JPH0717997B2 - プラズマ酸化または窒化法及びそれに使用する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体または金属でなる試料の表面を、酸素
または酸素を含むガス、または窒素または窒素を含むガ
スのプラズマの照射によって、酸化または窒化させるプ
ラズマ酸化または窒化法、及びそれに使用するプラズマ
酸化または窒化用装置に関する。

従来の技術 従来、第２図を伴って次に述べるプラズマ酸化法が提案
されている。

すなわち、プラズマ酸化用室１内に、半導体または金属
でなる試料２を、プラズマ酸化用室１の下部に配されて
いる電極板３上において、これを電気的に良好に接触さ
せ、そして、試料２を、必要に応じて、電極板３下に配
されたヒータ４によって加熱し、また、電極板３と、プ
ラズマ酸化用室１の上方位置に試料２と対向して配され
た他の電極板５との間に、直流電源６を、電極板３側が
正になる極性で接続している状態で、プラズマ酸化用室
１を、その下部から、それにバルブ９を介して連結して
いる排気用ポンプ10を用いて排気させながら、プラズマ
酸化用室１内に、その上方から、ガス供給室７を介し
て、酸素８を供給し、その酸素８を、プラズマ酸化用室
１の上部の周りに配され且つ高周波電源12に接続されて
いる電磁波発生用コイル11から輻射される電磁波によっ
て励磁させてプラズマ化し、その酸素のプラズマ13を試
料２に照射させ、これによって、試料２の表面を酸化さ
せる。

以上が、従来提案されているプラズマ酸化法の一例であ
る。

また、従来、第３図を伴なって次に述べるプラズマ酸化
法も提案されている。

なお、第３図において、第２図との対応部分には同一符
号を付している。

すなわち、プラズマ酸化用室１内に、半導体または金属
でなる試料２を、保持具14を用いて植立して配し、そし
て、プラズマ酸化用室１を、その側部から、それにバル
ブ９を介して連結している排気用ポンプ10を用いて排気
させながら、プラズマ酸化用室１内に、試料２からみ
て、バルブ９を連結している側とは反対側の側部から、
ガス供給管７を介して、酸素８を供給し、その酸素６
を、プラズマ酸化用室１の試料２が配されている位置に
対応している位置からガス供給管７側までの間の部の周
りに配され且つ高周波電源12に接続されている電磁波発
生用コイル11から輻射される電磁波によって励起させて
プラズマ化し、その酸素のプラズマ13を、試料２の一方
の面（裏面）2bに照射させ、一方試料２の他方の面（裏
面）2aにプラズマ13の拡散によって得られているプラズ
マ13′を照射させ、これによって、試料２の表面2a及び
裏面2bを酸化させる。

以上が、従来提案されているプラズマ酸化法の他の例で
ある。

発明が解決しようとする問題点 第２図に示す従来のプラズマ酸化法の場合、試料２を、
それに直流電源６から、正電位を与えられている状態
で、酸素のプラズマ13を照射したとき、酸素のプラズマ
13を構成している負の酸素イオンが、試料２内にそれに
与えられている正電位の値に応じた速度で引込まれ、そ
の負の酸素イオンによって、試料２の材料である半導体
または金属が酸化する、という機構を利用して、試料２
の表面を酸化させている。

このため、直流電源６の電圧を調整することによって、
試料２の表面の酸化速度を比較的容易に制御することが
でき、よって、その酸化によって試料２の表面に形成さ
れる酸化物層の厚さを比較的容易に制御することができ
る。

しかしながら、第２図に示す従来のプラズマ酸化法の場
合、試料２に正電位を与えるために、試料２を電極板３
に接触させる必要がある。

このため、試料２が電極板３の材料によって汚染される
おそれを有していた。

また、試料２を、その全域に亘って各部均一に、電極板
３に接触させるのに困難を伴うため、試料２に、その全
域に亘って各部均一な正電位を与えることが困難であ
り、このため、試料２の表面を各部均一な厚さに酸化さ
せることが困難である、という欠点を有していた。

また、第３図に示す従来のプラズマ酸化法の場合、試料
２の裏面2bに酸素のプラズマ13を照射させ、また、試料
２の表面2aにプラズマ13の拡散によって得られているプ
ラズマ13′を照射させるとき、プラズマ13′のポテンシ
ャルがプラズマ13に比し低いので、試料２が、それに直
流電源からなんらの電位も与えていないにもかかわら
ず、試料２の裏面2bがプラズマ13に対して負に帯電し、
試料２の表面2aがプラズマ13′に対し正に帯電している
状態になっているため、試料２の裏面2b側にはプラズマ
13を構成している正の酸素イオンが引込まれ、また、試
料２の表面2a側にはプラズマ13′を構成している負の酸
素イオンが引込まれ、よって、それら正及び負の酸素イ
オンによって、試料２の裏面2bおよび表面2a側が、それ
らの材料である半導体または金属が酸化する、という機
構を利用して、試料２の表面2a及び裏面2bを酸化させて
いる。なお、この場合、試料２の表面2aが、裏面2bに比
し厚く酸化される。

