JP3339200B2 - プラズマ発生装置、プラズマ加工方法および薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

プラズマ発生装置、プラズマ加工方法および薄膜トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造プロ
セスにおけるプラズマを用いた加工を行うプラズマ発生
装置、プラズマ加工方法および薄膜トランジスタの製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造プロセスでは、プラズ
マ発生装置（例えばプラズマドーピング装置，プラズマ
ＣＶＤ装置，プラズマエッチング装置，プラズマアッシ
ング装置等）を用いた種々の加工がなされている。上記
いずれの装置による加工もプラズマを発生させて、その
プラズマを用いて加工を行う。
【０００３】プラズマドーピング装置では、例えばドー
プする不純物原子を含むガス雰囲気中でグロー放電プラ
ズマを発生させて試料中に不純物原子をドーピングす
る。
【０００４】またプラズマＣＶＤ装置では、例えば反応
性ガス雰囲気に高周波グロー放電プラズマを発生させ、
反応性ガスを分解して得た原子を堆積することで薄膜を
形成する。
【０００５】さらにプラズマエッチング装置では、例え
ば反応性ガス雰囲気中でプラズマを発生させ、中性活性
種の作用でエッチングを進行させる。このような装置に
は、プラズマアッシング装置もある。または中性活性種
と反応性ガスイオンとの相乗効果によってエッチングを
進行させる。もしくは磁場により形成された発散磁界に
沿ってイオン源よりプラズマを放射させ、プラズマ流内
に置かれた試料をエッチングする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記説明したプラズマ
発生装置では、プラズマを発生させるとプラズマの発生
領域から紫外線が放出される。そのため、プラズマ加工
中の試料に紫外線が照射されるので、試料が損傷を受け
る。
【０００７】その一例をプラズマドーピングによる水素
化処理によって説明する。プラズマ水素化処理は、多結
晶シリコン膜中に水素をドーピングして多結晶シリコン
膜の結晶粒界を排除する技術である。上記プラズマ水素
化処理では、プラズマ生成領域から１１０ｎｍ〜１８０
ｎｍの波長範囲の高エネルギーな紫外線が放出される。
多結晶シリコンデバイスは、このような紫外線にさらさ
れると容易に損傷を受ける。
【０００８】例えば、図２にプラズマ水素化薄膜トラン
ジスタ（以下ＴＦＴという、ＴＦＴはThin Film Tran
sistorの略）デバイスの特性としてドレイン電流−ゲー
ト電圧曲線（Ｉｄ−Ｖｇ曲線）を示す。図では、縦軸に
ドレイン電流を示し、横軸にドレイン電圧を示す。
【０００９】図２の（ａ）の特性曲線（実線で示す）で
示すデバイスは水素化したものであって、非水素化デバ
イスと比較してかなり良好な特性を示してはいるが、特
に優れた特性ではない。これはグロー放電で発生する紫
外線およびエネルギーに富んだ粒子によって生じる損傷
のためである。
【００１０】次いで、水素流束を阻止する石英ガラスで
上記デバイスの被加工面側をカバーした後、２８５℃の
プラズマ発生領域から放出される紫外線にさらした。そ
の結果、図２の（ｂ）に示すような特性曲線（破線で示
す）が得られた。この特性曲線からわかるように、紫外
線にさらした後のデバイス特性は大きく劣化することが
わかった。
【００１１】その後さらに、２８５℃の温度で１時間に
わたってアニーリングを行った。このアニーリングによ
って、紫外線にさらした部分で発生した損傷が修復可能
か否かを確認した。その結果、図２の（ｃ）に示す特性
曲線（１点鎖線で示す）のように、デバイス特性はある
程度回復するが、完全には回復していないことがわかっ
た。したがって、デバイスは紫外線にさらされると、特
性が劣化するような損傷を受けることがわかった。
