JPH0831414B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
- Publication number
- JPH0831414B2 JPH0831414B2 JP62135980A JP13598087A JPH0831414B2 JP H0831414 B2 JPH0831414 B2 JP H0831414B2 JP 62135980 A JP62135980 A JP 62135980A JP 13598087 A JP13598087 A JP 13598087A JP H0831414 B2 JPH0831414 B2 JP H0831414B2
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- Japan
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- microwave
- waveguide
- plasma
- conductor
- magnetic field
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、CVD,エッチングあるいは不純物ドーピング
等の半導体材料処理のためのプラズマ処理装置に関す
る。
等の半導体材料処理のためのプラズマ処理装置に関す
る。
（従来の技術） 電子サイクロトロン共鳴（以下、ECRと略す）を生起
して極めて活発なプラズマを発生し、高い効率で半導体
材料のエッチング、あるいはプラズマCVD等の処理を行
うことができる（「電子材料」編集部編、「超LSI時代
のプラズマ化学」工業調査会、昭和58年、Ｐ・P117〜Ｐ
・119参照）。
して極めて活発なプラズマを発生し、高い効率で半導体
材料のエッチング、あるいはプラズマCVD等の処理を行
うことができる（「電子材料」編集部編、「超LSI時代
のプラズマ化学」工業調査会、昭和58年、Ｐ・P117〜Ｐ
・119参照）。
第２図は従来のECRプラズマCVD装置を、例えば特開昭
57−133638号公報から援用して示し、従来のプラズマ処
理装置は図示のように、ECRプラズマを生起するプラズ
マ室１に、一例として周波数が2.45MHzのマイクロ波
と、ECR条件を満足する強度の磁場B0とが印加され、誘
起されたプラズマは、電磁石２によってプラズマ窓３か
ら膜形成室４に配置したシリコン基板５に向けて輸送さ
れ、例えば窒化シリコン膜の形成をするにはプラズマ室
１に窒素ガス、膜形成室４内にモノシランガスをそれぞ
れ導入して、シリコン基板５の面に窒化シリコン膜を成
長させる。
57−133638号公報から援用して示し、従来のプラズマ処
理装置は図示のように、ECRプラズマを生起するプラズ
マ室１に、一例として周波数が2.45MHzのマイクロ波
と、ECR条件を満足する強度の磁場B0とが印加され、誘
起されたプラズマは、電磁石２によってプラズマ窓３か
ら膜形成室４に配置したシリコン基板５に向けて輸送さ
れ、例えば窒化シリコン膜の形成をするにはプラズマ室
１に窒素ガス、膜形成室４内にモノシランガスをそれぞ
れ導入して、シリコン基板５の面に窒化シリコン膜を成
長させる。
このようにして成長させる窒化シリコン膜は、膜の緻
密度を表わす緩衝弗酸によるエッチング速度において、
13.56MHzで駆動したプラズマCVD装置による形成膜に比
べ１ないし２桁小さく、熱CVDにより形成した窒化シリ
コン膜と同等に良好である。
密度を表わす緩衝弗酸によるエッチング速度において、
13.56MHzで駆動したプラズマCVD装置による形成膜に比
べ１ないし２桁小さく、熱CVDにより形成した窒化シリ
コン膜と同等に良好である。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のようなプラズマCVD装置の構成
では、プラズマ室１に導入するマイクロ波が完全に吸収
されずにシリコン基板５に到達し、それを加熱する。こ
の熱は、LSIを代表とする半導体分野では、シリコン基
板５にはパターン形成されたAl配線や、Siなどマイクロ
波の吸収率の異なる材料を有するため不均一に発生し、
そのため、形成される窒化シリコン膜は一様ではない欠
点があり、エッチングあるいは不純物ドープの場合も同
様な問題を生ずる。
では、プラズマ室１に導入するマイクロ波が完全に吸収
されずにシリコン基板５に到達し、それを加熱する。こ
の熱は、LSIを代表とする半導体分野では、シリコン基
板５にはパターン形成されたAl配線や、Siなどマイクロ
波の吸収率の異なる材料を有するため不均一に発生し、
そのため、形成される窒化シリコン膜は一様ではない欠
点があり、エッチングあるいは不純物ドープの場合も同
様な問題を生ずる。
なお、上記に対処するため、プラズマCVD装置のプラ
ズマ窓３をマイクロ波の通過を遮断する大きさに形成し
ても、プラズマ室１と膜形成室４との間にプラズマ窓３
