JPH0239533A - 薄膜形成方法および装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、薄膜形成方法および装置に係り、特に成膜と
同時に、その膜の一部をスパッタエツチングすることに
より、成膜表面の形状を制御するのに好適なＣＶＤによ
る薄膜形成方法および装置に関する。

［従来の技術］ 半導体装置等の微細化、高集積化に伴い、配線長を短く
する要求が生じたため、配線の多層構造が不可欠となっ
てきた。

ところが、多層配線構造において、下層の配線段差上に
従来の手法で５ｉ０２等の絶縁膜を形成すると、下地段
差が強調されて絶縁膜の表面の段差が大きくなり、その
上に形成される配線に断線等が発生しやすく、信頼性の
点で問題が生じた。

したがって、配線の多層化には、薄膜の表面を平坦に形
成する技術が不可欠となった。

半導体装置等の薄膜の表面を平坦に形成する技術として
、特公昭５１−２２９１２号公報に記載のように、下地
段差の影響を受けて成膜された凹凸を有する膜上に、該
膜と同一の成膜材料のターゲットを用いてスパッタリン
グ成膜するとき、成膜される半導体表面にも電力を印加
し、リスバッタリングを発生させ、スパッタリングによ
る薄膜の付着速度とリスバッタリングにより食刻される
速度を平坦部で等しくなるようにすることにより、前記
半導体表面が平坦に形成されることが知られている。

また、従来、薄膜の表面を平坦に形成する技術として、
ガラスを含む溶液を利用する塗布成膜法がある。前記溶
液を配線段差上に塗布すると、溶液は配線段差を埋めて
薄膜の表面がなだらかになる。ここで、ベークを行うと
、溶媒が蒸発し、溶質であるガラスが残り、固化する。

さらに、従来技術として、特開昭６０−２３３８１６号
公報に記載のように、被処理物上にＣＶＤによって薄膜
を堆積させ、スパッタによりＣＶＤ膜をエツチングし、
平坦な膜を得るＣＶＤ法がある。このＣＶＤ法では、成
膜速度が大きく、膜質も容易に制御でき、表面反応であ
るため、微細な溝等でも成長する。したがって、微細段
差を有する配線の表面に平坦な膜の形成に適している。

また、従来技術として、特開昭５５−２２９１２号公報
に記載の技術と同様の考え方で、スパッタをＣＶＤに置
き換えた成膜工程と、スパッタエツチング工程とを同時
に行うようにした技術もある。これは、マイクロ波のＥ
　ＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５
ｏｎａｎｃｅ）放電による高密度プラズマによって、反
応ガスの励起種の濃度を上げ、被処理物の表面に膜を堆
積させる一方、被処理物を載置する基板電極に高周波電
力を印加し、被処理物上に発生したプラズマ中のイオン
を引き込み、堆積膜を平坦にするようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前記特公昭５１−２２９１２号公報に記載の従
来技術では、ターゲツト材としてＳ　ｉｏ２を使用する
が、このＳ　ｉ　０２には次のような性質がある。

（１）スパンタリング収率が小さい。

（２）熱伝導率が小さく、ターゲットが割れやすいので
、大電力を印加できない。

このため、前記特公昭５１−２２９１２号公報に記載の
従来技術では、成膜速度を大きくすることができないう
え、スパッタ成膜の一部をリスバッタするため、成膜速
度が非常に小さいという問題がある。

また、前記ガラスを含む溶液を利用する従来技術では、
配線段差を埋めて十分な平坦性を得るためには、溶液を
配線段差に塗布する工程を繰り返して行わなければなら
ず、微細溝への埋め込みが難しく、厚膜部での溶媒残り
によるクラックの発生等の問題がある。

さらに、特開昭６０−２３３８１６号公報に記載の従来
技術では、ＣＶＤによる膜形成工程と。

スパッタエツチング工程とを同一真空槽内で行うが、別
電極により行うため、装置全体が大きくなるとともに、
処理時間中に、被処理物を電極間に搬送する時間も必要
となり、生産能力が低下するという問題がある。

そして、特開昭５５−２２９１２号公報に記載の従来技
術では、反応ガスのうち、励起しにくいガスの活性化濃
度を上げるための高密度プラズマの発生だけしか考慮さ
れておらず、個々の反応ガスの活性化濃度の最適化、高
密度プラズマからのＸ線等が基板に与える損傷、膜緻密
性や段差部のカバレッジ等の膜特性の向上に対して配慮
されていない。したがって、成膜の高速化と膜質向上の
両立、プラズマ中を伝搬するマイクロ波による処理の不
均一、高密度プラズマに接することに起因するチャージ
アップ等のダメージが発生する等の問題があった。

