JP2015056499A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケイ素−水素結合を多く含むアモルファスシリコン層の成膜にあたり、プラズマ処理によるダメージを低減する。
【解決手段】処理容器１１にプラズマを形成して、表面にアモルファスシリコン層が形成されたウェハＷをプラズマにより処理する方法であって、処理容器１１内に水素を含有した処理ガスを供給し、ラジアルラインスロットアンテナとしてのスロット板５２を介して処理容器１１内にマイクロ波を供給する。これにより、処理容器１１内に処理ガスのプラズマを発生させ、当該プラズマによりウェハＷ上のアモルファスシリコン層に水素を注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板をプラズマを用いて処理する方法及びプラズマを用いて基板処理を実施する基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造においては、例えばプラズマ処理装置などの基板処理装置に設けられた減圧処理容器内で、絶縁膜をはじめとする各種成膜処理や、これら絶縁膜等によるパターン形成のためのエッチング処理などが行われる。

ところで近年の半導体デバイスにおいては、動作速度を向上させるため、例えばスイッチング素子として用いられるポリシリコンＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の性能向上が求められている。

例えば特許文献１には、オン特性に優れたＴＦＴの製造方法が開示されている。特許文献１の方法においては、例えば高周波プラズマを用いたＣＶＤによりゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極を順次形成する。そして、ゲート絶縁膜上に、微結晶シリコン層からなる微結晶層、シリコン層からなる欠陥修復層、アモルファスシリコン層からなる非晶質層を設けることで、界面抵抗を低減し、オン特性に優れたＴＦＴが提供される。

また、例えば特許文献２には、ゲート電極とゲート絶縁膜との界面に重水素を注入してトランジスタの電気的特性の劣化を抑制するにあたり、例えば重水素雰囲気中に基板を配置し、物理蒸着によりシリコン膜を堆積させることが開示されている。

特開２０１０−２８７６１８号公報 特開２００９−９４３４８号公報

ところで近年、ポリシリコンＴＦＴの高性能化のために、グレインサイズの大きいポリシリコンを形成する技術が求められている。グレインサイズが大型化することで、ポリシリコンの粒界が減少し、電子の移動度が向上する。

ポリシリコンのグレインサイズ大型化を図るためには、アモルファスシリコン層の成膜時にケイ素−水素結合（ＳｉＨ）が多く含まれるようにしておき、当該アモルファスシリコン層をアニール処理するという手法が知られている。

しかしながら、近年の半導体デバイスの微細化、及びそれに伴うパターンの高アスペクト比化により、トレンチの深部にまで水素ラジカルや水素イオンが到達しにくくなっている。したがって、例えば特許文献１のような高周波プラズマによりトレンチの深部まで所望のＳｉＨ濃度を有するアモルファスシリコン層を成膜するためには、プラズマ処理を長時間行うか、またはプラズマの強度を増加させる必要がある。

ところが、プラズマの強度を増加させたり、プラズマ処理を長時間行ったりすると、トレンチの例えば上端部近傍がプラズマにより損傷してしまうという問題が生じる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＳｉＨを多く含むアモルファスシリコン層の成膜にあたり、プラズマ処理によるダメージを低減することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、処理容器にプラズマを形成して、表面にアモルファスシリコン層が形成された基板を前記プラズマにより処理する基板処理方法であって、前記処理容器内に水素を含有した処理ガスを供給し、ラジアルラインスロットアンテナ方式の平面アンテナ部材を介して前記処理容器内にマイクロ波を供給し、前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記アモルファスシリコン層に水素を注入することを特徴としている。

本発明者らが鋭意調査したところ、アモルファスシリコン層を成膜した後、当該アモルファスシリコン層に対して水素プラズマ処理を施すことにより、アモルファスシリコン中のＳｉＨ濃度を増加させられることが確認された。さらに、ラジアルラインスロットアンテナを介して供給されたマイクロ波により水素プラズマを発生させ、この水素プラズマによりアモルファスシリコンをプラズマ処理することで、例えば高アスペクト比のトレンチの内部であっても、当該トレンチがプラズマにダメージを受けることなく、所望のＳｉＨ濃度が得られることも確認されている。

