JPH0558072B2 - - Google Patents

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JPH0558072B2
JPH0558072B2 JP61069646A JP6964686A JPH0558072B2 JP H0558072 B2 JPH0558072 B2 JP H0558072B2 JP 61069646 A JP61069646 A JP 61069646A JP 6964686 A JP6964686 A JP 6964686A JP H0558072 B2 JPH0558072 B2 JP H0558072B2
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JP
Japan
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discharge
lte
plasma
surface treatment
gas
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JP61069646A
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Japanese (ja)
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JPS62227089A (en
Inventor
Atsushi Sekiguchi
Hideo Mito
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Anelva Corp
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Publication of JPH0558072B2 publication Critical patent/JPH0558072B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、所定の活性種を作成し、これを利
用することによつて、殊な半導体デバイスの絶縁
体膜、半導体膜、金属膜の膜生成、エツチング、
表面クリーニング、表面改質等の表面処理を行な
う表面処理方法およびその装置に関する。
[Detailed description of the invention] (a) Industrial application field The present invention creates a predetermined active species and utilizes it to produce insulator films, semiconductor films, and metal films of special semiconductor devices. film formation, etching,
The present invention relates to a surface treatment method and apparatus for surface treatment such as surface cleaning and surface modification.

(ロ) 従来の技術 気体を活性種を用いる反応により活性化し、基
体表面に目的とする物質を堆積させ薄膜化した
り、エツチング、表面改質等の処理をする方法
は、処理が低温で可能であること、荷電粒子の衝
撃による損傷がないこと、活性種により選択性に
より従来にない処理が可能となること、反応過程
の選択及び成膜の制御が容易であることなどから
近年急速な進展をみせている。
(b) Conventional technology A method of activating a gas by a reaction using active species, depositing a target substance on the surface of a substrate to form a thin film, etching, surface modification, etc. can be performed at low temperatures. Rapid progress has been made in recent years due to the fact that there is no damage due to the impact of charged particles, the selectivity of active species enables unprecedented processing, and it is easy to select the reaction process and control film formation. It's showing.

一般に活性種は、物質に光あるいは電子等を照
射することによつて作成することができるが、光
によつて作成される活性状態は、光遷移が禁止さ
れていない活性状態か、その禁止されていない活
性状態から項間交差あるいは緩和によつて生じた
活性状態のみであるのに対し、プラズマ内部や電
子ビームなどで粒子の衝突により生じる活性状態
は上記に限定されず、光遷移が禁止されている活
性状態へも容易に遷移が拡大し、光の場合とは異
つて雑多な、有害で不純物を含んだ活性種を作り
出す。プラズマによつて成膜を行なう従来の技術
の殆んどは、プラズマに基体が直接接するもので
あるためプラズマ中のこれら有害な活性種や荷電
粒子が基体に衝撃を与えて損傷を生じ、基体に不
純物を添加して、例えばこの基体上に作られた半
導体デバイスの電気的特性を劣化させるなど欠点
がある。このような劣化は、たとえばMOS型半
導体デバイスではVthの変動、バイポーラ型半導
体デバイスではhfeの変動等に強く表われる。そ
して、昨今のように半導体デバイスの集積度が極
めて大きいものとなると、微少の荷電粒子の衝撃
等によつても著しい電気的特性の劣化を招くこと
になるため、不純物の少い活性種を使用したり、
衝撃のない光を利用したりする無損傷プロセスの
開発が特に望まれるようになつている。
In general, active species can be created by irradiating a substance with light or electrons, but the active state created by light is either an active state in which phototransition is not prohibited, or an active state in which phototransition is not prohibited. In contrast, active states that are generated by intersystem crossing or relaxation from active states that are not activated are not limited to the above, but active states that are generated by particle collisions in plasmas, electron beams, etc. are not limited to the above, and optical transitions are prohibited. The transition easily expands to the active state in which light is present, and unlike in the case of light, it creates a variety of active species that are harmful and contain impurities. In most conventional techniques for film formation using plasma, the substrate is in direct contact with the plasma, so these harmful active species and charged particles in the plasma impact and damage the substrate, causing damage to the substrate. This has drawbacks, such as adding impurities to the substrate, which may degrade the electrical characteristics of semiconductor devices fabricated on this substrate, for example. Such deterioration is strongly manifested in, for example, variations in Vth in MOS semiconductor devices and variations in hfe in bipolar semiconductor devices. As the degree of integration of semiconductor devices becomes extremely large these days, even the impact of minute charged particles can cause significant deterioration of electrical characteristics, so active species with low impurities are used. or
The development of non-damaging processes, such as the use of non-impact light, has become particularly desirable.

(ハ) 発明の目的 この発明は、表面処理に有用で純度の高い、活
性種を安定して作成し、これを用いることによつ
て、工業的に利用可能な程の充分な速度で、良質
で有効的な表面処理を行なうことのできる、新規
な表面処理方法およびその装置の提供を目的とす
る。
(c) Purpose of the invention This invention stably produces highly pure active species useful for surface treatment, and by using this, high quality can be achieved at a speed sufficient for industrial use. The purpose of the present invention is to provide a novel surface treatment method and apparatus that can perform effective surface treatment.

(ニ) 発明の構成 本願の第1の発明は、交番電力の印加された空
間に所定の気体を導入することによつてLTE放
電を発生せしめ、このLTE放電のプラズマに生
ずる活性種を、該LTE放電の外に置かれた基体
の表面に導くことによつて、該基体の表面に所定
の処理を施す表面処理方法によつて前記目的を達
成したものである。
(d) Structure of the Invention The first invention of the present application generates LTE discharge by introducing a predetermined gas into a space to which alternating power is applied, and converts active species generated in the plasma of this LTE discharge into The above object has been achieved by a surface treatment method in which a predetermined treatment is applied to the surface of a substrate by guiding the discharge to the surface of the substrate placed outside the LTE discharge.

また本願の第二の発明は、この第一の発明の方
法を用いて、工業的に十分に利用可能な装置を次
の構成によつて実現するものである。即ちそれ
は、被処理基体を収容する反応室と、交番電力電
源と、誘導結合、容量結合はまたは空洞共振によ
つて前記電源の交番電力が印加される放電用空間
をそなえた放電室と、 前記放電用空間に所定の気体を導入する手段
と、 前記放電用空間の放電プラズマに生じた活性種
を、前記反応室の前記被処理気体の表面に導く照
射手段とをそなえ、 前記交番電力電源が前記放電用空間内にLTE
放電を生むに充分な大きさの電力容量をそなえる
とともに、 〔前記交番電力電源の電力容量〕を〔前記放電
用空間が前記基体に向かつて開く開口面積〕で割
つた値が2W/cm2以上であるような構成の装置で、
前記方法を装置化したものである。
Further, the second invention of the present application uses the method of the first invention to realize an apparatus that can be fully used industrially with the following configuration. That is, it includes a reaction chamber that accommodates a substrate to be processed, an alternating power source, and a discharge chamber provided with a discharge space to which alternating power of the power source is applied by inductive coupling, capacitive coupling, or cavity resonance; The alternating current power source comprises means for introducing a predetermined gas into the discharge space, and irradiation means for guiding active species generated in the discharge plasma in the discharge space to the surface of the gas to be treated in the reaction chamber. LTE in the discharge space
It has a power capacity large enough to generate a discharge, and the value obtained by dividing [the power capacity of the alternating power source] by [the opening area that the discharge space opens toward the base body] is 2 W/cm 2 or more. A device configured such that
This is an apparatus version of the above method.

