JP2000012529A - Surface machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は表面加工装置に係
り、特にプラズマを用いて半導体素子基板等の試料をエ
ッチング処理するのに好適な表面加工装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface processing apparatus, and more particularly to a surface processing apparatus suitable for etching a sample such as a semiconductor element substrate using plasma.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、プラズマを利用した装置が半導体
素子基板等の試料のエッチングに広く用いられている。
例えば、ECR(電子サイクロトロン共鳴)方式と呼ばれる
プラズマ装置が知られている。この方式では、外部より
磁場を印加した真空容器中でマイクロ波によりプラズマ
を発生させる。磁場によりプラズマ中の電子にはローレ
ンツ力が働くために、電子は磁力線の回りを回転運動す
る(サイクロトロン運動)。この回転の周波数とマイク
ロ波の周波数を同じにすると、共鳴するために、効率良
くプラズマを発生できる。試料に入射するイオンを加速
するために、試料には高周波バイアスが印加される。プ
ラズマとなるガスには塩素やフッ素などのハロゲンガス
が用いられる。2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus utilizing plasma has been widely used for etching a sample such as a semiconductor element substrate.
For example, a plasma device called an ECR (Electron Cyclotron Resonance) system is known. In this method, plasma is generated by microwaves in a vacuum vessel to which a magnetic field is externally applied. Since Lorentz force acts on electrons in the plasma due to the magnetic field, the electrons rotate around the lines of magnetic force (cyclotron motion). When the frequency of the rotation is the same as the frequency of the microwave, plasma can be generated efficiently because of resonance. A high frequency bias is applied to the sample to accelerate ions incident on the sample. A halogen gas such as chlorine or fluorine is used as a gas to be plasma.
【0003】この種の装置の高精度化を図るものとし
て、例えば、特開平6-151360号公報が知られている。本
技術は、試料に印加する高周波バイアスをオンーオフし
て間欠的に制御することにより、エッチングしたい物質
であるSiと下地酸化膜との選択比を高くするというもの
である。[0003] Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-151360 is known to improve the accuracy of this type of apparatus. According to the present technology, the selectivity between Si, which is a substance to be etched, and a base oxide film is increased by intermittently controlling a high-frequency bias applied to a sample by turning it on and off.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体素子の微
細化に伴い、MOS(metal oxide semiconductor)トランジ
スタではゲート酸化膜の厚さが薄くなり、256M以降のメ
モリ素子では6nm以下になる。このようにゲート酸化膜
の薄膜化が進むと素子のエッチング工程では,サブトレ
ンチと呼ばれる加工形状異常が問題になる。半導体素子
のゲート部の加工では、ゲート電極となる物質(一般に
は多結晶シリコン)を電極部のみ残してエッチングし
て、かつ下地のゲート酸化膜を残す必要がある。ゲート
酸化膜が一部でもなくなってしまうとリーク電流が流れ
て素子は動作しなくなる。サブトレンチとはゲート電極
に相当するラインパタンにおいて、ライン側壁直下のエ
ッチング速度が大きくなり,したがってラインの近傍の
み下地の酸化膜がエッチングされて抜けてしまう現象で
ある。With the recent miniaturization of semiconductor devices, the thickness of a gate oxide film is reduced in a metal oxide semiconductor (MOS) transistor, and is reduced to 6 nm or less in a memory device of 256M or later. As the gate oxide film becomes thinner as described above, an abnormal processing shape called a subtrench becomes a problem in the element etching process. In processing a gate portion of a semiconductor element, it is necessary to etch a material (generally, polycrystalline silicon) serving as a gate electrode while leaving only the electrode portion, and to leave an underlying gate oxide film. If even a part of the gate oxide film is lost, a leak current flows and the device does not operate. The sub-trench is a phenomenon that, in a line pattern corresponding to a gate electrode, an etching rate immediately below a line side wall is increased, so that an underlying oxide film is etched away only in the vicinity of a line.
