JP5913830B2 - Etching method of silicon substrate - Google Patents
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Description
この発明は、シリコン基板のエッチング方法、特にシリコン基板を異方的にエッチングする方法に関する。 The present invention, an etching method for silicon substrate, relates to how to etch particular silicon substrate anisotropically.
従来から、シリコン基板をパターニングするためのプラズマエッチングには、六フッ化硫黄ガス等のフッ素含有ガスが多用されている。フッ素含有ガスを用いたプラズマエッチングでは、プラズマ中のフッ素ラジカルとシリコンとを反応させることで、揮発性の高いシリコンフッ化物を形成することによりシリコン基板をエッチングする。加えて同プラズマエッチングでは、プラズマ中の正イオンをシリコン基板の表面に引き込むことで、フッ素を含む正イオンとシリコンとの衝突を促し、これによってシリコン基板をエッチングする。このように、フッ素含有ガスを用いたプラズマエッチングによれば、シリコンとフッ素ラジカルとの反応による等方的なエッチングと、シリコンと正イオンとの衝突による異方的なエッチングとにより、シリコン基板が効果的にエッチングされる。 Conventionally, fluorine-containing gases such as sulfur hexafluoride gas have been frequently used for plasma etching for patterning a silicon substrate. In plasma etching using a fluorine-containing gas, a silicon substrate is etched by reacting fluorine radicals in plasma with silicon to form highly volatile silicon fluoride. In addition, in the plasma etching, positive ions in the plasma are attracted to the surface of the silicon substrate to promote collision between positive ions containing fluorine and silicon, thereby etching the silicon substrate. Thus, according to plasma etching using a fluorine-containing gas, a silicon substrate is formed by isotropic etching due to reaction between silicon and fluorine radicals and anisotropic etching due to collision between silicon and positive ions. It is etched effectively.
近年では、例えば特許文献1に記載のように、素子等の作り込まれたシリコン基板を複数積層した半導体デバイスにおいて、シリコン基板を積層方向に貫通するシリコン貫通電極(Through Silicon Via :TSV)が、シリコン基板間での電気的な接続に用いられつつある。こうしたシリコン貫通電極の埋め込まれるシリコン貫通孔の形成にも、上述のようなフッ素含有ガスを用いたプラズマエッチングが用いられている。 In recent years, for example, as described in Patent Document 1, in a semiconductor device in which a plurality of silicon substrates in which elements or the like are formed are stacked, a through silicon via (TSV) penetrating the silicon substrate in the stacking direction is It is being used for electrical connection between silicon substrates. Plasma etching using a fluorine-containing gas as described above is also used to form a silicon through hole in which such a silicon through electrode is embedded.
ところで、上記半導体デバイスを構成する各シリコン基板の厚さは、数十μmから数百μmである。こうしたシリコン基板に対して、直径が数μm以下の貫通孔が形成されることから、貫通孔のアスペクト比は数十から数百程度にもなる。 By the way, the thickness of each silicon substrate constituting the semiconductor device is several tens μm to several hundreds μm. Since a through hole having a diameter of several μm or less is formed on such a silicon substrate, the aspect ratio of the through hole is several tens to several hundreds.
上述のように、フッ素含有ガスのプラズマを用いてシリコン基板をエッチングした場合、正イオンを用いたエッチングによれば、シリコン基板の厚さ方向への異方性エッチングが進行する一方、ラジカルを用いたエッチングによれば、シリコン基板の等方的なエッチングが進行する。そのため、上述のような高アスペクト比の貫通孔を形成する場合にあっては特に、貫通孔の深さ方向へのエッチングが進行するに従い、貫通孔の径方向へのエッチングが、所望とする領域以上に進行してしまうことになる。 As described above, when the silicon substrate is etched using the plasma of the fluorine-containing gas, the etching using positive ions proceeds with anisotropic etching in the thickness direction of the silicon substrate while using radicals. According to the conventional etching, isotropic etching of the silicon substrate proceeds. Therefore, especially when the through hole having a high aspect ratio as described above is formed, the etching in the radial direction of the through hole is a desired region as the etching in the depth direction of the through hole proceeds. It will progress more than that.
なお、こうした問題は、シリコン基板に対する貫通孔の形成する場合に限らず、シリコン基板に対してその厚さ方向に延びるトレンチ等を含む凹部を形成する場合にも、概ね共通して生じるものである。 Such a problem is not limited to the case where a through-hole is formed in a silicon substrate, but generally occurs in a case where a recess including a trench extending in the thickness direction is formed in the silicon substrate. .
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリコン基板に形成される凹部の加工精度を高めることのできるシリコン基板のエッチング方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide an etching how the silicon substrate capable of enhancing the machining accuracy of a recess formed in the silicon substrate.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
請求項1に記載の発明は、シリコン基板に対してその厚さ方向に延びる凹部を形成するシリコン基板のエッチング方法であって、フッ素含有ガスのプラズマを前記シリコン基板に供給して、該シリコン基板に前記凹部を形成するエッチング工程と、ホウ素含有ガスのプラズマを前記シリコン基板に供給して、前記凹部の内壁面にホウ素とシリコンとを含む保護膜を形成する保護膜形成工程とを備え、前記エッチング工程と前記保護膜形成工程とを同時に行って、前記保護膜として、フッ素が含まれるホウ化ケイ素化合物からなる前記保護膜を形成し、前記フッ素含有ガスのプラズマを用いて、前記保護膜のうち、前記凹部の底壁面に形成された部分と、前記凹部の底壁面に露出した前記シリコン基板とをエッチングして、前記凹部を形成することを要旨とする。 The invention according to claim 1 is an etching method of a silicon substrate for forming a recess extending in a thickness direction of the silicon substrate, wherein a plasma of fluorine-containing gas is supplied to the silicon substrate, and the silicon substrate An etching step for forming the recess, and a protective film forming step for supplying a plasma of boron-containing gas to the silicon substrate to form a protective film containing boron and silicon on the inner wall surface of the recess , An etching step and a protective film forming step are simultaneously performed to form the protective film made of a silicon boride compound containing fluorine as the protective film, and using the fluorine-containing gas plasma, among the a bottom wall portion formed of the recess by etching said silicon substrate exposed in the bottom wall of said recess to form said recess The gist of the door.
請求項1に記載の発明では、シリコン基板に対してその厚さ方向に延びる凹部を形成する際に、フッ素含有ガスのプラズマによって凹部を形成するためのエッチング工程と、ホウ素含有ガスのプラズマによってシリコンとホウ素とを含有する化合物からなる保護膜を凹部の内壁面に形成するための保護膜形成工程とを行うようにしている。これにより、凹部の底壁面には、エッチャントに含まれる垂直成分と、該垂直成分とは交差する方向に進行する成分とが到達するため、保護膜の除去とシリコン基板のエッチングとが進行することになる。他方、凹部の側壁面には、エッチャントに含まれる上記垂直成分とは交差する方向に進行する成分が到達するため、形成された保護膜が維持されることで、シリコン基板がエッチングされにくくなる。それゆえに、凹部の底壁面におけるエッチングの進行を維持しつつ、凹部の側壁面が、その開口以上に該凹部の形成方向とは直交する方向にエッチングされることを抑えることができる。その結果、凹部の加工精度を高めることができる。 According to the first aspect of the present invention, when the recess extending in the thickness direction is formed on the silicon substrate, the etching step for forming the recess by the fluorine-containing gas plasma and the silicon by the boron-containing gas plasma are used. And a protective film forming step for forming a protective film made of a compound containing boron and boron on the inner wall surface of the recess. As a result, the vertical component contained in the etchant and the component that travels in the direction intersecting the vertical component reach the bottom wall surface of the recess, so that the removal of the protective film and the etching of the silicon substrate proceed. become. On the other hand, since the component that travels in the direction intersecting the vertical component included in the etchant reaches the side wall surface of the recess, the formed protective film is maintained, and the silicon substrate is hardly etched. Therefore, it is possible to prevent the side wall surface of the recess from being etched in a direction perpendicular to the formation direction of the recess beyond the opening while maintaining the progress of etching on the bottom wall surface of the recess. As a result, the processing accuracy of the recess can be increased.
