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JPH0788583B2 - Plasma reactor - Google Patents
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JPH0788583B2 - Plasma reactor - Google Patents

Plasma reactor

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JPH0788583B2
JPH0788583B2 JP2058411A JP5841190A JPH0788583B2 JP H0788583 B2 JPH0788583 B2 JP H0788583B2 JP 2058411 A JP2058411 A JP 2058411A JP 5841190 A JP5841190 A JP 5841190A JP H0788583 B2 JPH0788583 B2 JP H0788583B2
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reaction
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体製造プロセスで用いられるプラズマ
反応装置に関する。
The present invention relates to a plasma reactor used in a semiconductor manufacturing process.

〔従来の技術〕 従来から、半導体製造プロセスにおけるエッチング工程
やデポジション(堆積膜形成)工程では、減圧した反応
容器内に導入した所要の気体に高電界を印加してグロー
放電を起こすことによってプラズマを発生させ、このプ
ラズマ中での気体の分解によって生じた活性なイオンま
たはラジカルの化学反応を利用してエッチングやデポジ
ションを行う構成のプラズマ反応装置が用いられてい
る。
[Prior Art] Conventionally, in an etching process or a deposition (deposition film formation) process in a semiconductor manufacturing process, a high electric field is applied to a required gas introduced into a depressurized reaction vessel to generate a plasma by glow discharge. There is used a plasma reaction apparatus configured to perform etching or deposition by utilizing a chemical reaction of active ions or radicals generated by the decomposition of gas in the plasma.

そして、このプラズマ反応装置の一例としては、第2図
で示すような構成の電子サイクロトロン共鳴(electron
cycrotron resonance:ECR)プラズマエッチング装置が
知られている。すなわち、このECRプラズマエッチング
装置では、CF4ガスのようなガスGを導入した減圧下の
プラズマ発生室1内にマイクロ波Mを導入してプラズマ
を発生させ、これに磁界を加えてECRを起こさせること
によってプラズマ密度を増加させたうえ、高密度化され
たプラズマを反応室2内に導入して試料台3上に装着し
た半導体ウェハWのエッチングを行うようになってい
る。なお、この第2図における符号4はガスGの導入
口、5は真空排気系(図示していない)に接続された反
応室2の排気口、6は磁気コイルであり、7はマイクロ
波導波管、8はマイクロ波導入窓である。
As an example of this plasma reactor, an electron cyclotron resonance (electron
A cycrotron resonance (ECR) plasma etching apparatus is known. That is, in this ECR plasma etching apparatus, the microwave M is introduced into the plasma generation chamber 1 under reduced pressure into which the gas G such as CF 4 gas is introduced to generate plasma, and a magnetic field is applied to this to cause ECR. Thus, the plasma density is increased, and the densified plasma is introduced into the reaction chamber 2 to etch the semiconductor wafer W mounted on the sample table 3. In FIG. 2, reference numeral 4 is an inlet for gas G, 5 is an outlet of the reaction chamber 2 connected to a vacuum exhaust system (not shown), 6 is a magnetic coil, and 7 is a microwave waveguide. The tube, 8 is a microwave introduction window.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

ところで、前記従来構成のプラズマ反応装置によるエッ
チングでは、プラズマ中で生じたイオン(またはラジカ
ル)の温度が高くなり、エネルギー分布の広い高エネル
ギーイオンが発生することから、加工精度が劣化した
り、半導体ウェハWがダメージを受けたりするという不
都合が生じていた。
By the way, in the etching by the plasma reactor of the conventional configuration, the temperature of the ions (or radicals) generated in the plasma becomes high, and high-energy ions with a wide energy distribution are generated, so that the processing accuracy is deteriorated or the semiconductor There is an inconvenience that the wafer W is damaged.

