JPS6070730A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPS6070730A JPS6070730A JP58177960A JP17796083A JPS6070730A JP S6070730 A JPS6070730 A JP S6070730A JP 58177960 A JP58177960 A JP 58177960A JP 17796083 A JP17796083 A JP 17796083A JP S6070730 A JPS6070730 A JP S6070730A
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- processed
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はプラズマ酸化装置に係シ、特に、荷電粒子によ
る照射損傷が少なく、かつ清浄な酸化雰囲気内で酸化膜
を形成するのに好適なプラズマ酸化装置に関する。
る照射損傷が少なく、かつ清浄な酸化雰囲気内で酸化膜
を形成するのに好適なプラズマ酸化装置に関する。
酸素ガスや窒素ガスのプラズマを用いて半導体や金属の
表面を酸化あるいは窒化する装置として従来から第１図
や第２図に示した装置が使われてきた。第１図は、石英
製の反応管１１の外側にコイル１２をめぐらし、このコ
イルに高周波電圧１３を印加して反応管内にプラズマ１
４を形成させる、いわゆる誘４結仕型のプラズマ発生装
置である。これに対して、低圧に保った反応容器内２１
に２枚の電極２２ｆ！ｃ対向して配置し、この電極間に
直流もしくは交流電圧２３を印加することで引き起こさ
れるグロー放電でプラズマ２４を作る装置が第２図に示
したものである。尚、第１図の１５と第２図の２５はそ
れぞれ被処理基板を示している。このような装置を用い
て、酸化膜などの絶縁膜を形成する方法が、ＧａＡｓや
ＩｎＰなどの■−■族化合物半導体を用いてＭ Ｉ Ｓ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ −，９ｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ） Ｆｐ、 Ｔを作る試みとともに発
展してきた。これは、ＡＳやＰなどの■族元素の蒸気圧
が高＜、ｍ−ｖ族化合物半導体を高温雰囲気で直接酸化
することができないためである。
表面を酸化あるいは窒化する装置として従来から第１図
や第２図に示した装置が使われてきた。第１図は、石英
製の反応管１１の外側にコイル１２をめぐらし、このコ
イルに高周波電圧１３を印加して反応管内にプラズマ１
４を形成させる、いわゆる誘４結仕型のプラズマ発生装
置である。これに対して、低圧に保った反応容器内２１
に２枚の電極２２ｆ！ｃ対向して配置し、この電極間に
直流もしくは交流電圧２３を印加することで引き起こさ
れるグロー放電でプラズマ２４を作る装置が第２図に示
したものである。尚、第１図の１５と第２図の２５はそ
れぞれ被処理基板を示している。このような装置を用い
て、酸化膜などの絶縁膜を形成する方法が、ＧａＡｓや
ＩｎＰなどの■−■族化合物半導体を用いてＭ Ｉ Ｓ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ −，９ｅｍｉｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ） Ｆｐ、 Ｔを作る試みとともに発
展してきた。これは、ＡＳやＰなどの■族元素の蒸気圧
が高＜、ｍ−ｖ族化合物半導体を高温雰囲気で直接酸化
することができないためである。
上述した方法を用いてプラズマを発生させ、このプラズ
マの中に置いた被処理基板に正バイアスを印加し、プラ
ズマ中や基板表面で形成された負の酸素イオンを基板内
に引き込むことで、化合物半導体の場合では約２ｏＯｃ
、また、シリコンの場合でも約４０００の温度で表面を
酸化することが可能である。しかし、基板に高′亀界を
印加するために、高い運動エネルギーを持った電子やイ
オンが基板を照射し、損傷を匙こすという欠点があった
。このため、形成した酸化膜と下地半導体基板との間に
存在する界面準位密度が１０１２〜１ｏ１８／ｃｍ ”
存在し、シリコンで比較した場合、熱酸化法で形成した
