JPH065567A - プラズマエッチングによる半導体材料の表面下の損傷の除去方法および装置 - Google Patents

プラズマエッチングによる半導体材料の表面下の損傷の除去方法および装置

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JPH065567A
JPH065567A JP5040256A JP4025693A JPH065567A JP H065567 A JPH065567 A JP H065567A JP 5040256 A JP5040256 A JP 5040256A JP 4025693 A JP4025693 A JP 4025693A JP H065567 A JPH065567 A JP H065567A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、基体の顕微鏡的規模および原子規
模の表面下の損傷を除去する材料除去方法を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 プラズマ室空洞を限定する第１の絶縁体16
と、１トルより大きい圧力で処理ガスを供給管24を通っ
てプラズマ室14に供給する拡散器18と、ガスを反応プラ
ズマに分解するようにプラズマ室空洞内に高周波パワー
を供給する電極22を備えて基体の局部的領域においてプ
ラズマエッチング反応を発生する手段と、プラズマ室空
洞14の外側のプラズマ発生を抑制するためにプラズマ室
空洞の外部周縁を包囲する第２の絶縁体28と、局部的プ
ラズマエッチング反応を基体の局部化された領域上に位
置させるように基体に関してプラズマ室空洞の位置を調
節するＸーＹ位置移動台47とを備えていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料から表面下
の損傷を除去する方法および装置に関し、特に半導体材
料から表面下の損傷を急速に制御して除去するためにプ
ラズマ補助化学エッチングを用いる方法および装置に関
する。本発明の方法および装置は半導体材料の薄膜およ
び層の厚さを制御するように均一にプラズマエッチング
することによって基体から表面下の損傷層または他の不
所望の層を除去する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体材料表面仕上げ方法は現在
機械的或いは化学機械的な材料除去によって行われる。
そのような方法は表面と機械的に接触するためにある程
度の極微的な表面下の損傷を残す。そのような極微的表
面下の損傷は典型的に高速度半導体装置の性能を劣化す
る。一方、湿式化学エッチングは表面下の損傷を生じる
ことなく材料を除去するが、残念ながら、材料除去の不
均一さおよび仕上がった表面の平滑さを制御することが
困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基体
の顕微鏡的規模および原子規模の表面下の損傷を除去す
る材料除去方法を提供することである。
【０００４】本発明の別の目的は、所望のドーパント密
度プロファイルを有する層を露出するためにシリコン中
の上方ドーパント層のような不所望の材料を除去するよ
うに制御することが可能な材料除去方法を提供すること
である。本発明の別の目的は、表面層を非常に均一に除
去することのできる材料除去方法を提供することであ
る。本発明のさらに別の目的は、予め定められた厚さプ
ロファイルまで層を除去することのできる材料除去方法
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の方法および装置
は半導体の表面下の損傷を除去するためにプラズマ補助
化学エッチング除去機構を使用する。そのような装置は
一般に1991年５月７日の米国特許出願07/696,897号明細
書、1991年12月13日の米国特許出願07/807,535号明細
書、および1991年12月13日の米国特許出願07/807,536号
明細書に開示されている。
【０００６】本発明の方法および装置は従来の方法を改
良し、除去装置と表面の間の機械的な接触なしに表面下
の損傷の除去が行われる。したがって、新しい表面下の
損傷を導入しない。さらに、本発明の方法に使用される
プラズマ方式は非常に低いイオンエネルギを有するの
で、顕微鏡的規模（例えば表面の物理的磨滅によって生
じられたマイクロクラック）または原子規模（例えば結
晶転位または注入された汚染物）の表面下の損傷を生じ
ない除去方法を与える。