(ホ) 実施例 第1図は、この発明の実施例の表面処理装置を
示したものである。10は放電室であり、20は
反応室である。放電室10は高周波(数KHz〜数
百MHz)の電源1、コイル2及び放電管6で構成
されており、電源1から発する高周波電圧がコイ
ル2に印加されると、放電管6の内部の高周波誘
導結合された放電用空間60に放電が生じる。こ
れは、コイル2の代りに、放電管6をはさむ一対
の板状電極を設け、これに電力を印加して容量結
合された放電用空間60を作るのでもよい。高周
波としてマイクロ波領域(GHzオーダー)の周波
数を用いる場合は、マイクロ波キヤビテイをコイ
ル2の代りに放電管6をとり囲む様に設置する。
このときは空洞共振の放電用空間60を利用する
ことになる。そして、上記のように放電が生じた
放電管6の内部に放電用ガスを流れ5の方向から
バルブ4を介して導入する。放電管6は通常絶縁
物で作成され、その材質としては石英ガラス、サ
フアイヤまたはセラミクス等が有能である。石英
ガラスを用いた場合は放電プラズマの高温化によ
つて石英ガラスが溶融するおそれがあるため、放
電管6を石英ガラスの2重管とし、内外2つの管
の間に冷却水を流すことがある。
(E) Embodiment FIG. 1 shows a surface treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. 10 is a discharge chamber, and 20 is a reaction chamber. The discharge chamber 10 is composed of a high frequency (several KHz to several hundred MHz) power source 1, a coil 2, and a discharge tube 6. When a high frequency voltage emitted from the power source 1 is applied to the coil 2, the inside of the discharge tube 6 is A discharge occurs in the discharge space 60 that is inductively coupled to the high frequency. This may be done by providing a pair of plate-shaped electrodes sandwiching the discharge tube 6 in place of the coil 2, and applying electric power to these to create a capacitively coupled discharge space 60. When using a frequency in the microwave region (GHz order) as the high frequency, a microwave cavity is installed to surround the discharge tube 6 instead of the coil 2.
At this time, the discharge space 60 of cavity resonance is used. Then, discharge gas is introduced into the discharge tube 6 in which discharge has occurred as described above from the direction of the flow 5 via the bulb 4. The discharge tube 6 is usually made of an insulating material, such as quartz glass, sapphire, or ceramics. If quartz glass is used, there is a risk that the quartz glass will melt due to the high temperature of the discharge plasma, so it is recommended to make the discharge tube 6 a double tube of quartz glass and to flow cooling water between the two tubes, the inner and outer tubes. be.

印加する高周波電力を大きくしてゆくにしたが
つて先づ高周波グロー放電を生じるが、さらに大
きい電力を加えるときはプラズマからの発光が飛
躍的に増大してLTE(Local Thermal(厳密には
「準熱平衡状態」であるが、適当な学術用語がな
い。)プラズマ3の生じるのが観察される。LTE
プラズマ3の発生は多くの場合ヒステリシス的で
ある。このプラズマ3は非常に輝度が高く多くの
場合通常の直流グロー放電とは異つたスペクトル
パターンを示す。
As the applied high-frequency power increases, high-frequency glow discharge occurs first, but when even higher power is applied, the light emission from the plasma increases dramatically and LTE (Local Thermal (strictly speaking, "LTE") occurs. "Thermal equilibrium state", but there is no suitable academic term for it.) Plasma 3 is observed to be generated.LTE
The generation of plasma 3 is often hysteretic. This plasma 3 has very high brightness and often exhibits a spectral pattern different from that of a normal DC glow discharge.

たとえば前記した導入ガスが水素であつたとし
て、水素の場合で述べると、通常の直流グロー放
電あるいは高周波グロー放電のときには先づ水素
分子に起因する可視光域から紫外光域に達する連
続スペクトルが存在し、これに加えた形で、水素
原子に起因するバルマー系列およびライマン系列
の発光を観測することができる。しかしこのとき
のこれらの系列の発光は比較的弱くそのため放射
光の色は白紫色となつている。
For example, assuming that the gas introduced above is hydrogen, in the case of hydrogen, during normal DC glow discharge or high frequency glow discharge, there is a continuous spectrum that first reaches from the visible light region to the ultraviolet light region due to hydrogen molecules. However, in addition to this, it is also possible to observe Balmer series and Lyman series emissions caused by hydrogen atoms. However, the emission of these series at this time is relatively weak, so the color of the emitted light is whitish-purple.

ところが、LTEプラズマ3を生じたときは、
放射光の色は目視では輝度の非常に高い赤色とな
つていて、それは水素原子の発光のバルマー系の
輝度が非常に高くなつた結果であることを知る。
同時に可視部にないため直接目には見えないが、
ライマン系の輝度も非常に高くなつているのが測
定で確認できる。この輝度の高まる様子を図示す
ると第2図のようになる。(LTE放電を発生せし
めたときの最大の特徴の1つである発光の波長
は、プラズマ発生に用いた気体の種類によつて定
まる。) なお上記の導入ガスとしては水素のほかに窒
素、アルゴン、ヘリウム、水銀等の気体およびこ
れらの混合気体も有能である。
However, when LTE plasma 3 is generated,
Visually, the color of the synchrotron radiation is a red color with very high brightness, and we know that this is the result of the extremely high brightness of the Balmer system of light emitted by hydrogen atoms.
At the same time, it is not directly visible because it is not in the visible area, but
Measurements confirm that the Lyman luminance has also increased significantly. The manner in which this brightness increases is illustrated in FIG. 2. (The wavelength of the light emitted, which is one of the most important characteristics when generating an LTE discharge, is determined by the type of gas used to generate the plasma.) In addition to hydrogen, the gases introduced above may include nitrogen, argon, etc. Gases such as , helium, mercury, and mixtures thereof are also capable.

