WO2009154034A1 - シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム - Google Patents

シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2009154034A1
WO2009154034A1 PCT/JP2009/057171 JP2009057171W WO2009154034A1 WO 2009154034 A1 WO2009154034 A1 WO 2009154034A1 JP 2009057171 W JP2009057171 W JP 2009057171W WO 2009154034 A1 WO2009154034 A1 WO 2009154034A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
etching
speed
silicon
conditions
transition
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/057171
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
野沢 善幸
山本 孝
Original Assignee
住友精密工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友精密工業株式会社 filed Critical 住友精密工業株式会社
Priority to US12/997,942 priority Critical patent/US8546265B2/en
Publication of WO2009154034A1 publication Critical patent/WO2009154034A1/ja

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00555Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
    • B81C1/00619Forming high aspect ratio structures having deep steep walls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00555Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
    • B81C1/00626Processes for achieving a desired geometry not provided for in groups B81C1/00563 - B81C1/00619
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H01L21/30655Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03Static structures
    • B81B2203/0323Grooves
    • B81B2203/033Trenches
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00523Etching material
    • B81C1/00531Dry etching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128Processes for removing material
    • B81C2201/013Etching
    • B81C2201/0132Dry etching, i.e. plasma etching, barrel etching, reactive ion etching [RIE], sputter etching or ion milling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128Processes for removing material
    • B81C2201/013Etching
    • B81C2201/0135Controlling etch progression
    • B81C2201/014Controlling etch progression by depositing an etch stop layer, e.g. silicon nitride, silicon oxide, metal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a silicon structure, a manufacturing apparatus thereof, and a manufacturing program thereof.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • silicon Micro Electro Mechanical Systems
  • anisotropic dry etching of silicon the technology of anisotropic dry etching of silicon has made great progress over the past few years, the demand for the formation of openings with a high aspect ratio is still not declining.
  • anisotropic dry etching of silicon has made great progress over the past few years, the demand for the formation of openings with a high aspect ratio is still not declining.
  • trenches and holes there is a strict requirement for an etching shape typified by a sidewall shape as well as an aspect ratio.
  • a silicon structure when a silicon structure is formed on a substrate having an etching stop layer (for example, an SOI substrate), it satisfies the requirement of eliminating a side wall having a good side wall shape, in other words, an excellent side wall shape with high verticality. It will be very difficult to do.
  • an etching stop layer for example, an SOI substrate
  • the etching stop layer for example, the underlying silicon oxide film layer
  • the silicon layer Improvement of the side wall shape in the vicinity of the interface was a central technical problem.
  • the influence of the side wall shape accompanying the above-described frequency change specifically, the non-uniformity of the side wall shape at a position where the etching depth is shallower than the vicinity of the interface between the base layer and the silicon layer is finally manufactured. It has not been considered sufficiently because it was not dominant over the characteristics of the devices (eg, vibration gyro sensors).
  • 6A and 6B are cross-sectional SEM photographs of an example of a silicon structure in which the irregular shape of the side wall is generated.
  • the problem of the irregular shape of the side wall different from the notch occurs, for example, after a part of the trench or the hole reaches the etching stop layer as a result of the progress of the anisotropic etching process.
  • an etching mask for example, a resist mask
  • the etching rate changes depending on the size of the location (opening) to be etched.
  • a loading phenomenon occurs.
  • radicals and the like in the plasma that have been consumed for etching the silicon until then are not consumed, so that the plasma state changes.
  • the above problem may occur even when an etching mask having a plurality of single-shaped openings is formed on the surface of the substrate.
  • the etching rate varies due to the characteristics of the etching apparatus, for example, the in-plane non-uniformity of the cooling of the silicon substrate.
  • the arrival point at the etching stop layer depends on the position of the substrate surface to be etched. Because it is different.
  • the present invention contributes to further improvement of anisotropic dry etching performance of silicon having an etching stop layer by solving such a technical problem and achieving a good side wall shape with high perpendicularity. It is.
  • the inventors have carefully considered the conventional etching method using two frequencies. Observed. As a result, the inventors can suppress the occurrence of an abnormal shape of the side wall due to the change of the plasma state even if the etching conditions are changed after a part of the etched trench or hole reaches the etching stop layer. I knew that I could't. Based on the fact that the shape of the sidewall as well as the interface between the silicon and the etching stop layer is sensitive to changes in the plasma state, the inventors have tried to eliminate the micro-rotation phenomenon and the in-plane variation in the etching rate. Discovered that precise control of the etching depth and etching conditions corresponding to the thickness or distance of the silicon up to the etching stop layer is required.
  • a second stage transition etching condition is adopted in which the etching rate gradually decreases.
  • the etching rate is low before the plasma state fluctuates, in other words, it is processed under conditions that weaken the etching capability, a substantial change in the sidewall shape due to a sudden change in etching conditions occurs substantially. It was confirmed that it disappeared.
  • the etching rate is within the etching rate according to the transition etching condition of the second stage described above.
  • Conditions with the slowest etching rate low-speed etching conditions
  • the processing state with the weakest etching ability is maintained, it is possible to suppress the occurrence of an abnormal shape at the interface between silicon and the etching stop layer in addition to the side wall shape.
  • the present invention has been created based on the above-described findings.
  • One method of manufacturing a silicon structure according to the present invention is a process of etching a silicon region in a substrate having an etching stop layer using plasma formed by alternately introducing an etching gas and an organic deposit forming gas.
  • Etching using the etching conditions causes the etching rate to decrease over time from the etching rate under the high-speed etching conditions before the portion with the highest etching rate in the silicon region is etched to the etching stop layer.
  • the above-described silicon region is etched using the slow etching condition having the slowest etching speed among the transition etching conditions.
  • the silicon structure manufacturing program of the present invention is a process of etching a silicon region in a substrate having an etching stop layer using plasma formed by alternately introducing an etching gas and an organic deposit forming gas.
  • the etching rate is increased over time from the etching rate of the high-speed etching condition before the portion having the highest etching rate in the silicon region is etched to the etching stop layer by the step of etching using the high-speed etching condition.
  • the above-described silicon region is etched using the slow etching condition having the slowest etching speed among the transition etching conditions.
  • one silicon structure manufacturing apparatus of the present invention includes a control unit controlled by the above-described silicon structure manufacturing program or a recording medium on which the silicon structure manufacturing program is recorded.
