JP2805441B2 - プラズマ気相反応装置およびプラズマエッチング方法 - Google Patents
プラズマ気相反応装置およびプラズマエッチング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、プラズマ気相被膜作
製装置、プラズマ・エッチング装置などのプラズマ気相
反応装置および該プラズマ気相反応装置を用いたプラズ
マエッチング方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来よりブラズマ気相反応装置として、
図１（Ａ）に示すような平行平板型のものが知られてい
る。 【０００３】図１（Ａ）に示すような構成においては、
基板（１）上の被形成面を陰極（カソード）または陽極
（アノード）上またはこれらの電極のごく近傍に発生す
る陰極暗部または陽極暗部に配置し、成膜を行なう。 【０００４】図１には、減圧容器（４）内に配置された
平行平板型の一対の電極（２），（３）、電極（３）上
に配置された基板（３）、高周波電源（１０）、ガス供
給系（７）、排気系（８）、排気系（８）を構成するバ
ルブ（１１）、圧力調整バルブ（１２）、真空ポンプ
（１３）が記載されている。 【０００５】さらに、一対の電極（２）、（３）から印
加される高周波電界の電気力線（５）、この電気力線
（５）に直交する等電位面（１５）が示されている。図
１に示すプラズマ気相反応装置においては、（７）から
供給される反応ガスが（６）で示されるように電極
（２）から反応室内に供給され、電極間においてプラズ
マ化されることによって、他方の基板（１）の被形成面
上に被膜形成される。一般に（１０）から供給される高
周波としては、１３．５６ＭＨｚが用いられる。かかる
従来の方法においては、電気力線（５）は被形成面に垂
直に加わるため、被形成面をスパッタ（損傷）してしま
う。図１（Ｂ）は図１（Ａ）の電極の一方（２）に対し
針状電極（９）を互いに離間して配設したものである。 【０００６】図１（Ｂ）に示す例は、電極（２）の大き
さを５０ｃｍ×５０ｃｍとし、電極（２），（３）の間
隔を４ｃｍ、針状電極の長さを１ｃｍ、針状電極の間隔
を５ｃｍとした例である。かかる構成をとった場合、電
気力線は針状電極より分散し、ひろがる方向に分布する
ことになるが、基板（１）に対しては垂直に電気力線が
加わることになる。このため、針状電極（９）を用いる
ことによって、放電開始を容易にする等の特長をそれな
りに有しながらも、被膜の膜質、被膜成長速度を特に向
上させるものではなかった。 【０００７】また、上記従来より公知の方式において
は、電極（３）の面積の大きさよりも被形成面の面積を
大きくすることができないという欠点もあった。このた
め、アモルファス・シリコンを含む非単結晶半導体をＰ
ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法）により作製せんとする
時、その基板１ｃｍ２あたりの製造価格が１円以上と高
価となり、太陽電池等の製作コスト低減の障害となって
いた。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、複数の基板
を同時に処理することができ、しかも成膜における被膜
成長速度が大きい、或いは被膜に対するエッチング速度
が大きいプラズマ気相反応装置および該プラズマ気相反
応装置を用いたプラズマエッチング方法を提供すること
を目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ気相反
応装置は、一対の平板状電極の一方の電極に、反応空間
に向かって拡大している複数の開孔または複数の開溝が
設けられているプラズマ気相反応装置であって、前記一
方の電極に高周波電源に接続され、前記複数の開孔また
は前記複数の開溝は、反応空間内に反応性気体を放出さ
せることを特徴とする。 【００１０】本発明のプラズマエッチング方法は、一対
の平板状電極の一方の電極に、反応空間に向かって拡大
している複数の開孔または複数の開溝が設けられている
プラズマ気相反応装置を用いて前記一方の電極に高周波
電力を供給し、且つ、前記複 数の開孔または複数の開溝
から反応性気体を前記反応空間に放出させて、前記反応
空間に配設された基板表面をエッチングすることを特徴
とする。 【００１１】上記構成において、反応空間というのは、
一対の平行平板状電極の間において生じるプラズマ反応
空間のことである。本発明は、電極に反応空間に向かっ
て拡大している複数の開孔または複数の開溝を設けるこ
とによって、この開孔または開溝が設けられた領域に電
気力線を集中させ、この領域に高輝度放電が起きる。さ
らに、前記開孔または開溝から反応性気体を反応空間内
に放出させて、より効率的に気相反応を行わしめること
ができる。 【００１２】 【作用】電極に前記開孔または開溝を設けることによ
り、この開孔または開溝が設けられた領域において、電
気力線を集中させることができ、プラズマを必要な反応
空間に集中させることができる。 【００１３】 【実施例１】以下、本発明を利用した実施例を示す。本
実施例は一対の平行平板電極の間に形成される陽光柱に
て反応を行い、多量生産を行うものである。しかし陽光
柱方式を一般に用いた場合、陽光柱部分が大きく空間に
広がるため、被形成面近傍でのプラズマ密度が減少し、
結果として暗部を用いる方式と同じ程度の被膜成長速度
しか得られないという欠点を有する。そこで、本発明を
利用することにより、陽光柱を収束（しまらせる）せし
め、即ち、放電プラズマのひろがりを押さえ、さらに基
