JPH0213810B2 - - Google Patents
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- JPH0213810B2 JPH0213810B2 JP58039325A JP3932583A JPH0213810B2 JP H0213810 B2 JPH0213810 B2 JP H0213810B2 JP 58039325 A JP58039325 A JP 58039325A JP 3932583 A JP3932583 A JP 3932583A JP H0213810 B2 JPH0213810 B2 JP H0213810B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
- C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
- C23C16/5096—Flat-bed apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
-
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- H01J37/32532—Electrodes
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Description
【発明の詳細な説明】
〔本発明の分野〕
本発明は、ガス放電中で励起されたガス粒子に
よつて基板を食刻したり又は基板に付着層を形成
したりする、プラズマ反応装置及びその使用方法
に関するものである。このような反応装置は、反
応チエンバ中で互いに平行且つ上下に配置された
２つの平板状電極を含む。その上部電極には、高
周波AC電圧を印加し、下部電極には、基板を載
せる。この下部電極には、中央開口を設けてあ
る。この中央開口を通して、反応性ガスを電極間
の空間領域に導いたり、そこから除去したりす
る。
よつて基板を食刻したり又は基板に付着層を形成
したりする、プラズマ反応装置及びその使用方法
に関するものである。このような反応装置は、反
応チエンバ中で互いに平行且つ上下に配置された
２つの平板状電極を含む。その上部電極には、高
周波AC電圧を印加し、下部電極には、基板を載
せる。この下部電極には、中央開口を設けてあ
る。この中央開口を通して、反応性ガスを電極間
の空間領域に導いたり、そこから除去したりす
る。
この種のプラズマ反応装置は、例えば、DE―
OS27 02 165及び米国特許第3757733号に示され
ている。そこに示されたプラズマ反応装置は、層
形成のために用いられているが、プロセス・パラ
メータを選択するなら、それらは、また、プラズ
マ食刻にも使用できる。例えば、米国特許第
3757733号に示された公知のプラズマ反応装置で
は、反応チエンバ内に例えば円形のような２つの
平板電極が設けられている。この２つの平板電極
は、互いに平行且つ上下に配置される。反応領域
には、少なくとも１つのガス入口と真空ポンプに
接続されたガス出口がある。上部電極は、高周波
AC電圧に接続される。被処理基板、即ち、食刻
されたり被覆されたりする基板が、下部電極に設
けられる。下部電極の中央には、開口が設けられ
ている。この開口を通して、処理に必要なガス
が、電極間の空間領域に供給されたり、そこから
除去される。この配置によつて、次のことが保証
される。即ち、食刻又は被覆の間に、電極間の空
間領域の縁から下部電極の開口まで、又はその逆
に、連続的に流れるガスが基板の上を横切つて通
ることである。このようなプラズマ反応装置は、
下部電極に設けられた基板を窒化シリコンのよう
な物質の層で被覆するのに用いることができる。
また、その装置は、後の処理に応じて、耐食刻マ
スクを用いてその基板を選択的に食刻したり、又
は基板表面全体を食刻したりもできる。これらの
操作中に、グロー放電が電極間に発生され、次の
ような２つの効果を生じる。即ち、一方では、電
極間の電界によつて大きな運動エネルギーを得た
ガス粒子が、基板に衝撃を与えることであり、他
方では、ガスの原子又は分子が、グロー放電中で
イオン化され、又は少なくとも化学的に励起され
ることである。どの物質が食刻されるか又はどの
物質が被覆に用いられるかによつて、使用ガス
は、選択される。プラズマ食刻のときには、ガス
粒子をイオン化した食刻活性種（etch active
species）の化学反応によつて、食刻されるべき
物質の化学的及び物理的な除去が起こり、また、
悪くすると、先に除去された物質の再付着が起こ
る。被覆のときには、反応チエンバへ供給された
反応性ガスが化学的に反応する。電極間の空間領
域におけるグロー放電は、この反応を起こした
り、又は促進したりする。被覆のときの基板の衝
撃によつて、次のような効果が生じる。即ち、一
方では、化学反応により形成された生成物がより
早く基板に付着することであり、しかしながら他
方では、先に基板に付着した物質の除去が起きる
ことである。基板を食刻する速度、又は基板に物
質を付着する速度は、前記の物理的効果と化学的
効果との相互の効果に依存する。
OS27 02 165及び米国特許第3757733号に示され
ている。そこに示されたプラズマ反応装置は、層
形成のために用いられているが、プロセス・パラ
メータを選択するなら、それらは、また、プラズ