上記の導入ガスが水素の場合には、LTEプラ
ズマ内には、通常の高周波グロー放電と比較して
極めて多量の水素原子および水素分子の励起状
態、水素ラジカル、イオン等の活性種の存在する
のが発光分光分析で確認できる。LTE放電プラ
ズマで多量の活性種の生れることは、他のガス、
例えば窒素の場合も同じであつて、第3図及び第
4図は、窒素の真空紫外発光分光分析の結果を示
したものである。第3図は、LTEプラズマの発
光分析、第4図は高周波グロープラズマの発光分
析である。両プラズマは同じ装置を使つてともに
13.56MHz、2.5kW、圧力70mTorr、N2流量30sc
cmの条件下でえられたものである。この装置のこ
の作成条件では、丁度、LTEと高周波グローの
二つの状態が、互に他にヒステリシス的に移行す
るため、同一条件でLTEと高周波グローの二つ
の状態を作り出し比較することができる。発光強
度を示す縦軸は、両図とも任意単位となつている
が、LTEのグラフの縦軸の目盛は、グロー放電
のグラフの縦軸の目盛100倍近くにまで目盛が強
度に縮められており120nmの光の強度で比較す
ると、LTEの方が高周波グローに比較して120倍
の発光強度がある。そして先述の水素の場合と同
様にこの窒素の場合でもLTEプラズマは短波長
光の輝度が強く、そのスペクトルは、窒素原子か
らの発光に属することか、LTEプラズマの内部
に活性種、特に窒素ラジカルを多く含まれること
が明らかである。なお水素、窒素のみならず酸素
やそのほかのガスについても同様な結果が得られ
る。
When the introduced gas mentioned above is hydrogen, the LTE plasma contains an extremely large amount of hydrogen atoms, excited states of hydrogen molecules, hydrogen radicals, ions, and other active species compared to normal high-frequency glow discharge. can be confirmed by emission spectrometry. The generation of a large amount of active species in LTE discharge plasma means that other gases,
For example, the same applies to nitrogen, and FIGS. 3 and 4 show the results of vacuum ultraviolet emission spectroscopic analysis of nitrogen. Figure 3 shows the emission analysis of LTE plasma, and Figure 4 shows the emission analysis of high-frequency glow plasma. Both plasmas are produced together using the same equipment.
13.56MHz, 2.5kW, pressure 70mTorr, N2 flow rate 30sc
It was obtained under cm conditions. Under these conditions for creating this device, the two states of LTE and high-frequency glow transition to each other in a hysteretic manner, so it is possible to create and compare the two states of LTE and high-frequency glow under the same conditions. The vertical axes showing the luminescence intensity are in arbitrary units in both figures, but the scale of the vertical axis of the LTE graph has been compressed to almost 100 times the scale of the vertical axis of the glow discharge graph. When comparing the intensity of light at 120 nm, LTE has 120 times the emission intensity compared to high-frequency glow. As in the case of hydrogen mentioned above, in the case of nitrogen, LTE plasma has a strong brightness of short wavelength light, and this spectrum may be due to the fact that it belongs to light emission from nitrogen atoms. It is clear that it contains a lot of. Note that similar results can be obtained not only for hydrogen and nitrogen but also for oxygen and other gases.

高周波グロー放電と高周波LTEプラズマ放電
を比較すると、両者の間には、次のような違いが
あり、次の条件の一、二を欠く場合でも両者は容
易に判然と区別できる。
Comparing high-frequency glow discharge and high-frequency LTE plasma discharge, there are the following differences between the two, and even if one or two of the following conditions are lacking, the two can be easily distinguished.

(a) 高周波がグロー放電は発光部が広がる傾向に
あり、高周波LTEプラズマ放電では逆に発光
部が局所に集まる傾向にある。
(a) In high-frequency glow discharge, the light-emitting part tends to spread, whereas in high-frequency LTE plasma discharge, the light-emitting part tends to gather locally.

(b) LTEプラズマ発生用の両放電の発光はその
スペクトルパターンが異なつている。このスペ
クトルの相異によつても、電子状態に相違のあ
ることが判然とする。該ガスが多原子分子の場
合には、高周波LTEプラズマ放電では、高周
波グロー放電で見られなかつた振動および回転
モードの励起がしばしば観測される。
(b) The light emission of both discharges for LTE plasma generation has different spectral patterns. This difference in spectra clearly indicates that there is a difference in electronic state. When the gas is a polyatomic molecule, excitation of vibrational and rotational modes not seen in high-frequency glow discharges is often observed in high-frequency LTE plasma discharges.

(c) 高周波グロー放電状態と高周波LTEプラズ
マ放電状態とは、前記したように、放電電力、
放電圧力等をパラメータとして、しばしばヒス
テリシスループをえがいて互に他に遷移し、放
電インピーダンスは両放電間で大きく異なる。
(c) High-frequency glow discharge state and high-frequency LTE plasma discharge state are defined as the discharge power,
Using discharge pressure and other parameters as parameters, the discharge impedances often change from one to the other in a hysteresis loop, and the discharge impedance differs greatly between the two discharges.

この遷移は電源から放電室に投入される放電
電力の強度に最も大きく依存する。これに関し
ては更に後述する。
This transition is most dependent on the intensity of the discharge power input from the power source into the discharge chamber. This will be discussed further later.

(d) 高周波LTEプラズマ放電は高周波グロー放
電プラズマに較べて非常に輝度が高い。その差
は格段である。
(d) High-frequency LTE plasma discharge has much higher brightness than high-frequency glow discharge plasma. The difference is significant.

例えばヘリウム等のようなガスの場合は、放
電インピーダンスがヒステリシス的に変化せず
そのためインピーダンスのみからは高周波グロ
ー放電と高周波LTEプラズマの間の移行を判
別し難いが、高周波LTEプラズマ放電状態に
なると高輝度のプラズマが局在化されるのが認
められ、目視によつて両放電を識別することが
できる。
For example, in the case of a gas such as helium, the discharge impedance does not change in a hysteresis manner, so it is difficult to distinguish between high-frequency glow discharge and high-frequency LTE plasma from impedance alone. It was observed that the bright plasma was localized, and both discharges could be distinguished by visual inspection.

次に反応室20について説明すると、反応室2
0は、必要ならば気密に保つことができる反応容
器7とその中に設けられた反応気体を導入するた
めの導入リング13、基体16を設置するための
基体ホルダ8で構成されている。
Next, the reaction chamber 20 will be explained.
0 consists of a reaction vessel 7 that can be kept airtight if necessary, an introduction ring 13 provided therein for introducing a reaction gas, and a substrate holder 8 for installing a substrate 16.

そして反応室20と放電室10の間には、放電
室10内に発生したLTEプラズマ3からの活性
種18を反応室20の基板16の表面上に導入す
るメツシユ状の電極30が設けられている。所定
の反応ガスはバルブ11を介して流れの方向12
から中空の導入リング13内に導かれ、リングの
内側に多数設けられた小孔130から基体16の
表面に吹き出されることで反応容器7の内部に供
給される。基体ホルダー8には温度コントローラ
ー9が設置されており必要に応じて基体16の温
度を調節できる。
A mesh-shaped electrode 30 is provided between the reaction chamber 20 and the discharge chamber 10 to introduce active species 18 from the LTE plasma 3 generated in the discharge chamber 10 onto the surface of the substrate 16 of the reaction chamber 20. There is. A predetermined reaction gas is directed through a valve 11 in a flow direction 12.
The liquid is introduced into the hollow introduction ring 13 and is blown out onto the surface of the substrate 16 from a large number of small holes 130 provided inside the ring, thereby being supplied into the reaction vessel 7 . A temperature controller 9 is installed in the substrate holder 8, and the temperature of the substrate 16 can be adjusted as necessary.

