[发明专利]等离子体处理装置及等离子体处理方法

说明书

本发明涉及等离子体处理装置和处理方法，特别是涉及适合于形成半导体制造工序中的细微图形的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

在现有技术中，在半导体制造工序中的细微加工过程中使用各种等离子体处理装置。其中，所谓平行平板型的等离子体处理装置，由于具有结构比较简单、均匀性上优越等优点而被广泛使用。

一般的平行平板型的等离子体处理装置，通过在处理室内的上下相对平行设置的平板型的电极上施加高频功率而发生的等离子体，来处理晶片。例如，在对晶片进行腐蚀处理时，使用所谓的反应性离子腐蚀(RIE:Reactive Ion Etching)法。该RIE法是：在处理室中导入腐蚀气体，通过等离子体来离解腐蚀气体而生成离子和自由基(激活性种)，使它们作用在晶片表面上来进行腐蚀。

在平行平板型的等离子体处理装置中，使用两频率激励法(IEM:Ion Energy Modulation)。所谓IEM法是这样的方法：如日本专利公开公报特开平7-297175中所记载的那样，给上下电极提供不同频率的功率。作为频率，例如，使等离子体发生侧的电极为几十MHz以上，设置试验样品的偏置侧的电极为几MHz以下。该结果，由于能够独立控制等离子体密度和试验样品的自己偏置即离子的能量，而提高了等离子体和腐蚀处理的控制性。

另一方面，在平行平板型的等离子体处理装置中，使用对上下电极平行施加大约30～90高斯的磁场的等离子体处理装置(MERIE:Magnetically Enhanced RIE)。在该MERIE法中，通过磁场的效果而得到高于RIE的腐蚀率。而且，使用日本专利公开公报特开平2-312231中所记载的那样的由磁控管方式的RIE所实现的等离子体处理装置(M-RIE:Magnetron RIE)。在该M-RIE法中，在上下电极之间形成相对于电极表面平行的100高斯以上的强磁场。这样，通过在该磁场与上部·下部电极之间发生的电场的相互作用，电子以环绕磁力线那样来进行旋轮线运动。其结果，由于电子与气体的碰撞频率较高，而得到较高的等离子体密度。

可是，随着半导体器件的高集成化，对等离子体处理装置要求微型加工性和处理速度以及选择比的提高。例如，在腐蚀接触孔和阱孔时，需要能够以接近于垂直形状高速腐蚀形状比大的即细而深的孔。而且此时，需要有选择地仅腐蚀孔部分。这就要求腐蚀特性在再现性和控制性上优越。而且，随着晶片直径的大口径化，就需要在遍布晶片整个表面的宽广区域中确保腐蚀率和选择比的均匀性。

为了适应于这些要求，而推进处理压力的低压化和等离子体的高密度化。如果处理压力为几Pa程度的低压力，就减少了等离子体中的离子和自由基与分子的碰撞频率，离子和自由基的方向性增大，因此，有希望提高细微加工性。通过使等离子体高密度化，而使进行腐蚀的离子和自由基的密度增加，因此，提高了腐蚀速度。但是，在这样的低压力下的高密度的等离子体中，腐蚀气体的离解状态由于在大多情况下对选择此不利地工作，则难于确保选择比。因此，为了同时满足细微加工性和处理速度以及选择比的提高，需要通过控制支配处理的腐蚀气体的离解状态，而实现优化处理条件。需要在遍布等离子体整体和晶片整个表面上一样地控制等离子体的密度和气体的离解状态。因为，当在反应器内部具有等离子体密度局部较高的区域时，离子和自由基的密度和腐蚀气体的离解状态难于确保分布的均匀性。而且，为了适应于各式各样的腐蚀条件，需要使最佳处理条件的范围即处理余量变宽。为了在短时间内构成处理，而希望与处理关联的参数尽可能地独立控制。

对于这样的要求，在上述现有技术中，存在下列课题：

首先，在上述的平行平板型的等离子体处理装置中，通过提高频率，而能够在几Pa程度的低压力下，不降低等离子体密度来稳定地发生等离子体。但是，由于通过单纯地降低压力，高能量的离子增加，而给晶片造成损伤。

上述的两频率激励法(IEM)，通过独立地控制等离子体密度和离子的能量，来解决该问题。但是，IEM法没有直接控制腐蚀气体的离解状态的措施。因此，不得不通过适当组合处理室内的压力和腐蚀气体的流量、高频功率·偏置功率等条件来间接地控制气体的离解状态。由于与它们的处理相关的参数是相互复杂关联的，故构筑处理不容易。