JPS60103626A - プラズマ陽極酸化装置 - Google Patents
プラズマ陽極酸化装置Info
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- JPS60103626A JPS60103626A JP58210835A JP21083583A JPS60103626A JP S60103626 A JPS60103626 A JP S60103626A JP 58210835 A JP58210835 A JP 58210835A JP 21083583 A JP21083583 A JP 21083583A JP S60103626 A JPS60103626 A JP S60103626A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は・ＳｉやＧ ａ Ａ ｓ などの牛導体材料、
あるいは・ｐｂやＮｂなどの超電導金属材料などの固体
表面のごく近傍を、酸素を含むガスプラズマ中で発生す
る活性粒子によって、比較的低温で酸化する方法を提供
するものである。
あるいは・ｐｂやＮｂなどの超電導金属材料などの固体
表面のごく近傍を、酸素を含むガスプラズマ中で発生す
る活性粒子によって、比較的低温で酸化する方法を提供
するものである。
プラズマ陽極酸化法は、比較的低温で、ＧａＡｓやＳｉ
などの表面を酸化する方法として、従来からよく知られ
ており・菅野卓雄編著、「半導体プラズマ技術（１’１
８０年、産業図書、東京）の８３〜９１頁にも、その方
法が記されている。その代表的な方法は、高周波やマイ
クロ波電力で生成した酸素プラズマ中に、ＧａＡｓやＳ
ｉなどの被酸化処理物をおくものである。しかし、従来
のこの方法によると、酸素プラズマ中に存在するあらゆ
る活性粒子（イオン・電子・励起原子・励起分子・光な
ど）が、酸化されつつある処理物表面に照射されるので
、形成された酸化膜（Ｓｉ（ｈなど）と、下地処理物（
Ｓｉなど）との間の界面を利用して作成したＭＯＳ）ラ
ンジスタの電気的特性は、熱酸化法によって形成した５
ｉＯｚ酸化膜を用いたＭＯＳ）ランジスタにくらべると
、電気的特性が劣っていることが多かった。
などの表面を酸化する方法として、従来からよく知られ
ており・菅野卓雄編著、「半導体プラズマ技術（１’１
８０年、産業図書、東京）の８３〜９１頁にも、その方
法が記されている。その代表的な方法は、高周波やマイ
クロ波電力で生成した酸素プラズマ中に、ＧａＡｓやＳ
ｉなどの被酸化処理物をおくものである。しかし、従来
のこの方法によると、酸素プラズマ中に存在するあらゆ
る活性粒子（イオン・電子・励起原子・励起分子・光な
ど）が、酸化されつつある処理物表面に照射されるので
、形成された酸化膜（Ｓｉ（ｈなど）と、下地処理物（
Ｓｉなど）との間の界面を利用して作成したＭＯＳ）ラ
ンジスタの電気的特性は、熱酸化法によって形成した５
ｉＯｚ酸化膜を用いたＭＯＳ）ランジスタにくらべると
、電気的特性が劣っていることが多かった。
また、処理物表面はプラズマよりのさまざまな輻射をう
けるので・プラズマの発生条件とは独立に、処理物の温
度を制御することは難しかった。
けるので・プラズマの発生条件とは独立に、処理物の温
度を制御することは難しかった。
本発明は・以上のような従来のプラズマ陽極酸化法の欠
点をおぎなうため・プラズマ源と・被酸化処理物（Ｓｉ
、ＧａＡｓ、Ｐｂ、Ｎｂなど）を、空間的に離し・かつ
・その間に、カスプ型磁界を印加することにより、酸化
層と下地処理物との間の界面の空気的特性を劣化させる
ことのない活性酸素粒子のみによりプラズマ陽極酸化を
する新しい方法を提供するものである。
点をおぎなうため・プラズマ源と・被酸化処理物（Ｓｉ
、ＧａＡｓ、Ｐｂ、Ｎｂなど）を、空間的に離し・かつ
・その間に、カスプ型磁界を印加することにより、酸化
層と下地処理物との間の界面の空気的特性を劣化させる
ことのない活性酸素粒子のみによりプラズマ陽極酸化を
する新しい方法を提供するものである。
従来のプラズマ陽画酸化法においては、プラズマ中に被
処理物を挿入していたために、プラズマ中に存在するイ
オンや電子が、薄い酸化膜層を、高エネルギーで照射し
、このことが、酸化層／下地基板との界面の電気的特性
を劣化させる主な原因と考えられている。
処理物を挿入していたために、プラズマ中に存在するイ
オンや電子が、薄い酸化膜層を、高エネルギーで照射し
、このことが、酸化層／下地基板との界面の電気的特性
を劣化させる主な原因と考えられている。
一方、一般に、プラズマは、磁力線の方向に拡散しやす
く、磁力線を横切っては拡散しにくいという性質をもっ
ている。したがって、この性質を利用して、プラズマ源
と被酸化処理物とをむすぶ□ 軸上に、カスプ型磁界−
を設けると、プラズマ中のイオンや電子等の高エネルギ
ー荷電粒子はカスプ損失により・はとんどすべて真空容
器壁に衝突して再結合し、中性化させることができる。
く、磁力線を横切っては拡散しにくいという性質をもっ
ている。したがって、この性質を利用して、プラズマ源
と被酸化処理物とをむすぶ□ 軸上に、カスプ型磁界−
を設けると、プラズマ中のイオンや電子等の高エネルギ
