JPH01198014A

JPH01198014A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH01198014A
Application number: JP2194588A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tanaka; 政博田中; Kazufumi Azuma; 和文東; Takeshi Watanabe; 渡辺　猛志; Mitsuo Nakatani; 中谷　光雄; Tadashi Sonobe; 園部　正
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1989-08-09

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、半導体製品等に用いる薄膜の形成装置に係り
、特にアモルファスシ、リコン等半導体薄膜において粉
塵による欠陥が少ない薄膜形成に好適な、半導体薄膜形
・成装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、半導体製品等に、用いる。薄膜の形成方法とし
ては、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（ケミカルベイ
パーデポジション）法が主に用いられている。

真空蒸着法は、１０−８〜１ｆｆ’Ｐａの真♀下に厚料
固体を加熱蒸発させ、その蒸ｇ−Ｂ基板上で凝縮させ薄
膜牽得るものである。しかし１．この方法は、−点より
蒸発させるので、大面積に成膜すると、膜厚、膜質の均
一性が得られないという欠点が、ある。また、アモルフ
ァスシリコン等の半導体薄膜の形成アは、真、空蒸着で
得られる膜は構造欠陥が多すぎ、価電子制御ができない
ため、この方法は用いることができない。

スハッタ法ハ、１０−ｉ〜１００Ｐａの真空下でアルゴ
イガス等のグロー放電を行ない、放電中のイオンが原料
表面から°原料分子をたたき出し、それを基板上で凝縮
させて薄膜を得る技術である。この方法では、大面積に
均一な成膜を行なうことが可能であり、また真空蒸着法
に比べ段差被覆性に優れている。しかし、アモルファス
シリコン等の半導体薄膜形成では、イオンダメージ等に
よる構造欠陥が避けられず、高品質な半導体薄膜は得ら
れない。

ＣＶＤ法は、前二法と異なり、原料として気体化合物を
用い、これに熱、プラズマ、光等のエネルギーを与えて
分解し、生じた活性種の基板表面での化学反応により薄
膜を得るものであり、原料ガスを分解する方法により、
常圧から１０””Ｐａの圧力範囲で行なわれている。多
結晶シリコンやアモルファスシリコン、化合物半導体等
、半導体薄膜の形成に主として用いられている。しかし
、ＣＶＤ法では、粉塵等の異物を装置内で発生しやすく
、これが原因で膜に欠陥を生じるという問題点がある。

粉塵発生は、成膜反応時の圧力が低い方が少ないため、
粉塵発生を回避するため、より低い圧力で成膜を行なう
ことが望ましい。

これに対して、最も低圧でＣＶＤを行なう装置としては
、例えば、特開昭５９−３０１８号公報Ｊζ示されたも
のが知られている。これによる場合、真空槽には放電管
が設けられ、これにコイルを取付けて磁場を印加し、さ
らに、導波管を介して電子サイクロトロン周波数と同一
の周波数のマイクロ波を導入し、放電を起こすことによ
って、真空槽門番こ導入された反応ガスを分解し、これ
により真壁槽内に設置された基板上に薄膜形成が行なわ
れるようになっていた。しかし、低圧で成膜しても、放
電管の中や基板周辺の真空槽内壁などにプラズマ中を通
って活性化された反応ガスが流れていくと、不要な膜が
できたり、粉塵が発生する原因となるが、従来装置にお
いては、この点について配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、反応ガスの拡がる方向について配慮が
充分でないという問題があった。すなわち、従来の技術
では、プラズマ中を通って活性化された反応ガスが、真
空槽や放電管の内壁上に流れていき、そこに膜を形成し
たり、粉塵を発生させたりするという問題があった。

