JPH04132219A - プラズマ処理装置とそれを用いる半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Δ、産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ１従来技術 Ｄ１発明が解決しようとする問題点 Ｅ１問題点を解決するための手段 Ｆ０作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第３図］ ａ、プラズマ処理装置［第１図、第２図］ｂ、半導体装
置の製造方法【第３図コ Ｈ３発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はプラズマ処理装置、特にドライエツチングやプ
ラズマＣＶＤ等のプラズマ処理を高スルーブツト、低ダ
メージで行うことのできるプラズマ処理装置と、それを
用いる半導体装置の製造方法に関する。

能にし、該ウェハ載置電極と上部電極との間に上下動可
能なグリッド電極を設け、該グリッド電極が上記上部電
極に接してチャンバから電気的に絶縁されウェハ載置１
に極が上部電極と比較的近接したところに位置してグリ
ッド電極・ウェハ載置電極間にプラズマを発生させる高
速処理状態と、ウェハ載置電極が上部電極から比較的離
れ、グリッド電極も上部電極から離れてグリッド電極・
上部電極間にプラズマを発生させる低ダメージ処理状態
との間で状態切換ができるようにし、ドライエツチング
やプラズマＣＶＤ等のプラズマ処理を、上記のプラズマ
処理装置を用いて高速処理状態で行ったり、低ダメージ
処理状態で行ったりするものである。

（Ｂ　発明の概要） 本発明は、ドライエツチングやプラズマＣＶＤを高スル
ーブツト、低ダメージで行うことができるようにするた
め、 プラズマ処理装置のウェハ載置１を極を上下動可（Ｃ，
従来技術） ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置においては半導体素子が微
細化する一方であると共に、半導体装置の製造に用いる
半導体材料としての半導体ウェハは大口径化の一途を辿
っている。そして、このようなウェハの大口径化、更に
は半導体素子の微細化が進んでも均一性良く微細加工、
成膜を行うようにすることは、旧来のバッチ式の製造装
置では無理になりつつある。また、クリーンルームにお
ける各製造装置に許容される占有面積が狭くなりつつあ
るので占有面積が狭い枚葉式の製造装置の方が旧来のバ
ッチ式の製造装置よりも好まれる傾向にある。従って、
ドライエツチングについても枚葉式の装置で行うことが
必要となりつつあるのである。

ところで、枚葉式の装置でエツチングをした場合、バッ
チ式の装置のエツチング方法と同じエツチング方法を採
る限りスルーブツトはどうしても低下してしまう、しか
し、生産性の低下はコスト増等の原因となるので許され
ない。従って、エツチングレートの高いエツチング方法
の開発が強く要請されているのである。そして、その開
発の成果が現われつつある。その成果というのは、具体
的にはマイクロ波プラズマやマグネトロン放電を利用し
てプラズマを高密度に形成してエッチャントの解離を促
進させることによりエツチングレートを高めるという技
術である。

ところで、プラズマを高密度に形成してエッチャントの
解離を促進させるという技術によれば、プラズマの照射
エネルギーが強い程エツチングレートを高くできエツチ
ング処理に要する時間を短くすることができるので、生
産性の向上を図るという点では確かに優れているといえ
た。

しかしながら、高密度のプラズマを形成するドライエツ
チング装置は、半導体ウェハの表面が強いプラズマの照
射によってダメージを受けるという問題を有している。

即ち、プラズマからの輻射熱や荷電粒子の照射によって
ダメージが生じるのである。そして、そのダメージはプ
ラズマの密度を高めてエツチング処理速度を速めれば速
める程大きくなる。

そこで、本願発明者は、半導体ウェハのプラズマ発生部
からの距離を可変にし、あるいは高周波印加電圧の極性
の切換によりカソードカップリングにしたりアノードカ
ップリングにしたりすることができるように、更にはチ
ャンバ外部に発散磁界発生手段と半導体ウェハ上での磁
力線分布を制御するための補助発散磁界発生手段を設け
て低ダメージ状態を形成できるようにし、この２つの磁
界発生手段をオフすることにより高速処理状態にしたり
オンすることにより低ダメージ処理状態にしたりするこ
とのできるドライエツチング装置を案出した。そして、
それは特願平２−１０５７３３号により本願出願人が既
に出願済みである。

