JPH07130664A

JPH07130664A - プラズマｃｖｄ堆積膜形成装置および堆積膜形成方法

Info

Publication number: JPH07130664A
Application number: JP27809093A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamagami; 敦士山上; Satoshi Takagi; 智高木; Nobuyuki Okamura; 信行岡村; Keiji Hirabayashi; 敬二平林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1995-05-19
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: JP3359128B2

Abstract

(57)【要約】【構成】（１）それぞれ基体支持手段を有し類似の形
状を有する２つの電極が、互いに対向して平行に配置さ
れた１対の対向電極対を形成し、（２）反応容器外周
に、電極間に電極面に垂直な方向の磁界を印加する磁界
印加手段を有し、（３）対向電極対の各電極が別個の高
周波電圧印加手段に接続されているプラズマＣＶＤ堆積
膜形成装置を用い、電極面に垂直な方向の磁界を対向す
る２つの電極間に印加しながら、対向電極対の各電極に
強度が同等の高周波電圧を印加して堆積膜形成を行な
う。【効果】広い圧力範囲で高品質な膜の堆積を高速かつ
均一に行なうことが可能となり、特に、従来のプラズマ
ＣＶＤ法では均一に成膜できなかった約１０ミリトール
以下の低圧領域でも安定に放電を維持することができ、
高品質な膜の堆積を高速かつ均一に行なうことが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス、画像
入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイ
ス、その他各種エレクトロニクス素子、光学素子などに
有用な結晶質または非単結晶質の堆積膜の製造に適した
プラズマＣＶＤ法による堆積膜の形成装置および形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス、画像入力用ライ
ンセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス、その他
各種エレクトロニクス素子、光学素子に用いる素子部材
として、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、アモルファ
スシリコン膜などの非単結晶質の堆積膜またはダイヤモ
ンド薄膜のような結晶質の堆積膜が提案され、その中の
いくつかは実用に付されている。

【０００３】そして、こうした堆積膜は、プラズマＣＶ
Ｄ法、すなわち、原料ガスを直流または高周波、あるい
はマイクロ波によるグロー放電によって分解し、ガラ
ス、石英、耐熱性合金樹脂フィルム、ステンレス、アル
ミニウムなどの基板上に堆積膜を形成する方法により形
成されることが知られている。特に放電周波数が１３．
５６ＭＨｚの高周波や２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用
いたプラズマＣＶＤ装置は堆積膜材料等が導電体である
か絶縁体であるかにかかわらずプラズマ処理できること
から、広く用いられている。

【０００４】従来のプラズマＣＶＤ装置、例えばアモル
ファスシリコン膜（以下ａ−Ｓｉ膜と称する）、酸化シ
リコン膜、窒化シリコン膜などの成膜に用いられている
平行平板型のプラズマＣＶＤ装置について図８を参照し
ながら説明する。

【０００５】図８の装置では、反応容器１に絶縁性のカ
ソード電極支持台２を介してカソード電極３が配置され
ている。カソード電極３の周囲には、カソード電極３の
側部と反応容器１との間で放電が発生しないようにアー
スシールド４が配置されている。カソード電極３には整
合回路９を介して発信周波数が１３．５６ＭＨｚの高周
波電源１０が接続されている。基体ホルダー（基体支持
手段）５には被膜を形成するための被成膜基体６が配置
され、被成膜基体６は、基体温度制御手段（図示せず）
により所望の温度に保たれる。

【０００６】この装置を使用した場合の成膜は以下のよ
うに行なわれる。反応容器１を真空排気手段７によって
排気して高真空とした後、ガス供給手段８によってシラ
ンなどの原料ガスを反応容器１内に導入し、数十ミリト
ールから数トールの圧力に維持する。高周波電源１０よ
りの高周波電力をカソード電極３から供給して、カソー
ド電極と被成膜基体６との間にプラズマを発生させる。
これにより、原料ガスがプラズマによる分解を受け、被
成膜基体６上に堆積膜が形成される。

【０００７】また、上記の従来例を改良したものとし
て、カソード電極に被成膜基体を設置し、カソード電極
と対向電極との間に磁界を印加したプラズマＣＶＤ装置
が、特開昭５８−１７７１３５号に記載されている。

