JPH0661219A - 多ゾーン・プラズマ処理方法 - Google Patents

多ゾーン・プラズマ処理方法

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JPH0661219A
JPH0661219A JP5152458A JP15245893A JPH0661219A JP H0661219 A JPH0661219 A JP H0661219A JP 5152458 A JP5152458 A JP 5152458A JP 15245893 A JP15245893 A JP 15245893A JP H0661219 A JPH0661219 A JP H0661219A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ強化処理による半導体ウエーハ製作
において、堆積膜のストレスと堆積速度と膜の均一性を
柔軟に制御し、また処理室のクリーニングを効率的に行
なうことのできる装置と方法を提案する。 【構成】 プラズマ堆積またはエッチングガスを処理室
（１０）に断続モードで流し、少なくとも１つのプラズ
マ電極（２４または５２）を１つまたは複数の無線周波
数電源を用いて時分割多重で断続的に活性化してプロセ
ス・プラズマ媒体を発生し、プラズマ強化堆積またはエ
ッチングを行なう。更にプロセスガス流が止まっている
間に少なくとも１つのプラズマ電極を断続的に活性化し
てクリーニング・プラズマを生成し、処理室（１０）の
クリーニングを行なう。これにより、半導体ウエーハ
（２２）に近接するプラズマ濃度と均一性およびイオン
・エネルギーを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】米国政府はこの発明に対して、支
払い済みのライセンスと、ＭＭＳＴプログラムで米国空
軍との間に締結した契約条件に規定されている妥当な条
件の下にこの特許の所有者が他者にライセンスすること
を限られた情況で要求する権利を有する。
【０００２】この発明は一般にプラズマ援助製作プロセ
スに関し、より詳しくは、半導体装置製作応用における
優れたプロセス・パラメータ制御のための多ゾーン・プ
ラズマ処理方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】超小型電子要素の製造者は、各種の処理
技術を用いて半導体装置を製作する。応用範囲の広い
（例えば堆積、エッチング、クリーニング、アニーリン
グ）１つの方法は、「プラズマ援助」または「プラズマ
強化」処理と呼ばれる。
【０００４】プラズマ強化処理は乾式処理技術で、通常
高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）放電により生成され
るイオン化ガスが活性化した準安定の中性およびイオン
化ガスを発生し、これが化学的または物理的に反応し
て、製作反応器内で半導体基板上に薄い材料層を堆積
し、または材料層をエッチングする。
【０００５】半導体装置製造におけるプラズマ強化処理
の各種の応用に含まれるのは、例えばポリシリコン、金
属、酸化物、窒化物、ポリイミドの薄膜の高速反応イオ
ン・エッチング（ＲＩＥ）や、ホトレジスト層の乾式現
像や、誘電体、シリコン、アルミニウム、銅、その他の
材料のプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）や、バ
イアスしたスパッタリングなどのプロセスを含むプレー
ナ化したレベル間誘電体形成や、低温エピタキシャル半
導体成長プロセスなどである。
【０００６】プラズマ強化プロセスには、リモート発生
またはローカル発生のプラズマを用いてよい。リモート
・プラズマ媒体は、プラズマ発生エネルギー源が処理室
の外で生成するプラズマである。プラズマはリモート・
プラズマ源から反応器の処理室に導かれ、半導体ウエー
ハと作用して所望の装置製作プロセスを行なう。
【０００７】ローカル発生プラズマは、プラズマ発生荷
電電極がプラズマを発生できるプロセスガス媒体から処
理室内で形成するプラズマである。エッチングおよび堆
積用のプラズマ処理装置の従来の設計は、通常１３．５
６ＭＨｚ電源や２．５ＧＨｚマイクロウエーブ源やこれ
らのエネルギー源の組み合わせを用いる。
【０００８】従来のシステムでは、プラズマを発生する
無線周波数電源を、ウエーハ・サセプタまたはチャック
と呼ぶ導電性のウエーハ保持装置に電気的に接続する。
無線周波数エネルギー源により、チャックおよびウエー
ハはウエーハの表面近くに無線周波数のプラズマを生成
する。プラズマは半導体ウエーハの表面と作用する。
【０００９】これらのシステムでは、ウエーハとチャッ
クに対向しまたは平行にシャワーヘッド組立体があり、
プラズマ発生ガスを反応器室内に注入する。チャックと
シャワーヘッドの表面が平行であるため、これは平行面
構成と呼ばれる。一般にシャワーヘッドは電気接地に接
続する。
【００１０】しかし設計によっては、シャワーヘッド組
立体をプラズマを発生する無線周波数電源に接続し、チ
ャックおよび半導体ウエーハを電気接地に接続してよい
（すなわち、反応器の金属壁と同じポテンシャルにする
ために）。また別の構成では、ローカルおよびリモート
・プラズマの組み合わせを用いてよい。これらの既知の
構成では、すべてプラズマ・プロセスの柔軟性と能力を
制限する厳しい制約がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】２枚の平行板電極だけ
を用いる方法は、その場で行なわれる室クリーニングの
効率が低く、またプロセス制御の柔軟性が余り望ましく
ないという制約がある。詳しくいうと平行板構成では、
プラズマ・プロセスの均一性やイオン衝突エネルギーの
制御や調整をうまく行なうことができない。
【００１２】更に、堆積膜のストレスと堆積速度と堆積
均一性を十分に制御することができない。例えば、堆積
膜のストレスのプラズマ・プロセス・パラメータを変化
させると、堆積速度や均一性に悪い影響を与える。また
その逆もある。更にこの型のシステムでは、エッチング
速度、エッチング選択性、またはプラズマ強化ＲＩＥプ
ロセスの非等方性を柔軟に制御することができない。
【００１３】従って、従来のシステムの制約を克服して
その場で行なわれる室クリーニングの効率を高め、プラ
ズマ強化製作プロセスを適切に制御できるようなプラズ
マ製作プロセスが必要である。
【００１４】既知の方法および装置より優れた柔軟な制
御を行なうことのできる、プラズマ強化装置の製作のた
めの方法および装置が必要である。詳しくいうと、プラ
ズマ処理の均一性とプラズマの分布の制御や調整を改善
するプラズマ強化装置製作の方法とシステムが必要であ
る。
【００１５】膜のストレスや堆積速度や堆積の均一性を
十分にかつ柔軟に制御できるようなプラズマ製作の方法
および装置が必要である。
【００１６】更に、プラズマのエッチング速度や選択性
やプラズマ強化エッチング・プロセスの非等方性を独立
に制御できる方法およびシステムが必要である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】従ってこの発明は、半導
体ウエーハの堆積またはエッチング・プロセス中または
後に、プラズマ処理およびその場での製作反応器処理室
のクリーニングを柔軟に行なうことができ、また従来の
プラズマ処理の方法およびシステムに付随する欠点また
は制約を克服しまたは減少するような、多ゾーン・プラ
ズマ処理方法を提供する。
【００１８】この発明の一態様は多ゾーン・プラズマ処
理方法であって、プラズマ堆積またはエッチングガスを
製作反応器処理室に、断続すなわち時分割多重モードで
流す段階を含む。更にこの方法は、プラズマ・クリーニ
