JP2002110555A

JP2002110555A - プラズマｃｖｄ装置および薄膜の製造方法

Info

Publication number: JP2002110555A
Application number: JP2000296847A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Toyoda; 一行豊田; Yasuo Kunii; 泰夫国井; Masuo Suzuki; 増雄鈴木; Hisayoshi Yamoto; 久良矢元; Hideo Yamanaka; 英雄山中
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Sony Corp
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Sony Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】反応室壁面への水分付着を低減することによ
り、被処理基板に形成される成膜中に混入する酸素濃度
を低減する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置を構成する反応容器
は、気密構造の金属製の外容器３と、外容器３の内側に
設けられて反応室１を内部に形成する誘電体製の内容器
２とから構成される。外容器３と内容器２との間に誘導
結合型プラズマ源４３を設けて反応室を無電極構造とす
る。誘導結合型プラズマ源４３を構成するＲＦコイル２
１は、内容器２上部の外周上にうず巻き状に配設し、内
容器２上部の内周上に環状のプラズマ２７を生成する。

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ＣＶＤ装
置および薄膜の製造方法に係り、特にシリコン基板やガ
ラス基板表面にプラズマを用いて薄膜を形成するプラズ
マＣＶＤ装置および薄膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマＣＶＤ装置で最もよく用
いられているのが図５に示す平行平板型プラズマＣＶＤ
装置である。反応室１は金属（ステンレス、アルミ等）
からなる反応室壁３ａで気密に構成され、反応室１内に
は上電極５０と下電極となるサセプタ２９が対向してし
て設けてある。上電極５０を反応室１内に支持する上電
極５０の上部には、反応性ガス導入口５２が設けてあ
り、矢印で示すように反応性ガスをガスシャワー板５１
から反応室１内に供給できるようになっている。反応室
１内に供給された反応性ガスは、反応室壁３ａに設けた
排気管５４より排気するようになっている。

【０００３】また、上電極５０の上部は、絶縁ブロック
５７で反応室壁３ａと絶縁され、発振器５６が出力する
高周波電力を整合器５５を介して上電極５０に供給でき
るようになっている。下電極となるサセプタ２９の内部
にはヒータ５３が埋設されて、サセプタ２９上に載置さ
れたシリコン基板やガラス基板などの被処理基板２８を
所定温度に加熱できるようになっている。

【０００４】次に本プラズマＣＶＤ装置の動作を説明す
る。図示しない排気ポンプによって排気管５４から反応
室１内部を排気した後、ガス導入口５２から一定流量の
反応性ガスを導入する。反応室１内の圧力が所定の値に
達して安定した後、上電極５０に発振器５６の出力する
高周波電力を整合器５５を介して供給する。この供給に
より、反応室１内にプラズマ２７が生成され、サセプタ
２９に載置された被処理基板２８に薄膜が形成される。

【０００５】図５に示した平行平板型プラズマＣＶＤ装
置は大型基板の成膜に適しているので、例えばＬＣＤ
（Liquid Cristal Display）用の薄膜としてガラス基板
上にアモルファスシリコン膜を形成する際に用いられ
る。アモルファスシリコン膜の形成条件の一例は、４０
ｃｍ×５０ｃｍの大きさのガラス基板の場合、以下の通
りである。

【０００６】モノシラン（ＳｉＨ₄）ガス：１００［ｓｃｃｍ］水素（Ｈ₂）：１００［ｓｃｃｍ］圧力：１３３［Ｐａ］ＲＦ電力：１００［Ｗ］（１３．５６［ＭＨｚ］）電極間隔：３０［ｍｍ］ガラス基板温度：２９０［℃］上記条件で成膜を行うと４００〜５００［オングストロ
ーム／ｍｉｎ］の成膜速度が得られる。

【０００７】図５に示した平行平板型プラズマＣＶＤ装
置でアモルファスシリコンの成膜を行うと膜中にいろい
ろな不純物が混入する。不純物のうち、特に酸素濃度が
高いと膜特性が劣化する。また酸素濃度がばらつくと膜
特性もばらつく。このため酸素の混入を極力押さえ、か
つ所定の基準レベルに保つ必要がある。

【０００８】図６、図７は、図５に示した平行平板型プ
ラズマＣＶＤ装置で形成したアモルファスシリコン膜中
の不純物濃度をＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass
Spectrometer)で測定した結果である。横軸はアモルフ
ァスシリコン膜表面からの深さ［μｍ］、縦軸は各元素
の濃度を１ｃｍ³当たりの原子数［ａｔｏｍｓ］で表し
たものである。

