JP5041696B2 - Dry etching method - Google Patents
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本発明は、Ｓｉから成る被処理体にトレンチ等を形成するためのドライエッチング方法に関する。特に、深さが深く形状が良好なトレンチ等を形成するためのドライエッチング方法に関する。 The present invention relates to a dry etching method for forming a trench or the like in an object to be processed made of Si. In particular, the present invention relates to a dry etching method for forming a trench having a deep depth and a good shape.
近年、エレクトロニクス機器の小型化が進むにつれて、それに使用する半導体デバイス、例えば集積回路及びフラットパネルディスプレイ等もその小型化が要求されている。半導体デバイスを作製するために、シリコン基板にトレンチ（又は溝）、ビアホール（又は穴）及びその他の構造等（以下、これらをまとめて「トレンチ等又は単にトレンチ」ともいう）が形成され得るが、上述のような要求のために、シリコン基板に形成されるトレンチ等は、その全体の深さがより深いもの、例えば、５０μｍ以上の深さを有することが求められるようになった。尚、ここで、全体の深さとは、最終的に形成された目的とするトレンチ等のシリコン基板表面から底までの距離をいい、電子顕微鏡にて測定した値を意味する。 In recent years, with the progress of miniaturization of electronic equipment, semiconductor devices used therein, such as integrated circuits and flat panel displays, are required to be miniaturized. In order to fabricate a semiconductor device, a trench (or groove), a via hole (or hole), and other structures, etc. (hereinafter collectively referred to as “trench or simply trench”) may be formed in a silicon substrate. Due to the above-described requirements, the trenches and the like formed in the silicon substrate are required to have a deeper overall depth, for example, a depth of 50 μm or more. Here, the total depth means the distance from the surface of the silicon substrate such as the finally formed target trench to the bottom, and means a value measured with an electron microscope.
このような深さが深いトレンチ等をシリコン基板に形成する方法として、プラズマ処理室（又は単に「処理室」ともいう）において、シリコン基板のエッチングを行うドライエッチング方法（又はプラズマエッチング方法）が知られている。図１に、そのようなドライエッチング方法に用いられるドライエッチング装置（１００）の一例の模式図を示す。この装置は、ＩＣＰ（inductively Coupled Plasma）型エッチング装置であり、真空のエッチングチャンバ（又はエッチング処理室）（１１０）、エッチングチャンバ内の上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）、高周波電源（１４０）及び（１５０）、ガス導入口（１６０）及びガス排気口（１７０）を備える。 As a method for forming such a deep trench or the like in a silicon substrate, a dry etching method (or plasma etching method) for etching a silicon substrate in a plasma processing chamber (or simply referred to as “processing chamber”) is known. It has been. FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a dry etching apparatus (100) used in such a dry etching method. This apparatus is an ICP (inductively coupled plasma) type etching apparatus, which is a vacuum etching chamber (or etching processing chamber) (110), an upper electrode (120) and a lower electrode (130) in the etching chamber, and a high frequency power source (140). ) And (150), a gas inlet (160), and a gas outlet (170).
まず、エッチングを行うシリコン基板（２００）を、下部電極（１３０）上に配置する。エッチングチャンバ（１００）にエッチングガスを導入し、それをプラズマ化して活性種（イオン及びラジカル等）を生じさせる。シリコン基板（２００）上に、所望の形状のマスク（例えば、フォトレジスト及びハードマスク等、図示せず）を配置し、そのマスクの開口部を通して活性種をシリコン基板に入射させて、シリコン基板（２００）をエッチングして所望の深さのトレンチ等を形成する。 First, a silicon substrate (200) to be etched is placed on the lower electrode (130). An etching gas is introduced into the etching chamber (100), which is turned into plasma to generate active species (ions, radicals, etc.). On the silicon substrate (200), a mask having a desired shape (for example, a photoresist and a hard mask, not shown) is arranged, and active species are made incident on the silicon substrate through the opening of the mask, so that the silicon substrate ( 200) is etched to form a trench or the like having a desired depth.
図２（ａ）及び（ｂ）は、トレンチ等の理想的な断面の輪郭又は形状の模式図を示す。
図２（ａ）及び（ｂ）の各々には、シリコン基板（２００）の上にマスク（２１０）が配置され、マスクの下のシリコン基板内に、トレンチ（２２０）が形成されている。マスク（２１０）の開口部から垂直に下方にトレンチ（２２０）が形成されている。
図２（ａ）に示すトレンチ（２２０）の断面の輪郭は、長方形と成っており、トレンチ（２２０）の幅は一定であり、壁には、凹凸がない。
図２（ｂ）に示すトレンチ（２２０）の断面は、テーパー形状と成っており、トレンチ（２２０）の幅は下方に向かって一定の割合で狭くなり、壁には、凹凸がない。
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams of ideal cross-sectional contours or shapes such as trenches.
In each of FIGS. 2A and 2B, a mask (210) is disposed on a silicon substrate (200), and a trench (220) is formed in the silicon substrate under the mask. A trench (220) is formed vertically downward from the opening of the mask (210).
The outline of the cross section of the trench (220) shown in FIG. 2 (a) is rectangular, the width of the trench (220) is constant, and the walls are not uneven.
The cross section of the trench (220) shown in FIG. 2 (b) has a tapered shape, the width of the trench (220) narrows downward at a constant rate, and the wall has no irregularities.
図３は、現実的なトレンチ等の断面の輪郭又は形状の模式図を示す。図２と同様にシリコン基板（２００）の上にマスク（２１０）が配置され、マスクの下のシリコン基板内に、トレンチ（３２０）が形成されている。しかし、このトレンチの断面の輪郭は、図２のものと大きく異なる。マスク（２１０）の下に、切れ込んでいるエッチング部分（３３０）がある。これをアンダーカットともいう。更に、アンダーカット（３３０）の下のトレンチの壁は、弓状にエッチングされている部分（３４０）がある。これをボーイングともいう。これらの部分を生ずることにより、図３のトレンチの断面の輪郭は、長方形とはならず、マスクの開口部より広い開口部を有し、トレンチの幅がトレンチの深さにより変化し、更に壁に湾曲を有する。このようなトレンチに生じ得るトレンチ形状（又は輪郭）の不規則性は、実際に半導体デバイスを用いる際に、許容できない結果をもたらし得る。 FIG. 3 is a schematic diagram of a contour or shape of a cross section of a realistic trench or the like. Similar to FIG. 2, a mask (210) is disposed on a silicon substrate (200), and a trench (320) is formed in the silicon substrate under the mask. However, the outline of the cross section of the trench is significantly different from that of FIG. Below the mask (210) is a cut etched portion (330). This is also called undercut. In addition, the trench wall under the undercut (330) has an arcuately etched portion (340). This is also called Boeing. By producing these portions, the cross-sectional outline of the trench in FIG. 3 does not become rectangular, but has an opening wider than the opening of the mask, the width of the trench varies depending on the depth of the trench, and the wall Have curvature. Trench shape (or contour) irregularities that can occur in such trenches can lead to unacceptable results when actually using semiconductor devices.
このようなトレンチの形状の不規則性を、式（Ｉ）で定義するサイドエッチング比で規定する。
式Ｉ：サイドエッチング比＝（アンダーカット（３３０）＋ボーイング（３４０））／深さ（ｄ）
即ち、サイドエッチング比は、深さに対して側方方向に最大どれくらいエッチングが進行したかを示す指標であるといえる。
サイドエッチング比は、理想的には０であるが、トレンチの深さを考慮した全体的な形状から、０．０５以下であることが好ましい。
Such irregularities in the shape of the trench are defined by the side etching ratio defined by the formula (I).
