JP2000332004A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents
プラズマｃｖｄ装置Info
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】プラズマＣＶＤ装置に於いて、膜厚分布、成膜
速度といった成膜特性の変動原因を解明し、成膜、クリ
ーニングの繰返しによっても成膜特性が変動しない様に
する。 【解決手段】真空容器１内に対向して設けられた一対の
電極２，３間に高周波電力を印加して放電を行い、導入
されたガスを分解して基板５上に膜形成を行うプラズマ
ＣＶＤ装置に於いて、少なくともカソード電極の表面を
弗化物ガラスで被覆し、電極からの２次放出電子特性
が、膜形成しようとする物質の２次放出電子特性と略同
等とする。
速度といった成膜特性の変動原因を解明し、成膜、クリ
ーニングの繰返しによっても成膜特性が変動しない様に
する。 【解決手段】真空容器１内に対向して設けられた一対の
電極２，３間に高周波電力を印加して放電を行い、導入
されたガスを分解して基板５上に膜形成を行うプラズマ
ＣＶＤ装置に於いて、少なくともカソード電極の表面を
弗化物ガラスで被覆し、電極からの２次放出電子特性
が、膜形成しようとする物質の２次放出電子特性と略同
等とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は反応ガスをプラズマ
化し、被処理基板上に所要の成膜を行うプラズマＣＶＤ
装置に関するものである。
化し、被処理基板上に所要の成膜を行うプラズマＣＶＤ
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プラズマＣＶＤでは成膜を行う度に成膜
室内の至る所に反応生成物による堆積膜やパウダー状の
生成物が付着する。
室内の至る所に反応生成物による堆積膜やパウダー状の
生成物が付着する。
【０００３】これを除去せずに成膜を繰返すと、生成物
が剥がれて基板上に付着し異物となり、膜に欠陥をつく
るので定期的に除去する必要がある。
が剥がれて基板上に付着し異物となり、膜に欠陥をつく
るので定期的に除去する必要がある。
【０００４】除去の方法の１つとして、生成物と反応気
化させて生成物を除去できる様なガス、若しくはプラズ
マ中で分解して生成物と反応気化させることのできる化
学種を生じる様なガスを導入してプラズマを発生させる
ドライクリーニング方法があり、斯かるドライクリーニ
ング方法により成膜室を分解、開放することなく生成物
を除去するクリーニング処理が行われている。
化させて生成物を除去できる様なガス、若しくはプラズ
マ中で分解して生成物と反応気化させることのできる化
学種を生じる様なガスを導入してプラズマを発生させる
ドライクリーニング方法があり、斯かるドライクリーニ
ング方法により成膜室を分解、開放することなく生成物
を除去するクリーニング処理が行われている。
【０００５】ところが生成物を除去する条件として導入
されるガスは、一般に腐食性が強く、成膜室、プラズマ
電極等を腐食する。特にプラズマ電極は腐食による傷み
が激しいという問題が有った。
されるガスは、一般に腐食性が強く、成膜室、プラズマ
電極等を腐食する。特にプラズマ電極は腐食による傷み
が激しいという問題が有った。
【０００６】このドライクリーニングによるプラズマ電
極の傷みは、成膜速度の変化や膜厚分布の悪化といった
成膜特性の変動を引起こし、プラズマＣＶＤ工程の不安
定要因となっていた。
極の傷みは、成膜速度の変化や膜厚分布の悪化といった
成膜特性の変動を引起こし、プラズマＣＶＤ工程の不安
定要因となっていた。
【０００７】この現象を防止する為従来技術としては特
開平１０−１４９９８９号記載のリモートプラズマクリ
ーニング、特開平８−１８１０４８号記載に見られる様
に電極に対してアルミマグネシウム合金のアルマイト処
理等が行われ、プラズマ電極の腐食による傷みはかなり
低減される様になっている。然し、成膜特性の変動はこ
れらによっても抑え切れていないのが現状である。
開平１０−１４９９８９号記載のリモートプラズマクリ
ーニング、特開平８−１８１０４８号記載に見られる様
に電極に対してアルミマグネシウム合金のアルマイト処
理等が行われ、プラズマ電極の腐食による傷みはかなり
低減される様になっている。然し、成膜特性の変動はこ
れらによっても抑え切れていないのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は斯かる膜厚分
布、成膜速度といった成膜特性の変動原因を解明し、成
膜、クリーニングの繰返しによっても成膜特性の変動し
ないプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
布、成膜速度といった成膜特性の変動原因を解明し、成
膜、クリーニングの繰返しによっても成膜特性の変動し
ないプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器内に
