波出力…２００Ｗ 高周波電力…２００Ｗ 電極温度…０℃ その結果、シリコン酸化膜のエッチングレートは約８０
０ｎｍ／分、シリコン酸化膜とシリコンとの選択比は約
２０倍であった。この場合、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比を高
くすれば、シリコン酸化膜とシリコンとの選択比をさら
に高くできることが確認された。このことは、エッチン
グガスとしてＣ2Ｆ5Ｉやその他のフルオロヨードカーボ
ンガスを用いた場合でも同じであり、ＣＨ2Ｆ2、ＣＯあ
るいはＨ2ガスをエッチングガスに添加し、これらの添
加ガスの混合比を高くすることによって、シリコン酸化
膜とシリコンとの選択比を高くすることができる。Gas: CF 3 I / CH 2 F 2 Gas flow rate: 20/5 sccm Gas pressure: 3 mTorr Microwave output: 200 W High frequency power: 200 W Electrode temperature: 0 ° C. As a result, the etching rate of the silicon oxide film is about 80.
The selectivity between the silicon oxide film and silicon was about 20 times at 0 nm / min. In this case, it was confirmed that if the mixing ratio of the CH 2 F 2 gas was increased, the selectivity between the silicon oxide film and silicon could be further increased. The same applies to the case where C 2 F 5 I or another fluoroiodocarbon gas is used as an etching gas. CH 2 F 2 , CO or H 2 gas is added to the etching gas, and By increasing the mixing ratio, the selectivity between the silicon oxide film and silicon can be increased.
【００４２】ただし、添加ガスの混合比が過度に高くな
ると、シリコン上やレジスト膜上に堆積された堆積膜の
除去が困難になり、場合によっては孔パターンの表面に
強固で除去が困難な堆積膜が形成されてしまうので、孔
パターンの孔径が小さい場合は、シリコン酸化膜のエッ
チングが停止してしまう現象が生じる。目安としては上
記添加ガスの混合比は５０％以下にすればがよい。However, if the mixing ratio of the additive gas is excessively high, it becomes difficult to remove the deposited film deposited on the silicon or the resist film, and in some cases, the deposited film is firm and difficult to remove on the surface of the hole pattern. Since the film is formed, when the hole diameter of the hole pattern is small, a phenomenon occurs in which the etching of the silicon oxide film is stopped. As a guide, the mixing ratio of the additional gas may be set to 50% or less.
【００４３】〈実施例４〉本実施例は、フルオロヨード
カーボンガスに希ガスを混合してエッチングガスとして
用いた例である。例えば、Ｃ2ＨＦ4Ｉのようにガス分子
中に水素を構成元素として含む場合、高い選択比が得や
すいので、本実施例は、希ガスを添加して、さらにエッ
チングレートを高くした。エッチング条件は下記の通り
である。<Embodiment 4> This embodiment is an example in which a rare gas is mixed with fluoroiodocarbon gas and used as an etching gas. For example, when hydrogen is included as a constituent element in a gas molecule like C 2 HF 4 I, a high selectivity can be easily obtained. Therefore, in this embodiment, a rare gas was added to further increase the etching rate. The etching conditions are as follows.
【００４４】エッチングス…Ａｒ／Ｃ2ＨＦ4Ｉ ガス流量…１００／２５ｓｃｃｍ ガス圧力…１０ｍＴｏｒｒ マイクロ波出力…２００Ｗ 高周波電力…２００Ｗ 電極温度…０℃ この条件でエッチングを行ったところ、シリコン酸化膜
のエッチングレートは約１０００ｎｍ／分であり、シリ
コン酸化膜とシリコンとの選択比は約３０倍であった。Etching: Ar / C 2 HF 4 I Gas flow rate: 100/25 sccm Gas pressure: 10 mTorr Microwave output: 200 W High frequency power: 200 W Electrode temperature: 0 ° C. Etching was performed under these conditions. The etching rate was about 1000 nm / min, and the selectivity between the silicon oxide film and silicon was about 30 times.
【００４５】なお、本実施例はシリコン酸化膜をエッチ
した例であるが、このシリコン酸化膜は、熱酸化膜のみ
ではなく、プラズマや熱を利用したＣＶＤによって形成
された酸化膜、ＳＯＧのような塗布ガラス膜、さらには
これらの積層膜のエッチングに対しても有効であること
はいうまでもない。Although this embodiment is an example in which a silicon oxide film is etched, this silicon oxide film is not limited to a thermal oxide film, but may be an oxide film formed by CVD using plasma or heat, such as SOG. It is needless to say that the present invention is also effective for etching of a coated glass film, and further, etching of these laminated films.