酸化膜に比べて２〜３桁も大きいという欠点があった。
マの中に置いた被処理基板に正バイアスを印加し、プラ
ズマ中や基板表面で形成された負の酸素イオンを基板内
に引き込むことで、化合物半導体の場合では約２ｏＯｃ
、また、シリコンの場合でも約４０００の温度で表面を
酸化することが可能である。しかし、基板に高′亀界を
印加するために、高い運動エネルギーを持った電子やイ
オンが基板を照射し、損傷を匙こすという欠点があった
。このため、形成した酸化膜と下地半導体基板との間に
存在する界面準位密度が１０１２〜１ｏ１８／ｃｍ ”
存在し、シリコンで比較した場合、熱酸化法で形成した
酸化膜に比べて２〜３桁も大きいという欠点があった。
本発明の目的は、プラズマを用いて同体表面に酸化膜や
窒化膜を形成する装置において、特に、電子やイオンな
どの荷電粒子による照射損傷が少なく、かつ、界面特性
の良好な絶縁膜を形成するための装置を提供することに
ある。
窒化膜を形成する装置において、特に、電子やイオンな
どの荷電粒子による照射損傷が少なく、かつ、界面特性
の良好な絶縁膜を形成するための装置を提供することに
ある。
本発明の特徴は、界面特性劣化の人の原因と考えられる
荷電粒子による照射損傷を少なくするために、被処理基
板には電圧を印加せず、酸化反応や窒化反応が主に活性
なラジカル粒子で行われるようにしたことである。この
ために、マイクロ波放電を用いて比較的長寿命なラジカ
ル粒子が得られるようにし、かつ、空芯コイルの作る磁
場の作用でプラズマを管壁から隔離した状態で被処理基
板まで輸送することによって、高密度のプラズマが得ら
れるようにしである。
荷電粒子による照射損傷を少なくするために、被処理基
板には電圧を印加せず、酸化反応や窒化反応が主に活性
なラジカル粒子で行われるようにしたことである。この
ために、マイクロ波放電を用いて比較的長寿命なラジカ
ル粒子が得られるようにし、かつ、空芯コイルの作る磁
場の作用でプラズマを管壁から隔離した状態で被処理基
板まで輸送することによって、高密度のプラズマが得ら
れるようにしである。
被処理基板の加熱に関しては、石英管などのように、清
浄な雰囲気の得られるものを炉芯管とする抵抗加熱炉を
用い、被処理基板が汚染されることのないようにしてい
る。
浄な雰囲気の得られるものを炉芯管とする抵抗加熱炉を
用い、被処理基板が汚染されることのないようにしてい
る。
以下、本発明の実施例を第３図以降を用いて詳細に説明
する。
する。
第３図に示すように、マグネトロン３１から発生した２
、４５ＧＨ２のマイクロ波を３２の導波管で石英製の放
電管３３に導き、ガス導入管３４よシ放電管内に導入し
たガスを放電させる。この放電管の外側には空芯コイル
が配置されており、放電に際して、放電管に平行な磁界
が形成できる。
、４５ＧＨ２のマイクロ波を３２の導波管で石英製の放
電管３３に導き、ガス導入管３４よシ放電管内に導入し
たガスを放電させる。この放電管の外側には空芯コイル
が配置されており、放電に際して、放電管に平行な磁界
が形成できる。
放電管内に存在する電子やイオンなどの荷電粒子は、磁
界に巻きつくようにらせん運動を行っておシ、そのらせ
ん運動の角周波数がマイクロ波の周波数に等しい条件で
は、荷電粒子はマイクロ波を共鳴的に吸収してその運動
エネルギーをさらに高めることができる。これは、電子
サイクロトロン共鳴と呼ばれ、この現象を利用すること
によって、ガス圧力が低い領域でも、安定に放電を維持
することが可能でちる。したがって、この方法によれば
、電子温度の高いプラズマが形成でき、ガス分子の励起
、電離、解離などの過程が他の放電方法に比べて効率的
に起とシ、活性なラジカルが多量に生成される。
界に巻きつくようにらせん運動を行っておシ、そのらせ
ん運動の角周波数がマイクロ波の周波数に等しい条件で
は、荷電粒子はマイクロ波を共鳴的に吸収してその運動
エネルギーをさらに高めることができる。これは、電子
サイクロトロン共鳴と呼ばれ、この現象を利用すること
によって、ガス圧力が低い領域でも、安定に放電を維持
することが可能でちる。したがって、この方法によれば
、電子温度の高いプラズマが形成でき、ガス分子の励起
、電離、解離などの過程が他の放電方法に比べて効率的
に起とシ、活性なラジカルが多量に生成される。
放電部で発生したプラズマ３６は、コイルノ作る磁界に
よって反応管の中心部に閉じ込められた状態で、被処理
