JP2010166092A - Method for plasma etching - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマエッチング方法に関し、詳細には、反応性ガスのプラズマを利用してTiなどの金属膜にエッチングを行なうプラズマエッチング方法に関する。 The present invention relates to a plasma etching method, and more particularly, to a plasma etching method for etching a metal film such as Ti using a reactive gas plasma.
半導体装置において、チタン(Ti)などの金属は、例えば配線材料として用いられるほか、MOSトランジスタなどの寄生抵抗を低減する目的でシリサイド化して用いられている。例えばMOSトランジスタの製造過程では、ゲート電極や拡散層の表面にTiを成膜した後、熱処理を施してシリサイド化し、未反応のTi膜を除去する工程が実施される。基板上に成膜されたTi膜をエッチングにより除去する技術として、CF4系のエッチングガスのプラズマによるドライエッチングを行なう方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。
In a semiconductor device, a metal such as titanium (Ti) is used, for example, as a wiring material, and is silicided for the purpose of reducing parasitic resistance of a MOS transistor or the like. For example, in the process of manufacturing a MOS transistor, a process of forming a Ti film on the surface of a gate electrode or a diffusion layer and then performing a heat treatment to form a silicide and remove an unreacted Ti film is performed. As a technique for removing the Ti film formed on the substrate by etching, a method of performing dry etching using plasma of a CF 4 etching gas has been proposed (for example,
一般に、スループット向上の観点から、エッチングレートは高い方が好ましく、Ti膜に対してエッチングを行なう場合でも、高エッチングレートでの処理を実現することが求められる。ところが上記従来技術の方法は、いずれもエッチングレートを速くすることについては全く考慮されていない。例えば、特許文献2の方法では、立ち上がりを速くするためプリエッチを実施した後のエッチングにおいてさえ30〜40nm/min程度のエッチングレートしか得られておらず(同文献、図1参照)、到底現在の高速エッチングの要請に応えうるものではない。
In general, from the viewpoint of improving throughput, a higher etching rate is preferable, and it is required to realize processing at a high etching rate even when etching is performed on a Ti film. However, none of the above prior art methods takes into account increasing the etching rate. For example, in the method of
一方、Ti膜を上記特許文献1、2に記載されたCF系ガスのプラズマにより高速エッチングすると、フェンスとよばれるエッチング残渣の再付着現象が発生することがある。この現象は、高速エッチングの際の強いスパッタ作用によってTiなどのエッチング残渣が飛散し、フォトレジストや他の金属材料の側面に再付着するものである。このフェンスは、Tiによるコンタミネーションを引き起こす原因となるため、出来るだけ回避することが求められる。
On the other hand, when the Ti film is etched at a high speed by the plasma of the CF-based gas described in
また、Ti膜をプラズマエッチングする際には、多量のチャンバー内堆積物が形成される。この堆積物は、パーティクル汚染の原因となることから、信頼性の高い半導体装置を製造する妨げになる。よって、Ti膜のプラズマエッチングにおいては、チャンバー内堆積物への対策を講ずる必要がある。 In addition, when the Ti film is plasma etched, a large amount of deposits in the chamber are formed. This deposit causes particle contamination, which hinders the manufacture of a highly reliable semiconductor device. Therefore, it is necessary to take measures against deposits in the chamber in the plasma etching of the Ti film.
従って、本発明の目的は、まずフェンスの発生を回避するとともに、高エッチングレートでTiをエッチング可能なプラズマエッチング方法を提供することであり、さらには、エッチングの過程でチャンバー内堆積物の発生を抑制し、パーティクル汚染を未然に防止することが可能なプラズマエッチング方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma etching method capable of etching Ti at a high etching rate while avoiding the generation of a fence, and further, the generation of deposits in the chamber during the etching process. It is an object of the present invention to provide a plasma etching method capable of suppressing and preventing particle contamination.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点によれば、真空に保持可能な処理容器内で、少なくとも所定形状のパターンが形成されたマスク層と、前記マスク層の下に形成された被エッチング層としてのTi層と、が形成された被処理体に対し、
チャンバー内圧力4Pa以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、前記Ti層をエッチングする第1のプラズマ処理工程と、
第1のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより前記処理チャンバー内をドライクリーニングする第2のプラズマ処理工程と、
を含み、前記第2のプラズマ処理工程で用いるクリーニングガスが、フッ素化合物、フッ素化合物と希ガスの混合ガス、及び酸素から成る群から選択された1つのガスのみから成るガスであり、前記第2のプラズマ処理工程では前記第1のプラズマ処理工程によって生成したTi化合物を含む堆積物を除去することを特徴とする、プラズマエッチング方法が提供される。
In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, a mask layer in which a pattern of at least a predetermined shape is formed, and a mask layer formed under the mask layer in a processing container that can be maintained in a vacuum. For the object to be processed in which the Ti layer as the layer to be etched is formed,
A first plasma treatment step of etching the Ti layer by applying a plasma of an etching gas containing a fluorine compound at a chamber internal pressure of 4 Pa or less;
A second plasma processing step of dry-cleaning the inside of the processing chamber with a cleaning gas plasma after completion of the first plasma processing step;
A cleaning gas used in the second plasma treatment step is a gas composed of only one gas selected from the group consisting of a fluorine compound, a mixed gas of a fluorine compound and a rare gas, and oxygen, In the plasma processing step, a plasma etching method is provided, in which the deposit containing the Ti compound generated in the first plasma processing step is removed.