【０００８】また、上記の従来例を改良したものとし
て、カソード電極の対向電極にも高周波電力を供給し、
片方の電極に被成膜基体を設置したプラズマＣＶＤ装置
が特開昭６２−１３０５１３号に記載されている。

【０００９】また、上記の従来例では、高周波電源の発
振周波数は１３．５６ＭＨｚであるが、近年、平行平板
型のプラズマＣＶＤ装置を用い、１３．５６ＭＨｚ以上
の高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ法の報告［Ｐｌａ
ｓｍａＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｌａｓｍａＰ
ｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ７，Ｎｏ．３，（１９８
７）ｐ．２６７−２７３］があり、堆積速度向上、膜質
高品質化の可能性が示され、注目されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示した従来の平行平板型の装置構成を用いたプラズマＣ
ＶＤ法では以下の問題が存在する。

【００１１】（１）プラズマ密度は、せいぜい１Ｅ＋１
０（個／ｃｍ³）のレベルであり、堆積速度が遅い。

【００１２】（２）高周波電力を印加するカソード電極
上とその対向電極上では、堆積膜の膜質や堆積速度が異
なるため、両方の電極上に被成膜基体を配置して、同程
度の品質の堆積膜を形成することは困難である。そのた
め、通常はどちらか一方の電極上のみに被成膜基体を配
置して堆積膜を形成しており、成膜処理の効率が悪い。
また、被成膜基体を配置していない電極上にも堆積膜は
形成されることから、原料ガスの利用効率が非常に低
い。

【００１３】（３）プラズマ密度が低いため、安定に放
電を維持できる圧力範囲は狭い。例えば、ＳｉＨ₄ガス
の放電においては、放電可能な圧力領域は数十ミリトー
ル以上であり、工業的には、より安定に放電を維持する
必要性から、１００ミリトール以上の圧力領域で用いら
れる例が多く、そのような高い圧力領域では、気相反応
によって粉体が発生しやすく、その粉体が膜中に取り込
まれ、膜に欠陥が生じ易い。

【００１４】また、図８の装置構成で、スパッタでよく
用いられるマグネトロン型の磁界を電極間に印加して、
プラズマ中の電子をカソード電極近傍のマグネトロン領
域に捕捉し、いわゆるマグネトロン放電を行なえば、局
所的にプラズマ密度は増加し、ミリトール台の低圧領域
でも放電の維持は可能になるが、カソード電極上とその
対向電極上では、堆積膜の膜質や堆積速度が大きく異な
り、前記の（２）と同様の問題がある。さらに、磁界の
電極面内ムラが大きいため、電極面内で均一なプラズマ
を得ることは困難であり、電極上で均一な膜を得られな
いという問題がある。

【００１５】また、特開昭５８−１７７１３５号に記載
されているプラズマＣＶＤ装置では、電極面に対して垂
直方向の磁界を印加することから、プラズマ中の低エネ
ルギー電子は電極間に捕捉されてプラズマ密度はある程
度は増加し、かつ、電極面内ムラの小さいプラズマを得
ることは可能であるが、前記の（２）と同様の問題があ
る。また、プラズマ中の電子をマグネトロン放電のよう
に電極間に高密度に捕捉することができず、プラズマ密
度は磁界を印加しない場合よりも増加はするものの、堆
積速度は従来と大差はなく、また、ミリトール台の低圧
領域での安定な放電の維持は困難である。

【００１６】また、特開昭６２−１３０５１３号に記載
されているプラズマＣＶＤ装置では、基板電極にも高周
波電力を供給するので、両電極間のセルフバイアス電位
の差は小さくできるが、基板電極に高周波電力を供給し
ない場合よりもプラズマ電位と基板表面電位との差は大
きくなり、その結果、堆積膜へのイオン衝撃は増大し、
膜質が悪化しやすいという問題があり、また、前記のマ
グネトロン放電のような高密度のプラズマを生成するこ
とはできないため、低圧領域での安定な放電の維持は困
難である。

【００１７】また、図８の装置構成で放電周波数を１０
０ＭＨｚ程度に大きくすると、プラズマ密度は増加し、
前記の（１）（３）の問題はある程度は改善されるが、
まだ不十分であり、また、前記の（２）と同様の問題が
ある。また、本発明者らの行なった実験結果によると、
従来の装置構成のままで放電周波数を１３．５６ＭＨｚ
より大きくしていくと、膜厚均一性が悪化し易いという
問題があることが判明している。

