JPH11297679A - Method and equipment for surface processing of sample - Google Patents

Method and equipment for surface processing of sample

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Publication number
JPH11297679A
JPH11297679A JP11036226A JP3622699A JPH11297679A JP H11297679 A JPH11297679 A JP H11297679A JP 11036226 A JP11036226 A JP 11036226A JP 3622699 A JP3622699 A JP 3622699A JP H11297679 A JPH11297679 A JP H11297679A
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JP
Japan
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sample
frequency
plasma
bias
processing
Prior art date
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Pending
Application number
JP11036226A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Ono
哲郎 小野
Tatsumi Mizutani
巽 水谷
Ryoji Hamazaki
良二 浜崎
Tokuo Kure
得男 久礼
Takafumi Tokunaga
尚文 徳永
Masayuki Kojima
雅之 児島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make possible even the superfine processing of elements, by applying high frequency bias voltage to a sample stage independently of generation of plasma, and controlling the ON/OFF of the high frequency bias voltage which is larger than continuous high frequency bias voltage which can provide the same etch rate. SOLUTION: While microwaves are generated into a vacuum container 104 from a magnetron 101, etching gas such as halogen is also introduced into the container. In the vacuum container 104, plasma of the etching gas is generated with the introduction of microwaves. At the same time with introduction of microwaves, the gas pressure is kept constant and microwave power is also supplied continuously and high frequency bias applied to a sample stage is cyclically turned ON and OFF. By turning the high frequency bias ON and OFF, the energy of ions for obtaining the same etch rate for polisilicon can be set high and anisotropy is eliminated. For example, Vpp with continous bias 60 W is 320 V and Vpp with ON/OFF bias peak power 300 W is 1410 V.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は試料の表面処理方法
および装置にかかわり、特にプラズマを用いて試料表面
のエッチングを行なうのに適した表面処理方法および装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for treating a surface of a sample, and more particularly to a method and an apparatus suitable for etching a surface of a sample using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体素子の表面を処理する手段
として、半導体素子をプラズマ中でエッチングする装置
が知られている。ここでは、ECR(電子サイクロトロ
ン共鳴)方式と呼ばれる装置を例に、従来技術を説明す
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する。磁場により電
子はサイクロトロン運動し、この周波数とマイクロ波の
周波数を共鳴させることで効率良くプラズマを発生でき
る。半導体素子等の試料に入射するイオンを加速するた
めに、試料には高周波電圧が印加される。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, as a means for treating the surface of a semiconductor element, an apparatus for etching a semiconductor element in plasma has been known. Here, a conventional technique will be described using an apparatus called an ECR (Electron Cyclotron Resonance) method as an example. In this method, plasma is generated by microwaves in a vacuum vessel to which a magnetic field is externally applied. Electrons move in a cyclotron due to the magnetic field, and a plasma can be generated efficiently by resonating this frequency with the frequency of the microwave. A high frequency voltage is applied to the sample to accelerate ions incident on the sample such as a semiconductor device. A halogen gas such as chlorine or fluorine is used as a gas to be plasma.

【0003】このような従来の装置において、主に加工
の高精度化をはかる目的で、日本の特開平6−1513
60号公報(対応米国特許5,352,324号明細書)
に記載された発明が知られている。この発明では、試料
に印加する高周波電圧をオンオフと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シリコン(S
i)と下地酸化膜との選択比を高くでき、かつアスペク
ト比依存性を低減できる。また、日本の特開平8−33
9989号公報(対応米国特許5,614,060号明細
書)には、金属のエッチングにおいて断続的なRFバイ
アスパワーのショートパルスを重ね合せることにより、
エッチ残りを低減できることが記載されている。また、
日本の特開昭62−154734号公報には、デポジシ
ョンとエッチングを生起するガスを導入し、所定電位よ
り高いDCバイアスと低いDCバイアスとを交互に印加
することにより、傾斜部を加工する方法が述べられてい
る。
In such a conventional apparatus, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-1513 mainly discloses a technique for improving the precision of processing.
No. 60 (corresponding US Pat. No. 5,352,324)
Is known. In the present invention, the high-frequency voltage applied to the sample is intermittently controlled between on and off, so that the silicon (S
The selectivity between i) and the underlying oxide film can be increased, and the aspect ratio dependency can be reduced. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-33
No. 9989 (corresponding U.S. Pat. No. 5,614,060) teaches that by superimposing intermittent RF bias power short pulses in metal etching,
It is described that the etch residue can be reduced. Also,
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-15473 discloses a method of processing a slope by introducing a gas which causes deposition and etching, and alternately applying a DC bias higher than a predetermined potential and a DC bias lower than a predetermined potential. Is stated.

【0004】また、日本の特開昭60−50923号公
報(対応米国特許4,579,623号明細書)には、エ
ッチングガスの導入量を周期的に変化させるとともに高
周波電圧の印加時間を変えて、表面処理特性を向上させ
る方法が記載されている。また、日本の特許公報平4−
69415号(対応米国特許4,808,258号明細
書)には、試料に印加する高周波電圧を変調して、エッ
チング特性を向上する方法が述べられている。さらにま
た、米国特許4,585,516号明細書には、3電極型
のエッチング装置において、そのうち2つの電極に接続
された高周波電源の少なくとも1つの電源の高周波電圧
を変調させることで、エッチング速度のウエハ面内にお
ける均一性を向上する方法が述べられている。
[0004] Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-50923 (corresponding to US Pat. No. 4,579,623) discloses that the amount of etching gas introduced is periodically changed and the application time of a high-frequency voltage is changed. Thus, a method for improving surface treatment characteristics is described. Japanese Patent Publication No. 4-
No. 69415 (corresponding to U.S. Pat. No. 4,808,258) describes a method for improving etching characteristics by modulating a high-frequency voltage applied to a sample. Further, in the specification of US Pat. No. 4,585,516, in a three-electrode type etching apparatus, an etching rate is adjusted by modulating a high-frequency voltage of at least one of high-frequency power supplies connected to two electrodes. A method for improving the uniformity in the wafer plane is described.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体素子
の微細化に伴い、配線や電極に相当するラインとスペー
スの加工寸法は1μm以下、好ましくは0.5μm以下の
領域に入っている。このよう微細パタンの加工では、ラ
インが次第に太くなり、パタンが設計寸法に加工できな
い問題が顕著になる。さらに微細な溝内と比較的広い部
分でのエッチング速度の差に加えて、形状の差、いわい
る形状マイクロローディングが顕著になり、加工の障害
となる。
By the way, with the miniaturization of semiconductor devices, the processing dimensions of lines and spaces corresponding to wirings and electrodes are in the region of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less. In the processing of such a fine pattern, the line becomes gradually thicker, and the problem that the pattern cannot be processed to the design dimensions becomes significant. Further, in addition to the difference in the etching rate between the inside of the fine groove and the relatively wide portion, the difference in shape, that is, the so-called shape microloading becomes remarkable, which hinders the processing.

【0006】さらに、MOS(metal oxide semiconduct
or)トランジスタのゲート酸化膜の厚さは、256M以
降のメモリ素子では6nm以下になる。このような素子
では、異方性と下地酸化膜の選択比が、トレードオフの
関係になり、加工をより困難にする。
Furthermore, MOS (metal oxide semiconduct
or) The thickness of the gate oxide film of the transistor is 6 nm or less for memory elements of 256M or more. In such a device, the anisotropy and the selectivity of the base oxide film have a trade-off relationship, which makes processing more difficult.

【0007】上記従来技術の多くは、素子の最小加工寸
法が1μm以上の時代に発明されたもので、これらの技
術では、より微細な素子の加工への対応が困難になって
きている。このような微細素子の加工では、プラズマの
物理量とエッチング特性の関係の解析に基ずく、緻密な
プロセス条件の組立が必要であり、現在多くのメーカー
がここに多くの労力を費やしている。構築されたプロセ
スは質的に異なる新素子の加工をも可能にする。
Many of the above prior arts were invented in the era when the minimum processing size of the element was 1 μm or more, and it has become difficult to respond to processing of finer elements with these techniques. In the processing of such a fine element, it is necessary to assemble under precise process conditions based on the analysis of the relationship between the physical quantity of the plasma and the etching characteristics, and many manufacturers are currently spending much labor here. The constructed process also enables the processing of new devices that are qualitatively different.

【0008】本発明の目的は、半導体素子等の微細化の
要求に応えるために、加工寸法が1μm以下好ましくは
0.5μm以下の素子を加工できる、試料の表面処理方
法および装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method and apparatus for surface treatment of a sample, which can process an element having a processing size of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less in order to meet the demand for miniaturization of a semiconductor element or the like. It is.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、処理室
内にプラズマを生成するとともに、前記プラズマの生成
とは独立に試料が配置される試料台に高周波バイアス電
圧を印加し、同一エッチング速度の得られる連続の高周
波バイアス電圧のVpp値に対し、前記Vpp値より大きい
値のVpp値を与えた高周波バイアス電圧をオンオフ制御
する試料の表面処理方法にある。
A feature of the present invention is that a plasma is generated in a processing chamber, and a high frequency bias voltage is applied to a sample stage on which a sample is placed independently of the generation of the plasma, and the same etching rate is applied. The present invention provides a method for surface treatment of a sample in which a high-frequency bias voltage having a Vpp value larger than the Vpp value is applied to a continuous high-frequency bias voltage Vpp obtained as described above.

【0010】本発明の他の特徴は、真空容器内に設けら
れた試料に試料を配置し、前記真空容器内に処理ガスを
連続的に供給するとともに前記処理ガスをプラズマ化
し、前記プラズマ生成とは独立に前記試料台に100K
Hz以上の周波数の高周波バイアスを印加し、前記高周
波バイアスを100Hz〜10KHzの周波数で変調し
て、前記試料に対し最小加工寸法が1μm以下の表面加
工を行うこ試料の表面処理方法にある。
Another feature of the present invention is that a sample is placed on a sample provided in a vacuum vessel, a processing gas is continuously supplied into the vacuum vessel, and the processing gas is turned into a plasma. Is 100K independently on the sample stage
A high-frequency bias having a frequency equal to or higher than Hz is applied, the high-frequency bias is modulated at a frequency of 100 Hz to 10 KHz, and the sample is subjected to surface processing with a minimum processing dimension of 1 μm or less.

【0011】本発明の他の特徴は、膜厚が6nm以下の
ゲート酸化膜上にゲート電極となる材料の膜を有する試
料を、プラズマによってエッチン処理する際に、前記試
料に高周波バイアスを印加するとともに、前記高周波バ
イアスを時間変調する試料の表面処理方法にある。
Another feature of the present invention is that a high frequency bias is applied to a sample having a film of a material to be a gate electrode on a gate oxide film having a thickness of 6 nm or less when the sample is etched by plasma. In addition, there is provided a surface treatment method for a sample in which the high-frequency bias is time-modulated.

【0012】本発明によれば、微細パタンの加工におい
て、試料に印加する高周波電圧を繰返しオンオフ制御
し、かつ高周波電圧の周波数とその繰返し周波数の組合
わせを工夫することにより、エッチングの異方性を高め
ると同時に選択比を高くすることができる。これによ
り、加工寸法が1μm以下好ましくは0.5μm以下の
素子の加工を可能にした。具体的には、イオンのエネル
ギー分布の狭帯域により、微細素子加工の課題である、
加工異方性と選択比のトレードオフを解消できる。
According to the present invention, in the processing of a fine pattern, the high frequency voltage applied to the sample is repeatedly turned on and off, and the frequency of the high frequency voltage and the combination of the repetition frequency are devised to improve the etching anisotropy. And the selectivity can be increased at the same time. As a result, it is possible to process an element having a processing size of 1 μm or less, preferably 0.5 μm or less. Specifically, due to the narrow band of the energy distribution of ions, there is a problem of fine element processing.
The trade-off between processing anisotropy and selectivity can be eliminated.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図により
説明する。最初に、図1,図2により、本発明の第一の
実施例を説明する。図1は、本発明を適用したプラズマ
エッチング装置の全体構成図である。マグネトロン10
1から、自動整合器106と導波管102と導入窓10
3を介して、真空容器104内にマイクロ波が導入され
る。一方、真空容器104には、ガス導入手段100を
介してハロゲンなどのエッチングガスが導入され、マイ
クロ波の導入に伴いこのガスのプラズマが発生する。導
入窓103の材質は、石英、セラミックなどマイクロ波
(電磁波)を透過する物質である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied. Magnetron 10
1, the automatic matching unit 106, the waveguide 102, and the introduction window 10
Through 3, microwaves are introduced into the vacuum vessel 104. On the other hand, an etching gas such as halogen is introduced into the vacuum vessel 104 via the gas introduction means 100, and plasma of this gas is generated with the introduction of the microwave. The material of the introduction window 103 is a microwave such as quartz or ceramic.
(Electromagnetic waves).

