JPH01111876A - プラズマ処理による薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ処理による薄膜形成装置の改良に係り
、特に電子サイクロトロン共鳴プラズマを利用した薄膜
形成装置に関する。

〔従来の技術〕

これまでのこの種の装置は、例えば特開昭５６−１５５
５３５号に記載されているように、マイクロ波と磁場の
作用による電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを
生成するプラズマ生成域に放電ガスを供給しプラズマを
生成せしめ、生成プラズマにより別途供給された反応ガ
スを分解し、真空室に設置された基板上に成膜を行う構
成であるが、これらガス供給系の構成については、十分
な配慮がなされていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、試料基板を低温に保持したまま大面積
にねたり成膜できる点すぐれているが、プラズマ生成域
の放電ガス濃度の均−性及び反応ガスの試料面方向への
供給の均−性等についての配慮がなされておらず、成膜
速度の均一性が悪いという問題があった。

本発明の目的は、これら従来技術の問題点を解消するこ
とにあり、ガス供給系の構造を特定することにより成膜
速度の均一性を改善した電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ化学蒸着装置から成る薄膜形成装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、内部に試料基板を保持する手段を備えてい
る真空室の少くとも一部に電子サイクロトロン共鳴を起
こすべく磁場形成手段およびマイクロ波供給手段が設け
られているとともに、上記真空室内に放電ガスおよび反
応ガスを導入する手段が備えられてなる電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ化学蒸着装置としての薄膜形成装置に
おいて、該反応ガスを導入する手段が、試料面に向けて
ガスを放出する複数個の穴もしくはスリットを有する環
状構造であり、上記放電ガスを導入する手段が上記マイ
クロ波の供給側にガスを放出する複数個の穴もしくはス
リットを有する環状構造とすることにより達成される。

以下に本発明の好ましい条件となる特徴点を列挙し１本
発明の構成をさらに具体的に説明する。

（１）内部に試料基板を保持する手段を備えている真空
室の一部に電子サイクロトロン共鳴を起こすべく磁場形
成手段とマイクロ波供給手段とが設けられていると共に
、前記真空室内に放電ガス及び反応ガスを導入する手段
が設けられて成る電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学
蒸着装置から成る薄膜形成装置において、前記反応ガス
導入手段が、前記試料基板面中心方向に前記反応ガスを
放出する複数個の噴出口を有する環状構造体から成り、
前記放電ガス導入手段が、前記反応ガス導入手段とは逆
向きの前記マイクロ波供給手段側に前記放電ガスを放出
する複数個の噴出口を有する環状構造体から成ることを
特徴とする。

（２）上記反応ガスの噴出口を有する環状構造体の環の
大きさを上記放電ガスの噴出口を有する環状構造体の環
に等しいか、それより大とすると共に、上記反応ガスの
噴出口を有する環状構造体を上記真空室の一部に存する
マイクロ波放電部の前方の前記放電ガスの噴出口を有す
る環状構造体を介し上記試料基板側のプラズマ放電が生
成しない領域に設けたことを特徴とする。

（３）上記反応ガスを上記試料基板方向に供給するため
の環状構造体が円を含む多角形から成り、その内径を前
記試料基板面より大としたことを特徴とする。

（４）上記反応ガスを放出する複数個の噴出口が、開口
径の拡大したテーパ付の穴もしくはスリット構造を有す
ることを特徴とする。

〔作　　用〕

放電ガスは、それのみのプラズマ放電では成膜が起らな
いガスを用いて電子サイクロトロン共鳴によってプラズ
マ放電を生成させるためのものであるが、この放電ガス
の供給方向は生成するプラズマ流中の電子の密度の均一
性に大きな影響を与え、結果として試料基板面上の成膜
速度の均一性に大きな影響を与える。例えば前述の特開
昭５６−１５５５３５号に記載されているように１つの
導入口から試料面側に゛向けて放電ガスが供給される場
合は、放電ガスの濃度が偏在し、プラズマ流中の電子の
密度も偏在し均一、な成膜速度が得られ難い。これに対
し１本発明の場合、上記放電ガスをマイクロ波の供給側
へ複数個の穴もしくはスリットを有する環状構造体から
供給し、壁面によりはね反った放電ガスをプラズマ励起
する構成とすると、生成プラズマ流中の電子密度の均一
性は著しく向上する。

