JP2906239B2 - プラズマ化学気相成長法 - Google Patents
プラズマ化学気相成長法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 化学気相成長反応の活性化に必要なエネルギーをプラ
ズマによって与えるプラズマ化学気相成長法に関し、 基板表面の凹凸に沿って膜を成長でき、基板に損傷を
与えないプラズマCVD法を提供することを目的とし、 マイクロ波を用いるプラズマ化学気相成長法におい
て、前記マイクロ波をパルス状に印加し、そのパルス幅
は5m秒以下とすることを特徴とするプラズマ化学気相成
長法を含み構成する。
ズマによって与えるプラズマ化学気相成長法に関し、 基板表面の凹凸に沿って膜を成長でき、基板に損傷を
与えないプラズマCVD法を提供することを目的とし、 マイクロ波を用いるプラズマ化学気相成長法におい
て、前記マイクロ波をパルス状に印加し、そのパルス幅
は5m秒以下とすることを特徴とするプラズマ化学気相成
長法を含み構成する。
本発明は、化学気相成長反応の活性化に必要なエネル
ギーをプラズマによって与えるプラズマ化学気相成長法
（以下プラズマCVD法と言う。）に関する。
ギーをプラズマによって与えるプラズマ化学気相成長法
（以下プラズマCVD法と言う。）に関する。
従来、半導体装置の薄膜堆積の形成プロセスとして、
熱CVD法やプラズマCVD法が使用されている。熱CVD法は
常圧または減圧で熱的に化学気相成長反応を起こさせる
ものであり、プラズマCVD法は、グロー放電により反応
ガスを励起させて膜堆積を行うものである。
熱CVD法やプラズマCVD法が使用されている。熱CVD法は
常圧または減圧で熱的に化学気相成長反応を起こさせる
ものであり、プラズマCVD法は、グロー放電により反応
ガスを励起させて膜堆積を行うものである。
第７図は従来の容量結合型プラズマCVD装置の構成図
である。同図において、容量結合型プラズマCVD装置
は、容器１内のヒータで400℃程度に加熱したサセプタ
２上に、基板３が配置され、その上部に設けられた平行
平板電極４に、FR（Radio Frequency）電源５として例
えば13.56MHzの周波数が印加され、容器１内に反応ガス
が導入されるようになっている。
である。同図において、容量結合型プラズマCVD装置
は、容器１内のヒータで400℃程度に加熱したサセプタ
２上に、基板３が配置され、その上部に設けられた平行
平板電極４に、FR（Radio Frequency）電源５として例
えば13.56MHzの周波数が印加され、容器１内に反応ガス
が導入されるようになっている。
従来、平行平板電極４に印加されるRF周波数は、パル
スで発振させたとしても第８図に示すようにパルス幅と
しては、数10ms以上であり、発生するプラズマや基板上
に形成されるイオンシース（電子が不足してイオンが存
在する領域）などの性質は、連続発振の場合とほぼ同等
と見られている。しかし、基板上方に発達したイオンシ
ースは基板に損傷を与え、また基板表面の凹凸に沿った
膜の成長が望めなかった。
スで発振させたとしても第８図に示すようにパルス幅と
しては、数10ms以上であり、発生するプラズマや基板上
に形成されるイオンシース（電子が不足してイオンが存
在する領域）などの性質は、連続発振の場合とほぼ同等
と見られている。しかし、基板上方に発達したイオンシ
ースは基板に損傷を与え、また基板表面の凹凸に沿った
膜の成長が望めなかった。
すなわち、従来のプラズマCVD法では、第９図に示す
ように基板６上の凹凸のある膜７上に堆積される成長膜
８は、その段差の側壁部分の堆積状態が悪く、凸面部に
堆積する膜厚をａ、側壁部に堆積する膜厚をｂとする
と、側壁部の膜厚がより薄く（ａ≧ｂ）なり、オーバー
ハング状に形成される。特に、基板６上に形成されたパ
ターンの高さと幅の比であるアスペクト比が大きいとこ
ろでは、成長膜８のカバレッジの劣化は避けられない問
題があった。これは、プラズマCVD法では、側壁への反
応種の供給とイオン衝撃が異方的に起こるからである。
すなわち、基板６上方にできるイオンシース（電子が不
