JP2007154226A - プラズマcvd装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマCVD装置1は、成膜室2、混合ガス16を成膜室2内へ導入する第一のガス供給手段3、第二のキャリアガス18を成膜室2内へ導入する第二のガス供給手段4、成膜室2内を減圧する排気手段5を少なくとも備え、成膜室2は、導入部17が配置された第一の空間6と、基板側電極9が配置される第二の空間7と、第一の空間6と第二の空間7を分割する第一のシャワーヘッド8Aおよび第二のシャワーヘッド8Bとから構成され、第一のシャワーヘッド8Aと第二のシャワーヘッド8Bの間隙25に、第二のキャリアガス18の導入部21を設け、第一のシャワーヘッド8Aと基板側電極9のそれぞれに高周波を印加する電力供給手段10を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
このプラズマCVD装置を用いた成膜方法では、プラズマ形成室で形成された酸素活性種を反応室に輸送するとともに、基板の表面に薄膜の原料となる反応ガス(原料ガス)を供給することにより、基板の表面上でのみ反応がすすみ、基板上にパーティクルの混入量が少ない薄膜を形成する。
また、このプラズマCVD装置を用いた成膜方法では、基板の外側に、反応ガスを供給するためのガス導入配管を配置することにより、ガス導入配管の表面に形成された薄膜や粒状の堆積物が基板上に落下することが防止されている。そのため、薄膜中へのパーティクルの混入が抑制されている。
図3中、符号101は高周波電源、102は基板側電極、103はシャワーヘッド、104はキャリアガス、105は原料ガス、106は微粒子、107は基板、108は石英膜、109は容器、110は液体原料、111は流量計、112は配管、113は真空ポンプ、114は成膜室、をそれぞれ示している。
このような基板側電極102とシャワーヘッド103の両方に高周波を印加するCVD装置は、誘導結合プラズマ(ICP:Inductively coupled plasma−enhanced)−CVD装置と呼ばれ、基板型光導波路のみならず、半導体デバイスの製造やパッケージングなどの分野に、広く適用することができる。
プラズマCVD装置100では、原料ガス105の分解効率を向上させることができるものの、特許文献1に記載されているように、原料ガス105を基板107の表面付近でのみ分解させて、石英膜108中へのパーティクルの混入を抑制することはできなかった。
図1は、本発明に係るプラズマCVD装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
図1中、符号1はプラズマCVD装置、2は成膜室、3は第一のガス供給手段、4は第二のガス供給手段、5は排気手段、6は第一の空間、7は第二の空間、8はシャワーヘッド、8Aは第一のシャワーヘッド、8Bは第二のシャワーヘッド、9は基板側電極、10は電力供給手段、11は第一のキャリアガス、12は液体原料、13は容器、14は流量計、15は配管、16は混合ガス、17は導入部、18は第二のキャリアガス、19は流量計、20は配管、21は導入部、22は基板、23は薄膜、24は微粒子、25は間隙、をそれぞれ示している。
また、成膜室2は、混合ガス16の導入部17が配置された第一の空間6と、薄膜23が形成される基板22を載置する基板側電極9が配置された第二の空間7と、第一の空間6と第二の空間7を分割するように、所定の間隔をおいて重ねて設けられた第一のシャワーヘッド8Aと第二のシャワーヘッド8Bからなるシャワーヘッド8とから構成されている。
さらに、プラズマCVD装置1は、第一のシャワーヘッド8Aと基板側電極9のそれぞれに、高周波を印加する電力供給手段10を備えている。
基板22と、第二のシャワーヘッド8Bとの距離が20mm未満では、基板22上に形成される薄膜23の面内均一性が劣化する。一方、基板22と、第二のシャワーヘッド8Bとの距離が200mmを超えると、基板22と、第二のシャワーヘッド8Bとの間の空間において、パーティクルの形成が進行し、薄膜23内へのパーティクルの混入量が増加する。
この細孔8aは、第一のシャワーヘッド8Aに印加した高周波によって原料ガスが分解されることによって生じたイオン種や活性種、あるいは、イオン種や活性種が集合してなる微粒子を通過させるために設けられている。
電力供給手段10としては、第一のシャワーヘッド8Aと基板側電極9のそれぞれに、異なる電力および異なる周波数の高周波を印加することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、RF電源、マイクロ波電源などの高周波電源が挙げられる。
また、本発明のプラズマCVD装置にあっては、シャワーヘッドを三段以上重ねて設けた場合、シャワーヘッドのうち少なくとも初段をなすシャワーヘッドと基板側電極のそれぞれに高周波を印加する電力供給手段を設ければよい。なお、本発明のプラズマCVD装置において、初段をなすシャワーヘッドとは、原料ガスの導入部に最も近くに配置されているシャワーヘッドのことである。
プラズマCVD装置1を用いて、基板22上に薄膜23を形成するには、容器13内に収容されている薄膜23の原料となる原料液体12を気化させて原料ガスとするとともに、この原料ガスを第一のキャリアガス11と混合して混合ガス16とし、配管15を介して、導入部17から成膜室2の第一の空間6内に導入する。
また、第一のキャリアガス11の流量を、100sccm以上、3000sccm以下とする。
原料液体12を気化させてなる原料ガスの流量を、5sccm以上、100sccm以下とする。
成膜室2内の気圧を、10−5Pa以上、100Pa以下とする。
第一のシャワーヘッド8Aに印加する高周波の電力を、5W以上、200W以下とし、周波数を10MHz以上、27MHz以下とする。
基板側電極9に印加する高周波の電力を、100W以上、1000W以下とし、周波数を100kHz以上、500kHz以下とする。
原料ガス16の分解によって生じたイオン種や活性種は、第一のシャワーヘッド8Aの細孔8aを通過して、第一のシャワーヘッド8Aと第二のシャワーヘッド8Bの間隙25に移動する。
第二のキャリアガス18の流量を、25sccm以上、750sccm以下とする。