【0005】本発明の目的は、このサブトレンチを低減
することのできる表面加工装置を提供することにある。[0005] An object of the present invention is to provide a surface processing apparatus capable of reducing the number of the sub-trench.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的は、真空容器
と、真空容器内にプラズマを発生させる手段と、真空容
器内に設けられプラズマにより表面加工される試料を配
置する試料台と、試料に高周波バイアスを印加するため
の高周波電源とから成る表面加工装置において、高周波
バイアスを周期的にオンとオフの期間に分けるととも
に、オン期間における試料に入射するプラズマ中のイオ
ンのエネルギーの最大値が1100eV以上となるように高周
波電源の出力を設定することにより、達成される。The object of the present invention is to provide a vacuum vessel, a means for generating plasma in the vacuum vessel, a sample table provided in the vacuum vessel for placing a sample whose surface is to be processed by the plasma, In a surface processing device consisting of a high-frequency power supply for applying a high-frequency bias, the high-frequency bias is periodically divided into on and off periods, and the maximum value of the energy of ions in the plasma incident on the sample during the on period is 1100 eV. This is achieved by setting the output of the high frequency power supply as described above.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】実施例1 以下、本発明の一実施例を図1および図2により説明す
る。図1(a)は本発明を適用するプラズマエッチング装
置の全体構成図である。マイクロ波電源101から導波
管102と導入窓103を介して真空容器104内にマ
イクロ波が導入される。導入窓103の材質は石英、セ
ラミックなど電磁波を透過する物質である。真空容器1
04の回りには電磁石105が設置されており、磁場強
度はマイクロ波の周波数と電子のサイクロトロン周波数
が同じになるように設定されて、たとえば周波数が2.45
GHzならば磁場強度は875Gaussである。この磁場強度で
高密度のプラズマ106が発生する。試料107は試料
台108の上に設置される。試料に入射するイオンを加
速するために、高周波バイアス電源109が試料台10
8に接続されている。高周波バイアス電源の周波数に特
に制限はないが、通常では周波数は200kHzから20
MHzの範囲が実用的である。図1(b)は高周波バイアス
電源109の電圧波形110を示す。試料台108には
高周波バイアス電源109の出力をオンとオフの期間に
分けて繰返し印加する。オン・オフの一周期に占めるオ
ンの割合をデューティー比と呼ぶ。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1A is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied. Microwaves are introduced from a microwave power supply 101 into a vacuum vessel 104 through a waveguide 102 and an introduction window 103. The material of the introduction window 103 is a material that transmits electromagnetic waves, such as quartz or ceramic. Vacuum container 1
An electromagnet 105 is provided around the magnetic field 04, and the magnetic field strength is set so that the microwave frequency and the electron cyclotron frequency are the same.
At GHz, the magnetic field strength is 875 Gauss. The high-density plasma 106 is generated by this magnetic field intensity. The sample 107 is set on a sample stage 108. In order to accelerate ions incident on the sample, the high frequency bias power supply 109
8 is connected. There is no particular limitation on the frequency of the high-frequency bias power supply.
The range of MHz is practical. FIG. 1B shows a voltage waveform 110 of the high frequency bias power supply 109. The output of the high frequency bias power supply 109 is repeatedly applied to the sample stage 108 separately for the ON and OFF periods. The ratio of ON in one cycle of ON / OFF is called a duty ratio.
【0008】次に、この装置でラインとスペースからな
る微細パタンをエッチングした結果を図2に示す。エッ
チングのガスには、Cl2(185sccm)と酸素(15sccm)
の混合ガスを用いた。真空容器14内部の圧力を0.8Pa
とした。マイクロ波電源101の出力を400Wとし
た。高周波バイアス電源109の周波数は800KHzで
ある。エッチングした素子の構造は、シリコン基板20
1上のゲート酸化膜202の厚さが4nm、多結晶シリコ
ン層203の厚さ300nm、タングステンシリサイド(W
Si)204の厚さ80nm、マスク(窒化シリコン製)2
05の厚さが200nmで、スペースの幅は0.35μm
である。図2には、高周波バイアスを連続出力(60
W)にしてエッチングした場合(図2(a))と、本発明に
従いオン・オフ変調(300W、デューティー比を20
%)した場合(図2(b))のエッチング断面形状の比較を
示す。図2では両者のpoly−Siと酸化膜のエッチング速
度がほぼ同じとなるように高周波電力を調整してあり、
連続バイアス60Wではpoly−Siエッチング速度が37
1nm/分、酸化膜エッチング速度が21.4nm/分、選択
比17.3であり、オン・オフ変調した場合ではpoly−S
iエッチング速度が330nm/分、酸化膜エッチング速度
が18.9nm/分、選択比17.4である。図2からわか
るように、連続バイアス(Vpp=366V)ではサブトレンチ
205が発生する。一方、 オン・オフ変調バイアス(Vp
p=1424V)ではサブトレンチは完全に抑えられて、平坦な
底面が得られている。サブトレンチの発生原因は、方向
性の悪いイオンが溝の側壁で反射して溝底面のライン近
傍に入射して、この部分のエッチング速度を局所的に高
くするからと考えられている。従って、Vppを高くする
ことでイオンを高エネルギーに加速して方向性を良くす
れば、側面での反射が少なくなり、サブトレンチは低減
する。しかし、単にVppを大きくすると酸化膜のエッチ
ング速度が大きくなり、選択比が減少する問題がある。
そこで、本発明のように試料に印加する高周波バイアス
をオン・オフ変調すると、選択比を低減せずに、サブト
