JPH0794475A - プラズマ表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマ状態の変動を抑えつつ、自己バイアス
電圧を制御できるプラズマ表面処理装置を提供するこ
と。 【構成】プラズマにより被処理基体３の表面を処理する
ところの真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、
被処理基体３を載置する下部電極２と、この下部電極２
の電位を制御する高周波電源５と、真空容器１内に磁場
を形成するとともに、被処理基体３の表面に入射する磁
気力線と被処理基体３の表面とのなす角度を制御するダ
イポールリングマグネット８とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマエッチング装
置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマを利用したプラズ
マ表面処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。

【０００３】ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。このた
め、従来より種々の微細加工技術が開発されているが、
その一つにマグネトロンＲＩＥ（Reactive Ion Etchin
g）がある。

【０００４】図１４は、従来のマグネトロンＲＩＥ装置
の概略構成を示す模式図である。図中、８１は真空容器
を示しており、この真空容器８１の上壁は上部電極８２
となっている。この上部電極８２の下方には被処理基体
８３の基板支持台の役割を兼ねる下部電極８４が対向配
置されている。この下部電極８４はマッチング回路８５
を介して高周波電源８６に接続され、上部電極８２と下
部電極８４との間に電界８７を形成できるようになって
いる。

【０００５】真空容器８１の外部上方には回転可能なマ
グネット８８が設けられている。これによって真空容器
８１内のプラズマ８９に磁界が与えられ、電子がプラズ
マ８９中に閉じ込められる。この結果、プラズマ密度が
高くなる。

【０００６】このようにマグネトロンＲＩＥ装置は、通
常のＲＩＥ装置に比べて、プラズマ密度を高くできるの
で、エッチング速度を高めることができる。更に、イオ
ンの方向性を高めたり、或いは中性種と被エッチング膜
との反応（等方性の反応）を抑制する目的でガス圧力を
下げた場合においても、ダメージや選択比を低下させる
原因となるイオンエネルギを十分に低く保つことができ
る。

【０００７】しかしながら、従来のマグネトロンＲＩＥ
装置には次のような問題があった。プラズマ８９中のイ
オンは、被処理基板８３の自己バイアス電圧によって加
速され、被処理基板８３に入射する。このため、イオン
の運動を制御するには、自己バイアス電圧を制御する必
要がある。

【０００８】ところが、自己バイアス電圧を変化させる
には、プラズマ状態に影響を与えるパラメータ、つま
り、真空容器８１内の圧力や、真空容器８１内の磁界強
度や、高周波電源８６の投入電力や、高周波電源８６の
周波数等の条件を変えなければならなかった。

【０００９】このため、自己バイアス電圧の変化に伴っ
てプラズマ状態が大きく変動し、また、このようにプラ
ズマ状態が大きく変化すると、最適なプラズマ条件を見
いだすことも非常に困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のマ
グネトロンＲＩＥ装置では、所望の自己バイアス電圧を
得るために、プラズマ状態に影響を与える真空容器内の
圧力や、高周波電源の周波数等の条件を変えなければな
らなかった。このため、自己バイアス電圧を変えると、
プラズマ状態が大きく変化するという問題があった。

【００１１】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、プラズマ状態の変動を
抑え、自己バイアス電圧を制御できるプラズマ表面処理
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の表面処理装置（請求項１）は、被処理基
体が収容される処理室と、前記処理室内に電場を形成す
る電場形成手段と、前記処理室内に磁場を形成する磁場
形成手段と、プラズマ化して前記被処理基体の表面を処
理するガスを前記処理室内に導入するガス導入手段と、
前記被処理基体の表面における前記磁場の磁気力線と前
記被処理基体の表面とのなす角度を制御する手段とを備
えたことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の他の表面処理装置（請求項
２）は、被処理基体が収容される処理室と、前記処理室
内に電場を形成する電場形成手段と、前記処理室内に磁
場を形成する磁場形成手段と、プラズマ化して前記被処
理基体の表面を処理するガスを前記処理室内に導入する
ガス導入手段と、前記被処理基体の表面における前記磁
場の磁気力線と前記被処理基体の表面とのなす角度を保
持したまま、前記磁気力線を前記被処理基体の表面に垂
直な軸を中心に回転させる手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１４】

