WO2000001007A1 - Procede de traitement au plasma - Google Patents

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WO2000001007A1 PCT/JP1999/003443 JP9903443W WO0001007A1 WO 2000001007 A1 WO2000001007 A1 WO 2000001007A1 JP 9903443 W JP9903443 W JP 9903443W WO 0001007 A1 WO0001007 A1 WO 0001007A1
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Hideaki Amano
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Tokyo Electron Limited
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    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02252—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by plasma treatment, e.g. plasma oxidation of the substrate

Definitions

  • the present invention provides a method for forming a thin film such as a SiO 2 film or a fluorine-added carbon film on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer by a plasma process such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) process. And a plasma processing method for performing etching and the like.
  • a plasma process such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) process.
  • ECR Electro Cyclotron Resonance
  • the n-th layer and the (n + 1) -th 1S spring layer are connected by a conductive TO, and a thin film called an interlayer insulating film is formed in regions other than the conductive layer. Is done.
  • the interlayer insulating film include a SiO 2 film and a SiO OF film, which are formed by using a plasma processing apparatus for performing ECR plasma processing as shown in FIG. 11, for example. I have.
  • a microwave mouth wave of, for example, 2.45 GHz is supplied into the plasma generation chamber 1A via the waveguide 11, and a magnetic field of, for example, 875 gauss is applied, so that the interaction between the microwave and the magnetic field is performed.
  • a plasma gas such as an Ar gas or a zero gas or a film forming gas such as a SiH 4 gas introduced into the film forming chamber 1 B is turned into a plasma by an action (electron cyclotron resonance), and the plasma is formed on the mounting table 12.
  • a thin film is formed on the placed semiconductor wafer W.
  • the magnetic field is generated from the plasma chamber 1A by the combination of the main electromagnetic coil 13 provided to surround the plasma chamber 1A and the auxiliary electromagnetic coil 14 provided below the film forming chamber 1B. It is applied so as to form a downward magnetic field over 1 B. Then, in order to improve the uniformity of the film quality, the positions and currents of the main electromagnetic coil 13 and the auxiliary electromagnetic coil 14 are adjusted so that the magnetic flux density on the wafer surface becomes substantially uniform, and —We are trying to generate a good plasma.
  • a process called preheat is performed after the wafer W is mounted on the mounting table 12.
  • the wafer W is heated by the plasma, but the predetermined temperature set at the time of the film forming is set. Since the temperature does not rise up to the temperature of, the film formation proceeds at a lower temperature than expected, resulting in a thin film with poor film quality. It is.
  • a plasma is generated before the film formation gas is introduced, and the plasma is used to heat the wafer W to a predetermined temperature, for example, a film formation temperature.
  • the film forming process is performed by introducing a film gas. At this time, preheating and film formation are performed by generating plasma that was considered optimal for film formation without changing the parameters of microwaves and magnetic fields.
  • the present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to provide a plasma processing method capable of shortening a preheating time. Another object is to form a plurality of types of thin films. Another object of the present invention is to provide a plasma processing method that can improve the uniformity of the film quality of each film when performing the etching. An object of the present invention is to provide a plasma processing method capable of shortening the time required for post-processing when performing the method. Furthermore, when performing a pretreatment such as removing a natural oxide film formed on the substrate surface, a plasma treatment method capable of shortening the time required for the pretreatment is provided. To provide.
  • a microphone mouth wave is supplied into a vacuum vessel by high-frequency generation means, a magnetic field is formed in the vacuum vessel by a magnetic field forming means, and the microphone mouth wave and the magnetic field are generated in the vacuum vessel.
  • a plasma processing method of generating plasma by electron cyclotron resonance and processing a to-be-processed plate with the plasma a first process of loading a substrate to be processed into the vacuum vessel, generating plasma, and heating the plate.
  • the present invention also provides a first 5 ⁇ step in which the first film forming gas is turned into plasma in the vacuum vessel, and a first film is formed on the target S3 ⁇ 43 ⁇ 4 ⁇ by the plasma; A second ⁇ 3 ⁇ 4 step of forming a second film on the first film by using the plasma to convert the second film forming gas into a plasma, wherein the first film forming step and the second It is characterized in that the current of the magnetic field forming means is changed between the film forming step and the magnetic field shape is changed.
  • the present invention further provides an etching step in which the etching gas is turned into plasma in the vacuum container, and the substrate to be processed is etched by the plasma, and then a post-processing gas is turned into plasma in the vacuum container,
  • a post-processing step of performing a process wherein the post-processing step includes a magnetic field between the etching step and the post-processing step such that a magnetic flux density on the substrate to be processed at the time of plasma generation is higher than that of the etching step. It is characterized in that the shape of the magnetic field is changed by changing the current of the forming means.
  • the post-treatment includes a treatment for removing a residue of an etching gas and a treatment for ashes a resist film with an oxygen gas.
  • the present invention also provides an etching step in which an etching gas is turned into plasma in a vacuum chamber, and a natural oxide film on the surface of the substrate to be processed is etched by the plasma; and then, the film forming gas is turned into plasma in the vacuum chamber. And a film forming step of forming a thin film on the surface of the substrate to be processed by the plasma. Even when the current of the magnetic field forming means is changed between the etching step and the film forming step, the shape of the magnetic field is changed so that the magnetic flux density on the substrate to be processed at the time of plasma generation is higher than that in the film step. Good.
  • the present invention provides a method in which a microwave is supplied into a vacuum vessel by a high-frequency generating means, a magnetic field is formed in the vacuum vessel by a magnetic field forming means, and an electron of a microphone mouth wave and a magnetic field is formed in the vacuum vessel.
  • a plasma processing method of generating plasma by cyclotron resonance and processing a target plate with the plasma a first etching step of plasma-etching an etching gas in the vacuum vessel and etching the target plate with the plasma is provided.
  • a second etching step of etching the substrate to be processed by plasma, wherein the second etching step is a substrate of the as-processed substrate more than the first etching step.
  • the first etching step and the second etching step are performed so that the isotropic etching of the surface is more enhanced. It is characterized in that the shape of the magnetic field is changed by changing the current of the magnetic field forming means between the second etching step and the second etching step.
  • the shape of the magnetic field in the first etching step may be a mirror magnetic field, and the shape of the magnetic field in the second etching step may be a divergent magnetic field.
  • FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an example of a plasma processing apparatus for carrying out the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the relationship between the current value of the main electromagnetic coil and the auxiliary electromagnetic coil and the magnetic field shape.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the heat input intensity.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing another example of the plasma processing apparatus for carrying out the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a conventional plasma processing apparatus. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows an example of a plasma processing apparatus used in an embodiment of the present invention.
  • This device has a vacuum vessel 2 formed of, for example, aluminum or the like.
  • This vacuum vessel 2 is located above and communicates with a first cylindrical vacuum chamber 21 for generating plasma, and a lower part thereof. And a second vacuum chamber 22 having a larger diameter than the first vacuum chamber 21.
  • the vacuum vessel 2 is grounded and has zero potential.
  • a transmission window 23 made of a material such as quartz, which transmits microwaves, is provided in this portion in an airtight manner, and a vacuum state in the vacuum vessel 2 is established. It is supposed to be maintained.
  • Microwaves generated by the high-frequency power supply unit 24 are guided by the waveguide 25 in, for example, the TE mode, or microphone mouth waves guided by the TE mode are converted to the TM mode by the waveguide 25. Then, it can be introduced from the transmission window 23 into the first vacuum chamber 21.
  • gas nozzles 31 arranged uniformly along the circumferential direction are provided on the side walls that partition the first vacuum chamber 21, and the gas nozzles 31 have, for example, a gas source power for plasma (not shown). It is connected, and is able to uniformly supplied evenly to Burazuma generation gas such as a r gas Suya 0 2 gas into the upper portion of the first vacuum chamber 2 1. Although only two gas nozzles 31 are shown in the figure to avoid complication of the nozzle, more gas nozzles are actually provided.
  • a mounting table 4 of a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as “wafer”) W forming a substrate to be processed is provided so as to face the first vacuum chamber 21.
  • the mounting table 4 is provided with an electrostatic chuck 41 on the surface thereof.
