【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、主に薄膜の形成、表面処理、エッチング等
を行うためのプラズマ処理装置に関するものである。
従来の技術
従来、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴吸収を利用
したプラズマ処理装置は第３図に示すような構成を持
つ。31が真空チャンバーで排気孔32より真空に排気され
る。導波管33を通してマイクロ波発振器34からマイクロ
波がプラズマ発生室35へ導入される。電磁石36によって
プラズマ発生室35に磁界が印加される。37はガス導入口
でSiH2等の原料ガスやO2,H2等の処理用ガスやCF4,SF6,C
l2等のエッチングガスが導入される。磁界の強さを電子
サイクロトロン共鳴条件を満たすように設定することに
より、解離度の高いプラズマが得られる。発生したプラ
ズマはプラズマ引出し窓38を通過して基板ホルダー39に
達しホルダー39上の基板プラズマ処理を行う。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、この様な従来のプラズマ処理装置で
は、マイクロ波のモードに起因する電界分布によってプ
ラズマの分布が大きいため、結果的にプラズマ処理の分
布として現れるという問題点があった。また処理面積を
かせぐためプラズマ室からかなり距離を離さなければな
らないので、高解離のプラズマが粒子どうしの衝突によ
って減衰してしまうため、処理の効率が悪くなってしま
うという問題点もありこの様なプラズマ処理装置の実用
化を妨げていた。
本発明は、この様な問題点を解決することを目的とし
ている。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するため、本発明では、マイクロ波
電子サイクロトロン共鳴吸収を利用したプラズマ分解に
よるプラズマ処理装置において、処理を行う基板または
その近傍に、周波数50Hz以上100kHz未満の周波数で直流
成分を含まない交流電界を印加する手段を備え、プラズ
マ分解によって生じたイオン粒子に運動エネルギーを与
えることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するもの
である。
作用
上記した手段を用いることによって生ずる本発明の作
用は次のようなものである。従来の方法では、印加され
ている磁界の減衰によってのみ引き出されていたプラズ
マがその引き出された時のエネルギーによって基板に到
達していたものを、本発明では基板付近において主にイ
オンにたいして再び運動エネルギーを与え、生じたイオ
ン種を有効に利用に利用するものである。
実施例
（実施例１）
第一の実施例として、本発明のプラズマ処理装置を非
晶質シリコンの堆積形成に応用した場合の例について示
す。
以下図面に基づ、本発明の代表的な実施例を示す。第
１図は本発明のプラズマ処理装置を薄膜堆積装置として
使用した場合の装置概略図である。11が真空チャンバー
出、排気孔12より真空に排気される。導波管13を通して
マイクロ波発振器14からマイクロ波がプラズマ発生室15
へ導入される。電磁石16によりプラズマ発生室15に磁界
が印加される。17はガス導入口でSiH4等の原料ガスが導
入される。18が本発明で付け加えられた交流電界を加え
るための電源であり、基板ホルダー19に交流電界が印加
される。プラズマ発生室の磁界の強さを電子サイクロト
ロン共鳴条件を満たすように設定することにより、解離
度の高いプラズマ20が発生する。発生したプラズマはプ
ラズマ引出し窓21を通過して基板ホルダー19に達しさら
に、基板ホルダー近傍にて再び交流電源18によりプラズ
マ中の主にイオンと電子に運動エネルギーを与えられて
基板に非晶質シリコンが形成される。この時基板近傍の
磁界の強さは電磁石の設定によって100〜300ガウスとし
ておくと更に効果的にイオンに運動エネルギーを与える
ことができる。交流の周波数は、主にシリコンイオンと
水素イオンにエネルギーを与えるために50Hz以上100kH
未満としている。これらの周波数より低い場合、基板表
面に高抵抗な膜が堆積するとプラズマに電界が印加され
なくなりまた高い周波数の場合ではイオンが追随できな
くなる。このときさらには基板近傍の磁束密度は数十〜
数百ガウスあるため、印加した電界によって高周波マグ
ネトロン放電が生じてしまいマイクロ波電子サイクロト
ロンによるプラズマと高周波プラズマとが重畳された状
態になってしまい、本来の高活性のプラズマとは異なっ
てしまうのである。
また不純物を添加した低抵抗の非晶質シリコンを形成
する場合は、原料ガスとしてｎ型非晶質シリコンの場合
SiH4とPH3の混合ガスを、ｐ型非晶質シリコンの場合はS
iH4とB2H6の混合ガスを使用すればよい。
本実施例では基板に直接交流電界を印加したが、例え
ば基板表面近くに第１図に示すような、メッシュ等22を
設置しそれに印加してもよい。
（実施例２）
本発明の第二の実施例として本発明の装置をエッチン
グ装置として使用した場合について説明する。
装置は共通であり導入ガスとしてCF4、SF6、NF3、C
l2、HCl1等を使用すればよい。エッチング装置として使
用する場合は、イオンを直流的に加速して基板に引き出
してやれば異方性エッチングとして有効である。そのと
きの装置構成を第２図に示す。11〜22は共通であり、直
流電界印かのための電源23が加えられている。
発明の効果
本発明の効果は次のようなものである。
先ず第一に、処理時間の短縮が上げられる。第４図
（Ａ）に基板に印加された例えば20KHzの交流電力を変
化させたときの非晶質シリコンの堆積速度の変化を示
す。基板に電力を印加していくと堆積速度が増加してい
るのが判る。この時の非晶質シリコンの膜質には、ほと
んど変化なかった。第４図（Ｂ）に同じくSF6ガスを使
用してシリコンウエハーをエッチングした場合を示す。
同様に印加交流電力を増加して行くとエッチング速度も
増加して行くのが判る。
第二の効果として処理の均一性の向上が上げられる。
第５図（Ａ）に４インチウエハー上に非晶質シリコンを
堆積したときの膜厚分布を示している。実線が本発明を
使用した場合、破線が使用しない場合を示している。図
から製膜の均一性が向上していることが判る。また第５
図（Ｂ）に示すように、エッチングの場合も同様であっ
た。
第三の効果として、不純物添加した非晶質シリコンを
堆積形成するに際して不純物の添加効率の向上がある。
第６図にその一例として、ｎ型非晶質シリコンをSiH4と
PH3との混合ガスより作製する際の、基板の印加電力に
対する電気伝導度の変化を示している。図に示す通り、
本発明を使用することにより低抵抗な非晶質シリコンが
得られている。
第四の効果として、薄膜堆積装置として使用する場合
に前記したように基板近傍において新たなエネルギーを
イオンおよび電子に与えるため、基板の段差における被
覆性に優れている。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for mainly performing thin film formation, surface treatment, etching, and the like. 2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma processing apparatus using microwave electron cyclotron resonance absorption has a configuration as shown in FIG. A vacuum chamber 31 is evacuated to a vacuum through an exhaust hole 32. Microwaves are introduced from a microwave oscillator 34 into a plasma generation chamber 35 through a waveguide 33. A magnetic field is applied to the plasma generation chamber 35 by the electromagnet 36. Reference numeral 37 denotes a gas inlet, which is a source gas such as SiH 2 or a processing gas such as O 2 , H 2 , CF 4 , SF 6 , C
