JPH01179324A - Microwave plasma treatment apparatus and its method - Google Patents

Microwave plasma treatment apparatus and its method

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JPH01179324A
JPH01179324A JP39088A JP39088A JPH01179324A JP H01179324 A JPH01179324 A JP H01179324A JP 39088 A JP39088 A JP 39088A JP 39088 A JP39088 A JP 39088A JP H01179324 A JPH01179324 A JP H01179324A
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福田 琢也
Yasuhiro Mochizuki
康弘 望月
Naohiro Monma
直弘 門馬
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園部 正
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Abstract

PURPOSE:To enhance the treatment efficiency and to enhance a throughput by a method wherein a gradient of a magnetic flux density in a position where ECR is generated is set to a gradient of a magnetic field density used to obtain a speed at which an ion species reaches a substrate within a half-life period of electron energy of an ion species contributing to a treatment operation of the substrate. CONSTITUTION:A thermal oxide film is formed on a silicon wafer as a substrate 1 to be treated; after that, polycrystalline silicon is deposited; a patterning operation is executed; this polycrystalline silicon is etched. SF6 is introduced through a reaction-gas supply nozzle 5 near a microwave introduction window 8 inside a plasma generation chamber; microwaves 6 are propagated by using a waveguide tube 7 and are introduced into the plasma generation chamber 4 through the microwave introduction window 8; a magnetic field is generated by means of a coaxial-type ECR magnetic-field generation coil 9 and an additional magnetic field coil 13 which have been installed around the plasma generation chamber 4 and a treatment chamber 2; an electric current whose direction is opposite to that of the coil 9 and the coil 13 flows to an additional magnetic-field generation coil 14; a line of magnetic force in the opposite direction is generated; by this setup, a gradient in an ECR position of a magnetic flux density distribution inside the plasma generation chamber 4 and the treatment chamber 2 is changed; an etching operation is executed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波プラズマ処理方法およびその装置
に係り、特に、強異方性エツチング、高効率のスパッタ
エツチングや平坦化成膜、あるいはプラズマドーピング
を行なうのに好適な、マイクロ波プラズマ処理方法とそ
の装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a microwave plasma processing method and an apparatus thereof, and in particular to strong anisotropic etching, highly efficient sputter etching, planarization film formation, or plasma processing. The present invention relates to a microwave plasma processing method and apparatus suitable for doping.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の有磁場マイクロ波プラズマ処理方法及び装置では
、特開昭54−141729 、特開昭56−1348
0号、および特開昭57−164986号に記載のよう
に、基板へ到達させるイオンの速度や量は、基板前方の
グリッドか、基板に変周波あるいは、直流電位を印加す
ることにより制御していた。
Conventional magnetic field microwave plasma processing methods and apparatuses are disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 54-141729 and Japanese Patent Application Laid-open No. 56-1348.
As described in No. 0 and JP-A-57-164986, the speed and amount of ions reaching the substrate are controlled by a grid in front of the substrate or by applying a variable frequency wave or DC potential to the substrate. Ta.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、電界を利用して、基板に到達させるイ
オンの速度や量については考慮されていたが、磁界を利
用して、活性度の高いイオンの基板へ到達する速度や量
を増加させる点については配慮されていなかった。特開
昭55−141729号に記載の方法のように、基板前
方に、イオンの引き出し用のグリッドを設置した方法で
は、1つのグリッド格子の中央を通ったイオンは、その
まま基板に垂直に入射する確率が高いものの、他のイオ
ンはグリッドの片側の格子辺からの引力を強く受けるた
め、その進行方向は基板方向からずれ、全体的なイオン
の基板への到達量は少なく、また、基板の垂直に到達す
るイオン量はさらに少ない。また、イオンの速度は、グ
リッド通過後のイオンは逆方向の力がかかるため、基板
へ到達するイオンの速度は大きくならず、エツチングや
スパッタ。
The above conventional technology uses an electric field to consider the speed and amount of ions that reach the substrate, but it uses a magnetic field to increase the speed and amount of highly active ions that reach the substrate. This point was not taken into account. In the method described in JP-A-55-141729, in which a grid for extracting ions is installed in front of the substrate, ions that pass through the center of one grid lattice enter the substrate perpendicularly. Although the probability is high, other ions receive a strong attraction from the lattice side on one side of the grid, so their traveling direction deviates from the substrate direction, and the overall amount of ions reaching the substrate is small. The amount of ions reaching is even smaller. In addition, since the ions are subjected to a force in the opposite direction after passing through the grid, the speed of the ions reaching the substrate does not increase, resulting in etching and sputtering.

