JPH0824115B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
- Publication number
- JPH0824115B2 JPH0824115B2 JP62047109A JP4710987A JPH0824115B2 JP H0824115 B2 JPH0824115 B2 JP H0824115B2 JP 62047109 A JP62047109 A JP 62047109A JP 4710987 A JP4710987 A JP 4710987A JP H0824115 B2 JPH0824115 B2 JP H0824115B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- plasma processing
- processing apparatus
- chamber
- frequency
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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、半導体工業における半導体素子製造等に用
いるプラズマ処理装置に関するものであり、特に大面積
の半導体素子や半導体薄膜等への不純物注入，大面積の
半導体薄膜形成やエッチング等に用いるプラズマ処理装
置に関するものである。
いるプラズマ処理装置に関するものであり、特に大面積
の半導体素子や半導体薄膜等への不純物注入，大面積の
半導体薄膜形成やエッチング等に用いるプラズマ処理装
置に関するものである。
従来の技術 半導体薄膜等への不純物のイオンドーピング或はエッ
チングの方法としては、（１）：イオン源として直流グ
ロー放電を用い、質量分離部を有さずイオン加速部を経
てイオンを半導体基板等に注入する簡易型イオン注入装
置〔第３図,J.C.Muller,et al.:Proc.European Photovo
ltaic Solar Energy Conf.（プロシーディング ヨーロ
ピアン フォトボルティック ソーラー エナジー コ
ンファレンス）（Lexemberg）Sept.1977,p897−909〕を
用いる方法や、（２）：基板室内に容量結合型高周波電
極をもうけて高周波グロー放電による化学的気相反応を
起こすプラズマCVD装置の高周波電極に直流電圧を印加
させる方法〔第４図〕などがある。第3,4図において、
１は放電室、２は直流グロー放電用アノード電極、３は
放電用直流電源、４は加速用電源、５は加速用直流電
源、６はガス導入管、７は絶縁体、８はガス排出管、９
は基板台、22は真空容器、23は高周波電極、24はマッチ
ングボックス、25は高周波発振器、26は直流電源、27は
導入管、28はガス排出管、29は基板台、30は絶縁体であ
る。
チングの方法としては、（１）：イオン源として直流グ
ロー放電を用い、質量分離部を有さずイオン加速部を経
てイオンを半導体基板等に注入する簡易型イオン注入装
置〔第３図,J.C.Muller,et al.:Proc.European Photovo
ltaic Solar Energy Conf.（プロシーディング ヨーロ
ピアン フォトボルティック ソーラー エナジー コ
ンファレンス）（Lexemberg）Sept.1977,p897−909〕を
用いる方法や、（２）：基板室内に容量結合型高周波電
極をもうけて高周波グロー放電による化学的気相反応を
起こすプラズマCVD装置の高周波電極に直流電圧を印加
させる方法〔第４図〕などがある。第3,4図において、
１は放電室、２は直流グロー放電用アノード電極、３は
放電用直流電源、４は加速用電源、５は加速用直流電
源、６はガス導入管、７は絶縁体、８はガス排出管、９
は基板台、22は真空容器、23は高周波電極、24はマッチ
ングボックス、25は高周波発振器、26は直流電源、27は
導入管、28はガス排出管、29は基板台、30は絶縁体であ
る。
発明が解決しようとする問題点 イオンを用い半導体薄膜を処理する従来の技術におい
て、（１）のイオン源として直流グロー放電を用い、質
量分離部を有さずイオン加速部を経てイオンを半導体基
板等に輸送する第３図の簡易型イオン処理装置は、直流
グロー放電が起こりイオン源として機能する圧力（１〜
0.01torr）にイオン源の圧力を保ちさらに基板室をイオ
ンの平均自由行程がイオン源から基板までの距離以上に
なる圧力（〜10-3torr以下）に保つため差動排気等を用
いねばならず、また大面積の試料へのイオン処理のため
に放電電極を大きくすると電極の沿面放電等による放電
の不均一性や不安定性、さらに放電電極がイオン源の内
部にイオンに対し直接さらされて設けていることからプ
ラズマのセルフバイアスにより加速されたイオンによっ
て電極がスパッタリングされて発生する不純物による試
料の汚染等の問題があった。
て、（１）のイオン源として直流グロー放電を用い、質
量分離部を有さずイオン加速部を経てイオンを半導体基
