JP2595002B2 - マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ処理方法及び装置Info
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- JP2595002B2 JP2595002B2 JP63003738A JP373888A JP2595002B2 JP 2595002 B2 JP2595002 B2 JP 2595002B2 JP 63003738 A JP63003738 A JP 63003738A JP 373888 A JP373888 A JP 373888A JP 2595002 B2 JP2595002 B2 JP 2595002B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エレクトロニクスデバイス製造方法及び装
置に係り、特に、異方性エツチング，プラズマドーピン
グ、成膜において、低損傷化や処理効率の向上化に好適
なマイクロ波プラズマ処理方法と装置に関する。
置に係り、特に、異方性エツチング，プラズマドーピン
グ、成膜において、低損傷化や処理効率の向上化に好適
なマイクロ波プラズマ処理方法と装置に関する。
従来のマイクロ波プラズマ処理方法では、基板をプラ
ズマ処理するのに、特開昭56−155535号及び特開昭59−
3018号に記載のように、荷電粒子とラジカル粒子を合わ
せたプラズマ種を分いた方法と、特開昭61−13634号に
記載のようにラジカル粒子のみを用いた方法があつた。
また、ラジオ波放電によるプラズマ処理方法で、特開昭
62−7131号記載のように、基板に到達させるイオン量を
制御した方法があつた。
ズマ処理するのに、特開昭56−155535号及び特開昭59−
3018号に記載のように、荷電粒子とラジカル粒子を合わ
せたプラズマ種を分いた方法と、特開昭61−13634号に
記載のようにラジカル粒子のみを用いた方法があつた。
また、ラジオ波放電によるプラズマ処理方法で、特開昭
62−7131号記載のように、基板に到達させるイオン量を
制御した方法があつた。
上記従来技術は、プラズマ種による処理特性の違いに
ついて充分配慮されていなかつた。例えば、エツチング
において、強異方性エツチングを行なうためには、プラ
ズマ種のうち、イオン成分の基板入射量とその運動量を
多く、大きくすることが必要であるが、このような条件
にすると、マスクや下地材との選択性が低下し、また、
エツチングダメージやエツチング面の結晶欠陥を招く問
題がある。また、同様に、基板へ入射するプラズマ種の
うち、イオン成分量があると、プラズマドーピングの際
にも、ドーピング面での結晶欠陥を招く問題があり、膜
形成時にも、下地材や形成膜にダメージを与える等の問
題がある。これに対し、プラズマ種としてラジカル成分
のみで処理を行なうと、プロセス的にはダメージレスと
なるが、エツチングにおいて、高選択性となるものの、
異方性エツチングとならない問題と、プラズマドーピン
グでは、ドーピング量が著しく減少する問題，膜形成で
は、膜の緻密性が著しく低下するという問題がある。
ついて充分配慮されていなかつた。例えば、エツチング
において、強異方性エツチングを行なうためには、プラ
ズマ種のうち、イオン成分の基板入射量とその運動量を
多く、大きくすることが必要であるが、このような条件
にすると、マスクや下地材との選択性が低下し、また、
エツチングダメージやエツチング面の結晶欠陥を招く問
題がある。また、同様に、基板へ入射するプラズマ種の
うち、イオン成分量があると、プラズマドーピングの際
にも、ドーピング面での結晶欠陥を招く問題があり、膜
形成時にも、下地材や形成膜にダメージを与える等の問
題がある。これに対し、プラズマ種としてラジカル成分
のみで処理を行なうと、プロセス的にはダメージレスと
なるが、エツチングにおいて、高選択性となるものの、
異方性エツチングとならない問題と、プラズマドーピン
グでは、ドーピング量が著しく減少する問題，膜形成で
は、膜の緻密性が著しく低下するという問題がある。
ラジオ波放電によるプラズマでは、基板へ到達させる
イオン量を、ある程度は制御できるが、基板に誘導され
る自己バイアス電位が大きくなるため、完全にラジカル
成分のみで基板を処理することが出来ず、プロセス的
に、イオンダメージが伴うという問題がある。
イオン量を、ある程度は制御できるが、基板に誘導され
る自己バイアス電位が大きくなるため、完全にラジカル
成分のみで基板を処理することが出来ず、プロセス的
に、イオンダメージが伴うという問題がある。
上記目的は、 １）基板にイオン成分をもつたプラズマ種を入射させて
処理する。
処理する。
２）基板にイオン成分をもたないプラズマ種、すなわち
ラジカル種のみを入射させて処理する。これら２つの工
程を組み合わせることにより達成させる。
ラジカル種のみを入射させて処理する。これら２つの工
程を組み合わせることにより達成させる。
また、上記２つの工程におけるプラズマ種成分の制御
は、プラズマの生成にマイクロ波放電を利用し、 Ａ）マイクロ波導入窓側から基板方向に向かつて磁束密
度が単調に減少する発散磁界分布を形成する。
は、プラズマの生成にマイクロ波放電を利用し、 Ａ）マイクロ波導入窓側から基板方向に向かつて磁束密
度が単調に減少する発散磁界分布を形成する。
あるいは、形成されている所に基板を設置して磁力線
に引かれて基板にイオンが到達することを利用する。
に引かれて基板にイオンが到達することを利用する。
Ｂ）基板位置に近い方で、マイクロ波導入窓側に磁力線
