JPH02224221A - 半導体装置製造方法、基板処理装置および半導体装置製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法における、機能性薄膜
を連続して形成する方法に関し、特に薄膜界面の適正化
及び半導体装置の歩留り向上を図る方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば特開昭６２−１３１５１３号に記
載のように基板に機能性薄膜形成した後５大気雰囲気の
減圧状態の搬送通路を通して上記基板を次の機能性薄膜
形成室へ搬送するといった方法がとられていた。

〔発明が解決しようとした課題〕

上記従来技術は、薄膜形成、特に機能性の高い半導体膜
を形成した後の、該薄膜表面の状態や、基板を搬送する
通路の雰囲気の点について配慮されておらず、製造した
半導体装置が所望通りの機能を示さないといった問題が
あった。

本発明の目的は上記不都合を改善することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、機能性膜を形成した後、基
板を大気にさらさないのはもちろんのこと、減圧状態に
ある大気雰囲気やチッ素雰囲気にも基板をさらさないよ
うにし、次処理をするようにしたものである。７すなわ
ち、機能性薄膜を形成した後の基板の搬送は、薄膜表面
に影響を与えないガスの減圧雰囲気下例えば希ガスの減
圧雰囲気下や次処理のガスの減圧雰囲気下で行なうよう
にしたものである。さらに、処理室のガス雰囲気の影響
を避けるために、基板処理の少なくとも１工程以上を、
電子サイクロトロン（以後ＥＣＲと略す）共鳴を利用し
てプラズマを発生させ、該プラズマで基板を処理するよ
うにしたものである。

〔作用〕

形成直後の機能性薄膜の表面には多数の未結合手が存在
する。この未結合手は化学反応性が高いため、例えば、
膜形成後、ただちに、別処理室へ搬入し、処理しても、
途中の基板搬送通路の雰囲気が大気の減圧状態であった
場合、ここを通過する間に、上記未結合手はチッ素や酸
素と反応し、薄膜表面にはチツ化物や酸化物が形成され
る。従って、次処理にて、機能性膜を連続して形成して
も、前形成膜との界面では適正な接合面の形成が不可能
になる。そこで、基板搬送通路の雰囲気を希ガスの減圧
雰囲気にすると、未結合手部には希ガス原子が付着する
が、化学反応は起きないため５表面状態が活性のまま次
処理を施すことができる。

希ガス雰囲気のかわりに１次処理に用いるガスの減圧雰
囲気下にしても良く、この場合には未結合手は次に形成
される膜の構成原子に覆われるため。

次に形成される膜との場合は良好に取れる。

また、基板をプラズマを用いて処理する場合、処理する
際の動作圧力が高いと、処理後に処理室内での基板への
被処理ガス種の吸着量が増え、この結果、次処理により
形成される膜との接合面の適正が図れない問題が生じる
。従って、動作圧力が低い、電子サイクロトロン共鳴を
利用したプラズマ処理を行なった方が接合面の適正化が
図れる。

また、プラズマを用いて基板を処理すると、プラズマが
照射される面、例えば基板ホルダ面とはスパッタされる
。このため、被スパツタ材の原子が基板に取り込まれる
。従って、例えばシリコン膜を形成するような際には、
基板下にシリコン板を置くとかいった工夫を行なうと、
上記した接合面の適正等がさらに推進される。

（実施例〕 以下、本発明を実施例を用いて説明する。

実施例１ 第１図は本発明に基づくプラズマ処理装置の主要部の断
面を示す。装置は、試料室１，３室の第１．２，３．プ
ラズマ処理室２ａ、２ｂ、２ｃ、基板搬送室３、それぞ
れの処理室へガス導入するガス導入管４ａ、４ｂ、４ｃ
、５ａ、５ｂ、５ｃ排気口（図省略）、ＲＦ電源６．上
部ＲＦ組電極。

