JPH04358077A - マイクロ波プラズマｃｖｄ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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスや、液晶
表示素子、ラインセンサ、薄膜磁気ヘッド等の薄膜を応
用した電子部品等の製造に使用するプラズマＣＶＤ装置
に係り、特に、大面積に、高速で薄膜を形成するマイク
ロ波プラズマＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の従来装置は、例えば、特開昭６３−２１３３４４号公
報に開示されたものが知られている。これによる場合、
真空室には放電管が設けられ、これにコイルを取り付け
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り真空室内に導入された反応ガスを
分解し、これにより真空室内に設置された試料である基
板上に化学蒸着を行うようになっている。

【０００３】ところで、大面積で、かつ、高速で膜形成
を行う場合、原料ガス流量も多くなり、また原料ガスが
分解して生成するガスの量も多くなる。このような場合
、ガスの排気に要する真空ポンプの能力、及び、排気の
コンダクタンスは高度なものが要求される。特に、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ＣＶ
Ｄでは１Ｐａ以下の圧力で膜形成を行うので真空ポンプ
は大容量なものが必要となり、そのため排気系に要する
費用が高くなる。この費用を少しでも抑えるにはガスの
利用効率を向上し、膜形成速度を保ちつつ、装置内に導
入するガス量を少なくすることが有効である。従来装置
はこの点について考慮されておらず、大面積に高速で膜
を形成することはできるが装置価格が高価であり、経済
的優位性は乏しかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、原料
ガスの利用効率を高め、比較的安価な排気系を採用する
ことにより装置価格を抑え、経済的に優位なマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置を提供することにある。これにより
、たとえば大型液晶表示素子、ファクシミリのラインセ
ンサ、感熱ヘッド等における薄膜製造へのマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法の適用を経済的に容易にし、マイクロ波
プラズマの低圧力、高密度という特徴を利用した高品質
膜の高速形成により、薄膜製造の性能、歩留りの向上、
スループットの向上等、コストの低減に寄与する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明はガスの利用効率を向上する。そのため、ガス
を基板上に集中的に流す。

【０００６】ＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤは成膜圧
力が１Ｐａ以下と低いため原料ガスの流れは分子流に近
く、また、ＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤでは原料ガ
スの分解効率がほぼ１００％であるため、ガス吹き出し
孔から出たガスはそのまま直線的に空間を飛び、衝突し
た表面上で膜形成する。そこで、ガス吹き出し口の配置
や方向を最適化することにより基板上にガスを集中させ
基板以外の場所にガスが流れないようにすることができ
る。基板上にガスを集中させるにはガス吹き出し口は基
板に正対して配置することが好ましい。しかし、一般に
、マイクロ波プラズマＣＶＤでは基板の正面方向からマ
イクロ波を導入するので、ガス導入は基板正面を避け、
リング状のパイプをマイクロ波導入口の周囲に設け、こ
れに吹き出し孔を設ける場合が多い。しかし、この方法
ではガスの吹き出し方向と基板の向きが異なるため基板
以外の方向に飛ぶガスの量が多い。ガス吹き出し口を基
板に正対して配置するには、マイクロ波が透過できる材
質でガス吹き出し器を作成し基板の正面に置けば良い。 この際、ガス吹き出し器内をマイクロ波が通過するので
ガス吹き出し器内でプラズマが発生しないようにする必
要がある。そのため、ガスが通過する部分の空間を狭く
し、例え内部で電離が起こっても電子がすぐに壁に衝突
して吸収されるようにすれば良い。

【０００７】形成される膜の特性はガス吹き出し口から
基板までの距離に影響されるので、ガスの吹き出し孔の
位置は基板と平行である必要がある。ガス吹き出し孔か
ら出たガスは原理的には余弦法則に従って孔から吹き出
す。現実にはガスの吹き出し孔の形状により指向性が付
加されることになるがガス吹き出し孔が特殊なものでな
い限り、均一に膜形成するためのガス吹き出し孔の間隔
は、ガス吹き出し口から基板までの距離の半分以下であ
れば良い。また、基板端部の膜厚分布を均一にするには
、ガス吹き出し孔の配置は基板よりもやや大きくする必
要がある。特に、ガス吹き出し孔の形状が矩形の場合な
どのように角があるときは角の部分で他のガス吹き出し
孔からのガスが届きにくいので、ガス吹き出し孔の配置
を基板よりも大きめにする必要がある。

【０００８】大面積に膜形成を行う必要のある電子デバ
イスは液晶表示パネルや、ラインセンサ、感熱ヘッド等
、矩形の基板を用いる場合が多い。このような場合、矩
形の基板に合わせてガス吹き出し孔を配置すれば良い。 また、基板が円形である場合には、基板の大きさに合わ
せてガス吹き出し孔を配置すれば良い。

【０００９】

【作用】基板正面に配置されたガス供給器から基板の形
状に合わせて集中的にガスを流すことにより無駄なガス
を流すことなく基板上に効率よく膜を形成することがで
きる。これにより膜形成速度を低下することなくガス流
量を低減することができ、過大な能力の排気ポンプの設
置を避け、比較的安価な排気系を採用することにより装
置価格を抑えることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例との対比によ
って説明する。

【００１１】＜実施例１＞図１は本発明のマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置の断面図を示したものである。マイク
ロ波発生源１からマイクロ波導波管２を通し電磁ホーン
４に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導く構成とした。

【００１２】電磁ホーン４の開口部には石英製のマイク
ロ波窓８を設け、これを通してマイクロ波を真空室６内
に導入した。磁場は電磁コイル５に電流を通じて発生さ
せ、電子サイクロトロン共鳴点は、マイクロ波窓８と基
板１０の間にあるように設定した。

