JPH08115904A - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

Plasma processing method and plasma processing apparatus

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JPH08115904A
JPH08115904A JP6250723A JP25072394A JPH08115904A JP H08115904 A JPH08115904 A JP H08115904A JP 6250723 A JP6250723 A JP 6250723A JP 25072394 A JP25072394 A JP 25072394A JP H08115904 A JPH08115904 A JP H08115904A
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plasma
particles
excitation
substrate
time
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JP6250723A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Yamada
孝二 山田
Hideo Nakanishi
秀男 中西
Kazumi Wada
一実 和田
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板等のプラズマプロセスにおいて、基
板に発生するダメージを表面の極薄層に限定し、その後
の湿式エッチングによるダメージ層の除去量を最小限に
止め、半導体素子の微細度を損なうことのないプラズマ
プロセスの方法及びその装置を実現する。 【構成】ガス導入口1より、エッチング反応に用いるガ
スをプラズマ室2に導入し、高周波電源13で発生させ
たマイクロ波4を導波管によりプラズマ室2に導入し、
磁界コイル3による磁界との電子サイクロトロン共鳴に
よりプラズマ5を発生させるが、このプラズマ5の発生
を断続的にすることにより、試料基板9に到達するプラ
ズマ光11とプラズマ粒子12とを時間的に分離させ、
同時照射を防止する。
(57) [Abstract] [Purpose] In a plasma process for a semiconductor substrate or the like, damage generated on the substrate is limited to an ultra-thin layer on the surface, and the amount of the damaged layer removed by subsequent wet etching is minimized to achieve a semiconductor device. A plasma process method and its apparatus that do not impair the fineness of [Composition] A gas used for an etching reaction is introduced into a plasma chamber 2 through a gas inlet 1, and a microwave 4 generated by a high frequency power source 13 is introduced into the plasma chamber 2 through a waveguide.
The plasma 5 is generated by electron cyclotron resonance with the magnetic field generated by the magnetic field coil 3. By intermittently generating the plasma 5, the plasma light 11 and the plasma particles 12 reaching the sample substrate 9 are temporally separated. Let
Prevent simultaneous irradiation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス等の製
造に用いられるプラズマプロセスの技術に係り、特に、
試料に対するダメージを最小にしたプラズマプロセスの
方法と、その装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique of plasma process used for manufacturing semiconductor devices, etc.
The present invention relates to a plasma process method and a device therefor in which damage to a sample is minimized.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、微細で高集積化された半導体デ
バイス等の製作には、半導体の材料表面に、高精度で、
かつ、材料に損傷を与えることのないエッチング、クリ
ーニング、膜付け、結晶成長等の加工を行うことが必要
である。このような加工技術の中で、最近は、励起状態
の粒子をもちいた加工技術が多く用いられている。例え
ば、リアクティブイオンエッチング、プラズマスパッタ
リング、プラズマ気相成長法等である。以下、これらの
プラズマプロセスの手法について、代表であるプラズマ
エッチングを例にとって説明する。
2. Description of the Related Art Generally, in the fabrication of fine and highly integrated semiconductor devices, etc.
In addition, it is necessary to perform processing such as etching, cleaning, film attachment, and crystal growth that do not damage the material. Among these processing techniques, recently, a processing technique using excited particles is widely used. For example, reactive ion etching, plasma sputtering, plasma vapor deposition method, and the like. Hereinafter, these plasma process techniques will be described by taking a typical plasma etching as an example.

【0003】まず、プラズマエッチングは、高周波、ま
たは高電圧放電により、反応性ガスをプラズマ状態に
し、励起状態の原子(中性ラジカル)、イオン等を発生
させ、これらの活性な粒子を試料に照射することによ
り、加工を行うものである。一般に、プラズマ室とエッ
チング室は分離されており、粒子は、電界、磁界等によ
り、プラズマ室から直進、または緩やかに発散しながら
進行し、試料に導かれる。
First, in plasma etching, a reactive gas is brought into a plasma state by high-frequency or high-voltage discharge to generate excited atoms (neutral radicals), ions, etc., and these active particles are irradiated to a sample. By doing so, processing is performed. Generally, the plasma chamber and the etching chamber are separated, and the particles are guided straight to the plasma chamber by the electric field, the magnetic field, or the like, or proceed while gradually diverging, and are guided to the sample.