対向して設けられた一対の電極間に高周波電力を印加し
て放電を行い、導入されたガスを分解して基板上に膜形
成を行うプラズマＣＶＤ装置に於いて、少なくともカソ
ード電極の表面を弗化物ガラスで被覆したプラズマＣＶ
Ｄ装置に係り、又前記弗化物ガラスの主成分が、弗化バ
リウム、弗化カルシウムを含み、両成分の混合割合によ
り、電極からの２次放出電子特性を調整し、膜形成しよ
うとする物質の２次放出電子特性と略同等とするプラズ
マＣＶＤ装置に係り、又前記弗化物ガラスの主成分が弗
化ジルコニウムであり、弗化ジルコニウムの含有量を調
整することにより、電極からの２次放出電子特性を調整
し、膜形成しようとする物質の２次放出電子特性と略同
等とするプラズマＣＶＤ装置に係り、更に又前記弗化物
ガラスの主成分が、弗化アルミニウム、弗化バリウム、
弗化カルシウムを含み、これら成分の混合割合により、
電極からの２次放出電子特性を調整し、膜形成しようと
する物質の２次放出電子特性と略同等とするプラズマＣ
ＶＤ装置に係るものである。
対向して設けられた一対の電極間に高周波電力を印加し
て放電を行い、導入されたガスを分解して基板上に膜形
成を行うプラズマＣＶＤ装置に於いて、少なくともカソ
ード電極の表面を弗化物ガラスで被覆したプラズマＣＶ
Ｄ装置に係り、又前記弗化物ガラスの主成分が、弗化バ
リウム、弗化カルシウムを含み、両成分の混合割合によ
り、電極からの２次放出電子特性を調整し、膜形成しよ
うとする物質の２次放出電子特性と略同等とするプラズ
マＣＶＤ装置に係り、又前記弗化物ガラスの主成分が弗
化ジルコニウムであり、弗化ジルコニウムの含有量を調
整することにより、電極からの２次放出電子特性を調整
し、膜形成しようとする物質の２次放出電子特性と略同
等とするプラズマＣＶＤ装置に係り、更に又前記弗化物
ガラスの主成分が、弗化アルミニウム、弗化バリウム、
弗化カルシウムを含み、これら成分の混合割合により、
電極からの２次放出電子特性を調整し、膜形成しようと
する物質の２次放出電子特性と略同等とするプラズマＣ
ＶＤ装置に係るものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。
実施の形態を説明する。
【００１１】上記プラズマＣＶＤに於ける成膜特性変動
に関する課題を解決する為、成膜特性変動の様子を詳細
に調査し、変動のメカニズムを解明した。
に関する課題を解決する為、成膜特性変動の様子を詳細
に調査し、変動のメカニズムを解明した。
【００１２】先ず、成膜特性変動の詳細について記す。
【００１３】一例としてアルミニウム製の電極を用い、
窒化シリコン膜の成膜、ドライクリーニングを繰返した
場合の成膜速度変動を図２に示す。
窒化シリコン膜の成膜、ドライクリーニングを繰返した
場合の成膜速度変動を図２に示す。
【００１４】図２に示す様に、ドライクリーニングを繰
返す度に成膜速度が低下するが、窒化シリコンの膜厚が
増すに従って成膜速度が増していることが解かる。これ
より以下に示す実験式を求めることができる。
返す度に成膜速度が低下するが、窒化シリコンの膜厚が
増すに従って成膜速度が増していることが解かる。これ
より以下に示す実験式を求めることができる。
【００１５】
【数式１】Ｒ（n,T）＝Ｒr −｛Ｒr −Ｒf −（Ｒo −
Ｒf ）ｅｘｐ（−ｎ／ａ）｝ｅｘｐ（Ｔ／ｂ）
Ｒf ）ｅｘｐ（−ｎ／ａ）｝ｅｘｐ（Ｔ／ｂ）
【００１６】ここにＲ（n,T） はｎ回クリーニング後の
窒化シリコン膜厚Ｔの成膜速度、Ｒr は窒化シリコン膜
を厚く成膜した後の成膜速度、Ｒf は成膜クリーニング
を何度も繰返しクリーニング直後の成膜速度が一定にな
った時の成膜速度、Ｒo は新品の電極を用いた時の初期
の成膜速度、ａ，ｂは定数である。
窒化シリコン膜厚Ｔの成膜速度、Ｒr は窒化シリコン膜
を厚く成膜した後の成膜速度、Ｒf は成膜クリーニング
を何度も繰返しクリーニング直後の成膜速度が一定にな
った時の成膜速度、Ｒo は新品の電極を用いた時の初期
の成膜速度、ａ，ｂは定数である。
【００１７】又、成膜クリーニングを繰返した電極表面
を分析すると約０．５μｍの弗化物の層が形成されてい
ることが分かった。この弗化物の厚さは成膜クリーニン
グを繰返すことにより増加すると考えられる。即ちクリ
ーニングすると弗化物層が形成されて成膜速度が低下
し、一方窒化シリコンを成膜すると、膜厚が増すに従っ
て成膜速度が回復するという現象と理解することができ
る。
を分析すると約０．５μｍの弗化物の層が形成されてい
ることが分かった。この弗化物の厚さは成膜クリーニン
グを繰返すことにより増加すると考えられる。即ちクリ
ーニングすると弗化物層が形成されて成膜速度が低下
し、一方窒化シリコンを成膜すると、膜厚が増すに従っ
て成膜速度が回復するという現象と理解することができ
る。
【００１８】又、この成膜速度の変動はプラズマのイン
ピーダンスの変動を伴い、プラズマのインピーダンスが
大きい程成膜速度が小さいことも分かった。プラズマの
インピーダンスは主としてプラズマ密度の大小を示して
おり、プラズマ密度が大きい程荷電粒子密度が大きいの