【作用】本発明のプラズマ表面処理装置（請求項１，
２）によれば、被処理基体の表面に入射する磁気力線と
被処理基体の表面とのなす角度を変えられる。この角度
が変わると、被処理基体の表面近傍の電子密度が変わ
り、自己バイアス電圧が変わる。また、上記角度が変わ
ってもプラズマ状態は大きくは変化しない。したがっ
て、プラズマ状態の変動を抑えつつ、自己バイアス電圧
を制御できる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施例に係るエッ
チング装置の概略構成を示す模式図である。

【００１７】図中、１は真空容器を示しており、この真
空容器１の上壁は上部電極７となっている。この上部電
極７の下方には被処理基体３の基板支持台の役割を兼ね
る下部電極２が対向配置されている。この下部電極２は
マッチング回路９を介して高周波電源５に接続され、上
部電極７と下部電極２との間に電界を形成できるように
なっている。

【００１８】真空容器１の周囲に回転可能なダイポール
リングマグネット８が設けられ、これによって真空容器
１内のプラズマに磁界が与えられ、電子がプラズマ中に
閉じ込められる。プラズマの形成は、上部電極７と下部
電極２との間に形成される電界によって、ガス導入口４
から真空容器１内に導入される反応性ガスを放電するこ
とにより行なわれる。

【００１９】ダイポールリングマグネット８は、図１５
（ａ）に示すように、円柱状の真空容器１を同心円状に
囲むように配設された１６個の磁石要素３０（図１５
（ｂ））からなり、磁界方向３５の方向に着磁された磁
石要素３０からθだけ中心軸の回りに回転した位置にあ
る磁石要素は磁界方向３５に対して２θだけ回転した方
向３５´に着磁されており、磁石要素３０から１８０度
の位置にある磁石要素は再び磁界方向３５を向くように
環状に配列されている。

【００２０】図２にダイポールリングマグネット８によ
って形成された真空容器１内の磁界分布を示す。これは
被処理基体３の表面に垂直な方向にｚ軸を選び、被処理
基体３の表面に平行で、互いに直交する方向にｘ軸、ｙ
軸を選んだ場合の磁界分布であって、図２（ａ）はｘ−
ｙ平面における磁界分布を示し、図２（ｂ）はｘ−ｚ平
面における磁界分布を示している。

【００２１】図２に示すように、ダイポールリングマグ
ネット８の内部の中心付近における中心の磁界強度に対
する磁界強度の差が２０％未満、また、中心における磁
界方向に対して、ｘ−ｙ平面内の磁界方向の傾きが±７
°以内、ｘ−ｚ平面内の磁界方向の傾きが±９°以内と
いう均一な磁界が得られることが分かる。

【００２２】本実施例によれば、ダイポールリングマグ
ネット８により形成される磁場の磁気力線と被処理基体
３の表面とのなす角度を変えられ、自己バイアス電圧を
制御できる。

【００２３】被処理基体に入射する磁気力線の傾きを変
化させる手段の例として、例えば、ダイポールリングマ
グネット８のみを動かして行なう方法がある。これは、
ダイポールリングマグネット８の外周部分における極性
のＮ−Ｓ方向と垂直となるような位置（Ｅ−Ｗ方向）で
磁石を支え、その支持を中心にして例えばＮ極側を次第
に上げていくことで、被処理基体に入射する磁気力線の
傾きを徐々に増大させることが可能となる。このように
して、被処理基体に入射する磁気力線の傾きを制御する
ことが可能である。

【００２４】次に角度が変わると自己バイアス電圧が変
わる理由を図３を用いて説明する。真空容器内に均一な
磁界Ｂが存在すると、シース１１において、電子は電界
Ｅと磁界Ｂとの外積で規定される力を受け、螺旋運動を
しながら被処理基体３に入射する。

