JP2006012962A - Microwave plasma processing apparatus using vacuum ultraviolet light shielding plate with oblique through hole and its processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。更に詳しくは、本発明は、プロセス上有害な真空紫外光の基板照射を抑制し、高品質処理が可能なマイクロ波プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus. More specifically, the present invention relates to a microwave plasma processing apparatus capable of suppressing substrate irradiation with vacuum ultraviolet light, which is harmful to the process, and capable of high quality processing.
マイクロ波をプラズマ生起用の励起源として使用するプラズマ処理装置としては、CVD装置、エッチング装置、アッシング装置、表面改質装置等が知られている。 As a plasma processing apparatus that uses microwaves as an excitation source for generating plasma, a CVD apparatus, an etching apparatus, an ashing apparatus, a surface modification apparatus, and the like are known.
こうしたいわゆるマイクロ波プラズマ処理装置を使用する被処理基体の処理は次のように行われる。即ち、マイクロ波プラズマ処理装置の処理室内に処理用ガスを導入し、処理室の外部に設けられたマイクロ波供給装置からマイクロ波エネルギーをマイクロ波透過窓を透して処理室に供給してプラズマを発生させ、ガスを励起、解離、反応させ、処理室内に配された基体表面を処理する。 The substrate to be processed using such a so-called microwave plasma processing apparatus is processed as follows. That is, a processing gas is introduced into a processing chamber of a microwave plasma processing apparatus, and microwave energy is supplied from the microwave supply apparatus provided outside the processing chamber through the microwave transmission window to the processing chamber to generate plasma. Is generated, gas is excited, dissociated, and reacted to treat the surface of the substrate disposed in the processing chamber.
マイクロ波プラズマ処理装置においては、ガスの励起源としてマイクロ波を使用することから、高い周波数をもつ電界により、電子を高頻度で比較的低エネルギーに加速でき、ガス分子を効率的に電離、励起させることができる。それ故、マイクロ波プラズマ処理装置を用いた場合、ガスの電離効率、励起効率及び分解効率が高く、高密度で低電子温度のプラズマを比較的容易に形成し得る、低温で高速に高品質処理できるといった利点を有する。また、マイクロ波が誘電体を透過する性質を有することから、プラズマ処理装置を無電極放電タイプのものとして構成でき、これが故に高清浄なプラズマ処理を行い得るという利点もある。 In microwave plasma processing equipment, microwaves are used as the gas excitation source, so electrons can be accelerated to relatively low energy with high frequency electric fields, and gas molecules can be efficiently ionized and excited. Can be made. Therefore, when microwave plasma processing equipment is used, high ionization efficiency, excitation efficiency and decomposition efficiency of gas, high-density processing at low temperature and high speed, which can form plasma with high density and low electron temperature relatively easily It has the advantage that it can. In addition, since the microwave has a property of transmitting through the dielectric, the plasma processing apparatus can be configured as an electrodeless discharge type, and therefore, there is an advantage that highly clean plasma processing can be performed.
こうしたマイクロ波プラズマ処理装置の更なる高速化のために、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用したプラズマ処理装置も実用化されてきている。ECRは、磁束密度が87.5mTの場合、磁力線の周りを電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、マイクロ波の一般的な周波数2.45GHzと一致し、電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度プラズマが発生する現象である。こうしたECRプラズマ処理装置においては、マイクロ波導入手段と磁界発生手段との構成について、代表的なものとして次の4つの構成が知られている。 In order to further increase the speed of such a microwave plasma processing apparatus, a plasma processing apparatus using electron cyclotron resonance (ECR) has been put into practical use. In the ECR, when the magnetic flux density is 87.5 mT, the electron cyclotron frequency at which the electrons rotate around the magnetic field lines matches the general microwave frequency of 2.45 GHz, and the electrons absorb the microwaves resonantly. This is a phenomenon in which high-density plasma is generated by acceleration. In such an ECR plasma processing apparatus, the following four configurations are known as typical configurations of the microwave introduction unit and the magnetic field generation unit.
即ち、(i)導波管を介して伝搬されるマイクロ波を被処理基体の対向面から透過窓を介して円筒状のプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の発散磁界をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成;(ii)導波管を介して伝送されるマイクロ波を被処理基体の対向面から釣鐘状のプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の磁界をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成;(iii)円筒状スロットアンテナの一種であるリジターノコイルを介してマイクロ波を周辺からプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の磁界をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成(リジターノ方式);(iv)導波管を介して伝送されるマイクロ波を被処理基体の対向面から平板状のスロットアンテナを介して円筒状のプラズマ発生室に導入し、アンテナ平面に平行なループ状磁界を平面アンテナの背面に設けられた永久磁石を介して導入する構成(平面スロットアンテナ方式)、である。 That is, (i) a microwave propagating through a waveguide is introduced from a facing surface of a substrate to be processed into a cylindrical plasma generation chamber through a transmission window, and a divergent magnetic field coaxial with the central axis of the plasma generation chamber Is introduced through an electromagnetic coil provided around the plasma generation chamber; (ii) microwaves transmitted through the waveguide are introduced into the bell-shaped plasma generation chamber from the opposite surface of the substrate to be processed. A configuration in which a magnetic field coaxial with the central axis of the plasma generation chamber is introduced through an electromagnetic coil provided around the plasma generation chamber; (iii) microwaves are transmitted through a Rigitano coil, which is a type of cylindrical slot antenna. A configuration in which a magnetic field coaxial with the central axis of the plasma generation chamber is introduced from the periphery through a magnetic coil provided around the plasma generation chamber (Rigitano method); (iv) via a waveguide The microwave transmitted from the opposite surface of the substrate to be processed is introduced into the cylindrical plasma generation chamber via the flat slot antenna, and a loop magnetic field parallel to the antenna plane is provided on the back surface of the planar antenna. It is the structure (planar slot antenna system) introduced through a magnet.
