JPH07283154A

JPH07283154A - プラズマｃｖｄ法及び装置

Info

Publication number: JPH07283154A
Application number: JP3046795A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakahigashi; 孝浩中東; So Kuwabara; 創桑原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】危険なガスを用いることなく、また膜質を悪化
を招く高温成膜を避けてａ−Ｓｉ膜や窒化シリコン膜等
のＳｉ化合物膜や、窒化チタン等のチタン（Ｔｉ）化合
物膜等を安全に形成することができ、しかも膜質を悪化
させるパーティクルの発生を抑制すると共に成膜速度を
著しく低下させることなく、或いは向上させて成膜する
ことができるプラズマＣＶＤ法及び装置を提供する。【構成】成膜用原料ガスのプラズマのもとで被成膜基体
上に膜形成を行うにあたり、原料ガスとしてハロゲン化
合物ガス、又はハロゲン化合物ガス及びこれと共に異種
原料ガスを用い、原料ガスのプラズマ化を、１０ＭＨｚ
から２００ＭＨｚの基本高周波電力にこの周波数の１０
０００分の１から１０分の１の周波数で第１の振幅変調
を、さらにこの変調周波数の１００倍未満で１００分の
１より大きい変調周波数で第２の振幅変調を施した状態
の高周波電力の印加により行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は成膜用原料ガスをプラズ
マ化し、このプラズマに被成膜基体を曝して該基体上に
膜形成を行うプラズマＣＶＤ法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ法は半導体利用のセンサ
等の各種半導体デバイスの製造、太陽電池や液晶表示装
置等に用いる各種薄膜デバイスの製造、耐摩耗性等が要
求される機械部品や工具等への耐摩耗性等を有する膜の
形成等に広く利用されている。このプラズマＣＶＤ法を
実施する装置は各種知られているが、その代表的なもの
の一つを例示すると、図５に示すプラズマＣＶＤ装置が
ある。

【０００３】図５に示す装置は平行平板型プラズマＣＶ
Ｄ装置として知られているもので、成膜室として用いら
れる真空容器１を有し、その中に被成膜基体Ｓ１を設置
する基体ホルダを兼ねる電極２及びこの電極に対向する
電極３が設けられている。電極２は、通常、接地電極と
され、また、この上に配置される基体Ｓ１を成膜温度に
加熱するヒータ２１を付設してある。なお、輻射熱で基
体Ｓ１を加熱するときは、ヒータ２１は電極２から分離
される。

【０００４】電極３は、電極２との間に導入される成膜
用ガスに高周波電力や直流電力を印加してプラズマ化さ
せるための電力印加電極で、図示の例ではマッチングボ
ックス３１を介して高周波電源３２を接続してある。ま
た、真空容器１には弁５１を介して排気ポンプ５２を配
管接続してあるとともに、成膜用原料ガスのガス供給部
４を配管接続してある。ガス供給部４には、１又は２以
上のマスフローコントローラ４１１、４１２・・・・、
該各マスフローコントローラに接続された１又は２以上
の弁４２１、４２２・・・・、該各弁に接続された１又
は２以上の成膜用原料ガスを供給するガス源４３１、４
３２・・・・が含まれている。

【０００５】この平行平板型プラズマＣＶＤ装置による
と、成膜対象基体Ｓ１が図示しない基体搬送装置により
真空容器１内に搬入されて電極２上に設置され、該容器
１内が弁５１の操作と排気ポンプ５２の運転にて所定成
膜真空度とされるとともに、ガス供給部４から成膜用ガ
スが導入される。また、高周波電極３に電源３２から高
周波電力が印加され、それによって導入されたガスがプ
ラズマ化され、このプラズマの下で基体Ｓ１表面に所望
の膜が形成される。

【０００６】例えば、比較的低温でアモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ）膜、窒化シリコン膜等を成膜する場合、
容器１内圧力を数１００ｍＴｏｒｒ程度とし、基体ホル
ダ電極２をヒータ２１で３００℃程度に加熱し、この上
に基体Ｓ１を設置し、ガス供給部４からモノシラン（Ｓ
ｉＨ₄）ガスと水素（Ｈ₂）ガスを所定量導入して電極
３に例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加
すると、それらガスがプラズマ化され、基体Ｓ１上にア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜が形成される。Ｈ₂
ガスの代わりにアンモニア（ＮＨ₃）ガスを所定量導入
すると、窒化シリコン膜が形成される。