【００２５】ここで、電界Ｅは、磁界Ｂの方向と平行な
電界Ｅ_H と、磁界Ｂの方向と直交する電界Ｅ_v とに分け
られ、電子は、電界Ｅ_H によって直進運動し、電界Ｅ_v
によって直進運動が螺旋運動に変えられる。電界Ｅ_v の
大きさは、磁界Ｂの磁気力線と被処理基体３の表面とが
なす角度θによって決まる。

【００２６】電界Ｅ_v の成分が多いほど電界Ｅ_H の成分
が減り、シース１１内に電子が存在する時間が長くな
り、シース１１付近での電子密度が高くなる。この電子
密度の濃さによって自己バイアス電圧の大きさは決ま
る。したがって、ガスの導入圧力等の条件を一定に保っ
た状態で、磁気力線の傾きを任意のθに設定した場合、
これによって一義的に自己バイアス電圧が決まる。例え
ば、ある条件におけるθと自己バイアス電圧との関係を
グラフ化しておくことにより、所望の自己バイアス電圧
を得るためのθが即座に分かる。このようにして、角度
θによって自己バイアス電圧を制御できる。

【００２７】また、磁場の方向が変わってもプラズマ状
態は大きくは変化しない。したがって、本実施例によれ
ば、ダイポールリングマグネット８により形成される磁
場の磁気力線と被処理基体３の表面とのなす角度θによ
って、プラズマ状態の大きな変動を招かずに自己バイア
ス電圧の大きさを精密に制御でき、エッチングする材料
に応じて最適な自己バイアス電圧を選択することができ
る。

【００２８】また、強い磁界、つまり、イオンの螺旋運
動の回転半径が、電極間隔や真空容器の直径等に比べ十
分小さくなる程度の磁界を用いれば、電子だけでなくイ
オンもプラズマ中に閉じ込めることができ、更に高密度
のプラズマを形成できる。

【００２９】このようにプラズマを高密度化することに
より、単にエッチング速度を高める以外に、イオンの方
向性を良くしたり、中性種と被処理基体３との反応( 等
方性の反応）を抑制するためにガス圧力を下げた場合で
も、ダメージや選択比を低下させる原因となるイオンエ
ネルギを十分低く保つことができる。

【００３０】また、本実施例によれば、被処理基体の表
面処理を行なう際、材質や、使用するガス等によって最
適自己バイアス電圧が異なる場合でも、プラズマパラメ
ータの複雑な調整等が必要なく、また、シーケンシャル
処理等をする際にも能率良く最適な自己バイアス電圧で
表面処理を行なうことができる。

【００３１】また、本実施例によれば、ダイポールリン
グマグネット８により均一な磁界を形成できるので、被
処理基体表面のチャージアップによるダメージを小さく
できる。

【００３２】以下、上記エッチング装置を用いた種々の
エッチング加工について説明する。図４は、トレンチ溝
の側壁にコンタクト部を形成する方法を示す工程断面図
である。

【００３３】これは被処理基体に対して一定の方向から
斜めにイオンを入射させることにより、すでに形成され
ている段差部分の一部のみをエッチングするというエッ
チング加工の一例である。

【００３４】図４（ａ）に示すように、シリコン基板２
０の表面にはトレンチ溝が形成されており、全面にはゲ
ート絶縁膜となる絶縁膜２１が堆積されている。トレン
チ溝を境にして左側にはゲート電極２３、ｎ⁺ 拡散層２
４が形成され、右側には絶縁膜２２が形成されている。

【００３５】ここで、ＣＦ₄ ガスを流量５０ｃｃ／分，
圧力１０ｍＴｏｒｒで導入し、高周波電力（１３．５６
ＭＨｚ）を２．７Ｗ／ｃｍ² ，被処理基体を載置した下
部電極２の温度を２０℃，傾き角度θを１０°とし、３
０秒間絶縁膜２１のエッチングを行なった。エッチング
速度は２００〜３００ｎｍ／分であった。

