JP3225695B2

JP3225695B2 - 直流放電型プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JP3225695B2
Application number: JP15641893A
Authority: JP
Inventors: 聡大谷; 創桑原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 2001-11-05
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JPH0737816A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ、半
導体利用の各種センサのような半導体を利用したデバイ
ス、太陽電池その他を製造するにあたり、基板上に成膜
したり、形成された膜を配線パターン等を得るために所
定パターンに従ってエッチングしたりするプラズマＣＶ
Ｄ、プラズマエッチングのようなプラズマ処理、特に直
流放電型のプラズマ処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流放電型のプラズマ処理としては、そ
の代表例として直流電圧印加方式の平行平板型のプラズ
マ処理装置によるものを挙げることができる。このよう
な装置のうち成膜装置としてよく知られているプラズマ
ＣＶＤ装置は概ね図６に示す構造のものであり、エッチ
ング装置としてよく知られているドライエッチング装置
は概ね図７に示す構造のものである。

【０００３】図６に示すプラズマＣＶＤ装置は、成膜の
ための真空容器１を備え、該容器内には被成膜基体Ｓ１
を支持する基体ホルダを兼ねる電極２及び該ホルダに対
向するガス供給ノズルを兼ねる電極３が設置されてい
る。電極２は通常接地電極とされ、電極３は通常陰電極
とされる。電極２には必要に応じ基体Ｓ１を加熱するヒ
ータ４が臨設されることがあり、電極３には直流電源５
の負極が図示しないスイッチを介して接続される。

【０００４】ノズル兼電極３にはガス供給部６が接続さ
れるとともに、容器１にはそこから真空排気するための
排気装置７が接続される。ガス供給部６には、１又は２
以上のマスフローコントローラ６１１、６１２・・・・
及び開閉弁６２１、６２２・・・・を介して所定量の成
膜用ガスを供給するガス源６３１、６３２・・・・が含
まれている。

【０００５】このプラズマＣＶＤ装置によると、被成膜
基体Ｓ１がホルダ兼電極２に設置され、容器１内が排気
装置７により所定の真空度とされ、ガス供給部６から容
器１内に成膜用ガスが導入される。また、直流電源５か
ら電極２、３間に直流電圧が印加され、導入された成膜
用ガスがそれによってプラズマ化され、このプラズマの
下で基板Ｓ１上に所望の膜が形成される。

【０００６】図７に示すプラズマドライエッチング装置
は、エッチングのための真空容器１０を備え、該容器内
には被エッチング膜等を有する基体Ｓ２を支持するホル
ダを兼ねる電極２０と、それに対向するガス供給ノズル
を兼ねる電極３０とが設置されている。電極２０は通常
陰電極とされ、電極３０は通常接地電極とされる。ホル
ダ兼電極２０には直流電源５０の負極が図示しないスイ
ッチを介して接続される。

【０００７】ノズル兼電極３０にはガス供給部６０が接
続されるとともに、容器１にはそこから真空排気するた
めの排気装置７０が接続される。ガス供給部６０には、
１又は２以上のマスフローコントローラ６４１、６４２
・・・・及び開閉弁６５１、６５２・・・・を介して所
定量のエッチング用ガスを供給するガス源６６１、６６
２・・・・が含まれている。

【０００８】このエッチング装置によると、被エッチン
グ基体Ｓ２がホルダ兼電極２０に設置され、容器１０内
が排気装置により所定の真空度とされ、ガス供給部６０
から容器１０内にエッチング用ガスが導入される。ま
た、直流電源５０から電極２０、３０間に直流電圧が印
加され、導入されたエッチング用ガスがそれによってプ
ラズマ化され、このプラズマの下で基体Ｓ２上の膜等が
ドライエッチングされる

【０００９】。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな成膜処理では、プラズマ中の気相反応により発生す
る微粒子が基体表面に形成される膜に付着したり、その
中に混入する等して膜質を悪化させるという問題があ
る。特に、気相反応により微粒子が形成され、それが大
きく成長する可能性の高い成膜、例えば、シラン（Ｓｉ
Ｈ₄）と水素（Ｈ₂）からアモルファスシリコン（ａ−
Ｓｉ）膜を、シランとアンモニア（ＮＨ₃）からアモル
ファスシリコンナイトランド（ａ−ＳｉＮ）膜を、シラ
ンと一酸化二窒素（亜酸化窒素）（Ｎ₂Ｏ）からアモル
ファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ₂）膜を形成す
るような成膜では、基板表面に形成される膜に付着した
り、その中に混入したりする微粒子のサイズが形成され
る膜の膜厚に対し大きく、その結果、その膜が絶縁膜で
ある場合において成膜後洗浄処理すると、その微粒子の
部分がピンホールとなって絶縁不良が生じたり、その膜
が半導体膜であると、半導体特性が悪化するといった問
題がある。

