JP3208931B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method using the same - Google Patents
Plasma processing apparatus and plasma processing method using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えばプラズマ・エッ
チング処理、プラズマCVD(化学的気相成長)処理、
プラズ・マアッシグ処理等のプラズマ処理を行うことの
できるプラズマ処理装置とこれを用いたプラズマ処理方
法に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to, for example, a plasma etching process, a plasma CVD (chemical vapor deposition) process,
The present invention relates to a plasma processing apparatus capable of performing plasma processing such as plasm-massaging processing and a plasma processing method using the same.
【0002】[0002]
【0003】例えば半導体集積回路装置おいては、その
多層配線構造の層間絶縁層に穿設したコンタクト用透孔
を通じて上層配線を下層配線に電気的にコンタクトする
という構造が採られる。この場合のコンタクト用透孔
は、集積回路の高密度微細化から、より微細化の一途を
辿っているものであり、この様なコンタクト用透孔は、
これに上層配線、もしくは上層配線を下層配線に接続す
るための導電材を良好に充填することができ、しかも微
細化をはかることができるように、断面が樽型となるこ
となく垂直に形成されることが望まれる。For example, in a semiconductor integrated circuit device, a structure is adopted in which an upper wiring is electrically contacted with a lower wiring through a contact hole formed in an interlayer insulating layer of the multilayer wiring structure. In this case, the contact through-hole has been continually miniaturized from the high-density miniaturization of the integrated circuit.
The upper layer wiring, or a conductive material for connecting the upper layer wiring to the lower layer wiring can be satisfactorily filled, and the cross section is formed vertically without being barrel-shaped so that it can be miniaturized. Is desired.
【0004】このような、コンタクト用透孔の穿設等に
おいては、異方性エッチングが適用され、この異方性エ
ッチングとしては、荷電粒子(イオン)を生成してバイ
アス印加によって方向性を付与する反応性イオンエッチ
ング(RIE)が用いられる。[0004] Anisotropic etching is applied to the drilling of the contact through hole, etc. In this anisotropic etching, charged particles (ions) are generated to give directionality by applying a bias. Reactive ion etching (RIE) is used.
【0005】このRIEとして、磁場中で高周波放電を
行うマグネトロン平行平板型のRIE装置がある。この
マグネトロン平行平板型のRIE装置は、高周波放電に
よってプラズマが形成され、被処理体が配置される載置
台すなわち陰極に高周波電力が印加されてこれの上に生
じたイオンシースの電界によって加速されたイオンが被
処理体に衝突するようになされる。そして、この被処理
体に衝突したイオン種はエネルギーを失い、2次電子を
放出する。この2次電子は、負の電荷を持つため、イオ
ンとは逆の方向に加速される。この2次電子は、磁場の
影響をうけて電界E×磁束密度Bドリフト運動すること
からサイクロイド運動を起こしてこれが被処理体の表面
を全面的に走査し、これによって電子とガス種の衝突確
率が増し、高密度のプラズマを発生するようになされて
いる。As this RIE, there is a magnetron parallel plate type RIE apparatus which performs a high frequency discharge in a magnetic field. In this magnetron parallel plate type RIE apparatus, plasma is formed by high-frequency discharge, high-frequency power is applied to a mounting table on which an object to be processed is arranged, that is, a cathode, and accelerated by an electric field of an ion sheath generated thereon. The ions are made to collide with the object. Then, the ion species colliding with the object loses energy and emits secondary electrons. Since the secondary electrons have negative charges, they are accelerated in the opposite direction to the ions. The secondary electrons undergo an electric field E × magnetic flux density B drift movement under the influence of the magnetic field, and thus cause a cycloidal movement, which scans the entire surface of the object to be processed, and thereby the collision probability between the electrons and the gas species. And a high-density plasma is generated.
【0006】しかしながら、この種のマグネトロン平行
平板型のRIE装置では、電子のドリフトが電界の小さ
い陰極すなわち被処理体の載置台の端面で終了し、ここ
に電子の溜まりが生じプラズマが不均一となるという問
題がある。However, in this type of RIE apparatus of the magnetron parallel plate type, the drift of electrons ends at the cathode having a small electric field, that is, at the end surface of the mounting table of the object to be processed. Problem.
【0007】また、この場合イオンの加速は、プラズマ
を生成するエネルギーとイオンを加速するエネルギー
が、高周波印加によって与えられる。つまり、イオンの
加速エネルギーは、プラズマの圧力、密度で間接的に決
まるものであり、両者は独立に選定することはできな
い。[0007] In this case, in the acceleration of ions, energy for generating plasma and energy for accelerating ions are given by applying a high frequency. That is, the acceleration energy of the ions is indirectly determined by the pressure and density of the plasma, and the two cannot be independently selected.
【0008】一方、平行平板型プラズマ処理装置は、平
行する電極間の空間において、プラズマを発生させる
が、この場合プラズマによってガス分子が重合し、ポリ
マーが発生する。On the other hand, the parallel plate type plasma processing apparatus generates plasma in a space between parallel electrodes. In this case, gas molecules are polymerized by the plasma to generate a polymer.
【0009】この発生したポリマーは、被プラズマ処理
体の例えば半導体ウエーハ表面に付着して、これがプラ
ズマ処理、例えばプラズマ・エッチング処理、プラズマ
CVDの特性の劣化を来すのみならず、このポリマーが
ーチャンバーの内壁面に全面的に堆積し、これがいわゆ
るパーティクルの原因となり、このプラズマ処理装置を
用いて作製した半導体装置の歩留りの低下、信頼性の低
下をきたす。The generated polymer adheres to, for example, the surface of the semiconductor wafer of the object to be plasma-treated, and this not only causes the deterioration of the characteristics of the plasma processing, for example, the plasma etching processing and the plasma CVD, but also causes the deterioration of the polymer. Is deposited on the entire inner wall surface, which causes so-called particles, which lowers the yield and reliability of a semiconductor device manufactured using this plasma processing apparatus.
