JP2003031504A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法、それらを用いて作製した半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応容器内の複数の線状電極に位相を制御し
て高周波電力を印加しても、電極上に生じる定在波によ
る電界強度の不均一性を低減することは困難であり、均
一なプラズマを生成させるには不充分である。 【解決手段】 プラズマ処理装置において、反応容器内
の略同一平面上に配置された複数の小電極に対して、互
いに隣接する電極に異なる周波数の高周波電力を印加す
ることで、各々の電極で生じる電界強度を合成して大面
積にわたって均一な電界強度を生じさせることが可能と
なり、膜厚分布やエッチング速度の分布が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係り、被処理部材に対し膜堆積、エッチングあるいは表
面改質を行うのに好適な処理装置及び処理方法、ならび
にこれらの処理装置または処理方法を用いて作製した半
導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおいて、プ
ラズマエネルギーを利用した薄膜堆積、エッチング、表
面改質等の処理が必要不可欠であり、これらのプラズマ
処理工程では、液晶ディスプレイや太陽電池等の半導体
装置の大型化、及び処理能力向上の要求に対応した被処
理面積の大型化や処理速度の向上、そして処理品質の向
上が重要な課題になっている。

【０００３】このようなプラズマ処理の現状について説
明すると、代表的な膜堆積処理方法であるプラズマＣＶ
Ｄ法を例に取ると、堆積される膜として、代表的にはシ
リコンの多結晶薄膜、微結晶薄膜、非晶質薄膜があり、
シリコンの化合物としては酸化シリコン膜、窒化シリコ
ン膜、珪化金属膜などがある。プラズマＣＶＤ法におけ
る量産性を向上させるために、高周波電力を高める、ま
たは原料ガスの供給量を増加させることで、製膜速度を
増大させることが可能である。しかしながら、高周波電
力として１３．５６ＭＨｚのＲＦ帯高周波を用いた従来
の方法において、そのような条件で膜堆積を行うと、多
量のパウダーが生成し、パウダーが被処理部材へ付着す
ることによる膜質の低下、引いては歩留まりの低下を引
き起こすために、製膜速度の著しい向上は実現困難であ
る。

【０００４】このような良好な膜品質と高い製膜速度の
両立という課題の解決策として、高周波電力の高周波数
化が有望視されている。周波数を更に増加させたＶＨＦ
帯高周波を用いることで、プラズマ温度の低減と、プラ
ズマ密度の向上が同時に成し得ることが知られており、
ＶＨＦ帯高周波を用いることで、高品質な膜をより高速
で堆積できると期待される。

【０００５】しかしながら、ＶＨＦ帯高周波はＲＦ帯高
周波よりも波長が短いため、高周波電極の表面最大寸法
が大きくなるほど、電極上で発生する定在波の影響が大
きくなることが知られている。その結果、プラズマの面
内均一性が悪くなるため、膜堆積の場合は膜厚や膜特性
の面内均一性の悪化、エッチングの場合はエッチングレ
ートの面内均一性の悪化を引き起こしてしまう。また、
周波数が高くなるほど浮遊容量の影響が大きくなり、電
極間以外での高周波電力の損失が大きくなるため、安定
なプラズマ生成が困難になる。これらのことから、ＲＦ
帯高周波に対応した従来の装置では、ＶＨＦ帯高周波を
用いた大面積処理を行うことは、実用上困難である。

【０００６】このような課題に鑑み、ＶＨＦ帯高周波を
用いて大面積処理を可能とする手法が特開２０００−３
２３２９７号公報に開示されている。図１２により、特
開２０００−３２３２９７号公報に開示されているプラ
ズマ生成用電極装置の概要を説明する。線状の電極２
１、２２と２つの電源１１、１２を備え、各々の電源か
ら電極に印加される高周波電圧において、互いに位相を
ずらして各々の電極へ印加することにより、各々の電源
から発生する電界強度を合成し、大面積でも均一なプラ
ズマ生成が可能であるとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、特開２
０００−３２３２９７号公報に開示されているような、
小電極を用いたＶＨＦ帯高周波を用いた大面積処理の手
法の効果について詳細な検討を行った。図１２におい
て、２つの棒状電極２１、２２が直径１ｃｍ、長さ１５
０ｃｍのステンレス棒からなり、互いに３０ｍｍ離間さ
れている高周波電極を仮定し、各々の棒状電極に高周波
電力を同出力かつ逆位相となるように印加した時の高周
波電力の周波数による電界強度分布への影響を電磁界計
算により求めた。その結果を図１３に示す。通常、プラ
ズマ処理有効処理領域は、給電点から給電端までの全体
ではなく、ひとまわり小さい領域としており、ここで
は、給電点から給電端までの中心を被処理部材の中心と
し、給電点から給電端までの間の７０％の領域を有効処
理領域とみなした。電界強度分布は、前記有効処理領域
における電極近傍の電界強度を１００点求めて、１００
個のデータの（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）
×２とした。周波数の増加に伴って電界強度分布が大き
くなっていく事が判った。これは、周波数の増加によ
り、アンテナ電極上に生じる定在波の影響を受けて、電
界強度分布が大きくなったものと考えられる。このよう
な大きな電界強度分布は、２本の高周波電極に逆位相、
同位相の高周波電力を導入したいずれの場合も顕著に表
れる。とりわけ、1本あたりの電極の長さが長いジグザ
ク形状の平面型コイル電極では、定在波による電界強度
の谷が望ましくない所に複数現われ、複雑で不均一な電
界強度分布が生じる。前述のような不均一な電界強度分
布は、不均一なプラズマ生成を引き起こすことを示唆し
ており、このようなプラズマにより処理を行うと、処理
の均一性や品質に問題が生じることは明らかである。つ
まり、均一なプラズマを生成させるためには、高周波電
極に導入する高周波電力の周波数に依存する定在波によ
る影響を考慮する必要があることが分かった。

