JPH0896990A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法Info
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- JPH0896990A JPH0896990A JP6229189A JP22918994A JPH0896990A JP H0896990 A JPH0896990 A JP H0896990A JP 6229189 A JP6229189 A JP 6229189A JP 22918994 A JP22918994 A JP 22918994A JP H0896990 A JPH0896990 A JP H0896990A
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- plasma processing
- processing apparatus
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 べルジャの局所的加熱やスパッタリングのな
い、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供す
る。 【構成】 マグネトロン１で励振したマイクロ波を導波
管２を経由してプラズマ生成チャンバ４に導入してヘリ
コン波を生成し、内周ソレノイドコイル６で伝播する。 【効果】 ＲＦアンテナを使用しないので、アンテナに
よる電界強度の不均一がない。このためプラズマ生成チ
ャンバがスパッタされることなく、安定したプラズマ処
理が可能となる。またプラズマ生成チャンバヒータ５を
設けることができるので、反応生成物の堆積を防止でき
る。
い、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供す
る。 【構成】 マグネトロン１で励振したマイクロ波を導波
管２を経由してプラズマ生成チャンバ４に導入してヘリ
コン波を生成し、内周ソレノイドコイル６で伝播する。 【効果】 ＲＦアンテナを使用しないので、アンテナに
よる電界強度の不均一がない。このためプラズマ生成チ
ャンバがスパッタされることなく、安定したプラズマ処
理が可能となる。またプラズマ生成チャンバヒータ５を
設けることができるので、反応生成物の堆積を防止でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等の製造工程
で用いるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関
し、さらに詳しくは、被処理基板に対し、高密度プラズ
マにより均一で低汚染のプラズマ処理を施す場合に用い
て好適な、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に
関する。
で用いるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関
し、さらに詳しくは、被処理基板に対し、高密度プラズ
マにより均一で低汚染のプラズマ処理を施す場合に用い
て好適な、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化、高性
能化が進展するにともない、その最小デザインルールは
サブハーフミクロンのレベルに達しつつあり、またプラ
ズマ処理の対象である被処理基板は、直径８インチを超
える大口径半導体基板や、大面積ＬＣＤパネルが採用さ
れつつある。
能化が進展するにともない、その最小デザインルールは
サブハーフミクロンのレベルに達しつつあり、またプラ
ズマ処理の対象である被処理基板は、直径８インチを超
える大口径半導体基板や、大面積ＬＣＤパネルが採用さ
れつつある。
【０００３】かかる大口径基板に対して、プラズマエッ
チングやプラズマＣＶＤ等のプラズマ処理を高精度かつ
均一に施す微細加工技術の確立が急務とされている。こ
のため、従来からの平行平板型ＲＩＥプラズマ処理装置
や、ＥＣＲプラズマ処理装置に替わり、ヘリコン波プラ
ズマ処理装置を始め、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）処理装置やＴＣＰ
（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓ
ｍａ）処理装置が検討されている。これら新プラズマソ
ースに関する総説は、例えば月刊セミコンダクター・ワ
ールド誌（プレスジャーナル社刊）１９９３年１０月号
５９ページに掲載されている。
チングやプラズマＣＶＤ等のプラズマ処理を高精度かつ
均一に施す微細加工技術の確立が急務とされている。こ
のため、従来からの平行平板型ＲＩＥプラズマ処理装置
や、ＥＣＲプラズマ処理装置に替わり、ヘリコン波プラ
ズマ処理装置を始め、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）処理装置やＴＣＰ
（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓ
ｍａ）処理装置が検討されている。これら新プラズマソ
ースに関する総説は、例えば月刊セミコンダクター・ワ
ールド誌（プレスジャーナル社刊）１９９３年１０月号
５９ページに掲載されている。