【0004】図6に、その装置構成の一例を示す。ガス
導入口1からプラズマ室2へ導かれたエッチングガス
は、空心コイル3による磁界とマイクロ波4とにより生
ずる電子サイクロトロン共鳴によって、高密度電離プラ
ズマ5を生成する。生成されたプラズマ5中のプラズマ
粒子12は、プラズマ光11と共にエッチング室7へ進
行し、試料ホルダ8上の基板9に照射される。これによ
り、基板9のエッチングが行われる。このとき、試料ホ
ルダ8にバイアス電位を加えれば、プラズマ粒子12中
のイオンを加速することができる。また、プラズマ室2
にバイアス電位を加えても同様である。この加工技術
は、粒子の直進性を利用するエッチングであるので、微
細パターンの形成や垂直加工性に優れている。なお、装
置内は、排気口10により、真空に排気されている。
FIG. 6 shows an example of the device configuration. The etching gas guided from the gas inlet 1 to the plasma chamber 2 produces high-density ionized plasma 5 by electron cyclotron resonance generated by the magnetic field generated by the air-core coil 3 and the microwave 4. The generated plasma particles 12 in the plasma 5 travel to the etching chamber 7 together with the plasma light 11 and are applied to the substrate 9 on the sample holder 8. As a result, the substrate 9 is etched. At this time, if a bias potential is applied to the sample holder 8, the ions in the plasma particles 12 can be accelerated. Also, the plasma chamber 2
The same applies when a bias potential is applied to. Since this processing technique is etching that uses the straightness of particles, it is excellent in forming fine patterns and vertical processing. The inside of the apparatus is evacuated to a vacuum by the exhaust port 10.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このプラズマプロセス
は、活性な粒子の反応性を利用することにより、単なる
粒子の物理的衝撃による加工に比べ、低運動エネルギー
の入射でも高効率の反応が可能なため、低損傷で加工で
きることが特徴である。しかし、、なお損傷の発生は避
けられず、大きな問題がある。このダメージの発生は、
入射エネルギーが数100eV以下と小さいにもかかわ
らず、イオンの注入飛程をはるかに越え、表面から0.
1μmもの深い領域にまで及んでいる。このため、素子
能動層の微細加工にもちいられることが多い化合物半導
体のエッチングでは、ダメージの問題はとりわけ深刻で
ある。
By utilizing the reactivity of active particles, this plasma process enables a highly efficient reaction even when incident with low kinetic energy, as compared with processing by merely physical impact of particles. Therefore, the feature is that it can be processed with low damage. However, the occurrence of damage is still unavoidable, which is a serious problem. The occurrence of this damage is
Even though the incident energy is as small as several hundred eV or less, the ion implantation range is far exceeded, and it is less than 0.1% from the surface.
It reaches as deep as 1 μm. Therefore, the problem of damage is particularly serious in the etching of compound semiconductors, which are often used for fine processing of element active layers.

【0006】そこで、実際のデバイス製造プロセスで
は、プラズマエッチングにより構造を形成した後、デバ
イス動作に影響を及ぼさない程度に表面のダメージ層
を、ダメージのより少ない湿式エッチングにより除去す
る手法が用いられている。この場合に重要なことは、ダ
メージの内部への浸入を抑制し、除去層を最小限にとど
め、形成した構造の微細度、及び加工精度を損なわない
ようにすることである。しかし、従来、ダメージの挙
動、とりわけ、内部への深い浸入機構にたいする理解の
欠如により、効果的な対処法もみいだせず、ダメージ層
除去の深い湿式エッチングによって、微細度、加工精度
を犠牲にしているのが現状である。
Therefore, in the actual device manufacturing process, after forming a structure by plasma etching, a method of removing a damaged layer on the surface by wet etching with less damage is used so long as it does not affect device operation. There is. In this case, what is important is to suppress the intrusion of damage into the inside, to minimize the removal layer, and not to impair the fineness of the formed structure and the processing accuracy. However, conventionally, due to lack of understanding of damage behavior, in particular, deep penetration mechanism into the interior, no effective countermeasure can be found, and deep wet etching for removing damaged layer sacrifices fineness and processing accuracy. It is the current situation.

【0007】以上、プラズマエッチングを例に挙げて説
明したように、素子の微細化・高集積化にはプラズマプ
ロセス技術が不可欠であるが、プラズマ粒子の衝撃によ
るダメージの発生は避けられず、したがって、微細度、
加工精度をできるだけ損なうことなくダメージのない表
面を得るための手法として、プラズマ照射によるダメー
ジの発生領域を表面の極薄層に止める方法が強く望まれ
ていた。
As described above by taking plasma etching as an example, plasma process technology is indispensable for miniaturization and high integration of elements, but damage due to impact of plasma particles is unavoidable, and , Fineness,
As a method for obtaining a surface that is not damaged and the processing accuracy is not impaired as much as possible, there has been a strong demand for a method in which a region where damage due to plasma irradiation is generated is stopped in an extremely thin layer on the surface.

【0008】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、プラズマプロセスにおけるダメージの発生
を基板表面の極薄層に限定し、その後の湿式エッチング
等の手法によるダメージ層の除去量を最小限に止め、半
導体素子の微細度を損なうことのないプラズマプロセス
の方法、及びプラズマプロセス装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and limits the occurrence of damage in a plasma process to an ultrathin layer on the surface of a substrate, and removes the damaged layer by a method such as wet etching thereafter. An object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus which are minimized and do not impair the fineness of a semiconductor element.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、プラズマ粒子やプラズマ光を発
生させるプラズマ生成領域でのプラズマ励起を断続的に
行い、この励起持続時間を、プラズマ粒子が加工対象で
ある基板表面に到達するまでの飛来時間以下とし、か
つ、励起の中断時間を、上記飛来時間以上として、プラ
ズマ粒子とプラズマ光とが同時に加工基板に到達するこ
とを防止する。このとき、プラズマ励起を中断した後
も、なお少しプラズマの寿命が残存するので、上記のプ
ラズマ励起持続時間にこの残存するプラズマの寿命時間
を加え、これをプラズマ粒子の飛来時間以下に抑える。
To achieve this object, in the present invention, plasma excitation in a plasma generation region for generating plasma particles or plasma light is intermittently performed, and this excitation duration is set to The arrival time of the particles to reach the surface of the substrate to be processed is set to be equal to or less than the arrival time, and the excitation interruption time is set to be equal to or more than the arrival time to prevent the plasma particles and the plasma light from reaching the processed substrate at the same time. At this time, since the plasma lifetime still remains after the plasma excitation is interrupted, the remaining plasma lifetime is added to the above-described plasma excitation duration to keep the plasma particle arrival time below the arrival time.