足してイオンが存在する領域）の幅が基板６表面パター
ンの凹凸の段差に比較して大きくなり、さまざまなエネ
ルギーのイオンが遠くから入射するため、凹凸の側壁へ
の反応種とイオン照射効果が凸面より少ないことによ
る。また、イオンシース幅が大きく形成されるため、イ
オン衝撃とエネルギーが大きくなり基板６にダメージを
与えることがあった。
ように基板６上の凹凸のある膜７上に堆積される成長膜
８は、その段差の側壁部分の堆積状態が悪く、凸面部に
堆積する膜厚をａ、側壁部に堆積する膜厚をｂとする
と、側壁部の膜厚がより薄く（ａ≧ｂ）なり、オーバー
ハング状に形成される。特に、基板６上に形成されたパ
ターンの高さと幅の比であるアスペクト比が大きいとこ
ろでは、成長膜８のカバレッジの劣化は避けられない問
題があった。これは、プラズマCVD法では、側壁への反
応種の供給とイオン衝撃が異方的に起こるからである。
すなわち、基板６上方にできるイオンシース（電子が不
足してイオンが存在する領域）の幅が基板６表面パター
ンの凹凸の段差に比較して大きくなり、さまざまなエネ
ルギーのイオンが遠くから入射するため、凹凸の側壁へ
の反応種とイオン照射効果が凸面より少ないことによ
る。また、イオンシース幅が大きく形成されるため、イ
オン衝撃とエネルギーが大きくなり基板６にダメージを
与えることがあった。
そこで本発明は、基板表面の凹凸に沿って膜を成長で
き、基板に損傷を与えないプラズマCVD方を提供するこ
とを目的とする。
き、基板に損傷を与えないプラズマCVD方を提供するこ
とを目的とする。
上記課題は、マイクロ波を用いるプラズマ化学気相成
長法において、該マイクロ波と同期させて高周波をプラ
ズマ室の堆積室内に配置された基板に対してパルス状に
印加するときに、そのパルス幅を5m秒以下とすることを
特徴とするプラズマ化学気相成長法によって解決され
る。
長法において、該マイクロ波と同期させて高周波をプラ
ズマ室の堆積室内に配置された基板に対してパルス状に
印加するときに、そのパルス幅を5m秒以下とすることを
特徴とするプラズマ化学気相成長法によって解決され
る。
本発明では、マイクロ波と高周波とを同期させてパル
ス状に印加し、そのパルス幅を5m秒以下としている。イ
オンシースはプラズマが初めて基板に照射されてから、
ある時間経過後に、所定の幅で基板上方に形成される。
このイオンシースの幅は、プラズマ密度が高いほど狭く
なり、またプラズマが照射される前にはできていない。
従って、パルス幅を5m秒以下と短かくすることで、プラ
ズマ発生の極めて初期には、シース幅を極めて小さく、
凹凸の表面に沿ったものとすることができる。そのた
め、基板表面の凹凸に沿って膜を成長させることがで
き、かつ基板に損傷を与えない。
ス状に印加し、そのパルス幅を5m秒以下としている。イ
オンシースはプラズマが初めて基板に照射されてから、
ある時間経過後に、所定の幅で基板上方に形成される。
このイオンシースの幅は、プラズマ密度が高いほど狭く
なり、またプラズマが照射される前にはできていない。
従って、パルス幅を5m秒以下と短かくすることで、プラ
ズマ発生の極めて初期には、シース幅を極めて小さく、
凹凸の表面に沿ったものとすることができる。そのた
め、基板表面の凹凸に沿って膜を成長させることがで
き、かつ基板に損傷を与えない。
上記イオンシース作用を図面を用いて説明する。
第３図（ａ）〜（ｃ）は基板上にイオンシースが形成
される状態を示す図、第４図はイオンシース幅の時間的
変化を示す図である。
される状態を示す図、第４図はイオンシース幅の時間的
変化を示す図である。
プラズマが照射された後のイオンシース幅は、第４図
に示すように徐々に大きくなり、一定時間経過後に所定
の大きさになる。
に示すように徐々に大きくなり、一定時間経過後に所定
の大きさになる。
第３図（ａ）はプラズマ照射前でイオンシースが形成
されず、中性の状態である。
されず、中性の状態である。
第３図（ｂ）はプラズマが照射されてから所定の短い
時間（t1）経過後でイオンシース幅が小さく、基板の凹
凸に沿って形成されると考えられる。この状態では基板
表面の凹凸に沿って膜が成長する。またイオンシース幅
