JPH0469416B2 - - Google Patents

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JPH0469416B2
JPH0469416B2 JP59130829A JP13082984A JPH0469416B2 JP H0469416 B2 JPH0469416 B2 JP H0469416B2 JP 59130829 A JP59130829 A JP 59130829A JP 13082984 A JP13082984 A JP 13082984A JP H0469416 B2 JPH0469416 B2 JP H0469416B2
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 本発明は、改良されたプラズマ・リアクタ装置
及び方法、詳細に云えば、加工物をその装置の中
でエツチングするための多重周波プラズマ・リア
クタ装置及び方法、に関するものである。
プラズマ・エツチング及び、反応性イオン・エ
ツチング（RIE）は、半導体デバイス製造のよう
なある種の加工物の精密エツチングにおいて、重
要な工程となつた。普通、同一設備で実施されう
る、前記２工程の差異は、使用される圧力範囲及
び、励起された反応種の平均自由行程に於ける、
当然の差異より生ずる。この２工程は、一括して
こゝではプラズマ・エツチングと呼ぶことにす
る。プラズマ・エツチングは、ドライ・エツチン
グ技術の１種で、加工物が、一般には、エツチン
グ材料溶液容器に浸される、陳腐なウエツト・エ
ツチングより多数の利点を有する。その利点は、
低コスト、汚染問題の減少、危険化学薬品への接
触の減少、寸法制御の高度化、均一性の増加エツ
チグ選択性の改善、工程弾力性の増加、を含む。
然し、現在のプラズマ・エツチ・システムでは、
これら利点全部を、同時に達成することは、一般
に可能でなかつた。それ故、上述の利点のいくつ
かを、同時に達成可能な設備及び工程にたいする
必要性が存在した。
それ故、本発明の目的は、改良されたプラズ
マ・リアクタ装置を提供することである。
本発明の他の目的は、工程弾力性を高める、改
良されたプラズマ・エツチ・工程の提供である。
本発明の他の目的は、今迄実用のものより、イ
オン濃度及びイオン・エネルギーの、高度制御能
力を具えた、改良されたプラズマ工程を、提供す
ることである。
本発明の、なお他の目的は、改良されたプラズ
マ・リアクタ装置及び改良されたエツチング均一
性、改良されたエツチング選択性、改良された寸
法制御性を具えた装置において実施する工程を提
供することである。
発明の簡単な概要 前記及び他の目的や利点は、多重周波プラズマ
リアクタ装置を利用した本発明により達成され
る。プラズマリアクタ装置は、３個の電極を具え
る。第１電極は、接地され、他方、第２電極は、
選択的に高周波AC電源に接続され、第３電極は、
選択的に低周波AC電源に接続される。電極間に
設置された高周波電界及びまたは、低周波電界に
より発生されたプラズマが、装置中に注入された
励起された核種をつくり出す。励起された核種
は、リアクタ中に設置された加工物を、精密にエ
ツチングする作用をする。
好ましい実施例の詳細説明 プラズマ・リアクタ及びプラズマ工程に関連す
る術語では、10MHz以上の周波数はいずれも、
“高周波”と呼ぶのが普通である。従つて、1MHz
以下の周波数はいずれも、“低周波数”と呼ばれ
るならわしである。反応ガスに印加されるRF電
力の周波数は、そのガスより発生されるプラズマ
にかなりの影響を持つている。例えば第１図は、
プラズマを構成する反応ガス中で起こる解離量に
対する周波数影響（効果）を図示する。解離度
は、周波数が約10MHzを超過するまでは低いまゝ
である。第１図はまた、プラズマ中に発生された
イオンエネルギーによる周波数の影響を図示す
る。イオン・エネルギーは、一般に低周波数にお
いて高く、周波数が増加するにつれて、急速に低
下する。プラズマ中に於ける反応ガスの解離量及
びイオン・エネルギーは、エツチングの均一性、
エツチング速度（rate）に著じるしい影響を有す
る。エツチングの均一性は、高周波電力の強い機
能であり、エツチング速度（etch rate）は、例
えば、酸化物エツチングの場合は、低周波電力の
強い機能である。本発明にもとづく、高度の均一
性及び高いエツチング速度は、高周波電源及び低
周波電源の組合せで、３電極を使用するプラズ
マ・リアクタ装置の利用により達成される。本発
明にもとづく装置の１実施例が、第２図に断面で
図示される。本装置は、第１電極１０、第２電極
１２及び第３電極１４を含む。第１、第３電極
は、普通円形であり、第２電極は環状（ring−
shaped）である。第１、第２電極間及び第２、