【０００７】しかし、ＳｉＨ₄ガスは発火性、爆発性等
の危険性を有する特殊材料ガスに指定されているので、
ＳｉＨ₄ガスを用いる場合には安全対策に莫大な費用を
要する。そのためａ−Ｓｉ膜や窒化シリコン膜を成膜す
るにあたり、成膜用原料ガスとして、ａ−Ｓｉ膜につい
ては常温で液体である四塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄）の
ガス及びこれと共にＨ₂ガスを使用し、窒化シリコン膜
についてはＳｉＣｌ₄のガス及びこれと共にＮＨ₃ガス
を使用することがある。

【０００８】このようにＳｉＣｌ₄を用いる場合、Ｓｉ
Ｃｌ₄は常温で液体であるため図６に示すようにバブリ
ングして真空容器１内へ供給するようにしている。すな
わち、図６に示すように、真空容器１に配管接続された
ガス供給部４に密封可能の容器（バブラー）４４を設
け、これにマスフローコントローラ４５１及び開閉弁４
５２を介してキャリアガスのガス源４５３を接続し、マ
スフローコントローラ４５１から延びる配管の先端はバ
ブラー４４内の底部付近に設置する。また、バブラー４
４内上部を真空容器１に配管接続する。気化したＳｉＣ
ｌ₄が再び液化するのを防ぐため、バブラー４４、及び
バブラー４４から容器１まで延びる配管にはヒータ５１
及び５２が付設される。また、必要に応じて真空容器１
に１又は２以上のマスフローコントローラ４６１、４７
１・・・及び開閉弁４６２、４７２・・・を介して他の
原料ガスのガス源４６３、４７３・・・を配管接続する
こともある。その他の構造は図５に示す装置と同構造で
あり、図５におけると同じ部品には図５と同じ参照符号
を付してある。

【０００９】以上説明した装置により例えばａ−Ｓｉ膜
を形成する場合、被成膜基体Ｓ１を接地電極２上に設置
し、ヒータ２１で５００℃程度に加熱し、バブラー４４
内に液体のＳｉＣｌ₄を入れ、真空容器１内を排気ポン
プ５２で真空引きし、ガス源４５３からＨ₂ガスをバブ
ラー４４内に導入して液体のＳｉＣｌ₄をバブリングさ
せ、発生したＳｉＣｌ₄ガスを容器１内に供給する。な
お、バブリングをアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈ
ｅ）ガス等の不活性キャリアガス又はＨ₂ガス等のガス
で行い、別途ガス源４６３等からＨ₂ガスを供給するこ
ともある。このようにして真空容器１内に導入されるガ
スに電源３２から高周波電力を印加して該ガスをプラズ
マ化させ、そのプラズマのもとで基体Ｓ１上にａ−Ｓｉ
膜を生成させる。なお、基体温度を８００℃以上にする
とポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）膜や単結晶シリコン膜を形
成できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに成膜用原料として比較的安全なＳｉＣｌ₄を採用し
てａ−Ｓｉ膜、窒化シリコン膜等を形成したり、四塩化
チタン（ＴｉＣｌ₄）を採用して窒化チタン膜を形成す
る場合のように、塩素（Ｃｌ）を含有する物質のガスを
用いる場合、該塩素が形成された膜中に残留し易い。こ
れを避けるためには成膜中の基体温度を７５０℃以上の
高温に保たなければならず、そうすると例えばａ−Ｓｉ
膜の場合、それだけ形成される膜の膜質が劣化する。こ
のことは、Ｃｌ化合物に限らず、ハロゲン化合物を成膜
用ガスとして用いる場合に該ハロゲンの膜中残留を避け
るために基体の温度を高温に保たなければならないこと
に起因して生じる問題である。

【００１１】また、成膜用原料ガスの種類にかかわら
ず、このようなプラズマＣＶＤにおいては、プラズマ中
の気相反応により発生する粉状のパーティクルがダスト
となって被成膜基体表面に形成される膜に付着したり、
その中に混入したりして膜質を悪化させるという問題が
ある。一般的に、印加する電力を増大させるとパーティ
クル発生量が増加することを考慮して、ある程度までの
電力しか印加しないようにすることでパーティクル発生
を抑制している。そのため成膜速度が低いというのが現
状である。

