JPS62291923A - Apparatus for forming separation groove - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide an element separating groove in a clean state by moving a sample without exposing it with an atmosphere between a plasma etching chamber and a photovoltaic etching chamber. CONSTITUTION:A sample 1 is introduced into a chamber 2, with an SiO2 as a mask it is etched by RIE with Cl2+SiCl4 gas 3 to form a separating groove, it is then ashed with O2 gas, and the deposit on the sidewall of the groove is removed. Then, the sample 1 is fed through a gate valve 5 to a chamber 6 without exposing. Cl2 gas is set to 1 Torr, the ultraviolet light of a high pressure mercury lamp 8 is emitted to generate Cl radical to isotropically etch it. A damage and a contamination generated on the Si surface are removed by etching by RIE to obtain a separating groove having a clean surface. An electron cyclotron resonance discharge is utilized to etch it in the first stage to form a separating groove, a processing chamber is commonly used to simultaneously photovoltaically etch it. Then, an etching rate is increased to increase a throughput.

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 この発明は、超ＬＳＩにおける素子間分離用として、表
面が清浄な溝を形成する分離溝形成装置に関する。Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention Field of Industrial Application This invention relates to an isolation groove forming apparatus for forming grooves with clean surfaces for isolation between elements in a VLSI.

従来の技術 ＬＳＩの微細加工用エツチング技術として、反応性イオ
ンエツチング（ＲＩＥ）を始めとする、ガスプラズマを
利用したドライエツチングが実用化されている。2. Description of the Related Art Dry etching using gas plasma, such as reactive ion etching (RIE), has been put into practical use as an etching technique for microfabrication of LSI.

ＲＩＥは、平行平板形プラズマ装置を用い、１０〜１０
　　’ｒｏｒｒ程度のガス圧で、プラズマ中でのイオン
の試料表面への入射に伴う化学反応を利用している。イ
オン入射によってエツチング反応が進行するようなガス
種を選択することにより、異方性のエツチング特性が得
られ、微細加工性に優れるという特徴がある。RIE uses a parallel plate plasma device and
It utilizes the chemical reaction that occurs when ions in the plasma are incident on the sample surface at a gas pressure of about 1000 yen. By selecting a gas species that causes an etching reaction to proceed upon ion injection, it is possible to obtain anisotropic etching characteristics and is characterized by excellent microfabriability.

一方、最近、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）放電を
利用したＥＣＦＩプラズマ流エツチングが開発された。On the other hand, recently, ECFI plasma flow etching using electron cyclotron resonance (ECR) discharge has been developed.

その特徴は、ＲＣＲ放電により、低ガス圧でプラズマを
生成し、試料表面に対しては、１０〜５０６Ｔ／程度め
イオンエ坏ルギーにとどめたうえ、方向性をもったプラ
ズマ流として引き出す点にあシ、低損傷、高選択比の異
方性エツチングが可能である。The feature is that plasma is generated at low gas pressure by RCR discharge, the ion energy is limited to about 10 to 506 T per sample surface, and it is extracted as a directional plasma flow. Anisotropic etching with low damage and high selectivity is possible.

ところで、近年、超ＬＳＩのパターンサイズの微細化に
伴い、シリコン（Ｓｉ）基板表面に深い溝を形成し、こ
の溝によって素子間分離を行なう方法が、取り入れられ
てきオいる。従来、このシリコン分離溝の形成には、反
応性イオンエツチング（ＲＩＥ）が単独で用いられてい
た。Incidentally, in recent years, as the pattern size of VLSIs has become finer, a method has been adopted in which deep grooves are formed on the surface of a silicon (Si) substrate and elements are isolated using the grooves. Conventionally, reactive ion etching (RIE) has been used alone to form this silicon isolation trench.

発明が解決しようとする問題点 ＲＩＥ単独による分離溝形成には、次のような問題点が
ある。今日、広く実用化されているＲＩＢは、異方性エ
ツチングを達成するために、通常数１００θＶのイオン
エネルギーを必要としている。Problems to be Solved by the Invention Forming isolation grooves by RIE alone has the following problems. RIB, which is widely used today, typically requires ion energy of several hundred θV to achieve anisotropic etching.