【０００９】図６は３０００オングストロームの膜厚の
アモルファスシリコン膜中のＨ（水素）、Ｏ（酸素）、
Ｎ（窒素）、およびＣ（炭素）の濃度を示している。図
７は図６と異なる成膜条件でアモルファスシリコン膜を
５０００オングストローム形成してＯ（酸素）について
測定した結果である。いずれも膜中の酸素濃度が表面に
近づくにしたがって増加していることがわかる。

【００１０】このことから反応室の金属壁（ステンレ
ス、アルミ等）がプラズマ放電によって次第に暖まり、
反応室の壁面に付着あるいは吸着していた酸素や水分が
離脱して、アモルファスシリコン膜中に取り込まれる酸
素の量が膜の成長とともに次第に増加することがわか
る。

【００１１】ところで、酸素混入の主な原因は、反応室
を開いて内部の清掃等の作業を行う際、反応室壁面や電
極等の各種部材表面に付着した水分が成膜時に離脱し、
プラズマ中で分解して酸素を生じ、この酸素がアモルフ
ァスシリコン膜中に取り込まれるためである。

【００１２】これを抑制するには反応室を開放してメン
テナンス作業した後、反応室を再び排気する際、反応室
壁面や電極等の部材表面に付着した水分を十分な時間を
かけて蒸発させる。このとき反応室壁面や部材表面の温
度を上げると水分の蒸発を早めることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示す平
行平板型プラズマ装置の反応室は、反応室内壁や電極等
の部材がアルミなどの金属で構成されているため、それ
らの表面積が大きく、その表面近傍に付着する水分の量
が多い。このため水分を蒸発させるのに相当の時間がか
かる。したがって、アモルファスシリコン膜中の酸素濃
度を所定の基準値に抑えながら処理しようとする場合
は、反応室の清掃などのメンテナンス開始から再び処理
を開始するまでの時間が長くなり装置の稼働率が悪化す
る。

【００１４】また、プラズマＣＶＤ装置の場合、反応室
壁面や部材表面の温度は成膜時に反応室内に生成される
プラズマによって上昇する。このため、反応室壁面や部
材表面に付着していた水分はそれらの温度上昇で蒸発し
やすくなり、膜中に酸素が取り込まれやすい。

【００１５】本発明の課題は、反応室内の水分付着を低
減することにより、上述した従来技術の問題点を解消し
て、被処理基板に形成される成膜中に混入する酸素濃度
を低減することが可能なプラズマＣＶＤ装置および薄膜
の製造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、気密
構造の外容器と、該外容器の内側に設けられて反応室を
内部に形成する誘電体製の内容器と、前記外容器と前記
内容器との間に設けられ、前記反応室内にプラズマを生
成するプラズマ源とを備え、前記反応室内に生成される
プラズマを用いて被処理基板上に薄膜を形成するプラズ
マＣＶＤ装置である。

【００１７】本発明によれば、外容器の内側に非金属の
内容器を組み込み、容器を二重構造として反応室の内壁
を非金属化したものであり、外容器を気密構造とするこ
とで、内容器の簡素化を図っている。また、プラズマ源
を反応室内にではなく、外容器と内容器との間に設ける
ようにして、反応室内の構造を更に簡素化して反応室内
の表面積を小さくしている。反応室の被処理基板を取り
囲む壁は、誘電体で構成しているので、金属で構成した
場合に比して表面近傍に付着する水分の量が少なくな
り、内容器壁への水分付着を低減できるため、成膜中の
水分放出も少なくなり、膜中に混入する酸素濃度を低減
できる。また、内容器の内部が無電極となり、反応室内
の水分付着を一層低減できるため、膜中に混入する酸素
濃度をより低減できる。

【００１８】ここで用いるプラズマ源としては比較的狭
い空間に設置できるコイル状のアンテナを用いた誘導結
合型や、板状電極の容量結合型が良いが、０．１mTorr
〜数十Torrの広範囲な反応室内圧力で放電できる前者の
誘導結合型が好適である。この他にもスポーク状のアン
テナにＵＨＦ帯やＶＨＦ帯の高周波電力を印加するタイ
プやマイクロ波を用いたＥＣＲ（Electron Cycrotron R
esonance）型、誘導結合型の一種であるヘリコン波型な
ども利用できる。

