JPH0864535A

JPH0864535A - プラズマ成膜方法、プラズマ成膜装置及びそれに用いるプラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH0864535A
Application number: JP21520994A
Authority: JP
Inventors: Suzuya Yamada; 鈴弥山田; Ryozo Nonogaki; 良三野々垣; Tetsuya Wada; 徹也和田; Shinji Nakai; 進治中居
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】２種類の原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法
による成膜において、形成される膜の微細組織、化学組
成の制御性を向上させ、高品質で化学量論比に近い薄膜
を低温で成膜可能とする。【構成】第１の原料ガスのプラズマ中に、第２の原料
ガスのプラズマを到達させることなく、第２の原料ガス
のラジカルのみを供給して、第１の原料ガスのイオン・
ラジカルと第２の原料ガスのラジカルとを反応させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマＣＶＤ法によ
る成膜技術に関する。更に詳しくは、プラズマ励起した
複数の原料ガスの反応を利用した成膜技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマＣＶＤ法による実用的な
成膜技術としては、平行平板電極による高周波２極放電
型のプラズマ発生装置を用いた成膜技術が代表的なもの
として知られている。

【０００３】上記平行平板電極による高周波２極放電型
のプラズマ発生装置を用いたプラズマＣＶＤ装置は、図
６に示されるように、真空容器１０１内に設けられた一
対の平行平板電極１０２，１０３の一方をグランド電位
とし、他方に高周波電源１０４から高周波を印加すると
共に、両平行平板電極１０２，１０３間に原料ガスを供
給して、両平行平板電極１０２，１０３間に形成したプ
ラズマ１０５で原料ガスを励起し、基板１０６上に膜を
析出させるものである。

【０００４】また、その他の成膜技術として、アフター
グロープラズマを利用したプラズマＣＶＤ装置を用いる
ものがある。

【０００５】上記装置は、図７に示されるように、真空
容器１０１に接続された石英管１０７の周囲に設けたコ
イル状の高周波電極１０８に高周波を投入することによ
って、石英管１０７上部から導入した原料ガスを、プラ
ズマ励起して、プラズマ１０９が到達しない距離に取り
付けた基板１０６付近に供給すると共に、基板１０６付
近に別途原料ガスを供給して成膜を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高周波２極放電型のプラズマ発生装置を用いた成膜法で
は、プラズマによって原料ガスを励起する原料励起場
と、励起された原料ガスによって膜の析出を行う析出場
とが同じであるため、複数種類の原料ガスを用いる場
合、単一のプラズマ中で全原料ガスの励起と析出を行わ
なければならず、次のような問題を生じている。

【０００７】即ち、各原料ガスの安定性が異なるため
に、単一のプラズマ中で励起を行うと、一部の原料ガス
の優先的な活性化や分解が生じ、化学組成のずれ、不純
物の混入、低密度化、余剰粉体の発生等が顕著になる。

【０００８】例えばＳｉＯ_x の成膜にＳｉＨ₄ とＯ₂ を
用いると、両者の化学反応性が激しいことから、両原料
ガスを供給するための配管内にＳｉＯ_x 粉が発生してし
まう。従って、Ｏ₂ の代わりに反応性の低いＮ₂ Ｏを使
用するのが通常であるが、ＳｉＨ₄ の方がＮ₂ Ｏより優
先的に分解しやすいため、Ｓｉリッチな薄膜が形成され
る。また、ＳｉＯ_x 膜中にＳｉＨ₄ からのＨが多量混入
してしまう。

【０００９】これに対してアフターグロープラズマを利
用した成膜装置を用いることによって、Ｏ₂ を高周波プ
ラズマ励起して、Ｏラジカルを基板付近に供給し、別途
導入したＳｉＨ₄ と反応させて成膜を行い、Ｈの混入が
少ない、化学量論比に近いＳｉＯ_x 薄膜を形成すること
が検討されている。しかし、ＳｉＨ₄ とＯ₂ の励起条件
を各々独立して制御できないため、成膜温度の低い条件
においては充分な成果が得られていない。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、複数種類の原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法に
よる成膜において、形成される膜の微細組織、化学組成
の制御性を向上させ、高品質で化学量論比に近い薄膜を
低温で成膜できるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このために請求項１の発
明では、図１に示されるように、第１の原料ガスを励起
する第１のプラズマと第２の原料ガスを励起する第２の
プラズマを合流させることなく、基板１付近の析出場２
における第１のプラズマ中に第２のプラズマで励起した
第２の原料ガスのラジカルを供給して基板１面に成膜を
行うこととしているものである。

