JP3234321B2 - プラズマ反応装置の使用方法と基板のプラズマ処理方法とその処理法を利用した半導体装置の製造方法 - Google Patents
プラズマ反応装置の使用方法と基板のプラズマ処理方法とその処理法を利用した半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）放電によって発生したプラズマを利用し
て半導体基板等の被処理材の異方性エッチングを行なう
プラズマ反応装置の使用方法と基板のプラズマ処理方法
とその処理法を利用した半導体装置の製造方法に関し、
特に、その異方性エッチングにおける異方性の向上に関
するものである。
共鳴（ＥＣＲ）放電によって発生したプラズマを利用し
て半導体基板等の被処理材の異方性エッチングを行なう
プラズマ反応装置の使用方法と基板のプラズマ処理方法
とその処理法を利用した半導体装置の製造方法に関し、
特に、その異方性エッチングにおける異方性の向上に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造においては、半導体基
板上の薄膜の形成や半導体基板のエッチングなどの処理
が行なわれる。このような半導体基板の処理装置の１つ
として、ガス放電によるプラズマを利用したプラズマ反
応装置がある。
板上の薄膜の形成や半導体基板のエッチングなどの処理
が行なわれる。このような半導体基板の処理装置の１つ
として、ガス放電によるプラズマを利用したプラズマ反
応装置がある。
【０００３】図４は、ＥＣＲ放電によって発生されるプ
ラズマを利用する従来の一般的なプラズマ反応装置の概
略的な断面図である。このプラズマ反応装置１００は、
プラズマ生成室１と、そのプラズマ生成室１中にマイク
ロ波を導入するための導波管６と、プラズマ生成室１内
へのマイクロ波の導入口となる石英板７と、プラズマ生
成室１の外周を囲むように設けられた磁場発生手段２０
として作用する単一のソレノイドコイル４および補助コ
イル９と、さらにミラーコイル５とを含んでいる。プラ
ズマ生成室１の底部は反応室１１の上部と一体化されて
いる。反応室１１の内部には半導体基板等の被処理材２
を載せるための保持台３が設けられている。さらに、プ
ラズマ生成室１の上部にはガス導入管８が接続され、反
応室１１の底部には排気口１３が設けられている。
ラズマを利用する従来の一般的なプラズマ反応装置の概
略的な断面図である。このプラズマ反応装置１００は、
プラズマ生成室１と、そのプラズマ生成室１中にマイク
ロ波を導入するための導波管６と、プラズマ生成室１内
へのマイクロ波の導入口となる石英板７と、プラズマ生
成室１の外周を囲むように設けられた磁場発生手段２０
として作用する単一のソレノイドコイル４および補助コ
イル９と、さらにミラーコイル５とを含んでいる。プラ
ズマ生成室１の底部は反応室１１の上部と一体化されて
いる。反応室１１の内部には半導体基板等の被処理材２
を載せるための保持台３が設けられている。さらに、プ
ラズマ生成室１の上部にはガス導入管８が接続され、反
応室１１の底部には排気口１３が設けられている。
【０００４】このように構成されたプラズマ反応装置１
００の使用においては、反応室１１とプラズマ生成室１
の内部が排気口１３を介して真空ポンプ（図示せず）に
よって十分に排気される。その後に、ガス導入管８から
プラズマ生成室１内へ反応ガスを導入しながら、そのガ
スの一部を排気口１３から排気し、プラズマ生成室１お
よび反応室１１内のガス圧が所定の値に維持される。さ
らに、マイクロ波電源（図示せず）によって発生された
周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管６および石
英板７を介してプラズマ生成室１内に導入される。
００の使用においては、反応室１１とプラズマ生成室１
の内部が排気口１３を介して真空ポンプ（図示せず）に
よって十分に排気される。その後に、ガス導入管８から
プラズマ生成室１内へ反応ガスを導入しながら、そのガ
スの一部を排気口１３から排気し、プラズマ生成室１お
よび反応室１１内のガス圧が所定の値に維持される。さ
らに、マイクロ波電源（図示せず）によって発生された
周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管６および石
英板７を介してプラズマ生成室１内に導入される。
【０００５】一方、プラズマ生成室１の外周に設けられ
た単一のソレノイドコイル４に通電し、ＥＣＲを励起さ
せるための磁場を発生させる。この磁場は、８７５Ｇａ
ｕｓｓの磁束密度の領域を有するように設定される。こ
のとき、補助コイル９もソレノイドコイル４と同一方向
の磁界を生じるように通電され、両コイル４，９の間に
形成されるＥＣＲ領域１０における軸方向に沿った磁場
勾配の最大値と最小値の差が１０Ｇａｕｓｓ／ｃｍ以下
になるように設定される。したがって、プラズマ生成室
１の横断面方向に沿ったＥＣＲ領域１０全体において均
一なプラズマ生成が行なわれる。
た単一のソレノイドコイル４に通電し、ＥＣＲを励起さ
