JP2765788B2 - Plasma CVD equipment - Google Patents

Plasma CVD equipment

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JP2765788B2
JP2765788B2 JP4302792A JP30279292A JP2765788B2 JP 2765788 B2 JP2765788 B2 JP 2765788B2 JP 4302792 A JP4302792 A JP 4302792A JP 30279292 A JP30279292 A JP 30279292A JP 2765788 B2 JP2765788 B2 JP 2765788B2
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electrode
substrate
plasma
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potential
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浩成 荒井
英彦 前畑
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、グロー放電により反応
ガスを励起分解し、基板を低温域で反応を生じさせて膜
堆積を行い、たとえば基板の表面にSi3N4 やSiO2などの
絶縁膜や保護膜を形成するプラズマCVD装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for exciting and decomposing a reaction gas by glow discharge to cause a substrate to react in a low temperature range to deposit a film. For example, a substrate such as Si 3 N 4 or SiO 2 is deposited on the surface of the substrate. The present invention relates to a plasma CVD apparatus for forming an insulating film and a protective film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の容量結合形のプラズマCVD装置
は、たとえば図3に示すように、反応室21内で、平行
平板極板22に高周波を印加して放電を行わせ、反応ガ
ス供給管23から供給される反応ガス(SiH4+NH3 , Si
H4+N2O など)を励起、イオン化させ、プラズマ中で電
離したイオンと、反応性の高い中性分子とをつくる。そ
して、この反応ガスを平板極板22の下方に平行に配置
されたアース電極24上でヒーター25により加熱され
た基板26の表面に反応させて、SiX Y やSiO x など
の絶縁薄膜を堆積形成するものである。
2. Description of the Related Art Conventional capacitively coupled plasma CVD apparatus
Are, for example, as shown in FIG.
A high frequency is applied to the flat plate 22 to cause discharge, and the reaction gas is applied.
Reaction gas (SiH)Four+ NHThree, Si
HFour+ NTwoO, etc.) to excite, ionize,
Creates isolated ions and highly reactive neutral molecules. So
Then, the reaction gas is disposed in parallel below the flat plate 22.
Is heated by the heater 25 on the ground electrode 24
Reacts with the surface of the substrate 26XNYAnd SiO xSuch
Is deposited to form an insulating thin film.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成で
は、通常基板26はアース電極24上に配置されて薄膜
の形成が行われており、平板極板22側に電位降下する
シース領域が存在するとともに、アース電極24側にも
電位の降下するシース領域が存在する。すると、正イオ
ンがこのシース領域内の電界で加速されてアース電極2
4上の基板26の表面に衝突するイオン衝突が生じ、薄
膜の形成に悪影響を与えるという問題点があった。
However, in the above configuration, the substrate 26 is usually disposed on the ground electrode 24 to form a thin film, and there is a sheath region where the potential drops toward the flat plate 22. At the same time, a sheath region where the potential drops also exists on the ground electrode 24 side. Then, positive ions are accelerated by the electric field in the sheath region, and the ground electrode 2 is accelerated.
There is a problem that ion collision colliding with the surface of the substrate 26 on the substrate 4 has a bad influence on the formation of a thin film.

【0004】本発明は、上記問題点を解決して、アース
電極側のシース電界により生じる基板へのイオン衝突を
防止して膜質の向上を図るとともに、膜の形成速度を高
めて生産性を向上することができるプラズマCVD装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above problems, prevents ion collision with the substrate caused by the sheath electric field on the ground electrode side, improves the film quality, and increases the film formation speed to improve the productivity. It is an object of the present invention to provide a plasma CVD apparatus capable of performing the above.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のプラズマCVD装置は、反応室内に、アー
ス電位であるグランド電極に対向して、高周波またはマ
イクロ波が印加されるプラズマ電極を配置し、このプラ
ズマ電極を、ヒーターが内蔵されて基板ホルダーと、こ
の基板ホルダー上に配置された基板のグランド電極側で
前記グランド電極に対向して発生プラズマのシース領域
の外側に配置されたメッシュ電極とで構成し、前記グラ
ンド電極に反応ガスを供給する反応ガス供給管を設け、
前記基板ホルダーに基板加熱用の加熱ヒーターを設けた
ものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a plasma CVD apparatus according to the present invention comprises a plasma electrode in which a high frequency or microwave is applied in a reaction chamber opposite a ground electrode which is a ground potential. The plasma electrode was placed outside the sheath region of the generated plasma, facing the ground electrode on the ground electrode side of the substrate holder with the built-in heater and the substrate placed on the substrate holder. A reaction gas supply pipe configured to supply a reaction gas to the ground electrode.
The substrate holder is provided with a heater for heating the substrate.

