JP2543642B2 - 高周波交流電気エネルギ―と相対的に低い周波数の交流電気的エネルギ―を有する、工作物を処理するためのシステムおよび方法 - Google Patents
高周波交流電気エネルギ―と相対的に低い周波数の交流電気的エネルギ―を有する、工作物を処理するためのシステムおよび方法Info
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Description
【０００１】関連する出願に関する相互参照 この出願は、発明者コリンズ等（Collins et al.）の名
義で１９９０年７月３１日に出願され（ＡＭＡファイル
No. １５１−１）、通常譲渡された「ＵＨＦ／ＶＨＦ反
応装置システム」という名称の、同時係属中の米国特許
出願第５５9,９４７号の一部継続出願として、発明者コ
リンズの名義で１９９０年１２月３日に出願され（ＡＭ
ＡファイルNo. ２５２）、通常譲渡された「ＵＨＦ／Ｖ
ＨＦ共振アンテナソースを使用するプラズマ反応装置
と、方法プロセス」という名称の、同時係属中の米国特
許出願第６２4,７４０号の一部継続出願として、発明者
コリンズ（Collins ）の名義で１９９０年１２月７日に
出願され（ＡＭＡＴファイルNo. ２５２）、通常譲渡さ
れた「ＵＨＦ／ＶＨＦ共振アンテナソースを使用するプ
ラズマ反応装置と、プロセス」という名称の、同時係属
中の米国特許出願第６２6,０５０号の一部継続出願であ
る。
義で１９９０年７月３１日に出願され（ＡＭＡファイル
No. １５１−１）、通常譲渡された「ＵＨＦ／ＶＨＦ反
応装置システム」という名称の、同時係属中の米国特許
出願第５５9,９４７号の一部継続出願として、発明者コ
リンズの名義で１９９０年１２月３日に出願され（ＡＭ
ＡファイルNo. ２５２）、通常譲渡された「ＵＨＦ／Ｖ
ＨＦ共振アンテナソースを使用するプラズマ反応装置
と、方法プロセス」という名称の、同時係属中の米国特
許出願第６２4,７４０号の一部継続出願として、発明者
コリンズ（Collins ）の名義で１９９０年１２月７日に
出願され（ＡＭＡＴファイルNo. ２５２）、通常譲渡さ
れた「ＵＨＦ／ＶＨＦ共振アンテナソースを使用するプ
ラズマ反応装置と、プロセス」という名称の、同時係属
中の米国特許出願第６２6,０５０号の一部継続出願であ
る。
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、ＲＦプラズマ反応装
置、特に、ＨＦ（高周波）とＬＦ（低周波）エネルギー
源、並びに高周波交流電気エネルギーと相対的に低い周
波数の交流電気エネルギーをプラズマに結合する関連電
極を有するプラズマ反応装置を用いて、半導体基板を含
む工作物を処理するシステムおよび方法に関する。
置、特に、ＨＦ（高周波）とＬＦ（低周波）エネルギー
源、並びに高周波交流電気エネルギーと相対的に低い周
波数の交流電気エネルギーをプラズマに結合する関連電
極を有するプラズマ反応装置を用いて、半導体基板を含
む工作物を処理するシステムおよび方法に関する。
【０００３】
【従来技術】増々密度の高くなる集積幾何形状へと向か
う傾向のために、エネルギーの粒子衝撃（ボンバード）
すなわち放射による約２００−３００ボルトといった小
さいウェーハシース電圧を受けたとき損傷を受けやすい
電気的に感応性の高いきわめて小さな幾何形状のコンポ
ーネント及びデバイスが生み出される結果となってい
る。残念なことに、このような電圧は、回路のコンポー
ネントが標準的な集積回路製造プロセス中に受ける電圧
に比べ規模の小さいものである。
う傾向のために、エネルギーの粒子衝撃（ボンバード）
すなわち放射による約２００−３００ボルトといった小
さいウェーハシース電圧を受けたとき損傷を受けやすい
電気的に感応性の高いきわめて小さな幾何形状のコンポ
ーネント及びデバイスが生み出される結果となってい
る。残念なことに、このような電圧は、回路のコンポー
ネントが標準的な集積回路製造プロセス中に受ける電圧
に比べ規模の小さいものである。
【０００４】高度なデバイスのために製造されたＭＯＳ
コンデンサ及びトランジスタといった構造は、非常に薄
い（厚み２００オングストローム未満）ゲート酸化物を
有する。これらのデバイスはチャージアップによって損
傷を受ける可能性があり、その結果ゲートは破損する。
これは、表面電荷の中和が、プラズマ電位又は密度の不
均一性又は大きいＲＦ変位（電束）電流のために起らな
かった場合に、プラズマプロセスにおいて発生する可能
性がある。相互接続ラインといった導線も同様に損傷を
受ける可能性がある。
コンデンサ及びトランジスタといった構造は、非常に薄
い（厚み２００オングストローム未満）ゲート酸化物を
有する。これらのデバイスはチャージアップによって損
傷を受ける可能性があり、その結果ゲートは破損する。
これは、表面電荷の中和が、プラズマ電位又は密度の不
均一性又は大きいＲＦ変位（電束）電流のために起らな
かった場合に、プラズマプロセスにおいて発生する可能
性がある。相互接続ラインといった導線も同様に損傷を
受ける可能性がある。
【０００５】ＲＦシステム ＣＶＤ（化学蒸着）及びＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）リアクタシステムといった第１の先行技術に基づく
半導体処理システムを考えてみよう。これらのシステム
は約１０〜５００ＫＨz といった低い周波数から約１3.
５６〜４0.６８ＭＨz といったさらに高い周波数に至る
までの高周波エネルギを使用することができる。約１Ｍ
Ｈz 以下では、イオン及び電子は振動する電界およびプ
ラズマ内に発達した何らかの定常状態電界によって加速
化される可能性がある。このような比較的低い周波数で
は、ウェーハにおいて生成される電極シース電圧は標準
的に最高１キロボルト以上のピークであり、これは２０
０〜３００ボルトの損傷閾値に比べはるかに高い。数Ｍ
Ｈz 以上では、電子はなお変化する電界に追従すること
ができる。さらに質量の大きなイオンは変化する電界に
ついていけず、定常状態電界により加速化される。この
周波数範囲内（そして実際的ガス圧及び電力レベル）で
は、定常状態シース電圧は数百ボルトから１０００ボル
ト以上の範囲内にある。
グ）リアクタシステムといった第１の先行技術に基づく
半導体処理システムを考えてみよう。これらのシステム
は約１０〜５００ＫＨz といった低い周波数から約１3.
５６〜４0.６８ＭＨz といったさらに高い周波数に至る
までの高周波エネルギを使用することができる。約１Ｍ
Ｈz 以下では、イオン及び電子は振動する電界およびプ
ラズマ内に発達した何らかの定常状態電界によって加速
化される可能性がある。このような比較的低い周波数で
は、ウェーハにおいて生成される電極シース電圧は標準
的に最高１キロボルト以上のピークであり、これは２０
０〜３００ボルトの損傷閾値に比べはるかに高い。数Ｍ
Ｈz 以上では、電子はなお変化する電界に追従すること
ができる。さらに質量の大きなイオンは変化する電界に
ついていけず、定常状態電界により加速化される。この
周波数範囲内（そして実際的ガス圧及び電力レベル）で
は、定常状態シース電圧は数百ボルトから１０００ボル
ト以上の範囲内にある。
【０００６】磁場−エンハンスメント（強化） ＲＦシステムにおいてバイアス電圧を減少させるための
好ましい方法には、プラズマに磁場を適用することが関
与している。このＢの磁場は電子をウェーハの表面近く
の領域に封じ込め、イオン磁束密度及びイオン電流を増
大させ、かくして電圧及びイオンエネルギ必要条件を低
減させる。比較をすると、二酸化ケイ素をエッチングす
るための非磁気的ＲＩＥプロセスの例では、１3.５６Ｍ
Ｈz で適用されるＲＦエネルギ、１０〜１５リットル体
積の非対称システム、５０ミリトールの圧力及び約（８
−１０）対１の陽極面積対ウェーハ−支持陰極面積比が
用いられ、約８００ボルトのウェーハ（陰極）シース電
圧が発達させられる。６０ガウスの磁場の適用はバイア
ス電圧を約２５〜３０パーセント、すなわち８００ボル
トから約５００〜６００ボルトまで減少させる可能性が
あるが、一方エッチ速度は約５０パーセントほども増大
する。
好ましい方法には、プラズマに磁場を適用することが関
与している。このＢの磁場は電子をウェーハの表面近く
の領域に封じ込め、イオン磁束密度及びイオン電流を増
大させ、かくして電圧及びイオンエネルギ必要条件を低
減させる。比較をすると、二酸化ケイ素をエッチングす
るための非磁気的ＲＩＥプロセスの例では、１3.５６Ｍ
Ｈz で適用されるＲＦエネルギ、１０〜１５リットル体
積の非対称システム、５０ミリトールの圧力及び約（８
−１０）対１の陽極面積対ウェーハ−支持陰極面積比が
用いられ、約８００ボルトのウェーハ（陰極）シース電
圧が発達させられる。６０ガウスの磁場の適用はバイア
ス電圧を約２５〜３０パーセント、すなわち８００ボル
トから約５００〜６００ボルトまで減少させる可能性が
あるが、一方エッチ速度は約５０パーセントほども増大
する。
【０００７】しかしながら、ウェーハに平行にＢの定常
場を適用すると、Ｅ×Ｂのイオン／電子ドリフト及び、
ウェーハを直径方向に横断するように向けられた付随す
るプラズマ密度勾配が生ずる。このプラズマ勾配は、ウ
ェーハを横切ってのエッチング、蒸着その他のフィルム
特性を不均一なものにする。この不均一性は、標準的に
は永久磁石の機械的動作によって又は９０度位相ずれし
て直角位相に駆動されている電磁コイル対を用いること
によってウェーハのまわりで磁場を回転させることによ
って、或いは制御された速度で磁場をステッピング又は
その他の形で移動させるべくコイル対内の電流を瞬間的
に制御することによって、減少させることができる。し
かし、磁場の回転は不均一性勾配を低減するものの、標
準的には、ある程度の不均一性が残る。
場を適用すると、Ｅ×Ｂのイオン／電子ドリフト及び、
ウェーハを直径方向に横断するように向けられた付随す
るプラズマ密度勾配が生ずる。このプラズマ勾配は、ウ
ェーハを横切ってのエッチング、蒸着その他のフィルム
特性を不均一なものにする。この不均一性は、標準的に
は永久磁石の機械的動作によって又は９０度位相ずれし
て直角位相に駆動されている電磁コイル対を用いること
によってウェーハのまわりで磁場を回転させることによ
って、或いは制御された速度で磁場をステッピング又は
その他の形で移動させるべくコイル対内の電流を瞬間的
に制御することによって、減少させることができる。し
かし、磁場の回転は不均一性勾配を低減するものの、標
準的には、ある程度の不均一性が残る。
【０００８】さらに、コイル特に２つ以上のコイル対を
チャンバのまわりにパッケージし、コンパクトなシステ
ムを達成することは、特に共通のロードロックをとり囲
む個々の磁気強化リアクタチャンバから成る多重チャン
バシステム及び／又はヘルムホルツコイル構成を用いる
場合に、困難なことである。磁界強度及び方向を瞬間的
及び選択的に変える能力をもち、しかもコンパクト多重
チャンバリアクタシステム内で用いるように設計されて
いる唯一のリアクタシステムは、発明者Cheng 他の名で
１９８９年６月２７日に発行された共同譲渡の米国特許
中に開示されている。
チャンバのまわりにパッケージし、コンパクトなシステ
ムを達成することは、特に共通のロードロックをとり囲
む個々の磁気強化リアクタチャンバから成る多重チャン
バシステム及び／又はヘルムホルツコイル構成を用いる
場合に、困難なことである。磁界強度及び方向を瞬間的
及び選択的に変える能力をもち、しかもコンパクト多重
チャンバリアクタシステム内で用いるように設計されて
いる唯一のリアクタシステムは、発明者Cheng 他の名で
１９８９年６月２７日に発行された共同譲渡の米国特許
中に開示されている。
【０００９】マイクロ波／ＥＣＲシステム マイクロ波及びＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）シス
テムは、プラズマを励起するため、８００ＭＨz 以上、
標準的には2.４５ＧＨz の周波数のマイクロ波エネルギ
を用いる。この技術は高密度プラズマを生成するが、粒
子エネルギは低く、二酸化ケイ素の反応性イオンエッチ
ングといった数多くのプロセスのための最小反応閾値の
エネルギーよりも下でありうる。これを補償するため、
エネルギー強化用の低周波電力がウェーハ支持電極に又
ひいてはウェーハを通してプラズマに結合される。従っ
て、ウェーハ損傷の確率は、以前のシステムに比べ減少
する。
テムは、プラズマを励起するため、８００ＭＨz 以上、
標準的には2.４５ＧＨz の周波数のマイクロ波エネルギ
を用いる。この技術は高密度プラズマを生成するが、粒
子エネルギは低く、二酸化ケイ素の反応性イオンエッチ
ングといった数多くのプロセスのための最小反応閾値の
エネルギーよりも下でありうる。これを補償するため、
エネルギー強化用の低周波電力がウェーハ支持電極に又
ひいてはウェーハを通してプラズマに結合される。従っ
て、ウェーハ損傷の確率は、以前のシステムに比べ減少
する。
【００１０】エッチング又はＣＶＤといった半導体ウェ
ーハ処理のための実際的電力レベルで作動させられたマ
イクロ波及びＥＣＲマイクロ波システムは、送電のため
に大きな導波管を、又高価なチューナ（同調器）、方向
性結合器、サーキュレータ及び擬似負荷を作動のために
必要とする。さらに、市販の2.４５ＧＨz で作動するＥ
ＣＲマイクロ波システムのためのＥＣＲ条件を満たすた
めには、８７５ガウスの磁場が必要とされ、大きな電磁
石、大きな電力及び冷却必要条件が必要になる。
ーハ処理のための実際的電力レベルで作動させられたマ
イクロ波及びＥＣＲマイクロ波システムは、送電のため
に大きな導波管を、又高価なチューナ（同調器）、方向
性結合器、サーキュレータ及び擬似負荷を作動のために
必要とする。さらに、市販の2.４５ＧＨz で作動するＥ
ＣＲマイクロ波システムのためのＥＣＲ条件を満たすた
めには、８７５ガウスの磁場が必要とされ、大きな電磁
石、大きな電力及び冷却必要条件が必要になる。
【００１１】マイクロ波及びＥＣＲマイクロ波システム
は、容易にスケーリングできない。2.４５ガウスに対す
るハードウェアが利用可能である。これはこの周波数が
電子レンジに用いられているものだからである。９１５
ＭＨz のシステムも同様に利用可能であるが、コストは
さらに高くなる。その他の周波数については、ハードウ
ェアは容易に又は経済的に入手できない。従って、より
大きな半導体ウェーハに対応するためマイクロ波システ
ムを５〜６インチスケールアップするためには、さらに
高いオペレーションモードを使用することが必要であ
る。より高いモードで作動させることによる固定周波数
でのこのスケーリングには、より高位又はより低位の負
荷へのいわゆるモードフリッピングを避けるために非常
に厳密なプロセス制御が必要である。代替的には、スケ
ーリングは、例えば５〜６インチのマイクロ波キャビテ
ィについて、プロセス流束をより広い面積に広げるよう
発散する磁場を用いることによって、達成することがで
きる。しかしながら、この方法は、有効電力密度ひいて
はプラズマ密度を減少する。
は、容易にスケーリングできない。2.４５ガウスに対す
るハードウェアが利用可能である。これはこの周波数が
電子レンジに用いられているものだからである。９１５
ＭＨz のシステムも同様に利用可能であるが、コストは
さらに高くなる。その他の周波数については、ハードウ
ェアは容易に又は経済的に入手できない。従って、より
大きな半導体ウェーハに対応するためマイクロ波システ
ムを５〜６インチスケールアップするためには、さらに
高いオペレーションモードを使用することが必要であ
る。より高いモードで作動させることによる固定周波数
でのこのスケーリングには、より高位又はより低位の負
荷へのいわゆるモードフリッピングを避けるために非常
に厳密なプロセス制御が必要である。代替的には、スケ
ーリングは、例えば５〜６インチのマイクロ波キャビテ
ィについて、プロセス流束をより広い面積に広げるよう
発散する磁場を用いることによって、達成することがで
きる。しかしながら、この方法は、有効電力密度ひいて
はプラズマ密度を減少する。
【００１２】
【発明の概要】一面において、上記基準及びその他の基
準を満たす本願発明は、真空処理チャンバ（以下、チャ
ンバと言う）を画定するエンクロージャー（または、ハ
ウジング）の中で、プロセス・ガスを該チャンバに導入
して該ガスからプラズマを生成することにより工作物を
処理するシステムにおいて具体化されるものであり、こ
のシステムは、該ガス中にプラズマを生成するために該
チャンバに交流電気エネルギーを結合させる電極手段
と、該プラズマの密度とプラズマ・イオン密度とを制御
するために該電極手段に高周波（ＶＨＦ／ＵＨＦ）交流
電気エネルギーを加える手段とから成る。
準を満たす本願発明は、真空処理チャンバ（以下、チャ
ンバと言う）を画定するエンクロージャー（または、ハ
ウジング）の中で、プロセス・ガスを該チャンバに導入
して該ガスからプラズマを生成することにより工作物を
処理するシステムにおいて具体化されるものであり、こ
のシステムは、該ガス中にプラズマを生成するために該
チャンバに交流電気エネルギーを結合させる電極手段
と、該プラズマの密度とプラズマ・イオン密度とを制御
するために該電極手段に高周波（ＶＨＦ／ＵＨＦ）交流
電気エネルギーを加える手段とから成る。
【００１３】また、本願発明は、該電極が、該電極と関
連するシース電圧とプラズマ・イオン・エネルギーとを
制御するために相対的に低い周波数の交流電気エネルギ
ーを該電極手段に加える様になっている実施例を包含す
る。好ましくは、該高周波交流電気エネルギーの周波数
は約５０ＭＨz 〜約８００ＭＨz の範囲内にあり、前記
の相対的に低い周波数の交流電気エネルギーのそれは約
0.１ＭＨz 〜約５０ＭＨz の範囲内にある。
連するシース電圧とプラズマ・イオン・エネルギーとを
制御するために相対的に低い周波数の交流電気エネルギ
ーを該電極手段に加える様になっている実施例を包含す
る。好ましくは、該高周波交流電気エネルギーの周波数
は約５０ＭＨz 〜約８００ＭＨz の範囲内にあり、前記
の相対的に低い周波数の交流電気エネルギーのそれは約
0.１ＭＨz 〜約５０ＭＨz の範囲内にある。
【００１４】他の面においては、該電極は、プラズマ生
成の交流電気エネルギーを該チャンバに加えるための２
つの電極構造から成り、高周波交流電気エネルギーを加
えるための手段は２つの電極構造の中の一方に接続さ
れ、相対的に低い周波数の交流電気エネルギーを加える
ための手段は前記２つの電極構造の中の他方に接続され
る。
成の交流電気エネルギーを該チャンバに加えるための２
つの電極構造から成り、高周波交流電気エネルギーを加
えるための手段は２つの電極構造の中の一方に接続さ
れ、相対的に低い周波数の交流電気エネルギーを加える
ための手段は前記２つの電極構造の中の他方に接続され
る。
【００１５】更に、他の面においては、該エンクロージ
ャーは、その一面に誘電性の窓を包含し；該電極は、該
チャンバ内にウェーハ支持電極を有すると共に板電極を
該誘電性の窓上に有し；相対的に低い周波数の交流電気
エネルギーを加えるための手段は該ウェーハ支持電極に
接続され；高周波交流電気エネルギーを加えるための手
段は該チャンバのエンクロージャーに接続され；該板電
極はシステムのグランドにあり；交流電気エネルギーを
加えるための前記の二つの手段は、共に、グランドとし
ての該板電極を基準としていて、該電極が該チャンバ内
で該ウェーハ支持電極と該板電極との間に電場を生じさ
せるようになっている。
ャーは、その一面に誘電性の窓を包含し；該電極は、該
チャンバ内にウェーハ支持電極を有すると共に板電極を
該誘電性の窓上に有し；相対的に低い周波数の交流電気
エネルギーを加えるための手段は該ウェーハ支持電極に
接続され；高周波交流電気エネルギーを加えるための手
段は該チャンバのエンクロージャーに接続され；該板電
極はシステムのグランドにあり；交流電気エネルギーを
加えるための前記の二つの手段は、共に、グランドとし
ての該板電極を基準としていて、該電極が該チャンバ内
で該ウェーハ支持電極と該板電極との間に電場を生じさ
せるようになっている。
【００１６】別の実施例では、該電極は、該チャンバ内
に配置されて工作物を支持する様になっている単一の電
極構造であり、交流電気エネルギーを該電極に加えるた
めの手段は共に前記の単一の電極構造に接続される。他
の実施例では、該エンクロージャーは、その一面に誘電
性の窓を有し；該電極は、該チャンバ内にウェーハ支持
電極を有すると共に該誘電性の窓上に板電極を有し；高
周波交流電気エネルギーを加えるための手段は該板電極
に接続され；相対的に低い周波数の交流エネルギーを加
えるための手段は該ウェーハ支持電極に接続され；交流
エネルギーを加えるための手段は共にグランドとしての
チャンバのエンクロージャーを基準としていて、該電極
は該チャンバ内で該ウェーハ支持電極と該板電極との間
に電場を生じさせるようになっている。
に配置されて工作物を支持する様になっている単一の電
極構造であり、交流電気エネルギーを該電極に加えるた
めの手段は共に前記の単一の電極構造に接続される。他
の実施例では、該エンクロージャーは、その一面に誘電
性の窓を有し；該電極は、該チャンバ内にウェーハ支持
電極を有すると共に該誘電性の窓上に板電極を有し；高
周波交流電気エネルギーを加えるための手段は該板電極
に接続され；相対的に低い周波数の交流エネルギーを加
えるための手段は該ウェーハ支持電極に接続され；交流
エネルギーを加えるための手段は共にグランドとしての
チャンバのエンクロージャーを基準としていて、該電極
は該チャンバ内で該ウェーハ支持電極と該板電極との間
に電場を生じさせるようになっている。
【００１７】現在好適な実施例では、該電極は、該チャ
ンバ内に配置されて工作物を支持するようになっている
電極構造と、該チャンバの周囲を囲む電極構造とを包含
し；高周波交流電気エネルギーを加えるための手段は、
その電極構造に接続され；相対的に低い周波数の交流電
気エネルギーを加えるための手段は該ウェーハ支持電極
に接続される。好ましくは、前記ハウジングは、内部に
該チャンバのセクションを画定する誘電性のドームを包
含し；周辺部の前記電極構造は、該ドーム内に画定され
た前記チャンバのセクションを囲み；周辺部の前記電極
構造と前記ウェーハ支持電極とは、該チャンバ内に該ウ
ェーハ支持電極に平行な電場を生じさせるように配置さ
れており；前記の電極構造は、別々のセクションから成
ると共に、高周波交流電気エネルギーを加えるための前
記手段と協働して、該電極構造のための、差動的に駆動