この本願発明者の案出した技術によれば、高速処理状態
と低ダメージ処理状態との間で状態の切換ができ、当初
は高速処理状態でドライエツチングを進めてエツチング
時間が短か（なるようにし、エツチングの終了よりも少
し前の段階で低ダメージ処理状態に状態を切換えてエツ
チングを進めて下地のダメージを少な（することができ
る。

その点で優れているといえる。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところが、特願
平２−１０５７３３号により提案した技術には問題があ
った。即ち、半導体ウェハのプラズマ発生部からの距離
を変えたり、高周波印加電極の切換によりカソードカッ
プリングにしたりアノードカップリングにしたりするこ
とによりプラズマの半導体ウェハへの照射エネルギーを
変化させることができるが、エネルギーの変化範囲を大
きくすることには限界がある。従って、プラズマの照射
エネルギーの変化範囲を充分に太き（するには外部に２
つの磁界形成手段を設け、これをオンにしたりオフした
りすることも不可欠であった。

しかしながら、２つの磁界形成手段を設けることは装置
の構成を大がかりのものとし、装置価格の増大、占有面
積の増大を招いた。また、補助発散磁界形成手段により
半導体ウェハの周辺に荷電粒子の大半を逸らすことによ
って低ダメージ状態を形成することができるけれどもダ
メージを皆無にすることは難しかった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、ドライエツチングやプラズマＣＶＤ等のプラズマ
処理を高スルーブツト、低ダメージで行うことをプラズ
マ処理装置の著しい復雑化及び大型化を伴うことなく為
し得るようにすることを目的とする。

（Ｅ、問題、φ、を解決するための手段）本発明プラズ
マ処理装置は、ウェハ載置電極を上下動可能にし、該ウ
ェハ載置電極と上部電極との間に上下動可能なグリッド
電極を設け、該グリッド電極が上部電極に接してチャン
バから電気的に絶縁されウェハ載置電極が上部電極と比
較的近接したところに位！してグリッド電極・ウェハ載
置電極間にプラズマを発生させる高速処理状態と、ウェ
ハ載置電極が上部電極から比較的離れ、グリッド電極も
上部電極から離れてグリッド電極・上部電極間にプラズ
マを発生させる低ダメージ処理状態との間で状態切換が
できるようにしたことを特徴とするものである。

本発明半導体装置の製造方法は、ドライエツチングやプ
ラズマＣＶＤ等のプラズマ処理を高速処理状態で行う工
程と、低ダメージ処理状態で行う工程とを有することを
特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明プラズマ処理装置によれば、ウェハ載置電極を上
昇させ、グリッド電極を上部電極に接しさせ、カソード
カップリングによりグリッド電極とウェハ載置電極との
間に強いプラズマを形成することにより高速処理状態を
形成でき、また、ウェハ載置電極を下降させ、グリッド
電極も下降させてチャンバと電気的に接続してアノード
カップリングによりグリッド電極と上部電極との間に弱
いプラズマを形成することにより低ダメージ処理ができ
る。そして、低ダメージ処理のときはプラズマがグリッ
ド電極と上部電極との間に発生し、従ってプラズマ形成
領域は現在アース状態にあるグリッド電極によってウェ
ハ載置電極と仕切られる。従って、プラズマの照射エネ
ルギーを極めて弱くすることができる。依って、高速処
理時と低ダメージ処理時とのプラズマのエネルギーの差
を大きくすることができる。そして、それは２個の磁界
発生手段をチャンバの外部に設けるというような大がか
りなことを必要とせず、単に上下動可能なウェハ載置電
極と、上部電極との間に上下動可能なグリッド電極を設
けることによって為し得る。

本発明半導体装置の製造方法によれば、最初高速処理状
態でプラズマ処理を行い、仕上げに低ダメージ処理状態
でプラズマ処理を行うことにより高スルーブツト、低ダ
メージでエツチングやプラズマＣＶＤ膜の形成等のプラ
ズマ処理を行うことができる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第３図］ 以下、本発明プラズマ処理装置とそれを用いる半導体装
置の製造方法を図示実施例に従って詳細に説明する。