  • the electrodes of the electrostatic chuck 41 include not only a direct current (not shown) for attracting the wafer, but also an ion chuck on the wafer.
  • the high frequency power supply unit 42 is connected so as to apply a bias voltage for pulling in the voltage.
  • a ring-shaped film-forming gas supply unit 5 is provided in an upper part of the second vacuum chamber 22, that is, in a portion communicating with the first vacuum chamber 21, and the film-forming gas supply unit 5
  • a film supply gas such as SiH gas is supplied from a gas supply pipe 51, and the gas is supplied into the vacuum vessel 2 from a gas hole 52 on the inner peripheral surface.
  • a ring-shaped main electromagnetic coil 26 is arranged close to the outer periphery of the side wall that partitions the first vacuum chamber 21, and a lower side of the second vacuum chamber 22
  • a ring-shaped auxiliary electromagnetic coil 27 is arranged.
  • Exhaust pipes 28 are connected to the bottom of the second vacuum chamber 22 at, for example, two positions symmetrical with the center axis of the vacuum chamber 22.
  • the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 constitute magnetic field forming means.
  • a gate valve (not shown) provided on the side wall of the vacuum vessel 2 is opened, and a transfer arm (not shown) loads, for example, eno and W having aluminum formed on the surface thereof from a load lock chamber (not shown) and places it on the mounting table 4. It is placed, electrostatically attracted by the electrostatic chuck 41, and preheated (first step) as shown in Fig. 2 (a).
  • the internal atmosphere is evacuated from the exhaust pipe 28 to evacuate it to a predetermined degree of vacuum, and the gas nozzle 3 Ar gas is introduced into the first vacuum chamber 21 at a predetermined flow rate.
  • a high frequency (microwave) of 2.45 GHz and 2.8 kW is supplied from the high frequency power supply section 24, and the high frequency power supply section 42 supplies the mounting table 4 with 13.56 MHz, Apply a bias voltage of 0 kW.
  • the surface temperature of the mounting table 4 is always set to, for example, 80 ° C.
  • the bias voltage of 0 kW is used to reduce the damage of the diode under non-uniform specifications. Preheating at higher speed may be performed by applying a fine bias voltage of about W.
  • the microphone mouth wave from the high-frequency power supply section 24 passes through the waveguide 25 to be true. It reaches the ceiling of the empty container 2, passes through the transmission window 23 here, and is introduced into the first vacuum chamber 21.
  • the currents of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 are set to 220 A and 25 OA, respectively, so that the second vacuum chamber 22 A magnetic field of 875 gauss is formed near the lower part of the first vacuum chamber 21, for example.
  • E electric field
  • X H magnetic field
  • the Ar gas is turned into plasma by this resonance, and the density is increased.
  • the plasma of the Ar gas is stabilized by the plasma as described above.
  • the plasma flow thus generated flows from the first vacuum chamber 21 into the second vacuum chamber 22, and the wafer W is heated by the plasma flow. In this way, plasma is generated for about 20 seconds until the wafer W reaches about 400 ° C., and preheating is performed.
  • a SiO 2 film is formed (second step).
  • the inside of the vacuum container 2 is set to a predetermined process pressure, and a bias voltage of 13.56 MHz and 2.7 kW is applied.
  • a microwave of 2.45 GHz.1.8 kW was introduced into the first vacuum chamber 21 and the currents of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 were increased to 200 A, respectively.
  • the SiH gas is activated (plasmaized) by the electron cyclotron resonance to form active species (plasma).
  • the plasma ions are drawn into the wafer W by the bias voltage, and the corners of the pattern (concave portion) on the surface of the wafer W are cut off to widen the opening.
  • the SiO 2 film is formed.
  • the interlayer insulating film made of the SiO 2 film is formed.
  • the shape of the magnetic field is changed by changing the current of the main electromagnetic coil 26 and the current of the auxiliary electromagnetic coil 27 at the time of preheating and at the time of film formation, and the plasma suitable for each processing is formed.
  • the pre-print time can be shortened.
  • a magnetic field is formed such that a uniform magnetic field is formed.
  • the magnetic field is a force formed by the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 as described above, and the magnetic field of the main electromagnetic coil 26 has a shape that spreads outward as it goes downward.
  • the magnetic field of 27 has a shape that spreads outward as it goes upward, and the magnetic field that spreads outside the main electromagnetic coil 26 is narrowed down by the auxiliary electromagnetic coil 27.
  • plasma is generated by the interaction between an electric field and a magnetic field as described above, and its shape depends on the shape of the magnetic field.
  • the main electromagnetic coil 26 is set to 200 A and the auxiliary electromagnetic coil 27 is set to 12 OA. It will be in the state that was done.
  • the magnetic field B has lines of magnetic force almost uniform in the plane of the wafer W, but the magnetic flux density decreases. Since the plasma density of the plasma generated here (heat input intensity to the wafer W) is proportional to the magnetic flux density, in this case, the plasma density becomes almost unity in the plane of the wafer W, but the Becomes smaller (see Fig. 3).
  • the main electromagnetic coil 26 is set to 22 OA and the auxiliary electromagnetic coil 27 is set to 25 OA. It will be collected near the center. In this case, since the magnetic flux density increases near the center of the wafer, the heat input intensity of the generated plasma is non-uniform in the plane of the wafer as shown in Fig. 3. And much more.
  • a magnetic field that increases the amount of heat input to the wafer W during preheating is formed.
  • a magnetic field with high in-plane uniformity for example, a wafer W at room temperature is loaded into the vacuum vessel 2, and then placed on the mounting table 4 and adsorbed.
  • the time (preheating time) required to heat the wafer W, whose temperature has risen to about ° C, to about 400 ° C, which is the deposition temperature, can be set to about 20 seconds, and the preheating time can be reduced from the conventional level. It can be reduced to about 1Z3.
  • a fluorine-added carbon film 63 (hereinafter referred to as a “CF film”) is formed on the upper surface of a substrate made of a SiO 2 film.
  • An S i N film 62 is interposed between the S i O 2 film 61 and the CF film 63 as an adhesion layer.
  • the Burazu Ma processing apparatus first formed you deposited S i N film 62 as a first film on S i 0 2 film 61 Perform a membrane process. That a plasma generation gas for example A r gas and first film gases such silane gas and N 2 gas respectively predetermined - was introduced, under a predetermined process pressure, a bias voltage of 13. 56MH z and 2. In addition to the microwave of 45 GHz, the current of the main electromagnetic coil 26 is 200 A, and the current of the auxiliary electromagnetic coil 27 is smaller than that of the main electromagnetic coil 26 (including 0). by plasma the gas to form S i N film 62 with a thickness of approximately 50 angstroms on the upper surface of the S i 0 2 film 61.
  • a plasma generation gas for example A r gas and first film gases such silane gas and N 2 gas respectively predetermined - was introduced, under a predetermined process pressure, a bias voltage of 13. 56MH z and 2.
  • the current of the main electromagnetic coil 26 is 200 A
  • a second film forming step of forming a CF film 63 as a second film on the SiN film 62 is performed. That is, in the above-described plasma processing apparatus, the Ar gas is used as the plasma generation gas, the C 4 F 8 gas and the C 2 H 4 gas are used as the second film formation gas, and the current of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 is used. The C 4 F 8 gas and the C 2 H 4 gas were turned into plasma by the electron cyclotron resonance, and a CF film 63 having a thickness of about 8000 ⁇ was formed on the upper surface of the SiN film 62. Form.
  • the shapes of the magnetic fields are changed by changing the current of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 between the time of forming the SiN film 62 and the time of forming the CF film 63. Since plasma suitable for processing is generated, the in-plane uniformity of the film quality of each film can be improved.
  • the magnetic field B has a shape close to a divergent magnetic field that spreads outward as it goes downward. With such a magnetic field, the deposition rate is low. Therefore, even when forming the SiN layer 62 as thin as 50 angstroms, the amount of film formation can be adjusted, and a thin film with uniform film quality can be formed.
  • the current value of the auxiliary electromagnetic coil 27 is increased to increase the amount of narrowing by the auxiliary electromagnetic coil 27, so that it is shown in Fig. 4 (b).
  • the magnetic field B expands toward the lower side, but narrows down further toward the lower side, thereby forming a mirror magnetic field.
