DE4027341A1

DE4027341A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines plasmas

Info

Publication number: DE4027341A1
Application number: DE4027341A
Authority: DE
Inventors: Tae-Hyuk Ahn
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1991-12-19
Also published as: HK89997A; KR920001640A; US5087857A; TW198764B; GB2245416A; JPH0448726A; JPH0783016B2; GB2245416B; GB9022039D0; KR930004713B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Plasmas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 6.

Für Ätz- oder Abscheidungsvorgänge auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats wird im allgemeinen eine Halbleiterherstellungsvorrichtung für kommerzielle Zwecke verwendet. Bei einer Halbleiter-Substrat- Bearbeitungsvorrichtung, bei der ein hochdichtes Plasma mittels Magnetfelddrehung erzeugt wird, zeigt sich eine bessere Gleichmäßigkeit des Plasmas. Die bekannte Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas umfaßt ferner einen Mikrowellen- Wellenleiter sowie eine Rechteck-Rund-Umwandlungseinrichtung. Beide werden dann als Plasmabearbeitungsvorrichtung verwendet, die hinsichtlich der Plasmadichte eine verbesserte Gleichmäßigkeit aufzeigt (vgl. JP-PS 16 732/1990). Zur besseren Verdeutlichung zeigt Fig. 1 eine schematische Schnittansicht, die einen bekannten ECR (Electron Cyclotron Resonance)-Aufbau verdeutlicht.

Dieser Aufbau besteht im wesentlichen aus einer Kammer 4, an derem oberen Teil außenseitig eine Magnetspule 1, stirnseitig ein Mikrowellenleiter 2 und ein Gaseinlaß 8 vorgesehen sind. Die Mikrowellen dringen über ein Quarzfenster 3 im oberen Innenraum der Kammer 4 ein, wodurch Elektronen angeregt werden. Diese Elektronen bewegen sich dann in dem von der Spule erzeugten Magnetfeld um die Magnetfeldlinien mit der Elektronenzyklotronfrequenz. Die Ionen werden über einen Plasmafokussierring 5 in den unteren Teil der Kammer zu der auf einem Support 6 lagernden Halbleiterscheibe 7 geführt. Im Bodenteil der Kammer 4 ist ferner ein Gasauslaß 9 vorgesehen, der mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Pumpe in Verbindung steht.

Stehen die beiden Bewegungsfrequenzen miteinander in Resonanz, d. h. stimmen Elektronenzyklotronfrequenz und Mikrowellenfrequenz überein, so ist die Bewegungsenergie maximal. Ebenso kommt der Plasmaerzeugungswirkungsgrad zu einem Maximum. Die eine Bewegungsfrequenz (Elektronenzyklotronfrequenz) wird mit Hilfe des durch die Magnetspule erzeugten Magnetfeldes erhalten, während die andere durch die Frequenz der Mikrowelle bestimmt ist. Weist z. B. die Mikrowelle eine Frequenz von 2,45 GHz und das durch die Magnetspule erzeugte Magnetfeld eine magnetische Induktion von 875 Gauß auf, so tritt Resonanz auf. Da der Teil, bei dem Resonanz auftritt, normalerweise im Zentrum liegt und dessen Breite beschränkt ist, ist die Ionendichte im zentralen Teil des Plasmas hoch und in dessen Außenbereich niedrig. Nachdem das Plasma bei dieser bekannten Plasmaerzeugungsvorrichtung nach dem Heraustreten aus dem Ausströmfenster die Halbleiterscheibe erreicht, wird der Ätz- bzw. Abscheidungsvorgang bewirkt. Demzufolge ist der Ätzgeschwindigkeitsunterschied bzw. der Abscheidegeschwindigkeitsunterschied zwischen dem zentralen Teil der Halbleiterscheibe und dem peripheren Teil der Halbleiterscheibe groß.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung und das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine verbesserte Gleichförmigkeit des Durchschnitts der Ätz- bzw. Abscheidungsgeschwindigkeit an der Halbleiterscheibe auftritt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich anhand der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 6.