【００１０】また、ドライエッチング処理においても、
同様に気相反応により微粒子が発生し、これが被エッチ
ング面に付着する等してエッチング不良を招くという問
題がある。さらに、このような問題発生を抑制するため
に、プラズマ処理速度を低下させなければならないとい
う問題もでてくる。

【００１１】そこで本発明は、直流放電型プラズマ処理
において、プラズマ中の気相反応で発生する微粒子を被
成膜基体或いは被エッチング面に臨む領域から効率よく
排除すること、及びそれによってプラズマ処理速度の向
上を可能とすることを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ねたところ、プラズマ生成のために
印加する直流電界に対して垂直の磁界をかければ、微粒
子を前記領域の外方へ排除できること、また、かかる磁
界の方向を、直流電界に対し垂直の磁界であることを保
ちつつ該電界の周りに沿って移動させることで、前記領
域から単に一方向だけでなく、磁界方向の移動に伴って
順次多方向に微粒子を移動させ、一層効率良く微粒子を
排除できることを見出した。

【００１３】かかる知見は次の実験に基づくものであ
る。すなわち、図５の（Ａ）図に示すように、図示しな
い真空容器内に二つの対向電極１０１、１０２を配置
し、一方の電極１０１を陰電極とし、他方の電極１０２
を接地電極とし、容器内を真空排気して、容器内にシラ
ンガス等のガスを導入しつつ両電極間に直流電圧を印加
することで該ガスをプラズマ化させ、さらに両電極間に
レーザ光を照射したところ、微粒子が多く存在する陰電
極１０１の付近の領域１０３ではレーザ光が散乱してそ
の存在が確認された。一方、接地電極１０２付近の領域
１０４ではプラズマ発光が見られた。

【００１４】次に上記状態から、図５の（Ｂ）図に示す
ように、直流電界に対し垂直な方向（本例では紙面に対
し上から下）に磁界Ｇをかけたところ、微粒子領域１０
３が図中左方へ排除されるとともにプラズマ発光領域１
０４が図中右方へ移動した。かくして磁界により微粒子
が移動することが判った。これは、磁界をかけること
で、プラズマ中で陰電極１０１から接地電極１０２に向
かって流れる電子ｅが図中右方向に、接地電極１０２か
ら陰電極１０１に向かって流れるイオンＩが図中左方向
にそれぞれ力を受け、このとき、陰電極付近に多く存在
する微粒子ＰがイオンＩからの衝撃で左方向に排除され
るからであると考えられる。

【００１５】本発明は以上の知見に基づくもので、直流
放電型プラズマ処理方法において、プラズマ生成のため
に印加される直流電界に対し、垂直に、且つ、前記直流
電界の周りに順次回動する磁界をかけ、これにより該プ
ラズマ中のイオンを移動させることで、プラズマ中の気
相反応により発生する微粒子を、被処理基体に臨む領域
の外方へ移動させる直流放電型プラズマ処理方法、及び
直流放電型プラズマ処理装置において、プラズマ中のイ
オンを移動させることでプラズマ中の気相反応により発
生する微粒子を被処理基体に臨む領域の外方へ移動させ
るための磁界をかける手段であって、プラズマ生成のた
めに印加される直流電界に対し垂直な磁界で、且つ、該
直流電界の周りに順次回動する磁界をかける手段を設け
た直流放電型プラズマ処理装置を提供するものである。

【００１６】前記の方法及び装置においては、磁界をか
けることで微粒子が排除されてくる（移動してくる）領
域から微粒子移動方向下流側で排気したり、該領域に排
気口を臨ませた排気手段を設ける。この排気のために、
それ専用の排気手段を設けてもよいが、プラズマ生成の
ために真空容器から真空排気するための、真空容器に設
けられる排気装置を利用してもよい。

