JPH0992645A - Method and device for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method and device for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH0992645A JPH0992645A JP7265749A JP26574995A JPH0992645A JP H0992645 A JPH0992645 A JP H0992645A JP 7265749 A JP7265749 A JP 7265749A JP 26574995 A JP26574995 A JP 26574995A JP H0992645 A JPH0992645 A JP H0992645A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術に関し、特にプラズマを用いた絶縁ゲート型電界効
果トランジスタ(IGFET)の製造技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly to a manufacturing technique of an insulated gate field effect transistor (IGFET) using plasma.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSI(大規模集積回路)の集積度向上
に従い、パターンの微細化が進んでいる。微細化したマ
スクパターンを忠実に導電層や絶縁層に転写するため、
反応性イオンエッチング(RIE)、エレクトロンサイ
クロトロンレゾナンス(ECR)プラズマエッチング等
のプラズマを利用した異方性ドライエッチングが多用さ
れている。2. Description of the Related Art As the degree of integration of LSIs (Large Scale Integrated Circuits) is improved, the patterns are becoming finer. In order to faithfully transfer the miniaturized mask pattern to the conductive layer and insulating layer,
Anisotropic dry etching using plasma such as reactive ion etching (RIE) and electron cyclotron resonance (ECR) plasma etching is often used.
【0003】一方、半導体素子の微細化に伴い、絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜の厚さは薄
くなっており、10nm以下のものが実用化されつつあ
る。このように、薄いゲート絶縁膜は小さな電気的スト
レスでも損傷を受けやすい。On the other hand, with the miniaturization of semiconductor elements, the thickness of the gate insulating film of the insulated gate field effect transistor has become thinner, and those having a thickness of 10 nm or less are being put to practical use. Thus, the thin gate insulating film is easily damaged by a small electric stress.
【0004】たとえば、プラズマプロセスにおいては、
基板にイオン、電子等の電荷が入射する。入射する正・
負電荷に差が生じると、基板とは電気的に分離されたゲ
ート絶縁膜上の導電層に電荷がチャージアップする。導
電層と下の基板との間に電位差が生じると、ゲート絶縁
膜を通してトンネル電流が流れ得る。トンネル電流によ
って、ゲート絶縁膜の誘電特性は変化し、絶縁破壊を生
じさせることもある。For example, in the plasma process,
Charges such as ions and electrons are incident on the substrate. Incident positive
When a difference is generated in the negative charges, the charges are charged up in the conductive layer on the gate insulating film that is electrically separated from the substrate. When a potential difference occurs between the conductive layer and the underlying substrate, a tunnel current may flow through the gate insulating film. The tunnel current may change the dielectric characteristics of the gate insulating film and cause dielectric breakdown.
【0005】このように、ゲート絶縁膜上の導電層、ま
たはゲート電極に接続された導電層(これらを以下、ゲ
ート配線と呼ぶ)にチャージアップが生じ得るプラズマ
プロセスは、ゲート絶縁膜に損傷を与え得る。このよう
なプロセスとしては、ゲート配線層のパターニング、ゲ
ート配線層に達するコンタクトホールの開口、ゲート配
線層に達するコンタクトホール内のスパッタエッチによ
るクリーニング、ゲート配線層が一部露出した表面上へ
のプラズマCVD等である。As described above, the plasma process in which charge-up may occur in the conductive layer on the gate insulating film or the conductive layer connected to the gate electrode (these are referred to as gate wirings hereinafter) damages the gate insulating film. Can be given. Such processes include patterning of the gate wiring layer, opening of contact holes reaching the gate wiring layer, cleaning by sputter etching in the contact holes reaching the gate wiring layer, plasma on the surface where the gate wiring layer is partially exposed. CVD or the like.
【0006】ゲート絶縁膜が損傷を受けると、ゲート絶
縁膜破壊またはゲート絶縁膜の誘電特性変化により、半
導体装置の歩留りが低下するだけでなく、ゲート絶縁膜
の信頼性、延いては半導体装置の信頼性を損なう場合も
ある。したがって、プラズマプロセスがゲート絶縁膜に
与える損傷を十分防止しておくことが望まれる。When the gate insulating film is damaged, the yield of the semiconductor device is deteriorated due to the breakdown of the gate insulating film or the change of the dielectric property of the gate insulating film, and the reliability of the gate insulating film, and consequently the semiconductor device is improved. In some cases, reliability is lost. Therefore, it is desired to sufficiently prevent the plasma process from damaging the gate insulating film.
【0007】半導体基板上のプラズマが不均一である
と、半導体基板に流入するイオン電流と電子電流に差が
生じ、この差に基づくトンネル電流がゲート絶縁膜を流
れる可能性が生じる。半導体装置において、ゲート絶縁
膜の面積に対するゲート配線の面積(以下、アンテナ比
と言う)は、10,000程度に達する。このような高
いアンテナ比の導電膜をプラズマ加工すると、僅かなプ
ラズマの不均一により、大量のトンネル電流がゲート絶
縁膜を流れる可能性がある。When the plasma on the semiconductor substrate is non-uniform, a difference occurs between the ion current and the electron current flowing into the semiconductor substrate, and a tunnel current based on this difference may flow through the gate insulating film. In a semiconductor device, the area of the gate wiring with respect to the area of the gate insulating film (hereinafter referred to as the antenna ratio) reaches about 10,000. When a conductive film having such a high antenna ratio is plasma-processed, a large amount of tunnel current may flow through the gate insulating film due to slight nonuniformity of plasma.
【0008】そこで、プラズマ加工に使用するプラズマ
をできるだけ均一化することが試みられている。より具
体的には、プラズマ電位の均一化や、基板バイアス電圧
の均一化等が提案されてきた。たとえば、半導体基板上
を磁束が横断する構成を用い、基板上の至る所で磁束が
表面に平行となるような構成が提案されている。Therefore, it has been attempted to make the plasma used for plasma processing as uniform as possible. More specifically, it has been proposed to make the plasma potential uniform and the substrate bias voltage uniform. For example, a structure has been proposed in which a magnetic flux crosses a semiconductor substrate and the magnetic flux is parallel to the surface everywhere on the substrate.
【0009】以下、厚い絶縁膜上に形成され、ゲート絶
縁膜のような薄い絶縁膜上の電極に接続され、より広い
面積を有し、電気的に分離された導電層をアンテナと呼
び、薄い(ゲート)絶縁膜上の電極の面積に対する厚い
絶縁膜上の導電層の底面積の比をアンテナ比と呼ぶ。Hereinafter, a conductive layer which is formed on a thick insulating film and is connected to an electrode on a thin insulating film such as a gate insulating film and has a larger area and which is electrically isolated is called an antenna and is thin. The ratio of the bottom area of the conductive layer on the thick insulating film to the area of the electrode on the (gate) insulating film is called the antenna ratio.
【0010】プラズマの均一性は、通常高いアンテナ比
を有するゲート配線を用い、ゲート絶縁膜の破壊率によ
って測定されてきた。たとえば、アンテナ比1,00
0,000を有し、表面に露出した(表面露出型)ゲー
ト配線をプラズマ処理し、ゲート絶縁膜が破壊しなけれ
ばそのプラズマは均一であると判定されてきた。The uniformity of plasma has been measured by a gate insulating film breakdown rate, which is usually achieved by using a gate wiring having a high antenna ratio. For example, the antenna ratio is 100
It has been determined that the plasma is uniform if a gate wiring having a surface area of 10,000 and exposed on the surface (surface exposed type) is subjected to plasma treatment and the gate insulating film is not destroyed.
【0011】ところが、このような測定によって十分均
一であることが証明されたプラズマを用いても、加工パ
ターンによってはゲート絶縁膜に損傷が生じる場合があ
ることが判ってきた。たとえば、ゲート配線のパターニ
ングにおいては、ゲート配線層の上にホトレジストのマ
スクパターンが配置される。ホトレジストの開口部にお
ける開口幅に対するレジスト厚の比(以下、アスペクト
比と言う)は、1よりも大きなものとなってきている。
このような高いアスペクト比を有する絶縁パターン下の
導電層をプラズマ処理する場合、均一なプラズマを用い
てもゲート絶縁膜に損傷が発生し得る。このような高い
アスペクト比の絶縁膜パターンを上に有するアンテナ構
造を、以下構造付アンテナと呼ぶ。However, it has been found that the gate insulating film may be damaged depending on the processing pattern even if the plasma proved to be sufficiently uniform by such measurement is used. For example, in patterning the gate wiring, a photoresist mask pattern is arranged on the gate wiring layer. The ratio of the resist thickness to the opening width in the opening of the photoresist (hereinafter referred to as the aspect ratio) has become larger than 1.
When the conductive layer under the insulating pattern having such a high aspect ratio is plasma-treated, the gate insulating film may be damaged even if uniform plasma is used. An antenna structure having such an insulating film pattern having a high aspect ratio on the top is hereinafter referred to as a structured antenna.
【0012】たとえば、アンテナ比1,000,000
の表面露出型アンテナ構造によっては均一であることが
証明されたECRプラズマに、アンテナ比10,000
の構造付アンテナを晒すと、ゲート絶縁膜に損傷が生じ
得る。For example, the antenna ratio is 1,000,000.
The ECR plasma proved to be uniform depending on the surface exposed antenna structure of
If the structured antenna is exposed, the gate insulating film may be damaged.
【0013】したがって、表面が連続する平坦な導電膜
に対しては、均一な性質を示すプラズマを用いても、微
細パターンを有する半導体装置の製造工程においては、
ゲート絶縁膜の損傷が生じてしまう。Therefore, even if a plasma having a uniform property is used for a flat conductive film having a continuous surface, in the manufacturing process of a semiconductor device having a fine pattern,
The gate insulating film will be damaged.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微細
パターンの加工においてもゲート絶縁膜の損傷を防止で
きる半導体装置の製造方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing damage to a gate insulating film even when processing a fine pattern.
【0015】本発明の他の目的は、微細パターンを有す
る半導体装置を、ゲート絶縁膜の損傷を防止しつつ、製
造することのできる半導体装置の製造装置を提供するこ
とである。Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing apparatus capable of manufacturing a semiconductor device having a fine pattern while preventing damage to the gate insulating film.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、半導体装置の製造におけるプラズマ処理において、
プラズマ中の電子エネルギ分布、あるいはその代表値で
ある電子温度が予め決められた値よりも小さくなるよう
に、rf周波数、電力、磁場、圧力、ガス種のうち少な
くとも1つを制御して、電子が高アスペクト比絶縁体パ
ターン間に存在する導電体パターン内に入れるようにし
たことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するこ
とである。According to one aspect of the present invention, in plasma processing in manufacturing a semiconductor device,
At least one of rf frequency, power, magnetic field, pressure, and gas type is controlled so that the electron energy distribution in plasma or the electron temperature, which is a typical value thereof, becomes smaller than a predetermined value, and The present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that it is placed in a conductor pattern existing between high aspect ratio insulator patterns.
【0017】本発明の他の観点によれば、半導体層、そ
の上に形成され、絶縁耐圧がB(V)であり、厚さが1
0nm以下であるゲート絶縁膜、その上に形成されたア
ンテナ比が500以上であるアンテナ構造の導電体層、
その上に形成され、アスペクト比が1より大の開口部を
有する絶縁体パターンを有する半導体ウエハをプラズマ
処理装置内に搬入する工程と、電子温度Te(eV)が
Te≦Bであるプラズマ中で前記半導体ウエハを処理す
る工程とを含む半導体装置の製造方法提供される。According to another aspect of the present invention, the semiconductor layer is formed on the semiconductor layer, has a withstand voltage of B (V) and a thickness of 1.
A gate insulating film having a thickness of 0 nm or less and an antenna structure conductor layer having an antenna ratio of 500 or more formed thereon;
A step of loading a semiconductor wafer having an insulator pattern having an opening with an aspect ratio of greater than 1 thereon, into a plasma processing apparatus; and in a plasma having an electron temperature Te (eV) of Te ≦ B And a step of processing the semiconductor wafer.
【0018】本発明者の実験によれば、プラズマの電子
温度がゲート絶縁膜の耐圧よりも高い場合にゲート絶縁
膜に損傷が生じ、低い場合に損傷が生じなかった。According to the experiments conducted by the present inventor, the gate insulating film was damaged when the electron temperature of plasma was higher than the breakdown voltage of the gate insulating film, and was not damaged when the electron temperature was low.
【0019】本発明の他の観点によれば、ゲート絶縁膜
とその上のゲート配線とを有する基板を反応容器内に収
容する工程と、周期的に変動するエネルギを与えて基板
上方にプラズマを励起する工程と、プラズマの電子温度
が実質的に最低となるタイミングに基板電位が実質的に
最高となるようにプラズマ励起に同期して基板バイアス
を印加する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供
される。According to another aspect of the present invention, a step of accommodating a substrate having a gate insulating film and a gate wiring on the gate insulating film in a reaction container, and providing energy that fluctuates periodically to generate plasma above the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device having a step of exciting and a step of applying a substrate bias in synchronization with plasma excitation so that a substrate potential becomes substantially maximum at a timing when an electron temperature of plasma becomes substantially minimum. Provided.