【００１２】本発明は、プラズマ発生装置で発生する紫
外線の影響を排除するのに優れたプラズマ加工方法、プ
ラズマ発生装置および薄膜トランジスタの製造方法を提
供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたプラズマ発生装置、プラズマ加工
方法および薄膜トランジスタの製造方法である。
【００１４】プラズマ発生装置は、チェンバー内にプラ
ズマを発生させて該チェンバー内に配置した試料の加工
を行うプラズマ発生装置において、前記チェンバー内で
前記試料の被加工面に対向する位置に前記プラズマを発
生させて形成されるプラズマ領域と前記試料との間に、
断面がく字形で環状の複数の紫外線遮蔽板を前記試料の
被加工面に対して斜めでかつ該紫外線遮蔽板どうしが所
定間隔を置いて重なる状態に配置したものからなる紫外
線遮蔽手段を備えたものである。
【００１５】プラズマ加工方法は、チェンバー内にプラ
ズマを発生させて、該プラズマによって該チェンバー内
に配置した試料を加工するプラズマ加工方法において、
前記チェンバー内で前記試料の被加工面に対向する位置
に前記プラズマを発生させて形成されるプラズマ領域と
前記試料との間に、断面がく字形で環状の複数の紫外線
遮蔽板を前記試料の被加工面に対して斜めでかつ該紫外
線遮蔽板どうしが所定間隔を置いて重なる状態に配置し
たものからなる紫外線遮蔽手段を配置し、前記チェンバ
ー内に発生させた前記プラズマ領域から放射される紫外
線を前記紫外線遮蔽手段によって遮るとともに、前記紫
外線遮蔽板間を通して前記プラズマ領域中の粒子を前記
試料表面に導いて、前記試料に前記粒子をドーピングす
る、または前記粒子によって前記試料表面をエッチング
する、または前記試料表面に前記粒子を堆積して膜を形
成する。
【００１６】薄膜トランジスタの製造方法は、チェンバ
ー内に水素プラズマを発生させて、該水素プラズマによ
って該チェンバー内に配置した薄膜トランジスタをプラ
ズマ水素化処理するプロセスを含む薄膜トランジスタの
製造方法において、前記チェンバー内で前記薄膜トラン
ジスタの被加工面に対向する位置に前記水素プラズマを
発生させて形成される水素プラズマ領域と前記薄膜トラ
ンジスタとの間に、断面がく字形で環状の複数の紫外線
遮蔽板を前記薄膜トランジスタの被加工面に対して斜め
でかつ該紫外線遮蔽板どうしが所定間隔を置いて重なる
状態に配置したものからなる紫外線遮蔽手段を配置し、
前記チェンバー内に発生させた水素プラズマ領域から放
射される紫外線を前記紫外線遮蔽手段によって遮るとと
もに、前記紫外線遮蔽板間を通して前記水素プラズマ領
域中の水素を前記薄膜トランジスタ表面に導いて、前記
薄膜トランジスタに水素をドーピングする。
【００１７】
【作用】上記プラズマ発生装置では、チェンバー内で試
料の被加工面に対向する位置にプラズマを発生させて形
成されるプラズマ領域と試料との間に、上記構成の紫外
線遮蔽手段を備えたから、断面がく字形で環状の複数の
紫外線遮蔽板によって直進性のある紫外線は遮られる。
したがって、プラズマ加工中に試料は紫外線によって損
傷を受けない。一方、プラズマ化した粒子は紫外線遮蔽
板間を通って試料表面に到達する。
【００１８】上記プラズマ加工方法では、上記構成の紫
外線遮蔽手段を配置したから、チェンバー内に発生させ
たプラズマ領域から放出される直進性のある紫外線は紫
外線遮蔽手段によって遮られるので、試料表面には紫外
線が照射されない。このため、試料は紫外線によって損
傷を受けない。またプラズマ領域中のプラズマ化した粒
子は紫外線遮蔽板間を通って試料表面に導かれて、試料
内に粒子をドーピングされる、または粒子によって試料
表面がエッチングされる、または試料表面に粒子を堆積
して膜が形成される。このため、試料は紫外線による損
傷を受けることなく所望の加工が成される。
【００１９】上記薄膜トランジスタの製造方法では、上
記構成の紫外線遮蔽手段を配置したから、チェンバー内
に発生させた水素プラズマ領域から放出される直進性の
