JPH08144059A - Continuous film forming device and continuous film formation - Google Patents

Continuous film forming device and continuous film formation

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JPH08144059A
JPH08144059A JP28225394A JP28225394A JPH08144059A JP H08144059 A JPH08144059 A JP H08144059A JP 28225394 A JP28225394 A JP 28225394A JP 28225394 A JP28225394 A JP 28225394A JP H08144059 A JPH08144059 A JP H08144059A
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JP
Japan
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substrate
vacuum processing
thin film
plasma
processing chamber
Prior art date
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Application number
JP28225394A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiko Imashiro
信彦 今城
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To enlarge the area in consideration of mass productivity and to improve treatability at the same time without damaging the interface between a thin film and a dielectric film. CONSTITUTION: An arc-discharge plasma current 13 is made into sheet in a first plasma producing chamber 11 and introduced into a first vacuum treating chamber 10, a raw gas is supplied to the plasma current 13 to form a thin film on a substrate 1, and the substrate is transported to a second treating chamber 20 under reduced pressure. An arc-plasma current 23 is made into sheet in a second plasma producing chamber 21 and introduced, and a raw gas for forming a dielectric layer is supplied into the plasma current 23, excited and decomposed. The generated active species is allowed to react with the thin film to form a dielectric layer on the thin film surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマプロセスを用
いた基体の表面処理方法に係り、特にプラズマを利用し
て大面積の基体の表面に複数の層からなる多層膜を連続
して形成する上で有効な連続成膜装置および連続成膜方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for treating a surface of a substrate using a plasma process, and in particular, plasma is used to continuously form a multi-layered film consisting of a plurality of layers on the surface of a large-area substrate. The present invention relates to a continuous film forming apparatus and a continuous film forming method effective above.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、基体や基体上に形成された薄膜
の表面に、酸化膜、窒化膜等の誘電体膜を形成する方法
としては、直接、CVD法、PVD法等の堆積成膜法に
より基体上に誘電体膜を形成する方法が知られている。
2. Description of the Related Art Generally, as a method for forming a dielectric film such as an oxide film or a nitride film on the surface of a substrate or a thin film formed on the substrate, a direct deposition method such as a CVD method or a PVD method is used. A method of forming a dielectric film on a substrate is known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、基体等の表面
に新たに誘電体膜をCVD法やPVD法により形成する
堆積法の場合には、基体等と誘電体膜の界面部分に界面
層が形成されたり、形成時のプロセスによっては、基体
等の側にダメージを入れてしまうために基体等の本来の
特性を発現できなくなってしまうといった問題があっ
た。
However, in the case of a deposition method in which a dielectric film is newly formed on the surface of a substrate or the like by CVD or PVD, an interface layer is formed at the interface between the substrate and the dielectric film. There is a problem in that the original characteristics of the substrate or the like cannot be expressed because the substrate or the like is damaged depending on the formation or the process at the time of formation.

【0004】特に、液晶テレビ等への応用が基体される
薄膜トランジスタの場合には、p−CVD法により、同
一真空系で連続成膜し、デバイスを作成しているが、半
導体膜上に絶縁膜を連続に堆積した場合には、絶縁膜形
成時のプラズマによるダメージが半導体膜中に導入され
るために、不十分なトランジスタ特性しか得られないと
いう問題があった。
In particular, in the case of a thin film transistor which is mainly applied to a liquid crystal television or the like, a device is formed by continuously forming a film by the p-CVD method in the same vacuum system, but an insulating film is formed on a semiconductor film. In the case of continuously depositing, the plasma damage during the formation of the insulating film is introduced into the semiconductor film, resulting in insufficient transistor characteristics.

【0005】そこで、上述の堆積法の他に、基体上に形
成された薄膜の表面に処理を施して誘電体層を形成する
方法として、高温の酸素または窒素雰囲気に基体を配置
する高温プロセスや、溶液中に基体等を浸漬し、電気化
学的な方法により酸化膜を低温で形成する陽極酸化法
(例えば、ガラス上のアモルファスシリコン薄膜の陽極
酸化に関しては、Electronics Letters 19(1983)6を参
照)、あるいは、ECRソースやヘリコンソースを用い
たプラズマを利用した酸化法(例えばシリコンの酸化に
関しては、K. Eljabaly et al J. Electrochem. Soc. 1
38 (1991)1064 、Y. Kawai et al, Appl. Phys Lett. 6
4 (1994) 2223 等参照)等が検討されている。
Therefore, in addition to the above-described deposition method, as a method of forming a dielectric layer by treating the surface of a thin film formed on a substrate, a high temperature process of arranging the substrate in a high temperature oxygen or nitrogen atmosphere or , An anodizing method in which a substrate or the like is immersed in a solution and an oxide film is formed at a low temperature by an electrochemical method (for example, regarding anodization of an amorphous silicon thin film on glass, see Electronics Letters 19 (1983) 6). ), Or an oxidation method using plasma using an ECR source or a helicon source (for example, regarding the oxidation of silicon, K. Eljabaly et al J. Electrochem. Soc. 1
38 (1991) 1064, Y. Kawai et al, Appl. Phys Lett. 6
4 (1994) 2223, etc.) are being considered.

【0006】しかし、高温プロセスを利用した場合に
は、基体の耐熱性等の問題があり、応用性が限定される
という問題があり、また、陽極酸化法の場合には、低温
で誘電体層を形成することが可能であるが、溶液系と基
体等との系が限定されることが問題となっている。そし
てプラズマを利用した酸化法の場合には、ある程度の反
応速度が得られるが、大面積の基体等に対して処理をし
ようとする場合には、そのプラズマソースの大きさが限
定されるために、通常のウエハーサイズ程度のものには
対応できるがより大面積の基体等の場合には対応できな
いという問題があった。
However, when the high temperature process is used, there are problems such as heat resistance of the substrate, which limits the applicability, and in the case of the anodic oxidation method, the dielectric layer is low at a low temperature. However, it is a problem that the system of the solution system and the substrate is limited. In the case of an oxidation method using plasma, a certain reaction rate can be obtained, but when processing a large-area substrate, the size of the plasma source is limited. However, there is a problem that it is possible to deal with a wafer of a normal size, but it is not possible to deal with a substrate having a larger area.

【0007】このように、基体等と誘電体膜の界面にダ
メージを与えず、かつ、量産性を考えた場合の大面積化
と処理性を両立できる、誘電体膜を含めた多層膜の連続
成膜方法および装置は知られていない。
As described above, a continuous multi-layer film including a dielectric film, which does not damage the interface between the substrate and the dielectric film, and which can achieve both large area and processability in view of mass productivity. The film forming method and apparatus are not known.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した問題
を解決すべくなされたものであり、減圧された雰囲気が
調整できる第1および第2の少なくとも2つの真空処理
室(10、20)と、各々の真空処理室にそれぞれゲー
トバルブ(12、22)を介して接続された第1および
第2のプラズマ発生室(11、21)と、各々のプラズ
マ発生室で発生したプラズマをシート化するシート化手
段と、上記第1および第2の真空処理室の間に介在する
仕切りバルブ(5)と、基体搬送手段とを少なくとも有
する連続成膜装置であって、第1のプラズマ発生室(1
1)で発生し、シート化手段によりシート状に変形され
て第1の真空処理室(10)に導かれたアーク放電プラ
ズマ流(13)中に、第1の薄膜形成用原料ガスを供給
し、第1の真空処理室(10)内の基体(1)上に第1
の薄膜を形成した後に、基体搬送手段により減圧下で基
体(1)を仕切りバルブ(5)を経て第2の真空処理室
(20)へ搬送し、第2のプラズマ発生室(21)で発
生し、シート化手段によりシート状に変形されて第2の
真空処理室(20)に導かれたアーク放電プラズマ流
(23)中に、誘電体層形成用原料ガスを供給して励
起、分解し、それにより発生した活性種を基体(1)上
の第1の薄膜と反応させることにより、第1の薄膜表面
に誘電体層を形成するようにしたことを特徴とする連続
成膜装置(以下、第1の発明という)、および、
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and at least two first and second vacuum processing chambers (10, 20) in which a reduced pressure atmosphere can be adjusted. And first and second plasma generation chambers (11, 21) connected to the respective vacuum processing chambers via gate valves (12, 22) respectively, and the plasma generated in each plasma generation chamber is formed into a sheet. A continuous film forming apparatus having at least a sheet forming means, a partition valve (5) interposed between the first and second vacuum processing chambers, and a substrate transfer means, the first plasma generating chamber ( 1
The first raw material gas for forming a thin film is supplied into the arc discharge plasma flow (13) which is generated in 1), is transformed into a sheet by the sheet forming means, and is guided to the first vacuum processing chamber (10). A first on the substrate (1) in the first vacuum processing chamber (10)
After forming the thin film, the substrate (1) is transferred to the second vacuum processing chamber (20) through the partition valve (5) under reduced pressure by the substrate transfer means, and is generated in the second plasma generation chamber (21). Then, the dielectric layer forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (23) which is deformed into a sheet shape by the sheet forming means and is guided to the second vacuum processing chamber (20) to be excited and decomposed. A continuous film forming apparatus characterized in that a dielectric layer is formed on the surface of the first thin film by reacting the active species generated thereby with the first thin film on the substrate (1) (hereinafter , The first invention), and

