JPS63211628A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、主に薄膜の形成、表面処理、エツチング等を
行うためのプラズマ処理装置に関するものである。

従来の技術 従来、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴吸収を利用し
たプラズマ処理装置は第６図に示すような構成を持つ。

３１が真空チャンバーで排気孔３２より真空に排気され
る。導波管３３を通してマイクロ波発振器３４からマイ
クロ波がプラズマ発生室３５へ導入される。電磁石３６
によってプラズマ発生室３５に磁界が印加される。３７
はガス導入口で５ｉＨａ等の原料ガスや０２　ｒ　８２
等の処理用ガスやＣＦ４　、ＳＦｅ　、ＣＩ２等のエツ
チングガスが導入される。磁界の強さを電子サイクロト
ロン共鳴条件を満たすように設定することにより、解離
度の高いプラズマが得られる。発生したプラズマはプラ
ズマ引出し窓３８を通過して基板ホルダー３９に達しホ
ルダー３９上の基板のプラズマ処理を行う。

よ 発明が解決しすうとする問題点 しかしながら、この様な従来のプラズマ処理装置では、
処理ガスの導入は基板近傍に行われな（ではならない。

なぜならプラズマ発生室３５に処理ガスを導入すると処
理ガスはプラズマ発生室３５で消費されてしまうからで
ある。導入口３７からの導入されたガスは断熱膨張によ
って急激に温度が下がりプラズマの温度が低下してしま
う。その結果、本来高励起であったプラズマ中のイオン
やラジカルの運動エネルギーが低下してしまい嗅形成に
必要なエネルギーがうしなわれてしまい膜質の低下が生
じてしまった。また処理面積をかせぐため、基板はプラ
ズマ発生室３５からかなり距離を離さなければならない
ので、高解離のプラズマが粒子どうしの衝突によって減
衰してしまうため、上記した問題点は更に顕著になり処
理の効率が悪くなってしまうという問題点もありこの様
なプラズマ処理装置の実用化を妨げていた。

本発明は、この様な問題点を解決することを目的として
いる。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明では導入されるべ
きガスまたは基板近傍におけ　　るプラズマ中に存在す
る処理に寄与するイオン粒子もしくはラジカル種に熱エ
ネルギーを与えるために、主にプラズマを発生するプラ
ズマ室中のガスまたはプラズマを加熱することによって
上記問題点が解決できることを見いだした。本発明は上
記手段により高性能なプラズマ処理装置を提供するもの
である。

作用 上記した手段を用いることによって生ずる本発明の作用
は次のようなものである。従来の方法では、導入された
ガスが断熱膨張によって冷却されていたものを、本発明
ではプラズマ発生室を加熱保持することによって反応ガ
スに熱エネルギーを与え、ガス導入時に於ける断熱膨張
によって生じた冷却現象を低減し、プラズマ中に存在す
るラジカル種やイオン種を有効に利用するものである。

実施例 （実施例１） 第一の実施例として、本発明のプラズマ処理装置を非晶
質シリコンの堆積形成に応用した場合の例について示す
。

以下図面に基づき、本発明の代表的な実施例を示す。第
１図は本発明のプラズマ処理装置を薄膜堆積装置として
使用した場合の装置概略図である。１１が真空チャンバ
ーで、排気孔１２より真空に排気される。導波管１３を
通してマイクロ波発撮器１４からマイクロ波がプラズマ
発生室１５へ導入される。電磁石１６によりプラズマ発
生室１５に磁界が印加される。１７は原料ガス導入口で
５ｉＨａ等の原料ガスが導入される。１８が本発明で付
は加えられたプラズマ発生室を加熱するためのヒーター
である。１９がそのヒータの電源である。プラズマ発生
室の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
ように設定することにより、解離度の高いプラズマ２０
が発生する。

発生したプラズマはプラズマ引出し窓２１を通過して基
板ホルダー２２に達し基板１０に非晶質シリコンが形成
される。プラズマ発生室１５の温度は、２００℃〜５　
’Ｏ０℃としている。これらの温度より低い場合、基板
表面にプラズマが達するまでにプラズマが新たに導入さ
れたガスによって冷やされてしまい効果が期待できな（
なってしまい、また高い場合ではガスが熱によって分解
消費されてしまい、本来の高活性のプラズマとは異なっ
てしまうのである。

