JPH10501300A

JPH10501300A - Ｃｖｄ法及びｐｅｃｖｄ法による低温成膜方法及び装置

Info

Publication number: JPH10501300A
Application number: JP8500804A
Authority: JP
Inventors: エフフォスターロバート; ティーヒルマンジョセフ; エオラリキット
Original assignee: マテリアルズリサーチコーポレーション
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1998-02-03
Also published as: CA2191456A1; WO1995033868A1; EP0763149A1; TW335593B; KR970703446A; EP0763149B1; US6140215A; AU1294795A; DE69414274D1; DE69414274T2; US5628829A

Abstract

(57)【要約】ＣＶＤ法及びＰＥＣＶＤ法による低温成膜は、ガス分散シャワーヘッド（３６）を回転基板から２５ｍｍ（１インチ）以内に配置して行われる。このシャワーヘッドは、上記リングとシャワーヘッドの間で定常ガス流を生成するような、ガス分散リング（５０，５２）より下の適当な距離に配置される。円筒機構は、上記ガス分散リングとシャワーヘッドの間まで延長され、上記基板の全面で薄い境界層を生成するようにし、上記シャワーヘッド全体にガスを入れている。このシャワーヘッドには、ＲＦエネルギが印加され、ＰＥＣＶＤほうにおいては基板近傍でプラズマを励起する電極として機能する。このシリンダ（６０）は、シリンダ内でプラズマが励起されることを防ぐために、石英等の絶縁用のリング６２でシャワーヘッドと絶縁されるか、全体が石英材料で作られる。このＲＦシャワーヘッドは、小さなガスの分散孔（６４）を用いてシリンダ内でプラズマが励起することをさらに防いでいる。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称ＣＶＤ法及びＰＥＣＶＤ法による低温成膜方法及び装置技術分野本発明は、化学気相成長に関し、特に、反応ガスの利用効率及びプラズマ濃度を高めるために、ガス分配用シャワーヘッドと回転サセプタの配置に特徴を有する化学気相成長方法及び装置に関する。特に、この化学気相成長方法及び装置は、Ｔｉを含むＣＶＤコーティングの成膜に有効なものである。背景技術化学気相成長法（ＣＶＤ）は、集積回路の製造において、基板に膜あるいは層を形成する方法として一般に用いられている技術である。このＣＶＤは、基板が置かれた反応チャンバ内に種々の反応ガスを導入して行われる。上記の反応ガスは、基板の近傍で混合され、基板表面で化学反応を起こす。この化学反応による単一又は複数種の反応生成物が、基板表面に堆積して膜を形成する。このようなＣＶＤの一種として、プラズマエンハンスＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）がある。ＰＥＣＶＤでは、単一又は複数種の反応ガスが、ＲＦ又はマイクロ波の電気的エネルギによりプラズマ状態に励起される。励起されたプラズマは、活性化された単一又は複数種のガス粒子を含んでいる。このプラズマガスとは別の反応ガスと混合された励起プラズマは、混合されたガス種間で化学反応を起こして基板上に膜を堆積する際のエネルギーを供給する。すでに知られているように、ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤのいずれにおいても、基板表面やプラズマに供給される反応ガスの流れは、成膜を適切に行うために重要な要素である。ＰＥＣＶＤにおいては、目的とする膜の均一な堆積を促進するために、基板表面への反応ガスの流れだけでなく、励起プラズマへのプラズマガスの流れも均一であることが必要である。あるＶＣＤ方法では、反応ガスは、化学反応を起こして所望の膜を形成するために必要な密度になるように所定の流量で導入され、同じ流量で排出される。一般に、反応ガスは、ガスリング又は傘状の供給機構を介して基板の上方に導入され、所定の流量で基板に向かって流される。基板に到達した反応ガスは、直ちに混合・反応して膜を形成し、残りの未反応ガスは真空排気系から排気される。このようなＣＶＤ法では、混合された反応ガスが流れている領域と、反応ガスの密度が極めて低い基板表面の間に、ガスの流れが悪く淀んだ領域が存在するのが通常である。この領域は境界層と呼ばれる。境界層が厚いときには、大部分の反応ガスが基板をバイパスしてしまい、反応を起こさずに反応チャンバから排気されてしまう。これは反応ガスの浪費であり、コストアップを招くことになる。このように、反応ガスが基板表面での化学反応に利用され、反応せずに基板をバイパスしてチャンバ外に排気されてしまうことがないような、実用的な反応ガス密度を得るためには、境界層ができるだけ薄いことが望ましい。基板上の境界層を薄くするための一方法は、反応ガスを層流状態で導入することである。反応ガスの層流は、基板上の全面に亘って外側に向けて流れているガスの体積が、基板表面に下向き及び直角に流れている導入されたガスの体積とほぼ等しいときに実現する。ガス流量が少ないときは、層流がすぐに実現する。一方、ガス流量が大きいときには、反応ガスは基板表面をかなり速く素通りするため下向きのガス流に乱流や逆流が発生する。流入ガス流量が増加しても、このような逆流や乱流の発生を抑えるための方法の一つが、回転サセプタ上の基板を回転させることである。この回転サセプタとして適当なものは、例えばアリゾナ州フェニックスのMaterials Research corpo ration(MRC)社から入手できるRotating Disk Reactorに利用されているものである。回転サセプタは、基板を回転させ、反応ガスを基板表面の全体に向けて吸い込み、下向き及び外向きのポンピング作用を行う。このポンピング作用は、基板全体に亘って外側ほど流れが速いガスの流れを生むため、下向きのガス流量を大きくしても逆流や乱流を生じない。ウェハは、層流状態が実現する回転数、すなわち下向きの流れの流量が外向きの流れの流量に等しくなるような回転数で回転されることが望ましい。回転サセプタによる反応ガスの層流は、均一な膜を堆積するために望ましい反応ガスの薄い境界層を実現する。回転サセプタの使用は、より大きなガス流量の導入を可能にする一方で、基板上に均一に成膜できるように回転されている基板の表面に到達する前に、ポンピングされた反応ガスの流速に大きな分布が生じてしまうことが一般に知られている。すなわち、流入するガス流の流速（流れのパスに直角に測定した）が、定常状態になってしまう。実用的な成膜圧力（例えば１〜１００Torr．）を用いる一般的なＣＶＤ装置で、定常状態の流れを実現するためには、ガスリング及びガス分散用のシャワーヘッドと回転基板表面との間隔は、約４インチ以上必要とされている。基板における定常状態のガス流が大きいときには、この間隔が広くても問題ない。むしろ、導入される反応ガスが、導入点から回転基板までのこのような長い距離を移動する間に、分散してしまうことが大きな問題である。このような分散があると、かなりの体積の反応ガスが基板の端部付近をバイパスし、基板表面で反応せずに反応チャンバから排気されることになる。例えば、図１は、回転サセプタ６上で回転する基板８を収容するＣＶＤ反応室７中での、下向き及び外向きのガス流の多数の流線５を示している。この流線５は、回転サセプタ６及び基板８の約４インチ以上に設けられた複数のガスリング及び１つのガス分散シャワーヘッド（図示せず）から始まっている。この流線５は、ガス分散リング及びシャワーヘッドと、回転している基板８との間隔が大きい場合に起こる問題を説明している。これから分かるように、境界層の平均厚さは、基板８をバイパスして整流板１１付近を通過して、反応室７から図示しない適当な排気系により排気される反応ガス５についてのかなり重要で本質的な量である。基板をバイパスする反応ガス５の量が多いと、基板表面１２で反応に利用できる反応ガスの密度が低下するため、成膜速度が低下する。そのうえ、基板表面１２の反応ガス５の厚い境界層は、基板８上に堆積される膜の均一性に影響を及ぼす。さらに、反応せずに排気されるガスの浪費は、この成膜法の総合的な効率低下とコスト増をもたらす。ガス分散リング及びシャワーヘッドと、回転基板との間隔が大きい場合のもう一つの問題は、基板の近傍の十分に高密度のプラズマを励起できないことである。特に、ＰＥＣＶＤ法においては、活性化されたプラズマ粒子が表面反応のためのエネルギを供給するために、反応ガスプラズマが基板近傍で励起されることが望ましい。特に、Method And Apparatus For Producing Thin Films By Low Tem perature Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Using A Rotating Susc eptor Reactor と題する、同日にファイルされた出願に開示されているように、チタンを含む膜の低温ＰＥＣＶＤのためには高濃度のプラズマが必要である。しかし、ガスリングとシャワーヘッドが基板から４以上インチの間隔で設けらている現行の装置では、回転基板近傍に適当な濃度のプラズマを励起することは、十分に実現することはできていない。このため、基板へのガス流が定常状態に維持しながら、薄い境界層と基板表面の十分な密度のガスが存在するように、反応ガスを基板表面に分散させることが本発明の一つである。さらに、ＰＥＣＶＤ膜を堆積するのに十分な高密度のプラズマを、基板表面で発生させることも本発明の目的である。発明の開示本発明は、上述した目的のために、ＣＶＤチャンバの中で回転している基板の近傍に、反応ガスを分散させるための装置及び方法を提供するものであり、より効率的で均一性の高い成膜及びガス利用のために、改良された反応ガス流と薄い境界層を、基板表面全体に生成する装置及び方法を提供するものである。本発明は、さらにＰＥＣＶＤにおいて、特にＴｉを含むコーティング膜を低温で形成するための高濃度のプラズマを回転基板上に生成するものである。本発明は、回転基板から１インチ以内に設けられたガス分散シャワーヘッドを利用するものである。このシャワーヘッドは、ガス供給リングあるいは他の供給装置より下方の適当な距離の位置に設けられ、ガスは、シャワーヘッドから回転基板全体に分配される前に、リングとシャワーヘッドの間で定常状態のガス流にされる。シャワーヘッドは、基板に薄い境界層を発生して、より均一なＣＶＤ膜が効率よく堆積するように、基板から１インチ以内、好ましくは２０ｍｍ以内に設けられる。この実施例の一つは、反応ガス供給部に接続されたガス供給リングとシャワーヘッドとの間の円筒状の機構又は円筒長を長くすることである。反応ガスは、シリンダの基板から遠い側の一端からその内部に供給され、シャワーヘッド内のガス分散孔の穴を介して回転基板の全面に分散するようにシリンダの長手方向に流下する。この反応ガスの流れの速度分布は、シリンダの長手方向で発達し、シリンダーは、基板表面への望ましい反応ガスの流れが、ガス分散リングシャワーヘッドだけを通って反応ガスが基板に供給されるように制限する。シャワーヘッドを近接して置くことは、定常状態のガス流と同様に基板全面の境界層を薄くして、基板表面への効率的で均一なＣＶＤ膜の堆積を可能にする。このシャワーヘッドの形状及びガス拡散リングの穴の好ましい１／３２（０．０３１３）インチの寸法は、基板全面に亘ってガスの速度分布を平坦化し、基板へのより均一なガス流を生成する。シャワーヘッドと薄くされた境界層が近接することにより、基板をバイパスする反応ガスが少なくなって、より効率的なＣＶＤを実現する。本発明の、もう一つの特徴は、シャワーヘッドにＲＦエネルギが印加されて、ＰＥＣＶＤに用いるためのＲＦ電極を構成していることである。プラズマガスは、このシャワーヘッド／電極を通って、その近傍で励起され、ＰＥＣＶＤの表面反応のためのエネルギを供給する高濃度のプラズマを基板近傍に生成する（以後は、シャワーヘッドを、必要に応じてシャワーヘッド／電極と呼ぶ）。例えば、シャワーヘッド／電極と基板間の間隔を１インチ以下に短縮し、本発明による改良されたガス流を用いれば、ＰＥＣＶＤ方法による成膜に必要なの十分なエネルギを供給する高密度プラズマを、基板表面に確実に生成することができる。そのうえ、シャワーヘッド／電極が、反応ガスを均等に分散し、高濃度プラズマが基板全体に亘って均一に生成される。本発明のシリンダとシャワーヘッド／電極は、シャワーヘッド／電極より上方、及びシリンダ内、さらにシャワーヘッド／電極の分散孔でプラズマが励起されることを防ぐ。この方法によれば、通常、プラズマがシャワーヘッド／電極の下に限定され、成膜が促進されるとともにプラズマの汚染も防ぐことができる。本発明の一実施例では、シリンダはＮｉめっきしたＡｌで作られており、石英の絶縁リングを介して純Ｎｉ製のシャワーヘッド／電極と組み合わされる。この絶縁リングは、シリンダ内でのプラズマの励起を防ぐために、シリンダをＲＦシャワーヘッド／電極から電気的に絶縁している。もう一つの実施の例では、シリンダ内でのプラズマの生成を防ぐために、シリンダ全体が絶縁性の石英で作られている。このシャワーヘッドの厚さは、約０．２５インチであり、シャワーヘッドの直径と処理する基板の直径とに応じて、通常、２００個から１２００個のガス分散孔を有している。シャワーヘッド／電極の下にプラズマを確実に閉じ込めるためには、上記のシャワーヘッド／電極のガス分散孔の直径は、１／３２（０．０３１３）インチが好ましい。６インチ径のウェハ・基板を処理するための装置の好ましい実施例では、直径約６．