[发明专利]等离子体处理的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于半导体或其它电子器件制造的如干刻蚀、溅射、和等离子体CVD的等离子体处理方法和装置。特别地，本发明涉及使用低电子温度(low-electronic-temperature)等离子体的等离子体处理方法和装置。

背景技术

为使如半导体的电子器件小型化，在未审查日本特许公开No.8-83696论述了使用高密度等离子体的重要性。同时，近年来，已注意到高电子缺欠和低电子温度(low-electron-temperature)的低电子温度(low-electron-temperature)等离子体。

当具有高负电性的气体如Cl₂和SF₆，即，易产生负离子的气体转变成等离子体，与较高电子温度情形相比，约3eV或更低的电子温度产生大量的负离子。利用该现象的优点能防止所谓凹槽的蚀刻结构异常，它是由于过量的进入的正离子在细微图像底部累积的正电荷引起的。因此，能高精密刻蚀特别细微的图像。

同时，当通常用于氧化硅膜和其它绝缘膜的蚀刻的含碳和氟的气体如CxHy和CxHyFz(这里x、y和z为自然整数)被转变成等离子体时，与较高电子温度情形相比约3eV或更低的电子温度将抑制气体的分解，特别是F原子、F根和类似物的产生。由于F原子、F根和类似物具有较高的硅刻蚀速度，低电子温度能实现对硅高选择率的绝缘膜刻蚀。

而且，3eV或较低电子温度同样导致离子温度变低，降低等离子体CVD的基底上的离子损伤。

如上所示的例子中，低电子温度产生较大作用，这里当电子温度已达3eV时不能马上表现出明显的效果。2eV或更低的电子温度的等离子体认为是对未来几代器件的一种有效措施。

同样，电子温度在使用静态磁场的ECRP(电子回旋谐振等离子体)或HWP(Helicon波等离子体)中高达4至6eV，在使用非静态磁场的ICP(电感耦合等离子体)中达3至4eV。这样，等离子体的电子温度在等离子体参数中最难控制，从而可以说几乎电子温度全取决于等离子体源，即，等离子体产生的方法。尽管可改变外部参数如气体种类、气体流速、气体压力、所用高频功率的大小和真空室的结构，便电子温度几乎没有变化。

然而，近来已建议一些方法，将在下面详述这些方法中的一部分。

图18为ICP刻蚀装置的剖面图。参考图18，通过同时用泵23抽气和从供气装置22将规定气体引入真空室21，使真空室21的内部保持在规定的压力，供线圈用的高频电源24将13.56MHZ的高频功率供给位于电介质25上并一端接地的线圈26，由此在真空室21中产生等离子体，在位于电极27上的基底28上实现如刻蚀、沉积和表面重整的等离子体处理。该过程中，如图18所示，用于电极的高频电源29也将高频功率供给电极27，使其能够控制到达基底28的离子能量。此外，对于阻抗匹配，在用于线圈的高频电源24和线圈26之间插入匹配电路30。已知在关闭供给线圈26的高频功率后，在余晖等离子体中电子温度以几个微秒级的时间常数迅速降低。同时，等离子体密度降低时的时间常数比电子温度的衰减时间的时间常数大，从而无需大量降低电子密度，利用约50至200KHZ的脉冲调制高频功率可允许电子温度被设置到2eV或更低。此外，一种在线圈形式上不同但与上述脉冲调制ICP系统基本相同的技术在J.H.Hahm et al.所著的，在Proceedings ofSymposium on Dry Process(1996)上发表的“Characteristics of Stabilized PulsedPlasma Via Suppression of Side Band Modes”有详细论述。同时，脉冲放电等离子体和余晖等离子体在UCHIDAROKAKUHO PUBLISHING CO.，LTD(1986)出版的Sinriki Teii所著的“Basic Engineering of Plasma”p.58中有详述。