【0009】減圧された雰囲気が調整できる第1、第
2、および第3の少なくとも3つの真空処理室(10、
20、30)と、各々の真空処理室にそれぞれゲートバ
ルブ(12、22、32)を介して接続された第1、第
2、および第3のプラズマ発生室(11、21、31)
と、各々のプラズマ発生室で発生したプラズマをシート
化するシート化手段と、上記第1、第2、および第3の
真空処理室の間に介在する仕切りバルブ(5、6)と、
基体搬送手段とを少なくとも有する連続成膜装置であっ
て、第1のプラズマ発生室(11)で発生し、シート化
手段によりシート状に変形されて第1の真空処理室(1
0)に導かれたアーク放電プラズマ流(13)中に、第
1の薄膜形成用原料ガスを供給し、第1の真空処理室
(10)内の基体(1)上に第1の薄膜を形成した後
に、基体搬送手段により減圧下で基体(1)を仕切りバ
ルブ(5)を経て第2の真空処理室(20)へ搬送し、
第2のプラズマ発生室(21)で発生し、シート化手段
によりシート状に変形されて第2の真空処理室(20)
に導かれたアーク放電プラズマ流(23)中に、誘電体
層形成用原料ガスを供給して励起、分解し、それにより
発生した活性種を基体(1)上の第1の薄膜と反応させ
ることにより、第1の薄膜表面に誘電体層を形成した後
に、基体搬送手段により減圧下で基体(1)を仕切りバ
ルブ(6)を経て第3の真空処理室(30)へ搬送し、
第3のプラズマ発生室(31)で発生し、シート化手段
によりシート状に変形されて第3の真空処理室(30)
に導かれたアーク放電プラズマ流(33)中に、第2の
薄膜形成用原料ガスを供給し、誘電体層上に第2の薄膜
を形成するようにしたことを特徴とする連続成膜装置
(以下、第2の発明という)、および、
[0009] At least three first, second and third vacuum processing chambers (10,
20, 30) and first, second and third plasma generation chambers (11, 21, 31) connected to respective vacuum processing chambers via gate valves (12, 22, 32), respectively.
Sheet forming means for converting the plasma generated in each plasma generating chamber into a sheet, and a partition valve (5, 6) interposed between the first, second and third vacuum processing chambers,
A continuous film forming apparatus having at least a substrate transfer means, which is generated in a first plasma generation chamber (11) and transformed into a sheet by a sheet forming means to generate a first vacuum processing chamber (1).
0) is supplied to the arc discharge plasma flow (13) to supply the first thin film forming raw material gas to form the first thin film on the substrate (1) in the first vacuum processing chamber (10). After forming, the substrate (1) is transported to the second vacuum processing chamber (20) through the partition valve (5) under reduced pressure by the substrate transporting means,
The second vacuum processing chamber (20) is generated in the second plasma generating chamber (21) and transformed into a sheet by the sheet forming means.
Into the arc discharge plasma flow (23) introduced to the substrate, a raw material gas for forming a dielectric layer is supplied, excited and decomposed, and the active species generated thereby react with the first thin film on the substrate (1). Thus, after the dielectric layer is formed on the surface of the first thin film, the substrate (1) is transported to the third vacuum processing chamber (30) through the partition valve (6) under reduced pressure by the substrate transporting means.
It is generated in the third plasma generating chamber (31) and is transformed into a sheet by the sheet forming means to be the third vacuum processing chamber (30).
Continuous film forming apparatus characterized in that the second thin film forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (33) guided to the step (3) to form the second thin film on the dielectric layer. (Hereinafter referred to as the second invention), and

【0010】第1のプラズマ発生室(11)で発生し、
シート状に変形されて第1の真空処理室10に導かれた
アーク放電プラズマ流(13)中に、第1の薄膜形成用
原料ガスを供給し、第1の真空処理室(10)内の基体
(1)上に第1の薄膜を形成した後に、減圧下で基体
(1)を第2の真空処理室(20)へ搬送し、第2のプ
ラズマ発生室(21)で発生し、シート状に変形されて
第2の真空処理室(20)に導かれたアーク放電プラズ
マ流(23)中に、誘電体層形成用原料ガスを供給して
励起、分解し、それにより発生した活性種を基体(1)
上の第1の薄膜と反応させることにより、第1の薄膜表
面に誘電体層を形成することを特徴とする連続成膜方法
(以下、第3の発明という)、および、
Generated in the first plasma generation chamber (11),
The first thin film forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (13) which is deformed into a sheet shape and introduced into the first vacuum processing chamber 10 so that the inside of the first vacuum processing chamber (10) is supplied. After forming the first thin film on the substrate (1), the substrate (1) is transferred to the second vacuum processing chamber (20) under reduced pressure, and is generated in the second plasma generation chamber (21) to form a sheet. The source gas for forming the dielectric layer is supplied to the arc discharge plasma flow (23) which is deformed into a shape and guided to the second vacuum processing chamber (20) to be excited and decomposed, thereby generating the active species. The base (1)
A continuous film forming method characterized by forming a dielectric layer on the surface of the first thin film by reacting with the above first thin film (hereinafter referred to as the third invention), and

【0011】第1のプラズマ発生室(11)で発生し、
シート状に変形されて第1の真空処理室(10)に導か
れたアーク放電プラズマ流(13)中に、第1の薄膜形
成用原料ガスを供給し、第1の真空処理室(10)内の
基体(1)上に第1の薄膜を形成した後に、減圧下で基
体(1)を第2の真空処理室(20)へ搬送し、第2の
プラズマ発生室(21)で発生し、シート状に変形され
て第2の真空処理室(20)に導かれたアーク放電プラ
ズマ流(23)中に、誘電体層形成用原料ガスを供給し
て励起、分解し、それにより発生した活性種を基体
(1)上の第1の薄膜と反応させることにより、第1の
薄膜表面に誘電体層を形成した後に、減圧下で基体
(1)を第3の真空処理室(30)へ搬送し、第3のプ
ラズマ発生室(31)で発生し、シート状に変形されて
第3の真空処理室(30)に導かれたアーク放電プラズ
マ流(33)中に、第2の薄膜形成用原料ガスを供給
し、誘電体層上に第2の薄膜を形成することを特徴とす
る連続成膜方法(以下、第4の発明といい、第1〜第4
の発明をあわせて本発明という。)、を提供する。
Generated in the first plasma generation chamber (11),
The first thin film forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (13) which is deformed into a sheet and guided to the first vacuum processing chamber (10) to supply the first vacuum processing chamber (10). After the first thin film is formed on the substrate (1) in the inside, the substrate (1) is transferred to the second vacuum processing chamber (20) under reduced pressure and is generated in the second plasma generation chamber (21). The dielectric layer forming raw material gas was supplied into the arc discharge plasma flow (23) which was deformed into a sheet shape and was introduced into the second vacuum processing chamber (20) to be excited and decomposed, thereby being generated. After forming a dielectric layer on the surface of the first thin film by reacting the active species with the first thin film on the substrate (1), the substrate (1) is placed under reduced pressure in the third vacuum processing chamber (30). And is generated in the third plasma generation chamber (31) and is deformed into a sheet shape to form the third vacuum processing chamber (30). A second thin film forming raw material gas is supplied into the guided arc discharge plasma flow (33) to form a second thin film on the dielectric layer. Invention of No. 4, first to fourth
These inventions are collectively referred to as the present invention. ),I will provide a.

