JPH0595037U - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力密度の高いプラズマによる成膜が可能な
プラズマＣＶＤ装置を提供する。これにより、高品質の
膜の形成、成膜速度の向上を図る。 【構成】 ガス導入フランジと電極フランジ間の電位勾
配発生部に浮遊電位部材を介在させて、複数の所定の隙
間を有する空間を設けた構成とすることでこの空間の電
位勾配を小さくし、グロー放電の発生を防ぐともにアー
ク放電が発生しにくくする。これによりこの空間で放電
が発生せず、大電力が投入できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、反応室内でグロ−放電を発生し、基板上に薄膜を形成するプラズマ ＣＶＤ装置であって、特に、装置の電極部分に成膜原料ガスの導入機構を設けた ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

プラズマＣＶＤ装置は、従来より太陽電池や薄膜トランジスタ用の非晶質シリ コン膜、半導体集積回路の絶縁用シリコン窒化膜の形成に用いられている。これ らの膜は、形成される膜の膜厚が均一であることが望ましく、そのためプラズマ ＣＶＤ装置において膜厚の均一性を改善するためのさまざまな工夫がなされてい る。

【０００３】 第３図は、従来のプラズマＣＶＤ装置の反応室断面図であり、主にチャンバ１ 、基板２が載置される接地電極３、高周波電力を印加する高周波電極４、高周波 電源５、整合回路６、図示しないガスボンベから成膜原料ガスを導入するガス配 管７とから構成される。この装置の特徴は、膜厚分布を均一にするために、基板 ２に対向して設けられている高周波電極４がガス導入系を兼ねていることである 。 すなわち、ガス配管７を流れてきた成膜原料ガスは、ガス導入フランジ１０ 、ガス導入フランジ絶縁ブロック１１、電極フランジ１２、電極ロッド１５、電 極箱１６、の中央に設けられた貫通穴を通って電極箱１６内部に達し、この中で 拡散したあと電極板１７に設けられた多数のガス吹き出し穴から基板に向かって 均一に吹き出される。

【０００４】 一方、高周波電源５は、整合回路６を介して電極フランジ１２に接続される。 電極フランジ１２と接地電位であるチャンバフランジ１４との間には、電気的に 絶縁するためのチャンバ絶縁ブロック１３が挟まれている。同様に、電極フラン ジ１２とガス導入フランジ１０との間にも電気的絶縁のためのガス導入フランジ 絶縁ブロック１１が挟まれている。

【０００５】 電極フランジ１２に印加された高周波電力は電極ロッド１５、電極箱１６を介 して電極板１７に伝達される。そして、基板２が載置された接地電極３との間で グロー放電を発生させることで基板上に薄膜を形成する。なお、不要な方向への 放電発生を防ぐために、放電防止用アースシールド１８が電極箱側面および裏面 を囲むように取り付けられている。

【０００６】 この形状の電極をもつプラズマＣＶＤ装置により成膜を行うと、基板に対して 均一なガスの流れのもとでの成膜が可能となるため、基板上に形成される膜の膜 厚分布は良好になる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

前記従来の装置においては、接地電位を有するガス導入フランジ１０と電極フ ランジ１２の間に、絶縁のためのガス導入フランジ絶縁ブロック１１が挟まれて いる。電極フランジ１２に高周波電力が印加されたとき、このガス導入フランジ 絶縁ブロック１１に設けられたガス流路となる貫通穴空間には、電位勾配が発生 する。この貫通穴空間内の圧力が放電可能な値になり、所定の電位勾配がかかる とこの空間内においてグロー放電が発生してしまう。そこで従来より図に示すよ うにガスが通過可能な小孔があけられた放電防止用のピース２０ａ、２０ｂを挿 入してしかもこれらピース２０ａ、２０ｂ間の隙間が１ｍｍ程度になるようにす ることでグロー放電が発生できないようにしていた。すなわち、グロー放電は電 位勾配が存在する空間においても３ｍｍ程度の直線距離を有する空間がないと持 続できない性質があることを利用してこのピース間を１ｍｍ程度の隙間とするこ とによりグロー放電発生を防止していた。

【０００８】 前記隙間を１ｍｍ程度とした結果、この隙間における電位勾配は非常に大きく なっている。そのため、印加電力を大きくした場合、ある限界値以上の電位勾配 になるとこの隙間内でアーク放電が発生し、安定した成膜ができなくなる。

【０００９】 したがって、従来の装置では高電力密度のプラズマを利用した成膜が実施でき なかった。そのためたとえば、絶縁用窒化膜の形成において、より高品質な膜を 形成するのに高電力密度プラズマで成膜するのが良いことが解っていても、また 成膜速度向上に高電力密度プラズマを利用することが有効であることが解ってい ても上記アーク放電発生防止のため一定以上の電力は投入できなかった。