【０００４】これらのプラズマ処理装置は、無電極放電
であるＥＣＲプラズマ処理装置と比較して、所要設置ス
ペースの小さいＲＦアンテナや、０．０８７５Ｔ以下の
弱い磁場印加手段の採用というシンプルな装置構成のた
め、装置の小型化やクリーンルーム内の省スペース化に
寄与し得るメリットがある。これに加え、特にヘリコン
波プラズマ処理装置は、従来のプラズマ処理装置に比較
して、１０-1Ｐａ台の低圧下においても、１０13／ｃｍ
3 台の高密度プラズマが得られるメリットがある。この
特徴を活かし、装置の小型化や、大面積の被処理基板の
均一かつ高スループットのプロセス等への展開が期待さ
れる。
であるＥＣＲプラズマ処理装置と比較して、所要設置ス
ペースの小さいＲＦアンテナや、０．０８７５Ｔ以下の
弱い磁場印加手段の採用というシンプルな装置構成のた
め、装置の小型化やクリーンルーム内の省スペース化に
寄与し得るメリットがある。これに加え、特にヘリコン
波プラズマ処理装置は、従来のプラズマ処理装置に比較
して、１０-1Ｐａ台の低圧下においても、１０13／ｃｍ
3 台の高密度プラズマが得られるメリットがある。この
特徴を活かし、装置の小型化や、大面積の被処理基板の
均一かつ高スループットのプロセス等への展開が期待さ
れる。
【０００５】このヘリコン波プラズマ処理装置は、例え
ば米国特許第５，０９１，０４９号明細書に開示されて
いるように、石英やパイレックスのべルジャを巻回した
ループ状ＲＦアンテナと、ソレノイドコイルを主要構成
要素としている。この構成により、ループ状ＲＦアンテ
ナからべルジャ内にヘリコン波（ホイッスラ波）を生成
し、ヘリコン波からランダウダンピングの過程を経由し
て電子へエネルギを輸送してこれを加速し、高速電子を
処理ガス分子に衝突させて、高いイオン電流密度を得る
ことがヘリコン波プラズマソースの特徴である。ソレノ
イドコイルによる磁場は、生成したヘリコン波の伝播に
寄与するものである。
ば米国特許第５，０９１，０４９号明細書に開示されて
いるように、石英やパイレックスのべルジャを巻回した
ループ状ＲＦアンテナと、ソレノイドコイルを主要構成
要素としている。この構成により、ループ状ＲＦアンテ
ナからべルジャ内にヘリコン波（ホイッスラ波）を生成
し、ヘリコン波からランダウダンピングの過程を経由し
て電子へエネルギを輸送してこれを加速し、高速電子を
処理ガス分子に衝突させて、高いイオン電流密度を得る
ことがヘリコン波プラズマソースの特徴である。ソレノ
イドコイルによる磁場は、生成したヘリコン波の伝播に
寄与するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したヘリコン波プ
ラズマの生成過程においては、電界強度の大きいループ
状ＲＦアンテナ近傍のべルジャが局所的に加熱された
り、またその部分のべルジャ内壁が、処理ガスのイオン
により強くスパッタリングされる現象が指摘されてい
る。このため、チャンバの構成材料がプラズマ中に放出
され、被処理基板の汚染が発生する。またプラズマエッ
チングにおいては、べルジャ構成材料中の酸素の放出に
よる、反応生成物の過剰な堆積によるパターン変換差の
発生が見られる。さらにべルジャの損傷も装置のメンテ
ナンス上問題がある。
ラズマの生成過程においては、電界強度の大きいループ
状ＲＦアンテナ近傍のべルジャが局所的に加熱された
り、またその部分のべルジャ内壁が、処理ガスのイオン
により強くスパッタリングされる現象が指摘されてい
る。このため、チャンバの構成材料がプラズマ中に放出
され、被処理基板の汚染が発生する。またプラズマエッ
チングにおいては、べルジャ構成材料中の酸素の放出に
よる、反応生成物の過剰な堆積によるパターン変換差の
発生が見られる。さらにべルジャの損傷も装置のメンテ
ナンス上問題がある。
【０００７】そこで本発明の課題は、べルジャのスパッ
タリングによる損傷および不純物の放出のない、高密度
プラズマ処理装置を提供することである。
タリングによる損傷および不純物の放出のない、高密度
プラズマ処理装置を提供することである。
【０００８】また本発明の課題は、上記プラズマ処理装
置を用いて、被処理基板に対し高密度のプラズマ処理を
パターン変換差なく均一性よく、低汚染で施すことが可
能なプラズマ処理方法を提供することである。本発明の
上記以外の課題は、本願明細書および添付図面の説明に
より明らかにされる。
置を用いて、被処理基板に対し高密度のプラズマ処理を
パターン変換差なく均一性よく、低汚染で施すことが可
能なプラズマ処理方法を提供することである。本発明の
上記以外の課題は、本願明細書および添付図面の説明に
より明らかにされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置およびプラズマ処理方法は上記課題を解決するために
提案するものであり、マイクロ波導波管の一端に配設し
たマグネトロンと、このマイクロ波導波管の他端にマイ
クロ波導入窓を介して連接したプラズマ生成チャンバ
と、このプラズマ生成チャンバの周囲に配設したヘリコ
ン波伝播用磁場発生手段と、このプラズマ波生成チャン
バに連接し、内部に被処理基板を配置したプラズマ拡散
チャンバを具えてなることを特徴とする、プラズマ処理
装置である。
置およびプラズマ処理方法は上記課題を解決するために
提案するものであり、マイクロ波導波管の一端に配設し