また、請求項1に記載の発明では、フッ素含有ガスのプラズマによるシリコン基板のエッチングと、ホウ素含有ガスのプラズマによる保護膜の形成とを同時に行うようにしている。そのため、シリコン基板に対するエッチングの進行と同時に保護膜の形成が行われることから、エッチャントに含まれる垂直成分に曝されにくい凹部の側壁面は、凹部を形成している間中、エッチャントに曝されにくくなる。他方、エッチャントの垂直成分に曝されやすい凹部の底壁面が、優先的にエッチングされるようになる。それゆえに、凹部の側
壁面が、その開口以上に該凹部の形成方向とは直交する方向にエッチングされることを抑えることができ、ひいては凹部の加工精度を高めることができる。
In the first aspect of the invention, the etching of the silicon substrate by the fluorine-containing gas plasma and the formation of the protective film by the boron-containing gas plasma are simultaneously performed. Therefore, since the protective film is formed simultaneously with the progress of etching on the silicon substrate, the side wall surface of the recess that is difficult to be exposed to the vertical component contained in the etchant is not easily exposed to the etchant during the formation of the recess. Become. On the other hand, the bottom wall surface of the recess that is easily exposed to the vertical component of the etchant is preferentially etched. Therefore, it is possible to prevent the side wall surface of the recess from being etched in a direction perpendicular to the direction in which the recess is formed beyond the opening thereof, thereby improving the processing accuracy of the recess.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のシリコン基板のエッチング方法において、前記フッ素含有ガスは六フッ化硫黄ガスであり、前記ホウ素含有ガスは三フッ化ホウ素であり、前記エッチング工程と前記保護膜形成工程とを同時に行うとき、前記六フッ化硫黄ガスのプラズマ及び前記三フッ化ホウ素ガスのプラズマのみを前記シリコン基板に供給することを要旨とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のシリコン基板のエッチング方法において、前記エッチング工程と前記保護膜形成工程とを同時に行うとき、酸素ガスのプラズマ及び希ガスのプラズマの少なくとも一方を前記シリコン基板にさらに供給することを要旨とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシリコン基板のエッチング方法において、RCA法を用いた洗浄処理により前記保護膜を除去する工程をさらに備えることを要旨とする。
The invention according to claim 2 is the method for etching a silicon substrate according to claim 1, wherein the fluorine-containing gas is a sulfur hexafluoride gas, the boron-containing gas is boron trifluoride, and the etching step. And the step of forming the protective film simultaneously, only the plasma of the sulfur hexafluoride gas and the plasma of the boron trifluoride gas are supplied to the silicon substrate.
Invention of claim 3, in the etching method for silicon substrate according to claim 1, when performing said etching step and the protective film forming step simultaneously, at least one of the plasma in the plasma and a rare gas of oxygen gas The gist is to further supply the silicon substrate.
The invention described in claim 4 is the silicon substrate etching method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of removing the protective film by a cleaning process using an RCA method. And
以下、本発明のシリコン基板のエッチング方法の一実施形態について図1及び図2を参照して説明する。まず、シリコン基板のエッチング装置の一実施形態としてのドライエッチング装置について図1を参照して説明する。 Hereinafter will be described with reference to FIGS. 1 and 2 An embodiment of an etch how the silicon substrate of the present invention. First, a dry etching apparatus as an embodiment of a silicon substrate etching apparatus will be described with reference to FIG.
[ドライエッチング装置]
図1に示されるように、ドライエッチング装置10の有する円筒状の真空槽11には、該真空槽11の開口を封止する石英窓12が固着されている。真空槽11と石英窓12とによって形成される空間には、基板Sを保持する基板ステージ13が設置されている。基
板ステージ13内に配置されたステージ電極14には、例えば13.56MHzの高周波電力を出力するバイアス用高周波電源15が、基板Sにバイアス電圧を印加するコンデンサを含むバイアス用整合器16を介して接続されている。バイアス用整合器16は、バイアス用高周波電源15の出力時に、該バイアス用高周波電源15の出力インピーダンスとその負荷の入力インピーダンスとを整合させるとともに、基板Sにバイアス電圧を印加する。
[Dry etching equipment]
As shown in FIG. 1, a quartz window 12 that seals the opening of the vacuum chamber 11 is fixed to a cylindrical vacuum chamber 11 of the dry etching apparatus 10. In a space formed by the vacuum chamber 11 and the quartz window 12, a substrate stage 13 that holds the substrate S is installed. A bias high-frequency power source 15 that outputs, for example, 13.56 MHz high-frequency power is connected to the stage electrode 14 disposed in the substrate stage 13 via a bias matching unit 16 including a capacitor that applies a bias voltage to the substrate S. It is connected. The bias matching unit 16 matches the output impedance of the bias high frequency power supply 15 with the input impedance of the load and applies a bias voltage to the substrate S when the bias high frequency power supply 15 outputs.
石英窓12の外表面側には、上段アンテナ21aと下段アンテナ21bとを備える高周波アンテナ21が配設されている。高周波アンテナ21の備える各アンテナ21a,21bは、例えば基板Sの周方向に2回半巻き回された渦巻き形状をなすとともに、渦巻きの中心側の端部である電力入力部21cと、同渦巻きの外側の端部である電力出力部21dとにおいて接続されている。 A high frequency antenna 21 including an upper antenna 21 a and a lower antenna 21 b is disposed on the outer surface side of the quartz window 12. Each of the antennas 21a and 21b included in the high-frequency antenna 21 has, for example, a spiral shape that is wound twice and a half in the circumferential direction of the substrate S, and a power input portion 21c that is an end portion on the center side of the spiral, It is connected to the power output unit 21d which is the outer end.
高周波アンテナ21の電力入力部21cには、例えば13.56MHzの高周波電力を出力するアンテナ用高周波電源22が、入力側可変コンデンサ23とアンテナ用整合器24とを介して接続されている。高周波アンテナ21の電力出力部21dには、出力側可変コンデンサ25が接続されている。アンテナ用整合器24は、上記アンテナ用高周波電源22の出力時に、アンテナ用高周波電源22の出力インピーダンスとその負荷の入力インピーダンスとを整合させる。また、入力側可変コンデンサ23と出力側可変コンデンサ25とは、エッチング処理の実施時に、高周波アンテナ21の電力入力部21c側と電力出力部21d側とに流れる電流量を略等しくする。これにより、石英窓12の内表面に付着した副生成物が該内表面の全体にわたりスパッタされやすくなる。 For example, an antenna high-frequency power source 22 that outputs a high-frequency power of 13.56 MHz is connected to the power input unit 21 c of the high-frequency antenna 21 via an input-side variable capacitor 23 and an antenna matching unit 24. An output side variable capacitor 25 is connected to the power output unit 21 d of the high frequency antenna 21. The antenna matching unit 24 matches the output impedance of the antenna high frequency power supply 22 with the input impedance of the load when the antenna high frequency power supply 22 is output. Further, the input-side variable capacitor 23 and the output-side variable capacitor 25 make the amounts of current flowing through the power input unit 21c side and the power output unit 21d side of the high-frequency antenna 21 substantially equal when performing the etching process. Thereby, the by-product attached to the inner surface of the quartz window 12 is easily sputtered over the entire inner surface.
