JP2006147736A

JP2006147736A - Ｃｖｄ方法及びｃｖｄ装置

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Publication number: JP2006147736A
Application number: JP2004333885A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshimoto; 昌広吉本; Koji Taguchi; 貢士田口; Taku Iwade; 卓岩出; Masamitsu Yamashita; 雅充山下
Original assignee: SAKIGAKE HANDOTAI KK; Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: SAKIGAKE HANDOTAI KK; Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】活性化手段から印加されたエネルギーによる基板表面の損傷を抑制でき且つ速い速度で薄膜を形成することのできるＣＶＤ方法及び装置を提供する。
【解決手段】薄膜の形成対象とする基板Ｋを反応室２内の基板保持手段６に保持する基板保持ステップと、反応室を真空圧力まで減圧する減圧ステップと、目的とする薄膜の構成原子を含む原料ガスを反応室に導入するガス導入ステップと、活性化手段により原料ガスにエネルギーを印加して基板Ｋに薄膜を形成する膜形成ステップとを備えるＣＶＤ方法において、膜形成ステップは、活性化手段から基板に印加されるエネルギーが基板の表面に損傷を与えない第１エネルギーとなるようにして第１層目の薄膜を形成する第１膜形成ステップと、活性化手段から基板に印加されるエネルギーが第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなるようにして第２層目の薄膜を形成する第２膜形成ステップとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面に半導体や絶縁体の薄膜を形成するＣＶＤ（化学気相成長）方法及びＣＶＤ装置に関する。

半導体デバイスや液晶デバイスの製造に代表される微細加工技術には、プラズマや熱触媒を用いた薄膜形成が必須の技術となっている。この薄膜形成の方法としてＣＶＤ法が広く採用されている。ＣＶＤ法は、目的とする薄膜の構成原子を含む原料ガスを基板の置かれた反応室に供給し、プラズマ発生装置や触媒フィラメント等の活性化手段による原料ガス分子の励起及び分解を通して、気相及び基板表面での化学反応で薄膜を形成する方法である。

このような方法を実現する従来のＣＶＤ装置では、基板が活性化手段から生じるプラズマや高熱に直接曝されるため、基板表面が損傷を受けるという問題があった。基板表面が損傷すると、その部分での界面特性が悪くなり、形成される薄膜の質が低下してしまう。そこで、例えば特許第２６９２３２６号公報のように、触媒フィラメントと基板保持台との間に原料ガスの通過可能な開口部を有する輻射遮断部材を設けるという発明が提案されている。

特許第２６９２３２６号公報

上記公報に開示された装置によると、輻射遮断部材を設けることにより、基板がプラズマや高温に直接曝されなくなるため、基板表面の損傷が抑制され、質の良い薄膜を形成することができる。しかしその反面、基板に到達する活性化した原料ガスの分子の絶対量が少なくなるため、成膜速度が遅くなり生産性に劣るという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、活性化手段から印加されたエネルギーにより引き起こされる基板表面の損傷を抑制することができると共に、速い速度で薄膜を形成することのできるＣＶＤ方法及びＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、請求項１のＣＶＤ方法は、薄膜の形成対象とする基板Ｋを反応室２内の基板保持手段６に保持する基板保持ステップと、前記反応室２を真空圧力まで減圧する減圧ステップと、目的とする薄膜の構成原子を含む原料ガスを前記反応室２に導入するガス導入ステップと、活性化手段４により前記原料ガスにエネルギーを印加して前記基板Ｋに薄膜を形成する膜形成ステップとを備えるＣＶＤ方法において、前記膜形成ステップは、活性化手段４から前記基板Ｋに印加されるエネルギーが前記基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーとなるようにして第１層目の薄膜Ｍ１を形成する第１膜形成ステップと、活性化手段４から前記基板Ｋに印加されるエネルギーが前記第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなるようにして第２層目の薄膜Ｍ２を形成する第２膜形成ステップとを備える。

請求項２のＣＶＤ方法では、図１によく示されるように、前記第１膜形成ステップは、前記基板Ｋに対して遠隔位置に設けられる第１活性化手段４１に電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜Ｍ１を形成し、前記第２膜形成ステップは、前記基板Ｋに対して近接位置に設けられる第２活性化手段４２に電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜Ｍ２を形成してなる。

請求項３のＣＶＤ方法では、図２によく示されるように、前記第１膜形成ステップは、前記活性化手段４１に小電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜Ｍ１を形成し、前記第２膜形成ステップは、前記活性化手段４１に大電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜Ｍ２を形成してなる。

