半导体器件及其制造方法以及等离子加工装置的制作方法

专利名称：半导体器件及其制造方法以及等离子加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有功能性的电子器件以及电子器件的制造方法。更详细地讲，本发明涉及由半导体膜、有机膜及绝缘膜等构成的电子器件以及这种电子器件的制造方法。另外，本发明涉及用于形成半导体或者导体等薄膜的等离子加工装置。更详细地讲，涉及用于制造半导体膜或者绝缘膜的薄膜的基于等离子激励化学气相沉积法的等离子化学蒸镀装置，进行用于半导体膜或者导体膜的薄膜图形形成的干法腐蚀的干法腐蚀装置，去除在薄膜图形形成中使用的抗蚀剂的前驱装置等的等离子加工装置。
背景技术：
使用等离子成膜半导体膜等，制造集成电路、液晶显示器、有机场致发光元件、太阳能电池等电子器件的方法，即等离子激励化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition CVD)法由于其方便性或者操作性出色，因此在制造各种电子器件中使用。
作为使用等离子CVD法的装置的形态(等离子化学蒸镀装置，以下称为等离子CVD装置。)，一般是图33以及图34所示的形态。参照图33以及图34，说明等离子CVD装置。图33是以往的等离子CVD装置的概略图，图34是模式地示出以往的等离子CVD装置的剖面图。等离子CVD装置具有使用处理室(真空容器)5构成的闭空间和在其中间相互电绝缘并且平行地设置在相对位置的两片导体板构成的电极2a、2b。使得在两片电极2a、2b之间发生等离子11，在其中流过材料气体，使气体分解、离解。在安装于一方的电极2b上的由硅或者玻璃等构成的被处理基板4的上面成膜半导体膜等。
作为发生用于分解成膜用的材料气体的等离子11的方法，一般使用频率13.56MHz的高频电能。一方的导体板电极2b作为接地电位，在相对的另一方电极2a上加入电压，使得在两个电极2a、2b之间发生电场，通过其绝缘破坏现象，作为辉光放电现象生成等离子11。把加入电压一侧的电极2a，即施加电能的电极2a称为阴电极或者放电电极。由于在阴电极2a附近形成很大的电场，因此用其电场加速的等离子11中的电子促进材料气体的离解生成基(radical)。图34中的12示出基的流动。
把阴电极2a附近的形成大电场的放电11的部分称为阴极复盖部分。在阴极复盖部分或者其附近生成的基扩散到接地电位的电极2b上的被处理基板4，沉积在基板4的表面上生长膜。把位于接地电位的电极2b称为阳电极2b。阳电极2b的附近也形成某种程度大小的电场，把该部分称为阳极复盖部分。这样，在相互平行的两个电极2a、2b之间生成等离子，以下把在阳电极2b上的被处理基板4上成膜的装置称为“平行平板型装置”。
这种等离子CVD法在各种产业中制作的电子器件中广泛使用。例如，在有源驱动型的液晶显示器的制造工艺中，制作被称为TFT(薄膜晶体管)的开关元件。在TFT内，作为其构成部分，非晶硅膜或者氮化硅膜等栅极绝缘膜起到重要的作用。为了使各个膜起到其作用，高效地成膜高品质的透明绝缘膜的技术是不可缺少的。另外，例如，为了制作有机场致发光元件，在成膜了有机薄膜以后，作为保护暴露在大气中的表面的保护膜，高效地成膜高品质的透明绝缘膜的技术是不可缺少的。进而，例如为了制作太阳能电池，在成膜了太阳能电池层以后，作为保护暴露在大气中的表面的保护膜，高效地成膜高品质膜的技术是不可缺少的。这样制作的电子器件当前正在广泛地使用。
已知，把材料气体变更为腐蚀气体，与等离子CVD装置相同地发生等离子11，进行薄膜的腐蚀的干法腐蚀装置或者进行抗蚀剂去除的前驱装置也统称为等离子加工装置。等离子11的发生方法或者基的生成等与等离子CVD装置的机理相同，到达了被处理基板4的基进行薄膜等的去除。干法腐蚀装置或者前驱装置与等离子CVD装置的不同之点只是在于不仅存在基，还在其腐蚀动作中利用基于等离子的离子冲击的物理溅射或者向被处理基板4的能量入射这一点。
在以往确立的等离子CVD装置中具有界限，在制作液晶显示器或者非晶形太阳能电池等大面积电子器件时，在向被处理基板4进行成膜时，有时难以充分地进行材料气体的离解而获得高品质的薄膜。例如，在以往已知的平行平板型装置中，有时材料气体的离解不充分。在成膜氮化硅膜的情况下，作为材料气体使用硅烷(SiH4)，氨(NH3)，氮(N2)，氢(H2)等，分解氨进行氮向膜的供给。但是，例如如果要在铜布线上成膜氮化硅膜，则氨气体有可能使铜腐蚀。
另外，氨是化学活性强的气体，有时希望不使用氨，而仅用氮气成膜氮化硅膜。这种情况下，在平行平板型装置中，不能够充分地分解难以离解的氢气或者氮气，难以得到绝缘膜性或者保护膜性出色的氮化硅膜。或者，在成膜非晶硅膜时，作为材料气体使用硅烷、氢等，而气体的利用效率限于10％左右。这种情况下，在平行平板型装置中可以说也不能够充分地促进材料气体的离解。
向被处理基板4成膜高品质膜的技术公开在以下说明的各个文献等中。
例如，在特开平11-144892号公报中公开的等离子装置中，由多个电极构成与玻璃基板相对的放电电极，各个电极配置成加入相互不同极性的高频电压，使得发生横方向的放电。反应气体从电极与电极中间放出。放出到横电场的放电等离子中的气体产生了等离子反应以后，沿着玻璃基板一侧的方向扩散，沉积在玻璃基板上。由此，能够在玻璃基板上不产生放电损伤，进行高品质的成膜。但是，在该等离子装置中，也与平行平板型装置相同，不能够促进材料气体的离解。
促进材料气体的离解的技术例如公开在特开平1-279761号公报中。在特开平1-279761号公报中公开的等离子装置中，在阴电极中设置凹形空间，根据空心阴极效果提高等离子密度。由此，促进材料气体的离解，与通常的平行平板型装置相比较，可以得到高速的成膜速度。但是，在该装置中，由于被处理基板的表面暴晒在等离子中，因此成膜面受到等离子损伤。
通过把被处理基板4的设定温度取为300℃以上，能够用热能修复这样的等离子损伤。但是，在希望把被处理基板4设定在200℃左右或者其以下温度的情况下，不能够维持良好的膜质。即，用等离子CVD装置，还不能够在特别低的被处理基板温度下，确立实现高品质膜，用很高的气体离解效率进行成膜的方法。
假设在干法腐蚀装置或者前驱装置中应用了特开平11-144892号公报中记载的等离子装置的结构的情况。这种情况下，能够分别控制等离子发生单元和离子冲击控制单元。即，把第3电极安装在基板4的后面，能够与等离子发生相互独立，进行离子冲击的控制，能够提高参数的控制性。
但是，这种情况下也不能够促进处理气体的离解，不能够把处理速度提高到某个一定值以上。即，总之，不能够确立以高性能以及很高的气体离解效率进行动作的等离子加工装置。
至今为止，用以上那样的技术成膜的薄膜作为器件用不能够得到充分的保护膜特性。例如，在有机场致发光元件中，为了防止大气中的水蒸汽或者氧的侵入，需要在元件的外层设置透明绝缘性的保护膜。元件内的有机膜由于在100℃以上的加工温度中，特性大幅度地恶化，因此需要在该温度以下形成保护膜。
但是，在以往的等离子CVD装置中，在那样的温度条件下不能够形成质量良好的保护膜。例如，在应用物理通讯第65卷第2229页到第2231页(Applied Physics Letters，volume 65，pages 2229-2231)中，报告了作为保护膜用100℃形成了氮化硅膜时，由于膜质恶化，因此大气中的水蒸汽侵入到膜内，产生硅与氧的结合。根据该报告，可以设想水蒸汽或者氧终究透过膜。在当前的状况下，实际的情况是由于仅能够实现品质差的保护膜，因此为了与大气的隔离，用氮气密封管底用的玻璃基板。作为把氮化硅膜使用为保护膜的器件，有多晶硅太阳能电池或者镓·砷族电子器件，关于这些器件也存在着上述举出的品质上的课题。
本发明是鉴于以上各点而产生的，其主要目的在于通过促进基于等离子的气体的分解以及离解，提高等离子处理的精度，提高所制造的电子器件的品质。

发明内容
本发明的等离子加工装置是在被处理基板上实施等离子处理的等离子加工装置，具备在内部载置了上述被处理基板的处理室；在上述处理室内导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内的等离子放电发生单元，上述等离子放电发生单元具有第1电极和比上述第1电极更接近上述被处理基板设置的第2电极，上述第1电极以及上述第2电极起到只有从上述被处理基板的法线方向能够识别的面作为等离子放电面的作用。
另外，本发明的等离子加工装置是在被处理基板上实施等离子处理的等离子加工装置，具备在内部载置了上述被处理基板的处理室；在上述处理室内导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内的等离子放电发生单元，上述等离子放电发生单元具有第1电极；形成在上述第1电极的电极面的一部分上的绝缘层；形成在上述绝缘层上的第2电极。
