JPH0982690A - Plasma etching method - Google Patents

Plasma etching method

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JPH0982690A
JPH0982690A JP7241267A JP24126795A JPH0982690A JP H0982690 A JPH0982690 A JP H0982690A JP 7241267 A JP7241267 A JP 7241267A JP 24126795 A JP24126795 A JP 24126795A JP H0982690 A JPH0982690 A JP H0982690A
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守 薬師寺
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和之 津国
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain cleaned silicon and an oxide film (SiO2 ) as a ground film from varying in etching rate so as to improve wafers in uniformity. SOLUTION: Seasoning is carried out with plasma of Cl2 gas by the use of a silicon substrate after cleaning to reduce the influence of residues left inside a cleaned processing chamber after cleaning, and furthermore processing (Cl2 gas discharge) is carried out with Cl2 plasma by the use of a substrate which comprises an Si substrate and an oxide film formed on it to reduce the influence of residues left inside the processing chamber after seasoning.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマエッチング方法
に係り、特に、シリコン,多結晶シリコンまたはシリサ
イドのエッチングに好適なプラズマエッチング方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching method, and more particularly to a plasma etching method suitable for etching silicon, polycrystalline silicon or silicide.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、平塚豊著,「ドライプロセス装置
のチャンバクリーニング」,洗浄設計1992.Sum
mer,P41−53に記載のように、エッチング等の
プラズマプロセスでは、ウエハの粒子汚染を防止するた
めにクリーニングを行い、クリーニング後の処理室内の
残留物をなくすためにポストクリーニングを行ってい
る。SF6,NF3ガスをクリーニングに用いた場合には
2,Ar,H2,O2ガスプラズマがポストクリーニン
グに用いられている。
2. Description of the Related Art Yutaka Hiratsuka, “Chamber Cleaning of Dry Process Equipment”, Cleaning Design 1992. Sum
As described in Mer., P41-53, in a plasma process such as etching, cleaning is performed to prevent particle contamination of a wafer, and post cleaning is performed to remove a residue in a processing chamber after cleaning. When SF 6 and NF 3 gases are used for cleaning, N 2 , Ar, H 2 and O 2 gas plasmas are used for post cleaning.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来のエッチング方法
では、クリーニング後の処理室内の残留物のエッチング
特性に及ぼす影響について考慮されておらず、クリーニ
ング後処理枚数とともにシリコン及び下地膜の酸化膜の
エッチング速度が減少し、下地酸化膜の残膜が変動する
という問題点があった。
In the conventional etching method, the influence of the residue in the processing chamber after cleaning on the etching characteristics is not taken into consideration. There is a problem that the speed decreases and the residual film of the underlying oxide film fluctuates.

【0004】本発明の目的は、クリーニング後のシリコ
ン及び酸化膜のエッチング速度の減少を抑制し下地酸化
膜の残膜の変動を防止し良好なウエハ間の均一性が得ら
れるエッチング方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an etching method capable of suppressing a decrease in etching rate of silicon and an oxide film after cleaning, preventing fluctuation of a residual film of an underlying oxide film, and obtaining good uniformity between wafers. Especially.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的は、クリーニン
グ後にエッチングガスであるCl2あるいはCl2とO2
の混合ガスプラズマによりダミーのシリコン基板を用い
て馴らし放電(シーズニング)を行い、次に、馴らし放
電後にシリコン表面に酸化膜を形成したダミーのシリコ
ン基板或いは石英基板を用いてCl2ガスプラズマ処理
(Cl2放電)を行ない、その後に所定のエッチング処
理を行なうようにすることにより、達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is to provide an etching gas such as Cl 2 or Cl 2 and O 2 after cleaning.
Acclimatization discharge (seasoning) using a dummy silicon substrate with the mixed gas plasma of, and then Cl 2 gas plasma treatment (dummy silicon substrate or quartz substrate with an oxide film formed on the silicon surface after the acclimatization discharge) It is achieved by performing Cl 2 discharge) and then performing a predetermined etching treatment.

