JP2006286892A - Ｓｗｐ−ｃｖｄ成膜法，ｃｖｄ成膜装置およびフラットパネルディスプレー用表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 高品質な膜が安定して得られるようなＳＷＰ−ＣＶＤ成膜装置の提供。
【解決手段】 発振器１１で発生したマイクロ波を導波管２でプロセス室３まで伝送し、スロットアンテナ２ａから誘電体部材で形成されたマイクロ波導入窓３ａを介してプロセス室３内へと放射し、放電により放電ガスをプラズマ化する。プラズマが形成されるとマイクロ波は表面波となって放電面であるマイクロ波導入窓３ａの全体へと拡がり、表面波励起プラズマが形成される。材料ガス（ＴＥＯＳ等）は、配管３２によりプラズマの高密度領域よりも基板９側に導入される。その結果、プラズマ領域のラジカルによる材料ガスの解離が抑制され、過剰解離による膜質の低下を防止することができる。また、成膜時の圧力を１Ｐａ〜４０Ｐａとすることにより、入力電力が１Ｗ／ｃｍ^２程度であっても放電面全体に拡がった均一なプラズマを形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法，ＣＶＤ成膜装置およびフラットパネルディスプレー用表示パネルに関する。

ＴＦＴの絶縁膜形成方法としては従来から熱ＣＶＤ法があるが、ガラス基板上に作る場合には低温形成が必要なため、プラズマＣＶＤが一般的に使われている。そのようなプラズマＣＶＤとして、高密度プラズマが形成できて、より高品質な膜を成膜することが可能な表面波励起プラズマＣＶＤ（ＳＷＰ−ＣＶＤ）法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＳＷＰ−ＣＶＤ法では、誘電体部材を介してプロセス室内にマイクロ波を導入し、誘電体部材の表面に表面波を形成してプラズマを形成する。そのため、誘電体のほぼ全面に拡がった大面積のプラズマを形成できるという、利点を有している。

特開２００４−２３５５６２号公報

しかしながら、高密度プラズマ領域では材料ガスの過剰解離が発生しやすく、また、成膜圧力によっては、プラズマが放電面全体に均一に拡がらない場合がある。そのため、高品質な膜が安定して得られるようなＳＷＰ−ＣＶＤ装置が望まれていた。

請求項１の発明は、マイクロ波を誘電体部材を介してプラズマ生成室内に導入して表面波を形成し、その表面波により励起されたプラズマを利用してＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ_４膜を成膜するＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法に適用され、ＳｉＯ_２膜の材料ガスであるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスまたはＳｉＮ_４膜の材料ガスであるＳｉＨ_４ガスやＮＨ_３ガスをプラズマの高密度領域よりも基板側に導入することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法において、成膜時におけるプラズマ生成室内の圧力を１Ｐａ以上４０Ｐａ以下に制御するようにしたものである。
請求項３の発明によるＣＶＤ成膜装置は、請求項１または２に記載のＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法により成膜を行うことを特徴とする。
請求項４の発明によるフラットパネルディスプレー用表示パネルは、請求項１または２に記載のＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法により、ＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ_４膜の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、膜質の低下を招く材料ガスの過剰解離や不均一なプラズマ分布の発生を防止することができ、基板に入射する電子温度を下げることができるため、高品質なＳｉＯ_２膜やＳｉＮ_４膜を形成することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による表面波励起プラズマＣＶＤ（ＳＷＰ−ＣＶＤ）装置の一実施の形態を示す図である。ＳＷＰ−ＣＶＤ装置は、ＣＶＤが行われるプロセス室３と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部１と、そのマイクロ波をプロセス室３まで導く導波管２とを備えている。本実施の形態のＳＷＰ−ＣＶＤ装置ではＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ_４膜が成膜される。

マイクロ波発生部１には、マイクロ波発振器１１、アイソレータ１２およびチューナー１３が設けられている。アイソレータ１２は導波管２から反射してきたマイクロ波が再びマイクロ発振器１１へ戻らないようにするためのもので、チューナー１３は出射電力が最大となり反射電力が最小となるように整合を行うものである。マイクロ波発振器１１で発生されたマイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）は、これらを介して導波管２に送出される。

真空チャンバを構成しているプロセス室３の隔壁の一部は、石英等の誘電体で形成されたマイクロ波導入窓３ａになっている。導波管２はこのマイクロ波導入窓３ａ上に載置されている。導波管２のマイクロ波導入窓３ａと接する面には、すなわち、導波管２の底面には、マイクロ波をプロセス室３へと放射するためのスロットアンテナ２ａが複数形成されている。