上述气体导入口最好设置在上述第1电极一侧。另外，上述第1电极的等离子放电面最好是凹面形状。进而，上述第1电极的等离子放电面的面积最好比上述第2电极的等离子放电面的面积大。
上述等离子放电发生单元最好分别具有多个上述第1电极的等离子放电面区和上述第2电极的等离子放电面区。另外，沿着上述被处理基板的一个面的方向交替形成多个上述第1电极的等离子放电面区和上述第2电极的等离子放电面区，而且上述第2电极与上述被处理基板之间的距离最好是相互邻接的上述第2电极的电极间距离以上。
进而还具有在上述第1电极以及上述第2电极上施加电能的电源，上述电源的频率在100kHz以上300MHz以下是有效的。
另外，本发明的电子器件的制造方法是使用具备在内部载置了上述被处理基板的处理室；在上述处理室内导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内的等离子放电发生单元的等离子加工装置，制造电子器件的方法，包括在上述处理室的内部载置上述被处理基板的工艺；在载置了上述被处理基板的上述处理室内，从上述气体导入口导入上述气体的工艺；由上述等离子放电发生单元发生等离子放电，在上述被处理基板的表面实施等离子处理的工艺，沿着上述等离子放电的放电路径导入上述气体。
另外，本发明的电子器件的制造方法是使用本发明的等离子处理装置制造电子器件的方法，包括在上述处理室的内部载置上述被处理基板的工艺；在载置了上述被处理基板的上述处理室内，从上述气体导入口导入上述气体的工艺；由上述等离子放电发生单元发生等离子放电，在上述被处理基板的表面实施等离子处理的工艺。
另外，本发明的电子器件是在绝缘基板上成膜了绝缘膜的电子器件，上述绝缘膜包括硅、氮以及氢，上述绝缘膜内的氢结合量是7×1021cm-3以上。上述绝缘膜内的氧结合量实质上最好是0。上述绝缘膜最好形成为外层。上述绝缘基板也可以由有机材料形成。另外，还可以具有有机层。
另外，本发明的等离子加工装置的上述第1电极的等离子放电面具有凹形的曲面部分。
上述第1电极的等离子放电面和上述第2电极的等离子放电面最好构成为连续曲面的一部分。
在上述第1电极的等离子放电面上还可以形成多个凹入部。进而，最好在至少一部分上述凹入部的底部形成气体导入口。
还可以喷砂加工上述第1电极的等离子放电面。
在上述第1电极上最好设置朝向被处理基板开口的多个凹部。进而，上述凹部的开口形状最好是四边形。另外，上述凹部的开口形状也可以是圆形。
另外，本发明的等离子加工装置是具备在内部载置了被处理基板的处理室；在上述处理室的内部导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内部的等离子放电发生单元的等离子加工装置，上述等离子放电发生单元具备沿着与上述被处理基板平行的方向呈条状地延伸的多个绝缘部分；至少在相互邻接的上述绝缘部分之间设置的第1电极；在上述各个绝缘部分的上述被处理基板一侧的端部以与上述第1电极分离的状态设置的第2电极。
在上述各个绝缘部分之间设置的各个第1电极也可以相互分离。
另外，本发明的等离子加工装置是具备在内部载置了被处理基板的处理室；在上述处理室的内部导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内部，在上述被处理基板上实施等离子处理的等离子放电发生单元的等离子加工装置，上述等离子放电发生单元具备沿着与上述被处理基板平行的方向呈条状地延伸的多个绝缘部分；至少在相互邻接的上述绝缘部分之间设置的第1电极；在上述各个绝缘部分的上述被处理基板一侧的端部以与上述第1电极分离的状态设置的第2电极，在上述第1电极中形成多个气体导入口，沿着对于上述条状的绝缘部分的长度方向交叉的方向排列设置上述多个气体导入口。
上述多个气体导入口最好沿着与上述绝缘部分的长度方向正交的方向排列。
上述各个气体导入口还可以构成为沿着相互平行的方向吹出气体。
上述各个气体导入口最好构成为沿着与上述第1电极的等离子放电面垂直的方向吹出气体。
上述各个气体导入口还可以构成为对于被处理基板的法线方向倾斜的方向吹出气体。
发明的效果如果依据本发明的等离子加工装置，则由于即使在低被处理基板温度下，也能够抑制成膜面的等离子损伤，而且促进基于等离子的气体的分解以及离解，因此能够提高等离子处理的精度，提高所制造的电子器件等的品质。


图1是模式地示出实施形态1的等离子CVD装置的立体图。
图2是模式地示出实施形态1的等离子CVD装置的剖面图。
图3示出材料气体压力比较高时的放电路径。
图4示出材料气体压力比较低时的放电路径。
图5是模式地示出高频电源与阳电极2b的连接的平面图。
图6是模式地示出实施形态2的等离子CVD装置的立体图。
图7是模式地示出实施形态2的等离子CVD装置的剖面图。
图8是放大地示出实施形态2的等离子放电发生单元的一部分的剖面图。
图9是模式地示出有机场致发光元件的剖面图。
图10是放大地示出实施形态4的等离子放电发生单元的与图8相当的图。
图11是放大地示出实施形态5的等离子放电发生单元的与图10相当的图。
图12是放大地示出实施形态6的等离子放电发生单元的与图10相当的图。
图13是放大地示出实施形态7的等离子放电发生单元的与图10相当的图。
图14是放大地示出实施形态8的等离子放电发生单元的与图10相当的图。
图15是示出实施形态9的等离子放电发生单元的立体图。
图16是放大地示出实施形态10的等离子放电发生单元的立体图。
图17是示出实施形态11的等离子放电发生单元的立体图。
图18是示出实施形态11的等离子放电发生单元的平面图。
图19是示出实施形态12的等离子放电发生单元的立体图。
图20是示出实施形态12的等离子放电发生单元的平面图。
图21是示出实施形态13的等离子放电发生单元以及被处理基板4的立体图。
图22是放大地示出实施形态13的等离子放电发生单元的剖面图。
图23是放大地示出实施形态14的等离子放电发生单元的与图22相当的图。
图24是放大地示出实施形态15的等离子放电发生单元的与图22相当的图。
图25是放大地示出实施形态15的等离子放电发生单元的与图22相当的图。
图26示出材料气体压力比较高时的实施形态16的放电路径。
图27示出材料气体压力比较低时的实施形态16的放电路径。
图28是放大地示出实施形态17的等离子放电发生单元的剖面图。
图29是放大地示出实施形态18的等离子放电发生单元的剖面图。
图30是放大地示出实施形态19的等离子放电发生单元的剖面图。
图31是示出实施形态20的等离子放电发生单元的概略立体图。
图32是放大地示出实施形态21的等离子放电发生单元的剖面图。
图33是以往的等离子CVD装置的概略图。
图34是模式地示出以往的等离子CVD装置的剖面图。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施形态。而本发明并不限定于以下的实施形态。
发明的实施形态1边参照图1和图2边说明本发明实施形态1的等离子CVD(化学汽相淀积)装置的结构。图1是示意地表示实施形态1的等离子CVD装置的立体图，图2是示意地表示实施形态1的等离子CVD装置的断面图。
等离子CVD装置，备有可将被处理基板4放置在内部的处理室(真空容器)5、将材料气体导入该处理室5内的气体导入口6。作为典型的形式，在处理室5内设置着用于保持被处理基板4的基板座9，被处理基板4放置在基板座9上。另外，基板座9相对于处理基板4，能够根据直流电压或交流电压进行必要的对应来施加偏置电压。
在处理室5的外部，设置着对等离子放电发生单元15供给电力的、亦即施加电能的高频电源1、向处理室5内供给材料气体(以下也简称为“气体”)的气体供给部13、将处理室5内的气体排出的气体排出部10。作为气体排出部10，例如，采用机械式增压泵或旋转泵。高频电源1，通过配线8与等离子放电发生单元15连接。
等离子放电发生单元15，与被处理基板4相隔一定距离而以与基板4相对的方式设置在处理室5内，并具有作为第1电极的阴电极(阴极)2a、在阴电极2a的一部分电极面上形成的电极间绝缘部分(以下，也称为“绝缘层”或“绝缘部分”)3、在绝缘层3上形成的作为第2电极的阳电极(阳极)2b。阳电极2b，设置成比阴电极2a更接近被处理基板4。
在本实施形态中，沿着被处理基板4的表面方向中的一个方向(一面的方向)，按条状设置着多个阳电极2b。按照这种结构，可以在同一平面上交替地反复形成阴电极2a的等离子放电面的区域和阳电极2b的等离子放电面的区域。而关于等离子放电面，将在后文中说明。
阴电极2a，设有在厚度方向上贯通阴电极2a的气体导入口6。从气体供给部13供给的气体在气体滞留部7暂时滞留后，通过气体导入口6导入到处理室5内。
