JPH06124904A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH06124904A
JPH06124904A JP27313392A JP27313392A JPH06124904A JP H06124904 A JPH06124904 A JP H06124904A JP 27313392 A JP27313392 A JP 27313392A JP 27313392 A JP27313392 A JP 27313392A JP H06124904 A JPH06124904 A JP H06124904A
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JP
Japan
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substrate
processing chamber
plasma
gas
electrode
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JP27313392A
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English (en)
Inventor
Senichi Hayashi
専一 林
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 処理用ガスをプラズマ化して、基体表面を被
覆するRFプラズマ処理装置において、処理室1の外側
周囲に円筒リング状ランプ8及び円筒状の反射鏡11を
設ける。 【効果】 イオン衝撃を減少させ、基体の損傷を防ぐ。
又、反応に有効な励起種が大量に基体に供給されるの
で、高速、高精度な処理が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や電子回路
等の製造に用いられるプラズマ処理装置、特に、イオン
衝撃が少なく、高性能かつ高速に処理を行うプラズマ処
理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子や電子回路、特に、超LSI
の製造プロセスにおいて、プラズマ処理装置は重要な位
置を占めている。最終保護膜用SiNや層間絶縁膜用S
iO2等の薄膜形成にはプラズマCVD装置が、配線用
Alの薄膜形成にはスパッタリング装置が、各種薄膜の
エッチングにはRIE装置等が、フォトレジストの灰化
にはプラズマアッシング装置が用いられており、他に、
酸化窒化、クリーニング、ドーピング、エピタキシャル
プロセス等への応用も研究されている。実用されている
プラズマ処理装置の多くは13.56MHzの高周波や
2.45GHzのマイクロ波を励起源として用い、1×
1010/cm3 以上の密度を持つプラズマを発生させ、
基体と接触させるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術においては、基体とプラズマとの接触面近傍に
形成されるシース領域で、プラズマ中の多数のイオンが
加速され数10〜100eVの高エネルギーをもつイオ
ンが基体に入射する、所謂イオン衝撃が生じるため、基
体表面に損傷が発生し易い。又、処理用ガスとして有機
系のガスを用いる場合には、C−H結合解離等の不適切
な反応が生じ、作製する膜中に炭素が混入し易い。
【0004】上記問題点を解決するために、プラズマ発
生室とプラズマ処理室とを分離した遠隔プラズマ処理装
置が検討されている。この装置は、イオン衝撃を抑制し
て基体の損傷を防ぐことができるが、プラズマ発生室と
基体とが空間的に離れているために、反応に有効な励起
種が輸送途中の衝突により失活しやすく処理が不完全
(例えば、膜の緻密性が低い等)となる欠点があった。
又、この方法においては処理速度が遅いという欠点もあ
る。
【0005】従って、本発明の目的は、従来技術の問題
点を解決し、イオン衝撃による基体の損傷を防ぎ、且
つ、より高性能に、より高速に基体を処理することので
きるプラズマ処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、可視紫外光を透過する材料を構成要素に持
つ気密に形成した処理室と、該処理室に連通して該処理
室内を真空に排気する手段と、該処理室に連通して該処
理室内に処理用ガスを供給する手段と、該処理室内にあ
って平行に対向する1対の電極と、該電極のいずれか一
方に高周波を供給する手段と、他方の電極である基体支
持体を加熱する手段と、該処理室の周囲にあって、基体
もしくは基体上に付着した反応中間体の吸収波長を有す
る可視紫外光を基体に照射する照射手段とを具備してな
り、かつ処理中の圧力を1乃至100Torrに設定す
ることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0007】又、本発明は上記プラズマ処理装置におい
て、処理室が円筒状の石英管で構成されているもの、照
射手段が円筒リング状ランプよりなるもの、もしくは照
射手段が円筒リング状ランプ及び該ランプから直接基体
に照射されない光を反射し、その反射光を基体に照射す
る円筒状ミラーよりなるものを含む。
【0008】上記本発明は、対向する電極の一方に高周
波を与え、処理中の圧力を1〜100Torrの高いレ
ベルに制御することにより、高周波電極近傍で生成した
電子の拡散がガス分子との衝突によって抑えられプラズ
マを高周波電極付近に局在化させ、他方の電極上に設置