【0006】[0006]

【作用】上記構成によれば、電位勾配がグランド電極側
よりはるかに大きい強電界のプラズマ電極側で基板上に
成膜を行うことにより、反応が大きい加速電子を利用し
て成膜速度を向上することができる。しかも、電子を加
速して高エネルギー化するシース領域の外側で、加速さ
れた正イオンをメッシュ電極により捕集するので、イオ
ン衝突を防止して成膜への悪影響を防ぎ、良好な膜質を
得ることができる。
According to the above structure, the film is formed on the substrate on the plasma electrode side of the strong electric field having a potential gradient much larger than that on the ground electrode side, and the film formation rate is improved by utilizing the accelerated electrons having a large reaction. can do. In addition, since the accelerated positive ions are collected by the mesh electrode outside the sheath region where electrons are accelerated to increase energy, ion collision is prevented to prevent adverse effects on film formation and obtain good film quality. be able to.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明に係るプラズマCVD装置の一
実施例を図1および図2に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a plasma CVD apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0008】図1において、1はアース電位にされた反
応容器1aにより形成される反応室で、反応室1内の上
部にはアース電位にされた対向電極(グランド電極)2
が配置されるとともに、反応室1内の下部でシース領域
の外側に基板ホルダー3を備えたRF電極(プラズマ電
極)4(高周波電極、またはマイクロ波放電電極であっ
てもよい)が配置されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a reaction chamber formed by a reaction vessel 1a at a ground potential, and a counter electrode (ground electrode) 2 at a ground potential is provided in an upper portion of the reaction chamber 1.
And an RF electrode (plasma electrode) 4 (which may be a high-frequency electrode or a microwave discharge electrode) provided with a substrate holder 3 at a lower portion inside the reaction chamber 1 and outside the sheath region. I have.

【0009】前記対向電極2は、反応ガスを供給するガ
ス流入管5が接続されるとともに、内部にガス流入室6
が形成され、RF電極4に対向する下面に多数のガス噴
射穴6aが形成されている。
The counter electrode 2 is connected to a gas inflow pipe 5 for supplying a reaction gas and has a gas inflow chamber 6 therein.
Are formed, and a number of gas injection holes 6 a are formed on the lower surface facing the RF electrode 4.

【0010】前記RF電極4は、絶縁材製で上面開口の
保持ボックス7の内に、上面に絶縁板8を介して基板9
を載置する基板ホルダー3が配置されるとともに、この
保持ボックス7の開口面に基板ホルダー3と導通される
メッシュ電極11が配置されて構成されており、基板ホ
ルダー3に連結されて反応室1を貫通する導管12に、
高周波電極10からマッチング回路13を介して高周波
電力が印加される。また、基板ホルダー3の下部に形成
された中空部3a内に基板9を加熱する加熱ヒーター1
4が内蔵され、このヒーター14には加熱ヒーター制御
電源15からの導線16が導管12内を通って接続され
ている。
[0010] The RF electrode 4 is made of an insulating material and is held in a holding box 7 having an upper surface opening by a substrate 9 on an upper surface via an insulating plate 8.
And a mesh electrode 11 electrically connected to the substrate holder 3 is arranged on the opening surface of the holding box 7, and is connected to the substrate holder 3 so that the reaction chamber 1 is placed. Into a conduit 12 that passes through
High frequency power is applied from the high frequency electrode 10 via the matching circuit 13. Further, a heater 1 for heating the substrate 9 is provided in a hollow portion 3a formed below the substrate holder 3.
4, a conductor 16 from a heater control power supply 15 is connected to the heater 14 through the conduit 12.