も小さいため、基板に損傷を与えない。
時間（t1）経過後でイオンシース幅が小さく、基板の凹
凸に沿って形成されると考えられる。この状態では基板
表面の凹凸に沿って膜が成長する。またイオンシース幅
も小さいため、基板に損傷を与えない。
第３図（ｃ）はプラズマが照射されてから十分に時間
が経過した後（t2後）でイオンシース幅が数mm以上の大
きさに形成される。この状態では上述のようにさまざま
なエネルギーのイオンが遠くから入射するため、凹凸の
側壁へのイオン照射効果が凸面より少なくなり、また、
イオンシース幅が大きいため、加速されたイオンの衝撃
が大きくなり基板にダメージを与える。
が経過した後（t2後）でイオンシース幅が数mm以上の大
きさに形成される。この状態では上述のようにさまざま
なエネルギーのイオンが遠くから入射するため、凹凸の
側壁へのイオン照射効果が凸面より少なくなり、また、
イオンシース幅が大きいため、加速されたイオンの衝撃
が大きくなり基板にダメージを与える。
以下、本発明を図示の一実施例により具体的に説明す
る。
る。
第１図は本発明実施例のECRプラズマCVD装置の構成図
である。
である。
このプラズマCVD装置は、電子サイクロトロン共鳴（E
CR:Electron Cyclotron Resonance）プラズマを利用し
た装置である。同図において、プラズマ室11内には、導
波管12で導かれたマイクロ波（2.45GHz）に対して、プ
ラズマ室11の周囲に配置された磁界コイル13で電子サイ
クロトン共鳴条件を満たす磁界が形成されており、プラ
ズマ室11内で発生したプラズマは、堆積室14に導かれ
る。この堆積室14内には、サセプタ15に基板16が配置さ
れ、このサセプタ15には、高周波電源17としてRF（Radi
o Frequency）電源の13.56MHzの周波数が印加されるよ
うになっている。また、プラズマ室11内には窒素（N2）
などのプラズマ発生用ガスが導入され、堆積室14内には
シラン（SiH4）などの反応ガスが導入される。
CR:Electron Cyclotron Resonance）プラズマを利用し
た装置である。同図において、プラズマ室11内には、導
波管12で導かれたマイクロ波（2.45GHz）に対して、プ
ラズマ室11の周囲に配置された磁界コイル13で電子サイ
クロトン共鳴条件を満たす磁界が形成されており、プラ
ズマ室11内で発生したプラズマは、堆積室14に導かれ
る。この堆積室14内には、サセプタ15に基板16が配置さ
れ、このサセプタ15には、高周波電源17としてRF（Radi
o Frequency）電源の13.56MHzの周波数が印加されるよ
うになっている。また、プラズマ室11内には窒素（N2）
などのプラズマ発生用ガスが導入され、堆積室14内には
シラン（SiH4）などの反応ガスが導入される。
第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明実施例のマイクロ波
とRFの印加状態を示す図である。
とRFの印加状態を示す図である。
同図（ａ）の例においては、2.45GHzのマイクロ波
は、パルス幅が5ms、パルスの間隔が数〜数10ms、出力
が600〜700wの条件で印加され、高周波の13.56MHzのRF
は、マイクロ波に同期し、その立ち上がりからやや遅れ
てパルス幅が3ms、出力が20〜50wの条件で印加される。
は、パルス幅が5ms、パルスの間隔が数〜数10ms、出力
が600〜700wの条件で印加され、高周波の13.56MHzのRF
は、マイクロ波に同期し、その立ち上がりからやや遅れ
てパルス幅が3ms、出力が20〜50wの条件で印加される。
また、同図（ｂ）の例においては、マイクロ波は、パ
ルス幅が5ms、パルスの間隔が数10msであり、かつRFの
パルスが印加されている時以外の出力（P0）は、マイク
ロ波のパルス発生時の出力（P1）の1/2以下（P0/P1≦0.
5）の条件で印加される。
ルス幅が5ms、パルスの間隔が数10msであり、かつRFの
パルスが印加されている時以外の出力（P0）は、マイク
ロ波のパルス発生時の出力（P1）の1/2以下（P0/P1≦0.
