JPH11312674A - Cvd装置 - Google Patents
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Abstract
りTEOSを用いてシリコン酸化膜を成膜する場合、パ
ーティクルの発生を抑制し、基板へのイオン入射を防止
し、基板近傍でのプラズマ分布を良好にする。 【解決手段】 真空容器12内でプラズマを生成して活性
種(ラジカル)を発生させ、この活性種と材料ガスで基
板11に成膜処理を行う装置であり、複数の孔22が形成さ
れた隔壁板15を設けて真空容器の内部をプラズマ生成空
間16と成膜処理空間17に分け、材料ガスは、プラズマ生
成空間と隔壁板を貫通しかつ分散して設けられた複数の
通路を通して成膜処理空間に直接に導入され、プラズマ
生成空間で生成された活性種は、隔壁板に形成された複
数の孔を通して成膜処理空間に導入される。
Description
特に、プラズマを利用するCVDであり、大型のフラッ
トパネル基板への成膜に適したCVD装置に関するもの
である。
て、従来、高温ポリシリコン型TFT(薄膜トランジス
タ)を利用するものと、低温ポリシリコン型TFTを利
用するものとが知られている。高温ポリシリコン型TF
Tを利用する作製方法では、高品質な酸化膜およびポリ
シリコン(poly Si )と酸化膜界面を得るために、10
00℃以上の高温に耐える石英基板が使用されていた。
これに対して低温ポリシリコン型TFTの作製において
は、通常のTFT用ガラス基板を使用するため、低温環
境(例えば400℃)で成膜を行う必要がある。低温ポ
リシリコン型TFTを利用して液晶ディスプレイを製作
する方法は、特別な基板を使用する必要がなく、成膜条
件の設定が簡単であるという利点を有し、近年実用化さ
れ、その生産量は拡大しつつある。
ディスプレイの作製で、低温でゲート絶縁膜として適当
なシリコン酸化膜を成膜する場合、プラズマを利用した
CVDが使用される。このプラズマを利用したCVDで
シリコン酸化膜を成膜する際、代表的な材料ガスとして
はテトラエトキシシラン(以下TEOS)やシランなど
が使用される。
を利用したCVDでシリコン酸化膜を成膜する場合、従
来のプラズマ処理装置によれば、材料ガスをプラズマ処
理装置内に生成されたプラズマの中に直接に供給するよ
うにしていた。このため、材料ガスと酸素が激しく反応
してパーティクルが発生し、これによって歩留まりが低
下するという問題があった。さらにプラズマが基板に接
して存在するため、高エネルギのイオンが入射し、この
イオンがシリコン酸化膜に入射することにより膜特性が
悪化するという問題もあった。
問題を解決するため、遠隔プラズマ方式を利用したプラ
ズマ処理装置が提案されていた。遠隔プラズマ方式で
は、プラズマ処理装置内においてプラズマを生成しラジ
カル等の活性種が生成される領域を基板から離し、かつ
材料ガスが基板の配置領域の近くに供給されるように構
成している。プラズマ領域で生成されたラジカル等は、
基板が配置された領域の方向へ拡散し、基板処理面の前
面空間に供給される。かかる遠隔プラズマ方式のプラズ
マ処理装置によれば、プラズマと材料ガスの激しい反応
が抑制され、パーティクルの発生量が低減され、かつイ
オンの基板への入射も制限するという利点を有してい
る。
ラズマ処理装置の場合には、プラズマ生成領域と基板配
置領域が接続空間を介し離れて形成され、基板から離れ
た所で生成されたラジカルを接続空間を通し拡散作用で
基板へ供給するようにしたため、成膜速度が低くなり、
基板の表面近傍での分布が悪いという問題があった。特
に、基板の表面近傍での分布が悪いため、大型液晶ディ
スプレイに用いられる大面積の基板に対応することがで
きないという問題が提起された。
とにあり、低温ポリシリコン型TFTを利用した大型液
晶ディスプレイの作製等で、大面積基板にプラズマを利
用したCVDによりTEOS等の材料ガスを用いてシリ
コン酸化膜を成膜する場合に、パーティクルの発生を抑
制し、基板へのイオン入射を防止し、基板近傍でのプラ
ズマ分布を良好にし、大面積基板への成膜に有効に利用
できるCVD装置を提供することにある。