【０００８】本発明は、上記課題を鑑みてなされたもの
であり、半導体装置の大型化や処理能力向上に対応した
被処理面積の大型化や処理速度の向上、及び処理品質の
向上を可能とするプラズマ処理装置及びプラズマ処理方
法、そして、それを用いて作製した半導体装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
被処理部材配設部と、該被処理部材配設部との間でプラ
ズマを発生させる複数の小電極とを備え、前記複数の小
電極に異なる周波数の高周波電力を印加する高周波電源
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置である。よ
り詳細には、被処理部材配設部と、略同一平面上に配置
された複数の小電極とを備え、該複数の小電極に、高周
波電源から高周波電力を印加することでプラズマを発生
させて、該反応容器内に配置された被処理部材に対し処
理を行う装置であり、該複数の小電極において、互いに
隣接する電極に異なる周波数の高周波電力を印加するこ
とを特徴とするプラズマ処理装置である。

【００１０】本発明の第２の態様は、被処理部材配設部
と、異なる周波数の高周波電力が印加される複数の小電
極との間でプラズマを発生させ、異なる周波数のプラズ
マで被処理部材をプラズマ処理することを特徴とするプ
ラズマ処理方法である。より詳細には、第1の態様のプ
ラズマ処理装置において、互いに隣接する小電極に異な
る周波数の高周波電力を印加することを特徴とするプラ
ズマ処理方法である。

【００１１】本発明の第３の態様は、第1の態様である
プラズマ処理装置、あるいは第２の態様であるプラズマ
処理方法を用いて作製した半導体装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のプラズマ処理装置は、被
処理部材に対向する位置に、略同一平面上に複数の小電
極が並列に備えられており、該複数の小電極に、高周波
電源から高周波電力を印加することで、被処理部材と複
数の小電極との間にプラズマを発生させて、該被処理部
材に対し薄膜堆積、エッチング、表面改質等の処理を行
う装置であり、該複数の小電極において、互いに隣接す
る小電極に異なる周波数の高周波電力を印加することを
特徴とするプラズマ処理装置である。

【００１３】図１は本発明の実施の形態に係るプラズマ
処理装置の電極構造の平面図、図２（ａ），（ｂ），
（ｃ）は同プラズマ処理装置の電極近傍の電場強度を示
すグラフである。

【００１４】図１において、プラズマ処理装置の電極構
造は、直径１ｃｍ、長さ１５０ｃｍのステンレス棒から
なり、互いに３０ｍｍ離間されている２つの棒状電極２
１、２２を備えている。各電極２１、２２の両端部は、
それぞれ第１の高周波電源１１と第１の接地部３１、第
２の高周波電源１２と第２の接地部３２に接続されてい
る。第１の高周波電源１１と第２の高周波電源１２は、
それぞれ一方の電極２１と他方の電極２２に高周波電力
を印加する。また第１の高周波電源１１と第２の高周波
電源１２は、高周波電力の周波数が異なっており、第1
の高周波電源は５０ＭＨｚ、第２の高周波電源は１３５
ＭＨｚである。

【００１５】図２（ａ）は、第１の高周波電源１１によ
り一方の電極２１に高周波電力を印加した場合に、この
電極２１の近傍に生じる電界強度を示している。また図
２（ｂ）は、第２の高周波電源１２によりもう一方の電
極２２に高周波電力を印加した場合に、この電極２２の
近傍に生じる電界強度を示している。図２（ａ）および
（ｂ）に示すように、周波数の違いによって異なった電
界強度分布となった。通常、プラズマ処理有効処理領域
は、給電点から給電端までの全体ではなく、ひとまわり
小さい領域としており、ここでは、給電点から給電端ま
での中心を被処理部材の中心とし、給電点から給電端ま
での間の７０％の領域を有効処理領域とみなした。図２
に示すように、（ａ）では給電点から給電端までほぼ単
調に電界強度が増加し、（ｂ）では給電端近くで電界強
度が著しく低下する箇所があり、ともに有効処理領域外
は言うまでもなく、有効処理領域内においても定在波に
よる大きな不均一を有する電界強度分布となる。