【００１９】請求項２に記載の発明は、前記プラズマ源
を誘導結合型プラズマ源で構成し、該誘導結合型プラズ
マ源を前記内容器上部の外周上に配置し、前記内容器上
部の内周上に環状のプラズマを生成した請求項１に記載
のプラズマＣＶＤ装置である。

【００２０】誘導結合型プラズマ源を用いたので、高密
度プラズマを広い面積にわたって均一に作ることがで
き、低圧で成膜することにより、より緻密な膜が形成で
きる。

【００２１】請求項３に記載の発明は、薄膜の製造方法
において、気密構造の外容器と、該外容器の内側に設け
られて反応室を内部に形成する誘電体製の内容器と、前
記外容器と前記内容器との間に設けられ、前記反応室内
にプラズマを生成するプラズマ源とを備えたプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて、前記反応室内に生成されるプラズマ
を用いて被処理基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法
である。

【００２２】本発明によれば、外容器の内側に非金属の
内容器を組み込み、容器を二重構造として反応室の内壁
を非金属化したものであり、外容器を気密構造とするこ
とで、内容器の簡素化を図っている。また、プラズマ源
を反応室内にではなく、外容器と内容器との間に設ける
ようにして、反応室内の構造を更に簡素化して反応室内
の表面積を小さくしている。反応室の被処理基板を取り
囲む壁は、誘電体で構成しているので、金属で構成した
場合に比して表面近傍に付着する水分の量が少なくな
り、内容器壁への水分付着を低減できるため、成膜中の
水分放出も少なくなり、膜中に混入する酸素濃度を低減
できる。また、内容器の内部が無電極となり、反応室内
の水分付着を一層低減できるため、膜中に混入する酸素
濃度をより低減できる。

【００２３】請求項４に記載の発明は、前記プラズマ源
を誘導結合型プラズマ源で構成し、該誘導結合型プラズ
マ源を前記内容器上部の外周上に配置し、前記内容器上
部の内周上に環状のプラズマを生成する前記プラズマＣ
ＶＤ装置を用いて薄膜を形成する請求項３に記載の薄膜
の製造方法である。

【００２４】誘導結合型プラズマ源を用いたので、高密
度プラズマを広い面積にわたって均一に作ることがで
き、低圧で成膜することにより、より緻密な膜が形成で
きる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００２６】［第１の実施の形態］図１、図２を用いて
本発明を誘導結合型プラズマＣＶＤ装置に適用した第１
の実施の形態を説明する。図５の従来例と共通の部材に
は同じ番号を付してある。図１はサセプタ上昇時の側面
断面図であり、図２はサセプタ下降時の側面断面図であ
る。被処理基板は矩形のガラス基板とする。反応室の平
断面形状はここでは円形とするが、ガラス基板に合わせ
て矩形としてもよい。

【００２７】本実施の形態の特徴は、外容器３の内部に
内容器としての誘電体製のインナベルジャ２を設けるこ
とにより反応容器を二重壁構造にして、反応容器の内壁
を非金属の誘電体で構成するようにしたものである。以
下詳述する。

【００２８】上部も下部も閉じた円筒形の外容器３は、
アルミやステンレスなどからなる金属製の反応室壁３ａ
で気密に構成される。反応室壁３ａの内側に、上部も下
部も閉じた円筒形をした誘電体製のインナベルジャ２が
組み込まれている。インナベルジャ２は上下に二分割さ
れて、上部が閉じ下部が開口した上インナベルジャ２ａ
と、上部が開口し下部が閉じた下インナベルジャ２ｂと
から構成される。上下インナベルジャ２ａ、２ｂはそれ
ぞれ一体的に構成される。

【００２９】上インナベルジャ２ａは、外容器３と同軸
に配置され、隙間の狭い空間１６を空けて反応室壁３ａ
に固定され、インナベルジャシール１２で全周にわたっ
てシールされている。

【００３０】上インナベルジャ２ａと反応室壁３ａとで
囲まれる空間１６の圧力は空間圧力計１８で測定し、反
応室１側の圧力は反応室圧力計１９で測定する。上イン
ナベルジャ２ａは通常石英製であるため、上インナベル
ジャ２ａと反応室壁３ａとで囲まれる空間１６の圧力
と、反応室１側との圧力差が大きくなると破損してしま
う。そこで図示しない制御系に、それらの圧力を常に入
力して差圧を計算し、差圧が基準値以上になった場合
は、それが小さくなるようにガスの導入や排気を制御す
る機能を持たせている。