本発明の第１の目的は、被処理物である基板にダメージ
を与えることなく、品質の良い膜を、表面形状を制御し
ながら、高速度で堆積し得る薄膜形成方法を提供するこ
とにある。

また、本発明の第２の目的は前記方法を的確に実施し得
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］ 前記第１の目的を達成するため、本発明方法では、複数
の反応ガスを真空内でそれぞれ個別に活性化し、設定温
度に加熱された被処理物である基板上に供給し、この基
板の表面に薄膜を堆積させると同時に、エツチング用ガ
スをイオン化し、低エネルギーイオンを基板に衝突させ
、前記堆積した薄膜の一部をエツチングするようにして
いる。

また、本発明方法では反応ガスの活性化およびエツチン
グ用ガスのイオン化にプラズマを用いて薄膜を形成する
ようにし、例えば基板表面にＳｉＯ２膜を形成する場合
、前記反応ガスに第１．第２の反応ガスを用い、その第
１の反応ガスとして０２またはＮ２０を用い、第２の反
応ガスとしてＳｉＨ，またはＴＥ０１を用いている。

次に、前記第２の目的を達成するため、本発明装置では
、真空槽内に活性化室と、この活性化室に空間を介して
結合された反応室とを設け、前記活性化室には第１の反
応ガス供給手段と、第１の反応ガスの活性化手段とを設
け、前記活性化室と反応室間の結合部の近傍には第２の
反応ガス供給手段と、第２の反応ガスの活性化手段と、
エツチング用ガスのイオン化手段とを設け、前記活性化
室と、活性化室と反応室間の結合部の近傍のいずれかに
、エツチング用ガス供給手段を設け、前記反応室には基
板を設定温度に制御し得る基板電極を設置している。

また、本発明装置では反応ガスの活性化手段としてマイ
クロ波導入部を設け、このマイクロ波導入部を介して活
性化室の内部と、活性化室と反応室間の結合部周辺とに
マイクロ波を導入し、プラズマを発生させるように構成
し、前記マイクロ波導入部に、活性化室内に突出する突
出部を設け、活性化室の内周と前記突出部の外周とに囲
まれた空間に、第１の反応ガス供給手段を通じて励起し
にくい反応ガスを供給し、活性化室と反応室間の結合部
の近傍に、第２の反応ガス供給手段を通じて励起しやす
い反応ガスを供給するように構成し、前記マイクロ波導
入部を、マイクロ波の空胴共振条件を満足するように構
成し、さらにマイクロ波導入部に、マイクロ波空胴共振
条件を満足させるための整合手段を設け、しかも前記活
性化室と反応室間の結合部に、活性化された反応ガスの
逆流を防ぐ仕切り板を設け、前記反応室におけるプラズ
マ発生部に、プラズマを閉じ込める磁場発生手段を配置
し、前記磁場発生手段を、極性の異なる偶数個の小片を
円周上に交互に配列し、リング形状に形成し、前記基板
電極を、プラズマを発生するための電源とは別設置の電
源に接続し、エツチング用ガスのイオンを基板の表面に
引き込むようにし、前記活性化室の周囲に、反応ガスを
活性化する空間に磁場を形成する磁場形成手段を設けて
いる。

［作用コ 本発明方法では、複数の反応ガスをそれぞれ個別に活性
化するようにしている。これにより、各反応ガスを他の
反応ガスと無関係に、その活性化濃度を任意に制御する
ことが可能となる。したがって、所定の膜質の薄膜を高
速度で容易に得ることができる。また、基板に薄膜を堆
積させると同時に、エツチング用ガスをイオン化し、そ
の低エネルギーイオンを基板の表面に衝突させ、薄膜の
一部をエツチングするようにしているので、基板にダメ
ージを与えることなく、高速度でエツチングすることが
でき、かつ下地段差に関係なく平坦な薄膜を得ることが
できる。

また、本発明方法ではプラズマを利用して反応ガスやエ
ツチング用ガスを励起するようにしているので１反応ガ
スをより一層効率よくかつ高密度に活性化することがで
き、またこのプラズマ中のイオンにより、基板の表面の
薄膜の一部をエツチングすることができるので、膜質の
向上、膜の表面形状の制御を容易に行うことが可能とな
る。

さらに１本発明方法では複数の反応ガスのうちの、第１
の反応ガスとして０２またはＮ２０を用い、第２の反応
ガスとしてＳｉＨ４またはＴＥＯＳを用い、エツチング
用ガスとしてＡｒガスを用いることにより、基板の表面
に５ｉｎ２膜を容易に形成することができ、その薄膜の
一部を容易にエツチングすることができる。