【0012】図1および図2は、本発明にかかる連続成
膜装置の一例の概略断面図である。図1および図2にお
いて、1は基体、2は基体準備室、3は基体取り出し
室、4、5、6、7は仕切りバルブ、10は第1の真空
処理室、11は第1のプラズマ発生室、12はゲートバ
ルブ、13はアーク放電プラズマ流、14は陽極(アノ
ード)、15はプラズマガン、16はコイル、17は中
間電極、20は第2の真空処理室、21は第2のプラズ
マ発生室、22はゲートバルブ、23はアーク放電プラ
ズマ流、24は陽極(アノード)、25はプラズマガ
ン、26はコイル、27は中間電極、30は第3の真空
処理室、31は第3のプラズマ発生室、32はゲートバ
ルブ、33はアーク放電プラズマ流、34は陽極(アノ
ード)、35はプラズマガン、36はコイル、37は中
間電極である。
1 and 2 are schematic sectional views of an example of a continuous film forming apparatus according to the present invention. In FIGS. 1 and 2, 1 is a substrate, 2 is a substrate preparation chamber, 3 is a substrate take-out chamber, 4, 5, 6, and 7 are partition valves, 10 is a first vacuum processing chamber, and 11 is a first plasma generation. Chamber, 12 gate valve, 13 arc discharge plasma flow, 14 anode, 15 plasma gun, 16 coil, 17 intermediate electrode, 20 second vacuum processing chamber, 21 second plasma Generating chamber, 22 is a gate valve, 23 is an arc discharge plasma flow, 24 is an anode (anode), 25 is a plasma gun, 26 is a coil, 27 is an intermediate electrode, 30 is a third vacuum processing chamber, and 31 is a third vacuum processing chamber. Plasma generation chamber, 32 is a gate valve, 33 is an arc discharge plasma flow, 34 is an anode, 35 is a plasma gun, 36 is a coil, and 37 is an intermediate electrode.

【0013】本発明において、プラズマ発生室11、2
1、31においてそれぞれプラズマを発生させるプラズ
マガン15、25、35の構成としては、ガン部分に対
向して配置される陽極との間でアーク放電を起こし、ア
ーク放電プラズマ流を生成し得るものが好ましく、特に
複合陰極型プラズマガン、圧力勾配型プラズマガン、あ
るいは両者を組み合わせたものが望ましい(浦本上進,
「真空」25(1992)660参照)。
In the present invention, the plasma generation chambers 11 and 2 are
The plasma guns 15, 25, and 35 for generating plasma in Nos. 1 and 31, respectively, are those capable of generating an arc discharge plasma flow by causing an arc discharge with an anode arranged facing the gun portion. A composite cathode type plasma gun, a pressure gradient type plasma gun, or a combination of both is desirable (Uramoto Joshin,
"Vacuum" 25 (1992) 660).

【0014】ここで、複合陰極型プラズマガンは、熱容
量の小さいタングステン・タンタル・モリブデン等の高
融点金属からなるコイル状またはパイプ状の補助電極と
ホウ化ランタンからなる主陰極とを有し、上記補助電極
に初期放電を集中させ、それを利用して主陰極を加熱
し、主陰極が最終陰極としてのアーク放電を行うように
したものであり、補助電極が2500℃以上の高温にな
って、寿命に影響する前に主陰極が1500〜1800
℃に加熱されて大量放出が可能な状態になり、補助陰極
のそれ以上の温度上昇が回避されるという利点がある。
Here, the composite cathode type plasma gun has a coil- or pipe-shaped auxiliary electrode made of a refractory metal having a small heat capacity such as tungsten, tantalum, molybdenum, and a main cathode made of lanthanum boride. The initial discharge is concentrated on the auxiliary electrode, the main cathode is heated by using it, and the main cathode performs arc discharge as the final cathode. When the auxiliary electrode reaches a high temperature of 2500 ° C. or higher, The main cathode is 1500-1800 before it affects the life.
There is an advantage in that it can be heated to 0 ° C. to be in a state where a large amount can be discharged, and a further temperature rise of the auxiliary cathode can be avoided.

【0015】また圧力勾配型プラズマガンは、陰極と陽
極との間に中間電極17、27、37を介在させ、陰極
領域を1Torr程度に、また、陽極領域を10-3To
rr程度に保って放電を行うものであり、陽極領域から
のイオン逆流による陰極の損傷がないうえに、中間電極
のない放電方式と比べて、放電電子流を作り出すための
キャリアガスのガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が
可能であるという利点がある。
In the pressure gradient type plasma gun, the intermediate electrodes 17, 27 and 37 are interposed between the cathode and the anode, the cathode region is set to about 1 Torr, and the anode region is set to 10 −3 To.
The discharge is carried out while keeping the discharge rate at about rr, and the cathode is not damaged by the ion backflow from the anode region, and the gas efficiency of the carrier gas for generating the discharge electron flow is higher than that of the discharge method without the intermediate electrode. It has the advantage of being extremely high and capable of discharging a large amount of current.

【0016】このため、上述した複合陰極型プラズマガ
ンと圧力勾配型プラズマガンを組み合わせたプラズマガ
ンを構成するようにすれば、上述した利点を同時に得る
ことができるので、本発明のプラズマガンとして望まし
い。
Therefore, by constructing a plasma gun in which the above-mentioned composite cathode type plasma gun and pressure gradient type plasma gun are combined, the above-mentioned advantages can be obtained at the same time, which is desirable as the plasma gun of the present invention. .

【0017】さらに、プラズマ発生室から引き出したプ
ラズマをシート状にし処理することにより、分布の良い
成膜および誘電体層形成処理ができる。この際に用いる
シート化手段としては、プラズマガンにより生成された
プラズマを変形させるものであればよく、マグネットや
コイル等でプラズマを両側から押しつぶす磁界を形成で
きるように構成することが望ましい。図1および図2に
は図示されていないが、紙面を挟むように配置された一
対の磁石が各プラズマ発生室と真空処理室との間の位置
に設けられている。
Further, by processing the plasma drawn from the plasma generating chamber into a sheet shape, it is possible to perform film formation with good distribution and dielectric layer formation processing. The sheet forming means used at this time may be any one that deforms the plasma generated by the plasma gun, and it is desirable that the sheet can be formed by a magnet, a coil or the like so as to form a magnetic field that crushes the plasma from both sides. Although not shown in FIGS. 1 and 2, a pair of magnets arranged so as to sandwich the paper surface is provided at a position between each plasma generation chamber and the vacuum processing chamber.

【0018】さらにプラズマガン15、25、35の取
り付けについては、プラズマガンの交換作業性を考慮し
て、真空処理室10、20、30の外側に、それぞれゲ
ートバルブ12、22、32を介してプラズマガンを着
脱自在に取り付けるようにすることが望ましい。また成
膜や誘電体層形成処理をしようとする基体1が大型の基
体である場合には、1つの真空処理室に対して複数のプ
ラズマガンを並列に配置し、同時に放電させることによ
り、1つの真空処理室内に大面積の平板状のプラズマを
形成でき、容易に大面積の基体を処理することが可能に
なる。
Further, regarding the mounting of the plasma guns 15, 25, 35, in consideration of the workability of exchanging the plasma guns, the gate valves 12, 22, 32 are provided outside the vacuum processing chambers 10, 20, 30 respectively. It is desirable to attach the plasma gun detachably. When the substrate 1 on which film formation or dielectric layer formation processing is to be performed is a large-sized substrate, a plurality of plasma guns are arranged in parallel in one vacuum processing chamber and discharged at the same time, A large-area flat-plate plasma can be formed in one vacuum processing chamber, and a large-area substrate can be easily processed.

【0019】プラズマを発生させるために、プラズマガ
ンに導入する放電ガスとしては、放電効率、処理性能等
の点から、希ガス、水素ガス、または希ガスと水素ガス
の混合ガスを用いることが望ましい。特に堆積しようと
する薄膜または形成しようとする誘電体膜の種類によっ
ては、膜中に水素を添加することにより、膜中のダング
リングボンド等の欠陥密度を低減することが可能になる
ので、水素ガスを用いることはより好ましい方法であ
る。
From the viewpoint of discharge efficiency, processing performance, etc., it is desirable to use rare gas, hydrogen gas, or a mixed gas of rare gas and hydrogen gas as the discharge gas introduced into the plasma gun in order to generate plasma. . Depending on the type of the thin film to be deposited or the dielectric film to be formed, hydrogen can be added to the film to reduce the defect density such as dangling bonds in the film. Using gas is a more preferred method.

【0020】基体1としては特に制限されないが、各種
のガラス基板、プラスチック基板、プラスチックフィル
ムや、シリコン等の単結晶基板等も基体として使用でき
る。また基体1上に形成される第1の薄膜や第2の薄膜
としては、非晶質シリコン、多結晶シリコン等の半導体
膜や、チタン薄膜、タンタル薄膜などの金属膜や、前記
金属の酸化物膜、窒化物膜および酸窒化物膜などがあげ
られる。
The substrate 1 is not particularly limited, but various glass substrates, plastic substrates, plastic films, single crystal substrates of silicon, etc. can be used as the substrate. The first thin film and the second thin film formed on the base 1 are semiconductor films such as amorphous silicon and polycrystalline silicon, metal films such as titanium thin film and tantalum thin film, and oxides of the above metals. Examples thereof include a film, a nitride film and an oxynitride film.