【0010】また、チャンバー壁面に堆積した堆積物
は、表面に不純物等を多く吸着し、放電中、この不純物
がプラズマ処理作業中に放出し、この処理の安定性を低
下させる。[0010] The deposits deposited on the chamber wall adsorb a large amount of impurities and the like on the surface, and during discharge, these impurities are released during the plasma processing operation, thereby deteriorating the stability of the processing.
【0011】例えば、酸化膜に対するエッチング装置の
場合、チャンバー壁面への堆積物の付着によってエッチ
ングレートを低下させる。図7は従来の平行平板型のプ
ラズマ処理装置によってエッチングを行った場合の半導
体ウエーハのエッチング処理枚数に対するエッチングレ
ートを測定した結果を示すもので、矢印a及びbで示す
時点でチャンバーのクリーニングを行った。これをみて
明らかなように、ウエーハ処理が繰返されるにつれ、エ
ッチングレートが低下することものであり、このため矢
印a及びbで示すように2000枚処理毎にチャンバー
壁面へのクリーニングが行われるものである。For example, in the case of an etching apparatus for an oxide film, the etching rate is reduced by deposits adhering to the chamber wall. FIG. 7 shows the result of measuring the etching rate with respect to the number of etched semiconductor wafers when etching is performed by a conventional parallel plate type plasma processing apparatus. The cleaning of the chamber is performed at the times indicated by arrows a and b. Was. As is clear from this, as the wafer processing is repeated, the etching rate decreases, and therefore, as shown by arrows a and b, cleaning is performed on the chamber wall surface every 2000 sheets. is there.
【0012】このクリーニングは、チャンバーを大気開
放してチャンバー壁の付着物を除去するメカニカルクリ
ーニングによるものであって、このクリーニングには約
4時間を費やすものであり、その時間的、労力的損失は
大きい。This cleaning is performed by mechanical cleaning in which the chamber is opened to the atmosphere to remove deposits on the chamber wall, and this cleaning requires about 4 hours, and the time and labor loss is small. large.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、均一なプラ
ズマを形成することができ、更にプラズマ密度の制御、
イオン加速の制御を独立に行うことができ、共通の装置
をもって各種処理モードを採ることができ、さらに大気
開放をすることなく簡便にクリーニング作業を行うこと
ができるようにしたプラズマ処理装置を提供するもので
ある。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a uniform plasma can be formed, and further, the control of the plasma density,
Provided is a plasma processing apparatus that can independently control ion acceleration, can use various processing modes with a common apparatus, and can easily perform a cleaning operation without opening to the atmosphere. Things.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明装置は、図1にそ
の一例の略線的断面図を示すように、平行平板型構成を
採り、この平行平板型構成による被処理体1の載置台2
とこれに対向する対向電極3すなわち陽極との間に低周
波または高周波を印加する低周波または高周波印加手段
4と、低周波または高周波が印加される筒状のマグネト
ロン電極11と、このマグネトロン電極11に沿って配
置され、マグネトロン電極11の軸心方向に沿う磁力線
を発生させる電磁石12とから構成された高密度プラズ
マ発生手段6とを有し、マグネトロン電極11上を、電
子が永久的にサイクロイド運動するような電極構造とし
て、サイクロイド運動する電子がチャンバー5の内壁面
を1周する周期と同期した周波数を印加し、マグネトロ
ン電極11によるバイアス電界と電磁石12による磁力
線Hとの相互作用で電子をサイクロイド運動させながら
チャンバー5の内壁面に沿ってリング状に回転させ、チ
ャンバー5の内壁面の近傍で高密度プラズマを発生させ
るように構成する。The apparatus of the present invention adopts a parallel plate type configuration as shown in FIG. 1 as a schematic cross-sectional view of an example thereof, and a mounting table of the object 1 to be processed by the parallel plate type configuration. 2
A low-frequency or high-frequency applying means 4 for applying a low-frequency or high-frequency between the electrode and the opposing electrode 3, ie, the anode; a cylindrical magnetron electrode 11 to which a low-frequency or high-frequency is applied; And a high-density plasma generating means 6 composed of an electromagnet 12 for generating magnetic lines of force along the axial direction of the magnetron electrode 11, and the electrons are permanently cycloidally moved on the magnetron electrode 11. As a result, a frequency synchronized with a cycle in which the cycloidally moving electrons make one round on the inner wall surface of the chamber 5 is applied, and the electrons are cycloidized by the interaction between the bias electric field generated by the magnetron electrode 11 and the magnetic field lines H generated by the electromagnet 12. Rotate in a ring along the inner wall surface of the chamber 5 while moving Configured to generate a high density plasma in the vicinity of.
【0015】また、本発明方法は、上述の本発明装置を
用いて、エッチングモードによって選択的エッチングを
行う第1のエッチング工程と、被処理体1の載置台2と
これに対向する対向電極3との間に低周波または高周波
を印加することなく、高密度プラズマ発生手段6を動作
させるデポジションモードによる保護膜のデポジション
工程と、エッチングモードによる第2のエッチング工程
とを順次行うことにより被処理体に対する選択的エッチ
ングを行う。In the method of the present invention, a first etching step of performing selective etching in an etching mode using the above-described apparatus of the present invention, a mounting table 2 for a workpiece 1 and an opposing electrode 3 facing the same. By applying the deposition step of the protective film in the deposition mode in which the high-density plasma generating means 6 is operated without applying a low frequency or a high frequency between the second step and the second etching step in the etching mode, the deposition is sequentially performed. Perform selective etching on the processing object.