そして１本発明装置では活性化室に第１の反応ガス供給
手段により第１の反応ガスを供給し、この第１の反応ガ
スを活性化室に設けられた活性化手段により活性化し、
活性化室と反応室間の結合部の近傍に、第２の反応ガス
供給手段により第２の反応ガスを供給し、この第２の反
応ガスを前記結合部の近傍に設けられた活性化手段によ
り活性化し、前記活性化室または前記結合部の近傍に、
エツチング用ガス供給手段によりエツチング用ガスを供
給し、このエツチング用ガスをイオン化手段によりイオ
ン化し、さらに反応室に設置された基板電極上に被処理
物である基板を載置し、基板電極により基板を設定温度
に制御し、この基板上に前記活性化された反応ガスを供
給すると同時に、エツチング用ガスのイオンを衝突させ
るようにしているので、前記本発明方法を的確に実施化
することができる。

また、本発明装置では反応ガスの活性化手段としてマイ
クロ波導入部を設け、活性化室の内部と、活性化室と反
応室間の結合部の近傍とにマイクロ波を導入し、プラズ
マを発生させるようにしているので、このプラズマによ
り各反応ガスをより一層効率よく活性化でき、エツチン
グ用ガスをより一層効率よくイオン化することが可能と
なる。

しかも１本発明装置ではマイクロ波導入部に。

活性化室に突出する突出部を設け、活性化室の内周と突
出部の外周とにより囲まれた空間に、第１の反応ガス供
給手段を通じて励起しにくい反応ガスを供給し、活性化
室と反応室間の結合部の近傍でかつ前記突出部の下部空
間に、第２の反応ガス供給手段を通じて励起しやすい反
応ガスを供給するようにしており、マイクロ波導入部の
突出部の周りの空間に、広い面積にわたってプラズマが
発生する。その結果、プラズマと励起しにくい反応ガス
とが接する時間を長くすることができるので。

励起しにくい反応ガスであっても効率よく活性化するこ
とができ、したがって品質のよい薄膜をより一層高速度
で形成することが可能となる。

また、本発明装置ではマイクロ波導入部を、マイクロ波
の空胴共振条件を満足するように構成するとともに、こ
のマイクロ波導入部に、マイクロ波空胴共振条件を満足
させるための整合手段を設けたことにより、マイクロ波
の空胴共振器としての作用でマイクロ波導入部の内部に
マイクロ波を有効に導入することができ、その結果活性
化室や反応室にマイクロ波を有効に供給することが可能
となる。このマイクロ波は、プラズマ中を伝搬し、その
エネルギーをプラズマに供給することができるため、プ
ラズマの密度を高くすることが可能となり、例えば２．
４５ＧＨｚのマイクロ波ではプラズマの密度を７．４Ｘ
１０”／ａ＋ｆ程度の高い密度にすることができる。

さらに１本発明装置では活性化室と反応室間の結合部に
仕切り板を設け、この仕切り板により、活性化された反
応ガスの活性化室への逆流を防止しているので、活性化
された反応ガスを基板上に効率よく導くことができ、し
たがってより一層薄膜を高速度で形成することが可能と
なる。

そして、本発明装置では反応室のプラズマ発生部に、磁
場発生手段を配置し、この磁場発生手段を、極性の異な
る偶数個の小片を円周上に交互に配列し、リング形状に
形成しており、この磁場発生手段により活性化室で発生
して反応室に伝搬したプラズマおよび反応室で発生した
プラズマを周囲に拡散しないように閉じ込めるようにし
ているので、高密度で均一なプラズマにより反応ガスや
エツチング用ガスを励起することができる結果、薄膜の
形成および膜の一部のエツチングを効率よく行うことが
できる。

さらに、本発明装置では基板電極を電源に接続し、この
電極から基板電極に印加される電圧により、基板電極上
に載置された基板の表面にプラズマ中のイオンを引き込
み、衝突させるようにしているので、より一層エツチン
グ速度を大きくすることができる。また、プラズマを発
生させるための電源と、基板にイオンを引き込んで衝突
させるための電源とを別々に設け、個別に制御するよう
にしているので、プラズマの発生はマイクロ波により高
密度化でき、エツチング速度は高速でかつ基板へ損傷を
与えないように制御することが可能となる。