レンチを抑えることができる。Next, FIG. 2 shows the result of etching a fine pattern consisting of lines and spaces using this apparatus. The etching gas is Cl2 (185 sccm) and oxygen (15 sccm)
Was used. 0.8 Pa inside the vacuum vessel 14
And The output of the microwave power supply 101 was 400 W. The frequency of the high frequency bias power supply 109 is 800 KHz. The structure of the etched element is a silicon substrate 20
1, the thickness of the gate oxide film 202 is 4 nm, the thickness of the polycrystalline silicon layer 203 is 300 nm, and tungsten silicide (W
Si) 204, thickness 80 nm, mask (made of silicon nitride) 2
05 has a thickness of 200 nm and a space width of 0.35 μm
It is. FIG. 2 shows a continuous output of high frequency bias (60
W) (FIG. 2 (a)) and on-off modulation (300W, duty ratio 20
%) (FIG. 2 (b)). In FIG. 2, the high-frequency power is adjusted so that the etching rates of both the poly-Si and the oxide film become substantially the same,
At a continuous bias of 60 W, the poly-Si etching rate is 37
1 nm / min, oxide film etching rate 21.4 nm / min, selectivity 17.3, and poly-S
The i etching rate is 330 nm / min, the oxide film etching rate is 18.9 nm / min, and the selectivity is 17.4. As can be seen from FIG. 2, a sub-trench 205 occurs with a continuous bias (Vpp = 366 V). On the other hand, the on / off modulation bias (Vp
(p = 1424V), the sub-trench is completely suppressed and a flat bottom surface is obtained. It is considered that the subtrench is generated because ions with poor direction are reflected on the side wall of the groove and enter near the line on the bottom surface of the groove to locally increase the etching rate in this portion. Therefore, if the direction is improved by accelerating the ions to high energy by increasing Vpp, the reflection on the side surface is reduced and the subtrench is reduced. However, if Vpp is simply increased, there is a problem that the etching rate of the oxide film increases and the selectivity decreases.
Thus, when the high frequency bias applied to the sample is modulated on / off as in the present invention, the subtrench can be suppressed without reducing the selectivity.
【0009】次に、イオンのエネルギーと高周波バイア
スの関係について述べる。プラズマを介して高周波バイ
アスを試料台に印加すると、アース(一般には導体壁が
アースとなる)と電極間に電流を流そうとする作用のた
めに試料台にはイオンを引き込むように直流電位が発生
する(以後Vdcと呼ぶ)。イオンはこのVdcと時間的に変
化する高周波バイアスを重ね合わせた電界により加速さ
れる。イオンの得る最大エネルギーは、イオンが高周波
バイアスの時間的変化に追随するか否かで変わってく
る。一般に、エッチングに使われるプラズマの密度は1
立方cm当たり10の10乗個以上である。この密度にでは、
高周波の周波数が15M Hz以下では高周波バイアスが負に
ふれている期間すなわち正弦波の1/2周期の間に、イオ
ンはプラズマシースを横切り試料に到達するために、Em
axはほぼ電圧振幅の2分の1(Vpp/2)にVdcを加えた値
に等しくなる。実際には電気回路での電圧降下などがあ
り、図2に示すVppが366Vと1424VではEmaxはそれぞれ300
eVと1100eVになる。エッチングの形状に影響を与える本
質的な物理量はVppではなくイオンエネルギーなので、
サブトレンチのない形状を得るためにはイオンのエネル
ギーの最大値を1100eV以上にすればよいことになる。高
周波の周波数が高くなり、電圧の変化にイオンの動きが
ついて行かなくなると、Emaxは次第にVdcに近づく。周
波数が15M Hz以上から数十M Hzの間は過渡期となるがそ
の場合でもVppを2200V以上にすれば、Emaxは十分1100eV
以上となる。Next, the relationship between ion energy and high frequency bias will be described. When a high-frequency bias is applied to the sample stage via the plasma, a DC potential is applied to the sample stage so that ions are drawn into the sample stage due to the action of trying to cause a current to flow between the ground (generally, the conductor wall is grounded) and the electrodes. (Hereinafter referred to as Vdc). The ions are accelerated by an electric field in which Vdc and a time-varying high-frequency bias are superimposed. The maximum energy obtained by an ion changes depending on whether the ion follows the temporal change of the high frequency bias. Generally, the density of the plasma used for etching is 1
It is 10 10 or more per cubic cm. At this density,
When the high frequency is less than 15 MHz, the ions cross the plasma sheath and reach the sample during the period when the high frequency bias is negative, that is, during a half cycle of the sine wave.
