JP2000516033A - エマージングフィルムのためのプラズマエッチングリアクタ及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラズマエッチングリアクタ（２０）は、接地された上部電極（２４）と、高周波数電源（３０）及び低周波数電源（３２）が取り付けられている下部電極（２８）と、上部電極と下部電極の間に配置され、浮遊電位を有することのできる周辺部電極（２６）を有するリアクタチャンバ（２２）を含んでいる。希土類磁石（４６，４７）は、リアクタチャンバ（２２）内に発生するプラズマを閉じ込める磁界を確立するのに用いられる。プラズマエッチングリアクタ（２０）は、高密度の半導体装置に使われるエマージングフィルムをエッチングすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 エマージングフィルムのためのプラズマエッチングリアクタ及び方法 発明の属する技術的分野 本発明は、改良されたプラズマエッチングリアクタ及び方法に関する。 発明の背景 新しい形式のエマージングフィルムが、例えば高密度ＤＲＡＭのような高密度 半導体チップの開発に有効に利用されている。これらの材料を使えば、記憶装置 上の各造形のサイズを小さくすることができるので、高容量の装置を作ることが できる。従って、選択度と造形制御を向上させる必要がある。 従来は、半導体ウェーハー上に望ましい造形を確立するために、低速度の物理 的処理であるイオンミルが用いられてきた。このようなイオンミルの難点は、半 導体ウェーハー上に形成される造形がイオンミルビームの角度に敏感であり、そ のため、必要な造形を作り上げるためには、イオンミルビームを正確に配置しな ければならないということである。しかしながら、うまく造形ができても、その 望ましい造形の端部から大きなベールあるいはリブが突き出ていることがある。 従って、イオンミルは、エマージングフィルムにはあまり適していない。 エマージングフィルムに用いられるプラズマエッチング処理はより高速ではあ るが、そのような処理は、場合によっては許容できない造形を作ってしまうこと がある。従って、最新の半導体生産に用いられるエマージングフィルムを迅速且 つ正確に処理するエッチング処理を提供する必要がある。 発明の概要 本発明は、高密度半導体装置に用いられるエマージングフィルムを効率的に処 理できるプラズマエッチングリアクタを対象としている。 本発明は、リアクタチャンバと、接地されている上部電極と、高周波数電源及 び低周波数電源に接続されている下部電極と、その上部電極と下部電極との間に 設置されている周辺部又は円環電極とを有するプラズマエッチングリアクタを提 供する。前記周辺部又は円環電極に対する電位は、浮遊していてもよい。替わり に、円環電極は接地されていてもよい。そのようなリアクタは、高密度半導体生 産に用いられる最新のエマージングフィルムを効率的に処理することができる。 本発明の更なる目的は、高磁界を作り出すために、磁石付きのリアクタチャン バを提供し、それにより最新のエマージングフィルムを効率的にエッチするため 高密度プラズマを提供することにある。 本発明の更なる目的は、一つ又はそれ以上の電源により制御されるプラズマの 密度及びエッチング特性を有することにある。 本発明のその他の目的及び利点は、明細書と請求項と図面から得られるであろ う。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のプラズマエッチングリアクタの実施例の側断面図である。 図２は、図１に類似しているが、改善された処理ガスインレットノズルが加え られている。 図３ａと３ｂは、本発明のノズルの好適実施例の端面図と側断面図である。 図４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、本発明のノズルのもう一つの好適実施例の等角 図、側断面図、拡大部分側断面図、端面図である。 図５ａ、５ｂ、５ｃは、本発明のノズルの更にもう一つの好適実施例の側断面 図、拡大部分断面図、端面図である。 図６ａ、６ｂ、６ｃは、本発明のノズルの更に別の好適実施例の側断面図、拡 大部分断面図、端面図である。 図７は、本発明の実施例の周辺部電極と組み合わせた磁石の配置の斜視図であ る。 図８は、図７の磁石に関連して示されている、本発明の実施例の上部電極と組 み合わせた磁石の配置の斜視図である。 好適実施例の詳細な説明 図面を参照すると、そして特に図１に限定すると、本発明によるプラズマエッ チングリアクタ２０の実施例の側断面が描かれている。このリアクタ２０は、こ こに参考文献として組み入れている米国特許第４，４６４，２２３号に示され説 明されているリアクタに改良を加え向上させたものである。 リアクタ２０は、接地された上方電極２４、側辺電極２６、及び底部電極２８ により境界区分されたリアクタチャンバ２２を含んでいる。この側辺電極２６は 、接地されるか、又は浮遊電位を有しており、作動時にはプラズマにより充電す ることができる。ある好適実施例では、底部電極２８は、好ましくは周波数１３ ．５６ＭＨｚ（又はその倍数）で、好ましくは電力レベル９００ワットで、好ま しくは電圧１２００ボルトで底部電極２８に電力を提供する電源３０に接続され ている。高周波数電源は、ある好適実施例では、１０ワットから２０００ワット まで作動できる。これは高周波数電源（無線周波数範囲内が望ましい）であって 、周波数は２ＭＨｚから４０ＭＨｚ、高い方は約９００ＭＨｚまでを範囲とする ことが望ましいと理解いただきたい。また電力は２００ボルトから５０００ボル トの間の電圧を用いて、１００ワットから３０００ワットの範囲で供給されるの 望ましい。 第２電源３２が、底部電極２８に付加的に接続されている。第２電源３２は、 好ましくは電力１００ワット、電圧３００ボルトで、４５０Ｋｈｚで作動するの が好ましい。これは、低周波数電源である。この電源は（無線周波数範囲内が望 ましい）、電力範囲１０ワットから２０００ワット、電圧範囲１０ボルトから５ ０００ボルトで、約１００ＫＨｚから約９５０ＫＨｚ（１ＭＨｚ又はそれ未満が 望ましい）の範囲内で作動するのが望ましい。