JP2002533949A - プラズマリアクタにおける穿孔プラズマ閉じ込めリング - Google Patents

プラズマリアクタにおける穿孔プラズマ閉じ込めリング

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】 本発明は、半導体の基板を処理するためのプラズマ処理リアクタ装置に関する。この装置は、チャンバを備える。この装置は、さらに、第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源に結合されるように構成されたトップ電極と、第１のＲＦ周波数より低い第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源に結合されるように構成されたボトム電極とを備える。この装置は、また、チャンバの内壁に沿った絶縁シュラウドを有し、この絶縁シュラウドは、処理中において電気的に絶縁されるように構成されている。この装置は、さらに、ボトム電極の外周の外側に配置された穿孔プラズマ閉じ込めリングを備え、この穿孔プラズマ閉じ込めリングの上面は、基板の上面の下方に配置され、処理中には電気的に接地されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、半導体集積回路（ＩＣ）の製造に関する。本発明は、特に、基板の
表面上にエッチング形状（例えば、トレンチ、コンタクト、またはビア等）を形
成するＩＣの製造中に二酸化シリコン含有材料をエッチングするための改良され
た装置および方法に関する。
【０００２】 例えばフラットパネルディスプレイまたは集積回路等の半導体製品を製造する
にあたっては、デポジションやエッチングの工程が複数回利用される。デポジシ
ョンの工程では、基板の表面（ガラスパネルまたはウエハの表面等）上に材料が
堆積される。これに対してエッチングの工程は、基板表面上の既定の領域から材
料を選択的に除去するために利用される。このようなエッチングによって、基板
表面の誘電体層にエッチング形状を形成することができ、これらのエッチング形
状を金属で満たすと、導電経路が形成される。
【０００３】 エッチングの工程では、通常、下地層でエッチングする領域を規定するために
、フォトレジスト等の適切なマスク材で形成されたマスクを利用する。代表的な
フォトレジスト技術では、先ず、エッチングされる下地層上にフォトレジスト材
料を堆積させる。次いで、適切なリソグラフィシステムでフォトレジスト材料を
露光させ、さらにその材料を現像し、続くエッチングの工程を容易にするための
マスクを形成することによって、フォトレジスト材料のパターン形成を行う。適
切なエッチャントを使用すると、マスクで保護されていない下地層の領域が、適
切なエッチャントソースガスによってエッチングされるので、下地層内に、トレ
ンチ、コンタクト、ビア等のエッチング形状が形成される。
【０００４】 議論を容易にするため、図１に、マスク１２と、下地層１４と、基板１６とを
含んだ代表的な基板スタック１０を示した。上述したように、マスク１２は、フ
ォトレジストマスクを表しても良いし、ハードマスク材を含む任意の適切なマス
ク材で形成されても良い。下地層１４は、エッチングされる１つまたはそれ以上
の層を表す。議論を容易にするため、下地層は、ここでは誘電体層（例えば、ド
ープした、またはドープしていない二酸化シリコン含有層等）を表しているが、
特定の適用分野に応じ、例えば有機材料を含む任意のエッチング可能な材料で形
成されても良い。基板１６は、エッチングされる層の下に複数の層および形状を
含んでおり、半導体ウエハまたはガラスパネル自体を含んでいても良い。基板１
６の組成は、本発明の目的にとってほとんど無関係である。
【０００５】 マスク１２内には、マスクのパターニング工程で形成された開口部１８が示さ
れている。プラズマから生成されたエッチャントが、開口部１８を介して下地層
１４の材料と反応し、下地層内において形状（例えば、トレンチ、コンタクト、
またはビア等）のエッチングを行う。このエッチング工程において、エッチャン
トは、マスク１２の開口部１８を介して下地層１４を異方性エッチングすること
によって、直径２２（または幅）と深さ２４とを有したエッチング形状２０（例
えば、トレンチ、コンタクト、またはビア等）を形成する。直径（または幅）は
、形状のサイズを表す。
【０００６】 アスペクト比は、形状の深さとサイズとの比である。現在では、回路のさらな
る高密度化を図るために、よりいっそう厳しいデザインルールによる集積回路の
スケーリングが行われている。その結果、よりいっそう高アスペクト比の形状（
例えば、トレンチ、コンタクト、またはビア等）を得る必要、そして集積回路上
のデバイス間において実質的に垂直なプロフィルを得る必要が、着実に増してき
ている。例えば、高密度の集積回路を製造するにあたっては、０．１８ミクロン
という小ささのデザインルールを利用することも珍しくない。隣接したデバイス
同士の接近にともなって、高アスペクト比と均一なプロフィルとを得る必要も増
してきた。アスペクト比が高いと、形状のサイズ（直径または幅）が小型化され
るので、デバイス同士を接近して実装することが可能になるのである。また、プ
ロフィルが垂直であると、例えばピンチオフによるボイド等を被ることなしに、
次に堆積される金属材料によって適切にエッチング形状を満たすことができる。
【０００７】 以上から、さらに高いアスペクト比かつ縦方向に大きいプロフィルで形状をエ
ッチングするための、改良された方法および装置が必要とされていることがわか
る。
【０００８】
【発明の概要】
１つの実施形態において、本発明は、半導体の基板を処理するためのプラズマ
処理リアクタ装置に関する。この装置は、チャンバを備える。この装置は、さら
