JP2000277498A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

プラズマエッチング装置

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JP2000277498A
JP2000277498A JP2000013923A JP2000013923A JP2000277498A JP 2000277498 A JP2000277498 A JP 2000277498A JP 2000013923 A JP2000013923 A JP 2000013923A JP 2000013923 A JP2000013923 A JP 2000013923A JP 2000277498 A JP2000277498 A JP 2000277498A
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JP
Japan
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electrode
substrate
plasma etching
plasma
gas
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Pending
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JP2000013923A
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English (en)
Inventor
Makoto Nawata
誠 縄田
Mamoru Yakushiji
守 薬師寺
Satoyuki Tamura
智行 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄(Fe)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)の金
属汚染とともにアルミニウム(Al)による金属汚染を防
止し、デバイス劣化を抑制するのに好適なプラズマエッ
チング装置を提供する。 【解決手段】アース電極の材料に炭化珪素を、載置電極
を覆っているカバーにアルミニウムを含まない絶縁材料
を用いてこれらの部品からのアルミニウムの発生を防止
し、デバイス劣化を抑制する。すなわち、真空処理室に
設けられた載置電極とアース電極及びプラズマ発生源を
備え、プラズマを利用して前記載置電極に載置された基
板をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置に
おいて、前記アース電極の材料を炭素または炭化珪素と
し、前記載置電極の基板載置部分以外の前記真空処理室
内に面する表面部分を、Siの化合物を含む絶縁材料で覆
ったことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する利用分野】本発明は、載置電極に載置さ
れた基板をプラズマを用いてエッチングするプラズマエ
ッチング装置に関するものである。本発明は、特に、塩
素ガス(Cl2)あるいは臭化水素ガス(HBr)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
あるいは臭化水素ガス(HBr)と酸素ガス(O2)の混合
ガスをエッチングガスとして用い、シリコンのエッチン
グを行うプラズマエッチング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、塩素ガス(Cl2)あるいは臭化水
素ガス(HBr)の単独ガスあるいは塩素ガス(Cl2)と酸
素ガス(O2)の混合ガスあるいは臭化水素ガス(HBr)
と酸素(O2)の混合ガスをエッチングガスとして用い、
シリコンのエッチングを行うプラズマエッチング装置と
して例えばマイクロ波プラズマエッチング装置が知られ
ている。
【0003】マイクロ波プラズマエッチング装置では、
接地電位にある電極(アース電極)の材料に基板への金
属(鉄(Fe)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni))汚染を
防止するために、アース電極の材料としてこれらの汚染
源を含む材料に代えて、アルミニウム(Al)を使用して
いる。また、塩素ガス(Cl2)プラズマあるいは臭化水
素ガス(HBr)プラズマによる電極の損傷、消耗を防止
するために、アルミニウム(Al)の表面にはさらに、陽
極酸化処理(アルマイト処理)している。また、載置電
極の損傷、消耗を防止するために、載置電極では、基板
を載置する部分以外が絶縁材料である酸化アルミニウム
(アルミナ)で覆われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマエッチ
ング装置では、エッチング処理室内の構成部品からのア
ルミニウム(Al)による金属汚染を考慮していないため
に、近年の高集積化が進んだデバイス、特に微細なゲー
ト構造を含むデバイスにおいて、エッチングにより基板
にアルミニウム(Al)による金属汚染が発生し界面順位
が増加するという問題が出始めている。