ドーピング効率は高くなかった。また、特開昭56−1
3480号に記載された方法のように、基板に高周波あ
るいは直流電位を印加し、イオンの垂直到達速度や量の
増加を図った方法では、基板とプラズマ生成上であるE
CR点が煎れているため5基板上に薄く形成されるイオ
ンシース内に入るイオンの励起度は失なわれている割合
が大きく、エツチングやスパッタ、ドーピング効率は高
くなかった。尚、イオンシース内に入ったイオンによる
処理効率を高めるため基板に印加する電位値を増加させ
ると真空容器内壁と基板との間に局所的な大放電を誘発
し、基板は著しく損傷され、かつ、容器内も飛散した物
質により著しく汚染される問題があり、基板にバイアス
電位を印加することにより該エツチングやスパッタ、ド
ーピング効率を高めることには限界があった。
Doping efficiency was not high. Also, JP-A-56-1
In the method described in No. 3480, in which a high frequency or DC potential is applied to the substrate to increase the vertical arrival speed and amount of ions, the E
Because the CR points were fried, the excitation degree of ions entering the ion sheath thinly formed on the 5th substrate was largely lost, and the etching, sputtering, and doping efficiencies were not high. In addition, if the potential value applied to the substrate is increased in order to increase the processing efficiency of the ions that have entered the ion sheath, a large local discharge will be induced between the inner wall of the vacuum chamber and the substrate, and the substrate will be significantly damaged. However, there is a problem in that the interior of the container is also significantly contaminated by scattered substances, and there is a limit to increasing the efficiency of etching, sputtering, and doping by applying a bias potential to the substrate.

本発明の課題は、高励起されたイオンの基板への到達速
度や量を磁界で適切に制御することにより、上記不都合
を改善し、エツチングやスパッタ。
An object of the present invention is to improve the above-mentioned disadvantages by appropriately controlling the speed and amount of highly excited ions reaching the substrate using a magnetic field, thereby improving etching and sputtering.

ドーピング効率の向上を図り、あわせて、平坦化成膜速
度の向上を図るマイクロ波プラズマ処理方法、及びその
装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a microwave plasma processing method and an apparatus thereof, which improve doping efficiency and also improve planarization film formation rate.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用
したマイクロ波プラズマ処理方法において。
The above problem is solved in a microwave plasma processing method using electron cyclotron resonance (ECR).

マイクロ波導入窓から基板方向(言いかえれば、て処理
する方法、あるいはそのような装置を用いることにより
達成される。
This can be achieved by using a method of processing the substrate from the microwave introduction window (in other words, by using such a device).

言いかえれば、本発明はECRが生じる位置における磁
束密度の勾配を、基板の処理に寄与するイオン種の電子
エネルギーの半減期内にイオン種が基板に到達する速度
を得るような磁界密度の勾配とすることに特徴がある。
In other words, the present invention reduces the gradient of magnetic flux density at the location where ECR occurs to such a gradient that the ionic species reaches the substrate within the half-life of the electronic energy of the ionic species that contributes to processing the substrate. It is characterized by the fact that

さらに、言いかえると1本発明は、磁界密度の勾配−d
BZ/dZの絶対値を100 (Gauss/Cm)以
上より望ましくは、150 〔Gauss/cm〕以上
どすることに特徴がある。
Furthermore, in other words, one aspect of the present invention is that the gradient of magnetic field density -d
A feature is that the absolute value of BZ/dZ is set to 100 (Gauss/cm) or more, preferably 150 [Gauss/cm] or more.

れる。そのイオンは、ECR#なる磁力線方向の座標Z
(磁力線方向を正とする)における磁束密度B、の勾配
−cf、/dzの値に比例する運動量を与えられる。従
って、マイクロ波導入窓から基板方向にかけて、磁束密
度がほぼ単調に減少するような磁束密度分布を有した有
磁場のマイクロ波プラズマ処理装置においては、基板に
到達する配が大きい程寿命内に基板に到達する励起度の
高いイオン量は多くなる。従って、勾配を大きくするこ
とによって、エツチングやスパッタ、ドーピング速度、
及び、エツチングやスパッタを重畳させた成膜する平坦
化成膜速度の向上が図れる。すなわち、処理に寄与する
イオン種の電子エネルギーの半減期内にイオン種が基板
に到達するようにすることが重要である。また、電界を
利用していないため、基板と真空容器内壁との間に誘発
される局所的な大放電による基板の損傷や容器内の汚染
は発生せず、従って、理論的に、はぼ無限大に、イオン
の到達量は多くなるため、該効率は高くなる。
It will be done. The ion has a coordinate Z in the direction of the magnetic field line, which is ECR#
A momentum is given that is proportional to the value of the gradient -cf, /dz of the magnetic flux density B (with the direction of the lines of magnetic force being positive). Therefore, in a microwave plasma processing apparatus using a magnetic field, which has a magnetic flux density distribution in which the magnetic flux density decreases almost monotonically from the microwave introduction window toward the substrate, the larger the distribution of magnetic flux that reaches the substrate, the longer the substrate will last within its lifetime. The amount of highly excited ions reaching . Therefore, by increasing the gradient, etching, sputtering, doping rate,
Furthermore, it is possible to improve the flattening film formation speed in which a film is formed by superimposing etching and sputtering. That is, it is important to ensure that the ionic species reaches the substrate within the half-life of the electronic energy of the ionic species that contributes to the process. In addition, since no electric field is used, there will be no damage to the substrate or contamination within the chamber due to large local discharges induced between the substrate and the inner wall of the vacuum chamber. Since the amount of ions that arrive is greatly increased, the efficiency is increased.