される、接地されていない、平衡型駆動構成を提供す
る。
ンバ内に配置されて工作物を支持するようになっている
電極構造と、該チャンバの周囲を囲む電極構造とを包含
し；高周波交流電気エネルギーを加えるための手段は、
その電極構造に接続され；相対的に低い周波数の交流電
気エネルギーを加えるための手段は該ウェーハ支持電極
に接続される。好ましくは、前記ハウジングは、内部に
該チャンバのセクションを画定する誘電性のドームを包
含し；周辺部の前記電極構造は、該ドーム内に画定され
た前記チャンバのセクションを囲み；周辺部の前記電極
構造と前記ウェーハ支持電極とは、該チャンバ内に該ウ
ェーハ支持電極に平行な電場を生じさせるように配置さ
れており；前記の電極構造は、別々のセクションから成
ると共に、高周波交流電気エネルギーを加えるための前
記手段と協働して、該電極構造のための、差動的に駆動
される、接地されていない、平衡型駆動構成を提供す
る。
【００１８】別の実施例では、本願発明によるエンクロ
ージャーは、選択された周波数の交流電気エネルギーを
外部ソースからプラズマ・チャンバへ加えるようになっ
ている一体式伝送線構造を包含しており、ウェーハ支持
電極と；該ウェーハ支持電極を囲む外側導体と；該ウェ
ーハ支持電極及び該外側導体の間の絶縁体とから成り、
該伝送線構造に加えられた交流電気エネルギーが該ウェ
ーハ支持電極に沿って結合されてカソード・シース電圧
を制御するようになっている。また、整合回路網を介し
て高周波交流電気エネルギーを該電極に結合させること
が出来る。また、帯電したイオン又は電子の流れをプラ
ズマから抽出するためにバイアスされるグリッドを設け
ることが出来ると共に、励起ニュートラル及び遊離基の
流れを抽出するために該抽出グリッドから離間させて中
和グリッドを配置することが出来る。
ージャーは、選択された周波数の交流電気エネルギーを
外部ソースからプラズマ・チャンバへ加えるようになっ
ている一体式伝送線構造を包含しており、ウェーハ支持
電極と；該ウェーハ支持電極を囲む外側導体と；該ウェ
ーハ支持電極及び該外側導体の間の絶縁体とから成り、
該伝送線構造に加えられた交流電気エネルギーが該ウェ
ーハ支持電極に沿って結合されてカソード・シース電圧
を制御するようになっている。また、整合回路網を介し
て高周波交流電気エネルギーを該電極に結合させること
が出来る。また、帯電したイオン又は電子の流れをプラ
ズマから抽出するためにバイアスされるグリッドを設け
ることが出来ると共に、励起ニュートラル及び遊離基の
流れを抽出するために該抽出グリッドから離間させて中
和グリッドを配置することが出来る。
【００１９】他の、好適な面は、交流電気エネルギーの
自由空間への放射を防止するための、該電極を囲んで配
置された反射体を包含する。ウェーハに対して下流側の
プラズマの位置と輸送とを制御するために、均一構成、
発散構成及び磁気ミラー構成から選択された、周辺部の
永久磁石又は電磁石の装置によって磁気強化を行うこと
が出来るが、この装置は、周囲電極の電場の平面に対し
て垂直な制御される静磁場を加えるものである。
自由空間への放射を防止するための、該電極を囲んで配
置された反射体を包含する。ウェーハに対して下流側の
プラズマの位置と輸送とを制御するために、均一構成、
発散構成及び磁気ミラー構成から選択された、周辺部の
永久磁石又は電磁石の装置によって磁気強化を行うこと
が出来るが、この装置は、周囲電極の電場の平面に対し
て垂直な制御される静磁場を加えるものである。
【００２０】また、ウェーハを横切る磁場を実質的に無
くしながらプラズマをウェーハ領域に限定するために該
チャンバ内のウェーハ付近に多極カスプ磁場を加えるた
めに該チャンバの周囲に磁石を装置することが出来る。
また、磁場をウェーハ支持電極から転換させるために磁
気分路をウェーハとウェーハ支持電極との周囲に配置す
ることが出来る。
くしながらプラズマをウェーハ領域に限定するために該
チャンバ内のウェーハ付近に多極カスプ磁場を加えるた
めに該チャンバの周囲に磁石を装置することが出来る。
また、磁場をウェーハ支持電極から転換させるために磁
気分路をウェーハとウェーハ支持電極との周囲に配置す
ることが出来る。
【００２１】このシステムの構成では、動作の周波数を
選択することによって、そのサイズをスケーリングする
ことが出来る。他の面では、本願発明は、中にプラズマ
を生成するチャンバを画定する誘電性のドームを包含す
るエンクロージャーと；半導体ウェーハを支持するため
の、該チャンバ内の電極と；反応ガスを該チャンバに供
給するための該エンクロージャー内のガス入口マニフォ
ールドと；該チャンバと連通して、その中に真空を維持
する真空ポンプ手段と；該ドームを囲んで、制御された
電力の高周波交流電気エネルギーを該チャンバに容量的
に結合させて、その中に制御された密度と制御されたイ
オン束密度とのプラズマを生成するためのスプリット電
極からなる高周波交流電気エネルギー源と、から成るプ
ラズマ処理反応装置の構成と操作において具体化され
る。
選択することによって、そのサイズをスケーリングする
ことが出来る。他の面では、本願発明は、中にプラズマ
を生成するチャンバを画定する誘電性のドームを包含す
るエンクロージャーと；半導体ウェーハを支持するため
の、該チャンバ内の電極と；反応ガスを該チャンバに供
給するための該エンクロージャー内のガス入口マニフォ
ールドと；該チャンバと連通して、その中に真空を維持
する真空ポンプ手段と；該ドームを囲んで、制御された
電力の高周波交流電気エネルギーを該チャンバに容量的
に結合させて、その中に制御された密度と制御されたイ
オン束密度とのプラズマを生成するためのスプリット電
極からなる高周波交流電気エネルギー源と、から成るプ
ラズマ処理反応装置の構成と操作において具体化され
る。
【００２２】上記したように、このシステムは、好まし
くは、制御された電力の低周波交流電気エネルギーを該
チャンバに結合させてウェーハ支持体におけるシース電
圧を制御するエネルギー源を含む、種々の好適な、代わ
りの特徴を取り入れることが出来る。バイアス周波数
は、電圧を制御するために選択され；バイアス・電力
は、シース電圧とイオン・エネルギーとを制御するため
に選択／変化される。
くは、制御された電力の低周波交流電気エネルギーを該
チャンバに結合させてウェーハ支持体におけるシース電
圧を制御するエネルギー源を含む、種々の好適な、代わ
りの特徴を取り入れることが出来る。バイアス周波数
は、電圧を制御するために選択され；バイアス・電力
は、シース電圧とイオン・エネルギーとを制御するため
に選択／変化される。
【００２３】他の、プロセスの面では、本願発明は、好
ましくはエンクロージャーの誘電性のドーム部分を囲む
スプリット電極を介して、高周波交流電気エネルギーを
ハウジングの中の真空処理チャンバ中に結合させて該チ
ャンバ内にプラズマを生成して、材料のエッチング、材
料の蒸着、材料の同時エッチング及び蒸着、及び／又は
材料の順次のエッチング及び蒸着、から選択された材料
の製造を行うプロセスにおいて具体化される。別の態様
では、高周波電力（電力）、該エンクロージャー内の誘
電性の窓上に形成された板電極を介して加えられる。該
プロセスは、プラズマ密度とイオン束密度とを制御する
ために高周波電力を制御することを含む。好ましくは、
製造中の物体は電極上に支持され、プラズマ密度及びイ
オン束密度に関して関連のシース電圧及びイオン・エネ
ルギーを個別に制御するために相対的に低い周波の交流
電気エネルギーが該電極に加えられる。
ましくはエンクロージャーの誘電性のドーム部分を囲む
スプリット電極を介して、高周波交流電気エネルギーを
ハウジングの中の真空処理チャンバ中に結合させて該チ
ャンバ内にプラズマを生成して、材料のエッチング、材
料の蒸着、材料の同時エッチング及び蒸着、及び／又は
材料の順次のエッチング及び蒸着、から選択された材料
の製造を行うプロセスにおいて具体化される。別の態様
では、高周波電力（電力）、該エンクロージャー内の誘
電性の窓上に形成された板電極を介して加えられる。該
プロセスは、プラズマ密度とイオン束密度とを制御する
ために高周波電力を制御することを含む。好ましくは、
製造中の物体は電極上に支持され、プラズマ密度及びイ
オン束密度に関して関連のシース電圧及びイオン・エネ
ルギーを個別に制御するために相対的に低い周波の交流
電気エネルギーが該電極に加えられる。
【００２４】特別のプロセスは、ポリシリコン（多結晶
シリコン）上に形成された酸化物に接点穴をエッチング
すると共にアルミニウム上に形成された酸化物に道穴を
エッチングすること；酸化ケイ素及びポリシリコンに所
謂「軽」エッチングを行うこと；高速等方性及び異方性
酸化物エッチングを行うこと；ゲートなどのポリシリコ
ン導体をエッチングすること；フォトレジストはぎ取
り；単結晶シリコンの異方性エッチング；異方性フォト
レジスト・エッチング；窒化物及びオキシニトリドの低
圧プラズマ蒸着；酸化物、オキシニトリド及び窒化物の
高圧等方性コンフォーマル蒸着；アルミニウム及びチタ
ン、及びその化合物及び合金；並びに、局所的及び全体
的な、平坦化を伴うスパッタ・ファセット蒸着を行うこ
とを包含する酸化物エッチングを含むが、これに限定さ
れるものではない。
シリコン）上に形成された酸化物に接点穴をエッチング
すると共にアルミニウム上に形成された酸化物に道穴を
エッチングすること；酸化ケイ素及びポリシリコンに所
謂「軽」エッチングを行うこと；高速等方性及び異方性
酸化物エッチングを行うこと；ゲートなどのポリシリコ
ン導体をエッチングすること；フォトレジストはぎ取
り；単結晶シリコンの異方性エッチング；異方性フォト
レジスト・エッチング；窒化物及びオキシニトリドの低
圧プラズマ蒸着；酸化物、オキシニトリド及び窒化物の
高圧等方性コンフォーマル蒸着；アルミニウム及びチタ
ン、及びその化合物及び合金；並びに、局所的及び全体
的な、平坦化を伴うスパッタ・ファセット蒸着を行うこ
とを包含する酸化物エッチングを含むが、これに限定さ
れるものではない。
【００２５】本発明の上記の特徴及びその他の特徴につ
いて、図面を参照して説明をする。
いて、図面を参照して説明をする。
【００２６】
【実施例】1.システムの全体 図１は、複数（２以上）の電極プラズマ・ソース構成、
磁気強化プラズマ・ソース構成及びその他の特徴を使用
する本願発明のプラズマ反応装置チャンバシステム１０
の略断面図である。この模範的なチャンバは、他の特許
出願（米国特許出願第５５９，９７４号）に示されてい
るものの変形であり、これは一体型の伝送線構造を包含
する。本願発明の顕著な特徴は、プラズマ反応装置チャ
ンバに対して一般的に適用可能である。更に、当業者
は、以下の記述から、反応装置システムの性能を協働的
に向上させる本発明の種々の特徴を別々に使用すること
が出来、或いは当該システムから選択的に省略すること
が出来るということを理解するであろう。例えば、その
複数（２以上）の電極プラズマ・ソース構成から得られ
るプロセス条件は、しばしば、磁気強化の必要を無くす
る。
磁気強化プラズマ・ソース構成及びその他の特徴を使用
する本願発明のプラズマ反応装置チャンバシステム１０
の略断面図である。この模範的なチャンバは、他の特許
出願（米国特許出願第５５９，９７４号）に示されてい
るものの変形であり、これは一体型の伝送線構造を包含
する。本願発明の顕著な特徴は、プラズマ反応装置チャ
ンバに対して一般的に適用可能である。更に、当業者
は、以下の記述から、反応装置システムの性能を協働的
に向上させる本発明の種々の特徴を別々に使用すること
が出来、或いは当該システムから選択的に省略すること
が出来るということを理解するであろう。例えば、その
複数（２以上）の電極プラズマ・ソース構成から得られ
るプロセス条件は、しばしば、磁気強化の必要を無くす
る。
【００２７】模範的システム１０は、陽極酸化されたア
ルミニウム又はその他の適当な材料から形成された、側
壁１２、上壁１３及び底壁１４を有する、真空チャンバ
のエンクロージャー（囲い）又はハウジング（以下、エ
ンクロージャーと言う）１１を包含する。陽極酸化され
たアルミニウムは、アーク放電及びスパッタリングを抑
制するので、好都合である。しかし、裸のアルミニウム
及びプロセスと両立するポリマー又は石英又はセラミッ
クのライナーなどの他の材料を使用することが出来る。
該チャンバを、プロセス実行のために加熱又は冷却する
ことが出来る。上壁又は天井１３は、壁１２−１２間に
画定された下側チャンバ・セクション１６Ａと、誘電性
のドーム１７により画定された上側チャンバ・セクショ
ン１６Ｂとの間に中央開口部１５を有する。このドーム
は、好ましくは石英であるが、アルミナ及びアルファ−
アルミナ（サファイア）を含む数種の誘電性材料から作
ることの出来るものである。該ドームは、プロセス実行
のために必要に応じて加熱又は冷却される。該ドームを
直接熱するために流体又は気体の熱伝達媒体を使用出
来、或いは加熱素子を使用することが出来る。真空密エ
ンクロージャーを維持するためにＯリングなどの種々の
真空シール１８が種々の接合面間に挿入される。エンク
ロージャー１１の内部（チャンバ１６）は、真空ポンプ
・システム（図示せず）に結合する真空管路２１中の絞
り弁１９（これは、流量とは独立に圧力を調整する）を
介して排気される。
ルミニウム又はその他の適当な材料から形成された、側
壁１２、上壁１３及び底壁１４を有する、真空チャンバ
のエンクロージャー（囲い）又はハウジング（以下、エ
ンクロージャーと言う）１１を包含する。陽極酸化され
たアルミニウムは、アーク放電及びスパッタリングを抑
制するので、好都合である。しかし、裸のアルミニウム
及びプロセスと両立するポリマー又は石英又はセラミッ
クのライナーなどの他の材料を使用することが出来る。
該チャンバを、プロセス実行のために加熱又は冷却する
ことが出来る。上壁又は天井１３は、壁１２−１２間に
画定された下側チャンバ・セクション１６Ａと、誘電性
のドーム１７により画定された上側チャンバ・セクショ
ン１６Ｂとの間に中央開口部１５を有する。このドーム
は、好ましくは石英であるが、アルミナ及びアルファ−
アルミナ（サファイア）を含む数種の誘電性材料から作
ることの出来るものである。該ドームは、プロセス実行
のために必要に応じて加熱又は冷却される。該ドームを
直接熱するために流体又は気体の熱伝達媒体を使用出
来、或いは加熱素子を使用することが出来る。真空密エ
ンクロージャーを維持するためにＯリングなどの種々の
真空シール１８が種々の接合面間に挿入される。エンク
ロージャー１１の内部（チャンバ１６）は、真空ポンプ
・システム（図示せず）に結合する真空管路２１中の絞
り弁１９（これは、流量とは独立に圧力を調整する）を
介して排気される。
【００２８】コンピューター制御の流量コントローラ
（図示せず）を介して典型的には１種類以上の加圧ガス
源から、２２で略指示されている様に反応ガスがエンク
ロージャー１１に供給されて、上壁１３の内側に取りつ
けられ又は上壁１３と一体に取りつけられたリング・ガ
ス・マニフォールド２３を通して内側の真空処理チャン
バ１６に入る。マニフォールド２３は、好ましくは、高
周波交流電気エネルギーの適用時にエッチング及び／又
は蒸着プラズマを生じさせるためにエッチング・ガス及
び／又は蒸着ガスを僅かな上向き角度でチャンバ（チャ
ンバ・セクション１６Ｂ及び１６Ａ）に供給する。該マ
ニフォールドを通す代わりに、又は、該マニフォールド
を通すと共に、該チャンバを介してガスを直接導入する
ことが出来る。例えば、不活性ガス又はその他のガスを
マニフォールド２３に導入し、他の反応ガスを下のチャ
ンバ内の下側マニフォールド又はガス入口（図示せず）
を介して導入することが望ましい。
（図示せず）を介して典型的には１種類以上の加圧ガス
源から、２２で略指示されている様に反応ガスがエンク
ロージャー１１に供給されて、上壁１３の内側に取りつ
けられ又は上壁１３と一体に取りつけられたリング・ガ
ス・マニフォールド２３を通して内側の真空処理チャン
バ１６に入る。マニフォールド２３は、好ましくは、高
周波交流電気エネルギーの適用時にエッチング及び／又
は蒸着プラズマを生じさせるためにエッチング・ガス及
び／又は蒸着ガスを僅かな上向き角度でチャンバ（チャ
ンバ・セクション１６Ｂ及び１６Ａ）に供給する。該マ
ニフォールドを通す代わりに、又は、該マニフォールド
を通すと共に、該チャンバを介してガスを直接導入する
ことが出来る。例えば、不活性ガス又はその他のガスを
マニフォールド２３に導入し、他の反応ガスを下のチャ
ンバ内の下側マニフォールド又はガス入口（図示せず）
を介して導入することが望ましい。
【００２９】好ましくは５０〜８００ＭＨz の周波数の
ＶＨＦ／ＵＨＦエネルギーなどの高周波（ＨＦ）交流電
気エネルギーが、１対のほぼ半円形のバンド電極２６−
２６から成る実質的に閉じたスプリット電極構造２５に
よって加えられるが、これは、ドーム１７を囲んでい
て、高周波（ＨＦ）電源２７によって給電され、誘電性
ドーム１７を介して容量性結合によりチャンバ１６内で
プラズマを励起させる。これは在来のＲＦシステム構成
と対照的であり、この場合にはＲＦ電力は、典型的に
は、２個の電極、即ち、その上面でウェーハ５を支持す
るウェーハ支持電極３２Ｃと、側壁１２、上壁１３及び
／又は反応装置チャンバのマニフォールド２３により画
定される第２の電極との間に加えられる。
ＶＨＦ／ＵＨＦエネルギーなどの高周波（ＨＦ）交流電
気エネルギーが、１対のほぼ半円形のバンド電極２６−
２６から成る実質的に閉じたスプリット電極構造２５に
よって加えられるが、これは、ドーム１７を囲んでい
て、高周波（ＨＦ）電源２７によって給電され、誘電性
ドーム１７を介して容量性結合によりチャンバ１６内で
プラズマを励起させる。これは在来のＲＦシステム構成
と対照的であり、この場合にはＲＦ電力は、典型的に
は、２個の電極、即ち、その上面でウェーハ５を支持す
るウェーハ支持電極３２Ｃと、側壁１２、上壁１３及び
／又は反応装置チャンバのマニフォールド２３により画
定される第２の電極との間に加えられる。
【００３０】好ましくは、差動的に駆動される、平衡型
の、無接地駆動構成を得るために、バンド電極２６−２
６に結合された１対の導線３０−３０を有する伝送線構
造を介して適当な整合回路網２８により、高周波交流電
源２７は電極２５に結合される。このシステムは図９〜
１１に示されており、以下の§３でより詳しく説明され
る。
の、無接地駆動構成を得るために、バンド電極２６−２
６に結合された１対の導線３０−３０を有する伝送線構
造を介して適当な整合回路網２８により、高周波交流電
源２７は電極２５に結合される。このシステムは図９〜
１１に示されており、以下の§３でより詳しく説明され
る。
【００３１】上側チャンバ・セクション１６Ｂからのガ
ス流は、下方へウェーハ５に向かっており、次にウェー
ハから半径方向外側にポンピングされる。この目的のた
めに、エンクロージャーの側壁１２と外側伝送線導体３
２０との間で、且つ、エンクロージャーの底壁１４と上
側の伝導性ポンピング・スクリーン２９との間で、環状
の真空マニフォールド３３がカソード伝送線構造３２の
周囲に画定されている。マニフォールド・スクリーン２
９は真空マニフォールド３３と下側のチャンバ・セクシ
ョン（プラズマ・チャンバ）１６Ａとの間に挿入され、
側壁１２と伝送線構造３２の外側導体３２０との間に伝
導性電気経路を与える。マニフォールド３３は、排気ガ
スをウェーハ５の周辺部から半径方向に均一にポンピン
グするための環状ポンピング・チャネルを画定する。排
気マニフォールド３３は、底壁１４の１個以上の開口部
３１を介して排気ガス・システム・ライン２１に連通す
る。ガス流全体は、経路２２に沿って入口マニフォール
ド２３に入り、経路２４に沿って上側及び下側チャンバ
・セクションに入り、経路３４に沿って上側チャンバ・
セクション１６Ｂからウェーハ５に向かい、経路３６に
沿って半径方向外方にウェーハの周辺縁からスクリーン
２９を通ってガス出口マニフォールド３３に入り、且
つ、経路３７に沿って排気マニフォールド３３から排気
システム２１に伸びる。
ス流は、下方へウェーハ５に向かっており、次にウェー
ハから半径方向外側にポンピングされる。この目的のた
めに、エンクロージャーの側壁１２と外側伝送線導体３
２０との間で、且つ、エンクロージャーの底壁１４と上
側の伝導性ポンピング・スクリーン２９との間で、環状
の真空マニフォールド３３がカソード伝送線構造３２の
周囲に画定されている。マニフォールド・スクリーン２
９は真空マニフォールド３３と下側のチャンバ・セクシ
ョン（プラズマ・チャンバ）１６Ａとの間に挿入され、
側壁１２と伝送線構造３２の外側導体３２０との間に伝
導性電気経路を与える。マニフォールド３３は、排気ガ
スをウェーハ５の周辺部から半径方向に均一にポンピン
グするための環状ポンピング・チャネルを画定する。排
気マニフォールド３３は、底壁１４の１個以上の開口部
３１を介して排気ガス・システム・ライン２１に連通す
る。ガス流全体は、経路２２に沿って入口マニフォール
ド２３に入り、経路２４に沿って上側及び下側チャンバ
・セクションに入り、経路３４に沿って上側チャンバ・
セクション１６Ｂからウェーハ５に向かい、経路３６に
沿って半径方向外方にウェーハの周辺縁からスクリーン
２９を通ってガス出口マニフォールド３３に入り、且
つ、経路３７に沿って排気マニフォールド３３から排気
システム２１に伸びる。
【００３２】スプリット電極構造２５は、ドーム１７と
上側のチャンバ・セクション（プラズマ・チャンバ）１
６Ｂとに隣接して、高周波（ＨＦ）交流電気エネルギー
を該チャンバに結合させて、２個のバンド電極間にほぼ
正円柱型の容積内にウェーハ支持電極３２Ｃ上面とその
上のウェーハ５とに平行に変化する電場を生じさせる。
その変化する電場は、プロセス・ガスにエネルギーを与
えることによりチャンバ１６（数字１６は、チャンバ１
６Ａ及び１６Ｂ並びにその中のプラズマを一括して指示
する）内に割合に高密度で低エネルギーのイオンを特徴
とするプラズマを生じさせる。プラズマは、電極２５に
より画定される上記の正円柱状容積内に集中して該ドー
ム内に生成され、イオン、電子、遊離基、及び励起中性
粒子を含む活性種は、拡散と、前記の支配的なガス流に
よる容積流とによりウェーハに向かって下流側に移動す
る。また、後記する様にウェーハに向かうイオン及び電
子を抽出するために適切な磁場を使うことが出来る。随
意的に、しかし好ましくは、ウェーハにおけるプラズマ
・シース電圧を選択的に高めることによりウェーハにお
けるイオン・エネルギーを選択的に増大させるために、
ソース４２とバイアス整合回路網４３とから成るバイア
