JP3159097B2

JP3159097B2 - 成膜方法

Info

Publication number: JP3159097B2
Application number: JP00314797A
Authority: JP
Inventors: 正彦奥村; 隆司三上; 浩哉桐村
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 2001-04-23
Anticipated expiration: 2017-01-10
Also published as: JPH10195640A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置にお
ける各画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）ス
イッチ等の材料として用いられたり、集積回路、太陽電
池等に用いられる結晶性シリコン、その他の膜を形成す
る成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】結晶性膜の形成を例にとると、ＣＶＤ
法、特に熱ＣＶＤ法が多用されている。ＣＶＤ法によ
り、例えば結晶性シリコン膜を形成するためには、通
常、被成膜物品の温度を８００℃程度以上に保つ必要が
ある。また、真空蒸着法、スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法
も用いられるが、この場合も、該膜を結晶性を有するも
のにするためには、通常、被成膜物品の温度を７００℃
程度以上に保つ必要がある。

【０００３】また近年では、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法に
より比較的低温下でアモルファスシリコン膜を形成した
後、後処理として、８００℃程度以上の熱処理若しくは
６００℃程度で２０時間程度以上の長時間にわたる熱処
理を施したり、レーザアニール処理を施して、該膜を結
晶性シリコン膜とすることが行われている。しかしなが
ら、前記のように、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により直接
結晶性シリコン膜を形成する方法によっては、例えば液
晶表示装置のガラス基板として比較的安価な低融点ガラ
スを用い、この基板上にＴＦＴを形成するために結晶性
シリコン膜を形成しようとするとき、かかる低融点ガラ
スを７００℃や８００℃に保つと、溶融したり歪みが生
じる等する。このようにＣＶＤ法やＰＶＤ法で直接結晶
性シリコン膜を形成する手法では耐熱性が比較的低い材
質からなる物品上への成膜が困難である。

【０００４】また、前記の熱処理やレーザアニール処理
を後処理として行い結晶性シリコン膜を得る方法は、直
接結晶性シリコン膜を形成する方法に比べて、１工程多
いため生産性が悪い。なお、レーザアニール処理はレー
ザ照射装置が高価であるとともに、大面積で均一性の良
い膜が得られないという欠点もある。このような問題
は、シリコン膜に限らず、結晶化度の高い膜を形成しよ
うとする場合に生じる問題である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この点、本発明者は、
被成膜物品を成膜原料ガスから得たプラズマに曝すとと
もに該物品表面にイオン源からイオンビームを照射する
ことにより、膜形成速度を高め、膜の結晶性を向上させ
得ることを見いだした。上記のような成膜を行う成膜装
置としては、例えば、被成膜物品が設置され、該成膜物
品を成膜原料ガスのプラズマに曝すために成膜原料ガス
が導入され、プラズマ化されるプラズマ生成室と、該プ
ラズマ生成室に連設されたイオンビーム照射用のイオン
源とを備える成膜装置を挙げることができる。

【０００６】ところが、上記のような成膜装置において
は、構造的にイオン源と被成膜物品との距離が大きくな
ること、成膜原料ガスのプラズマを通してイオンが照射
されること、イオン源内のプラズマと成膜原料ガスのプ
ラズマとの相互作用があること等により、十分量のイオ
ンの照射及び照射イオンの制御が難しいという問題があ
る。また、イオン原料ガスのプラズマ化のための手段
と、成膜原料ガスのプラズマ化のための手段との両手段
が必要なため、コスト高につくという欠点もある。

【０００７】また、イオン源へのイオン源ガス導入を前
記のプラズマ生成室へ導入するガスの一部を該イオン源
のプラズマ生成室へ移行させて行うときは、イオン源内
のガス圧を十分とれず、所定のイオンビームが得られな
いという問題もある。そこで、本発明は、被成膜物品に
膜形成しつつ該物品表面にイオンビームを照射する成膜
方法であって、低コストで膜形成できるとともに、被成
膜物品へ成膜に寄与するラジカル等を供給しつつ該被成
膜物品への十分量のイオン照射及び照射イオンの制御を
容易に行うことができる成膜方法を提供することを課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、プラズマ生成室と、該プラズマ生成室にプ
ラズマ原料ガスを供給するプラズマ原料ガス供給手段
と、該プラズマ原料ガス供給手段により供給される原料
ガスをプラズマ化するためのプラズマ化手段と、該プラ
ズマ生成室内で発生するプラズマを空間的に略均一に保
持するための手段と、該プラズマ生成室に連設された成
膜室と、該成膜室内に設けられた被成膜物品支持手段
と、該プラズマ生成室及び該成膜室を真空排気する排気
手段と、該プラズマ生成室と該成膜室との間を仕切るよ
うに設けられ、該プラズマ生成室内で発生させるプラズ
マからの成膜寄与ラジカルの通過を許す多孔電極と、該
プラズマ生成室内で発生させるプラズマからイオンを引
き出すための電圧を該多孔電極に印加できる電圧印加手
段とを備えた成膜装置を用い、前記プラズマ生成室に供
給するプラズマ原料ガスとして膜構成元素を含むガスを
採用して前記プラズマ生成室で該ガスをプラズマ化し、
前記被成膜物品支持手段に支持させた被成膜物品を前記
多孔電極の孔を通じて該プラズマに臨ませて成膜寄与ラ
ジカルの供給を受けさせるとともに該多孔電極にイオン
引き出し電圧を引加して該被成膜物品にイオンビームを
照射することで該被成膜物品に膜形成することを特徴と
する成膜方法を提供する。