【００１８】また、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い
たプラズマＣＶＤ法では、電子サイクロトロン共鳴を利
用した、いわゆるＥＣＲ法がミリトール以下の低圧領域
でも放電が可能であり工業的にも注目されている。しか
し、ＥＣＲ法では発散磁界を用いているので、被成膜基
体上の磁界は不均一になりやすく、従って堆積膜も不均
一になりやすいという問題がある。また、マイクロ波を
用いたプラズマＣＶＤ法では、マイクロ波は誘電体の窓
を介して反応容器に導入されており、誘電体の窓にも堆
積膜は形成されるので、長時間の連続放電が困難である
という問題がある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
技術の問題点を解決し、０．１ミリトール程度の低圧か
ら数十トール程度の圧力領域において、均一かつ長時間
安定で高密度のプラズマを形成すべく本発明者らが鋭意
研究を重ねて完成に至ったものである。

【００２０】本発明は、（ａ）高周波電圧印加手段、
（ｂ）内部に、被成膜基体を支持する基体支持手段およ
び該基体支持手段に対向して設置された電極を有する減
圧可能な反応容器（ｃ）該反応容器を排気する真空排気
手段、および（ｄ）該反応容器にガスを供給するガス供
給手段を有して成るプラズマＣＶＤ堆積膜形成装置にお
いて、（１）それぞれ基体支持手段を有し類似の形状を
有する２つの電極が、互いに対向して平行に配置された
１対の対向電極対を形成し、（２）該電極間に電極面に
垂直な方向の磁界を印加する磁界印加手段を有し、
（３）該対向電極対の各電極が高周波電圧印加手段に接
続されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ堆積膜形
成装置を提供する。

【００２１】さらに本発明は、減圧可能な反応容器内に
減圧下で原料ガスを導入し、該容器内の電極に高周波電
圧を印加して高周波放電によりプラズマを生成し、所定
の基板上に堆積膜を形成するプラズマＣＶＤ堆積膜形成
方法において、上記の装置を用い、磁界印加手段によっ
て電極面に垂直な方向の磁界を対向する２つの電極間に
印加しながら、該対向電極対の各電極に強度が同等の高
周波電圧を印加して堆積膜形成を行なうことを特徴とす
るプラズマＣＶＤ堆積膜形成方法を提供する。本発明に
よれば、形状がほぼ同一である対向する２つの電極（対
向電極対）の各々に高周波電圧を印加するので、各々の
電極上に被成膜基体を設置しても品質や堆積速度がほぼ
同程度の堆積膜を被成膜基体上に形成することができ
る。

【００２２】また、対向する各々の電極に生じるセルフ
バイアス電位は大きさが同程度になり、かつ、電極面の
垂直方向の磁界を対向する電極間に印加するので、電極
間のプラズマ中の電子は高エネルギー電子であっても効
率よく電極間に捕捉され、高密度のプラズマを電極間に
形成することができる。また、電極間のプラズマインピ
ーダンスは小さくなり、電極上の高周波電圧も小さくな
るので、電極に生じるセルフバイアス電位は小さくな
り、電極上の堆積膜へのイオン衝撃は減少する。以下、
図面を参照しながら本発明のプラズマＣＶＤ装置を説明
する。図１は本発明のプラズマＣＶＤ装置の１例を示し
た模式図である。図１においては、減圧可能な反応容器
１に、絶縁性のカソード電極支持台２Ａ、２Ｂを介し
て、基板を保持する手段を有し形状がほぼ同一であり互
いに平行に対面した１組の対向するカソード電極３Ａ、
３Ｂが配置され、カソード電極３Ａ、３Ｂには、整合回
路９Ａ、９Ｂを介して、高周波電源１０Ａ、１０Ｂが接
続されている。また、カソード電極３Ａ、３Ｂの裏面に
は、電極面に垂直な方向の磁界をカソード電極間に印加
するための磁界印加手段１１Ａ、１１Ｂが設置されてい
る。また、カソード電極の回りには、カソード電極の側
部と反応容器の間で放電を防止するためのアースシール
ド４Ａ、４Ｂが配置されている。被成膜基体６Ａ、６Ｂ
は、カソード電極面上に配置され、基体温度制御手段
（図示せず）により所望の温度に保たれる。

