JPS62249420A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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、プラズマ処理技術、特に、半導体装置の製造
におけるドライ・エッチングおよびスパツタデポジショ
ンによる膜形成などに適用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ 半導体装置の製造におけるドライ・エッチング’ｌ’　
ｅ　ｃ　ｈ　ｎ　ｏ　１　ｏ　ｇ　）’）／日本版」３
月号、Ｐ６６〜Ｐ７６に記載されている。

その概要は、たとえば、平行平板型の電極間に印加され
る高周波電力によってエツチングガスをプラズマ化して
活性な反応種やイオンなどを形成するとともに、半導体
ウェハなどの試料が載置される電極とプラズマとの間に
発生される自己バイアスによってプラズマ中のイオンを
加速して試料に入射させ、反応種による化学的で等方的
なエツチングと、試料に入射されるイオンによる物理的
で非等方的なエツチングとを併用することにより、フォ
トレジストなどで所定のパターンに隠蔽された試料表面
のエツチング部の段差形状が垂直となるようにして、エ
ツチングによって試料表面に形成されるパターンの寸法
精度を向上させたものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のように化学的および物理的なエツ
チング機構を併用するエツチングにおいては、イオン衝
撃などに起因して、たとえば化学的なエツチング機構が
主体のエツチングなどに比較して選択比が低下し、エツ
チングによって除去される膜の下に形成されている下地
部分が損傷され、エツチングによって形成されるパター
ンの寸法精度とエツチングの選択比とを両立できず、総
合的なエツチング精度が低下されるという欠点がある。

このことは、試料に形成されるパターンの微細化ととも
に重要な問題となるものである。

本発明の目的は、試料に対する処理の精度を向上させる
ことが可能なプラズマ処理技術を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、試料に対する処理の速度を
向上させることが可能なプラズマ処理技術を提供するこ
とにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

［問題点を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、処理室内に供給される処理流体の放電プラズ
マを形成するとともに、処理室内において試料が載置さ
れる第１の電極に高周波電力を印加することによって所
定の処理を行うプラズマ処理装置で、第１の電極とは独
立な第２の電極を設け、第２の電極に印加される高周波
電力が第１の電極とは独立に制御されるようにしたもの
である。

［作用］ 上記した手段によれば、たとえば、試料に対するドライ
・エッチング処理において、第２の電極へのイオンの入
射によってスパッタされる、該第２の電極を構成する物
質による試料のエツチング断面側壁への保護膜の形成を
行うとともに、放電プラズマによって形成される処理流
体の活性な反応種による選択性の良好な化学的なエツチ
ングを行うことができ、エツチングの選択性および寸法
精度が向上され、試料に対する処理の精度が向上される
。

また、上記した手段によれば、たとえば、処理流体とし
て不活性ガスを使用し、第２の電極を所定の物質で構成
することにより、処理流体の放電プラズマ中の比較的高
密度のイオンを第２の電極に入射させ、該第２の電極を
構成する物質の試料に対するスパッタデポジションを迅
速に行わせることができ、試料に対する処理の速度を向
上させることができる。

［実施例１コ 第１図は、本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の
要部を示す説明図である。

本実施例においては、プラズマ処理装置がプラズマエツ
チング装置として構成されている。

処理室１の内部には、半導体ウェハなどの試料２が載置
される第１の電極３が設けられている。

この第１の電極３には、容量４を介して高周波発振器５
が接続され、該第１の電極３の周囲に設けられた接地電
極６との間に所定の高周波電力が印加される構造とされ
ている。

また、処理室１の周囲には、該処理室１の内部に所定の
磁場を形成する磁力印加手段７が設けられている。

さらに、処理室１には、導波管８が接続され、図示しな
いマイクロ波発振器から放射されるマイクロ波９が該処
理室１の内部に導入される構造とされている。

そして、処理室１の側面部に設けられた処理流体供給口
１０を通じて処理室ｌの内部に流入される、たとえば六
弗化イオウ（ＳＦ４）などの処理流体１１が処理室１の
内部に形成された磁場とマイクロ波９との相互作用によ
って放電プラズマを形成し、ＳＦ、”などの陽イオンや
化学的に活性なフッ素ラジカル（Ｆ）などが生成される
ものである。

処理室１の底部には、排気口１２が設けられ、該処理室
１の内部が所定の真空度に排気される構造とされている
。

この場合、試料２が載置される第１の電極３の周囲には
、たとえば、アルミニウム（／ｌｋ／）、アルミナ（Ａ
ｎ！ｚ　Ｏ＋　）　、炭素（Ｃ）、さらには、所定の導
体の表面をフッ化炭素化合物で被覆するなどして構成さ
れ、該第１の電極３とは独立な第２の電極１３が配設さ
れている。