ax is substantially equal to a value obtained by adding Vdc to half of the voltage amplitude (Vpp / 2). Actually, there is a voltage drop in the electric circuit, etc., and when Vpp shown in Fig. 2 is 366V and 1424V, Emax is 300
eV and 1100 eV. Since the essential physical quantity that affects the shape of the etching is not Vpp but ion energy,
In order to obtain a shape without a sub-trench, the maximum value of the ion energy should be set to 1100 eV or more. When the frequency of the high frequency increases and the change in the voltage does not follow the movement of the ions, Emax gradually approaches Vdc. If the frequency is between 15 MHz and several tens of megahertz, the transition period will be a transition period.
That is all.
【0010】また、実験によりデューティー比は50%
以下でオン・オフ制御したことの効果が表れることがわ
かった。According to experiments, the duty ratio is 50%.
It was found that the effect of the on / off control was exhibited below.
【0011】実施例2 図3は本発明を適用する別の装置構造で、この装置では
数百kHzから数十M Hzのいわゆるラジオ波帯(以後rfと
呼ぶ)の周波数で誘導結合によりプラズマを発生させ
る。真空容器301はアルミナや石英などの電磁波を透
過する物質でつくられている。その回りに、プラズマ3
03を発生させるための電磁コイル302が巻いてあ
る。コイルにはrf電源304が接続されている。真空容
器301内には試料台308がありその上に試料307
が置かれ、高周波バイアス電源309が接続されてい
る。真空容器301には上蓋305がついているがこれ
は一体型でもかまわない。Embodiment 2 FIG. 3 shows another device structure to which the present invention is applied. In this device, a plasma is generated by inductive coupling at a frequency in a so-called radio wave band (hereinafter referred to as rf) of several hundred kHz to several tens MHz. generate. The vacuum container 301 is made of a material that transmits electromagnetic waves, such as alumina and quartz. Around that, plasma 3
03 is wound. An rf power supply 304 is connected to the coil. A sample stage 308 is provided in the vacuum container 301, and a sample 307 is placed on the sample stage 308.
And a high frequency bias power supply 309 is connected. The vacuum vessel 301 has an upper lid 305, which may be an integral type.
【0012】この装置でも、高周波バイアス電源309
をオン・オフ変調してかつオン期間のEmaxを1100eV以上
にすることで、選択比の低下なく、サブトレンチを抑え
ることができる。In this apparatus, the high frequency bias power supply 309
Is turned on / off, and Emax during the ON period is set to 1100 eV or more, whereby the subtrench can be suppressed without lowering the selectivity.
【0013】図3に示す装置では、電磁コイル302は
上蓋305の上に設置されていても効果は同じである。In the device shown in FIG. 3, the effect is the same even if the electromagnetic coil 302 is installed on the upper lid 305.
【0014】実施例3 図4は本発明を適用する別の装置構造で、この装置では
rf電力の容量結合によりプラズマを発生させる。真空容
器401内には2枚の電極402,405が平行に配置
してある。電極にはそれぞれrf電源403と高周波バイ
アス電源406が接続してある。試料404は試料台を
かねる電極405の上におかれる。ガスは試料と対向し
た電極402に開いた穴から導入管408を通して容器
内に入れられる。プラズマ407は2枚の電極の間で発
生する。Embodiment 3 FIG. 4 shows another apparatus structure to which the present invention is applied.
Plasma is generated by capacitive coupling of rf power. In a vacuum vessel 401, two electrodes 402 and 405 are arranged in parallel. An rf power supply 403 and a high-frequency bias power supply 406 are connected to the electrodes, respectively. The sample 404 is placed on an electrode 405 which also serves as a sample stage. The gas is introduced into the container through the introduction tube 408 from a hole opened in the electrode 402 facing the sample. Plasma 407 is generated between the two electrodes.
【0015】この装置でも、高周波バイアス電源406
をオン・オフ変調してかつオン期間のEmaxを1100eV以上
にすることで、選択比の低下なくサブトレンチを抑える
ことができる。In this apparatus, the high-frequency bias power supply 406
Is turned on / off, and Emax during the ON period is set to 1100 eV or more, whereby the subtrench can be suppressed without lowering the selectivity.