底部電極２８には直流電源３４も 接続されている。高周波数電源はイオン束を制御し、低周波数電源は独自にイオ ンエネルギーを制御する。 優れたエッチング特性を提供するために、エッチングプラズマの密度を有効に 制御するのが、電源、基本的には高周波数電源の制御である。さらにリアクタ２ ０は、プラズマ密度の範囲を増強し、その範囲の中から電源の制御によって最適 のプラズマ密度が選択できるように設計されている。 接地されている上部電極２４と連結して中央ノズル３６が設けられており、半 導体ウェーハー４８に向けて、処理ガスの噴射をリアクタチャンバ２２内へ導い ている。より詳細には後述するが、ノズル３６からの処理ガス噴射は、効果的に 半導体ウェーハー４８の表面に到達し、半導体ウェーハー４８の全面に、加工ガ スを新たに均一に分布させることが可能である。 接地された上部電極２４とノズル３６の直ぐ上に排気管３８があり、リアクタ チャンバ２２からの使用済ガス類を排気するのに用いられる。リアクタチャンバ ２２からガス種を取り除くために、ポンプ（図示せず）が排気管３８に固定され ていると理解されたい。 図１を見れば分かるように、上部電極２４とノズル３６の直ぐ下には、突き出 した周辺バッフル４０がある。バッフル４０は絶縁材料でできており、後述する ように、プラズマエッチングリアクタ２０のノズル３６とハウジング４４の間で 、排気通路４２に突き出している。突き出したバッフル４０は、リアクタチャン バ２２内でノズル３６及び固体ソース５０からの様々なガス種が確実によく混ぜ 合わされるようにしている。 突き出したバッフル４０のすぐ下、そしてこの実施例においては側辺電極２６ に組み込まれて、一つ又は複数の磁石４６がある。また、一つ又は複数の磁石４ ７が、上部電極２４にも組み込まれるのが望ましい。後述するように、これらの 磁石４６と４７のどちらか一つ、又は両方が、リアクタチャンバ２２の周辺にそ してリアクタチャンバ２２と一致する磁石開じ込め室を形作る。この磁石閉じこ め室は、リアクタチャンバ内の充電されたイオン類がそこから漏れ出ず、充電イ オン類が確実に半導体ウェーハー４８付近に集中するようにする。この磁石閉じ こめ室は、充電されたイオン類がリアクタチャンバ２２の壁上に集まるのを抑制 する。 側面の周辺固体ソース５０が側辺電極２６と磁石４６を覆っている。円環電極 ２６には電力が提供されないので、そのような固体ソースは好適実施例で必要と されない。しかしながら、もし前記電源に加えて、高周波数電源が固体ソース５ ０に装着されるならば、この固休ソース５０は、例えば、ガス種の原子を固体ソ ース５０からリアクタチャンバ２２へ打ち出す又は腐食発生させる無線周波数励 起イオンの衝撃によりスパッタリングを起こすことのできる、ガス種の革新的ソ ースを提供することになるであろう。固体ソースの表面からのガス種の腐食発生 には、電源を脈動させることにより影響を及ぼすことができる。更なる利点とし て、固体ソースの表面の部分部分が腐食するので、ガス種の組み合わせによって 、腐食している表面上に粒子が形成されることはない。従って、固体表面の腐食 部分上に形成されるそのような粒子からの汚染は排除される。固体ソース５０の 種類については後述する。 固体ソース５０の直ぐ下には、リアクタチャンバ２２に対して半導体ウェーハ ー４８を位置決めするウェーハーチャック５２がある。ウェーハークランプ５３ はウェーハー４８をウェーハーチャック５２上に保持する。この実施例では、ウ ェーハー４８を挿入し、且つ取り外すために、底部電極２８とウェーハーチャッ ク５２とは垂直下方へ動かすことができる。 この実施例では、必要であれば、側辺電極２６と磁石４６は冷却水マニホルド ５４を使って冷却することができる。さらに必要があれば、固体ソース５０は、 温水マニホルド５４を使って熱することもできると理解頂きたい。固体ソース５ ０、特にその曝されている前表面を加熱する他の方法には、抵抗及び誘導加熱、 ランプ及びその他の光子ソースによる輻射熱がある。 ノズルからの処理ガス噴射及び磁石の構成と同様、突き出ているバッフル４０ 及び、固体ソースから腐食発生するガス種（もし電源が周辺環状電極２６に接続 されていれば）は、半導体ウェーハーの直ぐ表面に高密度プラズマを作り出す。 この構成は、リアクタチャンバ２２内で実現できる密度の範囲を飛躍的に増大す る。 上記作動範囲は、従来装置では不可能である。一つ又はそれ以上の上記特徴は プラズマ密度の範囲を拡大するのに用いて、エッチング処理を改良することがで き、本発明の精神及び範囲内にあることを理解されるべきである。 リアクタ２０の代替実施例が図２に示されている。既に述べたのと同様な構成 要素には、同じ番号が付けられている。図２では、リアクタチャンバ２２内のガ ス種の混合の均一性を改良するために、ノズル３６が修正されている。図２を見 れば分かるように、ノズル３６は、処理ガスを多方向へ向けることができるマニ ホルド７０を含む。マニホルド７０から、処理ガスの噴射を水平、且つ上部電極 ２４に平行に向ける水平ポート７２、７４がある。ポート７６は、ガスの噴射を 、ウェーハー４８上に直に当たるよう垂直下方に向ける。ポート７８と８０は、 処理ガスが確実に均一に散布され、及び／又はガス種が確実に良好に混合される ように、処理ガスの噴射を水平に対し斜めに、基本的にはウェーハー４８の周辺 に向ける。この実施例では、（１）固体ソース５０からスパッターリング又は腐 食発生したガス種（電源が周辺環状電極２６に接続されていれば）と（２）ノズ ル３６のポートからの処理ガスとの良好な混合気が半導体ウェーハー４８の表面 に確実にもたらされるようにするも、マニホルド７０のポートと突き出ているバ ッフル４０の組み合わせである。 従来技術装置におけるエッチングは通常は３００から５００ミリトールの範囲 内で行われるが、この範囲は本発明のリアクタを使って期待できる低圧よりも１ ないし２段階高い。現在の技術水準の半導体装置に必要なサブミクロンレベルの エッチングにとっては、低圧作動が望ましい。