Die Erfindung zeigt beachtliche Vorteile. Da zur Vergleichmäßigung der Dichteverteilung des Plasmas einer Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Strommodulationssystems der eine hohe Ionendichte aufweisende Teil, bei dem ECR-Resonanz auftritt, radial verschoben werden kann, kann die Gleichmäßigkeit der Ätzgeschwindigkeit bzw. der Abscheidungsgeschwindigkeit bei der Halbleiterscheibe im Vergleich zu der bekannten, einen konstanten Strom vorsehenden Stromversorgung verbessert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, die das bekannte ECR-System verwendet;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Gleichstrom verdeutlicht, der der Magnetspule in Fig. 1 zugeführt wird;

Fig. 3 ein Blockdiagramm der Magnetspulenstrom- Erzeugungseinrichtung;

Fig. 4a bis 4d Diagramme von Spannungsverläufen, die im Funktionsgenerator der Magnetspulenstrom- Erzeugungseinrichtung erzeugt werden;

Fig. 5a bis 5d Diagramme von modulierten Strömen, die von der Magnetspulenstrom-Erzeugungseinrichtung der Fig. 3 erzeugt wurden;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Ionendichteverteilung des Inneren des mit Hilfe des ECR-Aufbaus erzeugten Plasmas wiedergibt;

Fig. 7 ein Diagramm, das eine verbesserte Ionendichteverteilung des Inneren des Plasmas wiedergibt, das von dem ECR-System unter Verwendung des Strommodulationssystems erzeugt wird;

Fig. 8 den Aufbau des ECR-Systems, falls für das Strommodulationssystem eine einzige Magnetspule Verwendung findet; und

Fig. 9 den Aufbau des ECR-System, falls für das Strommodulationssystem zwei Magnetspulen Verwendung finden.

Wie insbesondere nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 erläutert, wird gemäß der Erfindung der zur Magnetfelderzeugung der Magnetspule 1 zugeführte Strom einer Modulation unterzogen; d. h. anstelle des beim Stand der Technik verwendeten konstanten Stromes wird ein sich zeitlich ändernder Strom verwendet. Hierfür wird, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Spannungskombinations- bzw. -mischeinrichtung 11 verwendet, die eine modulierte Spannung durch Zusammensetzen einer Bezugsspannung einer Bezugsspannungsquelle 12 und der Ausgangsspannung eines Modulations-Funktionsgenerators 10 abgibt. Diese von der Spannungskombinationseinrichtung 11 abgegebene modulierte Spannung wird einer Stromquelle 13 zugeführt, so daß der von der Stromquelle 13 an die Magnetspule 1 abgegebene Strom eine entsprechende Modulationswellenform aufweist.

Für die Spule 1 zum Erzeugen des magnetischen Feldes kann eine einzige Spule oder aber ein komplexes Spulensystem Verwendung finden. Wird dieses komplexe Spulensystem 1, 1′ verwendet, so werden die in den Spulen 1, 1′ fließenden Ströme i₁ und i₂ entsprechend zueinander gesteuert. Sind in diesem Fall die variablen Ströme gegenphasig, so wird der Mischeffekt für Ionendichte maximiert.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird bei dem bekannten ECR-System ein Strom mit im wesentlichen konstantem Wert mit einem analogen Ausgangssignal des Systems am Eingang der Stromquelle erhalten. Da, wie aus Fig. 3 ersichtlich, beim erläuterten Ausführungsbeispiel die Stromquelle einen variablen Ausgangsstrom i(t) entsprechend dem Eingangsspannungssignal V₁ (im Spannungsbereich von etwa 0 bis 10 V) erzeugt, das von der Spannungskombinationseinrichtung 11 stammt, wird bei der Zufuhr dieses Stromes zur Magnetspule 1 ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt.

Da die Resonanz im Mittelteil des Plasmas stattfindet, ergibt sich die in Fig. 6 verdeutlichte Dichteverteilung des Plasmas; d. h. die Ionendichte ist im mittleren Teil hoch und im peripheren Teil gering, falls die Magnetspule 1 mit konstantem Strom gespeist wird.

Die Ausgangsspannung der Spannungskombinationseinrichtung 11 wird dem Eingang der Stromquelle 13 als Eingangsspannungssignal V₁ zugeführt, und da die Spannungskombinationseinrichtung 11 das Ausgangssignal V₂ des Funktionsgenerators 10 mit einer von der Bezugsspannungsquelle abgegebenen Standardspannung V₃ des Systems mischt, wird ein modulierter Strom i(t) erhalten, wie dies in den Fig. 5a bis 5d gezeigt ist. Die Spannungskombinationseinrichtung 11 besteht beispielsweise aus einer Schaltung mit mehreren aktiven Elementen.