  • the deposition rate increases.
  • the CF film 63 has a thickness of 800 ⁇ and is thicker than the SiN film 62, even if the deposition rate is high, the deposition amount is small. Since the adjustment can be performed, a thin film having uniform film quality can be formed at a high speed.
  • an aluminum (A 1) layer 72 is formed on the upper surface of a substrate 71 made of a SiO 2 film, and a resist is formed on the upper surface of the A 1 layer 72.
  • Bokumaku 7 3 it is that to Etsu quenching the a 1 layer 7 2 in the etching gas, for example C 1 2 gas.
  • FIG. 5 (a) sea urchin, a step you etched A 1 layer 7 2 C i 2 gas in the above described plasma processing apparatus. That a plasma generation gas for example A r gas and C 1 2 gas was introduced at a respective predetermined flow rates, under a predetermined process pressure, 1 3.5 bias voltage of 6 MH z and 2.4 of 5 GH z micro And the current of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 are set to 200 A and 12 OA, respectively. The two gases are turned into plasma, and the A1 layer 72 is etched by this plasma. In other words, while plasma ions are drawn into the A1 layer 72 by the bias voltage, the corners of the surface pattern (recess) are cut off to widen the opening, and the sputter etching is performed.
  • a plasma generation gas for example A r gas and C 1 2 gas was introduced at a respective predetermined flow rates, under a predetermined process pressure, 1 3.5 bias voltage of 6 MH z and 2.4 of 5 GH z micro
  • a post-process S is performed to remove the residue 75 of the 12 gas remaining in the groove portion 74 formed by the etching using a post-processing gas. That is, a gas for plasma generation, for example, Ar gas and NH 3 (ammonia) gas as a post-treatment gas are introduced at predetermined flow rates, respectively, and the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 are introduced. At a current of 220 A and 25 OA, NH 3 gas is converted to plasma by electron cyclotron resonance under a process pressure of 133 Pa to reduce and thermally reduce residual 75 C 1 (chlorine). To remove.
  • a gas for plasma generation for example, Ar gas and NH 3 (ammonia) gas as a post-treatment gas are introduced at predetermined flow rates, respectively, and the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 are introduced.
  • NH 3 gas is converted to plasma by electron cyclotron resonance under a process pressure of 133 Pa to reduce and thermally reduce residual 75 C 1 (chlorine). To remove.
  • the shape of the magnetic field is changed by changing the currents of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 between the time of etching the A1 layer 72 and the time of the post-processing, and is suitable for each processing. Since the generated plasma is generated, uniform etching can be performed and the time required for post-processing can be reduced.
  • the main electromagnetic coil 26 is set to 200 A and the auxiliary electromagnetic coil 27 is set to 12 OA.
  • the magnetic field B is applied to the magnetic field lines as shown in FIG.
  • the mirror magnetic field becomes almost uniform in the plane of 71. With such a magnetic field, the plasma density becomes substantially uniform in the plane of the substrate 71, so that uniform etching can be performed.
  • the main electromagnetic coil 26 is set to 22 OA.
  • the auxiliary electromagnetic coil 27 is set to 25 OA.
  • the magnetic field B has a magnetic field line as shown in Fig. 5 (b).
  • a mirror magnetic field is collected near the center of the substrate # 1. In such a magnetic field, the plasma density is considerably higher than during etching, but as the plasma density increases, the number of active species increases and the removal of residues becomes easier, and the time required for post-processing can be reduced. .
  • a SiO 2 film 82 is formed on the upper surface of a substrate 81 made of polysilicon, and a resist film 83 is formed on the upper surface of the SiO 2 film 82.
  • the SiO 2 film 82 is etched with a compound gas of C (carbon) and F (fluorine) such as C 4 F S gas (hereinafter referred to as “CF-based gas”).
  • a step of etching the SiO 2 film 82 with C 4 F 3 gas in the above-described plasma processing apparatus is performed. That is, plasma generation gas Kiyoshie and A r gas and C 4 F S gas was introduced at a respective predetermined flow rates, under the process pressure 0. 8 P a, microwave 2. 45 GHz and a bias voltage of 13. 56 MHz With the introduction of the main electromagnetic core. With the currents of 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 set to 200 A and 12 OA, respectively, the C 4 F 3 gas is turned into plasma by electron cyclotron resonance, and the SiO 2 film 82 is etched by this plasma. I do.
  • That plasma is generated gas e.g. A r gas and post-treatment gas 0 2 gas was introduced at a respective predetermined flow rates, the main electromagnetic coil 2 6 and the auxiliary electromagnetic Koi le 2 7 current respectively 2 2 0 A, Under a process pressure of 1.5 Pa, the O 2 gas is turned into plasma by electron cyclotron resonance at 250 A, and the resist film 83 is turned into H 2 ⁇ and C ⁇ 2 by this plasma and removed.
  • That plasma is generated gas e.g. A r gas and post-treatment gas 0 2 gas was introduced at a respective predetermined flow rates, the main electromagnetic coil 2 6 and the auxiliary electromagnetic Koi le 2 7 current respectively 2 2 0 A, Under a process pressure of 1.5 Pa, the O 2 gas is turned into plasma by electron cyclotron resonance at 250 A, and the resist film 83 is turned into H 2 ⁇ and C ⁇ 2 by this plasma and removed.
  • a magnetic field is formed such that the magnetic field lines are substantially uniform in the plane of the substrate 81 during etching, while the magnetic field lines are collected near the center of the substrate 81 during etching. Since an almost uniform plasma force is generated in the plane of the substrate 81 at the time of etching and uniform etching can be performed, the plasma density at the time of etching can be made larger than that at the time of etching. Atsizing time can be reduced.
  • the present invention provides a method for forming a native oxide film formed on a wafer surface (a surface of a silicon film) first, for example, when a polysilicon film is formed on a surface of a wafer on which a P-type or n-type silicon film is formed. It can also be applied to the process of etching and then forming a polysilicon film.
  • a magnetic field is formed so that the magnetic field lines are gathered near the center, and the natural oxide film on the surface of the silicon film is etched with, for example, a CF-based gas, and then a uniform plasma density is obtained on the wafer surface. Processing is performed by forming a mirror magnetic field. Also in this case, the pretreatment of removing the natural oxide film can be performed in a short time.
  • the shape of the magnetic field is changed by changing the currents of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27.
  • the first etching process is performed using a mirror magnetic field as shown in FIG. 7 (a).
  • the second etching step is performed with a diverging magnetic field as shown in FIG. 7 (b).
  • etching An example of the etching is described below.
  • C carbon such as etching gas, for example C 4 F 3 gas
  • F fluorine compound gas
  • the current value of the auxiliary electromagnetic coil 27 is increased to increase the amount of narrowing by the auxiliary electromagnetic coil 27, and the magnetic field B is lowered.
  • the shape expands toward the side, the shape is further narrowed toward the lower side, so that a mirror magnetic field is formed, and etching is performed under this magnetic field shape.
  • the etching anisotropy is large and high etching characteristics are formed in the vertical direction on the surface of wafer W, and holes 8 are formed by etching at a high aspect ratio. 5 is formed.
  • the process proceeds to the second etching step.
  • the current value of the auxiliary electromagnetic coil 27 is made considerably smaller than that of the main electromagnetic coil 26, and the amount of narrowing by the auxiliary electromagnetic coil 27 is extremely small.
  • the magnetic field B has a shape close to the divergent magnetic field that spreads outward toward the bottom. Etching is further performed under this magnetic field shape. Under the divergent magnetic field shown in Fig. 7 (b), the etching characteristics become more isotropic. As a result, the etching action proceeds in the depth direction of the hole 85, and a tapered portion 85a that spreads outward near the entrance of the hole 85 can be formed.
  • FIG. 8 shows a step of conducting wiring in the hole 85 with A1.
  • a 1 supplies the A 1 by sputtering to a hole 8 5
  • Sputtering evening portion of A 1 supplied in-ring is attached as A 1 mass 8 7 on the membrane surface of the S i 0 2 film 8 2. Since the SiO 2 film 82 is heated at 500 ° C. to 550 ° C., the A 1 lump 87 reflows and flows into the hole 85.