本発明は、このような知見に基づくものであり、本発明によればラジアルラインスロットアンテナ方式の平面アンテナ部材を介して処理容器内にマイクロ波が供給されるので、処理容器内に低電子温度で且つ高密度な、水素を含有した処理ガスのプラズマが生成される。そして、当該プラズマによりアモルファスシリコン層に水素を注入することで、ＳｉＨを多く含むアモルファスシリコン層を形成するにあたり、プラズマによるダメージの少ない処理が行える。

前記処理ガスには、ヘリウムガスが添加されていてもよい。

前記アモルファスシリコン層は、凹凸状のパターンを有していてもよい。

前記マイクロ波は、１．５ｋＷ〜３．５ｋＷの電力で供給されてもよい。

前記基板には、バイアス用の高周波電力が５０Ｗ〜７００Ｗの電力で印加されていてもよい。

本発明によれば、ＳｉＨを多く含むアモルファスシリコン層の成膜にあたり、プラズマ処理によるダメージを低減できる。

本発明を実施する基板処理装置の構成の一例を示す概略縦断面図である。 本実施の形態にかかる基板処理装置で用いられるアンテナの形態を示す平面図である。 本実施の形態で用いられるウェハＷ上のパターンの概略を示す説明図である。 ＦＴ−ＩＲによる測定結果を示す説明図である。 プラズマ処理前のウェハにおけるポリシリコンのグレインサイズの分布を表すグラフである。 プラズマ処理後のウェハにおけるポリシリコンのグレインサイズの分布を表すグラフである。 ＳＥＭ−ＥＤＸによる測定結果を示す説明図である。 （ａ）は所定のトレンチ形状を有するウェハ表面の画像であり、（ｂ）は従来の高周波プラズマによるプラズマ処理後のウェハ表面の画像である。 プラズマ処理時間とＳｉＨの吸光度との関係を示すグラフである。 プラズマ処理時間とＳｉＨの吸光度との関係を示すグラフである。 プラズマの電力とＳｉＨの吸光度との関係を示すグラフである。 プラズマの電力とＳｉＨの吸光度との関係を示すグラフである。 バイアス電力とＳｉＨの吸光度との関係を示すグラフである。 バイアス電力とＳｉＨの吸光度との関係を示すグラフである。 処理容器内の圧力とＳｉＨの吸光度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態の一例について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に基板処理装置１の概略構成を示す縦断面図である。なお、本実施の形態における基板処理装置１は、例えば装置内に供給された処理ガスをマイクロ波によりプラズマ化させ、ウェハＷに対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置である。

基板処理装置１は、ウェハＷを保持するウェハチャック１０が設けられた略円筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、ウェハチャック１０上のウェハＷに対応して上部が開口した本体部１２と、本体部１２の開口を塞ぎ、処理容器１１内にマイクロ波発生源１３で発生させた例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部１４とを有している。

ウェハチャック１０は、その下面を下部電極としてのサセプタ２０により支持されている。サセプタ２０は、例えばアルミニウム等の金属により略円盤状に形成されている。処理容器１１の底部には、絶縁板２１を介して支持台２２が設けられ、サセプタ２０はこの支持台２２の上面に支持されている。ウェハチャック１０の内部には電極（図示せず）が設けられており、当該電極に直流電圧を印加することにより生じる静電気力でウェハＷを吸着保持することができるように構成されている。なお、ウェハチャック１０は、当該ウェハチャック１０に保持されるウェハＷの表面と、後述するマイクロ波透過板５１の表面との間の距離が、例えば１００ｍｍ〜２４５ｍｍの範囲に収まるように、その高さ方向の配置が調整されている。

サセプタ２０の上面であってウェハチャック１０の外周部には、プラズマ処理の均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性の補正リング２３が設けられている。サセプタ２０、支持台２２及び補正リング２３は、例えば石英からなる円筒部材２４によりその外側面が覆われている。

支持台２２の内部には、冷媒が流れる冷媒路２２ａが例えば円環状に設けられており、当該冷媒路２２ａに供給する冷媒の温度を制御することにより、ウェハチャック１０で保持されるウェハＷの温度を制御することができる。