第３電極間にはそれぞれ、環状セラミツク絶縁物
１６及び１８が、電気的分離のため具えられる。
３個の電極及び２個のセラミツク・リングが全部
で、普通円筒型の反応室（reaction Volume）２
０を密閉する。図示されないが、電極には、水冷
却のような温度制御手段が、取付けられうる。
ガス入口２２が、反応ガスが反応室への進入の
ために設けられる。ガス出口２４は、図示されて
いない真空ポンプの作用のもとで反応室の反応生
成物の出口として具えられる。上部プレート２６
及び締め付けリング２８は、プラズマ・リアクタ
の各部品を、機械的に一体に保持する。
下方電極１４は、垂直方向の移動に適合する。
この電極は下げれば、装置を開放し、反応室２０
中に加工物を配置することを可能ならしめる。加
工物は、加工物保持器として機能する電極上に直
接置くこともでき、その後電極は、密閉位置に上
げられうる。
本発明によれば、高周波電源３０及び低周波電
源３６は、それぞれ第２電極及び第３電極に接続
され、その結果、高周波及び低周波電界が反応室
内に設定され、入口２２を介してリアクタ中に入
る反応ガスに作用する。本発明の好ましい一実施
例に於いて、上部電極１０は、接地に接続され
る。この電極は、高周波及び低周波AC電源並び
にDC電源に対して基準接地となり、システムに
対する共通接地として機能する。第２電極即ち、
円筒リング状電極１２は、マツチング（整合）回
路網３２を介して高周波AC電源３０に接続され
る。その電力は、順方向及び反射（forward and
reflected）電力を含み、電力計３４によりモニ
ターされる。下方電極１４は、マツチング回路網
３８をへて低周波AC電源３６に接続される。低
周波電力は、電力計４０によりモニターされる。
高周波電源は約13.56MHzの周波数（FCCにより、
産業用に割当てられる周波数）であるのが好まし
く、低周波電源は、約100KHzの周波数が好まし
い。
本発明の１実施例に於いては、下方電極はま
た、DC電源４２に接続される。DC電力の使用
は、圧力や電力とは無関係に、変化されるプラズ
マにより誘起される多量のDCバイアスを許すこ
とである。
本発明の更に他の実施例に於いては、例えば、
高周波電源３０の周波数に周調したインダクタ４
６及びコンデンサ４８を含む直列回路４４が、低
周波電極１４と接地の間に接続される。スイツチ
４９は、直列回路４４を電極１４に選択的に接続
することを可能にする。
本発明によれば、装置の運転中には、例えば半
導体ウエーハのような加工物は、電極１４に置か
れ、反応室は、所望の低圧力に減圧される。そこ
で反応ガスは、反応室に入れられ、電源は電圧を
印加される。DC電力給電の有無にかかわらず、
AC電源は１個または、両方に、電圧が印加され
る。何れかのAC電源（AC supply）は、反応室
中にプラズマを発生させるので、反応ガスの励起
核種がつくり出される。高周波電源３２に電圧を
印加すれば、主として上部電極１０と側面電極１
２の間に存在する電界が形成される。低周波電源
３６に電圧を印加すれば、主として下方電極１４
と上部電極１０の間に存在する低周波電界が形成
される。反応室中及び下方電極に置かれた加工物
に接近したこれら２電界の組合せが、プラズマ中
のイオンに高イオンエネルギーを与えるととも
に、反応ガスに最大の解離を起こさせることにな
る。
スイツチ４９を閉鎖することによる直列回路４
４の選択的使用は２つの効果を有する。第１に
は、高周波電源に関し、接地において下方電極１
４を効果的に配置する同調直列回路は、高周波電
極と接地電極との間で電極面積（area）比を変
化させる。これは、物理的にリアクタを変更する
ことなく、プラズマ・シース（さや；sheath）電
圧に影響を及ぼす。第２には、直列タンク回路を
下方電極に選択的に接続することにより、加工物
自体に高周波電源を接続する。それによりエツチ
ング速度やある種の膜層に対するエツチング選択
性を、最高に利用することが可能となる。例え
ば、シリコンのエツチング速度は、低周波におい
て高く、高周波では急激に低下する。これとは反
対に、アルミニウムは、低周波ではゆるやかにエ
ツチングし、高周波では急速にエツチングする。
かくして、低周波電源を、選択的にターンオン又
はターンオフすることにより、また直列回路の選
択的な接続、切断することにより、加工物は、高
周波、低周波、または混合周波数のプラズマにさ
らされ得る。
第３図は、本発明の更に他の実施例を概略的に
図示する。本実施例においては、プラズマ・リア
クタ６０は、第１上部電極６２、スクリーン電極
６４及び底部電極６６を含む。底部電極はまた、
加工物保持器として機能する。絶縁物６８及び７
０は、３個の電極を互に電気的に絶縁する。
第４図は、３電極が電圧印加される１つの方法
