KR100521121B1 - Method and apparatus for treating surface of specimen - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 사용하여 반도체에 미세패턴의 에칭가공을 행하는 것에 있어서, 반도체소자의 전기적인 손상을 억제하는 것이다. The present invention suppresses electrical damage of semiconductor elements in etching a fine pattern to a semiconductor using plasma.

이를 위하여 플라즈마에칭에 의한 미세패턴의 가공에 있어서, 패턴부에서의 대전전압이 패턴이 접속되어 있는 게이트산화막의 절연파괴전압에 도달하기 전에, 시료에 인가하는 고주파 전원을 오프(off)하여, 패턴부의 대전이 충분히 낮아지고 나서 고주파 전원을 온(on)하고, 이들 조작을 반복한다. For this purpose, in processing a fine pattern by plasma etching, before the charging voltage at the pattern portion reaches the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film to which the pattern is connected, the high frequency power applied to the sample is turned off and the pattern is turned off. After the negative charging becomes sufficiently low, the high frequency power supply is turned on and these operations are repeated.

Description

시료표면의 처리방법 및 시료표면의 처리장치{METHOD AND APPARATUS FOR TREATING SURFACE OF SPECIMEN}Method of treatment of sample surface and treatment apparatus of sample surface {METHOD AND APPARATUS FOR TREATING SURFACE OF SPECIMEN}

본 발명은 표면처리방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 사용하여 반도체소자 등이 형성되는 시료의 표면을 에칭처리하는 데 적합한 표면처리방법 및 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method and apparatus, and more particularly, to a surface treatment method and apparatus suitable for etching a surface of a sample on which a semiconductor element or the like is formed using plasma.

종래의 기술로서 반도체소자를 플라즈마중에서 에칭하는 장치, 예를 들어 ECR(전자사이클로트론공명)방식이라 불리는 장치를 예로 설명한다. 이 방식에서는 외부로부터 자장을 인가한 진공용기속에서 마이크로파에 의해 플라즈마를 발생한다. 자장에 의하여 전자는 사이클로트론운동하여 이 주파수와 마이크로파의 주파수를 공명시킴으로써 효율좋게 플라즈마를 발생할 수 있다. 시료에 입사하는 이온을 가속하기 위하여 시료에는 고주파 전압이 인가된다. 플라즈마가 되는 가스에는 염소나 불소 등의 할로겐가스가 사용된다. As a conventional technique, an apparatus for etching a semiconductor element in plasma, for example, an apparatus called an ECR (electron cyclotron resonance) method will be described as an example. In this method, plasma is generated by microwaves in a vacuum vessel to which a magnetic field is applied from the outside. Due to the magnetic field, the electrons can be cyclotrond to resonate this frequency and the frequency of microwaves, thereby efficiently generating plasma. In order to accelerate the ions incident on the sample, a high frequency voltage is applied to the sample. Halogen gas, such as chlorine and fluorine, is used for the gas used as plasma.

이와 같은 장치의 주로 고정밀도화를 도모할 목적으로 일본국 특개평6-151360호 공보에 기재된 바와 같은 에칭장치가 알려져 있다. 즉 시료에 인가하는 고주파 전압을 온/오프로 간헐적으로 제어함으로써 에칭하고 싶은 물질인 Si와 밑바탕 산화막과의 선택비를 높게 할 수 있고, 또한 에칭속도의 패턴의존성을 저감할 수 있는 것이 상기 공보에 개시되어 있다. The etching apparatus as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 6-151360 for the purpose of aiming at high precision of such an apparatus is known. In other words, by controlling the high frequency voltage applied to the sample on / off intermittently, it is possible to increase the selectivity between Si, which is a substance to be etched, and the underlying oxide film, and to reduce the pattern dependency of the etching rate. Is disclosed.

또 일본국 특개평8-339989호 공보에는 금속의 에칭으로 고주파 전압을 온/오프로 간헐적으로 제어함으로써 에치 나머지를 저감할 수 있는 것이 기재되어 있다. 또 일본국 특개소62-154734호 공보에는 퇴적성이 강한 에칭가스를 사용하여 또한 고주파 전압을 온/오프로 간헐적으로 제어함으로써 경사부를 가공하는 방법이 설명되어 있다. 또 일본국 특개소60-50923호 공보에는, 에칭가스의 도입량에 맞추어 고주파 전압을 온/오프제어하여 이방성을 향상하는 방법이 기재되어 있다. 또 미국특허4585516호 명세서에는 3 전극형의 에칭장치에서 그중 2개의 전극에 인가되는 고주파 전압을 온/오프 제어함으로써 에칭속도의 웨이퍼면내 균일성을 향상하는 방법이 설명되어 있다.Further, Japanese Patent Laid-Open No. 8-339989 discloses that the rest of the etch can be reduced by intermittently controlling the high frequency voltage on / off by etching the metal. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 62-154734 describes a method of processing an inclined portion by using an etching gas with high deposition ability and intermittently controlling high frequency voltage on / off. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 60-50923 discloses a method of improving anisotropy by controlling high frequency voltage on / off in accordance with the introduction amount of etching gas. Further, US Pat. No. 4,5555,16 describes a method of improving in-plane uniformity of wafer speed by controlling on / off high frequency voltage applied to two of the electrodes in a three-electrode etching apparatus.

최근의 반도체소자의 미세화에 따라 공정에 사용하는 플라즈마에 의한 반도체소자에 미치는 손상의 문제가 현재화되고 있다. 구체적으로는 M0S(metal oxide semiconductor)트랜지스터의 게이트산화막의 두께는 256M 이후의 메모리소자에서는 6nm 이하가 된다. 이와 같은 게이트산화막의 박막화에 더하여 가공의 애스펙트비(세로방향과 가로방향의 치수비)가 커지면 전자셰딩(electron shading)이라는 현상에서 생기는 전기적인 손상이 문제가 된다. 다음에 도면을 사용하여, 전자 셰딩현상의 설명을 행한다. 도 24(a)은 에칭장치내의 플라즈마에 노출되어 있는 반도체 웨이퍼의 단면도이다. 도 24(b)는 도 24(a)의 레지스트패턴을 위에서 본 도면이다. With the recent miniaturization of semiconductor devices, the problem of damage to semiconductor devices due to plasma used in the process has been increasing. Specifically, the thickness of the gate oxide film of the metal oxide semiconductor (MOS) transistor is 6 nm or less in a memory device of 256M or later. In addition to the thinning of the gate oxide film as described above, when the aspect ratio of the processing (dimension ratio in the vertical direction and the horizontal direction) increases, electrical damage caused by a phenomenon called electron shading becomes a problem. Next, the electronic shedding phenomenon will be described using the drawings. Fig. 24A is a cross sectional view of the semiconductor wafer exposed to the plasma in the etching apparatus. FIG. 24B is a view of the resist pattern of FIG. 24A seen from above.

도 24에 있어서, Si 기판(205)의 위에 소자분리산화막(204), 게이트산화막(203)이 형성되고, 그 위에 po1y-Si층(202)과 레지스트(201)가 빗살형상으로 형성되어 있다. 플라즈마에칭중에는 전자(206)와 이온(207)이 시료에 입사된다. 이온(207)은 시료에 인가되는 고주파 전압으로 가속되어 시료표면에 수직으로 입사되나, 전자(206)는 질량이 작기 때문에 랜덤인 속도성분이 커 랜덤한 방향에서 입사된다. 이 때문에 도 24 (1)에 나타내는 바와 같이, 애스펙트비가 높은 홈의 가공에서는 이온은 홈바닥(208)까지 도달할 수 있으나, 전자는 주로 레지스트(201)의 측벽에 포획된다. 그러자 게이트산화막(203)에는 poly-Si층(202)을 거쳐 양의 전하가 축적되고, 이 양이 일정치를 넘으면 게이트산화막(203)이 절연파괴를 일으켜 소자불량이 된다. 이상과 같이 이온과 전자의 방향성의 차이로부터 미세홈내에 전자가 공급되지 않는 현상을 전자셰딩이라 한다. In Fig. 24, the element isolation oxide film 204 and the gate oxide film 203 are formed on the Si substrate 205, and the po1y-Si layer 202 and the resist 201 are formed in the shape of a comb. During plasma etching, electrons 206 and ions 207 enter the sample. The ions 207 are accelerated by the high frequency voltage applied to the sample and incident perpendicularly to the surface of the sample. However, the electrons 206 are incident in a random direction due to the large random velocity component because the mass is small. For this reason, as shown in FIG. 24 (1), in the processing of a groove having a high aspect ratio, ions can reach the groove bottom 208, but electrons are mainly trapped on the sidewall of the resist 201. As a result, positive charges are accumulated in the gate oxide film 203 via the poly-Si layer 202. If the amount exceeds a predetermined value, the gate oxide film 203 causes dielectric breakdown, resulting in device defects. As described above, the phenomenon in which electrons are not supplied into the microgrooves due to the difference in directionality between ions and electrons is called electron shedding.

또 반도체소자의 미세화에 따라 배선이나 전극에 상당하는 라인과 스페이스의 가공치수는 0.3㎛ 이하의 영역에 들어가 있다. 이와 같이 미세패턴의 가공에서는 라인이 점차로 굵어져 패턴을 설계치수로 가공할 수 없는 문제가 현저해진다. 또한 미세홈내와 비교적 넓은 부분에서의 에칭속도의 차에 더하여 형상의 차, 소위 형상마이크로 로딩이 현저해져 가공의 장해가 된다. 또한 MOS(metal oxide semiconductor)트랜지스터의 게이트산화막의 두께는 256M 이후의 메모리소자에서는 6nm 이하가 된다. 이와 같은 소자에서는 이방성과 밑바탕 산화막의 선택비가 트레이드오프의 관계가 되어 가공을 더욱 곤란하게 한다. In addition, with the miniaturization of semiconductor devices, the processing dimensions of lines and spaces corresponding to wirings and electrodes are in a range of 0.3 m or less. As described above, in the processing of the fine pattern, the line becomes thicker gradually, and the problem that the pattern cannot be processed to the design dimension becomes remarkable. In addition to the difference in the etching speed in the microgrooves and the relatively wide portions, the difference in shape, so-called shape micro loading, becomes remarkable, which impairs processing. In addition, the thickness of the gate oxide layer of the metal oxide semiconductor (MOS) transistor is 6 nm or less in a memory device of 256M or later. In such a device, the anisotropy and the selectivity of the underlying oxide film are tradeoffs, which makes machining more difficult.

본 발명의 제 1 목적은, 미세패턴의 에칭에 있어서 이방성의 향상과 선택비의 저하를 막을 수 있는 표면처리방법 및 장치를 제공하는 데 있다. A first object of the present invention is to provide a surface treatment method and apparatus capable of preventing anisotropy improvement and a decrease in selectivity in etching fine patterns.

본 발명의 다른 목적은, 이 전자셰딩에 의한 반도체소자의 손상을 저감할 수있는 표면처리방법 및 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a surface treatment method and apparatus which can reduce damage to a semiconductor element due to this electronic shedding.

본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 미세패턴의 가공에 있어서, 시료에 인가하는 고주파 전압을 반복하여 온/오프제어하고, 또 고주파 전압의 진폭을 충분히 높게 설정하였다. 라인이 점차로 굵어지는 현상은, 반응생성물 등의 측벽에 대한 부착이 에칭에 대하여 우세하게 되기 때문에 생긴다. 일반적으로는 에칭시에 웨이퍼에 입사하는 이온의 에너지를 높게 하면 측벽에 대한 부착보다도 에칭이 우세하게 되기 때문에 라인의 굵기는 개선된다. 그러나 이온의 에너지를 높게 설정하면 산화막의 에칭속도가 커져 밑바탕의 산화막이 얇은 게이트전극의 가공 등에는 적합하지 않게 된다. 그래서 고주파 전압에 오프기간을 설치하여 고에너지 이온의 수를 줄임으로써 선택비의 저하를 방지하였다. In order to achieve the first object of the present invention, in processing a fine pattern, the high frequency voltage applied to the sample is repeatedly turned on / off and the amplitude of the high frequency voltage is set sufficiently high. The gradually thickening of the line occurs because adhesion to sidewalls of the reaction product or the like becomes superior to etching. In general, when the energy of ions incident on the wafer at the time of etching is increased, etching becomes superior to adhesion to the sidewalls, so that the line thickness is improved. However, if the energy of ions is set high, the etching rate of the oxide film is increased, so that the underlying oxide film is not suitable for processing a thin gate electrode. Thus, the reduction of the selectivity was prevented by providing an off period at a high frequency voltage to reduce the number of high energy ions.

본 발명의 다른 목적은 시료에 고주파 전압을 인가하여 행하여지는 미세패턴의 에칭가공에 있어서, 패턴의 대전전압이 그 패턴이 접속되어 있는 게이트산화막의 절연파괴전압에 도달하기 전에, 시료에 인가하는 고주파 전원을 오프(off)하여 패턴의 대전이 충분히 낮아지고 나서 고주파 전원을 온(on)하는 이 고주파 전원의 온, 오프를 반복하여 처리함으로써 달성된다. Another object of the present invention is to apply a high frequency voltage to a sample, and in etching processing of a fine pattern, the high frequency applied to the sample before the charging voltage of the pattern reaches the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film to which the pattern is connected. This is achieved by repeatedly processing on and off of the high frequency power supply that turns off the power supply and then turns on the high frequency power supply after the charging of the pattern is sufficiently low.