【００１２】そこで本発明は、シラン（ＳｉＨ₄）のよ
うな危険なガスを用いることなく、また膜質悪化を招く
高温成膜を避けてａ−Ｓｉ膜や窒化シリコン膜等のＳｉ
化合物膜を安全に形成することができ、窒化チタン等の
チタン（Ｔｉ）化合物膜等も安全に形成することがで
き、しかも膜質を悪化させるパーティクルの発生を抑制
するとともに成膜速度を著しく低下させることなく、或
いは向上させて成膜することができるプラズマＣＶＤ法
及び装置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するために研究を重ね、以下の事実を見出した。成膜
用原料ガスをプラズマ化し、このプラズマのもとで被成
膜基体上に膜形成を行うＣＶＤ法によりＳｉ化合物膜や
Ｔｉ化合物膜を形成するに際して、成膜用原料ガスとし
て所定の膜を形成するためのハロゲン化合物のガス、又
はハロゲン化合物ガス及びこれと共に所定の膜を形成す
るための該ハロゲン化合物ガスとは異なる種類のガスを
用い、該原料ガスのプラズマ化を、１０ＭＨｚから２０
０ＭＨｚの範囲の所定周波数の基本高周波電力に該周波
数の１００００分の１から１０分の１の範囲の変調周波
数で振幅変調を施した状態の高周波電力を印加すること
で行えば、膜中に残留するハロゲン原子が低減するた
め、成膜中に基体温度を高温に保つ必要がなくそれだけ
膜質悪化が防止される。また、前記施した振幅変調によ
り、パーティクルの発生が大幅に抑制されると共に成膜
速度は著しく低下せず、或いは向上する。さらに、この
ような第１の振幅変調に、該変調周波数の１００倍未満
で１００分の１より大きい周波数で第２の振幅変調を施
した状態の高周波電力を印加すれば、パーティクルの発
生が抑制されつつ成膜速度が一層向上する。

【００１４】本発明はこのような知見に基づくもので、
次のプラズマＣＶＤ法及び装置を提供するものである。成膜用原料ガスを高周波電力印加によりプラズマ化
し、このプラズマに被成膜基体を曝して該基体上に膜形
成を行うプラズマＣＶＤ法において、前記原料ガスとし
て所定の膜を形成するためのハロゲン化合物ガス、又は
ハロゲン化合物ガス及びこれと共に所定の膜を形成する
ための該ハロゲン化合物ガスとは異なる種類のガスを用
い、該原料ガスのプラズマ化を、１０ＭＨｚから２００
ＭＨｚの範囲の所定周波数の基本高周波電力に該所定周
波数の１００００分の１から１０分の１の範囲の変調周
波数で振幅変調を施した状態の高周波電力を印加するこ
とで行うプラズマＣＶＤ法。成膜用原料ガス供給部から供給される成膜用原料ガ
スを高周波電力印加手段による高周波電力の印加により
プラズマ化し、このプラズマに被成膜基体を曝して該基
体上に膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置において、前記
高周波電力印加手段が、周波数１０ＭＨｚから２００Ｍ
Ｈｚの範囲の所定周波数の基本高周波電力に該所定周波
数の１００００分の１から１０分の１の範囲の変調周波
数で振幅変調を施した状態の高周波電力を印加するもの
であり、前記原料ガス供給部が、前記成膜用原料ガスと
して所定の膜を形成するためのハロゲン化合物ガス、又
はハロゲン化合物ガス及びこれと共に所定の膜を形成す
るための該ハロゲン化合物ガスとは異なる種類のガスを
供給するものであるプラズマＣＶＤ装置。前記方法及び装置において、前記原料ガスのプラズ
マ化を、前記基本高周波電力に前記振幅変調を施し、さ
らに、該変調周波数の１００倍未満で１００分の１より
大きい変調周波数で第２の振幅変調を施した状態の高周
波電力の印加により行うプラズマＣＶＤ法及び装置。こ
の場合、プラズマＣＶＤ装置では、高周波電力印加手段
をそのような第１、第２の振幅変調を施した状態の高周
波電力を印加できるものとする。

【００１５】本発明方法及び装置において、変調前の基
本高周波電力の波形は、サイン波、矩形波、のこぎり
波、三角波等であることが考えられる。本発明方法及び
装置において、基本高周波電力として周波数が１０ＭＨ
ｚから２００ＭＨｚの範囲のものを採用するのは、周波
数が１０ＭＨｚより低い場合、効率の良いプラズマ生成
が困難だからであり、２００ＭＨｚより高い場合、変調
を加えたとしても従来方法及び装置によるよりプラズマ
生成の効率が向上せず、また電源コストが増大するから
である。

