JP2001520320A - 常圧プラズマジェットを使用したコーティングのデポジット - Google Patents
常圧プラズマジェットを使用したコーティングのデポジットInfo
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Abstract
Description
d, chemical vapor deposition)に関し、特に常圧プラズマ放電ジェットを使用
した基板上へのフィルムのデポジット(堆積による薄膜形成)に関する。この発
明は、合衆国エネルギー省(U.S. Department of Energy)がカリフォルニア大 学(the University of California)の理事(Regents)に与えた契約No.W-7405
-EHG-36による政府のサポートのもとでおこなわれた。政府はこの発明に、ある 一定の権利を有する。
のゲート酸化物として使用され、現在は、熱によるシリコンの酸化、あるいは熱
化学気相成長法やプラズマ化学気相成長法によるデポジットによって形成されて
いる。プラズマ化学気相成長法(PECVD)はデポジット時の温度が他の方式
に比べてかなり低いため、好まれることが多い。
することが、詳しく検討されてきた。しかしながら、テトラエトキシシラン(te
traethoxysilane, TEOS)を用いた二酸化シリコンのPECVDが、シラン をベースにしたCVDプロセスに対しいくつかの点で有利であることがわかって
きた。シランを用いても従来より高いデポジットの速度(deposition rate)が 得られるが、TEOSを用いれば、表面への反応付着性(reactive sticking pr
obability)が低い(シランの0.35に対し0.045)ゆえに、デバイスをより均一に
カバレッジすることができる。さらに、TEOSはシランと比べ有害性が低く、
より扱いやすい。小型化の重要性が増すにつれ、ステップカバレッジも重要な問
題となってきている。それゆえ、TEOSは超大規模集積回路(VLSI)の複
数の層間の接続において、基本的な材料となってきている。二酸化シリコンの熱
CVDによる形成は、たいていはTEOSとオゾン(Ozone)によりおこなわれ る。このプロセスでは、デポジットはTEOSと酸素原子(O)あるいはオゾン
(O3)の気相状態での反応により生ずると考えられている。酸素原子はオゾン の分解によって供給される。現在のところ、SiO2のプラズマ化学気相成長法 は、TEOSと、酸素原子またはO2 +イオンを含んだ反応性の酸素源(reactive
oxygen source)とを用いておこなわれている。
、下側の層にダメージを与える可能性のあるイオン種や原子種を生成する。プロ
セスを大気圧下で実行することは、真空でのプロセスにくらべ確かな利点がある
ため、我々はプラズマジェット(plasma jet)がSiO2のPECVDに適用可 能かどうか調べてみることにした。
基板上へのプラズマ気相成長法によるデポジットに使用する準安定の種や反応性
の種の強力な流れ(intense flux)をつくりだすことにある。
ポジットに使用する準安定の種や反応性の種の強力な流れをつくりだすことにあ
る。
基板上へのプラズマ気相成長法によるデポジットに使用する準安定の種や反応性
の種の強力な流れをつくりだすことにある。
よって、また一部は以下の説明をよく検討し、あるいはこの発明の実施例を学習
することによって、当業者であれば明らかになるであろう。この発明の目的そし
て利点は、特許請求の範囲に記載した手段およびその組み合わせにより、実現、
達成することができるであろう。
の他の目的を達成するため、この発明の基板上に材料をデポジットする方法は、 閉じた端部と開口端とを有する導電性のチャンバと、前記チャンバ中に位置し
前記チャンバとのあいだに円環状空間を形成するように配置された中心電極を有
し、前記円環状空間を通って流れるガス中で、アークなしの常圧での高周波プラ
ズマ放電によって反応種を生成し、生成された反応種は前記チャンバの開口端に
向かって流れ、 前記チャンバの開口端の近くの領域にある前記反応種に、気体状態の前記材料
の前駆体種を導入し、 前記気体状態の前駆体種は前記反応種の少なくとも一つと反応するように選択
され、 反応生成物が気体の常圧プラズマジェットの一部として前記チャンバの開口端
を通って出て、 前記基板が前記気体ジェットの進路に配されていることにより、前記反応生成
物が前記基板上に前記材料のフィルムを形成する、 ステップを含む。
材料を含んだ気体ジェットがチャンバの開口端を通って外に出る前に、放電内で
消滅してしまうのが望ましい。