等离子放电发生单元15的详细结构如下。
即，等离子放电发生单元15，备有在与被处理基板4平行的方向上按条状延伸的绝缘层3、至少设在相邻的各绝缘层3之间的阴电极2a、以与阴电极2a隔离的状态设在绝缘层3的靠被处理基板4一侧的端部上的阳电极2b。
板状的阴电极2a，与被处理基板4平行地配置。相邻各绝缘层3之间的间隔彼此相等。各绝缘层3的上端面，由阳电极2b覆盖。就是说，阳电极2b也同样按条状形成。这样一来，在等离子放电发生单元15内，由彼此面对的绝缘层3及阳电极2b的2个侧面和在其间露出的阴电极2a的上表面形成了多个断面为凹字形的沟槽18。沟槽18内的阴电极2a，构成等离子放电面。此外，在上述沟槽18内，沿沟长方向按规定间隔排列形成多个气体导入口6。各气体导入口6，设在沟槽18的沟宽方向的中央位置。
当制造等离子放电发生单元15时，例如，如图1所示，准备多个断面形状为5mm×3mm的长方形、长度为300cm的铝棒。另外，准备大小为110cm×110cm、厚度为3mm的铝板。将用作阳电极2b的多个铝棒以相互间大致平行的方式配置在用作阴电极2a的铝板上。铝棒与铝板之间，设置成彼此电气绝缘。具体地说，使阴电极2a与阳电极2b相互隔离，并通过将作为绝缘物的氧化铝夹在其空间内而形成电极间绝缘部分(绝缘层)3。电极间绝缘部分3的高度、亦即阴电极2a与阳电极2b之间的距离为10mm。以下，将具有阴电极2a、阳电极2b及电极间绝缘部分3的基板称为“电极基板”。电极基板，整体的大小为110cm×110cm，其中，等离子放电发生单元15的大小为100cm×100cm。此外，阴电极2a，也可以用整体的构件形成。
在与阳电极2b延伸的方向大致正交的方向的断面上，阳电极2b及电极间绝缘部分3的宽度d1为5mm，阴电极2a的宽度d2为10mm，电极间绝缘部分3的高度d3为10mm，各阳电极2b及电极间绝缘部分3的间隔为15mm间距(pitch)。高频电压，施加在电极基板的铝板上。铝板，起着阴电极2a的作用，将隔着电极间绝缘部分3而与铝板绝缘的铝棒设定为接地电位，并将其用作阳电极2b。
作为被处理基板4，在阳电极2b的上方相距20mm的位置上设置了一块厚度为1.1mm的玻璃基板。在基板座9的后面(与被处理基板4的被处理面相反的一侧)设置着用于对被处理基板4进行加热的加热器(图中未示出)。被处理基板4，例如被加热到使其温度达到200℃。
等离子放电发生单元15，根据施加在阳电极2b与阴电极2a之间的电压(电位差)产生放电(等离子)11。通过使气体流入等离子放电发生单元15，使气体裂解·离解而生成原子团。图2中的12表示原子团的流向。所生成的原子团扩散到被处理基板4，并附着·淀积在由基板座9保持的基板4上。即，使膜在基板4的表面上生长而形成薄膜。
所生成的原子团，接连不断地到达薄膜表面，从而使薄膜的厚度不断增加。当继续施加电压直至达到所设定的膜厚之后，将对阳电极2b与阴电极2a之间的电压施加(对等离子放电发生单元15的电力供给)停止。按照这种方式，对被处理基板4的表面进行等离子处理。在这之后，在将被处理基板4从基板座9取下并从处理室5取出时，即可得到已形成了薄膜的薄膜形成基板。
以下，说明本实施形态的等离子CVD装置的动作及采用了等离子CVD装置的电子器件制造方法。此外，还实际制作了本实施形态的等离子CVD装置，并在下文中给出该装置的运行结果。以下给出的具体数值，只不过是表示本发明的一实施例的情况，并不是对本发明有任何限定。另外，对于这个运转结果，在被处理基板4上施加偏置电压。
使用的材料气体，为SiH4(200sccm)、H2(10slm)及N2(20slm)。这里，所谓「sccm」，是在0℃下以“立方厘米/分”为单位流过的气体流量。另外。所谓「slm」，是以“升/分”为单位流过的气体流量。如图2所示，从排列在阴电极2a上的气体导入口6进行了材料气体的导入。为施加电能，使用了频率13.56MHz的高频电源1。
在图1和图2所示的装置中，通过将气体压力设定为200Pa、将高频功率设定为7kW并改变基板温度而形成了氮化硅膜。对所形成的氮化硅膜的膜质进行了评价。将其结果示于表1。氮化硅膜的成膜速度，为0.4nm(4)/秒，膜内的膜厚均匀性为±3％。
另一方面，为进行比较，对图33和图34所示的装置也进行了同样的运行试验。图33和图34所示的装置，除以下几点外，与本实施形态的装置相同。图33和图34所示的装置，为平行平板型装置，通过对阴电极2a施加高频功率而在与其相对的阳电极2b上所设有的玻璃基板上进行成膜处理。电极间距离为20mm。
表1中的膜质参数，按如下方式进行了测定。电阻率，是通过测定在膜厚方向施加1MA/cm的电场时流过的电流而计算出的。电阻率的单位为Ωcm。以下，说明更详细的测定方法。在成膜处理用的玻璃基板上的端部放置膜质测定用的导电性基板、例如P型硅片等导电性基板。将成膜处理用的玻璃基板与导电性基板一起进行成膜处理。在所形成的膜上，蒸镀铝、铬或钛等金属薄膜。在导电性基板与金属薄膜之间施加约500V以下的电压，测定流过的微小电流，并计算电阻率。或者，也可以不进行金属薄膜的蒸镀，而是采用将水银与膜面接触并通过水银施加电压的方法。
氢结合量，利用傅里叶变换红外光谱法，根据硅和氢的结合量及氮和氢的结合量进行鉴定。氢结合量的单位为cm-3。氧结合量，是基于傅里叶变换红外光谱法的相对强度，并且是硅和氧的键合光谱强度对硅和氮的键合光谱强度的相对值。以下，说明对氢结合量及氧结合量的更详细的测定方法。与测定电阻率时一样，在成膜处理用的玻璃基板上的端部放置膜质测定用的导电性基板、例如P型硅片等导电性基板。将成膜处理用的玻璃基板与导电性基板一起进行成膜处理。通过照射红外激光并对其干涉波形进行傅里叶变换处理，根据波数光谱测定膜对红外光的吸收。然后，可以根据由氢键引起的峰值(2150cm-1附近和3350cm-1附近)及由氧键引起的峰值(1070cm-1附近)的强度求得各自的结合量。氮和氢的结合量、硅和氮的键合光谱强度、硅和氧的键合光谱强度，例如可以参照井村健著、《非晶形薄膜的评价》53～55页(1989年、共立出版公司)的文献进行测定。
作为氢结合量的其他测定方法，可以举出样品加热(达数百度)时采用气体色谱法的方法及二次离子质量分析法。按照二次离子质量分析法，测定分辨能力为数百μm，因而连膜的深度方向也可以进行分析，所以，即使测定对象的膜为器件的构成膜时也可以进行分析。
如表1所示，对于电阻率，按照本实施形态，可以得到在各温度区都比平行平板型装置高的绝缘性膜。一般认为，这是由于在本发明的装置中可以进行几乎不发生等离子损伤的成膜处理所以可以形成高质量的膜，与此相反，在平行平板型装置中，对成膜面的等离子损伤不可避免，因而很难获得好的膜质。
在本实施形态的情况下，氢结合量，在各温度区大致为一定值，与此不同，在平行平板型装置的情况下，当被处理基板4的温度为100℃时氢结合量大幅度降低。作为其原因，一般认为是在平行平板型装置的情况下氢分子的离解量少的缘故。详细地说，其原因可以认为是，当被处理基板4的温度高时，可以使氢原子在膜表面上扩散，所以能使氢的悬浮键(dangling bond)充分地进行到末端。但是，当被处理基板4的温度低时，氢原子能够在膜表面上扩散的距离减小，本来离解量就很少的氢原子中未成键的分枝很难充分地进行到末端，因而悬浮键将残留在膜内。当在膜内存在悬浮键时，不仅使膜质变低，而且也很难保持作为膜的长期稳定性。
按照本实施形态的等离子CVD装置，氢分子的离解量多，所以，可以认为，即使被处理基板4的温度低、氢原子能够在膜表面上扩散的距离减小，也可以由本来离解量就很多的氢原子充分地进行到悬浮键的末端。因此，由本实施形态的等离子CVD装置得到的电子器件，绝缘膜内的氢结合量比现有器件多。例如，如表1所示，绝缘膜内的氢结合量为7×1021cm-3以上，理想情况下，可以得到1×1022cm-3以上的电子器件。
表1

关于氧键，无论在本实施形态还是在平行平板型装置的情况下，在制造初期都没有观测到，因而氧结合量为0。但是，在大气中放置1个月后的测定中，在平行平板型装置的情况下观测到氧键。其结合量随膜质的恶化而增多。而在本实施形态中，即使在1个月后的测定中也没有观测到氧键。因此，按照本实施形态的等离子CVD的装置，可以得到具有优良的保护膜特性的透明绝缘膜。将这种绝缘膜形成为外层(称作最外侧的层，以下同)的电子器件，可以保持长期的稳定性。
当观察成膜后的反应室内的状态时，在平行平板型装置的被处理基板4的温度为100℃的情况下，可以观察到很多作为生成物的粉末。该粉末，一般认为是硅烷的聚合物。众所周知，当产生粉末时，粉末将进入所形成的膜内，因而使膜质恶化。在本实施形态中，在各温度区内都几乎看不到粉末，所以，即使从这个观点来看也显示出优良的装置性能。