板等に輸送する第３図の簡易型イオン処理装置は、直流
グロー放電が起こりイオン源として機能する圧力（１〜
0.01torr）にイオン源の圧力を保ちさらに基板室をイオ
ンの平均自由行程がイオン源から基板までの距離以上に
なる圧力（〜10-3torr以下）に保つため差動排気等を用
いねばならず、また大面積の試料へのイオン処理のため
に放電電極を大きくすると電極の沿面放電等による放電
の不均一性や不安定性、さらに放電電極がイオン源の内
部にイオンに対し直接さらされて設けていることからプ
ラズマのセルフバイアスにより加速されたイオンによっ
て電極がスパッタリングされて発生する不純物による試
料の汚染等の問題があった。
（２）の基板室内に容量結合型高周波電極をもうけて
高周波グロー放電による化学的気相反応を起こすプラズ
マCVD装置の高周波電極に直流電圧を印加させる第４図
の装置を用いる方法は、基板室の圧力が直流グロー放電
が起こりイオン源として機能する圧力（１〜0.01torr）
に保たれていることや印加出来る電圧が100〜1000Vと低
くいことから所望のイオン以外の中性粒子等の試料表面
への堆積が起こり、不純物の濃度を規定したドーピング
等の高精度制御が困難であった。さらに放電電極と加速
電極の一致による放電の不安定さのため、大面積の試料
に極めて一様な不純物のドーピング或はプラズマ処理等
を行うことが困難であり、さらに放電電極がイオン源の
内部にイオンに対し直接さらされて設けていることから
プラズマのセルフバイアスにより加速されたイオンによ
って電極がスパッタリングされて発生する不純物による
試料の汚染等の問題があった。
高周波グロー放電による化学的気相反応を起こすプラズ
マCVD装置の高周波電極に直流電圧を印加させる第４図
の装置を用いる方法は、基板室の圧力が直流グロー放電
が起こりイオン源として機能する圧力（１〜0.01torr）
に保たれていることや印加出来る電圧が100〜1000Vと低
くいことから所望のイオン以外の中性粒子等の試料表面
への堆積が起こり、不純物の濃度を規定したドーピング
等の高精度制御が困難であった。さらに放電電極と加速
電極の一致による放電の不安定さのため、大面積の試料
に極めて一様な不純物のドーピング或はプラズマ処理等
を行うことが困難であり、さらに放電電極がイオン源の
内部にイオンに対し直接さらされて設けていることから
プラズマのセルフバイアスにより加速されたイオンによ
って電極がスパッタリングされて発生する不純物による
試料の汚染等の問題があった。
問題点を解決するための手段 以上の問題点を解決するために本発明が用いる手段と
しては、イオン源として真空槽内にガスを導入し、ガス
をはさんで対向した電極に高周波信号を印加してプラズ
マを発生させ、このプラズマ中に磁場を形成するための
磁場発生源を所定の位置に配置し、この磁場強度を電子
サイクロトロン共鳴周波数を与える磁場強度の1.5倍以
上とするものである。
しては、イオン源として真空槽内にガスを導入し、ガス
をはさんで対向した電極に高周波信号を印加してプラズ
マを発生させ、このプラズマ中に磁場を形成するための
磁場発生源を所定の位置に配置し、この磁場強度を電子
サイクロトロン共鳴周波数を与える磁場強度の1.5倍以
上とするものである。
作用 真空槽内でプラズマを発生させ、これをイオン源とし
て使用する上記のような手段において磁場発生源を配す
ることで放電室内に印加された磁場による電子の閉じ込
め及び旋回運動（サイクロトロン運動）の励起を行い、
高周波によって供給されるエネルギーを有効に用いて例
えば10-3〜10-4torrの気体圧力でも放電が可能となる。
この場合、例えば13.56MHzの工業用周波数で電子をサイ
クロトロン運動させるために必要な磁束密度はほぼ4.8
ガウスとなり、地磁気による磁束密度と同程度となるの
で磁場の制御が困難であり実用的ではなかったが、発明
者らは、4.8ガウス以上の磁束密度よりも大きい値にお
いて、サイクロトロン運動の効率が上がることを見いだ
した。基本的には4.8ガウスの整数倍においても電子の
サイクロトロン共鳴が生じると考えられ、発明者らは1
3.56MHzの高周波を窒素ガスに印加してプラズマを発生
させ、プラズマ中のイオンを引き出してイオン電流を測
定することによりこれを確認した。第２図は磁束密度に
対するイオン電流の変化を示しており、この場合、イオ
ン電流の磁場印加による増加はサイクロトロン共鳴させ
るための磁場強度の1.5倍程度から観測された。又500ガ
ウス以上の磁束密度においてはその効果が小さくなるこ
とも観測した。このようにサイクロトロン運動の効率を
磁束密度を最適化することにより改善しプラズマ放電を
安定にし、イオンの発生を効率よく行なわせることが可
能となる。
て使用する上記のような手段において磁場発生源を配す
ることで放電室内に印加された磁場による電子の閉じ込
め及び旋回運動（サイクロトロン運動）の励起を行い、
高周波によって供給されるエネルギーを有効に用いて例