（ａ、プラズマ処理装置）［第１図、第２図］第１図（
Ａ）、（Ｂ）及び第２図は本発明プラズマ処理装置の一
つの実施例を示すもので、第１図（Ａ）は高速処理時に
おける状態を示す断面図、同図（Ｂ）は低ダメージ処理
時における状態を示す断面図、第２図はグリッド電極の
平面図である。

図面において、１はチャンバ、ｌａはチャンバ１の側壁
、２はチャンバｌの蓋部を成す上部電極で、チャンバｌ
の側１ｉ１ａとは絶縁体３によって電気的に絶縁されて
いる。

４はチャンバ１内へエツチング用ガスを導入するガス導
入管、５はウェハ載置電極で、半導体ウェハ６を載置す
る。７はウェハ載置電極冷却用の冷却水を通す冷却水流
通バイブである。ウェハ載置電極５は半導体ウェハ６を
載！した状態で図示しない昇降装置により昇降せしめら
れるようになっている。

８はチャンバ１の上側に設けられた磁場形成装置で、こ
れによりチャンバｌ内の上部に破線で示すようにプラズ
マ９を形成することができる。そして、該装置８はプラ
ズマ密度が均一になるように回転せしめられるようにな
っている。

ｌＯは高周波発生器、ｌｌａ、ｌｌｂは高周波を印加す
る電極を切換えるスイッチであり、第１図（Ａ）に示す
ように切換えたときはカソードカップリング状態になり
、同図（Ｂ）に示すように切換えたときはアノードカッ
プリング状態になる。

１２は上部電極２とウェハ載置電極５との間に図示しな
い昇降袋！によって昇降せしめられるように設けられた
グリッド電極で、！！！！２図に示すように多数のプラ
ズマ通過孔１３．１３、・・・が形成されている。

該グリッド電極１２は高速処理時には第１図（Ａ）に示
すように上部電極２と完全に接触する高い位置を占める
。このときは、チャンバｌの側壁１ａから電気的に絶縁
され上部電極２と同電位になる。また、低ダメージ処理
時には同図（Ｂ）に示すように下降してプラズマ９の形
成位置よりも下側に位置する。尚、この場合は当然のこ
とながらウェハ載置電極５も下降し、グリッド電極１２
は下降してもウェハ載置電極よりは相当に高い位置を占
める。この低ダメージ処理時にはこのグリッド電極１２
は当然に上部電極２から離れ、チャンバ１の側壁１ａと
接し、電気的には該側壁ｌａと同じアース電位となる。

先ず、本プラズマ処理装！の第１図（Ａ）にポス高速エ
ツチング時における状態を説明する。

グリッド電極１２は上部電極２と接触してチャンバ１ａ
から絶縁され、ウェハ載置電極５はプラズマ発生部９の
近傍に位！した最も高い状態にある。このときのウェハ
載置電極５と上部電極２との間隔は例えば５〜５０ａ＋
ｍである。

そして、スイッチｌｌａによって上部電極２がアースさ
れ、ウェハ載置電極５に高周波電圧が印加されてカソー
ドカップリング状態にされる。そして、チャンバ１内に
エツチングガスが供給される。

この第１図（Ａ）に示す状態では半導体ウェハ６はプラ
ズマ発生部９に近接し、しかも高周波電圧が印加される
ことによりマイナスの電位を持つのカ強いエネルギーの
イオン照射を受けるカソードカップリング状態下にある
。従って、エツチング速度が速くなる。

即ち、本ドライエツチング装置は第１図に示す状態では
カソードカップリング型マグネトロンＲＩＥ装置となっ
ているのである。

しかも、上部電極２は下面に貫通孔１３が多数あるグリ
ッド電極１２が接触せしめられることにより下面に凹凸
がついた形状になり実質的にアノード電極の面積が広く
なる。その結果、アノード電極のカソード電極に対する
面積比が増加し、同一のＲＦパワー下におけるウェハ直
上での陰極降下電圧Ｖｄｃが高くなるのでより強（イオ
ンを加速でき、その面でもプラズマ処理速度を速（でき
る。

