JPS6285430A - プラズマ処理の方法と装置 - 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］ 本発明は集積回路のｊＩＪ造法とその装置に関するもの
である。

近年の集積回路の”ｌＪ’ｌｈにおいて、プラズマ処理
が多くの段階において広く用いられている。プラズマ・
エツチングでは、集積回路つＪハのすぐ近くで、ソース
・ガス混合体の中でグロー放電をさせ、それにより遊離
１基とイオンが発生してつＪハ表面上の物質のエツチン
グが行なわれる。この−１ツチングはイオン衝撃によっ
て行なわれるが、このイオン衝撃の強さは、全ガス圧や
、電極の構造や、その他いろいろな因子に依って変わる
。どのような材料に対してエツチングを行なうかによっ
て、数ミリトルから数トルの範囲内のいずれかに圧力が
選定される。または、この範囲内よりもっと広い範囲内
で圧力を選定することもできる。この範囲内の低圧力の
領域での処理は、通常、反応性イオン・エツチング（Ｒ
Ｉ　Ｅ　、　ｒｅａｃｔｉｖｅ　１ｏｎｅｔｃｈｉｎｏ
）と云われる。本発明は、このようなエツチング処理に
も適用することができる。

本発明は主としてプラズマ・エツチングに適用される。

ただし、集積回路の近傍でプラズマを使用する他の処理
技術、例えば水素プラズマを発生させて原子状水素の拡
散を助け、多結晶シリコンの活性装置を不動態化すると
いった１１１埋技術にも適用することができる。

［従来の技術とその問題点］ プラズマ・エツチングでは、一般に、ウェハは保持器上
に保持され、そしてこの保持器は冷却用流体を流すため
の装置に連結され、そして対向電極は電源の他の端子に
別に接続される。この構造体は［平行板１反応装置と云
われる。この保持器と電極との間にｒｆ雷電圧かけられ
ると、これらの間の低圧ガス内にプラズマが発生し、エ
ツチングが始まる。先行技術では、プラズマ・エツチン
グのための電極はいろいろな材料、例えば、アルミニウ
ム、ステンレス・スチール、グラファイトおよびその他
の金属で作られる。

本発明は、甲−スライス平行板エツチング反応装置の場
合に、特に利点がえられる。単一スライス反応装置は、
多重スライス平行板反応装置に比べて、ウェハ毎の均一
性がより良くなるという利点をもつ。このような反応装
置では、処理容器の体積が非常に小（キク、排気ヤ）換
気に余分の肋間がかからないので、処即吊を容易に大き
くＪることができる。曲型的な場合には、処理ガスは電
極にあけられた穴を通って処理容器内に供給され、そし
てウェハの周縁の排気路からＩＪＩ気される。ＩＩれど
も、す麩型的な甲−スライス反応装！？ｌ　’（”は、
電極と保持器とはＩｔ？ンヂメートル程度しか離れ−Ｃ
いなく、電極はつＴハとほぼ同程度にイオン衝撃を受け
る。このことは先行技術において、電極材料が電極から
スパッタリングにＪ−って削り取られてウェハ土に沈着
するという問題点を１１する。このことは、作製される
装置にＪ、っては、いろいろな問題点を生ずる原因とな
りつる。

この問題点は酸化物を１ツヂングする場合には特に重大
である。シリコン酸化物を１ツブングＪるさい、餞型的
な場合には、高イオン物撃が必要であり、イして０７ま
しいＪツヂング速度をうるためには、■ネルＹ印加密度
を大きくすることが必要である。けれども、酸化物【ツ
ブングに通常用いられるフッ素を基体とするプラズマは
、多くの電極のスパッタリングで削り取られた電極材料
を揮発させることができない。例えば、フッ素は遷移金
属またはアルミニウムを揮発させない。グラファイトは
、酸化物エツチングに対し、従来は好ましい電極であっ
た。それは過フッ化炭化水素は揮発性であるからである
。けれども、グラファイト電極は多結晶であるので、こ
の同じ反応性は別の問題点を生ずる。すなわち、エツチ
ングはグラファイトの粒子境界に沿って選択的に進むこ
とである。その結果、１ミクロン程度の寸法の炭素粒子
が炭素電極から離れて、ウニハトに降下し、そして汚染
の原因となる。