【００１６】図２（ｃ）は、図２（ａ）、（ｂ）の波形
を合成した波形である。このように異なる周波数の高周
波電力で形成される電界を合成することにより、有効処
理領域内の電界強度分布の均一性は改善されることが判
った。

【００１７】本発明のプラズマ処理装置は、前記小電極
毎に高周波電源を備えているので、互いに隣接する電極
に異なる周波数の高周波電力を印加するとともに、各々
の電極に印加する高周波電力の量を制御することが可能
となる。

【００１８】このような構成を有する本発明のプラズマ
処理装置を用いると、例えば、各小電極にある条件の高
周波電力を印加した時の膜厚分布やエッチング速度の分
布から、各小電極に印加するべき高周波電力の比率を算
定し、各小電極に前記の算定した比率を考慮して高周波
電力を印加することで、膜厚分布やエッチング速度の分
布を改善することが可能となる。

【００１９】同じ周波数の高周波電力を印加する複数の
小電極に対し、一つの高周波電源から分配器によって各
々の小電極に高周波電力を分配し、周波数ごとに印加す
る高周波電力の量を制御可能とすることで、膜厚分布や
エッチング速度の分布を改善することが可能となる。ま
た、この構成により高周波電源の数を減少させることが
可能となり、設備投資の低減や設備占有面積の低減に寄
与する。

【００２０】３種類の周波数を用い、任意の第1電極と
隣接する第２の電極および第２の電極と隣接する第３の
電極とは、印加される高周波電圧の周波数が異なり、且
つ、該第1の電極とは隣接せず、該第３の電極とは隣接
する第４の電極に印加する高周波電圧の周波数は、該第
1の電極に印加される高周波電圧の周波数と同じである
ようにすることで、高い周波数を用いた時に生じる定在
波の影響を低減した均一な大面積プラズマ処理が可能と
なる。

【００２１】２種類の周波数を用い、任意の第1電極と
隣接する第２の電極とは、印加される高周波電圧の周波
数が異なり、且つ、該第1の電極とは隣接せず、該第２
の電極とは隣接する第３の電極に印加する高周波電圧の
周波数は、該第1の電極に印加される高周波電圧の周波
数と同じであるようにすることで、高い周波数を用いた
時に生じる定在波の影響を低減した均一な大面積プラズ
マ処理が簡便で且つ容易に可能となる。

【００２２】このような互いに隣接する小電極に異なる
周波数の高周波電圧を印加することにより、各々の電極
で生じる電界強度を合成して均一な電界強度を生じさせ
る手法は、前記小電極において、長手方向の長さおよび
用いる周波数の波長に対して電極の幅が充分に小さい棒
状あるいは、板状等の形状であれば有効である。

【００２３】各小電極で形成される不均一な電界を更に
低減する手法として、各々の小電極に対し、パルス状に
変調された高周波電力を印加することも有効である。各
小電極に印加する高周波電力がオフとなる時間では、プ
ラズマ励起強度が低くなり、処理プロセスに寄与するラ
ジカル等の拡散が生じることによって、各小電極付近で
形成される不均一なプラズマが緩和される。その結果、
大面積にわたる均一なプラズマ処理が可能となる。ま
た、高周波電力がオフとなる時間では、プラズマ励起強
度が低くなりラジカルの重合反応が抑止されることか
ら、パウダーの発生が低減できる。

【００２４】また、各小電極で形成される不均一な電界
を更に低減する別の手法として、各々の小電極に印加さ
れる高周波電圧の位相を、各々の小電極に応じて調整す
ることが有効である。そのため、本発明のプラズマ処理
装置は、各々の小電極に印加される高周波電圧の位相
が、各々の小電極に応じて調整されていることが好まし
い。各小電極に印加される高周波電圧の位相調整は、キ
ャパシタンスやインダクタンスを用いた位相調整器を高
周波伝送線路に設けたり、高周波伝送線路の長さを調整
することで可能である。通常、電極上の電界強度が大き
くなるため、小電極相互の距離や、電極と被処理基板の
距離、電極に印加する高周波電力の大きさによっては、
被処理部材面の電極上の部分が局所的にプラズマによる
処理速度が速くなる事がある。前述のように電極相互に
位相を制御する事により、電極から隣接する電極への電
界強度を強める事で、被処理部材への電界強度を緩和し
均一とする事が出来る。