【0014】真空容器104の回りには、電磁石105
が設置されている。電磁石105による磁場強度は、マ
イクロ波の周波数と共鳴を起こすように設定されてい
る。たとえば、周波数が2.45GHzならば、磁場強
度は875Gaussである。この磁場強度で、プラズ
マ中の電子のサイクロトロン運動が電磁波の周波数と共
鳴するために、効率よくマイクロ波のエネルギーがプラ
ズマに供給され、高密度のプラズマができる。
An electromagnet 105 is provided around the vacuum vessel 104.
Is installed. The magnetic field strength of the electromagnet 105 is set so as to cause resonance with the frequency of the microwave. For example, if the frequency is 2.45 GHz, the magnetic field strength is 875 Gauss. At this magnetic field strength, the cyclotron motion of the electrons in the plasma resonates with the frequency of the electromagnetic wave, so that microwave energy is efficiently supplied to the plasma and a high-density plasma is generated.

【0015】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
電源であるrf(radio frequency)バイアス電源109
が、ハイパスフィルター111を介して試料台108に
接続されている。試料台の表面には、セラミックあるい
はポリマ膜のような絶縁膜110が設けられている。ま
た、ローパスフィルター113を介して直流電源112
を接続し、試料台108に電圧を印加することで、試料
を試料台に静電力により保持する。
The sample 107 is set on a sample stage 108. In order to accelerate ions incident on the sample, an rf (radio frequency) bias power supply 109 which is a high frequency power supply
Are connected to the sample stage 108 via a high-pass filter 111. An insulating film 110 such as a ceramic or polymer film is provided on the surface of the sample stage. Further, a DC power supply 112 is connected through a low-pass filter 113.
Is connected, and a voltage is applied to the sample stage 108, whereby the sample is held on the sample stage by electrostatic force.

【0016】図2に、図1の装置によるエッチング処理
時の、真空容器104内のガス供給,マグネトロン10
1,rfバイアス電源109の動作を示す。(a) に示す
ようにガスが供給され、エッチング開始と同時に、ガス
圧は一定に保たれ、(b) に示すように、マイクロ波電力
も連続的に供給される。一方、(c) に示すように、試料
に印加されるrfバイアスは、周期的にオンオフされ
る。rfバイアスのオンオフによりイオンの加速の有り
無し期間を設けることで、試料の表面処理の期間におい
て、高エネルギーイオン区間と、低エネルギーイオン区
間が生ずる。そして、(d) に示すように、低エネルギ
ーイオン区間では、エッチングは進行せず、むしろガス
あるいはプラズマ中の残留反応生成物の堆積が生じる。
FIG. 2 shows the gas supply in the vacuum vessel 104 and the magnetron 10 during the etching process by the apparatus shown in FIG.
1, the operation of the rf bias power supply 109 will be described. Gas is supplied as shown in (a), the gas pressure is kept constant at the same time as the start of etching, and microwave power is also supplied continuously as shown in (b). On the other hand, as shown in (c), the rf bias applied to the sample is periodically turned on and off. By providing a period during which ions are accelerated by turning on / off the rf bias, a high-energy ion section and a low-energy ion section are generated during the surface treatment of the sample. Then, as shown in (d), in the low energy ion section, the etching does not proceed, but rather the deposition of the residual reaction product in the gas or plasma occurs.

【0017】次に、rfバイアスの周波数と、そのオン
オフの繰返し周波数と、エッチング特性の関係を述べ
る。図3は、rfバイアスの波形を示し、(a)は、本実
施例のエッチング条件に対応するものであり、rfバイ
アス周波数が100KHzで、オンオフ周波数(変調周
波数)が100Hzの場合の波形である。(b)は、公
開特許公報平6−151360(対応USP 5,35
2,324号明細書)で知られているように、rfバイ
アス周波数が1KHzで、オンオフ周波数(変調周波
数)が1Hzの場合の波形である。
Next, the relationship between the rf bias frequency, the on / off repetition frequency thereof, and the etching characteristics will be described. 3A and 3B show waveforms of the rf bias, and FIG. 3A shows a waveform corresponding to the etching condition of the present embodiment, in which the rf bias frequency is 100 KHz and the on / off frequency (modulation frequency) is 100 Hz. . (B) is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-151360 (corresponding USP 5,35).
2,324), the waveform is when the rf bias frequency is 1 KHz and the on / off frequency (modulation frequency) is 1 Hz.

【0018】rfバイアスを試料台に印加すると、試料
表面からほぼ1mm以下の厚さの領域に高電界の領域
(シースと呼ばれる)が発生して、この領域でイオンが
加速される。加速されたイオンのエネルギーの分布はr
fバイアスの周波数に依存する。rfバイアスの周波数
が十分低いと、イオンの動きは正弦波で表される電圧の
変化に追随するために、電圧の瞬時値Vx(図3(b))
と同じエネルギーを持ち、エネルギー分布は、図4の1
KHzの線図に示すように非常に幅の広い分布となる。
When an rf bias is applied to the sample stage, a high electric field region (called a sheath) is generated in a region having a thickness of about 1 mm or less from the sample surface, and ions are accelerated in this region. The energy distribution of the accelerated ions is r
It depends on the frequency of the f bias. If the frequency of the rf bias is sufficiently low, the movement of the ions follows the change in the voltage represented by the sine wave, so that the instantaneous value Vx of the voltage (FIG. 3B)
And has the same energy as the energy distribution shown in FIG.
A very wide distribution is obtained as shown in the KHz diagram.

【0019】rfバイアスの周波数が高くなると、イオ
ンの動きがrfバイアスの変動に追随できなくなるため
に、イオンのエネルギーは次第にrfバイアス印加時に
発生する電圧の直流成分Vdcの値に収束する。その間
に過渡的な状態があり、周波数約100KHzから数M
Hzの間は、イオンのエネルギーは、図4の100KH
zの線図に示すように、rfバイアスの振幅Vppに相
当する高エネルギーのピーク401と低エネルギーのピ
ーク402を持つ鞍形の分布を持つ。この低エネルギー
のピーク402は、rfバイアス0W、すなわち、rf
バイアスの変動でちょうど加速されないタイミングのと
きにシース内に入ったイオンに相当する。また、rfバ
イアスがオフの期間はイオンは加速されず、全てのイオ
ンは、図4の低エネルギーピーク402に相当する領域
に入る。
When the frequency of the rf bias increases, the movement of ions cannot follow the fluctuation of the rf bias, so that the energy of the ions gradually converges to the value of the DC component Vdc of the voltage generated when the rf bias is applied. In the meantime, there is a transient state, with a frequency of about 100 KHz to several M
During this period, the energy of the ions is 100 KH in FIG.
As shown in the diagram of z, it has a saddle-shaped distribution having a high energy peak 401 and a low energy peak 402 corresponding to the rf bias amplitude Vpp. This low energy peak 402 has a rf bias of 0 W, ie, rf
This corresponds to the ions that have entered the sheath at the timing when they are not just accelerated due to the change in bias. In addition, while the rf bias is off, the ions are not accelerated, and all ions enter a region corresponding to the low energy peak 402 in FIG.

【0020】次に、図1の装置を用いて、ラインとスペ
ースからなる微細パタンを試料表面にエッチングした場
合の結果を、図5に示す。エッチングのガスには、塩素
(72sccm)と酸素(8sccm)の混合ガスを用
い、真空容器104内部の圧力を0.4Paとした。ま
た、マグネトロン101からのマイクロ波出力を400
Wとした。エッチングした半導体素子の構造は、シリコ
ン基板501上のゲート酸化膜502の厚さが4nm、
poly Si503の厚さ300nm、レジスト50
4の厚さが1μmでラインとスペースの幅はそれぞれ
0.4μmである。図5には、バイアス電源109の周
波数を100KHz、オンオフ周波数を100Hzとし
た場合のエッチング形状を示す。rfバイアスのピーク
出力は300Wであり、デューティー比(一周期におけ
るオン期間の割合)は20%である。
Next, FIG. 5 shows the result when a fine pattern consisting of lines and spaces is etched on the sample surface using the apparatus shown in FIG. A mixed gas of chlorine (72 sccm) and oxygen (8 sccm) was used as an etching gas, and the pressure inside the vacuum vessel 104 was set to 0.4 Pa. Further, the microwave output from the magnetron 101 is set to 400
W. The structure of the etched semiconductor element is such that the thickness of the gate oxide film 502 on the silicon substrate 501 is 4 nm,
PolySi 503 300 nm thick, resist 50
4 has a thickness of 1 μm and a line and space width of 0.4 μm. FIG. 5 shows an etching shape when the frequency of the bias power supply 109 is 100 KHz and the on / off frequency is 100 Hz. The peak output of the rf bias is 300 W, and the duty ratio (the ratio of the ON period in one cycle) is 20%.

【0021】図6には、比較例として、公開特許公報平
6−151360(対応USP 5,352,324号明
細書)で知られているバイアス電源の周波数を1KH
z、オンオフ周波数を1Hzとした場合のエッチング形
状を示す。rfバイアスのピーク出力は300Wでデュ
ーティー比は20%である。
FIG. 6 shows, as a comparative example, the frequency of a bias power supply known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-151360 (corresponding to US Pat. No. 5,352,324) of 1 KH.
z shows the etching shape when the on / off frequency is 1 Hz. The peak output of the rf bias is 300 W and the duty ratio is 20%.

【0022】また、図7には、比較例として、rfバイ
アス周波数100KHzで電力を連続出力で60Wとし
た場合の断面を示す。これらの条件でのpoly Si
のエッチング速度は約250nm/分で、酸化膜との選
択比は約20となる。
FIG. 7 shows, as a comparative example, a cross section in the case where the power is set to 60 W by continuous output at an rf bias frequency of 100 KHz. Poly Si under these conditions
Has an etching rate of about 250 nm / min and a selectivity to an oxide film of about 20.

【0023】図5から図7は、poly Si503の
エッチングの途中の形状である。本発明の方法によるエ
ッチング(図5)では、垂直な側壁と平坦なエッチング
底面が得られる。また、エッチング速度の疎密差が無
く、従って広い部分506も狭いスペース部505も同
じエッチ深さとなる。
FIGS. 5 to 7 show shapes of the poly Si 503 during etching. The etching according to the method of the invention (FIG. 5) results in vertical sidewalls and a flat etched bottom. In addition, there is no difference in the etching rate between the wide portion 506 and the narrow space portion 505, so that the etch depth is the same.

【0024】一方、比較例として示した、連続バイアス
でエッチングした場合(図7)は、側壁の垂直性が悪く
かつ、狭い部分に面した側壁507と広い部分に面した
側壁508では、広い部分の方がより垂直性が悪くな
る。また、エッチング底面にはサブトレンチと呼ばれる
微細な溝509が発生する。さらにエッチング速度の疎
密差が発生して、狭い部分と広い部分にエッチ深さの差
Dが発生する。
On the other hand, in the case of etching with a continuous bias shown in the comparative example (FIG. 7), the verticality of the side wall is poor, and the side wall 507 facing the narrow part and the side wall 508 facing the wide part have a wide part. Is worse in verticality. In addition, a fine groove 509 called a subtrench is generated on the etching bottom surface. Further, a difference in the etching rate is generated, and a difference D in the etch depth occurs between the narrow portion and the wide portion.

【0025】また、rfバイアスをオンオフしても、比
較例として示したように、rfバイアス周波数が低い場
合(図6)は、連続バイアスよりは垂直性は良いがレジ
スト504の下にアンダーカットが生じる。また、垂直
性も、本発明の方法を適用した図5より劣る。
Further, even if the rf bias is turned on and off, as shown in the comparative example, when the rf bias frequency is low (FIG. 6), the undercut below the resist 504 has better verticality than the continuous bias. Occurs. Also, the verticality is inferior to FIG. 5 to which the method of the present invention is applied.

【0026】次に、上記のような結果をもたらす原因に
ついて述べる。まずrfバイアスのオンオフ(オンオフ
バイアス)と、連続印加(連続バイアス)との比較で
は、rfバイアスをオンオフすることにより、同じpo
ly Si速度を得るためのイオンのエネルギーを高く
設定できるために、異方性が改善できる。例えば、連続
バイアス60WでのVppは320Vで、オンオフバイ
アスピーク電力300WのVppは1410Vになる。
ここで、イオンのエネルギーは、ほぼバイアス電圧の振
幅Vppに比例する。従って、オンオフバイアスではイ
オンのエネルギーを連続バイアス時よりも高くできるの
で、垂直性が向上する。
Next, the cause of the above result will be described. First, in comparison between the on / off of the rf bias (on / off bias) and the continuous application (continuous bias), the same po is obtained by turning on / off the rf bias.
Since the energy of ions for obtaining the ly Si rate can be set high, the anisotropy can be improved. For example, Vpp at a continuous bias of 60 W is 320 V, and Vpp at an on-off bias peak power of 300 W is 1410 V.
Here, the energy of the ions is substantially proportional to the amplitude Vpp of the bias voltage. Therefore, the ion energy can be made higher in the on / off bias than in the continuous bias, so that the perpendicularity is improved.