マイクロ波プラズマ処理装置の例として、近年、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として複数のスロットがH面に形成された無終端環状導波管を用いた装置が提案されている(特許第2886752号公報,特許第2925535号公報)。このマイクロ波プラズマ処理装置を図5(a)に、そのプラズマ発生機構を図5(b)に示す。501はプラズマ処理室、502は被処理基体、503は基体502の支持体、504は基板温度調整手段、505はプラズマ処理室501の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、506は排気、507はプラズマ処理室501を大気側と分離する平板状誘電体窓、508はマイクロ波を誘電体窓507を透してプラズマ処理室501に導入するためのスロット付無終端環状導波管、511はマイクロ波を環状導波管へ導入する導入口、512は環状導波路、513は環状導波管内に生じる定在波、514はスロット、515は誘電体窓507表面を伝搬する表面波、516は隣接するスロットからの表面波同士が干渉して生じる表面定在波、517は表面波定在波により生成した発生部プラズマ、518は発生部プラズマの拡散により生成したプラズマバルクである。
As an example of a microwave plasma processing apparatus, in recent years, an apparatus using an endless annular waveguide in which a plurality of slots are formed on the H plane has been proposed as a uniform and efficient introduction apparatus for microwaves (Patent No. 1). No. 2,886,752 and Japanese Patent No. 2,925,535). FIG. 5A shows this microwave plasma processing apparatus, and FIG. 5B shows the plasma generation mechanism. 501 is a plasma processing chamber, 502 is a substrate to be processed, 503 is a support for the
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室501内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室501の周辺に設けられたガス導入手段505を介して所定の流量でプラズマ処理室501内に導入する。次に排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室501内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管508を介してプラズマ処理室501内に供給する。この際、無終端環状導波管508内に導入されたマイクロ波は、導入口511のE分岐で左右に二分配され、無終端環状導波路512内で干渉し、管内波長の1/2毎に管内定在波513の“腹”を生じる。この定在波の腹と腹の間の表面電流が最大になる位置に設置されたスロット514を介し誘電体窓507を透過してプラズマ処理室501に導入されたマイクロ波によりプラズマが発生する。プラズマの電子密度がカットオフ密度(周波数2.45GHzのマイクロ波の場合、7.5×1010cm−3)、より明確には表面波モード発生しきい密度(石英窓使用の場合、3.4×1011cm−3)を超えると、誘電体窓507とプラズマの界面に入射したマイクロ波は、プラズマ中には伝搬できず、誘電体窓507の表面を表面波515として伝搬する。隣接するスロットから導入された表面波515同士が相互干渉し、表面波515の波長の1/2毎に腹をもつ表面定在波516が生じる。誘電体窓507表面近傍に局在した表面定在波516によって誘電体窓507近傍に超高密度プラズマ517が生成する。超高密度プラズマ517は被処理基体502方向に純粋拡散して緩和し、被処理基体502近傍に高密度低電子温度プラズマバルク518を生成する。処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体503上に載置された被処理基体502の表面を処理する。
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いることにより、マイクロ波パワー1kW以上で、直径300mm程度の大口径空間に±3%以内の均一性をもって、電子密度1012cm−3以上、電子温度3eV以下、プラズマ電位20V以下の高密度低電子温度プラズマが発生できるので、ガスを充分に反応させ活性な状態で基板に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能になる。
しかしながら、上述したようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて被処理基体502の処理を行う場合、誘電体窓507近傍に局在した表面定在波516により発生した超高密度プラズマ517領域から強い真空紫外光が発生し、被処理基体502に照射されて、結合欠陥や表面異常拡散発生の原因になる場合がある。
However, when processing the substrate to be processed 502 using the microwave plasma processing apparatus as described above, a strong vacuum is generated from the ultra-high density plasma 517 region generated by the surface standing wave 516 localized near the
本発明の主たる目的は、上述した従来のマイクロ波プラズマ処理装置における不十分点を解決し、被処理基体502への真空紫外光の照射を抑制して真空紫外光照射ダメージや表面異常拡散を低減し、高速に高品質処理できるプラズマ処理装置を提供することにある。 The main object of the present invention is to solve the deficiencies in the conventional microwave plasma processing apparatus described above, and to suppress vacuum ultraviolet light irradiation to the substrate to be processed 502 to reduce vacuum ultraviolet light irradiation damage and surface abnormal diffusion. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of high-quality processing at high speed.
本発明は、隔壁の一部を平板状マイクロ波透過窓で構成されたプラズマ処理室と、該プラズマ処理室内に設置された被処理基体支持手段と、該プラズマ処理室内への処理用ガス導入手段と、該プラズマ処理室内を真空排気する排気手段と、該マイクロ波透過窓を透して該プラズマ処理室へマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平板状マイクロ波導入手段とで構成されるプラズマ処理装置であって、該マイクロ波透過窓と該基体支持手段の間に、該基体表面から貫通孔を通して該マイクロ波透過窓が見えないように、斜めに複数の貫通孔が形成された、真空紫外光を透過しない材料で造られた平板状遮光板を設けることを特徴とする。 The present invention relates to a plasma processing chamber in which a part of a partition wall is constituted by a flat plate-shaped microwave transmission window, a substrate support means installed in the plasma processing chamber, and a processing gas introduction means into the plasma processing chamber And a flat plate microwave introducing means having a plurality of slots for introducing microwaves into the plasma processing chamber through the microwave transmission window. A processing apparatus, wherein a plurality of through holes are formed obliquely between the microwave transmitting window and the substrate supporting means so that the microwave transmitting window cannot be seen from the surface of the substrate through the through hole. A flat light-shielding plate made of a material that does not transmit ultraviolet light is provided.
