DE69128345T2

DE69128345T2 - Induktiver plasmareaktor im unteren hochfrequenzbereich

Info

Publication number: DE69128345T2
Application number: DE69128345T
Authority: DE
Inventors: Stephen Savas
Original assignee: Mattson Technology Inc
Current assignee: Mattson Technology Inc
Priority date: 1990-01-04
Filing date: 1991-01-02
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2011-01-03
Also published as: JP3381916B2; EP0507885B1; WO1991010341A1; DE69128345D1; JPH05502971A; US5534231A; EP0507885A1; JP2002237489A; JP3691784B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Wafer-Bearbeitungssystem und bezieht sich insbesondere auf einen Waferbearbeitungs-Plasmareaktor zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats, in dem das Plasma primär durch eine induktiv eingekoppelte Leistung erzeugt wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats.
In den Figuren bezeichnet die erste Ziffer eines Bezugszeichens die erste Figur, in der das durch das Bezugszeichen bezeichnete Bauteil dargestellt ist.
Plasma-Ätzen oder -Beschichten bei der Herstellung von Schaltungen ist beliebt, da es anisotrop sein kann, chemisch selektiv sein kann und eine Bearbeitung abseits des thermodynamischen Gleichgewichts erzeugen kann. Eine anisotrope Bearbeitung ermöglicht die Herstellung von Eigenschaften von integrierten Schaltungen, die Seitenwände aufweisen, die sich im wesentlichen vertikal von den Kanten einer Maskierungsschicht erstrecken. Dies ist bei heutigen und zukünftigen ULSI-Bauteilen wichtig, bei denen die Ätztiefe und die Strukturgröße und -abstand vergleichbar groß sind.
In Fig. 1 ist ein typischer Waferbearbeitungs-Plasmareaktor 10 gezeigt. Dieser Reaktor weist eine dielektrisch beschichtete Metallwand 11 auf, die eine Plasmareaktorkammer 12 umschließt. Die Wand 11 ist geerdet und dient als eine der Plasmaelektroden. Von einer Gasquelle 13 werden Gase zu der Kammer 12 gegeben und mittels eines Ablaßsystems 14 abgelassen, das Aktivgase aus dem Reaktor herauspumpt, um einen für eine Plasmabearbeitung geeigneten niedrigen Druck zu schaffen. Eine HF-Energiequelle 15, die mit einer zweiten (mit Energie versorgten) Elektrode 16 verbunden ist, koppelt kapazitiv Energie in ein Plasma in der Kammer 12. Ein Wafer 17 wird zur Bearbeitung an oder in der Nähe der mit Energie versorgten Elektrode 16 positioniert. Wafer 17 werden in die Reaktorkammer 12 und aus dieser heraus durch eine Pforte, wie beispielsweise ein Schlitzventil 18, transferiert.
Es wird vor allem HF-Leistung mit 13,56 MHz in Plasmareaktoren verwendet, da diese Frequenz eine ISM(Industrie, Wissenschaft, Medizin)-Standardfrequenz ist, bei der die gesetzlich vorgeschriebenen Strahlungs-Grenzwerte weniger streng sind als bei Nicht- ISM-Frequenzen, insbesondere bei denen innerhalb von Kommunikations-Frequenzbändern Diese im wesentlichen universelle Verwendung von 13,56 MHz erklärt sich weiter durch die große Anzahl an verfügbaren Gerätschaften bei dieser Frequenz aufgrund des ISM-Standards. Andere ISM-Standard-Frequenzen sind 27,12 und 40,68 MHz, die Oberschwingungen der ersten und der zweiten Ordnung der 13,56-MHz-ISM- Standard-Frequenz sind.
Ein Plasma besteht aus zwei qualitativ unterschiedlichen Bereichen: einem quasi neutralen, auf gleichem Potential liegenden leitfähigen Plasmakörper 19 und einer Grenzschicht 110, die Plasmahülle genannt wird. Der Plasmakörper besteht aus sowohl im wesentlichen gleichen Dichten von negativ und positiv geladenen Partikeln als auch Radikalen und stabilen neutralen Partikeln. Die in die Reaktorkammer eingekoppelte HF-Leistung koppelt Energie in die freien Elektronen, wodurch auf viele dieser Elektronen ausreichend Energie übertragen wird, so daß Ionen durch Kollisionen dieser Elektronen mit Gasmolekülen erzeugt werden können. Die Plasmahülle ist ein schlecht leitender Bereich mit Elektronenmangel, in dem der Gradient des Raumpotentials (d.h. die elektrische Feldstärke) groß ist. Die Plasmahülle bildet sich zwischen dem Plasmakörper und jeglicher Zwischenwand, wie beispielsweise den Wänden und den Elektroden der Plasma- Reaktorkammer.
Wenn die mit Energie versorgte Elektrode kapazitiv an die HF-Energiequelle gekoppelt wird, ergibt sich eine negative Gleich(DC)-Komponente Vdc der Spannung an dieser Elektrode (d.h. eine DC-Vorspannung) (s. z.B. H.S. Butler und G.S. Kind, Physics of Fluids, 6, S. 1348 (1963)). Diese Vorspannung ist eine Folge der uneinheitlichen Elektronen- und Ionen-Bewegungsfähigkeiten und der Ungleichheit der Hüllen- Kapazitäten an der Elektrode und den Wandflächen. Die Beträge der Hüllen-Kapazitäten hängen von der Plasmadichte sowie von der Kammergeometrie und den relativen Flächen der Elektrode und der Wand innerhalb der Plasmakammer ab. Allgemein werden Hüllenspannungen an der mit Energie versorgten Elektrode in der Größenordnung von mehreren Hundert Volt erzeugt (s. beispielsweise J. Coburn und E. Kay, Positive-ion bombardment of substrates in rf diode glow discharge sputtering, J. Appl. Phys., 43, S. 4965 (1972)).
Die DC-Komponente des Hüllenpotentials einer mit Energie versorgten Elektrode ist bei der Beschleunigung von Ionen auf eine höhere Energie in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der mit der Energie versorgten Elektrode nützlich. Daher wird bei einem Plasma-Ätzvorgang ein Wafer 17, der geätzt werden soll, an oder leicht oberhalb der mit Energie versorgten Elektrode 16 angeordnet, so daß dieser Strom an positiven Ionen im wesentlichen senkrecht auf die Ebene des Wafers einfällt, wodurch ein im wesentlichen senkrechtes Ätzen der unmaskierten Bereiche des Wafers ausgeführt wird. Diese hohen Hüllenspannungen (und hohen Entladungsspannungen) werden bei einigen Bearbeitungen (wie beispielsweise SiO&sub2;-Ätzen) zur Erzeugung von Ätzraten benötigt, die für kommerzielle Ätzvorgänge notwendig sind.
Die Transistor-Geschwindigkeitsspezifikationen und die hohe Bauteildichte in den meisten modernen MOS-integrierten Schaltungen haben die Verwendung von flachen Verbindungen und dünnen (in der Größenordnung von 10 nm) Gate-Oxiden unter Polysilizium-Gates erforderlich gemacht, die einige Tausend Angström dick sind (1 Å = 10&supmin;¹ nm). Leider sind solche IC-Strukturen hinsichtlich Ionen-Bombardierungen mit durch Hochenergie(> 100 eV)-Ionen wie beispielsweise bei der bekannten Plasma-Ätzvorrichtung von Fig. 1 empfindlich, so daß während des Ätzschrittes der Polysiliziumschicht zur Bildung des Gates es schwierig ist, eine Beschädigung des Gate-Oxids zu vermeiden. Da die Wafer-Beschädigung mit abnehmender Ionen-Energie und der zugeordneten Hüllenspannung abnimmt, wäre es von Vorteil, mit geringeren Entladungsspannungspegeln und Spannungen zu arbeiten. Leider ergibt bei einer kapazitiv gekoppelten Energie bei 13,56 MHz diese Spannungsverringerung eine proportional geringere Ätzrate bei vielen Bearbeitungen, wodurch der Bearbeitungs-Durchsatz wesentlich verschlechtert wird.
Ätzraten für SiO&sub2; und einige Si-Ätzprozesse hängen von der Ionen-Bombardierungs- Energiedichte ab, die von dem Plasma auf den Wafer übertragen wird. Da diese Energie gleich dem Produkt der Hüllenspannung an der mit Energie versorgten Elektrode und der Ionen-Stromdichte an dem Wafer ist, muß die Ionen-Stromdichte an dem Wafer erhöht werden, um eine im wesentlichen konstante Ätzrate bei verringerter Hüllenspannung aufrecht zu erhalten. Dies erfordert, daß die Plasma-Ionendichte in der Nähe des Wafers erhöht wird. Leider sind bei einem bekannten Plasma-Ätzer sowohl die Hüllenspannung der mit Energie versorgten Elektrode wie auch die Ionendichte in der Nähe der Elektrode zueinander proportional und monoton ansteigende Funktionen der Amplitude der HF- Spannung, die an die mit Energie versorgte Elektrode angelegt wird. Wenn somit die Hüllenspannung durch Verringerung der Spannung des HF-Signals verringert wird, dann verringert sich auch die Stromdichte des Ionenstrahls an dem Wafer, wodurch ein sogar prozentual größerer Abfall der Ätzrate erzeugt wird als entweder bei der Hüllenspannung oder dem Ionenstrom. Es wäre daher von Vorteil, die Hüllenspannung und die Ionendichte an dem Wafer unabhängig voneinander steuern zu können, so daß ein sanfter Ätzvorgang (d.h. ein Ätzvorgang mit verringerter Hüllenspannung an dem Wafer) ausgeführt werden kann, der eine kommerziell geeignete Ätzrate aufweist.
Ein Verfahren zur Erhöhung der Ätzrate durch Erhöhung der Plasma-Ionendichte in der Nähe des Wafers verwendet Magnete zur Erzeugung eines magnetischen Einschlußfeldes, das Elektroden in der Nähe des Wafers einfängt, wodurch die Ionen-Produktionsrate und die zugeordnete Dichte an dem Wafer ansteigen. Das magnetische Einschlußfeld schließt energetische Elektronen ein, indem es sie auf spiralförmige Bahnen um die magnetische Feldlinien herum zwingt. Leider verringern Ungleichmäßigkeiten des magnetischen Einschlußfelds von solchen "magnetischen verbesserten" Plasma-Ätzsystemen die Gleichmäßigkeit der Ätzrate über die Oberfläche des Wafers. x schwankt aufgrund des elektrischen Feldes in und in der Nähe der Hülle und verringert ebenfalls die Gleichmäßigkeit der Ätzrate bei solchen Systemen. Um die Gleichmäßigkeit über die gesamte Fläche des Wafers in einem solchen System zu verbessern, wird der Wafer um eine Achse gedreht, die senkrecht zu der Fläche der mit Energie versorgten Elektrode ist und in dieser Fläche zentriert ist. Dies erzeugt im zeitlichen Mittel ein zylindrisch symmetrisches Feld an der Wafer-Oberseite, das eine verbesserte Gleichmäßigkeit über den Wafer aufweist, wodurch eine erhöhte Ätz-Gleichmäßigkeit erzeugt wird. Indessen erzeugt diese Drehung innerhalb der Plasmakammer eine ungewünschte mechanische Bewegung, die kleine Partikel erzeugt und die Verunreinigung erhöht.