ングガス（またはガス混合）を処理室に断続すなわち時
分割多重モードで流すことを含む。
【００１９】要点は、プラズマ堆積またはエッチングガ
スを処理室に流すときはその場で行なわれるプラズマ・
クリーニング用のガスは流さず、またはその逆を行なう
ということである。プラズマ堆積またはエッチングガス
を流している間、第１プラズマ電極（またはプラズマ電
極の組み合わせ）は活性化して処理室内にプロセス・プ
ラズマを発生する。
【００２０】これによりプラズマ強化エッチングまたは
堆積プロセスが行なわれる。その場で行なわれるプラズ
マ・クリーニング用のガスを処理室に流すときは、効果
的なその場でのクリーニングを行なうために、この方法
はプラズマ電極の予め指定した組み合わせの１つまたは
複数の無線周波数電源に電気的に接続する。
【００２１】その結果、間欠的なプラズマ堆積またはエ
ッチングおよびその場でのプラズマ・クリーニングが時
分割多重すなわち断続モードで行なわれ、プロセスの均
一性や繰返し性やプラズマ・プロセス・パラメータ制御
の柔軟性を実質的に高める。
【００２２】この発明は、プロセス堆積またはエッチン
グ・プロセスの各種の可能な方法を提供する。均一な処
理と効果的なその場でのクリーニングを行なうための所
定のプロセス中に、１つまたは複数の電極の電気的接続
構成を行なうことができる。
【００２３】この発明の技術的利点は、製作反応器処理
室内で、その場で行なわれる室クリーニングとプラズマ
・プロセスの均一性および再現性とを共に著しく促進す
ることである。例えばこの発明により、その場での室ク
リーニングとプラズマ・エッチングまたは堆積プロセス
を間欠的に行なうことができる。
【００２４】この発明によって行なうことのできるプロ
セスは、ハイブリッドのリモートおよびローカル・プラ
ズマ処理、無線周波数マグネトロンおよび無線周波数非
マグネトロンの混合プラズマ処理、多ゾーン多周波数プ
ラズマ処理を含む。
【００２５】この発明の別の顕著な技術的利点は、プラ
ズマ・プロセス・パラメータの実時間制御能力を増すこ
とである。これらのパラメータには、プラズマ・プロセ
スの均一性、プラズマ強化化学気相堆積で起こるような
膜のストレス、プラズマ・エッチング処理中の側壁角す
なわち非等方性の制御の等級などが含まれる。
【００２６】またこの発明は、プラズマ堆積（またはエ
ッチング）およびその場でのプラズマ・クリーニング・
サイクルを非分割多重で行なうプラズマ・プロセスにも
用いることができる。更にこの発明は、プロセスおよび
装置のクリーニング・パラメータを最適化するために、
プラズマ電極接続を実時間で操作することができる。
【００２７】多重プラズマ電極を複数の無線周波数電源
に接続することは実時間で制御できるので、主室壁の効
果的なその場でのクリーニングとエッチングまたは堆積
プロセスを断続または連続モードで均一にかつ繰り返し
行なうことができる。
【００２８】
【実施例】この発明の望ましい実施態様は各図を参照す
るとよく理解される。各図の同じおよび対応する部分に
は同じ番号を用いる。
【００２９】この発明により単一ウエーハのプラズマ援
助装置の製作が可能になるが、望ましい実施態様の多電
極構成を用いれば多ウエーハ製作も行なうことができ
る。化学気相堆積（ＣＶＤ）やエッチングなどのプロセ
スは、処理室の各部および内面に副成物や堆積を残し勝
ちである。
【００３０】以前のプロセスで残された室の堆積物によ
って生じる１つの問題は、プロセスの均一性や再現性や
粒子汚染への悪影響である。従来のプラズマ処理では、
クリーニング・プロセス・パラメータ制御の高度の柔軟
性を持って、その場で室のクリーニングを行なうことが
できない。
【００３１】更に従来のプラズマ処理方法では、プラズ
マの均一性の制御とプラズマのパラメータ調整とがハー
ドウエアおよびプロセスの能力、プラズマプロセッサの
能力と機能を増すように柔軟に実時間で行なうことがで
きない。
【００３２】これらの結果を得るために、堆積またはエ
ッチング・プロセス中または後で効果的なその場での室
のクリーニングを行なうことができれば極めて都合がよ
い。望ましい実施態様は、このような効果的な本来のク
リーニング・プロセスと、優れたプラズマ処理能力を持
つ。
【００３３】従来の単一ウエーハ・プラズマ処理室で
は、１３．５６ＭＨｚ電源が２枚の平行板の間にプラズ
マ放電を発生する。一方の板は、一般に半導体ウエーハ
を保持する無線周波数チャックである。他方は、プラズ
マ生成ガスを処理室へ送る金属シャワーヘッド組立体で
ある。
【００３４】ある設計では、半導体ウエーハを保持する
チャックに通電し、シャワーヘッド組立体を電気接地に
接続する。また別の設計では、シャワーヘッド組立体に
通電し、チャックを接地する。これらの設計が持つ制約
は、効果的なその場での室のクリーニングを行なうこと
ができないことと、プラズマ・プロセスの均一性の制御
が一般に非効率であるかまたはできないということであ
る。
【００３５】プラズマ・プロセスの均一性の制御ができ
ない主な理由は、プラズマ処理中の各種のパラメータが
相互に関係があるためと、プロセス制御パラメータに柔
軟性がないためである。例えば従来のシステムでは、プ
ラズマ・プロセスの均一性を調整する唯一の方法は、Ｒ
Ｆ電力やガスの流量や圧力などプラズマに影響を与える
プロセス・パラメータを変えることである。
【００３６】しかしこれらのパラメータを変えると、堆
積やエッチング速度やプラズマによって起こる損傷など
の他のプロセス・パラメータに悪い影響を与える可能性
がある。この発明では、他の重要なプラズマ・プロセス
・パラメータに悪い影響を与えずにプラズマ・プロセス
の均一性を柔軟に調整することができる。
【００３７】従って、この発明では効果的なその場での
室のクリーニングと柔軟な制御ができるので、プロセス
の再現性と均一性が増し、同時にプロセスの清潔さが増
す。
【００３８】以下に、望ましい実施態様がこの発明のこ
れらの目的をどのようにして達成するかを説明する。
【００３９】図１は製作反応器プラズマ処理室１０を部
分的に切り欠いた略図で、処理室蓋１４の上にはマグネ
トロン・モジュール１２も含まれる。処理室蓋１４はウ
エーハ温度を検知するための熱電対接続１６、２０など
のコネクタ用貫通穴をいくつか備える。
【００４０】例えば、熱電対接続１６により半導体ウエ
ーハ２２の温度を検知することができる。処理室蓋１４
を貫通してチャック２４に向かう他の貫通穴は、チャッ
ク電極線２６（以下に電極線Ｅ3 と記す）と、冷媒の入
口２８と出口３０を含む。
【００４１】メールダッド・Ｍ・モスレイ(Mehrdad M.
Moslehi)により１９９０年８月１０日に出願され、テキ
サス・インスツルメント社に譲渡された米国特許出願番
号０７／５６５，７６５には、チャック２４が更に詳細
に記述されているので、参照文献としてここに引用す
る。
【００４２】処理室蓋１４は、反応器外壁３２をシール
領域３４で接合する。また蓋１４は、接触シール４０で
プラズマ室継ぎ輪(collar)３８に乗っている支持体３６
を含む。また支持体３６は、囲いモジュール４４を支持
してチャック２４を保持する棚４２を含む。
【００４３】チャック２４の底面４６は、半導体ウエー
ハ２２と接触する。熱容量の低いピン４８、５０は半導
体ウエーハ２２を支えてチャック２４と接触させる。熱
容量の低いピン ４８、５０は、シャワーヘッド注入器
５４を含むシャワーヘッド組立体５２で支持されてい
る。
【００４４】シャワーヘッド注入器５４により、プラズ
マ生成ガスはガス通路６０を通り、更に穿孔板５６を通
って、シャワーヘッド注入器５４に流入することができ
る。更にリモート発生プラズマはプラズマ発生モジュー
ル（図示せず）から処理環境６２に入り、処理を更に活
性化する。
【００４５】望ましい実施態様の穿孔された円筒形電極