発明の材料を基板上にデポジットするための装置は、 閉じた端部と開口端とを有する導電性のチャンバと、 前記チャンバ内に位置し円環状空間を形成している中心電極と、 前記円環状空間を通ってガスを流す手段と、 前期中心電極と前記導電性のチャンバ間に継続したプラズマ放電が生じ、前記
チャンバの開口端に向かって流れる反応種が生成されるように、前記中心電極あ
るいは前記導電性のチャンバに高周波電力を供給する手段と、 前記チャンバの開口端近くの領域にある前記反応種に、前記材料の気体状態の
前駆体種を導入するための手段とを有し、 前記気体状態の前駆体種は前記反応種の少なくとも一つと反応するように選択さ
れることにより、前記材料を形成することのできる気体ジェットが前記チャンバ
の開口端を通って出る。
た幅とある選択された深さを有していることが望ましい。
含んだ気体ジェットがチャンバの開口端を通って外に出る前に、その内側で消滅
してしまうことが望ましい。
を、基板をイオンや原子にさらすことなく、また高温にさらすことなく、つくり
だすことができることも含まれる。
ともにこの発明の原理を説明するために、この発明の実施例を示している。
断面図を、図1bおよび図1cはその中心電極の側面ならびに軸断面を示してい
る。
)がSiO2のデポジット速度に与える影響を表わしている。
ンの濃度に与える影響を表わしている。
表わしている。
ity)におよぼす影響を表わす。
iO2フィルムの原子間力顕微鏡による画像を示している。
ズマ放電を、基板上へのフィルムのデポジットに適用するものである。ヘリウム
と酸素を含んだ供給ガスが二つの同軸の電極のあいだの環状空間に導入され、安
定した常圧プラズマジェット(APPJ)をつくりだす。このジェットは、イオ
ン種や原子種ではなく、準安定な種や反応性の種の強力な流れをつくりだす点で
、従来の減圧プラズマ源と異なる。APPJ内部でイオン種や原子種が生成され
るが、電極間の空間を出る前に衝突によって急速に消滅してしまう。この発明に
よるコーティングプロセスの例として、SiO2の前駆体として準安定の酸素と 反応するテトラエトキシシラン(TEOS)が、電極間の空間の外側のヘリウム
ガスの流れのなかに導入され、SiOX種の充分な濃度をつくりだす。これらの 種はシリコンの基板上に当たり、SiO2のフィルムを形成する。イオンや原子 が存在しないので、デポジットの際に基板の下層にダメージを与える可能性は除
かれている。
。いま図に着目すると、図1aおよび図1bはそれぞれ、二酸化シリコンあるい
はそのほかのフィルムを基板上にデポジットさせるために用いられる本発明のA
PPJの、組み立てられた状態、およびその中心電極の側面の概略図である。A
PPJは同心円状に配置された2つのステンレス鋼製電極からなる。図1cは中
心電極の軸断面の概略を示した図であり、軸長手方向に設けられたすき間あるい
は縦溝が表わされている。ある実施例においては、各縦溝は同一の幅方向の寸法
と深さ方向の寸法を有しており、おおむね0.02〜0.1インチのあいだであ
る。縦溝の幅方向の寸法と深さ方向の寸法の比は、だいたい1対3くらいがよい
。このような溝を用いることによって、より高いプラズマ密度がつくられ、溝な
しの中心電極を同条件で使用した場合と比べて、アークの発生なしでより幅広い
作動領域を提供する。つまり、装置はより広いHe/O2の混合比率下で、より 大きい高周波電力下で、アークなしで作動することができる。13.56MHz
の高周波電力が内側電極に印加される。常圧でのグロー放電とは異なり、APP
Jは安定したプラズマを作り出すために電極間に誘電体を必要としない。用いら
れている内側(中心)電極は、直径0.50インチであり、一方外側電極の内径
は0.62インチである。酸素ガスとヘリウムガスの流量はロータメータ(rota
meter)で測定され、2つの電極のあいだの円環状空間に導入される前に混合さ れる。TEOSのキャリアガスであるヘリウムは、質量流量制御装置(mass flo
w controller)によって調節される。このキャリアガスは、ある一定の温度でT
EOSのリザーバを通すことによってバブリングされる。でき上がった混合体は
、ジェットの開口端に位置するノズルの内側で、流れているプラズマガスと結合
する。ノズルは流れ出た流れが、コーティングされる基板に向かうようにされて
いる。
ず、沸騰した硫酸で洗浄され、続いて希釈したフッ化水素酸に30秒間浸けられ
る。ゆすぎをした後で、基板はジェットの前面に配置されたサンプルホルダに載
せられ、85〜350℃のあいだの温度が選ばれ、その温度が維持される。温度
の測定は、サンプルの表面の1mm後方に配された熱電対を使用しておこなわれ