【００１６】本発明方法及び装置において、第１振幅変
調は前記基本高周波電力の周波数の１００００分の１か
ら１０分の１の範囲に設定するが、これは該基本高周波
電力の周波数の１００００分の１より低いと、プラズマ
を発生させる電力印加の振幅変調の割合が少ないため、
膜堆積に寄与する反応種を生成させることとダスト発生
の原因となる反応種の生成を抑制することをほぼ並行し
て行うことが困難であり、該基本高周波電力の周波数の
１０分の１より高いと、安定したプラズマを発生させる
ことが困難になるからである。

【００１７】また、前記の方法及び装置において、第
２振幅変調の周波数が第１振幅変調周波数の１００倍以
上であると第２振幅変調による十分な効果が得られず、
また１００分の１以下では成膜速度が低下する。なお前
記第１及び第２の各「振幅変調」は勿論のこと、以下の
説明及び特許請求の範囲において、「振幅変調」は、電
力印加のオン・オフによるパルス変調、パルス状の変調
をも含む概念である。

【００１８】また、前記各振幅変調は、それには限定さ
れないが、代表例として、パーティクルの発生を効果的
に抑制するうえで電力印加のオンオフを伴う変調（換言
すればパルス変調又はパルス状の変調）を挙げることが
できる。この場合デューティ比、即ち変調波の１周期に
占める電力印加のオン時間の割合（オン／オン＋オフ）
は、任意の値に定めることができるが、それには限定さ
れないが代表的には５０％程度が考えられ、この場合、
ダストパーティクル発生量の低減と、成膜速度の著しい
低下を伴わない、或いは成膜速度が向上する成膜が程よ
く行われる。

【００１９】また、振幅変調した状態のガスプラズマ化
用の高周波電力は、代表的には、その原形を所望の高周
波信号を発生させ得る、例えばファンクションジエネレ
ータと一般に称されているもののような、高周波信号発
生器により作り、これを増幅器で増幅して得ることが考
えられるが、周波数が１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範
囲の基本高周波電力を生成し、これに振幅変調を施して
得ること等も考えられ、この点について特に制限はな
い。

【００２０】また、前記方法及び装置において用いる、
単体で所定の膜を形成するためのハロゲン化合物ガスと
しては、ａ−Ｓｉ膜や窒化シリコン膜を形成するための
ＳｉＣｌ₄ガス、又は二フッ化シラン（ＳｉＨ₂Ｆ₂）
ガス、炭素（Ｃ）膜を形成するための四塩化炭素（ＣＣ
ｌ₄）ガス又は一塩化三フッ化メタン（ＣＣｌＦ₃）ガ
ス等を例示できる。

【００２１】また前記のハロゲン化合物ガス及びこれと
共に所定の膜を形成するための異種原料ガスとしては、
ａ−Ｓｉ膜を形成するためのＳｉＣｌ₄ガスとＨ₂ガス
との組合せ、窒化シリコン膜を形成するためのＳｉＣｌ
₄ガスとＮＨ₃ガスとの組合せ、窒化チタン膜を形成す
るためのＴｉＣｌ₄ガスとＮＨ₃ガスとの組合せ、炭化
シリコン膜を形成するためのＳｉＣｌ₄ガスとメタン
（ＣＨ₄）ガスとの組み合わせ及び炭化チタン膜を形成
するためのＴｉＣｌ₄ガスとＣＨ₄ガスとの組み合わせ
等から選ばれた１種の組合せを例示できる。

【００２２】前記のハロゲン化合物が常温で液体の場合
には、Ｈ₂ガス、窒素（Ｎ₂）ガス及びヘリウム（Ｈ
ｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガ
ス、クリプトン（Ｋｒ）ガス等の不活性ガス等を用いて
バブリングし、該ハロゲン化合物のガスを得ることが考
えられる。