etching gas l 2, etc. is introduced. By setting the strength of the magnetic field so as to satisfy the electron cyclotron resonance condition, a plasma having a high degree of dissociation can be obtained. The generated plasma passes through the plasma extraction window 38, reaches the substrate holder 39, and performs the substrate plasma processing on the holder 39. However, in such a conventional plasma processing apparatus, since the plasma distribution is large due to the electric field distribution caused by the microwave mode, there is a problem that the plasma distribution appears as a result. there were. In addition, since the processing area must be kept at a considerable distance from the plasma chamber, the plasma of high dissociation is attenuated by the collision of particles, which causes a problem that the processing efficiency is deteriorated. This hindered the practical use of plasma processing equipment. An object of the present invention is to solve such a problem. Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, in the present invention, in a plasma processing apparatus by plasma decomposition using microwave electron cyclotron resonance absorption, the substrate to be processed or its vicinity, the frequency 50Hz or more and 100kHz It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus comprising: means for applying an AC electric field containing no DC component at a frequency lower than that, and applying kinetic energy to ion particles generated by plasma decomposition. Operation The operation of the present invention produced by using the above means is as follows. In the conventional method, the plasma that has been extracted only by the attenuation of the applied magnetic field has reached the substrate by the energy at the time of the extraction, but in the present invention, the kinetic energy is mainly returned to the ions mainly in the vicinity of the substrate. And the generated ion species are effectively used for utilization. Example (Example 1) As a first example, an example in which the plasma processing apparatus of the present invention is applied to deposition and formation of amorphous silicon will be described. Hereinafter, typical embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an apparatus when the plasma processing apparatus of the present invention is used as a thin film deposition apparatus. 11 comes out of the vacuum chamber and is evacuated to a vacuum through the exhaust hole 12. Microwaves are generated from a microwave oscillator 14 through a waveguide 13 by a plasma generation chamber 15.
Is introduced to A magnetic field is applied to the plasma generation chamber 15 by the electromagnet 16. Reference numeral 17 denotes a gas inlet through which a source gas such as SiH 4 is introduced. Reference numeral 18 denotes a power supply for applying the AC electric field added in the present invention, and an AC electric field is applied to the substrate holder 19. By setting the strength of the magnetic field in the plasma generation chamber to satisfy the electron cyclotron resonance condition, the plasma 20 having a high degree of dissociation is generated. The generated plasma passes through the plasma extraction window 21 and reaches the substrate holder 19, where kinetic energy is mainly given to ions and electrons in the plasma again by the AC power supply 18 near the substrate holder, and amorphous silicon is applied to the substrate. Is formed. At this time, if the intensity of the magnetic field near the substrate is set to 100 to 300 gauss by setting the electromagnet, kinetic energy can be more effectively given to the ions. The frequency of the alternating current is 50 kHz or more and 100 kHz to give energy mainly to silicon ions and hydrogen ions.
