JPS6113626A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPS6113626A JPS6113626A JP59133148A JP13314884A JPS6113626A JP S6113626 A JPS6113626 A JP S6113626A JP 59133148 A JP59133148 A JP 59133148A JP 13314884 A JP13314884 A JP 13314884A JP S6113626 A JPS6113626 A JP S6113626A
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- Japan
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- plasma
- substrate
- film
- container
- processing apparatus
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- Pending
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3266—Magnetic control means
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Metallurgy (AREA)
- Organic 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。
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〕
本発明はプラズマ処理装置に係り、特に、プラズマ中の
荷電粒子による被処理基板の照射損傷を抑制し、かつ、
水素を含有しない酸化膜や窒化膜を形成するのに好適な
プラズマ処理装置に関する。
荷電粒子による被処理基板の照射損傷を抑制し、かつ、
水素を含有しない酸化膜や窒化膜を形成するのに好適な
プラズマ処理装置に関する。
ＩＣやＬＳＩの製造において、５ｉｎ２やＳｉ、Ｎ４な
どの絶縁膜が層間絶縁膜、電荷蓄積用絶縁膜やゲート絶
縁膜として多用されているが、これらの膜の製造にはＣ
ＶＤ （Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法や熱酸化法などの高温プロセスが用いられて
いる。しかし、この方法では１０００℃近くの高温熱処
理を必要とす゛るため、ＬＳＩ製造の最終工程などのよ
うに、高温熱処理を好まない所には適用しにくい。また
、低融点基板を用いる薄膜トランジスタなどには適用で
きないプロセスである。
どの絶縁膜が層間絶縁膜、電荷蓄積用絶縁膜やゲート絶
縁膜として多用されているが、これらの膜の製造にはＣ
ＶＤ （Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法や熱酸化法などの高温プロセスが用いられて
いる。しかし、この方法では１０００℃近くの高温熱処
理を必要とす゛るため、ＬＳＩ製造の最終工程などのよ
うに、高温熱処理を好まない所には適用しにくい。また
、低融点基板を用いる薄膜トランジスタなどには適用で
きないプロセスである。
このような高温ＣｖＤプロセスの欠点に対処するため、
最近、Ｒ、Ｐ 、 Ｈ、Ｃｈａｎｇ；Ａｐｐｌ、 Ｐｈ
ｙｓ。
最近、Ｒ、Ｐ 、 Ｈ、Ｃｈａｎｇ；Ａｐｐｌ、 Ｐｈ
ｙｓ。
Ｌｅｔ：ｔ、、４２（３）、 １．２７２（１９８３）
等に示されるように反応性ガスのプラズマを利用するプ
ラズマＣｖＤ（以下１’ＣＶＤと略す。）技術が注目さ
れている。これは、ステンレス鋼などでできている容器
内に、モノシラン（ＳｉＨ，）などのようにＳｉを成分
原子として含む反応性ガスと酸素や窒素・アンモニアな
どのガスを同時に供給し、これらのガスを希薄な状態で
保持しながら、外部より直流や交流の高電界を印加しプ
ラズマを発生させ、基板上にＳ ｉｏ２やＳｉ３Ｎ４な
どを堆積させる技術である。
等に示されるように反応性ガスのプラズマを利用するプ
ラズマＣｖＤ（以下１’ＣＶＤと略す。）技術が注目さ
れている。これは、ステンレス鋼などでできている容器
内に、モノシラン（ＳｉＨ，）などのようにＳｉを成分
原子として含む反応性ガスと酸素や窒素・アンモニアな
どのガスを同時に供給し、これらのガスを希薄な状態で