【００２３】

【作用】本発明のプラズマＣＶＤ法及び装置によると、
ａ−Ｓｉ膜、窒化シリコン膜等のＳｉ化合物膜、窒化チ
タン膜等のＴｉ化合物膜などを形成するに際して、成膜
用原料ガスとして所定の膜を形成するためのハロゲン化
合物ガス、又はハロゲン化合物ガス及びこれと共に所定
の膜を形成するための該ハロゲン化合物ガスとは異なる
種類のガスを用い、該ガスのプラズマ化のために印加す
る電力として周波数１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲
の基本高周波電力に該周波数の１００００分の１から１
０分の１の範囲の変調周波数で振幅変調を施した状態の
高周波電力を用いることにより、形成される膜中に残存
するハロゲン原子が低減し、従って、成膜中に基体温度
を高温に保つことでハロゲン原子が膜中に残存するのを
抑制する必要がなく、高温成膜による膜質の悪化が避け
られる。なお、膜中に残存するハロゲン原子の低減は、
プラズマ中の高速電子が照射されることによるものと考
えられる。ここに言う高速電子とは、図４に示す高周波
電力印加に関連する電子エネルギ・時間の関係を示す曲
線ａ中、テイル部分ｂが表すもので、非マックスウェル
電子のうち高エネルギを有するものを指している。

【００２４】さらに説明すると、前記施した振幅変調に
より、ダストパーティクル発生の原因となる反応種の生
成が低減する一方、成膜に寄与する反応種の生成は妨げ
られず、このような変調を加えない場合に比べて、十分
満足できる程度にダスト発生が低減し、それにより欠陥
の少ない良質の膜を形成することができ、且つ、成膜速
度を著しく低下させないで、或いは向上させて成膜する
ことができる。

【００２５】前記の第１及び第２の振幅変調を施した状
態の高周波電力を採用するときには、一層確実にパーテ
ィクル発生が抑制され、膜質が向上する。また、成膜速
度も前記第１振幅変調のみの場合に比べて向上する。こ
の成膜速度の向上は、第２の振幅変調によりプラズマ中
の電子温度が一層上昇し、それだけガス分解が一層促進
されるからであると考えられる。

【００２６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明方法の実施に用いるプラズマＣＶＤ装
置の１例の概略構成を示している。この装置は、図６に
示す従来装置において、高周波電源３２に代えて高周波
電力発生装置３３を採用し、これをマッチングボックス
３１Ａを介して高周波電極３に接続した点を除けば、図
６に示す装置と同構成のものである。高周波電力発生装
置３３には、マッチングボックス３１ＡにＲＦ（radio
frequency)パワーアンプ３４を介して接続された高周波
信号発生器３５が含まれている。図６の装置と同部品に
ついては図６におけると同じ参照符号を付してある。高
周波電力発生装置３３、マッチングボックス３１Ａ及び
高周波電極３は高周波電力印加手段を構成している。

【００２７】本例によると、高周波電力発生装置３３
は、図２の（Ａ）に示す１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの
範囲のサイン波連続高周波電力（基本高周波電力）に同
図（Ｂ）に示すように該周波数の１００００分の１から
１０分の１の範囲の変調周波数で第１の振幅変調を施
し、予め定めたデューティサイクルでオン時間Ｔ１、オ
フ時間Ｔ２が順次繰り返される状態の高周波電力を発生
するように設定されている。オン時におけるピークツー
ピーク電力は一定である。

【００２８】このプラズマＣＶＤ装置によると本発明は
次のように実施される。すなわち、成膜対象基体Ｓ１が
真空容器１内の電極２上に設置され、ヒータ２１で所定
温度に加熱される一方、該容器１内が弁５１の操作と排
気ポンプ５２の運転にて所定成膜真空度とされ、ガス供
給部４から所定量の成膜用ガスが導入される。ここでバ
ブラー４４内には液体のハロゲン化合物が入れられてお
り、ガス源４５３からバブラー４４内の前記ハロゲン化
合物中にキャリアガスが導入されることで該化合物がバ
ブリングされて、容器１内に導入される。また、必要に
応じてガス源４６３、４７３・・・からも成膜用異種原
料ガスが容器１内に導入されるが、該ガスで前記液体の
ハロゲン化合物をバブリングできる場合は、これをキャ
リアガスとして用いてよい。また、ここではハロゲン化
合物ガスと異種原料ガスとが共通の配管を用いて容器１
内に導入されているが、別々の配管を用いてそれぞれが
直接容器１内に導入されてもよい。そして高周波電極３
に高周波電力発生装置３３から前記のとおり振幅変調を
施した状態の高周波電力が印加され、それによって導入
されたガスがプラズマ化され、このプラズマの下で基体
Ｓ１表面に所望の膜が形成される。

【００２９】このプラズマＣＶＤ法及び装置によると、
成膜用原料ガスとして、ハロゲン化合物ガスを用い、該
ガスのプラズマ化が前記のとおり振幅変調を施した状態
の高周波電力の印加により行われるので、形成される膜
中に残留するハロゲン原子が低減し、従って成膜中に基
体温度を高温に保つ必要がなく、それだけ膜質が向上す
る。

