JP4167544B2 - Plasma etching method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、略常圧下でプラズマエッチングするための処理ガス、並びにこの処理ガスを用いたプラズマエッチング方法および装置に関し、特に、シリコン化合物と多結晶または非晶質シリコンを有する電子デバイスなどの被処理物に対し多結晶または非晶質シリコンの選択エッチングに適した処理ガス等に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、FPD(フラットパネルディスプレイ)やLCDパネルには、TFT(薄膜トランジスタ)などの素子が組み込まれている。一般に、TFTは、ガラス基板上にゲート電極がパターニングされ、このゲート電極が絶縁膜で覆われ、この絶縁膜上に半導体層が形成されている。絶縁膜には、SiO2やSiNなどのシリコン化合物が用いられている。半導体層には、ポリシリコンなどの多結晶シリコンやアモルファスシリコンなどの非晶質シリコンが用いられている。この半導体層の一部がエッチングされ、その上にソース電極とドレイン電極が形成されている。
上記構成のTFTの製造においては、半導体層のエッチングの際にその下の絶縁膜をもエッチングしないようにすることが重要である。
【0003】
特許文献1には、処理ガスとして、酸素と、酸素に対し20%以下のCF4との混合ガスを用い、真空環境下でマイクロ波ダウンフロープラズマエッチングを行なうことが記載されている。
特許文献2には、常圧下でのプラズマエッチングの一般的内容が記載されている。
非特許文献1には、処理ガスとして、CF4に酸素を63〜83%添加したものを用い、30Paの真空容器内でマイクロ波プラズマエッチングを行なうことが記載されている。
その他、希フッ酸を用いたウェットエッチングも知られている。
【0004】
【特許文献1】
特開平3−29322号公報(第1頁)
【特許文献2】
特開2000−58508号公報(第1頁)
【非特許文献1】
東芝技術公開集(発行番号97−0502、VOL.15−52)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ウェットエッチングの場合、その後に水洗い、乾燥のプロセスが必要となり煩雑である。一方、ドライエッチングであっても、特許文献1および非特許文献1のような真空系の場合、装置が大型化するだけでなく、真空引きに長時間を要し、スループットが悪い。
【0006】
これに対し、特許文献2のような常圧プラズマエッチングは、そうした後処理の問題やスループットの問題が無く、有利である。しかし、前記TFTに代表されるシリコン化合物と多結晶または非晶質シリコンを有する被処理物に対し、常圧環境下で、どのような処理ガスを用いれば、多結晶または非晶質シリコンを選択的に、しかも良好なエッチングレートでエッチングできるかについては判明していない。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、エッチングされるべきでないシリコン化合物とエッチングされるべき多結晶または非晶質シリコンを有する被処理物を略常圧下でプラズマエッチングする方法であって、ハロゲン化合物0.1〜20vol%、水(水蒸気)又は水酸基含有化合物0.5〜3vol%、好ましくは1.7〜1.8vol%、残部酸素よりなる(不可避的不純物を含む。以下同様。)処理ガスを略常圧下でプラズマ化し被処理物に当てること特徴とする。これによって、多結晶または非晶質シリコンを選択的にエッチングでき、シリコン化合物にダメージをあまり与えないようにでき、しかもエッチングレートを高めることができる。
前記ハロゲン化合物が、前記処理ガス全体に対しほぼ0.1vol%であることが好ましい。
【0008】
特に、ハロゲン化合物を0.1vol%近傍、水又は水酸基含有化合物を1.7vol%ないし1.8vol%近傍、残部酸素とした場合には、多結晶または非晶質シリコンの選択エッチング性が極めてよく、シリコン化合物にダメージを殆ど与えないようにでき、エッチングレートも十分良好であり、好ましい。
【0009】
ここで、ハロゲン化合物について、0.1vol%以上としたのは、0.1vol%未満では、良好なエッチングレートを得るのが困難だからであり、20vol%以下としたのは、20vol%を超えると、シリコン化合物がエッチングされやすくなり多結晶または非晶質シリコンの選択エッチング性を確保するのが困難だからである。
【0010】
水又は水酸基含有化合物について、0.5vol%以上としたのは、0.5vol%未満では、プラズマ化した際のOHラジカル(OH*)の発生量が少なくなり過ぎ、良好なエッチングレートを得るのが困難だからであり、3vol%以下としたのは、3vol%を超えると、配管系に結露(液化)を生じやすく装置が傷みやすくなるだけでなく被処理物が濡れるおそれがあり、一方で結露防止のために温度を上げるとエッチングレートが損なわれるおそれがあるからである。
【0011】
本発明における常圧(大気圧近傍の圧力)とは、1.333×104〜10.664×104Paの範囲を言う。中でも、9.331×104〜10.397×104Paの範囲は、圧力調整が容易で装置構成が簡便になり、好ましい。
【0012】
本発明における被処理物は、例えばTFTなどの半導体デバイス、電子デバイスである。
エッチングされるべき多結晶シリコンとしては、例えばポリシリコンが挙げられる。
エッチングされるべき非晶質シリコンとしては、例えばアモルファスシリコンが挙げられる。
エッチングされるべきでないシリコン化合物としては、例えばSiO2、SiC、SiNが挙げられる。SiCやSiNは、SiO2よりエッチングされにくいため、多結晶または非晶質シリコンの選択比(選択エッチング性)がより高くなる。SiNは、特にエッチングされにくいため、選択比がより一層高くなる。
【0013】
ハロゲン化合物としては、フッ素化合物を用いるのが望ましいが、塩素化合物を用いてもよい。
フッ素化合物としては、例えばCF4、C2F6、C3F6、C3F8、C4F8、NF3、SF6が挙げられる。これら化合物の1つを選択するだけでなく、複数を選択してなる混合ガスでもよい。
【0014】
処理ガスの成分たる「水」は、勿論、気相(水蒸気)である。
水と水酸基含有化合物とでは、水のほうがコストや取り扱い性の面で優れている。
水酸基含有化合物としては、アルコール(CnH2n+1OH(CH3OH、C2H5OHなど))が望ましい。この水酸基含有化合物としてのアルコールは、炭素原子数nが「6」以下の低級のものが望ましい。例えばメタノール(CH3OH)のOHの結合エネルギーは、85kcal/molであり、水の120kcal/molより小さく、OHラジカルをより多く発生させることができる。
【0015】
また、本発明は、エッチングされるべきでないシリコン化合物とエッチングされるべき多結晶または非晶質シリコンとを有する被処理物を略常圧下でプラズマエッチングする方法であって、ハロゲン化合物0.1〜20vol%、水酸基含有化合物0.5〜3vol%、残部酸素よりなる処理ガスを略常圧下でプラズマ化し被処理物に当てるプラズマエッチング方法を特徴とする。
前記水酸基含有化合物が、低級アルコールであることが好ましい。
前記処理ガスの一成分となるべき水又は水酸基化合物を液相で貯えておき、この液を気化させて前記処理ガスの他の成分に前記流量比(すなわちハロゲン化合物0.1〜20vol%、水又は水酸基含有化合物0.5〜3vol%、残部酸素)になるように添加し、得られた処理ガスを略常圧下でプラズマ化し前記被処理物に当てることにしてもよい。これによって、被処理物の多結晶または非晶質シリコンを高選択比かつ高エッチングレートでエッチングすることができる。
【0016】
ここで、「処理ガスの他成分」とは、ハロゲン化合物、若しくは酸素、又はこれらの混合ガスを指す。すなわち、ハロゲン化合物と酸素のうち何れか一方(望ましくは酸素)に水又は水酸基化合物の添加を行なった後、それと他方(望ましくはハロゲン化合物)とを混合することにしてもよく、ハロゲン化合物と酸素の混合ガスに対し水又は水酸基化合物の添加を行なうことにしてもよい。
【0017】
さらに、本発明は、エッチングされるべきでないシリコン化合物とエッチングされるべき多結晶または非晶質シリコンとを有する被処理物をプラズマエッチングする装置であって、ハロゲン化合物および酸素の供給手段と、水又は水酸基含有化合物からなる添加成分の添加手段と、処理部とを備え、前記供給手段に処理ガス路が連なり、前記添加手段が、前記添加成分を気相で通すとともに前記処理ガス路と合流する添加路を有し、前記処理ガス路と前記添加路との合流部にて、前記処理ガス路からのガスと前記添加路からの気相の前記添加成分とが合流し、ハロゲン化合物0.1〜20vol%、添加成分0.5〜3vol%、残部酸素よりなる処理ガスが得られ、得られた処理ガスが前記処理部にて略常圧下でプラズマ化されて被処理物に当てられ、前記合流部において、前記処理ガス路の流路断面積と前記添加路の流路断面積との比が、前記処理ガス路内のガス流量と前記添加路内のガス流量との比と略等しいプラズマエッチング装置を特徴とする。これによって、多結晶または非晶質シリコンを高選択比かつ高エッチングレートでエッチングすることができる。
【0018】
ここで、供給手段は、ハロゲン化合物と酸素を混合した状態で貯えていてもよく、別々に貯えておき、処理部への供給過程で混合することにしてもよい。後者の別貯留の場合、ハロゲン化合物と酸素の何れか一方(望ましくは酸素)に対し添加成分の添加を行なった後、それと他方(望ましくはハロゲン化合物)との混合を行ってもよく、ハロゲン化合物と酸素の混合を行なった後、その混合ガスに添加成分の添加を行なうことにしてもよい。
【0019】
水又は水酸基含有化合物の添加手段は、該添加成分の液体原料中に処理ガスの他成分を注入してバブリングする方式でもよく、液体原料を加熱などで気化させてこれを処理ガスの他成分に混ぜる方式でもよく、その他種々の方式でもよい。
【0020】
添加成分の凝縮点(露点)が、処理部でのエッチング環境の雰囲気温度以下になるように制御するのが好ましい。これによって、添加成分の再液化(結露)を防ぐことができる。上記の制御は、露点計を用いて行なうとよい。露点計として鏡面式露点計を用いると、精度良く制御でき、好ましい。また、気化後の添加成分を含んだ配管を加熱し、配管内での再液化を防ぐことにしてもよい。加熱手段としては、配管にリボンヒータを巻いてもよく、後述のように配管(添加路)を加温容器(恒温槽)に収容してもよい。
【0021】
恒温槽による添加方式として、前記添加手段が、前記添加成分を液体の状態で貯えた液体貯留部と、前記液体貯留部から前記処理ガスの他の成分と混合されることなく気化した添加成分を前記流量比を満たすべき流量にして前記添加路へ送る添加量制御部と、前記液体貯留部と前記添加量制御部と前記添加路と前記合流部とを収容する容器(恒温槽)と、を更に有し、この容器の内部が、前記添加成分の気化温度より高温に保持されていることが望ましい。これによって、添加量制御部からの添加成分が、添加前に再液化するのを確実に防止でき、所望の添加量を確実に得ることができる。ひいては、処理ガスの各成分の最終的な流量比を確実に所望の値にすることができ、多結晶または非晶質シリコンの選択比およびエッチングレートを確実に高めることができる。
