JP2003203873A

JP2003203873A - プラズマｃｖｄ装置及びプラズマｃｖｄ方法

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Publication number: JP2003203873A
Application number: JP2002003718A
Authority: JP
Inventors: Koji Satake; 宏次佐竹
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP3546200B2

Abstract

(57)【要約】【課題】薄膜へのイオンダメージを抑制し、膜質の制
御性を向上することができ、高速成膜時においても膜厚
均一性に優れた薄膜を形成することができるプラズマＣ
ＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ方法を提供する。【解決手段】真空容器1と、排気手段3と、基板ホルダ
4と、ホルダ上の基板と向き合って配置された格子状の
高圧電極61,61Aと、高圧電極に整合器8を介して高周波
電力を給電する電源7と、高圧電極に近接して並行な二
段格子電極を構成するように基板と高圧電極との間に配
置され、高圧電極を構成する複数の格子電極棒に１対１
に対応する複数の格子電極棒を有する格子状の接地電極
62と、反応性ガス供給源22と、希釈ガス供給源23と、希
釈第２のガス供給源から真空容器内に希釈ガスを導入す
る希釈ガス導入口91a,64と、この希釈ガス導入口よりも
基板に近いところに開口し、反応性ガスを基板に向けて
供給する反応性ガス導入口63と、高周波電源、第１及び
第２のガス供給源の動作をそれぞれ制御する手段21とを
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜電子デバイ
ス、例えば、薄膜トランジスタ、太陽電池、電子写真感
光体等の製造、開発プロセスに用いられるプラズマＣＶ
Ｄ装置及びプラズマＣＶＤ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いた薄膜形成及び材料加工
プロセスは、薄膜電子デバイス及び新材料製造などに広
く用いられている必要不可欠の技術である。これらのプ
ロセスでは経済性の観点から、より高速なプロセスでか
つ高品質なデバイスの製造方法が望まれている。

【０００３】従来のプラズマＣＶＤ装置は、図１０に示
すように、側壁の排気管２を介して真空ポンプ３により
反応容器１の内部が排気されるようになっており、反応
容器１内には矩形の電極４が設けられている。この電極
４は接地され、その下面に基板１０を保持し、さらに基
板１０を加熱するためのヒータ５を内蔵している。

【０００４】高圧電極６は、接地電極４に対向配置さ
れ、かつ所望の距離の位置に固定され、高周波電源７か
ら整合器８を介して高周波電力が供給されるようになっ
ている。この高圧電極６の表面には複数のガス噴出孔９
が開口し、両電極４，６間に均一にガスが吹き出すよう
になっている。

【０００５】このようなプラズマＣＶＤ装置を用いて製
膜する場合は、反応容器１内の接地電極４に基板１０を
保持し、ヒータ５により所望の温度に加熱する。次に、
反応性ガスを高圧電極６のガス噴出孔９から反応容器１
内に供給する。同時に真空ポンプ３により反応容器１内
のガスを排気管２を通して排気し、反応容器１内を所望
のガス圧力に保持する。最後に、高周波電源７から整合
器８を介して、高圧電極６に高周波電力を供給する。

【０００６】この高周波電力の供給により電極４，６間
に時間的に交番する電界が形成され、この電界により加
速された電子が反応性ガス分子に衝突し、電離作用を引
き起こすことで両電極４，６間にプラズマ１１が形成さ
れる。このプラズマ１１が反応性ガスを分解、活性な分
子を生成し、加熱された基板１０の表面に活性分子が堆
積することで目的の薄膜が形成される。このようなプラ
ズマの生成方式は容量結合型と呼ばれ、接地電極４と高
圧電極６とが電気的に強く結合したものになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置におい
ては、高圧電極６と接地電極４に保持された基板１０の
間にプラズマ本体１１が生成されることになる。通常、
プラズマはそれを囲む境界面に対し、正の電位(境界面
の電位より高い電位)を維持する性質がある。このた
め、プラズマ１１中にある正の電荷を持ったイオンは、
プラズマ１１から境界面に向かう電位勾配により加速さ
れ、基板１０上の成膜表面に高いエネルギーを持って入
射することになる。このとき、膜中に侵入したイオンが
十分大きいエネルギーを有していれば、薄膜を破壊する
などのダメージを与える場合がある。