石英窓12の外周には、真空槽11内に磁気中性線を形成する磁場コイル26が配置されている。磁場コイル26は、上段コイル26a、中段コイル26b、及び下段コイル26cから構成されている。磁場コイル26には、上記磁気中性線を形成するための電流を出力する電流供給部27が接続されている。より詳細には、上段コイル26aには上段供給部27aが接続され、また、中段コイル26bには中段供給部27bが接続され、そして、下段コイル26cには下段供給部27cが接続されている。電流供給部27のうち、上段供給部27aと下段供給部27cとが同じ向きの電流を上段コイル26a及び下段コイル26cの各々に出力するとともに、中段供給部27bが、他の供給部27a,27cとは逆向きの電流を中段コイル26bに出力することによって、上記磁気中性線が真空槽11内に形成される。 A magnetic field coil 26 that forms a magnetic neutral line in the vacuum chamber 11 is disposed on the outer periphery of the quartz window 12. The magnetic field coil 26 includes an upper coil 26a, a middle coil 26b, and a lower coil 26c. A current supply unit 27 that outputs a current for forming the magnetic neutral line is connected to the magnetic field coil 26. More specifically, the upper stage supply part 27a is connected to the upper stage coil 26a, the middle stage supply part 27b is connected to the middle stage coil 26b, and the lower stage supply part 27c is connected to the lower stage coil 26c. Among the current supply units 27, the upper supply unit 27a and the lower supply unit 27c output currents in the same direction to the upper coil 26a and the lower coil 26c, respectively, and the middle supply unit 27b includes the other supply units 27a and 27c. The magnetic neutral line is formed in the vacuum chamber 11 by outputting a current in the opposite direction to the middle coil 26b.
真空槽11に貫通形成された排気口11aには、真空槽11内の流体を排気する排気部31が接続されている。排気部31は、例えば真空槽11内の圧力を調整する圧力調整弁や、各種真空ポンプから構成されている。 An exhaust part 31 that exhausts the fluid in the vacuum chamber 11 is connected to an exhaust port 11 a formed through the vacuum chamber 11. The exhaust unit 31 includes, for example, a pressure adjustment valve that adjusts the pressure in the vacuum chamber 11 and various vacuum pumps.
真空槽11に貫通形成されたガス供給口11bには、基板Sのエッチングに用いられるフッ素含有ガスとしての六フッ化硫黄(SF6)ガスを真空槽11に供給するエッチングガス供給部32が接続されている。エッチングガス供給部32は、六フッ化硫黄ガスを貯蔵するボンベに接続されるマスフローコントローラであって、真空槽11内に供給される六フッ化硫黄ガスの流量を調節する。 An etching gas supply unit 32 that supplies sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas as a fluorine-containing gas used for etching the substrate S to the vacuum chamber 11 is connected to the gas supply port 11 b formed through the vacuum chamber 11. Has been. The etching gas supply unit 32 is a mass flow controller connected to a cylinder storing sulfur hexafluoride gas, and adjusts the flow rate of the sulfur hexafluoride gas supplied into the vacuum chamber 11.
また、上記ガス供給口11bには、基板Sに保護膜を形成するホウ素含有ガスとしての三フッ化ホウ素(BF3)ガスを真空槽11に供給する保護膜形成ガス供給部33が接続されている。保護膜形成ガス供給部33は、三フッ化ホウ素ガスを貯蔵するボンベに接続されるマスフローコントローラであって、真空槽11内に供給される三フッ化ホウ素ガスの流量を調節する。 The gas supply port 11b is connected to a protective film forming gas supply unit 33 for supplying boron trifluoride (BF 3 ) gas as a boron-containing gas for forming a protective film on the substrate S to the vacuum chamber 11. Yes. The protective film forming gas supply unit 33 is a mass flow controller connected to a cylinder storing boron trifluoride gas, and adjusts the flow rate of boron trifluoride gas supplied into the vacuum chamber 11.
基板Sに対するエッチング処理が実施されるときには、上記排気部31の排気流量、エッチングガス供給部32から供給される六フッ化硫黄ガスの流量、及び保護膜形成ガス供給部33から供給される三フッ化ホウ素ガスの流量によって、真空槽11内が所定の圧力とされる。 When the etching process is performed on the substrate S, the exhaust gas flow rate of the exhaust unit 31, the flow rate of the sulfur hexafluoride gas supplied from the etching gas supply unit 32, and the three fluorine gas supplied from the protective film forming gas supply unit 33. The inside of the vacuum chamber 11 is set to a predetermined pressure by the flow rate of the boron fluoride gas.
ドライエッチング装置10には、上記バイアス用高周波電源15、アンテナ用高周波電源22、電流供給部27、排気部31、エッチングガス供給部32、及び保護膜形成ガス供給部33の駆動を制御する制御部41が搭載されている。 The dry etching apparatus 10 includes a control unit that controls driving of the bias high-frequency power source 15, the antenna high-frequency power source 22, the current supply unit 27, the exhaust unit 31, the etching gas supply unit 32, and the protective film forming gas supply unit 33. 41 is mounted.
制御部41は、上記ステージ電極14に供給すべき電力量をプロセス条件の一つとして記憶しているとともに、該電力量に応じた駆動信号をバイアス用高周波電源15に出力する。また、制御部41は、上記高周波アンテナ21に供給すべき電力量をプロセス条件の一つとして記憶しているとともに、該電力量に応じた駆動信号をアンテナ用高周波電源22に出力する。また、制御部41は、上記磁場コイル26に供給すべき電流値をプロセス条件の一つとして記憶しているとともに、該電流値に応じた駆動信号を電流供給部27に出力する。また、制御部41は、排気部31の排気流量をプロセス条件の一つとして記憶するとともに、該流量にて真空槽11内の流体を排気するための駆動信号を排気部31に出力する。また、制御部41は、六フッ化硫黄ガスの供給流量をプロセス条件の一つとして記憶するとともに、該流量にて六フッ化硫黄ガスを供給するための駆動信号をエッチングガス供給部32に出力する。また、制御部41は、三フッ化ホウ素ガスの供給流量をプロセス条件の一つとして記憶するとともに、該流量にて三フッ化ホウ素ガスを供給するための駆動信号を保護膜形成ガス供給部33に出力する。 The control unit 41 stores the amount of power to be supplied to the stage electrode 14 as one of the process conditions, and outputs a drive signal corresponding to the amount of power to the bias high-frequency power source 15. The control unit 41 stores the amount of power to be supplied to the high-frequency antenna 21 as one of the process conditions, and outputs a drive signal corresponding to the amount of power to the antenna high-frequency power source 22. Further, the control unit 41 stores a current value to be supplied to the magnetic field coil 26 as one of the process conditions, and outputs a drive signal corresponding to the current value to the current supply unit 27. In addition, the control unit 41 stores the exhaust flow rate of the exhaust unit 31 as one of the process conditions, and outputs a drive signal for exhausting the fluid in the vacuum chamber 11 to the exhaust unit 31 at the flow rate. The control unit 41 stores the supply flow rate of the sulfur hexafluoride gas as one of the process conditions, and outputs a drive signal for supplying the sulfur hexafluoride gas at the flow rate to the etching gas supply unit 32. To do. In addition, the control unit 41 stores the supply flow rate of boron trifluoride gas as one of the process conditions, and supplies a drive signal for supplying the boron trifluoride gas at the flow rate to the protective film forming gas supply unit 33. Output to.