【００１７】

【作用】本発明方法及び装置によると、成膜やエッチン
グにおいて、プラズマ生成のために印加される直流電界
に対し、垂直に、且つ、該直流電界の周りに順次回動せ
しめられる磁界がかけられるので、プラズマ中のイオン
が磁界方向の回動に伴って被処理基体に臨む領域の外へ
向け多方向にわたり順次移動し、プラズマ中の気相反応
により発生する微粒子は該イオンの移動に伴って被処理
基体に臨む領域の外へ多方向にわたり順次移動せしめら
れ、被処理基体に臨む領域全体各部から排気とともに均
一的に排除される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１及び図２は本発明に係る直流電圧印加方式の
平行平板型のプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示してい
る。図１は側方から見た概略構造を、図２は上方から見
た概略構造を示している。この装置は次の点を除いて図
６に示す従来プラズマＣＶＤ装置と実質上同構造のもの
である。

【００１９】従来装置と異なる点は次のとおりである。
真空容器１の外周に沿って複数の磁界発生コイル（電磁
コイル）Ａ（ａ１、ａ２）、Ｂ（ｂ１、ｂ２）、Ｃ（ｃ
１、ｃ２）が等間隔で配置されており、各コイルはロー
タリスイッチ装置８１に接続され、スイッチ装置８１に
は電磁コイル電源８２が接続されている。

【００２０】スイッチ装置８は成膜処理中、容器１の外
周に沿って一定方向において、各電磁コイルＡ、Ｂ、Ｃ
に択一的に通電するように、順次通電切り換えするもの
である。通電されたコイルにより発生する磁界方向はい
ずれも、電極２、３間の直流電界に対し垂直である。ま
た、図１中、電磁コイルＡのコイルａ１、ａ２を結ぶ線
に対し垂直な方向領域において、容器１に排気口Ｐａ
１、Ｐａ２が設けられ、同様にして電磁コイルＢのコイ
ルｂ１、ｂ２に対して排気口Ｐｂ１、Ｐｂ２が、電磁コ
イルＣのコイルｃ１、ｃ２に対して排気口Ｐｃ１、Ｐｃ
２が設けられている。各排気口は電磁弁Ｖａ１、Ｖａ
２、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｃ１、Ｖｃ２を介して図示しな
い配管により真空排気装置７の真空ポンプに接続されて
いる。各電磁弁は常閉型のもので、ロータリスイッチ装
置９１に接続されており、スイッチ装置９１には弁電源
９２が接続されている。スイッチ装置９１は、成膜中、
ロータリスイッチ装置８１によって各コイルへの通電が
切り換えられることに同期して、各電磁弁を順次択一的
に開成切り換えしていく。

【００２１】以上説明したプラズマＣＶＤ装置による
と、次のようにして本発明成膜方法が実施される。すな
わち、ホルダ兼電極２に被成膜基板Ｓが支持され、容器
１内が排気装置７にて所定成膜真空度に排気され、ま
た、ガス供給部６から容器１内に成膜用ガスが導入され
るとともに電極２、３間に電源５にて直流電界が形成さ
れる。かくして導入されたガスがプラズマ化され、この
プラズマのもとで基板Ｓ上に成膜される。

【００２２】また、この成膜処理中、電磁コイル用ロー
タリスイッチ装置８１の制御のもとに、電磁コイルＡ、
Ｂ、Ｃに例えばコイルＡ（ａ１、ａ２）、Ｂ（ｂ１、ｂ
２）、Ｃ（ｃ１、ｃ２）、Ａ（ａ２、ａ１）、Ｂ（ｂ
２、ｂ１）、Ｃ（ｃ２、ｃ１）、Ａ（ａ１、ａ２）、Ｂ
（ｂ１、ｂ２）・・・・という順序で電源８２から順次
通電される。

【００２３】電磁コイルへのかかる順次通電により、前
記直流電界に対し垂直に、且つ、該直流電界の周りに順
次方向を変えるように回動せしめられる磁界がかけら
れ、この磁界の作用で、プラズマ中の気相反応により発
生する微粒子が、基板Ｓに臨む領域Ｘの外へ多方向にわ
たり順次移動せしめられ、領域Ｘ全体の各部から均一的
に効率よく排除される。

【００２４】そして、このように排除された微粒子は、
電磁弁用ロータリスイッチ装置９１の制御のもとに、各
電磁弁へ、例えば電磁弁Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１、Ｖａ
２、Ｖｂ２、Ｖｃ２、Ｖａ１、Ｖｂ１・・・・という順
序で順次通電されることで、これら弁が順次開き、それ
によって、排除されてきた微粒子が速やかに容器１外へ
排除される。