さらに、イオン衝撃の均一性は酸化物エツチングにおい
て重要である。大きな体積では、必要な程度の均一性を
うることはできない。したがって、通常酸化物エツチン
グは単一スライス反応装置の中で行なわれる、または、
単一スライス反応装置と同様の状態をもつ他の反応′Ｉ
Ａ＋ａの中で行なわれる。

グラファイト電極の場合のこの問題点を解決する１つの
可能な方法は、ｔｌｆ極に被覆体をつけることである。

例えば、ある製造業者は最近アルミニウムの上にシリコ
ンを噴霧した電極を使用【ノた。

また別の製造業者は重合体がそのすべての表面上に沈着
されたアルミニウム電極を使用した。（これは特に重大
な微粒子の問題点を生ずる。）別の製造業者はその中に
（ガスを流Ｊための）穴を備えたグラファイトＮ極を使
用した。一般に、酸化物エツチングのためのＰＩＦ反応
装置は、甲に電極だけでなく、すべての内部の金属部分
を保護しなくてはならない。通常、このことはある種の
重合体被覆によって実行される。

けれども、保護被覆体は、本来常に、スパッタリングに
よって削り取られるものである。そして最終的には、被
覆体は除去され、その後、電極のスパッタリングが再び
始まる。再び、このことは大電力による処理の時には特
に問題点となる。この方法がもつその他の欠点は、適切
に被覆された電極を作ることが難しく、かつ、コス１〜
が高いことである。

［発明が解決しようとＪる問題点］ 本発明は電極のスパッタリングで削り取られる微粒子の
問題点をなくし、かつまた、電極を被覆する必要をなく
する。本発明によりまたすぐれた寿命と耐久力のある電
極がえられる。

Ｆ問題点を解決するための手段１ 本発明は、プラズマ・１ツチングにおいて、シリコン電
極を使用する。シリコン電極はそのエツヂング副産物が
揮発性であるという利点を有しており、したがって、エ
ツチング処理によって電極から微粒子が１−することは
ない。この電極はまた全体が中結晶であって、したがっ
て、粒子境界が優先的にエツチングされて微粒子がイ（
するという効果がないという利点を有している。

アルミニウム電極またはステンレス・スチール電極の場
合、エツチングが進むと共に、エツチング速度が低下す
るという問題点がある。この問題点は十分には解明され
ていないが、電極の熱的変形によるものと思われる。エ
ツチングが進行しそして電極が加熱される時、電極の背
後にある電力が供給される背後板との接触が失われるこ
とによるものであろう。この問題点＝ｂまた、本発明の
好ましい実施例によって、解決される。

本発明は、微粒子数を減らす１つの方法とし−Ｃ大変魅
力的なものであるが、また本発明にＪ、って、より一層
均−な一丁ツブングがえられる。すなわち、一群の製品
毎の均−竹も、また１つのウェハについての均一性も、
改口される。このような製品群および１つの製品に対す
る均−竹が良くなる原因は十分には解明されていないが
、本発明に付加される２つの重要な利点である。

したがって、本発明は先１ｊ技術にくらべて次のような
重要な利点を右Ｍる。すｂわち、寿命が良いこと、エツ
チング速度が速いこと、微粒子数が少ないこと、スライ
ス毎の均一性が良いこと、１つのスライスについての均
−竹が１艮いこと、およびその他の利点である。

本発明により、貞空容器内の保持器のトにつＴハを挿入
する段階と、前配貞空容器を排気する段階と、その中に
予め定められた処理ガスを流す段階と、前記保持器と中
結晶シリコン電極との間にｒｆ電磁界エネルギを印加す
る段階とを有する、集積回路ウェハのプラズマ処理のた
めの方法がえられる。

本発明によりまた、その上に半導体ウェハを保持するた
めの装置を備えた保持器と、事実ト単結晶で構成された
電極と、前記保持器と前記電極との間にｒｆ電磁界■ネ
ルギを印加するための装置とを有するプラズマ反応装置
がえられる。

［実施例］ 本発明を好ましい特定の実施例に基づいて説明するが、
本発明はまた広範囲の他の実施例にも適用可能であるこ
とを断っておく。説明される実施例は例示的なものであ
り、そして少数の好ましい変更実施例を含めて、本発明
の最も好ましい態様を示そうとしたものであって、本発
明が包含する全範囲をそれで定めようとするものではな
い。