５インチで、面に３００個から６００個のガス分散孔をもつ円形のシャワーヘッドが用いられている。なお、上記シリンダ，シャワーヘッド及び穴の寸法は、その他の要素やＣＶＤチャンバの寸法、基板からの所望の距離およ処理される基板の寸法に応じて調整される。本発明のシリンダ及びシャワーヘッド／電極は、４５０ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚにおいて、２００乃至３００ＷのＲＦ電力で動作される。さらに、５０ｓｃｃｍから５０，０００ｓｃｃｍの範囲の反応ガス流量はもちろん、０ｒｐｍから２０００ｒｐｍのサセプタ回転数で十分に動作する。本発明の内容及び特徴、従来の発明の特徴について、以下に添付図面を参照しながら詳しく説明する。図面の簡単な説明この明細書に添付の図面は、本発明の実施例を説明するものであり、前述した本発明の一般的な説明と共に本発明の原理を説明するものである。図１は、回転サセプタを備えた従来のＣＶＤ反応チャンバ内のガス流の分布を概略的に示す断面図である。図２は、本発明の実施例であるＣＶＤ装置の断面図である。図３は、本発明を適用したＣＶＤ反応チャンバ内のガス流の分布の例を概略的に示す断面図である。図４は、図２で説明した本発明の実施例を詳細に示す図である。図５は、図２及び図４に示した、本発明を適用したガス分散シャワーヘッドを上から見た図である。図６は、本発明の別の実施例を示す断面図である。図７は、図６に示した、本発明を適用したガス分散シャワーヘッドを上から見た図である。図８は、ＣＶＤ法に本発明を適用した場合及び適用していない場合の成膜速度とサセプタの回転速度の関係を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態図２は、以上の説明及び本発明の原理に基づいて、本発明の一実施例を説明している。ＣＶＤ反応装置２０は、成膜室２４を形成する成膜用チャンバのハウジング２２を有している。回転サセプタ２６は、反応室２４中で基板又はウェハ２８を支持する。本発明の目的のために、アリゾナ州フェニックスのMaterials Re search corporation(MRC)社から入手できるRotating Disk Reactorが適当な反応器である。ハウジング２２中の、この反応又は成膜室２４は、様々な内部圧力になるように排気され、例えば、０．５から１００Torr．とされる。回転サセプタ２６は、軸３０によって図示しない可変モータと接続され、静止又は２０００ｒｐｍまでの間の様々な回転数で回転される。回転サセプタ２６は、回転しているときには、通常は基板表面２９に垂直な方向に下向きのポンピング作用を行う。また、回転サセプタ２６は、取り付けられている図示しない適当な加熱機構により加熱され、基板２８を２００℃から８００℃に加熱する。シリンダ機構３４は、ハウジング２２のカバー３２から下方に延長された部分であり、ガスを分散するシャワーヘッド３６を回転サセプタ２６及び基板２８上に支持している。このシリンダ機構３４は、シャワーヘッド３６を、好ましくは、基板２８から１インチ以内に有し、さらに好ましくは、基板２８から２０ｍｍ以内に有する。カバー３２の中に形成され、ほぼ円形の開口部４２と組み合わされるシリンダ機構３４は、ガス分配カバー４６とシャワーヘッド３６の間の矢印４３の方向に、垂直の流路を形成する。カバー３２の開口部４２は、シリンダ機構３４と同心のほぼ円筒形の流路４４を形成する円筒を形成する。以下に述べるように、シャワーヘッド３６は、適当なＲＦ電力供給機構４０により、ガス分配カバー４６の開口部４８を通してＲＦ電源３８と接続される。ＲＦ電力供給機構４０は、以下に詳述するように、シャワーヘッド３６をＰＥＣＶＤ用のＲＦ電極とする際に、ＲＦを印加するために使用される。シーリング機構４９は、電力供給機構４０の廻りの開口部４８をシールしている。プラズマガス及び反応ガスは、同心円状のガス供給用のリング又は傘状のガス供給機構５０，５２により、垂直流の流路４５に導入される。この分野の技術者であれば分かるように、他のガス分散機構が用いられてもよい。同心円状のリング５０，５２は、導管５６，５８を介して、図示しない適当なガス供給機構にそれぞれ接続されており、上記のリングは流路４４の周辺にガスを均等に供給するための多数のガス供給孔５４を有している。また、シャワーヘッド３６は、基板２８の全面に反応ガスを分散させるガスの分散孔６４を有している。シリンダ機構３４は、シリンダ６０と、シリンダ６０からシャワーヘッド３６にＲＦ電力が印加されたときに電気的に絶縁する絶縁用のリング６２を有している。シリンダ６０は、接地ライン６１により接地されることが望ましい。絶縁用のリング６２は、シリンダ６０とシャワーヘッド３６の間で、接続部分の全周に亘って電気的な絶縁を確実にするために、指示番号６３で示される直径と幅が決められることが望ましい（図４参照）。この絶縁リングは、例えば、General El ectric社から入手できるQuartz T08-Eのような石英で作られており、実施例では、約０．７５インチの厚さである。使用時には、ＣＶＤ反応ガスは、流路４４の最上部からリング５０，５２を介して導入され、導入されたガスは、回転サセプタ２６のポンピング作用により、通常、矢印４３が示すように下向きに引かれていく。シャワーヘッド３６は、シャワーヘッド３６におけるガス流を確実に定常状態にするために、リング５０，５２から５０乃至１００ｍｍ（２乃至４インチ）離されることが好ましい。より厳密には、流路４４を通って反応ガスが下向きに流れるにつれて、流速に分布が生じ始める。この速度分布は、ガス流中の多くの点でのガスの速度の測定値であり、ガス流の方向４３に対して垂直に測定されるものである。リング５０，５２近傍の流路４４の最上部を横切るガス流の速度はほぼ等しい。しかし、流路４４の底部、一般にはシャワーヘッド３６の上面３７では、矢印４５で示されるように、ガス流の速度に分布生じている定常状態になっている。このような定常状態では、反応ガス流の速度は、一般に、シャワーヘッド３６の中央部６７の方が、周辺部６９よりも大きい。シャワーヘッド３６は、シャワーヘッド３６の下の基板２８の近傍で、シャワーヘッド３６の中央部６７の流速が、周辺部６９の流速とほぼ等しくなるように、底面３９を横切る反応ガス流の速度分布を平坦化している。リング５０，５２及びシャワーヘッド３６の間隔は、シリンダ機構３４と流路４４により決まり、シャワーヘッド３６と回転する基板２８の間隔は、本発明により得ることができる極めて薄い境界層を伴う均一なガス流を基板２８の上面２９に生じさせることができる１インチ以下にされる。ここに、本発明で得た１インチ以下の間隔を用いると、反応ガス流８０は、図３に示すように、基板２８の極めて近傍に維持されることが分かる。図３中に指示符号８１で示しているこの境界層の厚さは、実効的に薄くなっており、この結果、化学気相成長により膜が堆積する基板表面２９における反応ガスの密度は大きくなっている。このことは、反応ガスの大部分がＣＶＤ反応に利用されることを確実にし、基板２８をバイパスして整流板７３付近の排気口７１から反応室２４の外に排気される反応ガスをわずかにする。以上述べたように、流路４４を通る反応ガスの流れは、回転サセプタ２６のポンピング作用により、シャワーヘッド３６を通って下方に引かれる。サセプタの回転数の増加は、成膜速度の向上をもたらす。これは、基板表面にポンピングされる反応ガスの量が増加するためである。これは回転ディスク効果と呼ばれる。図８の曲線は、本発明おけるシャワーヘッドとサセプタ間の間隔を低減したことにより、この回転ディスク効果が発現したことを説明している。すなわち、回転サセプタ２６の回転数が増加するにつれて成膜速度が増加することは、反応ガスの大部分が基板２８の基板表面２９にポンピングされていることを示している。最大の成膜速度は、基板に流下するガス流が、基板から外側に向かうガス流と等しくなるときである。このような条件は、一般に層流と呼ばれる。本発明は、この層流を利用するものである。なお、層流に関する詳細な記述は、参考として添付した出願中のA Method For Chemical Vapor Deposition Of Titanium-Nitrid e films At Low Temperatures，Serial No.08/131,900 filed October 5,1993, と題する発明に開示されている。そして、ある流量でガスを下向きに送り出すサセプタの回転数が、基板からガスを運び去ることができる回転数、すなわち層流にならない回転数より高いときには、基板表面でガスの循環や逆流が生じるために成膜速度は低下する。図８において、指示符号８２で示される本発明の一実施例の成膜速度曲線は、本発明を用いない場合の指示符号８４で示される曲線よりも、高い成膜速度を実現していることを示している。曲線８２は、本発明においては、ウェハ表面２９をバイパスする反応ガスがより少なく、従ってより多くの反応ガスがＣＶＤ反応に寄与していることを示している。曲線８２は、さらに曲線８４よりも平坦化されており、本発明を用いる場合には、より広い回転速度範囲に亘ってプロセス安定性が改善されていることを示している。次に、本発明のもう一つの特徴について説明する。シャワーヘッド３６は、ＰＥＣＶＤ法のＲＦ電極として機能するために、ＲＦが印加される。Ｈ₂，Ｎ₂及びＮＨ₃のようなプラズマガスが、リング５０，５２を通して導入され、シャワーヘッド／電極３６により励起されるときには、シャワーヘッド／電極３６の下方で励起され、シリンダ６０の中には励起されないことが望ましい。シャワーヘッド／電極３６と基板２８の間の約１インチ以下の間隔が、低温ＰＥＣＶＤ、特にチタンを含む膜のＰＥＣＶＤに有用な極めて高濃度のプラズマを、基板２８の近傍に発生する。本発明の特定の利用については、出願中の書類 Method and Appa ratus for Producing Thin Films by Low Temperature Plasma-Enhanced Chemic al Vapor Deposition Using a Rotating Susceptor Reactorに説明されている。以下に、本発明の実施例の利用例のいくつかについて説明する。なお、以下では、シャワーヘッド３６の記載とシャワーヘッド／電極３６との記載を、適宜おりまぜて使用する。これは、本発明では同一構造のものを非ＲＦ電極としても、また本発明の特徴であるＲＦ電極としても用いるためである。ＲＦ電源３８、ＲＦ電力供給機構４０は、シャワーヘッド／電極３６にＲＦを印加している。電気的に接地されている回転サセプタ２６は、複数の並列な電極を構成する。ＲＦ電界は、シャワーヘッド３６と回転サセプタ２６の間に形成されることが望ましく、このＲＦ電界は、プラズマがシャワーヘッド／電極３６の下に生成されるように分散孔６４を通って分散されるプラズマガスを励起する。プラズマは、シャワーヘッド／電極３６の下で励起され、流路４４の内部には励起されない。プラズマが分散孔６４内に励起されないだけでなく、さらにシャワーヘッド／電極３６の底面３９の下に閉じこめられることが望ましい。従って、分散孔６４は、生成されたプラズマがシャワーヘッド／電極３６の底面３９の下に閉じこめられるような大きさにされる。本発明の一実施例では、分散孔６４の直径は、１／３２インチである。さらに、本発明の他の特徴は、発生されたプラズマは、シャワーヘッド／電極３６の下に確実に閉じこめられるようにされていることである。例えば、絶縁管９６，９８は、ＲＦ電力供給機構４０の中で、図４に示すようにＲＦ供給線をシリンダ機構３４及びハウジング２２の金属部分から絶縁するために用いられている。この部分については以下に詳述する。さらに、石英製の絶縁用のリング６２は、プラズマをシャワーヘッド／電極３６の下により強く閉じこめるために、シャワーヘッド／電極３６をシリンダ機構３４から電気的に絶縁している。回転サセプタ２６の回転、及び回転に付随するポンピング作用、シリンダ機構３４、及び前述した流路４４中のガスの流れは、プラズマを均一に維持し、均一な成膜を行うのためのプラズマへの均一なガスの流れを確かなものにするものである。プラズマガス及び反応ガスは、異なるリングを通して導入されることが望ましいが、本発明の原理によるＰＥＣＶＤを用いれば、ＴｉＣｌ₄のような反応ガスも、リング５０，５２と同様のガスリングを通して流路４４に導入される。反応ガスの粒子も、シャワーヘッド／電極３６及び回転サセプタ２６により発生されたＲＦ電界により励起されるが、プラズマとは定義されない。したがって、励起された反応ガス粒子の混合物のプラズマ及びプラズマガスのプラズマは、基板２８の上方、好ましくは基板から１インチ以内に集中する。ＲＦにより励起されるＲＦシャワーヘッド／電極３６は、例えば、４５０ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数では、顕著な周波数特性を示さない。基板２８から１インチ以内での均一なプラズマの生成は、高密度で利用価値のあるプラズマガスラジカルとイオンを、基板表面２９の近傍に生じる。サセプタのポンピング作用は、プラズマ粒子及び励起された反応ガス粒子を基板に向かって吸い込み、反応を起こして膜を形成する。通常、基板の回転数は、本発明のＲＦシャワーヘッドを共に用いて、０から２０００ｒｐｍの範囲にされる。しかし、回転させないときには、その影響は激しくはないものの、反応ガスとプラズマガスの流れ、及びその後の成膜の均一性が低下するようである。チタンを含むコーティング膜の堆積のために実用的な回転速度は、１００ｒｐｍ付近であることが見い出だされている。本発明のシャワーヘッド／電極３６は、ラジカルやプラズマガスのイオンを含むプラズマを発生するため、シャワーヘッドの間隔及び成膜パラメータは、有用なラジカルやイオンの混合物が基板表面２９に到達するように選択されることが望ましい。