前記した放電室の導入ガスおよび反応室に導か
れる反応ガスはバルブ14を介してガスの流れ1
5の方向に排気される。放電室10および反応室
20を大きく連通させた場合には、圧力が数
Torr以下の領域では、高周波LTEプラズマの周
囲に広がるグロー状プラズマがしばしば反応室7
の内部にまで広がつてくる。上記のメツシユ状電
極30には、これを防止するとか、これを助長す
るなどの調整機能をもたせることができる。
The gas introduced into the discharge chamber and the reaction gas introduced into the reaction chamber are introduced into the gas flow 1 through the valve 14.
It is exhausted in the direction of 5. When the discharge chamber 10 and the reaction chamber 20 are made to communicate widely, the pressure increases by several times.
In the region below Torr, a glow-like plasma spreading around the high-frequency LTE plasma often appears in the reaction chamber 7.
It spreads to the inside of. The mesh-shaped electrode 30 described above can be provided with an adjustment function to prevent or encourage this.

なお、この電極30の構造・形状・材質は、グ
ロー状プラズマが反応室20内に広がるのを調整
するとか、前記したように活性種18を基板16
の表面に導入することができるものであれば良
く、必ずしもメツシユ状のもの等に限定されるも
のではない。この電極30に電圧を印加すること
でプラズマのシールド効果を高めたり、逆にプラ
ズマから荷電粒子を反応室20内部に引き出して
荷電粒子を表面処理に積極的に利用したりの調整
ができる。またプラズマや放射光を特に除くため
ブラインド状のものであつてもよい。
The structure, shape, and material of this electrode 30 may be selected to adjust the spread of glow-like plasma within the reaction chamber 20 or to transfer the active species 18 to the substrate 16 as described above.
Any material may be used as long as it can be introduced onto the surface of the material, and is not necessarily limited to mesh-like materials. By applying a voltage to this electrode 30, it is possible to enhance the shielding effect of the plasma, or conversely, draw charged particles from the plasma into the reaction chamber 20 to actively utilize the charged particles for surface treatment. Further, it may be of a blind type in order to specifically exclude plasma and synchrotron radiation.

また電極30と接地電位との間に適宜の容量の
コンデンサーを設置し、高周波的には設置電位と
し直流的には浮遊電位とすることもできる。この
場合には異常放電を少なくしてシールド効果が大
きくなる。同様に電極30と接地電位との間にバ
ンドパスフイルターを用いても良い。
Further, a capacitor of an appropriate capacity can be installed between the electrode 30 and the ground potential, and the potential can be set to a ground potential in terms of high frequency and a floating potential in terms of direct current. In this case, abnormal discharge is reduced and the shielding effect is increased. Similarly, a bandpass filter may be used between the electrode 30 and the ground potential.

また電極30のかわりにこゝに磁場を設定して
同様の荷電粒子調整効果をもたせることも可能で
ある。第6図はその実施例を示すもので、導波管
301、マイクロ波導入窓302を通つて、電磁
コイル304の作る磁場B内に設けられた空胴共
振器305に注入されるマイクロ波電力は、この
空胴内にLTEプラズマ3を作り、以上が放電室
10を形成する。LTEプラズマ3内の荷電粒子
は、磁場Bの発散部で加速されて基体16上に
そゝがれることになる。
It is also possible to provide a similar charged particle adjustment effect by setting a magnetic field here instead of the electrode 30. FIG. 6 shows an example of this, in which microwave power is injected into a cavity resonator 305 installed in a magnetic field B generated by an electromagnetic coil 304 through a waveguide 301 and a microwave introduction window 302. creates LTE plasma 3 within this cavity, and the above forms a discharge chamber 10. The charged particles in the LTE plasma 3 are accelerated by the divergent portion of the magnetic field B and are deflected onto the base 16.

なお電極30を除去して、反応室20内に広が
つてくるグロー状プラズマを積極的に利用するこ
ともできる。
Note that it is also possible to remove the electrode 30 and actively utilize the glow-like plasma that spreads within the reaction chamber 20.

第1図の装置を使用し、放電室10の導入ガス
として窒素を用い、反応室20に導入するガスと
してシランガスを用いたとき、基体16の上に
SiN膜が作成できた。このときの条件は、基体温
度200℃、圧力700mTorr、SiH4流量25sccm、N2
流量20sccm、電力3.5kW(13.56MH2)である。
When using the apparatus shown in FIG. 1 and using nitrogen as the gas introduced into the discharge chamber 10 and silane gas as the gas introduced into the reaction chamber 20, the
A SiN film was created. The conditions at this time were: substrate temperature 200°C, pressure 700 mTorr, SiH 4 flow rate 25 sccm, N 2
The flow rate is 20sccm and the power is 3.5kW (13.56MH 2 ).

更にまた同じく第1図の装置を用いて、放電室
10の導入ガスとして酸素を用い、酸素ラジカル
およびオゾン等をLTEプラズマを用いて作成し、
酸素の短波長光又は酸素ラジカルまたはオゾンを
用いることによつて基体表面の有機物を水と二酸
化炭素に分解し、基体表面の表面クリーニングを
することができる。この場合は反応室の導入ガス
は必要なく、従つて導入リング13等は不用であ
る。
Furthermore, using the same apparatus shown in FIG. 1, oxygen is used as the gas introduced into the discharge chamber 10, and oxygen radicals, ozone, etc. are created using LTE plasma.
By using short-wavelength oxygen light, oxygen radicals, or ozone, organic substances on the surface of the substrate can be decomposed into water and carbon dioxide, and the surface of the substrate can be cleaned. In this case, no gas is required to be introduced into the reaction chamber, and therefore the introduction ring 13 and the like are not required.

第7図は、第6図に示したのと同種のマイクロ
波電力を使用する放電室10と、反応室20との
境に、LTEプラズマ3の活性種17だけの通過
させる遮光網121,122を設けたものであ
る。放電用ガスとしてArを用い、LTEプラズマ
3でほゞ11.5〜11.7eVのエネルギーをもつ、Ar
の活性種を作り、これを反応室10に導入し、こ
のエネルギーを使つて反応ガスSiH4(活性化エネ
ルギー約60eV)、Si2H6を解離して基体16上に
アモルフアスシリコン膜を堆積させるものであ
る。
FIG. 7 shows a light shielding net 121, 122 that allows only the active species 17 of the LTE plasma 3 to pass through, at the boundary between the discharge chamber 10, which uses the same type of microwave power as shown in FIG. 6, and the reaction chamber 20. It has been established. Ar is used as the discharge gas, and Ar has an energy of approximately 11.5 to 11.7 eV in LTE plasma 3.
The active species is created and introduced into the reaction chamber 10, and this energy is used to dissociate the reaction gas SiH 4 (activation energy approximately 60 eV) and Si 2 H 6 to deposit an amorphous silicon film on the substrate 16. It is something that makes you

また第7図の装置ではArのみならずHeの活性
種を用いても良い。また放電用ガスとしてH2
用いた場合にはLTEプラズマによりH2が解離し
て多量のH原子およびH、H2の励起種が生じる。
このことはH2の放電の色がLTEプラズマでは
「赤色」すなはちH原子の発光強度が非常に増大
していることが明らかである。
Furthermore, in the apparatus shown in FIG. 7, not only Ar but also He active species may be used. Furthermore, when H 2 is used as the discharge gas, the LTE plasma dissociates H 2 to generate a large amount of H atoms and excited species of H and H 2 .
This clearly shows that the color of H 2 discharge is "red" in LTE plasma, that is, the emission intensity of H atoms is greatly increased.