Eine weitere Technik, die akzeptable Ätzraten mit einer niedrigen Ionen-Bombardierungs- Energie erzeugen kann, ist die in jüngster Zeit entwickelte Technik der Elektron- Zyklotron-Resonanz-Plasmaproduktion. Diese Technik hat eine Anwendung bei der Wafer-Reinigung, dem Wafer-Ätzen und Wafer-Beschichtungsvorgängen. Bei dieser Technik wird ein Plasma unter Verwendung einer Mikrowellenquelle und einer magnetischen Einschlußstruktur erzeugt. Leider weist diese Technik bei der Anwendung auf das Ätzen oder der chemischen Dampfbeschichtung hohe Werte an Partikelbildung, eine niedrige radiale Ätzraten-Gleichmäßigkeit und einen niedrigen Durchsatz auf. Der Bruchteil der Energie, die in die Produktion von Radikalen gekoppelt wird, steigt oberhalb von 0,13 Pa (1 mTorr) stark an, so daß der Druck in dem System unterhalb dieses Wertes gehalten werden muß. Dadurch wird eine teure Hardware-Ausstattung benötigt, die aufweist: (1) ein Vakuum-Pumpsystem mit sehr hoher Pumpgeschwindigkeit (> 3.000 Liter pro Sekunde, was das Zehnfache des typischen Wertes beträgt), um die sehr niedrigen (0,013 bis 0,13 Pa (oder 0,1 bis 1 mTorr)) Drücke zu erzeugen, die für diesen Vorgang benötigt werden und (2) ein großes magnetisches Einschlußsystem, das manchmal große Elektromagneten aufweist.
Eine weitere Technik zur Erhöhung der Ionendichte verwendet einen Mikrowellen- Plasmagenerator zur Erzeugung von Ionen in einem Bereich von wenigstens 10 cm oberhalb des Wafers. Diese Ionen strömen in das Volumen oberhalb des Wafers und tragen daher zu der Ionendichte an dem Wafer bei. Indessen besteht bei diesem Ansatz die Gefahr, daß große Mengen an freien Radikalen erzeugt werden und nicht mehr als einige mA/cm² an Ionen-Stromdichte an dem Wafer erzeugt wird.
In Josef Freisinger und Horst W. Loeb, The neutral partides injectors RIG for fusion reactors, Atomkernenergie-Kerntechnik, Band 44 (1984) Nr. 1, S. 81-86 wird ein neutraler Partikelstrom erzeugt, um die Menge an zusätzlicher Leistung einzubringen, die zur Erzeugung des Break-Even-Punktes bei der Energieproduktion in einem Tokamak- Fusionsreaktor benötigt wird. Dieser Strahl wird erzeugt, indem zuerst ein Ionenstrahl mittels einer induktiv eingekoppelten Energie erzeugt wird und dann der Strahl durch ein Hindurchführen durch ein Gas vor dem Eintritt in den Fusionsreaktor neutralisiert wird. Der Ionenstrahl wird durch ein DC-Feld anstelle eines HF-Felds wie bei der vorliegenden Erfindung extrahiert.
In dem Reaktor, der in dem Artikel J. Freisinger et al. mit dem Titel "RF-ion source RIM 10 for material processing with the reactive gases", IX International Conference on Gas Discharges and their Applications (19.-23. September 1988), wird Leistung induktiv in die Kammer eingekoppelt, um Elektronen aufzuheizen, und ein Ionenstrahl auf einen Wafer wird durch ein DC-Feld anstelle eines HF-Felds erzeugt.
In dem US-Patent US-A-4,362,632 mit dem Titel "Gas Discharge Apparatus" von Adir Jacob, 7. Dezember 1982, wird ein Plasmareaktor offenbart, der eine Spule aufweist, die den Reaktor und eine Faraday-Abschirmung umgibt. Eine Faraday-Abschirmung innerhalb des Reaktors verhindert, daß das durch die Spulen erzeugte Magnetfeld in den Abschnitt des Reaktors innerhalb der zylindrischen Faraday-Abschirmung eindringt. Daher wird ein Plasma nur in dem Bereich zwischen der Wand und der Faraday-Abschirmung erzeugt. Da in dieser Abschirmung keine Unterteilung vorliegt, hält die Faraday-Abschirmung die zeitlich variierenden elektromagnetischen Felder von dem Bereich ab, der durch die Abschirmung eingeschlossen wird. Dies wird ausgeführt, um die Ungleichmäßigkeiten der Plasmadichte in diesem Bereich als ein Ergebnis von Ungleichmäßigkeiten in dem Feld in diesem Bereich zu verhindern. Ionisierte Plasmagase diffundieren mittels Löchern in der Faraday-Abschirmung in den Bereich, der durch die Faraday-Abschirmung eingeschlossen wird.
Weiterhin ist diese Abschirmung keine unterteilte Faraday-Abschirmung und daher lenkt sie das zeitlich variierende Magnetfeld von dem Inneren der Abschirmung ab. Dagegen wird das gesamte Plasma innerhalb der unterteilten Faraday-Abschirmung bei der vorliegenden Erfindung erzeugt. Das magnetische Feld dringt hinter die unterteilte Faraday-Abschirmung ein, um ein azimuthales elektrisches Feld zu erzeugen, das das Plasma erzeugt. Daher offenbart das genannte US-Patent weder den Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung noch legt sie ihn nahe.
In der US-A-4,918,031 (Johnson et al.), eine korrespondierende Druckschrift zu der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 376 546, ist ein spiralförmiger Resonator zur Erzeugung eines Plasmas zur Verwendung bei der Herstellung von Halbleitern offenbart. Dieser Resonator verwendet eine Entladungsröhre, die durch eine zylindrische Spule eingeschlossen ist, durch die HF-Energie in das Plasma gekoppelt werden kann, das in der Röhre erzeugt wird, und eine Form des Resonators verwendet eine geteilte metallische Abschirmung zur Einstellung der "Plasmaarten-Konzentrationen durch Anlegen einer Vorspannung oder zur Abschirmung des Plasmabereichs von den radialen elektrischen Feldern". Die Abschirmung weist eine einzige darin ausgebildete Unterteilung auf.
Bei einem späteren Patent des gleichen Erfinders, der US-A-52345290, gibt es eine weitere, ausführlichere Diskussion der Funktion dieser unterteilten metallischen Abschirmung, wobei ausgeführt wird, daß "das (frühere) Patent keine wesentliche Offenbarung hinsichtlich deren Details oder Verwendung aufweist".
Bei diesem späteren Patent führt der Anmelder weiterhin aus, daß "anzumerken ist, daß die in dem zuvor genannten Patent gezeigte Abschirmung nicht perfekt ist und eine gewisse kapazitive Kopplung durch sie hindurch ermöglicht. Der Strom indessen, der in einer Kapazitäts-Messung erzeugt wurde, ist so niedrig, daß er durch für mich verfügbare Gerätschaften nicht direkt meßbar war. Ich weiß indessen, daß bei einer experimentiellen Abschirmung dieses Typs wie in Fig. 2 des Patents gezeigt der Bereich der einzigen vertikalen Unterteilung durch die Abschirmung etwas weniger als 0,2% der gesamten Außenfläche der Abschirmung beträgt."
Weiterer Stand der Technik kann gefünden werden in:
1. "Plasma Physics - Study of the electron temperature and density of an inductive HF discharge in hydrogen, using the symmetrical double-probe method" - Bericht von Mr. Guy Turban, vorgestellt durch Mr. Louis Nèel. C.R. Acad. Sc. Paris, Band 273 (27. September 1971), Serie B, Seiten 533-536.
2. "Plasma Physics - Measurement of the energy-distribution function of electrons in an inductive HF discharge in hydrogen, using the asymmetric triple-probe method" - Bericht von Mr. Guy Turban, vorgestellt von Mr. Louis Nèel, C.R. Acad. Sc. Paris, Band 273 (4. Oktober 1971), Serie B, Seiten 584-587.
3. "The Hundred year History of Induction Discharges", Hans U. Eckert, Proceedings 2nd Annual International Conference on Plasma Chemistry and Technology, Herman Boenig, Ed, Techromic Publ., Lancaster, PA, 1986, Seiten 171-201.
4. "ICRH Antenna Design And Coupling Optimization Studies", R.R. Weynants et al., Proceedings of 2nd Joint Grenoble-Vienna International Symposium, Band 1 (Como, Italien) 1980.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Plasmareaktor zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats vorgesehen, der aufweist:
eine nicht leitende Reaktorwand, die eine Reaktorkammer umschließt, in der Plasma erzeugt werden soll, um wenigstens ein Plasmaprodukt zur Bearbeitung des Halbleitersubstrats zu erzeugen,
eine Einrichtung zur Verbindung einer Gasquelle und eines Gas-Ablaßsystems mit der Reaktorkammer,
eine Induktionsspule zur induktiven Einkopplung von HF-Energie von einer HF- Energiequelle in die Reaktorkammer,
eine unterteilte Faraday-Abschirmung zwischen der Induktionsspule und der nicht leitenden Reaktorwand, die mehrere im wesentlichen nicht leitende Spalte enthält, so daß die HF-Energiequelle die Energie durch die unterteilte Faraday-Abschirmung zum Aufrechterhalten des Plasmas einkoppeln kann, und
einen Träger für das Halbleitersubstrat, der so angeordnet ist, daß das Halbleitersubstrat während der Bearbeitung dem wenigstens einen Plasmaprodukt ausgesetzt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bearbeitung des Halbleitersubstrats in einem Plasmareaktor vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:
Einlaß von Gas in eine Reaktorkammer,
Abschirmung des Gases in der Reaktorkammer mit einer unterteilten Faraday- Abschirmung, wobei die unterteilte Faraday-Abschirmung mehrere im wesentlichen nicht leitende Spalte zum Durchlaß von induktiv eingekoppelter Energie in das Gas in der Reaktorkammer aufweist,
induktive Einkopplung von Energie in das Gas durch die unterteilte Faraday-Abschirmung, um ein Plasma in der Reaktionskammer zu erzeugen,
Bildung von wenigstens einem Plasmaprodukt zur Bearbeitung des Halbleitersubstrats, und Aussetzen des Halbleitersubstrats zu dem wenigstens einen Plasmaprodukt, um es zu bearbeiten.