方向をもつた磁界を発生させる等で、該導入窓と基板と
の間に磁界の反転分布を形成するあるいは、反転分布外
に基板を埋置して、基板へイオンは到達しないことを利
用する。
方向をもつた磁界を発生させる等で、該導入窓と基板と
の間に磁界の反転分布を形成するあるいは、反転分布外
に基板を埋置して、基板へイオンは到達しないことを利
用する。
または、装置中心軸方向にミラー磁界を発生させ、電
子サイクロトロン共鳴（以後ECRと略す）条件を道たす
場所が、装置中心軸方向に２箇所ある分布を形成し、 Ａ′）基板が、上記ECR条件を満たす２箇所の間になる
ように磁界あるいは基板位置を調整し、基板のイオン処
理を利用する。
子サイクロトロン共鳴（以後ECRと略す）条件を道たす
場所が、装置中心軸方向に２箇所ある分布を形成し、 Ａ′）基板が、上記ECR条件を満たす２箇所の間になる
ように磁界あるいは基板位置を調整し、基板のイオン処
理を利用する。
Ｂ′）基板が、上記ECR条件を満たす２箇所の地点の
間、すなわち荷電粒子の閉じ込め領域よりも、マイクロ
波導入窓から遠方の地点になるように磁界あるいは基板
位置を調整し、基板へのイオン到達がない、無電荷粒子
処理を利用する。
間、すなわち荷電粒子の閉じ込め領域よりも、マイクロ
波導入窓から遠方の地点になるように磁界あるいは基板
位置を調整し、基板へのイオン到達がない、無電荷粒子
処理を利用する。
これら、Ａ）とＢ）あるいはＡ′）とＢ′）の方法の組
み合わせ等により達成される。
み合わせ等により達成される。
エツチングにおいては、プラズマ種のイオン成分を多
くすることにより、強異方性エツチングができる。初め
に、先の１）の工程により、所望材を強異方性エツチン
グする。この異方性エツチングでは、下地材との選択性
は良好でなく、また、エツチング面にダメージを与える
ため、下地材が現われるまでエツチングするのは望まし
くない。下地材が現れる寸前から、ダルージレスの高選
択エツチングができる２）の工程にうつる。この工程
で、ダメージレスの高選択性エツチングにより、ダメー
ジを受けた面を、下地材をほとんどエツチングすること
なしに取り除く。この工程は、等方性エツチングとなる
が先に、所望の形状を形成しているため、形状的には異
方性が保持されるため、結果的に、強異方性，高選択
性，低ダメージのエツチングが可能となる。この手順
は、もちろん、満エツチングにも使える。すなわち、
１）→２）の工程手順を行なうと、ダメージを受けた面
がダメージレスで取り除けるため異方性で低ダメージの
溝形成ができる。
くすることにより、強異方性エツチングができる。初め
に、先の１）の工程により、所望材を強異方性エツチン
グする。この異方性エツチングでは、下地材との選択性
は良好でなく、また、エツチング面にダメージを与える
ため、下地材が現われるまでエツチングするのは望まし
くない。下地材が現れる寸前から、ダルージレスの高選
択エツチングができる２）の工程にうつる。この工程
で、ダメージレスの高選択性エツチングにより、ダメー
ジを受けた面を、下地材をほとんどエツチングすること
なしに取り除く。この工程は、等方性エツチングとなる
が先に、所望の形状を形成しているため、形状的には異
方性が保持されるため、結果的に、強異方性，高選択
性，低ダメージのエツチングが可能となる。この手順
は、もちろん、満エツチングにも使える。すなわち、
１）→２）の工程手順を行なうと、ダメージを受けた面
がダメージレスで取り除けるため異方性で低ダメージの
溝形成ができる。
プラズマドーピングあるいはプラズマ酸化等において
は、先の１）の工程のみでは、ドーピング面あるいは酸
化面等で、ダングリングボンド等の発生により基板がダ
メージを受けているが、２）の工程が加えると、ドーピ
ング種あるいは酸素ラジカル等により、ダングリングボ
ンド等は低減されるため、結果的に低ダメージのプラズ
マドーピングやプラズマ酸化等が可能となる。すなわ
ち、１）→２）、言い換えるとＡ）→Ｂ）あるいは
Ａ′）→Ｂ′）の手順でドーピングやプラズマ酸化等を
行なうと、プラズマ処理の適正化がなされる。
は、先の１）の工程のみでは、ドーピング面あるいは酸
化面等で、ダングリングボンド等の発生により基板がダ
メージを受けているが、２）の工程が加えると、ドーピ
ング種あるいは酸素ラジカル等により、ダングリングボ
ンド等は低減されるため、結果的に低ダメージのプラズ
マドーピングやプラズマ酸化等が可能となる。すなわ
ち、１）→２）、言い換えるとＡ）→Ｂ）あるいは
Ａ′）→Ｂ′）の手順でドーピングやプラズマ酸化等を
行なうと、プラズマ処理の適正化がなされる。
膜形成においては、工程手順として２）→１）、すな
わち、磁界制御手順としてはＢ）→Ａ）あるいはＡ′）
→Ｂ′）とすると、界面準位の発生が少ない、低ダメー
ジの高品質膜の形成ができる。
わち、磁界制御手順としてはＢ）→Ａ）あるいはＡ′）
→Ｂ′）とすると、界面準位の発生が少ない、低ダメー
ジの高品質膜の形成ができる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて、詳細に説明す
る。第１図は本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の主
要部の模式図である。本装置はプラズマ生成室４、マイ
クロ波導波管７、（マイクロ波６の発振機は図省略）、
ECR用磁界コイル９及び付加磁界コイル13,14、処理室
２、排気口12（排気系は図省略）、反応ガス供給ノズル
５及び11（反応ガス供給系は図省略）、基板支持台３、