このH原子はSiH4あるいはSi2H6と反応して水
素引き抜き反応を生じSiH4あるいはSi2H6を分解
する。この反応を利用すると基体温度が約500℃
以下ではa−Si膜を、約500℃以上ではポリクリ
スタルSi膜を作成できる。
This H atom reacts with SiH 4 or Si 2 H 6 to cause a hydrogen abstraction reaction and decompose SiH 4 or Si 2 H 6 . Using this reaction, the substrate temperature can be reduced to approximately 500°C.
An a-Si film can be formed below, and a polycrystalline Si film can be formed above about 500°C.

また、放電用ガスとしてNH3を用いるとLTE
プラズマ内部ではN原子とH原子が多数生じる。
このことはLTEプラズマからの発光分光分析に
よりN原子の発光745.2nmおよび821.3nm、H原
子の発光バルマー系の輝度が非常に大きいことよ
り明らかである。
In addition, when NH 3 is used as the discharge gas, LTE
A large number of N atoms and H atoms are generated inside the plasma.
This is clear from the fact that the luminescence of N atoms at 745.2 nm and 821.3 nm and the luminance of the Balmer system of H atoms are extremely high in emission spectroscopic analysis from LTE plasma.

このN原子およびH原子を利用すると、SiH4
SiH6と反応して基体表面にSiN膜を作成するこ
とができる。
Using these N atoms and H atoms, SiH 4 ,
It can react with SiH 6 to create a SiN film on the substrate surface.

また、放電用ガスとしてN2Oを用いるとLTE
プラズマ内部ではO原子とN原子が多数生じる。
この活性種を利用するとSiH4あるいはSi2H6と反
応して良品質のSiO2膜(オージエ電子分光では
N原子の含有を観測できない。)を作成できる。
In addition, when N 2 O is used as the discharge gas, LTE
A large number of O atoms and N atoms are generated inside the plasma.
When this active species is used, it is possible to react with SiH 4 or Si 2 H 6 to create a high-quality SiO 2 film (no N atoms can be observed in Auger electron spectroscopy).

ところで本発明と同構造のグロー放電を利用す
る装置(プラズマCVD装置)は、従来も数多く
存在しており、それら装置の中には印加する電力
量を増せば、それだけで直ちに、本発明の装置と
化すものは可成りの数にのぼる。
By the way, there have been many devices (plasma CVD devices) that utilize glow discharge with the same structure as the present invention, and some of these devices can be easily modified by simply increasing the amount of electric power applied to the device of the present invention. There are quite a number of things that turn into.

では、或装置は、それが本発明の装置であると
特定しうるその特徴は何か、と言うと、それは、
これ迄述べて来たようにプラズマの発光強度であ
る。そして発光強度増大の主因は前述の装置本体
に付加される電源の電力容量である。より詳しく
は、第1には、放電用空間の堆積に対する、そし
て第2には放電要空間が被処理基体に向つて開く
開口面積に対する、電源の当入荷農電力の大きさ
である。
So, what are the characteristics of a certain device that can identify it as the device of the present invention?
As mentioned above, this is the emission intensity of plasma. The main reason for the increase in luminous intensity is the power capacity of the power supply added to the device body. More specifically, firstly, the size of the current incoming agricultural power of the power supply is determined with respect to the accumulation of the discharge space, and secondly, with respect to the opening area where the discharge space opens toward the substrate to be processed.

以下では、特にこの点に関して、話を具体的に
して説明する。
In the following, this point will be explained in detail.

SiN膜は半導体デバイスの被覆用に極めて重要
な膜であるが、堅牢緻密でしかも弾力性(耐クラ
ツク性)に富み、段差被覆性にもすぐれたSiN膜
は容易には得られない。その成膜工程では被処理
基板に損傷を層じないことが要求されるので困難
は倍加する。しかしデバイスが微細化するに従つ
て、良質の膜の必要性は一層痛感されている。
SiN film is an extremely important film for coating semiconductor devices, but it is not easy to obtain a SiN film that is robust, dense, has high elasticity (cracking resistance), and has excellent step coverage. The film forming process is required not to damage the substrate to be processed, which increases the difficulty. However, as devices become smaller, the need for high-quality membranes is becoming more acutely felt.

従来のSiN膜は、SiN材料をターゲツトに置く
スパツタリングか、シランガス、窒素ガスにアン
モニアガスを加味した混合ガスのグロー放電中に
被処理基板を曝すプラズマCVD法で得られてい
るが、両者とも到底前記の要求を満足するもので
はない。前者の方法による膜は段差被覆性が劣悪
で、損傷が大きいし、後者の方法でえられる膜に
は、アンモニアの分解で生じたHが多量に含有さ
れている品質上問題がある。
Conventional SiN films have been obtained by sputtering using SiN material as a target, or by plasma CVD, which exposes the substrate to be processed during a glow discharge of a mixed gas of silane gas, nitrogen gas, and ammonia gas, but both methods are difficult to obtain. This does not satisfy the above requirements. The film obtained by the former method has poor step coverage and is severely damaged, and the film obtained by the latter method has quality problems because it contains a large amount of H produced by decomposition of ammonia.

本願の発明者らは、上記の問題を解決する実験
研究の過程で、先づ極めて良質のSiN膜が、無損
傷で、前記した方法および装置でえられることを
見出したが、しかし、如何に良質な膜でも、成膜
に時間がかつたのでは、役に立たない。半導体デ
バイス製造の工程に組み入れるためには、然るべ
き成膜速度が必要である。(因みに、前記したプ
ラズマCVD法では、ガス中にアンモニアを加え
ることで、漸く成膜速度を実用的なものにしてい
る。) 本願の発明者は次のステツプとして、具体的
に、〔少くともSiN膜を実用的な速度で作成でき
る装置〕を目標にした。
In the course of experimental research to solve the above problem, the inventors of the present application first discovered that an extremely high quality SiN film could be obtained without any damage using the method and apparatus described above. Even a high-quality film is useless if it takes a long time to form. In order to incorporate it into the process of semiconductor device manufacturing, an appropriate film formation rate is required. (Incidentally, in the plasma CVD method described above, the film formation rate has finally been made practical by adding ammonia to the gas.) The goal was to create a device that could create SiN films at a practical speed.