Formula I: Side etching ratio = (Undercut (330) + Boeing (340)) / Depth (d)
That is, the side etching ratio can be said to be an index indicating how much etching has progressed in the lateral direction with respect to the depth.
The side etching ratio is ideally 0, but is preferably 0.05 or less from the overall shape considering the depth of the trench.
現実のトレンチに、このような形状の不規則性を生ずる理由は次のようなメカニズムによると考えられている。プラズマ処理室に導入されたエッチングガスをプラズマ化すると、イオンとラジカルの二種類のプラズマ種が生ずる。これらの生じた活性種のうち、イオンは負バイアスにより加速されてシリコン基板（２００）に垂直方向から入射して、シリコン基板（２００）の表面に対して垂直方向にエッチングを進行させる、これに対しラジカルは、負バイアスの影響を受けないので、シリコン基板（２００）の表面に対して特定の方向性を有さず、ランダムに、即ち、等方的に入射するので、側方方向のエッチングも進行する。従って、マスク（２１０）の開口部の直下に、アンダーカット（３３０）やボーイング（３４０）等のサイドエッチングを生じさせる。 The reason why such irregularities in the shape of the actual trench are caused by the following mechanism. When the etching gas introduced into the plasma processing chamber is turned into plasma, two types of plasma, ions and radicals, are generated. Among these generated active species, ions are accelerated by a negative bias and incident on the silicon substrate (200) from a vertical direction, and etching proceeds in a direction perpendicular to the surface of the silicon substrate (200). On the other hand, since radicals are not affected by a negative bias, they do not have a specific directionality with respect to the surface of the silicon substrate (200) and are incident randomly, that is, isotropically. Also progress. Therefore, side etching such as undercut (330) and bowing (340) is generated directly under the opening of the mask (210).
そこで、トレンチの断面形状を良好に保ちつつ、深いトレンチを形成するエッチング方法が検討されている。
特許文献１は、プラズマエッチングの前及び／又はその間に、Ｃ４Ｆ８を用いることにより、トレンチの側壁上にケイ素化合物から成る保護膜を形成することで、良好な形状を有するトレンチを形成する方法を開示する。しかし、この方法は、Ｃ４Ｆ８に由来する保護膜の形成によりトレンチの側壁上に凹凸を生じ得る、Ｃ４Ｆ８を用いるために、エッチングガスの切り替え時間が必要であり全体としてのエッチング速度が遅い、処理室内壁に保護膜が堆積するので、プラズマの状態を不安定にさせ、シリコン基板の処理枚数の増大に伴いエッチング特性が変動する等の問題がある。
Therefore, an etching method for forming a deep trench while keeping a good cross-sectional shape of the trench has been studied.
In Patent Document 1, a trench having a good shape is formed by forming a protective film made of a silicon compound on the sidewall of the trench by using C 4 F 8 before and / or during plasma etching. A method is disclosed. However, since this method uses C 4 F 8 , which can cause irregularities on the sidewalls of the trench due to the formation of a protective film derived from C 4 F 8 , the etching gas switching time is required and etching as a whole is necessary. Since the protective film is deposited on the inner wall of the processing chamber at a low speed, there are problems that the plasma state becomes unstable and the etching characteristics fluctuate as the number of processed silicon substrates increases.
特許文献２は、ＳＦ６とＯ２に比較的高流量のヘリウムを添加したエッチングガスを用いてプラズマを発生させてエッチングする方法であって、垂直方向にエッチングする方法が開示する。しかし、この方法には、エッチング速度が十分でない、又は所定の深さに到達する前にシリコン基板上のマスクが消失し得るという問題点がある。エッチング速度が不十分となるのは、高流量のヘリウムを連続的に供給するので、Ｆラジカルの滞在時間が短くなるからと考えられ、マスクが削れて消失することは、マスクが常にイオンによって攻撃されるからと考えられる。 Patent Document 2 discloses a method of performing etching by generating plasma using an etching gas in which helium having a relatively high flow rate is added to SF 6 and O 2 and performing etching in the vertical direction. However, this method has a problem that the etching rate is not sufficient or the mask on the silicon substrate can disappear before reaching a predetermined depth. The reason why the etching rate becomes insufficient is that a high flow rate of helium is continuously supplied, so that the residence time of the F radical is shortened. It is thought that it is done.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その課題は、形状が良好なトレンチを得られない、深さが深いトレンチを得ることができない、トレンチの形成速度が遅いという問題の少なくとも一つが緩和され、好ましくは実質的に解消され、より好ましくは上述の問題の全てが緩和され、特に好ましくは上述の問題の全てが実質的に解消されるドライエッチング方法を提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and the problem is that a trench having a good shape cannot be obtained, a trench having a deep depth cannot be obtained, and the formation speed of the trench is slow. To provide a dry etching method in which at least one is alleviated, preferably substantially eliminated, more preferably all of the above problems are alleviated, and particularly preferably all of the above problems are substantially eliminated. .
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成した後、その前処理部分にエッチングを行って目的とする部分全体を形成することで、驚くべきことに、形状が良好なトレンチを得られない、深さが深いトレンチを得ることができない、トレンチの形成速度が遅いという問題の少なくとも一つが緩和され、好ましくは実質的に解消され、より好ましくは上述の問題の全てが緩和され、特に好ましくは上述の問題の全てが実質的に解消される触媒を得ることができることを見出して本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies, the present inventors performed pretreatment by etching on the object to be processed made of Si to form a pretreatment portion having an inversely tapered inner wall, and then etched the pretreatment portion. Surprisingly, by forming the entire target portion, it is surprising that at least the problem that the trench with a good shape cannot be obtained, the trench with a deep depth cannot be obtained, or the formation speed of the trench is slow is at least It is found that a catalyst can be obtained in which one is alleviated, preferably substantially alleviated, more preferably all of the above mentioned problems are alleviated, and particularly preferably all of the above mentioned problems are substantially eliminated. The invention has been completed.
本発明の一の要旨によれば、新たなドライエッチング方法が提供され、それは、
処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Ｓｉから成る被処理体にトレンチを形成する、前記被処理体のドライエッチング方法であって、
（ａ）Ｓｉから成る被処理体と反応し、その反応により生成する反応生成物が、Ｓｉから成る被処理体の側壁の保護膜を形成し得る成分を含んで成る第一エッチングガスを用いて、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成する第一エッチング工程であり、
Ｓｉから成る被処理体周辺に電界を発生させて、第一エッチングガスから発生したプラズマ中のイオンを該被処理体に引き寄せ、イオンが被処理体に衝突するエネルギーによって、エッチングによる被処理体の前処理を施す工程であり、
該前処理部分の深さが、最終的に形成されるトレンチの深さの１５％未満となり、
該前処理部分の逆テーパー形状の内壁と被処理体の表面とのなす角αが、７０°＜α＜９０°となる、第一エッチング工程、及び
（ｂ）第一エッチングガスと異なる第二エッチングガスを用いて、該前処理部分に、更にエッチングを行う第二エッチング工程
を含んで成ることを特徴とするドライエッチング方法である。
According to one aspect of the present invention, a new dry etching method is provided,
In the processing chamber, the etching gas is turned into plasma, and a trench is formed in the target object made of Si.