保持しながら、外部より直流や交流の高電界を印加しプ
ラズマを発生させ、基板上にＳ ｉｏ２やＳｉ３Ｎ４な
どを堆積させる技術である。
第１図は、平行平板型ＰＣＶＤ装置の概略図である。
被処理基板（１１）を対向する２枚の電極（１２）の一
方に装着し、この２枚の電極間に電源１３により直流や
交流の高電圧を印加して希薄な反応性ガスを放電させる
。この放電によって反応性ガスは分解し、これが同時に
存在する活性な酸素や窒素などと反応し基板上に絶縁膜
が形成される。
方に装着し、この２枚の電極間に電源１３により直流や
交流の高電圧を印加して希薄な反応性ガスを放電させる
。この放電によって反応性ガスは分解し、これが同時に
存在する活性な酸素や窒素などと反応し基板上に絶縁膜
が形成される。
ここで、１４はマツチングボックス、１５はアース・シ
ールド、１６は排気系、１７はガス導入系、１８は真空
容器を示しである。しかし、この方法では、基板にも高
電圧がかかるため、荷電粒子が高い運動エネルギーを持
った状態で基板に衝突し、いわらる照射損傷を起しやす
い。これを解決するために、無極放電のひとつである２
、４５Ｇ Ｈｚのマイクロ波放電を利用し、基板にかか
るバイアスを１０数ボルトの自己バイアスだけに抑えた
マイクロ波ＰＣＶＤ装置なども考案されている。
ールド、１６は排気系、１７はガス導入系、１８は真空
容器を示しである。しかし、この方法では、基板にも高
電圧がかかるため、荷電粒子が高い運動エネルギーを持
った状態で基板に衝突し、いわらる照射損傷を起しやす
い。これを解決するために、無極放電のひとつである２
、４５Ｇ Ｈｚのマイクロ波放電を利用し、基板にかか
るバイアスを１０数ボルトの自己バイアスだけに抑えた
マイクロ波ＰＣＶＤ装置なども考案されている。
これらのＰＣＶＤ法を用いると室温付近での絶縁膜形成
も可能であるが、形成された膜の重大な欠点として、膜
中に大量に含有されている水素が挙げられる。この水素
はＳｉＨ４やＮ Ｈａが分解した時の副産物として得ら
れるものであり、高温ＣＶＤでは容易に膜外に放出され
てしまうが、ＰＣＶＤでは基板温度が低いために膜中に
残留してしまう。この膜中の水素は絶縁膜中に注入され
た電子のトラツブ源となり、フラットバンド電圧やしき
い電圧の変動などの原因となる。特に、最近のように素
子の微細化が進み、絶縁膜が薄くなってくると電子も注
入されやすくなり、素子の長期信頼性にとって膜中の水
素は重大な問題となっている。
も可能であるが、形成された膜の重大な欠点として、膜
中に大量に含有されている水素が挙げられる。この水素
はＳｉＨ４やＮ Ｈａが分解した時の副産物として得ら
れるものであり、高温ＣＶＤでは容易に膜外に放出され
てしまうが、ＰＣＶＤでは基板温度が低いために膜中に
残留してしまう。この膜中の水素は絶縁膜中に注入され
た電子のトラツブ源となり、フラットバンド電圧やしき
い電圧の変動などの原因となる。特に、最近のように素
子の微細化が進み、絶縁膜が薄くなってくると電子も注
入されやすくなり、素子の長期信頼性にとって膜中の水
素は重大な問題となっている。
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、かつ、膜中の水素含有量や基板の照射損傷
の少ない良好な絶縁膜を形成できるプラズマ処理装置を
提供することにある。
げながらも、かつ、膜中の水素含有量や基板の照射損傷
の少ない良好な絶縁膜を形成できるプラズマ処理装置を
提供することにある。
ＰＣＶＤ法においてＳｉＨ４などのような水素を含む材
料を用いる限り、膜中に水素が含まれるのは避けられな
い。この問題を根本的に解決するために、本装置ではプ
ラズマ流と蒸発した金属原子流を別々に発生させ、被処
理基板近傍でそれらを反応させた後に基板に堆積させる
方法を用いた。また、プラズマ中の荷電粒子による照射
損傷を抑制するために、外部磁界によってプラズマを絞
り、被処理基板は直接にはプラズマに触れないようにし
てある。また、プラズマを絞ることによって、反応容器
とプラズマの接触が抑えられ、ひいては容器のスパッタ
による試料汚染が抑えられるという効果もある。次子、
具体的な例を示しながら、本装置の構成および原理につ
いて説明してゆく。
料を用いる限り、膜中に水素が含まれるのは避けられな
い。この問題を根本的に解決するために、本装置ではプ
ラズマ流と蒸発した金属原子流を別々に発生させ、被処
理基板近傍でそれらを反応させた後に基板に堆積させる
方法を用いた。また、プラズマ中の荷電粒子による照射