【００３６】このような被処理基体に対して斜めの磁界
２０を印加すれば、被処理基体に対して斜めにイオンを
入射することができ、図４（ｂ）に示すように、トレン
チ溝の側壁の絶縁膜２１の一部分をエッチング除去でき
る。これは例えばトレンチ溝のキャパシタの側壁部分か
らコンタクトを取りたい場合などに有効である。

【００３７】ここで、上述したようにイオンが斜めに入
射する理由は以下のように考えられる。

【００３８】すなわち、被処理基体に対して斜めの磁界
を印加した場合、被処理基体に入射する電子も斜めに入
射するため、エッチング溝側面のうち電子の入射方向に
向いた側において、より多くの電子が入射し、このた
め、他の部分よりもわずかに負に帯電する。これによっ
て、入射する正イオンの軌道が曲げられ、イオンも斜め
に入射することになる。

【００３９】また、図５に示すように、被処理基体が、
絶縁層２８中に下層電極２６と上層電極２７との積層構
造が形成されたものである場合には、レジストパターン
２５をマスクにして、一方向から斜めにイオンを入射
し、斜めからエッチングを行なうことにより、下層電極
２６に対するコンタクトホールを容易に形成できる。

【００４０】図６は、トレンチ溝を形成する方法を示す
工程断面図である。

【００４１】これは磁界の方向をエッチングの進行に従
って変え、入射イオンの量を変えながらエッチングする
というエッチング加工の一例である。

【００４２】図６（ａ）に示すように、トレンチ溝を形
成するためにエッチングを行なうと、トレンチ溝の側壁
に堆積物２２が付着し、実質的にイオンの入射する開口
部の面積が狭まる。このため、トレンチ溝が深くなるに
つれ、トレンチ溝の径が狭まる現象が生じる。これを防
止するには堆積物２２の付着量を一定に保っておく必要
がある。

【００４３】これを実現するには、エッチングの進行に
従って磁界の方向を変化させ、斜めに入射するイオンの
量を適度に選択し、堆積物２２の量を一定に保てば良
い。このとき、磁気力線と被処理基体の表面とのなす角
度を所望の値に保ったまま、磁気力線を被処理基体の表
面に垂直な軸を中心に回転させれば、あらゆる方向を向
いた全てのエッチング側面について、そのエッチング側
面に対し斜めに入射するイオンの量を制御することがで
き、図６（ｂ）に示すように、確実に深くまで同じ径の
トレンチ溝を形成できる。

【００４４】なお、磁場の回転は、被処理基体の中心軸
に対して磁界の入射角度を一定に保ったままで、相対的
に磁場を回転させることによって行なう。なお、磁場の
回転は、ダイポールリングマグネットを回転したり、被
処理基体を回転したり、あるいはダイポールリングマグ
ネットと被処理基体との両方を回転することで行なえ
る。また、これらの回転は一定速度である必要はない。
また、被処理基体と磁界とのなす角度は処理の間、常に
一定に保っておく必要は無く、処理条件に応じて処理の
途中で変化させても良い。

【００４５】また、エッチング側面の一方向部分につい
ては堆積を生じさせ、他方向部分においてはイオンの入
射により堆積物がエッチングされるように、イオンの入
射を制御すれば溝の側面の一部にのみ成膜を行なうこと
ができる。

【００４６】また、上述したイオンの斜入射を利用する
ことにより、図７に示すように、深くなるほど径が大き
くなる溝や、図８に示すように、逆に深くなるほど径が
小さくなる溝を形成することもできる。

【００４７】また、図９に示すように、二つのトレンチ
溝が並んでいる場合に、ｎ⁺ 拡散層２４が形成された部
分のトレンチ溝の側壁の絶縁膜をエッチング除去するに
は、例えば、それぞれの側壁をエッチングする際に、１
８０°の回転毎に回転を停止し、しばらくエッチングを
行なった後、更に１８０°の回転を行なう。このような
エッチングを繰り返すことにより、図９に示すように、
二つのトレンチ溝のｎ⁺ 拡散層２４の部分にコンタクト
部を形成できる。

