JPS6358924A - プラズマ気相成長装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体基板等の試料基板表面に低温で薄膜を
形成するプラズマ気相成長装置の改良に関する。

［従来の技術］ 第２図は従来のプラズマ気相成長装置の構成を示す概略
図である。

第２図において従来のプラズマ気相成長装置は、反応室
内を真空（減圧）状態に保つための外囲−となる真空容
器１と、真空容器１内に互いに対向して配置されかつ互
いに電気的に絶縁される−１一部電極２および下部電極
３とを含む。真空容器１には、反応室を減圧状態にする
ための真空排気ロアと、反応室内に反応性ガスを導入す
るためのガス導入口６とが設けられる。上部電極２と真
空容器１とは絶縁碍子９により電気的に絶縁される。ま
た、上部電極２の真空容器１と対向する部分には、高周
波電力印加時に放電が発生しないように絶縁板１０が設
けられる。真空容器１および下部電極３は同一電位（接
地電位）にされ、一方、上部電極２は上部電極２に高周
波電力を印加して上部電極２および下部電極３間にグロ
ー放電を発生させるだめの高周波発振器８が結合される
。下部電極３の上部電極２と対向する電極面上にはその
表面に薄膜が形成される試料基板４が戴置される。

通常、試料基板４が載置される下部電極３の電極面積は
、上部電極２の電極面積よりも大きいがもしくは同程度
の大きさにされている。次に第２図を参照して試料基板
４表面上への薄膜形成過程について説明する。

まず真空容器１内部の反応室は排気ロアを介して排気さ
れることにより適当な圧力の減圧状態にされる。この状
態でガス導入口６より予め定められた成分からなる単一
または複数種の反応性ガスが真空容器１内へ導入される
。続いて高周波発振器８を作動させ、上部電極２と下部
電極３との間に高周波電界を印加することによりグロー
放電を生じさせプラズマ５を発生させる。このプラズマ
５中の高速電子で、導入された反応性ガスを励起。

分解する。この励起により生じたプラズマ反応生成物が
適当な手段（図示せず）により適当な温度に保持されて
いる試料基板４表面上に堆積し、これにより試料基板４
表面に固体薄膜が成長する。

［発明が解決しようとする間居点］ 上述のように、プラズマ気相成長装置は、プラズマ５内
で励起された反応性イオンラジカル等が高周波電界の印
加により誘起される電極の自己バイアス電圧（シース電
圧）により加速され、基板４表面に到達し、堆積するよ
うにされている。しかし従来のプラズマ気相成長装置に
おいては、試料基板４が載置される下部電極３の電極面
積が上部電極２の電極面積と同程度またはそれよりも大
きく設定されている。このため、高周波電界の印加によ
る電極の自己バイアス電圧（プラズマ５に対する電圧）
が試料基板４側で大きくならず、この自己バイアス電圧
（シース電圧）によるイオン加速効果が小さいため、試
料基板４表面に形成される薄膜が緻密にならない、微細
な段差部に形成される膜の段差被覆性が悪いなどの欠点
があった。

それゆえ、この発明の目的は上述のような従来のプラズ
マ気相成長装置の問題点を除去し、基板が載置された電
極側の自己バイアス電圧を対向電極のそれよりも大きく
することにより、試料基板表面に緻密な膜の形成が可能
になるとともに段差被覆性の良い膜を形成することがで
き、さらにはスパッタリング作用により、試料基板表面
形状に関係なく平坦な表面を持つ膜を形成することの可
能なプラズマ気相成長装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るプラズマ気相成長装置は、試料基板が載
置される第１の電極のプラズマに対向する電極面積を他
方の第２の電極のそれよりも小さくしたものである。こ
の第１の電極の電極面積には試料基板面積も含まれる。

［作用コ この発明におけるプラズマ気相成長装置においては、第
１の電極のプラズマに接触（対向）する電極面積が第２
の電極のそれよりも小さくされているため、高周波電力
印加時に発生する電極の自己バイアス電圧を第１の電極
側に大きく発生させることができ、これによりプラズマ
中のイオンが効率的に加速されて試料基板表面に到達し
て堆積し、形成される膜を緻密にするとともに段差被覆
性を良好にし、さらにそのスパッタ作用により膜表面を
平坦にする。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例であるプラズマ気相成長装
置の構成を示す図であり、第２図に示される従来のプラ
ズマ気相成長装置と同一または相当する部分には同一の
参照番号が付されている。