【００２５】なお、図面には示していないが、各排気口
と真空ポンプとの間に微粒子除去フィルタ手段を設ける
ことも考えられる。かくして、形成される膜への微粒子
の付着や混入が抑制され、それだけ良質の膜が得られ
る。また、このように微粒子の付着や混入が抑制される
ので、成膜速度をそれだけ上げることもできる。

【００２６】また、かかる微粒子の排除により、プラズ
マが安定化するし、微粒子による電極の汚染も抑制さ
れ、全体として良質の膜を形成することができる。次に
本発明に係るプラズマエッチング処理の例について説明
する。図３及び図４は本発明に係る直流電圧印加方式の
平行平板型のプラズマドライエッチング装置の概略構成
を示している。図３は側方から見た概略構造を、図４は
上方から見た概略構造を示している。

【００２７】このエッチング装置は、次の点を除いて図
７に示す従来プラズマエッチング装置と実質上同構造の
ものである。従来装置と異なる点は、図１及び図２のプ
ラズマＣＶＤ装置の場合と同様に、電磁コイルＡ、Ｂ、
Ｃ、電磁コイル用ロータリスイッチ装置８１、電磁コイ
ル電源８２、排気口Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐｂ１、Ｐｂ２、
Ｐｃ１、Ｐｃ２、排気口を開閉する常閉型の電磁弁Ｖａ
１、Ｖａ２、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｃ１、Ｖｃ２、電磁弁
用ロータリスイッチ装置９１０、電磁弁用電源９２が設
けられている点である。但し、各排気口は図３に示すよ
うに陰電極２０に近い位置に設けられている。

【００２８】このエッチング装置によると、次のように
して本発明エッチング方法が実施される。すなわち、ホ
ルダ兼電極２０に被エッチング基板ｓが支持され、容器
１０内が排気装置７０にて所定エッチング真空度に排気
され、また、ガス供給部６０から容器１０内にエッチン
グ用ガスが導入されるとともに電極２０、３０間に電源
５０にて直流電界が形成される。かくして導入されたガ
スがプラズマ化され、このプラズマのもとで基板ｓ上の
膜がドライエッチングされる。

【００２９】また、このエッチング処理中、電磁コイル
用ロータリスイッチ装置８１の制御のもとに、電磁コイ
ルＡ、Ｂ、Ｃに例えばコイルＡ（ａ１、ａ２）、Ｂ（ｂ
１、ｂ２）、Ｃ（ｃ１、ｃ２）、Ａ（ａ２、ａ１）、Ｂ
（ｂ２、ｂ１）、Ｃ（ｃ２、ｃ１）、Ａ（ａ１、ａ
２）、Ｂ（ｂ１、ｂ２）・・・・という順序で電源８２
から順次通電される。

【００３０】電磁コイルへのかかる順次通電により、前
記直流電界に対し垂直に、且つ、該直流電界の周りに順
次方向を変えるように回動せしめられる磁界がかけら
れ、この磁界の作用で、プラズマ中の気相反応により発
生する微粒子が、基板ｓに臨む領域Ｙの外へ多方向にわ
たり順次移動せしめられ、領域Ｙ全体の各部から均一的
に効率よく排除される。

【００３１】そして、このように排除された微粒子は、
電磁弁用ロータリスイッチ装置９１０の制御のもとに、
各電磁弁へ、例えば電磁弁Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２、Ｖ
ａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１、Ｖａ２、Ｖｂ２・・・・という
順序で順次通電されることで、これら弁が順次開き、そ
れによって、排除されてきた微粒子が速やかに容器１０
外へ排除される。

【００３２】なお、図面には示していないが、この装置
の場合も各排気口と真空ポンプとの間に微粒子除去フィ
ルタ手段を設けてもよい。かくして、被エッチング面へ
の微粒子の付着や混入が抑制され、それだけ良好なエッ
チングが実施される。また、このように微粒子の付着や
混入が抑制されるので、エッチング速度をそれだけ上げ
ることもできる。

【００３３】また、かかる微粒子の排除により、プラズ
マが安定化するし、微粒子による電極の汚染も抑制さ
れ、全体としてエッチングが円滑に実施される。次に、
図１及び図２に示すプラズマＣＶＤ装置による成膜の具
体例を説明する。ホルダ電極２に５インチシリコン基板
Ｓを保持させる。