同時に、いくつかのイオンの基板２８の衝撃は有益である。これは、イオン衝撃が、基板表面２９で成長する膜にエネルギを供給するためであり、イオン衝撃が多すぎると基板上の集積回路素子に損傷を与える。さらに、高密度のイオンは、コンタクト領域やビア領域に打ち込まれる傾向をもつにつれて、膜形状の適合性が低下する。以上述べたように、シャワーヘッド／電極とサセプタの間隔は、１インチ以下、望ましくは２０ｍｍ以下である。図４は、図２の実施例と同様の、ＲＦシャワーヘッド／電極の配置を開示している。図２と図４の間で、同様の部分には同じ指示番号が用いられている。ここでは、ＲＦシャワーヘッド／電極機構３６が固定されているＣＶＤ成膜用チャンバのハウジング２２の部分が断面図として示されている。シャワーヘッド／電極３６は、シャワーヘッド／電極３６にＲＦエネルギを供給するＲＦ電力供給機構４０を構成する種々の部品の一つであるＲＦ電力供給用のステム６８を有している。このＲＦ電力供給機構４０は、また、シャワーヘッド／電極３６から熱を取り除くヒートパイプとしても動作する。これについては後述する。電力供給用のステム６８は、ＲＦ信号の伝導と熱伝導をよくするために（図５参照）、シャワーヘッド／電極３６の上面３７に同心に一体に加工される。このＲＦ電力供給機構４０は、電力供給用のステム６８、及びステム６８に溶接される管９４からなるＲＦ供給ライン９２を有している。ＲＦ供給ライン９２は、所望の全長となるような長さを有する管９４を電力供給用のステム６８に取り付けて構成されている。シャワーヘッド／電極３６及び電力供給用のステム６８はNickel-200で作られ、一方、ＲＦ供給ラインの管９４は 6061-T6アルミニウムのような高導電率材料で作られる。しかし、この分野の技術者であれば分かるように、例えばNickel-200のような他の材料を、ＲＦ供給ラインの管９４に用いることができる。一実施例では、このＲＦ供給ラインの管９４は、本発明の原理に従ってＲＦシャワーヘッド／電極３６を使用している間に、ＲＦプラズマがシリンダ機構３４のシリンダ６０の中で発生するのを防ぐために、外側の層をＮｉでコーティングしたＡｌで作られている。すでに議論したように、シャワーヘッド／電極３６には、ＣＶＤプロセス時に反応ガスとプラズマガスを均等に分配するために、所定のパターンに従ってガス分散孔６４があけられている。図４及び図５に示すように、直立しているＲＦ電力供給用のステム６８は、シャワーヘッド／電極３６に平行な環状の肩フランジ７０を有して構成されている。この肩フランジ７０は、シャワーヘッド／電極３６の上面３７の上方に置かれ、そのすぐ下方にガス分散孔のパターンがある。このため、ガスの流れの妨げは最少限である。さらに、この肩フランジ７０は、シャワーヘッド／電極３６を冷却することによりＲＦ供給ライン９２からシャワーヘッド／電極へのＲＦエネルギの伝導も助け、セラミック製の絶縁管９６，９８の機械的な支持もしている。図４のＲＦシャワーヘッド／電極機構３６は、さらに、それそれ同心で少なくともＲＦ供給ライン９２の一部を囲む、第１及び第２のセラミック製の絶縁管９６，９８を有している。すでに示したように、セラミック製の絶縁管９６，９８は、環状の肩フランジ７０に支持されている。絶縁管９６，９８は、入手が容易なCoors Ceramics of Golden社，Colorado 等のセラミックアルミナ（９９．７％Ａｌ₂Ｏ₃）により構成される。絶縁管９６，９８は、シリンダ６０中で金属のＲＦ供給ライン９２をプラズマガス及び反応ガスから分離することにより、ＣＶＤのプロセス中にＲＦ供給ライン９２付近でプラズマが発生することを防いでいる。シャワーヘッド／電極３６の下にプラズマを集中させるために、シリンダ６０の中でプラズマが生成するのを避けることが望ましい。さらに、以下でより詳細に記述するように、絶縁管９６，９８は、ガス分配カバー１００（接地電位にされている）と開口部４８のＲＦ供給ライン９２の間の電気的な短絡を防いでいる。ガス分配カバー１００は、ハウジング２２に多数のネジ１０２により固定されている。図４に示すように、例えばリング５０，５２のようなガス供給用のリング又は傘状のガス供給機構は、すでに述べたように、ＣＶＤ反応ガス及びプラズマガスをシリンダ６０内に導入するために、ガス分配カバー１００よりわずかに下方に置かれている。ガスを供給するリング５０，５２は、２以上の同心のリングであり、多種の反応ガスをシリンダ６０内に導入するためのものである。シーリング機構４９は、ＲＦ供給ライン９２がガス分配カバー１００を通っている開口部４８の真空漏れを防ぐためのものである。図４に示すように、セラミック製のシール板１０４は、２つのステンレススチール製のクランプ１０６により下向きに押圧されている。クランプ１０６は、シール部晶に所定の下向きの力を加えて、スプリングワッシャとネジにより確実なシールを保証するために、ガス分配カバー１００に対して押圧しており、シール部品の寸法公差の累積やＣＶＤプロセス中の熱膨張による寸法変化に対応する。セラミック製のシール板１０４は、セラミック製のシール部材１１４に密着したＯリング１１２を押下しているステンレススチール製の黙ネジ１１０を押圧する。クランプ１０６によりシール板１０４を押下する力は、シール部材１１４にも作用し、シール部材１１４とガス分配カバー１００の間のＯリング１１６を圧縮する。シール部材１１４は、ＲＦ供給ライン９２をガス分配カバー１００を通る全長に亘って囲むように、下方に延長された環状のフランジ１１８を有していることが特徴である。環状のフランジ１１８の下端部１２０は、内側のセラミック製の絶縁管９６と出会う点まで下方に延長されている。示されているように、外側のセラミック製の絶縁管９８は、絶縁管９６よりもさらに上方のガス分配カバー１００とＲＦ供給ライン９２の間の、指示線が付されていない部分まで延長されている。これは、シャワーヘッド／電極３６へのＲＦエネルギがＲＦ供給ライン９２に供給されているときに、アークが発生するのを防ぐためである。シャワーヘッド／電極３６に、ＲＦを印加して使用すると、ＣＶＤ法により上昇するシャワーヘッド／電極３６の温度が、さらに上昇する。本来の動作を確実にするために、シャワーヘッド／電極３６は冷却され、その端部へのＲＦ供給ライン９２は、ヒートパイプとしても機能するように構成されている。このヒートパイプ機構そのものに関しては、すでに知られている発明である。このヒートパイプ機構は、加熱されている回転サセプタ２６から放射されるエネルギによる熱や、シャワーヘッド／電極３６に加えられるＲＦエネルギによる熱を運び去るために用いられる。ＲＦ供給ライン９２の中央の空間１２２には、フェルトやその他の適当な毛細管現象により液体を運ぶ材料（ウイック）の図示しないライナが設けられている。この空間１２２は、例えばアセトンのような液体が、その蒸気圧以下の圧力で封入されており、ＲＦ供給ライン９２の内面全体に亘って上記の毛細管材料の細孔を濡らしている。このＲＦ供給ライン９２の長さ方向のどこに熱が加えられても、その位置で上記液体が沸騰して気体になる。このとき、ウイック材料中の液体は気化熱を奪い、蒸気はより高圧となって、この密封されたチューブの中で低温の部分に移動し、そこで凝縮して再びライナ中に戻る。このように、蒸気が気化熱を放出し、このヒートパイプ機構の「入口」から「出口」へ熱を輸送する。この熱の移動速度は、参考文献によれば８００ｋｍ／ｈ（５００ｍｐｈ）程度であるとされている。図４で用いられる具体的な構成を参照すると、蒸気のヒートパイプ機構の一端の「入口」は、シャワーヘッド／電極３６に接続されたＲＦ供給ライン９２の端部に相当する。また、上記「出口」は、図４では、その周囲をシールしている液体冷却ジャケット１２４を有するＲＦ供給ライン９２の上端部である。このシールは、Ｏリング１２５及び１２６により行われている。液体冷却ジャケット１２４はポリマ材料であり、テフロン製の導管１３０を接続するテフロン製の締結部１２８及び１２９により構成されることが望ましい。水等の適当な冷却液は、導管１３０及び液体冷却ジャケット１２４を通って流れ、ＲＦ供給ライン９２から熱を運び去る。これにより、冷却液をＲＦ供給ライン９２に直接接触させ、ＲＦ供給ライン９２から熱を効果的に除去することができる。さらに、この構成によれば、ＣＶＤ反応チャンバが内部の冷却液漏れにさらされたり、金属配管に腐食が生じる可能性もない。上述のように、テフロン製の導管１３０を通り、ＲＦ供給ライン９２から熱を除去する液体として水を使用することができるが、ＲＦ供給ライン９２から除去される熱量に応じて種々の液体を用いることができる。また、ＲＦ供給ライン９２は、内部の空間１２２に所望の液体を充填するための充填管１３４を備えて適当な位置に溶接されたキャップ１３２を有している。市販されている好適なヒートパイプは、Thermocore Inc.，Lancaster，PAから入手可能である。すでに述べたように、シリンダ６０は、シリンダ機構３４の一部を構成し、シャワーヘッド／電極３６をハウジングのカバー３２に固定している。このシリンダ６０は、リング６２の厚さを考慮して回転サセプタ２６から１インチ以内に置かれるのが通常である。シャワーヘッド／電極３６は、ＦＲプラズマ中に置かれても腐食しない材料で作られたネジ１３６により、シリンダ６０に固定される。このような材料の一つとして、Hanes International，Kokomo，IN．の商品名 Ha stelloy C-22 がある。この材料からなる好適なネジは、Pinnacle Mfg.，Tempe, AZから入手可能である。絶縁用のリング６２は、シャワーヘッド／電極３６をシリンダ６０から電気的に絶縁する。この絶縁用のリング６２は、石英で作ることができ、その内部に気泡のような傷がほとんど無く、かつ／又は、極めて小さいことが望ましい。石英材料としては、Hereaus Amersil，Tempe，Arizona から入手できる Quartz TO8- E がある。この石英は、機械加工することが可能であり、厚さが約３／４（０．７５）インチで、直径がシリンダ６０及びシャワーヘッド／電極３６の直径に一致する絶縁用のリング６２に加工されて、これらの間に取り付けられる。ネジ１３６は、接地電位にあり、組み合わされて使用される２つのセラミック製の絶縁スリーブ１３８，１３９によりシャワーヘッド／電極３６から絶縁されている。シャワーヘッド／電極３６をシリンダ６０から絶縁しているリング６２に石英が使われる理由には、耐熱衝撃性が高いこともある。このことは、リング６２の下方のシャワーヘッド／電極３６が、石英製のリング６２の上方のシリンダ６０よりも高温に、しかも急激に加熱されると、リング６２に熱衝撃や歪みが生じるために、重要である。ネジ１３６と同じ材料により形成されてもよいネジ１４０は、シリンダ６０をハウジング２２に取り付けるのに用いられる。ＲＦエネルギは、ステム６８及び管９４からなるＲＦ電力供給機構４０により、シャワーヘッド／電極３６に導かれる。絶縁管９６，９８は、管９４とガス分配カバー１００を含む金属製のハウジング２２のあらゆる場所との間でのアークの発生を防止するためのものである。さらに、この装置では、管９４のガス分配カバー１００を貫通している部分の周辺のシールを備えている。ＲＦエネルギは、ＲＦ電源３８（図２に示す）に接続され、ＵＨＦのコネクタ１４４を一端に有するシールドされたＲＦ供給ケーブル１４２を介して供給される。コネクタ１４４は、一定の長さの１２ゲージワイヤ１４８を介してＲＦ供給ライン９２の上端部に固定されたステンレススチール製のシャフトカラー１５０に接続されている、もう一つのＵＨＦのコネクタ１４６に接続される。このシャフトカラー１５０は、ＲＦ供給ライン９２と摺動接触している。シャフトカラー１５０は、ＲＦ供給ライン９２をしっかりと把持する、互いに相手を締め付けるように対向している図示しないクラムシェルクランプを有する。この構成によれば、ＲＦ供給ライン９２を流れるＲＦ電流に対する抵抗は最小限である。シャフトカラー１５０の上方に露出したＲＦ供給ライン９２の部分は、高分子材料からなるキャップ１５４により、接地された金属シールド部材１５２から絶縁されている。この装置は、４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚで２５０〜３００ＷのＲＦ電力を供給することができる。図５は、図２及び図４に示した本発明の実施例に用いるシャワーヘッドの一例を上方から見た図である。シャワーヘッド３６は、一般に円形であり、その全面にあけられた分散孔６４を有しているのが通常である。ここでは、シャワーヘッド３６は、全直径８インチのなかに、分散孔６４を有する直径６．５インチの分散孔の領域１５６が設けられている。この分野の技術者にとって明らかなように、シャワーヘッド３６及び分散孔の領域１５６の直径は、処理される基板ウェハの直径に依存する。シャワーヘッド３６は、２００個から１２００個の分散孔６４を有するのが通常であり、直径８インチのシャワーヘッドでは３００個から６００個の分散孔を有することが望ましい。上述したように、シリンダ６０の内部にプラズマが形成されるのを防ぐために、分散孔６４の内径は１／３２（０．０３１３）インチ程度であることが望ましい。シャワーヘッド３６は、シャワーヘッド３６を石英リングに取り付けるためのネジ１３６その他の固定具を受けるネジ穴１５８を、その外周部に有する周辺端部１５７を有する。すでに示したように、シャワーヘッド３６は、肩フランジ７０を形成するステム６８を有している。ステム６８及び肩フランジ７０は、シャワーヘッド３６を完全なものとして構成するのに必要とされ、シャワーヘッド３６と接続されるＲＦ電力供給機構４０を構成する。このステム６８を有するシャワーヘッド３６は、導電性材料で形成され、Nickel-200で形成されることが好ましい。