また不純物を添加した低抵抗の非晶質シリコンを形成す
る場合は、原料ガスとしてｎ型非晶質シリコンの場合Ｓ
ｉＨ４とＰＨ３の混合ガスを、ｎ型非晶質シリコンの場
合はＳ　ｉ　Ｈ４とＢ２　Ｈｅの混合ガスを使用すれば
よい。

本実施例ではプラズマ室を直接加熱したが、例えば第一
図の２３の第二のガス導入口より２４のヒーターによっ
て加熱されたＡ　ｒ　％　Ｈ２、Ｈｅ等のキャリアガス
をプラズマ発生室に導入しても同様な効果がある。

（実施例２） 本発明の第二の実施例として本発明の装置をエツチング
装置として使用した場合につ　いて説明する。

装置は共通であり導入ガスとしてＣＦ４　、ＳＦｓ、Ｎ
Ｆり、Ｃ１２、ＨＣ１等を使用すればよい。

エツチング装置として使用する場合は、イオンを直流的
に加速して基板に引き出してやれば異方性エツチングと
して有効である。そのときの装置構成を第２図に示す。

１１〜２４は共通であり、直流電界印加のための電源２
５が加えられている。

本発明を実施した効果は次のようなものである。

先ず第一に、処理時間の短縮が上げられる。第３図（Ａ
）に例えばプラズマ発生室の温度を変化させたときの非
晶質シリコンの堆積速度の変化を示す。プラズマ発生室
の温度を増加させて行くと堆積速度が増加しているのが
判る。第３図（Ｂ）に同じ＜ＳＦｅガスを使用してシリ
コンウェハーをエツチングしたの場合を示す。同様にプ
ラズマ発生室の温度を増加して行（とエツチング速度も
増加して行くのが判る。

第二の効果として非晶質シリコンの膜特性の向上が上げ
られる。第４図＜Ａ）にプラズマ室の温度を変化させた
ときの堆積した非晶質シリコンの光電気伝導度と暗電気
伝導度の変化を示している。図から暗電気伝導度は変化
しないが光電気伝導度が向上していることが判る。

第三の効果として、不純物添加した非晶質シリコンを堆
積形成するに際して不純物の添加効率の向上がある。第
５図にその一例として、ｎ型非晶質シリコンをＳｉＨ４
とＰＨｓとの混合ガスより作製する際の、プラズマ発生
室の温度に対する電気伝導度の変化を示している。図の
示す通り、本発明を使用することにより低抵抗な非晶質
シリコンが得られている。

第四の効果として、薄膜堆積装置として使用する場合に
前記したように基板近傍までプラズマ中のイオン種およ
びラジカル種のもつエネルギーが保存されるため、基板
上の段差における被覆性に優れている。

発明の効果 本発明によれば、プラズマ中に存在するラジカル種やイ
オン種を有効に利用することができ、プラズマ処理に太
き（寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマ処理装置を非晶質シリコン堆
積装置として使用した実施例の装置の概略図、第２図は
同様にエツチング装置として使用した場合の概略図、第
３図は非晶質シリコンを堆積した場合のプラズマ発生室
の加熱した効果を示す図、第４図は本発明によって非晶
質シリコンの膜特性が向上したことを示す図、第５図は
本発明の効果の一つである不純物添加効率向上を示す図
、第６図は従来のプラズマ処理装置の概略図である。 １０・・・基板、１１・・・真空チャンバー、１２・・
・排気孔、１３・・・導波管、１４・・・マイクロ波発
振器、１５・・・プラズマ発生室、１６・・・電磁石、
１７・・・原料ガス導入口、１８・・・ヒーター、１９
・・・ヒーター電源、２０・・・プラズマ、２１・・・
プラズマ引出し窓、２２・・・基板ホルダー、２３・・
・ガス導入口、２４・・・ヒーター、２５・・・直流電
源。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名堆積速度（
イるｅｃ）　　　　ゝ ト　　　　　さ　　　　　ミ　　　　　＆エツチング速
度（ん全ｅｃシ ミ　　　　勾　　　　宅 第４図 主ｆＬ２０θ　夕θ　乙θθ プラズマ呈温演（Ｃ〕 第５図 室温　２θＯｔＫ）ＯｕＯ プラズマ里う１叉（′Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロ波、電子サイクロトロン共鳴吸収を利用したプ
   ラズマ分解によるプラズマ処理装置において、少なくと
   もプラズマを発生する放電容器内のガスもしくはプラズ
   マを加熱保持することを特徴とするプラズマ処理装置。