また１本発明装置では活性化室の周囲に磁場形成手段を
設け、この磁場形成手段で形成された磁場により電子の
平均自由行程を長くすることができる結果、反応ガスの
励起効率を向上させることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明方法を実施するための装置の一実施例を
示す縦断図面、第２図は第１図中の磁場発生手段として
の磁石の平面図である。

これらの図に示す実施例の薄膜形成装置は、第１図に示
すように、マイクロ波導入部と、真空槽７とを有し、真
空槽７内には活性化室１と、反応室２とが形成されてい
る。

前記マイクロ波導入部には、導波管１２および導入口１
３を通じてマイクロ波発生源１１が接続されている。ま
た、マイクロ波導入部の内部にはキャビティ１４が形成
されている。このキャビティ１４の内部には、整合手段
１５と、導体棒１６とが挿入されている。さらに、キャ
ビティ１４の下部には突出部としての、断面凹字型の導
入窓１７が設けられている。

前記マイクロ波発生源１１は、マイクロ波を発振し、そ
のマイクロ波を導波管１２→導入口１３を通じてマイク
ロ波導入部のキャビティ１４に導入するようになってい
る。

前記整合手段１５は、前記キャビティ１４をマイクロ波
の空胴共振器とし、キャビティ１４内にマイクロ波を有
効に導入し得るようにしている。

前記導体棒１６は、キャビティ１４内を中央に軸を有す
る同軸型としている。

前記マイクロ波の導入窓１７は、マイクロ波を透過する
、例えば石英等で形成されている。この導入窓１７から
は、活性化室１と、この活性化室１と反応室２間の結合
部の近傍とにマイクロ波を導き、このマイクロ波により
プラズマ１９ａ、１９ｂを発生させるようになっている
。

前記真空槽７には、真空排気手段３が設けられている。

前記活性化室１には、第１の反応ガス供給手段４ａが設
けられている。

前記第１の反応ガス供給手段４ａからは、活性化室１に
励起しにくい反応ガスを供給するようになっている。

前記活性化室１の内部には、前記マイクロ波導入部の導
入窓１７が突出していて、活性化室１の内周と導入窓１
７の外周間には中空円筒型の空間が形成されている。

前記活性化室１と反応室２とは、空間を介して結合され
、連通されている。

前記活性化室１と反応室２間の結合部には、第２の反応
ガス供給手段４ｂと、磁場発生手段としての磁石１８と
、仕切り板２３とが設けられている。

前記第２の反応ガス供給手段４ｂからは、前記結合部の
空間に、励起しやすい反応ガスを供給するようにしてい
る。

そして、この実施例では前記第１．第２の反応ガス供給
手段４ａ、４ｂのいずれかをエツチング用ガス供給手段
に兼用するようになっている。

前記磁石１８は、第２図に示すように、極性が異なる偶
数個の小片を円周上に交互に配列し、全体としてリング
形状に形成されている。この磁石１８からは、前記結合
部の内側に磁力線２０が発生し、この磁力線２０により
プラズマを閉じ込める多重力ブス磁場を゛形成し、被処
理物である基板５の上方にプラズマ１９ｂを閉じ込め、
周囲への拡散を防止している。

前記仕切り板２３は、プラズマ１９ａ、１９ｂにより活
性化された反応ガスの活性化室１への逆流を防止してい
る。

前記反応室２の内部には、基板５を載置する基板電極６
が載置されている。前記基板電極６と・真空槽壁７′間
には、フランジ８が設けられている。

このフランジ８は、真空槽壁７′と基板電極６とを電気
的に絶縁し、かつ真空をシールするようになっている。

前記基板電極６は、基板５を設定温度に制御し得るよう
になっている。また、前記基板電極６の端部９には、電
源１０ｆＪ＜接続されている。

前記電源１０には、この実施例では基板電極６に高周波
電力を印加し、基板電極６を介して基板５上に高周波電
圧を発生させ、この高周波電圧によりエツチング用ガス
のイオンを加速させ、このイオンを基板５に衝突させ、
スパッタエツチングするようになっている。

次に、前記薄膜形成装置の作用に関連して本発明方法の
一例を説明する。

まず、基板電極６の上面に、被処理物である基板５を載
置する。

ついで、真空排気手段３により活性化室１と反応室２内
を所定の真空度に真空排気する。

その間、基板電極６により基板５を設定温度に制御する
。また、第１、第２の反応ガス供給手段４ａ、４ｂから
真空槽７内に雰囲気ガスを供給する。

さらに、マイクロ波発生源１１によりマイクロ波を発振
し、そのマイクロ波を導波管１２→導入口１３を通じて
キャビティ１４へ送る。ここで、整合手段１５および導
体棒１６を調整し、キャビティ１４内をマイクロ波の空
胴共振条件にセットする。これにより、キャビティ１４
内のマイクロ波の電界が高まり、導入窓１７から真空槽
７内にマイクロ波が導入される。