より成る。プラズマ生成室４は直径370［mm］φ、長さ2
50［mm］の透明石英製で、円錐形の項部がマイクロ波導
入窓８となつている。ECR用磁界コイル９及び付加磁界
コイル13,14はプラズマ生成室及び処理室の周囲に設置
され、プラズマ生成室の最大磁束密度は2.6［KGauss］
それぞれ分割（９は３個に分割）されたコイルを個別に
調整することにより、装置内に印加される磁束密度分布
を制御でき及びプラズマ流10の方向等が制御できる。処
理室２は直径、370［mm］φのステンレス鋼製で、中に
設置された基板支持台３は直径120［mm］φのアルミナ
製でその位置は装置中心軸方向に可変である。第２図
は、装置中心軸方向の分布を示す。ECR点15はプラズマ
生成室内に位置させた。ECR磁界コイル９及び付加磁界
コイル13,14の電流値や電流方向を調整することによ
り、A,Bのような分布を作ること、及び基板支持台３の
位置を調整することにより、基板と反転磁界面16との距
離を制御できる。
る。第１図は本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の主
要部の模式図である。本装置はプラズマ生成室４、マイ
クロ波導波管７、（マイクロ波６の発振機は図省略）、
ECR用磁界コイル９及び付加磁界コイル13,14、処理室
２、排気口12（排気系は図省略）、反応ガス供給ノズル
５及び11（反応ガス供給系は図省略）、基板支持台３、
より成る。プラズマ生成室４は直径370［mm］φ、長さ2
50［mm］の透明石英製で、円錐形の項部がマイクロ波導
入窓８となつている。ECR用磁界コイル９及び付加磁界
コイル13,14はプラズマ生成室及び処理室の周囲に設置
され、プラズマ生成室の最大磁束密度は2.6［KGauss］
それぞれ分割（９は３個に分割）されたコイルを個別に
調整することにより、装置内に印加される磁束密度分布
を制御でき及びプラズマ流10の方向等が制御できる。処
理室２は直径、370［mm］φのステンレス鋼製で、中に
設置された基板支持台３は直径120［mm］φのアルミナ
製でその位置は装置中心軸方向に可変である。第２図
は、装置中心軸方向の分布を示す。ECR点15はプラズマ
生成室内に位置させた。ECR磁界コイル９及び付加磁界
コイル13,14の電流値や電流方向を調整することによ
り、A,Bのような分布を作ること、及び基板支持台３の
位置を調整することにより、基板と反転磁界面16との距
離を制御できる。
実施例1. 被処理基板１として、シリコンウエハ（直径100［n
m］φ）上に厚さ100［nm］の熱酸化膜を形成した後に多
結晶シリコンを500［nm］堆積させ、その上にレジスト
でパターニングしたものを用い、多結晶シリコンのエツ
チングを行なつた。基板は、ECR点15よりも15［cm］離
れた位置にした。プラズマ生成室内に第１のガス導入管
を通してCl2を40［ml/min］導入し、2.45［GHz］のマイ
クロ波６を導波管７により伝播させて、マイクロ波導入
窓８を通してプラズマ生成室に導入した。
m］φ）上に厚さ100［nm］の熱酸化膜を形成した後に多
結晶シリコンを500［nm］堆積させ、その上にレジスト
でパターニングしたものを用い、多結晶シリコンのエツ
チングを行なつた。基板は、ECR点15よりも15［cm］離
れた位置にした。プラズマ生成室内に第１のガス導入管
を通してCl2を40［ml/min］導入し、2.45［GHz］のマイ
クロ波６を導波管７により伝播させて、マイクロ波導入
窓８を通してプラズマ生成室に導入した。
この時印加した磁束密度分布は、 Ａ）プラズマ生成室外側に設置されECR用磁界コイル９
により875［Gauss］以上の磁界をかけ第２図のＡに示し
たように単調減少な磁束密度分布を形成した。
により875［Gauss］以上の磁界をかけ第２図のＡに示し
たように単調減少な磁束密度分布を形成した。
Ｂ）ECR用磁界コイル９ばかりでなく、処理室外側に設
置した付加磁界コイル13と14にも電流を流し、ただし、
該磁界コイル13,14には、９のコイルと反対方向に電流
を流し、反対方向の磁力線を発生させ、第２図のＢに示
したように反転磁界面16を、マイクロ波導入窓と基板の
間に形成し、基板の上流側にプラズマ閉じ込めた。
置した付加磁界コイル13と14にも電流を流し、ただし、
該磁界コイル13,14には、９のコイルと反対方向に電流
を流し、反対方向の磁力線を発生させ、第２図のＢに示
したように反転磁界面16を、マイクロ波導入窓と基板の
間に形成し、基板の上流側にプラズマ閉じ込めた。
の２通りにした。処理室２内の圧力は排気系２により２
［mTorr］にした。初めに、Ａ）の磁束密度分布で、エ
ツチングを行なつた。エツチングは、10［％］のオーバ
エツチングを行なつた。サイドエツチ呈は、10［nm］以
下であつたがこの時の下地SiO2膜は25［nm］エツチング
された。レジストを除去後、マスクされた多結晶シリコ
ンを電極とし、下地SiO2膜の絶縁破壊電圧Vab、とＣ−
Ｖ特性から、しきい値電圧Vthを測定した所、それぞれV
ab＝６±１［MV/cm］，Vth＝5.2±0.7［Ｖ］であつた。
次に、Ａ）の磁束密度分布で、多結晶シリコンを450［n
m］エツチングし、残り50［nm］を基板位置は固定した
ままＢ）の磁束密度分布でオーバエツチ100［％］でエ
ツチングした。サイドエツチング量は、80［nm］で、下
地SiO2膜のエツチ量は５［nm］以下であつた。先と同様
に、レジストを除去後、マスクされた多結晶シリコンを
電極として、VabとVthを測定した所Vab＝８±0.5［MV/c