制御部41は、こうしたプロセス条件に基づき、エッチングガス供給部32と、保護膜形成ガス供給部33とを駆動しつつ、アンテナ用高周波電源22、電流供給部27、及びバイアス用高周波電源15とを駆動する。これにより、六フッ化硫黄ガスを用いたプラズマと、三フッ化ホウ素ガスを用いたプラズマとが上記基板Sに対して同時に供給されることで、該基板Sの厚さ方向に延びる凹部の形成と、該凹部の側壁面に対する保護膜の形成とが同時に行われる。 Based on such process conditions, the control unit 41 drives the etching gas supply unit 32 and the protective film formation gas supply unit 33, while the antenna high-frequency power source 22, the current supply unit 27, and the bias high-frequency power source 15 are connected. To drive. Thereby, the plasma using sulfur hexafluoride gas and the plasma using boron trifluoride gas are simultaneously supplied to the substrate S, thereby forming a recess extending in the thickness direction of the substrate S. And the formation of the protective film on the side wall surface of the recess are simultaneously performed.
なお、本実施形態では、上記高周波アンテナ21、アンテナ用高周波電源22、磁場コイル26、及び電流供給部27によってプラズマ生成部が構成される。 In the present embodiment, the high frequency antenna 21, the antenna high frequency power supply 22, the magnetic field coil 26, and the current supply unit 27 constitute a plasma generation unit.
[シリコン基板のエッチング方法]
上記ドライエッチング装置10の作用のうち、特に同ドライエッチング装置10にて実施されるシリコン基板のエッチング方法における一実施形態について、図2及び図3を参照して以下に説明する。図2(a)に示されるように、上記エッチング処理の対象である基板Sは、シリコン酸化物等からなる支持基板51と、支持基板51上に積層されたシリコン基板52と、該シリコン基板52に形成する凹部の形状に応じた開口53aを有するレジストパターン53とからなる。こうした基板Sが、上記ドライエッチング装置10内に搬入されて、基板ステージ13上に載置される。
[Silicon substrate etching method]
Of the operations of the dry etching apparatus 10, an embodiment of the silicon substrate etching method implemented by the dry etching apparatus 10 will be described below with reference to FIGS. 2 and 3. As shown in FIG. 2A, the substrate S to be subjected to the etching process includes a support substrate 51 made of silicon oxide or the like, a silicon substrate 52 laminated on the support substrate 51, and the silicon substrate 52. And a resist pattern 53 having an opening 53a corresponding to the shape of the recess to be formed. Such a substrate S is carried into the dry etching apparatus 10 and placed on the substrate stage 13.
基板Sが真空槽11内に搬入されると、エッチングガス供給部32が、六フッ化硫黄ガスを例えば56sccmの流量で真空槽11内に供給するとともに、保護膜形成ガス供給部33が、三フッ化ホウ素ガスを例えば224sccmの流量で同真空槽11内に供給する。なお、シリコン基板52に対して異方性エッチングを行う上では、六フッ化硫黄ガスと三フッ化ホウ素ガスとの総流量に対して、三フッ化ホウ素ガスの流量が80%以上90%以下だけ含まれていることがより好ましい。次いで、アンテナ用高周波電源22が高周波アンテナ21に高周波電力を出力するとともに、電流供給部27が磁場コイル26に電流を供給することにより、真空槽11内に上記六フッ化硫黄ガスと三フッ化ホウ素ガスと
を用いたプラズマが生成される。そして、バイアス用高周波電源15がステージ電極14に高周波電力を出力することによって、ステージ電極14に負のバイアス電圧が印加される。
When the substrate S is carried into the vacuum chamber 11, the etching gas supply unit 32 supplies sulfur hexafluoride gas into the vacuum chamber 11 at a flow rate of, for example, 56 sccm, and the protective film forming gas supply unit 33 Boron fluoride gas is supplied into the vacuum chamber 11 at a flow rate of 224 sccm, for example. In performing anisotropic etching on the silicon substrate 52, the flow rate of boron trifluoride gas is 80% or more and 90% or less with respect to the total flow rate of sulfur hexafluoride gas and boron trifluoride gas. It is more preferable that only be included. Next, the high frequency power supply 22 for antenna outputs high frequency power to the high frequency antenna 21 and the current supply unit 27 supplies current to the magnetic field coil 26, whereby the sulfur hexafluoride gas and trifluoride are introduced into the vacuum chamber 11. Plasma using boron gas is generated. The bias high-frequency power supply 15 outputs high-frequency power to the stage electrode 14, whereby a negative bias voltage is applied to the stage electrode 14.
これにより、上記プラズマに含まれる正イオン、特にフッ素を含有する正イオンが、バイアス電圧によって基板Sの表面に引き込まれることで、図2(b)に示されるように、レジストパターン53の開口53aからシリコン基板52の厚さ方向に延びる凹部54が形成される。このとき、上記フッ素を含む正イオンに加えて、ホウ素を含む正イオン及びホウ素を含むラジカルもレジストパターン53の開口からシリコン基板52に対して供給される。これらホウ素を含む正イオン及びラジカルは、基板Sに付着する程度に蒸気圧が低く、且つフッ素が含まれるホウ化ケイ素化合物(SiaBbFc)を形成する。そのため、シリコン基板52に形成される凹部54の内壁面には、ホウ化ケイ素化合物からなる保護膜55が形成される。 As a result, positive ions contained in the plasma, particularly positive ions containing fluorine, are attracted to the surface of the substrate S by the bias voltage, so that the openings 53a of the resist pattern 53 are formed as shown in FIG. A recess 54 extending in the thickness direction of the silicon substrate 52 is formed. At this time, in addition to the positive ions containing fluorine, positive ions containing boron and radicals containing boron are also supplied to the silicon substrate 52 from the openings of the resist pattern 53. These positive ions and radicals containing boron form a silicon boride compound (Si a B b F c ) having a vapor pressure low enough to adhere to the substrate S and containing fluorine. Therefore, a protective film 55 made of a silicon boride compound is formed on the inner wall surface of the recess 54 formed in the silicon substrate 52.
なお、凹部54の底壁面54aには、上記フッ素を含有する正イオンとフッ素を含有するラジカルの両方が到達する一方、凹部54の側壁面54bには、フッ素を含有するラジカルが到達するものの、フッ素を含有する正イオンはほとんど到達しない。そのため、凹部54の底壁面54aでは、保護膜55の除去によりシリコン基板52が露出することから、シリコン基板52の厚さ方向に延びるエッチングが進行する。これに対して、凹部54の側壁面54bでは、保護膜55による側壁面54bの保護が維持されることでシリコン基板52がエッチングされにくいことから、シリコン基板52の厚さ方向と垂直な方向へのエッチングは進行しにくくなる。 Although both the positive ion containing fluorine and the radical containing fluorine reach the bottom wall surface 54a of the concave portion 54, the radical containing fluorine reaches the side wall surface 54b of the concave portion 54. Positive ions containing fluorine are hardly reached. Therefore, since the silicon substrate 52 is exposed by removing the protective film 55 on the bottom wall surface 54 a of the recess 54, the etching that extends in the thickness direction of the silicon substrate 52 proceeds. On the other hand, in the side wall surface 54 b of the recess 54, the protection of the side wall surface 54 b by the protective film 55 is maintained, so that the silicon substrate 52 is not easily etched, so that the direction is perpendicular to the thickness direction of the silicon substrate 52. Etching becomes difficult to proceed.