【0022】
バブリングによる添加方式としては、前記添加手段が、前記添加成分を液体の状態で貯
えたバブリングタンクと、分流比調節部とを更に有し、前記処理ガス路から分岐路が分岐し、この分岐路の下流端が前記バブリングタンク内の液体中に配置され、前記分流比調節部が、前記供給手段からのガスの前記分岐路への分流比を調節することにより前記添加成分の流量比が満たされるようにし、前記バブリングタンクから前記添加路が延び、この添加路には、前記分岐路からのガスとこのガス中に気化した添加成分との混合ガスが通され、前記流路断面積比が、前記分岐路の分岐部と前記合流部との間の前記処理ガス路内のガス流量と、前記添加路内の前記混合ガスの流量との比と略等しいことが望ましい。これによって、所望の添加量を確実に得ることができる。ひいては、処理ガスの各成分の最終的な流量比を確実に所望の値にすることができ、多結晶または非晶質シリコンの選択比およびエッチングレートを確実に高めることができる。
ここで、「処理ガス路」および「分岐路」は、前記処理ガスの添加成分以外の成分、すなわちハロゲン化合物若しくは酸素又はこれらの混合ガスの何れかを通すものである。
【0023】
前記合流部において、前記処理ガス路と添加路の流路断面積比が、これら路における流量比と略等しくなるように設定されていることによって、互いに合流する処理ガス路と添加路のガス流速どうしが略等しくなるようにでき、添加成分を処理ガス路からの処理ガスにスムーズに混合させることができる。
【0024】
前記合流部において、前記ガス路と添加路のうち一方(望ましくは流量の小さい側の路)の下流端が、他方の路(望ましくは流量の大きい側の路)の内部に該他方の路と同軸をなして、しかも該他方の路の下流方向へ開口するようにして収容されており、他方の路には合流後のガス路がストレートに連なっていることが望ましい。これによって、混合を一層スムーズにでき、合流部の辺りでガスの滞留が起きないようにすることができ、滞留による添加成分の再液化を確実に防止することができる。ひいては、処理ガスの各成分の最終的な流量比を一層確実に所望の値にすることができる。この結果、多結晶または非晶質シリコンの選択比およびエッチングレートを一層確実に高めることができる。
【0025】
前記処理部は、例えば一対の電極と、これら電極間に電界を印加する電界印加手段とを有している。電界印加によって電極間に放電プラズマが発生し、プラズマ化空間が形成される。本発明では、このプラズマ化空間が略常圧をなしている。放電形態は、グロー放電が望ましいが、コロナ放電や沿面放電やアーク放電であってもよい。前記処理ガスが、プラズマ化空間に導かれてプラズマ化(励起、ラジカル化、活性化、イオン化など)され、被処理物に当てられることにより、多結晶または非晶質シリコンが選択エッチングされる。
【0026】
本発明は、プラズマ化された処理ガスをプラズマ化空間から吹出して被処理物に当てる所謂リモート式を採用してもよく、プラズマ化空間の内部すなわち一対の電極の間に被処理物を配しプラズマに曝す所謂ダイレクト式を採用してもよい。
【0027】
前記一対の電極からなる電極構造は、特に限定がなく、平行平板型や同軸円筒型の電極構造をなしていてもよく、ロール電極と平板電極との組み合わせてもよく、ロール電極とそれに沿う部分円筒凹面を有する凹面電極との組み合わせであってもよい。電極の材質としては、例えば、鉄、銅、Al等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金あるいは金属間化合物等などが挙げられる。電極は、電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、プラズマ化空間(電極間)の距離が一定となる構造であることが好ましい。
【0028】
一対の電極のうち少なくとも一方には、他方の電極との対向面に固体誘電体を配置する必要がある。固体誘電体は、上記一方の電極と密着し、かつ上記対向面を完全に覆うようにすることが好ましい。固体誘電体によって覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生じやすくなる。上記固体誘電体は、電極とな別体で分離容易な板状、シート状、フィルム状であってもよく、溶射法にて電極表面にコーティングされた膜であってもよい。固体誘電体の厚みは、0.01〜4mmであることが好ましい。固体誘電体が厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。固体誘電体の材質は、有機系、無機系の何れでもよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。固体誘電体の比誘電率は、2以上(25℃環境下、以下同じ)であることが好ましい。比誘電率が2以上の固体誘電体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げることができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発生させるためには、比誘電率が10以上の固体誘電体を用いることが好ましい。比誘電率の上限は、特に限定はないが、現実の材料では18,500程度のものが知られている。比誘電率が10以上の固体誘電体としては、例えば、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化アルミニウム50〜95重量%で混合された金属酸化物被膜、または、酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物被膜からなるものを挙げることができる。
【0029】
電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ等を考慮して適宜決定されるが、0.1〜5mmであることが好ましい。電極間の距離が0.1mm未満であると、間隙が狭隘過ぎて設置が困難なことがあり、一方、5mmを超えると、均一な放電プラズマを発生させにくい。0.5〜3mmの範囲であれば、安定した放電が得られ、より好ましい。
【0030】
前記電界印加手段としては、高周波によるものでもよく、マイクロ波によるものでもよい、パルス波によるパルス電界印加手段が好ましい。特に、電界の立ち上がり及び/または立ち下がり時間が10μs以下のパルス電界が好ましい。10μsを超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。立ち上がり時間及び立ち下がり時間は、短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行われるが、40ns未満にすることは、実際上困難である。立ち上がり時間及び立ち下がり時間のより好ましい範囲は50ns〜5μsである。なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して増加する時間、立ち下がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して減少する時間を言う。パルス電界の電界強度は、10〜1000kV/cmが好ましく、20〜300kV/cmがより好ましい。電界強度が10kV/cm未満であると処理に時間がかかりすぎ、1000kV/cmを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。パルス電界の周波数は、0.5kHz以上であることが好ましい。0.5kHz未満であるとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定が無く、常用されている13.56MHzでもよく、試験的に使用されている500MHzといった高周波帯でも構わない。負荷との整合性のとり易さや取扱い性を考慮すると、500kHz以下が好ましい。このようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。また、パルス電界における1つのパルス継続時間は、200μs以下であることが好ましく、3〜200μsがより好ましい。200μsを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、1つのパルス継続時間とは、ON/OFFの繰り返しからなるパルス電界における、1つのパルスの連続するON時間を言う。
【0031】
更に、本発明のプラズマエッチング装置は、被処理物を70〜100℃に温度調節する被処理物温調手段を備えていることが望ましい。これによって、エッチング部分のアンダーカットやサイドエッチングを抑制でき、更には被処理物(基板)上の残渣物を抑制することができ、デバイスの微細化に十分対応することができる。
【0032】
更に、前記処理部には、エッチング処理済み後のガスを吸引排気する排気機構が設けられていることが望ましい。これによって、エッチング部分のアンダーカットやサイドエッチングを抑制することができ、デバイスの微細化に十分に対応することができる。なお、この吸引排気によって処理済みガスだけでなくエッチングで生じた副生成物も排出される。
【0033】
なお、エッチング後の被処理物に対し、表面性の向上のために洗浄を行なうことにしてもよい。この洗浄は、プラズマを用いたドライ洗浄でもよく、純水などを用いたウェット洗浄でもよく、場合によっては酸洗浄でもよい。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置M1を示したものである。はじめに、常圧プラズマエッチング装置M1の処理対象であるワーク9について説明する。ワーク9(被処理物)は、薄板状をなしている。図において、ワーク9の厚さや大きさは、相当に誇張して描かれている。このワーク9は、TFT(薄膜トランジスタ)となるべきものであり、ガラス基板9a、ゲート電極9b、ゲート絶縁膜9c、半導体層9dを、下から順次積層することによって構成されている。ゲート絶縁膜9cは、SiO2(シリコン化合物)で構成されている。半導体層9dは、ポリシリコン(多結晶シリコン)で構成されている。なお、半導体層9dは、アモルファスシリコン(非晶質シリコン)で構成されていてもよい。
【0035】
常圧プラズマエッチング装置M1は、ゲート絶縁層9cのSiO2と半導体層9dのポリシリコンのうちポリシリコンを選択的にエッチングするものである。このエッチング工程の後、ワーク9には更にソース電極とドレイン電極などが積層され、TFTが完成される。
【0036】
常圧プラズマエッチング装置M1について詳述する。
装置M1は、処理ガス供給部1とエッチング処理部3を備えている。エッチング処理部3は、エッチングされるべきワーク9が入れられる処理チャンバー30と、この処理チャンバー30内に設けられたノズルヘッド31とを有している。処理チャンバー30の内部は、常圧かつ常温になっている。