された基体からプラズマを隔離することにより、基体に
入射するイオンの数とエネルギーとを減少させ、イオン
衝撃による基体の損傷を防ぎ、反応に有効な励起種を大
量に基体近傍に輸送して高性能で高速な処理を可能にし
たものである。
【0009】以下、本発明について詳述する。
【0010】本発明のプラズマ処理装置を構成する処理
室は、石英、ガラス等の耐熱、耐圧材料であって、可視
紫外光を透過するものが使用できる。上記材料の中でも
耐熱性、透過性の観点から石英が好適に使用できる。
又、処理室の形状は基体に対する照度の均一性の点から
円筒状であることが好ましい。
【0011】上記処理室内を真空に排気する手段として
は、真空ポンプ等の公知の手段が使用できる。
【0012】又、上記処理室内に処理用ガスを供給する
手段としては、複数の孔を設けたリングを先端に取り付
けたガス導入管を用いる方法(図3)、あるいは円筒管
の一方の底面に多数の孔を設けたものからガスを供給す
る方法(図4)等が好ましい。
【0013】本発明において、高周波を与えられる電極
としては、例えばステンレス、Ti、Cr、Fe、N
i、Mo、Al、Ag、Cu、Ta、W、Pt、Au等
が使用できる。中でも、スパッタしきい値の高いW、P
tが特に好ましい。
【0014】又、前記電極と対向して、基体の支持体と
なる電極としても前記電極と同様のものが望ましい。
【0015】上記両電極の形状は、方円状、円盤状等の
任意の形状をとり得るが、いずれの形状においても2つ
の電極が互いに平行に対向して処理室内に設置されるこ
とが必要である。
【0016】本発明においては、一方の電極に高周波を
供給することを特徴とするが、高周波を与える手段とし
ては高周波電源による供給が好ましい。又、供給する高
周波は1〜300MHzのものが好ましい。
【0017】本発明においては、基体表面での不純物及
び揮発成分の除去等の表面反応を促進するために、可視
紫外光を基体表面に照射する。この照射手段としては、
Xeランプ、Xe−Hgランプ、超高圧Hgランプ等の
種々の光源が使用でき、任意の形状のものが使用できる
が、均一に照射ができ、装備も安価ですむ点から円筒リ
ング状の光源を円筒状処理室の周囲を囲んで設置するこ
とが好ましい。更に好ましくは、上記光源からの光をよ
り有効に基体に照射させるために、反射鏡を併せて処理
室の外壁に沿って設置する。
【0018】又、本発明においては、プラズマ処理中、
処理室内の圧力を1〜100Torrに制御するもので
ある。1Torr未満ではガス分子の密度が低下し、平
均自由行程が大きくなりプラズマが基体に接触するた
め、基体及び基体上に成膜された膜が損傷する。100
Torr以上ではプラズマが発生しにくい。
【0019】上記範囲に圧力を制御する手段としては、
ダイヤフラムゲージ、マノメーターなどの真空計により
圧力を測定しつつ処理室と排気装置の間にコンダクタン
スバルブを付け、コンダクタンスを調整する方法等があ
る。
【0020】本発明にかかる基体温度は200〜900
℃が好ましい。加熱手段としては抵抗加熱、ランプ加
熱、誘導加熱等、公知の加熱手段が適用できる。
【0021】
【実施例】以下、本発明のプラズマ処理装置をプラズマ
CVD装置(以下、p−CVD装置と記す)に応用した
実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【0022】実施例1 まず、本発明のプラズマ処理装置をp−CVD装置に応
用し、SiN保護膜を作製する方法の1例を図1を用い
て説明する。
【0023】図1中、1は処理室、2は基体、3は電
極、4は基体2を加熱するヒーター、5は排気口、6は
第1ガス供給口、7は第2ガス供給口、8は光源、9は
電極及び10は高周波電源を示す。
【0024】まず、室温の電極3上にシリコンからなる
基体2を載置し、光源8から波長領域200〜800n
mの可視紫外光を基体表面へ照射した。次にヒーター4
に通電し、300℃まで加熱した。更に第1ガス供給口
6からSiH4 ガスを、第2ガス供給口7からN2 ガス
を導入し、排気口5側に設けた不図示のコンダクタンス
バルブにより、処理室内を1Torrに減圧した。
【0025】本実施例においては処理用ガス供給口を2
つ設け、第1ガス供給口6から供給されるガスは直接基
板2近傍に、第2ガス供給口7から供給されるガスは、
プラズマ処理中、プラズマ発生領域を通過させ導入する
ものである。本発明においては単独あるいは3以上のガ
ス供給口を持つものも勿論可能である。
【0026】次に、高周波電源10より電極9に高周波
電力を200W供給し、電極9の近傍にプラズマを発生
させた。その結果、70nm/minの速度で良質なS
iN膜350nmを得た。
【0027】尚、上記処理用ガスを替えることによりS
iN、SiO2、Ta25、Al2 3、AlN 等の絶縁
体保護膜、a−Si、poly−Si、GaAs等の半
導体保護膜並びにAl、W等の金属保護膜が同様にして
成膜できる。
【0028】実施例2 次に、実施例1で用いたp−CVD装置により層間絶縁
SiO2 膜を形成する1方法を示す。
【0029】まず、室温の電極3上にシリコンからなる
基体2を載置し、光源8から可視紫外光の基体表面への
照射を開始した。次いで、ヒーター4に通電し、基体2
を300℃まで加熱した。次いで、第1ガス供給口6か
らTEOS、第2ガス供給口7からO2 ガスをそれぞれ
処理室内へ導入し、実施例1と同様にコンダクタンスバ
ルブにより処理室内を1Torrに減圧した。続いて、
高周波電源10より電極9に500Wの高周波電力を供
給し、プラズマを発生させ成膜を開始した。尚、成膜中
