JPS62298106A - マイクロ波プラズマｃｖｄ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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマを用いて、低温でかつ大面積に渡っ
て均一な薄膜を形成するプロセス装置に係るものであり
、特にアモルファスシリコン等の非晶質半導体あるいは
Ｓｉ３　Ｎ４，５ｉ０２等の絶縁膜を低温でかつ大面積
に堆積させる装置に関するものである。

〔従来の技術〕

マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法は、これまで電子
サイクロトロン共鳴によるマイクロ波放電によって生成
したプラズマを発散磁界の作用を用いて引出し、そのプ
ラズマを試料表面に照射して、低温で薄膜を付着させる
、いわゆるＥＣＶプラズマＣＶＤ法が知られている（例
えば、特開昭５７−１３３６３６号公報）、ＥＣＲブラ
ズ？ＣＶＤ法は、低温で良質な薄膜を得られることから
、集積回路におけるパッシベーション等の低温プロセス
への応用が期待されている。また、非晶質シリコンやＭ
　ＯＳ　トランジスタのゲート絶縁膜への適用も検討さ
れている。

また、磁界を用いずにマイクロ波のエネルギーでプラズ
マを発生させ、成膜をするマイクロ波プラズマＣＶＤ法
もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタ、太陽電池、イ
メージセンサ等の大面積、長尺のデバイスを考えた場合
、３０ｃｍ角以上の面積に渡って均一な膜を付着させる
必要がある。特に量産化を考えると、５０ｃｍ角以上の
均一性が必要である。ところが、従来のＥＣＲプラズマ
ＣＶ’Ｄ法ではプラズマの引出し口の大きさが１０ｃｍ
φ程度であり、発散磁場でプラズマを引き伸ばしたとし
ても２０ｃｍφが附度である。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法
では発散磁場の形状が膜厚分布に影響するが、大面積に
渡って均一な磁場を作るには巨大な磁石が必要になり、
実用的でない。従って、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法は大面
積化が困難であった。

また、磁界を加えないマイクロ波プラズマＣＶＤ法にお
ける堆積面積は、プラズマを発生させるキャビティの大
きさで支配されている。キャビティは用いるマイクロ波
の波長に共振するように設計し、入射してきたマイクロ
波のエネルギーはキャビティ内に蓄積される。このエネ
ルギーにより原料ガスを放電し、分解する。分解生成物
は導入窓を通して試料室に輸送される。通常キャビティ
の大きさは、２０ｃｎ＋φ程度のものが用いられる。ま
た、試料室へ分解生成物を導入する窓の大きさは、マイ
クロ波の波長よりも大きくすると、マイクロ波が試料室
に漏洩するためプラズマが直接基板表面に接し、プラズ
マダメージが発生してしまう。

従って窓の大きさは、マイクロ波の波長より小さくする
必要があり、成膜面積が制限される。このため１つのキ
ャビティでは、せいぜいキャビティの大きさ程度の２０
ｃｍφしか均一性が得られない。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、大面積に渡
って均一な膜厚で薄膜を成膜できる固体薄膜形成装置を
得る事を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、１つのマイクロ波電源から出力されるマイク
ロ波電力を複数に分配する分配器と、分配されたマイク
ロ波電力がそれぞれ導かれる複数のキャビティと、これ
らキャビティに窓を介して設けられ、内部に試料基板が
保持される試料室とを備え、前記複数のキャビティが前
記試料基板と平行な平面上に配列されているマイクロ波
プラズ７ＣＶＤ装置であって、各キャビティに原料ガス
とマイクロ波を導き、各キャビティ内でマイクロ波のエ
ネルギーによりプラズマを発生させ原料ガスを分解し、
分解生成物を前記窓を通して前記試料室に導き、試料室
に設置された試料基板上に固体薄膜を堆積させることを
特徴としている。