【0005】本発明の目的は、従来から問題となってい
る鉄(Fe)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)の金属汚染
とともにアルミニウム(Al)による金属汚染を防止し、
デバイス劣化を抑制するのに好適なプラズマエッチング
装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明者等が行った解析す
なわち、全反射蛍光X線分析装置による金属汚染の評価
により、アルミニウム(Al)の汚染源がアルミニウム
(Al)製のアース電極と載置電極を覆っているカバー
(アルミナ)であることがわかった。
【0007】このことより上記目的は、アース電極の材
料に炭化珪素を、載置電極を覆っているカバーにアルミ
ニウム(Al)を含まない絶縁材料を用いてこれらの部品
からのアルミニウム(Al)の発生を防止することによっ
て、解決できる。
【0008】本発明の特徴は、真空処理室に設けられた
載置電極とアース電極及びプラズマ発生源を備え、プラ
ズマを利用して前記載置電極に載置された基板をプラズ
マエッチングするプラズマエッチング装置において、前
記アース電極の材料を炭素または炭化珪素とし、前記載
置電極の基板載置部分以外の前記真空処理室内に面する
表面部分を、Siの化合物を含む絶縁材料で覆ったことに
ある。
【0009】本発明によれば、エッチング処理室の構成
部品からの金属汚染源(Fe、Cr、Ni、Al)の発生を防止
し、デバイス劣化を抑制することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図1、図2に
より説明する。図1は、マイクロ波プラズマエッチング
装置の断面図を、図2は図1のエッチング処理室の横断
面を示した図である。マグネトロン1から発振したマイ
クロ波は、導波管2を伝播しベルジャー3を介してエッ
チング処理室4に導かれる。エッチング処理室4は石英
製ベルジャー3、載置電極5、石英製電極カバー6及び
炭化珪素製アース電極7によって構成されている。載置
電極5の電極部分はアルミニウムを含む材料で構成され
ている。また、エッチング処理室4は、磁界発生用直流
電源8、ソレノイドコイル9、ガス供給装置10を備え
ている。
【0011】ガス供給装置10からエッチング処理室4
に供給されるガスは、磁界発生用直流電源8からソレノ
イドコイル9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プラズマ化される。プラ
ズマにより基板11のエッチングが行われる。エッチン
グ時の圧力は、真空排気装置12によって制御される。
基板11に入射するイオンのエネルギは載置電極5に高
周波電源13から供給される高周波電力によって制御さ
れる。
【0012】図3は、図1の装置によるエッチング前の
基板11の断面図である。基板11は、シリコン基板1
4の上に酸化膜15、多結晶シリコン16が形成されて
おり、多結晶シリコン16の上にはマスク17がパター
ニングされている。エッチングガスとしては、Cl2とO2
の混合ガスを用いる。そして、磁界とマイクロ波電界に
よってエッチングガスをプラズマ化し、プラズマ中のイ
オン及びラジカルにより載置電極5に載置された基板1
1の多結晶シリコン16をエッチングする。この時、基
板11に入射するプラズマ中のイオンのエネルギは高周
波電源13から供給される周波数800kHzの高周波電
力によって制御される。
【0013】図4は、エッチング後の基板11の断面図
である。多結晶シリコン16のエッチング終了後の酸化
膜15のエッチング時には、酸化膜15のエッチング量
を抑制するために高周波電源13から供給される高周波
電力を減少させて入射する該プラズマ中のイオンのエネ
ルギを低減させる。
【0014】本発明によれば、石英製電極カバー6と炭
化珪素製アース電極7を用いることにより、エッチング
時に電極カバー6とアース電極7から基板の金属汚染源
となる鉄(Fe)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)及びア
ルミニウム(Al)が発生するのを防止することができ
る。
【0015】このように、本発明によればエッチング処
理室の構成部品からの金属汚染源(Fe、Cr、Ni、Al)の
発生を防止することができる。
【0016】なお、本発明において、アース電極は電気
抵抗率が104Ω・cm以下の材料とするのが望ましい。こ
のような材料としては、例えば、石英あるいは窒化珪素
が挙げられる。
【0017】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。この実施例では、前記実施例と同様に、図1、2
に示すマイクロ波プラズマエッチング装置を使用して多
結晶シリコンのゲート構造をエッチングする。エッチン
グ前の基板11は、図3の断面図に示すように、シリコ
ン基板14の上に酸化膜15、多結晶シリコン16が形
成されており、多結晶シリコン16の上にはマスク17
がパターニングされている。エッチングガスとしてHBr
とO2の混合ガスを用い磁界とマイクロ波電界によってエ
ッチングガスをプラズマ化し、プラズマ中のイオン及び