【００２３】この装置を使用した場合の成膜は以下のよ
うに行なわれる。反応容器１を真空排気手段７によって
高真空まで排気した後、ガス供給手段８によってシラン
などの原料ガスを反応容器１内に導入し、所望の圧力に
維持する。高周波電源１０Ａ、１０Ｂよりほぼ同一パワ
ーの高周波電力をカソード電極３Ａ、３Ｂに供給して、
カソード電極３Ａとカソード電極３Ｂとの間にプラズマ
を発生させる。これによって、原料ガスがプラズマによ
る分解を受け、被成膜基体６Ａ、６Ｂ上に堆積膜が形成
される。

【００２４】図２のグラフは、本発明により高密度のプ
ラズマが生成された１例を示したものである。

【００２５】同図中において、○印のプロットは、図１
の本発明の装置を用いて、放電ガスにＳｉＨ₄を用い、
１３．５６ＭＨｚの高周波電力を各々の電極に３００Ｗ
ずつ供給し、かつ電極面に垂直な方向の磁束密度４３０
ガウスの磁界を電極間に印加してシランプラズマを生成
し、放電圧力を変化させて、電極間の中央部でのプラズ
マ密度を一般的なプラズマ計測手段であるプローブ法で
測定した結果を示したものである。

【００２６】また同図において、×印のプロットは、従
来法との比較のため、図１の装置を用いて、電極間には
磁界を印加せずに、各々の電極に１３．５６ＭＨｚの高
周波電力を３００Ｗずつ供給してシランプラズマを生成
し、電極間中央部のプラズマ密度の放電圧力依存性を示
したものであり、また、△印のプロットは、片方の電極
のみに６００Ｗの高周波電力を供給し、電極面に垂直な
方向の磁束密度４３０ガウスの磁界を電極間に印加して
シランプラズマを生成し、電極間中央部のプラズマ密度
の放電依存性を示したものである。

【００２７】この図から、各々の電極に高周波電力を供
給し、かつ電極面に垂直方向の磁界を電極間に印加した
場合にのみ、非常に高密度のプラズマを生成することが
でき、また、低圧領域でも安定に放電を維持することが
できることがわかる。

【００２８】本発明において、高周波放電の放電周波数
は１ＭＨｚ〜４００ＭＨｚが好ましく、より好ましくは
３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚである。すなわち、放電周波
数が１ＭＨｚ以上であれば、プラズマ中のイオンが電界
の変動に追随するのが困難となり、堆積膜へのイオン衝
撃が減少する。また、放電周波数が高くなると、プラズ
マ中の電子と原料ガス分子との衝突確率が大きくなるの
でプラズマ密度は高くなり、また、カソード電極に生じ
るセルフバイアス電位が小さくなるので、堆積膜へのイ
オン衝撃は減少する。

【００２９】しかし、放電周波数の増加に伴い高周波電
力の伝送ロスが増加して電力利用効率が悪くなり、ま
た、整合回路などの回路設計も困難になるという問題も
あるので、放電周波数の上限は４００ＭＨｚ程度であ
る。そして、実用上、イオン衝撃の少ない高密度プラズ
マを効率良く得るには、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ程度
が適している。

【００３０】図３のグラフは、電極間の磁界形成に電磁
石を用いた本発明の図４の装置でシランプラズマを生成
した場合の、電極間のプラズマ密度の放電周波数依存
性、および電極へ入射してくるＳｉＨ₃イオンの入射エ
ネルギー値の放電周波数依存性を示したものである。放
電ガスにＳｉＨ₄を用い、放電圧力は５０ミリトールと
し、電極間に３００ガウスの垂直方向の磁界を印加し、
各々の電極に２００Ｗの高周波電力を供給して電極間に
シランプラズマを生成し、プラズマ密度は電極間中央部
でプローブ法によって計測した。また、電極への入射イ
オンエネルギーは、電極中央部に直径１ｍｍのオリフィ
スを設け、電極裏面に静電レンズ型のイオンエネルギー
アナライザーを設置して計測し、ＳｉＨ₃イオンの入射
量が最大になるエネルギー値をＳｉＨ₃イオンの入射エ
ネルギー値とした。

