JPS61232613A - プラズマ気相反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマＣＶＤ装置においで、容ｌＪＬ結合方
式により設けられた一対の電極をアルミご一工−ムまた
はその合金により設ＬＪ−、被膜形成に際し、電極内の
インピーダンス及び電位のほらつきを防ぎ、ひいては形
成される被１１．Ｊの膜厚のばらつきも防ぐことを目的
としている。さらに弗化物気体によるプラズマエノチの
１際のＩ員傷の防１１−を図る、ことを目的としている
。

本発明は反応容器内に導電性または半導電性の材料によ
り作られたフ−１・および周辺を空間的に取り囲んだ枠
よりなる枠構造によりプラズマ化した反応性気体を閉し
込める筒状空間を設け、この空間内部に配設された被形
成面を右する基４）ｉ　（＝：二反応性気体を（Ｊζ給
して、この空間の反応性気体をクロー放電またしＪプラ
ズマ状態とせしめることに６１、す、反応容器の内壁へ
の不要反応ノド酸物（］１．・−り（雪片）状）の付着
を防１１−するに力１１え（、被形成面」−に形成され
る反応生成物のイト成収率（被膜になった反応生成物の
重量／供給された反応性気体の重量）を向上させるプラ
ズマＣＶＤ装置に関する。

加えて本発明はかかる筒状空間を構成する枠構造をその
内部に設けられたホルダ（基板保持用冶具ともい・つ）
および基板をこの反応容器の一方の側に連設させた予備
室より供給させ、さらにプラズマＣｖＤの後この予備室
または他の第２の予備室に至らしめるいわゆるロードロ
ック方式をとらしめた。

従来、プラズマＣＶＤ装置としては、枠構造を有し、こ
の枠が絶縁物により設けられたプラズマＣＶＤ装置に関
しては本発明人の出願による特願昭（５９−７９６２３
）「プラズマ気相反応装置」昭和５９年４月２０日出願
に示されている。

しかし、その一対をなす電極はステンレスにより設けら
れていた。そのため、電気伝導度が小さく、高周波を加
えた場合、プラズマが不均一となり被膜形成の膜厚のば
らつきの原因となってしまった。そのため電気伝導度の
大きい金属が求められていた。本発明し；１この電極と
して、アルミニブ、−ム（比抵抗２Ｘ１０−’Ωｃｍ）
またはその化合物（金属を含む）を用いたものである。

その結果、高周波（例えば１３．５６ＭＩＩｚ）に対し
電極の場所で変化のない平等の放電が得られるようにな
った。

本発明は、第１図に示す如く、一度に多数の基板を同時
に反応空間に配設し、しかもその生成収率を大きくした
いわゆる多量生産装置に関する。

本発明はこの筒状空間の内部にボルダまた４Ｊホルダの
大きさの大面積基板またはホルダに保持された基板の被
形成面を裏面を互いに密接して配設し、かつこの複数の
間隔をそれぞれ一定または概略一定とした。そしてその
距離を例えば１〜ｌ０ｃｍ代表的には５ｃｍ（±０．６
ｃｍ以内）離して平行に配列し、この基板が林立した筒
状空間においてのめ均一な膜厚の被膜形成を行わしめ、
活性反応性気体がこの空間のみにしか存在しないように
導き、結果として反応性気体め生成収率を従来の１〜３
％よりその２０〜６０倍の２０〜３０％にまで高めたご
とを特徴としている。

本発明は被膜作製を多数回繰り返して行うと、その時反
応容器上部に付着形成された生成物がフレークとなり、
基板の被形成面上に落ち付着してピンホールの発生を誘
発してしまうことを防ぐため、基板の被形成面を重力に
そって配向せしめた。

加えて、基板例えばｌｏｃｍ　Ｘ　１０ｃｍまたは電極
方向に１０〜５０ｃｍを有する中１５〜１２０ｃｍの基
板（この場合の最大の有効反応空間は、上下（４５ｃｍ
）　Ｘ前後（１３０ｃｍ）ｘ左右（１３０’ｃｍ）を期
待できる）方向がその温度分布において、１００〜４０
０℃例えば所定温度２１０℃±１０℃好ましくは±５℃
以内とした。

