JP4358765B2 - 窒化ホウ素膜の成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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成膜室内にジボランガスとアンモニアガスを導入し、
前記成膜室内にプラズマを発生させて、ジボランガスとアンモニアガスとを反応させ、
成膜中の結晶構造を壊すスパッタエッチング作用を発生可能な電力を下限とし、実質的な成膜が該スパッタエッチング作用により停止されない電力を上限として、前記成膜室内に配置された基板に対して、交流のバイアス電力を印加して、
前記基板に結晶構造を壊した窒化ホウ素膜を成膜し、
前記ジボランガス及び前記アンモニアガスの導入を停止すると共に、前記成膜室内に水素ガスを導入し、水素プラズマを発生させて、
該水素プラズマにより、成膜された窒化ホウ素膜の表面処理を行うことを特徴とする。
つまり、窒化ホウ素膜のボンドを水素にて終端処理して、他の物質、特に、水等が吸着しないようにする。
第1の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
該窒化ホウ素膜の成膜終了時に、シランガスを追加導入すると共に、
成膜された窒化ホウ素膜の表面に、窒化ホウ化ケイ素膜を成膜することを特徴とする。
第1又は第2の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記プラズマは、ICP(Inductive Coupled Plasma)法、CCP(Capacitive Coupled Plasma)法、HWP(Helicon Wave Plasma)法、SWP(Surface Wave Plasma)法のいずれか1つを用いて、発生させることを特徴とする。
第1〜第3の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室の圧力を10mTorrより高真空にして、該窒化ホウ素膜の成膜を行うことを特徴とする。
第1〜第3の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記プラズマを3kWより高い電力で発生させて、該窒化ホウ素膜の成膜を行うことを特徴とする。
第1〜第3の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
窒素より質量の大きい不活性ガスを追加導入して、該窒化ホウ素膜の成膜を行うことを特徴とする。
成膜室の上部に設置され、前記成膜室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記成膜室の内部にアンモニアガスを導入する第1ガス導入手段と、
前記第1ガス導入手段より下方側に配置され、前記成膜室の内部にジボランガスを導入する第2ガス導入手段と、
前記成膜室の下部に設置され、基板を保持する保持台と、
前記保持台に配置され、前記基板に交流のバイアス電力を印加するバイアス印加手段とを有し、
前記バイアス印加手段は、成膜中の結晶構造を壊すスパッタエッチング作用を発生可能な電力を下限とし、実質的な成膜が該スパッタエッチング作用により停止されない電力を上限として、前記基板に対して交流のバイアス電力を印加して、前記基板に結晶構造を壊した窒化ホウ素膜を成膜することを特徴とする。
第7の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記成膜室内に水素ガスを追加導入する追加導入手段を備え、
前記追加導入手段は、前記ジボランガス及び前記アンモニアガスの導入の停止後に、前記成膜室内に水素ガスを導入し、
前記プラズマ発生手段は、水素プラズマを発生させ、該水素プラズマにより、成膜された窒化ホウ素膜の表面処理を行うことを特徴とする。
第7又は第8の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記成膜室内にシランガスを追加導入する追加導入手段を備え、
前記追加導入手段は、該窒化ホウ素膜の成膜終了時に、シランガスを追加導入し、
前記プラズマ発生手段は、成膜された窒化ホウ素膜の表面に、窒化ホウ化ケイ素膜を成膜することを特徴とする。
第7〜第9の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記プラズマ発生手段は、ICP(Inductive Coupled Plasma)法、CCP(Capacitive Coupled Plasma)法、HWP(Helicon Wave Plasma)法、SWP(Surface Wave Plasma)法のいずれか1つから構成されることを特徴とする。
第7〜第10の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記成膜室内の圧力を制御する圧力制御手段を備えると共に、
前記圧力制御手段は、前記成膜室の圧力を10mTorrより高真空に制御することを特徴とする。
第7〜第10の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記プラズマを3kWより高い電力で発生させることを特徴とする。
第7〜第10の発明に記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記成膜室内に窒素より質量の大きい不活性ガスを追加導入する追加導入手段を備えたことを特徴とする。
成膜時の圧力を下げたので、活性種の持つ運動エネルギーが上がり、低いバイアス電力を印加しても、十分な機械的強度を持つ窒化ホウ素膜を成膜することができる。
図1は、本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜装置の実施形態の一例を示す概略図である。
本実施形態の窒化ホウ素膜の成膜装置は、円筒状の真空チャンバ1の内部が成膜室2として構成される。
成膜室2内の保持台4に基板6を載せて保持する。圧力制御手段となる真空装置(図示せず)等により、成膜室2内を所定の圧力に調整すると共に、ガスノズル11からアンモニアガスを所定流量で導入し、ガスノズル12からジボラン含有ガスを所定流量で導入する。整合器8を介して高周波電源9から高周波アンテナ7に高周波電力(1MHz〜100MHz、1kW〜10kW)を印加することにより、成膜室2内で主にアンモニアガスが励起されてプラズマ状態となる。これは、アンモニアガスを導入するガスノズル11が高周波アンテナ7側に設けられているためである。そして、プラズマ化したアンモニアガスと水素ガスで希釈されたジボランガスとが反応し、この反応により、ガス状の窒化ホウ素と水素ガスが生成され、水素ガスが排気されて、窒化ホウ素膜の薄膜5が基板6の表面に成膜されることになる。そして、詳細は後述するが、緻密な窒化ホウ素膜を成膜するため、成膜時において、基板6に最適なバイアス電力を印可している。
基板6の温度は、温度制御手段となるヒータ(図示せず)等により制御されており、170℃〜450℃で制御されることが望ましい。
又、ガスノズル11からのアンモニアガスの流量、ガスノズル12からのジボラン含有ガスの流量については、ジボラン/アンモニア流量比が、0.1〜1となるように、好ましくは、流量比が0.25となるように設定する。
又、ジボランガスの流量とアンモニアガスの流量の総ガス流量は、100sccm〜1000sccmとなるように、好ましくは、100sccm〜400sccmとなるように設定する。
更に、成膜時の成膜室2内の圧力は、10mTorr以下に、好ましくは、1mTorr以下になるように設定する。
