JP2634313B2 - 半導体ウェーハ製造用プラズマ処理方法 - Google Patents
半導体ウェーハ製造用プラズマ処理方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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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、一般に半導体ウェーハ製造用の処理装置に
かかり、特にウェーハクリーニング、ウェーハ蒸着、お
よびウェーハエッチングに対するプラズマ装置の利用に
関するものである。
かかり、特にウェーハクリーニング、ウェーハ蒸着、お
よびウェーハエッチングに対するプラズマ装置の利用に
関するものである。
（従来の技術） 例えば、ウェーハのプラズマエッチングは、これが異
方性にできること、化学的に選択できること、熱力学的
平衡から遠く離れた条件でエッチングができること、湿
式のエッチング処理に比してエッチング剤の使用量が少
いこと、不良品の製造量が著しく低減することなどの理
由から、魅力的なものである。エッチング剤や不良品の
低減は、コストの節約を生ずる。異方性のエッチングは
ほぼ垂直側壁の製造を可能とする。これはエッチングの
深さ、形状サイズ、およびスペースをすべて同程度と
し、現在のプロセスで重要となっている。また、エッチ
ング剤やプロセスパラメータを選択してエッチングの化
学的選択性を得る能力によって、所望の材料を、製造さ
れる集積回路の他の部分をほとんどエッチングすること
なく、エッチングできるように選択することが可能とな
る。熱力学的平衡から遥かに遠いプロセス条件をつくる
プロセスパラメータの選択を用いることによってプロセ
ス温度を下げ、これによって、製造中の集積回路に有害
に作用する高温度を避けることができる。
方性にできること、化学的に選択できること、熱力学的
平衡から遠く離れた条件でエッチングができること、湿
式のエッチング処理に比してエッチング剤の使用量が少
いこと、不良品の製造量が著しく低減することなどの理
由から、魅力的なものである。エッチング剤や不良品の
低減は、コストの節約を生ずる。異方性のエッチングは
ほぼ垂直側壁の製造を可能とする。これはエッチングの
深さ、形状サイズ、およびスペースをすべて同程度と
し、現在のプロセスで重要となっている。また、エッチ
ング剤やプロセスパラメータを選択してエッチングの化
学的選択性を得る能力によって、所望の材料を、製造さ
れる集積回路の他の部分をほとんどエッチングすること
なく、エッチングできるように選択することが可能とな
る。熱力学的平衡から遥かに遠いプロセス条件をつくる
プロセスパラメータの選択を用いることによってプロセ
ス温度を下げ、これによって、製造中の集積回路に有害
に作用する高温度を避けることができる。
第１図はプラズマリアクタ10を示したものである。こ
のリアクタは、アルミニウム壁11を有し、これがプラズ
マリアクタチェインバ12を囲んでいる。壁11は接地さ
れ、一方のプラズマ電極として作用する。チェインバ12
へはガス源13からガスが供給されると共に排気システム
14によって排気され、これによってリアクタからガスが
排出されて、プラズマプロセスに適した低い圧力が保持
される。またrf電源15が第２の（パワー）電極16に電力
を供給し、チェインバ12内にプラズマを発生させる。ウ
ェーハ17は、例えばスリットバルブ18のような場所を通
過してリアクタチェインバ12に出し入れされる。
のリアクタは、アルミニウム壁11を有し、これがプラズ
マリアクタチェインバ12を囲んでいる。壁11は接地さ
れ、一方のプラズマ電極として作用する。チェインバ12
へはガス源13からガスが供給されると共に排気システム
14によって排気され、これによってリアクタからガスが
排出されて、プラズマプロセスに適した低い圧力が保持
される。またrf電源15が第２の（パワー）電極16に電力
を供給し、チェインバ12内にプラズマを発生させる。ウ
ェーハ17は、例えばスリットバルブ18のような場所を通
過してリアクタチェインバ12に出し入れされる。
プラズマは性質の異る２つの領域から構成されてお
り、それは本質的に中性の導電性プラズマ本体19とプラ
ズマシースと呼ばれる境界層110である。プラズマ本体
は、実質上同じ密度の正および負の荷電粒子と、ラジカ
ルおよび安定な中性粒子とから構成されている。プラズ
マシースは、プラズマ本体と全ての対向面、例えば壁、
プラズマリアクタチェインバの電極、およびrf電極との
間に形成される。
り、それは本質的に中性の導電性プラズマ本体19とプラ
ズマシースと呼ばれる境界層110である。プラズマ本体
は、実質上同じ密度の正および負の荷電粒子と、ラジカ
ルおよび安定な中性粒子とから構成されている。プラズ
マシースは、プラズマ本体と全ての対向面、例えば壁、
プラズマリアクタチェインバの電極、およびrf電極との
間に形成される。
半導体製造プロセス用のプラズマは、ラジオ周波数
（rf）13.56MHzの場によって作られ、これがチェインバ
内の自由電子にエネルギを伝え、これら多数の電子に十
分なエネルギを与え、これらの電子がガス分子と衝突す
ることによってイオンが発生できるようにしている。典
型的には、リアクタチェインバの壁は金属（但し多くの
場合、薄い絶縁層をコーチングしている）であり、従っ
てrf電極の片方として機能できる。壁が片方の電極とし
て機能しないときでも、壁はプラズマを集中させたり、
プラズマリアクタと容量結合したりすることによってプ
ロセスに影響を与える。
（rf）13.56MHzの場によって作られ、これがチェインバ
内の自由電子にエネルギを伝え、これら多数の電子に十
分なエネルギを与え、これらの電子がガス分子と衝突す
ることによってイオンが発生できるようにしている。典
型的には、リアクタチェインバの壁は金属（但し多くの
場合、薄い絶縁層をコーチングしている）であり、従っ
てrf電極の片方として機能できる。壁が片方の電極とし
て機能しないときでも、壁はプラズマを集中させたり、
プラズマリアクタと容量結合したりすることによってプ
ロセスに影響を与える。
13.56MHzの周波数はプラズマリアクタに対してほぼ共
通に使用されており、これはこの周波数がISM（工業
用、科学用、医療用）標準周波数であり、これに対する
政府指令の放出限界が、非ISM周波数、特に通信帯内の
周波数に比して厳しくないからである。このほぼ共通な
13.56MHzの使用は、ISM標準であることによってこの周
波数の装置が多く入手できるので、ますます有利になっ
てきている。他のISM標準周波数は、27.12および40.68M
Hzであり、これは13.56MHzのISM標準周波数の一次およ
び二次の高調波に相当する。13.56MHz周波数のさらに有
利な点は、この周波数の最低次数の２つの高調波もISM
標準周波数であり、従って13.56MHzを用いた装置は、そ
の装置の基本周波数の高調波で許容限界を超えるという
ことが少くなることである。
通に使用されており、これはこの周波数がISM（工業
用、科学用、医療用）標準周波数であり、これに対する
政府指令の放出限界が、非ISM周波数、特に通信帯内の
周波数に比して厳しくないからである。このほぼ共通な
13.56MHzの使用は、ISM標準であることによってこの周
波数の装置が多く入手できるので、ますます有利になっ
てきている。他のISM標準周波数は、27.12および40.68M
Hzであり、これは13.56MHzのISM標準周波数の一次およ
び二次の高調波に相当する。13.56MHz周波数のさらに有
利な点は、この周波数の最低次数の２つの高調波もISM
標準周波数であり、従って13.56MHzを用いた装置は、そ
の装置の基本周波数の高調波で許容限界を超えるという
ことが少くなることである。
電力の供給されるrfパワー電極がrf電源に容量的に結
合されていると、この電極に直流セルフバイアスVdcが
生ずる。この直流バイアスVdcの値は、プラズマ内のイ
オン密度および電子温度の関数である。パワー電極の負
のセルフバイアス直流電圧Vdcとしては通常数百ボルト
の電圧が発生する。（例えばJ.Coburn and E.Kay,Posit
ive−ion bombardment rf sputtering in nf diode glo