でインピーダンスは小さくなる。従って成膜速度の低下
はプラズマ密度の低下によるものと考えられる。
ピーダンスの変動を伴い、プラズマのインピーダンスが
大きい程成膜速度が小さいことも分かった。プラズマの
インピーダンスは主としてプラズマ密度の大小を示して
おり、プラズマ密度が大きい程荷電粒子密度が大きいの
でインピーダンスは小さくなる。従って成膜速度の低下
はプラズマ密度の低下によるものと考えられる。
【００１９】以上を総合すると、クリーニングすると弗
化物層が形成されてプラズマ密度が低下し、成膜速度が
低下する。一方、窒化シリコンを成膜すると膜厚が増す
に従ってプラズマ密度が上昇し、成膜速度が回復すると
いうことになる。
化物層が形成されてプラズマ密度が低下し、成膜速度が
低下する。一方、窒化シリコンを成膜すると膜厚が増す
に従ってプラズマ密度が上昇し、成膜速度が回復すると
いうことになる。
【００２０】プラズマ密度が電極表面の薄膜形成により
変化する理由としては電極からの２次電子放出量の変化
が考えられる。窒化シリコンの成膜条件は放電電力が大
きく、この条件でラングミュアプローブを用いて測定し
たプラズマ密度は１立方センチメータ当り１０の１０乗
から１１乗に近い数値を示している。この高いプラズマ
密度は電極からの２次電子放出量がかなりの割合を占め
ていると考えざるを得ない値となっている。
変化する理由としては電極からの２次電子放出量の変化
が考えられる。窒化シリコンの成膜条件は放電電力が大
きく、この条件でラングミュアプローブを用いて測定し
たプラズマ密度は１立方センチメータ当り１０の１０乗
から１１乗に近い数値を示している。この高いプラズマ
密度は電極からの２次電子放出量がかなりの割合を占め
ていると考えざるを得ない値となっている。
【００２１】ここに言う２次電子放出という現象は大電
力のグロー放電に於いて電極に対しプラズマが正に帯電
し、電極とプラズマの電位差によりイオンが加速され電
極表面に衝突し、そのエネルギでホットエレクトロンを
生じ、これが電極表面から２次電子として放出される現
象である。２次電子放出が起こる為には電極表面の電界
でイオンが加速され、電極内へ突入し、エネルギを電子
に移し、ホットエレクトロンを発生し、そのホットエレ
クトロンが仕事関数以上のエネルギを維持して電極表面
迄移動し電極から飛び出さなければならない。以下それ
ぞれの段階に分けて物理的モデルの構成を説明する。
力のグロー放電に於いて電極に対しプラズマが正に帯電
し、電極とプラズマの電位差によりイオンが加速され電
極表面に衝突し、そのエネルギでホットエレクトロンを
生じ、これが電極表面から２次電子として放出される現
象である。２次電子放出が起こる為には電極表面の電界
でイオンが加速され、電極内へ突入し、エネルギを電子
に移し、ホットエレクトロンを発生し、そのホットエレ
クトロンが仕事関数以上のエネルギを維持して電極表面
迄移動し電極から飛び出さなければならない。以下それ
ぞれの段階に分けて物理的モデルの構成を説明する。
【００２２】ホットエレクトロンの発生について説明す
る。
る。
【００２３】イオン（水素イオン）がカソード表面から
内部に侵入し、原子と衝突してエネルギを失い止められ
たところでホットエレクトロンを生じるとすると、その
数ｎはカソードの原子密度ｃ、衝突断面積Ａ、侵入距離
ｘ、再表面の電子数ｎ0 を用いて以下の様に表される。
内部に侵入し、原子と衝突してエネルギを失い止められ
たところでホットエレクトロンを生じるとすると、その
数ｎはカソードの原子密度ｃ、衝突断面積Ａ、侵入距離
ｘ、再表面の電子数ｎ0 を用いて以下の様に表される。
【００２４】
【数式２】ｎ＝ｎ0 ｅｘｐ（−ＡＣｘ）
【００２５】衝突断面積はこの場合エネルギの受渡しを
する衝突を起こす確率であり、エネルギの関数である
が、一定条件の放電を対象とした議論なのでここでは一
定とする。
する衝突を起こす確率であり、エネルギの関数である
が、一定条件の放電を対象とした議論なのでここでは一
定とする。
【００２６】ホットエレクトロンの表面への移動につい
て説明する。
て説明する。
【００２７】カソード内部で発生したホットエレクトロ
ンが表面迄拡散する間に欠陥にトラップされ、エネルギ
を失うとすると、その欠陥の衝突断面積をａ、欠陥密度
をｃとおくと表面に到達する電子数ｎS は以下の様に表
される。
ンが表面迄拡散する間に欠陥にトラップされ、エネルギ
を失うとすると、その欠陥の衝突断面積をａ、欠陥密度
をｃとおくと表面に到達する電子数ｎS は以下の様に表
される。
【００２８】
【数式３】ｎS ＝ｎｅｘｐ（−ａｃｘ）
【００２９】放出される２次電子数について説明する。
【００３０】各部分で発生したホットエレクトロンがそ
れぞれ減衰しながら表面に到着し２次電子として放出さ
れるので（２）式を（３）式に代入し（４）式に基づき
ｘについて０から∞迄積分すると放出される２次電子数
が求められる。
れぞれ減衰しながら表面に到着し２次電子として放出さ
れるので（２）式を（３）式に代入し（４）式に基づき