サセプタ２０には、当該サセプタ２０に高周波電力を供給してウェハＷにバイアスを印加することでウェハＷにイオンを引き込むための高周波電源３０が、整合器３１を介して電気的に接続されている。高周波電源３０は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。整合器３１は、高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものである。

処理容器１１の本体部１２の底部には、当該本体部１２の内壁と円筒部材２４の外側面とにより、処理容器１１内の雰囲気を当該処理容器１１の外部へ排出するための流路として機能する排気流路４０が形成されている。処理容器１１の底面であって排気流路と連通する位置には排気口４１が設けられている。排気口４１には排気装置４２が接続されている。したがって、排気装置４２により、排気流路４０及び排気口４１を介して処理容器１１内の雰囲気を排気し、処理容器１１内を所定の真空度まで減圧することができる。

マイクロ波供給部１４は、例えば本体部１２の内側に突出して設けられた支持部材５０に、気密性を確保するためのＯリングなどのシール材（図示せず）を介して支持されるマイクロ波透過板５１と、マイクロ波透過板５１の上面に配置された、アンテナとして機能するスロット板５２と、スロット板５２の上面に配置された、遅波板として機能する誘電体板５３、及び誘電体板５３の上面に配置された金属性のプレート５４を有している。プレート５４の内部には、冷媒が流れる冷媒路５４ａが設けられている。

また、マイクロ波供給部１４の中央には、同軸導波管５５が接続され、当該同軸導波管５５にはマイクロ波発生源１３が接続されている。マイクロ波透過板５１及び誘電体板５３は、例えば石英、アルミナ、窒化アルミニウムなどの誘電体により構成されている。また、スロット板５２は、導電性を有する材質、たとえば銅、アルミニウム、ニッケルなどの薄い円板からなり、例えば図２に示すように、複数の対のスロット５２ａ、５２ｂが同心円状に形成された、いわゆるラジアルラインスロットアンテナ方式の平面アンテナ部材である。各スロット５２ａ、５２ｂは、平面視が略方形であり、スロット板５２を上下方向に貫通している。隣接するスロット５２ａ、５２ｂ同士は、互いに直交して略アルファベットの「Ｔ」の文字を形成するように配設されている。スロット５２ａ、５２ｂの長さや配列間隔は、供給されるマイクロ波の波長に応じて決定されている。このようなスロット板５２を用いることで、高密度で低電子温度のプラズマが得られる。

処理容器１１の本体部１２の上部内周面には、処理容器１１内に処理ガスを供給するためのガス供給口６０が形成されている。ガス供給口６０は、例えば処理容器１１の内周面に沿って複数箇所に形成されている。ガス供給口６０には、例えば処理容器１１の外部に設置されたガス供給部６１と連通するガス供給管６２が接続されている。本実施の形態におけるガス供給部６１は、水素ガスを供給する水素ガス供給部６１ａと、プラズマ生成用の希ガスを供給する希ガス供給部６１ｂを有している。ガス供給管６２の、各ガス供給部６１ａ、６１ｂとガス供給口６０との間には、バルブやマスフローコントローラを備えた流量調整部６３が設けられ、ガス供給口６０から供給されるガスの流量は、この流量調整部６３よって制御される。これにより、所定の割合で混合した希ガスと水素ガスを、処理ガスとして処理容器１１内に供給することができる。

以上の基板処理装置１には、制御装置１５０が設けられている。制御装置１５０は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、基板処理装置１における基板処理が実行されるなお、基板処理装置１における基板処理や基板搬送を実現するための各種プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどの記憶媒体Ｈに記憶されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御装置１５０にインストールされたものが用いられている。

本実施の形態にかかる基板処理装置１は以上のように構成されており、次に、基板処理装置１におけるプラズマ処理について説明する。

プラズマ処理にあたっては、先ず、処理容器１１内にウェハＷが搬入され、ウェハチャック１０上に載置されて保持される。このウェハＷには、例えば図３に示すように、予め凹凸状のトレンチパターンが形成されている。当該トレンチの高さは、例えば約３３１ｎｍ、トレンチの幅は、例えば２２ｎｍとなっており、アスペクト比は約１５である。また、ウェハＷ上には、ゲート酸化膜２００、アモルファスシリコン層２０１が下からこの順で予め成膜されている。