【0021】本発明において形成できる誘電体層として
は、特に限定されないが、基体1上にすでに堆積されて
いる第1の薄膜材料の酸化物、窒化物、炭化物や、これ
らの複合物があげられる。またこれらの誘電体層を形成
するための誘電体層形成用原料ガスとしては、酸化物を
形成するためには、酸素ガス、NO2 ガス等のガスが、
また窒化物を形成するためには、窒素ガス、アンモニア
ガス等が、炭化物を形成するためには、メタンガス等の
炭化水素ガスを用いることが望ましいが、特に限定され
ない。これらの複合物を形成するためには、これらの混
合ガスを用いればよい。またこれ以外の誘電体層を形成
するためには、その誘電体層を形成する元素を含むガス
を用いればよい。
The dielectric layer that can be formed in the present invention is not particularly limited, but examples thereof include oxides, nitrides and carbides of the first thin film material already deposited on the substrate 1 and composites thereof. . As the dielectric layer forming raw material gas for forming these dielectric layers, in order to form an oxide, a gas such as oxygen gas or NO 2 gas is used.
Further, it is desirable to use nitrogen gas, ammonia gas or the like for forming the nitride, and hydrocarbon gas such as methane gas for forming the carbide, but it is not particularly limited. These mixed gases may be used to form these composites. Further, in order to form a dielectric layer other than this, a gas containing an element forming the dielectric layer may be used.

【0022】本発明における誘電体層の形成に際して
は、原料ガスをプラズマ中に供給し、励起、分解し、そ
れにより発生した活性種を、基体上に予め形成された第
1の薄膜材料と反応させることにより、誘電体層を形成
する。このため、従来から知られている堆積成膜法によ
る場合と比較して、優れた誘電体層−第1の薄膜界面を
形成できる。
In forming the dielectric layer in the present invention, a source gas is supplied into plasma, excited and decomposed, and active species generated thereby react with the first thin film material previously formed on the substrate. By doing so, a dielectric layer is formed. Therefore, an excellent dielectric layer-first thin film interface can be formed as compared with the conventionally known deposition method.

【0023】また、従来の平行平板型のプラズマ成膜装
置等のプラズマを利用した方法と比較した場合、本発明
によれば、処理しようとする基体とプラズマとの距離を
調節することにより、任意の強度のプラズマ領域または
プラズマ領域外の非発光領域に基体を配置できる。この
ため、誘電体層を形成するための誘電体層形成用原料ガ
スについて、その時に必要とされる原料ガスの励起分解
エネルギーを選択し、基体表面の第1の薄膜にダメージ
を与える可能性の高いイオン等の第1の薄膜表面への到
達量を制御して低く抑えることや、ロングライフタイム
のラジカルの第1の薄膜表面への到達量を最適化するこ
とが容易になり、プラズマ中の荷電粒子等による第1の
薄膜へのダメージを低減できるので、第1の薄膜の特性
を損なうことなく第1の薄膜表面に誘電体層を形成でき
る。
Further, according to the present invention, the distance between the substrate to be processed and the plasma can be adjusted arbitrarily as compared with the conventional method using plasma such as a parallel plate type plasma film forming apparatus. The substrate can be placed in a plasma region of high intensity or in a non-luminous region outside the plasma region. Therefore, for the dielectric layer forming raw material gas for forming the dielectric layer, the excitation decomposition energy of the raw material gas required at that time is selected, and the first thin film on the substrate surface may be damaged. It becomes easy to control the amount of high ions or the like reaching the surface of the first thin film to be low, and to optimize the amount of long-lifetime radicals reaching the surface of the first thin film. Since the damage to the first thin film due to charged particles or the like can be reduced, the dielectric layer can be formed on the surface of the first thin film without impairing the characteristics of the first thin film.

【0024】具体的には、シート状のアーク放電プラズ
マ流に対して垂直な方向に関して、プラズマの発生のた
めに用いられた放電ガスの主発光ピークの強度が、プラ
ズマ最強部の強度の1/2以下になる領域に、基体をシ
ート状プラズマ流とほぼ平行に設置することが、形成さ
れる誘電体層の膜厚均一性、基体位置の最適化の観点で
望ましい。
Specifically, in the direction perpendicular to the sheet-shaped arc discharge plasma flow, the intensity of the main emission peak of the discharge gas used to generate plasma is 1 / the intensity of the strongest part of the plasma. It is desirable to install the substrate in a region of 2 or less in parallel with the sheet-like plasma flow, from the viewpoint of film thickness uniformity of the formed dielectric layer and optimization of the substrate position.

【0025】第2および第4の発明における第2の薄膜
の種類は特に限定されないが、形成された誘電体層上
に、同様の誘電体膜を第2の薄膜として形成することも
できる。こうすると、誘電体層の形成速度が充分でない
場合に、良好な誘電体層−第1の薄膜界面を保ったまま
で、厚い膜厚の誘電体層を高速で形成することも可能に
なる。
The type of the second thin film in the second and fourth inventions is not particularly limited, but a similar dielectric film can be formed as the second thin film on the formed dielectric layer. This makes it possible to form a thick dielectric layer at a high speed while maintaining a good dielectric layer-first thin film interface when the formation rate of the dielectric layer is not sufficient.

【0026】本発明においては、第1の薄膜形成を行う
第1の真空処理室、誘電体層形成を行う第2の真空処理
室、および、第2および第4の発明においては第2の薄
膜形成を行う第3の真空処理室、の組み合わせを示した
が、これのみに限定されず、必要とされる薄膜の組み合
わせに応じて、さらにその他の真空処理室を組み合わせ
ることも可能である。また他の薄膜形成方法、例えばス
パッタリング法等のPVD法や、平行平板型のp−CV
D装置等と組み合わせて成膜装置を構成することもでき
る。
In the present invention, the first vacuum processing chamber for forming the first thin film, the second vacuum processing chamber for forming the dielectric layer, and the second thin film in the second and fourth inventions. Although the combination of the third vacuum processing chamber for forming is shown, the present invention is not limited to this, and it is possible to combine other vacuum processing chambers depending on the required combination of thin films. Other thin film forming methods, for example, a PVD method such as a sputtering method or a parallel plate type p-CV
A film forming apparatus can also be configured by combining with a D device or the like.

【0027】また、図1および図2に示したように、基
体導入のための基体準備室(ロードロック室)2や基体
取り出しのための基体取り出し室(アンロードロック
室)3を組み合わせたり、さらに、原料ガスの相互拡散
による不純物の導入を防止するための予備室を真空処理
室間に設けたりすることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a substrate preparation chamber (load lock chamber) 2 for introducing a substrate and a substrate take-out chamber (unload lock chamber) 3 for taking out a substrate may be combined, Furthermore, a preliminary chamber for preventing the introduction of impurities due to the mutual diffusion of the source gases can be provided between the vacuum processing chambers.

【0028】[0028]

【実施例】【Example】

[実施例1]以下、実施例に基づいて第1および第3の
発明を詳細に説明する。図1は、第1および第3の発明
にかかる装置の一例の概略断面図である。図1におい
て、1は基体、2は基体準備室、3は基体取り出し室、
4、5、6は仕切りバルブ、10は第1の真空処理室、
11は第1のプラズマ発生室、12はゲートバルブ、1
3はアーク放電プラズマ流、14は陽極(アノード)、
15はプラズマガン、16はコイル、17は中間電極、
20は第2の真空処理室、21は第2のプラズマ発生
室、22はゲートバルブ、23はアーク放電プラズマ
流、24は陽極(アノード)、25はプラズマガン、2
6はコイル、27は中間電極である。
[Embodiment 1] Hereinafter, the first and third inventions will be described in detail based on embodiments. FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of an apparatus according to the first and third inventions. In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is a substrate preparation chamber, 3 is a substrate take-out chamber,
4, 5 and 6 are partition valves, 10 is the first vacuum processing chamber,
11 is a first plasma generation chamber, 12 is a gate valve, 1
3 is an arc discharge plasma flow, 14 is an anode,
15 is a plasma gun, 16 is a coil, 17 is an intermediate electrode,
20 is a second vacuum processing chamber, 21 is a second plasma generating chamber, 22 is a gate valve, 23 is an arc discharge plasma flow, 24 is an anode, 25 is a plasma gun, 2
6 is a coil and 27 is an intermediate electrode.

