JPH0281434A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0281434A
JPH0281434A JP23242488A JP23242488A JPH0281434A JP H0281434 A JPH0281434 A JP H0281434A JP 23242488 A JP23242488 A JP 23242488A JP 23242488 A JP23242488 A JP 23242488A JP H0281434 A JPH0281434 A JP H0281434A
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JP
Japan
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microwave
plasma
transmitting window
thin film
processing chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP23242488A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Ohara
大原 和博
Toru Otsubo
徹 大坪
Ichiro Sasaki
一郎 佐々木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPH0281434A publication Critical patent/JPH0281434A/ja
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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、半導体デバイスの製造に係り、半導体基板の
プラズマCVDやスパッタおよびドライエツチングなど
のプラズマ処理に好適なプラズマ発生方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体デバイス07′2ズマ処理におけるプラズマCV
D法は、真空雰囲気の処理室に原料ガスを導入してプラ
ズマを形成し、原料ガスの電離や解離過程によって化学
的に反応性の高いイオンやラジカル(中性活性種)を生
成して、半導体基板上に反応生成物としての薄膜を形成
させるものである。例えば、シリコン窒化膜(SiNx
 )の形成においては、原料ガスとしてSiH4+ N
H31SiH4+N2などの混合ガスが用いられており
、 プラズマ中で5iH−?NHなどのイオンやラジカ
ルを生成する。これらのイオンやラジカルは、半導体基
板上でSiH+ xNH+(1+x)H−+SiNx+
 (1+x)Hxなどの反応により半導体基板上にシリ
コン窒化膜(SiNx )を形成する。
このようにイオンやラジカルの生成や反応を利用するプ
ラズマ処理装置においては、処理速度の向上を図るため
はイオンやラジカルの濃度を高める必要があり、その九
めには高密度のプラズマを形成する必要がある。この目
的を達成する方法の一つとしてマイクμ波を用いたプラ
ズマ発生方式が提案されている。
マイクロ波によりプラズマを発生させる場合、マグネト
ロンにより発生したマイクロ波を低圧にした処理室に導
入しても、マイクロ波の電界強度が十分でないためプラ
ズマ中の電子に十分なエネルギが供給されず、プラズマ
を発生させることは困難である。その念め、マイクロ波
を用い次プラズマ発生方式では、高密度プラズマを得る
ため、例えば特開昭60−415255号公報に示すよ
うに、2.45GHzのマイクロ波に磁場を利用した電
子サイクロトロン共鳴(E(:R)方式のプラズマ処理
装置がある。この方式のプラズマ処理装置は、マイクロ
波の電力をプラズマ中に効率良く投入するために、NC
R条件を満たすような外部磁場を印加してプラズマ中の
電子にサイクロトロン共鳴を起こさせることによりプラ
ズマ密度の向上を図っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記従来技術のプラズマ処理装置においては、
電子のサイクロトロン運動がプラズマ中でのガス分子と
の衝突によって乱されるような高い圧力条件下では、マ
イクロ波電界による電子の加速効率が低下して、プラズ
マ密度は低下する。
また、逆にガス圧力が低くても、衝突によるガス分子の
イオン化や励起の頻度が低下するためにプラズマ密度は
低下する。すなわち、従来のECRマイクロ波プラズマ
処理装置によるプラズマ密度のガス圧力に対する変化は
、第2図の曲線(b)に示すような関係にある。し次が
って、従来のECRプラズマ処理装置においては、!1
iCR条件下でマイクロ波電力をプラズマに効率良く投
入して高密度プラズマが得られるのは、10−2Tor
r台のガス圧力である。
プラズマCVDの処理の高速化を図るには、原料ガスの
供給量すなわちガス流量を増すことが不可欠である。し
かしながら、従来のBCR方式の処理装置は高密度プラ
ズマ発生条件が10Torr台の狭いガス圧力範囲に限
られるため、大流量のガスを流すとガス圧力が増大して
プラズマ密度が低下する。また大きなガス流量に対応し
て真空排気系を大型化することも困難であり、処理の高
速化が難しいという問題があった。
また、上記の従来技術では、共振器の中でプラズマを発
生させる構造のため、プラズマが発生するとマイクロ波
の波長がプラズマの密度により変化するので、共振条件
が満たされなくなるという問題もあった。
本発明の目的は、ガス圧力の高い条件においても高密度
のプラズマを形成し、処理速度の高いプラズマCVD装
置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、マイクロ波の導波管とプラズマ処理室との
間に共胴共振器を設置し、該共振器を構成しかつプラズ
マ処理室に接して該処理室を真空封止するマイクロ波透
過窓(石英またはアルミナなどの誘電体)にマイクロ波
が透過し得る膜厚の金属薄膜(例えば銅であれば(lL
5μm程度)を形成し、共振器により強められた電磁界
を上記マイクロ波透過窓からBCR条件の磁場を印加で
きるプラズマCVD処理室に導入することにより、達成
される。
〔作用〕
上記の本発明によるマイクロ波処理装置においては、導
波管より空胴共振器室に導入されたマイクロ波は、金属
薄膜を形成したマイクロ波透過窓によって反射され、あ
る特定の共振モードになるように設計された空胴共振器
内で定在波を生じて、マイクロ波の電磁界は強められる
。また、マイクロ波透過窓に形成された金属薄膜にはマ