  • the “high-speed etching condition” in the present application refers to, for example, the ratio of the silicon region in the entire substrate to be etched, in other words, selected according to the opening ratio of the etching mask, and a high etching rate that does not cause an abnormal shape. Is a condition to be achieved.
  • the “transition etching condition” in the present application is an etching condition in a transitional period until reaching a “slow etching condition” described later, and is set so that the etching rate gradually decreases as time passes. .
  • this “transition etching condition” is defined as the silicon area to be etched (substantially the exposed area of silicon (substantially) after passing through the area where the etching rate is the fastest until reaching the etching stop layer. It is selected considering that the aperture ratio is decreasing.
  • the “slow etching condition” in the present application is typically a condition with the slowest etching rate among the etching rates under the transition etching conditions. As an example, when the silicon etching process progresses and the silicon region to be etched is about half of the original, the etching rate of the aforementioned “high-speed etching condition” is about half that of the original silicon region. Etching conditions are determined.
  • the “hole” includes not only a circular hole in the shape of the mask pattern on the outermost surface of the substrate but also an elliptical or square hole. More specifically, “hole” in the present application means, for example, in the case of a rectangular hole, the relationship between the long side and the short side means that the short side is 1 and the long side is up to 3 or less. In the present invention, “trench” means holes other than “holes”.
  • high perpendicularity can be obtained in dry etching of silicon having an etching stop layer, and occurrence of irregular shapes on the side walls can be greatly reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the apparatus configuration of a silicon structure manufacturing apparatus 100 (hereinafter also simply referred to as a manufacturing apparatus 100) according to this embodiment.
  • FIG. 2A is a graph showing the time change of the pressure of the etching gas in the etching process of the silicon substrate W (hereinafter also simply referred to as the silicon substrate W) having the silicon oxide film layer which is an etching stop layer in the present embodiment.
  • FIG. 2B is a graph which shows the time change of 1 unit processing time in the above-mentioned etching process.
  • 3A to 3D are cross-sectional views showing one process of the method for manufacturing the silicon structure 10 in the present embodiment.
  • the silicon substrate W having the etching stop layer 18 to be etched is placed on a stage 21 provided on the lower side of the chamber 20.
  • the chamber 20 is supplied with at least one gas selected from an etching gas and an organic deposit forming gas (hereinafter also referred to as a protective film forming gas) from the cylinders 22a and 22b through gas flow controllers 23a and 23b, respectively.
  • the gases are turned into plasma by the coil 24 to which high frequency power is applied by the first high frequency power supply 25. Thereafter, high-frequency power is applied to the stage 21 using the second high-frequency power source 26, so that the generated plasma is drawn into the silicon substrate W.
  • the power is applied to the stage 21 in a pulse form, in other words, in a state where the ON state and the OFF state of the application repeatedly appear at predetermined intervals.
  • a vacuum pump 27 is connected to the chamber 20 via an exhaust flow rate regulator 28 in order to decompress the inside of the chamber 20 and exhaust a gas generated after the process.
  • the exhaust flow rate from the chamber 20 is changed by an exhaust flow rate regulator 28.
  • the above-described gas flow rate regulators 23a and 23b, the first high frequency power source 25, the second high frequency power source 26 capable of applying pulses, and the exhaust flow rate regulator 28 are controlled by a control unit 29.
  • the silicon structure 10 of this embodiment has a structure in which trenches having a width of about 100 ⁇ m and a depth of about 10 ⁇ m and a depth of about 100 ⁇ m are etched up to the etching stop layer.
  • this embodiment employs a method of sequentially repeating a protective film forming process in which a protective film forming gas is introduced and an etching process in which an etching gas is introduced.
  • the protective film forming gas is C 4 F 8 and the etching gas is SF 6 .
  • the protective film forming gas is 200 mL / min.
  • the pressure in the chamber 20 is controlled to 5 Pa.
  • 1800 W of high frequency power of 13.56 MHz is applied to the coil 24, no power is applied to the stage 21.
  • the etching gas was 400 mL / min. Supplied in.
  • the pressure in the chamber 20 is controlled to 8 Pa for 20 minutes from the start of etching. Further, as shown in the time zone of FIG.
  • the unit processing time is fixed at 8 seconds for 20 minutes from the start of etching.
  • 2200 W of high frequency power of 13.56 MHz is applied to the coil 24.
  • 45 W of high frequency power of 380 kHz is applied to the stage 21.
  • the etching rate under the high-speed etching condition of the present embodiment is about 10 ⁇ m / min.
  • the trench width is about 100 ⁇ m (the place where the etching speed is fastest). (Micrometer / minute) About 6 ⁇ m / min. At a place where the trench width is about 10 ⁇ m. It is.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of the silicon structure 10 being etched under high speed etching conditions.
  • two places with different opening widths of the etching mask are provided.
  • the depth (D 1 ) of the trench at a wide opening width is deeper than the other depth (D 2 ) due to the micro-rotating phenomenon.
  • the place with the highest etching rate is etched to a depth of 85% or less with respect to the thickness (D 3 ) of the silicon layer to be etched.
  • the transition etching conditions begin.
  • the protective film forming gas is 200 mL / min.
  • the pressure in the chamber 20 is controlled to 5 Pa.
  • 1800 W of high frequency power of 13.56 MHz is applied to the coil 24, no power is applied to the stage 21.
  • the exhaust that received a command from the control unit 29 so that the pressure in the chamber 20 gradually decreases It is controlled by the flow rate regulator 28 and finally reaches 3 Pa. Further, as shown in the time zone of FIG.
  • the control unit 29 controls the unit processing time to gradually decrease from 8 seconds to 4 seconds for 5 minutes from the end of the high-speed etching condition.
  • the etching gas is 400 mL / min. Supplied in.
  • 2200 W of high frequency power of 13.56 MHz is applied to the coil 24.
  • 45 W of high frequency power of 380 kHz is applied to the stage 21.
  • the etching rate under the transition etching conditions of this embodiment is about 10 ⁇ m / min. To about 5.5 ⁇ m / min. Is gradually reduced to about 6 ⁇ m / min. At a trench width of about 10 ⁇ m. To about 3 ⁇ m / min. Gradually slowed down.
  • the transition etching time is preferably 5 cycles or more, which is one unit processing time of low-speed etching conditions. If it is less than this time, the etching side wall becomes abnormal.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the silicon structure 10 being etched under high speed and transition etch conditions. Following the trench region (a) under high-speed etching conditions, a trench region (b) under transition etching conditions is formed. In this embodiment, among trenches formed under high-speed etching conditions and transition etching conditions, the place with the highest etching rate is etched to a depth of 95% or less with respect to the thickness (D 3 ) of the silicon layer to be etched. Is done.
  • low-speed etching conditions start.
  • the protective film forming gas was 200 mL / min.
  • the pressure in the chamber 20 is controlled to 5 Pa. Although 1800 W of high frequency power of 13.56 MHz is applied to the coil 24, no power is applied to the stage 21.
  • the etching gas is 400 mL / min. Supplied in.
  • the pressure in the chamber 20 is controlled to 3 Pa for 15 minutes after the end of the transition etching conditions. Further, as shown in the time zone of FIG.
  • the unit processing time is fixed at 4 seconds for 15 minutes after the end of the transition etching conditions.
  • 2200 W of high frequency power of 13.56 MHz is applied to the coil 24.