(A) Using a first etching gas comprising a component that reacts with an object to be processed made of Si and a reaction product produced by the reaction includes a component capable of forming a protective film on the side wall of the object to be processed made of Si. , A first etching step in which a pretreatment by etching is performed on a workpiece made of Si to form a pretreatment portion having a reverse tapered inner wall;
An electric field is generated around the object to be processed made of Si, and the ions in the plasma generated from the first etching gas are attracted to the object to be processed, and the energy of the ions colliding with the object to be processed causes the etching object to be processed. Is a process of pretreatment,
The depth of the pretreatment portion is less than 15% of the depth of the trench to be finally formed;
A first etching step in which an angle α formed between the reverse tapered inner wall of the pretreatment portion and the surface of the object to be processed is 70 ° <α <90 °; and
(B) A dry etching method comprising a second etching step of further etching the pretreatment portion using a second etching gas different from the first etching gas .
本発明の一の態様において、第一エッチング工程において、プラズマ中のイオン密度は、被処理体から１０ｍｍの高さで、１×１０１１ｃｍ−３以上であるドライエッチング方法を提供する。 In one aspect of the present invention, in a first etching step, the ion density in the plasma, at a height of 10mm from the target object, to provide a dry etching method is 1 × 10 11 cm -3 or more.
本発明のもう一つの態様において、（ｂ）第二エッチング工程は、フッ素化合物及び酸素を含み、場合により希ガスを含んで成る第二エッチングガスを前記処理室に導入して、該前処理部分にエッチングする第二エッチング工程であるドライエッチング方法が提供される。 In another embodiment of the present invention, (b) the second etching step introduces a second etching gas containing a fluorine compound and oxygen, optionally containing a rare gas, into the processing chamber, and A dry etching method is provided which is a second etching step of etching.
本発明の他の態様において、第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物は、ＳＦ ６ 、ＮＦ ３ 、ＢＦ ３ 、ＰＦ ５ 及びＦ ２ から選択される少なくとも一種であり、第二エッチングガスに場合により含まれる希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種であるドライエッチング方法が提供される。 In another aspect of the present invention, the fluorine compound contained in the second etching gas is at least one selected from SF 6 , NF 3 , BF 3 , PF 5 and F 2 and optionally contained in the second etching gas. The dry etching method in which the rare gas is at least one selected from helium and argon is provided.
本発明に係るドライエッチング方法は、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成した後、更にその前処理部分にエッチングを行うので、形状が良好なトレンチを得られない、深さが深いトレンチを得ることができない、トレンチの形成速度が遅いという問題の少なくとも一つが緩和され、好ましくは実質的に解消され、より好ましくは上述の問題の全てが緩和され、特に好ましくは上述の問題の全てが実質的に解消される。 In the dry etching method according to the present invention, after pretreatment by etching is performed on an object to be processed made of Si to form a pretreatment portion having an inversely tapered inner wall, the pretreatment portion is further etched. At least one of the problems that a trench having a good shape cannot be obtained, a trench having a deep depth cannot be obtained, and the formation speed of the trench is slow is alleviated, preferably substantially eliminated, and more preferably All of the problems are alleviated, and particularly preferably all of the above problems are substantially eliminated.
以下、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明の方法は、本発明の方法を実施することができるドライエッチング装置であれば、いずれのドライエッチング装置を用いても実施することができ、使用する装置により特に制限されるものではない。そのようなドライエッチング装置として、先に例示した図１に示すＩＣＰ型エッチング装置、ＲＩＥ型エッチング装置、２周波平行平板型エッチング装置等を例示することができる。 The method of the present invention can be carried out using any dry etching apparatus as long as it is a dry etching apparatus capable of performing the method of the present invention, and is not particularly limited by the apparatus used. As such a dry etching apparatus, the ICP type etching apparatus, the RIE type etching apparatus, the two-frequency parallel plate type etching apparatus and the like shown in FIG.
図１のＩＣＰ型エッチング装置（１００）は、上述したようにエッチングチャンバ（１１０）、エッチングチャンバ内の上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）、高周波電源（１４０）及び（１５０）、ガス導入口（１６０）及びガス排気口（１７０）を備える。本発明のドライエッチング方法を実施するために、図１の装置は更に下記の仕様を有することが好ましい。 As described above, the ICP type etching apparatus (100) of FIG. 1 includes an etching chamber (110), an upper electrode (120) and a lower electrode (130) in the etching chamber, high-frequency power sources (140) and (150), and gas introduction. A port (160) and a gas exhaust port (170) are provided. In order to carry out the dry etching method of the present invention, the apparatus of FIG. 1 preferably further has the following specifications.
エッチングチャンバ（１１０）は、被処理体のエッチングが行われる処理室である。その内壁は、例えば、石英、アルミナ、アルマイト加工されたアルミ母材又は酸化イットリウム等の絶縁材料を用いて形成することが好ましい。 The etching chamber (110) is a processing chamber in which an object to be processed is etched. The inner wall is preferably formed using an insulating material such as quartz, alumina, anodized aluminum base material, or yttrium oxide.
ガス導入口（１６０）を通して、エッチングチャンバ（１１０）内に、エッチングガスは供給され、ガス排気口（１７０）を通して、エッチングチャンバ（１１０）から、エッチングチャンバ（１１０）内のガスは排気される。 The etching gas is supplied into the etching chamber (110) through the gas inlet (160), and the gas in the etching chamber (110) is exhausted from the etching chamber (110) through the gas exhaust port (170).
次に、トランジスタ等の半導体装置の製造における工程の一部として、上述のドライエッチング装置を用いる本発明のドライエッチング方法について説明する。発明が不明瞭に成ることを避けるため、半導体装置の他の公知の製造工程については、説明を省略する。 Next, the dry etching method of the present invention using the above-described dry etching apparatus will be described as a part of the process in manufacturing a semiconductor device such as a transistor. In order to avoid obscuring the invention, description of other known manufacturing steps of the semiconductor device will be omitted.
初めに、第一エッチングガスを用いて、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成する第一エッチング工程について説明するが、その前に、逆テーパー形状について、説明する。 First, a first etching process will be described in which a pretreatment portion having an inversely tapered inner wall is formed by performing a pretreatment by etching on an object to be processed made of Si using a first etching gas. First, the reverse taper shape will be described.
図４は、内壁が逆テーパー形状にエッチングされたシリコン基板の模式図を示す。シリコン基板（２００）の上のマスク（２１０）の開口部からエッチングされたトレンチの幅が、下に進むにつれて広くなっている。図４は、説明するために、相当逆テーパーを強調して記載しているが、実際は、必ずしもこれほど極端な逆テーパーにする必要はない。
第一エッチング工程で形成する逆テーパーを形成した前処理部分の深さ（ｄｉ：depth of an inversed tapered portion、図４参照）は、最終的に形成する目的とするエッチング部分の全体、即ちトレンチ全体の深さ（例えば、図２（ａ）、２（ｂ）及び３に記載のｄを参照）を基準として、種々選択することができる。逆テーパー形状に形成される前処理部分の深さ（ｄｉ）は、目的とするエッチングにより形成される部分全体の深さ（ｄ）の１５％未満であることが好ましく、１０％未満であることがより好ましく、５％未満であることが特に好ましい。尚、ｄｉは、ｄの０％ではないが、２％以上であることが好ましい。
必要であれば、本発明の方法を用いてトレンチ等の全体を形成後、逆テーパー形状の部分を、全面エッチングやＣＭＰ等の方法を用いて、取り除くことができる。
FIG. 4 is a schematic view of a silicon substrate whose inner wall has been etched into a reverse taper shape. The width of the trench etched from the opening of the mask (210) on the silicon substrate (200) becomes wider as it goes down. For the sake of explanation, FIG. 4 emphasizes a considerable reverse taper, but in practice, it is not always necessary to have such an extreme reverse taper.