【００４８】次に電子の閉じ込めにより、高密度のプラ
ズマを形成する方法について説明する。

【００４９】まず、静磁界の平行磁気力線が被処理基体
の表面に対して垂直に入射する場合の電子の動きについ
て説明する。

【００５０】バルクプラズマ中では電界がないことか
ら、プラズマ中の電子は磁気力線に沿って螺旋運動を行
なう。

【００５１】この電子がシースに到達すると、シース内
の電界により電子は逆方向の力を受けるため、エネルギ
ーの低い大部分の電子は再びプラズマ中へと戻される。

【００５２】このようにプラズマ中に磁界が存在する場
合には、プラズマ中の電子は磁気力線に沿って運動を行
ない、シースに到達したときに、シース内の電界のより
運動の向きを逆方向へと変える。

【００５３】したがって、図１０に示すように、プラズ
マ１０と上部電極７との間に生じるシース１１ａと、プ
ラズマ１０と被処理基体２との間に生じるシース１１ｂ
との間で、電子を閉じ込めることができ、電子密度を高
く維持でき、高密度のプラズマを形成できる。例えば、
プラズマ中で２ｅＶの運動エネルギを持った電子が磁界
に対して垂直に運動している場合には、電子は磁界から
力を受けて回転運動をする。この回転半径は磁界強度に
反比例するから、磁界強度を１００ｇａｕｓｓとすれ
ば、電子の回転半径は約４７７μｍとなる。このため、
直径が３０ｃｍ程度の真空容器を用いれば、電子が回転
運動を行なっても、電子は真空容器の側壁等に衝突しな
いので磁気力線に沿って螺旋運動を続けるので、上述し
た電子の閉じ込めを実現でき、高密度のプラズマを形成
できる。

【００５４】上記方法によれば、被処理基体は高密度の
プラズマと接することになるので、高速エッチングを行
なえる。更に、磁界強度が一定でしかも、磁気力線も平
行であることから、均一性が良好なプラズマを形成でき
るので、面内均一性が非常に良い表面処理を行なえる。

【００５５】また、図１１に示すように、真空容器１の
中央部の磁界よりも、真空容器１の側壁の磁界を強くす
ることにより、真空容器１の側壁に逃げる電子を効率良
く閉じ込めることができる。このため、プラズマの密度
を更に高くでき、より高速なエッチングを実現できる。

【００５６】更にまた、より強い磁界を用いることで、
イオンまでも電極間に閉じ込めることができる。例え
ば、アルゴンイオン（Ａｒ⁺ ）が運動エネルギ２ｅＶで
プラズマ中を磁界に垂直に運動している場合には、直径
が３０ｃｍの真空容器を用い、磁界強度を１０⁴ ｇａｕ
ｓｓにすれば、アルゴンイオンの回転半径は１．２７ｍ
ｍとなる。このため、アルゴンイオンが回転運動を行な
っても、アルゴンイオンは真空容器の側壁等に衝突しな
いので、アルゴンイオンの閉じ込めを実現でき、高密度
のプラズマを形成できる。

【００５７】また、イオンは螺旋運動を行ないながら被
処理基体に入射するため、図１２に示すように、開口部
側壁部分に凹凸を有するレジストパターン２５をマスク
に被処理基体のエッチングを行なう場合であっても、エ
ッチングの際に凸部分もエッチングされ、凹凸が緩和さ
れるため、レジストパターン１５の凹凸が下地に転写さ
れることがない。

【００５８】次に側壁付着物を除去できるヴィアホール
の形成方法について説明する。

【００５９】図１３（ａ），（ｂ）は、従来のエッチン
グ装置を用いた場合のヴィアホールの形成方法を示す工
程断面図である。なお、絶縁層２８より下の層および基
板は省略してある。

【００６０】まず、図１３（ａ）に示すように、Ａｌ配
線２９のヴィアホール形成用のフォトレジストパターン
２５を絶縁層２８上に形成した後、例えば、ＣＨＦ₃ や
ＣＦ₄ とＨ₂ の混合ガスを使用し、絶縁層２８をエッチ
ングし、Ａｌ配線２９を露出させる。