損傷を抑制するために、外部磁界によってプラズマを絞
り、被処理基板は直接にはプラズマに触れないようにし
てある。また、プラズマを絞ることによって、反応容器
とプラズマの接触が抑えられ、ひいては容器のスパッタ
による試料汚染が抑えられるという効果もある。次子、
具体的な例を示しながら、本装置の構成および原理につ
いて説明してゆく。
第２図には本発明のプラズマ処理装置の概略図を示した
。本方法では、蒸発源（２７）より発生した蒸発金属原
子（２９）をプラズマ流（２６）を横切らせることによ
って絶縁膜を形成させている。プラズマと蒸発金属の反
応を効果的に行なわせるために、活性度の高い酸素原子
や窒素原子などを高濃度に含むプラズマを得る必要があ
る。このため、本装置では電子サイクロトロン共鳴を利
用したマイクロ波放電を用いた。これは第２図に示した
ように、２１のマグネトロンにより２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を発生させ、２２のアイソレーター、２３のパ
ワーモニター、２４の導波管を通して３２の放電管まで
導く。放電管は希薄なガスで満たされており、ここで放
電が開始する。この放電管は２５の電磁石に囲まれてお
り、プラグマ中の荷電粒子は磁力線に巻きつくようにら
せん運動している。らせん運動の周波数は荷電粒子の質
量および外部磁界の強度に比例するが、その周波数がマ
イクロ波の周波数に等しくなると荷電粒子はマイクロ波
を吸収するため運動エネルギーが増加する。これは、電
子サイクロトロン共鳴（Ｅ ＣＲ： Ｅ １ｅｃｔｒｏ
ｎ Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）現象と
呼ばれ、電子にマイクロ波を吸収させるためには８７５
ガウスの外部磁界が必要だが、本装置では放電管の中心
近傍の磁界が８７５ガウスになっている。
。本方法では、蒸発源（２７）より発生した蒸発金属原
子（２９）をプラズマ流（２６）を横切らせることによ
って絶縁膜を形成させている。プラズマと蒸発金属の反
応を効果的に行なわせるために、活性度の高い酸素原子
や窒素原子などを高濃度に含むプラズマを得る必要があ
る。このため、本装置では電子サイクロトロン共鳴を利
用したマイクロ波放電を用いた。これは第２図に示した
ように、２１のマグネトロンにより２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を発生させ、２２のアイソレーター、２３のパ
ワーモニター、２４の導波管を通して３２の放電管まで
導く。放電管は希薄なガスで満たされており、ここで放
電が開始する。この放電管は２５の電磁石に囲まれてお
り、プラグマ中の荷電粒子は磁力線に巻きつくようにら
せん運動している。らせん運動の周波数は荷電粒子の質
量および外部磁界の強度に比例するが、その周波数がマ
イクロ波の周波数に等しくなると荷電粒子はマイクロ波
を吸収するため運動エネルギーが増加する。これは、電
子サイクロトロン共鳴（Ｅ ＣＲ： Ｅ １ｅｃｔｒｏ
ｎ Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）現象と
呼ばれ、電子にマイクロ波を吸収させるためには８７５
ガウスの外部磁界が必要だが、本装置では放電管の中心
近傍の磁界が８７５ガウスになっている。
この放電方式を用いると、１０−’ｔｏｒｒ以下の希薄
なガス雰囲気でも安定性良く放電が継続し、しかも、電
子の運動エネルギーが高いために、ＤＣや１３．５６Ｍ
ＨｚのＲＦ放電に比べて、ガス分子の解離、励起、イオ
ン化等が効率よく起こる。なお、第２図において、２１
はマグネトロン、２２はアイソレーター、２３はパワー
モニター、２４は導波管、２５は電磁石、２６はプラズ
マ流、２７は蒸発源、２８はシャッター、２９は蒸発流
、３０はマニプユレーター、３１は基板、３２は放電管
、３３は真空容器である。
なガス雰囲気でも安定性良く放電が継続し、しかも、電
子の運動エネルギーが高いために、ＤＣや１３．５６Ｍ
ＨｚのＲＦ放電に比べて、ガス分子の解離、励起、イオ
ン化等が効率よく起こる。なお、第２図において、２１
はマグネトロン、２２はアイソレーター、２３はパワー
モニター、２４は導波管、２５は電磁石、２６はプラズ
マ流、２７は蒸発源、２８はシャッター、２９は蒸発流
、３０はマニプユレーター、３１は基板、３２は放電管
、３３は真空容器である。
第３図は真空容器の横から見たプラズマ流の図である。