第１図は本発明の第１実施例の図面である。この図面に
おいて、接近した位置に配置された、すなわち、ｒｆ電
磁界Ｊネルギが印加される位置に配置された、１１−ス
ライス・プラズマ反応装置が示されている。保持器１４
の１にウェハ１２が保持される。このウニ［ハ１２の直
径は、例えば、１０２ミリメートル（４インチ）である
。保持器１４は多岐管２２を有している。この多岐管を
通って冷却剤が流れることができ、それによってつ１−
ハの温度が制ｉｌｌされる。このウニ［ハ番、家小さな
間隔、例えば、４．８ミリメートル（３／１６インチ）
の間隔をもって電極１０と対向する。電極１０は多数の
穴を有する中結晶シリ］ンで作成されることが好ましい
。電極１０は保持用リング２８によって保持されること
が好ましい。多岐管２０は電極冷却剤に対して必要な時
に使用することができる。

処理ガス流入口１８は処理ガスを電極１０の裏側に供給
する。すると、これらのガスは電極１０にあけられた穴
を通って、電極１０とウェハ１２との間の空間に流れ込
む。これらのガスはつＪハコ２の周縁から流出して、排
気［１２４を通って排出される。ウェハ１２の端部の周
縁が横方向に誘電体１７によって取り囲まれることが好
ましい。このことにより、プラズマが主としてウェハ１
２の表面１−に発生する。このようにして均一なプラズ
マがえられ、イしてイオン衝撃速度がウェハ１２の端部
付近で特に大きくなることはない。コリメータ１６によ
ってウェハと電極との間の均一な位置合わせをうろこと
ができる。オーリング付きの合わせ面２６によってこの
処理容器を開けたり、そして閉じることができるので、
ウェハの取り出しは非常に簡Ｉｌｌである。

本発明の１つの応用例として、酸化物のプラズマ・エツ
チングにこの装置が用いられる。例えばこの場合、電極
１０の表面とウェハ１２の表面との間の間隔は約４．５
ミリメートルであり、そして直径１０２ミリメートル（
４インチ）のウェハ１２と直径１０２ミリメートル（４
インチ）の電極１０とに対し２３０ワツトのｒｆ電磁界
Ｊネルギがそれらの間に加えられた。酸化物をエツチン
グする場合には、ＣＨＦ　　と少量の０２との混合物の
ようなフッ素を含んだ混合ガスが用いられる。

例えば、９０　ｓｃｃｍのｃ＋＋ｒ３が４　ｓｅｃｍの
０２とおよび冷却のための１５０　ｓｅｃｍのヘリウｌ
いと一緒に流され、イして処理ガスの全体の圧力が７０
０ミリトルにされる。これらの条例σ）「で、ドー１さ
れていないＣＶ　Ｄシリコン酸化物が毎分６０００オン
ダスト［１−へ程度の速さで１ツチングされるであろう
。

第２図は好ましいこの実施例の電極１０を詳細に示した
図面である。この電極は、標準的なシリコン・ウェハよ
りは、ずつと１９いことにｔｔ意してほしい。この電極
の１９さは少なくとも１．８ミリメートル（０゜０７０
インチ）であることが好ましい。このことにより寿命が
良くなるばかりでなく、処理ガスによる電極の属食に対
しより多くの余裕がえられ、かつ、典型的な換気＋１イ
クルのさいに生ずる珪力差に１分銅λられる機械的強痘
すえられる。（！Ｉｌ！型的り換気サイクルの場合には
、排気口２４は粗引内空ポンプに連結され、一方、処理
ガス流入口１８は５０トル（３０ｐｓｉ）の圧力の乾燥
窒素に連結される。） 電極１０の穴３２は、処理ガスがウェハ上に均等に分布
するように、比較的小さいことが好ましい、すなわち、
直径が０．５０ミリメートル（０，０２０インチ）以ド
であることが好ましい。