【０００９】この成膜方法において、前記プラズマ生成
室と、前記プラズマ原料ガス供給手段と、前記プラズマ
化手段と、前記プラズマを空間的に略均一に保持する手
段と、プラズマ生成室の開口に設けられる前記多孔電極
と、該多孔電極への電圧印加手段と、該プラズマ生成室
を真空排気する手段は、イオン源を構成していると言え
る。

【００１０】本発明の成膜方法によると、プラズマ生成
室内で膜構成元素を含むガスをプラズマ原料ガスとして
これをプラズマ化して、前記成膜室内の被成膜物品支持
手段に支持された被成膜物品を両室を仕切るように設け
られた多孔電極の孔を通じて該プラズマに臨ませ、ま
た、該多孔電極にイオン引き出し用電圧を印加する。か
くして、成膜に寄与するラジカル等が該電極孔から供給
されるとともに、該物品にイオンビームが照射され、該
物品上に膜形成される。このとき、プラズマ生成室と成
膜室とを仕切るように設けた多孔電極により、被成膜物
品は直接プラズマに曝されないので、結晶成長面にダメ
ージを与えず欠陥の少ない良質な結晶性膜の成長が促さ
れる。また、照射するイオンのイオン種及びイオン加速
エネルギーを適宜選択或いは調整することにより、表面
励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果が得られ、膜
構成原子の移動乃至マイグレーション（migration)が促
進されて、被成膜物品上に良好な結晶性を有する膜が形
成される。

【００１１】本発明の成膜方法によると、比較的低温下
で膜成分を結晶化させることができるため、耐熱性が比
較的低い材質からなる被成膜物品上への成膜を行うこと
ができる。また、１工程でこのような結晶性を有する膜
が得られるため、成膜後の熱処理を省略することがで
き、生産性が良好である。

【００１２】さらに、イオンビーム照射を行うことによ
り、膜と被成膜物品との界面部分処理時、成膜中及び成
膜後の表面処理時のいずれの時においても、イオン種を
選択し、或いはイオン加速エネルギーを調整し、或いは
これらの組み合わせにより、膜応力制御、結晶性制御、
結晶粒径制御、結晶配向制御、膜密着力制御等を行うこ
とができる。なお、プラズマＣＶＤにおいてプラズマ励
起による反応種のエネルギーは数ｅＶ〜数１００ｅＶと
いう広範囲に及ぶため、単なるプラズマＣＶＤではこの
ような制御を行い難い。

【００１３】前記プラズマ化手段としては、例えば、前
記プラズマ生成室内に設けられた熱フィラメント及び該
熱フィラメントに直流電力、高周波電力及びマイクロ波
電力のうちの１又は２以上の電力を供給できる手段を含
むものや、前記プラズマ生成室内で高周波放電が行える
高周波放電手段、該プラズマ生成室内でマイクロ波放電
が行えるマイクロ波放電手段又はこれらを併用した放電
手段などを含むものを挙げることができる。

【００１４】プラズマ原料ガスのプラズマ化を、成膜中
ずっと高周波のみにより行う場合は、これにより形成さ
れる高周波電界がプラズマに与えるエネルギー分布が比
較的広範囲になること、及び、発生するプラズマ密度が
比較的低いことから、得られる膜の結晶性がやや低く、
また成膜速度が若干遅い傾向にあるが、マイクロ波を利
用して原料ガスをプラズマ化することにより、プラズマ
に与えるエネルギー分布が狭くなって主に結晶化に必要
な活性種を励起させることができるとともに、発生する
プラズマ密度を増大させることができ、これにより得ら
れる膜の結晶性及び成膜速度を向上させることができ
る。また、膜の被成膜物品との界面部分の結晶性を向上
させることができ、これにより、極薄膜を形成する場合
にも結晶性良好な膜が得られる。さらに、高周波を利用
することにより、プラズマの点灯或いは点灯及び維持が
容易になり、成膜を安定して行うことができる。