たマグネトロンと、このマイクロ波導波管の他端にマイ
クロ波導入窓を介して連接したプラズマ生成チャンバ
と、このプラズマ生成チャンバの周囲に配設したヘリコ
ン波伝播用磁場発生手段と、このプラズマ波生成チャン
バに連接し、内部に被処理基板を配置したプラズマ拡散
チャンバを具えてなることを特徴とする、プラズマ処理
装置である。
【００１０】プラズマ生成チャンバの周囲には、プラズ
マ輸送用磁場発生手段をさらに有することが望ましい。
マ輸送用磁場発生手段をさらに有することが望ましい。
【００１１】またプラズマ生成チャンバの壁面加熱手段
を有することが望ましい。
を有することが望ましい。
【００１２】さらにまた、プラズマ拡散チャンバ内の少
なくとも１部に、Ｓｉ系材料を配設し、さらにこのＳｉ
系材料の加熱手段を有することが更に望ましい。
なくとも１部に、Ｓｉ系材料を配設し、さらにこのＳｉ
系材料の加熱手段を有することが更に望ましい。
【００１３】また本発明のプラズマ処理方法は、上述し
たプラズマ処理装置により、被処理基板に対し所定のプ
ラズマ処理を施すものである。
たプラズマ処理装置により、被処理基板に対し所定のプ
ラズマ処理を施すものである。
【００１４】
【作用】本発明のプラズマ処理装置のポイントは、ヘリ
コン波プラズマの励起パワー源として、マイクロ波帯域
（１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ）の高周波を用いる点にあ
る。すなわち、マグネトロンで発振したマイクロ波を、
マイクロ波導波管を経由し、マイクロ波導入窓を介して
プラズマ生成チャンバに導入することにより、ホイッス
ラー波を発生させる。この後ヘリコン波伝播用磁場発生
手段により生成したヘリコン波を、プラズマ生成チャン
バ内に一方向から伝播させるのである。ヘリコン波伝播
用磁場強度は、数ｍＴから数十ｍＴの範囲でよい。
コン波プラズマの励起パワー源として、マイクロ波帯域
（１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ）の高周波を用いる点にあ
る。すなわち、マグネトロンで発振したマイクロ波を、
マイクロ波導波管を経由し、マイクロ波導入窓を介して
プラズマ生成チャンバに導入することにより、ホイッス
ラー波を発生させる。この後ヘリコン波伝播用磁場発生
手段により生成したヘリコン波を、プラズマ生成チャン
バ内に一方向から伝播させるのである。ヘリコン波伝播
用磁場強度は、数ｍＴから数十ｍＴの範囲でよい。
【００１５】従来のヘリコン波プラズマ処理装置は、プ
ラズマ励起のパワー源として、１ＭＨｚないし数十ＭＨ
ｚオーダ迄のＲＦ帯域の周波数を使用していた。このた
め、導波管を用いたパワー輸送は困難であり、ループ状
ＲＦアンテナをべルジャの周囲に巻回して電磁誘導によ
りべルジャ内にヘリコン波を励起していた。そこでアン
テナ近傍の電界集中により、べルジャが局所的に加熱さ
れたり、べルジャ内壁がスパッタリングされて不純物を
放出したのであり、ＲＦアンテナ構造に起因する基本的
問題であった。
ラズマ励起のパワー源として、１ＭＨｚないし数十ＭＨ
ｚオーダ迄のＲＦ帯域の周波数を使用していた。このた
め、導波管を用いたパワー輸送は困難であり、ループ状
ＲＦアンテナをべルジャの周囲に巻回して電磁誘導によ
りべルジャ内にヘリコン波を励起していた。そこでアン
テナ近傍の電界集中により、べルジャが局所的に加熱さ
れたり、べルジャ内壁がスパッタリングされて不純物を
放出したのであり、ＲＦアンテナ構造に起因する基本的
問題であった。
【００１６】本発明のプラズマ処理装置によれば、基本
的にアンテナ構造を用いていないので、このようなスパ
ッタリングによるマイクロ波導入窓やプラズマ生成チャ
ンバ内壁のスパッタリングは発生しない。したがって、
不純物汚染は原理的に発生しないし、マイクロ波導入窓
やプラズマ生成チャンバ内壁の損耗もない。
的にアンテナ構造を用いていないので、このようなスパ
ッタリングによるマイクロ波導入窓やプラズマ生成チャ
ンバ内壁のスパッタリングは発生しない。したがって、
不純物汚染は原理的に発生しないし、マイクロ波導入窓
やプラズマ生成チャンバ内壁の損耗もない。
【００１７】またヘリコン波プラズマの生成機構が電磁
誘導によるものではないので、プラズマ生成チャンバの
材質の制限がなくなる。このため、プラズマ生成チャン
バ壁内に抵抗加熱等によるヒータを設け、プラズマ生成
チャンバ内壁への反応生成物の堆積を防止することも可
能となる。
誘導によるものではないので、プラズマ生成チャンバの
材質の制限がなくなる。このため、プラズマ生成チャン
バ壁内に抵抗加熱等によるヒータを設け、プラズマ生成
チャンバ内壁への反応生成物の堆積を防止することも可
能となる。
【００１８】プラズマ生成チャンバの周囲に配設したヘ
リコン波伝播用磁場発生手段のさらに外周に、プラズマ
輸送用磁場発生手段を配設すれば、プラズマ拡散チャン
バへのプラズマ輸送を効果的かつ均一に施すことが可能
である。
リコン波伝播用磁場発生手段のさらに外周に、プラズマ
輸送用磁場発生手段を配設すれば、プラズマ拡散チャン
バへのプラズマ輸送を効果的かつ均一に施すことが可能
である。
【００１９】本発明のプラズマ処理方法のポイントは、
上述したプラズマ処理装置を用いて、高密度プラズマに
より、大面積の被処理基板に対しても均一なプラズマ処
