JPH0769790A - 薄膜作製装置 - Google Patents

薄膜作製装置

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JPH0769790A
JPH0769790A JP23734193A JP23734193A JPH0769790A JP H0769790 A JPH0769790 A JP H0769790A JP 23734193 A JP23734193 A JP 23734193A JP 23734193 A JP23734193 A JP 23734193A JP H0769790 A JPH0769790 A JP H0769790A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
substrate
cathode electrode
plasma
high frequency
Prior art date
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Pending
Application number
JP23734193A
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English (en)
Inventor
Yukinobu Hibino
幸信 日比野
Masamichi Matsuura
正道 松浦
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 [目的] 高周波電源を用いた容量結合型の薄膜作製装
置において高品質かつ大面積の薄膜を作製すること。 [構成] 真空槽11内にカソード電極15及びアノー
ド電極16を平行に配設し、一方のカソード電極は10
0MHzの高周波電源14と導波管16によりスタブチ
ューナー17を介して接続される。他方のアノード電極
16は接地され、アノード電極16上には薄膜を作製さ
せる基板18が載置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、機械、工具、光学等で
使用する薄膜を、CVD法により大面積に成膜する装置
に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】従来の高周波電源を用い
た容量結合型の薄膜作製装置は図4で示されるように、
真空槽1、真空槽1内を排気するための排気系2、原料
ガスを導入するためのマスフローコントローラー3及び
プラズマを発生させるためのRF領域、例えば、13.
56MHzの高周波電源4とからなる。真空槽1内には
一対の電極であるカソード電極5とアノード電極6とが
平行に配設され、一方のカソード電極5はマッチングボ
ックス内に収容されているブロッキングコンデンサー7
を介して13.56MHzの高周波電源4に接続され、
他方のアノード電極6は接地されている。アノード電極
6の表面上には基板、例えば、シリコンウェハ基板8が
載置され、アノード電極6の裏面には基板8を加熱する
赤外線ランプ10が配設されている。9は電極間に発生
したプラズマを示している。
【0003】以上のように構成される高周波電源を使用
した容量結合型の薄膜作製装置で、通常の薄膜、例え
ば、アモルファスシリコン薄膜を作製する場合について
説明すると、薄膜作製時の真空槽1内の圧力は10-1
orr程度である。このような低圧力下においてプラズ
マ放電を行うと、真空槽1内の圧力が低いためプラズマ
が真空槽1内全体に広がりカソード電極5及びアノード
電極6の両電極間の電極面積比、アノード電極面積/カ
ソード電極面積は1より大巾に大となり、電極間の平均
的電位分布は図5(A)で示されるような電位分布とな
る。陰極であるカソード電極5側においては電圧降下が
生じて負のセルフバイアスVDCが形成され、又、プラズ
マ電位VP0は10〜15V程度となる。従って、アノー
ド電極6上の基板8には、プラズマ中で励起されたラジ
カルや適当なイオンの照射を受けて良質の薄膜が作製さ
れる。
【0004】ところで、ダイヤモンド薄膜を作製するに
は、従来、熱フィラメント法、DCプラズマ法、マイク
ロ波プラズマ法、有磁場マイクロ波プラズマ法、DCプ
ラズマトーチ法、又は燃焼炎法等多くの方法が考えられ
てきたが、上述したようなアモルファスシリコン薄膜の
作製に広く用いられている13.56MHzの高周波電
源を用いた容量結合型の薄膜作製装置でプラズマCVD
法によりダイヤモンド薄膜を作製する場合、良質のダイ
ヤモンド膜は合成できないといわれている。それは、ダ
イヤモンド薄膜作製時の真空槽1内の圧力が数10To
rrであり、このような圧力下においてプラズマ放電を
行うと、真空槽1内の圧力は通常のプラズマCVD法の
成膜圧力、例えば、上述したアモルファスシリコンの成
膜圧力である10-1Torr程度に比べると高いため、
プラズマがカソード電極5とアノード電極6との両電極
間内に局在し、カソード電極面積とアノード電極面積は
見かけ上等しくなり、放電時の電極間における平均的電
位分布は図5の(B)で示されるような電位分布とな
る。従って、カソード電極5側には低圧力下のプラズマ
放電で形成するような負のセルフバイアスが形成され
ず、プラズマ電位VP1は図5の(A)で示されている低