【００１５】前記プラズマ生成室内で発生させるプラズ
マを空間的に略均一に保持するための手段としては、例
えば、該プラズマ生成室内で磁界を形成する磁界形成手
段又は該プラズマ生成室内で電界を形成する電界形成手
段のうち少なくといずれか一方を挙げることができる。
該磁界形成手段は、例えばカスプ磁場を形成するための
永久磁石とすることができる。また、該電界形成手段
は、電子を繰り返し反射できる電極系を含むものを例示
できる。さらに詳しくいうと、該電子を繰り返し反射で
きる電極系は、例えば前記プラズマ生成室内壁に沿うよ
うに設けられた高周波電極と、該電極に高周波電力を供
給できる高周波電力供給手段とを含んでいるものを挙げ
ることができる。また、該電子を繰り返し反射できる電
極系は、前記プラズマ生成室内に設けられた複数の高周
波電極と、該複数の電極のそれぞれに高周波電力を供給
できる高周波電力供給手段と、該高周波電力供給手段か
ら該複数の高周波電極に供給される各高周波電力間の相
互の位相を制御する手段とを含むものとしてもよい。

【００１６】前記多孔電極としては、例えば複数の電極
からなるものや、金属ワイヤをメッシュ状に形成したも
のを挙げることができる。該金属ワイヤは、例えばタン
グステン（Ｗ）等の高融点金属材料により形成すればよ
い。前記プラズマ原料ガスは前記成膜室へ導入し、そこ
から前記プラズマ生成室へ移行させてもよいし、直接プ
ラズマ生成室へ導入してもよいし、これらの双方を採用
してもよい。いずれにしてもイオンビーム照射を併用し
た所望の膜形成を行うためには、それには限定されない
が、例えば、プラズマ生成室内が１０^-3Ｔｏｒｒ〜１０
^-5Ｔｏｒｒ程度になるようにガス導入することが考えら
れる。１０^-3Ｔｏｒｒより著しく真空度が低いとガス圧
が高くなりすぎ、プラズマの電子温度が低くなり、ラジ
カルの方がイオンより発生しやすく、イオン照射時のイ
オン照射効果が十分得られないからであり、１０^-5Ｔｏ
ｒｒより著しく真空度が高くなると、膜形成のためのプ
ラズマを発生させ難くなるためである。

【００１７】本発明の成膜方法において、前記プラズマ
の原料ガスとして、膜構成元素を含有するガス、すなわ
ち、膜構成元素含有ガス、又は膜構成元素含有ガスと以
下に例示するガスのうち少なくとも一種のガスとを用い
ることができる。すなわち、不活性ガス（ヘリウム（Ｈ
ｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガ
ス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス
等）、反応性ガス（水素（Ｈ₂）ガス、フッ素（Ｆ₂）
ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス等）である。

【００１８】前記不活性ガスイオンを照射するときに
は、結晶化のための物理的励起制御が可能となる。ま
た、前記反応性ガス及び前記膜構成元素含有ガスとして
水素（Ｈ）又は（及び）フッ素（Ｆ）を含むものを用い
るときには、水素原子、フッ素原子が膜中のアモルファ
ス相の原子と結合してこれを気化し、膜の結晶化が促進
されるとともに、ダングリングボンド（結晶性シリコン
膜を形成する場合はシリコン−シリコンネットワーク中
のダングリングボンド）や膜中欠陥が低減され、一層良
質な結晶性を有する膜を形成することができる。

【００１９】前記膜構成元素含有ガスとして、シリコン
系ガス（モノシラン（ＳｉＨ₄）ガス、ジシラン（Ｓｉ
₂Ｈ₆）ガス等の水素化シリコンガス、四フッ化シリコ
ン（ＳｉＦ₄）ガス等のフッ化シリコンガス、四塩化シ
リコン（ＳｉＣｌ₄）ガス等の塩化シリコンガス等）を
用いる場合には、結晶性シリコン膜を形成することがで
きる。この場合、前記プラズマ原料ガス供給手段及び前
記排気手段を、共に作用させて、前記プラズマ生成室内
の真空度を１０^-3Ｔｏｒｒ〜１０^-5Ｔｏｒｒにすること
が好ましい。また、前記多孔電極にイオン引き出し電圧
を印加できる電圧印加手段は、該多孔電極を通して前記
プラズマ中のイオンを１ｋｅＶ以下のエネルギーで引き
出すように該多孔電極に電圧印加するものであることが
好ましい。このように比較的低エネルギーのイオンビー
ムを被成膜物品に照射するようにすると、イオンビーム
を基板に照射することによる表面励起、結晶性向上、結
晶配向制御等の効果を妨げることなく一層良質な結晶性
を有する膜を形成することができる。

