JPH0896990A - Plasma treatment device and plasma treatment method - Google Patents

Plasma treatment device and plasma treatment method

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JPH0896990A
JPH0896990A JP6229189A JP22918994A JPH0896990A JP H0896990 A JPH0896990 A JP H0896990A JP 6229189 A JP6229189 A JP 6229189A JP 22918994 A JP22918994 A JP 22918994A JP H0896990 A JPH0896990 A JP H0896990A
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JP
Japan
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plasma
plasma processing
processing apparatus
substrate
chamber
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JP6229189A
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Japanese (ja)
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Shingo Kadomura
新吾 門村
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PURPOSE: To provide a plasma treatment device and a plasma treatment method in which a bell jar is never locally heated nor spattered. CONSTITUTION: A microwave excited by a magnetron 1 is guided to a plasma generating chamber 4 via a waveguide 2 to generate a helicon wave, which is then propagated by an inner circumferential solenoid coil 6. According to such a constitution in which a RF antenna is dispensed with, the field intensity is never made uneven by the antenna. Therefore, a stable plasma treatment can be performed without the spattering of the plasma generating chamber. Since a plasma generating chamber heater 5 can be provided, the accumulation of a reaction product can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等の製造工程
で用いるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関
し、さらに詳しくは、被処理基板に対し、高密度プラズ
マにより均一で低汚染のプラズマ処理を施す場合に用い
て好適な、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method used in a manufacturing process of semiconductor devices and the like. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method suitable for use in some cases.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置の高集積化、高性
能化が進展するにともない、その最小デザインルールは
サブハーフミクロンのレベルに達しつつあり、またプラ
ズマ処理の対象である被処理基板は、直径8インチを超
える大口径半導体基板や、大面積LCDパネルが採用さ
れつつある。
2. Description of the Related Art With the progress of higher integration and higher performance of semiconductor devices such as LSI, the minimum design rule is reaching the level of sub-half micron, and the target substrate to be plasma-processed is A large-diameter semiconductor substrate with a diameter of more than 8 inches and a large-area LCD panel are being adopted.

【0003】かかる大口径基板に対して、プラズマエッ
チングやプラズマCVD等のプラズマ処理を高精度かつ
均一に施す微細加工技術の確立が急務とされている。こ
のため、従来からの平行平板型RIEプラズマ処理装置
や、ECRプラズマ処理装置に替わり、ヘリコン波プラ
ズマ処理装置を始め、ICP(Inductively
Coupled Plasma)処理装置やTCP
(Transformer Coupled Plas
ma)処理装置が検討されている。これら新プラズマソ
ースに関する総説は、例えば月刊セミコンダクター・ワ
ールド誌(プレスジャーナル社刊)1993年10月号
59ページに掲載されている。
There is an urgent need to establish a fine processing technique for highly accurately and uniformly performing plasma processing such as plasma etching or plasma CVD on such a large-diameter substrate. Therefore, in place of the conventional parallel plate type RIE plasma processing apparatus and ECR plasma processing apparatus, the helicon wave plasma processing apparatus and ICP (Inductively)
Coupled Plasma) processing device and TCP
(Transformer Coupled Plas
ma) A processing device is under consideration. A review article on these new plasma sources can be found, for example, in the monthly Semiconductor World magazine (Press Journal, Inc.), October 1993, p. 59.

【0004】これらのプラズマ処理装置は、無電極放電
であるECRプラズマ処理装置と比較して、所要設置ス
ペースの小さいRFアンテナや、0.0875T以下の
弱い磁場印加手段の採用というシンプルな装置構成のた
め、装置の小型化やクリーンルーム内の省スペース化に
寄与し得るメリットがある。これに加え、特にヘリコン
波プラズマ処理装置は、従来のプラズマ処理装置に比較
して、10-1Pa台の低圧下においても、1013/cm
3 台の高密度プラズマが得られるメリットがある。この
特徴を活かし、装置の小型化や、大面積の被処理基板の
均一かつ高スループットのプロセス等への展開が期待さ
れる。
[0004] These plasma processing apparatuses have a simple apparatus configuration in which an RF antenna that requires a small installation space and a weak magnetic field applying means of 0.0875T or less are adopted as compared with an ECR plasma processing apparatus that is an electrodeless discharge. Therefore, there is an advantage that it can contribute to downsizing of the device and space saving in the clean room. In addition to this, in particular, the helicon wave plasma processing apparatus is 10 13 / cm even under a low pressure of the order of 10 -1 Pa as compared with the conventional plasma processing apparatus.
There is an advantage that three high-density plasmas can be obtained. Taking advantage of this feature, it is expected that the device will be downsized and that it will be applied to a uniform and high-throughput process for a large-sized substrate to be processed.