【0010】また、プラズマ生成領域と加工基板との間
に、プラズマ励起の断続に同期して開閉する遮断機構を
設け、この遮断機構をプラズマ励起中は閉とし、プラズ
マ粒子の通過時には開とし、プラズマ粒子は通過させる
が、プラズマ光は基板に入射するのを遮断する。
A blocking mechanism is provided between the plasma generation region and the processed substrate to open and close in synchronism with the intermittent plasma excitation. The blocking mechanism is closed during plasma excitation and opened when plasma particles pass through. The plasma particles are allowed to pass, but the plasma light is blocked from entering the substrate.

【0011】一方、プラズマプロセス装置において、プ
ラズマ生成領域と加工基板との間に、ある特定の速度を
持った粒子のみを選択的に通過させる速度選別器を設け
る。この速度選別器として、開口部の位置が相互にずれ
ており、かつ、間隔をおいて設けられた2枚の開口部付
き遮断板で構成させ、これらの遮断板をプラズマ粒子の
経路に垂直な面内で同期して回転させ、両方の開口部を
順次通過できる速度の粒子のみを選択的に通過させ、そ
の他の、例えば、プラズマ光の通過は、常に遮断する。
On the other hand, in the plasma processing apparatus, a speed selector for selectively passing only particles having a certain speed is provided between the plasma generation region and the processed substrate. As this speed selector, the positions of the openings are displaced from each other, and the speed selector is composed of two blocking plates with openings provided at intervals, and these blocking plates are perpendicular to the path of the plasma particles. The particles are rotated synchronously in the plane, and only particles having a velocity capable of sequentially passing through both openings are selectively passed, while the passage of other, for example, plasma light is always blocked.

【0012】[0012]

【作用】本発明に係る半導体のプラズマプロセスの方法
及びその装置においては、プラズマを断続的に励起する
方法や、プラズマ粒子のみを通過させ、プラズマ光は遮
断する遮断機構を設けることにより、プラズマ光とプラ
ズマ粒子とを時間的に分離して加工基板に照射するこ
と、あるいは、プラズマ光を常に遮断してプラズマ粒子
のみで加工基板を照射することが特徴となっている。こ
れは、プラズマプロセスにより半導体基板内に誘起され
たダメージ(欠陥)の拡散が、光励起キャリアによって
著しく加速、促進されるという発明者等の発見に基づい
て、考案されたものである。以下、本件に関して詳細に
説明する。
In the method and apparatus for plasma processing of semiconductors according to the present invention, the method for intermittently exciting plasma or the provision of a blocking mechanism for passing only plasma particles and blocking plasma light provides And the plasma particles are temporally separated to irradiate the processed substrate, or the plasma light is always shut off to irradiate the processed substrate only with the plasma particles. This was devised based on the discovery of the inventors that the diffusion of damage (defects) induced in the semiconductor substrate by the plasma process is significantly accelerated and promoted by the photoexcited carriers. Hereinafter, this matter will be described in detail.