せるための磁場を発生させる。この磁場は、８７５Ｇａ
ｕｓｓの磁束密度の領域を有するように設定される。こ
のとき、補助コイル９もソレノイドコイル４と同一方向
の磁界を生じるように通電され、両コイル４，９の間に
形成されるＥＣＲ領域１０における軸方向に沿った磁場
勾配の最大値と最小値の差が１０Ｇａｕｓｓ／ｃｍ以下
になるように設定される。したがって、プラズマ生成室
１の横断面方向に沿ったＥＣＲ領域１０全体において均
一なプラズマ生成が行なわれる。
【０００６】さらに、ミラーコイル５もソレノイドコイ
ル４と同一方向の磁界を発生するように通電され、ソレ
ノイドコイル４とミラーコイル５の間に弱いミラー磁場
を形成し、それによって、半導体基板２の表面に対して
磁力線を垂直に作用させる。
ル４と同一方向の磁界を発生するように通電され、ソレ
ノイドコイル４とミラーコイル５の間に弱いミラー磁場
を形成し、それによって、半導体基板２の表面に対して
磁力線を垂直に作用させる。
【０００７】以上のように使用されるプラズマ反応装置
において、プラズマ生成室１内の反応ガス分子はＥＣＲ
によって加速された電子との衝突によってプラズマ化さ
れる。生成した反応ガスプラズマは、磁力線に沿って拡
散し、保持台３上の半導体基板２の表面に垂直に入射す
る。このとき、半導体基板２の表面が方向性をもってエ
ッチングされ、すなわち異方性エッチングが実現され
る。なお、この際に用いられる反応ガスの種類，圧力，
マイクロ波電力などは、処理されるべき半導体基板２の
工程の種類に応じて選択される。
において、プラズマ生成室１内の反応ガス分子はＥＣＲ
によって加速された電子との衝突によってプラズマ化さ
れる。生成した反応ガスプラズマは、磁力線に沿って拡
散し、保持台３上の半導体基板２の表面に垂直に入射す
る。このとき、半導体基板２の表面が方向性をもってエ
ッチングされ、すなわち異方性エッチングが実現され
る。なお、この際に用いられる反応ガスの種類，圧力，
マイクロ波電力などは、処理されるべき半導体基板２の
工程の種類に応じて選択される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＥＣＲプラズマ
装置の使用においては、プラズマ生成室１内のＥＣＲ領
域１０の設定位置に関して何ら考慮されていなかった。
したがって、ＥＣＲ領域１０はマイクロ波導入窓７に近
い場合や反応室１１との境界に近い場合に依存して、エ
ッチング特性が変化していた。すなわち、ＥＣＲ領域１
０の設定位置に依存して、エッチングにおける十分な異
方性が得られなかったり、半導体基板２に対して十分な
バイアス電圧が印加されないなどの課題があった。
装置の使用においては、プラズマ生成室１内のＥＣＲ領
域１０の設定位置に関して何ら考慮されていなかった。
したがって、ＥＣＲ領域１０はマイクロ波導入窓７に近
い場合や反応室１１との境界に近い場合に依存して、エ
ッチング特性が変化していた。すなわち、ＥＣＲ領域１
０の設定位置に依存して、エッチングにおける十分な異
方性が得られなかったり、半導体基板２に対して十分な
バイアス電圧が印加されないなどの課題があった。
【０００９】このような従来技術における課題に鑑み、
本発明の目的は、被処理材へのバイアス電圧を印加する
場合としない場合のいずれにおいても、高い異方性を有
する安定したエッチングを可能にし得るプラズマ反応装
置の使用方法と基板のプラズマ処理方法とその処理法を
利用した半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の目的は、被処理材へのバイアス電圧を印加する
場合としない場合のいずれにおいても、高い異方性を有
する安定したエッチングを可能にし得るプラズマ反応装
置の使用方法と基板のプラズマ処理方法とその処理法を
利用した半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
るプラズマ反応装置の使用方法は、プラズマ生成室と、
そのプラズマ生成室にマイクロ波を導入する導波管と、
プラズマ生成室の外周に設けられた磁場発生手段と、プ
ラズマ生成室に接続された反応室を備え、マイクロ波と
磁場発生手段による磁場とによって電子サイクロトロン
共鳴を励起してプラズマを発生させ、そのプラズマを反
応室内に導き、反応室内に設置された被処理材を異方性
エッチングするプラズマ反応装置の使用方法であって、
反応室内に設置された被処理材に高周波バイアス電圧を
印加する場合にはプラズマ生成室内でプラズマが消滅す
る壁部の面積が反応室内でプラズマが消滅する壁部の面
積の１．５倍以上になるように設定し、反応室内に設置
された被処理材に高周波バイアス電圧を印加しない場合
にはプラズマ生成室内でプラズマが消滅する壁部の面積
が反応室内でプラズマが消滅する壁部の面積の２倍以下
になるように設定することを特徴としている。
るプラズマ反応装置の使用方法は、プラズマ生成室と、
そのプラズマ生成室にマイクロ波を導入する導波管と、
プラズマ生成室の外周に設けられた磁場発生手段と、プ