板が配置されている中央部でのプラズマ密度を増加さ
せ、被膜成長速度を増加させんとした例が本実施例の構
成である。 【００１４】本実施例におけるプラズマ気相反応装置の
概要を図２に示す。図２に示すプラズマ気相反応装置
は、プラズマ・グロー放電の陽光柱を用いて成膜を行な
う方式の装置である。本実施例においては、一対の平行
平板電極（２），（３）の間に放電を行なわせることに
よって形成される陽光柱領域に、被形成面を有する複数
の基板を平行に互いに離間して配設し、かかる被形成面
上に被膜を形成する。基板は、（１），（１’）で示さ
れるように背中合わせになった２枚を一組として、複数
離間して反応空間内に設けられている。なお、かかる陽
光柱を用いたＰＣＶＤ法に関しては、本発明人の出願に
なる特許願５７−１６３７２９，５７−１６３７３０
（プラズマ気相反応装置）（昭和５７年９月２０日出
願）に記されている。また、図２に示すプラズマ気相反
応装置の他部の構造については、前記した本発明人の特
許願に準じる。 【００１５】図面において、平行平板型に設けられた一
対の上側電極（２）、下側電極（３）が配置され、上側
電極（２）、下側電極（３）との間において放電を起こ
させることによって形成される陽光柱領域（２５）に、
被形成面を有する基板（１），（１’）が裏面を密接さ
せて、その面を上側電極（２）、下側電極（３）に対し
て垂直にして配置させた様子が示されている。なお、本
実施例においては、この基板を石英カゴで取り囲む形状
を有せしめてある。また、反応生成物の排気は下側フー
ド（２２）を経て排気（２４）させる。そしてこの構成
においては、上側電極（２）と下側電極（３）との間に
おいて放電が行なわれると、電気力線（５）は、基板
（１），（１’）の表面に平行に発生することになる。
反応性気体は、反応性気体供給口（２３）より石英フー
ド（２１）に至り、上側電極（２）の前記開孔または開
溝を通って放出され陽光柱領域（５）に至る。一対を為
す上側電極（２）と下側電極（３）には外部より高周波
エネルギが供給され、これら電極（２）、（３）間にお
いて放電が行なわれる。本実施例においては、電極とし
て２５ｃｍφ（電極間隔１５ｃｍ）または７０ｃｍ×７
０ｃｍ（電極間隔３５ｃｍ）のものを用いた。さらにこ
の電極に本発明の構成である下側電極（３）に開孔また
は開溝（１４）が形成されている。 【００１６】この開孔または開溝（１４）の存在する領
域には、電気力線が集中するので、高輝度のグロー放電
領域が形成される。即ち、一対の電極（２），（３）か
ら印加される高周波電界によって、（２７）、（２８）
で示される部分において第１のグロー放電が行なわれ、
開孔または開溝（１４）が存在する領域に電気力線が集
中して高輝度の第２のグロー放電が行なわれる。本実施
例においては、下側電極（３）には単に開孔または開溝
（０．５〜３ｃｍ例えば約１ｃｍΦまたは約１ｃｍ巾）
が形成されているに過ぎない。また上側電極（２）に
は、図２に示すように反応空間に向かって拡大している
曲面（１６）を有せしめることにより、反応空間に対し
て凹状の形状を有せしめた開孔または開溝が形成されて
いる。 【００１７】本実施例においては、図２に示すように下
側電極（３）に単なる開孔または開溝を設け、他の一方
の電極（２）に反応空間に対して凹状の形状を有する開
孔または開溝を設けることにより、電気力線（５）が領
域（１７）、（１８）において収束し、高密度電束領域
を形成する構成とした。その結果、陽光柱（２５）の横
方向への広がり（プラズマの分散）を（３５）で示すよ
うに抑えることができ、電極中央部の領域（２０）にプ
ラズマを集中させることができる。そして基板が配設さ
れた領域にプラズマを集中させることで、被膜成長速度
を向上させることができる。 【００１８】例えば、図２に示すプラズマ気相反応装置
において、電極を２５ｃｍφ、電極間隔１５ｃｍとし
て、基板を１０ｃｍ角６枚を配設（延べ面積６００ｃｍ
２）し、成膜条件を、 成膜用反応性気体 １００％シラン 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） とした場合、被膜成長速度を４〜６Å／秒とすることが
できた。一方、上記条件において、前記開孔または開溝
（１４）を有しない電極を用いたプラズマ気相反応装置
を用いて被膜形成を行なった場合、被膜成長速度は１〜
２Å／秒であった。即ち、前記開孔または開溝（１４）
を各電極に数ケ所設けるのみで被膜成長速度を２〜３倍
に増加させることが可能になった。本実施例のプラズマ
気相反応装置は、基板を複数配置することができるの
で、図１に示すような従来の方式に比較して５〜１０倍
の基板を処理することができる。 【００１９】しかもそれに加えて、上記のように被膜成
長速度を高くすることができるので、生産性の向上とを
果たす意味からは２重に優れたものである。さらに加え
て、陽光柱が収束することの結果、この陽光柱領域のプ
ラズマが反応炉の内壁をスパッタし、この内壁に吸着し
ている水、付着物の不純物を活性化して被膜内に取り込
み、その膜質を劣化させる可能性をさらに少なくするこ
とができるという点を考慮すると、三重にすぐれたもの
である。 【００２０】 【実施例２】実施例１においては、半導体被膜の作製に
ついてのみ記した。しかし陽光柱領域を用いたプラズマ
・エッチングを行なう際に、図２に示すプラズマ気相反
応装置を用いることは有効である。 【００２１】図２に示すプラズマ気相反応装置にエッチ
ングがされる基板を配置し、ＣＦ３Ｂｒ，ＣＨＦ３等の
エッチング気体を導入し、基板上の被加工面に対し、エ
ッチングを行なうと、基板表面に平行方向に異方性エッ