【0016】[0016]
【作用】本発明装置によれば、平行平板型構成とは別
に、チャンバー5の内壁面近傍にバイアス電界及び磁力
線印加による電子のサイクロトロン運動と回転による高
密度プラズマを発生させるマグネトロン放電による高密
度プラズマ発生手段6を設けたので、イオンの加速エネ
ルギーの選定と殆ど独立に、高密度プラズマ発生手段6
によってプラズマエネルギーの制御を行うことができて
目的に応じた最適のイオン加速エネルギーと高密度プラ
ズマ発生を行うことができるものである。According to the apparatus of the present invention, apart from the parallel plate type configuration, high density plasma is generated near the inner wall surface of the chamber 5 by magnetron discharge, which generates high density plasma due to cyclotron motion and rotation of electrons by applying a bias electric field and lines of magnetic force. Since the generating means 6 is provided, the high-density plasma generating means 6 is almost independent of the selection of the ion acceleration energy.
Thus, the plasma energy can be controlled, and the optimum ion acceleration energy and high-density plasma can be generated according to the purpose.
【0017】したがって、例えばプラズマ処理速度、例
えばエッチング速度の選定、異方性エッチングの異方性
を高めることができるなどのエッチング条件の選定の自
由度が大となる。Therefore, the degree of freedom in selecting etching conditions such as selection of a plasma processing speed, for example, an etching speed, and anisotropy of anisotropic etching can be increased.
【0018】また、この高密度プラズマ発生手段6によ
れば、電子をサイクロイド運動させながらチャンバー5
の内壁面に沿ってリング状に、すなわち電子が永久的に
回転するので電子の滞留が回避されプラズマの均一化が
はかられる。電子の永久的な回転は、マグネトロン電極
11にサイクロイド運動する電子がチャンバー5の内壁
面を1周する周期と同期した周波数を印加することによ
って生じるものである。したがって、上述したプラズマ
密度の制御性と相まって目的とするプラズマ処理を正
確、かつ均一に行なう事ができる。Further, according to the high-density plasma generating means 6, the electrons are caused to move in a cycloid manner while the chamber 5 is moved.
Since the electrons rotate in a ring shape along the inner wall surface, that is, the electrons are permanently rotated, the stagnation of the electrons is avoided and the plasma is made uniform. The permanent rotation of the electrons is generated by applying a frequency to the magnetron electrode 11 in synchronism with a cycle in which the electrons moving in a cycloid circle the inner wall surface of the chamber 5 once. Therefore, the target plasma processing can be performed accurately and uniformly in combination with the controllability of the plasma density described above.
【0019】また、高密度プラズマ発生手段6と、平行
平板型構成部との組み合わせ動作によってすなわち高密
度プラズマ発生手段6のオン・オフ、低周波または高周
波印加手段4のオン・オフの組み合わせによって、各種
の放電モードをとることができることから、RIE(反
応性エッチング)はもとより、マグネトロン放電による
高密度プラズマを用いたRIE(以下MRIEという)
各エッチングモードをとることができ、更に用いるプロ
セスガスの選定によってデポシション・モード、クリー
ニング・モードの各プラズマ処理を行うことができる。The combination of the high-density plasma generating means 6 and the parallel-plate type component, ie, the on / off of the high-density plasma generating means 6 and the on / off of the low-frequency or high-frequency applying means 4, Since various discharge modes can be taken, not only RIE (reactive etching) but also RIE using high-density plasma by magnetron discharge (hereinafter referred to as MRIE)
Each etching mode can be set, and each plasma processing in a deposition mode and a cleaning mode can be performed by selecting a process gas to be used.
【0020】そして、このようにチャンバー5を大気開
放することなくクリーニングすることができることか
ら、簡便にクリーニングを行うことができる。したがっ
て各被処理体1の処理終了毎にチャンバー5のクリーニ
ングを行うことによって、常にクリーンな状態でのプラ
ズマ処理がなされることから、例えばエッチング速度の
低下をきたしたり、パーティクルの発生を来すなどの不
都合を回避でき、被処理体1の各処理の特性劣化等の問
題、したがって歩留り、信頼性の向上をはかることがで
きるとともに、このクリーニングに伴う労力、作業時間
の縮小をはかることができる。Since the cleaning can be performed without opening the chamber 5 to the atmosphere, the cleaning can be easily performed. Therefore, by performing cleaning of the chamber 5 each time the processing of each workpiece 1 is completed, the plasma processing is always performed in a clean state. For example, the etching rate is reduced, particles are generated, and the like. Can be avoided, problems such as deterioration of characteristics of each processing of the object 1 to be processed, and thus yield and reliability can be improved, and labor and work time required for this cleaning can be reduced.
【0021】また、本発明方法によれば、選択的エッチ
ング作業において、本発明装置を用いることによって、
MRIEモードによる第1のエッチング→デポジション
・モードによるデポジション→MRIEモードによる第
2のエッチング・モードを順次行うことによって、例え
ば第1のエッチングで目的とする深さのいわゆるジャス
トエッチングを行い、その後デポジション動作によっ
て、そのエッチングによって生じた側面にエッチングの
保護膜を被着させ、その後第2のエッチングによって充
分なエッチングいわゆるオーバーエッチングを行うこと
ができるので、サイドエッチングを回避した垂直性に優
れた確実な選択的エッチングを行うことができる。According to the method of the present invention, in the selective etching operation, by using the apparatus of the present invention,
By sequentially performing the first etching in the MRIE mode → the deposition in the deposition mode → the second etching mode in the MRIE mode, for example, a so-called just etching of a target depth is performed in the first etching, and thereafter, By the deposition operation, a protective film for etching is applied to the side surface generated by the etching, and then sufficient etching, that is, over-etching can be performed by the second etching. Reliable selective etching can be performed.
【0022】[0022]
【実施例】図1を参照して本発明装置の一例を詳細に説
明する。本発明装置は、平行平板型構成をとるものであ
り、チャンバー5内に被処理体1の載置台2に陰極7が
配置され、これに対向して対向電極3すなわち陽極が配
置される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The apparatus of the present invention has a parallel plate configuration, in which a cathode 7 is arranged on a mounting table 2 of a workpiece 1 in a chamber 5, and a counter electrode 3, that is, an anode is arranged to face the cathode 7.