ー荷電粒子はカスプ損失により・はとんどすべて真空容
器壁に衝突して再結合し、中性化させることができる。
したがって・被酸化処理物表面には、カスプ磁界の影響
をうけない中性酸素原子・分子、およびそれらの励起粒
子が到達することになる。この方法によれば・酸化され
つつある処理物表面が、高エネルギーのイオンや電子な
どによって照射されることなく・電気的特性の良好な薄
い酸化膜を得ることができる。
をうけない中性酸素原子・分子、およびそれらの励起粒
子が到達することになる。この方法によれば・酸化され
つつある処理物表面が、高エネルギーのイオンや電子な
どによって照射されることなく・電気的特性の良好な薄
い酸化膜を得ることができる。
また、カスプ磁界の片側には、通常、２次的に弱電離の
プラズマが生成する。被酸化処理物に。
プラズマが生成する。被酸化処理物に。
このプラズマに対して・正のバイアス電位を印加すれば
、第１図に示すように・その電位は、はとんど薄い酸化
層に印加され、酸化層近傍のプラズマシースには、低い
電位差しかできず、酸化層表面に照射される電子のエネ
ルギーは、高々１０ｅＶ程度である。
、第１図に示すように・その電位は、はとんど薄い酸化
層に印加され、酸化層近傍のプラズマシースには、低い
電位差しかできず、酸化層表面に照射される電子のエネ
ルギーは、高々１０ｅＶ程度である。
尚第１図は、被酸化試料に正のバイアス電位ＶＢを印加
した時の電位の分布を示した図である。
した時の電位の分布を示した図である。
図中、ｌは被酸化試料・２は酸化層、３は弱電離２次プ
ラズマを表わしている。
ラズマを表わしている。
マツフタガート代著、「ガス放電におけるプラズマ化学
」（エルスフイア−社、アムステルダム。
」（エルスフイア−社、アムステルダム。
１９６７年）中の６頁に記載されているように。
一般的に・低エネルギー電子の照射は、固体表面におい
て、０２分子などを解離吸着さする効果があることが知
られている。したがって、プラズマシースの存在は、酸
化反応を促進させる。
て、０２分子などを解離吸着さする効果があることが知
られている。したがって、プラズマシースの存在は、酸
化反応を促進させる。
以上をまとめれば、カスプ磁界の存在と、バイアス電圧
の印加により、短時間で・良質の酸化膜が得られること
になり、これを利用したのが本発明のプラズマ陽極酸化
法である。
の印加により、短時間で・良質の酸化膜が得られること
になり、これを利用したのが本発明のプラズマ陽極酸化
法である。
以下、本発明の実施例を・第２図により、シリコンのプ
ラズマ陽極酸化を例にとり説明する。本発明のプラズマ
陽極酸化装置は、プラズマ源１０゜ガス導入孔１１．真
空容器１２．試料台１３・被酸化試料１４、試料加熱用
ヒータ１５．バイアス電源・空芯コイル１７．１８より
成る。
ラズマ陽極酸化を例にとり説明する。本発明のプラズマ
陽極酸化装置は、プラズマ源１０゜ガス導入孔１１．真
空容器１２．試料台１３・被酸化試料１４、試料加熱用
ヒータ１５．バイアス電源・空芯コイル１７．１８より
成る。
ガス導入孔１１より・酸素ガスを真空容器１２内に導入
して・プラズマ源１０内の真空度を１×１０” Ｔｏｒ
ｒ とする。その後５図には示さないが、２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を発生するマイクロ波電源を用いて・プ
ラズマ源部にマイクロ波を給電して、プラズマ源１０内
に酸素プラズマを発生させる。この時・空芯コイル１７
を励磁して・プラズマ源部に磁界を発生させ・プラズマ
の密度を増加させる。ここで、空芯コイル１７及び１８
は・真空容器をその中心に備えるように配置されている
Ｏ すなわち真空容器の囲りに適当な間隔をおいて空芯コイ
ル１７及び１８が配置されている。
して・プラズマ源１０内の真空度を１×１０” Ｔｏｒ
ｒ とする。その後５図には示さないが、２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を発生するマイクロ波電源を用いて・プ
ラズマ源部にマイクロ波を給電して、プラズマ源１０内
に酸素プラズマを発生させる。この時・空芯コイル１７
を励磁して・プラズマ源部に磁界を発生させ・プラズマ
の密度を増加させる。ここで、空芯コイル１７及び１８
は・真空容器をその中心に備えるように配置されている
Ｏ すなわち真空容器の囲りに適当な間隔をおいて空芯コイ
ル１７及び１８が配置されている。
プラズマ源１０で発生した酸素プラズマは、真空容器１
２の下流の方へ拡散する性質をもつが、空芯コイル１８
をさらに励磁して、ちょうど、空芯コイル１７と逆向き
の励磁をおこなうことによリ、プラズマ源１０と、被酸
化試料１４との間に・カスプ型磁界を発生させる。
２の下流の方へ拡散する性質をもつが、空芯コイル１８
をさらに励磁して、ちょうど、空芯コイル１７と逆向き
の励磁をおこなうことによリ、プラズマ源１０と、被酸
化試料１４との間に・カスプ型磁界を発生させる。
上の操作により、プラズマ源より流れ出す酸素プラズマ
中に含まれる粒子のうち、電荷をもったイオンと電子は
、はとんどすべて、カスプ型磁界の作用により、真空容
器壁に衝突して、再結合しそのエネルギーを失なう。