しかしながら、低圧では、高密度 プラズマを維持するのが更に困難である。 図１と２の実施例において、本発明は、低圧（３−５ミリトール）で、高いプ ラズマ密度（ウェーハー位置で１０¹¹ｃｍ³）と低いイオンエネルギー（１５乃 至３００電子ボルト以下）を持つプラズマを含んだ磁界を意図している。一般的 には、低圧作動とは約１５０ミリトール又は約１００ミリトールかそれ未満であ り、好ましくは約２０ミリトール又は約１０ミリトールかそれ未満である。サブ ミクロン（０，５ミクロン以下）デバイスに対して優れたエッチング結果をもた らすためには、プラズマソースは、ウェーハー位置での高密度の活性化されたガ ス及び低イオンエネルギーと共に低圧で作動しなければならない。マイクロロー ディング（集中のある形を集中のない形よりもより速くエッチングする）の影響 とウェーハーの造形のアンダーカットは、両者共に全体的生産性に悪影響を及ぼ すものであるが、低圧プラズマはこの両者を最小限に抑えることにより、エッチ ングの全体的な質を向上させる。しかしながら、低圧では、速いエッチング速度 を維持する目的で、エッチング処理中の半導体ウェーハー上のフィルムと反応す るプラズマ粒子の数を増やすためには、ウェーハー位置でプラズマ密度が高くな ければならない。速いエッチング速度は、より高い平均生産高へ至る１つの要素 である。更に、低いイオンエネルギーは、エッチング選択度を向上させ、ウェー ハーの損傷を最小限に抑えることにつながる。その両者により、全体的な生産高 が向上する。本実施例は、約１５０ミリトール又はそれ未満で作動することを意 図している。 本発明のリアクタ２０は、異なるエッチング化学物質や処方を必要とする多種 多様な基板又はフィルムをエッチングするのに使用できる。一般的に、この化学 物質にはハロゲンガス、ハロゲン含有ガス、希ガス、２原子ガスの中の２種類又 はそれ以上が含まれる。 これまでに述べた上記の様々な特徴について、ここでより詳しく説明しよう。 固体ソース 繰り返し述べるが、固体ソースは、電源が環状電極２６に接続されている場合 だけが作動することを思い出していただきたい。しかしながら、ある代替実施例 では、電源、好ましくは電源３０のような高周波数電源、が環状電極２６に接続 されているならば、次のようになる。 固体ソース５０から腐食発生する若しくはスパッタリングされる気体種が、或 いはそこから腐食発生する若しくはスパッタリングされる気体種の欠如が、プラ ズマエッチングリアクタ２０内で実行されるエッチング処理の成功に深く影響す るということが明らかになっている。例として揚げると、固体ソース５０は、例 えば、無線周波数励起イオンによる衝撃に際して、固体ソースからリアクタチャ ンバ内へとシリコンと酸素の気体イオンを出す二酸化ケイ素(ＳｉＯ2)すなわち 石英のような誘電体材料から成る。別のタイプの誘電性固体ソースには、アルミ ナ(ＡＬ2Ｏ3)のようなセラミックが含まれる。セラミックは、励起されたガス性 イオンにより衝撃を受けたとき、スパッタリング又は腐食速度が低いので、固体 ソースからの付加的な貢献が何ら必要でない又は要求されない状況では役に立つ 。特にアルミナに関しては、ピークツーピークで約６００ボルト以下の電力供給 ではスパッタリングがほとんど或いは全く観測できない。その閾値を越えると、 アルミナ固体ソースからスパッタリングがある。 一般的に、固体ソースは半導体材料、誘電体材料、又は伝導体から構成するこ とができる。事実、固体ソースは、電極を含んだ物質で作ることができ、それら の物質を腐食させ、リアクタチャンバ内にプラズマ用の適度な気体種を発生させ ることができる。適当な誘電体材料には、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)以外の他の金属酸 化物に加え、窒化ケイ素(Ｓｉ3Ｎ4)も含まれる。半導体材料には、炭化ケイ素( ＳｉＣ)が含まれる。 固体ソース５０の表面温度は、適切なスパッタリングを施すためには、８０℃ より高いことが望ましい。この温度で、且つ適度にエネルギーを与えられたイオ ンがこれらの固体ソースの表面を腐食させることにより、固体ソースは、ここで 説明したように、気体種から、分離して反応室２２を汚染するような粒子を形成 するような冷たいシンクにはならない。先に述べたように、固体ソース５０から の気体種の腐食発生若しくはスパッタリングの速度は、高周波数電源（図示しな いが電源３０と同様）により制御することができる。電源（図示しないが電源３ ０と同様）の出力を上げることによって、エッチング処理の目的に沿って固体ソ ースからの気体種の腐食発生速度を上げるために、固体ソース５０に衝撃を与え るのにより高いエネルギーのイオンが使用できる。例を揚げると、二酸化ケイ素 の固体ソースが使用されるなら、二酸化ケイ素からの気体種のスパッターが半導 体ウェーハー上の垂直面を不動態化し、その面がガス性のエッチング剤によりア ンダーカットされないようにするので、増大した衝撃が異方性エッチングの性能 を向上させることになる。 気体ソース 固体ソースから腐食発生する気体種に関してこれまで説明してきた有益性に加 え、固体ソースの表面から腐食発生した気体種から導き出される効果を有する気 体を処理ガスに取り入れることによっても、このような有益性を得ることができ る。例を挙げると、テトラエトキシシラン(ＴＥＯＳ)の気体を処理ガスと共に導 入することができる。ＴＥＯＳはエッチング処理に対して、シリコンと酸素のソ ースとなる。ＴＥＯＳは処理室内で二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の固体ソースが出 すのと同じ気体種を提供し、ここで述べたエッチング処理に対する利点をもたら す。固体ソースとこの種の気体ソース両方を組み合わせることは、本発明の精神 と範囲に含まれるということに注目されたい。 ノズル 図３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ ｃは、上記発明で使用することのできるノズル装置の採りうる好適実施例を示し ている。