JP2012169390A - Plasma processing method - Google Patents
Plasma processing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012169390A JP2012169390A JP2011028063A JP2011028063A JP2012169390A JP 2012169390 A JP2012169390 A JP 2012169390A JP 2011028063 A JP2011028063 A JP 2011028063A JP 2011028063 A JP2011028063 A JP 2011028063A JP 2012169390 A JP2012169390 A JP 2012169390A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- etching
- plasma
- processing method
- high frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
【課題】本発明は、密部スペース幅20nm以下のパターンにおいて、疎密マイクロローディングの低減を可能とするプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】本発明は、シリコン基板上に密部スペース幅20nm以下のパターンのマスクを有する試料のシリコンをプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、Cl2ガスとN2ガスの混合ガスを用い、0.1Pa以下の圧力で、デューティー比5%〜50%の時間変調された間欠的な高周波電力を前記試料に印加しながら、シリコンのエッチングを行うことを特徴とするプラズマ処理方法である。
【選択図】 図4An object of the present invention is to provide a plasma processing method capable of reducing density microloading in a pattern having a dense space width of 20 nm or less.
The present invention relates to a plasma processing method for plasma etching a sample silicon having a mask having a pattern with a dense space width of 20 nm or less on a silicon substrate, using a mixed gas of Cl 2 gas and N 2 gas. Etching silicon while applying time-modulated intermittent high frequency power with a duty ratio of 5% to 50% to the sample at a pressure of 0.1 Pa or less.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は半導体素子等をプラズマ処理するプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing method for plasma processing a semiconductor element or the like.
近年、半導体装置の製造分野においては、素子分離技術としてShallow Trench Isolation(以下STIと略称する)技術が多用されており、STI技術では、例えば、異方性エッチングによりシリコン基板にトレンチ(エッチング溝)を形成している。 In recent years, in the field of manufacturing semiconductor devices, shallow trench isolation (hereinafter abbreviated as STI) technology has been widely used as an element isolation technology. In the STI technology, for example, a trench (etching groove) is formed in a silicon substrate by anisotropic etching. Is forming.
異方性エッチングの一例として、特許文献1には、エッチング室内に設けられた一対の対向電極のうち、一方にシリコン基板を配置し、対向電極の双方に高周波電力を供給し、エッチング室内にCl2又はHBrを含むガスを供給してシリコン基板をドライエッチングする方法が開示されている。 As an example of anisotropic etching, Patent Document 1 discloses that a silicon substrate is disposed on one of a pair of counter electrodes provided in an etching chamber, high-frequency power is supplied to both of the counter electrodes, and Cl is placed in the etching chamber. A method of dry etching a silicon substrate by supplying a gas containing 2 or HBr is disclosed.
また、特許文献2には、0.1Pa以下の低ガス圧力条件下でのエッチングの一例としてポリシリコンの終点判定検出時に起こる酸化膜の損傷を防止するため、光干渉式リアルタイム膜厚モニタでポリシリコン残膜を検知し、終点直前に高選択エッチング条件に切り換える方法が開示されている。 Further, in Patent Document 2, as an example of etching under a low gas pressure condition of 0.1 Pa or less, an optical interference real-time film thickness monitor is used to prevent damage to the oxide film that occurs at the time of detecting the end point of polysilicon. A method for detecting a silicon residual film and switching to a high selective etching condition immediately before the end point is disclosed.
シリコン基板上に作製される半導体デバイスの高集積化や高性能化に伴って、デバイスを構成する半導体素子は約0.7倍のスケーリング則で微細化している。そして、現在の半導体製品に適用されている32nm,22nmのデザインルール(設計基準)は次世代の開発製品では20nm以下となり、STIのスペース幅の縮小がますます進む。 Along with the high integration and high performance of semiconductor devices fabricated on a silicon substrate, the semiconductor elements constituting the devices are miniaturized with a scaling rule of about 0.7 times. The design rules (design standards) of 32 nm and 22 nm applied to the current semiconductor products are 20 nm or less in the next-generation developed products, and the STI space width is further reduced.