ス・エネルギー入力装置４１は、相対的に低い周波数
（ＬＦ）の交流電気エネルギーをウェーハ支持電極３２
Ｃに結合させる。好ましくは、該ＬＦの交流電気エネル
ギーは約0.１ＭＨz 〜約５０ＭＨz の範囲内にある。
上側のチャンバ・セクション（プラズマ・チャンバ）１
６Ｂとに隣接して、高周波（ＨＦ）交流電気エネルギー
を該チャンバに結合させて、２個のバンド電極間にほぼ
正円柱型の容積内にウェーハ支持電極３２Ｃ上面とその
上のウェーハ５とに平行に変化する電場を生じさせる。
その変化する電場は、プロセス・ガスにエネルギーを与
えることによりチャンバ１６（数字１６は、チャンバ１
６Ａ及び１６Ｂ並びにその中のプラズマを一括して指示
する）内に割合に高密度で低エネルギーのイオンを特徴
とするプラズマを生じさせる。プラズマは、電極２５に
より画定される上記の正円柱状容積内に集中して該ドー
ム内に生成され、イオン、電子、遊離基、及び励起中性
粒子を含む活性種は、拡散と、前記の支配的なガス流に
よる容積流とによりウェーハに向かって下流側に移動す
る。また、後記する様にウェーハに向かうイオン及び電
子を抽出するために適切な磁場を使うことが出来る。随
意的に、しかし好ましくは、ウェーハにおけるプラズマ
・シース電圧を選択的に高めることによりウェーハにお
けるイオン・エネルギーを選択的に増大させるために、
ソース４２とバイアス整合回路網４３とから成るバイア
ス・エネルギー入力装置４１は、相対的に低い周波数
（ＬＦ）の交流電気エネルギーをウェーハ支持電極３２
Ｃに結合させる。好ましくは、該ＬＦの交流電気エネル
ギーは約0.１ＭＨz 〜約５０ＭＨz の範囲内にある。
【００３３】本質的に底の開いた箱である反射体４４
は、該電極の頂部と側部とを囲むが、底は囲まない。該
反射体は、自由空間中への高周波エネルギーの放射を防
止することにより、プラズマ中での電力の放射と消散と
を濃縮して効率を向上させる。詳しく後述する様に、随
意的に、１個以上の電磁石４７−４７又は永久磁石がエ
ンクロージャー１１に隣接して装置されて、ウェーハ５
の位置におけるプラズマの密度を高めるために静的整形
磁場を与える。
は、該電極の頂部と側部とを囲むが、底は囲まない。該
反射体は、自由空間中への高周波エネルギーの放射を防
止することにより、プラズマ中での電力の放射と消散と
を濃縮して効率を向上させる。詳しく後述する様に、随
意的に、１個以上の電磁石４７−４７又は永久磁石がエ
ンクロージャー１１に隣接して装置されて、ウェーハ５
の位置におけるプラズマの密度を高めるために静的整形
磁場を与える。
【００３４】要するに、本発明は、典型的には５０ＭＨ
z 〜８００ＭＨz （随意のバイアス・エネルギーに比べ
ると高い周波数であるが、一般的にはマイクロ波又はマ
イクロ波−ｅｃｒの周波数よりは遙かに低い）の高周波
交流電気エネルギーを使って、潜在的に有害な高周波エ
ネルギーをウェーハ５を通して結合させることなく、高
密度で相対的に低いエネルギーを特徴とするプラズマを
生成するためにチャンバの内部に指向性の、ほぼ水平の
場を生じさせる。図１に示されている好適な下流側プラ
ズマ源構成では、高プラズマ密度で、ウェーハから離れ
た位置でエネルギーが完全に吸収されて、エネルギーが
ウェーハに伝播せず、従って損傷の確率を最小限とする
ことが保証される。選択的に、且つ随意的に、ウェーハ
・シース電圧を高めることによりイオン・エネルギーを
必要に応じて高めるために、必要に応じて相対的に低い
周波数（ＬＦ）の補助交流バイアス・エネルギーがウェ
ーハ支持電極３２Ｃに加えられる。（１）ＨＦエネルギ
ー及び（２）ＬＦエネルギーは、（１）プラズマ密度及
びイオン密度、並びに（２）シース電圧及びイオン・エ
ネルギーを独立に制御する。
z 〜８００ＭＨz （随意のバイアス・エネルギーに比べ
ると高い周波数であるが、一般的にはマイクロ波又はマ
イクロ波−ｅｃｒの周波数よりは遙かに低い）の高周波
交流電気エネルギーを使って、潜在的に有害な高周波エ
ネルギーをウェーハ５を通して結合させることなく、高
密度で相対的に低いエネルギーを特徴とするプラズマを
生成するためにチャンバの内部に指向性の、ほぼ水平の
場を生じさせる。図１に示されている好適な下流側プラ
ズマ源構成では、高プラズマ密度で、ウェーハから離れ
た位置でエネルギーが完全に吸収されて、エネルギーが
ウェーハに伝播せず、従って損傷の確率を最小限とする
ことが保証される。選択的に、且つ随意的に、ウェーハ
・シース電圧を高めることによりイオン・エネルギーを
必要に応じて高めるために、必要に応じて相対的に低い
周波数（ＬＦ）の補助交流バイアス・エネルギーがウェ
ーハ支持電極３２Ｃに加えられる。（１）ＨＦエネルギ
ー及び（２）ＬＦエネルギーは、（１）プラズマ密度及
びイオン密度、並びに（２）シース電圧及びイオン・エ
ネルギーを独立に制御する。
【００３５】システムの周波数は、チャンバ１６Ｂの直
径の、３２インチ〜２インチの範囲にわたるスケーリン
グを可能にするために５０〜８００ＭＨz の範囲内で変
化させることが出来る。特に、記述された範囲内で周波
数を減少させ低モード動作を保つという単純な手段によ
り、モード・フリッピング（mode flipping ）と、動作
モード向上に伴うプロセス変化との可能性を防止しつ
つ、電磁モードを変えることなく、半導体産業に有利
な、ますます直径が大きくなるウェーハを収容するため
にシステムのスケールを大きくすることが出来る。
径の、３２インチ〜２インチの範囲にわたるスケーリン
グを可能にするために５０〜８００ＭＨz の範囲内で変
化させることが出来る。特に、記述された範囲内で周波
数を減少させ低モード動作を保つという単純な手段によ
り、モード・フリッピング（mode flipping ）と、動作
モード向上に伴うプロセス変化との可能性を防止しつ
つ、電磁モードを変えることなく、半導体産業に有利
な、ますます直径が大きくなるウェーハを収容するため
にシステムのスケールを大きくすることが出来る。
【００３６】電極構造２５を駆動する電源２７の高い周
波数も、マイクロ波又はマイクロ波ＥＣＲアプリケーシ
ョンに使われる周波数よりは遙かに低いので、安価な電
源により低直流電流で作動する随意の小型磁石を使うこ
とが出来、それに伴う熱負荷は小さい。また、叙上から
明らかな通り、導波管の代わりに伝送線対を使うことが
出来る。また、加えられる磁場（電極２５を介して加え
られるＨＦ場の磁場成分と、磁石４７により加えられる
静的軸方向磁場の両方）がカソード３２Ｃにおける電場
に実質的に平行であるので、他の磁気強化型のシステム
又は磁気補助型のシステムにおけるＥ×Ｂ電子ドリフト
に起因するプラズマの不均一性がここでは存在しない。
よって、該システムにはＥ×Ｂドリフトは存在しない。
波数も、マイクロ波又はマイクロ波ＥＣＲアプリケーシ
ョンに使われる周波数よりは遙かに低いので、安価な電
源により低直流電流で作動する随意の小型磁石を使うこ
とが出来、それに伴う熱負荷は小さい。また、叙上から
明らかな通り、導波管の代わりに伝送線対を使うことが
出来る。また、加えられる磁場（電極２５を介して加え
られるＨＦ場の磁場成分と、磁石４７により加えられる
静的軸方向磁場の両方）がカソード３２Ｃにおける電場
に実質的に平行であるので、他の磁気強化型のシステム
又は磁気補助型のシステムにおけるＥ×Ｂ電子ドリフト
に起因するプラズマの不均一性がここでは存在しない。
よって、該システムにはＥ×Ｂドリフトは存在しない。
【００３７】ウェーハにおいてではなくてソース（上側
のチャンバ・セクション１６Ａ）において、Ｂ場を許す
ために、高透磁率材料で形成された磁気分路を使用する
ことが出来る。随意的に、エンクロージャーの壁に多尖
点型磁気ミラーを生成するために、典型的には北極−南
極−北極−南極・・・北極−南極という様に交互に磁極
を配した多磁極構成で磁石又は電磁石を下側のチャンバ
・セクション１６Ａの周囲に配置することが出来る。該
磁石は、例えば、垂直棒磁石、又は、好ましくは、水平
リング磁石である。この様な磁石を使って、ウェーハを
磁場にさらすことなく壁への電子ロスを減少させること
が出来、従ってプラズマ密度を向上させることが出来
る。 2.磁気強化 上述のように、単数又は複数の（好ましくは少なくとも
２つの）永久磁石又は電磁石４７−４７が、電極２５の
電界Ｅの平面に直交し、且つこの面を通る静的な一般に
軸方向の磁界を構成している。好ましくは、均質、発散
又は磁気鏡という３つの場タイプの１つが用いられる。
のチャンバ・セクション１６Ａ）において、Ｂ場を許す
ために、高透磁率材料で形成された磁気分路を使用する
ことが出来る。随意的に、エンクロージャーの壁に多尖
点型磁気ミラーを生成するために、典型的には北極−南
極−北極−南極・・・北極−南極という様に交互に磁極
を配した多磁極構成で磁石又は電磁石を下側のチャンバ
・セクション１６Ａの周囲に配置することが出来る。該
磁石は、例えば、垂直棒磁石、又は、好ましくは、水平
リング磁石である。この様な磁石を使って、ウェーハを
磁場にさらすことなく壁への電子ロスを減少させること
が出来、従ってプラズマ密度を向上させることが出来
る。 2.磁気強化 上述のように、単数又は複数の（好ましくは少なくとも
２つの）永久磁石又は電磁石４７−４７が、電極２５の
電界Ｅの平面に直交し、且つこの面を通る静的な一般に
軸方向の磁界を構成している。好ましくは、均質、発散
又は磁気鏡という３つの場タイプの１つが用いられる。
【００３８】図８（Ａ）を参照すると、ウェーハ５に対
し直交して適用された均質軸方向の均一な磁場５１が、
壁に対する電子の動作を制限している。イオンは高周波
場変動に追従することができないことから、イオンは電
子不足に追従し、ウェーハ上のプラズマ内に集中させら
れる。最大の効率を得るためには、この及びその他の静
的磁場を、高周波電磁場との共振に同調させることがで
きる；すなわち、オメガ＝２piＦ＝Be／ｍ、ここでＢは
磁束密度であり、ｅ及びｍはそれぞれ電子の電荷及び質
量である。
し直交して適用された均質軸方向の均一な磁場５１が、
壁に対する電子の動作を制限している。イオンは高周波
場変動に追従することができないことから、イオンは電
子不足に追従し、ウェーハ上のプラズマ内に集中させら
れる。最大の効率を得るためには、この及びその他の静
的磁場を、高周波電磁場との共振に同調させることがで
きる；すなわち、オメガ＝２piＦ＝Be／ｍ、ここでＢは
磁束密度であり、ｅ及びｍはそれぞれ電子の電荷及び質
量である。
【００３９】図８（Ｂ）では、軸方向に発散する場８２
が示されている。磁気モーメントの変換により、磁場の
軸方向勾配は円形並進エネルギーを軸方向並進エネルギ
ーに変換し、電子及びイオンを、より強い場領域からよ
り弱い領域へと駆動する傾向をもつ。発散する磁場を用
いてプラズマ発生領域から電子及びイオンを押し、プラ
ズマをウェーハに集中させることができる。
が示されている。磁気モーメントの変換により、磁場の
軸方向勾配は円形並進エネルギーを軸方向並進エネルギ
ーに変換し、電子及びイオンを、より強い場領域からよ
り弱い領域へと駆動する傾向をもつ。発散する磁場を用
いてプラズマ発生領域から電子及びイオンを押し、プラ
ズマをウェーハに集中させることができる。
【００４０】図８（Ｃ）及び図８（Ｄ）を参照すると、
それぞれ膨れ出しているつまり助成する磁場８３（図８
（Ｃ））及びカスプ形のつまり相対する場８４（図８
（Ｄ））が示されている。これらのいわゆる「磁気鏡」
場の各々の効果は、軸方向に発散する場の効果と似てい
る：すなわち荷電粒子は、比較的強い場領域（ここでは
端部の）から比較的弱い中央領域に向かって駆動され
る。
それぞれ膨れ出しているつまり助成する磁場８３（図８
（Ｃ））及びカスプ形のつまり相対する場８４（図８
（Ｄ））が示されている。これらのいわゆる「磁気鏡」
場の各々の効果は、軸方向に発散する場の効果と似てい
る：すなわち荷電粒子は、比較的強い場領域（ここでは
端部の）から比較的弱い中央領域に向かって駆動され
る。
【００４１】選択的に単数又は複数の磁石を位置づけ単
一の磁石又は連動する磁石により提供される場の強度を
選択し変化させることで、ウェーハにおけるプラズマの
密度を増大させるため制御された形で付随する均一、発
散又は磁気鏡の場が成形される。磁気鏡場の場合、最大
のプラズマ密度強化のために好ましいウェーハ位置は、
最大のプラズマ密度強化を提供するようバルジ又はカス
プにあるか又はこのすぐ近くである。
一の磁石又は連動する磁石により提供される場の強度を
選択し変化させることで、ウェーハにおけるプラズマの
密度を増大させるため制御された形で付随する均一、発
散又は磁気鏡の場が成形される。磁気鏡場の場合、最大
のプラズマ密度強化のために好ましいウェーハ位置は、
最大のプラズマ密度強化を提供するようバルジ又はカス
プにあるか又はこのすぐ近くである。
【００４２】プラズマの生成を強化するもののウェーハ
５における磁場を除去するため、電極２５の平面に軸方
向磁場を使用することが望ましい場合もある。高い透磁
率をもつ材料（例えば軟鉄のための鋼又はニッケルとい
ったもの）の環状ディスクを磁石及び電極２５の平面の
下、ただしウェーハ５の上に介在させることもできる。
オプションとしては、交互の極配置でリング又は棒磁石
を構成することにより、下側のチャンバ・セクション内
で多極封じ込めを用いることができる。 3.スプリット電極の整合回路網２８ 図１に示されているスプリット電極の実施例を実現する
には、スプリット電極２５と発電機２７とに与えられる
プラズマ負荷インピーダンスを整合させるために整合回
路網が必要である。また、スプリット電極２５を、無接
地、平衡（グランドに対して）型に差動的に駆動するこ
とが望ましい。電極をこの様に駆動すると、プラズマが
最も均一となり、粒子エネルギーが最小となる。
５における磁場を除去するため、電極２５の平面に軸方
向磁場を使用することが望ましい場合もある。高い透磁
率をもつ材料（例えば軟鉄のための鋼又はニッケルとい
ったもの）の環状ディスクを磁石及び電極２５の平面の
下、ただしウェーハ５の上に介在させることもできる。
オプションとしては、交互の極配置でリング又は棒磁石
を構成することにより、下側のチャンバ・セクション内
で多極封じ込めを用いることができる。 3.スプリット電極の整合回路網２８ 図１に示されているスプリット電極の実施例を実現する
には、スプリット電極２５と発電機２７とに与えられる
プラズマ負荷インピーダンスを整合させるために整合回
路網が必要である。また、スプリット電極２５を、無接
地、平衡（グランドに対して）型に差動的に駆動するこ
とが望ましい。電極をこの様に駆動すると、プラズマが
最も均一となり、粒子エネルギーが最小となる。
【００４３】好適な整合回路網２８は、発明者コリンズ
等（Collins et al.）の名義で１９９０年７月３１日に
出願され（ＡＭＡＴファイルNo. １５１−１）、通常譲
渡された「ＵＨＦ／ＶＨＦ反応装置システム」という名
称の、同時係属中の米国特許出願第５５9,９４７号に開
示されている整合回路網の修正された実施例であり、こ
の出願の開示内容を参照により本書の一部とする。図１
に加えて図９及び１０を参照すると、現在好適な整合回
路網２８は、該整合回路網の入力からグランドに接続さ
れた分路コンデンサＣ1 と、該整合回路網の入力から該
整合回路網の出力に接続された直列コンデンサＣ2 とか
ら成るＬ回路網であり、これは出力伝送線セクション７
０に直接接続する。
等（Collins et al.）の名義で１９９０年７月３１日に
出願され（ＡＭＡＴファイルNo. １５１−１）、通常譲
渡された「ＵＨＦ／ＶＨＦ反応装置システム」という名
称の、同時係属中の米国特許出願第５５9,９４７号に開
示されている整合回路網の修正された実施例であり、こ
の出願の開示内容を参照により本書の一部とする。図１
に加えて図９及び１０を参照すると、現在好適な整合回
路網２８は、該整合回路網の入力からグランドに接続さ
れた分路コンデンサＣ1 と、該整合回路網の入力から該
整合回路網の出力に接続された直列コンデンサＣ2 とか
ら成るＬ回路網であり、これは出力伝送線セクション７
０に直接接続する。
【００４４】図９及び１０に示されている整合回路網構
成は、より一般的にはソース出力抵抗成分が負荷抵抗成
分より大きいときに５０オームの典型的ソース出力抵抗
性インピーダンスと１〜５０オームの典型的プラズマ１
６抵抗性インピーダンス成分とに適用されるものである
ことに注意するべきである。プラズマ負荷インピーダン
スＺ1 の抵抗部分がソースの出力対抗性インピーダンス
を上回るときには、該整合回路網についての入力及び出
力結合は逆転する。
成は、より一般的にはソース出力抵抗成分が負荷抵抗成
分より大きいときに５０オームの典型的ソース出力抵抗
性インピーダンスと１〜５０オームの典型的プラズマ１
６抵抗性インピーダンス成分とに適用されるものである
ことに注意するべきである。プラズマ負荷インピーダン
スＺ1 の抵抗部分がソースの出力対抗性インピーダンス
を上回るときには、該整合回路網についての入力及び出
力結合は逆転する。
【００４５】コンデンサＣ1 及びＣ2 は典型的には銅又
は銀メッキされた銅板から形成される固定導体板及び可
動導体板から成る空気コンデンサである。コンデンサＣ
1 の固定板５８は整合回路網２８のケース又はエンクロ
ージャー５１であり、グランドに接続されている。図１
１も参照すると、板５７は、電源２７からの入力５０に
接続されていて、実時間Ｚin又は反射された電力に基づ
いて、システム・コントローラ５００の制御下でモータ
Ｍ1 により経路６２に沿って移動可能である。この入力
は、板間隔を、従って該コンデンサの容量を周知の方法
で制御するのに使われる。アーク放電を防止するため
に、TeflonTM又はその他の適当な低損失、高絶縁耐力の
材料のシート６１がコンデンサ板５７及び５８の間に挿
入されている。図１１に略図示されている様に、コンピ
ューター５００（又は別のコンピューター）は、電源２
７の動作を制御すると共に、適切な範囲内の適切な周波
数を選択することにより与えられたプロセスについて所
望の電圧及び電力の組合せを選択するために便利に使わ
れることに注意されたい。
は銀メッキされた銅板から形成される固定導体板及び可
動導体板から成る空気コンデンサである。コンデンサＣ
1 の固定板５８は整合回路網２８のケース又はエンクロ
ージャー５１であり、グランドに接続されている。図１
１も参照すると、板５７は、電源２７からの入力５０に
接続されていて、実時間Ｚin又は反射された電力に基づ
いて、システム・コントローラ５００の制御下でモータ
Ｍ1 により経路６２に沿って移動可能である。この入力
は、板間隔を、従って該コンデンサの容量を周知の方法
で制御するのに使われる。アーク放電を防止するため
に、TeflonTM又はその他の適当な低損失、高絶縁耐力の
材料のシート６１がコンデンサ板５７及び５８の間に挿
入されている。図１１に略図示されている様に、コンピ
ューター５００（又は別のコンピューター）は、電源２
７の動作を制御すると共に、適切な範囲内の適切な周波
数を選択することにより与えられたプロセスについて所
望の電圧及び電力の組合せを選択するために便利に使わ
れることに注意されたい。
【００４６】同様に構成された直列コンデンサＣ2 は、
TeflonTMなどの絶縁性のアーク放電防止シート５９、脚
５６から成り、この脚は、入力５０に接続されていて、
Ｃ2の容量を変えるために経路６３に沿ってコンデンサ
Ｃ1 と同様にしてモータＭ2により移動可能である。固
定された脚５５が整合回路網の出力５２に接続されてお
り、これは、実例として、下方に伸びる導体ポスト又は
導体５３に係合するクリップ５４から成る。導体５３
は、バラン出力セクション７０の一部でもある。図９の
Ｌ1 に示されている様にインダクタンスを加えるために
ポスト５３は延長されている。
TeflonTMなどの絶縁性のアーク放電防止シート５９、脚
５６から成り、この脚は、入力５０に接続されていて、
Ｃ2の容量を変えるために経路６３に沿ってコンデンサ
Ｃ1 と同様にしてモータＭ2により移動可能である。固
定された脚５５が整合回路網の出力５２に接続されてお
り、これは、実例として、下方に伸びる導体ポスト又は
導体５３に係合するクリップ５４から成る。導体５３
は、バラン出力セクション７０の一部でもある。図９の
Ｌ1 に示されている様にインダクタンスを加えるために
ポスト５３は延長されている。
【００４７】バラン７０は、接地マッチ出力を、平衡型
の差動無接地出力に変換する。１：１バランが使われて
いる。中央導体（ポスト）５３、外側導体７３、シール
ド７２及び誘電体７４及び７５から成る３軸の電気的四
分の一波長出力セクション７０を使って、グランド電流
に対して高インピーダンスを与えることによりスプリッ
ト電極２５をグランドから絶縁させる。バラン７０はス
プリット導体７６の、特にその２本の導線７７−７７を
介して終端しており、これはスプリット電極２５の個々
の導体２６−２６に接続する。
の差動無接地出力に変換する。１：１バランが使われて
いる。中央導体（ポスト）５３、外側導体７３、シール
ド７２及び誘電体７４及び７５から成る３軸の電気的四
分の一波長出力セクション７０を使って、グランド電流
に対して高インピーダンスを与えることによりスプリッ
ト電極２５をグランドから絶縁させる。バラン７０はス
プリット導体７６の、特にその２本の導線７７−７７を
介して終端しており、これはスプリット電極２５の個々
の導体２６−２６に接続する。
【００４８】4.送電線構造３２ 参考として示した私の米国特許出願明細書第５５9,９４
７号に詳しく述べられているように、適切な同軸／送電
線設計は、マッチングネットワークからウェーハまでの
低特性インピーダンスの短い送電線を介してのフィード
及び送電線に沿っての戻り通路の両方を必要とする。こ
の設計上の必要条件は、陰極３２Ｃ、同心環状導線３２
０及び、陰極３２Ｃを取り囲み陰極を同心環状導線３２
０から絶縁し、そうでなければ降伏する可能性のあるプ
ロセスガスを移動させるような非多孔質低損絶縁体３２
Ｉを含む、図１に示されている一体型送電線構造３２に
よって満たされる。例えば、テフロンTM又は石英材料
は、高い誘電強度、低い誘電定数及び低い損失を有する
ことから好まれる。この構造の入力側は、以下に説明す
る要領で整合回路網（マッチングネットワーク）４３に
接続されている。絶縁された陰極３２Ｃ及び外側導線３
２０は、整合回路網４３とプラズマ１６の間に別々の電
流通路を提供する。１つの可逆的電流通路４１は整合回
路網４３から陰極３２Ｃの外周に沿って電極表面にある
プラズマシースまでである。第２の可逆通路４２は、プ