【0016】実施例4 本発明の効果をさらに拡大する手段として、エッチング
工程を複数のステップに分ける方法がある。なお、この
場合、本方法は図1に示す装置により行われた。図5は
被加工物質をステップに分けて加工した場合の断面形状
の時間変化を示している。試料の構造はシリコン基板5
01上に4nmの酸化膜502、200nmの多結晶シリコン5
03、200nmの窒化シリコン膜504が堆積しており、
窒化シリコン膜には微細なパタンが加工されている。ラ
インとスペース間隔は350nmである。また通常、多結晶
シリコン503の表面には自然酸化膜505がついてい
る。ここではこの構造の試料をエッチングするのに3つ
のステップに分けて加工する。図5(a)は初期状態であ
る。ステップ1では、まず自然酸化膜505を除去す
る。エッチングのガスはCl2(200sccm)で圧力を0.8Pa
とした。マイクロ波電源101の出力を400Wとし
た。高周波バイアス電源109の周波数は800kHzで
ある。このステップでは薄い自然酸化膜の除去が目的な
ので時間は5秒で、高周波バイアス電源109の出力は
連続で60Wにしている。ステップ1終了後の試料断面を
図5(b)に示す。ステップ2は加工の主要部分を占める
多結晶シリコン503のエッチングで、以後メインエッ
チと呼ぶ。このステップの形状制御が最重要であるの
で、本発明を適用して高周波バイアス電源109をオン
・オフ制御し、実施例1と同じく電力を300W、デューテ
ィー比を20%にした。Vppは1424Vとなる。また、エッチ
ングのガスは塩素185 sccmと酸素15 sccmの混合ガス
で、圧力を0.8Paとした。その他の条件はステップ1と
同じとした。エッチング時間は35秒とした。ステップ
2終了後の断面形状を図5(c)にしめす。サブトレンチ
がない、平坦な底面と垂直な側面が得られる。ステップ
2の時間は多結晶シリコン503がわずかに残るように
設定してある。最後のステップ3では下地の薄い酸化膜
502が露出するために、多結晶シリコンのエッチング
速度を低下させても選択比が高い条件に切り替える。具
体的には、高周波バイアス電源109の電力を連続とし
て30Wにした。他の条件はステップ2と同じである。こ
の条件では多結晶シリコンのエッチング速度は100nm/mi
n、選択比は50となる。メインエッチ終了後の比較的
選択比の高いエッチングをオーバエッチと呼ぶ。エッチ
ング時間は30秒とした。ステップ3終了後の断面を図
5(d)に示す。選択比のより高いオーバエッチと組合わ
せることで下地の酸化膜を十分残してかつ多結晶シリコ
ン503のエッチ残りなく加工することができる。Embodiment 4 As a means for further expanding the effects of the present invention, there is a method of dividing an etching process into a plurality of steps. In this case, the method was performed by the apparatus shown in FIG. FIG. 5 shows a temporal change in the cross-sectional shape when the material to be processed is processed in steps. The structure of the sample is a silicon substrate 5
01, 4 nm oxide film 502, 200 nm polycrystalline silicon 5
03, a 200 nm silicon nitride film 504 is deposited,
A fine pattern is processed on the silicon nitride film. The line and space spacing is 350 nm. Normally, a natural oxide film 505 is provided on the surface of the polycrystalline silicon 503. Here, the sample having this structure is processed in three steps for etching. FIG. 5A shows an initial state. In Step 1, first, the natural oxide film 505 is removed. The etching gas is Cl2 (200sccm) and the pressure is 0.8Pa
And The output of the microwave power supply 101 was 400 W. The frequency of the high frequency bias power supply 109 is 800 kHz. Since the purpose of this step is to remove a thin natural oxide film, the time is 5 seconds, and the output of the high frequency bias power supply 109 is continuously 60 W. FIG. 5B shows a cross section of the sample after the end of Step 1. Step 2 is etching of the polycrystalline silicon 503 occupying a major part of the processing, and is hereinafter referred to as main etching. Since the shape control in this step is the most important, the high frequency bias power supply 109 is turned on / off by applying the present invention, and the power is set to 300 W and the duty ratio is set to 20% as in the first embodiment. Vpp becomes 1424V. The etching gas was a mixed gas of 185 sccm of chlorine and 15 sccm of oxygen at a pressure of 0.8 Pa. Other conditions were the same as in step 1. The etching time was 35 seconds. FIG. 5C shows the cross-sectional shape after Step 2 is completed. A flat bottom surface and vertical side surfaces without sub-trench are obtained. The time of step 2 is set so that the polycrystalline silicon 503 slightly remains. In the last step 3, since the underlying thin oxide film 502 is exposed, the condition is changed to a condition where the selectivity is high even if the etching rate of polycrystalline silicon is reduced. Specifically, the power of the high frequency bias power supply 109 was set to 30 W continuously. Other conditions are the same as in step 2. Under these conditions, the etching rate of polycrystalline silicon is 100 nm / mi
n, the selection ratio is 50. Etching having a relatively high selectivity after completion of the main etch is called overetch. The etching time was 30 seconds. FIG. 5D shows a cross section after Step 3 is completed. By combining with an overetch having a higher selectivity, it is possible to process the polycrystalline silicon 503 without leaving the underlying oxide film sufficiently.