〔실시예 1〕EXAMPLE 1

이하, 본 발명의 일 실시예를 도 1 내지 도 12에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명을 적용하는 플라즈마 에칭장치의 전체구성도이다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12. 1 is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied.

도 1은 본 발명을 적용한 플라즈마 에칭장치의 전체구성도이다. 마이크로파전원(101)으로부터 자동정합기(110)와 도파관(102)과 도입창(103)을 거쳐, 진공용기(104)내로 마이크로파가 도입된다. 1 is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied. Microwaves are introduced into the vacuum vessel 104 from the microwave power source 101 via the automatic matcher 110, the waveguide 102, and the introduction window 103.

한편, 진공용기(104)에는 가스도입수단(100)을 거쳐 할로겐 등의 에칭가스가 도입되고, 마이크로파의 도입에 따라 이 가스의 플라즈마가 발생한다. On the other hand, an etching gas such as halogen is introduced into the vacuum vessel 104 through the gas introducing means 100, and plasma of this gas is generated by introduction of microwaves.

도입창(103)의 재질은 석영, 세라믹 등 전자파를 투과하는 물질이다. The material of the introduction window 103 is a material that transmits electromagnetic waves such as quartz and ceramics.

진공용기(104)의 주위에는 전자석(105)이 설치되어 있다. 전자석(105)에 의한 자장강도는 마이크로파의 주파수와 공명을 일으키도록 설정되어 있다. 예를 들어 주파수가 2.45 GHz 이면 자장강도는 875 Gaus 이다. 이 자장강도로 플라즈마중의 전자의 사이클로트론운동이 전자파의 주파수와 공명하기 때문에 효율적으로 전자파의 에너지가 플라즈마에 공급되어 고밀도의 플라즈마를 할 수 있다. An electromagnet 105 is provided around the vacuum vessel 104. The magnetic field strength by the electromagnet 105 is set to cause resonance and frequency of microwaves. For example, if the frequency is 2.45 GHz, the magnetic field strength is 875 Gauss. Since the cyclotron motion of the electrons in the plasma is resonant with the frequency of the electromagnetic waves at this magnetic field intensity, the energy of the electromagnetic waves can be efficiently supplied to the plasma to achieve high density plasma.

시료(107)는 시료대(108)의 위에 설치된다. 시료에 입사하는 이온을 가속하기 위하여 rf(radio frequency)바이어스전원(109)이 고대역 통과필터(111)를 거쳐 시료대(108)에 접속되어 있다. 고주파 전압전원(109)의 주파수에 특히 제한은 없으나, 통상은 주파수는 20O kHz 내지 20 MHz의 범위가 실용적이다. 시료대의 표면에는 세라믹 또는 폴리머막과 같은 절연막(110)이 설치되어 있다. 또 저대역 통과필터(113)를 거쳐 직류전원(112)을 접속하여 시료대(108)에 전압을 인가함으로써 시료를 시료대에 정전력에 의하여 밀착한다. The sample 107 is installed on the sample stage 108. An rf (radio frequency) bias power source 109 is connected to the sample stage 108 via a high pass filter 111 to accelerate ions incident on the sample. There is no restriction | limiting in particular in the frequency of the high frequency voltage power supply 109, Usually, the frequency is practical in the range of 20kHz to 20MHz. An insulating film 110 such as a ceramic or polymer film is provided on the surface of the sample table. Further, the DC power supply 112 is connected via the low pass filter 113 to apply a voltage to the sample stage 108 so that the sample is brought into close contact with the sample stage by electrostatic power.

도 2에 도 1의 장치에 의한 에칭처리시의 진공용기(104)내의 가스압 및 각 전원(101,109)의 동작을 나타낸다. (a)에 나타내는 바와 같이 에칭개시와 동시에 가스압은 일정하게 유지되고, (b)에 나타내는 바와 같이 마이크로파 전력도 줄무늬적으로 공급된다. 한편 (c)에 나타내는 바와 같이 시료에 인가되는 rf 바이어스는 주기적으로 온/오프된다. rf 바이어스의 온/오프에 의하여 이온의 가속에 온, 오 프기간을 설치함으로써, 시료의 표면에 대한 고에너지 이온구간과, 저에너지 이온구간이 생긴다. 그리고 (d)에 나타내는 바와 같이, 저에너지 이온구간에서는 에칭은 진행되지 않고, 오히려 가스 또는 플라즈마중의 잔류반응생성물의 퇴적이 생긴다. FIG. 2 shows the gas pressure in the vacuum vessel 104 during the etching process by the apparatus of FIG. 1 and the operation of each of the power sources 101 and 109. As shown in (a), at the same time as the start of etching, the gas pressure is kept constant, and as shown in (b), microwave power is also supplied in stripes. On the other hand, as shown in (c), the rf bias applied to a sample is turned on / off periodically. By providing on and off periods for acceleration of ions by turning on / off the rf bias, a high energy ion section and a low energy ion section on the surface of the sample are generated. As shown in (d), etching does not proceed in the low-energy ion section, but rather, deposition of residual reaction products in gas or plasma occurs.

다음에 rf 바이어스의 주파수와, 그 온/오프의 반복 주파수와, 에칭특성의 관계를 설명한다. rf 바이어스를 시료에 인가하면, 시료표면으로부터 1 mm 이하의 두께영역에 고전계의 영역이 발생하여(시스라 함) 여기서 이온이 가속된다. 가속된 이온의 에너지분포는 rf 바이어스의 주파수에 의존한다. rf 바이어스의 주파수가 충분히 낮으면 이온의 움직임은 정현파로 나타내는 전압의 변화에 추종하기 때문에 전압의 순간치(Vx)와 같은 에너지를 가지고, 에너지분포는 매우 폭이 넓은 분포가 된다. Next, the relationship between the frequency of the rf bias, the repetition frequency of the on / off and the etching characteristics will be described. When the rf bias is applied to the sample, a region of high electric field is generated in a thickness region of 1 mm or less from the sample surface (called a cis) where ions are accelerated. The energy distribution of the accelerated ions depends on the frequency of the rf bias. If the frequency of the rf bias is sufficiently low, the ion movement follows the change of the voltage represented by the sine wave, and therefore has the same energy as the instantaneous value Vx, and the energy distribution is very wide.

rf 바이어스의 주파수가 높아지면, 이온의 움직임이 rf 바이어스의 변동을 따를 수 없게 되기 때문에 이온에너지는 점차로 rf 바이어스 인가시에 발생하는 전압의 직류성분(Vdc)의 값으로 수속된다. 그 사이에 과도적인 상태가 있어 주파수 약 1OO KHz 내지 수 MHz의 사이는, 이온에너지는 rf 바이어스의 진폭(Vpp)에 상당하는 고에너지의 피크와 저에너지의 피크를 가지는 안장형의 분포를 가진다. 이 저에너지의 피크는 rf 바이어스 OW, 즉 rf 바이어스의 변동으로 마침 가속되지 않은 타이밍으로 시스내에 들어 간 이온에 상당한다. 또 rf 바이어스가 오프인 기간은 이온이 가속되지 않고, 모든 이온은 저에너지피크에 상당하는 영역에 들어 간다. When the frequency of the rf bias increases, the ion energy cannot converge with the variation of the rf bias, so that the ion energy gradually converges to the value of the DC component Vdc of the voltage generated when the rf bias is applied. There is a transient state in between, and the frequency of about 100 KHz to several MHz has a saddle-shaped distribution having a high energy peak and a low energy peak corresponding to the amplitude (Vpp) of the rf bias. This low energy peak corresponds to the rf bias OW, i.e., the ions entering the sheath at a timing not even accelerated by the fluctuation of the rf bias. In the period where the rf bias is off, ions are not accelerated and all ions enter a region corresponding to low energy peak.

도 3에 도 1의 플라즈마 에칭장치에 의한 미세패턴의 단면형상의 에칭진행상태를 나타낸다. 도 3 (1)은 에칭전의 처음상태이다. 도 3 (2)는 라인 밖의 넓은 부분의 poly Si의 에칭이 종료한 시점에서 마이크로 로딩이라는 미세부분의 에칭속도가 작아지는 현상에 의하여 라인사이의 poly Si(301)가 아직 남아 있다. 3 shows the etching progress state of the cross-sectional shape of the fine pattern by the plasma etching apparatus of FIG. Fig. 3 (1) is the initial state before etching. In FIG. 3 (2), the poly Si 301 between the lines still remains due to the phenomenon that the etching speed of the micro parts, called micro loading, is reduced when the etching of the poly Si of the wide part outside the line is finished.

이 시점에서 미세패턴이 주위의 다른 부분과 전기적으로 절단되어, 패턴의 대전이 시작된다. 이것 이전은 전자셰딩에 의하여 대전하여도 전하는 주위의 poly Si를 전달하여 피할 수 있다. 도 3 (3)은 다시 에칭이 진행되어 밑바탕의 라인사이의 산화막(302)이 노출한 시점을 나타낸다. 여기에서는 이온이 홈바닥으로 들어 와도 poly Si가 없기 때문에 산화막을 대전하나, 게이트산화막(203)으로는 흐르지 않게 되므로 이것 이후에 게이트산화막에 생기는 열화는 적어진다. 즉, 게이트산화막의 파괴는 대개 도 3(2) 내지 도 3(3)까지의 사이에서 생긴다. At this point, the micropattern is electrically cut with other parts around it to start charging of the pattern. This transfer can be avoided by transferring the surrounding poly Si even when charged by electron shedding. Fig. 3 (3) shows the point of time when the etching is performed again and the oxide film 302 between the underlying lines is exposed. In this case, even though ions enter the groove bottom, since there is no poly Si, the oxide film is charged, but the oxide film does not flow to the gate oxide film 203, so that the deterioration of the gate oxide film after this is reduced. That is, the destruction of the gate oxide film usually occurs between FIGS. 3 (2) and 3 (3).

도 4에는 라인과 스페이스패턴의 전위가 주위와 절단되고 나서, 전자셰딩에 의하여 상승하여 가는 모양을 계산기에 의하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 패턴의 전위가 올라가고, 게이트에 전류가 흘러 산화막을 통과한 전하의 총량(Q)이 파괴전하량(Qbd)을 넘으면 산화막이 파괴된다. Fig. 4 shows the result of simulation by the calculator of the potential of the line and space pattern being cut off with the surroundings and then rising by electronic shedding. When the potential of the pattern rises and a current flows through the gate, and the total amount Q of charges passing through the oxide film exceeds the breakdown charge Qbd, the oxide film is destroyed.

도 5에는 게이트산화막의 전압-전류특성을 나타낸다. 도 5의 전압(Va)으로부터 산화막에는 FN 터널전류라는 전류가 흐르기 시작하고, 전압(Vb)에서 대전류가 흐른다. 여기서는 Vb를 파괴전압이라 한다. 도 4에 있어서의 패턴전위의 상승은 시료에 고주파 전압을 인가함으로써 이온이 가속되어 전자셰딩이 생기기 때문이다. 이상으로부터 게이트산화막의 파괴를 막기 위해서는, 패턴전위(Vp)가 파괴전압(Vb)을 넘기 전에 고주파 전압을 오프하여 패턴전압의 상승을 막으면 된다. 고주파 전압을 오프하면 이온이 가속되지 않게 되므로 Vp는 저하한다. Vp 가 충분히 내려간 시점에서 다시 고주파 전원을 온하여 Vb를 넘기 전에 오프하는 것을 반복하면, 게이트산화막에 흐르는 전하량이 적게 유지되기 때문에, 절연파괴를 막을 수 있다.5 shows the voltage-current characteristics of the gate oxide film. From the voltage Va of FIG. 5, a current called an FN tunnel current starts to flow through the oxide film, and a large current flows at the voltage Vb. Vb is referred to herein as the breakdown voltage. The increase in the pattern potential in Fig. 4 is because ions are accelerated by the application of a high frequency voltage to the sample to cause electron shedding. In order to prevent the destruction of the gate oxide film from the above, the high frequency voltage is turned off before the pattern potential Vp exceeds the breakdown voltage Vb to prevent the pattern voltage from rising. Turning off the high frequency voltage prevents ions from accelerating, so Vp decreases. If the high frequency power supply is turned on again when Vp is sufficiently lowered and then turned off before exceeding Vb, the amount of charge flowing to the gate oxide film is kept small, so that dielectric breakdown can be prevented.

도 6에 시료에 인가하는 고주파 전압을 온/오프한 경우의 패턴전위의 변화를 나타낸다. 또한 안전의 여유도를 높이기 위해서는 Vp 가 Vb의 50% 이하가 되도록온/오프하면 된다. 6 shows the change of the pattern potential when the high frequency voltage applied to the sample is turned on / off. In addition, in order to increase the safety margin, the on / off may be performed so that Vp is 50% or less of Vb.