【0005】このヘリコン波プラズマ処理装置は、例え
ば米国特許第5,091,049号明細書に開示されて
いるように、石英やパイレックスのべルジャを巻回した
ループ状RFアンテナと、ソレノイドコイルを主要構成
要素としている。この構成により、ループ状RFアンテ
ナからべルジャ内にヘリコン波(ホイッスラ波)を生成
し、ヘリコン波からランダウダンピングの過程を経由し
て電子へエネルギを輸送してこれを加速し、高速電子を
処理ガス分子に衝突させて、高いイオン電流密度を得る
ことがヘリコン波プラズマソースの特徴である。ソレノ
イドコイルによる磁場は、生成したヘリコン波の伝播に
寄与するものである。
This helicon wave plasma processing apparatus, as disclosed in, for example, US Pat. No. 5,091,049, comprises a loop-shaped RF antenna formed by winding a quartz or Pyrex verger and a solenoid coil. It is a major component. With this configuration, a helicon wave (Whistler wave) is generated in the bell jar from the looped RF antenna, energy is transferred from the helicon wave to the electron via the process of Landau damping, and this is accelerated to process high-speed electrons. It is a characteristic of the helicon wave plasma source that high ion current density is obtained by colliding with gas molecules. The magnetic field generated by the solenoid coil contributes to the propagation of the generated helicon wave.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したヘリコン波プ
ラズマの生成過程においては、電界強度の大きいループ
状RFアンテナ近傍のべルジャが局所的に加熱された
り、またその部分のべルジャ内壁が、処理ガスのイオン
により強くスパッタリングされる現象が指摘されてい
る。このため、チャンバの構成材料がプラズマ中に放出
され、被処理基板の汚染が発生する。またプラズマエッ
チングにおいては、べルジャ構成材料中の酸素の放出に
よる、反応生成物の過剰な堆積によるパターン変換差の
発生が見られる。さらにべルジャの損傷も装置のメンテ
ナンス上問題がある。
In the process of generating the helicon wave plasma described above, the bell jar near the loop-shaped RF antenna having a large electric field strength is locally heated, or the inner wall of the bell jar is treated. It has been pointed out that a phenomenon in which gas ions are strongly sputtered. Therefore, the constituent material of the chamber is released into the plasma, and the substrate to be processed is contaminated. Further, in the plasma etching, it is observed that the pattern conversion difference occurs due to the excessive deposition of the reaction product due to the release of oxygen in the bulger-forming material. Furthermore, damage to the bell jar also poses a problem in terms of equipment maintenance.

【0007】そこで本発明の課題は、べルジャのスパッ
タリングによる損傷および不純物の放出のない、高密度
プラズマ処理装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a high-density plasma processing apparatus which is free from damage due to sputtering of a bell jar and emission of impurities.

【0008】また本発明の課題は、上記プラズマ処理装
置を用いて、被処理基板に対し高密度のプラズマ処理を
パターン変換差なく均一性よく、低汚染で施すことが可
能なプラズマ処理方法を提供することである。本発明の
上記以外の課題は、本願明細書および添付図面の説明に
より明らかにされる。
Another object of the present invention is to provide a plasma processing method using the above plasma processing apparatus, which can perform high-density plasma processing on a substrate to be processed with high uniformity without pattern conversion and with low contamination. It is to be. Other problems of the present invention will be made clear by the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置およびプラズマ処理方法は上記課題を解決するために
提案するものであり、マイクロ波導波管の一端に配設し
たマグネトロンと、このマイクロ波導波管の他端にマイ
クロ波導入窓を介して連接したプラズマ生成チャンバ
と、このプラズマ生成チャンバの周囲に配設したヘリコ
ン波伝播用磁場発生手段と、このプラズマ波生成チャン
バに連接し、内部に被処理基板を配置したプラズマ拡散
チャンバを具えてなることを特徴とする、プラズマ処理
装置である。
A plasma processing apparatus and a plasma processing method according to the present invention are proposed to solve the above-mentioned problems, and a magnetron disposed at one end of a microwave waveguide and the microwave waveguide. A plasma generation chamber connected to the other end of the tube through a microwave introduction window, a helicon wave propagating magnetic field generation means arranged around the plasma generation chamber, and a plasma generation chamber connected to the plasma wave generation chamber and covered inside. A plasma processing apparatus comprising a plasma diffusion chamber in which a processing substrate is arranged.

【0010】プラズマ生成チャンバの周囲には、プラズ
マ輸送用磁場発生手段をさらに有することが望ましい。
It is desirable to further have a magnetic field generating means for plasma transportation around the plasma generating chamber.

【0011】またプラズマ生成チャンバの壁面加熱手段
を有することが望ましい。
It is also desirable to have wall heating means for the plasma generation chamber.

