JPH08100270A - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Abstract
膜室内部に堆積した膜からの微粉末の発生を抑え、表面
欠陥の少ない高品質な薄膜を形成する。 【構成】 ベルジャ11と、ベルジャに電力を供給する電
力供給機構12と、成膜室13と、成膜室等を真空排気する
排気機構15と、プラズマ生成用原料ガスを供給する第1
ガス供給機構16と、薄膜形成用材料ガスを供給する第2
ガス供給機構17を備え、さらに材料ガスと生成されたプ
ラズマのうち少なくともいずれか一方が、第2ガス供給
機構の成膜室内供給端部と成膜室の内壁面との間の空間
に進入するのを阻止する遮断部材61を設ける。遮断部材
は大きな曲率を有する部分によって形成される。
Description
に、半導体素子等の製造でガス状態の原材料を導入しプ
ラズマの作用を利用して薄膜を形成する薄膜形成装置に
関する。
して説明する。この薄膜形成装置は、プラズマ生成用の
原料ガスに酸素ガス(O2 )を用いかつ薄膜形成用の材
料ガスにモノシランガス(SiH4 )を用いることによ
り熱酸化膜と同等またはそれに近い膜質の酸化珪素薄膜
を形成するためのプラズマCVD装置である。
ズマ生成に使用されるベルジャ11と、ベルジャ11に
電力を供給する電力供給機構12と、ベルジャ11と空
間的につながっている成膜室13と、成膜室13の周囲
に設けられかつ成膜室13の内部にマルチカスプ磁場を
形成するための磁場生成機構14と、ベルジャ11およ
び成膜室13を真空排気するための排気機構15と、成
膜室13に上記酸素ガスを供給するための第1のガス供
給機構16と、上記モノシランガスを供給するための第
2のガス供給機構17を備える。
ジャ11は誘電体で形成され、プラズマ生成室として機
能する。より具体的には、ベルジャ11は上端が閉じら
れた直径が例えば100mmの石英ガラス管で作られ、
開放された下端は下部の成膜室13に接続される。電力
供給機構12は、高周波電源21と、整合器22と、ベ
ルジャ11の周囲に配置されたループ状アンテナ23で
構成される。高周波電源21には例えば周波数13.5
6MHzの高周波を出力する電源が使用される。なお電
力供給機構12は高周波を供給するものに限定されな
い。成膜室13は例えば高さ230mm、直径360m
mの有底円筒形状のアルミニウム合金にて形成され、成
膜室13の周囲に配置される磁場生成機構14は例えば
12対24極の永久磁石で形成される。さらに排気機構
15は、排気用チャンバ31と2段のバルブ32a,3
2bと排気ポンプ33から構成される。排気ポンプ33
では、主排気ポンプとしてターボ分子ポンプ33a、補
助排気ポンプとしてドライポンプ33bが用いられてい
る。
する基板ホルダ42が設置される。この基板ホルダ42
の内部には熱交換媒体が循環する構造43と温度検出器
(図示せず)が備えられ、所望温度での加熱・冷却とい
った温度制御が可能である。さらに基板ホルダ42に
は、基板41にバイアス電力を印加できるように高周波
電源44が接続されている。高周波電源44には周波数
400kHzの高周波を出力する電源が使用される。
造を示す図で、一部を断面で示している。ガス供給機構
17の成膜室13内の供給端部は、リング形状のパイプ
部材51となっている。パイプ部材51のリング状内側
面には例えば等間隔に配置された複数のガス噴射孔52
が形成され、リング状外側面には例えば1本の輸送パイ
プ53が設けられる。このリング状パイプ部材51は、
輸送パイプ53を支持する支持部材54、および類似し
た構造を有する他の複数の支持部材55によって成膜室
13内に固定される。支持部材54は成膜室13の内外
を通じさせる筒部材構造を有し、成膜室13の壁部に固
定されている。支持部材55も同じく成膜室13の壁部
に固定される。ガス供給機構17で供給されるモノシラ
ンガスは支持部材54および輸送パイプ53を経由して
パイプ部材51に至り、パイプ部材51の複数のガス噴
射孔52から成膜室13内へ噴射され、基板41の表面
に供給される。矢印56はモノシランガスの噴射方向を
示す。
のプラズマCVD装置で酸化珪素膜を形成し続けると、
プラズマに接する成膜室13の内壁面13aに酸化珪素
膜が堆積すると共に、プラズマが回り込むことによりプ
ラズマに接するパイプ部材51、パイプ部材51の支持
部材54,55、輸送パイプ53の表面全体に酸化珪素
膜が堆積するという現象が生じる。成膜室13の内部構
造物に酸化珪素膜が堆積すると、やがては酸化珪素膜の
内部応力により剥がれ落ちて微粉末の発生原因となり、