【0037】
ノズルヘッド31は、セットテーブル39の上方に配置され、このテーブル39上にセットされたワーク9と対向されるようになっている。詳細な図示は省略するが、ノズルヘッド31の内部には一対の電極が設けられている。一方のホット電極には、パルス電源(電界印加手段)が接続され、他方のアース電極は接地されている。パルス電源により電極間にパルス電界が印加されるようになっている。これによって、電極間でグロー放電が起き、電極間空間がプラズマ化空間となる。
【0038】
ノズルヘッド31の周囲には、吸引ノズル32が付設されている。この吸引ノズル32に吸引管34を介して吸引ポンプ33が連ねられている。吸引ノズル32と吸引ポンプ33によって、「排気機構」が構成されている。
【0039】
ワークセットテーブル39には、ワークヒータ35(被処理物温調手段)が組み込まれている。このヒータ35によって、ワーク9が所望温度に加温されるようになっている。なお、ワークヒータ35は、チャンバー30の外部に設けてもよく、ワーク9をヒータ35で加温したうえでチャンバー30内に入れるようにしてもよい。
【0040】
常圧プラズマエッチング装置M1の処理ガス供給部1について説明する。
処理ガス供給部1は、処理ガス供給手段10と、この供給手段10に接続された気化器20(添加手段)を備えている。処理ガス供給手段10は、2つの処理ガス成分用タンク11,13と、2つの処理ガス成分用MFC(マスフローコントローラ)14,15とを含んでいる。CF4タンク11には、処理ガス成分としてCF4ガス(ハロゲン化合物、フッ素化合物)が貯留されている。このタンク11にCF4MFC14が接続されている。MFC14は、タンク11からのCF4ガスの質量を計量し、所望流量にするようになっている。酸素タンク13には、処理ガス成分として酸素ガスが貯留されている。このタンク13に酸素MFC15が接続されている。MFC15は、タンク13からの酸素ガスの質量を計量し、所望流量にするようになっている。2つのMFC14,15の出口ポートからの配管は、互いに合流している。これによって、CF4と酸素の混合ガスが得られるようになっている。この合流混合後の混合ガス管50が、気化器20の後記インレットポート21INに連ねられている。
【0041】
気化器20は、恒温槽21(容器)と、この恒温槽21内に収容された貯水タンク22(液体貯留部)と水蒸気MFC23(添加量制御部)を備えている。恒温槽21は、外部から断熱されている。また、恒温槽21には、ヒータ40(槽内加温手段)が組み込まれている。これによって、恒温槽21の内部全体が、一定の温度に保たれている。この温度は、水の常圧下での気化温度より高くなるように(例えば110℃に)設定されている。
【0042】
恒温槽21の外面に、混合ガス管50との接続用インレットポート21INが設けられている。恒温槽21の内部には、インレットポート21INから延びる槽内混合ガス管25(供給手段からの処理ガス路)が配管されている。槽内混合ガス管25には、エアコントロールバルブV25が設けられている。
【0043】
恒温槽21内の貯水タンク22には、例えば電気伝導率0.1μS/cmの液相の純水(気相の添加成分となるべき液体原料)が貯えられている。水面より上側のタンク22内には、水から蒸発した水蒸気(気相の添加成分)のみが存在し、空気等の不純ガスは殆ど含まれていない。恒温槽21の内部において、タンク22の上端部からMFC23へ向けて計量前水蒸気管24が延びている。水蒸気管24には、2つのエアコントロールバルブV241,V242が上流側から順次設けられている。各バルブV241,V242には、リボンヒータ41,42(バルブ加温手段)が巻き付けられている。これらバルブV241,V242の間の水蒸気管24から排出管29が延び、恒温槽21の外面に配された排出ポート21EXに連なっている。排出管29には、エアコントロールバルブV29が設けられている。水蒸気管24と排出管29との接合部には、圧力センサP1が設けられている。恒温槽21の外面には、パージポート21PGが設けられ、このパージポート21PGから延びるパージ管28が、バルブV242より下流側の水蒸気管24に連なっている。パージ管28には、エアコントロールバルブV28が設けられている。
【0044】
水蒸気管24の下流端は、水蒸気MFC23の入口ポートに連なっている。MFC23は、水蒸気管24ひいては貯水タンク22からの水蒸気の質量を計量し、所望流量にするようになっている。
【0045】
MFC23の出口ポートから添加管26(添加路)が延びている。添加管26の下流端は、上記槽内混合ガス管25と合流されている。この合流部を含む添加管26の全長域が、恒温槽21の内部に収容されている。添加管26には、エアコントロールバルブV26が設けられている。バルブV26には、リボンヒータ43(バルブ加温手段)が巻き付けられている。
【0046】
恒温槽21の内部において、上記管25,26の合流部から合流後処理ガス管27(合流後ガス路)が延びている。合流後処理ガス管27は、恒温槽21の外面に配されたアウトレットポート21OUTに連なっている。このアウトレットポート21OUTから処理ガス供給管51が延び、エッチング処理部3の前記プラズマ化空間に接続されている。処理ガス供給管51の外周には、全長にわたってリボンヒータを巻き、管51を加温することにしてもよい。
【0047】
上記管25,26どうしの合流構造を更に詳述する。
図2に示すように、槽内混合ガス管25と合流後処理ガス管27とは、ストレートな1本の共通のガス管20Pで構成されている。共通ガス管20Pは、全長にわたって流路断面積が略等しくなっている。この共通ガス管20Pの中途部に、添加管26の下流端部が接合されている。この接合部を境にして、それより上流側のガス管20Pが槽内混合ガス管25として提供され、下流側のガス管20Pが合流後処理ガス管27として提供されている。
【0048】
共通ガス管20Pすなわち槽内混合ガス管25の流路断面積と添加管26の流路断面積との比は、槽内混合ガス管25おける混合ガス(CF4+酸素)の流量と添加管26における水蒸気の流量との比と略等しくなるように設定されている。また、添加管26は、共通ガス管20Pの管壁を貫通して、管20P内に入り込むとともに、管20Pの管軸L20X上においてL字状に折り曲げられている。これにより、細い添加管26の下流端が、太い共通ガス管20Pと同軸をなして、下流の合流後処理ガス管27の側へ向けて開口されている。
【0049】
上記のように構成された常圧プラズマエッチング装置M1の動作を説明する。予め、窒素ガス等のパージガスをパージポート21PGから送り込むことにより、管24,26等の内部をパージする。更に、排出ポート21EXに真空ポンプを接続して、水面より上側のタンク22内や管24,26内の不明ガスを吸引、排気する。
【0050】
そのうえで、ヒータ40をオンすることによって、恒温槽21内を水の気化温度より高い所望温度(例えば110℃)まで加温していく。これによって、貯水タンク22及びその内部の純水も加温されていく。この加温過程では、バルブV241,V29を開く一方、バルブV242を閉じておく。これによって、貯水タンク22内は、常圧に保たれる。また、リボンヒータ41〜43をオンし、蒸気管24,26のバルブV241,V242,V26を恒温槽21の内部空間より高い所望温度(例えば120℃)まで個別的に加温していく。
【0051】
恒温槽21内ひいては貯水タンク22が所望の110℃で平衡に達した時、タンク22内の水は、100℃になっている。これによって、水が蒸発、気化し、水面より上側のタンク22内が飽和水蒸気で満たされる。ここで、蒸気管24,26のバルブV241,V242,V26を開く。(バルブV28,V29は閉にする。)これにより、飽和水蒸気が、タンク22から計量前蒸気管24を通ってMFC23へ送られていく。この時、蒸気管24も110℃まで加温されているので、水蒸気が蒸気管24の内周面に結露(再液化)することはない。更に、バルブV241,V242は、より高温の120℃に加温されているので、水蒸気がこれらバルブV241,V242内で結露するのを確実に防止できる。
【0052】
併行して、槽内混合ガス管25のバルブV25を開くとともに、タンク11のCF4ガスをMFC14へ送り、タンク13のO2ガスをMFC15へ送る。
【0053】
3つのMFC14,15,23は、互いに協働して、CF4と酸素と水蒸気の流量比をそれらの合計流量に対しCF40.1〜20vol%、水蒸気0.5〜3vol%、残部酸素となるように調節する。特に、CF40.1vol%、水蒸気1.7vol%〜1.8vol%、残部酸素となるように調節するのが、好ましい。
【0054】
CF4と酸素は、MFC14,15からそれぞれ送出された後、管50で互いに合流される。この混合ガス(CF4+酸素)が、インレットポート21INを介して管25へ導かれる。
【0055】
一方、水蒸気は、MFC23から添加管26に送出される。この添加管26は、その全長にわたって110℃の高温に保たれているので、水蒸気が添加管26の内周面に結露することはない。これによって、水蒸気の上記流量比を確実にそのままに維持することができる。更に、バルブV26は、より高温の120℃に加温されているので、水蒸気がバルブV26内で結露することはなく、水蒸気の流量比の正確度を一層高めることができる。
【0056】
そして、水蒸気は、管20Pに流れ込み、管25からの混合ガス(CF4+酸素)と合流する。このとき、上記流量比と管25,26の流路断面積との関係によって、管26から出る水蒸気の流速が、管20Pの外側の混合ガスの流速と略等しくなっている。これによって、水蒸気を処理ガスに安定的に混合させることができる。しかも、添加管26の下流端開口が、下流側の合流後処理ガス管27を向いているので、水蒸気の流束φ1が、合流後処理ガス管27のガス流束φ2内に吸い込まれるようにして一層スムーズに溶け込ませることができる。さらに、添加管26の下流端が、共通ガス管20P内に同軸をなして収容されているので、水蒸気を一層均一に混合することができる。これによって、合流部の辺りで水蒸気が局所的に滞留しないようにすることができ、滞留による水蒸気の結露を確実に防止することができる。この結果、MFC14,15,23で調節された通りの流量比の処理ガスを得ることができる。
【0057】
気化器20によれば、貯水タンク22での気化用の加温手段と管24,25での結露防止用の加温手段とが、共通のヒータ40で構成されているので、部品点数の削減及び構成の簡素化を図ることできる。
【0058】
気化器20内の管27を経た処理ガスは、処理ガス供給管51に通される。この管51における水蒸気分圧は、極めて小さいので、管27,51に結露が生じることはなく、前記流量比が維持される。そして、処理ガスは、エッチング処理部3のノズルヘッド31内の電極間空間(プラズマ化空間)に導入される。
【0059】
一方、ワーク9が、ワークヒータ35(被処理物温調手段)によって70〜100℃に加温されたうえで、ノズルヘッド31の下方にセットされる。