【0027】一方、連続バイアスにおいてもVppを高
くすることで垂直性は良くなるが、酸化膜のエッチング
速度もほぼVppに比例して大きくなるため、poly
Siと酸化膜との選択比が低くなり、トランジスタの
ゲート電極のエッチングのように下地の酸化膜が薄い場
合には適さなくなる。
On the other hand, the verticality is improved by increasing Vpp even in a continuous bias, but the etching rate of the oxide film also increases substantially in proportion to Vpp.
The selectivity between Si and the oxide film becomes low, and it is not suitable when the underlying oxide film is thin as in the etching of the gate electrode of a transistor.

【0028】すなわち、オンオフバイアスでは、イオン
の加速にオフ期間を設けることで、高エネルギーイオン
の数を低減して、選択比を低下させずに垂直性を上げる
ことができる。また、サブトレンチは、側壁の垂直性が
悪くなりイオンが側壁で反射され底面に入射するので生
じるものである。従って、側壁の垂直性が良くなること
によりサブトレンチも低減され、平坦なエッチング底面
が得られる。
That is, in the on / off bias, by providing an off period for ion acceleration, the number of high energy ions can be reduced, and the perpendicularity can be improved without lowering the selectivity. Further, the sub-trench is generated because the verticality of the side wall is deteriorated, and ions are reflected on the side wall and enter the bottom surface. Accordingly, the sub-trench is reduced by improving the verticality of the side wall, and a flat etched bottom surface can be obtained.

【0029】なお、rfバイアスをオンオフしてもrf
バイアス周波数が低いと、図4に示すように中間領域エ
ネルギーを持つイオンが多数存在するために、アンダー
カットが生じる。すなわち、エッチング反応は、ある閾
値以上のエネルギーを持ったイオンの入射により促進さ
れる。中間領域エネルギーを持つイオンは、エッチング
反応を促進させるが、エネルギーが低いために方向性が
悪く、従ってレジスト504の下のpoly Si側壁
503に衝突してアンダーカットを生じる。
Incidentally, even if the rf bias is turned on and off, rf
When the bias frequency is low, an undercut occurs because a large number of ions having an intermediate region energy exist as shown in FIG. That is, the etching reaction is accelerated by the incidence of ions having energy equal to or higher than a certain threshold. Ions having intermediate region energies promote the etching reaction, but are less directional due to the lower energy, and thus collide with the poly Si sidewall 503 under the resist 504, causing an undercut.

【0030】以上、本実施例のように、rfバイアスを
100KHz以上にすることにより、中間領域エネルギ
ーのイオンを低減できるので、異方性の高いエッチング
が可能になる。すなわち、エッチングの異方性を高くす
るためには、イオンのエネルギーを、エッチングに寄与
しない低エネルギー領域と方向性が高い高エネルギー領
域の2つに分ける必要がある。そして、rfバイアスを
オンオフすることによる効果も、オン時のイオンエネル
ギーがこの2つの領域に分離する周波数100KHz以
上で使用して、初めて真価を発揮する。
As described above, by setting the rf bias to 100 KHz or more as in the present embodiment, ions of the energy in the intermediate region can be reduced, so that highly anisotropic etching can be performed. That is, in order to increase the anisotropy of the etching, it is necessary to divide the ion energy into two parts, a low energy area that does not contribute to the etching and a high energy area that has a high directivity. The effect of turning the rf bias on and off only shows its true value when it is used at a frequency of 100 KHz or more where the ion energy at the time of on is separated into these two regions.

【0031】次に、本発明の第2の実施例を説明する。
まず、rfバイアスのオンオフのデューティー比および
イオンのエネルギーについて述べる。図8は、poly
Siのエッチング速度と対酸化膜選択比の関係を示す
もので、連続バイアスとオンオフバイアスの比較をして
いる。この例では、マグネトロン101からのマイクロ
波の出力を400Wとした。バイアス電源109の出力
は60Wで、周波数は800KHzとした。さらに、オ
ンオフの繰り返し周波数は1KHzとした。ガスは塩素
185sccmと酸素15sccmで、圧力は0.8P
aである。rfバイアス電力がパラメータであるが、オ
ンオフバイアス制御ではピーク電力を60Wとして、デ
ューティー比を変えて電力を制御した。つまりデューテ
ィー比が50%の場合は、電力は(60Wの50%で)
30Wになる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
First, the rf bias on / off duty ratio and ion energy will be described. FIG.
It shows the relationship between the Si etching rate and the oxide film selectivity, and compares a continuous bias with an on-off bias. In this example, the output of the microwave from the magnetron 101 was 400 W. The output of the bias power supply 109 was 60 W, and the frequency was 800 KHz. Further, the ON / OFF repetition frequency was 1 KHz. The gas was 185 sccm of chlorine and 15 sccm of oxygen, and the pressure was 0.8P.
a. Although the rf bias power is a parameter, in the on / off bias control, the peak power was set to 60 W, and the power was controlled by changing the duty ratio. That is, if the duty ratio is 50%, the power is (at 50% of 60W)
30W.

【0032】図8からわかるように、オンオフバイアス
制御では、デューティー比50%以下の領域で、連続バ
イアスと比較して選択比が上昇する。このために、イオ
ンエネルギーを上げても選択比を下げることなく異方性
を高めることができる。デューティー比は小さいほど効
果は大きくなるが、あまり小さいとpoly Siエッ
チング速度が小さくなるので実用的には5%から50%
の範囲がよい。
As can be seen from FIG. 8, in the on / off bias control, the selectivity increases in the region where the duty ratio is 50% or less as compared with the continuous bias. Therefore, even if the ion energy is increased, the anisotropy can be increased without lowering the selectivity. The effect increases as the duty ratio decreases, but if the duty ratio is too low, the poly Si etching rate decreases, so that the duty ratio is practically 5% to 50%.
Range is good.

【0033】上述のような効果がrfバイアスのオンオ
フ制御、すなわち、時間変調によって得られる理由につ
いて次に述べる。
The reason why the above-described effect is obtained by the on / off control of the rf bias, that is, by the time modulation will be described below.

【0034】オンオフバイアス制御により、選択比が上
がる理由は、rfのバイアスオフ期間に反応生成物が酸
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
ことによると考えられる。特に塩素と酸素とシリコンの
反応生成物は、温度が低い領域で酸化膜上に堆積しやす
い。rfバイアスのオフ期間は試料表面に入射するイオ
ンエネルギーが低いので、表面温度が低くなる。その間
に酸化膜上に反応生成物が堆積して、同じVppでの連
続バイアスおよび同一エッチング速度の得られるVpp
の条件での連続バイアスよりも選択比が高くなる。オン
オフバイアス制御においてもこれらのVppよりもさら
にイオンエネルギーを大きくしていくと、酸化膜エッチ
ング速度が上昇して連続バイアス時と同じ選択比にな
る。しかし、この領域ではイオンエネルギーが高いので
図5の実施例に示すように、異方性が良く且つサブトレ
ンチのない加工ができる。また、マイクロローディング
は一般にイオンエネルギーが高いほど低減される。従っ
て、オンオフバイアス制御により選択比を低下させるこ
となくマイクロローディングも低減できる。
It is considered that the reason why the selectivity is increased by the on / off bias control is that a reaction product is deposited on the oxide film during the rf bias-off period, thereby lowering the etching rate of the oxide film. In particular, a reaction product of chlorine, oxygen, and silicon tends to deposit on an oxide film in a low temperature region. Since the ion energy incident on the sample surface is low during the off period of the rf bias, the surface temperature decreases. In the meantime, a reaction product is deposited on the oxide film, and a continuous bias at the same Vpp and a Vpp at the same etching rate are obtained.
The selection ratio becomes higher than that of the continuous bias under the condition (1). In the on / off bias control, if the ion energy is further increased beyond these Vpp, the oxide film etching rate increases and the selection ratio becomes the same as that in the continuous bias. However, since the ion energy is high in this region, as shown in the embodiment of FIG. 5, processing with good anisotropy and without sub-trench can be performed. Also, microloading is generally reduced with higher ion energy. Therefore, microloading can be reduced without lowering the selection ratio by the on / off bias control.

【0035】次に、異方性を高めサブトレンチを低減す
るためのイオンエネルギーの条件を述べる。図9は、実
験的に求めたrfバイアス電圧とサブトレンチの深さの
関係を示す図である。ここで、サブトレンチ深さとは、
図7中のLで表されるpoly Siの溝底にできる微
細な溝509の深さである。次にトランジスタのゲート
の加工で許容できるサブトレンチの深さを求める。ゲー
トの加工では、溝底にpoly Siのエッチング残り
無く、かつ、ゲート酸化膜502を十分残してエッチン
グする必要がある。ゲート酸化膜が6nm以下の薄い領
域ではエッチング後のゲート酸化膜厚が2nm以上残る
必要がある。残りの厚さが2nm以上になる時間内に、
サブトレンチ深さLに相当するpoly Siをエッチ
ングできないと、溝底にpoly Siのエッチ残りが
生じる。
Next, conditions of ion energy for increasing anisotropy and reducing subtrench will be described. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the rf bias voltage experimentally obtained and the depth of the subtrench. Here, the sub-trench depth is
This is the depth of the fine groove 509 formed at the bottom of the poly Si groove represented by L in FIG. Next, the allowable depth of the subtrench in the processing of the gate of the transistor is obtained. In the processing of the gate, it is necessary to perform etching while leaving no etching of polySi at the bottom of the groove and leaving a sufficient gate oxide film 502. In a thin region having a gate oxide film of 6 nm or less, the gate oxide film thickness after etching needs to remain at 2 nm or more. Within the time when the remaining thickness becomes 2 nm or more,
If the poly Si corresponding to the sub-trench depth L cannot be etched, an etch residue of the poly Si occurs at the bottom of the groove.

【0036】ここで、ゲート酸化膜を2nm残す間にエ
ッチングできるpoly Siのエッチング量を許容サ
ブトレンチ深さLmax(nm)とすると、Lmax=
S(d−2)となる。ここで、Sはpoly Siと酸
化膜の選択比、d(nm)はゲート酸化膜の初期膜厚で
ある。この関係を図10に示す。
Here, assuming that the etching amount of poly Si that can be etched while the gate oxide film remains 2 nm is an allowable sub-trench depth Lmax (nm), Lmax =
S (d-2). Here, S is the selectivity between poly Si and the oxide film, and d (nm) is the initial thickness of the gate oxide film. This relationship is shown in FIG.

【0037】さらに、図9中の点A,B,Cのエッチン
グ形状を図11に示す。図9から図11により、異方性
とゲート酸化膜残り量を両立できるイオンエネルギーが
求まる。まず、エッチング側壁の垂直性はVppが50
0V以上で最小加工寸法1μmから0.1μmの素子で
十分なレベルに達する。Vppが500Vから1000
Vでは、先に述べた塩素+酸素の連続バイアスを用いた
エッチングでは、選択比は10から5の範囲となる。
FIG. 11 shows the etched shapes at points A, B, and C in FIG. From FIG. 9 to FIG. 11, the ion energy capable of satisfying both the anisotropy and the remaining amount of the gate oxide film is obtained. First, the verticality of the etched side wall is Vpp of 50.
At 0 V or more, a sufficient level is reached with an element having a minimum processing dimension of 1 μm to 0.1 μm. Vpp from 500V to 1000
At V, the selectivity is in the range of 10 to 5 in the above-described etching using the continuous bias of chlorine and oxygen.

【0038】図10より、例えばゲート酸化膜6nmを
加工する場合、選択比5では許容サブトレンチ深さは約
20nmとなる。図9から、Vpp=500V以上の領
域でサブトレンチを20nm以下になるので、Vppを
500V以上に設定すれば計算上は加工可能なことがわ
かる。しかし、選択比が10以下では、エッチングの終
点の時間で正確にエッチングをストップしないと、ゲー
ト酸化膜はエッチングされてしまい、余裕がない。そこ
で、Vppを500Vに保ったまま、選択比を上げる手
法が必要となり、すなわちオンオフバイアスとの組合わ
せが必要になる。
FIG. 10 shows that, for example, when processing a gate oxide film of 6 nm, at a selectivity of 5, the allowable sub-trench depth is about 20 nm. From FIG. 9, it can be seen that the subtrench becomes 20 nm or less in the region where Vpp = 500 V or more, so that if Vpp is set to 500 V or more, it can be processed in calculation. However, if the selectivity is 10 or less, the gate oxide film is etched unless the etching is accurately stopped at the time of the end point of the etching, so that there is no room. Therefore, a method of increasing the selection ratio while keeping Vpp at 500 V is required, that is, a combination with the on / off bias is required.