【0020】本発明の他の観点によれば、ゲート絶縁膜
とその上に形成したゲート配線とを有する半導体基板を
反応容器内に装架する工程と、第1期間の間、反応容器
内の半導体基板上方に主プラズマ励起エネルギの投入、
休止を繰り返す工程と、前記主プラズマ励起エネルギの
休止から投入に移るタイミングに同期して前記半導体基
板に電子が流入するように前記半導体基板にバイアス電
位を印加する工程とを有する半導体装置の製造方法が提
供される。According to another aspect of the present invention, the step of mounting the semiconductor substrate having the gate insulating film and the gate wiring formed on the gate insulating film in the reaction container, and the step of forming the semiconductor substrate in the reaction container during the first period. Input of main plasma excitation energy above the semiconductor substrate,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of repeating a pause; and a step of applying a bias potential to the semiconductor substrate so that electrons flow into the semiconductor substrate in synchronization with a timing at which the main plasma excitation energy shifts from a pause to an input. Will be provided.
【0021】本発明者の実験によれば、プラズマ励起エ
ネルギを周期的かつ断続的に与え、エネルギ休止期間の
最後に同期させて基板バイアスが最高電位となるように
調整した場合、プラズマ励起エネルギを連続的に与えた
場合や、プラズマ励起エネルギを断続させても基板バイ
アスとは非同期の場合と比べ、ゲート絶縁膜の損傷が著
しく減少した。According to the experiments conducted by the present inventor, when the plasma excitation energy is periodically and intermittently applied, and the substrate bias is adjusted to the maximum potential in synchronization with the end of the energy rest period, the plasma excitation energy is increased. Damage to the gate insulating film was significantly reduced as compared with the case of continuous application or the case where plasma excitation energy was interrupted and was asynchronous with the substrate bias.
【0022】本発明の他の観点によれば、気密容器と、
該気密容器内に制御して気体を導入する手段と、該気密
容器内に導入された気体を制御して排気する手段と、該
気密容器内に被処理基板を保持する手段と、該被処理基
板の電位に第1の時間変化を与えることのできる電位制
御手段と、該気密容器内の気体からプラズマを生成する
ためのエネルギを投入でき、投入エネルギに第2の時間
変化を与えることができるエネルギ投入手段と、該第1
の時間変化と該第2の時間変化とを同期させることがで
き、第1および第2の時間変化の位相関係を制御するこ
とのできる同期制御手段とを有する半導体装置の製造装
置。According to another aspect of the present invention, an airtight container,
Means for controlling and introducing gas into the airtight container, means for controlling and exhausting the gas introduced into the airtight container, means for holding a substrate to be processed in the airtight container, and the object to be processed A potential control unit capable of giving a first time change to the potential of the substrate and energy for generating plasma from the gas in the airtight container can be input, and an input energy can be given a second time change. Energy input means and the first
And the second time change, and a synchronization control means capable of controlling the phase relationship between the first and second time changes.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】本発明者およびその同僚は、マイ
クロローディング効果によりゲート配線層エッチング中
に高いアンテナ比を有する構造付アンテナが出現するこ
とを報告した(米国特許出願08/275,426号、
好ましい実施例の欄)。ゲート配線層堆積後、その表面
上にレジストパターンを形成し、エッチングを行なう
際、当初はゲート配線層が基板に電気的に接続されてお
り、アンテナ構造は出現していない。ところが、マイク
ロローディング効果により、開口幅の広い領域はエッチ
ングが終了しても、開口幅の狭い領域においてはエッチ
ングが終了しない。この段階において、ゲート配線層は
開口幅の広い領域で分断された形状になる。この過渡段
階でアンテナ比が高い構造付アンテナが出現する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The inventor and his co-workers reported the emergence of structured antennas with a high antenna ratio during gate wiring layer etching due to the microloading effect (US patent application Ser. No. 08 / 275,426). ,
Section of the preferred embodiment). When the resist pattern is formed on the surface of the gate wiring layer after deposition and etching is performed, the gate wiring layer is initially electrically connected to the substrate, and no antenna structure appears. However, due to the micro-loading effect, even if the etching is finished in the wide opening region, the etching is not finished in the narrow opening region. At this stage, the gate wiring layer has a divided shape in a region with a wide opening. At this transition stage, a structured antenna with a high antenna ratio appears.
【0024】基板にバイアス用rfを印加し、プラズマ
中のイオンを基板に引き込む電界を発生させると、プラ
ズマ中のイオンは基板に向かって加速される。しかしな
がら、プラズマ中の電子は、基板に向かう際に減速を受
ける。この電界による力は、基板の表面に対して垂直な
方向であり、基板表面と平行な方向には減速を受けな
い。When a bias rf is applied to the substrate to generate an electric field that attracts the ions in the plasma to the substrate, the ions in the plasma are accelerated toward the substrate. However, the electrons in the plasma are decelerated as they travel toward the substrate. The force due to this electric field is perpendicular to the surface of the substrate, and is not decelerated in the direction parallel to the surface of the substrate.
【0025】したがって、プラズマ中のランダムな運動
を反映し、種々の運動方向を有する電子は、大部分が基
板に対して斜めに入射すると考えられる。このため、絶
縁パターンの構造付アンテナの絶縁パターンの上部側壁
には、イオンはほとんど衝突しないのに対し、多量の電
子が衝突する。この結果、絶縁パターンの側壁上部に負
電荷が蓄積する。Therefore, it is considered that most of the electrons, which reflect the random motion in the plasma and have various motion directions, are obliquely incident on the substrate. Therefore, while the ions hardly collide with the upper side wall of the insulating pattern of the structured antenna having the insulating pattern, a large amount of electrons collide. As a result, negative charges are accumulated on the sidewalls of the insulating pattern.
【0026】この負電荷による電場が大きくなると、電
子が反発されてパターンの内部に入りにくくなると考え
られる。したがって、イオンによる正電荷流入に比較
し、電子による負電荷流入が不足して結果として過剰な
正電荷による電流がゲート配線層に蓄積され、ゲート絶
縁膜をトンネル電流となって通過し、損傷を生じるもの
と考えられる。It is considered that when the electric field due to this negative charge becomes large, electrons are repelled and it is difficult to enter the inside of the pattern. Therefore, as compared with the positive charge inflow by the ions, the negative charge inflow by the electrons is insufficient, and as a result, the current due to the excess positive charge is accumulated in the gate wiring layer, passes through the gate insulating film as a tunnel current, and is damaged. It is thought to occur.
【0027】図1(A)、(B)、(C)は、本発明者
の行なった実験を示す。図1(A)は、プラズマ処理し
たウエハ上の各チップにおけるゲート絶縁膜破壊の様子
を示す平面図である。図1(B)は、プラズマの電子温
度測定に用いたプローブの挿入方向を示す概略平面図で
ある。図1(C)は、プローブ測定によって得たプラズ
マの電子温度を位置の関数として示すグラフである。FIGS. 1A, 1B and 1C show the experiments conducted by the present inventor. FIG. 1A is a plan view showing how the gate insulating film is destroyed in each chip on the plasma-processed wafer. FIG. 1B is a schematic plan view showing the insertion direction of the probe used for measuring the electron temperature of plasma. FIG. 1C is a graph showing the electron temperature of plasma obtained by probe measurement as a function of position.
【0028】図2(A)、(B)は、実験に用いたサン
プルの構造を示す断面図および平面図である。シリコン
基板13の表面には、厚いフィールド酸化膜14aとフ
ィールド酸化膜によって囲まれた領域に形成された厚さ
8nmのゲート酸化膜14bが形成されている。2A and 2B are a sectional view and a plan view showing the structure of a sample used in the experiment. On the surface of the silicon substrate 13, a thick field oxide film 14a and a gate oxide film 14b having a thickness of 8 nm formed in a region surrounded by the field oxide film are formed.
【0029】これらのフィールド酸化膜およびゲート絶
縁膜上に、多結晶シリコン膜15aとアルミニウム層1
5bの積層からなるゲート配線15が形成され、MOS
キャパシタCを構成している。ゲート配線15の上に
は、厚さ1.6μmのホトレジストによる密な配線パタ
ーン16が形成されている。A polycrystalline silicon film 15a and an aluminum layer 1 are formed on the field oxide film and the gate insulating film.
The gate wiring 15 is formed by stacking 5b
It constitutes a capacitor C. A dense wiring pattern 16 made of photoresist having a thickness of 1.6 μm is formed on the gate wiring 15.
【0030】図2(B)に示すように、ホトレジストパ
ターン16は、幅w=0.75μmの配線パターンが間
隔d=0.8μmで複数本並列に配置されている。開口
部のアスペクト比は2である。これらの配線は、図中下
部に示すMOSキャパシタCに連続して接続されてい
る。As shown in FIG. 2B, in the photoresist pattern 16, a plurality of wiring patterns having a width w = 0.75 μm are arranged in parallel at intervals d = 0.8 μm. The aspect ratio of the opening is 2. These wirings are continuously connected to the MOS capacitor C shown in the lower part of the figure.
【0031】図3(A)は、このようなサンプルをエッ
チングした発散磁場ECRプラズマエッチング装置の構
成を示す。真空排気可能な反応室1には、ガス導入口
2、排気口3が接続されている。ガス導入口2は、所定
のエッチングガス源に接続される。排気口3は、排気装
置に接続されている。反応室1の上部には、開口が設け
られ、プラズマ発生室4に接続されている。プラズマ発
生室4と反応室1が気密な容器を構成する。FIG. 3A shows the structure of a divergent magnetic field ECR plasma etching apparatus in which such a sample is etched. A gas inlet 2 and an exhaust port 3 are connected to the reaction chamber 1 that can be evacuated. The gas inlet 2 is connected to a predetermined etching gas source. The exhaust port 3 is connected to an exhaust device. An opening is provided in the upper part of the reaction chamber 1 and is connected to the plasma generation chamber 4. The plasma generation chamber 4 and the reaction chamber 1 form an airtight container.
【0032】反応室4の上部には、石英等のマイクロ波
透過窓6が気密に設けられており、マイクロ波導波管5
に接続されている。マイクロ波導波管5は、マイクロ波
発生源からプラズマ発生室4へマイクロ波を導入する。A microwave transmission window 6 made of quartz or the like is airtightly provided above the reaction chamber 4, and the microwave waveguide 5 is provided.
It is connected to the. The microwave waveguide 5 introduces microwaves from the microwave generation source into the plasma generation chamber 4.
【0033】プラズマ発生室4の周囲には、主コイル7
が配置され、マイクロ波発生室4内に発散磁場を発生す
ることができる。この発散磁場により、ECR条件が形
成される。Around the plasma generating chamber 4, a main coil 7 is provided.
Are arranged to generate a divergent magnetic field in the microwave generation chamber 4. The divergent magnetic field forms the ECR condition.
【0034】反応室1の下部には、基板9を載置するた
めのサセプタ8が配置され、サセプタ8はrfバイアス
源12に接続されている。rfバイアス源12は、1
3.56MHzのrf電圧をサセプタ8に供給する。サ
セプタ8の下部には、外側の外部コイル10および内側
の内部コイル11が同心状に配置されている。A susceptor 8 for mounting a substrate 9 is arranged below the reaction chamber 1, and the susceptor 8 is connected to an rf bias source 12. The rf bias source 12 is 1
An rf voltage of 3.56 MHz is supplied to the susceptor 8. An outer coil 10 on the outer side and an inner coil 11 on the inner side are concentrically arranged under the susceptor 8.
【0035】ガス導入口2からエッチングガスを導入
し、排気口3から排気することにより、反応室1、プラ
ズマ発生室4内に所定圧力のエッチングガス雰囲気を形
成する。主コイル7によって磁場を発生しつつ、マイク
ロ波導波管5からプラズマ発生室4にマイクロ波を導入
することにより、プラズマ発生室4内にECRプラズマ
を発生させる。このプラズマは、発散する磁場によって
反応室1内でドリフトし、サセプタ8上の基板9に達す
る。An etching gas is introduced from the gas introduction port 2 and exhausted from the exhaust port 3 to form an etching gas atmosphere having a predetermined pressure in the reaction chamber 1 and the plasma generation chamber 4. ECR plasma is generated in the plasma generation chamber 4 by introducing microwaves from the microwave waveguide 5 into the plasma generation chamber 4 while generating a magnetic field by the main coil 7. This plasma drifts in the reaction chamber 1 due to the diverging magnetic field and reaches the substrate 9 on the susceptor 8.
【0036】rfバイアス源12から13.56MHz
のrf電力をサセプタ8に印加することにより、基板9
の電位を制御し、プラズマ中のイオンを基板9に向かっ
て加速するようにバイアス電界を発生させる。このよう
な条件で、基板9上のサンプルにプラズマによるエッチ
ング処理を行なった。13.56 MHz from rf bias source 12
Of rf power to the susceptor 8
Is controlled to generate a bias electric field so as to accelerate the ions in the plasma toward the substrate 9. Under such conditions, the sample on the substrate 9 was subjected to plasma etching.
【0037】なお、エッチング条件は主コイル電流21
A、外部コイル電流8A、内部コイル電流8A、エッチ
ングガスCl2 +BCl3 、圧力0.6Pa、マイクロ
波電力800W、rfバイアス電力180Wであった。The main coil current 21 is the etching condition.