〔実施例〕〔Example〕

以下1本発明の実施例を図面を用いて、詳細に説明する
。第1図は本発明の実施例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の発振機は図中
では省略。)、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(排気口12は接
続される排気ポンプ等の排気系中を有している。)、リ
ング形状の反応ガス供給ノズル5及び11(各ノズルへ
の反応ガス供給のためにポンプバルブ等が接続されてい
る。)、基板支持台3.より成る。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of the main parts of a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This device is a plasma generation chamber 4
, a microwave waveguide 7, (the oscillator of the microwave 6 is omitted in the figure), an ECR magnetic field coil 9 and an additional magnetic field coil 13, 14, a processing chamber 2. Exhaust port 12 (exhaust port 12 has an exhaust system such as an exhaust pump connected to it), ring-shaped reaction gas supply nozzles 5 and 11 (pump valve etc. for supplying reaction gas to each nozzle) ), the board support stand 3. Consists of.

プラズマ生成室4は直径370(nn+)φ、長さ20
0[n+m)の透明石英製で、円錐形状の頂部がマイク
ロ波導入窓8となっている。ECR用磁界コイル9はプ
ラズマ生成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)であり、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
ことにより磁束密度を制御できそれによりプラズマ流1
0の制御ができる。
The plasma generation chamber 4 has a diameter of 370 (nn+)φ and a length of 20
It is made of transparent quartz with a size of 0 [n+m), and the top of the conical shape serves as a microwave introduction window 8. The magnetic field coil 9 for ECR is installed around the plasma generation chamber, the maximum magnetic flux density of the plasma generation chamber is 2.6 (K Gauss), and each divided coil (9 is divided into 3) is adjusted individually. By this, the magnetic flux density can be controlled and the plasma flow 1
0 control is possible.

処理室2は直径、370(nm)φのステンレス鋼製で
ある。処理室2の中に設置された基板支持台3は直径1
20(mmlのアルミナ製であり、プラズマ流方向にそ
の位置を可変できる。処理室2の周囲には、付加磁界コ
イル13および14が設置されている。第2図はマイク
ロ波進行方向の磁束密度の分布を示す。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、第2図に示すA、Bのような分
布を作ることができる。さらに、基板支持台3の位置を
調整することにより、基板とECR位置15との距離を
制御できる。
The processing chamber 2 is made of stainless steel and has a diameter of 370 (nm). The substrate support stand 3 installed in the processing chamber 2 has a diameter of 1
20 (mml) made of alumina, and its position can be varied in the plasma flow direction. Additional magnetic field coils 13 and 14 are installed around the processing chamber 2. Fig. 2 shows the magnetic flux density in the direction of microwave propagation. By adjusting the current values and current directions of the ECR magnetic field coil 9 and additional magnetic field coils 13 and 14, distributions such as A and B shown in Fig. 2 can be created. By adjusting the position of the stand 3, the distance between the board and the ECR position 15 can be controlled.

ECR位置は、第1図では反応ガス供給ノズル11の近
傍に、点線で示している。
The ECR position is shown by a dotted line near the reaction gas supply nozzle 11 in FIG.

実施例1 被処理基板1として、シリコンウェハ(直径10010
0(φ)上に厚さ10100(n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、この多結晶
シリコンのエツチングを行なった。プラズマ生成室内の
マイクロ波導入窓8近傍の反応ガス供給ノズル5を通し
て、SFeを30 [m Q / mi口]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4
に導入し、かつ、プラズマ生成室4および処理室2の周
囲に設置された同軸型のECR磁界発生コイル9及び付
加磁界コイル13により磁界強度875(Gauss)
以上の磁界を発生させ、かつ、該付加磁界発生コイル1
4に、ECR磁界発生コイル9および付加磁界コイル1
3に流れる電流の反対方向の電流を流し、それらとは反
対方向の磁力線を発生させることにより、プラズマ生成
室4および処理室2中での磁束密度分布のECR位瞠に
おける勾配を変化させ、エツチングした。反応ガス供給
ノズル11からは02が供給される。処理室2内の圧力
は排気系により2 (mTorr)にした。第3図(a
)、(b)は、多結晶シリコンの基板に対して垂直方向
のエツチング速度VP と、基板に対して水平方向のエ
ツチング速度Vhの、ECR位置15における磁束密度
の勾配(dBZ/dZ(Gauss/ Cm)の依存性
を示した図である。被処理基板1はECR位置から10
(cml離した。垂直方向のエツチング速度Vpは、E
CR位匝における磁束密度分布の勾配値dBZ/dZが
−100〔Gauss/cm〕以下になると増大してお
り、反対に。
Example 1 A silicon wafer (diameter 10010 mm) was used as the substrate 1 to be processed.
After forming a thermal oxide film with a thickness of 10100 (n) on 0 (φ), polycrystalline silicon was deposited to a thickness of 500 (nm) and patterned with a resist, and this polycrystalline silicon was etched. 30 [mQ/mi inlet] of SFe was introduced through the reaction gas supply nozzle 5 near the microwave introduction window 8 in the plasma generation chamber, and 2
.. A microwave 6 of 45 GHz is propagated through a waveguide 7 and passed through a microwave introduction window 8 into the plasma generation chamber 4.
The coaxial ECR magnetic field generating coil 9 and additional magnetic field coil 13 installed around the plasma generation chamber 4 and processing chamber 2 generate a magnetic field strength of 875 (Gauss).
The additional magnetic field generating coil 1
4, an ECR magnetic field generating coil 9 and an additional magnetic field coil 1
By passing a current in the opposite direction to the current flowing in the plasma generation chamber 4 and generating lines of magnetic force in the opposite direction, the gradient in the ECR position of the magnetic flux density distribution in the plasma generation chamber 4 and the processing chamber 2 is changed, and etching is performed. did. 02 is supplied from the reaction gas supply nozzle 11. The pressure inside the processing chamber 2 was set to 2 (mTorr) by an exhaust system. Figure 3 (a
) and (b) are the magnetic flux density gradient (dBZ/dZ (Gauss/ Cm).The substrate to be processed 1 is located 10 minutes from the ECR position.
(separated by cm). The vertical etching speed Vp is E
When the gradient value dBZ/dZ of the magnetic flux density distribution in the CR position becomes -100 [Gauss/cm] or less, it increases, and vice versa.