【０００８】また、プラズマ１１中で原料ガスが分解さ
れる領域は、電子温度が高く、電子密度の大きいプラズ
マシース端であることが多い。プラズマシースはプラズ
マ１１が触れる境界面近傍に形成されるもので、プラズ
マ１１に直接触れる基板１０の近傍にも形成される。従
って、基板１０の近傍では、成膜において膜質に良い影
響をもたらす活性分子のみならず、悪い影響をもたらす
活性分子も生成される可能性がある。

【０００９】例えば、シリコン薄膜を形成する場合、シ
ラン系ガスをプラズマ１１で分解して基板上に膜を堆積
させる際に、活性分子ＳｉＨ₃(シリル)は膜質に良い影
響をもたらすが、その反面、ＳｉＨ₂(シリレン)はその
ものが欠陥の多い膜の原因となる他、非常に反応性が高
いので、連鎖的な反応により分子量の大きい高次の活性
分子を生成し、それが欠陥の多い膜の原因になっている
とも言われている。従って、従来装置のようにプラズマ
１１本体が直接成膜を行う基板１０に接している場合
は、膜質のコントロールが極めて困難となる。

【００１０】さらに、高速に成膜を実施しようとする場
合、例えば高周波電源７のパワーを増大することが行わ
れる。この操作は、プラズマ１１中の電位をより一層高
くし、電子温度も高くなるので前述の２つの弊害、すな
わちイオンによるダメージと膜質を悪くする活性分子の
影響を助長する可能性が高く、高速成膜時において膜質
が極端に劣化するおそれがある。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、薄膜へのイオンダメージを抑制し、かつ
膜質に良い影響をもたらす活性分子と悪い影響をもたら
す活性分子との選択性を向上させ、膜質の制御性を向上
することができ、高速成膜時においても膜厚均一性に優
れた薄膜を形成することができるプラズマＣＶＤ装置及
びプラズマＣＶＤ方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特開２０
００−７３１７４号公報において図１１に示すプラズマ
ＣＶＤ装置及び薄膜電子デバイス製造方法（以下、先願
発明という）を提案している。この先願発明の装置で
は、上述の高圧電極６の代わりに、高周波電力を供給す
る導体棒と接地された導体棒を交互に梯子状に並べた複
数の導体棒からなる梯子型電極５１を設置する。この方
法によれば高周波電力を供給する高圧格子電極５２(黒
丸)と接地格子電極５３(白丸)との間でプラズマ１１を
生成するために、基板１０を載せる接地電極４との電気
的結合を弱めることができる。これによりプラズマ１１
本体は基板１０から離れ、イオンによるダメージの抑制
やプラズマ中の反応性を制御可能となる。本発明者ら
は、さらに鋭意研究した結果、以下の本発明を完成し
た。

【００１３】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空
容器と、この真空容器内を排気する手段と、前記真空容
器内で基板を保持するホルダと、このホルダ上の基板と
向き合って配置された格子状の高圧電極と、この高圧電
極に整合器を介して高周波電力を給電する高周波電源
と、前記高圧電極に近接して並行な二段格子電極を構成
するように前記ホルダ上の基板と前記高圧電極との間に
配置され、前記高圧電極を構成する複数の格子電極棒に
少なくとも１対１に対応するだけの複数の格子電極棒を
有する格子状の接地電極と、反応性ガスを前記真空容器
内に供給する第１のガス供給源と、前記反応性ガスを希
釈する希釈ガスを前記真空容器内に供給する第２のガス
供給源と、前記第２のガス供給源から前記真空容器内に
希釈ガスを導入する希釈ガス導入口と、この希釈ガス導
入口よりも前記ホルダ上の基板に近いところに開口し、
反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて供給する反応
性ガス導入口と、前記高周波電源、前記第１のガス供給
源および前記第２のガス供給源の動作をそれぞれ制御す
る手段と、を具備することを特徴とする。

