JPH088235B2

JPH088235B2 - プラズマリアクタ

Info

Publication number: JPH088235B2
Application number: JP61197015A
Authority: JP
Inventors: イー．スペンサージヨン; カータードユアン; オウテリイデイブ
Original assignee: テキサスインスツルメンツインコ−ポレイテツド
Priority date: 1985-08-23
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: US4623417A; JPS62122218A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はプラズマリアクタ及び半導体集積回路の処理
方法に関する。

［従来の技術］プラズマエツチングは集積回路の製造において、極め
て重要で広く使用されている工程である。プラズマエツ
チング工程をさらに改善するために、プラズマの磁気閉
篭により所与の圧力に対するエツチング速度が速くな
り、エツチングを行う半導体デバイス内の放射線損傷が
少くなるという利点が得られることが大部以前から提案
されていた。プラズマリアクタにおけるプラズマの磁気
閉篭の利点に関する別の考え方は、プラズマインピーダ
ンスが低下して、所与のrf電流（もしけは、おおむね同
等なことがあるが、プラズマ内の所与密度の励起状態、
解離イオン及び遊離基）が低rf電圧で得られるというこ
とである。低いrf電圧の使用は基板の直流自己バイアス
が低いことを意味し、従つて基板を衝撃（ボンバード）
するイオンの運動エネルギが低下して、このようなエネ
ルギイオンにより生じる損傷を低減することができる。
この損傷には主として２種類があり、第１に、高エネル
ギイオンは衝撃時にしばしばＸ線を発生し、これらのＸ
線は固体内をかなりの距離進行して表面状態を生じる
か、もしくは誘電体内の遊離キアリアを解放して既存の
トラツプに集めることができる。ゲート酸化物に対する
このような損傷により閾値の変移や他の有害な影響が生
じるため、MOSデバイスにとつて、これは特に微妙な問
題である。第２に、このような高エネルギイオン衝撃に
より基板に欠陥を生じる危険性が高い。

このようにして、（例えば、平行板リアクタ、ヘキソ
ード構成RIEリアクタ等）ウエハにプラズマを照射する
既存のプラズマリアクタを強化するものとしてプラズマ
の磁気閉篭は興味をそそるものであることが前から認識
されていた。（一般に“マグネトロン”エツチヤとして
知られる）磁気閉篭プラズマを使用したこのようなリア
クタが何種類か市販されているが、完全に満足な装置は
まだ開発されていない。

従来技術のマグネトロンエツチヤの重大な問題点は不
均一性である。そもそも、完全に平担な磁界を得るに
は、特に従来技術で汎用されている磁極片により磁界が
形成されているような場合、かなり困難である。この不
均一性を補償するために、従来技術の多くの装置が周囲
に磁界を生じる永久磁石の機械的に移動させてウエハ上
の見えがかりの平均磁界を均一にしているが、この方法
でも移動中の磁石のある部分では、磁界がウエハ表面に
平行とならず、従つていウエハのこのような部分は局部
的に高エネルギイオンの衝撃にさらされ、それによつ
て、まずマグネトロンエツチングの主な利点の一つが失
われる。他の従来技術の方法は磁界変調を使用してい
る。すなわち、電磁石を使用して主に永久磁石により生
成される磁界を変調しているが、これにも不均一性の問
題がある。

さらに、従来技術の多くの方法がそうであるが、永久
磁石を使用したいかなる方法も磁界強度がプロセスの最
適化のための自由なパアメータとはならないという困難
に直面する。プラズマエツチングやプラズマデポジシヨ
ンプロセスの最適化に含まれる複雑な相互作用という観
点からは、可能なあらゆるパラメータを制御してプロセ
スの最適化を助けることが望ましい。

従来技術の永久磁石法のもう一つの困難な点は、総磁
界強度が比較的低く、しかも永久磁石は元々時間と共に
磁界強度が劣化しやすいことであつた。しかしながら、
永久磁石のより重要な問題点は、適切な形状の磁界とす
ることが極めて困難なことである。

［発明の目的と要約］本発明はプラズマを照射すべきウエハを、ソレノイド
コイルの中央へ延在するカンチレバー上に支持するマグ
ネトロンプラズマリアクタを提供する。好ましくはrf接
地のソレノイドコイルには高流量の冷却水が供給され、
従つて直流大電流を受け入れて相当な磁界を生成するこ
とができる。この装置を使用すれば、エツチングを行う
ウエハの放射線損傷を最小限として、低圧の極めて高い
反応速度でプラズマエツチング及びプラズマ支援、デポ
ジツシヨン反応を行うことができる。また、本発明によ
り従来技術のマグネトロンエツチヤに比べて均一性が改
善される。