ウェハＷがウェハチャック１０に保持されると、排気装置４２により処理容器１１内が排気され、それと共にガス供給部６１から、処理ガスとして希ガスと水素ガスの混合ガスが所定の流量、例えば１０００ｓｃｃｍの流量で処理容器１１内に供給される。この際、処理容器１１内の圧力は、例えば２０Ｐａ〜６６．７Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ）で制御される。本実施の形態では、例えば２０Ｐａに制御される。なお、水素ガス供給部６１ａから供給される水素ガスとしては、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスを混合したものが用いられる。具体的には、体積％で水素ガスが０．７％となるように水素ガスを予めヘリウムガスで希釈したものが用いられる。また、希ガス供給部６１ｂから供給される希ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。アルゴンガスとヘリウムで希釈した水素ガスとの流量の比率は、例えばアルゴンガスが９８５ｓｃｃｍ〜９９５ｓｃｃｍ、水素ガスが１５ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍとすることが好ましく、本実施の形態では、アルゴンガスが９９５ｓｃｃｍ、水素ガスが５ｓｃｃｍである。

次いで、マイクロ波供給部１４から処理容器１１内に、例えば１．５ｋＷ〜４．５ｋＷの電力の範囲でマイクロ波が供給される。本実施の形態では、例えば１．５ｋＷの電力で供給される。これによりマイクロ波透過板５１の下面に電界が形成され、処理ガスがプラズマ化されて、水素ラジカルが生成される。それと共に、高周波電源３０から、例えば１００Ｗ〜７００Ｗの電力の範囲でバイアスが印加される。本実施の形態では、例えば１５０Ｗの電力でバイアスが印加される。これにより、ウェハＷに水素ラジカル等が引き込まれ、ウェハＷ上のアモルファスシリコン層２０１に水素ラジカルが注入される。この際、ラジアルラインスロットアンテナであるスロット板５２を介して処理容器内にマイクロ波が導入されるので、処理容器１１内には低電子温度で且つ高密度なプラズマが均一に生成される。これにより、ウェハＷ上のアモルファスシリコン層２０１に、水素ラジカルが迅速に且つ均一に注入される。そして、このプラズマ処理が、例えば１００秒間継続して行われる。

基板処理装置１によるプラズマ処理の前後における、ウェハＷのアモルファスシリコン層２０１中のケイ素−水素結合の濃度について図４に示す。図４は、ＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：フーリエ変換赤外分光法）による測定結果であり、横軸は光の波数、縦軸は吸光度を示している。また、図４に実線で示されるグラフは基板処理装置１によるプラズマ処理後のウェハＷ、点線で示されるグラフはプラズマ処理前のウェハＷ、一点鎖線で示されるグラフは、アモルファスシリコン層２０１が形成されていないウェハＷをそれぞれ示している。

図４に示すように、各グラフは、波数が概ね６３０ｃｍ^−１〜６７０ｃｍ^−１の領域にピークが見られる。この６３０ｃｍ^−１〜６７０ｃｍ^−１は、ケイ素−水素結合であるＳｉＨｘ（ｘ＝１、２、３）、の吸光度であり、図４から、アモルファスシリコン層２０１が形成されていないウェハＷ、プラズマ処理前のウェハＷ、プラズマ処理後のウェハＷの順に大きくなっていることが確認できる。この結果から、アモルファスシリコン層２０１中にＳｉＨｘが存在することが確認できる。また、基板処理装置１における水素含有ガスのプラズマ処理により、アモルファスシリコン層２０１中のＳｉＨｘ吸光度が大幅に増加することが確認できる。ＳｉＨｘ吸光度の増加は、水素含有ガスのプラズマ処理により、アモルファスシリコン層２０１を構成するシリコン（Ｓｉ）のダングリングボンド（未結合手）に水素ラジカルが結合し、それによりアモルファスシリコン中でＳｉＨ結合が形成されるためと推察される。