【００３１】下インナベルジャ２ｂは、上インナベルジ
ャ２ａと異なり、反応室壁３ａに固定されてはおらず、
ベース板１３上に載りベース板１３とともに上下動する
ようになっている。ベース板１３は、被処理基板２８を
載置するサセプタ２９を支えるサセプタ軸３２に一体的
に連結される。サセプタ軸３２は図示しない駆動系で上
下に昇降できるようになっている。このベース板１３に
前述した下インナベルジャ２ｂが載置されている。この
載置の形態は、下インナベルジャ２ｂをベース板１３上
に単に載せるのではなく、ベース板１３に対して下イン
ナベルジャ２ｂがずれないように適当な手段によって固
定するとよい。

【００３２】サセプタ２９はヒータ４を内蔵し、サセプ
タ２９上の被処理基板２８を例えば６００℃まで加熱で
きるようになっている。サセプタ２９の外周には排気コ
ンダクタンスを絞るために部分的に穴３０ａを空けた石
英リング３０が設けてある。この石英リング３０を設け
たのは、部分的に空けた穴３０ａでガス流速を高めてサ
セプタ２９の裏側からのガスの逆拡散を防ぐためであ
る。

【００３３】反応室壁３ａの側面には被処理基板２８の
搬送用のゲート１７が設けてあり、反応室１と被処理基
板２８の搬送系との気密はゲート弁２０で保持してい
る。また、反応室１への反応性ガスの供給は２つのガス
導入部１５、３４で行う。ガス導入部１５、３４は、例
えば、２本の直状の石英管を外容器３の底部の異なる２
点から反応室１の中心軸と平行に挿入し、ベース板１３
及び下インナベルジャ２ｂを貫き、石英リング３０を通
って反応室１の中央部近くにまで達して構成され、その
ガス導入部先端のガスの吹出し口２６から反応性ガスを
反応室１の中心に向かって吹き出すようになっている。
ガス導入部１５、３４が２つある理由は反応室１へ導入
する前に、２種のガスが反応してしまうのを防ぐためで
ある。反応しないガス同士であれば同一のガス導入部か
ら導入することは可能である。なお、ガス導入部１５、
３４の先端を、被処理基板２８よりも大径なリング状の
石英管と連結し、このリング状石英管の内周に沿って多
数のガス吹出し口を形成し、これらのガス吹出し口から
反応室１の中心軸に向かって反応性ガスを均一に吹き出
すように構成するのが良い。

【００３４】上述したようにガスの供給をリング状の石
英管のノズルから吹出す構造にした場合、例えばアモル
ファスシリコン等の成膜時、ガス吹出しのノズル（吹出
し穴）の数や、ノズル径のバラツキによってガスの吹出
し量にバラツキが生じて、被処理基板に成膜した膜厚に
バラツキが生じることがある。このような時は、サセプ
タを回転しながら成膜すると膜厚のむらを著しく改善で
きる。

【００３５】図１の実施の形態でサセプタ２９を回転す
る場合は、ガス導入口１５、３４をサセプタ２９から遠
ざけて設置し、サセプタ２９と共に回転する石英リング
３０と干渉しないようにし、またウェハピン１４もサセ
プタ２９と干渉しないようにサセプタ２９の下端から抜
けた形に構成する。また、サセプタ軸３２を磁気シール
等で回転可能に気密を保持した状態でベローズ３１下端
から外へ出し、このサセプタ軸３２を図示しない回転機
構部に連結することにより、サセプタを回転することが
できる。

【００３６】上インナベルジャ２ａと反応室壁３ａとで
囲まれる前述した空間１６はメインバルブ９、ターボ分
子ポンプ１０、ドライポンプ１１からなる空間排気系４
１で排気される。インナベルジャ２内に形成された反応
室１は、メインバルブ５、可変コンダクタンスバルブ
６、ターボ分子ポンプ７、ドライポンプ８の反応室排気
系４２で排気される。ベース板１３及び下インナベルジ
ャ２ｂには、これらを共通に貫通する排気口３９が設け
てあり、前述した反応室排気系４２によって、反応室１
内部のガスは排ガスの流れ（点線矢印）３３に示すよう
な経路で外部に排気される。このように反応室１を排気
する反応室排気系４２と、空間１６を排気する空間排気
系４１とを分離独立させることにより、前記空間ないし
反応室外部から反応室１内部へ不純物を含んだガスが流
れ込むことを抑制している。