【００１０】 本考案は上記問題点を解決し、従来不可能であった高電力密度での成膜を可能 にして優れた膜質の成膜ができ、かつ成膜速度を向上させることができるプラズ マＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記問題を解決するためになされた本考案は、 基板を載置する接地電極に対向して設けられ、成膜原料ガスを吹き出す孔を有 する電力印加用電極と、 該電力印加用電極と接続される原料ガスが通過可能なガス流路穴付きの金属管と 、 該金属管に接続され、かつ電源と接続されるガス流路用穴付きの電極フランジと 、 該電極フランジに接続されるガス流路用穴付きの絶縁物と、 該絶縁物に接続され、前記ガス流路穴に成膜原料ガスを導入するガス導入フラン ジと、 を有するプラズマＣＶＤ装置において、 前記絶縁物のガス流路穴内に、絶縁リングとガスが通過可能な小孔を有する浮遊 電位部材との積層構造からなる電位勾配緩和手段を介在させたことを特徴とする 。

【００１２】

【作用】

本考案によれば、ガス導入フランジと電極フランジで挟まれた絶縁物に設けら れたガス流路内に、浮遊電位部材で分割された２つ以上の隙間空間を直列に並べ ることができる。電力を印加した時、電極フランジには所定の電圧が発生し、接 地電位であるガス導入フランジとの間で電位差が生じるためこれら隙間空間には 電位勾配が生じる。

【００１３】 この隙間の間隔をグロー放電が発生できない距離である約１ｍｍ程度にしてお くと従来例と同様にこれらの隙間内でグロー放電発生は防止できる。

【００１４】 また、高周波電極側と接地側との間の電位空間の距離は、従来装置に比べて、 直列に並んだ複数の１ｍｍ程度の隙間空間の存在で実質的に長くなっており、そ の結果同じ電力を印加したときの隙間空間の電位勾配は小さくなる。したがって 従来装置に比べると同じ電力を加えてもアーク放電が発生しにくい。いいかえれ ば従来装置に比べてより大きな電力を投入することができる。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図を用いて詳細に説明する。

【００１６】 第１図、第２図は本考案による一実施例を示したプラズマＣＶＤ装置の反応室 断面図およびこのフランジ部分の拡大図であり、図において、第３図の従来例と 同じ部分は同一の符号を付している。

【００１７】 本考案のプラズマＣＶＤ装置は、主に反応室１、基板２が載置される接地電極 ３、高周波電力を印加する高周波電極４、高周波電源５、整合回路６、図示しな いガスボンベより成膜原料ガスを導入するガス配管７とから構成される。

【００１８】 高周波電極４は、電力印加用電極としての役割と、ガス導入機構としての役割 を兼ねるため以下に示すような構造をとる。電極フランジ１２の上部には、ガス 導入フランジ絶縁ブロック１１を挟んで接地電位であるガス導入フランジ１０が 取り付けられる。これら電極フランジ１２、ガス導入フランジ１０、ガス導入フ ランジ絶縁ブロック１１にはガス流路となる貫通穴が設けられている。

【００１９】 ガス導入フランジ絶縁ブロック１１に設けられた貫通穴にはガスが通過可能な 小孔を有するピース２０ａ、２０ｂ、および浮遊電位部材２１ａ、２１ｂ、２１ ｃが１ｍｍの隙間空間を確保するための絶縁リング２２ａ、２２ｂ、２２ｃを挟 んで積層されている。

【００２０】 電極フランジ１２の下部には、上記ガス流路と連通する貫通穴を有する電極ロ ッド１５、電極箱１６が接続され、電極箱１６の下面にはガス吹き出し穴付きの 電極板１７が接地電極３に対向して設けられている。

【００２１】 この電極フランジ１２は、チャンバ１と電気的に絶縁して固定するためチャン バ絶縁ブロック１３を挟んでチャンバフランジ１４に取り付けられる。電極ロッ ド１５、および電極箱１６の外周には放電防止用のアースシールド１８が設置さ れている。

【００２２】 ガス導入フランジ１０と電極フランジ１２、チャンバフランジ１４と電極フラ ンジ１２とは絶縁カラー３１ａ、３１ｂとボルト３０ａ、３０ｂにより電気的に 絶縁した状態で締結される。

【００２３】 このような構成のプラズマＣＶＤ装置において、ガス配管７を流れてきた成膜 原料ガスはガス導入フランジ１０、ピース２０ａ、浮遊電位部材２１ａ、２１ｂ 、２１ｃ、ピース２０ｂ、電極フランジ１２、電極ロッド１５、電極箱１６によ って構成されるガス流路を通過して電極箱１６内部に達し、この中で拡散したあ と、電極板１７に形成された多数の吹き出し穴から基板に向かって均一に吹き出 される。