直径１０ｃｍの円形放電管から磁石線に沿って輸送され
たプラズマがきれいに絞られているのを示す。
たプラズマがきれいに絞られているのを示す。
以下、本発明のプラズマ処理装置を用いて具体的に絶縁
膜を形成した例について述べる。
膜を形成した例について述べる。
［実施例１コ
始めに、酸素プラズマと蒸発Ｓｉの反応を利用シテＳ
ｉ Ｏ、ｌｊＪを形成した例について述べる。第４図は
、酸素プラズマ中に存在する活性種を固定するために調
べた、酸素プラズマの発光スペクトルである。酸素ガス
の圧力は２ Ｘ １０−’ｔｏｒｒで、パワーモニター
で測定したマイクロ波のパワーは１４０Ｗである。ここ
で、酸素原子からの発光と考えられる鋭いピークと、そ
れよりは多少中が広い酸素分子イオンからの発光がａｍ
される。これからも、酸素プラズマ中には非常に活性な
酸化種が多数存在していることがわかる。また、第５図
は酸素原子からの発光（４３６，８ｎｍ）と酸素分子イ
オンからの発光に注目し、その相対強度とガス圧力の関
係を示したものである。この図かられかるように、それ
ぞれの発光強度は２ Ｘ １０”’ｔｏｒｒ付近に最大
値があり、しかも、それ以下の圧力では酸素分子イオン
からの発光が強く、それ以上の圧力になると逆に酸素原
子からの発光が強くなっている。酸素分子のイオン化エ
ネルギーが約１２ｅ■であり、解離が５ｅＶ程度で起こ
ることを考えると、ガス圧力が低く粒子の平均自由工程
が長い領域では衝突が少ないために、電子の運動エネル
ギーが高く、イオン化が効率よく起こるが、ガス圧力が
高くなると衝突の機会が増えるために電子の運動エネル
ギーが低下し、イオン化より解離の頻度が高くなった結
果、このような発光強度の圧力依存性が現われたものと
考えられる。ここで、発光強度はプラズマ中の活性種濃
度に比例していると考えられるので、以下の膜形成にお
いては、２〜５ Ｘ １０−’ｔｏｒｒ付近のガス圧力
を用いている。
ｉ Ｏ、ｌｊＪを形成した例について述べる。第４図は
、酸素プラズマ中に存在する活性種を固定するために調
べた、酸素プラズマの発光スペクトルである。酸素ガス
の圧力は２ Ｘ １０−’ｔｏｒｒで、パワーモニター
で測定したマイクロ波のパワーは１４０Ｗである。ここ
で、酸素原子からの発光と考えられる鋭いピークと、そ
れよりは多少中が広い酸素分子イオンからの発光がａｍ
される。これからも、酸素プラズマ中には非常に活性な
酸化種が多数存在していることがわかる。また、第５図
は酸素原子からの発光（４３６，８ｎｍ）と酸素分子イ
オンからの発光に注目し、その相対強度とガス圧力の関
係を示したものである。この図かられかるように、それ
ぞれの発光強度は２ Ｘ １０”’ｔｏｒｒ付近に最大
値があり、しかも、それ以下の圧力では酸素分子イオン
からの発光が強く、それ以上の圧力になると逆に酸素原
子からの発光が強くなっている。酸素分子のイオン化エ
ネルギーが約１２ｅ■であり、解離が５ｅＶ程度で起こ
ることを考えると、ガス圧力が低く粒子の平均自由工程
が長い領域では衝突が少ないために、電子の運動エネル
ギーが高く、イオン化が効率よく起こるが、ガス圧力が
高くなると衝突の機会が増えるために電子の運動エネル
ギーが低下し、イオン化より解離の頻度が高くなった結
果、このような発光強度の圧力依存性が現われたものと
考えられる。ここで、発光強度はプラズマ中の活性種濃
度に比例していると考えられるので、以下の膜形成にお
いては、２〜５ Ｘ １０−’ｔｏｒｒ付近のガス圧力
を用いている。
また、マイクロ波のパワーは１４０Ｗである。
以上の条件で酸素プラズマを発生させ、これに蒸発した
Ｓｉを反応させ基板上にＳ ｉＯ，を堆積させるが、Ｓ
ｉの融点が高いため蒸発源にはＥ型電子銃（以下Ｅ−ｇ
ｕｎと略す。）を用いた。ただし、Ｅ−ｇｕｎの標準使
用圧力がＩ Ｘ １０−’ｔｏｒｒで、真空容器内の酸
素圧力にほぼ等しいため、フィラメントには酸化性雰囲
気に強い白金・レニウム製の合金を用いた。
Ｓｉを反応させ基板上にＳ ｉＯ，を堆積させるが、Ｓ
ｉの融点が高いため蒸発源にはＥ型電子銃（以下Ｅ−ｇ
ｕｎと略す。）を用いた。ただし、Ｅ−ｇｕｎの標準使
用圧力がＩ Ｘ １０−’ｔｏｒｒで、真空容器内の酸
素圧力にほぼ等しいため、フィラメントには酸化性雰囲
気に強い白金・レニウム製の合金を用いた。
第６図は以上の原理に基づき酸素プラズマと蒸発Ｓｉ原
子の反応を利用して基板上に形成した、Ｓｕｎ、膜の赤
外吸収特性を示す。酸素圧力は２×１０−’ｔｏｒｒ、