に、第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源に結合されるように構成されたト
ップ電極と、第１のＲＦ周波数より低い第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電
源に結合されるように構成されたボトム電極と、を備える。この装置は、また、
チャンバの内壁に沿った絶縁シュラウドを有し、この絶縁シュラウドは、処理中
において電気的に絶縁されるように構成されている。この装置は、さらに、ボト
ム電極の外周の外側に配置された穿孔プラズマ閉じ込めリングを備え、この穿孔
プラズマ閉じ込めリングの上面は、基板の上面の下方に配置され、処理中におい
て電気的に接地されている。
【０００９】 別の実施形態において、本発明は、処理中においてプラズマ処理リアクタの内
側で電子を接地させるための穿孔プラズマ閉じ込めリングデバイスに関する。こ
の装置は、内径と外径とを有した導電リングを備える。内径は、プラズマ処理リ
アクタの電極を取り囲むように採寸され、導電リングは、処理中において電気的
に接地されている。この装置は、さらに、導電リング内に設けられた複数の孔を
備える。これら複数の孔は、プラズマを実質的に閉じ込めるとともに、処理によ
る副生成ガスを通過させるように採寸されている。
【００１０】 さらに別の実施形態において、本発明は、半導体の処理において基板をエッチ
ングする方法に関する。この方法は、プロセスチャンバと、第１のＲＦ電源に結
合されたトップ電極と、第２のＲＦ電源に結合されたボトム電極と、接地された
穿孔プラズマ閉じ込めリングと、絶縁シュラウドと、プロセスガスと、基板と、
を備えたプラズマ処理リアクタを提供することを含む。この方法は、さらに、処
理チャンバの内側でプラズマが生成されるように、プロセスガスで処理チャンバ
を満たし、トップ電極によってプロセスガスを活性化させることを含む。この方
法は、また、穿孔プラズマ閉じ込めリングによってプラズマを接地させること、
そして、処理による副生成ガスを穿孔プラズマ閉じ込めリングの複数の孔を通し
て除去すること、を含む。
【００１１】 添付図面との関連で行う以下の本発明の詳細な説明から、本発明の上述したお
よびその他の特徴がさらに詳しく示される。
【００１２】 添付図面において、限定的ではなく例示的に本発明を示す。なお、この添付図
面においては、同様の構成要素には同様の番号体型が与えられている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に例示された幾つかの好ましい実施形態に関連して、本発明の
詳しい説明を行う。以下の説明では、本発明の徹底的な理解を促すために、多く
の項目を特定している。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、
これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施できる。そのほか、本発明
が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の工程動作の説明は省略した。
【００１４】 本発明の１つの態様にしたがうと、プラズマ処理リアクタに穿孔プラズマ閉じ
込めリングを導入することによって、二酸化シリコン層内に、高アスペクト比か
つ実質的に垂直なプロフィルを有したエッチング形状が形成される。ここで使用
される「エッチング形状」という用語は、例えばトレンチ、コンタクト、ビア等
を含むものとする。エッチングは、基板をプラズマ処理チャンバ内のチャック上
に配置した状態で行われる。プラズマ処理チャンバに導入されたプロセスガスは
、電極に供給されたＲＦ電力によって活性化される。このとき、ＲＦエネルギに
よってガスが解離され、プラズマが生成される。次いで、もう１つの電極に電力
が供給され、イオンが基板に向かって加速される。基板は、加速されたイオンと
、プラズマから生成されたエッチャントとによってエッチングされる。一般に、
プラズマの密度が高いと、イオンのエネルギは低くなる傾向にある。接地された
穿孔プラズマ閉じ込めリングをプラズマ処理チャンバ内に導入することによって
、プラズマからの電子を実質的に除去し、プラズマの密度を低減させて、イオン
のエネルギを増大させることができる。イオンエネルギが増大すると、エッチン
グの精度は向上する傾向にある。
【００１５】 別の実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、処理中の副生成ガス
を通過させるとともに、処理チャンバによって規定された体積内にプラズマを実
質的に閉じ込めるように採寸される。プラズマを処理チャンバの内側に閉じ込め
ることによって、基板の中心とエッジにおけるエッチング速度が実質的に同じで
あるような、さらに均一なエッチングが達成される。
【００１６】 別の実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、基板の汚染を生じる
ことなく効果的に副生成ガスを排出できるような、処理チャンバ内部の一位置に
配置されている。微粒子汚染は、副生成ガスの流れが妨害されることによって生
じるので、微粒子汚染の低減には装置の配置が重要な意味を持つ。
【００１７】 本発明の１つの実施形態にしたがって、プラズマ処理チャンバ内に絶縁シュラ
ウドを提供する。絶縁シュラウドは、チャンバの内壁に沿って提供される。絶縁
シュラウドは、電気的に絶縁されるように構成されることによって、チャンバの
壁を通してプラズマが接地されることを防止する。また、絶縁シュラウドには、
チャンバ内部の一定体積内にプラズマを閉じ込めるという目的もある。
