RU2408950C1 - Reactor for plasma treatment of semiconductor structures - Google Patents
Reactor for plasma treatment of semiconductor structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2408950C1 RU2408950C1 RU2009137633/28A RU2009137633A RU2408950C1 RU 2408950 C1 RU2408950 C1 RU 2408950C1 RU 2009137633/28 A RU2009137633/28 A RU 2009137633/28A RU 2009137633 A RU2009137633 A RU 2009137633A RU 2408950 C1 RU2408950 C1 RU 2408950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- plasma
- magnetic
- magnetic field
- magnetic system
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к реакторам для высокоплотной и высокочастотной плазменной обработки полупроводниковых структур.The invention relates to microelectronics, in particular to reactors for high-density and high-frequency plasma processing of semiconductor structures.
При создании современных СБИС выявилась одна из основных проблем, препятствующих дальнейшему снижению размеров элементов до 0,5-0,25 мкм, связанная в первую очередь с ограничениями существующей плазмохимической технологии и оборудования по воспроизведению таких элементов с приемлемыми характеристиками. Применительно к указанным выше размерам элементов требуемые технологические параметры могут быть получены лишь при одновременном сочетании таких несовместимых для традиционных плазмохимических реакторов характеристик, как высокая плотность ионного тока (1-10 мА/см2) и низкая энергия ионов (20-50 эВ). Существующие плазмохимические реакторы в подавляющем большинстве своем обеспечивают на один-два порядка меньшую плотность ионного тока при соответственно большей, до 1000 эВ, энергии ионов.When creating modern VLSI, one of the main problems that prevented a further reduction in the size of elements to 0.5-0.25 microns was identified, primarily due to the limitations of the existing plasma-chemical technology and equipment for reproducing such elements with acceptable characteristics. In relation to the element sizes indicated above, the required technological parameters can be obtained only with a simultaneous combination of such incompatible characteristics for traditional plasma-chemical reactors as high ion current density (1-10 mA / cm 2 ) and low ion energy (20-50 eV). The overwhelming majority of existing plasma chemical reactors provide one or two orders of magnitude lower ion current density with a correspondingly higher, up to 1000 eV, ion energy.
Попытки снижения энергии ионов за счет уменьшения мощности разряда приводят к резкому снижению скорости травления так же, как и попытки увеличения анизотропии путем снижения рабочего давления.Attempts to reduce ion energy by reducing the discharge power lead to a sharp decrease in the etching rate, as well as attempts to increase anisotropy by lowering the operating pressure.
Общепризнано, что трудность работы с ВЧ-источниками при низком давлении заключается в быстром падении плотности ионного тока при снижении давления. Это, в свою очередь, вызывает снижение скорости травления и производительность. Увеличение мощности или напряжения смещения на пластине ведет к увеличению скорости травления, но при этом возникают проблемы с высокоэнергетичными ионами из-за повышенного дефектообразования в полупроводниковых структурах. Преимуществом работы при низком давлении является высокая анизотропия, позволяющая воспроизводить субмикронные размеры, а также "чистота" процесса, так как при низком давлении продукты реакции травления более летучи и легко удаляются, сводя к минимуму образование загрязняющих частиц и выпадение осадков. Таким образом, плазмохимический реактор для современной технологии СБИС должен обеспечивать весьма высокую плотность плазмы при очень низком давлении.It is generally recognized that the difficulty in working with RF sources at low pressure lies in the rapid drop in the ion current density with a decrease in pressure. This, in turn, causes a decrease in the etching rate and productivity. An increase in the power or bias voltage on the wafer leads to an increase in the etching rate, but this causes problems with high-energy ions due to increased defect formation in semiconductor structures. The advantage of working at low pressure is the high anisotropy, which allows reproducing submicron sizes, as well as the "purity" of the process, since at low pressure the etching reaction products are more volatile and easy to remove, minimizing the formation of polluting particles and precipitation. Thus, the plasma-chemical reactor for modern VLSI technology should provide a very high plasma density at very low pressure.
К таким реакторам относятся реакторы на основе электронно-циклотронного резонанса (ЭЦР) [1]. Для усовершенствования плазменных ЭЦР техпроцессов имеются большие возможности. Однако при промышленном использовании реакторы на ЭЦР проигрывают из-за высокой стоимости, так как они могут быть в три раза дороже обычных плазменных реакторов. Поэтому сейчас широко используются так называемые ICP и TCP реакторы с индукционной системой возбуждения разряда [2].These reactors include reactors based on electron cyclotron resonance (ECR) [1]. There are great opportunities for improving plasma ECR processes. However, in industrial use, ECR reactors lose because of their high cost, since they can be three times more expensive than conventional plasma reactors. Therefore, the so-called ICP and TCP reactors with an induction discharge excitation system are now widely used [2].