The depth of an inversely tapered portion (di: depth of an inversed tapered portion, see FIG. 4) formed in the first etching step is the entire etching portion to be finally formed, that is, the entire trench. Can be selected in various ways based on the depth (for example, see d in FIGS. 2A, 2B and 3). The depth (di) of the pre-processed portion formed in the reverse taper shape is preferably less than 15% of the depth (d) of the entire portion formed by the target etching, and is less than 10%. Is more preferable, and it is especially preferable that it is less than 5%. Note that di is not 0% of d, but is preferably 2% or more.
If necessary, after forming the entire trench or the like using the method of the present invention, the reverse tapered portion can be removed using a method such as full-surface etching or CMP.
また、逆テーパーを形成した内壁の傾斜は、シリコン基板表面と内壁のなす角をαとすると、７０°＜α＜９０°であることが好ましく、７０°＜α＜８５°であることがより好ましく、７０°＜α＜８０°であることが特に好ましい。
α＝９０°又は＞９０°の場合、内壁の傾斜は９０°以上なので、逆テーパーを形成していない。
上記αは、電子顕微鏡によりトレンチ形状を観察することで直接測定してもよいが、逆テーパーを形成することで壁面が後退した距離を（ｗｉ、図４参照）とすると、ｔａｎ（９０−α）＝ｄｉ／ｗｉであるから、電子顕微鏡によりトレンチ形状を観察することで得られるｄｉとｗｉから算出してもよい。
The inclination of the inner wall formed with the reverse taper is preferably 70 ° <α <90 °, and more preferably 70 ° <α <85 °, where α is the angle between the silicon substrate surface and the inner wall. Preferably, 70 ° <α <80 ° is particularly preferable.
When α = 90 ° or> 90 °, the inclination of the inner wall is 90 ° or more, and thus no reverse taper is formed.
The above α may be directly measured by observing the trench shape with an electron microscope, but tan (90−α) is defined as a distance (wi, see FIG. 4) where the wall surface is retreated by forming an inverse taper. ) = Di / wi, it may be calculated from di and wi obtained by observing the trench shape with an electron microscope.
第一エッチング工程を開始する前に、まず、下部電極（１３０）上に、Ｓｉから成る被処理体を配置する。
Ｓｉから成る被処理体は、通常、Ｓｉから成る被処理体として、ドライエッチングに供されているものであれば、特に制限されるものではない。そのようなＳｉから成る被着体として、例えば、シリコン基板等を例示することができる。
Before starting the first etching step, first, an object to be processed made of Si is placed on the lower electrode (130).
The object to be processed made of Si is not particularly limited as long as the object to be processed made of Si is usually subjected to dry etching. An example of such an adherend made of Si is a silicon substrate.
次に、エッチングチャンバ（１１０）内を一定の圧力に保ちながら、ガス導入口（１６０）を介して、第一エッチングガスをエッチングチャンバ（１１０）内に導入し、ガス排気口（１７０）から排気する。
次に高周波電源（１４０）及び（１５０）から、各々上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）に、高周波電力を供給して、第一エッチングガスをプラズマ化させる。例えば、第一エッチングガスがフッ素化合物を含む場合、Ｆ＋イオン、Ｆ−イオン、Ｆラジカル等のプラズマ中の活性種は、Ｓｉから成る被処理体、例えばシリコン基板のシリコンと反応して、ＳｉＦ４、ＳｉＯ２等の反応生成物を生成し、シリコン基板をエッチングして、トレンチを形成する。被処理体が、シリコン基板であることを考慮すると、下部電極（１３０）に加えられるＲＦパワーは、低くすることが好ましい。
Next, the first etching gas is introduced into the etching chamber (110) through the gas introduction port (160) while the inside of the etching chamber (110) is maintained at a constant pressure, and is exhausted from the gas exhaust port (170). To do.
Next, high frequency power is supplied from the high frequency power sources (140) and (150) to the upper electrode (120) and the lower electrode (130), respectively, and the first etching gas is turned into plasma. For example, when the first etching gas contains a fluorine compound, active species in plasma such as F + ions, F − ions, and F radicals react with an object to be processed made of Si, for example, silicon on a silicon substrate, to form SiF. 4. Generate reaction products such as SiO 2 and etch the silicon substrate to form trenches. Considering that the object to be processed is a silicon substrate, the RF power applied to the lower electrode (130) is preferably low.
第一エッチングガスの組成、流量、エッチングチャンバ内部圧力、高周波電源の電力、周波数、上部電極と下部電極の間の距離等のエッチング条件は、目的とする逆テーパー形状を得ることができる条件であればよく、特に限定されるものではない。 Etching conditions such as the composition of the first etching gas, the flow rate, the pressure inside the etching chamber, the power of the high-frequency power source, the frequency, the distance between the upper electrode and the lower electrode, etc. are conditions that can achieve the desired reverse tapered shape There is no particular limitation.
但し、第一エッチングガスは、Ｓｉから成る被処理体と反応し、その反応により生成する反応生成物が、Ｓｉから成る被処理体の側壁の保護膜を形成し得る成分を含んで成ることが好ましい。
第一エッチングガスは、フッ素化合物及び酸素を含んで成り、場合により希ガスを含み得るものが好ましい。
上述の第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物は、ＳＦ６、ＮＦ３、ＢＦ３、ＰＦ５及びＦ２から選択される少なくとも一種であり、第一エッチングガスに場合により含まれ得る希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種であることがより好ましい。
フッ素化合物は、ＳＦ６であり、希ガスはヘリウムであることが特に好ましい。
However, the first etching gas reacts with the object to be processed made of Si, and the reaction product generated by the reaction includes a component capable of forming a protective film on the side wall of the object to be processed made of Si. preferable.
The first etching gas preferably contains a fluorine compound and oxygen, and may optionally contain a rare gas.
The fluorine compound contained in the first etching gas is at least one selected from SF 6 , NF 3 , BF 3 , PF 5 and F 2 , and the rare gas that can be optionally contained in the first etching gas is: More preferably, it is at least one selected from helium and argon.
It is particularly preferable that the fluorine compound is SF 6 and the rare gas is helium.
第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量と酸素の流量の比（フッ素化合物／酸素）は、１／１〜４／１であることが好ましく、１／１〜３／１であることがより好ましく、１／１〜２／１であることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量は、５０〜９００ｓｃｃｍであることが好ましく、５０〜３００ｓｃｃｍであることがより好ましく、５０〜１５０ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれる酸素の流量は、２５〜４５０ｓｃｃｍであることが好ましく、２５〜１５０ｓｃｃｍであることがより好ましく、２５〜７５ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
The ratio of the flow rate of the fluorine compound contained in the first etching gas to the flow rate of oxygen (fluorine compound / oxygen) is preferably 1/1 to 4/1, more preferably 1/1 to 3/1. A ratio of 1/1 to 2/1 is particularly preferable.
The flow rate of the fluorine compound contained in the first etching gas is preferably 50 to 900 sccm, more preferably 50 to 300 sccm, and particularly preferably 50 to 150 sccm.
The flow rate of oxygen contained in the first etching gas is preferably 25 to 450 sccm, more preferably 25 to 150 sccm, and particularly preferably 25 to 75 sccm.