m］，Vth＝0.5±0.1［Ｖ］であつた。これらの結果か
ら、Ａ）の磁束密度分布だけでは、下地SiO2膜がエツチ
ングされるように、選択性は小さく、また、Vab，Vthの
測定からもダメージは大きかつた。しかし、Ａ）の後に
Ｂ）の磁束密度分布でエツチングを加えた時には、強異
方性で高選択性，低ダメージのエツチングができること
がわかつた。
［mTorr］にした。初めに、Ａ）の磁束密度分布で、エ
ツチングを行なつた。エツチングは、10［％］のオーバ
エツチングを行なつた。サイドエツチ呈は、10［nm］以
下であつたがこの時の下地SiO2膜は25［nm］エツチング
された。レジストを除去後、マスクされた多結晶シリコ
ンを電極とし、下地SiO2膜の絶縁破壊電圧Vab、とＣ−
Ｖ特性から、しきい値電圧Vthを測定した所、それぞれV
ab＝６±１［MV/cm］，Vth＝5.2±0.7［Ｖ］であつた。
次に、Ａ）の磁束密度分布で、多結晶シリコンを450［n
m］エツチングし、残り50［nm］を基板位置は固定した
ままＢ）の磁束密度分布でオーバエツチ100［％］でエ
ツチングした。サイドエツチング量は、80［nm］で、下
地SiO2膜のエツチ量は５［nm］以下であつた。先と同様
に、レジストを除去後、マスクされた多結晶シリコンを
電極として、VabとVthを測定した所Vab＝８±0.5［MV/c
m］，Vth＝0.5±0.1［Ｖ］であつた。これらの結果か
ら、Ａ）の磁束密度分布だけでは、下地SiO2膜がエツチ
ングされるように、選択性は小さく、また、Vab，Vthの
測定からもダメージは大きかつた。しかし、Ａ）の後に
Ｂ）の磁束密度分布でエツチングを加えた時には、強異
方性で高選択性，低ダメージのエツチングができること
がわかつた。
実施例2. 被処理基板として、ｎ型（抵抗12［Ω・cm］）のシリ
コンウエハ上に熱酸化膜を10［nm］の厚さで形成し、そ
の上にレジストでパターニングした基板を用いて、第１
のガス導入管を通して、B2H6を40［ml/min］導入し、圧
力0.5O［mTorr］プラズマドーピングを行なつた。他の
条件は実施例１と同じである。初めにＡ）の磁束密度分
布で、ドーピングを行なつた。ドーピングのプロフアイ
ルは、拡散方向に対し、Ｄ＝Ｃ×10-pxの型で現わさ
れ、30分のドーピングにおいては、垂直方向の深さXPに
対しＢ濃度定数,Cp＝1022［cm-3］プロフアイルの傾斜
定数Pp＝1021［cm-3/nm］、で、マスク直下からの水平
方向の距離XHに対しては、CH＝1022［cm-3］、PH＝1020
［cm-3/nm］であつた。この拡散層の上部にアルミニウ
ム,Alで電極を形成してＣ−Ｖ特性から、界面電荷密度N
FBと、しきい値電圧Vthを測定したところ、それぞれ、N
FB３×1012［cm-3］，Vth５±１［Ｖ］であつた。
次に、Ａ）の磁束密度分布で30分,B）の磁束密度分布で
10分，プラズマドーピングを行なつて、濃度分布とＣ−
Ｖ特性の測定を行つた。濃度分布については、ほぼその
プロフアイルは先と同じであるが、表面での濃度の増加
が見られた。また、NFB＝２×1011［cm-3］，Vth＝1.0
±0.3［Ｖ］であり、Ｂ）の磁束密度分布でのドーピン
グ条件を加えると、ダメージが著しく低下することがわ
かつた。
コンウエハ上に熱酸化膜を10［nm］の厚さで形成し、そ
の上にレジストでパターニングした基板を用いて、第１
のガス導入管を通して、B2H6を40［ml/min］導入し、圧
力0.5O［mTorr］プラズマドーピングを行なつた。他の
条件は実施例１と同じである。初めにＡ）の磁束密度分
布で、ドーピングを行なつた。ドーピングのプロフアイ
ルは、拡散方向に対し、Ｄ＝Ｃ×10-pxの型で現わさ
れ、30分のドーピングにおいては、垂直方向の深さXPに
対しＢ濃度定数,Cp＝1022［cm-3］プロフアイルの傾斜
定数Pp＝1021［cm-3/nm］、で、マスク直下からの水平
方向の距離XHに対しては、CH＝1022［cm-3］、PH＝1020
［cm-3/nm］であつた。この拡散層の上部にアルミニウ
ム,Alで電極を形成してＣ−Ｖ特性から、界面電荷密度N
FBと、しきい値電圧Vthを測定したところ、それぞれ、N
FB３×1012［cm-3］，Vth５±１［Ｖ］であつた。
次に、Ａ）の磁束密度分布で30分,B）の磁束密度分布で
10分，プラズマドーピングを行なつて、濃度分布とＣ−
Ｖ特性の測定を行つた。濃度分布については、ほぼその
プロフアイルは先と同じであるが、表面での濃度の増加
が見られた。また、NFB＝２×1011［cm-3］，Vth＝1.0
±0.3［Ｖ］であり、Ｂ）の磁束密度分布でのドーピン
グ条件を加えると、ダメージが著しく低下することがわ
かつた。
実施例3. 被処理基板として、ｎ型（抵抗12［Ω・cm］）のシリ
コンウエハを用いて、第１のガス導入管を通して、O2を
40［ml/min］導入し、圧力1.0［mTorr］で、シリコンを
酸素プラズマで酸化させた。他の条件は実施例１と同じ
である。初めにＡ）の磁束密度分布で30［分］プラズマ
酸化を行ない、この面上にアルミニウム、Alで電極を形
成してＣ−Ｖ特性から、NFBとVthを測定した。形成され
たプラズマ酸化膜厚は15［nm］であり、NFB＝１×1012
［cm-3］，Vth＝３±１［Ｖ］であつた。次にＡ）の磁
束密度分布で30［分］,Bの磁束密度10［分］，プラズマ
酸化膜を形成して、先と同様にNFBとVthを測定した。膜
厚は16［nm］で、NFB＝２×1011［cm-3］，Vth＝0.5±
0.1［Ｖ］であつた。このように、Ａ）の処理に続いて