【0013】従来から、ドライエッチング等のプラズマ
プロセスにおいて、イオンの注入飛程よりもはるかに深
いバルク層深部にまでキャリアキラーとして働く欠陥が
発生することが知られていた。しかし、その発生機構に
ついては不明であった。本発明者等は、プラズマエッチ
ングプロセスにおいて、さらに別の光を加えて照射した
場合のGaAsの損傷について調べ、バンドギャップ以上
のエネルギーを持つレーザ光の照射により、損傷領域が
著しく深い位置まで広がることを明らかにした(199
4年第6回半導体のシャローレベルセンターに関する国
際会議)。例えば、レーザ照射なしでプラズマ照射のみ
では表面下50nmに1017/cm3の欠陥が拡散で侵入
しているが、レーザ光が照射された領域では、1017
cm3の欠陥は表面下100nmまで侵入しており、拡散
距離が2倍になっていることが判った。すなわち、レー
ザ光励起による拡散促進現象により、バルク深部へ欠陥
が侵入したことが判った。類似の効果は、Arイオンに
限らず、軽元素の水素(H)、ヘリウム(He)イオン
の照射でも観測され、これは、プラズマプロセスによっ
てGaAs中に発生する点欠陥にみられる普遍的な現象で
ある。すなわち、近年、点欠陥物理学の分野で関心の高
まっている、多量の電子・正孔の注入下で起こる欠陥の
拡散促進現象が、レーザ光励起によって起きたためと考
えられる。従って、低ダメージ化をはかるためには、加
工時の照射光強度を低下・消滅させることが重要である
ことが判った。ところで、図6中に示されているよう
に、プラズマエッチングをはじめとする半導体のプラズ
マプロセスでは、基板9の表面は、プラズマ粒子12と
ともに、プラズマ光11にも曝されている。プラズマ光
11は、一般に半導体のバンドギャップよりも高いエネ
ルギー域に強い発光を有しているため、上記のレーザ光
照射の場合と同様に、基板9表面に多数の電子・正孔対
を生成させる。そこで、本発明者等は、プラズマエッチ
ング等のプラズマプロセスによって点欠陥がプラズマ粒
子12の注入飛程よりもはるかに深いバルク層にまで発
生する主たる要因が、プラズマ光11による電子励起拡
散促進効果によるものと着目した。このため、本発明者
等は、電界や磁界を用いて、電荷を帯びた粒子(イオ
ン)の飛程を曲げることにより、プラズマ光とプラズマ
粒子中のイオンを分離する方法をすでに提案した(特願
平6−126308号)。しかし、この方法では、電荷
をおびたイオンに対しての効果はあるが、中性ラジカル
等の電気的に中性な粒子をプラズマ光と分離することは
できない。
It has been conventionally known that in a plasma process such as dry etching, a defect that acts as a carrier killer occurs even in a deep portion of a bulk layer that is far deeper than an ion implantation range. However, the mechanism of its occurrence was unknown. The present inventors investigated the damage of GaAs in the case of irradiating with additional light in the plasma etching process, and the irradiation of the laser light having the energy higher than the band gap causes the damaged region to spread to a significantly deep position. Was revealed (199
4th 6th International Conference on Shallow Level Centers for Semiconductors). For example, although defects without laser irradiation plasma irradiation alone subsurface 50nm to 10 17 / cm 3 is penetrated by diffusion, in a region where laser light is irradiated, 10 17 /
It was found that the defects of cm 3 penetrated to 100 nm below the surface and the diffusion distance was doubled. That is, it was found that the defect penetrated into the deep portion of the bulk due to the phenomenon of diffusion promotion by laser light excitation. Similar effects are observed not only for Ar ions but also for irradiation of light element hydrogen (H) and helium (He) ions, which is a universal phenomenon observed in point defects generated in GaAs by plasma process. Is. That is, it is considered that laser light excitation caused a phenomenon of promoting diffusion of defects that occurs under the injection of a large amount of electrons and holes, which has been attracting attention in the field of point defect physics in recent years. Therefore, it has been found that it is important to reduce or eliminate the irradiation light intensity during processing in order to reduce damage. By the way, as shown in FIG. 6, in the semiconductor plasma process including plasma etching, the surface of the substrate 9 is exposed to the plasma light 11 as well as the plasma particles 12. Since the plasma light 11 generally has strong light emission in an energy range higher than the band gap of the semiconductor, a large number of electron-hole pairs are generated on the surface of the substrate 9 as in the case of the above laser light irradiation. . Therefore, the present inventors have found that the main cause of point defects occurring in the bulk layer far deeper than the injection range of the plasma particles 12 due to the plasma process such as plasma etching is the electron excitation diffusion promotion effect by the plasma light 11. I focused on things. Therefore, the present inventors have already proposed a method of separating the plasma light and the ions in the plasma particles by bending the range of the charged particles (ions) by using an electric field or a magnetic field. Japanese Patent Application No. 6-126308). However, this method has an effect on charged ions but cannot separate electrically neutral particles such as neutral radicals from plasma light.

【0014】本発明者等は、電子励起拡散促進効果の研
究を進め、この効果は、励起されたプラズマ光とプラズ
マ粒子とが同時に加工基板に到達するときに起こること
を見いだした。すなわち、GaAs等では励起された電子
・正孔対の寿命は数ナノ秒以下であるので、プラズマ光
とプラズマ粒子が数ナノ秒以上の間をおいて基板に入射
した場合には、電子励起拡散促進効果は起きない。本発
明は、光と粒子の速度差を利用して、プラズマ光とプラ
ズマ粒子の基板への同時入射を防止することが特徴であ
り、粒子の電荷の有無に係らず適用できる利点がある。
The present inventors have proceeded with research on the electron-excited diffusion promoting effect, and found that this effect occurs when the excited plasma light and plasma particles reach the processed substrate at the same time. That is, in GaAs, etc., the lifetime of excited electron-hole pairs is several nanoseconds or less. Therefore, when plasma light and plasma particles are incident on the substrate after several nanoseconds or more, electron excitation diffusion occurs. There is no accelerating effect. The present invention is characterized by preventing the simultaneous incidence of plasma light and plasma particles on the substrate by utilizing the speed difference between light and particles, and has an advantage that it can be applied regardless of the presence or absence of electric charge of particles.

【0015】一方、最近、プラズマを断続励起するプロ
セスとして「タイムモジュレーションプラズマエッチン
グ法」が提案されている(例えば、日経マイクロデバイ
ス、1994年7月号p99)。この方法は、プラズマ
を断続励起することにより、プラズマの過渡状態を積極
的に利用し、エッチングの高選択性や高速性を改善する
ものである。しかし、この方法の特徴は、プラズマの寿
命(数10マイクロ秒)より短い10マイクロ秒程度で
断続励起することにより、プラズマ励起断の間でもプラ
ズマ密度を維持し、プラズマ自体は基板へ連続照射する
ものである。一方、本発明では、加工基板に入射させる
プラズマ粒子を断続させ、プラズマ光との同時入射を防
止することを特徴とし、「タイムモジュレーションプラ
ズマエッチング法」とはまったく異なる発明である。
On the other hand, recently, a "time modulation plasma etching method" has been proposed as a process for intermittently exciting plasma (eg, Nikkei Microdevice, July 1994, p99). This method positively utilizes the transient state of the plasma by intermittently exciting the plasma to improve high selectivity and high speed of etching. However, the feature of this method is that the plasma density is maintained even during the interruption of the plasma excitation by intermittently exciting the plasma for about 10 microseconds, which is shorter than the lifetime of the plasma (several tens of microseconds), and the plasma itself continuously irradiates the substrate. It is a thing. On the other hand, the present invention is characterized by interrupting the plasma particles that are incident on the processed substrate to prevent simultaneous incidence with plasma light, and is a completely different invention from the “time modulation plasma etching method”.

