專利名稱：螺旋波等離子處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干蝕刻、濺射、等離子CVD等的等離子處理方法及裝置，尤其涉及一種在較高真空下能產(chǎn)生高密度等離子體的螺旋波等離子處理方法及裝置。
近年來，在半導(dǎo)體元件的細微化方面，為了實現(xiàn)干蝕刻技術(shù)中的高縱橫比加工等，又為了實現(xiàn)等離子CVD技術(shù)中的高縱橫比的注入等，越來越要求在更高真空中進行等離子處理。
例如，在干蝕刻情況下，一旦在高真空中產(chǎn)生高密度等離子體時，則由于基板表面上形成的離子復(fù)蓋中離子與中性氣體粒子碰撞的機率變小，所以離子的方向性向著基板聚齊，另外由于電離度高，所以到達基板的離子偶中性基的入射粒子束的比變大。因此，借助于高真空中產(chǎn)生高密度等離子體可提高蝕刻異向性，可進行高縱橫比的加工。
在等離子CVD中，若在高真空中使其產(chǎn)生高密度等離子體時，則由于離子的濺射效果就能注入細微圖形。平坦化作用并能進行高縱橫比的注入。
參照圖3說明已有技術(shù)的一般平行平板型等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)。在圖3中，在真空容器11內(nèi)載置有基板13，在此基板的下部配設(shè)電極12和上部電極14，通過在這兩電極12、14間施加高頻電源15從而在真空容器11內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
在這種方式中，隨著真空度的提高離子密度急驟下降，所以在高真空下難以產(chǎn)生高密度等離子體，不能獲得足夠的處理速度。
對于這種平行平板型等離子處理裝置，是人們熟知的一種在高真空中能產(chǎn)生高密度等離子體的等離子處理裝置，即它是通過微波電場和螺線管線圈的作用，產(chǎn)生靜磁場，從而使電子回旋加速運動的ECR方式的等離子處理裝置。
圖4表示這種ECR等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)。圖4中，一邊向真空容器21內(nèi)導(dǎo)入適當(dāng)?shù)臍怏w一邊進行排氣；一邊使放電管25內(nèi)保持適當(dāng)壓力一邊將微波發(fā)生裝置26產(chǎn)生的微波經(jīng)波導(dǎo)管27射入放電管25內(nèi)，同時使直流電流流入設(shè)于放電管25外側(cè)的產(chǎn)生靜磁場用的線圈28內(nèi)，從而使放電管25內(nèi)部產(chǎn)生靜磁場。于是，微波電場與靜磁場相互作用，激勵放電管25中的電子作電子回旋加速運動、從而產(chǎn)生等離子體。另外，電極22連接于電極用高頻電源24上，能用以控制入射基板23的離子能量。
由于微波發(fā)生裝置26及波導(dǎo)管27等價格高，所以這種ECR方式存在著高成本的問題。
近來有一種引人關(guān)注的螺旋波方式。它的結(jié)構(gòu)成本比ECR方式低，并且即使在弱磁場中也能產(chǎn)生高真空高密度等離子體。在“應(yīng)用螺旋源于等離子處理”(1991年4-5月J·Vac·Sci·Techno·B9(2)，由A·J·Perry等著)一文中對螺旋波等離子處理裝置有詳細介紹。
圖5表示這種螺旋波等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)。圖5中，一邊向真空容器31導(dǎo)入適當(dāng)?shù)臍怏w一邊進行排氣；一邊在放電管35內(nèi)保持適當(dāng)壓力一邊將高頻電源38的高頻電壓加給螺旋天線36，同時使直流電流流入設(shè)于螺旋天線36外側(cè)的產(chǎn)生靜磁場用的線圈37，從而使放電管35內(nèi)部產(chǎn)生靜磁場。此時，在等離子體中沿磁力線傳輸?shù)挠倚龍A極化波，即激勵起螺旋波，通過該電磁波動的朗道阻尼供給電子能量，維持等離子體。電極32連接于電極用高頻電源34上可用以控制射入基板33的離子能量。
但是，在圖4、5所示已有技術(shù)方式中，對于制作入基板上的器件內(nèi)部的絕緣薄膜，如MOS晶體管的柵極氧化膜，容易發(fā)生絕緣損壞，存在著所謂易于發(fā)生充電過程損壞問題。所謂的ECR方式也好，螺旋波方式也好，它們都使用靜磁場，由于該磁場正在到達基板而且，極難使該靜磁場完全均勻，所以到達基板的靜磁場就不均勻，因此，電子電流和離子電流的平衡性局部受到破壞，在絕緣薄膜上產(chǎn)生電荷積累，該積累電荷會破壞絕緣膜。
然而，螺旋波方式與ECR方式相比，即使在較弱的磁場中，螺旋波方式也能工作，如圖6所示，直流電流流入設(shè)于真空容器31周圍的線圈39內(nèi)以形成會聚磁場，使基板近旁的垂直磁場幾乎為零，從而能在某種程度上抑制絕緣膜的損傷。但是使用這種方法會使裝置龐大，排氣能力下降，從而引起塵埃增加等其它問題。