【００１４】本発明に係るプラズマＣＶＤ方法は、基板
を真空容器内で保持するホルダと、このホルダ上の基板
と向き合って配置された格子状の高圧電極と、この高圧
電極に整合器を介して高周波電力を給電する高周波電源
と、前記高圧電極に近接して並行な二段格子電極を構成
するようにホルダ上の基板と前記高圧電極との間に配置
され、前記高圧電極を構成する複数の格子電極棒に少な
くとも１対１に対応するだけの複数の格子電極棒を有す
る格子状の接地電極と、反応性ガスを前記真空容器内に
供給する第１のガス供給源と、反応性ガスを希釈する希
釈ガスを前記真空容器内に供給する第２のガス供給源
と、前記第２のガス供給源から前記真空容器内に希釈ガ
スを導入する希釈ガス導入口と、この希釈ガス導入口よ
りも前記ホルダ上の基板に近いところに開口し、反応性
ガスを前記ホルダ上の基板に向けて供給する反応性ガス
導入口とを具備するプラズマＣＶＤ装置を用いて、基板
上に薄膜を製膜するプラズマＣＶＤ方法であって、
（ａ）基板をホルダで保持し、真空容器内を排気する工
程と、（ｂ）反応性ガスを前記接地電極のガス噴出孔か
ら吹き出させてホルダ上の基板に向けて通流させるとと
もに、希釈ガスを前記接地電極後方のガス導入口から導
入してホルダ上の基板に向けて通流させ、前記接地電極
からホルダ上の基板までの空間で後方から流れる希釈ガ
スにより前方の反応性ガスを希釈する工程と、（ｃ）高
周波電源から高圧電極に高周波を印加して接地電極の格
子電極棒の相互間に放電プラズマを生成させ、反応性ガ
ス成分の活性種を作用させて基板上に製膜する工程と、
を具備することを特徴とする．本発明においては格子型
高圧電極と格子型接地電極とを特定の相対位置関係に配
置し、接地電極を構成する格子電極棒の相互間に局部的
にプラズマをそれぞれ生成させることにより、イオンダ
メージが大幅に抑制され、膜質の制御性を向上させるこ
とができる。

【００１５】さらに、高圧電極の径を接地電極の径より
も大きくすることにより、径の大きい高圧電極と径の小
さい接地電極との最短距離を結ぶ間にプラズマを生成さ
せること無しに、径の小さい接地電極の相互間のみにプ
ラズマを容易に生成させることができる。

【００１６】ＳｉＨ₄ガスを分解してシリコン薄膜を成
膜する場合、活性分子ＳｉＨ₃(シリル)は膜質に良い影
響をもたらすが、ＳｉＨ₂(シリレン)はそのものが欠陥
の多い膜の原因となる他、非常に反応性が高いので、連
鎖的な反応により分子量の大きい高次の活性分子を生成
し、それが欠陥の多い膜の原因になっているとも言われ
ている。

【００１７】二段格子型電極に高周波を印可して放電プ
ラズマを生成させると、図４に示すようにプラズマ１１
の本体は接地格子電極６２の電極棒相互間であって高圧
格子電極６１のほうに少し偏って生成される。

【００１８】従って、ＳｉＨ₄ガスを接地格子電極６２
の基板側表面から供給すれば、ＳｉＨ₄ガスはプラズマ
１１本体中を完全に通過することを抑制できる。このよ
うにすることで、プラズマ１１本体中に存在する高エネ
ルギの電子によりＳｉＨ₄ガスが分解されることを抑制
でき、膜質に悪い影響をもたらすＳｉＨ₂に生成を抑制
可能となる。この理由は、ＳｉＨ₄ガスが分解してＳｉ
Ｈ₂になるのに必要なエネルギは９．４７ｅＶであり、
これはＳｉＨ₃に必要とされるエネルギ８．７５ｅＶに
比べて大きいからである。

【００１９】一方、Ｈ₂ガスは、図５に示すようにプラ
ズマ１１本体中を通過することで、効率的に水素原子に
解離される。この解離した水素原子ＨとＳｉＨ₄ガスと
の反応によりＳｉＨ₃を生成する反応速度は大きく、さ
らにＳｉＨ₂に対するＳｉＨ₃の選択比を向上することが
でき、良質な膜をつくることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。