本实施形态的等离子CVD装置，在阴电极2a及阳电极2b的各电极面中，只有可以从被处理基板4的法线方向看到的面(部分)起等离子放电面的作用。换句话说，无论阴电极2a还是阳电极2b都具有可以从被处理基板4侧看到其全部等离子放电面的结构。这里，所谓等离子放电面，不仅意味着在电极2a、2b上使用的构件的表面，而且是交换着等离子部和带电粒子(电荷)的实际上起着放电电极作用的表面。
具体地说，阳电极2b的靠阴电极2a一侧的面及与阳电极2b的形成区域重叠的区域内的阴电极2a的面，都是从被处理基板4侧不能看到的面。由于在阳电极2b的靠阴电极2a一侧的面和与阳电极2b的形成区域重叠的区域内的阴电极2a的面之间存在着电极间绝缘部分3，所以阳电极2b的靠阴电极2a一侧的面及与阳电极2b的形成区域重叠的区域内的阴电极2a的面，都不起等离子放电面的作用。
当在两电极2a、2b之间不存在电极间绝缘部分3时，阳电极2b的靠阴电极2a一侧的面及与阳电极2b的形成区域重叠的区域内的阴电极2a的面，都将具有等离子放电面的功能。当在这种状态下对阴电极2a施加高频功率时，主要的放电发生在阴电极2a表面与阳电极2b的靠阴电极2a一侧的面之间。但是，即使在该空间内产生的等离子使材料气体离解，离解后的大部分原子团也将作为膜而附着在阳电极2b的靠阴电极2a一侧的面上了。因此，不能将成膜速度提高到希望达到的程度，所以，对作为装置的处理能力产生了限制。按照图1和图2所示的本实施形态的等离子CVD装置，由于是可以从被处理基板4侧看到起着等离子放电面作用的全部电极表面的结构，所以离解后的原子团大部分都能有效地导向被处理基板4。
如图1和图2所示，采用可以从被处理基板4侧看到起着等离子放电面作用的全部电极表面的结构的另一个优点在于，是扩展了压力的可设定范围。在图33和图34所示的平行平板型装置的情况下，由于在结构上决定了电极间的距离，所以电极间的距离就是放电路径长度本身，因而易于产生等离子的材料气体压力将限定在某个一定的范围内。这是由于受放电工学中熟知的帕邢定律的支配的缘故。所谓帕邢定律，是这样一种定律，即，由材料气体压力与放电路径长度的乘积决定可以开始放电的空间电场强度，并取得在该乘积值为某个值的情况下可以开始放电的空间电场强度的极小值，而在大于或小于该乘积值的情况下可以开始放电的空间电场强度上升。
另一方面，当采用图1和图2所示的结构时，两电极2a、2b的电极面彼此并不相对，在其间产生的放电的路径，如图3和图4所示，随材料气体压力的高低而变短或变长。图3和图4中的11b，表示放电的典型路径。在图3的情况下，材料气体压力较高，因而放电路径变短。在图4的情况下，材料气体压力较低，因而放电路径变长。
另外，两电极2a、2b的电极面不在同一平面上还有一个优点。具体地说，与两电极2a、2b的电极面大致在同一平面上的情况(例如，参照特开2001-338885号公报、特开2002-217111号公报、及特开2002-270522号公报)相比，放电路径增加了大致相当于电极间绝缘部分3的高度，所以气体的离解效率增加。进一步，通过调整电极间绝缘部分3的高度，可以调整放电路径的距离，所以，还具有材料气体压力的调整自由度高的优点。如上所述，通过改变放电路径的长度，可以使易于产生等离子的材料气体的压力范围变宽。
作为设置气体导入口6的位置。如图1和图2所示，最好设在阴电极2a侧。在本实施形态的装置中，阴电极2a比阳电极2b离被处理基板4远。因此，通过从阴电极2a侧导入气体，可以将平稳的气流14导向基板4。此外，在阴电极2a和阳电极2b之间，存在着等离子区域，因而使材料气体沿着等离子放电的放电路径流动。因此，通过使材料气体在等离子中流动的距离延长，可以促进气体的离解。
阴电极2a的等离子放电面的面积，最好大于阳电极2b的等离子放电面的面积。其理由如下。在平行平板型装置中，阳极覆盖部的电场比阴极覆盖部小。这是由于即使两电极2a、2b的面积大致相等而周边的壁面等也处在与阳电极2b相同的接地电位，所以，实际上使接地电位部的合计面积大于阴电极2a的面积。因此，通过使阴电极2a的等离子放电面的面积大于阳电极2b的等离子放电面的面积，可以增大阳极覆盖部的电场。在这种状态下，不仅在阴极覆盖部而且在阳极覆盖部也可以促进气体的离解，从而使作为总体的气体离解量进一步增加。
在本实施形态中，相邻阳电极2b间的重复距离、亦即阳电极2b的间距为15mm，而阳电极2b与被处理基板4的表面之间的距离为20mm。在这种情况下，膜厚分布在±3％以内。但是，如将阳电极2b与被处理基板4的表面之间的距离变更为14mm、亦即使其比阳电极2b的间距短，则膜厚分布为±8％，因而将依据电极2a、2b的形成图案得到波状的膜厚分布。如图1和图2所示，阳电极2b具有条状的图案，所以重要的是不能够将该图案转印为成膜图案。为此，阳电极2b与被处理基板4的表面之间的距离，最好大于阳电极2b间的重复距离。
在本实施形态中，如图5(a)所示，将多个棒状阳电极2b的每1个在端部通过配线8与高频电源1连接，但本发明的装置并不限定于此。例如，如图5(b)所示，也可以用相同材质的棒材将多个棒状阳电极2b的一个端部联接在一起，并将接自电源1的配线8与该联接用的棒材连接。或者，如图5(c)所示，将多个棒状阳电极2b的两个端部都用相同材质的棒材联接，并将接自电源1的配线8与该联接用的棒材连接。
用于保持被处理基板4的处理基板座9，在图1中仅保持着被处理基板4的端部，因此，使被处理基板4处于浮动电位。在另一方面，例如为使基板温度在面内均匀分布，有时在被处理基板4的背后靠近地设置导体板。在这种情况下，导体板可以是浮动电位，也可以是接地电位。可以不对被处理基板4的电位进行特殊考虑的原因是，由于等离子11的存在位置与被处理基板4相隔一定的距离，所以仅使在电荷上呈中性的原子团飞散到被处理基板4上。在需要对基板表面进行一定程度的离子冲击的成膜工艺的情况下，通过在被处理基板4的背后设置导体板，还可以有效地控制其电位。在这种情况下，可以由被处理基板4背后的导体板的电位从相隔一定的距离的等离子11吸引离子束，并使离子照射在被处理基板4的表面上。
在本实施形态中，作为被处理基板4采用了玻璃基板，但所使用的被处理基板4的种类，并不限定于玻璃基板。如上所述，由于即使在100℃的基板温度下也能形成质量优良的膜，所以可以采用由有机材料形成的基板。例如，可以使用玻化温度为200℃左右的塑料基板等树脂类的基板等。按照本发明的装置，也可以对树脂类的基板等形成氮化硅膜或非晶形硅膜，并进行TFT器件的制作。
在本实施形态中，作为所使用的高频电源1的频率，采用了13.56MHz，但高频电源1的频率并不限定于此。在本实施形态的装置中，由于在被处理基板4的表面上几乎不存在等离子11，所以在13.56MHz以下的低频下不会产生通常成为问题的等离子损伤增加那样的恶劣影响。因此，也可以使用13.56MHz以下的低频。但是，作为下限频率，300KHz是适当的。其原因是，通过在两电极2a、2b之间捕捉离子而提高离子密度的有效极限频率为300KHz。
另外，即使在13.56MHz以上的通常被称为VHF(Very HighFrequency甚高频)区的高频下也可以应用。在平行平板型装置的情况下，随着频率提高、自由空间波长变短，在大型装置中存在着产生驻波的问题。这里，进行更详细的说明。高频，以在等离子中(详细地说，在等离子的表面部)分布的形式存在。因此，如驻波可能存在的大小程度例如为1/2波长、频率为100MHz时等离子的大小约为1.5m，则驻波的产生将使高频强度变得不均匀。因此，将发生高频强度强的部位的成膜厚度变厚、高频强度弱的部位的成膜厚度变薄的异常情况。
按照本发明，等离子部各自为小的独立形态，因而从原理上就不会产生驻波。这里，进行更详细的说明。在本发明的情况下，产生许多与电极图案相对应的小的等离子、例如阴电极2a的法线方向的几厘米以下的等离子。在图2、图3和图4中，相邻的等离子部看上去好象相互连接，但实际上在阳电极2b上被分断。因此，高频的传播被邻接的等粒子体的间隙部分分断，其结果是不会产生驻波。所以，即使在大型的等离子CVD装置中，也可以导入VHF区的高频。但是，作为上限频率，300MHz是适当的。由于300MHz是使通过在两电极2a、2b之间捕捉电子而提高电子密度的效果达到饱和的频率，所以即使将频率提高到该值以上电子密度的效果也不会改变，相反，高频功率的投入却可能引起很多困难。
发明的实施形态2图6是示意地表示本发明实施形态2的等离子CVD装置的立体图，图7是示意地表示实施形态2的等离子CVD装置的断面图。另外，图8是图7的局部放大图。边参照图6～图8边说明实施形态2的等离子CVD装置。在以下的说明中，以相同的参照符号表示实质上具有与实施形态1的等离子CVD装置相同的功能的构成要素，并将其说明省略。