Наиболее близким к заявляемому является реактор для плазменной обработки полупроводниковых структур [3], содержащий камеру с системой подвода и отвода газа, подложкодержатель, установленный в основании камеры с возможностью подачи на него потенциала смещения, и систему генерации плазмы, состоящую из спирального индуктора и системы согласования для соединения спирального индуктора с ВЧ-генератором. В верхней части камеры выполнено сквозное отверстие, закрытое диэлектрическим экраном, над которым размещен спиральный индуктор, система согласования содержит трансформатор с ферритовым сердечником, индуктивность и емкость, причем емкость соединена параллельно со спиральным индуктором, а для подачи потенциала смещения на подложкодержатель использована цепочка из дополнительных индуктивности и емкости, подсоединенная к системе согласования.Closest to the claimed is a reactor for plasma processing of semiconductor structures [3], containing a chamber with a gas supply and exhaust system, a substrate holder installed in the base of the chamber with the ability to supply bias potential to it, and a plasma generation system consisting of a spiral inductor and matching system for connecting a spiral inductor with an RF generator. A through hole is made in the upper part of the chamber, closed by a dielectric screen, above which a spiral inductor is placed, the matching system contains a transformer with a ferrite core, an inductance and a capacitance, the capacitance being connected in parallel with the spiral inductor, and a chain of additional inductances was used to supply the bias potential to the substrate holder and capacitance connected to the matching system.
В известном реакторе достигается довольно высокая скорость (0,4-0,5 мкм/мин) травления SiO2. Но в ряде случаев, например при глубоком травлении SiO2 и кремния для создания чувствительных элементов микромеханических систем, требуется еще более высокая скорость обработки (порядка 1 мкм/мин для SiO2 и несколько мкм/мин для кремния) при одновременно высокой однородности процесса травления и обеспечении гладкости стенок формируемых структур.In the known reactor, a rather high rate (0.4-0.5 μm / min) of etching of SiO 2 is achieved. But in some cases, for example, with deep etching of SiO 2 and silicon to create sensitive elements of micromechanical systems, an even higher processing speed is required (of the order of 1 μm / min for SiO 2 and several microns / min for silicon) while the etching process is highly uniform and ensuring the smoothness of the walls of the formed structures.
Техническим результатом изобретения является увеличение плотности плазмы и, как следствие, повышение скорости плазмохимической обработки.The technical result of the invention is to increase the plasma density and, as a consequence, increase the speed of plasma-chemical treatment.
Указанный технический результат достигается тем, что в реактор для плазменной обработки полупроводниковых структур, содержащий камеру с системой подвода и отвода газа; электрод-подложкодержатель, установленный в основании камеры с возможностью подачи на него потенциала смещения; систему генерации плазмы, состоящую из спирального индуктора и системы согласования для соединения спирального индуктора с ВЧ-генератором, вводится магнитная система, создающая постоянное магнитное поле, силовые линии которого направлены по оси реактора. Осевое магнитное поле, создаваемое магнитной системой, ограничивает уход электронов из плазмы на стенки реактора, повышая таким образом эффективность ионизации и увеличивая плотность плазмы при неизменной мощности, потребляемой разрядом.The specified technical result is achieved in that in a reactor for plasma processing of semiconductor structures, comprising a chamber with a gas supply and exhaust system; an electrode-substrate holder installed in the base of the chamber with the possibility of supplying a bias potential to it; a plasma generation system consisting of a spiral inductor and a matching system for connecting the spiral inductor to the RF generator, a magnetic system is introduced that creates a constant magnetic field, the lines of force of which are directed along the axis of the reactor. The axial magnetic field created by the magnetic system limits the escape of electrons from the plasma to the walls of the reactor, thereby increasing the ionization efficiency and increasing the plasma density at a constant power consumed by the discharge.
Принцип реализации заявленного реактора схематично изображен на фиг.1, где 1 - крышка реактора со сквозным отверстием; 2 - диэлектрический кварцевый экран; 3 - газораспределительное кольцо; 4 - спиральный индуктор; 5 - электрод-подложкодержатель; 6 - магнитная система.The principle of implementation of the claimed reactor is schematically depicted in figure 1, where 1 is the reactor lid with a through hole; 2 - dielectric quartz screen; 3 - gas distribution ring; 4 - spiral inductor; 5 - electrode-substrate holder; 6 - magnetic system.