  • FIG. 9 shows the step of conducting wire in the hole 85 with Cu.
  • the conductor wiring with Cu is performed by introducing a plating solution 89 of Cu into the hole 85.
  • the taper portion 85a which spreads outward near the entrance of the hole 85 is formed, the opening for introducing the Cu plating liquid 89 is widened, and the Cu plating liquid 89 is easily introduced into the hole 85.
  • the main electromagnetic coil 9 as shown in FIG. 10 may be used.
  • the main electromagnetic coil 9 is divided into, for example, three, and the current of each of the electromagnetic coils 91 to 93 can be changed.
  • the gas nozzle 94 is configured to introduce a plasma generating gas into the first vacuum chamber 21 through the walls of the first vacuum chamber 21 and the second vacuum chamber 22.
  • Other configurations are the same as those of the plasma processing apparatus shown in Fig. 1.
  • Changing the magnetic field as described above is controlling the plasma processing of the substrate by changing the magnetic field profile in the processing space. Changing the profile of the magnetic field during the processing time enables control of the processing result in the plane of the substrate, such as concentration to the center and diffusion to the periphery.
  • the method of the present invention can be applied to a case where a SiO 2 film or a CF film is formed in addition to the SiO 2 film.
  • the present invention can be applied to a combination of a SiO 2 film and a SiO 2 film.
  • plasma may be generated without adding NH 3 gas, and post-processing may be performed by the heat of the plasma.
  • the plasma may be applied to the substrate.
  • the current values of the main electromagnetic coil 26 and the auxiliary electromagnetic coil 27 are adjusted so that the amount of heat increases.
  • the present invention is not limited to the generation of plasma by ECR, for example, an electric field and a magnetic field from a coil wound around a dome-shaped container, which is called an ICP (Inductive Couled Plasma).
  • ICP Inductive Couled Plasma
  • plasma is generated by a method such as ⁇ 2.
  • plasma is generated by the interaction of a 13.56 MHz helicon wave with a magnetic field applied by a magnetic coil, which is called a helicon wave plasma, etc.
  • it is also called a magnetron plasma.
  • a plasma is generated by applying a magnetic field so as to be almost parallel to two parallel cathodes, high-frequency power is applied between the electrodes facing each other, called a parallel plate, etc.
  • the present invention can also be applied to the case where plasma is generated by using the method described above.

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明 細 書 ブ ラ ズマ処理方法
技術分野
本発明は、 例えば半導体ウェハ等の被処理基板に対して、 ECR (E 1 e c t r o n Cy c l o t r o n R e s o n a n c e) 処理等のプラズマ処理によ り、 S i 02 膜やフッ素添加カーボン膜等の薄膜の形成やエッチング等を行うプ ラズマ処理方法に関する。
背景技術
半導体デバイスの高集積化を図るために、 パターンの微細化、 回路の多層化と いった工夫が進められており、 そのうちの一つとして ¾を多層化する技術があ る。 多層 I ^構造をとるためには、 n層目の 層と （n + 1) 番目の 1S泉層の 間を導 TOで接続すると共に、 導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜が 形成される。 この層間絶縁膜の代表的なものとして S i 02 膜や S i OF膜があ るが、 これらは例えば図 11に示すような E CRプラズマ処理を行うプラズマ処 理装置を用いて形成されている。
例えばこの装置では、 プラズマ生成室 1 A内に例えば 2. 45 GHzのマイク 口波を導波管 11を介して供給すると共に、 例えば 875ガウスの磁界を印加し て、 マイクロ波と磁界との相互作用 （電子サイクロトロン共鳴） により A rガス や 0 ガス等のプラズマガスや、 成膜室 1 B内に導入された例えば S i H4 ガス 等の成膜ガスをプラズマ化して、 載置台 12上に載置された半導体ウェハ Wに対 して薄膜を形成している。
前記磁界はプラズマ室 1 Aを囲むように設けられた主電磁コイル 13と、 成膜 室 1 Bの下方側に設けられた補助電磁コイル 14との組み合わせにより、 プラズ マ室 1 Aから成膜室 1 Bに亘つて下向きの磁界を形成するように印加されている。 そして膜質の均一性を向上させるために、 ウェハ面上の磁束密度がほぼ均一にな るように主電磁コイル 13及び補助電磁コイル 14の位置や電流を調整して、 均 —なプラズマを発生させるようにしている。
ところで実際のプロセスでは、 ウェハ Wを載置台 1 2に載置した後プリヒー卜 と呼ばれる処理を行っている。 このプリヒートは、 常温のウェハ Wを載置台 1 2 に載置した後直ちに成膜ガスを導入して成膜処理を行うと、 ウェハ Wはプラズマ により加熱されるものの成膜時に設定されている所定の温度までは'^^が上昇し ていないので、 予定よりも低い温度で成膜が進行してしまい、 これにより膜質の 悪い薄膜が形成されてしまうため、 これを防止するために行われる処理である。 具体的にはウェハ Wを載置台 1 2上に載置した後成膜ガスを導入する前にブラ ズマを発生させ、 このプラズマによりウェハ Wを所定の温度例えば成膜温度まで 加熱し、 次いで成膜ガスを導入して成膜処理を行うようにしている。 この際プリ ヒートと成膜とは、 マイクロ波や磁界のパラメータは変えずに、 成膜で最適と考 えられていたプラズマを発生させてこれらの処理を行うようにしている。
しかしながら上述の方法では、 に合わせてウェハの近傍に均一なプラズマ を発生させており、 このため磁束密度が広げられた状態であるので、 単位 当 たりの入熱量は均一になる力 <、 入 の は少なくなつてしまう。 従ってプリ ヒー卜の面から見ると時間が長くかかり過ぎ、 ウェハ Wを載置した後直ちにブラ ズマを発生させても、 例えば 8 0 °Cのウェハ Wを成膜処理の温度である 4 0 0 °C まで上昇させるためには約 6 0秒必要であって、 トータルのスループッ 卜が低下 してしまうという問題があった。 発明の開示
