JPH0578933B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、安定な成膜特性が得られる構成にし
たプラズマCVD装置に関する。

（従来技術） プラズマCVD装置は、現在非晶質シリコン膜
や窒化シリコン膜をはじめとする無機膜や有機物
のプラズマ重合膜の作成に広く用いられている。

当該装置は、一般に反応容器である真空容器、
真空排気装置、グロー放電発生手段、反応ガス導
入手段で構成されている。そして当該装置による
成膜過程は次の通りである。

すなわち、反応ガス導入手段によつて反応ガス
を真空容器に導入しながら、同時に真空排気して
減圧状態を保ち、真空容器中に設置された内部電
極又は真空容器外に設置された外部電極に直流、
交流又は高周波電圧も印加されることによりグロ
ー放電を行なう。そしてこのグロー放電により真
空容器内に導入された反応ガスを活性化し、生成
した活性種により基体表面に膜を生成する。

当該装置の特徴としては、(1)比較的低温で成膜
できる。(2)反応ガスの種類を切替える操作だけで
各種の異なる性質の膜を生成できる。(3)蒸着法や
イオンプレーテイング法等の他の真空成膜法と比
較して大面積に均一な成膜ができる。(4)スパツタ
装置、イオンプレーテイング装置など他の装置で
は得られない独自の機能、物性をもつ膜を生成で
きる等が掲げられる。

上記特徴を有するプラズマCVD装置を使用し
て成膜する場合、反応ガスとして同時に複数の種
類のガスを導入することが多い。

例えば非晶質シリコン膜を作成する場合、シリ
コン源としてモノシラン、ジシラン、トリシラ
ン、四フツ化珪素等とガスを使用するとともにド
ーピング用としてジボラン、フオスフイン、アル
シン等のガスを使用する。またバンドギヤツプを
制御する目的でメタン等の炭化水素または窒素、
ゲルマン、SnH₄等のガスを用い、更に希釈また
は反応制御用として水素、アルゴン、ヘリウム等
のガスを用いる。

また窒化シリコン膜を作成する場合は、シリコ
ン源として、モノシラン、ジシラン、トリシラ
ン、四フツ化珪素等のガスを使用するとともに窒
素源として窒素ガスまたはアンモニア、ヒドラジ
ン、三フツ化窒素等を使用し、更に希釈または反
応制御用として、アルゴン、ヘリウム、水素、窒
素等のガスを使用する。

上記ガスは、その膜作成目的に応じて２種類以
上を混合して使用される場合がほとんどである。

（本発明が解決しようとする問題点） 従来のプラズマCVD装置では、均一なグロー
放電領域中に混合ガスを導入して、これを活性化
及び反応させる方法をとるのが一般的であるが、
この際ガスの種類によりプラズマによるガスの活
性化度が異なる場合がある。そのため一部のガス
については、その活性化効率が悪くほとんど反応
しないまま排気されたり、また他の一部のガスに
ついては、プラズマにより過剰に分解され、成膜
速度が遅くなつたり、粉体の発生が多くなつたり
する等の現象が起こり、効率的な成膜が行なえ
ず、所期の膜特性も得られないという問題があつ
た。

本発明は、上記従来の欠点を解消し、良好な特
性の膜を効率よく作成するプラズマCVD装置を
提供することを目的としている。

（問題を解決するための手段） 本発明は、真空容器、真空排気手段、反応ガス
導入手段を備え、源圧中にてグロー放電により反
応ガスを分解または活性化することによつて基板
表面に成膜するプラズマCVD装置において、真
空容器内に臨ませた電圧印加電極の基板ホルダー
に対抗する面上に複数の凹部を設けることによ
り、該凹部内に高密度プラズマ領域を形成すると
ともに、上記反応ガスとして複数の種類のガスを
用い、当該反応ガスのうち少なくとも一種類以上
の反応ガスを上記高密度プラズマ領域を介してグ
ロー放電領域に導入する一方、他の少なくとも一
種類以上の反応ガスを上記高密度プラズマ領域を
介さずグロー放電領域に導入するような構成にし
ている。

（本発明の実施例） 図面第１図は、通常使用されている平行板型プ
ラズマCVD装置に本発明を適用した一実施例を
示したものである。以下図面に基づいて説明す
る。

１は真空容器であり、当該真空容器１は油拡散
ポンプ、ターボポンプ、ルーツブロアポンプ、油
回転ポンプ等の排気系（図示していない）によつ
て真空排気されている。そして当該真空容器１内
にはヒータ９を内蔵した基板ホルダー６を設置し
ており、この基板ホルダー６上に基板７を載置し
ている。当該基板ホルダー６は、上記ヒータ９に
よつて100℃〜400℃程度に加熱される。

真空容器１の内部に基板ホルダー６に対向して
電圧印加電極３が設置される。当該電圧印加電極
３に電源１２より発生する直流、又は交流若しく
は高周波電圧を印加することにより電圧印加電極
３と基板ホルダー６との間にグロー放電１０が生
起する。

本図では電圧印加電極３が上に、基板ホルダー
６が下になる様配置されているが、この位置関係
が上下逆になる場合でも、また両方鉛直に配置さ
れる場合でも同様に本発明の目的は達せられる。