【0012】さらにまた、プラズマ拡散チャンバ内の少
なくとも1部に、Si系材料を配設し、さらにこのSi
系材料の加熱手段を有することが更に望ましい。
Furthermore, at least a part of the plasma diffusion chamber is provided with a Si-based material, and the Si-based material is further provided.
It is further desirable to have a heating means for the system material.

【0013】また本発明のプラズマ処理方法は、上述し
たプラズマ処理装置により、被処理基板に対し所定のプ
ラズマ処理を施すものである。
In the plasma processing method of the present invention, the plasma processing apparatus described above performs a predetermined plasma processing on the substrate to be processed.

【0014】[0014]

【作用】本発明のプラズマ処理装置のポイントは、ヘリ
コン波プラズマの励起パワー源として、マイクロ波帯域
(1GHz〜100GHz)の高周波を用いる点にあ
る。すなわち、マグネトロンで発振したマイクロ波を、
マイクロ波導波管を経由し、マイクロ波導入窓を介して
プラズマ生成チャンバに導入することにより、ホイッス
ラー波を発生させる。この後ヘリコン波伝播用磁場発生
手段により生成したヘリコン波を、プラズマ生成チャン
バ内に一方向から伝播させるのである。ヘリコン波伝播
用磁場強度は、数mTから数十mTの範囲でよい。
The point of the plasma processing apparatus of the present invention is that a high frequency wave in the microwave band (1 GHz to 100 GHz) is used as the excitation power source of the helicon wave plasma. That is, the microwave oscillated by the magnetron is
The whistler wave is generated by introducing the plasma into the plasma generation chamber through the microwave guide window and the microwave introduction window. After that, the helicon wave generated by the helicon wave propagation magnetic field generating means is propagated from one direction into the plasma generation chamber. The magnetic field strength for helicon wave propagation may be in the range of several mT to several tens mT.

【0015】従来のヘリコン波プラズマ処理装置は、プ
ラズマ励起のパワー源として、1MHzないし数十MH
zオーダ迄のRF帯域の周波数を使用していた。このた
め、導波管を用いたパワー輸送は困難であり、ループ状
RFアンテナをべルジャの周囲に巻回して電磁誘導によ
りべルジャ内にヘリコン波を励起していた。そこでアン
テナ近傍の電界集中により、べルジャが局所的に加熱さ
れたり、べルジャ内壁がスパッタリングされて不純物を
放出したのであり、RFアンテナ構造に起因する基本的
問題であった。
The conventional helicon wave plasma processing apparatus uses 1 MHz to several tens of MH as a power source for plasma excitation.
It used frequencies in the RF band up to the z-order. Therefore, it is difficult to transport power using a waveguide, and a loop-shaped RF antenna is wound around the bell jar to excite a helicon wave in the bell jar by electromagnetic induction. Therefore, concentration of an electric field in the vicinity of the antenna locally heats the bell jar, or the inner wall of the bell jar is sputtered to release impurities, which is a basic problem due to the RF antenna structure.

【0016】本発明のプラズマ処理装置によれば、基本
的にアンテナ構造を用いていないので、このようなスパ
ッタリングによるマイクロ波導入窓やプラズマ生成チャ
ンバ内壁のスパッタリングは発生しない。したがって、
不純物汚染は原理的に発生しないし、マイクロ波導入窓
やプラズマ生成チャンバ内壁の損耗もない。
According to the plasma processing apparatus of the present invention, since the antenna structure is not used basically, the sputtering of the microwave introduction window and the inner wall of the plasma generating chamber by such sputtering does not occur. Therefore,
Impurity contamination does not occur in principle, and neither the microwave introduction window nor the inner wall of the plasma generation chamber is worn.

【0017】またヘリコン波プラズマの生成機構が電磁
誘導によるものではないので、プラズマ生成チャンバの
材質の制限がなくなる。このため、プラズマ生成チャン
バ壁内に抵抗加熱等によるヒータを設け、プラズマ生成
チャンバ内壁への反応生成物の堆積を防止することも可
能となる。
Since the helicon wave plasma generation mechanism is not based on electromagnetic induction, there is no limitation on the material of the plasma generation chamber. Therefore, it is possible to prevent the deposition of reaction products on the inner wall of the plasma generation chamber by providing a heater by resistance heating or the like in the wall of the plasma generation chamber.

【0018】プラズマ生成チャンバの周囲に配設したヘ
リコン波伝播用磁場発生手段のさらに外周に、プラズマ
輸送用磁場発生手段を配設すれば、プラズマ拡散チャン
バへのプラズマ輸送を効果的かつ均一に施すことが可能
である。
If the magnetic field generating means for plasma transportation is arranged further on the outer periphery of the magnetic field generating means for propagating helicon waves arranged around the plasma generating chamber, the plasma is effectively and uniformly transferred to the plasma diffusion chamber. It is possible.