【００１８】 本発明の特徴および従来技術に勝る利点をさらに議論するため、図２に、従来
技術によるプラズマ処理リアクタを示した。図２は、平行平板型リアクタ１００
を、チャンバの壁１０２とともに示している。チャンバの壁１０２は、接地され
ているか絶縁されているかのいずれかを選択可能である。トップ電極１０４は、
第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源１０６に結合されている。トップ電極
１０４は、複数のガス分布アパーチャ１０５を含む。しかしながら、これらのガ
ス分布アパーチャを、替わりまたは追加で、例えばチャンバの側壁等の他の位置
に配置しても良い。ガス分布アパーチャ１０５は、処理チャンバ内へのプロセス
ガスの移動を可能にする。トップ電極１０４は、トップシュラウド１０８によっ
て取り囲まれている。しかしながら、トップシュラウド１０８は任意であり、省
略することも可能である。ボトム電極１１０は、第２のＲＦ周波数を有した第２
のＲＦ電源１１２に結合されている。ボトム電極１１０は、基板１１４を固定す
る静電チャックを表す。フォーカスリング１１６は、ボトム電極１１０を取り囲
んでおり、酸化アルミニウム等のセラミック材料からなる。フォーカスリング１
１６は、特に基板の周辺部において、プラズマを基板に向けて集束させることに
よって、エッチングの均一性を向上させる。シリコンリング１１８は、基板１１
４のエッジを取り囲む。シリコンリングは、フォーカスリング１１６の酸化アル
ミニウムすなわちセラミック材料による基板１１４の汚染を防ぐ。
【００１９】 テフロン（登録商標）シュラウド１２０は、チャンバの壁１０２の内側に沿っ て設けられる。同心リング１２４とスペース１２６とを備えた閉じ込めリング１ ２２は、テフロンシュラウド１２０の内側において処理チャンバを取り囲む。閉 じ込めリング１２２は、ガスを逃がしてポート１２８から排出させる。閉じ込め リング１２２は絶縁されており、絶縁材料で形成されている。
【００２０】 プラズマ１３０は、処理中に形成され、トップ電極１０４と、基板１１４と、
フォーカスリング１１６と、シリコンリング１１８と、閉じ込めリング１２２と
によってチャンバ内に閉じ込められる。距離１３２は、トップ電極１０４を上下
に移動させることによって変更が可能である。トップ電極を上方に移動させると
、基板１１４をボトム電極１１０上に配置することが可能になり、下方に移動さ
せると、基板１１４の処理が可能になる。距離１３２は、処理中は既定の距離に
維持される。高さの調整は、スクリューリニアアクチュエータ（screw linear a
ctuator, 図示せず）を利用し、チャンバの上部全体を上下に移動させることに
よって行うことができる。
【００２１】 本発明の１つの態様にしたがうと、穿孔プラズマ閉じ込めリングを追加し、特
定の配置を行って、プラズマの密度を低減させることによって、イオンエネルギ
が増大される。本発明のこの態様に関する議論を容易にするため、図３に、平行
平板型リアクタ２００をチャンバの壁２０２とともに示した。チャンバの壁２０
２は、接地されているか電気的に絶縁されているかのいずれかを選択可能である
。トップ電極２０４は、約２７ＭＨｚの第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電
源２０６に結合されている。トップ電極２０５は、複数のガス分布アパーチャ２
０５を含む。しかしながら、これらのガス分布アパーチャを、替わりに、または
追加で、例えばチャンバの側壁等の他の位置に配置しても良い。ガス分布アパー
チャ２０５は、処理チャンバ内へのプロセスガスの移動を可能にする。トップ電
極２０４は、トップシュラウド２０８によって取り囲まれて良い。しかしながら
、トップシュラウド２０８はオプションであり、省略することも可能である。ボ
トム電極２１０は、約２ＭＨｚの第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源２１
２に結合されている。第２のＲＦ周波数は、第１のＲＦ周波数より低いべきであ
る。
【００２２】 この場合のボトム電極は、基板２１４を固定する静電チャックを表す。しかし
ながら、ボトム電極２１０は、例えばメカニカルタイプのチャックや真空チャッ
ク等の任意の適切なワークホルダを表すことができる。オプションであるフォー
カスリング２１６は、ボトム電極（静電チャック）２１０の外周を取り囲むよう
に配置され、酸化アルミニウム等のセラミック材料で形成される。フォーカスリ
ング２１６は、特に基板の周辺部においてプラズマを基板に向けて集束させるこ
とによって、エッチングの均一性を向上させる。オプションであるシリコンリン
グ２１８は、基板２１４のエッジを取り囲む。前述したように、シリコンリング
は、フォーカスリング２１６の酸化アルミニウムすなわちセラミック材料による
基板２１４の汚染を防ぐ。
【００２３】 絶縁シュラウド２２０は、電気的に絶縁されており、基板２１４のエッチング
中において、チャンバ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性の材
料で形成される。絶縁シュラウド２２０は、チャンバの内壁に沿って提供される
。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、電気的に接地されており、基板２１４
のエッチング中において、チャンバ内のプラズマによるエッチングに対してやは
り実質的に耐性の導体で形成される。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、複
数の孔２２４を設けることによって、副生成ガスを逃してポート２２６から排出