【0016】本発明は、以上述べたように、点欠陥挙動
の新現象の発見と考察に基づいた半導体のプラズマプロ
セスの装置と方法に関するものであり、プラズマ照射プ
ロセスにおいて、基板表面にプラズマ粒子が衝突する際
に、同時にプラズマ光にも曝されるのを積極的に防止す
ることにより、点欠陥の拡散を大幅に抑制したものであ
る。
As described above, the present invention relates to an apparatus and method for a semiconductor plasma process based on the discovery and consideration of a new phenomenon of point defect behavior. In the plasma irradiation process, plasma particles are generated on the substrate surface. By positively preventing the plasma light from being exposed at the time of collision, diffusion of point defects is significantly suppressed.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明に係るプラズマプロセスの方法とそ
の装置とについて、本実施例1では、GaAs半導体のC
l2ガスプラズマによるエッチングを例にとり説明する。
本実施例1では、プラズマ生成室でのプラズマ励起を断
続的に行うことにより、加工基板表面へのプラズマ光と
プラズマ粒子との同時入射を防止し、光励起による拡散
促進現象を抑制したものである。
(Embodiment 1) Regarding the plasma processing method and apparatus according to the present invention, in Embodiment 1, the C of GaAs semiconductor is used.
A description will be given by taking etching by l 2 gas plasma as an example.
In the first embodiment, the plasma excitation in the plasma generation chamber is intermittently performed to prevent simultaneous incidence of plasma light and plasma particles on the surface of the processed substrate and suppress the diffusion promotion phenomenon due to the optical excitation. .

【0018】まず、図1(a)に、本発明に係る実施例
1の装置構成を示す。これは、半導体材料加工装置にお
ける、半導体基板のエッチングを示す図である。ここで
は、高周波電源13を断続運転することにより、プラズ
マ励起を断続的に行っている。図1(b)は、プラズマ
の励起状態、光子及び粒子の基板到達の時間的変化、を
示すタイムチャートである。
First, FIG. 1 (a) shows a device configuration of a first embodiment according to the present invention. This is a diagram showing etching of a semiconductor substrate in a semiconductor material processing apparatus. Here, plasma excitation is performed intermittently by intermittently operating the high frequency power supply 13. FIG. 1B is a time chart showing an excited state of plasma, and temporal changes in arrival of photons and particles on a substrate.

【0019】次に、本装置により、プラズマ光とプラズ
マ粒子とが、加工基板に同時に達しないようにする動作
について説明する。
Next, the operation of the apparatus to prevent plasma light and plasma particles from reaching the processed substrate at the same time will be described.

【0020】まず、ガス導入口1より、エッチング反応
にもちいるガス(塩素ガス)を、プラズマ室2へ導入す
る。高周波電源13で発生したマイクロ波(2,450
MHz)4は、導波管によりプラズマ室2へ導入され
る。プラズマ室2には、磁界コイル3により電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)条件の875Gaussの磁界が加
えられ、プラズマ5が発生する。これにより発生した活
性なプラズマ粒子(塩素)12、及びプラズマ光子11
は、エッチング室7へ進み、試料ホールダ8上の基板9
(GaAs)に照射される。その後、反応を終了したガス
は、排気口10より排出される。
First, a gas (chlorine gas) used for the etching reaction is introduced into the plasma chamber 2 through the gas inlet 1. The microwave generated by the high frequency power source 13 (2,450
The MHz) 4 is introduced into the plasma chamber 2 by the waveguide. A magnetic field of 875 Gauss under electron cyclotron resonance (ECR) conditions is applied to the plasma chamber 2 by the magnetic field coil 3 to generate plasma 5. Active plasma particles (chlorine) 12 generated by this and plasma photon 11
Proceeds to the etching chamber 7 and the substrate 9 on the sample holder 8
(GaAs) is irradiated. After that, the gas that has completed the reaction is discharged from the exhaust port 10.

【0021】本発明では、高周波電源13をパルス的に
発振させることにより、プラズマ粒子12と、プラズマ
光子11との基板9への到達時間を分離するものであ
る。これを、図1(b)のタイムチャートに示す。プラ
ズマ光11は励起終了後、プラズマ寿命に相当する時定
数で指数関数的に減少する。本実施例1では、励起終了
後のプラズマ寿命時の発光も粒子と分離するように、プ
ラズマ励起時間を選んだ。すなわち、励起時間とプラズ
マ寿命の合計時間が粒子の飛来時間以下の時間になるよ
うにした。その結果、プラズマ粒子12が基板9に到達
する時間は、プラズマの発光(励起時間+寿命)の終了
後になる。従って、プラズマ光11とプラズマ粒子12
の両者が同時に基板9に達することが防止できる。
In the present invention, the arrival time of the plasma particles 12 and the plasma photons 11 at the substrate 9 is separated by oscillating the high frequency power source 13 in a pulsed manner. This is shown in the time chart of FIG. After the excitation, the plasma light 11 exponentially decreases with a time constant corresponding to the plasma life. In Example 1, the plasma excitation time was selected so that the light emission during the plasma life after the excitation was also separated from the particles. That is, the total time of the excitation time and the plasma life was set to be a time equal to or shorter than the particle arrival time. As a result, the time for the plasma particles 12 to reach the substrate 9 is after the end of the plasma emission (excitation time + lifetime). Therefore, the plasma light 11 and the plasma particles 12
It is possible to prevent both of them from reaching the substrate 9 at the same time.