【００３４】成膜条件として、次を採用する。成膜用ガス：シラン（ＳｉＨ₄）１００ｓｃｃｍ水素（Ｈ₂）４００ｓｃｃｍ成膜基板温度：２３０℃ 成膜ガス圧：１．０Ｔｏｒｒ直流電圧：５００Ｖ磁界及び電磁弁：成膜中一定の時間間隔で各コイルへの
通電を順次切り換え、次の〜・・・の順序で磁極を
変化させた。

【００３５】また、これに伴って各電磁弁を次のように
制御した。Ａ通電ａ１Ｎ極ａ２Ｓ極弁Ｖａ１開Ｂ通電ｂ１Ｎ極ｂ２Ｓ極弁Ｖｂ１開Ｃ通電ｃ１Ｎ極ｃ２Ｓ極弁Ｖｃ１開Ａ通電ａ１Ｓ極ａ２Ｎ極弁Ｖａ２開Ｂ通電ｂ１Ｓ極ｂ２Ｎ極弁Ｖｂ２開Ｃ通電ｃ１Ｓ極ｃ２Ｎ極弁Ｖｃ２開以上〜を繰り返す。

【００３６】以上の成膜条件のもとに、基板Ｓ上に水素
化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を形成させ
た。また、比較のため、前記と同成膜条件で、但し、磁
界をかけず、また各電磁弁Ｖａ１・・・・は閉じたまま
での成膜も行った。形成された両膜表面における０．３
μｍ以上のパーティクル個数を数えたところ、本発明に
よる成膜のパーティクル個数は、比較例のものに比べて
大幅に少なかった。

【００３７】また、図３及び図４に示すエッチング装置
により、被エッチング基板ｓとしてその表面にＩＴＯ膜
を有するものを採用し、エッチングガスとしてメタン
（ＣＨ ₄）及び水素（Ｈ₂）を採用してドライエッチング
を行ったところ、このエッチング処理においても被エッ
チング面へのパーティクル付着は従来より減少してい
た。

【００３８】

【発明の効果】本発明によると、直流放電型プラズマ処
理方法及び装置であって、プラズマ中の気相反応で発生
する微粒子を、被成膜基体或いは被エッチング面に臨む
領域から効率よく排除することができ、またそれによっ
てプラズマ処理速度を向上させることができるものを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の１例の側方
から見た概略構造を示す図である。

【図２】図１に示す装置の上方から見た概略構造を示す
図である。

【図３】本発明に係るエッチング装置の１例の側方から
見た概略構造を示す図である。

【図４】図３に示す装置の上方から見た概略構造を示す
図である。

【図５】本発明に係るプラズマ処理の原理説明図であ
る。

【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置例の概略構造を示す
図である。

【図７】従来エッチング装置例の概略構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

１、１０真空容器２ホルダ兼接地電極２０ホルダ兼陰電極３陰電極３０接地電極４ヒータ５、５０電源６、６０ガス供給部７、７０排気装置８１電磁コイル用ロータリスイッチ装置８２電磁コイル電源９１、９１０弁用ロータリスイッチ装置９２弁電源Ａ（ａ１、ａ２）電磁コイルＢ（ｂ１、ｂ２）電磁コイルＣ（ｃ１、ｃ２）電磁コイルＰａ１、Ｐａ２、Ｐｂ１、Ｐｂ２、Ｐｃ１、Ｐｃ２排
気口Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｃ１、Ｖｃ２電
磁弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/3065

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流放電型プラズマ処理方法において、
プラズマ生成のために印加される直流電界に対し、垂直
に、且つ、前記直流電界の周りに順次回動する磁界をか
け、それにより該プラズマ中のイオンを移動させること
で該プラズマ中の気相反応により発生する微粒子を被処
理基体に臨む領域の外方へ移動させるとともに前記磁界
をかけることで前記微粒子が排除されてくる領域から微
粒子移動方向下流側で排気を行うことを特徴とする直流
放電型プラズマ処理方法。
【請求項２】直流放電型プラズマ処理装置において、
プラズマ中の気相反応により発生する微粒子を該プラズ
マ中のイオンを移動させることで被処理基体に臨む領域
の外方へ移動させるための磁界をかける手段であって、
プラズマ生成のために印加される直流電界に対し垂直な
磁界で、且つ、該直流電界の周りに順次回動する磁界を
かける手段と、前記直流電界に垂直で、且つ、該電界の
周りに順次回動する磁界がかけられることで前記微粒子
が排除されてくる各領域にそれぞれ排気口を臨ませた排
気手段とを備えていることを特徴とする直流放電型プラ
ズマ処理装置。