【００４６】〈実施例５〉本実施例は、ＣＦ3Ｉガスに
Ｏ2ガスを添加した混合ガスによって生成されたプラズ
マを用いて、処理室および処理室周辺部分におけるＷの
クリーニング効果を測定した例である。Embodiment 5 In this embodiment, the cleaning effect of W in the processing chamber and the periphery of the processing chamber was measured using plasma generated by a mixed gas obtained by adding O 2 gas to CF 3 I gas. It is an example.
【００４７】表面上にＷが堆積されたシリコンウェーハ
を、図１に示したエッチング装置内に導入し、下記放電
条件で放電を行ってＷの除去速度を測定した。 ＣＦ3Ｉ流量…６ｍｌ／ｍｉｎ Ｏ２流量…４ｍｌ／ｍｉｎ 圧力…３０ｍＴｏｒｒ マイクロ波出力…２００Ｗ ただし、ウェーハ支持電極には高周波電力は印加しない
で、ウェーハの状態が処理室内壁の状態と等価的になる
ようにして、ウエーハ上におけるＷ膜の膜厚の減少か
ら、処理室および処理室周辺部分におけるＷのクリーニ
ングの特性を求めた。また、ウェーハの温度は４０℃と
した。The silicon wafer having W deposited on its surface was introduced into the etching apparatus shown in FIG. 1 and discharged under the following discharge conditions to measure the W removal rate. CF 3 I flow rate: 6 ml / min O2 flow rate: 4 ml / min Pressure: 30 mTorr Microwave output: 200 W However, no high frequency power is applied to the wafer support electrode, and the state of the wafer becomes equivalent to the state of the inner wall of the processing chamber. In this way, from the decrease in the thickness of the W film on the wafer, the cleaning characteristics of W in the processing chamber and the periphery of the processing chamber were obtained. Further, the temperature of the wafer was set at 40 ° C.
【００４８】その結果、ウェーハ表面におけるＷの除去
速度は８０ｎｍ／ｍｉｎであった。堆積装置のクリーニ
ングにおいては、ウェーハサセプタの温度は数１００℃
以上にするのが一般的であるから、サセプタのクリーニ
ング速度はさらに高くなることは明らかである。As a result, the removal rate of W from the wafer surface was 80 nm / min. In cleaning the deposition apparatus, the temperature of the wafer susceptor is several hundred degrees centigrade.
It is clear that the above is general, so that the cleaning speed of the susceptor is further increased.
【００４９】このことから、Ｗ堆積装置においても、ウ
ェーハサセプタや処理室の内壁上に堆積したＷを十分に
除去できることが確認された。また、多結晶シリコン、
アモルファスシリコンおよびシリコン酸化膜の除去速度
は、通常タングステンの除去速度と同等かそれ以上であ
ることが知られているので、これらの膜を堆積する装置
の処理室のクリーニングにも、本発明が有効であること
はいうまでもない。From this, it was confirmed that even in the W deposition apparatus, the W deposited on the wafer susceptor and the inner wall of the processing chamber can be sufficiently removed. Also, polycrystalline silicon,
Since the removal rate of amorphous silicon and silicon oxide films is generally known to be equal to or higher than the removal rate of tungsten, the present invention is also effective for cleaning the processing chamber of an apparatus for depositing these films. Needless to say,
【００５０】[0050]
【発明の効果】上記説明から明らかなように、フルオロ
ヨードカーボンガスを含むガスにより生成したプラズマ
を、堆積装置やエッチング装置のクリーニングに用いる
ことにより、地球温暖化への影響が低く、堆積物の除去
も良好なクリーニングを容易に行うことができる。エッ
チングプロセスに適用した場合おいては、酸化シリコン
や窒化シリコンをシリコンに対して選択的にエッチング
することができるとともに、５ｍＴｏｒｒ以下の圧力で
も安定した低解離のプラズマを生成することができるの
で、シリコン酸化膜に０.１μｍから０.２μｍの直径の
孔パターンを容易に形成することができる。また、フル
オロヨードカーボンガスは解離しやすいため、大口径プ
ラズマを安定して生成することができ、１２インチウェ
ーハを均一にエッチングすることができる。As is clear from the above description, by using plasma generated by a gas containing a fluoroiodocarbon gas for cleaning a deposition apparatus or an etching apparatus, the effect on global warming is low, and Good cleaning can be easily performed for removal. When applied to an etching process, silicon oxide and silicon nitride can be selectively etched with respect to silicon, and stable low-dissociation plasma can be generated even at a pressure of 5 mTorr or less. A hole pattern having a diameter of 0.1 μm to 0.2 μm can be easily formed on the oxide film. Further, since fluoroiodocarbon gas is easily dissociated, large-diameter plasma can be generated stably, and a 12-inch wafer can be uniformly etched.