マイクロ波は導波管２内で定在波を形成し、スロットアンテナ２ａから漏れ出したマイクロ波は、誘電体から成るマイクロ波導入窓３ａに伝播してマイクロ波導入窓３ａの底面を伝わる表面波となる。この表面波により、プロセス室３内に導入されたガスが励起されプラズマ化する。表面波によって励起されるプラズマＰは、放電面（表面波が形成される面）であるマイクロ波導入窓３ａ下面の全面に拡がった厚さが比較的薄い高密度プラズマ領域を有し、マイクロ波導入窓３ａの近傍で密度が高くなっている。そのため、マイクロ波導入窓３ａが円形であれば円形状のプラズマが形成され、矩形であれば矩形状のプラズマが形成される。フラットパネルディスプレー用表示パネルのガラス基板にゲート酸化膜等を成膜する場合には、矩形状のマイクロ波導入窓３ａが適している。

プロセス室３内には、プラズマ放電を発生させるための放電ガスを供給する配管３１と、薄膜形成を行うための材料ガスを供給する配管３２とが設けられている。ＳｉＯ_２膜を成膜する場合には、放電ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスが用いられ、材料ガスとしてはＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）が用いられる。また、ＳｉＮ_４膜を成膜する場合には、放電ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスが用いられ、材料ガスとしてＳｉＨ_４やＮＨ_３が用いられる。

プロセス室３には基板ホルダ８が設けられていて、基板ホルダ８上にはＳｉＯ_２膜やＳｉＮ_４膜の成膜対象である基板９が載置される。基板ホルダ８には基板９を加熱するためのヒータ１０が設けられている。プロセス室３には、可変コンダクタンスバルブ２０を介してターボ分子ポンプ等の真空ポンプ２１が設けられている。可変コンダクタンスバルブ２０でプロセス室３と真空ポンプ２１間のコンダクタンスを調整することにより、プロセス室３内の圧力を所望のプロセス圧力に保つようにしている。

本実施の形態の成膜装置は、以下の点で従来の成膜装置と異なっている。
（Ａ）上述した従来の装置では、成膜をする際に放電ガスと材料ガスとを同じ位置に導入していたが、本実施の形態では材料ガスをプラズマＰの高密度領域よりも基板側に導入するようにした。
（Ｂ）励起されたプラズマが放電面全体に拡がるように、成膜時の圧力を１Ｐａ〜４０Ｐａに設定するようにした。

まず、放電ガスおよび材料ガスの導入位置について説明する。ＳｉＯ_２膜やＳｉＮ_４膜を成膜する場合、放電ガスである酸素ガスやアルゴンガスが放電によりプラズマ化され、プラズマ中の活性な酸素ラジカルやアルゴンラジカルにより、材料ガスであるＴＥＯＳガスやＳｉＨ_４ガスが解離され、基板９上にＳｉＯ_２膜やＳｉＮ_４膜が形成される。ＳＷＰ−ＣＶＤ装置の場合、放電面の近くに高密度のプラズマが形成されるため、従来のように放電ガスと材料ガスとを同じ位置に導入すると材料ガスが過剰に解離されてしまい、例えば、ＳｉＯ_２膜の場合、ＳｉＯ_２の重合体がパーティクルとして混入した低品質の膜が形成されてしまう。

本実施の形態では、上述したように材料ガスを放電面から離して、すなわちプラズマ密度の高い領域から離して材料ガスを導入することにより、材料ガスの過剰解離を抑えるようにした。例えば、放電面と基板９との距離Ｌ１を２２０ｍｍとした場合、放電面と材料ガスの導入位置との距離Ｌ２をＬ２＝５０〜１８０ｍｍに設定すれば良い。このとき、プラズマＰの高密度領域は放電面から約１ｃｍ程度の範囲となる。そのため、材料ガスの導入位置をプラズマの高密度領域よりも基板９側に導入することにより、材料ガスの過剰解離を防止できる。なお、放電ガスの導入位置については、放電面とＴＥＯＳガス導入位置との間とすれば良く、例えば、放電面から下方に導入しても良い。この構成ではＴＥＯＳガスは拡散により一部分放電面に達し、放電が全面に拡がる助けをする。