請求項４のＣＶＤ方法では、図３によく示されるように、前記第１膜形成ステップは、前記基板保持手段６及び前記活性化手段４１の両方またはどちらか一方を駆動することにより前記基板Ｋと前記活性化手段４１との相対距離を遠距離とした状態で前記活性化手段４１に電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜Ｍ１を形成し、前記第２膜形成ステップは、前記基板保持手段６及び前記活性化手段４１の両方またはどちらか一方を駆動することにより前記基板Ｋと前記活性化手段４１との相対距離を近距離とした状態で前記活性化手段４１に電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜Ｍ２を形成してなる。

請求項５のＣＶＤ方法では、図４によく示されるように、前記第１膜形成ステップは、前記活性化手段４１と前記基板保持手段６との間に水平方向にスライド可能に設けられ前記活性化した原料ガスを通過可能とする複数の貫通口を有する遮蔽板５２を、水平方向に駆動することにより遮蔽位置に配設した状態で前記活性化手段４１に電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜Ｍ１を形成し、前記第２膜形成ステップは、該遮蔽板５２を水平方向に駆動することにより退避位置に配設した状態で前記活性化手段４１に電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜Ｍ２を形成してなる。

請求項６のＣＶＤ方法では、前記ガス導入ステップは、前記反応室にヘキサメチルジシラザンガスを導入するＨＭＤＳ導入ステップを含んでなる。

請求項７のＣＶＤ装置は、反応室２内に設けられ薄膜の形成対象とする基板Ｋを保持するための基板保持手段６と、前記反応室２を真空圧力まで減圧する減圧手段７と、目的とする薄膜の構成原子を含む原料ガスを前記反応室２に導入するガス導入手段３と、前記原料ガスにエネルギーを印加して前記基板に薄膜を形成する活性化手段４とを備えるＣＶＤ装置１において、前記活性化手段４から前記基板Ｋに印加されるエネルギーを、前記基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーと、前記第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとに切替可能とする切替手段Ｓを備える。

請求項８のＣＶＤ装置１Ａでは、図１によく示されるように、前記活性化手段４は、前記基板Ｋに対して遠隔位置に設けられる第１活性化手段４１と、前記基板Ｋに対して近接位置に設けられる第２活性化手段４２とを備え、前記切替手段Ｓ１は、電力を前記第１活性化手段４１と前記第２活性化手段４２とのいずれかに選択的に供給可能とされてなる。

請求項９のＣＶＤ装置１Ｂでは、図２によく示されるように、前記切替手段Ｓ２は、大小異なる２つの電力を選択的に前記活性化手段４１に供給可能とされてなる。

請求項１０のＣＶＤ装置１Ｃでは、図３によく示されるように、前記切替手段Ｓ３は、前記基板保持手段６及び前記活性化手段４１の両方またはどちらか一方を駆動することにより前記基板Ｋと前記活性化手段４１との相対距離を可変とされてなる。

請求項１１のＣＶＤ装置１Ｄでは、図４によく示されるように、前記切替手段Ｓ４は、前記活性化手段４１と前記基板保持手段６との間に水平方向にスライド可能に設けられ前記活性化した原料ガスを通過可能とする複数の貫通口を有する遮蔽板５２を、水平方向に駆動することにより遮蔽位置と退避位置とに選択的に配設可能とされてなる。

請求項１２のＣＶＤ装置では、前記ガス導入手段３は、前記反応室にヘキサメチルジシラザンガスを導入するＨＭＤＳ導入手段８を含んでなる。

本発明によると、例えば図１，７によく示されるように、活性化手段４により原料ガスにエネルギーを印加して基板Ｋ上に薄膜を形成するにあたり、まず、第１膜形成ステップにおいて、活性化手段４１により基板Ｋ上に第１層目の薄膜Ｍ１を形成する。このとき活性化手段４１から基板Ｋに印加されるエネルギーは、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーであるため、基板Ｋの表面が損傷を受けることが抑制される。