【0019】本発明のプラズマ処理方法のポイントは、
上述したプラズマ処理装置を用いて、高密度プラズマに
より、大面積の被処理基板に対しても均一なプラズマ処
理を施す点にある。このためスパッタリングによる放出
不純物の影響のない、安定したプラズマ処理が可能とな
る。
The points of the plasma processing method of the present invention are:
The point is that a high-density plasma is used to perform uniform plasma processing even on a large-area substrate to be processed using the plasma processing apparatus described above. Therefore, stable plasma processing can be performed without being affected by the impurities emitted by sputtering.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図
面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0021】実施例1 本実施例は、マイクロ波励起によるヘリコン波プラズマ
エッチング装置を使用して、コンタクトホールを形成し
た例であり、これを図1および図3(a)〜(b)を参
照して説明する。
Example 1 This example is an example in which a contact hole was formed by using a helicon wave plasma etching apparatus using microwave excitation, which is shown in FIGS. 1 and 3 (a)-(b). And explain.

【0022】図1は本実施例のヘリコン波プラズマ処理
装置の概略構成例を示す図である。マグネトロン1で励
振されたマイクロ波は、マイクロ波導波管2を経由し、
石英等のマイクロ波導入窓3からプラズマ生成チャンバ
4内に入射する。プラズマ生成チャンバ4は、例えばA
l系金属で形成し、抵抗加熱によるプラズマ生成チャン
バヒータ5を内蔵している。プラズマ生成チャンバ4で
生成したヘリコン波は、プラズマ生成チャンバ4の周囲
に巻回した内周ソレノイドコイル6の発生する磁場によ
り伝播し、さらに内周ソレノイドコイル6の周囲に巻回
した外周ソレノイドコイル7が発生する磁場によりプラ
ズマ拡散チャンバ8に輸送される。プラズマ拡散チャン
バ8の外周には、マルチポールマグネット9を配設し、
プラズマとプラズマ拡散チャンバ8の内壁との接触によ
るプラズマの消失を防止する。基板ステージ11は、プ
ラズマ生成チャンバ4の中心軸上のプラズマ拡散チャン
バ内に配設し、ここに被処理基板10を載置する。符号
12は被処理基板10に基板バイアスを供給する基板バ
イアス電源である。本装置はプラズマ拡散チャンバ8の
上壁面にSiプレート13とSiプレート加熱ヒータ1
4を配設し、過剰のフッ素ラジカル(F* )をスカベン
ジしている。なお同図では基板ステージ11の温度制御
手段、被処理基板10の固定手段、処理ガスの導入・排
気手段等の細部は図示を省略する。本プラズマ処理装置
によれば、RFアンテナなしでホイッスラ波の生成が可
能であり、プラズマ生成チャンバ4やマイクロ波導入窓
3のスパッタリングによる汚染は原理的に発生しない。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of the helicon wave plasma processing apparatus of this embodiment. The microwave excited by the magnetron 1 passes through the microwave waveguide 2,
The light enters the plasma generation chamber 4 through the microwave introduction window 3 such as quartz. The plasma generation chamber 4 is, for example, A
It is made of an l-based metal and has a built-in plasma generation chamber heater 5 by resistance heating. The helicon wave generated in the plasma generation chamber 4 propagates by the magnetic field generated by the inner circumference solenoid coil 6 wound around the plasma generation chamber 4, and further the outer circumference solenoid coil 7 wound around the inner circumference solenoid coil 6. Are transported to the plasma diffusion chamber 8 by the magnetic field generated by. A multi-pole magnet 9 is provided on the outer periphery of the plasma diffusion chamber 8,
The plasma is prevented from disappearing due to contact between the plasma and the inner wall of the plasma diffusion chamber 8. The substrate stage 11 is arranged in the plasma diffusion chamber on the central axis of the plasma generation chamber 4, and the substrate 10 to be processed is placed there. Reference numeral 12 is a substrate bias power supply that supplies a substrate bias to the substrate to be processed 10. This apparatus has a Si plate 13 and a Si plate heater 1 on the upper wall surface of the plasma diffusion chamber 8.
4 is provided to scavenge excess fluorine radicals (F * ). It should be noted that details of the temperature control means of the substrate stage 11, the fixing means of the substrate 10 to be processed, the introduction / exhaust means of the processing gas, and the like are omitted in the figure. According to this plasma processing apparatus, whistler waves can be generated without an RF antenna, and in principle, the plasma generation chamber 4 and the microwave introduction window 3 are not contaminated by sputtering.