  • 45 W of high frequency power of 380 kHz is applied to the stage 21.
  • the etching rate under the low-speed etching condition of this embodiment is about 5.5 ⁇ m / min.
  • the trench width is about 100 ⁇ m. It is. Further, the location where the trench width is about 10 ⁇ m is about 3 ⁇ m / min. Until the location where the trench width is about 100 ⁇ m reaches the etching stop layer 18. Thereafter, about 5 ⁇ m / min. It is.
  • 3C and 3D are cross-sectional views of the silicon structure 10 that is etched under high-speed or low-speed etching conditions. Following the trench region (b) due to the transition etching condition, a trench region (c) due to the slow etching condition is formed. Here, under the slow etching condition, etching is performed until the bottom of the trench at the slowest etching rate reaches the etching stop layer 18. In this embodiment, overetching was performed for about 3 minutes after the bottom of the trench having the slowest etching rate reached the etching stop layer 18, but no notch occurred (FIG. 3D). As in this embodiment, when a substantially constant etching gas pressure is maintained under low-speed etching conditions, the plasma state during etching is stabilized. Since it becomes very easy, it is preferable.
  • FIG. 4A and 4B are cross-sectional SEM photographs of a part of the silicon structure 10 formed by dry etching according to the present embodiment.
  • FIG. 4A is an SEM photograph showing the sidewall shape of the trench of the silicon structure 10
  • FIG. 4B shows the sidewall shape near the interface between the silicon layer, the etching stop layer, and the trench of the silicon structure 10. It is a SEM photograph. As shown in these photographs, it was confirmed that the etching treatment of this embodiment can obtain a very good sidewall shape and a shape near the interface between the silicon and the etching stop layer without the notch.
  • the control unit 29 provided in the above-described manufacturing apparatus 100 is connected to the computer 60.
  • the computer 60 monitors or comprehensively controls each process described above by the manufacturing program of the silicon structure 10 for executing each process described above.
  • a manufacturing program for the silicon structure 10 will be described with reference to a specific manufacturing flowchart.
  • the above-described manufacturing program is stored in a known recording medium such as an optical disk inserted into a hard disk drive in the computer 60 or an optical disk drive provided in the computer 60.
  • the storage destination of is not limited to this.
  • a part or all of this manufacturing program may be stored in the control unit 29 provided in each process chamber in the present embodiment.
  • the manufacturing program can also monitor or control each of the processes described above via a known technique such as a local area network or an Internet line.
  • FIG. 5 is a manufacturing flowchart of the silicon structure 10 of the present embodiment.
  • step S101 after the silicon substrate W is transferred into the chamber 20, the gas in the chamber 20 is exhausted.
  • steps S102 to S105 the silicon substrate W is anisotropically dry etched in the chamber 20 under the above-described conditions.
  • step S102 the etching of this embodiment is started. Until a predetermined time (for example, 20 minutes from the start of etching in the present embodiment) has elapsed since the start of etching, the program of the present embodiment performs the etching gas pressure in the etching process and the process during the process as shown in step S103. Control so that one unit processing time is maintained.
  • a predetermined time for example, 20 minutes from the start of etching in the present embodiment
  • step S104 the program of the present embodiment controls the pressure of the etching gas in the etching process and the unit processing time in the process to gradually decrease.
  • This stage corresponds to the processing under the above-described transition etching conditions.
  • step S105 the program according to the present embodiment performs control so that the pressure of the etching gas in the etching process and one unit processing time in the process are maintained.
  • This stage corresponds to the processing under the above-described low-speed etching conditions.
  • the anisotropic etching process is stopped by the program of the present embodiment (S106), and the program of the present embodiment is terminated.
  • the transition of two parameters in the etching process is particularly mentioned, but other conditions such as each condition in the protective film forming process are also controlled in an integrated manner in this manufacturing program.
  • a favorable sidewall shape is achieved with high verticality.
  • the pressure of the etching gas and the unit processing time in the etching process are changed as means for decreasing the etching rate, in other words, as means for weakening the etching capability.
  • the present invention is not limited to this.
  • the etching rate can be lowered by changing the ratio between the on state and the off state, so that the effect of the present invention can be substantially achieved.
  • etching silicon as a means for etching silicon, a technique in which an etching gas and a protective film forming gas are alternately turned into plasma is used, but the etching means is not limited to this.
  • a method of converting a mixed gas of an etching gas and a protective film forming gas into a plasma as described in JP-A-2004-296474 can also be used as anisotropic dry etching of silicon. This method is slower in etching rate than the method in which each of the above gases is simply turned into plasma, but is effective in that the unevenness on the side wall surface becomes smaller and smoother.
  • C 5 F 8 or C 4 F 6 may be used instead of C 4 F 8 which is the protective film forming gas, and NF 3 or F 2 is used instead of SF 6 which is the etching gas. It may be used.
  • the etching gas and the protective film forming gas need not be a single gas.
  • the etching gas may contain oxygen gas or argon gas in addition to SF 6 or the like
  • the protective film forming gas may contain oxygen gas in addition to C 4 F 8 or the like.
  • the object to be etched is a trench, but is not limited to this. Even if the object is a hole, substantially the same effect as the present invention can be obtained.
  • the present invention is not limited to this. Even if there are three or more types of opening widths, the present invention can be applied. For example, when trench groups having three different opening widths are to be etched, the time required to reach the etching stop layer, in other words, the etching rate is different, so the transition etching conditions are adopted multiple times. By doing so, the same effect as the effect of the present invention is exhibited. More specifically, after the step of etching using high-speed etching conditions, the step of etching using transition etching conditions (hereinafter referred to as “first transition etching conditions”) having a relatively high etching rate is performed.
  • first transition etching conditions transition etching conditions having a relatively high etching rate
  • an etching process is performed using an etching condition having the slowest etching speed among the first transition etching conditions (referred to as “medium speed etching conditions” for convenience in this paragraph). Furthermore, the etching rate under the slowest etching rate among the second transition etching conditions is obtained through the etching process using transition etching conditions (hereinafter referred to as “second transition etching conditions”) that gradually decrease the etching rate. Etching is performed using “low-speed etching conditions”. As a result, the same effects as those of the present invention can be obtained for trench groups having three different opening widths. It should be noted that adopting multiple transition etching conditions means that there are a mixture of trench groups having multiple types of opening widths and hole groups having multiple types of opening widths, which generally have lower etching rates than trenches. It can also be applied to.
  • the SOI substrate is employed.
  • the present invention can also be applied to a silicon substrate having an etching stop layer other than the silicon oxide film.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • CCP Capacitive-Coupled Plasma
  • ECR Electro-Cyclotron Resonance Plasma