本発明の目的は、かかる反応ガスの流れを改善し、粉塵
の発生を防止し、欠陥の少ない膜を効率よく形成する、
薄膜形成装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、内部に試料を保持する手段を有している真
空室と、該真空室の少なくとも一部に電子サイクロトロ
ン共鳴を起こすための磁場形成手段およびマイクロ波電
力供給手段と、上記真空室内に放電ガスおよび反応ガス
を導入する手段とを備えて構成され、電子サイクロ）ｏ
ン共鳴を利用したマイクロ波プラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　ＶａｐｅｒＤｅｐｏｓｉｔムｏｎ）法に
よる薄膜形成装置において、上記反応ガスを導入する手
段に、複数個のガス噴出孔を設け、かつ、ガス噴出孔の
周辺に、噴出されるガスの拡散方向を制限するガス拡散
制御部材を設けることにより達成される。

上記真空室は、成膜を行なう成膜室と、反応ガス・を分
解するためのマイクロ波放電を行なう放電管とを含む。

上記成膜室に、試料を保持する手段が設けられる。この
試料を保持する手段は、例えば、基板を取付けるための
基板台により構成される− 上記放電管の部分に、磁場形成手段およびマイクロ波電
力供給手段とが設けられる、上記磁場形成手段は、コイ
ルを有して構成され、このコイルは放電管に磁場を形成
するように配置される。また、上記マイクロ波電力供給
手段は、例えば、マイクロ波発生器と、発生したマイク
ロ波を放電管に導く導波管とから構成される。

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
は、これらのガスを真空室内に尋人し、噴出できるよう
構成される。例えば、各々環状に形成された管に、ガス
噴出孔となる細孔を多数設けたものを、真空室内に配置
することにより構成される。

ガス拡散制御部材は、例えば、板状部材にて構成され、
上記反応ガス噴出孔の周辺空間を囲んで上記噴出される
ガス分子流の拡散方向を制限するように配設される。こ
の場合、少なくとも反応ガスの拡散方向を制限すること
が必要であるが、放電ガスも含めて制限するように構成
してもよい。

例えば、上記環状に形成された管の環外径とほぼ等しい
径を有する管状に形成され、該放電ガスおよび反応ガス
を導入する手段を構成する環状の各音の基板側空間を囲
むように配置される。

〔作用〕

マイクロ波プラズマＣＶＤは、高真空領域で行なうので
、ガスの流れは分子流となっており、噴出孔を出たガス
は、噴出の際の圧力差によって与えられた運動量を持っ
て直線的に拡がっていく。

噴出孔から出た時点では、ガスはほぼ半球状に放出され
て拡がるため、ガスの放射される領域は広く、放電管内
をはじめプラズマ領域を通り、成膜室の内壁のいたると
ころに到達するため、装置内壁のあらゆる所に膜が付着
する。そこで、噴出孔を出て半球状に拡がり始めたとこ
ろで、プラズマ領域へ向う方向のうち、基板にいくもの
を除き、制御板で遮断すると、ガスの多くはプラズマ領
域を通り、活性比されて基板上に到達し、膜成長を起こ
し、残りのガスはプラズマとは反対の方向に放出されて
、そのまま外部へ排出されるので、装置内壁等不必要な
膜成長が起こらず粉塵発生を抑制できる。

本発明は、上記した考え方に基づいてなされたもので、
次のように作用する。

ガス噴出孔の周辺に設けられた制御板は、ガスが直進す
るのを妨げる。それによって、制御板の影になる部分に
はガスが来なくなる。

電子サイクロトロン共鳴マイクロ波プラズマは、電子が
磁力線により束縛されており、プラズマ領域は放電管よ
り磁力線にそった領域のみに限られる。ガス噴出孔より
出たガスのうち、このプラズマ領域を通過したもののみ
がプラズマに曝されて活性化し、膜形成できるようにな
る。

ガス制御板により、プラズマ領域を通過して基板以外の
装置内壁へ向うガスの流れを遮断すれば、プラズマに曝
されて活性化した反応ガスは、すべて基板上に至り、成
膜に寄与するようになる。それ以外の反応ガスは、プラ
ズマに曝されることなく排出され、装置内に不要な膜や
粉塵を発生することがない。