【００３１】図３のグラフから明らかなように、放電周
波数の増加とともに、プラズマ密度は増加傾向を示し、
ＳｉＨ₃イオンの入射エネルギー値は３０ＭＨｚ以上で
急激に減少する傾向を示した。すなわち、対向する各々
の電極に高周波電力を供給し、電極間に高密度のプラズ
マを生成することが可能となり、さらに、高周波電力の
放電周波数を増加することによって、プラズマ密度の更
なる向上を達成でき、堆積膜へのイオン衝撃の制御も可
能となる。特に、イオン衝撃によって膜質が劣化しやす
い膜を形成する場合は、３０ＭＨｚ以上の放電周波数を
用いることによって、大パワーの高周波電力を供給して
も高品質な堆積膜の形成が可能となる。

【００３２】本発明において、対向する電極の間隔は、
成膜がなされる間隔であればいずれの間隔でも良いが、
２０ｃｍ程度以下が好ましく、より好ましくは５ｃｍ以
下である。すなわち、間隔が大きくなると、磁界が電極
間外に漏れ易くなるので電極間に所望の垂直方向の磁界
を形成することが困難になる。また、磁界の印加手段も
大掛かりになり、装置も大型化して装置コストの上昇を
招く要因にもなることから、間隔の上限は２０ｃｍ程度
である。そして、間隔が５ｃｍ程度以下であれば、電極
裏面に小型の磁石を設置するという簡単な構成により電
極間に所望の垂直方向の磁界を容易に形成することがで
き、装置も小型化できる。

【００３３】本発明において、電極間に垂直方向の磁界
を形成する手段としては、電極裏面に磁石を設置しても
よく、図４に示すように反応室の外部に磁界形成用の磁
界コイルを設置してもよい。また、図５に示すように電
極裏面の中心部に磁界コイルを、外周部に永久磁石を設
置して、部分的に磁界の強度を変えられるようにしたも
のでも良い。さらに、図６に示すように、電極裏面の中
心部と反応室の外部に磁界コイルを設置して、部分的に
磁界の強度を変えられるようにしたものでも良い。

【００３４】一般的に、従来の平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ法においては、電極面積が大きくなると電極中心部
上と周辺部上では堆積膜の堆積速度に差が生じ易くな
り、特に、放電周波数が１００ＭＨｚ程度に高くなると
その差が顕著になるが、本発明の装置構成においては、
電極中心部と周辺部の磁界の制御によって電極中心部上
と周辺部上での堆積膜の堆積速度の差を低減でき、面内
均一性の良い堆積膜を形成できる。

【００３５】本発明において、堆積膜の形成時の圧力
は、成膜がなされる圧力であればいずれの圧力でも良い
が、例えばａ−Ｓｉ膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜などでは、０．１ミリトール〜５トールが好ましい。
特に、気相反応により粉体が発生しやすい場合は、１０
ミリトール以下の低圧領域で成膜すれば粉体発生防止に
著しい効果がある。

【００３６】本発明の堆積膜形成に使用できるガスにつ
いては、任意の公知の物が選択的に使用できる。例え
ば、ａ−Ｓｉ系の機能性堆積膜を形成する場合であれ
ば、シラン、ジシラン等が好ましい原料ガスとして挙げ
られ、また他の機能性堆積膜を形成する場合であれば、
例えば、ゲルマン、メタンなどのの原料ガスまたはそれ
らの混合ガスが挙げられる。キャリアーガスとしては、
水素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。また、堆
積膜のバンドギャップ幅を変化させるなどの特性改善用
ガスとしては、例えば、窒素、アンモニアなどの窒素原
子を含むガス；酸素、酸化窒素、酸化二窒素などの酸素
原子を含むガス；メタン、エタン、エチレン、アセチレ
ン、プロパンなどの炭化水素；四フッ化珪素、六フッ化
二珪素、四フッ化ゲルマニウムなどのフッ素化合物、あ
るいはこれらの混合ガスが挙げられる。また、ドーピン
グを目的としたドーパントガスとしては、例えば、ジボ
ラン、フッ化ホウ素、ホスフィンなどが挙げられる。