STIのプラズマエッチングにおいては、プラズマエッチング処理中に被エッチング材のシリコンの反応生成物(例えば、SiCl,SiBr等)の再付着が発生するが、スペース幅が広い従来のデザインルールにおいては大きく問題となることは無かった。 In the STI plasma etching, the reaction product of silicon (e.g., SiCl, SiBr, etc.) re-adhered during the plasma etching process occurs, but this is a serious problem in the conventional design rule with a wide space. It never happened.
しかしながら、密部のスペース幅が20nm以下のSTIのプラズマエッチングにおいては、図3に示すように、微量の反応生成物がマスク側壁に堆積することでスペース幅が狭まるか、もしくはスペースが塞がるため、エッチングの進行が困難になるという問題が発生した。 However, in the STI plasma etching in which the space width of the dense part is 20 nm or less, as shown in FIG. 3, a trace amount of reaction products is deposited on the mask side wall, so that the space width is narrowed or the space is blocked. There was a problem that the progress of etching became difficult.
上記の反応生成物の堆積量はガス圧力の影響を強く受ける。すなわち、ガス圧力が高くなると衝突散乱が頻繁になって、反応生成物の再入射量が増加するため、マスク側壁の堆積量が非常に大きくなることが分かっている。 The amount of the reaction product deposited is strongly affected by the gas pressure. That is, it is known that the amount of deposition on the mask sidewall becomes very large because collision scattering frequently occurs and the amount of re-incident reaction products increases as the gas pressure increases.
従来のドライエッチング技術では、高エッチングレートを考慮しているため、一般的に0.5Pa〜2.0Paの処理室の圧力領域でSTIにおいてシリコンのプラズマ処理を行っている。しかし、密部のスペース幅が20nm程度のパターンでは、前述したようにマスク側壁に反応生成物が堆積し、スペース幅が狭まるか、スペースが塞がってしまう。その結果、密部パターンではエッチングが進行せず、密部パターンで最もエッチング量が少なかったトレンチの深さと、疎部パターンの最もエッチング量が多かったトレンチの深さの差である疎密マイクロローディングが大きくなる。 In the conventional dry etching technique, since a high etching rate is taken into consideration, silicon plasma processing is generally performed in STI in a pressure region of a processing chamber of 0.5 Pa to 2.0 Pa. However, in the pattern where the space width of the dense portion is about 20 nm, as described above, the reaction product is deposited on the mask side wall, and the space width is narrowed or the space is closed. As a result, the etching does not proceed in the dense pattern, and the density of micro-loading, which is the difference between the depth of the trench having the smallest etching amount in the dense pattern and the depth of the trench having the largest etching quantity in the dense pattern, is reduced. growing.
本発明は、上記課題を鑑みて、密部スペース幅20nm以下のパターンにおいて、疎密マイクロローディングの低減を可能とするプラズマ処理方法を提供する。 In view of the above problems, the present invention provides a plasma processing method capable of reducing dense microloading in a pattern having a dense space width of 20 nm or less.
本発明は、シリコン基板上に密部スペース幅20nm以下のパターンのマスクを有する試料のシリコンをプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、Cl2ガスとN2ガスの混合ガスを用い、0.1Pa以下の圧力で、デューティー比5%〜50%の時間変調された間欠的な高周波電力を前記試料に印加しながら、シリコンのエッチングを行うことを特徴とするプラズマ処理方法である。 The present invention relates to a plasma processing method for plasma etching a sample silicon having a mask having a pattern with a dense space width of 20 nm or less on a silicon substrate, using a mixed gas of Cl 2 gas and N 2 gas and having a pressure of 0.1 Pa or less. The plasma processing method is characterized in that silicon is etched while applying intermittent high-frequency power modulated with time at a duty ratio of 5% to 50% to the sample under pressure.
また、本発明は、シリコン基板上に密部スペース幅20nm以下のパターンのマスクを有する試料のシリコンをプラズマエッチングするプラズマ処理方法において、Cl2ガスとO2ガスの混合ガスを用い、0.1Pa以下の圧力で、デューティー比5%〜50%の時間変調された間欠的な高周波電力を前記試料に印加しながら、シリコンのエッチングを行うことを特徴とするプラズマ処理方法である。 The present invention also provides a plasma processing method for plasma etching a sample silicon having a mask having a pattern with a dense space width of 20 nm or less on a silicon substrate, using a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas, and 0.1 Pa. The plasma processing method is characterized by etching silicon while applying time-modulated intermittent high frequency power having a duty ratio of 5% to 50% to the sample at the following pressure.