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の５０〜９５％であることが好ましく、６５〜９０％であることがより好ましく、８０〜９０％であることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、２０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましく、５００〜１５００ｓｃｃｍであることがより好ましく、８００〜１０００ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
The flow rate of the rare gas contained in the first etching gas is preferably 50 to 95% of the total flow rate of the first etching gas, more preferably 65 to 90%, and 80 to 90%. Particularly preferred.
The flow rate of the rare gas contained in the first etching gas is preferably 2000 sccm or less, more preferably 500 to 1500 sccm, and particularly preferably 800 to 1000 sccm.
逆テーパー形状を有する前処理部分を形成するために、Ｓｉから成る被処理体周辺に電界を発生させて、第一エッチングガスから発生したプラズマ中のイオンを該被処理体に引き寄せ、イオンが被処理体に衝突するエネルギーによって、エッチングによる被処理体の前処理を行うことが好ましい。より具体的には、プラズマ処理室の下部電極に電界を加えて上記処理を行うことが好ましい。それによって、被処理体に形成される逆テーパー形状を有する前処理部分の内壁の保護を行うことが好ましい。 In order to form a pre-processed portion having an inversely tapered shape, an electric field is generated around the object to be processed made of Si, and ions in the plasma generated from the first etching gas are attracted to the object to be processed. It is preferable to perform pretreatment of the object to be processed by etching with energy that collides with the object to be processed. More specifically, it is preferable to perform the above treatment by applying an electric field to the lower electrode of the plasma treatment chamber. Accordingly, it is preferable to protect the inner wall of the pre-processed portion having an inversely tapered shape formed on the object to be processed.
被処理体周辺に電界を発生させるイオンエネルギー源として、ＲＦジェネレーターを例示できる。
更に、イオンエネルギー源としての上記ＲＦジェネレーターに投入するＲＦ電力は、３０〜２００Ｗであることが好ましく、３０〜１２０Ｗであることがより好ましく、４０〜６０Ｗであることが特に好ましい。
An RF generator can be exemplified as an ion energy source that generates an electric field around the object to be processed.
Furthermore, the RF power input to the RF generator as the ion energy source is preferably 30 to 200 W, more preferably 30 to 120 W, and particularly preferably 40 to 60 W.
また、逆テーパー形状を有する前処理部分を形成するために、第一エッチング工程において、プラズマ中のイオン密度は、被処理体から１０ｍｍの高さで、１×１０１１ｃｍ−３以上であることが好ましい。
ここで、プラズマ中のイオン密度は、ラングミュアプローブ法で測定した値をいい、１×１０１１ｃｍ−３以上であることが好ましく、２×１０１１ｃｍ−３以上で有ることがより好ましく、４×１０１１ｃｍ−３以上であることが特に好ましい。
Moreover, in order to form the pre-processing part which has a reverse taper shape, in the 1st etching process, the ion density in plasma shall be 1 * 10 < 11 > cm < -3 > or more in height of 10 mm from a to-be-processed object. Is preferred.
Here, the ion density in the plasma is a value measured by the Langmuir probe method, preferably 1 × 10 11 cm −3 or more, more preferably 2 × 10 11 cm −3 or more. It is especially preferable that it is x10 11 cm −3 or more.
目的とするドライエッチングが可能であれば、いずれの方式を用いて第一エッチングガスからプラズマを発生させてもよい。そのような方式として、例えば、ＩＣＰ方式、ＲＩＥ方式、マグネトロンＲＩＥ方式、二周波ＲＩＥ方式、ＥＣＲ方式、マイクロ波励起方式等を例示することができるが、ＩＣＰ方式が好ましい。 As long as the target dry etching is possible, any method may be used to generate plasma from the first etching gas. Examples of such a method include an ICP method, an RIE method, a magnetron RIE method, a dual frequency RIE method, an ECR method, a microwave excitation method, and the like, but the ICP method is preferable.
プラズマを発生させるプラズマ生成源として、ＲＦジェネレーターが好ましい。 An RF generator is preferable as a plasma generation source for generating plasma.
被処理体から１０ｍｍの高さにてプラズマのイオン密度が１×１０１１ｃｍ−３以上とするためには、プラズマ発生源としてＲＦジェネレーターを用いる場合、ＲＦジェネレーターの電力は、２０００Ｗ以上であることが好ましい。
この場合、プラズマ発生部（例えば、ＲＦジェネレーター）と、被処理体との間の距離は、１５０ｍｍ以下であることが好ましく、１００〜１５０ｍｍであることが特に好ましい。
In order to set the plasma ion density to 1 × 10 11 cm −3 or more at a height of 10 mm from the object to be processed, when an RF generator is used as the plasma generation source, the power of the RF generator must be 2000 W or more. Is preferred.
In this case, the distance between the plasma generating part (for example, RF generator) and the object to be processed is preferably 150 mm or less, and particularly preferably 100 to 150 mm.
また、上記第一エッチング工程において、被処理体から１０ｍｍの高さにてプラズマのイオン密度が１×１０１１ｃｍ−３以上とするには、プラズマ発生部（例えば、ＲＦジェネレーター）と、被処理体との間の距離は、５０ｍｍ以下であることが好ましく、２０〜５０ｍｍであることがより好ましく、２０〜３０ｍｍであることが特に好ましい。
この場合、プラズマ発生源としてのＲＦジェネレーターの電力は、５００Ｗ以上３０００Ｗ未満であることが好ましく、５００Ｗ以上２５００Ｗ未満であることがより好ましく、５００以上２０００Ｗ未満であることが特に好ましい。
Further, in the first etching step, in order to set the plasma ion density to 1 × 10 11 cm −3 or more at a height of 10 mm from the object to be processed, a plasma generator (for example, an RF generator), The distance between the body is preferably 50 mm or less, more preferably 20 to 50 mm, and particularly preferably 20 to 30 mm.
In this case, the power of the RF generator as a plasma generation source is preferably 500 W or more and less than 3000 W, more preferably 500 W or more and less than 2500 W, and particularly preferably 500 or more and less than 2000 W.
前記第一エッチング工程において、処理室内の圧力は、３０Ｐａ以下であることが好ましく、１０〜３０Ｐａであることがより好ましく、２５〜３０Ｐａであることが特に好ましい。 In the first etching step, the pressure in the processing chamber is preferably 30 Pa or less, more preferably 10 to 30 Pa, and particularly preferably 25 to 30 Pa.
第一エッチングガスを用いる第一エッチング工程は、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を得られるまで、所望の時間行う。例えば、０．５〜３分間行うことが好ましく、０．５〜２分間行うことがより好ましく、０．５〜１分間行うことが特に好ましい。 The first etching step using the first etching gas is performed for a desired time until a pretreatment portion having an inversely tapered inner wall is obtained. For example, it is preferably performed for 0.5 to 3 minutes, more preferably 0.5 to 2 minutes, and particularly preferably 0.5 to 1 minute.
第一エッチングガスを用いる第一エッチング工程が終了したら、エッチングチャンバ（１１０）内を一定の圧力に保ちながら、ガス導入口（１６０）を介して、第二エッチングガスをエッチングチャンバ（１１０）内に導入し、ガス排気口（１７０）から排気して、第二エッチング工程を行う。 When the first etching process using the first etching gas is completed, the second etching gas is introduced into the etching chamber (110) through the gas inlet (160) while maintaining a constant pressure in the etching chamber (110). The second etching step is performed by introducing and exhausting from the gas exhaust port (170).
