JP2001257098A

JP2001257098A - 放電電極への給電方法、高周波プラズマ生成方法および半導体製造方法

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Publication number: JP2001257098A
Application number: JP2000069044A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yamakoshi; 英男山越; Koji Satake; 宏次佐竹; Yoshiaki Takeuchi; 良昭竹内; Hiroshi Mashima; 浩真島; Tatsufumi Aoi; 辰史青井; Masayoshi Murata; 正義村田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: JP3316490B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積の製膜およびエッチング処理に高高周
波（ＶＨＦ）を用いて均一な処理を行うことができる放
電電極への給電方法、高周波プラズマ生成方法および半
導体製造方法を提供する。【解決手段】給電された高周波電力に基づいて放電状
態を発生させるための放電電極への給電方法であって、
高周波電力の位相および周波数位相のうち少なくとも一
方を時間的に変化させることにより、放電電極内に生じ
る電圧分布を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ製
膜やエッチング処理に用いられる放電電極への給電方
法、高周波プラズマ生成方法および半導体製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えばプラズマＣＶＤ法を用いて作製さ
れる太陽電池用薄膜半導体、フラットパネルディスプレ
イ用薄膜トランジスタなどは、高速製膜による低コスト
化、および、低欠陥密度、高結晶化率などの高品質化が
求められている。これらの要求を満たす新しいプラズマ
生成方法として、高周波電源の高高周波化（３０ＭＨｚ
〜３００ＭＨｚ）がある。高周波化により製膜速度の高
速化と高品質化が両立されることが、例えば文献Ｍａ
ｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．
Ｖｏｌ．４２４，ｐｐ９，１９９７に記されてい
る。特に、ａ−Ｓｉに代る新しい薄膜として注目されて
いる微結晶Ｓｉ薄膜の高速高品質製膜にこの高高周波
（ＶＨＦ）が適していることが最近分ってきている。

【０００３】ところが、この高高周波（ＶＨＦ）による
製膜は、均一大面積製膜が難しいという欠点がある。こ
れは、高高周波の波長が電極サイズと同程度のオーダー
であることから、電極端などで生じる反射波を主因とす
る定在波による電圧分布が電極面内に発生し、それにと
もないプラズマが不均一となり、結果、製膜は不均一に
なるためと考えられる。

【０００４】平行平板電極を用いた場合、電極サイズが
３０ｃｍを越え、または、周波数が３０ＭＨｚを越える
と、上記定在波の影響が顕著となり、半導体製膜上好ま
しい製膜膜厚均一性±１０％の達成が困難になる。

【０００５】図１０は、横軸に開放端からの距離をと
り、縦軸に電圧Ｖｐｐおよびイオン飽和電流をとって、
１００ＭＨｚでの電圧分布の一例とともにイオン飽和電
流分布を示す特性線図である。イオン飽和電流分布は、
電子密度分布にほぼ等しく、計測が簡単であるので、一
般にプラズマ分布の指標として用いられる。電圧分布を
見ると電極上に定在波が生じており、それに対応してイ
オン飽和電流分布すなわちプラズマ分布が不均一になっ
ていることが分る。このように電極の一箇所のみに給電
する１点給電法では定在波が顕著に生じてしまうので、
定在波の発生を防止するために電極の四個所に給電する
４点給電法が提案されている。

【０００６】また、これと、特開平４−２３６７８１号
に詳細が報告されているラダー電極を用いることで、さ
らなる均一化が図れる。これは、平行平板型電極は非常
に高い電界分布の均一性が必要とされるため、例えば電
極間隔が全面にわたって高い精度で一定に保たれている
必要があるのに対し、ラダー電極は電極棒の周囲に出来
る電界は電極径で決まり、しかも強いので、均一なプラ
ズマを発生させるための条件が平行平板より緩やかであ
るためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、４点給
電法とラダー電極を併用した場合であっても、電極サイ
ズが３０ｃｍを越え、または、周波数が８０ＭＨｚを越
えると均一な製膜の実現が難しくなってくる。

【０００８】図１１に６０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚで
４点給電したときのラダー電極上に生じる電圧分布を示
す。６０ＭＨｚでは比較的均一な電圧分布を示している
が、１００ＭＨｚでは不均一になってしまっている。

【０００９】また、４点の給電位置は、試行錯誤的に最
適位置を見つける必要があり、非常に手間暇がかかると
いう問題がある。

【００１０】さらに、ガス圧、高周波電力などの製膜条
件を変更すると、最適位置が変ってしまうと言う問題が
ある。

【００１１】以上のような問題は学会でも注目され、こ
れまでにたとえば文献Ｍａｔ，Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．
Ｓｙｍｐ．Ｒｒｏｃ．Ｖｏｌ．３７７，ｐｐ３
３，１９９５に記されているように、平行平板の給電側
と反対側にロスのないリアクタンス（コイル）を接続す
ることが提案されている。