水平方向のエツチング速度は、勾配値dBZ/dZがほ
ぼ−100[Gauss/cm)以下から減少している
。このことから、勾配を急(勾配値dBZ/dZ< −
100〔Gauss/cm〕 ) ニすルト、エッチン
クの異方性が強くなることがわかる。第4図(a)。
The etching speed in the horizontal direction decreases when the gradient value dBZ/dZ is approximately -100 [Gauss/cm] or less. From this, we can make the slope steeper (gradient value dBZ/dZ< -
100 [Gauss/cm]) It can be seen that the anisotropy of Nisruto and etching becomes stronger. Figure 4(a).

(b)は、同様に多結晶シリコンを、勾配値dBZ/d
Zを約−100(Gauss/ cm)にして、基板1
とECR領域との距離を異ならせてエツチングした時の
、この距離に対するVPとVhの依存性を示したもので
あるが、2 [mTorr]時の02イオンの平均自由
行程距離である15(cm)以内にECR点が基板に近
づくと、エツチングの異方性が強まっていることがわか
る。これらの結果がら、ECR点上での磁束密度分布の
勾配を急にし、そのECR点を、プラズマ種の平均自由
行程距離内に基板に近づけて位置させると異方性エツチ
ングが効率良く達成されることがわかった。さらに、勾
配値dBZ/dZは−15C) (Gauss/cm)
以下であることが望ましい。
(b) similarly shows polycrystalline silicon with gradient value dBZ/d
Set Z to about -100 (Gauss/cm) and attach substrate 1.
This figure shows the dependence of VP and Vh on the distance when etching is performed with different distances between the ECR region and the ECR region. It can be seen that when the ECR point approaches the substrate within ), the etching anisotropy becomes stronger. Based on these results, anisotropic etching can be efficiently achieved by making the slope of the magnetic flux density distribution on the ECR point steeper and locating the ECR point closer to the substrate within the mean free path distance of the plasma species. I understand. Furthermore, the slope value dBZ/dZ is -15C) (Gauss/cm)
The following is desirable.

実施例2 本実施例では被処理基板1として、シリコンウェハ上に
、レジストでパターニングしたものを用の距離は10(
cm)とし、プラズマ生成室4内に第1のガス導入管5
を通して、CCU 4を40(m Q /m1n)導入
し、圧力1 (mTorr)で実験した。他の条件は実
施例1と同じである。第5図(a)、(b)は、基板1
に垂直方向のエツチング速度Vpと、電子顕微鏡を用い
て、測定した基板垂直方向に対する溝部の角度θの磁束
密度の勾配値に対する依存性を示した図である。ここで
述べた溝部は、第10図に示すように、シリコン基板1
上に堆積された多結晶シリコン膜パターン102および
レジストパターン101にはさまれた部分103であり
、角度θは、同図のシリコン膜パターン102の側壁と
シリコン基板1との法線がなす角度である。エツチング
速度V、はdBZ/dZが−100CGauss/ c
m)から小さくなると増加しており、角度θは、同様に
dBZ/dZ が−100から小さくなると低下してい
ることがわかる。これらの結果から、磁束密度分布の勾
配値dBZ/dZ  を−100よりも小さくする(勾
配を急にする)と、エツチングの異方性が強くなり、ア
スペクト比が大きな溝でも良好にエツチングが出来るこ
とがわかった。
Example 2 In this example, the substrate to be processed 1 is a silicon wafer patterned with resist at a distance of 10 (
cm), and a first gas introduction pipe 5 is installed in the plasma generation chamber 4.
40 (mQ/m1n) of CCU 4 was introduced through the tube, and the experiment was conducted at a pressure of 1 (mTorr). Other conditions are the same as in Example 1. FIGS. 5(a) and 5(b) show the substrate 1
FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the etching rate Vp in the direction perpendicular to the substrate and the angle θ of the groove with respect to the direction perpendicular to the substrate measured using an electron microscope on the gradient value of the magnetic flux density. The groove described here is formed on the silicon substrate 1 as shown in FIG.
This is the portion 103 sandwiched between the polycrystalline silicon film pattern 102 deposited on top and the resist pattern 101, and the angle θ is the angle formed by the normal line between the side wall of the silicon film pattern 102 and the silicon substrate 1 in the figure. be. Etching speed V, dBZ/dZ is -100CGauss/c
It can be seen that the angle θ increases as dBZ/dZ decreases from -100. From these results, when the gradient value dBZ/dZ of the magnetic flux density distribution is made smaller than -100 (steeper the gradient), the anisotropy of etching becomes stronger, and even grooves with a large aspect ratio can be etched well. I understand.