次に、第２膜形成ステップにおいて、活性化手段４２により基板Ｋ上に第２層目の薄膜Ｍ２を形成する。このとき活性化手段４２から基板Ｋに印加されるエネルギーは、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーであるため、第２層目の薄膜Ｍ２は、第１層目の薄膜Ｍ１に比べて速く形成することができる。したがって全体としての成膜速度が速くなる。ここで、基板Ｋ上には、第１層目の薄膜Ｍ１が既に形成されており、この第１層目の薄膜Ｍ１が基板Ｋの表面を保護するので、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーが印加されても、基板Ｋの表面が損傷を受けることがなく、質の良い薄膜の形成が可能となる。また、本発明のＨＭＤＳ導入ステップでは、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ガスを反応室２に導入する。ヘキサメチルジシラザンガスは、形成すべき薄膜が窒素やシリコンを構成元素として含む場合、例えばシリコン窒化膜である場合の原料ガスとして次の点で優れる。すなわち、ヘキサメチルジシラザンは、従来使用していたシランガス等の原料ガスと違って爆発性及び腐食性がないため、反応室をそれらに耐え得るものとする必要がなく装置コストが大幅に低減できる。更に、ヘキサメチルジシラザンは低温での薄膜形成を可能とするため、熱による薄膜及び基板Ｋのダメージが少ない。これにより、ＳｉＮ_Ｘ，ＳｉＣＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＯ_２薄膜の形成も容易となる。

以上に述べた本発明の優位性により、デバイスの特性の向上が期待できる。例えば、形成する薄膜が太陽電池の反射防止膜である場合には、界面特性の向上、及び膜特性の制御により、発電効率が向上する。また、形成する薄膜が有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）の保護膜である場合においても有効である。すなわち、上述のように、気化させたヘキサメチルジシラザンを用いており、これは基板や遮蔽板に吸着されやすいため、パーティクルの発生がほとんど無く、また、第１膜形成ステップと第２膜形成ステップとの２段階に亘って成膜を行うため、亀裂を防ぐ工夫も容易である。

本発明によると、活性化手段から印加されたエネルギーにより引き起こされる基板表面の損傷を抑制することができると共に、速い速度で薄膜を形成することのできるＣＶＤ方法及びＣＶＤ装置が提供される。

［第１実施形態］
図１及び図７を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態である触媒ＣＶＤ装置１Ａの構造を示す概略図、図７は本発明のＣＶＤ方法による薄膜形成過程を説明するための図である。

図１に示すように、触媒ＣＶＤ装置１Ａは、反応室２、ガス導入部３、活性化手段４、切替部Ｓ１、遮蔽板５、基板保持台６、真空排気部７、ＨＭＤＳ導入部８及び図示しない制御装置を備える。

反応室２は、開閉可能とされたステンレス製の金属製密閉容器であり（開閉部について図示せず）、遮蔽板５を境にして上室２１と下室２２とが形成される。遮蔽板５は、厚さ０．１〜２０ｍｍ程度の金属、合成樹脂または硝子などからなる平板であり、その肉厚方向には上室２１と下室２２とを連通させる複数の貫通口５１が穿設されている。

ガス導入部３は、目的とする薄膜の構成原子を含む原料ガスを導入するノズル３１、流量調整バルブ３２、及びこれらに配管を介して接続される原料ガスタンク３３からなる。原料ガスとして、窒素ガスが使用される。なお、形成目的とする薄膜の種類に応じて、アルゴンガスやヒドラジンガス（ＮＨ_２ＮＨ_２）などを使用してもよい。

活性化手段４は、触媒用フィラメント４１，４２からなる。触媒用フィラメント４１は、基板Ｋに対して遠隔位置となるように上室２１に設けられ、触媒用フィラメント４２は、基板Ｋに対して近接位置となるように下室２２に設けられる。これら２つの触媒用フィラメント４１，４２は、ともに通電により高温に加熱可能なコイル状のタングステンワイヤであり、その平面視の形状が例えば直線状、鋸波状、方形波状または螺旋状を呈するように固定配設される。

切替部Ｓ１は、電源Ｅ０からの電力を触媒用フィラメント４１と触媒用フィラメント４２とのいずれかに選択的に供給可能である。触媒用フィラメント４１に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーは、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーとなる。また、触媒用フィラメント４２に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４２から基板Ｋに印加されるエネルギーは、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなる。

基板保持台６は、下室２２に設けられ、基板Ｋを載置して保持可能ないわゆるサセプタであり、その内部に基板加熱用のヒータ６１が組み込まれている。

真空排気部７は、下室２２の底部に設けられた排気口７１、流量調整バルブ７２、及び配管を介してこれらに接続される真空ポンプ７３からなる。

ＨＭＤＳ導入部８は、下室２２の側部に設けられたノズル８１、流量調整バルブ８２、及び配管介してこれらに接続されるＨＭＤＳタンク８３からなる。

制御装置は、流量調整バルブ３２，７２，８２の開閉、切換部Ｓ１の切換え、ヒータ６１への通電など触媒ＣＶＤ装置１Ａの成膜プロセスで必要となる制御を、予め組み込まれたプログラムにより行う。