そして、前記電極間にパルス電界が印加される。これによって、電極間にグロー放電が起き、処理ガスがプラズマ化される。このプラズマ化された処理ガス流が、ノズルヘッド31からワーク9に吹付けられる。これによって、半導体層9dすなわちポリシリコンをエッチングすることができる。処理ガスは、CF40.1〜20vol%、水蒸気0.5〜3vol%、残部酸素よりなるように正確に調節されているので、ポリシリコン9dを確実に選択してエッチングでき、ゲート絶縁層9cのSiO2にダメージがあまり及ばないようにすることができ、しかも、エッチングレートを高くすることができる。また、ワーク9の温度が70〜100℃になっているので、ポリシリコン9dの側縁のアンダーカットやサイドエッチング量を抑制することができる。
【0060】
さらに、吸引ポンプ33を作動させることにより、エッチング箇所周辺の処理済みのガスやエッチングにより生じた副生成物を吸引ノズル32で吸引し、排気することができる。これによって、アンダーカットやサイドエッチング量をより一層抑制することができる。
【0061】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を簡略化する。
図3は、本発明の第2実施形態を示したものである。第2実施形態は、添加手段の構成が既述の第1実施形態と異なっている。詳述すると、第2実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置M2は、処理ガス供給部1Aと、第1実施形態のものと同様構成のエッチング処理部3を備えている。処理ガス供給部1Aは、第1実施形態のものと同様構成の処理ガス供給手段10と、バブリング装置12(添加手段)を備えている。
【0062】
バブリング装置12は、混合ガス管50に介在された分岐弁18(分流比調節部)とバブリングタンク17を備えている。分岐弁18によって、混合ガス管50(すなわち供給手段10からの処理ガス路)が、第1、第2の分岐管50a,50bに分岐されている。(処理ガス路50,50bから分岐路50aが分岐している。)
【0063】
バブリングタンク17には、処理ガスの添加成分となるべき水が液相で貯えられている。このバブリングタンク17の水中に、第1分岐管50a(第1ガス路、分岐路)の下流端が挿入されて開口している。バブリングタンク17の上端部から添加管52(添加路)が延びている。この添加管は、第2分岐管50b(第2ガス路、処理ガス路)と合流している。この合流部から処理ガス供給管51(合流後の処理ガス路)が延び、エッチング処理部3のノズルヘッド31の電極間空間へ連なっている。
【0064】
分岐弁18は、管50からの処理ガスのうち第1分岐管50aへの流量と第2分岐管50bへの流量(すなわち管50a,50bの分流比)を調節できるようになっている。第1分岐管50aへの流量を大きくすると、バブリングタンク17での水の気化量が増える。逆に、第1分岐管50aへの流量を小さくすると、バブリングタンク17での水の気化量が減る。これによって、処理ガス中の水蒸気が確実に0.5〜3vol%になるように調節することができる。この結果、ワーク9のポリシリコンを高選択比かつ高エッチングレートでエッチングすることができる。
なお、分岐弁18に代えて、流量調節弁を、各第1、第2分岐管50a,50bにそれぞれ設けたり、第1、第2分岐管50a,50bの何れか1つに設けたりしてもよい。
【0065】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、気相の添加成分として、水に代えて水酸基含有化合物(例えばメチルアルコールやエチルアルコールなどの低級アルコール)を用いてもよい。この場合も、処理ガスの全体流量に対し水酸基含有化合物が0.5〜3vol%になるようにする。
本発明の処理ガス成分構成は、SiO2に代えてSiCやSiNなどの他のシリコン化合物を、エッチングされるべきでない物質とする場合にも適用でき、ポリシリコンなどの多結晶シリコンに代えてアモルファスシリコンなどの非晶質シリコンを、エッチングすべき物質とする場合にも適用できる。
処理ガス成分のハロゲン化合物として、CF4に代えて、C2F6、C3F6、C3F8、NF3、SF6などの他のフッ素化合物を用いてもよく、塩素化合物を用いてもよい。これらCF4以外のハロゲン化合物についてもCF4と同じ流量比0.1〜20vol%が適用できる。
酸素ガスのみを添加手段20,12に導いて水蒸気添加を行ない、その後、この加湿酸素にCF4を混合することにより、処理ガスを得ることにしてもよい。第2実施形態において、第2分岐管50bと添加管52との合流部の構造を、図2に示す第1実施形態の槽内混合ガス管25と添加管26との合流部の構造と同様に構成してもよい。
本発明の被処理物は、TFTに限らず、他の電子デバイスなどにも当然に適用できる。
【0066】
【実施例】
処理ガスの成分構成による選択エッチング性およびエッチングレートに関する実施例を説明する。
<実施例1>
図1と同様の装置を用い、常圧・常温環境でプラズマエッチングを行なった。処理ガス成分は、CF4:20vol%、O2:79.3vol%、H2O:1.7vol%とした。H2Oの流量比は、処理部3に入る直前で鏡面識露点計を用いて確認した。
結果を図4に示す。ポリシリコンのエッチングレートER1は、ER1=4500Å/minであり、SiO2のエッチングレートER2は、ER2=3500Å/minであり、ポリシリコンの選択比r1は、r1=ER1/ER2=1.28であった。なお、図4において、エッチング深さ約1700Åの線は、ポリシリコンの層9dとSiO2の層9cの境界であり、0〜当該境界線までは、ポリシリコンのエッチング領域であり、当該境界線から上は、SiO2のエッチング領域である。
これによって、CF4が20vol%以下であれば、ポリシリコンの選択比r1をr1>1にできること、すなわちSiO2よりもポリシリコンをエッチングできることが判明した。ポリシリコンのエッチングレートも十分に大きくできることが判明した。
【0067】
<実施例2>
処理ガス構成をCF4:0.1vol%、O2:98.2vol%、H2O:1.7vol%とし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果を図4に示す。ポリシリコンのエッチングレートER1は、ER1=2500Å/minであり、SiO2のエッチングレートER2は、ER2=246Å/minであり、ポリシリコンの選択比r1は、r1=10.1であった。これによって、該処理ガス構成では、ポリシリコンの選択エッチング性が極めて良好であり、ほぼポリシリコンのみをエッチングでき、しかもエッチングレートも十分良好であることが判明した。
また、実施例1および実施例2により、CF4を少なくすればするほど、ポリシリコンの選択比r1を大きくできることが判明した。その一方で、ポリシリコンのエッチングレートER1は小さくなることも判明した。
【0068】
<比較例1>
処理ガス構成をCF4:80vol%、O2:18.3vol%、H2O:1.7vol%とし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果、ポリシリコンのエッチングレートER1は、ER1=700Å/minであり、SiO2のエッチングレートER2は、ER2=6000Å/minであり、ポリシリコンの選択比r1は、r1=0.1であった。
<比較例2>
処理ガス構成をCF4:90vol%、O2:8.3vol%、H2O:1.7vol%とし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果、ポリシリコンのエッチングレートER1は、ER1=700Å/minであり、SiO2のエッチングレートER2は、ER2=9000Å/minであり、ポリシリコンの選択比r1は、r1=0.08であった。
比較例1、2により、CF4が20vol%を超えると、ポリシリコンの選択比r1がr1<1となり、ポリシリコンよりSiO2のほうがエッチングされやすくなることが判明した。
【0069】
<比較例3>
処理ガスをO2:100vol%とし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果、エッチングレートは実質的に無限大となり、エッチング不能であることが判明した。
<比較例4>
処理ガス構成をCF4:98.2vol%、H2O:1.8vol%とし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果、エッチングレートは実質的に無限大となり、エッチング不能であることが判明した。
【0070】
次に、ワーク加温によるサイドエッチング抑制効果の実施例について説明する。
<実施例3>
ワーク温度を70℃にし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果、図5に示すように、ポリシリコンのサイドエッチング量は、2μm以下であった。
<実施例4>
ワーク温度を100℃にし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果、図5に示すように、ポリシリコンのサイドエッチング量は、2μm以下であった。
<比較例5>
ワーク温度を50℃にし、他の条件は実施例1と同じにしてプラズマエッチングを行なった。
結果、図5に示すように、ポリシリコンのサイドエッチング量は、5μm以下であった。
これによって、ワーク温度を70℃〜100℃にすれば、サイドエッチング量を抑制できることが判明した。
【0071】
次に、排気機構によるサイドエッチング抑制効果の実施例について説明する。
<実施例5>
実施例1において、吸引ポンプ33を作動して吸引ノズル32から吸引排気を行なったところ、ポリシリコンのサイドエッチング量は、1μm以下であった。これに対し、吸引ポンプ33を停止した場合には、サイドエッチング量は、5μmとなった。
これによって、排気を行なったほうが、サイドエッチングを抑制できることが判明した。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理物のシリコン化合物と多結晶または非晶質シリコンのうち、多結晶または非晶質シリコンを確実に選択的にエッチングでき、シリコン化合物にダメージをあまり与えないようにでき、しかもエッチングレートを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置の概略構成図である。
【図2】上記装置の共通ガス管と添加管の接続部の断面図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係る常圧プラズマエッチング装置の概略構成図である。
【図4】実施例1および実施例2の結果を示すグラフである。
【図5】実施例3、4、および比較例5の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
M1,M2 常圧プラズマエッチング装置
3 エッチング処理部
9 ワーク(被処理物)
9c ゲート絶縁層(SiO2(シリコン化合物)の層)
9d 半導体層(ポリシリコン(多結晶シリコン)の層)