電圧印加電極３の基板ホルダー６に対向する面
側に凹部１１を設けることにより、グロー放電領
域１０の一部に高密度プラズマ領域８が生成す
る。

当該高密度プラズマ領域８を生成する為の凹部
１１の寸法は、その凹部１１に電圧印加電極３と
基板ホルダー６との間に発生するプラズマより密
度の高いプラズマが発生する条件を満足するもの
であれば任意であり必ずしも限定されるものでは
ない。この高密度プラズマ８が発生する条件は、
ガスの種類や容器内圧力や放電電力により異な
る。但し、実験では、通常プラズマCVDで一般
的に用いられる条件、つまり反応ガスとしてモノ
シラン及び窒素を用い、圧力として6Pa〜200Pa、
放電電力が100W〜2kWの範囲で、放電を行なつ
たところ、径がφ2mm〜φ40mm、深さが径の0.5倍
〜10倍程度で良好な結果が得られた。またその形
状は円筒形に限定されるものではなく、スリツト
状やハニカム状であつても同様に高密度プラズマ
領域８が生成する。凹部１１の数は、電圧印加電
極３に１個以上設けることにより高密度プラズマ
領域８がその数に対応して生成する。

また高密度プラズマ領域８を形成する凹部１１
の表面の材質は、電圧印加電極３と同一金属でも
良いが、生成する膜の中に不純物が混入すること
を避ける為には、シリコン、石英、窒化シリコ
ン、アルミナ等の不純物放出効率の低い材質を用
いることができる。

真空容器１には反応ガスを導入するための二つ
のガス導入管を接続している。このうち第１ガス
導入管４は、電圧印加電極３内を貫通し、高密度
プラズマ領域８を介し、グロー放電領域１０に反
応ガスを導入するように形成している。一方、第
２ガス導入管５は、電圧印加電極３内に貫通して
高密度プラズマ領域８を介さずにグロー放電領域
１０に反応ガスを導入するように形成している。

第２ガス導入管５および凹部１１そして当該凹
部１１に開口する第１ガス導入管４は、夫々１個
以上であれば基本的に高密度プラズマ領域８を生
成し、かつ該高密度プラズマ領域８を介して導入
するガスと該高密度プラズマ領域８を介さずに導
入するガスとを分離するという目的を達成できる
が、基板７上に均一な成膜をするためにはそれら
の数は夫々多い方が望ましい。

また、真空容器１内に開口する第２ガス導入管
５の開口部５ａの径は、その開口部において高密
度プラズマが発生しないように充分に小さくする
必要がある。

通常、開口部５ａの径をφ2mm未満にすると高
密度プラズマの発生を防止できる。

しかして、導入される複数の種類の反応ガスの
うち、一方で活性化効率の悪い一種類以上のガス
を第１ガス導入管４から高密度プラズマ領域８を
介してグロー放電領域１０に導入する一方、同時
に他方では他の種類の反応ガスを第２ガス導入管
５を通じて直接グロー放電領域１０に導入する。

上記のように活性化効率の悪いガスが高密度プ
ラズマ領域８を通過するのでガスの活性化が促進
される一方、高密度プラズマ領域を通過しないガ
スはプラズマによつて過剰に分解されることはな
い。

本発明に係るプラズマCVD装置を使用して窒
化シリコン膜を作成した。すなわち、第１ガス導
入管４から窒素ガスを、第２ガス導入管５からは
シランガスを導入する。そして13.56MHzの高周
波電力を電圧印加電極３に印加したところ成膜速
度は通常の平行平板型の電極を用いた場合は、
300Å／min程度であるのに対して1000Å／min
以上の成膜速度が得られ、良好な膜質の窒化シリ
コン膜を得ることができた。同時に粉体の発生も
少なくなつた。

これは、シランガスに比べて活性化、分解しに
くい窒素ガスが高密度プラズマ領域８を通過する
ようにして活性化、分解をし易くしたのでグロー
放電領域１０に直接導入するシランガスとの分解
のバランスが良くなつたためと考えられる。

また、このようなグロー放電の場合、プラズマ
は、高密度プラズマ領域８の部分に集中すること
から、同一高周波電力でも基板７面上のプラズマ
密度は通常の平行平板型電極に対して弱くなる。
そのため基板７に対する荷電粒子によるダメージ
は少なくなることが期待される。

上記と同様に本発明に係る装置を使用して非晶
質シリコンを作成する場合、例えばＮ型の非晶質
シリコンでは、第１ガス導入管４から水素とフオ
スフインの混合ガスを導入し、第２ガス導入管５
からシランガスを導入する。これによると通常の
平行平板型電極に比べてフオスインの分解が促進
され、高ドーピング効果の膜を得ることができ
た。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば複数種の反応ガスの活性化・分解効率の制御を
行なうことができるので、良好な膜質の膜を高速
で成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明の一実施例を示したプラズ
マCVD装置の概略断面図である。 １……真空容器、２……排気口、３……電圧印
加電極、４……第１ガス導入管、５……第２ガス
導入管、８……高密度プラズマ領域、１０……グ
ロー放電領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器、真空排気手段、グロー放電発生手
   段、反応ガス導入手段を備え、減圧中にてグロー
   放電により反応ガスを分解または活性化すること
   によつて基板表面に膜を形成するプラズマCVD
   装置において、真空容器内に臨ませた電圧印加電
   極の基板ホルダーに対抗する面上に複数の凹部を
   設けることにより、該凹部内に高密度プラズマ領
   域を形成するとともに、上記反応ガスとして複数
   の種類のガスを用い、当該反応ガスのうち少なく
   とも一種類以上の反応ガスを上記高密度プラズマ
   領域を介してグロー放電領域に導入する一方、少
   なくとも一種類以上の他の反応ガスを上記高密度
   プラズマ領域を介さずグロー放電領域に導入する
   ことを特徴とするプラズマCVD装置。