【００３７】サセプタ軸３２の下端部が出入りする反応
室壁３ａの底部には、サセプタ軸３２を覆うベローズ３
１が設けられ、サセプタ軸３２の直線軸方向の運動をシ
ールして、反応室１内の気密を保持している。また、反
応室壁３ａの底板には、複数本のウェハピン１４がサセ
プタ２９を貫通するように設けてあり、サセプタ２９上
に被処理基板２８を搬送する際、サセプタ２９の表面か
ら出没して被処理基板２８をウェハピン１４上に保持す
る構造となっている。

【００３８】ところで、前記反応室１内にプラズマを生
成するプラズマ源は誘導結合型プラズマ源４３で構成
し、この誘導結合型プラズマ源４３を上インナベルジャ
２ａ上部の外周上に配置し、反応室１の上部の内周上に
環状のプラズマを生成して、被処理基板２８の近傍でプ
ラズマが均一になるようにしている。

【００３９】具体的には、図１に示すように、上インナ
ベルジャ２ａの上部の外周部に位置する反応室壁３ａ部
分に外側に凸となる凸部３ｂを形成して、上インナベル
ジャ２ａと反応室壁３ａとの間の前記部分に環状の空隙
部４４を設ける。凸部３ｂは反応室壁３ａ側に設けるの
で、上インナベルジャ２ａの上部形状は変らず、内部表
面積の増大もない。前記環状の空隙部４４にＩＣＰ（In
ductively Coupled Plasma）放電用のＲＦコイル２１を
うず巻き状に配設する。ＲＦコイル２１の隙間はアルミ
ナ等の絶縁材２３で埋める。反応室壁３ａの凸部３ｂか
ら外部に引き出すＲＦコイル２１の端部は、ＲＦコイル
シール２２で反応室壁３ａと絶縁すると共に気密を保つ
構造とする。

【００４０】外部に引き出したＲＦコイル２１の両端に
は高周波発振器２５の出力する高周波電力を整合器２４
を介して印加できるようになっている。高周波電力の周
波数は通常１３．５６［ＭＨｚ］で良いが、その他の周
波数でも良い。ＲＦコイル２１に高周波電力を印加する
とＲＦ電流によってＲＦコイル２１の温度が上昇して整
合がずれる。そこで安定に高周波電力を印加できるよう
にするために、ＲＦコイル２１を例えばパイプで構成し
て、内部に冷却水を循環するとよい。

【００４１】反応室壁３ａ及びベース板１３には、それ
らの表面を加熱するためのヒータ４と、冷却するための
液体循環路３８とを設けてあり、それらの表面の温度を
常時制御できるようになっている。石英製のインナベル
ジャ壁にはヒータや液体循環路を埋め込めないが、金属
製の外容器には埋め込める。

【００４２】次に本実施の形態の動作を説明する。

【００４３】反応室１と、上インナベルジャ２ａ及び反
応室壁３ａで囲まれる空間１６とのそれぞれを反応室排
気系４２、空間排気系４１で同時に所定の圧力まで排気
する。この際、上インナベルジャ２ａと反応室壁３ａと
で囲まれる空間１６の圧力が反応室１側の圧力よりも低
い方が好ましい。また排気中はヒータ４により反応室壁
３ａ、ベース板１３、サセプタ２９の温度を上げてお
き、各部材表面に付着した水分の蒸発を促進させる。

【００４４】被処理基板２８が処理できる状態となった
ら被処理基板２８を、次のようにサセプタ２９上に搬送
する。被処理基板２８の搬送は、サセプタ２９を図１の
位置から図２に示す位置まで下降させて、ウェハピン１
４がサセプタ２９の上に突き出た状態で行う。サセプタ
２９の下降に伴い下インナベルジャ２ｂは上インナベル
ジャ２ａから離れ、反応室１が開放される。サセプタ２
９が下降して上インナベルジャ２ａと下インナベルジャ
２ｂとが離れた状態では、ＣＶＤ装置の外部から不純物
を含んだガスが反応室１内に拡散してくるため、ガス導
入部１５または３４により反応室１内を窒素でパージし
て水分濃度を下げることが好ましい。これにより反応室
壁面への水分の付着も低減できる。