中に含まれる粒子のうち、電荷をもったイオンと電子は
、はとんどすべて、カスプ型磁界の作用により、真空容
器壁に衝突して、再結合しそのエネルギーを失なう。
一方・酸素プラズマ中に含まれる電気的に中性な酸素励
起種は・カスプ磁界の影響をうけないで・被酸化試料１
４の表面まで運ばれる。
起種は・カスプ磁界の影響をうけないで・被酸化試料１
４の表面まで運ばれる。
被酸化試料１４である３インチシリコンウニ／Ｓ−は、
試料加熱用ヒータ１５により一６００’ｃに加熱される
。
試料加熱用ヒータ１５により一６００’ｃに加熱される
。
さらに、試料１４の近傍の真空度は、１０４Ｔｏｒｒ程
度であるから、その部分には、弱く電離した２次プラズ
マが存在する。バイアス電源１６により・上記２次プラ
ズマに対し・試料１４に＋５０■を印加して、２次プラ
ズマ中の低速電子を、試料１４表面に照射して、酸化反
応を促進させるようにした。
度であるから、その部分には、弱く電離した２次プラズ
マが存在する。バイアス電源１６により・上記２次プラ
ズマに対し・試料１４に＋５０■を印加して、２次プラ
ズマ中の低速電子を、試料１４表面に照射して、酸化反
応を促進させるようにした。
以上の方法で・シリコン単結晶を・酸素プラズマに１時
間さらしておくことにより、４００人の厚さの二酸化シ
リコン膜が形成された。この酸化膜の赤外吸収特性を第
３図に示す。図中、■はプラズマ酸化による酸化膜、■
は熱酸化による酸化膜である。赤外吸収特性の測定には
・測定感度のよいフーリエ変換赤外分光計を用いた。熱
酸化膜と同様に、波数１０７０ｃｍ″′１の近傍に、シ
リコンと酸素の振動・収縮に基づく赤外吸収のピークが
現われる。ピークの位置や、ピークの半値巾は熱酸化膜
の場合と変わらない。
間さらしておくことにより、４００人の厚さの二酸化シ
リコン膜が形成された。この酸化膜の赤外吸収特性を第
３図に示す。図中、■はプラズマ酸化による酸化膜、■
は熱酸化による酸化膜である。赤外吸収特性の測定には
・測定感度のよいフーリエ変換赤外分光計を用いた。熱
酸化膜と同様に、波数１０７０ｃｍ″′１の近傍に、シ
リコンと酸素の振動・収縮に基づく赤外吸収のピークが
現われる。ピークの位置や、ピークの半値巾は熱酸化膜
の場合と変わらない。
従来のプラズマ陽極酸化法で形成した膜の最大の欠点と
して、界面準位密度が、１０Ｉ２〜１ＱＩ４／ｃ１ｎ２
・ｅＶと多いことがあげられる。このため、酸化膜形成
後の熱処理が不可欠である。本装置を用いて作った５ｉ
（ｈ 膜の界面特性を調べるために、ｋｌ／Ｓｉｎｇ／
８ｉ構造のＭＯＳダイオードを作り、Ｃ−Ｖ特性測定よ
り界面準位を評価した。この時、Ａｔの蒸着は、超高真
空中で・電子などの照射損傷が入らないように十分注意
をして行った。
して、界面準位密度が、１０Ｉ２〜１ＱＩ４／ｃ１ｎ２
・ｅＶと多いことがあげられる。このため、酸化膜形成
後の熱処理が不可欠である。本装置を用いて作った５ｉ
（ｈ 膜の界面特性を調べるために、ｋｌ／Ｓｉｎｇ／
８ｉ構造のＭＯＳダイオードを作り、Ｃ−Ｖ特性測定よ
り界面準位を評価した。この時、Ａｔの蒸着は、超高真
空中で・電子などの照射損傷が入らないように十分注意
をして行った。
第４図に得られた界面準位密度を示す。酸化膜形成後の
熱処理をおこなわなくても、ミツドギャップ近傍での界
面準位密度が１０”７ｃｍ” ｅＶと従来のプラズマ陽
極酸化装置で形成したものと比して。
熱処理をおこなわなくても、ミツドギャップ近傍での界
面準位密度が１０”７ｃｍ” ｅＶと従来のプラズマ陽
極酸化装置で形成したものと比して。
１〜３桁少なくなっている。
このように・本発明の装置を用いれば、６００℃という
低い温度においても、制御性よく、シリコンの高品質な
酸化膜を作ることができる。また、ＧａＡｓ−？Ｐｂ、
Ｎｂなどの試料に対しても、室温程度の温度で１０〜５
００人の厚さの酸化膜を制御性よく作成することができ
た。
低い温度においても、制御性よく、シリコンの高品質な
酸化膜を作ることができる。また、ＧａＡｓ−？Ｐｂ、
Ｎｂなどの試料に対しても、室温程度の温度で１０〜５
００人の厚さの酸化膜を制御性よく作成することができ
た。
本発明の装置は・ＳｉやＧ ａ Ａ ｓや、 Ｐｂ、
Ｎｂなど、あらゆる金属を酸化して、電気的・光学的・
機械的にすぐれた性質をもつ酸化膜を作るのに使用する
ことができる。特に・従来のプラズマ陽極酸化装置にく
らべて、ダメージと不純物汚染の少ない酸化膜を、１０
００″Ｃ以下の低い温度で作ることができる。
Ｎｂなど、あらゆる金属を酸化して、電気的・光学的・
機械的にすぐれた性質をもつ酸化膜を作るのに使用する
ことができる。特に・従来のプラズマ陽極酸化装置にく
らべて、ダメージと不純物汚染の少ない酸化膜を、１０
００″Ｃ以下の低い温度で作ることができる。
第１図は被酸化試料に正バイアス電圧を印加した時の電
位分布を示す図、第２図はカスプ型磁界を有するプラズ
マ陽極酸化装置の断面図、第３図は本方式で形成したＳ
ｉｇｈ 膜と熱酸化膜の赤外吸収特性を示す図、第４図
は界面準位密度と表面ポテンシャルの関係を示す図であ
る。 １・・・被酸化試料、２・・・酸化層、３・・・弱電＠
２次プラズマ・ＶＢ・・・バイアス電圧、■８・・・プ