w discharge sputtering,J.Appl.phys.43p.4965（197
2）参照）。このセルフバイアス直流電圧Vdcは、パワー
電極に対する高エネルギの正イオン束を発生するのに利
用できる。従って、プラズマエッチングプロセスでは、
エッチングすべきウェーハ17はパワー電極16の上面、ま
たは少し離れた上方に置かれ、この正イオン束がウェー
ハの上面にほぼ垂直に投射するようにしてウェーハの無
保護領域をほぼ垂直にエッチングする。
合されていると、この電極に直流セルフバイアスVdcが
生ずる。この直流バイアスVdcの値は、プラズマ内のイ
オン密度および電子温度の関数である。パワー電極の負
のセルフバイアス直流電圧Vdcとしては通常数百ボルト
の電圧が発生する。（例えばJ.Coburn and E.Kay,Posit
ive−ion bombardment rf sputtering in nf diode glo
w discharge sputtering,J.Appl.phys.43p.4965（197
2）参照）。このセルフバイアス直流電圧Vdcは、パワー
電極に対する高エネルギの正イオン束を発生するのに利
用できる。従って、プラズマエッチングプロセスでは、
エッチングすべきウェーハ17はパワー電極16の上面、ま
たは少し離れた上方に置かれ、この正イオン束がウェー
ハの上面にほぼ垂直に投射するようにしてウェーハの無
保護領域をほぼ垂直にエッチングする。
これらの高い電圧によって、エッチングプロセスに必
要なエッチング速度が、商業的に魅力のあるものとな
る。今日入手できる微細寸法（ミクロン以下）の素子は
少しの微粒子でも傷つくので、集積回路（IC）プロセス
システムとしては、複数のICプロセスステップを、ウェ
ーハを外気に戻す前に実行できるものが出ている（例え
ば1988年11月22日、Masato Toshimaに付与されたVacuum
Chamber Slit Valveという名称の米国特許4,785,962の
中に示されているマルチチェインバシステム参照）。こ
の微細寸法はまた、単一ウェーハプロセスステップ（比
較的大きな寸法の素子に共通なマルチウェーハプロセス
ステップと異なり）へ移行する傾向を生じているが、こ
の場合は、ウェーハ全体として十分に均一な処理が行わ
れ、微細な幾何学パターンがウェーハ全体にわたって作
製できる。
要なエッチング速度が、商業的に魅力のあるものとな
る。今日入手できる微細寸法（ミクロン以下）の素子は
少しの微粒子でも傷つくので、集積回路（IC）プロセス
システムとしては、複数のICプロセスステップを、ウェ
ーハを外気に戻す前に実行できるものが出ている（例え
ば1988年11月22日、Masato Toshimaに付与されたVacuum
Chamber Slit Valveという名称の米国特許4,785,962の
中に示されているマルチチェインバシステム参照）。こ
の微細寸法はまた、単一ウェーハプロセスステップ（比
較的大きな寸法の素子に共通なマルチウェーハプロセス
ステップと異なり）へ移行する傾向を生じているが、こ
の場合は、ウェーハ全体として十分に均一な処理が行わ
れ、微細な幾何学パターンがウェーハ全体にわたって作
製できる。
システムにおけるウェーハのスループットは、システ
ム内の一連のプロセスステップの中の最も遅いステップ
で制限されるので、これらの連続するステップの中に、
プロセス内の他のステップよりも著しく時間のかかるも
のが無いことが重要であり、そうでないと、このような
遅いステップがシステムのスループットに対するネット
となる。現在、典型的なシステムのスループットは１時
間当り60ウェーハのオーダーである。例えば、金属２の
蒸着の前の基礎エッチングは２酸化シリコンのエッチン
グ速度250オングストローム／分に等価なレートで行わ
れる。これによってアルミニウム金属１に接触している
約70オングスクロームのアルミニウム酸化物を、非選択
式アルゴン単独プロセスを用いて、約40秒で除去するこ
とができる。これらのエッチング条件は、ウェーハ製造
でルーチンに使用され、1500〜1600ボルトのセルフバイ
アスをパワー電極に発生する。
ム内の一連のプロセスステップの中の最も遅いステップ
で制限されるので、これらの連続するステップの中に、
プロセス内の他のステップよりも著しく時間のかかるも
のが無いことが重要であり、そうでないと、このような
遅いステップがシステムのスループットに対するネット
となる。現在、典型的なシステムのスループットは１時
間当り60ウェーハのオーダーである。例えば、金属２の
蒸着の前の基礎エッチングは２酸化シリコンのエッチン
グ速度250オングストローム／分に等価なレートで行わ
れる。これによってアルミニウム金属１に接触している
約70オングスクロームのアルミニウム酸化物を、非選択
式アルゴン単独プロセスを用いて、約40秒で除去するこ
とができる。これらのエッチング条件は、ウェーハ製造
でルーチンに使用され、1500〜1600ボルトのセルフバイ
アスをパワー電極に発生する。
トランジスタの速度仕様や最近のMOS集積回路の高い
素子密度によって、浅いジャンクションと薄いゲート酸
化物の使用が必要になっている。都合の悪いことに、こ
のようなIC構造は、例えば従来の13.56MHzのプラズマエ
ッチング装置に用いられている高エネルギイオンによる
イオン衝撃に対して敏感である。従ってこのようなIC処
理においては、非選択式アルゴン単独プロセスを用いて
パワー電極のセルフバイアス電圧を500ボルト未満の負
セルフバイアスに低減させるのが有利である。セルフバ
イアス電圧の低下と共にウェーハの傷害も低減するの
で、300Vに近いセルフバイアス電圧で動作させるのが、
さらに有利である。しかしながら13.56MHzでは、セルフ
バイアスを低減させると、エッチング速度が非常に遅く
なり、これによってプロセスのスループットの著しい低
下を招く。
素子密度によって、浅いジャンクションと薄いゲート酸
化物の使用が必要になっている。都合の悪いことに、こ
のようなIC構造は、例えば従来の13.56MHzのプラズマエ
ッチング装置に用いられている高エネルギイオンによる
イオン衝撃に対して敏感である。従ってこのようなIC処
理においては、非選択式アルゴン単独プロセスを用いて
パワー電極のセルフバイアス電圧を500ボルト未満の負
セルフバイアスに低減させるのが有利である。セルフバ
イアス電圧の低下と共にウェーハの傷害も低減するの
で、300Vに近いセルフバイアス電圧で動作させるのが、
さらに有利である。しかしながら13.56MHzでは、セルフ
バイアスを低減させると、エッチング速度が非常に遅く
なり、これによってプロセスのスループットの著しい低
下を招く。
（発明が解決しようとする課題） 上記に対する１つの解決法は、ウェーハ付近のイオン
をトラップして、ウェーハ面のイオン密度を増大させる
拘束磁場を発生するマグネットを用いてエッチング速度
を向上する方法である。この磁場はエネルギーをもった
イオンと電子を、磁場ラインの回りのヘリカル軌道に沿
ってスパイラル状の旋回させることによって閉じ込め
る。このようにウェーハ面のイオン密度を増大させる
と、セルフバイアス電圧を増大させることなく、エッチ
ング速度をこれに伴って向上させ、これによってウェー
ハを傷めることなく、スループットを１時間当り60ウェ
ーハのオーダーにすることができる。実際には、電流レ
ベルを、ウェーハのプラズマシースの電圧降下の低減に
対抗して増大させることによって、エッチング速度を維
持している。しかし残念ながら、このような“磁気的に
強化した”プラズマエッチングシステムでは、磁場の不
均一性によってウェーハの全表面でのエッチング速度の
均一性が低下するという問題がある。
をトラップして、ウェーハ面のイオン密度を増大させる
拘束磁場を発生するマグネットを用いてエッチング速度
を向上する方法である。この磁場はエネルギーをもった
イオンと電子を、磁場ラインの回りのヘリカル軌道に沿
ってスパイラル状の旋回させることによって閉じ込め
る。このようにウェーハ面のイオン密度を増大させる
と、セルフバイアス電圧を増大させることなく、エッチ
ング速度をこれに伴って向上させ、これによってウェー
ハを傷めることなく、スループットを１時間当り60ウェ
ーハのオーダーにすることができる。実際には、電流レ