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

 本発明のシリコン構造体の製造方法は、いわゆるガススイッチングによるドライエッチングの過程で、高速エッチング条件を用いてエッチングする工程(a)により、そのシリコン領域のうち最もエッチング速度の速い場所が前記エッチングストップ層までエッチングされる前に、高速エッチング条件のエッチング速度から時間の経過とともにエッチング速度が低下する遷移エッチング条件を用いたエッチング工程(b)を経て、遷移エッチング条件のうち最もエッチング速度の遅い条件のエッチング速度を持つ低速エッチング条件を用いて前記シリコン領域をエッチングする工程(c)を備えている。

Description

シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム
 本発明は、シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラムに関するものである。
 シリコンを用いたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスが適用される技術分野は日進月歩で拡大しており、近年では、その技術がマイクロタービンやセンサーのみならず情報通信分野や医療分野へも適用されている。このMEMS技術を支える主要な要素技術の一つがシリコンの異方性ドライエッチングであり、この要素技術の発展がMEMS技術の発展を支えているといえる。ここ数年来、シリコンの異方性ドライエッチングの技術は飛躍的に進歩したが、高アスペクト比の開口の形成に対する要求は依然として衰えを知らない。最近では、トレンチやホールを形成する際に、アスペクト比とともに側壁の形状に代表されるエッチング形状に対する要求が厳しい。特に、エッチングストップ層を有する基板(例えば、SOI基板)におけるシリコン構造体を形成する際には、高い垂直性とともに、良好な側壁形状、換言すれば、側壁の異状な形状の解消という要求を満足させることが非常に困難となる。
 従来、エッチングストップ層を有するシリコン基板に対して高い垂直性と良好な側壁形状の開口を有するトレンチやホールを形成するための一つの手段として、シリコン基板への電力印加の際に2つの周波数を用いてエッチングを行う方法が本願出願人等によって開示されている(特許文献1及び特許文献2)。しかしながら、前述の方法は、エッチングストップ層とシリコン層との界面付近の「ノッチ」と呼ばれる異状な形状を解消するためのものであり、基板への印加電力の周波数の変化による「ノッチ」以外の側壁形状への影響が十分に考慮されていなかった。
特開2006-148156号公報 特開2002-158214号公報
 従来、SOI(Silicon on insulator)基板に代表されるエッチングストップ層を有するシリコン基板におけるシリコン層の異方性エッチングに際しては、そのエッチングストップ層(例えば、下地のシリコン酸化膜層)とシリコン層との界面付近の側壁形状の改善、すなわち、ノッチの低減が中心的な技術的課題であった。その結果、上述の周波数変化に伴う側壁形状の影響、具体的には、下地層とシリコン層との界面付近よりもエッチング深さの浅い位置での側壁形状の不均一性は、最終的に製造されるデバイス(例えば、振動ジャイロセンサー)の特性に対して支配的ではなかったため十分に考慮されていなかった。しかし、近年、例えば、振動ジャイロセンサーに対する非常に高い検知性能が要求されるようになると、前述の側壁形状の異状が振動体の重量変化を生じさせるため、ジャイロセンサーの特性の向上を妨げる要因となり得ることが分かった。図6A及び図6Bは、この側壁の異状形状が発生しているシリコン構造体の一例の断面SEM写真である。
 このノッチとは異なる側壁の異状形状の問題は、例えば、異方性エッチングプロセスが進んだ結果、トレンチ又はホールの一部がエッチングストップ層に到達した後に発生する。例えば、シリコン表面上に複数の異なる広さの開口部を有するエッチングマスク(例えば、レジストマスク)が形成されている場合、エッチング対象となる場所(開口)の広さによってエッチング速度が変わる、いわゆるマイクロローディング現象が生じる。このとき、あるエッチングされたトレンチやホールがエッチングストップ層に到達すると、それまでシリコンのエッチングのために消費されていたプラズマ中のラジカル等が消費されなくなるため、プラズマの状態が変化する。そうすると、エッチングプロセス室内への導入ガスの種類や量の条件を一定に保っていても、前述のプラズマ状態の変化が生じるために、その変化の前後で、未だエッチングストップ層に到達していないトレンチやホールの側壁形状が異なることになる。従って、1つのエッチング対象内で多数のエッチング速度の違いが生じる場合は、最もエッチング速度の速い場所が最初にエッチングストップ層に到達した後、エッチング速度の異なる場所が次々にエッチングストップ層に到達する結果、継続的にプラズマ状態が変化することになる。
 さらに興味深いことに、上述の問題は、仮に、基板表面上に複数の単一形状の開口部を有するエッチングマスクが形成されている場合であっても生じうる。具体的には、エッチング装置の特性、例えば、シリコン基板の冷却の面内不均一性によって、エッチング速度のバラつきが発生し、その結果、エッチングストップ層への到達時点がエッチングされる基板表面位置によって異なるためである。
 上述の通り、エッチングストップ層を有するシリコン基板のエッチングにおいて、エッチングされたトレンチやホールの到達時点をその基板の全面において一致させることは極めて困難であるため、エッチング終了までのプラズマ状態の変動は不可避的に生じてしまう。
 本発明は、そのような技術課題を解決して、高い垂直性とともに、良好な側壁形状を達成することにより、エッチングストップ層を有するシリコンの異方性ドライエッチング性能の更なる向上に貢献するものである。
 発明者らは、これまで述べてきた側壁の異状形状が、高性能を要求される各種のデバイスの特性に少なからず影響を与えていることに鑑み、従来の2つの周波数を用いるエッチング方法について注意深く観察した。その結果、発明者らは、エッチングされたトレンチ又はホールの一部がエッチングストップ層に到達した後にエッチング条件を変更しても、プラズマ状態の変動に伴う側壁の異状形状の発生を抑制することが出来ないことを知見した。シリコンとエッチングストップ層との界面のみならず、側壁の形状も、プラズマ状態の変化に敏感であることを踏まえ、発明者らは、マイクロローティング現象やエッチング速度の面内バラつきを解消するためには、エッチングストップ層までのシリコンの厚み又は距離に対応したエッチング深さとエッチング条件の精密な管理が必要となることを知見した。
 具体的には、次の処理が上述の問題の解決に有効であることを知見した。まず、第1段階は、ある程度、エッチングマスクの単位時間あたりの消耗量が多くなっても、エッチング速度を維持してプロセス全体の処理速度を上げる必要がある。従って、高速エッチング条件が採用される。
 その後、エッチングプロセスがある程度進行すると、エッチング速度が徐々に低下するような第2段階の遷移エッチング条件が採用される。これにより、プラズマ状態が変動してしまう前にエッチング速度の低い、換言すれば、エッチング能力を弱める条件で処理されるため、急激なエッチング条件の変動による側壁形状の著しい変化が実質的に発生しなくなることが確認された。
 さらに、対象基板中で最もエッチング速度が速い場所のトレンチやホールがエッチングストップ層に到達する少し手前の最終段階(第3段階)では、前述の第2段階の遷移エッチング条件によるエッチング速度の内の最もエッチング速度の遅い条件(低速エッチング条件)が採用される。その結果、最もエッチング能力の弱い処理状態が維持されるため、側壁形状に加えて、シリコンとエッチングストップ層との界面の異状形状の発生を抑えることが可能となることが確認された。本発明は、上述の知見に基づいて創出された。
 本発明の1つのシリコン構造体の製造方法は、エッチングガスと有機堆積物形成ガスが交互に導入されて形成されるプラズマを用いてエッチングストップ層を有する基板におけるシリコン領域をエッチングする過程で、高速エッチング条件を用いてエッチングする工程により、そのシリコン領域のうち最もエッチング速度の速い場所がそのエッチングストップ層までエッチングされる前に、その高速エッチング条件のエッチング速度から時間の経過とともにエッチング速度が低下する遷移エッチング条件を用いたエッチング工程を経て、その遷移エッチング条件のうちの最もエッチング速度の遅い条件のエッチング速度を持つ低速エッチング条件を用いて前述のシリコン領域をエッチングする工程を備えている。
 また、本発明の1つのシリコン構造体の製造プログラムは、エッチングガスと有機堆積物形成ガスが交互に導入されて形成されるプラズマを用いてエッチングストップ層を有する基板におけるシリコン領域をエッチングする過程で、高速エッチング条件を用いてエッチングするステップにより、そのシリコン領域のうち最もエッチング速度の速い場所がそのエッチングストップ層までエッチングされる前に、その高速エッチング条件のエッチング速度から時間の経過とともにエッチング速度が低下する遷移エッチング条件を用いたエッチングステップを経て、その遷移エッチング条件のうち最もエッチング速度の遅い条件のエッチング速度を持つ低速エッチング条件を用いて前述のシリコン領域をエッチングするステップを備えている。
 また、本発明の1つのシリコン構造体の製造装置は、上述のシリコン構造体の製造プログラム又はそのシリコン構造体の製造プログラムを記録した記録媒体によって制御される制御部を備えている。