또 고주파 전압을 연속적으로 인가하여도 패턴은 무한으로 대전하는 일은 없기 때문에 이온과 전자의 입사가 조화를 이룬 곳에서 패턴전위(Vp)는 포화전압 (Vsat)에 포화된다. Vsat가 파괴전압(Vb)보다 작은 경우는, 단시간(수십 ms)에 산화막이 파괴되는 일은 없으나, 전류가 어느정도 크기 때문에 일정 시간 경과하면 파괴된다. 이 경우에는 Vp 가 Vsat가 되기 전에 고주파 전원을 오프하여, 충분히 낮아지고 나서 온하는 것을 반복하여 산화막의 파괴를 억제할 수 있다. 또한 안전의 여유도를 높이기 위해서는 Vp 가 Vsat의 50% 이하가 되도록 온/오프하면 된다. Since the pattern does not charge indefinitely even when a high frequency voltage is applied continuously, the pattern potential Vp is saturated at the saturation voltage Vsat where the incidence of ions and electrons is harmonized. When Vsat is smaller than the breakdown voltage Vb, the oxide film is not destroyed in a short time (several tens of ms), but is destroyed after a certain time because the current is somewhat large. In this case, the high frequency power supply is turned off before Vp becomes Vsat, and it is possible to suppress the destruction of the oxide film by repeatedly turning on after being sufficiently lowered. In addition, in order to increase the safety margin, the Vp may be turned on or off to be 50% or less of the Vsat.

패턴의 전위는 시뮬레이션 또는 패턴에 프로브를 접속함으로써 구하나, 이들방법은 시간이 걸린다. 다음에 패턴전압의 상승속도를 간이적으로 구하는 방법을 설명한다. 도 3 (2)에 나타내는 패턴 바깥쪽과 기판실리콘의 전위는 통상 같아진다. 라인과 스페이스패턴은 반도체소자에서는 게이트의 전극이나 게이트를 연결하는 배선에 상당하여 라인은 게이트산화막과 접속하고 있는 부분 이외는, 소자분리 절연막 또는 다층배선 사이의 층간 절연막의 위에 배치되어 있다. 이 절연막 위의 패턴의 전위상승 속도는, 절연막으로 형성되는 콘덴서를 플라즈마로부터의 이온전류로 충전하는 속도에 해당한다. 라인을 형성하는 poly Si에 흘러들어 오는 이온전류는 홈측면에서 전자와 중화하는 부분이 있으므로, 플라즈마의 포화이온 전류밀도 (Is)의 100%가 입사되는 것은 아니나, 상한은 Is 로 주어진다. 즉 Is를 사용하여 계산한 값은 가장 나쁜 케이스로, 이 값을 절연파괴를 막는 기준으로 사용할 수 있다. 단위면적당 용량(C(F/㎠))의 콘덴서를 단위면적당 전류(I(A/㎠))로 충전하면, 전압의 상승속도(Vc(V/s))는 Vc= I/C 로 주어진다. The potential of the pattern is obtained by simulating or connecting the probe to the pattern, but these methods take time. Next, a method of simply finding the rising speed of the pattern voltage will be described. The potential of the outside of the pattern and the substrate silicon shown in Fig. 3 (2) is usually the same. Lines and space patterns correspond to wiring electrodes connecting gates or gates in semiconductor devices, and lines are disposed on the device isolation insulating film or the interlayer insulating film between the multi-layer wirings except for portions connected to the gate oxide film. The potential rising speed of the pattern on the insulating film corresponds to the speed of charging the capacitor formed of the insulating film with ion current from the plasma. Since the ion current flowing into the poly Si forming the line is neutralized with electrons at the groove side, 100% of the saturated ion current density Is of the plasma is not incident, but the upper limit is given as Is. In other words, the value calculated using Is is the worst case and can be used as a standard to prevent breakdown. When the capacitor C (F / cm 2) per unit area is charged with current I (A / cm 2), the rising speed of the voltage Vc (V / s) is given by Vc = I / C.

시간(Ton(s)) 사이의 전압의 상승(dV(V))은, dV= Vc x Ton이 된다. The rise dV (V) of the voltage between time Ton (s) becomes dV = Vc x Ton.

이 식으로 구한 dV가 게이트산화막의 파괴전압(Vb), 또는 패턴의 포화전압 (Vsat)이하가 되도록 Ton을 설정하면, 산화막의 파괴를 억제할 수 있다. 또한 안전의 여유도를 늘리기 위해서는, Ton을 패턴전위(Vp)가 Vb 또는 Vsat의 50% 이하가 되도록 하면 된다. If Ton is set so that dV obtained in this way is equal to or less than the breakdown voltage Vb of the gate oxide film or the saturation voltage Vsat of the pattern, breakage of the oxide film can be suppressed. In addition, in order to increase the safety margin, Ton may be set so that the pattern potential Vp is 50% or less of Vb or Vsat.

게이트산화막의 파괴전압(Vb)은 막에 따라 다르다. 또 패턴의 포화전압 (Vsat)도 패턴의 형상과 플라즈마상태에 의존한다. 따라서 다음에 수 nm의 산화막의 가공으로 성립하는 게이트산화막 파괴억제의 조건을 설명한다. 이 두께의 열산화막의 파괴전계강도는 6 내지 12 MV/cm 가 된다. 현재의 소자 게이트 산화막두께는 약 5 nm 로서, 이 값을 목표로 하면, Vb는 3 내지 6V 가 된다. 여기서 에칭하는 라인과 스페이스패턴이 두께 1OOnm의 절연막 위에 배치되어 있다고 하면 절연막의 단위면적당의 용량(C)은 4x 1O-8 F/㎠ 가 된다. 또 에칭시의 플라즈마의 포화이온 전류밀도(Isat)를 2mA/㎠ 라 하면 라인과 스페이스패턴의 전압상승속도 Vc = I/C는 O.5 x 1O5 V/s 가 된다. 이 전압이 앞서 설명한 파괴전압(Vb)의 3 내지 6V 를 넘지 않도록 하기 위해서는, 시료에 인가하는 고주파 전압의 온시간(ton)을 60 내지 120㎲ 이하로 설정하면 된다. 설정은 산화막의 질에 의하나 안전의 여유도를 생각하면 이들의 50%이하, 즉 Ton을 30 내지 60㎲ 이하로 하면 된다. 이상과 같이 게이트산화막의 파괴를 막기 위한 고주파 전압의 온시간은, 밑바탕 절연막의 두께와 이온포화전류로부터 구한다.The breakdown voltage Vb of the gate oxide film varies depending on the film. The saturation voltage Vsat of the pattern also depends on the shape of the pattern and the plasma state. Therefore, the conditions for suppressing gate oxide film breakdown, which are established by processing several nm of oxide film, will now be described. The breakdown field strength of the thermal oxide film of this thickness is 6 to 12 MV / cm. The current device gate oxide film thickness is about 5 nm, and when this value is aimed at, Vb becomes 3 to 6V. If the lines and space patterns to be etched are arranged on the insulating film having a thickness of 100 nm, the capacitance C per unit area of the insulating film is 4x10 -8 F / cm 2. If the saturation ion current density Isat of the plasma during etching is 2 mA / cm 2, the voltage rising rate Vc = I / C of the line and space pattern is 0.5 x 10 5 V / s. In order to prevent this voltage from exceeding 3 to 6 V of the breakdown voltage Vb described above, the on time ton of the high frequency voltage applied to the sample may be set to 60 to 120 mV or less. The setting is based on the quality of the oxide film, but considering the margin of safety, 50% or less of these, that is, Ton may be 30 to 60 kPa or less. As described above, the on time of the high frequency voltage for preventing the destruction of the gate oxide film is obtained from the thickness of the underlying insulating film and the ion saturation current.

이상, 고주파 전압의 온시간에 관하여 설명하였다. 오프시간은 패턴전위가 충분히 내려 가는 시간을 취하나, 보통 충전과 방전의 시정수는 같은 정도이기 때문에, 오프시간은 적어도 온시간이상으로 설정하면 된다. 즉 온/오프의 반복의 주기를 T, 1 사이클에 있어서의 온시간의 비율을 듀티비(D)라 하면 D 를 50%로 하면 된다. 또한 안전의 여유도를 늘리기 위해서는 오프시간을 온시간의 2배 이상으로 하면 충분하다. The on time of the high frequency voltage has been described above. The off time takes a sufficiently long time for the pattern potential to decrease, but since the time constants of the charge and discharge are usually about the same, the off time may be set to at least the on time. In other words, if the period of on / off repetition is T and the ratio of the on time in one cycle is the duty ratio D, D may be 50%. In addition, in order to increase the safety margin, it is sufficient to make the off time more than twice the on time.

다음에 이 장치에서 도 24에 나타내는 구조의 손상평가소자를 에칭하여 게이트산화막(203)의 절연파괴율을 측정한 결과를 도 7에 나타낸다. 에칭가스로는 C12(80 sccm)과 BC13(20sccm)의 혼합가스로 압력을 1 Pa로 하였다. 마이크로파전원(101)의 출력을 700W 로 하였다. 전극온도는 40℃로 하였다. 고주파 전압전원 (109)의 주파수는 80OKHz 이고, 연속출력의 전력을 70W 로 하였다. 온/오프시에는 피크전력 350W, 반복 주파수 2kHz, 듀티비 20% 로 하였다. 정미(正味)전력은 피크전력과 듀티비의 곱으로 70W 가 되어, 온시간은 100㎲가 된다. 이 조건에서 고주파 전압연속과 온/오프시의 알루미늄 또는 poly Si, 레지스트 등의 에칭속도가 같아진다. 도 24에 나타내는 소자의 형상은 게이트산화막(203)의 두께가 4nm, poly Si층(202)의 두께 0.2 nm, 레지스트(201)의 두께가 1㎛이고, 라인과 스페이스의 폭은 각각 0.5㎛로 하였다. Next, Fig. 7 shows the results of measuring the dielectric breakdown rate of the gate oxide film 203 by etching the damage evaluation device having the structure shown in Fig. 24 in this apparatus. The etching gas was a pressure of 1 Pa with a mixed gas of C12 (80 sccm) and BC13 (20 sccm). The output of the microwave power source 101 was 700W. The electrode temperature was 40 degreeC. The frequency of the high frequency voltage power supply 109 was 80 OKHz, and the power of continuous output was 70W. At on / off, the peak power was 350 W, the repetition frequency was 2 kHz, and the duty ratio was 20%. The net power is 70W by the product of the peak power and the duty ratio, and the on time is 100mW. Under these conditions, the etching rate of high frequency voltage continuous and on / off aluminum, poly Si, and resist becomes the same. The shape of the element shown in Fig. 24 is 4 nm in the thickness of the gate oxide film 203, 0.2 nm in the thickness of the poly Si layer 202, 1 mu m in the thickness of the resist 201, and 0.5 mu m in the width of the line and space, respectively. It was.

도 7에서는 라인의 수와 안테나비((스페이스부면적) /(게이트산화막 면적))을 파라미터로 하고 있다. 어떤 조건에 있어서도, 바이어스를 온/오프함으로써 소자의 파괴율은 O% 가 되어, 본 실시예의 효과를 알 수 있다. In Fig. 7, the number of lines and the antenna ratio ((space area) / (gate oxide film area)) are used as parameters. Under any condition, the breakdown rate of the device is 0% by turning the bias on and off, and the effect of the present embodiment can be seen.

다음에 도 3 (2)의 상태에 있는 라인과 스페이스패턴 전위의 각종 파라미터의존성을 나타낸다. 고주파 전압을 온/오프하면 패턴전위는 도 6에 나타내는 바와 같이 진동하나, 이하에 나타내는 패턴전위는 전압이 안정되었을 때의 전압의 산의 피크치를 나타낸다. 이하의 값은 밑바탕 절연막의 두께를 1OOnm 으로 가정한 수치계산예이나, 이들을 목표로 하여 에칭조건의 설정이 가능하게 된다. Next, various parameter dependences of the line and space pattern potential in the state of FIG. 3 (2) are shown. When the high frequency voltage is turned on / off, the pattern potential oscillates as shown in Fig. 6, but the pattern potential shown below represents the peak value of the acid of the voltage when the voltage is stabilized. The following values are numerical calculation examples in which the thickness of the underlying insulating film is assumed to be 100 nm, but the etching conditions can be set for these targets.

도 8은 온/오프 반복주파수 2kHz, 듀티비 20%, 온시의 전압진폭 1500V에서의 플라즈마로부터의 포화이온전류의 값과 패턴전위의 관계이다. 플라즈마로부터의 포화이온전류가 증가하면, 패턴전위는 증가하여 게이트산화막에 손상을 입히기 쉬워진다. 도 8로부터, 포화이온전류를 5mA/㎠ 이하로 하면, 패턴전위는 3V 이하가 되어 게이트파괴를 억제할 수 있음을 알 수 있다. 포화이온 전류밀도를 내리기 위해서는 플라즈마를 발생하는 전자파의 전력을 내리면 된다. 도 1의 장치에서는 마이크로파전력을 1500W 이하로 하면, 포화이온 전류밀도가 5 mA/㎠이하가 된다. 도 1에 나타내는 에칭장치의 플라즈마발생부분(시료대 108 상면으로부터 도입창 103의 하면까지의 공간)의 부피는 15000 cc 이기 때문에 1 cc 당 마이크로파전력은 0.1 W/cc 이하로 하면 된다. 플라즈마발생부분의 부피가 변하거나, 에칭장치의 방식이 변하여도 플라즈마발생용 전원의 전력과 플라즈마발생부분의 부피의 비율을 0.1 W/cc 이하로 하면 된다. Fig. 8 shows the relationship between the value of the saturated ion current from the plasma at the on / off repetition frequency of 2 kHz, the duty ratio of 20%, and the voltage amplitude of 1500V at on and the pattern potential. As the saturated ion current from the plasma increases, the pattern potential increases to easily damage the gate oxide film. From Fig. 8, it can be seen that when the saturated ion current is 5 mA / cm 2 or less, the pattern potential becomes 3 V or less and gate breakage can be suppressed. In order to reduce the saturated ion current density, the power of the electromagnetic wave generating the plasma may be reduced. In the apparatus of FIG. 1, when the microwave power is 1500 W or less, the saturated ion current density becomes 5 mA / cm 2 or less. Since the volume of the plasma generating portion (the space from the upper surface of the sample table 108 to the lower surface of the introduction window 103) of the etching apparatus shown in FIG. 1 is 15000 cc, the microwave power per cc should be 0.1 W / cc or less. Even if the volume of the plasma generating portion is changed or the method of the etching apparatus is changed, the ratio of the power of the plasma generating power source and the volume of the plasma generating portion may be 0.1 W / cc or less.