ベルを、ウェーハのプラズマシースの電圧降下の低減に
対抗して増大させることによって、エッチング速度を維
持している。しかし残念ながら、このような“磁気的に
強化した”プラズマエッチングシステムでは、磁場の不
均一性によってウェーハの全表面でのエッチング速度の
均一性が低下するという問題がある。
ウェーハの全表面での均一性を向上するのに、あるシ
ステムでは、ウェーハを、パワー電極の面に垂直で、か
つこの面上に中心のある軸の周りに回転させている。こ
れによって、ウェーハ面に円筒対称で、ウェーハ全体で
均一性の向上した時間的に平均化された磁場が発生し、
従ってウェーハ面全体についてエッチングの均一性を向
上できる。しかしながらこのような回転は、プラズマチ
ェインバ内に好ましくない機械的なモーションを発生
し、微粒子の発生や汚染の増大を招く恐れがある。他の
方法として、回転磁場の発生に、位相が90゜ずれた電流
で駆動される２つの電磁コイルを用いることも可能であ
る。しかしながら、この方式では制御装置や電源装置が
かなり高価になると共に、エッチングの均一性が、この
ようなマグネットを含まないプラズマエッチング装置の
場合の良好さに達しない。
ステムでは、ウェーハを、パワー電極の面に垂直で、か
つこの面上に中心のある軸の周りに回転させている。こ
れによって、ウェーハ面に円筒対称で、ウェーハ全体で
均一性の向上した時間的に平均化された磁場が発生し、
従ってウェーハ面全体についてエッチングの均一性を向
上できる。しかしながらこのような回転は、プラズマチ
ェインバ内に好ましくない機械的なモーションを発生
し、微粒子の発生や汚染の増大を招く恐れがある。他の
方法として、回転磁場の発生に、位相が90゜ずれた電流
で駆動される２つの電磁コイルを用いることも可能であ
る。しかしながら、この方式では制御装置や電源装置が
かなり高価になると共に、エッチングの均一性が、この
ようなマグネットを含まないプラズマエッチング装置の
場合の良好さに達しない。
ウェーハのプラズマ処理の速度を向させるもう１つの
解決方法は、最近開発された、電子サイクロトロン共振
の技法である。この技法は、ウェーハクリーニング、エ
ッチング、および蒸着プロセスに適用できる。この技法
では、プラズマはマイクロ波電源と磁気閉じ込め構造を
用いて発生される。しかしながらこの技法は、エッチン
グや化学的蒸着に用いたとき、半径方向の均一性が悪く
なると共にスループットが低下する。さらにこの技法
は、（１）複雑な真空ポンプシステム、（２）マイクロ
波電力を極めて正確な周波数と電力レベルで発生するマ
イクロ波電源、（３）大きな電磁マグネットを含む大き
な磁気閉じ込め構造、および（４）ウェーハ電極に接続
されるrfまたは直流電源、などを含む高価なハードウエ
アを必要とする、という問題がある。
解決方法は、最近開発された、電子サイクロトロン共振
の技法である。この技法は、ウェーハクリーニング、エ
ッチング、および蒸着プロセスに適用できる。この技法
では、プラズマはマイクロ波電源と磁気閉じ込め構造を
用いて発生される。しかしながらこの技法は、エッチン
グや化学的蒸着に用いたとき、半径方向の均一性が悪く
なると共にスループットが低下する。さらにこの技法
は、（１）複雑な真空ポンプシステム、（２）マイクロ
波電力を極めて正確な周波数と電力レベルで発生するマ
イクロ波電源、（３）大きな電磁マグネットを含む大き
な磁気閉じ込め構造、および（４）ウェーハ電極に接続
されるrfまたは直流電源、などを含む高価なハードウエ
アを必要とする、という問題がある。
（課題を解決するための手段と作用） 従来のプラズマリアクタでは、イグナイタ電極が低圧
ガスの内部で、十分なエネルギーを有する高エネルギー
電子を発生させ、この高エネルギー電子で衝撃すること
によってリアクタチェインバ内の原子および分子をイオ
ン化している。この結果として生ずる電子の瀧によっ
て、電子、イオン、ラジカル、および安定な中性粒子か
ら成るプラズマが発生する。次でプラズマはイグナイタ
電極よりも低い電圧のパワー電極によって保持される。
プラズマには十分なrf電力が供給され、所望のイオン密
度、典型的には108〜1011cm-3のオーダーのイオン密度
が保持される。典型的には、rf電力の周波数は10kHzか
ら30MHzまでの範囲にあるが、最も普通の周波数は13.56
MHzであり、これは適当なイオン密度を得られるだけの
高い周波数であると共に、通信に妨害を与えないISM
（工業、科学、医療用）標準周波数になっているからで
ある。
ガスの内部で、十分なエネルギーを有する高エネルギー
電子を発生させ、この高エネルギー電子で衝撃すること
によってリアクタチェインバ内の原子および分子をイオ
ン化している。この結果として生ずる電子の瀧によっ
て、電子、イオン、ラジカル、および安定な中性粒子か
ら成るプラズマが発生する。次でプラズマはイグナイタ
電極よりも低い電圧のパワー電極によって保持される。
プラズマには十分なrf電力が供給され、所望のイオン密
度、典型的には108〜1011cm-3のオーダーのイオン密度
が保持される。典型的には、rf電力の周波数は10kHzか
ら30MHzまでの範囲にあるが、最も普通の周波数は13.56
MHzであり、これは適当なイオン密度を得られるだけの
高い周波数であると共に、通信に妨害を与えないISM
（工業、科学、医療用）標準周波数になっているからで
ある。
電子はプラズマイオンよりも、数千倍ないし数十万倍
のオーダーで軽いので、電子はイオンよりもそれだけ速
く加速され、従ってイオンが得る運動エネルギーよりも
遥かに大きな運動エネルギーを獲得する。この結果とし
て、rf電場からのエネルギーはほとんどが電子の運動エ
ネルギーとなり、ごく一部だけがイオンの運動エネルギ
ーとなる。このような高エネルギー電子はまた高温電子
と呼ばれることがある。このような電子とイオンとの大
きな質量差によるもう１つの結果として、高エネルギー
電子とイオンとの間に衝突が発生しても、電子のエネル
ギーはあまりイオンに移されない。この結果として、プ
ラズマ内の他の粒子はプラズマリアクタチェインバの壁
の温度（0.03evのオーダー）とほぼ同じになっているの
にかかわらず、電子は典型的に1.5evのオーダーの温度
を獲得し、従って数百度（摂氏）だけ高温となる。
のオーダーで軽いので、電子はイオンよりもそれだけ速
く加速され、従ってイオンが得る運動エネルギーよりも
遥かに大きな運動エネルギーを獲得する。この結果とし
て、rf電場からのエネルギーはほとんどが電子の運動エ
ネルギーとなり、ごく一部だけがイオンの運動エネルギ
ーとなる。このような高エネルギー電子はまた高温電子
と呼ばれることがある。このような電子とイオンとの大
きな質量差によるもう１つの結果として、高エネルギー
電子とイオンとの間に衝突が発生しても、電子のエネル
ギーはあまりイオンに移されない。この結果として、プ
ラズマ内の他の粒子はプラズマリアクタチェインバの壁
の温度（0.03evのオーダー）とほぼ同じになっているの
にかかわらず、電子は典型的に1.5evのオーダーの温度
を獲得し、従って数百度（摂氏）だけ高温となる。
電子はイオンに比べて遥かによく運動できるので、電
子はリアクタチェインバの壁を、イオンよりも速い速度
で最初に衝撃する。この結果として、プラズマ本体は少
し電子不足となるが、境界層のシースは実質的に電子不
足となる。これはまた、正荷電層を、プラズマ本体とプ
ラズマシースとの間に対向面に発生させる。プラズマ本
体および境界層におけるこの正味で正の電荷によって、
プラズマ本体の電位Vp（通常“プラズマ電位”と呼ばれ
る）が、電子の平均運動エネルギーを電子の電荷で割っ
た値の数倍のオーダーで発生する。プラズマ本体の電位
はほとんど一定であり、電位変動の大部分がシース部に
発生する。rfプラズマでは、このシース部の電位変動は
また、リアクタチェインバ壁の面積、パワー電極の面
積、リアクタチェインバ内の圧力、およびrf電力入力を
含む種々のパラメータに関係している。
子はリアクタチェインバの壁を、イオンよりも速い速度
で最初に衝撃する。この結果として、プラズマ本体は少
し電子不足となるが、境界層のシースは実質的に電子不
足となる。これはまた、正荷電層を、プラズマ本体とプ
ラズマシースとの間に対向面に発生させる。プラズマ本
体および境界層におけるこの正味で正の電荷によって、