理を施す点にある。このためスパッタリングによる放出
不純物の影響のない、安定したプラズマ処理が可能とな
る。
上述したプラズマ処理装置を用いて、高密度プラズマに
より、大面積の被処理基板に対しても均一なプラズマ処
理を施す点にある。このためスパッタリングによる放出
不純物の影響のない、安定したプラズマ処理が可能とな
る。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００２１】実施例１ 本実施例は、マイクロ波励起によるヘリコン波プラズマ
エッチング装置を使用して、コンタクトホールを形成し
た例であり、これを図１および図３（ａ）〜（ｂ）を参
照して説明する。
エッチング装置を使用して、コンタクトホールを形成し
た例であり、これを図１および図３（ａ）〜（ｂ）を参
照して説明する。
【００２２】図１は本実施例のヘリコン波プラズマ処理
装置の概略構成例を示す図である。マグネトロン１で励
振されたマイクロ波は、マイクロ波導波管２を経由し、
石英等のマイクロ波導入窓３からプラズマ生成チャンバ
４内に入射する。プラズマ生成チャンバ４は、例えばＡ
ｌ系金属で形成し、抵抗加熱によるプラズマ生成チャン
バヒータ５を内蔵している。プラズマ生成チャンバ４で
生成したヘリコン波は、プラズマ生成チャンバ４の周囲
に巻回した内周ソレノイドコイル６の発生する磁場によ
り伝播し、さらに内周ソレノイドコイル６の周囲に巻回
した外周ソレノイドコイル７が発生する磁場によりプラ
ズマ拡散チャンバ８に輸送される。プラズマ拡散チャン
バ８の外周には、マルチポールマグネット９を配設し、
プラズマとプラズマ拡散チャンバ８の内壁との接触によ
るプラズマの消失を防止する。基板ステージ１１は、プ
ラズマ生成チャンバ４の中心軸上のプラズマ拡散チャン
バ内に配設し、ここに被処理基板１０を載置する。符号
１２は被処理基板１０に基板バイアスを供給する基板バ
イアス電源である。本装置はプラズマ拡散チャンバ８の
上壁面にＳｉプレート１３とＳｉプレート加熱ヒータ１
４を配設し、過剰のフッ素ラジカル（Ｆ* ）をスカベン
ジしている。なお同図では基板ステージ１１の温度制御
手段、被処理基板１０の固定手段、処理ガスの導入・排
気手段等の細部は図示を省略する。本プラズマ処理装置
によれば、ＲＦアンテナなしでホイッスラ波の生成が可
能であり、プラズマ生成チャンバ４やマイクロ波導入窓
３のスパッタリングによる汚染は原理的に発生しない。
装置の概略構成例を示す図である。マグネトロン１で励
振されたマイクロ波は、マイクロ波導波管２を経由し、
石英等のマイクロ波導入窓３からプラズマ生成チャンバ
４内に入射する。プラズマ生成チャンバ４は、例えばＡ
ｌ系金属で形成し、抵抗加熱によるプラズマ生成チャン
バヒータ５を内蔵している。プラズマ生成チャンバ４で
生成したヘリコン波は、プラズマ生成チャンバ４の周囲
に巻回した内周ソレノイドコイル６の発生する磁場によ
り伝播し、さらに内周ソレノイドコイル６の周囲に巻回
した外周ソレノイドコイル７が発生する磁場によりプラ
ズマ拡散チャンバ８に輸送される。プラズマ拡散チャン
バ８の外周には、マルチポールマグネット９を配設し、
プラズマとプラズマ拡散チャンバ８の内壁との接触によ
るプラズマの消失を防止する。基板ステージ１１は、プ
ラズマ生成チャンバ４の中心軸上のプラズマ拡散チャン
バ内に配設し、ここに被処理基板１０を載置する。符号
１２は被処理基板１０に基板バイアスを供給する基板バ
イアス電源である。本装置はプラズマ拡散チャンバ８の
上壁面にＳｉプレート１３とＳｉプレート加熱ヒータ１
４を配設し、過剰のフッ素ラジカル（Ｆ* ）をスカベン
ジしている。なお同図では基板ステージ１１の温度制御
手段、被処理基板１０の固定手段、処理ガスの導入・排
気手段等の細部は図示を省略する。本プラズマ処理装置
によれば、ＲＦアンテナなしでホイッスラ波の生成が可
能であり、プラズマ生成チャンバ４やマイクロ波導入窓
３のスパッタリングによる汚染は原理的に発生しない。
【００２３】次に本発明のプラズマエッチング方法の具
体例を図３（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。本実施
例で用いた試料は、例えば８インチ径のＳｉ等の半導体
基板２１上にＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜２２を７００
ｎｍの厚さに形成し、さらにコンタクトホール開口用の
レジストマスク２３を形成したものである。レジストマ
スク２３は化学増幅型レジストとエキシマレーザリソグ
ラフィにより０．２５μｍの開口幅に形成したものであ
る。図３（ａ）に示すこの試料を被処理基板とする。な
お図３（ａ）では不純物拡散層等の能動層は図示を省略
する。
体例を図３（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。本実施
例で用いた試料は、例えば８インチ径のＳｉ等の半導体
基板２１上にＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜２２を７００
ｎｍの厚さに形成し、さらにコンタクトホール開口用の
レジストマスク２３を形成したものである。レジストマ
スク２３は化学増幅型レジストとエキシマレーザリソグ
ラフィにより０．２５μｍの開口幅に形成したものであ
