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JP3011018B2 - Plasma etching method - Google Patents

Plasma etching method

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JP3011018B2
JP3011018B2 JP6123496A JP12349694A JP3011018B2 JP 3011018 B2 JP3011018 B2 JP 3011018B2 JP 6123496 A JP6123496 A JP 6123496A JP 12349694 A JP12349694 A JP 12349694A JP 3011018 B2 JP3011018 B2 JP 3011018B2
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JP
Japan
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gas
plasma
etching
wafer
plasma etching
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良二 濱崎
秀之 数見
哲郎 小野
浩一 岡村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、プラズマを利用して
被処理物をエッチング処理するプラズマエッチング処理
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching method for etching an object to be processed using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、ガスプラズマを使用した酸化
シリコンもしくは窒化シリコン等のシリコン化合物のエ
ッチングにおいてはフッ化炭化水素系ガス、フッ化炭素
系ガスもしくはこれにアルゴンガスを加えた混合ガスを
用い、被処理物の種類に対応して所望の処理特性を得る
べく、様々な工夫がなされてきている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in etching a silicon compound such as silicon oxide or silicon nitride using gas plasma, a fluorocarbon-based gas, a fluorocarbon-based gas, or a mixed gas obtained by adding an argon gas thereto has been used. Various attempts have been made to obtain desired processing characteristics in accordance with the type of the object to be processed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイス製造に
おいては、生産性向上のため使用するシリコンウェハ径
が大きくなりつつあり、その製造技術においては処理特
性をウェハ面内で均一に保つことが重要なポイントとな
る。
In the manufacture of semiconductor devices, the diameter of a silicon wafer to be used has been increasing in order to improve productivity, and it is important in the manufacturing technique to keep processing characteristics uniform within the wafer surface. Points.

【0004】前記従来技術における様々な工夫は、被処
理物の処理速度や処理後に得られる加工形状に着目して
なされてきた。
[0004] Various contrivances in the prior art have been made by focusing on the processing speed of the object to be processed and the processed shape obtained after the processing.

【0005】処理特性の不均一は、プラズマの不均一・
反応生成物排気の不均一・イオンによるスパッタ性の不
均一など様々な要因により発生し、その対策も様々なも
のがありその中の一つに希ガス添加によるガスあるいは
プラズマの希釈がある。その際、添加する希ガスがAr
やXe・Krのような質量の大きなガスの場合、希ガス
自身の物理的スパッタ効果が大きいため、目的とする均
一性への効果のみでなく選択性等へも影響する。
[0005] The non-uniformity of the processing characteristics is caused by the non-uniformity of the plasma.
It is caused by various factors such as non-uniformity of reaction product exhaustion and non-uniformity of sputtering due to ions, and there are various countermeasures, one of which is dilution of gas or plasma by adding a rare gas. At this time, the rare gas to be added is Ar
In the case of a gas having a large mass, such as Xe or Kr, the rare gas itself has a large physical sputtering effect, so that it affects not only the desired uniformity but also the selectivity.

【0006】本発明の目的は、前述の処理特性の均一性
を向上できるプラズマエッチング方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a plasma etching method capable of improving the uniformity of the above-mentioned processing characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的は、酸化シリコ
ンもしくは窒化シリコンのエッチャントとして作用する
フッ化炭化水素ガスもしくはフッ化炭素ガスにHeガス
を多量加えることにより達成される。
The above object is achieved by adding a large amount of He gas to a fluorocarbon gas or a fluorocarbon gas acting as an etchant of silicon oxide or silicon nitride.

【0008】[0008]