【００２４】 高周波電源５から整合回路６を介して電極フランジ１２に投入された電力は、 電極ロッド１５、電極箱１６を流れて電極板１７に至り、接地電極３との間の空 間にグロー放電を発生させる。

【００２５】 そしてこのグロー放電により成膜原料ガスが分解され基板上に薄膜が形成され る。

【００２６】 一方、電極フランジ１２に高周波電力が印加されたとき、ガス導入フランジ絶 縁ブロック１１に設けられたガス流路空間部分にも電位勾配が発生する。この空 間内には放電防止用のピース２０ａ、２０ｂ、および浮遊電位部材２１ａ、２１ ｂ、２１ｃが絶縁リング２２ａ、２２ｂ、２２ｃにより１ｍｍの隙間を隔てて積 層されていることからグロー放電は発生しない。すなわち、電位勾配の発生して いるピ−ス２０ａ、２０ｂ間に、浮遊電位部材を１ｍｍの隙間で積層すると、グ ロ−放電が持続できるのに必要な３ｍｍ程度の直線距離をもつ空間が存在しない ためにこの空間では決してグロ−放電が発生しない。

【００２７】 しかも、ピ−ス２０ａ、２０ｂ間に１ｍｍの隙間空間が４つ直列に並んでおり 、高周波電力側と接地側との間の電位空間の実質的な距離が長くなって、隙間空 間内の電位勾配が小さくなる。すなわち、高周波電力側と接地側との間の電位差 がこれら４つの１ｍｍの隙間空間に分割されるため１つの隙間空間あたりは４分 の１の電位勾配になる。ア−ク放電は電位勾配が所定の値以上に達したとき発生 する。したがってこれら浮遊電位部材を挟んだことで電位勾配を小さくしたこと によりア−ク放電が発生しにくくなり、ア−ク放電発生可能な所定の電位勾配に なるまでより大きな電力を投入できる。この結果、高電力密度プラズマによる成 膜が可能である。

【００２８】 なお、浮遊電位部材にあけられる小孔は、隣接する浮遊電位部材の小孔に対し 直線的に並んでいてもグロー放電発生を防止する効果があるが、隣接する浮遊電 位部材の小孔に対し直線的に並ばないようしたほうが直線的に並べたときよりさ らに防止効果がある。これは、小孔部分で局所的に直線距離の長い空間ができる からで、特に大流量のガスを流す場合で穴径が大きくなるときは隣接する浮遊電 位部材の小孔と直線上に並ばないようしたほうがより完全にグロ−放電の発生を 防止できる。また、浮遊電位部材は金属、絶縁物のいずれでもよい。浮遊電位部 材の個数については特に制限はない。個数を増やせば電位勾配は小さくなるので 印加電力の増加に応じて個数を増やせばよい。

【００２９】 以上の説明において電源として高周波電源を用いたが直流電源であってもよい 。

【００３０】

【考案の効果】

以上、詳細に説明したように本考案によれば、電極内のガス流路の一部であり 、電力を印加したときに該電極を接地電位から絶縁するために備えられた絶縁物 の内部にあって電位勾配が発生する空間部分に、グロー放電およびアーク放電が 発生しにくくなる浮遊電位部材を挿入したことで、従来より大きい電力を投入し て成膜することが可能となった。その結果、高電力密度の成膜が可能となり、高 品質の窒化膜の形成や成膜速度の向上が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例であるプラズマＣＶＤ装置の
反応室断面図。

【図２】本考案の一実施例であるプラズマＣＶＤ装置の
フランジ部分の拡大図。

【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置の反応室断面図。

【符号の説明】

１：チャンバ ３：接地電極 ４：高周波電極 ５：高周波電源 １０：ガス導入フランジ １１：ガス導入フランジ絶縁ブロック １２：電極フランジ １３：チャンバ絶縁ブロック １４：チャンバフランジ １５：電極ロッド １６：電極箱 ２０ａ、２０ｂ：ピース ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：浮遊電位部材 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：絶縁リング

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を載置する接地電極に対向して設けら
   れ、成膜原料ガスを吹き出す孔を有する電力印加用電極
   と、 該電力印加用電極と接続される原料ガスが通過可能なガ
   ス流路穴付きの金属管と、 該金属管に接続され、かつ電源と接続されるガス流路用
   穴付きの電極フランジと、 該電極フランジに接続されるガス流路用穴付きの絶縁物
   と、 該絶縁物に接続され、前記ガス流路穴に成膜原料ガスを
   導入するガス導入フランジと、 を有するプラズマＣＶＤ装置において、 前記絶縁物のガス流路穴内に、絶縁リングとガスが通過
   可能な小孔を有する浮遊電位部材との積層構造からなる
   電位勾配緩和手段を介在させたことを特徴とするプラズ
   マＣＶＤ装置。