第1の観点のプラズマエッチング方法において、前記第1のプラズマ処理工程と前記第2のプラズマ処理工程とを交互に繰り返して実施することが好ましい。また、前記第2のプラズマ処理工程で用いるクリーニングガスが、フッ素化合物または酸素を含有するガスであることが好ましい。ここで、前記フッ素化合物としては、NF3またはCF4が好ましい。
また、前記第2のプラズマ処理工程におけるチャンバー内圧力は6.7Pa以下であることが好ましい。
In the plasma etching method of the first aspect, it is preferable that the first plasma processing step and the second plasma processing step are alternately repeated. The cleaning gas used in the second plasma treatment step is preferably a gas containing a fluorine compound or oxygen. Here, as the fluorine compound, NF 3 or CF 4 is preferable.
Moreover, it is preferable that the chamber internal pressure in the said 2nd plasma processing process is 6.7 Pa or less.
本発明の第2の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第1の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムが提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a control program that operates on a computer and controls the plasma processing apparatus so that the plasma etching method according to the first aspect is performed at the time of execution. Is done.
本発明の第3の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第1の観点のプラズマエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer storage medium storing a control program that operates on a computer,
A computer storage medium is provided in which the control program controls a plasma processing apparatus used in the plasma etching method of the first aspect at the time of execution.
本発明の第4の観点によれば、プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
上記第1の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置が提供される。
According to a fourth aspect of the present invention, a plasma supply source for generating plasma;
A processing container for partitioning a processing chamber for performing an etching process on an object to be processed by the plasma;
A support for placing the object to be processed in the processing container;
An exhaust means for decompressing the inside of the processing vessel;
Gas supply means for supplying gas into the processing vessel;
A control unit for controlling the plasma etching method of the first aspect to be performed;
A plasma etching apparatus is provided.
本発明のプラズマエッチング方法によれば、エッチングガスとしてフッ素化合物を含有するガスを用い、かつ所定の低圧条件でプラズマエッチングを行なうことにより、高いエッチングレートを維持しながらTi膜をエッチングできるとともに、フェンスの発生を効果的に防止することができる。
また、プラズマエッチング処理と、所定の条件によるプラズマクリーニング処理を組み合わせて実施することにより、チャンバー内堆積物の蓄積を抑制できるので、パーティクル汚染を予防し、もって半導体装置の信頼性を高めることが可能になる。
According to the plasma etching method of the present invention, a Ti film can be etched while maintaining a high etching rate by using a gas containing a fluorine compound as an etching gas and performing plasma etching under a predetermined low pressure condition. Can be effectively prevented.
In addition, by combining plasma etching and plasma cleaning under specified conditions, accumulation of deposits in the chamber can be suppressed, thus preventing particle contamination and increasing the reliability of semiconductor devices. become.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明方法を実施する目的で好適に使用可能なマグネトロンRIE方式のプラズマエッチング装置100の概要を示す断面図である。このエッチング装置100は、気密に構成され、小径の上部1aと大径の下部1bとからなる段つき円筒状をなし、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー(処理容器)1を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an outline of a magnetron RIE type
このチャンバー1内には、被処理体としてTi膜が成膜されたシリコン基板である半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」と記す)Wを水平に支持する支持テーブル2が設けられている。支持テーブル2は例えばアルミニウムで構成されており、絶縁板3を介して導体の支持台4に支持されている。また、支持テーブル2の上方の外周には、例えばSiあるいは石英などで形成されたフォーカスリング5が設けられている。上記支持テーブル2と支持台4は、ボールねじ7を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台4の下方の駆動部分は、ステンレス鋼(SUS)製のベローズ8で覆われている。ベローズ8の外側にはベローズカバー9が設けられている。また、上記フォーカスリング5の外側にはバッフル板10が設けられている。なお、チャンバー1は接地されている。