A, external coil current 8A, internal coil current 8A, etching gas Cl 2 + BCl 3 , pressure 0.6 Pa, microwave power 800 W, and rf bias power 180 W.
【0038】図1(A)は、この条件のエッチングでウ
エハ9上の各チップ22に形成したサンプルをエッチン
グした結果を示す。ウエハ9上の各チップ22には、図
2(A)、(B)に示すアンテナが接続されたゲート酸
化膜厚8nmのMOSキャパシタが形成されている。こ
のアンテナをエッチングした後、MOSキャパシタの耐
圧を測定した。FIG. 1A shows the result of etching the sample formed on each chip 22 on the wafer 9 by the etching under this condition. On each chip 22 on the wafer 9, a MOS capacitor having a gate oxide film thickness of 8 nm, to which the antenna shown in FIGS. 2A and 2B is connected, is formed. After etching this antenna, the breakdown voltage of the MOS capacitor was measured.
【0039】白い四角形は耐圧が正常だったチップを表
し、ハッチされた四角形は耐圧不良、すなわちエッチン
グ中に破壊が生じたサンプルを示す。なお、右下がりの
単一ハッチで示された領域は、アンテナ比106 のサン
プルが破壊された領域を示し、クロスハッチされた領域
は、アンテナ比105 のサンプルが破壊された領域を示
す。White squares represent chips having a normal breakdown voltage, and hatched squares represent samples having a poor breakdown voltage, that is, a sample which is broken during etching. The region shown by a single hatch on the lower right shows the region where the sample with the antenna ratio of 10 6 was destroyed, and the cross-hatched region shows the region where the sample with the antenna ratio of 10 5 was destroyed.
【0040】なお、アンテナ比104 のサンプルも同時
に形成したが、アンテナ比105 のサンプルの破壊され
た領域とほぼ同一領域で破壊された。図1(A)から、
ウエハ上全面でサンプルは破壊されたわけではなく、一
定の領域でサンプルが破壊されていることが判る。別の
見方をすれば、ウエハ上のある領域においては、ゲート
絶縁膜は破壊されていない。すなわち、白い四角形で示
した領域においては、ゲート絶縁膜の損傷が防止できる
プラズマになっていると考えられる。A sample with an antenna ratio of 10 4 was also formed at the same time, but it was destroyed in almost the same region as the destroyed region of the sample with an antenna ratio of 10 5 . From FIG. 1 (A),
It can be seen that the sample was not destroyed on the entire surface of the wafer, but the sample was destroyed in a certain area. From another point of view, the gate insulating film is not destroyed in a certain region on the wafer. That is, it is considered that the region shown by the white square has a plasma that can prevent damage to the gate insulating film.
【0041】そこで、補償電極付ラングミュアプローブ
を用いてプラズマの性質を測定した。図1(B)は、ウ
エハ9上のプローブの挿入方向を示す。プローブの高さ
はウエハ表面から約4cmとした。Therefore, the properties of plasma were measured using a Langmuir probe with a compensation electrode. FIG. 1B shows the insertion direction of the probe on the wafer 9. The height of the probe was about 4 cm from the wafer surface.
【0042】図3(B)は、ラングミュアプローブの構
成を概略的に示す。半径0.5mm、長さ5mmの白金
線をプローブ31とした。プローブ31には、アルミニ
ウムで形成された補償電極32、33がキャパシタ3
4、35を介して接続されている。これらの補償電極3
2、33は、変動するプラズマ電位を補償するための電
極である。FIG. 3B schematically shows the structure of the Langmuir probe. A platinum wire having a radius of 0.5 mm and a length of 5 mm was used as the probe 31. In the probe 31, the compensation electrodes 32 and 33 made of aluminum are provided in the capacitor 3
4, 35 are connected. These compensation electrodes 3
Reference numerals 2 and 33 are electrodes for compensating the fluctuating plasma potential.
【0043】プローブ31は、使用したrf周波数を遮
断するフィルタ36を介して電流計38と可変電圧源3
7に接続されている。可変電圧源37の他の極および反
応室1の外壁は接地されている。The probe 31 includes an ammeter 38 and a variable voltage source 3 via a filter 36 that cuts off the used rf frequency.
7 is connected. The other pole of the variable voltage source 37 and the outer wall of the reaction chamber 1 are grounded.
【0044】プローブ31の位置を、図1(B)に示す
ようにウエハ9上で動かし、各点で可変電圧源37の電
圧Vを掃引して流れる電流Iを電流計38で測定した。
得られたV−I特性から、電流値が“0”になる浮動電
位付近のΔV/ΔlnIを計算し、周知の方法により電
子温度をeV単位で求めた。The position of the probe 31 was moved on the wafer 9 as shown in FIG. 1B, and the current I flowing by sweeping the voltage V of the variable voltage source 37 at each point was measured by the ammeter 38.
Based on the obtained VI characteristics, ΔV / ΔlnI near the floating potential at which the current value becomes “0” was calculated, and the electron temperature was determined in units of eV by a known method.
【0045】図1(C)は、得られた電子温度(eV)
のウエハ9上の径方向位置に対する関係を示す。サンプ
ルが破壊された領域に対応して、電子温度分布は明確な
変化を示している。すなわち、サンプルの破壊が生じた
領域においては、電子温度が約10eV以上と高く、破
壊が生じなかった領域においては、電子温度が約7eV
以下と低い。この結果から、プラズマ中の電子温度が高
いと、構造付アンテナを有するゲート絶縁膜に破壊が生
じやすいことが判る。FIG. 1C shows the obtained electron temperature (eV).
Shows the relationship with respect to the radial position on the wafer 9. The electron temperature distribution shows a clear change corresponding to the region where the sample is destroyed. That is, the electron temperature is as high as about 10 eV or more in the region where the sample is destroyed, and the electron temperature is about 7 eV in the region where the sample is not destroyed.
Below and low. From this result, it is understood that when the electron temperature in the plasma is high, the gate insulating film having the structured antenna is easily broken.
【0046】なお、サンプルにおけるゲート絶縁膜は厚
さ8nmの酸化シリコン膜であり、この酸化シリコン膜
の絶縁耐圧は約8Vである。したがって、ゲート絶縁膜
の絶縁耐圧よりも低い、典型的には約1eV以上低い電
子温度領域においては、サンプルには損傷が生じていな
い。The gate insulating film in the sample is a silicon oxide film having a thickness of 8 nm, and the withstand voltage of this silicon oxide film is about 8V. Therefore, the sample is not damaged in the electron temperature region lower than the withstand voltage of the gate insulating film, typically about 1 eV or more.
【0047】逆に、ゲート絶縁膜の耐圧よりも高い、典
型的には約2eV以上高い電子温度領域においてはゲー
ト絶縁膜の損傷が生じている。したがって、ゲート絶縁
膜の損傷を防止するためには、プラズマの電子温度をゲ
ート絶縁膜の耐圧よりも低くすることが望ましい。On the contrary, the gate insulating film is damaged in the electron temperature region higher than the breakdown voltage of the gate insulating film, typically about 2 eV or higher. Therefore, in order to prevent damage to the gate insulating film, it is desirable that the electron temperature of plasma be lower than the breakdown voltage of the gate insulating film.
【0048】なお、ゲート絶縁膜の損傷は、ゲート絶縁
膜の膜厚が10nm以下、アンテナ比が500以上、ア
スペクト比が1以上の場合に生じ易い。特にウエハ径が
8インチ以上の場合に損傷が生じ易い。The gate insulating film is easily damaged when the film thickness of the gate insulating film is 10 nm or less, the antenna ratio is 500 or more, and the aspect ratio is 1 or more. In particular, damage is likely to occur when the wafer diameter is 8 inches or more.
【0049】このように、平坦面上の特性が均一なプラ
ズを用いても、微細パターンの加工において生じ得る損
傷は、ウエハ全面上でのプラズマの電子温度を低く制御
することにより防止できることが判った。この機構は以
下のように考えることができるであろう。As described above, it can be seen that even if the plasma having the uniform characteristics on the flat surface is used, the damage that may occur in the processing of the fine pattern can be prevented by controlling the electron temperature of plasma on the entire surface of the wafer to be low. It was This mechanism could be thought of as follows.
【0050】まず均一なプラズマを用いても、構造付ア
ンテナに損傷が生じる機構として次のようなモデルが考
えられる。図4(A)に示すように、基板にバイアスr
f電力を供給した時、プラズマに対して基板が相対的に
負電位にバイアスされる。プラズマ中の正イオンは、基
板とプラズマの間に形成された電場によって基板に向っ
て加速され、基板にほとんど垂直に入射する。プラズマ
と基板間の電場は、基板に印加するバイアスrf電力に
よって周期的に変化するが、その向き(符号)は変化し
ない。従って、正イオンは全周期を通して基板に入射す
ると考えることができる。First, the following model can be considered as a mechanism for causing damage to the structured antenna even if uniform plasma is used. As shown in FIG. 4A, a bias r is applied to the substrate.
When the f power is supplied, the substrate is biased to a negative potential relative to the plasma. The positive ions in the plasma are accelerated toward the substrate by the electric field formed between the substrate and the plasma, and enter the substrate almost vertically. The electric field between the plasma and the substrate changes periodically according to the bias rf power applied to the substrate, but its direction (sign) does not change. Therefore, it can be considered that positive ions are incident on the substrate throughout the entire period.
【0051】図4(B)に示すように、この電場は電子
に対しては減速作用を及ぼす。従って、電子は電場によ
って減速され、プラズマ中のランダムな運動を反映し、
大部分が基板に対して斜めに入射すると考えられる。電
子が基板に対して斜めに入射すると、基板上の絶縁パタ
ーンの側壁に電子が入射することになる。導電性のない
領域に入射した電子は、その領域をチャージアップさせ
る。As shown in FIG. 4B, this electric field has a moderating effect on the electrons. Therefore, the electrons are slowed down by the electric field, reflecting the random motion in the plasma,
It is considered that most of the light is incident on the substrate obliquely. When the electrons are obliquely incident on the substrate, the electrons are incident on the side wall of the insulating pattern on the substrate. The electrons incident on the non-conductive area charge up the area.
【0052】すなわち、構造付アンテナの絶縁物パター
ンの上部側壁にはイオンはほとんど衝突せず、電子だけ
が衝突する。この結果、側壁に負電荷が蓄積される。蓄
積された負電荷は、さらに電子を反発する電場を形成す
る。この電場の強さに応じて電子がパターン内に入れな
くなる。絶縁物パターン上部側壁における負電荷の蓄積
は、プラズマ中の電子の横方向速度によって支配される
ものと考えることができる。That is, almost no ions collide with the upper side wall of the insulator pattern of the structured antenna, but only electrons collide. As a result, negative charges are accumulated on the side wall. The accumulated negative charges form an electric field that repels electrons. According to the strength of this electric field, electrons cannot enter the pattern. It can be considered that the accumulation of negative charges on the upper sidewall of the insulator pattern is dominated by the lateral velocity of electrons in the plasma.
【0053】この電子の横方向速度は、電子温度に依存
する。横方向速度が高い電子の割合が高いと、絶縁物パ
ターン側壁に蓄積される負電荷が大きくなり、全周期を
通して入射するイオンの正電荷流入に対して電子電流が
バランスを取れなくなる。結果として、過剰正電流がゲ
ート絶縁膜を通過し、損傷を与えると考えられる。The lateral velocity of this electron depends on the electron temperature. If the proportion of electrons having a high lateral velocity is high, the negative charges accumulated on the sidewalls of the insulator pattern become large, and the electron current cannot be balanced against the positive charge inflow of the incident ions throughout the entire period. As a result, excess positive current is considered to pass through the gate insulating film and cause damage.
【0054】電子温度を下げると、電子の平均運動エネ
ルギが低下し、高エネルギ電子の数も少なくなる。電子
の運動はランダムである。図4(C)に示すように、電
子の速度を基板に垂直な速度成分vy と基板表面に平行
な速度成分vx に分解して考えた時、外力が働かない場
合vx の分布とvy の分布は等しい。基板に垂直な電場
を発生させると、垂直成分vy は、プラズマと基板間の
電場によって加速/減速を受けるが、水平成分vx は電
場によってほとんど影響されない。電子温度を下げると
電子の横方向速度成分vx が低下し、絶縁物パターンの
上部側壁に蓄積する負電荷が小さくなると考えられる。
電子の垂直方向速度成分vy は、電子温度によらず、電
場との相互作用によりほぼ一定値に保たれると考えれ
ば、電子温度が低い程側壁上のチャージアップ量が少な
く、基板に流入する電子電流を高くすることができる。
このような機構により、電子温度を低下させた時に基板
に入射する正電荷の過剰を抑制できるものと考えられ
る。When the electron temperature is lowered, the average kinetic energy of electrons is lowered and the number of high energy electrons is also reduced. The movement of electrons is random. As shown in FIG. 4 (C), when the velocity of electrons is decomposed into a velocity component v y perpendicular to the substrate and a velocity component v x parallel to the substrate surface and considered, the distribution of v x when no external force works The distributions of v y are equal. When an electric field perpendicular to the substrate is generated, the vertical component v y is accelerated / decelerated by the electric field between the plasma and the substrate, while the horizontal component v x is hardly affected by the electric field. It is considered that when the electron temperature is lowered, the lateral velocity component v x of the electron is lowered and the negative charge accumulated on the upper side wall of the insulator pattern is reduced.