プラズマ本体の電位Vp（通常“プラズマ電位”と呼ばれ
る）が、電子の平均運動エネルギーを電子の電荷で割っ
た値の数倍のオーダーで発生する。プラズマ本体の電位
はほとんど一定であり、電位変動の大部分がシース部に
発生する。rfプラズマでは、このシース部の電位変動は
また、リアクタチェインバ壁の面積、パワー電極の面
積、リアクタチェインバ内の圧力、およびrf電力入力を
含む種々のパラメータに関係している。
以下に述べる好ましい実施例では、従来のプラズマ装
置に用いられている周波数13.56MHzより高い周波数で動
作するプラズマ装置が示されている。プラズマプロセス
に有利な周波数は30〜200MHzの範囲にあることが分っ
た。このプロセスとしては、ウェーハクリーニング、化
学的蒸着、およびプラズマエッチングを含んでいる。選
択される周波数は、どのプロセスに用いるかに依存して
おり、さらにこれによって、プラズマ密度およびイオン
衝撃エネルギーの所要の選択が決定される。
置に用いられている周波数13.56MHzより高い周波数で動
作するプラズマ装置が示されている。プラズマプロセス
に有利な周波数は30〜200MHzの範囲にあることが分っ
た。このプロセスとしては、ウェーハクリーニング、化
学的蒸着、およびプラズマエッチングを含んでいる。選
択される周波数は、どのプロセスに用いるかに依存して
おり、さらにこれによって、プラズマ密度およびイオン
衝撃エネルギーの所要の選択が決定される。
非反応式エッチングプロセスでは、周波数の下限は、
製造中の集積回路を傷めることなく使用できる最大セル
フバイアス電圧で制御される。また周波数の上限は、ウ
ェーハをエッチングするのに十分なエネルギーを発生す
る最小セルフバイアス電圧（非反応式エッチングプロセ
スでは約150ボルト、反応式イオンエッチングプロセス
では約50ボルト）によって制御される。実際上は、この
エッチングプロセスを連続ウェーハ製造システムに用い
るときは、この周波数上限はさらに、このエッチング
が、エッチングステップによって製造スループットにネ
ックが生じないような十分に短い時間で行えること、と
いう制約によって低減される。この周波数範囲があるた
め、整合ネットワークを変更して、rf伝送ラインの50オ
ームの特性インピーダンスから、遥かに低いプラズマリ
アクタチェインバのインピーダンスへの転移時のrf電力
の反射を防止する必要が生ずる。プラズマは、整合ネッ
トワークの同調を外し、パワー電極をイグナイタとして
作用させることによって発生させ、次に整合ネットワー
クを同調させてセルフバイアス電圧を、ウェーハを傷め
ることなくウェーハをエッチングするのに適当な電圧レ
ベルまで低減させる。
製造中の集積回路を傷めることなく使用できる最大セル
フバイアス電圧で制御される。また周波数の上限は、ウ
ェーハをエッチングするのに十分なエネルギーを発生す
る最小セルフバイアス電圧（非反応式エッチングプロセ
スでは約150ボルト、反応式イオンエッチングプロセス
では約50ボルト）によって制御される。実際上は、この
エッチングプロセスを連続ウェーハ製造システムに用い
るときは、この周波数上限はさらに、このエッチング
が、エッチングステップによって製造スループットにネ
ックが生じないような十分に短い時間で行えること、と
いう制約によって低減される。この周波数範囲があるた
め、整合ネットワークを変更して、rf伝送ラインの50オ
ームの特性インピーダンスから、遥かに低いプラズマリ
アクタチェインバのインピーダンスへの転移時のrf電力
の反射を防止する必要が生ずる。プラズマは、整合ネッ
トワークの同調を外し、パワー電極をイグナイタとして
作用させることによって発生させ、次に整合ネットワー
クを同調させてセルフバイアス電圧を、ウェーハを傷め
ることなくウェーハをエッチングするのに適当な電圧レ
ベルまで低減させる。
ウェーハのプラズマクリーニングの場合は、周波数
は、ウェーハをエッチングしない、或いはウェーハにイ
オンを注入しない電圧で大きな電流密度を発生するよう
に選択される。プラズマ強化の化学的蒸着の場合は、衝
撃用電圧および電流は、蒸着の良好な均一性、高いフイ
ルム純度、および適当なレベルのフイルムストレスに対
して両立する必要がある。
は、ウェーハをエッチングしない、或いはウェーハにイ
オンを注入しない電圧で大きな電流密度を発生するよう
に選択される。プラズマ強化の化学的蒸着の場合は、衝
撃用電圧および電流は、蒸着の良好な均一性、高いフイ
ルム純度、および適当なレベルのフイルムストレスに対
して両立する必要がある。
（実施例） 金属２の蒸着の前の基礎的な非反応エッチングは典型
的には、250オングストローム／分のオーダのエッチン
グ速度（２酸化シリコンのエッチング速度と同じ）で行
われ、このエッチングステップが約40秒以内で完了する
ようにしている。この速度では、このエッチングステッ
プの所要時間とウェーハをリアクタに出し入れするため
のシステム間接時間との和が、60ウェーハ／時間という
システムスループットの要求を満足するものとなる。今
日の多くのIC回路設計は、高エネルギイオンの衝撃によ
って傷害を受ける層を持っている。エッチング時間を40
秒オーダーに保ちながらこのような傷害を防止するため
に、プラズマは、通常用いられている13.56MHzのISM
（工業、科学、医療用）周波数より高い周波数のrf電場
によって発生させている。
的には、250オングストローム／分のオーダのエッチン
グ速度（２酸化シリコンのエッチング速度と同じ）で行
われ、このエッチングステップが約40秒以内で完了する
ようにしている。この速度では、このエッチングステッ
プの所要時間とウェーハをリアクタに出し入れするため
のシステム間接時間との和が、60ウェーハ／時間という
システムスループットの要求を満足するものとなる。今
日の多くのIC回路設計は、高エネルギイオンの衝撃によ
って傷害を受ける層を持っている。エッチング時間を40
秒オーダーに保ちながらこのような傷害を防止するため
に、プラズマは、通常用いられている13.56MHzのISM
（工業、科学、医療用）周波数より高い周波数のrf電場
によって発生させている。
システムのスループットを保持することが重要なの
で、テストで周波数を種々に変化させたとき、電力を調
整して、２酸化シリコンのエッチング速度に相当する25
0オングストローム／分が得られるようにした。このよ
うなエッチング速度に対して負のセルフバイアス電圧を
測定し、40MHzの周波数では500ボルトより少し高く、60
MHzの周波数では約310ボルトになった。これは、適当な
スループットをもったソフトエッチング（すなわちセル
フバイアスが500ボルト台またはこれ以下のエッチン
グ）が、これらの周波数で行えることを示している。同
程度の電力に対する137MHzでのセルフバイアス電圧は−
125ボルトである。従って、ウェーハをその薄い層を傷
めることなくエッチングするソフトエッチングが得られ
る有効な周波数範囲は30MHzから200MHzまでにまたがっ
ている。137MHzを超える周波数は特に、ウェーハクリー
ニングおよびプラズマ強化の化学的蒸着に対して有効で
ある。特に好ましい周波数範囲は50〜70MHzであり、こ
れは所要のエッチング程度が非常にソフトな条件（セル
フバイアスが約−300V）で得られるからである。周波数
ｆの範囲が13.56MHz＜ｆ＜200MHzで、rf電力が、２酸化
シリコンのエッチング速度に相当する250オングストロ
ーム／分が得られる電力であると、エッチングの均一性
は、通常の13.56MHzの非磁化プロセスで得られる均一性
と同程度である。非反応性のエッチングでは、ガス圧は
１〜20ミリトールの範囲に選択される。
で、テストで周波数を種々に変化させたとき、電力を調
整して、２酸化シリコンのエッチング速度に相当する25
0オングストローム／分が得られるようにした。このよ
うなエッチング速度に対して負のセルフバイアス電圧を
測定し、40MHzの周波数では500ボルトより少し高く、60
MHzの周波数では約310ボルトになった。これは、適当な
スループットをもったソフトエッチング（すなわちセル
フバイアスが500ボルト台またはこれ以下のエッチン
グ）が、これらの周波数で行えることを示している。同
程度の電力に対する137MHzでのセルフバイアス電圧は−