マ食刻にも使用できる。例えば、米国特許第
3757733号に示された公知のプラズマ反応装置で
は、反応チエンバ内に例えば円形のような２つの
平板電極が設けられている。この２つの平板電極
は、互いに平行且つ上下に配置される。反応領域
には、少なくとも１つのガス入口と真空ポンプに
接続されたガス出口がある。上部電極は、高周波
AC電圧に接続される。被処理基板、即ち、食刻
されたり被覆されたりする基板が、下部電極に設
けられる。下部電極の中央には、開口が設けられ
ている。この開口を通して、処理に必要なガス
が、電極間の空間領域に供給されたり、そこから
除去される。この配置によつて、次のことが保証
される。即ち、食刻又は被覆の間に、電極間の空
間領域の縁から下部電極の開口まで、又はその逆
に、連続的に流れるガスが基板の上を横切つて通
ることである。このようなプラズマ反応装置は、
下部電極に設けられた基板を窒化シリコンのよう
な物質の層で被覆するのに用いることができる。
また、その装置は、後の処理に応じて、耐食刻マ
スクを用いてその基板を選択的に食刻したり、又
は基板表面全体を食刻したりもできる。これらの
操作中に、グロー放電が電極間に発生され、次の
ような２つの効果を生じる。即ち、一方では、電
極間の電界によつて大きな運動エネルギーを得た
ガス粒子が、基板に衝撃を与えることであり、他
方では、ガスの原子又は分子が、グロー放電中で
イオン化され、又は少なくとも化学的に励起され
ることである。どの物質が食刻されるか又はどの
物質が被覆に用いられるかによつて、使用ガス
は、選択される。プラズマ食刻のときには、ガス
粒子をイオン化した食刻活性種（etch active
species）の化学反応によつて、食刻されるべき
物質の化学的及び物理的な除去が起こり、また、
悪くすると、先に除去された物質の再付着が起こ
る。被覆のときには、反応チエンバへ供給された
反応性ガスが化学的に反応する。電極間の空間領
域におけるグロー放電は、この反応を起こした
り、又は促進したりする。被覆のときの基板の衝
撃によつて、次のような効果が生じる。即ち、一
方では、化学反応により形成された生成物がより
早く基板に付着することであり、しかしながら他
方では、先に基板に付着した物質の除去が起きる
ことである。基板を食刻する速度、又は基板に物
質を付着する速度は、前記の物理的効果と化学的
効果との相互の効果に依存する。
A.R.Reinbergは、The journal Ann.Rev.
Mater.Sci.、1979、９、p.341〜、“Plasma
deposition of inorganic thin films”において、
層のプラズマ付着について述べている。また、彼
は、Electrochemical Society Spring Meeting、
May 1976、Vol.76―１、Abstract No.50の
“Plasma etching in semiconductor
monufacture―ａ review”において、プラズ
マ食刻の研究を述べている。
Mater.Sci.、1979、９、p.341〜、“Plasma
deposition of inorganic thin films”において、
層のプラズマ付着について述べている。また、彼
は、Electrochemical Society Spring Meeting、
May 1976、Vol.76―１、Abstract No.50の
“Plasma etching in semiconductor
monufacture―ａ review”において、プラズ
マ食刻の研究を述べている。
プラズマ食刻及びプラズマ付着は、湿性化学プ
ロセスに比べて、処理基板の汚染が無視できるプ
ロセスである。最近、このようなプロセスを非常
に制御良く実施できるようになつたので、非常に
小さな許容誤差で、良く制御された結果を得るこ
とができる。このように、プラズマ食刻によつ
て、個々の基板及びプラズマ反応装置の下部電極
に設けて同時に処理する全ての基板にわたつて、
約±４％の許容誤差で、食刻の一様な深さを達成
することができる。このことは、プラズマ付着に
ついても言える。即ち、下部電極の全領域にわた
つて、一様な厚さでしかも約±５％の許容誤差
で、層をプラズマ付着することができる。プラズ
マ付着の他の利点は、付着層の例えば、回折指数
及び食刻速度のような特性が通常の方法により形
成された層と変わらないことである。製造におけ
る使用に深刻な影響を及ぼす、プラズマ・プロセ
スの欠点は、前記のような許容誤差を維持しなけ
ればならないなら、基板を食刻したり又は基板に
層を成長したりする速度が遅くなることである。
ロセスに比べて、処理基板の汚染が無視できるプ
ロセスである。最近、このようなプロセスを非常
に制御良く実施できるようになつたので、非常に
小さな許容誤差で、良く制御された結果を得るこ
とができる。このように、プラズマ食刻によつ
て、個々の基板及びプラズマ反応装置の下部電極
に設けて同時に処理する全ての基板にわたつて、
約±４％の許容誤差で、食刻の一様な深さを達成
することができる。このことは、プラズマ付着に
ついても言える。即ち、下部電極の全領域にわた
つて、一様な厚さでしかも約±５％の許容誤差
で、層をプラズマ付着することができる。プラズ
マ付着の他の利点は、付着層の例えば、回折指数
及び食刻速度のような特性が通常の方法により形
