JPS62122218A - プラズマ リアクタ - Google Patents

プラズマ リアクタ

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JPS62122218A JP61197015A JP19701586A JPS62122218A JP S62122218 A JPS62122218 A JP S62122218A JP 61197015 A JP61197015 A JP 61197015A JP 19701586 A JP19701586 A JP 19701586A JP S62122218 A JPS62122218 A JP S62122218A
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    • 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
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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】 [産業上の利用分野] 本発明はプラズマリアクタ及び半導体集積回路の処理方
法に関する。
[従来の技術] プラズマエツチングは集積回路の製造において、極めて
重要で広く使用されている工程である。プラズマエツチ
ング工程をさらに改善するために、プラズマの磁気閉部
により所与の圧力に対するエツチング速度が速くなり、
エツチングを行う半導体デバイス内の放射線損傷が少く
なるという利点が得られることが大部以前から提案され
ていた。
プラズマリアクタにおけるプラズマの磁気閉浦の利点に
関する別の考え方は、プラズマインピーダンスが低下し
て、所与のrf雷電流もしくは、おおむね同等なことで
あるが、プラズマ内の所与密度の励起状態、解離イオン
及び遊l1iIt基)が低rf電圧で得られるというこ
とである。低いrfl圧の使用は基板の直流自己バイア
スが低いことを意味し、従って基板を衝撃(ボンバード
)するイオンの運動エネルギが低下して、このようなエ
ネルギイオンにより生じる損傷を低減することができる
。この損傷には主として2種類があり、第1に、高エネ
ルギイ゛オンは衝撃時にしばしばX線を発生し、これら
のX線は固体内をかなりの距離進行して表面状態を生じ
るか、もしくは誘電体内の遊離キャリアを解放して既存
のトラップに集めることができる。ゲート酸化物に対す
るこのJ:うな損傷により閾値の変移や他の有害な影響
が生じるため、MOSデバイスにと、つて、これは特に
微妙な問題である。第2に、このような高エネルギイオ
ン衝撃により基板に欠陥を生じる危険性が高い。
このようにして、(例えば、平行板リアクタ、ヘキソー
ド構成RIEリアクタ等)ウェハにプラズマを照射する
既存のプラズマリアクタを強化するものとしてプラズマ
の磁気閉部は興味をそそるものであることが前から認識
されていた。(一般に゛マグネトロン“エラチャとして
知られる)磁気閉絹プラズマを使用したこのようなリア
クタが何種類か市販されているが、完全に満足な装置は
まだ開発されていない。
従来技術のマグネトロンエラチャの重大な問題点は不均
一性である。そもそも、完全に平担な磁界を得るのは、
特に従来技術で汎用されている磁極片により磁界が形成
されているような場合、かなり困難である。この不均二
性を補償するために、従来技術の多くの装置が周囲に磁
界を生じる永久磁石を機械的に移動させてウェハ上の見
えがかりの平均磁界を均一にしているが、この方法でも
移動中の磁石のある部分では、磁界がウェハ表面に平行
とならず、従ってウェハのこのような部分は局部的に高
エネルギイオンの衝撃にざらされ、それによって、まず
マグネトロンエツチングの主な利点の一つが失われる。
他の従来技術の方法は磁界変調を使用している、すなわ
ら、電磁石を使用して主に永久磁石により生成される磁
界を変調しているが、これにも不均一性の問題がある。
さらに、従来技術の多くの方法がそうであるが、永久磁
石を使用したいかなる方法も磁界強度がプロセスの最適
化のための自由なパラメータとはならないという困難に
直面する。プラズマエツチングやプラズマデポジション
プロセスの最適化に含まれる複雑な相互作用という観点
からは、可能なあらゆるパラメータを制御してプロセス
の最適化を助けることが望ましい。
従来技術の永久磁石法のもう一つの困難な点は、総磁界
強度が比較的低く、しかも永久磁石は元々時間と共に磁
界強度が劣化しやすいことであった。
しかしながら、永久磁石のより重要な問題点は、適切な
形状の磁界とすることが極めて困難なことである。
[発明の目的と要約] 本発明はプラズマを照射すべきウェハを、ソレノイドコ
イルの中央へ延在するカンチレバー上に支持するマグネ
トロンプラズマリアクタを提供する。好ましくはrf接
地のソレノイドコイルには高流量の冷却水が供給され、
従って直流大電流を受は入れて相当な磁界を生成するこ
とができる。
この装置を使用すれば、エツチングを行うウェハの放射
m損傷を最少限として、低圧の極めて高い反応速度でプ
ラズマエツチング及びプラズマ支援、デポジション反応
を行うことができる。また、本発明により従来技術のマ