すなわちスクリーン６６がシャワーヘッド組立体５２を
囲む。穿孔された円筒形電極すなわちスクリーン６６
は、絶縁基体部６８と導電スクリーン部７０を含む。更
に多極永久磁石モジュール７２を用いて室継ぎ輪３８を
囲み、処理環境６２内のマグネトロンを強化してもよ
い。
【００４６】望ましい実施態様の円筒形スクリーン電極
６６を含むプラズマ処理環境のハードウエア構成は、無
線周波数エネルギー源または電気接地に接続する３本の
電極線を含む。これらは、穿孔された円筒形電極すなわ
ちスクリーン６６への番号７４で示す電極線Ｅ1 と、シ
ャワーヘッド組立体５２への番号７６で示す電極線Ｅ 2
と、チャック２４に接続する、以前番号２６で示した電
極線Ｅ3 とを含む。
【００４７】図２は望ましい実施態様の切り欠き側面を
示す詳細図で、テキサス・インスツルメント自動真空プ
ロセッサ（ＡＶＰ）などの単一ウエーハ製作反応器プラ
ズマ処理室内の実際の設計を示す。図２の番号で示す要
素は、図１に説明した要素と同じ働きをし、相互接続を
する。
【００４８】図３は、望ましい実施態様の穿孔された円
筒形すなわちスクリーン電極６６を更に詳細に示す。円
筒形電極すなわちスクリーン６６は、テフロンやセラミ
ック材料などの電気絶縁材料で製作した基体６８と、表
面を陽極酸化したアルミニウムなどの導電材料で製作し
た上部すなわちスクリーン７０を含む。
【００４９】スクリーン７０には通路７８などの多くの
孔すなわち通路があり、プラズマは処理室壁に入って効
果的な本来のクリーニングを行なうことができる。
【００５０】望ましい実施態様では、円筒形電極６６は
シャワーヘッド５２を囲む程度に大きく、かつプラズマ
処理室継ぎ輪３８の直径内に収まる程度に小さくなけれ
ばならない。絶縁（テフロン）基体６８はスクリーン電
極７０を支持できるだけの強さがなければならず、プラ
ズマ処理室１０内の他の電極導電要素からスクリーン電
極７０を電気的に絶縁できる絶縁材料でなければならな
い。
【００５１】スクリーン電極７０は、シャワーヘッド組
立体５２とプラズマ・チャック２４との間のプラズマ処
理環境６２の高さを完全に覆う高さを持つ穿孔された円
筒である。電極線Ｅ1 ７４は絶縁基体６８を貫通して、
スクリーン電極７０を無線周波数電源または電気接地に
接続する。
【００５２】どの接続モードを用いるかに従って、スク
リーン電極７０はウエーハ処理およびその場で行なわれ
る室のクリーニングのためのプラズマ発生の各種のモー
ドに重要な働きをする。
【００５３】図４は、電極線Ｅ1 ７４をスクリーン電極
７０に、Ｅ2 ７６をシャワーヘッド５２に、Ｅ3 ２６を
チャック２４に接続した多電極／多周波数電気接続を示
す。望ましい実施態様には他の周波数源を用いてもよい
が、図４の電気回路図により基本的な概念を示すことが
できる。
【００５４】Ｅ1 ７４から始まって、スイッチ８２は回
転可能なコネクタ８４を含み、コネクタ８４は浮遊線接
点８６、高周波（すなわち１３．５６ＭＨｚのＲＦ源）
接点８８、低周波（すなわち１００ｋＨｚ源）接点９
０、電気接地接点９２に係合できる。
【００５５】浮遊線接点８６は電極線Ｅ1 ７４を浮遊リ
ード線９４に接続し、スクリーン７０は外部と電気的に
接続しないので、処理室１０内のプラズマに与える影響
は最小である。接点８８は、電極線Ｅ1 ７４を高周波Ｒ
Ｆチューナー９６に接続する。高周波ＲＦチューナー９
６は制御入力９８を受け、電源１００から１３．５６Ｍ
Ｈｚ電力信号を伝送する。
【００５６】この接続により、円筒形スクリーン電極７
０は１３．５６ＭＨｚプラズマを発生する。接点９０は
線１０２を通してＥ1 ７４を低周波ＲＦチューナー１０
４に接続する。低周波ＲＦチューナー１０４は制御入力
１０６と１００ｋＨｚ電力入力１０８を受ける。
【００５７】電極線Ｅ1 ７４を低周波ＲＦチューナー１
０４に接続することにより、円筒形スクリーン電極７０
は処理室１０内に１００ｋＨｚプラズマを発生する。接
点９２は電極線Ｅ1 ７４を電気接地１１０に接続し、円
筒形電極６６に近接するプラズマエネルギーを接地す
る。
【００５８】シャワーヘッド組立体５２につながる電極
線Ｅ2 ７６用のスイッチ１１２と、チャック２４につな
がる電極線Ｅ3 ２６用のスイッチ１１４も、スイッチ８
２と同様に接続する。
【００５９】詳しくいうと、スイッチ１１２の回転可能
な接点１１６は、電極線Ｅ2 ７６を接点１１８を通して
電気接地１１０に、接点１２０を通して低周波チューナ
ー１０４に、接点１２４を通して高周波チューナー１２
２に、接点１２８を通して浮遊線１２６に接続する。高
周波チューナー１２２は、本質的に高周波チューナー９
６と同じ動作をし、制御入力１３０と１３．５６ＭＨｚ
電力入力１３２とを含む。
【００６０】また、スイッチ１１４は選択可能な接点１
３４を含み、低周波ＲＦチューナー１０４からの低周波
ＲＦエネルギーのための接点１３６と、高周波ＲＦチュ
ーナー１２２からの入力のための接点１３８と、接点１
４２を通して接地１４０への接続と、接点１４４を通し
て浮遊線１４６への接続とを行なう。
【００６１】図４の多電極、２周波数／無線周波数接続
により、多ゾーン・プラズマ処理が実質的に柔軟にな
り、また可能になる。２つの高周波源１００、１３２と
１００ｋＨｚ低周波ＲＦ源１０８とを用いることによ
り、プラズマ処理およびその場で行なわれるクリーニン
グの多くの組み合わせができる。
【００６２】３つの電極Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ3 のどれも、浮
遊リード線、高周波ＲＦ源、低周波ＲＦ源、接地に、選
択的に接続してよい。以下に、望ましい実施態様の多電
極構成により実施できるプロセスの各種の接続を説明す
る。
【００６３】製作プロセス方法１ 電極線Ｅ1 ７４を選
択スイッチ８４により接点８６に接続して浮遊線９４に
接続する。電極線Ｅ2 ７６をスイッチ１１６により接点
１１８で接地１１０に、また電極線Ｅ3 ２６をスイッチ
１３４により接点１３８を経由して高周波ＲＦチューナ
ー１２２に接続する。
【００６４】これはプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣ
ＶＤ）の従来のモードで、浮遊電極線Ｅ1 により円筒形
スクリーン電極Ｅ1 の処理室１０内での影響は最小にな
る。
【００６５】製作プロセス方法２ スイッチ８４を接点
８８に回転して電極線Ｅ1 を高周波ＲＦチューナー９６
に、スイッチ１１６を接点１１８に回転して電極線Ｅ2
を接地に、スイッチ１３４を接点１３８に回転して電極
線Ｅ3 を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この
接続により、処理室１０内で２重ゾーン・プラズマ処理
ができる。
【００６６】電極線Ｅ1 からの円筒形スクリーン電極６
６および電極線Ｅ3 からのチャック２４の無線周波数電
力は、プラズマ・プロセスの均一性が最適になりおよび
／または膜のストレスが最小になるように調整する。こ
のプロセスは、図９に示す別の実施態様のガスシャワー
ヘッド１８４などのように２つより大きいプラズマゾー
ンで実施してよい。
【００６７】製作プロセス方法３ 電極線Ｅ1 を低周波
ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ 2 を接地に、電極線
Ｅ3 を高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この場
合は、円筒形スクリーン電極６６は低周波プラズマを生
成する１００ｋＨｚ電力を受け、無線周波数チャック２
４は１３．５６ＭＨｚ電力信号を受けて均一性および／
またはストレスを調節することによりＰＥＣＶＤ処理を
強化する。