另外，在圖4、5所示已有方式中存在著難以應(yīng)用大型基板的問題。這是由于難以形成大面積均勻的等離子體，要解決這一問題，就必須對真空容器內(nèi)的磁場分布和放電管的設(shè)計付出很大勞力。
本發(fā)明鑒于存在如上那樣原來的問題，其目的在于提供一種在較高真空中也能產(chǎn)生高密度等離子體、損害低并能方便應(yīng)用于大型基板的螺旋波等離子處理方法及裝置。
本申請的第1發(fā)明的螺旋波等離子處理方法，其特征在于，將基板載置于真空容器內(nèi)的電極上，在與真空容器內(nèi)的基板相對的壁面近旁形成封閉的靜磁場狀態(tài)下，施加高頻電磁場形成螺旋波等離子體，對基板進行處理。
螺旋波等離子體處理的具體的方法是將基板載置于真空容器內(nèi)電極上、用配置在真空容器中與基板相對設(shè)置的放電管和其周圍的螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈來產(chǎn)生螺旋波等離子體對基板進行處理，在此種螺旋波等離子處理方法中，其具體作法的特征在于，使用多個放電管和其周圍的螺旋天線及發(fā)生靜磁場用線圈；在多個產(chǎn)生靜磁場用線圈中至少有一個線圈所發(fā)生的靜磁場的方向與其它線圈發(fā)生的靜磁場方向相反。
本申請的第2發(fā)明的螺旋波等離子處理裝置，其特征在于，在真空容器內(nèi)配置有裝載基板的電極，與真空容器的基板相對置的壁面上配置有多個放電管，各放電管的周圍設(shè)有螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈，在多個靜磁場產(chǎn)生用線圈內(nèi)至少有一個線圈產(chǎn)生的靜磁場的方向與其它線圈產(chǎn)生的靜磁場的方向相反。
最好設(shè)有將高頻電壓外加給載置基板的電極上的高頻電壓手段。
按照本發(fā)明螺旋波等離子處理方法及裝置，在與真空容器內(nèi)的基板相對的壁面近旁形成封閉式靜磁場狀態(tài)中，產(chǎn)生螺旋波等離子體，能使基板近旁的靜磁場變小，因此，一方面可在較高真空中產(chǎn)生高密度等離子體，一方面在基板上不會發(fā)生因不均勻磁場而引起的絕緣膜破壞，所以處理對破壞性很低。
再有，使用多個放電管和其周圍的螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈的同時，在這些產(chǎn)生靜磁場用線圈中，至少有一個線圈得到的靜磁場的方向與其它線圈得到的靜磁場方向相反，由于線圈近旁形成封閉式靜磁場，即使放電管與基板的距離相當(dāng)小，也能使基板近旁中的靜磁場變得很小，從而能實現(xiàn)緊湊型結(jié)構(gòu)的螺旋波等離子處理裝置。
另外，對于真空容器內(nèi)的磁場分布及放電管的設(shè)計也無需投入多大勞力，只要增設(shè)螺旋天線和產(chǎn)生靜磁場用線圈，就能進行大面積處理，從而能實現(xiàn)適應(yīng)于大型基板的螺旋波等離子處理裝置。
實施例

圖1為本發(fā)明螺旋波等離子處理裝置一實施例的簡略結(jié)構(gòu)圖；圖2為上述實施例中靜磁場分布說明圖；圖3為已有技術(shù)例平行平板型等離子處理裝置的概略結(jié)構(gòu)的斜視圖；圖4為已有例ECR方式等離子處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖5為已有例螺旋波等離子處理裝置的概略結(jié)構(gòu)圖；圖6為已有例低破壞的螺旋波等離子處理裝置的結(jié)構(gòu)簡示圖。
下面，參照圖1、圖2說明本發(fā)明一實施例的螺旋汥等離子處理裝置。
圖1中，真空容器1內(nèi)設(shè)有裝載基板3用的電極2。電極2連接于電極用高頻電源4上，其構(gòu)成能控制入射基板3的離子能量。真空容器1上設(shè)有與基板3對置的多個放電管5，各放電管5的周圍設(shè)有螺旋天線6及產(chǎn)生靜磁場用線圈7。各螺旋天線6由天線用高頻電源8供給高頻功率。
一邊向真空容器1內(nèi)輸入氣體一邊進行排氣以便保持放電管5內(nèi)適當(dāng)?shù)膲毫Γ瑫r一旦天線用高頻電源8對螺旋天線6投入高頻電力時則放電管5及真空容器1內(nèi)就產(chǎn)生等離子體。
又，產(chǎn)生靜磁場用線圈7內(nèi)，其內(nèi)側(cè)線圈7a中流動著產(chǎn)生指向基板3靜磁場的電流，而其外側(cè)線圈7b中流動著產(chǎn)生與基板相反方向靜磁場的電流。
圖2表示該實施例真空容器1內(nèi)的靜磁場的分布。由圖2可見，產(chǎn)生靜磁場用線圈7內(nèi)，內(nèi)側(cè)線圈7a中流動的直流電流得到的靜磁場的方向與外側(cè)線圈7b中流動的直流電流得到的靜磁場的方向相反，所以靜磁場封閉于放電管5附近空間中。因此，即使放電管5與基板3的距離相當(dāng)小，在基板3附近靜磁場也會變得較小。這樣在較高真空中能產(chǎn)生高密度等離子體，而且，即使在真空容器1的周圍不配置產(chǎn)生會聚磁場的線圈等，也能低損害地處理基板，并能形成緊湊型結(jié)構(gòu)。
