JPS6113634A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPS6113634A
JPS6113634A JP13315084A JP13315084A JPS6113634A JP S6113634 A JPS6113634 A JP S6113634A JP 13315084 A JP13315084 A JP 13315084A JP 13315084 A JP13315084 A JP 13315084A JP S6113634 A JPS6113634 A JP S6113634A
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JP
Japan
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plasma
magnetic field
substrate
charged particles
specimen
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Pending
Application number
JP13315084A
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English (en)
Inventor
Hidekazu Murakami
英一 村上
Shinichiro Kimura
紳一郎 木村
Mitsunori Ketsusako
光紀 蕨迫
Kiyoshi Miyake
三宅 潔
Hideo Sunami
英夫 角南
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6113634A publication Critical patent/JPS6113634A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体、金属、絶縁体等の基板に対し、プラ
ズマを用いた表面処理及び薄膜形成を行なう際、プラズ
マ中の荷電粒子のみを試料基板から離すことのできる処
理装置に関するものである。
〔発明の背景〕
LSIプロセスに代表されるように、現在、プラズマを
用いたドライプロセスが広く普及してきている。プラズ
マ中には多数の中性活性種と、高尚数%の荷電粒子(イ
オン、電子)が存在し、これらと、基板物質あるいは反
応性ガスとの反応等によって基板の表面処理及び基板上
への薄膜形成を行っている。さらに、中性活性種は、そ
の化学的活性により、また、イオンは電界中で得た運動
エネルギーによりプロセスの低温化に寄与している。個
々のプロセスによって、中性活性種及びイオンのどちら
を主に利用しているかは異なるが、一般的に、放電ガス
圧力が高く、電離塵の低い条件で、かつ基板にバイアス
をかけずに動作させる方式においては、中性活性種が主
に反応に寄与しているものと考えられている。
しかし、MO8構造の能動絶縁膜の形成などのように、
荷電粒子による照射損傷が問題となる状況では、中性活
性種の寄与を高めるだけでなく、積極的に荷電粒子の基
板照射を抑制した方式が必要となる。
従来、この荷電粒子の影響を軽減する方法としては、プ
ラズマ源と試料処理室とを幾何学的に分離することによ
りプラズマを基板から離す方式が、ケミカルドライエツ
チング装置(Y、Horj、ike atal、:Ja
n、J、Appl、Phys、5upp1.15 (1
976) 13) 、薄膜形成装置(M、Shibag
aki el al、:Jan、J、Appl。
Phys、5upp1.17 (1978) 215)
等において用いられている。前者の装置はCF4 、 
O,混合ガスの放電によって生じた長寿命活性種をエツ
チング室まで輸送し、処理を行なうものであり、後者の
装置は、N2 プラズマ源から輸送管を通して活性種を
反応室に導き、SiH4と反応させ薄膜の堆積を行なう
ものである。これらの装置においては、荷重粒子の除去
は完全ではなく、また、試料がプラズマ源より遠くなる
ことによって、中性活性種の濃度も低下するという難点
があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、プラズマを用いることで、処理温度を
下げながらも、プラズマ中の荷電粒子のみを試料位置か
ら離し、荷電粒子による照射損傷を低減して処理を行な
うことのできるプラズマ処理装置を提供することにある
〔発明の概要〕
舶来のプラズマ処理装置においては、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電子
やイオンが被処理基板に照射され、これが基板内、膜内