In the
チャンバー1の下部1bの側壁には、排気ポート11が形成されており、この排気ポート11には排気系12が接続されている。そして排気系12の真空ポンプを作動させることによりチャンバー1内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、チャンバー1の下部1bの側壁上側には、ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ13が設けられている。
An
支持テーブル2には、整合器14を介してプラズマ形成用の第1の高周波電源15が接続されており、この第1の高周波電源15から所定の周波数の高周波電力が支持テーブル2に供給されるようになっている。一方、支持テーブル2に対向してその上方には後で詳細に説明するシャワーヘッド20が互いに平行に設けられており、このシャワーヘッド20は接地されている。したがって、支持テーブル2およびシャワーヘッド20は一対の電極として機能する。
The support table 2 is connected to a first high-
支持テーブル2の表面上にはウエハWを静電吸着して保持するための静電チャック6が設けられている。この静電チャック6は絶縁体6bの間に電極6aが介在されて構成されており、電極6aには直流電源16が接続されている。そして電極6aに電源16から電圧が印加されることにより、静電力例えばクーロン力によってウエハWが吸着される。
An
支持テーブル2の内部には、温度調節媒体室17が設けられており、この温度調節媒体室17には、温度調節媒体が導入管17aを介して導入され排出管17bから排出されて循環し、その熱(温熱、冷熱)が支持テーブル2を介してウエハWに対して伝熱され、これによりウエハWの処理面が所望の温度に制御される。
A temperature control
また、チャンバー1が排気系12により排気されて真空に保持されていても、温度調節媒体室17に循環される温度調節媒体によりウエハWを有効に温度調節可能なように、伝熱媒体としてのガスが、ガス導入機構18によりそのガス供給ライン19を介して静電チャック6の表面とウエハWの裏面との間に所定圧力(バックプレッシャー)で導入される。このように伝熱媒体としてのガスを導入することにより、温度調節媒体の熱がウエハWに有効に伝達され、ウエハWの温度調節効率を高くすることができる。
Further, even when the
上記シャワーヘッド20は、チャンバー1の天壁部分に支持テーブル2に対向するように設けられている。このシャワーヘッド20は、その下面に多数のガス吐出孔22が設けられており、かつその上部にガス導入部20aを有している。そして、その内部には空間21が形成されている。ガス導入部20aにはガス供給配管23aが接続されており、このガス供給配管23aの他端には、エッチングガスやクリーニングガスなどの処理ガスを供給する処理ガス供給系23が接続されている。
The
このような処理ガスが、処理ガス供給系23からガス供給配管23a、ガス導入部20aを介してシャワーヘッド20の空間21に至り、ガス吐出孔22から吐出される。
Such a processing gas reaches the
一方、チャンバー1の上部1aの周囲には、同心状に、上下一対のダイポールリング磁石24a,24bが配置されている。ダイポールリング磁石24a,24bは、それぞれ図2の水平断面図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石31がリング状の磁性体のケーシング32に取り付けられて構成されている。この例では、円柱状をなす16個の異方性セグメント柱状磁石31がリング状に配置されている。図2中、異方性セグメント柱状磁石31の中に示す矢印は磁化の方向を示すものであり、この図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石31の磁化の方向を少しずつずらして全体として一方向に向かう一様な水平磁界Bが形成されるようになっている。
On the other hand, a pair of upper and lower
したがって、支持テーブル2とシャワーヘッド20との間の空間には、図3に模式的に示すように、第1の高周波電源15により鉛直方向の電界ELが形成され、かつダイポールリング磁石24a,24bにより水平磁界Bが形成され、このように形成された直交電磁界によりマグネトロン放電が生成される。これによって高エネルギー状態のエッチングガスのプラズマが形成され、ウエハWがエッチングされる。
Therefore, in the space between the support table 2 and the
また、プラズマエッチング装置100の各構成部は、CPUを備えたプロセスコントローラ50に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ50には、工程管理者がプラズマエッチング装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインタフェィス51が接続されている。
Each component of the
また、プロセスコントローラ50には、プラズマエッチング装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ50の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部52が接続されている。
In addition, the
そして、必要に応じて、ユーザーインタフェィス51からの指示等にて任意のレシピを記憶部52から呼び出してプロセスコントローラ50に実行させることで、プロセスコントローラ50の制御下で、プラズマエッチング装置100での所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、CD−ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置100を用いた本発明方法の第1実施形態に係るプラズマエッチング方法について、適宜図4を参照しながら説明する。
まず、図1のゲートバルブ13を開にしてウエハWをチャンバー1内に搬入し、支持テーブル2に載置した後、支持テーブル2を図示の位置まで上昇させ、排気系12の真空ポンプにより排気ポート11を介してチャンバー1内を排気する。この状態のウエハWは、図4(a)に示すように、Si基板101上に、絶縁酸化膜のSiO2層102、被エッチング層としてのTi層103およびマスク層104が積層された構造をしている。マスク層104としては、Ti層103とのエッチング選択性を有するものであれば特に制限はなく、例えばフォトレジストや、メタルなどによるハードマスク、あるいは他工程により形成された上層などを用いることができる。また、マスク層104には、所定形状のパターンが形成されている。
Next, a plasma etching method according to the first embodiment of the method of the present invention using the
First, the
