JP3555966B2 - 多ゾーン・プラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
米国政府はこの発明に対して、支払い済みのライセンスと、ＭＭＳＴプログラムで米国空軍との間に締結した契約条件に規定されている妥当な条件の下にこの特許の所有者が他者にライセンスすることを限られた情況で要求する権利を有する。
【０００２】
この発明は一般にプラズマ援助製作プロセスに関し、より詳しくは、半導体装置製作応用における優れたプロセス・パラメータ制御のための多ゾーン・プラズマ処理方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
超小型電子要素の製造者は、各種の処理技術を用いて半導体装置を製作する。応用範囲の広い（例えば堆積、エッチング、クリーニング、アニーリング）１つの方法は、「プラズマ援助」または「プラズマ強化」処理と呼ばれる。
【０００４】
プラズマ強化処理は乾式処理技術で、通常高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）放電により生成されるイオン化ガスが活性化した準安定の中性およびイオン化ガスを発生し、これが化学的または物理的に反応して、製作反応器内で半導体基板上に薄い材料層を堆積し、または材料層をエッチングする。
【０００５】
半導体装置製造におけるプラズマ強化処理の各種の応用に含まれるのは、例えばポリシリコン、金属、酸化物、窒化物、ポリイミドの薄膜の高速反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）や、ホトレジスト層の乾式現像や、誘電体、シリコン、アルミニウム、銅、その他の材料のプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）や、バイアスしたスパッタリングなどのプロセスを含むプレーナ化したレベル間誘電体形成や、低温エピタキシャル半導体成長プロセスなどである。
【０００６】
プラズマ強化プロセスには、リモート発生またはローカル発生のプラズマを用いてよい。リモート・プラズマ媒体は、プラズマ発生エネルギー源が処理室の外で生成するプラズマである。プラズマはリモート・プラズマ源から反応器の処理室に導かれ、半導体ウエーハと作用して所望の装置製作プロセスを行なう。
【０００７】
ローカル発生プラズマは、プラズマ発生荷電電極がプラズマを発生できるプロセスガス媒体から処理室内で形成するプラズマである。エッチングおよび堆積用のプラズマ処理装置の従来の設計は、通常１３．５６ＭＨｚ電源や２．５ＧＨｚマイクロウエーブ源やこれらのエネルギー源の組み合わせを用いる。
【０００８】
従来のシステムでは、プラズマを発生する無線周波数電源を、ウエーハ・サセプタまたはチャックと呼ぶ導電性のウエーハ保持装置に電気的に接続する。無線周波数エネルギー源により、チャックおよびウエーハはウエーハの表面近くに無線周波数のプラズマを生成する。プラズマは半導体ウエーハの表面と作用する。
【０００９】
これらのシステムでは、ウエーハとチャックに対向しまたは平行にシャワーヘッド組立体があり、プラズマ発生ガスを反応器室内に注入する。チャックとシャワーヘッドの表面が平行であるため、これは平行面構成と呼ばれる。一般にシャワーヘッドは電気接地に接続する。
【００１０】
しかし設計によっては、シャワーヘッド組立体をプラズマを発生する無線周波数電源に接続し、チャックおよび半導体ウエーハを電気接地に接続してよい（すなわち、反応器の金属壁と同じポテンシャルにするために）。また別の構成では、ローカルおよびリモート・プラズマの組み合わせを用いてよい。これらの既知の構成では、すべてプラズマ・プロセスの柔軟性と能力を制限する厳しい制約がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
２枚の平行板電極だけを用いる方法は、その場で行なわれる室クリーニングの効率が低く、またプロセス制御の柔軟性が余り望ましくないという制約がある。詳しくいうと平行板構成では、プラズマ・プロセスの均一性やイオン衝突エネルギーの制御や調整をうまく行なうことができない。
【００１２】
更に、堆積膜のストレスと堆積速度と堆積均一性を十分に制御することができない。例えば、堆積膜のストレスのプラズマ・プロセス・パラメータを変化させると、堆積速度や均一性に悪い影響を与える。またその逆もある。更にこの型のシステムでは、エッチング速度、エッチング選択性、またはプラズマ強化ＲＩＥプロセスの非等方性を柔軟に制御することができない。
【００１３】
従って、従来のシステムの制約を克服してその場で行なわれる室クリーニングの効率を高め、プラズマ強化製作プロセスを適切に制御できるようなプラズマ製作プロセスが必要である。
【００１４】
既知の方法および装置より優れた柔軟な制御を行なうことのできる、プラズマ強化装置の製作のための方法および装置が必要である。詳しくいうと、プラズマ処理の均一性とプラズマの分布の制御や調整を改善するプラズマ強化装置製作の方法とシステムが必要である。
【００１５】
膜のストレスや堆積速度や堆積の均一性を十分にかつ柔軟に制御できるようなプラズマ製作の方法および装置が必要である。
【００１６】
更に、プラズマのエッチング速度や選択性やプラズマ強化エッチング・プロセスの非等方性を独立に制御できる方法およびシステムが必要である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
従ってこの発明は、半導体ウエーハの堆積またはエッチング・プロセス中または後に、プラズマ処理およびその場での製作反応器処理室のクリーニングを柔軟に行なうことができ、また従来のプラズマ処理の方法およびシステムに付随する欠点または制約を克服しまたは減少するような、多ゾーン・プラズマ処理方法を提供する。
【００１８】
この発明の一態様は多ゾーン・プラズマ処理方法であって、プラズマ堆積またはエッチングガスを製作反応器処理室に、断続すなわち時分割多重モードで流す段階を含む。更にこの方法は、プラズマ・クリーニングガス（またはガス混合）を処理室に断続すなわち時分割多重モードで流すことを含む。
【００１９】
要点は、プラズマ堆積またはエッチングガスを処理室に流すときはその場で行なわれるプラズマ・クリーニング用のガスは流さず、またはその逆を行なうということである。プラズマ堆積またはエッチングガスを流している間、第１プラズマ電極（またはプラズマ電極の組み合わせ）は活性化して処理室内にプロセス・プラズマを発生する。
【００２０】
これによりプラズマ強化エッチングまたは堆積プロセスが行なわれる。その場で行なわれるプラズマ・クリーニング用のガスを処理室に流すときは、効果的なその場でのクリーニングを行なうために、この方法はプラズマ電極の予め指定した組み合わせの１つまたは複数の無線周波数電源に電気的に接続する。
【００２１】
その結果、間欠的なプラズマ堆積またはエッチングおよびその場でのプラズマ・クリーニングが時分割多重すなわち断続モードで行なわれ、プロセスの均一性や繰返し性やプラズマ・プロセス・パラメータ制御の柔軟性を実質的に高める。
【００２２】
この発明は、プロセス堆積またはエッチング・プロセスの各種の可能な方法を提供する。均一な処理と効果的なその場でのクリーニングを行なうための所定のプロセス中に、１つまたは複数の電極の電気的接続構成を行なうことができる。
【００２３】
この発明の技術的利点は、製作反応器処理室内で、その場で行なわれる室クリーニングとプラズマ・プロセスの均一性および再現性とを共に著しく促進することである。例えばこの発明により、その場での室クリーニングとプラズマ・エッチングまたは堆積プロセスを間欠的に行なうことができる。
【００２４】
この発明によって行なうことのできるプロセスは、ハイブリッドのリモートおよびローカル・プラズマ処理、無線周波数マグネトロンおよび無線周波数非マグネトロンの混合プラズマ処理、多ゾーン多周波数プラズマ処理を含む。
【００２５】
この発明の別の顕著な技術的利点は、プラズマ・プロセス・パラメータの実時間制御能力を増すことである。これらのパラメータには、プラズマ・プロセスの均一性、プラズマ強化化学気相堆積で起こるような膜のストレス、プラズマ・エッチング処理中の側壁角すなわち非等方性の制御の等級などが含まれる。
【００２６】
またこの発明は、プラズマ堆積（またはエッチング）およびその場でのプラズマ・クリーニング・サイクルを非分割多重で行なうプラズマ・プロセスにも用いることができる。更にこの発明は、プロセスおよび装置のクリーニング・パラメータを最適化するために、プラズマ電極接続を実時間で操作することができる。
【００２７】
多重プラズマ電極を複数の無線周波数電源に接続することは実時間で制御できるので、主室壁の効果的なその場でのクリーニングとエッチングまたは堆積プロセスを断続または連続モードで均一にかつ繰り返し行なうことができる。
【００２８】
【実施例】
この発明の望ましい実施態様は各図を参照するとよく理解される。各図の同じおよび対応する部分には同じ番号を用いる。
【００２９】
この発明により単一ウエーハのプラズマ援助装置の製作が可能になるが、望ましい実施態様の多電極構成を用いれば多ウエーハ製作も行なうことができる。化学気相堆積（ＣＶＤ）やエッチングなどのプロセスは、処理室の各部および内面に副成物や堆積を残し勝ちである。
【００３０】
以前のプロセスで残された室の堆積物によって生じる１つの問題は、プロセスの均一性や再現性や粒子汚染への悪影響である。従来のプラズマ処理では、クリーニング・プロセス・パラメータ制御の高度の柔軟性を持って、その場で室のクリーニングを行なうことができない。
【００３１】
更に従来のプラズマ処理方法では、プラズマの均一性の制御とプラズマのパラメータ調整とがハードウエアおよびプロセスの能力、プラズマプロセッサの能力と機能を増すように柔軟に実時間で行なうことができない。
【００３２】
これらの結果を得るために、堆積またはエッチング・プロセス中または後で効果的なその場での室のクリーニングを行なうことができれば極めて都合がよい。望ましい実施態様は、このような効果的な本来のクリーニング・プロセスと、優れたプラズマ処理能力を持つ。
【００３３】
従来の単一ウエーハ・プラズマ処理室では、１３．５６ＭＨｚ電源が２枚の平行板の間にプラズマ放電を発生する。一方の板は、一般に半導体ウエーハを保持する無線周波数チャックである。他方は、プラズマ生成ガスを処理室へ送る金属シャワーヘッド組立体である。
【００３４】
ある設計では、半導体ウエーハを保持するチャックに通電し、シャワーヘッド組立体を電気接地に接続する。また別の設計では、シャワーヘッド組立体に通電し、チャックを接地する。これらの設計が持つ制約は、効果的なその場での室のクリーニングを行なうことができないことと、プラズマ・プロセスの均一性の制御が一般に非効率であるかまたはできないということである。
【００３５】
プラズマ・プロセスの均一性の制御ができない主な理由は、プラズマ処理中の各種のパラメータが相互に関係があるためと、プロセス制御パラメータに柔軟性がないためである。例えば従来のシステムでは、プラズマ・プロセスの均一性を調整する唯一の方法は、ＲＦ電力やガスの流量や圧力などプラズマに影響を与えるプロセス・パラメータを変えることである。
【００３６】
しかしこれらのパラメータを変えると、堆積やエッチング速度やプラズマによって起こる損傷などの他のプロセス・パラメータに悪い影響を与える可能性がある。この発明では、他の重要なプラズマ・プロセス・パラメータに悪い影響を与えずにプラズマ・プロセスの均一性を柔軟に調整することができる。
【００３７】
従って、この発明では効果的なその場での室のクリーニングと柔軟な制御ができるので、プロセスの再現性と均一性が増し、同時にプロセスの清潔さが増す。
【００３８】
以下に、望ましい実施態様がこの発明のこれらの目的をどのようにして達成するかを説明する。
【００３９】
図１は製作反応器プラズマ処理室１０を部分的に切り欠いた略図で、処理室蓋１４の上にはマグネトロン・モジュール１２も含まれる。処理室蓋１４はウエーハ温度を検知するための熱電対接続１６、２０などのコネクタ用貫通穴をいくつか備える。
【００４０】
例えば、熱電対接続１６により半導体ウエーハ２２の温度を検知することができる。処理室蓋１４を貫通してチャック２４に向かう他の貫通穴は、チャック電極線２６（以下に電極線Ｅ３ と記す）と、冷媒の入口２８と出口３０を含む。
【００４１】
メールダッド・Ｍ・モスレイ（Ｍｅｈｒｄａｄ Ｍ． Ｍｏｓｌｅｈｉ）により１９９０年８月１０日に出願され、テキサス・インスツルメント社に譲渡された米国特許出願番号０７／５６５，７６５には、チャック２４が更に詳細に記述されているので、参照文献としてここに引用する。
【００４２】
処理室蓋１４は、反応器外壁３２をシール領域３４で接合する。また蓋１４は、接触シール４０でプラズマ室継ぎ輪（ｃｏｌｌａｒ）３８に乗っている支持体３６を含む。また支持体３６は、囲いモジュール４４を支持してチャック２４を保持する棚４２を含む。
【００４３】
チャック２４の底面４６は、半導体ウエーハ２２と接触する。熱容量の低いピン４８、５０は半導体ウエーハ２２を支えてチャック２４と接触させる。熱容量の低いピン ４８、５０は、シャワーヘッド注入器５４を含むシャワーヘッド組立体５２で支持されている。
【００４４】
シャワーヘッド注入器５４により、プラズマ生成ガスはガス通路６０を通り、更に穿孔板５６を通って、シャワーヘッド注入器５４に流入することができる。更にリモート発生プラズマはプラズマ発生モジュール（図示せず）から処理環境６２に入り、処理を更に活性化する。
【００４５】
望ましい実施態様の穿孔された円筒形電極すなわちスクリーン６６がシャワーヘッド組立体５２を囲む。穿孔された円筒形電極すなわちスクリーン６６は、絶縁基体部６８と導電スクリーン部７０を含む。更に多極永久磁石モジュール７２を用いて室継ぎ輪３８を囲み、処理環境６２内のマグネトロンを強化してもよい。
【００４６】
望ましい実施態様の円筒形スクリーン電極６６を含むプラズマ処理環境のハードウエア構成は、無線周波数エネルギー源または電気接地に接続する３本の電極線を含む。これらは、穿孔された円筒形電極すなわちスクリーン６６への番号７４で示す電極線Ｅ１ と、シャワーヘッド組立体５２への番号７６で示す電極線Ｅ２ と、チャック２４に接続する、以前番号２６で示した電極線Ｅ３ とを含む。
【００４７】
図２は望ましい実施態様の切り欠き側面を示す詳細図で、テキサス・インスツルメント自動真空プロセッサ（ＡＶＰ）などの単一ウエーハ製作反応器プラズマ処理室内の実際の設計を示す。図２の番号で示す要素は、図１に説明した要素と同じ働きをし、相互接続をする。
【００４８】