反応ガスはそれのみのプラズマ放電により成膜が起るガ
ス種をさすが、本発明の場合反応ガスは上記放電ガスの
プラズマ流中の電子により分解され薄膜の主構成元素を
供給するものである。特開昭５６−１５５５３５号には
反応ガスを放電ガス用の供給口から導入する例が示され
ているが１本発明においてはこれは好ましくはない。一
般的な成膜条件である１０ｍＴｏｒｒ以下の圧力域では
分子と分子の衝突は少なく、また、反応ガス分子と電子
の質量の差異により、反応ガス分解物は電子衝突によっ
てもその進行方向の変化は少いため、この様な構成の場
合は、マイクロ波の導入径路側に成膜が起り、試料面上
に成膜が起らないからである。したがって１本発明にお
いては反応ガスは試料面に向けて供給する必要があり、
また複数個の穴もしくはスリットを有する環状構造体か
ら放出せしめるのが成膜速度の均一性向上に効果が大き
い。この場合上記穴もしくはスリット状のガス吹出し口
はテーパ形状もしくは二重スリット構造等としガスの放
出方向を試料基板面中心方向に規制することが好ましい
。また、上記反応ガスの吹出し機構はプラズマ放電が生
成しない領域に位置し、反応ガスによるプラズマ放電は
起こらず、反応ガスは放電ガスのプラズマ流中の電子に
よって分解される構成とすることが成膜速度の均一化に
有効である。

上記反応ガス用の環状ガス吹出し機構の内径は試料基板
面の成膜面積よりも大であることが例えば円形の試料基
板の場合には半径方向の成膜速度の均一化に有効である
。上記反応ガス吹出し環状構造体の内径が小さい場合は
、中心部の成膜速度が大きく周辺部の成膜速度が小とな
り均一な成膜は困難となって好ましくない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は本発明による薄膜形成装置の構成説明図である。

１はマグネトロンであり、通常０．１〜１０ＧＨｚのマ
イクロ波を発生させる。発生したマイクロ波は導波管２
によって真空室３内に導びかれる。４は放電管でありマ
イクロ波を通すために絶縁物（例えば石英ガラス、アル
ミナのごときセラミックス等）で形成されている。５は
真空室内に磁場を形成するための磁界発生手段でソレノ
イドコイルから構成されている。６は試料基板であり、
７は加熱機構を備えた試料台である。８は排気ポートで
あり、ターボ分子ポンプや油拡散ポンプのような排気速
度の大きな減圧ポンプ（図示せず）が接続される。９は
放電ガス導入管、１０は反応ガス導入管であるが、放電
ガス導入管９のガス放出部はマイクロ波が供給される放
電管４の矢印９１方向に放電ガスを放出するように複数
個の穴もしくはスリットを有する円環状構造となってい
る。反応ガス導入管１０のガス放出部分も複数個の穴も
しくはスリットを有する円環状構造のものであるが反応
ガスは矢印１０１で示したように試料面に向けて放出す
る構成となっている。なお、９２，１０２はそれぞれ放
電ガス供給バルブ及び反応ガス供給バルブを示す。上述
の反応ガス放出部は放電ガスによるプラズマ流に接しな
い位置、すなわち放電管開放端部に接する等磁力線面の
外側に位置する。反応ガス導入管１０のガス放出部のガ
ス放出口は第２図および第３図にその断面を示すように
テーバ状（第２図）あるいは二重スリット状（第３図）
構造となっており、反応ガスの放出方向は試料基板面中
心に規制されている。また、反応ガス導入管１０の放出
部分の円環の内径は試料基板の成膜径よりも大としであ
る。

