JPH0521986B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は堆積膜の形成方法及び装置に関し、特
に積膜形成用源料ガスを高周波放置によつて分解
し、所定の基体上に堆積膜を形成するプラズマデ
ポジシヨン法及びその装置に関する。

〔発明の背景〕

気相を用いた薄膜生成法としては、CVD法、
スパツタリング法，プラズマCVD法があるが、
特にプラズマCVD法は、処理温度が低い、膜生
成速度が大きい等の長所を有する為に半導体素子
製造プロセスや太陽電池用のアモルフアスSi（ａ
−Si）膜の生成に積極的に用いられようとしてい
る。

従来のプラズマCVD装置では、対向する平行
平板電極にラジオ波（RF）域の高周波電力を投
入レプラズマを発生させる平行平板型RF型プラ
ズマデポジシヨン装置が主流となつている。この
方式では試料を電極上に設置する事により大面積
に膜厚、組成の均一な薄膜を形成できる事から生
産性の高い装置を実現できる利点がある反面、次
の様な欠点を有している。

(1)放電可能なガス圧力が一般に10^-2〜
10^-1Torrであり放電の電子温度が低い（〜4eV）、
このため結合エネルギの高い化学構造のハロゲン
化シリコンガス等は十分分解できないため、形成
可能な膜物性に限界がある、(2)試料前面にイオン
シースが形成されて、プラズマに対して自動的に
セルフバイアスが印加されるため、試料に入射し
てくるイオンはセルフバイアスに相当する運動エ
ネルギを持つ事になるが、このエネルギは数百
eV以上もある、このため生成する膜特性は入射
イオン衝撃の影響を受け、はなはだしい場合はイ
オンによるスパツタリングや分解作用を受けて膜
成長が阻害される、(3)電極材料（金属）がプラズ
マに接しており、この電極材料がスパツタされて
生成膜の中に不純物として混入する。

このため電子温度が高く、かつ入射イオンエネ
ルギの低いプラズマCVD装置として、例えば特
開昭59−3018号に提示されている様なマイクロ波
放電方式のプラズマデポジシヨン装置が開発され
ている。第１図はマイクロ波放電方式のプラズマ
デポジシヨン装置の構成説明図である。図におい
て、１は真空室、２はマイクロ波導入のための導
波管、３は放電管、４は電磁石または永久磁石に
よる電子サイクロン共鳴用の磁場発生装置、５は
真空室内に所望の磁場分布を形成するための電磁
石または永久磁石による磁場発生装置、６はマイ
クロ波発生部、７は試料室、８は試料台、９は試
料、１０は原料ガス導入口、１１は排気ポートで
ある。なお、真空室１は放電管３の内部と試料室
７よりなる。

真空室１内に導入するマイクロ波（通常0.1〜
10GHz）は例えばマグネトロンによつて発生さ
せ、円形導波管２を通して導びかれる。放電管３
はマイクロ波を通すため絶縁物（例えば石英、ア
ルミナ等）で形成される。真空室内に放電ガスを
所定の圧力に導入してマイクロ波電力を導入する
とマイクロ波電界と磁場発生装置４による磁場の
相乗効果によりマイクロ波放電が発生する。上記
磁場強度は、電子の磁力線のまわりのサイクロト
ロン運動の周波数がマイクロ波周波数とほぼ一致
する様に設定される。但し、上記両周波数が完全
に一致するとマイクロ波は完全反射してしまうた
め、共鳴点を少しずらしす様に設定される。発生
したプラズマはローレンツ力によつて磁場強度の
強い放電管部から、磁場強度の弱い試料室方向に
移送される。磁場発生装置５は試料９の表面位置
で磁力線を絞り、磁力線に沿つて運ばれてきたプ
ラズマを閉じこめ試料位置にプラズマを収束させ
るために設置される。全体の磁場分布はミラー磁
場と呼ばれるもので、この結果、第１図中におい
て破線Ｉで囲まれた領域にプラズマをとじこめる
事が可能となる。