【００３０】また、振幅変調した高周波電力の印加によ
り原料ガスをプラズマ化することで、ダストパーティク
ルの原因となるラジカルの発生が抑制される一方、成膜
に必要なラジカルの生成は妨げられず、そのため比較的
低温での成膜操作でパーティクルの発生が大幅に抑制さ
れるとともに成膜速度が向上するか或いは大幅には低下
しない。

【００３１】また、成膜用原料ガスとしてＳｉＨ₄ガス
等の危険なガスを用いる必要が無いため、安全に成膜を
行うことができる。図３は本発明方法の実施に用いるプ
ラズマＣＶＤ装置の他の例を示している。この装置は図
１に示す前記装置における高周波電力発生装置３３を高
周波電力発生装置３６に代えたものであり、他の構成は
図１の装置と同じである。

【００３２】高周波電力発生装置３６は、マッチングボ
ックス３１ＢにＲＦパワーアンプ３４を介して接続され
た高周波信号発生器３７を含んでおり、図２の（Ａ）に
示す１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲のサイン波連続
高周波電力（基本高周波電力）に同図（Ｂ）に示すよう
に該周波数の１００００分の１から１０分の１の範囲の
変調周波数で第１の振幅変調を施し、さらに、同図
（Ｃ）に示すように該第１変調の周波数１／（Ｔ１＋Ｔ
２）より高く、該周波数の１００倍未満の変調周波数及
び所定のデューティサイクルで第２の振幅変調を施し、
第１変調のオン時間Ｔ１部分についてオン時間Ｔ３、オ
フ時間Ｔ４が順次繰り返される状態の高周波電力を発生
するように設定されているか、或いは同図（Ｄ）に示す
ように該第１変調周波数の１００分の１より高く、該第
１変調周波数より低い周波数で第２の振幅変調を施し、
そのオン時間について前記第１変調波のオン時間Ｔ１、
オフ時間Ｔ２が順次繰り返される状態の高周波電力を発
生するように設定されている。オン時におけるピークツ
ーピーク電力は一定である。

【００３３】このプラズマＣＶＤ装置によると、前記の
とおりの第１及び第２の振幅変調が施された状態の高周
波電力の印加により原料ガスがプラズマ化される結果、
前記第１の振幅変調のみを施す場合よりも、パーティク
ルの発生が抑制されると共に、成膜速度が向上する。次
に図１の装置、図３の装置のそれぞれによりポリシリコ
ン（ｐ−Ｓｉ）膜及び窒化チタン膜を形成した実験例、
並びに図１の装置により炭化シリコン膜を形成した実験
例を示す。併せて比較例を示す。実験例１図１の装置によるポリシリコン（ｐ−Ｓ
ｉ）膜の形成成膜条件基体Ｓ１：４インチのシリコンウエハ高周波電極サイズ：直径２００ｍｍ成膜圧力：１Ｔｏｒｒ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、高周波電力
１００Ｗ振幅変調周波数６８ｋＨｚ、デューティ比５０％成膜用ガス：ＳｉＣｌ₄、バブリング温度
５０℃ キャリアガス：Ｈ₂ ２００ｓｃｃｍ基体温度：４５０℃ 実験例２図１の装置による窒化チタン膜の形成成膜条件基体Ｓ１：４インチのシリコンウエハ高周波電極サイズ：直径２００ｍｍ成膜圧力：０．６Ｔｏｒｒ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、高周波電力
２００Ｗ振幅変調周波数６８ｋＨｚ、デューティ比５０％成膜用ガス：ＴｉＣｌ₄、バブリング温度
５０℃ ＮＨ₃ ２００ｓｃｃｍキャリアガス：Ｎ₂ ６０ｓｃｃｍ基体温度：３００℃ 実験例３図１の装置による炭化シリコン膜の形成成膜条件基体Ｓ１：直径１００ｍｍのアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）板高周波電極サイズ：直径２００ｍｍ成膜圧力：０．５Ｔｏｒｒ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、高周波電力
４００Ｗ振幅変調周波数１０ｋＨｚ、デューティ比５０％成膜用ガス：ＳｉＣｌ₄、バブリング温度
３５℃ ＣＨ₄ １０００ｓｃｃｍキャリアガス：Ｈ₂ １０００ｃｃｍ基体温度：５００℃ 実験例４図１の装置による炭化シリコン膜の形成成膜条件基体Ｓ１：直径１００ｍｍのアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）板高周波電極サイズ：直径２００ｍｍ成膜圧力：０．５Ｔｏｒｒ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、高周波電力
４００Ｗ振幅変調周波数５０ｋＨｚ、デューティ比５０％成膜用ガス：ＳｉＣｌ₄、バブリング温度
３５℃ ＣＨ₄ １０００ｓｃｃｍキャリアガス：Ｈ₂ １０００ｃｃｍ基体温度：５００℃ 実験例５図３の装置によるポリシリコン（ｐ−Ｓ
ｉ）膜の形成成膜条件基体Ｓ１：４インチのシリコンウエハ高周波電極サイズ：直径２００ｍｍ成膜圧力：１Ｔｏｒｒ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、高周波電力１
００Ｗ第１の振幅変調周波数 68kHz 、デューティ比 50％第２の振幅変調周波数１kHz 、デューティ比 50％成膜用ガス：ＳｉＣｌ₄、バブリング温度
４０℃ キャリアガス：Ｈ₂ ２００ｓｃｃｍ基体温度：４５０℃ 実験例６図３の装置による窒化チタン膜の形成成膜条件基体Ｓ１：４インチのシリコンウエハ高周波電極サイズ：直径２００ｍｍ成膜圧力：０．６Ｔｏｒｒ高周波電力：１３．５６ＭＨｚ、高周波電力２
００Ｗ第１の振幅変調周波数 68kHz 、デューティ比 50％第２の振幅変調周波数１kHz 、デューティ比 50％成膜用ガス：ＴｉＣｌ₄、バブリング温度
２５℃ ＮＨ₃ ２００ｓｃｃｍキャリアガス：Ｎ₂ ６０ｓｃｃｍ基体温度：３００℃ また、図６に示す従来装置により、本発明のように振幅
変調を施さず、基体温度を５５０℃とした点を除いて他
は実験例１と同じ成膜条件でｐ−Ｓｉ膜を形成した（比
較例１）。