【００１２】これは、定在波の電極端からの反射条件を
変えることで、定在波の波形の中で分布が比較的平らな
部分、たとえばｓｉｎ波の極大付近を電極上に発生させ
て、電極に生じる電圧分布を少なくするものである。し
かしながら、この方法は定在波を根本から無くすのでは
なく、ｓｉｎ波のうち平らな部分が電極上に発生するよ
うにするだけであるため、均一部分が得られるのは波長
の１／８程度までであり、それを越える範囲の均一化は
原理的に不可能である。

【００１３】図１２に１００ＭＨｚで平行平板の一端を
ロスのないリアクタンス（コイル）で終端したときの電
圧分布を示す。このように、終端端から３０ｃｍ程度は
均一であるが、それ以上は不均一になってしまってお
り、この部分は製膜に用いることができない。

【００１４】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、大面積の製膜やエッチング処理に高
高周波（ＶＨＦ）を用いる放電電極への給電方法、高周
波プラズマ生成方法および半導体製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る放電電極へ
の給電方法は、給電された高周波電力に基づいて放電状
態を発生させるための放電電極への給電方法であって、
前記高周波電力の位相を時間的に変化させることによ
り、前記放電電極内に生じる電圧分布を変化させること
を特徴とする。

【００１６】なお、複数の給電点を介して放電電極に給
電し、１つの給電点への位相と他の少なくとも１つの位
相との差を時間的に変化させることが肝要である。この
場合に、位相の差を時間的に変化させる手段としてフェ
ーズシフターを用いることが更に好ましい。また、フェ
ーズシフターは、高周波電力の発振周波数を決める発振
器と、その信号を必要電力に増幅する増幅器との間に挿
入することが好ましい。

【００１７】また、高周波電力の周波数をＦＭ変調する
ことによって位相を変化させることが好ましい。この場
合に、ＦＭ変調周波数の変調のシフトパターンを変化さ
せることが更に好ましい。また、位相もしくはＦＭ変調
周波数の時間変化を、コンピュータで制御することが好
ましい。

【００１８】また、特定の位相またはＦＭ変調周波数を
用いて給電する際に、電圧分布、プラズマ発生密度分
布、ラジカル発生密度分布、製膜分布、エッチング分布
および半導体膜特性分布のうち少なくとも１つを予め複
数の位相または周波数について計測しておき、その計測
結果に基づいて必要な分布を得るために、前記特定の位
相で給電する時間、周期および頻度のうち少なくとも１
つを調整し、時間平均または時間積分を用いて均一分布
を得ることが好ましい。

【００１９】また、位相またはＦＭ変調周波数を変化さ
せる周期、時間間隔、繰り返し時間を、当該放電電極で
発生させるプラズマ中の活性原子もしくは活性分子もし
くはイオンの消滅寿命より短くすることが好ましい。

【００２０】また、位相またはＦＭ変調周波数を変化さ
せる周期、時間間隔、繰り返し時間を、プラズマ中の活
性原子もしくは活性分子もしくはイオンの消滅寿命の１
／２以下とすることが好ましい。

【００２１】本発明において、シランによる製膜を行う
場合は、位相を変化させる周期、時間間隔、繰り返し時
間を、下式（１）から得られるＳｉＨ₃活性分子の寿命
τと実質的に同じとするか、又は水素原子ラジカル寿命
の１．１×１０^-4秒間と実質的に同じとするか、又はこ
れら両者の時間より短くすることが好ましい。