【作用】Heの場合は質量が小さいため物理的スパッタ
性が小さく、添加による希釈効果のみとなり、拡散速度
が大きくなり、選択性等に影響をあまり及ぼすことなく
均一性を向上できる。この効果は、エッチャントの電離
電圧がHeの電離電圧より小さいフッ化炭化水素ガスも
しくはフッ化炭素ガスにおいて顕著となる。
In the case of He, since the mass is small, the physical sputterability is small, only the dilution effect by addition is obtained, the diffusion speed increases, and the uniformity can be improved without significantly affecting the selectivity and the like. This effect is remarkable in a fluorocarbon gas or a fluorocarbon gas in which the ionization voltage of the etchant is smaller than the ionization voltage of He.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明を適用するプラズマエッチング
装置の事例を示す。図1において、放電チャンバ10と
石英窓20からなる処理室にガス供給装置(図示省略)
によりエッチングガスが導入され、排気装置30により
排気されると同時に所望の圧力に調節される。このエッ
チングガスは、マグネトロン40から発振され導波管5
0を通して処理室に印加されるマイクロ波と、ソレノイ
ドコイル60により形成される磁場の相乗作用によりプ
ラズマ化される。このプラズマにより電極上80の上に
載置されたウェハ70がエッチング処理されるが、電極
には高周波電源90が接続されており、この高周波の印
加によりウェハ70へ入射するイオンのエネルギ−を制
御することができる。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 1, a gas supply device (not shown) is provided in a processing chamber including a discharge chamber 10 and a quartz window 20.
, An etching gas is introduced and exhausted by the exhaust device 30 and at the same time adjusted to a desired pressure. This etching gas is oscillated from the magnetron 40 and
The plasma is generated by the synergistic action of the microwave applied to the processing chamber through 0 and the magnetic field formed by the solenoid coil 60. The wafer 70 mounted on the electrode 80 is etched by this plasma. A high frequency power supply 90 is connected to the electrode, and the energy of ions incident on the wafer 70 is controlled by the application of the high frequency. can do.

【0010】図2は、図1に示した装置においてC4F
8にHeを添加した場合の酸化シリコン膜の下地のPo
ly−Siのエッチングレ−トを示す。図2において、
実線はウェハ内でのエッチレ−トの最大値を、また破線
はウェハ内での最小値を示している。図2からわかるよ
うに、He添加量を増大するとウェハ内での最大値はあ
まり変化することなく最小値のみが漸増することによ
り、下地であるPoly−Siエッチレ−トの均一性が
向上していることがわかる。
FIG. 2 shows a C4F in the apparatus shown in FIG.
8 when He is added to the underlayer of the silicon oxide film.
The etching rate of ly-Si is shown. In FIG.
The solid line indicates the maximum value of the etch rate in the wafer, and the broken line indicates the minimum value in the wafer. As can be seen from FIG. 2, when the amount of He added increases, the maximum value in the wafer does not change much and only the minimum value gradually increases, thereby improving the uniformity of the underlying poly-Si etch rate. You can see that there is.

【0011】また、Heガスの流量はエッチャントとし
て作用するガスの流量の5倍以上100倍以下で、均一
化の効果が大きくなる。Heガスの流量比を大きくしす
ぎると、エッチレートが低下するため流量比の上限が決
まる。
Further, the flow rate of the He gas is 5 times or more and 100 times or less of the flow rate of the gas acting as an etchant, so that the effect of uniformization is increased. If the flow rate ratio of the He gas is too large, the upper limit of the flow rate ratio is determined because the etch rate decreases.

【0012】図3は、図2と同様にC4F8にArを添
加した場合の酸化シリコン膜の下地のPoly−Siの
エッチレ−トを示す。図3からわかるように、Arを添
加した場合はArのスパッタ効果により、エッチレ−ト
が変化しているがエッチレ−トの大きいところでの増大
率が大きく、ウェハ内での均一性を向上させる方向には
作用しない。
FIG. 3 shows the etching rate of Poly-Si underlying the silicon oxide film when Ar is added to C4F8 as in FIG. As can be seen from FIG. 3, when Ar is added, the etch rate changes due to the sputtering effect of Ar, but the rate of increase at a large etch rate is large, and the uniformity in the wafer is improved. Does not work.

【0013】半導体デバイスの製造工程における酸化シ
リコン膜や窒化シリコン膜のエッチング工程では、Po
ly−Siは酸化シリコン膜や窒化シリコン膜の下地膜
の1つであり、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜のエッ
チング時にはPoly−Siを極力エッチングしないこ
とが望ましい。すなわちPoly−Siのエッチレ−ト
が小さいプロセス特性が望まれるわけであるが、Heを
添加することによりPoly−Siエッチレ−トのウェ
ハ内でのばらつきを小さくできることは、半導体デバイ
スの生産性向上に寄与することとなる。
In a process of etching a silicon oxide film or a silicon nitride film in a semiconductor device manufacturing process, Po
ly-Si is one of the base films of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and it is preferable that Poly-Si is not etched as much as possible when etching a silicon oxide film or a silicon nitride film. That is, it is desirable to have a process characteristic in which the poly-Si etch rate is small. However, the addition of He can reduce the variation in the poly-Si etch rate within the wafer, which is necessary for improving the productivity of semiconductor devices. Will contribute.