【0017】以上のように、被エッチング物質の主要部
分の加工に本発明を適用することで、非常に薄い下地に
損傷を与えることなく、微細パタンの加工が可能とな
る。As described above, by applying the present invention to the processing of the main portion of the substance to be etched, a fine pattern can be processed without damaging a very thin underlayer.
【0018】なお、被エッチング物質がさらにさまざま
な物質の多層構造でも、ステップの数を増してかつメイ
ンエッチに部分に本発明を適用することで、形状異常の
ない加工ができる。Even if the material to be etched is a multi-layered structure of various materials, it is possible to perform processing without shape abnormality by increasing the number of steps and applying the present invention to the main etch.
【0019】実施例5 ここではステップの切り替え方法の別実施例を述べる。
メインエッチングからオーバエッチへの切り替えは被エ
ッチング物質の発光波形の強度変化で決めることもでき
る。図6は図5に示す試料をエッチングしているときの
シリコン原子の発光強度の時間変化を示している。発光
強度は多結晶シリコンのエッチングが終了し始めるとプ
ラズマ中のシリコン原子の密度が下がるために発光強度
601も低下する。一般に、エッチング速度がウエハ内
である程度のばらつきを持つために発光波形はウエハ面
内の多結晶シリコンのエッチングが徐々に終了するにと
もない発光強度も徐々に低下する。切り替える方法は主
に3通りある。(1)は発光波形の強度が低下し始めた
らすぐに切り替える方法で、図6内の点Aで切り替え
る。(2)は発光強度を2回微分してその曲線が0とな
る点、すなわち変曲点で切り替える方法である。図6で
は発光強度601の2次微分曲線602も示し,図中点
Bで切り替える。(3)は発光波形の低下が完了したC点
で切り替える。AからBのどの時点で切り替えるかは被
エッチング物質により選ぶ必要があるが、下地物質が非
常に薄い場合は(1)の方法かあるいは実施例4で述べ
たエッチ終了少し前の時間を予め測定しておきその少し
手前で時間で切り替える方法がよい。下地物質が厚く抜
けるまでに余裕がある場合は(2)(3)の方法が、エ
ッチ残りが発生しにくいので適している。Embodiment 5 Here, another embodiment of the step switching method will be described.
Switching from the main etching to the overetch can also be determined by a change in the intensity of the emission waveform of the substance to be etched. FIG. 6 shows a temporal change in the emission intensity of silicon atoms when the sample shown in FIG. 5 is being etched. When the etching of the polycrystalline silicon starts to end, the emission intensity 601 also decreases because the density of silicon atoms in the plasma decreases. In general, since the etching rate has some variation in the wafer, the emission waveform of the light emission intensity gradually decreases as the etching of the polycrystalline silicon in the wafer surface is gradually completed. There are mainly three switching methods. (1) is a method of switching as soon as the intensity of the emission waveform starts to decrease, and is switched at a point A in FIG. (2) is a method of differentiating the emission intensity twice and switching at the point where the curve becomes 0, that is, the inflection point. FIG. 6 also shows a second derivative curve 602 of the emission intensity 601,
Switch with B. In (3), switching is performed at the point C where the emission waveform lowering is completed. When to switch from A to B, it is necessary to select the time depending on the material to be etched. If the underlying material is very thin, the method (1) or the time just before the end of the etching described in the fourth embodiment is measured in advance. It is better to switch over a little before that. If there is enough time for the base material to come off thickly, the methods (2) and (3) are suitable because etch residues hardly occur.