ラズマ生成室に接続された反応室を備え、マイクロ波と
磁場発生手段による磁場とによって電子サイクロトロン
共鳴を励起してプラズマを発生させ、そのプラズマを反
応室内に導き、反応室内に設置された被処理材を異方性
エッチングするプラズマ反応装置の使用方法であって、
反応室内に設置された被処理材に高周波バイアス電圧を
印加する場合にはプラズマ生成室内でプラズマが消滅す
る壁部の面積が反応室内でプラズマが消滅する壁部の面
積の１．５倍以上になるように設定し、反応室内に設置
された被処理材に高周波バイアス電圧を印加しない場合
にはプラズマ生成室内でプラズマが消滅する壁部の面積
が反応室内でプラズマが消滅する壁部の面積の２倍以下
になるように設定することを特徴としている。
【００１２】本発明のもう１つの態様による基板のプラ
ズマ処理方法は、プラズマ生成室と、そのプラズマ生成
室にマイクロ波を導入する導波管と、プラズマ生成室の
外周に設けられた磁場発生手段と、プラズマ生成室に接
続された反応室を設け、マイクロ波と磁場発生手段によ
る磁場とによって電子サイクロトロン共鳴を励起してプ
ラズマを発生させ、そのプラズマを反応室内に導き、反
応室内に設置された被処理基板を異方性エッチングする
基板のプラズマ処理方法であって、反応室内に設置され
た被処理材に高周波バイアス電圧を印加する場合にはプ
ラズマ生成室内でプラズマが消滅する壁部の面積が反応
室内でプラズマが消滅する壁部の面積の１．５倍以上に
なるように設定し、反応室内に設置された被処基板に高
周波バイアス電圧を印加しない場合にはプラズマ生成室
内でプラズマが消滅する壁部の面積が反応室内でプラズ
マが消滅する壁部の面積の２倍以下になるように設定す
ることを特徴としている。本発明のさらに他の態様によ
る半導体装置の製造方法では、上述のプラズマ処理方法
を利用して製造することを特徴としている。
ズマ処理方法は、プラズマ生成室と、そのプラズマ生成
室にマイクロ波を導入する導波管と、プラズマ生成室の
外周に設けられた磁場発生手段と、プラズマ生成室に接
続された反応室を設け、マイクロ波と磁場発生手段によ
る磁場とによって電子サイクロトロン共鳴を励起してプ
ラズマを発生させ、そのプラズマを反応室内に導き、反
応室内に設置された被処理基板を異方性エッチングする
基板のプラズマ処理方法であって、反応室内に設置され
た被処理材に高周波バイアス電圧を印加する場合にはプ
ラズマ生成室内でプラズマが消滅する壁部の面積が反応
室内でプラズマが消滅する壁部の面積の１．５倍以上に
なるように設定し、反応室内に設置された被処基板に高
周波バイアス電圧を印加しない場合にはプラズマ生成室
内でプラズマが消滅する壁部の面積が反応室内でプラズ
マが消滅する壁部の面積の２倍以下になるように設定す
ることを特徴としている。本発明のさらに他の態様によ
る半導体装置の製造方法では、上述のプラズマ処理方法
を利用して製造することを特徴としている。
【００１３】
【作用】本発明の１つの態様によるプラズマ反応装置の
使用方法においては、被処理材に高周波バイアス電圧を
印加する場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズマ損失
量が反応室内壁でのプラズマ損失量の１．５倍以上に設
定されるので、被処理材上方においてプラズマ電位が固
定化される。したがって、被処理材に高周波電力を供給
してもプラズマ電位が変動することなく、被処理材に印
加されたバイアス電圧がイオンを引き込む作用を有する
ので、異方性の強いエッチングを行うことが可能とな
る。また、被処理材に高周波バイアス電圧を印加しない
場合には、プラズマ生成室内壁でのプラズマ損失量が反
応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下になるように設
定されるので、被処理材上方におけるプラズマの流れが
乱されることがない。したがって、被処理材が設置され
た反応室内へ方向性をもって入射するプラズマによっ
て、被処理材にバイアス電圧を印加しなくても高い異方
性のエッチングが行なわれ得る。この場合、入射するイ
オンはバイアス電圧が存在する場合に比べて低いエネル
ギを有しているので、被処理材の材質に依存した高い選
択性を有するエッチングが同時に可能となる。
使用方法においては、被処理材に高周波バイアス電圧を
印加する場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズマ損失
量が反応室内壁でのプラズマ損失量の１．５倍以上に設
定されるので、被処理材上方においてプラズマ電位が固
定化される。したがって、被処理材に高周波電力を供給
してもプラズマ電位が変動することなく、被処理材に印
加されたバイアス電圧がイオンを引き込む作用を有する
ので、異方性の強いエッチングを行うことが可能とな
る。また、被処理材に高周波バイアス電圧を印加しない
場合には、プラズマ生成室内壁でのプラズマ損失量が反