【００１２】また、請求項６の発明では、やはり図１に
示されるように、第１の原料ガスをプラズマ励起する第
１のプラズマ発生装置３ａと第２の原料ガスをプラズマ
励起する第２のプラズマ発生装置３ｂを、真空容器４内
の基板ホルダー５にセットされる基板１付近の析出場２
に向けて設け、第１のプラズマ発生装置３ａはプラズマ
が析出場２に到達する位置に設け、第２のプラズマ発生
装置３ｂはプラズマを析出場２に到達させることなくラ
ジカルを析出場２に供給できる位置に設けることとして
いるものである。

【００１３】更に請求項８の発明では、図３に示される
ように、夫々独立して接続された第１及び第２の原料ガ
ス導入管６ａ，６ｂから供給される第１及び第２の原料
ガスを夫々プラズマ励起する第１及び第２のプラズマ室
７ａ，７ｂと、後部が第１及び第２のプラズマ室７ａ，
７ｂの先端に連なり、前部に開口部８を備えた混合反応
室９とを設け、しかも第１のプラズマ室７ａにおけるプ
ラズマの形成が第２のプラズマ室７ｂにおけるプラズマ
の形成に比して混合反応室９寄りで行われるようにして
いるものである。

【００１４】

【実施例及び作用】まず、請求項６の発明の実施例を説
明すると共に、請求項１の発明を更に説明する。

【００１５】図１は請求項６の発明に係るプラズマ成膜
装置の一実施例を示すもので、図中４は圧力調整装置２
７を介して排気装置１０が接続された真空容器である。

【００１６】真空容器４内には、成膜を施すべき基板１
をセットする基板ホルダー５が設けられている。

【００１７】この基板ホルダー５には、ヒーター１１を
設けておき、成膜時に基板１の温度制御ができるように
しておくことが好ましい。１２はヒーター１１による加
熱を制御する温度制御器である。

【００１８】真空容器４には、第１及び第２のプラズマ
発生装置３ａ，３ｂが基板１付近の析出場２に向けて各
々設けられている。第１のプラズマ発生装置３ａは第１
の原料ガスをプラズマ励起するためのものであり、第２
のプラズマ発生装置３ｂは第２の原料ガスをプラズマ励
起するものである。

【００１９】図中右側に位置する第２のプラズマ発生装
置３ｂは、第２の原料ガスが供給される石英管１３と、
マイクロ波電源１４からのマイクロ波を導く導波管１５
とを有するもので、マイクロ波によりプラズマの形成を
行うマイクロ波プラズマ発生装置である。この第２のプ
ラズマ発生装置３ｂでは、石英管１３に導入される第２
の原料ガスが、マイクロ波電源１４から導波管１５を経
由して投入されるマイクロ波によってプラズマ励起され
るものである。

【００２０】図中左側に位置する第１のプラズマ発生装
置３ａは、高周波電極１６の背面側に高周波の効率を改
善して高密度のプラズマ形成を行うための磁石１７を設
けたマグネトロン型プラズマ発生装置である。

【００２１】高周波電極１６の前面には、高周波電極１
６のスパッタリングによるコンタミを防ぐために電極カ
バー１８が取り付けられている。この電極カバー１８の
材質としては、スパッタリングされた場合のコンタミの
原因とならないもの、例えばＳｉＯ_x 、ＳｉＮ_x の成膜
ではＳｉ、ＳｉＯ_x 、ＳｉＮ_x 製とすることが好まし
い。

【００２２】上記電極カバー１８の前方には、安定なプ
ラズマ形成を行うために、中間電極１９が設けられてい
る。

【００２３】真空容器４と中間電極１９はグランド電位
に接続されており、第１の原料ガスを電極カバー１８付
近に導入すると共に、高周波電源（通常整合基を含む）
２０から高周波電極１６に高周波を印加することで電極
カバー１８付近にプラズマが形成され、これによって第
１の原料ガスの励起が行われる。