基板処理装置１でプラズマ処理されたウェハＷは、処理容器１１から搬出され、例えば基板処理装置１の外部に設けられた熱処理装置（図示せず）により、約６５０℃で１０時間アニール処理される。これによりアモルファスシリコン層２０１中のシリコンが結晶化してポリシリコンが形成される。

図５及び図６に、プラズマ処理の前後における、アモルファスシリコン層２０１中のポリシリコンのグレインの粒径分布を示す。図５、図６は、ＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：電子線後方散乱回折法）による測定結果であり、横軸にグレインの粒径を、縦軸にグレイン数を示している。また、図５はプラズマ処理前のウェハＷを上記条件でアニール処理した場合、図６はプラズマ処理後のウェハＷを上記条件でアニール処理した場合の結果についてそれぞれ示している。図５に示すプラズマ処理前のウェハＷでは、大半のグレインの粒径は概ね０．４μｍ以下であり、平均粒径は約０．３１μｍであった。その一方、図６に示すプラズマ処理後のウェハＷでは、粒径が概ね０．４μｍ以下のグレイン数が減少すると共に、粒径が０．４μｍより大きいグレインの数が増加し、平均粒径は約０．３４μｍとなった。この結果から、水素含有ガスのプラズマによりウェハＷをプラズマ処理することで、アモルファスシリコン層２０１中のポリシリコンのグレインの粒径が、約１１％増大することが確認できた、

また、プラズマ処理によるラジカルの注入量とトレンチの深さとの関係について図７に示す。図７は、図３に示すトレンチ構造を有するウェハＷを基板処理装置１で１００秒間プラズマ処理した後に、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）−ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ-ｒａｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：エネルギー分散型X線分光装置）を用いてラジカルの注入量を測定した結果である。なお、水素のような質量の小さな元素はＥＤＸでは検出できないため、図７では、水素に代えて、ヒ素（Ａｓ）をプラズマにより注入した場合の測定結果を示す。図７中の右側は、ウェハＷの断面形状を表すＳＥＭ画像であり、図７中の左側のグラフは、トレンチ側壁の深さ方向におけるヒ素の濃度を示し、トレンチの深さ方向に沿って約６０ｎｍピッチで測定した結果を示している。

図７に示すように、トレンチ側壁におけるヒ素の濃度は、上部の０．８％に対して底部では０．４％となっており、概ねトレンチの上部から底部に向かって徐々に低下するものの、底部においても上部の半分程度の濃度が確保されている。このことから、基板処理装置１によるプラズマ処理により、アスペクト比が１５程度の高アスペクト比のトレンチパターンにおいても、その底部まで有効にプラズマ処理できることが確認できる。なお、例えば平行平板電極等を用いた従来の高周波プラズマを用い、トレンチパターンを有するウェハをプラズマ処理すると、特にトレンチの上端部がプラズマにより損傷し、その後の工程において不具合が生じることが確認されている。図８（ａ）は、プラズマ処理前のトレンチパターンの一例であり、図８（ｂ）は、例えば４ｋＷの電力でマイクロ波を供給し、３００Ｗの電力でバイアスを印加、水素ガス濃度が０．７％となるようにアルシン（ＡｓＨ３）ガスをヘリウムガスで希釈したガスの流量を３００ｓｃｃｍ、プラズマ生成用の希ガスとしてヘリウムガスの流量を７００ｓｃｃｍでそれぞれ供給し、圧力２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）の条件下でプラズマ処理した後のトレンチパターンの一例を示すものである。この点、本実施の形態のように、低電子温度のマイクロ波プラズマにより処理を行った場合、図７に示すように、トレンチの先端にも特に損傷は見られず、良好なプラズマ処理を行うことができる。さらに、水素ガスを質量の小さなヘリウムガスで希釈して供給するので、プラズマによるダメージをさらに抑えることができる。また、本発明者らによれば、アモルファスシリコン層２０１に水素ラジカルを注入する場合、水素濃度がある所定の値で飽和することを、例えばＳｉＨ吸光度とプラズマ処理時間との相関を調べることで確認している。そのため、本実施の形態にかかる基板処理装置１を用い、トレンチ底部においても水素濃度が飽和するまでプラズマ処理を行えば、トレンチの側壁全体に概ね均一にＳｉＨ結合を形成できる。