ラズマからエンクロージャーの側壁１２の上部内側セク
ションに沿って、次に導電性排気マニホルドスクリーン
２９に沿って外部導線３２０の内側を介し整合回路網に
至るまでである。排気マニホルドスクリーン２９は、均
等な半径方向ガスポンプ送りシステムの一部であり、又
ＲＦ電流のための戻り通路であることに留意されたい。
７号に詳しく述べられているように、適切な同軸／送電
線設計は、マッチングネットワークからウェーハまでの
低特性インピーダンスの短い送電線を介してのフィード
及び送電線に沿っての戻り通路の両方を必要とする。こ
の設計上の必要条件は、陰極３２Ｃ、同心環状導線３２
０及び、陰極３２Ｃを取り囲み陰極を同心環状導線３２
０から絶縁し、そうでなければ降伏する可能性のあるプ
ロセスガスを移動させるような非多孔質低損絶縁体３２
Ｉを含む、図１に示されている一体型送電線構造３２に
よって満たされる。例えば、テフロンTM又は石英材料
は、高い誘電強度、低い誘電定数及び低い損失を有する
ことから好まれる。この構造の入力側は、以下に説明す
る要領で整合回路網（マッチングネットワーク）４３に
接続されている。絶縁された陰極３２Ｃ及び外側導線３
２０は、整合回路網４３とプラズマ１６の間に別々の電
流通路を提供する。１つの可逆的電流通路４１は整合回
路網４３から陰極３２Ｃの外周に沿って電極表面にある
プラズマシースまでである。第２の可逆通路４２は、プ
ラズマからエンクロージャーの側壁１２の上部内側セク
ションに沿って、次に導電性排気マニホルドスクリーン
２９に沿って外部導線３２０の内側を介し整合回路網に
至るまでである。排気マニホルドスクリーン２９は、均
等な半径方向ガスポンプ送りシステムの一部であり、又
ＲＦ電流のための戻り通路であることに留意されたい。
【００４９】交流電気エネルギーの適用中、ＲＦ電流通
路は、示されている方向と逆方向の間で交替する。送電
線構造３２が同軸ケーブルタイプの構成のものであるた
め、又さらに限定的に言うと、陰極３２Ｃのより高い内
部インピーダンス（その外側との関係における）及び導
線３２０の外部表面に向かってのより高いインピーダン
ス（その内部表面との関係における）のため、ＲＦ電流
は、陰極３２Ｃの外部表面及び外部導線３２０の内部表
面へと同軸送電線の要領で強制される。表皮効果がＲＦ
電流を送電線の表面近くに集中させ、電流通路の有効断
面積を減少させる。例えば、直径４−８インチのウェー
ハといった大きなウェーハ及びそれに比例して大きい直
径の陰極３２Ｃ及び大きい直径の外部導線３２０の使用
は、送電線構造に沿って大きな有効断面積、低インピー
ダンスの電流通路を提供する。
路は、示されている方向と逆方向の間で交替する。送電
線構造３２が同軸ケーブルタイプの構成のものであるた
め、又さらに限定的に言うと、陰極３２Ｃのより高い内
部インピーダンス（その外側との関係における）及び導
線３２０の外部表面に向かってのより高いインピーダン
ス（その内部表面との関係における）のため、ＲＦ電流
は、陰極３２Ｃの外部表面及び外部導線３２０の内部表
面へと同軸送電線の要領で強制される。表皮効果がＲＦ
電流を送電線の表面近くに集中させ、電流通路の有効断
面積を減少させる。例えば、直径４−８インチのウェー
ハといった大きなウェーハ及びそれに比例して大きい直
径の陰極３２Ｃ及び大きい直径の外部導線３２０の使用
は、送電線構造に沿って大きな有効断面積、低インピー
ダンスの電流通路を提供する。
【００５０】同様に、同軸タイプの送電線構造３２がそ
の特徴的インピーダンスＺ0 に等しい純粋抵抗で終結さ
れたならば、整合回路網はそのとき送電線の長さの如何
にかかわらず一定のインピーダンスＺ0 を見ることにな
ろう。しかしながらここでは、プラズマは一定範囲の圧
力及び電力にわたり作動しており、しかもプラズマが送
電線３２の端部に示す負荷インピーダンスＺ1 を集合的
に変化させるような異なるガスを含んでいることから、
これに該当しない。負荷Ｚ1 は、理想的でない（すなわ
ち無損でない）送電線３２から不整合されているため、
送電線上に存在する定在波は、送電線と整合回路網４３
の間の抵抗、誘電などの損失を増大させることになる。
整合回路網を用いてあらゆる定在波及びそれに続く整合
回路網の入力端から増幅器又は電源３０への損失を無く
することも可能であるが、整合回路網４３、送電線フィ
ード３２及びチャンバ内のプラズマは、送電線３２と整
合回路網４３間の抵抗、誘電などの損失を増大させる共
振システムを構成する。要するに、負荷インピーダンス
Ｚ1 は損失と不整合させられることになるが、損失はＺ
1 〜Ｚ0 のとき最小である。
の特徴的インピーダンスＺ0 に等しい純粋抵抗で終結さ
れたならば、整合回路網はそのとき送電線の長さの如何
にかかわらず一定のインピーダンスＺ0 を見ることにな
ろう。しかしながらここでは、プラズマは一定範囲の圧
力及び電力にわたり作動しており、しかもプラズマが送
電線３２の端部に示す負荷インピーダンスＺ1 を集合的
に変化させるような異なるガスを含んでいることから、
これに該当しない。負荷Ｚ1 は、理想的でない（すなわ
ち無損でない）送電線３２から不整合されているため、
送電線上に存在する定在波は、送電線と整合回路網４３
の間の抵抗、誘電などの損失を増大させることになる。
整合回路網を用いてあらゆる定在波及びそれに続く整合
回路網の入力端から増幅器又は電源３０への損失を無く
することも可能であるが、整合回路網４３、送電線フィ
ード３２及びチャンバ内のプラズマは、送電線３２と整
合回路網４３間の抵抗、誘電などの損失を増大させる共
振システムを構成する。要するに、負荷インピーダンス
Ｚ1 は損失と不整合させられることになるが、損失はＺ
1 〜Ｚ0 のとき最小である。
【００５１】負荷不整合による損失を低減するために
は、同軸タイプの送電線構造３２は、プラズマ作業に付
随する負荷インピーダンスの範囲に最もうまく適合され
た特徴的インピーダンスＺ0 を有するように設計されて
ている。標準的に言って、上述の運転パラメータ（例え
ば：ウェーハ支持電極又は約５〜５０ＭＨz のバイアス
周波数範囲）及び対象材料の場合、プラズマによって送
電線に提示される直列等価ＲＣ負荷インピーダンスＺ1
は、１オームから３０オームまでのだいたいの範囲内の
抵抗及び５０ピコファラドから恐らくは４００ピコファ
ラドまでのおおよその範囲内のキャパシタンスを含むこ
とになる。従って、最適なものとして、負荷インピーダ
ンス範囲すなわち約１０オームから５０オームの範囲内
に集中するような送電線の特徴的インピーダンスＺ0 が
選択される。
は、同軸タイプの送電線構造３２は、プラズマ作業に付
随する負荷インピーダンスの範囲に最もうまく適合され
た特徴的インピーダンスＺ0 を有するように設計されて
ている。標準的に言って、上述の運転パラメータ（例え
ば：ウェーハ支持電極又は約５〜５０ＭＨz のバイアス
周波数範囲）及び対象材料の場合、プラズマによって送
電線に提示される直列等価ＲＣ負荷インピーダンスＺ1
は、１オームから３０オームまでのだいたいの範囲内の
抵抗及び５０ピコファラドから恐らくは４００ピコファ
ラドまでのおおよその範囲内のキャパシタンスを含むこ
とになる。従って、最適なものとして、負荷インピーダ
ンス範囲すなわち約１０オームから５０オームの範囲内
に集中するような送電線の特徴的インピーダンスＺ0 が
選択される。
【００５２】整合回路網が見るプラズマインピーダンス
の変成を避けるためには、送電線３２が非常に短かいも
のであることが必要である。好ましくは、送電線は、１
／４波長すなわちラムダ／４よりはるかに小さく、さら
に好ましくは約（0.０５〜0.１）ラムダである。さらに
一般的に言うと、負荷に対し１／４波長よりはるかに小
さい距離のところに整合回路網を位置づけすることが不
可能である場合、半波長の整数倍数ｎ：１、２、３等々
（ラムダ／２；ラムダ；３／２ラムダ等々）に等しい送
電線の長さを用いることによりインピーダンス変成に付
随する半波長の同期性を利用する。さらに厳密に言う
と、好ましい値は、ラムダ／２から（ラムダ／２＋0.０
５ラムダ）；ラムダから（ラムダ＋0.０５ラムダ）；３
／２ラムダから（３／２ラムダ＋0.０５ラムダ）；等々
である。このような条件の下では、１／４波セクション
（又はｎを奇数としてｎラムダ／４）がＺin＝Ｚ0 2 ／
Ｚ1となるようにＺ1 を変成し（ここでＺ1 は標準的に
小さい）かくして非常に大きなＺ1Nを生成することか
ら、整合回路網は、１／４波長の奇数整数（１／４ラム
ダ、３／４ラムダ、５／４ラムダ）のところに位置づけ
されてはならない。このときこの整合回路網はプラズマ
負荷と整合できず、受諾できないシステム共振及びワッ
ト損無しにプラズマに電力を結合することは非常にむず
かしくなる。
の変成を避けるためには、送電線３２が非常に短かいも
のであることが必要である。好ましくは、送電線は、１
／４波長すなわちラムダ／４よりはるかに小さく、さら
に好ましくは約（0.０５〜0.１）ラムダである。さらに
一般的に言うと、負荷に対し１／４波長よりはるかに小
さい距離のところに整合回路網を位置づけすることが不
可能である場合、半波長の整数倍数ｎ：１、２、３等々
（ラムダ／２；ラムダ；３／２ラムダ等々）に等しい送
電線の長さを用いることによりインピーダンス変成に付
随する半波長の同期性を利用する。さらに厳密に言う
と、好ましい値は、ラムダ／２から（ラムダ／２＋0.０
５ラムダ）；ラムダから（ラムダ＋0.０５ラムダ）；３
／２ラムダから（３／２ラムダ＋0.０５ラムダ）；等々
である。このような条件の下では、１／４波セクション
（又はｎを奇数としてｎラムダ／４）がＺin＝Ｚ0 2 ／
Ｚ1となるようにＺ1 を変成し（ここでＺ1 は標準的に
小さい）かくして非常に大きなＺ1Nを生成することか
ら、整合回路網は、１／４波長の奇数整数（１／４ラム
ダ、３／４ラムダ、５／４ラムダ）のところに位置づけ
されてはならない。このときこの整合回路網はプラズマ
負荷と整合できず、受諾できないシステム共振及びワッ
ト損無しにプラズマに電力を結合することは非常にむず
かしくなる。
【００５３】同様に、電力を効果的に結合するために
は、戻り導線３２０の内径（断面直径）は中心導線３２
Ｃの外径（断面寸法）よりもはるかに大きいものであっ
てはならない。要するに、チャンバは、整合回路網４３
からプラズマへ電力を結合する送電線構造を任意である
が、好ましくは内含するこの送電線構造は（１）好まし
くは、問題の周波数における１／４波長に比べ非常に短
かいか、或いは又代替的には半波長の整数倍にほぼ等し
く、かくしてプラズマインピーダンスの望ましくない変
成を防いでいる；（２）プラズマと整合回路網の間のラ
イン上の定在波の存在による損失を抑制するよう選択さ
れた特性Ｚ0 を有する；そして（３）中心導線のものよ
りもかなり大きい外部導線通路断面寸法を用いている。
は、戻り導線３２０の内径（断面直径）は中心導線３２
Ｃの外径（断面寸法）よりもはるかに大きいものであっ
てはならない。要するに、チャンバは、整合回路網４３
からプラズマへ電力を結合する送電線構造を任意である
が、好ましくは内含するこの送電線構造は（１）好まし
くは、問題の周波数における１／４波長に比べ非常に短
かいか、或いは又代替的には半波長の整数倍にほぼ等し
く、かくしてプラズマインピーダンスの望ましくない変
成を防いでいる；（２）プラズマと整合回路網の間のラ
イン上の定在波の存在による損失を抑制するよう選択さ
れた特性Ｚ0 を有する；そして（３）中心導線のものよ
りもかなり大きい外部導線通路断面寸法を用いている。
【００５４】5.制御システム ここで、以下の説明は、図５に示されている制御システ
ムを参照しながら用いられる： Ｐsp： 電力設定点 Ｐf ： 順方向電力 電源及びその内部に位置づけされ
た方向結合器により測定される。
ムを参照しながら用いられる： Ｐsp： 電力設定点 Ｐf ： 順方向電力 電源及びその内部に位置づけされ
た方向結合器により測定される。
【００５５】Ｐr ： 反射電力 ｜Ｚ｜： インピーダンスの絶対値 ＜phi ： インピーダンスの位相 Ｔsp： 同調設定点 Ｌsp： 負荷設定点 Ｔfb： 同調フィードバック（測定値） Ｌfb： 負荷フィードバック（測定値） 図５は、電源を含むさまざまな構成要素を制御するため
のシステムの一例のブロックダイアグラムである。ここ
ではシステム制御装置５００が、周囲の（或いはスプリ
ット又は上部電極）電源２７、インピーダンスブリッジ
５０２、同調／負荷を備えた整合回路網２８、上部電極
２５、バイアス電源５０４、インピーダンスブリッジ５
０５、整合回路網４３及び陰極３２Ｃにインターフェイ
スされている。イオン束密度及びイオン・エネルギーの
ために選択されたプロセスパラメータ上部電極電力及び
直流バイアスは、制御装置５００に対して入力として供
給される。制御装置５００は同様に、ガス流、チャンバ
圧力、電極又はウェーハ温度、チャンバ温度その他とい
ったその他のパラメータをも制御することができる。制
御装置５００は、同調／負荷を備えた整合回路網２８に
接続されたＴsp1 及びＬsp1 ライン上で信号を発するこ
とにより、初期同調1 、負荷1 条件を予め設定すること
ができる。制御装置５００は同様に、整合回路網４３に
接続されたＴsp2 及びＬsp2 ライン上で信号を発するこ
とにより初期同期2 及び負荷2 条件を予め設定すること
ができる。標準的に、これらの条件は、プラズマ開始
（ガス降伏）を最適化するように選択される。電力はま
ず電極２５又は陰極３２Ｃのいずれかに適用されるか或
いは又両方に同時に適用されてもよい。制御装置はＰsp
1ライン上で電源２７へ又はＰsp2 ライン上でバイアス
電源５０４へ同時に又は逐次的に（いずれかの順序で）
電力設定点を発する。
のシステムの一例のブロックダイアグラムである。ここ
ではシステム制御装置５００が、周囲の（或いはスプリ
ット又は上部電極）電源２７、インピーダンスブリッジ
５０２、同調／負荷を備えた整合回路網２８、上部電極
２５、バイアス電源５０４、インピーダンスブリッジ５
０５、整合回路網４３及び陰極３２Ｃにインターフェイ
スされている。イオン束密度及びイオン・エネルギーの
ために選択されたプロセスパラメータ上部電極電力及び
直流バイアスは、制御装置５００に対して入力として供
給される。制御装置５００は同様に、ガス流、チャンバ
圧力、電極又はウェーハ温度、チャンバ温度その他とい
ったその他のパラメータをも制御することができる。制
御装置５００は、同調／負荷を備えた整合回路網２８に
接続されたＴsp1 及びＬsp1 ライン上で信号を発するこ
とにより、初期同調1 、負荷1 条件を予め設定すること
ができる。制御装置５００は同様に、整合回路網４３に
接続されたＴsp2 及びＬsp2 ライン上で信号を発するこ
とにより初期同期2 及び負荷2 条件を予め設定すること
ができる。標準的に、これらの条件は、プラズマ開始
（ガス降伏）を最適化するように選択される。電力はま
ず電極２５又は陰極３２Ｃのいずれかに適用されるか或
いは又両方に同時に適用されてもよい。制御装置はＰsp
1ライン上で電源２７へ又はＰsp2 ライン上でバイアス
電源５０４へ同時に又は逐次的に（いずれかの順序で）
電力設定点を発する。
【００５６】電子なだれ降伏は、気体中で急速に発生し
プラズマを生成する。制御装置５００は、電極２５へ及
び電極２５からの順方向電力（Ｐf1）及び反射電力（Ｐ
r1）を監視し、陰極３２Ｃへ及び陰極３２Ｃからの順方
向電力（Ｐf2）及び反射電力（Ｐr2）を監視する。直流
バイアス（陰極対陽極直流電圧）も又、図示されている
ようにコントローラ制御装置５００により監視される。
制御装置５００は、（ａ）順方向電力Ｐf1及び反射電力
Ｐr1又は（ｂ）インピーダンス絶対値、｜Ｚ1｜ 及び
インピーダンス位相＜phi のいずれかに基づいてライン
Ｔsp1 及びＬsp1 上で設定点を発することにより、電極
同調1 及び負荷1 パラメータを調整する。ブリッジ５０
２はインピーダンス絶対値と位相角についての情報を制
御装置に提供する。電極２５は、反射電力Ｐr1がほぼゼ
ロであるとき及びインピーダンス（絶対値及び位相｜Ｚ
1 ｜＜phi ）が上部電極電源出力インピーダンスの複素
共役である場合に整合される。（ゼロ反射電力条件及び
共役インピーダンス条件は同時に発生する。従って、反
射電力を最小限にしてもインピーダンスをマッチングし
ても、結果は同じである。代替的には、ＶＳＷＲ（電圧
定在波比）又は反射係数を最小限におさえることもでき
る）。制御装置５００は、（ａ）順方向電力Ｐf2及び反
射電力Ｐr2及び（ｂ）インピーダンス絶対値｜Ｚ2 ｜及
びインピーダンス位相＜phi2のいずれかに基づいてＴsp
2 及びＬsp2 ライン上で設定点を発することにより、陰
極３２Ｃ及び整合回路網４３の同調2 及び負荷2 パラメ
ータを調整する。ブリッジ５０５は、制御装置５００に
対してインピーダンス絶対値｜Ｚ2 ｜及び位相＜phi2に
ついての情報を提供する。マッチングは、電極マッチン
グと同様に、反射電力Ｐr2が基本的にゼロである場合及
びインピーダンス（絶対値及び位相｜Ｚ2 ｜＜phi2）バ
イアス電源５０４出力インピーダンスの複素共役である
場合に起こる。直流バイアスは制御装置５００により監
視され、この制御装置は望ましい測定された直流バイア
スを得るためバイアス電源の出力電力を変化させる。制
御装置５００は、直流バイアスの望まれる値から直流バ
イアスの測定値を引く。その差が負である場合、バイア
ス電源５０４出力は増大される。その差が正である場
合、バイアス電源５０４出力は減少される（より高いバ
イアス電源５０４出力は、さらに負の直流バイアスを生
成する）。この方法に従って、比例、比例−積分又は比
例−積分−微分制御又はその他の制御をこの方法に従っ
て使用することができる。
プラズマを生成する。制御装置５００は、電極２５へ及
び電極２５からの順方向電力（Ｐf1）及び反射電力（Ｐ
r1）を監視し、陰極３２Ｃへ及び陰極３２Ｃからの順方
向電力（Ｐf2）及び反射電力（Ｐr2）を監視する。直流
バイアス（陰極対陽極直流電圧）も又、図示されている
ようにコントローラ制御装置５００により監視される。
制御装置５００は、（ａ）順方向電力Ｐf1及び反射電力
Ｐr1又は（ｂ）インピーダンス絶対値、｜Ｚ1｜ 及び
インピーダンス位相＜phi のいずれかに基づいてライン
Ｔsp1 及びＬsp1 上で設定点を発することにより、電極
同調1 及び負荷1 パラメータを調整する。ブリッジ５０
２はインピーダンス絶対値と位相角についての情報を制
御装置に提供する。電極２５は、反射電力Ｐr1がほぼゼ
ロであるとき及びインピーダンス（絶対値及び位相｜Ｚ
1 ｜＜phi ）が上部電極電源出力インピーダンスの複素
共役である場合に整合される。（ゼロ反射電力条件及び
共役インピーダンス条件は同時に発生する。従って、反
射電力を最小限にしてもインピーダンスをマッチングし
ても、結果は同じである。代替的には、ＶＳＷＲ（電圧
定在波比）又は反射係数を最小限におさえることもでき
る）。制御装置５００は、（ａ）順方向電力Ｐf2及び反
射電力Ｐr2及び（ｂ）インピーダンス絶対値｜Ｚ2 ｜及
びインピーダンス位相＜phi2のいずれかに基づいてＴsp
2 及びＬsp2 ライン上で設定点を発することにより、陰
極３２Ｃ及び整合回路網４３の同調2 及び負荷2 パラメ
ータを調整する。ブリッジ５０５は、制御装置５００に
対してインピーダンス絶対値｜Ｚ2 ｜及び位相＜phi2に
ついての情報を提供する。マッチングは、電極マッチン
グと同様に、反射電力Ｐr2が基本的にゼロである場合及
びインピーダンス（絶対値及び位相｜Ｚ2 ｜＜phi2）バ
イアス電源５０４出力インピーダンスの複素共役である
場合に起こる。直流バイアスは制御装置５００により監
視され、この制御装置は望ましい測定された直流バイア
スを得るためバイアス電源の出力電力を変化させる。制
御装置５００は、直流バイアスの望まれる値から直流バ
イアスの測定値を引く。その差が負である場合、バイア
ス電源５０４出力は増大される。その差が正である場
合、バイアス電源５０４出力は減少される（より高いバ
イアス電源５０４出力は、さらに負の直流バイアスを生
成する）。この方法に従って、比例、比例−積分又は比
例−積分−微分制御又はその他の制御をこの方法に従っ
て使用することができる。
【００５７】代替的には、一定の直流バイアスを維持す
るべくバイアス電源５０４出力を調整する好ましい実施
態様の代りに、一定のバイアス電源５０４出力を用いる
こともできる。制御装置５００は、中央制御装置であっ
ても、或いは又複数の制御装置の分散形システムであっ
てもよい。
るべくバイアス電源５０４出力を調整する好ましい実施
態様の代りに、一定のバイアス電源５０４出力を用いる
こともできる。制御装置５００は、中央制御装置であっ
ても、或いは又複数の制御装置の分散形システムであっ
てもよい。
【００５８】その他の特長 本発明の好ましい特長は、一定の陰極（ウェーハ）シー
ス電圧を維持するため自動的に「下部」又は支持電極バ
イアス電力を変動させることにある。きわめて非対称な
システムにおいて低電力（＜５００ｍｔ）で、陰極にお
いて測定された直流バイアスは、陰極シース電圧に近い
近似値である。下部電力は、一定のＤＣバイアスを保つ
べく、そして一定のシース電圧を保つべく、前のセクシ
ョンで述べたように自動的に変化させることができる。
下部電力は、プラズマ密度及びイオン電流密度に対しほ
とんど影響を及ぼさない。上部電極電力は、プラズマ密
度及び電流密度に対し非常に強い効果を及ぼすが、陰極
シース電圧に対しては非常に小さい影響しか及ぼさな
い。従って、プラズマ及びイオン電流密度を規定するに
はトップ電力を又陰極シース電圧を規定するにはボトム
電力を使用することが望ましい。
ス電圧を維持するため自動的に「下部」又は支持電極バ
イアス電力を変動させることにある。きわめて非対称な
システムにおいて低電力（＜５００ｍｔ）で、陰極にお
いて測定された直流バイアスは、陰極シース電圧に近い
近似値である。下部電力は、一定のＤＣバイアスを保つ
べく、そして一定のシース電圧を保つべく、前のセクシ
ョンで述べたように自動的に変化させることができる。
下部電力は、プラズマ密度及びイオン電流密度に対しほ
とんど影響を及ぼさない。上部電極電力は、プラズマ密
度及び電流密度に対し非常に強い効果を及ぼすが、陰極
シース電圧に対しては非常に小さい影響しか及ぼさな
い。従って、プラズマ及びイオン電流密度を規定するに
はトップ電力を又陰極シース電圧を規定するにはボトム
電力を使用することが望ましい。
【００５９】リアクタチャンバシステム１０内に内含さ
せることのできる特長としては、吸気マニホルド２３の