【００２４】図示される形式の第１のプラズマ発生装置
３ａは、電極カバー１８付近に形成したプラズマにより
原料ガスを励起し、基板１付近の析出場２に供給できる
ものであればよく、高周波電極１６の背面側の磁石１７
や中間電極１９がないものでもよい。また、高周波電源
２０の代わりにＤＣ電源を用いてプラズマ形成を行うこ
ともできる。

【００２５】第１のプラズマ発生装置３ａは、そのプラ
ズマが少なくとも析出場２に届く位置に設けられている
ことが必要で、好ましくはそのプラズマが基板１面へ届
く位置に設けられていることである。これに対し第２の
プラズマ発生装置３ｂは、そのプラズマを析出場２に到
達させることなく、ラジカルを析出場２に供給できる位
置に設けられているものである。

【００２６】第１及び第２のプラズマ発生装置３ａ，３
ｂの形式は特に上述の形式に制限されるものではなく、
第１の原料ガスと第２の原料ガスを別個のプラズマで励
起して析出場２へと供給できるものであればよく、上述
の高周波やマイクロ波を用いる形式のものの他、電子ビ
ーム衝撃によってプラズマを形成する形式のものでもよ
い。

【００２７】また、どのような形式の第１及び第２のプ
ラズマ発生装置３ａと３ｂを組み合わせるかは、第１及
び第２の原料ガスの物性や成膜条件に合わせて選択すれ
ばよく、例えば第１のプラズマ発生装置３ａとしてマイ
クロ波プラズマ発生装置を用い、第２のプラズマ発生装
置３ｂとしてマグネトロン型プラズマ発生装置を用いた
り、第１及び第２のプラズマ発生装置３ａ，３ｂを同じ
形式のものとすることもできる。

【００２８】一方、基板１に入射するイオンやラジカル
の種類やエネルギーを制御することによって、形成する
薄膜の微細組織、化学組成の制御を更に向上させるた
め、基板１付近の析出場２に別途プラズマ形成を行うこ
とが好ましい。

【００２９】上記プラズマを形成するため、基板ホルダ
ー５の基板１の保持面側は絶縁層２１を介して設けられ
た高周波電極２２となっており、高周波電源（通常整合
器を含む）２３が接続されていて、もう一つのプラズマ
発生装置を形成している。このもう一つのプラズマ発生
装置は、高周波電界によって、基板１付近の電子を加速
し、原料ガスを衝突・電離させることでプラズマを形成
・維持するものである。

【００３０】析出場２にプラズマを形成するための上記
もう一つのプラズマ発生装置は、高周波によるプラズマ
励起をするものであり、高周波の効率を改善して高密度
のプラズマ形成を行うために磁石を設けることもでき
る。また、マイクロ波や電子ビーム衝撃によってプラズ
マを形成する形式のものとしてもよい。

【００３１】次に、図１のプラズマ成膜装置の作動につ
いて説明する。

【００３２】まず、排気装置１０を作動させて真空容器
４内を所望の真空度にした後、第１及び第２のプラズマ
発生装置３ａ，３ｂに第１の原料ガスと第２の原料ガス
を夫々供給する。高周波電源２０によって高周波電極１
６に高周波を印加し、電極カバー１８付近にプラズマを
形成して第１の原料ガスのプラズマ励起を行うと共に、
マイクロ波電源１４により石英管１３の中央にマイクロ
波を投入し、第２の原料ガスのプラズマ励起を行う。

【００３３】第１のプラズマ発生装置３ａで形成された
プラズマは、少なくとも基板１付近の析出場２まで伸び
る一方、第２のプラズマ発生装置３ｂで形成されたプラ
ズマは、析出場２には届かないがプラズマ励起した第２
の原料ガスのラジカルを析出場２に供給する。そして、
析出場２へ伸びた第１のプラズマ発生装置３ａからのプ
ラズマ内で、第１の原料ガスと第２の原料ガスが合流し
て、基板１の表面に成膜が施される。この時、第１のプ
ラズマ発生装置３ａからのプラズマが基板１の表面まで
届くものであると、成膜速度が向上するので好ましい。