かくの如くに本発明は連続製造方式（ロードロック方式
）を基本条件としているため、被膜作製の際、新たに枠
およびホルダ、基板を反応容器内に挿着する度に、あた
かも新しい内壁が作られるため、くりかえしの被膜作製
によっても被膜が従来のプラズマＣＶＤ装置の内壁のよ
うなフレークの発生を防止できるという大きな特徴を有
する。

本発明はさらにこの反応容器内を単純化するため、基板
の発熱は加熱部を石英板を介して上方、下方から離れた
赤外線ランプ（例えばハロゲンランプ）で設り、反応性
気体にとって反応容器内にはホルダおよび基板とこの筒
状空間を構成する供給フード、排気フードおよび基板に
対し電界が平行になる向きの上下または前後に相対した
電極のみとし、反応性気体および電界を被形成面に平行
な層流とすることにより単純構造のプラズマＣＶＤ装置
をせしめたことを特徴としている。

以下に図面に従って本発明を説明する。

実施例１ 第１図に従って本発明のプラズマＣＶＤ装置を示す。

第１図において反応容器（２）はその一方の側に基板を
装填するための予備室（１）を有する。

予備室（１）と反応容器（２）との連結部はゲート弁（
４３）を有し、基板、ホルダ（５）および枠（７）、（
７’）の反応室への移動時に関しては開となり、プラズ
マ反応中及び予備室（１）での基板（４）、枠棒（６）
。

（６゛）の取り出しにおいては閉となる。装填、取り出
しの際、予備室（１）は大威圧となり、（２０）より大
気圧にするだめの窒素が供給される。

予備室（１）において、大気圧にて外部より基板（４）
、（４’）を枠（６）、（６’）に挿着し、移動機構（
ｉＪ１称レール）（図示−ロず）上に配設し、扉を閉め
る。

基板−にの吸着物を加熱真空脱気させるため、赤外線ラ
ンプ（１５Ｌ（１５’）、真空排気手段（１９）　、　
（１９’　）を動作さゼる。予備室、反応室のバルブ（
１８）　、　（１８”）を開とし、ターボ分子ポンプ（
］！１１）、（１９°）を利用してともに１Ｏ−７ｔｏ
ｒｒ以下に真空引きをし、同時にバルブ（１７Ｌ（１７
″）を開として赤外線ランプ（１５Ｌ（１５’　）およ
び（１６）　、　（１６’　）をも真空引きをした。こ
の後ゲート弁（４３）を開け、反応容器（２）内に基板
、ホルダ（５）、枠構造を構成する枠（７）　、　（７
’　）を移動させた。

反応容器（２）内での機構を記す。

反応容器（２）は反応性気体の供給系（１０）と真空排
気系（１１）を具備する。

反応性気体を供給するＩＳ−ピング系（１０）はバルブ
（５１）、流量計（５２）とキャリアガス（３７Ｌ反応
性気体（３３）　、　（３４）　、　（３５）　、　（
３６）よりなっている。

反応性気体として珪化物気体、ゲルマニヱーム化物気体
のごとく室温で気体のもｏｒ４；ｌ：　（３４）より、
またＩ）またはＮ型用のドーピンク用気体（例えはシボ
ラン、フォスヒン）は（３５）より供給することが可能
である。

またメヂルシラン、ヒドラジン等の室／！！Ｇこおいて
液体のものは、バフラ−（３６）より供給される。

これらの気体は減圧ドにて気体となるため、流量計によ
り一１分制御がｒ＋Ｊ能である。また蒸発に（Ｊこのバ
ブラ（３６）の電子恒ｌ晶槽に６Ｌる温度制御を行った
。

これらの反応性気体は＋Ｊｊ給ＩＩ　（２７）より（ｌ
給ガイド　（〕−１ともいう）（７）に至り、供給手段
（２４）の穴（８）四〜２ｍｍψ）より下方向に均一・
な層流になるように放出される。