【００６８】従ってこの方法を用いると、円筒形スクリ
ーン電極６６は処理室１０内全体に拡散する濃い１００
ｋＨｚプラズマを発生する。チャック２４のＲＦ周波数
は、ウエーハに衝突するイオンエネルギーを調節する。
つまり、イオンエネルギーを調整することによって層の
ストレスを制御することができる。
【００６９】円筒形スクリーン電極６６が受ける電力に
より堆積やエッチング速度を独立に制御し、またチャッ
ク２４が受ける電力により層のストレスおよび／または
プロセスの均一性を制御することができる。
【００７０】製作プロセス方法４ 電極線Ｅ1 ７４を接
地に、電極線Ｅ2 ７６を高周波ＲＦチューナー１２２
に、電極線Ｅ3 を接地に接続する。これにより、ウエー
ハ上のイオン・エネルギーを減少して堆積またはエッチ
ングを行なうことのできるプラズマ・プロセス環境を作
る。
【００７１】電極線Ｅ2 は１３．５６ＭＨｚ電力信号を
シャワーヘッド組立体５２に与え、また円筒形スクリー
ン電極６６とチャック２４は接地されるので、イオン・
エネルギーは減少し、従ってウエーハ２２の表面へのイ
オンの衝突は柔らかくなる。
【００７２】製作プロセス方法５ 電極線Ｅ1 ７４を高
周波ＲＦチューナー９６に、電極線Ｅ2 ７６を接地に、
電極線Ｅ3 ２６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続す
る。このＰＥＣＶＤプロセスでは、円筒形スクリーン電
極６６がプロセス・プラズマを発生し、チャック２４が
イオン・エネルギーと発生した層のストレスを制御す
る。
【００７３】この方法は上に述べたプロセス方法３と同
様であるが、プロセス方法３では円筒形スクリーン電極
６６が１００ｋＨｚ信号プラズマを受け、ＲＦチャック
２４が１３．５６ＭＨｚ信号を受けてＰＥＣＶＤ処理を
強化しストレスを制御する点が異なる。このプロセス方
法５は本質的にプロセス方法３の接続を逆にしたもので
ある。
【００７４】従って、ＲＦチャック２４はウエーハ２２
へのイオンの衝突を増加する低周波出力を生成する。プ
ラズマ・プロセスによっては、強化したイオン衝突の方
がむしろ望ましい。この場合には、プロセス方法５の方
がプロセス方法３より望ましい。
【００７５】製作プロセス方法６ 電極線Ｅ1 を高周波
ＲＦチューナー９６に、電極線Ｅ2７６を接地に、電極
線Ｅ3 ２６を浮遊状態にする。これにより円筒形スクリ
ーン電極６６はＲＦメガトロン・プラズマを発生する。
このプロセスでは、ほとんどイオンエネルギーを持たな
いリモート・マイクロウエーブ・プラズマを半導体ウエ
ーハ２２に向けてよい。
【００７６】製作プロセス方法７ 電極線Ｅ1 ７４を接
地に、電極線Ｅ2 ７６を低周波ＲＦチューナー１０４
に、電極線Ｅ3 ２６を高周波ＲＦチューナー１２２に接
続する。この方法のＰＥＣＶＤ処理は、シャワーヘッド
組立体５２および円筒形スクリーン電極６６に連続的イ
オン衝突効果を与える。シャワーヘッド組立体５２およ
び電極６６へのイオン衝突が最小なので、このプロセス
は処理室の堆積を妨げるのに役に立つ。
【００７７】製作プロセス方法８ 電極線Ｅ1 ７４を接
地に、電極線Ｅ2 ７６を浮遊線１２６に、電極線Ｅ3 を
高周波ＲＦチューナー１２２に接続する。この方法のＰ
ＥＣＶＤプロセスでは、プラズマ・プロセスの均一性と
イオン・エネルギーを変えることができる。
【００７８】上に述べた製作プロセス方法１から８は、
望ましい実施態様がプラズマ強化半導体装置製作中にプ
ラズマ・プロセスの均一性と速度制御と層のストレス制
御を最適にする著しい柔軟性を与えることを示す。
【００７９】更に、電極線Ｅ1 ７４、Ｅ2 ７６、Ｅ3 ２
６からそれぞれスイッチ８２、１１２、１１４を通して
接地や浮遊や電源に実時間で接続できるので、プロセス
・パラメータ制御の一層の柔軟性が得られる。
【００８０】望ましい実施態様によりエッチングやその
他のウエーハ製作プロセスに柔軟性が得られるだけでな
く、この望ましい実施態様はその場で行なわれる室のク
リーニングの柔軟性を著しく増す。詳しくいうと、望ま
しい実施態様により、ウエーハのエッチングおよび堆積
プロセスと共に実時間の効果的なその場での室のクリー
ニングができる。
【００８１】例えば望ましい実施態様により可能になる
その場で行なわれるクリーニングは、二酸化珪素や窒化
珪素やアモルファス珪素の堆積などの各ＰＥＣＶＤプロ
セスの後に行なってよく、処理室１０の内表面の残存堆
積物を全て除去する。シャワーヘッド組立体５２および
室継ぎ輪３８が、除去を必要とする残存堆積物または汚
染を保持する。
【００８２】これらの残存堆積物を除去するため、室ク
リーニング剤はアルゴンとＣＦ4 、アルゴンとＮＦ3 、
アルゴンとＳＦ6 の組み合わせなどのプラズマを含んで
よい。望ましい実施態様におけるその場で行なわれるク
リーニングの各種の方法は、以下の電極接続を用いてよ
い。
【００８３】クリーニング・プロセス方法１ 電極線Ｅ
1 ７４を接地に、電極線Ｅ2 ７６を低周波ＲＦチューナ
ー１０４に、電極線Ｅ3 ２６を接地に接続する。この構
成により、プラズマが発生してシャワーヘッド組立体５
２の表面に高エネルギーのエッチング・イオンが衝突し
て、シャワーヘッド組立体５２をクリーニングする。
【００８４】クリーニング・プロセス方法２ 電極線Ｅ
1 ７４を低周波ＲＦチューナー１０４に、電極線Ｅ2 ７
６および電極線Ｅ3 ２６を接地に接続する。この接続に
より、スクリーン電極６６を経て処理室１０内の処理室
継ぎ輪３８をクリーニングするプラズマ環境が得られ
る。
【００８５】クリーニング・プロセス方法３ 電極線Ｅ
1 ７４とＥ2 ７６を接地に、電極線Ｅ3 ２６を低周波Ｒ
Ｆチューナー１０４に接続する。この接続により、ＲＦ
チャック２４に残存堆積物があれば全てクリーニングす
る。
【００８６】クリーニング・プロセス方法４ 電極線Ｅ
1 ７４を接地に、電極線Ｅ2 ７６を低周波ＲＦチューナ
ー１０４に、電極線Ｅ3 を高周波ＲＦチューナー１２２
に接続する。この構成により、シャワーヘッド組立体５
２をクリーニングするプラズマ・エネルギーが強化され
る。
【００８７】図５と図６は、それぞれ望ましい実施態様
で用いられるマグネトロン永久磁石組立体７２の側面図
および頂面図を示す。マグネトロン永久磁石組立体７２
の高さ１５０は、処理室１０内のプロセス環境６２の高
さを十分覆う高さである。
【００８８】更に、マグネトロン永久磁石組立体７２の
外径１５２は、組立体７２が反応器の容器壁３２内に収
まる程度に小さく、その内径１５４は２つの磁石例えば
磁石１５８と１５９の幅１５６を加えても永久磁石組立
体７２が処理室継ぎ輪３８の周りに容易にはまる程度に
大きい。
【００８９】マグネトロン永久磁石組立体７２のこの実
施態様における磁石例えば磁石１５８は放射状に３０゜
離して設けられ、北極と南極がマグネトロンの外壁１６
０に交互に接触する。すなわち、例えば磁石１５８の北
極が壁１６０に接触しその南極がマグネトロン７２の内
部に向いていれば、磁石１５８に隣接する磁石１６２の
南極は外壁１６０に接触しその北極はマグネトロン７２
の中心に向いている。
【００９０】図５と図６の実施態様において、磁石１５
８と１６２を３０゜離し、北極と南極を交互に外壁１６
０に接触させることにより、外壁１６０の内径に沿って
磁石を１２個設けることができる。
【００９１】図７と図８は、それぞれこの発明の望まし
い実施態様で用いてよい、別のマグネトロン永久磁石組
立体１６４の側面図と頂面図である。図７においては、
磁石例えば磁石１６６は垂直方向に設けられ、北極（ま
たは南極）１６８は壁１６９の上部にあり、南極（また
は北極）１７０は壁１６９の底部にあってこのマグネト
ロン永久磁石組立体１６４の基体１７２に接触する。
【００９２】このマグネトロン組立体１６４は、上に述