【００２１】図１に示すように、矩形状の反応容器１
は、側壁に真空ポンプ３に連通する排気管２を有する。
矩形の電極４は反応容器１内に設けられ、ヒータ５を内
蔵している。電極４は、その下面に基板１０を吸着又は
クランプ保持し、基板１０を所定温度域に加熱するもの
である。電極４は接地されている。

【００２２】次に、図１中で該反応容器１内には本発明
による二段格子型電極６１，６２を、電極４に対向し、
かつ所望の距離の位置に設置する。このとき、径の大き
い梯子型電極６１には高周波電源７から整合器８を介し
て高周波電力が供給される。一方、径の小さい格子型電
極６２は接地されている。

【００２３】図２に示すように、ガス供給電極６１，６
２は、ガス溜りとしてのヘッダ６５を介して各ガス供給
源２２，２３にそれぞれ連通している。ガス供給源２
２，２３より供給されたガスは、ヘッダ６５に一時滞留
することによりほぼ均等な圧力に調整され、複数のガス
供給孔６３，６４から吹き出されるようになっている。

【００２４】この二段格子型電極について図４を用いて
詳述する。まず、径の大きい方の高圧電極６１と径の小
さい接地電極６２の距離ｄ₁は、次の数値を目安に決め
られる。すなわち、高周波プラズマ中の電子の振幅Ａは
次式で表される。

【００２５】

【数１】

【００２６】但し、Ｅは電界強度、μは電子の移動度、
ｍ_ｅは電子の質量、ｅは電子の電荷量、ω＝２πｆは高
周波電力の角周波数をそれぞれ表す。

【００２７】このとき、距離ｄ₁は振幅Ａの２倍よりも
小さくする（ｄ₁＜２Ａ）。この理由は、上記の条件下
ではプラズマ中の電子が容易に導体棒に到達することに
より、結果的にプラズマの生成を抑制できるからであ
る。これに併せて、径の小さい接地側電極６２の間隔ｄ
₂をプラズマシース長の２〜３倍の程度とする。なお、
プラズマシース長は高周波の周波数、ガス圧力、電力の
大きさに依存して増減する。プラズマ解析の結果から、
例えば周波数６０ＭＨｚ、ガス圧力３Torr、電力１０Ｗ
の場合に、プラズマシース長は約２ｍｍとなる。従っ
て、間隔ｄ₂は４〜６ｍｍに設定される。

【００２８】梯子型高圧電極６１の背後には、シャワー
プレート９１を備えた中空部があり、この中空部に反応
性ガスを導入し、シャワープレート９１に設けた多数の
噴出口９１ａから均一にガスが噴出するようにしてあ
る。

【００２９】（第１の実施形態）次に、図１〜図６を参
照して第１の実施形態について説明する。

【００３０】図３は本発明の有効性を確認するためにコ
ンピュータグラフィックスを用いてプラズマ生成中の装
置内部における電子密度分布を調べた結果を示す数値シ
ミュレーション図である。図４は図３の二段格子型電極
の部分を拡大した図である。

【００３１】上述の相対位置関係に格子型電極を二段に
配置すると、径の大きい高圧電極６１と径の小さい接地
電極６２の最短距離を結ぶ間にプラズマを生成すること
無しに、図４に示すように、径の小さい接地電極６２の
相互間のみにプラズマ１１を生成させることができる。

【００３２】このような二段格子型電極とすることで、
高圧電極６１と基板１０を保持する接地電極４との電気
的結合は弱くなり、基板１０上の成膜面が直接プラズマ
１１の本体に曝されることを避けることが可能となる。

【００３３】また、格子型高圧電極６１と格子型接地電
極６２との間にプラズマを挟み込むようにすると、プラ
ズマ本体と基板１０との距離が大きくなってしまい、成
膜速度が低下するとともに膜厚均一性も劣化するおそれ
がある。このような不都合が生じることを回避するため
に、径の小さい格子型接地電極６２の相互間にプラズマ
１１を引き出すような配置としている。