【００２２】τ≒（Δｘ）²／（２Ｄ） …（１）但し、Ｄは拡散係数でＤ＝２．５×１０³（ｃｍ
²ｓ^-1）、Δｘは電極から基板までの距離（ｃｍ）とす
る。

【００２３】この場合に、位相を変化させる周期、時間
間隔、繰り返し時間を、前記τまたは１．１×１０^-4秒
間の１／２以下とすることが更に好ましい。

【００２４】ガス圧力５０ｍＴｏｒｒでのＳｉＨ_４プラ
ズマ中におけるＳｉＨ_３は長寿命である。

【００２５】これに対して、さらに水素原子が分離した
活性分子、例えば、ＳｉＨ_２の寿命は僅かに２．４７×
１０^−６秒間にすぎない。そのため、シランによる製膜
を支配する製膜種はＳｉＨ_３である。一方、基板表面で
の表面反応を支配するのは、このＳｉＨ_３活性分子に加
えて、Ｈ原子ラジカルがある。一般に、良質な膜を製膜
するためには、これらのラジカルが途切れることなくプ
ラズマから基板に入射することが好ましいと考えられる
（後述する、プラズマＯＦＦの間に増加するラジカルが
必要な応用、たとえば塩素系ラジカルを用いたエッチン
グの例は、これとは反対に、プラズマが途切れた方が好
ましい特殊な場合である）。本発明の方法によって定在
波を移動させるとき、定在波の節に当たる部分では、つ
ぎに定在波の腹の部分が移動して来るまでプラズマがＯ
ＦＦの状態となっている。この状態が長いと、これらの
ラジカルの入射が途切れてしまう。これを途切れさせな
いためには、定在波の節の部分が移動してきてから、腹
の部分が移動してくるまでの時間が、ラジカルの寿命時
間以下になる必要がある。したがって、ＳｉＨ_３に関し
ては、上式（１）で決まる寿命以下の時間に定在波が移
動する必要がある。また、Ｈ原子ラジカルに関しても、
その寿命、すなわち１．１×１０^-4秒以下に定在波が移
動する必要がある。位相を変化させる周期、時間間隔、
繰り返し時間の１／２が定在波の節から腹が移動する時
間であるので、上記のような条件が必要であることにな
る。

【００２６】一方、本発明をたとえばプラズマＯＦＦの
間に増加する活性原子または活性分子またはイオンが必
要な応用に適用する場合には、位相を変化させる周期、
時間間隔、繰り返し時間を、当該活性原子または活性分
子またはイオンの発生寿命より長く、かつ１０倍以下と
することが好ましく、更に好ましくは２倍以上４倍以下
とすることが好ましい。

【００２７】本発明に係る高周波プラズマ生成方法は、
上記の給電方法を用いてプラズマを空間的および時間的
に移動させることにより、プラズマ内の活性分子の発生
を高効率化することを特徴とする。

【００２８】本発明に係る半導体製造方法は、上記の高
周波プラズマ生成方法を用いて、半導体薄膜の製膜もし
くはエッチングの分布均一化を図ることを特徴とする。

【００２９】また、本発明に係る半導体製造方法は、上
記の高周波プラズマ生成方法を用いて、半導体の製膜も
しくはエッチングの高速化を図ることを特徴とする。

【００３０】なお、使用する高周波の周波数は１０〜８
００ＭＨｚの範囲にあることが好ましい。高周波の周波
数が１０ＭＨｚを下回ると、微結晶シリコン薄膜などで
は製膜速度が遅くなり、また、不均一の発生が問題とな
ることもないので、周波数の下限値を１０ＭＨｚとし
た。一方、周波数が９００ＭＨｚを上回ると、位相変調
やＦＭ変調によってさえも生成プラズマの均一化が困難
になり、製膜速度またはエッチング速度にばらつきを生
じるようになり、また、製膜品質が悪くなるので、周波
数の上限値を９００ＭＨｚとした。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。

【００３２】（第１の実施形態）図１〜図５を参照しな
がら本発明の第１実施形態の給電方法について説明す
る。

【００３３】図１に示すように、プラズマＣＶＤ製膜装
置１Ａは、基板２を取り囲む真空チャンバ３と、この真
空チャンバ３内で基板２に対面配置されるラダー電極５
と、このラダー電極５に給電する給電回路８Ａとを備え
ている。真空チャンバ３は図示しない排気通路を介して
真空ポンプに連通し、内圧１×１０^−３〜１×１０⁻ ^６
Ｔｏｒｒ程度まで真空排気されるようになっている。ま
た、真空チャンバ３内には図示しないガス供給管が電極
５の後方に設けられ、ガス供給源から製膜プロセスガス
としてシランやジシランがガス供給管に供給されると、
多数の吹き出し孔から電極５と基板２との間に製膜プロ
セスガスが供給されるようになっている。

【００３４】基板２はアース電極４により保持され、内
蔵ヒータ（図示せず）により所定温度域に加熱されるよ
うになっている。なお、基板２には厚さ１ｍｍ×幅４６
０ｍｍ×長さ４６０ｍｍサイズの透明ガラス板を用い
た。

【００３５】放電電極としてのラダー電極５は、丸棒電
極部材を等ピッチ間隔に格子状に組み立て配列してなる
ものであり、４つの給電点７で回路８Ａの給電線（中心
導体）６に接続されている。給電点７のうち２つはラダ
ー電極５の一方端側に配置された丸棒電極部材のほぼ三
等分点にそれぞれ設けられ、残りの２つはラダー電極５
の他方端側に配置された丸棒電極部材のほぼ三等分点に
それぞれ設けられている。なお、ラダー電極５は例えば
５２０ｍｍ×５２０ｍｍサイズであり、丸棒電極部材は
例えば直径６ｍｍである。