【0039】サブトレンチの深さや選択比に直接影響を
あたえる物理量は、Vppではなくイオンエネルギーで
ある。しかし、実際にはイオンエネルギーの測定は難し
いので、Vppがイオンエネルギーの指標になる。
The physical quantity that directly affects the depth and the selectivity of the subtrench is not Vpp but ion energy. However, since it is actually difficult to measure ion energy, Vpp is an index of ion energy.

【0040】次に、イオンのエネルギーと高周波電圧の
関係について述べる。プラズマを介して高周波電圧を試
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
する高周波電圧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、高周波電圧の時間的変
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1×1010/cm−3
個以上である。この密度では、高周波の周波数が15M
Hz以下では高周波電圧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、Emax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、Vp
pが500VではEmaxは400eVになることが測
定からわかっている。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400eV以上にすればよい。高周
波の周波数が上がって、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15MHz以上から数十MHzの間は過渡
期となるがその場合でもVppを800V以上にすれ
ば、Emaxは十分400eV以上となる。
Next, the relationship between the ion energy and the high-frequency voltage will be described. When a high-frequency voltage 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 voltage are superimposed.
The maximum energy obtained by ions changes depending on whether or not it follows the temporal change of the high frequency voltage. Generally, the density of the plasma used for etching is 1 × 10 10 / cm −3.
Number or more. At this density, the high frequency frequency is 15M
At Hz or lower, during a period in which the high-frequency voltage is negative, that is, during a half cycle of the sine wave, the ions cross the plasma sheath and reach the sample, so that Emax is approximately one half of the voltage amplitude (Vpp / Vpp). It is equal to the value obtained by adding Vdc to 2). Actually, there is a voltage drop in the electric circuit, and Vp
It is known from the measurement that when p is 500 V, Emax becomes 400 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 subtrench, the maximum value of ion energy should be 400 eV or more. When the frequency of the high frequency rises and the movement of ions stops following the change in voltage, Emax gradually approaches Vdc. Although the transition period is between the frequency of 15 MHz or more and several tens of MHz, Emax is sufficiently 400 eV or more if Vpp is 800 V or more.

【0041】素子の構造やエッチングガスにより必要な
Vppは変るがVppが500V以上は良い目安とな
る。下地が厚くサブトレンチの発生が影響無い場合、あ
るいは後述するようにエッチングをいくつかのステップ
に分けてメインエッチが終了した後のオーバエッチに適
用する場合などではVppはもっと低い値で差支えなく
100V程度あれば十分である。
The required Vpp varies depending on the structure of the element and the etching gas, but a good reference is obtained when Vpp is 500 V or more. In the case where the base is thick and the generation of sub-trench does not affect, or in the case where the etching is divided into several steps and applied to the overetch after the completion of the main etch as described later, Vpp can be set to a lower value and 100 V can be used. A degree is enough.

【0042】次に、別材料のエッチングに本発明を適用
した実施例3と、その結果を述べる。試料は、図12に
示すように、シリコン基板501上に4nmの酸化膜5
02、その上に300nmのpoly Si膜503と
80nmのタングステンシリサイド(WSi)膜120
1があり、最上層にはマスクとしてパタン状に加工され
たの窒化シリコン膜1202がある。エッチングガスは
塩素(185sccm)と酸素(15sccm)の混合
ガスで、圧力を0.8Paとした。マグネトロン101
からのマイクロ波の出力を400Wとした。rfバイア
ス電源109の周波数は800KHzである。
Next, a description will be given of a third embodiment in which the present invention is applied to etching of another material, and the results thereof. As shown in FIG. 12, the sample was a 4 nm oxide film 5 on a silicon substrate 501.
02, a 300 nm poly Si film 503 and an 80 nm tungsten silicide (WSi) film 120 thereon.
The uppermost layer has a patterned silicon nitride film 1202 as a mask. The etching gas was a mixed gas of chlorine (185 sccm) and oxygen (15 sccm), and the pressure was set to 0.8 Pa. Magnetron 101
The output of the microwave from was set to 400W. The frequency of the rf bias power supply 109 is 800 KHz.

【0043】図13は、比較例として、連続バイアス6
0Wとした場合、図12はオンオフバイアス方式でピー
ク出力300Wでデューティー比を20%とした場合の
エッチング形状を示す。この試料においても、連続バイ
アスでエッチングした場合は、垂直性が悪く且つマイク
ロローディングも大きい。一方、本発明のオンオフバイ
アス方式では、側壁の垂直性が良くなる。さらに、この
試料ではpoly Siのエッチング表面に針状の突起
1203が見られる。これはおそらく、poly Si
503とWSi 1201の界面の異物などがマスクと
なり生じるものと考えられ、エッチ残りの一因となる。
オンオフバイアス方式ではこの針状突起の密度も低減で
きる。
FIG. 13 shows a continuous bias 6 as a comparative example.
FIG. 12 shows the etching shape when the power is 0 W and the duty ratio is 20% at the peak output of 300 W in the on / off bias method. Also in this sample, when etching is performed with a continuous bias, the perpendicularity is poor and the microloading is large. On the other hand, in the on / off bias method of the present invention, the verticality of the side wall is improved. Further, in this sample, needle-like protrusions 1203 are observed on the etched surface of poly Si. This is probably poly Si
It is considered that foreign matter at the interface between 503 and WSi 1201 may become a mask, which contributes to the remaining etch.
The on-off bias method can also reduce the density of the needle-like projections.

【0044】次に、アルミなどの金属のエッチングに本
発明を適用した実施例4とその結果を述べる。試料構造
は、図14に示すように基板Si 501上に酸化膜
(1401)300nm、TiN(1402)100n
m、Al(1403)400nm、TiN(1404)
75nmを堆積させて最上層にはレジストマスク(50
4)1μmが付いている。ラインとスペースの寸法は
0.4μmである。エッチングガスは塩素(80scc
m)とBCl(20sccm)の混合で、圧力を1P
aとした。マイクロ波電源101の出力を700Wと
し、電極温度は40℃とした。rfバイアス電源109
の周波数は400KHzとし、オンオフの繰返し周波数
は2KHzとした。
Next, a description will be given of a fourth embodiment in which the present invention is applied to etching of a metal such as aluminum and the results thereof. As shown in FIG. 14, the sample structure is such that an oxide film (1401) 300 nm and TiN (1402) 100 n are formed on a substrate Si 501.
m, Al (1403) 400 nm, TiN (1404)
75 nm is deposited, and a resist mask (50
4) 1 μm is attached. The line and space dimensions are 0.4 μm. The etching gas is chlorine (80 scc)
m) and BCl 3 (20 sccm) at a pressure of 1P
a. The output of the microwave power supply 101 was 700 W, and the electrode temperature was 40 ° C. rf bias power supply 109
Was 400 KHz, and the repetition frequency of on / off was 2 KHz.

【0045】図14は、オンオフバイアス制御でピーク
電力350Wでデューティー比20%の場合、図15
は、比較例として、連続バイアスで電力を70Wの場合
のエッチング形状を示す。この両者の電力値ではアルミ
ニウムのエッチング速度がほぼ等しくなる。図15に示
す試料では、形状マイクロローディングが大きく、連続
バイアス時の広いスペースに面した側壁1405の垂直
性が特に悪くなるが、オンオフバイアス制御を用いるこ
とでマイクロローディングは抑制される。すなわち、メ
タルでも異方性あるいはマイクロローディングはイオン
エネルギーが高いほど改善される。したがって、オンオ
フバイアス制御を用いることにより下地酸化膜との選択
比を低下させずにイオンエネルギーを高く設定できるた
めに、以上の効果が生じる。
FIG. 14 shows a case where the peak power is 350 W and the duty ratio is 20% in the on / off bias control.
Shows, as a comparative example, the etching shape when the power is 70 W with continuous bias. With these two power values, the etching rate of aluminum is almost equal. In the sample shown in FIG. 15, the shape microloading is large, and the verticality of the side wall 1405 facing a wide space at the time of continuous bias is particularly deteriorated, but the microloading is suppressed by using the on / off bias control. That is, the anisotropy or microloading of a metal is improved as the ion energy is increased. Therefore, by using the on / off bias control, the ion energy can be set high without lowering the selectivity with respect to the underlying oxide film.

【0046】本発明の効果をさらに利用する方法とし
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。これを、実施例5として説明する。図16は、被加
工物である試料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501上に4nmの酸化膜502、200nmの多結
晶シリコン503、200nmの窒化シリコン膜180
1が堆積しており、窒化シリコン膜は所望のパタン状に
加工されている。ラインとスペース間隔は250nm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1802がついている。
As a method of further utilizing the effects of the present invention, there is a method of dividing the etching process into a plurality of steps. This will be described as a fifth embodiment. FIG. 16 shows a temporal change of a cross-sectional shape when a sample as a workpiece is processed in steps. The structure of the sample is such that a 4-nm oxide film 502, a 200-nm polycrystalline silicon 503, and a 200-nm silicon nitride film 180 are formed on a silicon substrate 501.
1 is deposited, and the silicon nitride film is processed into a desired pattern. The line and space spacing is 250 nm. Normally, a natural oxide film 1802 is provided on the surface of the polycrystalline silicon 503.

【0047】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16(a)
は、初期状態である。ステップ1では、まず自然酸化膜
1802を除去する。エッチングのガスはCl(20
0sccm)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。rfバイアス電源1
09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
波電圧電源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16(b)に示す。
Here, the sample having this structure is etched and processed in three steps. Fig. 16 (a)
Is an initial state. In Step 1, first, the natural oxide film 1802 is removed. The etching gas is Cl 2 (20
0 sccm) and the pressure was set to 0.8 Pa. The output of the microwave power supply 101 was 400 W. rf bias power supply 1
The frequency of 09 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 voltage power supply 109 is continuously 60 W. FIG. 16B shows a cross section of the sample after step 1 is completed.

【0048】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、
本ステップ2においてrfバイアス電源109をオンオ
フ制御し、電力を200W、デューティー比を30%に
した。Vppは1000Vとなる。また、エッチングの
ガスは塩素185sccmと酸素15sccm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。この条件では多結晶シリコンのエッ
チング速度300nm/min、対酸化膜選択比20と
なる。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16(c)に示す。サブトレンチのない
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。
Step 2 is etching of the polycrystalline silicon 503 occupying a main part of the processing, and is hereinafter referred to as main etching. Since the shape control of this step is the most important,
In step 2, the rf bias power supply 109 was turned on / off to set the power to 200 W and the duty ratio to 30%. Vpp becomes 1000V. The etching gas was a mixed gas of 185 sccm of chlorine and 15 sccm of oxygen, and the pressure was set to 0.8 Pa. Other conditions were the same as in step 1. Under these conditions, the etching rate of polycrystalline silicon is 300 nm / min, and the selectivity to oxide film is 20. The etching time was 35 seconds. FIG. 16C shows a cross-sectional shape after the completion of Step 2. A side surface perpendicular to the flat bottom without sub-trench is obtained. The time of step 2 is set so that the polysilicon 503 slightly remains.

【0049】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、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、rfバイアス電源109の電力を連続として3
0W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
/min、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16(d)に示す。選択比を上げることで下地
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。ステップ3では連続
バイアスを用いたが、オンオフバイアス制御においてそ
のピーク電力を下げるようにしても良い。
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 rf bias power supply 109 is set to 3
0W. Other conditions are the same as in step 2. Under these conditions, the etching rate of polycrystalline silicon is 100 nm.
/ Min, 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. 16D shows a cross section after Step 3 is completed. By increasing the selectivity, it is possible to process the polycrystalline silicon 503 without leaving the underlying oxide film sufficiently and without etching remaining. In step 3, the continuous bias is used, but the peak power may be reduced in the on / off bias control.

【0050】以上のように、被エッチング物すなわち被
加工物である試料の主要部分の加工にオンオフバイアス
制御を適用することで、非常に薄い下地に損傷を与える
ことなく、所望の加工が可能となる。
As described above, by applying the on-off bias control to the processing of the main part of the sample to be etched, that is, the sample to be processed, desired processing can be performed without damaging a very thin underlayer. Become.

【0051】なお、被エッチング物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精度の高
い、形状異常のない加工ができる。また、どのステップ
にオンオフバイアス制御を適用するかは素子構造に対応
して適宜決めるが、オンオフバイアス制御によりプロセ
スマージンが広い条件が可能になる。また、本実施例で
はエッチングガスを連続的に供給するが、エッチングを
いくつかのステップに分けた場合はステップ間でガスの
供給に不連続があってもかまわない。
Even if the object to be etched is a multi-layered structure of various substances, the number of steps can be increased to perform processing with high accuracy and without shape abnormality. Also, to which step the on / off bias control is applied is appropriately determined according to the element structure, but the on / off bias control enables a condition with a wide process margin. In this embodiment, the etching gas is continuously supplied. However, when the etching is divided into several steps, the gas supply may be discontinuous between the steps.