応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下になるように設
定されるので、被処理材上方におけるプラズマの流れが
乱されることがない。したがって、被処理材が設置され
た反応室内へ方向性をもって入射するプラズマによっ
て、被処理材にバイアス電圧を印加しなくても高い異方
性のエッチングが行なわれ得る。この場合、入射するイ
オンはバイアス電圧が存在する場合に比べて低いエネル
ギを有しているので、被処理材の材質に依存した高い選
択性を有するエッチングが同時に可能となる。
【００１４】本発明のもう１つの態様による基板のプラ
ズマ処理方法においては、被処理材に高周波バイアス電
圧を印加する場合にはプラズマ生成室内壁におけるプラ
ズマ損失量が反応室内壁でのプラズマ損失量の１．５倍
以上に設定されるので、被処理基板上方においてプラズ
マ電位が固定化される。したがって、被処理基板に高周
波電力を供給してもプラズマ電位が変動することなく、
被処理基板に印加されたバイアス電圧がイオンを引込む
作用を有するので、異方性の強いエッチングを行なうこ
とが可能となる。また、被処理材に高周波バイアス電圧
を印加しない場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズマ
損失量が反応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下にな
るように設定されるので、被処理基板上方におけるプラ
ズマの流れが乱されることがない。したがって、被処理
基板が設置された反応室内へ方向性をもって入射するプ
ラズマによって、被処理基板にバイアス電圧を印加しな
くても高い異方性のエッチングが行なわれ得る。この場
合、入射するイオンはバイアス電圧が存在する場合に比
べて低いエネルギを有しているので、被処理基板の材質
に依存した高い選択性を有するエッチングが同時に可能
となる。本発明のさらに他の態様による半導体装置の製
造方法では、上述のプラズマ処理方法が利用されるの
で、たとえばアスペクト比の高いコンタクトホールなど
を容易に形成することができる。
ズマ処理方法においては、被処理材に高周波バイアス電
圧を印加する場合にはプラズマ生成室内壁におけるプラ
ズマ損失量が反応室内壁でのプラズマ損失量の１．５倍
以上に設定されるので、被処理基板上方においてプラズ
マ電位が固定化される。したがって、被処理基板に高周
波電力を供給してもプラズマ電位が変動することなく、
被処理基板に印加されたバイアス電圧がイオンを引込む
作用を有するので、異方性の強いエッチングを行なうこ
とが可能となる。また、被処理材に高周波バイアス電圧
を印加しない場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズマ
損失量が反応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下にな
るように設定されるので、被処理基板上方におけるプラ
ズマの流れが乱されることがない。したがって、被処理
基板が設置された反応室内へ方向性をもって入射するプ
ラズマによって、被処理基板にバイアス電圧を印加しな
くても高い異方性のエッチングが行なわれ得る。この場
合、入射するイオンはバイアス電圧が存在する場合に比
べて低いエネルギを有しているので、被処理基板の材質
に依存した高い選択性を有するエッチングが同時に可能
となる。本発明のさらに他の態様による半導体装置の製
造方法では、上述のプラズマ処理方法が利用されるの
で、たとえばアスペクト比の高いコンタクトホールなど
を容易に形成することができる。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明の一実施例において用いられ
るプラズマ反応装置の概略的な断面図である。図１のプ
ラズマ反応装置は図４のものに類似しており、同一部分
または対応する部分には同一の参照符号が付されてい
る。しかし、図１のプラズマ反応装置１００ａにおいて
はＥＣＲ領域１０がマイクロ波導入窓である石英板７に
近づけて設けられている。すなわち、図１のプラズマ反
応装置においては、図４のものに比べて、ソレノイドコ
イル４と補助コイル９が上方に移動して位置決めされて
いる。さらに、保持台３には高周波電源１５が接続され
ており、半導体基板などの被処理材２に高周波バイアス
を印加することが可能である。
るプラズマ反応装置の概略的な断面図である。図１のプ
ラズマ反応装置は図４のものに類似しており、同一部分
または対応する部分には同一の参照符号が付されてい
る。しかし、図１のプラズマ反応装置１００ａにおいて
はＥＣＲ領域１０がマイクロ波導入窓である石英板７に
近づけて設けられている。すなわち、図１のプラズマ反
応装置においては、図４のものに比べて、ソレノイドコ
イル４と補助コイル９が上方に移動して位置決めされて
いる。さらに、保持台３には高周波電源１５が接続され
ており、半導体基板などの被処理材２に高周波バイアス
を印加することが可能である。
【００１６】ソレノイドコイル４によって形成される磁
