JP2004165591A - 薄膜形成装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の且つ膜厚均一性良好な薄膜を形成する。
【解決手段】排気装置３により排気減圧可能の真空容器１内へガス供給装置２から供給される膜形成用ガスに電力印加装置４から電力を印加して該ガスをプラズマ下し、該プラズマのもとで容器１内に配置した物品Ｓ上に薄膜を形成する。ガス供給装置３は物品Ｓの膜形成対象面に対向するガス噴出用面部２１０を有するガス噴出用部材２１を有しており、電力印加装置４は容器１内に設置された電力印加用電極４１を有しており、ガス噴出用部材２１はそのガス噴出用面部２１０に分散形成された複数のガス噴出孔２１０ａ、２１０ｂを有しており、電極４１は物品Ｓとこれに対向するガス噴出用面部２１０間の空間ＳＰに対し該空間周囲領域から対向するように設置されている。
【選択図】 図１
【解決手段】排気装置３により排気減圧可能の真空容器１内へガス供給装置２から供給される膜形成用ガスに電力印加装置４から電力を印加して該ガスをプラズマ下し、該プラズマのもとで容器１内に配置した物品Ｓ上に薄膜を形成する。ガス供給装置３は物品Ｓの膜形成対象面に対向するガス噴出用面部２１０を有するガス噴出用部材２１を有しており、電力印加装置４は容器１内に設置された電力印加用電極４１を有しており、ガス噴出用部材２１はそのガス噴出用面部２１０に分散形成された複数のガス噴出孔２１０ａ、２１０ｂを有しており、電極４１は物品Ｓとこれに対向するガス噴出用面部２１０間の空間ＳＰに対し該空間周囲領域から対向するように設置されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被膜形成物品上に薄膜を形成する装置及び方法に関する。さらに言えば、例えば、表示装置における各画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスター）提供のための結晶性シリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の薄膜や、太陽電池等に用いられるシリコン系薄膜等の薄膜を基板上に形成することに利用できる薄膜形成装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被膜形成物品上に薄膜を形成する方法としてプラズマＣＶＤ法が広く知られており、該プラズマＣＶＤ法を実施する装置として容量結合型の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置が広く知られている。
【０００３】
プラズマＣＶＤ装置は、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置（通常、高周波電力印加装置）から電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成するものである。
【０００４】
平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場合、電源に接続された平板型の電力印加用電極と被膜形成物品を支持する平板型の対向電極（通常接地電極）が真空容器内に配置され、これら両電極間に導入される膜形成用ガスが両電極間に投入される電力によりプラズマ化され、該プラズマのもとで物品上に薄膜が形成される。
【０００５】
かかる平行平板型プラズマＣＶＤ装置の中には、例えば特開平６−２９１０５４号公報に開示されているように、被膜形成物品における膜形成対象面の面積が大きい場合でも該面全体にわたりできるだけ均一な膜を形成できるように、物品を支持しない方の電力印加用電極を多数のガス噴出孔を分散形成したプレート状の電極としたものもある。
【０００６】
また、特開平１−２１６５２３号公報は、平行平板型プラズマＣＶＤ装置により高品質の非晶質の半導体膜を形成するために、膜堆積を行う基板又はその近傍に、プラズマ分解により生じた電子及びイオン粒子のどちらにも運動エネルギーを与えることが可能な周波数の交流電界または周期パルス電界を印加することを開示している。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２９１０５４号公報
【特許文献２】特開平１−２１６５２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場合、高速で膜形成するにはプラズマ密度を高める必要がある。プラズマ密度を高める方法としては、ガスプラズマ化のための印加電力を大きくすることが挙げられる。
【０００９】
しかし、印加電力を大きくすると、プラズマ電位の増大を引き起こすことになり、プラズマ電位が高くなると、プラズマ中の荷電粒子が高速で被膜形成物品面に衝突し、形成される膜と物品との界面に欠陥が生じ、膜特性が劣化する。
【００１０】
このように膜形成速度と膜品質の向上とを両立させることは困難である。
【００１１】
前記特開平１−２１６５２３号公報はこのような問題を解決しようとするものであるが、実用には至っていない。
【００１２】
また、真空容器内でプラズマを維持するには、真空容器内のガス圧はある程度高くしなければならない。しかし、ガス圧が高いとガスのプラズマ化が十分進まず、分解されないガスが残ることになり、プラズマ密度を十分に高めることが困難である。プラズマ密度が十分でないと良質の膜を形成することができない。この問題を解決しようとして、ガスプラズマ化のための印加電力を大きくすると、前記のような問題が発生する。
【００１３】
そこで本発明は、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置から電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、プラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成できる薄膜形成装置及び該装置を用いてプラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成する薄膜形成方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者はかかる課題を解決するため研究を重ねたところ、ガス供給装置として、被膜形成物品の膜形成対象面に対向する、複数のガス噴出孔を分散形成したガス噴出用面部を有するガス噴出用部材を採用し、さらに特に、電力印加装置として、被膜形成物品とこれに対向する前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部間の空間を囲む周囲領域から該空間に対向するように設置した電力印加用電極を採用し、この電極に電源から電力を投入すれば、該空間におけるガス圧を低くしても、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置のように投入電力を著しく大きくしないでプラズマを維持でき、すなわち、プラズマ電位が高くなることを抑制して高密度プラズマを生成することができ、これらにより高速で良質な薄膜を形成できることを見いだした。
【００１５】