本発明に従つて、真空室、所定のガスを所定の圧力で
前記真空室へ供給する装置、内部に空間を画定するソレ
ノイドコイル、前記コイルに電流を供給する装置、前記
コイルにより画定される空間内へ侵入し前記コイルによ
り画定される空間内に半導体ウエハを支持することがで
きるサセプタと、前記サセプタへrf電力を供給する装置
を備えたプラズマリアクタが提供される。

［実施例］第１図は本発明に従つてプラズマリアクタの例であ
る。

第１図に示すように、ウエハ５はソレノイドコイル３
のほぼ中央に延在するサセプタ２上に支持されている。
コイル３は直流給電線20により給電されて磁界を発生す
る。好ましくは、（図示せぬ）流体接続によりサセプタ
２を流体供給源に接続して、エツチング中に基板（ウエ
ハ）５の温度を調整する。真空ポンプ接続18によりチャ
ンバ４が所望圧まで降圧され、ガス分配器６を介したガ
ス接続により所望のガスを供給してプラズマ反応を行う
ことができる。最後に、チャンバ４内へrf電力接続１が
なされてサセプタ２を駆動する。

動作上、ウエハ５がサセプタ２上に配置され、次にチ
ャンバがポンプダウンされて乾燥窒素等のパージガスが
充填される。

次に、サセプタ２への冷却剤の供給が調整されてウエ
ハ５をエツチングやデポジシヨン反応のための所望温度
とし、所望の供給ガスが供給され、直流電流が導線20を
介して供給され、次にrf電力を導線１を介して供給して
所望のプラズマ反応を開始することができる。

実施例において、サセプタ２はサセプタのrf給電部を
サセプタの残部から絶縁するテフロン絶縁片を含んでい
る。これによつて、プラズマを発生するチャンバの体積
の画定がさらに助成される。

好ましくは、ウエハ５とサセプタ２間で一貫した良好
な熱接触を保証するためのクランプ構成が設けられてい
る。実施例では、ねじ付けリングクランプが使用される
が、他のさまざまな従来の構成を使用することもでき
る。

実施例では、水／グリコール混和物がサセプタ２を介
してポンピングされ冷却剤として作用するが、ヘリウム
等の他の冷却剤を使用することもできる。

実施例では、サセプタ２及び磁界コイル３は共に硬質
陽極処理アルミニウムで作られている。さらに、これら
の部品は好ましくは交換可能な設計とされており、（恐
らくは、数千枚のウエハの処理後に）プラズマの照射に
より陽極処理被覆が著しく侵食された場合、これらの部
品を取り外して他の部品と交換及び／もしくは再度陽極
処理することができる。当然、これらの部品は従来技術
で公知のプラズマ爆射に適した他の材料で作ることがで
きる。

本発明は、低圧を使用する時に一層有利である。例え
ば、エツチヤントガスとしてサルフアヘキサフロライド
を使用すると、およそ150ミリTorr以上の圧力では磁界
を加えても加えなくてもピーク間rf電圧は同じとなる。
しかしながら、50ミリTorr近辺の圧力では磁界を加える
とrfピーク間電圧はおよそ750Vから250Vに低減する。こ
れは、実質的に直流自己バイアス及びエネルギイオン衝
撃の低減に対応する。

本発明のもう一つの実施例では、好ましくは、機械的
アームを使用してウエハ５をサセプタ２上へ搭載してい
る。この場合、突出してサセプタ２からウエハ５を持ち
上げて機械的アームがウエハをピツクアツプできるよう
にするフインガと共にクランプ装置を設けるのが好まし
い。

本実施例はシングルスライスリアクタである。本発明
は同時に数個のウエハを運ぶリアクタに汎用化すること
ができるが、シングルスライス装置として作動させる時
が最も興味深い。ウエハ上の均一性及びウエハ間の均一
性という利点はシングルスライス装置の場合に最も温存
される。

本発明に従つたプラズマエツチングの一例は13ミリTo
rrの10％酸素＋90％サルフアヘキサフロライドの混合ガ
スエ中で500^Wのrf電力を使用して、およそ5,000Å／分
の割合でタングステンをエツチングする。rf電力密度は
およそ.55^W/cm²に変換される。

本発明はプラズマデポジシヨンリアクタとして特に興
味深いことを理解されたい。例えば、本発明に従つたリ
アクタは200℃のアンモニア＋トリクロロシランを使用
して、冷チヤンバ壁上のデポジシヨンを低減しながら基
板上に窒化シリコンを被着することができる。

本発明はトレンチエツチングに特に有用である。トレ
ンチコンデンサを使用したダイナミツクRAMセルに必要
なトレンチエツチングでは、シリコン中に数ミクロンの
トレンチをエツチングするのに必要な異方性を達成する
のに低圧エツチングを必要とする。これはプロセスの製
造性にとつてエツチング速度が一層重要となることを意
味し、従つて、マグネトロンエツチング（つまり、本発
明）が興味深いものとなる。