本发明实施形态的等离子CVD装置，在阴电极2a的等离子放电面为凹状面这一点上，与阴电极2a的等离子放电面为平板状的实施形态1的等离子CVD装置不同。
即，如图8所示，沟槽18内的阴电极2a，具有一对从靠近气体导入口6的位置起使其外侧向斜上方延伸的倾斜面。换句话说，沟槽18的下部，构成为从气体导入口6向被处理基板4的方向逐渐变大的锥状断面。该一对倾斜面，构成阴电极2a的等离子放电面。
例如，在本实施形态中，作为阳电极2b，准备多个断面形状为长方形、长度为300cm的铝棒。作为阴电极2a，准备大小为110cm×110cm、厚度为3mm的铝板。此外，还准备多个断面形状为直角三角形、长度为100cm的铝棒。将断面为三角形的铝棒固定在铝板的表面上，使断面为三角形的铝棒的垂直面与相邻的断面为三角形的铝棒的垂直面彼此相对、且使各个铝棒相互间大致平行地延伸。
在夹在邻接的三角形断面铝棒的垂直面之间的空间内，充填作为绝缘物的氧化铝。由此，以夹在断面为三角形的铝棒中间的形式形成电极间绝缘部分3。将断面为长方形的铝棒配置在电极间绝缘部分3上。按照这种结构，可以将阳电极2b用的断面为长方形的铝棒与用作阴电极2a的铝板及断面为三角形的铝棒电气隔离。
在与阳电极2b延伸的方向大致正交的方向的断面上，阳电极2b及电极间绝缘部分3的宽度d1为5mm，阴电极2a的宽度d2为10mm，电极间绝缘部分3的高度d3为10mm，各阳电极2b及电极间绝缘部分3的间隔为15mm间距。此外，从阴电极2a的端部到阳电极2b的高度d4为5mm，阴电极2a的断面为三角形部分的底部宽度d5为3mm。
高频电压，施加在电极基板的铝板部分上。因此，铝板和断面为三角形的铝棒，起着阴电极2a的作用，将由电极间绝缘部分3与其绝缘的铝棒设定为接地电位，并将其用作阳电极2b。
在用本实施形态的装置制作氮化硅膜的情况下，成膜速度为0.6nm(6)/秒，膜厚的膜内均匀性为±3％。与实施形态1相比，成膜速度加快的理由，如下所述。
在实施形态1中，用于使两电极2a、2b之间绝缘的电极间绝缘部分3的表面垂直于阴电极2a的面，所以，在阴电极2a的表面上产生的等离子粒子或原子团粒子冲击电极间绝缘部分3后易于消失。而在本发明的情况下，可以使电极间绝缘部分3的表面与阴电极2a的倾斜面所成的角度为钝角，最好大致为180°。因此，可以使阴电极2a的表面上产生的等离子粒子或原子团粒子冲击电极间绝缘部分3后消失的概率减低。此外，由于阴电极2a的等离子放电面的断面形状为凹形，所以还产生空心阴极效应。因此，通过使阴电极2a的等离子放电面为凹面状，可以在保持膜质等其他性能的同时改善作为装置的处理能力。
在实施形态1和2中，对将本发明的等离子工艺装置应用于等离子CVD装置的情况进行了说明，但本发明的等离子工艺装置并不限定于等离子CVD装置。本发明，也可以应用于利用等离子进行薄膜形成·加工等的等离子处理的所有等离子工艺装置，例如可以适用于干法蚀刻装置或吹灰装置。
例如，在应用于干法蚀刻装置的情况下，作为导入处理室5的气体，采用CF4、SF6、Cl2、HCl、BCl3、O2等蚀刻气体。一般来说，在干法蚀刻装置中，在蚀刻动作中，不仅使用通过等离子放电生成的原子团，而且还对被处理基板的被处理面进行离子冲击。例如，在被处理基板4的背面另外安装一个离子冲击控制用电极，并将该电极与电源连接而供给规定的电位，从而可以控制离子冲击。
通过采用本发明的装置，可以高效率地使气体离解而提高蚀刻速度，除离解用的等离子部以外还可以调整离子冲击，所以，使其控制性得到改善。
在实施形态1和2中，对阳电极2b比阴电极2a更接近被处理基板4的情况进行了说明，但也可以使阴电极2a比阳电极2b更接近被处理基板4。此外，也可以随时使阳电极2b与阴电极2a之间的电位高低关系反转。
在实施形态1和2中，对将气体导入口6设在阴电极2a侧的情况进行了说明，但气体导入口6的设置位置并不限定于此。例如，也可以将气体导入口6设置成使其位于等离子放电发生单元15与被处理基板4之间。在这种情况下，将气体沿着被处理基板4的表面方向从气体导入口6导入到处理室5内。
发明的实施形态3
作为用实施形态1或2的等离子CVD装置制作的电子器件，以下，示出实际制成的有机电致发光元件。图9是示意地表示有机电致发光元件的断面图。
图9所示的有机电致发光(以下，简称为EL)元件，具有将由铝构成的阳极26、有机空穴输送层25、有机发光层24、由钙构成的阴极23、由氧化铟锡构成的透明电极22在被处理基板4上依次层叠的结构。作为有机空穴输送层25，采用二元胺电介质((1、1’-bis(4-di-p-tolylamino-phenyl)cyclohexane；TPD)，作为有机发光层24，采用8-羟基喹啉络合物(tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III)；Alq3)，并分别用真空蒸镀法形成薄膜。
本实施形态的有机EL元件，在外层具有作为保护膜的透明绝缘膜21。作为透明绝缘膜21形成氮化硅膜(膜厚500nm(5000))后，即可完成电子器件。以下，将该电子器件称为器件a。此外，在氮化硅膜的成膜条件中，被处理基板4的温度为80℃，其他条件与实施形态1和2中所说明过的相同。
作为比较例1，采用图33和图34所示的平行平板型装置按相同条件形成氮化硅膜。将具有该氮化硅膜作为保护膜的电子器件称为器件b。另外，作为比较例2，制作了不形成保护膜而在上部覆盖了作为替代的封盖用的凹入的玻璃基板并在氮气气氛中密封后的电子器件。将该电子器件称为器件c。器件c的结构，是迄今为止一般使用的结构。
作为结果，在器件a和器件c中，无论哪一种结构在初期、长期的发光特性上都没有差别。因此，按照本发明，无需使用封盖用玻璃，就可以实现备有与封盖用玻璃同样良好的保护膜的电子器件。这种情况意味着本发明的电子器件与使用封盖用玻璃的现有的电子器件相比具有更高的生产率。
另一方面，对于器件b，在动作试验中在发光部上多次产生不发光的黑点，呈现出不良的动作。其原因一般认为是，由平行平板型装置制作的氮化硅膜，不适于用作保护膜，大气中的氧气透过了该膜。
在本实施形态中，示出包含有机膜的器件。由于有机膜在100℃以上的热处理过程中将使膜的特性恶化，所以即使在接近100℃的温度下成膜时也最好形成具有良好膜质的保护膜。按照本发明的等离子工艺装置，如实施形态1所示，即使被处理基板4的温度接近100℃，也可以形成高质量的保护膜，所以，通过使用本发明的装置，可以发挥其具有的优势。
作为保护膜，即使被处理基板4的温度为低温也很容易保持良好膜质的氮化硅膜或氮氧化硅膜等含氮的膜是有效的。在含氮的膜中，如因膜的结构不够致密而使保护膜特性恶化时，膜内的硅、氮和氢的键合，由于大气中的水分而置换为硅和氧的键合。因此，含氮的保护膜，具有可以利用傅里叶变换红外光谱法等检查膜质的优点。特别是，由于即使在生产工序中也可以简单地进行监视，所以具有生产率高的优点。
在本实施形态中，示出了包含有机膜的器件，但对其他器件、例如太阳电池或GaAs系列电子器件等不含有机膜的电子器件，也可以将同样的膜用作保护膜。
在本实施形态的电子器件中，利用实施形态1或2的装置形成作为保护膜的透明绝缘膜21。但是，本发明的电子器件，并不限定于用本发明的等离子工艺装置和本发明的制造方法制造的器件。只要是在绝缘基板上形成含有硅和氮的绝缘膜、且绝缘膜内的氢结合量为7×1021cm-3以上，则即使是用本发明以外的装置和方法得到的器件也包括在本发明的电子器件内。
另外，只要是在器件的使用中在作为外层形成的绝缘膜的膜内实际上不产生氧键的电子器件，不问其绝缘膜的成膜装置和成膜方法，都包括在本发明的电子器件内。
按照本发明的等离子工艺装置，能以高的质量且高的气体离解效率对被处理基板4进行成膜·加工。例如，为制作有源驱动型液晶显示器，必需形成采用了非晶形硅膜、氮化硅膜等的TFT部。当用等离子CVD装置制造时，在其制造工序中不会产生等离子损伤，且可以实现高的气体离解效率，从而可以在迄今为止不能实现的参数区域(例如，基板温度为100℃左右)下进行成膜处理。因此，可以对迄今为止在使用上存在困难的树脂类基板等进行TFT制作。
或者，在液晶显示器以外的领域内，作为非晶形硅太阳电池的光变换层，同样可以用等离子CVD法形成非晶形硅膜。本发明的等离子工艺装置，即使在非晶形硅太阳电池的领域内，也具有同样的效果。
进一步，对于有机电致发光元件、多晶硅太阳电池、砷化镓类的电子器件等，也可以作为形成用作外层保护膜的透明绝缘膜的装置使用。特别是，作为有机电致发光元件的保护膜，工艺温度必须在100℃以下。按照本发明的装置，即使在这种温度区域内也仍可以进行高质量的成膜处理。此外，对于多晶硅太阳电池，即使在更低的工艺温度下也仍可以制作与以往相同的保护膜。因此，可以确保装置的稳定性及装置维修的简易性。