基板41の酸化珪素薄膜上に表面欠陥を生じさせ、当該
酸素珪素薄膜の商品価値を低下せしめるという問題を生
じる。
面13aは、前述のごとく高さ230mm、直径360
mmの比較的大きな有底円筒形の形状を有し、鋭利な角
の部分や曲率の小さい部分を排除した形状で作ることが
できるため、薄膜形成作用によって堆積した酸化珪素薄
膜は内部応力の少ない膜となり、相当量の堆積膜厚に至
るまで剥がれ落ちることが少ない。これに対して、パイ
プ部材51、支持部材54,55、輸送パイプ53は、
曲率半径の小さな形状(例えば曲率半径5mm程度のパ
イプ)を有し、さらにパイプ部材51と支持部材54と
の接続部分には鋭利な角部が形成されたり、支持部材5
4,55そのものが鋭利な角部を有する金属板で形成さ
れる。このような曲率半径が小さい部分や鋭利な角の部
分に酸化珪素膜が堆積すると、薄膜の内部応力が大きく
なり、僅かの堆積膜厚で膜が剥がれ落ちるという問題が
発生する。
ため、プラズマガスと材料ガスを利用した薄膜形成にお
いて、成膜室内部に堆積・形成された膜からの微粉末の
発生を抑え、表面欠陥の少ない高品質な薄膜を形成でき
る薄膜形成装置を提供することにある。
置は、上記目的を達成するために、プラズマ生成室と、
プラズマ生成室に電力を供給するための電力供給機構
と、プラズマ生成室と空間的につながる成膜室と、プラ
ズマ生成室と成膜室を真空排気する排気機構と、成膜室
にプラズマ生成用の原料ガスを供給する第1ガス供給機
構と、成膜室に薄膜形成用の材料ガスを供給する第2ガ
ス供給機構とを備え、さらに、材料ガスと生成されたプ
ラズマのうち少なくともいずれか一方が、第2ガス供給
機構の成膜室内供給端部と成膜室の内壁面との間の空間
に進入するのを阻止する遮断部材を設けるように構成さ
れる。
材は、第2ガス供給機構の成膜室内供給端部と前記空間
とを覆うように設けられた部材である。
部材は大きな曲率を有する部分によって形成される。
部材は電気的に絶縁されていることを特徴とする。
マ原料ガスが成膜室とプラズマ生成室に導入され、プラ
ズマ生成室に電力が供給され、原料ガス分子と電力が相
互作用を起こすことによりプラズマ生成室でプラズマが
生成される。次に第2ガス供給機構により材料ガスが成
膜室に導入・拡散される。成膜室内部は、プラズマで満
たされているので、材料ガスはプラズマと化学反応を起
こし、薄膜成分が生成される。原料ガスが酸素ガス、材
料ガスがモノシランガスの場合、酸素プラズマが生成さ
れ、酸化珪素と水が分解・生成される。生成された薄膜
成分は、基板の表面上に堆積すると共に成膜室内部の内
壁面および遮断部材の表面上に堆積する。第2ガス供給
機構の成膜室内供給端部と成膜室の内壁面とに狭まれた
空間にプラズマガスや材料ガスが侵入するのを阻止する
ための遮断部材が設置されるので、成膜室内供給端部に
関連する支持部材や輸送パイプ等に薄膜が堆積すること
を防ぐことができる。遮断部材は、成膜室の内壁面と同
様に大きな曲率半径を有する部分で形成され、曲率の小
さい部分や鋭利な角の部分を排除しているので、薄膜形
成作用により堆積した膜は内部応力の少ない膜となり、
相当量の堆積膜厚に至るまで剥がれ落ちることが少なく
なる。この結果、微粉末の発生を制御することができ、
長期間に亘り高品質な薄膜を形成できる。
づいて説明する。
図4と図5で説明した構成と同じである。すなわち、薄
膜形成装置はプラズマCVD装置であり、プラズマ生成
に使用されるベルジャ11と、ベルジャ11に例えば高
周波電力を供給する電力供給機構12と、ベルジャ11
と空間的につながっている成膜室13と、成膜室13の
周囲に設けられかつ成膜室13の内部にマルチカスプ磁
場を形成するための磁場生成機構14と、ベルジャ11
および成膜室13を真空排気するための排気機構15
と、成膜室13に酸素ガス等のプラズマ生成用原料ガス
を供給するための第1のガス供給機構16と、モノシラ
ンガス等の薄膜形成用材料ガスを供給するための第2の
ガス供給機構17を備える。また成膜室13の内部には
基板41を支持する基板ホルダ42が設置され、基板ホ
ルダ42には基板41にバイアス電力を印加できるよう
に高周波電源44が接続される。第2のガス供給機構1
7の成膜室13内の供給端部はリング状パイプ部材51
となっている。パイプ部材51は、輸送パイプ53を支
持する支持部材54とこれに類似する複数の支持部材5
5によって成膜室13内に固定される。
として酸素ガスを供給し、材料ガスとしてモノシランガ
スを供給することとし、これによって、酸素プラズマが
生成され、当該酸素プラズマとモノシランガスとの化学
反応によって酸化珪素薄膜が形成される。