【0023】この被処理体1の載置台2は、陰極7にセ
ラミック等の絶縁体8を介してその外側に配置された導
体9によってシールドされて成る。The mounting table 2 of the object 1 is shielded by a conductor 7 disposed outside the cathode 7 via an insulator 8 such as ceramic.
【0024】そして、この平行平板構成の載置台2すな
わち陰極7と陽極3との間に低周波またはを高周波が、
その印加手段4すなわち低周波または高周波電源から供
給される。図1で示した例では、陰極側に低周波または
を高周波を供給するカソードカップリング構成を採った
場合である。このようにしてプラズマS1 が生じる。A low frequency or a high frequency is applied between the mounting plate 2 having the parallel plate structure, ie, between the cathode 7 and the anode 3.
It is supplied from the application means 4, that is, a low frequency or high frequency power supply. The example shown in FIG. 1 is a case where a cathode coupling configuration for supplying a low frequency or a high frequency to the cathode side is employed. In this way, the plasma S 1 is occurring.
【0025】チャンバー5は、例えば円筒状のAl容器
の内周に円筒状絶縁体10が配置された構成を有する。
この絶縁体10は、これがスパッタリングされたとき
に、被処理体1に対してその電気的特性に悪い影響を与
えることのない石英ガラス、アルミナ等によって構成さ
れる。The chamber 5 has, for example, a configuration in which a cylindrical insulator 10 is arranged on the inner periphery of a cylindrical Al container.
The insulator 10 is made of quartz glass, alumina, or the like that does not adversely affect the electrical characteristics of the object 1 when the insulator 10 is sputtered.
【0026】そして、高密度プラズマ発生手段6を設け
る。この高密度プラズマ発生手段6は、チャンバー5の
内壁面近傍にバイアス電界及び磁力線を印加して電子を
サイクロイド運動させながらチャンバー5の内壁面に沿
ってリング状に回転させ、チャンバー5の内壁面の近傍
で高密度プラズマを発生させるものである。この電子の
回転は、マグネトロン電極11に、サイクロイド運動す
る電子がチャンバー5の内壁面を1周する周期と同期し
た低周波または高周波を印加することにより生じるもの
である。Then, high-density plasma generating means 6 is provided. The high-density plasma generating means 6 rotates a ring along the inner wall surface of the chamber 5 while applying a bias electric field and magnetic lines of force near the inner wall surface of the chamber 5 to cause electrons to move in a cycloid manner. A high-density plasma is generated in the vicinity. The rotation of the electrons is generated by applying a low frequency or a high frequency to the magnetron electrode 11 in synchronization with a cycle in which the electrons moving in a cycloid circle the inner wall surface of the chamber 5 once.
【0027】この高密度プラズマ発生手段6は、チャン
バー5の絶縁体10内に配置された円筒状のマグネトロ
ン電極11と、この電極11の軸心方向に沿う磁力線H
を発生させるコイルがチャンバー5の外周に巻回配置さ
れ磁界発生用電磁石12とより構成され、マグネトロン
電極11に低周波または高周波電源13から低周波また
は高周波を印加して、これによりチャンバー5の内壁面
近傍にセルフバイアスすなわち電位ドロップを発生させ
るようにする。The high-density plasma generating means 6 includes a cylindrical magnetron electrode 11 disposed in an insulator 10 of the chamber 5, and a magnetic force line H extending along the axis of the electrode 11.
A coil for generating a magnetic field is wound around the outer periphery of the chamber 5 and is constituted by an electromagnet 12 for generating a magnetic field. A low frequency or a high frequency is applied to the magnetron electrode 11 from a low frequency or a high frequency power supply 13. A self-bias, that is, a potential drop is generated near the wall surface.
【0028】このようにして、このセルフバイアスVm
と電磁石12による磁力線との相互作用によって図2で
その電子の運動を模式的に示すように、チャンバー1の
内壁面に沿って電子がサイクロイド運動を起こす。この
サイクロイド運動によって電子はこの内壁面に沿うよう
にリング状に、したがって無限に回転し、内壁面近傍に
高密度のプラズマシースS2 を形成する。Thus, the self bias Vm
As shown schematically in FIG. 2, the electrons move along the inner wall surface of the chamber 1 due to the interaction between the electrons and the lines of magnetic force generated by the electromagnets 12. This cycloidal motion electrons in a ring shape along the inner wall surface, thus rotate endlessly, to form a high density plasma sheath S 2 near the inner wall surface.
【0029】チャンバー5内は、例えばターボ分子ポン
プ14及びドライポンプ15によって高真空とされ、例
えば0.1Pa〜50Paで動作できるようになされ
る。The inside of the chamber 5 is made high vacuum by, for example, a turbo molecular pump 14 and a dry pump 15, and can be operated at, for example, 0.1 Pa to 50 Pa.
【0030】そして、多数の透孔が穿設されてなる例え
ば石英板からなるガス分散板16を介して、プラズマ発
生部S1 に、プロセスガス供給口17からプロセスガス
を分散供給する。[0030] Then, through the gas dispersion plate 16 are a number of holes consisting formed by drilled example quartz plate, the plasma generating section S 1, the dispersion is supplied process gas from the process gas supply port 17.
【0031】この構成によれば、載置台2上の被処理体
1上に発生するプラズマシース部分S3 でイオンが加速
され、この加速されたイオンによって、被処理体1上で
プラズマ処理がなされる。According to this configuration, the ions are accelerated in the plasma sheath portion S 3 generated on the processing object 1 on the mounting table 2, and the plasma processing is performed on the processing object 1 by the accelerated ions. You.