図３は、望ましい実施態様の穿孔された円筒形すなわちスクリーン電極６６を更に詳細に示す。円筒形電極すなわちスクリーン６６は、テフロンやセラミック材料などの電気絶縁材料で製作した基体６８と、表面を陽極酸化したアルミニウムなどの導電材料で製作した上部すなわちスクリーン７０を含む。
【００４９】
スクリーン７０には通路７８などの多くの孔すなわち通路があり、プラズマは処理室壁に入って効果的な本来のクリーニングを行なうことができる。
【００５０】
望ましい実施態様では、円筒形電極６６はシャワーヘッド５２を囲む程度に大きく、かつプラズマ処理室継ぎ輪３８の直径内に収まる程度に小さくなければならない。絶縁（テフロン）基体６８はスクリーン電極７０を支持できるだけの強さがなければならず、プラズマ処理室１０内の他の電極導電要素からスクリーン電極７０を電気的に絶縁できる絶縁材料でなければならない。
【００５１】
スクリーン電極７０は、シャワーヘッド組立体５２とプラズマ・チャック２４との間のプラズマ処理環境６２の高さを完全に覆う高さを持つ穿孔された円筒である。電極線Ｅ１ ７４は絶縁基体６８を貫通して、スクリーン電極７０を無線周波数電源または電気接地に接続する。
【００５２】
どの接続モードを用いるかに従って、スクリーン電極７０はウエーハ処理およびその場で行なわれる室のクリーニングのためのプラズマ発生の各種のモードに重要な働きをする。
【００５３】
図４は、電極線Ｅ１ ７４をスクリーン電極７０に、Ｅ２ ７６をシャワーヘッド５２に、Ｅ３ ２６をチャック２４に接続した多電極／多周波数電気接続を示す。望ましい実施態様には他の周波数源を用いてもよいが、図４の電気回路図により基本的な概念を示すことができる。
【００５４】
Ｅ１ ７４から始まって、スイッチ８２は回転可能なコネクタ８４を含み、コネクタ８４は浮遊線接点８６、高周波（すなわち１３．５６ＭＨｚのＲＦ源）接点８８、低周波（すなわち１００ｋＨｚ源）接点９０、電気接地接点９２に係合できる。
【００５５】
浮遊線接点８６は電極線Ｅ１ ７４を浮遊リード線９４に接続し、スクリーン７０は外部と電気的に接続しないので、処理室１０内のプラズマに与える影響は最小である。接点８８は、電極線Ｅ１ ７４を高周波ＲＦチューナー９６に接続する。高周波ＲＦチューナー９６は制御入力９８を受け、電源１００から１３．５６ＭＨｚ電力信号を伝送する。
【００５６】
この接続により、円筒形スクリーン電極７０は１３．５６ＭＨｚプラズマを発生する。接点９０は線１０２を通してＥ１ ７４を低周波ＲＦチューナー１０４に接続する。低周波ＲＦチューナー１０４は制御入力１０６と１００ｋＨｚ電力入力１０８を受ける。
【００５７】
電極線Ｅ１ ７４を低周波ＲＦチューナー１０４に接続することにより、円筒形スクリーン電極７０は処理室１０内に１００ｋＨｚプラズマを発生する。接点９２は電極線Ｅ１ ７４を電気接地１１０に接続し、円筒形電極６６に近接するプラズマエネルギーを接地する。
【００５８】
シャワーヘッド組立体５２につながる電極線Ｅ２ ７６用のスイッチ１１２と、チャック２４につながる電極線Ｅ３ ２６用のスイッチ１１４も、スイッチ８２と同様に接続する。
【００５９】
詳しくいうと、スイッチ１１２の回転可能な接点１１６は、電極線Ｅ２ ７６を接点１１８を通して電気接地１１０に、接点１２０を通して低周波チューナー１０４に、接点１２４を通して高周波チューナー１２２に、接点１２８を通して浮遊線１２６に接続する。高周波チューナー１２２は、本質的に高周波チューナー９６と同じ動作をし、制御入力１３０と１３．５６ＭＨｚ電力入力１３２とを含む。
【００６０】
また、スイッチ１１４は選択可能な接点１３４を含み、低周波ＲＦチューナー１０４からの低周波ＲＦエネルギーのための接点１３６と、高周波ＲＦチューナー１２２からの入力のための接点１３８と、接点１４２を通して接地１４０への接続と、接点１４４を通して浮遊線１４６への接続とを行なう。
【００６１】
図４の多電極、２周波数／無線周波数接続により、多ゾーン・プラズマ処理が実質的に柔軟になり、また可能になる。２つの高周波源１００、１３２と１００ｋＨｚ低周波ＲＦ源１０８とを用いることにより、プラズマ処理およびその場で行なわれるクリーニングの多くの組み合わせができる。
【００６２】
３つの電極Ｅ１ 、Ｅ２ 、Ｅ３ のどれも、浮遊リード線、高周波ＲＦ源、低周波ＲＦ源、接地に、選択的に接続してよい。以下に、望ましい実施態様の多電極構成により実施できるプロセスの各種の接続を説明する。
【００６３】
製作プロセス方法１ 電極線Ｅ１ ７４を選択スイッチ８４により接点８６に接続して浮遊線９４に接続する。電極線Ｅ２ ７６をスイッチ１１６により接点１１８で接地１１０に、また電極線Ｅ３ ２６をスイッチ１３４により接点１３８を経由して高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。
【００６４】
これはプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）の従来のモードで、浮遊電極線Ｅ１ により円筒形スクリーン電極Ｅ１ の処理室１０内での影響は最小になる。
【００６５】
製作プロセス方法２ スイッチ８４を接点８８に回転して電極線Ｅ１ を高周波ＲＦチューナー９６に、スイッチ１１６を接点１１８に回転して電極線Ｅ２ を接地に、スイッチ１３４を接点１３８に回転して電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この接続により、処理室１０内で２重ゾーン・プラズマ処理ができる。
【００６６】
電極線Ｅ１ からの円筒形スクリーン電極６６および電極線Ｅ３ からのチャック２４の無線周波数電力は、プラズマ・プロセスの均一性が最適になりおよび／または膜のストレスが最小になるように調整する。このプロセスは、図９に示す別の実施態様のガスシャワーヘッド１８４などのように２つより大きいプラズマゾーンで実施してよい。
【００６７】
製作プロセス方法３ 電極線Ｅ１ を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ２ を接地に、電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この場合は、円筒形スクリーン電極６６は低周波プラズマを生成する１００ｋＨｚ電力を受け、無線周波数チャック２４は１３．５６ＭＨｚ電力信号を受けて均一性および／またはストレスを調節することによりＰＥＣＶＤ処理を強化する。
【００６８】
従ってこの方法を用いると、円筒形スクリーン電極６６は処理室１０内全体に拡散する濃い１００ｋＨｚプラズマを発生する。チャック２４のＲＦ周波数は、ウエーハに衝突するイオンエネルギーを調節する。つまり、イオンエネルギーを調整することによって層のストレスを制御することができる。
【００６９】
円筒形スクリーン電極６６が受ける電力により堆積やエッチング速度を独立に制御し、またチャック２４が受ける電力により層のストレスおよび／またはプロセスの均一性を制御することができる。
【００７０】
製作プロセス方法４ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を高周波ＲＦチューナー１２２に、電極線Ｅ３ を接地に接続する。これにより、ウエーハ上のイオン・エネルギーを減少して堆積またはエッチングを行なうことのできるプラズマ・プロセス環境を作る。
【００７１】
電極線Ｅ２ は１３．５６ＭＨｚ電力信号をシャワーヘッド組立体５２に与え、また円筒形スクリーン電極６６とチャック２４は接地されるので、イオン・エネルギーは減少し、従ってウエーハ２２の表面へのイオンの衝突は柔らかくなる。
【００７２】
製作プロセス方法５ 電極線Ｅ１ ７４を高周波ＲＦチューナー９６に、電極線Ｅ２ ７６を接地に、電極線Ｅ３ ２６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続する。このＰＥＣＶＤプロセスでは、円筒形スクリーン電極６６がプロセス・プラズマを発生し、チャック２４がイオン・エネルギーと発生した層のストレスを制御する。
【００７３】
この方法は上に述べたプロセス方法３と同様であるが、プロセス方法３では円筒形スクリーン電極６６が１００ｋＨｚ信号プラズマを受け、ＲＦチャック２４が１３．５６ＭＨｚ信号を受けてＰＥＣＶＤ処理を強化しストレスを制御する点が異なる。このプロセス方法５は本質的にプロセス方法３の接続を逆にしたものである。
【００７４】
従って、ＲＦチャック２４はウエーハ２２へのイオンの衝突を増加する低周波出力を生成する。プラズマ・プロセスによっては、強化したイオン衝突の方がむしろ望ましい。この場合には、プロセス方法５の方がプロセス方法３より望ましい。
【００７５】
製作プロセス方法６ 電極線Ｅ１ を高周波ＲＦチューナー９６に、電極線Ｅ２ ７６を接地に、電極線Ｅ３ ２６を浮遊状態にする。これにより円筒形スクリーン電極６６はＲＦメガトロン・プラズマを発生する。このプロセスでは、ほとんどイオンエネルギーを持たないリモート・マイクロウエーブ・プラズマを半導体ウエーハ２２に向けてよい。
【００７６】
製作プロセス方法７ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ３ ２６を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この方法のＰＥＣＶＤ処理は、シャワーヘッド組立体５２および円筒形スクリーン電極６６に連続的イオン衝突効果を与える。シャワーヘッド組立体５２および電極６６へのイオン衝突が最小なので、このプロセスは処理室の堆積を妨げるのに役に立つ。
【００７７】
製作プロセス方法８ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を浮遊線１２６に、電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この方法のＰＥＣＶＤプロセスでは、プラズマ・プロセスの均一性とイオン・エネルギーを変えることができる。
【００７８】
上に述べた製作プロセス方法１から８は、望ましい実施態様がプラズマ強化半導体装置製作中にプラズマ・プロセスの均一性と速度制御と層のストレス制御を最適にする著しい柔軟性を与えることを示す。
【００７９】
更に、電極線Ｅ１ ７４、Ｅ２ ７６、Ｅ３ ２６からそれぞれスイッチ８２、１１２、１１４を通して接地や浮遊や電源に実時間で接続できるので、プロセス・パラメータ制御の一層の柔軟性が得られる。
【００８０】
望ましい実施態様によりエッチングやその他のウエーハ製作プロセスに柔軟性が得られるだけでなく、この望ましい実施態様はその場で行なわれる室のクリーニングの柔軟性を著しく増す。詳しくいうと、望ましい実施態様により、ウエーハのエッチングおよび堆積プロセスと共に実時間の効果的なその場での室のクリーニングができる。
【００８１】
例えば望ましい実施態様により可能になるその場で行なわれるクリーニングは、二酸化珪素や窒化珪素やアモルファス珪素の堆積などの各ＰＥＣＶＤプロセスの後に行なってよく、処理室１０の内表面の残存堆積物を全て除去する。シャワーヘッド組立体５２および室継ぎ輪３８が、除去を必要とする残存堆積物または汚染を保持する。
【００８２】
これらの残存堆積物を除去するため、室クリーニング剤はアルゴンとＣＦ４ 、アルゴンとＮＦ３ 、アルゴンとＳＦ６ の組み合わせなどのプラズマを含んでよい。望ましい実施態様におけるその場で行なわれるクリーニングの各種の方法は、以下の電極接続を用いてよい。
【００８３】
クリーニング・プロセス方法１ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ３ ２６を接地に接続する。この構成により、プラズマが発生してシャワーヘッド組立体５２の表面に高エネルギーのエッチング・イオンが衝突して、シャワーヘッド組立体５２をクリーニングする。
【００８４】
クリーニング・プロセス方法２ 電極線Ｅ１ ７４を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ２ ７６および電極線Ｅ３ ２６を接地に接続する。この接続により、スクリーン電極６６を経て処理室１０内の処理室継ぎ輪３８をクリーニングするプラズマ環境が得られる。
【００８５】
クリーニング・プロセス方法３ 電極線Ｅ１ ７４とＥ２ ７６を接地に、電極線Ｅ３ ２６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続する。この接続により、ＲＦチャック２４に残存堆積物があれば全てクリーニングする。
【００８６】
クリーニング・プロセス方法４ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この構成により、シャワーヘッド組立体５２をクリーニングするプラズマ・エネルギーが強化される。
【００８７】
図５と図６は、それぞれ望ましい実施態様で用いられるマグネトロン永久磁石組立体７２の側面図および頂面図を示す。マグネトロン永久磁石組立体７２の高さ１５０は、処理室１０内のプロセス環境６２の高さを十分覆う高さである。
【００８８】
更に、マグネトロン永久磁石組立体７２の外径１５２は、組立体７２が反応器の容器壁３２内に収まる程度に小さく、その内径１５４は２つの磁石例えば磁石１５８と１５９の幅１５６を加えても永久磁石組立体７２が処理室継ぎ輪３８の周りに容易にはまる程度に大きい。
【００８９】
マグネトロン永久磁石組立体７２のこの実施態様における磁石例えば磁石１５８は放射状に３０゜離して設けられ、北極と南極がマグネトロンの外壁１６０に交互に接触する。すなわち、例えば磁石１５８の北極が壁１６０に接触しその南極がマグネトロン７２の内部に向いていれば、磁石１５８に隣接する磁石１６２の南極は外壁１６０に接触しその北極はマグネトロン７２の中心に向いている。
【００９０】
図５と図６の実施態様において、磁石１５８と１６２を３０゜離し、北極と南極を交互に外壁１６０に接触させることにより、外壁１６０の内径に沿って磁石を１２個設けることができる。
【００９１】
図７と図８は、それぞれこの発明の望ましい実施態様で用いてよい、別のマグネトロン永久磁石組立体１６４の側面図と頂面図である。図７においては、磁石例えば磁石１６６は垂直方向に設けられ、北極（または南極）１６８は壁１６９の上部にあり、南極（または北極）１７０は壁１６９の底部にあってこのマグネトロン永久磁石組立体１６４の基体１７２に接触する。
【００９２】
このマグネトロン組立体１６４は、上に述べた図５と図６のマグネトロン組立体７２と同様に空間的に制限される。従ってその外径１７４は反応器の容器壁３２内に収まる程度に小さくなければならず、その内径１７６は処理室継ぎ輪３８の周りにはまる程度に大きくなければならない。
【００９３】
図５と図６のマグネトロン７２では北極と南極が交互になっていたのとは異なり、マグネトロン１６４では全ての磁石は垂直に同じ方向に磁化されている。また磁石例えば磁石１６６の北極１６８にまたはその上には柔らかい鉄輪１７８があり、磁石１６６から磁界が伝播しないように制限する。
