JPH0368764A - 薄膜形成用プラズマ処理装置 - 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、マイクロ波を利用した薄膜形成用プラズマ処
理装置に関し、特に、半導体、絶縁体等の基板に化合物
薄膜を形成するに通したプラズマ処理装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近年、プラズマを利用したドライプロセスが、半導体デ
バイス製造等の工程における薄膜形成技術として、−船
釣に普及し、従来の被処理材料を加熱する必要のあるＣ
ＶＤ法に換えて、低温成膜技術として採用されている。

その例として、プラズマＣＶＤは表面改質のため、イオ
ン窒化などの成膜方法、成膜対象も多岐に亙っている。

この低温プラズマプロセスは電子サイクロトロン共鳴法
（ＥＣＲ）を用いてプラズマを得て成膜する場合、低い
圧力でのプラズマの生成が可能であり、成膜成長速度が
大きく、不純物に汚染されることが少なく、均一な膜形
成ができることが期待されている。

従来、活性化反応性蒸着法は、プラズマを利用した低温
成膜技術の一つであるが、ＥＣＲを利用することにより
、形威された薄膜中に含まれる不純物の発生を少なくす
ることができることが知られている。

例えば、マグネトロンから導波管を導かれてきたマイク
ロ波を石英窓を介して真空のプラズマ発生室に導入し、
プラズマ発生室の外周に設けられた電磁石によるサイク
ロトロン共鳴磁場により、プラズマ発生室に導入された
反応ガスを励起してプラズマ流を発生させ、発散磁界の
作用で反応室内の被処理基板に向かって引出し、且つ蒸
発源からの蒸着物質と反応し、被処理基板の表面に化合
物薄膜を形成する手段（特開昭６１−１３５１２６号）
は公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のこの種のマイクロ波を利用した化合物薄膜形成用
プラズマ処理装置において、プラズマ発生室に導入され
た反応ガスは非常に高い効率でイオン化されるが、蒸着
物質は加熱蒸発させているだけであり、蒸着物質のイオ
ン化はプラズマ中を通過する際に活性化粒子との衝突で
行われる。

そのため、蒸着物質はそれ程高いイオン化率を得ること
ができず、この蒸着物質のイオン化はプラズマ流の密度
９強度等に依存するため、単独でのイオン化の制御が不
可能であった。

本発明は、前記の如き薄膜形成用プラズマ処理装置にお
いて、蒸発源を含む蒸発源室に蒸着物質をイオン化でき
る手段を設け、反応ガス、蒸着物質の各イオン化制御を
可能とし、より化学量論組成に近い、高品質の薄膜を形
成する装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段〕 本発明は、前記目的を遠戚するために、反応ガスをプラ
ズマ流として発生させるプラズマ発生室と、蒸着物質を
蒸発させる蒸発源室と、基板ホルダーに保持された被処
理基板を配置した真空反応室とを備え、前記プラズマ発
生室からの反応ガスプラズマ流と蒸発源からの蒸着物質
蒸発流とを反応させ、被処理基板上に反応生成物を堆積
させる薄膜形成用プラズマ処理装置において、被処理基
板を取付ける真空反応室内の基板ホルダーは蒸発源と同
電位とする対電極であり、前記蒸発源と対電極との間に
、蒸発源により蒸発した蒸着物質をイオン化するための
電子放出手段と、蒸発源、対電極の電位に対して正電位
であり、イオン化した蒸着物質を通過しうるグリッドと
を備えたことを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明の構成により、薄膜形成用プラズマ処理装置にお
いて、反応ガスはプラズマ発生室でプラズマ流を形威し
反応室内の被処理基板に向かわせると共に、蒸着物質は
蒸発源室でイオン化され、高イオン化率の蒸着物質とし
て、同じく反応室内の被処理基板に向かわせ、被処理基
板上に反応ガスと蒸着物質の各エネルギーを制御するこ
とにより、高品質の膜質からなる化合物薄膜を形成する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）法にま
り生成されたプラズマ使用の活性化反応性蒸着法からな
るプラズマ処理装置が示されている。

１はマグネトロンであり、マグネトロン１で発生したマ
イクロ波は導波管２を経て電磁石３により包囲されたプ
ラズマ発生室４に導かれる。５は導波管２とプラズマ発
生室４とを気密に保つための石英ガラスである。

プラズマ発生室４は空洞共振器となっており、原料ガス
又は放電を生じせしめるための希ガス（以下、反応ガス
という）を供給するガス導入口６を備えている。

マグネトロンｌで発生したマイクロ波と電磁石３により
、プラズマ発生室４に導入された反応ガスを励起し、Ｅ
ＣＲプラズマをつくる。

７は反応室であり、反応室７内には、被処理基板を保持
する基板ホルダー８が配置され、基板ホルダー８の背後
には磁石９が設けられている。該磁石９は発散磁界によ
り反応室７の被処理基板に向かうプラズマ発生室４から
のプラズマ流の流れを収束するように制御し、被処理基
板の周辺で密度の高いプラズマ流を得ることができる。