内部及び／又は外部温度を一定の値以上又は以下に或い
は又一定の範囲内に維持するための流体伝熱媒体の使
用；陰極３２Ｃを加熱又は冷却するための流体伝熱媒体
の使用；チャンバの壁１２又は上部１３を加熱又は冷却
するための流体伝熱媒体の使用；陰極３２Ｃの抵抗加
熱；ウェーハ５と陰極３２Ｃの間の気体伝熱媒体の使
用；及び陰極３２Ｃにウェーハ５を締めつけるための機
械的又は静電式手段、が含まれるが、これらに限られる
わけではない。このような特長は、本書に参考として内
含さる１９８９年１０月１０日発行の共同譲渡の米国特
許第4,872,947 号及び１９８９年６月２７日発行の共同
譲渡された米国特許第4,842,683 号に開示されている。
せることのできる特長としては、吸気マニホルド２３の
内部及び／又は外部温度を一定の値以上又は以下に或い
は又一定の範囲内に維持するための流体伝熱媒体の使
用；陰極３２Ｃを加熱又は冷却するための流体伝熱媒体
の使用；チャンバの壁１２又は上部１３を加熱又は冷却
するための流体伝熱媒体の使用；陰極３２Ｃの抵抗加
熱；ウェーハ５と陰極３２Ｃの間の気体伝熱媒体の使
用；及び陰極３２Ｃにウェーハ５を締めつけるための機
械的又は静電式手段、が含まれるが、これらに限られる
わけではない。このような特長は、本書に参考として内
含さる１９８９年１０月１０日発行の共同譲渡の米国特
許第4,872,947 号及び１９８９年６月２７日発行の共同
譲渡された米国特許第4,842,683 号に開示されている。
【００６０】本発明に基づくプラズマリアクタシステム
は、従来通りの方向性つまり垂直方向に、基板５が電極
（陰極３２Ｃ）の上にあり、電極２５が電極の上方に位
置づけされた状態で、図１に示されている。便宜上、電
極２５に供給される電力をここでは時々「上部」電力と
呼び、電極（陰極３２Ｃ）に供給される電力を「バイア
ス」又は「下部」電力と呼ぶ。これらの表現及び名称
は、便宜上のものにすぎず、記述されているシステムを
逆転させるつまり電極を上にして電極２５をこの電極
（陰極３２Ｃ）の下方に位置づけた状態で構成すること
も可能であり、或いは又変更無しに水平方向といったそ
の他の形で方向づけすることもできる。要するに、この
リアクタシステムは方向性とは無関係に作動するのであ
る。逆転構成においては、プラズマは電極２５で生成さ
れ、明細書に記されているのと同じ要領で電極２５の上
方に位置づけされた基板５まで上向きに輸送される。す
なわち、活性種の輸送は、拡散及びバルクフローにより
起り、オプションとしては軸方向勾配をもつ磁場によっ
て補助される。このプロセスは、重力に依存しておら
ず、従って方向性による影響が比較的少ない。逆転した
方向性は例えば、気相内のプラズマ生成領域内又は表面
上に形成された粒子が基板上に落ちる確率を最低限にお
さえるのに有効でありうる。このとき重力はこのような
粒子が最小のもの以外全て重力による電位の傾きに対し
上向きに基板表面まで移動する確率を減少させる。
は、従来通りの方向性つまり垂直方向に、基板５が電極
（陰極３２Ｃ）の上にあり、電極２５が電極の上方に位
置づけされた状態で、図１に示されている。便宜上、電
極２５に供給される電力をここでは時々「上部」電力と
呼び、電極（陰極３２Ｃ）に供給される電力を「バイア
ス」又は「下部」電力と呼ぶ。これらの表現及び名称
は、便宜上のものにすぎず、記述されているシステムを
逆転させるつまり電極を上にして電極２５をこの電極
（陰極３２Ｃ）の下方に位置づけた状態で構成すること
も可能であり、或いは又変更無しに水平方向といったそ
の他の形で方向づけすることもできる。要するに、この
リアクタシステムは方向性とは無関係に作動するのであ
る。逆転構成においては、プラズマは電極２５で生成さ
れ、明細書に記されているのと同じ要領で電極２５の上
方に位置づけされた基板５まで上向きに輸送される。す
なわち、活性種の輸送は、拡散及びバルクフローにより
起り、オプションとしては軸方向勾配をもつ磁場によっ
て補助される。このプロセスは、重力に依存しておら
ず、従って方向性による影響が比較的少ない。逆転した
方向性は例えば、気相内のプラズマ生成領域内又は表面
上に形成された粒子が基板上に落ちる確率を最低限にお
さえるのに有効でありうる。このとき重力はこのような
粒子が最小のもの以外全て重力による電位の傾きに対し
上向きに基板表面まで移動する確率を減少させる。
【００６１】本発明のチャンバの設計は、高低両方の圧
力でのオペレーションに有効である。ウェーハ支持陰極
３２Ｃと電極２５の平面の間の間隔ｄは、高低圧両方の
オペレーションに合わせて調整することができる。例え
ば５００ミリトール−５０トールでの高圧オペレーショ
ンは好ましくは、ｄ≦約５センチメートルの間隔を使用
し、一方0.１ミリトール未満〜５００ミリトールの範囲
内での低圧オペレーションの場合ｄ＜５センチメートル
の間隔どりが好ましいものでありうる。チャンバは、図
示されているように固定間隔ｄを内含することができる
し、或いは又互換性ある又は入れ子式の上部チャンバセ
クションといった可変的間隔どりの設計を使用すること
もできる。リアクタシステム１０は、酸化シリコン及び
窒化シリコンといったような材料の高低圧析出；二酸化
シリコン、窒化シリコン、シリコン、ポリシリコン及び
アルミニウムといった材料の低圧異方性反応性イオンエ
ッチング；このような材料の高圧プラズマエッチング；
及びウェーハ微細構成の平坦化を含むこのような材料の
同時析出及びエッチバックが関与するＣＶＤファセッテ
ィングといったプロセスに有効である。リアクタシステ
ム１０を使用することのできるこれらの及びその他のプ
ロセスは、本書に参考として内含されている、１９９０
年７月３１日Callins 他の名で提出された「半導体ウェ
ーハ上の集積回路構造の形成に使用するためのＶＨＦ／
ＵＨＦプラズマ方法」という題の共同譲渡された米国特
許出願明細書（ＡＭＡＴ出願番号１５１−２）に記述さ
れている。
力でのオペレーションに有効である。ウェーハ支持陰極
３２Ｃと電極２５の平面の間の間隔ｄは、高低圧両方の
オペレーションに合わせて調整することができる。例え
ば５００ミリトール−５０トールでの高圧オペレーショ
ンは好ましくは、ｄ≦約５センチメートルの間隔を使用
し、一方0.１ミリトール未満〜５００ミリトールの範囲
内での低圧オペレーションの場合ｄ＜５センチメートル
の間隔どりが好ましいものでありうる。チャンバは、図
示されているように固定間隔ｄを内含することができる
し、或いは又互換性ある又は入れ子式の上部チャンバセ
クションといった可変的間隔どりの設計を使用すること
もできる。リアクタシステム１０は、酸化シリコン及び
窒化シリコンといったような材料の高低圧析出；二酸化
シリコン、窒化シリコン、シリコン、ポリシリコン及び
アルミニウムといった材料の低圧異方性反応性イオンエ
ッチング；このような材料の高圧プラズマエッチング；
及びウェーハ微細構成の平坦化を含むこのような材料の
同時析出及びエッチバックが関与するＣＶＤファセッテ
ィングといったプロセスに有効である。リアクタシステ
ム１０を使用することのできるこれらの及びその他のプ
ロセスは、本書に参考として内含されている、１９９０
年７月３１日Callins 他の名で提出された「半導体ウェ
ーハ上の集積回路構造の形成に使用するためのＶＨＦ／
ＵＨＦプラズマ方法」という題の共同譲渡された米国特
許出願明細書（ＡＭＡＴ出願番号１５１−２）に記述さ
れている。
【００６２】6.別の電極構成 図２は、代わりのシステム１２０を略図示しており、こ
れは図１のシステム１０に類似してはいるが、ドーム１
７の代わりに平らな誘電性の窓１７Ｐがエンクロージャ
ーの頂部に形成されていて、平らな高周波電極２５Ｐ
（窓１７Ｐの頂部に形成されるのが好都合である）が円
形電極２５の代わりに使われている点で異なっている。
図２の構成は、図１のそれと同様に作動するけれども、
電場はその様に限定されていなくて、ウェーハ５の平面
に対して垂直である点では異なる。その結果として、シ
ステム１２０はシステム１０の損傷抑圧特性をもたらさ
ない（即ち、システム１０と同程度にはウェーハ損傷を
抑圧しない）。
れは図１のシステム１０に類似してはいるが、ドーム１
７の代わりに平らな誘電性の窓１７Ｐがエンクロージャ
ーの頂部に形成されていて、平らな高周波電極２５Ｐ
（窓１７Ｐの頂部に形成されるのが好都合である）が円
形電極２５の代わりに使われている点で異なっている。
図２の構成は、図１のそれと同様に作動するけれども、
電場はその様に限定されていなくて、ウェーハ５の平面
に対して垂直である点では異なる。その結果として、シ
ステム１２０はシステム１０の損傷抑圧特性をもたらさ
ない（即ち、システム１０と同程度にはウェーハ損傷を
抑圧しない）。
【００６３】図３は、頂部電極２５Ｐがエンクロージャ
ー壁に接続されていてエンクロージャーが低周波電力に
接続されているためにシステム１２０の逆となっている
システム１３０を示す。図４は、頂部電極を使わないシ
ステム１４０を示す。その代わりに、低周波ソース及び
高周波源の両方がウェーハ支持電極３２に接続されてい
る。図１のシステム１０に対して、この混合周波数構成
に起因する差異は、第１に、単一の電極を使って密度及
びエネルギーをそれぞれ制御するためにＨＦ及びＬＦ電
力を使用すること、第２に、この構成はシステム１０の
損傷抑圧特性をもたらさない（即ち、システム１０の範
囲に対する損傷を抑圧しない）ことである。
ー壁に接続されていてエンクロージャーが低周波電力に
接続されているためにシステム１２０の逆となっている
システム１３０を示す。図４は、頂部電極を使わないシ
ステム１４０を示す。その代わりに、低周波ソース及び
高周波源の両方がウェーハ支持電極３２に接続されてい
る。図１のシステム１０に対して、この混合周波数構成
に起因する差異は、第１に、単一の電極を使って密度及
びエネルギーをそれぞれ制御するためにＨＦ及びＬＦ電
力を使用すること、第２に、この構成はシステム１０の
損傷抑圧特性をもたらさない（即ち、システム１０の範
囲に対する損傷を抑圧しない）ことである。
【００６４】上記の整合回路網２８は、高周波差動駆動
の無接地平衡型スプリット電極構成により課される要件
を充たすために好都合である。また、伝送線構造３２
と、付随の整合回路網４３は、好都合な方式である。よ
り一般的には、特に低周波結合のために在来の伝送線構
造と整合回路網とを使用することが出来る。 7.装置の例 私のシステムの本作業実施例は、図１に示されているド
ーム構成とスプリット電極構成とを取り入れている。短
い石英製ガラス鐘チャンバ１７は１０インチの直径を有
する。直径１0.２インチ、高さ２インチの電極２５は、
無接地であり、ドーム型処理チャンバ１６Ａを囲んでい
る。反射ボックス４４はアルミニウム製である。１キロ
ワット、２００ＭＨz の高周波ＲＦエネルギーを使用す
る動作により、頂部電極より約４インチ下流側（即ち、
下方）にウェーハへ延在するプラズマが得られる。これ
により、１〜２×１０12／cm3 のプラズマ密度と、ウェ
ーハにおいて下流側に１０〜１５ｍＡ／cm2 のイオン飽
和電流密度とが得られる。頂部電極の下方（下流側）約
４インチで支持電極上に位置する５インチのウェーハに
１3.５６ＭＨz 、２００ワットの低周波補助バイアスを
加えると、２００ボルトのカソード・シース電圧が得ら
れる。 １ １
の無接地平衡型スプリット電極構成により課される要件
を充たすために好都合である。また、伝送線構造３２
と、付随の整合回路網４３は、好都合な方式である。よ
り一般的には、特に低周波結合のために在来の伝送線構
造と整合回路網とを使用することが出来る。 7.装置の例 私のシステムの本作業実施例は、図１に示されているド
ーム構成とスプリット電極構成とを取り入れている。短
い石英製ガラス鐘チャンバ１７は１０インチの直径を有
する。直径１0.２インチ、高さ２インチの電極２５は、
無接地であり、ドーム型処理チャンバ１６Ａを囲んでい
る。反射ボックス４４はアルミニウム製である。１キロ
ワット、２００ＭＨz の高周波ＲＦエネルギーを使用す
る動作により、頂部電極より約４インチ下流側（即ち、
下方）にウェーハへ延在するプラズマが得られる。これ
により、１〜２×１０12／cm3 のプラズマ密度と、ウェ
ーハにおいて下流側に１０〜１５ｍＡ／cm2 のイオン飽
和電流密度とが得られる。頂部電極の下方（下流側）約
４インチで支持電極上に位置する５インチのウェーハに
１3.５６ＭＨz 、２００ワットの低周波補助バイアスを
加えると、２００ボルトのカソード・シース電圧が得ら
れる。 １ １
【００６５】8.方法の例 本発明を実施した上述のリアクタは、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）、高圧プラズマエッチング、スパッタ
ファセット析出及び平坦化を含む低圧化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）及び高圧コンフォーマル等方性ＣＶＤなどといった
数多くのプラズマプロセスのためにのみ有効である。そ
の他の応用分野としては、スパッタエッチング、イオン
ビームエッチング又は電子、イオン又は活性中性プラズ
マ供給源として、などが含まれるがこれらに限られるわ
けではない。
チング（ＲＩＥ）、高圧プラズマエッチング、スパッタ
ファセット析出及び平坦化を含む低圧化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）及び高圧コンフォーマル等方性ＣＶＤなどといった
数多くのプラズマプロセスのためにのみ有効である。そ
の他の応用分野としては、スパッタエッチング、イオン
ビームエッチング又は電子、イオン又は活性中性プラズ
マ供給源として、などが含まれるがこれらに限られるわ
けではない。
【００６６】ＲＩＥ及び低圧ＣＶＤは標準的に最高５０
０ｍｔ（ミリトール）の圧力を用いる。高圧プラズマエ
ッチング及び高圧コンフォーマル等方性ＣＶＤプロセス
は、約５００ｍｔから約５０トールまでの圧力で実施さ
れうる。 (a) 反応性イオンエッチング（ＲＩＥ） 本発明に従うと、ＲＩＥモードで、酸化シリコン、シリ
コン（単結晶シリコン）、ポリシリコン（多結晶シリコ
ン）、アルミニウム及びその他の材料をエッチングする
ことができる。この目的のため、高周波交流電気エネル
ギーは、上部電極２５によりプラズマに結合される。標
準的には、陰極３２Ｃ（ウェーハ支持電極又は陰極）に
対し相対的に低い周波数の交流電気エネルギーが加えら
れる。望ましいプラズマ及びイオン束密度を得るために
は高周波上部電極電力が選択され、望ましい陰極シース
電圧ひいてはイオン・エネルギーを独立して制御するた
め低い周波数の交流電気エネルギーのバイアス電力が選
択される。低圧アプリケーションつまり約0.１〜５００
ミリトールの範囲内の圧力が関与するアプリケーション
においては、陰極又はウェーハシース電圧は陰極の直流
バイアスときわめて近く、その結果、バイアス電圧の計
測値を陰極又はウェーハシース電圧値を監視するのに用
いることができる。
０ｍｔ（ミリトール）の圧力を用いる。高圧プラズマエ
ッチング及び高圧コンフォーマル等方性ＣＶＤプロセス
は、約５００ｍｔから約５０トールまでの圧力で実施さ
れうる。 (a) 反応性イオンエッチング（ＲＩＥ） 本発明に従うと、ＲＩＥモードで、酸化シリコン、シリ
コン（単結晶シリコン）、ポリシリコン（多結晶シリコ
ン）、アルミニウム及びその他の材料をエッチングする
ことができる。この目的のため、高周波交流電気エネル
ギーは、上部電極２５によりプラズマに結合される。標
準的には、陰極３２Ｃ（ウェーハ支持電極又は陰極）に
対し相対的に低い周波数の交流電気エネルギーが加えら
れる。望ましいプラズマ及びイオン束密度を得るために
は高周波上部電極電力が選択され、望ましい陰極シース
電圧ひいてはイオン・エネルギーを独立して制御するた
め低い周波数の交流電気エネルギーのバイアス電力が選
択される。低圧アプリケーションつまり約0.１〜５００
ミリトールの範囲内の圧力が関与するアプリケーション
においては、陰極又はウェーハシース電圧は陰極の直流
バイアスときわめて近く、その結果、バイアス電圧の計
測値を陰極又はウェーハシース電圧値を監視するのに用
いることができる。
【００６７】標準的には、有効な高周波交流電気エネル
ギーの範囲は５０〜８００ＭＨz であり、好ましい有効
範囲は５０〜４００ＭＨz であり、最も好ましい範囲は
５０〜２５０ＭＨz である。相対的に低い周波数の交流
電気エネルギー（バイアスエネルギー）範囲は１０ＫＨ
z 〜５０ＭＨz 、１００ＫＨz 〜３０ＭＨz 及び５〜１
５ＭＨz である。相反する規定のないかぎり、この番号
づけした節の中で以前に規定した周波数及び圧力の範囲
は、以下のＲＩＥ表に規定されたプロセスパラメータに
あてはまる。有効な、好ましい及び最も好ましい範囲
は、一般に表中の範囲１、２及び３に相当する。
ギーの範囲は５０〜８００ＭＨz であり、好ましい有効
範囲は５０〜４００ＭＨz であり、最も好ましい範囲は
５０〜２５０ＭＨz である。相対的に低い周波数の交流
電気エネルギー（バイアスエネルギー）範囲は１０ＫＨ
z 〜５０ＭＨz 、１００ＫＨz 〜３０ＭＨz 及び５〜１
５ＭＨz である。相反する規定のないかぎり、この番号
づけした節の中で以前に規定した周波数及び圧力の範囲
は、以下のＲＩＥ表に規定されたプロセスパラメータに
あてはまる。有効な、好ましい及び最も好ましい範囲
は、一般に表中の範囲１、２及び３に相当する。
【００６８】ＲＩＥの例１：シリコン重合体上の酸化シ
リコン（接触窓穴エッチング：Contact Window Hole Et
ch) 酸化シリコンのＲＩＥの第１の例として、下層のシリコ
ン重合体のゲートに対して酸化物により接触窓穴を形成
することを考えてみる。この応用例はシリコン重合体若
しくは下層のゲート酸化物に対して損傷を与えない、マ
イクロローディングがない、酸化物／重合体の選択性が
高いこと（２０／１）、垂直な酸化エッチング断面とな
ること、および高い酸化エッチング・レートであること
（通常の酸化物の厚さは１ミクロン以上である）を含む
複数の条件を充足するよう考えられたものである。高い
選択性のためにはエッチング・プラズマにおいておよそ
５００ｅＶのイオン・エネルギーを必要とする。
リコン（接触窓穴エッチング：Contact Window Hole Et
ch) 酸化シリコンのＲＩＥの第１の例として、下層のシリコ
ン重合体のゲートに対して酸化物により接触窓穴を形成
することを考えてみる。この応用例はシリコン重合体若
しくは下層のゲート酸化物に対して損傷を与えない、マ
イクロローディングがない、酸化物／重合体の選択性が
高いこと（２０／１）、垂直な酸化エッチング断面とな
ること、および高い酸化エッチング・レートであること
（通常の酸化物の厚さは１ミクロン以上である）を含む
複数の条件を充足するよう考えられたものである。高い
選択性のためにはエッチング・プラズマにおいておよそ
５００ｅＶのイオン・エネルギーを必要とする。
【００６９】この分野の熟練家に知られており、酸化物
において接触窓穴のエッチングのために好適な化学作用
ガスは主要なエッチング用試薬としての高いエッチング
率のフッ素を含み、エッチングの選択性を高めるために
炭素および酸素化合ガスを含みうる。用いられるガスを
特定するとすると、CHF3、CF4 、C2F6、C4F8、CH4 、
H2、NF3 、およびSF6 などが考えられる。好ましいフッ
素に対する炭素の割合はＣ／Ｆ＝0.１／１から２／１で
あり、水素が含まれる場合、好ましいフッ素に対する水
素の割合はＨ／Ｆ＝0.１／１から0.５／１である。アル
ゴンはより好ましい不活性ガスの不純物である。なぜな
ら、それは比較的質量の大きい、かつ不活性なものであ
り、ＲＩＥプロセスのスパッタエッチング要素に貢献し
て、垂直方向の異方性を改善するものであるからであ
る。
において接触窓穴のエッチングのために好適な化学作用
ガスは主要なエッチング用試薬としての高いエッチング
率のフッ素を含み、エッチングの選択性を高めるために
炭素および酸素化合ガスを含みうる。用いられるガスを
特定するとすると、CHF3、CF4 、C2F6、C4F8、CH4 、
H2、NF3 、およびSF6 などが考えられる。好ましいフッ
素に対する炭素の割合はＣ／Ｆ＝0.１／１から２／１で
あり、水素が含まれる場合、好ましいフッ素に対する水
素の割合はＨ／Ｆ＝0.１／１から0.５／１である。アル
ゴンはより好ましい不活性ガスの不純物である。なぜな
ら、それは比較的質量の大きい、かつ不活性なものであ
り、ＲＩＥプロセスのスパッタエッチング要素に貢献し
て、垂直方向の異方性を改善するものであるからであ
る。
【００７０】１Ｋｗ、２００ＭＨz の高周波電力（「上
部」出力電力）６００ワット、１3.５６ＭＨz の補助バ
イアス（「下部」若しくは“バイアス”電力）、１０〜
３０ミリトルの圧力を用いて、化学作用ガスCHF3／アル
ゴンおよびガス流率１００sccm／１２０sccmにより、２
０／１の重合物に対する酸化物の選択性で5,０００〜7,
０００オングストローム／分の酸化エッチング率とな
る。
部」出力電力）６００ワット、１3.５６ＭＨz の補助バ
イアス（「下部」若しくは“バイアス”電力）、１０〜
３０ミリトルの圧力を用いて、化学作用ガスCHF3／アル
ゴンおよびガス流率１００sccm／１２０sccmにより、２
０／１の重合物に対する酸化物の選択性で5,０００〜7,
０００オングストローム／分の酸化エッチング率とな
る。
【００７１】表１は上述の厳しいエッチング条件を満た
す典型的な接触窓エッチングプロセスを要約するもので
ある。ＲＩＥの例２：金属上の酸化シリコン（エッチング穴を
介して ） シリコン酸化物のＲＩＥエッチングの第２の例として、
エッチング穴を介してシリコン酸化層から下層のアルミ
ニウム導電層若しくは他の金属層へのエッチングを考え
てみよう。本例においては、決定的な条件として、下層
の素子に対して損傷を与えないこと、下層のアルミニウ
ムに損傷がないこと（すなわち、スパッタリングがない
こと、垂直な酸化エッチング断面となること、および高
い酸化エッチング率であることなどの複数の条件を充足
する必要がある。これらの目的のために好適な化学作用
ガスはフッ素化合物、代表的に炭素である。水素も酸化
物／フォトレジストのエッチングの選択性を改善するた
めに用いられうる。用いられるガスを特定すると、CH
F3、CF4 、C2F6、C4F8、CH4 、H2、NF3 およびSF6 など
考えられる。好ましい割合はＣ／Ｆ＝0.１／１から２／
１であり、Ｈが存在する場合、Ｈ／Ｆ＝0.１／１から0.