チングを行わうことができる。即ち、電界（電束）が基
板に平行方向に加わり、しかも一段のグロー放電に加え
て開溝または開孔の領域で発生する高輝度プラズマ放電
によってＦのラジカルを多量に得ることができるので、
基板上の凸部のみを選択的にエッチングすることができ
る。即ちエッチング条件を、 エッチング用反応性気体 ５％の酸素を添加したＣＦ３Ｂｒ 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ２００Ｗ（３０ＫＨｚ） とした場合、エッチング速度は凸部で４００Å／分、凹
部で１５０Å／分を得ることができた。一方、上記条件
において、開孔または開溝（１４）を有しない電極を用
いたプラズマ気相反応装置を用いてエッチングを行なっ
た場合、エッチング速度は凸部で１４０Å／分、凹部で
５０Å／分であった。 【００２２】 【実施例３】本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いて、珪素の被膜を形成した場合の例である。
図面において、下側電極（３）に高輝度プラズマ放電領
域が３箇所、上側に４箇所設けらている。基板（１），
（１’）は石英ホルダ内に配設され、この冶具が３〜５
回／分で回転している。 【００２３】以下に成膜条件を示す。 成膜用反応性気体 シラン（３０ｃｃ／分） 基板温度 ２１０℃ 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ， 放電出力 ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 本実施例においては、５０００Åの厚さに成膜を行なう
のに２０分を要し、被膜成長速度は４．１Å／秒である
ことが結論される。一方、同様の成膜を、開孔または開
溝（１４）を有しない電極を用いたプラズマ気相反応装
置を用いて被膜形成を行った場合、被膜成長速度は１．
３Å／秒であった。 【００２４】また、基板の配設されている石英ホルダの
外側空間には何等放電が見られず、反応容器のステンレ
ス壁面をスパッタし、水等の不純物を混入させる可能性
が少ないことも確認された。本実施例においては、基板
として、１０ｃｍ×１０ｃｍのものを６枚配設して成膜
を行なった。また、反応性気体の収率（被膜となる成分
／供給される気体等）も図１（Ａ）に示す成膜装置に比
較して８倍近くを得ることができた。この反応性気体の
収率は、図２において開孔または開溝（１４）を設けな
い場合に比べて約２倍であった。 【００２５】 【実施例４】本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いて、ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）で示され
る炭化珪素の被膜を作製した例である。本実施例におい
ては、原料ガスとして、メタン（ＣＨ４）とシラン（Ｓ
ｉＨ４）とを１：１の割合で混合した反応性気体を用
い、反応圧力を０．１ｔｏｒｒとし、放電出力３０Ｗ
（１３．５６ＭＨｚ）にてＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜
１）の被膜を作製した結果、被膜成長速度は４．８Å／
秒であった。一方、上記条件において、開孔または開溝
（１４）を有しない電極を用いたプラズマ気相反応装置
を用いて被膜形成を行なった場合、被膜成長速度は１．
７Å／秒であった。本実施例においても、図２の（１
７），（１８）で示されるような高輝度プラズマ放電が
開溝部において観察された。そしてかかる局部放電がな
い場合に比べて、炭化珪素となるＳｉ−Ｃ結合が多量に
あり、化学的エッチングが起こっても、固い緻密な膜を
得ることができた。 【００２６】 【実施例５】本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いてプラズマ・エッチングを行なった場合の例
である。本実施例において行なったエッチングの様子を
図３に示す。本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いて図３（Ａ）に示す、凸部（３３）の頂点の
窒化珪素膜（３１）を除去するものである。図３（Ａ）
には、巾１〜２μｍの凸部（３３）と凹部とを有したシ
リコン単結晶基板（１）の表面に窒化珪素（３１）を１
０００Åの厚さに形成し、さらにレジスト（３２）がコ
ートされた様子が示されている。なお凹凸の深さは１．
５μｍである。 【００２７】以下エッチング工程について説明する。ま
ず、図２に示すプラズマ気相反応装置にエッチングを行
なわんとする図３（Ａ）のような表面を有した基板を配
置する。つぎに、実施例２に示す条件と同様の条件、即
ちＣＦ３Ｂｒに５％の酸素を添加したエッチング用反応
ガスを用い、反応圧力０．１ｔｏｒｒ、電極から印加さ
れる電界を３０ＫＨｚの周波数で２００Ｗの出力で加
え、プラズマ・エッチングを行なう。この際、電気力線
は基板表面に対して平行に印加されるので、図３の紙面
垂直方向（基板の表面に平行な方向）に異方性エッチン
グが行なわれる。この時のエッチング速度は、凸部で４
２０Å／分、凹部で１５１Å／分であった。 【００２８】比較のためこれと同じエッチングを開孔ま
たは開溝（１４）を有しない電極を使用したプラズマ気
相反応装置を用いてエッチングを行なった場合、エッチ
ング速度は凸部で１５０Å／分、凹部で５１Å／分であ
った。すると図３（Ｂ）に示すごとく、凸部（３３）上
面のレジスト（３２）のみを除去することができる。さ
らに同様なエッチングを行なうことにより、窒化珪素