【0052】次に、本発明を適用できる装置の構造につ
いて述べる。本発明は、最小加工寸法1μm好ましくは
0.5μm以下の素子の加工を目的とするために、いわゆ
るプラズマの電子密度が1×1010個/cm−3
上、好ましくは1×1011個/cm−3以上の高密度
タイプの機種での適用で効力を発揮する。このタイプの
装置には、主に誘導結合型の装置とECR型の装置があ
る。なお、古くから知られている容量結合型の装置は、
高密度プラズマを生成できないのでスループットが低
い、またプラズマ密度が低いためシースが厚くなりシー
ス内でのイオン散乱により異方性の面で劣る、ガス圧力
が低い領域でプラズマを発生できないのでやはりイオン
の散乱が多いなどの問題があり、本発明には適さない。
Next, the structure of an apparatus to which the present invention can be applied will be described. The present invention aims at processing an element having a minimum processing size of 1 μm, preferably 0.5 μm or less, so that the so-called plasma electron density is 1 × 10 10 / cm −3 or more, preferably 1 × 10 11 / cm 3 or more. It is effective when applied to high-density models of cm -3 or more. This type of device mainly includes an inductive coupling type device and an ECR type device. In addition, the capacitive coupling type device that has been known for a long time,
Since high-density plasma cannot be generated, the throughput is low.In addition, the plasma density is low, the sheath becomes thick, and the anisotropy is poor due to ion scattering in the sheath. There are problems such as a large amount of scattering, which is not suitable for the present invention.

【0053】図17には、本発明の実施例6として、誘
導結合型装置を示す。この装置では、数百KHzから数
十MHzのいわゆるrf周波数の電磁波を用いた誘導結
合によりプラズマを発生させる。真空容器104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、プラズマを発生させるための電磁コ
イル201が巻いてある。コイルにはrf電源203が
接続されている。真空容器内には試料台108が設けら
れており、試料台108にはその上に試料107が置か
れ、rfバイアス電源109が接続されている。真空容
器104には上蓋207がついているが、これは真空容
器と一体型でもかまわない。
FIG. 17 shows an inductively coupled device as a sixth embodiment of the present invention. In this apparatus, plasma is generated by inductive coupling using electromagnetic waves having a so-called rf frequency of several hundred KHz to several tens MHz. The vacuum vessel 104 is made of a material that transmits electromagnetic waves, such as alumina and quartz. An electromagnetic coil 201 for generating plasma is wound therearound. An rf power supply 203 is connected to the coil. A sample stage 108 is provided in the vacuum vessel. The sample stage 108 has a sample 107 placed thereon, and is connected to an rf bias power supply 109. The vacuum vessel 104 has an upper lid 207, which may be integrated with the vacuum vessel.

【0054】この方式の装置でも、これまでに述べた実
施例と同様に、 rfバイアス電源109をオンオフし
て前述のような効果を生じさせることができる。なお、
図17に示す装置では、電磁コイル201は上蓋207
の上に設置されていても効果は同じである。
In this type of apparatus, as in the above-described embodiments, the rf bias power supply 109 can be turned on / off to produce the above-described effects. In addition,
In the device shown in FIG.
The effect is the same even if it is installed on the top.

【0055】さらに、図18で、本発明の実施例7とし
て、電磁波と磁場を、電子サイクロトロン共鳴(ECR)
させる構造を備えた装置について述べる。
Further, in FIG. 18, as Embodiment 7 of the present invention, an electromagnetic wave and a magnetic field are applied to an electron cyclotron resonance (ECR).
An apparatus provided with a structure for causing the above will be described.

【0056】ガス導入手段100を有する真空容器10
4の周囲には、電磁石105が配置されている。同軸ケ
ーブル204により平面アンテナ板205に導入される
電磁波と、前記電磁石105による磁場の相互作用で、
真空容器104内に導入されたガスをプラズマ化し、試
料107を処理する。試料107は、試料台108に載
置され、静電吸着力により吸着支持されている。試料1
07にイオンを引き込むための高周波バイアスが、rf
バイアス電源109、整合器111を介して、試料台1
08に印加される。静電吸着のための電圧は、直流電源
112により付加される。平面アンテナ板205には、
450MHzのプラズマ発生用電源211と、フイルタ
212を介して13.56MHzのアンテナバイアス用
電源213とが接続され、平面アンテナ板205に2種
類の周波数が印加されている。それぞれの電源は、整合
器214,215を介してフィルタ212に接続されて
いる。同軸ケーブル204と平面アンテナ板205は、
略円錐形の部材で接続されており、同軸ケーブル204
を伝播してきた高周波が、効率よく平面アンテナ板20
5に伝わるように構成されている。なお、ここで符号2
19は真空容器104の内側に設けられた温調内壁手段
であり、符号227は試料台108に設けられ試料10
7の外周部に配置された円環状部材であり、符号223
は円環状部材227に接続されプラズマ分布を制御する
ための電源であり、符号224は試料台108の温度を
制御するための熱媒体が流れる流路であり、符号220
は同軸ケーブル204と接地電位との間に設け、後述の
アンテナバイアス用のフィルタである。
Vacuum container 10 having gas introducing means 100
An electromagnet 105 is disposed around the periphery of the reference numeral 4. The interaction between the electromagnetic wave introduced into the planar antenna plate 205 by the coaxial cable 204 and the magnetic field by the electromagnet 105,
The gas introduced into the vacuum vessel 104 is turned into plasma, and the sample 107 is processed. The sample 107 is placed on a sample stage 108 and is suction-supported by electrostatic suction force. Sample 1
07 is high frequency bias for pulling ions to rf.
The sample stage 1 via the bias power supply 109 and the matching unit 111
08. The voltage for electrostatic attraction is applied by the DC power supply 112. On the planar antenna plate 205,
A 450 MHz plasma generation power supply 211 and a 13.56 MHz antenna bias power supply 213 are connected via a filter 212, and two kinds of frequencies are applied to the flat antenna plate 205. Each power supply is connected to the filter 212 via the matching devices 214 and 215. The coaxial cable 204 and the flat antenna plate 205
It is connected by a substantially conical member, and the coaxial cable 204
The high frequency wave that has propagated through the antenna
5. Here, reference numeral 2
Reference numeral 19 denotes a temperature control inner wall means provided inside the vacuum vessel 104, and reference numeral 227 denotes a temperature control inner wall means provided on the sample stage 108.
7 is an annular member arranged on the outer periphery of
Reference numeral 224 denotes a power supply connected to the annular member 227 to control the plasma distribution, reference numeral 224 denotes a flow path through which a heat medium for controlling the temperature of the sample stage 108 flows, and reference numeral 220 denotes a flow path.
Is a filter for antenna bias, which is provided between the coaxial cable 204 and the ground potential.

【0057】上記装置において、プラズマ生成用の45
0MHzの電磁波(マイクロ波)が、平面アンテナ板20
5に給電されると、平面アンテナ板205は平面アンテ
ナとして動作する。平面アンテナ板205の上方(プラ
ズマ発生領域と逆の方向)である真空容器104の天井
と、平面アンテナ板205とが対向しており、この天井
はアース電位に接地されている。天井と平面アンテナ板
205の間には、石英やアルミナなどからなる誘電体2
16が設置されている。平面アンテナ板205の直径や
誘電体の材料、厚さなどは、450MHzの電磁波が天
井と平面アンテナ板205の間でTM01モードで共振
する寸法に設計されている。このような平面アンテナ構
造で共振した450MHzの電磁波は、誘電体216を
通り、さらに平面アンテナ板205の外周部に配置され
ている誘電体製のリング(ここでは石英を使用したので
石英リング217と称す)を通って、プラズマ中に放射
される。また、電磁波の一部は、平面アンテナ板205
の表面を表面電流として伝播し、プラズマに接する部分
から放射される。このように、平面アンテナ板205に
給電された450MHzの電磁波は、誘電体216およ
び石英リング217を介して真空容器104内の外周空
間部へ効率的な電磁波供給がなされ、電磁石105によ
る磁場によって共振状態となって、容易にプラズマの形
成及びプラズマの維持がなされる。
In the above-mentioned apparatus, 45 for plasma generation is used.
An electromagnetic wave (microwave) of 0 MHz is applied to the planar antenna plate 20.
5 is fed, the planar antenna plate 205 operates as a planar antenna. The ceiling of the vacuum vessel 104 above the flat antenna plate 205 (in the direction opposite to the plasma generation region) is opposed to the flat antenna plate 205, and the ceiling is grounded to the ground potential. A dielectric 2 made of quartz, alumina, or the like is provided between the ceiling and the flat antenna plate 205.
16 are installed. The diameter, the dielectric material, the thickness, and the like of the planar antenna plate 205 are designed to be such that a 450 MHz electromagnetic wave resonates in the TM01 mode between the ceiling and the planar antenna plate 205. The 450 MHz electromagnetic wave resonated by such a planar antenna structure passes through the dielectric 216, and is further disposed on the outer peripheral portion of the planar antenna plate 205 by a dielectric ring (here, quartz ring 217 is used because quartz is used). ) Into the plasma. In addition, a part of the electromagnetic wave is
Is propagated as a surface current and is radiated from a portion in contact with the plasma. As described above, the 450 MHz electromagnetic wave fed to the planar antenna plate 205 is efficiently supplied to the outer peripheral space in the vacuum chamber 104 via the dielectric 216 and the quartz ring 217, and is resonated by the magnetic field of the electromagnet 105. In this state, the plasma is easily formed and the plasma is easily maintained.

【0058】平面アンテナ板205を平面アンテナとし
て動作させるとともに、本実施例では、電磁波と磁場
を、電子サイクロトロン共鳴させる。この場合の磁場の
強さは、プラズマ生成領域において、450MHzの電
磁波と磁場が、電子サイクロトロン共鳴を満足する大き
さが必要であり、100〜200ガウスである。電磁石
105によりこの磁場強度を中心とした磁界が形成され
る。なお、磁場が無い状態においても、平面アンテナか
らの効率的な電磁波の供給が行えるため、プラズマ形成
が可能であり、本実施例の装置は磁場を備えた場合に限
定されるものではない。
The flat antenna plate 205 is operated as a flat antenna, and in this embodiment, an electromagnetic wave and a magnetic field are subjected to electron cyclotron resonance. In this case, the intensity of the magnetic field in the plasma generation region is 100 to 200 gauss because the 450 MHz electromagnetic wave and the magnetic field need to have a magnitude that satisfies the electron cyclotron resonance. The electromagnet 105 forms a magnetic field centered on the magnetic field strength. Note that even in the absence of a magnetic field, efficient supply of electromagnetic waves from the planar antenna can be performed, so that plasma can be formed, and the apparatus of this embodiment is not limited to the case where a magnetic field is provided.

【0059】平面アンテナ板205の周辺には、石英リ
ング217が設置されている。石英リング217は、平
面アンテナ板5あるいはシリコンでなる処理ガス供給用
のプレート218の周辺部の電界強度が局部的に強くな
るのを緩和する効果があり、プラズマ生成を均一化する
ことができる。
A quartz ring 217 is provided around the planar antenna plate 205. The quartz ring 217 has an effect of mitigating a local increase in the electric field intensity around the planar antenna plate 5 or the processing gas supply plate 218 made of silicon, and can make plasma generation uniform.

【0060】なお、磁場を用いて電子サイクロトロン共
鳴を利用する場合は、プラズマの均一性と磁場条件が密
接な関係にある。真空容器104の外周部に設けた電磁
石105により、任意の場所に電子サイクロトロン共鳴
領域を設定することができる。共鳴領域は、本実施例の
場合は、450MHzの電磁波を使用したので、約16
0〜180ガウス程度の磁場強度が発生している箇所で
ある。この共鳴領域は、プラズマが効率的に生成されて
いるので、プラズマ密度が高い領域であるが、磁場条件
に大きく影響される。したがって、エッチング領域のプ
ラズマ密度が均一化されるように電子サイクロトロン領
域の位置や磁場勾配(磁場強度の変化率)、共鳴領域の
形状などを調節することで、それぞれのエッチングに適
した設定が可能になる。
When utilizing electron cyclotron resonance using a magnetic field, the uniformity of the plasma and the magnetic field conditions are closely related. The electron cyclotron resonance region can be set at an arbitrary position by the electromagnet 105 provided on the outer peripheral portion of the vacuum vessel 104. In the case of the present embodiment, the resonance region uses an electromagnetic wave of 450 MHz.
This is a place where a magnetic field intensity of about 0 to 180 Gauss is generated. This resonance region is a region where the plasma density is high because the plasma is efficiently generated, but is greatly affected by the magnetic field condition. Therefore, by adjusting the position of the electron cyclotron region, the magnetic field gradient (change rate of the magnetic field strength), the shape of the resonance region, etc. so that the plasma density in the etching region becomes uniform, settings suitable for each etching can be made. become.