【０００７】本発明の方法および装置は基体から表面下
の損傷の層を除去するために使用されることのできる材
料除去機構を提供する。本発明の方法および装置は損傷
が除去される基体表面と接触状態に反応プラズマスペシ
ーを置くためにプラズマ補助化学エッチング反応器を使
用する。イオンエネルギ衝撃が低く、除去機構が主とし
て化学的である場合、比較的高い圧力方式でプラズマを
形成することによって、本発明の方法および装置は顕微
鏡的規模または原子規模で基体に新しい損傷を与えずに
表面下の損傷を除去することが可能である。
【０００８】
【実施例】本発明の方法および装置はプラズマ補助化学
エッチング材料除去反応器を用いてプラズマの反応スペ
シーを基体に供給することによって表面下の損傷層その
他の不所望の層を除去する。図１は基体の表面下の損傷
除去に使用されるプラズマ補助化学エッチング反応器を
示す。
【０００９】図１を参照すると、装置は基体上でプラズ
マエッチング領域を閉込めるように設計されている。装
置はガスを反応成分に分解するために高周波電界が供給
される基体の表面上の領域に処理ガスを移送するように
設計された反応器10を具備する。この所望の結果を達成
するために、反応器10は第１の誘電体絶縁体16によって
限定された壁15および反応ガス拡散器20によって限定さ
れた天井18を有するプラズマ室14を有する。プラズマ室
14はエッチング反応の中心であるので、第１の誘電体は
汚染しない材料から製造されなければならない。プラズ
マ室14の上方において、高周波駆動電極22は拡散器18と
第１の絶縁体16の間に固定される。第１の誘電体絶縁体
16の中心を通る処理ガス供給管24はエッチング動作中に
プラズマ室14に反応ガスを拡散器20によって供給する。
高周波入力導体26は高周波駆動電極22を高周波電源に接
続する。第２の誘電体絶縁体28は第１の絶縁体16を包囲
し、基体12を実質上覆って室14の外側でのプラズマ形成
を阻止するように寸法が定められる。反応器10の部品は
基板34から中間天井36に延在する第１の組の壁32および
上方天井突縁部40まで延在する第２の組の壁38を具備す
る真空容器30内に収容される。
【００１０】動作中、真空するために真空容器30の底部
における真空出口42を通って排気される。エッチング中
にプラズマ室14の下方に隣接して位置されるエッチング
可能な基体12は好ましくは接地の電位を有する第２の電
極としてまた作用する基体ホルダ44によって支持され
る。基体ホルダはまたその上に取付けられた基体の温度
を制御するために手段（図示せず）を有することができ
る。
【００１１】基体ホルダ44は基体12の表面の局部的エッ
チング反応に対する正確な配置および滞在時間を許容す
る２次元変換装置45に取付けられる。反応器10は反応器
支持手段49に結合されたねじを有する管48を有し、支持
手段49は管48と境界面を接している。管48はプラズマ室
14と基体12の表面の間の距離を調節できるように時計回
りまたは反時計回りに回転されることが可能である。例
示の実施例において、プラズマ室14と基体12の表面の間
の距離はほぼ１乃至１０ｍｍの範囲において調節される
ことができる。
【００１２】反応器はまた円周上に等しく間隔を隔てら
れた３つの捩子50を持つ運動取付け手段を有し、各捩子
は上方天井突縁部40のＶ形溝（図示せず）に入り込む。
この取付け手段は基体12の表面に関してプラズマ室の終
端部52の角度を調節することが可能である。上述の実施
例は基体12の表面に関してプラズマ室14を配置する手段
を設けるが、プラズマ室組立体を永久に固定し、３次元
および多重角変換段によって基体の３次元および多重角
度の配置を行うような他の構造に容易に置換されること
ができる。実際、１つの好ましい実施例は固定した反応
器を有するので、プラズマ反応器に対する高周波パワ
ー、ガス、および冷却剤は雰囲気中に容易に供給される
ことができる。
【００１３】反応器システムはプラズマ室組立体が反応
器内での相対的運動を許容されながらも、反応器10を真
空密封する手段を設けるために真空容器30の天井突縁部
40と第２の誘電体絶縁体28の間に取付けられたベローズ
54をさらに具備する。反応の観察のために複数の観察ポ
ート56が設けられる。
【００１４】本発明の方法および装置は先に存在する表
面下の損傷の除去中に原子規模の損傷を阻止するように
基体のイオン衝撃を低いエネルギのイオン（１０ｅＶ未
満）に制限するプラズマパラメータ方式を用いる。プラ
ズマ補助化学エッチングからの原子規模の損傷はイオン
エネルギがエッチングされる材料のスパッタリングしき