成された層と変わらないことである。製造におけ
る使用に深刻な影響を及ぼす、プラズマ・プロセ
スの欠点は、前記のような許容誤差を維持しなけ
ればならないなら、基板を食刻したり又は基板に
層を成長したりする速度が遅くなることである。
本発明の目的は、食刻及び付着の一様性や付着
層の良い特性を変えることなく、先行技術の装置
及び方法により可能な速度よりももつと速い速度
で、物質を食刻したり又は付着したりできるプラ
ズマ反応装置及びその使用方法を提供することで
ある。
層の良い特性を変えることなく、先行技術の装置
及び方法により可能な速度よりももつと速い速度
で、物質を食刻したり又は付着したりできるプラ
ズマ反応装置及びその使用方法を提供することで
ある。
物質をプラズマで付着するときには、付着速度
を最終的に決定することになる２つの効果が、同
時に生じる。即ち、一方は、反応性ガスから形成
された物質が、基板に付着されることである。他
方は、基板に衝突する粒子の運動エネルギーによ
つて、物質が除去されることである。
を最終的に決定することになる２つの効果が、同
時に生じる。即ち、一方は、反応性ガスから形成
された物質が、基板に付着されることである。他
方は、基板に衝突する粒子の運動エネルギーによ
つて、物質が除去されることである。
プロセス・パラメータを変えることにより付着
速度を上げ得ることは、先行技術のプロセスにお
いて公知となつていることであるが、しかし、こ
れは、次の欠点を伴なう。即ち、付着層の物理・
化学的特性並びに付着の異質性における急激な変
化を我慢しなければならないということである。
本発明によるプラズマ反応装置を用いると、驚く
ことに、プロセス・パラメータを変えないで、本
発明によらない反応装置よりも速い速度で、層を
付着形成することができる。プロセス・パラメー
タを変えないので、付着層の例えば回折指数及
び／食刻速度のような特性は、通常のプラズマ反
応装置で付着した層のものと、同じである。この
ような効果が観測されるのは、たぶん、上部電極
のうちの電極物質が存在していない領域の外側に
おける電界が乱れて弱くなるためであろう。これ
らの領域の下における弱くなつた電界によつて、
基板に衝突する粒子が物質を除去することは、弱
められるので、基板表面における反応速度は、上
がることになる。こうして、公知のプラズマ反応
装置の付着速度を越える付着速度を達成できる。
速度を上げ得ることは、先行技術のプロセスにお
いて公知となつていることであるが、しかし、こ
れは、次の欠点を伴なう。即ち、付着層の物理・
化学的特性並びに付着の異質性における急激な変
化を我慢しなければならないということである。
本発明によるプラズマ反応装置を用いると、驚く
ことに、プロセス・パラメータを変えないで、本
発明によらない反応装置よりも速い速度で、層を
付着形成することができる。プロセス・パラメー
タを変えないので、付着層の例えば回折指数及
び／食刻速度のような特性は、通常のプラズマ反
応装置で付着した層のものと、同じである。この
ような効果が観測されるのは、たぶん、上部電極
のうちの電極物質が存在していない領域の外側に
おける電界が乱れて弱くなるためであろう。これ
らの領域の下における弱くなつた電界によつて、
基板に衝突する粒子が物質を除去することは、弱
められるので、基板表面における反応速度は、上
がることになる。こうして、公知のプラズマ反応
装置の付着速度を越える付着速度を達成できる。
プラズマ反応装置における付着は、基板に限定
されるものではなく、上部電極全体にわたつて行
なわれるものである。上部電極において、下部電
極の基板に対向する位置で基板の主要部分に重複
するような領域には電極物質が存在しないように
すると、基板においてのみ、付着速度が上がる。
これは、次のような利点を伴なう、即ち、平板型
の反応装置では、下部電極を食刻できれいにしな
ければならなくなるまでに大変長い時間、付着に
使用することができることである。
されるものではなく、上部電極全体にわたつて行
なわれるものである。上部電極において、下部電
極の基板に対向する位置で基板の主要部分に重複
するような領域には電極物質が存在しないように
すると、基板においてのみ、付着速度が上がる。
これは、次のような利点を伴なう、即ち、平板型
の反応装置では、下部電極を食刻できれいにしな
ければならなくなるまでに大変長い時間、付着に
使用することができることである。
通常のプラズマ反応装置を用いたプラズマ食刻
では、電極間の空間領域全体に、食刻活性種が形
成される。この結果、食刻活性種の多くは、それ
らの食刻効果を発揮できるようになるまえに、ガ
スの流れによつて運び去られてしまう。先に述べ
たように、本発明によるプラズマ反応装置では、
特別設計の上部電極によつて、電極間の空間領域
における電界が部分的に乱れる。そして反応活性
種は、むしろ電界の乱れる領域に形成される。こ
の電界の乱れる領域に、基板を位置合わせして配
置するなら、基板をより高濃度の食刻活性種に当
てることになり、従つて、基板を公知のプラズマ
反応装置における食刻速度よりも速い速度で食刻
することができる。
では、電極間の空間領域全体に、食刻活性種が形
成される。この結果、食刻活性種の多くは、それ
らの食刻効果を発揮できるようになるまえに、ガ
スの流れによつて運び去られてしまう。先に述べ
たように、本発明によるプラズマ反応装置では、
特別設計の上部電極によつて、電極間の空間領域