実施例3 被処理基板1として、シリコンウェハ上に酸化膜を膜厚
1000 [nm〕堆積させて、その上にレジストでパ
ターニングし、これを、RFプラズマエツチングにより
異方性エツチングして、酸化膜の段差を形成した基板を
用いて、スパッタエツチングを行なった。プラズマ生成
室内に第1のガス導入管5を通して、Arを40(m 
Q /m1nl導入した。他の条件は、実施例2と同じ
である。第6図(a)、(b)は、基板垂直方向のスパ
ッタリング速度V、と、基板に対して水平方向のスパッ
タリング速度■、の磁束密度勾配に対する依存性を示し
た図である。基板垂直方向及び水平方向の速度は、磁束
密度の勾配値dBZ/dZが−100より小さくなると
、この両者VpおよびVh とも速度は増加しており、
この時に、スパッタ効率が高くなることがわかった。
Example 3 An oxide film with a thickness of 1000 [nm] was deposited on a silicon wafer as the substrate 1 to be processed, patterned with resist, and anisotropically etched using RF plasma etching to form an oxide film. Sputter etching was performed using a substrate on which a step was formed. 40 m of Ar was passed through the first gas introduction pipe 5 into the plasma generation chamber.
Q/ml was introduced. Other conditions are the same as in Example 2. FIGS. 6(a) and 6(b) are diagrams showing the dependence of the sputtering rate V in the direction perpendicular to the substrate and the sputtering rate 2 in the horizontal direction with respect to the substrate on the magnetic flux density gradient. When the gradient value dBZ/dZ of the magnetic flux density becomes smaller than -100, the velocity in the vertical direction and the horizontal direction of the substrate increases for both Vp and Vh.
It has been found that sputtering efficiency increases at this time.

実施例4 被処理基板1として、n型(シート抵抗値12〔Ω/c
m2))のシリコンウェハ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5を通して、B2
H8を40 (m Q /m1n)導入し圧力Q、5 
(mTorr)で、プラズマドーピングを30分間行な
った。他の条件は実施例2と同じである。
Example 4 As the substrate 1 to be processed, an n-type (sheet resistance value 12 [Ω/c
Using a substrate patterned with resist on a silicon wafer (m2)), B2 is introduced through the first gas introduction pipe 5.
40 (m Q /m1n) of H8 was introduced and the pressure Q, 5
(mTorr) for 30 minutes. Other conditions are the same as in Example 2.

第7図(a)、(b)は、基板垂直方向のドーピング種
であるホウ素Bの濃度が半分となる深さでの濃度Gpと
基板水平方向のBの濃度が半値位置となる横方向の距離
での濃度CHの磁界強度分布勾配値に対する依存性を示
した図である。これらの結果より、磁束密度の勾配を急
にする(dBZ/dZの絶対値を大きくする)と、特に
基板垂直方向のドーピング量が多くなることがわかる。
Figures 7(a) and (b) show the concentration Gp at the depth where the concentration of boron B, which is a doping species, in the vertical direction of the substrate is half, and the horizontal direction where the concentration of B in the horizontal direction of the substrate is at the half-value position. FIG. 7 is a diagram showing the dependence of the concentration CH on the magnetic field strength distribution gradient value with respect to distance. From these results, it can be seen that when the gradient of the magnetic flux density is made steeper (the absolute value of dBZ/dZ is increased), the amount of doping especially in the direction perpendicular to the substrate increases.