【００３７】

【実施例】以下、具体的な実施例と比較例を挙げて本発
明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に
限定されるものではない。

【００３８】（実施例１）図１の本発明のプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて、カソード電極３Ａ、３Ｂ上にガラス基
板を配置し、カソード電極間に電極面に垂直方向の磁界
を印加し、各々のカソード電極に高周波電力を供給し、
表１に示す種々の成膜条件でａ−Ｓｉ膜を基板上に形成
し、ａ−Ｓｉ膜の堆積速度および光導電率（λ＝６００
ｎｍ、５０μＷ／ｃｍ²の光照射時）と暗導電率を測定
したところ、表２に示す通りの結果となり、広い範囲の
圧力領域において、両方の基板上に同程度に高品質な膜
を、同程度に高速で形成できた。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】形成されたａ−Ｓｉ膜の膜質は、光起電力デバイス、電
子写真用感光体デバイス、画像入力用ラインセンサー、
フラットパネルディスプレー等の実用に十分耐え得るも
のであった。また、膜の欠陥を顕微鏡観察によって評価
したところ、１０ミリトール以下の低圧領域で形成した
ａ−Ｓｉ膜においては堆積膜表面上で観察される欠陥数
が非常に少ないことが確認された。

【００４１】（比較例１）従来法との比較のため、図１
プラズマＣＶＤ装置を用いて、カソード電極３Ａ、３Ｂ
上にガラス基板を配置し、カソード電極３Ａのみに高周
波電力を供給して３Ｂには供給せず、かつカソード電極
間に磁界を印加せずに、表３に示す成膜条件でａ−Ｓｉ
膜を基板上に形成し、ａ−Ｓｉ膜の堆積速度および光導
電率と暗導電率を測定したところ、表４に示す通りの結
果が得られた。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】３Ａと３Ｂの電極上の基板に形成されるａ−Ｓｉ膜は、
堆積速度および膜質とも大きく異なっており、特に３Ａ
の電極上の基板に形成されるａ−Ｓｉ膜は、堆積速度は
大きいが膜質が悪いという特徴があり、光起電力デバイ
ス、電子写真用感光体デバイス、画像入力用ラインセン
サー、フラットパネルディスプレイなどの実用に耐え得
るものではなかった。また、３０ミリトール以下の低圧
領域では放電の維持ができず成膜できなかった。

【００４４】（比較例２）従来法との比較のため、図１
のプラズマＣＶＤ装置を用いて、カソード電極３Ａ、３
Ｂ上にガラス基板を配置し、カソード電極間に磁界を印
加せずに、各々のカソード電極に高周波電力を供給し
て、表５に示す成膜条件でａ−Ｓｉ膜を基板上に形成
し、ａ−Ｓｉ膜の堆積速度および光導電率と暗導電率を
測定したところ、表６に示す通りの結果となった。

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】３Ａと３Ｂの電極上の基板に形成されるａ−Ｓｉ膜は、
堆積速度および膜質とも同程度であったが、膜質は悪
く、光起電力デバイス、電子写真用感光体デバイス、画
像入力用ラインセンサー、フラットパネルディスプレイ
などの実用に耐え得るものではなかった。また、２０ミ
リトール以下の低圧領域では放電の維持ができず、成膜
できなかった。

【００４７】（比較例３）従来法との比較のため、図１
のプラズマＣＶＤ装置を用いて、カソード電極３Ａ、３
Ｂ上にガラス基板を配置し、カソード電極間に電極面に
垂直方向の磁界を印加し、カソード電極３Ａのみに高周
波電力を供給して３Ｂには供給せず、表７に示す成膜条
件でａ−Ｓｉ膜を基板上に形成し、ａ−Ｓｉ膜の堆積速
度および光導電率と暗導電率を測定したところ、表８に
示す通りの結果となった。

【００４８】

【表７】

【００４９】

【表８】３Ａと３Ｂの電極上の基板に形成されるａ−Ｓｉ膜は、
堆積速度および膜質とも大きく異なっており、特に、３
Ａの電極上の基板に形成されるａ−Ｓｉ膜は、堆積速度
は大きいが膜質が悪いという特徴があり、光起電力デバ
イス、電子写真用感光体デバイス、画像入力用ラインセ
ンサー、フラットパネルディスプレイなどの実用に耐え
得るものではなかった。また、２０ミリトール以下の低
圧領域では、放電の維持ができず成膜できなかった。