圧成膜時のプラズマ電位VP0に比べて高電位となり、ア
ノード電極6上の基板8にはダイヤモンド薄膜形成に必
要な活性種が入射するが、基板8上に堆積したダイヤモ
ンド薄膜はプラズマ電位VP1に相当する高エネルギーの
イオンの照射を受け、堆積しながらグラファイト化する
ので良質のダイヤモンド薄膜を作製することができな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】以上述べたように、
13.56MHzの高周波電源を用いた容量結合型の薄
膜作製装置では薄膜を作製するのに、その薄膜の真空槽
内の成膜圧力によってカソード電極とアノード電極間の
電位分布が大きく変化するので、高圧力下の成膜では良
質な薄膜を作製することができなかった。
【0006】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、高圧
力下の成膜でも高品質な薄膜を大面積に作製することが
できる高周波電源を用いた容量結合型の薄膜作製装置を
提供することを目的としている。
【0007】
【問題点を解決するための手段】以上の目的は、真空容
器内にカソード電極とアノード電極を対向して設置し、
電極間に高周波電圧を印加する容量結合型の薄膜作製装
置において、前記カソード電極に30〜300MHzの
VHF領域の高周波電圧を印加して成膜することを特徴
とする薄膜作製装置によって達成される。
【0008】
【作用】カソード電極に30〜300MHzのVHF領
域の高周波電圧を印加してプラズマ放電を行うことによ
り、プラズマ密度の増加及びカソード電極とアノード電
極間の電位分布が改善され、高品質な薄膜を作製するこ
とができる。更に、カソード電極に負の直流電圧を重畳
して印加させて、30〜300MHzのVHF領域の高
周波放電と直流放電を同時に行うことにより、より高品
質な薄膜を作製することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例による薄膜作製装置に
ついて図面を参照して説明する。
【0010】本実施例による薄膜作製装置は図1で示さ
れるように主として、真空槽11、排気系12、原料ガ
スを導入するためのマスフローコントローラー13、及
びプラズマを発生させるための30〜300MHzのV
HF領域の高周波電源14(本実施例では100MHz
高周波電源)とからなる。真空槽11内には、平板形の
一対の電極であるカソード電極15とアノード電極16
が平行に配設されている。一方のカソード電極15は高
周波電源、本実施例では100MHzの高周波電源14
に導波管16により接続され、途中、スタブチューナー
17が取り付けられている。又、カソード電極15は、
スタブチューナー17に到達する前に分岐した導波管1
6によりローパスフィルター(L.P.F)を介して直
流電源20に接続されている。直流電源20はカソード
電極15に負の直流電圧を重畳し印加する場合に使用
し、ローパスフィルター21は高周波電源14から直流
電源20への電流の流入を防止するために取り付けられ
ている。又、他方のアノード電極16は接地されてお
り、アノード電極16の表面上にはダイヤモンド薄膜を
作製させる基板18が載置され、アノード電極16の裏
面には基板18を加熱するための赤外線ランプ19が配
設されている。排気系12は、真空槽11内の排気を行
い、マスフローコントローラー13は真空槽11内の圧
力を一定に保持するように原料ガスの導入、停止、及び
その流量の調節を行う。22は電極間に発生したプラズ
マの様子を示している。
【0011】以上、本発明の実施例による薄膜作製装置
の構成について説明したが、次にその作用について説明
する。
【0012】ダイヤモンド薄膜の成膜前に、成膜初期段
階におけるダイヤモンド核発生密度数を向上させるた
め、基板18はダイヤモンド砥粒で傷付け処理する。こ
の基板18を真空槽11内のアノード電極16上に載置
した後、真空槽11内を排気系12により10-2Tor
rまで真空排気し、基板18を赤外線ランプ19により
加熱して基板温度を800℃に保持する。更に真空槽1
1内には、マスフローコントローラー13により原料ガ
ス、例えば、濃度1%の水素希釈のメタンガス(CH4
+H2 )を導入して、100MHz高周波電源14によ
りカソード電極15に電力を投入し、プラズマ点火を行
う。マスフローコントローラー13からは原料ガスの導
入流量を増大させ、真空槽11内の圧力を数10Tor
rまで増加させる。その後、原料ガスの流量をマスフロ
ーコントローラー13により一定量に制御し、真空槽1
1内の圧力を数10Torrに保持する。このときのプ
ラズマ発生の様子は図1の22で示される。
【0013】以上のように高周波放電を行うことにより
薄膜を作製するが、従来技術で記載したように、低圧力
下で成膜されるアモルファスシリコン薄膜及び高圧力下
で成膜されるダイヤモンド薄膜(このときの高周波電源
は13.56MHz)の電極間の平均的電位分布はそれ
ぞれ図5の(A)、(B)に示されており、更に、図2
にはこれらと本実施例による100MHz高周波電源を
使用したダイヤモンド薄膜成膜時の電極間の平均的電位
分布が各々、相対的に示されている。これによれば、1
3.56MHzの高周波放電の場合と、本実施例での1
00MHzの高周波放電の場合とでは、周波数を13.