上述の構成のマイクロ波プラズマデポジシヨン
方法乃至装置はガス圧５×10^-5〜３×10^-2Torr
の低ガス圧で放電が可能であり、高い電子温度が
得られ（〜8eV）、原料ガスの分解効率が高く、
またイオンの入射エネルギが低い（約20eV）た
めに、必要に応じて試料台８に外部電圧を印加し
て入射イオンの運動エネルギを制御できる、更に
無電極放電であるので生成膜中に不純物の混入に
よる汚染が少ないという特長がある。

しかしながら、上述した方法乃至装置で均一の
組成および成膜速度が得られるのは、直径15cmの
放電管を用いた場合、高々直径20cm程度の領域で
あり、それより大きな直径の試料では中心部分の
成膜速度が大となる傾向がある。これは半導体ウ
エハの処理方法としては、大きな欠点である。均
一成膜領域を拡げるには放電管３の径を大きくす
る事が考えられるが、電子サイクロトロン共鳴条
件を満足するためには、例えば2.45GHzのマイク
ロ波を用いた場合、磁場発生装置４による磁束密
度は0.2T程度必要であるから大幅な放電管径の
拡大のため大規模な電磁石が必要となり現実的で
なくなる。単にプラズマ領域を拡大するだけなら
磁場発生装置４による磁界方向と磁場発生装置５
による磁界方向を対向させるいわゆるカプス型磁
場といわれる磁場分布にする事により第１図点線
で示す領域にプラズマを形成する事が可能であ
るが、大面積にわたつて均一な組成および成膜速
度を得る事は、困難であり、またプラズマが真空
室７に接し真空室壁をスパツタして不純物混入の
原因となり、また壁面でデポジシヨンが起り発塵
の原因となる等の問題があり実用的でない。した
がつて従来のマイクロ波プラズマデポジシヨン装
置は大面積均一成膜という量産性の面で大きな欠
点を有するものであつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来のマイクロ波プラズマデポ
ジシヨン方法乃至装置の欠点を改良することによ
つて大面積均一成膜を可能にし、著しく量産性に
優れたプラズマデポジシヨン方法および装置を提
供する事にある。

〔発明の概要〕

本発明は放電状態にある気体を互いに交又する
複数の磁界から成る合成磁界によつて試料表面部
まで導き上記気体材料から成る膜を上記試料表面
部に形成するプラズマデポジシヨン法である。更
に、本発明は、同軸磁界を形成する様に同軸上に
並列的に配置されていた磁場発生装置の他に、上
記磁界軸に交又する方法に磁界を発生する磁場発
生装置を設けたプラズマデポジシヨン装置であ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によつて詳細に説明す
る。

実施例 １ 本発明の一実施例を第２図に示す。この実施例
においては、その基本的構成は第１図に示した従
来例のマイクロ波プラズマデポジシヨン装置とほ
ぼ同一である。磁場発生装置５としては電磁石を
用いた。

本実施例の第一の特徴は電子サイクロトロン共
鳴用磁場発生装置による磁界方向と交又する方向
に磁場を発生させる磁場発生装置１２を設置した
事にある。磁場発生装置５による磁界方向を磁場
発生装置４による磁界方向と一致させてプラズマ
を発生させると前述した様に第２図破線Ｉで包ま
れる領域にプラズマが発生する。ここではSiF₄と
N₂ガスによるシリコンウエハ上へのSiN膜の成
膜を検討した。磁場発生装置１２によつて磁場発
生装置４による磁力線が連続する方向に磁場を発
生させ、かつ磁場発生装置５および磁場発生装置
１２の発生磁場強度を調整する事によりプラズマ
発生域を磁場発生装置５の方向に拡大できる均一
成膜域の拡大が可能である事が実験的に確認され
た。

本実施例では試料台として回転テーブル１３を
使用している。上述の条件で大面積均一成膜性を
検討したところ、磁場発生装置１２を使用しない
場合に比べ、均一成膜域を面積比で約２倍に拡大
できる事が確認された。