10 処理ガス供給手段(CF4(ハロゲン化合物)と酸素の供給手段)
12 添加手段
17 バブリングタンク
18 分岐弁(分流比調節部)s
20 気化器(添加手段)
21 恒温槽(容器)
22 貯水タンク(液体貯留部)
23 水蒸気MFC(添加量制御部)
25 槽内混合ガス管(供給手段からの処理ガス路)
26 添加管(添加路)
27 合流後処理ガス管(合流後のガス路)
32 吸引ノズル32(排気機構の構成要素)
33 吸引ポンプ(排気機構の構成要素)
35 ワークヒータ(被処理物温調手段)
50 混合ガス管(供給手段からの処理ガス路)
50a 第1分岐管(分岐路)
50b 第2分岐管(分岐部と合流部との間の処理ガス路)
52 添加管(添加路)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing gas for performing plasma etching under a substantially normal pressure, and a plasma etching method and apparatus using the processing gas, and in particular, to be processed such as an electronic device having a silicon compound and polycrystalline or amorphous silicon. The present invention relates to a processing gas suitable for selective etching of polycrystalline or amorphous silicon.
[0002]
[Prior art]
For example, elements such as TFT (Thin Film Transistor) are incorporated in FPD (Flat Panel Display) and LCD panels. In general, in a TFT, a gate electrode is patterned on a glass substrate, the gate electrode is covered with an insulating film, and a semiconductor layer is formed on the insulating film. For the insulating film, SiO2Silicon compounds such as SiN and SiN are used. For the semiconductor layer, polycrystalline silicon such as polysilicon or amorphous silicon such as amorphous silicon is used. A part of this semiconductor layer is etched, and a source electrode and a drain electrode are formed thereon.
In manufacturing the TFT having the above structure, it is important not to etch the underlying insulating film when the semiconductor layer is etched.
[0003]
In
Non-Patent
In addition, wet etching using dilute hydrofluoric acid is also known.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-29322 (first page)
[Patent Document 2]
JP 2000-58508 A (first page)
[Non-Patent Document 1]
Toshiba Technical Collection (Issue No. 97-0502, VOL.15-52)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of wet etching, a subsequent process of washing with water and drying is necessary, which is complicated. On the other hand, even in the case of dry etching, in the case of a vacuum system such as
[0006]
On the other hand, the atmospheric pressure plasma etching as in
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and plasma-etches an object to be processed having a silicon compound that should not be etched and polycrystalline or amorphous silicon that should be etched under a substantially normal pressure.MethodAnd halogen compound 0.1-20 vol%, water (water vapor) or hydroxyl group-containing compound 0.5-3 vol%, Preferably 1.7-1.8 vol%, Balance oxygen (including unavoidable impurities; the same shall apply hereinafter)Apply plasma to the workpiece under normal atmospheric pressureFeatures. ThisThisTherefore, polycrystalline or amorphous silicon can be selectively etched, the silicon compound can be hardly damaged, and the etching rate can be increased.
It is preferable that the halogen compound is approximately 0.1 vol% with respect to the entire processing gas.
[0008]
In particular, when the halogen compound is in the vicinity of 0.1 vol%, the water or hydroxyl group-containing compound is in the vicinity of 1.7 vol% to 1.8 vol%, and the balance is oxygen, the selective etching property of polycrystalline or amorphous silicon is extremely good. The silicon compound can be hardly damaged, and the etching rate is sufficiently good.
[0009]
Here, the halogen compound is set to 0.1 vol% or more because it is difficult to obtain a good etching rate if it is less than 0.1 vol%, and it is set to 20 vol% or less if it exceeds 20 vol%. This is because the silicon compound is easily etched and it is difficult to ensure the selective etching property of polycrystalline or amorphous silicon.
[0010]
With respect to water or a hydroxyl group-containing compound, 0.5 vol% or more is set to less than 0.5 vol% when OH radicals (OH*) Is generated too much and it is difficult to obtain a good etching rate. The reason why it is 3 vol% or less is that if it exceeds 3 vol%, condensation (liquefaction) is liable to occur in the piping system and the device is easily damaged. This is because the object to be treated may get wet as well as the etching rate. On the other hand, if the temperature is raised to prevent condensation, the etching rate may be impaired.
[0011]
The normal pressure (pressure near atmospheric pressure) in the present invention is 1.333 × 10.Four~ 10.664 × 10FourSays the range of Pa. Among them, 9.331 × 10Four~ 10.397 × 10FourThe range of Pa is preferable because pressure adjustment is easy and the apparatus configuration is simple.
[0012]
The object to be processed in the present invention is, for example, a semiconductor device such as a TFT or an electronic device.
An example of polycrystalline silicon to be etched is polysilicon.
Examples of amorphous silicon to be etched include amorphous silicon.