る。温度が安定した後で、ヘリウムと酸素の流量が安定化され、安定した放電を
形成する75〜500Wのあいだの高周波電力が印加される。
流れ出る流れとの結合が許される。とくに記載しない場合、標準的なプロセスの
各種条件は、 PHe=757.2torr、PO2=2.8torr、PTEOS=7.1mtorr、全体の流量
=49.4L/min、Tsubstrate=115℃、ノズルとサンプル間の距離=1
.7cm、高周波電力=280W である。デポジットのあとで、フィルムは品質を評価するために分析された。
放射分析(optical emission spectroscopy 、OES)を使用した。放射検知器
は、流れ出る流れに垂直に配置し、フォーカスをあわせた。さらに、オゾンの濃
度が電気化学ガス検出装置(electrochemical gas monitor )で測定された。ガ
ス検出器は、流れ出てくるガス流中に配置した1/16インチのステンレス鋼の
管につながれた。(図1a〜cには図示されていない。)これにより、プロセス
の条件を変化させたときに、流れ出る流れを連続してサンプリングすることを可
能とした。デポジットのあとで、フィルムの組成を赤外線分光法(infrared spe
ctroscopy)で、フィルムの厚さおよび屈折率はエリプソメトリ(ellipsometry )で測定し、表面を原子間力顕微鏡(atomic force microscopy)で撮像した。 誘電率も、既知の面積と間隔を有する平行平板コンデンサを組み立てたときのキ
ャパシタンスのデータから計算した。
示す。TEOSの分圧を1〜8torrまで変化させ、高周波電力は180〜5
00Wまで変化させた。高周波電力が500ワットのとき、ノズルから1.5c
mはなれた位置に置かれたサンプルホルダ(図1a〜cには図示されていない)
の温度は、115℃よりも高くなることはなかった。このことは、APPJの高
熱にならない(non-thermal)特徴を示している。図2に示す両対数グラフのデ ータは、TEOSの分圧への反応係数(reaction order)が0.47であるのに
対し、高周波電圧への反応係数は1.41であることを示している。高周波電圧
への反応係数は、プロセス中の他のどの可変要素よりも大きく、デポジット速度
へ2番目に影響があるのは、TEOSの分圧である。TEOSの分圧を0.2t
orrに、高周波電力を400Wにそれぞれ増加させることにより、シリカフィ
ルムは3020±240Å/minの速度で成長する。この発明の発明者は、こ
の値はキャリアガスを200sccmだけしか受け取れない小さいバブラによっ
て制限されているのではないかと考えている。
、デポジットの速度は低下する。サンプルの加熱を追加しない場合、標準の動作
条件下では、温度はプラズマの存在によって107℃に維持された。デポジット
速度の対数を1000/Tの関数としてプロットしたものを図3に示す。プロッ
トは線形でなく、アレニウスの式から離れていることを示している。
量はおおむね49L/minであった。ヘリウムの流量がデポジットの速度にお
よぼす影響を図4に示す。最大値が40.2L/minにあることが明らかであ
る。比較のため、ヘリウムの流量が増すにつれ、オゾン濃度が減少する様子も図
4に示してある。ヘリウムの流量の関数としてのデポジット速度とオゾン濃度の
あいだには、相関はない。
て弱くなる。OESによる流れ出る流れの軸分析(axial analysis)によれば、
準安定な酸素(b1Σg +)が支配的な反応種である。図に報告された強度は、準 安定な酸素のピークが758から761nmのあいだに位置するエリアを合計す
ることにより発見された。この強度は、酸素原子のそれよりも約10000倍大
きい。準安定な種はジェットの上2cmより離れても存続するのに対し、酸素原
子の弱い信号はジェットの1.5cmの範囲にしか存在しない。図5は距離とと
もにオゾン濃度が増す様子も表わしている。このデータのために、外側電極を中
心電極よりも4.2cm先まで伸ばした長いノズルがつくられた。これによって
、ノズルから出てジェットの流れが広がることによって希薄になることがなく、
さまざまな距離でのオゾンの検出が可能となった。TEOSの導入を軸方向の異
なる位置にした場合の影響は、APPJ外の準安定な酸素およびオゾンの軸方向
の流れの形状に相関がある。O3またはO2(b1Σg +)のどちらが、気相状態の TEOSの分離に貢献するのかをはっきりさせるため、図5に示すように中心電
極からの距離が異なる二つの位置にTEOSを導入した。両方のケースとも、基
板はTEOSの供給位置から1.7cm離された。TEOSを中心電極から1.