る。図３（ａ）に示すこの試料を被処理基板とする。な
お図３（ａ）では不純物拡散層等の能動層は図示を省略
する。
【００２４】この被処理基板１０を図１に示したプラズ
マ処理装置の基板ステージ１１上に載置し、一例として
下記条件により層間絶縁膜２２の露出部分のエッチング
をおこなった。 Ｃ4 Ｆ8 流量 １００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波電源パワー １５００ Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） 基板バイアス電源パワー ２００ Ｗ（２ＭＨｚ） 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 ２５０ ℃ Ｓｉプレート温度 ２５０ ℃ 本エッチング工程においては、高密度プラズマ中に大量
に生成するＣＦx + イオンにより、層間絶縁膜２２の高
速エッチングが進行し図３（ｂ）に示すようにコンタク
トホール２８が開口される。Ｃ4 Ｆ8 のようにカーボン
リッチなガスにおいては、ＣＦ系ポリマがチャンバ内壁
に堆積し、パーティクル汚染源となり易いものである。
しかし本実施例のプラズマ処理装置では、ＲＦアンテナ
によるプラズマ励起ではないので、プラズマ生成チャン
バ内壁の抵抗加熱ヒータを配設でき、２５０℃に加熱し
ているので堆積は見られない。またプラズマ中に大量に
生成する過剰のＦ* は、加熱したＳｉプレート１３の表
面で消費されるので、下層の半導体基板２１とのエッチ
ング選択比は５０以上となり、不純物拡散層のダメージ
がない。このＳｉプレートは加熱なしでもＦ* のスカベ
ンジ効果はある。さらにプラズマ生成チャンバ４の内壁
のスパッタリングがないので被処理基板１０の汚染がな
い。
マ処理装置の基板ステージ１１上に載置し、一例として
下記条件により層間絶縁膜２２の露出部分のエッチング
をおこなった。 Ｃ4 Ｆ8 流量 １００ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波電源パワー １５００ Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） 基板バイアス電源パワー ２００ Ｗ（２ＭＨｚ） 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 ２５０ ℃ Ｓｉプレート温度 ２５０ ℃ 本エッチング工程においては、高密度プラズマ中に大量
に生成するＣＦx + イオンにより、層間絶縁膜２２の高
速エッチングが進行し図３（ｂ）に示すようにコンタク
トホール２８が開口される。Ｃ4 Ｆ8 のようにカーボン
リッチなガスにおいては、ＣＦ系ポリマがチャンバ内壁
に堆積し、パーティクル汚染源となり易いものである。
しかし本実施例のプラズマ処理装置では、ＲＦアンテナ
によるプラズマ励起ではないので、プラズマ生成チャン
バ内壁の抵抗加熱ヒータを配設でき、２５０℃に加熱し
ているので堆積は見られない。またプラズマ中に大量に
生成する過剰のＦ* は、加熱したＳｉプレート１３の表
面で消費されるので、下層の半導体基板２１とのエッチ
ング選択比は５０以上となり、不純物拡散層のダメージ
がない。このＳｉプレートは加熱なしでもＦ* のスカベ
ンジ効果はある。さらにプラズマ生成チャンバ４の内壁
のスパッタリングがないので被処理基板１０の汚染がな
い。
【００２５】実施例２ 本実施例は、マイクロ波励起によるヘリコン波プラズマ
エッチング装置を使用して、高融点金属ポリサイド電極
を形成した例であり、これを図２および図４（ａ）〜
（ｂ）を参照して説明する。
エッチング装置を使用して、高融点金属ポリサイド電極
を形成した例であり、これを図２および図４（ａ）〜
（ｂ）を参照して説明する。
【００２６】図２は本実施例のヘリコン波プラズマ処理
装置の概略構成例を示す図である。本装置は基本的には
図１に示したプラズマ処理装置と同じ構成であり、プラ
ズマ生成チャンバ４の材質をＳｉＯ2 やＡｌ3 Ｏ3 等の
誘電体材料で構成した点と、同装置からＳｉプレート１
３とＳｉプレート加熱ヒータ１４を取り去った点のみが
図１の装置と異なる。他の構成部分は同じであるので重
複する説明は省略する。本プラズマ処理装置によって
も、ＲＦアンテナなしでホイッスラ波の生成が可能であ
り、プラズマ生成チャンバ４やマイクロ波導入窓３のス
パッタリングによる汚染は原理的に発生しない。
装置の概略構成例を示す図である。本装置は基本的には
図１に示したプラズマ処理装置と同じ構成であり、プラ
ズマ生成チャンバ４の材質をＳｉＯ2 やＡｌ3 Ｏ3 等の
誘電体材料で構成した点と、同装置からＳｉプレート１
３とＳｉプレート加熱ヒータ１４を取り去った点のみが
図１の装置と異なる。他の構成部分は同じであるので重
複する説明は省略する。本プラズマ処理装置によって
も、ＲＦアンテナなしでホイッスラ波の生成が可能であ
り、プラズマ生成チャンバ４やマイクロ波導入窓３のス
パッタリングによる汚染は原理的に発生しない。
【００２７】次に本発明のプラズマエッチング方法の具
体例を図４（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。本実施
例で用いた試料は、例えば８インチ径のＳｉ等の半導体