Gemäß dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Plasmareaktor vorgesehen, bei dem eine niederfrequente (0,1 bis 6 MHz) HF-Energie induktiv in das Plasma eingekoppelt wird, um eine Energie zur Ionisierung des Gases in der Nähe des Wafer-Halters zu schaffen, eine mit Energie versorgte Elektrode wird vorgesehen, und eine Hochfrequenz-Spannung mit niedriger Energie wird an die mit Energie versorgte Elektrode angelegt, um die Ionen-Bombardierungsenergie eines Wafers bei dieser Elektrode zu steuern. Ein Wafer wird an oder knapp oberhalb dieser mit Energie versorgten Elektrode zur Bearbeitung angeordnet.
Dieser Plasmareaktor weist eine nicht leitende Kammerwand auf, die durch eine Induktionsspule umgeben wird, die mit einer HF-Quelle mit niederer Frequenz verbunden ist. Eine unterteilte Faraday-Abschirmung wird zwischen der Induktionsspule und der Seitenwand des Reaktors angeordnet und umgibt den Reaktor, um im wesentlichen die Erzeugung von Verschiebungsströmen zwischen der Induktionsspule und dem Plasmareaktor zu verhindern. Diese Abschirmung verringert nämlich stark die kapazitive Kopplung des niederfrequenten elektrischen HF-Felds auf das Plasma (s. den Artikel von J.L. Vossen mit dem Titel "Glow Discharge Phenomena in Plasma Etching and Plasma Deposition", 3. Electrochem. Soc. Solid-State Science and Technology, Band 126, Nr. 2, Februar 1979, S. 319), so daß die Energie der Ionen-Bombardierung und das zugeordnete Ätzen und Sputtern der Reaktorwand im wesentlichen beseitigt wird und so die Modulation der Wafer-Hüllenspannung mit der niedrigeren Frequenz verringert wird.
Diese Faraday-Abschirmung ist bewegbar, so daß die Kapazität zwischen dem Plasma und der Abschirmung verändert werden kann. Die Faraday-Abschirmung wird im wesentlichen in Kontakt zu der Außenwand der Kammer gehalten, wodurch eine hohe Kapazität während der Wafer-Bearbeitung erreicht wird. Dies verringert das HF-Plasmapotential, wodurch das Plasma-Ätzen der Wände des Reaktors verringert wird. Ein vergrößerter Spalt zwischen der Faraday-Abschirmung und der Kammerwand, wodurch sich ein verringerter Kapazitätswert ergibt, kann außerhalb der Perioden des Wafer-Ätzens zur Erzeugung von größeren HF- und zeitlich gemittelten Plasmapotentialwerten verwendet werden, wodurch höhere Energien der Ionen-Bombardierung geschaffen werden, die eine Reinigung der Reaktorwände mit einem gesteuerten Ätzwert gestatten. Vorzugsweise wird die Faraday-Abschirmung radial zur Änderung der Kapazität bewegt, aber die Kapazität kann auch durch eine vertikale Bewegung der Faraday-Abschirmung verändert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Abschirmung vertikal bewegbar ist, sollte die Abschirmung nicht zu weit vertikal bewegt werden, so daß sie nicht mehr zwischen der Reaktorkammer und jeder Bindung der Induktionsspule liegt. Eine leittahige Platte kann oberhalb des oberen Endes der Kammer vorgesehen sein, um die Kapazität des Plasmas bezüglich der effektiven HF-Erdungselektrode zu erhöhen, die durch die Reaktorwand geschaffen wird. Diese Platte kann ebenfalls bewegbar sein, um die Kapazität zwischen dem Plasmakörper und diesem Abschnitt der Faraday-Abschirmung zu verändern.
Ein DC-Magnetfeld kann vorgesehen sein, um die Ionen-Generation bei niedrigen Drücken durch Einschließen der Elektronen weg von den Wänden der Kammer zu erhöhen. Bei niedrigem Druck weisen die Elektronen eine erhöhte mittlere freie Weglänge auf, die ihre Verlustrate von der Kammer durch Kollisionen mit der Kammerwand erhöhen würden. Dieses Magnetfeld zwingt die Elektronen in spiralförmige Bahnen, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit von ionisierenden Kollisionen innerhalb der Kammer vor der Kollision mit einer Wand erhöht.
Ein divergierendes Magnetfeld, das in der Nähe des oberen Endes der Reaktorkammer stärker ist, kann vorgesehen sein, um die Elektronen in das Plasma zurück zu reflektieren, wodurch ihre Verluste an der oberen Wand der Kammer vermieden werden. Dieses zweite Magnetfeld (das nur wenige Zehntausendstel eines Tesla in der Nähe des oberen Endes der Kammer betragen kann) kann entweder durch eine Anordnung an Permanentmagneten, die an dem oberen Ende der Kammer angeordnet sind und abwechselnde Magnetfeld Richtungen aufweisen, durch eine Solienoidspule, durch die ein Gleichstrom geführt wird, oder eine ferromagnetische Scheibe erzeugt werden.
Die induktiv eingekoppelte HF-Energie wird in einem Frequenzbereich von 0,1 bis 6 MHz und mit einer Leistung bis zu 10 kW bereitgestellt, abhängig von der Größe der Reaktorkammer. Die Spannung, die an die mit Energie versorgte Elektrode angelegt wird, liegt bei einer Frequenz vor, die wesentlich höher als das Inverse der mittleren Zeit für ein Ion zur Durchquerung der Hülle bei der mit Energie versorgten Elektrode ist. Bevorzugte Werte für die Frequenz fh dieses Spannungssignals sind die ISM-Standard-Frequenzen 13,56, 27,12 und 40,68 MHz. Die höheren Frequenzen werden für höhere Dichten des Plasmas benötigt, um Ionen-Bombardierungsenergien zu erzeugen, die nicht zu weit verteilt sind.
Die Hülle an der mit Energie versorgten Elektrode enthält ein starkes elektrisches Feld, das im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Wafers steht, wodurch ein im wesentlichen senkrechter Ionen-Einschlag mit einem zugeordneten im wesentlichen senkrechten oder gesteuerten zulaufenden Ätzen des Wafers erfolgt. Der Wert der kapazitiv gekoppelten Energie, die für die mit Energie versorgte Elektrode bereitgestellt wird, ist wesentlich niedriger als die Energie, die induktiv für das Plasma bereitgestellt wird. Daher wird der mittlere Ionenstrom an dem Wafer primär durch die induktiv gekoppelte Energie bestimmt, und aufgrund der Faraday-Abschirmung ist die mittlere Ionenenergie an dem Wafer im wesentlichen eine Funktion nur der Amplitude des HF-Signals für die mit Energie versorgte Elektrode. Dagegen werden in dem typischen bekannten Plasmareaktor, wie in Fig. 1 dargestellt ist, sowohl die mittlere Ionendichte (die typischerweise etwas niedriger ist) und die Energie durch die Amplitude des HF-Signals für die mit Energie versorgte Elektrode gesteuert. Der induktiv gekoppelte Reaktor ermöglicht daher eine Verringerung der Hüllenspannung und eine Erhöhung der Ionendichte. Darüber hinaus können die Hüllenspannung und die Ionendichte separat verändert werden. Daher kann ein sanftes Ätzen mit einer kommerziell akzeptierbaren Ätzrate erreicht werden, das nicht den Jungsten Typ an integrierten Schaltungen beschädigt, der durch Ionen mit einer Auftreff- Energie in einer Größenordnung von mehr als 100 eV (Elektronenvolt) beschädigt werden kann.
Die elektromagnetischen Felder in dem induktiv gekoppelten Plasmareaktor können eine Plasma-Ionendichtenverteilung erzeugen, die über dem Wafer sehr gleichmäßig ist und daher eine sehr gleichmäßige Wafer-Bearbeitung erzeugt. Das induktiv erzeugte elektrische Feld weist im wesentlichen Feldlinien in Umfangsrichtung auf und beschleunigt daher Elektronen im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden des Reaktors. Aufgrund der Leitfähigkeit des Plasmas nimmt die Stärke dieses elektrischen Felds im Abstand zu der Seitenwand stark ab, so daß die Elektronenbeschleunigung im wesentlichen in einem Bereich in der Nähe der Seitenwand auftritt. Wenn ein Elektron Geschwindigkeit aufnimmt, erzeugt seine Schwerkraft eine Trajektorie, die eine Abfolge an elastischen Stößen mit Molekülen und/oder reflektierenden Kollisionen mit der Hülle an der Seitenwand aufweist. Solche Kollisionen können das Elektron in den Plasmakörper stoßen. Dies ergibt eine wesentliche Elektronenbeschleunigung nur in der Nähe der Wand, aber ergibt weiterhin eine Ionen-Erzeugung in der gesamten Kammer. Die Fusion dieser Elektronen und Ionen und die radiale x -Drift der Elektronen erzeugt in der Nähe des Wafers eine radial symmetrische Ionendichte, die eine sehr einheitliche Dichte aufweist. Ein niedriger Druck (typischerweise in der Größenordnung von 0,13 bis 3,9 Pa (1 bis 30 mTorr)) wird in der Reaktorkammer aufrechterhalten, um die Diffusion der Elektronen weg von dem Bereich zu erleichtern, wo sie in der Nähe der Seitenwand Energie gewinnen.
Dieser Aufbau ist weiterhin äußerst wirksam bei der Einkopplung von Energie zur Erzeugung von Ionen und weist daher einen wesentlichen Vorteil bezüglich der Reaktoren zur Wafer-Bearbeitung auf, die durch die Ionen in dem Plasma ausgeführt wird (s. beispielsweise den Artikel von J. Freisinger et al. mit dem Titel "RF-ion source RIM 10 for material processing with reactive gases", IX International Conference on Gas Discharges and their Applications, 19.-23. September 1988). Die Bedeutung davon kann aus dem folgenden ersehen werden. HF-Leistung in einem Plasma erzeugt neutrale Radikale, Ionen, freie Elektronen und die Anregung von Molekülen und Atomen durch die freien Elektronen. Das Vertikal-Ätzen, das durch die reaktiven Ionen erzeugt wird, wird in einer Kammer begünstigt, die einen hohen Anteil der HF-Leistung in die Ionenproduktion kanalisiert. Für übermäßig große Radikal-Konzentrationen kann die Reaktion an der Wafer-Oberseite durch die Radikale für den gewünschten Fertigungs-Vorgang nachteilig sein, so daß es bei vielen Anwendungen von Vorteil ist, die relative Produktion der freien Radikale durch das Plasma zu verringern. Daher ist dieser Plasmareaktor insbesondere für reaktive Ionen-Ätzvorgänge und andere Vorgänge geeignet, die durch hohe Ionen- Konzentration begünstigt werden oder durch eine signifikante freie Radikal-Konzentration verschlechtert werden. Dieser Reaktor benötigt weiterhin wesentlich weniger kapazitiv gekoppelte Energie als bekannte Plasmareaktoren. Dieses System verwendet für die mit Energie versorgte Elektrode eine HF-Energie in der Größenordnung von wenigen Hundert Watt im Vergleich zu 500 bis 1000 W (Watt) bei einem bekannten Plasmareaktor, in dem die gesamte Energie kapazitiv gekoppelt ist. Dieses System schafft weiterhin die Möglichkeit, den Ionenstrom und die Ionen-Aufschlagenergie unabhängig voneinander zu steuern.