べた図５と図６のマグネトロン組立体７２と同様に空間
的に制限される。従ってその外径１７４は反応器の容器
壁３２内に収まる程度に小さくなければならず、その内
径１７６は処理室継ぎ輪３８の周りにはまる程度に大き
くなければならない。
【００９３】図５と図６のマグネトロン７２では北極と
南極が交互になっていたのとは異なり、マグネトロン１
６４では全ての磁石は垂直に同じ方向に磁化されてい
る。また磁石例えば磁石１６６の北極１６８にまたはそ
の上には柔らかい鉄輪１７８があり、磁石１６６から磁
界が伝播しないように制限する。
【００９４】図５と図６のマグネトロン組立体７２と図
７と図８のマグネトロン組立体１６４との一般的な違い
は、それぞれの方向づけによって生じる磁束分布であ
る。例えば、図５と図６のマグネトロン組立体７２は処
理室継ぎ輪３８の内部に多極磁界を形成する。
【００９５】図７の矢印１８２は、マグネトロン組立体
１６４の垂直に方向づけられた磁石が作る上端から下端
への磁束分布を示す。マグネトロン永久磁石組立体７２
または１６４を使うと望ましい実施態様のスクリーン電
極プラズマ濃度は強化されるが、この発明の本質的な目
的からすると、これらを使うかどうかは任意である。
【００９６】図９は、多ゾーン・プラズマ処理用の多重
シャワーヘッド電極ゾーンを作るシャワーヘッド組立体
５２の別の構成を示す。図９において、別のシャワーヘ
ッド組立体１８４は同心円状のプラズマ電極輪、例えば
外部同心輪１８６、中央同心輪１８８、内部ディスク１
９０を含み、それぞれ外部シャワーヘッド電極線Ｅ2′
１９２、中央電極線Ｅ3 ′１９４、内部電極線Ｅ4 ′１
９６に接続する。
【００９７】同心円状シャワーヘッド部分１８６、１８
８、１９０を分離するのは、マコル(macor) 、テフロ
ン、セラミック、その他の電気絶縁材料で製作した絶縁
材料１９８と２００である。
【００９８】この構成では、３つのシャワーヘッド電極
接続１８６、１８８、１９０の他にスクリーン電極６６
とチャック２４があることに注意していただきたい。多
ゾーン・プラズマ処理用のプラズマ電極は全部で５つあ
る。シャワーヘッド電極への相対的な無線周波数電力を
調整すれば、プラズマ・プロセスの均一性を最適にする
ことができる。
【００９９】図１０は、二酸化珪素堆積用の望ましい実
施態様を用いて、クリーニングおよびＰＥＣＶＤ処理を
実時間で時分割多重化する動作を示す。例えば線２０２
は、ｔ0 でゼロレベル２０４で始まるジエチルシラン
（ＤＥＳ）ガスの流量を表わす。時刻ｔ1 で、流量は増
加して流量高レベル２０６になる。また線２０８は、時
刻ｔ0 で高レベル２１０で始まるＮＦ3 クリーニングガ
スの流量を表わす。
【０１００】時刻ｔ1 で、ＮＦ3 ガス流量は低い（ゼ
ロ）レベル２１２に落ちる。所定の時間ＤＥＳガスが流
れた後、時刻ｔ2 でＤＥＳガスの流量は低すなわちゼロ
レベル２０４に再び落ち、ＮＦ3 クリーニングガスは高
レベル２１０に戻る。この時点で室クリーニング・プロ
セスが始まり、時刻ｔ3 でクリーニングガスＮＦ3 の流
量が低またはゼロレベル２１２に下がり、ＤＥＳは高レ
ベル２０６に戻る。
【０１０１】この型のガス流量の断続が起こるのは、Ｒ
Ｆチャック２４への電極線Ｅ3 を高周波ＲＦチューナー
１２２に接続し、シャワーヘッド５２への電極線Ｅ2 ７
６を低周波ＲＦチューナー１０４に接続し、円筒形スク
リーン電極６６への電極線Ｅ 1 を接地１１０に接続して
いる間である。
【０１０２】図１１の時間線の基本概念は図１０と同じ
で、ＴＥＯＳまたはＤＥＳと酸素とアルゴンの組み合わ
せと共に、ＮＦ3 と酸素とアルゴンを組み合わせたクリ
ーニングガスを用いて時分割多重化または断続モードで
ＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積を行なう例を示す。
【０１０３】図１１において、線２１４はＤＥＳまたは
ＴＥＯＳガスの流量を表わし、線２１６はアルゴンガス
の流量を表わし、線２１８は酸素の流量を表わし、線２
２０はＮＦ3 ガスの流量を表わす。線２２２は処理ガス
が流れた結果生じる処理室１０内の全圧力を表わす。ガ
ス流量が変化するのに対応して、線２２４、２２６、２
２８はそれぞれ電極線Ｅ3 、Ｅ2 、Ｅ1 への無線周波数
信号の変化を示す。
【０１０４】時刻ｔ0 から始まって、ＤＥＳガスはゼロ
レベル２３０から高レベル２３２に上がり、アルゴンガ
スはゼロレベル２３３から高レベル２３４に上がり、酸
素ガス流量はゼロレベル２３５から高レベル２３６に上
がり、ＮＦ3 ガスレベルは変わらずにゼロレベル２３８
のままである。処理室１０にガスが流れると、処理室圧
力を示す圧力線２２２はレベル２４０に上がる。
【０１０５】時刻ｔ0 での電極線Ｅ3 、Ｅ2 、Ｅ1 に関
して述べると、ＲＦチャック２４への電極線Ｅ3 はレベ
ル２４２で表わす１３．５６ＭＨｚ信号を受け、シャワ
ーヘッド５２への電極線Ｅ2 は接地に接続し、電極線Ｅ
1 はレベル２４６で表わすように高周波ＲＦチューナー
９６からの１３．５６ＭＨｚ信号を受ける。この例示の
プロセスのこの段階中、処理室１０の環境６２内にある
ウエーハ表面２２には二酸化珪素が堆積してよい。
【０１０６】時刻ｔ1 で、例示のプロセスのプロセス・
パラメータが変化する。ＤＥＳ流量はゼロレベル２３０
に戻り、電極線Ｅ3 は接地に接続して信号はゼロレベル
２４８に落ち、電極線Ｅ1 は接地に接続してゼロレベル
２５０へ落ちる。ガス流量が変化すると、圧力線２２２
は一時的に小さな圧力低下２５２を示した後、急速に以
前の圧力レベル ２４０に戻る（閉回路圧力制御器によ
り）。
【０１０７】時刻ｔ2 で、ＮＦ3 ガスを導入して処理室
１０内でクリーニングが始まる。ＮＦ3 ガス流量は低す
なわちゼロレベル２３８から高レベル２５４に上がる。
円筒形スクリーン電極６６への電極線Ｅ1 は、低周波Ｒ
Ｆチューナー１０４から１００ｋＨｚ信号を受ける。線
２２８がレベル２４６へ上がったのはこの変化を表わ
す。この時、処理室１０内の圧力はレベル２５８への増
加で示す小さな増加または上昇を示した後、急速に定常
レベル２４０に戻る。
【０１０８】時刻ｔ3 で、ＮＦ3 ガス流量、電極Ｅ1 へ
の１００ｋＨｚ信号、電極Ｅ1 の電力がゼロレベルに戻
ると、クリーニングは終わる。この時、圧力は一時的に
レベル２５２に落ちた後、レベル２４０に戻る。
【０１０９】時刻ｔ4 で、二酸化珪素堆積の第２サイク
ルが始まる。このプロセスでは、ＤＥＳガス線２１４は
ゼロレベル２３０から高レベル２３２に上がり、電極線
Ｅ3は高周波ＲＦチューナー１２２に接続し、電極線Ｅ
1 は高周波ＲＦチューナー９６に接続する。他のプロセ
ス・パラメータは全て変わらない。ガス流量のこの変化
により、圧力は一時的に上昇２５８を示す。
【０１１０】時刻ｔ5 で、ＤＥＳガスの流れが止まり、
電極線Ｅ3 とＥ1 が接地に接続して１３．５６ＭＨｚ信
号が止まるとこの第２堆積は終わる。圧力は再び低レベ
ル２５２に落ちた後、定常状態レベル２４０に戻る。
【０１１１】時刻ｔ6 で、ＮＦ3 ガス流量が低レベル２
３８から高レベル２５４に上がり、電極線Ｅ2 が低周波
ＲＦチューナー１０４からの１００ｋＨｚ信号に接続す
ると、第２クリーニング処理サイクルが始まる。時刻ｔ
7 で、ＮＦ3 ガス流量がゼロレベル２３８に戻り、電極
線Ｅ2 電圧が接地１１０に戻ると、このその場で行なわ
れるクリーニング処理は終わる。ＮＦ3 ガスのれが止ま
ると、処理室１０内の圧力は一時的にレベル２５２に落
ちる。
【０１１２】時刻ｔ8 で、第３堆積プロセス・サイクル
が始まる。この第３堆積プロセスは、ＤＥＳガスがレベ
ル２３２に上がり、電極線Ｅ3 が高周波ＲＦチューナー
１２２に接続して１３．５６ＭＨｚ信号を受け、電極線
Ｅ1 が高周波ＲＦチューナー９６に接続して同じく１