【0014】なお、He添加による均一化の効果は、2
0ミリトール程度以下の低い圧力下で1011/cm3以上
の高密度プラズマを使用するとき、特に顕著となる。
The effect of homogenization by adding He is 2
This is particularly noticeable when a high-density plasma of 10 11 / cm 3 or more is used under a low pressure of about 0 mTorr or less.

【0015】本一実施例では、C4F8にHeを添加し
た場合について述べたが、主エッチングガスとしては、
フルオロカ−ボンガス・ハイドロフルオロカ−ボンガス
のうちの1つもしくは複数ガスの組合せでもよい。
In this embodiment, the case where He is added to C4F8 has been described.
It may be a combination of one or more of fluorocarbon gas and hydrofluorocarbon gas.

【0016】また本一実施例では図1に示した装置での
例を述べたが、本発明はHeの添加による主エッチング
ガスもしくはそのプラズマの希釈に関するものであり、
装置構成・プラズマ発生方法を限定するものではない。
In this embodiment, an example of the apparatus shown in FIG. 1 has been described. However, the present invention relates to dilution of a main etching gas or its plasma by adding He.
It does not limit the apparatus configuration / plasma generation method.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明によれば、半導体デバイス製造工
程における酸化シリコンおよび窒化シリコン膜エッチン
グ工程のエッチング特性のウェハ内均一性を向上でき、
生産性を向上することができる。
According to the present invention, the in-wafer uniformity of the etching characteristics of the silicon oxide and silicon nitride film etching steps in the semiconductor device manufacturing process can be improved.
Productivity can be improved.

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

【図1】本発明を適用したプラズマエッチング装置の一
実施例の装置構成概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus configuration of an embodiment of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied.

【図2】He添加量とPoly−Siエッチレ−トの関
係説明図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the amount of He added and a Poly-Si etch rate.

【図3】Ar添加量とPoly−Siエッチレ−トの関
係説明図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the amount of Ar added and a Poly-Si etch rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…放電チャンバ、20…石英窓、30…排気装置、
40…マグネトロン、50…導波管、60…ソレノイド
コイル、70…ウェハ、80…電極、90…高周波電
源。
10: discharge chamber, 20: quartz window, 30: exhaust device,
40 ... magnetron, 50 ... waveguide, 60 ... solenoid coil, 70 ... wafer, 80 ... electrode, 90 ... high frequency power supply.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 浩一 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 特開 平4−162721(JP,A) 特開 昭64−61023(JP,A) 特開 平5−251399(JP,A) 特開 平5−114584(JP,A) 特開 平5−55173(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Koichi Okamura 794, Higashi-Toyoi, Katsumatsu-shi, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado factory of Hitachi, Ltd. 64-61023 (JP, A) JP-A-5-251399 (JP, A) JP-A-5-114584 (JP, A) JP-A-5-55173 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】処理室内に導入されたガスをプラズマ化
し、該ガスプラズマにより処理室内に設置された被処理
物が下地を有するウエハをエッチング処理するプラズマ
エッチング方法において、 前記被処理物が酸化シリコンもしくは窒化シリコンを含
むシリコン化合物からなり、 前記ガスとしてフルオロカーボン(CxFy:x=1〜
6 y=4〜12)叉はハイドロフルオロカーボン(C
xHyFz:x=1〜6 y=1〜12 z=1〜1
2)の内少なくとも1つ以上の処理ガスと処理ガスの5
倍〜100倍のHeガスを混合した混合ガスを用いるこ
により、下地のウエハ面内でのエッチレートの均一性
を向上させることを特徴とするプラズマエッチング方
法。
A gas introduced into a processing chamber is turned into a plasma, and the gas plasma generates a plasma to be processed placed in the processing chamber.
In a plasma etching method for etching a wafer having an underlayer, the object is made of a silicon compound containing silicon oxide or silicon nitride, and a fluorocarbon (CxFy: x = 1 to 1) is used as the gas.
6 y = 4 to 12) or hydrofluorocarbon (C
xHyFz: x = 1 to 6 y = 1 to 12 z = 1 to 1
2) at least one or more processing gases and 5
By using a mixed gas in which He gas is mixed by a factor of 100 times, the uniformity of the etch rate in the surface of the underlying wafer
A plasma etching method characterized by improving the plasma etching.
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