電極１０はまた端部が面取り３０されていて、第１図に
示された取り付はリング２８に容易に取り付けることが
できるようになっていることに注意されたい。

単結晶シリコンにこのような多数の穴をあけることは、
穴ぐりまたは打ち抜きのような従来の機械装置による方
法では困難である。この電極を作製するためのここで説
明する好ましい実施例は、第３図に示されているように
、レーザを用いた穴あけである。電極１０は電極保持器
５２のＬに保持される。この電極保持器５２はＸ−Ｙス
テージ５４の上に乗っており、そしてこのＸ−Ｙステー
ジはしつかりした台５６の一トに乗っている。レーザ・
ヘッド５８が大強度のレーザ・スポット６０を投射する
。そして、大強度パルスを繰り返し投射することによっ
て生ずる融解および蒸発によつて、シリコン電極１０が
侵食される。シー１ｒビームにより、穴あｉＪが同心円
状に何回にも分ＬＪて行なわれることが好ましい。電極
にあｌＪられる第１の穴は穴３２の必要な直径の２０％
であることが好ましく、次に仝直ＩＹ０３０％の穴があ
けられる。

このような段階を繰り返すことによって、完全な直径の
穴があけられることが好ましい。その後、次に穴があけ
られる位置にステージが移動する。

直径０．５０ミリメートル（０，０２０インチ）の穴が
あけられそして次の穴の装置に移動するのに要する時間
の典型的＜Ｋ値は、Ｙ　Ａ　ＧレーザＣＯ２を用゛い、
約５ワツト、１６アンペアで、パルス繰り返し速度３ｋ
ｌｌｚの時、４５秒である。全部の穴があけられた後、
塩酸と硝酸と酢酸との開合体によって、この電極を清浄
にすることが行イｒわれる。この清浄段階によって、穴
あけのさいに沈着したスラグが除去され、かつ、電極１
０にあけられた穴の内面の凹凸が平滑になる。

また、電極１０に穴をあけるのに他の方法を用いること
もできる。例えば、方位に依ってＴツチング速度の責な
るエツチングを利用することができる。この場合、１１
０方位のシリコンの厚いスライスが用いられることが好
ましい。厚い１１０スライスが削られそして研磨された
後、酸化物の膜を表面に成長させ、そしてこの酸化物膜
がパターンに作られる。この酸化物膜は丈夫なマスクと
しての役割を宋たす。それからこのシリンコンは、水酸
化カリウム溶液、燐１１ｉ２ナトリウム酢酸塩、または
ＨＦとトｌＮＯ３と酢酸の混合体のようなエツチング剤
を用いて、方位に依存する湿式エツチング段階により、
前記マスク・パターンに従って、湿式エツチングが行な
われる。

これまでに述べてきたように、本発明は多くの利点を有
している。本発明による１０２ミリメートル（４インチ
）プラズマ反応装置において、グラファイト電極とシリ
コン電極を使用した場合、プラズマ処理段階の後、ウェ
ハートに見出される０、２ミクロンと２ミクロンの間の
大きさをもった粒子の数が測定された。本発明による反
応装置において、粒子数のバックグラウンド・レベルは
−１５＝ （すむわ）う、ｒｆ電磁界−１ネル１！を加えないで、
ウェハを中に取りイ・Ｈノ、排気し、換気を行イ１い、
そしてウェハを取り出しｊこ時にウ−［ハ１−に見出さ
れる粒子数のレベル）は３５個ぐあり、そしてグラファ
イト電極反応装置で（ま７０個であった。ｒｆ電磁界Ｔ
ネルギが加λられるど、すなわら、ウェハが通常の処理
リイクルを完全に受ｌ」ると、シリコ２反応装置での粒
子数は３６１１：ｌぐあった。寸なわら、特別＜７増加
は認められなかった。けれども、グラファイト電極反応
装置Ｃの粒子数は２９９個であった。この数１１、ｒ　
ｆ’電磁ＷＪネルギを加えなかった場合の粒子数７０個
に比べて、かｈり大きい。したがって、本発明の反応Ｈ
Ｉ？ｆｆにより、特に微粒子減少ＭにＪりいて人込へ利
点のえられることがわかる。

本発明を好ましい↑曹り実施例に１謹づいて説明したけ
れども、当業名に各まりぐにわかるＪ、うに、本発明に
いろいろのゆ史を行なうことはｎｌ能である。本発明は
特許請求の範囲にＪ、ってのみ定められ、それから直ち
にえられる疫史実施例はすべて　１６一 本発明の鉛囲内に含まれるものと解すべきである。

以上の説明に関連して更に以下の項を開示する。

（１）　　半導体つ］ハをその上に保持するための装置
をそなえた保持器と、 事実上申結晶である材料で構成された電極と、前記保持
器と前記電極との間にｒｆ電磁界■ネルギを印加するた
めの装置と、 を有するプラズマ反応装置。