本発明はこのような事情の下になされたものであり、 その目的はプリヒート時 間を短縮することができるブラズマ処理方法を提供することにあり、 他の目的は 複数の種類の薄膜を成膜する場合に、 夫々の膜の膜質の均一性を向上させること ができるブラズマ処理方法を提供することにあり、 さらに他の目的はエッチング 後にェッチングガスの残渣の除去やレジス卜膜の除去等の後処理を行う場合に、 後処理に要する時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提供することに ある。 更にまた基板表面に形成されている自然酸化膜を除去するなどの前処理を 行う場合に、 前処理に要する時間を短縮することができるプラズマ処理方法を提 供することにある。
このため本発明は、 高周波発生手段により真空容器内にマイク口波を供給する と共に、 磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内に おいてマイク口波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズマにより被処 as板を処理するブラズマ処理方法において、 前記真空 容器内に被処理基板を搬入し、 ブラズマを発生させて 板を加熱する第 1 の工程と、 次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、 このプラズ マにより被処理基板上に薄膜を形成する第 2の工程と、 を含み、 前記第 1の工程 は第 2の工程よりもブラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるよう に、 第 1の工程と第 2の工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変 化させることを特徵とする。
また本発明は、 前記真空容器内において第 1の成膜ガスをプラズマ化し、 この プラズマにより被処 S¾¾±に第 1の膜を形成する第 1の 5 ^工程と、 次いで前 記真空容器内において第 2の成膜ガスをプラズマ化し、 このプラズマにより前言己 第 1の膜上に第 2の膜を形成する第 2の δ¾ 工程と、 を含み、 前記第 1の成膜ェ 程と第 2の成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変ィヒさせる ことを特徴とする。
さらに本発明は、 前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、 こ のブラズマにより被処理基板をェッチングするエツチング工程と、 次いで前記真 空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、 このプラズマにより後処理を 行う後処理工程と、 を含み、 前記後処理工程はエッチング工程よりもプラズマ発 生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、 エツチング工程と後処理工 程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とする。 ここで前記後処理には、 エッチングガスの残渣を除去する処理やレジスト膜を酸 素ガスによりアツシングする処理が含まれる。
また本発明は、 真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、 このブラ ズマにより被処理基板の表面の自然酸化膜をエッチングするエツチング工程と、 次いで前記真空容器内にお 、て成膜ガスをプラズマ化し、 このプラズマにより被 処理基板の表面に薄膜を形成する成膜工程と、 を含み、 前記エッチング工程は成 膜工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度が大きくなるように、 ェ ッチング工程と成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状を変化さ せるようにしてもよい。
また、 本発明は、 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると 共に、 磁界形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内にお いてマイク口波と磁界との電子サイクロ トロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズマにより被処3¾板を処理するブラズマ処理方法において、 前記真空 容器内においてエッチングガスをプラズマィヒし、 このプラズマにより被処 板 をエッチングする第 1のエツチング工程と、 前記第 1のエツチング工程の後に、 さらにプラズマにより被処理基板をエッチングする第 2のエッチング工程と、 を 含み、 前記第 2のエツチング工程は前記第 1のエツチングェ程よりも被処 as板 の基板面に対するエツチングの等方性がより高くなるように、 前記第 1のエッチ ング工程と前記第 2のエツチングェ程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場 形状を変化させることを特徴とする。 前記第 1のエツチング工程における磁場形 状はミラー磁界の形状であり、 前記第 2のエッチング工程における磁場形状は発 散磁界の形状であるようにしてもよい。 の簡単な説明
図 1は本発明を実施するためのブラズマ処理装置の一例を示す縦断側面図であ る。
図 2は主電磁コイルと補助電磁コィルの電流値と磁界形状の関係を説明するた めの断面図である。
図 3は入熱強度を説明するための説明図である。
図 4は本発明の他の実施の形態を説明するための断面図である。
図 5は本発明のさらに他の実施の形態を説明するための断面図である。
図 6は本発明のさらに他の実施の形態を説明するための断面図である。
図 7は本発明のさらに他の実施の形態を説明するための断面図である。
図 8は図 7に示す実施の形態を説明するための断面図である。
図 9は図 7に示す実施の形態を説明するための断面図である。 図 1 0は本発明を するためのプラズマ処理装置の他の例を示す縦断断面図 である。
図 1 1は従来のプラズマ処理装置を説明するための断面図である。 発明を実施するための最良の形態
先ず本発明の実施の形態に用いられるプラズマ処理装置の一例を図 1に示す。 この装置は例えばアルミニゥム等により形成された真空容器 2を有しており、 こ の真空容器 2は上方に位置してプラズマを発生させる筒状の第 1の真空室 2 1と、 この下方に連通させて連結され、 第 1の真空室 2 1よりは口径の大きい筒状の第 2の真空室 2 2とからなる。 なおこの真空容器 2は接地されてゼロ電位になって いる。
この真空容器 2の上端は開口されて、 この部分にマイクロ波を透過する部材例 えば石英等の材料で形成された透過窓 2 3が気密に設けられており、 真空容器 2 内の真空状態を維持するようになっている。 この透過窓 2 3の外側には、 例えば 2. 4 5 G H zのマイク口波を発生する高周波発生手段をなす高周波電源部 2 4 に接続された導波管 2 5が設けらてれおり、 高周波電源部 2 4にて発生したマイ クロ波を例えば T Eモードにより導波管 2 5で案内して、 または T Eモードによ り案内されたマイク口波を導波管 2 5で TMモードに変換して、 透過窓 2 3から 第 1の真空室 2 1内へ導入し得るようになつている。
第 1の真空室 2 1を区画する側壁には例えばその周方向に沿って均等に配置し たガスノズル 3 1が設けられると共に、 このガスノズル 3 1には例えば図示しな いプラズマ^用ガス源力接続されており、 第 1の真空室 2 1内の上部に A rガ スゃ 02 ガス等のブラズマ生成用ガスをムラなく均等に供給し得るようになって いる。 なお図中ガスノズル 3 1は 0®の煩雑化を避けるために 2本しか記載して いないが、 実際にはそれ以上設けている。
前記第 2の真空室 2 2内には、 前記第 1の真空室 2 1と対向するように被処理 基板をなす半導体ウェハ （以下「ウェハ」 という） Wの載置台 4が設けらてれい る。 この載置台 4は表面部に静電チャック 4 1を備えており、 この静電チャック 4 1の電極には、 ウェハを吸着する直流電流 （図示せず） の他、 ウェハにイオン を引き込むためのバイアス電圧を印加するように高周波電源部 4 2力接続されて いる。
一方前記第 2の真空室 2 2の上部即ち第 1の真空室 2 1と連通している部分に はリング状の成膜ガス供給部 5が設けられており、 この成膜ガス供給部 5は、 ガ ス供給管 5 1から例えば S i H ガス等の成膜ガスが供給され、 このガスを内周 面のガス穴 5 2から真空容器 2内に供給するように構成されている。
前記第 1の真空室 2 1を区画する側壁の外周には、 これに接近させて例えばリ ング状の主電磁コイル 2 6が配置されると共に、 第 2の真空室 2 2の下方側には 例えばリング状の補助電磁コイル 2 7が配置されている。 また第 2の真空室 2 2 の底部には例えば真空室 2 2の中心軸に対象な 2個所の位置に各々排気管 2 8が 接続されている。 本 の形態では主電磁コイル 2 6及び補助電磁コイル 2 7に より磁界形成手段が構成されている。
次に上述の装置を用いてウェハ W上に S i 02 膜よりなる層間絶縁膜を形成す る場合の一連のプロセスについて図 2により説明する。 先ず真空容器 2の側壁に 設けた図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームにより、 例えば表 面にアルミニゥム が形成されたゥエノ、Wを図示しないロードロック室から搬 入して載置台 4上に載置し、 静電チャック 4 1により静電吸着して図 2 ( a ) に 示すようにプリヒート （第 1の工程） を行う。