原理の説明は、前述した説明を参照することとし、ここ
では省略する。なお本発明に係る薄膜形成装置は、上記
プラズマCVD装置に限定されるものではない。また上
記磁場生成機構14は必ず必要なものではない。
を示した図1を参照してその特徴を説明する。
成膜室内供給端部であるリング状パイプ部材51におい
て、そのリング状内側面には例えば等間隔に配置された
複数のガス噴射孔52が形成され、そのリング状外側面
には輸送パイプ53が設けられる。ガス供給機構17で
供給されるモノシランガスは輸送パイプ53を経由して
パイプ部材51に至り、パイプ部材51の複数のガス噴
射孔52から噴射され、処理対象である基板41の表面
に供給される。
うに、輸送パイプ53と支持部材54、さらに類似した
形状を有する複数の支持部材55によって成膜室13の
内壁面13aに固定されている。
3に供給された材料ガスとベルジャ11から成膜室13
へ拡散したプラズマのうちいずれか一方または両方が、
パイプ部材51と成膜室13の内壁面13aとの間の空
間に進入するのを阻止するための部材である。図1に示
されるように遮断部材61は、パイプ部材51と輸送パ
イプ53と支持部材54,55を覆うまたは包み込むよ
うな、外側が開放された断面U字型のリング状形態を有
し、特に曲率の大きな部分によって形成される形態を有
する。換言すれば、遮断部材61の形態では、材料ガス
(モノシランガス)やプラズマ(酸素プラズマ)に触れ
る表面であって薄膜(酸化珪素薄膜)が堆積する表面に
おいて、当該薄膜の内部応力を大きくして僅かの堆積膜
厚で膜が剥がれ落ちることを可能にする曲率の小さい部
分や鋭利な角の部分が形成されることを排除している。
遮断部材61の形態における曲率の大きな部分に関する
望ましい曲率の値は、形成しようとする薄膜に応じて決
定される。遮断部材61の外側周縁部は、成膜室13の
内壁面13aに気密に固定される。固定の仕方として
は、例えば、溶接による固定やシール部材を介した締結
手段による固定が採用される。なお遮断部材61には、
上記パイプ部材51の複数の噴射孔52に対応して複数
の噴射孔62が形成されている。
よって、ベルジャ11で生成され、ここから成膜室13
へ拡散したプラズマ、あるいは第2のガス供給機構17
によって導入されたモノシランガスがパイプ部材51と
成膜室13の内壁面13aとの間の空間に進入するのを
防止することができる。これにより、成膜室13の内壁
面13aの側に向いたパイプ部材51の部分と輸送パイ
プ53と支持部材54,55に対してプラズマの進入ま
たはモノシランガスの進入を防ぐことができるので、そ
の結果、これらの部分の表面に酸化珪素薄膜が堆積する
のを防ぐことができる。
態や固定位置は上記の条件を満たす範囲内で任意に変更
することができる。
mの厚さで酸化珪素薄膜を形成した場合、半導体基板の
処理枚数に対して、酸化珪素薄膜が形成された後の半導
体基板表面上の微粉末の数の変化を示したグラフであ
る。図3において、縦軸は微粉末の数、横軸は半導体基
板の処理枚数を意味している。また微粉末は、6インチ
珪素半導体基板の直径140mmより内側の領域に対し
て直径0.3μm以上のものを計測した。
4と図5で示した従来の薄膜形成装置を用いた場合の微
粉末数の変化であり、折線B(マーカ■)は、本発明の
実施例である図1に示した遮断部材61を備えた薄膜形
成装置を用いた場合の微粉末の数の変化である。
の付近から微粉末の数が急峻的に増大しており、その数
は150個を越えて数万個に至っている。数万個の領域
は図示を省略している。この状態で、第2のガス供給機
構17であるパイプ部材51を成膜室13より取り出し
て、堆積膜の付着状況を観察すると、支持部材54等と
の接合部にて堆積膜の剥がれが確認された。従って、堆
積膜の剥がれ現象が微粉末の急増発生の原因とみなすこ
とができる。
処理枚数が150枚に至るまで微粉末の数は100個以
下である。この状態で、遮断部材61と第2のガス供給
機構17の供給端部であるパイプ部材51を成膜室13
から取り出して、堆積膜の付着状況を観察すると、遮断
部材61の表面には酸化珪素膜が付着しているものの剥
がれ現象は観察されなかった。またパイプ部材51の表
面については酸化珪素膜の堆積は確認されなかった。
4,55により成膜室13の内壁面13aに固定し、遮
断部材61をパイプ部材51と輸送パイプ53と支持部
材54,55を包み込む形態にてパイプ部材51と成膜
室13の内壁面13aによって狭まれる空間に設置する
ことにより、成膜室13の内壁面側に向いたパイプ部材
51の部分、輸送パイプ53、支持部材54,55等の
鋭利な角の部分または曲率が小さい部分に酸化珪素薄膜