На фиг.2 изображена типовая зависимость плотности ионного тока от тока катушек магнитной системы. Как видно из чертежа, зависимость плотности тока от магнитного поля, создаваемого магнитной системой, имеет максимум. Величина оптимального магнитного поля растет с увеличением ВЧ-мощности разряда.Figure 2 shows a typical dependence of the ion current density on the current of the coils of the magnetic system. As can be seen from the drawing, the dependence of the current density on the magnetic field created by the magnetic system has a maximum. The magnitude of the optimal magnetic field increases with increasing RF discharge power.
Очевидно, что заявленный реактор отличается тем, что для каждого значения ВЧ-мощности разряда задается оптимальное значение магнитного поля, создаваемого магнитной системой, которое обеспечивает максимальную плотность плазмы, в соответствии с кривой, представленной на фиг.3. Это обеспечивает требуемую скорость травления (порядка 1 мкм/мин для SiO2 и 2-4 мкм/мин для кремния) при высокой (97%) однородности травления.It is obvious that the claimed reactor is characterized in that for each value of the RF discharge power, the optimal value of the magnetic field created by the magnetic system is set, which provides the maximum plasma density, in accordance with the curve shown in Fig.3. This provides the required etching rate (of the order of 1 μm / min for SiO 2 and 2-4 μm / min for silicon) with high (97%) etching uniformity.
Реактор имеет крышку со сквозным отверстием 1 в верхней части корпуса камеры. Диэлектрический кварцевый экран 2 расположен в окне и отсекает внутренний объем рабочей камеры, но при этом позволяет магнитному полю, которое создается спиральным индуктором 4 проникать через него в зону возбуждения плазмы. Спиральный индуктор размещается в пределах и вблизи диэлектрического экрана. Для улучшения теплоотвода от обрабатываемой подложки предусмотрено водяное охлаждение электрода-подложкодержателя и подача газообразного гелия в промежуток между электродом-подложкодержателем и подложкой. Рабочая смесь газов подается во внутренний объем реактора через отверстие в боковой стенке. Для увеличения равномерности газораспределения во внутреннем объеме реактора используется разделительное кольцо 3, размещенное около электрода-подложкодержателя. Это позволяет поступающему в рабочий объем реакционному газу равномерно распределяться в области электрода-подложкодержателя. Вакуумная откачка из внутреннего объема рабочей камеры осуществляется из бокового отверстия реактора с помощью механического и турбомолекулярного насосов, обеспечивающих рабочее давление Р=1-5 Па. Плазменный разряд, возбуждаемый индуктором 4, заполняет объем между диэлектрическим кварцевым экраном 2 и электродом-подложкодержателем 5.The reactor has a cover with a through
Магнитная система в простейшем случае содержит катушку, расположенную снаружи реактора, которая и запитывается постоянным током (см. фиг.1а). Для повышения эффективности магнитного поля магнитная система может состоять из двух катушек, расположенных снаружи реактора и включенных в одном направлении (см. фиг.1б). В этом случае в пространстве над электродом-подложкодержателем образуется магнитная ловушка, более эффективно удерживающая электроны, что приводит к повышению степени ионизации плазмы. Вариант магнитной системы, показанный на фиг.1в, позволяет получить оптимальное значение магнитного поля при меньшем значении тока катушек, благодаря тому, что нижняя катушка максимально приближена к зоне плазмы.The magnetic system in the simplest case contains a coil located outside the reactor, which is powered by direct current (see figa). To increase the efficiency of the magnetic field, the magnetic system can consist of two coils located outside the reactor and included in one direction (see figb). In this case, a magnetic trap is formed in the space above the electrode-substrate holder, which more effectively holds the electrons, which leads to an increase in the degree of plasma ionization. The variant of the magnetic system shown in Fig. 1c allows one to obtain the optimal value of the magnetic field with a lower value of the current of the coils, due to the fact that the lower coil is as close as possible to the plasma zone.
