JPS58124223A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPS58124223A
JPS58124223A JP57006008A JP600882A JPS58124223A JP S58124223 A JPS58124223 A JP S58124223A JP 57006008 A JP57006008 A JP 57006008A JP 600882 A JP600882 A JP 600882A JP S58124223 A JPS58124223 A JP S58124223A
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JP
Japan
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electrode
plasma
wafer
electrodes
intermediate electrode
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Pending
Application number
JP57006008A
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English (en)
Inventor
Hiroto Nagatomo
長友 宏人
Masakuni Akiba
秋葉 政邦
Tsutomu Okabe
勉 岡部
Keizo Nomura
敬三 野村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532Silicon, silicon germanium, germanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C23C16/5096Flat-bed apparatus
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマ処理装置やプラズマエツチング装置等
に適用し℃有効なプラズマ処理装置に関するものである
半導体装置の製造に使用されるプラズマ0VD装置やプ
ラズマエツチング装置、中でも平行平板型の装置は、通
常上下に配置した電極間にプラズマを発生させ、このプ
ラズマを利用し′C0VDやエツチングを行なうように
構成されている。例えば第1図に示すように略ベルジャ
型の反応炉1内の上下に夫々平板状の上部電極2と下部
電極3とを対向配置すると共に上部電極2の裏側にはヒ
ータ4を配設し、更VcOVD処理するウェーハ5は上
部電極2の表面側に載荷されている。そして、ヒータ4
に℃ウェーハ′5を加熱すると同時に上部。
下部の各電極2.3間にi高周波電力を印加し、かつ反
応炉1内に所定の反応ガスを導入することによりプラズ
マが発生し、ウェーハ5にOVD処理を行なうのである
。ここで、ウェーハ5を上部電極2に載荷したのはウェ
ーハ表面への異物の付着を防止するためである。
ところで、この種のプラズマ処理装置におい又は、上下
電極に高周波電力を印刀0する高周波発振器の電気的効
率、即ち供給電力に対するプラズマ発生出力が50〜7
0チと極め1低(、省エネルギ上不利であると共に供給
電力を高出力にしなければ満足のゆ(プラズマ処理効果
が得られない。
しかしながら、一般に上下電極2.3間で形成されたプ
ラズマ中には反応ガスの分解により生成された分子、原
子、ラジカルやイオン、電子の荷電粒子等が存在してウ
ェーハはこれらに厘接晒されており、特に電子は上下電
極間に印加された高周波電力に追随して加速されウェー
ハに衝突し易い状態にある。このため、供給電力を高出
力にすると電子は高速でウェーハに衝突するようになり
、ウェーハ温度の上昇やマスク用としてのホトレジスト
膜への悪影響、更にはウェーハの電気的特性への悪影響
等の作用を及ぼし、所謂電気的ダメージをウェーハに与
えることになる。特に、半導体集積回路の微細パターン
形成のためにはウェーハ温度の上昇、ホトレジスト膜の
変形は極力避ける必要がある。
一方、プラズマをエツチングに利用したCF4ガスプラ
ズマエツチング方式においては、微細加工を良好なもの
とするために10= Torr以下の真空度において現
われて(る異方性を同上させることが要求されるが、通
常では異方性の増力口に伴なっ又エンチレートが低下す
る傾向があり、エツチング処理の量産効率が下がる。こ
のため、微細化の向上を犠牲にしても量産化を向上させ
るためにガス圧10−’ Torr以上による等方性の
エンチング方式を採用せざるを得ないのが実情である。
なお、異方性はOFlの増加により増加されるものと考
えられ工いる。
したがって本発明の目的は一対の平行平板電極の間に格