도 9는 반복주파수 2 kHz 일정에서 듀티비를 바꾼 경우의 패턴전위이며, 듀티비 50% 이하에서 패턴전위 6V 이하로 할 수 있다. 9 shows the pattern potential when the duty ratio is changed at a constant repetition frequency of 2 kHz, and the pattern potential can be 6 V or less at a duty ratio of 50% or less.

도 10은 듀티비 20% 일정에서 반복주파수를 바꾼 경우의 패턴전위를 나타낸다. 반복주파수를 250 Hz 이상으로 하면 패턴전위를 6V 이하로 할 수 있다. 도 11은 패턴의 리크저항과 패턴전위의 관계이다. 패턴의 리크저항이란 패턴에 축적한 정전하가 레지스트의 표면전기전도나 산화막의 리크저항 또는 플라즈마로부터의 전자의 주입에 의하여 전자와 중화하는 현상의 총합을 저항으로 표시한 것이다. 이 값이 낮은 쪽이 패턴전위는 빠르게 방전하기 때문에 전위가 낮아진다. 이 값이 4 옴 평방 m 상당 이하가 되도록 소자를 설계하거나 또는 에칭조건을 설정하면 패턴전위가 6V 이하가 된다. 보통의 가공에서는 특수한 설정의 필요는 없으나, 예를 들어 애스펙트비가 매우 높은 라인과 스페이스의 가공 등에서는 필요하게 된다. 소자의 설계상에서는 패턴의 일부를 저항이 낮은 물질을 거쳐 기판의 실리콘웨이퍼와 결합시켜두고, 라인과 스페이스의 가공종료 후에 그 부분을 잘라내는 등이 있다. 또한 에칭조건으로서는 레지스트표면의 저항을 내리기 위하여 탄소원자를 포함하는 가스 C02, C0, CF4, CH4 등을 혼합하여, 탄소가 레지스트표면에 퇴적하도록한다. 10 shows the pattern potential when the repetition frequency is changed at a duty ratio of 20%. If the repetition frequency is 250 Hz or more, the pattern potential can be 6 V or less. 11 shows the relationship between the leak resistance of the pattern and the pattern potential. The leak resistance of a pattern is expressed as the total of the phenomenon in which the static charge accumulated in the pattern is neutralized with electrons by the surface electrical conductivity of the resist, the leak resistance of the oxide film, or the injection of electrons from the plasma. The lower this value, the lower the potential because the pattern potential discharges quickly. When the device is designed so that this value is equal to or less than 4 ohm square m or the etching conditions are set, the pattern potential becomes 6V or less. In normal machining, no special setting is necessary, but for example, the machining of lines and spaces having a very high aspect ratio is necessary. In the design of the device, a part of the pattern is bonded to the silicon wafer of the substrate through a material having a low resistance, and the part is cut off after finishing the processing of the line and the space. As etching conditions, in order to lower the resist surface resistance, gases C02, C0, CF4, CH4 and the like containing carbon atoms are mixed so that carbon is deposited on the resist surface.

도 12는 전자의 홈바닥에 대한 도달율과 패턴전위의 계산예이다. 이온의 홈바닥에 대한 도달율이 파라미터로 되어 있다. 이온이나 전자의 홈바닥에 대한 도달율은 홈의 애스펙트비나 에칭조건에 의존한다. 12 is an example of calculation of the arrival rate and the pattern potential of the former groove bottom. The arrival rate of ions to the groove bottom is a parameter. The arrival rate of ions or electrons to the groove bottom depends on the aspect ratio of the groove and the etching conditions.

다음에 에칭에 사용하는 가스에 관하여 설명한다. 본 실시예는 애스펙트가 높은 라인과 스페이스의 가공에 적합하다. 이와 같은 라인과 스페이스는 주로 트랜지스터의 게이트전극 또는 게이트에 연결된 메탈배선부분에 상당한다. 게이트전극은 poly Si, poly Si와 금속의 합금, 텅스텐 등의 고융점금속 또는 이들 재료의 다층막으로 되어 있다. 이들 재료의 에칭에는 염소, HBr, 염소와 산소의 혼합가스, HBr와 산소의 혼합가스, 또는 염소와 HBr와 산소의 혼합가스가 적합하다. 또메탈배선의 에칭에는 염소, 염소와 BC13의 혼합가스, 염소와 HC1의 혼합가스, 또는 염소와 BC13와 HC1의 혼합가스가 적합하다. 즉 본 실시예는 이들 가스와 조합한 사용에서 효과가 향상한다. Next, the gas used for etching is demonstrated. This embodiment is suitable for the machining of lines and spaces with high aspect. Such lines and spaces correspond mainly to metal wirings connected to the gate electrodes or gates of transistors. The gate electrode is made of an alloy of poly Si, poly Si and metal, a high melting point metal such as tungsten, or a multilayer film of these materials. For the etching of these materials, chlorine, HBr, a mixed gas of chlorine and oxygen, a mixed gas of HBr and oxygen, or a mixed gas of chlorine, HBr and oxygen is suitable. In addition, for etching the metal wiring, a mixed gas of chlorine, chlorine and BC13, a mixed gas of chlorine and HC1, or a mixed gas of chlorine, BC13 and HC1 is suitable. In other words, the present embodiment improves the effect in use in combination with these gases.

또한 본 실시예에서는 라인과 스페이스의 폭이 각각 0.5㎛인 것을 예로 설명하였으나, 라인과 스페이스의 폭이 각각 1㎛ 이하이고, 애스펙트비가 1 이상인 미세패턴에 있어서는, 본 실시예의 효과를 얻을 수 있다. In this embodiment, the widths of the lines and the spaces are 0.5 µm, respectively, but the width and width of the lines and the spaces are 1 µm or less and the aspect ratio is 1 or more, and the effect of the present embodiment can be obtained.

〔실시예 2〕EXAMPLE 2

도 13은 본 발명을 적용하는 다른 플라즈마 에칭장치의 구조이다. 이 장치에서는 수백 kHz 내지 수십 MHz의 소위 라디오파역(이후 rf라 함)의 주파수로 유도결합에 의하여 플라즈마를 발생시킨다. 진공용기(1303)는 알루미나나 석영 등의 전자파를 투과하는 물질로 만들어져 있다. 그 주위에 플라즈마(1310)를 발생시키기 위한 전자코일(1302)이 감겨져 있다. 코일에는 rf 전원(1304)이 접속되어 있다. 진공용기(1301)내에는 시료대(1308)가 있고, 그 위에 시료(1307)가 놓여져 고주파 전압전원(1309)이 접속되어 있다. 진공용기(1301)에는 상덮개(1305)가 부착되어 있으나 이것은 일체형이어도 상관없다. 13 is a structure of another plasma etching apparatus to which the present invention is applied. In this device, plasma is generated by inductive coupling at frequencies in the so-called radio frequency (hereinafter referred to as rf) of several hundred kHz to several tens of MHz. The vacuum container 1303 is made of a material that transmits electromagnetic waves such as alumina and quartz. An electromagnetic coil 1302 is wound around the plasma 1310 to generate the plasma 1310. The rf power supply 1304 is connected to the coil. In the vacuum container 1301, there is a sample stage 1308, and a sample 1307 is placed thereon, and a high frequency voltage power supply 1309 is connected thereto. The top cover 1305 is attached to the vacuum container 1301, but this may be an integral type.

이방식의 장치에서도 고주파 전압전원(1309)을 온/오프하여 패턴전위의 상승을 억제하면, 게이트산화막의 파괴를 막을 수 있다. Even in this type of device, if the high frequency voltage power supply 1309 is turned on / off to suppress the rise of the pattern potential, the destruction of the gate oxide film can be prevented.

도 13에 나타내는 플라즈마 에칭장치에서는 전자코일(1302)은 상덮개(1305)의 위에 설치되어 있어도 효과는 동일하다. In the plasma etching apparatus shown in FIG. 13, even if the electromagnetic coil 1302 is provided on the upper cover 1305, the effect is the same.

〔실시예 3〕 EXAMPLE 3

도 14는 본 발명을 적용하는 다른 플라즈마 에칭장치의 구조이다. 이 장치에서는 rf 전력의 용량결합에 의하여 플라즈마를 발생시킨다. 진공용기(1401)내에는 2 매의 전극(1402, 1405)이 평행하게 배치되어 있다. 전극에는 각각 rf 전원(1403)과 고주파 전압전원(1406)이 접속되어 있다. 시료(1404)는 시료대를 겸하는 전극(1405)의 위에 놓여진다. 가스는 시료와 대향한 전극(1402)에 개방된 구멍으로부터 도입관(1408)을 통하여 용기내에 도입된다. 플라즈마(1407)는 2매의 전극 사이에서 발생한다. 14 is a structure of another plasma etching apparatus to which the present invention is applied. In this device, plasma is generated by capacitive coupling of rf power. In the vacuum container 1401, two electrodes 1402 and 1405 are arranged in parallel. The rf power supply 1403 and the high frequency voltage power supply 1406 are connected to the electrodes, respectively. The sample 1404 is placed on the electrode 1405 serving as the sample stage. The gas is introduced into the container through the introduction tube 1408 from a hole open to the electrode 1402 facing the sample. The plasma 1407 is generated between two electrodes.

이방식의 장치에서도 고주파 전압전원(1406)을 온/오프하여 패턴전위의 상승을 억제하면, 게이트산화막의 파괴를 막을 수 있다. Even in this type of device, if the high frequency voltage power supply 1406 is turned on / off to suppress the rise of the pattern potential, the destruction of the gate oxide film can be prevented.

이상, 본 발명에 의하면, 패턴전위의 상승을 억제하여 게이트산화막의 절연파괴를 막을 수 있다. As mentioned above, according to this invention, the rise of a pattern potential can be suppressed and the breakdown of a gate oxide film can be prevented.

〔실시예 4〕 EXAMPLE 4

이하, 본 발명의 다른 실시예를 도 15 및 도 16에 의하여 설명한다. 도 1의 장치에서 라인과 스페이스로 이루어지는 미세패턴을 에칭한 결과를 도 15, 도 16에 나타낸다. 에칭가스에는 염소(72 sccm)와 산소(8 sccm)의 혼합가스를 사용하고 진공용기(14)내부의 압력을 O.4 Pa로 하였다. 마이크로파전원(101)의 출력을 40OW로 하였다. 바이어스전원(109)의 주파수는 80OKHz 이다. 에칭한 소자의 구조는 실리콘기판(201) 위의 게이트산화막(202)의 두께가 4 nm, poly Si(203)의 두께 300 nm, 레지스트(204)의 두께가 1㎛이고, 라인과 스페이스의 폭은 각각 0.4㎛ 이다. 도 15는 바이어스전원(109)을 연속출력으로 60W 로 한 경우(이후 연속바이어스라 함),도 16은 고주파 전압을 온/오프제어(이후 온/오프바이어스라 함)에서 피크출력 300W에서 듀티비(일주기에서의 온 기간의 비율)를 20% 한 경우의 에칭형상을 나타낸다. 온/오프의 반복주파수는 1 kHz로 하였다. 이 조건에서의 poly Si의 에칭속도는 약 250 nm/분이며, 산화막과의 선택비는 약 20 이 된다. 도 15, 도 16은 poly Si(203)의 에칭의 도중형상이다. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16. The results of etching the fine pattern consisting of lines and spaces in the apparatus of FIG. 1 are shown in FIGS. 15 and 16. A mixed gas of chlorine (72 sccm) and oxygen (8 sccm) was used as the etching gas, and the pressure inside the vacuum vessel 14 was set to 0.4 Pa. The output of the microwave power source 101 was 40 OW. The frequency of the bias power supply 109 is 80 OKHz. The structure of the etched element is 4 nm in thickness of the gate oxide film 202 on the silicon substrate 201, 300 nm in thickness of the poly Si 203, 1 μm in thickness of the resist 204, and the width of the line and space. Are 0.4 mu m each. FIG. 15 shows the bias power supply 109 at 60W as a continuous output (hereinafter referred to as continuous bias), and FIG. 16 shows the duty ratio at 300W peak output at on / off control (hereinafter referred to as on / off bias). The etching shape in the case of 20% of the ratio of the on-period in one cycle is shown. The repetition frequency of on / off was 1 kHz. The etching rate of poly Si under these conditions is about 250 nm / min, and the selectivity with respect to the oxide film is about 20. 15 and 16 show the middle shape of the etching of poly Si 203.