を介するマイクロ波の弱い結合によって、上記同様な問
題を発生する。
ズマ窓３をマイクロ波の通過を遮断する大きさに形成し
ても、プラズマ室１と膜形成室４との間にプラズマ窓３
を介するマイクロ波の弱い結合によって、上記同様な問
題を発生する。
本発明は、上記した従来のプラズマCVD装置の不完全
吸収に基づく欠点を排除することを目的とする。
吸収に基づく欠点を排除することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、真空槽と、前
記真空槽に装着され円形導波管内に導体を挿入固定して
なる同軸導波管とを有するプラズマ処理装置であって、
前記導体は前記円形導波管がら前記真空槽に装着された
部分から所定の距離手前まで前記円形導波管内に挿入さ
れ、前記所定の距離が前記円形導波管の最小遮断周波数
と印加するマイクロ波の周波数によって決定されるマイ
クロ波減衰率の逆数以上とし、かつ、前記円形導波管の
最小遮断周波数より低い周波数を有するマイクロ波を前
記同軸導波管に印加するように構成したものである。
記真空槽に装着され円形導波管内に導体を挿入固定して
なる同軸導波管とを有するプラズマ処理装置であって、
前記導体は前記円形導波管がら前記真空槽に装着された
部分から所定の距離手前まで前記円形導波管内に挿入さ
れ、前記所定の距離が前記円形導波管の最小遮断周波数
と印加するマイクロ波の周波数によって決定されるマイ
クロ波減衰率の逆数以上とし、かつ、前記円形導波管の
最小遮断周波数より低い周波数を有するマイクロ波を前
記同軸導波管に印加するように構成したものである。
また、マイクロ波電界の垂直方向に磁場を印加する磁
場印加手段を有し、同軸導波管内に挿入固定された導体
の表面付近の磁場強度を電子サイクロトロン共鳴条件を
満足する値以下にしたものである。
場印加手段を有し、同軸導波管内に挿入固定された導体
の表面付近の磁場強度を電子サイクロトロン共鳴条件を
満足する値以下にしたものである。
（作用） 上記構成によれば、同軸導波管を使用することによ
り、導体を挿入した必要な部分まで容易にマイクロ波を
進行させ、導波管内の導体が挿入されていない部分でマ
イクロ波を完全に反射させるので、プラズマに吸収しき
れなかつたマイクロ波が真空槽内に入り込んでそのマイ
クロ波により真空槽内に設置された基板が加熱されるの
を防止し、均一な反応を行う。
り、導体を挿入した必要な部分まで容易にマイクロ波を
進行させ、導波管内の導体が挿入されていない部分でマ
イクロ波を完全に反射させるので、プラズマに吸収しき
れなかつたマイクロ波が真空槽内に入り込んでそのマイ
クロ波により真空槽内に設置された基板が加熱されるの
を防止し、均一な反応を行う。
また、導体の表面付近を電子サイクロトロン共鳴条件
以下の磁場にすることで、導波管内に挿入された導体の
プラズマによるスパッタを防止し、基板への不純物の混
入を確実に防止する。
以下の磁場にすることで、導波管内に挿入された導体の
プラズマによるスパッタを防止し、基板への不純物の混
入を確実に防止する。
（実施例） 以下、本発明を実施例によって図面を用いて詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明の一実施例のプラズマ処理装置の要部
を示す図で、これは第３図に示したように、真空槽11に
装着されてマイクロ波の印加部分となる。以下、これを
プラズマCVD装置として窒化シリコン膜の生成に用いた
場合を説明する。
を示す図で、これは第３図に示したように、真空槽11に
装着されてマイクロ波の印加部分となる。以下、これを
プラズマCVD装置として窒化シリコン膜の生成に用いた
場合を説明する。
まず、第１図（ａ）において、６は円形導波管であ
り、これを外部導波管として、その内部に導体７が内部
導波管として挿入され、これらは同軸導波管を構成して
いる。また、８は電磁石であり、プラズマCVD装置とし
てのプラズマを駆動するマイクロ波は、一例として周波
数を2.45GHzのものを用いた。
り、これを外部導波管として、その内部に導体７が内部
導波管として挿入され、これらは同軸導波管を構成して
いる。また、８は電磁石であり、プラズマCVD装置とし
てのプラズマを駆動するマイクロ波は、一例として周波
数を2.45GHzのものを用いた。
円形導波管６の内径Ｒは印加するマイクロ波の最小遮
断周波数のTE11モードの内径R0（マイクロ波の周波数が
2.45GHzの場合、7.18cm）未満に形成した。すなわち、
Ｒは次式で与えられ、本実施例ではＲ＝6.0cmとした。
断周波数のTE11モードの内径R0（マイクロ波の周波数が
2.45GHzの場合、7.18cm）未満に形成した。すなわち、
Ｒは次式で与えられ、本実施例ではＲ＝6.0cmとした。
Ｒ＜2C/3.41f ただし C;光速度 f;マイクロ波周波数 ９は上記円形導波管６に導体７を挿入して形成された
同軸導波管の部分であり、導体７には同軸導波管９の特