における電界が部分的に乱れる。そして反応活性
種は、むしろ電界の乱れる領域に形成される。こ
の電界の乱れる領域に、基板を位置合わせして配
置するなら、基板をより高濃度の食刻活性種に当
てることになり、従つて、基板を公知のプラズマ
反応装置における食刻速度よりも速い速度で食刻
することができる。
本発明によるプラズマ反応装置では、上部電極
のうち、下部電極上の基板によつて定まる位置及
び形状の領域には、電極物質が存在しない。示さ
れたように、電極間の空間領域におけるガスの流
れが、上部電極の設計に影響されないようにする
ために、上記の領域においては、電極物質の代わ
りに誘電物質が設けられる。上部電極は、基板が
配置されている下部電極の少なくとも一部分を覆
う。驚くべきことに、このように設計されたプラ
ズマ反応装置を、その他の点では公知のプロセス
及び構成と同じ条件で用いたときには、基板につ
いての食刻及び被覆の両方の速度が増加すること
が発見された。例えば、もし上部電極に円形の開
孔が設けられるなら、他の領域に比べて真下の基
板領域では、約30％を越える窒化シリコンの成長
がある。この基板領域は、開孔の下部電極におけ
る投影部分と同心の円形になつているばかりでな
く、電極間隔が約2.5cmのときには、その半径は、
上部電極の開孔の２倍の大きさである。このよう
に設計されたプラズマ反応装置を窒化シリコンの
食刻に用いたときには、円形の領域ばかりでな
く、開孔の場所からガスが流れる方向に伸びるす
い星の尾部のような漸減的ゾーンにおいても、食
刻が促進することが発見された。もし、プラズマ
反応装置を被覆に用いるなら、上部電極は、次の
ように設計するのが好ましい。即ち、大体円形の
各基板の上に、１つの円形開孔が存在し、この開
孔の中心が、各基板の中心とまさに一致してお
り、この開孔の直径が、基板の直径の半分に過ぎ
ないように設計することである。物質が、基板表
面ばかりでなく、下部電極における基板間の領域
にも付着するときには、上部電極についての上記
のような設計は、利点がある。なぜなら、そのよ
うに設計すると付着速度が増加する領域は、大体
基板表面であり、一方、物質の付着を望まない領
域では、基板の領域における付着速度よりもずつ
と遅い速度で付着が進むからである。食刻のとき
には、条件は異なる。なぜなら、基板表面のみ食
刻され、基板間の領域は、食刻されないからであ
る。それ故に、食刻に用いるプラズマ反応装置に
ついては、食刻される基板の全表面における食刻
速度が増加するように、上部電極における電極物
質の存在しない領域が位置付けられ且つ形付けら
れている限りは、上部電極の設計が臨界的になる
ことはない。まず、驚くべきことに、先に指摘し
たように、上部電極における例えば円形の開孔
は、物質を付着するか又は食刻するかに依存し
て、下部電極の異なるサイズ及び形状の領域に影
響を及ぼす。付着のときには、付着速度が増加す
る領域は、開孔の円形に対応した円形の領域であ
り、一方、食刻のときには、食刻速度が増加する
領域は、開孔の下及び開孔の直ぐ近くの下の空間
領域ばかりでなく、ガスが流れる方向に延長した
空間領域である。この相異は、明らかに、次の事
実による。即ち、付着のときには、まさに被覆表
面における成長過程及びそのような表面反応が、
上部電極における開孔を通して影響を受ける。一
方、食刻のときには、食刻活性種の濃度が電極間
の空間領域で影響を受け、従つてガス相の反応が
影響を受ける。これらの食刻活性種がガスの流れ
によつて影響を受けるときには、食刻活性種の濃
度が増加する領域は、開孔の下及び開孔の直ぐ近
くの下の空間領域ばかりでなく、ガスが流れる方
向に延長した空間領域である。
のうち、下部電極上の基板によつて定まる位置及
び形状の領域には、電極物質が存在しない。示さ
れたように、電極間の空間領域におけるガスの流
れが、上部電極の設計に影響されないようにする
ために、上記の領域においては、電極物質の代わ
りに誘電物質が設けられる。上部電極は、基板が
配置されている下部電極の少なくとも一部分を覆
う。驚くべきことに、このように設計されたプラ
ズマ反応装置を、その他の点では公知のプロセス
及び構成と同じ条件で用いたときには、基板につ
いての食刻及び被覆の両方の速度が増加すること
が発見された。例えば、もし上部電極に円形の開
孔が設けられるなら、他の領域に比べて真下の基
板領域では、約30％を越える窒化シリコンの成長
がある。この基板領域は、開孔の下部電極におけ
る投影部分と同心の円形になつているばかりでな
く、電極間隔が約2.5cmのときには、その半径は、
上部電極の開孔の２倍の大きさである。このよう
に設計されたプラズマ反応装置を窒化シリコンの
食刻に用いたときには、円形の領域ばかりでな
く、開孔の場所からガスが流れる方向に伸びるす
い星の尾部のような漸減的ゾーンにおいても、食
刻が促進することが発見された。もし、プラズマ
反応装置を被覆に用いるなら、上部電極は、次の
ように設計するのが好ましい。即ち、大体円形の
各基板の上に、１つの円形開孔が存在し、この開
孔の中心が、各基板の中心とまさに一致してお
り、この開孔の直径が、基板の直径の半分に過ぎ
ないように設計することである。物質が、基板表
面ばかりでなく、下部電極における基板間の領域
にも付着するときには、上部電極についての上記
のような設計は、利点がある。なぜなら、そのよ
うに設計すると付着速度が増加する領域は、大体