【００４５】ゲート弁２０を開き、図示しないロボット
室に内蔵された搬送ロボットが被処理基板２８をゲート
１７から反応室１内に挿入し、サセプタ２９の上でロボ
ットアームを下降させて被処理基板２８をウェハピン１
４上に載置する。ロボットアームはそのまま後退し、ゲ
ート弁２０を閉め、サセプタ２９を上昇させる。サセプ
タ２９が所定の位置に上昇すると、図１のように被処理
基板２８はウェハピン１４からサセプタ２９上に移載さ
れる。この状態で被処理基板２８を載置したサセプタ２
９は上インナベルジャ２ａと下インナベルジャ２ｂとで
囲まれた形となり、閉じた反応室１内に収容される。

【００４６】サセプタ２９の収容後、反応性ガスをガス
導入部１６とガス導入部３４から導入する。可変コンダ
クタンスバルブ６と反応室圧力計１９とのクローズドル
ープ制御により反応室１内部の圧力を所定の値に設定す
る。反応室１の圧力が所定の圧力になったらＲＦコイル
２１の両端に高周波発振器２５の出力する高周波電力を
整合器２４を介して印加する。この印加により反応室１
内部にプラズマ２７が発生する。プラズマ２７は内容器
１上部の被処理基板２８と対向する内周上に環状に生成
され、被処理基板２８の近傍で均一になる。

【００４７】ここで、アモルファスシリコン膜を形成す
るときのプロセス条件の一例を、４０ｃｍ×５０ｃｍの
大きさのガラス基板の場合で示せば、以下の通りであ
る。

【００４８】モノシラン（ＳｉＨ₄）ガス：１００［ｓｃｃｍ］水素（Ｈ₂）：１００［ｓｃｃｍ］圧力：１．０［Ｐａ］ＲＦ電力：２０００［Ｗ］［１３．５６ＭＨｚ］電極間隔：３０［ｍｍ］ガラス基板温度：３００［℃］上インナベルジャ２ａの表面温度は成膜中に変化しない
方が良く、そのためには反応室壁３ａの温度を下げる方
向に制御するのが良い。下インナベルジャ２ｂも同様で
ある。

【００４９】図８は本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置
で形成した膜厚３０００［オングストローム］のアモル
ファスシリコン膜中のＨ（水素）、Ｏ（酸素）、Ｃ（炭
素）、Ｎ（窒素）の各濃度についてＳＩＭＳ測定した結
果である。各元素の濃度は成膜中に変化していないこと
がわかる。このことから、反応室壁３ａ内に表面積の小
さい無電極のインナベルジャ２を設けたことにより、水
分の放出が抑制され、膜中に取り込まれる酸素原子の量
が抑制できたことがわかる。また、成膜中に反応室壁面
温度を制御することにより、反応室壁面や部材表面から
の水分放出も低減して膜中の酸素濃度を低減できること
もわかる。

【００５０】上述したように第１の実施の形態によれ
ば、プラズマを用いて薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装
置において、反応室壁とインナベルジャとの間にプラズ
マ源を設置し、インナベルジャの内側にプラズマを生成
し、このプラズマを用いて薄膜を形成するようにしたの
で、反応室内の表面積が小さく、その表面近傍に付着す
る水分の量が少なく、水分を蒸発させるのに時間がかか
らない。したがって、アモルファスシリコン膜中の酸素
濃度を所定の基準値に押さえながら処理する場合、反応
室の清掃などのメンテナンス開始から再び処理を開始す
るまでの時間が短くなり装置の稼働率が向上する。ま
た、インナベルジャの温度は成膜時に反応室内に生成さ
れるプラズマによって上昇するが、インナベルジャ内壁
面に付着している水分はもともと少ないので、それらの
温度上昇で蒸発しても、膜中に酸素が取り込まれ難い。

【００５１】プラズマ生成するためのプラズマ源をイン
ナベルジャ上部の外周上に配置し、インナベルジャ内の
上部に環状のプラズマを生成したので、被処理基板の近
くでプラズマを均一にすることができる。また、プラズ
マ生成用のプラズマ源をＩＣＰとして、反応室内部で無
電極放電を行なわせているので、高密度プラズマを広い
面積にわたって一様に作ることができる。また、低圧で
成膜するので、より緻密な膜が形成できる。

【００５２】インナベルジャ内部と、インナベルジャと
反応室壁間の排気系を分離したので、インナベルジャ外
部からインナベルジャ内部へ不純物を含んだガスの流れ
込みを抑制でき、反応室を清浄に保つことができる。

【００５３】サセプタ下部にサセプタと連動して昇降可
能にベース板を設け、ベース板の上に石英製インナベル
ジャを載置し、被処理基板をサセプタに搬送後、サセプ
タ２９とベース板１３が連動して昇降し、サセプタをイ
ンナベルジャが上下から囲んで挟み込むようにしたの
で、反応室の外部から反応室内部に不純物を含んだガス
が混入し難くなる。