このために、高エネルギーイオンの衝撃による表面の損
傷が避けられない。また、チャンバー内壁および電極材
料などがスパッタされて、試料表面　゛の重金属汚染が
生じやすい。For this reason, damage to the surface due to the impact of high-energy ions is unavoidable. In addition, the inner walls of the chamber and electrode materials are likely to be sputtered, resulting in heavy metal contamination of the sample surface.

これらは、デバイスのキャリアライフタイムの低下、Ｐ
Ｎ接合でのリーク電流の増加、０ＭＯ３の消費電流の増
加などを引き起こす原因となる。These include reduced device carrier lifetime, P
This causes an increase in leakage current at the N junction and an increase in current consumption of 0MO3.

従来の対策としては、たとえば、ＲＩＢの後で、１００
〜２００１ｍの酸化（犠牲酸化）をして、表面の損傷領
域を、この酸化膜中に取り込んでしまい、その後、この
酸化膜を除去することが行なわれていた。しかし、この
方法にも、重金属が完全に喉シきれないことや、酸化の
際に新たな欠陥を生じてしまうことなどの欠点があった
。As a conventional countermeasure, for example, after RIB, 100
Oxidation (sacrificial oxidation) of ~2001 m was carried out to incorporate the damaged area of the surface into this oxide film, and then this oxide film was removed. However, this method also has drawbacks, such as the heavy metals not being completely absorbed and the generation of new defects during oxidation.

この発明は、従来技術のもつ、以上のような問題点を解
消し、素子間分離のだめのシリコン溝を表面に損傷や汚
染のない、清浄な状態に形成することができるエツチン
グ装置を提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art and provides an etching apparatus capable of forming silicon grooves for isolation between elements in a clean state without damage or contamination on the surface. With the goal.

問題点を解決するための手段 この目的を達成するために、この発明は次のような構成
としている。すなわち、この発明に係る分離溝形成装置
は、プラズマを用いたエツチングを行なうエツチング室
と、光励起エツチングを行なうエツチング室とを備えて
いる。そして、この２つのエツチング室間は、試料を大
気にさらすことなく移動させることが可能なように結合
しである。Means for Solving the Problems In order to achieve this object, the present invention has the following configuration. That is, the isolation groove forming apparatus according to the present invention includes an etching chamber that performs etching using plasma and an etching chamber that performs photoexcitation etching. The two etching chambers are connected so that the sample can be moved without being exposed to the atmosphere.

作用 表面が清浄な分離溝を形成するには次のようにする。ま
ず、試料に、プラズマを用いた異方性工７テングを行な
い、分離溝を形成する。続いて、試料を大気にさらすこ
となく、光励起エツチング室へ移し、光励起エツチング
による等方性エツチングによって、試料表面の清浄化を
行なう。To form a separation groove with a clean working surface, proceed as follows. First, a sample is subjected to anisotropic processing using plasma to form separation grooves. Subsequently, the sample is transferred to a photo-excited etching chamber without being exposed to the atmosphere, and the surface of the sample is cleaned by isotropic etching using photo-excited etching.

実施例 この発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。Example Embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

この発明の第１実施例を、第１図を参照しながら説明す
る。第１実施例では、分離溝形成のだめの第１段階のエ
ツチングとして、反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）を
用いる。A first embodiment of this invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment, reactive ion etching (RIE) is used as the first stage of etching for forming the isolation groove.

試料１はまず、ＲＩＭ室２に入れられ、５ｉ０２をマス
クとして、Ｃ６２＋　５ｉｃｋ４　　ガス３により、適
当な条件で、ＲＩＥを行ない、分離溝を形成する。Sample 1 is first placed in RIM chamber 2, and RIE is performed using C62+ 5ick4 gas 3 under appropriate conditions using 5i02 as a mask to form separation grooves.

次に、同じＲＸＥ室２内で、適当な条件で・０２ガス４
によるアッシングを行ない、溝ダリ壁の堆積物を除去す
る。Next, in the same RXE chamber 2, 02 gas 4 was added under appropriate conditions.
Perform ashing to remove deposits on the groove walls.

