JPH0236672B2 - - Google Patents

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JPH0236672B2
JPH0236672B2 JP55502335A JP50233580A JPH0236672B2 JP H0236672 B2 JPH0236672 B2 JP H0236672B2 JP 55502335 A JP55502335 A JP 55502335A JP 50233580 A JP50233580 A JP 50233580A JP H0236672 B2 JPH0236672 B2 JP H0236672B2
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/517—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using a combination of discharges covered by two or more of groups C23C16/503 - C23C16/515
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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Description

請求の範囲 １ プラズマにより物品を加工する装置であつ
て、該装置はおのおのが異なる活性化レベルを有
する少なくとも２つの潜在的に反応性の種を別々
に活性化させ結合されたときに反応性プラズマを
形成する装置であり、 前記潜在的に反応性の種の少なくとも１つの活
性化された種をそこに生成するよう非反応性プラ
ズマを形成する手段であつて、密封された反応チ
ヤンバと該チヤンバ内に置かれ第１の電源に接続
された第１と第２の離間した電極とを含む非反応
性プラズマ形成手段； より高い活性化レベルを有する前記潜在的に反
応性の種の他方を別に活性化する手段であつて、
前記密封された反応チヤンバ内に置かれ第２の電
源に接続された第２のチヤンバを含む別に活性化
する手段；および 前記別に活性化する手段は前記より高い活性化
レベルを有する活性化された種を前記第２のチヤ
ンバから前記非反応性プラズマ内へと流入させて
反応性プラズマを形成する手段を含むものである
装置。
２ 請求の範囲第１項記載の装置において、前記
第２のチヤンバは導波管であることを特徴とする
装置。
３ 請求の範囲第１項記載の装置において、前記
密封された反応チヤンバは円筒形の形状であり、
前記第１および第２の電極は円板形であり、かつ
前記チヤンバ内に同軸的に位置し、前記第２のチ
ヤンバは前記第１の円板形電極と同軸で、かつ整
合した矩形断面のトロイド状導波管からなること
を特徴とする装置。
４ 請求の範囲第１項記載の装置において、前記
第２の電源はマイクロ波エネルギー源であり、そ
して前記第２のチヤンバはマイクロ波エネルギー
をその中を通過させるが前記密封されたチヤンバ
の真空を維持する導波管であることを特徴とする
装置。
５ 請求の範囲第１項記載の装置において、前記
第１の電源は前記第１と第２の電極間に接続され
た高周波エネルギー源と該高周波エネルギー源と
前記電極との間に設けられたインピーダンス整合
手段を含むことを特徴とする装置。
６ 請求の範囲第１項記載の装置において、前記
第２のチヤンバは導波管であり、該導波管は活性
化された反応種が該導波管の外に流れることを許
容するための多数の円周方向に配置された開口を
含むことを特徴とする装置。
７ 請求の範囲第６項記載の装置において、 少なくとも１つのリング形の供給管が前記電極
の１つの近くに位置し、かつ少なくとも１つの潜
在的に反応性の種の源に連結されていることを特
徴とする装置。
８ 請求の範囲第７項記載の装置において、 使用済みのガスを前記チヤンバから排出するた
めの手段を有していることを特徴とする装置。
明細書 広義には、本発明はプラズマに関する。特に、
好ましい実施例においては、本発明は、反応種の
少なくとも１つが別個のチヤンバ内で予め活性化
され、均等性を改善しかつ共通反応炉内における
各活性化された反応種の相対的集中を制御する、
プラズマ物品加工装置に関する。
発明の背景 高周波電力、半径流、平行板プラズマ反応炉は
半導体工業においてはデポジシヨンおよびエツチ
ングの両方のために広く使用されている。例え
ば、プラズマ反応炉は反応種がシランおよびアン
モニアであるプラズマに対してウエハを露出させ
ることにより、シリコン窒化物の薄い層をシリコ
ンウエハの上にデポジツトさせるために広く使用
されている。ウエハの上にデポジツトされるシリ
コン窒化膜はウエハのその後の処理においてマス
クとして使用される。
不都合なことに、前記した例においては、アン
モニアはシランよりも高い活性化レベルを有する
ことが判明している。すなわち、アンモニアを活
性化させることはシランを活性化させることより
も困難である。その結果、アンモニアから得られ
る準安定性の活性化された窒素の半径分布にはか