【００３４】次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を
用いて基板の上にシリコン膜を製膜する場合について説
明する。

【００３５】反応容器１内の接地電極４に基板１０を保
持し、ヒータ５により所望の温度に加熱する。梯子型高
圧電極６１の背後には、シャワープレート９１を備えた
中空部があり、この中空部に反応性ガスを導入し、該シ
ャワープレート９１に設けた多数の噴出口から均一にガ
スが噴出するようにしてある。同時に真空ポンプ３によ
り反応容器１内のガスを排気管２を通して排気し、反応
容器１内を所望のガス圧力に保持する。最後に、高周波
電源７から整合器８を介して、格子型高圧電極６１に高
周波電力を供給する。この高周波電力の供給により格子
型高圧電極６１と格子型接地電極６２との間に時間的に
交番する電界が形成され、この電界により加速された電
子が反応性ガス分子に衝突し、電離作用を引き起こすこ
とでプラズマ１１が形成される。このプラズマ１１が反
応性ガスを分解、活性な分子を生成し、活性分子が基板
１０の表面に輸送され、加熱された基板１０の表面に活
性分子が堆積することで目的の薄膜が形成される。

【００３６】周波数６０ＭＨｚの高周波電力を二段梯子
型電極６０のうち、径の大きい格子型電極６１に給電
し、生成されたプラズマ中の電子密度の空間分布を示し
ている。電子密度は径の小さい梯子型電極の間で最も大
きく、上述の狙い通りのプラズマ生成が可能であること
を示している。これらの図から明らかなように、格子型
電極間のプラズマ本体から基板に向かうに従って、電子
温度、電位ともに急激に減少することを確認した。従っ
て、基板前面にプラズマシースによる急勾配の電位分布
が形成されることがなく、イオンダメージは大幅に抑制
される。また、格子型電極と基板間では電子密度、電子
温度ともにかなり低下しているので、活性な分子の生成
量は小さい。このため、例えば、シリコン薄膜の場合、
良質な膜をもたらすＳｉＨ₃(シリル)のみを選択的に基
板上に輸送することができる。

【００３７】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
としてＳｉＨ₄及びＨ₂ガスを用いてシリコン系薄膜を成
膜する場合について図５及び図６を参照して説明する。
なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説
明は省略する。

【００３８】図５は、Ｈ₂ガスを高圧格子電極６１背面
からシャワープレート９１を通して供給し、ＳｉＨ₄ガ
スは接地格子電極６２中を通し、電極の基板側表面に複
数のガス噴出口６３をあけて、そこから供給する方式で
ある。

【００３９】図６は、Ｈ₂ガスを高圧格子電極６２中を
通し、電極の基盤側表面に複数のガス噴出孔６４を形成
し、そこから供給し、ＳｉＨ₄ガスは図６と同様の方法
で供給する方式である。

【００４０】次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を
用いて基板の上にシリコン膜を製膜する場合について説
明する。

【００４１】先に述べたように、ＳｉＨ₄ガスを分解し
てシリコン薄膜を成膜する場合、活性分子ＳｉＨ₃(シリ
ル)は膜質に良い影響をもたらすが、ＳｉＨ₂(シリレン)
はそのものが欠陥の多い膜の原因となる他、非常に反応
性が高いので、連鎖的な反応により分子量の大きい高次
の活性分子を生成し、それが欠陥の多い膜の原因になっ
ているとも言われている。

【００４２】本実施形態の二段格子型電極においては、
プラズマ１１本体は接地格子電極６２の相互間のやや高
圧格子電極６１Ａに偏った箇所に生成される。従って、
ＳｉＨ₄ガスを接地格子電極６２の基板側表面から供給
すれば、ＳｉＨ₄ガスはプラズマ１１本体中を完全に通
過することを抑制できる。このようにすることによりプ
ラズマ１１本体中に存在する高エネルギの電子によりＳ
ｉＨ₄ガスが分解されることを抑制でき、膜質に悪い影
響をもたらすＳｉＨ₂に生成を抑制可能となる。この理
由は、ＳｉＨ₄ガスが分解してＳｉＨ₂になるのに必要な
エネルギは９．４７ｅＶでＳｉＨ₃の必要なエネルギ
８．７５ｅＶに比べて大きいからである。