【００３４】第１の原料ガスと第２の原料ガスの組み合
わせ例としては、例えばＳｉＯ_x の成膜を行う場合、第
１のプラズマ形成装置でプラズマ励起する第１の原料ガ
スとしてＳｉを含む揮発性ガス、第２のプラズマ形成装
置３ｂでプラズマ励起する第２の原料ガスとしてＯ₂ 及
び／又はＯ₃ を用いることが好ましい。また、ＳｉＮ_x
の成膜を行う場合、第１のプラズマ形成装置３ａでプラ
ズマ励起する第１の原料ガスとしてＳｉを含む揮発性ガ
ス、第２のプラズマ形成装置３ｂでプラズマ励起する第
２の原料ガスとしてＮ₂ 及び／又はＮＨ₃ を用いること
が好ましい。

【００３５】Ｓｉを含む揮発性ガスとしては、ＳｉＣｌ
₄ 、ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₆ 、ＴＥＯＳ［Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ
₅ ）₄ ］又はこれらの２種以上の混合ガスを用いること
ができる。

【００３６】また、プラズマの安定性や膜品質を改善す
るために、第１及び／又は第２の原料ガスにＡｒ、Ｈｅ
等の不活性ガスを混合しておくこともできる。

【００３７】更に、第１の原料ガスとしてＳｉＨ₄ を用
い、第２の原料ガスとしてＯ₂ を用いてＳｉＯ_x の成膜
を行う場合を例に本発明を説明すると、本発明による
と、Ｈの含有量が少なく、化学量論比（Ｏ／Ｓｉ＝２）
に近いＳｉＯ_x 膜が低温で得られる。これは、ＳｉＨ₄
プラズマによりＳｉＨ₄ が一部解離された後に酸素ラジ
カルと合流されて反応されることになるため、ＳｉＨ₄
のＨが効率的に脱離すると共に、ＳｉＨ₄ プラズマと酸
素ラジカルの反応により、気相中に中間体（プリカーサ
ー）が形成され、この中間体がＨを離脱させやすい状態
にあることからＳｉ−ＯＨ基の生成が押えられるためと
考えられる。

【００３８】形成される薄膜の微細組織、化学組成は、
成膜圧力、第１及び第２の原料ガスの種類及びそのプラ
ズマ励起状態、装置の構成、基板１の温度等の成膜条件
は勿論のこと、基板に入射するイオン・ラジカルの種類
やエネルギーに深く関係している。従って、例えば基板
１に高周波を導入してバイアス電圧を印加し、基板１付
近の析出場２に別途プラズマを形成すると、基板１への
イオン入射（イオンボンバーメント）により更にＨの脱
離が促進され、緻密なＳｉＯ_x 膜を形成することが可能
となるので好ましい。

【００３９】本発明によると、例えばＳｉＨ₄ とＯ₂ を
第１及び第２の原料ガスとしてＳｉＯ_x の成膜を行った
場合、プラズマ励起されたＯ₂ のイオン・ラジカルの
内、ラジカルのみが基板１付近の析出場２に供給され
て、別途プラズマ励起されて供給されたＳｉＨ₄ のイオ
ン・ラジカルと反応して基板１に成膜されることにな
る。加えて、ＳｉＨ₄ 及びＯ₂ である第１及び第２の原
料ガスの励起状態を各々独立して制御できることから、
形成される薄膜の微細組織、化学組成の制御性が向上
し、高品質で化学量論比に近い薄膜を低温で形成するこ
とができる。

【００４０】図２は請求項６の発明に係るプラズマ成膜
装置の他の実施例を示すもので、図中右側のプラズマ発
生装置３ｃは、高周波によりプラズマ形成を行う形式の
ものであるが、図１で説明したマイクロ波によるものと
は別のタイプのもので、第２の原料ガスが導入される石
英管２４と、その周囲に巻かれたコイル状電極２５とを
有するものとなっている。石英管２４に導入される第２
の原料ガスは、高周波電源（通常整合器を含む）２６よ
りコイル状電極２５に投入される高周波によってプラズ
マ励起されるものである。