なりの不均等性が見られる。このことは、デポジ
ツトされたシリコン窒化物における不均等な物理
特性および不均等なストイキオメトリを生じさせ
る。もちろん、この現象はアンモニアおよびシラ
ンから誘導されたプラズマに限られるものではな
く、一般的に、異なる活性化レベルを持つ２つの
反応種がプラズマデポジシヨンまたはプラズマエ
ツチングプロセスにおいて使用される時に観察さ
れる。
Atlanta、Ga.、U.S.Aにおいて1977年10月９日
〜14日に開催されたElectro Chemical Society
のシンポジウムで発表されたShibagaki、
Horiike、YamazakiおよびKashiwagiによる論
文は窒素ガスを励起するためにマイクロ波エネル
ギーを使用することを提案しており、この窒素ガ
スは次いで反応チヤンバ内での未励起のシランと
結合して、シリコン窒化物をデポジツトさせるこ
とができる。
これとは別に、マイクロ波エネルギーは半径流
反応チヤンバに供給された反応種の１つを予め活
性化させるかあるいは予めイオン化させるために
使用でき、これにより実際的に、両種の活性化に
対して独立的な制御を許容するということを本発
明者は見出した。有利なことに、予め活性化され
るかあるいは予めイオン化される種は、最も高い
活性化レベルを持つ種であり、したがつてプラズ
マ中における活性化された種の不均等な分布とい
う前記した問題を排除する。
好ましい実施例においては、本発明は、各々が
異なる活性化レベルを持つ少なくとも２種類の反
応種を活性化して反応プラズマを形成するプラズ
マ物品加工装置である。この装置は反応種の少な
くとも１つをイオン化させて非反応性プラズマを
形成し、最も高い活性化レベルを持つ反応種を予
め活性化させあるいは予めイオン化させて活性化
させ、次いで予め活性化されたあるいは予めイオ
ン化された反応種を〓非反応性プラズマ″の中に
流入させて該非反応性プラズマを反応性のプラズ
マに変えるものである。
本発明およびその動作態様は添付図面に関して
行う下記の詳細な説明からさらに良く理解される
であろう。
第１図は本発明による半径流反応チヤンバの一
例を部分的に断面図で示す部分的概略図、 第２図は第１図に示す反応チヤンバの一部分の
部分的等角投影図、 第３図は内部の電極構造をより詳細に示す第１
図の反応チヤンバの部分平面図である。
第１図は本発明による半径流、平行板反応炉の
一実施例を示す。この反応炉の動作をプラズマデ
ポジシヨンプロセスに関して説明すると、反応種
はアンモニアとシランであり、得られるプラズマ
はシリコン窒化膜をシリコン半導体ウエハの上に
デポジツトさせるために使用される。しかしなが
ら、本発明はこれに限定されるものではなく、例
えばプラズマエツチングプロセス並びにプラズマ
デポジシヨンプロセス等においても使用できるこ
とに注目すべきである。さらに、当業者であれ
ば、本発明は前記した特定の活性種に限定される
ものではなく、一般に活性種の１つが他方よりも
高い活性化エネルギーを持つ任意のプラズマに適
用できることが理解されるであろう。また、本発
明は半径流、平行板反応炉に使用することに限定
されるものではなく、より広い意味では、その形
状がどのようなものであろうと、任意のプラズマ
反応チヤンバに適用できることも理解すべきであ
る。さらに、本発明はマイクロ波の使用による予
備活性化に限定されるものではない。なぜなら
ば、主反応チヤンバから分離された体積中に閉じ
込めることができるならば、放電を起こすための
任意の適当な手段を使用できるからである。
第１図に示すように、反応炉１０は中空の有孔
性の円筒形支持体１１を有し、この円筒体１１は
該円筒体にそれぞれ取り付けられた一対の離間し
た上側円板電極１２と下側円板電極１３を備えて
いる。第３の円板電極１４が電極１２と１３の中
間に位置し、かつセラミツクブツシング１６によ
り支持体１１から電気的に絶縁されている。電極
１２，１３および１４と支持体１１は全てが気密
チヤンバ１５内に収容されている。矩形断面の環
状導波管１７が電極１４の周囲に位置している。
第２図および第３図に最も良く示すように、導波
管１７の上面および下面は例えば直径0.025セン
チの多数の孔１８を有し、導波管１７の中に導入
された任意の反応ガス種がチヤンバの反応領域の
中に流入することを可能にする。
導波管１７は窓２３を持つ導波管２２によつて
何らかの適当なマイクロ波エネルギー源２１に接
続され、窓２３はマイクロ波の放射に対しては透
過性であるが、プラズマの生成を確保するために
必要なチヤンバ１５内の真空を維持する。何らか
の適当な源２４からの高周波エネルギーは同軸ケ
ーブル２６およびインピーダンス整合回路２７を
経て反応チヤンバに送られる。図示したように、
同軸ケーブルの接地シールドは支持体１１に接続
され、そこから電極１２と１３に接続され、一方
中心導体は絶縁ブツシング１６の孔を通つて中央
電極１４に接続されている。トロイド形ガス供給
管２８は電極１２の上面のすぐ上側に位置しかつ
弁２９を経てシランガスの何らかの適当な源３１