ラジカルにより載置電極5に載置された基板11の多結
晶シリコン16をエッチングする。この時、基板11に
入射するプラズマ中のイオンのエネルギは高周波電源1
3から供給される周波数800kHzの高周波電力によっ
て制御される。
【0018】図4はエッチング後の基板11の断面図で
ある。多結晶シリコン16のエッチング終了後酸化膜1
5のエッチング量を抑制するために、高周波電源13か
ら供給される高周波電力を減少させて入射する該プラズ
マ中のイオンのエネルギを低減する。石英製電極カバー
6と炭化珪素製アース電極7を用いることにより、エッ
チング時に電極カバー6とアース電極7から、金属汚染
源となる鉄(Fe)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)及び
アルミニウム(Al)の発生を防止することができる。
【0019】このように、本発明によればエッチング処
理室の構成部品からの金属(Fe、Cr、Ni、Al)汚染源の
発生を防止することができる。
【0020】本発明のさらに他の実施例を図5、図6に
より説明する。図5は、マイクロ波プラズマエッチング
装置の断面図を、図6は図5のエッチング処理室の横断
面図を示したものである。マグネトロン18から発振し
たマイクロ波は導波管19をを伝播し石英製の窓20を
介してエッチング処理室21に導かれる。エッチング処
理室21は石英製内筒22、アルミニウム製の真空容器
23、載置電極24、石英製電極カバー25及び炭化珪
素製アース電極26によって構成されている。磁界発生
用直流電27からソレノイドコイル28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
てガス供給装置29から供給されるガスはプラズマ化さ
れる。プラズマにより基板30のエッチングが行われ
る。エッチング時の圧力は真空排気装置31によって制
御される。基板30に入射するイオンのエネルギは載置
電極24に高周波電源32から供給される高周波電力に
よって制御される。
【0021】先に記載した実施例と同様な手順で、基板
30のエッチングを行う。真空処理室内の構成材料とし
て、石英製電極カバー25と炭化珪素製アース電極26
を用いることにより、エッチング時に電極カバー25と
アース電極26から金属汚染となる鉄(Fe)、クロム
(Cr)、ニッケル(Ni)及びアルミニウム(Al)の発生
を防止することができる。
【0022】これにより、本発明によればエッチング処
理室の構成部品からの金属(Fe、Cr、Ni、Al)汚染を防
止することができる。
【0023】なお、本実施例では石英製電極カバーを用
いた場合の効果について説明したが、窒化シリコン製の
電極カバーを用いても同様な効果が得られる。
【0024】また、基板に入射するイオンエネルギーを
制御するためには、基板電極からアース電極がアースと
して明瞭に見えていること、換言するとアースが十分な
面積を有することが望ましい。図7に示すように、基板
の面積をWs、アース電極の面積をEsとしたとき、Es/
Ws>2 とするのが望ましい。基板の面積Wsが大きく
なれば、それに応じて望ましいアース電極面積Esも大き
くなる。なお、アース面積の観点からは、Es/Wsの上
限は特にないが、エッチング処理室の構造上の他の制約
によって限界が決まる。
【0025】また、図7に示したように、アース電極の
下端面は、基板電極の基板載置面とほぼ同じ高さ、ある
いは、載置面より若干下まで伸びているのが良い。一例
として、アース電極の高さhは、45mm〜70mm程
度である。従って、望ましい構成としては、アース電極
が全体として基板電極の基板載置面の半径方向外側斜上
方の位置において、真空処理室の内壁の一部を構成して
いるのが良い。
【0026】一方、本実施例で記載されている載置電極
に供給される高周波電力は、2Mz以下、好ましくは、
400KHz〜800KHzの範囲とするのが良い。ま
た、この高周波電力(13、32)が、時間変調バイア
スであっても同様な効果が得られる。
【0027】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
えばヘリコン(helicon Type)、TCP(Transform Cou
pledPlasma)においても同様な効果が得られる。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によればエッ
チング処理室の構成部品からの金属汚染源(Fe、Cr、N
i、Al)の発生を防止し、デバイス劣化を抑制すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例になるマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の縦断面図である。
【図2】図1のエッチング処理室の横断面図である。
【図3】図1の装置によるエッチング前の基板の断面図
である。
【図4】図1の装置によるエッチング後の基板の断面図
である。
【図5】本発明の他の実施例になるマイクロ波プラズマ
エッチング装置の縦断面図である。
【図6】図5のエッチング処理室の横断面図である。
【図7】本発明におけるアース電極と基板電極の基板載
置面の関係を示す図である。