５／１である。前出の酸化物の例においても同様に、ア
ルゴンが好ましい不活性ガス添付物となる。なぜなら、
それは比較的、質量が大きく、ＲＩＥプロセスの（酸
化）化合物のスパッタエッチングに貢献し、本プロセス
の垂直方向の異方性を改善するためである。また、低位
のカソード・シース（cathode sheath）の電圧は通常３
００ボルト以下であるが、アルミニウムをスパッタリン
グしないようにすることが望ましい。好ましくは、その
電圧は２００ボルト以下であり、およそ１００〜１５０
ボルトが最も好ましい。1.５ＫＶＷ、２００ＭＨz の上
部電力、１０〜３０ミリトルの圧力、２００ボルトのカ
ソード・シース電圧を供給するための１3.５６ＭＨz で
およそ２００ワットの降圧されたバイアス若しくは下部
電力により、７５／７５／１２０の流れ率のCHF3／CF4
／アルゴンの化学作用ガスはアルミニウムをスパッタリ
ングすることなく、４０００〜5,０００オングストロー
ム／分の割合でエッチングを行う。CF4、C2F6、C4F6、C
H3 、F 、CH4 などの他の化学物質が用いられうること
は本技術の熟練家に知られているとおりであり、それら
を様々に組み合わせて用いることもできる。
す典型的な接触窓エッチングプロセスを要約するもので
ある。ＲＩＥの例２：金属上の酸化シリコン（エッチング穴を
介して ） シリコン酸化物のＲＩＥエッチングの第２の例として、
エッチング穴を介してシリコン酸化層から下層のアルミ
ニウム導電層若しくは他の金属層へのエッチングを考え
てみよう。本例においては、決定的な条件として、下層
の素子に対して損傷を与えないこと、下層のアルミニウ
ムに損傷がないこと（すなわち、スパッタリングがない
こと、垂直な酸化エッチング断面となること、および高
い酸化エッチング率であることなどの複数の条件を充足
する必要がある。これらの目的のために好適な化学作用
ガスはフッ素化合物、代表的に炭素である。水素も酸化
物／フォトレジストのエッチングの選択性を改善するた
めに用いられうる。用いられるガスを特定すると、CH
F3、CF4 、C2F6、C4F8、CH4 、H2、NF3 およびSF6 など
考えられる。好ましい割合はＣ／Ｆ＝0.１／１から２／
１であり、Ｈが存在する場合、Ｈ／Ｆ＝0.１／１から0.
５／１である。前出の酸化物の例においても同様に、ア
ルゴンが好ましい不活性ガス添付物となる。なぜなら、
それは比較的、質量が大きく、ＲＩＥプロセスの（酸
化）化合物のスパッタエッチングに貢献し、本プロセス
の垂直方向の異方性を改善するためである。また、低位
のカソード・シース（cathode sheath）の電圧は通常３
００ボルト以下であるが、アルミニウムをスパッタリン
グしないようにすることが望ましい。好ましくは、その
電圧は２００ボルト以下であり、およそ１００〜１５０
ボルトが最も好ましい。1.５ＫＶＷ、２００ＭＨz の上
部電力、１０〜３０ミリトルの圧力、２００ボルトのカ
ソード・シース電圧を供給するための１3.５６ＭＨz で
およそ２００ワットの降圧されたバイアス若しくは下部
電力により、７５／７５／１２０の流れ率のCHF3／CF4
／アルゴンの化学作用ガスはアルミニウムをスパッタリ
ングすることなく、４０００〜5,０００オングストロー
ム／分の割合でエッチングを行う。CF4、C2F6、C4F6、C
H3 、F 、CH4 などの他の化学物質が用いられうること
は本技術の熟練家に知られているとおりであり、それら
を様々に組み合わせて用いることもできる。
【００７２】表２は穴を介してのエッチングに好適なシ
リコン酸化物エッチングプロセスを表わすものである。
表２の代表的なカソード・バイアス電圧は好ましいカソ
ード・シース電圧をもたらしている。ＲＩＥの例３：酸化物スパッタエッチング 表３は第３の非反応的なイオンエッチングによる酸化物
エッチングプロセス、すなわち酸化物スパッタを行うた
めの代表的な処理パラメータを示している。このプロセ
スは比較的非反応性のガス、好ましくはアルゴンを用い
て、あらかじめ作り込まれていた膜の再生（etch back)
およびシリコン上にもともと存在する酸化物の除去のた
めに有益である。
リコン酸化物エッチングプロセスを表わすものである。
表２の代表的なカソード・バイアス電圧は好ましいカソ
ード・シース電圧をもたらしている。ＲＩＥの例３：酸化物スパッタエッチング 表３は第３の非反応的なイオンエッチングによる酸化物
エッチングプロセス、すなわち酸化物スパッタを行うた
めの代表的な処理パラメータを示している。このプロセ
スは比較的非反応性のガス、好ましくはアルゴンを用い
て、あらかじめ作り込まれていた膜の再生（etch back)
およびシリコン上にもともと存在する酸化物の除去のた
めに有益である。
【００７３】ＲＩＥの例４：選択的なシリコン重合体の
エッチング（選択的に酸化物につながる重合体ゲートの
エッチング） シリコン重合体の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ)
、特に下層の酸化物層などの酸化物に対する選択的な
シリコン重合体のエッチングにはゲートおよびゲート酸
化物の内部接続のために損傷がないこと、マイクロロー
ディングがないこと、垂直なシリコン重合体のエッチン
グ断面となること、重合体／酸化物のエッチングの選択
性が高いこと（通常、３０対１以上）、適度なエッチン
グ率であること（重合体の厚さは2,０００〜5,０００オ
ングストローム）により特徴づけられるエッチングプロ
セスを必要とする。表４を参照すると、これらの目的を
達成するための好適な化学作用ガスはハロゲンを含むガ
ス化合物を含んでいる。通常のエッチング温度、すなわ
ち０℃あたりより高い温度では塩素または臭素が好まし
い。−４０℃より低くなると、フッ素が用いられうる。
また、垂直エッチングの異方性を高めるために、アルゴ
ン若しくはヘリウムなどの不活性ガスがそのような化学
作用ガスに添加されてもよい。重合体／酸化物のエッチ
ングの選択性を改善するために酸素などの他の添加ガス
が加えられてもよい。上述のアルミニウム上の酸化物の
ＲＩＥエッチングにおいてそうであったように、低いカ
ソード・シース電圧（２００ボルトより低く、さらには
１００ボルトより低く、よりさらには５０〜１００ボル
ト）が重合体／酸化物のエッチングの高い選択性を得る
ためには好ましい。
エッチング（選択的に酸化物につながる重合体ゲートの
エッチング） シリコン重合体の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ)
、特に下層の酸化物層などの酸化物に対する選択的な
シリコン重合体のエッチングにはゲートおよびゲート酸
化物の内部接続のために損傷がないこと、マイクロロー
ディングがないこと、垂直なシリコン重合体のエッチン
グ断面となること、重合体／酸化物のエッチングの選択
性が高いこと（通常、３０対１以上）、適度なエッチン
グ率であること（重合体の厚さは2,０００〜5,０００オ
ングストローム）により特徴づけられるエッチングプロ
セスを必要とする。表４を参照すると、これらの目的を
達成するための好適な化学作用ガスはハロゲンを含むガ
ス化合物を含んでいる。通常のエッチング温度、すなわ
ち０℃あたりより高い温度では塩素または臭素が好まし
い。−４０℃より低くなると、フッ素が用いられうる。
また、垂直エッチングの異方性を高めるために、アルゴ
ン若しくはヘリウムなどの不活性ガスがそのような化学
作用ガスに添加されてもよい。重合体／酸化物のエッチ
ングの選択性を改善するために酸素などの他の添加ガス
が加えられてもよい。上述のアルミニウム上の酸化物の
ＲＩＥエッチングにおいてそうであったように、低いカ
ソード・シース電圧（２００ボルトより低く、さらには
１００ボルトより低く、よりさらには５０〜１００ボル
ト）が重合体／酸化物のエッチングの高い選択性を得る
ためには好ましい。
【００７４】次のプロセス・パラメータは３５／１のシ
リコン重合体／酸化物の選択性により3,０００〜4,００
０オングストローム／分のシリコン重合体のゲート形成
エッチング率をもたらすものである。すなわち、共振器
のところで動作する５００ワット、２００ＭＨz の上部
出力、およそ７５ボルトの低いカソード・シース電圧を
もたらす、１3.５６ＭＨz で１００ワットの下部出力、
１０〜１５ミリトルの圧力、８０sccm／４００sccm／
（０〜４sccm）の流れ率のエッチング化学作用ガスCl2
／He／O2（酸素は選択的なもの）というパラメータであ
る。BCl3などの他の塩素化合物が用いられてもよい。
リコン重合体／酸化物の選択性により3,０００〜4,００
０オングストローム／分のシリコン重合体のゲート形成
エッチング率をもたらすものである。すなわち、共振器
のところで動作する５００ワット、２００ＭＨz の上部
出力、およそ７５ボルトの低いカソード・シース電圧を
もたらす、１3.５６ＭＨz で１００ワットの下部出力、
１０〜１５ミリトルの圧力、８０sccm／４００sccm／
（０〜４sccm）の流れ率のエッチング化学作用ガスCl2
／He／O2（酸素は選択的なもの）というパラメータであ
る。BCl3などの他の塩素化合物が用いられてもよい。
【００７５】ＲＩＥの例５：アルミニウムエッチング 表５は下層の素子に損傷がないこと、およびアルミニウ
ムの腐食がないこと、そして高いアルミニウムのエッチ
ング率（通常は5,０００〜１0,０００オングストローム
／分）となることの条件を満たすアルミニウムのＲＩＥ
エッチングのためのプロセス・パラメータを示すもので
ある。好適な化学作用ガスは塩素および臭素化合ガスで
あり、それらが単体で若しくは組み合わされて用いられ
うる。アルゴンなどの比較的、非反応性（不活性）のガ
スが断面制御の目的のために用いられうる。塩素と化合
した物質によるエッチングの後のアルミニウムの腐食を
最小とするために、フォトレジストのストリップおよび
フッ化アルミニウムによる表面処理が同じ室または他の
室において施されうる。
ムの腐食がないこと、そして高いアルミニウムのエッチ
ング率（通常は5,０００〜１0,０００オングストローム
／分）となることの条件を満たすアルミニウムのＲＩＥ
エッチングのためのプロセス・パラメータを示すもので
ある。好適な化学作用ガスは塩素および臭素化合ガスで
あり、それらが単体で若しくは組み合わされて用いられ
うる。アルゴンなどの比較的、非反応性（不活性）のガ
スが断面制御の目的のために用いられうる。塩素と化合
した物質によるエッチングの後のアルミニウムの腐食を
最小とするために、フォトレジストのストリップおよび
フッ化アルミニウムによる表面処理が同じ室または他の
室において施されうる。
【００７６】ＲＩＥの例６：単結晶シリコンエッチング 表６は損傷（通常のＲＦシステムにおける高いエネルギ
ー衝激によりひき起こされる格子損傷）がないこと、垂
直なシリコンエッチング断面となること、すなわち、高
い面比率（１／ｗ）となるという処理条件に従う単結晶
シリコンのＲＩＥエッチングのための代表的な実証済の
パラメータを示すものである。化学作用ガスはハロゲン
化合物を含み、より好ましくは、断面制御のためのヘリ
ウム、酸素などの添加物（HBr ／SiF4／NF3 ／O2／He）
と同様に断面制御のために、臭素およびフッ素化合物
（例えば、HBr ＋SiF4若しくはHBr ＋SiF4＋NF3 ）の両
者を含む。
ー衝激によりひき起こされる格子損傷）がないこと、垂
直なシリコンエッチング断面となること、すなわち、高
い面比率（１／ｗ）となるという処理条件に従う単結晶
シリコンのＲＩＥエッチングのための代表的な実証済の
パラメータを示すものである。化学作用ガスはハロゲン
化合物を含み、より好ましくは、断面制御のためのヘリ
ウム、酸素などの添加物（HBr ／SiF4／NF3 ／O2／He）
と同様に断面制御のために、臭素およびフッ素化合物
（例えば、HBr ＋SiF4若しくはHBr ＋SiF4＋NF3 ）の両
者を含む。
【００７７】ＲＩＥの例７：タングステンエッチング 表７は下層の素子に損傷を与えることなくＲＩＥエッチ
ングを行うタングステンのためのプロセス・パラメータ
を表わしている。このプロセスはNF3 またはSF6 などの
フッ素化合ガス、そして、選択的にスパッタエッチング
の要素を増加させる目的のためにアルゴンなどの不活性
ガスを含む化学作用ガスに基づいている。
ングを行うタングステンのためのプロセス・パラメータ
を表わしている。このプロセスはNF3 またはSF6 などの
フッ素化合ガス、そして、選択的にスパッタエッチング
の要素を増加させる目的のためにアルゴンなどの不活性
ガスを含む化学作用ガスに基づいている。
【００７８】ＲＩＥの例８：異方性のフォトレジストの
エッチング フォトレジストの異方性の反応性イオン・エッチングは
例えば、より高精な素子のために防食物質をパターン配
置するために用いられる。プロセスのための条件は垂直
なエッチング断面となり、下層の素子に損傷を与えない
ことである。表８はＲＩＥを用いたフォトレジストの異
方性のパターン化を施すためのパラメータを示してい
る。関連する化学反応ガスは酸素を含み、選択的にC
F4 、C2F6、NF3 および／またはSF6 などのフッ素化合
ガスを含む。ウェーハはフォトレジストが綱状になるこ
とを避けるために、低い温度、より好ましくは１２５℃
より低い温度、最も好ましくは７５℃より低い温度に維
持される。ウェハー保持体の液体冷却の装置の説明のと
ころで前述されたとおり、電極／カソード／ペディスタ
ルが必要な温度制御を行うために用いられうる。
エッチング フォトレジストの異方性の反応性イオン・エッチングは
例えば、より高精な素子のために防食物質をパターン配
置するために用いられる。プロセスのための条件は垂直
なエッチング断面となり、下層の素子に損傷を与えない
ことである。表８はＲＩＥを用いたフォトレジストの異
方性のパターン化を施すためのパラメータを示してい
る。関連する化学反応ガスは酸素を含み、選択的にC
F4 、C2F6、NF3 および／またはSF6 などのフッ素化合
ガスを含む。ウェーハはフォトレジストが綱状になるこ
とを避けるために、低い温度、より好ましくは１２５℃
より低い温度、最も好ましくは７５℃より低い温度に維
持される。ウェハー保持体の液体冷却の装置の説明のと
ころで前述されたとおり、電極／カソード／ペディスタ
ルが必要な温度制御を行うために用いられうる。
【００７９】異方性の断面は２００ＭＨz 、１Ｋｗの上
部出力、１０〜３０ミリトルの圧力、Ｏ2 が３０〜１０
０sccm、CF4 （選択的なものであるが）が１０〜５０sc
cmの流量率である化学反応ガス、１3.５６ＭＨz で０〜
２００ワットの下部バイアス、およそ６０℃のカソード
電圧を用いてフォトレジスト内にエッチングされる。ＲＩＥの例９：障害層のエッチング チタニウム、タングステン、または窒化チタニウムなど
の物質からなる障害層は酸化物、アルミニウムなどの物
質からなる層の間に形成される薄い層である。例えば、
障害層は積層された酸化物層における通路穴の形成の間
のアルミニウムの損傷／エッチングを防ぐために用いら
れうる。この障害層は酸化物通路エッチングの後で、か
つ、アルミニウムへの適宜なオーム接触を許容するため
にその通路を満たす前に取り除かなければならない。そ
のような障害層エッチング・プロセスの重要な特徴は例
えば、下層のアルミニウムをスパッタリングすることに
より、下層の層または素子に損傷を与えないことであ
る。表９は塩素化合物、およびフッ素化合物の構成物を
含むハロゲンを基本とする化学作用ガスのためのプロセ
ス・パラメータを表わしている。
部出力、１０〜３０ミリトルの圧力、Ｏ2 が３０〜１０
０sccm、CF4 （選択的なものであるが）が１０〜５０sc
cmの流量率である化学反応ガス、１3.５６ＭＨz で０〜
２００ワットの下部バイアス、およそ６０℃のカソード
電圧を用いてフォトレジスト内にエッチングされる。ＲＩＥの例９：障害層のエッチング チタニウム、タングステン、または窒化チタニウムなど
の物質からなる障害層は酸化物、アルミニウムなどの物
質からなる層の間に形成される薄い層である。例えば、
障害層は積層された酸化物層における通路穴の形成の間
のアルミニウムの損傷／エッチングを防ぐために用いら
れうる。この障害層は酸化物通路エッチングの後で、か
つ、アルミニウムへの適宜なオーム接触を許容するため
にその通路を満たす前に取り除かなければならない。そ
のような障害層エッチング・プロセスの重要な特徴は例
えば、下層のアルミニウムをスパッタリングすることに
より、下層の層または素子に損傷を与えないことであ
る。表９は塩素化合物、およびフッ素化合物の構成物を
含むハロゲンを基本とする化学作用ガスのためのプロセ
ス・パラメータを表わしている。
【００８０】(b) 光エッチング いわゆる光酸化物エッチングは更なる損傷を与えること
なく、酸化物またはシリコン重合体などの物質からなる
破損した薄い層を除去するために、主要な酸化エッチン
グステップの後に用いられる。本光エッチングは低い衝
激エネルギーを用いて（ウェハー保持体の電極／陰極の
ところで）下方向のエッチングを施すことによって、部
分的に更なる損傷を与えることなく、損傷部分は除去す
るという条件を満たすものである。表１０はフッ素化合
の化学作用ガスを用いた好適な光酸化エッチングプロセ
スを表わしている。表１０の光酸化エッチングプロセス
はフッ素化合ガスに代えて、Cl2 などの塩素化合構成ガ
スを用いることによりシリコン重合体のための光エッチ
ングプロセスに変更されうる。
なく、酸化物またはシリコン重合体などの物質からなる
破損した薄い層を除去するために、主要な酸化エッチン
グステップの後に用いられる。本光エッチングは低い衝
激エネルギーを用いて（ウェハー保持体の電極／陰極の
ところで）下方向のエッチングを施すことによって、部
分的に更なる損傷を与えることなく、損傷部分は除去す
るという条件を満たすものである。表１０はフッ素化合
の化学作用ガスを用いた好適な光酸化エッチングプロセ
スを表わしている。表１０の光酸化エッチングプロセス
はフッ素化合ガスに代えて、Cl2 などの塩素化合構成ガ
スを用いることによりシリコン重合体のための光エッチ
ングプロセスに変更されうる。
【００８１】一実施例においては２００ＭＨz 、２００
〜1,０００ワットの上部出力でバイアス若しくは下部出
力なしで、１０〜５０ミリトルの圧力で３０〜１２０sc
cmの流量率のCF4 により、１００〜1,０００オングスト
ローム／分という低いエネルギーの酸化物エッチングレ
ートとなる。 (c) 高圧プラズマ・エッチング 本発明に従えば、シリコン酸化物、シリコン重合体、フ
ォトレジスト、および他の物質は高圧プラズマ・エッチ
ング・モードにおいてエッチングされうる。基本的な特
徴および動作は１１章の表題の下の第１節のところで前
述されたとおりである。特に、高周波交流電気エネルギ
ーが実質的に閉じたループ上部電極によりプラズマに結
合される。相対的に低い周波数の交流電気エネルギーが
必要に応じてカソード（ウェハー保持体の電極／陰極）
に印加されてもよい。高周波の上部電極の電力は所要の
イオン束密度を得るために選択され、低周波の交流バイ
アス出力（電力）は所要のカソード・シース電圧、そし
て、イオン・エネルギを独立に得て制御するために選択
される。
〜1,０００ワットの上部出力でバイアス若しくは下部出
力なしで、１０〜５０ミリトルの圧力で３０〜１２０sc
cmの流量率のCF4 により、１００〜1,０００オングスト
ローム／分という低いエネルギーの酸化物エッチングレ
ートとなる。 (c) 高圧プラズマ・エッチング 本発明に従えば、シリコン酸化物、シリコン重合体、フ
ォトレジスト、および他の物質は高圧プラズマ・エッチ
ング・モードにおいてエッチングされうる。基本的な特
徴および動作は１１章の表題の下の第１節のところで前
述されたとおりである。特に、高周波交流電気エネルギ
ーが実質的に閉じたループ上部電極によりプラズマに結
合される。相対的に低い周波数の交流電気エネルギーが
必要に応じてカソード（ウェハー保持体の電極／陰極）
に印加されてもよい。高周波の上部電極の電力は所要の
イオン束密度を得るために選択され、低周波の交流バイ
アス出力（電力）は所要のカソード・シース電圧、そし
て、イオン・エネルギを独立に得て制御するために選択
される。
【００８２】次のようにバイアス出力および圧力を選択
することによって、断面制御が高圧エッチングの間に可
能となる。高圧（１〜５０トル）および低バイアス出力
（０〜２００Ｗ）で、このプロセスは等方性若しくは水
平方向に準異方性となりうる。バイアス出力を増加し、
（２００Ｗ〜1,０００Ｗ）および／または圧力を低減す
る（５００ｍｔ〜１torr）ことによって、このエッチン
グ・プロセスは垂直方向に準異方性若しくは垂直方向に
異方性となりうる。一般に、バイアス出力を増加／低減
すると垂直方向の異方性を増加／低減することとなり、
圧力が増加／低減すると、垂直方向の異方性を増加／低
減することとなる。通常、有益な上部およびバイアスの
周波数は各々、５０〜８００ＭＨz および１０ＫＨz 〜
５０ＭＨz であり、より好ましい有効な範囲は５０〜４
００ＭＨz および１００ＫＨz 〜３０ＭＨz であり、現
在までの最も好ましい範囲は５０〜２５０ＭＨz および
５〜１５ＭＨz である。
することによって、断面制御が高圧エッチングの間に可
能となる。高圧（１〜５０トル）および低バイアス出力
（０〜２００Ｗ）で、このプロセスは等方性若しくは水
平方向に準異方性となりうる。バイアス出力を増加し、
（２００Ｗ〜1,０００Ｗ）および／または圧力を低減す
る（５００ｍｔ〜１torr）ことによって、このエッチン
グ・プロセスは垂直方向に準異方性若しくは垂直方向に
異方性となりうる。一般に、バイアス出力を増加／低減
すると垂直方向の異方性を増加／低減することとなり、