およびアルゴンのような不活性キヤリアガスの何
らかの適当な源３５に連結されている。同様な供
給管３２が下側電極１３のすぐ下方に位置しかつ
弁３３を経てシラン源３１およびアルゴン源３５
に連結されている。便宜上図面では２つの別個の
源として示されているが、当業者であれば明らか
なように、２つのシラン源３１および２つのアル
ゴン源３５は実際には各々が本発明の実際の例で
は１つの源よりなるものである。
第３図に最も良く示されているように、ガス供
給管２８と３２は多数の開孔３６を含み、これら
の開孔を通つてシランが反応チヤンバの中に流入
する。源３７からのアンモニアガスは弁３８を介
して２つの直径方向反対側の位置における導波管
１７の頂部と底部に送られ、導波管内のガスの均
等な分布を確保する。また、図面では２つの別々
の源が示されているが、当業者であれば明らかな
ように、実際の例では、単に１つのアンモニア源
が使用されるであろう。ポンプ４１はその中に形
成された孔４２を経て使用済みのガスをチヤンバ
から排出するため支持体１１の下端に取り付けら
れている。複数個の電気加熱素子４５が電極１３
と１４の下面に取り付けられ、デポジシヨンまた
はエツチング作業中にその上に置かれた任意の加
工物の温度を上昇させる。対称性を保つため、第
２のポンプを支持体１１の上端に取り付けてもよ
いが、この第２のポンプは混乱を避けるために第
１図には示されていない。
作業時においては、その上にシリコン窒化膜が
デポジツトされる半導体ウエハ４３はそれぞれ電
極１３と１４の上面の上に置かれる。適当な機械
的構造が提供されるならば、付加的なウエハを電
極１２と１４の下面上にも設け、装置の処理能力
を有効に倍増させることもできる。マイクロ波エ
ネルギー源２１および高周波エネルギー源２４は
次いで付勢され、アルゴン、シランおよびアンモ
ニアガスを制御する弁が排出ポンプと同様に開か
れる。導波管１７内で循環する源２１からのマイ
クロ波エネルギーは源３７からのアンモニアガス
をイオン化させ、他の活性化されていない種N*
と活性化された種を形成する。他の活性化されて
いない種との活性化された窒素種は開孔１８から
出て電極１２および１４と電極１３および１４と
の間の領域に流入する。それと同時に、源３１か
らのシランはトロイド形のガストロイド形のガス
供給管２８と３２の中に供給され、かつ同様にし
て開孔３６を通つて反応領域の中に逃げ出す。源
２４から供給される高周波エネルギー並びにポン
プ４１により形成される真空のために、ガス状の
プラズマの電極間の領域内で打撃される。このプ
ラズマでは、ほとんど全体的に不活性アルゴンガ
スによるものであり、この不活性アルゴンガスは
圧倒的に、ガス状混合物中の最大の単一構成成分
である。一方、イオン化されたアルゴンはほとん
どシランを励起し、活性化された種Si*を作り出
す。活性化されたN*およびSi*は結合して半導体
ウエハ４３の表面上にシリコン窒化膜を形成し、
その時半導体ウエハ４３はヒータ４５により供給
されるエネルギーによつて高温状態である。マイ
クロ波エネルギー源２１および／または高周波エ
ネルギー源２４により供給される電力の量を変え
ることによつて、２つの反応種の活性化に対して
高度の制御を行なうことができる。別のやり方で
は、与えられた放電中におけるシリコンと窒素の
両方の選択的な活性化は独立的に変えることので
きるSi*およびN*の２つの異なる半径分布を作り
出す。得られたSiN膜は極めて満足すべきSi／Ｎ
比を有し、かつ全半径位置にわたつて受容可能な
均等性を有している。副次的な利点として半径流
反応炉の高周波電力条件は減少し、このことはま
た膜の品質を改善する。典型的な反応炉において
は、高周波源は13MHzで100ワツトを超える電力
を供給するが、マイクロ波エネルギー源はＸ帯周
波数におけるパルス化されたあるいはCW電力の
1000ワツト以上を供給する。
前記したように、前記した本発明はアンモニア
およびシランからのシリコン窒化物のデポジシヨ
ンに限定されるものではない。例えば、シリコン
窒化物は窒素ガスとシランの混合物からデポジツ
トすることもできる。本発明をプラズマエツチン
グに使用する場合、マイクロ波エネルギー源に供
給される反応種はCF4から成ることができ、ガス
供給リング２８と３０に供給される反応種はO2
から成ることができる。
本明細書および請求の範囲において使用される
〓非反応性プラズマ″という言葉は、１つまたは
それ以上の活性化された種を含んでいてもよい
が、所望の物質をデポジツトさせあるいは所望の
エツチングを行うために必要な活性化された種の
全部を含むものではないようなプラズマを意味し
ている。また、〓活性化された″という言葉は、
種が仲間の活性化された種と反応できような長い
寿命すなわち準安定状態を持つ中性種の励起状態
を意味するものである。
JP55502335A 1979-09-20 1980-09-11 Expired - Lifetime JPH0236672B2 (ja)

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