第１図において、この発明によるプラズマ気相成長装置
は従来のプラズマ気相成長装置と異なり、試料基板４が
載置される下部電極３のプラズマ５に接触（対向）する
電極面積を上部電極２のそれよりも小さくするために、
下部電極３のプラズマ５と対向する電極面に絶縁板１０
が設けられる。

さらに、プラズマ５が真空容器１と接触しないようにす
るためにおよび上部電極２と真空容器１との間の高周波
電界印加時に発生する放電を防止するために真空容器１
と上部電極２および下部電極３との間に絶縁板１０が設
けられる。下部電極３と真空容器１とは同電位（接地電
位）にされる。

また、上部電極２と下部電極３との間に高周波電力を印
加するための高周波発振器８と上部電極２との間には、
上部電極２および下部電極３を直流的に絶縁するための
高帯域通過フィルタ１１が設けられる。他の構成は第２
図に示される装置の構成と同一である。次にこの発明の
一実施例によるプラズマ気相成長装置における薄膜形成
過程について説明する。

まず従来の装置と同様にして真空容器１内を排気ロアを
介して排気して減圧状態にする。次いでガス導入口６を
介して予め定められた成分からなる反応性ガスを適当な
流量および圧力の下に導入する。次に高周波電力を高周
波発振器８により発生させ、この高周波電力を高帯域通
過フィルタ１１を介して上部電極２へ与えることにより
上部電極２と下部電極３との間に高周波電界を印加して
プラズマ５を発生させる。プラズマ５中に含まれる高速
電子により、導入された反応性ガスが励起され分解され
る。このとき上部電極２および下部電極３にはそれぞれ
そのプラズマ５に接触（対向）する電極面積に応じた大
きさの自己誘起負電圧バイアス（シース電圧）がプラズ
マ５に対して発生する。第１図に示される実施例におい
ては下部電極３の一部および真空容器１内壁が絶縁板１
０により覆われているため、プラズマ５とそれらとの接
触面積が小さくされている。したがって、下部電極３が
上部電極２に比べてプラズマ５に対し大きな負電位にバ
イアスされるため、プラズマ５中に含まれる正のイオン
が下部電極３およびそれに載置された試料基板４表面に
加速されて衝突する。

このイオンの衝突により、試料基板４表面に形成（堆積
）されつつある膜が緻密になる。また、試料基板４に段
差が存在している場合でも、この加速イオンの方向性に
より膜の緻密化の大きさが段差側壁部に比べて平坦部の
方が大きくなるため、実効的に段差側壁部の膜形成速度
が速くなり膜の段差被覆性が改善される。さらに、この
自己誘起負電圧バイアスが大きくなると衝突イオンのエ
ネルギも大きくなり、形成膜表面が加速イオンによリス
バッタされ、そのスパッタ効率の角度依存性により平坦
な表面を持つ膜が段差上に形成される。

このスパッタ効率の角度依存性は通常のスパッタ蒸着過
程と同様である。

なお、上記実施例においては真空容器１内に導入される
反応性ガスの種類および試料基板４表面に形成される膜
の種類を特に限定しなかったが、通常の半導体装置製造
工程において用いられるあらゆる反応性ガスおよび形成
膜に本発明は適用可能なものである。

たとえば、反応性ガス種としてシラン（ＳｉＨ４）およ
びシラン系のガスを用いてシリコン、非晶質シリコンお
よびシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ
ナイトライドなどのシリコン化合物を形成することは可
能である。この場合反応性ガス種には形成される膜種に
応じて亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスはアンモニア（ＮＨ４
）ガス。

酸素（Ｏ２）ガスが含まれる。また、半導体装置の電極
配線等に用いられるチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔ３）
、タングステン（Ｗ）、モリブデン（？ｖｌｏ）等の高
融点金属およびこれらのシリサイドを形成する場合およ
びアルミニウムおよびアルミニウムを主成分とする膜を
形成する場合にも本発明の装置が有効であることは言う
までもない。