Examples of silicon compounds that should not be etched include SiO.2, SiC and SiN. SiC and SiN are SiO2Since it is harder to etch, the selectivity (selective etching property) of polycrystalline or amorphous silicon becomes higher. Since SiN is particularly difficult to be etched, the selectivity is further increased.
[0013]
As the halogen compound, a fluorine compound is preferably used, but a chlorine compound may be used.
Examples of fluorine compounds include CFFour, C2F6, CThreeF6, CThreeF8, CFourF8, NFThree, SF6Is mentioned. In addition to selecting one of these compounds, a mixed gas formed by selecting a plurality of compounds may be used.
[0014]
The “water” as a component of the processing gas is, of course, the gas phase (water vapor).
Among water and a hydroxyl group-containing compound, water is superior in terms of cost and handleability.
Examples of the hydroxyl group-containing compound include alcohol (CnH2n + 1OH (CHThreeOH, C2HFiveOH etc.) is desirable. The alcohol as the hydroxyl group-containing compound is desirably a lower one having n or less carbon atoms of “6”. For example, methanol (CHThreeThe binding energy of OH) is 85 kcal / mol, which is smaller than 120 kcal / mol of water, and can generate more OH radicals.
[0015]
The present invention also provides:A method for plasma-etching an object to be processed having a silicon compound that should not be etched and polycrystalline or amorphous silicon that should be etched, under a substantially normal pressure, comprising a halogen compound of 0.1 to 20 vol% and a hydroxyl group-containing compound It is characterized by a plasma etching method in which a processing gas comprising 0.5 to 3 vol% and the balance oxygen is converted to plasma at a substantially normal pressure and applied to a workpiece.
The hydroxyl group-containing compound is preferably a lower alcohol.
Water or a hydroxyl compound that should be one component of the processing gas is stored in a liquid phase, and the liquid is vaporized, and the flow rate ratio (that is, a halogen compound of 0.1 to 20 vol%, water) is added to the other components of the processing gas. Alternatively, a hydroxyl group-containing compound may be added in an amount of 0.5 to 3 vol%, and the remaining oxygen), and the obtained processing gas may be plasmatized under substantially normal pressure and applied to the object to be processed. Thereby, the polycrystalline or amorphous silicon to be processed can be etched with a high selectivity and a high etching rate.
[0016]
Here, “other components of the processing gas” refers to a halogen compound, oxygen, or a mixed gas thereof. That is, after adding water or a hydroxyl compound to one of the halogen compound and oxygen (preferably oxygen), it may be mixed with the other (preferably a halogen compound). Water or a hydroxyl compound may be added to the mixed gas.
[0017]
Furthermore, the present invention providesAn object to be processed having a silicon compound to be etched and polycrystalline or amorphous silicon to be etched.Plasma etchingDoA device for supplying halogen compounds and oxygen, and an additive component comprising water or a hydroxyl group-containing compoundofAn adding means and a processing unit;A processing gas path is connected to the supply means, and the addition means has an addition path that allows the additive component to pass through in a gas phase and merges with the processing gas path, and is provided at a junction of the processing gas path and the addition path. The gas from the processing gas path and the additive component in the gas phase from the addition path merge,Halogen compound 0.1-20 vol%,Additive components0.5-3 vol%, remaining oxygenThe obtained processing gas is made into plasma at substantially the normal pressure in the processing section and applied to the object to be processed, and the flow path cross-sectional area of the processing gas path is The ratio of the flow path cross-sectional area of the addition path is substantially equal to the ratio of the gas flow rate in the processing gas path and the gas flow rate in the addition path.Features a plasma etching apparatus. Thereby, polycrystalline or amorphous silicon can be etched with a high selectivity and a high etching rate.
[0018]
Here, the supply means may store the halogen compound and oxygen in a mixed state, or store them separately and mix them in the supply process to the processing unit. In the case of separate storage of the latter, after adding an additive component to either one of the halogen compound and oxygen (preferably oxygen), it may be mixed with the other (preferably halogen compound). After adding oxygen and oxygen, an additive component may be added to the mixed gas.
[0019]
The means for adding water or a hydroxyl group-containing compound may be a method of injecting and bubbling other components of the processing gas into the liquid raw material of the additive component. The liquid raw material is vaporized by heating or the like, and this is converted into other components of the processing gas. A mixing method may be used, and various other methods may be used.
[0020]
It is preferable to control the condensation point (dew point) of the additive component to be equal to or lower than the atmospheric temperature of the etching environment in the processing section. Thereby, reliquefaction (condensation) of the additive component can be prevented. The above control may be performed using a dew point meter. A specular dew point meter is preferably used as the dew point meter because it can be controlled with high accuracy. Further, the pipe containing the additive component after vaporization may be heated to prevent reliquefaction in the pipe. As the heating means, a ribbon heater may be wound around the pipe, and the pipe (addition path) may be accommodated in a heating container (a constant temperature bath) as described later.
[0021]
As an addition method using a thermostatic bath, the adding means is configured to add the additive component.In liquid stateA stored liquid reservoir;AboveFrom the liquid reservoirWithout being mixed with other components of the process gasVaporized additive components to a flow rate that should satisfy the flow rate ratioTo the addition pathAn additive amount control unit,Said liquidBody reservoirAnd saidAddition control unitAnd saidAdditive routeWhenThe junctionWhenA container (constant temperature bath) containing,TheMoreoverIt is desirable that the inside of the container be maintained at a temperature higher than the vaporization temperature of the additive component. Thereby, it is possible to reliably prevent the additive component from the additive amount control unit from being liquefied before the addition, and a desired additive amount can be reliably obtained. As a result, the final flow ratio of each component of the processing gas can be surely set to a desired value, and the selection ratio and etching rate of polycrystalline or amorphous silicon can be reliably increased.
[0022]
As an addition method by bubbling, the adding means adds the additive component.Store in liquid state
I gotA bubbling tank,A diversion ratio adjusting unit, and a branch path is branched from the processing gas path, and a downstream end of the branch path is disposed in the liquid in the bubbling tank, and the diversion ratio adjusting unit isGas from the supply meansSaid branchThe diversion ratio to the roadBy adjustingThe flow rate ratio of the additive component is satisfiedThe addition path extends from the bubbling tank, and a gas mixture from the gas from the branch path and the additive component vaporized in the gas is passed through the addition path. The ratio of the gas flow rate in the processing gas path between the branching part of the branching path and the junction part is substantially equal to the ratio of the flow rate of the mixed gas in the addition path.It is desirable. Thereby, a desired addition amount can be obtained reliably. As a result, the final flow ratio of each component of the processing gas can be surely set to a desired value, and the selection ratio and etching rate of polycrystalline or amorphous silicon can be reliably increased.
here,"processingGas path "and"Branch`` Road '' is the processing gasOther than additive ingredientsEither a component, that is, a halogen compound or oxygen, or a mixed gas thereof is passed.
[0023]
In the junction, theprocessingBy setting the cross-sectional area ratio of the gas path and the addition path to be substantially equal to the flow rate ratio in these paths, the gas flow velocities of the processing gas path and the addition path that merge together are substantially equal. The additive component can be smoothly mixed with the processing gas from the processing gas path.
[0024]
In the merging portion, the downstream end of one of the gas passage and the addition passage (preferably the passage on the smaller flow rate side) is connected to the other passage inside the other passage (preferably the passage on the higher flow rate side). It is desirable that it is coaxially accommodated so as to open in the downstream direction of the other path, and the merged gas path is connected to the other path in a straight line. Accordingly, the mixing can be performed more smoothly, the gas can be prevented from staying around the joining portion, and the re-liquefaction of the added component due to the stay can be surely prevented. As a result, the final flow rate ratio of each component of the processing gas can be more reliably set to a desired value. As a result, the selectivity and etching rate of polycrystalline or amorphous silicon can be increased more reliably.
[0025]
The processing unit includes, for example, a pair of electrodes and an electric field applying unit that applies an electric field between the electrodes. By applying an electric field, discharge plasma is generated between the electrodes, and a plasmatized space is formed. In the present invention, this plasmatized space has a substantially normal pressure. The discharge form is preferably glow discharge, but may be corona discharge, creeping discharge, or arc discharge. The processing gas is guided to the plasmaization space to be converted into plasma (excitation, radicalization, activation, ionization, etc.), and is applied to the object to be processed, so that polycrystalline or amorphous silicon is selectively etched.
[0026]
The present invention may adopt a so-called remote type in which a plasma process gas is blown out from a plasma generation space and applied to an object to be processed, and the object to be processed is arranged inside the plasma generation space, that is, between a pair of electrodes. You may employ what is called a direct type exposed to plasma.
[0027]
The electrode structure composed of the pair of electrodes is not particularly limited, and may be a parallel plate type or coaxial cylindrical type electrode structure, may be a combination of a roll electrode and a plate electrode, and a roll electrode and a portion along the electrode. It may be a combination with a concave electrode having a cylindrical concave surface. Examples of the material of the electrode include simple metals such as iron, copper, and Al, alloys such as stainless steel and brass, and intermetallic compounds. It is preferable that the electrodes have a structure in which the distance between the plasma spaces (between the electrodes) is constant in order to avoid occurrence of arc discharge due to electric field concentration.