次に、以上のように構成された触媒ＣＶＤ装置１Ａによる成膜プロセスについて説明する。この成膜プロセスは、基板保持ステップ、減圧ステップ、ガス導入ステップ、ＨＭＤＳ導入ステップ、第１膜形成ステップ、第２膜形成ステップ及び終了ステップからなる。

基板保持ステップにおいて、反応室２を開け、基板保持台６上に基板Ｋを載置する。続いて、反応室２を閉め、ヒータ６１に通電して基板保持台６を加熱することにより基板Ｋを加熱する。

減圧ステップにおいて、真空ポンプ７３を用いて反応室２内を真空排気し、０．１ｔｏｒｒ以下の圧力まで減圧する。

ガス導入ステップにおいて、ガス導入部３により目的とする薄膜の原料ガスである窒素ガスを上室２１内に導入する。

ＨＭＤＳ導入ステップにおいて、ＨＭＤＳ導入部８によりヘキサメチルジシラザンガスを下室２２内に導入する。

第１膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ１の接点をＸ１側とし触媒用フィラメント４１に所定時間だけ通電して、この触媒用フィラメント４１を１５００°Ｃ程度の高温に保持する。これにより、導入された窒素ガスは、触媒用フィラメント４１の周囲を通過する際に触媒作用を受ける。この触媒作用により活性化した窒素ガスの分子は、遮蔽板５における複数の貫通口５１を通って下室に到達し、導入されたヘキサメチルジシラザンガスとの反応により、図７のように、基板Ｋ上に第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１を形成する。このとき触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーは、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーであるため、基板Ｋの表面が損傷を受けることが抑制される。

第２膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ１の接点をＸ２側とし触媒用フィラメント４２に所定時間だけ通電して、この触媒用フィラメント４２を１５００°Ｃ程度の高温に保持する。これにより、基板Ｋ上に第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２を形成する。このとき触媒用フィラメント４２から基板Ｋに印加されるエネルギーは、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーであるため、第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２は、第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１に比べて速く形成することができる。したがって全体としての成膜速度が速くなる。ここで、基板Ｋ上には、第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１が既に形成されており、この第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１が基板Ｋの表面を保護するので、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーが印加されても、基板Ｋの表面が損傷を受けることがなく、質の良い薄膜の形成が可能となる。

終了ステップにおいて、まず、窒素ガス及びヘキサメチルジシラザンの導入を止める。次に真空ポンプ７３を作動させることにより、下室２２のガスを内圧が約０．１Ｐａ以下になるまで排気する。最後に、ヒータ６１の通電を切ることにより基板Ｋの温度を低下させる。そして、内圧を大気圧に戻し、反応室２を開け基板Ｋを取り出す。
［第２実施形態］
図２を参照して本発明の第２実施形態について説明する。図２は本発明の第２実施形態である触媒ＣＶＤ装置１Ｂの構造を示す概略図である。

触媒ＣＶＤ装置１Ｂは、ＣＶＤ装置１Ａとほぼ共通する構成を有するが、ＣＶＤ装置１Ａにおける切替部Ｓ１に代えて切替部Ｓ２を備える点、及び上室２１に触媒用フィラメント４１を備えるだけで下室には触媒用フィラメント４２を備えないという点が異なる。共通する構成については、それらの説明を省略する。

触媒用フィラメント４１は、第１実施形態のものと構造も配置も同じである。切替部Ｓ２は、電源Ｅ１，Ｅ２からのそれぞれ大小異なる２つの電力を選択的に触媒用フィラメント４１に供給可能とする。

電源Ｅ２から触媒用フィラメント４１に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーは、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーとなる。また、電源Ｅ１から触媒用フィラメント４１に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーは、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなる。

触媒ＣＶＤ装置１Ｂの成膜プロセスは、第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップを除いては、触媒ＣＶＤ装置１Ａの成膜プロセスと同様である。触媒ＣＶＤ装置１Ｂにおける第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップについて説明する。

第１膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ２の接点をＸ３側とし触媒用フィラメント４１に所定時間だけ通電し、基板Ｋ上に第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１を形成する。このとき基板Ｋに印加されるエネルギーは、第１実施形態の場合と同様に、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーであるため、基板Ｋの表面が損傷を受けることが抑制される。

第２膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ２の接点をＸ４側とし触媒用フィラメント４１に所定時間だけ通電して、基板Ｋ上に第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２を形成する。第１実施形態の場合と同様に、このとき触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーは、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーであるため、第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２は高速に形成できる。そして、基板Ｋ上には、第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１が既に形成されており、この第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１が基板Ｋの表面を保護するので、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーが印加されても、基板Ｋの表面が損傷を受けることがない。