【0011】17は反応室1の下部に接続されたガス排
出管である。図2は対向電極2とRF電極4の間の放電
領域付近の平均的な電位分布を示す。この放電領域の電
位は、常にアース電位より高いプラズマ電位VP に保た
れている。またRF電極4は、セルフバイアス電位VDC
となり、(通常グランド電極は対向電極2のみでなく、
反応室1の内壁もグランド電極と考えられることから)
RF電極4はグランド電極面積も小さく負の電位とな
る。ここで、VS はRF電極5にかかる電圧である。
Reference numeral 17 denotes a gas discharge pipe connected to a lower part of the reaction chamber 1. FIG. 2 shows an average potential distribution near the discharge region between the counter electrode 2 and the RF electrode 4. The potential of the discharge region is always kept to a higher plasma potential V P ground potential. The RF electrode 4 has a self-bias potential V DC
(The normal ground electrode is not only the counter electrode 2,
(Because the inner wall of the reaction chamber 1 is also considered a ground electrode.)
The RF electrode 4 has a small ground electrode area and a negative potential. Here, V S is a voltage applied to the RF electrode 5.

【0012】また、RF電極4と対向電極2付近に生じ
る電位勾配は、シース領域C1 ,C 2 で強電界が形成さ
れている。この領域において電子は加速され、高エネル
ギー化した電子が種々の反応に起こす。通常成膜は、グ
ランド電位側に基板を置いて行うが、反応エネルギーを
考慮した場合、より強電界(電位勾配大)を形成してい
るRF電極側で行う方が、加速電子による反応が大きく
成膜速度を向上させることができる。しかし、強電界は
正イオンも加速するので、電極に衝突するイオン衝突を
増加させ膜形成に悪影響を及ぼし、これはRF電極4側
の方が遙に大きいと考えられる。そこで本発明では、基
板9の上方に配置したメッシュ電極11で、イオン衝突
を起こす正イオンを捕集することによりこの問題を解決
している。
In addition, it occurs near the RF electrode 4 and the counter electrode 2.
Potential gradient is the sheath region C1, C TwoA strong electric field is formed
Have been. In this region, electrons are accelerated, and high energy
The electrons that have turned into energy cause various reactions. Normal film formation
The reaction is performed with the substrate placed on the land potential side.
In consideration of this, a stronger electric field (large potential gradient) is formed.
When the reaction is performed on the RF electrode side, the reaction due to the accelerated electrons is larger.
The film formation rate can be improved. However, the strong electric field
Since positive ions also accelerate, ion collisions that collide with the electrode
And adversely affect the film formation.
Is thought to be much larger. Therefore, in the present invention,
Ion collision with mesh electrode 11 arranged above plate 9
Solves this problem by collecting positive ions
doing.

【0013】上記構成において、高周波電源10からR
F電極4に高周波を印加して放電を行わせるとともに、
原料となる反応ガス(SiH4+NH3 , SiH4+N2O など)を
対向電極2のガス流入室6からガス噴射穴6aを介して
噴出させ、プラズマ中で反応ガスを励起、イオン化さ
せ、プラズマ中で電離したイオンと、反応性の高い中性
分子とをつくり、この反応性ガスをメッシュ電極11を
通過させて基板9上に運び、加熱ヒーター14により加
熱された基板17の表面で反応させて、SiX YやSiO
x などの絶縁薄膜を堆積形成させる。
In the above configuration, the high frequency power supply 10
While applying a high frequency to the F electrode 4 to cause discharge,
A reaction gas (SiH 4 + NH 3 , SiH 4 + N 2 O, etc.) as a raw material is ejected from a gas inflow chamber 6 of a counter electrode 2 through a gas injection hole 6 a to excite and ionize the reaction gas in the plasma, The ions ionized in the inside and neutral molecules having high reactivity are formed, and this reactive gas is carried on the substrate 9 through the mesh electrode 11 and reacted on the surface of the substrate 17 heated by the heater 14. And Si X NY and SiO
An insulating thin film such as x is deposited and formed.