도 15에 나타내는 바와 같이 연속바이어스에서는 poly Si의 측벽의 수직성이 나쁘고 또한 좁은 부분에 면한 측벽(207)과 넓은 부분에 면한 측벽(208)에서는 넓은 부분의 쪽이 보다 수직성이 나빠진다(형상마이크로 로딩). 또 에칭바닥면에는 서브트렌치(209)라는 미세한 홈이 발생한다. 온/오프바이어스에서는 측벽의 수직성이 좋아져 형상마이크로 로딩이 저감된다. As shown in Fig. 15, in the continuous bias, the verticality of the sidewall of poly Si is poor, and in the sidewall 207 facing the narrow portion and the sidewall 208 facing the wide portion, the wider portion becomes worse (the shape is worse). Micro loading). Further, fine grooves called the sub trenches 209 are formed in the etching bottom surface. In the on / off bias, the verticality of the sidewalls is improved, which reduces the shape micro loading.

동시에 서브트렌치 및 라인사이의 poly Si(205)의 패임깊이와 넓은 스페이스부의 poly Si(206)의 패임깊이에 차(D)가 저감된다. At the same time, the difference D is reduced in the depth of the poly Si 205 between the sub trench and the line and the depth of the poly Si 206 of the wide space portion.

서브트렌치는 측벽의 수직성이 나빠져 이온이 측벽에서 반사되어 바닥면에 입사되기 때문에 생긴다. 따라서 측벽의 수직성이 좋아짐으로써 저감된다. 수직성은 일반적으로 이온에너지가 높으면 좋아진다. 이온에너지는 대략 바이어스전압의 진폭(이후 Vpp라 함)에 비례한다. 연속바이어스 60W 에서의 Vpp는 320V이고 온/오프바이어스 피크전력 300W의 Vpp는 1410V 가 된다. The sub trenches occur because the verticality of the sidewalls deteriorates and ions are reflected from the sidewalls and enter the bottom surface. Therefore, the verticality of the side wall is improved, which is reduced. Normality is generally better with higher ion energy. The ion energy is approximately proportional to the amplitude of the bias voltage (hereinafter referred to as Vpp). Vpp at continuous bias 60W is 320V and Vpp at 300W on / off bias peak power is 1410V.

따라서 도 16에 나타내는 바와 같이, 온/오프바이어스에서 이온에너지가 보다 높아져 수직성이 향상하였다. 연속바이어스에서 Vpp를 높게 하여도 수직성은 좋아진다. 그러나, 산화막의 에칭속도가 거의 Vpp에 비례하여 커지기 때문에 poly Si와 산화막의 선택비가 낮아져 트랜지스터의 게이트전극의 에칭과 같이 밑바탕의 산화막이 얇은 경우에는 적합하지 않게 된다. Therefore, as shown in FIG. 16, ion energy became higher in on / off bias, and the perpendicularity improved. Higher Vpp in a continuous bias improves verticality. However, since the etching rate of the oxide film is largely increased in proportion to Vpp, the selectivity of poly Si and the oxide film is lowered, which is not suitable when the underlying oxide film is thin such as the etching of the gate electrode of the transistor.

온/오프바이어스에서는 이온의 가속에 오프기간을 설치함으로써, 고에너지 이온의 수를 저감하여, 선택비를 저하시키지 않고 수직성을 향상할 수 있다. In the on / off bias, by providing an off period for accelerating ions, the number of high energy ions can be reduced, and the verticality can be improved without lowering the selectivity.

poly Si의 에칭에 알맞은 가스로는 그 외에 HBr나 SF6가 있다. 전형적인 조건으로서는, HBr(100cc) + 산소(5cc)로 압력 O.2 Pa, 마이크로파전원(101)의 출력을 4OOW가 있다. 또한, 염소와 HBr와 산소의 혼합가스도 많이 사용되고, 염소 (20cc) + 산소(3cc) + HBr(90cc)로 압력 O.4 Pa 등의 혼합이 사용된다. Suitable gases for etching poly Si include HBr and SF6. Typical conditions are HBr (100 cc) + oxygen (5 cc) at a pressure of 0.2 Pa and the output of the microwave power source 101 at 40 W. In addition, a mixed gas of chlorine, HBr and oxygen is also widely used, and a mixture of chlorine (20cc) + oxygen (3cc) + HBr (90cc) at a pressure of 0.4 Pa or the like is used.

〔실시예 5〕 [Example 5]

다음에 다른 재료의 에칭에 적용한 결과를 설명한다. 시료는 도 17, 도 18에 나타내는 바와 같이 실리콘 기판(301) 위에 4 nm의 산화막(302), 그 위에 300 nm의 poly Si막(303)과 80 nm의 텅스텐 실리사이드(WSi)막(304)이 있고, 최상층에는 마스크로서 패턴형상으로 가공된 질화실리콘막(305)이 있다. 에칭가스는 염소(185 sccm)와 산소(15 sccm)의 혼합가스로, 압력을 0.8 Pa로 하였다. 마이크로파전원(101)의 출력을 400W로 하였다. 고주파 전원(109)의 주파수는 80O KHz 이다.   Next, the result of applying to the etching of another material is demonstrated. As shown in FIGS. 17 and 18, the 4 nm oxide film 302 on the silicon substrate 301, the 300 nm poly Si film 303 and the 80 nm tungsten silicide (WSi) film 304 are formed on the silicon substrate 301. In the uppermost layer, there is a silicon nitride film 305 processed in a pattern shape as a mask. The etching gas was a mixed gas of chlorine (185 sccm) and oxygen (15 sccm), and the pressure was 0.8 Pa. The output of the microwave power source 101 was 400W. The frequency of the high frequency power supply 109 is 80 KHz.

도 17, 도 18은 poly Si의 에칭도중의 단면형상을 나타낸다. 도 17은 연속바이어스 60W (Vpp는 약 370V)로 한 경우, 도 18은 온/오프 바이어스로 피크출력 300W(Vpp은 약 1450V)에서 듀티비를 20% 로 한 경우의 에칭형상을 나타낸다. 이 조건에서의 poly Si의 에칭속도는 약 350 nm/분이며, 산화막과의 선택비는 약 25 가 된다. 17 and 18 show cross-sectional shapes during the etching of poly Si. FIG. 17 shows the etching pattern when the continuous bias is 60W (Vpp is about 370V) and the duty ratio is 20% at the peak output of 300W (Vpp is about 1450V) by on / off bias. The etching rate of poly Si under this condition is about 350 nm / min, and the selectivity with respect to the oxide film is about 25.

이 시료에 있어서도 연속바이어스로 에칭한 경우는, 도 17과 같이 수직성이 나쁘고 또한 마이크로 로딩도 크다. 한편, 온/오프 바이어스에서는 도 18과 같이 측벽의 수직성이 좋아진다. 또한 이 시료에서는 poly Si의 에칭표면에 바늘형상의 돌기(306)가 보인다. 이것은 아마 poly Si(303)와 WSi(304)의 경계면의 이물 등이 마스크가 되어 생기는 것으로 생각되며, 에치나머지의 한 원인이 된다. 온/오프바이어스에서는 이 바늘형상 돌기의 밀도도 줄일 수 있다. Also in this sample, when etching with a continuous bias, as shown in FIG. 17, the perpendicularity is bad and micro loading is also large. On the other hand, in the on / off bias, as shown in FIG. 18, the verticality of the sidewall is improved. In this sample, needle-like protrusions 306 are visible on the etching surface of poly Si. This is probably caused by a foreign material on the interface between poly Si 303 and WSi 304 as a mask, and is a cause of the rest of etch. In on / off bias, the density of the needle-like protrusions can also be reduced.

〔실시예 6〕 EXAMPLE 6

다음에 금속과 반도체의 다층막의 에칭에 본 발명을 실시한 예를 설명한다. 반도체소자의 더 한층의 고속화를 위하여 트랜지스터의 게이트전극에 저항이 poly Si보다 낮은 금속을 사용하는 개발이 진행되고 있다. 시료는 도 19에 나타내는 바와 같이, 실리콘기판(401) 위에 퇴적한 산화막(402), 다결정실리콘(403), 질화텅스텐(404), 텅스텐(405)의 다층막으로, 최상층에 질화 Si의 마스크(406)가 형성되어 있다. 에칭에 사용한 가스는 염소 38 sccm과 산소 12 sccm이고 압력0.2 Pa 이다. 마이크로파의 전력은 500W, 시료온도는 70℃ 이다. Next, the example which implemented this invention for the etching of the multilayer film of a metal and a semiconductor is demonstrated. In order to further increase the speed of semiconductor devices, development using a metal having a resistance lower than poly Si for the gate electrode of a transistor is underway. As shown in FIG. 19, the sample is a multilayer film of an oxide film 402, polysilicon 403, tungsten nitride 404, and tungsten 405 deposited on a silicon substrate 401, and a mask 406 of Si nitride on the top layer. ) Is formed. The gas used for etching was 38 sccm of chlorine, 12 sccm of oxygen and 0.2 Pa pressure. Microwave power is 500W and sample temperature is 70 ℃.

도 19(a)은 연속바이어스 140W(Vpp는 890V)을 시료에 인가한 경우, 도 19 (b)는 온/오프바이어스로 피크전력 700(Vpp은 1720V)듀티비 20%의 경우의 형상을 나타낸다. FIG. 19 (a) shows a case where a continuous bias 140W (Vpp is 890V) is applied to a sample, and FIG. 19 (b) shows an on / off bias when the peak power 700 (Vpp is 1720V) is 20% duty ratio. .

이 시료에서는 텅스텐의 염화물의 증기압이 낮아 에칭하기 어렵기 때문에 도 19(a)에 나타내는 바와 같이, 연속바이어스에서는 수직성저하와 형상마이크로 로딩이 더욱 문제가 된다. 이 차이가 밑바탕의 poly Si의 형상에도 반영된다. 한편, 온/오프바이어스에서의 에칭으로서는 도 19(b)에 나타내는 바와 같이 텅스텐에칭의 측벽의 수직성이 향상된다. 또한 에칭바닥면도 연속바이어스와 비교하여 평활하게 된다. In this sample, since the vapor pressure of the chloride of tungsten is low and difficult to etch, as shown in Fig. 19A, the vertical bias and the shape micro loading become more problematic in the continuous bias. This difference is also reflected in the shape of the underlying poly Si. On the other hand, as etching in on / off bias, as shown in Fig. 19B, the verticality of the sidewall of tungsten etching is improved. In addition, the etching bottom surface is smoother than the continuous bias.

도 19의 시료는 텅스텐(405)과 산화막(402)의 사이에 버퍼층으로서 poly Si (403)와 WN(404)이 삽입되어 있으나, 더 한층의 고속화를 지향하기 위하여 텅스텐 (405)만의 구조도 검토되고 있다. 본 발명은 이 구조의 소자에서도 효과가 있다. In the sample of FIG. 19, poly Si 403 and WN 404 are inserted as a buffer layer between the tungsten 405 and the oxide film 402. However, the structure of only the tungsten 405 is examined to further increase the speed. It is becoming. This invention is effective also in the element of this structure.

이상, 텅스텐을 예로 들어 설명하였으나, 다른 금속재료로는 몰리브덴, 니켈, 코발트, 티탄 등, 고온열처리에 견디어 낼 수 있는 고융점금속이 있다. 또한 배리어막으로서는 이들 금속의 질화물의 조합이 있다. 이들 재료의 가공에서도 온/오프바이어스로 하고, 또한 산소와 같은 금속의 에칭을 촉진하는 가스를 첨가 함으로써 수직성을 향상하면서 평활한 에칭면을 얻을 수 있다. 또 마스크의 재질은 통상 유기포토레지스트이어도 되나, 레지스트에 포함되는 탄소가 산화막의 에칭을 촉진하여 선택비가 저하하기 때문에, 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기물 막의 쪽이 선택비를 높게 할 수 있다. As described above, tungsten has been described as an example, but other metal materials include high melting point metals such as molybdenum, nickel, cobalt, and titanium that can withstand high temperature heat treatment. As the barrier film, there is a combination of nitrides of these metals. In the processing of these materials, a smooth etching surface can be obtained while improving the verticality by adding on / off-biasing and gas for promoting the etching of metals such as oxygen. The material of the mask may be an organic photoresist, but since the carbon contained in the resist promotes etching of the oxide film and the selectivity decreases, an inorganic film such as silicon oxide or silicon nitride can make the selectivity higher.

또 텅스텐 등을 에칭하는 가스로서는 이외에 SF6, CF4 등, 불소원자를 포함하는 가스가 있다. 이 가스계에서도 고주파 전압을 온, 오프제어함으로써 텅스텐을 평활하게 에칭할 수 있다. 또한 이들 가스에 산소를 첨가하면, 산소가 텅스텐의 에칭을 촉진하기 때문에 효과가 더욱 커진다. 불소원자를 포함하는 가스를 사용하면, 시료온도가 낮아도 에칭속도는 비교적 커지나, 불소에 의한 다결정실리콘부의 에칭홈의 측벽의 에칭이 진행되기 때문에, 시료의 온도는 20℃ 이하로 할 필요가 있다. As the gas for etching tungsten or the like, there are other gases containing fluorine atoms such as SF6 and CF4. Even in this gas system, tungsten can be etched smoothly by turning the high frequency voltage on and off. In addition, when oxygen is added to these gases, the effect is further increased because oxygen promotes etching of tungsten. If a gas containing a fluorine atom is used, the etching rate is relatively high even if the sample temperature is low. However, since the etching of the sidewall of the etching groove of the polysilicon portion by fluorine proceeds, the temperature of the sample needs to be 20 ° C or lower.

