JPH0729829A

JPH0729829A - 直流放電型プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH0729829A
Application number: JP15475593A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murakami; 浩村上; So Kuwabara; 創桑原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】直流放電型プラズマ処理において、プラズマ
中の気相反応で発生する微粒子を被成膜基体或いは被エ
ッチング面に臨む領域から効率よく排除すること、及び
それによってプラズマ処理速度の向上を可能とする。【構成】直流放電型プラズマ処理において、プラズマ
生成のために印加される直流電界に対し、垂直に磁界を
かけることで、プラズマ中の気相反応により発生する微
粒子を、被処理基体Ｓに臨む領域の外方へ移動させて排
除する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ、半
導体利用の各種センサのような半導体を利用したデバイ
ス、太陽電池その他を製造するにあたり、基板上に成膜
したり、形成された膜を配線パターン等を得るために所
定パターンに従ってエッチングしたりするプラズマＣＶ
Ｄ、プラズマエッチングのようなプラズマ処理、特に直
流放電型のプラズマ処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流放電型のプラズマ処理としては、そ
の代表例として直流電圧印加方式の平行平板型のプラズ
マ処理装置によるものを挙げることができる。このよう
な装置のうち成膜装置としてよく知られているプラズマ
ＣＶＤ装置は概ね図４に示す構造のものであり、エッチ
ング装置としてよく知られているドライエッチング装置
は概ね図５に示す構造のものである。

【０００３】図４に示すプラズマＣＶＤ装置は、成膜の
ための真空容器１を備え、該容器内には被成膜基体Ｓ１
を支持する基体ホルダを兼ねる電極２及び該ホルダに対
向するガス供給ノズルを兼ねる電極３が設置されてい
る。電極２は通常接地電極とされ、電極３は通常陰電極
とされる。電極２には必要に応じ基体Ｓ１を加熱するヒ
ータ４が臨設されることがあり、電極３には直流電源５
の負極が図示しないスイッチを介して接続される。

【０００４】ノズル兼電極３にはガス供給部６が接続さ
れるとともに、容器１にはそこから真空排気するための
排気装置７が接続される。ガス供給部６には、１又は２
以上のマスフローコントローラ６１１、６１２・・・・
及び開閉弁６２１、６２２・・・・を介して所定量の成
膜用ガスを供給するガス源６３１、６３２・・・・が含
まれている。

【０００５】このプラズマＣＶＤ装置によると、被成膜
基体Ｓ１がホルダ兼電極２に設置され、容器１内が排気
装置７により所定の真空度とされ、ガス供給部６から容
器１内に成膜用ガスが導入される。また、直流電源５か
ら電極２、３間に直流電圧が印加され、導入された成膜
用ガスがそれによってプラズマ化され、このプラズマの
下で基板Ｓ１上に所望の膜が形成される。

【０００６】図５に示すプラズマドライエッチング装置
は、エッチングのための真空容器１０を備え、該容器内
には被エッチング膜等を有する基体Ｓ２を支持するホル
ダを兼ねる電極２０と、それに対向するガス供給ノズル
を兼ねる電極３０とが設置されている。電極２０は通常
陰電極とされ、電極３０は通常接地電極とされる。ホル
ダ兼電極２０には直流電源５０の負極が図示しないスイ
ッチを介して接続される。

【０００７】ノズル兼電極３０にはガス供給部６０が接
続されるとともに、容器１にはそこから真空排気するた
めの排気装置７０が接続される。ガス供給部６０には、
１又は２以上のマスフローコントローラ６４１、６４２
・・・・及び開閉弁６５１、６５２・・・・を介して所
定量のエッチング用ガスを供給するガス源６６１、６６
２・・・・が含まれている。