ｘについて０から∞迄積分すると放出される２次電子数
が求められる。
【００３１】
【数式４】Ｓ＝0∫∞ ［ｎ0ｅｘｐ（−ＡＣｘ）ｅｘｐ
（−ａｃｘ）］ｄｘ
（−ａｃｘ）］ｄｘ
【００３２】
【数式５】Ｓ＝ｎ0 ／（ＡＣ＋ａｃ）
【００３３】次に表面にトラップ準位の多い弗化物層が
ある場合について考察する。
ある場合について考察する。
【００３４】層の厚さをＤｆ、原子密度Ｃf 、衝突断面
積Ａｆ、欠陥の衝突断面積をａｆ、欠陥密度をｃｆとお
くとＤｆより浅い部分では（２）式、（３）式と同じ形
となり以下の様に表される。
積Ａｆ、欠陥の衝突断面積をａｆ、欠陥密度をｃｆとお
くとＤｆより浅い部分では（２）式、（３）式と同じ形
となり以下の様に表される。
【００３５】
【数式６】ｎ＝ｎ0 ｅｘｐ（−ＡｆＣｆｘ）
【００３６】
【数式７】ｎS ＝ｎｅｘｐ（−ａｆｃｆｘ）
【００３７】Ｄｆより深い部分では界面の電子数ｎＤｆ
を用いて以下の様に表すことができる。
を用いて以下の様に表すことができる。
【００３８】
【数式８】ｎ＝ｎＤｆｅｘｐ（−ＡＣ（ｘ−Ｄｆ））
【００３９】
【数式９】ｎS ＝ｎｅｘｐ（−ａｃ（ｘ−Ｄｆ））
但し、ｎＤｆ＝ｎ0ｘｐ（−ＡｆＣｆＤｆ）
但し、ｎＤｆ＝ｎ0ｘｐ（−ＡｆＣｆＤｆ）
【００４０】放出される２次電子数は（７）式を０から
Ｄｆ迄、（９）式をＤｆから∞迄積分すればよいが
（９）式で表されるのは界面迄拡散した電子であり、表
面迄拡散する為には更にＦ層を通過しなくてはならない
ので減衰分として以下が掛かる。
Ｄｆ迄、（９）式をＤｆから∞迄積分すればよいが
（９）式で表されるのは界面迄拡散した電子であり、表
面迄拡散する為には更にＦ層を通過しなくてはならない
ので減衰分として以下が掛かる。
【００４１】
【数式１０】ｅｘｐ（−ａｆｃｆＤｆ）
【００４２】以上考慮して、積分を実行する。
【００４３】
【数式１１】Ｓ＝Df∫∞ ｎ0 ｅｘｐ（−ＡｆＣｆＤ
ｆ）ｅｘｐ（−ＡＣ（ｘ−Ｄｆ））ｅｘｐ（−ａｃ（ｘ
−Ｄｆ））ｄｘ × ｅｘｐ（−ａｆｃｆＤｆ）＋0∫
Dfｎ0ｅｘｐ（−ＡｆＣｆｘ）ｅｘｐ（−ａｆｃｆｘ）
ｆ）ｅｘｐ（−ＡＣ（ｘ−Ｄｆ））ｅｘｐ（−ａｃ（ｘ
−Ｄｆ））ｄｘ × ｅｘｐ（−ａｆｃｆＤｆ）＋0∫
Dfｎ0ｅｘｐ（−ＡｆＣｆｘ）ｅｘｐ（−ａｆｃｆｘ）
【００４４】
【数式１２】Ｓ＝ｎ0 ｛Ｌｆ＋（Ｌａ−Ｌｆ）ｅｘｐ
（−Ｄｆ／Ｌｆ）｝
（−Ｄｆ／Ｌｆ）｝
【００４５】ここでＡｆＣｆ＋ａｆｃｆやＡＣ＋ａｃ等
常に一組となって現れるのでこの逆数を減衰距離として
以下の様においた。
常に一組となって現れるのでこの逆数を減衰距離として
以下の様においた。
【００４６】
【数式１３】Ｌａ＝１／（ＡＣ＋ａｃ） Ｌｆ＝１／（ＡｆＣｆ＋ａｆｃｆ）
【００４７】更に、窒化物の層がある場合も同様にして
求めることができる。
求めることができる。
【００４８】窒化物層の厚さをＤｎ、減衰距離をＬｎと
おくと２次電子放出数Ｓは以下の様に表される。
おくと２次電子放出数Ｓは以下の様に表される。
【００４９】
【数式１４】Ｓ＝ｎ0 ［Ｌｎ−｛Ｌｎ−Ｌｆ−（Ｌａ−
Ｌｆ）ｅｘｐ（−Ｄｆ／Ｌｆ）｝ｅｘｐ（−Ｄｎ／Ｌ
ｎ）］
Ｌｆ）ｅｘｐ（−Ｄｆ／Ｌｆ）｝ｅｘｐ（−Ｄｎ／Ｌ
ｎ）］
【００５０】この（１４）式でＤｎ＝０とおけば（１
２）式に、更にＤｆ＝０とおけば（５）式になる。
２）式に、更にＤｆ＝０とおけば（５）式になる。
【００５１】ここで、（１）式と（１４）式を比較する
と（１４）式の大括弧の中は（１）式と同じ形をしてい
ることが分かる。それぞれの変数を比較すると（１）式
の定数ａは弗化物層のホットエレクトロンの減衰距離
に、定数ｂは窒化シリコン膜のホットエレクトロン減衰
距離にそれぞれ対応することが分かる。この様に成膜、
ククリーニングの繰返しによる成膜特性の変動現象は電
極表面に形成される膜による２次電子放出変化により引
起こされると考えることができる。
と（１４）式の大括弧の中は（１）式と同じ形をしてい
ることが分かる。それぞれの変数を比較すると（１）式
の定数ａは弗化物層のホットエレクトロンの減衰距離
に、定数ｂは窒化シリコン膜のホットエレクトロン減衰
距離にそれぞれ対応することが分かる。この様に成膜、
ククリーニングの繰返しによる成膜特性の変動現象は電
極表面に形成される膜による２次電子放出変化により引
起こされると考えることができる。
【００５２】以上は窒化シリコン膜を形成した場合の成
膜速度の変化を例に解析したが、窒化シリコン膜に限ら
ず、酸化シリコン膜等大きな電力を投入して高密度プラ
ズマを発生させて膜形成を行う場合、同様のことが起こ
る。要するに初期の電極表面と、クリーニングにより変
化した電極表面と、形成する膜の３者の２次電子放出量
が異なる為に成膜特性の変動が起こると考えられる。従
って、成膜、クリーニングの繰返しによる成膜特性の変
動を防止する為には、（１４）式に於いて、Ｌａ＝Ｌｆ
＝Ｌｎであればよい。
膜速度の変化を例に解析したが、窒化シリコン膜に限ら
ず、酸化シリコン膜等大きな電力を投入して高密度プラ
ズマを発生させて膜形成を行う場合、同様のことが起こ