〔作用〕

本発明はキャビティを複数個並べて大面積化するもので
ある。マイクロ波プラズマＣＶＤ法では、その成膜面積
はマイクロ波によって生成した分解生成物の試料室に供
給される面積で決まる。キャビティを複数個並べれば、
それだけ分解生成物の発生する面積が広（なり、成膜の
大面積化が容易に可能となる。この装置は原理的に大面
積化を制限する要因がない。ＥＣＲ法では対称な磁界が
必要であるが、キャビティを複数個並べるとキャビティ
それぞれに対して発散磁界を形成することば技術的に困
難である。そのため、本発明のようにキャビティを複数
個並べるのが難しい。本発明の装置では、磁界を用いな
いためキャビティを並べることができるのである。

大面積化する場合、膜の均一性が重要となる。

マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の場合、堆積速度に関係
するパラメータはキャビティと試料基板との距離、及び
投入するマイクロ波電力の大きさである。キャビティと
試料基板との距離が離れているほど、堆積速度は小さく
なる。キャビティを並べ、膜厚の均一性よく大面積化す
るにはこのキャビティと試料基板の距離を一定にする必
要がある。

このためには、試料基板と平行な平面上にキャビティを
並べられなくてはならない。また、マイクロ波電力は、
各キャビティに等しい大きさだけ供給しなくてはならな
い。このため、キャビティ１個に対してマイクロ波電源
１（１１設けるとすると、成膜装置としてのコストが高
くなるとともに、放電電力を変えたい場合、各マイクロ
波電源の出力が同じになるように制御するのが難しい。

本発明では、マイクロ波の電源は１つとし、その出力を
キャビティの数だけ等しい大きさになるように分配し、
各キャビティにマイクロ波電力を供給する構造を考案し
た。この構造を用いると、始めに各キャビティに供給さ
れるマイクロ波電力が等しくなるように調整するだけで
、後は１つのマイクロ波電源の出力を変えるだけで均一
性良く各キャビティに供給されるマイクロ波電力を変え
ることができる。

〔実施例〕

本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の実施例につい
て述べる。

第１図に、円筒形のキャビティを３つ用いた場合のマイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置の断面図を示す。このマイク
ロ°波プラズマＣ’ＶＤ装實は、導波管１より入射され
るマイクロ波電力を均等に３分割するための立体回路で
ある分配器２を備えている。マイクロ波電源は図示され
ていないが、例えば周波数２．４５Ｇ　Ｈｚのマグネト
ロンを用いることができ、マグネトロンよりマイクロ波
電力はアイソレータ、マイクロ波電力計及び整合器を通
じて導波管１に導かれている。

分配器２には、３つの円筒形キャビティ３がそれぞれ石
英製マイクロ波導入窓９を介して設けられており、これ
らキャビティは、後述する試料基板と平行な平面上に並
べられる。なお、本実施例では、直径２０ｃｗ、高さ２
０ｃｍの円筒状のキャビティを用いており、各キャビテ
ィには、原料ガス導入口４がそれぞれ連結されている。

また、これらキャビティを囲むように冷却水通路１３が
形成されており、この通路の一方には冷却水導入口１０
が他方には冷却水排出口１１が連結されている。

本実施例のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、さらに、
試料室６を備えており、この試料室には３つのキャビテ
ィ３が、各キャビティに設けられた窓５を通して設けら
れている。なお、本実施例では、窓５は１つのキャビテ
ィに対して直径６ｃｍの大きさのものを４つ設けている
。このように分解生成物を取り出す穴を分散して設ける
ことにより、膜厚分布の均一性をよくすることができる
。

試料室６の内部には基板ホルダーが設けられており、こ
の基板ホルダーは例えばヒーター１４により加熱できる
ようになっている。また、試料室６には、排気口１２が
連結されている。