Bei dem bekannten Plasmareaktor von Fig. 1 steuert die Amplitude des HF-Signals, das an die mit Energie versorgte Elektrode 16 angelegt wird, nicht nur die Ionendichte in dem Plasma, sondern auch die Hüllenspannung der mit Energie versorgten Elektrode. Um ein sanftes Ätzen (d.h. eine Energie der Ionen-Bombardierung des Wafers in der Größenordnung von 100 V (Volt) oder weniger) zu erreichen, sollte die kapazitiv angelegte HF-Energie unterhalb des Werts verringert werden, der gewöhnlicherweise in solch einem Reaktor verwendet wird. Leider würde diese Verringerung der kapazitiv angelegten Energie nicht nur den Spannungsabfall über die Hülle, sondern auch die Ionendichte in dieser Hülle verringern. Selbst bei einer hohen HF-Spannung an der mit Energie versorgten Elektrode erzeugt eine solche kapazitiv gekoppelte Energie nur eine verhältnismäßig geringe Ionendichte. Da die Wafer-Ätzrate proportional zu dem Produkt der Ionendichte an dieser Hülle und dem Spannungsabfall über die Hülle ist, nimmt die Wafer-Ätzrate stärker als jeder dieser beiden Parameter ab. Somit erzeugt ein sanftes Ätzen eine Verringerung des Durchsatzes, was mit kommerziellen Herstellungsvorgängen für integrierte Schaltungen nicht verträglich ist.
Die Tatsache, daß die Hüllenspannung in diesem System mit der Amplitude des HF- Signals verbunden ist, das an die mit Energie versorgte Elektrode angelegt wird, kann bezugnehmend auf Fig. 2 und 3 gesehen werden. Ein Kondensator 21 zwischen der HF- Quelle und mit der mit Energie versorgten Elektrode 16 ermöglicht, daß die Hüllenspannung eine DC-Komponente aufweist. Diese DC-Komponente wird durch die kombinierten Wirkungen der ungleichen Bereiche der Elektroden und der ungleichen Beweglichkeiten der Elektronen und Ionen erzeugt. Jede Plasmahülle ist elektronisch einer Parallelschaltung eines Widerstands, eines Kondensators und einer Diode äquivalent. Das elektrische Feld über der Hülle stößt die meisten Elektronen aus dem Hüllenbereich heraus, wodurch ein Höhenwiderstand in der Größenordnung von 10&sup4; Ω (Ohm) erzeugt wird. Die kapazitive Komponente der Hüllen-Impedanz als Funktion der ansteigenden Frequenz wird klein genug, um bei ungefähr 500 kHz wesentlich zu sein und kann unterhalb dieser Frequenz im wesentlichen vernachlässigt werden. Bei Frequenzen von wesentlich mehr als 500 kHz ist der Hüllen-Widerstand groß genug, daß er vernachlässigt werden kann. Dies ist der Fall für die Hochfrequenz-Hüllenspannungskomponenten bei der Frequenz der kapazitiv gekoppelten Energie.
In dem Äquivalenz-Schaltbild in Fig. 2 sind die Wirkungen der wesentlich größeren Beweglichkeit der Elektronen als die der Ionen in dem Plasma und der Hülle durch Dioden 24 und 28 modellhaft dargestellt. Wenn somit das Plasma bezüglich jeglicher Elektrode in der Nähe des Plasmas negativ wird, würden die Elektronen in dem Plasma einen effektiven Kurzschluß zu der Elektrode sehen. Die Hüllen-Impedanzen sind daher modellhaft durch Bauteile 22-24 und 26-28 dargestellt. Der Plasma-Körper kann modellhaft als ein niedriger Impedanz-Widerstand 25 dargestellt werden, der bei der hohen Frequenz fh vernachlässigt werden kann (vorzugsweise eine der ISM-Frequenzen 13,56 MHz, 27,12 MHz oder 40,68 MHz), die für die HF-Spannung verwendet wird, die an die mit Energie versorgte Elektrode angelegt wird.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen einem HF-Signal 31 der Frequenz fh mit 220 V Spitze- zu-Spitze, das an die mit Energie versorgte Elektrode angelegt wird, die sich ergebende Spannung 32 des Plasmas und die Hüllenspannung 36 der mit Energie versorgten Elektrode. Die Hüllen-Kapazitäten Cs1 und Cs2 dominieren bei der Frequenz fh der kapazitiv gekoppelten Energie, so daß Widerstände Rs1 und Rs2 vernachlässigt werden können und Dioden 24 und 28 mit Ausnahme eines kurzen Intervalls während jeder Periode des Signals 31 vernachlässigt werden können. Daher verringert sich bei den meisten Betriebszuständen die Plasma-Äquivalenzschaltung auf einen kapazitiven Teiler, so daß das Plasmapotential Vp und die Hochfrequenz-Komponenten der Spannungen an den Kapazitäten Cs1 und Cs2 im wesentlichen in Phase sind und hinsichtlich ihrer Amplitude durch die Beziehung Vp = Vrf Cs2/(Cs1 + Cs2) verbunden sind.
Bei einem typischen Reaktor mit einem Wandbereich, der ein Mehrfaches von dem der mit Energie versorgten Elektrode beträgt, ist die Hüllen-Kapazität Cs2 an der Wand in der Größenordnung des Zehnfachen der Hüllen-Kapazität Cs1 an der mit Energie versorgten Elektrode. Daher ist bei einem HF-Signal 31 mit 22 Volt Spitze zu Spitze das Plasmapotential Vp in der Größenordnung von 20 V Spitze zu Spitze. Da die Signale 31 und 32 in Phase sind, ist ein Peak 33 des Signals 32 mit einem Peak 34 des Signals 31 ausgerichtet. Aufgrund der Diode 24 ist die minimale Spannungsdifferenz zwischen Signalen 31 und 32 (die an jedem Peak 34 auftritt) in der Größenordnung von kTe/e. In gleicher Weise muß Vp wenigstens kTe/e positiver als die Erdung 35 sein, um einen Kurzschluß des Plasmas mit den Wänden des Reaktors zu verhindern. Diese verschiedenen Anforderungen erzeugen eine mittlere Hüllenspannung 36 der mit Energie versorgten Elektrode (d.h. eine DC- Komponente des HF-Signals 31) von ungefähr -90 Volt. Die DC-Komponente der Hüllenspannung ist im wesentlichen gleich -Vrf Cs1/(Cs1 + Cs2)/2, wobei Vrf die Spitze- zu-Spitze-Amplitude der HF-Spannung ist. Die Hüllenspannung ändert sich direkt mit dem Betrag des HF-Signals, da die elektrische Feldkomponente des HF-Signals im wesentlichen senkrecht zu der mit Energie versorgten Elektrode steht. Dies bedeutet, daß die DC- Komponente 36 der Spannung 31 direkt mit der Spitze-zu-Spitze-Amplitude der HF- Spannung zusammenhängt, die an die mit Energie versorgte Elektrode angelegt wird.
Die Ionen-Stromdichte einer mit Energie versorgten Elektrode eines bekannten Plasmareaktors ist proportional zu der Ionendichte in dem Plasma, die wiederum mit abnehmender Energie abnimmt, so daß, wenn die HF-Spannungsamplitude zur Verringerung der Hüllenspannung verringert wird, dann auch die Stromdichte abnimmt. Daher kann bei dem Plasmareaktor von Fig. 1 nicht die Stromdichte an dem Wafer zur Aufrechterhaltung der Ätzleistung erhöht werden, wenn die Spannung zur Erzeugung eines sanfteren Ätzens verringert wird.
Der Spannungsabfall über die Hülle an der mit Spannung versorgten Elektrode ist gleich der Differenz zwischen dem angelegten HF-Signal 31 und der Spannung 32 des Plasmas. Dieser Spannungsabfall ändert sich von 0 Volt bis ungefähr -220 Volt. Wenn ein Ion diese Hülle in einem Zeitintervall durchqueren sollte, das im Vergleich zu der Periode l/fh des HF-Signals klein ist, dann könnte die Bombardierungs-Energie nahezu Null sein, wenn es die Hülle in der Nähe eines Peaks 34 des HF-Signals 31 durchquert. Solche Niederenergie- Bombardierungsionen würden nicht notwendigerweise Trajektorien im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Wafers haben und könnten daher die gewünschte Vertikal- Ätzung des Wafers verschlechtern. Es ist daher wichtig, daß die Periode l/fh nicht mehr als die Hälfte der mittleren Zeit für ein Ion zur Durchquerung dieser Hülle beträgt. Da die Durchquerungszeit in der Größenordnung oder weniger als eine halbe Mikrosekunde ist, sollte fh wenigstens 4 MHz betragen. Für höhere Ionendichten und niedrigere Hüllenspannung kann die Periode l/fh 0,1 µs oder weniger betragen. Aufgrund der weniger strengen Begrenzungen der ISM-Frequenz wird vorzugshalber fh gleich einer der ISM Frequenzen 13,56 MHz, 27,12 MHz und 40,68 MHz gewählt.
Die Details der Erfindung werden nun in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 den Aufbau eines typischen Plasmareaktors zeigt,
Fig. 2 eine Äquivalenzschaltung für einen Plasmareaktor ist, in dem Energiekapazität in die Reaktorkammer gekoppelt wird,
Fig. 3 die Beziehung zwischen dem HF-Signal an der mit Energie versorgten Elektrode, der Spannung Vp des Plasmas und der Hüllenspannung Vdc zeigt,
Fig. 4 eine Seitenansicht des induktiv gekoppelten Reaktors zeigt,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht des induktiv gekoppelten Reaktors von Fig. 4 zeigt,
Fig. 6 eine Ansicht von oben des Reaktors von Fig. 4 ist, und
Fig. 7 die Beziehung der Plasmaspannung Vp und der HF-Spannung darstellt, die an die Kathode angelegt wird, für den Fall, daß Cs1 wesentlich größer als Cs2 ist.
In Fig. 4 ist ein Plasmareaktor 4 dargestellt, der eine unabhängige steuerbare Veränderung der Hüllenspannung und der Ionen-Stromdichte an dem Wafer ermöglicht. Dieser Reaktor erzeugt weiterhin eine sehr gleichmäßige Verteilung der Ionen-Stromdichte und der Spannung an dem Wafer und kann ein erhöhtes Verhältnis der Produktionsraten an Ionen und freien Radikalen in dem Plasma bezüglich rein kapazitiver oder hochfrequenter induktiver Entladungen schaffen. Dieses System ist daher besonders nützlich für Anwendungen, bei denen ein erhöhtes Verhältnis an Ionen zu freien Radikalen von Vorteil ist.