【０００８】このエッチング装置によると、被エッチン
グ基体Ｓ２がホルダ兼電極２０に設置され、容器１０内
が排気装置により所定の真空度とされ、ガス供給部６０
から容器１０内にエッチング用ガスが導入される。ま
た、直流電源５０から電極２０、３０間に直流電圧が印
加され、導入されたエッチング用ガスがそれによってプ
ラズマ化され、このプラズマの下で基体Ｓ２上の膜等が
ドライエッチングされる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな成膜処理では、プラズマ中の気相反応により発生す
る微粒子が基体表面に形成される膜に付着したり、その
中に混入する等して膜質を悪化させるという問題があ
る。特に、気相反応により微粒子が形成され、それが大
きく成長する可能性の高い成膜、例えば、シラン（Ｓｉ
Ｈ₄）と水素（Ｈ₂）からアモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ）膜を、シランとアンモニア（ＮＨ₃）からアモル
ファスシリコンナイトランド（ａ−ＳｉＮ）膜を、シラ
ンと一酸化二窒素（亜酸化窒素）（Ｎ₂Ｏ）からアモル
ファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ₂）膜を形成す
るような成膜では、基板表面に形成される膜に付着した
り、その中に混入したりする微粒子のサイズが、形成さ
れる膜の膜厚に対し大きく、その結果、その膜が絶縁膜
である場合において成膜後洗浄処理すると、その微粒子
の部分がピンホールとなって絶縁不良が生じたり、その
膜が半導体膜であると、半導体特性が悪化するといった
問題がある。

【００１０】また、ドライエッチング処理においても、
同様に気相反応により微粒子が発生し、これが被エッチ
ング面に付着する等してエッチング不良を招くという問
題がある。さらに、このような問題発生を抑制するため
に、プラズマ処理速度を低下させなければならないとい
う問題もでてくる。

【００１１】そこで本発明は、直流放電型プラズマ処理
において、プラズマ中の気相反応で発生する微粒子を被
成膜基体或いは被エッチング面に臨む領域から効率よく
排除すること、及びそれによってプラズマ処理速度の向
上を可能とすることを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ねたところ、プラズマ生成のために
印加する直流電界に対して垂直の磁界をかければ、微粒
子を前記領域の外方へ排除できることを見出した。かか
る知見は次の実験に基づくものである。

【００１３】すなわち、図３の（Ａ）図に示すように、
図示しない真空容器内に二つの対向電極１０１、１０２
を配置し、一方の電極１０１を陰電極とし、他方の電極
１０２を接地電極とし、容器内を真空排気して、容器内
にシランガス等のガスを導入しつつ両電極間に直流電圧
を印加することで該ガスをプラズマ化させ、さらに両電
極間にレーザ光を照射したところ、微粒子が多く存在す
る陰電極１０１の付近の領域１０３ではレーザ光が散乱
してその存在が確認された。一方、接地電極１０２付近
の領域１０４ではプラズマ発光が見られた。

【００１４】次に上記状態から、図３の（Ｂ）図に示す
ように、直流電界に対し垂直な方向（本例では紙面に対
し上から下）に磁界Ｇをかけたところ、微粒子領域１０
３が図中左方へ排除されるとともにプラズマ発光領域１
０４が図中右方へ移動した。かくして磁界により微粒子
が移動することが判った。これは、磁界をかけること
で、プラズマ中で陰電極１０１から接地電極１０２に向
かって流れる電子ｅが図中右方向に、接地電極１０２か
ら陰電極１０１に向かって流れるイオンＩが図中左方向
にそれぞれ力を受け、このとき、陰電極付近に多く存在
する微粒子ＰがイオンＩからの衝撃で左方向に排除され
るからであると考えられる。

【００１５】本発明は以上の知見に基づくもので、直流
放電型プラズマ処理方法において、プラズマ生成のため
に印加される直流電界に対し、垂直に磁界をかけること
で、プラズマ中の気相反応により発生する微粒子を、被
処理基体に臨む領域の外方へ移動させて排除することを
特徴とする直流放電型プラズマ処理方法、及び直流放電
型プラズマ処理装置において、プラズマ中の気相反応に
より発生する微粒子を被処理基体に臨む領域の外方へ移
動させて排除するための磁界をかける手段であって、プ
ラズマ生成のために印加される直流電界に対し垂直な磁
界をかける手段を設けたことを特徴とする直流放電型プ
ラズマ処理装置を提供するものである。