い値（５０ｅＶ）に達するときに生じる。５０ｅＶをは
るかに越えるイオンエネルギは多くのプラズマエッチン
グ処理で普通に使用され、イオンビームスパッタエッチ
ングによる材料除去に基づいている。実際、マイクロリ
ソグラフ処理によって限定された半導体装置パターンを
エッチングするとき、臨界的表面は装置の性能を劣化す
ることなく５０ｅＶより大きいイオンエネルギに露出さ
れることができないことは良く知られている。したがっ
て、１０ｅＶ未満にイオンエネルギを制限することによ
って、本発明の方法および装置は不所望の材料の層を均
一に除去できるように制御するか、或いは表面から予め
定められた厚さプロファイルに材料を除去することによ
って顕微鏡的規模および原子規模の表面下の損傷を除去
するために使用されることができる。
【００１５】したがって、半導体材料の現存する表面下
の損傷は除去され、さらに表面下の損傷が生成すること
は、本発明に使用されるプラズマが基体表面のイオンエ
ネルギ衝突を確実に制限し、さらに発生されたエッチン
グスペシーが高い除去速度を与えるためにエッチング表
面において高い密度を有することを保証することによっ
て回避される。低いイオンエネルギ衝突による表面下の
損傷材料除去は主として化学的である材料除去機構を生
成するプラズマを使用することによって保証されること
ができる。
【００１６】主として化学的な除去機構は揮発性副生成
物を形成するために基体表面と化学的に相互作用する反
応スペシーを発生する。本発明はプラズマ補助化学エッ
チングツールの高圧力（１トルより大きい）プラズマ方
式を使用することによってそのような除去機構を可能に
する。高圧力プラズマの使用によってもたらす化学材料
除去機構はプラズマ反応スペシーの除去機構が衝突に支
配されるために生成され、この機構のイオンエネルギは
数電子ボルトに制限される。イオンエネルギは本発明の
方法および装置によって低いが、化学反応速度は非常に
低いエネルギイオンおよび材料を独力で除去できない励
起された中性スペシーによって加速される。高圧プラズ
マ方式の使用によって衝突に支配される除去機構が確保
されるほかに、高圧力プラズマの使用はまた活性エッチ
ング位置における有利な高密度の反応スペシーを発生す
る。高密度の反応スペシーの利点はエッチング位置にお
ける材料除去速度が増加することである。
【００１７】図２の（ａ）乃至（ｄ）は本発明の表面下
の損傷除去処理が行われるとき緩い研磨剤によって前も
って研磨された厚い二酸化ケイ素基体の表面を示す。一
般的に、粗い表面が研磨またはのこ引き等の機械的な摩
擦方法によって生成されるとき、マイクロクラックの形
態をとる表面下の損傷は表面の粗さの山と谷の差の寸法
の数倍の深さまで表面下に延在する。表面下の損傷の除
去は表面の粗さを急速に滑らかにし、連続した材料除去
によってそれに続いて滑らかにされるマイクロクラック
を露出することによって生じる。本発明はまたシリコン
およびゲルマニウム等の他の基体材料によって使用され
ることができる。
【００１８】図２の（ａ）は３０マイクログリットの緩
い研磨剤を使用して研磨された溶融シリカの最初の表面
を示す。図２の（ｂ）は本発明のプラズマ補助化学エッ
チングによって５ミクロンの深さの除去された同じシリ
カの表面を示す。図２の（ｃ）は本発明のプラズマ補助
科学エッチングによって２０ミクロンの深さまで除去さ
れた同じシリカの表面を示す。図２の（ｄ）は本発明の
プラズマ補助科学エッチングによって１７０ミクロンの
深さまで除去された同じシリカの表面を示す。
【００１９】図３は表面下の損傷の除去および限定され
たプラズマによる方形通路の粗く研磨されたシリコン表
面の平滑化を示す。表面の機械的な処理がプラズマエッ
チングによる表面下の損傷の除去前に行われるとき、機
械的な研磨ツールによって導入された損傷の深さと滑ら
かな損傷のない表面を得るのに必要なプラズマ除去の深
さの間に妥協が存在する。図２によって示されているよ
うに、プラズマエッチング除去では初めに表面下の損傷
およびマイクロクラックが現れ、続いて山と谷の間のエ
ッチング速度差によって表面を平滑にする。初めの表面
下の損傷の深さの１０倍であるプラズマエッチング除去
の深さは非常に滑らかな表面を与えるために必要であ
る。結果的に、深い表面下の損傷を残す鋸引き切断のよ
うな機械的処理の後に、損傷層を除去しないが表面下の
損傷の深さを急速に減少できる緩い研磨剤ような単一ま
たは複数の別の処理が続くことは有効である。
【００２０】多数の仕上がったウエハを急速に処理する
手段を提供するように基体表面全体にわたって高速度で