【００２０】また、前記被成膜物品支持手段に支持され
る被成膜物品の温度を調節する温度調節手段を設けて、
該温度調節手段は該被成膜物品温度を５００°Ｃ以下と
してよい。従来に比べてこのような低温下でも良質な結
晶性を有する膜を得ることができる。なお、室温より低
温にするときには、形成される膜中にアモルファス成分
が増加し結晶性が低くなる。

【００２１】さらに、本発明の成膜方法においては、よ
り結晶性を高める必要がある場合には、膜の種類によっ
ても異なるが、得られた結晶性膜に後処理として、３０
０℃〜６００℃程度の熱処理を施してもよい。このと
き、結晶化のために行われる従来の後処理より加熱温度
を低くすることができるとともに、加熱時間も短くする
ことができる。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明に係るイオン源を
含む成膜装置の１例の概略構成を示す図である。この装
置は、プラズマ生成室１を有し、プラズマ生成室１には
成膜室２が気密を保って連設されている。

【００２５】プラズマ生成室１の上部は、上板１１によ
り塞がれており、該プラズマ生成室１の外周と上板１１
部分にはプラズマ生成室１内に形成されるプラズマを有
効に閉じ込めるために、永久磁石１２がカスプ磁場を形
成するように設置されている。なお、本例ではプラズマ
生成室１と上板１１とは同電位となるが、絶縁部材によ
り両者は絶縁されていてもよい。また、プラズマ生成室
１内には、生成室１の内側面に沿った中空筒形状の高周
波電極４１が配置されている。生成室１と電極４１と
は、図示しない絶縁部材により絶縁されている。電極４
１には、高周波電源５１が接続されている。

【００２６】成膜室２には、プラズマ生成室１や成膜室
２内を所定の真空度とするための真空排気部２１が接続
されている。また、成膜室２には、図示しないプラズマ
原料ガス供給部に接続された原料ガス導入孔２２が設け
られている。原料ガス供給部にはプラズマ原料ガス源、
マスフローコントローラ等が含まれる。なお、原料ガス
導入孔２２や真空排気部２１はプラズマ生成室１に設け
てもよい。また、成膜室２内には被成膜物品３０を保持
するための被成膜物品保持部材３１が設置され、保持部
材３１には被成膜物品加熱用ヒータ３２が内蔵されてい
る。

【００２７】プラズマ生成室１の開口部、換言すればプ
ラズマ生成室１とこれに連設された成膜室２との間に
は、これらを仕切るようにメッシュ電極７が設けられて
いる。図２（Ａ）に、メッシュ電極７の概略斜視図を示
す。メッシュ電極７は、プラズマ生成室１や成膜室２の
内側面の形状に合わせた、本例では四角形状の支持枠７
０に複数のネジ７２を螺合し、金属ワイヤ７１をこれら
ネジ７２に順に掛け回していって、縦横ほぼ直交するよ
うなメッシュ状に形成したものである。ワイヤ７１は、
本例では高融点材料であるタングステン（Ｗ）からな
る。ワイヤ７１はゆるみ防止のために、図２（Ｂ）に示
すように各ネジ７２に一回転させてから固定されてい
る。ワイヤ７１がメッシュ状に張りめぐらされてできる
孔７３は、本例では３ｍｍ×３ｍｍ程度のものである。
これら孔７３により、プラズマ生成室１と成膜室２とは
通じている。メッシュ電極７には、直流電源６が接続さ
れている。なお、プラズマ生成室１とメッシュ電極７と
は同電位となるが、これらと成膜室２との間は、絶縁部
材１３１により絶縁されている。

【００２８】この成膜装置を用いて被成膜物品上に膜形
成するにあたっては、被成膜物品３０を保持部材３１上
に配置するとともに、プラズマ生成室１や成膜室２内を
真空排気部２１の運転にて所定の真空度とする。次い
で、原料ガス導入孔２２からこれに接続されたプラズマ
原料ガス供給部よりプラズマ生成室１や成膜室２内にプ
ラズマ原料ガスを導入するとともに、高周波電源５１か
ら高周波電極４１に高周波電力を供給して、プラズマ生
成室１内において高周波放電させて前記導入したガスを
プラズマ化し、図中８で示す位置、すなわちプラズマ生
成室１内の高周波電極４１に囲まれ、永久磁石１０に対
向する位置にプラズマを形成する。プラズマ原料ガスと
しては、膜構成元素含有ガスまたはこれに加えて反応性
ガス、不活性ガスを用いることができる。このとき、高
周波電極４１は自己バイアスにより陰極となるため該電
極４１に近づいてきた電子はプラズマ側へ押し戻され、
また、上板１１に近づいてきた電子は磁石１０が形成す
るカスプ磁場により押し戻されるため、効率よくプラズ
マを前記位置に閉じ込めることができる。