Auf einem Träger 40 ist eine zylindrische Kammerwand 41 vorgesehen, die eine Plasma- Reaktorkammer 50 (in Fig. 5 gezeigt) umschließt. Die Kammerwand 41 weist eine Höhe in der Größenordnung von 7 bis 30 cm auf und weist einen Durchmesser auf, der von dem Durchmesser der zu bearbeitenden Wafer abhängt. Für ein Verarbeitungssystem für Wafer mit einem Durchmesser von 15 cm weist diese Kammerwand einen Durchmesser in der Größenordnung von 25 bis 30 cm auf, und für ein Bearbeitungssystem für Wafer mit 20 cm Durchmesser weist diese Kammer einen Durchmesser in der Größenordnung von 30 bis 38 cm auf Die Kammerwand 41 ist aus einem nicht leitfähigen Material wie beispielsweise Quarz oder Alumina (Alaunerde) gefertigt.
Eine Induktionsspule 42 umgibt die Wand 41, die mit einer ersten HF-Quelle 43 durch ein bekanntes Impedanz-Abgleichnetzwerk oder einen Transformator 44 verbunden ist. Diese Spule weist nur wenige Windungen (in der Größenordnung von 2 bis 8 Windungen) auf, um eine Induktivität zu erzeugen, die leicht mit der HF-Quelle 43 durch ein bekanntes Abgleichnetzwerk 44 unter Verwendung von kommerziell üblichen Reaktanzwerten oder durch einen Transformator abgeglichen werden kann, um die induktive Impedanz (typischerweise ( 10 Q) auf die Impedanz (typischerweise 50 Ω der Quelle 43 abzugleichen. Das Abgleichnetzwerk dient zur im wesentlichen Beseitigung der Reflektion der Energie zurück zur Quelle 43.
Diese Induktionsspule erzeugt innerhalb der Kammer 50 ein axial symmetrisches HF- Magnetfeld, dessen Achse im wesentlichen vertikal steht, und ein elektrisches Feld, das im wesentlichen umfangsmäßig verläuft. Beide Fälle zeigen eine Rotationssymmetrie um eine Zentralachse A. Diese Rotationssymmetrie trägt zur Gleichmäßigkeit der Wafer- Bearbeitung bei.
Aufgrund der hohen Leitfähigkeit des Plasmas sind die induktiv gekoppelten Felder im wesentlichen auf einen Bereich angrenzend an die Seitenwand gleich der Skintiefe 5 (in der Größenordnung eines Zentimeters) proportional zu der Quadratwurzel der Elektronendichte in dem Plasma geteilt durch die Frequenz f&sub1; des induktiv gekoppelten HF-Felds begrenzt. Für größere Systeme kann f&sub1; verringert werden, um die Dicke dieses Bereichs zu erhöhen, innerhalb dem die Elektronen beschleunigt werden.
Innerhalb dieses Bereichs beschleunigt das umfangsmäßig verlaufende elektrische Feld die Elektronen in der Umfangsrichtung. Indessen können sie aufgrund der Trägheit dieser beschleunigten Elektronen reflektierende Kollisionen mit dem elektrischen Feld der Hülle an der Seitenwand ausführen. Solche Kollisionen werden die meisten dieser Elektronen weg von der Wand reflektieren. Einige dieser Elektronen werden die Seitenwand treffen und Sekundärelektronen erzeugen. Elastische Stöße mit Gasmolekülen lassen die Elektronen durch das Volumen der Kammer diffundieren. Da das induktiv erzeugte elektrische Feld auf den Abstand δ (die resistive Skintiefe) von der Seitenwand beschränkt ist, ist die Elektronen-Auffieizung auf diesen Bereich beschränkt. Um die Gleichmäßigkeit der Ionendichte über dem Wafer zu erhöhen, wird der Druck niedrig gehalten (typischerweise 0,13 bis 3,9 Pa oder 1 bis 30 mTorr), so daß die in der Nähe der Wand aufgeheizten Elektronen schnell weg von der Wand diffundieren können, um eine sehr gleichmäßige Ionisierung und eine sich daraus ergebende Ionendichte über der Wafer- Oberseite zu erzeugen.
Der Reaktor-Radius R, die Frequenz f&sub1; und die Leistung der induktiv eingekoppelten Energie werden so gewählt, daß ein umfangsmäßig verlaufendes elektrisches Feld mit einer Amplitude Spitze-zu-Spitze in der Größenordnung von 1 bis 10 V/cm erzeugt wird. Dies ergibt einen oszillierenden Elektronen-Pfad mit einer Amplitude in der Größenordnung von mehr als 3 cm, so daß die mittlere freie Weglänge dieser Elektronen in der Größenordnung oder weniger als die Amplitude ihrer Oszillationsbewegung beträgt. Die Quelle 43 stellt eine Energie mit einer Frequenz in dem Bereich von 0,1 bis 6 MHz und eine Leistung bis zu 10 kW bereit.
Eine zweite HF-Quelle 51 (in Fig. 5 gezeigt) stellt HF-Energie für eine mit Energie versorgte Elektrode 52 vorzugsweise bei einer der ISM(Industrie, Wissenschaft, Medizin)- Standard-Frequenzen (d.h. 13,56 MHz, 27,12 MHz oder 40,68 MHz) bereit. Wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 erzeugt diese HF-Energie eine DC-Hüllenspannung in der Nähe der mit Energie versorgten Elektrode 52. Der Energiewert liegt in dem Bereich von weniger als 100 W bis einige 100 W(bis zu 5W), so daß die Wirkung dieses kapazitiv gekoppelten HF-Signals auf die Ionendichte wesentlich weniger ausmacht als die Wirkung der induktiv gekoppelten Energie von der Quelle 43. Dieser Energiewert ist um einiges niedriger als der, der typischerweise für die mit Energie versorgte Elektrode in einem Plasmareaktor bereit gestellt wird. Dieser Energiewert kann niedrig gehalten werden, um ein sanftes (d.h. mit kinetischer Energie von weniger als 100 eV) Bombardieren des Wafers durch Ionen zu erzeugen. Dieser niedrige Energiewert für die mit Energie versorgte Elektrode bedeutet auch, daß die Ionendichte primär durch die HF-Quelle 43 bestimmt wird. Dies hat Vorteile bei der Entkopplung der Steuerung der Ionendichte von der der Hüllenspannung.
Die Umfangsrichtung des induktiv erzeugten elektrischen Felds richtet dieses Feld parallel zu der mit Energie versorgten Elektrode aus, so daß ein Wegintegral von dem Plasmakörper zu der mit Energie versorgten Elektrode längs einer Normalen zu der mit Energie versorgten Elektrode Null ist. Als Ergebnis davon gibt es im Gegensatz zu dem Plasmareaktor von Fig. 1 keine HF-Komponente quer zu der Hülle, die eine sich HF-mal veränderte Potentialdifferenz zwischen dem Plasmakörper und der mit Energie versorgten Elektrode erzeugt. Dies beseitigt im wesentlichen die Kopplung des niederfrequenten induzierten HF-Felds mit dem Potential der mit Energie versorgten Elektrode. Daher wird die Hüllenspannung der mit Energie versorgten Elektrode 52 nur durch die HF-Quelle 51 bestimmt.
Eine geerdete Faraday-Abschirmung 45 umschließt die Seitenwand des Reaktors, wobei die Faraday-Abschirmung gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem Duzend symmetrisch angeordneter leitfähiger Platten 46 besteht, die die Seitenwand umschließen Jede leitfähige Platte 46 der Faraday-Abschirmung ist von ihrer benachbarten Platte durch Spalte 48 beabstandet. Diese Spalte werden benötigt, um das Induktions-HF-Magnetfeld in die Reaktorkammer 50 eindringen zu lassen. Wenigstens ein Spalt wird zur Verhinderung der Bildung eines Umfangsstroms in der Faraday-Abschirmung benötigt. Aufgrund des Lenz'schen Gesetzes würde solch ein Umfangsstrom sich stark der Veränderung des Magnetfelds innerhalb der Reaktorkammer 50 widersetzen, wodurch er sich der gewünschten Wirkung auf die Reaktorkammer 50 des Stroms in den Spulen 42 widersetzen würde.
Die Faraday-Abschirmung weist weiterhin einige Funktionen als geerdete leitfahige Wände des Reaktors von Fig. 1 auf, sie schnürt nämlich die kapazitiv gekoppelten HF-Felder in die Reaktorkammer 50 ein, so daß sie nicht nach außerhalb der Kammer streuen und mit den anderen Gerätschaften störend zusammenwirken oder gesetzliche Strahlungsbestimmungen verletzen. Diese Abschirmung schafft einen Rückschlußpfad für den Hochfrequenzstrom von der Elektrode, der durch die kapazitiv gekoppelte Energieversorgung 51 erzeugt wird.
Die Faraday-Abschirmung 45 kann, wenn sie in der Nähe der Reaktorwand positioniert ist, den Wert der zeitlichen Veränderung des Plasmapotentials Vp mit der HF-Frequenz f&sub1; der Quelle 43 stark verringern. Dies ist hinsichtlich der Entkoppelung der Wirkungen der ersten HF-Quelle 43 und der zweiten HF-Quelle 51 auf die Ionendichte und die mittlere Hüllenspannung Vdc wichtig. Bei den Spannungswerten, die an die Spule 42 angelegt werden, erzeugt die große Induktivität (in der Größenordnung von 1 bis 100 µH) dieser Spulen eine große Spannung an einem oder an beiden Enden dieser Spulen. Wenn die Faraday-Abschirmung nicht vorliegen würde, dann würde das Hochspannungsende 47 der Spule 42 kapazitiv zu dem Plasmakörper einkoppeln und der Quelle 43 eine HF- Veränderung von Vp mit der Frequenz f&sub1; auferlegen (s. beispielsweise J.L. Vossen, "Glow Discharge Phenomena in Plasma Etching and Plasma Deposition", J. Electrochem. Soc. Solid-State Science And Technology, Band 126, Nr. 2, S. 319).
Die Breite der Spalte 48 beträgt weniger als der minimale Abstand zwischen diesen Platten 46 und den Spulen 42, so daß die Spulen 42 im wesentlichen nicht kapazitiv durch diese Spalte mit dem Plasmakörper koppeln (s. die Schrift von Vossen). Wenn solch eine kapazitive Kopplung mit dem Plasmakörper nicht verhindert werden würde, würde sich diese HF-Veränderung von Vp als eine Veränderung der Hüllenspannungen (und somit der Ionenenergie) mit der gleichen Frequenz zeigen. Darüber hinaus könnte dieses elektrische Feld die Symmetrie der Ätzung verschlechtern, wenn es nicht im wesentlichen durch die Faraday-Abschirmung ausgeschlossen werden würde.
Die Faraday-Abschirmung 45 beeinflußt weiterhin im wesentlichen den Wert der Hüllen- Kapazität Cs2 für die Plasmahülle in der Nähe der Wand 41 des Plasmareaktors. Wenn die Faraday-Abschirmung nicht vorliegen würde, dann würde die effektive Erdung für das kapazitiv gekoppelte HF-Signal durch die HF-Induktionsspule oder die Umgebung um die Reaktorkammer herum geschaffen werden, und würde daher davon abhängen, welche Gegenstände in der Nähe des Reaktors liegen. Weiterhin würden diese Gegenstände allgemein in einem Abstand liegen, der groß genug ist, daß die effektive Erdung als bei unendlich liegend behandelt werden könnte. Somit wäre Cs2 für die Seiten- und Deckenwände in der Größenordnung oder weniger als ein Zehntel von Cs1 anstatt dem Zehnfachen von Cs1, wie es bei Fig. 3 der Fall ist. Das Ergebnis ist, daß die Beziehung zwischen dem Plasmapotential Vp und dem HF-Signal mehr der Darstellung in Fig. 7 als in Fig. 3 gleicht.