本発明の一実施例における、このシャワーヘッド３６の分散孔の領域１５６の厚さは、好ましくは１／４（０．２５）インチである。図２及び図４で説明した本発明の実施例は、低い基板温度でのＴｉ及び窒化チタンの成膜に利用される。その他のＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ法の利用例については以下で説明する。なお、成膜パラメータは個々の例について示し、成膜結果についてはパラメータ毎に表に示す。表１は、本発明の装置において、窒素（Ｎ₂）ガスと水素（Ｈ₂）ガスの両方、及び塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）を用い、基板上に窒化チタン（ＴｉＮ）を成膜した場合の結果を説明している。表１に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５００Ｎ₂（ｓｃｃｍ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Torr.）１サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４００成膜時間（秒）１８０表１中で、ウェハ１及び２はシリコンであり、残りのウェハ３乃至１０は熱酸化シリコンである。ウェハ６乃至１０は、流量５０００ｓｃｃｍのＮＨ₃中で、２５０ＷのＲＦプラズマアニールを１２０秒間行ったものである。このとき、内部圧力３Torr.（ただし、ウェハ６は５Torr.）、サセプタ回転数は１００ｒｐｍである。この結果から、窒化チタン層は、従来のＣＶＤ法で必要とされる基板温度よりも実質的に低い温度である４００℃付近で、成膜できることが分かる。次の表２に示す例は、表１に示したパラメータ（基板温度が６００℃である点を除く）で、すなわち以下のパラメータでＴｉＮ層を成膜した場合の結果を示している。表２に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５００Ｎ₂（ｓｃｃｍ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Torr.）１サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）６００成膜時間（秒）１８０表２中で、ウェハ１及び２はシリコンであり、残りのウェハ３乃至８は熱酸化シリコンである。ウェハ６乃至８は、流量５０００ｓｃｃｍのＮＨ₃中で、２５０ＷのＲＦプラズマアニールを１２０秒間行ったものである。このとき、内部圧力５Torr.、サセプタ回転数は１００ｒｐｍである。図２及び図４で説明した本発明の装置は、純チタン層の成膜にも用いられる。次の表３は、熱酸化ウェハ上に約８４％チタンの膜を６５０℃で成膜したときの結果と成膜パラメータを示している。これは、このような低温におけるＣＶＤとして良好な結果である。表３に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Torr.）１サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）２７００基板温度（℃）５６５表３の基板ウェハは、前述したアンモニアプラズマによるアニールを行っていない。表４では、Ｈ₂の流量が、ウェハ１乃至４では５０００ｓｃｃｍまで、ウェハ５乃至９では３７５０ｓｃｃｍまで増量されている。成膜圧力は、５Torr.まで増加されている。ウェハ５乃至９に対しては、Ｈ₂ガスと共に、０．５ｓｌｍ（標準リットル毎分）のアルゴンガスを用いている。また、表４で、ウェハ１，２及びウェハ５，６はシリコンであり、残りのウェハ３，４及び７，９は熱酸化シリコンである。表４に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５０００（ウェハ１乃至４）３７５０（ウェハ５乃至９）アルゴン（ｓｌｍ）０．５（ウェハ５乃至９）ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Torr.）５サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）５６５成膜時間（秒）３００（ウェハ９は６００）サセプタ温度（℃）約６５０表５は、さらにＨ₂流量及び成膜圧力を増加した場合の結果を示している。表５に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）３７５０アルゴン（ｓｌｍ）０．５ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Torr.）５サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）３００（ウェハ９乃至１２は６００）基板温度（℃）５６５サセプタ温度（℃）６５０１Torr.から５Torr.への成膜圧力の変化は、プラズマをより安定で対称にする。さらに、少量のアルゴン流を伴う水素流量の増加は、プラズマ強度だけでなくプラズマの安定性も高める。アルゴン流量としては、０乃至１０ｓｌｍが適当である。ここで、ウェハ１，２はシリコンであり、ウェハ３乃至１０は熱酸化シリコンである。また、ウェハ１１，１２は、ひ素ほうけい酸ガラスであり、カリフォルニア州フリーモントのThin Films，Inc.社から入手可能である。なお、表４及び表５に示したウェハは、いずれもアンモニアプラズマアニールを行っていない。表６は、さらにサセプタ温度を４５０℃にした場合の結果を示している。表６に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）５Ｈ₂（ｓｃｃｍ）３７５０アルゴン（ｓｌｍ）０．３ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Torr.）５サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）１８０基板温度（℃）４００サセプタ温度（℃）４５０ウェハ１乃至４は、シリコンであり、ウェハ５は熱酸化シリコンである。一方、ウェハ６，７は、アルミニウムシリコン及び銅を含むアルミニウム合金である。表６中の６番目及び７番目のパラメータは、本発明を用いることにより、含チタン膜をアルミニウム上に成膜できる可能性を示している。表６の６番目のパラメータは、表５のパラメータ（例えば、ＴｉＣｌ₄は５ｓｃｃｍ）よりも流量が少ないものである。表７の成膜結果は、さらにＴｉＣｌ₄の流量を減少させた場合のものである。表７中のウェハは全て熱酸化シリコンである。また、表６及び表７のウェハは、いずれもＲＦアンモニアアニールを行っていないものである。表７に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）ウェハ１，２４ウェハ３，４３ウェハ５，６２ウェハ７１Ｈ₂（ｓｃｃｍ）３７５０ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Torr.）５サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）３００（ウェハ１は１８０，ウェハ２は２４０）基板温度（℃）約４００サセプタ温度（℃）４５０図６は、シリンダ内のＲＦ供給ライン近傍でのアークの発生を防ぎ、また、シャワーシャワーヘッドを電極として使用するためＲＦが印加されたときにシリンダ内にプラズマが発生してしまうことを防ぐために、金属製のシリンダ６０と絶縁リングを使用しない構成とした、本発明のもう一つの実施例を示している。図６に示すこの実施例は、ハウジングカバー１６０，ＲＦ電力供給機構１６２，冷却ジャケット１６５と冷却液供給ラインを備えたヒートパイプ機構１６４，シーリング機構１６８を備えたガス分配カバー１６６を有し、これら各部が図４に示したハウジング２２と同様のハウジングを使用する。しかし、シリンダ機構１７０は、金属製のシリンダ６０及び絶縁用のリング６２を有しておらず、石英のような絶縁材料で作られているシリンダ１７２が、ＲＦ電力供給機構１７４を取り囲んでいる。シリンダ１７２は、好ましくは、上述のように Hereaus Amersil社から入手可能な Quartz T08-E 等の高品質の石英により形成される。石英製のシリンダ１７２は、図４の実施例で用いられたネジや他の取付部晶を用いずに、ニッケル−２００等の導電性金属からなるシャワーヘッド／電極１７６により支持される。具体的には、凹部１７８がハウジングカバー１６０内に形成され、シリンダ１７２の上端部１７７が取り付けられる。Ｏリング１７９，１８０が、凹部１７８とシリンダ１７２との当接面１８１に配置され、界面でのシールを形成する。シリンダ２３８の下端部１８４において、係合段部１８６がシリンダ１７２に形成され、シャワーヘッド／電極１７６の周縁部１８８が取り付けられる。シリンダ１７２の係合段部１８６は、シャワーヘッド／電極１７６の周縁部１８８上に位置している。シャワーヘッド／電極１７６は、ＲＦ供給ライン管１７５に溶接部１９５等により取り付けられたステム１９４を有し、一体型のＲＦ供給ライン１９７を形成する。ＲＦ供給ライン１９７は、図４のシャフトカラー１５０と同様のカラー１９９により、その上端部で摩擦により支持されている。ＲＦ供給ラインは、シャワーヘッド／電極１７６をサセプタ１８２の上方に支持している。シャワーヘッド／電極１７６は、シリンダ１７２にノッチ部で接し、凹部１７８内に支持することにより、シリンダ１７２をシリンダ機構１７０内に支持する。シャワーヘッド／電極の周縁部１８８と係合段部１８６との当接面は、係合段部１８６と、対応する係合段部１９３の間で圧縮された、圧縮されたＯリング１９０によりシールされる。図４の実施例と同様に、複数の傘状のガス供給機構又はガス供給用のリング１９１，１９２が、必要なプラズマ及び反応ガスをシリンダ１７２内に導入する。図６の実施例では、シリンダ１７２をハウジングカバー１６０に取り付けたり、シャワーヘッド／電極１７６をシリンダ１７２に取り付けるために必要な金属製のネジを使用しない構成としている。これにより、ＲＦバイアスが印加されたＲＦシャワーヘッド／電極１７６の付近の金属が少なくなるため、シリンダ１７２内でのアークの発生のおそれがさらに少なくなる。また、シャワーヘッドの周縁部１８８にセラミック絶縁スリーブを用いる必要もなくなる。したがって、ＲＦシャワーヘッド／電極１７６も変更されている。図６及び図７に示すように、シャワーヘッド／電極はフランジのないステム１９４を有している。その代わりに、突片１９６が、図６に示すようにステム１９４の周辺に形成され、突片１９６は、図４中の絶縁管９６，９８と同様のセラミック材料で作られた円形のセラミック製の環状をなす載置部１９８を支持する。セラミック製の載置部１９８は、ステム１９４により支持され、絶縁スリーブ２００，２０１を支持する。絶縁スリーブ２００，２０１も、図４中の絶縁管９６，９８と同様のセラミック絶縁材料により形成されることが望ましい。シャワーヘッド／電極１７６の周縁部１８８の周りには、Ｏリング１９０を受けとめて、シリンダ１７２とシャワーヘッド／電極１７６の間をシールするための係合段部１９３が形成されている。ガス分散孔２０６は、図４中のシャワーヘッドの分散孔の領域１５６に相当する領域２０４内に形成されている。前述したように、この孔の直径は、シリンダ１７２内でシャワーヘッド／電極１７６の下からサセプタ１８２の上方に閉じ込めるために、１／３２（０．０３１３）インチ程度であることが望ましい。図６の実施例では、シリンダ１７２を用い、シャワーヘッド／電極１７６付近の金属製の取付ネジを廃することにより、シリンダ１７２内でのプラズマ生成の防止、及びＲＦ供給ライン管１７５とシャワーヘッド／電極１７６と周辺の金属部分との間のアーク発生を防止している。絶縁層２０８は、ガス分配カバー１６６の頂部に配置され、操作者による接触を防止するようにしてもよい。これは、ガス分配カバー１６６が動作中に非常に熱くなるためである。本発明を実施例により説明し、実施例をかなりの詳細にわたって説明したが、添付の請求の範囲をそのような詳細に限定することは、本出願人の意図するところではない。更なる利点や変更は、当該分野の技術者にとって明らかである。例えば、本発明の一実施例に用いられるシリンダ及びシャワーヘッドを、ここで開示した金属以外の材料で作ってもよい。さらに、本発明の複数の実施例における絶縁性のシリンダやリングは、石英以外の材料で作られてもよい。すなわち、本発明は広義において、特定の具体的詳細事項や、代表的な装置及び方法や、説明した例に限定されるものではない。したがって、本出願人の発明概念の範囲を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年６月６日【補正内容】わち下向きの流れの流量が外向きの流れの流量に等しくなるような回転数で回転されることが望ましい。回転サセプタによる反応ガスの層流は、均一な膜を堆積するために望ましい反応ガスの薄い境界層を実現する。回転サセプタの使用は、より大きなガス流量の導入を可能にする一方で、基板上に均一に成膜できるように回転されている基板の表面に到達する前に、ポンピングされた反応ガスの流速に大きな分布が生じてしまうことが一般に知られている。すなわち、流入するガス流の流速（流れのパスに直角に測定した）が、定常状態になってしまう。実用的な成膜圧力（例えば１３０〜１３０００Ｐａ（１〜１００Torr．））を用いる一般的なＣＶＤ装置で、定常状態の流れを実現するためには、ガスリング及びガス分散用のシャワーヘッドと回転基板表面との間隔は、約１００ｍｍ（４インチ）以上必要とされている。基板における定常状態のガス流が大きいときには、この間隔が広くても問題ない。