さらに、反応性ガス中にアルゴン（Ａｒ）ガス、クセノ
ン（Ｘｅ）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを含むようにし
、プラズマにより発生されたアルゴン正イオン、クセノ
ン正イオンおよび酸素圧イオンを用いて形成膜のスパッ
タエツチングを同様に行なうようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、プラズマ気相成長装置
において、その表面に薄膜が形成される試料基板が裁置
される第１の電極のプラズマと接触する（対向する）電
極面積を第１の電極に対向して設けられる第２の電極の
プラズマに接触（対向）する電極面積と比べて小さく構
成し、それにより高周波電界印加時に電極に発生する自
己誘起負電圧パイアズ値を試料基板が載置された第１の
電極側の方が大きくなるようにしたので、従来の装置の
簡単な改良により緻密で段差被覆性が良く、さらに試料
基板表面に段差が生じていても平坦な表面をもつ薄膜を
形成することが可能なプラズマ気相成長装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるプラズマ気相成長装
置の構成を示す概略図である。第２図は従来のプラズマ
気相成長装置の構成を示す概略図である。 図において、１は真空容器、２は上部電極（第２の電極
）、３は下部電極（第１の電極）、４は試料基板、５は
プラズマ、６はガス導入口、７は排気口、８は高周波発
振器、９は絶縁碍子、１０は絶縁板、１１は高帯域通過
フィルタである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に互いに対向するように配置された第
   １および第２の互いに電気的に絶縁された電極間に高周
   波電力を印加することにより前記真空容器内に導入され
   た予め定められた成分からなる反応性ガスをプラズマ状
   態にし、前記第１の電極上に載置された試料基板上にプ
   ラズマ反応生成物を成長させるプラズマ気相成長装置に
   おいて、 前記第１の電極の前記プラズマに対向する電極面積を前
   記第２の電極のそれよりも小さくしたことを特徴とする
   プラズマ気相成長装置。
2. （２）前記真空容器内壁と前記第１および第２の電極と
   の間には絶縁物が設けられることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項記載のプラズマ気相成長装置。
3. （３）前記反応性ガスはアルゴン（Ａｒ）ガスを含む、
   特許請求の範囲第１項または第２項記載のプラズマ気相
   成長装置。
4. （４）前記反応性ガスはクセノン（Ｘｅ）ガスを含む、
   特許請求の範囲第１項または第２項記載のプラズマ気相
   成長装置。
5. （５）前記反応性ガスは酸素（Ｏ＿２）ガスを含む、特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のプラズマ気相成
   長装置。
6. （６）前記反応性ガスはシラン（ＳｉＨ＿４）ガスを含
   む、特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
   載のプラズマ気相成長装置。
7. （７）前記反応性ガスは亜酸化窒素（Ｎ＿２Ｏ）ガスお
   よびアンモニア（ＮＨ＿３）ガスの少なくとも一方を含
   む、特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
   載のプラズマ気相成長装置。
8. （８）前記試料基板表面に成長するプラズマ反応生成物
   は、高融点金属または高融点金属シリサイドである、特
   許請求の範囲第１項記載のプラズマ気相成長装置。
9. （９）前記試料基板表面に成長するプラズマ反応生成物
   はアルミニウムを含有する、特許請求の範囲第１項記載
   のプラズマ気相成長装置。
10. （１０）前記試料基板表面に成長するプラズマ反応生成
    物はシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンオキシ
    ナイトライドのいずれかである、特許請求の範囲第１項
    記載のプラズマ気相成長装置。
11. （１１）前記試料基板表面に成長するプラズマ反応生成
    物は多結晶または非晶質のシリコンである、特許請求の
    範囲第１項記載のプラズマ気相成長装置。
12. （１２）前記試料基板はその表面に段差を有している、
    特許請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載
    のプラズマ気相成長装置。
13. （１３）前記試料基板は半導体基板である、特許請求の
    範囲第１項ないし第１２項のいずれかに記載のプラズマ
    気相成長装置。