【００３６】給電回路８Ａには、高周波発振器９、分配
器１０、フェーズシフター（位相シフタ）１１、１対の
増幅器１２および１対の整合器１３が設けられている。
高周波発振器９は分配器１０を介して１対の増幅器１２
に接続され、各増幅器１２は整合器１３にそれぞれ接続
され、さらに各整合器１３は各給電点７にそれぞれ接続
されている。

【００３７】分配器１０の出力回路は２つに分岐し、一
方の分岐回路にはコンピュータ１４で駆動制御されるフ
ェーズシフター１１が設けられている。各分岐回路は、
さらに２つにそれぞれ分岐し、給電点７を介して電極５
にそれぞれ接続されている。

【００３８】高周波発振器９には定格周波数が６０ＭＨ
ｚの水晶発振器を用い、フェーズシフター１１には全固
体素子のアナログ電圧制御型位相器を用いた。高周波発
振器９からは高高周波（ＶＨＦ）が発振され、これが分
配器１０によって分配され、増幅器１２および整合器１
３、給電点７を介して電極５に給電されるようになって
いる。フェーズシフター１１は、コンピュータ１４から
送られる所定の処理データ信号に基づいて一方側の分配
ＶＨＦを最高１００ｋＨｚで高速位相変調するようにな
っている。

【００３９】図２及び図３に示すように、給電線（中心
導体）６は同軸ケーブル６１内を通って給電点７で電極
５に接続されている。絶縁碍子６３がカップリング６２
により同軸ケーブル６１の先端に取り付けられ、電極５
がケーブル６１の外套から絶縁されている。絶縁碍子６
３には側部に開口する複数の孔６４が形成されている。
同軸ケーブル６１内のガス通路６６はガス供給源６８お
よび碍子の孔６４にそれぞれ連通している。ガス供給源
６８には工業的に純粋な水素ガスＨ_２が収容されてい
る。水素ガスは、ガス供給源６８から供給され、ケーブ
ル６１内のガス通路６６を通って各側部孔６４および上
端孔６５から吹出し、給電点７及びその周囲に存在する
シランプラズマを追い払うとともに、水素濃度の高いプ
ラズマにより、給電点付近の絶縁碍子６３などにデポジ
ットした不要な製膜成分をエッチングする役割を有す
る。このような水素ガスの吹き付けにより、電界集中部
となる給電点７付近への不要な製膜成分のデポジットと
パーティクルの発生を効果的に防止している。

【００４０】次に、プラズマＣＶＤ製膜装置を用いてガ
ラス基板上に微結晶Ｓｉ膜を製膜する場合について説明
する。

【００４１】製膜条件として、基板サイズを４６ｃｍ×
４６ｃｍ、基板温度を２００℃、真空チャンバの内圧を
１５０ｍＴｏｒｒ、シランガス供給量を５０ｓｃｃｍ、
水素ガス供給量を１５００ｓｃｃｍとした。

【００４２】高周波電力の周波数は前述のように６０Ｍ
Ｈｚであり、この周波数では前述のように従来の給電法
では定在波が生じ、このサイズの基板への均一な製膜は
不可能である。

【００４３】図４及び図５は、ＸＹ両軸に放電電極に対
応する基板の位置をそれぞれとり、Ｚ軸に製膜速度（ｎ
ｍ／秒）をとって、位相変調器により位相差０度と９０
度の一定値に設定したときの製膜速度分布を示す三次元
分布図である。このように、一定の位相差では定在波の
ために製膜速度分布が生じる。一方、両図から明らかな
ように、位相差を変化させることによって製膜速度分布
を変化させることができることが分かる。これは位相差
の変化により、定在波分布が変化することが主因と考え
られる。

【００４４】そこで、本実施の形態では、２系統の給電
系から高周波電力を供給し、その位相差を時間的に変化
させることにより定在波を移動させ、時間積分において
均一な製膜厚分布を得ることを特長としている。

【００４５】一方、もし上記の位相差を変化させる時間
がゆっくりであると、それに応じてプラズマ中の活性分
子・原子などが増減するため基板へのこれら分子・原子
の到達フラックスが時間的に変動するため、製膜速度が
速いときと、遅いときがあり最悪の場合には全く製膜し
ないプラズマＯＦＦに相当する状態になる場合もあると
ともに、積まれていく膜の膜質が時間的に変化して行く
状態となり、最終的にできあがった膜質に影響する場合
があり、微妙な膜質が問題となる微結晶型シリコン薄膜
太陽電池などでは問題があった。このため大面積の基板
に対して均一で良質な膜質で製膜することが困難であ
る。

【００４６】またフェーズシフターの代わりに、機械式
の位相変調器を用いるとすると、摺動部分が損耗し、頻
繁に保守点検する必要があり、また高速な位相変調が不
可能であるなどの問題がある。