つまりゲートバルブを閉じて内部を密閉した後、 排気管 2 8より内部雰囲気を 排気して所定の真空度まで真空引きし、 真空容器 2内を所定のプロセス圧に維持 した状態で、 先ずガスノズル 3 1力、ら第 1の真空室 2 1内へ A rガスを所定の流 量で導入する。 そして高周波電源部 2 4から 2. 4 5 G H z , 2. 8 k Wの高周 波 （マイクロ波） を供給し、 かつ高周波電源部 4 2により載置台 4に 1 3 . 5 6 MH z , 0 k Wのバイアス電圧を印加する。 なお、 載置台 4の表面温度は例えば 常に 8 0 °Cに設定する。 バイアス電圧を 0 k Wとするのは、 不均一な仕様下での デノ <ィスのダメージを少なくするためのものであるが、 ダメ一ジが少なくて済む デバイスの成膜時には 3 0 0 W程度の微細なバイアス電圧を印加して、 より高速 なプリヒートを行ってもよい。
このようにすると高周波電源部 2 4からのマイク口波は導波管 2 5を通って真 空容器 2の天井部に至り、 ここの透過窓 2 3を透過して第 1の真空室 2 1内へ導 入される。 また真空容器 2内には主電磁コイル 2 6及び補助電磁コイル 2 7の電 流を夫々 2 2 0 A、 2 5 O Aとして、 第 1の真空室 2 1の上部から第 2の真空室 2 2の下部に向かい、 例えば第 1の真空室 2 1の下部付近にて 8 7 5ガウスとな る磁場を形成する。
こうして磁界とマイクロ波との相互作用によって E (電界） X H (磁界） が誘 発されて電子サイクロ卜口ン共鳴が生じ、 この共鳴により A rガスがプラズマ化 され、 且つ高密度化される。 またこのように A rガスのプラズマを^ ¾させるこ とにより、 プラズマが安定化する。 こうして発生したプラズマ流は第 1の真空室 2 1より第 2の真空室 2 2内に流れ込んで行き、 このプラズマ流によってウェハ Wが加熱される。 こうしてウェハ Wが約 4 0 0 °Cになるまで約 2 0秒間プラズマ を発生させ、 プリヒートを行う。
続いて図 2 ( b ) に示すように S i 02 膜の成膜 （第 2の工程） を行う。 つま り A rカス及び 02 ガスを所定の «で第 1の真空室 2 1内に導入すると共に、 成膜ガス供給部 5から S i H4 ガスを第 2の真空室 2 2内に導入する。 そして真 空容器 2内を所定のプロセス圧に設定し、 1 3. 5 6 MH z、 2 . 7 k Wのバイ ァス電圧を印加する。
一方第 1の真空室 2 1内に 2. 4 5 G H z . 1 . 8 k Wのマイクロ波を導入す ると共に、 主電磁コイル 2 6及び補助電磁コイル 2 7の電流を夫々 2 0 0 A、 1 2 O Aとして、 電子サイクロトロン共鳴により S i H ガスを活性ィヒ （ブラズ マ化） して活性種 （プラズマ） を形成する。 ここでプラズマイオンはバイアス電 圧によりウェハ Wに引き込まれ、 ウェハ W表面のパターン （凹部） の角を削り取 つて開口を広げ、 このスパッタエッチング作用と平行して S i 0 2 膜が成膜され て凹部内に埋め込まれ、 こうして S i 02 膜からなる層間絶縁膜が形成される。 このような実施の形態では、 プリヒート時と成膜時とで主電磁コイル 2 6と補 助電磁コイル 2 7の電流を変えることにより磁界の形状を変ィヒさせ、 夫々の処理 に適したプラズマを発生させているので、 プリヒ一卜の時間を短縮することがで きる。
つまりプリ ヒート時は均一性よりもウェハ Wへの入熱量を重視し、 入熱量が多 くなるような磁界を形成し、 成膜時は入 よりも均~¾を重視し、 面内均一性 が高い磁界を形成するようにしている。 ここで磁界は上述のように主電磁コイル 2 6と補助電磁コイル 2 7とにより形成される力く、 主電磁コイル 2 6の磁場は下 側に向かうにつれて外側に広がる形状であり、 補助電磁コイル 2 7の磁場は上側 に向かうにつれて外側に広がる形状であって、 補助電磁コイル 2 7により主電磁 コイル 2 6の外側に広がった磁場が内側に絞り込まれる状態になる。 またプラズ マは上述のように電界と磁界との相互作用により発生するが、 その形状は磁場の 形状に依存する。
従って例えば成膜時は主電磁コイル 2 6を 2 0 0 A、 補助電磁コイル 2 7を 1 2 O Aとしているので、 補助電磁コイル 2 7で絞り込まれる量が少なく、 結果 として外側の磁場はある程度広げられた状態となる。 これにより磁界 Bは図 2 ( b ) に示すように磁力線がウェハ Wの面内においてほぼ均一になるが、 磁束密 度は小さくなる。 ここで発生したプラズマのプラズマ密度 （ウェハ Wへの入熱強 度） は磁束密度に比例するので、 この場合にはプラズマ密度はウェハ Wの面内に おいてほぼ 一になるものの、 入藥 ¾の は小さくなる （図 3参照） 。
一方プリヒートでは主電磁コイル 2 6を 2 2 O A. 補助電磁コイル 2 7を 2 5 O Aとしているので、 補助電磁コイル 2 7で絞り込まれる量が多く、 結果と して磁界 Bは磁力線がウェハの中心部付近に集められる状態となる。 この場合で は磁束密度はウェハ中心部付近で大きくなるので、 図 3に示すように発生したプ ラズマの入熱強度はウェハの面内で不均一ではある力^ 入 の総量は成膜時に 比べてかなり多くなる。
このようにこの方法では、 主電磁コイル 2 6と補助電磁コイル 2 7との電流量 を制御することにより、 プリヒート時はウェハ Wへの入熱量が多くなるような磁 場を形成し、 成膜時は面内均一性が高い磁界を形成するようにしているので、 例 えば常温のウェハ Wを真空容器 2内に搬入してから、 載置台 4に載置、 吸着させ、 この時点で 8 0 °C程度まで温度が上昇したウェハ Wを成膜温度である 4 0 0 °C程 度まで加熱するまでの時間 （プリ ヒート時間） を 2 0秒程度とすることができ、 プリヒート時間を従来に比べて 1 Z 3程度に短縮することができる。
次に本発明の他の実施の形態について図 4により説明する。 この実施の形態は 本発明方法を数種類の膜を積層して形成する場合に適用したものである。 この実 施の形態で形成される膜の構造の一例について説明すると、 例えば S i 02 膜よ りなる基板の上面にフッ素添加カーボン膜 63 (以下 「C F膜」 という） を形成 したものであり、 S i 02 膜 61と CF膜 63との間には密着層として S i N膜 62が介在されている。
このような積層構造の膜の製造方法について説明すると、 例えば のブラズ マ処理装置において、 S i 02 膜 61上に第 1の膜である S i N膜 62を成膜す る第 1の成膜工程を行う。 つまりプラズマ生成用ガス例えば A rガスと第 1の成 膜ガス例えばシランガス及び N2 ガスとを夫々所定の- で導入し、 所定のプロ セス圧の下、 13. 56MH zのバイアス電圧と 2. 45 GHzのマイクロ波と を導入すると共に、 主電磁コイル 26の電流を 200 A、 補助電磁コイル 27の 電流を主電磁コイル 26よりも小さい値 （0も含む） 例えば 5 OAとして、 電子 サイクロトロン共鳴により上記ガスをプラズマ化させて、 S i 02 膜 61の上面 に厚さ約 50オングストロームの S i N膜 62を形成する。
次いで S i N膜 62上に第 2の膜である CF膜 63を成膜する第 2の成膜工程 を行う。 つまり上述のプラズマ処理装置において、 プラズマ生成用ガスとして A rガス、 第 2の成膜ガスとして C4F8 ガス及び C2H4 ガスを用いると共に、 主電磁コィル 26及び補助電磁コィル 27の電流を夫々 200 A、 160 Aとし て、 前記電子サイクロトロン共鳴により C4F 8 ガス及び C2H4 ガスをプラズマ 化させて、 S i N膜 62の上面に厚さ約 8000オングストロームの CF膜 63を形成する。
このような実施の形態では、 S i N膜 62の成膜時と C F膜 63の成膜時とで 主電磁コイル 26と補助電磁コイル 27の電流を変えることにより磁場の形状を 変え、 夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、 夫々の膜の膜質の面 内均一性を高めることができる。
つまり S i N層 62を形成する場合には、 補助電磁コイル 27の電流値を主電 磁コイル 26よりもかなり小さく しているので、 補助電磁コイル 27で絞り込ま れる量が極めて少なく、 図 4 (a) に示すように磁界 Bは下側に向かうに連れて 外側に広がる発散磁界に近い形状となる。 このような磁界では成膜速度が小さく なるので、 5 0オングストロ一ムと極めて薄い S i N層 6 2の成膜であっても成 膜量の調整ができ、 膜質の均一な薄膜を形成することができる。
—方 C F膜 6 3の成膜の際は、 補助電磁コイル 2 7の電流値を大きく して、 補 助電磁コイル 2 7で絞り込まれる量を多く しているので、 図 4 ( b ) に示すよう に磁界 Bは下側に向かうに連れて膨らむもののさらに下側に向かうに連れてまた 絞り込まれる形状となり、 ミラ一磁界を形成する。 このような磁界では成膜速度 が大きくなるが、 C F膜 6 3は膜厚が 8 0 0 0オングストロームと S i N膜 6 2 に比べて厚いので、 成膜速度が大きくても成膜量の調整ができるため、 大きな速 度で膜質の均一な薄膜を形成することができる。
続いて本発明のさらに他の実施の形態について図 5により説明する。 この実施 の形態は本発明をェッチングに適用したものである。 この Hffiの形態のェッチン グの一例について説明すると、 例えば S i 02 膜よりなる基板 7 1の上面にアル ミニゥム （A 1 ) 層 7 2を形成し、 当該 A 1層 7 2の上面にレジス卜膜 7 3より なるパターンを形成して、 エッチングガス例えば C 1 2 ガスで A 1層 7 2をエツ チングするというものである。