【００５４】インナベルジャ内部とインナベルジャと反
応室外壁との間の空間の圧力を測定し、あらかじめ設定
した値以上の圧力差が生じないようインタロック機構を
設けたので、インナベルジャを破壊から保護することが
できる。

【００５５】反応室壁にヒータ及び冷却用の液体循環路
を設け、室温から３００℃までの範囲で、反応室壁の温
度を所定の温度に設定できるようにしたので、反応室壁
を介して成膜中はインナベルジャ表面の温度を一定にす
るなど、表面温度を最適に制御できる。

【００５６】サセプタ周辺部に排気コンダクタンスを小
さくするような石英リングを設けたので、排ガスの流速
を上げて反応室排気系側からの逆拡散を抑制することが
できる。

【００５７】［第２の実施の形態］ところで、被処理基
板２８上に形成される薄膜の膜厚や膜質均一性は、被処
理基板２８とガス吹出し部２６と生成プラズマ２７の位
置関係で変化する。したがってサセプタ２９の高さを反
応室１内で調整できるようにすると良い。第１の実施の
形態では、駆動系（図示せず）が共通しているうえ、下
インナベルジャ２ｂを載置したベース板１３とサセプタ
２９とが一体となって昇降するため、サセプタ２９の高
さを反応室１内で変化させることはできない。そこで、
ここで説明する第２の実施の形態は、サセプタ２９の高
さを反応室１内で変化できるようにしたものである。

【００５８】図３に示した第２の実施の形態の構造で
は、サセプタ２９を昇降支持するサセプタ軸３２とは別
に、下インナベルジャ２ｂを載置したベース板１３を昇
降支持するベース板軸３５を設ける。ベース板軸３５を
中空にし、その内部にサセプタ軸３２を挿通する。ベー
ス板１３とサセプタ２９を昇降する駆動系（図示せず）
をそれぞれ独立して設け、ベース板駆動系とサセプタ駆
動系とを同時に駆動して、下インナベルジャ２ｂをサセ
プタ２９と共に上昇させて反応室１を閉じる。その後、
ベース駆動系を止めサセプタ駆動系を駆動して、サセプ
タ２９のみを反応室１内の任意の位置まで上昇できるよ
うにしている。ベース板軸３５の下端部が出入りする反
応室壁３ａの底部とベース板軸フランジ３５ａ間には、
ベース板軸３５を覆うベローズ３１が設けられ、さらに
サセプタ軸３２の下端部が出入りするベース板軸３５の
フランジ３５ａとサセプタ軸フランジ３２ａ間には、サ
セプタ軸３２を覆うベローズ３７が設けられ、ベース板
軸３５及びサセプタ軸３２の直線軸方向の運動をそれぞ
れシールして、反応室１内の気密を保持している。

【００５９】反応室１内上部でプラズマ２７は環状に生
成されるため、プラズマ２７の密度は上の方では周辺部
が高くなり下の方では中央部が高くなる。ある高さのと
ころにプラズマ密度が均一になる場所が存在することに
なる。したがって、サセプタ２９を上下に移動可能と
し、この近傍にサセプタ２９を移動させれば、薄膜の膜
厚や膜質が比較的均一な処理ができ、またプラズマダメ
ージを軽減できる。なお、反応性ガスの吹出し口２６の
位置も被処理基板２８の均一性に大きく影響するため、
図示しない駆動系で高さ方向に移動できる構造とするこ
とが好ましい。

【００６０】このように本実施の形態では、サセプタを
上下に移動可能とし、被処理基板に形成した薄膜の膜厚
や膜質の均一性が良くなる位置へ被処理基板を移動して
成膜可能としている。

【００６１】［第３の実施の形態］図４は本発明の第３
の実施の形態を説明するプラズマＣＶＤ装置の側面断面
図である。図４のものは、図１の構造からインナベルジ
ャシール１２と、メインバルブ９、ターボ分子ポンプ１
０、ドライポンプ１１の空間排気系４１とを取り去り、
排気系を反応室排気系４２の１系統としたものである。