【0029】まず、基体1として10cm角のガラス基
板を基体準備室2に導入し、高真空に排気した後に第1
の真空処理室10へ基体搬送手段により基板を搬送し
た。次に、1×10-7Torrまで排気した後に、プラ
ズマガン15から放電ガスとして、アルゴンガス(20
sccm)と水素ガス(60sccm)の混合ガスを流
し、励起電流を80Aとして放電させた。放電安定後、
第1のプラズマ発生室11のゲートバルブ12側に設け
られたコイル16による磁界を用いてプラズマを第1の
真空処理室10の方へ導くとともに、第1のプラズマ発
生室11と第1の真空処理室10の間付近に図1の紙面
をはさむように配置された1対の磁石による磁界を用い
て、このプラズマを概略シート状に変形した。
First, a 10 cm square glass substrate is introduced into the substrate preparation chamber 2 as the substrate 1 and evacuated to a high vacuum.
The substrate was transported to the vacuum processing chamber 10 by the substrate transporting means. Next, after exhausting to 1 × 10 −7 Torr, an argon gas (20
sccm) and hydrogen gas (60 sccm) were passed through the mixture to discharge at an excitation current of 80A. After the discharge is stable,
The plasma is guided to the first vacuum processing chamber 10 by using the magnetic field generated by the coil 16 provided on the gate valve 12 side of the first plasma generation chamber 11, and the first plasma generation chamber 11 and the first vacuum chamber are connected to each other. This plasma was transformed into a substantially sheet shape by using a magnetic field generated by a pair of magnets arranged between the processing chambers 10 so as to sandwich the paper surface of FIG.

【0030】プラズマ流安定後、原料ガス供給配管から
第1の薄膜形成用原料ガスとしてSiH4 ガスとSiF
4 ガスを流量比2:1で供給し、基板温度580℃で、
8分間成膜を行い、第1の薄膜として多結晶シリコン膜
を形成した(このときの膜厚は、120nm程度である
ことを次の誘電体層形成処理を行わなかった実績により
求めてある。)。
After the plasma flow is stabilized, SiH 4 gas and SiF are used as the first raw material gas for forming a thin film from the raw material gas supply pipe.
4 gases are supplied at a flow rate ratio of 2: 1 and the substrate temperature is 580 ° C.
A film was formed for 8 minutes to form a polycrystalline silicon film as the first thin film (the film thickness at this time was determined to be about 120 nm based on the results of not performing the subsequent dielectric layer forming process). ).

【0031】しかる後に、放電を停止し、第1の真空室
10内を5×10-7Torrまで排気し、仕切りバルブ
5を経て基板を第2の真空処理室20へ搬送した。搬送
完了後、第1の薄膜の成膜時と同様に、1×10-7To
rrまで排気した後に、プラズマガン25から放電ガス
として、アルゴンガス(20sccm)と水素ガス(6
0sccm)の混合ガスを流し、励起電流を100Aと
して放電させた。放電安定後、第2のプラズマ発生室2
1のゲートバルブ22側に設けられたコイル26による
磁界を用いてプラズマを第2の真空処理室20の方へ導
くとともに、第2のプラズマ発生室21と第2の真空処
理室20の間付近に、図1の紙面をはさむように配置さ
れた1対の磁石による磁界を用いて、このプラズマを概
略シート状に変形した。
After that, the discharge was stopped, the inside of the first vacuum chamber 10 was evacuated to 5 × 10 −7 Torr, and the substrate was transferred to the second vacuum processing chamber 20 through the partition valve 5. After the completion of the transfer, 1 × 10 −7 To as in the case of forming the first thin film
After evacuating to rr, the plasma gun 25 discharges argon gas (20 sccm) and hydrogen gas (6 sc
A mixed gas (0 sccm) was caused to flow, and the excitation current was set to 100 A to cause discharge. After the discharge is stabilized, the second plasma generation chamber 2
The plasma is guided to the second vacuum processing chamber 20 by using the magnetic field generated by the coil 26 provided on the side of the first gate valve 22 and the vicinity of the space between the second plasma generating chamber 21 and the second vacuum processing chamber 20. Then, the plasma was transformed into a substantially sheet shape by using a magnetic field of a pair of magnets arranged so as to sandwich the paper surface of FIG.

【0032】プラズマ流安定後、原料ガス供給配管から
誘電体層形成用原料ガスとして、酸素ガス(60scc
m)およびアルゴンガス(20sccm)の混合ガスを
流し、基板温度400℃で5分間、誘電体層(酸化シリ
コン層)形成処理を行った。なおこのときのプラズマ−
基板間距離は、アルゴンガスの706.7nmの発光ピ
ークの強度が最強部の1/2なる距離の2倍の距離とし
た。その後プラズマを停止し、ガスの供給を停止した後
に、第2の真空室内を5×10-7Torrまで排気し、
基板を基体取り出し室3に搬送し、搬送完了後基体取り
出し室3を大気開放し、基板を取り出した。
After the plasma flow is stabilized, oxygen gas (60 sccc) is used as a raw material gas for forming the dielectric layer from the raw material gas supply pipe.
m) and an argon gas (20 sccm) were flowed, and a dielectric layer (silicon oxide layer) forming treatment was performed at a substrate temperature of 400 ° C. for 5 minutes. The plasma at this time
The distance between the substrates was set to be twice the distance at which the intensity of the emission peak of argon gas at 706.7 nm was 1/2 that of the strongest portion. After that, the plasma was stopped, the gas supply was stopped, and then the second vacuum chamber was evacuated to 5 × 10 −7 Torr,
The substrate was conveyed to the substrate taking-out chamber 3, and after the conveyance was completed, the substrate taking-out chamber 3 was opened to the atmosphere and the substrate was taken out.

【0033】基板取り出し後、多結晶シリコン膜上に形
成された酸化膜の膜厚および屈折率をエリプソメトリー
法により評価した。その結果、膜厚7.2nm、屈折率
1.4の酸化シリコン膜が表面に形成されていることを
確認した。
After taking out the substrate, the film thickness and the refractive index of the oxide film formed on the polycrystalline silicon film were evaluated by the ellipsometry method. As a result, it was confirmed that a silicon oxide film having a film thickness of 7.2 nm and a refractive index of 1.4 was formed on the surface.

【0034】[実施例2]本発明の方法により、良好な
界面特性が得られるかどうかを確認するために、以下の
ように薄膜トランジスタを作成し、その特性を評価し
た。作成した薄膜トランジスタの構造は、コープレーナ
構造とした。
Example 2 In order to confirm whether good interfacial characteristics can be obtained by the method of the present invention, a thin film transistor was prepared as follows and its characteristics were evaluated. The thin film transistor thus formed had a coplanar structure.

【0035】すなわち、実施例1に示した装置を用い
て、薄膜トランジスタを作成した。半導体層となる多結
晶シリコン膜の作成方法は、実施例1に示したのと同様
の条件で形成した。形成された膜厚は、120nmであ
った。またこの多結晶シリコン膜上に形成する酸化層の
形成条件も実施例1と同様とし、前述した膜厚の酸化シ
リコン層を形成した。
That is, a thin film transistor was prepared using the apparatus shown in Example 1. The polycrystalline silicon film to be the semiconductor layer was formed under the same conditions as in Example 1. The formed film thickness was 120 nm. The conditions for forming the oxide layer formed on the polycrystalline silicon film were the same as in Example 1, and the silicon oxide layer having the above-described thickness was formed.

【0036】この膜厚ではデバイス作成に不充分である
ので、この基板を実施例1の装置から取り出した後に、
上記酸化シリコン層上に別のp−CVD装置により10
0nmのa−SiOx 膜を堆積した。しかる後に絶縁層
にコンタクトホールを形成後、半導体層と電極層との接
触特性を良好にするための、ドーピング層をイオンシャ
ワー法により形成し、さらに電極層を形成した。
Since this film thickness is insufficient for device fabrication, after taking out this substrate from the apparatus of Example 1,
On the above silicon oxide layer, another p-CVD apparatus was used to
A 0 nm a-SiO x film was deposited. Then, after forming a contact hole in the insulating layer, a doping layer for improving the contact characteristics between the semiconductor layer and the electrode layer was formed by an ion shower method, and further an electrode layer was formed.

【0037】以上の全工程を終了後、熱処理を施し、電
気的特性の測定を行った。基板上に作成した100個の
同一サイズのトランジスタから、20個を無作為に選
び、特性評価をした結果、ドレイン−ソース間に流れる
オン電流の平均値として、2×10-5Aが、また電界効
果移動度の平均値として、3.2cm2 /V.secが
得られた。
After all the above steps were completed, heat treatment was performed and the electrical characteristics were measured. From the 100 transistors of the same size formed on the substrate, 20 were randomly selected and the characteristics were evaluated. As a result, the average value of the on-current flowing between the drain and the source was 2 × 10 −5 A, The average value of field effect mobility was 3.2 cm 2 / V. sec was obtained.