Assuming that the vertical velocity component v y of the electron is maintained at a substantially constant value due to the interaction with the electric field regardless of the electron temperature, the lower the electron temperature, the smaller the amount of charge-up on the side wall, and the more it flows into the substrate. The electron current generated can be increased.
It is considered that such a mechanism can suppress an excess of positive charges that enter the substrate when the electron temperature is lowered.
【0055】なお、基板に対する電子の入射は、全周期
均一ではない。プラズマと基板間のバイアス電場が強い
時は、電子は電場によって反発され基板に近づくことが
できない。プラズマと基板間のバイアス電場が弱くな
り、電子が基板に近づける期間にのみ電子が基板に入射
すると考えられる。基板バイアスがrfバイアスである
場合、プラズマと基板間に形成される電場は、rfバイ
アスの周波数に従って変動する。The incidence of electrons on the substrate is not uniform over the entire period. When the bias electric field between the plasma and the substrate is strong, the electrons are repelled by the electric field and cannot reach the substrate. It is considered that the bias electric field between the plasma and the substrate becomes weak and the electrons enter the substrate only during the period when the electrons approach the substrate. When the substrate bias is the rf bias, the electric field formed between the plasma and the substrate varies according to the frequency of the rf bias.
【0056】図2(A)に示すECRプラズマエッチン
グ装置において、rfバイアス源12の周波数を13.
56MHzから400kHzに変化させた。その結果、
ウエハ全面上においてゲート絶縁膜の損傷がなくなっ
た。この現象は以下のように考えることができる。In the ECR plasma etching apparatus shown in FIG. 2A, the frequency of the rf bias source 12 was set to 13.
It was changed from 56 MHz to 400 kHz. as a result,
The gate insulating film was not damaged on the entire surface of the wafer. This phenomenon can be considered as follows.
【0057】周波数を低下させたことにより、プラズマ
と基板間に形成される電場が強い期間が長くなる。電場
が強い期間においては、イオンによる正電荷が基板に入
射する。この結果、1サイクル内で基板に蓄積される正
電荷の量が大きくなる。なお、発明者の計算によれば、
1サイクル内で基板に蓄積される正電荷の量は、大きく
なってもゲート絶縁膜に損傷を与える程の量とはならな
い。By reducing the frequency, the period during which the electric field formed between the plasma and the substrate is strong becomes longer. During the period when the electric field is strong, positive charges due to ions are incident on the substrate. As a result, the amount of positive charges accumulated on the substrate in one cycle increases. According to the calculation by the inventor,
The amount of positive charges accumulated on the substrate in one cycle is not enough to damage the gate insulating film even if it increases.
【0058】基板に蓄積される正電荷の量が大きくなる
と電場が弱くなった時に、基板の電位がプラズマ電位に
接近する期間が長くなる。また、この期間における電場
の絶対値も小さくなり、基板電位はよりプラズマ電位に
接近する。結果として、より低エネルギの電子まで基板
に入射するようになる。基板に入射する電子のみを考え
れば、入射する電子の実効的な電子温度が低下すること
になる。When the amount of positive charges accumulated on the substrate increases, the period in which the potential of the substrate approaches the plasma potential becomes longer when the electric field weakens. In addition, the absolute value of the electric field in this period also becomes small, and the substrate potential approaches the plasma potential. As a result, even lower energy electrons will be incident on the substrate. Considering only the electrons incident on the substrate, the effective electron temperature of the incident electrons is lowered.
【0059】すなわち、電子温度を低下させることが基
板における損傷防止に有効であるが、この電子温度は実
効的に基板に入射する電子の電子温度であり、基板に電
子が入射しない期間においては電子温度は必ずしも低い
必要はない。That is, it is effective to prevent damage to the substrate by lowering the electron temperature, but this electron temperature is the electron temperature of the electrons that are effectively incident on the substrate. The temperature does not necessarily have to be low.
【0060】また、電子温度はプラズマ雰囲気の圧力を
上げたり、マイクロ波電力を下げたり、イオン化ポテン
シャルの低いガスを添加することによっても低下させる
ことができるであろう。The electron temperature could be lowered by raising the pressure of the plasma atmosphere, lowering the microwave power, or adding a gas having a low ionization potential.
【0061】図3(A)のECRプラズマ装置におい
て、内部コイル11のコイル電流を+8Aから−8Aに
変更したところ、ウエハ上において全面的に損傷がなく
なった。In the ECR plasma device of FIG. 3A, when the coil current of the internal coil 11 was changed from + 8A to -8A, the damage on the entire wafer disappeared.
【0062】また、rfバイアス電力を0Wにしたとこ
ろ、やはり全面的に損傷がなくなった。これらの条件で
も実効的に基板に入射する電子の電子温度が低下したも
のと考えられる。When the rf bias power was set to 0 W, no damage was found on the entire surface. It is considered that even under these conditions, the electron temperature of the electrons incident on the substrate was effectively lowered.
【0063】なお、浮動電位付近では高運動エネルギの
電子のみが電流Iに寄与できる。したがって、この電位
領域で求める電子温度は高エネルギ成分を反映したもの
と言える。絶縁膜パターン上部側壁に負電荷が蓄積して
いく過程も、主に高運動エネルギ電子によって支配され
ると考えられる。従って、高運動エネルギの電子成分を
対象として電子温度を制御することが好適と考えられ
る。Only electrons with high kinetic energy can contribute to the current I near the floating potential. Therefore, it can be said that the electron temperature obtained in this potential region reflects the high energy component. It is considered that the process of accumulating the negative charges on the upper sidewall of the insulating film pattern is mainly controlled by the high kinetic energy electrons. Therefore, it is considered preferable to control the electron temperature by targeting the electron component of high kinetic energy.
【0064】なお、上記実験においては厚さ8nmのゲ
ート絶縁膜を用いたが、より薄いゲート絶縁膜を用いた
場合、アンテナ導体の電位は絶縁膜の耐圧にほぼ近い値
まで上昇すると考えられる。アンテナ電位が上昇する
と、電子が引き込まれると考えられ、また電子温度を下
げることで電子が引き込まれやすくなる。従って、許容
電位である耐圧に合わせて電子温度の上限を下げるよう
にすれば、ダメージが抑制できると推定できる。従っ
て、プラズマの電子温度は絶縁膜の耐圧以下とすること
が好ましいであろう。In the above experiment, the gate insulating film having a thickness of 8 nm was used. However, when a thinner gate insulating film is used, it is considered that the potential of the antenna conductor rises to a value almost close to the withstand voltage of the insulating film. It is considered that the electrons are drawn in when the antenna potential rises, and the electrons are easily drawn in by lowering the electron temperature. Therefore, it can be estimated that the damage can be suppressed by lowering the upper limit of the electron temperature in accordance with the withstand voltage which is the allowable potential. Therefore, it is preferable that the electron temperature of the plasma be lower than the withstand voltage of the insulating film.
【0065】ところで、プラズマへの投入エネルギを変
調すると、電子温度も投入エネルギの変調に応じて時間
変化すると考えられる。以下、誘導結合プラズマエッチ
ング装置を例にとって説明する。By the way, when the energy input to the plasma is modulated, it is considered that the electron temperature also changes with time according to the modulation of the energy input. Hereinafter, an inductively coupled plasma etching apparatus will be described as an example.
【0066】図5は、本発明の実施例による誘導結合プ
ラズマエッチング装置を示す概略断面図である。ステン
レス等の外側容器61の上にセラミックス製ベルジャ6
2が配置され、気密な反応室51を構成している。反応
室51には、ガス導入口52と排気口53が接続されて
いる。ガス導入口52にはエッチングガス源EGが接続
され、排気口53には排気装置EVACが接続されてい
る。FIG. 5 is a schematic sectional view showing an inductively coupled plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. A ceramic bell jar 6 is placed on an outer container 61 such as stainless steel.
2 are arranged to form an airtight reaction chamber 51. A gas introduction port 52 and an exhaust port 53 are connected to the reaction chamber 51. An etching gas source EG is connected to the gas inlet 52, and an exhaust device EVAC is connected to the exhaust port 53.
【0067】セラミックス製ベルジャ62の回りには、
2回巻のコイル60が配置され、マッチング回路59を
介してrfソース電源58に接続されている。ソース電
源58から13.56MHzのrf電力がコイル60に
供給され、反応室51内に誘導的にrf電力が投入され
る。ガス導入口52からエッチングガスを反応室51内
に導入し、排気口53から排気して反応室51内を所定
の圧力に維持し、13.56MHzのrf電力を反応室
51に投入することにより、反応室51内にプラズマを
発生させることができる。このプラズマはサセプタ54
上に載置された基板55に達する。Around the bell jar 62 made of ceramics,
A two-turn coil 60 is arranged and connected to the rf source power supply 58 via a matching circuit 59. The rf power of 13.56 MHz is supplied from the source power source 58 to the coil 60, and the rf power is inductively input into the reaction chamber 51. By introducing the etching gas into the reaction chamber 51 through the gas introduction port 52, exhausting the gas through the exhaust port 53 to maintain the inside of the reaction chamber 51 at a predetermined pressure, and supplying rf power of 13.56 MHz to the reaction chamber 51. Plasma can be generated in the reaction chamber 51. This plasma is susceptor 54
It reaches the substrate 55 placed on it.
【0068】サセプタ54は、マッチング回路を内蔵す
るrfバイアス源56に接続されている。rfバイアス
源56から所望の周波数(典型的には66.7kHz)
のrf電力を投入することにより、基板55の電位を制
御し、プラズマ中のイオンを所望のエネルギに加速して
基板55に衝突させることができる。The susceptor 54 is connected to an rf bias source 56 containing a matching circuit. desired frequency from rf bias source 56 (typically 66.7 kHz)
It is possible to control the potential of the substrate 55 and accelerate the ions in the plasma to a desired energy so that the ions collide with the substrate 55.
【0069】rfバイアス源56からrf出力波形に相
似するrf信号が取り出され、パルス発生器57に供給
される。パルス発生器57は、入力したrf信号と同じ
繰り返し周期で所望の位相に同期した所望のオン期間を
有するパルスを発生する。このパルス信号は、ソース電
源58に入力され、13.56MHzのrf電力をパル
スに応じてON/OFF変調する。すなわち、プラズマ
励起電力が基板バイアスと同期してON/OFF変調さ
れる。An rf signal similar to the rf output waveform is taken out from the rf bias source 56 and supplied to the pulse generator 57. The pulse generator 57 generates a pulse having a desired ON period in synchronization with a desired phase at the same repetition period as the input rf signal. This pulse signal is input to the source power supply 58, and rf power of 13.56 MHz is ON / OFF-modulated according to the pulse. That is, the plasma excitation power is ON / OFF modulated in synchronization with the substrate bias.
【0070】反応室51内では、ON/OFF変調され
たプラズマが発生し、このプラズマのON/OFF変調
に同期したrfバイアスが基板55に印加される。な
お、サセプタ54の周囲には、ヒータ64により温度制
御できる内側容器63が配置されている。温度を制御す
ることにより、プラズマ組成を制御できる。また、内側
容器63は接地され、サセプタ54に印加されるrfバ
イアスがプラズマ電位を変動させることを抑制する。In the reaction chamber 51, ON / OFF modulated plasma is generated, and an rf bias synchronized with the ON / OFF modulation of this plasma is applied to the substrate 55. An inner container 63 whose temperature can be controlled by a heater 64 is arranged around the susceptor 54. The plasma composition can be controlled by controlling the temperature. In addition, the inner container 63 is grounded to prevent the rf bias applied to the susceptor 54 from changing the plasma potential.
【0071】図6は、上述のプラズマ発生装置の動作を
説明するための波形図である。波形(a)は、プラズマ
励起用のソース電力を連続投入した場合の投入電力波形
を概略的に示す。FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the plasma generator described above. Waveform (a) schematically shows the input power waveform when the source power for plasma excitation is continuously input.
【0072】波形(b)は、rfバイアスの電圧波形を
概略的に示す。特にソース電力との同期をとっていない
場合、rfバイアスの波形は図に示すように、種々の位
相で表れる。Waveform (b) schematically shows the voltage waveform of the rf bias. In particular, when not synchronized with the source power, the rf bias waveform appears in various phases as shown in the figure.
【0073】波形(c)は、上述のようにソース電力を
ON/OFF変調した場合の電力波形を概略的に示す。
電力が投入されている間はプラズマに励起エネルギが与
えられるが、電力がオフされている期間はプラズマ投入
電力が“0”になる。Waveform (c) schematically shows a power waveform when the source power is ON / OFF modulated as described above.
Excitation energy is applied to the plasma while the power is being supplied, but the plasma supply power is "0" while the power is off.