を図示する。13.56MHz電源のような高周波電源
７２は、電極６２と６６間に接続される。約
100KHz周波数を有する電源の如き低周波電源７
４は、電極６４及び６６の間に接続される。更に
DC電源７６及び７８が、電極６２及び６４、電
極６４及び６６間に、それぞれ接続される。各電
源は、電力をターンオン又はターンオフ、又は調
整可能であり、望ましいプラズマが発生し、１個
またはそれ以上の電極上に望ましいDCバイヤス
を設定する。
以下は、非限定的実施例であり、本発明の実際
例を説明し、本発明者により意図される好ましい
実施例を開示するのに役立つ。
実施例 多くのシリコン・ウエーハは、熱酸化され、厚
さ約500nｍの２酸化シリコン層を成長させる。
酸化層の表面には、燐を強くドープし、約500n
ｍの厚さを有する多結晶シリコン層が形成され
た。それから多結晶シリコン表面に、パターンを
形成した（patterned）ホトレジスト・エツチ・
マスクが形成された。ウエーハは、第２図に図示
するリアクタにおいて多結晶層のパターン化
（patterned）プラズマ・エツチング用に、グルー
プ別に分類された。多結晶層は最初に、SF6と10
％CCI8Fの混合ガス中でエツチされた。リアクタ
中の圧力は、0.25torrに維持された。上部と側面
電極間のAC電力は、13.56MHzにて100ワツトCW
に保持された。多結晶シリコンは、最終点が検出
されるまで約40秒エツチされた。それから多結晶
シリコンは、約40秒間CCI8Fでオーバーエツチさ
れた。オーバーエツチの期間、高周波電力は、
100ワツトに維持された。ある群のウエーハは、
ウエーハ支持電極に加えられた100−150ボルトの
追加DCバイヤスにより、オーバーエツチされ
た；他の群のウエーハは、追加DCバイヤスなし
に、オーバーエツチされた。ウエーハは、エツチ
ングの後に、試験された。DCバイヤスなしでオ
ーバーエツチされたウエーハは、ホトレジスト・
マスクにアンダーカツトが現われ、エツチ開口部
には、負性勾配（negative slope）を現わした。
即ち、エツチ開口部は、底部より多結晶シリコン
層表面が、よりせまくなつた。DCバイヤでエツ
チされたウエーハは、アンダーカツトの減少及び
エツチングされた開口部側面（profile）制御の
増大を示した。さらに他のウエーハ群は、ウエー
ハ支持電極に低周波（100KHz）電源を接続して
エツチされた。低周波プラズマは、多結晶シリコ
ンエツチの異方性を増大し、しかも２酸化シリコ
ン上の多結晶シリコンのエツチ選択性は減少し
た。
実施例 多数のシリコン・ウエーハが、熱酸化され、厚
さ500nｍの２酸化シリコン膜層が形成された。
アルミニユームと４％の銅の膜層が、２酸化シリ
コン上に1000nｍの厚さに作製された。パター
ン・ホトレジスト・マスクが、Al／Cu合金膜層
上に形成された。ウエーハ群は、アルミニユー
ム・エツチングのため、２群に分類された。２群
とも、第２図に図示するリアクタで、0.2−
0.3torrのCCI4プラズマ中で、エツチされた。１
群は、125ワツトCWに維持された高周波プラズ
マ、即ち13.56MHzプラズマのみを使いエツチさ
れた。２群は、それに50−100ワツトCWに維持
された100KHz電力を追加使用し、エツチされた。
そのAl／Cu合金膜は、高周波電源のみ使用した
場合より、２電力源を使用した場合が、約30％速
くエツチされた。さらに、２電力源を共に使用す
れば、高周波を単独に使用する時より、残留物が
少ない清潔なウエーハが出来る結果となつた。
実施例 多数のウエーハが熱酸化され、500nｍの２酸
化シリコン膜層が作成された。酸化膜層表面に、
パターン・ホトレジスト・マスクが形成された。
酸化物膜層は、第２図に図示するプラズマ装置中
で、約0.050torrのCF4.プラズマ中で、パター
ン・エツチをされた。ウエーハは、エツチングの
ため各群に分類された。第１群は、高周波プラズ
マ（13.56MHz、200ワツト）中でエツチされた。
そのエツチ速度は、毎分9.5nｍであるのが測定さ
れた。第２群は、低周波プラズマ（100KHz、200
ワツト）でエツチされた。低周波プラズマ中の酸
化物エツチ速度は、毎分93.7nｍであると測定さ
れた。第３群は、高周波／低周波プラズマ
（13.56MHz、200ワツト；100KHz、200ワツト）
中でエツチされた。そのエツチ速度は、毎分
122.7nｍと測定された。さらに別の群は、上記の
如く、ただし、プラズマにより起こされる自然
（natural）DCバイヤスを減少するため、ウエー
ハ保持電極に、500ボルトまでのDCバイヤスを印
加し、エツチされた。追加DCバイヤス付きエツ
チのウエーハは、改良されたホトレジスト完全性
及び改良された均一性を持つことが認められた。