ラズマシース電圧、１０・・・プラズマ源、１１・・・
ガス導入孔、１２・・・真空容器・１３・・・試料台、
１４・・・被酸化試料、１５・・・試料加熱用ヒータ、
１６・・・バイアス電源・１７．１８・・・カスプ磁界
発生用空芯コイル、１９・・・磁力線。 第 １ 口 ＄ｚ 図 蝦鴫モ介− 特開昭ＧＯ−１０３Ｇ２１Ｅ（４） Ｘ ３ 図 ）皮ずゲ （ｃｔｎ：り 第４− 口 □１ 一；で −閣で
位分布を示す図、第２図はカスプ型磁界を有するプラズ
マ陽極酸化装置の断面図、第３図は本方式で形成したＳ
ｉｇｈ 膜と熱酸化膜の赤外吸収特性を示す図、第４図
は界面準位密度と表面ポテンシャルの関係を示す図であ
る。 １・・・被酸化試料、２・・・酸化層、３・・・弱電＠
２次プラズマ・ＶＢ・・・バイアス電圧、■８・・・プ
ラズマシース電圧、１０・・・プラズマ源、１１・・・
ガス導入孔、１２・・・真空容器・１３・・・試料台、
１４・・・被酸化試料、１５・・・試料加熱用ヒータ、
１６・・・バイアス電源・１７．１８・・・カスプ磁界
発生用空芯コイル、１９・・・磁力線。 第 １ 口 ＄ｚ 図 蝦鴫モ介− 特開昭ＧＯ−１０３Ｇ２１Ｅ（４） Ｘ ３ 図 ）皮ずゲ （ｃｔｎ：り 第４− 口 □１ 一；で −閣で
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、真空容器と該真空容器中に少なくとも酸素を含むガ
スプラズマ源と、酸化すべき処理物を保持する支持台と
を備え、上記ガスプラズマ源と前記支持台との間に、カ
スプ型反転磁界を少くとも１ケ所もうけたことを特徴と
するプラズマ陽極酸化装置。 ２、上記支持台に支持された酸化すぺ酋処理物表面近傍
に存在する弱電離２次プラズマに対し、処理物に正のバ
イアス電圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲
第１項のプラズマ陽極酸化装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58210835A JPS60103626A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | プラズマ陽極酸化装置 |
| US06/669,347 US4585541A (en) | 1983-11-11 | 1984-11-08 | Plasma anodization system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58210835A JPS60103626A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | プラズマ陽極酸化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60103626A true JPS60103626A (ja) | 1985-06-07 |
Family
ID=16595897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58210835A Pending JPS60103626A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | プラズマ陽極酸化装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4585541A (ja) |
| JP (1) | JPS60103626A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62172699A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-29 | 理化学研究所 | プラズマ閉込用磁場発生装置 |
| JPS6378517A (ja) * | 1986-09-20 | 1988-04-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体薄膜の形成方法 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5780313A (en) | 1985-02-14 | 1998-07-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating semiconductor device |
| US6784033B1 (en) | 1984-02-15 | 2004-08-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for the manufacture of an insulated gate field effect semiconductor device |
| JPH0752718B2 (ja) * | 1984-11-26 | 1995-06-05 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 薄膜形成方法 |