基板表面であり、一方、物質の付着を望まない領
域では、基板の領域における付着速度よりもずつ
と遅い速度で付着が進むからである。食刻のとき
には、条件は異なる。なぜなら、基板表面のみ食
刻され、基板間の領域は、食刻されないからであ
る。それ故に、食刻に用いるプラズマ反応装置に
ついては、食刻される基板の全表面における食刻
速度が増加するように、上部電極における電極物
質の存在しない領域が位置付けられ且つ形付けら
れている限りは、上部電極の設計が臨界的になる
ことはない。まず、驚くべきことに、先に指摘し
たように、上部電極における例えば円形の開孔
は、物質を付着するか又は食刻するかに依存し
て、下部電極の異なるサイズ及び形状の領域に影
響を及ぼす。付着のときには、付着速度が増加す
る領域は、開孔の円形に対応した円形の領域であ
り、一方、食刻のときには、食刻速度が増加する
領域は、開孔の下及び開孔の直ぐ近くの下の空間
領域ばかりでなく、ガスが流れる方向に延長した
空間領域である。この相異は、明らかに、次の事
実による。即ち、付着のときには、まさに被覆表
面における成長過程及びそのような表面反応が、
上部電極における開孔を通して影響を受ける。一
方、食刻のときには、食刻活性種の濃度が電極間
の空間領域で影響を受け、従つてガス相の反応が
影響を受ける。これらの食刻活性種がガスの流れ
によつて影響を受けるときには、食刻活性種の濃
度が増加する領域は、開孔の下及び開孔の直ぐ近
くの下の空間領域ばかりでなく、ガスが流れる方
向に延長した空間領域である。
第１Ａ図及び第１Ｂ図は、層を食刻したり層を
付着するのに適した例を示している。プラズマ反
応装置には、２つの円形電極１及び２が設けられ
ている。本発明によるプラズマ反応装置の全ての
例に対して、この円形電極が使用されるが、電極
の形状は任意である。電極物質及び誘電性物質か
ら成る電極２の領域が、基板３を配置する下部電
極１の全領域並びにできれば開口５を覆うことが
重要である。これは、ガスが最適に基板３を横切
つて流れるようにするのに必要である。上部電極
２は、高周波AC電圧に接続される。円形の半導
体ウエハのような基板３を、下部電極１の上に配
置する。電極物質７における基板３の上に対応す
る部分には、次のような開孔が設けられている。
即ち、その開孔と基板とは、中心が一致して形状
が類似しているが、開孔の半径は、基板の半径の
半分よりも小さい。この開孔には、石英が設けら
れる。電極１の中心には、開口５が設けられてい
る。開口５を通して、ガス６を電極間の空間領域
に供給したり、そこから除去したりする。第１Ａ
図の電極構成を、図示しなかつた次のような反応
チエンバ中で実施する。即ち、このチエンバに
は、少なくとも１つのガス供給手段と、真空ポン
プに接続された排気手段とが設けられている。開
孔の大きさが基板の大きさよりも小さくなる率
は、電極の間隔及び以下に説明する反応基準に依
存しており、テストによつて決定されるべきであ
る。上記の理由より、プラズマ反応装置を物質の
付着に用いるなら、開孔対基板のサイズ比、開孔
及び基板の形状的類似性並びに基板に対する開孔
の位置が、問題になるだけである。プラズマ反応
装置を食刻に用いるなら、基板全体を下部電極の
次のような領域内に配置しなければならない。即
ち、上部電極の開孔が食刻速度を増大させるとこ
ろである。即ち、プラズマ反応装置を食刻に用い
るなら、開孔は基板と同じ位の大きさまで大きく
しても良いし、開孔と基板とは必ずしも形状が類
似している必要はなく、開孔と基板との中心は、
互いに上下で厳密に一致している必要はない。
付着するのに適した例を示している。プラズマ反
応装置には、２つの円形電極１及び２が設けられ
ている。本発明によるプラズマ反応装置の全ての
例に対して、この円形電極が使用されるが、電極
の形状は任意である。電極物質及び誘電性物質か
ら成る電極２の領域が、基板３を配置する下部電
極１の全領域並びにできれば開口５を覆うことが
重要である。これは、ガスが最適に基板３を横切
つて流れるようにするのに必要である。上部電極
２は、高周波AC電圧に接続される。円形の半導
体ウエハのような基板３を、下部電極１の上に配
置する。電極物質７における基板３の上に対応す
る部分には、次のような開孔が設けられている。
即ち、その開孔と基板とは、中心が一致して形状
が類似しているが、開孔の半径は、基板の半径の
半分よりも小さい。この開孔には、石英が設けら
れる。電極１の中心には、開口５が設けられてい
る。開口５を通して、ガス６を電極間の空間領域
に供給したり、そこから除去したりする。第１Ａ
図の電極構成を、図示しなかつた次のような反応
チエンバ中で実施する。即ち、このチエンバに
は、少なくとも１つのガス供給手段と、真空ポン
プに接続された排気手段とが設けられている。開
孔の大きさが基板の大きさよりも小さくなる率
は、電極の間隔及び以下に説明する反応基準に依
存しており、テストによつて決定されるべきであ
る。上記の理由より、プラズマ反応装置を物質の
付着に用いるなら、開孔対基板のサイズ比、開孔
及び基板の形状的類似性並びに基板に対する開孔
の位置が、問題になるだけである。プラズマ反応
装置を食刻に用いるなら、基板全体を下部電極の
次のような領域内に配置しなければならない。即
ち、上部電極の開孔が食刻速度を増大させるとこ
ろである。即ち、プラズマ反応装置を食刻に用い
るなら、開孔は基板と同じ位の大きさまで大きく