【００３４】また、図６に示す従来装置により、本発明
のように振幅変調を施さず、基体温度を５００℃とした
点を除いて他は実験例２と同じ成膜条件で窒化チタン膜
を形成した（比較例２）。また、図６に示す従来装置に
より、本発明のように振幅変調を施さず、基体温度を８
００℃とした点を除いて他は実験例３、４と同じ成膜条
件で炭化シリコン膜を形成した（比較例３）。

【００３５】実験例１、２、５、６及び比較例１、２に
より形成された膜について、成膜速度、膜中Ｃｌ残存量
及び直径０．１μｍ以上の大きさのパーティクルの密度
を評価した。膜中Ｃｌ残存量はオージェ分光分析法によ
り測定し、パーティクルの密度はレーザ散乱法（Ｍｉｅ
散乱法）によりプラズマ中のレーザ散乱強度を測定し、
０．１μｍ以上のパーティクルの密度に換算することで
求めた。また、実験例２、６及び比較例２については、
形成された膜の色調についても評価した。

【００３６】結果を表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】前記実験から、原料ガスのプラズマ化を、
所定周波数の基本高周波電力に第１の振幅変調を施した
高周波電力印加により行うことで、該変調を施さないと
きと比べて膜中Ｃｌ残存量が低減したことが判る。ま
た、窒化チタン膜については、振幅変調を施すことで形
成された膜の色調が茶色から金色に変わったが、これは
窒化チタンの緻密度が増し、配向したためと考えられ
る。

【００３９】また、原料ガスのプラズマ化を、所定周波
数の基本高周波電力に第１の振幅変調を施した状態の高
周波電力印加により行うことで、該変調電力を採用しな
いときよりパーティクルの発生が抑制されると共に成膜
速度が向上することが判り、また、第２の振幅変調も施
せばパーティクルの発生が一層抑制されると共に成膜速
度が一層向上することが判る。

【００４０】また、実験例３、４及び比較例３により形
成された膜について、成膜速度、膜密着性、ビッカース
硬度、膜中の炭素（Ｃ）原子数とシリコン（Ｓｉ）原子
数との比（Ｃ／Ｓｉ組成比）及び膜中塩素比（Ｃｌ／Ｓ
ｉ比）を評価した。膜密着性はスキャンニングスクラッ
チ試験機により剥離開始荷重を測定することで評価し
た。