〔実施例〕

本発明薄膜形成装置の一実施例について図面を参照して
説明する。

〈実施例の構成〉第１図は本発明薄膜形成装置の一実施例の構成を示す縦
断面において示す概念図、第２図は第１図におけるＡ部
の詳細を示す要部断面図である。

本実施例の薄膜形成輛直は、反応ガスを分解するための
マイクロ波放電を行なう放電管２と、反応ガスが分解し
て生じた活性種による気相成長を行なう成膜室１と、電
子サイクロトロン共鳴を起こすための磁場を形成するコ
イル３と、マイクロ波電力を供給するマイクロ波発生器
４および導波管５と、上記放電管２および成膜室１が構
成する真空室を高真空状態まで排気する高真空排気系ｌ
Ｏ〜１２とを備えて構成される。

上記成膜室１には、試料を保持する手段として、第２図
に示すように、基板７を取り付けるための基板台６が設
けである。この基板台６には、基板加熱用の基板ヒータ
６１が配設しである。

また、この成膜室１の上部には、放電ガスおよび反応ガ
スを導入する手段として、放電ガス噴出器９および反応
ガス導入管８が設けられている。

これらは、各々環状に形成された管に、ガス噴出孔９１
および８１となる細孔を一定間隔で多数設けて構成され
る。ガス噴出孔９１は、放電管２の方向に向けて開口し
てあり、一方、ガス噴出孔８１は、基板７の方向に向け
て開口しである。

ガス拡散制御部材９２および８２は、例えば、板状部材
にて構成され、上記噴出されるガス、時に、反応ガスの
拡散方向を制限するように、上記ガス噴出孔９１および
８１の周辺空間を囲むように配置される。すなわち、ガ
ス拡散制御部材９２は、上記放電ガス噴出器９を構成す
る環状に形成された管の環外径とほぼ等しい径を有する
管状に形成され、該放電ガス噴出器９の下側の空間を筒
状に囲むように配置される。また、ガス拡散制御部材８
２は、上記反応ガス導入管８を構成する環状に形成され
た管の環外径とほぼ等しい径を有する管状に形成され、
該反応ガス導入管８の下側の空間を筒状に囲むように配
置される。

上記ガス拡散制御部材９２および８２は、反応ガス導入
管８のガス噴出孔８１から噴出する反応ガスが、分子流
となって拡がり、放電管２に続くプラズマ領域の方向に
流れるもののうち、基板７以外の方向へ進む流れを遮断
すると共に、プラズマに曝されて分解し、活性種となっ
た反応ガスによる膜形成を基板７上に限定するように設
ける。

高真空排気系１０〜１２は、成膜室１に接続する真空バ
ルブ１０と、ターボ分子ポンプ１１と、油回転ポンプ１
２とを備えて構成される。

く実施例の作用〉次に、上記のように構成される本実施例の薄膜形成装置
の作用について説明する。

高真空排気系１０〜１２により成膜室１および放電管２
部分を高真空にすると共に、放電ガス噴出器９から水素
等の放電ガスを導入する。また、モノシラン等の反応ガ
スを導入する。これらのガスは、圧力差により分子流と
なり、放電ガスは放電管２の方向に流れ、一方、反応ガ
スは基板７の方向に流れる。

この時、これらのガスは、半球状に披がるため、そのま
まの状態では、プラズマ領域等を通り、成膜室１の内壁
にも向かう。特に、反応ガスが成膜室１の内壁に向かう
と、該内壁の至るところに膜が付着することになる。

そこで、本実施例では、反応ガス導入管８のガス噴出孔
８１の周辺空間を上記ガス拡散制御部材９２および８２
で筒状に囲むことにより、ガス噴出孔８１から噴出する
反応ガスの拡がりを制限して、放電管２に続くプラズマ
領域の方向に流れるもののうち、基板７以外の方向へ進
む流れを遮断する。その結果、プラズマに曝されて分解
し、活性種となった反応ガスの流れが基板７方向に制限
され、膜形成が基板７上に限定される。