（３１）を除去し、しかる後にレジスト（３２）を公知
の方法により除去することにより、図３（Ｃ）の形状を
得ることができる。この後、この凸部に選択的に不純物
を混入する等の工程を有せしめることにより、種々の半
導体ディバイスを作ることができる。 【００２９】 【実施例６】この実施例は凹凸を有するシリコン単結晶
の上面を平坦にし、さらに凹部に酸化珪素を充填した例
である。本実施例も図３を利用して説明する。本実施例
においては、まず図３（Ａ）に示すごとく凹凸の基板
（１）上に窒化珪素（３１）および酸化珪素（３２）を
積層する。（本実施例においては（３２）を酸化珪素と
する）この後図２に示すプラズマ気相反応装置を用い
て、凸部（３３）を除去する。条件は実施例２の条件と
同じ条件で行なった。即ち、 エッチング用反応性気体 ５％の酸素を添加したＣＦ３Ｂｒ 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ２００Ｗ（３０ＫＨｚ） とした場合、エッチング速度は凸部で４１０Å／分、凹
部で１４８Å／分を得ることができた。 【００３０】比較のためここでも開孔または開溝（１
４）を有しない電極を使用したプラズマ気相反応装置を
用いてエッチングを行なった。その結果エッチング速度
は凸部で１４２Å／分、凹部で４５Å／分であった。つ
ぎに、図３（Ｂ）に示すごとく、（３３），（３４）の
上面を平坦にし、平坦な表面を得る。 【００３１】 【実施例７】この実施例はＶＬＳＩにおける電極部の凹
部に導体を充填して、電極リードパターンを形成した例
である。図４に本実施例におけるＶＬＳＩの一部を示
す。図４において、半導体表面（１）には埋置したフィ
ールド絶縁物（３６）、ソース、ドレイン領域（３
７），（３８）、ゲイト（３９）、層間絶縁物（４
１）、１〜２μｍφの開孔（４２）（深さ±０．５〜２
μｍ）が示されている。このような構成において、ソー
ス、ドレインから開孔（４２）を介してのリードを形成
せんとしても、開孔（４２）における凹部のため、２μ
ｍまたはそれ以下の細いパターンを電子ビーム露光技術
を用いても形成することができない。そこで本実施例
は、まずこれら全面に珪素が添加されたアルミニューム
（４３）を０．５〜２μｍの厚さに形成し、このアルミ
ニューム（４３）の形成された凹部（４０）を除去する
ために、図２に示すプラズマ気相反応装置を用い、基板
表面に平行な方向への異方性エッチングを行なうもので
ある。このエッチングの結果、開孔（４２）の部分のみ
にアルミニュームが充填された形となり、開孔部（４
２）の存在に起因するパターニングの困難さは解消す
る。 【００３２】上記異方性エッチングは、以下の条件で行
った。 エッチング用反応性気体 ＣＣｌ４ 圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ２００Ｗ（３０ＫＨｚ） このときエッチング速度は凸部で１３８Å／分、凹部で
４７Å／分であった。比較のため開溝または開孔（１
４）を有さない電極を用いたプラズマ気相反応装置を用
いてエッチングを行なった場合には、凸部で１３８Å／
分、凹部で４７Å／分であった。このことにより凹部
（３４）を解消し、概略平坦を設けることができるもの
である。そして上記異方性エッチング工程の後に、銅が
添加された第２のアルミニューム（４４）を０．２ 〜
０．５μｍの厚さに形成する。 【００３３】この後、公知の垂直方向の異方性エッチン
グを行うプラズマ・エッチング装置により、１〜２μｍ
の細巾のパターンのリードを得ることができる。以上の
ような基板に平行な方向に対する異方性エッチングは、
半導体素子を基板に垂直な方向に重ね合わせる三次元デ
ィバイスの作製にきわめて重要な役割を果たす。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、電極に開
孔または開溝を設けることで、被膜形成速度や、エッチ
ング速度を向上させることが可能となった。従って本発
明により、効率の良いプラズマ気相反応を起こさせるこ
とができるという効果を有する。また本発明の実施例は
非単結晶Ｓｉ，またＳｉｘＣ１−ｘであるが、シランと
ゲルマンを用いてＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）を、
シランと塩化スズとを用いてＳｉｘＳｎ１−ｘ（０＜ｘ
＜１）を、ＡｌをＡｌＣｌ３により、またＳｉ３Ｎ４を
ＳｉＨ４とＮＨ３とにより、ＳｉＯ２をＳｉＨ４とＮ２
Ｏとにより形成する場合にも本発明は応用できる。また
はプラズマ・エッチング法により選択的にＳｉＯ２、Ｓ
ｉ、Ｓｉ３Ｎ４、フォトレジストその他化合物半導体を
除去する場合にも本発明は有効である。
製装置、プラズマ・エッチング装置などのプラズマ気相
反応装置および該プラズマ気相反応装置を用いたプラズ
マエッチング方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来よりブラズマ気相反応装置として、
図１（Ａ）に示すような平行平板型のものが知られてい
る。 【０００３】図１（Ａ）に示すような構成においては、
基板（１）上の被形成面を陰極（カソード）または陽極
（アノード）上またはこれらの電極のごく近傍に発生す
る陰極暗部または陽極暗部に配置し、成膜を行なう。 【０００４】図１には、減圧容器（４）内に配置された
平行平板型の一対の電極（２），（３）、電極（３）上
に配置された基板（３）、高周波電源（１０）、ガス供
給系（７）、排気系（８）、排気系（８）を構成するバ
ルブ（１１）、圧力調整バルブ（１２）、真空ポンプ
