JP3034692B2

JP3034692B2 - 真空反応装置および半導体基板の処理方法

Info

Publication number: JP3034692B2
Application number: JP4164235A
Authority: JP
Inventors: 昌弘米田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH05335279A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、その内部でドライ処
理が行われる真空反応装置および半導体基板の処理方法
に関し、特に、装置内で生成するプラズマ密度分布を均
一化できる真空反応装置およびその真空反応装置を利用
した半導体基板の処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、例えば、特公平３−４３７７４
号公報等に示された従来のドライエッチングまたは化学
気相堆積に使用される真空処理装置を示す断面図であ
り、図において、１は放電チャンバー、２は放電チャン
バー１にマイクロ波電力を供給するマイクロ波導波管、
３は放電チャンバー１内で、マイクロ波導波管２から供
給されたマイクロ波電力に電子サイクロトロン共鳴を生
じさせるための磁場を作るソレノイドコイル、４は放電
チャンバー１中へのガス導入孔、５は放電チャンバー１
内で生じたイオンがその内部に拡散する反応チャンバ
ー、６は反応チャンバー５中に設置され、通常、電気的
に完全に絶縁され、フローティングポテンシャルにある
試料台、７は試料台６上に設置されたウェハである。そ
して、放電チャンバー１及び反応チャンバー５内は、図
示しない真空排気系によって一定の真空度に保たれてい
る。

【０００３】次に動作について説明する。図示しない真
空排気系によって放電チャンバー１と反応チャンバー５
を一定の真空度に保持し、放電チャンバー１内のガス導
入孔４からドライエッチング又は化学気相堆積に用いる
反応性ガスを導入し、放電チャンバー１内が所定の圧力
値となるように図示しない真空排気系による排気量を調
節する。そして、放電チャンバー１内の圧力が所定の値
になったところで、図示しないマイクロ波電力発生電源
に接続されたマイクロ波導波管２により、マイクロ波電
力を放電チャンバー１内に供給する。続いて、ソレノイ
ドコイル３によって放電チャンバー１内にマイクロ波と
電子サイクロトロン共鳴を起こすに必要な磁界を形成
し、ここで上記導入した反応ガスを放電させ、電子サイ
クロトロン共鳴プラズマを生成させる。この放電チャン
バー１内で発生したプラズマは、磁力線に沿って拡散
し、該プラズマにより、反応チャンバー５内に設置され
た試料台６上の試料７にドライエッチング又は化学気相
堆積等（以下、単にドライ処理と呼ぶ。）が施される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のドライ処理に使
用される真空反応装置は、以上のように構成されてお
り、放電チャンバー１内で発生したプラズマ中の電子が
放電チャンバー１内の壁の方向に向かって拡散しやす
く、この壁で電子が消滅するために、放電チャンバー１
の壁付近における電子密度が低下し、電子密度分布は放
電チャンバー１の中心付近が高く、壁に近づくにつれて
低下するような分布になる。このため、本来、電子とイ
オン（正イオン）の濃度（密度）が等しくあるべきプラ
ズマが不安定な状態になり、イオンが加熱されてイオン
温度が上昇し、放電チャンバー１から拡散するイオンの
方向性が不安定になり、その結果、ウエハ７の上面に対
して垂直に入るべきイオンの数が低下し、ウエハ７の上
面におけるエッチング性が不均一になり、また、異方性
エッチングが行えなくなるという問題点があった。

【０００５】特に、試料７が大口径のものほど、プラズ
マの電子密度分布の不均一化の程度は大きくなり、上記
のような問題点はより顕著に現れていた。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、放電チャンバーの内壁付近で生
ずる電子密度の低下を防止でき、均一且つ一様な電子密
度分布を有するプラズマを反応チャンバー内に生成する
ことができる真空反応装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる真空反
応装置は、電子サイクロトロン共鳴プラズマが生じる放
電チャンバーの内壁近傍に、該放電チャンバーの内壁と
の間で高周波放電を生じさせる放電電極を設けたもので
ある。