【0020】なお、これら実施例において、図7に示す
ように塩素ガスによるエッチング処理ガスに酸素ガスを
添加すると、同じ値のVppに対する酸化膜エッチング
速度が図1(b)に示されたような時間変調(Time Modulat
ion)バイアス法(TMバイアス)にすることで低下す
る。Vppはイオンの加速エネルギーの目安になる。つ
まり、酸素を添加したガスではバイアスにオフ期間を設
けることで同じエネルギーのイオンが入射しても酸化膜
のエッチング速度が低下する。酸素と塩素とシリコンの
反応性生物は選択的に酸化膜上に堆積して、酸化膜のエ
ッチング速度を低下させる。また、TMバイアスにより
選択比が向上する理由は、バイアスオフ期間すなわち高
エネルギーイオンが入射しない期間に反応生成物が酸化
膜上に均一かつ強固に堆積して、バイアスオン期間の酸
化膜のエッチング反応を抑制するからと考えられる。In these examples, when oxygen gas is added to the etching gas with chlorine gas as shown in FIG. 7, the oxide film etching rate with respect to Vpp of the same value is as shown in FIG. 1 (b). Time Modulat
ion) bias method (TM bias). Vpp is a measure of the ion acceleration energy. That is, by providing an off-period for the bias in the gas to which oxygen is added, the etching rate of the oxide film is reduced even if ions of the same energy enter. Reactive products of oxygen, chlorine and silicon are selectively deposited on the oxide film to reduce the etching rate of the oxide film. The reason that the selectivity is improved by the TM bias is that reaction products are uniformly and firmly deposited on the oxide film during the bias off period, that is, during the period when high energy ions are not incident, and the oxide film etching reaction during the bias on period is performed. It is thought that it suppresses.
【0021】以上のように本実施例により、多結晶シリ
コンのエッチング形状異常と対酸化膜選択比の低下を同
時に回避して、トランジスタのゲートの加工ができる。
なお,本実施例では主にゲートの加工を述べたが、他の
部分あるいは他の材料でも同様に形状異常を抑制でき
る.As described above, according to this embodiment, it is possible to process the gate of the transistor while simultaneously avoiding the abnormal etching shape of the polycrystalline silicon and the decrease in the selectivity to the oxide film.
Although the processing of the gate is mainly described in the present embodiment, the shape abnormality can be similarly suppressed in other portions or other materials.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明によれば、サブトレンチを低減す
ることができ、多結晶シリコンのエッチング形状異常と
対酸化膜選択比の低下を同時に回避して、トランジスタ
のゲートの加工ができるという効果がある。According to the present invention, it is possible to reduce the number of sub-trenches, and to simultaneously process abnormalities in the etching shape of polycrystalline silicon and a decrease in the selectivity with respect to an oxide film, thereby processing the gate of a transistor. There is.
【図1】本発明の表面加工装置の一実施例を示す装置構
成の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an apparatus configuration showing one embodiment of a surface processing apparatus of the present invention.
【図2】半導体試料の表面加工状態を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a surface processing state of a semiconductor sample.
【図3】本発明の表面加工装置の他の実施例を示す装置
構成の縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an apparatus configuration showing another embodiment of the surface processing apparatus of the present invention.
【図4】本発明の表面加工装置のさらに他の実施例を示
す装置構成の縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an apparatus configuration showing still another embodiment of the surface processing apparatus of the present invention.
【図5】図1の装置における半導体試料の表面加工状態
を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a surface processing state of a semiconductor sample in the apparatus of FIG.
【図6】図5のエッチング処理時の発光波形を示す図で
ある。6 is a diagram showing a light emission waveform at the time of the etching process in FIG.
【図7】図1の装置におけるエッチング処理の酸素添加
と酸化膜エッチングとの関係を示す図である。FIG. 7 is a view showing a relationship between oxygen addition and etching of an oxide film in an etching process in the apparatus of FIG. 1;
101…マイクロ波電源、102…導波管、103…導入窓、10
4,301,401…真空容器、105…磁石、106,303,407…プラ
ズマ、107,307,404…試料、108,308…試料台、109,309,
406…高周波バイアス電源、110…電圧波形、201,501…
シリコン基板, 202,502…ゲート酸化膜, 203,503…多結
晶シリコン、204…WSi、205,504…マスク、206…サブト
レンチ、302…電磁コイル、304,403…rf電源、305…
上蓋、402,405…電極、408…ガス道入管、505…自然酸
化膜, 601…発光強度,602…2次微分曲線。101 ... microwave power supply, 102 ... waveguide, 103 ... introduction window, 10
4,301,401… Vacuum container, 105… Magnet, 106,303,407… Plasma, 107,307,404… Sample, 108,308… Sample stage, 109,309,
406: High frequency bias power supply, 110: Voltage waveform, 201, 501 ...