ある紫外線は紫外線遮蔽手段によって遮られるので、薄
膜トランジスタ表面には紫外線が照射されない。また水
素プラズマ領域中のプラズマ化した水素は紫外線遮蔽板
間を通って薄膜トランジスタ表面に導かれるので、薄膜
トランジスタは紫外線によって損傷を受けることなく、
薄膜トランジスタ内に水素がドーピングされる。
【００２０】
【実施例】本発明のプラズマ発生装置の実施例を、図１
の概略模式断面図によって説明する。
【００２１】図１に示すように、プラズマ発生装置１
は、チェンバー１１内に配置した試料１０１の被加工面
１０１Ｓにほぼ対向する位置にプラズマ化した粒子（以
下プラズマと記す）Ｐを発生させて被加工面１０１Ｓの
プラズマ加工を行うものである。ここでは、一例として
一般的な平行平板型の第１，第２電極１２，１３を有す
るものを示す。したがって、プラズマＰは第１電極１２
と第２電極１３との間に発生する。そして第２電極１３
上には試料１０１が載置される。また上記第１，第２電
極１２，１３には電源１４が接続されている。またチェ
ンバー１１の天井側にはプロセスガスＧを導入するガス
導入部１５が設けられている。さらにチェンバー１１の
底部側には真空排気を行う排気部１６は設けられてい
る。
【００２２】そして上記プラズマＰを発生する領域（以
下プラズマ領域と記す）２１と第２電極１３上の試料１
０１との間には、プラズマＰ（プラズマＰの経路はプラ
ズマ領域２１から出る曲線の矢印で示す）を通すととも
にプラズマ領域２１から放出される紫外線ＵＶ（図中で
はプラズマ領域２１から出る直線の矢印で示す）を遮る
紫外線遮蔽手段４１が設けられている。
【００２３】紫外線遮蔽手段４１は、断面が略く字形で
環状の複数（例えばｍ枚）の紫外線遮蔽板４２ａ，４２
ｂ，・・・，４５ｍを試料１０１の被加工面１０１Ｓに
対して斜めでかつ該紫外線遮蔽板４２ａ，４２ｂ，・・
・，４２ｍどうしが所定間隔ｄ２を置いて重なる状態に
配置したものからなる。すなわち、例えば図中の上方か
ら下方を見た場合に、各紫外線遮蔽板４２ａ，４２ｂ，
・・・，４２ｍの間隔ｄ２から試料側が見えない状態に
配置されている。
【００２４】上記構成の紫外線遮蔽手段４１では、紫外
線遮蔽板４２ａ，・・・，４２ｍが試料１０１の被加工
面１０１Ｓに対して斜めに所定間隔ｄ２を置いた状態で
かつオーバラップする状態に配置した構成になっている
ことから、プラズマ領域２１から発生する紫外線ＵＶは
直進性があるので紫外線遮蔽板４２ａ，・・・，４２ｍ
によって遮られる。一方、排気部１６によって真空排気
をしているため、プラズマ領域２１のプラズマＰは紫外
線遮蔽板４２ａ，４２ｂ，・・・，４２ｍ間を通って試
料１０１の被加工面１０１Ｓに到達する。
【００２５】上記説明した平行平板型電極のプラズマ発
生装置１以外にも、上記紫外線遮蔽手段４１を設けるこ
とができる。すなわち、チェンバー内でプラズマを発生
させてプラズマ加工を行う装置であれば、紫外線遮蔽手
段４１を取り付けることが可能である。ここでいうプラ
ズマ加工とは、変質加工であるドーピングおよび酸化，
除去加工であるエッチングおよびアッシング，成膜加工
であるＣＶＤ等の加工をいう。装置例としては、平行平
板型のプラズマ発生装置の他に、ヘキソード型プラズマ
発生装置，ＥＣＲプラズマ発生装置，マイクロ波プラズ
マ発生装置等に適用できる。そして各プラズマ発生装置
は、ドーピング装置，エッチング装置，ＣＶＤ装置，ア
ッシング装置等に適用される。
【００２６】本発明のプラズマ加工方法を以下に説明す
る。ここでは、プラズマ加工方法の一例として水素ドー
ピング法を、前記図１によって説明する。
【００２７】図１に示すように、水素ドーピングを行う
には、まずチェンバー１１の内部の所定位置に試料１０
１を配置する。そして排気手段（図示省略）によって、
チェンバー１１の内部を高真空状態にした後、所定圧力
になるように水素ガスＨを導入する。水素ガスＨが導入
されている際も、チェンバー１１の内部は上記排気手段
によって真空引きされていて、所定の圧力に保たれてい