る。要するに初期の電極表面と、クリーニングにより変
化した電極表面と、形成する膜の３者の２次電子放出量
が異なる為に成膜特性の変動が起こると考えられる。従
って、成膜、クリーニングの繰返しによる成膜特性の変
動を防止する為には、（１４）式に於いて、Ｌａ＝Ｌｆ
＝Ｌｎであればよい。
【００５３】即ち、２次電子放出特性がプラズマＣＶＤ
で膜形成を行おうとする物質と略同等な物質で電極表面
ができており、且つ、クリーニングにより２次電子放出
特性が変化しなければ良いといえる。
で膜形成を行おうとする物質と略同等な物質で電極表面
ができており、且つ、クリーニングにより２次電子放出
特性が変化しなければ良いといえる。
【００５４】然し、クリーニングは通常弗素や塩素のラ
ジカルを発生させる様な条件で行われ、クリーニングに
より表面が弗化も塩化もしない材料は殆ど存在しない。
加えて、プラズマＣＶＤで膜形成を行おうとする物質と
同様な２次電子放出特性を併せ持つことは極めて困難で
ある。
ジカルを発生させる様な条件で行われ、クリーニングに
より表面が弗化も塩化もしない材料は殆ど存在しない。
加えて、プラズマＣＶＤで膜形成を行おうとする物質と
同様な２次電子放出特性を併せ持つことは極めて困難で
ある。
【００５５】そこで弗化条件で用いる場合には最初から
弗化物で電極表面を作り、塩化条件で用いる場合には最
初から塩化物で電極表面を作れば、少なくとも弗化や塩
化により表面の２次電子放出特性が変化することを防ぐ
ことはできる。
弗化物で電極表面を作り、塩化条件で用いる場合には最
初から塩化物で電極表面を作れば、少なくとも弗化や塩
化により表面の２次電子放出特性が変化することを防ぐ
ことはできる。
【００５６】次に、この電極表面にプラズマＣＶＤで膜
形成を行おうとする物質と同等の２次電子放出特性を持
たせる為には、組成を変化させる等して２次電子放出特
性を調整できることが必要となる。そこで何種類かの弗
化物や塩化物を混合して電極表面に付着させ、その混合
比率を変えることによりプラズマＣＶＤで膜形成を行お
うとする物質と同等の２次電子放出特性を持つ様にする
ことが考えらる。
形成を行おうとする物質と同等の２次電子放出特性を持
たせる為には、組成を変化させる等して２次電子放出特
性を調整できることが必要となる。そこで何種類かの弗
化物や塩化物を混合して電極表面に付着させ、その混合
比率を変えることによりプラズマＣＶＤで膜形成を行お
うとする物質と同等の２次電子放出特性を持つ様にする
ことが考えらる。
【００５７】これらの要求を満足し更に電極表面を被覆
する材料として被覆の堅牢さを併せ持つものとして弗化
物ガラスを見出した。
する材料として被覆の堅牢さを併せ持つものとして弗化
物ガラスを見出した。
【００５８】弗化物ガラスにはベリリウム系、ジルコニ
ウム系、アルミニウム系があり、それぞれマグネシウ
ム、カルシウム、バリウムとその他微量成分の弗化物と
混合、溶融することにより、ガラス化する。
ウム系、アルミニウム系があり、それぞれマグネシウ
ム、カルシウム、バリウムとその他微量成分の弗化物と
混合、溶融することにより、ガラス化する。
【００５９】このうちベリリウム系は最もガラス化し易
いが毒性が、強く且つ吸湿し易いという欠点がある。ア
ルミニウム系、ジルコニウム系は共に利用可能であり、
特にアルミニウム系はカルシウムとバリウムの組成比に
大きな自由度を有しており、バリウムを多く含む程放出
される２次電子が増える傾向があるので便利である。
いが毒性が、強く且つ吸湿し易いという欠点がある。ア
ルミニウム系、ジルコニウム系は共に利用可能であり、
特にアルミニウム系はカルシウムとバリウムの組成比に
大きな自由度を有しており、バリウムを多く含む程放出
される２次電子が増える傾向があるので便利である。
【００６０】２次電子放出の利得はイオンの種類と電極
表面の物質とイオンの持つエネルギの関数であり、同じ
電極表面と膜の組合わせでも成膜条件により大小関係が
変化する。その為微妙な調整が必要となる。
表面の物質とイオンの持つエネルギの関数であり、同じ
電極表面と膜の組合わせでも成膜条件により大小関係が
変化する。その為微妙な調整が必要となる。
【００６１】尚、ガラス化することにより被覆は割れ難
く又剥がれ難くなるが、本発明の目的からすると完全に
ガラス化する必要はなく、部分的に結晶化して失透して
いてもガラス成分により結晶がしっかり繋がれていれば
被覆の堅牢さは保たれる。従って、完全にガラス化する
組成範囲を逸脱した組成であってもよく、また２次電子
を放出し易い組成は部分的に結晶化する様な組成である
場合が多い。
く又剥がれ難くなるが、本発明の目的からすると完全に
ガラス化する必要はなく、部分的に結晶化して失透して
いてもガラス成分により結晶がしっかり繋がれていれば
被覆の堅牢さは保たれる。従って、完全にガラス化する
組成範囲を逸脱した組成であってもよく、また２次電子
を放出し易い組成は部分的に結晶化する様な組成である
場合が多い。
【００６２】弗化物ガラスを電極表面に被覆する方法は
幾通りかある。一般に電極は金属でできており、金属表