【0061】このタイプの装置でも、先の実施例で述べ
たように、rfバイアス電源109をオンオフして垂直
性を向上させることができる。なお図18の装置ではプ
ラズマ発生用電源211の周波数帯が100MHzから
1GHzのいわゆるVHFからUHF帯のマイクロ波領
域の電磁波であることが本質であり、次に述べる付加機
能はなくてもかまわない。まず平面アンテナ板205に
接続された13.56MHzのアンテナバイアス用電源
213は、平面アンテナ板205にバイアスを印加して
プラズマ中の化学種を制御するためのもので、必ずしも
必要ではない。また、試料台108の周囲にある円環状
部材222はプラズマの均一性制御のためにあり、無く
ても良い。また、平面アンテナ板205は真空の外にあ
る構造でもよい。
Also in this type of apparatus, as described in the previous embodiment, the rf bias power supply 109 can be turned on / off to improve the verticality. In the apparatus shown in FIG. 18, it is essential that the frequency band of the plasma generation power supply 211 is an electromagnetic wave in the microwave range of the so-called VHF to UHF band of 100 MHz to 1 GHz, and the additional function described below may not be provided. First, the 13.56 MHz antenna bias power supply 213 connected to the flat antenna plate 205 is for applying a bias to the flat antenna plate 205 to control chemical species in plasma, and is not always necessary. Further, the annular member 222 around the sample stage 108 is provided for controlling the uniformity of plasma, and may not be provided. Further, the planar antenna plate 205 may have a structure outside the vacuum.

【0062】次に、本発明の実施例8として、試料の吸
着方法に特徴のある実施例を述べる。すでに述べたとお
り、本発明では、rfバイアス電圧を高速でオンオフし
高精度エッチングを行うために、rfバイアスが試料に
均一にかつ波形の歪みなど無く伝わる必要がある。その
ためには、試料を試料台に大きな空隙なしに吸着する必
要がある。隙間があるとその容量によりrfバイアスの
掛り方に不均一が生じたりする。従って、オンオフバイ
アス制御は図1に示すように静電吸着型の試料台との組
合わせが重要になる。さらに、オンオフバイアス制御は
rfバイアスがオンオフされるので、静電吸着力にも変
動が生じる可能性がある。そこで望ましくは、以下に述
べる双極型の静電吸着法と組合わせるのが良い。
Next, as an eighth embodiment of the present invention, an embodiment characterized by a method for adsorbing a sample will be described. As described above, in the present invention, in order to turn on and off the rf bias voltage at high speed and perform high-accuracy etching, the rf bias needs to be transmitted to the sample uniformly and without distortion of the waveform. For that purpose, it is necessary to adsorb the sample to the sample table without a large gap. If there is a gap, the capacitance may cause non-uniformity in how the rf bias is applied. Therefore, it is important for the on / off bias control to be combined with an electrostatic chuck type sample stage as shown in FIG. Further, in the on / off bias control, since the rf bias is turned on / off, there is a possibility that the electrostatic attraction force also varies. Therefore, it is desirable to combine with a bipolar electrostatic adsorption method described below.

【0063】図19は、双極型の静電吸着構造を備え
た、前述のようなエッチング装置の試料台部分の拡大図
である。この試料台は、静電吸着用の電極として絶縁材
302で囲まれた第2電極301を有する。ここに、ロ
ーパスフィルタ113を介して直流電圧が印加される。
なお、試料107は試料押上げピン303と上下機構3
04にて試料台108に着脱できる。図1に示した単極
型の静電吸着装置を有する試料台では、プラズマが発生
していないと試料を吸着できないが、この実施例の試料
台では、試料台108と第2電極301に異なる極性の
電圧を印加することで、プラズマが無くても試料を静電
吸着できる。従って、rfバイアスのオンオフに影響を
受けずに試料の吸着が可能で、安定性に優れる。
FIG. 19 is an enlarged view of a sample stage portion of the above-described etching apparatus having a bipolar electrostatic attraction structure. This sample stage has a second electrode 301 surrounded by an insulating material 302 as an electrode for electrostatic attraction. Here, a DC voltage is applied through a low-pass filter 113.
It should be noted that the sample 107 includes a sample lifting pin 303 and the vertical mechanism 3.
At 04, it can be attached to and detached from the sample table 108. In the sample stage having the monopolar electrostatic adsorption device shown in FIG. 1, the sample cannot be adsorbed unless plasma is generated, but in the sample stage of this embodiment, the sample stage 108 and the second electrode 301 are different. By applying a polar voltage, the sample can be electrostatically attracted without plasma. Therefore, the sample can be adsorbed without being affected by the on / off of the rf bias, and the stability is excellent.

【0064】図20に、本発明の実施例9を述べる。こ
の装置では、プラズマを発生するためのマグネトロンか
ら発振されるマイクロ波も同時にオンオフ制御する。構
成は、マイクロ波電源400にパルス変調器401を接
続してここからパルス波2001によりプラズマをオン
オフする。プラズマをオンオフすることにより電子温度
が低下するために、荷電粒子による試料の損傷が低減で
きる効果がある。また、rfバイアス電源109には、
オフ期間に正のパルス2002を重畳しても良く、これ
により電子が試料表面の微細パタンに引込まれ、チャー
ジングによる損傷を緩和できる。
FIG. 20 illustrates a ninth embodiment of the present invention. In this apparatus, microwaves oscillated from a magnetron for generating plasma are simultaneously controlled on / off. In the configuration, a pulse modulator 401 is connected to a microwave power supply 400, and the plasma is turned on / off by a pulse wave 2001 from here. Turning on and off the plasma lowers the electron temperature, which has the effect of reducing damage to the sample due to charged particles. The rf bias power supply 109 has
A positive pulse 2002 may be superimposed during the off period, whereby electrons are drawn into the fine pattern on the sample surface, and damage due to charging can be reduced.

【0065】次に、実施例10として、その他のエッチ
ングの条件について述べる。前述の実施例で述べた条件
は典型的な値であり、処理ガス圧力,処理ガスの種類,
プラズマ発生のための電力値などが変っても、本発明に
おけるオンオフバイアス制御は効果がある。しかし、エ
ッチング速度や選択比を考えると以下に述べるような範
囲での使用が望ましい。まず、主にpoly Siとそ
の多層膜のエッチングに用いる塩素と酸素の混合ガスで
は、塩素流量20sccmから1000sccmで酸素
の混合割合は0%から50%が適量である。酸素の混合
量がこれ以上多くなると、poly Siのエッチング
速度が極端に遅くなる。また圧力は0.1Paから10
Paが適当である。またエッチングガスを塩素とHBr
と酸素の混合ガスにする場合も塩素とHBrの流量はそ
れぞれ20sccmから1000sccmで酸素の混合
率0%から50%が適量である。
Next, as Embodiment 10, other etching conditions will be described. The conditions described in the above-described embodiments are typical values, and include the processing gas pressure, the type of the processing gas,
The on / off bias control in the present invention is effective even if the power value for plasma generation changes. However, considering the etching rate and the selectivity, it is desirable to use it in the range described below. First, in a mixed gas of chlorine and oxygen mainly used for etching polySi and a multilayer film thereof, a suitable flow rate of oxygen is 0 to 50% at a chlorine flow rate of 20 sccm to 1000 sccm. If the amount of mixed oxygen is further increased, the etching rate of poly Si becomes extremely slow. The pressure is 0.1 Pa to 10
Pa is appropriate. The etching gas is chlorine and HBr.
Also in the case of using a mixed gas of oxygen and oxygen, the flow rates of chlorine and HBr are respectively 20 sccm to 1000 sccm, and the mixing ratio of oxygen is 0% to 50%.

【0066】またAlなどのメタル配線のエッチングに
は塩素,塩素とBClの混合ガス,塩素とHClの混
合ガス,あるいは塩素とBClとHClの混合ガスが
適している。この場合には塩素とHClの流量それぞれ
20sccmから1000sccmでBClの混合率
0%から50%が適量である。さらに、これらのガスに
CHあるいはアルゴンなどの希ガスを混合しても良
い。
For etching a metal wiring such as Al, chlorine, a mixed gas of chlorine and BCl 3, a mixed gas of chlorine and HCl, or a mixed gas of chlorine, BCl 3 and HCl is suitable. In this case, the flow rate of chlorine and HCl is 20 sccm to 1000 sccm, respectively, and the mixing ratio of BCl 3 is 0% to 50%. Further, a rare gas such as CH 4 or argon may be mixed with these gases.

【0067】プラズマの密度は、プラズマ発生用の電源
の電力で決り、エッチング速度と密接な関係がある。実
用的な速度を得るためには、プラズマ発生空間すなわち
試料台と電極の間の体積に対する電力を0.01W/c
c以上にするとよい。また、プラズマ密度が高すぎると
素子の電気的な損傷などが問題となるので0.2W/c
c以下にするのがよい。
The density of the plasma is determined by the power of the power supply for generating the plasma, and is closely related to the etching rate. In order to obtain a practical speed, the power for the plasma generation space, that is, the volume between the sample stage and the electrode is 0.01 W / c.
It is good to be more than c. On the other hand, if the plasma density is too high, electrical damage to the device becomes a problem.
It is better to be not more than c.

【0068】また、試料に印加するバイアス電源の周波
数は100KHzから100MHzの間がよい。これ以
上の周波数でもイオンエネルギーの狭帯域化はできる
が、バイアス電源によりプラズマが発生しやすくなる問
題が生じる。オンオフバイアスの繰返し周波数は100
Hz以下では、オンオフの時間が長すぎて、エッチング
側壁が滑らかでなくなる。繰返し周波数が高いと電源の
作成が技術的に難しくなるので10KHz以下が適して
いる。
The frequency of the bias power supply applied to the sample is preferably between 100 KHz and 100 MHz. Although the band of ion energy can be narrowed even at a frequency higher than this, there is a problem that plasma is easily generated by a bias power supply. On / off bias repetition frequency is 100
When the frequency is less than Hz, the on / off time is too long, and the etched side wall is not smooth. If the repetition frequency is high, it becomes technically difficult to create a power supply.

【0069】また本発明が特に効果を発揮するのは、ラ
インとスペースの間隔が0.5μm以下の微細なパタン
の加工である。ゲート電極では下地の酸化膜の厚さが6
nm以下の試料の加工である。
The present invention is particularly effective in the processing of fine patterns in which the distance between lines and spaces is 0.5 μm or less. In the gate electrode, the thickness of the underlying oxide film is 6
This is processing of a sample having a size of nm or less.

【0070】以上のように、本発明によれば次のような
特徴がある。
As described above, the present invention has the following features.

【0071】同一エッチング速度の得られる連続の高周
波バイアス電圧のVpp値に対し、該Vpp値より大き
い値のVpp値を与えた高周波バイアス電圧をオンオフ
制御することにより、選択比を損わずに異方性を改善す
ることができる。
The Vpp value of the continuous high-frequency bias voltage obtained at the same etching rate is controlled by turning on / off a high-frequency bias voltage having a Vpp value larger than the Vpp value, so that the selection ratio is not impaired. The anisotropy can be improved.

【0072】高周波バイアス電圧の周波数を15MHz
以下とし、高周波バイアス電圧のVpp値を500V以
上にすることにより、サブトレンチを低減し異方性を高
くすることができる。
The frequency of the high frequency bias voltage is 15 MHz
By setting the Vpp value of the high-frequency bias voltage to 500 V or higher, the subtrench can be reduced and the anisotropy can be increased.

【0073】高周波バイアス電圧の周波数が15MHz
より大きい場合は、高周波バイアス電圧のVpp値を8
00V以上にすることにより、サブトレンチを低減し異
方性を高くすることができる。
The frequency of the high frequency bias voltage is 15 MHz
If it is larger, the Vpp value of the high frequency bias voltage is set to 8
When the voltage is set to 00 V or more, the subtrench can be reduced and the anisotropy can be increased.

【0074】高周波バイアス電圧のオン時のデューティ
を5〜50%にすることにより、選択比向上の効果をよ
り顕著にできる。
By setting the on-duty of the high frequency bias voltage to 5% to 50%, the effect of improving the selectivity can be more remarkable.

【0075】試料の表面処理の開始から終了までを複数
のステップに分け、ステップの少なくとも1つで高周波
バイアス電圧をオンオフ制御することにより、選択比の
高い領域あるいは異方性の高い領域を使い分けることが
できるのでさらに加工精度を上げることができる。
The process from the start to the end of the surface treatment of the sample is divided into a plurality of steps, and the high frequency bias voltage is turned on / off in at least one of the steps, so that a region having a high selectivity or a region having a high anisotropy can be selectively used. Therefore, the processing accuracy can be further improved.