３．５６ＭＨｚ信号を受けると始まる。
【０１１３】ガスの流量が変化すると、処理室圧力は一
時的にレベル２５８に上がる。この第３堆積プロセスが
続いて時刻ｔ9 になると、ＤＥＳガス流量はゼロレベル
２３０に戻り、電極線Ｅ3 は接地レベル２４８に戻り、
電極線Ｅ1 は接地レベル２５０に戻る。この変化も、一
時的な圧力低下２５２を起こす。
【０１１４】時刻ｔ10で、ＮＦ3 ガス流量がレベル２５
４に上がり、電極線Ｅ1 が低周波ＲＦチューナー１０４
に接続して１００ｋＨｚ信号を受けると、第３のその場
で行なわれるクリーニング・プロセスが処理室１０内で
起こる。一時的な圧力上昇２５８が起こるので、プラズ
マガスの流量が変化したことが分かる。時刻ｔ11で、Ｎ
Ｆ3 ガスが低レベル２３８に戻り、電極線Ｅ1 が接地ポ
テンシャル２５０に戻ると、クリーニング・プロセスは
終わる。時刻ｔ11での圧力低下２５２は、ＮＦ 3 ガスの
流量のこの変化の結果である。
【０１１５】時刻ｔ12で、ＤＥＳガス流量がレベル２３
２になり、電極線Ｅ3 が高周波ＲＦチューナー１２２か
ら１３．５６ＭＨｚ信号を受け、電極線Ｅ1 が高周波Ｒ
Ｆチューナー９６から１３．５６ＭＨｚ信号を受ける
と、第４で最終の堆積プロセス・サイクルが始まる。こ
のプロセス・サイクルは時刻ｔ13で終わる。時刻ｔ13で
は、ＰＥＣＶＤ二酸化珪素堆積もクリーニング処理も終
わる。
【０１１６】ＤＥＳガス流量はゼロレベル２３０に戻
り、アルゴンガス流量２１６はレベル２３３に落ち、酸
素ガス流量２１８はレベル２３５に落ち、ＮＦ3 ガス流
量はレベル２３８のままであり、圧力はプロセス前の真
空レベル２３９に落ち、電極Ｅ 3 （線２２４）は接地ポ
テンシャル２４８に落ち、電極Ｅ2 は接地レベル２４４
を保ち、電極Ｅ1 線ポテンシャルは接地レベル２５０に
落ちる。
【０１１７】これで図１１のプロセスを完了する。上に
述べたプロセスは、時分割多重化ＰＥＣＶＤプロセスと
多電極プラズマ・プロセスによるその場で行なわれるク
リーニングの例を示す。
【０１１８】図１２から図１５までは、この発明の望ま
しい実施態様を用いて得られる１５０ｍｍウエーハ上の
結果を示す。詳しくいうと図１２と図１３は、２つの異
なるプロセス・パラメータの組を用いて生じたプロセス
のＰＥＣＶＤ・ＤＥＳ酸化物堆積の均一性を測定した例
を示す。図１２は、５００標準ｃｍ3 ／分（ＳＣＣＭ）
のアルゴンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭ
のＤＥＳを４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力でプラズマ
処理室内に流した結果を示す。
【０１１９】円筒形スクリーン電極６６は電極線Ｅ1 を
経て接地に接続し、シャワーヘッド電極５２は電極線Ｅ
2 を経て低周波ＲＦチューナー１０４から１０ワットの
１００ｋＨｚ信号を受け、無線周波数チャック２４は電
極線Ｅ3 を経て高周波ＲＦチューナー１２２などからの
５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電力に接続する。次の表
は、図１２に示すウエーハの測定結果に表われる統計的
変動を示す。
【表１】
【０１２０】同様に図１３は、１００ＳＣＣＭのアルゴ
ンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳ
ガス流量を用いて１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力
で行なったＰＥＣＶＤプロセスの後に得た測定値を示
す。図１３のプロセスでは、円筒形スクリーン電極６６
は浮遊状態であり、ＲＦチャック２４はＲＦチューナー
１２２から５０ワットの１３．５６ＭＨｚ信号を受け、
シャワーヘッド電極５２は接地に接続する。表ＩＩはこ
のプロセスで得られた統計的結果を示す。
【表２】
【０１２１】表ＩＩＩは、望ましい実施態様において２
つの異なる圧力で、多ゾーン、多電極プラズマ・プロセ
スを用いて得られた堆積速度の例示的結果をオングスト
ローム／分で示す。表に示すように、ＰＥＣＶＤプロセ
ス圧力が高いほど堆積速度も高くなる。
【表３】
【０１２２】更に図１４と図１５は、望ましい実施態様
の多ゾーン・プラズマ処理装置を用いて得られるＰＥＣ
ＶＤ酸化物の厚さの均一性制御を示す。図１４のプロセ
スは、５００ＳＣＣＭのアルゴンと、１００ＳＣＣＭの
酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳを４００ Ｐａ（３Ｔｏ
ｒｒ）の圧力で用いたものである。
【０１２３】円筒形スクリーン電極６６は接地に接続
し、シャワーヘッド組立体５２は接地に接続し、ＲＦチ
ャック２４は５０ワットの１３．５６ＭＨｚ電源を受け
る。表ＩＶはこのプロセスの統計的結果を示す。
【表４】
【０１２４】最後に図１５は、５００ＳＣＣＭのアルゴ
ンと、１００ＳＣＣＭの酸素と、２５ＳＣＣＭのＤＥＳ
を４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の圧力で用いたプロセスの
結果を示す。電極線Ｅ1 ７４はＲＦチューナー１０４な
どの１５ワットの１００ｋＨｚ低周波電源に接続し、電
極線Ｅ2 ７６は接地に接続し、電極線Ｅ3 ２６はＲＦチ
ューナー１２２などから５０ワットの１３．５６ＭＨｚ
電源を受ける。表Ｖは、この処理の統計的結果を示す。
【０１２５】表に示すように、この多ゾーン・プラズマ
発生を用いたＰＥＣＶＤプロセスを行なうと、表ＩＶの
単一ゾーン・プラズマ堆積プロセスに比べて酸化物の厚
さの均一性が改善される。多電極プラズマ構成により、
全体のプロセスの均一性を最適にするための相対的なゾ
ーン・プラズマ濃度の調整ができる。ＰＥＣＶＤ処理は
全て約４００゜Ｃで行なわれたことに注意していただき
たい。
【表５】
【０１２６】図１６は望ましい実施態様の多電極、多ゾ
ーン・プラズマ処理方法および装置によって得られる装
置の電気的結果を示す。詳しくいうと図１６は、望まし
い実施態様においてＰＥＣＶＤ酸化物ゲート誘電体を備
えたアルミニウム・ゲート金属酸化物半導体（ＭＯＳ）
コンデンサの電気絶縁破壊の測定値を示す。図１６にお
いて、縦軸３００には０％から１００％までの百分率絶
縁破壊を示す。
【０１２７】横軸３０２には、コンデンサの絶縁破壊電
界の測定値をメガボルト／ｃｍ単位で０ＭＶ／ｃｍから
１４ＭＶ／ｃｍの範囲で示す。この例のコンデンサのプ
ロセス要件仕様は、平均絶縁破壊が４ＭＶ／ｃｍより上
でなければならないということである。図１６に示すよ
うに、１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の圧力で形成した
コンデンサの絶縁破壊電界は、一般に６から１０ＭＶ／
ｃｍの範囲である。
【０１２８】４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）のプロセスで形
成したコンデンサの絶縁破壊電界は、約４から７ＭＶ／
ｃｍの間である。一般に全ての絶縁破壊は、４ＭＶ／ｃ
ｍという要件より上で起こっている。これらの結果か
ら、望ましい実施態様の方法および装置から得られるＰ
ＥＣＶＤ酸化物層の電気的品質は基準を満たすことを示
す。
【０１２９】この発明について上に述べた実施態様に関
連して説明したが、この説明は制限的な意味に解釈して
はならない。開示した実施態様の各種の変形やこの発明
の別の実施態様が可能なことは、この説明を読めば、こ
の技術に精通した人には明かである。従って特許請求の
範囲は、この発明の真の範囲に含まれる各種の変形を含
むものと見なす。