〔실시예 7〕 EXAMPLE 7

이하에 듀얼 게이트라 불리우는 소자고속화를 위하여 동일 웨이퍼상에 도전성이 다른 poly Si 전극을 가지는 구조의 소자의 실시예를 설명한다. 도 20은 시료단면도이며, 실리콘기판(501)상에 산화막(502), p 형 다결정실리콘(503), n 형 다결정실리콘(504), 최상층에 레지스트(505)가 형성되어 있다. 에칭에 사용한 가스는 염소 55 sccm과 산소 4 sccm, 압력 0.4 Pa이며, 마이크로파전력은 400W 이다. In the following, an embodiment of a device having a structure of polysilicon electrodes having different conductivity on the same wafer for speeding up a device called dual gate will be described. 20 is a cross-sectional view of a sample, in which an oxide film 502, a p-type polycrystalline silicon 503, an n-type polycrystalline silicon 504, and a resist 505 are formed on a silicon substrate 501. The gas used for etching was 55 sccm of chlorine, 4 sccm of oxygen, 0.4 Pa in pressure, and the microwave power was 400W.

도 20(a)는 연속바이어스로 전력 35W로 하고, 도 20(b)는 온/오프바이어스로 피크전력 175W 듀티 20% 에서의 형상이다. 반도체의 에칭속도는 그 도전성에 의존하여 n 형에서 크고, p 형에서 작아진다. 따라서 듀얼게이트의 가공에서는 n 형과 p 형의 에칭속도의 차에 의하여 넓은 스페이스에서도 에치깊이의 차(E)가 발생한다. 또한 가공형상차이도 있어, p 형쪽이 n 형보다 측벽의 수직성이 나빠진다. 이 때문에 가공이 더욱 곤란하게 된다. 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 온/오프바이어스에서는 p 형과 n 형의 형상차도 개선할 수 있다. n 형과 p 형의 차는 염소 등의 할로겐 래디컬과의 화학반응성의 차에 의한다고 생각되며, p 형쪽이 할로겐과의 반응성이 낮아, 에칭속도가 작아지면서 라인의 굵기도 커진다. 한편 이온에너지가 기여하는 부분은 물리적인 스패터가 대부분으로 n 형과 p 형의 차가 없다. 따라서 이온에너지가 큰 온/오프바이어스에서는 n 형과 p 형의 차가 작아진다. FIG. 20 (a) shows the power at 35W with continuous bias, and FIG. 20 (b) shows the shape at 20% peak power at 175W with on / off bias. The etching rate of the semiconductor is large in n type and small in p type depending on its conductivity. Therefore, in the machining of the dual gate, the difference E of the etch depth occurs even in a wide space due to the difference in the etching rates of the n type and the p type. There is also a difference in work shape, and the p-type has a worse verticality of the sidewall than the n-type. For this reason, processing becomes more difficult. As shown in Fig. 20B, in the on / off bias, the shape difference between the p type and the n type can also be improved. The difference between the n-type and the p-type is considered to be due to the difference in chemical reactivity between halogen radicals such as chlorine. The p-type has a lower reactivity with halogen, and the etching rate decreases, resulting in a larger line thickness. On the other hand, most of the physical spatters contributed by ion energy are not different between n-type and p-type. Therefore, in the on / off bias having a large ion energy, the difference between the n-type and p-type becomes small.

〔실시예 8〕 EXAMPLE 8

다음에 알루미늄 등의 금속의 에칭에 본 발명을 적용한 결과를 설명한다. 시료구조는 도 21에 나타내는 바와 같이 기판 Si(601)상에 산화막(602)300nm, TiN(603)10Onm, Al(604)40Onm, TiN(605)75nm을 퇴적시키고, 최상층에는 레지스트마스크(606)1㎛이 부착되어 있다. 라인과 스페이스의 치수는 0.4㎛ 이다. 에칭가스는 염소(80 sccm)와 BCl3 (20 sccm)의 혼합으로, 압력을 1 Pa로 하였다. 마이크로파전원(101)의 출력을 700W로 하고, 전극온도는 40℃로 하였다. 고주파 전압전원 (109)의 주파수는 80OKHz로 하고, 온/오프의 반복주파수는 2 kHz로 하였다. Next, the result of applying this invention to the etching of metals, such as aluminum, is demonstrated. As shown in FIG. 21, an oxide film 602 300 nm, TiN 603 10 Onm, Al 604 40 Onm, TiN 605 75 nm are deposited on the substrate Si 601, and a resist mask 606 is formed on the top layer. 1 micrometer is affixed. The line and space dimensions are 0.4 μm. The etching gas was a mixture of chlorine (80 sccm) and BCl 3 (20 sccm), and the pressure was 1 Pa. The output of the microwave power supply 101 was 700W, and the electrode temperature was 40 degreeC. The frequency of the high frequency voltage power supply 109 was 80 OKHz, and the repetition frequency of on / off was 2 kHz.

도 21(a)는 연속바이어스로 전력을 70W로 한 경우, 도 21(b)는 온/오프바이어스에서 피크전력 350W이고, 듀티비 20%인 경우의 에칭형상을 나타낸다. 이 시료에서는 형상마이크로 로딩이 크고, 연속바이어스시의 넓은 스페이스에 면한 측벽(607)의 수직성이 특히 나빠지나, 온/오프바이어스로 함으로서 억제된다. Fig. 21 (a) shows the etching shape when the power is 70W with the continuous bias, and the peak power is 350W at the on / off bias and the duty ratio is 20%. In this sample, the micro-loading is large, and the verticality of the side wall 607 facing the large space during continuous bias is particularly bad, but is suppressed by the on / off bias.

〔실시예 9〕 EXAMPLE 9

다음에 수직성을 개선하는 데 필요한 이온에너지와 그 고주파전압과의 관계에 대하여 설명한다. 수직한 측벽을 얻는 이온에너지의 절대치는, 시료나 에칭조건에 따라 다르기 때문에 규정은 할 수 없다. 그러나 실험에 의하면 연속바이어스시의 이온에너지의 1.2배 정도부터 효과가 보이기 시작하여 1.5배 이상에서 현저해진다. 따라서 에칭속도와 선택비를 바꾸지 않고 수직성을 향상하기 위해서는 이온에너지를 1.2배로 하여 그 에너지의 이온의 수를 약 80% 로 줄이면 된다. 즉, 온/오프바이어스로 하여 그 듀티비를 80%로 하면 된다. 이온에너지를 1.5배에서는 듀티비를 67% 로 하면 된다. Next, the relationship between the ion energy and its high frequency voltage necessary to improve the perpendicularity will be described. Since the absolute value of ion energy which obtains a vertical side wall varies with a sample or etching conditions, it cannot be prescribed | regulated. However, experiments show that the effect starts from about 1.2 times the ion energy of continuous bias, and becomes remarkable at 1.5 times or more. Therefore, in order to improve the perpendicularity without changing the etching rate and selectivity, the ion energy is increased by 1.2 times and the number of ions of the energy is reduced to about 80%. In other words, the duty ratio is set to 80% as on / off bias. If the ion energy is 1.5 times, the duty ratio is 67%.

에칭의 형상에 영향을 주는 본질적인 물리량은 이온에너지이기 때문에, 수직성을 향상하기 위해서는 이온에너지를 높게 하면 된다. 그러나 에너지의 측정에는 시간이 걸리기 때문에, 바이어스의 진폭(Vpp)을 그 목표로 할 수 있다. 플라즈마를 거쳐 고주파 전압을 시료대에 인가하면, 어스(일반적으로는 도체벽이 어스가 됨)와 전극사이에 전류를 흘리고자 하는 작용 때문에 시료대에는 이온을 인입하 도록 직류전위가 발생한다(이후 Vdc라 함). 이온은 이 Vdc와 시간적으로 변화되는 고주파 전압을 중첩한 전계에 의하여 가속된다. 이온이 얻는 최대 에너지는, 고주파 전압의 시간적변화에 추종하는 지의 여부로 변하기 시작한다.Since the intrinsic physical quantity which affects the shape of etching is ion energy, in order to improve perpendicularity, ion ion may be made high. However, since the measurement of energy takes time, the amplitude of the bias (Vpp) can be targeted. When a high frequency voltage is applied to the sample stage via the plasma, a direct current potential is generated to introduce ions into the sample stage due to the action of flowing a current between the earth (usually the conductor wall becomes the earth) and the electrode (after Vdc). Ions are accelerated by an electric field superimposed with this Vdc and a high frequency voltage that changes in time. The maximum energy gained by the ions begins to change whether or not it follows the temporal change of the high frequency voltage.

일반적으로 에칭에 사용되는 플라즈마의 밀도는 1 입방 cm당 1O의 1O승개 이상이다. 이 밀도에서는 고주파의 주파수가 15 MHz 이하에서는 고주파 전압이 음에 접촉하고 있는 기간, 즉 정현파의 1/2주기의 사이에 이온은 플라즈마시스를 가로 질러 시료에 도달하기 때문에, Emax는 대략 전압진폭의 2분의 1 (Vpp/2)에 Vdc를 더한 값과 같아진다. 실제로는 전기회로에서의 전압강하 등이 있고, 실제로는 Emax는 Vpp의 70 내지 80%가 되는 것을 측정으로부터 알고 있다. 고주파의 주파수가 상승하여 전압의 변화에 이온의 움직임이 따라가지 않게 되면 , Emax는 점차로 Vdc에 근접한다. 주파수가 15MHz 이상에서 수십 MHz의 사이는 과도기가 되나, 그 경우에도 Emax는 Vpp/2 이상이 된다. In general, the density of plasma used for etching is more than 10 multipliers of 10 per cubic cm. At this density, Emax is approximately equal to the voltage amplitude, because at high frequencies below 15 MHz, ions reach the sample across the plasma sheath during periods during which the high frequency voltage is in contact with the negative, ie, between half of the sine wave. It is equal to 1/2 (Vpp / 2) plus Vdc. In fact, there is a voltage drop in an electric circuit and the like, and it is known from the measurement that Emax is 70 to 80% of Vpp. When the frequency of the high frequency rises so that the movement of ions does not follow the change in voltage, Emax gradually approaches Vdc. The transition is between 15 MHz and several tens of MHz, but Emax is above Vpp / 2.

또 온/오프의 반복주파수는 100 Hz 내지 10 kHz의 사이가 적당하다. 주파수가 이것보다 낮아지면 온/오프 제어한 것의 효과가 서서히 낮아진다. 또 반복주파수가 높으면 고주파 전원(109)의 작성이 기술적으로 어려워진다. The on / off repetition frequency is appropriately between 100 Hz and 10 kHz. If the frequency is lower than this, the effect of the on / off control is gradually lowered. If the repetition frequency is high, it is technically difficult to prepare the high frequency power supply 109.

다음에 높은 이방성을 달성하는 데 필요한 이온에너지의 목표를 설명한다. 이 값은 에칭하는 재료와 에칭조건에 의존하기 때문에 하나의 값으로 결정되지 않으나, 바이어스의 온/오프제어를 할 때의 지침이 된다. 여기서는 에칭의 이방성의 정도를 라인패턴의 측벽의 경사(테이퍼각)로 표시하여 90°에 가까운 테이퍼각을 얻는 데 필요한 이온에너지(E)를 산출한다. 테이퍼각의 계산에는 일본전기학회 발간 1997년 드라이 프로세스심포지움 예고집 45페이지에 게재되어 있는 이론식을 사용한다. 이 이론에서는 테이퍼각(q)은 q = arccos(R/dAF)로 나타낸다. 여기서 R은 반응생성물 등의 퇴적속도, d는 이온이 입사되었을 때 영향을 미치는 깊이이며, 이온레인지라 하며 d = O.O1E(nm)으로 주어진다. A는 이온이 입사되어 생기는 영향범위(핫스폿)의 면적으로, A = 0.025E2/3으로 주어진다. F는 단위면적당 이온의 충돌빈도이며, 시료에 입사하는 이온전류밀도로부터 계산할 수 있다.Next, the goal of ion energy required to achieve high anisotropy is described. This value is not determined as a single value because it depends on the material to be etched and the etching conditions. However, this value is a guideline for the on / off control of the bias. Here, the degree of anisotropy of the etching is expressed by the inclination (taper angle) of the sidewall of the line pattern to calculate the ion energy E necessary to obtain a taper angle close to 90 °. The calculation of the taper angle is based on a theoretical formula published on page 45 of the 1997 dry process symposium published by the Institute of Electrical Engineers. In this theory, the taper angle q is represented by q = arccos (R / dAF). Where R is the deposition rate of the reaction product, d is the depth that affects when the ions are incident, called the ion range is given by d = 0.1O (nm). A is given by A = 0.025E 2/3 as the area of influence range (hot spot) caused by the incident ions. F is the collision frequency of ions per unit area and can be calculated from the ion current density incident on the sample.