第二エッチング工程は、本発明が目的とする形状が良好なトレンチを得ることができるならば、特に制限されるものではないが、第二エッチング工程として、下記のものを例示することができる。 The second etching step is not particularly limited as long as a trench having a good shape targeted by the present invention can be obtained. Examples of the second etching step include the following.
第二エッチング工程は、フッ素化合物及び酸素を含み及び場合により希ガスを含んで成る第二エッチングガスを前記処理室に導入して、前記被処理体の前処理部分をエッチングすることで行うことが好ましい。
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物は、ＳＦ６、ＮＦ３、ＢＦ３、ＰＦ５及びＦ２から選択される少なくとも一種であり、第二エッチングガスに場合により含まれる希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種であることが好ましい。
第二エッチングガスのフッ素化合物は、ＳＦ６であることが特に好ましく、希ガスはヘリウムであることが特に好ましいが、希ガスは含まれていないことも特に好ましい。
The second etching step may be performed by introducing a second etching gas containing a fluorine compound and oxygen and optionally containing a rare gas into the processing chamber and etching the pretreatment portion of the object to be processed. preferable.
The fluorine compound contained in the second etching gas is at least one selected from SF 6 , NF 3 , BF 3 , PF 5 and F 2 , and the rare gas optionally contained in the second etching gas is helium and argon It is preferable that it is at least one selected from.
The fluorine compound of the second etching gas is particularly preferably SF 6 and the rare gas is particularly preferably helium, but it is also particularly preferred that no rare gas is contained.
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量と酸素の流量の比（フッ素化合物／酸素）は、１／１〜４／１であることが好ましく、３／１〜４／１であることがより好ましく、２／１〜４／１であることが特に好ましい。
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量は、５０〜９００ｓｃｃｍであることが好ましく、１００〜３００ｓｃｃｍであることがより好ましく、１５０〜２５０ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
第二エッチングガスに含まれる酸素の流量は、５０〜４５０ｓｃｃｍであることが好ましく、５０〜２５０ｓｃｃｍであることがより好ましく、５０〜１５０ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
エッチングチャンバ（１１０）内の圧力は、１０〜５０Ｐａであることが好ましく、２５〜５０Ｐａであることがより好ましく、３０〜５０Ｐａであることが特に好ましい。
The ratio of the flow rate of the fluorine compound contained in the second etching gas to the flow rate of oxygen (fluorine compound / oxygen) is preferably 1/1 to 4/1, and more preferably 3/1 to 4/1. 2/1 to 4/1 is particularly preferable.
The flow rate of the fluorine compound contained in the second etching gas is preferably 50 to 900 sccm, more preferably 100 to 300 sccm, and particularly preferably 150 to 250 sccm.
The flow rate of oxygen contained in the second etching gas is preferably 50 to 450 sccm, more preferably 50 to 250 sccm, and particularly preferably 50 to 150 sccm.
The pressure in the etching chamber (110) is preferably 10 to 50 Pa, more preferably 25 to 50 Pa, and particularly preferably 30 to 50 Pa.
第二エッチングガスも第一エッチングガスと同様にプラズマ化する。
高周波電源（１４０）が、上部電極（１２０）に供給する高周波電力（プラズマ生成用）の周波数は、２〜６０ＭＨｚであることが好ましく、１３．５６ＭＨｚであることが特に好ましい。高周波電源（１４０）が供給する高周波電力の出力は、３００〜３０００Ｗであることが好ましく、１０００〜２５００Ｗであることがより好ましく、１０００〜２２００Ｗであることが特に好ましい。
高周波電源（１５０）が、下部電極（１３０）に供給する高周波電力（イオンエネルギー用）の周波数は、０．５〜６０ＭＨｚであることが好ましく、０．５〜１３．５６ＭＨｚであることがより好ましく、１３．５６ＭＨｚであることが特に好ましい。
高周波電源（１５０）が供給する高周波電力の出力は、５０〜５００Ｗであることが好ましく、７５〜２００Ｗであることがより好ましく、１００〜１５０Ｗであることが特に好ましい。
上部電極（１２０）と下部電極（１３０）との間の距離は、１５０ｍｍ以下であることが好ましく、１００〜１５０ｍｍであることが特に好ましい。
Similarly to the first etching gas, the second etching gas is turned into plasma.
The frequency of the high-frequency power (for plasma generation) supplied from the high-frequency power source (140) to the upper electrode (120) is preferably 2 to 60 MHz, and particularly preferably 13.56 MHz. The output of the high frequency power supplied from the high frequency power supply (140) is preferably 300 to 3000 W, more preferably 1000 to 2500 W, and particularly preferably 1000 to 2200 W.
The frequency of the high frequency power (for ion energy) supplied from the high frequency power source (150) to the lower electrode (130) is preferably 0.5 to 60 MHz, and more preferably 0.5 to 13.56 MHz. Particularly preferred is 13.56 MHz.
The output of the high frequency power supplied from the high frequency power source (150) is preferably 50 to 500 W, more preferably 75 to 200 W, and particularly preferably 100 to 150 W.
The distance between the upper electrode (120) and the lower electrode (130) is preferably 150 mm or less, and particularly preferably 100 to 150 mm.
第二エッチングガスを用いるエッチング工程は、所望の時間行う。例えば、５〜３０分間行うことが好ましく、５〜２０分間行うことがより好ましく、５〜１２分間行うことが特に好ましい。 The etching process using the second etching gas is performed for a desired time. For example, it is preferably performed for 5 to 30 minutes, more preferably 5 to 20 minutes, and particularly preferably 5 to 12 minutes.
尚、第一エッチング工程から第二エッチング工程に切り替えるために、上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）に加えられる電力の出力（例えばＲＦパワー）を、両方ともＯＮのまま、片方のみＯＮのまま、両方ともＯＦＦにして、第一エッチングガスの第二エッチングガスの切り替え等のエッチング条件の変更を行うことで、第一エッチング工程から第二エッチング工程に切り替えることができる。上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）に加えられる電力の出力をＯＮのままで、片方のみＯＮのままで、及び両方ともＯＦＦにして第一工程から第二工程に切り替えることは、適宜選択することができるが、両方の電力の出力をＯＮにしたままで、第一エッチング工程から第二エッチング工程に切り替えること、即ち第一エッチングガスから第二エッチングガスへの切り替え等のエッチング条件の変更を行うことが好ましい。 In addition, in order to switch from the first etching process to the second etching process, the power output (for example, RF power) applied to the upper electrode (120) and the lower electrode (130) is both ON, and only one of them is ON. The both can be turned off and the first etching process can be switched to the second etching process by changing the etching conditions such as switching the second etching gas of the first etching gas. It is appropriate to switch from the first step to the second step with the output of power applied to the upper electrode (120) and the lower electrode (130) turned on, only one of them turned on, and both turned off. It is possible to change the etching conditions, such as switching from the first etching process to the second etching process, that is, switching from the first etching gas to the second etching gas, with both power outputs turned on. It is preferable to carry out.
以上説明したように、第一エッチング工程と第二エッチング工程を含んで成る本発明のドライエッチング方法を用いることで、Ｓｉから成る被処理体、例えばシリコン基板に、良好な輪郭又は形状を有するトレンチ及びビアホール等を形成することができる。 As described above, by using the dry etching method of the present invention including the first etching step and the second etching step, a trench having a good contour or shape on a workpiece made of Si, for example, a silicon substrate. In addition, a via hole or the like can be formed.