前記マイクロ波導入部の導入窓１７から真空槽７内にマ
イクロ波が導入されると、このマイクロ波により、前記
第１、第２の反応ガス供給手段４ａ、４ｂから真空槽７
内に供給された雰囲気ガスが電離し、プラズマ１９ａ、
１９ｂが発生する。

ここで、第１の反応ガス供給手段４ａから、活性化室１
の内周面と導入窓１７の外周面間に形成された空間に第
１の反応ガスを供給し、第２の反応ガス供給手段４ｂか
ら、活性化室１と反応室２間の結合部の近傍に第２の反
応ガスを供給する。

通常、第１の反応ガス供給手段４ａから活性化室１と導
入窓１７間の空間には励起しにくい反応ガスを供給し、
第２の反応ガス供給手段４ｂから活性化室１と反応室２
間の結合部の近傍には励起しやすい反応ガスを供給する
。反応ガスとして、Ｓｉ、０２膜を形成する場合、第１
の反応ガス供給７段４ａからは０２またはＮ２０を供給
し、第２の反応カス供給手段４ｂからはＳｉＨ，または
ＴＥＯＳを導入する。

前記マイクロ波導入部の突出部である断面凹字型の導入
窓１７の側面、すなわち活性化室１で発生したプラズマ
１９ａは、第１の反応ガス供給手段４ａから供給された
第１の反応ガスを励起し。

導入窓１７の底面側、すなわち活性化室１と反応室２の
結合部の近傍で発生したプラズマ１９ｂは。

主に第２の反応ガス供給手段４ｂから供給された第２の
反応ガスを励起する。

ここで、前記第１の反応ガス供給手段４ａから活性化室
１と導入窓１７間の空間に供給された第１の反応ガスは
、励起しにくい反応ガスであっても、断面凹字型に形成
されかつ活性化室１内に突出された導入窓１７から効率
よく導入されたマイクロ波により広い面積にわたって発
生したプラズマに長時間接して活性化されるため、効率
よく活性化される。

ついで、前記プラズマ１９ａにより励起されかつ活性化
された第１の反応ガスは、活性化室１と反応室２間の結
合部の近傍に送られ、前記プラズマ１９ｂにより励起さ
れかつ活性化された第２の反応ガスと合流する。

ここで、前記活性化室１と反応室２間の結合部の近傍に
設けられている仕切り板２３は、高密度に活性化された
第１、第２の反応ガスの逆流を防止する。

ついで、前記第１、第２の反応ガスは、磁場発生手段で
ある磁石１８の内部に送られる。

前記磁石１８は、極性を異にする小片を円周方向に交互
に配列し、リング形状に形成されているので、この磁石
１８からは第２図に示すごとく、内側に凸形状の磁力線
２０を発生する。ここに形成される磁場は、一般に多重
力ブス磁場と呼ばれる。この磁場により、プラズマ１９
ｂを基板５の上方に閉じ込め、周囲への拡散を防止する
ことができ、これによりプラズマの低圧域での安定発生
および高密度化を図ることができる。

前記第１．第２の反応ガス供給手段４ａ、４ｂより供給
された第１、第２の反応ガスは、プラズマ１９ａ、１９
ｂにより独立かつ高濃度に励起され、基板電極６上に載
置されかつ設定温度に制御された基板５上で反応し、そ
の結果基板５の表面に薄膜が堆積される。

前記基板５への薄膜の堆積と同時に、第１の反応ガス供
給手段４ａまたは第２の反応ガス供給手段４ｂからエツ
チング用ガスを供給する。このエツチング用ガスとして
は、例えばＡｒガスを用いる。

一方、電源１０により、この実施例では基板電極６に高
周波電力を印加する。

前記第１の反応ガス供給手段４ａまたは第２の反応ガス
供給手段４ｂから供給されたエツチング用ガスは、プラ
ズマ１９ａまたは１９ｂによりイオン化される。

前記マイクロ波によって励起されたプラズマは。

マイクロ波がプラズマ内を伝搬し、エネルギーを供給で
きる限界の密度まで増加する。つまり、例えばマイクロ
波の周波数が２．４５ＧＩ（ｚの場合、プラズマ密度は
７．４　Ｘ　Ｉ　Ｏ”／ｃｄまで増加する。

