JPS6214936B2

JPS6214936B2 -

Info

Publication number: JPS6214936B2
Application number: JP52135091A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Mifune; Yasuaki Nakane
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1977-11-10
Publication date: 1987-04-04
Also published as: JPS5477573A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、特にプラズマエツチングを行うのに
適したプラズマ処理方法に関するものである。

プラズマによるエツチングは精度良く制御で
き、また廃棄物が簡単であつて公害が少なく、資
源も少なくてよいことから、最近の半導体装置の
製造に次第に取入れられつつある。然もこれ迄
SiNやSi、金属のエツチングに限られていたが、
Al、SiO₂等の選択エツチングも可能となり、半
導体技術において益々重要視されてきている。こ
のプラズマエツチングに際しては、減圧されたベ
ルジヤー内に活性ガスを導入し、このガスを高周
波放電によりプラズマ化し、このプラズマ中の中
性ラジカルガスによつて被エツチング材（半導体
ウエハ）をエツチング反応で部分的に揮発させて
いる。エツチング特性はガス圧、電力により大き
く変動する。ガス圧はガス排給量と排気量とのバ
ランスで決まるが、このガス圧を一定してもガス
供給量及び排気量によつて状態が異なる。従つて
これらの要因を制御することが重要となる。

このようなプラズマエツチング装置は量生産の
点からかなり内容積の大きなものであり、最近の
平行平板型のように内部が複雑に構成されている
ものもある。従つて、装置内を一度常圧にする
と、空気等のガスの内部の部品の壁面やベルジヤ
ー内壁に吸着されてしまい、吸着ガスは大量なも
のとなる。この状態でエツチング処理すると、活
性ガスをプラズマ化したときに上記の吸着ガスが
大量に放出され、ベルジヤー内の圧力を上昇させ
ることになる。この圧力上昇はエツチングの不安
定要因となるので、ベルジヤー内の圧力が規定値
に達するのに十数分を要し、然も再現性良く圧力
を設定することができない。

本発明は上述の如き欠陥を是正すべく発明され
たものであつて、プラズマ処理装置内に被処理体
を配置した状態で前記プラズマ処理装置内にプラ
ズマ用活性ガスを導入してこのプラズマ用活性ガ
スによる前記プラズマ装置内の圧力を所定の圧力
にすると共に、前記プラズマ装置内の放電空間に
所定の電力を供給することによつて、この放電空
間に前記プラズマ用活性ガスによる所定のプラズ
マを発生させ、この所定のプラズマにより前記被
処理体に対して所定のプラズマ処理を施すように
したプラズマ処理方法において、前記所定のプラ
ズマ処理を行うに先立つて、プラズマ処理装置内
に被処理体を配置した状態で予備プラズマ工程を
行うように構成し、この予備プラズマ工程におい
ては、前記プラズマ用活性ガスによる前記プラズ
マ処理装置内の圧力と前記放電空間に供給する電
力とをそれぞれ前記所定のプラズマ処理における
前記所定の圧力及び前記所定の電力よりも充分小
さく設定することによつて、前記プラズマ用活性
ガスによるプラズマが前記放電空間外へ拡がりか
つ前記被処理体に対する前記プラズマの作用が実
質的に無視できるか或いは生じないようにして、
前記プラズマにより前記プラズマ処理装置内の不
要ガスの排出を行い、前記予備プラズマ工程に引
続いて、前記プラズマ用活性ガスによる前記プラ
ズマ処理装置内の圧力及び前記放電空間に供給す
る電力を前記所定の圧力及び前記所定の電力に設
定して前記所定のプラズマ処理を行うように構成
したことを特徴とするプラズマ処理方法に係るも
のである。この方法によつて、吸着ガスを処理前
に効果的に除去して不安定要因を取除き、作業性
及び再現性良く所定の処理を行うことができる。
なお本発明においては、プラズマ処理装置の内部
空間における容量を100〜200とするのが好ま
しい。

次に本発明をプラズマエツチング装置に適用し
た実施例を図面に付き述べる。

まず第１図及び第２図に付き、第１の実施例を
述べる。

この実施例におけるプラズマエツチング装置１
のベルジヤー２内には、金属電極３、この電極と
対向した状態で半導体ウエハ４を上面に保持して
いる金属電極５、これらの電極３，５の周囲に配
置された遮蔽板６，７，８が夫々組込まれてい
る。なお図示を省略したが、電極３，５には取出
し用リード線が取付けられて装置外の発振器に接
続されるか、或いはアースに落とされている。ま
たこの装置では、ベルジヤー２外に配置された集
束磁場コイル又は直流電源を用いて高周波放電又
は直流放電を行わせるようにしてもよい。活性ガ
スはベルジヤー２の導入口９から放電空間１０に
導びかれ、反応後のガスはベルジヤー２の導出口
１１から排出される。