【００４３】一方、図６よりＨ₂ガスはプラズマ１１本
体中を通過することで、効率的に水素原子に分解され
る。この水素原子ＨとＳｉＨ₄ガスとの反応によりＳｉ
Ｈ₃を生成する反応速度は大きく、さらにＳｉＨ₂に対す
るＳｉＨ₃の選択比を向上することができ、良質な膜を
作ることができる。

【００４４】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
としてＳｉＨ₄及びＨ₂ガスを用いてシリコン系薄膜を成
膜する場合について図７及び図８を参照して説明する。
なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説
明は省略する。

【００４５】図７に示すように、プラズマＣＶＤ装置の
基板側の電極４は整合器８１を介して高周波電源７１に
接続されている。電源７１から電極４に高周波電力を供
給すると、その周波数に応じて基板の表面電位が時間的
に変動する。二段格子型電極６１，６２により生成され
たプラズマ１１中のイオンはプラズマの空間電位と基板
の表面電位との間で時間的に変動する電位差により加速
され、基板表面に入射するようになっている。

【００４６】図８の（ａ）は、横軸にイオンエネルギ
（ｅＶ）をとり、電極４に給電する高周波電力の周波数
を１３．５６ＭＨｚとしたときの基板に入射するＳｉＨ
₃ ^＋とＨ^＋のイオンエネルギ分布を示す特性線図であ
る。図８の（ｂ）は、横軸にイオンエネルギ（ｅＶ）を
とり、電極４に給電する高周波電力の周波数を７０ＭＨ
ｚとしたときの基板に入射するＳｉＨ₃ ^＋とＨ^＋のイオ
ンエネルギ分布を示す特性線図である。各図中にて実線
Ａ１，Ａ２はＳｉＨ₃ ^＋のエネルギ分布を示し、破線Ｂ
１，Ｂ２はＨ^＋のエネルギ分布を示す。なお、各図の縦
軸は規格化された度数を表わしたものであり、任意の単
位（無単位）である。図８の（ａ）（ｂ）から明らかな
ように、低い周波数（１３．５６ＭＨｚ）ではエネルギ
分布は広く、高い周波数（７０ＭＨｚ）ではエネルギ分
布が狭くなる。このことから周波数を変えることにより
入射エネルギを制御することができることが判明した。
イオンエネルギが高すぎる場合、例えば結晶系シリコン
を製膜する場合では約２０ｅＶを超える場合、膜中の結
晶格子を破壊して膜質を劣化させる可能性が高いので、
高周波電力によりイオンエネルギを制御することが可能
となる。

【００４７】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
としてＳｉＨ₄及びＨ₂ガスを用いてシリコン系薄膜を成
膜する場合について図９を参照して説明する。なお、本
実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略
する。

【００４８】二段格子電極の径の小さいほうの電極６２
に電圧可変の直流電源７２を接続している。

【００４９】本実施形態によれば、格子電極６２に対し
てバイアス電圧を印加することにより、格子型電極６２
の相互間に生成されるプラズマ１１の一部が基板１０側
への拡散を制御することができる。通常、電極６２は接
地してゼロ電位（０Ｖ）としているが、これを負の電位
にバイアスすることで、プラズマ１１は隣り合う格子電
極６２間に閉じ込められる効果が増大し、格子電極６２
と基板１０との間には電子温度の低い低温プラズマが生
成される。

【００５０】このようにすることにより、格子電極６２
と基板１０との間に存在するプラズマによるガス分解を
さらに低電子エネルギでの反応を優位にすることができ
る。

【００５１】シリコン系薄膜を製膜する場合を例にあげ
ると、ＳｉＨ₄ガスが分解してＳｉＨ₃になるのに必要な
エネルギは８．７５ｅＶであるのに対して、ＳｉＨ₂は
９．４７ｅＶものエネルギが必要になるので、膜質を劣
化させるＳｉＨ₂は生成を抑制し、ＳｉＨ₃を選択的に生
成することができる。