In Fig. 7 ist wiederum angenommen, daß die HF-Spannung (Signal 71) eine Amplitude Spitze zu Spitze von 220 V aufweist. Wenn Cs1 gleich dem Zehnfachen von Cs2 ist, weist das Plasma-Spannungssignal 72 eine Amplitude Spitze-zu-Spitze von 200 V auf. Diese Spitzen 73 der Plasmaspannung Vp fallen wiederum mit den Spitzen 74 des HF- Spannungssignals 71 zusammen, und der Abstand zwischen diesen Spitzen (Peaks) ist wiederum bis zu einem Mehrfachen von kTe/e. In gleicher Weise ist der Abstand der Abfälle von Vp in der Größenordnung von kTe/e (was typischerweise einige Volt ist). Das Plasma-Spannungssignal 72 weist daher eine DC-Komponente 76 in der Größenordnung von 100 V auf Dies steht im Gegensatz zu Fig. 3, wo das Plasma-Spannungssignal 32 eine DC-Komponente in der Größenordnung von 10 V plus einem Versatz in der Größenordnung von kTe/e aufweist.
Diese stark erhöhte DC-Komponente zwischen der Wand und dem Plasmakörper ergibt einen unakzeptablen Wert für das Ätzen oder das Sputtern der Wand durch die Ionen in dem Plasma. Solch eine Wirkung beschädigt nicht nur die Kammerwand, sondern verbraucht auch das Reaktanz-Gas und kann Verunreinigungen in das Plasma einbringen, die mit dem Wafer-Fabrikationsvorgang in der Reaktorkammer störend zusammenwirken. Wenn indessen die Faraday-Abschirmung 45 in der Nähe der Wand 41 knapp beabstandet ist, ist die Kapazität der effektiven Erdungselektrode erhöht, und C&sub5;2 ist wiederum ein Mehrfaches von Cs1, so daß die Beziehung zwischen dem HF-Signal und der Plasma- Spannung Vp so wie in Fig. 3 dargestellt anstelle wie in Fig. 7 ist. In der Tat ist normalerweise der Abstand zwischen den "Platten" (d.h. dem Plasma und der leitfähigen Wand) der Kapazität Cs2 in der Größenordnung von 0,1 cm. Bei dem Reaktor von Fig. 4, wenn die Faraday-Abschirmung knapp beabstandet von der Wand 41 ist, ist die Kapazität Cs2 durch die Dicke der Wand 41 geteilt durch die Dielektrizitätskonstante (die größer als 4 ist) erhöht, was einem Vakuumspalt von 0,075 cm äquivalent ist. Daher beträgt die Wandkapazität Cs2 etwas mehr als die Hälfte von dem, was bei einem Reaktor des Typs der Fall wäre, der in Fig. 1 gezeigt ist, mit vergleichbaren Abmessungen von Fig. 4.
Die Platten 46 sind radial in der Größenordnung von mehr als 1 cm bewegbar, so daß die Kapazität Cs2 im wesentlichen durch eine Bewegung der Platten 46 weg von den Wänden zur Veränderung des Verhältnisses Cs1/Cs2 über einen Bereich in der Größenordnung von 0,1 bis 10 veränderbar ist. Diese Platten werden während der Wafer-Bearbeitung in die Nähe der Wand 41 bewegt, so daß das Ätzen der Kammerwand und die zugeordnete Produktion an Verunreinigungen minimiert wird. In Perioden außerhalb der Wafer- Bearbeitungsperioden können die Platten von der Wand um 1 cm oder mehr wegbewegt werden, um eine gesteuerte Ätzperiode der Wand zur Reinigung der Wand zu schaffen. Die Rückstände dieses Kammer-Reinigungsschrittes werden dann aus dem Reaktor entfernt, bevor eine weitere Wafer-Bearbeitung ausgeführt wird.
Fig. 5 und 6 zeigen einen seitlichen Querschnitt bzw. eine Ansicht von oben des Reaktors 40, die weitere optionale Merkmale dieses Reaktors darstellen. Knapp außerhalb des oberen Endes der Reaktorkammer so ist eine geerdete leitfähige Platte 53 vorgesehen, die für das obere Ende der Reaktorkammer 50 im wesentlichen die gleiche Funktion wie die Faraday-Abschirmung 45 für die Seitenwände dieser Kammer aufweist.
An dem oberen Ende der Reaktorkammer ist eine Anordnung an Magneten 54 vorgesehen, die abwechselnd ihren Nordpol nach unten gerichtet haben. Eine ferromagnetische Rückschlußplatte 55 erleichtert den Rückschluß der Feldlinien, die durch die zwei äußersten Magnete erzeugt werden. Die Magnete sind vorzugsweise Permanent-Magnete, da dieser Magnet-Typ in wirtschaftlicher Weise ein ausreichendes Magnetfeld schafft. Diese Anordnung erzeugt an dem oberen Ende der Kammer 50 eine Anordnung an abwechselnd gerichteten Magnetfeldern von ungefähr 0,01 T (100 Gauß), die wie magnetische Spiegel Elektronen zu dem Plasmakörper zurück reflektieren. Die Felder von diesen Magneten dringen in die Reaktorkammer in einem Abstand in der Größenordnung von dem Zweifachen des Abstands (Größenordnung 2 bis 3 cm) zwischen diesen Magneten ein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen könnte diese lineare Anordnung an Magneten durch eine Anordnung an konzentrischen Ringmagneten ersetzt werden, die wiederum ihre Nordpole von aufeinanderfolgenden Magneten entgegengesetzt vertikal gerichtet haben. Gemäß noch weiteren Ausführungsbeispielen könnte eine flache Scheibe aus einem ferromagnetischen Material mit ihrem Nordpol vertikal ausgerichtet oder ein einziger Ring-DC-Solenoid zur Erzeugung eines einzigen magnetischen Spiegels verwendet werden, der im Magnetfeld in der Größenordnung von einigen Zehntausendstel eines Teslas in der Nähe des oberen Endes der Kammer hat. Das Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer magnetischen Scheibe wird bevorzugt, da es einfach und billig ist und die Radial-Symmetrie des Reaktors bewahrt. Im Gegensatz dazu stört das Fehlen der Radial-Symmetrie der magnetischen Felder von den Magneten 54 in Fig. 5 etwas die Radial-Symmetrie der Wafer-Ätzung.
Knapp außerhalb der Basis oder des oberen Endes der Reaktorwand 41 ist eine leitfähige Spule 56 mit einer Gleichstromquelle 57 verbunden, um ein optionales Gleich-Magnetfeld zu erzeugen, um die Elektronen weiter von der Seitenwand wegzuhalten. Die Stärke des Magnetfelds von dieser Spule kann in der Größenordnung von 0,0001 bis 0,01 T (1 bis 100 Gauß) liegen.
Der Plasmareaktor von Fig. 4 bis 6 weist einen wesentlich verbesserten Betrieb im Vergleich zu vielen anderen bestehenden Reaktoren auf. Während die in der Beschreibungseinleitung erwähnten Plasmareaktoren, die eine Mikrowellenquelle verwenden, nur eine Stromdichte von einigen mA/cm² erzeugen, kann dieser Reaktor bis zu 50 bis 100 mA/cm² erzeugen. Tests haben ergeben, daß diese hohe Stromdichte sich bei einer Vielzahl an Reaktanz-Gasen, wie beispielsweise SF&sub6;, CF&sub2;Cl&sub2;, O&sub2; und Argon ergibt. Dies zeigt, daß ein verhältnismäßig großer Anteil der Energie in die Produktion von Ionen anstelle der Produktion an neutralen Bestandteilen wie bei anderen Plasma-Produktionsverfahren bei einem Druck oberhalb von 1 mTorr geht. Diese neutralen Bestandteile würden nichts zu dem Strom beitragen. Dies ist wichtig, da nur die Ionen die senkrechte Aufschlagrichtung auf den Wafer erhalten, was die Bildung von im wesentlichen senkrechten Wänden ergibt. Die Möglichkeit, eine sehr niedrige Hüllenspannung an dem Wafer zu erzeugen, bedeutet, daß ein 400 nm (4000 Å) dickes Gate aus Polysilizium vertikal ohne Beschädigung oder Ätzen eines darunter liegenden 10 nm (100 Å) dicken SiO&sub2;-Gate-Isolators durch Verringerung der Hüllenspannung auf weniger als 20 bis 30 V geätzt werden kann.
Der Reaktor 40 weist eine Gasquelle 49 und einen Auslaß 58 auf, der Teil eines Ablaßsystems 59 ist, das eine Pumpe zum Ablassen der Plasma-Prozeßprodukte und zum Halten des Drucks auf einen gewünschten Wert aufweist. Typischerweise wird der Druck in der Größenordnung von 0,13 bis 3,9 Pa (1 bis 30 mTorr) gehalten, um die Diffusion von Elektronen von dem Elektronen-Aufheizbereich in der Nähe der Seitenwand in das Mittenvolumen zu fördern. Selbst bei diesem Druck wird die induktiv gekoppelte Leistung primär in die Produktion von Ionen gekoppelt. Im Gegensatz dazu erzeugen andere Plasmasysteme wie beispielsweise Mikrowellen-Plasmasysteme verhältnismäßig mehr freie Radikale bei Drücken oberhalb von ungefähr 0,13 Pa (1 bis 30 mTorr). Wenn ein Mikrowellen-Plasmareaktor primär Ionen erzeugen soll, dann muß der Druck in der Größenordnung von oder weniger als einige Hunderstel eines Pascals sein. Die benötigt, daß Reaktorpumpen Geschwindigkeiten von mehr als einigen Torr-Litern pro Sekunde aufweisen. Diese große Pumprate erfordert entweder die Verwendung von kryogenen Pumpen, die nahe an die Reaktorkammer gekoppelt sind, oder von sehr großen Turbopumpen mit großen Anschlüssen an die Kammer. Im Gegensatz dazu kann der erfindungsgemäße Reaktor mit höheren Drücken arbeiten und benötigt eine Pumpengeschwindigkeit in der Größenordnung von einigen zehn Pascal-Litern pro Sekunde. Dies kann leicht mit kleineren Pumpen erreicht werden, die nicht den Raum um die Kammer verstellen und mit der Wafer-Handhabung oder anderen wesentlichen Kammer-Peripheriegeräten störend zusammenwirken. Solche Pumpen benötigten auch keine Regeneration und stellen kein Sicherheitsrisiko wie kryogene Pumpen dar.
In Fig. 8 ist ein weiterer Plasmareaktor gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, der im wesentlichen dem in Fig. 5 und 6 bis auf das Vorhandensein der Magnete 54, der leitfähigen Platten 53 und der ferromagnetischen Rückschlußplatte 55 des Ausführungsbeispiels von Fig. 5 und 6 gleicht, und in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 ist ein Gaseinlaß an der Symmetrieachse der Kammer des Reaktors vorgesehen. In Fig. 8 bezeichnen die Bezugszeichen, denen die Zahl "8" vorangestellt ist, Bauteile, die denen von Fig. 5 äquivalent sind und denen die Zahl "4" bzw. "5" vorangestellt ist.