【0038】[比較例1]実施例2のトランジスタ特性
との比較を行うために、実施例2に示したものと同様の
構造を有するトランジスタを、酸化シリコン層形成処理
を行わないこと以外は、実施例2と同様の方法で作成し
た。すなわち酸化シリコン層形成処理を行わずに、多結
晶シリコン薄膜堆積後直接基板を取り出し、他のp−C
VD装置に導入し、a−SiOx 膜を堆積するという方
法で行った。なおp−CVD装置導入直前に、薄膜表面
に形成された自然酸化膜を除去するために、HF処理を
施した。
[Comparative Example 1] In order to compare with the transistor characteristics of Example 2, a transistor having the same structure as that of Example 2 was not subjected to the silicon oxide layer forming treatment. It was prepared in the same manner as in Example 2. That is, without performing the silicon oxide layer forming treatment, the substrate is directly taken out after the polycrystalline silicon thin film is deposited, and another p-C film is formed.
It was carried out by a method of introducing it into a VD apparatus and depositing an a-SiO x film. Immediately before the introduction of the p-CVD apparatus, HF treatment was performed to remove the natural oxide film formed on the thin film surface.

【0039】この基板の特性測定の結果、ドレイン−ソ
ース間に流れるオン電流の平均値として、6×10-6
が、また電界効果移動度の平均値として、1.8cm2
/V.secが得られた。このことから、本発明にかか
る実施例2のトランジスタは、本発明により、酸化シリ
コン層形成を行うことにより、堆積法により形成した界
面よりも良好な絶縁膜−半導体界面を形成できることを
確認できた。
As a result of measuring the characteristics of this substrate, it was found that the average value of the on-current flowing between the drain and the source was 6 × 10 −6 A
However, the average value of the field effect mobility is 1.8 cm 2
/ V. sec was obtained. From this, it was confirmed that in the transistor of Example 2 according to the present invention, by forming the silicon oxide layer according to the present invention, a better insulating film-semiconductor interface than the interface formed by the deposition method can be formed. .

【0040】[実施例3]実施例2のトランジスタ特性
との比較を行うために、実施例2に示したものと同様の
構造を有するトランジスタを、よりプラズマ密度の高
い、すなわちプラズマ中の荷電粒子等の密度の高い領域
において、酸化シリコン層を形成した場合の特性との比
較を行った。すなわち、酸化シリコン層形成時のプラズ
マ基板間距離を、主発光ピークの強度が最強部の強度の
3/4になる位置とし、これ以外の条件は、実施例2の
条件と同様の条件でトランジスタを作成した。
[Embodiment 3] In order to make a comparison with the transistor characteristics of Embodiment 2, a transistor having a structure similar to that shown in Embodiment 2 is used, which has a higher plasma density, that is, charged particles in plasma. A comparison was made with the characteristics when a silicon oxide layer was formed in a high density region such as. That is, the distance between the plasma substrates at the time of forming the silicon oxide layer is set to a position where the intensity of the main emission peak is 3/4 of the intensity of the strongest portion, and the other conditions are the same as those of the second embodiment. It was created.

【0041】この基板の特性測定の結果、ドレイン−ソ
ース間に流れるオン電流の平均値として、9×10-6
が、また電界効果移動度の平均値として、2.8cm2
/V.secが得られた。このことから、プラズマ密度
の高い領域で酸化シリコン層を形成した場合、下地の多
結晶シリコン膜に若干の欠陥を導入していることが予想
される。
As a result of measuring the characteristics of this substrate, the average value of the on-current flowing between the drain and the source was 9 × 10 −6 A
However, the average value of the field effect mobility is 2.8 cm 2
/ V. sec was obtained. From this, it is expected that when the silicon oxide layer is formed in the region where the plasma density is high, some defects are introduced into the underlying polycrystalline silicon film.

【0042】[実施例4]以下、実施例に基づいて第2
および第4の発明を詳細に説明する。図2は、第2およ
び第4の発明にかかる装置の一例の概略断面図である。
図2において、1は基体、2は基体準備室、3は基体取
り出し室、4、5、6、7は仕切りバルブ、10は第1
の真空処理室、11は第1のプラズマ発生室、12はゲ
ートバルブ、13はアーク放電プラズマ流、14は陽極
(アノード)、15はプラズマガン、16はコイル、1
7は中間電極、20は第2の真空処理室、21は第2の
プラズマ発生室、22はゲートバルブ、23はアーク放
電プラズマ流、24は陽極(アノード)、25はプラズ
マガン、26はコイル、27は中間電極、30は第3の
真空処理室、31は第3のプラズマ発生室、32はゲー
トバルブ、33はアーク放電プラズマ流、34は陽極
(アノード)、35はプラズマガン、36はコイル、3
7は中間電極である。
[Fourth Embodiment] The second embodiment will be described below.
The fourth invention will be described in detail. FIG. 2 is a schematic sectional view of an example of an apparatus according to the second and fourth inventions.
In FIG. 2, 1 is a base, 2 is a base preparation chamber, 3 is a base take-out chamber, 4, 5, 6, and 7 are partition valves, and 10 is a first base.
Vacuum processing chamber, 11 is a first plasma generating chamber, 12 is a gate valve, 13 is an arc discharge plasma flow, 14 is an anode, 15 is a plasma gun, 16 is a coil, 1
7 is an intermediate electrode, 20 is a second vacuum processing chamber, 21 is a second plasma generating chamber, 22 is a gate valve, 23 is an arc discharge plasma flow, 24 is an anode (anode), 25 is a plasma gun, and 26 is a coil. , 27 is an intermediate electrode, 30 is a third vacuum processing chamber, 31 is a third plasma generating chamber, 32 is a gate valve, 33 is an arc discharge plasma flow, 34 is an anode (anode), 35 is a plasma gun, and 36 is Coil, 3
7 is an intermediate electrode.

【0043】この装置を用いて、実施例1と同様にし
て、第1の薄膜としての多結晶シリコン膜の形成、およ
び酸化シリコン層形成処理を行った。
Using this apparatus, a polycrystalline silicon film as a first thin film and a silicon oxide layer forming process were performed in the same manner as in Example 1.

【0044】しかる後に、放電を停止し、第2の真空室
20内を5×10-7Torrまで排気し、仕切りバルブ
6を経て基板を第3の真空処理室30へ搬送した。搬送
完了後、第1の薄膜の成膜時と同様に、1×10-7To
rrまで排気した後に、プラズマガン35から放電ガス
として、アルゴンガス(20sccm)と水素ガス(6
0sccm)の混合ガスを流し、励起電流を100Aと
して放電させた。放電安定後、第3のプラズマ発生室3
1のゲートバルブ32側に設けられたコイル36による
磁界を用いてプラズマを第3の真空処理室30の方へに
導くとともに、第3のプラズマ発生室31と第3の真空
処理室30の間付近に、図2の紙面をはさむように配置
された1対の磁石による磁界を用いて、このプラズマを
概略シート状に変形した。
After that, the discharge was stopped, the inside of the second vacuum chamber 20 was evacuated to 5 × 10 −7 Torr, and the substrate was transferred to the third vacuum processing chamber 30 through the partition valve 6. After the completion of the transfer, 1 × 10 −7 To as in the case of forming the first thin film
After evacuating to rr, plasma gas was discharged from the plasma gun 35 as argon gas (20 sccm) and hydrogen gas (6 sccm).
A mixed gas (0 sccm) was caused to flow, and the excitation current was set to 100 A to cause discharge. After the discharge is stabilized, the third plasma generation chamber 3
The plasma is guided to the third vacuum processing chamber 30 using the magnetic field generated by the coil 36 provided on the side of the first gate valve 32, and the space between the third plasma generation chamber 31 and the third vacuum processing chamber 30 is increased. This plasma was transformed into a substantially sheet shape by using a magnetic field generated by a pair of magnets arranged in the vicinity so as to sandwich the paper surface of FIG.

【0045】プラズマ流安定後、原料ガス供給配管から
第2の薄膜形成用原料ガスとして、SiH4 ガスと二酸
化炭素ガスを1:4の比率で供給流し、第2の薄膜とし
て酸化シリコン膜を100nm形成した。その後プラズ
マを停止し、ガスの供給を停止した後に、第3の真空室
内を5×10-7Torrまで排気し、基板を基体取り出
し室3に搬送し、搬送完了後基体取り出し室3を大気開
放し、基板を取り出した後、絶縁層にコンタクトホール
の形成、以降は実施例2と同様の工程を経て、トランジ
スタを作成した。
After the plasma flow is stabilized, SiH 4 gas and carbon dioxide gas are supplied as a raw material gas for forming a second thin film at a ratio of 1: 4 from the raw material gas supply pipe, and a silicon oxide film as a second thin film having a thickness of 100 nm is supplied. Formed. After that, the plasma is stopped, the gas supply is stopped, the third vacuum chamber is evacuated to 5 × 10 −7 Torr, the substrate is transferred to the substrate extraction chamber 3, and after the transfer is completed, the substrate extraction chamber 3 is opened to the atmosphere. Then, after taking out the substrate, a contact hole was formed in the insulating layer, and thereafter, the same steps as in Example 2 were performed to manufacture a transistor.