る。そして例えばグロー放電によってチェンバー１１の
内部にプラズマ（水素プラズマ）Ｐを発生させる。
【００２８】発生したプラズマ（水素プラズマ）Ｐは上
記試料１０１に導入され、水素ドーピングが行われる。
その際、水素プラズマＰが発生するプラズマ領域２１か
らは直進性を有する紫外線ＵＶ（図中ではプラズマ領域
２１から出る直線の矢印で示す）が放出される。一方水
素プラズマＰはガス状態になっている。このような性質
を利用して、直進する紫外線ＵＶを遮り、曲がりくねっ
た経路も通ることができる水素プラズマＰを通すような
フィルター作用を有する紫外線遮蔽手段４１によって、
試料１０１の被加工面１０１Ｓには水素プラズマＰのみ
を到達させる。
【００２９】上記プラズマ加工方法では、チェンバー１
１内に発生させたプラズマ領域２１から放出される紫外
線ＵＶを遮ることから、試料１０１の被加工面１０１Ｓ
には紫外線ＵＶは照射されない。このため、試料１０１
は紫外線ＵＶの影響による損傷を受けない。またプラズ
マ領域２１中の水素プラズマＰは試料１０１の被加工面
１０１Ｓに導入されて、試料１０１に水素プラズマＰが
ドーピングされる。
【００３０】上記プラズマ加工方法を、ＴＦＴの水素化
処理に用いると、従来のプラズマ水素化ＴＦＴデバイス
で問題となっていた紫外線の影響を排除できるので、Ｔ
ＦＴに紫外線を照射することなく、ＴＦＴへの水素ドー
ピングが行える。そのため、上記プラズマ加工方法によ
り水素化処理を施したＴＦＴは、従来のプラズマ水素化
ＴＦＴデバイスよりも優れたデバイス特性が得られる。
【００３１】上記プラズマ加工方法は、プラズマドーピ
ングの一例を説明したが、プラズマエッチング，プラズ
マアッシング，プラズマＣＶＤ，プラズマ陽極酸化等で
も、上記と同様にして、プラズマ領域から放出される紫
外線を遮蔽してプラズマ化した粒子（水素）のみを試料
表面に到達させることで紫外線の影響を受けない加工が
行える。すなわち、従来、紫外線が照射されることによ
って試料に発生していたダングリングボンドが発生しな
くなる。
【００３２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明のプラズマ
発生装置によれば、チェンバー内に発生するプラズマ領
域と試料との間にプラズマ化した粒子を通すとともに紫
外線を遮る紫外線遮蔽手段を設けたので、試料表面にプ
ラズマ化した粒子は導かれるが紫外線は照射されない。
したがって、プラズマ加工中に試料は紫外線によって損
傷を受けない。したがって、電気的特性に優れた半導体
装置の形成が可能になる。
【００３３】本発明のプラズマ加工方法によれば、チェ
ンバー内に発生させたプラズマ領域から放出される紫外
線を遮ることから、試料には紫外線が照射されない。こ
のため、試料は紫外線によって損傷を受けない。またプ
ラズマ領域中の粒子は試料表面に導かれて、試料に粒子
をドーピングする、または粒子によって試料表面をエッ
チングする、または試料表面に粒子を堆積して膜を形成
する。このため、試料を損傷することなく、その試料に
対して所望の加工を成すことができる。したがって、試
料に半導体装置を形成する場合には半導体装置の電気的
特性の向上を図ることが可能になる。
【００３４】本発明の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製
造方法によれば、チェンバー内に発生させたプラズマ領
域から放出される紫外線を遮るので、ＴＦＴには紫外線
が照射されない。このため、ＴＦＴは紫外線によって損
傷を受けない。またプラズマ領域中の水素をＴＦＴ表面
に導くので、ＴＦＴを損傷することなくＴＦＴに水素を
ドーピングすることができる。したがって、本発明のＴ
ＦＴの製造方法により製造されたＴＦＴは、従来の水素
化処理を施したＴＦＴよりも電気的特性の向上を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ発生装置の実施例の概略模式断面図で