この第２の電極１３には、容量１４を介して高周波発振
器１５が接続されており、印加される高周波電力が第１
の電極３とは独立に制御可能にされている。

以下、本実施例の作用について説明する。

始めに、所定の真空度に排気されている処理室１の内部
には、磁力印加手段７から所定の磁場が形成されるとと
もに、導波管８を介してマイクロ波９が作用されている
。

同時に、試料２が載置される第１の電極３、さらにはア
ルミニウム、炭素、アルミナ、フッ素樹脂などで構成さ
れる第２電極には、それぞれ独立に高周波電力が印加さ
れる。

その後、処理流体供給口１０から処理室１の内部にＳ　
Ｆ　ｈなどの処理流体１１が流入されこ該処理流体１１
は処理室１の内部の磁場とマイクロ波との相互作用によ
って放電プラズマを形成し、ＳＦｓ”などの陽イオンや
化学的に活性なフッ素ラジカル（Ｆ）などが生成されて
、試料２のエツチングが行われる。

この場合、試料２が載置される第１の電極３には、試料
２の表面に入射されるイオンによって該試料２が損傷さ
れない程度の比較的小さな直流バイアスが生じるように
高周波発振器５から印加される高周波電力が制御される
とともに、第２の電８ｉ１３には、前記第１の電極３よ
りも充分に大きな直流バイアスが発生されるように高周
波発振器１５から印加される高周波電力が制御され、処
理流体１１の放電プラズマ中のイオンが集中的に第２の
電極１３に入射し、この時第２の電極１３から飛散され
る該第２の電極を構成する、たとえばＣ，ＣＦなどの原
子９分子のスパッタによって、不揮発性の物質が試料２
の表面に堆積し保護膜を形成する。

ここで、試料２に堆積される保護膜は、エツチング断面
側壁部にのみ被看され、平坦部に堆積した保護膜は、第
１の電極３と放電プラズマとの間の比較的小さな直流バ
イアスによるイオンの入射によって除去され、エツチン
グ断面側壁部が侵食されることなく試料２の厚さ方向に
処理流体１１の放電プラズマによるエツチングが進行し
、試料２の表面に形成されるパターンの寸法精度が向上
される。

また、試料２の表面において、たとえばシリコン酸化膜
からなる下地の上に形成された多結晶シリコンなどを、
ＳＦ、などの処理流体１１の放電プラズマによつてエツ
チングする場合、本実施例のように試料２が載置される
第１の電極３に発生される直流バイアスが比較的小さく
抑制され、入射するイオンの量および運動エネルギが小
さい状態では、下地のシリコン酸化膜はエツチングされ
ず、良好な選択比を得ることができる。

このように、本実施例においては、以下の効果を得るこ
とができる。

（１）、磁場とマイクロ波９との相互作用により、処理
室１の内部に供給される、ＳＦ、などの処理流体１１の
放電プラズマを形成するとともに、試料２が載置される
第１の電極３の周囲に、該第１の電極３とは独立な第２
の電極１３を設け、高周波電力の印加などによって放電
プラズマと各々の電極との間に発生される直流バイアス
を独立に制御することにより、第２の電極１３に対する
放電プラズマ中のイオンの入射による、該第２の電極１
３を構成する物質のスパッタによって試料２の表面に保
護膜を形成し、エツチング断面側壁部の侵食を防止して
試料２に形成されるパターンの寸法変化を回避できると
ともに、処理流体１１の放電プラズマによる選択性の良
いエツチングを行うことができ、エツチングの精度が向
上される。

（２）、前記（１１の結果、第２の電極３と処理流体１
１の放電プラズマとの間の直流バイアスを適宜制御する
ことにより、試料２の表面に対する保護膜の形成を制御
することができ、試料２のエツチング断面の形状の制御
が可能となる。

（３）、前記＋１１．　（２１の結果、半導体ウェハな
どの試料２に形成される半導体素子の歩留りが向上され
る。

［実施例２］ 本実施例においては、プラズマ処理装置をスパッタデポ
ジションに用いるものであり、装置の構造は第１図に示
されるものと同様である。

すなわち、第１図に示される装置において、第２の電極
１３ａを、たとえばアルミニウムＣＡ１）などの金属で
構成するとともに、処理流体１１ａとして、たとえばア
ルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを使用するものである
。

