JPH0465149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体プロセス技術、表面処理技術等
の膜付けを行なうプラズマ集中型CVD
（Chemical Vapor Deposition）装置に関するも
のである。

従来の技術 第５図は従来のプラズマCVD装置の原理的構
成図であり、１は真空槽、２はガス導入口、３は
排気系、４は真空槽１内に設けられたプラズマ発
生用の高周波電極、５は高周波電極４と対向配置
された試料台、６は試料台５の上に配置された試
料基板である。

以上のように構成された従来のプラズマCVD
装置の動作について説明する。すなわち、試料台
５を300〜500℃に加熱し、ガス導入口２より、た
とえばシランガス（SiH₄）およびアンモニアガ
ス（NH₃）を導入し、高周波電源７から高周波
電極４に電力を印加して、一般にガス圧10〜
10³Paでプラズマ８を発生させ、SiH₄やNH₃が解
離し、この解離したイオンやラジカルが、試料基
板６の表面上で反応・化合し、窒化シリコン膜を
堆積させるものである。

さらにもう一つの従来例として、第６図に示す
ようなマイクロ波放電により発生したプラズマを
試料まで輸送して膜形成を行うプラズマ輸送法
CVD装置がある。９は真空槽、１０は真空槽９
のまわりにまかれたコイル、１１は真空槽１０内
に設けられたプラズマ源、１２はプラズマ源１１
に対向配置された試料であり、導波管１２により
マイクロ波をプラズマ源１１に導入する。この従
来例ではマイクロ波放電によつて発生したプラズ
マ１４を、コイル１０からの平行磁界により、熱
的拡散によつてプラズマ流１４′を試料１３の表
面に輸送することにより、試料６に膜形成を行う
ものである。

発明が解決しようとする問題点 しかし、第５図のような構造のプラズマCVD
装置では、SiH₄やNH₃の分解が不充分で、水素
が多量に膜内に取り込まれたり、結合の不完全部
分が多く残り、緻密性のよい膜が得られないとい
う問題点があつた。

つまり、プラズマ８が生成される所に試料基板
６があるので、プラズマ密度が低く、解離が充分
に行われていない状態で、試料基板６の表面上で
反応・化合するためであつた。

また、第６図のような構造のプラズマ輸送法
CVD装置では、プラズマ流１４の径が２cm程度
と小さく、膜形成可能な面積が従来のプラズマ
CVD装置に比較して小さく、生産性が低いとい
う問題点があつた。

つまり、プラズマ流１４の径がプラズマ源１１
の口径により決定されるためであつた。

そこで、本発明は上記従来の問題点を解消する
もので、従来のプラズマCVD装置の特長を生か
し、良質の薄膜を大面積にわたつて高速で均一に
形成できるプラズマ集中型CVD装置を提供する
ことを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明の装置は、真空槽と、真空槽にプラズマ
が放射されるように配置されたプラズマ源と、プ
ラズマ源とは垂直に配置された陽極と、プラズマ
源から放射されたプラズマ陽極上に集中させるた
めにプラズマ流を曲げるための磁界と、陽極近傍
にガスを導入するためのガス導入管を備えたもの
ある。

作 用 この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、真空槽の周りから放射されたプラズ
マをカスプ磁界を用いて、垂直方向に曲げ、基板
にプラズマを集中させる。

この結果、高密度のプラズマを基板の真上に集
めることができ、高速で均一で高品質の薄膜を堆
積させることができる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるプラズ
マ集中型高速CVD装置の構成を示すものである。
第１図において、１５は真空槽、１６はガス導入
口、１７は放電陰極、１８は第１の中間電極、１
９は第２の中間電極、２０は第１の中間電極１８
内に設けられた磁石、２１は放電陰極１７と第１
の電極１８と第２の電極１９とで構成されたリン
グ状のプラズマ源、２２はコイル、２３はプラズ
マ源２１の陽極、２４は陽極２３の下に配置され
た棒状の磁石、２５は陽極２３を冷却するための
冷却水、２６はリング状ガス導入口、２７は排気
系である。

以上のように構成された第１の実施例のプラズ
マ集中型CVD装置について以下その動作を説明
する。

まず、リング状のプラズマ源２１に被イオン化
ガスとしてたとえば窒素を複数のガス導入口１６
からＸ方向に導入すると、環状のスリツト（たと
えばスリツト幅1.5mm）から大面積のプラズマが
生成される。二つの中間電極１８，１９によつ
て、陰極領域と陽極領域に圧力差がつけてある。
直流電源２８によつて、陰極１７と第１の中間電
極１８との電位差は、たとえば40V、第１の中間
電極１８と第２の中間電極１９とは、たとえば
35V、第２の中間電極１９と陽極２３とは、たと
えば20Vの放電々圧である。二つの中間電極１
８，１９の中では放電を導くのに充分な磁場の強
さを確保するために、逆方向に等価電流の流れる
二つのリング状磁石２０によつてつくられるカス
プ磁界を利用した。