さらにこの穴の下側にはブラスマ放電用の−り、１の導
電性電極をアルミニ７．−Ｊいまたはアル梃ニュームを
主成分とする金属（少なくとも表面またはその近傍がア
ルミニュームまたＩＩその化合物を含む）により電極の
一方（２３）を有し、これム３１電気エネルギ供給用の
マンナングＩ・ランス（２５）及び発振器（２１）に接
続させている。他方の端子（２２）は排気手段（２４’
）のフード（７゛）上に設けられて網目状または多孔状
の一対の電極（２３’）が対称構造として配設されてい
る。

この一対の電極に対応してマツチングトランスは中点を
接地とし、電極のいずれをも接地レベルに対し対称とさ
せた。

排気手段（２４’）は供給手段（２４）と概略同一形状
を有しており、全体の穴より均一に筒状空間に気体を層
流にして排気口（２８）　、圧力調整バルブ（１８’）
を経てターボ真空ポンプ（１９’）に至る。

反応性気体は供給口（２７）より下方向にステンレス、
ニッケルまたｔＪアルミニュームまたはその合金で作ら
れた枠（３）　、　（３’　）で囲まれた筒状空間（１
０１）を経て排気口（２８）に至る。筒状空間（１０１
）は外側の枠（３）　、　（３’　）を矩形の導電性材
料例えばアルミニューム金属、または半導電性材料のス
テンレスまたはニッケルで作り、その内壁に被形成面を
有する基板（５）、（５′）が一定の間隔例えば６ｃｍ
をとって互いに裏面を接して配設されている。

この基板の加熱は」−側の赤外線ランプ（１６）と下側
の赤外線ランプ（１６′）とが１１いに直交し７”Ｃ金
メソギされた放物面の反射鏡をイー１して設置Ｊら求；
、筒状空間の均熱化を旧っている。

この加熱用のランプ（１６）　、　（１６’）が設しｊ
られ（いる空間と３反応容器内の反応室とＧ１１、）−
Ｆ（７）。

（７”）の一部を構成する透明石英板（＋３）　、　（
１：（’）によってしきられ、反応生成物が赤外線−ラ
ンプにヤリ、ランプの表面に何着することを防いでいる
。ごの反応容器とランプ加熱部との圧力小１整は、反応
性気体を流していない時、例えばオーバーボール用の大
気圧にする時、また真空引きをする時３．バルブ（１７
’）を開として等圧とし、また反応１！１気体か供給さ
れている時は閉として赤外線ランプ内に反応性気体が逆
流入することを防いている。

さらに第１図より明らかなように、不要空間（８０）　
、　（８０’　）　（、外周辺を囲んでいる）を枠４ｆ
＃ｉ責に（）と基板（５）との間に設けることによｌ′
）、ごの−ｈ　’ａ反応空間（１００）を直方体（含む
Ｃ）、方体）とすることができ、結果として基板の充填
率を円筒型の反応空間よりもさらに高くすることができ
るにようになった。

例えば基板を２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍを２０枚６ｃｍの
間隔で配設させんとする時、延べの被形成面は２４００
０　ｃれこれに必要な空間は７０ｃｍ　Ｘ　７０ｃｍ　
Ｘ　３０ｃｍ　（有効空間６０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍ　Ｘ
　２０ｃｍ）　＝　１４７０００ｃ艷である。

即ち単位体積当たり１６．１％もの面積（２４０００Ｃ
Ｉ６／　１４７０００ｃＪ　）を被膜形成面積とするこ
とが可能である。

このため供給する反応性気体のうちの被膜となる生成収
率も従来の第１図に示した放散型の１％程度に比べ２０
％〜２５％と著しい高収率を得ることができるようにな
った。