Ｂ）の処理を加えたことにより、プラズマ酸化における
ダメージは著しく低下することがわかつた。
コンウエハを用いて、第１のガス導入管を通して、O2を
40［ml/min］導入し、圧力1.0［mTorr］で、シリコンを
酸素プラズマで酸化させた。他の条件は実施例１と同じ
である。初めにＡ）の磁束密度分布で30［分］プラズマ
酸化を行ない、この面上にアルミニウム、Alで電極を形
成してＣ−Ｖ特性から、NFBとVthを測定した。形成され
たプラズマ酸化膜厚は15［nm］であり、NFB＝１×1012
［cm-3］，Vth＝３±１［Ｖ］であつた。次にＡ）の磁
束密度分布で30［分］,Bの磁束密度10［分］，プラズマ
酸化膜を形成して、先と同様にNFBとVthを測定した。膜
厚は16［nm］で、NFB＝２×1011［cm-3］，Vth＝0.5±
0.1［Ｖ］であつた。このように、Ａ）の処理に続いて
Ｂ）の処理を加えたことにより、プラズマ酸化における
ダメージは著しく低下することがわかつた。
実施例4. 被処理基板１として、ｎ型のシリコンウエハ上に熱酸
化膜10［nm］の厚さで形成した基板を用いた。第１のガ
ス導入管を通してO2を40［ml/min］導入し、第２のガス
導入管を通してモノシラン，SiH4を６［ml/min］導入
し、圧力２［mTorr］でSiO2膜を基板に堆積された。他
の条件は実施例１と同じである。最初に、Ａ）の磁束密
度分布で300［nm］の厚さのSiO2膜を堆積されて、Ｃ−
Ｖ特性の測定と、絶縁破壊，電圧Vabの測定を行なつ
た。Vabは8.5±10［MV/cm］で、NFB＝1.0±0.5×10
12［cm-3］，SiO2膜堆積前後におけるしきい値電圧のシ
フト値はΔVth＝0.5±0.1［Ｖ］であつた。次にＢ）の
磁束密度分布で30［nm］厚さのSiO2膜を形成後、Ａ）の
磁束密度分布で残り270［nm］厚さのSiO2膜を堆積させ
て、Vab，NFB及びシフト値ΔVthを測定とた。その結果
は、Vab＝8.5±0.1［MV/cm］，NFB＝３×1010［c
m-3］，ΔVth＝0.06±0.01［Ｖ］であつた。この結果か
ら、初めに膜形成面にイオンダメージを与えずに膜形成
すると、界面準位の発生は小さく、また、界面でのダメ
ージも著しく小さくできることがわかつた。
化膜10［nm］の厚さで形成した基板を用いた。第１のガ
ス導入管を通してO2を40［ml/min］導入し、第２のガス
導入管を通してモノシラン，SiH4を６［ml/min］導入
し、圧力２［mTorr］でSiO2膜を基板に堆積された。他
の条件は実施例１と同じである。最初に、Ａ）の磁束密
度分布で300［nm］の厚さのSiO2膜を堆積されて、Ｃ−
Ｖ特性の測定と、絶縁破壊，電圧Vabの測定を行なつ
た。Vabは8.5±10［MV/cm］で、NFB＝1.0±0.5×10
12［cm-3］，SiO2膜堆積前後におけるしきい値電圧のシ
フト値はΔVth＝0.5±0.1［Ｖ］であつた。次にＢ）の
磁束密度分布で30［nm］厚さのSiO2膜を形成後、Ａ）の
磁束密度分布で残り270［nm］厚さのSiO2膜を堆積させ
て、Vab，NFB及びシフト値ΔVthを測定とた。その結果
は、Vab＝8.5±0.1［MV/cm］，NFB＝３×1010［c
m-3］，ΔVth＝0.06±0.01［Ｖ］であつた。この結果か
ら、初めに膜形成面にイオンダメージを与えずに膜形成
すると、界面準位の発生は小さく、また、界面でのダメ
ージも著しく小さくできることがわかつた。
実施例5. 被処理基板１として、シリコンウエハ上に厚さ100［n
m］の熱酸化膜を形成した後に多結晶シリコンを500［n
m］堆積させ、その上にレジストでパターニングしたも
のを用い、実施例１と同様に多結晶シリコンのエツチン
グを行なつた。
m］の熱酸化膜を形成した後に多結晶シリコンを500［n
m］堆積させ、その上にレジストでパターニングしたも
のを用い、実施例１と同様に多結晶シリコンのエツチン
グを行なつた。
この時印加した磁束密度分布は、 Ａ′）プラズマ生成室外側に設置されたECR用磁界コイ
ル９により875［Gauss］以上の磁界をかけ、第３図の
Ａ′に示したように単調減少な磁束密度分布を形成し
た。
ル９により875［Gauss］以上の磁界をかけ、第３図の
Ａ′に示したように単調減少な磁束密度分布を形成し
た。
Ｂ′）ECR用磁界コイル９ばかりでなく、処理室外側に
設置した付加磁界コイル13と14にも電流を通し、ただ
し、該磁界コイル13には、９と14のコイルを反対方向の
電流を流し、第３図のＢ′に示したようにミラー型の磁
束密度分布を形成してマイクロ波導入窓と基板の間に荷
電粒子の閉じ込め領域を形成した。
設置した付加磁界コイル13と14にも電流を通し、ただ
し、該磁界コイル13には、９と14のコイルを反対方向の
電流を流し、第３図のＢ′に示したようにミラー型の磁
束密度分布を形成してマイクロ波導入窓と基板の間に荷
電粒子の閉じ込め領域を形成した。
の２通りにした。他の条件は実施例１と同じである。初
めに、Ａ′）の磁束密度分布でエツチングを行なつた。
エツチングは10［％］のオーバエツチを行なつた。サイ
ドエツチ量は10［nm］以下であつたが、この時の下地Si
O2膜は25［nm］エツチングされた。レジスト除去後、マ
スクされた多結晶シリコンを電極とし、下地SiO2膜の絶
縁破壊電圧Vab、としきい値電圧Vthを測定した所、それ
ぞれ、Vab＝６±１［MV/cm］，Vth＝5.2±0.7［Ｖ］で
あつた。次に、Ａ′）の側束密度分布で、多結晶シリコ
ンを450［nm］エツチングし、残り50［nm］をＢ′）の