CVD装置は上記目的を達成するため次のように構成さ
れる。
真空容器内でプラズマを生成して活性種(ラジカル)を
発生させ、この活性種と材料ガスで基板に成膜処理を行
う装置であり、複数の孔が形成された隔壁板を設けて真
空容器の内部をプラズマ生成空間と成膜処理空間に分
け、真空容器に供給された材料ガスは、プラズマ生成空
間と隔壁板を貫通しかつ分散して設けられた複数の導電
性の通路を通して成膜処理空間に直接に導入され、プラ
ズマ生成空間で生成された活性種は、隔壁板に形成され
た複数の孔を通して成膜処理空間に導入されるように構
成される。上記のCVD装置では、プラズマを利用した
CVDで基板に成膜を行うとき、所定条件を満たす多数
の孔を有した隔壁板でプラズマ生成空間と成膜処理空間
を区画し、材料ガスを、プラズマが生成される領域を避
け、基板前面の成膜処理空間に直接に導入するようにし
た。これにより材料ガスとプラズマの間で激しい化学反
応が起きることを防ぎ、パーティクルの発生を抑制す
る。また生成されたプラズマ中の活性種は隔壁板の孔を
通して成膜処理空間に導入される。第2のCVD装置
(請求項2に対応)は、上記第1の構成において、隔壁
板に形成された複数の孔の各々は、孔内でのガス流速を
u、実質的な孔の長さをL、相互ガス拡散係数(すなわ
ち酸素ガスと材料ガスの相互ガス拡散係数)をDとする
とき、uL/D>1の条件を満たす状態で、活性種を成
膜処理空間に導入することを特徴とする。隔壁板の孔が
満たす条件としては、孔を通して、酸素ガスが物質移動
流れとして、材料ガスが拡散によりそれぞれ反対側に移
動することを想定するとき、拡散による移動量が制限さ
れるように設定される第3のCVD装置(請求項3に対
応)は、上記の各構成において、隔壁部はクリーニング
用高周波電力を供給する高周波給電部に接続され、隔壁
部に適時に高周波電力を供給して成膜処理空間でクリー
ニング用プラズマを生成することを特徴とする。第4の
CVD装置(請求項4に対応)は、上記第1の構成にお
いて、ガスリザーバ内に均一板を備えたことを特徴とす
る。成膜処理空間に導入される材料ガスを分散させ、大
面積基板を成膜できるように均一化するためである。第
5のCVD装置(請求項5に対応)は、上記第1の構成
において、プラズマ生成空間の中間位置に放電用電極を
設け、この電極とプラズマ生成空間を形成する隔壁板お
よび上壁板との間でプラズマを生成することを特徴とす
る。第6のCVD装置(請求項6に対応)は、上記第1
の構成において、プラズマ生成空間の上側位置に放電用
電極を設け、この電極と隔壁板との間でプラズマを生成
することを特徴とする。
は、プラズマにより生成した活性種と材料ガスで基板に
成膜処理を行う方法であり、複数の孔が形成された隔壁
板で真空容器内をプラズマ生成空間と成膜処理空間に分
け、真空容器に供給される材料ガスを成膜処理空間に直
接に導入し、プラズマ生成空間で生成された活性種を、
隔壁板に形成された複数の孔を通して成膜処理空間に導
入する方法である。上記のプラズマを利用したCVDに
よる成膜方法は、上記第1の方法において、隔壁板に形
成された複数の孔の各々は、孔内でのガス流速をu、実
質的な孔の長さをL、相互ガス拡散係数をDとすると
き、uL/D>1の条件を満たす状態で活性種を成膜処
理空間に導入することを特徴とする。上記のプラズマを
利用したCVDによる成膜方法は、上記の各方法におい
て、好ましくは隔壁板に高周波電力を供給して成膜処理
空間にプラズマを生成し、成膜処理空間を適時にクリー
ニングすることを特徴とする。
を添付図面に基づいて説明する。
装置の第1の実施形態を説明する。図1において、この
CVD装置では、例えばTEOSを材料ガスとして使用
し、通常のTFT用ガラス基板11の上面にシリコン酸
化膜をゲート絶縁膜として成膜する。CVD装置の容器
12は、成膜処理を行う際、排気機構13によってその
内部が所望の真空状態に保持される真空容器である。排
気機構13は真空容器12に形成された排気ポート14
に接続されている。真空容器12の内部空間は、導電性
部材で作られた隔壁板15によって、上側のプラズマ生
成空間16と下側の成膜処理空間17に分けられてい