 ここで、本出願における「高速エッチング条件」は、例えば、エッチング対象基板全体におけるシリコンの領域の比率、換言すれば、エッチングマスクの開口率に応じて選定される、異常形状を生じさせない高いエッチング速度が達成される条件である。また、本出願における「遷移エッチング条件」は、後述する「低速エッチング条件」に至るまでの、いわば過渡期のエッチング条件であり、そのエッチング速度が時間の経過に従って徐々に低下するように設定される。具体的には、この「遷移エッチング条件」は、エッチング対象となるシリコン領域のうち、最もエッチング速度の速い場所がエッチングストップ層に至るまでに貫通した後、時間と共にシリコンの露出面積(実質的な開口率)が低下していくことを考慮して選定される。また、本出願における「低速エッチング条件」は、代表的には、遷移エッチング条件によるエッチング速度の内の最もエッチング速度の遅い条件である。一例としては、シリコンのエッチング工程が進行し、仮にエッチング対象のシリコン領域が当初の約半分になったときに、前述の「高速エッチング条件」のエッチング速度が当初のシリコン領域で約半分になるようなエッチング条件が定められる。
 また、本出願において、「ホール」とは、基板最表面におけるマスクパターンによる形状が円状の孔のみならず、楕円形や四角形の孔を含む。より具体的には、本出願における「ホール」は、例えば、四角形の孔の場合は、長辺と短辺の関係が、短辺が1に対して長辺が3以下までを意味する。また、本発明において、「トレンチ」とは、「ホール」以外の孔を意味する。
 本発明の製造方法、製造装置又は製造プログラムによれば、エッチングストップ層を有するシリコンのドライエッチングにおいて、高い垂直性が得られるとともに、側壁の異状形状の発生を大きく低減することができる。
本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体の製造装置の構成を示す断面図である。 本発明の1つの実施形態におけるエッチングストップ層を有するシリコン基板のエッチング工程におけるエッチングガスの圧力の時間変化を示すグラフである。 本発明の1つの実施形態におけるエッチングストップ層を有するシリコン基板のエッチング工程における一単位処理時間を示すグラフである。 本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体の製造方法の一過程を示す断面図である。 本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体の製造方法の一過程を示す断面図である。 本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体の製造方法の一過程を示す断面図である。 本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体の製造方法の一過程を示す断面図である。 本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体のトレンチの側壁形状を示すSEM写真である。 本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体のトレンチにおけるシリコン層とエッチングストップ層と界面付近の側壁形状を示すSEM写真である。 本発明の1つの実施形態におけるシリコン構造体の製造フローチャートである。 従来例としての側壁の異状形状が発生しているシリコン構造体のトレンチの側壁形状を示すSEM写真である。 従来例としての側壁の異状形状が発生しているシリコン構造体のトレンチにおけるシリコン層とエッチングストップ層と界面付近の側壁形状を示すSEM写真である。
 本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。また、特に言及がない限り、以下の各種ガスの流量は、標準状態の流量を示す。
 図1は、本実施形態のシリコン構造体の製造装置100(以下、単に製造装置100ともいう)の装置構成の一例を示す断面図である。また、図2Aは、本実施形態におけるエッチングストップ層であるシリコン酸化膜層を有するシリコン基板W(以下、単にシリコン基板Wともいう)のエッチング工程におけるエッチングガスの圧力の時間変化を示すグラフである。また、図2Bは、前述のエッチング工程における一単位処理時間の時間変化を示すグラフである。また、図3A乃至図3Dは、本実施形態におけるシリコン構造体10の製造方法の一過程を示す断面図である。
 まず、図1に示すシリコン構造体の製造装置100の構成について説明する。エッチング対象となるエッチングストップ層18を有するシリコン基板Wは、チャンバー20の下部側に設けられたステージ21に載置される。チャンバー20には、エッチングガス、有機堆積物形成ガス(以下、保護膜形成ガスともいう)から選ばれる少なくとも一種類のガスが、各ボンベ22a,22bからそれぞれガス流量調整器23a,23bを通して供給される。これらのガスは、第1高周波電源25により高周波電力を印加されたコイル24によりプラズマ化される。その後、第2高周波電源26を用いてステージ21に高周波電力が印加されることにより、これらの生成されたプラズマはシリコン基板Wに引き込まれる。ここで、本実施形態では、ステージ21に対してパルス状、換言すれば、印加のオン状態とオフ状態が所定間隔で繰り返し現れる状況で電力が印加される。その後、このチャンバー20内を減圧し、かつプロセス後に生成されるガスを排気するため、チャンバー20には真空ポンプ27が排気流量調整器28を介して接続されている。尚、このチャンバー20からの排気流量は排気流量調整器28により変更される。上述のガス流量調整器23a,23b、第1高周波電源25、パルス状の印加が可能な第2高周波電源26、及び排気流量調整器28は、制御部29により制御される。
 次に、本実施形態のシリコン構造体10の製造工程について説明する。なお、本実施形態のシリコン構造体10は、約100μm及び約10μmの幅であって、それらの深さが約100μmのトレンチがエッチングストップ層までエッチングされた構造を備えている。
 まず、シリコンの異方性ドライエッチングについて、本実施形態は、保護膜形成ガスが導入される保護膜形成工程とエッチングガスが導入されるエッチング工程とを順次繰り返す方法を採用する。尚、本実施形態の保護膜形成ガスはCであり、エッチングガスはSFである。
 本実施形態では、エッチング速度が異なる3つのエッチング条件が採用される。まず、高速エッチング条件では、保護膜形成工程において、一単位処理時間である2秒間に、保護膜形成ガスが200mL/min.で供給され、チャンバー20内の圧力は5Paに制御される。コイル24には、13.56MHzの高周波電力が1800W印加されるが、ステージ21には電力が印加されない。一方、つづくエッチング工程では、エッチングガスが400mL/min.で供給される。また、図2Aの(a)の時間帯に示すように、エッチング開始から20分間は、チャンバー20内の圧力は8Paに制御される。また、図2Bの(a)の時間帯に示すように、エッチング開始から20分間は、一単位処理時間は8秒に固定される。このとき、コイル24には、13.56MHzの高周波電力が2200W印加される。また、ステージ21には、380kHzの高周波電力が45W印加される。また、本実施形態の高速エッチング条件によるエッチング速度は、トレンチ幅が約100μmの場所(最もエッチング速度の早い場所)で約10μm/min.(マイクロメートル/分)トレンチ幅が約10μmの場所で約6μm/min.である。
 図3Aは、高速エッチング条件によってエッチングされているシリコン構造体10の断面図である。本実施形態では、エッチングマスクの開口幅が異なる2つの場所が設けられている。そのため、上述のマイクロローティング現象により、開口幅の広い場所のトレンチの深さ(D)が他方の深さ(D)に比べて深くなっている。ここで、高速エッチング条件によって形成されたトレンチのうち、最もエッチング速度が速い場所が、エッチング対象となるシリコン層の厚み(D)に対して85%以下の深さまでエッチングされる。
 次に、エッチングプロセスが開始してから20分後、遷移エッチング条件が開始する。遷移エッチング条件では、保護膜形成工程において、一単位処理時間である
2秒間に、保護膜形成ガスが200mL/min.で供給され、チャンバー20内の圧力は5Paに制御される。コイル24には、13.56MHzの高周波電力が1800W印加されるが、ステージ21には電力が印加されない。一方、エッチング工程では、図2Aの(b)の時間帯に示すように、高速エッチング条件終了から5分間は、チャンバー20内の圧力が徐々に減少するように制御部29の指令を受けた排気流量調整器28により制御され、最終的に3Paに到達する。また、図2Bの(b)の時間帯に示すように、高速エッチング条件終了から5分間は、一単位処理時間が8秒から4秒に徐々に減少するように制御部29によって制御される。また、エッチングガスが400mL/min.で供給される。このとき、コイル24には、13.56MHzの高周波電力が2200W印加される。また、ステージ21には、380kHzの高周波電力が45W印加される。また、本実施形態の遷移エッチング条件によるエッチング速度は、トレンチ幅が約100μmの場所では約10μm/min.から約5.5μm/min.へ徐々に減速され、トレンチ幅が約10μmの場所では約6μm/min.から約3μm/min.へ徐々に減速される。なお、遷移エッチング時間は低速エッチング条件の一単位処理時間の5サイクル以上が好ましい。この時間以下であるとエッチング側壁が異常となる。
