JPH0740553B2 - 薄膜形成方法及びエッチング方法 - Google Patents

薄膜形成方法及びエッチング方法

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JPH0740553B2
JPH0740553B2 JP60233679A JP23367985A JPH0740553B2 JP H0740553 B2 JPH0740553 B2 JP H0740553B2 JP 60233679 A JP60233679 A JP 60233679A JP 23367985 A JP23367985 A JP 23367985A JP H0740553 B2 JPH0740553 B2 JP H0740553B2
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由雄 真鍋
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波と磁場によるECRプラズマを用いた薄膜
形成方法及びエッチング方法に関するものであり、特に
磁場の強度分布に関するものである。
従来の技術 プラズマCVDやプラズマドライエッチングは半導体プロ
セスなどの薄膜プロセスにおける重要な基幹技術の一つ
であり、現在基板の処理温度の低温化や基板の低損傷化
を図るため、基板へのイオンの入射エネルギーを下げる
研究がさかんに行なわれている。この分野に関しては、
例えば(「電子材料」編集部編「超LSI時代のプラズマ
化学」工業調査会,昭和58年出版P117〜P119)に基本的
な技術が述べられている。基板へのイオンの入射エネル
ギーを下げ、かつプラズマ放電を維持するためには、高
周波の周波数と磁場の強度と分布が重要な役割をはた
す。
高周波の周波数を高くし、また磁場の強度を高周波の周
波数で決まる電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件にな
るようにすると、例えば2.45GHzのマイクロ波の場合、
磁場の強度を0.0875wb/m2にすれば容易にプラズマ放電
の維持ができ、また、適当な磁場の分布をもたせて、基
板へのイオンの入射エネルギーが数十eV程度に下げるこ
とができることが知られている。そして、このようなプ
ラズマを利用してCVDやエッチングを行なうことが研究
されている。
従来の磁場の強度分布を第2図(a),(b)に示す。
以下においては、高周波の周波数fを2.45GHzとして説
明する。まず第2図(a)の磁場分布において、高周波
導入部付近を、高周波の周波数で決まるECR条件を満た
す磁場強度B0にしてある。(f=2.45GHzのときB0=0.0
875wb/m2である。)そのあと、高周波の進行方向に対し
て磁場の強度を徐々に単調減少させて、ECR放電で発生
させたイオンを加速させ、かつ拡散させている。
つぎに第2図(b)の磁場分布において、高周波導入部
付近を、ECR条件の磁場強度B0以上にしてあり、そして
第2図(a)の磁場分布と同様に磁場強度を単調減少さ
せて、ECR条件の磁場強度B0以下まで下げ、再びECR条件
の磁場強度以上まで増加させている。
以上のように磁場強度の分布を変化させることによって
基板へのイオンの入射エネルギーを下げて、基板の損傷
を下げている。
発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような磁場強度の分布であると以下のよ
うな問題点がある。
まず、高周波導入部は通常アンテナや導波管の端面ある
いは高周波を透過させる材料(従来石英板やテフロン)
と導波管側の大気とプラズマ室の真空とを遮断するため
のOリング等で構成されているが、高周波導入部付近で
ECR放電に直接曝されるので、高周波導入部の構成物の
損傷がおこり構成物のプラズマへの混入や最悪の場合リ
ークの原因となる。またECR放電が起こると電子密度が
上昇して、高周波の反射電力が多くなる。
つぎに高周波導入部付近の磁場強度をECR条件の磁場強
度B0以上にすると、高周波放電がおこり高周波はプラズ
マ中でも吸収されるが、ECR放電におけるイオン生成ほ
ど電子数を得られない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので磁場強度の
分布で、不純物の混入を防ぎ、効率のよい薄膜形成方法
及びエッチング方法を提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するために、本発明の薄膜形成方法及
びエッチング方法では、高周波電力導入部から基板に至
る間における電力導入部から基板に至る方向と平行な磁
界強度の分布を、電力導入部付近では、高周波電力の周
波数で決まる電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件を満
たす磁場密度未満した状態にし、真空槽内に成膜用ガス
を導入してECR条件下で励起またはイオン化し、この励
起またはイオン化された粒子を基板上に堆積させ、また
は試料をエッチングする構成となっている。
また、真空槽内に高周波電力導入部から基板に至る方向
と伝搬方向を一致させて高周波電力を印加することが好
ましい。
さらに、高周波電力導入部から基板に至る間における電
力導入部から基板に至る方向と平行な磁界強度の分布に
おいて、基板付近では前記共鳴条件を満たす磁場密度以
下にすることが好ましい。
作用 上記した構成により、本発明における薄膜形成方法及び
エッチング方法は、電力導入部付近の磁場密度を高周波
電力のECR条件を満たす磁界密度未満にしたので、高周
波電力の吸収が起こらずECR放電も起こらない。このた
めに高周波導入部は、高励起・高密度のECR放電に直接
曝されないので、高周波導入部の損傷がない。また、高
周波導入部の損傷等による不純物が膜への混入を防ぐこ