【０００８】更に、この発明にかかる真空反応装置は、
電子サイクロトロン共鳴プラズマが生じる放電チャンバ
ーの内壁近傍に、該放電チャンバーの内壁に対して熱電
子を供給する熱電子供給手段を設けたものである。ま
た、請求項４にかかる処理方法は、半導体基板を処理す
るための方法であって、請求項１ないし３のいずれかに
記載の上記真空反応装置内でプラズマを生成して、半導
体基板に対しドライ処理を施すことを特徴とするもので
ある。

【０００９】

【作用】この発明においては、放電チャンバーの壁付近
において高周波放電を生じさせるようにしたから、この
高周波放電によるプラズマによって発生する電子によ
り、放電チャンバーの内壁付近の電子密度が増加し、電
子サイクロクトン共鳴プラズマ中の電子の壁方向への拡
散による放電チャンバーの内壁付近の電子密度の低下が
抑制されて、電子サイクロトロン共鳴プラズマの径方向
の電子密度分布が均一になり、その結果、プラズマが安
定状態に保たれ、イオンを均一にかつ低温のままでウエ
ハ上に拡散させることができる。

【００１０】この発明においては、放電チャンバーの壁
付近の電子密度の低下が、熱電子放出手段から発生する
熱電子によって補償されるため、電子サイクロトロン共
鳴プラズマの径方向の電子密度分布が均一になり、これ
により、プラズマを安定にし、イオンを均一にかつ低温
のままで試料上に拡散させることができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は、この発明の第１の実施例による真空反応
装置の構成を示す断面模式図であり、図において、図３
と同一符号は同一または相当する部分を示し、８は放電
チャンバー１の内壁に対して一定間隔を空けて該内壁面
と並行になるように配設された高周波放電用電極、９は
高周波放電用電極８に接続されている高周波電源であ
る。そして、この真空反応装置は図３に示した従来の反
応装置と同様に、放電チャンバー１，反応チャンバー５
内は、図示しない真空排気系によって引かれ、真空に保
たれている。

【００１２】以下、動作について説明する。基本的な動
作は、図３に示した従来の反応装置と同じであり、放電
チャンバー１内のガス導入孔４からドライエッチング又
は化学気相堆積（以下、単にドライ処理と呼ぶ。）に用
いる反応性ガスを導入し、放電チャンバー１の内壁面に
沿って配設された高周波放電用電極８に高周波電源９か
ら高周波電力を供給することにより、該高周波放電用電
極８と放電チャンバー１との間でグロー放電が生じ、こ
の間にプラズマが発生する。そして、このプラズマの発
生により、放電チャンバー１内のマイクロ波電力と磁界
とによる電子サイクロトロン共鳴で発生した高密度プラ
ズマ中の電子が、放電チャンバー１の壁に向けて拡散し
て、壁で消滅しても、壁付近の電子密度は低下せず、放
電チャンバー１内の径方向における電子密度分布は均一
に保たれる。

【００１３】このような本実施例の真空反応装置では、
放電チャンバー１の内壁面に沿って配設された高周波放
電用電極８と放電チャンバー１の内壁面との間のグロー
放電によって、この間の電子密度を高くできるので、従
来の反応装置で発生していた放電チャンバー１の内壁面
の近傍における電子密度の低下が抑制されて、上記反応
性ガスから生成したプラズマを安定状態に保つことがで
き、該プラズマ中のイオン温度の上昇を防止することが
できる。その結果、反応チャンバー５内に大口径ウェハ
が試料として試料台６に載置されても、放電チャンバー
１内のプラズマから拡散するイオンの異方性が向上し、
且つ、イオンのウェハの上面に対して垂直入射する方向
のイオンの加速も強くなり、これにより、ウェハ面内に
おけるエッチング性が均一化し、エッチング形状の異方
性も向上することができる。また、プラズマの安定化に
より、プラズマ密度自体も増加して、エッチング速度も
向上する。また、従来の反応装置では、高異方性を得よ
うとすると、試料台６に高周波電力を印加し、該試料台
６を負のポテンシャルに保って、イオンの拡散を加速さ
せてエッチングして、エッチング試料７に照射損傷を与
えていたが、この反応装置では、イオンを加速させるこ
となく、上述したように高異方性のエッチングを行うこ
とができ、照射損傷も軽減することができる。