面をガラス質で被覆する手法は全て利用可能である。最
も古くから行われている方法は琺瑯である。
幾通りかある。一般に電極は金属でできており、金属表
面をガラス質で被覆する手法は全て利用可能である。最
も古くから行われている方法は琺瑯である。
【００６３】琺瑯はガラスを細かく砕いてフリットを作
り、水で練ったものを金属表面に塗布し乾燥した後、加
熱溶融するか、粉のまま加熱した金属表面にまぶして溶
融して被覆する方法である。
り、水で練ったものを金属表面に塗布し乾燥した後、加
熱溶融するか、粉のまま加熱した金属表面にまぶして溶
融して被覆する方法である。
【００６４】又、溶射という方法もある。これは原料粉
末を目的とする組成に混合し、溶射ガンに充填して金属
表面に溶融噴射して被覆する方法である。更に、蒸着
法、スパッタ法、イオンプレーティング法等真空中で行
う方法もある。
末を目的とする組成に混合し、溶射ガンに充填して金属
表面に溶融噴射して被覆する方法である。更に、蒸着
法、スパッタ法、イオンプレーティング法等真空中で行
う方法もある。
【００６５】真空中で行うこれらの方法は弗素の一部が
酸素と置換わることが少ないので、できた被覆の組成が
安定するという利点が有る。然し本発明の目的は弗化条
件下で安定な弗化物ガラスによるコーティングであり、
被覆中に酸素が混入してもそれが弗化条件下での安定性
を失わない範囲であれば構わない。
酸素と置換わることが少ないので、できた被覆の組成が
安定するという利点が有る。然し本発明の目的は弗化条
件下で安定な弗化物ガラスによるコーティングであり、
被覆中に酸素が混入してもそれが弗化条件下での安定性
を失わない範囲であれば構わない。
【００６６】弗化雰囲気での酸素と弗素の置換わりは酸
素量が少なくなる程起こり難くなり、弗素の３０％以下
の酸素量になると殆ど置換わらない。又、酸素はガラス
状態を安定化し、結晶の析出を防止する効果がある。
素量が少なくなる程起こり難くなり、弗素の３０％以下
の酸素量になると殆ど置換わらない。又、酸素はガラス
状態を安定化し、結晶の析出を防止する効果がある。
【００６７】図１に本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の
１例の概略を示す。
１例の概略を示す。
【００６８】図１に示されるものは、一般的な容量結合
型の高周波プラズマＣＶＤ装置であり、以下略述する。
型の高周波プラズマＣＶＤ装置であり、以下略述する。
【００６９】気密な真空容器１内部には天井側にカソー
ド電極２、該カソード電極２に対向し、真空容器１の底
側に基板載置台を兼ねるアノード電極３が配設されてい
る。前記カソード電極２には多数のガス導入孔８が設け
られ、該ガス導入孔８には反応ガス供給系６が接続され
ている。反応ガス供給系６からの反応ガスは前記ガス導
入孔８より分散導入され、排気系７より反応後のガスが
排気される様になっている。前記カソード電極２表面に
は弗化物ガラスの被覆４が施されている。
ド電極２、該カソード電極２に対向し、真空容器１の底
側に基板載置台を兼ねるアノード電極３が配設されてい
る。前記カソード電極２には多数のガス導入孔８が設け
られ、該ガス導入孔８には反応ガス供給系６が接続され
ている。反応ガス供給系６からの反応ガスは前記ガス導
入孔８より分散導入され、排気系７より反応後のガスが
排気される様になっている。前記カソード電極２表面に
は弗化物ガラスの被覆４が施されている。
【００７０】前記カソード電極２とアノード電極３間に
高周波電力が印加され、前記カソード電極２とアノード
電極３との間にプラズマが発生され、活性化されたガス
により前記アノード電極３に載置されたウェーハ等の被
処理基板５に成膜が成される。
高周波電力が印加され、前記カソード電極２とアノード
電極３との間にプラズマが発生され、活性化されたガス
により前記アノード電極３に載置されたウェーハ等の被
処理基板５に成膜が成される。
【００７１】以下に前記弗化物ガラスの被覆４の具体例
とその効果を記す。
とその効果を記す。
【００７２】
【実施例１】図１に示したプラズマＣＶＤ装置の前記カ
ソード電極２表面に弗化ジルコニウム系の弗化物ガラス
を用い、モノシランとアンモニア、窒素ガスを原料ガス
として窒化シリコン膜を形成した。弗化物ガラスの組成
はモル％でＺｒＦ4 ：ＢａＦ 2 ：ＹＦ3 ＝６２：３０：
８のものを用いた。予めガラス状態にしてから細かく砕
き、粉末状にして、アルミニウム製の電極表面に一様に
まぶし、電気炉で３５０℃に加熱し１０分間保った後徐
冷した。この弗化物ガラスのガラス転移点は３０５℃〜
３１０℃であるが、溶融状態での粘度が低い為、容易に
電極上に広がり、一様な被膜が得られた。この弗化物ガ
ラスで被覆された電極は３弗化窒素はプラズマによるク
リーニングによって変化することなく、窒化シリコンを
成膜した場合、成膜速度の変化は３％以内の低下に収ま
った。即ち、窒化シリコンの２次電子放出は、この弗化
物ガラスよりわずかに小さいと考えられる。
ソード電極２表面に弗化ジルコニウム系の弗化物ガラス