[0028]
At least one of the pair of electrodes needs to have a solid dielectric disposed on the surface facing the other electrode. It is preferable that the solid dielectric is in close contact with the one electrode and completely covers the facing surface. If there is a portion where the electrodes directly face each other without being covered by the solid dielectric, arc discharge is likely to occur therefrom. The solid dielectric may be in the form of a plate, sheet, or film that can be separated and easily separated as an electrode, or a film coated on the electrode surface by a thermal spraying method. The thickness of the solid dielectric is preferably 0.01 to 4 mm. If the solid dielectric is too thick, a high voltage may be required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied, and arc discharge may occur. The material of the solid dielectric may be either organic or inorganic. For example, plastic such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxide such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide, and titanium dioxide, titanium Examples include double oxides such as barium acid. The relative dielectric constant of the solid dielectric is preferably 2 or more (25 ° C. environment, the same applies hereinafter). Specific examples of the solid dielectric having a relative dielectric constant of 2 or more include polytetrafluoroethylene, glass, and metal oxide film. Further, in order to stably generate a high density discharge plasma, it is preferable to use a solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more. The upper limit of the relative dielectric constant is not particularly limited, but an actual material of about 18,500 is known. Examples of the solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more include a metal oxide film mixed with 5 to 50% by weight of titanium oxide and 50 to 95% by weight of aluminum oxide, or a metal oxide film containing zirconium oxide. Can be mentioned.
[0029]
The distance between the electrodes is appropriately determined in consideration of the thickness of the solid dielectric, the magnitude of the applied voltage, etc., but is preferably 0.1 to 5 mm. If the distance between the electrodes is less than 0.1 mm, the gap may be too narrow and installation may be difficult. On the other hand, if it exceeds 5 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma. If it is the range of 0.5-3 mm, the stable discharge will be obtained and it is more preferable.
[0030]
The electric field applying means is preferably a pulse electric field applying means using a pulse wave, which may be a high frequency or microwave. In particular, a pulse electric field having a rise time and / or a fall time of 10 μs or less is preferable. If it exceeds 10 μs, the discharge state tends to shift to an arc and becomes unstable, and it becomes difficult to maintain a high-density plasma state. The shorter the rise time and fall time, the more efficiently the ionization of the gas during plasma generation, but it is practically difficult to make it less than 40 ns. A more preferable range of the rise time and the fall time is 50 ns to 5 μs. Here, the rise time is a time during which the voltage (absolute value) continuously increases, and the fall time is a time during which the voltage (absolute value) continuously decreases. The electric field strength of the pulse electric field is preferably 10 to 1000 kV / cm, and more preferably 20 to 300 kV / cm. When the electric field strength is less than 10 kV / cm, it takes too much time for processing, and when it exceeds 1000 kV / cm, arc discharge tends to occur. The frequency of the pulse electric field is preferably 0.5 kHz or more. If it is less than 0.5 kHz, the plasma density is low, and the process takes too much time. The upper limit is not particularly limited, and may be 13.56 MHz which is commonly used, or may be a high frequency band such as 500 MHz which is used experimentally. In consideration of ease of matching with the load and handling, 500 kHz or less is preferable. By applying such a pulse electric field, the processing speed can be greatly improved. Moreover, it is preferable that one pulse duration in a pulse electric field is 200 microseconds or less, and 3 to 200 microseconds is more preferable. If it exceeds 200 μs, it tends to shift to arc discharge. Here, one pulse duration means a continuous ON time of one pulse in a pulse electric field composed of repetition of ON / OFF.
[0031]
Furthermore, it is desirable that the plasma etching apparatus of the present invention includes a workpiece temperature adjusting means for adjusting the temperature of the workpiece to 70 to 100 ° C. As a result, undercutting and side etching of the etched portion can be suppressed, and residues on the object to be processed (substrate) can be suppressed, and the device can be sufficiently miniaturized.
[0032]
Furthermore, it is desirable that the processing section is provided with an exhaust mechanism that sucks and exhausts the gas after the etching process. As a result, undercut and side etching of the etched portion can be suppressed, and the device can be sufficiently miniaturized. Note that this suction exhaust exhausts not only the processed gas but also by-products generated by etching.
[0033]
In addition, you may decide to wash | clean the to-be-processed object after an etching for the improvement of surface property. This cleaning may be dry cleaning using plasma, wet cleaning using pure water or the like, and acid cleaning may be used in some cases.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an atmospheric pressure plasma etching apparatus M1 according to the first embodiment of the present invention. First, the
[0035]
The atmospheric pressure plasma etching apparatus M1 uses the SiO of the gate insulating layer 9c.2In the
[0036]
The atmospheric pressure plasma etching apparatus M1 will be described in detail.
The apparatus M1 includes a processing
[0037]
The
[0038]
A
[0039]
The work set table 39 incorporates a work heater 35 (processing object temperature adjusting means). The
[0040]
The processing
The processing
[0041]
The
[0042]
An inlet port 21IN for connection with the
[0043]
The water storage tank 22 in the
[0044]
The downstream end of the steam pipe 24 is connected to the inlet port of the
[0045]
An addition pipe 26 (addition path) extends from the outlet port of the
[0046]
Inside the
[0047]
The junction structure between the
As shown in FIG. 2, the
[0048]
The ratio of the cross-sectional area of the
[0049]
The operation of the atmospheric pressure plasma etching apparatus M1 configured as described above will be described. A purge gas such as nitrogen gas is previously purged from the purge port 21.PGThe inside of the
[0050]
Then, by turning on the
[0051]
When the inside of the
[0052]
In parallel, the valve V of the
[0053]
The three
[0054]
CFFourAnd oxygen are respectively sent from the
[0055]
On the other hand, the water vapor is sent from the
[0056]
Then, the water vapor flows into the
[0057]
According to the
[0058]
The processing gas that has passed through the
[0059]
On the other hand, the
A pulse electric field is applied between the electrodes. As a result, glow discharge occurs between the electrodes, and the processing gas is turned into plasma. The plasma-ized processing gas flow is blown from the
[0060]
Furthermore, by operating the
[0061]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, the same reference numerals are given to the drawings for the same configurations as those in the above-described embodiments, and the description will be simplified.
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment described above in the configuration of the adding means. Specifically, the atmospheric pressure plasma etching apparatus M2 according to the second embodiment includes a processing gas supply unit 1A and an etching processing unit 3 having the same configuration as that of the first embodiment. The processing gas supply unit 1A includes a processing gas supply means 10 having the same configuration as that of the first embodiment and a bubbling device 12 (addition means).
[0062]
The bubbling
[0063]
In the bubbling
[0064]
The
Instead of the
[0065]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, a hydroxyl group-containing compound (for example, a lower alcohol such as methyl alcohol or ethyl alcohol) may be used as a gas phase additive component instead of water. Also in this case, the hydroxyl group-containing compound is set to 0.5 to 3 vol% with respect to the entire flow rate of the processing gas.
The process gas component constitution of the present invention is SiO2It can also be applied to the case where other silicon compounds such as SiC and SiN are used as materials that should not be etched, and amorphous silicon such as amorphous silicon is etched instead of polycrystalline silicon such as polysilicon. It can also be applied to the case of substances to be used.
CF as a processing gas component halogen compoundFourInstead of C2F6, CThreeF6, CThreeF8, NFThree, SF6Other fluorine compounds may be used, and a chlorine compound may be used. These CFFourCF for other halogen compoundsFourThe same flow rate ratio of 0.1 to 20 vol% can be applied.
Only oxygen gas is introduced into the adding means 20 and 12 to add water vapor, and then this humidified oxygen is converted into CF.FourThe processing gas may be obtained by mixing the above. In the second embodiment, the structure of the joining part of the
The object to be processed of the present invention is not limited to the TFT, and can naturally be applied to other electronic devices.
[0066]
【Example】
An embodiment relating to the selective etching property and the etching rate according to the component composition of the processing gas will be described.
<Example 1>
Plasma etching was performed in a normal pressure / normal temperature environment using the same apparatus as in FIG. Process gas component is CFFour: 20 vol%, O2: 79.3 vol%, H2O: 1.7 vol%. H2The flow rate ratio of O was confirmed using a specular dew point meter immediately before entering the processing unit 3.
The results are shown in FIG. Polysilicon etching rate ER1ER1= 4500 Å / min, SiO2Etching rate ER2ER2= 3500 Å / min, polysilicon selection ratio r1R1= ER1/ ER2= 1.28. In FIG. 4, the line with an etching depth of about 1700 mm represents the
As a result, CFFourIs 20 vol% or less, polysilicon selection ratio r1R1What can be> 1, ie SiO2It has been found that polysilicon can be etched more than. It has been found that the etching rate of polysilicon can be increased sufficiently.