도 22에 이상 설명한 식으로 계산한 이온에너지(E)와 테이퍼각(q)의 관계를 나타낸다. 여기서 바이어스에 오프기간을 설치하는 것은, 가속되는 이온의 수를 줄이게 되고, 즉 실질적인 이온 전류밀도를 듀티비 분만큼 내리는 것에 상당한다. 도 22는 이온 전류밀도를 1.4mA/㎠, 듀티비 2O% 로 한 계산이다. 퇴적속도 R(nm/s)를 파라미터로 하고 있다. 이 값은 에칭물질이나 압력에 의하여 변하나, 대략 도 22에 나타낸 10 내지 40nm/분으로 추정한다. R이 작은 것은 반응생성물이 적거나(배기속도가 빠르다)또는 반응생성물이 부착되기 어려운 경우에 상당하며, R이 큰 것은 반응생성물이 많거나 또는 부착되기 쉬운 경우에 상당한다. 도 22에서 허용범위인 테이퍼각 80°이상을 얻기 위해서는, R = 10nm/s 에서 E= 300eV이상, R = 40nm/s 에서 E = 600eV 이상으로 설정하는 것이 목표가 됨을 알 수 있다.The relationship between the ion energy E and the taper angle q calculated by the formula explained above in FIG. 22 is shown. Providing the off period in the bias here reduces the number of accelerated ions, i.e., lowers the actual ion current density by the duty ratio. Fig. 22 is a calculation in which the ion current density is 1.4 mA / cm 2 and the duty ratio is 20%. The deposition rate R (nm / s) is used as a parameter. This value varies depending on the etching material and pressure, but is estimated to be approximately 10 to 40 nm / minute shown in FIG. The smaller R corresponds to the case where the reaction product is less (fast exhaust rate) or the reaction product is difficult to attach. The larger R corresponds to the case where the reaction product is large or easy to attach. In order to obtain a taper angle of 80 ° or more, which is an allowable range in FIG. 22, it can be seen that the goal is to set E = 300 eV or more at R = 10 nm / s and E = 600 eV or more at R = 40 nm / s.

〔실시예 10〕 EXAMPLE 10

다음에 에칭의 조건에 관하여 설명한다. 상기 실시예에서 설명한 조건은 전형적인 값이며, 가스압력, 종류, 플라즈마발생을 위한 전력치 등이 변하여도, 본 발명은 효과가 있다. 그러나 에칭속도나 선택비를 생각하면 이하에 설명하는 것 같은 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 먼저 주로 poly Si와 그 다층막의 에칭에 사용하는 염소와 산소의 혼합가스로서는, 염소유량 20 sccm 내지 1000 sccm에서산소의 혼합비율은 0% 내지 50%가 적량이다. 산소의 혼합량이 더 이상 많아지면 poly Si의 에칭속도가 매우 느려진다. 또 압력은 O.1 Pa 내지 1O Pa가 적당하다. 또 에칭가스를 염소와 HBr와 산소의 혼합가스로 하는 경우도 염소와 HBr의 유량은 각각 20 sccm 내지 100Osccm 에서 산소의 혼합율 O % 내지 50%가 적량이다. Next, the conditions of etching are demonstrated. The conditions described in the above embodiments are typical values, and the present invention is effective even if the gas pressure, type, power value for plasma generation, etc. change. However, in consideration of the etching rate and the selectivity, it is preferable to use it within the range described below. First, as a mixed gas of chlorine and oxygen mainly used for etching poly Si and its multilayer film, the mixing ratio of oxygen is suitably 0% to 50% at a chlorine flow rate of 20 sccm to 1000 sccm. As the amount of oxygen is no longer mixed, the etching rate of poly Si becomes very slow. Moreover, the pressure is suitably from 0.1 Pa to 10 Pa. In the case where the etching gas is a mixed gas of chlorine, HBr, and oxygen, the flow rate of chlorine and HBr is appropriately in the range of 20% to 100% scsc.

또 A1 등의 메탈배선의 에칭에는 염소, 염소와 BC13의 혼합가스, 염소와 HCl의 혼합가스, 또는 염소와 BC13와 HC1의 혼합가스가 적합하다. 이 경우에는 염소와 HC1의 유량 각각 20 sccm 내지 1000 sccm에서 BC13의 혼합율 0% 내지 50%가 적량이다. 또한 이들 가스에 CH4 또는 아르곤 등의 희석가스를 혼합하여도 좋다. In addition, for the etching of metal wirings such as A1, a mixed gas of chlorine, chlorine and BC13, a mixed gas of chlorine and HCl, or a mixed gas of chlorine and BC13 and HC1 is suitable. In this case, 0% to 50% of the mixing ratio of BC13 is appropriate at 20 sccm to 1000 sccm, respectively, for the flow rates of chlorine and HC1. Moreover, you may mix diluent gases, such as CH4 or argon, with these gases.

플라즈마의 밀도는 플라즈마발생용 전원의 전력으로 결정하며, 에칭속도와 밀접한 관계가 있다. 실용적인 속도를 얻기 위해서는 플라즈마발생 공간 즉 시료대와 전극사이의 부피에 대한 전력을 0.01 W/cc 이상으로 하면 된다. 또 플라즈마밀도가 너무 높으면 소자의 전기적인 손상 등이 문제가 되기 때문에 0.2 W/cc 이하로 하는 것이 좋다. The density of the plasma is determined by the power of the plasma generating power source, and is closely related to the etching rate. In order to obtain a practical speed, the power of the plasma generating space, that is, the volume between the sample stage and the electrode, may be set to 0.01 W / cc or more. In addition, if the plasma density is too high, electrical damage or the like of the device becomes a problem. Therefore, the plasma density is preferably 0.2 W / cc or less.

또 시료에 인가하는 고주파 전원의 주파수는 1OOKHz 내지 1OOMHz의 사이가 좋다. 온/오프바이어스의 반복주파수는 10OHz 이하에서는, 온/오프의 시간이 너무 길어 에칭측벽이 매끄럽지 않게 된다. 반복주파수가 높으면 전원의 작성이 기술적으로 어렵게 되기 때문에 1O KHz 이하가 적합하다. 온/오프의 듀티비는 너무 작으면 에칭속도를 유지하는 것이 곤란하게 되기 때문에 5% 이상이 좋다. 너무 크면 연속바이어스와 같아지기 때문에, 80% 이하가 좋다. 시료에 인가하는 고주파 전력은 주파수에 의하여 크게 다르나, 100 KHz 내지 800 KHz 에서는 20 W 내지 500 W이고, 800 KHz 내지 5 MHz 에서는 40 W 내지 1 KW 이고, 5 MHz 내지 100 MHz에서는 80 W 내지 2 KW가 좋다. 또한 온/오프바이어스의 전력은 피크전력과 듀티비의 곱이다. Moreover, the frequency of the high frequency power supply applied to a sample is good between 1OOKHz and 100MHz. If the repetition frequency of the on / off bias is 10 OHz or less, the on / off time is too long and the etching side walls are not smooth. A high repetition frequency makes it difficult to produce a power supply, so 10KHz or less is suitable. If the duty ratio of on / off is too small, it is difficult to maintain the etching rate, so 5% or more is preferable. If it is too big, it is equal to continuous bias, so 80% or less is good. The high frequency power applied to the sample varies greatly depending on the frequency, but is 20 W to 500 W at 100 KHz to 800 KHz, 40 W to 1 KW at 800 KHz to 5 MHz, and 80 W to 2 KW at 5 MHz to 100 MHz. Is good. On / off bias power is also the product of peak power and duty ratio.

또 본 발명이 특히 효과를 발휘하는 것은, 라인과 스페이스의 간격이 0.5㎛ 이하의 미세한 패턴의 가공이다. 게이트전극에서는 밑바탕의 산화막의 두께가 5 nm 이하의 시료의 가공이다. In addition, the present invention is particularly effective in processing a fine pattern having a line and space spacing of 0.5 µm or less. In the gate electrode, the underlying oxide film has a thickness of 5 nm or less.

에칭도중에 조건을 바꾸는 스텝에치 에 본 발명을 사용하여도 된다. 이 경우에는 예를 들어 poly Si를 에칭하는 메인에치에 온/오프바이어스를 사용하여 밑바탕 산화막이 노출된 후 에치나머지를 취하기 위하여 오버에치에 선택비가 높아지는 HBr와 산소의 혼합가스를 사용하는 등의 조합이 있다. 또 본 발명은 에칭속도의 소밀의존을 줄이는 효과도 있으므로, 에칭중에 플라즈마중의 이온과 전자의 방향성의 차로부터 생기는 소위 전자셰딩 대미지를 줄일 수도 있다. 이 경우에는 최초의 스텝에서 온/오프바이어스로 하여 피에칭물질의 에칭종료직전에서 고주파 전압의 진폭을 작게 함으로써 선택비를 저하하지 않고서 대미지를 줄일 수 있다. You may use this invention for the step etch which changes conditions during an etching. In this case, for example, using a mixed gas of HBr and oxygen, which has a high selectivity for overetching, to take an etch after the underlying oxide film is exposed by using an on / off bias on the main etching etching poly Si. There is a combination. In addition, since the present invention also has an effect of reducing the density dependency of the etching rate, the so-called electron shedding damage caused by the difference in the directionality of ions and electrons in the plasma during etching can be reduced. In this case, the damage can be reduced without reducing the selectivity by reducing the amplitude of the high frequency voltage immediately before the end of etching of the material to be etched as on / off bias in the first step.

또한 본 발명의 실시예에서는 고주파 전원의 온/오프에 의한 실시예에서 설명하였으나, 오프 시간동안은 완전히 고주파 전원으로부터의 출력을 영으로 하여도 되나, 반드시 영으로 할 필요는 없다. 즉 고주파 전원으로부터의 출력을 작게 하여 이온에 작용하는 에너지가 오프시간에 처리에 영향을 주지 않는 범위내이면 된다. 따라서, 오프는 작은 출력도 포함한다. In addition, although the embodiment of the present invention has been described in the embodiment of on / off of the high frequency power source, the output from the high frequency power source may be zero completely during the off time, but it is not necessarily zero. In other words, the output from the high frequency power supply can be made small so that the energy acting on the ions does not affect the processing during off time. Thus, off also includes a small output.

또 본 발명의 실시예에서는 고주파 전원의 출력을 온/오프하는 제어, 즉 바이어스전압의 타임모듈레이션에 관하여 설명하였으나, 도 23에 나타내는 바와 같이 주기적 플라즈마의 발생과 조합시켜 사용할 수도 있다. 마이크로파전원(101)에 제어장치(112)를 접속하여, 마이크로파의 출력을 펄스형상의 출력(113)으로 제어한다. 또 고주파 전원의 출력의 온/오프제어에 있어서의 오프시의 양 전위의 펄스전압 (111)을 출력시킬 수도 있다. 또한 도 23에 있어서 도 1과 동일부호는 동일부재를 나타내어 설명을 생략한다. 또 플라즈마 발생수단은 이 경우와 같이 마이크로파에 한정되는 것이 아니다. 여기서 오프시에 펄스전압을 출력, 또는 다른 전원장치에 의하여 중첩시킴으로써, 펄스전압의 인가시에 전자를 피에칭면에 인입할 수 있어 충전업 지연의 효과가 향상된다. 그러나 패턴폭이 더욱 작고 애스펙트비가 높은 피에칭부에서는, 측벽에 충전된 전자에 의하여 패턴상부의 입구에서 전자가 반발되어 바닥면까지 전자가 도달할 수 없어 충전업 지연의 효과가 없어진다. 이러한 경우에는 플라즈마의 전자온도를 낮게 함으로써 전자의 자유로운 움직임을 둔하게 하여, 양 전압에 의한 전자의 인입시의 전자의 수평방향성분의 움직임을 적게 하고, 측벽에 대한 전자의 충전을 줄여 패턴바닥면에 대한 전자의 입사를 쉽게 하여 충전업 지연의 효과를 생기게 하도록 하면 된다. In addition, in the embodiment of the present invention, the control for turning on / off the output of the high frequency power source, that is, the time modulation of the bias voltage, has been described. However, as shown in FIG. 23, it can be used in combination with the generation of periodic plasma. The control device 112 is connected to the microwave power source 101, and the output of the microwave is controlled by the pulse-shaped output 113. Moreover, the pulse voltage 111 of both electric potentials at the time of off in ON / OFF control of the output of a high frequency power supply can also be output. In addition, in FIG. 23, the same code | symbol as FIG. 1 shows the same member, and abbreviate | omits description. The plasma generating means is not limited to microwaves as in this case. When the pulse voltage is superimposed by an output or another power supply device at the time of OFF, electrons can be drawn to the etching target surface when the pulse voltage is applied, and the effect of the charge-up delay is improved. However, in the etching target portion having a smaller pattern width and a higher aspect ratio, electrons are repelled at the inlet of the upper portion of the pattern by electrons charged in the side wall, and electrons cannot reach the bottom surface, so that the effect of delaying the filling up is lost. In this case, by lowering the electron temperature of the plasma, the free movement of the electrons is slowed down, the movement of the horizontal components of the electrons when the electrons are attracted by both voltages is reduced, and the charge of the electrons on the sidewalls is reduced to reduce the pattern bottom surface. The incidence of electrons on can be made easy to produce the effect of delaying charging up.

이 때, 플라즈마의 전자온도를 내리는 수단으로서 플라즈마를 주기적으로 발생시킴으로써 달성할 수 있다. 따라서, 미세패턴의 충전업을 방지하기 위하여 플라즈마의 주기적 발생과, 고주파 전원의 온/오프와, 오프시의 정전위의 펄스전압인가를 조합시키는 것은 효과적이다.   At this time, this can be achieved by periodically generating the plasma as a means for lowering the electron temperature of the plasma. Therefore, in order to prevent the charging of the fine pattern, it is effective to combine the periodic generation of the plasma, the on / off of the high frequency power supply, and the application of the pulse voltage at the electrostatic potential at the off time.

본 발명에 의하면 미세패턴의 에칭에 있어서, 이방성의 향상과 선택비의 저하를 막을 수 있다는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect that the anisotropy can be improved and the selection ratio can be prevented in etching the fine pattern.