【００２５】各小電極に印加される高周波電圧の周波数
を２０〜５００ＭＨｚの範囲とすることで、プラズマ中
の電子密度を増大させ、且つ、プラズマポテンシャルを
低く抑えることができるので、処理の高速化と処理品質
の向上が同時に可能となる。ここで各小電極に印加され
る高周波電圧の周波数は、対象とする装置に備えられた
小電極と、その小電極の終端インピーダンスに応じて、
各々の周波数で生じる定在波による電界強度分布が均一
化されるように選択される。

【００２６】本発明のプラズマ処理装置ならびにプラズ
マ処理方法は、半導体装置の製造工程における膜堆積、
エッチング、及び表面改質等のプラズマ処理において、
処理能力向上に対応した被処理面積の大型化、処理速度
の向上及び処理品質の向上をなし得るものであり、該装
置または方法を用いて作製された半導体装置は、高性能
かつ安価に製造できるという利点を有する。

【００２７】以下、本発明の一実施例を、複数の複数の
細長い小電極が平面状に配設されてなる高周波電極を有
するプラズマＣＶＤ装置により説明するが、本発明はこ
れにより何ら限定されるものではない。例えば、ジグザ
グ形状、スパイラル形状、Ｕ字、Ｍ字等の形状でもよ
く、各小電極の配置も平行配置に限定されるものではな
い。また、プラズマ処理としてＣＶＤに限定されるもの
ではなく、エッチングなどでも同様に処理品質を向上さ
せることができる。 <実施例１>図３に、本実施例に使用したプラズマＣＶＤ
装置の略平面図を、図４に本実施例に使用したプラズマ
ＣＶＤ装置の略断面図を示す。本装置は、ガス導入手段
５と真空排気手段６を備えたステンレス鋼製の反応容器
４内部に、６本の棒状の小電極２１〜２６を同一平面上
で互いに平行に平面状に配設し且つ、被処理部材４０の
面に対して平行となるように配設してなる、誘導結合型
のプラズマＣＶＤ装置である。被処理部材４０は、図中
に示すように小電極２１〜２６の略中央に被処理部材４
０の中央が位置するように被処理部材を載置する台３の
上に設置されている。本実施例における小電極２１〜２
６はステンレス鋼製の一直線状の細長い厚み２ｍｍ、幅
１０ｍｍの板であり、1本の長さは１５０ｃｍであり、
４０ｍｍピッチで配設されている。各々の小電極２１〜
２６の一端には、各々に整合器７１〜７６を介して周波
数が可変の高周波電源１１〜１６が接続されており、各
々の小電極に印加する周波数及び高周波電力を個別に制
御可能としている。本実施例においては、周波数可変の
高周波電源を用いたが、周波数の異なる周波数固定の高
周波電源を用いても良い。また、各々の小電極のもう一
方の端は、接地部に接続されている。本実施例では、下
記の製膜条件を用いて非晶質シリコン薄膜を製膜した。 被処理部材に対して平面状に配設される複数の小電極２
１〜２６のうち、２１と２４には周波数１５０ＭＨｚの
高周波電力を印加し、２２と２５には周波数５０ＭＨｚ
の高周波電力を印加し、２３と２６には１００ＭＨｚの
高周波電力を印加する。このとき、各高周波電源は１１
〜１６は、各小電極２１〜２６へ印加される高周波電力
が６００Ｗで同じとなるように調整した。

【００２８】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の長手方向を1０等分、短い方を１０等分とな
るように切断して膜厚測定用サンプルを１００個作製し
た。段差計を用いて、それらのサンプル中心部の膜厚測
定を行い、平均膜厚と膜厚分布を評価した結果、膜厚分
布は１５％となった。本例では、小電極２０１と２０４
に対応する位置で膜厚が最大となり、小電極２０２と２
０５に対応する位置で膜厚が最小となっていた。なお、
１００個のサンプルの（最大値−最小値）／（最大値＋
最小値）×２を膜厚分布として求めた。 <実施例２>実施例１の膜厚分布を考慮し、小電極２２お
よび２５に印加する高周波電力が、小電極２１と２４に
印加する高周波電力の１．４倍となるように調整し、そ
れ以外の条件は実施例１と同様に製膜を行ったところ、
膜厚分布は１３％となった。