えば10-3〜10-4torrの気体圧力でも放電が可能となる。
この場合、例えば13.56MHzの工業用周波数で電子をサイ
クロトロン運動させるために必要な磁束密度はほぼ4.8
ガウスとなり、地磁気による磁束密度と同程度となるの
で磁場の制御が困難であり実用的ではなかったが、発明
者らは、4.8ガウス以上の磁束密度よりも大きい値にお
いて、サイクロトロン運動の効率が上がることを見いだ
した。基本的には4.8ガウスの整数倍においても電子の
サイクロトロン共鳴が生じると考えられ、発明者らは1
3.56MHzの高周波を窒素ガスに印加してプラズマを発生
させ、プラズマ中のイオンを引き出してイオン電流を測
定することによりこれを確認した。第２図は磁束密度に
対するイオン電流の変化を示しており、この場合、イオ
ン電流の磁場印加による増加はサイクロトロン共鳴させ
るための磁場強度の1.5倍程度から観測された。又500ガ
ウス以上の磁束密度においてはその効果が小さくなるこ
とも観測した。このようにサイクロトロン運動の効率を
磁束密度を最適化することにより改善しプラズマ放電を
安定にし、イオンの発生を効率よく行なわせることが可
能となる。
実施例 以下図面に基づいて本発明についてさらに詳しく説明
する。
する。
第１図は本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例
の概略構成図を示したものである。
の概略構成図を示したものである。
放電室Ｃの真空槽31はセラミックスや石英ガラス等を
用い、容量結合型高周波グロー放電用電極32には導電性
の良い銅・ニッケル等の金属を用い真空槽31の外部に設
ける。容量結合型高周波グロー放電用電極32の一方はマ
ッチングボックス33を介して高周波発振器34と接続し、
他方を接地して真空槽31内に高周波電力の供給を行う。
さらに容量結合型高周波グロー放電用電極32の外部に配
した電磁石35により電子のサイクロトロン共鳴に必要な
磁束密度の1.5倍以上の磁場を印加することによって電
子の励起効率を上げ閉じ込め効果を大きくすることによ
り、比較的低い圧力（10-3〜10-4torr）で高周波電力を
有効に放電のために用いることを可能とし真空槽31内に
プラズマを安定に発生させる。この磁場の強度は真空槽
31内に於て500ガウス程度で良く、磁場発生源として永
久磁石等を用いても良い。又、この磁場の強度を実現す
るために複数の磁場を用いることにより設計の裕度が増
す。導電性のステンレス・アルミニウム・銅等で作られ
開口部36を有する第１の導電性バイアス部37−ａは、セ
ラミックス・石英ガラス塩化ビニル等で作られた絶縁フ
ランジ38を介して放電室Ｃと基板室Ｄの間に設ける。放
電室Ｃへの材料ガスの導入はガス導入管39を経て、真空
槽31内の第１の導電性バイアス部37−ａと対向した位置
に設けられた第２の導電性バイアス部37−ｂのガス導入
口40より行う。第１の導電性バイアス部37−ａ及び第２
の導電性バイアス部37−ｂは各々直流高電圧電源41−ａ
及び41−ｂに接続され、所望の電圧を印加することによ
り、放電室Ｃ内の荷電粒子を基板室Ｄへ押し出し加速を
行う。基板室Ｄはガス排出管42に接続され、10-3〜10-6
torrの圧力に保たれる。基板室Ｄ内には導電性のステン
レス・アルミニウム・銅等で作られた基板台43を設け、
基板台43上に半導体基板等の試料44を置く。試料44はヒ
ーター45により加熱を行い、不純物のドーピング或はプ
ラズマ処理の効率を上げる。真空槽31内の容量結合型高
周波グロー放電用電極32に高周波を印加して生じるプラ
ズマより引き出され、第１の導電性バイアス部37−ａと
基板台43との電位差に応じた運動エネルギーを得た荷電
粒子ビーム46は、基板台43上の半導体基板等の試料44に
輸送され、所望の量の不純物のドーピング或はプラズマ
処理等が試料44に対して行われる。
用い、容量結合型高周波グロー放電用電極32には導電性
の良い銅・ニッケル等の金属を用い真空槽31の外部に設
ける。容量結合型高周波グロー放電用電極32の一方はマ
ッチングボックス33を介して高周波発振器34と接続し、
他方を接地して真空槽31内に高周波電力の供給を行う。
さらに容量結合型高周波グロー放電用電極32の外部に配
した電磁石35により電子のサイクロトロン共鳴に必要な
磁束密度の1.5倍以上の磁場を印加することによって電
子の励起効率を上げ閉じ込め効果を大きくすることによ
り、比較的低い圧力（10-3〜10-4torr）で高周波電力を
有効に放電のために用いることを可能とし真空槽31内に
プラズマを安定に発生させる。この磁場の強度は真空槽
31内に於て500ガウス程度で良く、磁場発生源として永
久磁石等を用いても良い。又、この磁場の強度を実現す
るために複数の磁場を用いることにより設計の裕度が増
す。導電性のステンレス・アルミニウム・銅等で作られ
開口部36を有する第１の導電性バイアス部37−ａは、セ
ラミックス・石英ガラス塩化ビニル等で作られた絶縁フ
ランジ38を介して放電室Ｃと基板室Ｄの間に設ける。放