場によって、プラズマ生成室１から反応室１１に向かっ
て磁力線２４が広がっており、いわゆる発散磁場が形成
されている。ＥＣＲ領域１０において生成されたプラズ
マは磁力線２４に沿って拡散し、磁力線２４と容器の壁
部ＡおよびＢとが交差する部分で消滅する。
場によって、プラズマ生成室１から反応室１１に向かっ
て磁力線２４が広がっており、いわゆる発散磁場が形成
されている。ＥＣＲ領域１０において生成されたプラズ
マは磁力線２４に沿って拡散し、磁力線２４と容器の壁
部ＡおよびＢとが交差する部分で消滅する。
【００１７】プラズマの電位はその消滅する部分に依存
して決定されるので、半導体基板２に高周波電力を供給
した際に主に対向電極として働くのは、プラズマの消滅
部分である壁部ＡまたはＢの領域である。しかし、壁部
ＡとＢで消滅するプラズマの温度と密度は互いに相違す
るので、壁部ＡとＢの電位は異なる値である。すなわ
ち、それぞれの壁部ＡとＢで消滅するプラズマの電位も
異なった値である。したがって、半導体基板２の表面に
均一なバイアス電圧を印加することは容易ではない。
して決定されるので、半導体基板２に高周波電力を供給
した際に主に対向電極として働くのは、プラズマの消滅
部分である壁部ＡまたはＢの領域である。しかし、壁部
ＡとＢで消滅するプラズマの温度と密度は互いに相違す
るので、壁部ＡとＢの電位は異なる値である。すなわ
ち、それぞれの壁部ＡとＢで消滅するプラズマの電位も
異なった値である。したがって、半導体基板２の表面に
均一なバイアス電圧を印加することは容易ではない。
【００１８】特に、壁部Ｂが高周波バイアスの主要な対
向電極となる場合、壁部Ｂの位置が保持台３の横もしく
はプラズマ流の下流部分にあるので、半導体基板２の表
面にはバイアス電圧が印加され得ない。
向電極となる場合、壁部Ｂの位置が保持台３の横もしく
はプラズマ流の下流部分にあるので、半導体基板２の表
面にはバイアス電圧が印加され得ない。
【００１９】しかし、図１の実施例においては、ＥＣＲ
領域１０が石英基板７の近くに形成されるような磁場配
置を用いているので、半導体基板２の上方のプラズマ生
成室１内でプラズマが消滅する壁部Ａの面積が反応室１
１でプラズマが消滅する壁部Ｂの面積より大きくなって
いる。したがって、高周波バイアス電圧の印加において
半導体基板２の主な対向電極として働くのは壁部Ａとな
り、それによって、均一でしかも確実に半導体基板２へ
バイアス電圧を印加することができる。その結果、バイ
アス電圧が半導体基板２の表面に垂直な方向にプラズマ
イオンを引込むので、異方性の強いエッチングを行なう
ことが可能となる。
領域１０が石英基板７の近くに形成されるような磁場配
置を用いているので、半導体基板２の上方のプラズマ生
成室１内でプラズマが消滅する壁部Ａの面積が反応室１
１でプラズマが消滅する壁部Ｂの面積より大きくなって
いる。したがって、高周波バイアス電圧の印加において
半導体基板２の主な対向電極として働くのは壁部Ａとな
り、それによって、均一でしかも確実に半導体基板２へ
バイアス電圧を印加することができる。その結果、バイ
アス電圧が半導体基板２の表面に垂直な方向にプラズマ
イオンを引込むので、異方性の強いエッチングを行なう
ことが可能となる。
【００２０】図２は、壁部ＡとＢの面積比Ａ／Ｂを変化
させさたときのエッチング特性の変化を示すグラフであ
る。このグラフにおいて、横軸は壁部ＡとＢの面積比を
表わし、左側の縦軸はエッチング異方性の度合を表わ
し、そして右側の縦軸は被処理材の材質に依存するエッ
チングの選択比を表わしている。●印で表わされた曲線
はエッチング異方性を表わし、×印で表わされ曲線はエ
ッチングの選択比を表わしている。壁部ＡとＢの面積比
は、コイル４と９を移動させることによって変化されら
れた。また、エッチングの選択比は、Ｓｉ／ＳｉＯ2 に
ついて求められた。エッチング異方性の度合は、レジス
トパターンをマスクとしてＳｉをエッチングした際のエ
ッチング深さとサイドエッチ量との比として示されてい
る。さらに、高周波バイアス電力は１３．５６ＭＨｚの
周波数を有し、その電力は５０Ｗであった。
させさたときのエッチング特性の変化を示すグラフであ
る。このグラフにおいて、横軸は壁部ＡとＢの面積比を
表わし、左側の縦軸はエッチング異方性の度合を表わ
し、そして右側の縦軸は被処理材の材質に依存するエッ
チングの選択比を表わしている。●印で表わされた曲線
はエッチング異方性を表わし、×印で表わされ曲線はエ
ッチングの選択比を表わしている。壁部ＡとＢの面積比
は、コイル４と９を移動させることによって変化されら
れた。また、エッチングの選択比は、Ｓｉ／ＳｉＯ2 に
ついて求められた。エッチング異方性の度合は、レジス
トパターンをマスクとしてＳｉをエッチングした際のエ
ッチング深さとサイドエッチ量との比として示されてい
る。さらに、高周波バイアス電力は１３．５６ＭＨｚの
周波数を有し、その電力は５０Ｗであった。
【００２１】図２から明らかなように、壁部ＡとＢの面
積比Ａ／Ｂが大きくなるにしたがってエッチングの異方