另外，根據(jù)處理面積，只要增設(shè)放電管、螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈，即可進行大面積處理，無需對真空容器1內(nèi)的磁場分布和放電管5的設(shè)計花費大的勞力，就能適用于大型基板。
放電管5的具體結(jié)構(gòu)不限于上述實施例。例如放電管的形狀、個數(shù)、或配置狀態(tài)等可作任意變更。
另外，真空容器1的形狀，顯示例為園筒形，但其他形狀，例如正方體形狀也可適用，此時，對于放電管結(jié)構(gòu)可考慮種種變化。
按照本發(fā)明的螺旋波等離子處理方法及裝置，由上述說明可清楚看到，在與真空容器內(nèi)基板相對置的壁面附近形成封閉的靜磁場狀態(tài)下形成螺旋波等離子體，能使基板附近的靜磁場變得很小，因此，能在較高真空中產(chǎn)生高密度等離子體，并且不會因基板上不均勻的磁場使絕緣膜破壞，從而能實現(xiàn)高成品率處理。
另外，使用多個放電管和其周圍的螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈的同時，這些產(chǎn)生靜磁場用線圈中至少有一個線圈產(chǎn)生的靜磁場的方向與其它線圈產(chǎn)生的靜磁場的方向相反，在線圈附近形成封閉靜磁場，所以即使放電管與基板的距離相當(dāng)小也會使基板附近的靜磁場變得較小，從而能實現(xiàn)緊湊型結(jié)構(gòu)的螺旋波等離子處理裝置。
再有，不用對真空容器內(nèi)的磁場分布和放電管的設(shè)計投入多大勞力，只要根據(jù)處理面積增設(shè)放電管、螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈，就可進行大面積處理，因此能實現(xiàn)處理大面積的螺旋波等離子處理裝置。
因此，按照本發(fā)明，在干蝕刻、濺射、等離子CVD等的等離子處理裝置中，能夠提供一種在較高真空中產(chǎn)生高密度等離子體、具有高成品率、且方便適用于大型基板的緊湊型螺旋波等離子處理裝置。
另外，通過設(shè)置對裝載基板的電極施加高頻電壓的高頻電壓手段，從而能控制入射基板的離子能量。
權(quán)利要求
1.一種螺旋波等離子處理方法，其特征在于，將基板裝載于真空容器內(nèi)的電極上，在與真空容器內(nèi)的基板對置的壁面附近形成封閉靜磁場狀態(tài)下施加高頻電磁場產(chǎn)生等離子體，對基板進行處理。
2.一種螺旋波等離子處理方法，在將基板裝載于真空容器內(nèi)的電極上、用配置在真空容器上使得與基板對置的放電管和其周圍的螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈、產(chǎn)生螺旋波等離子體對基板進行處理的螺旋波等離子處理方法中，其特征在于使用多個放電管和其周圍的螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈；多個產(chǎn)生靜磁場用線圈中至少有一個線圈所產(chǎn)生的靜磁場的方向與其它線圈產(chǎn)生的靜磁場方向相反。
3.一種螺旋波等離子處理裝置，其特征在于，在真空容器內(nèi)設(shè)置裝載基板用的電極，在與真空容器的基板相對置的壁面上配設(shè)多個放電管，各放電管的周圍設(shè)有螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈，多個產(chǎn)生靜磁場用線圈內(nèi)至少有一個線圈產(chǎn)生的靜磁場的方向與其它線圈產(chǎn)生的靜磁場方向相反。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，可進一步設(shè)置對載置基板的電極施加高頻電壓的高頻電壓手段。
全文摘要
一種螺旋波等離子處理方法和裝置，它在真空容器內(nèi)設(shè)置裝載基板的電極，在與真空容器的基板對置的壁面上配置多個放電管，各放電管的周圍設(shè)有螺旋天線及產(chǎn)生靜磁場用線圈。另外還設(shè)有使直流電流流入產(chǎn)生磁場用各線圈的天線用高頻電源，使得多個產(chǎn)生靜磁場用線圈中至少一個線圈產(chǎn)生的靜磁場的方向與其它線圈產(chǎn)生的靜磁場方向相反，上述方法和裝置能在較高真空下產(chǎn)生高密度等離子體，具有成品率高、小型化，適合于大型基板處理等優(yōu)點。
文檔編號H01L21/205GK1121303SQ95104699
公開日1996年4月24日 申請日期1995年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月23日
發(fā)明者奧村智洋, 中山一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社