電室Ｃへの材料ガスの導入はガス導入管39を経て、真空
槽31内の第１の導電性バイアス部37−ａと対向した位置
に設けられた第２の導電性バイアス部37−ｂのガス導入
口40より行う。第１の導電性バイアス部37−ａ及び第２
の導電性バイアス部37−ｂは各々直流高電圧電源41−ａ
及び41−ｂに接続され、所望の電圧を印加することによ
り、放電室Ｃ内の荷電粒子を基板室Ｄへ押し出し加速を
行う。基板室Ｄはガス排出管42に接続され、10-3〜10-6
torrの圧力に保たれる。基板室Ｄ内には導電性のステン
レス・アルミニウム・銅等で作られた基板台43を設け、
基板台43上に半導体基板等の試料44を置く。試料44はヒ
ーター45により加熱を行い、不純物のドーピング或はプ
ラズマ処理の効率を上げる。真空槽31内の容量結合型高
周波グロー放電用電極32に高周波を印加して生じるプラ
ズマより引き出され、第１の導電性バイアス部37−ａと
基板台43との電位差に応じた運動エネルギーを得た荷電
粒子ビーム46は、基板台43上の半導体基板等の試料44に
輸送され、所望の量の不純物のドーピング或はプラズマ
処理等が試料44に対して行われる。
発明の効果 本発明は真空槽内のガスに高周波を印加し、電子のサ
イクロトロン共鳴を生じさせる磁束密度の1.5倍以上の
磁束密度を印加することにより10-3〜10-4torrと比較的
低い圧力下で一様なイオン化の効率の高い安定なプラズ
マを発生させることが可能となる。これより均一で制御
性の良いドーピング及びプラズマ処理等を行なうことが
可能となる。本発明の実施例は、印加する高周波の周波
数を13.56MHzとした場合について説明したが、他に、例
えば2.45GHzのようなマイクロ波周波数帯の信号を印加
した場合についても同様なことが言える。この場合には
サイクロトロン共鳴を得るための磁束密度は875ガウス
であるが、この値の２倍の磁束密度を印加した場合にも
イオン化効率のよいプラズマが得られ良好な安定性が得
られる。
イクロトロン共鳴を生じさせる磁束密度の1.5倍以上の
磁束密度を印加することにより10-3〜10-4torrと比較的
低い圧力下で一様なイオン化の効率の高い安定なプラズ
マを発生させることが可能となる。これより均一で制御
性の良いドーピング及びプラズマ処理等を行なうことが
可能となる。本発明の実施例は、印加する高周波の周波
数を13.56MHzとした場合について説明したが、他に、例
えば2.45GHzのようなマイクロ波周波数帯の信号を印加
した場合についても同様なことが言える。この場合には
サイクロトロン共鳴を得るための磁束密度は875ガウス
であるが、この値の２倍の磁束密度を印加した場合にも
イオン化効率のよいプラズマが得られ良好な安定性が得
られる。
第１図は本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例の
概略構成図、第２図は本発明に係るプラズマ処理装置に
おける印加磁場強度とプラズマ放電のイオン化の効率の
関係を示す図、第３図は従来の技術のうちイオン源とし
て直流グロー放電を用い、質量分離部を有さずイオン加
速部を経てイオン半導体基板等に注入する簡易型イオン
注入装置の概略構成図、第４図は従来の技術のうち基板
室内に容量結合型高周波電極をもうけて高周波グロー放
電による化学的気相反応を起こすプラズマCVD装置の高
周波電極に直流電圧を印加させる方法の概略構成図であ
る。 Ｃ……放電室、Ｄ……基板室、31……真空槽、32……容
量結合型高周波グロー放電用電極、33……マッチングボ
ックス、34……高周波発振器、35……電磁石、36……開
口部、37−ａ……第１の導電性バイアス部、37−ｂ……
第２の導電性バイアス部、38……絶縁フランジ、39……
ガス導入管、40……ガス導入口、41−ａ……直流高電圧
電源、41−ｂ……直流高電圧電源、42……ガス排出管、
43……基板台、44……試料、45……ヒーター。
概略構成図、第２図は本発明に係るプラズマ処理装置に
おける印加磁場強度とプラズマ放電のイオン化の効率の
関係を示す図、第３図は従来の技術のうちイオン源とし
て直流グロー放電を用い、質量分離部を有さずイオン加
速部を経てイオン半導体基板等に注入する簡易型イオン
注入装置の概略構成図、第４図は従来の技術のうち基板
室内に容量結合型高周波電極をもうけて高周波グロー放
電による化学的気相反応を起こすプラズマCVD装置の高
周波電極に直流電圧を印加させる方法の概略構成図であ
る。 Ｃ……放電室、Ｄ……基板室、31……真空槽、32……容
量結合型高周波グロー放電用電極、33……マッチングボ
ックス、34……高周波発振器、35……電磁石、36……開
口部、37−ａ……第１の導電性バイアス部、37−ｂ……
第２の導電性バイアス部、38……絶縁フランジ、39……
ガス導入管、40……ガス導入口、41−ａ……直流高電圧
電源、41−ｂ……直流高電圧電源、42……ガス排出管、
43……基板台、44……試料、45……ヒーター。
Claims (7)