基板温度は３００℃、マイクロ波パワーは１４０Ｗ、堆
積速度は約１５ｎｎ＋／ｓｅｃである。この図から明ら
かなように、１０７６ｃｍ−１（９、３μｍ）にＳｉと
Ｏの振動−収縮に基づく鋭いピークが観察され、ｓｉｏ
、膜が形成されているのがわかる。また、最も大きな特
徴として、従来のＳ ｉ Ｔ（４の分解を用いるＰＣＶ
Ｄ膜で必ず検出される５ｉ−Ｈ結合（２１５０ｃｍ−”
）がまったく見られないことが挙げられる。これは繰
り返すまでもなく、本方法では酸素プラズマとＳｉ原子
の直接反応を利用しているためである。
子の反応を利用して基板上に形成した、Ｓｕｎ、膜の赤
外吸収特性を示す。酸素圧力は２×１０−’ｔｏｒｒ、
基板温度は３００℃、マイクロ波パワーは１４０Ｗ、堆
積速度は約１５ｎｎ＋／ｓｅｃである。この図から明ら
かなように、１０７６ｃｍ−１（９、３μｍ）にＳｉと
Ｏの振動−収縮に基づく鋭いピークが観察され、ｓｉｏ
、膜が形成されているのがわかる。また、最も大きな特
徴として、従来のＳ ｉ Ｔ（４の分解を用いるＰＣＶ
Ｄ膜で必ず検出される５ｉ−Ｈ結合（２１５０ｃｍ−”
）がまったく見られないことが挙げられる。これは繰
り返すまでもなく、本方法では酸素プラズマとＳｉ原子
の直接反応を利用しているためである。
形成された膜の緻密性を調べるために膜のエッチ速度を
調べた結果が第７図の７０である。エッチ液には、ＨＦ
とＨＮＯ，とＨｘ Ｏ（７１体積比が１．５：１：３０
のｐｌｉｓｋｉｎエッチ液を用いた。図中の点線７１は
、参考のために示した１０００℃の熱酸化膜のエッチ速
度である。基板温度が６００℃のものでは熱酸化膜のエ
ッチ速度に近く、熱酸化膜に匹敵する緻密な膜が得られ
ている。一方、基板温度が３００℃では、エッチ速度が
熱酸化膜の１．５倍で多少緻密度の点で劣るものと考え
られるが、スパッタや蒸着で形成した膜のエッチ速度が
熱酸化膜より１〜２桁も大きいことを考えると、本方法
で低温形成した膜の緻密性はかなりよい。
調べた結果が第７図の７０である。エッチ液には、ＨＦ
とＨＮＯ，とＨｘ Ｏ（７１体積比が１．５：１：３０
のｐｌｉｓｋｉｎエッチ液を用いた。図中の点線７１は
、参考のために示した１０００℃の熱酸化膜のエッチ速
度である。基板温度が６００℃のものでは熱酸化膜のエ
ッチ速度に近く、熱酸化膜に匹敵する緻密な膜が得られ
ている。一方、基板温度が３００℃では、エッチ速度が
熱酸化膜の１．５倍で多少緻密度の点で劣るものと考え
られるが、スパッタや蒸着で形成した膜のエッチ速度が
熱酸化膜より１〜２桁も大きいことを考えると、本方法
で低温形成した膜の緻密性はかなりよい。
前述したように、本装置では外部磁界を用いてプラズマ
を絞り、基板がプラズマに直接には接触しないようにな
っている。このため、荷電粒子の衝突による基板の照射
損傷が大巾に抑制できる。
を絞り、基板がプラズマに直接には接触しないようにな
っている。このため、荷電粒子の衝突による基板の照射
損傷が大巾に抑制できる。
照射損傷の影響は、Ｍ ＯＳ （Ｍｅｔａｌ −０ｘｉ
ｄｅ −８ｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタの
界面特性を調べて評価した。具体的には、形成したプラ
ズマ酸化膜上に真空蒸着装置を用いて９００ｎｍのＡΩ
を蒸着し、ＡＱ／ＳｉＯ，／Ｓｉ／Ａｎという構造ノＭ
ｏｓキャパシタを作成し、高周波と低周波（実際にはラ
ンプ電圧を印加するＱ ｕａｓｉ −Ｓ ｔａｔｉｃ）
での容量の違いから界面準位密度を見積った。その結果
が第８図の８０である。参考のために１０００’Ｃで形
成した熱酸化膜より得られた結果８１も示した。なお、
これらのＭＯＳキャパシタには、Ａｆｌ蒸着後の熱処理
は加えていない。
ｄｅ −８ｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタの
界面特性を調べて評価した。具体的には、形成したプラ
ズマ酸化膜上に真空蒸着装置を用いて９００ｎｍのＡΩ
を蒸着し、ＡＱ／ＳｉＯ，／Ｓｉ／Ａｎという構造ノＭ
ｏｓキャパシタを作成し、高周波と低周波（実際にはラ
ンプ電圧を印加するＱ ｕａｓｉ −Ｓ ｔａｔｉｃ）
での容量の違いから界面準位密度を見積った。その結果
が第８図の８０である。参考のために１０００’Ｃで形
成した熱酸化膜より得られた結果８１も示した。なお、
これらのＭＯＳキャパシタには、Ａｆｌ蒸着後の熱処理
は加えていない。
Ｓｉのバンドギャップ中心近傍での熱酸化膜の界面準位