る。上記ガラス基板11は、成膜処理空間17に設けら
れた基板保持機構18の上に配置されている。ガラス基
板11は隔壁板15に実質的に平行であって、その成膜
面が隔壁板15の下面に対向するように配置されてい
る。基板保持機構18は真空容器12の下容器12bの
底壁に固定され、真空容器12と同じ電位であり、接地
電位に保持されている。さらに基板保持機構18の内部
にはヒータ20が設けられている。このヒータ20によ
ってガラス基板11の温度は所定の温度に保持される。
は、上記隔壁板15によって領域的にプラズマ生成空間
16と成膜処理空間17に分けられる。しかしながら、
隔壁板15には所定条件を満たす複数の孔22が貫通状
態で分散して形成されており、これらの複数の孔22を
介してプラズマ生成空間16と成膜処理空間17はつな
がっている。孔22の断面状態の一例を拡大して図2に
示す。孔22が満たす条件については後述される。
容器12は、その組立て性を良好にする観点から、プラ
ズマ生成空間16を形成する上容器12aと、成膜処理
空間16を形成する下容器12bとから構成される。上
容器12aと下容器12bを組み合わせて真空容器12
を作るとき、両者の間に、隔壁板15およびこれに関連
する部分を挟み込む。これによって、プラズマ生成空間
16と成膜処理空間17が形成される。他方、隔壁板1
5およびこれに関連する部分と、上記上容器12aとに
よってプラズマ生成空間16が形成されるが、図示され
るごとくプラズマ23を生成している領域は、前述の隔
壁板15と、導電性部材で作られた上壁板24と、これ
らをつなぐ複数のパイプ部材25と、中央位置に配置さ
れる電極26とから形成されている。隔壁板15と上壁
板24は、平行な位置にあり、複数のパイプ部材25で
結合され、一体化されている。隔壁板15と上壁板24
をつなぐ複数のパイプ部材25は、材料ガスを通す通路
として機能し、上壁板24の上側空間と隔壁板15の下
側空間すなわち成膜処理空間17とを連通させている。
パイプ部材25は導電性部材で形成され、その外面はセ
ラミックスカバー27で被われている。隔壁板15と電
極26と上壁板24は、上容器12aの側部内面に沿っ
て設けられた2つの環状絶縁部材28,29によって支
持され、固定される。環状絶縁部材28には、外側から
プラズマ生成空間17へ酸素ガスを導入する導入パイプ
30が設けられている。導入パイプ30は、流量制御を
行うマスフローコントローラ31を介して酸素ガス供給
源32に接続されている。
26には多数の孔26aが形成され、これらの孔26a
を利用して上記パイプ部材25が配置されている。
には、均一板33を備えてなるガスリザーバが設けられ
ている。均一板33は、複数の孔が均一に形成された板
材である。上容器12aの天井部には、材料ガスが導入
される導入パイプ34が設けられている。導入パイプ3
4によって真空容器12のガスリザーバに材料ガスが導
入される。さらに上容器12aの天井部には、電極26
に接続された電力導入棒35と、隔壁板15に接続され
た電力導入棒36とが設けられている。電力導入棒35
によって電極26に放電用高周波電力が給電される。電
力導入棒36によって隔壁板15にクリーニング用高周
波電力が給電される。電力導入棒35,36はいずれも
絶縁物37,38で被われており、他の金属部分との絶
縁が図られている。
成膜方法を説明する。図示しない搬送ロボットによって
ガラス基板11が真空容器12の内部に搬入され、基板
保持機構18の上に配置される。真空容器12の内部
は、排気機構13によって排気され、減圧されて所定の
真空状態に保持される。次に、導入パイプ30を通して
酸素ガスが真空容器12のプラズマ生成空間16に導入
される。このとき酸素ガスの流量は外部のマスフローコ
ントローラ31で制御される。式(1),(2)を用い
て、酸素ガスの流量(QO2)と成膜処理空間側の圧力
(PO2)、および隔壁の温度(T)から酸素の流速
(u)が求められる。
プ34を通して真空容器12の内部に導入される。TE
OSは、最初にガスリザーバに導入され、均一板33で
均一化され、次に複数のパイプ部材25を通って成膜処
理空間17に直接に導入される。成膜処理空間17に設