圧力が増加／低減すると、垂直方向の異方性を増加／低
減することとなる。通常、有益な上部およびバイアスの
周波数は各々、５０〜８００ＭＨz および１０ＫＨz 〜
５０ＭＨz であり、より好ましい有効な範囲は５０〜４
００ＭＨz および１００ＫＨz 〜３０ＭＨz であり、現
在までの最も好ましい範囲は５０〜２５０ＭＨz および
５〜１５ＭＨz である。
【００８３】高圧プラズマ・エッチング：等方性酸化物
エッチング 図６は、フォトレジスト・パターン設定マスク６０４を
用いて接触子若しくはバイアホール６０１が酸化物層６
０３を介して下層の導電体６０２にエッチングされた後
に存在する構造を示すものである。集積回路素子がます
ます小さくなり、それに応じてバイアホール６０１など
が狭くなるにつれ、ホールを満たすことはますます困難
となる。図７を参照すると、図７の６０６のところに示
されるように、まずホールの上部を拡げることによりア
ルミニウムの充填はより容易となった。拡げるためのス
テップには水平方向のエッチング要素を有するエッチン
グ・プロセスを必要とする。さらに、このエッチング・
ステップは集積回路部分を破損しないようにすることが
望ましい。表１１の本プロセスはこれらの条件を満足
し、方向の制御を必要とする他の応用例に対すると同様
に図７の描かれた応用例にも理想的に適合する。
エッチング 図６は、フォトレジスト・パターン設定マスク６０４を
用いて接触子若しくはバイアホール６０１が酸化物層６
０３を介して下層の導電体６０２にエッチングされた後
に存在する構造を示すものである。集積回路素子がます
ます小さくなり、それに応じてバイアホール６０１など
が狭くなるにつれ、ホールを満たすことはますます困難
となる。図７を参照すると、図７の６０６のところに示
されるように、まずホールの上部を拡げることによりア
ルミニウムの充填はより容易となった。拡げるためのス
テップには水平方向のエッチング要素を有するエッチン
グ・プロセスを必要とする。さらに、このエッチング・
ステップは集積回路部分を破損しないようにすることが
望ましい。表１１の本プロセスはこれらの条件を満足
し、方向の制御を必要とする他の応用例に対すると同様
に図７の描かれた応用例にも理想的に適合する。
【００８４】さらには、前述のごとく、バイアス出力お
よび圧力はバイアスなしか、またはとても低いバイアス
で比較的高い圧力（３〜５０torr）を用いた水平方向選
択から、バイアスなしから低いバイアス（０〜２００
Ｗ）で適度な圧力（１〜３torr）による等方向性か、よ
り低い圧力（５００ｍｔ〜１torr）でより高いバイアス
（２００〜1,０００Ｗ）による垂直方向選択に、エッチ
ングの方向性を変えるために選択され得る。表１１に示
されるように、ウェハーの温度はフォトレジストが綱状
となり、その結果、パターン設定が損失することを防ぐ
目的のために、１２５℃より低く維持される。
よび圧力はバイアスなしか、またはとても低いバイアス
で比較的高い圧力（３〜５０torr）を用いた水平方向選
択から、バイアスなしから低いバイアス（０〜２００
Ｗ）で適度な圧力（１〜３torr）による等方向性か、よ
り低い圧力（５００ｍｔ〜１torr）でより高いバイアス
（２００〜1,０００Ｗ）による垂直方向選択に、エッチ
ングの方向性を変えるために選択され得る。表１１に示
されるように、ウェハーの温度はフォトレジストが綱状
となり、その結果、パターン設定が損失することを防ぐ
目的のために、１２５℃より低く維持される。
【００８５】２００ＭＨz 、１〜1.５Ｋｗの上部出力
で、およそ１torrの圧力、５００sccm〜2,０００sccmの
NF3 若しくはCF4 、かつ、およそ６０〜７５℃のアソー
ド温度であれば、等方性のシリコン酸化物エッチング・
レートはおよそ2,５００〜4,５００オングストローム／
分となる。フォトレジスト・ストリップ 厚いフォトレジスト・マスクを描くためには関連する集
積回路部品に損傷を与えることなく、かつ、エッチング
残留物なしの高いフォトレジスト・エッチング・レート
が必要となる。下部方向のプロセスがより好ましい。表
１２は主要はフォトレジスト・エッチング用物質として
酸素を含み、選択的にストリップ・レートを増加させる
目的のために窒素を含み、および／または、より好まし
くは（アルミニウムの）表面処理のためのフッ素化合ガ
スを含む、化学作用ガスに基づく好適なプロセスを示し
ている。ウェハーの温度はレジストが綱状になること
（resist reticulation ）を避けるために３００℃より
低くなるよう制御される。さらに、表中の第３の例（領
域３）はフッ素の表面処理を行うものである。
で、およそ１torrの圧力、５００sccm〜2,０００sccmの
NF3 若しくはCF4 、かつ、およそ６０〜７５℃のアソー
ド温度であれば、等方性のシリコン酸化物エッチング・
レートはおよそ2,５００〜4,５００オングストローム／
分となる。フォトレジスト・ストリップ 厚いフォトレジスト・マスクを描くためには関連する集
積回路部品に損傷を与えることなく、かつ、エッチング
残留物なしの高いフォトレジスト・エッチング・レート
が必要となる。下部方向のプロセスがより好ましい。表
１２は主要はフォトレジスト・エッチング用物質として
酸素を含み、選択的にストリップ・レートを増加させる
目的のために窒素を含み、および／または、より好まし
くは（アルミニウムの）表面処理のためのフッ素化合ガ
スを含む、化学作用ガスに基づく好適なプロセスを示し
ている。ウェハーの温度はレジストが綱状になること
（resist reticulation ）を避けるために３００℃より
低くなるよう制御される。さらに、表中の第３の例（領
域３）はフッ素の表面処理を行うものである。
【００８６】高速の下部方向のフォトレジスト・ストリ
ップ・プロセスでは２００ＭＨz 、１〜1.５Ｋｗの上部
出力（バイアス若しくは下部出力はなし）、およそ１to
rrの圧力、O2が８００〜1,０００sccm、N2（選択的なも
のであるが）が１００〜２００sccm、CF4 （選択的なも
のであるが）が０〜１００sccmの流量率のエッチング用
化学作用ガス、および１００〜２００℃のカソード温度
（ストリップ・レートは温度に依存する）により、分当
たり１〜３マイクロメートルのストリップ・レイトとな
る。
ップ・プロセスでは２００ＭＨz 、１〜1.５Ｋｗの上部
出力（バイアス若しくは下部出力はなし）、およそ１to
rrの圧力、O2が８００〜1,０００sccm、N2（選択的なも
のであるが）が１００〜２００sccm、CF4 （選択的なも
のであるが）が０〜１００sccmの流量率のエッチング用
化学作用ガス、および１００〜２００℃のカソード温度
（ストリップ・レートは温度に依存する）により、分当
たり１〜３マイクロメートルのストリップ・レイトとな
る。
【００８７】9. 化学蒸着（ＣＶＤ） 本発明によると、低圧の化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）がシリ
コン酸化物、（ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ：borosilica
te glass）、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ：phosphosilic
ate glass ）、硼素リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ：boro
phosphosilicate glass）を含む）ホウ素酸化物および
リン添加酸化物および窒素プラズマを含む様々な物質を
蒸着するのに用いられうる。ＣＶＤ（化学蒸着）を行う
ための上部電極、バイアス電極および圧力の範囲は前述
のＲＩＥエッチング・プロセスのために用いられたもの
と同様である。すなわち、プラズマに結合される高周波
交流電気エネルギーは５０〜８００ＭＨz で有効であ
り、好ましくは５０〜４００ＭＨz であり、現在までの
より好ましい範囲は５０〜２５０ＭＨz である。相対的
に低い周波数の交流電気エネルギーが必要なときに、１
０ＫＨz 〜５０ＭＨz、１００ＫＨz 〜３０ＭＨz 、お
よび５〜１５ＭＨz の範囲を使用してウェハー保持装置
の電極／カソードに印加される。高い周波数の上部電極
電力は所要のイオン束密度を得るよう選択され、低い周
波数の交流バイアス出力は所要のカソード・シース電
圧、そしてイオン・エネルギーを独立に得て、制御する
ために選択される。好ましくは、圧力は0.１〜５００ｍ
ｔの範囲内にあり、より好ましくは１〜１００ｍｔの範
囲内にある。
コン酸化物、（ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ：borosilica
te glass）、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ：phosphosilic
ate glass ）、硼素リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ：boro
phosphosilicate glass）を含む）ホウ素酸化物および
リン添加酸化物および窒素プラズマを含む様々な物質を
蒸着するのに用いられうる。ＣＶＤ（化学蒸着）を行う
ための上部電極、バイアス電極および圧力の範囲は前述
のＲＩＥエッチング・プロセスのために用いられたもの
と同様である。すなわち、プラズマに結合される高周波
交流電気エネルギーは５０〜８００ＭＨz で有効であ
り、好ましくは５０〜４００ＭＨz であり、現在までの
より好ましい範囲は５０〜２５０ＭＨz である。相対的
に低い周波数の交流電気エネルギーが必要なときに、１
０ＫＨz 〜５０ＭＨz、１００ＫＨz 〜３０ＭＨz 、お
よび５〜１５ＭＨz の範囲を使用してウェハー保持装置
の電極／カソードに印加される。高い周波数の上部電極
電力は所要のイオン束密度を得るよう選択され、低い周
波数の交流バイアス出力は所要のカソード・シース電
圧、そしてイオン・エネルギーを独立に得て、制御する
ために選択される。好ましくは、圧力は0.１〜５００ｍ
ｔの範囲内にあり、より好ましくは１〜１００ｍｔの範
囲内にある。
【００８８】また、本発明によると、高圧の化学蒸着
（ＨＰＣＶＤ）は前節で説明した高い周波数の上部エネ
ルギおよび低い周波数のバイアス・エネルギを用いて、
かつ代表的には５００ミリトルより高い圧力を用いて前
出の節で説明したようなものを含む様々な物質を蒸着す
るのに用いられうる。ＨＰＣＶＤの応用例において、高
周波交流電気エネルギーは上部電極によりプラズマに結
合され、相対的に低い周波数の交流電気エネルギーはウ
ェーハ保持装置の電極に印加される。本実施例におい
て、高い周波数の出力が所要のプラズマ密度を得るため
に選択され、低い周波数の交流バイアス出力は所要のカ
ソード・シース電圧、そしてイオン・エネルギーを独立
に得て制御するために選択される。ＨＰＣＶＤプロセス
のためには、元の分子およびイオンの束密度の両者が重
要である。高い圧力はイオン蒸着物に対する元の分子の
蒸着物の比率を変えるのに用いられる。比較的高い圧力
（５〜５０ｍｔ）で低いバイアス（０〜２００ｍｔ）で
あれば、イオンに対し、より多くの分子を生成し、より
低いバイアスであれば、イオンの方向性はより小さくな
る。およそ５００ｍｔ〜５トルの相対的に低い圧力で高
いバイアスであれば、イオンに対し、より少ない数の分
子となり、およそ２００〜1,０００Ｗの高いバイアスで
あれば、イオンの方向性はより大きくなる。これらのパ
ラメータを制御することにより、蒸着された薄膜の均質
性の度合いは高圧、バイアスなしの条件下での少し水平
方向選択から、適度な圧力で、非常に低いバイアスかバ
イアスなしによる等方向性か、より低い圧力で、より高
いバイアスでの垂直方向選択へと変えられうる。水平方
向選択の圧力は１０〜５０トルでバイアスはなし、等方
向性の場合、圧力は５〜１０トルで、バイアスは０〜２
００Ｗ、そして、垂直方向選択の圧力は５００ｍｔ〜５
トルでバイアスは２００〜1,０００Ｗである。
（ＨＰＣＶＤ）は前節で説明した高い周波数の上部エネ
ルギおよび低い周波数のバイアス・エネルギを用いて、
かつ代表的には５００ミリトルより高い圧力を用いて前
出の節で説明したようなものを含む様々な物質を蒸着す
るのに用いられうる。ＨＰＣＶＤの応用例において、高
周波交流電気エネルギーは上部電極によりプラズマに結
合され、相対的に低い周波数の交流電気エネルギーはウ
ェーハ保持装置の電極に印加される。本実施例におい
て、高い周波数の出力が所要のプラズマ密度を得るため
に選択され、低い周波数の交流バイアス出力は所要のカ
ソード・シース電圧、そしてイオン・エネルギーを独立
に得て制御するために選択される。ＨＰＣＶＤプロセス
のためには、元の分子およびイオンの束密度の両者が重
要である。高い圧力はイオン蒸着物に対する元の分子の
蒸着物の比率を変えるのに用いられる。比較的高い圧力
（５〜５０ｍｔ）で低いバイアス（０〜２００ｍｔ）で
あれば、イオンに対し、より多くの分子を生成し、より
低いバイアスであれば、イオンの方向性はより小さくな
る。およそ５００ｍｔ〜５トルの相対的に低い圧力で高
いバイアスであれば、イオンに対し、より少ない数の分
子となり、およそ２００〜1,０００Ｗの高いバイアスで
あれば、イオンの方向性はより大きくなる。これらのパ
ラメータを制御することにより、蒸着された薄膜の均質
性の度合いは高圧、バイアスなしの条件下での少し水平
方向選択から、適度な圧力で、非常に低いバイアスかバ
イアスなしによる等方向性か、より低い圧力で、より高
いバイアスでの垂直方向選択へと変えられうる。水平方
向選択の圧力は１０〜５０トルでバイアスはなし、等方
向性の場合、圧力は５〜１０トルで、バイアスは０〜２
００Ｗ、そして、垂直方向選択の圧力は５００ｍｔ〜５
トルでバイアスは２００〜1,０００Ｗである。
【００８９】(a) 低圧ＣＶＤ １）窒化プラズマおよびオキシ窒化プラズマ 窒化プラズマおよびオキシ窒化プラズマの適用例として
表面処理層および金属間の絶縁がある。このような適用
例において、関連する蒸着プロセスによって素子を破損
してはならない。表面処理層を形成するのに用いられる
ときは、本プロセスは圧力制御を伴なった好適な湿気遮
断物を設けなければならず、金属間の絶縁体を蒸着する
のに用いられるときは、ステップ・カバレッジ(step co
verage）、高い絶縁強度、制御される物理的属性（圧
力）電気的属性（絶縁強度および絶縁定数）、光学的属
性（吸収スペクトラム）、および化学的属性（水素含有
量）を設定しなければならない。なお、通常の窒化プラ
ズマおよびオキシ窒化プラズマは化学量的なものではな
く、むしろ、蒸着される窒化物質はＳi −Ｈ−Ｎであ
り、オキシ窒化物質はＳi −Ｈ−Ｏ−Ｎである。
表面処理層および金属間の絶縁がある。このような適用
例において、関連する蒸着プロセスによって素子を破損
してはならない。表面処理層を形成するのに用いられる
ときは、本プロセスは圧力制御を伴なった好適な湿気遮
断物を設けなければならず、金属間の絶縁体を蒸着する
のに用いられるときは、ステップ・カバレッジ(step co
verage）、高い絶縁強度、制御される物理的属性（圧
力）電気的属性（絶縁強度および絶縁定数）、光学的属
性（吸収スペクトラム）、および化学的属性（水素含有
量）を設定しなければならない。なお、通常の窒化プラ
ズマおよびオキシ窒化プラズマは化学量的なものではな
く、むしろ、蒸着される窒化物質はＳi −Ｈ−Ｎであ
り、オキシ窒化物質はＳi −Ｈ−Ｏ−Ｎである。
【００９０】通常、この化学作用ガスは水素含有量の少
ない窒素が必要であるときは、シラン(Silane)および窒
素を含み、高い水素含有率でも耐えうる場合は、シラ
ン、窒素およびアンモニアを含み、化学作用ガスが亜酸
化窒素および酸素そのものなどの酸素化合ガスを含み、
通常はより低い窒素の流量率であることを除いてはオキ
シ窒化物についても同様に考えることができる。窒化プ
ラズマ蒸着およびオキシ窒化プラズマ蒸着のための対応
するプロセスは表１３および１４中に各々、要約され
る。
ない窒素が必要であるときは、シラン(Silane)および窒
素を含み、高い水素含有率でも耐えうる場合は、シラ
ン、窒素およびアンモニアを含み、化学作用ガスが亜酸
化窒素および酸素そのものなどの酸素化合ガスを含み、
通常はより低い窒素の流量率であることを除いてはオキ
シ窒化物についても同様に考えることができる。窒化プ
ラズマ蒸着およびオキシ窒化プラズマ蒸着のための対応
するプロセスは表１３および１４中に各々、要約され
る。
【００９１】２）ＬＰＣＶＤ酸化物 ＬＰＣＶＤシリコン酸化物の適用例には金属間絶縁があ
る。重要な処理条件にはＬＰＣＶＤ窒化プラズマに関し
て前に詳述したように、下層の素子に損傷を与えないこ
と、ギャップを充填する能力があること、高能率の蒸
着、および物理的、電気的、光学的、化学的属性を制御
することなどがあげられる。通常このプロセスのための
化学作用ガスは（シランまたはＴＥＯＳなどの）シリコ
ン化合ガス（酸素そのものまたは亜酸化窒素の）酸素化
合ガス、そして、選択的に、（代表的にはアルゴンなど
の）不活性ガスを含む。ＢＳＧ、ＰＳＧ、およびＢＰＳ
Ｇガラスとするためにホウ素およびリン添加物を追加し
てもよいし、また、例えば、段差被覆（ステップ・カバ
レッジ）を改善する目的のためにヒ素添加物が追加され
てもよい。関係するプロセスは表１５に要約されてい
る。
る。重要な処理条件にはＬＰＣＶＤ窒化プラズマに関し
て前に詳述したように、下層の素子に損傷を与えないこ
と、ギャップを充填する能力があること、高能率の蒸
着、および物理的、電気的、光学的、化学的属性を制御
することなどがあげられる。通常このプロセスのための
化学作用ガスは（シランまたはＴＥＯＳなどの）シリコ
ン化合ガス（酸素そのものまたは亜酸化窒素の）酸素化
合ガス、そして、選択的に、（代表的にはアルゴンなど
の）不活性ガスを含む。ＢＳＧ、ＰＳＧ、およびＢＰＳ
Ｇガラスとするためにホウ素およびリン添加物を追加し
てもよいし、また、例えば、段差被覆（ステップ・カバ
レッジ）を改善する目的のためにヒ素添加物が追加され
てもよい。関係するプロセスは表１５に要約されてい
る。
【００９２】上述のＬＰＣＶＤ酸化物プロセスに関する
一変形例はバイアス・スパッタ蒸着であり、それは２つ
のステップのプロセスである。まず、表１５のプロセス
が用いられるが、薄い酸化物層を蒸着するために下部の
バイアスはなしで、確実にアルミニウムがスパッタリン
グされないようにする。次に、下部のバイアスおよびア
ルゴン流が表１５に示されるようにスパッタのファセッ
ト(facet) 蒸着を行うために追加される。
一変形例はバイアス・スパッタ蒸着であり、それは２つ
のステップのプロセスである。まず、表１５のプロセス
が用いられるが、薄い酸化物層を蒸着するために下部の
バイアスはなしで、確実にアルミニウムがスパッタリン
グされないようにする。次に、下部のバイアスおよびア
ルゴン流が表１５に示されるようにスパッタのファセッ
ト(facet) 蒸着を行うために追加される。
【００９３】第３の変形例においては、スパッタ・エッ
チング・レートに対するバイアスされない蒸着レートの
割合がウェハーの形状を平坦化するよう選択されるよう
に、バイアス・スパッタ蒸着プロセスを変形することに
よって、シリコン酸化物の平坦化が行われうる。スパッ
タ・エッチング・レートはバイアスと圧力とにより決定
されるのに対し、バイアスされない蒸着レートは上部電
力と反応物質とにより決定される。したがって、この割
合は４つの要素、すなわちバイアス出力、圧力、上部電
力、および反応物質の流量率を選択することにより決定
される。
チング・レートに対するバイアスされない蒸着レートの
割合がウェハーの形状を平坦化するよう選択されるよう
に、バイアス・スパッタ蒸着プロセスを変形することに
よって、シリコン酸化物の平坦化が行われうる。スパッ
タ・エッチング・レートはバイアスと圧力とにより決定
されるのに対し、バイアスされない蒸着レートは上部電
力と反応物質とにより決定される。したがって、この割
合は４つの要素、すなわちバイアス出力、圧力、上部電
力、および反応物質の流量率を選択することにより決定
される。
【００９４】第４の変形例においては、蒸着プロセスの
間に容易に流れて、特徴部位間の大きな面積を充填す
る、B2O3のような物質を組み入れることによって、シリ
コン酸化物の平坦化が全体的若しくは大きい面積での平
坦化プロセスをもたらすように拡張されうる。例示のB2
O3については、関連する化学作用ガスはＴＭＢ（トリメ
チルホウ酸(trimethyl-borate ）およびO2（選択的には
不活性ガス（Ｈe ））である。
間に容易に流れて、特徴部位間の大きな面積を充填す
る、B2O3のような物質を組み入れることによって、シリ
コン酸化物の平坦化が全体的若しくは大きい面積での平
坦化プロセスをもたらすように拡張されうる。例示のB2
O3については、関連する化学作用ガスはＴＭＢ（トリメ
チルホウ酸(trimethyl-borate ）およびO2（選択的には
不活性ガス（Ｈe ））である。
【００９５】３）ＣＶＤ低圧（ファセット）蒸着 本プロセスにおいて、しばしばＣＶＤファセット・プロ
セスとして知られているが、充填物質においてすき間が
できることが避けるために溝に酸化物または窒化物を蒸
着すると同時に、シリコン・ウェハーの蒸着の外側（上
部）の角に蒸着された物質（例えば、酸化物若しくは窒
化物）のエッチングが行われる。先行技術においては、
そのような切り出し（faceting) および蒸着はＥＣＲ／
マイクロウェーブ周波数のプラズマＣＶＤにおいて同時
に行われた。先行技術ではプラズマによるＣＶＤが１3.