そして処理ガス供給系23からエッチングガスおよび希釈ガスを含む処理ガスが所定の流量でチャンバー1内に導入され、チャンバー1内の圧力を4Pa(30mTorr)以下、ウエハW(支持テーブル2)の温度を50〜80℃とし、その状態で第1の高周波電源15から支持テーブル2に所定の高周波電力を供給する。プラズマを生成させるための高周波電力としては、エッチングレートを高くする観点から、例えば2000W以上とすることが好ましく、3000〜5000W程度がより好ましい。この際に、ウエハWは、直流電源16から静電チャック6の電極6aに所定の電圧が印加されることにより例えばクーロン力により静電チャック6に吸着保持されるとともに、上部電極であるシャワーヘッド20と下部電極である支持テーブル2との間に高周波電界が形成される。シャワーヘッド20と支持テーブル2との間にはダイポールリング磁石24a,24bにより水平磁界Bが形成されているので、ウエハWが存在する電極間の処理空間には直交電磁界が形成され、これによって生じた電子のドリフトによりマグネトロン放電が生成される。そしてこのマグネトロン放電により形成されたエッチングガスのプラズマによりウエハWがエッチングされる。この場合に、通常のエッチングでは、チャンバー1内のガス圧力を高めに設定することにより、イオンおよび電子の荷電粒子のみならず、十分な量のラジカルを生成させることができ、このラジカルが有効に作用してエッチングレートを向上させることができる。また、圧力が低いとスパッタ作用が強まりフェンスが発生しやすくなるため、この観点からも通常のエッチングでは6.7Pa(50mTorr)以上の比較的高圧の条件が採用される。しかし、本実施形態では、Ti層103のプラズマエッチングにおいて、後述するように敢えて4Pa以下(つまり、0〜4Paの範囲)の低い圧力条件を用いることによって、フェンスの発生を防止しながら、例えば90〜140nm/minという高速のエッチングを実現することができる。
Then, a processing gas including an etching gas and a dilution gas is introduced into the
本実施形態ではRIEタイプのプラズマ生成機構を用い、ウエハWを載置する下部電極である支持テーブル2に高周波電力を印加するので、プラズマを被処理体の直上で形成することができる。また、電極間に電界と直交する磁場を形成しながらエッチングを行うことにより、電子に螺旋軌道を描かせガス分子との衝突の機会を増やすことができるため、被処理体の直上で高プラズマ密度が実現される。これらにより、一層高速でエッチングすることができる。 In this embodiment, RIE type plasma generation mechanism is used and high frequency power is applied to the support table 2 which is a lower electrode on which the wafer W is placed, so that plasma can be formed immediately above the object to be processed. Etching while forming a magnetic field orthogonal to the electric field between the electrodes can draw spiral orbits on the electrons and increase the chances of collision with gas molecules. Is realized. Thus, etching can be performed at a higher speed.
第1のエッチング工程で使用する処理ガスとしては、ウエハWを高速でエッチングする観点から反応性の高いフッ素化合物含有ガスを用いることが好ましい。ここで、フッ素化合物としては、例えば、CF4、C3F8、SF6、S2F10、CHF3、CH2F2、C4F8等を挙げることができる。また、これらのフッ素化合物とともに、例えばAr、Xe、Krなどの希ガスやN2などの不活性ガスを用いることもできる。
As the processing gas used in the first etching step, it is preferable to use a highly reactive fluorine compound-containing gas from the viewpoint of etching the wafer W at a high speed. Examples of the fluorine compound, for example, a CF 4, C 3 F 8,
また、ガス導入機構18によりガス供給ライン19を介してウエハWに熱(温熱または冷熱)を有効に供給するための伝熱媒体のガスが静電チャック6の表面とウエハWの裏面との間に所定圧力(バックプレッシャー)で導入される。このガスとしては、例えばHeなどを用いることができる。
Further, a gas of a heat transfer medium for effectively supplying heat (hot or cold) to the wafer W through the
プラズマ生成用の第1の高周波電源15は、所望のプラズマを形成するためにその周波数および出力が適宜設定される。ウエハWの直上のプラズマ密度を高くする観点からは、周波数が10MHz以上であることが好ましい。
The frequency and output of the first high
ダイポールリング磁石24a,24bは、ウエハWの直上のプラズマ密度を高くするために、対向電極である支持テーブル2およびシャワーヘッド20の間の処理空間に磁場を印加するが、その効果を有効に発揮させるためには処理空間に10000μT(100G)以上の磁場を形成するような強度の磁石であることが好ましい。磁場は強ければ強いほどプラズマ密度を高くする効果が増加すると考えられるが、安全性の観点から100000μT(1kG)以下であることが好ましい。
The
エッチング工程では、図4(a)に示すように、例えばCF4ガスプラズマによって、Ti層103のエッチングを行なう。この際、本発明方法においては、例えば90〜140nm/minという高いエッチングレートでの高速エッチングが可能である。4Pa以下の低圧でのプラズマエッチング処理の場合、Ti層103を構成していたTiは、TiF4となり、その低い蒸気圧によって蒸発する。この低圧エッチング機構によりフェンスの発生が防止される。そして、エッチングによってTi層103を形成していたTiは、マスク層104でマスクされた領域を除き、SiO2層102から除去される。残ったTi層103は、マスク層104と同様のパターンで図4(b)に示すようにパターニングされる。 In the etching process, as shown in FIG. 4A, the Ti layer 103 is etched by, for example, CF 4 gas plasma. At this time, in the method of the present invention, high-speed etching at a high etching rate of, for example, 90 to 140 nm / min is possible. In the case of the plasma etching process at a low pressure of 4 Pa or less, Ti constituting the Ti layer 103 becomes TiF 4 and is evaporated by the low vapor pressure. This low-pressure etching mechanism prevents the generation of a fence. Then, Ti that has formed the Ti layer 103 by etching is removed from the SiO 2 layer 102 except for the region masked by the mask layer 104. The remaining Ti layer 103 is patterned in the same pattern as the mask layer 104 as shown in FIG.