上述したように、本発明においては、バイアス電力の印可による活性種のスパッタエッチング作用に着目しているので、少なくとも、スパッタエッチング作用により窒化ホウ素膜の結晶構造を壊すことができるバイアス電力が必要となる。つまり、バイアス電力の下限値としては、成膜室2内に配置された基板6に対して、成膜時に、スパッタエッチング作用が発生可能な電力(スレッシュホールド限界値)としている。逆に、バイアス電力の上限値としては、スパッタエッチング作用が過多となり、スパッタエッチングされる量が成膜される量より多くなり、実質的に成膜が行われなくなる電力、換言すれば、実質的な成膜がスパッタエッチング作用により停止されない電力(成膜限界値)としている。このような範囲のバイアス電力を印加することで、窒化ホウ素膜が緻密に成膜される。
図5(a)〜図5(e)に、本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜装置の他の実施形態例の概略図を示す。これらは、具体的には、プラズマ発生手段を実施形態1とは異なる構成としたものである。なお、図5(a)〜図5(e)においては、同等の構成部材に同じ符号を付している。
2 成膜室
3 天井板
4 保持台
5 薄膜(窒化ホウ素膜)
6 基板
7 高周波アンテナ
8 整合器
9 高周波(RF)電源
10 プラズマ
11 ガスノズル
12 ガスノズル
13 アンテナ部
14 整合器
15 低周波(LF)電源
Claims (13)
- 成膜室内にジボランガスとアンモニアガスを導入し、
前記成膜室内にプラズマを発生させて、ジボランガスとアンモニアガスとを反応させ、
成膜中の結晶構造を壊すスパッタエッチング作用を発生可能な電力を下限とし、実質的な成膜が該スパッタエッチング作用により停止されない電力を上限として、前記成膜室内に配置された基板に対して、交流のバイアス電力を印加して、
前記基板に結晶構造を壊した窒化ホウ素膜を成膜し、
前記ジボランガス及び前記アンモニアガスの導入を停止すると共に、前記成膜室内に水素ガスを導入し、水素プラズマを発生させて、
該水素プラズマにより、成膜された窒化ホウ素膜の表面処理を行うことを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 請求項1に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
該窒化ホウ素膜の成膜終了時に、シランガスを追加導入すると共に、
成膜された窒化ホウ素膜の表面に、窒化ホウ化ケイ素膜を成膜することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記プラズマは、ICP(Inductive Coupled Plasma)法、CCP(Capacitive Coupled Plasma)法、HWP(Helicon Wave Plasma)法、SWP(Surface Wave Plasma)法のいずれか1つを用いて、発生させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室の圧力を10mTorrより高真空にして、該窒化ホウ素膜の成膜を行うことを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記プラズマを3kWより高い電力で発生させて、該窒化ホウ素膜の成膜を行うことを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
窒素より質量の大きい不活性ガスを追加導入して、該窒化ホウ素膜の成膜を行うことを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。 - 成膜室の上部に設置され、前記成膜室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記成膜室の内部にアンモニアガスを導入する第1ガス導入手段と、
前記第1ガス導入手段より下方側に配置され、前記成膜室の内部にジボランガスを導入する第2ガス導入手段と、
前記成膜室の下部に設置され、基板を保持する保持台と、
前記保持台に配置され、前記基板に交流のバイアス電力を印加するバイアス印加手段とを有し、
前記バイアス印加手段は、成膜中の結晶構造を壊すスパッタエッチング作用を発生可能な電力を下限とし、実質的な成膜が該スパッタエッチング作用により停止されない電力を上限として、前記基板に対して交流のバイアス電力を印加して、前記基板に結晶構造を壊した窒化ホウ素膜を成膜することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。 - 請求項7に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室内に水素ガスを追加導入する追加導入手段を備え、
前記追加導入手段は、前記ジボランガス及び前記アンモニアガスの導入の停止後に、前記成膜室内に水素ガスを導入し、
前記プラズマ発生手段は、水素プラズマを発生させ、該水素プラズマにより、成膜された窒化ホウ素膜の表面処理を行うことを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。 - 請求項7又は請求項8に記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室内にシランガスを追加導入する追加導入手段を備え、
前記追加導入手段は、該窒化ホウ素膜の成膜終了時に、シランガスを追加導入し、
前記プラズマ発生手段は、成膜された窒化ホウ素膜の表面に、窒化ホウ化ケイ素膜を成膜することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。 - 請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記プラズマ発生手段は、ICP(Inductive Coupled Plasma)法、CCP(Capacitive Coupled Plasma)法、HWP(Helicon Wave Plasma)法、SWP(Surface Wave Plasma)法のいずれか1つから構成されることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。 - 請求項7乃至請求項10のいずれかに記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記成膜室内の圧力を制御する圧力制御手段を備えると共に、
前記圧力制御手段は、前記成膜室の圧力を10mTorrより高真空に制御することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。 - 請求項7乃至請求項10のいずれかに記載の窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記プラズマ発生手段は、前記プラズマを3kWより高い電力で発生させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。 - 請求項7乃至請求項10のいずれかに記載の窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室内に窒素より質量の大きい不活性ガスを追加導入する追加導入手段を備えたことを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。
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