【0032】そして、この本発明装置によれば、低周波
またはを高周波印加手段すなわち低周波またはを高周波
電源4のオン・オフ、高密度プラズマ発生手段6のオン
・オフ、プロセスガスの選定によってMRIE、RIE
モード、デポジション・モード、クリーニング・モード
を採ることができる。According to the apparatus of the present invention, low frequency or high frequency application means, that is, low frequency or high frequency power supply 4 is turned on / off, high density plasma generation means 6 is turned on / off, and MRIE is selected by selecting a process gas. , RIE
Mode, deposition mode, and cleaning mode.
【0033】これら各モードと各部の動作状態との関係
と、使用プロセスガスの例と、これら各モードにおける
特徴とを表1に示す。Table 1 shows the relationship between each mode and the operating state of each part, examples of process gas used, and characteristics in each mode.
【0034】[0034]
【表1】 [Table 1]
【0035】次に、本発明装置を用いた本発明方法の一
例を図3の工程図を参照して説明する。本発明方法で
は、プラズマ処理によって例えば配線パターンを形成す
るための配線層に対する選択的エッチングを行う場合等
に適用する。このような選択的エッチングを行う場合、
例えば配線パターン相互の短絡等の発生を確実に排除す
る上で配線層に対するエッチングは、通常オーバーエッ
チングとする。Next, an example of the method of the present invention using the apparatus of the present invention will be described with reference to the process chart of FIG. The method of the present invention is applied to a case where, for example, selective etching is performed on a wiring layer for forming a wiring pattern by plasma processing. When performing such selective etching,
For example, in order to reliably eliminate the occurrence of a short circuit between the wiring patterns, the etching of the wiring layer is usually over-etching.
【0036】本発明方法では、このようなオーバーエッ
チングを行う場合においても、サイドエッチング、すな
わち横方向のエッチングが生じて、例えば配線パターン
の形成においては、その配線パターンのいわゆる細りが
生じるような不都合を回避するものである。In the method of the present invention, even when such over-etching is performed, side etching, ie, lateral etching, occurs. For example, in the case of forming a wiring pattern, there is an inconvenience that the wiring pattern is thinned. Is to avoid.
【0037】この方法においては、被処理体1に対して
上述したMRIEもしくはエッチングモードによる第1
のエッチング工程と、デポジション・モードによる保護
膜のデポジション工程と、同様のMRIEもしくはRI
Eのエッチング・モードによる第2のエッチング工程と
を採る。In this method, the object 1 is subjected to the first MRIE or etching mode
Etching step, the deposition step of the protective film in the deposition mode, and the same MRIE or RI
And a second etching step in the E etching mode.
【0038】この本発明方法の一実施例を説明する。こ
の実施例ではMRIEモードによるエッチングとした。An embodiment of the method of the present invention will be described. In this embodiment, the etching is performed in the MRIE mode.
【0039】実施例1 この例では、被処理体1が、Siウエーハで、これの上
に形成された厚さ40nmのSiO2 より成る絶縁層2
2上に形成した配線層27を所定のパターンにエッチン
グして配線パターンの形成を行う場合である。配線層2
7は、厚さ5nmのTi層23と厚さ10nmのTiN
層24とよりなる下地層上にAl−Siが1μmの厚さ
に形成され、厚さ5nmの表面層27が形成されてい
る。Example 1 In this example, the object to be processed 1 is a Si wafer, and an insulating layer 2 made of SiO 2 having a thickness of 40 nm formed thereon.
In this case, a wiring pattern is formed by etching the wiring layer 27 formed on the substrate 2 into a predetermined pattern. Wiring layer 2
7 is a 5 nm thick Ti layer 23 and a 10 nm thick TiN
Al-Si is formed to a thickness of 1 [mu] m on a base layer composed of the layer 24, and a surface layer 27 having a thickness of 5 nm is formed.
【0040】この配線層27上に、フォトレジスト28
を目的とする配線パターンのパターンに、周知の方法に
よって形成する(図3A)。On this wiring layer 27, a photoresist 28
(FIG. 3A).
【0041】このウエーハすなわち被処理体1を、図1
で説明した本発明装置のチャンバー5内の載置台2上に
配置して、これの上に形成したフォトレジスト28をエ
ッチングレジストとしてを用いて例えばプロセスガスと
してCl2 のエッチングガスを供給し,表1で示したM
RIEモード動作によって第1のエッチングを行って配
線パターン29を形成する。このときのエッチングは、
オーバーエッチングを避け、配線層27が丁度エッチン
グされた程度のいわゆるジャストエッチングでそのエッ
チングを停止する(図3B)。This wafer, that is, the object 1 is
Is placed on the mounting table 2 in the chamber 5 of the apparatus of the present invention described above, and using the photoresist 28 formed thereon as an etching resist, for example, an etching gas of Cl 2 is supplied as a process gas, and M indicated by 1
The first etching is performed by the RIE mode operation to form the wiring pattern 29. Etching at this time,
Overetching is avoided and the etching is stopped by so-called just etching in which the wiring layer 27 has just been etched (FIG. 3B).
【0042】続いて、大気にさらすことなく、同一装置
内で、プロセスガスをArに変えて表1に基づくデポジ
ション・モードの動作を行う。このようにすると、チャ
ンバー1の内壁の絶縁体10がスパッタリングされ、配
線パターン29の外部に露出する側面に絶縁被膜による
保護膜30がデポジットされる(図3C)。この場合、
他のデポジション原料ガスの供給によって保護膜30を
形成することもできる。Subsequently, the operation in the deposition mode based on Table 1 is performed in the same apparatus without changing the process gas to Ar without exposing to the atmosphere. In this way, the insulator 10 on the inner wall of the chamber 1 is sputtered, and the protective film 30 made of an insulating film is deposited on the side surface exposed to the outside of the wiring pattern 29 (FIG. 3C). in this case,
The protective film 30 can be formed by supplying another deposition source gas.
【0043】更に続いて、大気にさらすことなく、同一
装置内で、上述したと同様のMRIEモード動作によっ
て第2のエッチングによるオーバーエッチングを行う
(図3D)。その後、フォトレジスト28を除去する。Subsequently, over-etching is performed by the second etching in the same apparatus by the same MRIE mode operation without exposing to the atmosphere (FIG. 3D). After that, the photoresist 28 is removed.