本発明はまた、MOS回路のポリシリコンゲートレベル
のエツチングにとつても特に興味深いものであり、それ
は前記したように、放射線損傷が生じた場合このエツチ
ング段階はゲート酸化物の完全性に特に有害な影響を及
ぼすためである。

一般的に、本発明いにより高均一性の低圧高速プラズ
マエツチングの利点が得られる。本発明によりさらに、
放射線損傷を低減した低圧プラズマエツチングの利点が
得られる。本発明によりさらに、rf電圧を低減した低圧
プラズマエツチングの利点が得られ、これは安全状態の
向上を意味する。

好ましくは、磁界はウエハ面で直接測定して、100ガ
ウス近辺に調整される。これを加減してエツチングを行
う特定薄膜の完全最適化条件を提供することができる。
低磁界を使用する場合には、基板の低減された直流自己
バイアス電圧の利点は低圧の場合ほどには達成されな
い。大概のフイルムに対しては必要でもなければ最適で
もないが、所望の場合には200ガウスより高い磁界を使
用することもできる。一般的に、50〜200ガウスの範囲
内の磁界強度が本発明の実施例にとつて最も好ましい範
囲である。さらに、150ミリTorr以下の圧力が本発明に
従つたエツチングに対する最も好ましい圧力であり、10
0ミリTorr以下の圧力が特に好ましい。（本発明に従つ
たデポジシヨンに対して、より高い圧力を使用すること
ができる。）実施例について本発明を説明してきたが、さまざまな
修正や変更が可能な本発明の範囲は特許請求の範囲によ
り定義されるものとする。

以上の説明に関して更に以下の項を開示する。

（１）真空室と、前記真空室へ所定圧の所定ガスを供給する装置と、内部に空間を画定するソレノイドコイルと、前記コイルに電流を供給する装置と、前記コイルにより画定される空間へ押入し、前記コイ
ルにより画定される空間内に半導体ウエハを支持するこ
とができるサセプタと、前記サセプタにrf電力を供給する装置を具備するプラ
ズマリアクタ。

（２）第（１）項において、前記サセプタは反磁性体
からなるプラズマリアクタ。

（３）第（１）項において、前記コイルは陽極処理ア
ルミニウムからなるプラズマリアクタ。

（４）第（１）項において、前記サセプタは陽極処理
アルミニウムからなるプラズマリアクタ。

（５）第（１）項において、前記サセプタはさらに冷
却駅接続を有するプラズマリアクタ。

（６）第（１）項において、前記コイルは前記真空室
にrf接地されているプラズマリアクタ。

（７）第（１）項において、前記ソレノイドコイルは
10回以上の巻数を有するプラズマリアクタ。

（８）第（１）項において、前記電流供給装置は500
以上2000以下のアンペアターンを前記ソレノイドコイル
に供給するようにされているプラズマリアクタ。

（９）第（１）項において、前記サセプはさらに低熱
インターフエイス抵抗で前記サセプタにウエハを固定す
るクランプ装置を有するプラズマリアクタ。

（10）第（１）項において、前記コイルは反磁性体か
らなるプラズマリアクタ。

（11）第（１）項において、前記コイルは冷却剤を貫
流するすることができる陽極処理アルミニウムであるプ
ラズマリアクタ。

（12）第（１）項において、前記コイルは前記サセプ
タの表面における許容磁界不均一性が５％以下となるよ
うな間隔でらうプラズマリアクタ。

（13）第（12）項において、前記コイルは0.25以上の
コイル径対コイル間隔比を有するプラズマリアクタ。

（14）第（１）項において、前記コイルはウエハヘ反
応ガスを自由に間断なく流すことができるような間隔と
されているプラズマリアクタ。

（15）第（14）項において、前記コイルは0.75よりも
小さいコイル径対コイル間隔比を有するプラズマリアク
タ。

（16）第（１）項において、前記コイルはウエハ取扱
装置が前記コイルを乱すことなくウエハを前記サセプタ
へ運ぶことができるような充分大きい開口を有して構成
されているプラズマリアクタ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に従つたプラズマリアクタを
示す。参照符号の説明１……rf電力接続２……サセプタ３……ソレノイドコイル４……チヤンバ５……基板６……ガス分配器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デイブオウテリイアメリカ合衆国テキサス州リチヤードソン，ビラノバ 1632 (56)参考文献特公昭57−41553（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空室と、前記真空室へ所定圧の所定ガスを供給する装置と、内部に空間を画定するソレノイドコイルと、前記コイルに電流を供給する装置と、前記コイルにより画定される空間へ押入し、前記コイル
により画定される空間内に半導体ウエハを支持すること
ができるサセプタと、前記サセプタにrf電力を供給する装置を具備し、前記ソ
レノイドコイルは前記ウエハの縦長方向に沿ってその周
囲にスパイラル状に巻回されたことを特徴とするプラズ
マリアクタ。