【００５２】従って、本実施例による格子型電極６２に
おける直流電圧制御はプラズマ中の反応制御に有効であ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、２段格子電極によるプ
ラズマ生成法の特長を活用し、反応性ガスの供給箇所を
２箇所とすることで、プラズマＣＶＤ中の反応を制御可
能とし、結果として膜質の向上に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を
模式的に示すブロック断面図。

【図２】ガス管電極へのガス供給機構を示す図。

【図３】コンピュータグラフィックスを用いてプラズマ
生成中の装置内部における電子密度分布を調べた結果を
示す数値シミュレーション図。

【図４】図５の二段格子型電極の部分を拡大した図。

【図５】二段格子型電極の周辺領域におけるガスの流れ
を模式的に示す図。

【図６】他の二段格子型電極の周辺領域におけるガスの
流れを模式的に示す図。

【図７】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装
置を模式的に示すブロック断面図。

【図８】（ａ）は周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を用
いて生成されるプラズマから基板に入射するＳｉＨ₃イ
オンおよびＨイオンのエネルギ分布図、（ｂ）は周波数
７０ＭＨｚの高周波を用いて生成されるプラズマから基
板に入射するＳｉＨ₃イオンおよびＨイオンのエネルギ
分布図。

【図９】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装
置を模式的に示すブロック断面図。

【図１０】従来の装置を模式的に示すブロック断面図。

【図１１】先願発明の装置を模式的に示すブロック断面
図。

【符号の説明】

１…反応容器、２…排気管、３…真空ポンプ、４…上部電極（基板側電極）、５…ヒータ、６…下部電極（格子電極）、７…高周波電源、８…整合器、９…ガス噴出孔、１０…基板、１１…プラズマ２１…制御器、２２…第１のガス供給源（Ｈ₂）、２３…第２のガス供給源（ＳｉＨ₄）、５１…梯子型電極、５２…高圧格子電極、５３…接地格子電極、６０，６０Ａ…二段格子型電極、６１…高圧電極（丸棒）、６１Ａ…高圧電極（ガス管）、６２…接地電極（ガス管）、６３，６４…ガス噴出孔、６８…電子密度等高線、７１…高周波電源、７２…直流電源、８１…整合器、９１…シャワープレート、９１ａ…ガス噴出口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 16/509 Ｃ２３Ｃ 16/509 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA62 BC04 BD14 CA47 CA57 EC21 4K030 AA06 AA17 BA29 EA06 FA03 KA15 KA20 KA41 5F045 AA08 AB04 AC01 BB09 BB16 CA13 CA15 DP05 EB02 EE13 EE20 EF03 EF05 EF08 EF20 EH04 EH06 EH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、この真空容器内を排気する手段と、前記真空容器内で基板を保持するホルダと、このホルダ上の基板と向き合って配置された格子状の高
圧電極と、この高圧電極に整合器を介して高周波電力を給電する高
周波電源と、前記高圧電極に近接して並行な二段格子電極を構成する
ように前記ホルダ上の基板と前記高圧電極との間に配置
され、前記高圧電極を構成する複数の格子電極棒に少な
くとも１対１に対応するだけの複数の格子電極棒を有す
る格子状の接地電極と、反応性ガスを前記真空容器内に供給する第１のガス供給
源と、前記反応性ガスを希釈する希釈ガスを前記真空容器内に
供給する第２のガス供給源と、前記第２のガス供給源から前記真空容器内に希釈ガスを
導入する希釈ガス導入口と、この希釈ガス導入口よりも前記ホルダ上の基板に近いと
ころに開口し、反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向け
て供給する反応性ガス導入口と、前記高周波電源、前記第１のガス供給源および前記第２
のガス供給源の動作をそれぞれ制御する手段と、を具備
することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記反応性ガス導入口は、前記接地電極
の基板側前面と前記高圧電極の背後背面、または、前記