得られるトレンチ等のサイドエッチング比は、好ましくは０より大きく０．０５以下であり、より好ましくは０より大きく０．０４以下であり、特に好ましくは０より大きく０．０３以下である。
得られるトレンチ等の深さは、好ましくは５０〜４００μｍであり、より好ましくは５０〜３００μｍであり、特に好ましくは５０〜２２０μｍである。
使用するマスクの開口部の直径は、好ましくは１０〜１００μｍであり、より好ましくは２０〜８０μｍであり、特に好ましくは３０〜５０μｍである。
本発明のドライエッチング方法は、そのようなトレンチ等を、全体として好ましくは５〜２０μｍ／分のエッチング速度で、より好ましくは１０〜２０μｍ／分のエッチング速度で、特に好ましくは１３〜２０μｍ／分のエッチング速度で、例えばシリコン基板に形成することができる。
The side etching ratio of the obtained trench or the like is preferably greater than 0 and not greater than 0.05, more preferably greater than 0 and not greater than 0.04, and particularly preferably greater than 0 and not greater than 0.03.
The depth of the obtained trench or the like is preferably 50 to 400 μm, more preferably 50 to 300 μm, and particularly preferably 50 to 220 μm.
The diameter of the opening of the mask to be used is preferably 10 to 100 μm, more preferably 20 to 80 μm, and particularly preferably 30 to 50 μm.
In the dry etching method of the present invention, such trenches as a whole are preferably etched at an etching rate of 5 to 20 μm / min, more preferably at an etching rate of 10 to 20 μm / min, and particularly preferably 13 to 20 μm / min. For example, it can be formed on a silicon substrate at an etching rate.
以上説明したように、本発明に係るドライエッチング方法は、深さが、深く、良好な輪郭を有するトレンチ等を、より速いエッチング速度で形成することができるという、トレンチ形状とエッチング速度のバランスに優れるエッチング方法である。 As described above, the dry etching method according to the present invention has a balance between the trench shape and the etching rate, such that a trench having a deep depth and a good contour can be formed at a higher etching rate. It is an excellent etching method.
本発明は、上述した特徴を有し優れた効果を奏するものであるが、その理由については、下記のように考えられる。但し、下記の理由により、本発明は、何ら制限されるものではない。
本発明者等は、種々の検討から、エッチングガスには、シリコンから成る被処理体と反応して、トレンチ等の側壁を保護し得る成分となる反応生成物を生成するものがあることに注目した。
逆テーパーを形成すると、第二エッチング工程において側壁保護成分と成り得る反応生成物が、トレンチ等の底からトレンチの開口部に出て行く場合、側壁に捕らえられやすく、側壁により厚い保護膜を継続して形成し得ると考えられる。これに対し、逆テーパーが形成されていない場合、反応生成物はトレンチの底から出て行く場合、底から開口部へ向けてトレンチの幅は広くなる一方なので、トレンチ内からより排出されやすく、側壁保護膜も薄くなると考えられる。
更に逆テーパーを形成すると、開口部から入射するイオンは、側壁に当たりにくいが、逆テーパーを形成していない場合、開口部から入射するイオンは、側壁に当たりやすいと考えられる。
従って、逆テーパーを形成している場合、より側壁に厚い保護膜ができるが、開口部から入射するイオンは、より側壁に当たりにくく、逆テーパーを形成していない場合、側壁の保護膜はより薄く、開口部から入射するイオンは、より側壁に当たりやすいと考えられる。 その結果、本発明は、深さが、深く、良好な輪郭を有するトレンチ等を、より速いエッチング速度で形成することができるという、トレンチ形状とエッチング速度のバランスに優れるという効果を奏すると考えられる。
The present invention has the above-described features and exhibits excellent effects. The reason for this is considered as follows. However, the present invention is not limited at all for the following reasons.
Based on various studies, the present inventors have noted that some etching gases generate reaction products that react with the target object made of silicon and become components that can protect the sidewalls of trenches and the like. did.
When a reverse taper is formed, reaction products that can serve as sidewall protection components in the second etching step are likely to be caught by the sidewalls when they exit from the bottom of the trench or the like to the opening of the trench, and a thick protective film is continued on the sidewalls. It is thought that it can be formed. On the other hand, when the reverse taper is not formed, when the reaction product goes out from the bottom of the trench, since the width of the trench becomes wider from the bottom toward the opening, the reaction product is more easily discharged from the trench, The side wall protective film is also considered to be thin.
Further, if a reverse taper is formed, ions entering from the opening are unlikely to hit the side wall, but if no reverse taper is formed, ions entering from the opening are likely to hit the side wall.
Therefore, when a reverse taper is formed, a thicker protective film can be formed on the side wall. However, ions entering from the opening are less likely to hit the side wall, and when the reverse taper is not formed, the protective film on the side wall is thinner. It is considered that ions incident from the opening are more likely to hit the side wall. As a result, it is considered that the present invention has an effect of excellent balance between the trench shape and the etching rate, in which a trench having a deep depth and a good contour can be formed at a higher etching rate. .
本発明を、例を用いて更に詳細に説明する。
実施例１
第一エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２／Ｈｅ＝１２０／６０／８２０ｓｃｃｍを用いた。
第二エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２＝２００／１００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
第一エッチング工程は、系の全圧を２５Ｐａとして、上部電極３０００Ｗ、下部電極５５Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、下部電極温度１５℃で、１分間行った。このとき、シリコン基板から１０ｍｍの高さのプラズマイオン密度は、ラングミュアプローブ法で測定し、２×１０１１ｃｍ−３であった。
これにより、約７．５μｍの深さ（トレンチの全深さの５％）までエッチングした。
α＝７８°である逆テーパー形状を得た。
第二エッチング工程は、系の全圧を４０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極１００Ｗで、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍで、５分間行った。
尚、第１工程〜第２工程の間の切り替えの際、上部電極及び下部電極に加える電力をＯＦＦにしないで（即ち、両方ともＯＮのままで）、第一エッチング条件から第二エッチング条件に変更した。
深さ＝１４８μｍ、サイドエッチング比＝０．０１１のトレンチを、全体としてエッチング速度＝１８．４μｍ／分で、形成することができた。
上述の実施例１に記載の方法で形成されたトレンチの模式図を図５に示した。尚、図５のトレンチの開口部に逆テーパー形状が認められる。
The invention is explained in more detail by means of examples.
Example 1
As the first etching gas, SF 6 / O 2 / He = 120/60/820 sccm was used.
As the second etching gas, SF 6 / O 2 = 200/100 sccm was used.
A silicon substrate on which a mask having an opening with a diameter of 50 μm was formed was used as the object to be processed.
The first etching step was performed for 1 minute at a total pressure of 25 Pa, the upper electrode 3000 W, the lower electrode 55 W, the distance between the upper electrode and the lower electrode of 122 mm, and the lower electrode temperature of 15 ° C. At this time, the plasma ion density at a height of 10 mm from the silicon substrate was 2 × 10 11 cm −3 as measured by the Langmuir probe method.
This etched to a depth of about 7.5 μm (5% of the total depth of the trench).
A reverse taper shape with α = 78 ° was obtained.
The second etching step was performed for 5 minutes with the total pressure of the system being 40 Pa, the upper electrode 1500 W and the lower electrode 100 W, and the distance between the upper electrode and the lower electrode of 122 mm.
When switching between the first step and the second step, the power applied to the upper electrode and the lower electrode is not turned off (that is, both remain on), and the first etching condition is changed to the second etching condition. changed.