［第３実施形態］
図３を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図３は本発明の第３実施形態である触媒ＣＶＤ装置１Ｃの構造を示す概略図である。図３に示すように、触媒ＣＶＤ装置１Ｃは、触媒ＣＶＤ装置１Ｂにおける切替部Ｓ２に代えて切替部Ｓ３を備える。それ以外の構成は触媒ＣＶＤ装置１Ａとほぼ同様である。

切替部Ｓ３は、例えば空気圧シリンダで構成され基板保持台６を鉛直方向に伸縮駆動させることにより次に示す第１成膜位置と第２成膜位置とに配設可能とする。

第１成膜位置とは、図中実線で示されるように、触媒用フィラメント４１と基板Ｋとが遠隔配設され、電源Ｅ４から触媒用フィラメント４１に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーが、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーとなる位置である。また、第２成膜位置とは、図中点線で示されるように、触媒用フィラメント４１と基板Ｋとが近接配設され、電源Ｅ４から触媒用フィラメント４１に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーが、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなる位置である。

触媒ＣＶＤ装置１Ｃの成膜プロセスは、第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップを除いては、触媒ＣＶＤ装置１Ｂの成膜プロセスと同様である。触媒ＣＶＤ装置１Ｃにおける第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップについて説明する。

第１膜形成ステップにおいて、切替部Ｓ３の駆動により基板保持台６を第１成膜位置（図中実線）に配設し、触媒用フィラメント４１に所定時間だけ通電して、基板Ｋ上に第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１を形成する。第２膜形成ステップにおいて、切替部Ｓ３の駆動により基板保持台６を第２成膜位置（図中点線）に配設し、触媒用フィラメント４１に所定時間だけ通電して、基板Ｋ上に第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２を形成する。この場合も第２実施形態の場合と同じ理由で、基板Ｋの表面が損傷を受けることなく、高速に薄膜の形成を行うことができる。

［第４実施形態］
図４を参照して本発明の第４実施形態について説明する。図４は本発明の第４実施形態である触媒ＣＶＤ装置１Ｄの構造を示す概略図である。図４に示すように、触媒ＣＶＤ装置１Ｄは、触媒ＣＶＤ装置１Ｃにおける遮蔽板５及び切替部Ｓ３に代えて、それぞれ遮蔽板５２及び切替部Ｓ４を備える。

遮蔽板５２は、第１実施形態から第３実施形態における遮蔽板５と同様に、活性化した原料ガスを通過可能とする複数の貫通口を有する。この遮蔽板５２は、触媒用フィラメント４１と基板保持台６との間に水平方向にスライド可能に設けられる。

切替部Ｓ４は、遮蔽板５２を水平方向に駆動して次に示す遮蔽位置と退避位置とに配設可能とする。遮蔽位置とは、図中実線で示されるように、遮蔽板５２が触媒用フィラメント４１と基板Ｋとの間に配設され、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーの一部を遮蔽する位置であり、電源Ｅ５から触媒用フィラメント４１に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーが、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーとなる位置である。

また、退避位置とは、図中点線で示されるように、遮蔽板５２が反応室２の外側に水平移動し、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーを全く遮蔽しない位置であり、電源Ｅ５から触媒用フィラメント４１に電力が供給されたとき、触媒用フィラメント４１から基板Ｋに印加されるエネルギーが、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなる位置である。

このような２つの位置に切り替えて配設可能な遮蔽板５２は、例えば空気圧シリンダにより駆動される公知のゲート弁においてその可動板に複数の貫通口を形成したもので構成することができる。この場合、空気圧シリンダが切替部Ｓ４となる。

触媒ＣＶＤ装置１Ｄの成膜プロセスは、第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップを除いては、触媒ＣＶＤ装置１Ｃの成膜プロセスと同様である。触媒ＣＶＤ装置１Ｄにおける第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップについて説明する。

第１膜形成ステップにおいて、切替部Ｓ４の駆動により遮蔽板５２を遮蔽位置に配設し（図中実線）、触媒用フィラメント４１に所定時間だけ通電して、基板Ｋ上に第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１を形成する。第２膜形成ステップにおいて、切替部Ｓ４の駆動により遮蔽板５２を退避位置に配設し（図中点線）、触媒用フィラメント４１に所定時間だけ通電して、基板Ｋ上に第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２を形成する。この場合も第３実施形態の場合と同じ理由で、基板Ｋの表面が損傷を受けることなく、高速に薄膜の形成を行うことができる。