125ボルトである。従って、ウェーハをその薄い層を傷
めることなくエッチングするソフトエッチングが得られ
る有効な周波数範囲は30MHzから200MHzまでにまたがっ
ている。137MHzを超える周波数は特に、ウェーハクリー
ニングおよびプラズマ強化の化学的蒸着に対して有効で
ある。特に好ましい周波数範囲は50〜70MHzであり、こ
れは所要のエッチング程度が非常にソフトな条件（セル
フバイアスが約−300V）で得られるからである。周波数
ｆの範囲が13.56MHz＜ｆ＜200MHzで、rf電力が、２酸化
シリコンのエッチング速度に相当する250オングストロ
ーム／分が得られる電力であると、エッチングの均一性
は、通常の13.56MHzの非磁化プロセスで得られる均一性
と同程度である。非反応性のエッチングでは、ガス圧は
１〜20ミリトールの範囲に選択される。
高い周波数のrf電力を用いるソフトエッチングプロセ
スは、非反応、非選択のエッチングプロセスおよび反応
性のイオンエッチングプロセスの両方に利用できる。非
反応のイオンプロセスに対しては、電力は一般に高く、
圧力は一般に低くなる。例えば、アルゴンイオンを用い
たエッチングでは、電力は300ワットのオーダーに、圧
力は4mトールのオーダーになる。反応性のイオンエッチ
ングは通常、フッ素含有または塩素含有のガスを用い
る。例えば、10モル％のNF3、または５モル％のBCl3を
含む反応性イオンエッチングでは、電力は10〜50ワット
のオーダーに、圧力は10〜40mトールのオーダーにす
る。
スは、非反応、非選択のエッチングプロセスおよび反応
性のイオンエッチングプロセスの両方に利用できる。非
反応のイオンプロセスに対しては、電力は一般に高く、
圧力は一般に低くなる。例えば、アルゴンイオンを用い
たエッチングでは、電力は300ワットのオーダーに、圧
力は4mトールのオーダーになる。反応性のイオンエッチ
ングは通常、フッ素含有または塩素含有のガスを用い
る。例えば、10モル％のNF3、または５モル％のBCl3を
含む反応性イオンエッチングでは、電力は10〜50ワット
のオーダーに、圧力は10〜40mトールのオーダーにす
る。
クリーニングプロセスでは、圧力は典型的には１〜40
ミリトールの範囲に選定され、セルフバイアス電圧は５
〜300ボルトの範囲に選定される。好ましくは、圧力は5
mトールのオーダーになり、セルフバイアス電圧は15ボ
ルトのオーダーになる。これらのパラメータ値を得るた
めには、周波数は、100〜200MHzの範囲で選定される。
ウェーハクリーニングに特に有効なガスは、純アルゴ
ン、水素、およびフッ素含有ガスを含むガス混合物であ
る。
ミリトールの範囲に選定され、セルフバイアス電圧は５
〜300ボルトの範囲に選定される。好ましくは、圧力は5
mトールのオーダーになり、セルフバイアス電圧は15ボ
ルトのオーダーになる。これらのパラメータ値を得るた
めには、周波数は、100〜200MHzの範囲で選定される。
ウェーハクリーニングに特に有効なガスは、純アルゴ
ン、水素、およびフッ素含有ガスを含むガス混合物であ
る。
周波数はまた、種々のプラズマ強化の化学的蒸着プロ
セスを最適化するように選択することもできる。例え
ば、２酸化シリコンの蒸着では、全体のプロセス圧力は
0.5〜20mトールの範囲にある。最適な圧力は5mトールの
オーダーである。またセルフバイアス電圧は典型的には
10〜400ボルトの範囲にあり、好ましくは150ボルトのオ
ーダーに選定される。これらのパラメータ値を得るには
周波数は100〜200MHzの範囲で選択される。プラズマ強
化の化学的蒸着に特に有効なガスは、アルゴン、シラン
およびTEOSである。
セスを最適化するように選択することもできる。例え
ば、２酸化シリコンの蒸着では、全体のプロセス圧力は
0.5〜20mトールの範囲にある。最適な圧力は5mトールの
オーダーである。またセルフバイアス電圧は典型的には
10〜400ボルトの範囲にあり、好ましくは150ボルトのオ
ーダーに選定される。これらのパラメータ値を得るには
周波数は100〜200MHzの範囲で選択される。プラズマ強
化の化学的蒸着に特に有効なガスは、アルゴン、シラン
およびTEOSである。
１対の電磁コイル114および115、および対応する電源
116が設けられ、これによってプラズマイオンをプラズ
マリアクタの内壁から偏向させる弱い磁場をつくる。こ
れは、処理中にウェーハが汚染されるのを防止するのに
重要である。従来の技術の場合と異り、これらの磁場は
ウェーハ面で均一である必要はなく、これはプロセスの
均一性に顕著な影響を及ぼすほどでない弱い磁場（ウェ
ーハ面で１〜20ガウスのオーダー）であるからである。
しかしながら、この範囲の磁場でも、プラズマイオンが
壁から汚染物を放出させるだけのエネルギーで壁に衝撃
をあたえる、のを防止するのに十分である。
116が設けられ、これによってプラズマイオンをプラズ
マリアクタの内壁から偏向させる弱い磁場をつくる。こ
れは、処理中にウェーハが汚染されるのを防止するのに
重要である。従来の技術の場合と異り、これらの磁場は
ウェーハ面で均一である必要はなく、これはプロセスの
均一性に顕著な影響を及ぼすほどでない弱い磁場（ウェ
ーハ面で１〜20ガウスのオーダー）であるからである。
しかしながら、この範囲の磁場でも、プラズマイオンが
壁から汚染物を放出させるだけのエネルギーで壁に衝撃
をあたえる、のを防止するのに十分である。
整合ネットワークは、電力をインピーダンス50オーム
のrf電力ラインから、はるかに低いインピーダンスのプ
ラズマへ、この整合ネットワークで著るしい電力反射を
生ずることなく伝達するのに用いられる。13.56MHzより
著るしく高い周波数（すなわち、40MHzを超えるオーダ
ー）に対しては、従来の整合ネットワークの設計は使用
できない。
のrf電力ラインから、はるかに低いインピーダンスのプ
ラズマへ、この整合ネットワークで著るしい電力反射を
生ずることなく伝達するのに用いられる。13.56MHzより
著るしく高い周波数（すなわち、40MHzを超えるオーダ
ー）に対しては、従来の整合ネットワークの設計は使用
できない。
rf周波数では信号の波長は十分に短かくなり、ケーブ
ル全長にわたる信号の位相変化によって、著るしい妨害
作用が発生する。この周波数範囲では、ケーブルは実質
的に、４分の１波長の整数倍にする必要がある。特に、
rf電源115から整合ネットワーク112へのケーブル111、
および整合ネットワーク112からパワー電極16へのケー
ブル113はそれぞれ、実質的に４分の１波長の整数倍と
同じにする必要がある。ここで“実質的に同じ”という
ことは、ケーブルの長さが４分の１波長の整数倍プラス
マイナス0.05倍に等しいという意味である。この要求
は、４分の１波長が15フィートのオーダーとなる。13.5
6MHzについては容易に達成でき、ケーブルの切断長に少
しの誤差があっても著るしい影響を生じない。しかしな
がら60MHzでは４分の１波長は約３フィードであり、従
ってケーブル長の誤差の影響は５倍になる。特別なコネ
クタや回路エレメントを追加するだけで、このケーブル
長の規準を犯す恐れがある。
ル全長にわたる信号の位相変化によって、著るしい妨害
作用が発生する。この周波数範囲では、ケーブルは実質
的に、４分の１波長の整数倍にする必要がある。特に、
rf電源115から整合ネットワーク112へのケーブル111、
および整合ネットワーク112からパワー電極16へのケー
ブル113はそれぞれ、実質的に４分の１波長の整数倍と
同じにする必要がある。ここで“実質的に同じ”という
ことは、ケーブルの長さが４分の１波長の整数倍プラス
マイナス0.05倍に等しいという意味である。この要求
は、４分の１波長が15フィートのオーダーとなる。13.5
6MHzについては容易に達成でき、ケーブルの切断長に少
しの誤差があっても著るしい影響を生じない。しかしな
がら60MHzでは４分の１波長は約３フィードであり、従
ってケーブル長の誤差の影響は５倍になる。特別なコネ
クタや回路エレメントを追加するだけで、このケーブル
長の規準を犯す恐れがある。
さらにこのような周波数では、従来13.56MHzのプラズ
マ装置用の整合ネットワークに用いられている。ブレー
ドを組合せたコンデンサや多重コイルのインダクタのよ
うな個別のコンポーネントは、高い周波数に対して不適