本発明はかかる知見に基づき、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置から電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、前記ガス供給装置は前記真空容器内に配置される被膜形成物品の膜形成対象面に対向するガス噴出用面部を有するガス噴出用部材を有しており、前記電力印加装置は前記真空容器内に設置された電力印加用電極を有しており、前記ガス噴出用部材はそのガス噴出用面部に分散形成された複数のガス噴出孔を有しており、前記電力印加用電極は前記被膜形成物品（前記真空容器内に配置される被膜形成物品）とこれに対向する前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部間の空間を囲む周囲領域に設置されていることを特徴とする薄膜形成装置及び該装置を利用する薄膜形成方法を提供するものである。
なお、被膜形成物品は、例えば、前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部に対向するように前記真空容器に付設された支持部材に配置すればよい。
【００１６】
本発明の薄膜形成方法では、前記空間における膜形成時のガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａに維持して膜形成できる。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下本発明の実施の態様を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明に係る薄膜形成装置（プラズマＣＶＤ装置）の１例の構成を概略的に示す図である。
【００１９】
図１に示す薄膜形成装置は、真空容器１を備えている。真空容器１にはガス供給装置２、排気装置３及び電力印加装置４並びに被膜形成物品を支持する支持部材５が付設されている。
【００２０】
ガス供給装置２は、図示の例では、真空容器１内の上部空間に設置されたガス噴出用部材２１と、これに膜形成用ガスを供給するガス供給部２２を含んでいる。
【００２１】
ガス供給部２２は図示を省略した複数の膜形成用ガス源、該ガス源からのガス供給量を調整する流量調整弁、該ガス源からのガス供給の許可及び断絶を行う開閉弁等を含んでおり、図示の例では２系統のガス導入管２３、２４を用いてガス噴出用部材２１へガスを供給できるようになっている。
【００２２】
支持部材５は、図示の例では真空容器１内の部材２１下方のスペースに配置されており、膜形成時には所定の空間ＳＰをおいてガス噴出用部材２１に対向できる。支持部材５はヒータ５１を内蔵しており、被膜形成物品（ここではＴＦＴ等形成用の基板）Ｓの着脱のために往復駆動装置（本例ではピストンシリンダ装置）５２により昇降でき、上昇により、リング状部材５３に気密に当接できる。リング状部材５３は真空容器１の内周壁に気密に取り付けられている。支持部材５は真空容器等を介して接地されている。
【００２３】
ガス噴出用部材２１はガス噴出用面部２１０含む部材２１１と該部材２１１をガス噴出用面部とは反対側から気密に覆うカバー部材２１２とを有しており、全体は、それには限定されないが、ここではプレート状のものである。
【００２４】
ガス噴出用面部２１０は支持部材５上に載置される基板Ｓの膜形成対象面にそれと平行状に対向する。ガス噴出用面部２１０は多数の分散形成されたガス噴出孔２１０ａを有しており、これら孔２１０ａは部材２１１内に形成したガス分散用空間部２１１Ｓに連通している。部材２１１にはガス案内管２１１ａが接続されており、空間部２１１Ｓはこのガス案内管２１１ａを介して前記一方のガス導入管２３に連通している。
【００２５】
また、ガス噴出用面部２１０は多数の分散形成されたガス噴出孔２１０ｂも有しており、これら孔２１０ｂは部材２１１を貫通して前記カバー部材２１２に覆われた空間部２１２Ｓに連通しており、該空間部においてそこに配置されたガス分散用パイプ２１３に連通している。該パイプ２１３はカバー部材２１２に接続された中空のガス案内部材２１２’に接続されており、該ガス案内部材２１２’内に挿入されたガス案内管２１２ａを介して前記他方のガス導入管２４に連通している。パイプ２１３は平面から見ると図２に示すようにカバー部材２１２で覆われた空間部２１２Ｓの４隅に向けてガスを放出できるように配置されている。
【００２６】
前記ガス案内管２１１ａはガス案内部材２１２’を貫通している。ガス案内部材２１２’は真空容器１の天井壁を貫通しており、且つ、これに気密に接続されている。ガス噴出用部材２１は、その周縁部に隣り合う領域に排気のための空間部を略均一配置で残すようにして真空容器１内に架設されている。さらに説明すると、図１に示す例では、真空容器１の側周壁の内面とガス噴出用部材２１におけるガス噴出用面部２１０を有する部材２１１の側周面との間に部材２１を架設支持するための支持部材２００が渡し設けられている。この構造によりガス噴出用部材２１の周縁部に隣り合う領域に排気のための空間部が略均一配置で残されている。支持部材２００には複数の排気孔２０１が略等間隔に形成されている。
【００２７】
真空容器１にはガス噴出用部材２１の周縁部に隣り合う領域から排気を行うための排気路３１が付設されており、該排気路３１は排気装置３に接続されている。排気は前記の支持部材２００における複数の排気孔２０１及びガス噴出用部材２１の周囲空間を介して排気路３１から排気装置３へと行われる。
なお、支持部材２００に代えて例えばガス噴出用部材２１から放射状に突設される部材等を採用してもよい。この場合、かかる放射状突設部材等の隙間を排気に利用することができる。
【００２８】
排気装置３はガス噴出用部材２１と膜形成位置に配置された基板Ｓ間の空間ＳＰを１０-2Ｐａ〜１０Ｐａのガス圧まで排気減圧できるターボ分子ポンプを含むものである。ターボ分子ポンプを用いることで空間ＳＰのガス圧を、必要に応じ、１０-2Ｐａ程度までも低圧にすることができる。なお、排気装置はターボ分子ポンプを利用したものに限定されない。十分な減圧を行えるものであればよい。
【００２９】
電力印加装置４は、本例では図２に示すように４枚の電力印加用電極４１とそのそれぞれに接続された高周波電源４２とを含んでいる。各電極４１は平面から見ると、図２に示すように板体を山形に折り曲げた形態の電極であり、前記空間ＳＰを囲むように全体として平面視（平面から見て）四角形状に配置されている。各電極４１は絶縁性部材を介して真空容器１内面にそれから若干離した状態で取り付けられている。高周波電源４２は対応する電極４１に所定周波数の高周波電力を同期印加することができる。なお、電力印加用電極は電極４１のようなものであれ、後述するような他のタイプのものであれ、真空容器１の内面に絶縁性部材を介して設けることができる。
【００３０】
高周波電源４２は、それには限定されないが、周波数が高いもの、例えば６０ＭＨｚとかのように高いものの方がプラズマ電位を下げるためには望ましい。
【００３１】
次に、以上説明した薄膜形成装置による薄膜形成方法について説明する。
【００３２】
先ず支持部材５を下降させ、これに被膜形成基板Ｓを載置し、支持部材５を基板Ｓとともに膜形成位置へ上昇させ、支持部材５の周辺部を真空容器内に架設されたリング状部材５３に気密に当接させる。基板Ｓは必要に応じヒータ５１で所定膜形成温度に加熱する。
【００３３】
次いで真空容器１内を排気装置３で排気して減圧し、ガス供給装置２によりガス噴出用部材２１と基板Ｓ間の空間ＳＰに所定の膜形成用ガスを導入する。
【００３４】
各高周波電源４２から対応する電力印加用電極４１へ高周波電力を印加し、導入したガスをプラズマ化し、この間、空間ＳＰのガス圧を排気装置３により１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度の範囲に維持する。かくして、基板Ｓ上に薄膜が形成される。空間ＳＰのガス圧は形成する膜種等によっては１０-2Ｐａ〜数Ｐａ程度でもよい場合もある。
【００３５】