【００２９】また、メッシュ電極７に直流電源６から適
当な電圧を印加することによりプラズマ８から１ｋｅＶ
以下でイオンを引き出し、メッシュ電極７の複数の孔７
３を通して被成膜物品３０にイオンビームを照射する。
被成膜物品３０にはメッシュ電極を通過してきたラジカ
ル等によりイオンビーム照射の併用で所定の結晶性膜が
形成される。なお、成膜中は、プラズマ生成室１内の真
空度が１×１０^-3Ｔｏｒｒ〜１×１０^-5Ｔｏｒｒの範囲
内になるようにプラズマ生成室１や成膜室２内の真空度
を調整する。これは、プラズマ生成室１内の真空度が低
いと電子温度が低くなり、ラジカルの方がイオンよりも
発生しやすくなって、イオン照射時のイオンの照射効果
が十分得られないためである。また、被成膜物品３０の
温度はヒータ３２により例えばＲＴ（室温）〜５００℃
に保つ。

【００３０】以上説明した成膜装置による成膜では、被
成膜物品はプラズマ化されたプラズマ原料ガスから成膜
に寄与するラジカル等の供給を受けるとともに、該物品
表面には、該プラズマ化されたプラズマ原料ガスからイ
オンが引き出されて、イオンビームが照射され、膜構成
原子のマイグレーションが促進されるため、膜形成速度
が高く、膜の結晶性が良い。このとき、プラズマ生成室
１と成膜室２との間には、メッシュ電極７が設けられて
いるため、被成膜物品３０はプラズマ８に直接曝されな
いので、該プラズマからの損傷を受けにくく、良質の膜
形成を行うことができる。また、メッシュ電極７を設け
たため、被成膜物品が絶縁物であっても、安定した放電
を行うことができる。

【００３１】また、高周波電極４１や磁石１０によりプ
ラズマ効率よく閉じ込められるため、従来より高密度の
プラズマを生成でき、これにより該プラズマからイオン
電流量を多くとれ、被成膜物品３０に十分な量のイオン
ビームを照射することができるとともに、成膜速度を向
上させることができる。また、成膜中は膜を結晶化させ
るために物品３０の温度を例えば５００℃程度にしてお
ける。このことから、例えば液晶表示装置用のガラス基
板として比較的低融点の安価なガラスを用い、その上に
ＴＦＴ用等の結晶性シリコン膜を形成することもでき
る。

【００３２】また、１工程で結晶性膜が得られるため、
成膜後の熱処理を省略することができ、生産性が良好で
ある。さらに結晶性を向上させる必要があるために熱処
理を加える場合にも、３００℃〜６００℃という従来よ
り低温で、しかも加熱時間も従来（２０時間以上）より
短くすることができる。また、被成膜物品３０を成膜原
料ガスのプラズマに曝すためのプラズマと、被成膜物品
３０にイオンビームを照射するためにイオンが引き出さ
れるプラズマとを一つとしたため、これらのプラズマを
別々に生成するときに比べてプラズマ化するための電
極、電源等を減らすことができ、それだけ装置を低コス
トでコンパクトにできる。

【００３３】図３は本発明に係る成膜装置の他の例の概
略構成を示す図である。この装置は、図１に示す装置に
おいて、プラズマ生成室１内の高周波電極４１に代え
て、上板１１に高周波電極を兼用させ、図示しないマイ
クロ波源に接続されたマイクロ波用導波管４２をプラズ
マ生成室１の外側面側に設けたものである。高周波電極
を兼ねる上板１１は、絶縁部材１３２により生成室１と
絶縁されており、高周波電源５１が接続されている。導
波管４２には、図示しないマイクロ波発生装置が接続さ
れており、導波管４２に対向するプラズマ生成室１の側
面１４は、マイクロ波導入用の窓となっている。その他
の構成は図１の装置と同様であり、同じ部品には同じ参
照符号を付してある。

【００３４】この成膜装置においても図１の装置と同様
に、被成膜物品上に膜形成するにあたっては、所定の真
空度のプラズマ生成室１や成膜室２内に原料ガス導入孔
２２からプラズマ原料ガスを導入するとともに、高周波
電源５１から高周波電極を兼ねる上板１１に高周波電力
を供給し、さらにマイクロ波用導波管４２からマイクロ
波導入用の窓となる生成室側面１４を介して生成室１内
にマイクロ波を導入して、前記導入したガスをプラズマ
化する。以降の成膜動作は、図１の装置と同様である。