磁束密度分布でオーバエツチ100［％］でエツチングし
た。サイドエツチング量は、80［nm］で、下地SiO2膜の
エツチング量は５［nm］以下であつた。先と同様に、V
abとVthを測定した所、Vab＝８±0.5［MV/cm］，Vth＝
0.5±0.1［Ｖ］であつた。これらの結果から、ミラー磁
界で荷電粒子の閉じ込めを行ない、基板の無電荷プラズ
マ種処理を加えることにより、実施例１と同様に、異方
性で高選択、低ダメージのエツチングができることがわ
かつた。
めに、Ａ′）の磁束密度分布でエツチングを行なつた。
エツチングは10［％］のオーバエツチを行なつた。サイ
ドエツチ量は10［nm］以下であつたが、この時の下地Si
O2膜は25［nm］エツチングされた。レジスト除去後、マ
スクされた多結晶シリコンを電極とし、下地SiO2膜の絶
縁破壊電圧Vab、としきい値電圧Vthを測定した所、それ
ぞれ、Vab＝６±１［MV/cm］，Vth＝5.2±0.7［Ｖ］で
あつた。次に、Ａ′）の側束密度分布で、多結晶シリコ
ンを450［nm］エツチングし、残り50［nm］をＢ′）の
磁束密度分布でオーバエツチ100［％］でエツチングし
た。サイドエツチング量は、80［nm］で、下地SiO2膜の
エツチング量は５［nm］以下であつた。先と同様に、V
abとVthを測定した所、Vab＝８±0.5［MV/cm］，Vth＝
0.5±0.1［Ｖ］であつた。これらの結果から、ミラー磁
界で荷電粒子の閉じ込めを行ない、基板の無電荷プラズ
マ種処理を加えることにより、実施例１と同様に、異方
性で高選択、低ダメージのエツチングができることがわ
かつた。
実施例6. 第４図は基板ホルダ３の後方に磁力線方向を制御する
整形磁界コイルを設置した本発明のマイクロ波プラズマ
処理装置を示す。被処理基板として、ｎ型のシリコンウ
エハを用いて、実施例４と同様にSiO2膜を形成した。膜
形成は初めに、上記整形磁界コイル17に電流を通さず
に、実施例1B）に記述した反転磁界面を形成されて行な
つた。この時の磁力線及び等磁束密度の分布を第５図
（ａ）に模式的に示す。SiO2膜の堆積速度はウエハ中心
で20［nm/min］，ウエハ周辺より５［mm］内側では、16
［nm/min］であつた。次に、整形磁界コイル17に電流を
通し、磁力線方向を第５図（ｂ）に示したように方向を
そろえて、SiO2膜を堆積させた。この時の堆積速度は、
ウエハ中心で19［nm/min］，ウエハ周辺より５［mm］内
側でも19［nm/min］となり、均一であつた。この結果か
ら、反応容器の外周ばかりでなく、基板ホルダー後方
等、反応容器内にも磁界コイルを設置して、磁力線方向
を制御すると、プラズマ処理の均一化がなされることが
わかつた。
整形磁界コイルを設置した本発明のマイクロ波プラズマ
処理装置を示す。被処理基板として、ｎ型のシリコンウ
エハを用いて、実施例４と同様にSiO2膜を形成した。膜
形成は初めに、上記整形磁界コイル17に電流を通さず
に、実施例1B）に記述した反転磁界面を形成されて行な
つた。この時の磁力線及び等磁束密度の分布を第５図
（ａ）に模式的に示す。SiO2膜の堆積速度はウエハ中心
で20［nm/min］，ウエハ周辺より５［mm］内側では、16
［nm/min］であつた。次に、整形磁界コイル17に電流を
通し、磁力線方向を第５図（ｂ）に示したように方向を
そろえて、SiO2膜を堆積させた。この時の堆積速度は、
ウエハ中心で19［nm/min］，ウエハ周辺より５［mm］内
側でも19［nm/min］となり、均一であつた。この結果か
ら、反応容器の外周ばかりでなく、基板ホルダー後方
等、反応容器内にも磁界コイルを設置して、磁力線方向
を制御すると、プラズマ処理の均一化がなされることが
わかつた。
このように、本実施例によれば、マイクロ波プラズマ
処理方法及び装置において、イオン成分を含んだプラズ
マ処理と、イオンを含まず、ラジカル成分のみのプラズ
マ処理を組み合わせることにより、エツチングやプラズ
マドーピング及び膜形成等の処理の好適化が図れる効果
があることがわかつた。また、荷電粒子の閉じ込め領域
を形成する際に、磁力線方向をそろえることにより、処
理の均一化が図れる効果があることがわかつた。
処理方法及び装置において、イオン成分を含んだプラズ
マ処理と、イオンを含まず、ラジカル成分のみのプラズ
マ処理を組み合わせることにより、エツチングやプラズ
マドーピング及び膜形成等の処理の好適化が図れる効果
があることがわかつた。また、荷電粒子の閉じ込め領域
を形成する際に、磁力線方向をそろえることにより、処
理の均一化が図れる効果があることがわかつた。
尚本施例においては、Ａ）とＢ）あるいはＡ′）と
Ｂ′）の磁束密度分布での処理に磁界発生コイルの電流
値や電流方向を調整したが、作用の項で記述したよう
に、初めからプラズマ閉じ込め領域を形成しておき、こ
の領域の内外に基板を移動させることでも同じ効果は得
られる。
Ｂ′）の磁束密度分布での処理に磁界発生コイルの電流
値や電流方向を調整したが、作用の項で記述したよう
に、初めからプラズマ閉じ込め領域を形成しておき、こ
の領域の内外に基板を移動させることでも同じ効果は得
られる。
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理において、
処理の好適化がなされるため、イオンダメージを受けや
すい超微細素子の形成や、イオン衝突による温度上昇を
嫌う化合物半導体装置の形成もできる効果がある。ま
た、上記プラズマ処理の好適化が、同一装置の同一反応
容器で続けて行なうことが出来るため、スループツトの