性インピーダンスを50Ωにするため、直径が26mmのステ
ンレス棒を使用し、円形導波管６よりも長さＤだけ短縮
されて、石英板10によって支持固定している。短縮長さ
Ｄは円形導波管６の最小遮断周波数fCUTとマイクロ波の
周波数ｆとによって定まり、次式で与えられるマイクロ
波の減衰率γの逆数以上で、この実施例ではＤ＝6cmと
した。
同軸導波管の部分であり、導体７には同軸導波管９の特
性インピーダンスを50Ωにするため、直径が26mmのステ
ンレス棒を使用し、円形導波管６よりも長さＤだけ短縮
されて、石英板10によって支持固定している。短縮長さ
Ｄは円形導波管６の最小遮断周波数fCUTとマイクロ波の
周波数ｆとによって定まり、次式で与えられるマイクロ
波の減衰率γの逆数以上で、この実施例ではＤ＝6cmと
した。
fCUT＝C/3.41a（ただし、ａ＝R/2） D0＝1/γ＝2.98cm 第１図（ｂ）は同（ａ）図に対応させて描いた電磁石
８による磁場強度を示しており、電磁石８は導体７の先
端付近に配置し、ECR条件を満足する磁場強度B0が印加
できるようにしてある。
８による磁場強度を示しており、電磁石８は導体７の先
端付近に配置し、ECR条件を満足する磁場強度B0が印加
できるようにしてある。
同軸導波管９内のマイクロ波の電界に、垂直方向の磁
場分布は図のように、同軸導波管９内のマイクロ波の電
界の最大付近に磁場強度B0以上を与え、導体７の表面付
近では磁場強度B0以下にする。
場分布は図のように、同軸導波管９内のマイクロ波の電
界の最大付近に磁場強度B0以上を与え、導体７の表面付
近では磁場強度B0以下にする。
以上の構成の同軸導波管９を第３図のように真空槽11
に装着し、全体のガス圧をほぼ0.08Paに保って、モノシ
ランガスを1sccm、窒素ガスを5sccm導入し、100Wの電力
のマイクロ波を印加させ、膜形成室に配置したシリコン
基板上に窒化シリコン膜を形成させた。なお、このとき
シリコン基板には加熱しなかった。
に装着し、全体のガス圧をほぼ0.08Paに保って、モノシ
ランガスを1sccm、窒素ガスを5sccm導入し、100Wの電力
のマイクロ波を印加させ、膜形成室に配置したシリコン
基板上に窒化シリコン膜を形成させた。なお、このとき
シリコン基板には加熱しなかった。
成膜中測定した同軸導波管９内部のマイクロ波電力
は、印加した100Wであったが、同軸導波管９の先端で測
定した値は1W以下の極めて低い値を示していた。
は、印加した100Wであったが、同軸導波管９の先端で測
定した値は1W以下の極めて低い値を示していた。
このように、本実施例では窒化シリコン膜が５Åない
し10Å/Secの堆積速度で形成できた。
し10Å/Secの堆積速度で形成できた。
同じ装置でエッチングを、緻密さを示す緩衝弗酸（50
％HF:46％NHF＝15:85）で行ったところ、２Åないし10
Å/minのエッチング速度で、従来のプラズマCVD装置に
比べ１桁程度、緻密な良質の窒化シリコン膜が得られ
た。
％HF:46％NHF＝15:85）で行ったところ、２Åないし10
Å/minのエッチング速度で、従来のプラズマCVD装置に
比べ１桁程度、緻密な良質の窒化シリコン膜が得られ
た。
この成膜中、シリコン基板温度は終始60℃以上を示す
ことが無かったので、マイクロ波による加熱は生じなか
ったと判断され、本発明の目的が達せられたことが証さ
れた。
ことが無かったので、マイクロ波による加熱は生じなか
ったと判断され、本発明の目的が達せられたことが証さ
れた。
以上、本発明の一実施例をプラズマCVDを例に詳細に
説明したが、エッチング性のガスを導入してエッチング
を行っても、シリコン基板にはプラズマを直接晒すこと
なくエッチングすることができた。同様に、ドーピング
材料を導入しても、シリコン基板は加熱されずにドーピ
ングされた。さらに、本発明は、同軸導波管を複数使用
して複数の多成分の化合物の処理を行えることも可能で
あり、また、導体７の先端部にテーパを付してマイクロ
波の反射等を防止することは、本発明の効果を向上す
る。
説明したが、エッチング性のガスを導入してエッチング
を行っても、シリコン基板にはプラズマを直接晒すこと
なくエッチングすることができた。同様に、ドーピング
材料を導入しても、シリコン基板は加熱されずにドーピ
ングされた。さらに、本発明は、同軸導波管を複数使用
して複数の多成分の化合物の処理を行えることも可能で
あり、また、導体７の先端部にテーパを付してマイクロ
波の反射等を防止することは、本発明の効果を向上す
る。
なお、電磁石を用いて磁場を形成したが、これは所望
の磁場強度が形成されれば他の方法によってもよいこ
と、あるいはマイクロ波の周波数，導入方法等は上記実
施例に束縛されないことはいうまでもない。
の磁場強度が形成されれば他の方法によってもよいこ
と、あるいはマイクロ波の周波数，導入方法等は上記実
施例に束縛されないことはいうまでもない。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、プラズマ処理