【0074】波形(d)は、波形(c)で励起している
プラズマ中の電子温度を概略的に示す。ソース電力が投
入されている間、電子は加速され、電子温度は上昇して
いく。電子温度の上昇中にソース電力がオフされるとす
る。ソース電力がオフされるとプラズマ中の電子の加速
がなくなり、電子はプラズマ中の原子、分子、イオンや
反応容器壁に非弾性衝突し、エネルギを失う。このた
め、電子温度は徐々に低下していく。このように、ソー
ス電力をON/OFF変調すると、電子温度はソース電
力のON/OFFに同期して上昇/下降する。The waveform (d) schematically shows the electron temperature in the plasma excited by the waveform (c). While the source power is being applied, the electrons are accelerated and the electron temperature rises. Suppose the source power is turned off while the electron temperature is rising. When the source power is turned off, the electrons in the plasma are not accelerated, and the electrons inelastically collide with atoms, molecules, ions in the plasma and the wall of the reaction vessel, and lose energy. Therefore, the electron temperature gradually decreases. In this way, when the source power is ON / OFF-modulated, the electron temperature rises / falls in synchronization with the ON / OFF of the source power.
【0075】波形(e)は、ソース電力がオフからオン
に変化する時に最高電位になるようにソース電力変調に
同調させたrfバイアスの波形を示す。基板に対する電
子の流入が、rfバイアス最高の時に生じるとすれば、
この時、電子温度は最低となっている。すなわち、基板
に流入する電子の実効的電子温度が最低に選択される。
波形(f)は、波形(e)のrfバイアスを印加した時
にプラズマから基板に流れる電子電流を示す。Waveform (e) shows the waveform of the rf bias tuned to the source power modulation so as to reach the highest potential when the source power changes from off to on. If the inflow of electrons into the substrate occurs at the maximum rf bias,
At this time, the electron temperature is the lowest. That is, the effective electron temperature of the electrons flowing into the substrate is selected to be the lowest.
Waveform (f) shows the electron current flowing from the plasma to the substrate when the rf bias of waveform (e) is applied.
【0076】なお、波形(b)に示すように、rfバイ
アスをソース電力のON/OFFと非同期とすれば、基
板に電子が流入するタイミングはソース電力の変調と無
関係となり、実効的電子温度は波形(d)の平均値とな
るであろう。あるいは波形(d)の最大値に支配される
こともありうる。As shown in the waveform (b), if the rf bias is asynchronous with the ON / OFF of the source power, the timing at which the electrons flow into the substrate has nothing to do with the modulation of the source power, and the effective electron temperature is It will be the average value of waveform (d). Alternatively, it may be dominated by the maximum value of the waveform (d).
【0077】以上の考察を検証するため、以下に説明す
る実験を行なった。図7は、実験に用いたサンプルの構
造を示す。図7(A)は、サンプルの断面図である。シ
リコン基板13の表面には、LOCOSにより作成した
厚いフィールド酸化膜14aが形成されている。フィー
ルド酸化膜14aによって画定された開口部に厚さ6n
mのゲート酸化膜14bが形成されている。ゲート酸化
膜14bおよびフィールド酸化膜14aの上に、ゲート
配線層15が形成されている。In order to verify the above consideration, the experiment described below was conducted. FIG. 7 shows the structure of the sample used in the experiment. FIG. 7A is a cross-sectional view of the sample. A thick field oxide film 14a formed by LOCOS is formed on the surface of the silicon substrate 13. The opening defined by the field oxide film 14a has a thickness of 6 n
m gate oxide film 14b is formed. A gate wiring layer 15 is formed on the gate oxide film 14b and the field oxide film 14a.
【0078】ゲート配線層15は、図2(A)に示すゲ
ート配線層と同様、多結晶シリコン層とアルミニウム層
の積層で形成される。ゲート配線層15の上には、レジ
ストマスク16が形成されている。レジストマスク16
は厚さ1.2μmであり、図7(B)に示すように、幅
w=0.6μm、間隔d=0.6μmを有し、互いに平
行なストライプで形成される。開口のアスペクト比は2
である。Similar to the gate wiring layer shown in FIG. 2A, the gate wiring layer 15 is formed by stacking a polycrystalline silicon layer and an aluminum layer. A resist mask 16 is formed on the gate wiring layer 15. Resist mask 16
Has a thickness of 1.2 μm, has a width w = 0.6 μm and a distance d = 0.6 μm, and is formed in parallel stripes, as shown in FIG. 7B. Aspect ratio of opening is 2
It is.
【0079】図7(B)に示すように、ゲート配線層1
5の一部は下部に突出しており、この部分にMOSキャ
パシタCが形成されている。なお、図7(A)の断面図
は概略的なものであり、図7(B)の平面図と厳密には
一致していない。As shown in FIG. 7B, the gate wiring layer 1
A part of 5 projects to the lower part, and the MOS capacitor C is formed in this part. Note that the cross-sectional view of FIG. 7A is schematic and does not exactly match the plan view of FIG. 7B.
【0080】図8は、実験に用いたソース電力のON/
OFF変調と、同期rfバイアスの位相関係を示す。ソ
ース電力がオンするタイミングを0°とし、rfバイア
スの最大電位がソース電力オンの位相より進む角度(進
角)を位相角θとした。θは、0°、90°、180
°、270°に設定した。なお、ソース電力のON/O
FF変調は、オン期間を5μsecとし、オフ期間を1
0μsecとした。したがって、rfバイアスの最大電
位がオン期間の最後に同期する場合、その位相角は24
0°となる。FIG. 8 shows ON / OFF of the source power used in the experiment.
The phase relationship between OFF modulation and synchronous rf bias is shown. The timing at which the source power was turned on was 0 °, and the angle (advance) at which the maximum potential of the rf bias advanced from the phase at which the source power was turned on was taken as the phase angle θ. θ is 0 °, 90 °, 180
270 ° was set. In addition, the source power ON / O
The FF modulation has an on period of 5 μsec and an off period of 1
It was set to 0 μsec. Therefore, if the maximum potential of the rf bias is synchronized at the end of the on period, its phase angle is 24
0 °.
【0081】なお、実験においては比較のため、図6
(A)に示す連続放電の場合も測定した。また、rfバ
イアスをソース電力のON/OFFと同期させない非同
期(図6(b)の波形)の場合も実験した。In the experiment, for comparison, FIG.
The continuous discharge shown in (A) was also measured. Also, an experiment was performed in the case of asynchronous (waveform in FIG. 6B) in which the rf bias was not synchronized with ON / OFF of the source power.
【0082】なお、表面露出型アンテナを接続したサン
プルを用いた場合には、プラズマ処理装置内における損
傷は、アンテナ比1000000でも検出されなかっ
た。プラズマ処理条件は、圧力0.53PaのArガス
を用い、ソース電力平均値を100Wとし、rfバイア
ス電力を22Wとした。この時、ラングミュアプローブ
測定で求めたイオン電流密度1mA/cm2 程度であっ
た。When the sample to which the surface-exposed antenna was connected was used, no damage was detected in the plasma processing apparatus even when the antenna ratio was 1,000,000. As the plasma processing conditions, Ar gas having a pressure of 0.53 Pa was used, the average value of the source power was 100 W, and the rf bias power was 22 W. At this time, the ion current density determined by Langmuir probe measurement was about 1 mA / cm 2 .
【0083】図8のソース電力のON/OFF変調実験
では、オン期間を5μsecとし、オフ期間を10μs
ecとした。したがって、繰り返し周波数は66.7k
Hzとなる。非同期のrfバイアスは60kHzとし
た。また、オン期間のソース電力は300Wとし、平均
100Wを実現した。In the ON / OFF modulation experiment of the source power of FIG. 8, the ON period is 5 μsec and the OFF period is 10 μs.
ec. Therefore, the repetition frequency is 66.7k
It becomes Hz. The asynchronous rf bias was 60 kHz. Further, the source power during the on period was set to 300 W, and an average of 100 W was realized.
【0084】図9は、実験結果を示すグラフである。横
軸は放電の形式を示し、縦軸はキャパシタ破壊率を%で
示す。なお、キャパシタ破壊率を測定したサンプルは、
アンテナ比105 である。連続放電の場合、キャパシタ
破壊率は90%以上であり、100%近い確率を示し
た。ソース電力をON/OFF変調すると、破壊率は7
0%程度に低下している。ON/OFF変調により、電
子温度の平均値が低下したものと考えられる。FIG. 9 is a graph showing the experimental results. The horizontal axis represents the type of discharge, and the vertical axis represents the capacitor destruction rate in%. In addition, the sample that measured the capacitor destruction rate,
The antenna ratio is 10 5 . In the case of continuous discharge, the capacitor destruction rate was 90% or more, which was close to 100%. When the source power is ON / OFF modulated, the destruction rate is 7
It has dropped to about 0%. It is considered that the average value of the electron temperature decreased due to the ON / OFF modulation.
【0085】同期rfバイアスを0°の位相で印加した
場合には、破壊率は5%程度まで低下した。これは、非
同期rfバイアスを用いた場合には期待できない著しい
改善である。0°から位相を大きくしていくと、破壊率
は増大している。When the synchronous rf bias was applied at a phase of 0 °, the destruction rate decreased to about 5%. This is a significant improvement that cannot be expected when using the asynchronous rf bias. The breakdown rate increases as the phase increases from 0 °.
【0086】オン期間とオフ期間の時間長が異なるた
め、位相180°はオフ期間に含まれる。オフ期間に含
まれる0°、90°、180°の測定結果は、オフ期間
中のrfバイアスの進角が進むと、次第にキャパシタ破
壊率が高くなることを示している。Since the time lengths of the ON period and the OFF period are different, the phase 180 ° is included in the OFF period. The measurement results of 0 °, 90 °, and 180 ° included in the off period indicate that the capacitor breakdown rate gradually increases as the advance angle of the rf bias during the off period advances.
【0087】位相270°はオン期間内であり、他の位
相角のデータとは若干条件が異なる。得られたキャパシ
タ破壊率は位相180°の破壊率に近いものであった。
なお、4つの位相角におけるキャパシタ破壊率が総て非
同期の場合のキャパシタ破壊率よりも低い理由は現在ま
でのところ判っていない。The phase 270 ° is within the ON period, and the conditions are slightly different from the data of other phase angles. The obtained destruction rate of the capacitor was close to the destruction rate of the phase of 180 °.
The reason why the capacitor destruction rates at the four phase angles are all lower than those in the case of non-synchronization is not known so far.
【0088】以上の実験結果から、プラズマ励起パワー
を変調する時、投入電力の程度に応じて電子温度が低下
すること、ON/OFF変調にrfバイアスを同期させ
ると1周期内でrfバイアスの位相の変化に対応して電
子温度が変化することが推察される。電子温度が最も低
くなるのは、プラズマ励起パワーがオフからオンに変化
する時である。From the above experimental results, when the plasma excitation power is modulated, the electron temperature decreases according to the level of the applied power, and when the rf bias is synchronized with the ON / OFF modulation, the phase of the rf bias within one cycle. It is inferred that the electron temperature changes in accordance with the change of. The lowest electron temperature occurs when the plasma excitation power changes from off to on.
【0089】「オン」「オフ」サイクルの繰り返し周波
数は、必ずしもrfバイアスの周波数と同じである必要
はない。たとえば、rfバイアス周波数の1/2や1/
4でもよい。The repetition frequency of "on" and "off" cycles does not necessarily have to be the same as the frequency of the rf bias. For example, 1/2 or 1 / of the rf bias frequency
4 may be used.
【0090】繰り返し周波数は、電子の熱的緩和、プラ
ズマ維持の観点から、5−500kHzの周波数範囲で
選ぶことが好ましい。プラズマ励起パワーは、繰り返し
周波数の5倍以上の周波数を有することが好ましい。プ
ラズマ励起パワーは、各「オン」期間に3サイクル以上
を有することが好ましい。The repetition frequency is preferably selected in the frequency range of 5-500 kHz from the viewpoint of thermal relaxation of electrons and plasma maintenance. The plasma excitation power preferably has a frequency that is 5 times or more the repetition frequency. The plasma excitation power preferably has 3 or more cycles in each "on" period.
【0091】電子が注入される期間は、実際上は“0”
ではなく、ある時間幅を有する。したがって、上述の
「rfバイアスが最大となるタイミング」は、厳密には
電子電流の主たる部分(典型的にはその90%)が注入
される期間と考えるべきであろう。この期間内の平均電
子温度が最低となるように制御することが好ましい。た
とえば、図6に示すように、オン期間とオフ期間が異な
るON/OFF変調の場合、最適のrfバイアスの位相
は0°よりも僅かに進んだ角度となる。実際上、rfバ
イアスの位相は−30°〜+60°の範囲とすることが
好ましいであろう。The period during which electrons are injected is actually "0".
Rather, it has a certain duration. Therefore, the above-mentioned "timing at which the rf bias is maximized" should be strictly regarded as a period during which a main part (typically 90% thereof) of the electron current is injected. It is preferable to control the average electron temperature within this period to be the lowest. For example, as shown in FIG. 6, in the case of ON / OFF modulation in which the ON period and the OFF period are different, the optimum phase of the rf bias is an angle slightly advanced from 0 °. In practice, the phase of the rf bias would preferably be in the range -30 ° to + 60 °.
【0092】また、電子温度は、最低値Teminから
振幅の30%上までを実質的な最低値と考えることがで
きる。基板電位は、最高値から振幅の10%下までを実
質的な最高値と考えることができる。Further, the electron temperature can be considered to be substantially the minimum value from the minimum value Temin to 30% above the amplitude. The substrate potential can be considered to be a substantially maximum value from the maximum value to 10% below the amplitude.