次に本装置を用いて５ｉｎ２膜を形成した場合について
述べる。試料台７にシリコンウェハーを試料基板６とし
て載置し、放電ガスとして酸素を流速１０１０５ｅ　（
ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃ　ｃ　ｐｅｒ　ｍ１ｎｕｔｅの略
）放電ガス導入管９から導入し１反応ガスとしてモノシ
ラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）を流速５　ｓｅｃｍ放電ガス導入
管から導入し真空室内の圧力を０．ＩＰａとした。放電
管部分の最大磁束密度を１５００　Ｇ　ａｕｓｓとし、
２，４５０　Ｈｚ　。

のマイクロ波を１００Ｗ導入して放電を生成させ成膜を
行なった。この時放電管断面積の２倍の領域に±３％の
均一性でＳｉｎ、膜が形成できた。これに対し比較のた
め放電ガスを放電管の先端部から試料基板側へ導入した
場合は均一性が劣り、±１０％の均一性を満足する領域
は放電管の断面積より狭くなり、また、放電管の横から
横方向（つまり試料基板面と平行方向）に導入した場合
はさらに均一性が悪かった。さらにまた、反応ガスの導
入を導入管の１点から集中的に行った場合も均一性は悪
く、円環状の複数の吹出し部を用いた本発明実施例の場
合のみ中心対称の均一な分布となった。

但し、円環状の複数の吹出し部の内径が基板６より小さ
い場合は均一な成膜の得られる領域が狭かった。また、
反応ガスの吹出し方向を試料基板面中心に向けない場合
は、中心部の成膜速度が低いＭ字型分布となった。

以上Ｓｉｎ、膜形成の場合について述べたが、放電ガス
として窒素を用いＳｉＮ膜を形成した場合及び放電ガス
として水素を用いアモルファスシリコン膜を形成した場
合も同様な傾向が得られた。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、試料基板の広い面積
にわたって均一な成膜速度を得ることが可能となり、生
産性向上と品質向上の効果があり、産業上貢献するとこ
ろ多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例となる装置構成の概要説明図
であり、第２図、第３図は反応ガス吹出し部分のそれぞ
れ異る実施例となる断面図である。 図において、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に試料基板を保持する手段を備えている真空室
   の一部に電子サイクロトロン共鳴を起こすべく磁場形成
   手段とマイクロ波供給手段とが設けられていると共に、
   前記真空室内に放電ガス及び反応ガスを導入する手段が
   設けられて成る電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学蒸
   着装置から成る薄膜形成装置において、前記反応ガス導
   入手段が、前記試料基板面中心方向に前記反応ガスを放
   出する複数個の噴出口を有する環状構造体から成り、前
   記放電ガス導入手段が、前記反応ガス導入手段とは逆向
   きの前記マイクロ波供給手段側に前記放電ガスを放出す
   る複数個の噴出口を有する環状構造体から成ることを特
   徴とするプラズマ処理による薄膜形成装置。 ２、上記反応ガスの噴出口を有する環状構造体の環の大
   きさを上記放電ガスの噴出口を有する環状構造体の環に
   等しいか、それより大とすると共に、上記反応ガスの噴
   出口を有する環状構造体を上記真空室の一部に存するマ
   イクロ波放電部の前方の前記放電ガスの噴出口を有する
   環状構造体を介し上記試料基板側のプラズマ放電が生成
   しない領域に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のプラズマ処理による薄膜形成装置。 ３、上記反応ガスを上記試料基板方向に供給するための
   環状構造体が円を含む多角形から成り、その内径を前記
   試料基板面より大としたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項もしくは第２項記載のプラズマ処理による薄膜
   形成装置。 ４、上記反応ガスを放出する複数個の噴出口が、開口径
   の拡大したテーパ付の穴もしくはスリット構造を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項もしく
   は第３項記載のプラズマ処理による薄膜形成装置。