【0023】次に本発明のプラズマエッチング方法の具
体例を図3(a)〜(b)を参照して説明する。本実施
例で用いた試料は、例えば8インチ径のSi等の半導体
基板21上にSiO2 からなる層間絶縁膜22を700
nmの厚さに形成し、さらにコンタクトホール開口用の
レジストマスク23を形成したものである。レジストマ
スク23は化学増幅型レジストとエキシマレーザリソグ
ラフィにより0.25μmの開口幅に形成したものであ
る。図3(a)に示すこの試料を被処理基板とする。な
お図3(a)では不純物拡散層等の能動層は図示を省略
する。
Next, a specific example of the plasma etching method of the present invention will be described with reference to FIGS. The sample used in the present embodiment is, for example, an inter-layer insulating film 22 made of SiO 2 and 700
It is formed to a thickness of nm, and a resist mask 23 for opening a contact hole is further formed. The resist mask 23 is formed with a chemically amplified resist and excimer laser lithography so as to have an opening width of 0.25 μm. This sample shown in FIG. 3A is a substrate to be processed. In FIG. 3A, active layers such as impurity diffusion layers are not shown.

【0024】この被処理基板10を図1に示したプラズ
マ処理装置の基板ステージ11上に載置し、一例として
下記条件により層間絶縁膜22の露出部分のエッチング
をおこなった。 C4 8 流量 100 sccm ガス圧力 0.1 Pa マイクロ波電源パワー 1500 W(2.45GH
z) 基板バイアス電源パワー 200 W(2MHz) 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 250 ℃ Siプレート温度 250 ℃ 本エッチング工程においては、高密度プラズマ中に大量
に生成するCFx + イオンにより、層間絶縁膜22の高
速エッチングが進行し図3(b)に示すようにコンタク
トホール28が開口される。C4 8 のようにカーボン
リッチなガスにおいては、CF系ポリマがチャンバ内壁
に堆積し、パーティクル汚染源となり易いものである。
しかし本実施例のプラズマ処理装置では、RFアンテナ
によるプラズマ励起ではないので、プラズマ生成チャン
バ内壁の抵抗加熱ヒータを配設でき、250℃に加熱し
ているので堆積は見られない。またプラズマ中に大量に
生成する過剰のF* は、加熱したSiプレート13の表
面で消費されるので、下層の半導体基板21とのエッチ
ング選択比は50以上となり、不純物拡散層のダメージ
がない。このSiプレートは加熱なしでもF* のスカベ
ンジ効果はある。さらにプラズマ生成チャンバ4の内壁
のスパッタリングがないので被処理基板10の汚染がな
い。
The substrate 10 to be processed was placed on the substrate stage 11 of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 and, as an example, the exposed portion of the interlayer insulating film 22 was etched under the following conditions. C 4 F 8 Flow rate 100 sccm Gas pressure 0.1 Pa Microwave power source power 1500 W (2.45 GH
z) Substrate bias power supply power 200 W (2 MHz) Substrate temperature to be processed Normal temperature Plasma generation chamber temperature 250 ° C Si plate temperature 250 ° C In this etching process, a large amount of CF x + ions are generated in high-density plasma to cause interlayer insulation. High-speed etching of the film 22 progresses, and the contact hole 28 is opened as shown in FIG. In a carbon-rich gas such as C 4 F 8 , the CF-based polymer is likely to be deposited on the inner wall of the chamber and easily become a source of particle contamination.
However, in the plasma processing apparatus of this embodiment, since the plasma is not excited by the RF antenna, the resistance heating heater on the inner wall of the plasma generation chamber can be provided, and since it is heated to 250 ° C., no deposition is seen. Further, since a large amount of excess F * generated in the plasma is consumed on the surface of the heated Si plate 13, the etching selection ratio with respect to the lower semiconductor substrate 21 is 50 or more, and the impurity diffusion layer is not damaged. This Si plate has the F * scavenging effect even without heating. Further, since the inner wall of the plasma generation chamber 4 is not sputtered, the substrate 10 to be processed is not contaminated.

【0025】実施例2 本実施例は、マイクロ波励起によるヘリコン波プラズマ
エッチング装置を使用して、高融点金属ポリサイド電極
を形成した例であり、これを図2および図4(a)〜
(b)を参照して説明する。
Embodiment 2 This embodiment is an example in which a refractory metal polycide electrode is formed by using a helicon wave plasma etching apparatus by microwave excitation. This is shown in FIGS. 2 and 4 (a).
This will be described with reference to (b).