【００２９】小電極２１および２４は、小電極２２およ
び２５に比べて投入する高周波電力の周波数が高いため
に小電極２２や２５上に比べて高密度のプラズマが生成
され、局所的に高い製膜速度にすることができた。本発
明のプラズマ処理装置には、各々の小電極に対して、高
周波電源が配設されているので、各々の小電極ごとに印
加される周波数および電力量を調整することが出来るた
め、さらなる膜厚分布の改善が可能になる。 <比較例１>本例では、実施例１及び実施例２と同様の装
置構成および製膜条件とし、小電極２１〜２６の全てに
５０ＭＨｚの高周波電力を印加した時、１００ＭＨｚの
高周波電力を印加した時、１５０ＭＨｚの高周波電力を
印加した時の膜厚分布を確認した。その結果、周波数５
０ＭＨｚでは２９％、周波数１００ＭＨｚでは３６％、
周波数１５０ＭＨｚでは６３％となった。 <実施例３>図５に本実施例に使用したプラズマＣＶＤ装
置の略平面図を示す。本実施例のプラズマＣＶＤ装置
は、周波数が可変の高周波電源３つ１１〜１３を備えて
いる。高周波電源１１から整合器７１を介して分配器８
１によって等分配され、小電極２１および２４に高周波
電力が印加される。同様に高周波電源１２からは、整合
器７２を介して分配器８２によって等分配され、小電極
２２および２５に高周波電力が印加される。高周波電源
１３からは、整合器７３を介して分配器８３によって等
分配され、小電極２３および２６に高周波電力が印加さ
れる。その他の装置構成を実施例１と同じくし、実施例
１と同じ製膜条件を用いて非晶質シリコン薄膜を製膜し
た。

【００３０】高周波電源１１の周波数を１５０ＭＨｚと
し、高周波電源１２の周波数を５０ＭＨｚとし、高周波
電源１３の周波数を１００ＭＨｚとする。このとき、各
小電極２１〜２６へ印加される高周波電力が６００Ｗで
同じとなるように調整した。

【００３１】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の長手方向を1０等分、短い方を１０等分とな
るように切断して膜厚測定用サンプルを１００個作製し
た。段差計を用いて、それらのサンプル中心部の膜厚測
定を行い、平均膜厚と膜厚分布を評価した結果、実施例
１と同様の１５％の膜厚分布が得られた。本実施例で
は、実施例１に比べ、高周波電源や整合器の個数を削減
できることから、設備投資及び設備のフットプリントの
低減に有効である。 <実施例４>実施例３の膜厚分布を考慮し、小電極２２お
よび２５に印加する高周波電源１２の高周波電力が、小
電極２１と２４に印加する高周波電源１１の高周波電力
の１．４倍となるように調整し、それ以外の条件は実施
例３と同様に製膜を行ったところ、実施例２と同様の１
３％の膜厚分布が得られた。

【００３２】小電極２１および２４は、小電極２２およ
び２５に比べて投入する高周波電力の周波数が高いため
に小電極２２や２５上に比べて高密度のプラズマが生成
され、局所的に高い製膜速度にすることができた。本発
明のプラズマ処理装置には、同じ周波数が印加される小
電極ごとに高周波電源が配設されているので、周波数単
位で印加される電力量を調整することが出来るため、さ
らなる膜厚分布の改善が可能となる。また、実施例３と
同様に本実施例も高周波電源や整合器の個数を削減でき
ることから、設備投資及び設備占有面積の低減に有効で
ある。 <実施例５>図６に本実施例に使用したプラズマＣＶＤ装
置の略平面図を示す。本装置は、ガス導入手段５と真空
排気手段６を備えたステンレス鋼製の反応容器４内部
に、１６本の棒状の小電極２０１〜２１６を同一平面上
で互いに平行に平面状に配設し且つ、被処理部材４０の
面に対して平行に対向となるように配設してなる、誘導
結合型のプラズマＣＶＤ装置である。被処理部材４０
は、図中に示すように小電極２０１〜２１６の略中央に
被処理部材の中央が位置するように被処理部材を載置す
る台３の上に設置されている。本実施例における小電極
２０１〜２１６はステンレス鋼製の一直線状の丸棒であ
り、1本当たりの直径６ｍｍ、長さ１３０ｃｍであり、
４０ｍｍピッチで配設されている。本実施例のプラズマ
ＣＶＤ装置は、周波数が可変の２つの高周波電源１１、
１２を備えている。高周波電源１１から整合器７１を介
して分配器８１によって等分配され、奇数番号に位置す
る小電極群に印加される。同様に高周波電源１２から
は、整合器７２を介して分配器８２によって等分配さ
れ、偶数番号に位置する小電極群に印加される。本実施
例では、下記の製膜条件を用いて非晶質シリコン薄膜を
製膜した。 被処理部材に対して平面状に配設される複数の小電極２
０１〜２１６のうち、奇数番号に位置する小電極群には
周波数１３５ＭＨｚの高周波電力を印加し、偶数番号に
位置する小電極群には５０ＭＨｚの高周波電力を印加す
る。このとき、各小電極２０１〜２１６へ印加される高
周波電力が６００Ｗで同じとなるように調整した。