そして、その後、試料１は大気にさらされることなく、
ゲートバルブ５を通って光照射室６へ移される。光照射
室ｅ内では、　ＧＩ２２　ガス７により光励起エツチン
グが行なわれる。　Ｃβ２ガス７圧力をＩ　Ｔｏｒｒに
制御し、高圧水銀ランプ８の３６６ｎｍの紫外光を数１
０ｍＷ／ｄ　のパワー密度で照射して、Ｃ１２ガス７を
解離させてＣ４ラジカルを生じさせ、これを利用して等
方性工・フテングを行なう。このとき、Ｓｌは、数１０
　ｎｍ／ｗｉｎ　　（Ｄエツチングレートでエツチング
される。After that, sample 1 was not exposed to the atmosphere.
It passes through a gate valve 5 and is transferred to a light irradiation chamber 6. In the light irradiation chamber e, photo-excited etching is performed using the GI22 gas 7. The Cβ2 gas 7 pressure is controlled to I Torr, and the 366 nm ultraviolet light of the high pressure mercury lamp 8 is
Irradiation is performed at a power density of 0 mW/d 2 to dissociate the C12 gas 7 to generate C4 radicals, which are used to perform isotropic processing and futeng. At this time, Sl is the number 10
nm/win (Etched at D etching rate.

このようにすると、ＲＩＫで溝形成をした際にｓｉ衣表
面生じた損傷層や汚染層が、光励起エツチングで除去さ
れ、清浄表面をもつ分離溝が形成できる。In this way, the damaged layer and contaminant layer generated on the Si coating surface when grooves were formed by RIK are removed by photo-excited etching, and separation grooves with clean surfaces can be formed.

この発明の第２実施例を、第２図を参照しながら説明す
る。第２実施例では、分離溝形成のだめの第１段階のエ
ツチングとして、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）放
電を利用したＥＣＲプラズマ流エヮテングを用いる。そ
して、ＥＣＲプラズマ流エヮテンダの試料室９を、光励
起エツチングの光照射室として兼用している。A second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, ECR plasma stream etching using electron cyclotron resonance (ECR) discharge is used as the first stage of etching for forming the isolation groove. The sample chamber 9 of the ECR plasma flow extender is also used as a light irradiation chamber for photoexcitation etching.

ＥＣＲプラズマ流エツチング装置の概要は次のょうであ
る。矩形導波管１ｏを用いてマイクロ波（周波数２．４
６　ＧＨｚ　）　１１をプラズマ発生室１２に導入する
。マイクロ波導入窓１３は石英ガラスでできている。プ
ラズマ発生室１２は、空洞共振器の条件とする。プラズ
マ発生室１２の周囲には磁気コイル１４が配置してあり
、プラズマ発生室１２内の適当な領域でＥＣＲ条件を満
たす磁束密度（８７５Ｇ）を生じるようにしている。磁
気コイル１４は、プラズマ発生室１２上部で最大強度の
磁界が得られるようにし、試料室９方向に発散磁界を構
成して、プラズマ流１６を発生させる。The outline of the ECR plasma flow etching apparatus is as follows. Microwave (frequency 2.4
6 GHz) 11 is introduced into the plasma generation chamber 12. The microwave introduction window 13 is made of quartz glass. The plasma generation chamber 12 has the conditions of a cavity resonator. A magnetic coil 14 is arranged around the plasma generation chamber 12 to generate a magnetic flux density (875 G) that satisfies the ECR conditions in a suitable region within the plasma generation chamber 12. The magnetic coil 14 provides a magnetic field of maximum strength above the plasma generation chamber 12, forms a diverging magnetic field in the direction of the sample chamber 9, and generates a plasma flow 16.

この実施例では、試料室９内は数ｍ　Ｔｏｒｒ　のガス
圧とする。ＥＣＲプラズマ流エツチングは、高選択比、
低損傷の異方性エツチングを行なうことができる。In this embodiment, the gas pressure inside the sample chamber 9 is several m Torr. ECR plasma flow etching has high selectivity,
Anisotropic etching with low damage can be performed.