【００９４】
図５と図６のマグネトロン組立体７２と図７と図８のマグネトロン組立体１６４との一般的な違いは、それぞれの方向づけによって生じる磁束分布である。例えば、図５と図６のマグネトロン組立体７２は処理室継ぎ輪３８の内部に多極磁界を形成する。
【００９５】
図７の矢印１８２は、マグネトロン組立体１６４の垂直に方向づけられた磁石が作る上端から下端への磁束分布を示す。マグネトロン永久磁石組立体７２または１６４を使うと望ましい実施態様のスクリーン電極プラズマ濃度は強化されるが、この発明の本質的な目的からすると、これらを使うかどうかは任意である。
【００９６】
図９は、多ゾーン・プラズマ処理用の多重シャワーヘッド電極ゾーンを作るシャワーヘッド組立体５２の別の構成を示す。図９において、別のシャワーヘッド組立体１８４は同心円状のプラズマ電極輪、例えば外部同心輪１８６、中央同心輪１８８、内部ディスク１９０を含み、それぞれ外部シャワーヘッド電極線Ｅ２ ′１９２、中央電極線Ｅ３ ′１９４、内部電極線Ｅ４ ′１９６に接続する。
【００９７】
同心円状シャワーヘッド部分１８６、１８８、１９０を分離するのは、マコル（ｍａｃｏｒ） 、テフロン、セラミック、その他の電気絶縁材料で製作した絶縁材料１９８と２００である。
【００９８】
この構成では、３つのシャワーヘッド電極接続１８６、１８８、１９０の他にスクリーン電極６６とチャック２４があることに注意していただきたい。多ゾーン・プラズマ処理用のプラズマ電極は全部で５つある。シャワーヘッド電極への相対的な無線周波数電力を調整すれば、プラズマ・プロセスの均一性を最適にすることができる。
【００９９】
図１０は、二酸化珪素堆積用の望ましい実施態様を用いて、クリーニングおよびＰＥＣＶＤ処理を実時間で時分割多重化する動作を示す。例えば線２０２は、ｔ０ でゼロレベル２０４で始まるジエチルシラン（ＤＥＳ）ガスの流量を表わす。時刻ｔ１ で、流量は増加して流量高レベル２０６になる。また線２０８は、時刻ｔ０ で高レベル２１０で始まるＮＦ３ クリーニングガスの流量を表わす。
【０１００】
時刻ｔ１ で、ＮＦ３ ガス流量は低い（ゼロ）レベル２１２に落ちる。所定の時間ＤＥＳガスが流れた後、時刻ｔ２ でＤＥＳガスの流量は低すなわちゼロレベル２０４に再び落ち、ＮＦ３ クリーニングガスは高レベル２１０に戻る。この時点で室クリーニング・プロセスが始まり、時刻ｔ３ でクリーニングガスＮＦ３ の流量が低またはゼロレベル２１２に下がり、ＤＥＳは高レベル２０６に戻る。
【０１０１】
この型のガス流量の断続が起こるのは、ＲＦチャック２４への電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続し、シャワーヘッド５２への電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続し、円筒形スクリーン電極６６への電極線Ｅ１ を接地１１０に接続している間である。
【０１０２】
図１１の時間線の基本概念は図１０と同じで、ＴＥＯＳまたはＤＥＳと酸素とアルゴンの組み合わせと共に、ＮＦ３ と酸素とアルゴンを組み合わせたクリーニングガスを用いて時分割多重化または断続モードでＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積を行なう例を示す。
【０１０３】
図１１において、線２１４はＤＥＳまたはＴＥＯＳガスの流量を表わし、線２１６はアルゴンガスの流量を表わし、線２１８は酸素の流量を表わし、線２２０はＮＦ３ ガスの流量を表わす。線２２２は処理ガスが流れた結果生じる処理室１０内の全圧力を表わす。ガス流量が変化するのに対応して、線２２４、２２６、２２８はそれぞれ電極線Ｅ３ 、Ｅ２ 、Ｅ１ への無線周波数信号の変化を示す。
【０１０４】
時刻ｔ０ から始まって、ＤＥＳガスはゼロレベル２３０から高レベル２３２に上がり、アルゴンガスはゼロレベル２３３から高レベル２３４に上がり、酸素ガス流量はゼロレベル２３５から高レベル２３６に上がり、ＮＦ３ ガスレベルは変わらずにゼロレベル２３８のままである。処理室１０にガスが流れると、処理室圧力を示す圧力線２２２はレベル２４０に上がる。
【０１０５】
時刻ｔ０ での電極線Ｅ３ 、Ｅ２ 、Ｅ１ に関して述べると、ＲＦチャック２４への電極線Ｅ３ はレベル２４２で表わす１３．５６ＭＨｚ信号を受け、シャワーヘッド５２への電極線Ｅ２ は接地に接続し、電極線Ｅ１ はレベル２４６で表わすように高周波ＲＦチューナー９６からの１３．５６ＭＨｚ信号を受ける。この例示のプロセスのこの段階中、処理室１０の環境６２内にあるウエーハ表面２２には二酸化珪素が堆積してよい。
【０１０６】
時刻ｔ１ で、例示のプロセスのプロセス・パラメータが変化する。ＤＥＳ流量はゼロレベル２３０に戻り、電極線Ｅ３ は接地に接続して信号はゼロレベル２４８に落ち、電極線Ｅ１ は接地に接続してゼロレベル２５０へ落ちる。ガス流量が変化すると、圧力線２２２は一時的に小さな圧力低下２５２を示した後、急速に以前の圧力レベル ２４０に戻る（閉回路圧力制御器により）。
【０１０７】
時刻ｔ２ で、ＮＦ３ ガスを導入して処理室１０内でクリーニングが始まる。ＮＦ３ ガス流量は低すなわちゼロレベル２３８から高レベル２５４に上がる。円筒形スクリーン電極６６への電極線Ｅ１ は、低周波ＲＦチューナー１０４から１００ｋＨｚ信号を受ける。線２２８がレベル２４６へ上がったのはこの変化を表わす。この時、処理室１０内の圧力はレベル２５８への増加で示す小さな増加または上昇を示した後、急速に定常レベル２４０に戻る。
【０１０８】
時刻ｔ３ で、ＮＦ３ ガス流量、電極Ｅ１ への１００ｋＨｚ信号、電極Ｅ１ の電力がゼロレベルに戻ると、クリーニングは終わる。この時、圧力は一時的にレベル２５２に落ちた後、レベル２４０に戻る。
【０１０９】
時刻ｔ４ で、二酸化珪素堆積の第２サイクルが始まる。このプロセスでは、ＤＥＳガス線２１４はゼロレベル２３０から高レベル２３２に上がり、電極線Ｅ３ は高周波ＲＦチューナー１２２に接続し、電極線Ｅ１ は高周波ＲＦチューナー９６に接続する。他のプロセス・パラメータは全て変わらない。ガス流量のこの変化により、圧力は一時的に上昇２５８を示す。
【０１１０】
時刻ｔ５ で、ＤＥＳガスの流れが止まり、電極線Ｅ３ とＥ１ が接地に接続して１３．５６ＭＨｚ信号が止まるとこの第２堆積は終わる。圧力は再び低レベル２５２に落ちた後、定常状態レベル２４０に戻る。
【０１１１】
時刻ｔ６ で、ＮＦ３ ガス流量が低レベル２３８から高レベル２５４に上がり、電極線Ｅ２ が低周波ＲＦチューナー１０４からの１００ｋＨｚ信号に接続すると、第２クリーニング処理サイクルが始まる。時刻ｔ７ で、ＮＦ３ ガス流量がゼロレベル２３８に戻り、電極線Ｅ２ 電圧が接地１１０に戻ると、このその場で行なわれるクリーニング処理は終わる。ＮＦ３ ガスのれが止まると、処理室１０内の圧力は一時的にレベル２５２に落ちる。
【０１１２】
時刻ｔ８ で、第３堆積プロセス・サイクルが始まる。この第３堆積プロセスは、ＤＥＳガスがレベル２３２に上がり、電極線Ｅ３ が高周波ＲＦチューナー１２２に接続して１３．５６ＭＨｚ信号を受け、電極線Ｅ１ が高周波ＲＦチューナー９６に接続して同じく１３．５６ＭＨｚ信号を受けると始まる。
【０１１３】
ガスの流量が変化すると、処理室圧力は一時的にレベル２５８に上がる。この第３堆積プロセスが続いて時刻ｔ９ になると、ＤＥＳガス流量はゼロレベル２３０に戻り、電極線Ｅ３ は接地レベル２４８に戻り、電極線Ｅ１ は接地レベル２５０に戻る。この変化も、一時的な圧力低下２５２を起こす。
【０１１４】
時刻ｔ１０で、ＮＦ３ ガス流量がレベル２５４に上がり、電極線Ｅ１ が低周波ＲＦチューナー１０４に接続して１００ｋＨｚ信号を受けると、第３のその場で行なわれるクリーニング・プロセスが処理室１０内で起こる。一時的な圧力上昇２５８が起こるので、プラズマガスの流量が変化したことが分かる。時刻ｔ１１で、ＮＦ３ ガスが低レベル２３８に戻り、電極線Ｅ１ が接地ポテンシャル２５０に戻ると、クリーニング・プロセスは終わる。時刻ｔ１１での圧力低下２５２は、ＮＦ３ ガスの流量のこの変化の結果である。
【０１１５】
時刻ｔ１２で、ＤＥＳガス流量がレベル２３２になり、電極線Ｅ３ が高周波ＲＦチューナー１２２から１３．５６ＭＨｚ信号を受け、電極線Ｅ１ が高周波ＲＦチューナー９６から１３．５６ＭＨｚ信号を受けると、第４で最終の堆積プロセス・サイクルが始まる。このプロセス・サイクルは時刻ｔ１３で終わる。時刻ｔ１３では、ＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積もクリーニング処理も終わる。
【０１１６】
ＤＥＳガス流量はゼロレベル２３０に戻り、アルゴンガス流量２１６はレベル２３３に落ち、酸素ガス流量２１８はレベル２３５に落ち、ＮＦ３ ガス流量はレベル２３８のままであり、圧力はプロセス前の真空レベル２３９に落ち、電極Ｅ３ （線２２４）は接地ポテンシャル２４８に落ち、電極Ｅ２ は接地レベル２４４を保ち、電極Ｅ１ 線ポテンシャルは接地レベル２５０に落ちる。
【０１１７】
これで図１１のプロセスを完了する。上に述べたプロセスは、時分割多重化ＰＥＣＶＤプロセスと多電極プラズマ・プロセスによるその場で行なわれるクリーニングの例を示す。
【０１１８】
図１２から図１５までは、この発明の望ましい実施態様を用いて得られる１５０ｍｍウエーハ上の結果を示す。詳しくいうと図１２と図１３は、２つの異なるプロセス・パラメータの組を用いて生じたプロセスのＰＥＣＶＤ・ＤＥＳ酸化物堆積の均一性を測定した例を示す。図１２は、５００標準ｃｍ３ ／分（ＳＣＣＭ）のアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳを４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力でプラズマ処理室内に流した結果を示す。
【０１１９】
円筒形スクリーン電極６６は電極線Ｅ１ を経て接地に接続し、シャワーヘッド電極５２は電極線Ｅ２ を経て低周波ＲＦチューナー１０４から１０ワットの１００ｋＨｚ信号を受け、無線周波数チャック２４は電極線Ｅ３ を経て高周波ＲＦチューナー１２２などからの５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電力に接続する。次の表は、図１２に示すウエーハの測定結果に表われる統計的変動を示す。
【表１】
【０１２０】
同様に図１３は、１００ＳＣＣＭのアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳガス流量を用いて１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力で行なったＰＥＣＶＤプロセスの後に得た測定値を示す。図１３のプロセスでは、円筒形スクリーン電極６６は浮遊状態であり、ＲＦチャック２４はＲＦチューナー１２２から５０ワットの１３．５６ＭＨｚ信号を受け、シャワーヘッド電極５２は接地に接続する。表ＩＩはこのプロセスで得られた統計的結果を示す。
【表２】
【０１２１】
表ＩＩＩは、望ましい実施態様において２つの異なる圧力で、多ゾーン、多電極プラズマ・プロセスを用いて得られた堆積速度の例示的結果をオングストローム／分で示す。表に示すように、ＰＥＣＶＤプロセス圧力が高いほど堆積速度も高くなる。
【表３】
【０１２２】
更に図１４と図１５は、望ましい実施態様の多ゾーン・プラズマ処理装置を用いて得られるＰＥＣＶＤ酸化物の厚さの均一性制御を示す。図１４のプロセスは、５００ＳＣＣＭのアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳを４００ Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力で用いたものである。
【０１２３】
円筒形スクリーン電極６６は接地に接続し、シャワーヘッド組立体５２は接地に接続し、ＲＦチャック２４は５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電源を受ける。表ＩＶはこのプロセスの統計的結果を示す。
【表４】
【０１２４】
最後に図１５は、５００ＳＣＣＭのアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳを４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力で用いたプロセスの結果を示す。電極線Ｅ１ ７４はＲＦチューナー１０４などの１５ワットの１００ｋＨｚ低周波電源に接続し、電極線Ｅ２ ７６は接地に接続し、電極線Ｅ３ ２６はＲＦチューナー１２２などから５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電源を受ける。表Ｖは、この処理の統計的結果を示す。
【０１２５】
表に示すように、この多ゾーン・プラズマ発生を用いたＰＥＣＶＤプロセスを行なうと、表ＩＶの単一ゾーン・プラズマ堆積プロセスに比べて酸化物の厚さの均一性が改善される。多電極プラズマ構成により、全体のプロセスの均一性を最適にするための相対的なゾーン・プラズマ濃度の調整ができる。ＰＥＣＶＤ処理は全て約４００゜Ｃで行なわれたことに注意していただきたい。
【表５】
【０１２６】
図１６は望ましい実施態様の多電極、多ゾーン・プラズマ処理方法および装置によって得られる装置の電気的結果を示す。詳しくいうと図１６は、望ましい実施態様においてＰＥＣＶＤ酸化物ゲート誘電体を備えたアルミニウム・ゲート金属酸化物半導体（ＭＯＳ）コンデンサの電気絶縁破壊の測定値を示す。図１６において、縦軸３００には０％から１００％までの百分率絶縁破壊を示す。
【０１２７】
横軸３０２には、コンデンサの絶縁破壊電界の測定値をメガボルト／ｃｍ単位で０ＭＶ／ｃｍから１４ＭＶ／ｃｍの範囲で示す。この例のコンデンサのプロセス要件仕様は、平均絶縁破壊が４ＭＶ／ｃｍより上でなければならないということである。図１６に示すように、１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力で形成したコンデンサの絶縁破壊電界は、一般に６から１０ＭＶ／ｃｍの範囲である。
【０１２８】
４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）のプロセスで形成したコンデンサの絶縁破壊電界は、約４から７ＭＶ／ｃｍの間である。一般に全ての絶縁破壊は、４ＭＶ／ｃｍという要件より上で起こっている。これらの結果から、望ましい実施態様の方法および装置から得られるＰＥＣＶＤ酸化物層の電気的品質は基準を満たすことを示す。
【０１２９】