Bezugszeichenliste

10 Plasmareaktor
11 Reaktorwand
12 Plasmareaktorkammer
13 Gasquelle
14 Ablaßsystem
15 HF-Spannungsquelle
16 mit Energie versorgte Elektrode
17 Wafer Faraday-Abschirmung
18 Schlitzventil
19 Plasmakörper der Spule
110 Grenzschicht
21 Kondensator
22-24 Bauteile, die die Hüllenimpedanz schematisch darstellen
25 Plasmakörper-Widerstand
26-28 Bauteile, die die Hüllenimpedanz schematisch darstellen
31 HF-Signal
32 Plasmaspannung
33 Peak von Signal32
34 Peak von Signal 31
35 Erdung
36 Hüllenspannung der mit Energie versorgten Elektrode
40 Träger
41 Kammerwand
42 Induktionsspule
43 erste HF-Quelle
44 Abgleich-Netzwerk
45 Faraday-Abschirmung
46 leitfähige Platten der Wafer Faraday-Abschirmung
47 Hochspannungsende der Spule 42
48 Spalte zwischen Faraday- Abschirmplatten
49 Gasquelle
50 Plasmareaktor-Kammer
51 zweite HF-Quelle
52 mit Energie versorgte Elektrode
53 geerdete leitfähige Platten
54 Magnete
55 ferromagnetische Rückschlußplatte
56 leitfähige Spule
57 Gleichstromquelle
58 Ablaßanschluß
59 Ablaßsystem

Claims

1. Plasmareaktor zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats, aufweisend:

eine nicht leitende Reaktorwand (41), die eine Reaktorkammer (50) umschließt, in der ein Plasma erzeugt werden soll, um wemgstens ein Plasmaprodukt zur Bearbeitung des Halbleitersubstrats zu erzeugen,

eine Einrichtung zur Verbindung einer Gasquelle (49) und eines Gas-Ablaßsystems (59) mit der Reaktorkammer,

eine Induktionsspule (42) zur induktiven Einkopplung von HF-Energie von einer HF- Energiequelle in die Reaktorkammer,

eine unterteilte Faraday-Abschirmung (46) zwischen der Induktionsspule und der nicht leitenden Reaktorwand, die mehrere im wesentlichen nicht leitende Spalte bereitstellt, so daß die HF-Energiequelle die Energie durch die unterteilte Faraday-Abschirmung zum Aufrechterhalten des Plasmas einkoppeln kann, und

einen Träger für das Halbleitersubstrat, der so angeordnet ist, daß das Halbleitersubstrat während der Bearbeitung dem wenigstens einen Plasmaprodukt ausgesetzt ist.

2. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem die HF-Energiequelle eine erste Quelle (43) einer Hochfrequenz-Energie und eine zweite Quelle (51) einer Hochfrequenz-Energie aufweist.

3. Plasmareaktor nach Anspruch 2, bei dem die Induktionsspule (42) mit der ersten HF- Energiequelle gekoppelt ist, um Energie von der ersten Quelle aus induktiv in das Plasma zu koppeln, und der Reaktor weiterhin eine Elektrode (52) aufweist, die mit der zweiten HF-Energiequelle verbunden ist und an der oder in deren Nähe ein Halbleitersubstrat zur Bearbeitung anbringbar ist.

4. Plasmareaktor nach Anspruch 3, bei der die Induktionsspule (42) die nicht leitende Reaktorwand umgibt.

5. Plasmareaktor nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Elektrode (52) den Träger für das Halbleitersubstrat darstellt, der mit der Reaktorkammer verbunden ist, so daß das Halbleitersubstrat während der Bearbeitung dem wenigstens einen Plasmaprodukt ausgesetzt ist.

6. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die HF-Energiequelle (43) eine kapazitive und eine induktive Energie bereitstellt, und die unterteilte Faraday- Abschirmung so angeordnet ist, daß sie die kapazitive Energie von der Quelle abblockt, so daß sie die Reaktorkammer nicht erreicht, während sie die induktive Energie von der Quelle zu der Reaktorkammer hin durchläßt.

7. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung (45) Platten (46) aufweist, die bewegbar sind, um die Kapazität zwischen einem Plasmakörper innerhalb der Reaktorkammer und der unterteilten Faraday-Abschirmung zuverändem.

8. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung (45) mehrere leitende Platten (46) in der Nähe der Reaktorwand aufweist, wobei jede Platte von einer benachbarten Platte durch einen Spalt (48) beabstandet ist, der geringer ist, als der Abstand zwischen der Induktionsspule und der Reaktorwand.

9. Plasmareaktor nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine mit Energie versorgte Elektrode (52), die einen Träger darstellt, in dessen Nähe ein Halbleitersubstrat zur Bearbeitung angebracht werden kann, wobei die mit Energie versorgte Elektrode kapazitiv mit der HF-Energiequelle (43) gekoppelt ist.

10. Plasmareaktor nach Anspruch 9, bei dem die Induktionsspule (42) innerhalb der Reaktorkammer ein Magnetfeld erzeugt, das im wesentlichen senkrecht zu der mit Energie versorgten Elektrode steht, wobei ein durch eine zeitliche Veränderung des Signals zu der Induktionsspule induziertes elektrisches Feld im wesentlichen parallel zu der mit Energie versorgten Elektrode (52) steht, so daß das induzierte elektrische Feld nicht direkt die Potentiale des Plasmas und der mit Energie versorgten Elektrode beeinflußt.

11. Plasmareaktor nach Anspruch 9, bei dem die HF-Energiequelle wesentlich weniger Energie zu der mit Energie versorgten Elektrode (52) als zu der Induktionsspule gibt, wobei ein in der Reaktorkammer erzeugtes Plasma eine Ionendichte aufweist, die im wesentlichen durch die zu der Induktionsspule gegebene Energie bestimmt wird.

12. Plasmareaktor nach Anspruch 11, bei dem die Energie für die mit Energie versorgten Elektrode eine Spannungsamplitude von Spitze zu Spitze von weniger als 200 V (Volt) aufweist, wobei dieser Reaktor für ein Weichätzen eines Wafers geeignet ist.

13. Plasmareaktor nach Anspruch 9, bei dem die Platten (46) über einen Abstand bewegbar sind, so daß ein Verhältnis (Cs1, / Cs2) über einen Bereich variiert werden kann, der den Wert 1 enthält, wobei Cs2 die Hüllkapazität zwischen einem Plasmakörper und der Reaktorwand ist, und wobei Cs1 die Hüllkapazität zwischen dem Plasmakörper und der mit Energie versorgten Elektrode ist.

14. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem die induktiv eingekoppelte Energie bei einer Frequenz f&sub1; in dem Bereich zwischen 0,1 bis 6 MHz vorliegt.

15. Plasmareaktor nach Anspruch 9, bei dem die induktiv eingekoppelte Energie bei einer Frequenz f&sub1; und die kapazitiv eingekoppelte Leistung bei einer Frequenz fh vorliegt, die doppelt so groß ist wie der reziproke Wert einer mittleren Transitzeit für ein Ion zum Durchqueren einer Plasmahülle an der Elektrode.

16. Plasmareaktor nach Anspruch 9, bei dem die kapazitiv eingekoppelte Energie bei einer Frequenz fh vorliegt, die aus einer der Frequenzen von 13,56 MHz, 27,12 MHz und 40,68 MHz gewählt ist.

17. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem das Ablaßsystem (59) und die Gasquelle (49) in ihrer Zusammenwirkung innerhalb der Kammer (50) einen Druck erzeugen, bei dem Ionen in dem Plasma mit einer Rate erzeugt werden, die wenigstens in der Größenordnung liegt, mit der freie Radikale erzeugt werden.

18. Plasmareaktor nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine geerdete leitende Platte (53) in der Nähe eines oberen Abschnitts der Reaktorwand.

19. Plasmareaktor nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Quelle (54) eines Gleich(DC)-Magnetfelds in der Nähe eines oberen Abschnitts der Reaktorwand, wodurch die Einschnürung energetischer Elektronen weg von dem oberen Abschnitt der Reaktorwand unterstützt wird.

20. Plasmareaktor nach Anspruch 19 bei dem die Quelle (54) eines DC-Magnetfelds in der Nähe eines oberen Abschnitts der Reaktorwand mehrere Permanent-Stabmagneten (54) aufweist, die parallel zueinander und zu einem oberen Abschnitt der Reaktorwand angeordnet sind, wobei der Nordpol von jedem Magneten im wesentlichen senkrecht zu einem oberen Abschnitt der Reaktorwand ausgerichtet ist und der Nordpol im wesentlichen entgegengesetzt von dem von jedem nächsten Nachbarmagnet orientiert ist.

21. Plasmareaktor nach Anspruch 20 weiterhin aufweisend:

eine ferromagnetische Rückschlußplatte (55), die den Magneten (54) wenigstens an der Oberseite bedeckt, und einen ferromagnetischen Rückschluß für die Magnetfeldlinien an den Außenkanten der mehreren Stabmagneten schafft.

