JP5738762B2 - マイクロ波プラズマ装置、半導体処理装置及び半導体基板の処理方法 - Google Patents
マイクロ波プラズマ装置、半導体処理装置及び半導体基板の処理方法 Download PDFInfo
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Description
室温又は数百℃の温度で、金属に比べてシリコンの選択的な酸化は、そのような方法では不可能である。高い誘電率を有した層、特に結晶層は、大きな領域上に欠陥が無い状態で堆積させることはできない。
a)半導体基板を処理室に導入し、処理室に配置された基板ホルダー上に半導体基板を配置し、
b)処理室を排気し、
c)プロセスガスを処理室に導入し、
d)マイクロ波プラズマ装置の電極を介してマイクロ波放射を処理室に挿入し、処理室内でマイクロ波プラズマを発生し、
e)マイクロ波放射をオフにし、
f)処理室を通気し、
g)処理室から半導体基板を取り出す。
工程a)からg)の間であって、工程d)の前に及び/又は工程d)の間に及び/又は工程d)の後に、半導体基板を所定の温度に加熱してもよい。所定の温度とは、好ましくは室温から650℃までの間である。
マイクロ波プラズマは、処理室に酸化性中性ガス及び/又は還元性ガスの導入およびマイクロ波発生器20からのマイクロ波のエネルギーによるガスの励起によって、通常2.54GHzの周波数で、大気圧の約1/10000から1/1000の負圧で発生する。処理対象の基板15は、回転および昇降装置13および基板ホルダー14,14aによって回転されるとともに、マイクロ波同軸導体の電極21,22に対して所望の距離(約1cmから15cm)で保持される。圧力、ガス混合物、マイクロ波電力および電極距離を適正に設定することによって、基板において所望のプラズマ密度又は電荷密度を生成することができ、所望の処理結果が得られる。基板の導電率および電極までの距離とは独立にプラズマを生成するために、同軸の内部導体21と同軸の外部導体22との間に導入されるマイクロ波のエネルギーが同軸の外部導体22の開口から均一に流出し、かつマイクロ波のエネルギーが均一にプラズマゾーンに導入され、そこで吸収されるということが必要である。これは、同軸の内部導体21の周りおよび同軸の内部導体21に沿って、同軸の外部導体22を対応する外部導体22の終端部又は対応する点火装置とともに適切にデザインすることによって得られる。マイクロ波は導電性の基板を通して伝播し、制御不可能な結果になるおそれがあるので、通常、棒状又は厚板形状のプラズマ励起において用いられる内部導体のみを介したプラズマ励起は、ここでは使用することができない。同軸の内部導体21の一端は、プラズマ点火装置23によって形成されており、このプラズマ点火装置23はガスが低圧および高圧で確実に点火するということを確保するために設けられている。
Claims (14)
- マイクロ波発生器(20)に接続可能な接続端部と自由端とを備える少なくとも1つの電極(21,22)と、
少なくとも1つのプラズマ点火装置(23)とを有し、
前記少なくとも1つの電極(21,22)は、導電性材料からなる同軸の内部導体(21)および導電性材料からなる同軸の外部導体(22)を備え、前記同軸の外部導体は、前記同軸の内部導体を少なくとも部分的に囲み、かつ同軸の内部導体から間隔をおいて配置されているマイクロ波プラズマ装置であり、
前記同軸の外部導体(22)は長手方向に、前記同軸の外部導体が前記同軸の内部導体を完全に囲む少なくとも1つの第1領域(31)を有し、
前記プラズマ点火装置(23)は、前記同軸の内部導体(21)に接続し、
前記同軸の外部導体(22)は、前記少なくとも1つの第1領域(31)に隣接して少なくとも1つの別の領域(32)を有し、
前記同軸の外部導体(22)が前記別の領域(32)において前記第1領域(31)から前記少なくとも1つの電極の前記自由端に向かい連続的に先細状になるように又は狭くなるように形成されて前記同軸の内部導体(21)を囲む面積が次第に小さくなり、
前記少なくとも1つの電極(21,22)が前記マイクロ波発生器(20)に接続されるときに、マイクロ波発生器(20)によって発生したマイクロ波放射は前記同軸の内部導体(21)の長手方向の軸線にほぼ直角に前記少なくとも1つの別の領域(32)から出ることを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。 - 前記プラズマ点火装置(23)は前記同軸の内部導体(21)の自由端に接続することを特徴とする請求項1記載のマイクロ波プラズマ装置。
- 前記少なくとも1つの別の領域(32)は、前記同軸の内部導体(21)の長手方向の軸線に沿って、非導電性材料(11)によって囲まれていることを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ波プラズマ装置。
- 前記非導電性材料(11)は、石英ガラス、アルミナ又はサファイアであり、及び/又は、
前記非導電性材料(11)は、中空の円筒として形成されており、及び/又は、
前記非導電性材料(11)は、前記電極(21,22)の一端を囲んでおり、前記非導電性材料と前記少なくとも1つの別の領域(32)との間に空間が形成され、前記空間は雰囲気圧力の周囲空気で満たされていることを特徴とする請求項3記載のマイクロ波プラズマ装置。 - 前記同軸の外部導体は、前記少なくとも1つの別の領域(32)において楕円形状又はひし形形状の開口(22a,22b,22c)を備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ装置。