（２）　　第１項において、前記電極が中結晶シリコン
で構成された反応装置。

（３）　　第１項において、前記電極の大きさが前記ウ
ェハよりも大きい反応装置。

（４）　　第１項においで、前記電極の卸さが１．６ミ
リメードル（１６分の１インチ）よりも厚い反応装置。

（５）　　第１項において、前記電極と前記保持器とが
事実ト平行でかつ対向しており、および前記電極と前記
保持器との間の距離が２レンチメートル以下である反応
装置。

（６）　　第１項において、前記保持器が前記つＪハを
冷７ＪＩするための装置を（〜らに有する反応装置。

（７）　　第１項において、前記保持器が一庭にただ１
つの前記ウー１ハを保持りることがて゛さる反応装置。

（８）　　第７項におい（、前ム［１反応装置を聞くた
めのおよび閉じるための装置をさらに有し、ぞの結果前
記保持器と前記電極との間のｖｌｊＩＩＩｌが第１距離
にある時前記ウェハを処理することがて・き、かつ、前
記保持器と前記電極との間のｒｌＩｍｉｌｌが前記第１
　ｉ’ｌｊ離の２倍以上である第２距離にある時前記つ
■−ハを取り去ることができるおよび挿入することがぐ
きる反応装置。

（９）　　第７項においで、前記？ｆｉ極がイの面内に
ガスが十分に流れることができる大きさの穴をさらに有
する反応装ｄ。

（１０）第９項において、前記電極がガス供給装置に連
結されて前記穴を通しでガスを流４ことができる反応装
置。

（１１）第９項において、前記つＩハの周縁から処理ガ
スを排出するための装置をさらに有する反応装置。

（１２）負空容器内の保持器の十につＪハを取り付ける
段階と、 前記内空容器を排気し、かつ、前記真空容器内に予め定
められた処理ガスを流す段階と、前記保持器と単結晶シ
リコン電極との間に電磁界−■−ネルギを印加り−る段
階と、 を有する集積回路つ１ハのプラズマ処理の方法。

（１３）第１２項において、前記処理ガスがフッ素を含
んだ化合物をかなりのパー［ントだｔ）含んでいるプラ
ズマ処理の方法。

（１４）第１３項において、前記ウェハがその表面の酸
化物層の１−にマスク層を有し、前記マスク層がパター
ンに作られて前記フッ素を含んだ化合物から放出された
化合物によってエツチングされるべき前記酸化物の矛め
定められたパターン領域を露出させるプラズマ処理の方
法。

［発明の効宋１ 本発明により、集積回路製造のさいに用いられるプラズ
マ処理において、発生する微粒子が極め＝　１９− て少なく、かつ、極めて良い均−竹のえられるプラズマ
処理法とイのための反応装置がえられる。

本発明による方法と装置において、処理ガスを流すため
の多数の小さな穴があ（Ｊられた単結晶シリコンを用い
るという１人がなされており、それにより発生微粒子数
が極めて少なく、また耐気性が優れていて寿命が長く、
イし１人き（ｉ　Ｊツブング速度がえられるとＪ（に、
かつ、スライスｆｕについてもまた１つのスライスの中
でｂＩ４ｉめ（良い均一性がえられるという特徴がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による甲−スライス・プラズマ反応装置
の１つの実施例、第２図は本発明による単結晶シリ］ン
′ｆｉ極の１つの実施例、第３図は本発明の好ましい実
施例に用いられるシリ」ン電極の製造法を示した図面で
ある。 ［符号の説明１ １０・・・・・・電極 １４・・・・・・保持器 １８・・・・・・処理ガス流入口 ２４・・・・・・排出口 １２・・・・・・つＪハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内の保持器の上にウェハを取り付ける段
   階と、 前記真空容器を排気し、かつ、前記真空容器内に予め定
   められた処理ガスを流す段階と、 前記保持器と単結晶シリコン電極との間にｒｆ電磁界エ
   ネルギを印加する段階と、 を有する集積回路ウェハのプラズマ処理の方法。
2. （２）半導体ウェハをその上に保持するための装置をそ
   なえた保持器と、 事実上単結晶である材料で構成された電極と、前記保持
   器と前記電極との間にｒｆ電磁界エネルギを印加するた
   めの装置と、 を有するプラズマ反応装置。