させる。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は、ボトム電極２１０の外周の外側
に配置されることが好ましく、フォーカスリングが存在する場合には、フォーカ
スリング２１６に接していることが好ましい。また、穿孔プラズマ閉じ込めリン
グ２２２を、基板２１４の上面の下方に配置することによって、基板２１４の上
方に配置した場合に生じる汚染の量が低減される。このような穿孔プラズマ閉じ
込めリングの配置は、エッチングの均一性にも寄与できると考えられる。
【００２４】 フォーカスリングとシリコンリングとが存在する場合は、処理中にプラズマ２
２８が生成され、トップ電極２０４と、基板２１４と、絶縁シュラウド２２０と
、穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２と、フォーカスリング２１６と、シリコン
リング２１８とによって規定される体積内に閉じ込められる。プラズマ２２８は
、チャンバの壁２０２から実質的に分離されていることが好ましい。トップ電極
とボトム電極との間の距離２３０は、処理前、処理中、そして処理後に調整する
ことが可能である。トップ電極２０４を上方に移動させると、基板２１４をボト
ム電極２１０上に配置することが可能になり、下方に移動させると、基板２１４
の処理が可能になる。距離２３０は、処理中は既定の距離に維持される。高さの
調整は、スクリューリニアアクチュエータ（図示せず）を利用し、チャンバの上
部全体を上下に移動させることによって行うことができる。第１のＲＦ電源を高
域フィルタ（図示せず）に結合すると、ボトム電極の第２のＲＦ電力が接地され
、トップ電極のＲＦ電力がブロックされる。第２のＲＦ電源を低域フィルタ（図
示せず）に結合すると、トップ電極のＲＦ電力が接地され、ボトム電極のＲＦが
ブロックされる。
【００２５】 図４は、本発明の１つの実施形態にしたがって、プラズマ処理リアクタ２００
を詳細に示した上面図である。基板２１４は、静電チャック（図示せず）によっ
てリアクタ２００内に固定されている。フォーカスリング２１６は、静電チャッ
クを取り囲んでいる。シリコンリング２１８は、基板２１４とフォーカスリング
２１６との間に配置された状態で示されている。紙面から突出する状態の絶縁シ
ュラウド２２０は、リアクタ２００の内壁に沿って提供されている。穿孔プラズ
マ閉じ込めリング２２２は、外周が絶縁シュラウド２２０に接した状態で示され
ている。しかしながら、穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２の外周を絶縁シュラ
ウド２２０の内周より外側に張り出させ、エッチング中において、絶縁シュラウ
ド２２０を穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２上に配置することも可能である。
フォーカスリングが存在する場合、穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２の内周は
フォーカスリング２１６の外周に接する。穿孔プラズマ閉じ込めリング２２２は
、複数の孔２２４を備える。ここで、前述した接触面では、穿孔プラズマ閉じ込
めリングとその隣接した構造との間に、充分細くてしかもプラズマを実質的に閉
じ込められるようなギャップが設けられても良いことに、注意が必要である。
【００２６】 さらに詳述すると、接地された穿孔プラズマ閉じ込めリングを導入することに
よって、電子をプラズマから接地点へと流すことが可能になる。穿孔プラズマ閉
じ込めリングを接地すると、チャンバから電子が除去されるので、プラズマの密
度が低下する。プラズマの密度の低下は、プラズマ内のイオンのエネルギを増大
させる傾向にある。理論に縛られることは本意ではないが、イオンエネルギが増
大すると、加速イオンが基板に衝突する際に基板表面に加わる衝撃が、増大する
と考えられる。このメカニズムによって、均一なプロフィルを実質的に維持する
とともに、サイズが小さい形状を高アスペクト比で形成することができると考え
られる。本発明では、穿孔プラズマ閉じ込めリングにＳｉＣを使用することが好
ましい。しかしながら、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、処理中においてチャン
バ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐性であり且つ／または金属
汚染を実質的に引き起こさない任意の導体から形成されても良いことを、明記し
ておく必要がある。１つの実施形態において、穿孔プラズマ閉じ込めリングの厚
さは約１／４インチ（６．３５ミリ）および約２インチ（５０．８ミリ）である
。穿孔プラズマ閉じ込めリングの厚さは、使用される材料および他の製造条件（
manufacturing concern）に依存する。
【００２７】 トップ電極と、絶縁シュラウドと、ボトム電極と、穿孔プラズマ閉じ込めリン
グとによってほぼ規定される体積内にプラズマを閉じ込めることによって、基板
の中心およびエッジにおけるエッチング速度が実質的に同じであるような、より
均一なエッチングを行うことができる。穿孔プラズマ閉じ込めリング内の孔は、
ポンピング装置に過度な要求を出すことなく副生成ガスを通過させるように採寸
されることが好ましい。それと同時に、穿孔閉じ込めリング内の孔は、上述した
体積内にプラズマを閉じ込めるようにも採寸されなければならない。こうするこ
とによって、汚染およびＲＦミスマッチの原因となる非閉じ込めの可能性を低減
するとともに、エッチング速度とエッチング均一性を最大限に実現することがで
きる。
【００２８】 穿孔プラズマ閉じ込めリングは、副生成ガスを排出してプラズマを実質的に閉