【００６１】このとき、ヴィアホールの側面には側壁付
着物３０が堆積する。これは、例えば、Ａｌ配線２９の
表面にイオンが衝撃し、Ａｌ配線２９がスパッタされ、
Ａｌがヴィアホールの側面に付着するからである。側壁
付着物３の主成分はＡｌやその酸化物であり、また、他
の成分として、フォトレジストパターン２５の成分（例
えば炭素）、絶縁膜２８の成分の一部等を含んでいる。

【００６２】次にＯ₂ プラズマアッシング等のレジスト
剥離手段で、フォトレジストパターン２５を除去する
と、図１３（ｂ）に示すように、絶縁膜２９の表面より
高く側壁付着物２９ａが残留する。

【００６３】このような状態で、例えば、選択ＣＶＤ法
によりヴィアホールをＷで埋め込もうとすると、側壁付
着物２９ａの表面で異常成長が生じるという問題があ
る。

【００６４】このような問題は、例えば、図１のエッチ
ング装置により解決できる。

【００６５】これを具体的に説明すると、まず、ＣＦ₄
の流量を８０ｃｃ／分、Ｈ₂ の流量を８０ｃｃ／分、Ｏ
₂ の流量を１ｃｃ／分にするとともに、ガス圧力を５０
ｍＴｏｒｒ、高周波電力（13.56MHz) を２．７Ｗ／ｃｍ
² 、被処理基体を載置した下部電極２の温度を２０℃、
磁界強度を４００gauss 、磁界と被処理基体とのなす角
度を０°（つまり、基板と磁界が平行の状態）とし、絶
縁膜２８をエッチングし、図１３（ａ）に示すような形
状を得る。

【００６６】このとき、エッチング速度は約５５０ｎｍ
／分であり、エッチングする膜厚が１．２μｍに対し、
５０％のオーバエッチングを行なった。すなわち、エッ
チング時間は３分１６秒とした。

【００６７】次に磁界と被処理基体とのなす角度を６０
°（磁界強度は４００gauss のまま）に設定するととも
に、Ｈ₂ の流量を８０ｃｃ／分、Ｏ₂ の流量を４０ｃｃ
／分、ガス圧力を１００ｍＴｏｒｒ、高周波電力（13.5
6MHz) を１Ｗ／ｃｍ² 、被処理基体を載置した下部電極
２の温度２０℃とし、１分間エッチングを行なった。ま
た、このとき、被処理基体の表面に垂直な軸を中心に２
０回／分の速度で磁界を回転させた。

【００６８】このとき、図１３（ｃ）に示すように、電
子は磁界に巻き付きながら磁界に沿って進行し、被処理
基体に入射する。被処理基体に入射する電子のうち、あ
る電子は、ヴィアホールの側壁に入射するため、ヴィア
ホールの側壁はマイナスに帯電する。この結果、ヴィア
ホールの側壁は質量の大きいイオンの衝撃を多く受ける
ようになり、これによって側壁堆積膜２９ａがエッチン
グ除去される。

【００６９】また、側壁堆積膜２９ａ中のＡｌは、真空
容器の内壁や、フォトレジストパターンの表面に付着し
たフルオロカーボン膜から放出されるＦにより、スパッ
タイールドの高いＡｌＦ化合物となり容易に除去され
る。

【００７０】したがって、以上の工程により、図１３
（ｄ）に示すように、側壁付着物のないエッチングが達
成される。

【００７１】以上述べたように、上記実施例によれば、
成膜速度や、選択性や、加工精度の向上や、ダメージの
低減を図ることができる。更に、高密度プラズマを形成
できるので、気相でのガスの分解、反応が進むため、膜
質の改善も図れる。

【００７２】次に本発明をイオン注入技術に適用した実
施例について説明する。

【００７３】まず、平行平板型プラズマ装置の反応室内
に被処理基体としてのシリコン基板を搬入した後、例え
ば、ドーパントしてのボロンを含むＢＦ３ガスを導入し
て、プラズマを形成する。プラズマ中ではＢＦ₃ 分子が
解離し、そのうちのＢイオンが被処理基体中に打ち込ま
れる。

