JPS6380539A - プラズマ装置 - 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〕 本発明は半導体装置の製造のためのＣＶＤ　（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、エ
ツチング装置、スパンタリング装置等として用いられる
電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ装置に関す
るものである。

〔従来技術〕

電子サイクトロン共鳴を利用したプラズマ装置は低ガス
圧で活性度の高いプラズマを生成出来、イオンエネルギ
の広範囲な選択が可能であり、また大きなイオン電流が
とれ、イオン流の指向性。

均一性に優れるなどの利点があり、高集積度半導体装置
の製造に欠せぬものとしてその研究、開発が進められて
いる。

第１図はプラズマＣＶＤ装置として構成した電子サイク
ロトロン共鳴利用のプラズマ装置の縦断面図であり、ｌ
はプラズマ生成室を示している。プラズマ生成室ｌは周
囲壁を２重構造にして冷却水の通流室１３を備え、また
−側壁中央には石英ガラス板６にて封止したマイクロ波
導入口１ａを、更に前記−側壁と対向する他側壁中央に
は前記マイクロ波導入口１ａと対向する位置にプラズマ
引出口ｌｂを夫々備えており、前記マイクロ波導入口１
ａには導波管７の一端が接続され、またプラズマ引出口
１ｂに臨ませて反応室２を配設し、更に周囲にはプラズ
マ生成室１及びこれに接続した導波管７の一端部にわた
ってこれらを囲繞する態様でこれらと同心状に励磁コイ
ル４を配設しである。

導波管７の中途には整合器８、マイクロ波電力モニタ９
、アイソレータ１０を有し、他端部はマグネトロン等の
マイクロ波源１１に接続されており、また反応室２内に
はプラズマ引出口１ｂと対向させて半導体ウェーハ等で
ある試料１５用の！！置台１６が設置され、反応室２の
載置台１６の裏側に臨む壁には排気系に連なる排気口１
７を開口せしめである。

その他１８はマイクロ波源１１の電源、１３．１４は原
料ガスをプラズマ生成室１及び反応室２夫々に導入する
給気管である。

而してこのようなプラズマＣＶＤ装置にあっては、載置
台１６上に試料１５を載置しておき、プラズマ生成室１
内に給気管１３を通じてガスを導入する一方、励磁コイ
ル４に直流電圧を印加すると共に導波管７を通じてマイ
クロ波を導入し、プラズマ生成室１内にプラズマを生成
させ、生成させたプラズマを励磁コイル４にて形成され
る、プラズマ引出口１ｂ前方の反応室２側に向うに従っ
て磁束密度が低下する発散磁界によって反応室２内の試
料１５に向けて投射せしめ、反応室２内のガスをプラズ
マ分解し、試料１５表面にシリコン酸化膜等の薄膜を形
成せしめるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に半導体装置の製造装置においては高い生産能率を
要求され、特に創成形成、エツチングの反応速度の向上
が望まれている。しかし上述した如き従来のプラズマ装
置はこの要求に十分に応え得るものではなかった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、プラ
ズマ生成効率を高めて高い生産能率を実現し得るプラズ
マ装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマ装置は、マイクロ波発生源を駆動
して発せしめたマイクロ波をプラズマ生成室に導いて電
子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成すべくなし
たプラズマ装置において、それに導かれるマイクロ波電
力に対して空洞共振器構造を有するプラズマ生成室と、
商用周波数以上の周波数にてマイクロ波を断続発振する
マイクロ波源とを具備することを特徴とする。

即ち従来は定電圧の直流にて連続駆動していたマイクロ
波源を商用周波数以上の周波数で断続駆動するのである
。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。

本発明に係るプラズマ装置全体の構成は第１図に示した
ものと同様であり、相異する部分はマグネトロン等マイ
クロ波源の電源１８にある。

即ち第２図に示す如く商用周波数の単相交流電源１８１
を平滑回路を有しない全波整流回路１８２に接続し、第
３図に示すその直流出力をマイクロ波源１１に与えてこ
れを駆動することとする。そうするとマイクロ波源１１
は商用周波数の倍周波数（１００又は１２０）！ｚ　）
にて駆動されることになり、第４図に示す如きマイクロ
波出力が得られる。

なお、本発明のプラズマ装置においては従来装置一般に
おいて採られていたのと同様、プラズマ生成室がマイク
ロ波電力に対して空洞共振器構造を有するようにしてお
く。

第５図は本発明装置の他の電源１８の実施例を示し、商
用周波数の単相電流電源１８１を、平滑回路を有しない
半波整流回路１８３に与えるべくなしてあり、整流回路
出力をマイクロ波源１１に与えている。

第６図、第７図は第５図の回路における整流回路出力及
びマイクロ波出力を示している。この場合は商用周波数
（５０又は６０Ｈｚ）にてマイクロ波源が断続駆動され
ることになる。

第８図は本発明装置の電源１８の他の実施例を示し、商
用周波数の単相交流電源１８１を周波数変換器１８４に
与えて、商用周波数より高い周波数とし、これを平滑回
路を有しない全波整流回路１８５に与えることとしてい
る。

第９図は周波数変換器１８４出力、第１０図はこの場合
のマイクロ波出力を示している。

第１１図は本発明装置の電源１８の更に他の実施例を示
し、商用周波数の三和交流電ａ１８６を平滑回路を有す
る全波整流回路へ与えて定電圧の直流を得、これをチョ
ッパ回路１８８へ与えて第１２図に示す如き商用周波数
以上のパルス波電圧を得、これをマイクロ波源１１に与
えて駆動する。