【００１４】図２は、この発明の第２の実施例による真
空反応装置の構成を示す断面模式図であり、この真空反
応装置は、上記第１の実施例の真空反応装置における高
周波放電用電極８に代えて、熱電子放出するフィラメン
ト１０を放電チャンバー１の内壁との間に一定間隔を空
けて配設したものである。

【００１５】このような本実施例の真空反応装置では、
フィラメント１０から熱電子が放電チャンバー１の内壁
に向けて放出されるので、放電チャンバー１の内壁の近
傍は電子密度が高く、電子サイクロトロン共鳴によって
形成されたプラズマ中の電子の放電チャンバー１１の内
壁への拡散による電子密度の低下が抑制され、生成した
プラズマを安定に保つことができ、上記第１の実施例と
同様の効果を得ることができる。

【００１６】尚、上記第１の実施例では、エッチングガ
ス導入孔４から放電チャンバー１に導入した反応ガスを
放電用電極８と放電チャンバー１の内壁との間で放電す
るような構造になっているが、放電用電極８と放電チャ
ンバー１の内壁との間から、希ガス（例えば、Ｈｅ）が
導入される構造にしてもよく、この場合は、この放電用
電極８と放電チャンバー１の内壁との間に希ガスによる
プラズマが生成することから、放電チャンバー１の内壁
に堆積物が付着するのを防止することができ、更に、低
分子量のガスを導入することによって生成するプラズマ
をより一層安定にすることができる。

【００１７】また、上記第２の実施例ではフィラメント
のような直熱型の熱電子放出要素を設けたが、フィラメ
ントに限らず傍熱型の熱電子放出要素を設けてもよく、
この場合も上記実施例と同様の効果を得ることができ
る。また、上記何れの実施例も、エッチング処理につい
て説明したが、化学気相堆積等の反応処理を行う際も、
高異方性で、且つ、ウエハの上面に対する反応均一性に
優れた反応が行えることは言うまでもない。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、放電
チャンバーの内壁付近に電子密度の高い領域を生成する
ことができるよう、該放電チャンバーの内壁近傍に電子
発生手段を設けたので、放電チャンバーの内壁近傍にお
ける電子密度の低下が抑制されて、電子サイクロトロン
共鳴プラズマのプラズマ安定性を保つことができ、その
結果、該プラズマから拡散するイオンの方向性が向上し
て、高異方性、高均一性，高スループット及び低損傷に
てドライ処理を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による真空反応装置の
構成を示す断面模式図である。

【図２】この発明の第２の実施例による真空反応装置の
構成を示す断面模式図である。

【図３】従来の真空反応装置の構成を示す断面側面図で
ある。

【符号の説明】

１電子サイクロトロン共鳴による放電チャンバー２マイクロ波導波管３ソレノイドコイル４ガス導入孔５反応チャンバー６試料台７ウエハ８高周波放電用電極９高周波電源１０熱電子放出用フィラメント

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空状態でマイクロ波電力とソレノイド
コイルが作る磁界とによって電子サイクロトロン共鳴を
生じさせる放電チャンバーと、上記真空放電チャンバーで生じせしめられたプラズマが
その内部に拡散し、その内部の上記真空放電チャンバー
から離れた位置に配置された試料に対してドライ処理を
施す反応チャンバーとを有する真空反応装置において、上記放電チャンバーの内壁の近傍に、この領域の電子密
度を高くする電子発生手段を設けたことを特徴とする真
空反応装置。
【請求項２】請求項１に記載の真空反応装置におい
て、上記放電チャンバーの内壁に対して一定の間隔を以て並
行に配設され、該放電チャンバーの内壁との間でグロー
放電を生じさせる放電電極を設けたことを特徴とする真
空反応装置。
【請求項３】請求項２に記載の真空反応装置におい
て、上記放電チャンバーの内壁に対して一定の間隔を以て並
行に配設され、該放電チャンバーの内壁近傍に熱電子を
放出する熱電子放出手段を設けたこと特徴とする真空反
応装置。
【請求項４】半導体基板を処理するための方法であっ
て、請求項１ないし３のいずれかに記載の上記真空反応
装置内でプラズマを生成して、半導体基板に対しドライ
処理を施すことを特徴とする半導体基板の処理方法。