この発明について上に述べた実施態様に関連して説明したが、この説明は制限的な意味に解釈してはならない。開示した実施態様の各種の変形やこの発明の別の実施態様が可能なことは、この説明を読めば、この技術に精通した人には明かである。従って特許請求の範囲は、この発明の真の範囲に含まれる各種の変形を含むものと見なす。
【０１３０】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） プラズマ堆積またはエッチング・プロセス中に、均一なプラズマ処理と効果的なその場での製作反応器処理室のクリーニングを行なうための多ゾーン、多電極プラズマ処理方法であって、
プラズマ・プロセスガスを前記処理室に流し、
前記プラズマ・プロセスガス流の前記流れの間に、前記プラズマ・プロセスガスからプロセス・プラズマを発生して半導体ウエーハ上にプラズマ強化プロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化し、
前記処理室内にその場で行なわれるクリーニング用のガスを流し、
前記クリーニングガスの前記流れの間に、前記クリーニングガスからクリーニング・プラズマを発生してその場でのプラズマ援助室クリーニング・プロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化する、
段階を含むプラズマ処理方法。
【０１３１】
（２） 前記プラズマ・プロセスおよびその場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング段階は、連続的にかつ順次に行なわれる、第１項記載の方法。
（３） 前記プラズマ・プロセスおよびその場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング段階は時分割多重形式で行なわれる、第１項記載の方法。
（４） 前記プラズマ強化プロセス中に行なわれる前記半導体ウエーハに近接する前記プロセス・プラズマ密度を制御するための前記プラズマ電極活性化段階を可変制御する段階を更に含み、前記プロセス・プラズマ濃度調節はプラズマ・プロセス・パラメータを柔軟に調整することができる、第１項記載の方法。
【０１３２】
（５） 前記その場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング・プロセス段階中に行なわれる前記露出した処理室壁に近接する前記クリーニング・プラズマ密度を制御するための前記プラズマ電極活性化を可変制御する段階を更に含み、前記クリーニング・プラズマ濃度調節は処理室壁を柔軟にクリーニングすることができる、第１項記載の方法。
（６） 前記半導体ウエーハに近接するプロセス・プラズマ濃度および均一性を制御するための多重プラズマ電極を適切に配列する段階を更に含み、前記制御はプラズマ・プロセス・パラメータを柔軟に最適化することができる、第１項記載の方法。
【０１３３】
（７） 前記処理室壁に近接するクリーニング・プラズマ密度および分布を制御するための多重プラズマ電極を所定の構成にする段階を更に含み、前記制御は処理室壁のその場でのクリーニングを柔軟に行なうことができる、第１項記載の方法。
（８） 複数の非プラズマ・プロセスガスを処理室に流して前記プラズマガスまたは前記クリーニングガスと混合する段階を更に含む、第１項記載の方法。
（９） 第１プラズマ電極としてチャックを用いる段階を更に含む、第１項記載の方法。
【０１３４】
（１０） 第２プラズマ電極としてガスシャワーヘッドを用いる段階を更に含む、第１項記載の方法。
（１１） 第３プラズマ電極として周辺スクリーンを用いる段階を更に含む、第１項記載の方法。
（１２） 前記周辺スクリーン第３電極は円筒形の穿孔された電極である、第１１項記載の方法。
【０１３５】
（１３） プラズマ製作プロセス中に、均一なプラズマ処理とその場での製作反応器処理室壁のクリーニングを行なうためのシステムであって、
プラズマ・プロセスガスから堆積プロセス・プラズマを発生するための第１プラズマ電極と、
その場で行なわれるクリーニング用のガスからクリーニング・プロセス・プラズマを発生するための第２プラズマ電極と、
前記プラズマ・プロセスガスと前記その場で行なわれるクリーニング用のガスを断続モードで前記処理室に選択的に流すための制御可能なガス流れ装置と、
前記プラズマ・プロセス堆積ガスが流れ始めると前記第１プラズマ電極を活性化して、前記プラズマ・プロセスガスからプラズマを発生するための第１回路と、
前記その場で行なわれるクリーニング用のガスが流れ始めると前記第２プラズマ電極を活性化して、前記プラズマ・クリーニングガスを用いてその場でのプラズマ援助室クリーニングを行なうための第２回路と、
を含むシステム。
【０１３６】
（１４） 前記第１回路は、前記第１プラズマ電極を連続的にかつ順次に活性化する、第１３項記載のシステム。
（１５） 前記第２回路は、前記第２プラズマ電極を連続的にかつ順次に活性化する、第１３項記載のシステム。
（１６） 前記第１プラズマ電極を可変制御して前記半導体ウエーハに近接する前記プロセス・プラズマ濃度を可変制御するための回路を更に含み、前記第１プラズマ電極に関連する前記プロセス・プラズマ濃度制御回路は、プラズマ・プロセス・パラメータの調整を十分柔軟に行なうことのできる柔軟なプラズマ濃度制御を行なう、第１３項記載のシステム。
【０１３７】
（１７） その場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング・プロセス中に前記第２プラズマ電極活性化回路を可変制御して、前記反応器処理室壁に近接する前記その場で行なわれるクリーニング用のプラズマ濃度を制御するための回路を更に含み、前記第２プラズマ電極に関連する前記クリーニング・プラズマ濃度制御回路はその場で行なわれるクリーニング用のガス流量の変動とは独立にその場で行なわれるクリーニング用のプラズマ濃度を制御する、第１３項記載のシステム。
（１８） 前記反応器処理室壁に近接するプラズマ・プロセス濃度を制御するための第３プラズマ電極を更に含む、第１３項記載のシステム。
【０１３８】
（１９） 多重プラズマ電極の所定の構成を間欠的に活性化して、前記反応器処理室壁に近接するクリーニング・プラズマ濃度および分布を制御するための回路を更に含む、第１３項記載のシステム。
（２０） 前記多重プラズマ電極活性化回路を可変制御して、前記反応器処理室壁に近接する前記クリーニング・プラズマ濃度を制御するための回路を更に含み、前記第２プラズマ電極に関連する前記クリーニング・プラズマ濃度制御回路は、前記その場で行なわれるクリーニング用のガスの流量の変動とは独立にプラズマ濃度を制御する、第１９項記載のシステム。
【０１３９】
（２１） プラズマ堆積またはエッチング・プロセス中に、均一なプラズマ処理および効果的なその場での製作反応器処理室（１０）クリーニングを行なうための多ゾーン、多電極プラズマ処理方法であって、先ずプラズマ堆積またはエッチングガスを処理室（１０）に断続または連続モード（線２１４）で流し、次にプラズマ・クリーニングガスを処理室（１０）に断続モード（２２０）または連続モードで流す段階を含む。プラズマ処理ガスが流れ始めると、少なくとも１つのプラズマ電極（２４または５２）を断続的に活性化する（２２４）ことによって、この方法はプロセス・プラズマ媒体を発生してプラズマ強化堆積またはエッチングプロセスを行なう。更にプロセスガス流が止まっている間に、同じまたは異なる構成のプラズマ電極（６６）を断続的に活性化し、その場で行なわれるクリーニング用のプラズマを生成してプラズマ援助室クリーニングプロセスを行なう。この発明の多ゾーンプロセス処理方法により、１つまたは複数の無線周波数電源を用いて多重プラズマ電極を時分割多重または連続的に活性化し、半導体ウエーハ（２２）、処理室壁（３８）、ガスシャワーヘッド（５２）に近接するプラズマ濃度と均一性およびイオン・エネルギーを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
この発明と使用法と利点は、例示的な実施態様の説明を次の図面と共に参照すれば最もよく理解できる。
【図１】望ましい実施態様の概念を図示するための代表的な半導体ウエーハ処理反応器プラズマ処理室の簡単な略図である。
【図２】単一ウエーハ真空プロセッサ内のこの発明の望ましい実施態様を含む製作反応器処理室の詳細図である。
【図３】望ましい多電極実施態様のプラズマ処理スクリーン電極の等角図である。
【図４】望ましい実施態様で用いる各種の多電極／多周波数無線周波数接続を示す図。
【図５】マグネトロン・プラズマ強化によって望ましい実施態様の動作を強化する第１永久磁石モジュールの側面図である。
【図６】マグネトロン・プラズマ強化によって望ましい実施態様の動作を強化する第１永久磁石モジュールの頂面図である。
【図７】マグネトロン・プラズマ強化のための望ましい実施態様で用いることのできる第２永久磁石モジュールの側面図である。
【図８】マグネトロン・プラズマ強化のための望ましい実施態様で用いることのできる第２永久磁石モジュールの頂面図である。
【図９】この発明の望ましい実施態様における多電極および／または多周波数プラズマ処理のためのシャワーヘッド組立体を切断した図である。
【図１０】望ましい実施態様で用いる断続的酸化物ＰＥＣＶＤおよびその場で行なわれるクリーニング・プロセスのためのプラズマ時分割多重化を示す図。
【図１１】望ましい実施態様を用いた、散在するＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積とその場で行なわれるプラズマ・クリーニングのための代表的な時分割多重化（ＴＤＭ）動作を示す図。
【図１２】ＰＥＣＶＤ酸化物堆積の厚さの均一化形状を示す図。
【図１３】ＰＥＣＶＤ酸化物堆積の厚さの均一化形状を示す図。
【図１４】望ましい実施態様を用いたＰＥＣＶＤ酸化物堆積と２ゾーン・プラズマの均一化形状を示す図。
【図１５】望ましい実施態様を用いたＰＥＣＶＤ酸化物堆積と２ゾーン・プラズマの均一化形状を示す図。
【図１６】望ましい実施態様の方法と装置で製作した酸化物誘電体を備えるアルミニウム・ゲートＭＯＳコンデンサで行なったテスト結果を示す図。
【符号の説明】
１０ 処理室
１２ マグネトロン・モジュール
１４ 処理室蓋
１６、２０ 熱電対接続
２２ 半導体ウエーハ
２４ チャック
２６ チャック電極線Ｅ３
２８ 冷媒の入口
３０ 冷媒の出口
３２ 反応器外壁
３４ シール領域
３６ 支持体
３８ 処理室継ぎ輪
４０ 接触シール
４２ チャック２４の保持棚
４４ 囲いモジュール
４６ チャック２４の底面
４８、５０ ピン
５２ シャワーヘッド組立体
５４ シャワーヘッド注入器
５６ 穿孔板
６０ ガス通路
６２ 処理環境
６６ 円筒形スクリーン電極
６８ 絶縁基体
７０ スクリーン
７２ 永久磁石組立体
７４ 電極線Ｅ１
７６ 電極線Ｅ２
７８ 通路孔
８２ 電極線Ｅ１ 用スイッチ
８４ スイッチ８２のコネクタ
８６ 浮遊線接点
８８ 高周波接点
９０ 低周波接点
９２ 電気接地接点
９４ 浮遊リード線
９６ 高周波ＲＦチューナー
９８ 制御入力
１００ １３．５６ＭＨｚ電源
１０２ 線
１０４ 低周波ＲＦチューナー
１０６ 制御入力
１０８ １００ｋＨｚ電源
１１０ 電気接地
１１２ 電極線Ｅ２ 用スイッチ
１１４ 電極線Ｅ３ 用スイッチ
１１６ スイッチ１１２の接点
１１８ 電気接地接点
１２０ 低周波接点
１２４ 高周波接点
１２８ 浮遊線接点
１２２ 高周波ＲＦチューナー
１２６ 浮遊線
１３０ 制御入力
１３２ １３．５６ＭＨｚ電源
１３４ スイッチ１１４の接点
１３６ 低周波接点
１３８ 高周波接点
１４２ 電気接地接点
１４４ 浮遊線接点
１４０ 電気接地
１４６ 浮遊線
１５０ マグネトロン永久磁石組立体７２の高さ
１５２ マグネトロン永久磁石組立体７２の外径
１５４ マグネトロン永久磁石組立体７２の内径
１５６ 磁石の幅
１５８、１５９、１６２ 磁石
１６０ マグネトロンの外壁
１６４ マグネトロン永久磁石組立体
１６６ 磁石
１６８ 磁石の北極（または南極）
１６９ マグネトロン永久磁石組立体１６４の壁
１７０ 磁石の南極（または北極）
１７２ マグネトロン永久磁石組立体１６４の基体
１７４ マグネトロン永久磁石組立体１６４の外径
１７６ 内径
１７８ 鉄輪
１８０ マグネトロン永久磁石組立体７２の磁束分布
１８２ マグネトロン永久磁石組立体１６４の磁束分布
１８４ シャワーヘッド組立体
１８６ 外部同心輪
１８８ 中央同心輪
１９０ 内部ディスク
１９２ 電極線Ｅ２ ′
１９４ 電極線Ｅ３ ′
１９６ 電極線Ｅ４ ′
１９８、２００ 絶縁材料
２０２ ＤＥＳ流量
２０４ 流量ゼロレベル
２０６ 流量高レベル
２０８ ＮＦ３ 流量
２１０ 流量高レベル
２１２ 流量ゼロレベル
２１４ ＤＥＳまたはＴＥＯＳ流量
２１６ アルゴン流量
２１８ 酸素流量
２２０ ＮＦ３ 流量
２２２ 処理室内圧力
２２４ Ｅ３ 信号
２２６ Ｅ２ 信号
２２８ Ｅ１ 信号
２３０ ＤＥＳ流量ゼロレベル
２３２ ＤＥＳ流量高レベル
２３３ アルゴン流量ゼロレベル
２３４ アルゴン流量高レベル
２３５ 酸素流量ゼロレベル
２３６ 酸素流量高レベル
２３８ ＮＦ３ 流量ゼロレベル
２３９ 処理室内圧力低レベル
２４０ 処理室内圧力高レベル
２４２ Ｅ３ 信号高レベル（１３．５６ＭＨｚ）
２４４ Ｅ２ 信号低レベル
２４６ Ｅ１ 信号高レベル（１３．５６ＭＨｚ）
２４８ Ｅ３ 信号ゼロレベル
２５０ Ｅ１ 信号ゼロレベル
２５２ 処理室内圧力一時低下レベル
２５４ ＮＦ３ 流量高レベル
２５８ 処理室内圧力一時上昇レベル
２５９ Ｅ２ 信号高レベル
３００ 縦軸
３０２ 横軸
【産業上の利用分野】
米国政府はこの発明に対して、支払い済みのライセンスと、ＭＭＳＴプログラムで米国空軍との間に締結した契約条件に規定されている妥当な条件の下にこの特許の所有者が他者にライセンスすることを限られた情況で要求する権利を有する。
【０００２】
この発明は一般にプラズマ援助製作プロセスに関し、より詳しくは、半導体装置製作応用における優れたプロセス・パラメータ制御のための多ゾーン・プラズマ処理方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
超小型電子要素の製造者は、各種の処理技術を用いて半導体装置を製作する。応用範囲の広い（例えば堆積、エッチング、クリーニング、アニーリング）１つの方法は、「プラズマ援助」または「プラズマ強化」処理と呼ばれる。
【０００４】
プラズマ強化処理は乾式処理技術で、通常高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）放電により生成されるイオン化ガスが活性化した準安定の中性およびイオン化ガスを発生し、これが化学的または物理的に反応して、製作反応器内で半導体基板上に薄い材料層を堆積し、または材料層をエッチングする。