【００３３】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の長手方向を1０等分、短い方を３０等分とな
るように切断して膜厚測定用サンプルを３００個作製し
た。段差計を用いて、それらのサンプル中心部の膜厚測
定を行い、平均膜厚と膜厚分布を評価した結果、膜厚分
布は１８％となり、大面積の製膜においてもその効果が
みられた。このように、任意の第1電極と隣接する第２
の電極とは、印加される高周波電圧の周波数が異なり、
且つ、該第1の電極とは隣接せず、該第２の電極とは隣
接する第３の電極に印加する高周波電圧の周波数は、該
第1の電極に印加される高周波電圧の周波数と同じであ
るようにすることで、簡便な設備で且つ大面積にわたっ
て良好な膜厚分布を得る事が可能である。本例では、奇
数番号に位置する小電極群に対応する位置で膜厚が最大
となり、偶数番号に位置する小電極群に対応する位置で
膜厚が最小となっていた。 <実施例６>実施例５の膜厚分布を考慮し、偶数番号に位
置する小電極群に印加する高周波電力が、奇数番号に位
置する小電極群に印加する高周波電力の１．２倍となる
ように調整し、それ以外の条件は実施例５と同様に製膜
を行ったところ、膜厚分布は１５％となった。

【００３４】奇数番号に位置する小電極群は、偶数番号
に位置する小電極群に比べて投入する高周波電力の周波
数が高いために偶数番号に位置する小電極群上に比べて
高密度のプラズマが生成され、局所的に高い製膜速度に
することができた。本発明のプラズマ処理装置には、周
波数ごとに高周波電源が配設されているので、周波数単
位で印加される電力量を調整することが出来るため、さ
らなる膜厚分布の改善が可能となる。 <実施例７>図７に本実施例に使用したプラズマＣＶＤ装
置の略平面図を示す。本実施例のプラズマＣＶＤ装置
は、各高周波電源毎に変調用電源９１、９２を備えてお
り、高周波電源１１、１２から供給される高周波電圧を
パルス変調することにより、各小電極２０１〜２１６に
印加する高周波電圧をパルス状にオン・オフして繰り返
し印加することができる。本実施例では、各小電極２０
１〜２１６に印加する高周波電圧に対して、デューティ
ー比５０％、１００ｋＨｚのパルス変調を行った。オン
・オフするタイミングは各小電極２１〜２４で同じとし
た。それ以外の条件は実施例５と同様にして製膜した結
果、膜厚分布は１０％であった。また、パウダーの発生
もみとめられなかった。 <実施例８>図８に本実施例に使用したプラズマＣＶＤ装
置の略平面図を示す。本実施例のプラズマＣＶＤ装置
は、周波数が可変の２つの高周波電源１１、１２を備え
ている。高周波電源１１から発振された高周波は、分配
器８１によって８つに等分配され、奇数番号の８つの小
電極が接続されている高周波線路へ導入し、各々の高周
波線路に設けられた奇数番号の整合器及び位相調整器を
経て奇数番号に位置する小電極群に印加される。同様に
高周波電源１２から発振された高周波は、分配器８２に
よって８つに等分配され、偶数番号の８つの小電極が接
続されている高周波線路へ導入し、各々の高周波線路に
設けられた偶数番号の整合器及び位相調整器を経て偶数
番号に位置する小電極群に印加される。各小電極２０１
〜２１６に印加する高周波電圧の位相制御は、図示して
いない同期回路によって各高周波電源の発振器の同期を
とったうえで、各高周波線路に設けたインダクタンスお
よびキャパシタンスから構成される位相調整器１０１〜
１１６によって行った。本実施例では、奇数番号に位置
する小電極群には周波数１５０ＭＨｚの高周波電力を印
加し、偶数番号に位置する小電極群には１００ＭＨｚの
高周波電力を印加し、奇数電極群に印加する高周波電圧
の位相を前記位相調整器によって１８０度ずらした。そ
れ以外の条件は実施例５と同様にして製膜した結果、膜
厚分布は１６％であった。