この膜形成においては、膜形成用ガスがガス噴出部材２１から基板Ｓに全体的に供給されるので、それだけ膜厚均一に膜形成できる。また、空間ＳＰのガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度に低くして膜形成できるので、それだけ均一な膜厚の膜を形成しやすい。
【００３６】
また、この薄膜形成においては、ガスプラズマ化のための電力が従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場合と同様の大きさのものであるとすれば、従来よりプラズマ電位が低く抑制される。
【００３７】
このようにプラズマ電位が高くなることが抑制される状態で、高密度プラズマのもとで膜形成されるので、高速で良質の薄膜を形成することができる。
【００３８】
空間ＳＰのガス圧を低くできるので、それだけ膜中への不純物の混入を抑制できるという点でも良質の膜形成が可能である。
【００３９】
以上説明した薄膜形成装置においては、ガス噴出用部材２１のガス噴出用面部２１０におけるガス噴出孔２１０ａ、２１０ｂの数（分布密度）及び各孔の開口面積は面部２１０の全体にわたり略均一であるが、かかるガス噴出孔の分布密度又は（及び）孔開口面積は、形成しようとする膜種や用いるガス種等に応じてガス噴出用面部２１０における周辺領域から中央領域に向けてガス噴出量が増加又は減少するように定めてもよい。これによりガス濃度に傾斜をつけることで、膜厚均一性がさらに向上することがある。ガス噴出量がガス噴出用面部２１０における周辺領域から中央領域に向けての増加又は減少は、連続的な増加又は減少でも、段階的な増加又は減少でも、或いはこれらの組み合わせでもよい。
【００４０】
例えば、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスを用いてシリコン膜を形成するときには、ガス噴出量がガス噴出用面部における中央領域から周辺領域に向けて減少している方が、換言すれば、ガス噴出用面部における周辺領域から中央領域に向けて増加している方が一層膜厚均一性はよくなる。
【００４１】
また、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び酸素（Ｏ2 ）ガスを用いて酸化シリコン膜を形成するときには、ガス噴出量がガス噴出面部における中央領域から周辺領域に向けて増加している方が、換言すれば、ガス噴出面部における周辺領域から中央領域に向けて減少している方が一層膜厚均一性はよくなる。
【００４２】
シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用いて窒化シリコン膜を形成するときは、ガス噴出量がガス噴出面部における中央領域から周辺領域に向けて増加している方が、換言すれば、ガス噴出面部における周辺領域から中央領域に向けて減少している方が一層膜厚均一性はよくなる。
【００４３】
前記薄膜形成装置においては、複数種の膜形成用ガスを複数系統のガス導入管を用いて導入できるが、支障なければ、一系統のガス導入管（図１の例では管２３又は２４）を用いて導入してもよい。予め混合した状態で供給しても差し支えないガスについては、そうしてもよい。
【００４４】
例えば、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスを用いてシリコン膜を形成するときや、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用いて窒化シリコン膜を形成するときには、これらガスは別々に供給しても、混合して供給してもよい。 シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び酸素（Ｏ2 ）ガスを用いて酸化シリコン膜を形成するときには、これらを予め混合すると酸化シリコンのパーティクルが形成されやすいので、別々に供給する方が好ましい。
【００４５】
これらシリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の形成においては基板Ｓを２００℃〜４００℃程度に加熱すれば、円滑に膜形成できる。
【００４６】
前記空間ＳＰのガス圧については、これら膜のうちシリコン膜形成においては１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度、より好ましくは０．２Ｐａ〜２Ｐａ程度、酸化シリコン膜形成においては１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度、より好ましくは１Ｐａ〜１０Ｐａ程度、窒化シリコン膜形成においては１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度、より好ましくは１Ｐａ〜１０Ｐａ程度を例示できる。
【００４７】
前記薄膜形成装置においては２種類のガスを導入するようにしているが、形成しようとする膜種に応じて３種類以上のガスを導入できるようにしてもよい。
【００４８】
前記薄膜形成装置においては、電力印加用電極として４枚の電極４１を採用したが、高周波を導入する電極はこれに限定されるものではない。
【００４９】
電力印加用電極は１枚もの（筒状の１枚もの）でもよいし、前記のように複数に分割されたものでもよい。分割されたものの場合、前記空間ＳＰを全て又は略全て取り囲むように配置されてもよいし、空間ＳＰに部分的に対向するように配置されてもよい。
【００５０】
また、電力印加用電極が複数に分割されている場合において、前記のように複数の高周波電源を採用する場合、プラズマ種によっては前記空間ＳＰの中央部と周辺部でプラズマ密度が変わる場合があるので、そのような場合に備えて、高周波電源としてパルス変調高周波電力を印加できるものを採用して均一なプラズマを得るようにしてもよい。かかるパルス変調の周波数として１ＫＨｚ〜３００ＫＨｚ程度を例示できる。
【００５１】
次に図１に示すタイプの薄膜形成装置を用いて膜形成した実験例を比較実験例とともに説明する。いずれの実験においても、プレート状のガス噴出用部材２１としてサイズ７００ｍｍ×８４０ｍｍのものを用い、接地電極を兼ねる支持部材５はサイズ６５０ｍｍ×７８０ｍｍのものを用いた。部材２１と膜形成位置の被膜形成物品との距離は略１５０ｍｍとした。但し、複数種類のガスの導入については実験に応じて予め混合して１系統の導入管から導入した場合と、図１に示すように２系統の導入管から別々に導入した場合とがある。
【００５２】
【００５３】
実験例１の２（シリコン膜の形成）
部材２１のガス噴出孔分布密度を中央部０．１個／ｃｍ2 とし、周辺部へ向かって次第に減少させ、周辺部では０．０７個／ｃｍ2 とした以外は実験例１の１と同様にしてシリコン膜を形成した。
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
実験例２の３（シリコン酸化膜の形成）
部材２１のガス噴出孔分布密度をＳｉＨ4 噴出孔、Ｏ2 噴出孔のいずれもについても中央部は０．０５個／ｃｍ2 とし、周辺部へ向かって次第に増加させ、周辺部では０．１個／ｃｍ2 とした。その他の点は実験例２の２と同様にしてシリコン酸化膜を形成した。
【００５９】
【００６０】
実験例３の２（シリコン窒化膜の形成）
部材２１のガス噴出孔分布密度を中央部０．０５個／ｃｍ2 とし、周辺部へ向かって次第に増加させ、周辺部では０．１個／ｃｍ2 とした以外は実験例３の１同様にしてシリコン窒化膜を形成した。
【００６１】
【００６２】
実験例１の１と比較実験例１のシリコン膜をラマン分光分析装置で評価した。比較実験例１のシリコン膜は４８０ｃｍ-1付近にブロードなピークが出てアモルフアスであることがわかったのに対し、実験例１の１のシリコン膜は４８０ｃｍ-1付近にブロードなピークがあるものの、５２０ｃｍ-1付近に結晶化を示すピークが確認された。比較実験例１の膜はアモルフアス膜であるのに対して、実験例１の１では結晶性シリコン膜が得られていることがわかる。