【０００５】
半導体装置製造におけるプラズマ強化処理の各種の応用に含まれるのは、例えばポリシリコン、金属、酸化物、窒化物、ポリイミドの薄膜の高速反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）や、ホトレジスト層の乾式現像や、誘電体、シリコン、アルミニウム、銅、その他の材料のプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）や、バイアスしたスパッタリングなどのプロセスを含むプレーナ化したレベル間誘電体形成や、低温エピタキシャル半導体成長プロセスなどである。
【０００６】
プラズマ強化プロセスには、リモート発生またはローカル発生のプラズマを用いてよい。リモート・プラズマ媒体は、プラズマ発生エネルギー源が処理室の外で生成するプラズマである。プラズマはリモート・プラズマ源から反応器の処理室に導かれ、半導体ウエーハと作用して所望の装置製作プロセスを行なう。
【０００７】
ローカル発生プラズマは、プラズマ発生荷電電極がプラズマを発生できるプロセスガス媒体から処理室内で形成するプラズマである。エッチングおよび堆積用のプラズマ処理装置の従来の設計は、通常１３．５６ＭＨｚ電源や２．５ＧＨｚマイクロウエーブ源やこれらのエネルギー源の組み合わせを用いる。
【０００８】
従来のシステムでは、プラズマを発生する無線周波数電源を、ウエーハ・サセプタまたはチャックと呼ぶ導電性のウエーハ保持装置に電気的に接続する。無線周波数エネルギー源により、チャックおよびウエーハはウエーハの表面近くに無線周波数のプラズマを生成する。プラズマは半導体ウエーハの表面と作用する。
【０００９】
これらのシステムでは、ウエーハとチャックに対向しまたは平行にシャワーヘッド組立体があり、プラズマ発生ガスを反応器室内に注入する。チャックとシャワーヘッドの表面が平行であるため、これは平行面構成と呼ばれる。一般にシャワーヘッドは電気接地に接続する。
【００１０】
しかし設計によっては、シャワーヘッド組立体をプラズマを発生する無線周波数電源に接続し、チャックおよび半導体ウエーハを電気接地に接続してよい（すなわち、反応器の金属壁と同じポテンシャルにするために）。また別の構成では、ローカルおよびリモート・プラズマの組み合わせを用いてよい。これらの既知の構成では、すべてプラズマ・プロセスの柔軟性と能力を制限する厳しい制約がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
２枚の平行板電極だけを用いる方法は、その場で行なわれる室クリーニングの効率が低く、またプロセス制御の柔軟性が余り望ましくないという制約がある。詳しくいうと平行板構成では、プラズマ・プロセスの均一性やイオン衝突エネルギーの制御や調整をうまく行なうことができない。
【００１２】
更に、堆積膜のストレスと堆積速度と堆積均一性を十分に制御することができない。例えば、堆積膜のストレスのプラズマ・プロセス・パラメータを変化させると、堆積速度や均一性に悪い影響を与える。またその逆もある。更にこの型のシステムでは、エッチング速度、エッチング選択性、またはプラズマ強化ＲＩＥプロセスの非等方性を柔軟に制御することができない。
【００１３】
従って、従来のシステムの制約を克服してその場で行なわれる室クリーニングの効率を高め、プラズマ強化製作プロセスを適切に制御できるようなプラズマ製作プロセスが必要である。
【００１４】
既知の方法および装置より優れた柔軟な制御を行なうことのできる、プラズマ強化装置の製作のための方法および装置が必要である。詳しくいうと、プラズマ処理の均一性とプラズマの分布の制御や調整を改善するプラズマ強化装置製作の方法とシステムが必要である。
【００１５】
膜のストレスや堆積速度や堆積の均一性を十分にかつ柔軟に制御できるようなプラズマ製作の方法および装置が必要である。
【００１６】
更に、プラズマのエッチング速度や選択性やプラズマ強化エッチング・プロセスの非等方性を独立に制御できる方法およびシステムが必要である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
従ってこの発明は、半導体ウエーハの堆積またはエッチング・プロセス中または後に、プラズマ処理およびその場での製作反応器処理室のクリーニングを柔軟に行なうことができ、また従来のプラズマ処理の方法およびシステムに付随する欠点または制約を克服しまたは減少するような、多ゾーン・プラズマ処理方法を提供する。
【００１８】
この発明の一態様は多ゾーン・プラズマ処理方法であって、プラズマ堆積またはエッチングガスを製作反応器処理室に、断続すなわち時分割多重モードで流す段階を含む。更にこの方法は、プラズマ・クリーニングガス（またはガス混合）を処理室に断続すなわち時分割多重モードで流すことを含む。
【００１９】
要点は、プラズマ堆積またはエッチングガスを処理室に流すときはその場で行なわれるプラズマ・クリーニング用のガスは流さず、またはその逆を行なうということである。プラズマ堆積またはエッチングガスを流している間、第１プラズマ電極（またはプラズマ電極の組み合わせ）は活性化して処理室内にプロセス・プラズマを発生する。
【００２０】
これによりプラズマ強化エッチングまたは堆積プロセスが行なわれる。その場で行なわれるプラズマ・クリーニング用のガスを処理室に流すときは、効果的なその場でのクリーニングを行なうために、この方法はプラズマ電極の予め指定した組み合わせの１つまたは複数の無線周波数電源に電気的に接続する。
【００２１】
その結果、間欠的なプラズマ堆積またはエッチングおよびその場でのプラズマ・クリーニングが時分割多重すなわち断続モードで行なわれ、プロセスの均一性や繰返し性やプラズマ・プロセス・パラメータ制御の柔軟性を実質的に高める。
【００２２】
この発明は、プロセス堆積またはエッチング・プロセスの各種の可能な方法を提供する。均一な処理と効果的なその場でのクリーニングを行なうための所定のプロセス中に、１つまたは複数の電極の電気的接続構成を行なうことができる。
【００２３】
この発明の技術的利点は、製作反応器処理室内で、その場で行なわれる室クリーニングとプラズマ・プロセスの均一性および再現性とを共に著しく促進することである。例えばこの発明により、その場での室クリーニングとプラズマ・エッチングまたは堆積プロセスを間欠的に行なうことができる。
【００２４】
この発明によって行なうことのできるプロセスは、ハイブリッドのリモートおよびローカル・プラズマ処理、無線周波数マグネトロンおよび無線周波数非マグネトロンの混合プラズマ処理、多ゾーン多周波数プラズマ処理を含む。
【００２５】
この発明の別の顕著な技術的利点は、プラズマ・プロセス・パラメータの実時間制御能力を増すことである。これらのパラメータには、プラズマ・プロセスの均一性、プラズマ強化化学気相堆積で起こるような膜のストレス、プラズマ・エッチング処理中の側壁角すなわち非等方性の制御の等級などが含まれる。
【００２６】
またこの発明は、プラズマ堆積（またはエッチング）およびその場でのプラズマ・クリーニング・サイクルを非分割多重で行なうプラズマ・プロセスにも用いることができる。更にこの発明は、プロセスおよび装置のクリーニング・パラメータを最適化するために、プラズマ電極接続を実時間で操作することができる。
【００２７】
多重プラズマ電極を複数の無線周波数電源に接続することは実時間で制御できるので、主室壁の効果的なその場でのクリーニングとエッチングまたは堆積プロセスを断続または連続モードで均一にかつ繰り返し行なうことができる。
【００２８】
【実施例】
この発明の望ましい実施態様は各図を参照するとよく理解される。各図の同じおよび対応する部分には同じ番号を用いる。
【００２９】
この発明により単一ウエーハのプラズマ援助装置の製作が可能になるが、望ましい実施態様の多電極構成を用いれば多ウエーハ製作も行なうことができる。化学気相堆積（ＣＶＤ）やエッチングなどのプロセスは、処理室の各部および内面に副成物や堆積を残し勝ちである。
【００３０】
以前のプロセスで残された室の堆積物によって生じる１つの問題は、プロセスの均一性や再現性や粒子汚染への悪影響である。従来のプラズマ処理では、クリーニング・プロセス・パラメータ制御の高度の柔軟性を持って、その場で室のクリーニングを行なうことができない。
【００３１】
更に従来のプラズマ処理方法では、プラズマの均一性の制御とプラズマのパラメータ調整とがハードウエアおよびプロセスの能力、プラズマプロセッサの能力と機能を増すように柔軟に実時間で行なうことができない。
【００３２】
これらの結果を得るために、堆積またはエッチング・プロセス中または後で効果的なその場での室のクリーニングを行なうことができれば極めて都合がよい。望ましい実施態様は、このような効果的な本来のクリーニング・プロセスと、優れたプラズマ処理能力を持つ。
【００３３】
従来の単一ウエーハ・プラズマ処理室では、１３．５６ＭＨｚ電源が２枚の平行板の間にプラズマ放電を発生する。一方の板は、一般に半導体ウエーハを保持する無線周波数チャックである。他方は、プラズマ生成ガスを処理室へ送る金属シャワーヘッド組立体である。
【００３４】
ある設計では、半導体ウエーハを保持するチャックに通電し、シャワーヘッド組立体を電気接地に接続する。また別の設計では、シャワーヘッド組立体に通電し、チャックを接地する。これらの設計が持つ制約は、効果的なその場での室のクリーニングを行なうことができないことと、プラズマ・プロセスの均一性の制御が一般に非効率であるかまたはできないということである。
【００３５】
プラズマ・プロセスの均一性の制御ができない主な理由は、プラズマ処理中の各種のパラメータが相互に関係があるためと、プロセス制御パラメータに柔軟性がないためである。例えば従来のシステムでは、プラズマ・プロセスの均一性を調整する唯一の方法は、ＲＦ電力やガスの流量や圧力などプラズマに影響を与えるプロセス・パラメータを変えることである。
【００３６】
しかしこれらのパラメータを変えると、堆積やエッチング速度やプラズマによって起こる損傷などの他のプロセス・パラメータに悪い影響を与える可能性がある。この発明では、他の重要なプラズマ・プロセス・パラメータに悪い影響を与えずにプラズマ・プロセスの均一性を柔軟に調整することができる。
【００３７】
従って、この発明では効果的なその場での室のクリーニングと柔軟な制御ができるので、プロセスの再現性と均一性が増し、同時にプロセスの清潔さが増す。
【００３８】
以下に、望ましい実施態様がこの発明のこれらの目的をどのようにして達成するかを説明する。
【００３９】
図１は製作反応器プラズマ処理室１０を部分的に切り欠いた略図で、処理室蓋１４の上にはマグネトロン・モジュール１２も含まれる。処理室蓋１４はウエーハ温度を検知するための熱電対接続１６、２０などのコネクタ用貫通穴をいくつか備える。
【００４０】
例えば、熱電対接続１６により半導体ウエーハ２２の温度を検知することができる。処理室蓋１４を貫通してチャック２４に向かう他の貫通穴は、チャック電極線２６（以下に電極線Ｅ３ と記す）と、冷媒の入口２８と出口３０を含む。
【００４１】
メールダッド・Ｍ・モスレイ（Ｍｅｈｒｄａｄ Ｍ． Ｍｏｓｌｅｈｉ）により１９９０年８月１０日に出願され、テキサス・インスツルメント社に譲渡された米国特許出願番号０７／５６５，７６５には、チャック２４が更に詳細に記述されているので、参照文献としてここに引用する。
【００４２】
処理室蓋１４は、反応器外壁３２をシール領域３４で接合する。また蓋１４は、接触シール４０でプラズマ室継ぎ輪（ｃｏｌｌａｒ）３８に乗っている支持体３６を含む。また支持体３６は、囲いモジュール４４を支持してチャック２４を保持する棚４２を含む。
【００４３】
チャック２４の底面４６は、半導体ウエーハ２２と接触する。熱容量の低いピン４８、５０は半導体ウエーハ２２を支えてチャック２４と接触させる。熱容量の低いピン ４８、５０は、シャワーヘッド注入器５４を含むシャワーヘッド組立体５２で支持されている。
【００４４】
シャワーヘッド注入器５４により、プラズマ生成ガスはガス通路６０を通り、更に穿孔板５６を通って、シャワーヘッド注入器５４に流入することができる。更にリモート発生プラズマはプラズマ発生モジュール（図示せず）から処理環境６２に入り、処理を更に活性化する。
【００４５】
望ましい実施態様の穿孔された円筒形電極すなわちスクリーン６６がシャワーヘッド組立体５２を囲む。穿孔された円筒形電極すなわちスクリーン６６は、絶縁基体部６８と導電スクリーン部７０を含む。更に多極永久磁石モジュール７２を用いて室継ぎ輪３８を囲み、処理環境６２内のマグネトロンを強化してもよい。
【００４６】
望ましい実施態様の円筒形スクリーン電極６６を含むプラズマ処理環境のハードウエア構成は、無線周波数エネルギー源または電気接地に接続する３本の電極線を含む。これらは、穿孔された円筒形電極すなわちスクリーン６６への番号７４で示す電極線Ｅ１ と、シャワーヘッド組立体５２への番号７６で示す電極線Ｅ２ と、チャック２４に接続する、以前番号２６で示した電極線Ｅ３ とを含む。
【００４７】
図２は望ましい実施態様の切り欠き側面を示す詳細図で、テキサス・インスツルメント自動真空プロセッサ（ＡＶＰ）などの単一ウエーハ製作反応器プラズマ処理室内の実際の設計を示す。図２の番号で示す要素は、図１に説明した要素と同じ働きをし、相互接続をする。
【００４８】
図３は、望ましい実施態様の穿孔された円筒形すなわちスクリーン電極６６を更に詳細に示す。円筒形電極すなわちスクリーン６６は、テフロンやセラミック材料などの電気絶縁材料で製作した基体６８と、表面を陽極酸化したアルミニウムなどの導電材料で製作した上部すなわちスクリーン７０を含む。
【００４９】
スクリーン７０には通路７８などの多くの孔すなわち通路があり、プラズマは処理室壁に入って効果的な本来のクリーニングを行なうことができる。
【００５０】
望ましい実施態様では、円筒形電極６６はシャワーヘッド５２を囲む程度に大きく、かつプラズマ処理室継ぎ輪３８の直径内に収まる程度に小さくなければならない。絶縁（テフロン）基体６８はスクリーン電極７０を支持できるだけの強さがなければならず、プラズマ処理室１０内の他の電極導電要素からスクリーン電極７０を電気的に絶縁できる絶縁材料でなければならない。
【００５１】
スクリーン電極７０は、シャワーヘッド組立体５２とプラズマ・チャック２４との間のプラズマ処理環境６２の高さを完全に覆う高さを持つ穿孔された円筒である。電極線Ｅ１ ７４は絶縁基体６８を貫通して、スクリーン電極７０を無線周波数電源または電気接地に接続する。
【００５２】
どの接続モードを用いるかに従って、スクリーン電極７０はウエーハ処理およびその場で行なわれる室のクリーニングのためのプラズマ発生の各種のモードに重要な働きをする。
【００５３】