【0022】このようにして、100nmの深さのエッ
チングを行ったGaAsにたいして、キャリア濃度の深さ
依存性を調べた。結果を図2(a)に示す。キャリアの
測定は、ウェットエッチングにより表面を10nmごと
にエッチングし、フォトリフレクタンス法により調べ
た。参考に、連続励起による結果も示してある。表面直
下は、エッチングによる損傷のため、キャリアの低減が
見られる。しかし、本発明による断続励起により、キャ
リアの低減領域は、連続励起の場合に比べ、1/5以下
となっていることが判る。また、励起の中断時間の長さ
によるキャリア濃度の変化を、図2(b)に示す。励起
時間を20マイクロ秒として、励起の中断時間を変えて
エッチングした場合のキャリア濃度を示している。励起
の中断時間が長くなると、キャリア濃度の低下が減少
し、粒子の飛来時間(80マイクロ秒)で、ほぼ一定に
なる。これは、励起の中断時間が粒子の飛来時間より長
く、かつ、プラズマ励起、及びプラズマの寿命よりも長
いため、プラズマ光11とプラズマ粒子12との基板9
への到達を時間的に完全に分離できた結果である。
The depth dependency of the carrier concentration was investigated for GaAs thus etched to a depth of 100 nm. The results are shown in Fig. 2 (a). For the measurement of the carrier, the surface was etched by 10 nm by wet etching and examined by the photoreflectance method. For reference, the result of continuous excitation is also shown. Immediately below the surface, reduction of carriers can be seen due to damage due to etching. However, it can be seen that, due to the intermittent excitation according to the present invention, the carrier reduction region is 1/5 or less as compared with the case of continuous excitation. Further, FIG. 2B shows the change in carrier concentration depending on the length of the excitation interruption time. The excitation time is 20 microseconds, and the carrier concentration is shown when etching is performed by changing the excitation interruption time. When the excitation interruption time becomes long, the decrease in carrier concentration decreases, and the particle arrival time (80 microseconds) becomes almost constant. This is because the interruption time of the excitation is longer than the arrival time of the particles and longer than the plasma excitation and the life of the plasma. Therefore, the substrate 9 of the plasma light 11 and the plasma particles 12 is
This is the result of being able to completely separate the arrival at time.

【0023】(実施例2)本実施例2では、プラズマ励
起を断続的に行い、これに同期して開閉する遮断板によ
り、プラズマ粒子のみを加工基板に入射させる方法につ
いて説明する。図3(a)は、本発明の構成図を示す。
ガスの導入、プラズマの断続励起法等は、図1(a)の
場合と同じである。プラズマの断続と同期して、開口部
をもつ遮断板6を回転させる。そのタイムチャートを、
図3(b)に示す。プラズマ発光時間は、プラズマ励起
時間+プラズマ寿命の時間であり、この間、プラズマ光
11は遮断板6により遮られる。この後、プラズマ粒子
12が遮断板6に達する時には、開口部がくるように回
転速度を選んでおく。その結果、プラズマ粒子12は開
口部を通過し、加工基板9に到達する。この結果、加工
基板9にはプラズマ光11は到達せず、プラズマ粒子1
2のみを到達させることができる。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, a method of performing plasma excitation intermittently and causing only the plasma particles to enter the processed substrate by a blocking plate which opens and closes in synchronization with this will be described. FIG. 3A shows a configuration diagram of the present invention.
The introduction of gas, the intermittent excitation method of plasma, and the like are the same as in the case of FIG. The blocking plate 6 having an opening is rotated in synchronization with the intermittent plasma. The time chart,
It is shown in FIG. The plasma emission time is the time of plasma excitation time + time of plasma life, during which the plasma light 11 is blocked by the blocking plate 6. After that, when the plasma particles 12 reach the blocking plate 6, the rotation speed is selected so that the opening comes. As a result, the plasma particles 12 pass through the opening and reach the processed substrate 9. As a result, the plasma light 11 does not reach the processed substrate 9 and the plasma particles 1
Only 2 can be reached.

【0024】上記の方法でエッチングを行った場合の、
低ダメージ化の例を、図4に示す。図4(a)は、加工
対象の試料構造であり、AlGaAs/GaAs/AlGaAs
層による量子井戸構造を、試料表面から15,20,2
5nmの各深さに作製したものである。この試料の表面
を、それぞれ、Cl2プラズマの連続励起、断続励起、断
続励起+同期遮断板による方法で10nmエッチングし
た。この試料の各量子井戸からの発光強度をフォトリフ
レクタンス法で測定したものが、図4(b)である。連
続励起によるエッチングに比べ、断続励起の方法ではダ
メージが少なく、さらに、同期遮断板を用いることによ
り、深い位置の量子井戸へのダメージを、ほぼ完全にな
くしたエッチングが可能なことが判る。
When etching is performed by the above method,
An example of reducing damage is shown in FIG. FIG. 4A shows a sample structure to be processed, which is AlGaAs / GaAs / AlGaAs.
Quantum well structure consisting of layers from the sample surface 15, 20, 2
It was prepared at each depth of 5 nm. The surface of each sample was etched by 10 nm by the method of continuous excitation of Cl 2 plasma, intermittent excitation, and intermittent excitation + synchronization blocking plate. The emission intensity from each quantum well of this sample is measured by the photoreflectance method, and is shown in FIG. It can be seen that the intermittent excitation method causes less damage than the etching by continuous excitation, and further, the use of the synchronous blocking plate makes it possible to almost completely eliminate the damage to the deep quantum well.