在制作有源驱动型液晶显示器的工序中，当对薄膜的形成图案进行干法蚀刻时，通过采用本发明的等离子工艺装置，不仅可以实现对参数的高的控制性，而且可以实现高的气体离解效率。此外，在采用吹灰装置的情况下，同样不仅可以实现高的控制性，而且可以实现高的气体离解效率。两者都能实现高的气体离解效率，因此可以期望提高装置的处理能力。
按照本发明，可以实现在外层具有高质量保护膜的电子器件。特别是，在低于100℃的工艺温度下可以形成高质量的保护膜。因此，可以保持有机膜原有的特性。此外，由于不需要以封盖用玻璃基板覆盖元件的上部，所以能以高的生产率制作器件。因此，可以实现更轻的薄型的有机电致发光元件。
发明的实施形态4图10示出本发明的实施形态4。图10是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的断面图。
本实施形态4，将实施形态2中的沟槽18内的倾斜面形成为向下方弯曲的曲面部31。就是说，阴电极2a的等离子放电面，具有凹形的曲面部31。此外，通过将曲面部31构成为与相邻的各绝缘部分3的侧面连接的圆弧面，将沟槽18构成为U字形。
因此，按照本实施形态4，与实施形态2的具有锥状断面的倾斜面的结构相比，可以增大沟槽18的断面积。就是说，可以增大阴电极2a附近的等离子区域。其结果是，可以增大每单位气体流量的气体裂解量及气体裂解效率，所以，可以使成膜率及膜质得到提高。
可是，当从气体导入口6导入的气体流动受到阻滞时，在该阻滞区域内很容易产生粉末。与此不同，在本实施形态中，由于气体导入口6周围的阴电极2a的表面形成为凹形的曲面，所以，可使气体流畅地流动，因而可以抑制粉末的产生。其结果是，可以抑制粉末混入膜内，因而可以使膜质提高。
这里，为评价所形成的膜的膜质及成膜率，在表2内列出对SiN膜的残留应力即膜应力和蚀刻率进行实际测定后的值。
表2

将图8所示的上述实施形态2的锥状倾斜面的结构作为实施例1，并将图10所示的实施形态4的具有曲面部31的结构作为实施例2。然后，对实施例1和2进行了膜应力和蚀刻率的测定。对于膜应力，在硅片上形成SiN(氮化硅)膜，并用众所周知的应力测定装置测定了该成膜前后的基板的翘曲度。对于蚀刻率，利用稀释到1/100的BHF(缓冲氢氟酸)并用众所周知的台阶高差测定装置测定了硅片上的SiN的蚀刻率(常温时)。
这时，实施例2的沟槽18的断面积，为实施例1的2倍。另外，膜应力，实施例2比实施例1约小16％、蚀刻率约小5.5％。即，通过将等离子放电面形成为凹形的曲面，可以使膜应力减低，同时可以使蚀刻率降低，从而使膜更为致密。
发明的实施形态5图11示出本发明的实施形态5。图11是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的与图10相当的图。
本实施形态，与上述实施形态2不同，通过增大沟深对沟宽的比率而使沟槽18变得更深。即，沟槽18的深度大于沟宽。进一步，沟槽18的侧面和底面，由曲面部31连续地连接，按照这种结构，也可以取得与上述实施形态4相同的效果。此外，在本实施形态中，与上述实施形态4相比，沟槽18的断面积更大，所以，可以提高气体的裂解量及裂解效率，因而可以使膜质进一步提高。
发明的实施形态6图12示出本发明的实施形态6。图12是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的与图10相当的图。
本实施形态，与上述实施形态4不同，不仅将沟槽18内而且将阳电极2b的表面也构成为曲面。就是说，阴电极2a的等离子放电面与阳电极2b的等离子放电面，构成为连续曲面的一部分。上述连续的曲面，由阴电极2a的凹形曲面部31、在绝缘部分3的侧面形成的曲面部32、阳电极2b的凸形曲面部33构成。换句话说，等离子放电发生单元15中的朝向被处理基板4一侧的表面，形成为连续的波状曲面。
在上述实施形态4中，虽然阳电极2b及绝缘部分3的形状简单因而易于形成，但在阳电极2b的棱边部(角部)电场集中因而有可能产生异常放电。与此不同，在本实施形态中，将阳电极2b制成曲面状，所以可以防止电场集中，因而可以抑制因异常放电而产生粉末。其结果是，可以使膜质进一步提高。
发明的实施形态7图13示出本发明的实施形态7。图13是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的与图10相当的图。
本实施形态，与上述实施形态2不同，在气体导入口6的形成位置设有凹入部35。换句话说，在阴电极2a的等离子放电面上，在沟槽18内沿沟槽方向排成成一列地形成着多个凹入部35，在凹入部35的底部形成气体导入口6。
因此，按照本实施形态，可以由各凹入部35产生空心阴极效应，所以，可以使从阴电极2a飞出的电子量增大，因而能进一步促进气体的裂解。即，可以增大每单位气体流量的裂解量及裂解效率，因而可以使成膜率及膜质得到提高。进一步，由于将喷出气体的气体导入口6设在凹入部35的底部，所以在凹入部35内也就不用附着不需要的膜了。
发明的实施形态8图14示出本发明的实施形态8。图14是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的与图10相当的图。本实施形态，与上述实施形态2不同，以与实施形态7同样的方式，在气体导入口6的形成位置设置了凹入部35。
按照这种结构，可以取得与上述实施形态7相同的效果。除此之外，由于可以通过增大沟槽18的断面积而增大等离子区域，所以可以使成膜率及膜质进一步提高。
发明的实施形态9图15示出本发明的实施形态9。图15是将等离子放电发生单元15放大后示出的立体图。
本实施形态，与上述实施形态2不同，在阴电极2a的沟槽18内的倾斜面上形成了多个凹入部35。凹入部35，沿沟槽18的宽度方向及沟长方向分别并排设置。
因此，按照本实施形态，使大致按V字形形成的阴电极2a作为整体产生空心阴极效应，同时还由阴电极2a的等离子放电面的各凹入部35产生空心阴极效应，所以，可以放射出更多的电子。其结果是，可以有效地使气体裂解，因而能使膜质提高。
同时，在从等离子放电面起规定高度的区域内，形成不是等离子区域的阴极覆盖部。由于从气体导入口6供给的气体以高速在阴极覆盖部内通过，所以即使在等离子放电面上形成了多个凹入部35也不会由等离子区域阻滞气体的流动。
发明的实施形态10图16示出本发明的实施形态10。图16是将等离子放电发生单元15放大后示出的立体图。
本实施形态，与上述实施形态9中的阴电极2a的等离子放电面不同，不是设置凹入部35，而是进行了喷砂加工。即，阴电极2a的等离子放电面，表面粗糙度较大，从微观上看，在等离子放电面上形成着许多凹凸点。因此，通过对阴电极2a的等离子放电面进行喷砂加工，可以产生空心阴极效应，因而能使膜质提高。
发明的实施形态11图17和图18示出本发明的实施形态11。图17是将等离子放电发生单元15放大后示出的立体图，图18是表示等离子放电发生单元15的俯视图。
本实施形态，对阴电极2a，在相邻绝缘部分3之间在沟槽18的底部沿沟的方向排列设置了多个开口朝向被被处理基板4的凹部37。换句话说，本实施形态，与上述实施形态2不同，沿沟的方向按规定间隔设置了分隔沟槽18的分隔部38。
即，凹部37，开口形状为四角形，由沟槽18的底面、阴电极2a的一对倾斜面、分隔部38的一对分隔面构成。分隔部38的分隔面，以使分隔部38的下部向沟方向的两侧扩展的方式倾斜。因此，凹部37的开口断面，越向下方越小。
另外，设在各绝缘部分3之间的多个凹部37，如图18所示，从被处理基板4的法线方向看去时按交错状配置。在凹部37内，沿沟的方向排列的多个气体导入口6，在凹部37内的沟槽18的底部和分隔部38的分隔面上连续地设置。
因此，按照本实施形态，可以增大阴电极2a的表面积，所以可以提高气体的裂解效率及成膜率。此外，由于使凹部37按交错状配置，所以可以使在被处理基板4上形成的膜的质量变得均匀。凹部的形状，不限于四角形，例如，也可以由八角形等多角形构成。
发明的实施形态12图19和图20示出本发明的实施形态12。图19是将等离子放电发生单元15放大后示出的立体图，图20是表示等离子放电发生单元15的俯视图。
本实施形态，与上述实施形态11不同，将凹部37的开口形状变更为圆形。即，在沟槽18的底部，沿沟的方向排列设置着多个研鉢状的凹部37。邻接的各凹部37之间，设置着微小的间隔。另外，在各凹部37的底部，沿沟的方向例如排列形成2个气体导入口6。
如上所述，即使将凹部37的开口形状变更为圆形，也可以取得与上述实施形态11相同的效果。除此之外，还使凹部37的内部由曲面构成，所以，可以使从气体导入口6导入的气体流畅地流动，另外，凹部37的开口形状，并不限于正圆形，也可以是椭圆等圆形。此外，对沟槽部18也可以在沟宽方向上设置多个凹部37。