このように、本実施例によれば、ガス拡散制御部材９２
および８２を備えることにより、成膜室ｌの内壁等、基
板７以外の場所での膜形成を防ぐことができる。この結
果、基板７以外の場所で形成される膜の剥離により粉塵
が発生し、装置内を汚染することが防止され、従来、問
題となっていた粉塵による膜の欠陥の増加を防ぐことが
できる。

また、本実施例によれば、反応ガスの流れを基板方向に
集めることができるので、膜形成速度が向上する効果も
ある。

次に、上記本実施例の薄膜形成装置の作用について、ア
モルファスシリコン膜を形成した場合の実験例により説
明する。

（実験例）放電ガスとして水素を毎分ｌＯ−の流量で放電ガス噴出
器９より放電管方向に流し、反応ガスとし・てモノシラ
ンを毎分５−の流量で反応ガス導入管８より基板７方向
に流した。成膜室内圧力を６６×１０−”Ｐａに保ち、
放電管中心における磁場強度］　５００Ｇａｕｓｓにな
るようにコイル３に電流を流し、マイクロ波（２，４５
ＧＨｚ）　　１５０　Ｗを印加して放電を起こし。

反応ガスを分解してアモルファスシリコン膜を形成した
。約１時間の反応で基板７上に約２．５μｍの厚さのア
モルファスシリコン膜が形成できた。この時、放電管２
、および成膜室１の内壁にはアモルファスシリコン膜の
形成は認められず、粉塵の発生もほとんど認められなか
った。

（比較例）これに対し、制御板９２　、８２を設けない反応ガス導
入管８を用いて同様な実験を行なったところ、約１時間
の反応で、基板７上に約２．２μｍの厚さのアモルファ
スシリコン膜が形成された。

この時、放電管の筒口付近から内部へ向って、しだいに
薄くなるようにアモルファスシリコン膜が付着しており
、筒口付近での厚さは約０．５μｍであった。また、成
膜室１内においても基板台６の周辺にアモルファスシリ
コン膜の形成が認められた。

この比較例と上記実験例と比較すれば明らかなように、
本実施例では、基板７以外の箇所に膜が形成されるのを
防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、基板以外の場所
に膜が形成されることを防ぐことができるので、その膜
が剥がれて粉塵となり、基板上に形成した膜に欠陥を発
生させることを防止することができて、長時間反応室内
の清掃を行なうことなく、欠陥の少ない膜を連続的に形
成することができる。従って、膜質の向上、装置稼動率
の向上等に多大の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明薄膜形成装置の一実施例の構成を示す縦
断面において示す概念図、第２図は第１図におけるＡ部
の詳細を示す要部断面図である。１・・・成膜室　　　　　２・・・放電管３・・・コイ
ル　　　　　４・・・マイクロ波発生器５・・・導波管
　　　　　６・・・基板台７・・・基板　　　　　　８
・・・反応ガス導入管９・・・放電ガス噴出器　１０・
・・真空バルブ１１・・・ターボ分子ポンプ１２・・・油回転ポンプ　　６１・・・基板ヒータ９１
　、８１・・・ガス噴出孔９２　、８２・・・ガス拡散制御部材

Claims

【特許請求の範囲】

１、内部に試料を保持する手段を有している真空室と、
該真空室の少なくとも一部に電子サイクロトロン共鳴を
起こすための磁場形成手段およびマイクロ波電力供給手
段と、上記真空室内に放電ガスおよび反応ガスを導入す
る手段とを備えて構成され、電子サイクロトロン共鳴を
利用したマイクロ波プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ＶａｐｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による薄膜形成装
置において、上記反応ガスを導入する手段に、複数個の
ガス噴出孔を設け、かつ、ガス噴出孔の周辺に、噴出さ
れるガスの拡散方向を制限するガス拡散制御部材を設け
ることを特徴とする薄膜形成装置。