（１３）が記載されている。 【０００５】さらに、一対の電極（２）、（３）から印
加される高周波電界の電気力線（５）、この電気力線
（５）に直交する等電位面（１５）が示されている。図
１に示すプラズマ気相反応装置においては、（７）から
供給される反応ガスが（６）で示されるように電極
（２）から反応室内に供給され、電極間においてプラズ
マ化されることによって、他方の基板（１）の被形成面
上に被膜形成される。一般に（１０）から供給される高
周波としては、１３．５６ＭＨｚが用いられる。かかる
従来の方法においては、電気力線（５）は被形成面に垂
直に加わるため、被形成面をスパッタ（損傷）してしま
う。図１（Ｂ）は図１（Ａ）の電極の一方（２）に対し
針状電極（９）を互いに離間して配設したものである。 【０００６】図１（Ｂ）に示す例は、電極（２）の大き
さを５０ｃｍ×５０ｃｍとし、電極（２），（３）の間
隔を４ｃｍ、針状電極の長さを１ｃｍ、針状電極の間隔
を５ｃｍとした例である。かかる構成をとった場合、電
気力線は針状電極より分散し、ひろがる方向に分布する
ことになるが、基板（１）に対しては垂直に電気力線が
加わることになる。このため、針状電極（９）を用いる
ことによって、放電開始を容易にする等の特長をそれな
りに有しながらも、被膜の膜質、被膜成長速度を特に向
上させるものではなかった。 【０００７】また、上記従来より公知の方式において
は、電極（３）の面積の大きさよりも被形成面の面積を
大きくすることができないという欠点もあった。このた
め、アモルファス・シリコンを含む非単結晶半導体をＰ
ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法）により作製せんとする
時、その基板１ｃｍ２あたりの製造価格が１円以上と高
価となり、太陽電池等の製作コスト低減の障害となって
いた。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、複数の基板
を同時に処理することができ、しかも成膜における被膜
成長速度が大きい、或いは被膜に対するエッチング速度
が大きいプラズマ気相反応装置および該プラズマ気相反
応装置を用いたプラズマエッチング方法を提供すること
を目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ気相反
応装置は、一対の平板状電極の一方の電極に、反応空間
に向かって拡大している複数の開孔または複数の開溝が
設けられているプラズマ気相反応装置であって、前記一
方の電極に高周波電源に接続され、前記複数の開孔また
は前記複数の開溝は、反応空間内に反応性気体を放出さ
せることを特徴とする。 【００１０】本発明のプラズマエッチング方法は、一対
の平板状電極の一方の電極に、反応空間に向かって拡大
している複数の開孔または複数の開溝が設けられている
プラズマ気相反応装置を用いて前記一方の電極に高周波
電力を供給し、且つ、前記複 数の開孔または複数の開溝
から反応性気体を前記反応空間に放出させて、前記反応
空間に配設された基板表面をエッチングすることを特徴
とする。 【００１１】上記構成において、反応空間というのは、
一対の平行平板状電極の間において生じるプラズマ反応
空間のことである。本発明は、電極に反応空間に向かっ
て拡大している複数の開孔または複数の開溝を設けるこ
とによって、この開孔または開溝が設けられた領域に電
気力線を集中させ、この領域に高輝度放電が起きる。さ
らに、前記開孔または開溝から反応性気体を反応空間内
に放出させて、より効率的に気相反応を行わしめること
ができる。 【００１２】 【作用】電極に前記開孔または開溝を設けることによ
り、この開孔または開溝が設けられた領域において、電
気力線を集中させることができ、プラズマを必要な反応
空間に集中させることができる。 【００１３】 【実施例１】以下、本発明を利用した実施例を示す。本
実施例は一対の平行平板電極の間に形成される陽光柱に
て反応を行い、多量生産を行うものである。しかし陽光
柱方式を一般に用いた場合、陽光柱部分が大きく空間に
広がるため、被形成面近傍でのプラズマ密度が減少し、
結果として暗部を用いる方式と同じ程度の被膜成長速度
しか得られないという欠点を有する。そこで、本発明を
利用することにより、陽光柱を収束（しまらせる）せし
め、即ち、放電プラズマのひろがりを押さえ、さらに基
板が配置されている中央部でのプラズマ密度を増加さ
せ、被膜成長速度を増加させんとした例が本実施例の構
成である。 【００１４】本実施例におけるプラズマ気相反応装置の
概要を図２に示す。図２に示すプラズマ気相反応装置
は、プラズマ・グロー放電の陽光柱を用いて成膜を行な
う方式の装置である。本実施例においては、一対の平行
平板電極（２），（３）の間に放電を行なわせることに
よって形成される陽光柱領域に、被形成面を有する複数
の基板を平行に互いに離間して配設し、かかる被形成面
上に被膜を形成する。基板は、（１），（１’）で示さ
れるように背中合わせになった２枚を一組として、複数
離間して反応空間内に設けられている。なお、かかる陽
光柱を用いたＰＣＶＤ法に関しては、本発明人の出願に
なる特許願５７−１６３７２９，５７−１６３７３０
（プラズマ気相反応装置）（昭和５７年９月２０日出
願）に記されている。また、図２に示すプラズマ気相反
応装置の他部の構造については、前記した本発明人の特
許願に準じる。 【００１５】図面において、平行平板型に設けられた一
対の上側電極（２）、下側電極（３）が配置され、上側
電極（２）、下側電極（３）との間において放電を起こ