【0046】この基板の特性測定の結果、ドレイン−ソ
ース間に流れるオン電流の平均値として、2.1×10
-5Aが、また電界効果移動度の平均値として、3.2c
2/V.secが得られた。さらにトランジスタ特性
の信頼性を評価するために、80℃に加熱した条件で通
電試験を行った結果、電流の劣化率として2%の結果が
得られた。これに対して、実施例2のものについても同
様の評価を行った結果、劣化率が4%程度であった。こ
のことから、第2および第4の発明により、真空を破る
ことなく搬送し、連続して成膜することにより信頼性が
向上することが確認できた。
As a result of measuring the characteristics of this substrate, the average value of the on-current flowing between the drain and the source was 2.1 × 10.
-5 A is 3.2c as the average value of the field effect mobility.
m 2 / V. sec was obtained. Furthermore, in order to evaluate the reliability of the transistor characteristics, a current-carrying test was conducted under the condition of heating at 80 ° C., and a result of a current deterioration rate of 2% was obtained. On the other hand, as a result of performing the same evaluation for Example 2, the deterioration rate was about 4%. From this, it was confirmed that according to the second and fourth inventions, the reliability was improved by carrying the film without breaking the vacuum and continuously forming a film.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の方法によれば、従来の方法に比
較して、プラズマの密度を高密度化できることから、薄
膜を高速に成膜できるばかりでなく、例えば絶縁膜−半
導体界面を形成しようとする場合等には、処理しようと
する基体とプラズマとの距離を調節することにより、任
意の強度のプラズマ領域またはプラズマ領域外の非発光
領域に基体を配置できるため、そのときに必要とされる
原料ガスの励起分解のエネルギーを選択し、既に形成さ
れている薄膜の表面にダメージを与える可能性の高いイ
オン等の薄膜への到達量を最適化することが容易にな
り、ダメージを低減できるので、薄膜の特性を損なうこ
となく薄膜表面に酸化膜等の誘電体層を形成できる。ま
た大面積の基板への処理を考えた場合でも、プラズマガ
ンを複数個同一平面上に隣接させ、シート状プラズマを
同時に同一平面上に形成することが対応でき、均一な処
理が可能である。
According to the method of the present invention, the density of plasma can be increased as compared with the conventional method, so that not only a thin film can be formed at high speed but also, for example, an insulating film-semiconductor interface is formed. In such a case, it is necessary to adjust the distance between the substrate to be treated and the plasma so that the substrate can be arranged in the plasma region of an arbitrary intensity or in the non-emission region outside the plasma region. It becomes easier to select the energy of the excited decomposition of the source gas to optimize the amount of ions that have a high possibility of damaging the surface of the thin film that has already been formed and reach the thin film, thus reducing damage. Therefore, a dielectric layer such as an oxide film can be formed on the surface of the thin film without impairing the characteristics of the thin film. Further, even when considering a treatment on a large-area substrate, it is possible to arrange a plurality of plasma guns adjacent to each other on the same plane and simultaneously form sheet-like plasmas on the same plane, which enables uniform treatment.

【0048】このように、本発明によれば、薄膜と誘電
体膜の界面にダメージを与えず、かつ、量産性を考えた
場合の大面積化と処理性を両立できる、誘電体層を含め
た多層膜の連続成膜方法および装置が実現できる。
As described above, according to the present invention, including the dielectric layer, the interface between the thin film and the dielectric film is not damaged, and the large area and the processability in consideration of mass productivity are compatible. Further, it is possible to realize a continuous film forming method and apparatus.

【0049】また本発明によれば、電子デバイスの観点
で優れた特性を有する誘電体層−薄膜界面を形成するこ
とが可能になるばかりでなく、安定な多層膜構造を形成
できることから、デバイス以外の用途にも応用が可能な
技術を提供できる。
Further, according to the present invention, not only the dielectric layer-thin film interface having excellent characteristics from the viewpoint of an electronic device can be formed, but also a stable multilayer film structure can be formed. It is possible to provide a technology that can be applied to other uses.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる連続成膜装置の一例の概略断面
FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of a continuous film forming apparatus according to the present invention.