したがって、マイクロ波電力を制御することによってプ
ラズマ密度を制御でき、その結果基板５に衝突するイオ
ンのエネルギーを制御することができる。

前記プラズマ１９ａまたは１９ｂによって励起され、活
性化されたイオンは、電源１０により基板電極６を通じ
て基板５上に発生した高周波電圧により加速され、基板
５の表面に衝突して薄膜の一部をエツチングする。した
かっ、て、この実施例では基板５の表面で成膜とエツチ
ングの両工程を行うことになる。両工程の処理速度は、
マイクロ波と高周波電力の供給量を変えることにより制
御することができる。例えば、形成する薄膜の平坦性を
向上させるには、電源１ｏの電力を大きくすればよい。

そして、この実施例では電源１０から基板電極６を通じ
て基板５上に発生する高周波電圧により、基板５の表面
に引き込むイオンのエネルギーを低エネルギーとするこ
とによって、基板５に損傷を与えることなく、薄膜の一
部を高速度でエツチングすることができる。

前記実施例では、ＳｉＯ２膜を形成する場合について説
明したが、絶縁膜であるＳｉ、Ｎ４膜を形成する場合に
は、前記０２またはＮ２Ｏに代えてＮ２またはＮＨ，を
供給する。これにより、基板５の表面にＳｉ３Ｎ、膜を
堆積させることができる。

また、この実施例において、キャビティ１４の寸法を、
キャビティ１４内のマイクロ波モードが軸対称となる寸
法とすることにより、基板５上のプラズマ１９ａ、１９
ｂの密度分布を均一にすることができる。

さらに、この実施例では、キャビティ１４は中央に軸と
しての導体棒１６を有する同軸型としているが、軸のな
い空胴型としても、同様の作用、効果が得られる。

そして、前記基板電極６の電源１０は、基板５の表面に
形成された薄膜のエツチングされる材料が絶縁物の場合
には高周波電源を用いることが必須であるが、金焉のご
とき導電性の材料の場合には直流電流でもよい。

また、前記磁場発生手段としての磁石１８は、永久磁石
と電磁石のいずれでもよい。

なお、導入、ｔ１７は、石英に限らず、ガスを通さず、
マイクロ波の吸収の少ない絶縁材、例えばアルミナ等の
セラミックスで形成してもよい。

次に、第３図は本発明方法を実施するための装置の他の
実施例を示す縦断面図である。

この第３図に示す実施例では、活性化室１の周囲を磁場
形成手段としての磁石２１で囲んでいる。

前記磁石２１は、磁力線２２がマイクロ波の進行方向と
並行するように配置され、電子の平均自由行程を長くす
るようにしている。

前記電子の平均自由行程を長くすることにより。

反応ガスの励起効率を高めることができる。特に。

前記磁石２１による活性化室１内の磁場強度が電子の回
転周期とマイクロ波の振動数を一致させる条件、すなわ
ちＥＣＲ条件を満足するか、それ以上（マイクロ波の周
波数が２．４５ＧＨｚの場合。

８７５ガウス以上）となると、プラズマは１０１２個／
ｄ以上の高密度となる。

この実施例において、前記磁石２１は永久磁石と電磁石
のいずれでもよい、 なお、この第３図に示す実施例の他の構成、作用は、前
記第１の実施例と同様であり、同じ部材には同じ符号を
付けて示し、これ以上の説明を省略する。

［発明の効果］ 以上説明した請求項１記載の発明によれば、複数の反応
ガスをそれぞれ個別に活性化するようにしていることに
より、各反応ガスを他の反応カスと無関係に、その活性
化濃度を任意に制御することが可能となり、したがって
所定の膜質の薄膜を高速度で容易に形成し得る効果を有
する外、基板に薄膜を堆積させると同時に、エツチング
用ガスをイオン化し、その低エネルギーイオンを基板の
表面に衝突させ、薄膜の一部をエツチングするようにし
ているので、基板にダメージを与えることなく、高速度
でエツチングすることができ、かつ下地段差に関係なく
平坦な薄膜を形成し得る効果がある。

また、請求項２記載の発明によれば、プラズマを利用し
て反応ガスやエツチング用ガスを励起するようにしてい
るので、反応ガスをより一層効率よくかつ高密度に活性
化し得る効果があり、またこのプラズマ中のイオンによ
り、基板の表面の薄膜の一部をエツチングするようにし
ているので、膜質の向上、膜の表面形状の制御を容易に
行い得る効果がある。

さらに、請求項３記載の発明によれば、複数の反応ガス
のうちの、第１の反応ガスとしてｏ２またはＮ２０を用
い、第２図の反応ガスとして５ｉｆｔ４またはＴＥ０１
を用いたことにより、基板の表面に８１０２膜を容易に
形成し得る効果がある。