本発明により、密部スペース幅20nm以下のパターンにおいて、疎密マイクロローディングを低減することができる。 According to the present invention, dense microloading can be reduced in a pattern having a dense space width of 20 nm or less.
以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照しながら説明する。図1に本実施例で使用するプラズマエッチング装置を示す。上部が開放された真空容器101の上部に、真空容器101内に処理ガスを導入するためのシャワープレート104(例えば石英製),誘電体窓105(例えば石英製)を設置し、密封することにより処理室106を形成する。シャワープレート104には処理ガスを流すためのガス供給装置107が接続される。また、真空容器101には真空排気口108を介し真空排気装置(図示せず)が接続されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a plasma etching apparatus used in this embodiment. A shower plate 104 (for example, made of quartz) and a dielectric window 105 (for example, made of quartz) for introducing a processing gas into the
プラズマを生成するための電力を処理室106に伝送するため、誘電体窓105の上方には電磁波を伝送する導波管109を設けている。導波管109へ伝送される電磁波(プラズマ生成用高周波)は電磁波発生用電源103から発振させる。電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では2.45GHzのマイクロ波(プラズマ生成用高周波)を使用する。処理室106の外周部には、磁場を形成する磁場発生用コイル110が設けてあり、電磁波発生用電源103より発振された電力は、形成された磁場との相互作用により、処理室106内に高密度プラズマを生成する。
In order to transmit power for generating plasma to the
また、シャワープレート104に対向して真空容器101の下部にはウエハ載置用電極102を設けている。ウエハ載置用電極102は電極表面が溶射膜(図示せず)で被覆されており、高周波フィルタ114を介して直流電源115が接続されている。さらに、ウエハ載置用電源102には、マッチング回路112を介してバイアス用高周波電源である高周波電源113が接続される。ウエハ載置用電極102には、温度調節器(図示せず)も接続されている。
処理室106内に搬送された試料であるウエハ111は、直流電源115から印加される直流電圧の静電気力でウエハ載置用電極102上に吸着,温度調節され、ガス供給装置107によって所望の処理ガスを供給した後、真空容器101内を所定の圧力とし、処理室106内にプラズマを発生させる。ウエハ載置用電極102に接続された高周波電源113から高周波電力を印加することにより、プラズマからウエハへイオンを引き込み、ウエハ111がプラズマ処理される。また、高周波電源113は、パルス発振器を備えるため、ウエハ載置用電極に時間変調された間欠的な高周波電力または、連続的な高周波電力を印加することができる。
A
The
以下、本プラズマエッチング装置を用いた本発明のプラズマ処理方法について説明する。 Hereinafter, the plasma processing method of the present invention using the plasma etching apparatus will be described.
搬送手段(図示せず)により、ウエハ111を真空容器101に搬送し、ウエハ載置用電極102に載置する。ウエハ載置用電極102に載置されたウエハは、図2に示すように、シリコン基板201上に所定の形状にパターンニングされた、フォトレジストマスク(図示せず)または、ハードマスク202が成膜されている。また、所定の形状にパターニングされたハードマスク202のパターンの密部のスペース幅は、従来の半導体デバイスより極めて狭い10nm程度である。
The
ウエハ111をウエハ載置用電極102に載置した後、表1に示すように、CF4ガスとN2ガスをガス供給装置107より真空容器101内に供給し、真空排気装置を介して処理室106内の圧力を0.4Paに制御し、電磁波発生用電源から800Wの高周波電力を処理室106内に供給してプラズマを発生させ、高周波電源113からウエハ載置用電極102に80Wの連続的な高周波電力を印加しながら、前記の処理室106内に発生させたプラズマにより、ハードマスク202のパターンに沿ってシリコン基板201をエッチングする。また、上記のエッチング中はウエハ載置用電極102の温度を30℃に温調している。このエッチングステップは、シリコン基板201のエッチングのブレイクスルーを行う第1ステップである。
After the
次に、表1に示すように、Cl2ガスとN2ガスをガス供給装置107より真空容器101内に供給し、真空排気装置を介して処理室106内の圧力を0.08Paに制御し、電磁波発生用電源から400Wの高周波電力を処理室106内に供給してプラズマを発生させ、高周波電源113からウエハ載置用電極102に300Wのデューティー比30%の時間変調された間欠的な高周波電力を印加しながら、前記の処理室106内に発生させたプラズマにより、シリコン基板201をエッチングする。また、上記のエッチング中はウエハ載置用電極102の温度を30℃に温調している。このエッチングステップはシリコン基板のメインエッチングを行う第2ステップである。尚、デューティー比とは、時間変調された間欠的な高周波電力のオン時間をTon、オフ時間をToffとした場合、
デューティー比=Ton/(Ton+Toff)
となる。
Next, as shown in Table 1, Cl 2 gas and N 2 gas are supplied from the
Duty ratio = T on / (T on + T off )
It becomes.