基板３８まで輸送される。このため、プラズマと管壁の
反応が少なく、管壁に存在する汚染物がプラズマ中に取
り込まれ、被処理基板を汚染することが少なくなる。
よって反応管の中心部に閉じ込められた状態で、被処理
基板３８まで輸送される。このため、プラズマと管壁の
反応が少なく、管壁に存在する汚染物がプラズマ中に取
り込まれ、被処理基板を汚染することが少なくなる。
ところで、従来のプラズマ陽極酸化法と違って試料に電
圧を印加しない酸化や窒化の反応を進行させるためには
、被処理基板を加熱する必要がある。真空中での加熱方
法として、従来から白金線やタンタル線などを用いたヒ
ーター加熱が用いられてきた。しかし、酸素プラズマな
どのように、化学的に反応性の高い雰囲気中では、ヒー
ター自体が容易に酸化されて、破壊してしまうという問
題がある。本装置では、被処理基板近傍のプラズマを磁
場を用いて閉じ込めた状態にする必要から、空芯コイル
の内側に抵抗加熱炉３９を配置し、被処理基板の加熱を
行った。この際、炉の発生する熱によって空芯コイルが
破損するのを防ぐために、冷却手段４０を設けた。
圧を印加しない酸化や窒化の反応を進行させるためには
、被処理基板を加熱する必要がある。真空中での加熱方
法として、従来から白金線やタンタル線などを用いたヒ
ーター加熱が用いられてきた。しかし、酸素プラズマな
どのように、化学的に反応性の高い雰囲気中では、ヒー
ター自体が容易に酸化されて、破壊してしまうという問
題がある。本装置では、被処理基板近傍のプラズマを磁
場を用いて閉じ込めた状態にする必要から、空芯コイル
の内側に抵抗加熱炉３９を配置し、被処理基板の加熱を
行った。この際、炉の発生する熱によって空芯コイルが
破損するのを防ぐために、冷却手段４０を設けた。
被処理基板にシリコンなどの半導体を用いて、この表面
に酸化膜を形成する場合には、放電管や抵抗加熱炉の材
料には透明石英が最適である。また、シリコンを窒化す
る場合には、石英などのように酸素を含む材料を用いる
と、プラズマ中に酸素が取り込まれ、この微量な酸素が
窒化膜の形成を阻害する。このため、窒化反応を行う際
は、窒化シリコン膜などで被覆した炭化シリコンの管な
どを使用した。
に酸化膜を形成する場合には、放電管や抵抗加熱炉の材
料には透明石英が最適である。また、シリコンを窒化す
る場合には、石英などのように酸素を含む材料を用いる
と、プラズマ中に酸素が取り込まれ、この微量な酸素が
窒化膜の形成を阻害する。このため、窒化反応を行う際
は、窒化シリコン膜などで被覆した炭化シリコンの管な
どを使用した。
第３図は枚葉式の装置であるが、複数の試料を連続的に
処理するために、第４図に示すような試料導入機構を設
けた。第４図はその平面図を示したものである。マグネ
トロン４１で発生させたマイクロ波は、導波管４２によ
って放電管４３に導かれ、数個の空芯コイル４４の作る
磁界によって放電が促進される。被処理基板４５は、始
め試料挿入部４６に装着され、処理が終った後に試料収
納部４７に収められる。この装置を用いることで、１枚
以上の試料を反応管内を大気にさらすことなく、連続的
に処理することが可能となる。なお、この図で４８は加
熱用ヒーター、４９は冷却手段、５０はプラズマを閉じ
込めるだめの磁界を作りたす空芯コイルである。
処理するために、第４図に示すような試料導入機構を設
けた。第４図はその平面図を示したものである。マグネ
トロン４１で発生させたマイクロ波は、導波管４２によ
って放電管４３に導かれ、数個の空芯コイル４４の作る
磁界によって放電が促進される。被処理基板４５は、始
め試料挿入部４６に装着され、処理が終った後に試料収
納部４７に収められる。この装置を用いることで、１枚
以上の試料を反応管内を大気にさらすことなく、連続的
に処理することが可能となる。なお、この図で４８は加
熱用ヒーター、４９は冷却手段、５０はプラズマを閉じ
込めるだめの磁界を作りたす空芯コイルである。
従来から、プラズマ酸化法で形成した酸化膜の界面特性
は必ずしも良いとは言えない。特に、プラズマ陽極酸化
法では試料に高電圧を印加するために、荷電粒子による
照射損傷が大きく、界面特性を改善するためには膜形成
後に熱処理が必要である。そこで、本装置を用いてシリ
コンウェハー上にＳ ｉ Ｏ２膜を形成し、ＭＯ８（Ｍ
ｅｔａｌ−Ｑｘｉｄｅ−８膜ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）ダイオードを作り、容量−電圧特性から界面特性を評