しても良いし、開孔と基板とは必ずしも形状が類
似している必要はなく、開孔と基板との中心は、
互いに上下で厳密に一致している必要はない。
第２Ａ図及び第２Ｂ図は、本発明の他の実施例
における電極構成を示す断面図及び平面図であ
る。２つの円形の電極１及び２を配置している。
下部電極１は、第１Ａ図の下部電極１と同じであ
る。上部電極２は、リング電極７から成る。リン
グ電極の外径は、下部電極１の外径と同じである
のが好ましい。リング電極７は、例えば石英のよ
うな誘電性物質の円盤体４を囲んでいる。円盤体
４の上面、即ち電極間の空間領域に面していない
表面には、第２Ｂ図に示されているような十字形
状の導電体９が設けられている。導電体９は、電
源とリング電極７とを電気的に相互接続する働き
を有している。もしプラズマがリング電極７と下
部電極１との間でのみ形成され、導電体９と下部
電極１との間では形成されないなら、第２Ａ図に
は示されていないがリンク電極７から絶縁された
メタル・シールド（metal shield）が、円盤体４
の底面、即ち電極間の空間領域に面した表面に提
供されるという利点がある。上記の説明から、第
２Ａ図及び第２Ｂ図に示された例は、もつぱらプ
ラズマ食刻に対して都合の良いものである。全表
面の食刻速度が促進されるように基板３を設けな
ければならない、下部電極１における領域は、リ
ング電極７によつて、定まる。リング電極７の外
周と内周との差は、電極の間隔及び食刻条件によ
り決まる。第２Ａ図及び第２Ｂ図の例では、ガス
は、一方向のみ、即ち電極間の空間領域の外側か
ら下部電極１の中央の開口５へと流れる。
における電極構成を示す断面図及び平面図であ
る。２つの円形の電極１及び２を配置している。
下部電極１は、第１Ａ図の下部電極１と同じであ
る。上部電極２は、リング電極７から成る。リン
グ電極の外径は、下部電極１の外径と同じである
のが好ましい。リング電極７は、例えば石英のよ
うな誘電性物質の円盤体４を囲んでいる。円盤体
４の上面、即ち電極間の空間領域に面していない
表面には、第２Ｂ図に示されているような十字形
状の導電体９が設けられている。導電体９は、電
源とリング電極７とを電気的に相互接続する働き
を有している。もしプラズマがリング電極７と下
部電極１との間でのみ形成され、導電体９と下部
電極１との間では形成されないなら、第２Ａ図に
は示されていないがリンク電極７から絶縁された
メタル・シールド（metal shield）が、円盤体４
の底面、即ち電極間の空間領域に面した表面に提
供されるという利点がある。上記の説明から、第
２Ａ図及び第２Ｂ図に示された例は、もつぱらプ
ラズマ食刻に対して都合の良いものである。全表
面の食刻速度が促進されるように基板３を設けな
ければならない、下部電極１における領域は、リ
ング電極７によつて、定まる。リング電極７の外
周と内周との差は、電極の間隔及び食刻条件によ
り決まる。第２Ａ図及び第２Ｂ図の例では、ガス
は、一方向のみ、即ち電極間の空間領域の外側か
ら下部電極１の中央の開口５へと流れる。
第３Ａ図及ぼ第３Ｂ図は、本発明の第３の実施
例における電極構成を示す、断面図及び平面図で
ある。２つの円形の電極が、互いに平行に向い合
つて配置される。下部電極１は、第１Ａ図及び第
２Ａ図のものと同じである。上部電極２は、電極
物質の円盤体７から成り、石英リング４によつて
囲まれている。石英リング４は、高周波AC電圧
に接続されるが、その外周は、下部電極１の外周
とほぼ同じである。先に説明した理由から、第３
Ａ図及び第３Ｂ図の例は、層を成長するよりも層
を食刻するのに適している。基板の食刻速度が増
大する、下部電極１における領域は、石英リング
４に対応するところである。この部分の内側縁部
は、下部電極１における円盤体７の投影部分と重
複する。重複部分の面積は、電極の間隔及び食刻
条件に依存する。第３Ａ図及び第３Ｂ図の例で
は、ガスは、開口５を通つて電極間の空間領域へ
流れる。
例における電極構成を示す、断面図及び平面図で
ある。２つの円形の電極が、互いに平行に向い合
つて配置される。下部電極１は、第１Ａ図及び第
２Ａ図のものと同じである。上部電極２は、電極
物質の円盤体７から成り、石英リング４によつて
囲まれている。石英リング４は、高周波AC電圧
に接続されるが、その外周は、下部電極１の外周
とほぼ同じである。先に説明した理由から、第３
Ａ図及び第３Ｂ図の例は、層を成長するよりも層
を食刻するのに適している。基板の食刻速度が増
大する、下部電極１における領域は、石英リング
４に対応するところである。この部分の内側縁部
は、下部電極１における円盤体７の投影部分と重
複する。重複部分の面積は、電極の間隔及び食刻
条件に依存する。第３Ａ図及び第３Ｂ図の例で
は、ガスは、開口５を通つて電極間の空間領域へ
流れる。
本発明による反応装置を用いて行なう食刻及び
付着のプロセスは、公知の反応装置と同じ条件の
下で、実施される。従つて、本発明による反応装
置で基板を食刻するときの食刻速度は、使用混合
ガスの組成、ガス流量、ガス圧、電力、基板の温
度、並びに食刻過程に関与するガス粒子の基板表
面における運動、即ち、拡散、吸着及び脱着のよ
うな現象よつて決まる。食刻について述べたのと
同じパラメータが、また公知のプラズマ反応装置
で層を成長するときの成長速度にも、重大な影響
をおよぼす。しかしながら、本発明による反応装
置を用いるときには、重大な付加的パラメータ