けられた基板保持機構18は、ヒータ20に通電が行わ
れているため、予め所定温度に保持されている。
棒35を介して高周波電力が供給される。高周波電力に
よって放電が生じ、プラズマ生成空間16内において電
極26の周囲に酸素プラズマ23が生成される。酸素プ
ラズマ23を生成することで、中性の励起種であるラジ
カル(励起活性種)が生成される。上記TEOSを真空
容器12の下容器12b内に導入するとき、TEOSが
直接に酸素プラズマ23に触れることはなく、TEOS
と酸素プラズマとが激しく反応することはない。
装置において、真空容器12の内部空間を隔壁板15で
プラズマ生成空間16と成膜処理空間17に分け、プラ
ズマ生成空間16に酸素ガスを導入しかつ電極26に高
周波電力を供給して酸素プラズマ23を生成し、他方、
成膜処理空間17に直接にTEOSを導入するようにし
た。また隔壁板15に貫通状態で形成された複数の孔2
2の形態は、プラズマ生成空間16における酸素ガスと
成膜処理空間17におけるTEOSが、それぞれ孔22
を通って反対側の空間に物質移動流れを行うことおよび
拡散移動を行うことを想定するとき、その移動量を所望
範囲に制限するように決められている。すなわち、隔壁
の温度がTおよび成膜処理空間側の圧力がPO2のときの
ガスの相互ガス拡散係数をDとし、かつ図2に示すよう
に孔22の最小径部分の長さ(孔22の特徴的長さ)を
Lとするとき、前述の酸素ガスの流速を用いて、uL/
D>1の関係が満たされるように決められる。
出される。例えば貫通孔25を移動する酸素とTEOS
の関係に関しTEOSガス密度(ρTEOS)と拡散流速
(uTE OS)と相互ガス拡散係数(DTEOS-O2 )を用いて
下記の式(3)が成立する。貫通孔の特徴的長さをLと
すると、式(3)が式(4)に近似できる。式(4)の
両辺を比較した結果、TEOSの拡散流速(uTEOS)が
−DTEOS-O2 /Lで表わされる。従って、上記の式
(1)と(2)から得られる酸素流速をuとし、TEO
Sの拡散流速を−DTEOS-O2 /Lとした場合に、これら
の2つの流速の絶対値の比、すなわち|−u/(−D
TEOS-O2 /L)|=uL/DTEOS-O2 の値は酸素物質移
動速度とTEOS拡散速度の比であり、この比uL/D
TEOS-O2 を1以上にすることは、拡散の流量に比較して
対流による流量が大きいことを意味する。すなわち、u
L/DTEOS-O2 の値を1以上にすることは、TEOSの
拡散影響が少ないことを意味している。
膜処理空間17は上記特性を有する孔22が多数形成さ
れた隔壁板15で区画されているため、成膜処理空間1
7に直接導入されたTEOSと酸素プラズマが接触する
ことは少なく、従来装置のごとく両者が激しく反応する
ことは防止される。
ルについては、ガラス基板11のCVD成膜に必要な適
量のラジカルが、隔壁板15に形成された孔22を通っ
て成膜処理空間17内へ拡散で移動する。これによりT
EOSはラジカルで活性化され、ガラス基板11の表面
に酸化膜(SiO2 )の成膜が行われる。
温度を200℃、隔壁板15の孔22の直径を0.5m
m、孔22の総数を1800個、酸素ガスのガス流量を
500sccm、成膜処理空間17での圧力100Pa、直
径0.5mmの部分の長さ(L)を3mmとすると、上
記式(4)の値は5.5となる。このような場合には、
拡散に比較して流れの影響が十分に大きいため、酸素プ
ラズマ23が充満しているプラズマ生成空間16へTE
OSが拡散することは少なく、その結果パーティクルの
発生は少なくなる。
いて説明する。本実施形態のCVD装置によれば、成膜
処理空間17内にプラズマが十分に拡散してこないの
で、成膜処理空間17に対してクリーニングを行うこと
が困難であるという問題を生じる。そこで、前述のごと
く電力導入棒36を隔壁板15に電気的に接続し、高周
波電力を供給することにより成膜処理空間17内に例え
ばNF3 プラズマを生成するようにした。生成されたプ
ラズマで成膜処理空間17の内部をクリーニングする。
電力導入棒36に高周波電力を供給してクリーニングを
行うタイミングは、予め決められた所定時間ごと、ある
いは所定の基板枚数ごと等の基準に基づいて適時に行わ