【００７４】このとき、先の実施例と同様にダイポール
リングマグネットを用い、反応室内に磁場を形成した状
態で、Ｂイオンのイオン注入を行なう。また、Ｂイオン
の他にＦの中性活性主も多く発生するため、被処理基体
のエッチングを防止するために、上記工程は１０^-5Ｔｏ
ｒｒ台の高真空下で処理を行なう。

【００７５】このように、磁界を与えることで、上記の
如きに高真空下でも高密度のプラズマを生成でき、数１
０〜数１００ｅＶ程度の低イオンエネルギーでイオン注
入を行なえるので、極めて浅い不純物層を形成すること
ができる。

【００７６】また、磁界の方向を制御することにより、
シリコン基板の（１００）面に対して、約７度の角度で
イオンを注入すれば、イオンのチャネリングを防止する
ことができる。更にまた、磁界の方向を一定に保ったま
まで、ダイポールリングマグネットを回転させることに
より、マスクによって入射イオンの陰になる部分が生じ
るのを防ぐこともできる。

【００７７】また、マスク下へのイオン注入を行なう等
の目的で被処理基体に対して意図的に入射角度をつけて
イオン注入を行なうこともできる。この場合にも、磁界
の方向を任意に設定することにより、最適な方向からの
イオン注入を行なうことができる。

【００７８】また、本発明はスパッタリング装置に適用
することもできる。

【００７９】この場合、例えば、ターゲットの表面と磁
気力線とのなす角度を変えることにより、ターゲットの
スパッタリングレートを制御できる。これにより、成膜
速度を制御でき、成膜膜厚に対して最適な成膜速度で成
膜を行なえる。

【００８０】なお、スパッタリング装置については高周
波電力を印加するもの、および直流電力を印加するもの
のいずれに対しても、本発明は適用可能である。

【００８１】さらに、本発明はプラズマＣＶＤ装置に対
しても適用可のである。

【００８２】この場合、例えば、被処理基体の表面と磁
気力線とのなす角度を変えることにより、被処理基体と
プラズマとの間に生じる自己バイアス電圧を制御でき、
被処理基体に入射するイオンのエネルギーを制御でき
る。すなわち、上記角度によって、堆積速度を任意に変
えることができ、膜厚を精密に制御できるようになる。
また、図１１に示したように、磁界強度を選べば、高プ
ラズマ密度を実現でき、従来のプラズマＣＶＤ装置に比
べ、成膜速度を速くできる。

【００８３】以上、プラズマエッチング装置、プラズマ
ＣＶＤ装置、スパッタリング装置等に本発明を適用した
実施例について説明したが、本発明は、プラズマによる
表面改質装置や、イオン注入装置のプラズマイオン源、
ＥＣＲ装置や、ウィスラー波（ヘリコン波）プラズマを
形成し、プラズマ、電子、イオン、中性活性種のソース
として利用する装置などにも適用できる。

【００８４】また、磁界強度は、各プロセスに応じて異
なるが、数ガウス以上が好ましい。また、下部電極２，
上部電極７に個々に高周波、或いは直流電力を供給して
も良い。更にまた、プラズマに接する上部電極７の表面
の電位がフローティングとなるように、上部電極７の表
面の材質を選べば、電子およびイオンの閉じ込めを更に
高めることができ、高密度のプラズマを形成できる。