【００４７】これに対して本発明方法では、フェーズシ
フター１１をコンピュータ１４で高速かつ高精度に制御
し、このフェーズシフター１１の高速位相変調により電
極５の一方端側に供給する高周波電力の位相を他方端側
の高周波電力の位相からシフトさせているので、ある瞬
間を見ると電極５上に定在波が生じ、電圧振幅分布の局
所的なばらつきは生じるものの、処理時間全体で見ると
電極５上の電圧振幅分布が平均化され、電極５と基板２
との間に生成されるプラズマの密度が均一化される。

【００４８】このような位相変調回路８Ａを用いて最高
１００ｋＨｚで高周波を高速変調することにより、電極
上に生じる定在波分布は当該周波数で移動することにな
り、これは製膜を支配するＳｉＨ₃活性分子やＨ活性原
子の寿命より十分早いため、基板に到達するこれら活性
分子・原子のフラックスは時間的にほとんど変化しない
ので、均一な膜厚で、良質で均一な膜質の製膜が可能と
なった。

【００４９】さらに、予めいくつかの位相差での製膜速
度分布をたとえば図４，図５に示したように計測し、こ
れをコンピュータにインプットしておき、それをもとに
均一分布を達成するために必要な各位相差での製膜時間
割合を計算し、図８に示すような位相差の変化パターン
を作成し、これを使用してフェーズシフターをコントロ
ールすることにより、製膜膜厚分布、製膜膜質とも±５
％以内に入る製膜ができるようになった。

【００５０】製膜高周波電力の最大値を、高周波増幅器
の最大電力の定格により制限される８００Ｗ程度で運転
したところ、平均値で２ｎｍ／秒程度の製膜速度が得ら
れた。また、上述のように、製膜された膜の膜厚分布
は、太陽電池や薄膜トランジスタＴＦＴに必要な±５％
以内をクリアしていた。

【００５１】（第２の実施形態）次に、図６を参照しな
がら第２の実施形態について説明する。なお、本実施形
態が上記実施形態と重複する部分の説明は省略する。

【００５２】プラズマＣＶＤ製膜装置１Ｂの高周波発振
器９は整合器１３を介して２つに分岐する給電回路８Ｂ
に接続されている。一方の分岐回路はさらに２つに分岐
して２つの給電点７にて電極５に接続されている。他方
の分岐回路には位相変調器１５が設けられ、さらに２つ
に分岐して２つの給電点７にて電極５に接続されてい
る。位相変調器１５には真空コンデンサーを有する機械
駆動式を用いた。高周波発振器９は上記第１の実施形態
と同じものを用いた。本実施形態ではこのような簡単な
構成で多点給電方式の給電点７を２つのグループに分
け、それぞれのグループの給電点への高周波電力の位相
に位相差を持たせ、給電点７を介して電極５に印加する
ことにより、定在波の位置を制御することが出来る。

【００５３】本実施形態の装置１Ｂを使って製膜試験を
した。製膜条件として、基板サイズを４６ｃｍ×４６ｃ
ｍ、基板温度を２００℃、真空チャンバの内圧を１５０
ｍＴｏｒｒ、シランガス供給量を５０ｓｃｃｍ、水素ガ
ス供給量１５００ｓｃｃｍ、高周波の周波数は６０ＭＨ
ｚとした。

【００５４】この装置条件でも、たとえば、位相差０度
と９０度で図４と図５と同様の製膜速度分布が得られ
た。ただし、製膜速度の絶対値は１／５程度だった。

【００５５】総製膜時間を６分間とし、このうち前半の
３分間を位相差０度、後半の３分間を位相差９０度に手
動で制御し、製膜した。本実施の形態では、高周波電力
を、位相変調器の定格により制限される２００Ｗ程度で
運転したところ、平均値で０．４ｎｍ／秒程度の製膜速
度が得られた。このとき、分布は±１５％とすこし悪い
値であったが、なんとか低コストの太陽電池には使える
ものであった。

【００５６】（第３の実施形態）次に、図７を参照しな
がら第３の実施形態について説明する。なお、本実施形
態が上記実施形態と重複する部分の説明は省略する。

【００５７】プラズマＣＶＤ製膜装置１Ｃの高周波発振
器９は分配器１０を介して２つに分岐する給電回路８Ｃ
に接続されている。一方の分岐回路には増幅器１２およ
び整合器１３が順次設けられ、さらに２つに分岐して２
つの給電点７にて電極５に接続されている。他方の分岐
回路には位相変調器１５、増幅器１２、整合器１３が順
次設けられ、さらに２つに分岐して２つの給電点７にて
電極５に接続されている。なお、高周波発振器９および
位相変調器１５は上記の第２実施形態と同じものを用い
た。