そして、六フッ化硫黄ガスと三フッ化ホウ素ガスとを用いて生成したプラズマによるエッチングを継続すると、図2(c)に示されるように、凹部54の側壁面54bの略全体に保護膜55が形成されることになる。このように、本実施形態によれば、シリコン基板52の厚さと垂直な方向へのエッチングが進行しにくいことから、該シリコン基板52に形成される凹部54の加工精度を高めることができる。ちなみに、凹部54の側壁面54bに付着した保護膜55は、例えばRCA法を用いた洗浄処理により除去することができる。 Then, when etching using plasma generated using sulfur hexafluoride gas and boron trifluoride gas is continued, as shown in FIG. 2C, the protective film 55 is formed on substantially the entire side wall surface 54b of the recess 54. Will be formed. As described above, according to the present embodiment, the etching in the direction perpendicular to the thickness of the silicon substrate 52 does not easily proceed, so that the processing accuracy of the recess 54 formed in the silicon substrate 52 can be increased. Incidentally, the protective film 55 attached to the side wall surface 54b of the concave portion 54 can be removed by a cleaning process using, for example, the RCA method.
なお、上記凹部54を形成するときのプロセス条件としては、アンテナ用高周波電源22の出力値が800W以上1200W以下、バイアス用高周波電源15の出力値が50W以上150W以下、真空槽11内の圧力が6Pa以上7Pa以下であることが好ましい。 The process conditions for forming the recess 54 include an output value of the antenna high frequency power supply 22 of 800 W to 1200 W, an output value of the bias high frequency power supply 15 of 50 W to 150 W, and the pressure in the vacuum chamber 11. It is preferable that it is 6 Pa or more and 7 Pa or less.
以上説明したように、上記実施形態におけるシリコン基板のエッチング方法、及びシリコン基板のエッチング装置よれば、以下の効果が得られるようになる。 As described above, according to the silicon substrate etching method and the silicon substrate etching apparatus in the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1)六フッ化硫黄ガスを用いたプラズマによるシリコン基板52のエッチングと、三フッ化ホウ素ガスを用いたプラズマによる保護膜55の形成とを同時に行うようにしている。そのため、シリコン基板52に対するエッチングの進行と同時に保護膜55の形成が行われることから、エッチャントに含まれる垂直成分に曝されにくい凹部54の側壁面54bは、凹部54を形成している間中、エッチャントに曝されにくくなる。他方、エッチャントの垂直成分に曝されやすい凹部54の底壁面54aが、優先的にエッチングされるようになる。それゆえに、凹部54の側壁面54bが、その開口以上に該凹部54の形成方向とは直交する方向にエッチングされることを抑えることができ、ひいては凹部54の加工精度を高めることができる。
[実施例]
[実施例1]
直径200mmのシリコン基板に直径が2μmである開口を有したレジストパターンを
形成した。そして、下記プロセス条件にて生成した六フッ化硫黄ガスと三フッ化ホウ素ガスとを用いたプラズマによってシリコン基板に凹部を形成した。
・六フッ化硫黄ガスの流量 56sccm
・三フッ化ホウ素ガスの流量 224sccm
(ガスの総流量に占める三フッ化ホウ素ガスの流量:80%)
・アンテナ用高周波電源の出力値 1000W
・バイアス用高周波電源の出力値 100W
・真空槽内の圧力 6Pa
・エッチングレート 3.25μm/min
上記プロセス条件でのシリコン基板のエッチングによれば、図3(a)に示されるような異方性エッチングが可能であることが認められた。
[実施例2]
実施例1の条件から、六フッ化硫黄ガスの流量と三フッ化ホウ素ガスの流量のみを以下のように変更したプロセス条件にて、シリコン基板に凹部を形成した。
・六フッ化硫黄ガスの流量 28sccm
・三フッ化ホウ素ガスの流量 252sccm
・エッチングレート 2.4μm/min
(ガスの総流量に占める三フッ化ホウ素ガスの流量:90%)
上記プロセス条件でのシリコン基板のエッチングによれば、図3(b)に示されるような異方性エッチングが可能であることが認められた。このように、上記ガスの総流量に占める三フッ化ホウ素ガスの流量が、80%以上90%以下では、シリコン基板の異方性得エッチングが可能であることが認められた。
[比較例]
実施例1の条件から、六フッ化硫黄ガスの流量と三フッ化ホウ素ガスの流量のみを以下のように変更したプロセス条件にて、シリコン基板に凹部を形成した。
・六フッ化硫黄ガスの流量 280sccm
・三フッ化ホウ素ガスの流量 0sccm
上記プロセス条件でのシリコン基板のエッチングによれば、等方的なエッチングとなることが認められた。
(1) The etching of the silicon substrate 52 by plasma using sulfur hexafluoride gas and the formation of the protective film 55 by plasma using boron trifluoride gas are performed simultaneously. Therefore, since the protective film 55 is formed simultaneously with the progress of the etching on the silicon substrate 52, the side wall surface 54b of the recess 54 that is not easily exposed to the vertical component contained in the etchant is formed while the recess 54 is being formed. Less likely to be exposed to etchants. On the other hand, the bottom wall surface 54a of the recess 54 that is easily exposed to the vertical component of the etchant is preferentially etched. Therefore, the side wall surface 54b of the recess 54 can be prevented from being etched in a direction perpendicular to the direction in which the recess 54 is formed beyond the opening thereof, and as a result, the processing accuracy of the recess 54 can be improved.
[Example]
[Example 1]
A resist pattern having an opening having a diameter of 2 μm was formed on a silicon substrate having a diameter of 200 mm. And the recessed part was formed in the silicon substrate with the plasma using the sulfur hexafluoride gas and the boron trifluoride gas which were produced | generated on the following process conditions.
・ Sulfur hexafluoride gas flow rate 56sccm
・ Flow rate of boron trifluoride gas 224sccm
(Flow rate of boron trifluoride gas in the total gas flow rate: 80%)
・ Output value of high frequency power supply for antenna 1000W
・ Output value of high frequency power supply for bias 100W
・ Pressure inside vacuum chamber 6Pa
Etching rate 3.25 μm / min
According to the etching of the silicon substrate under the above process conditions, it was confirmed that anisotropic etching as shown in FIG.
[Example 2]
From the conditions of Example 1, recesses were formed in the silicon substrate under process conditions in which only the flow rate of sulfur hexafluoride gas and the flow rate of boron trifluoride gas were changed as follows.
・ Sulfur hexafluoride gas flow rate 28sccm
・ Flow rate of boron trifluoride gas 252sccm
Etching rate: 2.4 μm / min
(Flow rate of boron trifluoride gas in the total gas flow rate: 90%)
According to the etching of the silicon substrate under the above process conditions, it was confirmed that anisotropic etching as shown in FIG. 3B is possible. Thus, it was recognized that anisotropic etching of the silicon substrate was possible when the flow rate of boron trifluoride gas in the total flow rate of the gas was 80% or more and 90% or less.