【0006】[0006]

【作用】まず、クリーニング後にエッチングガスである
Cl2あるいはCl2とO2の混合ガスプラズマによって
馴らし放電(シーズニング)を行なうことにより、クリ
ーニング後の処理室内の残留フッ素の影響を減少させる
ことができ、次に馴らし放電後にCl2ガスプラズマに
よってCl2プラズマ処理を行なうことによって、馴ら
し放電後の処理室内のシリコンの反応生成物の影響を減
少させることができ、クリーニング後のシリコン及び酸
化膜のエッチング速度の減少を抑制し下地酸化膜の残膜
の変動を防止して良好なウエハ間の均一性を得られる。
First, after cleaning, the influence of residual fluorine in the processing chamber after cleaning can be reduced by acclimatizing and discharging (seasoning) with Cl 2 or a mixed gas plasma of Cl 2 and O 2 which is an etching gas. By performing Cl 2 plasma treatment with Cl 2 gas plasma after acclimation discharge, the influence of reaction products of silicon in the treatment chamber after acclimation discharge can be reduced, and etching of silicon and oxide film after cleaning can be performed. It is possible to obtain a good wafer-to-wafer uniformity by suppressing the decrease in the speed and preventing the fluctuation of the residual film of the underlying oxide film.

【0007】[0007]

【実施例】まず、図4に、SF6ガスプラズマでクリー
ニングを行った後、Cl2ガスプラズマでシリコンをエ
ッチングした場合におけるSiF(波長441nm)の
発光スペクトルの処理枚数による変化を示す。シリコン
とフッ素の反応によって生成するSiFの発光スペクト
ルの強度は処理枚数とともに減少しほぼ一定となる。こ
のことからフッ素を含むガスによるクリーニング後、処
理室内にはフッ素が残留していることが分かった。図
5、図6に、Cl2ガスにSF6ガスを添加した場合のS
iFの発光スペクトルとシリコン及び酸化膜のエッチン
グ速度の変化を示す。図5、図6に示すようにSF6
添加量の増加とともにSiF(波長441nm)の発光
スペクトルの強度は増加する。SF6の添加量の増加と
ともにシリコン及び酸化膜のエッチング速度は増加す
る。このことから残留フッ素によりシリコン及び酸化膜
のエッチング速度は変動し、残留フッ素の減少とともに
シリコン及び酸化膜のエッチング速度が低下することを
見出した。
EXAMPLE First, FIG. 4 shows the change in the emission spectrum of SiF (wavelength 441 nm) depending on the number of processed wafers when cleaning was performed with SF 6 gas plasma and then silicon was etched with Cl 2 gas plasma. The intensity of the emission spectrum of SiF produced by the reaction of silicon and fluorine decreases with the number of processed wafers and becomes almost constant. From this, it was found that after cleaning with a gas containing fluorine, fluorine remained in the processing chamber. 5 and 6 show S when SF 6 gas was added to Cl 2 gas.
3 shows changes in the emission spectrum of iF and the etching rates of silicon and an oxide film. As shown in FIGS. 5 and 6, the intensity of the emission spectrum of SiF (wavelength 441 nm) increases as the amount of SF 6 added increases. The etching rate of silicon and oxide film increases as the amount of SF 6 added increases. From this, it was found that the etching rates of the silicon and the oxide film fluctuate due to the residual fluorine, and the etching rates of the silicon and the oxide film decrease as the residual fluorine decreases.

【0008】前述のCl2ガスプラズマによるシリコン
のエッチングは、クリーニング後の馴らし放電、すなわ
ち、シーズニングに相当する。シーズニング後の処理室
内にはシリコン系の反応生成物(SiあるいはSiCl
x)が残留していることがSiの発光スペクトルからわ
かった。図7に、Cl2ガスにSiCl4ガスを添加した
場合の酸化膜のエッチング速度の変化を示す。酸化膜の
エッチング速度はSiCl4の添加量の増加とともに減
少する。このシリコン系の反応生成物のためにシーズニ
ング直後のシリコン酸化膜のエッチング速度が減少して
いることを見出した。
The above-described etching of silicon by Cl 2 gas plasma corresponds to a conditioned discharge after cleaning, that is, seasoning. After the seasoning, the silicon-based reaction product (Si or SiCl
It was found from the emission spectrum of Si that x) remained. FIG. 7 shows a change in the etching rate of the oxide film when SiCl 4 gas is added to Cl 2 gas. The oxide film etching rate decreases as the amount of SiCl 4 added increases. It has been found that the etching rate of the silicon oxide film immediately after seasoning is reduced due to the silicon-based reaction product.