そして〔実用的な速度〕としては〔100Å/
min以上〕を採用した。この〔100Å/min以上〕
は、1バツチの被膜工程が1時間以内であること
を工業上利用の最低条件と考え、この間に通常の
パツシベーシヨン膜厚6000Å以上が得られなくて
はならないとして得られたものである。
And [practical speed] is [100Å/
min or more] was adopted. This [100Å/min or more]
was obtained based on the assumption that the minimum requirement for industrial use is that the coating process for one batch takes less than one hour, and that a film thickness of 6000 Å or more than the usual passivation film thickness must be obtained during this time.

さて、第1図の装置で、SiN膜を作成せんとし
て、放電室に窒素ガスを導入してLTEプラズマ
を作るとき、特に重要なのはLTEプラズマの放
電室の構造・形状と印加電力の関係である。放電
室が主に円筒形の石英管でできている場合には石
英管の内径と電力の関係がLTEプラズマ作成条
件に大きな意味を持つている。LTE放電につい
ての石英管の内径(横軸)と注入電力堆積密度
(〔注入電力〕/〔放電用空間の堆積〕)(縦軸)と
の関係を第5図のA−B,C−B曲線を示す。
Now, when creating LTE plasma by introducing nitrogen gas into the discharge chamber to create a SiN film using the apparatus shown in Figure 1, what is particularly important is the relationship between the structure and shape of the LTE plasma discharge chamber and the applied power. . When the discharge chamber is mainly made of a cylindrical quartz tube, the relationship between the inner diameter of the quartz tube and the electric power has a great significance on the LTE plasma creation conditions. A-B and C-B in Figure 5 show the relationship between the inner diameter of the quartz tube (horizontal axis) and the injected power deposition density ([injected power]/[discharge space deposition]) (vertical axis) for LTE discharge. Show a curve.

第5図のC−B曲線は、グロー状態から電力を
加えて行つた場合にLTE状態化する注入電力体
積密度を示しており、A−B曲線はLTE状態か
ら電力を下げて行つた場合にグロー状態化する注
入電力体積密度を示している。両曲線で囲まれた
範囲内では両状態が安定して存在できる。このた
めLTEプラズマを用いた装置は、電源の電力容
量としてC−B曲線以上の能力を所有している
か、あるいは何らかのLTEプラズマ発生用トリ
ガ機構およびA−B曲線以上の電源電力容量をも
つことが必要である。
The C-B curve in Figure 5 shows the volume density of the injected power that changes to the LTE state when power is added from the glow state, and the A-B curve shows the volume density when the power is reduced from the LTE state. It shows the volume density of the injected power that causes a glow state. Both states can stably exist within the range surrounded by both curves. Therefore, devices using LTE plasma must have a power supply capacity that exceeds the C-B curve, or have some type of LTE plasma generation trigger mechanism and a power supply capacity that exceeds the A-B curve. is necessary.

ヒステリシス現象は内径約7cm以下の石英管を
用いた場合に生れ、内径1cmの石英管の場合を列
にとると、グロー状態から電力を次第に印加して
行くとき820W/cm3ではじめて放電はLTE状態化
するが、LTE状態から次第に電力を下げるとき
は480W/cm3まで下げなければグロー状態化しな
い。この480W/cm3と820W/cm3との間では両状態
が安定して存在できる。
The hysteresis phenomenon occurs when a quartz tube with an inner diameter of about 7 cm or less is used, and if we take the case of a quartz tube with an inner diameter of 1 cm, when power is gradually applied from the glow state, the discharge will not start at 820 W/cm 3 until LTE However, if you gradually lower the power from LTE mode, it will not go into glow mode unless you lower it to 480W/ cm3 . Both states can stably exist between 480W/cm 3 and 820W/cm 3 .

(従つてこのため電力密度、圧力、ガス流量
等々の同じ条件下でグロー状態とLTE状態は比
較でき、たとえば窒素原子の2s22p23s(4P)状態
から2s22p34S)状態への遷移による120nmの光
の発光強度を比較すると、グロー状態に対して
LTE状態では約2桁の発光強度増大という格段
の向上が認められる。このことなどからして
LTE状態では窒素分子が多数解離して窒素原子
となつており、窒素原子濃度が顕著に増大するこ
とが明らかになつている。) 石英管の内径が7cm以上になると、ヒステリシ
ス領域は見当らなくなり、注入電力体積密度も低
下する。石英管内径が15cmになると必要な注入電
力体積密度は0.2W/cm3弱の値となる。実験によ
れば、これらA−B,C−B曲線が示す注入電力
体積密度は、放電用ガスの流量によつては殆んど
変化しない。ガスの圧力はどう影響するかという
と実用範囲と考えられる300mTorrから5Torrの
間で高々30%変化するのみである。従つて、注入
電力体積密度は、LTE放電を特徴づける最良の
指標となるものである。
(Therefore, the glow state and the LTE state can be compared under the same conditions of power density, pressure, gas flow rate, etc., e.g. from the 2s 2 2p 2 3s ( 4 P) state of a nitrogen atom to the 2s 2 2p 3 ( 4 S) state. Comparing the emission intensity of 120 nm light due to the transition to the glow state,
In the LTE state, a remarkable improvement of approximately two orders of magnitude increase in luminous intensity is observed. Because of this etc.
It has been revealed that in the LTE state, many nitrogen molecules dissociate into nitrogen atoms, and the concentration of nitrogen atoms increases significantly. ) When the inner diameter of the quartz tube becomes 7 cm or more, the hysteresis region disappears and the volume density of the injected power decreases. When the inner diameter of the quartz tube becomes 15 cm, the required injection power volume density becomes a little less than 0.2 W/cm 3 . According to experiments, the injected power volume density shown by these AB and CB curves hardly changes depending on the flow rate of the discharge gas. As for how the gas pressure is affected, it only changes by at most 30% between 300 mTorr and 5 Torr, which is considered to be the practical range. Therefore, the injected power volume density is the best indicator to characterize LTE discharge.

現有のプラズマCVDを見渡すとき、大きい放
電用空間をそなえる大型の装置でも注入電力体積
密度が0.1W/cm3を超えるものは見当らない。
LTE放電を本発明のように利用する考えが完全
になかつたためである。石英管が小径の場合では
第6図に見られるように、本発明の装置との注入
電力の比は数10倍から数100倍もにのぼる。
When we look at the current plasma CVD systems, we cannot find any that have an injected power volume density of more than 0.1 W/cm 3 , even if they are large devices with a large discharge space.
This is because the idea of using LTE discharge as in the present invention was completely lost. When the quartz tube has a small diameter, as shown in FIG. 6, the ratio of the injected power to the device of the present invention is several tens to hundreds of times higher.

一方、第5図のD−E曲線は、〔100Å/min以
上〕の成膜速度を確保するに必要な、注入電力面
積密度即ち〔注入電力〕/〔放電用空間が被処理
基体に向つて開く開口面積〕のグラフ(実験値)
を示したものである。A−B,C−B両曲線が石
英管内径の増大で急速に低下するのに対しD−E
曲線は石英管の内径が変化してもほゞ一定で
2W/cm2あたりの値を示す。
On the other hand, the DE curve in FIG. Graph of opening area] (experimental value)
This is what is shown. While both the A-B and C-B curves decrease rapidly as the inner diameter of the quartz tube increases, the D-E
The curve remains almost constant even if the inner diameter of the quartz tube changes.
Shows the value per 2W/ cm2 .