【００１３】反応ガスはマイクロ波窓８に近接して設置
したガス供給器７のガス吹き出し孔７１から対抗して置
かれた基板１０上に向けて噴出させた。排気は補助ポン
プとして油回転ポンプ１４を備えたターボ分子ポンプ１
３により行い、圧力の調整はコンダクタンス調整バルブ
１２により行った。

【００１４】ガス供給器７は、図２に示すように、基板
と同じ矩形にガス吹き出し孔７１を配置した石英製ガス
吹き出し板を基板に対抗して置き、マイクロ波窓８と石
英板の間に隙間を０．３ｍｍとするスペーサを挟み、こ
の間にガスを流してガス吹き出し板の孔から基板に向け
てガスを吹き出した。本装置において基板とガス吹き出
し板の距離１１０ｍｍであり、石英板の厚みは３ｍｍで
ガス吹き出し孔径は０．４ｍｍ、孔の間隔は５５ｍｍで
ある。

【００１５】３２０ｍｍ×２４０ｍｍのガラス基板１０
を基板ホルダ１１に乗せこの表面に窒化シリコン膜を形
成した。反応ガスはモノシランを毎分４０ｃｍ３、窒素
ガスを毎分４００ｃｍ３ほどガス供給器７を通して真空
室６内に導入し、ターボ分子ポンプ１３により排気した
。コンダクタンス調整バルブ１２は全開とし、この状態
で圧力は０．５Ｐａになった。４ｋＷのマイクロ波を５
分間投入し、プラズマを発生させたところ膜厚は基板中
心で０．６μｍ、中心から対角線上に１８０ｍｍの位置
まで±３％以内に収まっており、端部で０．５５μｍの
窒化シリコン膜が形成された。この膜の誘電率は６．８
であり、抵抗率は３×１０１５Ωｃｍであった。

【００１６】＜比較例＞比較例としてガス供給を従来の
リング状のパイプをマイクロ波導入口の周囲に設け、こ
れに設けた吹き出し孔からガスを供給した場合について
、実施例１と同じ条件、同じガス流量で、成膜したとこ
ろ、基板中心で０．２μｍ、端部で０．１５μｍの膜厚
の窒化シリコン膜が形成された。この膜の誘電率は６．
８であり、抵抗率は７×１０１４Ωｃｍであった。

【００１７】このように本実施例によればガスを基板に
集中的に流すことにより、同じガス流量で約三倍の成膜
速度が得られる。もし、比較例のような従来法によって
ガスを供給するならば本実施例と同じ成膜速度を得るに
は約三倍のガスを流す必要があり、それは約三倍の能力
の排気系を必要とすることになり、排気系の費用は三倍
必要となる。

【００１８】＜実施例２＞第二の例は、６インチシリコ
ンウェハ四枚上に同時に窒化シリコン膜を形成する例を
示す。この場合、図３のように、シリコンウェハの大き
さにあわせた四つの基板ホルダ１１２を配置し、図４の
ようにこれと同じ形状にガス吹き出し孔７４を配置した
石英板の裏側にガスを供給する石英パイプ７２を溶接し
たものを用いた。反応ガスとしてモノシランガス４０ｃ
ｍ３、窒素ガス４００ｃｍ３を毎分流し、この時の圧力
は０．５Ｐａであった。実施例１と同様にして窒化シリ
コン膜を形成した。膜厚は四枚とも０．６５μｍで、こ
の膜の誘電率は６．９であり、抵抗率は２×１０１５Ω
ｃｍであった。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、大面積で、かつ、高速
で膜形成を行う場合に生じる多量の原料ガスおよび原料
ガスが分解して生成するガスの排気の問題を解決するこ
とができ、これらガスの排気に必要となる大容量の排気
装置を縮小することができ、装置の価格を低減すること
ができる。これにより、マイクロ波プラズマの低圧力、
高密度という特徴を利用した高品質膜の高速形成を可能
とし、たとえば、大型液晶表示素子、ファクシミリのラ
インセンサ、感熱ヘッド等における薄膜製造の性能、歩
留りの向上、スループットの向上等、コストの低減が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の断面
図、

【図２】実施例１におけるガス供給系の説明図、

【図３
】実施例２における基板ホルダの配置図、

【図４】実施
例２におけるガス供給系の説明図。

【符号の説明】

１…マイクロ波発生源、 ２…マイクロ波導波管、 ４…電磁ホーン、 ５…電磁コイル、 ６…真空室、 ７…ガス供給器、 ８…マイクロ波窓、 １０…基板、 １１…基板ホルダ、 １２…コンダクタンス調整バルブ、 １３…ターボ分子ポンプ、 １４…油回転ポンプ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス供給手段と、真空排気手段を備えた真
   空容器と、前記真空容器内にマイクロ波を導く導波管と
   、前記導波管の一端に接続されたマイクロ波放射器と、
   前記マイクロ波放射器の開口部に真空を封じマイクロ波
   を透過する窓とを備え、前記真空容器内で前記マイクロ
   波の周波数で電子サイクロトロン共鳴を起こすような磁
   場の発生手段と、前記真空容器内に基板を固定するため
   のホルダを、具備したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に
   おいて、前記ガス供給手段が多数のガス吹き出し孔を前
   記基板と相似形に配置したものであり、これを前記基板
   と正対させて設置したことを特徴とするマイクロ波プラ
   ズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ガス供給手段の前
   記ガス吹き出し孔の配置を前記基板と相似形とし、前記
   ガス吹き出し孔の配置の方が前記基板よりも大きいかま
   たは同じ大きさであるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記ガス供給手段の前
   記ガス吹き出し孔の間隔が前記基板とガス吹き出し孔の
   距離の半分以下であるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。