半導体用語集
壁との相互作用
英語表記：plasma¯wall interactions
プラズマ反応装置(プラズマリアクタ)の内壁や電極表面は、プラズマと接触する部分でのスパッタリングに起因する重金属汚染を避けるため、高純度アルミニウム(Al)、陽極酸化アルミニウム(Al203)、石英(Si02)など汚染金属含有量の少ない材料で構成される。 低圧力下におけるリアクタ壁や電極表面は、気相中で生成された中性活性種 (ラジカル) やイオンの消滅に関わる主要なフィールドであり、表面での活性種の再結合や吸着・堆積、イオンの中性化反応などは、プラズマ気相中の反応粒子の組成と密度に大きな影響を及ぼし、エッチング特性に影響を与える。このような壁との相互作用は、リアクタや電極材料自体の表面のみならず、活性種の吸着・堆積に応じてプロセス中に状態変化する表面についても重要であり、さらに壁の温度にも依存する。
たとえば、塩素系プラズマによる Siエッチングにおいて酸素をわすかに添加すると、反応生成物であるシリコン酸塩化物(SiOxCly)のリアクタ壁面への吸着・堆積によりCl原子ラジカルの壁での再結合が抑制され、プラズマ中の0密度が増加しSiエッチング速度が増大する。フルオロカーボンプラズマによるSi02エッチングでは、リアクタ壁への重合膜堆積が進むと、重合膜上でのCFxラジカルの吸着確率が小さいためプラズマ中のCFx、密度が増加する。また、壁の温度を上げると壁面への重合膜堆積が抑制され、やはりCFC密度が増加する。このようにCFェ密度が増加するとSi02/Si 選択性も向上する。さらに、 CFx+イオンの壁での中性化反応は、壁での CFxラジカル発生に繋がるなど、フルオロカーポンプラズマと壁との相互作用は複雑でまだ十分に理解されていない。なお、壁に雅積した重合膜がはがれ落ちると多大なパーティクル発生を引さ起こし、デバイス生産において重人な間題となる。
また低圧力・高密度プラズマ源は、 いずれも高周波またはマイクロ波をリアクタ外部から石英(Si02)やアルミナ(Al2O3)のなどの誘電体を通してプラズマと電磁的にカップリングさせる構造のため、誘電体壁近傍のプラズマ中に生じる強い静電界によりイオンが加速されて壁をたたき、誘電体内壁のスパッタリングによる不純物の発生も多大である。特に酸素放出が顕著であり、プラズマ中の酸素原子密度が反応ガス密度の10 %以上に及ぶこともある。璧からの不純物は、プラズマ気相中の中性活性種やイオンなど反応粒子の組成や密度の変化に繋がるが、さらに基板表面への吸着・堆積や表面酸化など基板表面への直接の影響も顕著である。たとえば、パターン側壁の薄い表面酸化層はエッチング形状の異方性を向上させる一方、パターン底面ではエッチング反応が抑制されエッチング速度が低下する。
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