【００３５】本実施例では、小電極として平行配置した
一直線状の小電極を使用して、同一方向から高周波電力
を印加したが、これになんら限定されることはなく、例
えば櫛歯状に相対する方向から高周波電力を印加しても
構わない。 <実施例９>本実施例では、図７に示すプラズマＣＶＤ装
置を用いて、非晶質シリコン薄膜からなる光電変換層を
形成することで、薄膜太陽電池を作製した。本実施例に
おいて作製した薄膜太陽電池の略断面図を図９に示す。
基板４０１として６０ｃｍ×７０ｃｍで厚さ１．１ｍｍ
のガラス基板を用い、この上に透明電極４０２として、
スパッタリング法によりＺｎＯを約1μｍの膜厚となる
ように形成した。その後、透明電極４０２が形成された
側が複数の小電極からなる高周波電極に対向するよう
に、基板４０１を図７に示すプラズマＣＶＤ装置の反応
容器内部に装入する。透明電極１３２の上に、膜厚３０
ｎｍのｐ型非晶質シリコン薄膜４０３、膜厚３００ｎｍ
のｉ型非晶質シリコン薄膜４０４、膜厚３０ｎｍのｎ型
非晶質シリコン薄膜４０５の順に製膜することで光電変
換層を形成した。ｐ、ｉ、ｎ型各々の非晶質シリコン薄
膜の製膜条件を以下に示す。なお、ｉ型非晶質シリコン
薄膜４０４の製膜の際には、各小電極２０１〜２１６に
印加する高周波電力に対してデューティー比５０％、１
００ｋＨｚのパルス変調を行っている。 ｐ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件 高周波電力：６００Ｗ 変調高周波：無 原料ガス：ＳｉＨ₄ ２００ｓｃｃｍ Ｈ₂ １８００ｓｃｃｍ Ｂ₂Ｈ₆（２．０％／Ｈ₂） ３６０ｓｃｃｍ 製膜圧力：１０Ｐａ 周波数：奇数番号電極群は１３５ＭＨｚ、偶数番号電極群は５０ＭＨｚ。 基板温度：２００℃ ｉ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件 高周波電力：６００Ｗ 変調高周波：オン時間＝５０μｓｅｃ． オフ時間＝５０μｓｅｃ． 原料ガス：ＳｉＨ₄ １３００ＳＣＣＭ Ｈ₂ １８００ＳＣＣＭ 製膜圧力：１０Ｐａ 周波数：奇数番号電極群は１３５ＭＨｚ、偶数番号電極群は５０ＭＨｚ。 基板温度：２００℃ ｎ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件 高周波電力：６００Ｗ／ｃｍ² 変調高周波：無 原料ガス：ＳｉＨ₄ １５０ｓｃｃｍ Ｈ₂ １８００ｓｃｃｍ ＰＨ₃（２．０％／Ｈ₂） １５０ｓｃｃｍ 製膜圧力：１０Ｐａ 周波数：奇数番号電極群は１３５ＭＨｚ、偶数番号電極群は５０ＭＨｚ。 基板温度：２００℃ 反応容器から基板４０１を取り出した後、裏面電極４０
６として、スパッタリング法によりＡｇを３００ｎｍの
厚さとなるように形成した。裏面電極４０６は、光電変
換層を一旦透過した光を反射させることで、発電効率を
改善する役割をも有している。

【００３６】１枚のガラス基板当たり、１０個×１０個
の単位セル（電極面積４ｃｍ角）を作成し、その光電変
換効率の分布を測定した。図１０は、１００個の単位セ
ルにおける光電変換効率の平均値を１とした時の、その
バラツキを示したものである。 <比較例２>図１３に示したプラズマＣＶＤ装置を用い、
高周波電力の周波数を除いて実施例９と同様の製膜条件
で太陽電池を作製した。周波数は１３５ＭＨｚのみと
し、各小電極２０１〜２１６に印加する高周波電力に対
してデューティー比５０％、１００ｋＨｚのパルス変調
を行っている。本例で作製した１００個の単位セルにお
ける光電変換効率のバラツキを、図１１に示す。

【００３７】本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いて作製
した薄膜太陽電池の光電変換効率のバラツキは小さく、
本発明のプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ方法に
より、歩留の向上がなし得ることが確認できた。

【００３８】本実施例では、本発明のプラズマＣＶＤ装
置及びプラズマＣＶＤ方法を、非晶質シリコン薄膜を光
電変換層とする薄膜太陽電池の製造プロセスに適用した
が、本発明の効果はこれに限らない。例えば、多結晶シ
リコン薄膜の製膜、あるいは非晶質シリコン薄膜や多結
晶シリコン薄膜のエッチング等においても、半導体装置
の大型化や処理能力向上に対応した被処理面積の大型化
や処理速度の向上、及び処理品質の向上が可能であり、
本発明により、膜堆積やエッチング等のプラズマ処理工
程において、歩留まり、信頼性、量産性が向上されるこ
とは言うまでもない。しかるに、薄膜太陽電池の製造プ
ロセスのみならず、薄膜トランジスタ等の製造プロセス
に適用できることは言うまでもない。本発明において、
各小電極に印加される高周波電圧の周波数は、上記各実
施例の周波数に限定されるものではなく、要するに対象
とする装置に備えられた小電極と、その小電極の終端イ
ンピーダンスに応じて、各々の周波数で生じる定在波に
よる電界強度分布が均一化されるように選択される。

【００３９】

【発明の効果】本発明により、反応容器内に略同一平面
上に配置された複数の小電極に対して、互いに隣接する
電極に異なる周波数の高周波電力を印加することで、各
々の電極で生じる電界強度を合成して大面積にわたって
均一な電界強度を生じさせることが可能となるプラズマ
処理装置が提供される。

【００４０】したがって、本発明により、半導体装置製
造プロセスにおける製膜及びエッチング工程等のプラズ
マ処理工程において、半導体装置の大型化や処理能力向
上に対応した被処理面積の大型化や処理速度の向上、及
び処理品質の向上が可能であり、その結果、歩留まり、
信頼性、量産性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置における高周波電極
の略平面図を示す。