れる。
置の第2の実施形態を説明する。図4において、図1で
説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付
し、ここで詳細な説明を反復することは省略する。本実
施形態の特徴的構成は、前述の上壁板24をなくし、上
部に円板状絶縁部材41を設け、かつその下側に電極2
6を配置するようにした。電極26と隔壁板15によっ
て平行平板タイプのプラズマ生成空間16を形成する。
また材料ガスを流す通路を形成する多数のパイプ部材2
5は、絶縁部材41と隔壁板15の間に設けられる。そ
の他の構成は第1実施形態の構成と実質的に同じであ
る。さらに、第2実施形態によるCVD装置による作
用、効果も前述の第1実施形態と同じである。
OSの例を説明したが、これに限定されず、他の材料ガ
スを用いることができるのはもちろんである。本発明の
原理的考えは、プラズマに材料ガスが接することにより
パーティクルが発生すること、基板へイオンが入射する
ことが問題となるすべての処理に応用でき、成膜、表面
処理、等方エッチング等に応用できる。
れば、大面積基板にプラズマを利用したCVDによりT
EOS等の材料ガスを用いてシリコン酸化膜等を成膜す
る場合に、所定条件を満たす多数の貫通孔が形成された
隔壁板でプラズマ生成空間と成膜処理空間を区画し、材
料ガスはプラズマに触れることなく直接に成膜処理空間
に導入するようにしたため、材料ガスとプラズマとの間
の激しい化学反応を防止でき、その結果、パーティクル
の発生を抑制し、基板へのイオン入射を防止することが
できる。
ための通路は複数設けられ、かつ当該通路の上流側には
均一板を備えたガスリザーバを設けたため、成膜処理空
間で材料ガスを均一に導入でき、かつ上記隔壁板に形成
された多数の孔によってラジカルも成膜処理空間に均一
に供給でき、これによって基板の表面近傍でのプラズマ
分布を良好にし、大面積基板への成膜を有効に行うこと
ができる。
付設し、適時なタイミングで電力を供給してクリーニン
グを行えるようにしたため、隔壁板で区画してプラズマ
生成空間と成膜処理空間を形成したとしても、成膜処理
空間の清浄度を適切に維持することができる。
る。
面状態の部分平面図である。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 真空容器内でプラズマを生成して活性種
を発生させ、この活性種と材料ガスで基板に成膜処理を
行うCVD装置において、 複数の孔が形成された隔壁板を設けて前記真空容器の内
部をプラズマ生成空間と成膜処理空間に分け、 前記真空容器に供給された前記材料ガスは、前記プラズ
マ生成空間と前記隔壁板を貫通しかつ分散して設けられ
た複数の導電性の通路を通して前記成膜処理空間に直接
に導入され、 前記プラズマ生成空間で生成された前記活性種は、前記
隔壁板に形成された前記複数の孔を通して前記成膜処理
空間に導入されることを特徴とするCVD装置。 - 【請求項2】 前記隔壁板に形成された前記複数の孔の
各々は、孔内でのガス流速をu、実質的な孔の長さを
L、相互ガス拡散係数をDとするとき、uL/D>1の
条件を満たす状態で、前記活性種を前記成膜処理空間に
導入することを特徴とする請求項1記載のCVD装置。 - 【請求項3】 前記隔壁部はクリーニング用高周波電力
を供給する高周波給電部に接続され、前記隔壁部に適時
に高周波電力を供給して前記成膜処理空間でクリーニン
グ用プラズマを生成することを特徴とする請求項1また
は2記載のCVD装置。 - 【請求項4】 ガスリザーバ内に均一板を備えたことを
特徴とする請求項1記載のCVD装置。 - 【請求項5】 前記プラズマ生成空間の中間位置に放電
用電極を設け、この電極と前記プラズマ生成空間を形成
する前記隔壁板および上壁板との間でプラズマを生成す
ることを特徴とする請求項1記載のCVD装置。 - 【請求項6】 前記プラズマ生成空間の上側位置に放電
用電極を設け、この電極と前記隔壁板の間でプラズマを
生成することを特徴とする請求項1記載のCVD装置。
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