【0044】この実施例1における各MRIEモード、
デポジション・モード、クリーニング・モードの各動作
条件を表2に示す。Each MRIE mode in the first embodiment
Table 2 shows each operation condition of the deposition mode and the cleaning mode.
【0045】[0045]
【表2】 [Table 2]
【0046】この本発明方法によれば、第2のエッチン
グによるオーバーエッチングに際しては、配線パターン
29の側面には絶縁性保護膜30が被着されていること
によって配線パターンに細りが生じる不都合が回避され
る。According to the method of the present invention, at the time of over-etching by the second etching, the disadvantage that the wiring pattern is thinned due to the insulating protective film 30 being applied to the side surface of the wiring pattern 29 is avoided. Is done.
【0047】そして、このように第1のエッチング工程
後に保護膜30のデポジット工程を介在させるにもかか
わらず、これら第1のエッチング工程、デポジット工
程、第2のエッチング工程はすべて同一装置内で連続的
に行うので、その作業は極めて能率的に簡単に行うこと
ができる。Although the deposition step of the protective film 30 is interposed after the first etching step, the first etching step, the deposition step, and the second etching step are all performed continuously in the same apparatus. The operation can be performed extremely efficiently and easily.
【0048】また、このようなプラズマ処理を行って後
は、被処理体1を取り出して後、例えば排気を行いつつ
表2で示したクリーニング・モード動作を行えばマグネ
トロン放電によってチャンバー1の内壁面に付着された
ポリマー等の付着物がスパッタリングされてクリーニン
グされる。After performing such a plasma treatment, the object 1 is taken out, and then, for example, if the cleaning mode operation shown in Table 2 is performed while evacuating, the inner wall surface of the chamber 1 is subjected to magnetron discharge. Deposits such as polymers adhered to the substrate are sputtered and cleaned.
【0049】図1で示した例は、図4にその構成図を示
すように、カソードカップリング型構成によったもの
で,この場合高密度プラズマ発生手段6によるマグネト
ロン放電による高密度プラズマとは独立に被処理体1に
かかるイオンエネルギーを制御できることから、イオン
エネルギーの制御を必要とする例えば多結晶Si膜に対
するエッチングを、上述のMRIEモードによって行う
に好適である。例えば多結晶Si膜が、半導体ウエーハ
上に形成されたSiO2 層上に形成された場合におい
て、そのSi膜を選択的にエッチングする場合、プロセ
スガスすなわちエッチングガスとしてHBrを用い、載
置台2すなわち陰極7に高周波例えば1MHzを印加
し、この高周波バイアスを制御することによって例えば
Si膜とSiO 2 層とのエッチングの選択比を制御する
ことができるので、SiO2 層を残してSi膜の選択的
エッチングを行うことができる。The example shown in FIG. 1 is shown in FIG.
As with the cathode coupling type configuration
In this case, the magnet by the high-density plasma generating means 6
Object 1 independent of high-density plasma generated by
Because the ion energy can be controlled,
For example, for polycrystalline Si films that require energy control
Is performed by the above-described MRIE mode.
It is suitable for. For example, a polycrystalline Si film is used for a semiconductor wafer.
SiO formed onTwoSmell when formed on a layer
Therefore, when the Si film is selectively etched,
Using HBr as the etching gas, that is, the etching gas,
High frequency, for example, 1 MHz is applied to the mounting table 2, that is, the cathode 7.
By controlling this high frequency bias, for example,
Si film and SiO TwoControl etch selectivity with layer
SiO2TwoSelective Si film leaving layer
Etching can be performed.
【0050】しかしながら、図5にその構成図を示すよ
うに、図1の構成において低周波または高周波電源4を
対向電極3すなわち陽極側に接続して低周波またはを高
周波印加を行うアノードカップリング型構成とすること
もできる。この構成は被処理体1へのイオンエネルギー
が例えば30eV程度の極めて低いものであって,デポ
ジションモードでの使用、特にCVD(化学的気相成
長)装置として用いて好適なものである。However, as shown in the configuration diagram of FIG. 5, in the configuration of FIG. 1, the low frequency or high frequency power source 4 is connected to the counter electrode 3, ie, the anode side, and the low frequency or high frequency application is performed. It can also be configured. This configuration has an extremely low ion energy of, for example, about 30 eV to the object 1 and is suitable for use in a deposition mode, particularly as a CVD (chemical vapor deposition) apparatus.
【0051】この構成において、被処理体1例えば半導
体ウエーハ上にSiをCVDする場合の例を挙げると、
この場合、例えば載置台2に図示しないがヒータ等の加
熱手段を設け、これによって被処理体1の半導体ウエー
ハを350℃〜500℃に加熱し、モノシランSiH4
及びHeガスを供給することに行うことができる。この
場合、対向電極3及びチャンバー5の内壁面に低周波ま
たはを高周波バイアスが掛けられているので、これら電
極及び内壁面に堆積物が付着することが回避される。In this configuration, an example in which Si is to be CVD-processed on the object 1 to be processed, for example, a semiconductor wafer, will be described.
In this case, for example, not shown in the table 2 provided the heating means such as a heater, thereby heating the semiconductor wafer of the substrate 1 to 350 ° C. to 500 ° C., monosilane SiH 4
And supplying He gas. In this case, since low frequency or high frequency bias is applied to the inner wall surface of the counter electrode 3 and the inner wall of the chamber 5, it is possible to prevent the deposit from being attached to these electrodes and the inner wall surface.