【００６３】
実験例２の１と比較実験例２のシリコン酸化膜上にアルミニゥム（Ａｌ）を蒸着し、ＭＯＳ構造にしてＣ−Ｖ特性及びＩ−Ｖ特性を評価した。比較実験例２のシリコン酸化膜はフラットバンド電圧が−３．２Ｖ、界面準位密度が１×１０12／ｃｍ2 ｅＶ、絶縁破壊電圧が６．７ＭＶ／ｃｍであったのに対し、実験例２の１のシリコン酸化膜ではフラットバンド電圧が−０．２Ｖ、界面準位密度が５×１０11／ｃｍ2 ｅＶ、絶縁破壊電圧が８．１ＭＶ／ｃｍであった。実験例２の１の膜の方が低欠陥高品質膜であることが確認された。
【００６４】
実験例３の１と比較実験例３のシリコン窒化膜上にアルミニゥム（Ａｌ）を蒸着し、ＭＯＳ構造にしてＣ−Ｖ特性を評価した。比較実験例３の膜はフラットバンド電圧が−４．１Ｖであったのに対し、実験例３の１の膜ではフラットバンド電圧が−１．０Ｖであった。実験例３の１の膜の方が低欠陥高品質膜であることが確認された。
【００６５】
実験例１の１、実験例２の１、実験例２の２及び実験例３の１では部材２１のガス噴出用面部２１０におけるガス噴出孔の分布密度及び孔開口面積を一様なものとしたが、前記実験例１の２、実験例２の３、実験例３の２のように、孔開口面積は一定としたままであるがガス噴出孔の分布密度を、シリコン膜の形成においてはガス噴出用面部２１０における中央領域から周辺領域に向けて減少させ、酸化シリコン膜の形成においてはガス噴出用面部における中央領域から周辺領域に向けて増加させ、窒化シリコン膜の形成においてはガス噴出用面部における中央領域から周辺領域に向けて増加させ、その他の条件は実験例１の１、実験例２の２、実験例３の１と同様にして膜形成してみたが、膜厚均一性良好な各膜が形成された。
【００６６】
実験例１の１のシリコン膜及び実験例１の２のシリコン膜の膜厚均一性を評価したところ、図３に示す結果を得た。図３において横軸は被膜形成ガラス基板（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）の中心から一つの基板コーナー方向への距離を示しており、縦軸は最大膜厚を１００としたときの相対膜厚を示している。ガス噴出孔分布密度が全体に均一である実験例１の１では基板中心から２５０ｍｍ程度までは略均一であるが、そこから基板周辺部に行くにしたがい膜厚が大きくなり全体の膜厚均一性は±９．８％であった。一方、ガス噴出孔の分布密度を変化させた実験例１の２では、全体にわたって膜厚は略均一であり、膜厚均一性は±３．８％と向上している。このように、シリコン膜形成ではガス供給量を被膜形成基板の中心から端に行くにしたがい減少させることで膜厚均一性を向上させ得ることが分かる。なお、実験例１の２では、ガス供給量の増減をガス噴出口の数（分布密度）で調整したが、ガス噴出孔の分付密度に代えて、或いはガス噴出孔の分付密度と共にガス噴出孔の開口面積の調整により行ってもよい。
【００６７】
また、実験例２の２のシリコン酸化膜及び実験例２の３のシリコン酸化膜の膜厚均一性を評価したところ、図４に示す結果を得た。図４において横軸は被膜形成ガラス基板（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）の中心から一つの基板コーナー方向への距離を示しており、縦軸は最大膜厚を１００としたときの相対膜厚を示している。ガス噴出孔分布密度が全体に均一である実験例２の２では基板中心から基板周辺部に行くにしたがい膜厚が小さくなり全体の膜厚均一性は±１６．０％であった。一方、ガス噴出孔の分布密度を変化させた実験例２の３では、全体にわたって膜厚は略均一であり、膜厚均一性は±３．９％と向上している。このように、シリコン酸化膜形成ではガス供給量を被膜形成基板の中心から端に行くにしたがい増加させることで膜厚均一性を向上させ得ることが分かる。なお、実験例２の３では、ガス供給量の増減をガス噴出口の数（分布密度）で調整したが、ガス噴出孔の分付密度に代えて、或いはガス噴出孔の分付密度と共にガス噴出孔の開口面積の調整により行ってもよい。
【００６８】
実験例３の１と３の２のシリコン窒化膜についても膜厚分布はシリコン酸化膜と同様の傾向を示し、ガス供給量を被膜形成基板の中心から端に行くにしたがい増加させることで膜厚均一性を向上させることができた。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置から電力を印加して該ガスをプラズマ下し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、プラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成できる薄膜形成装置及び該装置を用いてプラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成する薄膜形成方法を提供することができる。
また本発明によると、かかる薄膜形成装置及び薄膜形成方法であって、膜厚均一性良好な薄膜を形成できる装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の１例の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す装置におけるガス分散用パイプ及び電力印加用電極の配置状態を平面から見た図である。
【図３】実験例１の１と実験例１の２のシリコン膜の膜厚均一性の評価結果を示す図である。
【図４】実験例２の２と実験例２の３のシリコン酸化膜の膜厚均一性の評価結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ ガス供給装置
２１ ガス噴出用部材
２２ ガス供給部
２３、２４ ガス導入管
２１０ ガス噴出用面部
２１１ 面部２１０を含む部材
２１２ カバー部材
２１０ａ、２１０ｂ ガス噴出孔
２１１Ｓ 部材２１１内のガス分散用空間部
２１２Ｓ カバー部材２１２に覆われた空間部
２１１ａ、２１２ａ ガス案内管
２１２’ ガス案内部材
２１３ ガス分散用パイプ
３ 排気装置
３１ 排気路
４ 電力印加装置
４１ 電力印加用電極
４２ 高周波電源
５ 支持部材
５１ ヒータ
５２ ピストンシリンダ装置
５３ リング状部材
ＳＰ プラズマを形成する空間
Ｓ 被膜形成基板（被膜形成物品の１例）
【発明の属する技術分野】
本発明は被膜形成物品上に薄膜を形成する装置及び方法に関する。さらに言えば、例えば、表示装置における各画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスター）提供のための結晶性シリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の薄膜や、太陽電池等に用いられるシリコン系薄膜等の薄膜を基板上に形成することに利用できる薄膜形成装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被膜形成物品上に薄膜を形成する方法としてプラズマＣＶＤ法が広く知られており、該プラズマＣＶＤ法を実施する装置として容量結合型の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置が広く知られている。
【０００３】
プラズマＣＶＤ装置は、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置（通常、高周波電力印加装置）から電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成するものである。