发明的实施形态13图21和图22示出本发明的实施形态13。图21是表示等离子放电发生单元15及被处理基板4的立体图。图22是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的断面图，
本实施形态，与上述实施形态2不同之处在于，设在相邻绝缘部分3之间的各阴电极2a，在绝缘部分3的左右两侧相互电气隔离。即，如图21和图22所示，等离子放电发生单元15，由与被处理基板4相对的绝缘板40、在绝缘板40上按条状设置绝缘部分3、设在相邻各绝缘部分3之间的阴电极2a、设在各绝缘部分3的上端的阳电极2b构成。
因此，如图22所示，在本实施形态中，与上述实施形态2一样，沟槽18，由彼此面对的绝缘层3及阳电极2b的2个侧面和阴电极2a的上表面构成。气体导入口6，以贯通阴电极2a及绝缘板40的形式形成。另外，在阴电极2a上，具有与上述实施形态2相同的倾斜的等离子放电面。按照这种结构，可以取得与上述实施形态2相同的效果。
发明的实施形态14图23示出本发明的实施形态14。图23是表示等离子放电发生单元15局部放大后示出的断面图。
本实施形态，与上述实施形态13不同之处在于，阴电极2a的等离子放电面，象实施形态1一样，由与被处理基板4平行的平面构成。即，各阴电极2a，在绝缘部分3的左右两侧相互电气隔离。按照这种结构，可以取得与上述实施形态1相同的效果。
发明的实施形态15图24和图25示出本发明的实施形态15。图24和图25是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的断面图。
在本实施形态中，与上述实施形态13和14不同，没有设置绝缘板40。即，图24，相当于图22所示的上述实施形态13的等离子放电发生单元15的上侧部分。另一方面，图25，相当于图23所示的上述实施形态14的等离子放电发生单元15的上侧部分。按照这种结构，也可以取得与上述实施形态1或2相同的效果。
发明的实施形态16图26和图27示出本发明的实施形态16。图26和图27是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的断面图，图26表示气体压力较高时的放电路径，而图27表示气体压力较低时的放电路径。
本实施形态，在气体导入口6的配置点上与上述实施形态2不同。即，在与条状的绝缘部分3的长度方向交叉的方向上排列设置着多个气体导入口6。多个气体导入口6，如图26所示，最好在与条状的绝缘部分3的长度方向正交的方向(就是说，沟宽方向)上按规定的间隔排列。这些沿沟宽方向排列的一组气体导入口6，按规定的间隔，沿沟长方向配置多组。因此，从被处理基板4的法线方向看去时，气体导入口6，在沟槽18的底部按行列状配置。
另外，设在各倾斜面上的气体导入口6，构成为使其以彼此平行的方向喷出气体。就是说，各气体导入口6，通过沿被处理基板4的法线方向穿通阴电极2a而构成。
可是，当将气体导入口6在沟槽18的中央沿沟长方向排成1列形成时，沟宽方向上的气流分布，在沟的中央为层流因而速度较快，但沟宽方向的两侧为紊流因而有可能变得比较迟缓。因而存在着该气流的紊流导致粉末的产生的问题。
与此不同，在本实施形态中，沿沟宽方向按规定的间隔设置以彼此平行的方向喷出气体的多个气体导入口6，同时还按规定的间隔沿沟长方向设置了多个气体导入口6，所以，可以使沟槽18的内部的气流为均匀的层流。即，按照本实施形态，可以通过抑制等离子区域内的紊流的发生而减少粉末的产生，所以可以使膜质得到提高。
进一步，如本实施形态所示，通过在沟槽18的宽度方向设置多个气体导入口6，可以增大气体导入口6的总数。因此，在将一定流量的气体导入处理室5内时，可以减小气体的流入速度，所以，可以延长沟槽18内的等离子区域的气体滞留时间。此外，还可以使以彼此平行的方式从多个气体导入口6喷出的气体分别沿着等离子放电的路径流动。其结果是，能很好地促进气体的离解和裂解，所以可以使膜质得到提高。
发明的实施形态17图28是示意地表示本发明实施形态17的等离子CVD装置的断面图，边参照图28边对实施形态17的等离子CVD装置进行说明。
在本实施形态17中，将上述实施形态16中的沟槽18内的倾斜面形成为向下方弯曲的曲面部31。就是说，阴电极2a的等离子放电面，具有凹形的曲面部31。此外，通过将曲面部31构成为与相邻绝缘部分3的各侧面连接的圆弧面，将沟槽18构成为U字形。
因此，按照本实施形态，与上述实施形态16的具有锥状断面的倾斜面的结构相比，可以增大沟槽18的断面积。就是说，可以增大阴电极2a附近的等离子区域。其结果是，可以增大每单位气体流量的气体裂解量及气体裂解效率，所以，可以使成膜率及膜质得到提高。
可是，当从气体导入口6导入的气体流动受到阻滞时，在该阻滞区域内很容易产生粉末。与此不同，在本实施形态中，由于气体导入口6周围的阴电极2a的表面形成为凹形的曲面，所以，可使气体流畅地流动，因而可以抑制粉末的产生。其结果是，可以抑制粉末混入膜内，因而可以使膜质提高。
这里，为评价所形成的膜的膜质及成膜率，在表3内列出对SiN膜的残留应力即膜应力和蚀刻率进行实际测定后的值。
表3

将在图28的等离子放电发生单元15内在沟槽18的中央沿沟长方向排成1列地形成气体导入口6的结构作为实施例3，并将图28所示的本实施形态的具有曲面部31的结构作为实施例4。然后，对实施例3和4进行了膜应力和蚀刻率的测定。对于膜应力，在硅片上形成SiN(氮化硅)膜，并用众所周知的应力测定装置测定了该成膜前后的基板的翘曲度。对于蚀刻率，利用稀释到1/100的BHF(缓冲氢氟酸)并用众所周知的台阶高差测定装置测定了硅片上的SiN的蚀刻率(常温时)。
这时，实施例4的多个气体导入口6的合计开口面积，为实施例3的5倍。另外，膜应力，实施例4比实施例3约小7.8％、蚀刻率约小3.7％。即，通过将等离子放电面形成为凹形的曲面，可以使膜应力减低，同时可以使蚀刻率降低，从而使膜更为致密。
发明的实施形态18图29是示意地表示本发明实施形态18的等离子CVD装置的断面图，边参照图29边对实施形态18的等离子CVD装置进行说明。
本实施形态，与上述实施形态17不同，通过增大沟深对沟宽的比率而使沟槽18变得更深。即，沟槽18的深度大于沟宽。进一步，沟槽18的侧面和底面，由曲面部31连续地连接，按照这种结构，也可以取得与上述实施形态17相同的效果。此外，在本实施形态中，与上述实施形态17相比，沟槽18的断面积更大，所以，可以提高气体的裂解量及裂解效率，因而可以使膜质进一步提高。
发明的实施形态19图30示出本发明的实施形态19。图30是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的断面图。
本实施形态，与上述实施形态17不同，不仅将沟槽18内而且将阳电极2b的表面也构成为曲面。就是说，阴电极2a的等离子放电面与阳电极2b的等离子放电面，构成为连续曲面的一部分。上述连续的曲面，由阴电极2a的凹形曲面部31、在绝缘部分3的侧面形成的曲面部32、阳电极2b的凸形曲面部33构成。换句话说，等离子放电发生单元15中的朝向被处理基板4一侧的表面，形成为连续的波状曲面。
在上述实施形态17中，虽然阳电极2b及绝缘部分3的形状简单因而易于形成，但在阳电极2b的棱边部(角部)电场集中因而有可能产生异常放电。与此不同，在本实施形态中，将阳电极2b制成曲面状，所以可以防止电场集中，因而可以抑制因异常放电而产生粉末。其结果是，可以使膜质进一步提高。
发明的实施形态20图31是示意地表示本发明实施形态20的等离子CVD装置的立体图。在图31中，为便于说明，将阴电极2a的剖面线的图示省略。边参照图31边对实施形态20的等离子CVD装置进行说明。
本实施形态，与上述实施形态17不同，使气体导入口6的气体喷出方向不同。即，各气体导入口6，构成为使气体相对于被处理基板4的法线方向倾斜地喷出。如图31所示，在沟槽18的左侧的曲面部31上，例如设置7列气体导入口6，形成为分别使气体向右上方倾斜地喷出。另一方面，在右侧的曲面部31上，与左侧的曲面部一样，例如设置7列气体导入口6，形成为使气体向左上方倾斜地喷出。此外，在沟槽18的底部，沿沟长方向例如排列形成3列气体导入口6，并由这些气体导入口6将气体沿被处理基板4的法线方向喷出。另外，各气体导入口6，在左侧的曲面部31、右侧曲面部31、沟槽18的底部的各区域上，各自以平行的方式喷出。
因此，按照本实施形态，由于使气体的喷出方向为倾斜方向，所以可以延长气体在沟槽18内通过等离子区域的距离，因而可以促进气体的离解和裂解，所以能使膜质得到提高。