5）の条件で印加される。
上記方法において、13.56MHzのみのRFを短時間印加し
て安定なプラズマを作ることは困難である。すなわち、
電極の一部分から放電が始まりることなどが原因となっ
て安定になるまで時間がかかるからである。従って、本
発明では、2.45GHZのマイクロ波を13.56MHzのRFに同期
して送ると、短時間で安定なプラズマができる。パルス
状に13.56MHzのマイクロ波及び2.45GHzのRFを送ると、
パルス状にプラズマが発生する。このパルスの時間幅を
電気的に制御すると、プラズマの発生する時間が制御さ
れる。ただし、13.56MHzのRFの発振より2.45GHzのマイ
クロ波を先行させることが安定なプラズマを発生させる
ために大切である。すなわち、マイクロ波の2.45GHz
は、種火の役目をする。プラズマ密度は、このマイクロ
波の出力で決まる。
て安定なプラズマを作ることは困難である。すなわち、
電極の一部分から放電が始まりることなどが原因となっ
て安定になるまで時間がかかるからである。従って、本
発明では、2.45GHZのマイクロ波を13.56MHzのRFに同期
して送ると、短時間で安定なプラズマができる。パルス
状に13.56MHzのマイクロ波及び2.45GHzのRFを送ると、
パルス状にプラズマが発生する。このパルスの時間幅を
電気的に制御すると、プラズマの発生する時間が制御さ
れる。ただし、13.56MHzのRFの発振より2.45GHzのマイ
クロ波を先行させることが安定なプラズマを発生させる
ために大切である。すなわち、マイクロ波の2.45GHz
は、種火の役目をする。プラズマ密度は、このマイクロ
波の出力で決まる。
次に、上記プラズマCVD装置により第２図（ａ）また
は（ｂ）に示すマイクロ波とRFを印加して、成長膜を形
成した結果を示す。このときの成長条件は、圧力が１×
10-2Torr、反応ガス（SiH4）の流量が20cc/min、プラズ
マ発生用ガス（N2）の流量が100cc/min、温度は室温と
し、マイクロ波に同期したRFのパルス幅を3msにして膜
成長を行なったところ、成長速度は500nm/minであっ
た。
は（ｂ）に示すマイクロ波とRFを印加して、成長膜を形
成した結果を示す。このときの成長条件は、圧力が１×
10-2Torr、反応ガス（SiH4）の流量が20cc/min、プラズ
マ発生用ガス（N2）の流量が100cc/min、温度は室温と
し、マイクロ波に同期したRFのパルス幅を3msにして膜
成長を行なったところ、成長速度は500nm/minであっ
た。
第５図は本発明実施例の成長膜の状態を示す断面図で
ある。
ある。
同図において、基板21上には、膜厚が１μｍ程度で所
定のパターンを持った膜22が形成され、この上に上記条
件で窒化膜23が形成された。
定のパターンを持った膜22が形成され、この上に上記条
件で窒化膜23が形成された。
上記方法では、基板21表面上の凹凸に沿って、極めて
カバレジのよい窒化膜23が成長した。この窒化膜23を濃
フッ酸（HF）を用いて膜のエッチングを行ったところ、
250Å/minと極めて遅く、エッジ部と平坦部で差がなく
良質であることを示した。また、硬度を測定したところ
ヌープ硬度で104Kg/mm2以上で極めて硬い膜が等方的に
成長することを示した。
カバレジのよい窒化膜23が成長した。この窒化膜23を濃
フッ酸（HF）を用いて膜のエッチングを行ったところ、
250Å/minと極めて遅く、エッジ部と平坦部で差がなく
良質であることを示した。また、硬度を測定したところ
ヌープ硬度で104Kg/mm2以上で極めて硬い膜が等方的に
成長することを示した。
一方、パルス幅を20msとし、他の条件を同様にして成
長したときには、第６図に示すように、側壁部分の窒化
膜23′の成長状態が悪く、斜線に示す側壁部分がHFに容
易にエッチングされた。
長したときには、第６図に示すように、側壁部分の窒化
膜23′の成長状態が悪く、斜線に示す側壁部分がHFに容
易にエッチングされた。
以上のように本発明においては、マイクロ波とRFとを
同期させてパルス状に印加し、そのパルス幅を5m秒以下
とすればよく、安定なプラズマを発生させるために種火
となるマイクロ波をRFに発行させるものである。上記実
施例では窒化膜の成長につけて説明したが、本発明の適
用範囲はその場合に限られるものでなく、同様な条件で
他の膜を成長する場合にも適用するものである。
同期させてパルス状に印加し、そのパルス幅を5m秒以下
とすればよく、安定なプラズマを発生させるために種火
となるマイクロ波をRFに発行させるものである。上記実
施例では窒化膜の成長につけて説明したが、本発明の適
用範囲はその場合に限られるものでなく、同様な条件で
他の膜を成長する場合にも適用するものである。
以上説明した様に本発明によれば、マイクロ波と高周
波とを同期させてパルス状に印加し、そのパルス幅を5m
秒以下とすることで、プラズマ発生の極めて初期には、
イオンシース幅を極めて小さく、基板表面の凹凸に沿っ
たものとすることができ、従って、基板表面の凹凸に沿
って良質な膜を成長することができ、かつ基板に損傷を
与えない効果が得られた。
波とを同期させてパルス状に印加し、そのパルス幅を5m
秒以下とすることで、プラズマ発生の極めて初期には、
イオンシース幅を極めて小さく、基板表面の凹凸に沿っ
たものとすることができ、従って、基板表面の凹凸に沿
って良質な膜を成長することができ、かつ基板に損傷を
与えない効果が得られた。
第１図は本発明実施例のECRプラズマCVD装置の構成図、 第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明実施例のマイクロ波と
RFの印加状態を示す図、 第３図（ａ）〜（ｃ）は基板上にイオンシースが形成さ
れる状態を示す図、 第４図はイオンシース幅の時間的変化を示す図、 第５図は本発明実施例の成長膜の状態を示す断面図、 第６図はパルス幅を大きくしたときの成長膜の状態を示