グネトロンエッチA7に比べて均一性が改善される。
本発明に従って、真空室、所定のガスを所定の圧力で前
記真空室へ供給する装置、内部に空間を画定するソレノ
イドコイル、前記コイルに電流を供給する装置、前記コ
イルにより画定される空間内へ侵入し前記コイルにより
画定される空間内に半導体ウェハを支持することができ
るサセプタと、前記サセプタへrf電力を供給する装置
を備えたプラズマリアクタが提供される。
[実施例] 第1図は本発明に従ったプラズマリアクタの例である。
第1図に示すように、ウェハ5はソレノイドコイル3の
ほぼ中央に延在するザセブタ2上に支持されている。コ
イル3は直流給電線20により給電されて磁界を発生す
る。好ましくは、(図示せぬ)流体接続によりサセプタ
2を流体供給源に接続して、エツチング中に基板(ウェ
ハ)5の温度を調整する。真空ポンプ接続18によりチ
ャンバ4が所望圧まで降圧され、ガス分配器6を介した
ガス接続により所望のガスを供給してプラズマ反応を行
うことができる。最後に、チャンバ4内へrf電力接続
1がなされてサセプタ2を駆動する。
動作上、ウェハ5がサセプタ2上に配置され、次にチA
7ンバがポンプダウンされて乾燥窒素等のパージガスが
充填される。
次に、サセプタ2への冷却剤の供給が調整されてウェハ
5をエツチングやデポジション反応のための所望温度と
し、所望の供給ガスが供給され、直流電流が導線20を
介して供給され、次にrf電力を導線1を介して供給し
て所望のプラズマ反応を開始することができる。
実施例において、サセプタ2はりセブタのrf給電部を
サセプタの残部から絶縁するテフロン絶縁片を含んでい
る。これによって、プラズマを発生するヂャンバの体積
の画定がさらに助成される。
好ましくは、ウェハ5とサセプタ2間で一員した良好な
熱接触を保証するためのクランプ構成が設けられている
。実施例では、ねじ付リングクランプが使用されるが、
他のさまざまな従来の構成を使用することもできる。
実施例では、水/グリコール混和物がサセプタ2を介し
てボンピングされ冷却剤として作用するが、ヘリウム等
の他の冷却剤を使用することもできる。
実施例では、サセプタ2及び磁界コイル3は共に硬質陽
極処理アルミニウムで作られている。ざらに、これらの
部品は好ましくは交換可能な設計とされており、(恐ら
くは、数千枚のウェハの処理後に)プラズマの照射によ
り陽極!H!l被覆が著しく浸食された場合、これらの
部品を取り外して他の部品と交換及び/もしくは再度陽
極処理することができる。当然、これらの部品は従来技
術で公知のプラズマ爆射に適した他の材料で作ることが
できる。
本発明は、低圧を使用する時に一層有利である。
例えば、エッチャントガスとしてサルファへキサフロラ
イドを使用すると、およそ150ミリTorr以上の圧
力では磁界を加えても加えなくてもピーク間rf電圧は
同じとなる。しかしながら、50ミリTorr近辺の圧
力では磁界を加えるとrfビーク間雷電圧およそ750
■から250vに低減する。これは、実質的に直流自己
バイアス及びエネルギイオン衝撃の低減に対応する。
本発明のもう一つの実施例では、好ましくは、機械的ア
ームを使用してウェハ5をサセプタ2上へ搭載している
。この場合、突出してサセプタ2からウェハ5を持ち上
げて機械的アームがウェハをピックアップできるように
するフィンガと共にクランプ装置を設けるのが好ましい
本実施例はシングルスライスリアクタである。
本発明は同時に数個のウェハを運ぶリアクタに汎用化す
ることかできるが、シングルスライス装置として作動さ
せる時が最も興味深い。ウェハ上の均−性及びウェハ間
の均一性という利点はシングルスライス装置の場合に最
も温存される。
本発明に従ったプラズマエツチングの一例は13ミリT
orrの10%酸素+90%サルファへキサフロライド
の混合ガス中で500wのr’rTi力を使用して、お
よそ5.000人/分の割合でタングステンをエツチン
グする。rfTi力密度はおよそ、55 /α2に変換
される。
本発明はプラズマデポジションリアクタとじて特に興味
深いことを理解されたい。例えば、本発明に従ったリア
クタは200℃のアンモニア+トリクロロシランを使用
して、冷チャンバ壁上のデポジションを低減しながら基
板上に窒化シリコンを被着することができる。
本発明はトレンチエツチングに特に有用である。
トレンチコンデンサを使用したダイナミックRAMセル
に必要なトレンチエツチングでは、シリコン中に数ミク
ロンのトレンチをエツチングするのに必要な異方性を達
成するのに低圧エツチングを必要とする。これはプロセ
スの製造性にとってエツチング速度が一層重要となるこ
とを意味し、従って、マグネトロンエツチング(つまり
、本発明)が興味深いものとなる。
本発明はまた、MO3回路のポリシリコンゲートレベル
のエツチングにとっても特に興味深いものであり、それ
は前記したように、放射線損傷が生じた場合このエツチ
ング段階はゲート酸化物の完全性に特に有害な影響を及
ぼすためである。
一般的に、本発明により高均一性の低圧高速ブラズマエ
ッチングの利点が得られる。本発明によりさらに、放射
線損傷を低減した低圧プラズマエツチングの利点が得ら
れる。本発明によりさらに、rf雷電圧低減した低圧プ
ラズマエツチングの利点が得られ、これは安全状態の向