次に第2ステップのエッチングが終了した後、ウエハ111を搬送手段(図示せず)により、真空容器101より搬出して、本発明のプラズマ処理を終了する。
Next, after the etching of the second step is completed, the
上述の2ステップでウエハ111のエッチング処理を行った結果、図4に示すように、ハードマスク202の側壁にSiClやSiBr等の反応生成物203が堆積させずにシリコン基板201のエッチングを行うことができ、疎密マイクロローディングを低減した所望のエッチング形状を得ることができた。この効果は以下の理由と考えられる。
As a result of performing the etching process on the
処理室106内の圧力を0.1Pa以下の圧力領域でプラズマエッチングを行うことで、ハードマスク202側壁への反応生成物203の堆積を抑制することができ、ハードマスク202のスペース幅を維持することが可能となった。また、ウエハ載置用電極102に時間変調された間欠的な高周波電力を印加したことによって、ウエハ載置用電極102に印加された高周波電力の平均値は同じでもオン時間の高周波電力が高くなり、かつ、オフ時間中に反応生成物203の排気を促進することにより、狭いスペース幅でもプラズマエッチングが可能となった。
By performing plasma etching in a pressure region where the pressure in the
また、本実施例の第2ステップでは、Cl2ガスとN2ガスの混合ガスであったが、Cl2ガスとO2ガスの混合ガスを用いても、本実施例と同様の効果を得ることができる。また、本実施例の第2ステップでは、処理室106内の圧力を0.08Paとしたが、0.01Pa〜0.1Paでも本実施例と同様の効果を得ることができる。また、本実施例の第2ステップでのデューティー比は、30%としたが、5%〜50%でも本実施例と同様の効果を得ることができる。
In the second step of the present embodiment, a mixed gas of Cl 2 gas and N 2 gas is used. However, the same effect as in the present embodiment can be obtained even if a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas is used. be able to. In the second step of the present embodiment, the pressure in the
また、本実施例ではプラズマエッチング用ガスに反応生成物203の飽和蒸気圧が低いCl2ガスを使用し、N2ガスを含む混合ガスとしたが、プラズマエッチング用ガスとしてはHBrガスまたは、HBrガスおよびCl2ガスの混合ガスにN2またはO2を添加した混合ガスを使用した場合(HBrとN2の混合ガス、HBrとO2の混合ガス、Cl2とHBrとN2の混合ガス、Cl2とHBrとO2の混合ガス)においても、本実施例と同様に疎密マイクロローディングを改善できる。
In this embodiment, a Cl 2 gas having a low saturated vapor pressure of the
101 真空容器
102 ウエハ載置用電極
103 電磁波発生用電源
104 シャワープレート
105 誘電体窓
106 処理室
107 ガス供給装置
108 真空排気口
109 導波管
110 磁場発生用コイル
111 ウエハ
112 マッチング回路
113 高周波電源
114 高周波フィルタ
115 直流電源
201 シリコン基板
202 ハードマスク
203 反応生成物
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Cl2ガスとN2ガスの混合ガスを用い、0.1Pa以下の圧力で、デューティー比5%〜50%の時間変調された間欠的な高周波電力を前記試料に印加しながら、シリコンのエッチングを行うことを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing method for plasma etching silicon of a sample having a mask having a pattern with a dense space width of 20 nm or less on a silicon substrate,
Etching of silicon is performed using a mixed gas of Cl 2 gas and N 2 gas and applying intermittent high frequency power modulated at a duty ratio of 5% to 50% to the sample at a pressure of 0.1 Pa or less. A plasma processing method characterized by performing.