【００４１】上記プラズマ発生装置３ｃは、そのプラズ
マを析出場２に到達させることなく、ラジカルを析出場
２に供給できる位置に設けられているものである。プラ
ズマ発生装置３ａは、図１で説明したものと同じもの
で、そのプラズマが少なくとも析出場２に届く位置に設
けられているものである。尚、図２において図１と同じ
符号は同様の部材を示すものである。

【００４２】図３は請求項８の発明に係るプラズマ形成
装置３ｄの一実施例を示すもので、このプラズマ形成装
置３ｄは、図１における第１及び第２の２台のプラズマ
形成装置３ａ，３ｂや図２における第１及び第２の２台
のプラズマ形成装置３ａ，３ｃの役割を１台で果たすも
のである。

【００４３】本プラズマ形成装置３ｄは、仕切り壁２８
で仕切られた第１及び第２の２つのプラズマ室７ａ，７
ｂを有するもので、この第１及び第２のプラズマ室７
ａ，７ｂには夫々第１及び第２の原料ガス導入管６ａ，
６ｂが独立して接続されている。第１及び第２の原料ガ
ス導入管６ａ，６ｂは、夫々第１及び第２の原料ガスを
第１及び第２のプラズマ室７ａ，７ｂに導入するための
ものである。

【００４４】第１及び第２のプラズマ室７ａ，７ｂ内に
は、プラズマ室７ａ，７ｂ内にプラズマを形成するため
の高周波電極２９ａ，２９ｂ夫々が設けられている。こ
の高周波電極２９ａ，２９ｂには、高周波導入電極３０
ａ，３０ｂを介して高周波電源３１ａ，３１ｂから高周
波が投入されるものである。

【００４５】第１のプラズマ室７ａの奥行きが浅いのに
対して第２のプラズマ室７ｂの奥行きが深くなっている
ことから、高周波電極２９ａは浅い位置に位置し、高周
波電極２９ｂは深い位置に位置している。従って、第１
のプラズマ室７ａにおけるプラズマ形成は、第２のプラ
ズマ室７ｂにおけるプラズマ形成に比して、後述する混
合反応室９寄りで行われるものとなっている。

【００４６】第１及び第２のプラズマ室７ａ，７ｂを仕
切る仕切り壁２８内には、高周波の効率を改善し、高密
度のプラズマ形成を行うために磁石３２ａ，３２ｂを設
けることが好ましい。高周波電極２９ａ，２９ｂの設置
位置に対応して、磁石３２ａは浅い位置に位置し、磁石
３２ｂは深い位置に位置しており、磁石３２ａは第１の
プラズマ室７ａのプラズマ形成に寄与し、磁石３２ｂは
第２のプラズマ室７ｂのプラズマ形成に寄与するものと
なっている。

【００４７】第１及び第２のプラズマ室７ａ，７ｂの前
方には、後部が第１及び第２のプラズマ室７ａ，７ｂに
連なり、前部に開口部８を備えた混合反応室９が設けら
れている。

【００４８】本プラズマ形成装置３ｄにおいては、第１
及び第２の原料ガス導入管６ａ，６ｂから第１及び第２
のプラズマ室７ａ，７ｂに第１及び第２の原料ガスを導
入して、高周波電源３１ａ，３１ｂから高周波電極２９
ａ，２９ｂに高周波を投入することによってプラズマ励
起が行われる。

【００４９】この時、第１のプラズマ室７ａにおけるプ
ラズマ形成は混合反応室９よりで行われることから、そ
のプラズマは混合反応室９内まで伸び、プラズマ励起さ
れた第１の原料ガスのイオン・ラジカルが混合反応室９
に供給される。

【００５０】一方、第２のプラズマ室７ｂにおけるプラ
ズマ形成は、混合反応室９から離れた位置で行われるこ
とから、そのプラズマは混合反応室９まで届かず、プラ
ズマ励起された第２の原料ガスのラジカルのみが混合反
応室９に供給される。

【００５１】混合反応室９では、プラズマ励起された第
１の原料ガスのイオン・ラジカルと、プラズマ励起され
た第２の原料ガスのラジカルとが合流し、反応して開口
部８から噴出することになる。