価した。また、界面準位密度はＱｕａｓｉ−８ｔａｔｉ
ｃ法よ請求めた。酸化膜の形成条件は次の通シである。
は必ずしも良いとは言えない。特に、プラズマ陽極酸化
法では試料に高電圧を印加するために、荷電粒子による
照射損傷が大きく、界面特性を改善するためには膜形成
後に熱処理が必要である。そこで、本装置を用いてシリ
コンウェハー上にＳ ｉ Ｏ２膜を形成し、ＭＯ８（Ｍ
ｅｔａｌ−Ｑｘｉｄｅ−８膜ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）ダイオードを作り、容量−電圧特性から界面特性を評
価した。また、界面準位密度はＱｕａｓｉ−８ｔａｔｉ
ｃ法よ請求めた。酸化膜の形成条件は次の通シである。
すなわち、温度は７００Ｃ，酸素ガス圧力はｌＸｌ０−
’ｔｏｒｒ、−ｑイクロ波のパワーは１４０Ｗでちる。
’ｔｏｒｒ、−ｑイクロ波のパワーは１４０Ｗでちる。
この条件で１時間に２００人の膜成長が観察された。乾
燥した酸素雰囲気中で酸化させる熱酸化法を用いると、
７００Ｃでは２０Ａ程度の酸化膜しか成長しないが、こ
れに比べて本装置を用いると１０倍以上の速度で酸化が
進行している。
燥した酸素雰囲気中で酸化させる熱酸化法を用いると、
７００Ｃでは２０Ａ程度の酸化膜しか成長しないが、こ
れに比べて本装置を用いると１０倍以上の速度で酸化が
進行している。
第５図は、上述した条件で形成したＳｉＯ２膜の容量−
電圧特性を示したものであるが、計算からまる理想的な
酸化膜に比べて大きな変化はない。
電圧特性を示したものであるが、計算からまる理想的な
酸化膜に比べて大きな変化はない。
また、第６図は界面単位密度を示したものであるが、形
成したままの状態で８ ＸＩＯ”ｃｒｎ−２・ｅＶ−”
という低い界面準位密度になっておシ、これは、熱酸化
膜と比較しても遜色ないものである。
成したままの状態で８ ＸＩＯ”ｃｒｎ−２・ｅＶ−”
という低い界面準位密度になっておシ、これは、熱酸化
膜と比較しても遜色ないものである。
本発明の装置を用いれば、従来の熱酸化法に比べて十分
に低い温度で酸化膜を形成することができる。また、試
料に高電圧を印加していないために、高速の荷電粒子が
試料に衝突することに起因する照射損傷が少なく、従来
のプラズマ陽極酸化法に比べて、界面特性の良い酸化膜
が形成できる。
に低い温度で酸化膜を形成することができる。また、試
料に高電圧を印加していないために、高速の荷電粒子が
試料に衝突することに起因する照射損傷が少なく、従来
のプラズマ陽極酸化法に比べて、界面特性の良い酸化膜
が形成できる。
これらの特徴を有するため、能動素子を積層したデバイ
スにおいて、下地の素子を破壊することなく、二層目以
降の絶縁膜形成が行える。また、高温加熱を行わないた
め、高温プロセスで見られる微少な結晶欠陥の発生が抑
えられ、欠陥に起因した素子特性の劣化を少なくするこ
とができる。
スにおいて、下地の素子を破壊することなく、二層目以
降の絶縁膜形成が行える。また、高温加熱を行わないた
め、高温プロセスで見られる微少な結晶欠陥の発生が抑
えられ、欠陥に起因した素子特性の劣化を少なくするこ
とができる。
第１図および第２図はそれぞれ誘導負荷型の高周波放電
を用いたプラズマ酸化装置および直流グロー放電を用い
たプラズマ酸化装置を示す図、第３図はマイクロ波放電
と抵抗加熱炉を組み合わせたプラズマ酸化装置を示す図
、第４図は複数の試料が処理できるように、試料挿入室
と収納室とを設けたプラズマ酸化装置を示す図、第５図
、第６図、はそれぞれ本発明の装置で形成したＳ ｉ
０２膜の容量−電圧特性および界面準位密度を示した曲
線図である。 ３１・・・マグネトロン、３２・・・導波管、３３・・
・放電管、３４・・・ガス導入用ノズル、３５・・・Ｅ
ＣＲ条件を作るための空芯コイル、３６・・・プラズマ
、３７・・・プラズマを閉じ込めるための空芯コイル、
３８藁 １ 図 員 ２ 図 ■ ３ 図 第 ４ 図 冨 Ｓ 図 Ｚ６図 表面不°ルＡル（己ｖ）
を用いたプラズマ酸化装置および直流グロー放電を用い
たプラズマ酸化装置を示す図、第３図はマイクロ波放電
と抵抗加熱炉を組み合わせたプラズマ酸化装置を示す図
、第４図は複数の試料が処理できるように、試料挿入室
と収納室とを設けたプラズマ酸化装置を示す図、第５図