上を意味する。
好ましくは、磁界はウェハ面で直接測定して、100ガ
ウス近辺に調整される。これを加減してエツチングを行
う特定薄膜の完全最適化条件を提供することができる。
低磁界を使用する場合には、基板の低減された直流自己
バイアス電圧の利点は低圧の場合はどには達成されない
。大概のフィルムに対しては必要でもなければ最適でも
ないが、所望の場合には200ガウスより高い磁界を使
用することもできる。一般的に、50〜200ガウスの
範囲内の磁界強度が本発明の実施例にとって最も好まし
い範囲である。さらに、150ミリTorr以下の圧力
が本発明に従ったエツチングに対する最も好ましい圧力
であり、100ミリTorr以下の圧力が特に好ましい
。(本発明に従ったデポジションに対して、より高い圧
力を使用づることかできる。) 実流例について本発明を説明してきたが、さまざまな修
正や変更が可能な本発明の範囲は特許請求の範囲により
定義されるものとする。
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
(1)真空室と、 前記真空室へ所定圧の所定ガスを供給する装置と、 内部に空間を画定するソレノイドコイルと、前記コイル
に電流を供給づる装置と、 前記コイルにより画定される空間へ押入し、前記コイル
により画定される空間内に半導体ウェハを支持すること
ができるサセプタと、 前記サセプタにrf主電力供給する装置を具備するプラ
ズマリアクタ。
(2)第(1)項において、前記サセプタは反磁性体か
らなるプラズマリアクタ。
(3)第(1)項において、前記コイルは陽極処理アル
ミニウムからなるプラズマリアクタ。
(4)  第(1)項において、前記サセプタは陽極処
理アルミニウムからなるプラズマリアクタ。
(5)第(1)項において、前記サセプタはさらに冷却
液接続を有するプラズマリアクタ。
(6)第(1)項において、前記コイルは前記真空室に
rf’接地されているプラズマリアクタ。
(7)第(1)項において、前記ソレノイドコイルは1
0回以上の巻数を有するプラズマリアクタ。
(8)第(1)項において、前記電流供給装置は500
以上2000以下のアンペアターンを前記ソレノイドコ
イルに供給するようにされているプラズマリアクタ。
(9)  第(1)項において、前記サセプはさらに低
熱インターフェイス抵抗で前記サセプタにウェハを固定
するクランプ装置を有するプラズマリアクタ。
(10)第(1)項において、前記コイルは反磁性体か
らなるプラズマリアクタ。
(11)第(1)項において、前記コイルは冷却剤を貫
流することができる陽極処理アルミニウムであるプラズ
マリアクタ。
(12)第(1)項において、前記コイルは前記サセプ
タの表面における許容磁界不均一性が5%以下となるよ
うな間隔であるプラズマリアクタ。
(13)第(12)項において、前記コイルは0.25
以上のコイル径対コイル間隔比を有するプラズマリアク
タ。
(14)第(1)項において、前記コイルはウェハへ反
応ガスを自由に間断なく流すことができるような間隔と
されているプラズマリアクタ。
(15)第(14)項において、前記コイルは0.75
よりも小さいコイル径対コイル間隔比を有するプラズマ
リアクタ。
(16)第(1)項において、前記コイルはウェハ取扱
装置が前記コイルを乱すことなくウェハを前記サセプタ
へ運ぶことができるような充分大きい開口を有して構成
されているプラズマリアクタ。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例に従ったプラズマリアクタを
示す。 参照符号の説明 1・・・rf電力接続 2・・・サセプタ 3・・・ソレノイドコイル 4・・・チャンバ 5・・・基板 6・・・ガス分配器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)真空室と、 前記真空室へ所定圧の所定ガスを供給する装置と、 内部に空間を画定するソレノイドコイルと、前記コイル
    に電流を供給する装置と、 前記コイルにより画定される空間へ押入し、前記コイル
    により画定される空間内に半導体ウェハを支持すること
    ができるサセプタと、 前記サセプタにrf電力を供給する装置を具備するプラ
    ズマリアクタ。
JP61197015A 1985-08-23 1986-08-22 プラズマ リアクタ Expired - Lifetime JPH088235B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/768,547 US4623417A (en) 1985-08-23 1985-08-23 Magnetron plasma reactor
US768547 1996-12-18

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Publication Number Publication Date
JPS62122218A true JPS62122218A (ja) 1987-06-03
JPH088235B2 JPH088235B2 (ja) 1996-01-29

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