そして、この第２実施例では、ＢＯＲプラズマ流エッテ
ンダによって分離溝を形成し、光励起エツチングで表面
を清浄にするのであるが、チャンバーを共有しているた
めに、ＫＣＲプラズマ流エツチングと光励起エツチング
を同時に行なうことができ、エツチングレートが犬きく
なり、スループットも大きくすることができる。In this second embodiment, separation grooves are formed using a BOR plasma stream ettender, and the surface is cleaned using photoexcitation etching. However, since the chamber is shared, KCR plasma stream etching and photoexcitation etching are performed simultaneously. The etching rate can be improved and the throughput can be increased.

第２実施例のようにすると、表面が清浄な分離溝を、短
時間に得ることができる。By doing as in the second embodiment, separation grooves with clean surfaces can be obtained in a short time.

発明の効果 以上のように本発明に係る分離溝形成装置によシ、素子
間分離用の溝を、表面に損傷、汚染のない状態に形成す
る場合試料に、プラズマを用いた異方性エツチングを行
ない、分離溝を形成する。Effects of the Invention As described above, the isolation groove forming apparatus according to the present invention is capable of anisotropic etching using plasma on a sample when forming grooves for isolation between elements without damaging or contaminating the surface. to form a separation groove.

続いて、試料を大気にさらすことなく、光励起エツチン
グ室へ移し、光励起エツチングによる等方性エツチング
によって、表面の損傷層および汚染層の除去を行ない、
表面を清浄化するようにしており、こうして、表面が清
浄な、理想的な分離溝を、確実に形成することができる
。Next, the sample was transferred to a photo-excited etching chamber without being exposed to the atmosphere, and the damaged layer and contaminant layer on the surface were removed by isotropic etching using photo-excited etching.
The surface is cleaned, and in this way, an ideal separation groove with a clean surface can be reliably formed.

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

第１図は本発明の第１実施例装置を示す正面断面図、第
２図は同第２実施例装置を示す正面断面図である。 １・・・・・試料、２・・・・・・ＲＩＥ室、３・・・
・・・Ｃ１２＋５ｉＣ４４ガス、４・・・・・・０２ガ
ス、６・・・・・・ゲートノ（ルプ、６・・・・・・光
照射室、７・・・・・・Ｃ１２ガス、８・・・・・・高
圧水銀ランプ、９・・・・・・試料室、１０・・・・・
・矩形導波管、１１・・・・・マイクロ波（２，４５Ｇ
Ｈｚ　）、１２・・・・・・プラズマ発生室、１３・・
・・・・マイクロ波導入窓（石英ガラス）、１４・・・
・・・磁気コイル、１５・・・°°。 プラズマ流、１６・・−・・・石英ガラス窓、１７・・
・・・・真空ポンプ、１８・・・・・・ロード・ロウク
室、１９・・・・・・Ｎ２ガス、２０・・・・・・ガス
。FIG. 1 is a front sectional view showing an apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front sectional view showing an apparatus according to a second embodiment of the invention. 1...sample, 2...RIE room, 3...
...C12+5iC44 gas, 4...02 gas, 6...gate gate, 6...light irradiation chamber, 7...C12 gas, 8... ...High pressure mercury lamp, 9...Sample chamber, 10...
・Rectangular waveguide, 11...Microwave (2,45G
Hz), 12...Plasma generation chamber, 13...
...Microwave introduction window (quartz glass), 14...
...Magnetic coil, 15...°°. Plasma flow, 16... Quartz glass window, 17...
...Vacuum pump, 18...Loading room, 19...N2 gas, 20...Gas.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）プラズマを用いたエッチングを行なうエッチング
室と、光励起エッチングを行なう光照射室とを備え、こ
の２つのエッチング室間を、試料を大気にさらすことな
く移動させることが可能なように結合してなる分離溝形
成装置。(1) Equipped with an etching chamber that performs etching using plasma and a light irradiation chamber that performs photoexcitation etching, and connects the two etching chambers so that the sample can be moved without exposing it to the atmosphere. Separation groove forming device. （２）プラズマを用いたエッチングがＥＣＲプラズマ流
エッチングであり、かつ、エッチング室と光照射室をま
とめて、１つの試料室を構成した特許請求の範囲第１項
記載の分離溝形成装置。(2) The separation groove forming apparatus according to claim 1, wherein the etching using plasma is ECR plasma stream etching, and the etching chamber and the light irradiation chamber are combined to form one sample chamber.