、第６図、はそれぞれ本発明の装置で形成したＳ ｉ
０２膜の容量−電圧特性および界面準位密度を示した曲
線図である。 ３１・・・マグネトロン、３２・・・導波管、３３・・
・放電管、３４・・・ガス導入用ノズル、３５・・・Ｅ
ＣＲ条件を作るための空芯コイル、３６・・・プラズマ
、３７・・・プラズマを閉じ込めるための空芯コイル、
３８藁 １ 図 員 ２ 図 ■ ３ 図 第 ４ 図 冨 Ｓ 図 Ｚ６図 表面不°ルＡル（己ｖ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、放電プラズマと固体表面を“反応させて表面の改質
を行うプラズマ処理装置において、プラズマ発生部に隣
接してプラズマ輸送管が設けられ、かつ、該プラズマ輸
送管にはプラズマ発生部と連続する磁界を発生させるた
めの手段と、被処理基板を加熱する手段とが具備され、
該被処理基板は上記プラズマ発生部よシ磁界の作用によ
シ輸送されるプラズマ流中に配置されることを特徴とす
るプラズマ処理装置。 ２、プラズマを発生させるガスとして、酸素や窒素もし
くはこれらの混合ガスを主とする気体を用いることによ
シ、被処理基板を酸化や窒化する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。 ３、プラズマ発生部やプラズマ輸送管の材料として、高
純度石英や窒化シリコンで被覆した炭化シリコンなどの
ように１プラズマとの反応に際して被処理基板を汚染す
ることの少ないものを用いる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。 ４、プラズマ発生部およびプラズマ輸送管を真空に保持
した状態で、被処理基板を連続的にプラズマ輸送管に供
給できる手段を具備する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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58177960A JPS6070730A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58177960A JPS6070730A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6070730A true JPS6070730A (ja) | 1985-04-22 |
Family
ID=16040086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58177960A Pending JPS6070730A (ja) | 1983-09-28 | 1983-09-28 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6070730A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4758206A (en) * | 1985-10-21 | 1988-07-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Cam shaft drive structure for OHC V-type engine |
| KR100394994B1 (ko) * | 2000-01-13 | 2003-08-19 | 홍용철 | 전자파를 이용한 플라즈마토치 |
-
1983
- 1983-09-28 JP JP58177960A patent/JPS6070730A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4758206A (en) * | 1985-10-21 | 1988-07-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Cam shaft drive structure for OHC V-type engine |
| KR100394994B1 (ko) * | 2000-01-13 | 2003-08-19 | 홍용철 | 전자파를 이용한 플라즈마토치 |
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