 図3Bは、高速及び遷移エッチング条件によってエッチングされているシリコン構造体10の断面図である。高速エッチング条件によるトレンチの領域(a)に続いて、遷移エッチング条件によるトレンチの領域(b)が形成される。本実施形態では、高速エッチング条件及び遷移エッチング条件によって形成されたトレンチのうち、最もエッチング速度が速い場所が、エッチング対象となるシリコン層の厚み(D)に対して95%以下の深さまでエッチングされる。
 エッチングプロセスが開始してから25分後、低速エッチング条件が開始する。低速エッチング条件では、保護膜形成工程において、一単位処理時間である2秒間に、保護膜形成ガスが200mL/min.で供給され、チャンバー20内の圧力は、5Paに制御される。コイル24には、13.56MHzの高周波電力が1800W印加されるが、ステージ21には電力が印加されない。一方、エッチング工程では、エッチングガスが400mL/min.で供給される。また、図2Aの(c)の時間帯に示すように、遷移エッチング条件終了から15分間は、チャンバー20内の圧力は3Paに制御される。また、図2Bの(c)の時間帯に示すように、遷移エッチング条件終了から15分間は、一単位処理時間は4秒に固定される。このとき、コイル24には、13.56MHzの高周波電力が2200W印加される。また、ステージ21には、380kHzの高周波電力が45W印加される。また、本実施形態の低速エッチング条件によるエッチング速度は、トレンチ幅が約100μmの場所で約5.5μm/min.である。また、トレンチ幅が約10μmの場所は、トレンチ幅が約100μmの場所がエッチングストップ層18に達するまでは約3μm/min.であり、その後は約5μm/min.である。
 図3C及び図3Dは、高速乃至低速エッチング条件によってエッチングされているシリコン構造体10の断面図である。遷移エッチング条件によるトレンチの領域(b)に続いて、低速エッチング条件によるトレンチの領域(c)が形成される。ここで、低速エッチング条件は、最もエッチング速度が遅い場所のトレンチの底部がエッチングストップ層18に到達するまでエッチングされる。本実施形態では、最もエッチング速度が遅い場所のトレンチの底部がエッチングストップ層18に到達した後、約3分間のオーバーエッチングが行われたが、ノッチは発生しなかった(図3D)。なお、本実施形態のように、低速エッチング条件において、略一定のエッチングガス圧力が維持されると、エッチング中のプラズマ状態が安定化されるため、公知のエッチング終点検出装置によってエッチング時間の管理が非常に容易となるため好ましい。
 図4A及び図4Bは、本実施形態のドライエッチングによって形成されたシリコン構造体10の一部の断面SEM写真である。具体的には、図4Aは、シリコン構造体10のトレンチの側壁形状を示すSEM写真であり、図4Bは、シリコン構造体10のトレンチにおけるシリコン層とエッチングストップ層と界面付近の側壁形状を示すSEM写真である。これらの写真が示すとおり、本実施形態のエッチング処理により、非常に良好な側壁形状と、ノッチが無いシリコンとエッチングストップ層との界面付近の形状が得られることが確認された。
 ところで、上述の製造装置100に備えられている制御部29は、コンピュータ60に接続されている。コンピュータ60は、上述の各プロセスを実行するためのシリコン構造体10の製造プログラムにより、上述の各プロセスを監視し、又は統合的に制御する。以下に、具体的な製造フローチャートを示しながら、シリコン構造体10の製造プログラムを説明する。尚、本実施形態では、上述の製造プログラムがコンピュータ60内のハードディスクドライブ、又はコンピュータ60に設けられた光ディスクドライブ等に挿入される光ディスク等の公知の記録媒体に保存されているが、この製造プログラムの保存先はこれに限定されない。例えば、この製造プログラムの一部又は全部は、本実施形態における各プロセスチャンバーに備えられている制御部29内に保存されていてもよい。また、この製造プログラムは、ローカルエリアネットワークやインターネット回線等の公知の技術を介して上述の各プロセスを監視し、又は制御することもできる。
 図5は、本実施形態のシリコン構造体10の製造フローチャートである。
 図5に示すとおり、本実施形態のシリコン構造体10の製造プログラムが実行されると、まず、ステップS101において、シリコン基板Wがチャンバー20内に搬送された後、チャンバー20内のガスが排気される。その後、ステップS102~ステップS105において、チャンバー20内でシリコン基板Wが既述の条件により異方性ドライエッチングされる。
 具体的には、まず、ステップS102において、本実施形態のエッチングが開始される。エッチング開始から所定時間(例えば、本実施形態ではエッチング開始から20分)が経過するまでは、本実施形態のプログラムは、ステップS103に示すように、エッチング工程におけるエッチングガスの圧力とその工程中の一単位処理時間が維持されるように制御する。この段階は、上述の高速エッチング条件による処理に該当する。
 その後、本実施形態のプログラムは、ステップS104に示すように、エッチング工程におけるエッチングガスの圧力とその工程中の一単位処理時間が徐々に減少するように制御する。この段階が、上述の遷移エッチング条件による処理に該当する。
 さらにその後、本実施形態のプログラムは、ステップS105に示すように、エッチング工程におけるエッチングガスの圧力とその工程中の一単位処理時間が維持されるように制御する。この段階は、上述の低速エッチング条件による処理に該当する。その後、本実施形態のプログラムにより、異方性エッチング処理が停止され(S106)、本実施形態のプログラムが終了する。なお、図5では、特にエッチング工程における2つのパラメータの推移について言及されているが、その他の条件、例えば、保護膜形成工程の各条件等についてもこの製造プログラムにおいて統合的に制御される。上述のとおり、シリコン構造体10の製造プログラムが実行される結果、高い垂直性とともに良好な側壁形状が達成される。
 ところで、上述の実施形態では、エッチング速度を落とす手段、換言すれば、エッチング能力を弱める手段として、エッチング工程におけるエッチングガスの圧力及び一単位処理時間を変化させたが、これに限定されない。例えば、パルス状の電力印加の際に、オン状態とオフ状態の比率を変化させることによっても、エッチング速度を落とすことができるため、実質的に本発明の効果を奏することができる。
 また、上述の実施形態では、シリコンをエッチングする手段として、エッチングガスと保護膜形成ガスが交互にプラズマ化される技術を用いられているが、エッチング手段はこれに限定されない。例えば、特開2004-296474に記載されているようなエッチングガスと保護膜形成ガスの混合ガスをプラズマ化する方法もシリコンの異方性ドライエッチングとして活用できる。この方法は、上記各々のガスを単に交互にプラズマ化させてエッチングする方法に比べてエッチングレートが遅くなるが、側壁面の凹凸がより小さくなって滑らかになる点では有効である。また、上述の保護膜形成ガスであるCの代わりにCやCが用いられても良く、上述のエッチングガスであるSFの代わりにNFやFが用いられても良い。また、上記のエッチングガス及び保護膜形成ガスは、それぞれが単一ガスである必要はない。例えば、エッチングガスはSF等の他に酸素ガスやアルゴンガスを含んでいても良く、保護膜形成ガスは、C等の他に酸素ガスを含んでいても良い。
 ところで、上述の実施形態では、エッチングされる対象がトレンチであったが、これに限定されない。その対象がホールであっても、本発明と実質的に同様の効果が奏される。
 さらに、上述の実施形態では、開口幅が2種類(100μmと10μm)であったが、これに限定されない。仮に、開口幅が3種類以上であっても本発明を適用することができる。例えば、互いに異なる3種類の開口幅を持つトレンチ群がエッチング対象であった場合、エッチングストップ層に到達するまでに要する時間、換言すれば、エッチング速度がそれぞれ異なるため、遷移エッチング条件を複数回採用することにより、本発明の効果と同様の効果が奏される。より具体的には、高速エッチング条件を用いたエッチングする工程の後に、比較的エッチング速度の速い遷移エッチング条件(以下、「第1遷移エッチング条件」という。)を用いてエッチングする工程を行う。その後、第1遷移エッチング条件のうち最もエッチング速度の遅い条件のエッチング速度を持つエッチング条件(本段落では、便宜上、「中速エッチング条件」という。)を用いてエッチングする工程を行う。さらに、徐々にエッチング速度を低下させる遷移エッチング条件(以下、「第2遷移エッチング条件」という。)を用いてエッチングする工程を経て、第2遷移エッチング条件のうち最もエッチング速度の遅い条件のエッチング速度を持つ「低速エッチング条件」を用いてエッチングする工程を行う。その結果、互いに異なる3種類の開口幅のトレンチ群に対しても本発明の効果と同様の効果が奏される。なお、複数の遷移エッチング条件を採用することは、複数種の開口幅を持つトレンチ群と、一般的にトレンチと比較してエッチング速度が低い複数種の開口幅を持つホール群とが混在する場合にも適用できる。
 また、上述の実施形態では、SOI基板が採用されているが、シリコン酸化膜以外のエッチングストップ層を有するシリコン基板に対しても本発明は適用できる。
 さらに、プラズマ生成手段としてこれまでの実施形態ではICP(Inductively Coupled Plasma)を用いたが、本発明はこれに限定されない。他の高密度プラズマ、例えば、CCP(Capacitive-Coupled Plasma)やECR(Electron-Cyclotron Resonance Plasma)を用いても本発明の効果を得ることができる。以上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