【0093】なお、この実験において、Arガスを用い
たのはラングミュアプローブ測定等の便宜のためであ
る。実際の半導体装置の製造プロセスにおいては、その
他のガスが用いられる。In this experiment, Ar gas was used for convenience of Langmuir probe measurement and the like. Other gases are used in the actual semiconductor device manufacturing process.
【0094】たとえば、C4 F8 ガスを用い、SiO2
膜のエッチングを行なうことができる。図5に示す装置
を用い、上述と同様の構造付アンテナを接続したMOS
キャパシタを処理した。連続放電でソース電力2.5k
w、rfバイアス電力250Wを印加する時、SiO2
膜が500nm/分のエッチング速度でエッチングでき
た。このプラズマで上述のサンプルを処理すると、10
6 アンテナで93%の破壊率で示した。For example, using C 4 F 8 gas and SiO 2
The film can be etched. Using the device shown in FIG. 5, a MOS to which an antenna with a structure similar to that described above is connected
The capacitor was processed. Source power 2.5k with continuous discharge
w, rf When bias power of 250 W is applied, SiO 2
The film could be etched at an etching rate of 500 nm / min. Treatment of the above sample with this plasma results in 10
The 6 antennas showed a destruction rate of 93%.
【0095】ON/OFF時間を5μsec/5μse
c、オン期間のソース電力を2.5kw、同期rfバイ
アスを100kHz、250Wとすると、SiO2 膜は
330nm/分のエッチング速度でエッチングできた。
この場合、破壊率は88%であった。ON / OFF time is 5 μsec / 5 μse
c, the source power during the ON period was 2.5 kW, the synchronous rf bias was 100 kHz, and 250 W, the SiO 2 film could be etched at an etching rate of 330 nm / min.
In this case, the destruction rate was 88%.
【0096】ON/OFF時間を5μsec/10μs
ecとし、オン期間のソース電力を2.5kw、同期r
fバイアスを66.7kHz、250Wとすると、Si
O2膜は210nm/分のエッチング速度でエッチング
でき、破壊率は4%であった。ON / OFF time is 5 μsec / 10 μs
ec, the source power during the ON period is 2.5 kw, and the synchronization is r
If the f bias is 66.7 kHz and 250 W, Si
The O 2 film could be etched at an etching rate of 210 nm / min, and the destruction rate was 4%.
【0097】オフ時間を長くすることで著しく損傷が低
減した。オフ時間を長くすると、電子温度が降下する時
間が長くなり、その期間の最後における電子温度はより
低下すると考えられる。損傷の著しい低下は、少なくと
もこの電子温度の低下に依存するものと考えられる。Damage was significantly reduced by increasing the off-time. It is considered that when the off time is lengthened, the electron temperature lowers longer, and the electron temperature at the end of the period is further lowered. It is believed that the significant reduction in damage depends at least on this reduction in electron temperature.
【0098】ただし、この例では、厳密にはソース電力
の平均値が変化しており、イオン電流密度も変化してい
ると考えられる。したがって、オフ時間効果だけを示す
ものではないであろう。However, in this example, strictly speaking, it is considered that the average value of the source power is changing and the ion current density is also changing. Therefore, it may not be the only off-time effect.
【0099】オフ時間を長くしずきると、rfバイアス
の周波数が低くなりすぎて、バイアスを印加しにくくな
る。ソース電力を高くして、プラズマ密度が高くなりす
ぎると、基板電位の上昇がクランプされてしまうことが
ある。基板電位が上昇した時の基板とプラズマ間のイン
ピーダンスが小さくなり、基板とrfバイアス電源との
間のインピーダンスが相対的に大きくなりすぎるためと
考えられる。静電チャックを用いて基板を吸着している
場合に、この現象が顕著になりやすい。If the off-time is made too long, the frequency of the rf bias becomes too low, making it difficult to apply the bias. If the source power is increased and the plasma density becomes too high, the rise in substrate potential may be clamped. It is considered that this is because the impedance between the substrate and the plasma becomes small when the substrate potential rises, and the impedance between the substrate and the rf bias power supply becomes relatively large. This phenomenon tends to be remarkable when the substrate is attracted by using the electrostatic chuck.
【0100】このような場合には、表面的な最適位相が
変化してしまい、180°付近が最適になることもあ
る。しかしながら、基板の実際の電位変化を測定し、所
望の繰り返し周波数において、正弦波に近い状態が得ら
れるように基板とrfバイアス電源の間のインピーダン
スを十分小さくすれば、本来の最適位相で最適の効果を
得ることができるであろう。In such a case, the optimum phase on the surface changes, and the optimum phase may be around 180 °. However, if the actual potential change of the substrate is measured and the impedance between the substrate and the rf bias power supply is made sufficiently small so that a state close to a sine wave can be obtained at the desired repetition frequency, the optimum phase at the original optimum phase can be obtained. You can get the effect.
【0101】図10は、プラズマ励起エネルギの種々の
変調方法を示す。最上段に示した正弦波はrfバイアス
の波形であり、その下に示した波形(a)〜波形(e)
がプラズマ励起エネルギの変調波形である。FIG. 10 shows various methods of modulating the plasma excitation energy. The sine wave shown at the top is an rf bias waveform, and the waveforms (a) to (e) shown below are shown.
Is the modulation waveform of the plasma excitation energy.
【0102】波形(a)、(b)は、上述のON/OF
F変調の場合の位相0°からの変化を示す。プラズマ励
起パワーのオン期間中にrfバイアスの最高値が入る場
合には、位相角の許容範囲はおよそ−30°〜 0°で
ある。波形(b)に示すように、rfバイアス電位の最
高値がプラズマ励起パワーのオフ期間中に入り込む場合
は、位相角の許容範囲はおよそ0°〜60°である。一
般的に位相角θは−30°≦θ≦+60°とすることが
好ましい。The waveforms (a) and (b) are the above-mentioned ON / OF.
A change from a phase of 0 ° in the case of F modulation is shown. When the maximum value of the rf bias is entered during the ON period of the plasma excitation power, the allowable range of the phase angle is approximately −30 ° to 0 °. As shown in the waveform (b), when the maximum value of the rf bias potential enters during the off period of the plasma excitation power, the allowable range of the phase angle is approximately 0 ° to 60 °. Generally, the phase angle θ is preferably −30 ° ≦ θ ≦ + 60 °.
【0103】上述の例においては、プラズマ励起パワー
はON/OFF変調した。オフ期間に全くプラズマ励起
パワーを遮断することは必ずしも必要ではない。プラズ
マ励起パワーを強弱2段階に切り換えることにより、プ
ラズマ励起パワーが弱い期間に電子温度を低下させるこ
ともできる。In the above example, the plasma excitation power is ON / OFF modulated. It is not always necessary to cut off the plasma excitation power during the off period. By switching the plasma excitation power to two levels, the electron temperature can be lowered during the period when the plasma excitation power is weak.
【0104】波形(c)は、この場合の例を示す。プラ
ズマ励起パワーが強弱2段階で変調され、プラズマ励起
パワーが弱い状態から強い状態に変化するタイミングで
rfバイアスの最高電位が生じている。Waveform (c) shows an example of this case. The plasma excitation power is modulated in two levels, that is, the maximum potential of the rf bias is generated at the timing when the plasma excitation power changes from the weak state to the strong state.
【0105】波形(d)、(e)は、さらに別の変形を
示す。波形(d)は、立ち上がり、立ち下がりに時定数
を有するプラズマ励起パワーを用いた場合を示してい
る。この場合、立ち上がりの速度に応じて、rfバイア
スの位相を制御することが好ましい。たとえば、プラズ
マ励起パワーが10%以上立ち上がろうとする時に、r
fバイアスが最大値を示すように選択する。Waveforms (d) and (e) show further variations. The waveform (d) shows the case where the plasma excitation power having the time constants at the rising edge and the falling edge is used. In this case, it is preferable to control the phase of the rf bias according to the rising speed. For example, when the plasma excitation power is about to rise 10% or more, r
The f bias is selected so that it exhibits the maximum value.
【0106】波形(e)の場合には、プラズマ励起パワ
ーはほぼ正弦波的に変化している。この場合にも、プラ
ズマ励起パワーが弱い状態から次第に強くなる状態に合
わせ、rfバイアスが最大値をとるようにすることが好
ましい。たとえば、プラズマ励起パワーの電力が最大値
の25%以上になる時に、rfバイアス電圧が最大値を
とるように選択する。In the case of the waveform (e), the plasma excitation power changes almost sinusoidally. Also in this case, it is preferable that the rf bias takes the maximum value in accordance with the state in which the plasma excitation power is gradually weakened and gradually increased. For example, the rf bias voltage is selected to have the maximum value when the plasma excitation power reaches 25% or more of the maximum value.
【0107】図11は、本発明の他の実施例によるプラ
ズマ処理装置を概略的に示すブロック図である。気密な
容器101内にサセプタ102が接地され、その上に基
板103が静電吸着される。サセプタ102は温度制御
され、基板103とサセプタ102の間にヘリウムガス
が導入される。基板はヘリウムガスを介して加熱/冷却
され、サセプタと同一の温度に保持される。容器101
内には、マスフローコントローラ104、105によっ
て流量を制御されたプロセス用ガスが導入される。この
ガス系統は、必要に応じて3系統以上に増加することも
1系統にすることもできる。容器101は、オートプレ
ッシャコントローラ106を介して真空ポンプに接続さ
れ、圧力を制御して排気する。FIG. 11 is a block diagram schematically showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention. The susceptor 102 is grounded in the airtight container 101, and the substrate 103 is electrostatically adsorbed thereon. The temperature of the susceptor 102 is controlled, and helium gas is introduced between the substrate 103 and the susceptor 102. The substrate is heated / cooled via helium gas and kept at the same temperature as the susceptor. Container 101
A process gas whose flow rate is controlled by the mass flow controllers 104 and 105 is introduced therein. This gas system can be increased to three or more systems or one system as required. The container 101 is connected to a vacuum pump via an auto pressure controller 106, and controls the pressure to exhaust.
【0108】高周波(若しくはマイクロ波)発振器11
1からの高周波(若しくはマイクロ波)電力は、整合器
ないし結合手段112を介して容器101内のガスに導
入され、ガスをプラズマ化する。結合手段と投入電力に
よって次のようなプラズマを生成できる:平行平板電極
による容量結合プラズマ、容器101に巻いたコイルを
用いた誘導結合プラズマ、容器101上に設置した平板
型コイル(TCPコイル)を用いた誘導結合プラズマ、
高周波と磁場を併用するヘリコン波プラズマ、マイクロ
波と磁場を用いたECRプラズマ、マイクロ波と誘電体
線路を用いた表面波励起プラズマ等。High frequency (or microwave) oscillator 11
The high frequency (or microwave) electric power from 1 is introduced into the gas in the container 101 through the matching device or the coupling means 112 to turn the gas into plasma. The following plasmas can be generated by the coupling means and the input power: capacitively coupled plasma by parallel plate electrodes, inductively coupled plasma using a coil wound on the container 101, and a flat coil (TCP coil) installed on the container 101. Inductively coupled plasma used,
Helicon wave plasma using both high frequency and magnetic field, ECR plasma using microwave and magnetic field, surface wave excited plasma using microwave and dielectric line, etc.
【0109】一方、サセプタ102には高周波電力が印
加される。図の構成においては、2チャンネルの任意波
形発生器113の一方からの正弦波信号が高周波増幅器
114で電力増幅され、整合器115を介してサセプタ
102に印加される。任意波形発生器113のもう一方
のチャンネルからは高周波(もしくはマイクロ波)発振
器に矩形波が供給される。この矩形波により、発振器1
11は振幅変調される。On the other hand, high frequency power is applied to the susceptor 102. In the configuration shown in the figure, the sine wave signal from one of the two-channel arbitrary waveform generator 113 is power-amplified by the high-frequency amplifier 114 and applied to the susceptor 102 via the matching unit 115. A rectangular wave is supplied to the high-frequency (or microwave) oscillator from the other channel of the arbitrary waveform generator 113. This rectangular wave allows the oscillator 1
11 is amplitude-modulated.
【0110】容器101には、窓121を介して光ファ
イバ122が接続され、終点検出器123にプラズマ発
光を導入する。終点検出器設定に応じた波長の光の強度
変化を検出し、プロセスの進行をモニタする。An optical fiber 122 is connected to the container 101 through a window 121, and plasma emission is introduced into the end point detector 123. The progress of the process is monitored by detecting the intensity change of the light of the wavelength according to the setting of the end point detector.
【0111】システムコントローラ131は、基板10
3の搬送系を含み、装置全体の動作を制御する。マスフ
ローコントローラ104、105には、各ガスの設定値
を送り、実際に流れているガス流量の読みを受け取る。
オートプレッシャコントローラ106には圧力設定値が
供給され、実際の圧力の読みが返される。高周波(若し
くはマイクロ波)発振器111にはソース電力設定値、
高周波増幅器114にはrfバイアス電力設定値が送ら
れ、それぞれの正味電力の読みが返される。なお、読み
はしばしば整合器112、115から返される。The system controller 131 includes the board 10
It controls the operation of the entire apparatus including the transportation system of No. 3. The mass flow controllers 104 and 105 are supplied with set values for each gas and receive a reading of the flow rate of the gas that is actually flowing.