このように構成された装置によつてプラズマエ
ツチング処理するには、放電空間１０内にセツト
した半導体ウエハ４に対してプラズマエツチング
を行う前に、まず以下に述べる予備プラズマ工程
を行う。

即ち、ベルジヤー２内を高速排気状態にして導
入口９から活性ガスを導入する。この活性ガスと
しては、被エツチング材がAlの場合にはCCl₄又
はBCl₃を、SiO₂である場合にはCF₄＋CnHm、
C₂F₆又はC₃F₈を使用する。活性ガスの量はプラ
ズマエツチングの時の約1/5〜1/10以下とし、電
力もプラズマエツチング時の約1/5〜1/10以下と
する。またベルジヤー２内の圧力はプラズマエツ
チング時（２〜300ｍTorr）よりも低圧（100ｍ
Torr以下、１×10^-2ｍTorr以上）、例えば数10ｍ
Torrとしておく。

こうした条件下でプラズマ放電によつて活性ガ
スをプラズマ化する。この場合、ベルジヤー２内
を上記の低圧状態としているので、発生したプラ
ズマは放電空間１０の外側へも拡がる。即ち、プ
ラズマエツチング時には放電空間１０内に限定さ
れるプラズマを系全体に拡げるように圧力を設定
しておく。この結果、前述したように遮蔽板６〜
８、ベルジヤー２内壁面等に吸着されていた空気
等の吸着ガスが、拡散してきた活性ガスプラズマ
によつてたたき出され、そのまま導出口１１から
装置外へ排出される。これをプレプラズマ状態と
称するが、この際のベルジヤー２内の圧力が上記
の100ｍTorrを越えるとガスプラズマが放電空間
１０外へ広がりにくくなり、然も半導体ウエハ４
自体に対するエツチングが開始する恐れがある。
また圧力が１×10^-2ｍTorrよりも小さくなると
ガスプラズマが発生し難くなる。このプラズマの
発生には活性ガスを使用しているので、発生した
活性ガスプラズマが上記の吸着ガスを効率良くた
たき出し、ベルジヤー２内の不要ガスを十分に除
去（ガス出し）することができる。

また活性ガスの量（ガス圧）及び電力を上述し
た範囲に設定しているので、半導体ウエハ４に対
する活性ガスプラズマのエツチング作用が無視で
きる程度に小さくなるか、或いは全く生じない。
この結果、半導体ウエハ４には実質的に従用を及
ぼすことなく、ベルジヤー２内の吸着ガスのみを
装置外へ排出して次のプラズマエツチングに備え
ることができる。

第２図には、不活性ガスプラズマ（従来の方法
の場合）及び活性プラズマ（本実施例の場合）を
発生させたときのガス出し時におけるベルジヤー
２内の圧力変化が示されている。従来の方法の場
合には、第２図において破線で示すように、時間
t₁において不活性ガスが導入されて初期状態の圧
力P₀がP₃に上昇し、次いで不活性ガスプラズマが
発生してから或る時間が経過すると圧力はP₄にな
る。ところがこの従来の方法では、不活性ガスか
らプラズマを発生させ然もその際の電力及び圧力
ともにプラズマエツチング時のものとほぼ同じで
あるために、不活性ガスプラズマが両電極間の放
電空間内に限定されてしまい、系全体へは拡がる
ことがない。然も使用するガスは不活性ガスであ
ることも相俟つて、本実施例のようにガスプラズ
マによつて上述した吸着ガスをたたき出して除去
するといつた効果は期待できない。このため、第
２図において破線で示すように、吸着ガスの放出
によつてベルジヤー２内の圧力が更に高くなり、
不活性ガスプラズマが発生し始めた時間から圧力
P₄の状態となる迄の圧力低下時間が著しく長くな
るから、作業性が悪い。これに対して、本実施例
では、活性ガスの量をプラズマエツチング時の約
1/5〜1/10以下とし、電力もプラズマエツチング
時の約1/5〜1/10以下とする予備プラズマ工程が
行われることにより、吸着ガスが効果的に除去さ
れるので、第２図において実線で示すように活性
ガスプラズマが発生し始めた時間から圧力P₄にあ
る迄が短時間で済み、作業性が非常に良好にな
る。即ち、本実施例では、第２図において実線で
示すように、時間t₁において活性ガスが導入され
て初期状態の圧力P₀がP₁に上昇し、次いで活性ガ
スプラズマが発生して上述のプレプラズマによる
吸着ガスの放出操作が行われてから圧力はP₂にな
る。次いで活性ガスが更に導入されて圧力がP₃に
上昇し、短時間後に圧力はP₄になる。