向上と、基板に付着する異物が低減化される効果があ
る。
処理の好適化がなされるため、イオンダメージを受けや
すい超微細素子の形成や、イオン衝突による温度上昇を
嫌う化合物半導体装置の形成もできる効果がある。ま
た、上記プラズマ処理の好適化が、同一装置の同一反応
容器で続けて行なうことが出来るため、スループツトの
向上と、基板に付着する異物が低減化される効果があ
る。
第１図は本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の説明
図、第２図は発散型の磁束密度分布と反転磁界面を有し
た磁束密度分布を示した図、第３図は発散型の磁束密度
分布とミラー磁界分布を示した図、第４図は磁力線方向
を整形する機構を有した本発明のマイクロ波プラズマ処
理装置の説明図、第５図（ａ）及び（ｂ）は整形磁界コ
イルなし及びコイルありのときのプラズマ流と等磁束密
度面を示した模式図である。 １……被処理基板、２……処理室、４……プラズマ生成
室、６……マイクロ波、８……マイクロ波導入窓、９…
…ECR用磁界発生コイル、10……プラズマ流、13,14……
付加磁界発生コイル、15……ECR点、16……反転磁界
面、Ａ……発散型の磁束密度分布、Ｂ……反転磁界面を
有した磁束密度分布、Ａ′……発散型の磁束密度分布、
Ｂ′……ミラー型の磁束密度分布、17……整形磁界コイ
ル、18……等磁束密度面。
図、第２図は発散型の磁束密度分布と反転磁界面を有し
た磁束密度分布を示した図、第３図は発散型の磁束密度
分布とミラー磁界分布を示した図、第４図は磁力線方向
を整形する機構を有した本発明のマイクロ波プラズマ処
理装置の説明図、第５図（ａ）及び（ｂ）は整形磁界コ
イルなし及びコイルありのときのプラズマ流と等磁束密
度面を示した模式図である。 １……被処理基板、２……処理室、４……プラズマ生成
室、６……マイクロ波、８……マイクロ波導入窓、９…
…ECR用磁界発生コイル、10……プラズマ流、13,14……
付加磁界発生コイル、15……ECR点、16……反転磁界
面、Ａ……発散型の磁束密度分布、Ｂ……反転磁界面を
有した磁束密度分布、Ａ′……発散型の磁束密度分布、
Ｂ′……ミラー型の磁束密度分布、17……整形磁界コイ
ル、18……等磁束密度面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門馬 直弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 茂 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 大上 三千男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 園部 正 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 鈴木 和夫 茨城県日立市会瀬町２丁目９番１号 日 立サービスエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−205627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−92443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−2322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14920（ＪＰ，Ａ)
Claims (11)
- 【請求項１】マイクロ波導入窓，ガス供給系と排気系を
有した真空容器と、真空容器内に磁界を印加する磁界発
生部を有したマイクロ波プラズマ処理装置を用いて基板
を処理する際に、荷電粒子を基板に入射させる処理と、
該導人窓と基板との間に荷電粒子をほぼ閉じ込める領域
を形成することにより、荷電粒子を基板に入射させない
処理を組み合わせることを特徴としたマイクロ波プラズ
マ処理方法。 - 【請求項２】上記荷電粒子の閉じ込めに、反転磁界分布
を用いることを特徴とした特許請求の範囲の第１項記載
のマイクロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項３】上記荷電粒子の閉じ込めに、ミラー磁界分
布を用いることを特徴とした特許請求の範囲の第１項記
載のマイクロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項４】上記反転磁界面あるいはミラー磁界面を形
成する磁力線ベクトルは互いにほぼ平行とし、かつ、マ
イクロ波の伝播方向にも、ほぼ平行にしたことを特徴と
した特許請求の範囲の第１項及び第２項記載のマイクロ
波プラズマ処理方法。 - 【請求項５】基板をエッチングすることを特徴とした特
許請求の範囲第１項乃至第４項に記載のマイクロ波プラ
ズマ処理方法。 - 【請求項６】基板に化学気相波長させて薄膜を形成する
ことを特徴とした特許請求の範囲第１項乃至第４項に記
載のマイクロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項７】被処理基板上の所望材の化学組成を異なら
せることを特徴とした特許請求の範囲第１項乃至第４項
に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項８】被処理基板に、不純物元素を添加させる処
理を行なうことを特徴とした特許請求の範囲第１項乃至