とができる。
また、高周波電力導入部から基板に至る方向と高周波電
力の伝搬方向を一致させているため、高周波電力の伝搬
方向にECR放電が発生するので、基板へECR放電中のイオ
ンだけでなく、高励起の中性粒子(ラジカル)を効率よ
く供給できる。とくに、ラジカルは磁界によって制御で
きないので、本発明の構成にすることで基板上にラジカ
ルを供給でき、ラジカルによる壁の損傷も防止すること
ができる。
さらに、基板付近の磁界密度を前記共鳴条件を満たす磁
界密度以下にするという本発明の好ましい構成によれ
ば、基板付近においてECR放電が発生しないので、ECR放
電による基板上の試料への損傷がない。
実施例 以下本発明について実施例とともに説明する。第1図
(a)は本発明の薄膜形成及びエッチングを行うプラズ
マ装置の概略図であり、第1図(b)にプラズマ装置の
高周波導入部端からの供給と磁場強度との関係を示し
た。ここではプラズマCVD装置による窒化シリコン膜の
形成を仮として説明する。
高周波はマイクロ波(2.45GHz)を用いた。マイクロ波
はマグネトロン(図示せず)で発生させた。1は高周波
導入部でTE01モードの方形導波管(WJR−2)を用い、
高周波導入部1の端は、大気と真空を遮断するため厚さ
10mm石英板2を用いて、高周波導入部端8とした。ガス
導入口4より、アルゴン希釈のシランガス(SiH4,シラ
ン20%含有)と窒素ガスを流量化4:3で全圧0.08Paとし
て導入した。磁場3はプラズマ室5の外周に配置し、ヘ
ルムホルツコイル(最大磁束密度0.093wb/m2)を用い
た。基板6は高周波導入部1と対向して設けた基板支持
台7に固定した。マイクロ波のパワーは200Wとした。こ
こでいうマイクロ波のパワーは、入射電力と反射電力と
の差である。
そして第1図(b)に示すように、磁場強度分布は高周
波導入部端8で、ECR条件を満たす磁界密度(高周波の
周波数が2.45GHzの場合、磁界密度は0.0875Wb/m2)未満
の0.08wb/m2とし、高周波導入端8から10〜30cm間の磁
束密度は、ECR条件を満たす磁束密度以上の0.093Wb/m2
でほぼ一定に保ち、基板付近ではECR条件を満たす磁界
密度以下の0.06Wb/m2にした。基板6としてシリコン基
板および石英板を用いた。なお、基板加熱は行なわなか
った。
以上のような構成でシリコン基板6上に窒化シリコン膜
を形成したところ、窒化シリコン膜の屈折率は2.0、緩
衝フッ酸(50%HF:50%NH4F=3:17)によるエッチ速度
は2A/minでありこれは非常に緻密なことを意味する。次
に同様に石英板上に窒化シリコン膜を形成した。この窒
化シリコン膜の光学バンドギャップの測定によりその光
学バンドギャップは5eV以上あり、これは熱窒化膜と同
等な値である。また基板加熱を行っていない、基板表面
の温度は測定によると60℃以下であった。また入射電力
は206Wで、反射電力は6Wであるので、入射電力の3%し
か反射していない。
第3図に従来例第2図(a)の磁場強度分布に設定した
場合と本発明についての場合10%の反射であるが、本発
明の場合は3%以下であった。
高周波導入部の石英板、Oリングおよびプラズマ室の高
周波導入部側に損傷は観察できなかった。これは、高周
波導入部付近の磁界密度をECR条件を満たす磁界密度未
満にしたため、高周波導入部付近でECR放電によるスパ
ッタを防止できるためと考えられる。
また、得られた窒化シリコン膜をオージェ電子分光法や
X線光電子分光法によって分析しても、プラズマ室周辺
の構成物からの不純物の混入は認められなかった。
以上のように本発明における磁場強度分布によるとその
窒化膜には不純物の混入が認められず、また、高周波電
力も有効に利用できる。
なお、ここでは、高周波に2.45GHzのマイクロ波を用い
たが、数MHz以上の高周波であればよく、また高周波導
入部付近と基板付近もECR条件を満足する磁場強度未満
であればよく、そして基板付近はECR条件を満足する磁
場強度であってもよい。ここではプラズマ装置をプラズ
マCVDとして説明したが導入ガスに塩素ガス、弗化物ガ
ス,フレオンガス等を用いてプラズマエッチをしてもよ
い。またプラズマCVDにおいてもここでは窒化シリコン
膜をシランガスと窒素ガスで形成したが、所望する薄膜
の分子を構成する1種類以上のガスおよびプラズマ放電
を維持または促進する例えばヘリウムガス等のガスによ
って形成してもよい。また、高周波導入部付近と基板付
近以外の領域でECR条件を満足する磁場強度以上の磁場
強度であってもよく、高周波導入部から基板に至る領域
でECR条件を満足する磁場強度以下の磁場強度を1カ所
以上含んでもよい。
また磁場はヘルムホルツコイルを用いてミラー磁場をし
たが、電磁石や永久磁石を用いてもよく、またカスブ磁
場を用いてもよく、磁場の極性にかかわりなく、磁場の
絶対値の強度分布が本発明の磁場強度分布であればよ
い。
発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明の薄膜形成方法及
びエッチング方法は、磁場強度分布を本発明の分布にす
ることにより、高周波電力を効率よく吸収させることが
でき、かつ不純物の混入を防ぐことができる。
まず、高周波導入部付近の磁場強度分布をECR供給以下
にすることにより、ECR放電による損傷によって出てく
る高周波導入部付近の構成物等の不純物等を防ぐことが
可能であり、かつ高周波電力を効率良く吸収させること
ができる。
また、高周波電力導入部から基板に至る方向と高周波電
力の伝搬方向を一致させたことにより、ECRプラズマ中
のイオンだけでなく磁場によって制御できないラジカル
を有効に供給でき、膜形成やエッチングの効率を高める
ことができる。
さらに、基板付近の磁場強度をECR条件を満たす磁界強
度以下の磁界密度にしたことにより、基板付近でECR放
電が起こらないので、ECR放電による基板への損傷を防
ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は本発明の実施例の薄膜形成を行
うプラズマ装置の概略図高周波導入部端からの磁場強度
分布図、第2図(a),(b)は従来例のプラズマ装置
における高周波導入部端からの磁場強度分布図、第3図
は従来例第2図(a)と本発明における入射電力と反射
電力の関係を示す図である。 1……高周波導入部、2……石英板、3……磁場、6…
…基板。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に基板を有する真空槽内に高周波電力
    導入部から高周波電力を印加する工程と、前記高周波電
    力導入部の近傍領域の磁場強度を高周波電力の周波数で
    決まる電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度未
    満にする工程と、前記高周波電力導入部の近傍領域と前
    記基板との間に磁場強度が高周波電力の周波数で決まる
    電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度以上のプ
    ラズマ領域を形成する工程と、前記真空槽内に成膜用ガ
    スを導入し前記プラズマ領域内で前記成膜用ガスを励起
    またはイオン化し、この励起またはイオン化された粒子
    を前記基板上に堆積させる工程とを有する薄膜形成方
    法。
  2. 【請求項2】内部に基板を有する真空槽内に高周波電力
    導入部から高周波電力を印加する工程と、前記高周波電
    力導入部の近傍領域の磁場強度を高周波電力の周波数で
    決まる電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度未
    満にする工程と、前記高周波電力導入部の近傍領域と前
    記基板との間に磁場強度が高周波電力の周波数で決まる
    電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度以上であ
    り、かつ、前記磁場強度がほぼ一定なプラズマ領域を形
    成する工程と、前記真空槽内に成膜用ガスを導入し前記
    プラズマ領域内で前記成膜用ガスを励起またはイオン化
    し、この励起またはイオン化された粒子を前記基板上に
    堆積させる工程とを有する薄膜形成方法。
  3. 【請求項3】高周波電力導入部から基板に至る方向と伝
    搬方向を一致させて高周波電力導入部から高周波電力を
    印加することを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の薄膜形成方法。
  4. 【請求項4】基板の近傍領域の磁場強度を高周波電力の
    周波数で決まる電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁
    場強度未満にする工程を付加したことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項、第2項または第3項記載の薄膜形成
    方法。
  5. 【請求項5】内部に試料を有する真空槽内に高周波電力
    導入部から高周波電力を印加する工程と、前記高周波電
    力導入部の近傍領域の磁場強度を高周波電力の周波数で
    決まる電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度未
    満にする工程と、前記高周波電力導入部の近傍領域と前
    記試料との間に磁場強度が高周波電力の周波数で決まる
    電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度以上のプ
    ラズマ領域を形成する工程と、前記真空槽内にエッチン
    グ用ガスを導入し前記プラズマ領域内で前記エッチング
    用ガスを励起またはイオン化し、この励起またはイオン
    化された粒子を前記試料上に堆積させる工程とを有する
    エッチング方法。
  6. 【請求項6】内部に試料を有する真空槽内に高周波電力
    導入部から高周波電力を印加する工程と、前記高周波電
    力導入部の近傍領域の磁場強度を高周波電力の周波数で
    決まる電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度未
    満にする工程と、前記高周波電力導入部の近傍領域と前
    記試料との間に磁場強度が高周波電力の周波数で決まる
    電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場強度以上であ
    り、かつ、前記磁場強度がほぼ一定なプラズマ領域を形
    成する工程と、前記真空槽内にエッチング用ガスを導入
    し前記プラズマ領域内で前記エッチング用ガスを励起ま
    たはイオン化し、この励起またはイオン化された粒子を
    前記試料上に堆積させる工程とを有するエッチング方
    法。
  7. 【請求項7】高周波電力導入部から試料に至る方向と伝
    搬方向を一致させて高周波電力導入部から高周波電力を
    印加することを特徴とする特許請求の範囲第5項または
    第6項記載の薄膜形成方法。
  8. 【請求項8】試料の近傍領域の磁場強度を高周波電力の
    周波数で決まる電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁
    場強度未満にする工程を付加したことを特徴とする特許
    請求の範囲第5項、第6項または第7項記載のエッチン
    グ方法。
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