［第５実施形態］
図５を参照して本発明の第５実施形態について説明する。図５は本発明の第５実施形態であるプラズマＣＶＤ装置１Ｅの構造を示す概略図である。

図５に示すように、プラズマＣＶＤ装置１Ｅは、触媒ＣＶＤ装置１Ａにおける反応室２、触媒用フィラメント４１，４２及び切替部Ｓ１に代えて、それぞれ反応室２３、誘導コイル４３，４４及び切替部Ｓ５を備える。反応室２３は硝子等の絶縁体で構成される。２本の誘導コイル４３，４４は、それぞれ反応室２３の上室２１及び下室２２の周りに捲回される。切換部Ｓ５は、高周波電源Ｅ６からの電力を誘導コイル４３と誘導コイル４４とのいずれかに選択的に供給可能である。誘導コイル４３に電力が供給されたとき、誘導コイル４３から基板Ｋに印加されるエネルギーは、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーとなる。また、誘導コイル４４に電力が供給されたとき、誘導コイル４４から基板Ｋに印加されるエネルギーは、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなる。

プラズマＣＶＤ装置１Ｅの成膜プロセスは、第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップを除いては、触媒ＣＶＤ装置１Ａの成膜プロセスと同様である。プラズマＣＶＤ装置１Ｅにおける第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップについて説明する。

第１膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ５の接点をＸ５側とし誘導コイル４３に所定時間だけ通電し、上室２１にプラズマを発生させる。これにより、導入された窒素ガスは活性化する。活性化した窒素ガスの分子は、遮蔽板５における複数の貫通口５１を通って下室２２に到達し、導入されたヘキサメチルジシラザンガスとの反応により、基板Ｋ上に第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１を形成する。このとき基板Ｋに印加されるエネルギーは、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーであるため、基板Ｋの表面が損傷を受けることが抑制される。

第２膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ５の接点をＸ６側とし誘導コイル４４に所定時間だけ通電して、下室２２にプラズマを発生させる。これにより、導入された窒素ガスは、更に活性化する。そして、基板Ｋ上に第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２を形成する。このとき誘導コイル４４から基板Ｋに印加されるエネルギーは第１エネルギーよりも強い第２エネルギーであるため、第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２は、第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１に比べて速く形成することができる。したがって全体としての成膜速度が速くなる。ここで、基板Ｋ上には、第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１が既に形成されており、この第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１が基板Ｋの表面を保護するので、第１エネルギーよりも強い第２エネルギーが印加されても、基板Ｋの表面が損傷を受けることがなく、質の良い薄膜の形成が可能となる。

［第６実施形態］
図６を参照して本発明の第６実施形態について説明する。図６は本発明の第６実施形態であるプラズマＣＶＤ装置１Ｆの構造を示す概略図である。触媒ＣＶＤ装置１Ｅが活性化手段４として誘導コイル４３，４４を備える誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置であるのに対して、プラズマＣＶＤ装置１Ｆは、活性化手段４として高周波電解を発生させる対向する電極板、すなわち、第１電極４５、第２電極４６及び第３電極４７を備える容量結合型のプラズマＣＶＤ装置である。

図６において、反応室２４はステンレスを材質とし、絶縁体２５を介して取り付けられた第２電極４６により上室２１と下室２２とに仕切られる。

第１電極４５は、上室２１に設けられ高周波電源Ｅ７の電力を供給されて第１の陽極として機能する。第２電極４６は、上記各実施形態における遮蔽板５がこれを併用し、高周波電源Ｅ７の電力を供給されて第２の陽極として、またはグランドに接続されて陰極として機能する。第３電極４７は、上記各実施形態における基板保持台６がこれを併用し、グランド側に接続され陰極として機能する。なお、第３電極４７は絶縁体２６を介して反応室２４の底部に取り付けられる。

切換部Ｓ６は、第１電極４５と第２電極４６とのいずれかに高周波電源Ｅ７からの電力を選択的に供給可能であり、それぞれ第１電極４５と第２電極４６との間、及び第２電極４６と第３電極４７との間に高周波電解を発生させる。

プラズマＣＶＤ装置１Ｆの成膜プロセスは、第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップを除いては、触媒ＣＶＤ装置１Ｅの成膜プロセスと同様である。プラズマＣＶＤ装置１Ｅにおける第１膜形成ステップ及び第２膜形成ステップについて説明する。

第１膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ６の接点をＸ７側とし第１電極４５と第２電極４６との間に所定時間だけ通電し、上室２１にプラズマを発生させる。これにより、導入された窒素ガスは活性化する。活性化した窒素ガスの分子は、第２電極（遮蔽板）４６における複数の貫通口を通って下室２２に到達し、導入されたヘキサメチルジシラザンガスとの反応により、基板Ｋ上に第１層目のシリコン窒化膜Ｍ１を形成する。このとき基板Ｋに印加されるエネルギーは、基板Ｋの表面に損傷を与えない第１エネルギーであるため、基板Ｋの表面が損傷を受けることが抑制される。