ここで、本発明の効果を確認した試験結果について述べる。
図1と同様の構成のプラズマエッチング装置100により、図4と同様に構成されたTi層103を有するウエハWに対して、エッチングガスとしてCF4とArを用い、以下に示す条件でTi層103のプラズマエッチングを実施した。
Here, the test result which confirmed the effect of this invention is described.
With the
<条件1>
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
CF4/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離(シャワーヘッド20の下面と支持テーブル2の上面までの距離、以下同様である)=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=60℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=53.7秒
<
Magnetic field strength = 12000 μT (120 G) gradient magnet;
Magnetic field gradient = 8.53 deg. ;
Pressure in
High frequency power = 4000 W;
CF 4 / Ar flow rate = 300/600 ml / min (sccm);
Distance between upper and lower electrodes (distance between the lower surface of the
He back pressure (center portion / edge portion) = 1333 / 3332.5 Pa (10/25 Torr);
Temperature of
Temperature of side wall of
Temperature of support table 2 = 50 ° C .;
Processing time = 53.7 seconds
<条件2>
チャンバー内圧力を6.7Paとし、処理時間94.8秒とした以外は実施例1と同様にしてプラズマエッチングを実施した。
<
Plasma etching was performed in the same manner as in Example 1 except that the pressure in the chamber was 6.7 Pa and the processing time was 94.8 seconds.
プラズマエッチング処理後、条件1および条件2のそれぞれのウエハWを走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、条件2の場合は、条件1に比べスパッタ力が弱い高圧処理であるにもかかわらず、マスク層104の側壁に縦縞様のフェンスが観察された。これに対し、条件1の場合はフェンスの発生は観察されなかった(いずれも結果は図示を省略する)。
また、条件1のエッチング後にチャンバー1内の堆積物をXPS分析したところ、Tiのピークが検出された。このTiピークを波形分離した結果を図5に示した。この図5より、堆積物中に含まれるTiは、多くがTiF4として存在することが裏付けられた。
6.7Paの高圧処理である条件2では、エッチングレートが140nm/minと高かったものの、前記のようにフェンスが発生したことから、フッ素含有ガスプラズマでTi層103をエッチングする場合に特有の現象として、エッチングレート向上とフェンスの抑制とがトレードオフの関係にあることが確認された。これに対し、条件1では、フェンスの発生を防止しつつ、そのエッチングレートは90nm/minであり、実用上十分なエッチングレートで高速エッチングが実現できた。
After the plasma etching process, each of the
Further, when the deposit in the
In
以上のことから、フッ素含有ガスのプラズマによって、4Pa以下の低圧条件でエッチング処理を行なうことにより、Ti層103を構成するTiをTiF4に変え、蒸発させて除去できる。この方法によるエッチングでは、Tiがスパッタによってフォトレジストや他の金属膜に付着するフェンスの発生を防止できることが確認された。 From the above, by performing an etching process under a low pressure condition of 4 Pa or less with plasma of a fluorine-containing gas, Ti constituting the Ti layer 103 can be changed to TiF 4 and evaporated to be removed. It has been confirmed that the etching by this method can prevent the occurrence of a fence in which Ti adheres to the photoresist or other metal film by sputtering.