【００１６】かかる本発明の方法及び装置においては、
磁界をかけることで微粒子が排除されてくる（移動して
くる）領域から排気したり、該領域に排気口を臨ませた
排気手段を設けることが望ましい。この排気のために、
それ専用の排気手段を設けてもよいが、プラズマ生成の
ために真空容器から真空排気するための、真空容器に設
けられる排気装置を利用してもよい。

【００１７】

【作用】本発明方法及び装置によると、成膜やエッチン
グにおいて、プラズマ生成のために印加される直流電界
に対し、垂直に磁界がかけられるので、プラズマ中の気
相反応により発生する微粒子は、被処理基体に臨む領域
の外へ移動せしめられ、被処理基体に臨む領域から排除
される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明に係る直流電圧印加方式の平行平板
型のプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示している。この
装置は次の点を除いて図４に示す従来プラズマＣＶＤ装
置と実質上同構造のものである。

【００１９】従来装置と異なる点は次のとおりである。
真空容器１の外周に沿って磁界発生コイル（電磁コイ
ル）８が配置されており、コイル８には図示しない電磁
コイル電源が接続されている。電磁コイル８は、電源か
らの通電により発生する磁界の方向が電極２、３間の直
流電界に対し垂直で（図１では紙面に対して上から下）
となるように構成、配置されている。また、陰電極３に
近い図中左側位置に排気口１１が設けられ、これは配管
７１により真空排気装置７の真空ポンプに接続されてい
る。なお、排気口１１から直接排気するようにしてもよ
い。

【００２０】以上説明したプラズマＣＶＤ装置による
と、次のようにして本発明成膜方法が実施される。すな
わち、ホルダ兼電極２に被成膜基板Ｓが支持され、容器
１内が排気装置７にて所定成膜真空度に排気され、ま
た、ガス供給部６から容器１内に成膜用ガスが導入され
るとともに電極２、３間に電源５にて直流電界が形成さ
れる。かくして導入されたガスがプラズマ化され、この
プラズマのもとで基板Ｓ上に成膜される。

【００２１】また、この成膜処理中、電磁コイル８に図
示しない電源から通電され、これにより前記直流電界に
対し垂直（図１では紙面に対して上から下の方向）に磁
界がかけられ、この磁界の作用で、プラズマ中の気相反
応により発生する微粒子が、基板Ｓに臨む領域Ｘの図中
左方へ移動せしめられ、領域Ｘから排除される。そし
て、このように領域Ｘから排除された微粒子は、排気口
１１から真空排気装置７の真空ポンプにより、容器１外
へ排除される。

【００２２】なお、図面には示していないが、排気口１
１と真空ポンプとの間に微粒子除去フィルタ手段を設け
ることも考えられる。かくして、形成される膜への微粒
子の付着や混入が抑制され、それだけ良質の膜が得られ
る。また、このように微粒子の付着や混入が抑制される
ので、成膜速度をそれだけ上げることもできる。

【００２３】また、かかる微粒子の排除により、プラズ
マが安定化するし、微粒子による電極の汚染も抑制さ
れ、全体として良質の膜を形成することができる。次に
本発明に係るプラズマエッチング処理の例について説明
する。図２は本発明に係る直流電圧印加方式の平行平板
型のプラズマドライエッチング装置の概略構成を示して
いる。

【００２４】このエッチング装置は、次の点を除いて図
５に示す従来プラズマエッチング装置と実質上同構造の
ものである。従来装置と異なる点は、図１のプラズマＣ
ＶＤ装置の場合と同様に、電磁コイル８、排気口１１１
及びそれを真空ポンプに接続する配管７２が設けられて
いる点である。排気口１１１は陰電極２０に近い図中右
側に設けられている。

【００２５】このエッチング装置によると、次のように
して本発明エッチング方法が実施される。すなわち、ホ
ルダ兼電極２０に被エッチング基板ｓが支持され、容器
１０内が排気装置７０にて所定エッチング真空度に排気
され、また、ガス供給部６０から容器１０内にエッチン
グ用ガスが導入されるとともに電極２０、３０間に電源
５０にて直流電界が形成される。かくして導入されたガ
スがプラズマ化され、このプラズマのもとで基板ｓ上の
膜がドライエッチングされる。