【００５２】従って、図３に示されるプラズマ形成装置
３ｄの場合、図４に示されるように、これ１台を真空容
器４内の基板ホルダー５にセットされる基板１に向けて
設けることによって、図１及び図２のプラズマ成膜装置
と同様の成膜を行うことができる。尚、図４において図
１及び図２と同じ符号は同様の部材を示すものである。

【００５３】次に請求項１の発明の実施例及び比較例を
示す。

【００５４】実施例１〜５図１に示される構成のプラズマ成膜装置を用いてＳｉＯ
_x の成膜を行い、得られた膜の屈折率、組成比（Ｏ／Ｓ
ｉ）、ＩＲスペクトルの測定を行った。

【００５５】第１の原料ガスとしてはＳｉＨ₄ を用い、
第２の原料ガスとしてはＯ₂ を用いた。

【００５６】図１中右側の第２のプラズマ形成装置３ｂ
は、直径４５ｍｍ、長さ１５００ｍｍの石英管１３の中
央部に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を投入して第２の原
料ガスのプラズマ励起を行うものとした。

【００５７】図１中左側の第１のプラズマ形成装置３ａ
は、直径２５．４ｍｍ、厚さ３ｍｍのＳｉ製電極カバー
１８を取り付けた高周波電極１６に１３．５６ＭＨｚの
高周波電源２０の整合器を接続して第１の原料ガスのプ
ラズマ励起を行うものとした。

【００５８】上記第１及び第２のプラズマ形成装置３
ａ，３ｂを、外径４００ｍｍ、高さ４００ｍｍの真空容
器４に、その内部に設けられる基板１付近の析出場２に
向けて取り付けた。第１のプラズマ形成装置３ａは、そ
のプラズマが、析出場２から基板１へ届く距離に位置さ
せ、第２のプラズマ形成装置３ｂは、そのプラズマは析
出場２に到達しないが、ラジカルは析出場２に到達する
距離に位置させた。

【００５９】基板ホルダー５にＳｉ製基板１をセット
し、成膜に先立って排気装置（複合型ターボ分子ポン
プ）１０を用いて、真空容器４内を８×１０^-5Ｔｏｒｒ
まで排気した。その後、マスフローコントローラーによ
り、１００ｃｃｍの第２の原料ガス（Ｏ₂ ）を第２のプ
ラズマ発生装置３ｂに、５ｃｃｍの第１の原料ガス（Ｓ
ｉＨ₄ ）を第１のプラズマ発生装置３ａに導入し、圧力
調整装置２７を用いて真空容器４内の圧力を２００ｍＴ
ｏｒｒに調整した。

【００６０】第２のプラズマ発生装置３ｂに５０Ｗのマ
イクロ波を投入して第２の原料ガス（Ｏ₂ ）のプラズマ
を形成すると共に、第１のプラズマ形成装置３ａに５Ｗ
から２０Ｗの範囲で投入する高周波を変えて第１の原料
ガス（ＳｉＨ₄ ）のプラズマを形成した。実施例５にお
いては、基板ホルダー５に設けた高周波電極２２に１
３．５６ＭＨｚの高周波を投入し、基板１のバイアス電
圧が−５０Ｖになるように高周波電力を調整した。ま
た、基板１の温度はいずれも室温とした。

【００６１】成膜後、エリプソメーターにより、実施例
１〜５で得られた膜の屈折率を測定し、ＥＳＣＡ分析を
行ってＯ／Ｓｉ比を調べ、また実施例４で得られた膜に
ついてはＩＲスペクトルの測定を行った。各結果を表１
及び図５に示す。また、これらの結果を評価するための
参考データーとして、熱酸化膜の屈折率、Ｏ／Ｓｉ比及
びＩＲスペクトルを表１及び図５に示す。