第１図（Ｂ）に示す低ダメージ処理状態では半導体ウェ
ハ６は下降してプラズマ９の発生部から大きく離れてい
る。また、グリッド電極１２は高速処理時のときにウェ
ハ載置電極５があった位置まで下降する。グリッド電極
１２とウェハ載置電極５との距離は５〜５０１糟が良い
、そして、スイッチｌｌａ、ｌｌｂが切換ってウェハ載
置電極５がアースされ、上部電極２が高周波電圧を受け
る状態になる。即ち、アノードカップリング状態になる
。

そして、放電は上部電極２とグリッド電極１２との間で
生じ、プラズマ９の形成領域がウェハ截！電極Ｓ上の半
導体ウェハ６からグリッド電極１２によって隔離される
ことになる。従って、エツチングはグリッド電極１２の
貫通孔１３．１３、・・・を通ったウェハ６まで拡散し
てきた中性活性種により行われる。依って、プラズマか
らの輻射熱や荷電粒子の照射による悪影響が全くなくな
る。即ち、ダメージフリーのエツチングが可能となる。

（ｂ、半導体装置の製造方法）［第３図］第３図（Ａ）
乃至（Ｃ）は本発明半導体装置の製造方法の一つの実施
例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）シリコン半導体基板５の表面上に形成されたＳｉ
ｎ、膜１５に対してレジスト膜１６をマスクとして行う
ドライエツチングを第１図に示すプラズマ処理装置を用
いて先ず同図（Ａ）に示す高速処理状態で行う。

プラズマ条件は、エツチングガスが例えばＣ１Ｆａ　　
（５０ＳＣＣＭ）／Ｃ，Ｈ，（７ＳＣＣＭ）、圧力が例
えば２Ｐａ、ウェハ載置電極５への印加ＲＦパワーが例
えば２．０Ｗ／ｃｍ”である。そして、第３図（Ａ）は
高速処理時における半導体装！の状態を示し、１７はエ
ツチングにより形成された凹部である。

（Ｂ）ＳｉＯ＊膜１５膜対５るエツチングが大部分（例
えば９０％）あるいは全部終るとプラズマ処理装置を箪
１図（Ｂ）に示す低ダメージ処理の状態に切換える。

プラズマ条件は、エツチングガスが例えばＣＦ、（３０
０ＳＣＣＭ）１０１　　（５０ＳＣＣＭ）、圧力が例え
ば２０Ｐａ、上部電極２への印加ＲＦパワーが１．５Ｗ
／ｃがである。

これにより半導体基板５の露出した表面のダメージを除
去することができる。

（Ｃ）ダメージ除去が終ると、プラズマ処理装置を低ダ
メージ処理状態に保持しつつエツチング条件を、エツチ
ングガスをＯ＊　　（２００Ｓ　ＣＣＭ）、圧力を例え
ば１ＯＰａに切換えることによりレジスト膜１６をアッ
シングにより除去する。

このような半導体装置の製造方法によれば、下地損傷の
ない高速加工処理ができる。

本実施例は５ｉＯ＝膜に対するエツチングであったが１
本発明は例えばアルミニウム膜に対するエツチング等地
の種類の薄膜に対するドライエツチングに適用できる。

また、本発明はＣＶＤによる薄膜の形成にも適用できる
。即ち、プラズマＣＶＤにより５ｉｎｓ膜等の薄膜を形
成する技術があるが、これを高速処理状態のまま行うと
薄膜の表面がダメージを受けることになる。そこで、薄
膜のプラズマＣＶＤを大部分（例えば９０％程度まで）
は高速処理で行い、残り（例えば１０％分）は低ダメー
髪処理で行うようにすれば、表面に荒れのない薄膜をプ
ラズマＣＶＤにより比較的簡単に形成することができる
。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明プラズマ処理装置は、チャ
ンバの上側にこれと電気的に絶縁された上部電極が設け
られ、チャンバ内部の上記上部電極より下側にウェハ載
置電極が配置されたプラズマ処理装置に右いて、上記ウ
ェハ載置電極が上記上部電極部との間隔を変えられるよ
うに上下動可能に設けられ、上記ウェハ載置電極と上記
チャンバとの間に、グリッド電極が上下動可能に設けら
れ、上記グリッド電極が上記上部電極に接しチャンバか
ら電気的に分離され且つウェハ載置電極が上部電極と比
較的近い高いところに位置してグリッド電極・ウェハ載
置電極間にプラズマを形成する高速処理状態と、上記ウ
ェハ載置電極が上部電極と比較的遠い低いところに位置
し且つ上記グリッド電極が下降して上記上部電極から離
れチャンバと電気的に接続されたところに位置してグリ
ッド電極・上部電極間にプラズマを形成する低ダメージ
処理状態と、の間で状態切換が可能なるようにされてな
ることを特徴とするものである。