このD−E曲線は円筒形の石英放電管について
測定されたものであるが、実験によつて、被処理
基体上の膜堆積速度などの処理速度は、LTEプ
ラズマからの活性種を使用する場合には処理速度
はおおよそ次のような関係式で関係付けられる。
This D-E curve was measured for a cylindrical quartz discharge tube, but experiments have shown that the processing speed, such as the film deposition rate on the substrate, is lower when using active species from LTE plasma. The processing speed is roughly related to the following relational expression.

[処理速度]∝[活性種の供給量]∝[活性種
の生成量]・[活性種の流速] ∝[単位面積当りの放射光量]・[放電用気
体の流量]/[開口面積] この最後の式で[活性種の流速]∝
[放電用気体の流量]/[開口面積]は明らかである。
[活性種の 生成量]∝[単位面積当りの放射光量]の点につ
いては説明を補足する。
[Processing speed] ∝ [Amount of active species supplied] ∝ [Amount of active species generated] / [Flow rate of active species] ∝ [Amount of radiant light per unit area] / [Flow rate of discharge gas] / [Aperture area] This In the last equation, [flow rate of active species]∝
[Flow rate of discharge gas]/[Opening area] is clear.
[Amount of active species produced] ∝ [Amount of emitted light per unit area] will be supplemented with a supplementary explanation.

たとえば一つの例として、窒素のLTEプラズ
マからの発光ではしばしば120.0nm(N3s4P→
2p4S)、149.3nm(N3s2P→2p2D)、174.4nm
(N3s2P→2p2P)からの発光強度が通常のN2の発
光強度に比較して非常に強くなる。プラズマ内部
では主に電子の衝突によりほぼ一定の確率で発光
種が生じ、この発光種ごとに定まつたほぼ一定の
確率で失活する。
As an example, the emission from nitrogen LTE plasmas is often 120.0 nm (N3s 4 P→
2p 4 S), 149.3nm (N3s 2P →2p 2D ), 174.4nm
The emission intensity from (N3s 2 P→2p 2 P) becomes much stronger compared to the normal emission intensity of N 2 . Inside the plasma, luminescent species are generated with an almost constant probability mainly due to electron collisions, and each luminescent species is deactivated with an almost constant probability.

かつ、窒素の場合はLTEプラズマ内部に生じ
ているN原子の量は多く、N原子の発光強度が
N2分子の発光強度に比較して充分大きい(約100
倍)第3図、第4図。このため[単位面積当りの
放射光量]を測定することにより開口面に存在す
る活性種(N原子)の濃度を知ることができる。
すなわち[活性種の生成量]は[単位面積当りの
放射光量]とほぼ比例関係にある。
In addition, in the case of nitrogen, the amount of N atoms generated inside the LTE plasma is large, and the emission intensity of N atoms increases.
It is sufficiently large compared to the emission intensity of N 2 molecules (approximately 100
Figures 3 and 4. Therefore, by measuring the amount of emitted light per unit area, it is possible to know the concentration of active species (N atoms) present on the aperture surface.
That is, the [amount of active species produced] is approximately proportional to the [amount of emitted light per unit area].

水素のLTEプラズマや他の気体のLTEプラズ
マでも同様である。
The same applies to hydrogen LTE plasma and other gas LTE plasmas.

このように光のみを用いる場合のみならず、活
性種のみを用いる場合においても処理速度は単位
面積当りの放射光量により表わされそのグラフは
第5図のD−E曲線と同じである。
In this way, not only when only light is used, but also when only active species are used, the processing speed is expressed by the amount of emitted light per unit area, and the graph is the same as the DE curve in FIG. 5.

放電用空間が円筒形以外の場合にも、〔放電用
空間が被処理基体に向つて開く開口面積〕は、そ
の字句通りに解釈し、面積を計測して計算に用い
ることができる。なお放電用空間60と被処理基
体16の間に、メツシユ電極30が存在して部分
的に遮ぎられたり、またはこの間に余りに長い路
が存在してその間で活性種が無用のまま強く失な
われたりするときには、注入電力はそれに見合う
だけ増加されるべきである。
Even when the discharge space is not cylindrical, the [opening area of the discharge space toward the substrate to be processed] can be interpreted literally, and the area can be measured and used for calculation. Note that the mesh electrode 30 may be present between the discharge space 60 and the substrate 16 to be processed, and the mesh electrode 30 may be partially blocked, or there may be an excessively long path between the discharge space 60 and the substrate 16 to be processed, and the active species may be wasted and strongly lost. When the power is increased, the injected power should be increased accordingly.

活性種の流速も問題となつてくるが、通常の場
合処理を均一性を保つ点から活性種の流速はほぼ
一意的に定まり、活性種の生成量のみ考えれば良
い。
The flow rate of active species also poses a problem, but in normal cases, the flow rate of active species is almost uniquely determined in order to maintain uniformity of treatment, and only the amount of generated active species needs to be considered.

従来のプラズマCVD装置で注入電力面積密度
が高い値をとるのは、石英管の内径が5cm以下
の、むしろ小型の装置である。大型の装置ではこ
の値は次第に低値をとり、1/10以下にもなつてゆ
く。
In conventional plasma CVD devices, the injected power area density has a high value in a rather small device with a quartz tube having an inner diameter of 5 cm or less. For large devices, this value gradually decreases to less than 1/10.

従つて、本発明の装置は、この注入電力面積密
度を用いてもこれを特徴づけることができる。
Therefore, the device of the present invention can also be characterized using this injected power areal density.

上述は専らSiN膜の作成で本発明の装置を説明
したが、本発明の装置は良質のSiN膜作成以外に
もa−Si:H膜等々極めて多くの可能性を秘めて
いる。
Although the apparatus of the present invention has been described above exclusively for the production of SiN films, the apparatus of the present invention has many possibilities, such as a-Si:H films, in addition to the production of high-quality SiN films.

以上実施例は、主として膜生成を中心に述べて
来た。しかし、活性主に例えば塩素系フツ素系の
気体を用いれば表面をエツチングすることができ
る。さらに、例えば酸素系の気体を用いて表面を
酸化させたり窒素系の気体を用いて表面を窒化さ
せるなど表面の改質を行うこともできる。これら
の膜生成、エツチング、表面改質は無機物の分野
のみに留まらず有機物の分野にも勿論応用でき
る。
The embodiments described above have mainly focused on film formation. However, the surface can be etched by using an active gas such as chlorine or fluorine. Furthermore, the surface can also be modified, such as by oxidizing the surface using an oxygen-based gas or nitriding the surface using a nitrogen-based gas. These film formation, etching, and surface modification can of course be applied not only to the field of inorganic materials but also to the field of organic materials.