【００５０】（実施例２）図１の本発明のプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて、カソード電極３Ａ、３Ｂ上にガラス基
板を配置し、カソード電極間に電極面に垂直方向の磁界
を印加し、各々のカソード電極に高周波電力を供給し、
表９に示す成膜条件で窒化珪素膜と酸化珪素膜を基板上
に形成し、窒化珪素膜における堆積速度、珪素原子と窒
素原子の組成比率（Ｓｉ／Ｎ）、膜の水素含有率および
４９％フッ化水素酸でのエッチング速度、さらに、酸化
珪素膜における堆積速度、珪素原子と酸素原子の組成比
率（Ｓｉ／Ｏ）、膜の水素含有率および２．５％フッ化
水素酸でのエッチング速度を測定したところ、表１０に
示す通りの結果となり、広い範囲の圧力領域において両
方の基板上に、同程度に水素含有率が小さく化学量論的
組成に近い緻密な膜を、同程度に高速で形成できた。特
に、従来のプラズマＣＶＤ法では成膜できなかった１０
ミリトール以下の低圧領域で形成した膜は、水素含有率
が特に小さく、非常に高品質な膜質であった。

【００５１】

【表９】

【００５２】

【表１０】（実施例３）図１の本発明のプラズマＣＶＤ装置を用い
て、カソード電極３Ａ、３Ｂ上に円形のガラス基板を配
置し、カソード電極間距離を４ｃｍとし、カソード電極
面の裏面の磁界印加手段１１Ａ、１１Ｂとして電極裏面
の中心部に磁界コイルを、外周部に永久磁石を設置した
図５で示した構成のものを用いて電極間中心部の径方向
の磁束密度分布を図７（ａ）のように均一になるように
制御して、成膜条件（５１）ならびに成膜条件（５２）
でガラス基板上にａ−Ｓｉ膜を形成し、それぞれの径方
向の膜厚分布を測定した。

【００５３】その結果、成膜条件（５１）を用いて成膜
したものは、基板中心部の膜厚の方が外周部より厚くな
る傾向があり、径方向の膜厚ムラ（測定膜厚の最大値と
最小値の差を求め、その差を平均膜厚差で割り、百分率
で表したもの）は１２％であった。また、成膜条件（５
２）を用いて成膜したものは、基板中心部の膜厚の方が
外周部より薄くなる傾向があり、膜厚ムラは２２％であ
った。

【００５４】次に、電極間中心部の径方向の磁束密度分
布を図７（ｂ）に示すように外周部の磁界が強くなるよ
うに制御して成膜条件（５１）でガラス基板上にａ−Ｓ
ｉ膜を形成し、径方向の膜厚分布を測定したところ、膜
厚分布は均一となり、膜厚ムラは４％まで改善できた。

【００５５】次に、電極間中心部の径方向の磁束密度分
布を図（ｃ）に示すように外周部の磁界が弱くなるよう
に制御して成膜条件（５２）でガラス基板上にａ−Ｓｉ
膜を形成し、径方向の膜厚分布を測定したところ、膜厚
分布は均一となり、膜厚ムラは３％まで改善できた。

【００５６】成膜条件（５１）放電周波数：１３．５６ＭＨｚカソード電極３Ａへの供給電力：１００Ｗカソード電極３Ｂへの供給電力：１００Ｗガス流量：ＳｉＨ₄ ２００ｓｃｃｍＨ₂ １００ｓｃｃｍ放電圧力：３０ミリトール基板温度：２４０℃ 成膜条件（５２）放電周波数：１８０ＭＨｚカソード電極３Ａへの供給電力：１００Ｗカソード電極３Ｂへの供給電力：１００Ｗガス流量：ＳｉＨ₄ ２００ｓｃｃｍＨ₂ １００ｓｃｃｍ放電圧力：３０ミリトール基板温度：２４０℃