本発明により、被処理基体への真空紫外光の照射を抑制して真空紫外光照射ダメージや表面異常拡散を低減し、高速に高品質処理可能なプラズマ処理装置を提供できる効果がある。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus capable of suppressing vacuum ultraviolet light irradiation to a substrate to be processed to reduce vacuum ultraviolet light irradiation damage and surface abnormal diffusion, and capable of high-quality processing at high speed.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を図1を用いて説明する。101はプラズマ処理室、102は被処理基体、103は基体102の支持体、104は基板温度調整手段、105はプラズマ処理室101の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、106は排気、107は誘電体窓、108はマイクロ波を誘電体窓107を透してプラズマ処理室101に導入するためのスロット付平板状マイクロ波供給手段、109は斜め貫通孔付真空紫外光遮光板である。
The microwave plasma processing apparatus of this invention is demonstrated using FIG. 101 is a plasma processing chamber, 102 is a substrate to be processed, 103 is a support for the
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室101の周辺に設けられたガス導入手段105を介して所定の流量でプラズマ処理室101内に導入する。次に排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室101内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力のマイクロ波をスロット付平板状マイクロ波供給手段108を介し誘電体窓107を透してプラズマ処理室101に導入し、高密度プラズマを発生させる。周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体103上に載置された被処理基体102の表面を処理する。
The plasma treatment is performed as follows. The plasma processing chamber 101 is evacuated through an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 101 at a predetermined flow rate through a gas introduction means 105 provided around the plasma processing chamber 101. Next, a conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the plasma processing chamber 101 at a predetermined pressure. A microwave having a desired power is introduced from a microwave power source (not shown) through the
この際、高密度プラズマ発生領域からは強い真空紫外光が発生するが、斜め貫通孔付真空紫外光遮光板109により吸収されるので、被処理基体102表面には至らず、真空紫外光照射ダメージや表面異常拡散を抑制できる。 At this time, strong vacuum ultraviolet light is generated from the high-density plasma generation region, but is absorbed by the vacuum ultraviolet light shielding plate 109 with oblique through holes, and thus does not reach the surface of the substrate to be processed 102, and damage due to irradiation with vacuum ultraviolet light. And abnormal surface diffusion can be suppressed.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置で遮光すべき真空紫外光の波長は、被処理基体102中の各層が吸収し結合欠陥を生じうる波長である。例えば、シリコン層の場合には200nm以下の全波長が、酸化シリコン層の場合には165nm以下の波長が対象になる。 The wavelength of the vacuum ultraviolet light to be shielded by the microwave plasma processing apparatus of the present invention is a wavelength at which each layer in the substrate to be processed 102 can absorb and cause a bonding defect. For example, in the case of a silicon layer, all wavelengths of 200 nm or less are targeted, and in the case of a silicon oxide layer, wavelengths of 165 nm or less are targeted.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる斜め貫通孔付真空紫外光遮光板109の材質は、対象となる真空紫外光を吸収できるものであれば適用可能であり、例えば200nm以下の全真空紫外光が対象であれば、Si,Si3N4,カーボンなどが、165nm以下の真空紫外光が対象であれば、SiO2,Al2O3,AlNなどが適用可能である。 The material of the vacuum ultraviolet light shielding plate 109 with oblique through-holes used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention can be applied as long as it can absorb the target vacuum ultraviolet light, for example, all vacuum ultraviolet of 200 nm or less. If light is a target, Si, Si 3 N 4 , carbon, etc. can be applied, and if vacuum ultraviolet light of 165 nm or less is a target, SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, etc. are applicable.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる貫通孔の形状を図1(b)を用いて説明する。貫通孔の形状は、被処理基体102表面から貫通孔を通して誘電体窓107表面が見えなければ適用可能で、1のような直線状は勿論のこと、2のようなエルボ状でもS字状でも、3のように1枚の遮光板109では見えても二段構造にして見えなくしても良い。
The shape of the through hole used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The shape of the through hole can be applied as long as the surface of the
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる斜め孔付真空紫外光遮光板の制作方法例を図2を用いて説明する。(a)は穿孔型であり、真空紫外光遮光円板に斜めに穿孔するものである。穿孔角度が垂直に近い場合には容易であるが、穿孔角度が平行に近い場合には切削工具と遮光円板が空間的に干渉し難しくなる。(b)は穿孔角度が平行に近い場合に用いられる管束焼結型であり、1.多数の管を扇型の枠内に束ねて焼結し、2.扇の要から背の方向に斜めに切断し、3.できた扇型部分を円形枠に嵌め込んで再焼結するものである。 An example of a method for producing a vacuum ultraviolet light shielding plate with oblique holes used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. (A) is a perforated type, and perforates the vacuum ultraviolet light shielding disk obliquely. This is easy when the drilling angle is close to vertical, but when the drilling angle is close to parallel, the cutting tool and the light-shielding disk interfere spatially and become difficult. (B) is a tube bundle sintering type used when the perforation angle is nearly parallel. Bundling a number of tubes in a fan-shaped frame and sintering; 2. Diagonally cut from the center of the fan in the direction of the back. The resulting fan-shaped portion is fitted into a circular frame and re-sintered.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるスロット付平板状マイクロ波供給手段108は、スロット付無終端環状導波管でも、同軸導入平板マルチスロットアンテナでも、スロットを介してマイクロ波を平板状に供給できるものであれば適用可能である。 The slotted flat plate microwave supply means 108 used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention is a slotless endless annular waveguide or a coaxially introduced flat plate multi-slot antenna. Any device that can be supplied is applicable.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるスロット付平板状マイクロ波供給手段108の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため、導電率の高いAl、Cu、Ag/CuメッキしたSUSなどが最適である。 The material of the slotted flat plate microwave supply means 108 used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention can be any conductive material. However, in order to suppress the propagation loss of the microwave as much as possible, Al having high conductivity is used. SUS, Cu, Ag / Cu plated SUS, etc. are optimal.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法において用いられるマイクロ波周波数は、0.8GHz乃至20GHzの範囲から適宜選択することができる。 The microwave frequency used in the microwave plasma processing apparatus and the processing method of the present invention can be appropriately selected from the range of 0.8 GHz to 20 GHz.