【0009】上述のこれらにより、フッ素を含むプラズ
マによるクリーニング後にシーズニングを行い、クリー
ニング後の処理室内に残留するフッ素の除去を行うこと
により、シリコン及び酸化膜のエッチング速度の変動を
抑制でき、さらにシーズニング後にCl2ガスを用いた
プラズマ処理、すなわち、Cl2放電を行い、シーズニ
ング後の処理室内に残留するシリコンの反応生成物の除
去を行うことにより、酸化膜のエッチング速度の変動を
抑制できることを見出した。
[0009] With the above, by performing the seasoning after cleaning with the plasma containing fluorine and removing the fluorine remaining in the processing chamber after cleaning, fluctuations in the etching rate of the silicon and the oxide film can be suppressed, and the seasoning can be further suppressed. It was found that the fluctuation of the etching rate of the oxide film can be suppressed by performing plasma treatment using Cl 2 gas later, that is, performing Cl 2 discharge to remove the reaction product of silicon remaining in the treatment chamber after seasoning. It was

【0010】以下、本発明の一実施例を図1ないし図3
により説明する。図3は、本発明の方法を実施するため
のプラズマ処理装置の一例であるマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の概略を示した図である。マグネトロン1
から発振したマイクロ波は導波管2を伝播し石英製放電
管3を介して処理室4に導かれる。磁界発生用直流電源
5からソレノイドコイル6,7に供給される直流電流に
よって形成される磁界とマイクロ波電界によってエッチ
ングガス供給装置8から供給されるクリーニングガス
(SF6),シーズニングガス(Cl2ガス),Cl2
電ガス(Cl2)及びエッチングガス(Cl2ガス)は、
それぞれのステップでプラズマ化される。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described below. FIG. 3 is a diagram schematically showing a microwave plasma etching apparatus which is an example of a plasma processing apparatus for carrying out the method of the present invention. Magnetron 1
The microwave oscillated from the microwave propagates through the waveguide 2 and is guided to the processing chamber 4 via the quartz discharge tube 3. A cleaning gas (SF 6 ), a seasoning gas (Cl 2 gas) supplied from the etching gas supply device 8 by a magnetic field and a microwave electric field formed by a direct current supplied from the DC power source 5 for generating a magnetic field to the solenoid coils 6, 7. ), Cl 2 discharge gas (Cl 2 ) and etching gas (Cl 2 gas) are
Plasma is formed in each step.

【0011】まず、SF6ガスプラズマにより処理室4
のクリーニングが行われる。その後、シリコン基板を用
いてCl2ガスプラズマにより処理室4のシーズニング
が行われる。さらにシリコン表面に酸化膜を形成したシ
リコン基板或いは石英基板を用いてCl2放電が行われ
る。クリーニング、シーズニング、Cl2放電の後、C
2ガスにより載置電極9に載置されているウエハ10
のエッチングが行われる。クリーニング、シーズニン
グ、Cl2放電及びエッチング時の圧力は真空排気装置
11によって制御される。また、ウエハに入射するイオ
ンのエネルギは載置電極9に高周波電源12から供給さ
れる高周波電力によって制御される。
First, the processing chamber 4 is treated with SF 6 gas plasma.
Cleaning is performed. After that, the processing chamber 4 is seasoned with Cl 2 gas plasma using the silicon substrate. Further, Cl 2 discharge is performed using a silicon substrate or a quartz substrate having an oxide film formed on the silicon surface. After cleaning, seasoning and Cl 2 discharge, C
Wafer 10 mounted on mounting electrode 9 by l 2 gas
Etching is performed. The pressure during cleaning, seasoning, Cl 2 discharge and etching is controlled by the vacuum exhaust device 11. The energy of the ions incident on the wafer is controlled by the high frequency power supplied from the high frequency power supply 12 to the mounting electrode 9.

【0012】図1、図2にシーズニングの無い場合とシ
ーズニングとCl2放電を行った場合のシリコン及び酸
化膜のエッチング速度の変化の違いを示す。シーズニン
グはCl2ガスプラズマにより行い、SiFの発光スペ
クトルを10秒毎にモニタし時間t(n)と時間t(n-1)に
測定したスペクトルの発光強度比が1±0.002にな
った時点でシーズニングを停止した。クリーニング後に
シーズニングを行うことによりクリーニング時に生成さ
れるフッ素の残留の影響を抑制しエッチング速度の変動
を防止できる。Cl2放電は高周波電力を印加せずCl2
ガスプラズマによりシリコンの反応生成物の除去を行
う。Siの発光スペクトルを10秒毎にモニタし時間t
(n)と時間t(n-1)に測定したスペクトルの発光強度比が
1±0.002になった時点でCl2放電を停止した。
シーズニング後にCl2放電を行うことによりシーズニ
ング時に生成されるシリコンの反応生成物の残留の影響
を抑制し下地酸化膜のエッチング速度の変動を防止でき
る。
FIGS. 1 and 2 show the difference in the change in the etching rate of silicon and oxide film when there is no seasoning and when seasoning and Cl 2 discharge are performed. The seasoning was performed by Cl 2 gas plasma, and the emission spectrum of SiF was monitored every 10 seconds, and the emission intensity ratio of the spectrum measured at time t (n) and time t (n-1) became 1 ± 0.002. Seasoning was stopped at that point. By performing the seasoning after the cleaning, it is possible to suppress the influence of the residual fluorine generated during the cleaning and prevent the fluctuation of the etching rate. Cl 2 discharges Cl 2 without applying a high-frequency power
The reaction product of silicon is removed by gas plasma. The emission spectrum of Si is monitored every 10 seconds and the time t
The Cl 2 discharge was stopped when the emission intensity ratio of the spectrum measured at (n) and time t (n−1) reached 1 ± 0.002.
By performing Cl 2 discharge after seasoning, it is possible to suppress the influence of residual reaction products of silicon generated during seasoning and prevent fluctuations in the etching rate of the underlying oxide film.