このため、第３図に示す従来のプラズマ酸化法の場合、
試料２を、第２図で上述した従来のプラズマ酸化法の場
合のように電極板３に接触させる、という必要がない。
従って、第２図で上述した従来のプラズマ酸化法の場合
のように、試料２が電極板３の材料によって汚染され
る、というおそれを有しない。

しかしながら、第３図に示す従来のプラズマ酸化法の場
合、電磁波発生用コイル11に供給する高周波電流を制御
することによって、その電磁波発生用コイルから輻射さ
れる電磁波のエネルギを調整すれば、試料２の表面2a及
び裏面2bを照射するプラズマ13及び13′のポテンシャル
を制御できないでもないから、試料２の表面2a及び裏面
2bの酸化速度を全く制御し得ないということはできない
が、その制御を再現性よく、効果的に、容易に行うこと
ができきわめて困難である。

このため、試料２の表面2a及び2bの酸化によってそれら
表面上に形成される酸化物層の厚さを、再現性よく、容
易に制御することができないとともに、それら酸化物層
を比較的厚い厚さに形成すうことができない、という欠
点を有していた。

問題点を解決するための手段 よって、本発明は、第２図及び第３図を伴なって上述し
た従来のプラズマ酸化法について上述したような欠点の
ない、新規なプラズマ酸化または窒化法、及びそれに使
用する新規なプラズマ酸化または窒化用装置を提案せん
とするものである。

本発明によるプラズマ酸化または窒化法は、半導体また
は金属でなる試料の裏面に正イオンを照射させている状
態で、上記試料の表面に、酸素または酸素を含むガスま
たは窒素または窒素を含むガスのプラズマを照射させる
ことによって、試料の表面を酸化または窒化させる、と
いうものである。

また、本発明によるプラズマ酸化または窒化用装置は、
プラズマ発生・照射用室と、イオン照射用室と、半導体
または金属でなる試料をその表面及び裏面がプラズマ発
生・照射用室及びイオン照射用室にそれぞれ臨むように
保持させる試料保持手段とを有するプラズマ酸化または
窒化用室と、プラズマ発生・照射用室内に、酸素または
酸素を含むガス、または窒素または窒素を含むガスを供
給する手段と、プラズマ発生・照射用室に導入される酸
素または酸素を含むガス、または窒素または窒素を含む
ガスをプラズマ化させる手段と、プラズマ発生・照射用
室を排気する手段と、イオン照射用室内に正イオン発生
手段からの正イオンを照射させる手段と、イオン照射用
室を排気する手段とを有する、という構成を有する。

作用・効果 本発明によるプラズマ酸化または窒化法によれば、試料
の裏面に正イオンを照射させている状態で、試料の表面
に、酸素または酸素を含むガス、または窒素または窒素
を含むガスのプラズマを照射させたとき、酸素または酸
素を含むガス、または窒素または窒素を含むガスのプラ
ズマを構成している負の酸素または窒素イオンが、試料
内に、その裏面側を照射している正イオンの電流値に応
じた速度と流量で引込まれ、その負の酸素または窒素イ
オンによって、試料の材料である半導体または金属が、
酸化または窒化するという機構で、試料の表面が酸化ま
たは窒化する。

この場合、試料を、第２図で上述した従来のプラズマ酸
化法の場合のように電極板に接触させる、という必要が
ない。

このため、第２図で上述した従来のプラズマ酸化法の場
合のように、試料が電極板の材料によって汚染されてい
る、というおそれを有しない。

また、上述したように、本発明によるプラズマ酸化また
は窒化法によれば、上述した機構で試料の表面が酸化ま
たは窒化するとき、試料の裏面に照射する正のイオンの
電流値は、これを容易に調整することができる。

このため、試料の表面の酸化または窒化の速度を比較的
容易に制御することができ、よって、その酸化または窒
化によって形成される酸化物層または窒化物層の厚さを
容易に制御することができる。

また、本発明によるプラズマ酸化または窒化用装置によ
れば、それを用いて、試料の表面を、本発明によるプラ
ズマ酸化または窒化法で上述した優れた作用・効果を以
って、酸化または窒化させることができる。

実施例 次に、第１図を伴なって、本発明によるプラズマ酸化ま
たは窒化法の実施例、及びそれに使用する本発明による
プラズマ酸化または窒化用装置の実施例を、その本発明
によるプラズマ酸化または窒化用装置の実施例を用いた
本発明によるプラズマ酸化法の実施例で述べよう。