じ込めるのに効果的な数の孔を有することが好ましい。孔の形状は、どんな特定
の形状にも限定されず、円形、スロット状、同心円状等にパターン形成すること
が可能である。図５ａ〜５ｃには、本発明の好ましい実施形態にしたがって、３
種類の形状が示されている。１つの実施形態において、本発明は、約２，０００
個の円形の孔を穿孔プラズマ閉じ込めリングに利用する。図５ａは、円形の孔５
０２を有した穿孔プラズマ閉じ込めリング５００を示した図である。円形の孔の
サイズは可変であるが、好ましい範囲は直径が約１／１６〜約１／８インチ（約
１．５８〜約３．１７ミリ）であり、好ましくは直径が約３／３２インチ（約２
．３８ミリ）であることが判明している。別の実施形態では、約２００個のスロ
ット状の孔を穿孔プラズマ閉じ込めリングに利用する。図５ｂは、スロット状の
孔５０４を有した穿孔プラズマ閉じ込めリング５００を示した図である。スロッ
ト状の孔の幅は可変であるが、好ましい範囲は約１／８〜約１／３２インチ（約
３．１７ミリ〜０．７９ミリ）であり、好ましくは約1／１６インチ（約１．５
８）であることがわかっている。さらに別の実施形態では、約１０個の同心円状
の孔を穿孔プラズマ閉じ込めリングで利用する。図５ｃは、同心円状の孔５０６
を有した穿孔プラズマ閉じ込めリング５００を示した図である。同心円状の孔と
孔とのギャップは、約１／３２〜約１／８インチ（約０．７９〜約３．１７ミリ
）で良い。
【００２９】 穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は、重要なパラメータである。例えば、
開口率が２０％の場合のエッチング結果は許容不可能であるが、開口率が５０％
の場合はエッチングプロフィルが改善される。好ましい実施形態において、穿孔
プラズマ閉じ込めリングの開口率は、約２０％を上回る。好ましい実施形態にお
いて、穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約５０％である。一般に、開口部
の割合は、ガイドラインの記述の範囲内で個々のチャンバ設計に応じて設計する
べきであると考えられる。すなわち、充分な割合で開口部を設けることによって
、副生成ガスをターボ分子ポンプで効果的に取り除き、チャンバを望ましい圧力
に維持するとともに、穿孔プラズマ閉じ込めリングの構造的完全性（structural
integrity）を維持することと、さらに重要な、穿孔プラズマ閉じ込めリングの
上流側に実質的にプラズマを閉じ込める（副生成ガスの排出経路に沿って見られ
るように）こととの間で、バランスをとらなければならない。
【００３０】 穿孔プラズマ閉じ込めリングは、絶縁シュラウドの内周と静電チャックの外周
との間のギャップを実質的に満たすことによって、排出ガスのほぼ全てが穿孔プ
ラズマ閉じ込めリングを通り抜けるようにすることが好ましい。穿孔プラズマ閉
じ込めリングが絶縁シュラウドに接している場合は、穿孔プラズマ閉じ込めリン
グの外周を、絶縁シュラウドの内周にぴたりと合うように採寸する必要があり、
穿孔閉じ込めリングと絶縁シュラウドとの間にギャップがある場合は、やはりプ
ラズマを実質的に閉じ込められるように、充分に細いギャップを設ける必要があ
る。静電チャックの外周にはフォーカスリングを設けても良いが、フォーカスリ
ングは必ずしも常に必要なものではない。フォーカスリングとシリコンリングの
両方または片方が省かれた場合は、穿孔プラズマ閉じ込めリングの内周を、ボト
ム電極をぴたりと取り囲むように採寸することが好ましく、あるいは、穿孔プラ
ズマ閉じ込めリングとボトム電極との間に、やはりプラズマを実質的に閉じ込め
られるように、充分に細いギャップを設けることが好ましい。当該分野で周知の
ように、穿孔プラズマ閉じ込めリングとボトム電極との接触面は、電気的に絶縁
されている必要がある。
【００３１】 本発明の１つの態様において、穿孔プラズマ閉じ込めリングは、基板の汚染を
生じることなく効果的に副生成ガスを排出できるような、処理チャンバ内部の位
置に配置されている。基板の上方に配置すると、処理中に基板の汚染を生じやす
い。これは、このような構造によって、吸着された材料が接触する場所または面
が提供されるためである。時間が経過すると、吸着された材料が離れて基板上に
到達し、微粒子の汚染を引き起こす。したがって、穿孔プラズマ閉じ込めリング
の配置は、部分汚染の低減にとって重要な意味を持つ。穿孔プラズマ閉じ込めリ
ングは、基板の下流側に配置されることが好ましい。この好ましい構成は、基板
の上面とほぼ同じ高さ、または、より好ましくは基板の上面から約０〜４インチ
（約０〜１０１．６ミリ）の距離だけ下方に、穿孔プラズマ閉じ込めリングを配
置するものである。
【００３２】 本発明の１つの実施形態にしたがうと、絶縁シュラウドは、電気的に絶縁され
るように構成されることによって、プラズマがチャンバの壁を通して接地される
ことを防ぐ。また、絶縁シュラウドには、チャンバ内の特定の体積内にプラズマ
を閉じ込めるという目的もあるので、必要な体積にしたがって採寸することがで
きる。穿孔プラズマ閉じ込めリングに関して前述したように、プラズマの体積を
制御してプラズマを閉じ込めると、エッチングの垂直性が向上する傾向にある。
絶縁シュラウドは、チャンバ内のプラズマによるエッチングに対して実質的に耐
性の材料で形成されることが好ましい。ここで、この材料は電気的に絶縁されて
おり、したがって導体または絶縁体のいずれでも良いことに、注意が必要である
。絶縁シュラウドは、基板を過度に汚染せずともプラズマ環境に抵抗できるよう
な材料で形成する必要がある。１つの実施形態では石英を使用しているが、Ｓｉ
Ｃ、グラファイト、または米国デラウェア州所在のデュポン社によるＶｅｓｐｅ