【図2】本発明にかかる連続成膜装置の一例の概略断面
FIG. 2 is a schematic sectional view of an example of a continuous film forming apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基体、2:基体準備室、3:基体取り出し室、4、
5、6、7:仕切りバルブ、10:第1の真空処理室、
11:第1のプラズマ発生室、12:ゲートバルブ、1
3:アーク放電プラズマ流、14:陽極(アノード)、
15:プラズマガン、16:コイル、17:中間電極、
20:第2の真空処理室、21:第2のプラズマ発生
室、22:ゲートバルブ、23:アーク放電プラズマ
流、24:陽極(アノード)、25:プラズマガン、2
6:コイル、27:中間電極、30:第3の真空処理
室、31:第3のプラズマ発生室、32:ゲートバル
ブ、33:アーク放電プラズマ流、34:陽極(アノー
ド)、35:プラズマガン、36:コイル、37:中間
電極。
1: substrate, 2: substrate preparation chamber, 3: substrate extraction chamber, 4,
5, 6, 7: partition valve, 10: first vacuum processing chamber,
11: first plasma generation chamber, 12: gate valve, 1
3: arc discharge plasma flow, 14: anode,
15: plasma gun, 16: coil, 17: intermediate electrode,
20: second vacuum processing chamber, 21: second plasma generating chamber, 22: gate valve, 23: arc discharge plasma flow, 24: anode (anode), 25: plasma gun, 2
6: coil, 27: intermediate electrode, 30: third vacuum processing chamber, 31: third plasma generating chamber, 32: gate valve, 33: arc discharge plasma flow, 34: anode (anode), 35: plasma gun , 36: coil, 37: intermediate electrode.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】減圧された雰囲気が調整できる第1および
第2の少なくとも2つの真空処理室(10、20)と、
各々の真空処理室にそれぞれゲートバルブ(12、2
2)を介して接続された第1および第2のプラズマ発生
室(11、21)と、各々のプラズマ発生室で発生した
プラズマをシート化するシート化手段と、上記第1およ
び第2の真空処理室の間に介在する仕切りバルブ(5)
と、基体搬送手段とを少なくとも有する連続成膜装置で
あって、 第1のプラズマ発生室(11)で発生し、シート化手段
によりシート状に変形されて第1の真空処理室(10)
に導かれたアーク放電プラズマ流(13)中に、第1の
薄膜形成用原料ガスを供給し、第1の真空処理室(1
0)内の基体(1)上に第1の薄膜を形成した後に、基
体搬送手段により減圧下で基体(1)を仕切りバルブ
(5)を経て第2の真空処理室(20)へ搬送し、 第2のプラズマ発生室(21)で発生し、シート化手段
によりシート状に変形されて第2の真空処理室(20)
に導かれたアーク放電プラズマ流(23)中に、誘電体
層形成用原料ガスを供給して励起、分解し、それにより
発生した活性種を基体(1)上の第1の薄膜と反応させ
ることにより、第1の薄膜表面に誘電体層を形成するよ
うにしたことを特徴とする連続成膜装置。
1. At least two first and second vacuum processing chambers (10, 20) capable of adjusting a reduced pressure atmosphere,
A gate valve (12, 2) is provided in each vacuum processing chamber.
2) a first and a second plasma generating chambers (11, 21) connected to each other, a sheet forming means for converting the plasma generated in each plasma generating chamber into a sheet, and the first and second vacuums. Partition valve (5) interposed between processing chambers
And a substrate transfer means, which is a continuous film forming apparatus, which is generated in the first plasma generating chamber (11) and is transformed into a sheet by the sheet forming means to be the first vacuum processing chamber (10).
Into the arc discharge plasma flow (13) introduced to the first vacuum processing chamber (1), the first thin film forming raw material gas is supplied.
After the first thin film is formed on the substrate (1) in (0), the substrate (1) is transferred to the second vacuum processing chamber (20) through the partition valve (5) under reduced pressure by the substrate transfer means. The second vacuum processing chamber (20) is generated in the second plasma generation chamber (21) and is transformed into a sheet by the sheet forming means.
Into the arc discharge plasma flow (23) introduced to the substrate, a raw material gas for forming a dielectric layer is supplied, excited and decomposed, and the active species generated thereby react with the first thin film on the substrate (1). Thus, the continuous film forming apparatus is characterized in that the dielectric layer is formed on the surface of the first thin film.
【請求項2】減圧された雰囲気が調整できる第1、第
2、および第3の少なくとも3つの真空処理室(10、
20、30)と、各々の真空処理室にそれぞれゲートバ
ルブ(12、22、32)を介して接続された第1、第
2、および第3のプラズマ発生室(11、21、31)
と、各々のプラズマ発生室で発生したプラズマをシート
化するシート化手段と、上記第1、第2、および第3の
真空処理室の間に介在する仕切りバルブ(5、6)と、
基体搬送手段とを少なくとも有する連続成膜装置であっ
て、 第1のプラズマ発生室(11)で発生し、シート化手段
によりシート状に変形されて第1の真空処理室(10)
に導かれたアーク放電プラズマ流(13)中に、第1の
薄膜形成用原料ガスを供給し、第1の真空処理室(1
0)内の基体(1)上に第1の薄膜を形成した後に、基
体搬送手段により減圧下で基体(1)を仕切りバルブ
(5)を経て第2の真空処理室(20)へ搬送し、 第2のプラズマ発生室(21)で発生し、シート化手段
によりシート状に変形されて第2の真空処理室(20)
に導かれたアーク放電プラズマ流(23)中に、誘電体
層形成用原料ガスを供給して励起、分解し、それにより
発生した活性種を基体(1)上の第1の薄膜と反応させ
ることにより、第1の薄膜表面に誘電体層を形成した後
に、基体搬送手段により減圧下で基体(1)を仕切りバ
ルブ(6)を経て第3の真空処理室(30)へ搬送し、 第3のプラズマ発生室(31)で発生し、シート化手段
によりシート状に変形されて第3の真空処理室(30)
に導かれたアーク放電プラズマ流(33)中に、第2の
薄膜形成用原料ガスを供給し、誘電体層上に第2の薄膜
を形成するようにしたことを特徴とする連続成膜装置。
2. At least three vacuum processing chambers (10, 10, 3) capable of adjusting a depressurized atmosphere.
20, 30) and first, second and third plasma generation chambers (11, 21, 31) connected to respective vacuum processing chambers via gate valves (12, 22, 32), respectively.
Sheet forming means for converting the plasma generated in each plasma generating chamber into a sheet, and a partition valve (5, 6) interposed between the first, second and third vacuum processing chambers,
A continuous film forming apparatus having at least a substrate transfer means, which is generated in a first plasma generation chamber (11) and transformed into a sheet by a sheet forming means to form a first vacuum processing chamber (10).
Into the arc discharge plasma flow (13) introduced to the first vacuum processing chamber (1), the first thin film forming raw material gas is supplied.
After the first thin film is formed on the substrate (1) in (0), the substrate (1) is transferred to the second vacuum processing chamber (20) through the partition valve (5) under reduced pressure by the substrate transfer means. The second vacuum processing chamber (20) is generated in the second plasma generation chamber (21) and is transformed into a sheet by the sheet forming means.
Into the arc discharge plasma flow (23) introduced to the substrate, a raw material gas for forming a dielectric layer is supplied, excited and decomposed, and the active species generated thereby react with the first thin film on the substrate (1). As a result, after the dielectric layer is formed on the surface of the first thin film, the substrate (1) is transported to the third vacuum processing chamber (30) through the partition valve (6) under reduced pressure by the substrate transporting means. The third vacuum processing chamber (30) is generated in the plasma generating chamber (31) of No. 3 and is transformed into a sheet by the sheet forming means.
Continuous film forming apparatus characterized in that the second thin film forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (33) guided to the step (3) to form the second thin film on the dielectric layer. .
【請求項3】第1のプラズマ発生室(11)で発生し、
シート状に変形されて第1の真空処理室(10)に導か
れたアーク放電プラズマ流(13)中に、第1の薄膜形
成用原料ガスを供給し、第1の真空処理室(10)内の
基体(1)上に第1の薄膜を形成した後に、減圧下で基
体(1)を第2の真空処理室(20)へ搬送し、 第2のプラズマ発生室(21)で発生し、シート状に変
形されて第2の真空処理室(20)に導かれたアーク放
電プラズマ流(23)中に、誘電体層形成用原料ガスを
供給して励起、分解し、それにより発生した活性種を基
体(1)上の第1の薄膜と反応させることにより、第1
の薄膜表面に誘電体層を形成することを特徴とする連続
成膜方法。
3. A plasma is generated in the first plasma generation chamber (11),
The first thin film forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (13) which is deformed into a sheet and guided to the first vacuum processing chamber (10) to supply the first vacuum processing chamber (10). After forming the first thin film on the substrate (1) in the inside, the substrate (1) is transferred to the second vacuum processing chamber (20) under reduced pressure, and is generated in the second plasma generation chamber (21). The dielectric layer forming raw material gas was supplied into the arc discharge plasma flow (23) which was deformed into a sheet shape and was introduced into the second vacuum processing chamber (20) to be excited and decomposed, thereby being generated. By reacting the active species with the first thin film on the substrate (1), the first
2. A continuous film forming method, which comprises forming a dielectric layer on the surface of the thin film.
【請求項4】第1のプラズマ発生室(11)で発生し、
シート状に変形されて第1の真空処理室(10)に導か
れたアーク放電プラズマ流(13)中に、第1の薄膜形
成用原料ガスを供給し、第1の真空処理室(10)内の
基体(1)上に第1の薄膜を形成した後に、減圧下で基
体(1)を第2の真空処理室(20)へ搬送し、 第2のプラズマ発生室(21)で発生し、シート状に変
形されて第2の真空処理室(20)に導かれたアーク放
電プラズマ流(23)中に、誘電体層形成用原料ガスを
供給して励起、分解し、それにより発生した活性種を基
体(1)上の第1の薄膜と反応させることにより、第1
の薄膜表面に誘電体層を形成した後に、減圧下で基体
(1)を第3の真空処理室(30)へ搬送し、 第3のプラズマ発生室(31)で発生し、シート状に変
形されて第3の真空処理室(30)に導かれたアーク放
電プラズマ流(33)中に、第2の薄膜形成用原料ガス
を供給し、誘電体層上に第2の薄膜を形成することを特
徴とする連続成膜方法。
4. A plasma is generated in the first plasma generation chamber (11),
The first thin film forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (13) which is deformed into a sheet and guided to the first vacuum processing chamber (10) to supply the first vacuum processing chamber (10). After forming the first thin film on the substrate (1) in the inside, the substrate (1) is transferred to the second vacuum processing chamber (20) under reduced pressure, and is generated in the second plasma generation chamber (21). The dielectric layer forming raw material gas was supplied into the arc discharge plasma flow (23) which was deformed into a sheet shape and was introduced into the second vacuum processing chamber (20) to be excited and decomposed, thereby being generated. By reacting the active species with the first thin film on the substrate (1), the first
After forming a dielectric layer on the surface of the thin film of, the substrate (1) is transferred to the third vacuum processing chamber (30) under reduced pressure, generated in the third plasma generation chamber (31), and transformed into a sheet shape. A second thin film forming raw material gas is supplied into the arc discharge plasma flow (33) guided to the third vacuum processing chamber (30) to form a second thin film on the dielectric layer. And a continuous film forming method.
【請求項5】プラズマ発生室においてプラズマを発生さ
せるために用いる放電ガスが、希ガスおよび水素ガスか
ら選ばれた少なくとも1種類のガスであることを特徴と
する請求項3または4の連続成膜方法。
5. The continuous film formation according to claim 3, wherein the discharge gas used for generating plasma in the plasma generation chamber is at least one gas selected from rare gas and hydrogen gas. Method.
【請求項6】第2の真空処理室(20)において、基体
(1)上に形成された第1の薄膜表面に誘電体層を形成
するための誘電体層形成用原料ガスが、酸素ガス、窒素
ガス、および炭化水素ガスから選ばれた少なくとも1種
類のガスを含むことを特徴とする請求項3〜5いずれか
1項の連続成膜方法。
6. A dielectric layer forming source gas for forming a dielectric layer on the surface of a first thin film formed on a substrate (1) in a second vacuum processing chamber (20) is oxygen gas. 6. The continuous film forming method according to claim 3, further comprising at least one kind of gas selected from nitrogen gas, nitrogen gas, and hydrocarbon gas.
【請求項7】第2の真空処理室(20)において、シー
ト状のアーク放電プラズマ流(23)に対して垂直な方
向に関して、プラズマの発生のために用いられた放電ガ
スの主発光ピークの強度がプラズマ最強部の強度の1/
2以下になる領域に、基体(1)を設置することを特徴
とする請求項3〜6いずれか1項の連続成膜方法。
7. The main emission peak of the discharge gas used for plasma generation in the second vacuum processing chamber (20) in the direction perpendicular to the sheet-shaped arc discharge plasma flow (23). The strength is 1 / the strength of the strongest part of the plasma
The continuous film forming method according to any one of claims 3 to 6, wherein the substrate (1) is installed in a region of 2 or less.
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