Применение магнитной системы позволило увеличить плотность ионного тока с 12 мА/см2 до 25 мА/см2 при мощности ВЧ-разряда W=750 Вт, напряжении смещения Uсм=-50 В и давлении аргоновой плазмы Р=3 Па при повышении тока магнитной катушки от 0 до 3,8 А (что соответствует напряженности магнитного поля около 2300 А/м). В заявляемом реакторе при травлении SiO2 во фторсодержащей плазме получены скорости травления Vтр.=1,0 мкм/мин при ВЧ-мощности W=1000 Вт, рабочем давлении Р=3 Па и напряжении смещения Uсм=-50 В. Достигнута однородность травления по пластине диаметром 100 мм не хуже 97%.The use of a magnetic system made it possible to increase the ion current density from 12 mA / cm 2 to 25 mA / cm 2 with an RF discharge power of W = 750 W, a bias voltage of U cm = -50 V, and an argon plasma pressure of P = 3 Pa with increasing magnetic current coils from 0 to 3.8 A (which corresponds to a magnetic field of about 2300 A / m). In the inventive reactor, when etching SiO 2 in a fluorine-containing plasma, etching rates V tr are obtained . = 1.0 μm / min with an RF power of W = 1000 W, an operating pressure of P = 3 Pa and a bias voltage of U cm = -50 V. A uniform etching was achieved on a plate with a diameter of 100 mm no worse than 97%.
Источники информацииInformation sources
1. Н.Kimura et al. Highly selective contact hole etching using ECR plasma. Jpn.J.Appl.Phys. Vol.34 (1995), p.2114-2118.1. H. Kimura et al. Highly selective contact hole etching using ECR plasma. Jpn.J.Appl.Phys. Vol. 34 (1995), p. 214-2118.
2. US 4948458 A, Н01L 21/306, 1990.2. US 4,948,458 A, H01L 21/306, 1990.
3. Патент РФ №2133998 - прототип.3. RF patent №2133998 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009137633/28A RU2408950C1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Reactor for plasma treatment of semiconductor structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009137633/28A RU2408950C1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Reactor for plasma treatment of semiconductor structures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2408950C1 true RU2408950C1 (en) | 2011-01-10 |
Family
ID=44054740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009137633/28A RU2408950C1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Reactor for plasma treatment of semiconductor structures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2408950C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670249C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-10-19 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Reactor for plasma processing of semiconductor structures |
RU2714864C1 (en) * | 2019-06-10 | 2020-02-19 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Электронное специальное-технологическое оборудование" | Reactor of plasma processing of semiconductor structures |
-
2009
- 2009-10-13 RU RU2009137633/28A patent/RU2408950C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670249C1 (en) * | 2017-12-22 | 2018-10-19 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Reactor for plasma processing of semiconductor structures |
RU2714864C1 (en) * | 2019-06-10 | 2020-02-19 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Электронное специальное-технологическое оборудование" | Reactor of plasma processing of semiconductor structures |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5453305A (en) | Plasma reactor for processing substrates | |
US6312554B1 (en) | Apparatus and method for controlling the ratio of reactive to non-reactive ions in a semiconductor wafer processing chamber | |
KR100255703B1 (en) | Device of plasma using electromagnetic rf | |
US8222157B2 (en) | Hybrid RF capacitively and inductively coupled plasma source using multifrequency RF powers and methods of use thereof | |
JP3987545B2 (en) | High frequency induction plasma source device for plasma processing | |
JP3653524B2 (en) | Plasma generation method and plasma generation apparatus including inductively coupled plasma generation source | |
JP3097957B2 (en) | High quality inductively coupled plasma reactor | |
KR100265617B1 (en) | Plasma reactor using electromagnetic rf coupling and processes | |
CN111837222A (en) | Plasma processing method and plasma processing apparatus | |
JPH0770532B2 (en) | Plasma processing device | |
KR20140130542A (en) | Toroidal plasma chamber for high gas flow rate process | |
JP2002093776A (en) | HIGH SPEED ETCHING METHOD OF Si | |
KR20070104701A (en) | Inductive coupled plasma source with plasma discharging tube covered with magnetic core block | |
JP2009004157A (en) | Plasma generating device | |
RU2408950C1 (en) | Reactor for plasma treatment of semiconductor structures | |
JP2004353066A (en) | Plasma source and plasma treatment system | |
US6824363B2 (en) | Linear inductive plasma pump for process reactors | |
US20050194361A1 (en) | Neutral beam source having electromagnet used for etching semiconductor device | |
RU2133998C1 (en) | Reactor for plasma treatment of semiconductor structures | |
JP5893260B2 (en) | Plasma processing apparatus and processing method | |
JP5097074B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
JPH10284298A (en) | Plasma processing method and device | |
RU2777653C1 (en) | Method for ion-plasma treatment of large-scale substrates | |
KR20130125077A (en) | Pecvd apparatus using large area e-beam | |
JP4527833B2 (en) | Plasma processing apparatus and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161014 |