装置において、マイクロ波を印加する導波管に、それを
外部導波管とするように導体を挿入して同軸導波管を形
成させ、上記導波管の最小遮断周波数より低い周波数の
マイクロ波を上記形成した同軸導波管から導入すること
によって、プラズマによって吸収できなかったマイクロ
波が阻止され、従来、生じたシリコン基板等の温度上昇
を防止して、シリコン基板に対するCVD,エッチングある
いはドーピング等の処理を行うことができ、あるいはEC
R条件を満足する磁場を印加することによって、上記マ
イクロ波の吸収を促進するとともに、導体の表面付近を
ECR条件以下の磁場にすることで、導波管内に挿入され
た導体のプラズマによるスパッタを防止し、基板への不
純物の混入を確実に防止することができる。
装置において、マイクロ波を印加する導波管に、それを
外部導波管とするように導体を挿入して同軸導波管を形
成させ、上記導波管の最小遮断周波数より低い周波数の
マイクロ波を上記形成した同軸導波管から導入すること
によって、プラズマによって吸収できなかったマイクロ
波が阻止され、従来、生じたシリコン基板等の温度上昇
を防止して、シリコン基板に対するCVD,エッチングある
いはドーピング等の処理を行うことができ、あるいはEC
R条件を満足する磁場を印加することによって、上記マ
イクロ波の吸収を促進するとともに、導体の表面付近を
ECR条件以下の磁場にすることで、導波管内に挿入され
た導体のプラズマによるスパッタを防止し、基板への不
純物の混入を確実に防止することができる。
第１図は本発明の要部を示す構成図、第２図は従来のプ
ラズマ処理装置の概略を示す断面的な図、第３図は、第
１図の同軸導波管を真空槽に装着したプラズマ処理装置
の概略断面図である。 １……プラズマ室、2,8……電磁石、３……プラズマ
窓、４……膜形成室、５……シリコン基板、６……円形
導波管、７……導体、９……同軸導波管、10……石英
板。
ラズマ処理装置の概略を示す断面的な図、第３図は、第
１図の同軸導波管を真空槽に装着したプラズマ処理装置
の概略断面図である。 １……プラズマ室、2,8……電磁石、３……プラズマ
窓、４……膜形成室、５……シリコン基板、６……円形
導波管、７……導体、９……同軸導波管、10……石英
板。
Claims (2)
- 【請求項１】真空槽と、前記真空槽に装着され円形導波
管内に導体を挿入固定してなる同軸導波管とを有するプ
ラズマ処理装置であって、 前記導体は前記円形導波管が前記真空槽に装着された部
分から所定の距離手前まで前記円形導波管内に挿入さ
れ、前記所定の距離が前記円形導波管の最小遮断周波数
と印加するマイクロ波の周波数によって決定されるマイ
クロ波減衰率の逆数以上とし、かつ、前記円形導波管の
最小遮断周波数より低い周波数を有するマイクロ波を前
記同軸導波管に印加するように構成したことを特徴とす
るプラズマ処理装置。 - 【請求項２】マイクロ波電界の垂直方向に磁場を印加す
る磁場印加手段を有し、同軸導波管内に挿入固定された
導体の表面付近の磁場強度を電子サイクロトロン共鳴条
件を満足する値以下にしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62135980A JPH0831414B2 (ja) | 1987-05-31 | 1987-05-31 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62135980A JPH0831414B2 (ja) | 1987-05-31 | 1987-05-31 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63301523A JPS63301523A (ja) | 1988-12-08 |
| JPH0831414B2 true JPH0831414B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=15164375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62135980A Expired - Lifetime JPH0831414B2 (ja) | 1987-05-31 | 1987-05-31 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831414B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-31 JP JP62135980A patent/JPH0831414B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63301523A (ja) | 1988-12-08 |
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