当である。このような個別コンポーネントのインダクタ
ンスは40MHzのオーダーまたはこれを超えた周波数では
大きくなり過ぎる。選択された周波数範囲では、インダ
クタは導体の単一のストリップとすることができる。同
時に、13.56MHz系統の多重ブレード形のコンデンサを、
テフロンシートのような非導体で間隔を置いて配置した
１対の平行な導体枝で置き換えることも可能である。
マ装置用の整合ネットワークに用いられている。ブレー
ドを組合せたコンデンサや多重コイルのインダクタのよ
うな個別のコンポーネントは、高い周波数に対して不適
当である。このような個別コンポーネントのインダクタ
ンスは40MHzのオーダーまたはこれを超えた周波数では
大きくなり過ぎる。選択された周波数範囲では、インダ
クタは導体の単一のストリップとすることができる。同
時に、13.56MHz系統の多重ブレード形のコンデンサを、
テフロンシートのような非導体で間隔を置いて配置した
１対の平行な導体枝で置き換えることも可能である。
第２図は、40MHzを超える周波数で使用できる整合ネ
ットワークの設計の一例を示したものである。接地20が
整合ネットワーク112の壁22に設けた第１のrfコネクタ2
1の外部導体に接続されている。また導体23がコネクタ2
1の内部導体を入力コンデンサ27の第１のプレート24に
接続している。このコンデンサはまた、第２のプレート
26および誘電体スペーサ25をもっている。プレート26
は、同様に誘電体スペーサ29および第２のプレート210
を有するシャントコンデンサ211の第１のプレート28に
電気的に接続されている。プレート28もまた同時に誘電
体スペーサ213および第２のプレート214を有する第３の
コンデンサ215の第１のプレート212に接続されている。
プレート214は、インダクタ216を介してrf電極16に接続
されている。
ットワークの設計の一例を示したものである。接地20が
整合ネットワーク112の壁22に設けた第１のrfコネクタ2
1の外部導体に接続されている。また導体23がコネクタ2
1の内部導体を入力コンデンサ27の第１のプレート24に
接続している。このコンデンサはまた、第２のプレート
26および誘電体スペーサ25をもっている。プレート26
は、同様に誘電体スペーサ29および第２のプレート210
を有するシャントコンデンサ211の第１のプレート28に
電気的に接続されている。プレート28もまた同時に誘電
体スペーサ213および第２のプレート214を有する第３の
コンデンサ215の第１のプレート212に接続されている。
プレート214は、インダクタ216を介してrf電極16に接続
されている。
この整合ネットワークを40〜100MHzの範囲の所定の周
波数に同調させるために、コンデンサ27および211は可
変コンデンサになっている。この実施例では、これらの
キャパシタンスは、プレート24と26との間隔、およびプ
レート28と210との間隔を変えることによって変化させ
ている。これらの間隔の調整は、回転直線変換形カップ
リング222を介して結合されたモータ221、および回転直
線変換形カップリング224を介して結合されたモータ223
を用いて行われる。また自動制御回路225がこれら２つ
のコンデンサを、カプラ21から反射される電力量が最小
になるように調整している。この調整を可能とするため
に、rf電源15とrfコネクタ21との間にセンサ226を設
け、rf電力入力の電流成分と電圧成分との位相差に関す
る情報を制御回路225に送っており、かつ電流成分と電
圧成分との大きさの比をrf電力入力信号としている。制
御回路225は通常のフィードバック制御回路であり、コ
ンデンサ27および211のプレート間隔を、rf電流および
電圧信号間の位相差および大きさの比が、rf電源への電
力の反射がほとんどゼロになるように選択した所定のプ
リセット値に到達するまで調整する。典型的には、整合
ネットワークが同調されていると、このシステムは300
ワットの入力信号から反射される電力は10ワット未満に
なる。
波数に同調させるために、コンデンサ27および211は可
変コンデンサになっている。この実施例では、これらの
キャパシタンスは、プレート24と26との間隔、およびプ
レート28と210との間隔を変えることによって変化させ
ている。これらの間隔の調整は、回転直線変換形カップ
リング222を介して結合されたモータ221、および回転直
線変換形カップリング224を介して結合されたモータ223
を用いて行われる。また自動制御回路225がこれら２つ
のコンデンサを、カプラ21から反射される電力量が最小
になるように調整している。この調整を可能とするため
に、rf電源15とrfコネクタ21との間にセンサ226を設
け、rf電力入力の電流成分と電圧成分との位相差に関す
る情報を制御回路225に送っており、かつ電流成分と電
圧成分との大きさの比をrf電力入力信号としている。制
御回路225は通常のフィードバック制御回路であり、コ
ンデンサ27および211のプレート間隔を、rf電流および
電圧信号間の位相差および大きさの比が、rf電源への電
力の反射がほとんどゼロになるように選択した所定のプ
リセット値に到達するまで調整する。典型的には、整合
ネットワークが同調されていると、このシステムは300
ワットの入力信号から反射される電力は10ワット未満に
なる。
rf周波数40〜100MHzの範囲にわたって運転するために
は、各コンポーネント27、211、215、および216はそれ
ぞれ、10〜100pf、50〜400pf、100pf、および0.5μＨの
値にする必要がある。
は、各コンポーネント27、211、215、および216はそれ
ぞれ、10〜100pf、50〜400pf、100pf、および0.5μＨの
値にする必要がある。
コンデンサを可変制御することによって、電極16はプ
ラズマを発生するイグナイタ電極として動作できると共
に、プラズマを保持するパワー電極としても動作でき
る。イグナイタ電極として使用するときは、コンデンサ
27および211のフィードバック制御は不動作にされ、こ
れらのコンデンサはそれぞれ、100pfおよび400pfに固定
される。これによって電極16における電場の強さが十分
に大きくなって、プラズマを点孤する電子なだれを発生
させる。点孤および同調の後にはパワー電極のセルフバ
イアス電圧は、60MHz300ワットに対して−300ボルトの
オーダーになる。
ラズマを発生するイグナイタ電極として動作できると共
に、プラズマを保持するパワー電極としても動作でき
る。イグナイタ電極として使用するときは、コンデンサ
27および211のフィードバック制御は不動作にされ、こ
れらのコンデンサはそれぞれ、100pfおよび400pfに固定
される。これによって電極16における電場の強さが十分
に大きくなって、プラズマを点孤する電子なだれを発生
させる。点孤および同調の後にはパワー電極のセルフバ
イアス電圧は、60MHz300ワットに対して−300ボルトの
オーダーになる。
このプラズマ装置は一定の周波数範囲で運転できるの
で、選択された周波数は一般的にはISM（工業、科学、
医療用）周波数になっていない。従ってリアクタ10の真
空フランジにはすべてrfガスケットが用いられ、チェイ
ンバ12への窓を設けることができず、またチェインバの
長い開口は除去するかシールドするかして、リアクタ10
からのrf放出を、rf放射が米国政府から許可されている
装置からの距離300mで15μV/mのレベルより低くなる程
度まで減らしている。これによって、リアクタに近い所
にあるテレビや他のrf通信に対する妨害を防いでいる。
テストの結果では、40MHzよりも60MHzの方が、ウェーハ
に著るしい傷害を与えることなく、より遅いエッチング
ができることが分ったが、それでも40.68MHzという周波
数は、これが放射制約の少いISM標準周波数であること
によって魅力のある選択である。なお、この周波数の高
調波も問題であるが、これら高調波における電力は、一
般的に基本波に比して実質的に小さなものである。
で、選択された周波数は一般的にはISM（工業、科学、
医療用）周波数になっていない。従ってリアクタ10の真
空フランジにはすべてrfガスケットが用いられ、チェイ
ンバ12への窓を設けることができず、またチェインバの
長い開口は除去するかシールドするかして、リアクタ10