密度が７ Ｘ １０”７ｃｍ”／ ｅ Ｖであり、多結
晶Ｓｉなどを電極材料とするＭＯＳキャパシタの界面準
位密度に比べると大きな値であるが、これは、ＡΩ蒸着
時のダメージがあるためと思われる。プラズマ酸化膜の
結果を見ると、８×１０”７ｃｍ”／ ｅ Ｖで熱酸化
膜に比べてわずかに大きいだけである。プラズマ中に基
板を保持し、しく１２） かも、基板に電圧を印加してイオンなどを引き込むプラ
ズマ陽極酸化法で形成した酸化膜の熱処理前の界面準位
密度が〜１０”７ｃｍ”／ ａ Ｖであるのと比べると
、本方式で形成した酸化膜の界面特性は非常に良いこと
がわかる。
密度が７ Ｘ １０”７ｃｍ”／ ｅ Ｖであり、多結
晶Ｓｉなどを電極材料とするＭＯＳキャパシタの界面準
位密度に比べると大きな値であるが、これは、ＡΩ蒸着
時のダメージがあるためと思われる。プラズマ酸化膜の
結果を見ると、８×１０”７ｃｍ”／ ｅ Ｖで熱酸化
膜に比べてわずかに大きいだけである。プラズマ中に基
板を保持し、しく１２） かも、基板に電圧を印加してイオンなどを引き込むプラ
ズマ陽極酸化法で形成した酸化膜の熱処理前の界面準位
密度が〜１０”７ｃｍ”／ ａ Ｖであるのと比べると
、本方式で形成した酸化膜の界面特性は非常に良いこと
がわかる。
以上の結果から、本プラズマ装置は、ＬＳＩ用の層間絶
縁膜などのような受動領域の絶縁膜の形成のみならず、
ＭＯＳトランジスタのような能動領域絶縁膜の形成にも
適用できることが明らかである。
縁膜などのような受動領域の絶縁膜の形成のみならず、
ＭＯＳトランジスタのような能動領域絶縁膜の形成にも
適用できることが明らかである。
〔実施例２〕
次に、窒素プラズマと蒸発Ｓｉの直接反応を利用してＳ
ｉ、Ｎ４膜を形成した例について述べる。
ｉ、Ｎ４膜を形成した例について述べる。
一般に窒素は酸素に比べて解離しにくく、直流グロー放
電や１３．５６ＭＨｚの高周波放電のように、ガス圧力
が高く電子の運動エネルギーが低い放電方式においては
、窒素分子イオンからの発光は観察されるが、窒素原子
からの発光は観察されないという報告が多い。一方、本
装置のように、ＨＣＲ放電を利用したマイクロ波放電で
は、低ガス圧下での安定した放電が可能であり、電子の
運動エネルギーも高いために解離が効率よく起こる。真
空容器内に２ Ｘ １０−’ｔｏｒｒの窒素ガスを導入
し、１４０Ｗのマイクロ波パワーで放電を行なわせたと
ころ、４００ｎｍ付近に窒素原子からの線スペクトルが
明瞭に観察された。このことから、直流グロー放電や高
周波放電では窒素原子は生成されてもその寿命は短く再
結合して窒素分子となるが、マイクロ波放電によっては
寿命の長い窒素原子が形成されるものと思われる。
電や１３．５６ＭＨｚの高周波放電のように、ガス圧力
が高く電子の運動エネルギーが低い放電方式においては
、窒素分子イオンからの発光は観察されるが、窒素原子
からの発光は観察されないという報告が多い。一方、本
装置のように、ＨＣＲ放電を利用したマイクロ波放電で
は、低ガス圧下での安定した放電が可能であり、電子の
運動エネルギーも高いために解離が効率よく起こる。真
空容器内に２ Ｘ １０−’ｔｏｒｒの窒素ガスを導入
し、１４０Ｗのマイクロ波パワーで放電を行なわせたと
ころ、４００ｎｍ付近に窒素原子からの線スペクトルが
明瞭に観察された。このことから、直流グロー放電や高
周波放電では窒素原子は生成されてもその寿命は短く再
結合して窒素分子となるが、マイクロ波放電によっては
寿命の長い窒素原子が形成されるものと思われる。
第９図は、窒素分圧が２ Ｘ １０−’ｔｏｒｒ、基板
温度が３００℃、マイクロ波パワーが１４０Ｗの条件で
形成した５１３Ｎ４膜の赤外吸収特性である。
温度が３００℃、マイクロ波パワーが１４０Ｗの条件で
形成した５１３Ｎ４膜の赤外吸収特性である。
８４０ｃｍ−’にＳｉとＮの振動−収縮に基づく吸収が
観察され、Ｓ ｉａ Ｎ ４膜が形成されているのがわ
かる。また、前述したＳｉｏ、膜と同様に、２１５０ｃ
ｒａ−’にＳｉとＨ結合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。膜の堆積速
度を前述のＳｉｏ、の場合と比較するど、化学量論組成
を満足したＳｉ、Ｎ、膜を形成するためには、ＳｉＯ２
に比べてＳｉの蒸発速度を下げる必要がある。これは、
窒素が酸素に比べて解離しにくいため、Ｓｉとの反応も
起こりにくいためと考えられる。
観察され、Ｓ ｉａ Ｎ ４膜が形成されているのがわ
かる。また、前述したＳｉｏ、膜と同様に、２１５０ｃ