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法において、より低圧で処理するために、磁界発生手段を用いても良い。本発明のプラズマ処理装置及び処理方法において用いられる磁界としては、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能である。磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁石でも使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防止のため水冷機構や空冷など他の冷却手段を用いてもよい。 In the microwave plasma processing apparatus and processing method of the present invention, a magnetic field generating means may be used for processing at a lower pressure. As the magnetic field used in the plasma processing apparatus and the processing method of the present invention, any magnetic field perpendicular to the electric field generated in the slot width direction is applicable. As the magnetic field generating means, a permanent magnet can be used in addition to the coil. When using a coil, other cooling means such as a water cooling mechanism or air cooling may be used to prevent overheating.
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法におけるプラズマ処理室内の圧力は0.1mTorr乃至10Torrの範囲、より好ましくは、5mTorrから5Torrの範囲が適当である。 In the microwave plasma processing method of the present invention, the pressure in the plasma processing chamber is in the range of 0.1 mTorr to 10 Torr, and more preferably in the range of 5 mTorr to 5 Torr.
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法による堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することによりSi3N4、SiO2、SiOF,Ta2O5、TiO2、TiN、Al2O3、AlN、MgF2などの絶縁膜、a−Si、poly−Si、SiC、GaAsなどの半導体膜、Al、W、Mo、Ti、Taなどの金属膜等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。 Formation of the deposited film by the microwave plasma processing method of the present invention is performed by appropriately selecting a gas to be used, and thereby Si 3 N 4 , SiO 2 , SiOF, Ta 2 O 5 , TiO 2 , TiN, Al 2 O 3 , AlN. Various deposited films such as insulating films such as MgF 2 , semiconductor films such as a-Si, poly-Si, SiC, and GaAs, and metal films such as Al, W, Mo, Ti, and Ta can be efficiently formed. Is possible.
本発明のプラズマ処理方法により処理する被処理基体102は、半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよい。 The substrate to be processed 102 to be processed by the plasma processing method of the present invention may be a semiconductor, a conductive one, or an electrically insulating one.
導電性基体としては、Fe,Ni,Cr,Al,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pbなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。 Examples of the conductive substrate include metals such as Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, and Pb, or alloys thereof, such as brass and stainless steel.
絶縁性基体としては、SiO2系の石英や各種ガラス、Si3N4,NaCl,KCl,LiF,CaF2,BaF2,Al2O3,AlN,MgOなどの無機物、ポリエチレン,ポリエステル,ポリカーボネート,セルロースアセテート,ポリプロピレン,ポリ塩化ビニル,ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、窓などが挙げられる。 Examples of the insulating substrate include SiO 2 -based quartz and various glasses, Si 3 N 4 , NaCl, KCl, LiF, CaF 2 , BaF 2 , Al 2 O 3 , AlN, MgO, and other inorganic materials, polyethylene, polyester, polycarbonate, Examples thereof include organic acetate films such as cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, and polyimide, and windows.
本発明のプラズマ処理装置に用いられるガス導入手段105の向きは、ガスが誘電体窓108近傍に発生するプラズマ領域を経由した後中央付近に十分に供給されてから基板表面を中央から周辺に向かって流れるように、誘電体窓108に向けてガスを吹き付けられる構造を有することが最適である。
The direction of the gas introducing means 105 used in the plasma processing apparatus of the present invention is such that the gas is sufficiently supplied to the vicinity of the center after passing through the plasma region generated in the vicinity of the
CVD法により基板上に薄膜を形成する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用できる。 As a gas used when forming a thin film on a substrate by a CVD method, generally known gases can be used.
a−Si、poly−Si、SiCなどのSi系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介してプラズマ処理室101へ導入するSi原子を含有する原料ガスとしては、SiH4,Si2H6などの無機シラン類,テトラエチルシラン(TES),テトラメチルシラン(TMS),ジメチルシラン(DMS),ジメチルジフルオロシラン(DMDFS),ジメチルジクロルシラン(DMDCS)などの有機シラン類、SiF4,Si2F6,Si3F8,SiHF3,SiH2F2,SiCl4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH3Cl,SiCl2F2などのハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。また、この場合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnが挙げられる。 The source gas containing Si atoms introduced into the plasma processing chamber 101 via the processing gas introduction means 105 when forming a Si-based semiconductor thin film such as a-Si, poly-Si, or SiC is SiH 4 , Si. Inorganic silanes such as 2 H 6 , organic silanes such as tetraethylsilane (TES), tetramethylsilane (TMS), dimethylsilane (DMS), dimethyldifluorosilane (DMDFS), dimethyldichlorosilane (DMDCS), SiF 4 , Si 2 F 6 , Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH 2 F 2 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl, SiCl 2 F 2 , etc. And those which are in a gas state at normal temperature and pressure or can be easily gasified. In this case, H 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn are listed as additive gas or carrier gas that may be introduced by mixing with Si source gas.