性が向上していることがわかる。また、ＳｉとＳｉＯ2
のエッチング選択比は面積比Ａ／Ｂが大きくなるに従っ
て低下しており、面積比Ａ／Ｂを高めればバイアス効果
が著しくなって、プラズマイオンの入射エネルギが高ま
っていることを確認できる。
積比Ａ／Ｂが大きくなるにしたがってエッチングの異方
性が向上していることがわかる。また、ＳｉとＳｉＯ2
のエッチング選択比は面積比Ａ／Ｂが大きくなるに従っ
て低下しており、面積比Ａ／Ｂを高めればバイアス効果
が著しくなって、プラズマイオンの入射エネルギが高ま
っていることを確認できる。
【００２２】結論として、面積比Ａ／Ｂが１．５以上の
場合にエッチングの異方性が向上しており、換言すれ
ば、プラズマ生成室１の内壁Ａにおけるプラズマ損失量
が反応室１１の内壁Ｂにおけるプラズマ損失量の１．５
倍以上である場合にエッチング異方性が向上している。
場合にエッチングの異方性が向上しており、換言すれ
ば、プラズマ生成室１の内壁Ａにおけるプラズマ損失量
が反応室１１の内壁Ｂにおけるプラズマ損失量の１．５
倍以上である場合にエッチング異方性が向上している。
【００２３】図３は、本発明のもう１つの実施例におけ
る壁部ＡとＢの面積比Ａ／Ｂの影響を表わしている。図
３のグラフは図２のものに類似しているが、図３のグラ
フにおいては半導体基板２に高周波バイアス電圧が印加
されていない。この場合、面積比Ａ／Ｂが小さくなるに
従ってエッチングの異方性が高まっていることがわか
る。これは、壁部Ｂにおけるプラズマの消滅が支配的に
なれば、ＥＣＲ領域から反応室１１に向かう一様なプラ
ズマ流となるので、プラズマイオンが方向性をもって半
導体基板表面に入射することに起因している。面積比Ａ
／Ｂが大きくなれば、壁部Ａでのプラズマの消滅が支配
的になるので、反応室１１方向に向かう一様なプラズマ
量とはならず、プラズマ生成室１内でプラズマが乱流的
に存在している状態となる。したがって、面積比Ａ／Ｂ
が大きくなればエッチングの異方性が低くなってしまう
のである。
る壁部ＡとＢの面積比Ａ／Ｂの影響を表わしている。図
３のグラフは図２のものに類似しているが、図３のグラ
フにおいては半導体基板２に高周波バイアス電圧が印加
されていない。この場合、面積比Ａ／Ｂが小さくなるに
従ってエッチングの異方性が高まっていることがわか
る。これは、壁部Ｂにおけるプラズマの消滅が支配的に
なれば、ＥＣＲ領域から反応室１１に向かう一様なプラ
ズマ流となるので、プラズマイオンが方向性をもって半
導体基板表面に入射することに起因している。面積比Ａ
／Ｂが大きくなれば、壁部Ａでのプラズマの消滅が支配
的になるので、反応室１１方向に向かう一様なプラズマ
量とはならず、プラズマ生成室１内でプラズマが乱流的
に存在している状態となる。したがって、面積比Ａ／Ｂ
が大きくなればエッチングの異方性が低くなってしまう
のである。
【００２４】すなわち、面積比Ａ／Ｂが２．０以下の場
合にエッチングの異方性が向上しており、換言すれば、
プラズマ生成室１の内壁Ａにおけるプラズマ損失量が反
応室１１の内壁Ｂにおけるプラズマ損失量の２．０倍以
下である場合にエッチング異方性が向上している。
合にエッチングの異方性が向上しており、換言すれば、
プラズマ生成室１の内壁Ａにおけるプラズマ損失量が反
応室１１の内壁Ｂにおけるプラズマ損失量の２．０倍以
下である場合にエッチング異方性が向上している。
【００２５】他方、この実施例においては半導体基板２
に高周波バイアス電圧が印加されていないので、プラズ
マ流は低いエネルギを有し、したがって、被処理材の材
質に依存したエッチングの選択比（Ｓｉ／ＳｉＯ2 ）が
高いレベルにあることがわかる。
に高周波バイアス電圧が印加されていないので、プラズ
マ流は低いエネルギを有し、したがって、被処理材の材
質に依存したエッチングの選択比（Ｓｉ／ＳｉＯ2 ）が
高いレベルにあることがわかる。
【００２６】なお、以上の実施例においてはソレノイド
コイル４と補助コイル９を移動させることによってプラ
ズマ損失量の制御が行なわれたが、複数のコイルを設け
てそれぞれのコイルの励磁電流を変化させることによる
磁場分布の変化を用いても同様の効果が得られる。
コイル４と補助コイル９を移動させることによってプラ
ズマ損失量の制御が行なわれたが、複数のコイルを設け
てそれぞれのコイルの励磁電流を変化させることによる
磁場分布の変化を用いても同様の効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明の１つの態様によ
るプラズマ反応装置の使用方法においては、被処理材に
高周波バイアス電力を印加する場合にはプラズマ生成室
内壁でのプラズマ損失量を反応室内壁でのプラズマ損失
量の１．５倍以上にしているので、被処理材への高周波
電力が効率よく均一に印加でき、異方性の強いエッチン
グが実現され得る。また、被処理基板に高周波バイアス
電力を印加しない場合にはプラズマ生成室内壁でのプラ
ズマ損失量を反応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下