むしろ、導入される反応ガスが、導入点から回転基板までのこのような長い距離を移動する間に、分散してしまうことが大きな問題である。このような分散があると、かなりの体積の反応ガスが基板の端部付近をバイパスし、基板表面で反応せずに反応チャンバから排気されることになる。例えば、図１は、回転サセプタ６上で回転する基板８を収容するＣＶＤ反応室７中での、下向き及び外向きのガス流の多数の流線５を示している。この流線５は、回転サセプタ６及び基板８の約１００ｍｍ（４インチ）以上に設けられた複数のガスリング及び１つのガス分散シャワーヘッド（図示せず）から始まっている。この流線５は、ガス分散リング及びシャワーヘッドと、回転している基板８との間隔が大きい場合に起こる問題を説明している。これから分かるように、境界層の平均厚さは、基板８をバイパスして整流板１１付近を通過して、反応室７から図示しない適当な排気系により排気される反応ガス５についてのかなり重要で本質的な量である。基板をバイパスする反応ガス５の量が多いと、基板表面１２で反応に利用できる反応ガスの密度が低下するため、成膜速度が低下する。そのうえ、基板表面１２の反応ガス５の厚い境界層は、基板８上に堆積される膜の均一性に影響を及ぼす。さらに、反応せずに排気されるガスの浪費は、この成膜法の総合的な効率低下とコスト増をもたらす。ガス分散リング及びシャワーヘッドと、回転基板との間隔が大きい場合のもう一つの問題は、基板の近傍の十分に高密度のプラズマを励起できないことである。特に、ＰＥＣＶＤ法においては、活性化されたプラズマ粒子が表面反応のためのエネルギを供給するために、反応ガスプラズマが基板近傍で励起されることが望ましい。特に、Method And Apparatus For Producing Thin Films by Low Tem perature Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Using A Rotating Susc eptor Reactor と題する、同日にファイルされた米国特許−No.NO95/33867 のＰＣＴ出願に開示されているように、チタンを含む膜の低温ＰＥＣＶＤのためには高濃度のプラズマが必要である。しかし、ガスリングとシャワーヘッドが基板から１００ｍｍ（４インチ）以上の間隔で設けらている現行の装置では、回転基板近傍に適当な濃度のプラズマを励起することは、十分に実現することはできていない。このため、基板へのガス流が定常状態に維持しながら、薄い境界層と基板表面の十分な密度のガスが存在するように、反応ガスを基板表面に分散させることが本発明の一つである。さらに、ＰＥＣＶＤ膜を堆積するのに十分な高密度のプラズマを、基板表面で発生させることも本発明の目的である。発明の開示本発明は、上述した目的のために、ＣＶＤチャンバの中で回転している基板の近傍に、反応ガスを分散させるための装置及び方法を提供するものであり、より効率的で均一性の高い成膜及びガス利用のために、改良された反応ガス流と薄い境界層を、基板表面全体に生成する装置及び方法を提供するものである。本発明は、さらにＰＥＣＶＤにおいて、特にＴｉを含むコーティング膜を低温で形成するための高濃度のプラズマを回転基板上に生成するものである。本発明は、回転基板から１インチ以内に設けられたガス分散シャワーヘッドを利用するものである。このシャワーヘッドは、ガス供給リングあるいは他の供給装置より下方の適当な距離の位置に設けられ、ガスは、シャワーヘッドから回転基板全体に分配される前に、リングとシャワーヘッドの間で定常状態のガス流にされる。シャワーヘッドは、基板に薄い境界層を発生して、より均一なＣＶＤ膜が効率よく堆積するように、基板から２５ｍｍ（１インチ）以内、好ましくは２０ｍｍ以内に設けられる。この実施例の一つは、反応ガス供給部に接続されたガス供給リングとシャワーヘッドとの間の円筒状の機構又は円筒長を長くすることである。反応ガスは、シリンダの基板から遠い側の一端からその内部に供給され、シャワーヘッド内のガス分散孔の穴を介して回転基板の全面に分散するようにシリンダの長手方向に流下する。この反応ガスの流れの速度分布は、シリンダの長手方向で発達し、シリンダーは、基板表面への望ましい反応ガスの流れが、ガス分散リングシャワーヘッドだけを通って反応ガスが基板に供給されるように制限する。シャワーヘッドを近接して置くことは、定常状態のガス流と同様に基板全面の境界層を薄くして、基板表面への効率的で均一なＣＶＤ膜の堆積を可能にする。このシャワーヘッドの形状及びガス拡散リングの穴の好ましい０．７９４ｍｍ（１／３２（０．０３１３）インチ）の寸法は、基板全面に亘ってガスの速度分布を平坦化し、基板へのより均一なガス流を生成する。シャワーヘッドと薄くされた境界層が近接することにより、基板をバイパスする反応ガスが少なくなって、より効率的なＣＶＤを実現する。本発明の、もう一つの特徴は、シャワーヘッドにＲＦエネルギが印加されて、ＰＥＣＶＤに用いるためのＲＦ電極を構成していることである。プラズマガスは、このシャワーヘッド／電極を通って、その近傍で励起され、ＰＥＣＶＤの表面反応のためのエネルギを供給する高濃度のプラズマを基板近傍に生成する（以後は、シャワーヘッドを、必要に応じてシャワーヘッド／電極と呼ぶ）。例えば、シャワーヘッド／電極と基板間の間隔を２５ｍｍ（１インチ）以下に短縮し、本発明による改良されたガス流を用いれば、ＰＥＣＶＤ方法による成膜に必要なの十分なエネルギを供給する高密度プラズマを、基板表面に確実に生成することができる。そのうえ、シャワーヘッド／電極が、反応ガスを均等に分散し、高濃度プラズマが基板全体に亘って均一に生成される。本発明のシリンダとシャワーヘッド／電極は、シャワーヘッド／電極より上方、及びシリンダ内、さらにシャワーヘッド／電極の分散孔でプラズマが励起されることを防ぐ。この方法によれば、通常、プラズマがシャワーヘッド／電極の下に限定され、成膜が促進されるとともにプラズマの汚染も防ぐことができる。本発明の一実施例では、シリンダはＮｉめっきしたＡｌで作られており、石英の絶縁リングを介して純Ｎｉ製のシャワーヘッド／電極と組み合わされる。この絶縁リングは、シリンダ内でのプラズマの励起を防ぐために、シリンダをＲＦシャワーヘッド／電極から電気的に絶縁している。もう一つの実施の例では、シリンダ内でのプラズマの生成を防ぐために、シリンダ全体が絶縁性の石英で作られている。このシャワーヘッドの厚さは、約６．４ｍｍ（０．２５インチ）であり、シャワーヘッドの直径と処理する基板の直径とに応じて、通常、２００個から１２００個のガス分散孔を有している。シャワーヘッド／電極の下にプラズマを確実に閉じ込めるためには、上記のシャワーヘッド／電極のガス分散孔の直径は、０．７９４ｍｍ（１／３２（０．０３１３）インチ）が好ましい。６インチ径のウェハ・基板を処理するための装置の好ましい実施例では、直径約１６５ｍｍ（６．５インチ）で、面に３００個から６００個のガス分散孔をもつ円形のシャワーヘッドが用いられている。なお、上記シリンダ，シャワーヘッド及び穴の寸法は、その他の要素やＣＶＤチャンバの寸法、基板からの所望の距離およ処理される基板の寸法に応じて調整される。本発明のシリンダ及びシャワーヘッド／電極は、４５０ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚにおいて、２００乃至３００ＷのＲＦ電力で動作される。さらに、５０ｓｃｃｍから５０，０００ｓｃｃｍの範囲の反応ガス流量はもちろん、０ｒｐｍから２０００ｒｐｍのサセプタ回転数で十分に動作する。本発明の内容及び特徴、従来の発明の特徴について、以下に添付図面を参照しながら詳しく説明する。図面の簡単な説明この明細書に添付の図面は、本発明の実施例を説明するものであり、前述した本発明の一般的な説明と共に本発明の原理を説明するものである。図１は、回転サセプタを備えた従来のＣＶＤ反応チャンバ内のガス流の分布を概略的に示す断面図である。図２は、本発明の実施例であるＣＶＤ装置の断面図である。図３は、本発明を適用したＣＶＤ反応チャンバ内のガス流の分布の例を概略的に示す断面図である。図４は、図２で説明した本発明の実施例を詳細に示す図である。図５は、図２及び図４に示した、本発明を適用したガス分散シャワーヘッドを上から見た図である。図６は、本発明の別の実施例を示す断面図である。図７は、図６に示した、本発明を適用したガス分散シャワーヘッドを上から見た図である。図８は、ＣＶＤ法に本発明を適用した場合及び適用していない場合の成膜速度とサセプタの回転速度の関係を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態図２は、以上の説明及び本発明の原理に基づいて、本発明の一実施例を説明している。ＣＶＤ反応装置２０は、成膜室２４を形成する成膜用チャンバのハウジング２２を有している。回転サセプタ２６は、反応室２４中で基板又はウェハ２８を支持する。本発明の目的のために、アリゾナ州フェニックスのMaterials Re search corporation(MRC)社から入手できるRotating Disk Reactorが適当な反応器である。ハウジング２２中の、この反応又は成膜室２４は、様々な内部圧力になるように排気され、例えば、６７から１３０００Ｐａ（０．５から１００Torr．）とされる。回転サセプタ２６は、軸３０によって図示しない可変モータと接続され、静止又は２０００ｒｐｍまでの間の様々な回転数で回転される。回転サセプタ２６は、回転しているときには、通常は基板表面２９に垂直な方向に下向きのポンピング作用を行う。また、回転サセプタ２６は、取り付けられている図示しない適当な加熱機構により加熱され、基板２８を２００℃から８００℃に加熱する。シリンダ機構３４は、ハウジング２２のカバー３２から下方に延長された部分であり、ガスを分散するシャワーヘッド３６を回転サセプタ２６及び基板２８上に支持している。このシリンダ機構３４は、シャワーヘッド３６を、好ましくは、基板２８から２５ｍｍ（１インチ）以内に有し、さらに好ましくは、基板２８から２０ｍｍ以内に有する。カバー３２の中に形成され、ほぼ円形の開口部４２と組み合わされるシリンダ機構３４は、ガス分配カバー４６とシャワーヘッド３６の間の矢印４３の方向に、垂直の流路を形成する。カバー３２の開口部４２は、シリンダ機構３４と同心のほぼ円筒形の流路４４を形成する円筒を形成する。以下に述べるように、シャワーヘッド３６は、適当なＲＦ電力供給機構４０により、ガス分配カバー４６の開口部４８を通してＲＦ電源３８と接続される。ＲＦ電力供給機構４０は、以下に詳述するように、シャワーヘッド３６をＰＥＣＶＤ用のＲＦ電極とする際に、ＲＦを印加するために使用される。シーリング機構４９は、電力供給機構４０の廻りの開口部４８をシールしている。プラズマガス及び反応ガスは、同心円状のガス供給用のリング又は傘状のガス供給機構５０，５２により、垂直流の流路４５に導入される。この分野の技術者であれば分かるように、他のガス分散機構が用いられてもよい。同心円状のリング５０，５２は、導管５６，５８を介して、図示しない適当なガス供給機構にそれぞれ接続されており、上記のリングは流路４４の周辺にガスを均等に供給するための多数のガス供給孔５４を有している。また、シャワーヘッド３６は、基板２８の全面に反応ガスを分散させるガスの分散孔６４を有している。シリンダ機構３４は、シリンダ６０と、シリンダ６０からシャワーヘッド３６にＲＦ電力が印加されたときに電気的に絶縁する絶縁用のリング６２を有している。シリンダ６０は、接地ライン６１により接地されることが望ましい。絶縁用のリング６２は、シリンダ６０とシャワーヘッド３６の間で、接続部分の全周に亘って電気的な絶縁を確実にするために、指示符号Ｄで示される直径と幅が決められることが望ましい（図４参照）。この絶縁リングは、例えば、General Ele ctric社から入手できるQuartz T08-Eのような石英で作られており、実施例では、約１９ｍｍ（０．７５インチ）の厚さである。使用時には、ＣＶＤ反応ガスは、流路４４の最上部からリング５０，５２を介して導入され、導入されたガスは、回転サセプタ２６のポンピング作用により、通常、矢印４３が示すように下向きに引かれていく。シャワーヘッド３６は、シャワーヘッド３６におけるガス流を確実に定常状態にするために、リング５０，５２から５０乃至１００ｍｍ（２乃至４インチ）離されることが好ましい。より厳密には、流路４４を通って反応ガスが下向きに流れるにつれて、流速に分布が生じ始める。この速度分布は、ガス流中の多くの点でのガスの速度の測定値であり、ガス流の方向４３に対して垂直に測定されるものである。リング５０，５２近傍の流路４４の最上部を横切るガス流の速度はほぼ等しい。しかし、流路４４の底部、一般にはシャワーヘッド３６の上面３７では、矢印４５で示されるように、ガス流の速度に分布生じている定常状態になっている。このような定常状態では、反応ガス流の速度は、一般に、シャワーヘッド３６の中央部６７の方が、周辺部６９よりも大きい。シャワーヘッド３６は、シャワーヘッド３６の下の基板２８の近傍で、シャワーヘッド３６の中央部６７の流速が、周辺部６９の流速とほぼ等しくなるように、底面３９を横切る反応ガス流の速度分布を平坦化している。リング５０，５２及びシャワーヘッド３６の間隔は、シリンダ機構３４と流路４４により決まり、シャワーヘッド３６と回転する基板２８の間隔は、本発明により得ることができる極めて薄い境界層を伴う均一なガス流を基板２８の上面２９に生じさせることができる２５ｍｍ（１インチ）以下にされる。ここに、本発明で得た２５ｍｍ（１インチ）以下の間隔を用いると、反応ガス流８０は、図３に示すように、基板２８の極めて近傍に維持されることが分かる。