[Comparative example]
From the conditions of Example 1, recesses were formed in the silicon substrate under process conditions in which only the flow rate of sulfur hexafluoride gas and the flow rate of boron trifluoride gas were changed as follows.
・ Sulfur hexafluoride gas flow rate 280sccm
・ Flow rate of boron trifluoride gas 0sccm
According to the etching of the silicon substrate under the above process conditions, it was recognized that the etching is isotropic.
[他の実施形態]
なお、上記各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・バイアス用高周波電源15の出力する高周波電力の周波数は、シリコン基板52のエッチングが可能な範囲で任意に変更可能である。
[Other Embodiments]
In addition, each said embodiment can also be suitably changed and implemented as follows.
The frequency of the high frequency power output from the bias high frequency power supply 15 can be arbitrarily changed within a range in which the silicon substrate 52 can be etched.
・アンテナ用高周波電源22の出力する高周波電力の周波数は、シリコン基板52のエッチングが可能な範囲で任意に変更可能である。 The frequency of the high frequency power output from the antenna high frequency power supply 22 can be arbitrarily changed within a range where the silicon substrate 52 can be etched.
・上記ドライエッチング装置10は、磁場コイル26とこれに電力を供給する電流供給部27とを備えているが、これらを割愛してもよい。 The dry etching apparatus 10 includes the magnetic field coil 26 and the current supply unit 27 that supplies power to the magnetic field coil 26, but these may be omitted.
・上記ドライエッチング装置10は、高周波アンテナ21を用いて真空槽11内にプラズマを形成するいわゆる誘導結合型のプラズマエッチング装置とした。これに限らず、真空槽11内の基板ステージ13と対向する位置に電極を有したいわゆる容量結合型のドライエッチング装置であってもよい。 The dry etching apparatus 10 is a so-called inductively coupled plasma etching apparatus that forms plasma in the vacuum chamber 11 using the high frequency antenna 21. Not limited to this, a so-called capacitive coupling type dry etching apparatus having an electrode at a position facing the substrate stage 13 in the vacuum chamber 11 may be used.
・エッチング対象物である基板Sは、シリコン酸化物等からなる支持基板51と、シリコン基板52と、レジストパターン53とをこの順に積層した積層体とした。これに限らず、基板Sは、シリコン基板52を含んでなるものであればよく、例えば、シリコン基板52に積層された多層配線層や各種絶縁層等を備えるものであってもよい。 The substrate S that is an object to be etched was a laminate in which a support substrate 51 made of silicon oxide or the like, a silicon substrate 52, and a resist pattern 53 were laminated in this order. The substrate S is not limited to this, as long as the substrate S includes the silicon substrate 52. For example, the substrate S may include a multilayer wiring layer and various insulating layers stacked on the silicon substrate 52.
・上記レジストパターン53に代えて、酸化シリコンや窒化シリコン等からなるハードマスクがパターニングされたものを用いるようにしてもよい。 In place of the resist pattern 53, a patterned hard mask made of silicon oxide, silicon nitride or the like may be used.
・プラズマ生成に用いられるガスに希釈ガスとして、例えばアルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを混合するようにしてもよい。 A rare gas such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, or xenon (Xe) gas may be mixed as a dilution gas with the gas used for plasma generation.
・凹部54を形成する際に、六フッ化硫黄ガスと三フッ化ホウ素ガスとを用いるようにした。これに加えて、酸素ガスを用いるようにしてもよい。これにより、以下の効果が得られるようになる。 -When forming the recessed part 54, it was made to use sulfur hexafluoride gas and boron trifluoride gas. In addition to this, oxygen gas may be used. As a result, the following effects can be obtained.
(2)凹部54の内壁面には、シリコンとホウ素とを含む化合物からなる保護膜に加えて、シリコン酸化膜も形成されるようになる。シリコン基板52は、上記六フッ化硫黄ガスのプラズマに対する選択比がシリコン酸化膜よりも大きいことから、上記シリコンホウ化物を含有する保護膜に加えて、シリコン酸化膜も保護膜として機能する。それゆえに、凹部54の側壁面54bが、該凹部54の延びる方向とは垂直な方向にエッチングされることをより抑えることができる。 (2) On the inner wall surface of the recess 54, a silicon oxide film is also formed in addition to a protective film made of a compound containing silicon and boron. Since the silicon substrate 52 has a higher selectivity of the sulfur hexafluoride gas to the plasma than the silicon oxide film, the silicon oxide film also functions as a protective film in addition to the protective film containing silicon boride. Therefore, the side wall surface 54b of the recess 54 can be further suppressed from being etched in a direction perpendicular to the direction in which the recess 54 extends.
・六フッ化硫黄ガスと三フッ化ホウ素ガスとの総流量に占める三フッ化ホウ素ガスの割合は上記80%以上90%以下でなくともよい。シリコン基板をエッチングする際のガスに三フッ化ホウ素ガスが含まれていれば、六フッ化硫黄ガスのみによってエッチングを行う場合と比較して、シリコン基板がその厚さ方向とは垂直な方向にエッチングされることを抑制することができる。 The ratio of boron trifluoride gas to the total flow rate of sulfur hexafluoride gas and boron trifluoride gas may not be 80% or more and 90% or less. If boron trifluoride gas is included in the gas for etching the silicon substrate, the silicon substrate is in a direction perpendicular to the thickness direction compared to the case of etching using only sulfur hexafluoride gas. Etching can be suppressed.
・六フッ化硫黄ガスを用いたエッチング工程と、三フッ化ホウ素ガスを用いた保護膜形成工程とを同時に行うようにした。これに限らず、参考例として、図4に示されるように、エッチング工程と保護膜形成工程とを交互に行うことも可能である。つまり、図4(a)に示されるように、酸化シリコン等からなる支持基板61、シリコン基板62、開口63aを有するレジストパターン63をこの順に積層した基板Sがドライエッチング装置10に搬入されると、上記エッチングガス供給部32が六フッ化硫黄ガスを真空槽11内に供給する。次いで、アンテナ用高周波電源22が高周波アンテナ21に対して高周波電力を供給するとともに、電流供給部27が磁場コイル26に電流を供給することによって、六フッ化硫黄ガスを用いたプラズマが真空槽11内に生成される。 -An etching process using sulfur hexafluoride gas and a protective film forming process using boron trifluoride gas were performed simultaneously. Not limited to this, as a reference example, as shown in FIG. 4, the etching process and the protective film forming process can be alternately performed. That is, as shown in FIG. 4A, when the substrate S on which the support substrate 61 made of silicon oxide or the like, the silicon substrate 62, and the resist pattern 63 having the opening 63a are stacked in this order is carried into the dry etching apparatus 10. The etching gas supply unit 32 supplies sulfur hexafluoride gas into the vacuum chamber 11. Next, the antenna high-frequency power supply 22 supplies high-frequency power to the high-frequency antenna 21, and the current supply unit 27 supplies current to the magnetic field coil 26, so that plasma using sulfur hexafluoride gas is converted into the vacuum chamber 11. Generated within.