【0026】図2は本実施例のヘリコン波プラズマ処理
装置の概略構成例を示す図である。本装置は基本的には
図1に示したプラズマ処理装置と同じ構成であり、プラ
ズマ生成チャンバ4の材質をSiO2 やAl3 3 等の
誘電体材料で構成した点と、同装置からSiプレート1
3とSiプレート加熱ヒータ14を取り去った点のみが
図1の装置と異なる。他の構成部分は同じであるので重
複する説明は省略する。本プラズマ処理装置によって
も、RFアンテナなしでホイッスラ波の生成が可能であ
り、プラズマ生成チャンバ4やマイクロ波導入窓3のス
パッタリングによる汚染は原理的に発生しない。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration example of the helicon wave plasma processing apparatus of this embodiment. This apparatus has basically the same configuration as the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, and the plasma generation chamber 4 is made of a dielectric material such as SiO 2 or Al 3 O 3 Plate 1
3 is different from the apparatus of FIG. 1 only in that the heater 3 and the Si plate heater 14 are removed. Since other components are the same, duplicate description will be omitted. This plasma processing apparatus can also generate whistler waves without an RF antenna, and in principle, the plasma generation chamber 4 and the microwave introduction window 3 are not contaminated by sputtering.

【0027】次に本発明のプラズマエッチング方法の具
体例を図4(a)〜(b)を参照して説明する。本実施
例で用いた試料は、例えば8インチ径のSi等の半導体
基板21上にSiO2 からなるゲート絶縁膜24、n+
多結晶シリコン層25、WSix からなる高融点金属シ
リサイド層26、SiONからなる反射防止膜27およ
びレジストマスク23を形成したものである。このレジ
ストマスク23は化学増幅型レジストとエキシマレーザ
リソグラフィにより0.25μmのパターン幅に形成し
たものである。各層の厚さは、一例としてゲート絶縁膜
24が10nm、n+ 多結晶シリコン層25が70n
m、高融点金属シリサイド層26が100nm、SiO
Nからなる反射防止膜27が25nmである。図4
(a)に示すこの試料を被処理基板とする。
Next, a specific example of the plasma etching method of the present invention will be described with reference to FIGS. The sample used in this embodiment is, for example, a gate insulating film 24 made of SiO 2 and n + on a semiconductor substrate 21 such as Si having a diameter of 8 inches.
A polycrystalline silicon layer 25, a refractory metal silicide layer 26 made of WSi x , an antireflection film 27 made of SiON, and a resist mask 23 are formed. This resist mask 23 is formed with a chemically amplified resist and a pattern width of 0.25 μm by excimer laser lithography. The thickness of each layer is, for example, 10 nm for the gate insulating film 24 and 70 n for the n + polycrystalline silicon layer 25.
m, refractory metal silicide layer 26 is 100 nm, SiO
The antireflection film 27 made of N has a thickness of 25 nm. Figure 4
This sample shown in (a) is used as a substrate to be processed.

【0028】この被処理基板10を図2に示したプラズ
マ処理装置の基板ステージ11上に載置し、一例として
下記第1の条件により反射防止膜27および高融点金属
シリサイド層26のエッチングをおこなった。 Cl2 流量 95 sccm O2 流量 5 sccm ガス圧力 0.1 Pa マイクロ波電源パワー 2000 W(2.45GH
z) 基板バイアス電源パワー 80 W(2MHz) 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 250 ℃ 本エッチング工程においては、高密度プラズマ中に大量
に生成するCl +イオンにより、高融点金属シリサイド
層26中のWは蒸気圧の大きいオキシ塩化物WClx
y として、また高融点金属シリサイド層26中のSiは
SiClx となってエッチングが進行する。これととも
に、Clを含むレジストマスク23の分解生成物やW、
Si、CやOを含む副反応生成物が側壁保護膜(図示せ
ず)となり、異方性エッチングが進行する。
The substrate 10 to be processed is placed on the substrate stage 11 of the plasma processing apparatus shown in FIG. 2, and as an example, the antireflection film 27 and the refractory metal silicide layer 26 are etched under the following first condition. It was Cl 2 flow rate 95 sccm O 2 flow rate 5 sccm Gas pressure 0.1 Pa Microwave power source power 2000 W (2.45 GH
z) Substrate bias power supply power 80 W (2 MHz) Substrate temperature to be processed Normal temperature Plasma generation chamber temperature 250 ° C. In this etching step, a large amount of Cl + ions generated in the high density plasma causes W is an oxychloride with high vapor pressure WCl x O
As y , and Si in the refractory metal silicide layer 26 becomes SiCl x, and etching proceeds. Along with this, decomposition products of the resist mask 23 containing Cl and W,
The side reaction product containing Si, C or O serves as a sidewall protective film (not shown), and anisotropic etching proceeds.