図３中に指示符号８１で示しているこの境界層の厚さは、実効的に薄くなっており、この結果、化学気相成長により膜が堆積する基板表面２９における反応ガスの密度は大きくなっている。このことは、反応ガスの大部分がＣＶＤ反応に利用されることを確実にし、基板２８をバイパスして整流板７３付近の排気口７１から反応室２４の外に排気される反応ガスをわずかにする。以上述べたように、流路４４を通る反応ガスの流れは、回転サセプタ２６のポンピング作用により、シャワーヘッド３６を通って下方に引かれる。サセプタの回転数の増加は、成膜速度の向上をもたらす。これは、基板表面にポンピングされる反応ガスの量が増加するためである。これは回転ディスク効果と呼ばれる。図８の曲線は、本発明おけるシャワーヘッドとサセプタ間の間隔を低減したことにより、この回転ディスク効果が発現したことを説明している。すなわち、回転サセプタ２６の回転数が増加するにつれて成膜速度が増加することは、反応ガスの大部分が基板２８の基板表面２９にポンピングされていることを示している。最大の成膜速度は、基板に流下するガス流が、基板から外側に向かうガス流と等しくなるときである。このような条件は、一般に層流と呼ばれる。本発明は、この層流を利用するものである。なお、層流に関する詳細な記述は、参考として添付した出願中の A Method For Chemical Vapor Deposition Of Titanium-Nitrid e films At Low Temperatures，Serial No.08/131,900 filed October 5,1993, −米国特許No.5378501と題する発明に開示されている。そして、ある流量でガスを下向きに送り出すサセプタの回転数が、基板からガスを運び去ることができる回転数、すなわち層流にならない回転数より高いときには、基板表面でガスの循環や逆流が生じるために成膜速度は低下する。図８において、指示符号８２で示される本発明の一実施例の成膜速度曲線は、本発明を用いない場合の指示符号８４で示される曲線よりも、高い成膜速度を実現していることを示している。曲線８２は、本発明においては、ウェハ表面２９をバイパスする反応ガスがより少なく、従ってより多くの反応ガスがＣＶＤ反応に寄与していることを示している。曲線８２は、さらに曲線８４よりも平坦化されており、本発明を用いる場合には、より広い回転速度範囲に亘ってプロセス安定性が改善されていることを示している。次に、本発明のもう一つの特徴について説明する。シャワーヘッド３６は、ＰＥＣＶＤ法のＲＦ電極として機能するために、ＲＦが印加される。Ｈ₂，Ｎ₂及びＮＨ₃のようなプラズマガスが、リング５０，５２を通して導入され、シャワーヘッド／電極３６により励起されるときには、シャワーヘッド／電極３６の下方で励起され、シリンダ６０の中には励起されないことが望ましい。シャワーヘッド／電極３６と基板２８の間の約２５ｍｍ（１インチ）以下の間隔が、低温ＰＥＣＶＤ、特にチタンを含む膜のＰＥＣＶＤに有用な極めて高濃度のプラズマを、基板２８の近傍に発生する。本発明の特定の利用については、PCT'Specificatio n No.95/33867と共に出願中の書類 Method and Apparatus for Producing Thin Films by Low Temperature Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Using a Rotating Susceptor Reactorに説明されている。以下に、本発明の実施例の利用例のいくつかについて説明する。なお、以下では、シャワーヘッド３６の記載とシャワーヘッド／電極３６との記載を、適宜おりまぜて使用する。これは、本発明では同一構造のものを非ＲＦ電極としても、また本発明の特徴であるＲＦ電極としても用いるためである。ＲＦ電源３８、ＲＦ電力供給機構４０は、シャワーヘッド／電極３６にＲＦを印加している。電気的に接地されている回転サセプタ２６は、複数の並列な電極を構成する。ＲＦ電界は、シャワーヘッド３６と回転サセプタ２６の間に形成されることが望ましく、このＲＦ電界は、プラズマがシャワーヘッド／電極３６の下に生成されるように分散孔６４を通って分散されるプラズマガスを励起する。プラズマは、シャワーヘッド／電極３６の下で励起され、流路４４の内部には励起されない。プラズマが分散孔６４内に励起されないだけでなく、さらにシャワーヘッド／電極３６の底面３９の下に閉じこめられることが望ましい。従って、分散孔６４は、生成されたプラズマがシャワーヘッド／電極３６の底面３９の下に閉じこめられるような大きさにされる。本発明の一実施例では、分散孔６４の直径は、０．７９４ｍｍ（１／３２インチ）である。さらに、本発明の他の特徴は、発生されたプラズマは、シャワーヘッド／電極３６の下に確実に閉じこめられるようにされていることである。例えば、絶縁管９６，９８は、ＲＦ電力供給機構４０の中で、図４に示すようにＲＦ供給線をシリンダ機構３４及びハウジング２２の金属部分から絶縁するために用いられている。この部分については以下に詳述する。さらに、石英製の絶縁用のリング６２は、プラズマをシャワーヘッド／電極３６の下により強く閉じこめるために、シャワーヘッド／電極３６をシリンダ機構３４から電気的に絶縁している。回転サセプタ２６の回転、及び回転に付随するポンピング作用、シリンダ機構３４、及び前述した流路４４中のガスの流れは、プラズマを均一に維持し、均一な成膜を行うのためのプラズマへの均一なガスの流れを確かなものにするものである。プラズマガス及び反応ガスは、異なるリングを通して導入されることが望ましいが、本発明の原理によるＰＥＣＶＤを用いれば、ＴｉＣｌ₄のような反応ガスも、リング５０，５２と同様のガスリングを通して流路４４に導入される。反応ガスの粒子も、シャワーヘッド／電極３６及び回転サセプタ２６により発生されたＲＦ電界により励起されるが、プラズマとは定義されない。したがって、励起された反応ガス粒子の混合物のプラズマ及びプラズマガスのプラズマは、基板２８の上方、好ましくは基板から２５ｍｍ（１インチ）以内に集中する。ＲＦにより励起されるＲＦシャワーヘッド／電極３６は、例えば、４５０ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの範囲の周波数では、顕著な周波数特性を示さない。基板２８から２５ｍｍ（１インチ）以内での均一なプラズマの生成は、高密度で利用価値のあるプラズマガスラジカルとイオンを、基板表面２９の近傍に生じる。サセプタのポンピング作用は、プラズマ粒子及び励起された反応ガス粒子を基板に向かって吸い込み、反応を起こして膜を形成する。通常、基板の回転数は、本発明のＲＦシャワーヘッドを共に用いて、０から２０００ｒｐｍの範囲にされる。しかし、回転させないときには、その影響は激しくはないものの、反応ガスとプラズマガスの流れ、及びその後の成膜の均一性が低下するようである。チタンを含むコーティング膜の堆積のために実用的な回転速度は、１００ｒｐｍ付近であることが見い出だされている。本発明のシャワーヘッド／電極３６は、ラジカルやプラズマガスのイオンを含むプラズマを発生するため、シャワーヘッドの間隔及び成膜パラメータは、有用なラジカルやイオンの混合物が基板表面２９に到達するように選択されることが望ましい。同時に、いくつかのイオンの基板２８の衝撃は有益である。これは、イオン衝撃が、基板表面２９で成長する膜にエネルギを供給するためであり、イオン衝撃が多すぎると基板上の集積回路素子に損傷を与える。さらに、高密度のイオンは、コンタクト領域やビア領域に打ち込まれる傾向をもつにつれて、膜形状の適合性が低下する。以上述べたように、シャワーヘッド／電極とサセプタの間隔は、２５ｍｍ（１インチ）以下、望ましくは２０ｍｍ以下である。図４は、図２の実施例と同様の、ＲＦシャワーヘッド／電極の配置を開示している。図２と図４の間で、同様の部分には同じ指示番号が用いられている。ここでは、ＲＦシャワーヘッド／電極機構３６が固定されているＣＶＤ成膜用チャンバのハウジング２２の部分が断面図として示されている。シャワーヘッド／電極３６は、シャワーヘッド／電極３６にＲＦエネルギを供給するＲＦ電力供給機構４０を構成する種々の部品の一つであるＲＦ電力供給用のステム６８を有している。このＲＦ電力供給機構４０は、また、シャワーヘッド／電極３６から熱を取り除くヒートパイプとしても動作する。これについては後述する。電力供給用のステム６８は、ＲＦ信号の伝導と熱伝導をよくするために（図５参照）、シャワれば、ＣＶＤ反応チャンバが内部の冷却液漏れにさらされたり、金属配管に腐食が生じる可能性もない。上述のように、テフロン製の導管１３０を通り、ＲＦ供給ライン９２から熱を除去する液体として水を使用することができるが、ＲＦ供給ライン９２から除去される熱量に応じて種々の液体を用いることができる。また、ＲＦ供給ライン９２は、内部の空間１２２に所望の液体を充填するための充填管１３４を備えて適当な位置に溶接されたキャップ１３２を有している。市販されている好適なヒートパイプは、Thermocore Inc.，Lancaster，PAから入手可能である。すでに述べたように、シリンダ６０は、シリンダ機構３４の一部を構成し、シャワーヘッド／電極３６をハウジングのカバー３２に固定している。このシリンダ６０は、リング６２の厚さを考慮して回転サセプタ２６から２５ｍｍ（１インチ）以内に置かれるのが通常である。シャワーヘッド／電極３６は、ＦＲプラズマ中に置かれても腐食しない材料で作られたネジ１３６により、シリンダ６０に固定される。このような材料の一つとして、Hanes International，Kokomo，IN. の商晶名 Hastelloy C-22 がある。この材料からなる好適なネジは、Pinnacle Mfg.，Tempe，AZ から入手可能である。絶縁用のリング６２は、シャワーヘッド／電極３６をシリンダ６０から電気的に絶縁する。この絶縁用のリング６２は、石英で作ることができ、その内部に気泡のような傷がほとんど無く、かつ／又は、極めて小さいことが望ましい。石英材料としては、Hereaus Amersil，Tempe，Arizona から入手できる Quartz T08- E がある。この石英は、機械加工することが可能であり、厚さが約１９ｍｍ（３／４（０．７５）インチ）で、直径がシリンダ６０及びシャワーヘッド／電極３６の直径に一致する絶縁用のリング６２に加工されて、これらの間に取り付けられる。ネジ１３６は、接地電位にあり、組み合わされて使用される２つのセラミック製の絶縁スリーブ１３８，１３９によりシャワーヘッド／電極３６から絶縁されている。シャワーヘッド／電極３６をシリンダ６０から絶縁しているリング６２に石英が使われる理由には、耐熱衝撃性が高いこともある。このことは、リング６２の下方のシャワーヘッド／電極３６が、石英製のリング６２の上方のシリンダ６０よりも高温に、しかも急激に加熱されると、リング６２に熱衝撃や歪みが生じるために、重要である。ネジ１３６と同じ材料により形成されてもよいネジ１４０は、シリンダ６０をハウジング２２に取り付けるのに用いられる。ＲＦエネルギは、ステム６８及び管９４からなるＲＦ電力供給機構４０により、シャワーヘッド／電極３６に導かれる。絶縁管９６，９８は、管９４とガス分配カバー１００を含む金属製のハウジング２２のあらゆる場所との間でのアークの発生を防止するためのものである。さらに、この装置では、管９４のガス分配カバー１００を貫通している部分の周辺のシールを備えている。ＲＦエネルギは、ＲＦ電源３８（図２に示す）に接続され、ＵＨＦのコネクタ１４４を一端に有するシールドされたＲＦ供給ケーブル１４２を介して供給される。コネクタ１４４は、一定の長さの１２ゲージワイヤ１４８を介してＲＦ供給ライン９２の上端部に固定されたステンレススチール製のシャフトカラー１５０に接続されている、もう一つのＵＨＦのコネクタ１４６に接続される。このシャフトカラー１５０は、ＲＦ供給ライン９２と摺動接触している。シャフトカラー１５０は、ＲＦ供給ライン９２をしっかりと把持する、互いに相手を締め付けるように対向している図示しないクラムシェルクランプを有する。この構成によれば、ＲＦ供給ライン９２を流れるＲＦ電流に対する抵抗は最小限である。シャフトカラー１５０の上方に露出したＲＦ供給ライン９２の部分は、高分子材料からなるキャップ１５４により、接地された金属シールド部材１５２から絶縁されている。この装置は、４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚで２５０〜３００ＷのＲＦ電力を供給することができる。図５は、図２及び図４に示した本発明の実施例に用いるシャワーヘッドの一例を上方から見た図である。シャワーヘッド３６は、一般に円形であり、その全面にあけられた分散孔６４を有しているのが通常である。ここでは、シャワーヘッド３６は、全直径２００ｍｍ（８インチ）のなかに、分散孔６４を有する直径１７０ｍｍ（６．５インチ）の分散孔の領域１５６が設けられている。この分野の技術者にとって明らかなように、シャワーヘッド３６及び分散孔の領域１５６の直径は、処理される基板ウェハの直径に依存する。シャワーヘッド３６は、２００個から１２００個の分散孔６４を有するのが通常であり、直径２００ｍｍ（８インチ）のシャワーヘッドでは３００個から６００個の分散孔を有することが望ましい。上述したように、シリンダ６０の内部にプラズマが形成されるのを防ぐために、分散孔６４の内径は０．７９４ｍｍ（１／３２（０．０３１３）インチ）程度であることが望ましい。シャワーヘッド３６は、シャワーヘッド３６を石英リングに取り付けるためのネジ１３６その他の固定具を受けるネジ穴１５８を、その外周部に有する周辺端部１５７を有する。すでに示したように、シャワーヘッド３６は、肩フランジ７０を形成するステム６８を有している。