の光照度は0.6W/cm2 であった。その結果、成膜
速度180nm/minで良質で平坦なSiO2 膜90
0nmを得た。
【0030】実施例1と同様に処理用ガスを替えること
により、SiN、SiO2、Ta2 5、Al23、Al
N 等の絶縁膜、a−Si、poly−Si、GaAs
等の半導体膜並びにAl、W等の金属薄膜が製造でき
る。
【0031】実施例3 次に、本発明のプラズマ処理装置を応用して、層間絶縁
SiO2 膜を作製する他の例を図2を用いて説明する。
【0032】図2はp−CVD装置の構成を示す断面図
である。図中、1は処理室、2は基体、3は電極、4は
ヒーター、5は排気口、6は第1ガス供給口、7は第2
ガス供給口、8は光源、9は電極、10は高周波電源及
び11は反射鏡を示す。
【0033】処理室1の周囲に円筒状の反射鏡11を取
り付けた以外は、実施例2と同様にSi02 膜を製造し
た。
【0034】その結果、成膜速度160nm/min
で、実施例2よりも緻密なSiO2 膜800nmを得
た。
【0035】実施例4 実施例1に示したp−CVD装置を用いて、基体の表面
酸化を実施した。操作条件を以下のように変えた以外は
実施例1に準じて操作を行った。
【0036】基体はシリコン、第1ガス供給口からはガ
スを導入せず、第2ガス供給口からはO2 ガスを導入し
た。更に処理室内の圧力は2Torr、基体温度500
℃、高周波電力500Wとした。
【0037】その結果、シリコン基体表面に酸化速度
1.2nm/minで、6nmの良質なSiO2 膜を得
た。
【0038】尚、処理用ガスを替えることによりSi、
Al、Ti、Zn及びTa等の酸化窒化並びにB、As
及びP等のドーピングが可能である。
【0039】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、平行電極の一方に高周波を供給し、処理中の圧力を
1〜100Torrの高めに制御することによりプラズ
マが前記電極の付近に局在化する為、他方の電極上にあ
る基体へのイオン衝撃による損傷を防ぐことができる。
更に、処理用ガスの吐出口部がプラズマと接触するよう
にガス供給手段を設けることにより、ガスの励起効率が
上がり基体とプラズマとが隔離されているにも拘らず、
反応に有効な励起種が大量に基体に供給されるので、高
速、高精度な処理が可能となる。
【0040】又、可視紫外光を基体に照射することによ
り、基体の表面反応を促進し、より低温で緻密な膜が作
製できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置を応用したプラズマ
CVD装置の1構成例を示す断面図である。
【図2】本発明のプラズマ処理装置を応用したプラズマ
CVD装置の他の構成例を示す断面図である。
【図3】本発明に係るプラズマ処理装置のガス供給手段
の1例を示す模式図である。
【図4】本発明に係るプラズマ処理装置のガス供給手段
の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
1 処理室 2 基体 3 電極 4 ヒーター 5 排気口 6 第1ガス供給口 7 第2ガス供給口 8 光源 9 電極 10 高周波電源 11 反射鏡

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可視紫外光を透過する材料を構成要素に
    持つ気密に形成した処理室と、該処理室に連通して該処
    理室内を真空に排気する手段と、該処理室に連通して該
    処理室内に処理用ガスを供給する手段と、該処理室内に
    あって平行に対向する1対の電極と、該電極のいずれか
    一方に高周波を供給する手段と、他方の電極である基体
    支持体を加熱する手段と、該処理室の周囲にあって、基
    体もしくは基体上に付着した反応中間体の吸収波長を有
    する可視紫外光を基体に照射する照射手段とを具備して
    なり、かつ処理中の圧力を1乃至100Torrに設定
    することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 処理室を円筒状の石英管で構成した請求
    項1に記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 照射手段が円筒リング状ランプよりなる
    請求項2に記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】 照射手段が円筒リング状ランプ及び該ラ
    ンプから直接基体に照射されない光を反射し、その反射
    光を基体に照射する円筒状ミラーよりなる請求項2に記
    載のプラズマ処理装置。
JP27313392A 1992-10-12 1992-10-12 プラズマ処理装置 Pending JPH06124904A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1006568A1 (en) * 1998-12-02 2000-06-07 STMicroelectronics S.r.l. Enhancing protection of dielectrics from plasma induced damages
KR100739279B1 (ko) * 2002-11-20 2007-07-12 우시오덴키 가부시키가이샤 전기 전도성 제어 방법

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