【００５８】上記の第２実施形態では位相変調器１５の
定格電力が２００Ｗ程度だったので、製膜速度の平均値
は０．４ｎｍ／秒程度が限界であった。この第３の実施
形態では、高周波発振器９と増幅器１２の間に位相変調
器１５を挿入し、小電力（弱い周波数）で位相差を変化
させ、その後必要な高周波電力に増加させることを可能
とした。

【００５９】これにより、最大８００Ｗまでの入力を行
うことができ、製膜速度の平均値を２ｎｍ／秒程度まで
高めることができた。位相差は変調器内の図示しないス
テッピングモータで真空コンデンサーの回転角を変化さ
せて容量を変化させ、位相差の変化範囲をその回転角範
囲の調整で適正化することにより、膜厚分布を太陽電池
製膜で好ましい１０％以内に抑えることができた。

【００６０】（第４の実施形態）次に、図９を参照しな
がら第４の実施形態について説明する。なお、本実施形
態が上記実施形態と重複する部分の説明は省略する。

【００６１】プラズマＣＶＤ製膜装置１Ｄは、電源とし
てＦＭ変調機能付きの高周波発振器９Ｄを備えている。
ＦＭ変調機能付きの高周波発振器９Ｄには任意波形発生
器を用いた。高周波発振器９Ｄには増幅器１２および整
合器１３が直列に接続されている。整合器１３の出力側
回路は２つに分岐し、各分岐回路８Ｄはさらに２つに分
岐して、それぞれが１対の給電点７を介して電極５に接
続されている。

【００６２】本実施形態ではＦＭ変調を用いることによ
ってさらに簡易的に均一化を図る第４の実施形態を示
す。この実施例では、発振器にＦＭ変調機能付きの高周
波発振器を用い、増幅器で増幅して電極に供給すること
により、定在波を時間的に移動させた。発振周波数は２
００ＭＨｚ、変調周波数は１ＭＨｚ、最大偏移量は２０
％とした。これにより１０ｃｍ角基板で均一性±１０％
以内が得られた。これは、従来法で行った場合の均一性
±５０％に比べて非常に良い結果である。

【００６３】（第５の実施形態）Ｓ．Ｓａｍｕｋａｗ
ａ， ”ＲｏｌｅｏｆＮｅｇａｔｉｖｅＩｏｎｓ
ｉｎＨｉｇｈ−ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＥｔｃｈｉ
ｎｇＵｓｉｎｇＰｕｌｓｅ−Ｔｉｍｅ−Ｍｏｄｕｌ
ａｔｅｄＰｌａｓｍａ”，ＥｘｔｅｎｄｅｄＡｂ
ｓｔｒａｃｔｓｏｆ４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｅａｃｔｉｖ
ｅＰｌａｓｍａｓ，ＳＲ１．０４，ｐｐ．４１
５，１９９８．にあるように、ハロゲン系のガス、例
えば、塩素系のガスを用いてプラズマを発生させ、塩素
負イオン（Ｃｌ⁻）を発生させて半導体のエッチングに
用いる場合、従来は、高周波電源から発生する電力をＯ
Ｎ／ＯＦＦすることにより、プラズマを発生、消滅させ
プラズマが消滅する際に電子付着効果により大量に塩素
負イオンが発生することと、基板表面に生じる壁電荷が
消滅する効果を用いてエッチングの高速化、高品質化を
図っている。

【００６４】本実施例ではこの効果を定在波を移動する
ことによって生じさせることを狙っている。図３に示し
た第２の実施の形態において、２つの異なる周波数の差
を４ｋＨｚとし、ハロゲン系のガス、例えば、塩素系の
ガスを用いてプラズマを発生させ、塩素負イオン（Ｃｌ
^-）を発生させ、半導体のエッチングを行った。この
時、定在波の膜の部分ではプラズマがＯＮの状態、節の
部分ではプラズマがＯＦＦの状態になるので定在波を高
速で移動させることにより高効率で大量にかつ簡単に塩
素負イオンを発生させエッチングを高速で行うことがで
きる。

【００６５】定在波を移動させる速度、すなわち、位相
の変化周期は、前記参考論文に示されている塩素負イオ
ンの発生時間約１００μ秒より長く、２倍以上４倍以下
になるように、２５０μ秒程度とした。このとき、プラ
ズマＯＦＦの時間が１２５μ秒程度となり、充分な負イ
オン発生が得られる。これは周波数の差を４ｋＨｚにす
ることにより実現できる。

【００６６】さらに、高周波の周波数に６０ＭＨｚを用
いることによって従来法で用いられる１３．５６ＭＨｚ
とくらべてプラズマ密度が高くなると同時にプラズマシ
ース厚さが薄くなることにより、プラズマ中で発生する
大量の塩素負イオンが効率的に基板面に流入し、エッチ
ング速度がさらに速くなる効果が得られた。