図４は、電極線Ｅ１ ７４をスクリーン電極７０に、Ｅ２ ７６をシャワーヘッド５２に、Ｅ３ ２６をチャック２４に接続した多電極／多周波数電気接続を示す。望ましい実施態様には他の周波数源を用いてもよいが、図４の電気回路図により基本的な概念を示すことができる。
【００５４】
Ｅ１ ７４から始まって、スイッチ８２は回転可能なコネクタ８４を含み、コネクタ８４は浮遊線接点８６、高周波（すなわち１３．５６ＭＨｚのＲＦ源）接点８８、低周波（すなわち１００ｋＨｚ源）接点９０、電気接地接点９２に係合できる。
【００５５】
浮遊線接点８６は電極線Ｅ１ ７４を浮遊リード線９４に接続し、スクリーン７０は外部と電気的に接続しないので、処理室１０内のプラズマに与える影響は最小である。接点８８は、電極線Ｅ１ ７４を高周波ＲＦチューナー９６に接続する。高周波ＲＦチューナー９６は制御入力９８を受け、電源１００から１３．５６ＭＨｚ電力信号を伝送する。
【００５６】
この接続により、円筒形スクリーン電極７０は１３．５６ＭＨｚプラズマを発生する。接点９０は線１０２を通してＥ１ ７４を低周波ＲＦチューナー１０４に接続する。低周波ＲＦチューナー１０４は制御入力１０６と１００ｋＨｚ電力入力１０８を受ける。
【００５７】
電極線Ｅ１ ７４を低周波ＲＦチューナー１０４に接続することにより、円筒形スクリーン電極７０は処理室１０内に１００ｋＨｚプラズマを発生する。接点９２は電極線Ｅ１ ７４を電気接地１１０に接続し、円筒形電極６６に近接するプラズマエネルギーを接地する。
【００５８】
シャワーヘッド組立体５２につながる電極線Ｅ２ ７６用のスイッチ１１２と、チャック２４につながる電極線Ｅ３ ２６用のスイッチ１１４も、スイッチ８２と同様に接続する。
【００５９】
詳しくいうと、スイッチ１１２の回転可能な接点１１６は、電極線Ｅ２ ７６を接点１１８を通して電気接地１１０に、接点１２０を通して低周波チューナー１０４に、接点１２４を通して高周波チューナー１２２に、接点１２８を通して浮遊線１２６に接続する。高周波チューナー１２２は、本質的に高周波チューナー９６と同じ動作をし、制御入力１３０と１３．５６ＭＨｚ電力入力１３２とを含む。
【００６０】
また、スイッチ１１４は選択可能な接点１３４を含み、低周波ＲＦチューナー１０４からの低周波ＲＦエネルギーのための接点１３６と、高周波ＲＦチューナー１２２からの入力のための接点１３８と、接点１４２を通して接地１４０への接続と、接点１４４を通して浮遊線１４６への接続とを行なう。
【００６１】
図４の多電極、２周波数／無線周波数接続により、多ゾーン・プラズマ処理が実質的に柔軟になり、また可能になる。２つの高周波源１００、１３２と１００ｋＨｚ低周波ＲＦ源１０８とを用いることにより、プラズマ処理およびその場で行なわれるクリーニングの多くの組み合わせができる。
【００６２】
３つの電極Ｅ１ 、Ｅ２ 、Ｅ３ のどれも、浮遊リード線、高周波ＲＦ源、低周波ＲＦ源、接地に、選択的に接続してよい。以下に、望ましい実施態様の多電極構成により実施できるプロセスの各種の接続を説明する。
【００６３】
製作プロセス方法１ 電極線Ｅ１ ７４を選択スイッチ８４により接点８６に接続して浮遊線９４に接続する。電極線Ｅ２ ７６をスイッチ１１６により接点１１８で接地１１０に、また電極線Ｅ３ ２６をスイッチ１３４により接点１３８を経由して高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。
【００６４】
これはプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）の従来のモードで、浮遊電極線Ｅ１ により円筒形スクリーン電極Ｅ１ の処理室１０内での影響は最小になる。
【００６５】
製作プロセス方法２ スイッチ８４を接点８８に回転して電極線Ｅ１ を高周波ＲＦチューナー９６に、スイッチ１１６を接点１１８に回転して電極線Ｅ２ を接地に、スイッチ１３４を接点１３８に回転して電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この接続により、処理室１０内で２重ゾーン・プラズマ処理ができる。
【００６６】
電極線Ｅ１ からの円筒形スクリーン電極６６および電極線Ｅ３ からのチャック２４の無線周波数電力は、プラズマ・プロセスの均一性が最適になりおよび／または膜のストレスが最小になるように調整する。このプロセスは、図９に示す別の実施態様のガスシャワーヘッド１８４などのように２つより大きいプラズマゾーンで実施してよい。
【００６７】
製作プロセス方法３ 電極線Ｅ１ を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ２ を接地に、電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この場合は、円筒形スクリーン電極６６は低周波プラズマを生成する１００ｋＨｚ電力を受け、無線周波数チャック２４は１３．５６ＭＨｚ電力信号を受けて均一性および／またはストレスを調節することによりＰＥＣＶＤ処理を強化する。
【００６８】
従ってこの方法を用いると、円筒形スクリーン電極６６は処理室１０内全体に拡散する濃い１００ｋＨｚプラズマを発生する。チャック２４のＲＦ周波数は、ウエーハに衝突するイオンエネルギーを調節する。つまり、イオンエネルギーを調整することによって層のストレスを制御することができる。
【００６９】
円筒形スクリーン電極６６が受ける電力により堆積やエッチング速度を独立に制御し、またチャック２４が受ける電力により層のストレスおよび／またはプロセスの均一性を制御することができる。
【００７０】
製作プロセス方法４ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を高周波ＲＦチューナー１２２に、電極線Ｅ３ を接地に接続する。これにより、ウエーハ上のイオン・エネルギーを減少して堆積またはエッチングを行なうことのできるプラズマ・プロセス環境を作る。
【００７１】
電極線Ｅ２ は１３．５６ＭＨｚ電力信号をシャワーヘッド組立体５２に与え、また円筒形スクリーン電極６６とチャック２４は接地されるので、イオン・エネルギーは減少し、従ってウエーハ２２の表面へのイオンの衝突は柔らかくなる。
【００７２】
製作プロセス方法５ 電極線Ｅ１ ７４を高周波ＲＦチューナー９６に、電極線Ｅ２ ７６を接地に、電極線Ｅ３ ２６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続する。このＰＥＣＶＤプロセスでは、円筒形スクリーン電極６６がプロセス・プラズマを発生し、チャック２４がイオン・エネルギーと発生した層のストレスを制御する。
【００７３】
この方法は上に述べたプロセス方法３と同様であるが、プロセス方法３では円筒形スクリーン電極６６が１００ｋＨｚ信号プラズマを受け、ＲＦチャック２４が１３．５６ＭＨｚ信号を受けてＰＥＣＶＤ処理を強化しストレスを制御する点が異なる。このプロセス方法５は本質的にプロセス方法３の接続を逆にしたものである。
【００７４】
従って、ＲＦチャック２４はウエーハ２２へのイオンの衝突を増加する低周波出力を生成する。プラズマ・プロセスによっては、強化したイオン衝突の方がむしろ望ましい。この場合には、プロセス方法５の方がプロセス方法３より望ましい。
【００７５】
製作プロセス方法６ 電極線Ｅ１ を高周波ＲＦチューナー９６に、電極線Ｅ２ ７６を接地に、電極線Ｅ３ ２６を浮遊状態にする。これにより円筒形スクリーン電極６６はＲＦメガトロン・プラズマを発生する。このプロセスでは、ほとんどイオンエネルギーを持たないリモート・マイクロウエーブ・プラズマを半導体ウエーハ２２に向けてよい。
【００７６】
製作プロセス方法７ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ３ ２６を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この方法のＰＥＣＶＤ処理は、シャワーヘッド組立体５２および円筒形スクリーン電極６６に連続的イオン衝突効果を与える。シャワーヘッド組立体５２および電極６６へのイオン衝突が最小なので、このプロセスは処理室の堆積を妨げるのに役に立つ。
【００７７】
製作プロセス方法８ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を浮遊線１２６に、電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この方法のＰＥＣＶＤプロセスでは、プラズマ・プロセスの均一性とイオン・エネルギーを変えることができる。
【００７８】
上に述べた製作プロセス方法１から８は、望ましい実施態様がプラズマ強化半導体装置製作中にプラズマ・プロセスの均一性と速度制御と層のストレス制御を最適にする著しい柔軟性を与えることを示す。
【００７９】
更に、電極線Ｅ１ ７４、Ｅ２ ７６、Ｅ３ ２６からそれぞれスイッチ８２、１１２、１１４を通して接地や浮遊や電源に実時間で接続できるので、プロセス・パラメータ制御の一層の柔軟性が得られる。
【００８０】
望ましい実施態様によりエッチングやその他のウエーハ製作プロセスに柔軟性が得られるだけでなく、この望ましい実施態様はその場で行なわれる室のクリーニングの柔軟性を著しく増す。詳しくいうと、望ましい実施態様により、ウエーハのエッチングおよび堆積プロセスと共に実時間の効果的なその場での室のクリーニングができる。
【００８１】
例えば望ましい実施態様により可能になるその場で行なわれるクリーニングは、二酸化珪素や窒化珪素やアモルファス珪素の堆積などの各ＰＥＣＶＤプロセスの後に行なってよく、処理室１０の内表面の残存堆積物を全て除去する。シャワーヘッド組立体５２および室継ぎ輪３８が、除去を必要とする残存堆積物または汚染を保持する。
【００８２】
これらの残存堆積物を除去するため、室クリーニング剤はアルゴンとＣＦ４ 、アルゴンとＮＦ３ 、アルゴンとＳＦ６ の組み合わせなどのプラズマを含んでよい。望ましい実施態様におけるその場で行なわれるクリーニングの各種の方法は、以下の電極接続を用いてよい。
【００８３】
クリーニング・プロセス方法１ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ３ ２６を接地に接続する。この構成により、プラズマが発生してシャワーヘッド組立体５２の表面に高エネルギーのエッチング・イオンが衝突して、シャワーヘッド組立体５２をクリーニングする。
【００８４】
クリーニング・プロセス方法２ 電極線Ｅ１ ７４を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ２ ７６および電極線Ｅ３ ２６を接地に接続する。この接続により、スクリーン電極６６を経て処理室１０内の処理室継ぎ輪３８をクリーニングするプラズマ環境が得られる。
【００８５】
クリーニング・プロセス方法３ 電極線Ｅ１ ７４とＥ２ ７６を接地に、電極線Ｅ３ ２６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続する。この接続により、ＲＦチャック２４に残存堆積物があれば全てクリーニングする。
【００８６】
クリーニング・プロセス方法４ 電極線Ｅ１ ７４を接地に、電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この構成により、シャワーヘッド組立体５２をクリーニングするプラズマ・エネルギーが強化される。
【００８７】
図５と図６は、それぞれ望ましい実施態様で用いられるマグネトロン永久磁石組立体７２の側面図および頂面図を示す。マグネトロン永久磁石組立体７２の高さ１５０は、処理室１０内のプロセス環境６２の高さを十分覆う高さである。
【００８８】
更に、マグネトロン永久磁石組立体７２の外径１５２は、組立体７２が反応器の容器壁３２内に収まる程度に小さく、その内径１５４は２つの磁石例えば磁石１５８と１５９の幅１５６を加えても永久磁石組立体７２が処理室継ぎ輪３８の周りに容易にはまる程度に大きい。
【００８９】
マグネトロン永久磁石組立体７２のこの実施態様における磁石例えば磁石１５８は放射状に３０゜離して設けられ、北極と南極がマグネトロンの外壁１６０に交互に接触する。すなわち、例えば磁石１５８の北極が壁１６０に接触しその南極がマグネトロン７２の内部に向いていれば、磁石１５８に隣接する磁石１６２の南極は外壁１６０に接触しその北極はマグネトロン７２の中心に向いている。
【００９０】
図５と図６の実施態様において、磁石１５８と１６２を３０゜離し、北極と南極を交互に外壁１６０に接触させることにより、外壁１６０の内径に沿って磁石を１２個設けることができる。
【００９１】
図７と図８は、それぞれこの発明の望ましい実施態様で用いてよい、別のマグネトロン永久磁石組立体１６４の側面図と頂面図である。図７においては、磁石例えば磁石１６６は垂直方向に設けられ、北極（または南極）１６８は壁１６９の上部にあり、南極（または北極）１７０は壁１６９の底部にあってこのマグネトロン永久磁石組立体１６４の基体１７２に接触する。
【００９２】
このマグネトロン組立体１６４は、上に述べた図５と図６のマグネトロン組立体７２と同様に空間的に制限される。従ってその外径１７４は反応器の容器壁３２内に収まる程度に小さくなければならず、その内径１７６は処理室継ぎ輪３８の周りにはまる程度に大きくなければならない。
【００９３】
図５と図６のマグネトロン７２では北極と南極が交互になっていたのとは異なり、マグネトロン１６４では全ての磁石は垂直に同じ方向に磁化されている。また磁石例えば磁石１６６の北極１６８にまたはその上には柔らかい鉄輪１７８があり、磁石１６６から磁界が伝播しないように制限する。
【００９４】
図５と図６のマグネトロン組立体７２と図７と図８のマグネトロン組立体１６４との一般的な違いは、それぞれの方向づけによって生じる磁束分布である。例えば、図５と図６のマグネトロン組立体７２は処理室継ぎ輪３８の内部に多極磁界を形成する。
【００９５】
図７の矢印１８２は、マグネトロン組立体１６４の垂直に方向づけられた磁石が作る上端から下端への磁束分布を示す。マグネトロン永久磁石組立体７２または１６４を使うと望ましい実施態様のスクリーン電極プラズマ濃度は強化されるが、この発明の本質的な目的からすると、これらを使うかどうかは任意である。
【００９６】
図９は、多ゾーン・プラズマ処理用の多重シャワーヘッド電極ゾーンを作るシャワーヘッド組立体５２の別の構成を示す。図９において、別のシャワーヘッド組立体１８４は同心円状のプラズマ電極輪、例えば外部同心輪１８６、中央同心輪１８８、内部ディスク１９０を含み、それぞれ外部シャワーヘッド電極線Ｅ２ ′１９２、中央電極線Ｅ３ ′１９４、内部電極線Ｅ４ ′１９６に接続する。
【００９７】