そして、バイアス用高周波電源15が上記ステージ電極14に高周波電力を供給すると、図4(b)に示されるように、基板Sに引き込まれたフッ素を含有する正イオンと、基板Sに到達したフッ素を含有するラジカルとが、レジストパターン63の開口63aから露出するシリコン基板62をエッチングする。これにより、シリコン基板62の厚さ方向に延びる凹部64が形成される。 When the high frequency power supply 15 for bias supplies high frequency power to the stage electrode 14, positive ions containing fluorine drawn into the substrate S and fluorine that has reached the substrate S as shown in FIG. 4B. The silicon substrate 62 exposed from the openings 63a of the resist pattern 63 is etched by radicals containing. Thereby, a recess 64 extending in the thickness direction of the silicon substrate 62 is formed.
シリコン基板62のエッチングが所定時間継続されると、エッチングガス供給部32が、真空槽11内への六フッ化硫黄ガスの供給を停止するとともに、保護膜形成ガス供給部33が、真空槽11内への三フッ化ホウ素ガスの供給を開始する。これにより、図4(c)に示されるように、先のエッチングで形成された凹部64の底壁面64a及び側壁面64bを覆うように、基板Sに付着する程度に蒸気圧が低いホウ化ケイ素化合物(SiaBb)からなる保護膜65が形成される。 When the etching of the silicon substrate 62 is continued for a predetermined time, the etching gas supply unit 32 stops the supply of sulfur hexafluoride gas into the vacuum chamber 11 and the protective film forming gas supply unit 33 operates in the vacuum chamber 11. The supply of boron trifluoride gas into the inside is started. As a result, as shown in FIG. 4C, the silicon boride having a low vapor pressure enough to adhere to the substrate S so as to cover the bottom wall surface 64a and the side wall surface 64b of the recess 64 formed by the previous etching. A protective film 65 made of a compound (Si a B b ) is formed.
凹部64の底壁面64a及び側壁面64bに対する保護膜65の形成が所定時間継続されると、保護膜形成ガス供給部33が、真空槽11内への三フッ化ホウ素ガスの供給を停
止するとともに、エッチングガス供給部32が、真空槽11内への六フッ化硫黄ガスの供給を開始する。これにより、図4(d)に示されるように、底壁面64aに形成された保護膜65が除去されるとともに、凹部64の底壁面64aにおいてシリコン基板62がその厚さ方向にエッチングされる。
When the formation of the protective film 65 on the bottom wall surface 64a and the side wall surface 64b of the recess 64 is continued for a predetermined time, the protective film forming gas supply unit 33 stops supplying the boron trifluoride gas into the vacuum chamber 11. Then, the etching gas supply unit 32 starts supplying sulfur hexafluoride gas into the vacuum chamber 11. 4D, the protective film 65 formed on the bottom wall surface 64a is removed and the silicon substrate 62 is etched in the thickness direction on the bottom wall surface 64a of the recess 64.
シリコン基板62のエッチングが所定時間継続されると、エッチングガス供給部32が、真空槽11内への六フッ化硫黄ガスの供給を停止するとともに、保護膜形成ガス供給部33が、真空槽11内への三フッ化ホウ素ガスの供給を開始する。これにより、図4(e)に示されるように、凹部64の底壁面64a及び側壁面64bからなる内壁面に保護膜65が形成される。 When the etching of the silicon substrate 62 is continued for a predetermined time, the etching gas supply unit 32 stops the supply of sulfur hexafluoride gas into the vacuum chamber 11 and the protective film forming gas supply unit 33 operates in the vacuum chamber 11. The supply of boron trifluoride gas into the inside is started. Thereby, as shown in FIG. 4E, the protective film 65 is formed on the inner wall surface composed of the bottom wall surface 64a and the side wall surface 64b of the recess 64.
このように、六フッ化硫黄ガスを用いたプラズマによってシリコン基板62の厚さ方向に延びる凹部64を形成するエッチング工程と、エッチング工程によって形成された凹部64の底壁面64a及び側壁面64bを覆う保護膜65を形成する保護膜形成工程とを繰り返す。これにより、図4(f)に示されるように、シリコン基板62を貫通する凹部64が形成される。エッチング工程と保護膜形成工程とを繰り返す回数は、シリコン基板62の厚さや、一度のエッチング工程によって形成される凹部64の深さ等によって規定される。これにより、以下のような効果を得ることができる。 Thus, the etching process for forming the recess 64 extending in the thickness direction of the silicon substrate 62 by the plasma using sulfur hexafluoride gas, and the bottom wall surface 64a and the side wall surface 64b of the recess 64 formed by the etching process are covered. The protective film forming step for forming the protective film 65 is repeated. Thereby, as shown in FIG. 4F, a recess 64 penetrating the silicon substrate 62 is formed. The number of times the etching process and the protective film forming process are repeated is defined by the thickness of the silicon substrate 62, the depth of the recess 64 formed by one etching process, and the like. Thereby, the following effects can be obtained.
(3)凹部64を形成するためのエッチング工程と、凹部64の内壁面である底壁面64aと側壁面64bとに保護膜65を形成する工程とを交互に行うようにしている。そのため、エッチング工程時には、それ以前の保護膜形成工程にて形成された保護膜65が、凹部の内壁面に付着していることになる。それゆえに、エッチャントに含まれる垂直成分に曝される凹部64の底壁面64aに対して、同垂直成分に曝されにくい凹部64の側壁面64bでは、エッチング工程中にわたって保護膜65が維持されやすくなる。したがって、凹部64の側壁面64bが、その開口以上に該凹部64の延びる方向とは直交する方向にエッチングされることを抑えることができ、ひいては凹部64の加工精度を高めることができる。 (3) The etching process for forming the recess 64 and the process of forming the protective film 65 on the bottom wall surface 64a and the side wall surface 64b which are the inner wall surfaces of the recess 64 are alternately performed. Therefore, during the etching process, the protective film 65 formed in the previous protective film forming process is attached to the inner wall surface of the recess. Therefore, the protective film 65 is easily maintained during the etching process on the side wall surface 64b of the recess 64 that is difficult to be exposed to the vertical component relative to the bottom wall surface 64a of the recess 64 that is exposed to the vertical component contained in the etchant. . Therefore, it is possible to prevent the side wall surface 64b of the recess 64 from being etched in a direction perpendicular to the direction in which the recess 64 extends beyond the opening, and as a result, the processing accuracy of the recess 64 can be improved.
・なお、上述のように、エッチング工程と保護膜形成工程とを交互に行う場合に、エッチング工程にて六フッ化硫黄ガスに加えて、酸素ガスを用いるようにしてもよい。これにより、以下の効果が得られるようになる。 As described above, when the etching process and the protective film forming process are alternately performed, oxygen gas may be used in addition to the sulfur hexafluoride gas in the etching process. As a result, the following effects can be obtained.
(4)凹部64の内壁面である底壁面64aと側壁面64bとには、シリコン酸化膜が形成されるようになる。シリコン基板62は、上記六フッ化硫黄ガスのプラズマに対する選択比がシリコン酸化膜よりも大きいことから、シリコン酸化膜が保護膜として機能する。それゆえに、凹部64の側壁面64bが、該凹部64の延びる方向とは垂直な方向にエッチングされることをより抑えることができる。 (4) A silicon oxide film is formed on the bottom wall surface 64a and the side wall surface 64b, which are the inner wall surfaces of the recess 64. Since the silicon substrate 62 has a higher selectivity of the above sulfur hexafluoride gas to plasma than the silicon oxide film, the silicon oxide film functions as a protective film. Therefore, etching of the side wall surface 64b of the recess 64 in a direction perpendicular to the extending direction of the recess 64 can be further suppressed.