Si3N4,SiO2などのSi化合物系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して導入するSi原子を含有する原料としては、SiH4、Si2H6などの無機シラン類,テトラエトキシシラン(TEOS),テトラメトキシシラン(TMOS),オクタメチルシクロテトラシラン(OMCTS),ジメチルジフルオロシラン(DMDFS),ジメチルジクロルシラン(DMDCS)などの有機シラン類、SiF4,Si2F6,Si3F8,SiHF3,SiH2F2,SiCl4,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Cl2,SiH3Cl,SiCl2F2などのハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。また、この場合の同時に導入する窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2などが挙げられる。 Examples of raw materials containing Si atoms introduced through the processing gas introduction means 105 when forming a Si compound-based thin film such as Si 3 N 4 or SiO 2 include inorganic silanes such as SiH 4 and Si 2 H 6. , Organic silanes such as tetraethoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), octamethylcyclotetrasilane (OMCTS), dimethyldifluorosilane (DMDFS), dimethyldichlorosilane (DMDCS), SiF 4 , Si 2 F 6 , halogenated silanes such as Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH 2 F 2 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl, SiCl 2 F 2, etc. And those which are in a gas state or can be easily gasified. In this case, the nitrogen source gas or the oxygen source gas introduced simultaneously includes N 2 , NH 3 , N 2 H 4 , hexamethyldisilazane (HMDS), O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 and the like can be mentioned.
Al、W、Mo、Ti、Taなどの金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して導入する金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)、トリイソブチルアルミニウム(TIBAl)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAlH)、タングステンカルボニル(W(CO)6)、モリブデンカルボニル(Mo(CO)6)、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)などの有機金属、AlCl3、WF6、TiCl3、TaCl5などのハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnが挙げられる。 As raw materials containing metal atoms introduced through the processing gas introduction means 105 when forming a metal thin film such as Al, W, Mo, Ti, Ta, etc., trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), Organic metals such as triisobutylaluminum (TIBAl), dimethylaluminum hydride (DMAlH), tungsten carbonyl (W (CO) 6 ), molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), Examples thereof include metal halides such as AlCl 3 , WF 6 , TiCl 3 , and TaCl 5 . In this case, H 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn are listed as additive gas or carrier gas that may be introduced by mixing with Si source gas.
Al2O3、AlN、Ta2O5、TiO2、TiN、WO3などの金属化合物薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して導入する金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)、トリイソブチルアルミニウム(TIBAl)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAlH)、タングステンカルボニル(W(CO)6)、モリブデンカルボニル(Mo(CO)6)、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)などの有機金属、AlCl3、WF6、TiCl3、TaCl5などのハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などが挙げられる。 As a raw material containing a metal atom introduced through the processing gas introduction means 105 in the case of forming a metal compound thin film such as Al 2 O 3 , AlN, Ta 2 O 5 , TiO 2 , TiN, WO 3 , trimethyl is used. Aluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), triisobutylaluminum (TIBAl), dimethylaluminum hydride (DMAlH), tungsten carbonyl (W (CO) 6 ), molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), trimethylgallium (TMGa) And organic metals such as triethylgallium (TEGa), and metal halides such as AlCl 3 , WF 6 , TiCl 3 , and TaCl 5 . Further, in this case, oxygen source gas or nitrogen source gas to be introduced at the same time includes O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 , N 2 , NH 3 , N 2 H 4 , hexamethyl A disilazane (HMDS) etc. are mentioned.
基体表面をエッチングする場合の処理用ガス導入口105から導入するエッチング用ガスとしては、F2、CF4、CH2F2、C2F6、C3F8、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3、Cl2、CCl4、CH2Cl2、C2Cl6などが挙げられる。
The etching gas introduced from the processing
フォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入口105から導入するアッシング用ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2などが挙げられる。
As ashing gas introduced from the processing
また本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法を表面改質にも適用する場合、使用するガスを適宜選択することにより、例えば基体もしくは表面層としてSi、Al、Ti、Zn、Taなどを使用してこれら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理さらにはB、As、Pなどのドーピング処理等が可能である。更に本発明において採用する成膜技術はクリーニング方法にも適用できる。その場合酸化物あるいは有機物や重金属などのクリーニングに使用することもできる。 In addition, when the microwave plasma processing apparatus and the processing method of the present invention are applied to surface modification, for example, Si, Al, Ti, Zn, Ta or the like is used as a substrate or a surface layer by appropriately selecting a gas to be used. Then, oxidation treatment or nitridation treatment of these substrates or surface layers, doping treatment of B, As, P, etc. can be performed. Furthermore, the film forming technique employed in the present invention can also be applied to a cleaning method. In that case, it can also be used for cleaning oxides, organic substances, heavy metals, and the like.
基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入口105を介して導入する酸化性ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2などが挙げられる。また、基体を窒化表面処理する場合の処理用ガス導入口115を介して導入する窒化性ガスとしては、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などが挙げられる。
Examples of the oxidizing gas introduced through the processing
基体表面の有機物をクリーニングする場合、またはフォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入口105から導入するクリーニング/アッシング用ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2などが挙げられる。また、基体表面の無機物をクリーニングする場合の処理用ガス導入口105から導入するクリーニング用ガスとしては、F2、CF4、CH2F2、C2F6、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3などが挙げられる。
The cleaning / ashing gas introduced from the processing
[プラズマ処理装置例]
以下装置例を挙げて本発明のマイクロ波プラズマ処理装置をより具体的に説明するが、本発明はこれら装置例に限定されるものではない。
[Example of plasma processing equipment]
Hereinafter, the microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described more specifically with examples of the apparatus, but the present invention is not limited to these apparatus examples.