| US6786997B1 (en) | 1984-11-26 | 2004-09-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Plasma processing apparatus |
| US6673722B1 (en) | 1985-10-14 | 2004-01-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Microwave enhanced CVD system under magnetic field |
| US6230650B1 (en) | 1985-10-14 | 2001-05-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Microwave enhanced CVD system under magnetic field |
| JPH0740566B2 (ja) * | 1986-02-04 | 1995-05-01 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理方法及びその装置 |
| US4863576A (en) * | 1986-09-04 | 1989-09-05 | Collins George J | Method and apparatus for hermetic coating of optical fibers |
| US5433788A (en) * | 1987-01-19 | 1995-07-18 | Hitachi, Ltd. | Apparatus for plasma treatment using electron cyclotron resonance |
| DE3803355A1 (de) * | 1988-02-05 | 1989-08-17 | Leybold Ag | Teilchenquelle fuer eine reaktive ionenstrahlaetz- oder plasmadepositionsanlage |
| FR2652591B1 (fr) * | 1989-10-03 | 1993-10-08 | Framatome | Procede d'oxydation superficielle d'une piece en metal passivable, et elements d'assemblage combustible en alliage metallique revetus d'une couche d'oxyde protectrice. |
| US5633192A (en) * | 1991-03-18 | 1997-05-27 | Boston University | Method for epitaxially growing gallium nitride layers |
| US6953703B2 (en) * | 1991-03-18 | 2005-10-11 | The Trustees Of Boston University | Method of making a semiconductor device with exposure of sapphire substrate to activated nitrogen |
| JP3438785B2 (ja) * | 1991-12-03 | 2003-08-18 | 東京応化工業株式会社 | プラズマ処理装置及び方法 |
| TW296534B (ja) * | 1993-12-17 | 1997-01-21 | Tokyo Electron Co Ltd |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4180450A (en) * | 1978-08-21 | 1979-12-25 | Vac-Tec Systems, Inc. | Planar magnetron sputtering device |
-
1983
- 1983-11-11 JP JP58210835A patent/JPS60103626A/ja active Pending
-
1984
- 1984-11-08 US US06/669,347 patent/US4585541A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62172699A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-29 | 理化学研究所 | プラズマ閉込用磁場発生装置 |
| JPS6378517A (ja) * | 1986-09-20 | 1988-04-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体薄膜の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4585541A (en) | 1986-04-29 |
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