実施例２ 第２図は本発明の他の実施例を示す。

第２図は実施例１の第１図に対応して図面の概要を示し
たものである。その他は第１図および実施例１と同様で
ある。

第２図において、枠構造はフード（７）、（７”）、枠
（３）、（３”）を有し、反応性気体は（２７）を経て
供給手段（２４）より電極（２３）を経て筒状空間（］
（１１）でプラズマ反応をし、さらに不要反応生成物お
よびキャリアガスは排気手段（２４’　）　、電極（２
３’）を経て排気系（１１）に至る。

この実施例において反応空間（１（１０’）内には基板
（５Ｌ（５″）が基板ホルダ（５）」−にテーパ状（こ
の望め角（８１）は３〜１０°とできるだけ小さい方が
基板を多量に挿着できる）に配設され、基板の導入口側
より排気口側に向かって若干狭くなり、基板の落下を防
くに加えてその基板」二に形成される膜の均一化をさら
に促進させた。

この構造においてはフレークが被形成面にテーパを有し
ているため若干付着するという欠点はあるが、シリコン
ウェハを多数枚同時に固定冶具を付けることなく挿着で
きるという点では実施例１より優れたものであった。

実施例３ この実施例は実施例１のプラズマＣＶＤ装置を用い、反
応性気体として（３４）よりシランを供給しく１２） て珪素半導体膜を作製したものである。

基板温度は２１０℃とした。被膜の成長速度は４．５人
／秒を高周波（１３，５６Ｍｔｌｚを使用）電界を４０
０−とし、シランを４００ｃｃ　７分加え、プラズマＣ
ｖＤ中の圧力を０．０７ｔｏｒｒとした特待ることがで
きた。

従来のＰＣＶＤ装置の反応容器においては１回の被膜形
成で最大５０ｃｍ　Ｘ　５０ｃｍ　１枚のみ（この場合
もシランの量は２００ｃｃ　７分を必要とする）のロー
ドが可能であった。他方、本発明のプラズマＣＶＤ装置
においては２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍの基板２０枚を１バ
ツチで挿着（ロード）でき、その結果１バツチの延べの
形成面積は２０ｃｍ　Ｘ　５０ｃｍ　Ｘ　２０と従来例
よりも即ち９．６倍も多量生産を可能にできた。加えて
被膜の成長速度を考慮すると、合計１９倍の多量生産が
可能になった。

さらに重要なことは、従来は１〜２回のＣＶＤ作業を行
うと、チャンバの内壁には０．３〜１μのシリコンのフ
レークが沈着し、掃除をしなければならなかった。しか
し本発明のプラズマＣＶＤ装置においては、０．５μの
膜厚の被膜生成を繰り返して行い、その回数が１０回に
なっても、反応容器の内壁にはうつすらとフレイクが観
察されるのみであった。このため、装置のダウンタイム
を少なくでき、加えて被膜のピッホール等の不良発生を
防ぎ得るという二重、三重の長所を有していた。

かくして形成された半導体層は、プラズマ状態での反応
性気体のドリフトの距離が長いにもかかわらず、光転導
度ば２　Ｘｌ０−’　〜７　Ｘ］Ｏ−’（Ωｃｍ−’）
喧伝導度３×１０−８〜１×１Ｏ−１０（９ｃｍ）　−
’を有していた。

これはプラズマの電界方向が被形成面に垂直の従来の方
法が光転導度として３Ｘ１０−’〜ｌＸｌ０−１０ｃｍ
　’であることを考えると、十分ディバイスへの応用が
可能であることが判明した。

この実施例は不純物を積極的に添加しない場合であるが
、ＰまたはＮ型用の不純物を添加しても同様のＰ型また
はＮ型の半導体膜を作ることができる。

実施例４ この実施例は実施例１のプラズマＣＶＤ装置を用いて、
窒化珪素被膜を作製した。

即ち、第１図の場合においてジシランを（３４）より２
００　ｃｃ／分、アンモニアを（３５）より］０ＯＯｃ
ｃ／分導入した。周波数１３．５６Ｍｌ１ｚ、出力５０
０Ｗ、基板温度４；ｌ：３５０　°Ｃとし、０．１〜０
．０１ｔｏｒｒ、例えば０．０５ｔｏｒｒとして１バツ
チで５インチウェハを１２０枚ロー１できた。