以上のような構成のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置では
、分配器２により３分割されたマイクロ波電力は石英製
マイクロ波導入窓９を通して、各キャビティ３に導かれ
る。このキャビティ３は冷却水導入口１０から導入され
た冷却水により冷却され、冷却水は冷却水排出口１１か
ら排出される。キャビティ３において、原料ガス導入口
４より原料ガスを導入し、マイクロ波のエネルギーによ
りプラズマを発生させ、原料ガスを分解する。分解生成
物は各キャビティ３に設けられている窓５を通して、試
料室６に導かれる。試料室には基板ホルダー８の上に試
料基板７が固定されており、基板ホルダー８を加熱する
ことにより間接的に試料基板の温度を上げることができ
る。なお、基板ホルダー８の加熱方法は、本実施例では
基板ホルダー８の内部に組み込まれているヒーター１４
により直接加熱しているが、基板ホルダー近くに設けら
れたヒーターやランプからのふく射熱により間接的に加
熱してもよい。試料基板表面において、プラズマによっ
て形成された分解生成物が表面化学反応により固体薄膜
が形成される。不用のガスは排気口１２から排気ポンプ
により排気される。

次に、このマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いてアモ
ルファスシリコン膜を構成した例について述べる。原料
ガスはＡｒベース３％シランを用いた。真空度０．５Ｔ
ｏｒｒ、全ガス流量４００３ＣＣＭ、基板温度２５０℃
、２．４５Ｃ，Ｈｚのマイクロ波電力は５００Ｗである
。この条件ではアモルファスシリコンの堆積速度は２０
０　ｎｍ／ｍｉｎであり、従来の１３．５６　ＭＨｚの
高周波プラズマＣＶＤよりも約１桁大きい値が得られた
。膜厚の均一性については、５０ｃｍ　ｘ　１５ｃｍの
長方形の範囲で１０％以内であった。また、膜質の均一
性についても、このアモルファスシリコンを用いて薄膜
トランジスタを制作したところ、この５０ｃｍ　Ｘ　１
５ｃｍの範囲での移動度の差は認められなかった。従っ
て、従来のキャビテイ１つだけの成膜装置では均一性が
２０ｃｍφ程度しか得られなかったのに比べ大面積に成
膜できることが示された。

本実施例のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置では、試料基
板は固定しているが、これを成膜時にゆっくり移動させ
れば、幅５０ｃｍ、長さは移動距離だけの面積に均一に
堆積させることができる。また、キャビティの数を４つ
以上にすればより均一に成膜できる面積を大きくするこ
とができる。また、本実施例のキャビティの形状は円筒
形であるが、マイクロ波がキャビティ内で共振する限り
別の形状、例えば直方体でもよい。また、本実施例では
原料ガスを直接キャビティに導入しているが、キャビテ
ィ内に石英管を設け、その石英管の内側に原料ガスを導
入、放電させ、分解生成物を試料室に導入させるような
キャビティの構造にしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１つのマイクロ波電源を用い、複数の
キャビティを設け、マイクロ波電力を分割することによ
り同じ電力を各キャビティに導入することにより、従来
のキャビティを１つしか持たない装置に比べ、膜厚及び
膜質共に均一性よ（大面積に成膜できるマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。 １・・・・・導波管 ２・・・・・分配器 ３・・・・・キャビティ ４・・・・・原料ガス導入口 ５・・・・・窓 ６・・・・・試料室 ７・・・・・試料基板 ８・・・・・基板ホルダー ９・・・・・マイクロ波導入窓 １０・・・・・冷却水導入口 １１・・・・・冷却水排出口 １２・・・・・排気口 １３・・・・・冷却水通路 １４・・・・・ヒーター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つのマイクロ波電源から出力されるマイクロ波
   電力を複数に分配する分配器と、分配されたマイクロ波
   電力がそれぞれ導かれる複数のキャビティと、これらキ
   ャビティに窓を介して設けられ、内部に試料基板が保持
   される試料室とを備え、前記複数のキャビティが前記試
   料基板と平行な平面上に配列されているマイクロ波プラ
   ズマＣＶＤ装置であって、各キャビティに原料ガスとマ
   イクロ波を導き、各キャビティ内でマイクロ波のエネル
   ギーによりプラズマを発生させ原料ガスを分解し、分解
   生成物を前記窓を通して前記試料室に導き、試料室に設
   置された試料基板上に固体薄膜を堆積させるマイクロ波
   プラズマＣＶＤ装置。