【0013】本実施例によれば、クリーニング後の残留
フッ素の影響を抑制しシリコン及び酸化膜のエッチング
速度の変動を防止することができる。また、シーズニン
グ後のシリコンの反応生成物の影響を抑制し下地酸化膜
のエッチング速度の変動を防止することができる。
According to this embodiment, it is possible to suppress the influence of residual fluorine after cleaning and prevent fluctuations in the etching rate of silicon and oxide films. Further, it is possible to suppress the influence of the reaction product of silicon after the seasoning and prevent the fluctuation of the etching rate of the underlying oxide film.

【0014】本実施例ではマイクロ波プラズマエッチン
グ装置についてその効果を説明したが、他の放電方式例
えばプラズマエッチング(PE)、ヘリコン、TCP
(Transformer Coupled Plasma)においても同様な効果
が得られる。
Although the effect of the microwave plasma etching apparatus has been described in this embodiment, other discharge methods such as plasma etching (PE), helicon, TCP are used.
The same effect can be obtained in (Transformer Coupled Plasma).

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明によれば、クリーニング後の残留
フッ素及びシーズニング後のシリコンの反応生成物の影
響を抑制しシリコン及び酸化膜のエッチング速度の変動
を防止することができるという効果がある。
According to the present invention, the effects of residual fluorine after cleaning and reaction products of silicon after seasoning can be suppressed and fluctuations in the etching rate of silicon and oxide films can be prevented.

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

【図1】本発明の一実施例におけるSiO2エッチング
速度の処理枚数依存性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the dependence of the SiO 2 etching rate on the number of processed wafers in an example of the present invention.

【図2】本発明の一実施例におけるSiエッチング速度
の処理枚数依存性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the dependency of the Si etching rate on the number of processed wafers in an example of the present invention.

【図3】本発明の方法を実施するための装置の一例を示
すマイクロ波プラズマエッチング装置の構成を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a microwave plasma etching apparatus showing an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention.

【図4】SiF発光強度の処理枚数依存性示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the dependency of SiF emission intensity on the number of processed sheets.

【図5】SiF発光強度のSF6添加量依存性を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing dependency of SiF emission intensity on SF 6 addition amount.

【図6】Si及びSiO2エッチング速度のSF6添加量
依存性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing dependence of Si and SiO 2 etching rates on SF 6 addition amount.

【図7】SiO2エッチング速度のSiCl4添加量依存
性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the dependency of SiO 2 etching rate on the amount of SiCl 4 added.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…石英製放電管、6,7…ソレノイドコイル、8…エ
ッチングガス供給装置、10…ウエハ。
3 ... Quartz discharge tube, 6, 7 ... Solenoid coil, 8 ... Etching gas supply device, 10 ... Wafer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 一男 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Yamazaki 5-20-1, Kamisuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Semiconductor Division