The pressure setpoint is supplied to the autopressure controller 106 and the actual pressure reading is returned. The high frequency (or microwave) oscillator 111 has a source power setting value,
The rf bias power setpoint is sent to the high frequency amplifier 114 and each net power reading is returned. Note that readings are often returned by the matchers 112, 115.
【0112】任意波形発生器113には、各チャンネル
の位相差等を送る。終点検出器123にはパラメータ
群、たとえば検出波長、検出条件等を送り、終点信号が
返される。システムコントローラ131は、時計を内蔵
し、設定時間に従って動作を進行させることができる。
システムコントローラ131に一連の処理条件を予め設
定することによって、自動的に基板103のプラズマ処
理ができる。The phase difference of each channel is sent to the arbitrary waveform generator 113. A parameter group such as a detection wavelength and a detection condition is sent to the end point detector 123, and an end point signal is returned. The system controller 131 has a built-in clock so that the operation can proceed according to a set time.
By presetting a series of processing conditions in the system controller 131, plasma processing of the substrate 103 can be performed automatically.
【0113】このように、2チャンネルの任意波形発生
器113を用い、その出力波形により高周波発振器11
1を振幅変調し、高周波増幅器114によって電力増幅
を行なう。これらの変調及び増幅は、他の処理パラメー
タと共にシステムコントローラが自動的に設定、変更で
きる。これにより、プラズマ処理の途中で任意にプラズ
マ発生条件やrfバイアス条件を切り換えることができ
る。As described above, the 2-channel arbitrary waveform generator 113 is used, and the high-frequency oscillator 11 is used according to the output waveform.
1 is amplitude-modulated and power is amplified by the high frequency amplifier 114. These modulations and amplifications can be automatically set and changed by the system controller along with other processing parameters. Thereby, the plasma generation condition and the rf bias condition can be arbitrarily switched during the plasma processing.
【0114】任意波形発生器113の代わりに、単一の
正弦波発生器を用い、その出力によってソース電力を変
調するかどうかをシステムコントローラからの信号で選
択するようにしてもよい。この場合、トリガレベルとパ
ルス幅を設定可能とし、位相、ON/OFF時間を可変
にすることができる。また、矩形波を発生させ、ソース
電力を変調するかどうかを選択可能とし、矩形波の基本
波成分だけを増幅し、位相をずらしてrfバイアスとし
て用いてもよい。Instead of the arbitrary waveform generator 113, a single sine wave generator may be used, and whether to modulate the source power by its output may be selected by a signal from the system controller. In this case, the trigger level and pulse width can be set, and the phase and ON / OFF time can be made variable. Alternatively, it may be possible to select whether to generate a rectangular wave and modulate the source power, amplify only the fundamental wave component of the rectangular wave, shift the phase, and use the rf bias.
【0115】図12は、2段階のプロセスを行なう処理
を示す。ガス1、ガス2の流量および反応容器内の圧力
を設定し、設定条件で安定した後、パルスオフ時間
“0”、すなわち連続出力に設定し、ソース電力を投入
する。続いて、rfバイアス電力を投入する。予め決め
た時間が経過したら(あるいは終点を検出したら)、r
fバイアス電力、ソース電力を順次切る。FIG. 12 shows a process for performing a two-step process. After setting the flow rates of gas 1 and gas 2 and the pressure in the reaction vessel to stabilize under the set conditions, the pulse-off time is set to "0", that is, continuous output, and the source power is input. Then, rf bias power is applied. When a predetermined time has passed (or when the end point is detected), r
f Bias power and source power are turned off sequentially.
【0116】次に第2段階のガス流量、圧力に設定を変
更する。設定条件に安定したら、たとえば10μsec
のパルスオフ時間を用い、任意波形発生器113からパ
ルス波形と、同期した正弦波を発生させる。パルスオン
時間をたとえば5μsecとすると、正弦波は66.7
kHzとなる。これら信号に従って、ソース電力、rf
バイアス電力を再度投入し、第2段階のプラズマ処理を
行なう。予め決めた時間が経過したら、電力を切り、ガ
スを止め、排気を行なった後プロセスを終了する。Next, the setting is changed to the second stage gas flow rate and pressure. When the set conditions stabilize, for example, 10 μsec
The pulse waveform is synchronized with the pulse waveform from the arbitrary waveform generator 113 using the pulse off time of. If the pulse on time is, for example, 5 μsec, the sine wave will be 66.7.
It becomes kHz. According to these signals, the source power, rf
Bias power is turned on again to perform the second-stage plasma processing. When the predetermined time has passed, the power is turned off, the gas is stopped, the gas is exhausted, and then the process is terminated.
【0117】なお、動作シーケンスは以上説明したもの
に限らない。各段階で必ずしも全てのパラメータを変更
しなくてもよいし、3段階以上の変化を設定することも
できる。パルスのオン時間を途中で変更することもでき
るし、各値の増減を必要に応じ、最適に変化させること
もできる。The operation sequence is not limited to that described above. It is not always necessary to change all parameters at each stage, and changes in three or more stages can be set. The on-time of the pulse can be changed on the way, and the increase / decrease of each value can be changed optimally as necessary.
【0118】上述の方法は、たとえばゲート電極のエッ
チング、ゲート電極上のコンタクトホールのエッチン
グ、ゲート電極に接続する配線のエッチング、この配線
上のビアホールのエッチング、コンタクトホールやビア
ホール内のプラズマクリーニング、またはゲート電極や
ゲート配線上へのプラズマCVDによる成膜に利用する
ことができる。The above-mentioned method is, for example, etching of the gate electrode, etching of the contact hole on the gate electrode, etching of the wiring connected to the gate electrode, etching of the via hole on this wiring, plasma cleaning of the contact hole or the via hole, or It can be used for film formation by plasma CVD on a gate electrode or a gate wiring.
【0119】ゲート電極や配線のパターニングの場合に
損傷が生じるのは工程の終点付近である。間隔の狭いパ
ターン間のみに導体が残存し、広いパターン間隔ではエ
ッチングが終了するため、ゲート電極等にアンテナ構造
が接続された状態になる。間隔の広いパターン間にも導
体が存続している期間には、導電層はいずれかの位置で
基板に電気的に接続されていることが多く、電子温度は
高くても問題ない場合が多い。そこで、連続放電の方が
加工性能等の面から好ましい場合、エッチング終点直前
まで連続放電を行い、エッチング終点直前にON/OF
F変調と同期バイアスの併用を用いる。あるいは、終点
前後だけON/OFF変調と同期バイアスの併用とする
ことも可能である。In the case of patterning the gate electrode and the wiring, damage occurs near the end point of the process. Since the conductor remains only between the patterns with a narrow interval and the etching is completed with a wide pattern interval, the antenna structure is connected to the gate electrode or the like. The conductive layer is often electrically connected to the substrate at any position during the period in which the conductors are present even between the patterns having wide intervals, and there is often no problem even if the electron temperature is high. Therefore, when continuous discharge is preferable in terms of processing performance, continuous discharge is performed until just before the etching end point, and ON / OF is made just before the etching end point.
A combination of F modulation and synchronous bias is used. Alternatively, it is possible to use the ON / OFF modulation and the synchronous bias together only before and after the end point.
【0120】コンタクトホールやビアホール形成の場合
は、損傷が生じるのはプロセス終点近傍で導体が露出し
ている期間である。したがって、プロセス終点前に連続
放電からON/OFF変調と同期バイアス印加に切り換
えることができる。この場合、加工性能を向上させられ
る可能性がある。In the case of forming a contact hole or a via hole, damage occurs during the period when the conductor is exposed near the process end point. Therefore, it is possible to switch from continuous discharge to ON / OFF modulation and synchronous bias application before the end of the process. In this case, processing performance may be improved.
【0121】たとえば、ビアホールエッチングの場合、
この例のような順で連続放電から始め、エッチング終点
直前にパルス変調プラズマと同期バイアスを用いる動作
に移ると、スループットをあまり低下させることなく、
チャージングダメージを低減できる。配線エッチングの
場合は、終点を十分過ぎた後、再び連続放電に戻っても
よい。For example, in the case of via hole etching,
Starting from continuous discharge in the order as in this example, and moving to the operation using the pulse-modulated plasma and the synchronous bias immediately before the etching end point, without significantly lowering the throughput,
Charging damage can be reduced. In the case of wiring etching, continuous discharge may be resumed after the end point is sufficiently passed.
【0122】このように、プロセス途中で条件を切り換
えることを可能とするために、プラズマ装置のシステム
コントローラからソース電源に関して連続/変調の切り
換えや、パルス幅の設定が行なえ、rfバイアス源に対
して周波数の切り換え、各マッチング回路に関してプリ
セット値の切り換え等の制御を行なえるようにすること
が好ましい。As described above, in order to make it possible to switch the conditions during the process, the system controller of the plasma device can switch continuous / modulation with respect to the source power supply and set the pulse width, and the rf bias source can be set. It is preferable to be able to perform control such as frequency switching and preset value switching for each matching circuit.
【0123】プラズマCVDによる成膜においては、成
膜初期にエッチングの損傷に類似する現象が認められ
た。成膜の初期においては、パターン上部により早く膜
が形成される。導電体で形成されたパターン上に絶縁膜
をCVDで堆積する場合、プロセス初期においては、パ
ターン上部のみが絶縁膜によって覆われ、電子の負電荷
が蓄積する。この時、パターン下部にはイオンの流入が
過剰となる。このため、堆積初期における段階で、過剰
イオン電荷がゲート絶縁膜に損傷を与えることが生じ得
る。このようなプラズマCVDにおいては、プロセス初
期に基板に流入する電荷のアンバランスを低減すること
が望まれる。In the film formation by plasma CVD, a phenomenon similar to the damage of etching was observed at the initial stage of film formation. In the initial stage of film formation, the film is formed earlier on the pattern. When depositing an insulating film on a pattern made of a conductor by CVD, only the upper part of the pattern is covered with the insulating film at the beginning of the process, and negative charges of electrons are accumulated. At this time, the inflow of ions becomes excessive under the pattern. Therefore, excess ionic charges may damage the gate insulating film at the early stage of deposition. In such plasma CVD, it is desired to reduce the imbalance of the charges flowing into the substrate at the beginning of the process.
【0124】たとえば、プラズマCVDの場合には、成
膜初期にパルス変調と同期rfバイアスを用いる。この
場合、途中から連続放電にし、スループットをあまり低
下させずに、チャージングダメージを低減することがで
きる。rfバイアスの投入の仕方で、平坦化特性を得る
こともできる。For example, in the case of plasma CVD, pulse modulation and synchronous rf bias are used at the initial stage of film formation. In this case, it is possible to reduce the charging damage without causing the throughput to be lowered so much that the discharge is continuously performed from the middle. It is possible to obtain the flattening characteristic by the way of applying the rf bias.
【0125】また、ソース電源を変調可能なrf発振器
で構成せず、rf増幅器で構成してもよい。このrf増
幅器に連続またはパルス変調した高周波信号を印加し、
同様の出力を得ることができる。Further, the source power supply may be composed of an rf amplifier instead of the rf oscillator capable of modulating. Apply a continuous or pulse-modulated high frequency signal to this rf amplifier,
Similar output can be obtained.
【0126】このように、変調、同期、位相制御の手段
としては種々の形態をとることができる。マイクロ波に
よってプラズマを生成する場合、マイクロ波の発生をO
N/OFF変調し、この変調にrfバイアスを同期させ
ればよい。光による励起によってプラズマを発生させる
場合も同様である。As described above, various forms can be used as means for modulation, synchronization, and phase control. When plasma is generated by microwave, generation of microwave is
N / OFF modulation may be performed, and the rf bias may be synchronized with this modulation. The same applies when plasma is generated by excitation with light.
【0127】これらの実施例において、プラズマ励起パ
ワーがオフになる期間に電子温度が減衰することが重要
である。電子温度の減衰特性は、ガスの種類によって変
わると考えられる。したがって、ガスの種類に応じて十
分なオフ時間を選ぶことにより、最適な効果が得られる
であろう。In these examples, it is important that the electron temperature is attenuated during the period when the plasma excitation power is off. It is considered that the decay characteristic of the electron temperature changes depending on the type of gas. Therefore, the optimum effect will be obtained by selecting a sufficient off time according to the type of gas.
【0128】絶縁膜の開口のアスペクト比がより大きい
場合には、アンテナ導体と絶縁膜パターン上部の距離が
大きくなるため、より少ない電荷蓄積でも電子が反発さ
れるようになる。したがって、損傷を防止するためには
より低い電子温度に制御することが必要となる。When the aspect ratio of the opening of the insulating film is larger, the distance between the antenna conductor and the upper portion of the insulating film pattern becomes large, so that electrons are repelled by a smaller amount of charge accumulation. Therefore, in order to prevent damage, it is necessary to control the electron temperature to be lower.