実施例5 被処理基板1として、シリコンウェハ上にAQを堆積さ
せ、レジストでパターニングした後に、RFプラズマに
よりAflをエツチングし、レジストを除去した基板を
用いて、スパッタリング方法を重畳させたCVD方法に
より、平坦化成膜を行なった。プラズマ生成室4内には
、第1のガス導入管5を通して、02を40 (m Q
 7m1n)とArを40 (m Q /win)導入
し、処理室2には、カス導入管11によってSiH4を
6 (m fl 7m1n)導入した、他の条件は実施
例2と同じである。第8図(a)は、この時の平坦化成
膜状況を模式的に示した図で、第8図(b)は、2μm
幅のAQパターン段差部の深さhlに対する段差部上で
の突起の高さh2との比の磁束密度勾配に対する依存性
を示した図である。反応時間は20分である。
Example 5 As the substrate to be processed 1, AQ was deposited on a silicon wafer, patterned with a resist, Afl was etched with RF plasma, and the resist was removed using a substrate using a CVD method in which a sputtering method was superimposed. , flattening film formation was performed. Into the plasma generation chamber 4, 40 (m Q
The other conditions were the same as in Example 2, except that 40 (m Q /win) of Ar and 6 (m fl 7 m1n) were introduced into the processing chamber 2 through the waste introduction pipe 11. FIG. 8(a) is a diagram schematically showing the flattening film formation situation at this time, and FIG.
FIG. 7 is a diagram showing the dependence of the ratio of the width of the height h2 of the protrusion on the stepped portion to the depth hl of the stepped portion of the AQ pattern on the magnetic flux density gradient. Reaction time is 20 minutes.

この結果から、磁束密度の勾配を急にする(dBZ/d
Zの絶対値を大きくする)と、スパッタ重畳による平坦
化成膜の効率が高くなることがわかる。
From this result, we can make the gradient of magnetic flux density steeper (dBZ/d
It can be seen that when the absolute value of Z is increased, the efficiency of planarization film formation by sputtering superimposition becomes higher.

実施例6 被処理基板1として、実施例5で用いたと同じものを用
い、第1のガス導入管5からは、Arの代りに、CHF
 sを6 (m Q 7m1n)導入して、他の条件は
実施例5と同じくして、平坦化成膜を行なった。第9図
(a)はこの時の状況を模式的に示した図である。第9
図(b)は2μm幅のAQパターン段差部の深さhi 
に対する段差部上の高さh2の比を示した図である。反
応時間は20分である。この結果から、磁束密度の勾配
を急にすると、異方性エツチングで重畳させた方法によ
る平坦化成膜の効率が高くなることがわかった。
Example 6 The same substrate as used in Example 5 was used as the substrate 1 to be processed, and CHF was supplied from the first gas introduction pipe 5 instead of Ar.
Planarization film formation was performed by introducing 6 s (m Q 7m1n) and using the same conditions as in Example 5 except for the other conditions. FIG. 9(a) is a diagram schematically showing the situation at this time. 9th
Figure (b) shows the depth hi of the step part of the AQ pattern with a width of 2 μm.
It is a figure showing the ratio of the height h2 on the stepped portion to the height h2. Reaction time is 20 minutes. From this result, it was found that when the gradient of the magnetic flux density is made steeper, the efficiency of planarization film formation by the superimposed method using anisotropic etching becomes higher.

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、ECRを起こす位置での磁束密
度分布の勾配を、dBZ/dZ<100 [Gauss
/cm)となるようにすルト、基板に到達する励起状態
の高いイオン種の速度及びイオン量を増加させることが
出来るため、エツチングの強異方性化、スパッタ効率の
向上やドーピング効率の向上が図れ、さらに、プラズマ
CVDに対してエツチングやスパッタを重畳させた成膜
工程において、その平坦化成膜の効率が高められる効果
があることがわかった。
As described above, according to this embodiment, in the microwave plasma processing method and apparatus, the gradient of the magnetic flux density distribution at the position where ECR occurs is set to dBZ/dZ<100 [Gauss
/cm), it is possible to increase the speed and amount of highly excited ion species reaching the substrate, making the etching strongly anisotropic, improving sputtering efficiency, and improving doping efficiency. Furthermore, it has been found that the efficiency of flattening film formation can be improved in a film formation process in which etching and sputtering are superimposed on plasma CVD.