実施例 ウエーハは、高周波電源、低周波電源が、交互
に運転され、AC電力がパルス的に加えられるこ
とを除外すれば、実施例の通り製作され、エツ
チされた。一方のAC電源は、１ミリ秒作動さ
れ；AC電力は0.2ミリ秒オフとなる、他のAC電
源は、１ミリ秒作動され、AC電力は0.2ミリ秒オ
フとなる、など。酸化物のエツチ速度は、連続作
動電源付きの場合と殆んど同様であり、ホトレジ
ストの侵蝕（attack）は少ない。極めて重要なこ
とは、２個のAC電源を同時に作動する時に起き
る調波（harmonics）は発生しなかつた。
かくして、前述の目的及び利点に、十分に適合
する改良されたプラズマ・リアクタ装置及び方法
が、本発明により提供されたことは、明瞭であ
る。本発明は、特定の実施例と関連して説明され
たが、本発明はそれぞれ制限されるとは意図しな
い。前記説明を考察の後、当業技術者は、本発明
の広範な範囲中になお含まれる、多くの変形及び
変更が可能であると認めるであろう。その様な変
形には、特殊な形の電極、ガス出口及び入口の位
置、反応ガス、及び本発明の応用も含む。すべて
のこれら変形及び変更は、添付特許請求の範囲に
含まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、プラズマ周波数の関数として、解離
度（％）及びイオン・エネルギーを図示する。第
２図は、本発明にもとづくプラズマ装置の１実施
例の断面を図示する。第３図は、本発明にもとづ
くプラズマ装置の第２実施例を概要的に図示す
る。第４図は、第２実施例装置の電極及び電源の
接続を、図示する。 第２図において、１０は第１電極、１２は第２
電極、１４は第３電極、２２はガス入口、２４は
ガス出口、３０は13.56MHz電源、３６は100KHz
電源、３２，３８はマツチング（整合）回路網、
３４，４０は電力計、４２はDC電波。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１、第２及び第３電極を含み、該第１電極
    は電気的な接地レベルに接続され、該第２電極は
    選択的にAC高周波電源に接続され、該第３電極
    は選択的にAC低周波電源に接続されることを特
    徴とし、反応ガスが注入され、反応生成物が排出
    され、またその中で、該反応ガスが電界によつて
    励起されてプラズマを形成する反応室を具備する
    プラズマリアクタ装置。 ２ 第１、第２及び第３の電極を有する装置にお
    いて、該装置中に反応ガスを注入する工程と、前
    記第１及び第２電極間には高周波AC電界を選択
    的に印加し、かつ同時に前記第１及び第３電極間
    には低周波AC電界を選択的に印加することによ
    つて反応ガスプラズマを形成する工程とを具え
    る、プラズマリアクタ装置中に配置された加工物
    のプラズマエツチング方法。
JP59130829A 1983-10-03 1984-06-25 プラズマリアクタ装置及びプラズマエッチング方法 Granted JPS6079726A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US538593 1983-10-03
US06/538,593 US4464223A (en) 1983-10-03 1983-10-03 Plasma reactor apparatus and method

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Publication Number Publication Date
JPS6079726A JPS6079726A (ja) 1985-05-07
JPH0469416B2 true JPH0469416B2 (ja) 1992-11-06

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ID=24147560

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59130829A Granted JPS6079726A (ja) 1983-10-03 1984-06-25 プラズマリアクタ装置及びプラズマエッチング方法

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US (1) US4464223A (ja)
EP (1) EP0139835B1 (ja)
JP (1) JPS6079726A (ja)
DE (1) DE3479769D1 (ja)

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