【0076】複数のステップが下地物質との加工速度比
を比較的小さくとる前半と、加工速度比を比較的大きく
とる後半とに分け、少なくとも前半のステップで高周波
バイアス電圧をオンオフ制御することにより、特にオン
オフ制御での異方性の高い領域を有効に利用でき、加工
形状を良くすることができる。
A plurality of steps are divided into a first half in which the processing speed ratio with the base material is relatively small, and a second half in which the processing speed ratio is relatively large, and the high frequency bias voltage is turned on and off in at least the first half step. In particular, a region with high anisotropy in on / off control can be effectively used, and the processed shape can be improved.

【0077】ステップの切替えを時間によって切替える
ことにより、簡単な切替え制御で複雑な多層膜のエッチ
ングを精度良く行うことができる。
By switching the steps according to time, complicated multilayer films can be etched accurately with simple switching control.

【0078】プラズマ生成とは独立に試料台に100K
Hz以上の周波数の高周波バイアスを印加し、高周波バ
イアスを100Hz〜10KHzの周波数で変調して、
試料に対し最小加工寸法が1μm以下の表面加工を行う
ことにより、イオンエネルギーの狭帯域化が図られ、よ
りオンオフバイアスの効果を有効に引出せ、微細な加工
ができる。
Independently of plasma generation, 100K
Applying a high-frequency bias of a frequency of at least 100 Hz, modulating the high-frequency bias at a frequency of 100 Hz to 10 KHz,
By subjecting the sample to surface processing with a minimum processing dimension of 1 μm or less, the band of ion energy can be narrowed, the effect of on / off bias can be more effectively obtained, and fine processing can be performed.

【0079】プラズマの電子密度を1×1010個/c
−3以上の高密度プラズマとすることにより、スルー
プットの高い加工をすることができる。
The electron density of the plasma is 1 × 10 10 / c
By using high-density plasma of m −3 or more, processing with high throughput can be performed.

【0080】処理ガスを塩素と酸素の混合ガスとするこ
とにより、poly Siと酸化膜の選択比がより高い
エッチングを行うことができる。
By using a mixed gas of chlorine and oxygen as the processing gas, etching with a higher selectivity between poly Si and an oxide film can be performed.

【0081】処理ガスをマイクロ波を用いてプラズマ化
し、プラズマ生成とは独立に試料台に100KHz以上
で10MHz以下の周波数の高周波バイアスを印加し、
高周波バイアスを100Hz〜10KHzの周波数でオ
ンオフ制御し、オン時の高周波バイアス電圧のVpp値
を100V以上にして試料の表面加工を行うことによ
り、高スループットで選択比が高いエッチングを行うこ
とができる。
The processing gas is converted into plasma using microwaves, and a high-frequency bias having a frequency of 100 kHz or more and 10 MHz or less is applied to the sample table independently of the plasma generation.
By performing on / off control of the high-frequency bias at a frequency of 100 Hz to 10 KHz and setting the Vpp value of the high-frequency bias voltage at the time of on to 100 V or more to perform surface processing of the sample, etching with high throughput and high selectivity can be performed.

【0082】プラズマを2.45GHzのマイクロ波を
用いたECRプラズマとすることにより、電源にマグネ
トロンが使用できるので装置価格を低く抑えて上述のよ
うな効果を得ることができる。
When the plasma is ECR plasma using microwaves of 2.45 GHz, a magnetron can be used as a power source, so that the above-described effects can be obtained while keeping the apparatus price low.

【0083】プラズマを100MHz〜1GHzのマイ
クロ波を用いたECRプラズマとすることにより、マイ
クロ波の波長が長いため、より大口径で均一なプラズマ
にて上述のような効果を得ることができる。
When the plasma is an ECR plasma using a microwave of 100 MHz to 1 GHz, the above-mentioned effects can be obtained with a larger-diameter and uniform plasma because the microwave has a longer wavelength.

【0084】最小加工寸法が1μm以下のパターンを有
する試料を静電吸着によって保持し、プラズマ生成とは
独立に試料に印加する高周波バイアスを時間変調して、
試料をプラズマ処理することにより、オンオフ制御した
rfバイアスを均一にしかも効率よく試料に伝えられるの
で、微細パターンの試料を高精度にしかも信頼性良く加
工することができる。
A sample having a pattern with a minimum processing dimension of 1 μm or less is held by electrostatic attraction, and a high-frequency bias applied to the sample is time-modulated independently of plasma generation.
On / off control was performed by plasma treatment of the sample
Since the rf bias can be uniformly and efficiently transmitted to the sample, a sample with a fine pattern can be processed with high accuracy and high reliability.

【0085】ダイポール式の静電吸着によって試料を保
持しすることにより、rfバイアスのオンオフにかかわら
ず一定の吸着力を得られるので加工の信頼性がより高く
なる。
By holding the sample by dipole electrostatic adsorption, a constant adsorption force can be obtained irrespective of the on / off state of the rf bias, and the processing reliability is further improved.

【0086】膜厚が6nm以下のゲート酸化膜上にゲー
ト電極となる材料の膜を有する試料を、プラズマ生成と
は独立に印加した高周波バイアスを時間変調してプラズ
マ処理することにより、薄い酸化膜を十分残して上層膜
のエッチングを行うことができる。
A thin oxide film is obtained by subjecting a sample having a film of a material to be a gate electrode on a gate oxide film having a thickness of 6 nm or less to plasma processing by time-modulating a high frequency bias applied independently of plasma generation. , The upper layer film can be etched.

【0087】ゲート電極となる材料の膜が多結晶シリコ
ン膜あるいは多結晶シリコン膜を有する多層膜である試
料に、高周波バイアスのオンオフ制御を適用することに
より、異方性の高い加工をすることができる。
By applying on / off control of a high-frequency bias to a sample in which the film of the material to be the gate electrode is a polycrystalline silicon film or a multilayer film having a polycrystalline silicon film, it is possible to perform highly anisotropic processing. it can.

【0088】なお、これら実施例における高周波バイア
スのオンオフ制御において、高周波バイアスのオフ期間
は高周波バイアス電圧の印加を停止すること、高周波バ
イアス電圧の出力を0Vにすること、または高周波バイ
アスのオフ期間の効果に影響を与えない範囲の小さい電
圧を印加すること、これらは本発明の高周波バイアス電
圧のオンオフ制御または時間変調に含まれる。
In the on / off control of the high-frequency bias in these embodiments, the application of the high-frequency bias voltage is stopped during the off-period of the high-frequency bias, the output of the high-frequency bias voltage is set to 0 V, or the off-period of the high-frequency bias is off. The application of small voltages in a range that does not affect the effect is included in the on / off control or time modulation of the high frequency bias voltage of the present invention.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体素子の微細化の要求に応えるために、加工寸法が1
μm以下好ましくは0.5μm以下の素子を加工でき
る、半導体素子の表面処理方法および装置を提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, in order to meet the demand for miniaturization of a semiconductor device, the processing dimension is reduced to one.
It is possible to provide a surface treatment method and apparatus for a semiconductor device capable of processing a device having a size of not more than 0.5 μm, preferably not more than 0.5 μm.

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

【図1】本発明の一実施例になるエッチング装置の、全
体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置による、エッチング時の動作を示す
流れ図である。
FIG. 2 is a flowchart showing an operation at the time of etching by the apparatus of FIG. 1;

【図3】図1の装置における、rfバイアス電源周波数
とオンオフ周波数の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an rf bias power supply frequency and an on / off frequency in the device of FIG. 1;

【図4】イオンエネルギー分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an ion energy distribution.

【図5】本発明を適用して処理される、試料の断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a sample processed by applying the present invention.

【図6】比較例における、処理時の、試料の断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a sample during processing in a comparative example.

【図7】比較例における、処理時の、試料の断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a sample during processing in a comparative example.

【図8】poly Siエッチング速度と選択比の関係
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a poly Si etching rate and a selectivity.

【図9】rfバイアス電圧振幅とサブトレンチ深さの関
係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between rf bias voltage amplitude and sub-trench depth.

【図10】ゲート酸化膜厚と許容サブトレンチ深さの関
係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a gate oxide film thickness and an allowable sub-trench depth.

【図11】、エッチング時の試料の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a sample at the time of etching.

【図12】本発明を適用した処理時の、試料の断面図で
ある。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a sample during processing to which the present invention is applied.

【図13】比較例における、処理時の、試料の断面図で
ある。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a sample during processing in a comparative example.

【図14】本発明を適用した処理時の、試料の断面図で
ある。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a sample during processing to which the present invention is applied.

【図15】比較例における、処理時の、試料の断面図で
ある。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a sample during processing in a comparative example.

【図16】本発明の他の実施例になる装置の、全体構成
図である。
FIG. 16 is an overall configuration diagram of an apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図17】本発明の他の実施例になる装置の、全体構成
図である。
FIG. 17 is an overall configuration diagram of an apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図18】本発明の他の実施例を適用した処理時の、試
料の断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a sample during processing to which another embodiment of the present invention is applied.

【図19】本発明の他の実施例になる装置の、試料台の
拡大図である。
FIG. 19 is an enlarged view of a sample stage of an apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図20】本発明の他の実施例になる装置の、全体構成
図である。
FIG. 20 is an overall configuration diagram of an apparatus according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…ガス導入管、101…マイクロ波電源、102…導波
管、103…導入窓、104…真空容器、105…磁石、106…プ
ラズマ、107…試料、108…試料台、109…高周波電圧電
源、110…電圧波形、201…基板Si, 202…酸化膜、203…
poly Si,204…マスク、304…WSi,405…W,503…p型poly
Si、504…n型poly Si、
100: gas introduction tube, 101: microwave power supply, 102: waveguide, 103: introduction window, 104: vacuum vessel, 105: magnet, 106: plasma, 107: sample, 108: sample stage, 109: high frequency voltage power supply , 110: voltage waveform, 201: substrate Si, 202: oxide film, 203 ...
poly Si, 204 ... mask, 304 ... WSi, 405 ... W, 503 ... p-type poly
Si, 504 ... n-type poly Si,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久礼 得男 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 徳永 尚文 東京都青梅市今井町2326番地 株式会社日 立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 児島 雅之 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Tokuo Kure, Inventor 1-280 Higashi Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Masayuki Kojima 5-20-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Semiconductor Company, Hitachi, Ltd.