従来のノズル装置は、２００個程のポートから処理ガスを噴出させる「 シャワーヘッド」型配列の設計になっているのが一般的である。このような装置 の趣旨は、室内、特に処理中の半導体ウェーハーの表面上で、処理ガスが確実に 均一に散布されるようにすることであった。先行技術による装置ではよどみの層 すなわち、ウェーハー表面と既に反応している使用済みガスの層ができ、表面に 向けられた新しいガスを希釈してしまうことが分かっている。本発明は、このよ うな先行技術によるノズルに改良を加えている。本発明は、ウェーハー面近くで 互いに融合してウェーハーの表面上に均一な分布を作り出す、個別に配列を調整 された複数の処理ガス噴射を生成するノズルを含んでいる。ガスの速度と噴射の 量は、新しい処理ガスが確実に半導体ウェーハーの表面に到達する様に設定され ている。このように、新しい処理ガスは、半導体ウェーハーの表面に均一に散布 される。これらの処理ガス噴射はウェーハーの表面でガスをかき回し、処理ガス と固体ソースの表面から腐食発生した気体種の均一散布状態を作り出す。 図３ａと図３ｂは、符合９２で識別しているポートを持った１ポートノズル９ ０を示している。該ノズルはアルミナ製であるのが望ましい。この装置では、単 一ガス噴射が半導体ウェーハーに向けて発せられる。 図４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは本発明の別の実施例のノズル９４を示しており、 これもアルミナ製である。この実施例では、ノズル９４は、半導体ウェーハーに 向けられている処理ガスの噴射を規定する１２個のポートを含んでいる。理想的 には、噴射は垂直に対して斜めの角度で方向決めされ、且つ各噴射の中心線がウ ェーハーの周縁に向けて方向を定めているのがよい。この装置もまた、ウェーハ ーの表面に新しいガスの均一散布を確実にする点で同様に有益である。図４ｄか ら分かるように、ポートはノズル表面の円周部辺りに分散している。 図５ａ、５ｂ、５ｃは、本発明のさらに別の実施例であるノズル９８を示して いる。この配置では、ポート９９は、その内のいくつかのポートがノズル９８の 表面の周辺部(図５ｃ)に設けられ、一方他のポートはノズルの中心線上の１個の ポートに中心を合わせて位置しているという星型配置で示されている。図４ａの ノズルからのガスと共に用いれば、図５ａのノズルの噴射は垂直に対して角度が 付けてあるので、従って半導体ウェーハー本体と半導体ウェーハーの端部両方で 処理ガスの均一分布ができるように方向決めされている。 図６ａ、６ｂ、６ｃは、本発明のまた別の好適実施例のノズル１００を示して いる。この実施例では、ポート１０２は、ノズルと半導体ウェーハー間で垂直な 線に対して実質的には直角方向に向けられている。この実施例でノズルは、固体 ソースからの気体種と処理ガスとが確実により良く混ざり合うように、側壁の固 体ソースに向けられている。 エマージングフィルム 上記リアクタは、新しいチップ設計に用いられる新しい種類のエマージングフ ィルムをエッチングするのに特に役に立つことが、注目される。例を挙げると、 このリアクタ構成は、高密度ＤＲＡＭ装置の開発に最近使われている白金（Ｐｔ ）をエッチングするのに有効である。このリアクタは更に、最近、非揮発性の強 誘電体ランダムアクセスメモリー（ＦＲＡＭ）装置の開発に使われているチタン 酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）をエッチングするのにも有効である。加えて、この リアクタはイリジウム（Ｉｒ）をエッチングするのにも有効である。しかも、こ の装置及び方法を使って上手くエッチングできるもう１つのエマージングフィル ムは、チタン酸ビスマスストロンチウム（ＢＳＴ）で作られている。これらの新 しいフィルムは回路性能の改善に寄与するが、その独特の特性の故にエッチング するのが特別難しく、それ故、本発明のより進歩したエッチング処理技術を必要 とする。本好適実施例で処理できる他のエマージングフィルムには、チタン酸バ リウムストロンチウム（Ｙ−１）、酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）、ルテニウム（ Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₄）が含まれる。 これらの新しいエマージングフィルムが最新の半導体装置に重要な利点を有し ていることは理解されるべきである。例を挙げると、旧式の半導体装置で使われ ている誘電体は誘電率が２乃至４である。ＰＺＴを使うと誘電率は１４００とな る。従って、そのようなフィルムで作られる新しい記憶装置は（造形を小型にし て）極めて小さく作れ且つ記憶容量が増やせる。更に、そのようなフィルムは、 ＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ等のような装置に取って代わる事ができるＤＲＡＭ及び非 揮発性メモリー用のコンデンサを作るのに用いることもできる。 底部電極２８上の二重周波数は、最新の半導体を生産するためのエマージング フィルムを巧くエッチングするのに有効であることが分かっている。そのような 配置によって、エッチング装置は、約０．２５ミクロン以下のサブミクロン領域 にまで決定的に低減された寸法を提供するために、異方性側壁外形を作り出せる ようになった。 磁気による閉込め 上記の符合４６、４７で規定された磁石は、密度の高いプラズマが低圧で確実 に形成されるように、リアクタチャンバ２２の周りに磁気的な閉込めを提供して いる。プラズマは、ガス原子と電子が衝突して、低圧で高い密度のプラズマを創 造するイオンを生成する過程で作り出される、ということを思い出さねばならな い。本発明は、プラズマの中を移動する電子の総経路長を延ばす一方で、リアク タ壁に対するイオン損失を最小限に抑えることによって、これを実現するもので ある。プラズマに向かって移動する電子は、磁界に跳ね返されてプラズマ内に戻 るので、このようにして電子の経路長が延びるのである。 本発明では、磁石は電子磁石若しくは永久磁石の何れでも構わず、本発明の精 神と範囲を逸脱していない。