22. Plasmareaktor nach Anspruch 19, bei dem die Quelle (54) für ein DC-Magnetfeld in der Nähe eines oberen Abschnitts des Reaktors mehrere konzentrische Ringmagnete parallel zu dem oberen Abschnitt der Reaktorwand aufweist, wobei der Nordpol von jedem Magneten im wesentlichen senkrecht zu dem oberen Abschnitt der Reaktorwand orientiert ist und entgegengesetzt zu dem von jedem Nachbarmagnet ausgerichtet ist, und der eine ferromagnetische Rückschlußplatte (55) aufweist, die die Magnete wenigstens auf der Oberseite bedeckt und einen ferromagnetischen Rückschluß für Magnetfeldlinien an den Außenkanten der mehreren Magnete schafft.

23. Plasmareaktor nach Anspruch 19, bei dem die Quelle (54) des DC-Magnetfelds in der Nähe eines oberen Abschnitts der Reaktorwand einen Scheibenmagneten aufweist, dessen Nordpol im wesentlichen senkrecht zu dem oberen Abschnitt der Reaktorwand ausgerichtet ist.

24. Plasmareaktor nach Anspruch 19, bei dem die Quelle (54) eines DC-Magnetfelds in der Nähe eines oberen Abschnitts der Reaktorwand einen DC-Elektromagneten aufweist, der ein Magnetfeld erzeugt, dessen Nordpol im wesentlichen senkrecht zu dem oberen Abschnitt der Reaktorwand ausgerichtet ist.

25. Plasmareaktor nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend eine Gleichstromquelle (57) und eine Spule (56), die den Reaktor umgibt und mit der Gleichstromquelle verbunden ist, um ein Gleich-Magnetfeld zu erzeugen, das im wesentlichen senkrecht zu der mit Energie versorgten Elektrode steht.

26. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mehreren im wesentlichen nicht leitfähigen Spalte symmetrisch bezüglich des Reaktors angeordnet sind.

27. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung bezüglich der Induktionsspule HF-geerdet ist.

28. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung bezüglich der Induktionsspule Gleichstrom-geerdet ist.

29. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung eine gemeinsame Erdung mit der ersten HF-Energiequelle teilt.

30. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung bezüglich der Induktionsspule geerdet ist.

31. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Induktionsspule ein Magnetfeld mit einer bestimmten Richtung erzeugt und die durch die unterteilte Faraday-Abschirmung gebildeten Spalte im wesentlichen parallel zu der Richtung des Magnetfelds ausgerichtet sind, so daß die Spalte im wesentlichen die Induzierung eines Stroms in der unterteilten Faraday-Abschirmung durch das Magnetfeld verhindern.

32. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Induktionsspule ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, und wobei das erste Ende mit der HF-Energiequelle verbunden ist und das zweite Ende mit einer gemeinsamen Erdung mit der HF-Energiequelle verbunden ist.

33. Plasmareaktor nach Anspruch 32, bei dem der Strom durch die Induktionsspule zwischen dem ersten Ende und einem zweiten Ende so geführt wird, daß die Induktionsspule induktiv Energie von der HF-Energiequelle in das Plasma koppelt.

34. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung wenigstens zwölf im wesentlichen nicht leitende Spalte bildet, die eine Einkopplung der Energie in das Plasma durch die Induktionsspule ermöglichen.

35. Plasmareaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Breite der Spalte kleiner ist als der Abstand zwischen Induktionsspule und der Reaktorwand.

36. Plasmareaktor nach Anspruch 35, bei dem die Fläche der unterteilten Faraday- Abschirmung und ein Abstand zwischen der unterteilten Faraday-Abschirmung und dem Plasma so gewählt sind, daß die kapazitive Impedanz zwischen dem Plasma und der unterteilten Faraday-Abschirmung kleiner ist als die kapazitive Impedanz zwischen dem Plasma und jeder HF-Energiequelle.

37. Plasmarektor nach Anspruch 35, weiterhin aufweisend wenigstens eine Quelle für kapazitiv eingekoppelte HF-Energie, wobei die Fläche der unterteilten Faraday- Abschirmung und ein Abstand zwischen der unterteilten Faraday-Abschirmung und dem Plasma so gewählt sind, daß die kapazitive Impedanz zwischen dem Plasma und der unterteilten Faraday-Abschirmung kleiner ist als die kapazitive Impedanz zwischen dem Plasma und der oder jeder kapazitiv eingekoppelten HF-Energiequelle.

38. Plasmareaktor nach Anspruch 37, bei dem die kapazitive Impedanz zwischen dem Plasma und der unterteilten Faraday-Abschirmung um ein mehrfaches geringer ist als die kapazitive Impedanz zwischen dem Plasma und der oder jeder kapazitiv eingekoppelten HF-Energiequelle.

39. Plasmareaktor nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Quelle für kapazitiv eingekoppelte Energie für das Plasma, wobei die Quelle für kapazitiv eingekoppelte Energie als eine effektive Kathode bezüglich des Plasmas wirkt, die unterteilte Faraday- Abschirmung als eine effektive Anode bezüglich des Plasmas dient und die Fläche der effektiven Anode größer ist als die Fläche der effektiven Kathode, so daß das Verhältnis Cs&sub2;/Cs1 wenigstens 10 beträgt, wobei Cs2 die Kapazität zwischen dem Plasma und der effektiven Anode und Cs1 die Kapazität zwischen dem Plasma und der effektiven Kathode ist.

40. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem das mittlere Gleichstrompotential des Plasmas nicht größer als 30 Volt bezüglich des Halbleitersubstrats ist.

41. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem das Plasma eine Potential-Modulation von nicht mehr als 20 Volt Spitze - Spitze hat.

42. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem das Plasma eine Potential-Modulation in der Größenordnung von 20 Volt Spitze - Spitze aufweist.

43. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem die Reaktorkammer einen Radius aufweist, die erste HF-Energiequelle eine Frequenz und eine Energie, und der Radius der Reaktorkammer und die Frequenz und die Energie der ersten HF-Energiequelle so gewählt sind, daß ein elektrisches Feld innerhalb der Reaktorkammer mit einer Amplitude Spitze - Spitze in der Größenordnung von 10 V/cm erzeugt wird.

44. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem die unterteilte Faraday-Abschirmung geerdet ist.

45. Plasmareaktor nach Anspruch 1, bei dem die im wesentlichen nicht leitenden Spalte eine Breite in der Größenordnung von 1 cm aufweisen.

46. Plasmareaktor nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Einrichtung zur Beschleunigung geladener Partikel in Richtung des Halbleiter-Wafers.

47. Plasmareaktor nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Einrichtung zur Veränderung der Kapazität zwischen der Abschirmeinrichtung und dem Plasma.

48. Plasmareaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 47, bei dem das Halbleitersubstrat eine Oberflächenschicht aus Polysilizium und eine dünne Isolator-Unterschicht aus Siliziumoxid aufweist, die Induktionsspule ausreichend Energie in das Plasma zur Erzeugung einer hohen Ionendichte in dem Plasma einkoppelt und die unterteilte Faraday-Abschirmung im wesentlichen den Wert der Kapazitäts-Modulation verringert, der ohne die unterteilte Faraday-Abschirmung vorliegen würde, so daß die Ionen von dem Plasma in einer kontrollierbaren Weise das Polysilizium mit einer hohen Rate ätzen, ohne im wesentlichen die dünne darunterliegende Oxyd-Isolatorschicht zu beschädigen.

49. Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats in einem Plasmareaktor, aufweisend die folgenden Schritte:

Einlaß von Gas in eine Reaktorkammer,

Abschirmung des Gases in der Reaktorkammer mit einer unterteilten Faraday- Abschirmung, wobei die unterteilte Faraday-Abschirmung mehrere im wesentlichen nicht-leitende Spalte zum Durchlaß von induktiv eingekoppelter Energie in das Gas in der Reaktionskammer aufweist,

induktive Einkopplung von Energie in das Gas durch die unterteilte Faraday- Abschirmung, um ein Plasma in der Reaktionskammer zu schaffen, Bildung von wenigstens einem Plasmaprodukt zur Bearbeitung des Halbleitersubstrats, und

Aussetzen des Halbleitersubstrats zu dem wenigstens einem Plasmaprodukt, um es zu bearbeiten.

50. Verfahren nach Anspruch 49, weiterhin aufweisend den Schritt der Beabstandung der unterteilten Faraday-Abschirmung von dem Plasma.

51. Verfahren nach Anspruch 49, weiterhin aufweisend den Schritt der kapazitiven Einkopplung von Energie in die Reaktionskammer.

52. Verfahren nach Anspruch 49, bei dem der Schritt der Bildung des wenigstens einem Plasmaprodukts weiterhin den Schritt der Bildung eines Plasmas mit einem mittleren Gleichstrompotential von nicht mehr als 30 V bezüglich des Substrats aufweist.

53. Verfahren nach Anspruch 49, bei dem der Schritt der Bildung des wenigstens einem Plasmprodukts weiterhin den Schritt der Bildung eines Plasmas mit einem Potential aufweist, und der Aufrechterhaltung des Potentials des Plasmas so, daß eine Modulation des Plasmapotentials nicht mehr als 20 V Spitze - Spitze beträgt.

54. Verfahren nach Anspruch 49, weiterhin aufweisend die Schritte der Bildung eines Plasmas in der Reaktionskammer, der kapazitiven Einkopplung von Energie in das Plasma durch eine Kapazität Cs1, und der kapazitiven Einkopplung von Energie von dem Plasma zu der Erdung durch eine Kapazität Cs2 zwischen dem Plasma und der unterteilten Faraday-Abschirmung, wobei die Kapazität Cs1 kleiner ist als die Kapazität

55. Verfahren nach Anspruch 49, weiterhin aufweisend den Schritt der Veränderung der Kapazität zwischen der unterteilten Faraday-Abschirmung und dem Plasma.

56. Verfahren nach Anspruch 49, weiterhin aufweisend den Schritt der Veränderung der Kapazität zwischen der unterteilten Faraday-Abschirmung und dem Plasma bezüglich der Kapazität zwischen dem Werkstück und dem Plasma.

57. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 56, bei dem das Halbleitersubstrat eine Oberflächenschicht aus Polysilizium und eine dünne darunterliegende Oxid- Isolatorschicht aufweist, wobei der Schritt des Aussetzens des Halbleitersubstrats zu dem wenigstens einen Plasmaprodukt weiterhin den Schritt des Ätzens der Oberflächenschicht aus Polysilizium unter Verwendung des wenigstens einen Plasmaprodukts aufweist, und der Schritt der Abschirmung des Gases weiterhin den Schritt der Steuerung der Energie des wenigstens einen Plasmaprodukts so aufweist, daß die Oberflächenschicht aus Polysilizium geätzt wird, ohne im wesentlichen dünne darunterliegende Oxid-Isolatorschicht zu beschädigen.