【図２】本発明の態様であるプラズマＣＶＤ装置の電極
近傍の電界強度を示すグラフを示す。

【図３】本発明の１つの態様であるプラズマＣＶＤ装置
の略平面図を示す。

【図４】本発明の１つの態様であるプラズマＣＶＤ装置
の略断面図を示す。

【図５】本発明の別の態様であるプラズマＣＶＤ装置の
略平面図を示す。

【図６】本発明のさらに別の態様であるプラズマＣＶＤ
装置の略平面図を示す。

【図７】本発明のさらに別の態様であるプラズマＣＶＤ
装置の略平面図を示す。

【図８】本発明のさらに別の態様であるプラズマＣＶＤ
装置の略断面図を示す。

【図９】本発明の半導体装置である薄膜太陽電池の略断
面図を示す。

【図１０】本発明のプラズマＣＶＤ方法により作製した
薄膜太陽電池における光電変換効率のバラツキを示す。

【図１１】従来のプラズマＣＶＤ方法により作製した薄
膜太陽電池における光電変換効率のバラツキを示す。

【図１２】従来のプラズマ処理装置における高周波電極
の略平面図を示す。

【図１３】従来のプラズマ処理装置における電界強度分
布の周波数依存性を示す。

【符号の説明】

１１〜１６ 高周波電源 ２１〜２６、２０１〜２１６ 小電極 ３ 被処理部材配設部 ４ 反応容器 ５ ガス導入手段 ６ 真空排気手段 ７１〜７６、７０１〜７１６ 整合器 ８１〜８３ 分配器 ９１、９２ 変調用電源 １０１〜１１６ 位相調整器 ３１〜３６、３０１〜３１６ 接地部 ４０ 被処理部材 ４０１ ガラス基板 ４０２ 透明電極 ４０３ ｐ型非晶質シリコン ４０４ ｉ型非晶質シリコン ４０５ ｎ型非晶質シリコン ４０６ 裏面電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲増 崇 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA18 BA30 CA06 CA12 FA03 JA18 KA15 KA30 LA16 LA18 5F045 AA08 AB04 AC01 AD06 AE07 AF07 BB02 CA13 CA15 EH04 EH11 EH20

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理部材配設部と、該被処理部材配設
   部との間でプラズマを発生させる複数の小電極とを備
   え、前記複数の小電極に異なる周波数の高周波電力を印
   加する高周波電源を備えることを特徴とするプラズマ処
   理装置。
2. 【請求項２】 前記小電極毎に高周波電源を備え、該高
   周波電源の出力制御手段を備えることを特徴とする請求
   項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記一の高周波電源の出力を前記複数の
   小電極のうち、少なくとも２つ以上の電極に印加するこ
   とを特徴とする請求項１〜２に記載のプラズマ処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記一の高周波電源と、該高周波電源に
   接続される２つ以上の小電極の間に出力制御手段を備え
   ることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装
   置。
5. 【請求項５】 前記小電極の中、偶数番と奇数番はそれ
   ぞれ異なる周波数の高周波電源に接続されることを特徴
   とする請求項１〜４に記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 互いに隣接する第１、第２、第３の小電
   極は、それぞれ異なる周波数の第１、第２、第３の高周
   波電源に接続されることを特徴とする請求項１〜４に記
   載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記高周波電源と小電極の間にパルス変
   調手段を配設することを特徴とする請求項１〜６のいず
   れかに記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 被処理部材配設部と、異なる周波数の高
   周波電力が印加される複数の小電極との間でプラズマを
   発生させ、異なる周波数のプラズマで被処理部材をプラ
   ズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
9. 【請求項９】 前記小電極の中、偶数番と奇数番はそれ
   ぞれ異なる周波数の高周波電源の出力を印加することを
   特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
10. 【請求項１０】 互いに隣接する第１、第２、第３の小
    電極に、それぞれ異なる周波数の第１、第２、第３の高
    周波電源の出力を印加することを特徴とする請求項８に
    記載のプラズマ処理方法。
11. 【請求項１１】 前記電極に対し、パルス状に変調され
    た高周波電力を印加することを特徴とする請求項８〜１
    ０に記載のプラズマ処理方法。
12. 【請求項１２】 請求項８〜１１に記載のプラズマ処理
    方法において、前記複数の電極に対し、印加する高周波
    電圧の位相をずらすことを特徴とするプラズマ処理方
    法。
13. 【請求項１３】 前記高周波の周波数を２０ＭＨｚ〜５
    ００ＭＨｚとすることを特徴とする請求項８〜１２のい
    ずれかに記載のプラズマ処理方法。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれかに記載のプ
    ラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を用いて作製した
    半導体装置。