は、プラズマ反応装置における上部電極の特別な
設計と、下部電極における基板の位置とである。
基板のこの位置は、上部電極の特別な設計に適合
するように決められる。本発明によるプラズマ反
応装置で食刻又は付着のプロセスを行なうときに
は、どのような上部電極に設計するかによつて、
例えば、第１Ａ図から第３Ｂ図までに示した実施
例に応じて、食刻又は成長の速度が確実に促進さ
れる、下部電極の領域内に、全ての基板をそれら
の全表面までもが入るように配置する必要があ
る。
付着のプロセスは、公知の反応装置と同じ条件の
下で、実施される。従つて、本発明による反応装
置で基板を食刻するときの食刻速度は、使用混合
ガスの組成、ガス流量、ガス圧、電力、基板の温
度、並びに食刻過程に関与するガス粒子の基板表
面における運動、即ち、拡散、吸着及び脱着のよ
うな現象よつて決まる。食刻について述べたのと
同じパラメータが、また公知のプラズマ反応装置
で層を成長するときの成長速度にも、重大な影響
をおよぼす。しかしながら、本発明による反応装
置を用いるときには、重大な付加的パラメータ
は、プラズマ反応装置における上部電極の特別な
設計と、下部電極における基板の位置とである。
基板のこの位置は、上部電極の特別な設計に適合
するように決められる。本発明によるプラズマ反
応装置で食刻又は付着のプロセスを行なうときに
は、どのような上部電極に設計するかによつて、
例えば、第１Ａ図から第３Ｂ図までに示した実施
例に応じて、食刻又は成長の速度が確実に促進さ
れる、下部電極の領域内に、全ての基板をそれら
の全表面までもが入るように配置する必要があ
る。
本発明によるプラズマ反応装置は、一般に、プ
ラズマ食刻及びプラズマ付着の全てのプロセスに
適している。特に、窒化シリコン、二酸化シリコ
ン及びポリシリコンの付着及び食刻に用いると、
優れた効果が得られる。
ラズマ食刻及びプラズマ付着の全てのプロセスに
適している。特に、窒化シリコン、二酸化シリコ
ン及びポリシリコンの付着及び食刻に用いると、
優れた効果が得られる。
本発明によるプラズマ反応装置を用いる、基板
の食刻及び基板上の成長について、各々１つの例
を掲げて、以下詳細に述べることにする。
の食刻及び基板上の成長について、各々１つの例
を掲げて、以下詳細に述べることにする。
例
化学気相付着によりシリコン・ウエハに形成し
た窒化シリコン層を、CF4及びO2から形成したプ
ラズマ中で食刻することを述べる。用いたプラズ
マ反応装置には、第１Ａ図及び第１Ｂ図に概略的
に示したのと類似する設計の上部電極が設けられ
ている。電極間隔は、5.2cmであつた。基板の全
体ではないが一部分が、上部電極の開孔の下に位
置するように、基板を設けた。基板の直径は、開
孔の直径の約２倍である。幾つかの基板は、上部
電極の開孔によつて影響されないような下部電極
の領域に設けた。即ち、それらを、開孔の真下や
すい星の尾部のような領域には、配置しなかつ
た。テスト・パラメータは、以下のとおりであ
る。即ち、 CF4流量 480ml／分＋） O2流量 33ml／分 ＋） ガス圧 3.33mbar 電 力 300ワツト 基板温度 200℃ 時 間（各々） 90秒 ＋）通常の条件下 上部電極の開孔の下に配置した基板について
は、食刻速度は、0.59nm／秒であつた。一方、
そのような開孔の影響を受けなかつた基板につい
ては、食刻速度は、0.21nm／秒であつた。従つ
て、開孔の下の基板の食刻速度は、開孔の下に配
置しなかつた基板の食刻速度に比べて2.81倍も大
きくなつている。開孔の下の基板の食刻均一性
は、基板表面全体で、±３％であつた。
た窒化シリコン層を、CF4及びO2から形成したプ
ラズマ中で食刻することを述べる。用いたプラズ
マ反応装置には、第１Ａ図及び第１Ｂ図に概略的
に示したのと類似する設計の上部電極が設けられ
ている。電極間隔は、5.2cmであつた。基板の全
体ではないが一部分が、上部電極の開孔の下に位
置するように、基板を設けた。基板の直径は、開
孔の直径の約２倍である。幾つかの基板は、上部
電極の開孔によつて影響されないような下部電極
の領域に設けた。即ち、それらを、開孔の真下や
すい星の尾部のような領域には、配置しなかつ
た。テスト・パラメータは、以下のとおりであ
る。即ち、 CF4流量 480ml／分＋） O2流量 33ml／分 ＋） ガス圧 3.33mbar 電 力 300ワツト 基板温度 200℃ 時 間（各々） 90秒 ＋）通常の条件下 上部電極の開孔の下に配置した基板について
は、食刻速度は、0.59nm／秒であつた。一方、
そのような開孔の影響を受けなかつた基板につい
ては、食刻速度は、0.21nm／秒であつた。従つ
て、開孔の下の基板の食刻速度は、開孔の下に配
置しなかつた基板の食刻速度に比べて2.81倍も大
きくなつている。開孔の下の基板の食刻均一性
は、基板表面全体で、±３％であつた。
例
次の例は、シリコン基板に窒化シリコン層を成
長するものである。用いたプラズマ反応装置に
は、第１Ａ図及び第１Ｂ図に概略的に示したよう
な設計の上部電極が設けられている。SiH4、
NH3及びArを含む雰囲気中で、プラズマを発生
した。幾つかの基板を、上部電極の開孔の真下に
配置した。開孔の直径は、基板の直径の大体半分
であつた。幾つかの基板は、次のように下部電極
に配置された。即ち、それら基板の全表面が、開
孔の真下で基板サイズを有する下部電極における