【0052】また、本発明装置の他の例として、図1の
構成において、図6に示すように、載置台3すなわち陰
極7と対向電極とに低周波またはを高周波を印加するス
プリット構成を採ることもできる。これは、SiO2 等
の比較的高いイオンエネルギーを必要とするものに対す
るエッチングを行う場合に適用して異方性の高いエッチ
ングを行うことができる。この場合、10Pa程度の比
較的低い圧力領域で、プロセスガスはCHF3 とCOと
をそれぞれ流量45sccmと175sccmで供給す
ることによって行うことができる。As another example of the apparatus of the present invention, a split configuration in which a low frequency or a high frequency is applied to the mounting table 3, ie, the cathode 7 and the counter electrode, as shown in FIG. You can also. This can be applied when etching relatively high ion energy, such as SiO 2 , to perform highly anisotropic etching. In this case, the process gas can be supplied in a relatively low pressure range of about 10 Pa by supplying CHF 3 and CO at flow rates of 45 sccm and 175 sccm, respectively.
【0053】そして、例えば酸化膜のエッチングにおい
て、高密度プラズマ発生手段6をオフとしてスプリット
モードのエッチングを行い、このエッチング作業後毎に
クリーニングを、電極7及び3への低周波またはを高周
波印加をオフとして高密度プラズマ発生手段6をオンに
して行うことができる。Then, for example, in the etching of the oxide film, the high-density plasma generating means 6 is turned off to perform split mode etching, and after each etching operation, cleaning is performed, and low frequency or high frequency application to the electrodes 7 and 3 is performed. It can be performed by turning off the high-density plasma generating means 6 as off.
【0054】図4〜図6において図1と対応する部分に
は同一符号を付して重複説明を省略する。4 to 6, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【0055】また、本発明装置によれば、プラズマアッ
シングを行うこともできる。According to the apparatus of the present invention, plasma ashing can be performed.
【0056】上述したように、本発明装置によれば、種
々の動作モードを採ることができるのでこれらの組み合
わせによって半導体装置を始めとして各種デバイスの製
造においてエッチング、CVD、アッシング、クリーニ
ングを任意に組み合わせて連続的に行うことができる。As described above, according to the apparatus of the present invention, various operation modes can be adopted. Thus, in the manufacture of various devices including semiconductor devices, etching, CVD, ashing, and cleaning are arbitrarily combined. Can be performed continuously.
【0057】[0057]
【発明の効果】上述したように、本発明装置によれば、
平行平板型構成とは別に、チャンバー5の内壁面近傍に
バイアス電界及び磁力線印加による電子のサイクロトロ
ン運動と回転による高密度プラズマを発生させるマグネ
トロン放電による高密度プラズマ発生手段6を設けてた
ことにより、これらの高密度プラズマ発生手段6と、平
行平板型構成部との組み合わせ動作によってRIEはも
とより、マグネトロン放電による高密度プラズマを用い
たMRIEの各エッチング・モードをとることができ、
更に用いるプロセスガスの選定によってデポシション・
モード、クリーニング・モードの各プラズマ処理を行う
ことができる。As described above, according to the device of the present invention,
Apart from the parallel plate type configuration, by providing a high density plasma generating means 6 by magnetron discharge for generating high density plasma by cyclotron motion and rotation of electrons by applying a bias electric field and lines of magnetic force near the inner wall surface of the chamber 5, By the combination operation of these high-density plasma generating means 6 and the parallel plate type component, not only RIE but also each MRIE etching mode using high-density plasma by magnetron discharge can be taken.
Furthermore, depending on the selection of process gas to be used,
Mode and cleaning mode plasma processing.
【0058】また、イオンの加速エネルギーの制御と高
密度プラズマ発生の制御とを殆ど独立に行うことができ
ることから、目的とする作業に応じて最適な条件で各プ
ラズマ処理を行うことができる。Further, since the control of the acceleration energy of ions and the control of the generation of high-density plasma can be performed almost independently, each plasma processing can be performed under optimum conditions according to the intended operation.
【0059】また、高密度プラズマ発生手段6として
は、電子をサイクロイド運動させながらチャンバー5の
内壁面に沿ってリング状に、すなわち電子を無限に回転
させるので電子の滞留が回避されプラズマの均一化がは
かられる。したがって、上述したプラズマ密度の制御性
と相まって目的とするプラズマ処理を正確、かつ均一に
行うことができる。The high-density plasma generating means 6 rotates the electrons in a ring along the inner wall surface of the chamber 5 while cycloidally moving the electrons, that is, rotates the electrons infinitely, so that the stagnation of the electrons is avoided and the plasma is made uniform. Is peeled off. Therefore, the target plasma processing can be performed accurately and uniformly in combination with the controllability of the plasma density described above.
【0060】また、本発明装置によれば、チャンバー5
を大気開放することなくクリーニングすることができる
ことから、簡便にクリーニングを行うことができ、ま
た、各処理終了毎にチャンバー5のクリーニングを行う
ことができるので、常にクリーンな状態でのプラズマ処
理を行うことができ、冒頭に述べたように、例えばエッ
チング速度の低下をきたしたり、パーティクルの発生を
来すような不都合を回避でき、被処理体1の各処理の特
性劣化等の問題、したがって歩留り、信頼性の向上をは
かることができるとともに、このクリーニングに伴う労
力、作業時間の縮小をはかることができる。According to the apparatus of the present invention, the chamber 5
Can be cleaned without opening to the atmosphere, so that the cleaning can be performed easily and the chamber 5 can be cleaned each time each processing is completed, so that the plasma processing is always performed in a clean state. As described at the beginning, for example, it is possible to avoid inconveniences such as lowering of an etching rate and generation of particles, and problems such as deterioration of characteristics of each processing of the processing target 1 and therefore yield, The reliability can be improved, and the labor and work time involved in the cleaning can be reduced.
【0061】また、本発明方法によれば、選択的エッチ
ング作業において、本発明装置を用いることによって、
第1のエッチング工程によるジャストエッチング→デポ
ジションモードによる保護膜のデポジション→第2のエ
ッチング工程によるオーバーエッチングを行うことがで
きるので、サイドエッチングを回避した垂直性に優れた
選択的エッチングを行うことができる。According to the method of the present invention, in the selective etching operation, by using the apparatus of the present invention,
Just etching in the first etching step → deposition of the protective film in the deposition mode → over etching in the second etching step, so that selective etching with excellent verticality avoiding side etching can be performed. Can be.