接地電極の基板側前面と前記高圧電極の基板側前面のう
ち少なくとも二箇所に設けられていることを特徴とする
請求項１記載の装置。
【請求項３】前記接地電極は、第１のガス供給源に連
通する内部流路を有し、かつ前記第２のガス供給源から
真空容器内への希釈ガスの導入口よりも前記ホルダ上の
基板に近いところに開口し、前記内部通路を通流した反
応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて吹き出させるた
めの前記反応性ガス導入口としての複数のガス噴出孔を
有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】前記希釈ガス導入口は前記高圧電極の背
面側にて複数箇所で開口しており、希釈ガスは前記高圧
電極を通過して前記接地電極の背面側から回り込み、前
記ガス噴出孔から吹き出す反応性ガスと合流して基板に
向かうことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】前記高圧電極は前記第２のガス供給源に
連通して希釈ガスが通流する内部流路を有し、該内部流
路が前記高圧電極の外周の複数箇所で開口する第２のガ
ス噴出孔として前記希釈ガス導入口が形成されており、
希釈ガスは前記接地電極の背面側から回り込み、前記反
応性ガス導入口から導入される反応性ガスと合流してホ
ルダ上の基板に向かうことを特徴とする請求項１記載の
装置。
【請求項６】前記接地電極を構成する格子電極棒の外
径は、前記高圧電極を構成する格子電極棒の外径より小
さいことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】前記制御手段は、前記高周波電源から前
記高圧電極に給電する高周波の周波数を制御することに
より、プラズマ中の空間電位と基板の表面電位との間の
電位差を時間的に変動させ、基板に入射するイオンエネ
ルギーを制御することを特徴とする請求項１記載の装
置。
【請求項８】さらに、前記接地電極にバイアスをかけ
る直流電源を有することを特徴とする請求項１記載の方
法。
【請求項９】基板を真空容器内で保持するホルダと、
このホルダ上の基板と向き合って配置された格子状の高
圧電極と、この高圧電極に整合器を介して高周波電力を
給電する高周波電源と、前記高圧電極に近接して並行な
二段格子電極を構成するようにホルダ上の基板と前記高
圧電極との間に配置され、前記高圧電極を構成する複数
の格子電極棒に少なくとも１対１に対応するだけの複数
の格子電極棒を有する格子状の接地電極と、反応性ガス
を前記真空容器内に供給する第１のガス供給源と、反応
性ガスを希釈する希釈ガスを前記真空容器内に供給する
第２のガス供給源と、前記第２のガス供給源から前記真
空容器内に希釈ガスを導入する希釈ガス導入口と、この
希釈ガス導入口よりも前記ホルダ上の基板に近いところ
に開口し、反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて供
給する反応性ガス導入口とを具備するプラズマＣＶＤ装
置を用いて、基板上に薄膜を製膜するプラズマＣＶＤ方
法であって、（ａ）基板をホルダで保持し、真空容器内を排気する工
程と、（ｂ）反応性ガスを前記接地電極のガス噴出孔から吹き
出させてホルダ上の基板に向けて通流させるとともに、
希釈ガスを前記接地電極後方のガス導入口から導入して
ホルダ上の基板に向けて通流させ、前記接地電極からホ
ルダ上の基板までの空間で後方から流れる希釈ガスによ
り前方の反応性ガスを希釈する工程と、（ｃ）高周波電源から高圧電極に高周波を印加して接地
電極の格子電極棒の相互間に放電プラズマを生成させ、
反応性ガス成分の活性種を作用させて基板上に製膜する
工程と、を具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ方
法。
【請求項１０】前記工程（ｂ）では、前記接地電極の
基板側前面と前記高圧電極の背後背面、または、前記接
地電極の基板側前面と前記高圧電極の基板側前面のうち
少なくとも二箇所から反応性ガスを供給することを特徴
とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】前記工程（ｃ）では、前記高周波電源
から前記高圧電極に給電する高周波の周波数を制御する
ことにより、プラズマ中の空間電位と基板の表面電位と
の間の電位差を時間的に変動させ、基板に入射するイオ
ンエネルギーを制御することを特徴とする請求項９記載
の方法。
【請求項１２】前記工程（ｃ）では、さらに直流電源
により前記接地電極にバイアスを印加することを特徴と
する請求項９記載の方法。