を用い、モノシランとアンモニア、窒素ガスを原料ガス
として窒化シリコン膜を形成した。弗化物ガラスの組成
はモル％でＺｒＦ4 ：ＢａＦ 2 ：ＹＦ3 ＝６２：３０：
８のものを用いた。予めガラス状態にしてから細かく砕
き、粉末状にして、アルミニウム製の電極表面に一様に
まぶし、電気炉で３５０℃に加熱し１０分間保った後徐
冷した。この弗化物ガラスのガラス転移点は３０５℃〜
３１０℃であるが、溶融状態での粘度が低い為、容易に
電極上に広がり、一様な被膜が得られた。この弗化物ガ
ラスで被覆された電極は３弗化窒素はプラズマによるク
リーニングによって変化することなく、窒化シリコンを
成膜した場合、成膜速度の変化は３％以内の低下に収ま
った。即ち、窒化シリコンの２次電子放出は、この弗化
物ガラスよりわずかに小さいと考えられる。
【００７３】
【実施例２】図１に示したプラズマＣＶＤ装置の前記カ
ソード電極２表面に弗化アルミニウム系の弗化物ガラス
をスパッタリングしたものを用い、モノシランと１酸化
２窒素、アンモニアガス、窒素ガスを原料ガスとして約
５％の酸素ガスを含む窒化シリコン膜を形成した。弗化
物ガラスの組成はモル％でＡｌＦ3 ：ＢａＦ2 ：ＣａＦ
2 ：ＹＦ3 ＝４０：２２：２２：１６のものを用いた。
この比率で弗化物原料を混合配合し、真空中でホットプ
レス焼結させたターゲットを用い高周波マグネトロンス
パッタ法で電極表面に成膜した。膜厚は約１．５μｍと
し、成膜温度は１５０℃とした。
ソード電極２表面に弗化アルミニウム系の弗化物ガラス
をスパッタリングしたものを用い、モノシランと１酸化
２窒素、アンモニアガス、窒素ガスを原料ガスとして約
５％の酸素ガスを含む窒化シリコン膜を形成した。弗化
物ガラスの組成はモル％でＡｌＦ3 ：ＢａＦ2 ：ＣａＦ
2 ：ＹＦ3 ＝４０：２２：２２：１６のものを用いた。
この比率で弗化物原料を混合配合し、真空中でホットプ
レス焼結させたターゲットを用い高周波マグネトロンス
パッタ法で電極表面に成膜した。膜厚は約１．５μｍと
し、成膜温度は１５０℃とした。
【００７４】成膜された被膜を分析したところスパッタ
ターゲットの組成よりＡｌが少なくなっていることが分
かった。その為膜中に結晶質の析出が認められ、一様な
ガラスは得られていなかった。然し、この弗化物ガラス
で被覆された電極は３弗化窒素プラズマによるクリーニ
ングによって変化することがなく、酸素を含む窒化シリ
コンを成膜した場合、成膜速度は５％以内の上昇に収ま
った。
ターゲットの組成よりＡｌが少なくなっていることが分
かった。その為膜中に結晶質の析出が認められ、一様な
ガラスは得られていなかった。然し、この弗化物ガラス
で被覆された電極は３弗化窒素プラズマによるクリーニ
ングによって変化することがなく、酸素を含む窒化シリ
コンを成膜した場合、成膜速度は５％以内の上昇に収ま
った。
【００７５】即ち酸素を含む窒化シリコンの２次電子放
出は、この組成の弗化物ガラスより僅かに大きいと考え
られる。この様に弗化物ガラスに細かい結晶が析出して
いても実用上問題のないことが分かった。
出は、この組成の弗化物ガラスより僅かに大きいと考え
られる。この様に弗化物ガラスに細かい結晶が析出して
いても実用上問題のないことが分かった。
【００７６】
【実施例３】図１に示したプラズマＣＶＤ装置の前記カ
ソード電極２表面に弗化物りん酸塩系のガラスを溶射し
たものを用い、モノシラン、酸素ガスの混合ガスを原料
として酸化シリコン膜を形成した。弗化物りん酸塩ガラ
スの組成はモル％でＡｌＦ3：Ａｌ（ＰＯ3 ）3 ：Ｂａ
Ｆ2 ：Ｍｇ（ＰＯ3 ）2 ＝１４：１６：６０：１０のも
のを用いた。
ソード電極２表面に弗化物りん酸塩系のガラスを溶射し
たものを用い、モノシラン、酸素ガスの混合ガスを原料
として酸化シリコン膜を形成した。弗化物りん酸塩ガラ
スの組成はモル％でＡｌＦ3：Ａｌ（ＰＯ3 ）3 ：Ｂａ
Ｆ2 ：Ｍｇ（ＰＯ3 ）2 ＝１４：１６：６０：１０のも
のを用いた。
【００７７】この比率で原料を溶融混合しガラス化した
後粉砕して、溶射ガンに供給し電極表面に溶射して被覆
した。膜厚は約１５０μｍとした。この弗化物ガラスで
被覆された電極は、３弗化窒素プラズマによるクリーニ
ングによって変化することなく、酸化シリコンを成膜し
た場合、成膜速度の変化は５％以内の低下に収まった。
即ち酸素を含む窒化シリコンの２次電子放出は、この組
成の弗化物ガラスよりわずかに小さいと考えられる。こ
の様に弗化物の割合がモル比で７０％以上あれば実用上
問題のないことが分かった。
後粉砕して、溶射ガンに供給し電極表面に溶射して被覆
した。膜厚は約１５０μｍとした。この弗化物ガラスで
被覆された電極は、３弗化窒素プラズマによるクリーニ
ングによって変化することなく、酸化シリコンを成膜し
た場合、成膜速度の変化は５％以内の低下に収まった。
即ち酸素を含む窒化シリコンの２次電子放出は、この組
成の弗化物ガラスよりわずかに小さいと考えられる。こ
の様に弗化物の割合がモル比で７０％以上あれば実用上
問題のないことが分かった。
【００７８】