发明的实施形态21图32示出本发明的实施形态21。图32是将等离子放电发生单元15局部放大后示出的断面图。
本实施形态，与上述实施形态16不同，变更了气体导入口6的气体喷出方向。即，各气体导入口6，在沟槽18的沟宽方向上排列多个，并构成为使气体向与作为阴电极2a的等离子放电面的倾斜面垂直的方向喷出。
在沟槽18内，虽然各具有2个倾斜面，但在本实施形态中仅在其中一个倾斜面上设置气体导入口6。进一步，与上述实施形态1一样，也在沟槽18的底部设置气体导入口6。这些气体导入口6，也是沿沟长方向分别排列配置多个。
可是，等离子放电的路径，在与阴电极2a的等离子放电面正交的方向上形成。与此对应地，按照本实施形态，使气体的喷出方向与等离子放电面正交，所以能够将气体沿着放电路径导入。因此，可以高效率地进行气体的裂解和离解。
另外，由于只在各沟槽18的2个倾斜面中的一个倾斜面上设置气体导入口6，所以与在2个倾斜面上都设置的情况相比可以抑制气流的紊流的产生。
此外，在本实施形态中，使沟槽18为具有2个倾斜面的形状，但也可以是其他的形状。例如，也可以由如图6所示的曲面部31构成沟槽18，并沿沟宽方向设置多个气体导入口6，同时使各气体导入口6的气体喷出方向为与曲面部31垂直的方向。
如上所述，本发明，可以有效地应用于备有在第1电极及第2电极之间产生等离子放电的等离子放电部的等离子工艺装置、电子器件及其制造方法，尤其适用于即使在低处理温度下也要使膜质提高的场合。
权利要求
1.一种等离子加工装置，该等离子加工装置在被处理基板上实施等离子处理，特征在于具备在内部载置了上述被处理基板的处理室；在上述处理室内导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内的等离子放电发生单元，上述等离子放电发生单元具有第1电极和比上述第1电极更接近上述被处理基板设置的第2电极，上述第1电极以及上述第2电极起到只有从上述被处理基板的法线方向能够识别的面作为等离子放电面的作用。
2.一种等离子加工装置，该等离子加工装置在被处理基板上实施等离子处理，特征在于具备在内部载置了上述被处理基板的处理室；在上述处理室内导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内的等离子放电发生单元，上述等离子放电发生单元具有第1电极，形成在上述第1电极的电极面的一部分上的绝缘层和形成在上述绝缘层上的第2电极。
3.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于上述气体导入口设置在上述第1电极一侧。
4.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于上述第1电极的等离子放电面是凹面形状。
5.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于上述第1电极的等离子放电面的面积比上述第2电极的等离子放电面的面积大。
6.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于上述等离子放电发生单元分别具有多个上述第1电极的等离子放电面区和上述第2电极的等离子放电面区。
7.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于沿着上述被处理基板的一个面的方向交替形成多个上述第1电极的等离子放电面区和上述第2电极的等离子放电面区，而且上述第2电极与上述被处理基板之间的距离是相互邻接的上述第2电极的电极间距离以上。
8.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于还具有在上述第1电极以及上述第2电极上施加电能的电源，上述电源的频率是300kHz以上300MHz以下。
9.一种电子器件的制造方法，该方法使用具备在内部载置了被处理基板的处理室；在上述处理室内导入气体的气体导入口；设置在上述处理室内的等离子放电发生单元的等离子加工装置，制造电子器件，特征在于包括在上述处理室的内部载置上述被处理基板的工艺；在载置了上述被处理基板的上述处理室内，从上述气体导入口导入上述气体的工艺；由上述等离子放电发生单元发生等离子放电，在上述被处理基板的表面实施等离子处理的工艺，沿着上述等离子放电的放电路径导入上述气体。
10.一种电子器件的制造方法，该方法使用权利要求1的等离子处理装置制造电子器件，特征在于包括在上述处理室的内部载置上述被处理基板的工艺；在载置了上述被处理基板的上述处理室内，从上述气体导入口导入上述气体的工艺；由上述等离子放电发生单元发生等离子放电，在上述被处理基板的表面实施等离子处理的工艺。
11.一种电子器件，该电子器件在绝缘基板上成膜了绝缘膜，特征在于上述绝缘膜包括硅、氮以及氢，上述绝缘膜内的氢结合量是7×1021cm-3以上。
12.根据权利要求11所述的电子器件，特征在于上述绝缘膜内的氧结合量实质上是0。
13.根据权利要求11所述的电子器件，特征在于上述绝缘膜形成为外层。
14.根据权利要求11所述的电子器件，特征在于上述绝缘基板由有机材料形成。
15.根据权利要求11所述的电子器件，特征在于还可以具有有机层。
16.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于上述第1电极的等离子放电面具有凹形的曲面部分。
17.根据权利要求16所述的等离子加工装置，特征在于上述第1电极的等离子放电面和上述第2电极的等离子放电面构成连续曲面的一部分。
18.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于在上述第1电极的等离子放电面上形成多个凹入部。
19.根据权利要求18所述的等离子加工装置，特征在于在至少一部分上述凹入部的底部形成气体导入口。
20.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于喷砂加工上述第1电极的等离子放电面。
21.根据权利要求1或2所述的等离子加工装置，特征在于在上述第1电极上设置着朝向被处理基板开口的多个凹部。
22.根据权利要求21所述的等离子加工装置，特征在于上述凹部的开口形状是四边形。
23.根据权利要求21所述的等离子加工装置，特征在于上述凹部的开口形状是圆形。
24.一种等离子加工装置，该等离子加工装置具备在内部载置了被处理基板的处理室；在上述处理室的内部导入气体的气体导入口；设置在上述处理室的内部，在上述被处理基板上实施等离子处理的等离子放电发生单元，特征在于上述等离子放电发生单元具备沿着与上述被处理基板平行的方向呈条状地延伸的多个绝缘部分；至少在相互邻接的上述绝缘部分之间设置的第1电极；在上述各个绝缘部分的上述被处理基板一侧的端部以与上述第1电极分离的状态设置的第2电极。
25.根据权利要求24所述的等离子加工装置，特征在于在上述各个绝缘部分之间设置的各个第1电极相互分离。
26.根据权利要求24所述的等离子加工装置，特征在于在上述第1电极中形成多个气体导入口，沿着对于上述条状的绝缘部分的长度方向交叉的方向排列设置上述多个气体导入口。
27.根据权利要求26所述的等离子加工装置，特征在于上述多个气体导入口沿着与上述绝缘部分的长度方向正交的方向排列。
28.根据权利要求26所述的等离子加工装置，特征在于上述各个气体导入口构成为沿着相互平行的方向吹出气体。
29.根据权利要求26所述的等离子加工装置，特征在于上述各个气体导入口构成为沿着与第1电极的等离子放电面垂直的方向吹出气体。
30.根据权利要求26所述的等离子加工装置，特征在于上述各个气体导入口构成为对于被处理基板的法线方向倾斜的方向吹出气体。
全文摘要
本发明涉及半导体器件及其制造方法以及等离子加工装置。在被处理基板(4)上实施等离子处理的等离子加工装置具备在内部装载被处理基板(4)的处理室(5)；在处理室(5)内导入气体的气体导入口(6)；设置在处理室(5)内的等离子放电发生单元(15)，等离子放电发生单元(15)具有第1电极(2a)和比第1电极(2a)更接近被处理基板(4)设置的第2电极(2b)，第1电极(2a)以及第2电极(2b)起到只有从被处理基板(4)的法线方向能够识别的面成为等离子放电面的作用，由此，即使在低的被处理基板温度下，也能够实现高品质膜，能够以高气体离解效率进行成膜。
文档编号H01L21/02GK1497677SQ20031010138
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月16日 优先权日2002年10月16日
发明者宫崎笃, 波多野晃继, 酒井道, 晃继 申请人:夏普株式会社