【0062】上述したように本発明装置及び本発明方法
によれば、工業的に多くの利益をもたらすものである。As described above, according to the apparatus and the method of the present invention, many industrial benefits are brought.
【図1】本発明装置の一例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an example of the device of the present invention.
【図2】本発明装置の高密度プラズマ発生手段の電子の
振る舞いを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the behavior of electrons in a high-density plasma generating means of the apparatus of the present invention.
【図3】本発明方法の一実施例の工程図である。FIG. 3 is a process chart of one embodiment of the method of the present invention.
【図4】本発明装置の一例の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of an example of the device of the present invention.
【図5】本発明装置の他の例の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of another example of the device of the present invention.
【図6】本発明装置の更に他の例の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of still another example of the device of the present invention.
【図7】プラズマエッチングにおける処理枚数に対する
エッチングレートの測定結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a measurement result of an etching rate with respect to a processing number in plasma etching.
1 被処理体 2 載置台 3 対向電極(陽極) 4 低周波またはを高周波印加手段 5 チャンバー 6 高密度プラズマ発生手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Object to be processed 2 Mounting table 3 Counter electrode (anode) 4 Low frequency or high frequency applying means 5 Chamber 6 High density plasma generating means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 16/509 C23F 4/00 H01L 21/205 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23C 16/509 C23F 4/00 H01L 21/205
Claims (2)
向する対向電極との間に低周波または高周波を印加する
低周波または高周波印加手段と、低周波または高周波が印加される筒状のマグネトロン電
極と、該マグネトロン電極に沿って配置され、マグネト
ロン電極の軸心方向に沿う磁力線を発生させる電磁石と
から構成された 高密度プラズマ発生手段とを有し、 上記マグネトロン電極上を、電子が永久的にサイクロイ
ド運動するような電極構造として、サイクロイド運動す
る電子がチャンバーの内壁面を1周する周期と同期した
周波数を印加し、 上記マグネトロン電極によるバイアス電界と上記電磁石
による磁力線との相互作用で 電子をサイクロイド運動さ
せながら上記チャンバーの内壁面に沿ってリング状に回
転させ、上記チャンバーの内壁面の近傍で高密度プラズ
マを発生させることを特徴とするプラズマ処理装置。1. A low-frequency or high-frequency applying means for applying a low-frequency or high-frequency between a mounting table of an object to be processed in the parallel-plate configuration and a counter electrode facing the mounting table. , A cylindrical magnetron to which low or high frequency is applied
A pole and a magnet disposed along the magnetron electrode;
An electromagnet that generates lines of magnetic force along the axis of the electrode
Have a high-density plasma generating means consisting of, the magnetron conductive electrode, electrons are permanently Saikuroi
Cycloid motion
Electrons are synchronized with the cycle of one round of the inner wall of the chamber.
A frequency is applied, and a bias electric field by the magnetron electrode and the electromagnet
A plasma processing apparatus characterized in that electrons are rotated in a ring shape along an inner wall surface of the chamber while performing cycloidal movement by interaction with magnetic lines of force, thereby generating high-density plasma near the inner wall surface of the chamber.
する対向電極との間に低周波または高周波を印加する低
周波または高周波印加手段と、低周波または高周波が印加される筒状のマグネトロン電
極と、該マグネトロン電極に沿って配置され、マグネト
ロン電極の軸心方向に沿う磁力線を発生させる電磁石と
から構成された 高密度プラズマ発生手段とを有し、 上記マグネトロン電極上を、電子が永久的にサイクロイ
ド運動するような電極構造として、サイクロイド運動す
る電子がチャンバーの内壁面を1周する周期と同期した
周波数を印加し、 上記マグネトロン電極によるバイアス電界と上記電磁石
による磁力線との相互作用で 電子をサイクロイド運動さ
せながら上記チャンバーの内壁面に沿ってリング状に回
転させ、上記チャンバーの内壁面の近傍で高密度プラズ
マを発生させるプラズマ処理装置を用いて、 エッチングモードによる選択的エッチングを行う第1の
エッチング工程と、 上記被処理体の載置台とこれに対向する対向電極との間
に上記低周波または高周波を印加することなく上記高密
度プラズマ発生手段を動作させるデポジションモードに
よる保護膜のデポジション工程と、 エッチングモードによる第2のエッチング工程とを順次
行うことを特徴とするプラズマ処理方法。2. A low-frequency or high-frequency applying means for applying a low-frequency or high-frequency between a mounting table of an object to be processed in the parallel-plate configuration and a counter electrode opposed thereto, A cylindrical magnetron to which low or high frequency is applied
A pole and a magnet disposed along the magnetron electrode;
An electromagnet that generates lines of magnetic force along the axis of the electrode
Have a high-density plasma generating means consisting of, the magnetron conductive electrode, electrons are permanently Saikuroi
Cycloid motion
Electrons are synchronized with the cycle of one round of the inner wall of the chamber.
A frequency is applied, and a bias electric field by the magnetron electrode and the electromagnet
Using a plasma processing apparatus that rotates in a ring shape along the inner wall surface of the chamber while causing electrons to move cycloidally due to the interaction with the magnetic field lines due to the magnetic field lines, and generates high-density plasma near the inner wall surface of the chamber, the etching mode A first etching step of performing selective etching by the method described above, and operating the high-density plasma generating means without applying the low frequency or the high frequency between the mounting table of the object to be processed and the opposing electrode facing the mounting table. A plasma processing method, comprising sequentially performing a deposition step of a protective film in a deposition mode and a second etching step in an etching mode.
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---|---|---|---|
JP15227893A JP3208931B2 (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Plasma processing apparatus and plasma processing method using the same |
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