このようなエッチングについて具体的に説明すると、 先ず図 5 ( a ) に示すよ うに、 上述のプラズマ処理装置において A 1層 7 2を C i 2 ガスでエッチングす る工程を行う。 つまりプラズマ生成用ガス例えば A rガスと C 1 2 ガスとを夫々 所定の流量で導入し、 所定のプロセス圧の下、 1 3. 5 6 MH zのバイアス電圧 と 2. 4 5 G H zのマイクロ波とを導入すると共に、 主電磁コイル 2 6及び補助 電磁コイル 2 7の電流を夫々 2 0 0 A、 1 2 O Aとして、 プロセス圧 0 . 5 P a の下、 電子サイク口トロン共鳴により C 1 2 ガスをプラズマ化させて、 このブラ ズマにより A 1層 7 2のエッチングを行う。 つまりプラズマイオンをバイアス電 圧により A 1層 7 2に引き込みながら、 表面のパターン （凹部） の角を削り取つ て開口を広げ、 スパッ夕エッチングを行う。
この後図 5 ( b ) に示すように、 エッチングにより形成された溝部 7 4に残つ たじ 1 2 ガスの残渣 7 5を後処理用のガスで除去する後処 S 程を行う。 つまり プラズマ生成用ガス例えば A rガスと後処理用ガスである N H 3 (アンモニア） ガスとを夫々所定の流量で導入し、 主電磁コイル 2 6及び補助電磁コイル 2 7の 電流を夫々 220 A、 25 OAとして、 プロセス圧 1 33 P aの下、 電子サイク ロト口ン共鳴により NH3 ガスをプラズマ化させることにより、 残渣 75である C 1 (塩素） を還元及び熱的に蒸発して除去する。
このような実施の形態では、 A 1層 72のエッチング時と後処理時との間で主 電磁コイル 26と補助電磁コイル 27の電流を変えることにより磁場の形状を変 え、 夫々の処理に適したプラズマを発生させているので、 均一なエッチングがで きると共に、 後処理に要する時間を短縮することができる。
つまりエッチング時は、 主電磁コイル 26を 200 A、 補助電磁コイル 27を 12 OAとしているので、 上述の実施の形態で説明したように、 磁界 Bは図 5 (a) に示すように磁力線が基板 71の面内においてほぼ均一なミラー磁界とな る。 このような磁界ではプラズマ密度は基板 71の面内においてほぼ均一になる ので均一なエッチングを行うことができる。
—方後処理時は主電磁コイル 26を 22 OA. 補助電磁コイル 27を 25 OA としているので、 上述の の形態で説明したように、 磁界 Bは図 5 (b) に示 すように磁力線が基板 Ί 1の中心部付近に集められるようなミラ一磁界となる。 このような磁界ではブラズマ密度はェッチング時に比べてかなり大きくなるが、 ブラズマ密度が大きくなると活性種が多くなることから残渣の除去処理が進行し やすくなり、 後処理に要する時間を短縮することができる。
、て本発明をエッチングに適用した例の他の例について図 6により説明する。 この実施の形態のエッチングの一例について説明すると、 例えばポリシリコンよ りなる基板 81の上面に S i 02 膜 82を形成し、 当該 S i 02 膜 82の上面に レジスト膜 83を形成して、 エッチングガス例えば C4FS ガス等の C (炭素） と F (フッ素） との化合物ガス （以下 「CF系ガス」 という） で S i 02 膜 82 をエッチングするというものである。
このようなエッチングについて具体的に説明すると、 先ず図 6 (a) に示すよ うに、 上述のプラズマ処理装置において S i 02 膜 82を C4F3 ガスでエッチ ングする工程を行う。 つまりプラズマ生成用ガス冽えば A rガスと C4FS ガス とを夫々所定の流量で導入し、 プロセス圧 0. 8 P aの下、 13. 56MHzの バイアス電圧と 2. 45 GHzのマイクロ波とを導入すると共に、 主電磁コ. 2 6及び補助電磁コイル 2 7の電流を夫々 2 0 0 A、 1 2 O Aとして、 電子サイ クロトロン共鳴により C 4 F 3 ガスをプラズマ化させて、 このプラズマにより S i 02 膜 8 2のエッチングを行う。
この後図 6 ( b ) に示すように、 レジス卜膜 8 3を 02 ガスでアツシングする 後処理工程を行う。 つまりプラズマ生成用ガス例えば A rガスと後処理用ガスで ある 02 ガスとを夫々所定の流量で導入し、 主電磁コイル 2 6及び補助電磁コィ ル 2 7の電流を夫々 2 2 0 A、 2 5 0 Aとして、 プロセス圧 1 . 5 P aの下、 電 子サイクロトロン共鳴により 02 ガスをプラズマ化させ、 このプラズマによりレ ジスト膜 8 3を H 2 〇と C〇2 にして除去する。
このような実施の形態では、 エッチング時には磁力線が基板 8 1の面内におい てほぼ均一となるような磁界を形成し、 一方アツシング時は磁力線が基板 8 1の 中心部付近に集められるような磁界を形成しているので、 エツチング時には基板 8 1の面内においてほぼ均一なプラズマ力く発生し、 均一なエッチングを行うこと ができる一方、 アツシング時にはプラズマ密度をエッチング時よりも大きくする ことができるのでアツシング時間を短縮することができる。
更に本発明は、 例えば P型や n型のシリコン膜を形成したウェハの表面に例え ばポリシリコン膜を形成する場合に、 先ずウェハ表面 （シリコン膜の表面） に形 成されている自然酸化膜をエッチングし、 次いでポリシリコン膜を形成するプロ セスにも適用できる。 この場合先ず磁力線が中心部付近に集められるような磁場 を形成して、 シリコン膜の表面の自然酸化膜を例えば C F系のガスでエッチング し、 次いでウェハ表面で均一なプラズマ密度が得られるようなミラ一磁界を形成 して処理を行う。 この場合にも自然酸化膜除去という前処理を短時間で行うこと ができる。
次に本発明の他の実施の形態について図 7乃至 9により説明する。 この実施の 形態は、 主電磁コイル 2 6と補助電磁コイル 2 7の電流を変えることにより磁場 の形状を変え、 まず、 図 7 ( a ) に示すようなミラ—磁界で第 1のエッチングェ 程を行い、 次に、 図 7 ( b ) に示すような発散磁界で第 2のエッチング工程を行 うものである。
以下にェッチングの一例について説明すると、 冽えばポリシリコンよりなる基 板 8 1の上面に S i 02 膜 8 2を形成し、 当該 S i 0 2 膜 8 2の上面にレジスト 膜 8 3を形成して、 エッチングガス例えば C 4 F 3 ガス等の C (炭素） と F (フ ッ素） との化合物ガス （以下 「C F系ガス」 という） で S i 02 膜 8 2をエッチ ングするというものである。
まず、 第 1のエッチング工程では、 図 7 ( a ) に示すように、 補助電磁コイル 2 7の電流値を大きく して、 補助電磁コイル 2 7で絞り込まれる量を多く し、 磁 界 Bは下側に向かうに連れて膨らむもののさらに下側に向かうに連れてまた絞り 込まれる形状となり、 ミラー磁界を形成し、 この磁界形状のもとでエッチングを する。 図 7 ( a ) に示すミラー磁界のもとでは、 エッチングの異方性が大きくゥ ェハ Wの面に垂直方向に高いエッチング特性が形成され、 高いァスぺクト比でェ ツチングにより孔 8 5が形成される。
次に、 孔 8 5がある程度の深さで形成された段階で、 第 2のエッチング工程に 移る。 第 2のエッチング工程では、 図 7 (b ) に示すように、 補助電磁コイル 2 7の電流値を主電磁コイル 2 6よりもかなり小さく し、 補助電磁コイル 2 7で絞 り込まれる量が極めて少なく、 磁界 Bは下側に向かうに連れて外側に広がる発散 磁界に近い形状となる。 この磁界形状のもとでさらにエッチングをする。 図 7 ( b ) に示す発散磁界のもとでは、 エッチング特性の等方性が高くなる。 この結 果、 孔 8 5の深さ方向にエッチング作用が進行するとともに、 孔 8 5の入り口近 傍で外側に拡がるテーパ部 8 5 aを形成することができる。
次に、 図 8または図 9を参照して、 孔 8 5の入り口近傍で外側に拡がるテ―パ 部 8 5 aが形成された場合の効果について説明する。
図 8は、 孔 8 5中に A 1で導線配線を行う工程を示す。 この A 1で導線配線を 行う場合、 孔 8 5へ A 1をスパッタリングで供給するとともに、 S i 02 膜 8 2 を 5 0 0 °C乃至 5 5 0 °Cで加熱する。 スパッ夕リ ングで供給された A 1の一部は S i 0 2 膜 8 2の膜表面上に A 1塊 8 7として付着する。 S i 02 膜 8 2は 5 0 0 °C乃至 5 5 0 °Cで加熱されているので、 A 1塊 8 7はリフロウし孔 8 5へ流れ 込む。 この際、 孔 8 5の人り口近傍で外側に拡がるテーパ部 8 5 a力《形成されて いるので、 矢印 8 8で示すように、 A 1塊 8 7を孔 8 5へ効率的にリフロウさせ ることができる。 次に、 図 9を参照して、 孔 85の入り口近傍で外側に拡がるテ一パ部 85 aが 形成された場合の他の効果について説明する。
図 9は、 孔 85中に C uで導線配線を行う工程を示す。 Cuによる導線配線は、 Cuのメツキ液 89を孔 85中へ導入して行われる。 この場合、 孔 85の入り口近 傍で外側に拡がるテ一パ部 85 a力形成されているので、 Cuメツキ液 89を導 入する導入間口が広くなり、 Cuメツキ液 89を孔 85中へ容易に供給すること ができる。 これによつて、 A 1に比べてより低抵抗の C uによって、 C F膜等の 層間絶縁膜の間で導線配線を行うことができる。
以上において本発明方法が実施されるプラズマ処理装置では、 例えば図 10に 示すような主電磁コイル 9を用いるようにしてもよい。 この主電磁コイル 9は例 えば 3個に分割されており、 各電磁コイル 91〜93の電流が夫々変えられるよ うになつている。 またこの例ではガスノズル 94は第 1の真空室 21及び第 2の 真空室 22の壁部を通って、 第 1の真空室 21内にプラズマ生成用ガスを導入す るように構成されている。 その他の構成は図 1に示すブラズマ処理装置と同様で あ
上述のように磁場を変えることは、 処理空間における磁場のプロファィルを変 えることによって基板のプラズマ処理をコントロールすることである。 そして処 理時間における磁場のプロファイルの変更は、 基板の面内における処理結果に対 し、 中央への集中と周辺への拡散という制御を可能とする。