・上記シリコン基板52,62に形成される凹部54,64は、シリコン基板52,62を貫通するものでなくともよく、該シリコン基板52,62の厚さ方向の途中まで延びる凹部でもよい。 The recesses 54 and 64 formed in the silicon substrates 52 and 62 do not need to penetrate the silicon substrates 52 and 62, and may be recesses extending partway in the thickness direction of the silicon substrates 52 and 62.
・フッ素含有ガスとして六フッ化硫黄ガスを用いるようにした。これに限らず、フッ素含有ガスとしてNF3、CF4、BF3、PF3、XeF2、IF5、F2、ClF3、COF2、AsF3、SiF4、WF6、及びMoF6等のガスを用いるようにしてもよい。これらのガスを用いる場合であっても、これらのガスによって生成されるプラズマでは、上述したホウ化ケイ素化合物がエッチングされ難く、且つスパッタされた残渣の粒子を蒸気圧が高いフッ化物として揮発させることが可能であるため、上記(1)〜(4)に準じた効果を得ることが可能である。なお、フッ素含有ガスとして上記F2ガスを用いる
場合には、Ar等の希ガスによって希釈するようにしてもよい。
-Sulfur hexafluoride gas was used as the fluorine-containing gas. However, the fluorine-containing gas is not limited to NF 3 , CF 4 , BF 3 , PF 3 , XeF 2 , IF 5 , F 2 , ClF 3 , COF 2 , AsF 3 , SiF 4 , WF 6 , and MoF 6 . Gas may be used. Even when these gases are used, the plasma generated by these gases makes it difficult to etch the silicon boride compound described above, and volatilizes the sputtered residual particles as fluoride having a high vapor pressure. Therefore, the effects according to the above (1) to (4) can be obtained. When the F 2 gas is used as the fluorine-containing gas, it may be diluted with a rare gas such as Ar.
・ホウ素含有ガスとして三フッ化ホウ素ガスを用いるようにした。これに限らず、ホウ素含有ガスとしてB2H6、BCl3、BBr3等のガスを用いるようにしてもよい。これらのガスを用いる場合であっても、これらのガスによって生成されるホウ化ケイ素化合物がエッチングされ難いため、上記(1)〜(4)に準じた効果を得ることが可能である。 -Boron trifluoride gas was used as the boron-containing gas. Not limited to this, a gas such as B 2 H 6 , BCl 3 , or BBr 3 may be used as the boron-containing gas. Even when these gases are used, since the silicon boride compound produced by these gases is difficult to be etched, it is possible to obtain the effects according to the above (1) to (4).
10…ドライエッチング装置、11…真空槽、11a…排気口、11b…ガス供給口、12…石英窓、13…基板ステージ、14…ステージ電極、15…バイアス用高周波電源、16…バイアス用整合器、21…高周波アンテナ、21a…上段アンテナ、21b…下段アンテナ、21c…電力入力部、21d…電力出力部、22…アンテナ用高周波電源、23…入力側可変コンデンサ、24…アンテナ用整合器、25…出力側可変コンデンサ、26…磁場コイル、26a…上段コイル、26b…中段コイル、26c…下段コイル、27…電流供給部、27a…上段供給部、27b…中段供給部、27c…下段供給部、31…排気部、32…エッチングガス供給部、33…保護膜形成ガス供給部、41…制御部、51,61…支持基板、52,62…シリコン基板、53,63…レジストパターン、53a,63a…開口、54,64…凹部、54a,64a…底壁面、54b,64b…側壁面、55,65…保護膜、S…基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Dry etching apparatus, 11 ... Vacuum chamber, 11a ... Exhaust port, 11b ... Gas supply port, 12 ... Quartz window, 13 ... Substrate stage, 14 ... Stage electrode, 15 ... High frequency power supply for bias, 16 ... Matching device for bias , 21 ... high frequency antenna, 21a ... upper antenna, 21b ... lower antenna, 21c ... power input section, 21d ... power output section, 22 ... high frequency power supply for antenna, 23 ... input side variable capacitor, 24 ... antenna matching unit, 25 ... Output-side variable capacitor, 26 ... Magnetic coil, 26a ... Upper coil, 26b ... Middle coil, 26c ... Lower coil, 27 ... Current supply unit, 27a ... Upper supply unit, 27b ... Middle supply unit, 27c ... Lower supply unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Exhaust part, 32 ... Etching gas supply part, 33 ... Protective film formation gas supply part, 41 ... Control part, 51, 61 ... Support substrate, 52, 2 ... silicon substrate, 53, 63 ... resist pattern, 53a, 63a ... opening, 54, 64 ... recess, 54a, 64a ... bottom wall surface, 54b, 64b ... side wall surfaces, 55 and 65 ... protective film, S ... substrate.
Claims (4)
フッ素含有ガスのプラズマを前記シリコン基板に供給して、該シリコン基板に前記凹部を形成するエッチング工程と、
ホウ素含有ガスのプラズマを前記シリコン基板に供給して、前記凹部の内壁面にホウ素とシリコンとを含む保護膜を形成する保護膜形成工程と
を備え、
前記エッチング工程と前記保護膜形成工程とを同時に行って、前記保護膜として、フッ素が含まれるホウ化ケイ素化合物からなる前記保護膜を形成し、前記フッ素含有ガスのプラズマを用いて、前記保護膜のうち、前記凹部の底壁面に形成された部分と、前記凹部の底壁面に露出した前記シリコン基板とをエッチングして、前記凹部を形成するシリコン基板のエッチング方法。 A silicon substrate etching method for forming a recess extending in the thickness direction of a silicon substrate,
An etching step of supplying a plasma of fluorine-containing gas to the silicon substrate to form the recesses in the silicon substrate;
A protective film forming step of supplying a plasma of boron-containing gas to the silicon substrate and forming a protective film containing boron and silicon on the inner wall surface of the recess ,
Performing the etching step and the protective film forming step simultaneously to form the protective film made of a silicon boride compound containing fluorine as the protective film, and using the plasma of the fluorine-containing gas, the protective film The etching method of the silicon substrate which etches the part formed in the bottom wall surface of the said recessed part, and the said silicon substrate exposed to the bottom wall surface of the said recessed part, and forms the said recessed part .
前記ホウ素含有ガスが三フッ化ホウ素ガスであり、
前記エッチング工程と前記保護膜形成工程とを同時に行うとき、前記六フッ化硫黄ガスのプラズマ及び前記三フッ化ホウ素ガスのプラズマのみを前記シリコン基板に供給する
請求項1に記載のシリコン基板のエッチング方法。 The fluorine-containing gas is sulfur hexafluoride gas;
The boron-containing gas is boron trifluoride gas;
2. The silicon substrate etching according to claim 1 , wherein when performing the etching step and the protective film forming step simultaneously, only the plasma of the sulfur hexafluoride gas and the plasma of the boron trifluoride gas are supplied to the silicon substrate. Method.
請求項1に記載のシリコン基板のエッチング方法。 The method for etching a silicon substrate according to claim 1 , wherein when the etching step and the protective film forming step are simultaneously performed, at least one of oxygen gas plasma and rare gas plasma is further supplied to the silicon substrate.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のシリコン基板のエッチング方法。 The etching method of the silicon substrate as described in any one of Claims 1-3.
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