イクロ波の電磁界に応じて表面電流が流れる。金属薄膜
の厚さが表面電流の表皮の深さ程度に薄いため、金属薄
膜を隔て空胴共振器側とは反対のプラズマ処理室側にも
′電磁界が生じる。そのため、マイクロ波はマイクロ波
透過窓を透過してプラズマ処理室に導入される。プラズ
マ処理室にはECR条件の磁場が形成されている。
本発明によれば、1iICR条件におけるマイクロ波の
電磁界強度が強いため、電子がサイクロトロン運動中に
ガス分子を励起あるいは電離させるに十分なエネルギを
得るまでの時間が短かくなる。そのため、電子の衝突ま
での飛行時間が短かくなる高いガス圧力においても、高
密度プラズマを形成することができ、処理速度の高いプ
ラズマCVD装置を得ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例をi@1図によシ説明する。第
1図は、本発明によるプラズマCVD装置の構成を示す
処理室の断面を示す。第1図において、1は空胴共振器
であり、導波管2を介して145GHzのマイクロ波発
生器であるマグネトロン3が取り付けられている。また
、空胴共振器1は石英あるいはアルミナ等の誘電体から
成るマイクロ波透過窓4を介して処理室5に接続されて
おり、大気圧の空胴共振器1と真空雰囲気の処理室5と
は分離されている。マイクロ波透過窓4には、アルミニ
ウムを九は銀、銅などの金属薄膜6が蒸着あるいはメツ
キ等により表面電流表皮の深さ程度の厚さ(例えば鋼で
あれば(L5μm程度)で形成され、かつ空胴共振器1
に電気的導通が取れる構造で密着接続されている。処理
室5の内部には、下部電極7が絶縁カバー8によりアー
ス電位の処理室5とは電気的に絶縁されて設置されてお
り、高周波電源9が接続されている。上記下部電極7に
はプラズマ処理される半導体基板10が載置される。処
理室5の外部には同軸コイル11゜12が設置され、処
理室5内部に875Gの磁場を印加することができる。
また、処理室5には図示しないガス供給装置が接続され
、供給されたガスは排気口13から図示しない排気装置
によ)排気される。そして、処理室5の圧力は処理中所
定の圧力に制御される。
以上の構成により、半導体基板10をプラズマCVDK
よ〕成膜処理する場合の動作について説明する。処理室
5にCVD原料ガス(シリコン窒化膜の場合には例えば
SiH4+N2など)を供給し、所定の圧力に制御する
。続いて、マグネトロンSによp2.45GHzのマイ
クロ波を発生させ、導波管2を経て空胴共振器に導入す
る。空胴共振器1に導入されたマイクロ波は、マイクロ
波透過窓4上に形成した金属薄膜6により反射される。
空胴共振器1の管長tは特定共振モード(例えばTl0
11モード)になる様に設計されており、空胴共振器1
では設計モードのマイクロ波の定在波が生じて、マイク
ロ波はその電磁界が強められる。
この時、金属薄M6にはマイクロ波の電磁界に応じて表
面電流が流れるが、金属薄膜6の膜厚が表皮の厚さ程度
に薄いので、上記表面電流による電界が処理室5側にも
発生して、マイクロ波はマイクロ波透過窓4を透過して
処理室に放射される。
このとき、処理室5には、同軸コイル11+12によ、
j5)itcR条件の磁場が印加されるので、11C子
のサイクロトロン共鳴によるCVD原料ガスの高密度の
プラズマが形成される。
ここで、本実施例の場合には、従来のΣCR方式に比ベ
マイクロ波の電磁界強度が強いために短時間で電子が原
料ガスを励起あるいは電離させるに十分なエネルギを得
るので、高いガス圧力においても高密度のプラズマを維
持することができる。
さらに、処理中には下部電極7には高周波電源9よりI
AS4M)lzの高周波電力が印加され、印加電力の制
御により半導体基板10に入射するイオンのエネルギを
制御することにより、イオン衝撃によるダメージを抑え
なから膜質の緻密性を得るなどの制御を行うことができ
る。
第2図は、本実施例によるプラズマ密度のガス圧力に対
する変化(曲線−))を従来のECR方式(曲線(b)
)と比較して示した。
本実施例によれば、第2図に示すように電子のサイクロ
トロン運動が衝突により乱される様な高いガス圧力領域
においても高密度のプラズマが維持でき、かつイオンの
エネルギが任意に制御できるので、高速で良質のCVD
膜を得ることができる。
本発明は、単にプラズマCVDによる成膜処理のみに適
用されるものではなく、半導体基板のプラズマ酸化やド
ライエツチングなどプラズマを用いた処理に適用可能な
ことは明らかである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ECR方式により形成したプラズマの
密度が低下する様な高いガス圧力領域においても高密度
のプラズマが発生できるので、処理速度の高いプラズマ
処理を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の処
理室縦断面図、第2図は本発明のプラズマ処理装置と従
来のECR方式におけるプラズマ密度のガス圧力の変化
に対する関係の比較図である。 1・・・・・・空胴共振器、2・・・・・・導波管、5
・・・・・・マグネトロン、4・・・・・・マイクロ波
透過窓、5・・・・・・処理室、6・・・・・・金属薄
膜、7・・・・・・下部電極、8・・・・・・絶縁カバ
ー、9・・・・・・高周波電源、10・・・・・・半導
体基板、11.12・・・・・・同軸コイル、13・・
・・・・排気口。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、マイクロ波によるプラズマ発生手段、処理ガス供給
    手段、排気手段より成るプラズマ処理装置において、プ
    ラズマ発生手段が空胴共振器とプラズマ処理室、及び空
    胴共振器とプラズマ処理室とを真空分離するマイクロ波
    透過窓とから成り、該マイクロ波透過窓に金属薄膜を形
    成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
JP23242488A 1988-09-19 1988-09-19 プラズマ処理装置 Pending JPH0281434A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992022085A1 (en) * 1991-05-24 1992-12-10 Lam Research Corporation Window for microwave plasma processing device
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