【０１３０】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） プラズマ堆積またはエッチング・プロセス中
に、均一なプラズマ処理と効果的なその場での製作反応
器処理室のクリーニングを行なうための多ゾーン、多電
極プラズマ処理方法であって、プラズマ・プロセスガス
を前記処理室に流し、前記プラズマ・プロセスガス流の
前記流れの間に、前記プラズマ・プロセスガスからプロ
セス・プラズマを発生して半導体ウエーハ上にプラズマ
強化プロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化し、
前記処理室内にその場で行なわれるクリーニング用のガ
スを流し、前記クリーニングガスの前記流れの間に、前
記クリーニングガスからクリーニング・プラズマを発生
してその場でのプラズマ援助室クリーニング・プロセス
を行なうためにプラズマ電極を活性化する、段階を含む
プラズマ処理方法。
【０１３１】（２） 前記プラズマ・プロセスおよびそ
の場で行なわれるプラズマ援助室クリーニング段階は、
連続的にかつ順次に行なわれる、第１項記載の方法。 （３） 前記プラズマ・プロセスおよびその場で行なわ
れるプラズマ援助室クリーニング段階は時分割多重形式
で行なわれる、第１項記載の方法。 （４） 前記プラズマ強化プロセス中に行なわれる前記
半導体ウエーハに近接する前記プロセス・プラズマ密度
を制御するための前記プラズマ電極活性化段階を可変制
御する段階を更に含み、前記プロセス・プラズマ濃度調
節はプラズマ・プロセス・パラメータを柔軟に調整する
ことができる、第１項記載の方法。
【０１３２】（５） 前記その場で行なわれるプラズマ
援助室クリーニング・プロセス段階中に行なわれる前記
露出した処理室壁に近接する前記クリーニング・プラズ
マ密度を制御するための前記プラズマ電極活性化を可変
制御する段階を更に含み、前記クリーニング・プラズマ
濃度調節は処理室壁を柔軟にクリーニングすることがで
きる、第１項記載の方法。 （６） 前記半導体ウエーハに近接するプロセス・プラ
ズマ濃度および均一性を制御するための多重プラズマ電
極を適切に配列する段階を更に含み、前記制御はプラズ
マ・プロセス・パラメータを柔軟に最適化することがで
きる、第１項記載の方法。
【０１３３】（７） 前記処理室壁に近接するクリーニ
ング・プラズマ密度および分布を制御するための多重プ
ラズマ電極を所定の構成にする段階を更に含み、前記制
御は処理室壁のその場でのクリーニングを柔軟に行なう
ことができる、第１項記載の方法。 （８） 複数の非プラズマ・プロセスガスを処理室に流
して前記プラズマガスまたは前記クリーニングガスと混
合する段階を更に含む、第１項記載の方法。 （９） 第１プラズマ電極としてチャックを用いる段階
を更に含む、第１項記載の方法。
【０１３４】（１０） 第２プラズマ電極としてガスシ
ャワーヘッドを用いる段階を更に含む、第１項記載の方
法。 （１１） 第３プラズマ電極として周辺スクリーンを用
いる段階を更に含む、第１項記載の方法。 （１２） 前記周辺スクリーン第３電極は円筒形の穿孔
された電極である、第１１項記載の方法。
【０１３５】（１３） プラズマ製作プロセス中に、均
一なプラズマ処理とその場での製作反応器処理室壁のク
リーニングを行なうためのシステムであって、プラズマ
・プロセスガスから堆積プロセス・プラズマを発生する
ための第１プラズマ電極と、その場で行なわれるクリー
ニング用のガスからクリーニング・プロセス・プラズマ
を発生するための第２プラズマ電極と、前記プラズマ・
プロセスガスと前記その場で行なわれるクリーニング用
のガスを断続モードで前記処理室に選択的に流すための
制御可能なガス流れ装置と、前記プラズマ・プロセス堆
積ガスが流れ始めると前記第１プラズマ電極を活性化し
て、前記プラズマ・プロセスガスからプラズマを発生す
るための第１回路と、前記その場で行なわれるクリーニ
ング用のガスが流れ始めると前記第２プラズマ電極を活
性化して、前記プラズマ・クリーニングガスを用いてそ
の場でのプラズマ援助室クリーニングを行なうための第
２回路と、を含むシステム。
【０１３６】（１４） 前記第１回路は、前記第１プラ
ズマ電極を連続的にかつ順次に活性化する、第１３項記
載のシステム。 （１５） 前記第２回路は、前記第２プラズマ電極を連
続的にかつ順次に活性化する、第１３項記載のシステ
ム。 （１６） 前記第１プラズマ電極を可変制御して前記半
導体ウエーハに近接する前記プロセス・プラズマ濃度を
可変制御するための回路を更に含み、前記第１プラズマ
電極に関連する前記プロセス・プラズマ濃度制御回路
は、プラズマ・プロセス・パラメータの調整を十分柔軟
に行なうことのできる柔軟なプラズマ濃度制御を行な
う、第１３項記載のシステム。
【０１３７】（１７） その場で行なわれるプラズマ援
助室クリーニング・プロセス中に前記第２プラズマ電極
活性化回路を可変制御して、前記反応器処理室壁に近接
する前記その場で行なわれるクリーニング用のプラズマ
濃度を制御するための回路を更に含み、前記第２プラズ
マ電極に関連する前記クリーニング・プラズマ濃度制御
回路はその場で行なわれるクリーニング用のガス流量の
変動とは独立にその場で行なわれるクリーニング用のプ
ラズマ濃度を制御する、第１３項記載のシステム。 （１８） 前記反応器処理室壁に近接するプラズマ・プ
ロセス濃度を制御するための第３プラズマ電極を更に含
む、第１３項記載のシステム。
【０１３８】（１９） 多重プラズマ電極の所定の構成
を間欠的に活性化して、前記反応器処理室壁に近接する
クリーニング・プラズマ濃度および分布を制御するため
の回路を更に含む、第１３項記載のシステム。 （２０） 前記多重プラズマ電極活性化回路を可変制御
して、前記反応器処理室壁に近接する前記クリーニング
・プラズマ濃度を制御するための回路を更に含み、前記
第２プラズマ電極に関連する前記クリーニング・プラズ
マ濃度制御回路は、前記その場で行なわれるクリーニン
グ用のガスの流量の変動とは独立にプラズマ濃度を制御
する、第１９項記載のシステム。
【０１３９】（２１） プラズマ堆積またはエッチング
・プロセス中に、均一なプラズマ処理および効果的なそ
の場での製作反応器処理室（１０）クリーニングを行な
うための多ゾーン、多電極プラズマ処理方法であって、
先ずプラズマ堆積またはエッチングガスを処理室（１
０）に断続または連続モード（線２１４）で流し、次に
プラズマ・クリーニングガスを処理室（１０）に断続モ
ード（２２０）または連続モードで流す段階を含む。プ
ラズマ処理ガスが流れ始めると、少なくとも１つのプラ
ズマ電極（２４または５２）を断続的に活性化する（２
２４）ことによって、この方法はプロセス・プラズマ媒
体を発生してプラズマ強化堆積またはエッチングプロセ
スを行なう。更にプロセスガス流が止まっている間に、
同じまたは異なる構成のプラズマ電極（６６）を断続的
に活性化し、その場で行なわれるクリーニング用のプラ
ズマを生成してプラズマ援助室クリーニングプロセスを
行なう。この発明の多ゾーンプロセス処理方法により、
１つまたは複数の無線周波数電源を用いて多重プラズマ
電極を時分割多重または連続的に活性化し、半導体ウエ
ーハ（２２）、処理室壁（３８）、ガスシャワーヘッド
（５２）に近接するプラズマ濃度と均一性およびイオン
・エネルギーを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
この発明と使用法と利点は、例示的な実施態様の説明を
次の図面と共に参照すれば最もよく理解できる。
【図１】望ましい実施態様の概念を図示するための代表
的な半導体ウエーハ処理反応器プラズマ処理室の簡単な
略図である。
【図２】単一ウエーハ真空プロセッサ内のこの発明の望
ましい実施態様を含む製作反応器処理室の詳細図であ
る。