ここに５００〜５０００人の厚さに被膜形成速度１８５
人／分で形成させることができた。

被膜の均一性において、ロフト内、ロット間において±
５％以内を得ることができた。

実施例５ この実施例は酸化珪素を形成させた場合である。

即ちモノシランを２００ｃｃ　７分として（３４）より
、また過酸化窒素を（３５）より１００ｃｃ　７分導入
し、同時に（３３）より窒素を４００ｃｃ　７分導入し
た。

高周波電力は５００讐とした。基板温度は１００〜４０
０°Ｃにおいて可能であるが、２５０°Ｃで圧力０．０
１〜０．１ｔｏｒｒ例えば０．０７ｔｏｒｒ形成させた
とすると、】ハツチに５インチウェハ１２０枚をロート
して被膜の均一性を０．５μ形成した場合±５％以内に
おさめることができた。

その結果、１００回の連続製造をしてもフレークはまっ
たくも見察することができなめ）った。

実施例に の実施例においては化合物導体例えｌｊ窒化チタンを作
製した。即ち実施例１においてバブラー（３６）に塩化
チタンを導入し、さらに窒素を（３５）より供給し、チ
タンと窒素とを所定の比、例えば１：２にしてプラズマ
ＣＶＤを行った。その結果、２５０　’ｃ、５００Ｗ、
圧力０．６ｔｏｒｒにおいて０．４．＋１の厚さに１〜
２人／秒の成長速度を得ることかできた。

この化合物金属と耐熱金属とを反応性気体を調節するこ
とにより、層状に多層構造で作ることができる。

以上の説明より明らかなごとく、本発明のプラズマＣＶ
Ｄ装置は、半導体、導体または絶縁体のいずれに対して
も形成させることができる。特に構造敏感な半導体、ま
たはＩ〕またはＮ型の不純物を添加した半導体層を複数
層積層させることも可能である。

さらに導体の形成において、耐熱金属であるチタン、モ
リブデン、タングステンを形成させることも可能である
。

本発明のプラズマＣＶＤ装置として第１図は１つの反応
室を示した。しかしこれを複数個連結し、マルチチャン
バ方式とすることも可能であることばいうまでもない。

またその１つを光ＣＶＤまたは光プラズマＣＶＤ装置と
してもよい。

なお本発明装置の電極等の不要反応生成物の除去には、
プラズマエツチングを行った。そのためには弗化窒素を
用い、また電極はアルミニュームまたはアルミニューム
合金を用いた。するとアルミニュームは弗化物に対し耐
エツチング性があるため、また電気的導電性に優れてい
るため、不要物特に弗化物生成物のエツチングに有効で
あった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマＣＶＤ装置の概要を示す。 第２図は他のプラズマＣＶＤ装置における筒状空間およ
び反応性気体の供給口と排気］二１との関係を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．１気圧以下の減圧状態に保持された反応容器と、該
   反応容器に反応性気体を供給する系と、不要反応生成物
   を排気する排気系とを具備したプラズマ気相反応装置に
   おいて、前記反応性気体をグロー放電またはプラズマ状
   態にせしめる反応空間を発生させる一対の電極を有し、
   この電極はアルミニュームまたはその合金よりなること
   を特徴とするプラズマ気相反応装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項において、電極は表面がアル
   ミニュームまたはアルミニュームを主成分とする金属に
   より設けられたことを特徴とするプラズマ気相反応装置
   。
3. ３．特許請求の範囲第１項において、グローまたはプラ
   ズマ状態を筒状空間に閉じ込める枠構造を有することを
   特徴とするプラズマ気相反応装置。