【0025】(実施例3)本実施例3では、プラズマ励
起を連続的に行い、プラズマ室−基板間に光を遮断し、
ある速度をもつ粒子のみを通過させる速度選別器によ
り、プラズマ粒子のみを加工基板に入射させる装置につ
いて説明する。まず、図5(a)は、本発明の構成図を
示す。ガスの導入、プラズマの励起法等は、図1(a)
の場合と同じである。
(Third Embodiment) In the third embodiment, plasma excitation is continuously performed to block light between the plasma chamber and the substrate.
An apparatus for injecting only plasma particles into a processed substrate by a speed selector that allows only particles having a certain speed to pass will be described. First, FIG. 5A shows a block diagram of the present invention. Gas introduction, plasma excitation method, etc. are shown in FIG.
Is the same as in.

【0026】次に、図5(b)は、本実施例3におけ
る、プラズマ粒子12のみを通過させる遮断板6の模式
図である。回転可能な第1の遮断板6−1と第2の遮断
板6−2とを、それぞれの中心がプラズマ流の方向と平
行になるように、かつ、それぞれの開口部をずらした位
置に保持して、一定の距離をおいて配置する。この遮断
板6を回転させると、第1の遮断板6−1を通過したプ
ラズマ光11は、その速度が速いため、第2の遮断板6
−2で遮られる。一方、有限の速度をもつプラズマ粒子
12では、第1の遮断板6−1を通過してから第2の遮
断板6−2に到達するまでに、ある時間がかかるので、
この時間に、第2の遮断板6−2の開口部がくるよう
に、遮断板6の回転速度を調節しておく。その結果、あ
る速度をもったプラズマ粒子12のみを、加工基板9に
照射することができる。
Next, FIG. 5 (b) is a schematic view of the blocking plate 6 which allows only the plasma particles 12 to pass in the third embodiment. The rotatable first blocking plate 6-1 and the second blocking plate 6-2 are held at positions where their centers are parallel to the direction of the plasma flow and their openings are offset. Then, place them at a certain distance. When this blocking plate 6 is rotated, the plasma light 11 that has passed through the first blocking plate 6-1 has a high speed, so that the second blocking plate 6 is rotated.
-2 is blocked. On the other hand, in the case of the plasma particles 12 having a finite velocity, it takes a certain time from passing through the first blocking plate 6-1 to reaching the second blocking plate 6-2.
At this time, the rotation speed of the blocking plate 6 is adjusted so that the opening of the second blocking plate 6-2 comes. As a result, the processed substrate 9 can be irradiated with only the plasma particles 12 having a certain speed.

【0027】このようにして、100nmの深さのエッ
チングを行ったGaAsに対して、実施例1と同様に、キ
ャリア濃度の深さ依存性を調べた。その結果は、実施例
1の図2(a)とほぼ等しく、低ダメージでエッチング
が可能であった。
In the same manner as in Example 1, the depth dependency of the carrier concentration was examined for the GaAs thus etched to a depth of 100 nm. The result was almost the same as that of FIG. 2A of Example 1, and etching was possible with low damage.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプラ
ズマプロセスの方法及び装置においては、半導体基板の
加工表面に、プラズマ光の入射を防止しながら、荷電の
有無に無関係にプラズマ粒子の照射を行うことができる
ので、プラズマ粒子照射により発生するダメージが基板
表面から内部へ拡散することが抑制され、ダメージを基
板表面の浅い領域に閉じこめることが可能となる。従っ
て、プラズマエッチングに引き続いて行われる湿式エッ
チングによる表面層の除去量を最小限にすることがで
き、基板表面加工の微細性や精度を維持することが可能
となり、半導体デバイスの集積度の向上が可能となる。
As described above, in the plasma processing method and apparatus according to the present invention, the plasma particles are irradiated onto the processing surface of the semiconductor substrate regardless of the presence or absence of charging while preventing the incidence of plasma light. Therefore, it is possible to suppress the damage generated by the plasma particle irradiation from diffusing from the substrate surface to the inside, and it is possible to confine the damage to the shallow region of the substrate surface. Therefore, the removal amount of the surface layer by the wet etching performed after the plasma etching can be minimized, the fineness and accuracy of the substrate surface processing can be maintained, and the integration degree of the semiconductor device can be improved. It will be possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るプラズマプロセス装置の第1の実
施例の装置構成(a)、及びプラズマ励起のタイミング
(b)を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration (a) of a plasma process apparatus according to a first embodiment of the present invention and a plasma excitation timing (b).