【0129】また、ゲート絶縁膜の膜厚が6nm、8n
mの場合を示したが、より薄い絶縁膜を有する半導体装
置の製造の場合には、アンテナ導体の電位が下がるた
め、電子を引き込みにくくなる。アンテナ導体の電位は
絶縁膜の耐圧にほぼ近い値まで上昇するので、この程度
以下の電子温度に制御すれば電子を引き込むことがで
き、損傷を防止することができると考えられる。The thickness of the gate insulating film is 6 nm and 8 n.
Although the case of m is shown, in the case of manufacturing a semiconductor device having a thinner insulating film, the potential of the antenna conductor is lowered, so that it becomes difficult to attract electrons. Since the electric potential of the antenna conductor rises to a value almost close to the withstand voltage of the insulating film, it is considered that the electrons can be drawn in and the damage can be prevented by controlling the electron temperature below this level.
【0130】以上、主にECRプラズマ装置、誘導結合
型プラズマ装置を例にとって説明したが、プラズマの性
質を利用するものであれば、同等の原理が他の装置にも
適用できる。たとえば、RIE装置、ヘリコン波プラズ
マ装置等にも適用できる。Although the ECR plasma device and the inductively coupled plasma device have been mainly described above as examples, the same principle can be applied to other devices as long as the properties of plasma are utilized. For example, it can be applied to an RIE device, a helicon wave plasma device, and the like.
【0131】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【0132】[0132]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
密で微細なパターンを有するプラズマ加工においてプラ
ズマに起因するゲート絶縁膜の損傷を防止することがで
きる。As described above, according to the present invention,
In plasma processing having a dense and fine pattern, damage to the gate insulating film due to plasma can be prevented.
【図1】本発明者が行なった実験を説明するための平面
図およびグラフである。FIG. 1 is a plan view and a graph for explaining an experiment conducted by the present inventor.
【図2】実験に用いたサンプルの断面図および平面図で
ある。2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view of a sample used for an experiment.
【図3】実験に用いたECRプラズマ装置およびラング
ミュアプローブを説明するための概略断面図および模式
図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view and a schematic diagram for explaining an ECR plasma device and a Langmuir probe used in an experiment.
【図4】プラズマ工程における基板のチャージアップを
説明するための概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining charge-up of a substrate in a plasma process.
【図5】実験に用いた誘導結合プラズマ装置を示すブロ
ック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an inductively coupled plasma device used in the experiment.
【図6】実験に用いたプラズマ装置内における電力およ
び電位の波形を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing waveforms of electric power and potential in the plasma device used in the experiment.
【図7】実験に用いたサンプルの断面図および平面図で
ある。7A and 7B are a cross-sectional view and a plan view of a sample used for an experiment.
【図8】プラズマ装置内における電力および電位の波形
を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing waveforms of electric power and potential in the plasma device.
【図9】実験結果を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing experimental results.
【図10】プラズマ処理方法の変形例を示すグラフであ
る。FIG. 10 is a graph showing a modification of the plasma processing method.
【図11】本発明の他の実施例によるプラズマ処理装置
のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図12】本発明の他の実施例による図11の装置を用
いたプラズマ処理工程を説明するためのグラフである。12 is a graph illustrating a plasma processing process using the apparatus of FIG. 11 according to another embodiment of the present invention.
1 反応室 2 ガス導入口 3 排気口 4 プラズマ発生室 5 マイクロ波導波管 6 マイクロ波透過窓 7 主コイル 8 サセプタ 9 基板 10 外部コイル 11 内部コイル 12 rfバイアス源 31 プローブ 32、33 補償電極 37 可変電圧源 38 電流源 51 反応室 52 ガス導入口 53 排気口 54 サセプタ 55 基板 56 rfバイアス源 57 パルス発生器 58 ソース電源 59 マッチング回路 60 コイル 61 外側容器 62 ベルジャ 63 内側容器 64 ヒータ 1 Reaction Chamber 2 Gas Inlet 3 Exhaust Port 4 Plasma Generation Chamber 5 Microwave Waveguide 6 Microwave Transmission Window 7 Main Coil 8 Susceptor 9 Substrate 10 External Coil 11 Internal Coil 12 rf Bias Source 31 Probe 32, 33 Compensation Electrode 37 Variable Voltage source 38 Current source 51 Reaction chamber 52 Gas inlet port 53 Exhaust port 54 Susceptor 55 Substrate 56 rf bias source 57 Pulse generator 58 Source power source 59 Matching circuit 60 Coil 61 Outer container 62 Belger 63 Inner container 64 Heater
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 彦坂 幸信 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 長谷川 明広 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Konobu Hikosaka 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited (72) Inventor Akihiro Hasegawa, 1015, Kamedotachu, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited
Claims (20)
において、プラズマ中の電子エネルギ分布、あるいはそ
の代表値である電子温度が予め決められた値よりも小さ
くなるように、rf周波数、電力、磁場、圧力、ガス種
のうち少なくとも1つを制御して、電子が高アスペクト
比絶縁体パターン間に存在する導電体パターン内に入れ
るようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。1. An rf frequency, a power, a magnetic field, and a pressure in plasma processing in the manufacture of a semiconductor device so that an electron energy distribution in plasma or an electron temperature which is a typical value thereof becomes smaller than a predetermined value. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein at least one of the gas species is controlled so that electrons are allowed to enter into a conductor pattern existing between the high aspect ratio insulator patterns.
縁耐圧がB(V)であり、厚さが10nm以下であるゲ
ート絶縁膜、その上に形成されたアンテナ比が500以
上であるアンテナ構造の導電体層、その上に形成され、
アスペクト比が1より大の開口部を有する絶縁体パター
ンを有する半導体ウエハをプラズマ処理装置内に搬入す
る工程と、 (b)前記半導体ウエハ全面上において電子温度Te
(eV)がTe≦Bであるプラズマ中で前記半導体ウエ
ハを処理する工程とを含む半導体装置の製造方法。2. (a) A semiconductor layer, a gate insulating film formed on the semiconductor layer, having a withstand voltage of B (V) and a thickness of 10 nm or less, and having an antenna ratio of 500 or more formed on the gate insulating film. A conductor layer of an antenna structure, formed on it,
A step of loading a semiconductor wafer having an insulator pattern having an opening with an aspect ratio larger than 1 into a plasma processing apparatus; (b) an electron temperature Te on the entire surface of the semiconductor wafer.
And (eV) Te ≦ B, a step of processing the semiconductor wafer in plasma, a method of manufacturing a semiconductor device.
であり、前記工程(b)が前記導電体層をエッチする工
程である請求項2記載の半導体装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the insulator pattern is a resist pattern, and the step (b) is a step of etching the conductor layer.
層と前記絶縁体パターンとの間に絶縁層を有し、前記工
程(b)が該絶縁層に開口をエッチする工程である請求
項2記載の半導体装置の製造方法。4. The semiconductor wafer further has an insulating layer between the conductive layer and the insulating pattern, and the step (b) is a step of etching an opening in the insulating layer. A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
ラズマ中で前記半導体ウエハを処理する工程を含む請求
項2記載の半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising the step of: (c) processing the semiconductor wafer in a plasma having an electron temperature Teh higher than the electron temperature Te.
装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein Teh> B.
行なわれ、工程(b)と(c)がエッチ工程である請求
項5記載の半導体装置の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step (c) is performed before the step (b), and the steps (b) and (c) are etching steps.
行なわれ、工程(b)と(c)が堆積工程である請求項
5記載の半導体装置の製造方法。8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step (c) is performed after the step (b), and the steps (b) and (c) are deposition steps.
に行なわれる請求項5記載の半導体装置の製造方法。9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step (c) and the step (b) are alternately performed.
を有する基板を反応容器内に収容する工程と、 周期的に変動するエネルギを与えて基板上方にプラズマ
を励起する工程と、 プラズマの電子温度が実質的に最低となるタイミングに
基板電位が実質的に最高となるようにプラズマ励起に同
期して基板バイアスを印加する工程とを有する半導体装
置の製造方法。10. A step of accommodating a substrate having a gate insulating film and a gate wiring on the substrate in a reaction container, a step of exciting plasma above the substrate by giving energy that fluctuates periodically, and electrons of plasma. And a step of applying a substrate bias in synchronism with plasma excitation so that the substrate potential becomes substantially highest at the timing when the temperature becomes substantially lowest.
内の電子温度の最高値をTemax、最低値をTemi
nとした時、TeminからTemin+0.3(Te
max−Temin)の範囲を指し、 基板電位が実質的に最高とは、1周期内の基板電位の最
高値をVsmax、最低値をVsminとした時、Vs
maxからVsmax−0.1(Vsmax−Vsmi
n)の範囲を指す請求項10記載の半導体装置の製造方
法。11. The electron temperature is substantially the lowest, the maximum value of the electron temperature within one cycle is Temax, and the minimum value thereof is Temi.
When n, Temin to Temin + 0.3 (Te
max-Temin), and the substrate potential is substantially the highest when the maximum value of the substrate potential in one cycle is Vsmax and the minimum value is Vsmin.
max to Vsmax-0.1 (Vsmax-Vsmi
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the range is n).
で表した電子温度がVで表したゲート絶縁膜の絶縁耐圧
よりも小さくなるように前記プラズマのパラメータが選
択されている請求項10記載の半導体装置の製造方法。12. The substantially lowest value of the electron temperature is eV.
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the parameters of the plasma are selected so that the electron temperature represented by (5) is lower than the withstand voltage of the gate insulating film represented by (V).
ト配線とを有する半導体基板を反応容器内に装架する工
程と、 第1期間の間、反応容器内の半導体基板上方に主プラズ
マ励起エネルギの投入、休止を繰り返す工程と、 前記主プラズマ励起エネルギの休止から投入に移るタイ
ミングに同期して前記半導体基板に電子が流入するよう
に前記半導体基板にバイアス電位を印加する工程とを有
する半導体装置の製造方法。13. A step of mounting a semiconductor substrate having a gate insulating film and a gate wiring formed thereon in a reaction vessel, and a main plasma excitation energy above the semiconductor substrate in the reaction vessel during a first period. And the step of applying a bias potential to the semiconductor substrate such that electrons flow into the semiconductor substrate in synchronism with the timing at which the main plasma excitation energy is changed from the pause to the application. Manufacturing method.
止の繰り返しは、5−500KHzの周波数であり、前
記プラズマ励起エネルギは、その投入期間内に3周期以
上を有する高周波エネルギである請求項13記載の半導
体装置の製造方法。14. The plasma excitation energy is repeatedly supplied and stopped at a frequency of 5-500 KHz, and the plasma excitation energy is high-frequency energy having three or more cycles within the injection period. Manufacturing method of semiconductor device.
止の繰り返しは、5−500KHzの周波数であり、前
記プラズマ励起エネルギは、繰り返し周波数の5倍以上
の周波数を有する請求項13記載の半導体装置の製造方
法。15. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 13, wherein the repetition of the input and the suspension of the plasma excitation energy has a frequency of 5-500 KHz, and the plasma excitation energy has a frequency of 5 times or more the repetition frequency. Method.
の1周期を360°とし、前記バイアス電位が最高とな
る位相の前記タイミングに対する進角をθ度とした時、
−30°≦θ≦60°である請求項13記載の半導体装
置の製造方法。16. When the one cycle of the repetition of the plasma excitation energy is 360 ° and the advance angle with respect to the timing of the phase where the bias potential is the highest is θ degrees,
14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein −30 ° ≦ θ ≦ 60 °.
の間プラズマ励起エネルギを連続的に投入してプラズマ
を発生させる工程を有する請求項13記載の半導体装置
の製造方法。17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, further comprising the step of continuously applying plasma excitation energy during the second period other than the first period to generate plasma.
起エネルギの他に同一種類の補助プラズマ励起エネルギ
を連続して基板上方に与える請求項13記載の半導体装
置の製造方法。18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein during the first period, auxiliary plasma excitation energy of the same type is continuously applied above the substrate in addition to the main plasma excitation energy.
と、 該気密容器内に被処理基板を保持する手段と、 該被処理基板の電位に第1の時間変化を与えることので
きる電位制御手段と、 該気密容器内の気体からプラズマを生成するためのエネ
ルギを投入でき、投入エネルギに第2の時間変化を与え
ることができるエネルギ投入手段と、 該第1の時間変化と該第2の時間変化とを同期させるこ
とができ、第1および第2の時間変化の位相関係を制御
することのできる同期制御手段とを有する半導体装置の
製造装置。19. An airtight container, means for controlling and introducing gas into the airtight container, means for controlling and exhausting gas introduced into the airtight container, and a substrate to be processed in the airtight container. Holding means, a potential control means capable of giving a first time change to the potential of the substrate to be processed, energy for generating plasma from the gas in the airtight container, and And an energy input means capable of giving a time change of 2 and the first time change and the second time change can be synchronized, and the phase relationship between the first and second time changes can be controlled. An apparatus for manufacturing a semiconductor device having a synchronization control means capable of performing.
形波と正弦波を発生でき、矩形波を前記エネルギ投入手
段へ供給し、正弦波を前記電位制御手段へ供給する請求
項19記載の半導体装置の製造装置。20. The semiconductor according to claim 19, wherein the synchronization control means can generate a rectangular wave and a sine wave having the same frequency, the rectangular wave is supplied to the energy inputting means, and the sine wave is supplied to the potential controlling means. Equipment manufacturing equipment.
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