A trench having a depth of 148 μm and a side etching ratio of 0.011 could be formed as a whole at an etching rate of 18.4 μm / min.
A schematic diagram of a trench formed by the method described in Example 1 is shown in FIG. In addition, a reverse taper shape is recognized by the opening part of the trench of FIG.
実施例２
第一エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２／Ｈｅ＝６０／４０／９００ｓｃｃｍを用いた。
第二エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２＝２００／１００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
第一エッチング工程は、系の全圧を３０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極５０Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離２０ｍｍ、下部電極温度１５℃で、３０秒間行った。このとき、シリコン基板から１０ｍｍの高さのプラズマイオン密度は、ラングミュアプローブ法で測定し、４×１０１１ｃｍ−３であった。
これにより、約２０μｍの深さ（トレンチの全深さの１０％）までエッチングした。α＝７４°である逆テーパー形状を得た。
第二エッチング工程は、系の全圧を５０Ｐａとして、上部電極２２００Ｗ、下部電極１００Ｗで、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、１２分間行った。
尚、第１工程〜第２工程の間の切り替えの際、上部電極及び下部電極に加える電力をＯＦＦにしないで（即ち、両方ともＯＮのままで）、第一エッチング条件から第二エッチング条件に変更した。
深さ＝２０２μｍ、サイドエッチング比＝０．０２９のトレンチを、エッチング速度＝１４．３μｍ／分で、形成することができた。
Example 2
As the first etching gas, SF 6 / O 2 / He = 60/40/900 sccm was used.
As the second etching gas, SF 6 / O 2 = 200/100 sccm was used.
A silicon substrate on which a mask having an opening with a diameter of 50 μm was formed was used as the object to be processed.
The first etching process was performed for 30 seconds at a total pressure of 30 Pa, with the upper electrode 1500 W, the lower electrode 50 W, the distance between the upper electrode and the lower electrode of 20 mm, and the lower electrode temperature of 15 ° C. At this time, the plasma ion density at a height of 10 mm from the silicon substrate was 4 × 10 11 cm −3 as measured by the Langmuir probe method.
This etched to a depth of about 20 μm (10% of the total depth of the trench). A reverse taper shape with α = 74 ° was obtained.
The second etching step was performed for 12 minutes with the upper electrode 2200W and the lower electrode 100W at a total pressure of the system of 50 Pa and a distance between the upper electrode and the lower electrode of 122 mm.
When switching between the first step and the second step, the power applied to the upper electrode and the lower electrode is not turned off (that is, both remain on), and the first etching condition is changed to the second etching condition. changed.
A trench having a depth of 202 μm and a side etching ratio of 0.029 could be formed at an etching rate of 14.3 μm / min.
比較例１
エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２＝２００／１００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
エッチング工程は、系の全圧を４０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極１００Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、下部電極温度１５℃で、連続して７．５分間行った。
深さ＝１５５μｍ、サイドエッチング比＝０．０８１のトレンチを、エッチング速度＝１８．６μｍ／分で、形成することができた。
上述の比較例１に記載の方法で形成されたトレンチの模式図を図６に示した。
比較例１の方法は、実施例１の第二エッチング工程のみを実質的に行ったものである。図５と図６を比較することで、逆テーパー形状の前処理部を形成後エッチングすると、形状の良好なトレンチを形成することができることがわかった。
Comparative Example 1
As the etching gas, SF 6 / O 2 = 200/100 sccm was used.
A silicon substrate on which a mask having an opening with a diameter of 50 μm was formed was used as the object to be processed.
The etching process was performed continuously for 7.5 minutes at an upper electrode 1500 W, a lower electrode 100 W, a distance between the upper electrode and the lower electrode of 122 mm, and a lower electrode temperature of 15 ° C. with the total pressure of the system being 40 Pa.
A trench having a depth of 155 μm and a side etching ratio of 0.081 could be formed at an etching rate of 18.6 μm / min.
A schematic diagram of a trench formed by the method described in Comparative Example 1 is shown in FIG.
In the method of Comparative Example 1, only the second etching step of Example 1 is substantially performed. By comparing FIG. 5 with FIG. 6, it was found that a trench having a good shape can be formed by etching after forming a pre-processing portion having a reverse taper shape.
比較例２
エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２／Ｈｅ＝６０／４０／９００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
エッチング工程は、系の全圧を３０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極１００Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、下部電極温度１５℃で、連続して７．５分間行った。
サイドエッチング比＝０．０２５のトレンチを、エッチング速度＝５．２μｍ／分で、形成することができたが、マスクの消失速度が大きく、深さが８５μｍまでしか到達できなかった。
Comparative Example 2
As the etching gas, SF 6 / O 2 / He = 60/40/900 sccm was used.
A silicon substrate on which a mask having an opening with a diameter of 50 μm was formed was used as the object to be processed.
The etching process was continuously performed for 7.5 minutes at a total pressure of 30 Pa, with the upper electrode 1500W, the lower electrode 100W, the distance between the upper electrode and the lower electrode of 122 mm, and the lower electrode temperature of 15 ° C.
A trench with a side etching ratio of 0.025 could be formed at an etching rate of 5.2 μm / min, but the mask disappearance rate was large and the depth could reach only 85 μm.
１００ ドライエッチング装置
１１０ エッチングチャンバ
１２０ 上部電極
１３０ 下部電極
１４０ 高周波電源
１５０ 高周波電源
１６０ ガス導入口
１７０ ガス排出口
２００ シリコン基板
２１０ マスク
２２０ トレンチ
３２０ トレンチ
３３０ アンダーカット
３４０ ボーイング
DESCRIPTION OF
Claims (4)
（ａ）Ｓｉから成る被処理体と反応し、その反応により生成する反応生成物が、Ｓｉから成る被処理体の側壁の保護膜を形成し得る成分を含んで成る第一エッチングガスを用いて、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成する第一エッチング工程であり、
Ｓｉから成る被処理体周辺に電界を発生させて、第一エッチングガスから発生したプラズマ中のイオンを該被処理体に引き寄せ、イオンが被処理体に衝突するエネルギーによって、エッチングによる被処理体の前処理を施す工程であり、
該前処理部分の深さが、最終的に形成されるトレンチの深さの１５％未満となり、
該前処理部分の逆テーパー形状の内壁と被処理体の表面とのなす角αが、７０°＜α＜９０°となる、第一エッチング工程、及び
（ｂ）第一エッチングガスと異なる第二エッチングガスを用いて、該前処理部分に、更にエッチングを行う第二エッチング工程
を含んで成ることを特徴とするドライエッチング方法。 In the processing chamber, the etching gas is turned into plasma, and a trench is formed in the target object made of Si.
(A) Using a first etching gas comprising a component that reacts with an object to be processed made of Si and a reaction product produced by the reaction includes a component capable of forming a protective film on the side wall of the object to be processed made of Si. , A first etching step in which a pretreatment by etching is performed on a workpiece made of Si to form a pretreatment portion having a reverse tapered inner wall;
An electric field is generated around the object to be processed made of Si, and the ions in the plasma generated from the first etching gas are attracted to the object to be processed, and the energy of the ions colliding with the object to be processed causes the etching object to be processed. Is a process of pretreatment,
The depth of the pretreatment portion is less than 15% of the depth of the trench to be finally formed;
A first etching step in which an angle α formed between the reverse tapered inner wall of the pretreatment portion and the surface of the object to be processed is 70 ° <α <90 °; and
(B) A dry etching method comprising a second etching step of further etching the pretreatment portion using a second etching gas different from the first etching gas .
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