アニール処理後のウェハＷは、例えば再び基板処理装置１に搬入され、プラズマ処理により、ソース電極、ドレイン電極などが順次成膜され、ウェハＷ上に所定のデバイスが形成される。

以上の実施の形態によれば、ラジアルラインスロットアンテナであるスロット板５２を介して処理容器内にマイクロ波が導入されるので、処理容器１１内には低電子温度で且つ高密度な処理ガスのプラズマが均一に生成される。そして当該プラズマにより、ウェハＷ上のアモルファスシリコン層２０１に水素ラジカルが迅速に且つ均一に注入される。また、低電子温度のプラズマ処理であるため、プラズマによる損傷がない。そのため、プラズマ処理の時間を十分確保することができ、それにより高アスペクト比のトレンチにおいても、トレンチの深い部分にまで水素を注入することができる。

また、水素ラジカルを発生させる水素ガスを、質量の小さなヘリウムガスと混同した状態で供給するので、プラズマによるダメージをさらに抑えることができる。なお、水素ガス供給部６１ａから供給される水素ガスとしては、必ずしもヘリウムガスと混合したものを用いる必要はなく、例えばアルシン（ＡｓＨ３）やホスフィン（ＰＨ３）といった、水素を含有するガスを用いてもよい。かかる場合においても、アモルファスシリコン層２０１に良好に水素を注入することができる。ただし、プラズマ処理による被処理体のダメージを低減する観点から、水素ガスとヘリウムガスを混合したものを用いることがより好ましい。かかる場合、ヘリウムガスで希釈後の水素ガスの濃度は、０．７％〜０．０７％の範囲内とすることが好ましい。

また、ヘリウムガスをプラズマ生成用の希ガスとして用いてもよい。換言すれば、水素ガス供給部６１ａからヘリウムガスで希釈した水素ガスを供給し、希ガス供給部６１ｂからヘリウムガスを供給してもよい。図９及び図１０にプラズマ生成用の希ガスとして、アルゴンを用いた場合とヘリウムを用いた場合について、ＳｉＨｘ（ｘ＝１、２、３）、の吸光度を測定した結果を示す。なお、水素ガス供給部６１ａから供給するガスの流量は５ｓｃｃｍ、希ガス供給部６１ｂから供給するガスの流量は９９５ｓｃｃｍとした。図９は、マイクロ波を１．５ｋＷの電力で供給した場合、図１０はマイクロ波を４．５ｋＷの電力で供給した場合の結果である。図９、図１０の横軸はプラズマ処理時間、縦軸は吸光度をそれぞれ示している。なお、吸光度は、上述の図４でピークを示した６３０ｃｍ^−１〜６７０ｃｍ^−１における値である。図９、図１０の結果から、いずれのガスを用いた場合においても、処理時間が概ね２０秒を超えていれば、同等のＳｉＨｘ濃度が得られることが確認できる。

なお、図９、図１０からは、マイクロ波の電力が小さい場合（図９）のほうがＳｉＨｘ吸光度が高くなる傾向がみられる。この点について本発明者らが調査したところ、本発明のプラズマ処理においては、マイクロ波の電力は極力小さくすることが好ましいという結果が得られた。図１１、図１２に、マイクロ波の電力を変化させた場合の、ＳｉＨｘ吸光度の変化について示す。図１１、図１２の横軸はマイクロ波の電力、縦軸はＳｉＨｘ吸光度であり、図１１は、プラズマ処理の時間を３０秒、図１２は、プラズマ処理の時間を１００秒とした場合の結果である。