56MHzから100MHzに増加させることにより、
電極間のプラズマ密度が増加するので、13.56MH
zのプラズマ電位VP1より100MHzのプラズマ電位
P2は下降し、成膜時のアノード電極16上の基板18
へのイオン照射を低減させることができる。従って、基
板18上には高品質なダイヤモンド薄膜が作製され、こ
の状態を2〜3時間保持すると、高品質なダイヤモンド
薄膜が1μm程度の厚さで成長する。
【0014】更に、図1に示されている直流電源20に
より、負の直流電圧を重畳し印加してダイヤモンド薄膜
を作製した場合の電極間の平均的電位分布は図3に示さ
れており、先に述べた100MHzの高周波電源のみを
印加した場合との電極間の平均的電位分布が各々、相対
的に示されている。これによれば、100MHzの高周
波放電のみの場合のプラズマ電位VP2より高周波放電と
直流放電を同時に行った場合のプラズマ電位VP3はさら
に下降し、アノード電極16上の基板18へのイオンの
照射をさらに低減させることができる。従って、より高
品質なダイヤモンド薄膜を作製することができる。
【0015】又、例えば、本実施例では30〜300M
HzのVHF領域内である100MHzの高周波電源を
用いたが、これより周波数がさらに高いマイクロ波放電
法によりダイヤモンド薄膜を作製した場合、本実施例と
同じ圧力領域下で純粋なダイヤモンド薄膜が合成されて
いる。しかしながら、本実施例では、周波数を100M
Hzとしたことにより、高品質なダイヤモンド薄膜を作
製することができるばかりでなく、その波長が1〜3m
と長いので、マイクロ波放電法に比べて大面積に薄膜を
作製することができる。
【0016】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の
技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0017】例えば、本実施例においては、ダイヤモン
ド薄膜を作製する場合について述べたが、その他の4B
族元素、例えば、アモルファスシリコンに対しても同様
に良質な膜を作製することができる。
【0018】又、以上の実施例では、電極の形状を一対
の平行な平板形としたが、カソード電極の形状を立体型
(例えば、コイル形、円筒形)としてもよい。
【0019】
【発明の効果】本発明の薄膜作製装置によれば、高周波
電源を用いた容量結合型で、基本周波数を30〜300
MHzのVHF領域としてプラズマ放電を行うことによ
り、プラズマ密度を増加させ、又、電極間の平均的電位
分布の改善をすることができるので、より高品質でかつ
大面積の薄膜を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による高周波電源を用いた容量
結合型の薄膜作製装置である。
【図2】本装置において13.56MHzの高周波電源
を用いた場合と、100MHzの高周波電源を用いた場
合の電極間の平均的電位分布を示す図である。
【図3】本装置において100MHzの高周波電源のみ
を用いた場合と、負の直流電源を重畳印加した場合の電
極間の平均的電位分布を示す図である。
【図4】従来の高周波電源を用いた容量結合型の薄膜作
製装置の側面図である。
【図5】Aは従来の薄膜作製装置においてアモルファス
シリコン成膜時の電極間の平均的電位分布を示す図であ
り、Bは従来の同装置においてダイヤモンド薄膜成膜時
の電極間の平均的電位分布を示す図である。
【符号の説明】
14 高周波電源 15 カソード電極 20 直流電源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内にカソード電極とアノード電
    極を対向して設置し、電極間に高周波電圧を印加する容
    量結合型の薄膜作製装置において、前記カソード電極に
    30〜300MHzのVHF領域の高周波電圧を印加し
    て成膜することを特徴とする薄膜作製装置。
  2. 【請求項2】 前記カソード電極に負の直流電圧を重畳
    して印加させ、30〜300MHzのVHF領域での高
    周波放電と直流放電とを同時に行い、成膜することを特
    徴とする請求項1に記載の薄膜作製装置。
JP23734193A 1993-08-30 1993-08-30 薄膜作製装置 Pending JPH0769790A (ja)

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