【００６２】本発明のプラズマ成膜方法によると、熱酸
化膜に匹敵する屈折率、Ｏ／Ｓｉ比及びＩＲスペクトル
を有するＳｉＯ_x 膜が得られることが分かる。

【００６３】比較例１図６に示される構成のプラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉ
Ｏ_x の成膜を行った。真空容器１０１中に直径１６０ｍ
ｍの高周波投入側の平行平板電極１０２とグランド電位
側の平行平板電極１０３（基板ホルダー）を対向して設
け、両者間に１ｃｃｍのＳｉＨ₄ と１００ｃｃｍのＮ₂
Ｏを導入した後、真空容器１０１内の圧力を２００ｍＴ
ｏｒｒに調整し、高周波投入側の平行平板電極１０２に
１３．５６ＭＨｚの高周波を５０Ｗ投入して室温にて成
膜を行った。

【００６４】その他の試験条件及び測定方法は実施例１
と同様とした。結果を表１に示す。

【００６５】比較例２図７に示されるプラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＯ_x の
成膜を行った。

【００６６】真空容器１０１中に、直径５０ｍｍ、長さ
９００ｍｍの石英管１０７を取り付け、周囲にコイル状
の高周波電極１０８を設けた。石英管１０７に１００ｃ
ｃｍのＯ₂ を導入し、基板１０６付近に１ｃｃｍのＳｉ
Ｈ₄ を導入した後、真空容器１０１内の圧力を２００ｍ
Ｔｏｒｒに調整し、高周波電極１０８に１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を５０Ｗ投入して室温にて成膜を行った。そ
の他の試験条件及び測定方法は実施例１と同様とした。
結果を表１及び図５に示す。

【００６７】比較例３第１のプラズマ形成装置３ａのＳｉＨ₄ のプラズマを形
成しなかったことを除いて実施例１と同様にして成膜を
行い、同様に測定を行った。結果を表１に示す。

【００６８】比較例４第２のプラズマ形成装置３ｂを、そのプラズマも基板１
付近の析出場２に到達するよう、基板１側に移動させた
点を除いて実施例４と同様にして成膜と測定を行った。
結果を表１に示す。

【００６９】実施例６図３に示される構成のプラズマ形成装置３ｄを用いた図
４に示される構成のプラズマ成膜装置を用いてＳｉＯ_x
の成膜を行った。

【００７０】実施例１と同じ真空容器４に、基板１に向
けてプラズマ形成装置３ｄを取り付けた。プラズマ形成
装置３ｄの開口部８は直径２６ｍｍの円形とした。

【００７１】基板ホルダー５にはＳｉ製基板１をセット
し、成膜に先立って排気装置（複合型ターボ分子ポン
プ）１０を用いて、真空容器４内を８×１０^-5Ｔｏｒｒ
まで排気した。その後、第１のプラズマ室７ａに１ｃｃ
ｍのＳｉＨ₄ を、第２のプラズマ室７ｂに３０ｃｃｍの
Ｏ₂ をマスフローコントローラーにより導入し、圧力調
整装置２７を用いて真空容器４内の圧力を２００ｍＴｏ
ｒｒに調整した。

【００７２】第１のプラズマ室７ａ側の高周波電極２９
ａに２０Ｗの高周波、第２のプラズマ室７ｂ側の高周波
電極２９ｂに５０Ｗの高周波を投入してプラズマを形成
した。プラズマ励起された第１及び第２の原料ガス（Ｓ
ｉＨ₄ 、Ｏ₂ ）は混合反応室９に供給されるが、第２の
プラズマ室７ｂのプラズマは混合反応室９に到達せず、
ラジカルのみが混合反応室９に供給され、両者の反応が
得られた。更に、第１及び第２の原料ガスは開口部８よ
り基板１付近に送り出され、Ｓｉ製の基板１上にＳｉＯ
_x 膜が形成された。

【００７３】尚、析出場２におけるプラズマの形成は行
わずに室温で成膜を行った。

【００７４】上記成膜後、実施例１と同様の測定を行っ
た。結果を表１に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通りのものであ
り、本発明によると、プラズマ励起された第２の原料ガ
スのイオン・ラジカルの内、ラジカルのみが基板１付近
の析出場２に供給されて、別途プラズマ励起されて供給
された第１の原料ガスのイオン・ラジカルと反応して基
板１に成膜されることになる。加えて、第１及び第２の
原料ガスの励起状態を各々独立して制御できることか
ら、形成される薄膜の微細組織、化学組成の制御性が向
上し、高品質で化学量論比に近い薄膜を低温で形成する
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項６の発明に係るプラズマ成膜装置の一実
施例を示す図である。