第１３図はこの場合のマイクロ波出力を示している。

〔効果〕

第１４図、第１５図は本発明の効果を示すグラフであっ
てＳｉ：ｌＮａ　ＶＪ、膜を形成した場合の（ａ）８１
膜のＢＩＩＦエツチング速度、（ｂ）　’ＥＪ膜の屈折
率、（Ｃ１ｉＪ膜形成速度を夫々示している。図中黒丸
は従来装置によりマイクロ波源を直流にて連続駆動した
場合の、白玉角は６０Ｈｚにて断続駆動した場合の、ま
た白丸は１２０　Ｈｚにて断）ＬＧＫ動した場合の結果
を夫々示している。なお、第１４図はマイクロ波電力が
３００にの場合、第１５図はマイクロ波電力が１５０四
の場合である。

両図の（ａ）をみると１５０Ｗの場合の高ガス圧（反応
室内ガス圧）領域を除き白玉角、白丸で示される本発明
装置による場合の方が従来装置による場合よりもＢＩＩ
Ｐエツチング速度が低く、本発明による場合はより緻密
な薄膜が形成されていることが解る。

また（ｂ）に明らかな如く本発明装置による場合は屈折
率１．９５付近の安定した特性が得られる。

更に（Ｃ１をみると本発明装置による場合の方が成膜速
度が高いことが解る。

このように本発明による場合は成膜の能率が高いだけで
なく、薄膜の特性も向上するという利点がある。なお、
エツチング装置においても従来装置よりもエンチング速
度が向上し、またスパックリング装置においても同じく
薄膜形成速度が向上している。

なお、第１４．１５図から明らかな如く商用周波数によ
る場合よりもその２倍周波数を用いる方が能率的である
。

而して以上の如くマイクロ波源を断続駆動することによ
って高い能率が得られる理由について考察する。プラズ
マ生成室１はこれに４かれるマイクロ波電力に対して空
洞共振器＋Ｆｉ造を有している。

これは従来装置同様である。然してマイクロ波源１１を
駆動してここにマイクロ波を導入すると共振が生じるが
、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマが生じると
プラズマ生成室ｌの共振条件が変化することとなり、爾
後は駆動前の無プラズマ状態における場合の如き完全な
共振状態が得られない。つまり、プラズマ生成室は無プ
ラズマ状態において空洞共振すべく設計されているので
プラズマが生成してこれがマイクロ波伝播に影響を及ぼ
す状態下では設計どおりの空洞共振器として機能せず、
従ってプラズマ生成能率低下を招来するのである。

従って従来装置の如く連続駆動する場合はこのような能
率の低い状態が持続することになるのである。これに対
して本発明装置の如く断続駆動する場合は駆動の都度プ
ラズマ生成室は設計どおりの空洞共振器として機能する
ので高いプラズマ生成能率が得られ、その結果、高い成
膜速度、エツチング速度が得られるのである。

以上のように本発明による場合は高い成膜速度、エツチ
ング速度を有する高能率の半導体装置の製造装置が得ら
れ、しかもこれによって形成される半導体膜はその物理
特性も優れている等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマＣＶＤ装置の模式図、第２図は本発明
装置の電源のブロック図、第３図はマイクロ波源の駆動
波形図、第４図はマイクロ波の出力波形図、第５図は本
発明の他の実施例の電源のブロック図、第６図はそのマ
イクロ波源の駆動波形図、第７図はそのマイクロ波の出
力波形図、第８図は本発明の更に他の実施例の電源のブ
ロック図、第９図はそのマイクロ波の出力波形図、第１
０図はそのマイクロ波の出力波形図、第１１図は本発明
の更に他の実施例の電源のブロック図、第１２図はその
マイクロ波の出力波形図、第１３図はそのマイクロ波の
出力波形図、第１４．１５図は本発明の効果を示すグラ
フである。 ｌ・・・プラズマ生成室　２・・・反応室　７・・・導
波管１１・・・マイクロ波ｔｉ、１Ｂ・・・電源　１８
１・・・単相交流電源　１８２・・・全波整流回路　１
８３・・・半波整流回路１８４・・・周波数変換器　１
８５・・・全波整流回路１８６・・・三相交流電源　１
８７・・・全波整流回路１８８・・・チョッパ回路 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社外１名 代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫第　　Ｚ　　
図 時間− 篤　　３　　区 ↑ メツＩ 第　　＋　　区 第　　５　　国 ↑ つＩ 時間− 笛　　６　　田 Ｉ 箋　　　　７　　　　段］ 第　　８　　旧 時間□ 笛　　ｑ　　口 時間□ 第　　１０　　　口 時間− 鷺　　７ｚ　　　父 芸　　１３　　１２Ｉ 築　　１４　　　巳 も　　１５　　　Ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、マイクロ波発生源を駆動して発せしめたマイクロ波
   をプラズマ生成室に導いて電子サイクロトロン共鳴によ
   りプラズマを生成すべくなしたプラズマ装置において、
   それに導かれるマイクロ波電力に対して空洞共振器構造
   を有するプラズマ生成室と、商用周波数以上の周波数に
   てマイクロ波を断続発振するマイクロ波源とを具備する
   ことを特徴とするプラズマ装置。