【００８５】また、上記実施例では、高周波電力の周波
数として１３．５６ＭＨｚを選んだが、エッチングする
材料に応じて、例えば、高めのイオンエネルギーが必要
な酸化膜系のエッチングの場合には、１００ｋＨｚから
１ＭＨｚ程度の比較的低い周波数が有効である。一方、
燐を添加した多結晶シリコン、或いはアルミニウム合金
等のように下地基板に対して選択性が要求され、比較的
低いイオンエネルギーが要求される場合には、２０ＭＨ
ｚから数１００ＭＨｚ程度の高い周波数が有効である。
いずれの場合においても、磁界強度との組み合わせによ
り、加工に適したイオンエネルギー，プラズマ密度，そ
の他のプラズマパラメータを制御する。また、使用する
ガスについては、トレンチ溝の場合、シリコン基板を想
定したので、エッチングガスとして塩素系ガスを使用し
たが、フッ素系のガスや、Ｃｌ−Ｆ系のガスを用いても
良い。また、シリコン酸化膜の異方性エッチングの場合
にはフロロカーボン（ＣＦ）系のガス、シリコン窒化膜
のエッチングの場合にはフッ素系のガス、配線等に用い
る金属等のエッチングの場合には塩素系やフッ素系のガ
ス、レジストのエッチングの場合に酸素を含むガスを用
いるなど、エッチングする材料に合わせて適宜ガスを選
択すれば良い。更に、不活性ガス、水素ガス、窒素ガ
ス、酸素ガスなどを添加しても良い。

【００８６】また、上記実施例では、真空容器内に磁場
を形成するとともに、被処理基体の表面に入射する磁気
力線と被処理基体の表面とのなす角度を制御するために
ダイポールリングマグネットを用いたが他の手段で実現
しても良い。

【００８７】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。

【００８８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、プ
ラズマ状態の変動を抑えつつ、自己バイアス電圧を制御
できるので、良好なプラズマ表面処理を行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るエッチング装置の
概略構成を示す模式図。

【図２】図１のエッチング装置のダイポールリングマグ
ネット内の磁界を示す図。

【図３】自己バイアスを制御できる理由を説明するため
の図。

【図４】トレンチの側壁にコンタクト部を形成する方法
を示す工程断面図。

【図５】コンタクトホールの形成方法を説明するための
断面図。

【図６】トレンチの形成方法を説明するための断面図。

【図７】逆テーパ状の溝を示す断面図。

【図８】順テーパ状の溝を示す断面図。

【図９】トレンチの側壁にコンタクト部を形成する方法
を説明するための断面図。

【図１０】電子の閉じ込め方法を説明する他の図。

【図１１】プラズマ密度が高くなる磁界強度を示す図。

【図１２】レジストパターンの凹凸が緩和される理由を
説明するための図。

【図１３】側壁付着物を除去できるヴィアホールの形成
方法を説明するための図。

【図１４】従来のマグネトロンＲＩＥ装置の概略構成を
示す模式図。

【図１５】ダイポールリングマグネットを説明するため
の図。

【符号の説明】

１…真空容器 ２…下部電極 ３…被処理基体 ４…ガス導入口 ５…高周波電源 ６…排気口 ７…上部電極 ８…ダイポールリングマグネット ９…マッチング回路 １０…プラズマ １１…シース ２０…シリコン基板 ２１…絶縁膜 ２２…絶縁膜 ２３…ゲート電極 ２４…ｎ⁺ 拡散層 ２５…（フォト）レジストパターン ２６…下層電極 ２７…上層電極 ２８…絶縁層 ２９…Ａｌ配線 ２９ａ…側壁付着物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理基体が収容される処理室と、 前記処理室内に電場を形成する電場形成手段と、 前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段と、 プラズマ化して前記被処理基体の表面を処理するガスを
   前記処理室内に導入するガス導入手段と、 前記被処理基体の表面における前記磁場の磁気力線と前
   記被処理基体の表面とのなす角度を制御する手段とを具
   備してなることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
2. 【請求項２】被処理基体が収容される処理室と、 前記処理室内に電場を形成する電場形成手段と、 前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段と、 プラズマ化して前記被処理基体の表面を処理するガスを
   前記処理室内に導入するガス導入手段と、 前記被処理基体の表面における前記磁場の磁気力線と前
   記被処理基体の表面とのなす角度を保持したまま、前記
   磁気力線を前記被処理基体の表面に垂直な軸を中心に回
   転させる手段とを具備してなることを特徴とするプラズ
   マ表面処理装置。