そして、磁場とマイクロ波９との相互作用によって不活
性ガスなどの処理流体１１ａの高密度の放電プラズマを
形成し、放電プラズマ中のイオンによって第２の電極１
３ａをスパッタリングすることにより、試料２の表面に
、第２の’ｒＨ，捲１３　ａを構成する物質を被着させ
るスパッタデポジションを行うものである。

この場合、不活性ガスなどの処理流体１１ａのイオンが
磁場とマイクロ波９との相互作用によって高密度に形成
されるため、第２の電極に入射するイオンの量が増加さ
れ、該第２の電極１３ａを構成する金属などの物質の試
料２に対するスパッタデポジションが迅速に行われる。

このように本実施例２においては、以下の効果を得るこ
とができる。

＋１１．ｍ場とマイクロ波９との相互作用により、処理
室１の内部に供給される、不活性ガスなどの処理流体１
１ａの放電プラズマを形成するとともに、試料２が載置
される第１の電極３の周囲に、該第１の電極３と独立な
第２の電極１３ａが設けられているため、処理流体１１
ａの高密度の放電プラズマから第２の電極１３ａに入射
されるイオンの量が増加され、該第２の電極１３ａを構
成するアルミニウムなどの金属の試料２に対するスパッ
タデポジションが迅速に行われる。

（２）、前記［１１の結果、単位時間当たりに処理され
る試料２の数量が増加され、試料２のスパッタデポジシ
ョン処理の生産性が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、第２の電極の
数は２以上であっても良い。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の製造に
おけるドライ・エッチングおよびスパッタデポジション
に適用した場合について説明したが、それに限定される
ものではなく、処理流体の放電プラズマによって処理を
行う技術に広く適用できる。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、処理室内に供給される処理流体の放電プラズ
マを形成するとともに、該処理室内において試料が載置
される第１の電極に高周波電力を印加することによって
所定の処理を行うプラズマ処理装置で、前記第１の電極
とは独立な第２の電極が設けられ、該第２の電極に印加
される高周波電力が前記第１の電極とは独立に制御され
るため、たとえば、試料に対するドライ・エッチング処
理において、第２の電極へのイオンのスパッタリングに
よって、該第２の電極を構成する物質による試料のエツ
チング断面側壁への保護膜の形成を行うとともに、放電
プラズマによる選択性の良好な化学的なエツチングを行
うことができ、エツチングの選択性および寸法精度が向
上され、試料に対する処理の情度が向上される。

また、処理流体として不活性ガスを使用し、第２の電極
を所定の物質で構成することにより、処理流体の比較的
高密度の放電プラズマ中のイオンを用いて第２の電極を
構成する物質の試料に対するスパッタデポジションを迅
速に行わせることができ、試料に対する処理の速度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の
要部を示す説明図である。 １・・・処理室、２・・・試料、３・・・第１の電極、
４・・・容量、５・・・高周波発振器、６・・・接地電
極、７・・・磁力印加手段、８・・・導波管、９・・・
マイクロ波、１ｏ・・・処理流体供給口、１１．ｌｌａ
・・・処理流体、１２・・・排気口、１３，１３８・・
・第２の電極、１４・・・容量、１５・・・高周波発振
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理室内に供給される処理流体の放電プラズマを形
   成するとともに、該処理室内において試料が載置される
   第１の電極に高周波電力を印加することによって所定の
   処理を行うプラズマ処理装置であって、前記第１の電極
   とは独立な第２の電極が設けられ、該第２の電極に印加
   される高周波電力が前記第１の電極とは独立に制御され
   ることを特徴とするプラズマ処理装置。 ２、前記処理流体の放電プラズマの形成が、前記処理室
   内に作用される磁場とマイクロ波との相互作用によって
   行われることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   プラズマ処理装置。 ３、高周波電力の印加によって発生される、第２の電極
   と放電プラズマとの間の直流バイアスが、第１の電極と
   放電プラズマとの間の直流バイアスよりも大となるよう
   に制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のプラズマ処理装置。 ４、前記試料および処理流体が、それぞれ半導体ウェハ
   およびハロゲン含有ガスであり、前記処理がドライ・エ
   ッチングであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のプラズマ処理装置。 ５、前記第２の電極がアルミニウム、アルミナ、炭素、
   フッ素樹脂などで構成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。 ６、前記処理流体が不活性ガスからなり、前記処理が前
   記第２の電極を構成する物質の前記試料に対するスパッ
   タデポジションであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のプラズマ処理装置。