下部アース電極８．ゲートバルブ９，１０．試料取出し
室１１．搬送室３ヘガスを送るノズル１２゜搬送室３の
排気口１３より成る。基板１４として１００（ｎｎ）角
のガラス板上にｎ型シリコン／ノンドープシリコン／チ
ツ化の積層膜を連続形成した。形成には試料室１あるい
は試料１４をゲートバルブ９を開けて第１のプラズマ処
理室２ａへ搬送し、２ａ内を５　Ｘ　１０”−２（Ｔｏ
ｒｒ）まで排気後、ガスノズル４ａより、アンモニア、
ＮＨｓを２０Ｃｍ　ｎ　／ｗｉｎ）、５ａよりモノシラ
ンＳｉＳｉＨ４５（／ｗｉｎ）導入し１　（Ｔｏｒｒ）
とし、ＲＦ電源よりＲＦを３００（Ｗ）印加し、７）Ｉ
、ｔミｆ　、　Ａ　Ｑ　２０３膜を被覆した上下電極７
と８の間に放電させてチツ化シリコン膜、ＳｉＮ堆積さ
せた、この後、２ａ内を５　Ｘ　１．０−”［丁ｏｒｒ
）まで排気し、圧力がＩＸ　１０’−”（Ｔｏｒｒ）の
基板搬送室３内を経由してプラズマ処理室２ｂへ送った
。次に２ｂ内を５Ｘ１０−２（Ｔｏｒｒ）まで排気し、
次に４ｂ、５ｂのガスノズルを通して水素、Ｈ２を２０
　（ｍ　Ｑ　／ｍ１ｎ）、　Ｓ　ｉ　Ｈ４を５　（ｍ　
Ｕ　／ｗｉｎ）導入し、圧力１　（Ｔｏｒｒ）、ＲＦバ
ク３００（Ｗ〕にて、ＳｉＮ膜上にアモルファスシリコ
ン（ｉＪｌ）を堆積させた。堆積後、５×１０−２（Ｔ
ｏｒｒ：ｌまで排気し、基板搬送室３を経由してプラズ
マ処理室２ｃへ送った。次に２ｃ内を５Ｘ　１０−２（
Ｔｏｒｒ）まで排気し、４ｃ、５ｂのガスノズルを通し
て水素により５〔％〕に希釈されたホスフィン、ＰＨａ
を２０　（ｍ　Ｑ　／＋＋＋ｉｎ〕、及びＳ　ｉ　Ｈ４
を５　［ｍ　Ｑ　／ｍｉｎ］導入して、上記１層上にリ
ンドープのｎ型シリコン膜（ｎ層）を堆積させた。次に
２ｃ内を５　Ｘ　１０　”−”［Ｔｏｒｒ］まで減圧後
、試料取出し室１１内に送った。上記膜形成の際、基板
搬送室内の雰囲気を、（Ａ）ノズルによりチッ素Ｎ２を
導入後、減圧とした、減圧のチッ素雰囲気、（Ｂ）ノズ
ルによりヘリウム、Ｈｅを導入後減圧した、減圧の希ガ
ス雰囲気、とした時の形成膜をＸＰＳにより元素分析し
た。（Ａ）の場合、ｉ層とｎ層の間に微量の酸素、水素
の他にチッ素が検出されたが、（Ｂ）の場合にはチッ素
は検出されなかった。

上記（Ａ）と（Ｂ）の場合で形成した上記積層膜を用い
、所定の工程を経て、トランジスタを形成した所、（Ａ
）の場合には不良率が３５〔％〕であった所が、（Ｂ）
の場合には１０〔％〕以下であった。不良原因は１層と
ｎ層の接合の不良によるものであった。先のｘＰＳ分析
と合わせて考えると、（Ａ）の場合にはｉ層形成後、チ
ッ素雰囲気の基板搬送室を通過したため、形成面のダン
グリングボンドがチッ素と反応し、表面にＳｉＮ膜が形
成され、このため、上部ｎ層との接合が旨くとれないた
めであることがわかる。一方（Ｂ）の場合のように、希
ガス雰囲気の搬送室を・基板が通過した際には、ダング
リングボンド部に希ガスは付着するが、希ガスは反応し
ないため、活性面が維持されたまま、次処理に移された
ため、適正な接合面が形成されたことがわかる。

実施例２ 上記（Ｂ）の変わりに水素雰囲気の減圧状態に搬送室を
して（Ｃ）、上記と同様に１−ランジスタを製作した。

不良率は（Ｂ）の時と同じ＜１０〔％〕以下であった。

これらの結果より、基板搬送室の雰囲気は、希ガス雰囲
気や次処理に用いるガス種と似た雰囲気の減圧状態にす
ると、適正な半導体処理がなされることがわかる。

実施例３ 第２図は本発明に基づく一環式の処理断面図を示す。本
装置の特徴は、プラズマを生成するのに、ＲＦ放電では
なく、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用してい
る点である。本装置では磁界コイル１８によりＥＣＲ条
件を満たす磁界強度を真空容器内に印加し、ガスを導入
後、μ波源波管１７を通して、μ波１６をμ波導入窓２
１よリプラズマ生成室１９（ａ”ｃ）に導入するとＥＣ
Ｒによりプラズマが効率良く生成する。基板ホルダ１５
としては石英製のホルダを用いた。該プラズマを磁力線
２２により基板処理室２０（ａ〜Ｃ）に導入して反応ガ
スと反応させると基板に所望の処理ができる。本装置を
用い、実施例と同一ガス流量で、μ波パワ３００（Ｗ）
、反応圧力ｌＸ１０″″’（Ｔｏｒｒｌ　、処理前後圧
力を１×１０一番（Ｔｏｒｒ）　、搬送室はＨｅ雰囲気
のＩ×１Ｏ−５（Ｔｏｒｒ）の減圧状態として、同一積
層膜を形成した。処理後の界面分析を行なった所、ｉ層
及びｎ層の界面で微量の酸素の他に、実施例１では検出
された水素は検出されなかった。この積層膜を用いたト
ランジスタの不良率は３〔％〕以下となった。これは、
ＥＣＲプラズマの動作圧力が低いため、処理直後のダン
グリングボンドと用いたガスの反応が低くおさえられた
ため、さらなる接合面の適正化がなされたためであるこ
とがわかる。