図１１、図１２の結果は、処理時間が同じであれば、マイクロ波の電力が小さいほどＳｉＨｘ吸光度が高くなることを示している。したがって、マイクロ波の電力は、例えば１．５ｋＷ〜３．５ｋＷとすることが好ましく、より好ましい電力は１．５ｋＷである。通常、マイクロ波の電力を大きくするほど高密度のプラズマが得られるが、図１１、図１２に示すように、マイクロ波の電力とＳｉＨｘ吸光度とが反比例するのは、本発明者らによれば、以下の二点が原因であると推察される。一点目としては、マイクロ波の電力が大きいと、プラズマ生成用の希ガスのイオンの数が増加し、このイオンにより、注入された水素ラジカルとダングリングボンドとの結合により形成されたケイ素−水素結合が再び切断されることが考えられる。二点目としては、マイクロ波の電力が大きい場合に増加する希ガスのイオンの数は、特にマイクロ波透過板５１の表面近傍で顕著であるため、このイオンが、例えば石英からなるマイクロ波透過板５１に衝突して石英から酸素を放出させ、この酸素によりアモルファスシリコン層２０１の表面にシリコン酸化膜が形成されることが考えられる。シリコン酸化膜が形成されると、当該酸化膜が障壁となり、アモルファスシリコン層２０１に水素ラジカルが注入されることを阻害するものと思われる。

なお、以上の実施の形態では、高周波電源３０から例えば１００Ｗ〜７００Ｗの電力の範囲でバイアスを印加したが、バイアスの電力は、例えば５０Ｗ〜７００Ｗの範囲内とすることがより好ましい。図１３、１４は、バイアス電力とＳｉＨｘ吸光度の関係を示したグラフであり、縦軸にバイアス電力、横軸にＳｉＨｘ吸光度を示している。図１３は、マイクロ波を４．５ｋＷの電力で供給した場合、図１４はマイクロ波を１．５ｋＷの電力で供給した場合の結果である。図１３、図１４では、バイアス電力を増加させることで、ＳｉＨｘ吸光度が増加することが確認できる。特にマイクロ波の電力を１．５ｋＷに抑えた場合、バイアス電力によるＳｉＨｘ吸光度の増加が顕著である。

また、本発明者らはＳｉＨｘ吸光度に、処理容器１１内の圧力が与える影響についても確認した。図１５にその結果を示す。図１５の横軸は処理容器１１内の圧力、縦軸はＳｉＨｘ吸光度であり、マイクロ波の電力は４．５ｋＷ、高周波電源３０によるバイアス電力は２５０Ｗとした。図１５に示すように、処理容器１１内の圧力を変化させても、ＳｉＨｘ吸光度は特に変化がなく、両者の間には、顕著な相関は無いことが確認された。

なお、以上の実施の形態では、図３に示すような凹凸状のトレンチを有するウェハＷを用いたが、ウェハＷ上に形成されるパターンは本実施の形態に限定されるものではなく、例えば平らな膜が形成されたウェハＷも、当然に本発明のプラズマ処理方法によるプラズマ処理の対象となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 基板処理装置
１０ ウェハチャック
１１ 処理容器
１２ 本体部
１３ マイクロ波発生源
１４ マイクロ波供給部
２０ サセプタ
２１ 絶縁板
２２ 支持台
２３ 補正リング
２４ 円筒部材
３０ 高周波電源
３１ 整合器
４２ 排気装置
５０ 支持部材
５１ マイクロ波透過板
５２ スロット板
５３ 誘電体板
５４ プレート
５５ 同軸導波管
Ｗ ウェハ

Claims (5)

1. 処理容器にプラズマを形成して、表面にアモルファスシリコン層が形成された基板を前記プラズマにより処理する基板処理方法であって、
   前記処理容器内に水素を含有した処理ガスを供給し、
   ラジアルラインスロットアンテナ方式の平面アンテナ部材を介して前記処理容器内にマイクロ波を供給し、前記処理容器内に前記処理ガスのプラズマを発生させ、
   前記プラズマにより前記アモルファスシリコン層に水素を注入することを特徴とする、プラズマ処理方法。
2. 前記処理ガスには、ヘリウムガスが混合されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記アモルファスシリコン層は、凹凸状のパターンを有していることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記マイクロ波は、１．５ｋＷ〜３．５ｋＷの電力で供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記基板には、バイアス用の高周波電力が５０Ｗ〜７００Ｗの電力で印加されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。