以上は何ら限定的に意味を持つものではなく多
数の変形が可能であることは云う迄もない。例え
ば、利用する活性種と反応しにくいような熱陰極
を用いるプラズマ発生法が使用できるなど従来知
られている各種の技術を組みたて本発明の実施を
行うことができる また、本発明の装置で、例えばメツシユ電極3
0に印加する荷電粒子阻止電圧を控え目にして、
被処理基体上にまでグロー放電プラズマを拡大さ
せるときは、衝撃損傷は増すものゝ処理を速度を
大きく増大させることが可能である。
Needless to say, the above does not have any limited meaning and many variations are possible. For example, the present invention can be implemented by combining various conventionally known techniques, such as a plasma generation method using a hot cathode that does not easily react with the active species used. For example, mesh electrode 3
By conservatively applying the charged particle blocking voltage to 0,
When the glow discharge plasma is extended onto the substrate to be processed, it is possible to greatly increase the processing speed, although impact damage is increased.

用途によつてこの方法を使用し効果をあげるこ
とができる。
This method can be used to great effect depending on the application.

これに対し現有のプラズマCVD装置を見渡す
とき、注入電力面積密度が0.2W/cm2以上の装置
を見出すことができない。
On the other hand, when looking at existing plasma CVD devices, it is impossible to find any device with an injected power areal density of 0.2 W/cm 2 or more.

(ヘ) 発明の効果 本発明は、表面処理に有用で純度の高い、強力
な活性種を安定して作成し、これを用いること
で、工業的に利用可能な種の充分な速度で、良質
で有効的な表面処理およびその装置を提供するこ
とができる。
(f) Effects of the invention The present invention stably produces highly pure and powerful active species useful for surface treatment, and by using this, industrially usable species can be produced at a sufficient rate and in high quality. We can provide effective surface treatment and its equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第6,7図は、本願発明の実施例の
実施に使用する装置の正面断面図であり、第2図
は水素のLTE放電の注入電力と発光強度の関係
を示す図。第3図は、LTEプラズマからの真空
紫外発光分光分析結果を示したグラフであり、第
4図はグロープラズマからの真空紫外発光分光分
析結果を示したグラフである。第5図はSiN膜作
成時の注入電力堆積密度と注入電力面積密度のグ
ラフである。 3,3……LTEプラズマ、7……反応容器、
10,10′……放電室、16……被処理基体、
17……放射光、18……活性種、20……反応
室、30,30′……メツシユ状電極、60……
放電用空間。
FIG. 1 and FIGS. 6 and 7 are front sectional views of a device used to implement an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the injection power and the emission intensity of hydrogen LTE discharge. FIG. 3 is a graph showing the results of vacuum ultraviolet emission spectroscopy from LTE plasma, and FIG. 4 is a graph showing the results of vacuum ultraviolet emission spectroscopy from glow plasma. FIG. 5 is a graph of the implanted power deposition density and the implanted power areal density during SiN film formation. 3, 3... LTE plasma, 7... Reaction vessel,
10, 10'...discharge chamber, 16...substrate to be treated,
17... Synchrotron radiation, 18... Active species, 20... Reaction chamber, 30, 30'... Mesh-shaped electrode, 60...
Space for discharge.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 交番電力の印加された空間に所定の気体を導
入することによつてLTE放電を発生せしめ、該
LTE放電のプラズマによつて生ずる活性種を、
該LTE放電外に置かれた基体の表面に導くこと
によつて、該基体の表面に所定の処理を施すこと
を特徴とする表面処理方法。 2 被処理基体を収容する反応室と、交番電力電
源と、誘導結合、容量結合または空洞共振によつ
て前記電源の交番電力が印加される放電用空間を
そなえた放電室と、 前記放電用空間に所定の気体を導入する手段
と、 前記放電用空間の放電プラズマに生じた活性種
を、前記反応室の前記被処理基体の表面に導く照
射手段とをそなえた表面処理装置において、 前記交番電力電源が前記放電用空間内にLTE
放電を生むに充分な大きさの電力容量をそなえる
とともに、 [前記交番電力電源の電力容量]を[前記放電
用空間が前記基体に向かつて開く開口面積]で割
つた値が2W/cm2以上であることを特徴とする表
面処理装置。 3 前記照射手段が、荷電粒子の透過を禁止、制
限、もしくは促進する荷重粒子調整手段をそなえ
たことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
表面処理装置。 4 前記荷電粒子調整手段が、メツシユ状電極を
構成要素とすることを特徴とする特許請求の範囲
第3項記載の表面処理装置。 5 前記荷電粒子調整手段が磁場よりなることを
特徴とする特許請求の範囲第3項記載の表面処理
装置。 6 前記放電用空間が単一の被処理基体に対し複
数個配備されていることを特徴とする特許請求の
範囲第2または3項記載の表面処理装置。 7 前記複数個配備された放電用空間のそれぞれ
に導入される気体が、互にその種類を異にするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の表面
処理装置。 8 前記複数個配備された放電用空間の一つに導
入される気体がN2を含み、他の一つに導入され
る気体がH2を含み、前記反応室には前記放電用
空間を経由しないでモノシラン、ジシランもしく
はシラン誘導体またはそれらの混合物を含む気体
が導入されて、前記基体の表面にSiN膜を堆積さ
せることを特徴とする特許請求の範囲第7項記載
の表面処理装置。
[Claims] 1 LTE discharge is generated by introducing a predetermined gas into a space to which alternating power is applied;
The active species generated by the plasma of LTE discharge,
A surface treatment method characterized in that a predetermined treatment is performed on the surface of a base by guiding the base to the surface of the base placed outside the LTE discharge. 2. A reaction chamber that accommodates a substrate to be processed, an alternating power source, and a discharge chamber provided with a discharge space to which alternating power of the power source is applied by inductive coupling, capacitive coupling, or cavity resonance; and the discharge space. A surface treatment apparatus comprising: means for introducing a predetermined gas into the discharge space; and irradiation means for guiding active species generated in the discharge plasma in the discharge space to the surface of the substrate to be treated in the reaction chamber, The power source is LTE in the discharge space.
It has a power capacity large enough to generate a discharge, and the value obtained by dividing [the power capacity of the alternating power source] by [the opening area where the discharge space opens toward the base body] is 2 W/cm 2 or more. A surface treatment device characterized by: 3. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein the irradiation means includes a loaded particle adjustment means for prohibiting, restricting, or promoting transmission of charged particles. 4. The surface treatment apparatus according to claim 3, wherein the charged particle adjusting means includes a mesh-like electrode as a component. 5. The surface treatment apparatus according to claim 3, wherein the charged particle adjusting means comprises a magnetic field. 6. The surface treatment apparatus according to claim 2 or 3, wherein a plurality of the discharge spaces are provided for a single substrate to be treated. 7. The surface treatment apparatus according to claim 6, wherein the gas introduced into each of the plurality of discharge spaces is of a different type. 8. The gas introduced into one of the plurality of discharge spaces includes N2 , the gas introduced into the other one contains H2 , and the gas is introduced into the reaction chamber via the discharge space. 8. The surface treatment apparatus according to claim 7, wherein a gas containing monosilane, disilane, a silane derivative, or a mixture thereof is introduced to deposit a SiN film on the surface of the substrate.
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