【0014】したがって、対向電極2(グランド電極)
のシース領域C1 より強電界のシース領域C2 側のRF
電極4において基板9上に成膜を行うので、成膜速度を
より向上することができ、生産性を向上することができ
る。しかも、RF電極4においてシース領域C2 の外側
にメッシュ電極11を配置したので、イオン衝撃を生じ
る正イオンを捕集することができ、イオン衝撃による成
膜への悪影響を防止することができる。
Therefore, the counter electrode 2 (ground electrode)
RF on the sheath region C 2 side with a stronger electric field than the sheath region C 1
Since the film is formed on the substrate 9 at the electrode 4, the film forming speed can be further improved, and the productivity can be improved. Moreover, since the placing mesh electrode 11 to the outer sheath region C 2 in the RF electrode 4, it is possible to collect the positive ions produced ion bombardment, it is possible to prevent an adverse effect on the film by the ion bombardment.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明のプラズマC
VD装置によれば、電位勾配がグランド電極側よりはる
かに大きい強電界のプラズマ電極側で基板上に成膜を行
うことにより、反応が大きい加速電子を利用して成膜速
度を向上することができる。しかも、電子を加速して高
エネルギー化するシース領域の外側で、加速された正イ
オンをメッシュ電極により捕集するので、イオン衝突を
防止して成膜への悪影響を防ぎ、良好な膜質を得ること
ができる。
As described above, the plasma C of the present invention is used.
According to the VD apparatus, by forming a film on the substrate on the plasma electrode side of a strong electric field having a potential gradient much larger than that of the ground electrode side, it is possible to improve the film formation rate by using accelerated electrons having a large reaction. it can. In addition, since the accelerated positive ions are collected by the mesh electrode outside the sheath region where electrons are accelerated to increase energy, ion collision is prevented to prevent adverse effects on film formation and obtain good film quality. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るプラズマCVD装置の一実施例を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a plasma CVD apparatus according to the present invention.

【図2】同プラズマCVD装置における放電領域の平均
的な電位分布を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an average potential distribution in a discharge region in the plasma CVD apparatus.

【図3】従来のプラズマCVD装置を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応室 2 対向電極 3 基板ホルダー 4 RF電極 5 ガス流入管 6 ガス流入室 6a ガス噴射穴 7 保持ボックス 8 絶縁板 9 基板 10 高周波電源 11 メッシュ電極 14 加熱ヒーター 15 加熱ヒーター電源 17 ガス排出管 VP プラズマ電位 VDC セルフバイアス電位 VS RF電極にかかる電圧 C1 ,C2 シース領域DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction chamber 2 Counter electrode 3 Substrate holder 4 RF electrode 5 Gas inflow pipe 6 Gas inflow chamber 6a Gas injection hole 7 Holding box 8 Insulating plate 9 Substrate 10 High frequency power supply 11 Mesh electrode 14 Heater 15 Heater power supply 17 Gas discharge pipe V voltage C 1 according to the P plasma potential V DC self-bias potential V S RF electrodes, C 2 sheath region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−278131(JP,A) 特開 昭58−124223(JP,A) 特開 昭59−8609(JP,A) 特開 昭59−72126(JP,A) 特開 昭59−88821(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/205 H01L 21/31 C23C 16/50──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-61-278131 (JP, A) JP-A-58-124223 (JP, A) JP-A-59-8609 (JP, A) JP-A-59-8609 72126 (JP, A) JP-A-59-88821 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/31 C23C 16/50

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反応室内に、アース電位である対向電
極に対向して、高周波またはマイクロ波が印加されるプ
ラズマ電極を配置し、このプラズマ電極に、ヒーターが
内蔵された基板ホルダーと、この基板ホルダー上に配置
された基板のグランド電極側でかつ発生プラズマのシー
ス領域の外側に配置されたメッシュ電極とを備え、前記
対向電極に反応ガスを供給する反応ガス供給管を設けた
ことを特徴とするプラズマCVD装置。
1. A plasma electrode to which a high frequency or microwave is applied is disposed in a reaction chamber so as to face a counter electrode at a ground potential. A mesh electrode arranged on the ground electrode side of the substrate arranged on the holder and outside the sheath region of the generated plasma, and a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas to the counter electrode is provided. Plasma CVD apparatus.
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