【0029】つぎに下記第2の条件に切り替えてn+
結晶シリコン層25の露出部分のエッチングをおこなっ
た。エッチング条件の切り替えは、WSix のエッチン
グ時に観測される、Wの特性発光スペクトルである40
1nmあるいは430nmの発光強度が減少しはじめる
時点とした。 HBr流量 95 sccm O2 流量 5 sccm ガス圧力 0.1 Pa マイクロ波電源パワー 2500 W(2.45GH
z) 基板バイアス電源パワー 80 W(2MHz) 被処理基板温度 常温 プラズマ生成チャンバ温度 250 ℃ 上記エッチング工程においては、n+ 多結晶シリコン層
25はSiBrx を形成して除去される一方、SiBr
x y による側壁保護膜(図示せず)を形成しながら異
方性エッチングが進行する。エッチング終了後のポリサ
イドゲート電極を図4(b)に示す。
Next, the exposed portion of the n + polycrystalline silicon layer 25 was etched under the following second condition. The switching of the etching conditions is the characteristic emission spectrum of W observed during the etching of WSi x 40
It was the time when the emission intensity of 1 nm or 430 nm started to decrease. HBr flow rate 95 sccm O 2 flow rate 5 sccm Gas pressure 0.1 Pa Microwave power supply power 2500 W (2.45 GH
z) Substrate bias power supply power 80 W (2 MHz) Substrate temperature to be processed Normal temperature Plasma generation chamber temperature 250 ° C. In the above etching process, the n + polycrystalline silicon layer 25 is removed by forming SiBr x, while SiBr x is removed.
Anisotropic etching proceeds while forming a side wall protective film (not shown) of x O y . The polycide gate electrode after completion of etching is shown in FIG.

【0030】本実施例においては、RFアンテナなしで
ホイッスラ波の発生が可能であるので、従来装置のよう
にプラズマ生成チャンバ4内壁のスパッタによる、プラ
ズマ生成チャンバ4の構成材料からの酸素放出の影響は
ない。このため、反応生成物の過剰な堆積によるパター
ン変換差のないパターニングが可能である。またプラズ
マ生成チャンバを250℃に加熱しているので、ポリサ
イドゲート電極パターニング時の側壁保護膜形成材料の
チャンバ内への堆積を防止でき、パーティクル汚染のな
いプラズマ処理ができる。
In this embodiment, since Whistler waves can be generated without an RF antenna, the influence of oxygen released from the constituent material of the plasma generation chamber 4 by the sputtering of the inner wall of the plasma generation chamber 4 as in the conventional apparatus. There is no. Therefore, it is possible to perform patterning without pattern conversion difference due to excessive deposition of reaction products. Further, since the plasma generation chamber is heated to 250 ° C., it is possible to prevent deposition of the sidewall protective film forming material in the chamber during patterning of the polycide gate electrode, and it is possible to perform plasma processing without particle contamination.

【0031】以上本発明を2例の実施例により説明した
が、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではな
い。
Although the present invention has been described with reference to the two examples, the present invention is not limited to these examples.

【0032】例えば、プラズマ処理装置としてプラズマ
エッチング装置への適用を例示したが、プラズマアッシ
ング装置、プラズマCVD装置等、高密度のプラズマを
適用する表面処理装置全般に適用することが可能であ
る。
For example, although the application to the plasma etching apparatus has been exemplified as the plasma processing apparatus, the present invention can be applied to all surface processing apparatuses that apply high-density plasma, such as a plasma ashing apparatus and a plasma CVD apparatus.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマ処理装置によれば、RFアンテナを用いるこ
となく、ヘリコン波プラズマによる高イオン電流密度を
利用したプラズマ処理が可能となる。このためプラズマ
生成チャンバ内壁の局所的な加熱やスパッタリングが発
生せず、プラズマ生成チャンバの損傷がない。プラズマ
生成チャンバ内にヒータを内蔵できるので、反応生成物
の堆積がなく、パーティクル汚染のすくないプロセスが
可能である。
As is apparent from the above description, according to the plasma processing apparatus of the present invention, plasma processing using high ion current density by helicon wave plasma can be performed without using an RF antenna. Therefore, local heating or sputtering of the inner wall of the plasma generation chamber does not occur, and the plasma generation chamber is not damaged. Since the heater can be built in the plasma generation chamber, there is no deposition of reaction products and a process with less particle contamination is possible.