次に、成膜時圧力について説明する。ＳＷＰの場合には、放電面とほぼ同程度の大きさのプラズマが得られるが、入力電力は装置の消費電力、発熱を考慮し小さい方が望ましい。しかし、本実施の形態のようにＳｉＯ_２膜やＳｉＮ_４膜を成膜する場合には、入力電力は１Ｗ／ｃｍ^２程度で行った場合、従来方法の熱ＣＶＤでは、１３３３Ｐａ以上２６６６４Ｐａ以下（１０Torr以上２００Torr以下）（特開平６−１３３６７号）の圧力であり、プラズマを用いた方法では、５００mTorr以上７００mTorr以下（６６．５Ｐａ以上９３．１Ｐａ以下）（特開平９−５０９９０号）であった。このような圧力では、放電が放電面全体に拡がり難かった。

しかしながら、本発明者らは、成膜時の圧力を１〜４０Ｐａ程度まで小さくすることにより、入力電力が１Ｗ／ｃｍ^２程度であっても放電面全体に放電が拡がることを見出した。このように圧力を設定すると、１Ｗ／ｃｍ^２以下でも放電が放電面のほぼ全面に拡がり、さらに入力電力を強くして１．５Ｗ／ｃｍ^２とすると、放電面に均一にプラズマが拡がる。

このように、上述した条件（Ａ），（Ｂ）を備えたＣＶＤ成膜装置とすることにより、フラットパネルディスプレー用表示パネルのガラス基板にＳｉＯ_２膜による絶縁膜やＳｉＮ_４膜による封止膜を成膜するような場合でも、面積の大きな基板に緻密で均一な膜を成膜することができる。

例えば、Ｌ２＝５０ｍｍ〜１８０ｍｍで、ＴＥＯＳガス流量と酸素ガス流量との比を１２：１００とし、成膜時圧力を４Ｐａに制御してＳｉＯ_２膜を成膜した場合、希釈したフッ酸で測定したエッチングレートは、熱ＣＶＤ法で形成された熱酸化膜のエッチングレートと比較して１．５〜３倍程度と向上した。すなわち、成膜時の圧力が低い条件において、エッチングレートに優れた緻密なＳｉＯ_２膜を形成することができた。膜厚分布に関しては、６インチウェハ内で±７％の膜厚分布を得ることができた。また、４Ｐａと成膜時の圧力が低い条件であっても、図２のように２００ｎｍの段差を有する基板に成膜を行った場合、ステップカバレッジは６０％以上と良好な値が得られた。

ＳｉＮｘ膜の場合には、マイクロ波入力電圧０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ^２、放電ガス（Ａｒガス）と材料ガス（ＳｉＨ_４，ＮＨ_３）との流量比を１００：２０〜３０：３０、成膜時圧力を４〜１０Ｐａで行ったとき、緻密で透湿性に優れた膜が得られた。ＳＷＰ−ＣＶＤの場合、放電が放電面全体に拡がるが、プラズマ電位は放電面から離れるに従って急激に減少し、また、電子温度が低いため、基板９に成膜される膜へのダメージが小さくなるという利点を有している。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、マイクロ波導入窓３ａは誘電体部材を構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明によるＳＷＰ−ＣＶＤ成膜装置の一実施の形態を示す図である。 ステップカバレッジを説明する図である。

符号の説明

１ マイクロ波発生部
２ 導波管
３ プロセス室
３ａ マイクロ波導入窓
９ 基板
３１，３２ 配管

Claims (4)

1. マイクロ波を誘電体部材を介してプラズマ生成室内に導入して表面波を形成し、その表面波により励起されたプラズマを利用してＳｉＯ_２膜またはＳｉＮ_４膜を成膜するＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法において、
   ＳｉＯ_２膜の材料ガスであるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスまたはＳｉＮ_４膜の材料ガスであるＳｉＨ_４ガスやＮＨ_３ガスをプラズマの高密度領域よりも前記基板側に導入することを特徴とするＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法。
2. 請求項１に記載のＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法において、
   成膜時における前記プラズマ生成室内の圧力を１Ｐａ以上４０Ｐａ以下に制御することを特徴とするＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法。
3. 請求項１または２に記載のＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法により成膜を行うＣＶＤ成膜装置。
4. 請求項１または２に記載のＳＷＰ−ＣＶＤ成膜法により、ＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ_４膜の少なくとも一方が形成されたフラットパネルディスプレー用表示パネル。

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