これらの磁石は、エッチング室の周りに、静磁場の 容器を作り出す。リアクタ壁の付近のみに存在する磁界効果は、本質的に均一な プラズマを作り出すが、ウェーハーのところには実質上存在しない。磁石は強力 な磁気の閉込め効果によって電極を保護するので、電極上での腐食が少なくなる 。閉込めが弱いと電極と固体ソースの腐食が増す。 磁石４６、４７により生じる磁気閉込めは、このようにプラズマを凝集し、し かも腐食性のプラズマから電極を保護することを含め、処理室の部品を保護する 効果を持つように設計されている。その結果、電極取り換えの費用が低減するの で、省コスト性が極めて高くなる。 図７及び図８は、磁石４６、４７の配置を、側部電極２６と上部電極２４それ ぞれに関連づけて示している。図７で分かるように、電極２６に対しては複数の スロット６０がある。ある好適実施例では、スロット６０の１つおきに磁石４６ が配置されている。固体ソース５０の裏側に配置されたこれらの磁石は、固体ソ ースからの気体種の腐食発生速度に影響を与える。上に示したように、磁石がな ければ固体ソースからあまりに多量の気体種が腐食発生して、エッチング処理に 影響を及ぼす可能性がある。 これらの磁石は極面磁石である点に注目されたい。Ｎ極とＳ極は各々、面６２ 上、その反対側の面６４上にある。磁石は、最初はある磁石４６のＮ極面が、次 に第２の磁石４６のＳ極面が室の中心に向かうように交互に配置されている。こ のことは、電極２６の外周辺についても繰り返されている。 図８は、上部電極２４に関連させて磁石４７を示している。同様に、これらの 磁石も極面磁石であって、Ｎ極とＳ極が磁石の側面から出ている。図８の設計で は、磁石は、Ｎ極とＳ極が交互に室と面するようになっている。 この実施例に関して、本発明の磁気閉じ込め室は、リアクタチャンバ内でプラ ズマを最適に閉じ込めるるために、強力な希土類磁石を用いるのが望ましい。希 土類磁石は、リアクタチャンバ２２から電子と気体イオンがリークするのを最小 にする。このことは、プラズマ密度及を上げ、エッチング処理効率を上げるのに 役立つ。ある好適実施例では、希土類磁石はサマリウムコバルトで構成されてい る。これらの磁石は、２，０００ガウスから２，２００ガウスの表面磁力を有す るのが望ましい。しかし、一般的に、これらの希土類磁石は、１，５００ガウス から２，５００ガウスの表面磁力を有するであろう。 ある特定の実施例では、周辺部電極２６は、リアクタ２０の周辺に並んで配置 された、そのような１８個（図７、８）の希土類磁石を保持している。ある好適 実施例では、接地された上部電極２４は、それに関連して２４個（図８）の希土 類磁石を有している。これらの磁石は、リアクタチャンバ２２内に対称的な磁界 を提供するように配置されている。接地された上部電極２４に関連するこれらの 希土類磁石４７は、中心点のまわりに放射状に配置されている。この配置は、中 心から周辺に伸びている磁石と、周辺から中心迄には達しない位置に伸びている 短い磁石とで構成されている。既に示したように、そのような希土類磁石は、帯 電した粒子及び電子にリアクタチャンバ２２の壁からの強力な反発力を与える。 このような構成を用いれば、（特に周辺部電極２６が接地されるか又は浮遊して いる場合）個体ソースからの気体種のスパッタリング又は腐食発生は多量ではな く、個体ソースとして、より高価なアルミナ（ＡＬ₂Ｏ₃）ではなく２酸化シリコ ン（ＳｉＯ₂）が使用できる。 リアクタチャンバ 本発明のリアクタチャンバは、先に並びにこれから説明するように、プラズマ の均一性を向上させるため、特別に設計されたものである。リアクタチャンバ２ ２の物理的特性に関しては、先に述べたように、バッフル４０とノズル３６、７ ０双方の配置が、リアクタチャンバ２２内の処理ガスの均一性に貢献している。 バッフル４０は、（周辺部電極２６に電源が接続されている場合は特に）確実に 、固体ソース５０から腐食発生するガス類がポンプにより排気シャフト３８を通 って直ちに吸い上げられないように、しかも半導体ウェーハー４８近くでリアク タ内のガスと混ざり合うことができるようにしている。その上、ガス噴射を垂直 に、水平に、そして斜め角度に経路決めするポートを有するノズル３８は、確実 に、固体ソースからのいかなる気体種でもノズルからの処理ガスとまんべんなく 混ざり合うように、そしてこの均一な混合が半導体ウェーハー４８に提供される ようにしている。 ノズルから半導体ウェーハーまでのリアクタチャンバの高さは、最適化するこ とができる。先行技術の装置では高さは５¹/₄インチである。上記の高さでは、 ノズルからのガス噴射が半導体ウェーハーの表面に処理ガスを均等に散布するた めには、ノズル装置も最適化される余地があることが分かっている。このように 、様々なリアクタの高さに合わせると、室内圧に比較したノズルパターンも、固 体ソースを使用するエッチング処理を始めとしたエッチング処理のために最適化 される余地がある。ある好適実施例ではリアクタチャンバは直径が約１４¹/₂イ ンチ であるが、この高さはリアクタチャンバの直径には無関係である。例を挙げると 、リアクタチャンバ２２内で圧力を２乃至３ミリトールにした場合、好適な作動 条件としては、リアクタチャンバの高さは約４インチであることが望ましい。高 さが４インチより低いと、噴射がまだ平行に並んだ状態にあり、従ってウェーハ ー表面で均一に広がらない。高さが４インチよりも高いと、噴射が半導体ウェー ハーの表面上方で互いに融合して、ウェーハーの表面に処理ガスを均等に散布で きなくなる。 最も良いのは、ノズル配列が決まっている場合、リアクタチャンバ２２の高さ と室内の圧力の積は、最適条件で作動するためには一定でなくてはならないこと が分かっている。このように、先に述べたように、最適な性能は、高さが４イン チで圧力が２乃至３ミリトールで実現できる。圧力と高さに関しての値の範囲に は、１００ミリトールに対して高さ１／１０インチから、１ミリトールに対して 高さ１０インチまでが、最適な性能に合う範囲として含まれる。