【００３５】この装置によると、図１に示す装置と同様
の効果が得られる。また、プラズマ化を、高周波電極を
兼ねる上板１１への高周波電力の供給のみにより行う場
合は、これにより形成される高周波電界がプラズマに与
えるエネルギー分布がやや広範囲になること、及び、発
生するプラズマ密度がやや低いことから、得られる膜の
結晶性がやや低く、また成膜速度が若干遅い傾向にある
が、高周波電極１１への高周波電力の供給と、導波管４
２によりマイクロ波の導入を同時に行って原料ガスをプ
ラズマ化することにより、プラズマ８に与えるエネルギ
ー分布が狭くなって主に結晶化に必要な活性種を励起さ
せることができるとともに、発生するプラズマ８の密度
を増大させることができ、これにより得られる膜の結晶
性及び成膜速度を向上させることができる。また、得ら
れる膜の被成膜物品３０との界面部分の結晶性を向上さ
せることができることから、極薄膜の場合にも該膜を結
晶性良好なものにすることができる。さらに、高周波放
電及びマイクロ波放電を同時に行うことにより、プラズ
マ８の点灯及び維持が容易になり、成膜を安定して行う
ことができる。

【００３６】なお、以上の装置では、プラズマ原料ガス
のプラズマ化を高周波放電及びマイクロ波放電の両者に
より行っているが、支障ないのであれば、プラズマ化開
始にあたっては高周波放電及びマイクロ波放電を同時に
行ってプラズマの点灯、それに続くプラズマの維持を行
いやすいようにし、その後の成膜処理では高周波放電を
停止してマイクロ波放電のみ行うこと等もできる。この
点については後述する装置についても同様である。

【００３７】図４は本発明に係る成膜装置のさらに他の
例の概略構成を示す図である。この装置は、図１に示す
装置において、プラズマ生成室１内に高周波電極４１に
加えて、マイクロ波電極４３を配置したものである。マ
イクロ波電極４３も、生成室１の内側面に沿った中空筒
形状のものであり、高周波電極４１とメッシュ電極７と
の間に配置され、マイクロ波電源５３が接続されてい
る。なお、マイクロ波電極４３は、図示しない絶縁部材
により生成室１と絶縁されている。その他の構成は図１
の装置と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付し
てある。

【００３８】この成膜装置においても図１の装置と同様
に、被成膜物品上に膜形成するにあたっては、所定の真
空度のプラズマ生成室１や成膜室２内に原料ガス導入孔
２２から成膜原料ガスを導入するとともに、高周波電源
５１から高周波電極４１に高周波電力を供給し、さらに
マイクロ波電源５３からマイクロ波電極４３にマイクロ
波電力を供給して、前記導入したガスをプラズマ化す
る。以降の成膜動作は、図１の装置と同様である。

【００３９】この装置によると、図１に示す装置と同様
の効果が得られる。さらに、高周波電極４１に高周波電
力を供給するのに加えて、マイクロ波電極４３よりマイ
クロ波が導入されるため、図３の装置と同様に図１の装
置より高密度のプラズマを得ることができる。図５は本
発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構成を示す図
である。この装置は図１に示す装置において、プラズマ
生成室１の内側面に沿う形状の高周波電極４１に代えて
棒状の高周波電極４４を採用したものである。棒状高周
波電極４４は、上板１１の中央部に絶縁部材１３３を介
して支持され、その一部がプラズマ生成室１内に突出し
ている。棒状高周波電極４４には高周波電源５４が接続
されている。棒状高周波電極４４は、プラズマ生成室１
や上板１１のサイズに比べて表面積が十分小さいもので
ある。電極４４には、タングステン（Ｗ）、タンタル
（Ｔａ）、ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）等の熱電子放出
材料により形成されている。なお、電極４４の形状や設
置位置は、上記のように棒状のもの、上板１１の中央部
に限定されるものではない。その他の構成は図１に示す
装置と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付して
ある。図５中、１２はカプス磁場形成用の磁石である。

【００４０】この成膜装置においても図１の装置と同様
に、被成膜物品上に膜形成するにあたっては、所定の真
空度のプラズマ生成室１や成膜室２内に原料ガス導入孔
２２からプラズマ原料ガスを導入するとともに、高周波
電源５４から棒状高周波電極４４に高周波電力を供給し
て、前記導入したガスをプラズマ化する。以降の成膜動
作は、図１の装置と同様である。

