JPH0616496B2

JPH0616496B2 - 励起種ｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH0616496B2
Application number: JP61223728A
Authority: JP
Inventors: 宏之内田
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1986-09-24
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS6380522A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、プラズマを用いて、低温でかつ大面積に渡っ
て均一な薄膜を形成するプロセス装置に係るものであ
り、特にアモルファスシリコン等の非晶質半導体あるい
はＳｉ_３Ｎ_４，ＳｉＯ_２等の絶縁膜を低温でかつ大面積
に堆積させる装置に関するものである。

〔従来の技術〕

励起種ＣＶＤ法には、これまで電子サイクロトロン共鳴
によるマイクロ波放電によって生成した励起種を発散磁
界の作用を用いて引出し、その励起種のエネルギーによ
り原料ガスを分解し、低温で薄膜を付着させる、いわゆ
るＥＣＲプラズマＣＶＤ法が知られている（例えば、特
開昭57-133636号公報）。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法は、
低温で良質な薄膜を得られることから、集積回路におけ
るパッシベーション等の低温プロセスへの応用が期待さ
れている。また、非晶質シリコンやＭＯＳトランジスタ
のゲート絶縁膜への適用も検討されている。

また、磁界を用いずにマイクロ波放電で発生するエネル
ギーで励起種を発生させ、成膜をするマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法の例もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタ，太陽電池，イ
メージセンサ等の大面積，長尺のデバイスを考えた場
合、30cm角以上の面積に渡って均一な膜を付着させる必
要がある。特に量産化を考えると、50cm角以上の均一性
が必要である。ところが、従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ
法ではプラズマの引出し口の大きさが10cmφ程度であ
り、発散磁場でプラズマを引き伸ばしたとしても20cmφ
が限度である。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では発散磁場の
形状が膜厚分布に影響するが、大面積に渡って均一な磁
場を作るには巨大な磁石が必要になり、実用的でない。
従って、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法は大面積化が困難であ
った。

また、磁界を加えないマイクロ波プラズマＣＶＤ法にお
ける堆積面積は、プラズマを発生させるキャビティの大
きさで支配されている。キャビティは用いるマイクロ波
の周波数に共振するように設計し、入射してきたマイク
ロ波のエネルギーはキャビティ内に蓄積される。このエ
ネルギーにより励起用ガスを放電し、ガス分子をエネル
ギーの高い状態に励起し、励起種を生成する。励起種は
導入窓を通して試料室に輸送される。通常キャビティの
大きさは、20cmφ程度のものが用いられている。また、
試料室へ励起種を導入する窓の大きさは、マイクロ波の
波長よりも大きくすると、マイクロ波が試料室に漏洩す
るためプラズマが直接基板表面に接し、プラズマダメー
ジが発生してしまう。従って窓の大きさは、マイクロ波
の波長より小さくする必要があり、成膜面積が制限され
る。このため１つのキャビティでは、せいぜいキャビテ
ィの大きさ程度の20cmφしか均一性が得られない。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、大面積に渡
って均一な膜厚で薄膜を成膜できる固体薄膜形成装置を
得る事を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、１つのマイクロ波電源から出力されるマイク
ロ波電力を複数に分配する分配器と、分配されたマイク
ロ波電力及び励起用ガスがそれぞれ導かれる複数のキャ
ビティと、これらキャビティに窓を介し隣接して設けら
れ、内部に試料基板が保持される原料ガスが導かれる試
料室とを備え、前記複数のキャビティが前記試料基板と
平行な平面上に配列されている励起種ＣＶＤ装置であっ
て、各キャビティに励起用ガスとマイクロ波を導き、各
キャビティ内でマイクロ波のエネルギーによりプラズマ
を発生させ励起種を生成し、励起種を前記窓を通して前
記試料室に導き、励起種との反応により原料ガスを分解
し、試料室に設置された試料基板上に固体薄膜を堆積さ
せることを特徴としている。