また本発明方法は、 S i 02 膜以外に S i OF膜や CF膜を形成する場合に適 用することができる。 また複数の種類の膜を積層する場合では、 S i OF膜と S i 02 膜の組み合わせ等に適用することができる。 さらに A 1層 72のエッチ ングでは NH3 ガスを添加せずにプラズマを発生させ、 このプラズマの熱によつ て後処理を行うようにしてもよく、 この場合においても基板へのプラズマの入熱 量が大きくなるように主電磁コイル 26及び補助電磁コイル 27の電流値を調整 する。
さらにまた本発明は E CRによりプラズマを生成することに限られず、 例えば I CP (I n d u c t i v e C o u l e d P l a sma) なとど呼ばれて いる、 ドーム状の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界を処理ガスに与える方 法などによりプラズマを^ 2する場合にも適用できる。 さらにヘリコン波プラズ マなどと呼ばれている例えば 1 3. 5 6 MH zのヘリコン波と磁気コイルにより 印加された磁場との相互作用によりプラズマを生成する場合や、 マグネトロンプ ラズマなどと呼ばれている 2枚の平行なカソ一ドにほぼ平行をなすように磁界を 印加することによってプラズマを^^する場合、 平行平板などと呼ばれて 、る互 いに対向する電極間に高周波電力を印加してプラズマを生成する場合にも適用す ることができる。
本発明によれば、 磁場のプロファイルを変更することで、 2つの工程のそれぞ れに適したプラズマ処理を行うことができる方法を提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、 磁界 形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内においてマイク 口波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズ マにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、
前記真空容器内に被処理基板を搬入し、 プラズマを発生させて被処理基板を加 熱する第 1の工程と、
次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、 このプラズマにより 被処理基板上に薄膜を形成する第 2の工程と、 を含み、
前記第 1の工程は第 2の工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束密度 が大きくなるように、 第 1の工程と第 2の工程との間で磁界形成手段の電流を変 えて磁場形状を変化させることを特徴とするブラズマ処理方法。
2. 高周波発生手段により真空容器内にマイクロ波を供給すると共に、 磁界 形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内においてマイク 口波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズ マにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、
前記真空容器内において第 1の成膜ガスをプラズマ化し、 このプラズマにより 被処 a¾板上に第 1の膜を形成する第 1の成膜工程と、
次いで前記真空容器内において第 2の成膜ガスをプラズマ化し、 このプラズマ により前記第 1の膜上に第 2の膜を形成する第 2の成膜工程と、 を含み、 前記第 1の成膜工程と第 2の成膜工程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁 場形状を変化させることを特徴とするブラズマ処理方法。
3. 高周波発生手段により真空容器内にマイク口波を供給すると共に、 磁界 形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内においてマイク 口波と磁界との電子サイクロ トロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズ マにより被処理基板を処理するブラズマ処理方法において、
前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、 このプラズマにより 被処理基板をェッチングするエツチング工程と、 次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、 このプラズマ により後処理を行う後処理工程と、 を含み、
前記後処理工程はェッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束 密度が大きくなるように、 エツチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の 電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするブラズマ処理方法。
4. 高周波発生手段により真空容器内にマイク口波を供給すると共に、 磁界 形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内においてマイク 口波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズ マにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、
前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマィ匕し、 このプラズマにより 被処理基板をェッチングするエツチング工程と、
次いで前記真空容器内において後処理用のガスをプラズマ化し、 このプラズマ によりエツチングガスの残渣を除去する後処 a 程と、 を含み、
前記後処 a 程はェッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束 密度が大きくなるように、 エツチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の 電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするブラズマ処理方法。
5. 高周波発生手段により真空容器内にマイク口波を供給すると共に、 磁界 形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内においてマイク 口波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズ マにより被処理基板を処理するブラズマ処理方法において、
前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、 このプラズマにより 被処理基板をェッチングするエツチング工程と、
次いで前記真空容器内において酸素ガスをプラズマ化し、 この酸素プラズマに よりレジス ト膜をアツシングする後処理工程と、 を含み、
前記後処理工程はェッチング工程よりもプラズマ発生時の被処理基板上の磁束 密度が大きくなるように、 エツチング工程と後処理工程との間で磁界形成手段の 電流を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするブラズマ処理方法。
6. 高周波発生手段により真空容器内にマイク口波を供給すると共に、 磁界 形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内においてマイク 口波と磁界との電子サイクロ トロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズ マにより被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、
前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、 このプラズマにより 被処理基板の表面の自然酸化膜をェッチングするエツチング工程と、
次いで前記真空容器内において成膜ガスをプラズマ化し、 このプラズマにより 被処 板の表面に薄膜を形成する成膜工程と、 を含み、
前記ェッチング工程は成膜工程よりもブラズマ発生時の被処理基板上の磁束密 度が大きくなるように、 エツチング工程と成膜工程との間で磁界形成手段の電流 を変えて磁場形状を変化させることを特徴とするブラズマ処理方法。
7. 高周波発生手段により真空容器内にマイク口波を供給すると共に、 磁界 形成手段により前記真空容器内に磁場を形成し、 前記真空容器内においてマイク 口波と磁界との電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、 このプラズ マにより被処理基板を処理するブラズマ処理方法において、
前記真空容器内においてエッチングガスをプラズマ化し、 このプラズマにより 理基板をェツチングする第 1のエツチング工程と、
前記第 1のエツチング工程の後に、 さらにプラズマにより被処理基板をェッチ ングする第 2のエッチング工程と、 を含み、
前記第 2のエツチング工程は前記第 1のエツチング工程よりも被処理基板の基 板面に対するエツチングの等方性がより高くなるように、 前記第 1のエッチング 工程と前記第 2のェッチングェ程との間で磁界形成手段の電流を変えて磁場形状 を変化させることを特徴とするブラズマ処理方法。
8. 前記第 1のエッチング工程における磁場形状はミラー磁界の形状であり、 前記第 2のエツチング工程における磁場形状は発散磁界の形状であることを特徴 とする請求項 7に記載のプラズマ処理方法。
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