材料を均一に除去するために、本発明の装置は基体の表
面を包囲するのに十分に大きいプラズマ反応室14を使用
する。他方では、非常に均一な（すなわち５％未満の厚
さの均一性）除去が要求されるか、或いは基体表面を横
切る特定の厚さプロファイルが望ましいとき、本発明の
装置は基体表面全体よりも小さい寸法のプラズマ室14を
使用する。小さい室の使用は所望の除去プロファイルを
与えるようにプログラムされた方法で基体表面上が走査
されることができる小さい閉込められたプラズマを与え
る。予め定められた深さプロファイルが所望であるなら
ば、反応器の寸法は深さプロファイルの空間的変化のそ
れぞれの寸法に依存する。
【００２１】したがって、制御された材料除去は基体表
面を包囲する大きいプラズマ反応器または基体表面上で
走査された小さい反応器を使用するときにプラズマの閉
込めを必要とする。長い寿命の化学的反応性の励起され
た中性スペシーがプラズマ発生領域から基体表面に下流
方向に流れる上記米国特許出願07/807,536号明細書に記
載された反応器はまたプラズマを閉込めるために使用さ
れることができる。
【００２２】以上、新しい顕微鏡的規模および原子規模
の表面下の損傷の導入を実質上消去するように基体のイ
オンエネルギ衝突を制限する非接触、高圧力のプラズマ
補助化学エッチング材料除去装置によって基体から表面
下の損傷を除去する方法および装置を説明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマエッチング領域を基体の局部区域に限
定することが可能な反応装置の概略図。
【図２】研磨された溶融シリカ開始表面の１００倍の
図。
【図３】表面下の損傷が除去され、表面が本発明の小さ
く限定されたプラズマによって方形通路にわたって平滑
にされた後の粗く研磨されたシリコン表面の図。
【符号の説明】
10…反応器、14…プラズマ室、16,28 …絶縁体、20…ガ
ス拡散器、22…電極、30…容器。
フロントページの続き (72)発明者 エル・デイビッド・ボリンガー アメリカ合衆国、コネチカット州 06877、 リッジフィールド、ファイアヒル・ロード 122

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ室空洞を限定する手段、および
    １トルより大きい圧力で処理ガスをプラズマ室に供給す
    る手段、並びに前記ガスを反応プラズマに分解するよう
    にプラズマ室空洞内において高周波パワーを前記処理ガ
    スに供給する手段を備える基体の局部的領域において局
    部的プラズマエッチング反応を発生する手段と、 前記プラズマ室空洞の外側のプラズマ発生を抑制するた
    めにプラズマ室空洞の外部周縁を包囲する手段と、 局部的プラズマエッチング反応を基体の局部化された領
    域上に位置させるように前記基体に関して前記プラズマ
    室空洞の位置を調節する手段とを備えていることを特徴
    とする表面下の損傷を除去するために基体の表面上のプ
    ラズマ補助化学エッチング反応を行う材料除去装置。
  2. 【請求項２】 高周波パワーを供給する手段はプラズマ
    室空洞内に配置された第１の電極およびプラズマ室空洞
    の外側に配置された第２の電極を含み、基体はプラズマ
    室空洞内において高周波パワーを反応ガスに供給する電
    気回路を完成するように第１の電極と第２の電極の間に
    配置されている請求項１記載の材料除去装置。
  3. 【請求項３】 プラズマ室空洞を限定する手段は第１の
    誘電体絶縁体を含んでいる請求項１記載の材料除去装
    置。
  4. 【請求項４】 第１の誘電体絶縁体は汚染されていない
    誘電体材料から構成されている請求項３記載の材料除去
    装置。
  5. 【請求項５】 反応ガスをプラズマ室空洞に供給する手
    段は導電性で多孔性のガス拡散器を含んでいる請求項１
    記載の材料除去装置。
  6. 【請求項６】 プラズマ室空洞の外部周縁を包囲する手
    段は導電性の近接する表面を絶縁するために第１の誘電
    体絶縁体から外方向に延在し、プラズマ室空洞の外側の
    プラズマの消滅を容易にする第２の誘電体絶縁体である
    請求項１記載の材料除去装置。
  7. 【請求項７】 前記基体に関して前記プラズマ室空洞の
    配置を調節する手段はＸ−Ｙ位置移動台である請求項１
    記載の材料除去装置。
  8. 【請求項８】 表面下の損傷を除去するために基体の表