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】処理室内にプラズマを生成するとともに、
前記プラズマの生成とは独立に試料が配置される試料台
に高周波バイアス電圧を印加し、同一エッチング速度の
得られる連続の高周波バイアス電圧のVpp値に対し、
前記Vpp値より大きい値のVpp値を与えた高周波バ
イアス電圧をオンオフ制御することを特徴とする試料の
表面処理方法。
1. A method for generating plasma in a processing chamber,
A high-frequency bias voltage is applied to a sample stage on which a sample is placed independently of the generation of the plasma, and a Vpp value of a continuous high-frequency bias voltage with the same etching rate is obtained.
A method for surface treatment of a sample, characterized in that a high-frequency bias voltage given a Vpp value larger than the Vpp value is turned on / off.
【請求項2】請求項1において、前記高周波バイアス電
圧の周波数を15MHz以下とし、前記高周波バイアス
電圧のVpp値を500V以上にする試料の表面処理方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the high frequency bias voltage has a frequency of 15 MHz or less and the high frequency bias voltage has a Vpp value of 500 V or more.
【請求項3】請求項1において、前記高周波バイアス電
圧の周波数を15MHzより大きくし、前記高周波バイ
アス電圧のVpp値を800V以上にする試料の表面処
理方法。
3. The method according to claim 1, wherein the frequency of the high frequency bias voltage is higher than 15 MHz, and the Vpp value of the high frequency bias voltage is 800 V or more.
【請求項4】請求項1において、前記高周波バイアス電
圧のオン時のデューティを5〜50%にする試料の表面
処理方法。
4. The method according to claim 1, wherein the on-duty of the high frequency bias voltage is set to 5 to 50%.
【請求項5】請求項1において、前記試料の表面処理の
開始から終了までを複数のステップに分け、前記ステッ
プの少なくとも1つで前記高周波バイアス電圧をオンオ
フ制御する試料の表面処理方法。
5. The method according to claim 1, wherein a period from the start to the end of the surface treatment of the sample is divided into a plurality of steps, and the high-frequency bias voltage is turned on / off in at least one of the steps.
【請求項6】請求項5において、前記複数のステップが
下地物質との加工速度比を比較的小さくとる前半と、前
記加工速度比を比較的大きくとる後半とに分け、少なく
とも前記前半のステップで前記高周波バイアス電圧をオ
ンオフ制御する試料の表面処理方法。
6. The method according to claim 5, wherein the plurality of steps are divided into a first half in which the processing speed ratio with the base material is relatively small, and a second half in which the processing speed ratio is relatively large. A surface treatment method for a sample, wherein the high-frequency bias voltage is on / off controlled.
【請求項7】請求項6において、前記ステップの切替え
は、時間によって切替える試料の表面処理方法。
7. The method according to claim 6, wherein the switching of the steps is performed according to time.
【請求項8】真空容器内に設けられた試料台に試料を配
置し、前記真空容器内に処理ガスを連続的に供給すると
ともに前記処理ガスをプラズマ化し、前記プラズマ生成
とは独立に前記試料台に100KHz以上の周波数の高
周波バイアスを印加し、前記高周波バイアスを100H
z〜10KHzの周波数で変調して、前記試料に対し最
小加工寸法が1μm以下の表面加工を行うことを特徴と
する試料の表面処理方法。
8. A method for disposing a sample on a sample stage provided in a vacuum container, continuously supplying a processing gas into the vacuum container, and converting the processing gas into plasma, independently of the plasma generation. A high frequency bias having a frequency of 100 KHz or more is applied to the table, and the high frequency bias is
A surface treatment method for a sample, comprising modulating the sample at a frequency of z to 10 KHz to perform surface processing on the sample with a minimum processing dimension of 1 μm or less.
【請求項9】請求項8において、前記プラズマが電子密
度1×1010個/cm−3以上の高密度プラズマであ
る試料の表面処理方法。
9. The method according to claim 8, wherein the plasma is a high-density plasma having an electron density of 1 × 10 10 electrons / cm −3 or more.
【請求項10】請求項8において、前記処理ガスが塩素
と酸素の混合ガスである試料の表面処理方法。
10. The method according to claim 8, wherein the processing gas is a mixed gas of chlorine and oxygen.
【請求項11】真空容器内に設けられた試料台に試料を
配置し、前記真空容器内に処理ガスを連続的に供給する
とともに前記処理ガスをマイクロ波を用いてプラズマ化
し、前記プラズマ生成とは独立に前記試料台に100K
Hz以上で10MHz以下の周波数の高周波バイアスを
印加し、前記高周波バイアスを100Hz〜10KHz
の周波数でオンオフ制御し、前記オン時の高周波バイア
ス電圧のVpp値を100V以上にして試料の表面加工
を行うことを特徴とする試料の表面処理方法。
11. A sample is placed on a sample stage provided in a vacuum vessel, a processing gas is continuously supplied into the vacuum vessel, and the processing gas is turned into plasma using microwaves. Is 100K independently on the sample stage
A high frequency bias having a frequency of 10 MHz or more and a frequency of 10 Hz to 10 MHz is applied.
A surface treatment method for a sample, comprising: performing on / off control at a frequency of;
【請求項12】請求項11において、前記プラズマは
2.45GHzのマイクロ波を用いたECRプラズマで
ある試料の表面処理方法。
12. The method according to claim 11, wherein the plasma is an ECR plasma using a microwave of 2.45 GHz.
【請求項13】請求項11において、前記プラズマは1
00MHz〜1GHzのマイクロ波を用いたECRプラ
ズマである試料の表面処理方法。
13. The method according to claim 11, wherein the plasma is 1
A surface treatment method for a sample which is an ECR plasma using a microwave of 00 MHz to 1 GHz.
【請求項14】真空容器内に設けられた試料台に静電吸
着によって保持された最小加工寸法が1μm以下のパタ
ーンを有する試料を、前記真空容器内に連続的に処理ガ
スを供給して生成されたプラズマによってエッチング処
理する際に、前記プラズマ生成とは独立に前記試料台に
高周波バイアスを印加し、前記高周波バイアスを時間変
調して、前記試料の処理を行うことを特徴とする試料の
表面処理方法。
14. A sample having a pattern with a minimum processing size of 1 μm or less held by electrostatic adsorption on a sample table provided in a vacuum vessel is generated by continuously supplying a processing gas into said vacuum vessel. When performing an etching process using the plasma, a high-frequency bias is applied to the sample stage independently of the plasma generation, the high-frequency bias is time-modulated, and the sample is processed. Processing method.
【請求項15】請求項14において、前記試料の静電吸
着はダイポール式の静電吸着である試料の表面処理方
法。
15. The method according to claim 14, wherein the electrostatic adsorption of the sample is a dipole electrostatic adsorption.
【請求項16】膜厚が6nm以下のゲート酸化膜上にゲ
ート電極となる材料の膜を有する試料を、プラズマによ
ってエッチン処理する際に、前記試料に高周波バイアス
を印加するとともに、前記高周波バイアスを時間変調す
ることを特徴とする試料の表面処理方法。
16. A high-frequency bias is applied to a sample having a film of a material to be a gate electrode formed on a gate oxide film having a thickness of 6 nm or less when the sample is etched by plasma. A surface treatment method for a sample, which comprises performing time modulation.
【請求項17】請求項16において、前記ゲート電極と
なる材料の膜が多結晶シリコン膜あるいは多結晶シリコ
ン膜を有する多層膜である試料の表面処理方法。
17. The method according to claim 16, wherein the film of the material to be the gate electrode is a polycrystalline silicon film or a multilayer film having a polycrystalline silicon film.
【請求項18】真空容器中に設けられ、表面処理される
試料を載置する試料台と、 プラズマの生成用の処理ガスを前記真空容器中に連続的
に供給する処理ガス供給手段と、 前記真空容器中に高密度のプラズマを生成するプラズマ
生成手段と、 前記プラズマ生成とは独立に、100KHz以上のバイ
アス電圧を前記試料台に印可するバイアス電源と、 前記バイアス電源を、100Hz〜10KHzの周波数
で変調するパルス周波数制御手段を備え、 前記試料台に載置された前記試料に対して、最小加工寸
法が1μm以下の表面処理を行う、ことを特徴とする試
料の表面処理装置。
18. A sample stage provided in a vacuum vessel, on which a sample to be surface-treated is placed, processing gas supply means for continuously supplying a processing gas for generating plasma into the vacuum vessel, A plasma generating means for generating high-density plasma in a vacuum vessel, a bias power supply for applying a bias voltage of 100 KHz or more to the sample table independently of the plasma generation, and a frequency of 100 Hz to 10 KHz. A sample surface treatment apparatus, comprising: a pulse frequency control unit that modulates the surface of the sample by performing a surface treatment with a minimum processing dimension of 1 μm or less on the sample placed on the sample stage.
【請求項19】請求項18において、前記高周波電源の
周波数が15MHz以下の場合は、高周波電圧の振幅を
500V以上出力可能であり、15MHzより大きい場
合は800V以上出力可能である表面処理装置。
19. The surface treatment apparatus according to claim 18, wherein when the frequency of the high-frequency power supply is 15 MHz or less, the amplitude of the high-frequency voltage can be output at 500 V or more, and when it is higher than 15 MHz, 800 V or more can be output.
【請求項20】請求項18において、前記高密度プラズ
マは、ECR,SECR,IPC方式のいずれかの方式
により生成される表面処理装置。
20. A surface treatment apparatus according to claim 18, wherein said high-density plasma is generated by any one of ECR, SECR, and IPC.
【請求項21】真空容器中に設けられ、表面処理される
試料を載置する試料台と、 プラズマの生成用の処理ガスを前記真空容器中に連続的
に供給する処理ガス供給手段と、 マイクロ波を用いて前記真空容器中に高密度のプラズマ
を生成するプラズマ生成手段と、 前記プラズマ生成とは独立に、100KHz以上10M
Hz以下のバイアス電圧を前記試料台に印可するバイア
ス電源と、 前記バイアス電源を、100Hz〜10KHzの周波数
で変調するパルス周波数制御手段とを備え、 前記バイアス電源としての高周波電圧の振幅を、100
V以上とした、ことを特徴とする試料の表面処理装置。
21. A sample stage provided in a vacuum vessel for mounting a sample to be surface-treated, processing gas supply means for continuously supplying a processing gas for generating plasma into the vacuum vessel, A plasma generating means for generating high-density plasma in the vacuum vessel by using a wave;
And a pulse frequency control means for modulating the bias power at a frequency of 100 Hz to 10 KHz. The amplitude of the high frequency voltage as the bias power is set to 100.
V. The surface treatment apparatus for a sample, wherein the surface treatment is V or more.
【請求項22】請求項21において、前記プラズマ生成
手段は、周波数2.45GHzのマイクロ波を用い電子
サイクロトロン共鳴を利用した試料の表面処理装置。
22. An apparatus according to claim 21, wherein said plasma generation means uses a microwave having a frequency of 2.45 GHz and utilizes electron cyclotron resonance.
【請求項23】請求項21において、前記プラズマ生成
手段は、周波数100MHzから1GHzのマイクロ波
を用い電子サイクロトロン共鳴を利用した試料の表面処
理装置。
23. An apparatus according to claim 21, wherein said plasma generating means uses a microwave having a frequency of 100 MHz to 1 GHz and utilizes electron cyclotron resonance.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001244238A (en) * 2000-03-01 2001-09-07 Hitachi Ltd Surface treatment method and device of wafer
EP1336984A2 (en) * 2002-02-13 2003-08-20 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for providing modulated bias power to a plasma etch reactor
US6888094B2 (en) 2002-04-26 2005-05-03 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing method and plasma processing apparatus
KR100521120B1 (en) * 1998-02-13 2005-10-12 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 Method for treating surface of semiconductor device and apparatus thereof
EP1215709A3 (en) * 2000-12-12 2008-01-09 Canon Kabushiki Kaisha Vacuum processing method
WO2010055862A1 (en) * 2008-11-13 2010-05-20 東京エレクトロン株式会社 Plasma etching method and plasma etching device
JP2012104382A (en) * 2010-11-10 2012-05-31 Tokyo Electron Ltd Plasma treatment apparatus, plasma treatment method, and plasma treatment bias voltage determination method
JP2012129429A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Hitachi High-Technologies Corp Plasma processing method
JP2015222818A (en) * 2015-07-01 2015-12-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing method
CN111886935A (en) * 2018-06-22 2020-11-03 东京毅力科创株式会社 Control method and plasma processing apparatus
WO2021171458A1 (en) * 2020-02-27 2021-09-02 株式会社日立ハイテク Plasma processing method
US11532484B2 (en) 2018-10-26 2022-12-20 Hitachi High-Tech Corporation Plasma processing apparatus and plasma processing method

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100521120B1 (en) * 1998-02-13 2005-10-12 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 Method for treating surface of semiconductor device and apparatus thereof
JP2001244238A (en) * 2000-03-01 2001-09-07 Hitachi Ltd Surface treatment method and device of wafer
EP1215709A3 (en) * 2000-12-12 2008-01-09 Canon Kabushiki Kaisha Vacuum processing method
EP1336984A2 (en) * 2002-02-13 2003-08-20 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for providing modulated bias power to a plasma etch reactor
EP1336984A3 (en) * 2002-02-13 2004-09-15 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for providing modulated bias power to a plasma etch reactor
US6888094B2 (en) 2002-04-26 2005-05-03 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing method and plasma processing apparatus
US7611993B2 (en) 2002-04-26 2009-11-03 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing method and plasma processing apparatus
US8980048B2 (en) 2008-11-13 2015-03-17 Tokyo Electron Limited Plasma etching apparatus
WO2010055862A1 (en) * 2008-11-13 2010-05-20 東京エレクトロン株式会社 Plasma etching method and plasma etching device
JP2010118549A (en) * 2008-11-13 2010-05-27 Tokyo Electron Ltd Plasma etching method and plasma etching device
US8753527B2 (en) 2008-11-13 2014-06-17 Tokyo Electron Limited Plasma etching method and plasma etching apparatus
JP2012104382A (en) * 2010-11-10 2012-05-31 Tokyo Electron Ltd Plasma treatment apparatus, plasma treatment method, and plasma treatment bias voltage determination method
JP2012129429A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Hitachi High-Technologies Corp Plasma processing method
JP2015222818A (en) * 2015-07-01 2015-12-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing method
CN111886935A (en) * 2018-06-22 2020-11-03 东京毅力科创株式会社 Control method and plasma processing apparatus
US11532484B2 (en) 2018-10-26 2022-12-20 Hitachi High-Tech Corporation Plasma processing apparatus and plasma processing method
WO2021171458A1 (en) * 2020-02-27 2021-09-02 株式会社日立ハイテク Plasma processing method
WO2021171764A1 (en) * 2020-02-27 2021-09-02 株式会社日立ハイテク Plasma processing method
JPWO2021171764A1 (en) * 2020-02-27 2021-09-02
CN113597662A (en) * 2020-02-27 2021-11-02 株式会社日立高新技术 Plasma processing method
US12074033B2 (en) 2020-02-27 2024-08-27 Hitachi High-Tech Corporation Plasma processing method
CN113597662B (en) * 2020-02-27 2024-09-20 株式会社日立高新技术 Plasma processing method

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