尚、平坦化成膜においては、エツチングやスパッタを重
畳する方法でなく、成膜を該エツチングやスパッタを交
互に行なう方法でも効果はある。
Note that in planarization film formation, a method in which etching and sputtering are alternately performed during film formation is also effective, instead of a method in which etching and sputtering are superimposed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理において、そ
の処理効率が向上するため、スループットが向上する効
果がある。また、そのプラズマ処理は、被処理基板を加
熱する必要がないので、エレクトロニクスデバイス製造
工程の広領域の分野で、使用できる。
According to the present invention, in microwave plasma processing, the processing efficiency is improved, so that there is an effect that the throughput is improved. Further, since the plasma processing does not require heating the substrate to be processed, it can be used in a wide range of electronic device manufacturing processes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例のマイクロ波プラズマ処理装
置の断面図、第2図は、磁束密度勾配を異ならせた時の
磁束密度分布の例を示した図、第3図(a) 、 (b
) 、第4図(a) 、 (b)は、それぞれ、反応性
イオンエツチングを行なった時の、基板垂直方向のエツ
チング速度VPと水平方向の速度Vhの磁束密度勾配依
存性とECR点−基板間距離依存性を示した図、第5図
は、反応性イオンエツチングにより溝形成した時の、基
板垂直方向のエツチング速度と垂直方向に対するエツチ
ング面の傾きθの磁束密度勾配依存性を示した図、第6
図(a)、(b)はスパッタエツチングの、磁束密度勾
配に対するスパッタ速度VP とVhの依存性を示した
図である。第7図(a)、(b)は、プラズマドーピン
グ時の磁束密度勾配に対するドーピング効率cp 、C
hを示した図である。第8図(a)、(b)及び第9図
(a)、(b)は、スパッタあるいは異方性エツチング
を重畳させた時の平坦化状況の模式図と、平坦化効率を
示した図である。第10図は、エツチング面の傾きθを
説明するための模式図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing examples of magnetic flux density distribution when the magnetic flux density gradient is varied, and FIG. 3(a) , (b
), Figures 4(a) and 4(b) respectively show the dependence of the etching velocity VP in the vertical direction of the substrate and the velocity Vh in the horizontal direction on the magnetic flux density gradient and the ECR point-substrate ratio when performing reactive ion etching. Figure 5 is a diagram showing the dependence of the etching speed in the vertical direction of the substrate and the magnetic flux density gradient of the inclination θ of the etched surface with respect to the vertical direction when grooves are formed by reactive ion etching. , 6th
Figures (a) and (b) show the dependence of sputtering speeds VP and Vh on the magnetic flux density gradient in sputter etching. Figures 7(a) and (b) show the doping efficiency cp, C with respect to the magnetic flux density gradient during plasma doping.
FIG. Figures 8(a), (b) and 9(a), (b) are schematic views of the planarization situation when sputtering or anisotropic etching is superimposed, and diagrams showing the planarization efficiency. It is. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the inclination θ of the etched surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴によつて
発生したプラズマによつて、所定基板の処理を行うマイ
クロ波プラズマ処理方法において、 上記電子サイクロトロン共鳴の生じる位置における磁界
強度の勾配を上記基板の処理に寄与するイオン種の電子
エネルギーの半減期内に上記イオン種が上記基板に到達
する速度を得るような磁界密度の勾配とすることを特徴
とするマイクロ波プラズマ処理方法。 2、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記電子サイクロトロン共鳴の生じる位置における磁界
強度の勾配値の絶対値を100 Gauss/cm以上とすることを特徴とするマイクロ
波プラズマ処理方法。 3、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記電子サイクロトロン共鳴の生じる位置における磁界
強度の勾配値の絶対値を150 Gauss/cm以上とすることを特徴とするマイクロ
波プラズマ処理方法。 4、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記イオン種は、電子サイクロトロン共鳴の生じる位置
にハロゲン原子を少なくとも一個以上含んだ分子からな
るガス、酸化性ガスおよび希ガスの少なくとも一種のガ
スを導入することによつて作られることを特徴とするマ
イクロ波プラズマ処理方法。 5、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記電子サイクロトロン共鳴の生じる位置と上記基板と
の距離は、上記イオン種の平均自由行程距離であること
を特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。 6.特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記基板の処理は、デポジション処理であることを特徴
とするマイクロ波プラズマ処理方法。 7、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記基板の処理は、エッチング処理であることを特徴と
するマイクロ波プラズマ処理方法。 8、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記基板の処理は、スパッタリング処理であることを特
徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。 9、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、 上記基板の処理は、ドーピング処理であることを特徴と
するマイクロ波プラズマ処理方法。 10、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ
処理方法において、 上記基板の処理は、デポジション処理とエッチング処理
とを重畳した処理であることを特徴とするマイクロ波プ
ラズマ処理方法。 11、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ
処理方法において、 上記基板の処理は、デポジション処理とスパッタリング
処理とを重畳した処理であることを特徴とするマイクロ
波プラズマ処理方法。 12、特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波プラズマ
処理方法において、 上記基板の処理は、デポジション処理とドーピング処理
とを重畳した処理であることを特徴とするマイクロ波プ
ラズマ処理方法。 13、特許請求の範囲第4項記載のマイクロ波プラズマ
処理方法において、 上記一種のガスは、SF_6、CCl_4、Ar、B_
2H_8、O_2およびCHF_3からなるガスである
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。 14、少なくともマイクロ波導入窓、ガス供給手段とガ
ス排気手段とを有した真空容器と、上記真空容器内に磁
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
理装置において、装置中心軸方向の座標をZ(基板方向
が正)、該座標上の磁束密度をB_Zとする時に、電子
サイクロトロン共鳴を引き起こすZ座標上の磁束密度B
_Zの勾配dB_Z/dZを、dB_Z/dZ<−10
0〔Gauss/cm〕とするような磁束密度分布を有
することを特徴としたマイクロ波プラズマ処理装置。 15、少なくともマイクロ波導入窓、ガス供給手段とガ
ス排気手段とを有する真空容器と、上記真空容器内に磁
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
理装置において、上記磁界発生部を、少なくとも2つ以
上、装置中心軸方向に並列して、真空容器を囲むように
設置し、そのうち少なくとも1つ以上は、他の磁界発生
部において発生する磁力線の方向と逆方向の磁力線を発
生させることを特徴としたマイクロ波プラズマ処理装置
。 16、該電子サイクロトロン共鳴を引き起こすz座標上
の磁束密度B_Zの勾配dB_Z/dZを、dB_Z/
dZ<−100とするシーケンスとdB_Z/dZ≧−
100とするシーケンスとを交互に有することを特徴と
した特許請求の範囲第15項記載のマイクロ波プラズマ
処理装置。 17、電子サイクロトロン共鳴の生じる位置と基板間距
離を処理に用いたガス分子の平均自由行程距離以下とし
たことを特徴とした、特許請求の範囲第16項記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置。 18、被処理物を支持する支持台と、支持台を内部に有
しマイクロ波導入窓を有する真空容器と、真空容器内に
所定のガスを導入又は排出する手段と、真空容器内部に
磁界を発生させる手段とを有するマイクロ波プラズマ処