【０００４】
平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場合、電源に接続された平板型の電力印加用電極と被膜形成物品を支持する平板型の対向電極（通常接地電極）が真空容器内に配置され、これら両電極間に導入される膜形成用ガスが両電極間に投入される電力によりプラズマ化され、該プラズマのもとで物品上に薄膜が形成される。
【０００５】
かかる平行平板型プラズマＣＶＤ装置の中には、例えば特開平６−２９１０５４号公報に開示されているように、被膜形成物品における膜形成対象面の面積が大きい場合でも該面全体にわたりできるだけ均一な膜を形成できるように、物品を支持しない方の電力印加用電極を多数のガス噴出孔を分散形成したプレート状の電極としたものもある。
【０００６】
また、特開平１−２１６５２３号公報は、平行平板型プラズマＣＶＤ装置により高品質の非晶質の半導体膜を形成するために、膜堆積を行う基板又はその近傍に、プラズマ分解により生じた電子及びイオン粒子のどちらにも運動エネルギーを与えることが可能な周波数の交流電界または周期パルス電界を印加することを開示している。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２９１０５４号公報
【特許文献２】特開平１−２１６５２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場合、高速で膜形成するにはプラズマ密度を高める必要がある。プラズマ密度を高める方法としては、ガスプラズマ化のための印加電力を大きくすることが挙げられる。
【０００９】
しかし、印加電力を大きくすると、プラズマ電位の増大を引き起こすことになり、プラズマ電位が高くなると、プラズマ中の荷電粒子が高速で被膜形成物品面に衝突し、形成される膜と物品との界面に欠陥が生じ、膜特性が劣化する。
【００１０】
このように膜形成速度と膜品質の向上とを両立させることは困難である。
【００１１】
前記特開平１−２１６５２３号公報はこのような問題を解決しようとするものであるが、実用には至っていない。
【００１２】
また、真空容器内でプラズマを維持するには、真空容器内のガス圧はある程度高くしなければならない。しかし、ガス圧が高いとガスのプラズマ化が十分進まず、分解されないガスが残ることになり、プラズマ密度を十分に高めることが困難である。プラズマ密度が十分でないと良質の膜を形成することができない。この問題を解決しようとして、ガスプラズマ化のための印加電力を大きくすると、前記のような問題が発生する。
【００１３】
そこで本発明は、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置から電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、プラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成できる薄膜形成装置及び該装置を用いてプラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成する薄膜形成方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者はかかる課題を解決するため研究を重ねたところ、ガス供給装置として、被膜形成物品の膜形成対象面に対向する、複数のガス噴出孔を分散形成したガス噴出用面部を有するガス噴出用部材を採用し、さらに特に、電力印加装置として、被膜形成物品とこれに対向する前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部間の空間を囲む周囲領域から該空間に対向するように設置した電力印加用電極を採用し、この電極に電源から電力を投入すれば、該空間におけるガス圧を低くしても、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置のように投入電力を著しく大きくしないでプラズマを維持でき、すなわち、プラズマ電位が高くなることを抑制して高密度プラズマを生成することができ、これらにより高速で良質な薄膜を形成できることを見いだした。
【００１５】
本発明はかかる知見に基づき、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置から電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、前記ガス供給装置は前記真空容器内に配置される被膜形成物品の膜形成対象面に対向するガス噴出用面部を有するガス噴出用部材を有しており、前記電力印加装置は前記真空容器内に設置された電力印加用電極を有しており、前記ガス噴出用部材はそのガス噴出用面部に分散形成された複数のガス噴出孔を有しており、前記電力印加用電極は前記被膜形成物品（前記真空容器内に配置される被膜形成物品）とこれに対向する前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部間の空間を囲む周囲領域に設置されていることを特徴とする薄膜形成装置及び該装置を利用する薄膜形成方法を提供するものである。
なお、被膜形成物品は、例えば、前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部に対向するように前記真空容器に付設された支持部材に配置すればよい。
【００１６】
本発明の薄膜形成方法では、前記空間における膜形成時のガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａに維持して膜形成できる。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下本発明の実施の態様を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明に係る薄膜形成装置（プラズマＣＶＤ装置）の１例の構成を概略的に示す図である。
【００１９】
図１に示す薄膜形成装置は、真空容器１を備えている。真空容器１にはガス供給装置２、排気装置３及び電力印加装置４並びに被膜形成物品を支持する支持部材５が付設されている。
【００２０】
ガス供給装置２は、図示の例では、真空容器１内の上部空間に設置されたガス噴出用部材２１と、これに膜形成用ガスを供給するガス供給部２２を含んでいる。
【００２１】
ガス供給部２２は図示を省略した複数の膜形成用ガス源、該ガス源からのガス供給量を調整する流量調整弁、該ガス源からのガス供給の許可及び断絶を行う開閉弁等を含んでおり、図示の例では２系統のガス導入管２３、２４を用いてガス噴出用部材２１へガスを供給できるようになっている。
【００２２】
支持部材５は、図示の例では真空容器１内の部材２１下方のスペースに配置されており、膜形成時には所定の空間ＳＰをおいてガス噴出用部材２１に対向できる。支持部材５はヒータ５１を内蔵しており、被膜形成物品（ここではＴＦＴ等形成用の基板）Ｓの着脱のために往復駆動装置（本例ではピストンシリンダ装置）５２により昇降でき、上昇により、リング状部材５３に気密に当接できる。リング状部材５３は真空容器１の内周壁に気密に取り付けられている。支持部材５は真空容器等を介して接地されている。
【００２３】
ガス噴出用部材２１はガス噴出用面部２１０含む部材２１１と該部材２１１をガス噴出用面部とは反対側から気密に覆うカバー部材２１２とを有しており、全体は、それには限定されないが、ここではプレート状のものである。
【００２４】