【符号の説明】
1…マグネトロン、2…、導波管、3…ベルジャー、4
…エッチング処理室、5…載置電極、6…石英製電極カ
バー、7…炭化珪素製アース電極、8…磁界発生用直流
電源、9…ソレノイドコイル、10…ガス供給装置、、
11…基板、12…真空排気装置、13…高周波電源、
14…シリコン基板、15…酸化膜、16…多結晶シリ
コン、17…マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 智行 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Fターム(参考) 4K057 DA20 DB20 DD01 DD08 DE01 DE11 DM06 DM09 DM18 DM29 DN01 5F004 AA08 BA20 BB18 BC08 DA00 DA04 DA26 DB02 EB08

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空処理室に設けられた載置電極とアース
    電極及びプラズマ発生源を備え、プラズマを利用して前
    記載置電極に載置された基板をプラズマエッチングする
    プラズマエッチング装置において、 前記アース電極の材料を炭素または炭化珪素とし、前記
    載置電極の基板載置部分以外の前記真空処理室内に面す
    る表面部分を、Siの化合物を含む絶縁材料で覆ったこと
    を特徴とするプラズマエッチング装置。
  2. 【請求項2】真空処理室に設けられた載置電極とアース
    電極及びプラズマ発生源を備え、プラズマを利用して前
    記載置電極に載置された基板をプラズマエッチングする
    プラズマエッチング装置において、 前記アース電極は、前記載置電極の基板載置面の半径方
    向外側斜上方の位置において、前記真空処理室の内壁の
    一部を構成し、該アース電極の材料を炭素または炭化珪
    素とし、 前記載置電極の前記アース電極に対応する表面部分を、
    Siの化合物を含む絶縁材料で覆ったことを特徴とするプ
    ラズマエッチング装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載のプラズマエッチ
    ング装置において、前記アース電極を構成する材料の電
    気抵抗率が104Ω・cm以下であることを特徴とするプラ
    ズマエッチング装置。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3のいずれかに記載のプラ
    ズマエッチング装置において、前記アース電極を構成す
    る材料が石英あるいは窒化珪素であることを特徴とする
    プラズマエッチング装置。
  5. 【請求項5】請求項1ないし3のいずれかに記載のプラ
    ズマエッチング装置において、前記載置電極に高周波電
    源から100KHz〜2Mzの高周波電力を供給するこ
    とを特徴とするプラズマエッチング装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載のプラズマエッチング装置
    において、前記高周波電力が時間変調するよう構成され
    たものであることを特徴とするプラズマエッチング装
    置。
  7. 【請求項7】請求項1ないし3のいずれかに記載のプラ
    ズマエッチング装置において、前記基板の面積の大きさ
    に対応させて前記アース電極の面積を大きくしたことを
    特徴とするプラズマエッチング装置。
  8. 【請求項8】請求項7に記載のプラズマエッチング装置
    において、アース電極面積/基板面積を2以上としたこ
    とを特徴とするプラズマエッチング装置。
  9. 【請求項9】真空処理室に設けられた載置電極とアース
    電極及びプラズマ発生源を備え、塩素ガスの単独ガスあ
    るいは塩素ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガス
    として用い、ガス圧力3Pa以下で前記載置電極に載置さ
    れたシリコン基板をプラズマエッチングするプラズマエ
    ッチング装置において、 前記アース電極の材料を炭素または炭化珪素とし、前記
    載置電極の基板載置部分以外の前記真空処理室内に面す
    る表面部分を、Siの化合物を含む絶縁材料で覆ったこと
    を特徴とするプラズマエッチング装置。
  10. 【請求項10】真空処理室に設けられた載置電極とアー
    ス電極及びプラズマ発生源を備え、臭化水素ガスの単独
    ガスあるいは臭化水素ガスと酸素ガスの混合ガスをエッ
    チングガスとして用い、ガス圧力3Pa以下で前記載置電
    極に載置されたシリコン基板をプラズマエッチングする
    プラズマエッチング装置において、 前記アース電極の材料を炭素または炭化珪素とし、前記
    載置電極の基板載置部分以外の前記真空処理室内に面す
    る表面部分を、Siの化合物を含む絶縁材料で覆ったこと
    を特徴とするプラズマエッチング装置。
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