〔作用〕

本発明はキャビティを複数個並べて大面積化するもので
ある。励起種を用いたプラズマＣＶＤ法では、その成膜
面積は試料室に供給される励起種の面積で決まる。従っ
て、１つのキャビティではせいぜいキャビティの大きさ
程度の20cmφしか均一性が得られない。キャビティを複
数個並べれば、それだけ励起種の発生する面積が広くな
り、成膜の大面積化が容易に可能となる。この装置は原
理的に大面積化を制限する要因がない。ＥＣＲ法では対
称な磁界が必要であるが、キャビティを複数個並べると
キャビティそれぞれに対して発散磁界を形成することは
技術的に困難である。そのため、本発明のようにキャビ
ティを複数個並べるのが難しい。本発明の装置では、磁
界を用いないためキャビティを並べることができるので
ある。

大面積化する場合、膜の均一性が重要となる。励起種Ｃ
ＶＤ装置の場合、堆積速度を支配するパラメータはキャ
ビティと試料基板との距離、及び投入するマイクロ波電
力の大きさである。キャビティと試料基板との距離が離
れているほど、堆積速度は小さくなる。キャビティを並
べ、膜厚の均一性よく大面積化するには、このキャビテ
ィと試料基板の距離を一定にする必要がある。このため
には、試料基板と平行な平面上にキャビティを並べなく
てはならない。また、マイクロ波電力は、各キャビティ
に等しい大きさだけ供給しなくてはならない。このた
め、キャビティ１個に対してマイクロ波電源１個設ける
とすると、成膜装置としてのコストが高くなるととも
に、放電電力を変えたい場合、各マイクロ波電源の出力
が同じになるように制御するのが難しい。本発明では、
マイクロ波の電源は１つとし、その出力をキャビティの
数だけ等しい大きさになるように分配し、各キャビティ
にマイクロ波電力を供給する構造を考案した。この構造
を用いると、始めに各キャビティに供給されるマイクロ
波電力が等しくなるように調整するだけで、後は１つの
マイクロ波電源の出力を変えるだけで均一性良く各キャ
ビティに供給されるマイクロ波電力を変えることができ
る。

〔実施例〕

本発明の励起種ＣＶＤ装置の実施例について述べる。

第１図に、円筒形のキャビティを３つ用いた場合の励起
種ＣＶＤ装置の断面図を示す。この励起種ＣＶＤ装置
は、導波管１より入射されるマイクロ波電力を均等に３
分割するための立体回路である分配器２を備えている。
マイクロ波電源は図示されていないが、例えば周波数2.
45ＧＨｚのマグネトロンを用いることができ、マグネト
ロンよりマイクロ波電力はアイソレータ，マイクロ波電
力計及び整合器を通じて導波管１に導かれている。

分配器２には、３つの円筒形キャビティ３がそれぞれ石
英製マイクロ波導入窓10を介して設けられており、これ
らキャビティは、後述する試料基板と平行な平面上に並
べられる。なお、本実施例では、直径20cm、高さ20cmの
円筒状のキャビティを用いており、各キャビティには、
励起用ガス導入口４がそれぞれ連結されている。また、
これらキャビティを囲むように冷却水通路14が形成され
ており、この通路の一方には冷却水導入口11が、他方に
は冷却水排出口12が連結されている。

本実施例の励起種ＣＶＤ装置は、さらに、試料室６を備
えており、この試料室には前述した３つのキャビティ３
が、各キャビティに設けられた窓５を介して隣接して設
けられている。なお、本実施例では、窓５は１つのキャ
ビティに対して直径６cmの大きさのものを４つ設けてい
る。このように励起種を取り出す穴を分散して設けるこ
とにより、膜厚分布の均一性をよくすることができる。
試料室６の内部には原料ガス導入口７が設けられてい
る。本実施例では、この原料ガス導入口は1/4インチの
ステンレス製パイプを用い、先端に直径２mmの穴を多数
開け、原料ガスを大面積に渡って均一に導入できる構造
としている。試料室６の内部には基板ホルダー９が設け
られており、この基板ホルダーは内部に組み込まれたヒ
ーター15により加熱できるようになっている。また、試
料室６には、排気口13が連結されている。