基板ホルダー８に対向する反応室７の下側には蒸発源室
１０が設けられ、蒸発源室１０には蒸着物質を蒸発させ
る抵抗加熱式蒸発源１１、前記抵抗加熱式蒸発源１１で
蒸発された蒸着物質をイオン化するための熱電子発生用
フィラメント１２、イオン化された蒸着物質を被処理基
板に向けて加速するグリッド１３が配置されている。

抵抗加熱式蒸発源１１は、タングステン、モリブデン等
の金属をコイル状に形成し、蒸発源用型ａ！Ｘ１４に一
対の支持体兼用電極１５を介して接続され、熱電子発生
用フィラメント１２は、蒸着物質の粒子の拡がりをカバ
ーするように複数本のフィラメントを平行に配列し又は
網目状に構威し、一対の支持体兼用電極１７の間にはフ
ィラメント用電源１６を接続している。

グリッド１３は、絶縁フランジ１８によって反応室７．
蒸発源室１０から絶縁され、蒸着物質を通過できる網目
状をなし、基板ホルダー８の支持体である絶縁導入端子
１９は反応室７から絶縁して配置され、基板ホルダー８
には対電極が形成されている。そして、直流電圧電源２
０の正端子はグリッド１３を支持する電極に接続され、
同電源２０の負電源２０は対電極を形成した基板ホルダ
ー８の支持体である絶縁導入端子１９に接続されている
。

被処理基板を取付ける反応室７内の基板ホルダー８は蒸
発源１１と同電位とする対電極であり、前記蒸発源１１
と対電極である基板ホルダー８との間に、蒸発源１１に
より蒸発した蒸着物質をイオン化するための電子放出手
段としての熱電子発生用フィラメント１２とイオン化し
た蒸着物質を通過しうるグリッド１３とを備えている。

７Ａ、ＩＯＡは図示されていない真空排気系に連結され
、プラズマ発生室４２反応室７．蒸発源室１０の高真空
状態を設定するための排気口である。

このような構成からなる本発明のプラズマ処理装置にお
いて、プラズマ発生室４で反応ガスを励起し、解離、イ
オン化して生成されたプラズマ流は、電磁石３の磁界で
反応室７内の被処理基板に向かい、被処理基板の後方に
配置された磁石９により被処理基板上でのプラズマ流の
拡がりを変化させることができる。

反応室７に設けられた基板ホルダー８の被処理基板に向
かうプラズマ流と直交する方向の蒸着物質の流れは、反
応室７の底部側に配置された蒸発源室１０によって与え
られる。

本発明では、蒸発源室１０における抵抗加熱式蒸発源１
１による加熱により、前記蒸発源１１に保持された蒸着
物質は蒸発し、蒸発した蒸着物質は拡がりをもって被処
理基板側に向かう。

蒸着物質は熱電子発生用フィラメント１２より放出する
熱電子と衝突し、一部は正イオン化される。このイオン
化された蒸着物質はグリッド１３を通過し、その際、グ
リッド１３近傍において運動する熱電子と衝突して、更
にイオン化される。

正イオンにイオン化された蒸着物質は、グリッド１３に
対して負電位に設定された基板ホルダー８に向かって加
速され、被処理基板に高速状態で衝突し、付着する。こ
れに対して、熱電子発生用フィラメント１２で発生して
熱電子はグリッド１３付近で捕らえられ、被処理基板に
到達することはない。よって、被処理基板は熱電子によ
って損傷を与えることはない。

以上のように、本発明では、プラズマ発生室において反
応ガスのイオン化を行い、被処理基板に向かわせると共
に、蒸発源室で発生させる蒸着物質を蒸発源室に設けた
独自のイオン化手段によりイオン化し、被処理基板に向
かわせ、共にイオン化された反応ガスと蒸着物質とによ
る化合物薄膜を被処理基板表面に形成することができる
。

〔効　果〕

本発明の構成により、反応ガスのイオン化手段のみなら
ず、蒸着物質のイオン化手段を設けたことにより、蒸着
物質は反応ガスの状態に依存することなく、独自で高い
イオン化率を与えることができ、反応ガス、蒸着物質の
各エネルギーを個別に制御できるため、形成される膜質
の高度ぺ制御を可能とする効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜形成用プラズマ処理装置の実施例
を示す概略断面図である。 ４・・・プラズマ発生室、７・・・反応室、８・・・基
板ホルダー、１０・・・蒸発源室、１１・・・蒸発源、
１２・・・熱電子発生用フィラメント、１３・・・グリ
ッド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応ガスをプラズマ流として発生させるプラズマ発生室
   と、蒸着物質を蒸発させる蒸発源室と、基板ホルダーに
   保持された被処理基板を配置した真空反応室とを備え、
   前記プラズマ発生室からの反応ガスプラズマ流と蒸発源
   からの蒸着物質蒸発流とを反応させ、被処理基板上に反
   応生成物を堆積させる薄膜形成用プラズマ処理装置にお
   いて、被処理基板を取付ける真空反応室内の基板ホルダ
   ーは蒸発源と同電位とする対電極であり、前記蒸発源と
   対電極との間に、蒸発源により蒸発した蒸着物質をイオ
   ン化するための電子放出手段と、蒸発源、対電極の電位
   に対して正電位であり、イオン化した蒸着物質を通過し
   うるグリッドとを備えたことを特徴とする薄膜形成用プ
   ラズマ処理装置。