【図３】望ましい多電極実施態様のプラズマ処理スクリ
ーン電極の等角図である。
【図４】望ましい実施態様で用いる各種の多電極／多周
波数無線周波数接続を示す図。
【図５】マグネトロン・プラズマ強化によって望ましい
実施態様の動作を強化する第１永久磁石モジュールの側
面図である。
【図６】マグネトロン・プラズマ強化によって望ましい
実施態様の動作を強化する第１永久磁石モジュールの頂
面図である。
【図７】マグネトロン・プラズマ強化のための望ましい
実施態様で用いることのできる第２永久磁石モジュール
の側面図である。
【図８】マグネトロン・プラズマ強化のための望ましい
実施態様で用いることのできる第２永久磁石モジュール
の頂面図である。
【図９】この発明の望ましい実施態様における多電極お
よび／または多周波数プラズマ処理のためのシャワーヘ
ッド組立体を切断した図である。
【図１０】望ましい実施態様で用いる断続的酸化物ＰＥ
ＣＶＤおよびその場で行なわれるクリーニング・プロセ
スのためのプラズマ時分割多重化を示す図。
【図１１】望ましい実施態様を用いた、散在するＰＥＣ
ＶＤ二酸化珪素堆積とその場で行なわれるプラズマ・ク
リーニングのための代表的な時分割多重化（ＴＤＭ）動
作を示す図。
【図１２】ＰＥＣＶＤ酸化物堆積の厚さの均一化形状を
示す図。
【図１３】ＰＥＣＶＤ酸化物堆積の厚さの均一化形状を
示す図。
【図１４】望ましい実施態様を用いたＰＥＣＶＤ酸化物
堆積と２ゾーン・プラズマの均一化形状を示す図。
【図１５】望ましい実施態様を用いたＰＥＣＶＤ酸化物
堆積と２ゾーン・プラズマの均一化形状を示す図。
【図１６】望ましい実施態様の方法と装置で製作した酸
化物誘電体を備えるアルミニウム・ゲートＭＯＳコンデ
ンサで行なったテスト結果を示す図。
【符号の説明】
１０ 処理室 １２ マグネトロン・モジュール １４ 処理室蓋 １６、２０ 熱電対接続 ２２ 半導体ウエーハ ２４ チャック ２６ チャック電極線Ｅ3 ２８ 冷媒の入口 ３０ 冷媒の出口 ３２ 反応器外壁 ３４ シール領域 ３６ 支持体 ３８ 処理室継ぎ輪 ４０ 接触シール ４２ チャック２４の保持棚 ４４ 囲いモジュール ４６ チャック２４の底面 ４８、５０ ピン ５２ シャワーヘッド組立体 ５４ シャワーヘッド注入器 ５６ 穿孔板 ６０ ガス通路 ６２ 処理環境 ６６ 円筒形スクリーン電極 ６８ 絶縁基体 ７０ スクリーン ７２ 永久磁石組立体 ７４ 電極線Ｅ1 ７６ 電極線Ｅ2 ７８ 通路孔 ８２ 電極線Ｅ1 用スイッチ ８４ スイッチ８２のコネクタ ８６ 浮遊線接点 ８８ 高周波接点 ９０ 低周波接点 ９２ 電気接地接点 ９４ 浮遊リード線 ９６ 高周波ＲＦチューナー ９８ 制御入力 １００ １３．５６ＭＨｚ電源 １０２ 線 １０４ 低周波ＲＦチューナー １０６ 制御入力 １０８ １００ｋＨｚ電源 １１０ 電気接地 １１２ 電極線Ｅ2 用スイッチ １１４ 電極線Ｅ3 用スイッチ １１６ スイッチ１１２の接点 １１８ 電気接地接点 １２０ 低周波接点 １２４ 高周波接点 １２８ 浮遊線接点 １２２ 高周波ＲＦチューナー １２６ 浮遊線 １３０ 制御入力 １３２ １３．５６ＭＨｚ電源 １３４ スイッチ１１４の接点 １３６ 低周波接点 １３８ 高周波接点 １４２ 電気接地接点 １４４ 浮遊線接点 １４０ 電気接地 １４６ 浮遊線 １５０ マグネトロン永久磁石組立体７２の高さ １５２ マグネトロン永久磁石組立体７２の外径 １５４ マグネトロン永久磁石組立体７２の内径 １５６ 磁石の幅 １５８、１５９、１６２ 磁石 １６０ マグネトロンの外壁 １６４ マグネトロン永久磁石組立体 １６６ 磁石 １６８ 磁石の北極（または南極） １６９ マグネトロン永久磁石組立体１６４の壁 １７０ 磁石の南極（または北極） １７２ マグネトロン永久磁石組立体１６４の基体 １７４ マグネトロン永久磁石組立体１６４の外径 １７６ 内径 １７８ 鉄輪 １８０ マグネトロン永久磁石組立体７２の磁束分布 １８２ マグネトロン永久磁石組立体１６４の磁束分布 １８４ シャワーヘッド組立体 １８６ 外部同心輪 １８８ 中央同心輪 １９０ 内部ディスク １９２ 電極線Ｅ2 ′ １９４ 電極線Ｅ3 ′ １９６ 電極線Ｅ4 ′ １９８、２００ 絶縁材料 ２０２ ＤＥＳ流量 ２０４ 流量ゼロレベル ２０６ 流量高レベル ２０８ ＮＦ3 流量 ２１０ 流量高レベル ２１２ 流量ゼロレベル ２１４ ＤＥＳまたはＴＥＯＳ流量 ２１６ アルゴン流量 ２１８ 酸素流量 ２２０ ＮＦ3 流量 ２２２ 処理室内圧力 ２２４ Ｅ3 信号 ２２６ Ｅ2 信号 ２２８ Ｅ1 信号 ２３０ ＤＥＳ流量ゼロレベル ２３２ ＤＥＳ流量高レベル ２３３ アルゴン流量ゼロレベル ２３４ アルゴン流量高レベル ２３５ 酸素流量ゼロレベル ２３６ 酸素流量高レベル ２３８ ＮＦ3 流量ゼロレベル ２３９ 処理室内圧力低レベル ２４０ 処理室内圧力高レベル ２４２ Ｅ3 信号高レベル（１３．５６ＭＨｚ） ２４４ Ｅ2 信号低レベル ２４６ Ｅ1 信号高レベル（１３．５６ＭＨｚ） ２４８ Ｅ3 信号ゼロレベル ２５０ Ｅ1 信号ゼロレベル ２５２ 処理室内圧力一時低下レベル ２５４ ＮＦ3 流量高レベル ２５８ 処理室内圧力一時上昇レベル ２５９ Ｅ2 信号高レベル ３００ 縦軸 ３０２ 横軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 9014−2Ｇ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ堆積またはエッチング・プロセ
    ス中に、均一なプラズマ処理と効果的な製作反応器(fab
    rication reactor) 処理室(process chamberまたはproc
    essing chamber) のその場での(in-situ) クリーニング
    を行なうための多ゾーン、多電極プラズマ処理方法であ
    って、 プラズマ・プロセスガスを前記処理室に流し、 前記プラズマ・プロセスガス流の前記流れの間に、前記
    プラズマ・プロセスガスからプロセス・プラズマを発生
    して半導体ウエーハ上にプラズマ強化プロセスを行なう
    ためにプラズマ電極を活性化し、 前記処理室内にその場で行なわれるクリーニング用のガ
    スを流し、 前記クリーニングガスの前記流れの間に、前記クリーニ
    ングガスからクリーニング・プラズマを発生してその場
    でプラズマ援助(plasma assisted) 室クリーニング・プ
    ロセスを行なうためにプラズマ電極を活性化する、 段階を含むプラズマ処理方法。
  2. 【請求項２】 プラズマ製作プロセス中に、均一なプラ
    ズマ処理とその場での製作反応器処理室壁のクリーニン
    グを行なうためのシステムであって、 プラズマ・プロセスガスから堆積プロセス・プラズマを
    発生するための第１プラズマ電極と、 その場で行なわれるクリーニング用のガスからクリーニ
    ング・プロセス・プラズマを発生するための第２プラズ
    マ電極と、 前記プラズマ・プロセスガスと前記その場で行なわれる
    クリーニング用のガスを断続モードで前記処理室に選択
    的に流すための制御可能なガス流れ装置と、 前記プラズマ・プロセス堆積ガスが流れ始めると前記第
    １プラズマ電極を活性化して、前記プラズマ・プロセス
    ガスからプラズマを発生するための第１回路と、 前記その場で行なわれるクリーニング用のガスが流れ始
    めると前記第２プラズマ電極を活性化し、前記プラズマ
    ・クリーニングガスを用いてその場でプラズマ援助室ク
    リーニングを行なうための第２回路と、 を含むシステム。
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