次ぎに磁場発生装置５の電流を切り、磁場発生
装置１２のみに磁場を発生させプラズマを発生さ
せたところ、磁場発生装置１２の近傍をピークと
して成膜可能である事が確認された。そこで回転
テーブル１３上に試料を設置し、磁場発生装置５
による磁場発生時間と磁場発生装置１２による磁
場発生時間を調整し大面積均一成膜性を検討した
ところ、磁場発生装置１２を使用しない場合に比
べ、均一成膜域を面積比で約3.5倍に拡大できる
事が確認された。

実施例 ２ 第３図はRFプラズマデポジシヨン装置へ本発
明を適用した構成図である。放電管３はガス導入
管１０を有する絶縁体（石英ガラスまたはアルミ
ナ）で構成した。図において１５は高周波発生機
およびマツチングボツクスであり、ここでは
13.5MHzのラジオ波を使用した。高周波電力はこ
こでは誘導コイル１４によつて放電管内に導入し
たが容量型での導入も可能である。この装置構成
でSiH₄とN₂OガスによるSiO₂成膜を検討したと
ころ、実施例１と同様に均一成膜域の拡大を確認
する事ができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば従来大面
積の均一成膜が困難とされていたプラズマデポジ
シヨン方法乃至装置に於いて均一成膜域を大幅に
拡大でき、プラズマデポジシヨン法による試料上
への薄膜形成の量産性を著しく高めることができ
る。特にマイクロ波プラズマデポジシヨン装置の
量産性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロ波プラズマ装置の構成
説明図、第２図は本発明に係わるマイクロ波プラ
ズマ装置の構成説明図、第３図は本発明に係わる
誘導型RF放電方式のプラズマ装置の構成説明図
である。 １……真空室、２……導波管、３……放電管、
４……磁場発生装置、５……磁場発生装置、６…
…マイクロ波発生部、７……試料室、８……試料
台、９……試料、１０……原料ガス導入口、１１
……排気ポート、１２……磁場発生装置、１３…
…回転テーブル、１４……ソレノイドコイル、１
５……RF発振機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気体材料に高周波電力を印加し、上記気体を
   放電状態にすると共に、上記放電気体を互いに交
   又する複数の磁界から成る合成磁界によつて、上
   記磁界内に設置された試料に導き、上記気体材料
   から成る膜を上記試料表面に形成することを特徴
   とするプラズマデポジシヨン法。 ２ 高周波電力がマイクロ波であり、上記の伝播
   経路に沿つて磁界の少なくとも１つが形成される
   様に設置され、かつ上記磁界強度がマイクロ波の
   伝播経路に沿つて徐々に減少し途中で部分的に電
   子サイクロトロン共鳴条件を満足する事を特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のプラズマデポジ
   シヨン法。 ３ 真空室と、上記真空室に高周波電力を供給す
   る手段と、上記真空室内に放電ガスを導入する手
   段と、上記真空室内に試料を保持する手段とを備
   えて構成されたプラズマデポジシヨン装置におい
   て、上記真空室内に磁場を形成する少なくとも三
   つの磁場形成手段を備え、かつ上記磁場形成手段
   により形成される磁界方向の少なくとも一つが他
   の形成磁界方向と交又する様に磁場形成手段を配
   置した事を特徴とするプラズマデポジシヨン装
   置。 ４ 上記磁場形成手段の少なくとも１つが電磁石
   で構成されていることを特徴とする特許請求範囲
   第３項記載のプラズマデポジシヨン装置。 ５ 上記磁場形成手段の少なくとも１つが、電磁
   力であり電流の断続あるいは変調により、磁場強
   度の変調ができるようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のプラズマデポジシヨン
   装置。 ６ 真空室内に試料載置用回転テーブルを設置し
   た事を特徴とする特許請求範囲第２項乃至第３項
   記載のプラズマデポジシヨン装置。