にしているので、被処理基板のエッチング異方性を高め
ることが可能であり、かつ低エネルギのプラズマイオン
によって被処理基板の材質に依存する高い選択比を有す
るエッチングが可能となる。
るプラズマ反応装置の使用方法においては、被処理材に
高周波バイアス電力を印加する場合にはプラズマ生成室
内壁でのプラズマ損失量を反応室内壁でのプラズマ損失
量の１．５倍以上にしているので、被処理材への高周波
電力が効率よく均一に印加でき、異方性の強いエッチン
グが実現され得る。また、被処理基板に高周波バイアス
電力を印加しない場合にはプラズマ生成室内壁でのプラ
ズマ損失量を反応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下
にしているので、被処理基板のエッチング異方性を高め
ることが可能であり、かつ低エネルギのプラズマイオン
によって被処理基板の材質に依存する高い選択比を有す
るエッチングが可能となる。
【００２８】本発明のもう１つの態様による基板のプラ
ズマ処理方法においては、被処理基板に高周波バイアス
電圧を印加する場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズ
マ損失量を反応室内壁でのプラズマ損失量の１．５倍以
上にしているので、被処理基板への高周波電力が効率よ
く均一に印加でき、異方性の強いエッチングが実現され
得る。また、被処理基板に高周波バイアス電力を印加し
ない場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズマ損失量を
反応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下にしているの
で、被処理基板のエッチング異方性を高めることが可能
であり、かつ低エネルギのプラズマイオンによって被処
理基板の材質に依存する高い選択比を有するエッチング
が可能となる。本発明のさらに他の態様による半導体装
置の製造方法では、上述のプラズマ処理方法が利用され
るので、たとえばアスペクト比の高いコンタクトホール
などを容易に形成することができる。
ズマ処理方法においては、被処理基板に高周波バイアス
電圧を印加する場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズ
マ損失量を反応室内壁でのプラズマ損失量の１．５倍以
上にしているので、被処理基板への高周波電力が効率よ
く均一に印加でき、異方性の強いエッチングが実現され
得る。また、被処理基板に高周波バイアス電力を印加し
ない場合にはプラズマ生成室内壁でのプラズマ損失量を
反応室内壁でのプラズマ損失量の２倍以下にしているの
で、被処理基板のエッチング異方性を高めることが可能
であり、かつ低エネルギのプラズマイオンによって被処
理基板の材質に依存する高い選択比を有するエッチング
が可能となる。本発明のさらに他の態様による半導体装
置の製造方法では、上述のプラズマ処理方法が利用され
るので、たとえばアスペクト比の高いコンタクトホール
などを容易に形成することができる。
【図１】本発明の一実施例によるプラズマ反応装置の使
用方法を説明するための断面図である。
用方法を説明するための断面図である。
【図２】被処理材にバイアス電圧が印加された状態にお
けるプラズマ生成室の内壁と反応室の内壁との面積比Ａ
／Ｂ，エッチング異方性度，およびエッチングの選択比
における相互関係を示すグラフである。
けるプラズマ生成室の内壁と反応室の内壁との面積比Ａ
／Ｂ，エッチング異方性度，およびエッチングの選択比
における相互関係を示すグラフである。
【図３】被処理材にバイアス電圧が印加されていない状
態におけるプラズマ生成室の内壁と反応室の内壁との面
積比Ａ／Ｂ，エッチング異方性度，およびエッチング選
択比の相互関係を示すグラフである。
態におけるプラズマ生成室の内壁と反応室の内壁との面
積比Ａ／Ｂ，エッチング異方性度，およびエッチング選
択比の相互関係を示すグラフである。
【図４】従来のプラズマ反応装置を示す概略的な断面図
である。
である。
１ プラズマ生成室 ２ 被処理材 ３ 支持台 ４ ソレノイドコイル ５ ミラーコイル ６ 導波管 ７ 石英板 ８ ガス導入管 ９ 補助コイル １０ ＥＣＲ領域 １１ 反応室 １３ 排気口 １５ 高周波電源 ２０ 磁場発生手段 ２４ 磁力線 １００ａ プラズマ反応装置
───────────────────────────────────────────────────── 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 C23F 4/00
Claims (3)
- 【請求項１】 プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室
にマイクロ波を導入する導波管と、前記プラズマ生成室
の外周に設けられた磁場発生手段と、前記プラズマ生成