Cl2ガスとO2ガスの混合ガスを用い、0.1Pa以下の圧力で、デューティー比5%〜50%の時間変調された間欠的な高周波電力を前記試料に印加しながら、シリコンのエッチングを行うことを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing method for plasma etching silicon of a sample having a mask having a pattern with a dense space width of 20 nm or less on a silicon substrate,
Etching silicon using a mixed gas of Cl 2 gas and O 2 gas while applying intermittent high frequency power with a duty ratio of 5% to 50% to the sample at a pressure of 0.1 Pa or less. A plasma processing method characterized by performing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011028063A JP2012169390A (en) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Plasma processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011028063A JP2012169390A (en) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Plasma processing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012169390A true JP2012169390A (en) | 2012-09-06 |
| JP2012169390A5 JP2012169390A5 (en) | 2014-04-03 |
Family
ID=46973282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011028063A Pending JP2012169390A (en) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Plasma processing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012169390A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015050440A (en) * | 2013-09-04 | 2015-03-16 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Plasma processing method |
| US9373523B2 (en) | 2014-09-10 | 2016-06-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device manufacturing method |
| CN111293039A (en) * | 2020-04-01 | 2020-06-16 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Method for forming self-aligned double patterning semiconductor device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05267249A (en) * | 1992-03-18 | 1993-10-15 | Hitachi Ltd | Dry etching method and dry etching apparatus |
| JPH11233488A (en) * | 1998-02-13 | 1999-08-27 | Hitachi Ltd | Surface processing method |
| JP2010118549A (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Tokyo Electron Ltd | Plasma etching method and plasma etching device |
-
2011
- 2011-02-14 JP JP2011028063A patent/JP2012169390A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05267249A (en) * | 1992-03-18 | 1993-10-15 | Hitachi Ltd | Dry etching method and dry etching apparatus |
| JPH11233488A (en) * | 1998-02-13 | 1999-08-27 | Hitachi Ltd | Surface processing method |
| JP2010118549A (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Tokyo Electron Ltd | Plasma etching method and plasma etching device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015050440A (en) * | 2013-09-04 | 2015-03-16 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Plasma processing method |
| US9373523B2 (en) | 2014-09-10 | 2016-06-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device manufacturing method |
| CN111293039A (en) * | 2020-04-01 | 2020-06-16 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Method for forming self-aligned double patterning semiconductor device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104103486B (en) | Method of plasma processing and plasma processing apparatus | |
| KR102510737B1 (en) | Atomic layer etching method | |
| JP6175570B2 (en) | Method for deep silicon etching using gas pulses | |
| TWI508168B (en) | Plasma processing device and plasma processing method | |
| KR101312473B1 (en) | Plasma processing method | |
| JP6298867B2 (en) | Plasma processing method and plasma processing apparatus | |
| US11398386B2 (en) | Plasma etch processes | |
| JP6095528B2 (en) | Plasma processing method | |
| TWI555080B (en) | Dry etching method | |
| JP2014229751A (en) | Plasma processing apparatus and processing method | |
| KR20210110657A (en) | Plasma treatment method | |
| JP6579786B2 (en) | Plasma etching method | |
| JP2012169390A (en) | Plasma processing method | |
| JP6228860B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2013214583A (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| CN105070627A (en) | A Method for Reducing the Damage of Substrate Material by High Energy Ion Bombardment | |
| JP5642427B2 (en) | Plasma processing method | |
| JP2015088696A (en) | Plasma processing method | |
| JP2014216331A (en) | Plasma etching method | |
| JP5774356B2 (en) | Plasma processing method | |
| JP5792613B2 (en) | Plasma etching method | |
| JP2013021197A (en) | Dry etching method | |
| JP2011228534A (en) | Etching method and etching apparatus | |
| JP2013243271A (en) | Dry etching method | |
| JP2016018794A (en) | Plasma processing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140121 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140121 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140122 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140812 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140819 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141216 |