[发明专利]基板的等离子处理装置和等离子处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及在真空室内RF电极和对置电极彼此相向配置，并利用两者间所生成的等离子对上述RF电极上所保持的基板进行加工的所谓平行平板型等离子处理装置及其等离子处理方法。

背景技术

对半导体晶片等基板进行布线等之际，需要对上述基板进行精细的加工处理，因此以往常常使用采用等离子的处理装置。

现有的等离子处理装置中，抽排至预定真空度的真空室内，高频(RF)电极和对置电极彼此相向配置，RF电极的、与对置电极相向的主面上保持有待处理的基板，构成所谓平行平板型等离子处理装置。其构成为使生成等离子以及利用该等离子加工基板所要使用的气体按箭头所示从上述气体导入管导入真空室内，同时利用未图示的真空泵从排气口对真空室内部抽排真空。

接下来形成为通过13.56MHz的商用RF电源经适配器将RF(电压)加到RF电极上，在RF电极和对置电极之间产生等离子。

这时，等离子中的正离子因RF电极上所产生的负的自偏置电位Vdc而高速入射到RF电极上的基板。其结果是，利用此时的基板入射能量引发基板上的表面反应，进行反应性离子蚀刻(RIE)、化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)、溅射、离子注入等这种等离子基板处理。具体来说，从加工基板这种角度考虑，主要采用RIE。因而，下面以具体采用RIE的基板处理为中心详细说明。

如上所述等离子处理装置中，Vdc(平均的基板入射能量)随RF功率的增大一起增大，所以为了调整处理速率、调整加工形状，主要进行基于RF功率的Vdc调整。另外，Vdc所依赖的压力、电极形状也可进行部分调整。

但如上所述装置内所生成的等离子当中其离子能量分为低能量一侧峰值和高能量一侧峰值这两部分，其能量宽度ΔE随等离子产生条件为几十至几百[eV]。所以，将Vdc调整为最适于基板处理的能量的情况下，入射基板的离子也存在能量过高的离子(高能量一侧峰值)和能量过低的离子(低能量一侧峰值)。

因而，例如RIE中用能量与高能量一侧峰值相当的离子实施基板处理的情况下，往往会引发溜肩(肩削り)(塌肩(肩落ち))而使加工形状变差。而用能量与低能量一侧峰值相当的离子实施基板处理的情况下，则往往因低于表面反应阈值而对基板处理完全没有作用、或随各向异性变差(离子入射角度因热运动速度而扩大)而使加工形状变差。

最近的半导体工艺中，需要使离子能带变窄(实现较小的ΔE)和对平均能量值进行最佳调整(使Vdc最佳)，以适应集成度越来越高的半导体器件·种种膜·复合膜的RIE，并精细控制加工形状。

为了使离子能带变窄，可研究提高RF频率(日本特開平2003-234331号公报)、进行脉冲等离子化(J.Appl.Phys.Vo186 No2 643(2000))。

另外，等离子的生成大体分为感应耦合型和电容耦合型，但出于对加工形状进行精密控制的考虑，为了抑制副反应而减小等离子体积并缩短滞留时间较为有效，基于这样的考虑，与体积大的感应耦合型等离子相比电容耦合型的平行平板型等离子则更为有利。

另外，也可考虑以提高Vdc和等离子密度的控制性为目的对平行平板的电极导入两种不同频率的RF，用较高频率(例如100MHz)的RF独立控制等离子密度，而用较低频率(例如3MHz)的RF独立控制Vdc的方法(日本特開平2003-234331号公报)。这种情况下，除了高频用电源和高频用适配器以外，还设置低频用电源和低频用适配器，上述高频RF和低频RF可针对RF电极叠加。

另一方面，出于净化工艺、工艺稳定的考虑，对置电极为接地电位则较为有利。一旦将RF引入加到对置电极上，对置电极便因对置电极面所生成的Vdc而发生腐蚀，成为尘埃源，导致工艺不稳定。因此，也有两个RF在设置有基板的RF电极上叠加的情形。

专利文献1：日本特開平2003-234331号公报

非专利文献1：G.Chen，L.L.Raja，J.Appl.Phys.96，6073(2004)

非专利文献2：J.Appl.Phys.Vo186 No2 643(2000)

发明内容

为了使离子能带变窄所研究的高频化技术，因为避免离子对电场的跟随，所以ΔE的能带变窄其效果较好，但能量(Vdc)变小。举例来说，100MHz、2.5KW(300mm基座、50mTorr、Ar等离子)其Vdc的绝对值为氧化膜、氮化膜的阈值(约70eV)或以下，速率极其缓慢，超出实用范围。