室に接続された反応室を備え、前記マイクロ波と前記磁
場発生手段による磁場とによって電子サイクロトロン共
鳴を励起してプラズマを発生させ、前記プラズマを前記
反応室に導き、前記反応室内に設置された被処理材を異
方性エッチングするプラズマ反応装置の使用方法であっ
て、 前記反応室内に設置された前記被処理材に高周波バイア
ス電圧を印加する場合には前記プラズマ生成室内で前記
プラズマが消滅する壁部の面積が前記反応室内で前記プ
ラズマが消滅する壁部の面積の１．５倍以上になるよう
に設定し、 前記反応室内に設置された前記被処理材に高周波バイア
ス電圧を印加しない場合には前記プラズマ生成室内で前
記プラズマが消滅する壁部の面積が前記反応室内で前記
プラズマが消滅する壁部の面積の２倍以下になるように
設定することを 特徴とするプラズマ反応装置の使用方
法。 - 【請求項２】 プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室
にマイクロ波を導入する導波管と、前記プラズマ生成室
の外周に設けられた磁場発生手段と、前記プラズマ生成
室に接続された反応室を設け、前記マイクロ波と前記磁
場発生手段による磁場とによって電子サイクロトロン共
鳴を励起してプラズマを発生させ、前記プラズマを前記
反応室に導き、前記反応室内に設置された前記被処理基
板を異方性エッチングする基板のプラズマ処理方法であ
って、 前記反応室内に設置された前記被処基板に高周波バイア
ス電圧を印加する場合には前記プラズマ生成室内で前記
プラズマが消滅する壁部の面積が前記反応室内で前記プ
ラズマが消滅する壁部の面積の１．５倍以上になるよう
に設定し、前記反応室内に設置された前記被処基板に高周波バイア
ス電圧を印加しない場合には前記プラズマ生成室内で前
記プラズマが消滅する壁部の面積が前記反応室内で前記
プラズマが消滅する壁部の面積の２倍以下になるように
設定する ことを特徴とする基板のプラズマ処理方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載のプラズマ処理法を利用
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00268093A JP3234321B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | プラズマ反応装置の使用方法と基板のプラズマ処理方法とその処理法を利用した半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00268093A JP3234321B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | プラズマ反応装置の使用方法と基板のプラズマ処理方法とその処理法を利用した半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06208971A JPH06208971A (ja) | 1994-07-26 |
| JP3234321B2 true JP3234321B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=11536020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00268093A Expired - Fee Related JP3234321B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | プラズマ反応装置の使用方法と基板のプラズマ処理方法とその処理法を利用した半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3234321B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100768610B1 (ko) | 1998-12-11 | 2007-10-18 | 서페이스 테크놀로지 시스템스 피엘씨 | 플라즈마 처리장치 |
| GB0100958D0 (en) * | 2001-01-13 | 2001-02-28 | Surface Technology Systems Ltd | Plasma processing apparatus |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP00268093A patent/JP3234321B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06208971A (ja) | 1994-07-26 |
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|---|---|---|---|
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