同心円状シャワーヘッド部分１８６、１８８、１９０を分離するのは、マコル（ｍａｃｏｒ） 、テフロン、セラミック、その他の電気絶縁材料で製作した絶縁材料１９８と２００である。
【００９８】
この構成では、３つのシャワーヘッド電極接続１８６、１８８、１９０の他にスクリーン電極６６とチャック２４があることに注意していただきたい。多ゾーン・プラズマ処理用のプラズマ電極は全部で５つある。シャワーヘッド電極への相対的な無線周波数電力を調整すれば、プラズマ・プロセスの均一性を最適にすることができる。
【００９９】
図１０は、二酸化珪素堆積用の望ましい実施態様を用いて、クリーニングおよびＰＥＣＶＤ処理を実時間で時分割多重化する動作を示す。例えば線２０２は、ｔ０ でゼロレベル２０４で始まるジエチルシラン（ＤＥＳ）ガスの流量を表わす。時刻ｔ１ で、流量は増加して流量高レベル２０６になる。また線２０８は、時刻ｔ０ で高レベル２１０で始まるＮＦ３ クリーニングガスの流量を表わす。
【０１００】
時刻ｔ１ で、ＮＦ３ ガス流量は低い（ゼロ）レベル２１２に落ちる。所定の時間ＤＥＳガスが流れた後、時刻ｔ２ でＤＥＳガスの流量は低すなわちゼロレベル２０４に再び落ち、ＮＦ３ クリーニングガスは高レベル２１０に戻る。この時点で室クリーニング・プロセスが始まり、時刻ｔ３ でクリーニングガスＮＦ３ の流量が低またはゼロレベル２１２に下がり、ＤＥＳは高レベル２０６に戻る。
【０１０１】
この型のガス流量の断続が起こるのは、ＲＦチャック２４への電極線Ｅ３ を高周波ＲＦチューナー１２２に接続し、シャワーヘッド５２への電極線Ｅ２ ７６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続し、円筒形スクリーン電極６６への電極線Ｅ１ を接地１１０に接続している間である。
【０１０２】
図１１の時間線の基本概念は図１０と同じで、ＴＥＯＳまたはＤＥＳと酸素とアルゴンの組み合わせと共に、ＮＦ３ と酸素とアルゴンを組み合わせたクリーニングガスを用いて時分割多重化または断続モードでＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積を行なう例を示す。
【０１０３】
図１１において、線２１４はＤＥＳまたはＴＥＯＳガスの流量を表わし、線２１６はアルゴンガスの流量を表わし、線２１８は酸素の流量を表わし、線２２０はＮＦ３ ガスの流量を表わす。線２２２は処理ガスが流れた結果生じる処理室１０内の全圧力を表わす。ガス流量が変化するのに対応して、線２２４、２２６、２２８はそれぞれ電極線Ｅ３ 、Ｅ２ 、Ｅ１ への無線周波数信号の変化を示す。
【０１０４】
時刻ｔ０ から始まって、ＤＥＳガスはゼロレベル２３０から高レベル２３２に上がり、アルゴンガスはゼロレベル２３３から高レベル２３４に上がり、酸素ガス流量はゼロレベル２３５から高レベル２３６に上がり、ＮＦ３ ガスレベルは変わらずにゼロレベル２３８のままである。処理室１０にガスが流れると、処理室圧力を示す圧力線２２２はレベル２４０に上がる。
【０１０５】
時刻ｔ０ での電極線Ｅ３ 、Ｅ２ 、Ｅ１ に関して述べると、ＲＦチャック２４への電極線Ｅ３ はレベル２４２で表わす１３．５６ＭＨｚ信号を受け、シャワーヘッド５２への電極線Ｅ２ は接地に接続し、電極線Ｅ１ はレベル２４６で表わすように高周波ＲＦチューナー９６からの１３．５６ＭＨｚ信号を受ける。この例示のプロセスのこの段階中、処理室１０の環境６２内にあるウエーハ表面２２には二酸化珪素が堆積してよい。
【０１０６】
時刻ｔ１ で、例示のプロセスのプロセス・パラメータが変化する。ＤＥＳ流量はゼロレベル２３０に戻り、電極線Ｅ３ は接地に接続して信号はゼロレベル２４８に落ち、電極線Ｅ１ は接地に接続してゼロレベル２５０へ落ちる。ガス流量が変化すると、圧力線２２２は一時的に小さな圧力低下２５２を示した後、急速に以前の圧力レベル ２４０に戻る（閉回路圧力制御器により）。
【０１０７】
時刻ｔ２ で、ＮＦ３ ガスを導入して処理室１０内でクリーニングが始まる。ＮＦ３ ガス流量は低すなわちゼロレベル２３８から高レベル２５４に上がる。円筒形スクリーン電極６６への電極線Ｅ１ は、低周波ＲＦチューナー１０４から１００ｋＨｚ信号を受ける。線２２８がレベル２４６へ上がったのはこの変化を表わす。この時、処理室１０内の圧力はレベル２５８への増加で示す小さな増加または上昇を示した後、急速に定常レベル２４０に戻る。
【０１０８】
時刻ｔ３ で、ＮＦ３ ガス流量、電極Ｅ１ への１００ｋＨｚ信号、電極Ｅ１ の電力がゼロレベルに戻ると、クリーニングは終わる。この時、圧力は一時的にレベル２５２に落ちた後、レベル２４０に戻る。
【０１０９】
時刻ｔ４ で、二酸化珪素堆積の第２サイクルが始まる。このプロセスでは、ＤＥＳガス線２１４はゼロレベル２３０から高レベル２３２に上がり、電極線Ｅ３ は高周波ＲＦチューナー１２２に接続し、電極線Ｅ１ は高周波ＲＦチューナー９６に接続する。他のプロセス・パラメータは全て変わらない。ガス流量のこの変化により、圧力は一時的に上昇２５８を示す。
【０１１０】
時刻ｔ５ で、ＤＥＳガスの流れが止まり、電極線Ｅ３ とＥ１ が接地に接続して１３．５６ＭＨｚ信号が止まるとこの第２堆積は終わる。圧力は再び低レベル２５２に落ちた後、定常状態レベル２４０に戻る。
【０１１１】
時刻ｔ６ で、ＮＦ３ ガス流量が低レベル２３８から高レベル２５４に上がり、電極線Ｅ２ が低周波ＲＦチューナー１０４からの１００ｋＨｚ信号に接続すると、第２クリーニング処理サイクルが始まる。時刻ｔ７ で、ＮＦ３ ガス流量がゼロレベル２３８に戻り、電極線Ｅ２ 電圧が接地１１０に戻ると、このその場で行なわれるクリーニング処理は終わる。ＮＦ３ ガスのれが止まると、処理室１０内の圧力は一時的にレベル２５２に落ちる。
【０１１２】
時刻ｔ８ で、第３堆積プロセス・サイクルが始まる。この第３堆積プロセスは、ＤＥＳガスがレベル２３２に上がり、電極線Ｅ３ が高周波ＲＦチューナー１２２に接続して１３．５６ＭＨｚ信号を受け、電極線Ｅ１ が高周波ＲＦチューナー９６に接続して同じく１３．５６ＭＨｚ信号を受けると始まる。
【０１１３】
ガスの流量が変化すると、処理室圧力は一時的にレベル２５８に上がる。この第３堆積プロセスが続いて時刻ｔ９ になると、ＤＥＳガス流量はゼロレベル２３０に戻り、電極線Ｅ３ は接地レベル２４８に戻り、電極線Ｅ１ は接地レベル２５０に戻る。この変化も、一時的な圧力低下２５２を起こす。
【０１１４】
時刻ｔ１０で、ＮＦ３ ガス流量がレベル２５４に上がり、電極線Ｅ１ が低周波ＲＦチューナー１０４に接続して１００ｋＨｚ信号を受けると、第３のその場で行なわれるクリーニング・プロセスが処理室１０内で起こる。一時的な圧力上昇２５８が起こるので、プラズマガスの流量が変化したことが分かる。時刻ｔ１１で、ＮＦ３ ガスが低レベル２３８に戻り、電極線Ｅ１ が接地ポテンシャル２５０に戻ると、クリーニング・プロセスは終わる。時刻ｔ１１での圧力低下２５２は、ＮＦ３ ガスの流量のこの変化の結果である。
【０１１５】
時刻ｔ１２で、ＤＥＳガス流量がレベル２３２になり、電極線Ｅ３ が高周波ＲＦチューナー１２２から１３．５６ＭＨｚ信号を受け、電極線Ｅ１ が高周波ＲＦチューナー９６から１３．５６ＭＨｚ信号を受けると、第４で最終の堆積プロセス・サイクルが始まる。このプロセス・サイクルは時刻ｔ１３で終わる。時刻ｔ１３では、ＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積もクリーニング処理も終わる。
【０１１６】
ＤＥＳガス流量はゼロレベル２３０に戻り、アルゴンガス流量２１６はレベル２３３に落ち、酸素ガス流量２１８はレベル２３５に落ち、ＮＦ３ ガス流量はレベル２３８のままであり、圧力はプロセス前の真空レベル２３９に落ち、電極Ｅ３ （線２２４）は接地ポテンシャル２４８に落ち、電極Ｅ２ は接地レベル２４４を保ち、電極Ｅ１ 線ポテンシャルは接地レベル２５０に落ちる。
【０１１７】
これで図１１のプロセスを完了する。上に述べたプロセスは、時分割多重化ＰＥＣＶＤプロセスと多電極プラズマ・プロセスによるその場で行なわれるクリーニングの例を示す。
【０１１８】
図１２から図１５までは、この発明の望ましい実施態様を用いて得られる１５０ｍｍウエーハ上の結果を示す。詳しくいうと図１２と図１３は、２つの異なるプロセス・パラメータの組を用いて生じたプロセスのＰＥＣＶＤ・ＤＥＳ酸化物堆積の均一性を測定した例を示す。図１２は、５００標準ｃｍ３ ／分（ＳＣＣＭ）のアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳを４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力でプラズマ処理室内に流した結果を示す。
【０１１９】
円筒形スクリーン電極６６は電極線Ｅ１ を経て接地に接続し、シャワーヘッド電極５２は電極線Ｅ２ を経て低周波ＲＦチューナー１０４から１０ワットの１００ｋＨｚ信号を受け、無線周波数チャック２４は電極線Ｅ３ を経て高周波ＲＦチューナー１２２などからの５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電力に接続する。次の表は、図１２に示すウエーハの測定結果に表われる統計的変動を示す。
【表１】
同様に図１３は、１００ＳＣＣＭのアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳガス流量を用いて１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力で行なったＰＥＣＶＤプロセスの後に得た測定値を示す。図１３のプロセスでは、円筒形スクリーン電極６６は浮遊状態であり、ＲＦチャック２４はＲＦチューナー１２２から５０ワットの１３．５６ＭＨｚ信号を受け、シャワーヘッド電極５２は接地に接続する。表ＩＩはこのプロセスで得られた統計的結果を示す。
【表２】
表ＩＩＩは、望ましい実施態様において２つの異なる圧力で、多ゾーン、多電極プラズマ・プロセスを用いて得られた堆積速度の例示的結果をオングストローム／分で示す。表に示すように、ＰＥＣＶＤプロセス圧力が高いほど堆積速度も高くなる。
【表３】
更に図１４と図１５は、望ましい実施態様の多ゾーン・プラズマ処理装置を用いて得られるＰＥＣＶＤ酸化物の厚さの均一性制御を示す。図１４のプロセスは、５００ＳＣＣＭのアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳを４００ Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力で用いたものである。
【０１２３】
円筒形スクリーン電極６６は接地に接続し、シャワーヘッド組立体５２は接地に接続し、ＲＦチャック２４は５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電源を受ける。表ＩＶはこのプロセスの統計的結果を示す。
【表４】
最後に図１５は、５００ＳＣＣＭのアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳを４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力で用いたプロセスの結果を示す。電極線Ｅ１ ７４はＲＦチューナー１０４などの１５ワットの１００ｋＨｚ低周波電源に接続し、電極線Ｅ２ ７６は接地に接続し、電極線Ｅ３ ２６はＲＦチューナー１２２などから５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電源を受ける。表Ｖは、この処理の統計的結果を示す。
【０１２５】
表に示すように、この多ゾーン・プラズマ発生を用いたＰＥＣＶＤプロセスを行なうと、表ＩＶの単一ゾーン・プラズマ堆積プロセスに比べて酸化物の厚さの均一性が改善される。多電極プラズマ構成により、全体のプロセスの均一性を最適にするための相対的なゾーン・プラズマ濃度の調整ができる。ＰＥＣＶＤ処理は全て約４００゜Ｃで行なわれたことに注意していただきたい。
【表５】
図１６は望ましい実施態様の多電極、多ゾーン・プラズマ処理方法および装置によって得られる装置の電気的結果を示す。詳しくいうと図１６は、望ましい実施態様においてＰＥＣＶＤ酸化物ゲート誘電体を備えたアルミニウム・ゲート金属酸化物半導体（ＭＯＳ）コンデンサの電気絶縁破壊の測定値を示す。図１６において、縦軸３００には０％から１００％までの百分率絶縁破壊を示す。
【０１２７】
横軸３０２には、コンデンサの絶縁破壊電界の測定値をメガボルト／ｃｍ単位で０ＭＶ／ｃｍから１４ＭＶ／ｃｍの範囲で示す。この例のコンデンサのプロセス要件仕様は、平均絶縁破壊が４ＭＶ／ｃｍより上でなければならないということである。図１６に示すように、１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力で形成したコンデンサの絶縁破壊電界は、一般に６から１０ＭＶ／ｃｍの範囲である。
【０１２８】
４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）のプロセスで形成したコンデンサの絶縁破壊電界は、約４から７ＭＶ／ｃｍの間である。一般に全ての絶縁破壊は、４ＭＶ／ｃｍという要件より上で起こっている。これらの結果から、望ましい実施態様の方法および装置から得られるＰＥＣＶＤ酸化物層の電気的品質は基準を満たすことを示す。
【０１２９】
この発明について上に述べた実施態様に関連して説明したが、この説明は制限的な意味に解釈してはならない。開示した実施態様の各種の変形やこの発明の別の実施態様が可能なことは、この説明を読めば、この技術に精通した人には明かである。従って特許請求の範囲は、この発明の真の範囲に含まれる各種の変形を含むものと見なす。
【０１３０】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１） プラズマ堆積またはエッチング・プロセス中に、均一なプラズマ処理と効果的なその場での製作反応器処理室のクリーニングを行なうための多ゾーン、多電極プラズマ処理方法であって、
プラズマ・プロセスガスを前記処理室に流し、
前記プラズマ・プロセスガス流の前記流れの間に、前記プラズマ・プロセスガスからプロセス・プラズマを発生して半導体ウエーハ上にプラズマ強化プロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化し、
前記処理室内にその場で行なわれるクリーニング用のガスを流し、
前記クリーニングガスの前記流れの間に、前記クリーニングガスからクリーニング・プラズマを発生してその場でのプラズマ援助室クリーニング・プロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化する、
段階を含むプラズマ処理方法。
【０１３１】