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フッ素を含むガスプラズマによりクリーニ
ングを行い、クリーニング後、塩素ガス(Cl2)の単
独ガスあるいは塩素ガス(Cl2)と酸素ガス(O2)の
混合ガスをエッチングガスとして用い、ガス圧力20m
Torr以下でシリコン,多結晶シリコンまたはシリサ
イドのエッチングを行うエッチング装置において、クリ
ーニング後にシリコン(Si)基板を用いてエッチング
ガスのプラズマで馴らし放電を行い、さらにSi基板上
に酸化膜(SiO2)を形成した基板を用いてCl2プラ
ズマによる処理を行った後エッチングを開始することを
特徴とするプラズマエッチング方法。
1. A Clean the gas plasma containing fluorine, used after the cleaning, a mixed gas of chlorine gas alone gas or chlorine gas (Cl 2) (Cl 2) and oxygen gas (O 2) as etching gas, Gas pressure 20m
In an etching device for etching silicon, polycrystalline silicon, or silicide below Torr, after cleaning, a silicon (Si) substrate is used to acclimate and discharge by plasma of an etching gas, and an oxide film (SiO 2 ) is further formed on the Si substrate. A plasma etching method, characterized in that etching is started after performing treatment with Cl 2 plasma using the formed substrate.
【請求項2】請求項1記載のプラズマエッチング方法に
おいて、前記フッ素を含むガスプラズマによるクリーニ
ング,馴らし放電およびCl2プラズマ処理を行った後
エッチングを開始する前に前記被処理基板と同一のパタ
ーンを形成したシリコン基板および酸化膜基板を1枚づ
つダミーエッチングするプラズマエッチング方法。
2. The plasma etching method according to claim 1, wherein after the cleaning with the gas plasma containing fluorine, the acclimation discharge and the Cl 2 plasma treatment are performed, the same pattern as that of the substrate to be treated is formed before the etching is started. A plasma etching method in which the formed silicon substrate and oxide film substrate are dummy-etched one by one.
【請求項3】請求項2記載のダミーエッチングにおい
て、前記シリコン基板の処理時間をエッチング処理を行
う前記被処理基板のジャストエッチング時間とし、酸化
膜基板の処理時間をエッチング処理を行う前記被処理基
板のオーバーエッチング時間とするプラズマエッチング
方法。
3. The dummy etching according to claim 2, wherein the processing time of the silicon substrate is a just etching time of the substrate to be subjected to etching processing, and the processing time of the oxide film substrate is to be subjected to etching processing. Plasma etching method with overetching time.
【請求項4】請求項1記載の前記フッ素を含むガスが六
フッ化硫黄(SF6),三フッ化窒素(NF3),二フッ
化キセノン(XeF2),フッ素(F2),三フッ化塩素
(ClF3)の単独ガスあるいは混合ガスであるプラズ
マエッチング方法。
4. The gas containing fluorine according to claim 1 is sulfur hexafluoride (SF 6 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), xenon difluoride (XeF 2 ), fluorine (F 2 ), trifluoride. A plasma etching method using chlorine fluoride (ClF 3 ) as a single gas or a mixed gas.
【請求項5】請求項1記載の前記馴らし放電において、
SiFの発光スペクトルをモニターし、該発光スペクト
ルの強度の時間変化が一定値以下になった時点で、馴ら
し放電を終了しエッチングを開始するプラズマエッチン
グ方法。
5. The conditioned discharge according to claim 1, wherein
A plasma etching method in which the emission spectrum of SiF is monitored, and when the time change of the intensity of the emission spectrum becomes a certain value or less, the acclimation discharge is terminated and etching is started.
【請求項6】請求項1記載の前記馴らし放電において、
Si表面に酸化膜(SiO2)を形成した基板或いは石
英基板を用い、プロセスガスとしてCl2とSiCl4
混合ガスを使用するプラズマエッチング方法。
6. The conditioned discharge according to claim 1, wherein
A plasma etching method using a substrate having an oxide film (SiO 2 ) formed on the Si surface or a quartz substrate and using a mixed gas of Cl 2 and SiCl 4 as a process gas.
【請求項7】請求項1記載の前記Cl2プラズマ処理に
おいて、Siの発光スペクトルをモニターし、該発光ス
ペクトルの強度の時間変化が一定値以下になった時点
で、Cl2プラズマ処理を終了しエッチングを開始する
プラズマエッチング方法。
7. The Cl 2 plasma treatment according to claim 1, wherein the emission spectrum of Si is monitored, and when the time change of the intensity of the emission spectrum is below a certain value, the Cl 2 plasma treatment is terminated. A plasma etching method for starting etching.
【請求項8】請求項1記載の前記Cl2プラズマ処理に
おいて、石英基板を用いるプラズマエッチング方法。
8. A plasma etching method using a quartz substrate in the Cl 2 plasma treatment according to claim 1.
【請求項9】請求項1記載のプラズマエッチング方法に
おいて、エッチング開始時の放電管の温度あるいは処理
室の温度を100℃以上とするプラズマエッチング方
法。
9. The plasma etching method according to claim 1, wherein the temperature of the discharge tube or the temperature of the processing chamber at the start of etching is 100 ° C. or higher.
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