本実施例では、活性ガスの導入による上述のプ
レプラズマで吸着ガスの放出操作を１〜２分行つ
てからこれに引続いてプラズマエツチング状態に
入れば、１〜２分以内に規定状態を得ることがで
き、然もその再現性も極めて良好である。

以上述べたようにして、吸着ガスを予め十分に
除去して不安定要因を取除いてから、ベルジヤー
２内の圧力を数100ｍTorrにして、従来と同様に
活性ガスを導入して半導体ウエハ４にプラズマエ
ツチング処理を施す。

以上本発明を実施例に基づいて説明したが、こ
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて更に変
形が可能である。例えば、電極がベルジヤー内に
存在しないタイプの外部電極方式の装置とするこ
とができる。また本発明による装置は、Si₃N₄膜
を半導体ウエハ（特にAl）上にプラズマでデポ
ジツトすることができるが、この場合はパツシベ
ーシヨン効果が良くなる。なお本発明は半導体ウ
エハのエツチング以外の処理に適用可能であり、
また被処理体も半導体ウエハに限定されるもので
はない。

本発明は上述の如く、本来のプラズマ処理を行
うに先立つて、プラズマ処理装置内に被処理体を
配置した状態で予備プラズマ工程を行うように構
成し、この予備プラズマ工程においては、プラズ
マ用活性ガスによるプラズマ処理装置内の圧力と
放電空間に供給する電力とをいずれも本来のプラ
ズマ処理における圧力及び電力よりも充分小さく
設定することによつて、プラズマ用活性ガスによ
るプラズマが放電空間外へ拡がりかつ被処理体に
対する前記プラズマの作用が実質的に無視できる
か或いは生じないようにして、プラズマによりプ
ラズマ処理装置内の不要ガスの排出を行い、然る
後に本来のプラズマ処理を行うようにしたので、
被処理体に特に悪影響を与えることなく放電空間
外の不要ガスを処理前に効果的に除去して処理時
の不安定要因を取除くことができる。

然も活性ガスプラズマによつて不要ガスを除去
するようにしているので、装置内の圧力を規定状
態に低下させるのに要する時間を短縮できて、次
の処理を速く行え、このために作業性が良好とな
る。その上、本来のプラズマ処理状態への設定を
容易に行え、このプラズマ処理の再現性も向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明をプラズマエツチング装置に適用
した実施例を示すものであつて、第１図はプラズ
マエツチング装置の概略断面図、第２図はガス出
し時のベルジヤー内の圧力の時間変化を示すグラ
フである。なお図面に用いた符号において、２……ベルジ
ヤー、３……電極、４……半導体ウエハ、５……
電極、６，７，８……遮蔽板、１０……放電空
間、である。

Claims

【特許請求の範囲】１プラズマ処理装置内に被処理体を配置した状
態で前記プラズマ処理装置内にプラズマ用活性ガ
スを導入してこのプラズマ用活性ガスによる前記
プラズマ装置内の圧力を所定の圧力にすると共
に、前記プラズマ装置内の放電空間に所定の電力
を供給することによつて、この放電空間に前記プ
ラズマ用活性ガスによる所定のプラズマを発生さ
せ、この所定のプラズマにより前記被処理体に対
して所定のプラズマ処理を施すようにしたプラズ
マ処理方法において、前記所定のプラズマ処理を行うに先立つて、プ
ラズマ処理装置内に被処理体を配置した状態で予
備プラズマ工程を行うように構成し、この予備プラズマ工程においては、前記プラズ
マ用活性ガスによる前記プラズマ処理装置内の圧
力と前記放電空間に供給する電力とをいずれも前
記所定のプラズマ処理における前記所定の圧力及
び前記所定の電力よりも充分小さく設定すること
によつて、前記プラズマ用活性ガスによるプラズ
マが前記放電空間外へ拡がりかつ前記被処理体に
対する前記プラズマの作用が実質的に無視できる
か或いは生じないようにして、前記プラズマによ
り前記プラズマ処理装置内の不要ガスの排出を行
い、前記予備プラズマ工程に引続いて、前記プラズ
マ用活性ガスによる前記プラズマ処理装置内の圧
力及び前記放電空間に供給する電力を前記所定の
圧力及び前記所定の電力に設定して前記所定のプ
ラズマ処理を行うように構成したことを特徴とす
るプラズマ処理方法。