[0067]
<Example 2>
Process gas configuration is CFFour: 0.1 vol%, O2: 98.2 vol%, H2The plasma etching was performed under the same conditions as in Example 1 except that O was 1.7 vol%.
The results are shown in FIG. Polysilicon etching rate ER1ER1= 2500 Å / min and SiO2Etching rate ER2ER2= 246Å / min, polysilicon selectivity r1R1= 10.1. Thus, it has been found that the selective etching property of polysilicon is extremely good, only the polysilicon can be etched, and the etching rate is sufficiently good.
In addition, according to Example 1 and Example 2, CFFourThe smaller the ratio, the polysilicon selectivity r1It was found that can be increased. On the other hand, polysilicon etching rate ER1Was also found to be smaller.
[0068]
<Comparative Example 1>
Process gas configuration is CFFour: 80 vol%, O2: 18.3 vol%, H2The plasma etching was performed under the same conditions as in Example 1 except that O was 1.7 vol%.
Result, polysilicon etching rate ER1ER1= 700 Å / min, SiO2Etching rate ER2ER2= 6000 kg / min, polysilicon selection ratio r1R1= 0.1.
<Comparative example 2>
Process gas configuration is CFFour: 90 vol%, O2: 8.3 vol%, H2The plasma etching was performed under the same conditions as in Example 1 except that O was 1.7 vol%.
Result, polysilicon etching rate ER1ER1= 700 Å / min, SiO2Etching rate ER2ER2= 9000Å / min, polysilicon selection ratio r1R1= 0.08.
According to Comparative Examples 1 and 2, when CF4 exceeds 20 vol%, polysilicon selectivity r1Is r1<1, and SiO from polysilicon2It was found that this is easier to etch.
[0069]
<Comparative Example 3>
Process gas is O2: 100 vol%, and the other conditions were the same as in Example 1, and plasma etching was performed.
As a result, it was found that the etching rate was practically infinite and etching was impossible.
<Comparative example 4>
Process gas configuration is CFFour: 98.2 vol%, H2The plasma etching was performed under the same conditions as in Example 1 except that O: 1.8 vol%.
As a result, it was found that the etching rate was practically infinite and etching was impossible.
[0070]
Next, an example of the effect of suppressing side etching by heating the workpiece will be described.
<Example 3>
Plasma etching was performed under the same conditions as in Example 1 except that the workpiece temperature was 70 ° C.
As a result, as shown in FIG. 5, the amount of side etching of the polysilicon was 2 μm or less.
<Example 4>
Plasma etching was performed under the same conditions as in Example 1 except that the workpiece temperature was 100 ° C.
As a result, as shown in FIG. 5, the amount of side etching of the polysilicon was 2 μm or less.
<Comparative Example 5>
Plasma etching was performed under the same conditions as in Example 1 except that the workpiece temperature was 50 ° C.
As a result, as shown in FIG. 5, the side etching amount of polysilicon was 5 μm or less.
Thus, it has been found that the side etching amount can be suppressed if the workpiece temperature is set to 70 ° C. to 100 ° C.
[0071]
Next, an example of the side etching suppression effect by the exhaust mechanism will be described.
<Example 5>
In Example 1, when the
Thus, it has been found that side etching can be suppressed by exhausting.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably selectively etch polycrystalline or amorphous silicon out of the silicon compound and polycrystalline or amorphous silicon to be processed, and damage the silicon compound. Therefore, the etching rate can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an atmospheric pressure plasma etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a connection portion between a common gas pipe and an addition pipe of the apparatus.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an atmospheric pressure plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the results of Example 1 and Example 2. FIG.
5 is a graph showing the results of Examples 3 and 4 and Comparative Example 5. FIG.
[Explanation of symbols]
M1, M2 atmospheric pressure plasma etching equipment
3 Etching processing part
9 Workpiece (object to be processed)
9c Gate insulating layer (SiO2(Silicone compound layer)
9d Semiconductor layer (polysilicon (polycrystalline silicon) layer)
10 Process gas supply means (CF4(Halogen compound) and oxygen supply means)
12 Adding means
17 Bubbling tank
18 Branching valve (Diversion ratio adjuster) s
20 Vaporizer (addition means)
21 Thermostatic bath (container)
22 Water storage tank (liquid storage part)
23 Water vapor MFC (addition control unit)
25 Mixed gas pipe in tank (from supply meansprocessingGas path)
26 Addition pipe (addition path)
27 Post-merging gas pipe (gas path after merging)
32 Suction nozzle 32 (component of exhaust mechanism)
33 Suction pump (component of exhaust mechanism)
35 Work heater (Process temperature control means)
50 Mixed gas pipe (from supply meansprocessingGas path)
50a First branch pipe (BranchRoad)
50b Second branch pipe (Processing between branch and junctionGas path)
52 Addition pipe (addition path)
Claims (7)
ハロゲン化合物0.1〜20vol%、水又は水酸基含有化合物1.7〜1.8vol%、残部酸素よりなる処理ガスを略常圧下でプラズマ化し被処理物に当てることを特徴とするプラズマエッチング方法。 A method for plasma-etching an object to be processed having a silicon compound that should not be etched and polycrystalline or amorphous silicon that should be etched, under a substantially normal pressure,
A plasma etching method characterized in that a processing gas comprising a halogen compound of 0.1 to 20 vol%, water or a hydroxyl group-containing compound of 1.7 to 1.8 vol%, and the remaining oxygen is converted into plasma at a substantially normal pressure and applied to the object to be processed. .
ハロゲン化合物0.1〜20vol%、水酸基含有化合物0.5〜3vol%、残部酸素よりなる処理ガスを略常圧下でプラズマ化し被処理物に当てることを特徴とするプラズマエッチング方法。 A plasma etching method, characterized in that a processing gas comprising a halogen compound of 0.1 to 20 vol%, a hydroxyl group-containing compound of 0.5 to 3 vol%, and the balance oxygen is converted to plasma under a substantially normal pressure and applied to an object to be processed.
ハロゲン化合物および酸素の供給手段と、水又は水酸基含有化合物からなる添加成分の添加手段と、処理部とを備え、
前記供給手段に処理ガス路が連なり、
前記添加手段が、前記添加成分を気相で通すとともに前記処理ガス路と合流する添加路を有し、
前記処理ガス路と前記添加路との合流部にて、前記処理ガス路からのガスと前記添加路からの気相の前記添加成分とが合流し、ハロゲン化合物0.1〜20vol%、添加成分0.5〜3vol%、残部酸素よりなる処理ガスが得られ、得られた処理ガスが前記処理
部にて略常圧下でプラズマ化されて被処理物に当てられ、
前記合流部において、前記処理ガス路の流路断面積と前記添加路の流路断面積との比が、前記処理ガス路内のガス流量と前記添加路内のガス流量との比と略等しいことを特徴とするプラズマエッチング装置。An apparatus for plasma etching a workpiece having a silicon compound not to be etched and polycrystalline or amorphous silicon to be etched,
A means for supplying a halogen compound and oxygen, a means for adding an additive component consisting of water or a hydroxyl group-containing compound, and a treatment section,
A processing gas path is connected to the supply means,
The addition means has an addition path for passing the additive component in the gas phase and merging with the processing gas path,
The gas from the processing gas path and the gas phase additive component from the addition path merge at the junction of the process gas path and the addition path, and the halogen compound is 0.1 to 20 vol%, and the additive component A processing gas composed of 0.5 to 3 vol% and the balance oxygen is obtained, and the obtained processing gas is the processing gas.
In the part, it is turned into plasma under almost normal pressure and applied to the workpiece.
In the junction, the ratio of the cross-sectional area of the processing gas path to the cross-sectional area of the addition path is substantially equal to the ratio of the gas flow rate in the processing gas path and the gas flow rate in the addition path. A plasma etching apparatus characterized by that.
前記流路断面積比が、前記分岐路の分岐部と前記合流部との間の前記処理ガス路内のガス流量と、前記添加路内の前記混合ガスの流量との比と略等しいことを特徴とする請求項5に記載のプラズマエッチング装置。 The adding means further includes a bubbling tank that stores the added component in a liquid state, and a diversion ratio adjusting unit, and a branch path branches from the processing gas path, and a downstream end of the branch path is the bubbling tank Disposed in the liquid, and the diversion ratio adjustment unit adjusts the diversion ratio of the gas from the supply means to the branch path so as to satisfy the flow rate ratio of the additive component, and from the bubbling tank The addition path extends, and a gas mixture from the gas from the branch path and the additive component vaporized in the gas is passed through the addition path.
The flow passage cross-sectional area ratio is substantially equal to the ratio of the gas flow rate in the processing gas passage between the branching portion of the branch passage and the merge portion and the flow rate of the mixed gas in the addition passage. The plasma etching apparatus according to claim 5 , wherein the apparatus is a plasma etching apparatus.
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