５６ＭＨz などの高周波により行なわれていたので、所
要の切り出しを行うためには蒸着室とエッチング室との
間でウェハーをいったりきたりさせる必要があった。
セスとして知られているが、充填物質においてすき間が
できることが避けるために溝に酸化物または窒化物を蒸
着すると同時に、シリコン・ウェハーの蒸着の外側（上
部）の角に蒸着された物質（例えば、酸化物若しくは窒
化物）のエッチングが行われる。先行技術においては、
そのような切り出し（faceting) および蒸着はＥＣＲ／
マイクロウェーブ周波数のプラズマＣＶＤにおいて同時
に行われた。先行技術ではプラズマによるＣＶＤが１3.
５６ＭＨz などの高周波により行なわれていたので、所
要の切り出しを行うためには蒸着室とエッチング室との
間でウェハーをいったりきたりさせる必要があった。
【００９６】本発明によれば、低圧力のＣＶＤ蒸着およ
び切り出し(faceting)がプラズマによるＣＶＤプロセス
を用いて同時に行われ、そのプラズマはおよそ５０ＭＨ
z から８００ＭＨz の周波数範囲、好ましくはおよそ５
０ＭＨz からおよそ２５０ＭＨz までの周波数範囲で動
作する上部電極により励起される。ウェハーのバイアス
はスパッタ・ファセッティングを行うために印加され
る。複雑なマイクロウェーブ／ＥＣＲ装置を使用した
り、蒸着室とエッチング室との間をウェハーが行ったり
きたりする必要がなくなる。
び切り出し(faceting)がプラズマによるＣＶＤプロセス
を用いて同時に行われ、そのプラズマはおよそ５０ＭＨ
z から８００ＭＨz の周波数範囲、好ましくはおよそ５
０ＭＨz からおよそ２５０ＭＨz までの周波数範囲で動
作する上部電極により励起される。ウェハーのバイアス
はスパッタ・ファセッティングを行うために印加され
る。複雑なマイクロウェーブ／ＥＣＲ装置を使用した
り、蒸着室とエッチング室との間をウェハーが行ったり
きたりする必要がなくなる。
【００９７】さらに、ウェハー形状の平坦化は素子／機
能の形態に基づいてスパッタ・エッチング・レートに対
するバイアスのない蒸着のレートの割合を選択すること
により行われうる。それは、ウェハーを全体的に平坦化
するために蒸着プロセスの間に流れるB2O3などの物質の
蒸着と組み合わされうる。
能の形態に基づいてスパッタ・エッチング・レートに対
するバイアスのない蒸着のレートの割合を選択すること
により行われうる。それは、ウェハーを全体的に平坦化
するために蒸着プロセスの間に流れるB2O3などの物質の
蒸着と組み合わされうる。
【００９８】(b）高圧ＣＶＤ １）均質な等方性窒化プラズマおよびオキシ窒化プラズ
マ ＬＰＣＶＤに対応して、本高圧ＣＶＤ、すなわち均質
で、等方性の窒化プラズマおよびオキシ窒化プラズマの
プロセスは表面処理層および金属間絶縁などへの適用例
が考えられる。ＬＰＣＶＤの対応する適用例に関して説
明した条件および化学作用ガスが同様に本例にもあては
まる。ＨＰＣＶＤのプロセスにおいて、バイアス出力は
薄膜密度および圧力を制御するのに用いられる。低位の
窒化水素（SiH4＋Ｎ2 ）および周知のより高位の窒化水
素プラズマ（シラン＋窒化物＋アンモニア）のためのプ
ロセスが表Ｐに要約されている。
マ ＬＰＣＶＤに対応して、本高圧ＣＶＤ、すなわち均質
で、等方性の窒化プラズマおよびオキシ窒化プラズマの
プロセスは表面処理層および金属間絶縁などへの適用例
が考えられる。ＬＰＣＶＤの対応する適用例に関して説
明した条件および化学作用ガスが同様に本例にもあては
まる。ＨＰＣＶＤのプロセスにおいて、バイアス出力は
薄膜密度および圧力を制御するのに用いられる。低位の
窒化水素（SiH4＋Ｎ2 ）および周知のより高位の窒化水
素プラズマ（シラン＋窒化物＋アンモニア）のためのプ
ロセスが表Ｐに要約されている。
【００９９】表１６は化学作用ガスの中に酸素化合物
（酸素若しくは、好ましくは亜酸化窒素）を組み入れる
ことにより、低位の水素含有オキシ窒化物およびより高
位のオキシ窒化物の蒸着のために用いられうる。同じＮ
2 の流量率がオキシ窒化物および窒化物のために用いら
れうる。 ２）均質な等方性シリコン酸化物 このＨＰＣＶＤプロセスのための適用例および関連する
条件はＬＰＣＶＤプロセスはすき間を充填するのにより
好適であり、ＨＰＣＶＤは段差被覆（ステップ・カバレ
ッジ）の適用例にとってより好ましいかもしれないとい
う点を除いて、ＬＰＣＶＤの対応する点のためのそれら
と類似している。本発明のＨＰＣＶＤプロセスはシリコ
ン化合物（代表的には、シランまたはＴＥＯＳ（テトラ
エチルベンゼン環ケイ酸塩：tetraethylorthosilicate
若しくはテトラエチルオキシケイ酸塩：tetraethyloxys
ilicate ））、酸素化合物（代表的には、酸素そのも
の、または好ましくは、亜酸化窒素）および、選択的に
は不活性ガス（代表的にはアルゴン）を含む化学作用ガ
スを用いる。均質なシリコン酸化物の蒸着のためのＨＰ
ＣＶＤプロセス全体は表１７に要約されている。
（酸素若しくは、好ましくは亜酸化窒素）を組み入れる
ことにより、低位の水素含有オキシ窒化物およびより高
位のオキシ窒化物の蒸着のために用いられうる。同じＮ
2 の流量率がオキシ窒化物および窒化物のために用いら
れうる。 ２）均質な等方性シリコン酸化物 このＨＰＣＶＤプロセスのための適用例および関連する
条件はＬＰＣＶＤプロセスはすき間を充填するのにより
好適であり、ＨＰＣＶＤは段差被覆（ステップ・カバレ
ッジ）の適用例にとってより好ましいかもしれないとい
う点を除いて、ＬＰＣＶＤの対応する点のためのそれら
と類似している。本発明のＨＰＣＶＤプロセスはシリコ
ン化合物（代表的には、シランまたはＴＥＯＳ（テトラ
エチルベンゼン環ケイ酸塩：tetraethylorthosilicate
若しくはテトラエチルオキシケイ酸塩：tetraethyloxys
ilicate ））、酸素化合物（代表的には、酸素そのも
の、または好ましくは、亜酸化窒素）および、選択的に
は不活性ガス（代表的にはアルゴン）を含む化学作用ガ
スを用いる。均質なシリコン酸化物の蒸着のためのＨＰ
ＣＶＤプロセス全体は表１７に要約されている。
【０１００】上記の例は代表的なものである。本技術分
野の熟練家であれば、様々な物質の等方性および異方性
のエッチングを行うためにこれらの例を容易に応用しう
るであろう。
野の熟練家であれば、様々な物質の等方性および異方性
のエッチングを行うためにこれらの例を容易に応用しう
るであろう。
【０１０１】
【表１】 酸化物コンタクウィンド−エッチング 酸化物／ポリ 範囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 500〜2500 800〜2000 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 100〜1000 200〜1000 400〜800 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜 圧力（ｍt ） ＜500 1〜100 5〜50 ウェーハ温度（℃） ＜125 − − 気体化学組成 (sccm) エチャント CF=0.1/1〜2/1 CH3 30〜600 50〜300 ドーパント HF=0.1/1〜0.5/1 Ar 30〜600 50〜300
【０１０２】
【表２】 酸化物ビアホールエッチング 酸化物／アルミニウム 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 100〜5000 300〜2500 800〜200 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 100〜1000 100〜500 100〜300 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 陰極シース(V) ＜300 ＜200 5〜50 圧力（ｍt ） ＜500 1〜100 5〜50 ウェーハ温度（℃） ＜125 − − 気体化学組成 (sccm) Etch CF=0.1/1〜2/1 CHF3 50〜300 HF=0.1/1〜0.5/1 CF4 50〜300 Ar 50〜300
【０１０３】
【表３】 酸化物スパッタエッチング 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 500〜2500 800〜2000 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜1000 100〜800 100〜300 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ） ＜500 1〜100 1〜30 ウェーハ温度（℃） − − − 気体化学組成 (sccm) エチャント 非反応性 Ar Ar
【０１０４】
【表４】 ポリ／酸化物 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 200〜1500 300〜1000 300〜750 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜500 0〜300 0〜200 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 陰極シース(V) ＜200 ＜100 50〜100 圧力（ｍt ） ＜500 1〜100 5〜50 ウェーハ温度（℃）(1) ＞−40℃ (2) ＜−40℃ 気体化学組成 (sccm) エッチング (1) ClまたはBr Cl2またはHBr Cl2 50〜300 またはBCl3＋Ar He 50〜300 O2 2〜20 (2) Ｆ SF6またはNF3 SF6 30〜300 ＋アルゴン Ar 30〜300
【０１０５】
【表５】 ＲＩＥアルミニウム 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 500〜1500 600〜800 600〜800 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 100〜400 100〜200 100〜200 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ） ＜500 1〜100 5〜50 ウェーハ温度（℃) ＜125 − 気体化学組成 (sccm) エッチング Cl2／BCl3 Cl2＋BCl3 Cl2 30〜100 BCl3 30〜100 ドーパント BBr3
【０１０６】
【表６】 ＲＩＥシリコン 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 100〜2500 300〜700 300〜700 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜500 0〜200 50〜150 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ） ＜500 5〜50 5〜50 ウェーハ温度（℃) ＜125 ＜100 ＜75 気体化学組成 (sccm) エチャント ハロゲン HBr/SiF4/NF3 HBr 30〜100 SiF4 0〜20 HBr 0〜10 ドーパント He/O2 O2 0〜10 NF3 0〜20
【０１０７】
【表７】 ＲＩＥタングステン 範 囲 パラメータ １ ２ 上部電極電力(W) 100〜2500 200〜500 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜250 バイアス電力(W) 0〜500 0〜200 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 5MHz〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 10〜100 ウェーハ温度（℃) − − 気体化学組成 (sccm) エチャント Ｆ NF3 0〜200 SF6 0〜200 ドーパント イナート Ar 0〜200
【０１０８】
【表８】 異方性ＲＩＥフォトレジスト 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜2500 300〜1500 300〜1500 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜500 0〜300 0〜200 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 1〜100 5〜50 ウェーハ温度（℃) ＜125 ＜75 気体化学組成 (sccm) エチャント Ｏ O2 O2 10〜300 ドーパント Ｆ CF4 CF4 0〜300
【０１０９】
【表９】 ＲＩＥ障壁層 ＴiＷ／ＴiＮ 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 100〜2500 300〜1000 300〜600 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜500 0〜200 100〜200 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 1〜100 5〜50 ウェーハ温度（℃) 気体化学組成 (sccm) エッチング ハロゲン F+Cl CF4 0〜20 BCl3 10〜100 Cl2 0〜20
【０１１０】
【表１０】 光エッチング 範 囲 パラメータ １ ２ 上部電極電力(W) 100〜1000 100〜1000 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 15〜250 バイアス電力(W) 0〜200 0〜200 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 5〜100 ウェーハ温度（℃) − − 気体化学組成 (sccm) 酸化物 Ｆ CF4 30〜120 またはNF3 30〜120 ポリ Cl Cl2 30〜120
【０１１１】
【表１１】 ＨＰ等方性酸化物エッチング 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 500〜5000 500〜2500 500〜2500 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜500 0〜300 0〜300 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 mt 0.5〜20torr 0.5〜5torr ウェーハ温度（℃) ＜125 ＜100 60〜75 気体化学組成 (sccm) エッチング Ｆ CF4 CF4 500〜2000 NF3 または NF3 500〜2000 SF6 C2F6
【０１１２】
【表１２】 フォトレジストストリップ 範 囲 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 300〜2500 300〜2500 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜1000 0〜1000 0〜1000 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) 100mt〜50torr 500mt〜10torr 500mt〜5torr ウェーハ温度（℃) ＜300 ＜250 100〜200 気体化学組成 (sccm) エチャント Ｏ O2,N2O O2,N2O 500〜2000 ドーパント Ｆ，Ｎ CH4,NF3 N2 0〜5000 SF6,C2F6 CF4 0〜500 NF3 0〜500
【０１１３】
【表１３】 ＬＰプラズマ窒化物付着 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 300〜2500 300〜2500 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜1000 0〜600 0〜600 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 ＜50 ＜50 ウェーハ温度（℃) − 100〜500 200〜400 気体化学組成 (sccm) エチャント Si & N SiH4 30〜300 N2 100〜1000 NH3 0〜50
【０１１４】
【表１４】 ＬＰプラズマオキシ窒化物付着 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 300〜2500 500〜2500 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜1000 0〜600 0〜600 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 ＜50 ＜50 ウェーハ温度（℃) − 100〜500 200〜400 気体化学組成 (sccm) Ｓｉ SiH4 30〜300 Ｎ N2 100〜1000 Ｏ O2/N2O 100〜1000 ドーパント NH3 0〜50
【０１１５】
【表１５】 ＬＰ酸化物付着 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 500〜2500 1000〜2000 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜1000 200〜1000 200〜1000 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 1〜100 1〜30 ウェーハ温度（℃ ＜500 200〜400 300〜400 気体化学組成 (sccm) Ｓｉ SiH4/TEOS SiH4 30〜100 Ｏ O2/N2O O2 30〜200 ドーパント イナート Ar Ar 400〜800
【０１１６】
【表１６】 ＨＰ酸化物／オキシ窒化物の付着 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 300〜2500 500〜15 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜1000 0〜300 0〜300 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 500mt〜50torr 1〜10torr ウェーハ温度（℃) − 100〜500 200〜400 気体化学組成 (sccm) 窒化物 Ｓｉ SiH4 30〜100 Ｎ N2O 400〜5000 NH3 0〜30 オキシ窒化物 Ｓｉ SiH4 30〜100 Ｎ N2 400〜5000 Ｏ N2O 400〜5000 O2 − NH3 0〜30
【０１１７】
【表１７】 ＨＰ等角酸化物付着 パラメータ １ ２ ３ 上部電極電力(W) 300〜5000 300〜2500 500〜1500 上部電極周波数 (MHz) 50〜800 50〜400 50〜250 バイアス電力(W) 0〜1000 0〜1000 0〜1000 バイアス周波数 10KHz〜50MHz 100KHz〜30MHz 5〜15MHz 圧力（ｍt ) ＜500 500mt〜50torr 500mt〜10torr ウェーハ温度（℃) − 100〜500 200〜400 気体化学組成 (sccm) Ｓｉ SiH4+N2O 30〜100+200〜3000 SiH4+N2O Ｏ TEOS＋O2 30〜100+100〜1000 TEOS O2 TEOS＋N2O 30〜100+100〜1000 TEOS N2O 以上、本装置およびプロセスの好ましい実施例および変
化例を説明してきたが、当業者は、ここで説明した方法
および装置を、請求の範囲内で容易に適合、変更および
拡張するであろう。
化例を説明してきたが、当業者は、ここで説明した方法
および装置を、請求の範囲内で容易に適合、変更および
拡張するであろう。
【図１】本発明によるＲＦ反応装置システムの略図であ
る。
る。
【図２】他の電極構成を有するシステムの略図である。
【図３】他の電極構成を有するシステムの略図である。
【図４】他の電極構成を有するシステムの略図である。
【図５】好適な電力制御システムのブロック図である。
【図６】代表的な集積回路のバイアホールを示す。
【図７】本発明による拡大化工程を行った後の図６のバ
イアホールを示す。
イアホールを示す。
【図８】種々の磁気強化場を示す。
【図９】図１の好適な差動的に駆動される無接地の平衡
型スプリット電極構成のための好適な整合回路網の電気
略図である。
型スプリット電極構成のための好適な整合回路網の電気
略図である。
【図１０】図９の等化物の略図である。
【図１１】図９および図１０の回路網のためのモータ制
御回路の、単純化された略図である。
御回路の、単純化された略図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 21/31 9216−2Ｇ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｓ // Ｈ０１Ｌ 21/285 21/302 Ｂ
Claims (9)
- 【請求項１】真空処理チャンバを画定するエンクロージ
ャー、および高周波交流電気エネルギーと相対的に低い
周波数の交流電気的エネルギーを有する、工作物を処理
するためのシステムであって、 前記チャンバにプロセス・ガスを導入する入り口と、 前記ガスからプラズマを生成させるために、前記チャン
バに交流電気エネルギーを結合させるための電極と、 前記プラズマのイオン密度を制御するために、前記電極
に前記高周波交流電気エネルギーを加えるためのコネク
ターと、 前記電極に関連するシース電圧を制御し、プラズマイオ
ンエネルギーを制御するために、前記電極に前記相対的
に低い周波数の交流電気的エネルギーを加えるためのコ
ネクター、 を有することを特徴とするシステム。 - 【請求項２】前記電極は、前記チャンバ内に位置し、工
作物を支持するために適合した単一の電極構造を有し、
且つ前記電極に交流電気エネルギーを加えるためのコネ
クターは、前記単一の電極構造に接続されていることを
特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 【請求項３】前記電極は、前記チャンバ内に位置し、そ
の上に工作物を支持するための第１の電極構造と、プラ
ズマ・チャンバの周囲を囲む第２の電極構造とを有し、 前記高周波交流電気エネルギーを加えるためのコネクタ
ーは、前記第２の電極構造に接続され、 前記相対的に低い周波数の交流電気エネルギーを加える
ためのコネクターは、前記工作物を支持する前記第１の
電極構造に接続されていることを特徴とする請求項１に
記載のシステム。 - 【請求項４】前記高周波交流電気エネルギーは、前記プ
ラズマ・チャンバの周囲を囲む第２の電極構造のインピ
ーダンスを高周波電源に整合させるための、誘導性イン
ピーダンス、容量性インピーダンス及び導電性インピー
ダンスのうちの一つを介して、前記プラズマ・チャンバ
の周囲を囲む第２の電極構造に結合されていることを特
徴とする請求項３に記載のシステム。 - 【請求項５】 プラズマ中で工作物を処理するシステム
であって、 真空チャンバを画定するエンクロージャーと、 ガスを前記チャンバに導入する入り口と、 前記ガス中にプラズマを生成するために、前記チャンバ
に交流電気エネルギーを結合するための２つの電極構造
を有する電極と、 前記プラズマの密度を制御するために、前記電極に、５
０ＭＨz 〜８００ＭＨz の範囲内の周波数を有する高周
波交流電気エネルギーを加えるためのコネクターと、 前記電極に関連するシース電圧とプラズマ・イオン・エ
ネルギーとを制御するために、前記電極に、0.１ＭＨz
〜５０ＭＨz の範囲内の周波数を有する相対的に低い周
波数の交流電気エネルギーを加えるためのコネクター、 を有することを特徴とするシステム。 - 【請求項６】真空処理チャンバを画定するエンクロージ
ャーにおいて、ガスから生成されたプラズマの中で工作
物を処理するシステムであって、 前記チャンバ内に工作物を支持する手段と、 前記工作物への損傷を防止するために前記工作物を支持
する手段から離間した前記チャンバの選択された領域に
プラズマ誘起電場を生じさせるために、高周波交流電気
エネルギーを前記チャンバに容量的に結合するための電
極と、 選択されたプラズマ密度とプラズマ・イオン電流密度と
を与えるために、高周波交流電気エネルギー源の電力を
制御するための、前記電極に接続された電源、を有する
ことを特徴とするシステム。 - 【請求項７】前記工作物を支持する手段は、電極であ
り、更に、電極におけるプラズマ・シース電圧と関連す
るプラズマ・イオン・エネルギーを制御するために、前
記電極に、前記高周波交流電気エネルギーより低い周波
数を有する選択された交流電気エネルギーを加えるため
のコネクターを更に有することを特徴とする請求項６に
記載のシステム。 - 【請求項８】プラズマを生成する方法であって、 真空チャンバを画定するエンクロージャー内の第１の電
極構造上に半導体基板を支持するステップと、 前記真空チャンバに反応ガスを供給するステップと、 前記半導体基板上に１種類以上の材料を作るための前記
反応ガスからプラズマを生成するために、高周波交流電
気エネルギーを前記チャンバに容量的に結合する前記真
空チャンバを囲む第２の電極構造を使用するステップ
と、 プラズマ密度を制御するために、前記高周波交流電気エ
ネルギーの電力を制御するステップを有することを特徴
とする方法。 - 【請求項９】更に、相対的に低い周波数の交流電気エネ
ルギーを前記第１の電極構造に加えるステップと、前記
第１の電極構造におけるシース電圧を制御するために、
前記相対的に低い周波数の交流電気エネルギーの電力を
制御するステップを含むことを特徴とする請求項８に記
載の方法。
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