理装置において、真空容器内の磁界は、一極性の第1の
磁界とこれと反対極性の第2の磁界とを合成することに
よつて形成されることを特徴とするマイクロ波プラズマ
処理装置。
[Claims] 1. In a microwave plasma processing method for processing a predetermined substrate with plasma generated by electron cyclotron resonance using microwaves, the gradient of the magnetic field strength at the position where the electron cyclotron resonance occurs is A microwave plasma processing method characterized in that the magnetic field density gradient is set such that the ion species reach the substrate at a speed within the half-life of the electronic energy of the ion species contributing to the processing of the substrate. 2. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the absolute value of the gradient value of the magnetic field strength at the position where the electron cyclotron resonance occurs is 100 Gauss/cm or more. Processing method. 3. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the absolute value of the gradient value of the magnetic field strength at the position where the electron cyclotron resonance occurs is 150 Gauss/cm or more. Processing method. 4. In the microwave plasma processing method according to claim 1, the ion species include a gas consisting of molecules containing at least one halogen atom at a position where electron cyclotron resonance occurs, an oxidizing gas, and a rare gas. A microwave plasma treatment method characterized in that it is produced by introducing at least one type of gas. 5. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the distance between the position where the electron cyclotron resonance occurs and the substrate is the mean free path distance of the ion species. Plasma treatment method. 6. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is a deposition processing. 7. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is an etching process. 8. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is sputtering processing. 9. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the treatment of the substrate is doping treatment. 10. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is a combination of deposition processing and etching processing. 11. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is a processing in which a deposition processing and a sputtering processing are superimposed. 12. The microwave plasma processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is a processing in which a deposition processing and a doping processing are superimposed. 13. In the microwave plasma processing method according to claim 4, the one type of gas is SF_6, CCl_4, Ar, B_
A microwave plasma processing method characterized in that the gas consists of 2H_8, O_2 and CHF_3. 14. In a microwave plasma processing apparatus having a vacuum vessel having at least a microwave introduction window, a gas supply means, and a gas exhaust means, and a magnetic field generation section for applying a magnetic field into the vacuum vessel, When the coordinate is Z (substrate direction is positive) and the magnetic flux density on the coordinate is B_Z, the magnetic flux density B on the Z coordinate that causes electron cyclotron resonance
The slope of _Z is dB_Z/dZ, dB_Z/dZ<-10
A microwave plasma processing apparatus characterized by having a magnetic flux density distribution of 0 [Gauss/cm]. 15. A microwave plasma processing apparatus comprising a vacuum vessel having at least a microwave introduction window, a gas supply means, and a gas exhaust means, and a magnetic field generation section for applying a magnetic field into the vacuum vessel, the magnetic field generation section comprising: At least two or more are installed in parallel in the direction of the center axis of the device so as to surround the vacuum container, and at least one of them generates lines of magnetic force in the opposite direction to the lines of magnetic force generated in other magnetic field generating parts. Microwave plasma processing equipment featuring: 16. The gradient dB_Z/dZ of the magnetic flux density B_Z on the z-coordinate that causes the electron cyclotron resonance is expressed as dB_Z/
Sequence with dZ<-100 and dB_Z/dZ≧-
16. The microwave plasma processing apparatus according to claim 15, wherein the microwave plasma processing apparatus has alternating sequences of 100 and 100. 17. The microwave plasma processing apparatus according to claim 16, characterized in that the distance between the position where electron cyclotron resonance occurs and the substrate is equal to or less than the mean free path distance of gas molecules used in the processing. 18. A support stand for supporting the object to be processed, a vacuum container having the support stand inside and a microwave introduction window, a means for introducing or discharging a predetermined gas into the vacuum container, and a means for applying a magnetic field to the inside of the vacuum container. In a microwave plasma processing apparatus having means for generating a magnetic field, the magnetic field in the vacuum container is formed by combining a first magnetic field of unipolarity and a second magnetic field of opposite polarity. Features of microwave plasma processing equipment.
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