【００２６】また、このエッチング処理中、電磁コイル
８に図示しない電源から通電され、これにより前記直流
電界に対し垂直（図中、紙面に対して上から下の方向）
に磁界がかけられ、この磁界の作用で、プラズマ中の気
相反応により発生する微粒子が、基板ｓに臨む領域Ｙの
図中右方へ移動せしめられ、領域Ｙから排除される。そ
して、このように領域Ｙから排除された微粒子は、排気
口１１１から真空排気装置７０の真空ポンプにより容器
１０外へ排除される。

【００２７】なお、図面には示していないが、この装置
の場合も排気口１１１と真空ポンプとの間に微粒子除去
フィルタ手段を設けてもよい。かくして、被エッチング
面への微粒子の付着や混入が抑制され、それだけ良好な
エッチングが実施される。また、このように微粒子の付
着や混入が抑制されるので、エッチング速度をそれだけ
上げることもできる。

【００２８】また、かかる微粒子の排除により、プラズ
マが安定化するし、微粒子による電極の汚染も抑制さ
れ、全体としてエッチングが円滑に実施される。次に、
図１に示すプラズマＣＶＤ装置による成膜の具体例を説
明する。ホルダ電極２に５インチシリコン基板Ｓを保持
させる。成膜条件として、次を採用する。

【００２９】成膜用ガス：シラン（ＳｉＨ₄）１００ｓｃｃｍ水素（Ｈ₂）４００ｓｃｃｍ成膜基板温度：２３０℃ 成膜ガス圧：１．０Ｔｏｒｒ直流電圧：５００Ｖ以上の成膜条件のもとに、基板Ｓ上に水素化アモルファ
スシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を形成させた。

【００３０】また、比較のため、前記と同成膜条件で、
但し、磁界をかけない成膜も行った。形成された両膜表
面における０．３μｍ以上のパーティクル個数を数えた
ところ、本発明による成膜のパーティクル個数は、比較
例のものに比べて大幅に少なかった。

【００３１】また、図２に示すエッチング装置により、
被エッチング基板ｓとしてその表面にＩＴＯ膜を有する
ものを採用し、エッチングガスとしてメタン（ＣＨ₄）
及び水素（Ｈ₂）を採用してドライエッチングを行った
ところ、このエッチング処理においても被エッチング面
へのパーティクル付着は従来より減少していた。

【００３２】

【発明の効果】本発明によると、直流放電型プラズマ処
理方法及び装置であって、プラズマ中の気相反応で発生
する微粒子を、被成膜基体或いは被エッチング面に臨む
領域から効率よく排除することができ、またそれによっ
てプラズマ処理速度を向上させることができるものを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の１例の概略
構造を示す図である。

【図２】本発明に係るエッチング装置の１例の概略構造
を示す図である。

【図３】本発明に係るプラズマ処理の原理説明図であ
る。

【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置例の概略構造を示す
図である。

【図５】従来エッチング装置例の概略構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１、１０真空容器１１、１１１排気口２ホルダ兼接地電極２０ホルダ兼陰電極３陰電極３０接地電極４ヒータ５、５０電源６、６０ガス供給部７、７０排気装置７１、７２配管８電磁コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流放電型プラズマ処理方法において、
プラズマ生成のために印加する直流電界に対し垂直に磁
界をかけることで、プラズマ中の気相反応により発生す
る微粒子を、被処理基体に臨む領域の外方へ移動させて
排除することを特徴とする直流放電型プラズマ処理方
法。
【請求項２】前記微粒子が排除されてくる領域から排
気を行う請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】直流放電型プラズマ処理装置において、
プラズマ中の気相反応により発生する微粒子を被処理基
体に臨む領域の外方へ移動させて排除するための、プラ
ズマ生成のために印加される直流電界に対し垂直な磁界
をかける手段を設けたことを特徴とする直流放電型プラ
ズマ処理装置。
【請求項４】前記微粒子が排除されてくる領域に排気
口を臨ませた排気手段を備えた請求項３記載のプラズマ
処理装置。