そして、請求項４記載の発明によれば、活性化室に第１
の反応ガス供給手段により第１の反応ガスを供給し、こ
の第１の反応カスを活性化室に設けられた活性化手段に
より活性化し、活性化室と反応室間の結合部の近傍に、
第２の反応ガス供給手段により第２の反応ガスを供給し
、この第２の反応ガスを前記結合部の近傍に設けられた
活性化手段により活性化し、前記活性化室または前記結
合部の近傍に、エツチング用ガス供給手段によりエツチ
ング用ガスを供給し、このエツチング用ガスをイオン化
手段によりイオン化し、さらに反応室に設置された基板
電極上に被処理物である基板を載置し、基板電極により
基板を設定温度に加熱し、この基板上に前記活性化され
た反応ガスを供給すると同時に、エツチング用ガスのイ
オンを衝突させるようにしているので、前記本発明方法
を的確に実施し得る効果がある。

また、請求項５記載の発明によれば、反応ガスの活性化
手段としてマイクロ波導入部を設け、活性化室の内部と
、活性化室と反応室間の結合部の近傍とにマイクロ波を
導入し、プラズマを発生させるようにしているので、こ
のプラズマにより各反応ガスをより一層効率よく活性化
でき、エツチング用ガスをより一層効率よくイオン化し
得る効果がある。

しかも、請求項６記載の発明によれば、マイクロ波導入
部に、活性化室に突出する突出部を設け、活性化室の内
周と突出部の外周とにより囲まれた空間に、第１の反応
ガス供給手段を通じて励起しにくい反応ガスを供給し、
活性化室と反応室間の結合部の近傍でかつ前記突出部の
下部空間に、第２の反応ガス供給手段を通じて励起しや
すい反応ガスを供給するようにしており、マイクロ波導
入部の突出部の周りの空間に、広い面積にわたってプラ
ズマが発生し、そのプラズマと、励起しにくい反応ガス
とが接する時間を長くすることができるので、励起しに
くい反応ガスであっても効率よく活性化することができ
、したがって品質のよい薄膜をより一層高速度で形成し
得る効果がある。

また、請求項７記載の発明によれば、マイクロ波導入部
を、マイクロ波の空胴共振条件を満足するように構成し
、さらに請求項８記載の発明によれば、マイクロ波導入
部に、マイクロ波空胴共振条件を満足させるための整合
手段を設けており、これによりマイクロ波の空胴共振器
としての作用でマイクロ波導入部の内部にマイクロ波を
有効に導入することができ、その結果活性化室や反応室
にマイクロ波を有効に供給することができ、プラズマの
密度をより一層高くすることができるので、より一層高
速度で成膜し得る効果がある。

さらに、請求項９記載の発明によれば、活性化室と反応
室間の結合部に仕切り板を設け、この仕切り板により、
活性化された反応ガスの活性化室への逆流を防止してい
るので、活性化された反応ガスを基板上に効率よく導く
ことができ、しだがってより一層薄膜を高速度で形成し
得る効果かある。

そして、請求項１０．１１記載の発明によれば、反応室
のプラズマ発生部に、磁場発生手段を配置し、この磁場
発生手段を、極性の異なる１山数個の小片を円周上に交
互に配列し、リング状に形成しており、この磁場発生手
段により、活性化室で発生して反応室に伝搬したプラズ
マおよび反応室で発生したプラズマを周囲に拡散しない
ように閉じ込めるようにしているので、高密度で均一な
プラズマにより反応ガスやエツチング用ガスを励起する
ことができる結果、薄膜の形成および膜の一部のエツチ
ングを効率よく行い得る効果がある。

さらに、請求項１２記載の発明によれば、基板電極を電
源に接続し、この電極から基板電極に印加される電圧に
より、基板電極上に載置された基板の表面にプラズマ中
のイオンを引き込み、衝突させるようにしているので、
より一層エツチング速度を大きくし得る効果があり、ま
たプラズマを発生させるための電源と、基板にイオンを
引き込んで衝突させるための電源とを別々に設け２個別
に制御するようにしているので、プラズマの発生はマイ
クロ波により高密度化でき、エツチング速度は高速でか
つ基板へ損傷を与えないように制御し得る効果がある。