す断面図、 第７図は従来の容量結合型プラズマCVD装置の構成図、 第８図は従来のRFの印加状態を示す図、 第９図は従来の成長膜の状態を示す断面図である。 図中、 11はプラズマ室、 12は導波管、 13は磁界コイル、 14は堆積室、 15はサセプタ、 16は基板、 17は高周波（RF）電源、 21は基板、 22は膜、 23、23′は窒化膜、 を示す。
RFの印加状態を示す図、 第３図（ａ）〜（ｃ）は基板上にイオンシースが形成さ
れる状態を示す図、 第４図はイオンシース幅の時間的変化を示す図、 第５図は本発明実施例の成長膜の状態を示す断面図、 第６図はパルス幅を大きくしたときの成長膜の状態を示
す断面図、 第７図は従来の容量結合型プラズマCVD装置の構成図、 第８図は従来のRFの印加状態を示す図、 第９図は従来の成長膜の状態を示す断面図である。 図中、 11はプラズマ室、 12は導波管、 13は磁界コイル、 14は堆積室、 15はサセプタ、 16は基板、 17は高周波（RF）電源、 21は基板、 22は膜、 23、23′は窒化膜、 を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205
Claims (3)
- 【請求項１】マイクロ波を用いるプラズマ化学気相成長
法において、 該マイクロ波と同期させて高周波をプラズマ室の堆積室
内に配置された基板に対してパルス状に印加するとき
に、そのパルス幅を5m秒以下とすることを特徴とするプ
ラズマ化学気相成長法。 - 【請求項２】前記高周波パルスの印加時以外のときのマ
イクロ波の出力は、該マイクロ波のパルス発生時の出力
の1/2以下である請求項１記載のプラズマ化学気相成長
法。 - 【請求項３】該マイクロ波は種火として前記高周波より
先行させる請求項１記載のプラズマ化学気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279424A JP2906239B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | プラズマ化学気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279424A JP2906239B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | プラズマ化学気相成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129375A JPH02129375A (ja) | 1990-05-17 |
| JP2906239B2 true JP2906239B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=17610887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63279424A Expired - Fee Related JP2906239B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | プラズマ化学気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2906239B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2643443B2 (ja) * | 1989-05-15 | 1997-08-20 | 富士電機株式会社 | 乾式薄膜加工方法 |
| JP2737377B2 (ja) * | 1990-06-25 | 1998-04-08 | 富士電機株式会社 | プラズマ処理装置 |
| JPH04144992A (ja) * | 1990-10-01 | 1992-05-19 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | マイクロ波プラズマ発生装置およびそれを利用するダイヤモンド膜の製造方法 |
| JP2783276B2 (ja) * | 1995-07-04 | 1998-08-06 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| DE19824364A1 (de) * | 1998-05-30 | 1999-12-02 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Aufbringen eines Verschleißschutz-Schichtsystems mit optischen Eigenschaften auf Oberflächen |
| ATE326557T1 (de) * | 2002-05-24 | 2006-06-15 | Schott Ag | Vorrichtung für cvd-behandlungen |
| JP5822795B2 (ja) | 2012-07-17 | 2015-11-24 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01214122A (ja) * | 1988-02-23 | 1989-08-28 | Tel Sagami Ltd | プラズマ処理方法 |
-
1988
- 1988-11-07 JP JP63279424A patent/JP2906239B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02129375A (ja) | 1990-05-17 |
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