【００４１】この装置によると、図１に示す装置と同様
の効果が得られる。さらに、熱電子放出材料からなる高
周波電極４４に高周波電力を供給して、原料ガスをプラ
ズマ化することにより、図１の装置よりも高密度のプラ
ズマが得られる。すなわち、電極４４は、プラズマ生成
室１や上板１１のサイズに比べ十分小さいので、大きな
自己バイアスがかかり、その電界によって加速されたイ
オンの衝撃により電極４４は高温になる。電極４４が高
温になると、該電極を熱電子放出材料により形成したこ
とにより熱電子が発生し、また、イオンの衝撃により二
次電子も発生する。これらの電子は、電極４４の前面の
電界で加速されプラズマに投入されるため、高密度のプ
ラズマを得ることができる。

【００４２】図６は本発明に係る成膜装置のさらに他の
例の概略構成を示す図である。この装置は図１に示す装
置において、さらに棒状の高周波電極４４を採用したも
のである。棒状高周波電極４４は、上板１１の中央部に
絶縁部材１３３を介して支持され、その一部がプラズマ
生成室１内に突出している。棒状高周波電極４４には高
周波電源５４が接続されている。この高周波電源５４と
高周波電極４１に接続されている高周波電源５１との間
には、フェーズシフター５５が設けられている。棒状高
周波電極４４は、図５の棒状高周波電極と同様のもので
あり、プラズマ生成室１や上板１１のサイズに比べて表
面積が十分小さく、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔ
ａ）、ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）等の熱電子放出材料
により形成されている。なお、電極４４の形状や設置位
置は、上記のように棒状のもの、上板１１の中央部に限
定されるものではない。その他の構成は図１に示す装置
と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してあ
る。

【００４３】この成膜装置においても図１の装置と同様
に、被成膜物品上に膜形成するにあたっては、所定の真
空度のプラズマ生成室１や成膜室２内に原料ガス導入孔
２２からプラズマ原料ガスを導入するとともに、高周波
電源５４から棒状高周波電極４４に高周波電力を供給
し、また、高周波電源５１から高周波電極４１に高周波
電力を供給して、前記導入したガスをプラズマ化する。
以降の成膜動作は、図１の装置と同様である。

【００４４】この装置によると、図１に示す装置と同様
の効果が得られる。さらに、熱電子放出材料からなる高
周波電極４４に高周波電力を供給し、また、高周波電源
５１と５４との位相を次のように制御して、原料ガスを
プラズマ化することにより、図１の装置よりも高密度の
プラズマが得られる。すなわち、電極４４は、プラズマ
生成室１や上板１１のサイズに比べ十分小さいので、大
きな自己バイアスがかかり、その電界によって加速され
たイオンの衝撃により電極４４は高温になる。電極４４
が高温になると、該電極を熱電子放出材料により形成し
たことにより熱電子が発生し、また、イオンの衝撃によ
り二次電子も発生する。これらの電子は、電極４４の前
面の電界で加速されプラズマに投入されるため、高密度
のプラズマを得ることができる。このとき、電極４１に
印加される高周波の位相を、フェーズシフター５５によ
り電極４４に印加される高周波の位相に対して固定する
ことによって、プラズマの再現性が高まる。また、電極
４１に印加される高周波の位相を、フェーズシフター５
５により電極４４に印加される高周波の位相に対してず
らしてやることによって、プラズマ内の電子を揺さぶる
ことができる。プラズマ生成室１の真空度、電子温度、
電源周波数、電極間隔等によって条件は変わるが、例え
ば、両者の位相を１８０°ずらすと、擬似的に電極４１
及び４４のうち一方の電極が陰極、他方の電極が陽極と
なり、これら電極間を電子が移動する時間に応じて陰陽
反転すれば、電子を揺さぶることができる。これらによ
り、この装置においては、図１や図５に示す装置よりも
高密度のプラズマを得ることができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によると、被成膜物品に膜形成し
つつ該物品表面にイオンビームを照射する成膜方法であ
って、低コストで膜形成できるとともに、被成膜物品へ
成膜に寄与するラジカル等を供給しつつ該被成膜物品へ
の十分量のイオン照射及び照射イオンの制御を容易に行
うことができる成膜方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜装置の１例の概略構成を示す
図である。

【図２】図２（Ａ）はメッシュ電極の概略斜視図、図２
（Ｂ）はメッシュ電極を構成するワイヤの固定方法を説
明するための図である。

【図３】本発明に係る成膜装置の他の例の概略構成を示
す図である。

【図４】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。

【図５】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。

【図６】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。

【符号の説明】

１プラズマ生成室１１上板１２永久磁石１３１、１３２、１３３絶縁部材１４生成室１の側面２成膜室２１真空排気部２２原料ガス導入孔３０被成膜物品３１保持部材３２ヒータ４１、４４高周波電極４２マイクロ波用導波管４３マイクロ波電極５１、５４高周波電源５３マイクロ波電源５５フェーズシフター６直流電源７メッシュ電極８プラズマ