ｒａ−’にＳｉとＨ結合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。膜の堆積速
度を前述のＳｉｏ、の場合と比較するど、化学量論組成
を満足したＳｉ、Ｎ、膜を形成するためには、ＳｉＯ２
に比べてＳｉの蒸発速度を下げる必要がある。これは、
窒素が酸素に比べて解離しにくいため、Ｓｉとの反応も
起こりにくいためと考えられる。
以上、Ｓｕｎ、膜とＳｉ、Ｎ４膜の形成を中心に実施例
を述べてきたが、水素を導入して水素プラズマを作り、
これを蒸発Ｓｉと反応させれば、太陽電池などで注目さ
れている非晶質の水素化Ｓｉが容易に得られる。また、
本装置ではプラズマと基板を離して処理を行うことをひ
とつの特徴としているが、基板をプラズマ中に置き、荷
電粒子の照射効果を利用して膜質の向上を計ることなど
も容易に行える。
を述べてきたが、水素を導入して水素プラズマを作り、
これを蒸発Ｓｉと反応させれば、太陽電池などで注目さ
れている非晶質の水素化Ｓｉが容易に得られる。また、
本装置ではプラズマと基板を離して処理を行うことをひ
とつの特徴としているが、基板をプラズマ中に置き、荷
電粒子の照射効果を利用して膜質の向上を計ることなど
も容易に行える。
本発明のプラズマ処理装置を用いれば、３００℃の低温
においてもＳｉＯ□膜やＳｉ、Ｎ４膜などのような絶縁
膜が形成可能であり、しかも、その膜の中には水素がま
ったく含有されていないという大きな特徴がある。この
ため、ＬＳＩなどに応用しても、ホットエレクトロンの
注入およびトラフプによる特性変動が抑えられ、素子の
長期信頼性が向」二する６ま球、低温形成が可能である
ため、低融点基板を用いる薄膜トランジスタ用の絶縁膜
や、三次元積層デバイスのように高温の絶縁膜形成法が
採用できない素子に適用可能である。さらに、プラズマ
中の荷電粒子による照射損傷が少ないため、ＭＯＳトラ
ンジスタのゲート絶縁膜などのような、能動領域の絶縁
膜も低温形成が可能である。
においてもＳｉＯ□膜やＳｉ、Ｎ４膜などのような絶縁
膜が形成可能であり、しかも、その膜の中には水素がま
ったく含有されていないという大きな特徴がある。この
ため、ＬＳＩなどに応用しても、ホットエレクトロンの
注入およびトラフプによる特性変動が抑えられ、素子の
長期信頼性が向」二する６ま球、低温形成が可能である
ため、低融点基板を用いる薄膜トランジスタ用の絶縁膜
や、三次元積層デバイスのように高温の絶縁膜形成法が
採用できない素子に適用可能である。さらに、プラズマ
中の荷電粒子による照射損傷が少ないため、ＭＯＳトラ
ンジスタのゲート絶縁膜などのような、能動領域の絶縁
膜も低温形成が可能である。
第１図は貨来型のプラズマＣＶＤ装置を示す図、第２図
は本発明のプラズマ処理装置を示す図、第３図は本装置
で得られたプラズマ流を示す図、第４図は酸素プラズマ
からの発光スペクトルを示す図、第５図は発光スペクト
ルの酸素圧力依存性を示す図、第６図は本装置で得られ
たプラズマ５ｉ０２膜の赤外吸収特性を示す図、第７図
はプラズマ５ｉ０２膜のエッチ速度と基板温度の関係を
示す図、第８図はプラズマ５ｉｎ２膜の界面準位密度を
示す図、第９図はプラズマ５ｉａＮ４膜の赤外吸収特性
を示す図である。 １１・・・被処理基板、１２・・・電極、１３・・・電
源、１４・・・マツチングボックス、１５・・・アース
シールド、１６・・・排気系、１７・・・ガス導入系、
１８・・・真空容器、２１・・・マグネトロン、２２・
・・アイソレーター、２３・・・パワーモニター、２４
・・・導波管、２５・・・電磁石、２６・・・プラズマ
流、２７・・・蒸発源、２８・・・シャッター、２９・
・・蒸発流、３０“°°マニプユレーター、３１・・・
基板、３２・・・放電管、３３・・・篤 １ 図 χ ２ 図 特開昭Ｇ１−１３Ｇ２６（６） 第 ４ 図 ニ ｉ 、 ０ＸＹＱ９４ ＰＬＡＳＭ−め’ Ｐ
−２ｘ ｒ ニド ＯＸ 群 Ｏシ Ｌ／ｌ 、ＬＪ ’Ｎｏ−ｖｅ−１４Ｑ Ｗ鴻
巳 ； 甘 ； 一！１１ 會 一−Ｓ版′ン
とで＠ ｌ Ｆ
−＝６９−ｃ−、、＋７） ￥ ６ ′壬 菅 針 ぼ − 解１ 憲 ７１１ ワ。Ｉ ？ ！ − 一 、６ ド （フａＳ／−静ｕ））へ釘子乙丁 （Ａ蛎悩）１ど万障切瀦 （手＊番耐）Ｉ／１≦７晋 （互）書讐尉）守艷■
は本発明のプラズマ処理装置を示す図、第３図は本装置
で得られたプラズマ流を示す図、第４図は酸素プラズマ
からの発光スペクトルを示す図、第５図は発光スペクト