【発明の効果】本発明によれば、成膜、ドライクリーニ
ングの繰返しによっても成膜特性の変動のないプラズマ
ＣＶＤ装置が得られ、成膜工程の安定化、均質化が図
れ、製造プロセスの安定化がもたらされ、これを用いる
半導体デバイスや薄膜トランジスタを搭載した液晶表示
の信頼性、製造歩留まりの向上に効果がある。
ングの繰返しによっても成膜特性の変動のないプラズマ
ＣＶＤ装置が得られ、成膜工程の安定化、均質化が図
れ、製造プロセスの安定化がもたらされ、これを用いる
半導体デバイスや薄膜トランジスタを搭載した液晶表示
の信頼性、製造歩留まりの向上に効果がある。
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置
の概略図である。
の概略図である。
【図２】プラズマＣＶＤ装置で成膜処理後、ドライクリ
ーニングを繰返した場合の成膜速度変動を示す線図であ
る。
ーニングを繰返した場合の成膜速度変動を示す線図であ
る。
【符号の説明】 １ 真空容器 ２ カソード電極 ３ アノード電極 ４ 弗化物ガラスの被覆 ５ 被処理基板 ６ 反応ガス供給系 ７ 排気系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA13 AA14 AA18 BA24 BA40 FA03 KA14 KA30 KA47 5F045 AA08 AB33 BB03 DP03 EB06 EH04 EH08 EH12
Claims (4)
- 【請求項１】 真空容器内に対向して設けられた一対の
電極間に高周波電力を印加して放電を行い、導入された
ガスを分解して基板上に膜形成を行うプラズマＣＶＤ装
置に於いて、少なくともカソード電極の表面を弗化物ガ
ラスで被覆したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項２】 前記弗化物ガラスの主成分が、弗化バリ
ウム、弗化カルシウムを含み、両成分の混合割合によ
り、電極からの２次放出電子特性を調整し、膜形成しよ
うとする物質の２次放出電子特性と略同等とする請求項
１のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項３】 前記弗化物ガラスの主成分が弗化ジルコ
ニウムであり、弗化ジルコニウムの含有量を調整するこ
とにより、電極からの２次放出電子特性を調整し、膜形
成しようとする物質の２次放出電子特性と略同等とする
請求項１のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項４】 前記弗化物ガラスの主成分が、弗化アル
ミニウム、弗化バリウム、弗化カルシウムを含み、これ
ら成分の混合割合により、電極からの２次放出電子特性
を調整し、膜形成しようとする物質の２次放出電子特性
と略同等とする請求項１のプラズマＣＶＤ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13771099A JP3915959B2 (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | プラズマｃｖｄ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13771099A JP3915959B2 (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | プラズマｃｖｄ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332004A true JP2000332004A (ja) | 2000-11-30 |
| JP3915959B2 JP3915959B2 (ja) | 2007-05-16 |
Family
ID=15205025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13771099A Expired - Lifetime JP3915959B2 (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | プラズマｃｖｄ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3915959B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020041206A (ja) | 2018-09-13 | 2020-03-19 | キオクシア株式会社 | 基板処理装置および半導体装置の製造方法 |
-
1999
- 1999-05-18 JP JP13771099A patent/JP3915959B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3915959B2 (ja) | 2007-05-16 |
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