【図2】本発明に係るプラズマエッチングによって得ら
れたキャリア濃度減少防止効果を示した図である
(a),(b)。
FIG. 2 is a diagram showing a carrier concentration reduction preventing effect obtained by plasma etching according to the present invention (a), (b).

【図3】本発明に係るプラズマプロセス装置の第2の実
施例の装置構成(a)、及びプラズマ励起と遮断板開閉
とのタイミング(b)を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing an apparatus configuration (a) of a plasma process apparatus according to a second embodiment of the present invention and a timing (b) between plasma excitation and opening / closing of a blocking plate.

【図4】本発明に係るプラズマエッチングによって得ら
れたフォトルミネッセンス発光強度減少防止効果を示し
た図である(a),(b)。
FIG. 4 is a diagram showing a photoluminescence emission intensity reduction prevention effect obtained by plasma etching according to the present invention.

【図5】本発明に係るプラズマプロセス装置の第3の実
施例の装置構成(a)、及びその遮断板の模式図(b)
を示した図である。
FIG. 5 is an apparatus configuration (a) of a third embodiment of the plasma process apparatus according to the present invention, and a schematic diagram (b) of its shutoff plate.
It is the figure which showed.

【図6】従来のプラズマプロセス装置の構成を示した図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional plasma process apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ガス導入口 2…プラズマ室 3…磁界コイル 4…マイクロ波 5…プラズマ 6…遮断板 7…エッチング室 8…試料ホルダ 9…基板 10…排気口 11…プラズマ光 12…プラズマ粒子 13…マイクロ波電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas inlet 2 ... Plasma chamber 3 ... Magnetic field coil 4 ... Microwave 5 ... Plasma 6 ... Blocking plate 7 ... Etching chamber 8 ... Sample holder 9 ... Substrate 10 ... Exhaust port 11 ... Plasma light 12 ... Plasma particles 13 ... Micro Wave power

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05H 1/46 C 9216−2G H01L 21/306 S N ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location H05H 1/46 C 9216-2G H01L 21/306 SN

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマを発生させ、これにより基板を加
工するプラズマプロセスの方法において、プラズマ粒子
やプラズマ光を発生させるプラズマ生成領域でのプラズ
マ励起を断続的に行い、該プラズマ励起の持続時間を、
上記プラズマ粒子が加工対象の上記基板の表面に到達す
るまでの飛来時間以下とし、かつ、上記プラズマ励起の
中断時間を上記飛来時間以上とし、上記プラズマ粒子と
プラズマ光とが同時に上記基板に達することを抑制しな
がら上記プラズマ粒子により上記基板を加工することを
特徴とするプラズマプロセスの方法。
1. A plasma process method for generating a plasma and thereby processing a substrate, wherein plasma excitation is intermittently performed in a plasma generation region for generating plasma particles and plasma light, and the duration of the plasma excitation is set. ,
The plasma particles have a flying time of less than or equal to the surface of the substrate to be processed, and the plasma excitation interruption time is not less than the flying time, and the plasma particles and plasma light reach the substrate at the same time. A method of plasma processing, characterized in that the substrate is processed by the plasma particles while suppressing the above.
【請求項2】上記プラズマの励起持続時間と、励起終了
後におけるプラズマの寿命時間との和を、上記プラズマ
粒子の上記飛来時間以下とすることを特徴とする請求項
1に記載のプラズマプロセスの方法。
2. The plasma process according to claim 1, wherein the sum of the excitation duration of the plasma and the lifetime of the plasma after completion of the excitation is set to be equal to or less than the flight time of the plasma particles. Method.
【請求項3】上記プラズマ生成領域と上記基板との間
に、上記プラズマ励起の断続に同期して開閉する遮断機
構を設置し、該遮断機構をプラズマ励起中は閉とし、上
記プラズマ粒子の通過時には開とすることを特徴とする
請求項1または2に記載のプラズマプロセスの方法。
3. A blocking mechanism is provided between the plasma generation region and the substrate, the blocking mechanism opening and closing in synchronization with the interruption of the plasma excitation, and the blocking mechanism is closed during the plasma excitation to allow passage of the plasma particles. The plasma process method according to claim 1 or 2, wherein the plasma process is opened at times.
【請求項4】プラズマ生成領域から加工基板に達する経
路中に、ある特定の速度を持った粒子のみを選択的に通
過させる速度選別器を設置したことを特徴とするプラズ
マプロセス装置。
4. A plasma process apparatus comprising a velocity selector for selectively passing only particles having a certain velocity in a path from a plasma generation region to a processed substrate.
【請求項5】開口部の位置が相互にずれており、かつ、
間隔をおいて設けられた第1と第2の開口部付き遮断板
を、プラズマ粒子の経路に垂直な面内で同期して回転さ
せる速度選別器を有することを特徴とする請求項4に記
載のプラズマプロセス装置。
5. The positions of the openings are displaced from each other, and
The speed selector which rotates the 1st and 2nd blocking plate with an opening provided at intervals in synchronism within the surface perpendicular | vertical to the path | route of a plasma particle, The said 4 characterized by the above-mentioned. Plasma process equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021150184A (en) * 2020-03-19 2021-09-27 住友重機械工業株式会社 Negative ion generation device

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JP2021150184A (en) * 2020-03-19 2021-09-27 住友重機械工業株式会社 Negative ion generation device
KR20210117936A (en) * 2020-03-19 2021-09-29 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 Apparatus for producing negative ion

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