（２） 前記プラズマ・プロセスおよびその場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング段階は、連続的にかつ順次に行なわれる、第１項記載の方法。
（３） 前記プラズマ・プロセスおよびその場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング段階は時分割多重形式で行なわれる、第１項記載の方法。
（４） 前記プラズマ強化プロセス中に行なわれる前記半導体ウエーハに近接する前記プロセス・プラズマ密度を制御するための前記プラズマ電極活性化段階を可変制御する段階を更に含み、前記プロセス・プラズマ濃度調節はプラズマ・プロセス・パラメータを柔軟に調整することができる、第１項記載の方法。
【０１３２】
（５） 前記その場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング・プロセス段階中に行なわれる前記露出した処理室壁に近接する前記クリーニング・プラズマ密度を制御するための前記プラズマ電極活性化を可変制御する段階を更に含み、前記クリーニング・プラズマ濃度調節は処理室壁を柔軟にクリーニングすることができる、第１項記載の方法。
（６） 前記半導体ウエーハに近接するプロセス・プラズマ濃度および均一性を制御するための多重プラズマ電極を適切に配列する段階を更に含み、前記制御はプラズマ・プロセス・パラメータを柔軟に最適化することができる、第１項記載の方法。
【０１３３】
（７） 前記処理室壁に近接するクリーニング・プラズマ密度および分布を制御するための多重プラズマ電極を所定の構成にする段階を更に含み、前記制御は処理室壁のその場でのクリーニングを柔軟に行なうことができる、第１項記載の方法。
（８） 複数の非プラズマ・プロセスガスを処理室に流して前記プラズマガスまたは前記クリーニングガスと混合する段階を更に含む、第１項記載の方法。
（９） 第１プラズマ電極としてチャックを用いる段階を更に含む、第１項記載の方法。
【０１３４】
（１０） 第２プラズマ電極としてガスシャワーヘッドを用いる段階を更に含む、第１項記載の方法。
（１１） 第３プラズマ電極として周辺スクリーンを用いる段階を更に含む、第１項記載の方法。
（１２） 前記周辺スクリーン第３電極は円筒形の穿孔された電極である、第１１項記載の方法。
【０１３５】
（１３） プラズマ製作プロセス中に、均一なプラズマ処理とその場での製作反応器処理室壁のクリーニングを行なうためのシステムであって、
プラズマ・プロセスガスから堆積プロセス・プラズマを発生するための第１プラズマ電極と、
その場で行なわれるクリーニング用のガスからクリーニング・プロセス・プラズマを発生するための第２プラズマ電極と、
前記プラズマ・プロセスガスと前記その場で行なわれるクリーニング用のガスを断続モードで前記処理室に選択的に流すための制御可能なガス流れ装置と、
前記プラズマ・プロセス堆積ガスが流れ始めると前記第１プラズマ電極を活性化して、前記プラズマ・プロセスガスからプラズマを発生するための第１回路と、
前記その場で行なわれるクリーニング用のガスが流れ始めると前記第２プラズマ電極を活性化して、前記プラズマ・クリーニングガスを用いてその場でのプラズマ援助室クリーニングを行なうための第２回路と、
を含むシステム。
【０１３６】
（１４） 前記第１回路は、前記第１プラズマ電極を連続的にかつ順次に活性化する、第１３項記載のシステム。
（１５） 前記第２回路は、前記第２プラズマ電極を連続的にかつ順次に活性化する、第１３項記載のシステム。
（１６） 前記第１プラズマ電極を可変制御して前記半導体ウエーハに近接する前記プロセス・プラズマ濃度を可変制御するための回路を更に含み、前記第１プラズマ電極に関連する前記プロセス・プラズマ濃度制御回路は、プラズマ・プロセス・パラメータの調整を十分柔軟に行なうことのできる柔軟なプラズマ濃度制御を行なう、第１３項記載のシステム。
【０１３７】
（１７） その場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング・プロセス中に前記第２プラズマ電極活性化回路を可変制御して、前記反応器処理室壁に近接する前記その場で行なわれるクリーニング用のプラズマ濃度を制御するための回路を更に含み、前記第２プラズマ電極に関連する前記クリーニング・プラズマ濃度制御回路はその場で行なわれるクリーニング用のガス流量の変動とは独立にその場で行なわれるクリーニング用のプラズマ濃度を制御する、第１３項記載のシステム。
（１８） 前記反応器処理室壁に近接するプラズマ・プロセス濃度を制御するための第３プラズマ電極を更に含む、第１３項記載のシステム。
【０１３８】
（１９） 多重プラズマ電極の所定の構成を間欠的に活性化して、前記反応器処理室壁に近接するクリーニング・プラズマ濃度および分布を制御するための回路を更に含む、第１３項記載のシステム。
（２０） 前記多重プラズマ電極活性化回路を可変制御して、前記反応器処理室壁に近接する前記クリーニング・プラズマ濃度を制御するための回路を更に含み、前記第２プラズマ電極に関連する前記クリーニング・プラズマ濃度制御回路は、前記その場で行なわれるクリーニング用のガスの流量の変動とは独立にプラズマ濃度を制御する、第１９項記載のシステム。
【０１３９】
（２１） プラズマ堆積またはエッチング・プロセス中に、均一なプラズマ処理および効果的なその場での製作反応器処理室（１０）クリーニングを行なうための多ゾーン、多電極プラズマ処理方法であって、先ずプラズマ堆積またはエッチングガスを処理室（１０）に断続または連続モード（線２１４）で流し、次にプラズマ・クリーニングガスを処理室（１０）に断続モード（２２０）または連続モードで流す段階を含む。プラズマ処理ガスが流れ始めると、少なくとも１つのプラズマ電極（２４または５２）を断続的に活性化する（２２４）ことによって、この方法はプロセス・プラズマ媒体を発生してプラズマ強化堆積またはエッチングプロセスを行なう。更にプロセスガス流が止まっている間に、同じまたは異なる構成のプラズマ電極（６６）を断続的に活性化し、その場で行なわれるクリーニング用のプラズマを生成してプラズマ援助室クリーニングプロセスを行なう。この発明の多ゾーンプロセス処理方法により、１つまたは複数の無線周波数電源を用いて多重プラズマ電極を時分割多重または連続的に活性化し、半導体ウエーハ（２２）、処理室壁（３８）、ガスシャワーヘッド（５２）に近接するプラズマ濃度と均一性およびイオン・エネルギーを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
この発明と使用法と利点は、例示的な実施態様の説明を次の図面と共に参照すれば最もよく理解できる。
【図１】望ましい実施態様の概念を図示するための代表的な半導体ウエーハ処理反応器プラズマ処理室の簡単な略図である。
【図２】単一ウエーハ真空プロセッサ内のこの発明の望ましい実施態様を含む製作反応器処理室の詳細図である。
【図３】望ましい多電極実施態様のプラズマ処理スクリーン電極の等角図である。
【図４】望ましい実施態様で用いる各種の多電極／多周波数無線周波数接続を示す図。
【図５】マグネトロン・プラズマ強化によって望ましい実施態様の動作を強化する第１永久磁石モジュールの側面図である。
【図６】マグネトロン・プラズマ強化によって望ましい実施態様の動作を強化する第１永久磁石モジュールの頂面図である。
【図７】マグネトロン・プラズマ強化のための望ましい実施態様で用いることのできる第２永久磁石モジュールの側面図である。
【図８】マグネトロン・プラズマ強化のための望ましい実施態様で用いることのできる第２永久磁石モジュールの頂面図である。
【図９】この発明の望ましい実施態様における多電極および／または多周波数プラズマ処理のためのシャワーヘッド組立体を切断した図である。
【図１０】望ましい実施態様で用いる断続的酸化物ＰＥＣＶＤおよびその場で行なわれるクリーニング・プロセスのためのプラズマ時分割多重化を示す図。
【図１１】望ましい実施態様を用いた、散在するＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積とその場で行なわれるプラズマ・クリーニングのための代表的な時分割多重化（ＴＤＭ）動作を示す図。
【図１２】ＰＥＣＶＤ酸化物堆積の厚さの均一化形状を示す図。
【図１３】ＰＥＣＶＤ酸化物堆積の厚さの均一化形状を示す図。
【図１４】望ましい実施態様を用いたＰＥＣＶＤ酸化物堆積と２ゾーン・プラズマの均一化形状を示す図。
【図１５】望ましい実施態様を用いたＰＥＣＶＤ酸化物堆積と２ゾーン・プラズマの均一化形状を示す図。
【図１６】望ましい実施態様の方法と装置で製作した酸化物誘電体を備えるアルミニウム・ゲートＭＯＳコンデンサで行なったテスト結果を示す図。
【符号の説明】
１０ 処理室
１２ マグネトロン・モジュール
１４ 処理室蓋
１６、２０ 熱電対接続
２２ 半導体ウエーハ
２４ チャック
２６ チャック電極線Ｅ３
２８ 冷媒の入口
３０ 冷媒の出口
３２ 反応器外壁
３４ シール領域
３６ 支持体
３８ 処理室継ぎ輪
４０ 接触シール
４２ チャック２４の保持棚
４４ 囲いモジュール
４６ チャック２４の底面
４８、５０ ピン
５２ シャワーヘッド組立体
５４ シャワーヘッド注入器
５６ 穿孔板
６０ ガス通路
６２ 処理環境
６６ 円筒形スクリーン電極
６８ 絶縁基体
７０ スクリーン
７２ 永久磁石組立体
７４ 電極線Ｅ１
７６ 電極線Ｅ２
７８ 通路孔
８２ 電極線Ｅ１ 用スイッチ
８４ スイッチ８２のコネクタ
８６ 浮遊線接点
８８ 高周波接点
９０ 低周波接点
９２ 電気接地接点
９４ 浮遊リード線
９６ 高周波ＲＦチューナー
９８ 制御入力
１００ １３．５６ＭＨｚ電源
１０２ 線
１０４ 低周波ＲＦチューナー
１０６ 制御入力
１０８ １００ｋＨｚ電源
１１０ 電気接地
１１２ 電極線Ｅ２ 用スイッチ
１１４ 電極線Ｅ３ 用スイッチ
１１６ スイッチ１１２の接点
１１８ 電気接地接点
１２０ 低周波接点
１２４ 高周波接点
１２８ 浮遊線接点
１２２ 高周波ＲＦチューナー
１２６ 浮遊線
１３０ 制御入力
１３２ １３．５６ＭＨｚ電源
１３４ スイッチ１１４の接点
１３６ 低周波接点
１３８ 高周波接点
１４２ 電気接地接点
１４４ 浮遊線接点
１４０ 電気接地
１４６ 浮遊線
１５０ マグネトロン永久磁石組立体７２の高さ
１５２ マグネトロン永久磁石組立体７２の外径
１５４ マグネトロン永久磁石組立体７２の内径
１５６ 磁石の幅
１５８、１５９、１６２ 磁石
１６０ マグネトロンの外壁
１６４ マグネトロン永久磁石組立体
１６６ 磁石
１６８ 磁石の北極（または南極）
１６９ マグネトロン永久磁石組立体１６４の壁
１７０ 磁石の南極（または北極）
１７２ マグネトロン永久磁石組立体１６４の基体
１７４ マグネトロン永久磁石組立体１６４の外径
１７６ 内径
１７８ 鉄輪
１８０ マグネトロン永久磁石組立体７２の磁束分布
１８２ マグネトロン永久磁石組立体１６４の磁束分布
１８４ シャワーヘッド組立体
１８６ 外部同心輪
１８８ 中央同心輪
１９０ 内部ディスク
１９２ 電極線Ｅ２ ′
１９４ 電極線Ｅ３ ′
１９６ 電極線Ｅ４ ′
１９８、２００ 絶縁材料
２０２ ＤＥＳ流量
２０４ 流量ゼロレベル
２０６ 流量高レベル
２０８ ＮＦ３ 流量
２１０ 流量高レベル
２１２ 流量ゼロレベル
２１４ ＤＥＳまたはＴＥＯＳ流量
２１６ アルゴン流量
２１８ 酸素流量
２２０ ＮＦ３ 流量
２２２ 処理室内圧力
２２４ Ｅ３ 信号
２２６ Ｅ２ 信号
２２８ Ｅ１ 信号
２３０ ＤＥＳ流量ゼロレベル
２３２ ＤＥＳ流量高レベル
２３３ アルゴン流量ゼロレベル
２３４ アルゴン流量高レベル
２３５ 酸素流量ゼロレベル
２３６ 酸素流量高レベル
２３８ ＮＦ３ 流量ゼロレベル
２３９ 処理室内圧力低レベル
２４０ 処理室内圧力高レベル
２４２ Ｅ３ 信号高レベル（１３．５６ＭＨｚ）
２４４ Ｅ２ 信号低レベル
２４６ Ｅ１ 信号高レベル（１３．５６ＭＨｚ）
２４８ Ｅ３ 信号ゼロレベル
２５０ Ｅ１ 信号ゼロレベル
２５２ 処理室内圧力一時低下レベル
２５４ ＮＦ３ 流量高レベル
２５８ 処理室内圧力一時上昇レベル
２５９ Ｅ２ 信号高レベル
３００ 縦軸
３０２ 横軸
Claims (2)
- プラズマ堆積またはエッチング・プロセス中に、均一なプラズマ処理と効果的な製作反応器（ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ） 処理室（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒまたはｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ） のその場での（ｉｎ−ｓｉｔｕ） クリーニングを行なうための多ゾーン、多電極プラズマ処理方法であって、
プラズマ・プロセスガスを前記処理室に流し、
前記プラズマ・プロセスガス流の前記流れの間に、前記プラズマ・プロセスガスからプロセス・プラズマを発生して半導体ウエーハ上にプラズマ強化プロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化し、
前記処理室内にその場で行なわれるクリーニング用のガスと前記プラズマ・プロセスガスをプラズマ堆積またはエッチング・プロセス中に断続モードで処理室に流し、
前記クリーニングガスの前記流れの間に、前記クリーニングガスからクリーニング・プラズマを発生してその場でプラズマ援助（ｐｌａｓｍａ ａｓｓｉｓｔｅｄ）による室クリーニング・プロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化する、
段階を含むプラズマ処理方法。 - プラズマ製作プロセス中に、均一なプラズマ処理とその場での製作反応器処理室壁のクリーニングを行なうためのシステムであって、
プラズマ・プロセスガスから堆積プロセス・プラズマを発生するための第１プラズマ電極と、
その場で行なわれるクリーニング用のガスからクリーニング・プロセス・プラズマを発生するための第２プラズマ電極と、
プラズマ堆積またはエッチング・プロセス中に前記プラズマ・プロセスガスと前記その場で行なわれるクリーニング用のガスを断続モードで前記処理室に選択的に流すための制御可能なガス流れ装置と、
前記プラズマ・プロセス堆積ガスが流れ始めると前記第１プラズマ電極を活性化して、前記プラズマ・プロセスガスからプラズマを発生するための第１回路と、
前記その場で行なわれるクリーニング用のガスが流れ始めると前記第２プラズマ電極を活性化し、前記プラズマ・クリーニングガスを用いてその場でプラズマ援助による室クリーニングを行なうための第２回路と、
を含むシステム。
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