第４項に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。 - 【請求項９】マイクロ波導入窓，ガス供給系と排気系を
有した真空容器と、真空容器内に磁界を昆加する磁界発
生部を有したマイクロ波プラズマ処理装置において、該
マイクロ波導人窓と被処理基板との間に荷電粒子をほぼ
閉じ込める領域の形成が可能で、かつ、その形成を間欠
に出来る手段を有したことを特徴としたマイクロ波プラ
ズマ処理装置。 - 【請求項１０】上記荷電粒子の閉じ込め領域に、基板の
挿入あるいは引き出しが可能で、基板の荷電粒子による
処理と無荷電粒子の処理の組み合せが可能であることを
特徴とした特許請求の範囲第９項記載のマイクロ波プラ
ズマ処理装置。 - 【請求項１１】上記荷電粒子の閉じ込め面を形成する磁
力線ベクトルは互いにほぼ平行とし、かつ、マイクロ波
の伝播方向にも、ほぼ平行にしたことを特徴とした特許
請求の範囲第10項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63003738A JP2595002B2 (ja) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63003738A JP2595002B2 (ja) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01184827A JPH01184827A (ja) | 1989-07-24 |
| JP2595002B2 true JP2595002B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=11565567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63003738A Expired - Lifetime JP2595002B2 (ja) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | マイクロ波プラズマ処理方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2595002B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2689126B2 (ja) * | 1988-03-01 | 1997-12-10 | アネルバ株式会社 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
| JP2725203B2 (ja) * | 1989-05-31 | 1998-03-11 | アネルバ株式会社 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
| JPH03259517A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-19 | Nec Corp | Ｅｃｒプラズマエッチング方法 |
| JPH0775226B2 (ja) * | 1990-04-10 | 1995-08-09 | インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン | プラズマ処理方法及び装置 |
| JPH0414822A (ja) * | 1990-05-08 | 1992-01-20 | Nec Corp | マイクロ波プラズマエッチング方法 |
| JP2598336B2 (ja) * | 1990-09-21 | 1997-04-09 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理装置 |
| JP3438785B2 (ja) * | 1991-12-03 | 2003-08-18 | 東京応化工業株式会社 | プラズマ処理装置及び方法 |
| JP2639292B2 (ja) * | 1992-11-30 | 1997-08-06 | 日本電気株式会社 | Ｅｃｒプラズマ処理装置 |
| JPH07263192A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Ulvac Japan Ltd | エッチング装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59202635A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-16 | Hitachi Ltd | エッチング装置 |
| JPH081895B2 (ja) * | 1985-06-07 | 1996-01-10 | 松下電器産業株式会社 | 非晶質シリコン膜の形成方法 |
| JPS61281882A (ja) * | 1985-06-07 | 1986-12-12 | Fuji Electric Co Ltd | 乾式薄膜加工装置 |
| JPS6230891A (ja) * | 1985-08-02 | 1987-02-09 | Hitachi Ltd | ドライエツチング方法 |
-
1988
- 1988-01-13 JP JP63003738A patent/JP2595002B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01184827A (ja) | 1989-07-24 |
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