ステム６８及び肩フランジ７０は、シャワーヘッド３６を完全なものとして構成するのに必要とされ、シャワーヘッド３６と接続されるＲＦ電力供給機構４０を構成する。このステム６８を有するシャワーヘッド３６は、導電性材料で形成され、Nickel-200で形成されることが好ましい。本発明の一実施例における、このシャワーヘッド３６の分散孔の領域１５６の厚さは、好ましくは６．４ｍｍ（１／４（０．２５）インチ）である。図２及び図４で説明した本発明の実施例は、低い基板温度でのＴｉ及び窒化チタンの成膜に利用される。その他のＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ法の利用例については以下で説明する。なお、成膜パラメータは個々の例について示し、成膜結果についてはパラメータ毎に表に示す。表１は、本発明の装置において、窒素（Ｎ₂）ガスと水素（Ｈ₂）ガスの両方、及び塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）を用い、基板上に窒化チタン（ＴｉＮ）を成膜した場合の結果を説明している。表１に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５００Ｎ₂（ｓｃｃｍ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Ｐａ）１３３（１Torr.）サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４００成膜時間（秒）１８０表１中で、ウエハ１及び２はシリコンであり、残りのウエハ３乃至１０は熱酸化シリコンである。ウェハ６乃至１０は、流量５０００ｓｃｃｍのＮＨ₃中で、２５０ＷのＲＦプラズマアニールを１２０秒間行ったものである。このとき、内部圧力３９９Ｐａ（３Torr.）（ただし、ウェハ６は６６５Ｐａ（５Torr.））、サセプタ回転数は１００ｒｐｍである。この結果から、窒化チタン層は、従来のＣＶＤ法で必要とされる基板温度よりも実質的に低い温度である４００℃付近で、成膜できることが分かる。次の表２に示す例は、表１に示したパラメータ（基板温度が６００℃である点を除く）で、すなわち以下のパラメータでＴｉＮ層を成膜した場合の結果を示している。表２に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５００Ｎ₂（ｓｃｃｍ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Ｐａ）１３３（１Torr.）サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）６００成膜時間（秒）１８０表２中で、ウェハ１及び２はシリコンであり、残りのウェハ３乃至８は熱酸化シリコンである。ウェハ６乃至８は、流量５０００ｓｃｃｍのＮＨ₃中で、２５０ＷのＲＦプラズマアニールを１２０秒間行ったものである。このとき、内部圧力６６５Ｐａ（５Torr.）、サセプタ回転数は１００ｒｐｍである。図２及び図４で説明した本発明の装置は、純チタン層の成膜にも用いられる。次の表３は、熱酸化ウェハ上に約８４％チタンの膜を６５０℃で成膜したときの結果と成膜パラメータを示している。これは、このような低温におけるＣＶＤとして良好な結果である。表３に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５００ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Ｐａ）１３３（１Torr.）サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）２７００基板温度（℃）５６５表３の基板ウェハは、前述したアンモニアプラズマによるアニールを行っていない。表４では、Ｈ₂の流量が、ウェハ１乃至４では５０００ｓｃｃｍまで、ウェハ５乃至９では３７５０ｓｃｃｍまで増量されている。成膜圧力は、６６５Ｐａ（５Torr.）まで増加されている。ウェハ５乃至９に対しては、Ｈ₂ガスと共に、０．５ｓｌｍ（標準リットル毎分）のアルゴンガスを用いている。また、表４で、ウェハ１，２及びウェハ５，６はシリコンであり、残りのウエハ３，４及び７，９は熱酸化シリコンである。表４に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）５０００（ウェハ１乃至４）３７５０（ウェハ５乃至９）アルゴン（ｓｌｍ）０．５（ウェハ５乃至９）ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Ｐａ）６６５（５Torr.）サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）５６５成膜時間（秒）３００（ウェハ９は６００）サセプタ温度（℃）約６５０表５は、さらにＨ₂流量及び成膜圧力を増加した場合の結果を示している。表５に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）１０Ｈ₂（ｓｃｃｍ）３７５０アルゴン（ｓｌｍ）０．５ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Ｐａ）６６５（５Torr.）サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）３００（ウェハ９乃至１２は６００）基板温度（℃）５６５サセプタ温度（℃）６５０１３３Ｐａから６６５Ｐａ（１Torr.から５Torr.）への成膜圧力の変化は、プラズマをより安定で対称にする。さらに、少量のアルゴン流を伴う水素流量の増加は、プラズマ強度だけでなくプラズマの安定性も高める。アルゴン流量としては、０乃至１０ｓｌｍが適当である。ここで、ウェハ１，２はシリコンであり、ウェハ３乃至１０は熱酸化シリコンである。また、ウェハ１１，１２は、ひ素ほうけい酸ガラスであり、カリフォルニア州フリーモントのThin Films，Inc.社から入手可能である。なお、表４及び表５に示したウェハは、いずれもアンモニアプラズマアニールを行っていない。表６は、さらにサセプタ温度を４５０℃にした場合の結果を示している。表６に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）５Ｈ₂（ｓｃｃｍ）３７５０アルゴン（ｓｌｍ）０．３ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Ｐａ）６６５（５Torr.）サセプタ回転数（ｒｐｍ）１００成膜時間（秒）１８０基板温度（℃）４００サセプタ温度（℃）４５０ウェハ１乃至４は、シリコンであり、ウェハ５は熱酸化シリコンである。一方、ウェハ６，７は、アルミニウムシリコン及び銅を含むアルミニウム合金である。表６中の６番目及び７番目のパラメータは、本発明を用いることにより、含チタン膜をアルミニウム上に成膜できる可能性を示している。表６の６番目のパラメータは、表５のパラメータ（例えば、ＴｉＣｌ₄は５ｓｃｃｍ）よりも流量が少ないものである。表７の成膜結果は、さらにＴｉＣｌ₄の流量を減少させた場合のものである。表７中のウェハは全て熱酸化シリコンである。また、表６及び表７のウェハは、いずれもＲＦアンモニアアニールを行っていないものである。表７に示す結果の成膜パラメータＴｉＣｌ₄（ｓｃｃｍ）ウェハ１，２４ウェハ３，４３ウェハ５，６２ウェハ７１Ｈ₂（ｓｃｃｍ）３７５０ＲＦ電力（Ｗ）２５０(４５０ｋＨｚにおいて) 反応チャンバ内圧力（Ｐａ）６６５（５Torr.）を支持する。絶縁スリーブ２００，２０１も、図４中の絶縁管９６，９８と同様のセラミック絶縁材料により形成されることが望ましい。シャワーヘッド／電極１７６の周縁部１８８の周りには、Ｏリング１９０を受けとめて、シリンダ１７２とシャワーヘッド／電極１７６の間をシールするための係合段部１９３が形成されている。ガス分散孔２０６は、図４中のシャワーヘッドの分散孔の領域１５６に相当する領域２０４内に形成されている。前述したように、この孔の直径は、シリンダ１７２内でシャワーヘッド／電極１７６の下からサセプタ１８２の上方に閉じ込めるために、０．７９４ｍｍ（１／３２（０．０３１３）インチ）程度であることが望ましい。図６の実施例では、シリンダ１７２を用い、シャワーヘッド／電極１７６付近の金属製の取付ネジを廃することにより、シリンダ１７２内でのプラズマ生成の防止、及びＲＦ供給ライン管１７５とシャワーヘッド／電極１７６と周辺の金属部分との間のアーク発生を防止している。絶縁層２０８は、ガス分配カバー１６６の頂部に配置され、操作者による接触を防止するようにしてもよい。これは、ガス分配カバー１６６が動作中に非常に熱くなるためである。本発明を実施例により説明したが、更なる利点や変更は、当該分野の技術者にとって明らかである。例えば、本発明の一実施例に用いられるシリンダ及びシャワーヘッドを、ここで開示した金属以外の材料で作ってもよい。さらに、本発明の複数の実施例における絶縁性のシリンダやリングは、石英以外の材料で作られてもよい。請求の範囲１．反応室中で化学気相成長法により基板上に成膜する成膜装置であって、上記反応室中で上記基板を支持し、回転させ、上記基板にむかってポンピング作用を行う回転可能なサセプタと、上記サセプタに対向配置され、反応ガスを分散するための複数の孔を有するシャワーヘッド状ガス分散手段と、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から分散される反応ガスを供給するガス供給手段と、を備え、上記シャワーヘッド状ガス分散手段は、上記回転サセプタ及び基板から２５ｍｍ（１インチ）以内に配置され、上記ガス供給手段は、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から離れして配置され、上記基板の全面に亘る均一なガス流を生じ、上記基板上での化学気相成長の効率を向上することを特徴とする成膜装置。２．上記ガス供給手段に接続された第１の端部と、上記シャワーヘッド状ガス分散手段に接続された第２の端部を有し、上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段との間で、直線的なガス流を生成する中空のシリンダを有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の成膜装置。３．上記シャワーヘッド状ガス分散手段に接続され、シャワーヘッド状ガス分散手段にＲＦ電力を供給してシャワーヘッド状電極とするＲＦ供給手段を有し、上記シャワーヘッド状電極は、上記ガス供給手段からの反応ガスを励起して、上記基板上に化学気相成長による成膜を行うためのプラズマを生成することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の成膜装置。４．上記サセプタ及び基板の近傍に集中されたプラズマを発生することができることを特徴とする請求の範囲第３項記載の成膜装置。５．上記シリンダとシャワーヘッド状電極との間に絶縁部を有し、上記シリンダにＲＦが印加されるのを防ぐように構成されたことを特徴とする請求の範囲第４項及び第５項記載の成膜装置であって、請求の範囲第２項に従属する成膜装置。６．上記絶縁部は、上記シリンダの第２の端部と上記シャワーヘッド状電極の外周部の間のリングであることを特徴とする請求の範囲第５項記載の成膜装置。７．上記絶縁材料は、石英であることを特徴とする請求の範囲第５項又は第６項記載の成膜装置。８．上記シャワーヘッド状電極にＲＦ電力を供給する上記ＲＦ供給手段に接続されたＲＦ供給ラインをさらに有し、上記シャワーヘッド状電極の中心付近にＲＦ電力が均一に印加されることを特徴とする請求の範囲第３項記載の成膜装置。９．上記サセプタ及び基板の近傍に集中されたプラズマを発生することができ、上記ＲＦ供給ラインの一部が上記シリンダを通って上記シャワーヘッド状電極まで延長されていることを特徴とする請求の範囲第３項及び第８項記載の成膜装置であって、請求の範囲第２項に従属する成膜装置。１０．上記ＲＦ供給ラインは、上記シリンダを通って上記シャワーヘッド状電極まで延長されている部分に亘って絶縁性のカバーを有し、ＲＦ供給ライン部を絶縁して上記シリンダ中でプラズマの生成を防止することを特徴とする請求の範囲第９項記載の成膜装置。１１．上記シリンダは、ＲＦが印加されないように絶縁材料で構成されることを特徴とする請求の範囲第４項及び第３項記載の成膜装置であって、請求の範囲第２項に従属する成膜装置。１２．上記絶縁材料は、石英であることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の成膜装置。１３．上記シャワーヘッド状ガス分散手段のガス分散孔の直径は、０．７９４ｍｍ（１／３２インチ）であり、上記シャワーヘッド状電極の一面と上記回転サセプタの間にプラズマを集中させることを特徴とする請求の範囲第３項乃至第１２項のいずれか１項記載の成膜装置。１４．化学気相成長法により基板上に成膜する成膜方法であって、上記基板を密閉された容器に配置する工程と、上記基板から離れた位置に置かれた反応ガス供給手段から上記容器内に上記基板に対向するように反応ガスを導入する工程と、ガス分散孔を有するシャワーヘッド状ガス分散手段を、上記ガス供給手段と上記基板の間に対向配置する工程とからなり、上記基板を回転させて、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から上記基板に供給され、上記基板上で反応して膜を形成する反応ガスを引き込む成膜方法であって、上記シャワーヘッド状ガス分散手段は、上記表面及び上記ガス供給手段から２５ｍｍ（１インチ）以内の距離に配置され、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から分散される反応ガスが、上記基板の全面に亘る均一なガス流を生じ、上記基板上での化学気相成長の効率を向上することを特徴とする成膜方法。