Less than. When the frequency is lower than these frequencies, an electric field is not applied to the plasma when a high-resistance film is deposited on the substrate surface, and when the frequency is higher, ions cannot follow. At this time, the magnetic flux density near the substrate is several tens to
Since there are several hundred gauss, high frequency magnetron discharge is generated by the applied electric field, and the plasma by the microwave electron cyclotron and the high frequency plasma are superimposed, which is different from the original highly active plasma. . In addition, when low-resistance amorphous silicon to which impurities are added is formed, n-type amorphous silicon is used as a source gas.
The mixed gas of SiH 4 and PH 3 is replaced with S in the case of p-type amorphous silicon.
mixed gas iH 4 and B 2 H 6 may be used to. In this embodiment, the AC electric field is directly applied to the substrate. However, a mesh 22 or the like 22 as shown in FIG. Embodiment 2 As a second embodiment of the present invention, a case where the apparatus of the present invention is used as an etching apparatus will be described. The equipment is common and CF 4 , SF 6 , NF 3 , C
l 2 , HCl 1 or the like may be used. When used as an etching apparatus, it is effective as anisotropic etching if ions are accelerated DC and extracted to the substrate. FIG. 2 shows the device configuration at that time. 11 to 22 are common, and a power source 23 for applying a DC electric field is added. Effects of the Invention The effects of the present invention are as follows. First, the processing time can be reduced. FIG. 4A shows the change in the deposition rate of amorphous silicon when the AC power applied to the substrate, for example, at 20 KHz, is changed. It can be seen that the deposition rate increases as power is applied to the substrate. At this time, the film quality of the amorphous silicon hardly changed. FIG. 4B shows a case where a silicon wafer is etched using SF6 gas.
Similarly, it can be seen that as the applied AC power increases, the etching rate also increases. As a second effect, the uniformity of processing can be improved.
FIG. 5A shows a film thickness distribution when amorphous silicon is deposited on a 4-inch wafer. The solid line indicates the case where the present invention is used, and the broken line indicates the case where the present invention is not used. It can be seen from the figure that the uniformity of the film formation has been improved. Also the fifth
As shown in FIG. 2B, the same was true for the etching. As a third effect, there is an improvement in the efficiency of impurity addition when depositing and forming amorphous silicon to which impurities are added.
FIG. 6 shows an example in which n-type amorphous silicon is referred to as SiH 4 .
In making a mixed gas of PH 3, it shows a change in electrical conductivity for the applied power of the substrate. As shown in the figure,
By using the present invention, amorphous silicon having low resistance has been obtained. As a fourth effect, when used as a thin film deposition apparatus, new energy is given to ions and electrons in the vicinity of the substrate as described above.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のプラズマ処理装置を非晶質シリコン堆
積装置として使用した実施例の装置概略図、第２図は同
様にエッチング装置として使用した場合の概略図、第３
図は従来のプラズマ処理装置の概略図、第４図は非晶質
シリコンを堆積した場合およびシリコンウエハーをエッ
チングした場合の交流電界印加の効果を示す図、第５図
は本発明によって処理の均一性が向上したことを示す
図、第６図は本発明の効果の一つである不純物添加効率
向上を示す図である。
11……真空チャンバー、12……排気孔、13……導波管、
14……マイクロ波発振器、15……プラズマ発生室、16…
…電磁石、17……ガス導入口、18……交流電源、19……
基板ホルダー、20……プラズマ、21……プラズマ引出し
窓、22……メッシュ電極、23……直流電源。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of an embodiment in which the plasma processing apparatus of the present invention is used as an amorphous silicon deposition apparatus, FIG. Third
FIG. 4 is a schematic view of a conventional plasma processing apparatus, FIG. 4 is a view showing the effect of applying an AC electric field when amorphous silicon is deposited and when a silicon wafer is etched, and FIG. FIG. 6 is a graph showing that the impurity addition efficiency is one of the effects of the present invention. 11 ... vacuum chamber, 12 ... exhaust hole, 13 ... waveguide,
14 …… Microwave oscillator, 15… Plasma generation chamber, 16…
... Electromagnet, 17 ... Gas inlet, 18 ... AC power supply, 19 ...
Substrate holder, 20: Plasma, 21: Plasma extraction window, 22: Mesh electrode, 23: DC power supply.
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フロントページの続き
(72)発明者 石原 伸一郎
門真市大字門真1006番地 松下電器産業
株式会社内
(72)発明者 平尾 孝
門真市大字門真1006番地 松下電器産業
株式会社内
(56)参考文献 特開 昭56−13480（ＪＰ，Ａ)
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Continuation of front page
(72) Inventor Shinichiro Ishihara
1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial
Inside the corporation
(72) Inventor Takashi Hirao
1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial
Inside the corporation
(56) References JP-A-56-13480 (JP, A)