ルの酸素圧力依存性を示す図、第６図は本装置で得られ
たプラズマ５ｉ０２膜の赤外吸収特性を示す図、第７図
はプラズマ５ｉ０２膜のエッチ速度と基板温度の関係を
示す図、第８図はプラズマ５ｉｎ２膜の界面準位密度を
示す図、第９図はプラズマ５ｉａＮ４膜の赤外吸収特性
を示す図である。 １１・・・被処理基板、１２・・・電極、１３・・・電
源、１４・・・マツチングボックス、１５・・・アース
シールド、１６・・・排気系、１７・・・ガス導入系、
１８・・・真空容器、２１・・・マグネトロン、２２・
・・アイソレーター、２３・・・パワーモニター、２４
・・・導波管、２５・・・電磁石、２６・・・プラズマ
流、２７・・・蒸発源、２８・・・シャッター、２９・
・・蒸発流、３０“°°マニプユレーター、３１・・・
基板、３２・・・放電管、３３・・・篤 １ 図 χ ２ 図 特開昭Ｇ１−１３Ｇ２６（６） 第 ４ 図 ニ ｉ 、 ０ＸＹＱ９４ ＰＬＡＳＭ−め’ Ｐ
−２ｘ ｒ ニド ＯＸ 群 Ｏシ Ｌ／ｌ 、ＬＪ ’Ｎｏ−ｖｅ−１４Ｑ Ｗ鴻
巳 ； 甘 ； 一！１１ 會 一−Ｓ版′ン
とで＠ ｌ Ｆ
−＝６９−ｃ−、、＋７） ￥ ６ ′壬 菅 針 ぼ − 解１ 憲 ７１１ ワ。Ｉ ？ ！ − 一 、６ ド （フａＳ／−静ｕ））へ釘子乙丁 （Ａ蛎悩）１ど万障切瀦 （手＊番耐）Ｉ／１≦７晋 （互）書讐尉）守艷■
Claims (3)
- １．プラズマを発生させる放電部と、金属やその合金を
蒸発させる蒸発源と、磁界を発生させる磁石と、処理基
板を保持する真空容器とを有し、プラズマを用いて基板
を処理するプラズマ処理装置において、該容器の近傍に
設置した磁石群の形成する磁場によつて該プラズマを絞
り、該容器の器壁からプラズマを隔離して器壁のスパッ
タによる被処理基板の汚染を防ぐとともに、該被処理基
板をもプラズマから離し、プラズマの直接照射による被
処理基板の照射損傷を抑制したことを特徴とするプラズ
マ処理装置。 - ２．上記のプラズマ処理装置において、プラズマ流と蒸
発した金属原子流を交差させて金属の化合物を形成した
後、それを基板上に堆積させ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．上記のプラズマ処理装置において、プラズマ流の発
生ガスとして酸素、窒素、水素およびその混合ガスなど
を用いて基板上に金属の酸化物、窒化物や水素化物など
を堆積させ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 (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59133148A JPS6113626A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | プラズマ処理装置 |
| US06/750,474 US4683838A (en) | 1984-06-29 | 1985-07-01 | Plasma treatment system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59133148A JPS6113626A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6113626A true JPS6113626A (ja) | 1986-01-21 |
Family
ID=15097840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59133148A Pending JPS6113626A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | プラズマ処理装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4683838A (ja) |
| JP (1) | JPS6113626A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007095659A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-04-12 | Seiko Epson Corp | 発光装置の製造方法、および発光装置 |
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