させることによって形成される陽光柱領域（２５）に、
被形成面を有する基板（１），（１’）が裏面を密接さ
せて、その面を上側電極（２）、下側電極（３）に対し
て垂直にして配置させた様子が示されている。なお、本
実施例においては、この基板を石英カゴで取り囲む形状
を有せしめてある。また、反応生成物の排気は下側フー
ド（２２）を経て排気（２４）させる。そしてこの構成
においては、上側電極（２）と下側電極（３）との間に
おいて放電が行なわれると、電気力線（５）は、基板
（１），（１’）の表面に平行に発生することになる。
反応性気体は、反応性気体供給口（２３）より石英フー
ド（２１）に至り、上側電極（２）の前記開孔または開
溝を通って放出され陽光柱領域（５）に至る。一対を為
す上側電極（２）と下側電極（３）には外部より高周波
エネルギが供給され、これら電極（２）、（３）間にお
いて放電が行なわれる。本実施例においては、電極とし
て２５ｃｍφ（電極間隔１５ｃｍ）または７０ｃｍ×７
０ｃｍ（電極間隔３５ｃｍ）のものを用いた。さらにこ
の電極に本発明の構成である下側電極（３）に開孔また
は開溝（１４）が形成されている。 【００１６】この開孔または開溝（１４）の存在する領
域には、電気力線が集中するので、高輝度のグロー放電
領域が形成される。即ち、一対の電極（２），（３）か
ら印加される高周波電界によって、（２７）、（２８）
で示される部分において第１のグロー放電が行なわれ、
開孔または開溝（１４）が存在する領域に電気力線が集
中して高輝度の第２のグロー放電が行なわれる。本実施
例においては、下側電極（３）には単に開孔または開溝
（０．５〜３ｃｍ例えば約１ｃｍΦまたは約１ｃｍ巾）
が形成されているに過ぎない。また上側電極（２）に
は、図２に示すように反応空間に向かって拡大している
曲面（１６）を有せしめることにより、反応空間に対し
て凹状の形状を有せしめた開孔または開溝が形成されて
いる。 【００１７】本実施例においては、図２に示すように下
側電極（３）に単なる開孔または開溝を設け、他の一方
の電極（２）に反応空間に対して凹状の形状を有する開
孔または開溝を設けることにより、電気力線（５）が領
域（１７）、（１８）において収束し、高密度電束領域
を形成する構成とした。その結果、陽光柱（２５）の横
方向への広がり（プラズマの分散）を（３５）で示すよ
うに抑えることができ、電極中央部の領域（２０）にプ
ラズマを集中させることができる。そして基板が配設さ
れた領域にプラズマを集中させることで、被膜成長速度
を向上させることができる。 【００１８】例えば、図２に示すプラズマ気相反応装置
において、電極を２５ｃｍφ、電極間隔１５ｃｍとし
て、基板を１０ｃｍ角６枚を配設（延べ面積６００ｃｍ
２）し、成膜条件を、 成膜用反応性気体 １００％シラン 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） とした場合、被膜成長速度を４〜６Å／秒とすることが
できた。一方、上記条件において、前記開孔または開溝
（１４）を有しない電極を用いたプラズマ気相反応装置
を用いて被膜形成を行なった場合、被膜成長速度は１〜
２Å／秒であった。即ち、前記開孔または開溝（１４）
を各電極に数ケ所設けるのみで被膜成長速度を２〜３倍
に増加させることが可能になった。本実施例のプラズマ
気相反応装置は、基板を複数配置することができるの
で、図１に示すような従来の方式に比較して５〜１０倍
の基板を処理することができる。 【００１９】しかもそれに加えて、上記のように被膜成
長速度を高くすることができるので、生産性の向上とを
果たす意味からは２重に優れたものである。さらに加え
て、陽光柱が収束することの結果、この陽光柱領域のプ
ラズマが反応炉の内壁をスパッタし、この内壁に吸着し
ている水、付着物の不純物を活性化して被膜内に取り込
み、その膜質を劣化させる可能性をさらに少なくするこ
とができるという点を考慮すると、三重にすぐれたもの
である。 【００２０】 【実施例２】実施例１においては、半導体被膜の作製に
ついてのみ記した。しかし陽光柱領域を用いたプラズマ
・エッチングを行なう際に、図２に示すプラズマ気相反
応装置を用いることは有効である。 【００２１】図２に示すプラズマ気相反応装置にエッチ
ングがされる基板を配置し、ＣＦ３Ｂｒ，ＣＨＦ３等の
エッチング気体を導入し、基板上の被加工面に対し、エ
ッチングを行なうと、基板表面に平行方向に異方性エッ
チングを行わうことができる。即ち、電界（電束）が基
板に平行方向に加わり、しかも一段のグロー放電に加え
て開溝または開孔の領域で発生する高輝度プラズマ放電
によってＦのラジカルを多量に得ることができるので、
基板上の凸部のみを選択的にエッチングすることができ
る。即ちエッチング条件を、 エッチング用反応性気体 ５％の酸素を添加したＣＦ３Ｂｒ 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ２００Ｗ（３０ＫＨｚ） とした場合、エッチング速度は凸部で４００Å／分、凹
部で１５０Å／分を得ることができた。一方、上記条件
において、開孔または開溝（１４）を有しない電極を用
いたプラズマ気相反応装置を用いてエッチングを行なっ
た場合、エッチング速度は凸部で１４０Å／分、凹部で
５０Å／分であった。 【００２２】 【実施例３】本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いて、珪素の被膜を形成した場合の例である。
図面において、下側電極（３）に高輝度プラズマ放電領
域が３箇所、上側に４箇所設けらている。基板（１），