からのrf放出を、rf放射が米国政府から許可されている
装置からの距離300mで15μV/mのレベルより低くなる程
度まで減らしている。これによって、リアクタに近い所
にあるテレビや他のrf通信に対する妨害を防いでいる。
テストの結果では、40MHzよりも60MHzの方が、ウェーハ
に著るしい傷害を与えることなく、より遅いエッチング
ができることが分ったが、それでも40.68MHzという周波
数は、これが放射制約の少いISM標準周波数であること
によって魅力のある選択である。なお、この周波数の高
調波も問題であるが、これら高調波における電力は、一
般的に基本波に比して実質的に小さなものである。
第１図は、一般的なプラズマリアクタの構成を示す図、
第２図は、13.56MHzよりも著しく高い周波数のrf電力を
プラズマリアクタに供給するのに適した整合ネットワー
クの一例を示す図、第３図は、それぞれ第１図および第
２図に示すプラズマリアクタと整合ネットワークを用い
たプロセスの一例を示すフローダイヤグラムである。 10……プラズマリアクタ 11……リアクタ壁 12……リアクタチェインバ 13……ガス源 14……排気システム 15……rf電源 16……パワー電極 17……ウェーハ 18……スリットバルブ 19……プラズマ本体 20……接地 21……rfコネクタ 22……壁 23……導体 24、26、28、210、212、214……プレート 25、29、213……誘電体スペーサ 27、211、215……コンデンサ 110……プラズマ境界層 111、113……ケーブル 112……整合ネットワーク 114、115……電磁コイル 116……電源 221、223……モータ 222、224……カップリング 225……自動制御回路 226……センサ
第２図は、13.56MHzよりも著しく高い周波数のrf電力を
プラズマリアクタに供給するのに適した整合ネットワー
クの一例を示す図、第３図は、それぞれ第１図および第
２図に示すプラズマリアクタと整合ネットワークを用い
たプロセスの一例を示すフローダイヤグラムである。 10……プラズマリアクタ 11……リアクタ壁 12……リアクタチェインバ 13……ガス源 14……排気システム 15……rf電源 16……パワー電極 17……ウェーハ 18……スリットバルブ 19……プラズマ本体 20……接地 21……rfコネクタ 22……壁 23……導体 24、26、28、210、212、214……プレート 25、29、213……誘電体スペーサ 27、211、215……コンデンサ 110……プラズマ境界層 111、113……ケーブル 112……整合ネットワーク 114、115……電磁コイル 116……電源 221、223……モータ 222、224……カップリング 225……自動制御回路 226……センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/316 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｘ 21/302 Ｂ (72)発明者 サッソン ソメク アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス ヒルズ ムー ディー ロード 25625 (72)発明者 ダン メイダン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス ヒルズ マリ エッタ レーン 12000 (56)参考文献 特開 昭63−197329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−279609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−125626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−501460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−94725（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298024（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−4238（ＪＰ，Ｕ)
Claims (11)
- 【請求項１】（ａ）プラズマリアクタのリアクタチャン
バ内にプラズマを点孤し、（ｂ）前記リアクタチャンバ
内に0.5〜30ミリトールのガス圧を保持し、（ｃ）リア
クタチャンバ内の処理すべきウェーハに置かれているパ
ワー電極に、リアクタチャンバ内にプラズマを保持する
のに十分なパワーレベルＰで、かつウェーハを最適に処
理するように選択された周波数ｆ＞13.56MHzのrf電力を
供給するステップを具備し、前記ステップ（ａ）は、rf
電力を同調をずらした整合ネットワークを介して前記パ
ワー電極に供給し、パワー電極に十分に強いセルフバイ
アス場を発生させ、これによって前記プラズマを点孤す
る電子なだれを発生させると共に、更に該整合ネットワ
ークを同調させて、反射される電力を実質的になくすス
テップ（a1）を更に備え、前記ステップ（a1）の整合ネ
ットワークを、ウェーハの処理中に用いられる選択され
た周波数ｆで前記rf電源に対する電力の反射が実質的に
生じないように調整し、更に、前記電極がプラズマを発
生するイグナイト電極として動作されかつプラズマを保
持するパワー電極としても動作されうるように可変コン
デンサを調整するステップを更に備えることを特徴とす
る半導体ウェーハ製造用プラズマ処理方法。 - 【請求項２】前記周波数ｆが30〜200MHzの範囲にある請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記周波数ｆが50〜70MHzの範囲にあり、
ソフトプラズマエッチング処理に適する請求項１に記載
の方法。 - 【請求項４】前記周波数ｆが137MHzよりも高く、特にプ
ラズマクリーニング及びプラズマ強化の化学蒸着に適す
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】前記ステップ（ｂ）で、パワーレベルＰ及
び周波数ｆを、350ボルトよりも小さい負のセルフバイ
アスがパワー電極に発生するように選択してソフトプラ
ズマエッチング処理に適するようにした請求項１に記載
の方法。 - 【請求項６】パワーレベル及び周波数を、パワー電極に
150ボルトより高い負のセルフバイアス電圧が発生する
ように選択して非反応のソフトエッチング処理に適する
ようにした請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】パワーレベル及び周波数を、パワー電極に
50ボルトより大きい負のセルフバイアス電圧が発生する
ように選択してソフト反応イオンエッチング処理に適す
るようにした請求項５に記載の方法。 - 【請求項８】前記周波数ｆが40.68MHzであり、これによ
り放射パワーレベルに対する制約が非ISM周波数の場合
より少なくなるようにした請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】前記プラズマが、純アルゴン、純水素、フ
ッ素含有ガスを含むガス混合物、及び塩素含有ガスを含
むガス混合物から選択されたガスの中で発生され、これ
によりウェーハのクリーニングに適している請求項１に
記載の方法。 - 【請求項１０】前記プラズマが、純アルゴン、フッ素含
有ガスを含むガス混合物、及び塩素含有ガスを含むガス
混合物からなるセットから選択されたガスの中で発生さ
れ、これによりエッチング処理に適している請求項１に
記載の方法。 - 【請求項１１】前記プラズマが、純アルゴン、シラン、
及びTEOSから選択されたガスの中で発生され、これによ
り化学蒸着に適する請求項１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US41675089A | 1989-10-03 | 1989-10-03 | |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP2710467B2 (ja) * | 1992-04-16 | 1998-02-10 | アドバンスド エナージィ インダストリーズ，インコーポレイテッド | プロセシング・プラズマのａｃ特性を特徴付ける装置 |