この発明は、このような不都合に鑑みて創案されたもの
であって、エネルギー分布の良好な低エネルギーイオン
を発生させることができ、半導体ウェハに対するエッチ
ング特性の向上を図ることが可能であるとともに、半導
体ウェハのデポジションにも使用することができる構成
のプラズマ反応装置を提供することを目的としている。
The present invention has been devised in view of such inconvenience, it is possible to generate low energy ions having a good energy distribution, and it is possible to improve the etching characteristics for a semiconductor wafer, It is an object of the present invention to provide a plasma reactor having a structure that can be used for deposition of semiconductor wafers.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明は、このような目的を達成するために、Heガスを
ECRによってプラズマ化し、Heイオンまたはラジカルを
発生させるプラズマ発生室と、所定の負電位に設定され
た試料台を具備し、エッチングガスもしくはデポジショ
ンガスが充満した反応室と、プラズマ発生室及び反応室
間に配置された局所真空排気室とを備え、プラズマ発生
室から局所真空排気室のイオン導入用スリットを通じて
導入したHeイオンまたはラジカルによって反応室内のエ
ッチングガスもしくはデポジションガスを励起し、発生
した励起イオンによって試料台上に装着した半導体ウェ
ハのエッチングもしくはデポジションを行うことを特徴
とするものである。
The present invention, in order to achieve such an object, He gas
A reaction chamber filled with etching gas or deposition gas, equipped with a plasma generation chamber that generates He ions or radicals by ECR and generates He ions or radicals, and a sample stage set to a predetermined negative potential, and a plasma generation chamber and reaction chamber. A local evacuation chamber disposed between the plasma generation chamber and He ions or radicals introduced from the plasma generation chamber through the ion introduction slit of the local evacuation chamber excites the etching gas or deposition gas in the reaction chamber to generate excitation. It is characterized in that a semiconductor wafer mounted on a sample table is etched or deposited by ions.

〔作用〕[Action]

上記手段によれば、質量が軽く、一般的にはイオン化し
にくいHeガスをプラズマ発生室内に導入したうえでECR
によってプラズマ化するので、非常にエネルギーレベル
の高いHeイオンまたはラジカルが発生することになる。
そして、このようなHeイオンまたはラジカルを導入して
反応室内に充満したエッチングガスもしくはデポジショ
ンガスを励起するので、これらのガスから発生した励起
イオンはエネルギー分布が良好で、かつ、低エネルギー
のイオンとなる。
According to the above means, He gas with a light mass and generally difficult to ionize is introduced into the plasma generation chamber before ECR
Since it is turned into plasma by, He ions or radicals having a very high energy level are generated.
Then, since such He ions or radicals are introduced to excite the etching gas or deposition gas filled in the reaction chamber, the excited ions generated from these gases have a good energy distribution and are low energy ions. Becomes

なお、この際、反応室から拡散してきたエッチングガス
もしくはデポジションガスは、局所真空排気室を通じて
外部へと放出される。
At this time, the etching gas or deposition gas diffused from the reaction chamber is discharged to the outside through the local vacuum exhaust chamber.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例に係るプラズマ反応装置の
概略構成を示す縦断面図である。なお、この図におい
て、従来例を示す第2図と互いに同一もしくは相当する
部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい説明は
省略する。また、以下の説明においては、このプラズマ
反応装置を用いて半導体ウェハWのエッチングを行うも
のとする。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a plasma reactor according to an embodiment of the present invention. In this figure, parts and portions which are the same as or correspond to those in FIG. 2 showing the conventional example are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here. In the following description, the semiconductor wafer W will be etched using this plasma reactor.

本実施例に係るプラズマ反応装置は、互いに分離された
プラズマ発生室1と反応室2とを備えており、これらの
間には局所真空排気室10が設けられている。そして、プ
ラズマ発生室1にはHeガスG1を導入するための導入口4
が配設されており、このプラズマ発生室1では導入口4
から導入したHeガスG1をECRでプラズマ化することによ
ってHeイオンまたはラジカルが発生されられている。
The plasma reactor according to this embodiment includes a plasma generating chamber 1 and a reaction chamber 2 which are separated from each other, and a local vacuum exhaust chamber 10 is provided between them. Then, an inlet 4 for introducing the He gas G1 into the plasma generation chamber 1
Is installed in the plasma generation chamber 1
He ions or radicals are generated by converting the He gas G1 introduced from the above into plasma by ECR.

また、反応室2には所要のエッチングガスG2を導入する
ための導入口11が設けられており、この反応室2内には
導入口11から導入されたCl2ガスのようなエッチングガ
スG2が充満している。そして、この反応室2内の圧力
は、その排気口5が接続された真空排気系(図示してい
ない)によって減圧されている。さらに、この反応室2
の側壁には半導体ウェハWを装着して回転動作する試料
台3が絶縁部材13を介して設けられており、この試料台
3にはこれを所定の負電位とするための定電圧源14が接
続されている。すなわち、この試料台3は接地電位から
浮いた状態として設定されており、その表面上には処理
すべき半導体ウェハWが装着されている。なお、この試
料台3を負電位とするのは、エッチング時の加工精度を
高めるためである。
Further, the reaction chamber 2 is provided with an inlet 11 for introducing a required etching gas G2, and an etching gas G2 such as Cl 2 gas introduced from the inlet 11 is provided in the reaction chamber 2. It is full. The pressure inside the reaction chamber 2 is reduced by a vacuum exhaust system (not shown) to which the exhaust port 5 is connected. Furthermore, this reaction chamber 2
A sample table 3 for mounting a semiconductor wafer W and rotating is provided on the side wall of the sample table 3 via an insulating member 13, and a constant voltage source 14 for setting the sample table 3 to a predetermined negative potential is provided. It is connected. That is, the sample table 3 is set to be floating from the ground potential, and the semiconductor wafer W to be processed is mounted on the surface thereof. The reason why the sample table 3 is set to a negative potential is to improve the processing accuracy during etching.