【００６７】これらの結果、従来の１３．５６ＭＨｚ単
一周波数を用いた場合の４倍程度のエッチング速度が得
られた。

【００６８】なお、上記１−６の実施形態では４点給電
方式の例について説明したが、本発明はこれのみに限ら
れることなく、２点給電方式、６点給電方式、８点給電
方式、１０点給電方式、１２点給電方式など他の多点給
電方式にも本発明を適用することができる。

【００６９】また、上記１−５の実施形態では純粋水素
ガスを各給電点に吹き付けて製膜成分のデポジットや粉
の発生を防止する場合について説明したが、本発明はこ
れのみに限られることなくアルゴンガス等の他のガスを
給電点に吹き付けるようにしても同様の効果が得られ
る。

【００７０】また、この方法は、給電点だけでなく、そ
のほかの、不必要な製膜成分のデポジットや粉の発生が
問題となる部分にも適用することができる。たとえば、
電極をサポートする絶縁碍子製の柱にシリコン膜がデポ
ジットすると柱の沿面絶縁強度が低下し、最悪の場合、
地絡する可能性がある。この柱に上記例と同様な水素の
局所的供給法を施した結果、デポジットが抑制され、地
絡することが無くなった。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、大面積の製膜およびエ
ッチング処理に高高周波（ＶＨＦ）を用いて均一な処理
を行うことができる。プラズマＣＶＤ製膜においては高
高周波であるにも拘わらず広範囲にわたりプラズマ密度
を均一化できる高周波プラズマ生成方法および半導体製
造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の回路を示すブロック構成図。

【図２】電極への給電端子の取り付け部分を示す図。

【図３】電極への給電端子の取り付け部分を拡大して示
す断面ブロック図。

【図４】位相変調器により位相差０度に変調して製膜し
たときの製膜速度分布を示す特性分布図。

【図５】位相変調器により位相差９０度に変調して製膜
したときの製膜速度分布を示す特性分布図。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の回路を示すブロック構成図。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の回路を示すブロック構成図。