、及び膜と基板との界面に欠陥を発生させる原因となっ
ている。
ところで、一般に荷電粒子は、磁界中ではサイクロトロ
ン運動を行なうため、磁力線に巻きつくように輸送され
る傾向を持つ。従って、プラズマ源から試料に向う輸送
線とは直角の方向にひろがる形の磁界を用いることによ
り、荷電粒子を除去することが可能と予想される。この
ような磁界の一例として、半径方向に磁力線が発散する
カスプ型磁界を用いた場合、磁力線の曲がりが大きく、
一部の荷電粒子は磁力線を横切ってドリフトすることも
あるが、大部分の荷電粒子は特定の領域に閉じ込められ
る。
まず、カスプ型磁界による荷電粒子閉じ込めの有効性を
示すために、アルゴンプラズマを発生させたときの発光
の様子を第1図に示す。
プラズマ発光は高速電子による中性原子の励起。
イオン化に基づくが、荷電粒子閉じ込めに伴い、発光部
形状は第1図装置内部写真のようなラッパ状を呈し、こ
の発光部を基板位置から完全に離すことが可能である。
この状況で測定した静電プローブの電流−電圧特性を第
2図に示す。プローブに正に電圧をかけた時の電流値か
ら電子密度が、負の電圧をかけた時の電流値からイオン
密度が評価できる。第2図よりプラズマ流発光部外(2
1)では発光部内(22)の電子密度にして約1/10
゜イオン密度にして約172となっていることがわかっ
た。また、フローティングポテンシャルが小さく、シー
ス電界は十分弱いと考えられる。
このように、カスプ型磁界を用いることにより、電子及
びイオンの基板照射量及び、シース電場により加速され
て得る運動エネルギーを減少させることができると考え
られ、基板の照射損傷の低減に有効である。
〔発明の実施例〕 以下、本発明のプラズマ処理装置を用いて具体的に処理
を行った例について述べる。
〔実施例1〕 まず、有磁場マイクロ波プラズマによりシリコン表面を
酸化し5iOz膜を形成した例について述べる。装置は
、第3図に示した構成である。マグネトロン35より発
生した2、15  GHzのマイクロ波はアイソレータ
36.パワーモニタ37゜導波管38を通して放電管3
4に導かれ、電磁石33により形成された磁界によって
サイクロトロン運動する電子により共鳴吸収される。マ
イクロ波からエネルギーを得た電子は真空容器31中に
反応ガス39として導入された酸素ガスを励起し、これ
を解離、イオン化し、プラズマをつくり出す。
プラズマ流は電磁石33により形成される磁力線に沿っ
て輸送されるが、試料背後に置いた電磁石33′を反対
方向に励起して形成される試料基板32前面近くのカス
プ型磁界30によって、プラズマ中の荷電粒子が除去さ
れ、中性活性種のみが基板に照射され酸化反応に寄与す
る。
第1表に、基板温度560℃、酸化時間1時間で第4図
の試料位置にて形成した酸化膜について、膜厚の試料位
置依存性を示した。
第  1  表 酸素圧は2 X 10−’torr、マイクロ波パワー
は140Wである。荷電粒子除去が有効なカスプ磁場発
光部41外(A)、(B)位置では、発光部内(D)位
置や、電磁石33′を電磁石33と同方向に励磁して得
られるミラー磁場42を用いた場合(E)と比べて、プ
ラズマ流密度の差で膜厚値は小さくなるが、それでも2
膜3程度の膜厚となった。
上記の条件で形成したプラズマ酸化膜を用いてMOSキ
ャパシターを作成し、高周波及び準静的な容量−電圧特
性の測定を行ない、界面準位密度を求めた結果を第6図
に示す。これより、プラズマSiO2膜の特性65は熱
酸化膜の特性66に匹敵するような低い界面準位密度が
実現されていることがわかった。
〔実施例2〕 次に、反応ガスとして窒素とモノシランを用い化学気相
成長法(CVD)によるSJ、al14膜の形成を行な
った例について述べる。装置は、〔実施例1〕と同じく
、第3図に示した構成であるが、反応ガス39として窒
素1反応ガス40としてモノシランを供給した。
基板温度300℃、ガス流量、Nz  : 9cc/w
in 、 S i H4: 6cc/minで形成した
膜にライて赤外吸収特性を測定したところ、84.0a
n−’の強い5i−N振動スペクトルに加え、2150
an−’の5i−H13325dll−1のN−H振動
スペクトルが見られた。しかし、通常のプラズマCVD
法で得られるものに比べ、5i−H,N−Hビークは小
さく、これはカスプ型磁界によるH1イオンの除去によ
り膜中の水素含有量が低減されたためと考えられる。
〔実施例3〕 次に、反応ガス39としてCF 4 と02 を用いて
、poly −S iエツチング、CF4 、 Ox 
、 N2を用いて、Sia N4エツチングを行なった
例を示す。
装置は〔実施例1〕と同じく第3図に示した構成である
poly −S iエツチングでは、CF4=200S