また、このプラズマCVD装置1を用いた薄膜23の形成方法では、イオン種や活性種が集合してなる微粒子24は、従来よりも粒径が非常に小さいので、排気手段5によって、成膜室2から外部に排出されるため、基板22や薄膜23上に微粒子24が堆積して、この微粒子24が薄膜23中にパーティクルとして混入することを抑制することができる。
図2は、本発明に係るプラズマCVD装置の第二の実施形態を示す概略構成図である。
図2において、図1に示したプラズマCVD装置1と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態のプラズマCVD装置30が、上述のプラズマCVD装置1と異なる点は、第一のシャワーヘッド8Aと第二のシャワーヘッド8Bの間隙25には、第二のキャリアガス18の導入部31が設けられており、この導入部31は、第一のシャワーヘッド8Aと第二のシャワーヘッド8Bの間隙25に対して垂直に、第二のキャリアガス18を導入するように配置されている点である。
図1に示すプラズマCVD装置1を用いて、直径100mmのシリコンからなる基板22上に、二酸化シリコンからなる薄膜23を形成した。
この実施例1では、第一のシャワーヘッド8Aと第一のシャワーヘッド8Bの間隙25を5mmとした。
基板22の温度を380℃、成膜室2内の圧力を20Pa、第一のキャリアガス11の流量を600sccm、第二のキャリアガス18の流量を150sccm、液体原料12の正ケイ酸四エチル(Si(OC2H5)4)を気化してなる原料ガスの流量を12.5sccmとした。
第一のシャワーヘッド8Aに印加するRF電力を80W、周波数を13.56MHzとした。基板側電極9に印加するRF電力を600W、周波数を380kHzとした。
上記の条件にて、基板22上に形成された二酸化シリコンからなる薄膜23の厚みは10.5μm、基板22面内の膜厚分布は±7%であった。
また、成膜室2内をクリーニングした後、5枚目の基板22上に形成した薄膜23中に存在する直径1μm以上のパーティクル数は30個であった。
図1に示すプラズマCVD装置1を用いて、直径100mmのシリコンからなる基板22上に、二酸化シリコンからなる薄膜23を形成した。
この実施例1では、第一のシャワーヘッド8Aと第一のシャワーヘッド8Bの間隙25を5mmとした。
基板22の温度を380℃、成膜室2内の圧力を20Pa、第一のキャリアガス11の流量を750sccm、第二のキャリアガス18の流量を0sccm、液体原料12の正ケイ酸四エチル(Si(OC2H5)4)を気化してなる原料ガスの流量を12.5sccmとした。
第一のシャワーヘッド8Aに印加するRF電力を80W,周波数を13.56MHzとした。基板側電極9に印加するRF電力を600W,周波数を380kHzとした。
上記の条件にて、基板22上に形成された二酸化シリコンからなる薄膜23の厚みは10.0μm、基板22面内の膜厚分布は±6.5%であった。
図2に示すプラズマCVD装置1を用いて、直径100mmのシリコンからなる基板22上に、二酸化シリコンからなる薄膜23を形成した。
この実施例1では、第一のシャワーヘッド8Aと第一のシャワーヘッド8Bの間隙25を5mmとした。
基板22の温度を380℃、成膜室2内の圧力を20Pa、第一のキャリアガス11の流量を600sccm、第二のキャリアガス18の流量を150sccm、液体原料12の正ケイ酸四エチル(Si(OC2H5)4)を気化してなる原料ガスの流量を12.5sccmとした。
第一のシャワーヘッド8Aに印加するRF電力を80W、周波数を13.56MHzとした。基板側電極9に印加するRF電力を600W、周波数を380kHzとした。
上記の条件にて、基板22上に形成された二酸化シリコンからなる薄膜23の厚みは10.0μm、基板22面内の膜厚分布は±3%であった。
また、成膜室2内をクリーニングした後、5枚目の基板22上に形成した薄膜23中に存在する直径1μm以上のパーティクル数は37個であった。
Claims (6)
- 成膜室、第一のキャリアガスと原料ガスからなる混合ガスを前記成膜室内へ導入する第一のガス供給手段、第二のキャリアガスを前記成膜室内へ導入する第二のガス供給手段、および、前記成膜室内を減圧する排気手段を少なくとも備え、
前記成膜室は、前記混合ガスの導入部が配置された第一の空間と、薄膜が形成される基板を載置する基板側電極が配置された第二の空間と、前記第一の空間と前記第二の空間を分割するように、間隔をおいて重ねて設けられた複数のシャワーヘッドとから構成され、
前記シャワーヘッド同士の間隙に、前記第二のキャリアガスの導入部を設け、
前記シャワーヘッドのうち少なくとも初段をなすシャワーヘッドと前記基板側電極のそれぞれに高周波を印加する電力供給手段を有することを特徴とするプラズマCVD装置。 - 前記基板側電極から見て最も近傍に配置されたシャワーヘッドは、前記成膜室と同電位にあることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。
- 前記第二のキャリアガスの導入部は、シャワーヘッド同士の間隙に対して平行に第二のキャリアガスを導入するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。
- 前記第二のキャリアガスの導入部は、シャワーヘッド同士の間隙に対して垂直に第二のキャリアガスを導入するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。
- 前記基板と、前記基板側電極から見て最も近傍に配置されたシャワーヘッドとの間隔は、20mm以上、200mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。
- 前記第二のキャリアガスが酸素であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。
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JP2000212752A (ja) * | 1999-01-18 | 2000-08-02 | Samsung Electronics Co Ltd | 反応チャンバガス流入方法及びそれに用いるシャワ―ヘッド |
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