【図１】本発明の実施例に用いたエッチング装置の処理
室の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a processing chamber of an etching apparatus used in an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
１０１…マイクロ波発生用マグネトロン、１０２…導波
管、１０３…コイル、１０４…チャンバ、１０５…ガス
導入部、１０６…静電チャック、１０７…高周波電源、
１０８…ブロッキングコンデンサ、１０９…排気口、１
１０…ウェーハ、２０１…シリコン基板、２０２…シリ
コン酸化膜、２０３…レジスト、２０４…レジストの孔
パターン、２０５…シリコン酸化膜の孔パターン、２０
６…側壁堆積膜。101: a magnetron for generating microwaves, 102: a waveguide, 103: a coil, 104: a chamber, 105: a gas introduction unit, 106: an electrostatic chuck, 107: a high frequency power supply,
108: blocking condenser, 109: exhaust port, 1
Reference Signs List 10: wafer, 201: silicon substrate, 202: silicon oxide film, 203: resist, 204: resist hole pattern, 205: silicon oxide film hole pattern, 20
6 ... sidewall deposited film.
フロントページの続き (72)発明者 山下 邦男 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 高市 侃 東京都港区芝大門一丁目13番９号 昭和電 工株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Kunio Yamashita 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. In company
Claims (7)
ッチング装置の内面上に形成されている付着物を、ヨウ
素、フッ素および炭素を成分元素として含むガスと酸素
の混合ガスを電離して生成されたプラズマによって除去
することを特徴とするプラズマ処理方法。A deposit formed on an inner surface of a device for depositing a desired film or a dry etching device is formed by ionizing a mixed gas of oxygen and a gas containing iodine, fluorine and carbon as constituent elements. A plasma processing method characterized by removing by plasma.
５０：５０であることを特徴とする請求項１に記載のプ
ラズマ処理法。2. The mixing ratio of said gas and said oxygen is 95: 5
The plasma processing method according to claim 1, wherein the ratio is 50:50.
シリコン若しくは窒化シリコンからなる被除去物を、ヨ
ウ素、フッ素および炭素を成分元素として含むガスのプ
ラズマを用い、上記プラズマを生成するための放電パワ
ーは１００Ｗ以上、４００Ｗ以下、上記ガスの流量は１
０ｓｃｃｍ以上、２００ｓｃｃｍ以下で除去することを
特徴とするプラズマ処理方法。3. The method according to claim 1, wherein an object to be removed made of silicon oxide or silicon nitride formed on the surface of the semiconductor substrate is formed by using a plasma of a gas containing iodine, fluorine and carbon as constituent elements. The discharge power is 100 W or more and 400 W or less, and the flow rate of the gas is 1
A plasma processing method characterized in that the removal is performed at 0 sccm or more and 200 sccm or less.
イドロフルオロカーボンガスおよび水素ガスからなる群
から選択されたガスを加えた混合ガスを電離して生成さ
れることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理方
法。4. The method according to claim 4, wherein said plasma is generated by ionizing a mixed gas obtained by adding a gas selected from the group consisting of carbon dioxide, hydrofluorocarbon gas and hydrogen gas to said gas. The plasma processing method as described above.
2Ｆ2若しくはＣＨ3Ｆであることを特徴とする請求項５
に記載のプラズマ処理方法。5. The method of claim 1, wherein the hydrofluorocarbon gas is CH.
6. The method according to claim 5, wherein the material is 2 F 2 or CH 3 F.
4. The plasma processing method according to 1.
有機物膜からなるマスクが形成され、上記被処理物が置
かれた電極の温度は５０℃以下−５０℃以上に保たれる
ことを特徴とする請求項３から５のいずれか一に記載の
プラズ処理方法。6. A mask made of an organic film having a predetermined shape is formed on the object to be processed, and the temperature of the electrode on which the object is placed is kept at 50 ° C. or lower and -50 ° C. or higher. The plasma processing method according to any one of claims 3 to 5, wherein
として含むガスはＣＦ3Ｉ、Ｃ2Ｆ5Ｉ、Ｃ3Ｆ7Ｉ、Ｃ4Ｆ
9ＩおよびＣ2ＨＦ4Ｉからなる群から選択されることを
特徴とする請求項１から６のいずれか一に記載のプラズ
マ処理方法。7. The gas containing iodine, fluorine and carbon as component elements is CF 3 I, C 2 F 5 I, C 3 F 7 I, C 4 F.
9 I and C 2 HF 4 plasma processing method according to any one of claims 1 6, characterized in that it is selected from the group consisting of I.
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