第２膜形成ステップにおいて、切換部Ｓ６の接点をＸ８側とし第２電極４６と第３電極４７との間に所定時間だけ通電して、下室２２にプラズマを発生させる。これにより、導入された窒素ガスは更に活性化する。そして、基板Ｋ上に第２層目のシリコン窒化膜Ｍ２を形成する。この場合も第５実施形態の場合と同じ理由で、基板Ｋの表面が損傷を受けることなく、高速に薄膜の形成を行うことができる。

上述の触媒ＣＶＤ装置１Ａ〜１Ｄ及びプラズマＣＶＤ装置１Ｅ，１Ｆにおいて、排気口７１及びノズル８１は下室２２に備えられているため、反応室２内のガスは貫通口５１を通って上室２１から下室２２の方向に流れ、この反対方向には流れない。したがって、ヘキサメチルジシラザンガスは下室２２から上室２１に流れ込むことがなく、ヘキサメチルジシラザンガスが上室２１で分解されることがない。これにより、ヘキサメチルジシラザンガスの分解によって生じる炭素が不純物として混入した薄膜が形成されることが防止でき、絶縁性及び緻密性に優れた質の良いシリコン窒化膜が形成できる。更に、触媒ＣＶＤ装置１Ｂ〜１Ｄでは、遮蔽板５の作用により触媒用フィラメントがヘキサメチルジシラザンガスに曝されないため、触媒用フィラメント４１の劣化も防止することができる。そして、ヘキサメチルジシラザンガスは、爆発性がないので耐爆設備を別途設ける必要がないため、装置コストが低くて済む。

上の第３実施形態の触媒ＣＶＤ装置１Ｃにおいて、基板保持台６を鉛直方向に伸縮駆動させる構成としたが、触媒用フィラメント４１を鉛直方向に駆動するような構成としてもよい。または、触媒用フィラメント４１と基板保持台６との両方をそれぞれ互いに異なる鉛直方向に駆動するような構成として、本発明の作用効果を達成することも可能である。

第５実施形態のプラズマＣＶＤ装置１Ｅにおいて、活性化手段４を反応室２の上下部に捲回された誘導コイル４３，４４としたが、上部に捲回された誘導コイル４３だけとし、切替手段として周波数の異なる２つの電源を選択的に誘導コイル４３に供給するような構成としてもよい。

上述の触媒ＣＶＤ装置１Ａ〜１Ｄにおける本発明に係る主構成要素と、プラズマＣＶＤ装置１Ｅ，１Ｆにおける本発明に係る主構成要素とを組み合わせた構成として、本発明の作用効果を達成することも可能である。例えば、第５実施形態において、上室に誘導コイル４３に代えて触媒用フィラメント４１を設け、切替手段は触媒用フィラメント４１と誘導コイル４４とに選択的にそれぞれ対応する電力を供給可能とする構成としてもよい。

その他、触媒ＣＶＤ装置１Ａ〜１Ｄ及びプラズマＣＶＤ装置１Ｅ，１Ｆの全体または各部の構成、構造、形状、材質、導入するガスの種類、温度及び各種圧力値などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

本発明の第１実施形態である触媒ＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。本発明の第２実施形態である触媒ＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。本発明の第３実施形態である触媒ＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。本発明の第４実施形態である触媒ＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。本発明の第５実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。本発明の第６実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の構造を示す概略図である。本発明のＣＶＤ方法による薄膜形成過程を説明するための図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ触媒ＣＶＤ装置（ＣＶＤ装置）
１Ｅ〜１ＦプラズマＣＶＤ装置（ＣＶＤ装置）
２反応室
３ガス導入部（ガス導入手段、ＨＭＤＳ導入手段）
４活性化手段
６基板保持台（基板保持手段）
７減圧部（減圧手段）
８ＨＭＤＳ導入部（ＨＭＤＳ導入手段）
２３反応室
２４反応室
４１触媒用フィラメント（第１活性化手段）
４２触媒用フィラメント（第２活性化手段）
４３誘導コイル（第１活性化手段）
４４誘導コイル（第２活性化手段）
４５第１電極（第１活性化手段）
４６第２電極（第２活性化手段）
５２遮蔽板
Ｋ基板
Ｍ１第１層目のシリコン窒化膜（第１層目の薄膜）
Ｍ２第２層目のシリコン窒化膜（第２層目の薄膜）
Ｓ１〜Ｓ６切替部（切替手段）