（１’）は石英ホルダ内に配設され、この冶具が３〜５
回／分で回転している。 【００２３】以下に成膜条件を示す。 成膜用反応性気体 シラン（３０ｃｃ／分） 基板温度 ２１０℃ 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ， 放電出力 ３０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） 本実施例においては、５０００Åの厚さに成膜を行なう
のに２０分を要し、被膜成長速度は４．１Å／秒である
ことが結論される。一方、同様の成膜を、開孔または開
溝（１４）を有しない電極を用いたプラズマ気相反応装
置を用いて被膜形成を行った場合、被膜成長速度は１．
３Å／秒であった。 【００２４】また、基板の配設されている石英ホルダの
外側空間には何等放電が見られず、反応容器のステンレ
ス壁面をスパッタし、水等の不純物を混入させる可能性
が少ないことも確認された。本実施例においては、基板
として、１０ｃｍ×１０ｃｍのものを６枚配設して成膜
を行なった。また、反応性気体の収率（被膜となる成分
／供給される気体等）も図１（Ａ）に示す成膜装置に比
較して８倍近くを得ることができた。この反応性気体の
収率は、図２において開孔または開溝（１４）を設けな
い場合に比べて約２倍であった。 【００２５】 【実施例４】本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いて、ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）で示され
る炭化珪素の被膜を作製した例である。本実施例におい
ては、原料ガスとして、メタン（ＣＨ４）とシラン（Ｓ
ｉＨ４）とを１：１の割合で混合した反応性気体を用
い、反応圧力を０．１ｔｏｒｒとし、放電出力３０Ｗ
（１３．５６ＭＨｚ）にてＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜
１）の被膜を作製した結果、被膜成長速度は４．８Å／
秒であった。一方、上記条件において、開孔または開溝
（１４）を有しない電極を用いたプラズマ気相反応装置
を用いて被膜形成を行なった場合、被膜成長速度は１．
７Å／秒であった。本実施例においても、図２の（１
７），（１８）で示されるような高輝度プラズマ放電が
開溝部において観察された。そしてかかる局部放電がな
い場合に比べて、炭化珪素となるＳｉ−Ｃ結合が多量に
あり、化学的エッチングが起こっても、固い緻密な膜を
得ることができた。 【００２６】 【実施例５】本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いてプラズマ・エッチングを行なった場合の例
である。本実施例において行なったエッチングの様子を
図３に示す。本実施例は、図２に示すプラズマ気相反応
装置を用いて図３（Ａ）に示す、凸部（３３）の頂点の
窒化珪素膜（３１）を除去するものである。図３（Ａ）
には、巾１〜２μｍの凸部（３３）と凹部とを有したシ
リコン単結晶基板（１）の表面に窒化珪素（３１）を１
０００Åの厚さに形成し、さらにレジスト（３２）がコ
ートされた様子が示されている。なお凹凸の深さは１．
５μｍである。 【００２７】以下エッチング工程について説明する。ま
ず、図２に示すプラズマ気相反応装置にエッチングを行
なわんとする図３（Ａ）のような表面を有した基板を配
置する。つぎに、実施例２に示す条件と同様の条件、即
ちＣＦ３Ｂｒに５％の酸素を添加したエッチング用反応
ガスを用い、反応圧力０．１ｔｏｒｒ、電極から印加さ
れる電界を３０ＫＨｚの周波数で２００Ｗの出力で加
え、プラズマ・エッチングを行なう。この際、電気力線
は基板表面に対して平行に印加されるので、図３の紙面
垂直方向（基板の表面に平行な方向）に異方性エッチン
グが行なわれる。この時のエッチング速度は、凸部で４
２０Å／分、凹部で１５１Å／分であった。 【００２８】比較のためこれと同じエッチングを開孔ま
たは開溝（１４）を有しない電極を使用したプラズマ気
相反応装置を用いてエッチングを行なった場合、エッチ
ング速度は凸部で１５０Å／分、凹部で５１Å／分であ
った。すると図３（Ｂ）に示すごとく、凸部（３３）上
面のレジスト（３２）のみを除去することができる。さ
らに同様なエッチングを行なうことにより、窒化珪素
（３１）を除去し、しかる後にレジスト（３２）を公知
の方法により除去することにより、図３（Ｃ）の形状を
得ることができる。この後、この凸部に選択的に不純物
を混入する等の工程を有せしめることにより、種々の半
導体ディバイスを作ることができる。 【００２９】 【実施例６】この実施例は凹凸を有するシリコン単結晶
の上面を平坦にし、さらに凹部に酸化珪素を充填した例
である。本実施例も図３を利用して説明する。本実施例
においては、まず図３（Ａ）に示すごとく凹凸の基板
（１）上に窒化珪素（３１）および酸化珪素（３２）を
積層する。（本実施例においては（３２）を酸化珪素と
する）この後図２に示すプラズマ気相反応装置を用い
て、凸部（３３）を除去する。条件は実施例２の条件と
同じ条件で行なった。即ち、 エッチング用反応性気体 ５％の酸素を添加したＣＦ３Ｂｒ 反応圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ２００Ｗ（３０ＫＨｚ） とした場合、エッチング速度は凸部で４１０Å／分、凹
部で１４８Å／分を得ることができた。 【００３０】比較のためここでも開孔または開溝（１
４）を有しない電極を使用したプラズマ気相反応装置を