実施例４ 上記ｉ層とｎ層の界面にて検出された酸素は。

基板ホルダにプラズマが照射されることによりスパッタ
された石英が原因と考えられる。酸素が混入すると適正
な接合面が形成されずらくなる。これを防止するため、
基板ホルダ上にシリコン板を設置して実施例３と同一の
実験を行なった、この結果、先には検出された酸素が、
本実験では検出されなかった。また、トランジスタを作
製し、不良率を調べた所、不良率は０．５〔％〕以下と
なった。このことより、プラズマが照射される面は、素
子に影響を与えない物質、例えば、シリコン膜形成時に
は、シリコンにするといった工夫を行なうと、さらに半
導体製造における処理の適正化が図れることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、連続してプラズマ処理する方法におい
て、接合面の適正化等、デバイス特性を劣下させない処
理が可能となるため、歩留り良く形成できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すＲＦプラズマ処理装置
の断面図、第２図は本発明の一実施例を示すプラズマ処
理装置の断面図である。 ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・基板処理室、３・・・基板搬送
室、７・・・上部ＲＦ電極、８・・・下部基板設置電極
、１５・・・基板ホルダ、１６・・・マイクロ波、１８
・・・磁界コイル、１９　ａ　、　１９　ｂ　、　１９
　ｃ−プラズマ生成室、２０　ａ　、　２０　ｂ　、　
２０　ｃ　−処理室。 手 続 補 正 書（方式） ％式％ および半導体装置製造装置 補正をする者 ・Ｉｉｆ’ｌとの関係　　特許出願人 と、　伯＋５１Ｌ１１体式会ｌｌ　　日立 製 作 所 代 理 人 補正命令の日付 平成１年５月３０日（発送臼）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板を処理後、大気あるいはチッ素雰囲気、あるい
   は減圧の大気雰囲気に処理基板をさらさずに、続けて次
   処理を該基板上に施すことを特徴とした半導体装置製造
   方法。 ２、連続的に基板を処理する装置において、基板を搬送
   する通過路の雰囲気を、次処理に用いるガス種のうち少
   なくとも一種を含んだガス雰囲気、あるいは希ガス雰囲
   気の減圧状態としたことを特徴とした特許請求の範囲第
   １項に記載した半導体装置製造方法。 ３、上記処理において、機能性薄膜の連続形成を含んだ
   ことを特徴とした特許請求の範囲第１項及び第２項に記
   載の半導体装置製造方法。 ４、上記処理において、少なくともシリコンのｉ層の形
   成後続けてシリコンのｎ層の形成をなす工程を含むこと
   を特徴とした請求項第１項乃至第３項記載の半導体装置
   製造方法。 ５、上記処理において、少なくとも１つの処理に電子サ
   イクロトロン共鳴を利用して発生させたプラズマを用い
   、基板を処理することを特徴とした特許請求の範囲第１
   項乃至第４項に記載の半導体装置製造方法。 ６、基板を大気にさらさずに、少なくとも基板を処理す
   る処理室と基板の搬送路を有し、基板を上記処理室と基
   板搬送路の間で複数回移動させて、基板を連続的に処理
   する装置において、基板搬送路の雰囲気を、次処理に用
   いるガス種の少なくとも一種以上のガス雰囲気、あるい
   は希ガス雰囲気の減圧状態にしてあることを特徴とした
   基板処理装置。 ７、上記、基板の処理において、電子サイクロトロン共
   鳴を利用してプラズマを生成させ、該プラズマにより基
   板を処理できるチャンバを少なくとも１つ有したことを
   特徴とした特許請求の範囲第６項に記載した基板処理装
   置。 ８．（１）絶縁層を形成する、（２）半導体膜を形成す
   る、（３）希ガス雰囲気の減圧下の基板搬送路を通す、
   の３つの工程で、（１）−（３）−（２）−（３）−（
   ２）の順に工程手順を少なくとも含めた液晶ディスプレ
   ーを製造することを特徴とした、特許請求の範囲第１項
   乃至第５項に記載の半導体装置製造方法。 ９、プラズマがふれる面に、形成膜と主成分が同じ材質
   の物質をおくことを特徴とした特許請求の範囲第６項及
   び第７項に記載の半導体装置製造装置。 １０、シリコン膜をプラズマにて形成する際に、基板を
   シリコン板あるいはシリコンを被覆させたホルダ上に置
   いて処理することを特徴とした特許請求の範囲第１項乃
   至第５項に記載の半導体装置製造方法。