ある。
【図２】課題を説明するＩｄ−Ｖｇ特性図である。
【符号の説明】
１…プラズマ発生装置、１１…チェンバー、４１…紫外
線遮蔽手段、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，・・・，４２ｍ
…紫外線遮蔽板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−192520（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−152333（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−84837（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−31803（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 14/54 H01L 21/3065 H01L 21/31

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チェンバー内にプラズマを発生させて該
    チェンバー内に配置した試料の加工を行うプラズマ発生
    装置において、 前記チェンバー内で前記試料の被加工面に対向する位置
    に前記プラズマを発生させて形成されるプラズマ領域と
    前記試料との間に、 断面がく字形で環状の複数の紫外線遮蔽板を前記試料の
    被加工面に対して斜めでかつ該紫外線遮蔽板どうしが所
    定間隔を置いて重なる状態に配置したものからなる紫外
    線遮蔽手段を備えたことを特徴とするプラズマ発生装
    置。
  2. 【請求項２】 チェンバー内にプラズマを発生させて、
    該プラズマによって該チェンバー内に配置した試料を加
    工するプラズマ加工方法において、 前記チェンバー内で前記試料の被加工面に対向する位置
    に前記プラズマを発生させて形成されるプラズマ領域と
    前記試料との間に、断面がく字形で環状の複数の紫外線
    遮蔽板を前記試料の被加工面に対して斜めでかつ該紫外
    線遮蔽板どうしが所定間隔を置いて重なる状態に配置し
    たものからなる紫外線遮蔽手段を配置し、 前記チェンバー内に発生させた前記プラズマ領域から放
    射される紫外線を前記紫外線遮蔽手段によって遮るとと
    もに、前記紫外線遮蔽板間を通して前記プラズマ領域中
    の粒子を前記試料表面に導いて、 前記試料に前記粒子をドーピングする、または前記粒子
    によって前記試料表面をエッチングする、または前記試
    料表面に前記粒子を堆積して膜を形成することを特徴と
    するプラズマ加工方法。
  3. 【請求項３】 チェンバー内に水素プラズマを発生させ
    て、該水素プラズマによって該チェンバー内に配置した
    薄膜トランジスタをプラズマ水素化処理するプロセスを
    含む薄膜トランジスタの製造方法において、 前記チェンバー内で前記薄膜トランジスタの被加工面に
    対向する位置に前記水素プラズマを発生させて形成され
    る水素プラズマ領域と前記薄膜トランジスタとの間に、
    断面がく字形で環状の複数の紫外線遮蔽板を前記薄膜ト
    ランジスタの被加工面に対して斜めでかつ該紫外線遮蔽
    板どうしが所定間隔を置いて重なる状態に配置したもの
    からなる紫外線遮蔽手段を配置し、 前記チェンバー内に発生させた水素プラズマ領域から放
    射される紫外線を前記紫外線遮蔽手段によって遮るとと
    もに、前記紫外線遮蔽板間を通して前記水素プラズマ領
    域中の水素を前記薄膜トランジスタ表面に導いて、前記
    薄膜トランジスタに水素をドーピングすることを特徴と
    する薄膜トランジスタの製造方法。
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