【００４１】結果を表２に示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】原料ガスのプラズマ化を、所定周波数の基
本高周波電力に第１の振幅変調を施した高周波電力印加
により行うことで、該変調を施さないときと比べて、膜
密着力、ビッカース硬度、塩素比はほぼ変わりなく、Ｃ
／Ｓｉ組成比は低下した。また、成膜速度は向上した。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、危
険なガスを用いることなく、また膜質を悪化させる高温
成膜を避けてａ−Ｓｉ膜や窒化シリコン膜等のＳｉ化合
物膜や窒化チタン等のチタン（Ｔｉ）化合物膜等を安全
に形成することができ、しかも膜質を悪化させるパーテ
ィクルの発生を抑制すると共に成膜速度を著しく低下さ
せることなく、或いは向上させて成膜することができる
プラズマＣＶＤ法及び装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に用いるプラズマＣＶＤ装置
の１例の概略構成を示す図である。

【図２】図（Ａ）は基本高周波電力波形の概略を示す
図、図（Ｂ）は図（Ａ）の高周波電力に第１の振幅変調
を施した状態の高周波電力波形の概略を示す図、図
（Ｃ）は図（Ｂ）の高周波電力に第２の振幅変調を施し
た状態の高周波電力波形の一例の概略を示す図、図
（Ｄ）は図（Ｂ）の高周波電力に第２の振幅変調を施し
た状態の高周波電力波形の他の例の概略を示す図であ
る。

【図３】本発明方法の実施に用いるプラズマＣＶＤ装置
の他の例の概略構成を示す図である。

【図４】プラズマ中の高速電子を説明する図である。

【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置の１例の概略構成を
示す図である。

【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置の他の例の概略構成
を示す図である。

【符号の説明】

１真空容器２基体ホルダを兼ねる接地電極３高周波電極３１、３１Ａ、３１Ｂマッチングボックス３３、３６高周波電力発生装置３４ＲＦパワーアンプ３５、３７高周波信号発生器４成膜用原料ガス供給部５１弁５２排気ポンプＳ１基体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜用原料ガスを高周波電力印加により
プラズマ化し、このプラズマに被成膜基体を曝して該基
体上に膜形成を行うプラズマＣＶＤ法において、前記原
料ガスとして所定の膜を形成するためのハロゲン化合物
ガス、又はハロゲン化合物ガス及びこれと共に所定の膜
を形成するための該ハロゲン化合物ガスとは異なる種類
のガスを用い、該原料ガスのプラズマ化を、１０ＭＨｚ
から２００ＭＨｚの範囲の所定周波数の基本高周波電力
に該所定周波数の１００００分の１から１０分の１の範
囲の変調周波数で振幅変調を施した状態の高周波電力を
印加することで行うプラズマＣＶＤ法。
【請求項２】前記成膜用原料ガスのプラズマ化を、前
記基本高周波電力に前記振幅変調を施し、さらに、該変
調周波数の１００倍未満で１００分の１より大きい変調
周波数で第２の振幅変調を施した状態の高周波電力の印
加により行う請求項１記載のプラズマＣＶＤ法。
【請求項３】前記振幅変調を電力印加のオンオフを伴
う変調とする請求項１又は２記載のプラズマＣＶＤ法。
【請求項４】成膜用原料ガス供給部から供給される成
膜用原料ガスを高周波電力印加手段による高周波電力の
印加によりプラズマ化し、このプラズマに被成膜基体を
曝して該基体上に膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置にお
いて、前記高周波電力印加手段が、周波数１０ＭＨｚか
ら２００ＭＨｚの範囲の所定周波数の基本高周波電力に
該所定周波数の１００００分の１から１０分の１の範囲
の変調周波数で振幅変調を施した状態の高周波電力を印
加するものであり、前記原料ガス供給部が、前記成膜用
原料ガスとして所定の膜を形成するためのハロゲン化合
物ガス、又はハロゲン化合物ガス及びこれと共に所定の
膜を形成するための該ハロゲン化合物ガスとは異なる種
類のガスを供給するものであるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】前記高周波電力印加手段が、前記基本高
周波電力に前記振幅変調を施し、さらに、該変調周波数
の１００倍未満で１００分の１より大きい変調周波数で
第２の振幅変調を施した状態の高周波電力を印加するも
のである請求項４記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】前記高周波電力印加手段は、前記振幅変
調を電力印加のオンオフを伴って行うものである請求項
４又は５記載のプラズマＣＶＤ装置。