すなわち、(１) 固体ソースから腐食発生する気体と、(２)注入される処理ガスと、(３)ウェーハ ー表面からの反応物とが、最適に混ざり合うためには、リアクタチャンバ内の圧 力が上がればリアクタチャンバの高さを低くして、圧力が下がれば高さを上げる という具合にするべきである。 上記発明の効果は、(１)選択度の増加（即ち、例えば酸化物の基板の保護）、 (２)エッチング工程の外形制御の向上、(３)線幅制御の向上(即ち、エッチング 処理からフォトレジストを保護して、フォトレジストからウェーハーへと正確な 線幅が移されるようになること)である。 産業上の応用性 上に述べたように、本発明は、高密度半導体メモリーのような高密度半導体装 置を製作するのに用いられるエマージングフィルムを、巧くエッチングすること のできる装置と方法を提供する。 本発明のその他の特徴、態様、目的は、図面及び請求項を吟味すれば得られる であろう。 本発明には他の実施例を展開することもでき、それらが本発明及び請求の範囲 の精神と範囲の内にあることは理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェイル ロバート シー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95492 ウィンザー ウィルソン レーン 352

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．リアクタチャンバと、電気的に浮遊しているか又は接地しているか何れかの 第１電極と、第２電極と、第１周波数で電力を生成する前記第２電極に接続さ れている第１電源と、第２周波数で電力を生成する前記第２電極に接続されて いる第２電源とから成ることを特徴とするプラズマエッチングリアクタ。 ２．前記第１電源が低周波数で電力を生成し、前記第２電源が高周波数で電力を 生成することを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ 。 ３．前記第１電源が約１ＭＨｚ以下で電力を生成し、前記第２電源が約２ＭＨｚ 以上で電力を生成することを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズマエッ チングリアクタ。 ４．前記第１電源が約１３．５６ＭＨｚで電力を生成し、前記第２電源が約４５ ０ＫＨｚで電力を生成することを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズマ エッチングリアクタ。 ５．接地された第３電極を含むことを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズ マエッチングリアクタ。 ６．前記リアクタチャンバに関連している磁気閉込めを含むことを特徴とする、 上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ７．前記磁気閉込めが希土類磁石により構成されることを特徴とする、上記請求 項６に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ８．前記希土類磁石がサマリウムコバルト磁石であることを特徴とする、上記請 求項７に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ９．ガス種の固体ソースを含むことを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズ マエッチングリアクタ。 １０．前記第１浮遊電極を覆っている気体種の固体ソースを含むことを特徴とす る、上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １１．ウェーハーを保持できるようになっているチャックと、前記チャックに保 持されているウェーハーの後ろに配置されており、前記第１電源及び前記第２ 電源に接続されている前記第２電極とを含んでいることを特徴とする、上記請 求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １２．リアクタチャンバ内のプラズマ密度を増大し、リアクタチャンバからのイ オンの損失を低減するために用いられる希土類磁石を含むことを特徴とする、 上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １３．リアクタチャンバの周りに配置されている１つ又は複数の磁石を含み、前 記各磁石が表面で約２、０００ガウスから２、２００ガウスの磁力を有してい ることを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １４．リアクタチャンバの周りに配置されている１つ又は複数の磁石を含み、前 記各磁石が表面で約１、５００ガウスから２、５００ガウスの磁力を有してい ることを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １５．前記希土類磁石によって確立される磁界が対称であることを特徴とする、 上記請求項１４に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １６．前記リアクタが高伝導性材料をエッチングできることを特徴とする、上記 請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １７．前記リアクタが高伝導性材料をサブミクロンのディメンションにエッチン グできることを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアク タ。 １８．前記リアクタがチタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）、白金（Ｐｔ）、イリ ジウム（Ｉｒ）、チタン酸ビスマスストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸バリ ウムストロンチウム（Ｙ−１）、酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）、ルテニウム（ Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₄）の中の少なくとも１つのフィルムをサブ ミクロンのディメンションにエッチングできることを特徴とする、上記請求項 １に記載のプラズマエッチングリアクタ。 １９．前記リアクタが強誘電体ランダムアクセスメモリー（ＦＲＡＭ）のための ウェーハーをエッチングできることを特徴とする、上記請求項１に記載のプラ ズマエッチングリアクタ。 ２０．前記第１電源が、約２ＭＨｚから約９５０ＭＨｚの高周波数で電力を生成 し、前記第２電源が、約１０ＫＨｚから約１ＭＨｚの低周波数で電力を生成す ることを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ２１．前記第１電源が約１０ワットから約２、０００ワットの電力を生成し、前 記第２電源が約１００ワットから約３、０００ワットの電力を生成することを 特徴とする、請求項２２に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ２２．前記リアクタチャンバが約１５０ミリトール以下、望ましくは５０ミリト ール以下で作動できることを特徴とする、上記請求項１に記載のプラズマエッ チングリアクタ。 ２３．リアクタチャンバと、第１電極と、第２電極と、前記第１電極に接続され ており、第１周波数で電力を生成する第１交流電源と、前記第１電極に接続さ れており第２周波数で電力を生成する第２交流電源とから成ることを特徴とす る、プラズマエッチングリアクタ。 ２４．前記第２電極に接続されている第３直流電源を含むことを特徴とする、上 記請求項２３に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ２５．リアクタチャンバと、接地されている第１電極と、第２電極と、前記第２ 電極に接続されており、第１周波数で電力を生成する第１電源と、前記第２電 極に接続されており、第２周波数で電力を生成する第２電源とから成ることを 特徴とする、プラズマエッチングリアクタ。 ２６．前記第１電源が低周波数で電力を生成し、前記第２電源が高周波数で電力 を生成することを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマエッチングリ アクタ。 ２７．前記第１電源が約１ＭＨｚ以下で電力を生成し、前記第２電源が約２ＭＨ ｚ以上で電力を生成することを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマ エッチングリアクタ。 ２８．前記第１電源が約１３．５６ＭＨｚで電力を生成し、前記第２電源が約４ ５０ＭＨｚで電力を生成することを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラ ズマエッチングリアクタ。 ２９．前記第１電極が上部電極であり、前記第２電極が第１電極の下に配置され ている下部電極であり、ウェーハーチャックが前記第２電極と関連して第１電 極の下に配置されていることを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマ エッチングリアクタ。 ３０．円柱形に形成されており、第１電極と第２電極との間に配置されている第 ３電極を含むことを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマエッチング リアクタ。 ３１．第１電極と第２電極の間に配置されている第３電極を含むことを特徴とす る、請求項２５に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ３２．電気的に浮遊しているか、又は接地されているかの何れかである第３電極 を含むことを特徴とする、請求項２５に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ３３．前記リアクタチャンバに関連している磁性閉込めを含むことを特徴とする 、上記請求項２５に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ３４．前記磁性閉込めが希土類磁石により構成されていることを特徴とする、請 求項３３に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ３５．前記希土類磁石がサマリウムコバルト磁石であることを特徴とする、上記 請求項３４に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ３６．第１電極と第２電極との間に配置されており、電気的に浮遊しているか、 又は接地されているかの何れかである第３電極を含むことを特徴とする、上記 請求項２５に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ３７．前記リアクタチャンバの周りに配置されている１つ又は複数の磁石を含み 、前記各磁石が表面において約２０００ガウスから約２２００ガウスの磁力を 有していることを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマエッチングリ アクタ。 ３８．前記リアクタチャンバの周りに配置されている１つ又は複数の磁石を含み 、前記各磁石が約１５００ガウスから約２５００ガウスの磁力を有しているこ とを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ３９．前記リアクタがチタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）、白金（Ｐｔ）、イリ ジウム（Ｉｒ）、チタン酸ビスマスストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸バリ ウムストロンチウム（Ｙ−１）、酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）、ルテニウム（ Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₄）の中の少なくとも１つのフィルムをブサ ミクロンのデイメンションにエッチングできることを特徴とする、上記請求 項２５に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ４０．