以上のような構成の励起種ＣＶＤ装置では、分配器２に
より３分割されたマイクロ波電力は石英製マイクロ波導
入窓10を通して、各キャビティ３に導かれる。このキャ
ビティ３は冷却水導入口11から導入された冷却水により
冷却され、冷却水は冷却水排出口12から排出される。キ
ャビティ３において、励起用ガス導入口４より励起用ガ
スを導入し、マイクロ波のエネルギーによりプラズマを
発生させ、励起種を生成させる。励起種は各キャビティ
３に設けられている窓５を通して、試料室６に導かれ
る。一方、試料室６には原料ガス導入口７より原料ガス
が導入される。試料室には基板ホルダー９の上に試料基
板８が固定されており、基板ホルダー９を加熱すること
により間接的に試料基板の温度を上げることができる。
なお、基板ホルダー９の加熱方法は、本実施例では基板
ホルダー９の内部に組み込まれているヒーター15により
直接加熱しているが、基板ホルダー近くに設けられたヒ
ーターやランプからのふく射熱により間接的に加熱して
もよい。原料ガスは励起種により分解され、試料基板表
面において、励起種によって形成された分解生成物が表
面化学反応により固体薄膜を形成する。不用のガスは排
気口13から排気ポンプにより排気される。

次に、この励起種ＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜を
形成した例について述べる。励起用ガスには窒素ガス
を、また原料ガスには100％シランを用いた。真空度
０．５Ｔｏｒｒ、窒素ガス流量300ＳＣＣＭ、シラン流
量50ＳＣＣＭ、基板温度250℃、2.45ＧＨｚのマイクロ
波電力は500Ｗである。この条件では窒化シリコン膜の
堆積速度は10ｎｍ／ｍｉｎであった。膜厚の均一性につ
いては、50cm×15cmの長方形の範囲で10％以内であっ
た。また、この範囲内で緩衝フッ酸によりエッチング速
度のばらつきが10％以内であることから、膜質の均一性
もよい。従って、従来のキャビティ１つだけの成膜装置
では均一性が20cmφ程度しか得られなかったのに比べ大
面積に成膜できることが示された。

本実施例の励起種ＣＶＤ装置では、試料基板は固定して
いるが、これを成膜時にゆっくり移動させれば、幅50c
m、長さは移動距離だけの面積に均一に堆積させること
ができる。また、キャビティの数を４つ以上にすればよ
り均一に成膜できる面積を大きくすることができる。ま
た、本実施例のキャビティの形状は円筒形であるが、マ
イクロ波がキャビティ内で共振する限り別の形状、例え
ば直方体でもよい。また、本実施例では励起用ガスを直
接キャビティに導入しているが、キャビティ内に石英管
を設け、その石英管の内側に励起用ガスを導入，放電さ
せ、励起種を試料室に導入させるようなキャビティの構
造にしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１つのマイクロ波電源を用い、複数の
キャビティを設け、マイクロ波電力を分割することによ
り同じ電力を各キャビティに導入することにより、従来
のキャビティを１つしか持たない装置に比べ、膜厚及び
膜質共に均一性よく大面積に成膜できる励起種ＣＶＤ装
置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。１……導波管２……分配器３……キャビティ４……励起用ガス導入口５……窓６……試料室７……原料ガス導入口８……試料基板９……基板ホルダー 10……マイクロ波導入窓 11……冷却水導入口 12……冷却水排出口 13……排気口 14……冷却水通路 15……ヒーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つのマイクロ波電源から出力されるマイ
クロ波電力を複数に分配する分配器と、分配されたマイ
クロ波電力及び励起用ガスがそれぞれ導かれる複数のキ
ャビティと、これらキャビティに窓を介し隣接して設け
られ、内部に試料基板が保持される原料ガスが導かれる
試料室とを備え、前記複数のキャビティが前記試料基板
と平行な平面上に配列されている励起種ＣＶＤ装置であ
って、各キャビティに励起用ガスとマイクロ波を導き、
各キャビティ内でマイクロ波のエネルギーによりプラズ
マを発生させ励起種を生成し、励起種を前記窓を通して
前記試料室に導き、励起種との反応により原料ガスを分
解し、試料室に設置された試料基板上に固体薄膜を堆積
させる励起種ＣＶＤ装置。