【００５７】

【発明の効果】本発明のプラズマＣＶＤ法により、広い
圧力範囲で高品質な膜の堆積を高速かつ良好な均一性で
行なうことが可能となり、特に、従来のプラズマＣＶＤ
法では均一に成膜できなかった約１０ミリトール以下の
低圧領域でも安定に放電を維持することができ、高品質
な膜の堆積を高速かつ良好な均一性で行なうことが可能
となる。また、対向する電極の両方の電極上でバラツキ
の少ない高品質膜の形成が可能となることから、ガスの
利用効率の向上によるコストダウンおよびスループット
の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の構成模式図であ
る。

【図２】プラズマ密度の放電圧力依存性を示したグラフ
である。

【図３】プラズマ密度と入射イオンエネルギーの放電周
波数依存性を示したグラフである。

【図４】本発明のプラズマＣＶＤ装置の別の１例の構成
模式図である。

【図５】本発明のプラズマＣＶＤ装置のさらに別の１例
の構成模式図である。

【図６】本発明のプラズマＣＶＤ装置のさらに別の１例
の構成模式図である。

【図７】実施例３における電極間の径方向磁束密度分布
の各種制御状態を示すグラフである。

【図８】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成模式図であ
る。

【符号の説明】

１反応容器２、２Ａ、２Ｂカソード電極支持台３、３Ａ、３Ｂカソード電極４アースシールド５基体ホルダー６、６Ａ、６Ｂ被成膜基体７真空排気手段８ガス供給手段９、９Ａ、９Ｂ整合回路１０、１０Ａ、１０Ｂ高周波電源１１Ａ、１１Ｂ磁界印加手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平林敬二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）高周波電圧印加手段、（ｂ）内部に、被成膜基体を支持する基体支持手段およ
び該基体支持手段に対向して設置された電極を有する減
圧可能な反応容器（ｃ）該反応容器を排気する真空排気手段、および（ｄ）該反応容器にガスを供給するガス供給手段を有して成るプラズマＣＶＤ堆積膜形成装置において、（１）それぞれ基体支持手段を有し類似の形状を有する
２つの電極が、互いに対向して平行に配置された１対の
対向電極対を形成し、（２）該電極間に電極面に垂直な方向の磁界を印加する
磁界印加手段を有し、（３）該対向電極対の各電極が高周波電圧印加手段に接
続されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ堆積膜形成装置。
【請求項２】対向電極対の電極間の間隔が５ｃｍ以下
である請求項１記載のプラズマＣＶＤ堆積膜形成装置。
【請求項３】磁界印加手段の部分的磁界強度制御によ
り、電極間の印加磁界強度の電極面内分布が可変である
請求項１または２記載のプラズマＣＶＤ堆積膜形成装
置。
【請求項４】減圧可能な反応容器内に減圧下で原料ガ
スを導入し、該容器内の電極に高周波電圧を印加して高
周波放電によりプラズマを生成し、所定の基板上に堆積
膜を形成するプラズマＣＶＤ堆積膜形成方法において、
請求項１または２記載の装置を用い、磁界印加手段によ
って電極面に垂直な方向の磁界を対向する２つの電極間
に印加しながら、該対向電極対の各電極に強度が同等の
高周波電圧を印加して堆積膜形成を行なうことを特徴と
するプラズマＣＶＤ堆積膜形成方法。
【請求項５】減圧可能な反応容器内に減圧下で原料ガ
スを導入し、該容器内の電極に高周波電圧を印加して高
周波放電によりプラズマを生成し、所定の基板上に堆積
膜を形成するプラズマＣＶＤ堆積膜形成方法において、
請求項３記載の装置を用い、電極面に垂直な方向の、磁
界印加手段の磁界強度の部分的制御により電極面内の強
度分布が調節された磁界を電極間に印加しながら、対向
電極対の各電極に強度が同等の高周波電圧を印加して堆
積膜形成を行なうことを特徴とするプラズマＣＶＤ堆積
膜形成方法。
【請求項６】堆積膜形成時の反応容器内圧力を１０ミ
リトール以下とする請求項４または５記載のプラズマＣ
ＶＤ堆積膜形成方法。
【請求項７】電極に印加する高周波電圧の周波数を３
０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚとする請求項４ないし６のいず
れか１項に記載のプラズマＣＶＤ堆積膜形成方法。