ｌ（登録商標）等の他の材料を利用しても良い。
【００３３】 また、絶縁シュラウドは、処理チャンバから容易に取り除くことが可能である
。絶縁シュラウドが取り外し可能であると、汚れたシュラウドを洗浄している間
に清潔なシュラウドをチャンバ内に配置できるので、プラズマリアクタの稼働休
止時間を短縮することができる。絶縁シュラウドの内径は、絶縁シュラウドと穿
孔プラズマ閉じ込めリングとの間の（もし存在するならば）ギャップにプラズマ
を閉じ込められる範囲内で、穿孔プラズマ閉じ込めリングの外径より大きくまた
は小さく設定することができる。
【００３４】 別の実施形態において、平行平板型リアクタ内の電極の周波数は、本発明によ
る穿孔プラズマ閉じ込めリングと、二酸化シリコン層をエッチングする際のギャ
ップ距離と、の両方または一方に対して有利に働く周波数に設定される。プラズ
マ処理に使用される電力の周波数は、工程設計における重要な特徴の１つである
。本発明において、トップ電極の周波数は約２７ＭＨｚであり、ボトム電極の周
波数はトップ電極のそれより低く、約２ＭＨｚである。
【００３５】 二酸化シリコン含有層をエッチングする際のトップ電極とボトム電極との距離
は、約０．５〜２インチ（約１２．７〜５０．８ミリ）の範囲で調整可能である
。以下で述べるように、約２７ＭＨｚと２ＭＨｚの２種類の周波数と、約０．５
〜２インチ（約１２．７〜５０．８ミリ）のギャップと、開示した方法による穿
孔プラズマ閉じ込めリングの使用とを組み合わせることによって、二酸化シリコ
ン含有層を、驚くべき有利な結果でエッチングすることが可能になる。
【００３６】 本発明による特定の一つの適用例では、例えば二酸化シリコン含有層（例えば
、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、熱酸化膜等々）等の誘電体層を上に有した２００ｍｍの
基板を、前述したプラズマ処理リアクタシステムにおいてエッチングする。しか
しながら、本発明の対象は、特定サイズの基板に限定されない。マスク材はフォ
トレジスト層を表し、エッチャントはフッ化炭素含有ガス（例えば、Ｃ４Ｆ８等
のフッ化炭素ガス）を含む。
【００３７】 トップにおけるＲＦ電源のレベルは約１，０００ワットである。ボトムにおけ
るＲＦ電源のレベルは約２，０００ワットである。しかしながら、誘電体全体の
エッチング速度とフォトレジストの選択性とを適切にするため、そして、与えら
れたシステムと与えられた基板スタックとの両方または一方において望ましいエ
ッチングプロフィルを維持するために、これらのＲＦ電源のレベルを最適化して
も良い。
【００３８】 第１のＲＦ電源に結合された第１の電極は、摂氏約４０度の温度で動作し、第
２のＲＦ電源に結合された第２の電極は、摂氏約２０度の温度で動作する。ボト
ム電極は、Ｈｅによって冷却される。第１の電極と第２の電極の間のギャップは
、約２ｃｍである。
【００３９】 エッチング中における、前述したプラズマ処理リアクタシステム内の圧力は、
約３０ｍＴに維持される。アルゴンは約１５０標準立方センチメートル毎分（ｓ
ｃｃｍ）で処理チャンバに流入し、窒素は約２０ｓｃｃｍで、Ｃ４Ｆ８は約１２
ｓｃｃｍで、そして酸素は約４ｓｃｃｍで流入する。
【００４０】 本発明によって、小さい形状を高アスペクト比でエッチングできることがわか
る。本発明では、選択性とエッチング速度の両方または一方に大きな悪影響を及
ぼすことなく、従来技術による約４：１のアスペクト比を約８：１に向上させて
、サイズが０．２５ミクロンまたはそれ以下の形状をエッチングすることができ
る。また、プラズマを閉じ込めて、その体積を制御することによって、基板の中
心からエッジにかけて均一なエッチングを行うことができる。新しい発明による
もう１つの大きな利点は、穿孔プラズマ閉じ込めリングを基板の下流側に配置す
ることによって、微粒子汚染を低減し、エッチング均一性の向上に寄与できる点
にある。
【００４１】 以上では、本発明をいくつかの好ましい実施形態の形で説明したが、本発明の
範囲内で、種々の代替、置き換え、および等価物が可能である。例えば、以上で
は、二酸化シリコン含有層のエッチングを対象とした有利なエッチング手法を開
示したが、本発明によるプラズマ処理チャンバは、適切な既知のエッチャントお
よび適切なパラメータ（経験に基づいて決定することができる）を使用して任意
の層をエッチングするように構成することができる。また、本発明による方法お
よび装置を実現する代替の方法が数多く存在することにも注意が必要である。し
たがって、添付した特許請求の範囲は、このような代替、置き換え、および等価
物の全てを、本発明の真の趣旨および範囲内に含むものとして、解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基板層の断面図であり、二酸化シリコン層を含む代表的な半導体ＩＣのエッチ
ングが行われる層を表している。
【図２】 従来技術によるプラズマ処理リアクタの概略図である。
【図３】 本発明による強化を経たプラズマ処理リアクタの概略図である。
【図４】 本発明による強化を経たプラズマ処理リアクタの上面図である。
【図５ａ】 穿孔プラズマ閉じ込めリングに適用される様々なグリッド設計を、本発明の実
施形態にしたがって示した図である。
【図５ｂ】 穿孔プラズマ閉じ込めリングに適用される様々なグリッド設計を、本発明の実
施形態にしたがって示した図である。
【図５ｃ】 穿孔プラズマ閉じ込めリングに適用される様々なグリッド設計を、本発明の実
施形態にしたがって示した図である。
【符号の説明】