또 본 발명에 의하면, 에칭의 수직성을 높이는 동시에 형상마이크로 로딩을 저감시킬 수 있다. According to the present invention, the verticality of the etching can be increased and the shape micro loading can be reduced.

또 본 발명에 의하면, 라인패턴의 굵기를 저감하는 동시에 형상마이크로 로딩을 저감시킬 수 있다. According to the present invention, the thickness of the line pattern can be reduced and the shape micro loading can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예가 되는 표면가공방법을 실시하기 위한 에칭장치의 전체구성도,1 is an overall configuration diagram of an etching apparatus for performing a surface processing method of an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1의 장치에 의한 에칭처리시의 진공용기(104)내의 가스압 및 각 전원(101, 109)의 동작을 나타내는 도,FIG. 2 is a view showing the gas pressure in the vacuum vessel 104 and the operation of each of the power sources 101 and 109 during the etching process by the apparatus of FIG.

도 3은 실시예 1에 의거하여 도 1의 장치에 의하여 표면가공한 시료의 단면도,3 is a cross-sectional view of a sample surface processed by the apparatus of FIG. 1 according to Example 1;

도 4는 처리시간과 패턴전위와의 관계를 나타내는 도,4 is a diagram showing a relationship between processing time and pattern potential;

도 5는 게이트산화막의 전압과 전류와의 관계를 나타내는 도,5 is a diagram showing a relationship between a voltage and a current of a gate oxide film;

도 6은 처리시간과 패턴전위와의 관계를 나타내는 도,6 is a diagram showing a relationship between processing time and pattern potential;

도 7은 게이트산화막의 파괴율의 관계를 나타내는 도,7 is a diagram showing a relationship between a breakdown rate of a gate oxide film;

도 8은 포화이온 전류와 패턴전위의 관계를 나타내는 도,8 is a diagram showing a relationship between a saturated ion current and a pattern potential.

도 9는 듀티비와 패턴전위의 관계를 나타내는 도,9 is a diagram showing a relationship between a duty ratio and a pattern potential;

도 10은 반복 주파수와 패턴전위의 관계를 나타내는 도,10 is a diagram showing a relationship between a repetition frequency and a pattern potential;

도 11은 리크저항과 패턴전위의 관계를 나타내는 도,11 is a diagram showing a relationship between a leak resistance and a pattern potential;

도 12는 전자의 홈바닥 도달율과 패턴전위의 관계를 나타내는 도,Fig. 12 is a diagram showing the relationship between the electron bottom groove arrival rate and the pattern potential;

도 13은 본 발명의 표면가공방법을 실시하기 위한 에칭장치의 다른 실시예를 나타내는 전체구성도,13 is an overall configuration diagram showing another embodiment of an etching apparatus for performing the surface processing method of the present invention;

도 14는 본 발명의 표면가공방법을 실시하기 위한 에칭장치의 또 다른 실시예를 나타내는 전체구성도,14 is an overall configuration diagram showing still another embodiment of the etching apparatus for implementing the surface processing method of the present invention;

도 15는 본 발명의 실시예 4를 설명하는 시료의 단면도,15 is a cross-sectional view of a sample for describing example 4 of the present invention;

도 16은 본 발명의 실시예 4를 설명하는 시료의 단면도,16 is a cross-sectional view of a sample for describing example 4 of the present invention;

도 17은 본 발명의 실시예 5를 설명하는 시료의 단면도,17 is a cross-sectional view of a sample for describing example 5 of the present invention;

도 18은 본 발명의 실시예 5를 설명하는 시료의 단면도,18 is a cross-sectional view of a sample illustrating a fifth embodiment of the present invention;

도 19는 본 발명의 실시예 6을 설명하는 시료의 단면도,Fig. 19 is a sectional view of a sample illustrating Example 6 of the present invention;

도 20은 본 발명의 실시예 7을 설명하는 시료의 단면도,20 is a cross-sectional view of a sample illustrating a seventh embodiment of the present invention;

도 21은 본 발명의 실시예 8을 설명하는 시료의 단면도,Fig. 21 is a sectional view of a sample illustrating Example 8 of the present invention;

도 22는 본 발명의 방법에 있어서의 이온에너지와 테이퍼각과의 관계를 나타내는 도,Fig. 22 shows the relationship between ion energy and taper angle in the method of the present invention;

도 23은 본 발명의 표면처리장치의 또 다른 실시예인 플라즈마 에칭장치를 나타내는 구성도,23 is a block diagram showing a plasma etching apparatus as another embodiment of the surface treatment apparatus of the present invention;

도 24는 종래의 방법에 의하여 표면가공하였을 때의 전자 셰딩현상을 설명하기 위한 시료의 단면을 나타내는 도면이다. Fig. 24 is a view showing a cross section of a sample for explaining the electron shedding phenomenon when the surface is processed by a conventional method.

Claims (29)

진공용기와, 그 속에 플라즈마를 발생시키는 수단과, 상기 플라즈마에 의해 표면처리되는 시료를 설치하는 시료대와, 상기 시료에 고주파 전압을 인가하기 위한 고주파 전원으로 이루어지는 장치를 이용하여 상기 시료의 표면에 미세패턴을 형성하는 표면처리방법에 있어서, On the surface of the sample using a device comprising a vacuum vessel, a means for generating a plasma therein, a sample stage for installing a sample surface-treated by the plasma, and a high frequency power source for applying a high frequency voltage to the sample. In the surface treatment method for forming a fine pattern, 상기 시료의 처리 중에 상기 고주파 전원의 온/오프를 반복하여 상기 고주파 전원의 오프시간을 온시간 이상으로 제어함으로써, 상기 패턴의 대전전압이 상기 패턴이 접속되어 있는 게이트산화막의 절연파괴전압에 도달하기 전에 상기 고주파 전원을 오프하여 상기 패턴의 대전이 충분히낮아지고 나서 상기 고주파 전원을 온하는 특징으로 하는 표면처리방법. By repeatedly turning on / off the high frequency power supply during the processing of the sample and controlling the off time of the high frequency power supply to be longer than the on time, the charging voltage of the pattern reaches the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film to which the pattern is connected. And turning off the high frequency power before turning on the high frequency power after sufficiently charging of the pattern is sufficiently low. 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C가 게이트산화막의 절연파괴전압이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The relationship between the on time (Ton) of the high frequency power supply, the capacitance (C) of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density (I) from the plasma is set so that Ton x I / C is equal to or less than the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film. Surface treatment method characterized in that. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C가 게이트산화막의 절연파괴전압의 50% 이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The relationship between the on time (Ton) of the high frequency power supply, the capacitance (C) of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density (I) from the plasma is that Ton x I / C is 50% or less of the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film. Surface treatment method characterized in that set so as to. 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 고주파 전원의 오프시간(Toff)을 on시간(Ton)의 2배 이상으로 한 것을 특징으로 하는 표면처리방법. Surface treatment method characterized in that the off time (Toff) of the high frequency power supply is more than twice the on time (Ton). 제 3또는 제 4항에 있어서, The method according to claim 3 or 4, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C 가 6V 이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The relationship between the on time Ton of the high frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma is set such that Ton x I / C is 6 V or less. Treatment method. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, The method according to claim 3 or 4, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C 가 3V 이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The relationship between the on time Ton of the high frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma is set such that Ton x I / C is 3 V or less. Treatment method. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, The method according to claim 3 or 4, 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)를 5 mA/평방 cm 이하로 한 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The ion current density (I) from plasma was 5 mA / square cm or less, The surface treatment method characterized by the above-mentioned. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 플라즈마를 발생시키는 수단의 전력(W)과 플라즈마발생공간의 부피(cc)의 비율을 O.1 W/cc 이하로 한 것을 특징으로 하는 표면처리방법Surface treatment method characterized in that the ratio of the power (W) of the means for generating plasma and the volume (cc) of the plasma generating space is 0.1 W / cc or less 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 플라즈마의 생성에 이용하는 가스는염소, BCl3, HCl의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The gas used to generate the plasma includes at least one of chlorine, BCl 3 and HCl. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 플라즈마의 생성에 이용하는 가스는 염소와 산소 또는 HBr과 산소, 또는 염소와 HBr과 산소의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The gas used for generating the plasma is chlorine and oxygen or HBr and oxygen, or a mixed gas of chlorine and HBr and oxygen. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 플라즈마의 생성에 이용하는 가스에 탄소를 포함한 가스를 첨가한 것을 특징으로 하는 표면처리방법. A surface treatment method comprising adding a gas containing carbon to a gas used for generating a plasma. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 시료는 기판상의 미세패턴과 실리콘 기판과의 사이의 저항이 4옴 평방미터 이하가 되도록 미세패턴을 설계한 시료이며, 상기 시료를 처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The sample is a sample in which the fine pattern is designed so that the resistance between the fine pattern on the substrate and the silicon substrate is 4 ohm square meter or less, and the sample is processed. 진공용기와, 그 속에 플라즈마를 발생시키는 수단과, 상기 플라즈마에 의해 표면처리되는 시료를 설치하는 시료대와, 상기 시료에 고주파 전압을 인가하기 위한 고주파 전원으로 이루어지는 장치에 있어서, In the apparatus comprising a vacuum vessel, a means for generating a plasma therein, a sample stage for installing a sample surface-treated by the plasma, and a high frequency power source for applying a high frequency voltage to the sample, 상기 고주파 전원의 온/오프를 반복하여 상기 고주파 전원의 오프시간을 온시간 이상으로 제어하여, 상기 시료에 형성되는 미세패턴의 대전전압이 상기 패턴이 접속되어 있는 게이트산화막의 절연파괴전압에 도달하기 전에 고주파 전원을 오프하여, 상기 패턴의 대전이 충분히 낮아지고 나서 고주파 전원을 온하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. By repeatedly turning the high frequency power on and off, the off time of the high frequency power is controlled to be longer than the on time so that the charging voltage of the fine pattern formed on the sample reaches the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film to which the pattern is connected. And a control means for turning off the high frequency power before and turning on the high frequency power after the charging of the pattern is sufficiently low. 삭제delete 제 15항에 있어서, The method of claim 15, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C가 게이트산화막의 절연파괴전압이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. The relationship between the on time (Ton) of the high frequency power supply, the capacitance (C) of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density (I) from the plasma is set so that Ton x I / C is equal to or less than the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film. Surface treatment apparatus characterized in that. 제 15항에 있어서, The method of claim 15, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C가 게이트산화막의 절연파괴전압의 50% 이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. The relationship between the on time (Ton) of the high frequency power supply, the capacitance (C) of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density (I) from the plasma is that Ton x I / C is 50% or less of the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film. Surface treatment apparatus characterized in that set so as to. 삭제delete 제 15항에 있어서, The method of claim 15, 고주파 전원의 오프시간(Toff)을 온시간(Ton)의 2배 이상으로 한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. A surface treatment apparatus characterized in that the off time (Toff) of a high frequency power supply is made more than twice the on time (Ton). 제 17항 또는 제 18항에 있어서, The method of claim 17 or 18, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C 가 6V 이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. The relationship between the on time Ton of the high frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma is set such that Ton x I / C is 6 V or less. Processing unit. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, The method of claim 17 or 18, 고주파 전원의 온시간(Ton)과 미세패턴의 밑바탕 절연막의 용량(C)과 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)의 관계는, Ton x I/C 가 3V 이하가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. The relationship between the on time Ton of the high frequency power supply, the capacitance C of the underlying insulating film of the fine pattern, and the ion current density I from the plasma is set such that Ton x I / C is 3 V or less. Processing unit. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, The method of claim 17 or 18, 플라즈마로부터의 이온 전류밀도(I)를 5 mA/평방 cm 이하로 한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. A surface treatment apparatus characterized in that the ion current density (I) from the plasma is set to 5 mA / square cm or less. 제 15항에 있어서, The method of claim 15, 플라즈마를 발생시키는 수단의 전력(W)과 플라즈마발생공간의 부피(cc)의 비율을 0.1 W/cc 이하로 한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. And a ratio of the power (W) of the means for generating the plasma to the volume (cc) of the plasma generating space is 0.1 W / cc or less. 제 15항에 있어서, The method of claim 15, 플라즈마의 생성에 이용하는 가스는 염소, BCl3, HCl의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리장치. The gas used to generate the plasma comprises at least one of chlorine, BCl 3, HCl. 제 15항에 있어서, The method of claim 15, 플라즈마의 생성에 이용하는 가스는 염소와 산소 또는 HBr와 산소, 또는 염소와 HBr과 산소의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 표면처리장치. The gas used for generating the plasma is chlorine and oxygen or HBr and oxygen, or a mixed gas of chlorine and HBr and oxygen. 제 15항에 있어서, The method of claim 15, 플라즈마의 생성에 이용하는 가스에 탄소를 포함한 가스를 첨가한 것을 특징으로 하는 표면처리장치. A surface treatment apparatus characterized by adding a gas containing carbon to a gas used for generating plasma. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미세패턴은 라인과 스페이스의 폭이 각각 1㎛ 이하이고, 애스펙트비가 1이상인 것을 특징으로 하는 표면처리방법. The fine pattern has a width of a line and a space of 1 μm or less, and an aspect ratio of 1 or more. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 미세패턴은 라인과 스페이스의 폭이 각각 1㎛ 이하이고, 애스펙트비가 1 이상인 것을 특징으로 하는 표면처리장치. The fine pattern has a width of a line and a space of 1 μm or less, and an aspect ratio of 1 or more.
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