Silicon substrate, 202,502 gate oxide film, 203,503 polycrystalline silicon, 204 WSi, 205,504 mask, 206 subtrench, 302 electromagnetic coil, 304,403 rf power supply, 305
Upper lid, 402, 405: electrode, 408: gas passage inlet, 505: natural oxide film, 601: emission intensity, 602: second derivative curve.
Claims (8)
発生させる手段と、前記真空容器内に設けられ前記プラ
ズマにより表面加工される試料を配置する試料台と、前
記試料に高周波バイアスを印加するための高周波電源と
から成る表面加工装置において、前記高周波バイアスを
周期的にオンとオフの期間に分けるとともに、オン期間
における前記試料に入射するプラズマ中のイオンのエネ
ルギーの最大値が1100eV以上となるように前記高周波電
源の出力を設定したことを特徴とする表面加工装置。1. A vacuum vessel, means for generating plasma in the vacuum vessel, a sample table provided in the vacuum vessel for placing a sample whose surface is to be processed by the plasma, and applying a high-frequency bias to the sample A high-frequency power supply for performing a high-frequency power supply, the high-frequency bias is periodically divided into an on and off period, and the maximum value of the energy of ions in plasma incident on the sample during the on period is 1100 eV or more. A surface processing apparatus wherein the output of the high-frequency power supply is set to be as follows.
記高周波電源の周波数が15M Hz以下の場合は高周波バイ
アスの電圧振幅を1400V以上とし、15M Hzより大きい場
合は2200V以上とし、前記イオンエネルギーの最大値を1
100eV以上にしたことを特徴とする表面加工装置。2. The surface processing apparatus according to claim 1, wherein the voltage amplitude of the high-frequency bias is set to 1400 V or more when the frequency of the high-frequency power supply is 15 MHz or less, and 2200 V or more when the frequency is higher than 15 MHz. Maximum value of 1
A surface processing device characterized by 100 eV or more.
いて、前記高周波バイアスのオンの期間がオンとオフの
1周期に占める割合を50%以下としたことを特徴とす
る表面加工装置。3. The surface processing apparatus according to claim 1, wherein an on-period of the high-frequency bias accounts for 50% or less of one on-off period.
いて、前記高周波バイアスのオンオフの繰返し周波数は
100Hzから10kHzであることを特徴とする表面加工装置。4. The surface processing apparatus according to claim 1, wherein a repetition frequency of on / off of said high frequency bias is:
Surface processing equipment characterized by 100Hz to 10kHz.
いて、表面加工開始から終了までを複数のステップに分
けて、かつそれらのステップを加工を終了させる下地物
質との加工速度比が比較的小さい前半と、比較的大きい
後半の2つに分け、少なくとも前半のステップの一つ
で、前記高周波バイアスをオンとオフの期間に分けるこ
とを特徴とする表面加工装置。5. The surface processing apparatus according to claim 1, wherein the process from the start to the end of the surface processing is divided into a plurality of steps, and the processing speed ratio of the base material for finishing the steps is relatively small. A surface processing apparatus, wherein the high-frequency bias is divided into an on period and an off period in at least one of the first half steps.
記前半のステップ郡と後半のステップ郡を、時間で決め
て切り替えることを特徴とする表面加工装置。6. The surface processing apparatus according to claim 5, wherein said first step group and said second step group are determined and switched according to time.
記前半のステップ郡と後半のステップ郡を、被エッチン
グ物質がプラズマ中で放出する光の強度を検出して切り
替えることを特徴とする表面加工装置。7. A surface processing apparatus according to claim 5, wherein the first group of steps and the second group of steps are switched by detecting the intensity of light emitted by the substance to be etched in plasma. Processing equipment.
記前半のステップ郡と後半のステップ郡を、被エッチン
グ物質がプラズマ中で放出する光の強度を検出して、そ
の強度が低下し始めた時点で切り替えることを特徴とす
る表面加工装置。8. The surface processing apparatus according to claim 7, wherein the intensity of light emitted from the substance to be etched in the plasma is detected in the first and second step groups and the intensity starts decreasing. A surface processing device characterized by switching at the point of time.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10179982A JP2000012529A (en) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Surface machining apparatus |
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JP10179982A JP2000012529A (en) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Surface machining apparatus |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2012129429A (en) * | 2010-12-17 | 2012-07-05 | Hitachi High-Technologies Corp | Plasma processing method |
JP2016111140A (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma etching method |
-
1998
- 1998-06-26 JP JP10179982A patent/JP2000012529A/en active Pending
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