| US6835523B1 (en) | 1993-05-09 | 2004-12-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for fabricating coating and method of fabricating the coating |
| US5962923A (en) * | 1995-08-07 | 1999-10-05 | Applied Materials, Inc. | Semiconductor device having a low thermal budget metal filling and planarization of contacts, vias and trenches |
| US6238533B1 (en) * | 1995-08-07 | 2001-05-29 | Applied Materials, Inc. | Integrated PVD system for aluminum hole filling using ionized metal adhesion layer |
| US6902683B1 (en) | 1996-03-01 | 2005-06-07 | Hitachi, Ltd. | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| US6252354B1 (en) * | 1996-11-04 | 2001-06-26 | Applied Materials, Inc. | RF tuning method for an RF plasma reactor using frequency servoing and power, voltage, current or DI/DT control |
| TW335517B (en) * | 1996-03-01 | 1998-07-01 | Hitachi Ltd | Apparatus and method for processing plasma |
| WO1999027579A1 (en) | 1997-11-26 | 1999-06-03 | Applied Materials, Inc. | Damage-free sculptured coating deposition |
| US7253109B2 (en) | 1997-11-26 | 2007-08-07 | Applied Materials, Inc. | Method of depositing a tantalum nitride/tantalum diffusion barrier layer system |
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| US6143144A (en) * | 1999-07-30 | 2000-11-07 | Tokyo Electronlimited | Method for etch rate enhancement by background oxygen control in a soft etch system |
| JP4666740B2 (ja) * | 2000-10-06 | 2011-04-06 | 川崎マイクロエレクトロニクス株式会社 | 半導体製造装置、被処理基板表面の処理方法およびプラズマ生成物の付着状態の観察方法 |
| EP1444727A4 (en) * | 2001-10-22 | 2007-07-18 | Unaxis Usa Inc | PROCESS AND DEVICE FOR CORROSING THIN, DAMAGE-SENSITIVE LAYERS USING HIGH FREQUENCY PULSE PLASMA |
| DE10318566B4 (de) * | 2003-04-15 | 2005-11-17 | Fresnel Optics Gmbh | Verfahren und Werkzeug zur Herstellung transparenter optischer Elemente aus polymeren Werkstoffen |
| KR101151414B1 (ko) * | 2010-02-23 | 2012-06-04 | 주식회사 플라즈마트 | 임피던스 정합 장치 |
| US8576013B2 (en) * | 2011-12-29 | 2013-11-05 | Mks Instruments, Inc. | Power distortion-based servo control systems for frequency tuning RF power sources |
| CN103456591B (zh) * | 2012-05-31 | 2016-04-06 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 自动频率调谐源和偏置射频电源的电感耦合等离子处理室 |
| EP2890835B1 (en) * | 2012-08-31 | 2021-09-08 | Evatec AG | Method for depositing an aluminium nitride layer |
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|---|---|---|---|---|
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| US4585668A (en) * | 1983-02-28 | 1986-04-29 | Michigan State University | Method for treating a surface with a microwave or UHF plasma and improved apparatus |
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| JPS62125626A (ja) * | 1985-11-27 | 1987-06-06 | Hitachi Ltd | ドライエツチング装置 |
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| JPS62280379A (ja) † | 1986-05-30 | 1987-12-05 | Hitachi Ltd | エツチング装置 |
| CH668145A5 (fr) † | 1986-09-26 | 1988-11-30 | Inst Microtechnique De L Unive | Procede et installation de depot de silicium amorphe hydrogene sur un substrat dans une enceinte a plasma. |
| EP0277460A1 (fr) * | 1986-12-16 | 1988-08-10 | Plasma-Seven S.A. | Procédé pour la restitution d'une structure métallique dans une surface dégradée d'un objet en métal, application de ce procédé et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé |
| JPS63279609A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Ｒｆ発生装置の自動整合装置 |
| US5079031A (en) * | 1988-03-22 | 1992-01-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus and method for forming thin films |
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