【００６２】この構成では、被処理基板２８の搬送時、
下インナベルジャ２ｂが下降し、上インナベルジャ２ａ
と反応室壁３ａとで囲まれる空間１６から不純物を含ん
だガスが反応室１内部に拡散する。これを抑制するため
に、被処理基板２８の搬送時は反応室１内部を窒素でパ
ージする。本構成では上インナベルジャ２ａと反応室壁
３ａとの隙間が狭く排気コンダクタンスが小さいため、
反応室１を大気開放後、大気圧から排気する場合は反応
室１と、上インナベルジャ２ａと反応室壁３ａとで囲ま
れる空間１６との差圧が大きくなる。このため反応室１
の排気はスロー排気が必要である。

【００６３】図４の構成は図１と比較して反応室１への
不純物混入が若干増えるが、装置コストが相当低減でき
るというメリットがある。本構成は図３の構成にも適用
できる。

【００６４】このように本実施の形態では、基板を搬送
する際、インナベルジャの外側から反応室内に不純物を
含んだガスが拡散しないように反応室内部を窒素パージ
しているので、インナベルジャシール、空間排気系を取
り去っても、反応室への不純物混入の増加を抑制するこ
とができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、誘電体製の内容器を外
容器内に設けたことにより反応室壁面への水分付着を低
減できるので、成膜中の水分放出も少なくなり、膜中に
混入する酸素濃度を低減できる。また、プラズマ源を室
外に配置して反応室を無電極構造としたので、成膜後の
膜中への水分吸収をより低減できる。その結果、被処理
基板上に形成される薄膜の膜厚や膜質の均一性を向上で
きる。

【００６６】また、本発明によれば、プラズマ源に誘導
結合型プラズマ源を用いて低圧で成膜するようにしたの
で、より緻密な膜が形成できる。また、反応室内に環状
のプラズマを生成するようにしたので、被処理基板の近
傍でプラズマを均一にすることができる。その結果、被
処理基板上に形成される薄膜の膜厚や膜質の均一性を一
層向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置
（サセプタ上昇時）を説明する側面断面図。

【図２】第１の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置
（サセプタ下降時）を説明する側面断面図。

【図３】第２の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置を
説明する側面断面図。

【図４】第３の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置を
説明する側面断面図。

【図５】従来例によるプラズマＣＶＤ装置を説明する側
面断面図。

【図６】従来例によるプラズマＣＶＤ装置で形成したア
モルファスシリコン膜中の不純物濃度を示す説明図。

【図７】従来例によるプラズマＣＶＤ装置で形成したア
モルファスシリコン膜中の不純物濃度を示す説明図。

【図８】第１の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置で
形成したアモルファスシリコン膜中の不純物濃度を示す
説明図。

【符号の説明】

１反応室２インナベルジャ（内容器）３外容器４３誘導結合型プラズマ源２７プラズマ２８被処理基板４４誘導結合型プラズマ源を収納する環状の空隙部

フロントページの続き (72)発明者国井泰夫東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内 (72)発明者鈴木増雄東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内 (72)発明者矢元久良東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者山中英雄東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA62 BA05 BC04 BD14 CA05 CA48 CA63 EC23 ED08 FB06 4K030 AA06 AA17 BA30 CA04 CA06 FA04 KA08 KA30 5F045 AA08 AB04 AC01 AD06 AD07 AE15 AF07 BB14 DP04 DQ05 EC05 EF04 EF20 EH11 EH17 EJ05 EK09 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密構造の外容器と、該外容器の内側に設けられて反応室を内部に形成する誘
電体製の内容器と、前記外容器と前記内容器との間に設けられ、前記反応室
内にプラズマを生成するプラズマ源とを備え、前記反応
室内に生成されるプラズマを用いて被処理基板上に薄膜
を形成するプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記プラズマ源を誘導結合型プラズマ源で
構成し、該誘導結合型プラズマ源を前記内容器上部の外周上に配
置し、前記内容器上部の内周上に環状のプラズマを生成した請
求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】薄膜の製造方法において、気密構造の外容器と、該外容器の内側に設けられて反応
室を内部に形成する誘電体製の内容器と、前記外容器と
前記内容器との間に設けられ、前記反応室内にプラズマ
を生成するプラズマ源とを備えたプラズマＣＶＤ装置を
用いて、前記反応室内に生成されるプラズマを用いて被
処理基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法。
【請求項４】前記プラズマ源を誘導結合型プラズマ源で
構成し、該誘導結合型プラズマ源を前記内容器上部の外
周上に配置し、前記内容器上部の内周上に環状のプラズ
マを生成する前記プラズマＣＶＤ装置を用いて薄膜を形
成する請求項３に記載の薄膜の製造方法。