基板２１上にＳｉＯ2 からなるゲート絶縁膜２４、ｎ+
多結晶シリコン層２５、ＷＳｉx からなる高融点金属シ
リサイド層２６、ＳｉＯＮからなる反射防止膜２７およ
びレジストマスク２３を形成したものである。このレジ
ストマスク２３は化学増幅型レジストとエキシマレーザ
リソグラフィにより０．２５μｍのパターン幅に形成し
たものである。各層の厚さは、一例としてゲート絶縁膜
２４が１０ｎｍ、ｎ+ 多結晶シリコン層２５が７０ｎ
ｍ、高融点金属シリサイド層２６が１００ｎｍ、ＳｉＯ
Ｎからなる反射防止膜２７が２５ｎｍである。図４
（ａ）に示すこの試料を被処理基板とする。
体例を図４（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。本実施
例で用いた試料は、例えば８インチ径のＳｉ等の半導体
基板２１上にＳｉＯ2 からなるゲート絶縁膜２４、ｎ+
多結晶シリコン層２５、ＷＳｉx からなる高融点金属シ
リサイド層２６、ＳｉＯＮからなる反射防止膜２７およ
びレジストマスク２３を形成したものである。このレジ
ストマスク２３は化学増幅型レジストとエキシマレーザ
リソグラフィにより０．２５μｍのパターン幅に形成し
たものである。各層の厚さは、一例としてゲート絶縁膜
２４が１０ｎｍ、ｎ+ 多結晶シリコン層２５が７０ｎ
ｍ、高融点金属シリサイド層２６が１００ｎｍ、ＳｉＯ
Ｎからなる反射防止膜２７が２５ｎｍである。図４
（ａ）に示すこの試料を被処理基板とする。
【００２８】この被処理基板１０を図２に示したプラズ
マ処理装置の基板ステージ１１上に載置し、一例として
下記第１の条件により反射防止膜２７および高融点金属
シリサイド層２６のエッチングをおこなった。 Ｃｌ2 流量 ９５ ｓｃｃｍ Ｏ2 流量 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波電源パワー ２０００ Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） 基板バイアス電源パワー ８０ Ｗ（２ＭＨｚ） 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 ２５０ ℃ 本エッチング工程においては、高密度プラズマ中に大量
に生成するＣｌ +イオンにより、高融点金属シリサイド
層２６中のＷは蒸気圧の大きいオキシ塩化物ＷＣｌx Ｏ
y として、また高融点金属シリサイド層２６中のＳｉは
ＳｉＣｌx となってエッチングが進行する。これととも
に、Ｃｌを含むレジストマスク２３の分解生成物やＷ、
Ｓｉ、ＣやＯを含む副反応生成物が側壁保護膜（図示せ
ず）となり、異方性エッチングが進行する。
マ処理装置の基板ステージ１１上に載置し、一例として
下記第１の条件により反射防止膜２７および高融点金属
シリサイド層２６のエッチングをおこなった。 Ｃｌ2 流量 ９５ ｓｃｃｍ Ｏ2 流量 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波電源パワー ２０００ Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） 基板バイアス電源パワー ８０ Ｗ（２ＭＨｚ） 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 ２５０ ℃ 本エッチング工程においては、高密度プラズマ中に大量
に生成するＣｌ +イオンにより、高融点金属シリサイド
層２６中のＷは蒸気圧の大きいオキシ塩化物ＷＣｌx Ｏ
y として、また高融点金属シリサイド層２６中のＳｉは
ＳｉＣｌx となってエッチングが進行する。これととも
に、Ｃｌを含むレジストマスク２３の分解生成物やＷ、
Ｓｉ、ＣやＯを含む副反応生成物が側壁保護膜（図示せ
ず）となり、異方性エッチングが進行する。
【００２９】つぎに下記第２の条件に切り替えてｎ+ 多
結晶シリコン層２５の露出部分のエッチングをおこなっ
た。エッチング条件の切り替えは、ＷＳｉx のエッチン
グ時に観測される、Ｗの特性発光スペクトルである４０
１ｎｍあるいは４３０ｎｍの発光強度が減少しはじめる
時点とした。 ＨＢｒ流量 ９５ ｓｃｃｍ Ｏ2 流量 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波電源パワー ２５００ Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） 基板バイアス電源パワー ８０ Ｗ（２ＭＨｚ） 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 ２５０ ℃ 上記エッチング工程においては、ｎ+ 多結晶シリコン層
２５はＳｉＢｒx を形成して除去される一方、ＳｉＢｒ
x Ｏy による側壁保護膜（図示せず）を形成しながら異
方性エッチングが進行する。エッチング終了後のポリサ
イドゲート電極を図４（ｂ）に示す。
結晶シリコン層２５の露出部分のエッチングをおこなっ
た。エッチング条件の切り替えは、ＷＳｉx のエッチン
グ時に観測される、Ｗの特性発光スペクトルである４０
１ｎｍあるいは４３０ｎｍの発光強度が減少しはじめる