Claims

薄膜の形成対象とする基板を反応室内の基板保持手段に保持する基板保持ステップと、前記反応室を真空圧力まで減圧する減圧ステップと、目的とする薄膜の構成原子を含む原料ガスを前記反応室に導入するガス導入ステップと、活性化手段により前記原料ガスにエネルギーを印加して前記基板に薄膜を形成する膜形成ステップとを備えるＣＶＤ方法において、前記膜形成ステップは、活性化手段から前記基板に印加されるエネルギーが前記基板の表面に損傷を与えない第１エネルギーとなるようにして第１層目の薄膜を形成する第１膜形成ステップと、活性化手段から前記基板に印加されるエネルギーが前記第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとなるようにして第２層目の薄膜を形成する第２膜形成ステップとを備えることを特徴とするＣＶＤ方法。
前記第１膜形成ステップは、前記基板に対して遠隔位置に設けられる第１活性化手段に電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜を形成し、前記第２膜形成ステップは、前記基板に対して近接位置に設けられる第２活性化手段に電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜を形成してなる請求項１記載のＣＶＤ方法。
前記第１膜形成ステップは、前記活性化手段に小電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜を形成し、前記第２膜形成ステップは、前記活性化手段に大電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜を形成してなる請求項１記載のＣＶＤ方法。
前記第１膜形成ステップは、前記基板保持手段及び前記活性化手段の両方またはどちらか一方を駆動することにより前記基板と前記活性化手段との相対距離を遠距離とした状態で前記活性化手段に電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜を形成し、前記第２膜形成ステップは、前記基板保持手段及び前記活性化手段の両方またはどちらか一方を駆動することにより前記基板と前記活性化手段との相対距離を近距離とした状態で前記活性化手段に電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜を形成してなる請求項１記載のＣＶＤ方法。
前記第１膜形成ステップは、前記活性化手段と前記基板保持手段との間に水平方向にスライド可能に設けられ前記活性化した原料ガスを通過可能とする複数の貫通口を有する遮蔽板を、水平方向に駆動することにより遮蔽位置に配設した状態で前記活性化手段に電力を所定時間だけ供給することにより前記第１エネルギーを発生させて前記第１層目の薄膜を形成し、前記第２膜形成ステップは、該遮蔽板を水平方向に駆動することにより退避位置に配設した状態で前記活性化手段に電力を所定時間だけ供給することにより前記第２エネルギーを発生させて前記第２層目の薄膜を形成してなる請求項１記載のＣＶＤ方法。
前記ガス導入ステップは、前記反応室にヘキサメチルジシラザンガスを導入するステップを含んでなる請求項１から５のいずれかに記載のＣＶＤ方法。
反応室内に設けられ薄膜の形成対象とする基板を保持するための基板保持手段と、前記反応室を真空圧力まで減圧する減圧手段と、目的とする薄膜の構成原子を含む原料ガスを前記反応室に導入するガス導入手段と、前記原料ガスにエネルギーを印加して前記基板に薄膜を形成する活性化手段とを備えるＣＶＤ装置において、前記活性化手段から前記基板に印加されるエネルギーを、前記基板の表面に損傷を与えない第１エネルギーと、前記第１エネルギーよりも強い第２エネルギーとに切替可能とする切替手段を備えることを特徴とするＣＶＤ装置。
前記活性化手段は、前記基板に対して遠隔位置に設けられる第１活性化手段と、前記基板に対して近接位置に設けられる第２活性化手段とを備え、前記切替手段は、電力を前記第１活性化手段と前記第２活性化手段とのいずれかに選択的に供給可能とされてなる請求項７記載のＣＶＤ装置。
前記切替手段は、大小異なる２つの電力を選択的に前記活性化手段に供給可能とされてなる請求項７記載のＣＶＤ装置。
前記切替手段は、前記基板保持手段及び前記活性化手段の両方またはどちらか一方を駆動することにより前記基板と前記活性化手段との相対距離を可変とされてなる請求項７記載のＣＶＤ装置。
前記切替手段は、前記活性化手段と前記基板保持手段との間に水平方向にスライド可能に設けられ前記活性化した原料ガスを通過可能とする複数の貫通口を有する遮蔽板を、水平方向に駆動することにより遮蔽位置と退避位置とに選択的に配設可能とされてなる請求項７記載のＣＶＤ装置。
前記ガス導入手段は、前記反応室にヘキサメチルジシラザンガスを導入するＨＭＤＳ導入手段を含んでなる請求項７から１１のいずれかに記載のＣＶＤ装置。