(装置例1)
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一例として、石英製真空紫外光遮光板とスロット付無終端環状導波管を用いた例を図3を用いて説明する。301は円筒形状のプラズマ処理室、302は被処理基体、303は基体302の支持体、304は基板温度調整手段、305はプラズマ処理室301の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、306は排気、307は誘電体窓、308はマイクロ波を誘電体窓307を透してプラズマ処理室301に導入するためのスロット付無終端環状導波管、309は斜め孔付真空紫外光遮光板である。
(Device Example 1)
As an example of the microwave plasma processing apparatus of the present invention, an example using a quartz vacuum ultraviolet light shielding plate and a slotted endless annular waveguide will be described with reference to FIG. 301 is a cylindrical plasma processing chamber, 302 is a substrate to be processed, 303 is a support for the
誘電体窓307の材質は無水溶融石英で、厚み16mmのものを用いた。
The
スロット付無終端環状導波管308は、TE10モードで、内壁断面の寸法が27mm×96mm(管内波長158.8mm)、導波管の中心径が151.6mm(一周長は管内波長の3倍)のものを用いた。スロット付無終端環状導波管308の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてAl合金を用いている。スロット付無終端環状導波管308のH面には、マイクロ波をプラズマ処理室301へ導入するためのスロットが形成されている。スロットは、長さ40mm,幅4mmの矩形で、中心直径が151.6mmの位置に、放射状に60°間隔で6本形成されている。スロット付無終端環状導波管308には、4Eチューナ、方向性結合器、アイソレータ、2.45GHzの周波数を持つマイクロ波電源(不図示)が順に接続されている。
The slotted endless
斜め貫通孔付真空紫外光遮光板309の材質は、ゲート酸化膜中に発生する真空紫外光照射ダメージ抑制を考慮して、溶融石英(厚さ8mm)を用いた。斜め貫通孔は、孔径5mm,ピッチ10mmの寸法で、遮光板309に対して30°の角度で放射状に700個形成した。
As a material of the vacuum ultraviolet
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室301内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室301の周辺に設けられたガス導入手段305を介して所定の流量でプラズマ処理室301内に導入する。次に排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室301内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力をスロット付無終端環状導波管308を介し誘電体窓307を透過してプラズマ処理室301内に供給する。
The plasma treatment is performed as follows. The inside of the
この際、誘電体窓307近傍に生じた表面波電界により高密度プラズマが発生し、真空紫外光を放射するが、斜め貫通孔付真空紫外光遮光板309により吸収され、被処理基体302表面には到達しない。
At this time, high-density plasma is generated by the surface wave electric field generated in the vicinity of the
周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体303上に載置された被処理基体302の表面を高速かつ高品質に処理する。
The processing gas introduced from the periphery is activated by being excited, ionized and reacted by the generated high-density plasma, and the surface of the
(装置例2)
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の他の一例として、同軸導入マルチスロットアンテナとシリコン製遮光板を使用した例を図4を用いて説明する。401は円筒形状のプラズマ処理室、402は被処理基体、403は基体402の支持体、404は基板温度調整手段、405はプラズマ処理室401の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、406は排気、407は誘電体窓、408はマイクロ波を誘電体窓407を透してプラズマ処理室401に導入するための同軸導入マルチスロットアンテナ、409はシリコン製斜め貫通孔付真空紫外光遮光板である。
(Device example 2)
As another example of the microwave plasma processing apparatus of the present invention, an example in which a coaxially introduced multi-slot antenna and a silicon light shielding plate are used will be described with reference to FIG. 401 is a cylindrical plasma processing chamber, 402 is a substrate to be processed, 403 is a support for the
誘電体窓407の材質は無水溶融石英で、厚みは16mmである。同軸導入スロットアンテナ408はマイクロ波電力を給電する中心軸とアンテナ円板上に配された多数のスロットから構成される。同軸導入マルチスロットアンテナ408の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、中心軸はCuを、アンテナ円板はAlを用いている。スロットの形状は、長さ12mm、幅1mmの矩形のものが12mm間隔の同心円状に、円の接線方向に無数に形成されている。同軸導入マルチスロットアンテナ408には、4Eチューナ、方向性結合器、アイソレータ、2.45GHzの周波数を持つマイクロ波電源(不図示)が順に接続されている。 The dielectric window 407 is made of anhydrous fused quartz and has a thickness of 16 mm. The coaxial introduction slot antenna 408 includes a central axis for supplying microwave power and a large number of slots arranged on the antenna disk. The coaxial multi-slot antenna 408 is made of Cu for the central axis and Al for the antenna disk in order to suppress microwave propagation loss. As for the shape of the slot, a rectangular shape having a length of 12 mm and a width of 1 mm is formed innumerably in the tangential direction of the circle in a concentric shape with an interval of 12 mm. A 4E tuner, a directional coupler, an isolator, and a microwave power source (not shown) having a frequency of 2.45 GHz are sequentially connected to the coaxially introduced multi-slot antenna 408.