時点とした。 ＨＢｒ流量 ９５ ｓｃｃｍ Ｏ2 流量 ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波電源パワー ２５００ Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ） 基板バイアス電源パワー ８０ Ｗ（２ＭＨｚ） 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 ２５０ ℃ 上記エッチング工程においては、ｎ+ 多結晶シリコン層
２５はＳｉＢｒx を形成して除去される一方、ＳｉＢｒ
x Ｏy による側壁保護膜（図示せず）を形成しながら異
方性エッチングが進行する。エッチング終了後のポリサ
イドゲート電極を図４（ｂ）に示す。
【００３０】本実施例においては、ＲＦアンテナなしで
ホイッスラ波の発生が可能であるので、従来装置のよう
にプラズマ生成チャンバ４内壁のスパッタによる、プラ
ズマ生成チャンバ４の構成材料からの酸素放出の影響は
ない。このため、反応生成物の過剰な堆積によるパター
ン変換差のないパターニングが可能である。またプラズ
マ生成チャンバを２５０℃に加熱しているので、ポリサ
イドゲート電極パターニング時の側壁保護膜形成材料の
チャンバ内への堆積を防止でき、パーティクル汚染のな
いプラズマ処理ができる。
ホイッスラ波の発生が可能であるので、従来装置のよう
にプラズマ生成チャンバ４内壁のスパッタによる、プラ
ズマ生成チャンバ４の構成材料からの酸素放出の影響は
ない。このため、反応生成物の過剰な堆積によるパター
ン変換差のないパターニングが可能である。またプラズ
マ生成チャンバを２５０℃に加熱しているので、ポリサ
イドゲート電極パターニング時の側壁保護膜形成材料の
チャンバ内への堆積を防止でき、パーティクル汚染のな
いプラズマ処理ができる。
【００３１】以上本発明を２例の実施例により説明した
が、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではな
い。
が、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではな
い。
【００３２】例えば、プラズマ処理装置としてプラズマ
エッチング装置への適用を例示したが、プラズマアッシ
ング装置、プラズマＣＶＤ装置等、高密度のプラズマを
適用する表面処理装置全般に適用することが可能であ
る。
エッチング装置への適用を例示したが、プラズマアッシ
ング装置、プラズマＣＶＤ装置等、高密度のプラズマを
適用する表面処理装置全般に適用することが可能であ
る。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマ処理装置によれば、ＲＦアンテナを用いるこ
となく、ヘリコン波プラズマによる高イオン電流密度を
利用したプラズマ処理が可能となる。このためプラズマ
生成チャンバ内壁の局所的な加熱やスパッタリングが発
生せず、プラズマ生成チャンバの損傷がない。プラズマ
生成チャンバ内にヒータを内蔵できるので、反応生成物
の堆積がなく、パーティクル汚染のすくないプロセスが
可能である。
のプラズマ処理装置によれば、ＲＦアンテナを用いるこ
となく、ヘリコン波プラズマによる高イオン電流密度を
利用したプラズマ処理が可能となる。このためプラズマ
生成チャンバ内壁の局所的な加熱やスパッタリングが発
生せず、プラズマ生成チャンバの損傷がない。プラズマ
生成チャンバ内にヒータを内蔵できるので、反応生成物
の堆積がなく、パーティクル汚染のすくないプロセスが
可能である。
【００３４】また本発明のプラズマ処理方法によれば、
被処理基板に対し低汚染で、また過剰の反応生成物の堆
積もなく、制御性のよいプラズマ処理が可能となる。
被処理基板に対し低汚染で、また過剰の反応生成物の堆
積もなく、制御性のよいプラズマ処理が可能となる。
【図１】本発明を適用した実施例１のプラズマ処理装置
の概略断面図である。
の概略断面図である。
【図２】本発明を適用した実施例２のプラズマ処理装置
の概略断面図である。
の概略断面図である。
【図３】本発明を適用した実施例１のプラズマ処理方法
を、その工程順に説明するための概略断面図であり、
（ａ）は半導体基板上に層間絶縁膜とレジストマスクを
形成した状態、（ｂ）は層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成した状態である。
を、その工程順に説明するための概略断面図であり、
（ａ）は半導体基板上に層間絶縁膜とレジストマスクを
形成した状態、（ｂ）は層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成した状態である。
【図４】本発明を適用した実施例２のプラズマ処理方法
を、その工程順に説明するための概略断面図であり、
（ａ）は半導体基板上にゲート絶縁膜、多結晶シリコン
層間絶縁膜、高融点金属シリサイド層および反射防止膜
を順次形成し、さらにレジストマスクを形成した状態、
（ｂ）は高融点金属ポリサイドパターンが完成した状態
である。
を、その工程順に説明するための概略断面図であり、
（ａ）は半導体基板上にゲート絶縁膜、多結晶シリコン
層間絶縁膜、高融点金属シリサイド層および反射防止膜
を順次形成し、さらにレジストマスクを形成した状態、
（ｂ）は高融点金属ポリサイドパターンが完成した状態
である。