子若しくは網目状の中間電極を配置し、ウェーハ等の試
料を載荷し又いない側の平板電極と中間電極との間に高
周波電力を印加する一方、この平板電極若しくは中間電
極と他方の平板を極との間にバイアス電圧を印加するよ
うに構成することにより、前記試料を載荷していない側
の平板電極と中間電極との間でプラズマを発生させ、こ
のプラズマをバイアス電圧に又加速させてそのプラズマ
エネルギを増大させることにより試料のプラズマ処理効
率を向上し、省エネルギ対策を図ると共にエツチングの
量産化、微細化の向上を達成することができるプラズマ
処理装置を提供することにある。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第2図は本発明をプラズマ0VDit[実施した例であ
り、10は上部ベルジャ11と下部ベルジャ12とで分
割形成された円筒容器状の反応炉である。この反応炉1
0内には上下方向に適宜間隔をおいて対向配置した一対
の平行平板電極、即ち夫々円板状をした上部電極13と
下部電極14とを設けている。前記上部電極13は反応
炉10の上方から垂下された中心軸15の下端に一体に
固着しており、中心軸15と共にゆっ(りと回転される
。また、上部電極13には厚さ方向に貫通する円形の穴
16を複数個形成し℃おり、この人16の底部に試料と
してのウェーハ17を内装支持させることにより、ウェ
ーハ17はその処理面を下方に向は又上部電極13に支
持される。前記下部電極14は表面に多数個の小孔18
を形成する一方、その義側には浅皿状の裏板19を固着
し、下部電極14と裏板19との間には前記小孔18に
連通する室20を画成し又いる。また、下部電極14と
裏板19とは下部ベルジャ12を貫通する中空軸21に
中心部を固足しており、前記室20をこの中空軸21の
内部に連通している。なお、この中空軸21の内部は図
外の反応ガス源に連設し又いる。
一方、前記上部電極13の上側にはヒータ22を設けて
前記ウェーハ17を加熱し得るよう構成すると共に、上
部電極13と下部電極14との間には格子状若しくは網
目状の中間電極23を配、置し℃いる。この中間電極2
3は少なくとも下部電極140表面を覆う範囲に設ける
ことが肝要であリ、本実施例では反応炉10内の全域に
わたっ又張設し、中間電極230周辺を絶縁材24を介
し℃下部ベルジャ12に支持させている。そして、この
中間電極23と下部電1dIA14、換言すれば試料を
載荷していない側の平板電極との間に高周波発振器25
を接続して両電極14.24に高周波電力を印加すると
共に、下部電極14と上部電極13との間には直流電源
26を接続して上部電極13、換言すれば試料を載荷し
た側の平板電極に負電圧σ)バイアスをかけている。
図中、27は排気口、28は絶縁材である。
以上の構成によれば、上部ベルジャ11を上動して上部
電極13を反応炉10から露呈させた上で試料であるウ
ェーハ17を上部電極の穴16内に落し込み、ウェーハ
17を表面を下に向けて穴16内に支持させる。次いで
、上部ベルジャ11を下動し℃反応炉10内を気密状態
にすると共にヒータ22を稼動してウェーハ17を加熱
し始める。そし又、中空軸21の内部には図外の反応ガ
ス源からSiH4等の反応ガスを供給することにより、
反応ガスは中空軸21内部から室20に至り、更に下部
電極14の小孔18を通して下部電極の上方に吐出され
る。ここで、下部電極14と中間電極23との間に高周
波電力を印加すると、前述の反応ガスは下部電極と中間
電極の間で高周波エネルギが付与されてプラズマを発生
させる。更に、上部電極13と下部電極14(若しくは
中間電極23)の+1JIVCバイアスをかけることに
より、発生したプラズマ中の分子、原子、ラジカルやイ
オン。
荷電粒子等がバイアスにより℃上部電極13に引かれ、
中間電極の格子、網目を通して上部電極に向かって加速
されながら移動し、ウェーハ17表面に到達して所定の
プラズマ処理を行なうことになる。つまり、下部電極1
4.中間電極23.上部電極13で三極真空管(カソー
ド、グリッド。
プレート)を構成することになるのであり、中間電極2
3と下部電極14に加えた高周波電力に対して増幅され
たプラズマを上部電極に作用させることができるのであ
る。
したがって、このプラズマ処理装置では高周波発振器2
5の出力を小さくして中間電極23と下部電極14との
間に発生するプラズマを少な(し又も、上部電極130
ウエーハ17に作用するプラズマのエネルギ′8′高い
ものにでき、笑質的な効率を向上し℃省エネルギ上有効
となる。この場合、高周波発振器25の出力は増大させ
ていないのでプラズマが著しい高速でウェーハに衝突す
ることはなく、したかつてウェーハの電気的特性への悪
影響をな(して電気的ダメージを発生させることはない
一方、前述のプラズマ処理装置をエツチング装置とし1