次に、上記第1実施形態のプラズマエッチング方法に、チャンバー1のクリーニング処理を組み合わせた本発明の第2実施形態に係るプラズマエッチング方法について述べる。第1実施形態のプラズマエッチング処理を実施すると、チャンバー1内には、多量の堆積物が生成する。この堆積物をXPS分析したところ、TiF4とCF系化合物が混在していることが判明した。この堆積物はパウダー状であるため、ウエハWの周囲のパーツ、特に上部天板(図1のシャワーヘッド20の下部に配置される部材;図示を省略)に付着し堆積していくとパーティクルの原因となる。このため、プラズマエッチング処理にドライクリーニング処理を組み合わせて実施することにより、安定的なプラズマエッチング処理が可能になる。
Next, a plasma etching method according to a second embodiment of the present invention in which the cleaning process for the
図6は、第2実施形態に係るプラズマエッチング方法の処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップS101では、Ti層103が形成されたTiブランケットウエハをチャンバー1内に搬入し、ステップS102ではプラズマエッチング処理を実施する。このステップS101、ステップS102におけるプラズマエッチング処理は、上記第1実施形態と同様に行なわれる。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of the plasma etching method according to the second embodiment. First, in step S101, a Ti blanket wafer on which the Ti layer 103 is formed is carried into the
プラズマエッチング処理の終了後、ステップS103では、エッチング後に圧力調整等の所要の処理を行なった後、図1のゲートバルブ13を開にしてウエハWをチャンバー1から搬出する。次に、ステップS104では、ベアSiウエハをチャンバー1内に搬入する。ベアSiウエハは、成膜等がなされていない清浄なウエハである。
ステップS105では、ベアSiウエハに対してプラズマクリーニング処理を実施する。プラズマクリーニングにおける処理ガスとしては、例えばNF3、CF4などのフッ素化合物や、O2などを含むガスが好適に使用される。また、処理ガス中には、例えば、Ar、Xe、Kr、Heなどの希ガスやN2などの不活性ガスを含めることができる。ステップS105におけるクリーニング処理の圧力としては、クリーニング効率を高める観点から6.7Pa以下(つまり、0〜6.7Paの範囲)が好ましく、4Pa以下がより好ましく、2Pa以下が望ましい。また、クリーニング処理の温度としては、50℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましい。
After completion of the plasma etching process, in step S103, after performing necessary processes such as pressure adjustment after the etching, the
In step S105, a plasma cleaning process is performed on the bare Si wafer. As a processing gas in the plasma cleaning, for example, a fluorine compound such as NF 3 or CF 4 or a gas containing O 2 is preferably used. Further, the processing gas can include, for example, a rare gas such as Ar, Xe, Kr, and He and an inert gas such as N 2 . The pressure of the cleaning process in step S105 is preferably 6.7 Pa or less (that is, a range of 0 to 6.7 Pa) from the viewpoint of improving the cleaning efficiency, more preferably 4 Pa or less, and preferably 2 Pa or less. Further, the temperature of the cleaning treatment is preferably 50 ° C. or higher, and more preferably 80 ° C. or higher.
ここで、処理ガスの種類がクリーニング効果に及ぼす影響ついて検討を行なった結果について説明する。処理ガスとして、CF4/Arの混合ガス、NF3/Arの混合ガス、O2ガス(単独)の三種について、以下に示す条件でクリーニングを実施し、上部天板における堆積物の厚さを測定した。 Here, the result of studying the influence of the type of processing gas on the cleaning effect will be described. Three types of processing gas, CF 4 / Ar mixed gas, NF 3 / Ar mixed gas, and O 2 gas (single), were cleaned under the conditions shown below, and the thickness of the deposit on the upper top plate was adjusted. It was measured.
CF4/Arガス:
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
CF4/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=80℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
CF 4 / Ar gas:
Magnetic field strength = 12000 μT (120 G) gradient magnet;
Magnetic field gradient = 8.53 deg. ;
Pressure in
High frequency power = 4000 W;
CF 4 / Ar flow rate = 300/600 ml / min (sccm);
Distance between upper and lower electrodes = 40 mm;
He back pressure (center portion / edge portion) = 1333 / 3332.5 Pa (10/25 Torr);
Temperature of
Temperature of side wall of
Temperature of support table 2 = 50 ° C .;
Processing time = 90 seconds
NF3/Arガス:
NF3/Arガスを用いた以外は、CF4/Arガスの場合と同様の条件で実施した。
NF 3 / Ar gas:
The test was carried out under the same conditions as in the case of CF 4 / Ar gas except that NF 3 / Ar gas was used.
O2ガス:
O2流量=900ml/min(sccm)、磁場の傾き=12.88deg.とした以外は、CF4/Arガスの場合と同様の条件で実施した。
O 2 gas:
O 2 flow rate = 900 ml / min (sccm), magnetic field gradient = 12.88 deg. Except that, it was carried out under the same conditions as in the case of CF 4 / Ar gas.