- 前記プラズマ点火装置(23)は、発振器として形成され、前記発振器の波長は、マイクロ波発生器(20)の波長の半分及び/又はマイクロ波発生器(20)の波長の整数倍であり、及び/又は、
同軸の内部導体(21)は、同軸の外部導体を超えて長手方向に伸び、及び/又は、
同軸の内部導体(21)は、その端部が湾曲した形状をしていることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ装置。 - 処理室を取り囲み、半導体基板を挿入するための閉塞可能な開口を備えた金属製の箱(10)と、
前記処理室内に配置され、半導体基板(15)を保持するための基板ホルダー(14a)と、
前記処理室内に配置された少なくとも1つのアイソレータ管(11)と、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の少なくとも1つのマイクロ波プラズマ装置とを備え、
少なくとも前記別の領域(32)が前記少なくとも1つのアイソレータ管内に受け入れられるように、前記少なくとも1つの電極(21,22)は少なくとも部分的に前記少なくとも1つのアイソレータ管(11)内に設置され、
同軸の外部導体が前記基板ホルダー上に受け入れられた基板(15)の縁部領域を超えて開口するように、同軸の外部導体は配置され、
プロセスガスを前記処理室に導入するための前記金属製の箱(10)の少なくとも1つの入口開口(18)と、
プロセスガスを前記処理室から排気するための前記金属製の箱(10)の少なくとも1つの出口開口(19)とを備えたことを特徴とする半導体処理装置。 - 前記出口開口(19)に接続される真空ポンプをさらに備え、前記真空ポンプは前記処理室のプロセスガスの圧力を、1mTorrから20Torrまで調整可能であることを特徴とする請求項7記載の半導体処理装置。
- 前記基板ホルダー(14a)は前記処理室内に回転可能に配置され、及び/又は前記基板ホルダー(14a)は基板ホルダーとアイソレータ管(11)との距離を変えられるように高さが調整可能であり、及び/又は前記基板ホルダー(14a)は冷却可能及び/又は加熱可能であり、及び/又は前記基板ホルダー(14a)は少なくとも部分的に窒化アルミニウム、窒化ケイ素、石英及びサファイアの少なくとも1つからなることを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体処理装置。
- 前記処理室に配置されるとともに、前記基板ホルダー(14a)の基板保持領域の上方及び/又は下方の少なくとも1つの面にほぼ平行に配置された複数のアイソレータ管(11)を備え、各アイソレータ管(11)は、前記少なくとも1つの電極(21,22)の各々の少なくとも1つの別の領域(32)を囲み、前記電極(21,22)のマイクロ波放射電力は、開ループ及び/又は閉ループ方式で個別に及び/又はグループ単位で制御可能であり、隣接する電極(21,22)は、前記各アイソレータ管(11)の反対側で前記各マイクロ波源(20)に接続可能になっていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の半導体処理装置。
- 前記基板ホルダー(14a)の基板保持領域の下方及び/又は上方に配置されている加熱要素を備え、前記加熱要素はハロゲンランプ及び/又はアークランプであり、及び/又は前記加熱要素は石英ガラス及び/又は不純物原子でドープされた石英ガラスによって処理室から分離されていることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の半導体処理装置。
- アイソレータ板(25)は、マイクロ波プラズマ装置によって発生するプラズマと金属壁との接触が防止されるように金属製の箱の上部側に配置され、及び/又は、
前記金属製の箱(10)は、前記処理室に面している陽極酸化アルミニウムからなる表面領域を備え、及び/又は、
前記処理室に配置されるとともに、基板保持領域の上方に前記金属製の箱(10)から間隔をおいて配置された電極(26)を備え、前記電極(26)は、前記アイソレータ板(25)に接続可能になっていることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載の半導体処理装置。 - 請求項7乃至12のいずれか1項に記載の半導体処理装置において、半導体基板を処理する方法であって、
a)半導体基板を処理室に挿入し、半導体基板を処理室内に配置された基板ホルダー上に配置する工程と、
b)前記処理室の閉塞可能な開口を閉塞する工程と、
c)前記処理室を排気する工程と、
d)前記処理室にプロセスガスを導入する工程と、
e)マイクロ波プラズマ装置の電極(21,22)を介してマイクロ波放射を前記処理室に導入して前記処理室内にマイクロ波プラズマを発生させる工程と、
f)前記マイクロ波放射をオフする工程と、
g)前記処理室を通気する工程と、
h)前記処理室の閉塞可能な開口を開く工程と、
i)前記処理室から半導体基板を取り出す工程と、
を備えたことを特徴とする半導体基板の処理方法。 - マイクロ波放射を前記処理室に導入する工程の前及び/又はかかる工程の間及び/又はかかる工程の後に、前記処理室内で前記半導体基板を700℃以下に加熱し、及び/又は、
前記プロセスガスは、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、窒素、重水素及び/又は亜酸化窒素、又はこれらガスの混合物、及び/又は、NF3、CF4、Cl2又はこれらのガスの混合物から選択される少なくとも1つのガスからなることを特徴とする請求項13記載の半導体基板の処理方法。
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