Claims (5)

  1.  エッチングガスと有機堆積物形成ガスが交互に導入されて形成されるプラズマを用いてエッチングストップ層を有する基板におけるシリコン領域をエッチングする過程で、
     高速エッチング条件を用いてエッチングする工程により、前記シリコン領域のうち最もエッチング速度の速い場所が前記エッチングストップ層までエッチングされる前に、前記高速エッチング条件のエッチング速度から時間の経過とともにエッチング速度が低下する遷移エッチング条件を用いたエッチング工程を経て、前記遷移エッチング条件のうち最もエッチング速度の遅い条件のエッチング速度を持つ低速エッチング条件を用いて前記シリコン領域をエッチングする工程を備える
     シリコン構造体の製造方法。
  2.  前記遷移エッチング条件が、略直線状にエッチング速度が低下する
     請求項1に記載のシリコン構造体の製造方法。
  3.  エッチングガスと有機堆積物形成ガスが交互に導入されて形成されるプラズマを用いてエッチングストップ層を有する基板におけるシリコン領域をエッチングする過程で、
     高速エッチング条件を用いてエッチングするステップにより、前記シリコン領域のうち最もエッチング速度の速い場所が前記エッチングストップ層までエッチングされる前に、前記高速エッチング条件のエッチング速度から時間の経過とともにエッチング速度が低下する遷移エッチング条件を用いたエッチングステップを経て、前記遷移エッチング条件のうち最もエッチング速度の遅い条件のエッチング速度を持つ低速エッチング条件を用いて前記シリコン領域をエッチングするステップを備える
     シリコン構造体の製造プログラム。
  4.  請求項3に記載の製造プログラムを記録した記録媒体。
  5.  請求項3又は請求項4に記載の製造プログラムにより制御される制御部を備えた
     シリコン構造体の製造装置。
PCT/JP2009/057171 2008-06-18 2009-04-08 シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム WO2009154034A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/997,942 US8546265B2 (en) 2008-06-18 2009-04-08 Method, apparatus and program for manufacturing silicon structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-158869 2008-06-18
JP2008158869A JP5308080B2 (ja) 2008-06-18 2008-06-18 シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009154034A1 true WO2009154034A1 (ja) 2009-12-23