堆積物の測定ポイントは、上部天板の中央部(C)および最エッジ部(E3)と、これらの間で中央部(C)側から略等間隔で順に中間部(M)、第1エッジ部(E1)、第2エッジ部(E2)とした(以下、同じ)。その結果を図7に示した。
図7から、最も効果が高いガスはNF3/Arであり、O2は上部天板をほぼ全体的にクリーニングする作用があり、CF4/Arは、他の二つのガス系に比べて第1エッジ部(E1)のクリーニング効果が弱いことが判明した。この結果から、例えばNF3/Arガスでは単独処理で、またCF4/Arガス処理では、O2ガス処理と組み合わせ、例えばCF4/Arガス処理の後にO2ガス処理を実施することによって、充分なクリーニング効果が期待できる。
The measurement points of the deposit are the central part (C) and the outermost edge part (E3) of the upper top plate, and the intermediate part (M) and the first edge in order from the central part (C) side between them at substantially equal intervals. The portion (E1) and the second edge portion (E2) were used (hereinafter the same). The results are shown in FIG.
From FIG. 7, the most effective gas is NF 3 / Ar, O 2 has the action of cleaning the upper top plate almost entirely, and CF 4 / Ar is the second gas system compared to the other two gas systems. It was found that the cleaning effect of one edge portion (E1) was weak. From this result, for example, by NF 3 / Ar gas alone, and by CF 4 / Ar gas treatment, combined with O 2 gas treatment, for example by performing O 2 gas treatment after CF 4 / Ar gas treatment, A sufficient cleaning effect can be expected.
次に、処理圧力がクリーニング効果に及ぼす影響について検討を行なった結果を図8に示す。O2ガス(単独)を用い、以下に示す条件で圧力(ガス流量)を変えてクリーニングを実施し、上部天板における堆積物の厚さを測定した。 Next, FIG. 8 shows the result of studying the influence of the processing pressure on the cleaning effect. Using O 2 gas (single), cleaning was carried out under the following conditions under different pressures (gas flow rates), and the thickness of the deposit on the upper top plate was measured.
クリーニング条件:
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=12.88deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr)または2Pa(15mTorr);
高周波電力=4000W;
O2流量=900ml/min(sccm)または450ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=80℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
Cleaning conditions:
Magnetic field strength = 12000 μT (120 G) gradient magnet;
Magnetic field gradient = 12.88 deg. ;
Pressure in
High frequency power = 4000 W;
O 2 flow rate = 900 ml / min (sccm) or 450 ml / min (sccm);
Distance between upper and lower electrodes = 40 mm;
He back pressure (center portion / edge portion) = 1333 / 3332.5 Pa (10/25 Torr);
Temperature of
Temperature of side wall of
Temperature of support table 2 = 50 ° C .;
Processing time = 90 seconds
図8より、チャンバー内圧力を4Pa(30mTorr)から2Pa(15mTorr)に下げることによって、上部天板のほぼ全域において堆積物の膜厚がより薄くなり、クリーニング効果が向上することが示された。 From FIG. 8, it was shown that by reducing the pressure in the chamber from 4 Pa (30 mTorr) to 2 Pa (15 mTorr), the film thickness of the deposit becomes thinner in almost the entire area of the upper top plate, and the cleaning effect is improved.
図6の処理手順において、クリーニング終了後は、圧力調整等の所要の処理を行なった後、ステップS106で図1のゲートバルブ13を開にしてウエハWをチャンバー1から搬出する。次に、再びステップS101に戻り、新たなTiブランケットウエハの処理を行なう。クリーニングは、一定枚数(例えば1ロット)のウエハWをエッチング処理した後で行なうことも可能であるが、図6のように、1枚のTiブランケットウエハをプラズマエッチング処理する毎に、チャンバー1のプラズマクリーニングを実施することが好ましい。これによってチャンバー1における堆積物を除去し、パーティクル汚染を防止しながら、安定的なプラズマエッチング処理が可能になる。
In the processing procedure of FIG. 6, after the cleaning is completed, after performing necessary processing such as pressure adjustment, the
図9は、図6のフローチャートに従い、以下の条件でTiブランケットウエハをプラズマエッチング処理した場合の0.5μm以上のパーティクル数をパーティクルカウンターにて測定した結果を示している。なお、比較のため、クリーニングを実施しなかった場合の結果も併記した。 FIG. 9 shows the result of measuring the number of particles of 0.5 μm or more with a particle counter when the Ti blanket wafer was plasma etched under the following conditions according to the flowchart of FIG. For comparison, the results when cleaning was not performed are also shown.