ガス噴出用面部２１０は支持部材５上に載置される基板Ｓの膜形成対象面にそれと平行状に対向する。ガス噴出用面部２１０は多数の分散形成されたガス噴出孔２１０ａを有しており、これら孔２１０ａは部材２１１内に形成したガス分散用空間部２１１Ｓに連通している。部材２１１にはガス案内管２１１ａが接続されており、空間部２１１Ｓはこのガス案内管２１１ａを介して前記一方のガス導入管２３に連通している。
【００２５】
また、ガス噴出用面部２１０は多数の分散形成されたガス噴出孔２１０ｂも有しており、これら孔２１０ｂは部材２１１を貫通して前記カバー部材２１２に覆われた空間部２１２Ｓに連通しており、該空間部においてそこに配置されたガス分散用パイプ２１３に連通している。該パイプ２１３はカバー部材２１２に接続された中空のガス案内部材２１２’に接続されており、該ガス案内部材２１２’内に挿入されたガス案内管２１２ａを介して前記他方のガス導入管２４に連通している。パイプ２１３は平面から見ると図２に示すようにカバー部材２１２で覆われた空間部２１２Ｓの４隅に向けてガスを放出できるように配置されている。
【００２６】
前記ガス案内管２１１ａはガス案内部材２１２’を貫通している。ガス案内部材２１２’は真空容器１の天井壁を貫通しており、且つ、これに気密に接続されている。ガス噴出用部材２１は、その周縁部に隣り合う領域に排気のための空間部を略均一配置で残すようにして真空容器１内に架設されている。さらに説明すると、図１に示す例では、真空容器１の側周壁の内面とガス噴出用部材２１におけるガス噴出用面部２１０を有する部材２１１の側周面との間に部材２１を架設支持するための支持部材２００が渡し設けられている。この構造によりガス噴出用部材２１の周縁部に隣り合う領域に排気のための空間部が略均一配置で残されている。支持部材２００には複数の排気孔２０１が略等間隔に形成されている。
【００２７】
真空容器１にはガス噴出用部材２１の周縁部に隣り合う領域から排気を行うための排気路３１が付設されており、該排気路３１は排気装置３に接続されている。排気は前記の支持部材２００における複数の排気孔２０１及びガス噴出用部材２１の周囲空間を介して排気路３１から排気装置３へと行われる。
なお、支持部材２００に代えて例えばガス噴出用部材２１から放射状に突設される部材等を採用してもよい。この場合、かかる放射状突設部材等の隙間を排気に利用することができる。
【００２８】
排気装置３はガス噴出用部材２１と膜形成位置に配置された基板Ｓ間の空間ＳＰを１０-2Ｐａ〜１０Ｐａのガス圧まで排気減圧できるターボ分子ポンプを含むものである。ターボ分子ポンプを用いることで空間ＳＰのガス圧を、必要に応じ、１０-2Ｐａ程度までも低圧にすることができる。なお、排気装置はターボ分子ポンプを利用したものに限定されない。十分な減圧を行えるものであればよい。
【００２９】
電力印加装置４は、本例では図２に示すように４枚の電力印加用電極４１とそのそれぞれに接続された高周波電源４２とを含んでいる。各電極４１は平面から見ると、図２に示すように板体を山形に折り曲げた形態の電極であり、前記空間ＳＰを囲むように全体として平面視（平面から見て）四角形状に配置されている。各電極４１は絶縁性部材を介して真空容器１内面にそれから若干離した状態で取り付けられている。高周波電源４２は対応する電極４１に所定周波数の高周波電力を同期印加することができる。なお、電力印加用電極は電極４１のようなものであれ、後述するような他のタイプのものであれ、真空容器１の内面に絶縁性部材を介して設けることができる。
【００３０】
高周波電源４２は、それには限定されないが、周波数が高いもの、例えば６０ＭＨｚとかのように高いものの方がプラズマ電位を下げるためには望ましい。
【００３１】
次に、以上説明した薄膜形成装置による薄膜形成方法について説明する。
【００３２】
先ず支持部材５を下降させ、これに被膜形成基板Ｓを載置し、支持部材５を基板Ｓとともに膜形成位置へ上昇させ、支持部材５の周辺部を真空容器内に架設されたリング状部材５３に気密に当接させる。基板Ｓは必要に応じヒータ５１で所定膜形成温度に加熱する。
【００３３】
次いで真空容器１内を排気装置３で排気して減圧し、ガス供給装置２によりガス噴出用部材２１と基板Ｓ間の空間ＳＰに所定の膜形成用ガスを導入する。
【００３４】
各高周波電源４２から対応する電力印加用電極４１へ高周波電力を印加し、導入したガスをプラズマ化し、この間、空間ＳＰのガス圧を排気装置３により１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度の範囲に維持する。かくして、基板Ｓ上に薄膜が形成される。空間ＳＰのガス圧は形成する膜種等によっては１０-2Ｐａ〜数Ｐａ程度でもよい場合もある。
【００３５】
この膜形成においては、膜形成用ガスがガス噴出部材２１から基板Ｓに全体的に供給されるので、それだけ膜厚均一に膜形成できる。また、空間ＳＰのガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度に低くして膜形成できるので、それだけ均一な膜厚の膜を形成しやすい。
【００３６】
また、この薄膜形成においては、ガスプラズマ化のための電力が従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場合と同様の大きさのものであるとすれば、従来よりプラズマ電位が低く抑制される。
【００３７】
このようにプラズマ電位が高くなることが抑制される状態で、高密度プラズマのもとで膜形成されるので、高速で良質の薄膜を形成することができる。
【００３８】
空間ＳＰのガス圧を低くできるので、それだけ膜中への不純物の混入を抑制できるという点でも良質の膜形成が可能である。
【００３９】
以上説明した薄膜形成装置においては、ガス噴出用部材２１のガス噴出用面部２１０におけるガス噴出孔２１０ａ、２１０ｂの数（分布密度）及び各孔の開口面積は面部２１０の全体にわたり略均一であるが、かかるガス噴出孔の分布密度又は（及び）孔開口面積は、形成しようとする膜種や用いるガス種等に応じてガス噴出用面部２１０における周辺領域から中央領域に向けてガス噴出量が増加又は減少するように定めてもよい。これによりガス濃度に傾斜をつけることで、膜厚均一性がさらに向上することがある。ガス噴出量がガス噴出用面部２１０における周辺領域から中央領域に向けての増加又は減少は、連続的な増加又は減少でも、段階的な増加又は減少でも、或いはこれらの組み合わせでもよい。
【００４０】
例えば、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスを用いてシリコン膜を形成するときには、ガス噴出量がガス噴出用面部における中央領域から周辺領域に向けて減少している方が、換言すれば、ガス噴出用面部における周辺領域から中央領域に向けて増加している方が一層膜厚均一性はよくなる。
【００４１】
また、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び酸素（Ｏ2 ）ガスを用いて酸化シリコン膜を形成するときには、ガス噴出量がガス噴出面部における中央領域から周辺領域に向けて増加している方が、換言すれば、ガス噴出面部における周辺領域から中央領域に向けて減少している方が一層膜厚均一性はよくなる。
【００４２】
シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用いて窒化シリコン膜を形成するときは、ガス噴出量がガス噴出面部における中央領域から周辺領域に向けて増加している方が、換言すれば、ガス噴出面部における周辺領域から中央領域に向けて減少している方が一層膜厚均一性はよくなる。
【００４３】