斜め貫通孔付真空紫外光遮光板209の材質は、チャネル部に発生する真空紫外光照射ダメージ抑制を考慮して、シリコン(厚さ8mm)を用いた。斜め貫通孔は、孔径4mm,ピッチ12mmの寸法で、遮光板209に対して30°の角度で放射状に500個形成した。 As the material of the vacuum ultraviolet light shielding plate 209 with oblique through holes, silicon (thickness 8 mm) was used in consideration of suppression of vacuum ultraviolet light irradiation damage generated in the channel portion. The diagonal through-holes were formed with a diameter of 4 mm and a pitch of 12 mm, and 500 radial holes were formed at an angle of 30 ° with respect to the light shielding plate 209.
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室401内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室401の周辺に設けられたガス導入手段405を介して所定の流量でプラズマ処理室401内に導入する。次に排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室401内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端環状導波管408を介してプラズマ処理室401内に供給する。
The plasma treatment is performed as follows. The
この際、誘電体窓407近傍に生じた表面波電界により高密度プラズマが発生し、真空紫外光を放射するが、斜め貫通孔付真空紫外光遮光板409により吸収され、被処理基体402表面には到達しない。
At this time, high-density plasma is generated by the surface wave electric field generated in the vicinity of the dielectric window 407 and radiates vacuum ultraviolet light. However, the high-density plasma is absorbed by the vacuum ultraviolet
周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体403上に載置された被処理基体402の表面を高速かつ高品質に処理する。
The processing gas introduced from the periphery is activated by being excited, ionized and reacted by the generated high-density plasma, and the surface of the substrate to be processed 402 placed on the
以下実施例を挙げて本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the microwave plasma processing apparatus and the processing method of the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
図3に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート酸化膜の表面窒化処理を行った。 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 3, the surface nitridation of the semiconductor element gate oxide film was performed.
基体302としては、1.4nm酸化膜付きφ8”P型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板302を基体支持台303上に設置した後、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室301内を真空排気し、10−7Torrの値まで減圧させた。続いてヒータ304に通電し、シリコン基板302を300℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口305を介して窒素ガスを300sccmの流量で処理室301内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、処理室301内を0.1Torrに保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)より1.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管308を介して供給した。かくして、プラズマ処理室301内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口305を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室301内で励起、分解されてN+イオンやNラジカルなどの活性種となり、シリコン基板302の方向に輸送され、酸化シリコン膜の表面を0.8nm程度の深さまで窒化した。
As the
処理後、窒化プロファイル,耐圧,リーク電流などの膜質について評価した。窒化プロファイルのピーク深さは0.3nmで、真空紫外光遮光板309を使用しない場合(0.8nm)よりも約1/3に浅くなった。耐圧は9.6MV/cm,リーク電流は2.2μA/cm2で良好であった。
After the treatment, the film quality such as nitriding profile, breakdown voltage, and leakage current was evaluated. The peak depth of the nitriding profile was 0.3 nm, which was shallower by about 1/3 than when the vacuum ultraviolet
図4に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン基板の直接酸化による半導体素子ゲート絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 4, a silicon oxide film for insulating a semiconductor element gate was formed by direct oxidation of a silicon substrate.
基体402としては、φ8”P型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板402を基体支持体403上に設置した。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室401内を真空排気し、10−7Torrの値まで減圧させた。続いてヒータ404に通電し、シリコン基板402を450℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口405を介して酸素ガスを200sccmの流量でプラズマ処理室401に導入した、ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室401内を50mTorrに保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源より1.0kWの電力を同軸導入マルチスロットアンテナ403を介してプラズマ処理室401内に供給した。かくして、プラズマ処理室401内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口405を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室401内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板402の方向に輸送され、シリコン基板402表面が1.4nm程度酸化された。
A φ8 ″ P-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>,
処理後、耐圧、リーク電流、及びフラットバンドシフトについて評価した。耐圧は9.3MV/cm、リーク電流は3.1μA/cm2、ΔVfbは0.2Vと良好であった。 After the treatment, the withstand voltage, leakage current, and flat band shift were evaluated. The breakdown voltage was as good as 9.3 MV / cm, the leakage current was 3.1 μA / cm 2 , and ΔVfb was 0.2 V.
図4に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート絶縁用酸化タンタル膜の形成を行った。 A microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 4 was used to form a tantalum oxide film for semiconductor element gate insulation.
基体402としては、φ8”P型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板402を基体支持体403上に設置した。排気系(不図示)を介してプラズマ処理室401内を真空排気し、10−7Torrの値まで減圧させた。続いてヒータ404に通電し、シリコン基板402を300℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口405を介して酸素ガスを200sccmの流量で、また、TEOTガスを10sccmの流量で処理室401内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室401内を50mTorrに保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源より2.0kWの電力を同軸導入マルチスロットアンテナ403を介してプラズマ処理室401内に供給した。かくして、プラズマ処理室401内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口405を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室401内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板402の方向に輸送され、TEOTガスと反応し、酸化タンタル膜がシリコン基板402上に5nmの厚さで形成された。
A φ8 ″ P-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>,
処理後、耐圧、リーク電流、及びフラットバンドシフトについて評価した。耐圧は7.3MV/cm、リーク電流は4.6μA/cm2、ΔVfbは0.1Vと良好であった。 After the treatment, the withstand voltage, leakage current, and flat band shift were evaluated. The breakdown voltage was as good as 7.3 MV / cm, the leakage current was 4.6 μA / cm 2 , and ΔVfb was 0.1 V.
図3に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用低誘電率有機膜のエッチングを行った。 The microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 3 was used to etch the low dielectric constant organic film for semiconductor element interlayer insulation.