エッチング条件:
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
CF4/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=60℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
Etching conditions:
Magnetic field strength = 12000 μT (120 G) gradient magnet;
Magnetic field gradient = 8.53 deg. ;
Pressure in
High frequency power = 4000 W;
CF 4 / Ar flow rate = 300/600 ml / min (sccm);
Distance between upper and lower electrodes = 40 mm;
He back pressure (center portion / edge portion) = 1333 / 3332.5 Pa (10/25 Torr);
Temperature of
Temperature of side wall of
Temperature of support table 2 = 50 ° C .;
Processing time = 90 seconds
クリーニング条件:
磁場の強さ=12000μT(120G)勾配磁石;
磁場の傾き=8.53deg.;
チャンバー1内の圧力=4Pa(30mTorr);
高周波電力=4000W;
NF3/Ar流量=300/600ml/min(sccm);
上下部電極間距離=40mm;
Heバックプレッシャー(センター部/エッジ部)=1333/3332.5Pa(10/25Torr);
シャワーヘッド20の温度=80℃;
チャンバー1側壁の温度=60℃;
支持テーブル2の温度=50℃;
処理時間=90秒
Cleaning conditions:
Magnetic field strength = 12000 μT (120 G) gradient magnet;
Magnetic field gradient = 8.53 deg. ;
Pressure in
High frequency power = 4000 W;
NF 3 / Ar flow rate = 300/600 ml / min (sccm);
Distance between upper and lower electrodes = 40 mm;
He back pressure (center portion / edge portion) = 1333 / 3332.5 Pa (10/25 Torr);
Temperature of
Temperature of side wall of
Temperature of support table 2 = 50 ° C .;
Processing time = 90 seconds
図9より、プラズマクリーニングを実施しない場合は、Tiブランケットウエハの処理枚数が増えるに従い、パーティクル数が増加していく。これに対し、枚葉のプラズマクリーニングを実施することによって、パーティクルを殆ど発生させずに、信頼性の高い半導体装置を製造できることが示された。 From FIG. 9, when plasma cleaning is not performed, the number of particles increases as the number of processed Ti blanket wafers increases. On the other hand, it has been shown that a highly reliable semiconductor device can be manufactured with few particles generated by performing plasma cleaning of a single wafer.
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態ではマグネトロンRIEプラズマエッチング装置100の磁場形成手段としてダイポールリング磁石を用いたが、これに限るものではなく、本発明の範囲の圧力でプラズマを形成することができれば、磁場を用いない容量結合型や誘導結合型等の種々のプラズマエッチング装置100を用いることができる。
また、上記実施形態では、マスク104のパターンに基づきTi層103をエッチングする例を挙げたが、これに限るものではなく、Ti層のエッチング全般に適用できる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.
For example, in the above embodiment, a dipole ring magnet is used as the magnetic field forming means of the magnetron RIE
Moreover, although the example which etches Ti layer 103 based on the pattern of the mask 104 was given in the said embodiment, it is not restricted to this, It can apply to the whole etching of Ti layer.
1;チャンバー(処理容器)
2;支持テーブル(電極)
12;排気系
15;第1の高周波電源
17;温度調節媒体室
18;ガス導入機構
20;シャワーヘッド(電極)
23;処理ガス供給系
24a,24b;ダイポールリング磁石
100;プラズマエッチング装置
101;Si基板
102;SiO2層
103;Ti層
104;マスク層
W;ウエハ
1; chamber (processing vessel)
2: Support table (electrode)
12;
23; processing
Claims (7)
チャンバー内圧力4Pa以下でフッ素化合物を含むエッチングガスのプラズマを作用させ、前記Ti層をエッチングする第1のプラズマ処理工程と、
第1のプラズマ処理工程の終了後、クリーニングガスのプラズマにより前記処理チャンバー内をドライクリーニングする第2のプラズマ処理工程と、
を含み、前記第2のプラズマ処理工程で用いるクリーニングガスが、フッ素化合物、フッ素化合物と希ガスの混合ガス、及び酸素から成る群から選択された1つのガスのみから成るガスであり、前記第2のプラズマ処理工程では前記第1のプラズマ処理工程によって生成したTi化合物を含む堆積物を除去することを特徴とする、プラズマエッチング方法。 In a processing container in which a vacuum can be maintained, a mask layer in which a pattern of at least a predetermined shape is formed, and a Ti layer as a layer to be etched formed under the mask layer are to be processed. ,
A first plasma treatment step of etching the Ti layer by applying a plasma of an etching gas containing a fluorine compound at a chamber internal pressure of 4 Pa or less;
A second plasma processing step of dry-cleaning the inside of the processing chamber with a cleaning gas plasma after completion of the first plasma processing step;
A cleaning gas used in the second plasma treatment step is a gas composed of only one gas selected from the group consisting of a fluorine compound, a mixed gas of a fluorine compound and a rare gas, and oxygen, In the plasma processing step, the deposit containing the Ti compound generated in the first plasma processing step is removed.
前記制御プログラムは、実行時に、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のプラズマエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。 A computer storage medium storing a control program that runs on a computer,
A computer storage medium characterized in that, when executed, the control program controls a plasma processing apparatus used in the plasma etching method according to any one of claims 1 to 4.
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置。 A plasma source for generating plasma;
A processing container for partitioning a processing chamber for performing an etching process on an object to be processed by the plasma;
A support for placing the object to be processed in the processing container;
An exhaust means for decompressing the inside of the processing vessel;
Gas supply means for supplying gas into the processing vessel;
A control unit for controlling the plasma etching method according to any one of claims 1 to 4 to be performed;
A plasma etching apparatus comprising:
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