【図８】均一分布を得るためのフェーズシフター位相差
の制御パターンを示すタイミングチャート。

【図９】本発明の第４の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の回路を示すブロック構成図。

【図１０】定在波による電圧分布およびイオン飽和電流
分布をそれぞれ示す特性線図。

【図１１】従来の４点給電法を用いたときのラダー電極
上に生じる電圧分布を示す特性線図。

【図１２】平行平板の一端をロスの無いリアクタンス
（コイル）で終点したときの電圧分布図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…プラズマＣＶＤ製膜装置、２…基板、３…真空チャンバ、４…アース電極、５…放電電極（ラダー電極）、６…給電線（中心導体）、７…給電点、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ…給電回路、９，９Ｄ…高周波発振器、１０…分配器、１１…フェーズシフター（位相シフタ）、１２…増幅器、１３…整合器、１４…コンピュータ、１５…位相変調器、６１…同軸ケーブル、６２…カップリング、６３…絶縁碍子、６４，６５…ガス吹出孔、６６…ガス通路、６８…ガス供給源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内良昭長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者真島浩長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者青井辰史長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者村田正義長崎県長崎市深堀町五丁目717番地１長菱エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA29 BB04 CA06 CA17 FA03 JA18 JA19 LA16 5F004 AA01 AA03 BA04 BA06 BB11 CA02 CA03 DA00 DA04 DA23 5F045 AA08 AB04 AC01 AD06 AE19 AF07 BB02 CA13 DP02 DQ10 EB02 EB03 EH04 EH12 EH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】給電された高周波電力に基づいて放電状
態を発生させるための放電電極への給電方法であって、
前記高周波電力の電圧波形の位相を時間的に変化させる
ことにより、前記放電電極内に生じる電圧分布を変化さ
せることを特徴とする放電電極への給電方法。
【請求項２】請求項１記載の給電方法において、前記
放電電極に複数の給電点を介して給電することを特徴と
する給電方法。
【請求項３】請求項２記載の給電方法において、１つ
の給電点への位相と他の少なくとも１つの位相との差
を、時間的に変化させることを特徴とする給電方法。
【請求項４】請求項３記載の給電方法において、位相
の差を時間的に変化させる手段としてフェーズシフター
を用いることを特徴とする給電方法。
【請求項５】請求項４記載の給電方法において、前記
フェーズシフターを、高周波電力の発振周波数を決める
発振器と、その信号を必要電力に増幅する増幅器との間
に挿入することを特徴とする給電方法。
【請求項６】請求項１乃至３のいずれか１記載の給電
方法において、高周波電力の周波数をＦＭ変調すること
によって位相を変化させることを特徴とする給電方法。
【請求項７】請求項６記載の給電方法において、ＦＭ
変調周波数の変調のシフトパターンを変化させることを
特徴とする給電方法。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１記載の給電
方法において、位相もしくはＦＭ変調周波数の時間変化
を、コンピュータで制御することを特徴とする給電方
法。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれか１記載の給電
方法において、特定の位相またはＦＭ変調周波数を用い
て給電する際に、電圧分布、プラズマ発生密度分布、ラ
ジカル発生密度分布、製膜分布、エッチング分布および
半導体膜特性分布のうち少なくとも１つを予め複数の位
相またはＦＭ変調周波数について計測しておき、その計
測結果に基づいて必要な分布を得るために、前記特定の
位相またはＦＭ変調周波数で給電する時間、周期および
頻度のうち少なくとも１つを調整し、時間平均または時
間積分を用いて均一分布を得ることを特徴とする給電方
法。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか１記載の給
電方法において、位相またはＦＭ変調周波数を変化させ
る周期、時間間隔、繰り返し時間を、当該放電電極で発
生させるプラズマ中の活性原子もしくは活性分子もしく
はイオンの消滅寿命より短くすることを特徴とする給電
方法。
【請求項１１】請求項１０記載の給電方法において、
位相またはＦＭ変調周波数を変化させる周期、時間間
隔、繰り返し時間を、プラズマ中の活性原子もしくは活
性分子もしくはイオンの消滅寿命の１／２以下とするこ
とを特徴とする給電方法。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれか１記載の
給電方法において、シランによる製膜の場合、位相また
はＦＭ変調周波数を変化させる周期、時間間隔、繰り返
し時間を、下式から得られるＳｉＨ_３活性分子の寿命τ
と実質的に同じとするか、又は、水素原子ラジカル寿命
の１．１×１０^-4秒間と実質的に同じとするか、又は、
これら両者の時間より短くすることを特徴とする給電方
法。 τ≒（Δｘ）²／（２Ｄ）但し、Ｄは拡散係数でＤ＝２．５×１０³（ｃｍ
²ｓ^-1）、Δｘは電極から基板までの距離（ｃｍ）
【請求項１３】請求項１２記載の給電方法において、
位相またはＦＭ変調周波数を変化させる周期、時間間
隔、繰り返し時間を、前記τまたは１．１×１０^-4秒間
の１／２以下とすることを特徴とする給電方法。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれか１記載の
給電方法において、位相またはＦＭ変調周波数を変化さ
せる周期、時間間隔、繰り返し時間を、当該放電電極で
発生させるプラズマ中の活性原子または活性分子または
イオンの発生寿命より長く、かつ１０倍以下とすること
を特徴とする給電方法。
【請求項１５】請求項１４記載の給電方法において、
位相またはＦＭ変調周波数を変化させる周期、時間間
隔、繰り返し時間を、プラズマ中の活性原子または活性
分子またはイオンの発生寿命の２倍以上４倍以下とする
ことを特徴とする給電方法。
【請求項１６】給電された高周波電力にもとづいて放
電状態を発生させるための放電電極への給電方法であっ
て、前記高周波電力の電極への給電部に水素、アルゴ
ン、ネオン、ヘリウム、窒素などの、製膜成分のデポジ
ットや粉の発生を抑制するガスを局所的に供給すること
を特長とする給電方法。
【請求項１７】請求項１乃至１６のいずれか１記載の
給電方法において、放電電極がラダー型電極であること
を特徴とする給電方法。
【請求項１８】請求項１乃至１７のいずれか１記載の
給電方法を用いてプラズマを空間的および時間的に移動
させることにより、プラズマ内の活性分子の発生を高効
率化することを特徴とする高周波プラズマ生成方法。
【請求項１９】給電された高周波電力にもとづいて高
周波プラズマを発生させる方法であって、製膜成分のデ
ポジットや粉の発生を抑制したい領域に、水素、アルゴ
ン、ネオン、ヘリウム、窒素などの、製膜成分のデポジ
ットや粉の発生を抑制するガスを局所的に供給すること
を特長とする高周波プラズマ生成方法。
【請求項２０】請求項１８に記載の高周波プラズマ生
成方法を用いて、半導体薄膜の製膜もしくはエッチング
の分布均一化を図ることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２１】請求項１８に記載の高周波プラズマ生
成方法を用いて、半導体の製膜もしくはエッチングの高
速化を図ることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２２】請求項１６または１９に記載の高周波
プラズマ生成方法を用いることを特徴とする半導体製造
方法。
【請求項２３】請求項１乃至２２のいずれか１記載の
方法において、使用する高周波の周波数が１０〜８００
ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする半導体製造方法。