基体302としては、MOSキャパシタと1層目配線を形成した上に低誘電率有機膜としてポリアリールエーテル膜が0.4μm厚形成されたφ8”P型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板302を基体支持台303上に設置した後、排気系(不図示)を介してエッチング室301内を真空排気し、10−7Torrの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口305を介してNH3を100sccmの流量でプラズマ処理室301内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室301内を5mTorrの圧力に保持した。ついで、400kHzの高周波印加手段を介して100Wの電力を基板支持体302に印加するとともに、2.45GHzのマイクロ波電源より2.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管303を介してプラズマ処理室301内に供給した。かくして、プラズマ処理室301内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口305を介して導入されたNH3ガスはプラズマ処理室301内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板302の方向に輸送され、自己バイアスによって加速されたイオンによってポリアリールエーテル膜がエッチングされた。クーラ307により基板温度は10℃までしか上昇しなかった。
As the
エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング速度と対ポリシリコン選択比は330nm/min、12と良好で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認された。 After the etching, the etching rate, the selection ratio, and the etching shape were evaluated. It was confirmed that the etching rate and the selectivity to polysilicon were good at 330 nm / min, 12, the etching shape was almost vertical, and the microloading effect was small.
この後、2層目配線を形成して、MOSキャパシタのI−V特性を測定したところ、耐圧10.6MV/cm,リーク電流3.1A/cm2と良好であった。 Thereafter, a second-layer wiring was formed and the IV characteristics of the MOS capacitor were measured. As a result, the breakdown voltage was 10.6 MV / cm and the leakage current was 3.1 A / cm 2 .
図3に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート電極間ポリシリコン膜のエッチングを行った。 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 3, the polysilicon film between the gate electrodes of the semiconductor element was etched.
基体302としては、最上部にポリシリコン膜が形成されたφ8”P型単結晶シリコン基板(面方位〈100〉,抵抗率10Ωcm)を使用した。まず、シリコン基板302を基体支持台303上に設置した後、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室301内を真空排気し、10−7Torrの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口305を介してCF4ガスを300sccm、酸素を20sccmの流量でプラズマ処理室301内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室301内を2mTorrの圧力に保持した。ついで、400kHzの高周波電源(不図示)からの高周波電力300Wを基板支持体303に印加するとともに、2.45GHzのマイクロ波電源より2.0kWの電力をスロット付無終端環状導波管303を介してプラズマ処理室301内に供給した。かくして、プラズマ処理室301内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口305を介して導入されたCF4ガス及び酸素はプラズマ処理室301内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板302の方向に輸送され、自己バイアスにより加速されたイオンによりポリシリコン膜がエッチングされた。クーラ304により、基板温度は80℃までしか上昇しなかった。
As the
エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされたポリシリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観測し、評価した。エッチング速度と対SiO2選択比はそれぞれ850nm/min、24と良好で、エッチング形状も垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認された。 After the etching, the etching rate, the selection ratio, and the etching shape were evaluated. The etched shape was evaluated by observing a cross section of the etched polysilicon film with a scanning electron microscope (SEM). It was confirmed that the etching rate and the selectivity with respect to SiO 2 were 850 nm / min and 24, respectively, the etching shape was vertical, and the microloading effect was small.
この後、MOSキャパシタを形成し、I−V特性を測定したところ、耐圧10.6MV/cm,リーク電流2.7μA/cm2と良好であった。 Thereafter, a MOS capacitor was formed and the IV characteristics were measured. As a result, the breakdown voltage was 10.6 MV / cm and the leakage current was 2.7 μA / cm 2 .
図3に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。 Photoresist ashing was performed using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG.
基体302としては、ゲート電極をエッチングした直後のφ8”シリコン基板を使用した。まず、シリコン基板302を基体支持体303上に設置した後、ヒータ304を用いて200℃まで加熱し、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室301内を真空排気し、10−4Torrまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口305を介して酸素ガスを2slmの流量でプラズマ処理室301内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、処理室301内を1Torrに保持した。プラズマ処理室301内に、2.45GHzのマイクロ波電源より2.5kWの電力をスロット付無終端環状導波管308を介して供給した。かくして、プラズマ処理室301内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口305を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室301内で励起、分解、反応してオゾンとなり、シリコン基板302の方向に輸送され、基板302上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。
As the
アッシング後、アッシング速度と基板表面電荷密度などについて評価した。得られたアッシング速度の均一性は、±4.2%(7.5μm/min)と極めて大きく、表面電荷密度も0.5×1011cm−2と充分低い値を示した。 After ashing, ashing speed and substrate surface charge density were evaluated. The uniformity of the obtained ashing speed was as extremely large as ± 4.2% (7.5 μm / min), and the surface charge density was as low as 0.5 × 10 11 cm −2 .
この後、MOSキャパシタを形成し、I−V特性を測定したところ、耐圧11.0MV/cm,リーク電流3.4μA/cm2と良好であった。 Thereafter, a MOS capacitor was formed and the IV characteristics were measured. As a result, the breakdown voltage was 11.0 MV / cm and the leakage current was 3.4 μA / cm 2 .
101,301,401,501 プラズマ処理室
102,302,402,502 被処理基体
303,403,503 支持体
104,304,404,504 基板温度調整手段
105,305,405,505 処理用ガス導入手段
106,306,406,506 排気
307,407,507 誘電体窓
308,407,508 スロット付平板状マイクロ波導入手段
109,309,409 斜め孔付真空紫外光遮光板
201 真空紫外光遮光円板
202 ドリルなどの穿孔手段
203 管束
204 扇型焼結枠
205 扇の要
206 扇の背
207 切断面
208 円形焼結枠
511 マイクロ波導入口
512 環状導波路
513 管内定在波
514 スロット
515 表面波
516 表面定在波
517 発生部プラズマ
518 プラズマバルク
101, 301, 401, 501
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