- 【請求項１】真空槽内に導入したガスに、周波数ｆの高
周波信号を印加して放電させる為の放電室と排気口を有
し、試料台を備えて前記放電室と接続された基板室によ
り構成されるプラズマ処理装置において、前記真空槽内
部に磁場を形成するための磁場発生源を所定の位置に配
置し、その磁場強度が、真空槽内の全てにおいて、電子
サイクロトロン共鳴周波数を与える磁場強度よりも十分
大きく、少なくとも真空槽内の一部で、電子サイクロト
ロン共鳴周波数を与える磁場強度の1.5倍以上としたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】放電室と基板室との間に、絶縁を保って第
１の導電性バイヤス部と、前記第１の導電性バイヤス部
と対向する位置に前記放電により生じるプラズマをはさ
んで第２の導電性バイヤス部を設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理。 - 【請求項３】磁場発生源を複数配置したことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項４】高周波信号の周波数ｆを100MHz以下とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ
処理装置。 - 【請求項５】高周波信号の周波数ｆを13.56MHzの工業用
周波数とし、磁場強度を500ガウス以下としたことを特
徴とした特許請求の範囲第３項記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項６】複数の磁場により発生させられる磁束密度
の合計が電子サイクロトロン共鳴周波数を与える磁場強
度の1.5倍以上としたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項７】高周波信号の周波数ｆを2.45GHzの工業用
周波数とし、磁場強度を電子サイクロトロン共鳴を与え
る磁場強度の２倍である1750ガウス程度としたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62047109A JPH0824115B2 (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | プラズマ処理装置 |
| US07/100,148 US4859908A (en) | 1986-09-24 | 1987-09-23 | Plasma processing apparatus for large area ion irradiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62047109A JPH0824115B2 (ja) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63213345A JPS63213345A (ja) | 1988-09-06 |
| JPH0824115B2 true JPH0824115B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=12766012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62047109A Expired - Lifetime JPH0824115B2 (ja) | 1986-09-24 | 1987-03-02 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0824115B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2976400B1 (fr) * | 2011-06-09 | 2013-12-20 | Ion Beam Services | Machine d'implantation ionique en mode immersion plasma pour procede basse pression. |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58125820A (ja) * | 1982-01-22 | 1983-07-27 | Toshiba Corp | 電子サイクロトロン共鳴型放電装置 |
| JPS59161035A (ja) * | 1984-01-18 | 1984-09-11 | Hitachi Ltd | プラズマ発生装置 |
-
1987
- 1987-03-02 JP JP62047109A patent/JPH0824115B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63213345A (ja) | 1988-09-06 |
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