JPS63213345A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPS63213345A
JPS63213345A JP62047109A JP4710987A JPS63213345A JP S63213345 A JPS63213345 A JP S63213345A JP 62047109 A JP62047109 A JP 62047109A JP 4710987 A JP4710987 A JP 4710987A JP S63213345 A JPS63213345 A JP S63213345A
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JP
Japan
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magnetic field
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discharge
plasma
plasma processing
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JP62047109A
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Kentaro Setsune
瀬恒 謙太郎
▲吉▼田 哲久
Tetsuhisa Yoshida
Takashi Hirao
孝 平尾
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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。

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
導体薄膜形成やエツ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ツチ
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、質量分離部を有さす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、 1.、C,Muller。
et al、:Proc、European Phot
ovoltaic SolarEnergy Conf
 +(プロシーディング ヨーロピアン フォトポルテ
ィック ソーラー エナジーコ77yしy ス) (L
exemberg)Sept 、1977 。
p897−909]を用いる方法や、(2)二基板室内
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
電極、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、2
3は高周波電極、24はマツチングボックス、26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、3o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、質量分離部を有さす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
(1〜0.01 torr)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  torr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(1〜0.01 
torr)に保たれていることや印加出来る電圧が10
0〜1 ooov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7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。
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10〜10”torrの気体圧力でも放電が可能とな
る。
この場合、例えば13.58%Ih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13.
56’%tkO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シ、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16倍程度から観測された。又
600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。
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。
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
方はマツチングボックス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(10〜10 
 torr)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SOO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と基板室りの間に設ける。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4
o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りへ押し出し
加速を行う。
基板室りはガス排出管42に接続され、10〜10−6
torrの圧力に保たれる。基板室り内には導電性のス
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46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16倍以上の磁
束密度を印加することにより1o−3〜10  tor
r  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13.5611にとした場合につい
て説明したが、他に、例えば2.45 GHz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。
【図面の簡単な説明】
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、質量分離部を有さすイオン加
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・・・・・・マツチングボック
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。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名3ト
ー具生糟 j2−−−.1周長(孤 33−−マツテソグボ1り入 34−;fi贋トφ町讐トu)呑、 35−4t#i石 (TTIlll)         45===ヨ!−
m= 第2図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)真空槽内に導入したガスに周波数fの高周波信号
    を印加して放電あせるため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、
    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倍以上としたことを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
  2. (2)放電室と基板室の間に、絶縁を保って第1の導電
    性バイアス部と、前記第1の導電性バイアス部と対向す
    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
    の導電性バイア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装置。
  3. (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。
  4. (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。
  5. (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項記載のプズマ処理装
    置。
  6. (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。
  7. (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。
JP62047109A 1986-09-24 1987-03-02 プラズマ処理装置 Expired - Lifetime JPH0824115B2 (ja)

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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

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140048198A (ko) * 2011-06-09 2014-04-23 이옹 빔 세르비스 저압형 플라즈마 투입 방식 이온주입기

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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

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