１０…基板スタック １２…マスク １４…下地層 １６…基板 １８…開口部 ２０…エッチング形状 ２２…直径 ２４…深さ １００…平行平板型リアクタ １０２…チャンバの壁 １０４…トップ電極 １０５…ガス分布アパーチャ １０６…第１のＲＦ電源 １０８…トップシュラウド １１０…ボトム電極 １１２…第２のＲＦ電源 １１４…基板 １１６…フォーカスリング １１８…シリコンリング １２０…テフロンシュラウド １２２…閉じ込めリング １２４…同心リング １２６…スペース １２８…ポート １３０…プラズマ １３２…距離 ２００…平行平板型リアクタ ２０２…チャンバの壁 ２０４…トップ電極 ２０５…ガス分布アパーチャ ２０６…第１のＲＦ電源 ２０８…トップシュラウド ２１０…ボトム電極 ２１２…第２のＲＦ電源 ２１４…基板 ２１６…フォーカスリング ２１８…シリコンリング ２２０…絶縁シュラウド ２２２…穿孔プラズマ閉じ込めリング ２２４…孔 ２２６…ポート ２２８…プラズマ ２３０…距離 ５００…穿孔プラズマ閉じ込めリング ５０２…円形の孔 ５０４…スロット状の孔 ５０６…同心円状の孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミュラー・ジョージ アメリカ合衆国 カリフォルニア州95126 サン・ホセ，エモリー・ストリート， 1565 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 AA14 BA07 BA09 BB11 BB18 BB22 BB23 BB28 BB29 CA02 CA05 CA06 DA23 DA25 DB03 EB01 EB03 EB04 EB05

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体の基板を処理するためのプラズマ処理リアクタであっ
    て、 チャンバと、 第１のＲＦ周波数を有した第１のＲＦ電源に結合されるように構成されたトッ
    プ電極と、 前記第１のＲＦ周波数より低い第２のＲＦ周波数を有した第２のＲＦ電源に結
    合されるように構成されたボトム電極と、 前記チャンバの内側に沿った絶縁シュラウドであって、前記処理中において電
    気的に絶縁されるように構成されている絶縁シュラウドと、 前記ボトム電極の外周の外側に配置された穿孔プラズマ閉じ込めリングであっ
    て、該穿孔プラズマ閉じ込めリングの上面は、前記基板の上面の下方に配置され
    、前記処理中において電気的に接地されている、穿孔プラズマ閉じ込めリングと
    を備えるプラズマ処理リアクタ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、さらに、 前記ボトム電極の前記外周を取り囲んで配置され、前記穿孔プラズマ閉じ込め
    リングに接しているフォーカスリングと、を備えるプラズマ処理リアクタ。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記トップ電極と前記ボトム電極との距離は調整が可能である、プラズマ処理
    リアクタ。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記トップ電極は多数のガス分布アパーチャを備える、プラズマ処理リアクタ
    。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記第１の周波数は約２７ＭＨｚである、プラズマ処理リアクタ。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記ボトム電極は静電チャックである、プラズマ処理リアクタ。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記第２の周波数は約２ＭＨｚである、プラズマ処理リアクタ。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記トップ電極と前記ボトム電極との距離は約０．５〜２インチ（１２．７〜
    ５０．８ミリ）の範囲で調整が可能である、プラズマ処理リアクタ。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記絶縁シュラウドは、前記処理中において、前記チャンバ内のプラズマによ
    るエッチングに対して実質的に耐性の材料で形成される、プラズマ処理リアクタ
    。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの外径は前記絶縁シュラウドの内径より小さ
    い、プラズマ処理リアクタ。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの外径は前記絶縁シュラウドの内径より大き
    い、プラズマ処理リアクタ。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの厚さは約１／４〜約２インチ（約６．３５
    〜約５０．８ミリ）の範囲である、プラズマ処理リアクタ。
  13. 【請求項１３】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記処理中において前記チャンバ内のプ
    ラズマによるエッチングに対して実質的に耐性であるか、または金属汚染を実質
    的に引き起こさない導体で形成される、プラズマ処理リアクタ。
  14. 【請求項１４】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングは、前記処理による副生成ガスを通すととも
    に、少なくとも前記絶縁シュラウドと、前記基板と、前記穿孔プラズマ閉じ込め
    リングとによって規定される体積内にプラズマを実質的に閉じ込めるように構成