    面上でプラズマ補助化学エッチング反応を実行する反応
    器を具備する材料除去装置において、 容器と、 基体の局部化された領域付近において局部的プラズマエ
    ッチング反応を行わせる空洞を有するプラズマ室を限定
    する容器内に配置された第１の誘電体絶縁体と、 処理ガス流をプラズマ室に供給する手段と、 プラズマを発生するために１トルより大きい圧力の圧力
    ガスをプラズマ室内に供給して高周波パワーを与える手
    段と、 容器内に第１の誘電体絶縁体を囲んで配置され、導電性
    の近接する表面を絶縁するために第１の誘電体絶縁体か
    ら外方向に延在し、プラズマ室空洞の外側のプラズマ消
    去を容易にする第２の誘電体絶縁体と、 基体を支持する手段と、 前記基体表面に関して前記プラズマ室の位置を調節する
    手段とを備えていることを特徴とする材料除去装置。
  9. 【請求項９】 基体の表面に閉込められたプラズマ補助
    化学エッチング反応を実行する反応器を具備する材料除
    去装置において、 容器内の環境の温度および圧力を制御する手段を備える
    局部プラズマエッチング反応を実行する容器手段と、 基体の局部化された領域付近において局部的プラズマエ
    ッチング反応を実行する空洞を有するプラズマ室を限定
    する容器内に配置された第１の誘電体絶縁体と、 ガス拡散器を含む処理ガス流をプラズマ室に供給する手
    段と、 プラズマ室空洞内に配置された第１の電極と、導電性高
    周波ガス拡散器と、およびプラズマ室空洞の外側に配置
    された第２の電極とを具備し、それによって基体がプラ
    ズマ室空洞内において高周波パワーを反応ガスに供給す
    る電気回路を完成するように第１の電極と第２の電極の
    間に配置されているプラズマを発生するために１トルよ
    り大きい圧力の処理ガスおよび高周波パワーをプラズマ
    室内に供給する手段と、 容器内に第１の誘電体絶縁体を囲んで配置され、導電性
    の近接する表面を絶縁するために第１の誘電体絶縁体か
    ら外方向に延在し、プラズマ室空洞の外側のプラズマの
    消去を容易にし、さらに第１の誘電体絶縁体がプラズマ
    エッチングが生じる位置に円周方向に隣接する高いプラ
    ズマおよび反応フローインピーダンスの領域を生成させ
    ることができ、領域の外側のプラズマが消滅するよう
    に、第１の誘電体絶縁体よりも短い距離で基体表面のほ
    うに下向きに延在する第２の誘電体絶縁体と、 基体を支持する手段と、 プラズマ室に関して直交方向の前記基体表面の位置を調
    節するＸ−Ｙ位置移動台手段とを具備していることを特
    徴とする材料除去装置。
  10. 【請求項１０】 エッチングすべき基体表面を電極に取
    付け、 プラズマエッチング室を正確な配置および所望の損傷除
    去に必要な滞在時間であ基体表面上に位置させ、 前記プラズマエッチング室内の前記処理ガスの圧力が１
    トルよりも大きいように、前記プラズマエッチング室中
    において処理ガス流を高周波駆動拡散器の供給入口より
    供給し、 処理ガスを成分であるイオン、電子、中性原子、および
    分子に分解するために、プラズマ室内に高周波電界を生
    成するように高周波パワーをプラズマ室内の電極に供給
    し、 基体とプラズマ室の間の相対的運動によって表面下の損
    傷除去の領域を制御するステップを含むことを特徴とす
    る基体の表面下の損傷を除去する方法。
JP5040256A 1992-02-27 1993-03-01 プラズマエッチングによる半導体材料の表面下の損傷の除去方法および装置 Expired - Lifetime JP2565635B2 (ja)

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US842828 1992-02-27

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JPH065567A true JPH065567A (ja) 1994-01-14
JP2565635B2 JP2565635B2 (ja) 1996-12-18

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EP (1) EP0558238B1 (ja)
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