フロントページの続き (56)参考文献特開平１−104764（ＪＰ，Ａ) 特開平３−82781（ＪＰ，Ａ) 特開平５−209265（ＪＰ，Ａ) 特開平１−201467（ＪＰ，Ａ) 特開平８−225949（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 G02F 1/13

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に
プラズマ原料ガスを供給するプラズマ原料ガス供給手段
と、該プラズマ原料ガス供給手段により供給される原料
ガスをプラズマ化するためのプラズマ化手段と、該プラ
ズマ生成室内で発生するプラズマを空間的に略均一に保
持するための手段と、該プラズマ生成室に連設された成
膜室と、該成膜室内に設けられた被成膜物品支持手段
と、該プラズマ生成室及び該成膜室を真空排気する排気
手段と、該プラズマ生成室と該成膜室との間を仕切るよ
うに設けられ、該プラズマ生成室内で発生させるプラズ
マからの成膜寄与ラジカルの通過を許す多孔電極と、該
プラズマ生成室内で発生させるプラズマからイオンを引
き出すための電圧を該多孔電極に印加できる電圧印加手
段とを備えた成膜装置を用い、前記プラズマ生成室に供
給するプラズマ原料ガスとして膜構成元素を含むガスを
採用して前記プラズマ生成室で該ガスをプラズマ化し、
前記被成膜物品支持手段に支持させた被成膜物品を前記
多孔電極の孔を通じて該プラズマに臨ませて成膜寄与ラ
ジカルの供給を受けさせるとともに該多孔電極にイオン
引き出し電圧を引加して該被成膜物品にイオンビームを
照射することで該被成膜物品に膜形成することを特徴と
する成膜方法。
【請求項２】前記プラズマ化手段が、前記プラズマ生
成室内に設けられた熱フィラメント及び該熱フィラメン
トに直流電力、高周波電力及びマイクロ波電力のうちの
１又は２以上の電力を供給できる手段を含むものである
請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】前記プラズマ化手段が、前記プラズマ生
成室内で高周波放電が行える高周波放電手段及び該プラ
ズマ生成室内でマイクロ波放電が行えるマイクロ波放電
手段を含むものである請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】前記プラズマ生成室内で発生させるプラ
ズマを空間的に略均一に保持するための手段が、該プラ
ズマ生成室内で磁界を形成する磁界形成手段又は該プラ
ズマ生成室内で電界を形成する電界形成手段のうち少な
くともいずれか一方である請求項１、２又は３記載の成
膜方法。
【請求項５】前記磁界形成手段が、カスプ磁場を形成
するための永久磁石である請求項４記載の成膜方法。
【請求項６】前記電界形成手段が、電子を繰り返し反
射できる電極系を含むものである請求項４記載の成膜方
法。
【請求項７】前記電子を繰り返し反射できる電極系
が、前記プラズマ生成室内壁に沿うように設けられた高
周波電極と、該電極に高周波電力を供給できる高周波電
力供給手段とを含む請求項６記載の成膜方法。
【請求項８】前記電子を繰り返し反射できる電極系
が、前記プラズマ生成室内に設けられた複数の高周波電
極と、該複数の電極のそれぞれに高周波電力を供給でき
る高周波電力供給手段と、該高周波電力供給手段から該
複数の高周波電極に供給される各高周波電力間の相互の
位相を制御する手段とを含む請求項６記載の成膜方法。
【請求項９】前記多孔電極が複数の電極からなるもの
である請求項１から８のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１０】前記多孔電極が、金属ワイヤをメッシ
ュ状に形成したものである請求項１から８のいずれかに
記載の成膜方法。
【請求項１１】前記金属ワイヤが、高融点金属からな
るものである請求項１０記載の成膜方法。
【請求項１２】前記プラズマ原料ガスがシリコン含有
ガスを含むものである請求項１から１１のいずれかに記
載の成膜方法。
【請求項１３】前記プラズマ生成室内の真空度を１０
^-3 Ｔｏｒｒ〜１０ ^-5 Ｔｏｒｒにするように前記プラズマ
原料ガス供給手段からのガス供給及び前記排気手段によ
る排気を行う請求項１から１２のいずれかに記載の成膜
方法。
【請求項１４】前記多孔電極への電圧引加手段による
電圧引加を、該多孔電極を通して前記プラズマ中のイオ
ンを１ｋｅＶ以下のエネルギーで引き出すように行う請
求項１から１３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１５】前記成膜装置に前記被成膜物品支持手
段に支持される被成膜物品の温度を調節する温度調節手
段を設け、該温度調節手段にて該被成膜物品温度を５０
０°Ｃ以下とする請求項１から１４のいずれかに記載の
成膜方法。