    された多数の孔を有する、プラズマ処理リアクタ。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔は円形の孔である、プラズマ処理リアク
    タ。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記円形の孔の直径は約１／１６〜約１／８インチ（約１．５８〜約３．１７
    ミリ）である、プラズマ処理リアクタ。
  17. 【請求項１７】 請求項１４に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔はスロット状の孔である、プラズマ処理
    リアクタ。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記スロット状の孔の幅は約１／３２〜約１／８インチ（約０．７９〜約３．
    １７ミリ）である、プラズマ処理リアクタ。
  19. 【請求項１９】 請求項１４に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔は同心円状の孔である、プラズマ処理リ
    アクタ。
  20. 【請求項２０】 請求項１９に記載のプラズマ処理リアクタであって、 隣接する前記同心円状の孔と孔との間のギャップは約１／３２〜約１／８イン
    チ（約０．７９〜約３．１７ミリ）である、プラズマ処理リアクタ。
  21. 【請求項２１】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの前記上面は、前記基板の前記上面から約４
    インチ未満の距離だけ下方に設けられている、プラズマ処理チャンバ。
  22. 【請求項２２】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約２０％より大きい、プラズマ処
    理リアクタ。
  23. 【請求項２３】 請求項１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約５０％である、プラズマ処理リ
    アクタ。
  24. 【請求項２４】 処理中において、プラズマ処理リアクタの内側に配置され
    るように構成された穿孔プラズマ閉じ込めリングデバイスであって、 内径と外径とを有した導電リングであって、前記内径は前記プラズマ処理リア
    クタ内で電極を取り囲むように採寸され、前記導電リングは前記処理中において
    電気的に接地されており、前記導電リングには複数の孔が設けられ、前記複数の
    孔は、前記処理による副生成ガスを通すとともに前記導電リングの上流側にプラ
    ズマを実質的に閉じ込めるように採寸されている導電リングと、を備える穿孔プ
    ラズマ閉じ込めリングデバイス。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の穿孔プラズマ閉じ込めリングであって
    、 前記導電リングの厚さは約１／４〜約２インチ（約６．３５〜約５０．８ミリ
    である、穿孔プラズマ閉じ込めリング。
  26. 【請求項２６】 請求項２４に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記導電リングは、前記処理中において前記チャンバ内のプラズマによるエッ
    チングに対して実質的に耐性の導体で形成される、穿孔プラズマ閉じ込めリング
    。
  27. 【請求項２７】 請求項２４に記載の穿孔プラズマ閉じ込めリングであって
    、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔は円形の穴である、穿孔プラズマ閉じ込
    めリング。
  28. 【請求項２８】 請求項２７に記載の穿孔プラズマ閉じ込めリングであって
    、 前記円形の孔の直径は約１／１６〜約１／８インチ（約１．５８〜約３．１７
    ミリ）である、穿孔プラズマ閉じ込めリング。
  29. 【請求項２９】 請求項２４に記載の穿孔プラズマ閉じ込めリングであって
    、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔はスロット状の穴である、穿孔プラズマ
    閉じ込めリング。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載の穿孔プラズマ閉じ込めリングであって
    、 前記スロット状の孔の幅は約１／３２〜約１／８インチ（約０．７９〜約３．
    １７ミリ）である、穿孔プラズマ閉じ込めリング。
  31. 【請求項３１】 請求項２４に記載の穿孔プラズマ閉じ込めリングであって
    、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの孔は同心円状の穴である、穿孔プラズマ閉
    じ込めリング。
  32. 【請求項３２】 請求項３１に記載のプラズマ処理リアクタであって、 隣接する前記同心円状の孔と孔との間のギャップは約１／３２〜約１／８イン
    チ（約０．７９〜約３．１７ミリ）である、プラズマ処理リアクタ。
  33. 【請求項３３】 請求項２４に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約２０％より大きい、プラズマ処
    理リアクタ。
  34. 【請求項３４】 請求項２４に記載のプラズマ処理リアクタであって、 前記穿孔プラズマ閉じ込めリングの開口率は約５０％である、プラズマ処理リ
    アクタ。
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