また、請求項１３記載の発明によれば、活性化室の周囲
に磁場形成手段を設け、この磁場形成手段で形成された
磁場により電子の平均自由行程を長くすることができる
結果、反応ガスの励起効率を向上させ得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の一実施例を
示す縦断面図、第２図は第１図中の磁場発生手段として
の磁石の平面図、第３図は本発明方法を実施するための
装置の他の実施例を示す縦断面図である。 １・・活性化室、２・・・反応室、３・・・真空排気手
段、４ａ、４ｂ・・・第１．第２の反応ガス供給手段、
５・基板、６・・・基板電極、７・・・真空槽、１０・
・・電源１１・・・マイクロ波発生源、１４・・・マイ
クロ波導入部のキャビティ、１５・・・整合手段、１６
・・・導体棒。 １７・・・導入窓、１８・・・磁石、１９ａ、１９ｂ・
・・プラズマ、２１・・・磁石、２３・・・仕切り板。 第　１　口 第　３０ 將・・〜イビティ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の反応ガスを真空内でそれぞれ個別に活性化し
   、設定温度に制御した被処理物である基板上に供給し、
   この基板の表面に薄膜を堆積させると同時に、エッチン
   グ用ガスをイオン化し、低エネルギーイオンを基板に衝
   突させ、前記堆積した薄膜の一部をエッチングすること
   を特徴とする薄膜形成方法。 ２、前記反応ガスの活性化およびエッチング用ガスのイ
   オン化にプラズマを用いて薄膜を形成することを特徴と
   する薄膜形成方法。 ３、前記反応ガスに第１、第２の反応ガスを用い、その
   第１の反応ガスとしてＯ＿２またはＮ＿２Ｏを用い、第
   ２の反応ガスとしてＳｉＨ＿４またはＴＥＯＳ（Ｔｅｔ
   ｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）を用いて
   基板の表面にＳｉＯ＿２膜を形成することを特徴とする
   請求項１または２記載の薄膜形成方法。 真空槽内に活性化室と、この活性化室に空間を介して結
   合された反応室とを設け、前記活性化室には第１の反応
   ガス供給手段と、第１の反応ガスの活性化手段とを設け
   、前記活性化室と反応室間の結合部の近傍には第２の反
   応ガス供給手段と、第２の反応ガスの活性化手段と、エ
   ッチング用ガスのイオン化手段とを設け、前記活性化室
   と、活性化室と反応室間の結合部の近傍のいずれかに、
   エッチング用ガス供給手段を設け、前記反応室には基板
   を設定温度に制御し得る基板電極を設置したことを特徴
   とする薄膜形成装置。 ５、前記反応ガスの活性化手段としてマイクロ波導入部
   を設け、このマイクロ波導入部を介して活性化室の内部
   と、活性化室と反応室間の結合部周辺とにマイクロ波を
   導入し、プラズマを発生させるように構成したことを特
   徴とする請求項４記載の薄膜形成装置。 ６、前記マイクロ波導入部に、活性化室内に突出する突
   出部を設け、活性化室の内周と前記突出部の外周とに囲
   まれた空間に、第１の反応ガス供給手段を通じて励起し
   にくい反応ガスを供給し、活性化室と反応室間の結合部
   の近傍に、第２の反応ガス供給手段を通じて励起しやす
   い反応ガスを供給するように構成したことを特徴とする
   請求項５記載の薄膜形成装置。 ７、前記マイクロ波導入部を、マイクロ波の空胴共振条
   件を満足するように構成したことを特徴とする請求項５
   または６記載の薄膜形成装置。 ８、前記マイクロ波導入部に、マイクロ波空胴共振条件
   を満足させるための整合手段を設けたことを特徴とする
   請求項７記載の薄膜形成装置。 ９、前記活性化室と反応室間の結合部に、活性化された
   反応ガスの逆流を防ぐ仕切り板を設けたことを特徴とす
   る請求項４、５、６、７または８記載の薄膜形成装置。 １０、前記反応室におけるプラズマ発生部に、プラズマ
   を閉じ込める磁場発生手段を配置したことを特徴とする
   請求項４、５、６、７、８または９記載の薄膜形成装置
   。 １１、前記磁場発生手段を、極性の異なる偶数個の小片
   を円周上に交互に配列し、リング形状に形成したことを
   特徴とする請求項１０記載の薄膜形成装置。 １２、前記基板電極を、プラズマを発生するための電源
   とは別設置の電源に接続し、エッチング用ガスのイオン
   を基板の表面に引き込むようにしたことを特徴とする請
   求項５、６、７、８、９、１０または１１記載の薄膜形
   成装置。 １３、前記活性化室の周囲に、反応ガスを活性化する空
   間に磁場を形成する磁場形成手段を設けたことを特徴と
   する請求項４、５、６、７、８、９、１０、１１または
   １２記載の薄膜形成装置。