[发明专利]等离子体处理方法和等离子体处理装置

说明书

本申请是2011年8月23日提出的申请号为201110249639.X的同名申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及对被处理基板实施等离子体处理的技术，特别是涉及对配置于等离子体空间的基板施加离子引入用高频的等离子体处理方法和等离子体处理装置。

背景技术

在半导体器件或FPD(Flat Panel Display，平板显示器)的制造工艺(process，处理)中的蚀刻、堆积(沉积)、氧化、溅射等处理中，为了使处理气体在比较低的温度下进行良好的反应，大多利用等离子体。在这种等离子体工艺中，为了使处理气体在真空的处理容器内放电或电离，使用高频(RF)或微波。

例如，在电容耦合型的等离子体处理装置中，在处理容器内平行地配置有上部电极和下部电极，在下部电极上载置有被处理基板(半导体晶片、玻璃基板等)，对上部电极或下部电极施加适于等离子体生成的频率(通常为13.56MHz以上)的高频。通过施加该高频，在相对的电极间生成的高频电场使电子加速，因电子与处理气体的碰撞电离而产生等离子体。而且，通过该等离子体中所含的自由基、离子的气相反应或表面反应，在基板上堆积薄膜，或者削除基板表面的材料或薄膜。

这样，在等离子体工艺中，入射到基板的自由基和离子起到重要的作用。特别是，离子通过入射到基板时的碰撞而发挥物理作用这一点很重要。

一直以来，在等离子体工艺中，大多使用RF偏置法，即，对载置基板的下部电极施加频率较低(通常为13.56MHz以下)的高频，通过在下部电极上产生的负偏置电压或鞘电压(sheath voltage)，加速等离子体中的离子并将其引入到基板。这样，通过从等离子体中加速离子使其与基板表面碰撞，能够促进表面反应、各向异性蚀刻或膜的改质等。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开平7－302768

发明内容

发明要解决的课题

搭载如上所述的RF偏置功能的现有等离子体处理装置中，将对下部电极施加的离子引入用高频限定为1种(单一频率)，以该高频的功率、下部电极上的自身偏置电压或鞘电压作为控制参数。

然而，本发明人在等离子体工艺的技术开发中对于RF偏置的作用进行了反复研究的结果，明确了在离子引入用途中使用单一高频的现有方式，在要求复合的工艺特性的最尖端的等离子体工艺中，在离子能量分布的控制性方面存在困难。

更详细地讲，当在离子引入用途中使用单一高频时，对入射到基板的离子的能量分布(IED：Ion Energy Distribution)进行了解析，如图19A～19C和图20A～图20C所示，所有入射离子的能量定型地收敛于连续的能带中，离子大多集中在最大能量附近和最小能量附近(出现峰)。从而，如果不仅离子能量的平均值，而且离子大量集中的最大能量和最小能量能够自由地变化，则估计可以提高等离子体工艺中所要求的RF偏置功能的控制性，但是实际情况并非如此。

根据现有方式，在离子引入用途中使用频率较低的例如0.8MHz的高频的情况下，如果其RF功率可变，则离子能量分布特性如图19A(低功率)、图19B(中功率)、图19C(高功率)所示那样变化。即，在最小能量大致固定为0eV的状态下，最大能量与RF功率成比例地变化为1000eV(图19A)、2000eV(图19B)、3000eV(图19C)。

然而，在离子引入用途中使用频率较高的例如13MHz的高频的情况下，如果其RF功率变化，则离子能量分布特性如图20A(低功率)、图20B(中功率)、图20C(高功率)所示那样变化。即，最大能量与RF功率成比例地变化为650eV、1300eV、1950eV，而另一方面，最小能量也与RF功率成比例地变化为350eV、700eV、1050eV。

另外，虽然图19A～图19C和图20A～图20C的离子能量分布特性是关于Ar⁺(氩)离子的特性，但是在其他离子中也能够观察到同样的特性(图案)。

这样，在现有方式中，即便能够使离子能量分布的最大能量或平均能量任意可变，也不能使最小能量独立于最大能量地任意可变。从而，不能实现例如由图20C的假想线(点划线)K表示的离子能量分布特性。基于上述情况，如在本发明的实施方式的说明中所述的那样，在例如HARC(High Aspect Ratio Contact，高深宽比接触)的等离子体蚀刻中，不能巧妙地回避蚀刻速度及选择比与蚀刻形状之间的折衷成为问题。