前記リアクタが強誘電体ランダムアクセスメモリー（ＦＲＡＭ）のための ウェーハーをエッチングできることを特徴とする、上記請求項２５に記載のプ ラズマエッチングリアクタ。 ４１．前記第１電源が、約２ＭＨｚから約９５０ＭＨｚの高周波数で電力を生成 し、前記第２電源が、約１０ＫＨｚから約１ＭＨｚの低周波数で電力を生成す ることを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマエッチングリアクタ。 ４２．前記リアクタチャンバが約１５０ミリトール以下、望ましくは５０ミリト ール以下作動できることを特徴とする、上記請求項２５に記載のプラズマエッ チングリアクタ。 ４３．前記第１電源及び前記第２電源は交流電源であり、前記第２電極に第３電 源接続されており、前記第３電源が直流電源であることを特徴とする、上記請 求項２５に記載のブラズマエッチングリアクタ。 ４４．リアクタチャンバ内の第１電極上にウェーハーを配置する段階と、第１電 源から前記第１電極に約１０ＭＨｚから約９５０ＭＨｚで第１電力を掛ける段 階と、第２電源から前記第１電極に約１０ＫＭＨｚから約１ＭＨｚで第２電力 を掛ける段階と、電力を掛ける段階と関連して処理ガスをリアクタチャンバに 導入する段階と、電力を掛ける段階及び処理ガスを導入する段階と関連して、 リアクタチャンバ内の圧力を１５０ミリトール以下に下げる段階とから成るこ とを特徴とする、ウェーハーをエッチングする方法。 ４５．前記配置する段階がチタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）、白金（Ｐｔ）、 イリジウム（Ｉｒ）、チタン酸ビスマスストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸 バリウムストロンチウム（Ｙ−１）、酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）、ルテニウ ム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₄）の中の少なくとも１つのフィルムか ら成るウェーハーを配置することを含むことを特徴とする、上記請求項４４に 記載の方法。 ４６．サブミクロンの造形をエッチングするために、前記フィルムの少なくとも １つを用いてリアクタチャンバを作動させることを含むことを特徴とする、上 記請求項４５に記載の方法。 ４７．第１電力を約１３，５６ＭＨｚで第１電極に掛けることと、第２電力を約 ４５０ＫＨｚで第１電極にかけることとを含むことを特徴とする、上記請求項 ４４に記載の方法。 ４８．強誘電体ランダムアクセスメモリー（ＦＲＡＭ）をエッチングするために 前記リアクタチャンバを作動させることを含むことを特徴とする、上記請求項 ４４に記載の方法。 ４９．１０ワットから約２、０００ワットの範囲で第１電力をかけることと、１ ００ワットから約３、０００ワットの範囲で第２電力をかけることとを含むこ とを特徴とする、上記請求項４４に記載の方法。 ５０．前記圧力を下げる段階が、前記電力を掛ける段階及び処理ガスを導入する 段階と関連して、リアクタチャンバ内の圧力を５０ミリトール以下に下げるこ とを含むことを特徴とする、上記請求項４４に記載の方法。 ５１．第２電極が浮遊電位又は接地電位の何れかを有することができることを含 むことを特徴とする、上記請求項４４に記載の方法。 ５２．第３電極を接地することを含むことを特徴とする、上記請求項５０に記載 の方法。 ５３．リアクタチャンバ内に導入された処理ガスと関連してプラズマを生成する ため、少なくとも第１電源からの電力と組み合わせて固体ソースを使用するこ とを含むことを特徴とする、上記請求項４４に記載の方法。 ５４．希土類磁石を用いてリアクタチャンバ内のプラズマを制御することを含む ことを特徴とする、上記請求項４４に記載の方法。 ５５．極面磁石を用いてリアクタチャンバ内のプラズマを制御することを含むこ とを特徴とする、上記請求項４４に記載の方法。 ５６．チタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ） 、チタン酸ビスマスストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸バリウムストロンチ ウム（Ｙ−１）、酸化イリジウム（ＩｒＯ₂）、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化ル テニウム（ＲｕＯ₄）の中の少なくとも１つのフィルムが蒸着されている基板 を含むウェーハーをリアクタチャンバ内のウェーハーチャック上へ配置する段 階と、前記ウェーハーチャックと関連して電極を配備する段階と、リアクタチ ャ ンバ内へ処理ガスを導入する段階と、導入する段階と関連付けて、約２ＭＨｚ から約９５０ＭＨｚの範囲内の周波数で第１電源から電極へ電力を掛ける段階 と、約１５０ミリトール以下の圧力で前記リアクタチャンバを作動させる段階 とから成ることを特徴とする、ウェーハーをエッチングする方法。 ５７．約１０ワットから約３、０００ワットの範囲で電極へ電力を掛けることを 含むことを特徴とする、上記請求項５６に記載の方法。 ５８．導入する段階と関連付けて、約１０ＫＨｚから約１ＭＨｚの範囲内の周波 数で第２電源から電極へ電力を掛けることを含むことを特徴とする、上記請求 項５６に記載の方法。 ５９．前記リアクタチャンバと関連している第２電極が浮遊電位又は接地電位の 何れかを有することができることを含むことを特徴とする、上記請求項５５に 記載の方法。 ６０．前記リアクタチャンバと関連している第３電極が接地できることを含むこ とを特徴とする、上記請求項５６に記載の方法。