【0034】また本発明のプラズマ処理方法によれば、
被処理基板に対し低汚染で、また過剰の反応生成物の堆
積もなく、制御性のよいプラズマ処理が可能となる。
According to the plasma processing method of the present invention,
It is possible to perform plasma processing with good controllability, with low contamination of the substrate to be processed and without deposition of excessive reaction products.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した実施例1のプラズマ処理装置
の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明を適用した実施例2のプラズマ処理装置
の概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明を適用した実施例1のプラズマ処理方法
を、その工程順に説明するための概略断面図であり、
(a)は半導体基板上に層間絶縁膜とレジストマスクを
形成した状態、(b)は層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成した状態である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention in the order of steps thereof,
(A) is a state in which an interlayer insulating film and a resist mask are formed on a semiconductor substrate, and (b) is a state in which a contact hole is formed in the interlayer insulating film.

【図4】本発明を適用した実施例2のプラズマ処理方法
を、その工程順に説明するための概略断面図であり、
(a)は半導体基板上にゲート絶縁膜、多結晶シリコン
層間絶縁膜、高融点金属シリサイド層および反射防止膜
を順次形成し、さらにレジストマスクを形成した状態、
(b)は高融点金属ポリサイドパターンが完成した状態
である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a plasma processing method according to a second embodiment of the present invention in the order of steps thereof,
(A) shows a state in which a gate insulating film, a polycrystalline silicon interlayer insulating film, a refractory metal silicide layer and an antireflection film are sequentially formed on a semiconductor substrate, and a resist mask is further formed,
(B) is a state in which the refractory metal polycide pattern is completed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マグネトロン 2 マイクロ波導波管 3 マイクロ波導入窓 4 プラズマ生成チャンバ 5 プラズマ生成チャンバヒータ 6 内周ソレノイドコイル 7 外周ソレノイドコイル 8 プラズマ拡散チャンバ 9 マルチポールマグネット 10 被処理基板 11 基板ステージ 12 基板バイアス電源 21 半導体基板 22 層間絶縁膜 23 レジストマスク 24 ゲート絶縁膜 25 n+ 多結晶シリコン層 26 高融点金属シリサイド層 27 反射防止膜 28 コンタクトホール1 magnetron 2 microwave waveguide 3 microwave introduction window 4 plasma generation chamber 5 plasma generation chamber heater 6 inner circumference solenoid coil 7 outer circumference solenoid coil 8 plasma diffusion chamber 9 multipole magnet 10 processed substrate 11 substrate stage 12 substrate bias power supply 21 Semiconductor substrate 22 Interlayer insulating film 23 Resist mask 24 Gate insulating film 25 n + Polycrystalline silicon layer 26 Refractory metal silicide layer 27 Antireflection film 28 Contact hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/3065

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波導波管の一端に配設したマグ
ネトロンと、前記マイクロ波導波管の他端にマイクロ波
導入窓を介して連接したプラズマ生成チャンバと、前記
プラズマ生成チャンバの周囲に配設したヘリコン波伝播
用磁場発生手段と、前記マイクロ波生成チャンバに連接
し、内部に被処理基板を配置したプラズマ拡散チャンバ
を具備してなることを特徴とする、プラズマ処理装置。
1. A magnetron disposed at one end of a microwave waveguide, a plasma generation chamber connected to the other end of the microwave waveguide through a microwave introduction window, and disposed around the plasma generation chamber. A plasma processing apparatus comprising: the helicon wave propagating magnetic field generating means and a plasma diffusion chamber that is connected to the microwave generating chamber and has a substrate to be processed therein.
【請求項2】 プラズマ生成チャンバの周囲に配設し
た、プラズマ輸送用磁場発生手段をさらに有することを
特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising magnetic field generating means for plasma transportation, which is arranged around the plasma generating chamber.
【請求項3】 プラズマ生成チャンバの壁面加熱手段を
有することを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理
装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising wall heating means for the plasma generating chamber.
【請求項4】 プラズマ拡散チャンバ内の少なくとも1
部に、Si系材料を配設することを特徴とする、請求項
1記載のプラズマ処理装置。
4. At least one in the plasma diffusion chamber
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a Si-based material is provided in the portion.
【請求項5】 Si系材料の加熱手段を有することを特
徴とする、請求項4記載のプラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 4, further comprising heating means for the Si-based material.
【請求項6】 請求項1記載のプラズマ処理装置によ
り、被処理基板に対し所定のプラズマ処理を施すことを
特徴とする、プラズマ処理方法。
6. A plasma processing method, wherein a predetermined plasma processing is performed on a substrate to be processed by the plasma processing apparatus according to claim 1.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5988104A (en) * 1996-07-30 1999-11-23 Nec Corporation Plasma treatment system
US6927173B2 (en) 1996-04-26 2005-08-09 Renesas Technology Corp. Plasma processing method
KR101232198B1 (en) * 2011-08-09 2013-02-12 피에스케이 주식회사 Plasma generating unit, apparatus and method for treating substrate using plasma
CN106711006A (en) * 2015-11-13 2017-05-24 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 Upper electrode component and semiconductor processing equipment

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