一方、局所真空排気室10は、その上下壁のそれぞれに形
成されたイオン導入用スリット15を介してプラズマ発生
室1及び反応室2と連通しており、排気口16を通じて真
空排気系(図示していない)に接続されている。そこ
で、反応室2から局所真空排気室10に拡散してきたエッ
チングガスG2は真空排気系によって吸引されることにな
り、この反応室2とプラズマ発生室1との分離が確保さ
れることになる。
On the other hand, the local evacuation chamber 10 communicates with the plasma generation chamber 1 and the reaction chamber 2 through the ion introduction slits 15 formed in the upper and lower walls of the local evacuation chamber 10, and the vacuum evacuation system (illustrated in FIG. Not) connected to. Therefore, the etching gas G2 diffused from the reaction chamber 2 to the local vacuum exhaust chamber 10 is sucked by the vacuum exhaust system, so that the separation between the reaction chamber 2 and the plasma generation chamber 1 is ensured.

すなわち、本実施例に係るプラズマ反応装置において
は、そのプラズマ発生装置1内に導入したHeガスをECR
によってプラズマ化するので、非常にエネルギーレベル
の高いHeイオンまたはラジカルが発生することになる。
そして、このようなHeイオンまたはラジカルを導入して
反応室2内に充満したCl2ガスのようなエッチングガスG
2を励起するので、このエッチングガスG2からは容易にC
l2イオンのような励起イオンが発生することになり、発
生した励起イオンのエネルギー分布は良好となり、その
エネルギーは低くなる。
That is, in the plasma reactor according to the present embodiment, the He gas introduced into the plasma generator 1 is ECR
Since it is turned into plasma by, He ions or radicals having a very high energy level are generated.
Then, an etching gas G such as Cl 2 gas filled with He ions or radicals and filled in the reaction chamber 2
Since it excites 2, it is easy to remove C from this etching gas G2.
Excited ions such as l 2 ions are generated, the energy distribution of the generated excited ions becomes good, and the energy becomes low.

ところで、本実施例では、上記構成のプラズマ反応装置
を半導体ウェハWのエッチングに用いるものとしたが、
これには限定されず、半導体ウェハWのデポジションに
際しても適用可能であることはいうまでもない。すなわ
ち、このプラズマ反応装置を構成するプラズマ発生室1
内にはHeガスを導入する一方、その反応室2内にはN2
びSiH4ガスのようなデポジションガスを導入すれば、半
導体ウェハWの表面上にはSi3N4膜などのような特性の
優れた堆積膜が形成されることになる。
By the way, in the present embodiment, the plasma reactor having the above configuration is used for etching the semiconductor wafer W.
It is needless to say that the present invention is not limited to this and can be applied to the deposition of the semiconductor wafer W. That is, the plasma generation chamber 1 that constitutes this plasma reactor
He gas is introduced into the reaction chamber 2 while deposition gas such as N 2 and SiH 4 gas is introduced into the reaction chamber 2 so that a Si 3 N 4 film or the like is formed on the surface of the semiconductor wafer W. A deposited film having excellent characteristics is formed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、この発明に係るプラズマ反応装置
は、プラスマ発生室及び反応室と、これらの間に配置さ
れた局所真空排気室とを備えており、プラズマ発生室で
発生した非常にエネルギーレベルの高いHeイオンまたは
ラジカルを局所真空排気室のイオン導入用スリットを通
じて導入したうえで反応室内に充満したエッチングガス
を励起するので、これらのガスから発生した励起イオン
はエネルギー分布が良好で、かつ、低エネルギーのイオ
ンとなる。したがって、従来例のように、半導体ウェハ
における加工精度が劣化したり、半導体ウェハがダメー
ジを受けたりすることはなく、半導体ウェハに対するエ
ッチング特性の大幅な向上を図ることができるという優
れた効果が得られる。
As described above, the plasma reaction apparatus according to the present invention includes the plasma generation chamber and the reaction chamber, and the local vacuum exhaust chamber arranged between them, and has a very high energy level generated in the plasma generation chamber. High He ions or radicals are introduced through the ion introduction slit of the local vacuum exhaust chamber, and the etching gas filled in the reaction chamber is excited, so the excited ions generated from these gases have a good energy distribution, and Become low-energy ions. Therefore, unlike the conventional example, the processing accuracy of the semiconductor wafer is not deteriorated or the semiconductor wafer is not damaged, and an excellent effect that the etching characteristics of the semiconductor wafer can be significantly improved is obtained. To be