が堆積するのを防ぐことができるので、微粉末の発生を
制御することができる。
態とすることで、プラズマとの接触によるプラズマ中の
荷電粒子の損失を抑制することができる。その結果、プ
ラズマの高密度化を維持することが可能となり、プラズ
マ放電をより安定かつ活性に持続することができ、酸化
珪素薄膜の成膜速度を維持することができる。遮断部材
61が電気的に絶縁された状態とするためには、遮断部
材61を電気的絶縁部材で作製したり、あるいは遮断部
材61を金属等の導電性部材で作製し、接触する他の部
分との間に絶縁部材を設ける。
めの第2のガス供給機構17の成膜室内供給端部の周辺
部に遮断部材を設けた例を説明したが、プラズマ生成用
原料ガスを供給するための第1のガス供給機構16の成
膜室内供給端部の周辺部に同様な構造の遮断部材を設け
ることもできる。また第1と第2のガス供給機構の成膜
室内供給端部の各周辺部を1つの共通の遮断部材で覆う
ようにすることもできる。
れば、次の効果を奏する。
薄膜を形成する装置において、成膜室内に設けられた材
料ガス供給機構の供給端部の周辺に遮断部材を設けるよ
うにしたため、プラズマまたは材料ガスが供給端部と成
膜室の壁面との間の空間に進入するのを防ぐことがで
き、これにより曲率の小さい部分や鋭利な角を有する部
分に薄膜が堆積されるのを防ぐことができ、結果的に微
粉末の発生を抑制でき、基板上に表面欠陥の少ない高品
質な薄膜を形成できる。
れる形態を有するので、遮断部材の表面に薄膜が形成さ
れたとしても、相当の膜厚になるまで微粉末の発生が抑
制され、基板上に表面欠陥の少ない高品質な薄膜を形成
できる。
けたため、プラズマ中の荷電粒子の損失を抑制すること
ができ、その結果、プラズマの高密度化を維持すること
が可能となり、プラズマ放電をより安定化、活性化を持
続することができ、酸化珪素薄膜の成膜速度を維持する
ことができる。
示す一部断面構成図である。
装置による薄膜形成性能の比較を示すグラフである。
る。
構の詳細な構造を示す一部断面構成図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 プラズマ生成室と、このプラズマ生成室
に電力を供給するための電力供給機構と、前記プラズマ
生成室と空間的につながる成膜室と、前記プラズマ生成
室と前記成膜室を真空排気する排気機構と、前記成膜室
にプラズマ生成用の原料ガスを供給する第1ガス供給機
構と、前記成膜室に薄膜形成用の材料ガスを供給する第
2ガス供給機構とを備える薄膜形成装置において、 前記材料ガスと生成されたプラズマのうち少なくともい
ずれか一方が、前記第2ガス供給機構の成膜室内供給端
部と前記成膜室の内壁面との間の空間に進入するのを阻
止する遮断部材を設けたことを特徴とする薄膜形成装
置。 - 【請求項2】 前記遮断部材は前記第2ガス供給機構の
前記成膜室内供給端部と前記空間とを覆うように設けら
れた部材であることを特徴とする請求項1記載の薄膜形
成装置。 - 【請求項3】 前記遮断部材は大きな曲率を有する部分
によって形成されることを特徴とする請求項1または2
記載の薄膜形成装置。 - 【請求項4】 前記遮断部材は電気的に絶縁されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の薄
膜形成装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26161894A JP3699142B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 薄膜形成装置 |
TW085212359U TW326969U (en) | 1994-09-30 | 1995-08-11 | Thin film forming device |
US08/519,732 US5522936A (en) | 1994-09-30 | 1995-08-28 | Thin film deposition apparatus |
KR1019950027377A KR0167829B1 (ko) | 1994-09-30 | 1995-08-30 | 박막형성장치 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26161894A JP3699142B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 薄膜形成装置 |
Publications (2)
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