１５．上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段との間に中空のシリンダを更に接続し、上記シリンダからの反応ガスが、上記シャワーヘッド状ガス分散手段の全面に集中するように導かれることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の成膜方法。１６．上記シャワーヘッド状ガス分散手段にＲＦを印加し、上記シャワーヘッド状電極により上記反応ガスを励起してプラズマを生成し、プラズマエンハンス化学気相成長により上記基板上に成膜することを特徴とする請求の範囲第１４項又は第１５項記載の成膜方法。１７．上記シャワーヘッド状ガス分散手段のガス分散孔の大きさは、上記基板と対向する上記シャワーヘッド状電極の一面にプラズマが集中し、上記基板の近傍にプラズマが集中するように決められることを特徴とする請求の範囲第１６項記載の成膜方法。１８．上記シャワーヘッド状ガス分散手段のガス分散孔の直径は、０．７９４ｍｍ（１／３２インチ）であることを特徴とする請求の範囲第１６項記載の成膜方法。１９．集中されたプラズマは上記シャワーヘッド状ガス分散手段の近傍に生成されることを特徴とする請求の範囲第１６項記載の成膜方法。２０．請求の範囲第１９項及び第１６項は、請求の範囲第１５項に従属する成膜方法。２１．上記電気的に絶縁する工程は、上記シリンダとシャワーヘッド状電極との間に絶縁性部材を配置することを特徴とする請求の範囲第２０項記載の成膜方法。２２．上記絶縁性部材は石英であることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の成膜方法。２３．上記シリンダは、上記シャワーヘッド状電極からのＲＦが印加されないように絶縁材料で構成されることを特徴とする請求の範囲第１９項及び第１６項の成膜方法であって、請求の範囲第１５項に従属する成膜方法。２４．上記絶縁部は、石英で構成されることを特徴とする請求の範囲第２３項記載の成膜方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者リキットエオラアメリカ合衆国アリゾナ州 85202 メサウェストネイタルサークル 2633

Claims

【特許請求の範囲】１．反応室中で化学気相成長法により基板上に成膜する成膜装置であって、上記反応室中で上記基板を支持し、回転させ、上記基板にむかうポンピング作用を行う回転サセプタと、上記回転サセプタ及び支持された基板の表面に対して２５ｍｍ（１インチ）以内の距離に対向配置され、上記回転サセプタのポンピング作用により上記回転サセプタ及び基板の近傍に反応ガスを分散するための複数の孔を有するシャワーヘッド状ガス分散手段と、上記ガス分散手段から離れた位置に置かれ、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から分散される上記反応ガスを供給し、供給された反応ガスが上記シャワーヘッド状分散手段を通って分散されるまでの間に均一なガス流を生成するように上記シャワーヘッド状ガス分散手段から離れて設けられたガス供給手段と、を備え、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から分散される反応ガスが、上記基板の全面に亘る均一なガス流を生じ、上記基板上での化学気相成長の効率を向上することを特徴とする成膜装置。２．上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス供給手段との間に、中空のシリンダをさらに有し、上記中空のシリンダの一端は上記ガス供給手段に接続され、その他端は上記シャワーヘッド状ガス分散手段に接続され、上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段との間で、直線的なガス流を生成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の成膜装置。３．上記シャワーヘッド状ガス分散手段に接続され、シャワーヘッド状ガス分散手段にＲＦ電力を供給してシャワーヘッド状電極とするＲＦ供給手段をさらに有し、上記シャワーヘッド状電極は、上記ガス供給手段からの反応ガスを励起して、上記基板上に化学気相成長による成膜を行うためのプラズマを生成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の成膜装置。４．上記シャワーヘッド状電極にＲＦ電力を供給する上記ＲＦ供給手段に接続されたＲＦ供給ラインをさらに有し、上記シャワーヘッド状電極の中心付近にＲＦ電力が均一に印加されることを特徴とする請求の範囲第３項記載の成膜装置。５．上記ＲＦ供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段との間に中空のシリンダをさらに有し、上記シリンダは、上記ＲＦ供給手段に接続された第１の端部と上記シャワーヘッド状電極に接続された第２の端部を有し、上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段の間には直線的なガス流が生成し、上記回転サセプタ及び基板の近傍に集中するプラズマを生成することを特徴とする請求の範囲第３項記載の成膜装置。６．上記シャワーヘッド状電極は上記シリンダの第２の端部に接続され、上記シリンダとシャワーヘッド状電極との間に絶縁部をさらに有し、上記シリンダにＲＦが印加されるのを防ぐことを特徴とする請求の範囲第５項記載の成膜装置。７．上記絶縁部は、上記シリンダの第２の端部と上記シャワーヘッド状電極の外周部の間のリングであることを特徴とする請求の範囲第６項記載の成膜装置。８．上記シャワーヘッド状ガス分散手段のガス分散孔の直径は、０．７９４ｍｍ（１／３２インチ）であり、上記シャワーヘッド状電極の一面と上記回転サセプタの間にプラズマを集中させることを特徴とする請求の範囲第３項記載の成膜装置。９．上記ＲＦ供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段との間に中空のシリンダをさらに有し、上記シリンダは、上記ＲＦ供給手段に接続された第１の端部と上記シャワーヘッド状電極に接続された第２の端部を有し、上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段の間には直線的なガス流が生成し、上記回転サセプタ及び基板の近傍に集中するプラズマを生成し、上記ＲＦ供給ラインの一部が上記シリンダを通って上記シャワーヘッド状電極まで延長されていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の成膜装置。１０．上記ＲＦ供給ラインは、上記シリンダを通って延長されている部分に亘って絶縁性のカバーを有し、ＲＦ供給ライン部を絶縁して上記シリンダ中でプラズマの生成を防止することを特徴とする請求の範囲第９項記載の成膜装置。１１．上記シリンダは、ＲＦが印加されないように絶縁材料で構成されることを特徴とする請求の範囲第５項記載の成膜装置。１２．上記絶縁材料は、石英であることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の成膜装置。１３．上記絶縁部は、石英で構成されることを特徴とする請求の範囲第６項記載の成膜装置。１４．反応室中でプラズマエンハンス化学気相成長法により基板上に成膜する成膜装置であって、上記反応室中で上記基板を支持し、回転させ、上記基板にむかうポンピング作用を行う回転サセプタと、上記回転サセプタ及び支持された基板の表面に対して２５ｍｍ（１インチ）以内の距離に対向配置され、上記回転サセプタのポンピング作用により上記回転サセプタ及び基板の近傍に反応ガスを分散するための複数の孔を有するシャワーヘッド状ガス分散手段と、上記ガス分散手段から離れた位置に置かれ、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から分散される上記反応ガスを供給し、供給された反応ガスが上記シャワーヘッド状分散手段を通って分散されるまでの間に均一なガス流を生成するように上記シャワーヘッド状ガス分散手段に続けて設けられたガス供給手段と、上記ＲＦ供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段との間に置かれ、上記ＲＦ供給手段に接続された第１の端部と上記シャワーヘッド状ガス分散手段に接続された第２の端部を有し、上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段の間には直線的なガス流が生成する中空のシリンダと、を備え、上記シャワーヘッド状ガス分散手段に接続された上記ＲＦ供給手段は、上記シャワーヘッド状ガス分散手段にＲＦ電力を印加して上記ガス供給手段からの反応ガスを励起し、上記シャワーヘッド状ガス分散手段と回転サセプタの間にプラズマを生成してプラズマエンハンス化学気相成長法により上記基板上に成膜することを特徴とする成膜装置。１５．上記シャワーヘッド状ガス分散手段のガス分散孔は、直径約０．７９４ｍｍ（１／３２インチ）であり、上記シャワーヘッド状電極の一面と上記回転サセプタの間にプラズマを集中させることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の成膜装置。１６．上記シリンダとシャワーヘッド状電極との間に絶縁部をさらに有し、上記シリンダにＲＦが印加されるのを防ぐことを特徴とする請求の範囲第１４項記載の成膜装置。１７．上記絶縁部は、上記シリンダの第２の端部と上記シャワーヘッド状電極の外周部の間のリングであることを特徴とする請求の範囲第１６項記載の成膜装置。１８．上記シリンダは、ＲＦが印加されないように絶縁材料で構成されることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の成膜装置。１９．上記絶縁材料は石英であることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の成膜装置。２０．上記絶縁部は、石英で構成されることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の成膜装置。２１．化学気相成長法により基板上に成膜する成膜方法であって、上記基板を密閉された容器に配置する工程と、上記基板から離れた位置に置かれた反応ガス供給手段から上記容器内に上記基板に対向するように反応ガスを導入する工程と、ガス分散孔を有するシャワーヘッド状ガス分散手段を、上記ガス供給手段と上記基板の間に、上記基板から２５ｍｍ（１インチ）以内の距離に対向配置する工程と、からなり、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から上記基板に供給され、上記基板上で反応して膜を形成する反応ガスを、上記基板を回転させて引き込み、上記シャワーヘッド状ガス分散手段から分散される反応ガスが、上記基板の全面に亘る均一なガス流を生じ、上記基板上での化学気相成長の効率を向上することを特徴とする成膜方法。２２．上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状ガス分散手段との間に中空のシリンダを更に接続し、上記シリンダからの反応ガスが、上記シャワーヘッド状ガス分散手段の全面に集中するように導かれることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の成膜方法。２３．上記シャワーヘッド状ガス分散手段に、シャワーヘッド状電極として機能するようにＲＦを印加し、上記シャワーヘッド状電極により上記反応ガスを励起してプラズマを生成し、プラズマエンハンス化学気相成長により上記基板上に成膜することを特徴とする請求の範囲第２１の成膜方法。２４．上記シャワーヘッド状ガス分散手段のガス分散孔の大きさは、プラズマの生成が上記基板に対向する上記シャワーヘッド状電極の面に限定され、上記プラズマは上記基板の近傍に集中されるように決められることを特徴とす請求の範囲第２３項記載の成膜方法。２５．上記シャワーヘッド状ガス分散手段のガス分散孔の直径は、０．７９４ｍｍ（１インチ）であることを特徴とする請求の版に２３項記載の成膜方法。２６．上記ガス供給手段と上記シャワーヘッド状電極との間に、中空のシリンダをさらに接続し、上記シャワーヘッド状ガス分散手段からの反応ガスが、その全面に集中し、上記シャワーヘッド状電極の近傍にプラズマが集中し、プラズマエンハンスメント化学気相成長法により上記基板上に成膜するように導かれることを特徴とする請求の範囲第２３項記載の成膜方法。２７．上記シャワーヘッド状電極は、上記シャワーヘッド状電極からのＲＦが上記シリンダに印加されるのを防ぐために、上記シリンダから電気的に絶縁されることを特徴とする請求の範囲第２６項記載の成膜方法。２８．上記シリンダは、上記シャワーヘッド状電極からのＲＦが印加されないように絶縁材料で構成されることを特徴とする請求の範囲第２６の成膜方法。２９．上記電気的に絶縁する工程は、上記シリンダとシャワーヘッド状電極との間に絶縁性部材を配置することを特徴とする請求の範囲第２７項記載の成膜方法。３０．上記絶縁性部材は石英であることを特徴とする請求の範囲第２９項記載の成膜方法。３１．上記絶縁部は、石英で構成されることを特徴とする請求の範囲第２８項記載の成膜方法。