領域の外に、位置するようにである。電極間隔は
2.54cmであつた。窒化シリコンの付着は、以下の
パラメータを用いて行なわれた。即ち、 SiH4流量（100％SiH4） 36ml／分 ＋） NH3流量 ） 360ml／分 ＋） Ar流量 570ml／分 ＋） ガス圧 1.1mbar 基板温度 200℃ 電 力 200ワツト 付着時間 10分 ＋）通常の条件下 ）10％（体積）のNH3を有するAr―NH3混
合ガス 開孔の下に配置した基板については、付着速度
は、0.14nm／秒であつた。開孔の下に配置しな
かつた基板については、付着速度は、0.12nm／
秒であつた。従つて、開孔の下の付着速度は、開
孔の影響を受けない領域の付着速度よりも、1.17
倍大きくなつている。驚くことに、成長速度が異
なるにもかかわらず成長した全ての層は、回折指
数（1.88）及び食刻速度が同じであつた。
長するものである。用いたプラズマ反応装置に
は、第１Ａ図及び第１Ｂ図に概略的に示したよう
な設計の上部電極が設けられている。SiH4、
NH3及びArを含む雰囲気中で、プラズマを発生
した。幾つかの基板を、上部電極の開孔の真下に
配置した。開孔の直径は、基板の直径の大体半分
であつた。幾つかの基板は、次のように下部電極
に配置された。即ち、それら基板の全表面が、開
孔の真下で基板サイズを有する下部電極における
領域の外に、位置するようにである。電極間隔は
2.54cmであつた。窒化シリコンの付着は、以下の
パラメータを用いて行なわれた。即ち、 SiH4流量（100％SiH4） 36ml／分 ＋） NH3流量 ） 360ml／分 ＋） Ar流量 570ml／分 ＋） ガス圧 1.1mbar 基板温度 200℃ 電 力 200ワツト 付着時間 10分 ＋）通常の条件下 ）10％（体積）のNH3を有するAr―NH3混
合ガス 開孔の下に配置した基板については、付着速度
は、0.14nm／秒であつた。開孔の下に配置しな
かつた基板については、付着速度は、0.12nm／
秒であつた。従つて、開孔の下の付着速度は、開
孔の影響を受けない領域の付着速度よりも、1.17
倍大きくなつている。驚くことに、成長速度が異
なるにもかかわらず成長した全ての層は、回折指
数（1.88）及び食刻速度が同じであつた。
第１Ａ図、第１Ｂ図、第２Ａ図、第２Ｂ図、第
３Ａ図及び第３Ｂ図は、本発明によるプラズマ反
応装置における電極空間領域の３つの例を各々示
す断面図及び平面図である。
３Ａ図及び第３Ｂ図は、本発明によるプラズマ反
応装置における電極空間領域の３つの例を各々示
す断面図及び平面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２つの平板状電極を互いに平行且つ上下に配
置して、上部電極には高周波AC電圧を印加し、
下部電極には反応ガスを通す中央開口を設けて下
部電極上に被処理基板を配置するプラズマ反応装
置において、 前記上部電極のうち、少なくとも前記基板の上
の電界が選択的に弱くなるように、前記基板に対
向する位置で前記基板の主要部分と重複する領域
に、電極物質が存在しないようにしたことを特徴
とするプラズマ反応装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP82102224A EP0089382B1 (de) | 1982-03-18 | 1982-03-18 | Plasmareaktor und seine Anwendung beim Ätzen und Beschichten von Substraten |
| EP82102224.1 | 1982-03-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58168236A JPS58168236A (ja) | 1983-10-04 |
| JPH0213810B2 true JPH0213810B2 (ja) | 1990-04-05 |
Family
ID=8188928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58039325A Granted JPS58168236A (ja) | 1982-03-18 | 1983-03-11 | プラズマ反応装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4461237A (ja) |
| EP (1) | EP0089382B1 (ja) |
| JP (1) | JPS58168236A (ja) |
| DE (1) | DE3272669D1 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5947732A (ja) * | 1982-09-10 | 1984-03-17 | Hitachi Ltd | 半導体製造装置 |
| US4576698A (en) * | 1983-06-30 | 1986-03-18 | International Business Machines Corporation | Plasma etch cleaning in low pressure chemical vapor deposition systems |
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