用いた場合には、高周波電力とバイアスとの作用によっ
て増加されるプラズマエネルギによってCF3+が増加
し、イオンシース外のOF?もエツチングに寄与するよ
うになって異方性の向上と共にエッチレートが増加する
ようになる。これにより、異方性の向上によってエツチ
ングの微細化を可能にすると共にエッチレートの向上に
よって量産性が増大し、プラズマエツチングの改善が期
待できるのである。
なお、プラズマエツチングの場合には、第3図に示すよ
うに下部電極29上にウェーハ30を載荷することが多
く、この場合には上部電極31との間に分装した中間電
極32と上部電極31との間に高周波発振器33を接続
して両者間に高周波電力を印加すると共に、中間電極3
2と下部電極29との間に直流電源34を接続してバイ
アスを印加させる。このとぎ、前例のように上部電極3
1と下部電極29との間にバイアスをかけてもよい。こ
の構成によれば、プラズマは上部電極31と中間電極3
2との間で発生され、バイアスによって下部電極29へ
向かって移動されてウェーハ30をプラズマ処理するこ
とになる。
ここで、中間電極は前述した格子状、網目状以外の構成
であってもよ(、要は高周波電力が印加される一方でプ
ラズマ分子等を透過し得る構成であればよい。
以上のように本発明のプラズマ処理装置によれば、一対
の平行平板電極の間に格子若しくは網目状の中間電極を
配置し、試料を載荷していない側の平板電極と中間電極
との間に高周波電力を印加する一方、この平板電極若し
くは中間電極と試料を載荷している側の平板電極との間
にバイアス電圧を印加するように構成しているので、試
料を載荷していない平板電極と中間′電極との間で発生
させたプラズマをバイアスによってエネルギ増加させる
ことができ、これにより小電力の高周波電力およびバイ
アスにも拘らずプラズマの実質的なエネルギを向上させ
、これにより省エネルギ対策士有利になると共に、プラ
ズマエツチングの場合にはエンチングの微細化と量産性
の両方を同時に向上することができるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のプラズマ処理装置の概略構成図、第2図
は本発明のプラズマ処理装置の全体構成を示す断面図、
第3図は変形例σ)概略構成図である。 10・・・反応炉、13・・上部電極(試料を載荷して
いる側の電極)、14・・・下部電極(試料を載荷して
いない側の電極)、17・・・ウェーハ(試料)、21
・・・中空軸、22・・・ヒータ、23・・・中間電極
、ll 第  1 25・・・高周波発振器、26・・・直流電源、29・
・・下部電極(試料を載荷している側の電極)、30・
・・ウェーハ(試料)、31・・・上部電極(試料を載
荷していない側の電極)、32・・・中間電極、33・
・・高周波発振器、34・・・直流電源。 代理人 弁理士  薄 1)利 甲、 α渇 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、所定の容器内に対向配置した一対の平行平板電極を
    備え、かつプラズマ処理を施すウェーハ等の試料を前記
    いずれか一万の平版電極に載荷させうるプラズマ処理装
    置において、前記平行平板電極の間に格子若しくは網目
    状の中間電極を配置し、試料を載荷しない側の平板電極
    と中間電極との間に高周波電力を印の口する電気回路を
    有し、この平板電極若しくは中間電極と試料を載荷しつ
    る側の平板電極との間にバイアス電圧を印加するように
    構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。 2、上、下部の各平板電極を備えると共に、これら両電
    極間に網目状の中間電極を備え、前記上部電極にウェー
    ハを支持する一万、下部電極と中間電極とに高周波発振
    器を通続し、かつ上部電極と下部電極とにバイアス電源
    を接続し℃なる特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処
    理装置。 3、上部電極を負電位にバイアス印加してなる特許請求
    の範囲第2項記載のプラズマ処理装置。
JP57006008A 1982-01-20 1982-01-20 プラズマ処理装置 Pending JPS58124223A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6091646A (ja) * 1983-10-25 1985-05-23 Nec Corp プラズマ気相成長法
JPS6240829U (ja) * 1985-08-29 1987-03-11
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