そして、この際に反応室から拡散してきたエッチングガ
スは、局所真空排気室を通して外部へと放出されている
から、エッチングガスがプラズマ発生室に侵入すること
も起こり得ない。
Since the etching gas diffused from the reaction chamber at this time is released to the outside through the local vacuum exhaust chamber, the etching gas cannot enter the plasma generation chamber.

また、反応室に導入するガスをデポジションガスとする
ことにより、本発明に係るプラズマ反応装置を半導体ウ
ェハのデポジションに用いることが可能となる効果もあ
る。
Further, by using the gas introduced into the reaction chamber as the deposition gas, there is an effect that the plasma reaction device according to the present invention can be used for the deposition of the semiconductor wafer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係るプラズマ反応装置の概
略構成を示す縦断面図であり、第2図は従来例に係るプ
ラズマ反応装置の概略構成を示す縦断面図である。 図における符号1はプラズマ発生室、2は反応室、3は
試料台、G1はヘリウム(He)ガス、G2はエッチングガ
ス、Wは半導体ウェハである。 なお、図中の同一符号は、互いに同一もしくは相当する
部品、部分を示している。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a plasma reaction apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a plasma reaction apparatus according to a conventional example. In the figure, reference numeral 1 is a plasma generation chamber, 2 is a reaction chamber, 3 is a sample stage, G1 is a helium (He) gas, G2 is an etching gas, and W is a semiconductor wafer. In addition, the same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts and portions.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ヘリウム(He)ガスを電子サイクロトロン
共鳴によってプラズマ化し、Heイオンまたはラジカルを
発生させるプラズマ発生室と、 所定の負電位に設定された試料台を具備し、エッチング
ガスが充満した反応室と、 プラズマ発生室及び反応室間に配置された局所真空排気
室とを備え、 プラズマ発生室から局所真空排気室のイオン導入用スリ
ットを通じて導入したHeイオンまたはラジカルによって
反応室内のエッチングガスを励起し、発生した励起イオ
ンによって試料台上に装着した半導体ウェハのエッチン
グを行うことを特徴とするプラズマ反応装置。
1. A reaction in which a helium (He) gas is plasmatized by electron cyclotron resonance to generate He ions or radicals, and a sample stage set to a predetermined negative potential, and which is filled with an etching gas. Chamber and a local evacuation chamber located between the plasma generation chamber and the reaction chamber, and He gas or radicals introduced from the plasma generation chamber through the ion introduction slit of the local evacuation chamber excites the etching gas in the reaction chamber. Then, the plasma reaction apparatus is characterized in that the semiconductor wafer mounted on the sample stage is etched by the generated excited ions.
【請求項2】ヘリウム(He)ガスを電気サイクロトロン
共鳴によってプラズマ化し、Heイオンまたラジカルを発
生させるプラズマ発生室と、 所定の負電位に設定された試料台を具備し、デポジショ
ンガスが充満した反応室と、 プラズマ発生室及び反応室間に配置された局所真空排気
室とを備え、 プラズマ発生室から局所真空排気室のイオン導入用スリ
ットを通じて導入したHeイオンまたはラジカルによって
反応室内のデポジションガスを励起し、発生した励起イ
オンによって試料台上に装着した半導体ウェハのデポジ
ションを行うことを特徴とするプラズマ反応装置。
2. A deposition gas is filled with a plasma generation chamber for generating helium (He) gas into plasma by electric cyclotron resonance to generate He ions or radicals and a sample stage set to a predetermined negative potential. It is equipped with a reaction chamber and a local vacuum exhaust chamber that is located between the plasma generation chamber and the reaction chamber.Deposition gas in the reaction chamber is generated by He ions or radicals introduced from the plasma generation chamber through the ion introduction slit of the local vacuum exhaust chamber. A plasma reaction apparatus, wherein a semiconductor wafer mounted on a sample stage is deposited by exciting excited ions.
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