【図２】請求項６の発明に係るプラズマ成膜装置の他の
実施例を示す図である。

【図３】請求項８の発明に係るプラズマ形成装置の一実
施例を示す図である。

【図４】図３のプラズマ形成装置を用いたプラズマ成膜
装置を示す図である。

【図５】実施例４で得られた膜のＩＲスペクトル、熱酸
化膜のＩＲスペクトル及び比較例２で得られた膜のＩＲ
スペクトルを示す図である。

【図６】従来のプラズマ成膜装置の説明図である。

【図７】従来のプラズマ成膜装置の説明図である。

【符号の説明】

１基板２析出場３ａ第１のプラズマ形成装置３ｂ，３ｃ第２のプラズマ形成装置３ｄプラズマ形成装置４真空容器５基板ホルダー６ａ第１の原料ガス導入管６ｂ第２の原料ガス導入管７ａ第１のプラズマ室７ｂ第２のプラズマ室８開口部９混合反応室１０排気装置１１ヒーター１２温度制御器１３石英管１４マイクロ波電源１５導波管１６高周波電極１７磁石１８電極カバー１９中間電極２０高周波電源２１高周波電極２２絶縁層２３高周波電源２４石英管２５コイル状電極２６高周波電源２７圧力調整装置２８仕切り壁２９ａ，２９ｂ高周波電極３０ａ，３０ｂ高周波導入電極３１ａ，３１ｂ高周波電源３２ａ，３２ｂ磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中居進治東京都千代田区有楽町１丁目４番１号電気化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の原料ガスを励起する第１のプラズ
マと第２の原料ガスを励起する第２のプラズマを合流さ
せることなく、基板付近の析出場における第１のプラズ
マ中に第２のプラズマで励起した第２の原料ガスのラジ
カルを供給して基板面に成膜を行うことを特徴とするプ
ラズマ成膜方法。
【請求項２】第１のプラズマを基板面に到達させるこ
とを特徴とする請求項１のプラズマ成膜方法。
【請求項３】析出場において別途プラズマ励起を行う
ことを特徴とする請求項１又は２のプラズマ成膜方法。
【請求項４】第１の原料ガスをＳｉを含む揮発性ガ
ス、第２の原料ガスをＯ₂ 及び／又はＯ₃ として、Ｓｉ
Ｏ_x の成膜を行うことを特徴とする請求項１ないし３い
ずれかのプラズマ成膜方法。
【請求項５】第１の原料ガスをＳｉを含む揮発性ガ
ス、第２の原料ガスをＮ₂ 及び／又はＮＨ₃ として、Ｓ
ｉＮ_x の成膜を行うことを特徴とする請求項１ないし３
いずれかのプラズマ成膜方法。
【請求項６】第１の原料ガスをプラズマ励起する第１
のプラズマ発生装置と第２の原料ガスをプラズマ励起す
る第２のプラズマ発生装置が、真空容器内の基板ホルダ
ーにセットされる基板付近の析出場に向けて設けられて
おり、第１のプラズマ発生装置はプラズマが析出場に到
達する位置に設けられ、第２のプラズマ発生装置はプラ
ズマを析出場に到達させることなくラジカルを析出場に
供給できる位置に設けられていることを特徴とするプラ
ズマ成膜装置。
【請求項７】析出場において別途プラズマ励起を行う
プラズマ発生装置が設けられていることを特徴とする請
求項６のプラズマ成膜装置。
【請求項８】夫々独立して接続された第１及び第２の
原料ガス導入管から供給される第１及び第２の原料ガス
を夫々プラズマ励起する第１及び第２のプラズマ室と、
後部が第１及び第２のプラズマ室の先端に連なり、前部
に開口部を備えた混合反応室とが設けられており、第１
のプラズマ室におけるプラズマの形成が第２のプラズマ
室におけるプラズマの形成に比して混合反応室寄りで行
われることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項９】請求項８のプラズマ発生装置が、真空容
器内の基板ホルダーにセットされる基板に向けて設けら
れていることを特徴とするプラズマ成膜装置。