Wie aus den Fig. 4a bis 4d sowie Fig. 7 ersichtlich, nimmt das Teil mit 875 Gauß, bei dem Resonanz auftritt, während der Zeitdauer 0 bis t₁ eine Form an, bei der in bezug auf die beiden seitlichen Erhöhungen in der Mitte eine Einbuchtung vorgesehen ist; d. h. das Mittelteil weist einen Wert auf, der 875 Gauß übersteigt, so daß die in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen F versehene Ionendichteverteilung erhalten wird.

Während des Zeitbereichs von t₁ bis t₂, bei dem das mittlere Teil nahe bei 875 Gauß liegt, ist die Ionendichte im Mittelteil sehr hoch, wie dies anhand der Kurve E in Fig. 7 dargestellt ist. Werden zu diesem Zeitpunkt das Tastverhältnis und die Frequenz des Modulations-Funktionsgenerators 10 geeignet festgelegt, so ergibt sich die in Fig. 7 anhand der Kurve G verdeutlichte Ionendichteverteilung; d. h. die Gleichmäßigkeit der Ätzgeschwindigkeit beim Ätzvorgang bzw. die Gleichmäßigkeit der Abscheidungsgeschwindigkeit beim Auftragvorgang wird verbessert.

Das Tastverhältnis t₁/t₂ liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 0,9 und die Frequenz in einem Bereich von 1/10 bis 10 Hz, falls die Induktivität der Magnetspule berücksichtigt wird.

Bezugszeichenliste

1 Magnetspule
2 Wellenleiter
3 Quarzfenster
4 Kammer
5 Plasma-Fokussierring
6 Halbleiterscheiben-Support
7 Halbleiterscheibe
8 Gaseinlaß
9 Gasauslaß
10 Modulations-Funktionsgenerator
11 Spannungskombinationseinrichtung
12 Bezugsspannungsquelle
13 Stromquelle
L-R Gesamtdurchmesser der Halbleiterscheibe
A, B, C, D Signalfluß
T Periodendauer

Claims

1. Plasmaerzeugungsvorrichtung mit

- einer Magnetspule (1) und
- einer Stromquelle (13), deren Ausgang mit der Magnetspule (1) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Spannungskombinationseinrichtung (11) vorgesehen ist, die eine Bezugsspannung (V₃) einer Bezugsspannungsguelle (12) und die Ausgangsspannung (V₂) eines Modulations-Funktionsgenerators (10) kombiniert und ein moduliertes Spannungssignal (V₁) erzeugt, das dem Eingang der Stromquelle (13) zugeführt wird, und
- daß die Stromquelle (13) der Magnetspule (1) einen Strom zuführt, der sich abhängig vom modulierten Spannungssignal (V₁) der Spannungskombinationseinrichtung (11) ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis des Modulations-Funktionsgenerators (10) im Bereich von 0,1 bis 0,9 und die Frequenz im Bereich von 1/10 bis 10 Hz liegt, so daß bei geeigneter Wahl des Tastverhältnisses und der Frequenz eine ebene Ionendichteverteilung in bezug auf den gesamten Durchmesser einer Halbleiterscheibe (7) vorliegt und die Ionendichte einen Mittelwert annimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Magnetspule (1′) vorgesehen ist und daß durch Mischen der von den beiden Magnetspulen (1, 1′) erzeugten Plasmaionendichteverteilungen sich eine im wesentlichen ebene Verteilung ergibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Magnetspule (1′) eine separate Stromquelle zum Liefern eines modulierten Stromes vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswellenform des Modulations- Funktionsgenerators (10) rechteckig, sägezahnförmig, dreieckförmig, sinusförmig oder dergleichen ist.

6. Verfahren zum Erzeugen eines Plasmas, bei dem einer Magnetspule einer Plasmaerzeugungsvorrichtung (ECR) zur Erzeugung eines Magnetfeldes ein Strom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom vor der Zufuhr zur Magnetspule einer Modulation zur Steigerung der Gleichmäßigkeit des Plasmas unterzogen wird.