プラズマ源２１から水平方向に放射されたプラ
ズマを陽極２３近傍に集中させるには、プラズマ
を90度近く曲げる必要がある。陽極２３は初期の
プラズマ流に対して直角に配置されており、その
内部に強力な磁石２４（たとえば希土類マグネツ
トのSmCo₅）を持つている。陽極２３の表面と
磁石２４のＳ極表面は約２cm離されて充分水冷で
きる構造になつている。第１図において、初期の
プラズマ流に沿つて（プラズマ源２１の軸に沿つ
て）ｘ軸を定め、陽極２３の表面に垂直に中心よ
りｙ軸を定めると、プラズマの方向を変えるため
にプラズマ中の電子流はエネルギーが小さく、運
動が熱化していないので水平磁場B_xと垂直磁場
B_yを用いて磁力線に沿つて収束させながら曲げ、
放電電力を集中させる。放電プラズマ流を折り曲
げる点での垂直磁場をb_y（gauss）、プラズマ流が
円柱状である場合の平均半径をａ（cm）、プラズマ
中電子流のエネルギーをV_e（eV）とすれば、 ａ＞3.4√V_e／b_y ……(1) となる。(1)式は、プラズマ流を曲げるためにはプ
ラズマ２９中の電子のサイクロトロン半径が、プ
ラズマ流の半径より小さくなければならないこと
を意味している。

ｘ方向の磁場B_xは、逆方向に電流の流れる二
つのコイル２２によつてつくられるカスプ磁界に
よつて得る。第３図ａにコイル２２によつてつく
られた磁力線３０を示した。第５図ｂはコイル２
２に流れる電流の方向を示した模式図である。コ
イル２２によるｙ方向の中心磁場は零であり、ｙ
方向の磁場B_yは陽極２３内の磁石２４によつて
殆んど独立に決定されている。

高速で均一な膜堆積を得るためにはB_xとB_yの
関係と、プラズマ流の曲がり方及び陽極２３表面
への収束のされ方が影響してくる。

第３図に示した磁場配位では、第２の中間電極
１９近傍のプラズマ拡散領域の磁場を急激に低下
させることができる。このため幅の広いプラズマ
を得ることができる。また第６図は第２図の実施
例における磁場配位を示し、第２の中間電極１９
近傍のプラズマ拡散領域の磁場が徐々に低下する
ので、収束したプラズマを得ることができる。

このようにして陽極２３の近傍に集中されたた
とえば窒素のプラズマが得られる。この時、陽極
２３の近傍にリング状ガス導入口２６から、たと
えばシランガスを流すことにより、陽極２３上に
窒化膜を堆積させることができる。

以上のように本実施例によれば、プラズマ流を
曲げ陽極２３の真上に集中させることにより、陽
極２３近傍でのプラズマ密度が増し、高真空中で
膜堆積速度を速めることができる。また、磁場
B_xとB_yの関係を適切にすることにより、陽極２
３表面でのプラズマの均一性をよくすることがで
き、大面積でも膜堆積の均一性をよくすることが
できる。

発明の効果 本発明は高密度のプラズマを試料の真上に集中
させることにより、高速で均一に高品質の薄膜を
堆積させることができるプラズマ集中型CVD装
置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるプラズ
マ集中型CVD装置の構成図、第２図は同斜視図、
第３図ａ，ｂ及び第４図ａ，ｂは磁界を示す模式
図、第５図は従来のプラズマCVD装置の構成図、
第６図は従来のプラズマ輸送法CVD装置の構成
図である。 １５……真空槽、２１……プラズマ源、２３…
…陽極、２６……ガス導入口、２９……プラズ
マ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空槽と、この真空槽にプラズマが放射され
   るように配置されたプラズマ源と、このプラズマ
   源から放射されるプラズマの放射方向と平行とな
   るように配置された陽極と、前記プラズマ源から
   放射されたプラズマを前記陽極上に集中させるた
   めにプラズマ流を曲げる磁界と、前記陽極近傍に
   ガスを導入するためのガス導入管とを備え、前記
   磁界は前記プラズマ源をはさむように前記真空槽
   の周囲に設けられた二つのコイルによつてつくら
   れるカプス磁場配位と前記陽極の下に配置された
   磁石とによつて得られることを特徴とするプラズ
   マ集中型CVD装置。