前記薄膜形成装置においては、複数種の膜形成用ガスを複数系統のガス導入管を用いて導入できるが、支障なければ、一系統のガス導入管（図１の例では管２３又は２４）を用いて導入してもよい。予め混合した状態で供給しても差し支えないガスについては、そうしてもよい。
【００４４】
例えば、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスを用いてシリコン膜を形成するときや、シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用いて窒化シリコン膜を形成するときには、これらガスは別々に供給しても、混合して供給してもよい。 シラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び酸素（Ｏ2 ）ガスを用いて酸化シリコン膜を形成するときには、これらを予め混合すると酸化シリコンのパーティクルが形成されやすいので、別々に供給する方が好ましい。
【００４５】
これらシリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の形成においては基板Ｓを２００℃〜４００℃程度に加熱すれば、円滑に膜形成できる。
【００４６】
前記空間ＳＰのガス圧については、これら膜のうちシリコン膜形成においては１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度、より好ましくは０．２Ｐａ〜２Ｐａ程度、酸化シリコン膜形成においては１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度、より好ましくは１Ｐａ〜１０Ｐａ程度、窒化シリコン膜形成においては１０-2Ｐａ〜１０Ｐａ程度、より好ましくは１Ｐａ〜１０Ｐａ程度を例示できる。
【００４７】
前記薄膜形成装置においては２種類のガスを導入するようにしているが、形成しようとする膜種に応じて３種類以上のガスを導入できるようにしてもよい。
【００４８】
前記薄膜形成装置においては、電力印加用電極として４枚の電極４１を採用したが、高周波を導入する電極はこれに限定されるものではない。
【００４９】
電力印加用電極は１枚もの（筒状の１枚もの）でもよいし、前記のように複数に分割されたものでもよい。分割されたものの場合、前記空間ＳＰを全て又は略全て取り囲むように配置されてもよいし、空間ＳＰに部分的に対向するように配置されてもよい。
【００５０】
また、電力印加用電極が複数に分割されている場合において、前記のように複数の高周波電源を採用する場合、プラズマ種によっては前記空間ＳＰの中央部と周辺部でプラズマ密度が変わる場合があるので、そのような場合に備えて、高周波電源としてパルス変調高周波電力を印加できるものを採用して均一なプラズマを得るようにしてもよい。かかるパルス変調の周波数として１ＫＨｚ〜３００ＫＨｚ程度を例示できる。
【００５１】
次に図１に示すタイプの薄膜形成装置を用いて膜形成した実験例を比較実験例とともに説明する。いずれの実験においても、プレート状のガス噴出用部材２１としてサイズ７００ｍｍ×８４０ｍｍのものを用い、接地電極を兼ねる支持部材５はサイズ６５０ｍｍ×７８０ｍｍのものを用いた。部材２１と膜形成位置の被膜形成物品との距離は略１５０ｍｍとした。但し、複数種類のガスの導入については実験に応じて予め混合して１系統の導入管から導入した場合と、図１に示すように２系統の導入管から別々に導入した場合とがある。
【００５２】
実験例１の２（シリコン膜の形成）
部材２１のガス噴出孔分布密度を中央部０．１個／ｃｍ2 とし、周辺部へ向かって次第に減少させ、周辺部では０．０７個／ｃｍ2 とした以外は実験例１の１と同様にしてシリコン膜を形成した。
【００５４】
実験例２の３（シリコン酸化膜の形成）
部材２１のガス噴出孔分布密度をＳｉＨ4 噴出孔、Ｏ2 噴出孔のいずれもについても中央部は０．０５個／ｃｍ2 とし、周辺部へ向かって次第に増加させ、周辺部では０．１個／ｃｍ2 とした。その他の点は実験例２の２と同様にしてシリコン酸化膜を形成した。
【００５９】
実験例３の２（シリコン窒化膜の形成）
部材２１のガス噴出孔分布密度を中央部０．０５個／ｃｍ2 とし、周辺部へ向かって次第に増加させ、周辺部では０．１個／ｃｍ2 とした以外は実験例３の１同様にしてシリコン窒化膜を形成した。
【００６１】
実験例１の１と比較実験例１のシリコン膜をラマン分光分析装置で評価した。比較実験例１のシリコン膜は４８０ｃｍ-1付近にブロードなピークが出てアモルフアスであることがわかったのに対し、実験例１の１のシリコン膜は４８０ｃｍ-1付近にブロードなピークがあるものの、５２０ｃｍ-1付近に結晶化を示すピークが確認された。比較実験例１の膜はアモルフアス膜であるのに対して、実験例１の１では結晶性シリコン膜が得られていることがわかる。
【００６３】
実験例２の１と比較実験例２のシリコン酸化膜上にアルミニゥム（Ａｌ）を蒸着し、ＭＯＳ構造にしてＣ−Ｖ特性及びＩ−Ｖ特性を評価した。比較実験例２のシリコン酸化膜はフラットバンド電圧が−３．２Ｖ、界面準位密度が１×１０12／ｃｍ2 ｅＶ、絶縁破壊電圧が６．７ＭＶ／ｃｍであったのに対し、実験例２の１のシリコン酸化膜ではフラットバンド電圧が−０．２Ｖ、界面準位密度が５×１０11／ｃｍ2 ｅＶ、絶縁破壊電圧が８．１ＭＶ／ｃｍであった。実験例２の１の膜の方が低欠陥高品質膜であることが確認された。
【００６４】
実験例３の１と比較実験例３のシリコン窒化膜上にアルミニゥム（Ａｌ）を蒸着し、ＭＯＳ構造にしてＣ−Ｖ特性を評価した。比較実験例３の膜はフラットバンド電圧が−４．１Ｖであったのに対し、実験例３の１の膜ではフラットバンド電圧が−１．０Ｖであった。実験例３の１の膜の方が低欠陥高品質膜であることが確認された。
【００６５】
実験例１の１、実験例２の１、実験例２の２及び実験例３の１では部材２１のガス噴出用面部２１０におけるガス噴出孔の分布密度及び孔開口面積を一様なものとしたが、前記実験例１の２、実験例２の３、実験例３の２のように、孔開口面積は一定としたままであるがガス噴出孔の分布密度を、シリコン膜の形成においてはガス噴出用面部２１０における中央領域から周辺領域に向けて減少させ、酸化シリコン膜の形成においてはガス噴出用面部における中央領域から周辺領域に向けて増加させ、窒化シリコン膜の形成においてはガス噴出用面部における中央領域から周辺領域に向けて増加させ、その他の条件は実験例１の１、実験例２の２、実験例３の１と同様にして膜形成してみたが、膜厚均一性良好な各膜が形成された。
【００６６】
実験例１の１のシリコン膜及び実験例１の２のシリコン膜の膜厚均一性を評価したところ、図３に示す結果を得た。図３において横軸は被膜形成ガラス基板（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）の中心から一つの基板コーナー方向への距離を示しており、縦軸は最大膜厚を１００としたときの相対膜厚を示している。ガス噴出孔分布密度が全体に均一である実験例１の１では基板中心から２５０ｍｍ程度までは略均一であるが、そこから基板周辺部に行くにしたがい膜厚が大きくなり全体の膜厚均一性は±９．８％であった。一方、ガス噴出孔の分布密度を変化させた実験例１の２では、全体にわたって膜厚は略均一であり、膜厚均一性は±３．８％と向上している。このように、シリコン膜形成ではガス供給量を被膜形成基板の中心から端に行くにしたがい減少させることで膜厚均一性を向上させ得ることが分かる。なお、実験例１の２では、ガス供給量の増減をガス噴出口の数（分布密度）で調整したが、ガス噴出孔の分付密度に代えて、或いはガス噴出孔の分付密度と共にガス噴出孔の開口面積の調整により行ってもよい。
【００６７】