プラズマ発生・照射用室22と、イオン照射用室23とを有
するプラズマ酸化または窒化用室21内に、半導体または
金属でなる試料２を、適当な試料保持手段24によって、
表面2a及び裏面2bがそれぞれプラズマ発生・照射用室22
及びイオン照射用室23に臨むように且つ試料２によって
プラズマ発生・照射用室22及びイオン照射用室23が分離
するように保持して配し、そして、イオン照射用室23
を、その側部から、それにバルブ９′を介して連結して
いる排気用ポンプ10′を用いて排気させながら、イオン
照射用室23内に、その下方から、そのイオン照射用室23
に連結している、それ自体は告知の例えば水素、ヘリウ
ムの正イオンを発生する正イオン発生装置25からの正イ
オン26を供給して、その正イオン26を試料２の裏面2bに
照射させている状態で、プラズマ発生・照射用室22を、
その下部から、それにバルブbu9を介して連結している
排気用ポンプ10を用いて排気させながら、プラズマ発生
・照射用室22内に、その上方から、ガス供給管７を介し
て、酸素８を供給し、その酸素８をプラズマ発生・照射
用室22の上部の周りに配され且つ高周波電源12に接続さ
れている電磁波発生用コイル11から輻射される電磁波に
よって励起させてプラズマ化し、その酸素のプラズマ13
を試料２の表面2aに照射させ、これによって、試料２の
表面2aを酸化させる。

なお、この場合、プラズマ発生・照射用室21のイオン照
射用室23内に配されたイオン検出器27によって、正イオ
ン26による試料２の裏面2bの照射量を検出し、その検出
出力によって、正イオン発生装置25からイオン照射用室
23内に供給されて試料２の裏面2bを照射する正イオン26
の電流量を制御する。

以上が本発明によるプラズマ酸化法の実施例である。

このような本発明によるプラズマ酸化法によれば、試料
２の裏面2bに正イオン26を照射させている状態で、試料
２の表面2aに酸素のプラズマ13を照射させたとき、酸素
のプラズマ13を構成している負の酸素イオンが、試料２
内に、その裏面2bを照射している正イオン26の電流値に
応じた速度と流量で引込まれ、この負の酸素イオンによ
って、試料２の材料である半導体または金属が酸化する
という機構で、試料２の表面2aが酸化する。

この場合、試料２を、第２図で上述した従来のプラズマ
酸化法の場合のように電極板に接触させる、という必要
がない。

このため、第２図で上述した従来のプラズマ酸化法の場
合のように、試料２が電極板の材料によって汚染され
る、というおそれを有しない。

また、上述したように、本発明によるプラズマ酸化法に
よれば、上述した機構で試料２の表面2aが酸化または窒
化するとき、試料２の裏面2bに照射する正イオン26の電
流値は、これを正イオン発生装置25によって、容易に調
整することができる。

このため、試料２の表面2aの酸化速度を比較的容易に制
御することができ、よって、その酸化によって形成され
る酸化物層の厚さを容易に制御することができる。

なお、上述において、本発明によるプラズマ酸化法にお
いて、酸素を用いた場合につき述べたが、酸素を含んだ
ガスを用いて、上述の同様の作用、効果が得られること
は明らかであろう。

また、上述においては、本願第１番目の発明によるプラ
ズマ酸化法を述べたが、上述した本願第１番目の発明に
よるプラズマ酸化法において、それに用いる酸素に代
え、窒素またはアンモニアガスのような窒素を含んだガ
スを用いることによって、本発明によるプラズマ窒化法
とすることもでき、その他、本発明の精神をだつするこ
となしに、種々の変型、変更をなしうるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるプラズマ酸化または窒化法、及
びそれに使用するプラズマ酸化または窒化用装置の実施
例を示す略線図である。 第２図、及び第３図は、それぞれ従来のプラズマ酸化法
を示す略線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ２３Ｃ 14/32 Ｄ 9271−4Ｋ Ｃ 9271−4Ｋ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体または金属でなる試料の裏面に正イ
   オンを照射させている状態で、上記試料の表面に、酸素
   または酸素を含むガスまたは窒素または窒素を含むガス
   のプラズマを照射させることによって、上記試料の表面
   を酸化または窒化させることを特徴とするプラズマ酸化
   または窒化法。
2. 【請求項２】プラズマ発生・照射用室と、イオン照射用
   室と、半導体または金属でなる試料をその表面及び裏面
   が上記プラズマ発生・照射用室及び上記イオン照射用室
   にそれぞれ臨むように保持させる試料保持手段とを有す
   るプラズマ酸化または窒化用室と、 上記プラズマ発生・照射用室内に、酸素または酸素を含
   むガス、または窒素または窒素を含むガスを供給する手
   段と、 上記プラズマ発生・照射用室に導入される酸素または酸
   素を含むガス、または窒素または窒素を含むガスをプラ
   ズマ化させる手段と、 上記プラズマ発生・照射用室を排気する手段と、 上記イオン照射用室内に正イオン発生手段からの正イオ
   ンを照射させる手段と、 上記イオン照射用室を排気する手段とを有することを特
   徴とするプラズマ酸化または窒化用装置。