CCM%02 = 30SCCMの流量、マイクロ波パ
ワー400Wで200 ma/winのエツチング速度
、Sia N4エツチングでは、CF4 = 3008
CCM、02 = 200 SCCM、N2 = 90
SCCM、マイクロ波パワー400Wで300 n m
/minのエツチング速度が得られた。
レジストを塗布したパターンのエツチングよりレジスト
損傷が軽微であること、アンダーカットは従来のケミカ
ルドライエツチング装置において等方性エツチングされ
たものに比べて小さいことがわかった。これは、エツチ
ングが中性活性種のみによって行なわれており、さらに
この活性種がある程度の方向性を持って基板に照射され
ていることによる効果と思われる。
〔実施例4〕 最後に、プラズマを利用した反応性蒸着による5iaH
4膜の形成について述べる。装置は、第5図に示した構
成であり、第3図の装置に加え、蒸着源61.シャッタ
ー62を設けである。試料基板はほぼ45″傾いており
、シリコン蒸気63と窒素プラズマ内の中性活性種64
を同時に基板に照射し、基板上で反応させてSia N
4膜を堆積させる方式となっている。
第7図は、窒素分圧2 X 10−’torr、基板温
度300℃、マイクロ波パワー140Wの条件で形成し
たSi3N4膜の赤外吸収特性である。840dll 
−”に5i−T(振動に基づく吸収が観察され、5La
N4膜が形成されているのがわかる。また、2150a
n−1に5i−H振動に基づく吸収は見られず、膜中に
水素は含まれていないことを示している。
〔発明の効果〕
本発明のプラズマ処理装置を用いれば、300℃程度の
低温でも、絶#膜形成、方向性エツチングなどの処理が
可能である。さらに、カスプ型磁界によって荷電粒子は
有効に除去され、同時にその結果として基板のフローテ
ィングポテンシャルを低下させるため、荷電粒子による
基板の照射損傷を抑制することができ、良好なプラズマ
処理が可能である。
また、特に有磁場マイクロ波プラズマ装置に適用する場
合、1つの電磁石の励磁方向を反転するだけでよく、何
ら装置の改造を要しないで、簡単に実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、プラズマ流発光部の形状を示す写真、第2図
は静電プローブの電流−電圧特性を示す図、第3図は有
磁場マイクロ波プラズマ酸化、CV、、D。 エツチング装置の構成を示す図、第4図は酸化膜厚の試
料位置依存性を示すための図、第5図は、有磁場マイク
ロ波プラズマ反応性蒸着装置の構成を示す図、第6図は
プラズマS i、 02膜の界面準位密度を示す図、第
7図はプラズマSia N4膜の赤外吸収特性を示す図
である。 30・・・カスプ型磁界、31,5]・・・真空容器、
32.52・・・試料基板、33.33’ 、53゜5
3′・・・電磁石、34.54・・・放電管、35゜5
5・・・マグネトロン、36,56・・・アイソレータ
、37.57・・・パワーモニタ、38.58・・・導
波管、39.40,59・・・反応ガス、41.60・
・・プラズマ流発光部、61・・・蒸着源、62・・・
シャッター。 第 Z 口 第 3 図 第 4 圓 〆l− 〜〜〜〜−一一一一一一一 [A3/−ヅ+]7暮11哩會 毎

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.真空容器及び、該真空容器内にプラズマ発生源及び
    被処理物を保持する支持台を有するプラズマ処理装置に
    於いて、上記プラズマ発生源と被処理物との間に少くと
    も一つのカスプ型反転磁界を有し、かつ、上記支持台は
    上記プラズマ源とは反対極性の磁界内に配置されてなる
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 2.プラズマは、酸素、窒素、水素、ハロゲン、希ガス
    、のうちいずれかまたはこれらの混合気体により生成さ
    れ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. 3.プラズマは、炭素、ケイ素、またはイオウのいずれ
    かを構成要素として含む気体、もしくは、これらと酸素
    、窒素、水素、ハロゲン、希ガスのうちのいずれかまた
    はこれらの混合気体との混合気体により生成されること
    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。
JP13315084A 1984-06-29 1984-06-29 プラズマ処理装置 Pending JPS6113634A (ja)

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