従って、本発明プラズマ処理装置によれば、ウェハ載置
電極を適宜上昇させグリッド電極を更に上昇させて上部
電極に接しさせカソードカップリングによりグリッド電
極とウェハ載置電極との間に強いプラズマを形成するこ
とにより高速処理を形成でき、また、ウェハ載置電極を
下降させ、グリッド電極も下げてチャンバと電気的に接
続させてアノードカップリングによりグリッド電極と上
部電極との間に弱いプラズマを形成することにより低ダ
メージ処理ができる。

そして、低ダメージ処理のときはプラズマがグリッド電
極と上部電極との間に発生してプラズマ形成領域がグリ
ッド電極によってウェハ載置電極と仕切られる。従って
、プラズマの照射エネルギーを極めて弱くすることがで
きる。依って、高速処理時と低ダメージ処理時とのプラ
ズマのエネルギーの差を大きくすることができる。そし
て、それは２個の磁界発生手段をチャンバの外部に設け
るというような大がかりなことを必要とせず。

単に上下動可能なウェハ載置電極と、上部電極との間に
上下動可能なグリッド電極を設けることによって為し得
る。

本発明半導体装置の製造方法は、半導体基板をプラズマ
処理装置内のウェハ載置電極に載せ、高速処理状態にし
てプラズマ処理を行う工程と、プラズマ処理袋！を低ダ
メージ処理状態にしてプラズマ処理を行う工程とを有す
ることを特徴とするものである。

従って、本発明半導体装置の製造方法によれば、最初に
高速処理状態でプラズマ処理を行い、仕上げの段階で低
ダメージ処理状態でプラズマ処理を行うことにより下地
損傷のないエツチングや表面損傷のない薄膜の形成がで
きる。

ズマ処理装置の一つの実施例を示すもので、第１図（Ａ
）は高速処理状態におけるプラズマ処理装置の断面図、
同図（Ｂ）は低ダメージ状態におけるプラズマ処理装置
の断面図、第２図はグリッド電極の平面図、第３図（Ａ
）乃至（Ｃ）は本発明半導体製造方法の一つの実施例を
工程順に示す断面図である。

符号の説明 ｌ・・・チャンバ。

ｌａ・・・チャンバ側壁、 ２・・・上部電極、 ５・・・ウェハ載置電極、 ６・・・ウェハ（半導体基板）、 ９・・・プラズマ、 １２・・・グリッド電極、 １５・・・被エツチング膜。

【図面の簡単な説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）チャンバの上側にこれと電気的に絶縁された上部
   電極が設けられ、上記チャンバ内部の上記上部電極より
   下側にウェハ載置電極が配置されたプラズマ処理装置に
   おいて、 上記ウェハ載置電極が上記上部電極との間隔を変えられ
   るように上下動可能に設けられ、上記ウェハ載置電極と
   チャンバとの間に、グリッド電極が上下動可能に設けら
   れ、 上記グリッド電極が上記上部電極に接してチャンバから
   電気的に分離され且つウェハ載置電極が上部電極と比較
   的近い高いところに位置してグリッド電極・ウェハ載置
   電極間にプラズマを形成する高速処理状態と、上記ウェ
   ハ載置電極が上部電極と比較的遠い低いところに位置し
   且つ上記グリッド電極が下降して上記上部電極から離れ
   チャンバと電気的に接続されたところに位置してグリッ
   ド電極・上部電極間にプラズマを形成する低ダメージ処
   理状態と、の間で状態切換が可能なるようにされてなる ことを特徴とするプラズマ処理装置
2. （２）半導体基板を内部のウェハ載置電極に載せたプラ
   ズマ処理装置を高速処理状態にしてプラズマ処理を行う
   工程と、 プラズマ処理装置を低ダメージ処理状態にしてプラズマ
   処理を行う工程と、 を有することを特徴とする請求項（１）のプラズマ処理
   装置を用いる半導体装置の製造方法