Family

ID=41433951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/057171 WO2009154034A1 (ja) 2008-06-18 2009-04-08 シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8546265B2 (ja)
JP (1) JP5308080B2 (ja)
TW (1) TWI520209B (ja)
WO (1) WO2009154034A1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5223878B2 (ja) * 2010-03-30 2013-06-26 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
JP2012129429A (ja) * 2010-12-17 2012-07-05 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理方法
CN103663357B (zh) * 2012-09-18 2017-07-07 无锡华润上华半导体有限公司 硅的刻蚀方法
CN102938379B (zh) * 2012-11-21 2015-06-17 深圳市华星光电技术有限公司 开关管的制作方法及开关管的蚀刻设备
JP5886214B2 (ja) * 2013-01-17 2016-03-16 Sppテクノロジーズ株式会社 プラズマエッチング方法
JP5889232B2 (ja) * 2013-03-06 2016-03-22 富士フイルム株式会社 凹凸構造体の製造方法
JP6207947B2 (ja) * 2013-09-24 2017-10-04 東京エレクトロン株式会社 被処理体をプラズマ処理する方法
JP6438511B2 (ja) * 2017-03-09 2018-12-12 Sppテクノロジーズ株式会社 エッチング保護膜形成用デポガス、プラズマエッチング方法、及びプラズマエッチング装置
US10529578B2 (en) * 2017-11-12 2020-01-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor structure
US20210118734A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-22 Semiconductor Components Industries, Llc Plasma-singulated, contaminant-reduced semiconductor die
CN116034455A (zh) * 2021-04-08 2023-04-28 东京毅力科创株式会社 蚀刻方法和等离子体处理系统
WO2024043082A1 (ja) * 2022-08-22 2024-02-29 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及びプラズマ処理システム

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002158214A (ja) * 2000-11-21 2002-05-31 Sumitomo Precision Prod Co Ltd シリコンの異方性エッチング方法及び装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE251341T1 (de) * 1996-08-01 2003-10-15 Surface Technology Systems Plc Verfahren zur ätzung von substraten
DE69942034D1 (de) 1998-11-04 2010-04-01 Surface Technology Systems Plc Verfahren zur ätzung eines substrats
US6391788B1 (en) * 2000-02-25 2002-05-21 Applied Materials, Inc. Two etchant etch method
US6593244B1 (en) * 2000-09-11 2003-07-15 Applied Materials Inc. Process for etching conductors at high etch rates
JP2002176182A (ja) * 2000-12-06 2002-06-21 Denso Corp 容量式力学量センサの製造方法
US6759340B2 (en) * 2002-05-09 2004-07-06 Padmapani C. Nallan Method of etching a trench in a silicon-on-insulator (SOI) structure
US6924235B2 (en) * 2002-08-16 2005-08-02 Unaxis Usa Inc. Sidewall smoothing in high aspect ratio/deep etching using a discrete gas switching method
US6939811B2 (en) * 2002-09-25 2005-09-06 Lam Research Corporation Apparatus and method for controlling etch depth
US20060006139A1 (en) * 2003-05-09 2006-01-12 David Johnson Selection of wavelengths for end point in a time division multiplexed process
US20080078948A1 (en) * 2006-10-03 2008-04-03 Tokyo Electron Limited Processing termination detection method and apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002158214A (ja) * 2000-11-21 2002-05-31 Sumitomo Precision Prod Co Ltd シリコンの異方性エッチング方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5308080B2 (ja) 2013-10-09
TW201003775A (en) 2010-01-16
JP2010003725A (ja) 2010-01-07
US20110097903A1 (en) 2011-04-28
US8546265B2 (en) 2013-10-01
TWI520209B (zh) 2016-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5308080B2 (ja) シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム
KR20090091307A (ko) 높은 아스펙트비의 개구를 갖는 실리콘 구조체, 이의 제조방법, 이의 제조 장치, 및 이의 제조 프로그램, 및 이의 실리콘 구조체용 에칭 마스크의 제조방법
JP4065213B2 (ja) シリコン基板のエッチング方法及びエッチング装置
TWI471930B (zh) A Deep Hole Silicon Etching Method
JP2010021442A (ja) プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
KR20150115683A (ko) 에칭 방법
JP2009302181A (ja) プラズマエッチング処理方法およびプラズマエッチング処理装置
JP5172417B2 (ja) シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム
JP5074009B2 (ja) 高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法及びその装置並びにその製造プログラム
JP5177997B2 (ja) 高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体、その製造方法、その製造装置、及びその製造プログラム
CN110783187A (zh) 等离子体处理方法和等离子体处理装置
JP2009182059A (ja) ドライエッチング方法
JP6579786B2 (ja) プラズマエッチング方法
JP4769737B2 (ja) エッチング方法及びエッチング装置
WO2011001778A1 (ja) シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム
KR20110102243A (ko) 표면 평탄화 방법
JP6584339B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JP5443937B2 (ja) シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム
JP5416540B2 (ja) シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム
JP2008041744A (ja) ドライエッチング方法等
JPWO2011001779A1 (ja) シリコン構造体の製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラム
EP2579299B1 (en) Plasma etching method
JP2008141124A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2012227334A (ja) プラズマ処理方法
US20220344167A1 (en) Etching method

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09766482

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12997942

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09766482

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1