また、実験例２の２のシリコン酸化膜及び実験例２の３のシリコン酸化膜の膜厚均一性を評価したところ、図４に示す結果を得た。図４において横軸は被膜形成ガラス基板（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）の中心から一つの基板コーナー方向への距離を示しており、縦軸は最大膜厚を１００としたときの相対膜厚を示している。ガス噴出孔分布密度が全体に均一である実験例２の２では基板中心から基板周辺部に行くにしたがい膜厚が小さくなり全体の膜厚均一性は±１６．０％であった。一方、ガス噴出孔の分布密度を変化させた実験例２の３では、全体にわたって膜厚は略均一であり、膜厚均一性は±３．９％と向上している。このように、シリコン酸化膜形成ではガス供給量を被膜形成基板の中心から端に行くにしたがい増加させることで膜厚均一性を向上させ得ることが分かる。なお、実験例２の３では、ガス供給量の増減をガス噴出口の数（分布密度）で調整したが、ガス噴出孔の分付密度に代えて、或いはガス噴出孔の分付密度と共にガス噴出孔の開口面積の調整により行ってもよい。
【００６８】
実験例３の１と３の２のシリコン窒化膜についても膜厚分布はシリコン酸化膜と同様の傾向を示し、ガス供給量を被膜形成基板の中心から端に行くにしたがい増加させることで膜厚均一性を向上させることができた。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置から電力を印加して該ガスをプラズマ下し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、プラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成できる薄膜形成装置及び該装置を用いてプラズマ電位の増大を招かないでプラズマ密度を向上させて高速で良質の薄膜を形成する薄膜形成方法を提供することができる。
また本発明によると、かかる薄膜形成装置及び薄膜形成方法であって、膜厚均一性良好な薄膜を形成できる装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の１例の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す装置におけるガス分散用パイプ及び電力印加用電極の配置状態を平面から見た図である。
【図３】実験例１の１と実験例１の２のシリコン膜の膜厚均一性の評価結果を示す図である。
【図４】実験例２の２と実験例２の３のシリコン酸化膜の膜厚均一性の評価結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
２ ガス供給装置
２１ ガス噴出用部材
２２ ガス供給部
２３、２４ ガス導入管
２１０ ガス噴出用面部
２１１ 面部２１０を含む部材
２１２ カバー部材
２１０ａ、２１０ｂ ガス噴出孔
２１１Ｓ 部材２１１内のガス分散用空間部
２１２Ｓ カバー部材２１２に覆われた空間部
２１１ａ、２１２ａ ガス案内管
２１２’ ガス案内部材
２１３ ガス分散用パイプ
３ 排気装置
３１ 排気路
４ 電力印加装置
４１ 電力印加用電極
４２ 高周波電源
５ 支持部材
５１ ヒータ
５２ ピストンシリンダ装置
５３ リング状部材
ＳＰ プラズマを形成する空間
Ｓ 被膜形成基板（被膜形成物品の１例）
Claims (7)
- 排気装置により排気減圧可能の真空容器内へガス供給装置から供給される膜形成用ガスに電力印加装置から電力を印加して該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで該真空容器内に配置した被膜形成物品上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、前記ガス供給装置は前記真空容器内に配置される被膜形成物品の膜形成対象面に対向するガス噴出用面部を有するガス噴出用部材を有しており、前記電力印加装置は前記真空容器内に設置された電力印加用電極を有しており、前記ガス噴出用部材はそのガス噴出用面部に分散形成された複数のガス噴出孔を有しており、前記電力印加用電極は前記被膜形成物品とこれに対向する前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部間の空間を囲む周囲領域に設置されていることを特徴とする薄膜形成装置。
- 前記排気装置は前記ガス噴出用部材の周縁部に隣り合う領域から排気を行う請求項１記載の薄膜形成装置。
- 前記ガス噴出用部材の前記ガス噴出用面部における前記ガス噴出孔の分布密度及び開口面積は、前記ガス噴出用面部におけるガス噴出量が該ガス噴出用面部における周辺領域から中央領域に向けて増加又は減少するように定めてある請求項１又は２記載の薄膜形成装置。
- 請求項１、２又は３記載の薄膜形成装置を用いて被膜形成物品上に薄膜を形成する方法であり、前記空間における膜形成時のガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａに維持して膜形成する薄膜形成方法。
- 請求項１又は２記載の薄膜形成装置を用いて被膜形成物品上に薄膜を形成する方法であり、前記膜形成用ガスとして少なくともシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び水素（Ｈ2 ）ガスを用い、前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部として前記ガス噴出孔の分布密度及び開口面積を、該ガス噴出用面部におけるガス噴出量が該ガス噴出用面部における周辺領域から中央領域に向けて増加するように定めてあるものを採用し、前記空間における膜形成時のガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａに維持して被膜形成物品上に結晶性シリコン膜を形成する薄膜形成方法。
- 請求項１又は２記載の薄膜形成装置を用いて被膜形成物品上に薄膜を形成する方法であり、前記膜形成用ガスとして少なくともシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及び酸素（Ｏ2 ）ガスを用い、前記ガス供給装置として該両ガスを互いに分離した状態で前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部に導くものを用い、前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部として前記ガス噴出孔の分布密度及び開口面積を、該ガス噴出用面部におけるガス噴出量が該ガス噴出用面部における周辺領域から中央領域に向けて減少するように定めてあるものを採用し、前記空間における膜形成時のガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａに維持して被膜形成物品上に酸化シリコン膜を形成する薄膜形成方法。
- 請求項１又は２記載の薄膜形成装置を用いて被膜形成物品上に薄膜を形成する方法であり、前記膜形成用ガスとして少なくともシラン（ＳｉＨ4 ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用い、前記ガス噴出用部材のガス噴出用面部として前記ガス噴出孔の分布密度及び開口面積を、該ガス噴出用面部におけるガス噴出量が該ガス噴出用面部における周辺領域から中央領域に向けて減少するように定めてあるものを採用し、前記空間における膜形成時のガス圧を１０-2Ｐａ〜１０Ｐａに維持して被膜形成物品上に窒化シリコン膜を形成する薄膜形成方法。
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