用いてエッチングを行なった。その結果エッチング速度
は凸部で１４２Å／分、凹部で４５Å／分であった。つ
ぎに、図３（Ｂ）に示すごとく、（３３），（３４）の
上面を平坦にし、平坦な表面を得る。 【００３１】 【実施例７】この実施例はＶＬＳＩにおける電極部の凹
部に導体を充填して、電極リードパターンを形成した例
である。図４に本実施例におけるＶＬＳＩの一部を示
す。図４において、半導体表面（１）には埋置したフィ
ールド絶縁物（３６）、ソース、ドレイン領域（３
７），（３８）、ゲイト（３９）、層間絶縁物（４
１）、１〜２μｍφの開孔（４２）（深さ±０．５〜２
μｍ）が示されている。このような構成において、ソー
ス、ドレインから開孔（４２）を介してのリードを形成
せんとしても、開孔（４２）における凹部のため、２μ
ｍまたはそれ以下の細いパターンを電子ビーム露光技術
を用いても形成することができない。そこで本実施例
は、まずこれら全面に珪素が添加されたアルミニューム
（４３）を０．５〜２μｍの厚さに形成し、このアルミ
ニューム（４３）の形成された凹部（４０）を除去する
ために、図２に示すプラズマ気相反応装置を用い、基板
表面に平行な方向への異方性エッチングを行なうもので
ある。このエッチングの結果、開孔（４２）の部分のみ
にアルミニュームが充填された形となり、開孔部（４
２）の存在に起因するパターニングの困難さは解消す
る。 【００３２】上記異方性エッチングは、以下の条件で行
った。 エッチング用反応性気体 ＣＣｌ４ 圧力 ０．１ｔｏｒｒ 放電出力 ２００Ｗ（３０ＫＨｚ） このときエッチング速度は凸部で１３８Å／分、凹部で
４７Å／分であった。比較のため開溝または開孔（１
４）を有さない電極を用いたプラズマ気相反応装置を用
いてエッチングを行なった場合には、凸部で１３８Å／
分、凹部で４７Å／分であった。このことにより凹部
（３４）を解消し、概略平坦を設けることができるもの
である。そして上記異方性エッチング工程の後に、銅が
添加された第２のアルミニューム（４４）を０．２ 〜
０．５μｍの厚さに形成する。 【００３３】この後、公知の垂直方向の異方性エッチン
グを行うプラズマ・エッチング装置により、１〜２μｍ
の細巾のパターンのリードを得ることができる。以上の
ような基板に平行な方向に対する異方性エッチングは、
半導体素子を基板に垂直な方向に重ね合わせる三次元デ
ィバイスの作製にきわめて重要な役割を果たす。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、電極に開
孔または開溝を設けることで、被膜形成速度や、エッチ
ング速度を向上させることが可能となった。従って本発
明により、効率の良いプラズマ気相反応を起こさせるこ
とができるという効果を有する。また本発明の実施例は
非単結晶Ｓｉ，またＳｉｘＣ１−ｘであるが、シランと
ゲルマンを用いてＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）を、
シランと塩化スズとを用いてＳｉｘＳｎ１−ｘ（０＜ｘ
＜１）を、ＡｌをＡｌＣｌ３により、またＳｉ３Ｎ４を
ＳｉＨ４とＮＨ３とにより、ＳｉＯ２をＳｉＨ４とＮ２
Ｏとにより形成する場合にも本発明は応用できる。また
はプラズマ・エッチング法により選択的にＳｉＯ２、Ｓ
ｉ、Ｓｉ３Ｎ４、フォトレジストその他化合物半導体を
除去する場合にも本発明は有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のプラズマ気相反応装置を示す。
【図２】 実施例のプラズマ気相反応装置の概要を示
す。 【図３】 半導体装置を作製した他の実施例を示す。 【図４】 半導体装置を作製した他の実施例を示す。 【符号の説明】 ２・・上側電極 ３・・下側電極 ５・・電気力線 １
４・・開溝、開孔
す。 【図３】 半導体装置を作製した他の実施例を示す。 【図４】 半導体装置を作製した他の実施例を示す。 【符号の説明】 ２・・上側電極 ３・・下側電極 ５・・電気力線 １
４・・開溝、開孔
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．一対の平板状電極の一方の電極に、反応空間に向か
って拡大している複数の開孔または複数の開溝が設けら
れているプラズマ気相反応装置であって、 前記一方の電極に高周波電源が接続され、前記複数の開孔または前記複数の開溝が設けられた領域
の反応空間に前記一対の平板状電極から加えられる電界
の電気力線が集中され、 且つ、 前記複数の開孔または前記複数の開溝は反応空間
内に反応性気体を放出させるものであることを特徴とす
るプラズマ気相反応装置。 ２．前記一対の平板状電極の他方の電極は、反応性気体
を排気する開孔または開溝が設けられていることを特徴
とする請求項１のプラズマ気相反応装置。 ３．一対の平板状電極の一方の電極に、反応空間に向か
って拡大している複数の開孔または複数の開溝が設けら
れているプラズマ気相反応装置を用いたプラズマエッチ
ング方法において、 前記一方の電極に高周波電力を供給し、前記複数の開孔または前記複数の開溝が設けられた領域
の反応空間に前記一対の平板状電極から加えられる電界
の電気力線を集中させ、 且つ、前記複数の開孔または複数の開溝から反応性気体
を前記反応空間に放出させて、前記反応空間に配設され
た基板表面をエッチングすることを特徴とするプラズマ
エッチング方法。 ４．前記エッチングは、異方性エッチングであることを
特徴とする請求項３のプラズマエッチング方法。
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