１ マグネトロン ２ マイクロ波導波管 ３ マイクロ波導入窓 ４ プラズマ生成チャンバ ５ プラズマ生成チャンバヒータ ６ 内周ソレノイドコイル ７ 外周ソレノイドコイル ８ プラズマ拡散チャンバ ９ マルチポールマグネット １０ 被処理基板 １１ 基板ステージ １２ 基板バイアス電源 ２１ 半導体基板 ２２ 層間絶縁膜 ２３ レジストマスク ２４ ゲート絶縁膜 ２５ ｎ+ 多結晶シリコン層 ２６ 高融点金属シリサイド層 ２７ 反射防止膜 ２８ コンタクトホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065
Claims (6)
- 【請求項１】 マイクロ波導波管の一端に配設したマグ
ネトロンと、前記マイクロ波導波管の他端にマイクロ波
導入窓を介して連接したプラズマ生成チャンバと、前記
プラズマ生成チャンバの周囲に配設したヘリコン波伝播
用磁場発生手段と、前記マイクロ波生成チャンバに連接
し、内部に被処理基板を配置したプラズマ拡散チャンバ
を具備してなることを特徴とする、プラズマ処理装置。 - 【請求項２】 プラズマ生成チャンバの周囲に配設し
た、プラズマ輸送用磁場発生手段をさらに有することを
特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３】 プラズマ生成チャンバの壁面加熱手段を
有することを特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理
装置。 - 【請求項４】 プラズマ拡散チャンバ内の少なくとも１
部に、Ｓｉ系材料を配設することを特徴とする、請求項
１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項５】 Ｓｉ系材料の加熱手段を有することを特
徴とする、請求項４記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項６】 請求項１記載のプラズマ処理装置によ
り、被処理基板に対し所定のプラズマ処理を施すことを
特徴とする、プラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6229189A JPH0896990A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6229189A JPH0896990A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0896990A true JPH0896990A (ja) | 1996-04-12 |
Family
ID=16888207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6229189A Pending JPH0896990A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0896990A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5988104A (en) * | 1996-07-30 | 1999-11-23 | Nec Corporation | Plasma treatment system |
| US6927173B2 (en) | 1996-04-26 | 2005-08-09 | Renesas Technology Corp. | Plasma processing method |
| KR101232198B1 (ko) * | 2011-08-09 | 2013-02-12 | 피에스케이 주식회사 | 플라스마 발생 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법 |
| CN106711006A (zh) * | 2015-11-13 | 2017-05-24 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 上电极组件及半导体加工设备 |
-
1994
- 1994-09-26 JP JP6229189A patent/JPH0896990A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6927173B2 (en) | 1996-04-26 | 2005-08-09 | Renesas Technology Corp. | Plasma processing method |
| US5988104A (en) * | 1996-07-30 | 1999-11-23 | Nec Corporation | Plasma treatment system |
| KR101232198B1 (ko) * | 2011-08-09 | 2013-02-12 | 피에스케이 주식회사 | 플라스마 발생 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법 |
| CN106711006A (zh) * | 2015-11-13 | 2017-05-24 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 上电极组件及半导体加工设备 |
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