1cmはなれた位置に供給したケース1のデポジット速度は、TEOSを中心電
極から3.7cmはなれたオゾン濃度の高い位置に供給したケース2の2倍であ
った。上記したように、SiO2がひとたび形成され、反応生成物がシリコン基 板上にデポジットされる。
では、酸素はプラズマジェット内を通過した。このデータは、酸素の反応係数は
0.28であることを示している。反応を進めるためには酸素の存在が必要であ
る。これは、酸素の存在なしのヘリウムプラズマで二酸化シリコンの堆積ができ
る大気圧下のグロー放電と異なる。図6に示すように、O2(b1Σg +)信号の強
さは、酸素の分圧の増加にともなって減少する。この傾向は、デポジット速度の
酸素分圧依存性とは反対である。他の実験では、酸素はTEOSが導入されるノ
ズルだけを通過して導入された。この方法で酸素を供給した場合、準安定の酸素
はつくりだされなかった。ノズルだけを通して酸素を供給すると、同量の酸素を
プラズマジェットを通過させたときの十分の一よりも小さいデポジット速度しか
達成できなかった。
している。Si−O−Siの非対称なストレッチング(stretching)、ベンディ
ング(bending)、ロッキング(rocking)のモードは、それぞれ約1080、8
00、450cm-1に観測される。Si−O−Hによる吸収は、3650cm-1 に見られる。Si−O−HとH2Oのあいだの水素結合(hydrogen bonding)は 3400cm-1と930cm-1に観測される。3650、3400、930cm -1 に位置するピークはすべて、成長温度の増加とともに減少する。2900cm -1 のCHのストレッチングのモード、および1730cm-1のC=Oのストレッ
チングのモードは観測されなかった。
mの円状の特徴を有している。図8aは、このような表面の原子間力顕微鏡によ
る画像を表わしている。白い部分は、デポジットされたフィルムの表面から突き
出した物を表わしている。山から谷までの高さの差で測定した表面粗さ(peak-t
o-valley roughness)は、約2300Åだった。Z軸はこのような表面の特徴を
強調するために、5倍にされている。図8bは、350℃でデポジットしたフィ
ルムの原子間力顕微鏡による画像を表わしている。表面に特徴は見られない。山
から谷までの高さの差で測定した表面粗さは、約20Åだった。
た。多くのサンプルにおいて、反射率の平方は1.45±0.02であった。フ
ィルムのクオリティをよりよく調査するため、このプロセスによるいくつかのフ
ィルムについてキャパシタンスのデータから、誘電率を計算した。キャパシタン
スのデータから、誘電率は、150℃より低い温度でデポジットされたフィルム
の5.0±0.2から、350℃でデポジットされたフィルムの3.81±0.
03の範囲にあり、優秀な絶縁特性が得られることがわかった。
アークの発生を防ぐ。図4は、ヘリウムの流量40.2L/minでデポジット
の速度が最高値に達することを示している。図3では、酸素とTEOSの分圧は
一定ではないけれども、最高値はプラズマ流の反応種の生成と、TEOSがプラ
ズマ流中にとどまっている時間とのバランスの結果である。この点より低いとこ
ろでは、プラズマによって生成される反応種の数が減少する。ヘリウムが50L
/minのとき、ジェットを出る直線速度が26m/sよりも大きくなる。これ
は、2cm離れた基板に到達する前に気相での反応が起こるための充分な時間を
供給しない。ヘリウムの流量が増加するにつれ、カーブがゆっくり低下するのは
、TEOSがプラズマ中に存在する時間の影響を示す証拠である。
APPJでは、500ワットを超える高周波電力を加えると、たいていアークを
生じ、電極に物理的ダメージを与える。デポジットの速度を高周波電力の関数と
して両対数軸でプロットしたときのグラフの傾斜の1.41という大きな値は、
デポジットの速度がAPPJによってつくられる反応種の量に強く依存すること
を証明している。電力の増加にともなうデポジット速度の増加は、完全な対応が
達成されないことを示している。電力の増加はジェット流中の反応種の濃度を増
加させるので、このことはTEOSと反応種の衝突の頻度がデポジット速度に影
響を与えることを示している。
に依存するということは、すべて、デポジットのプロセスがプラズマ流中での気
相の反応に制限されているということを示している。しかしながら、基板の温度
を高くすると、だいたいデポジット速度は低下する。TEOSと酸素を使用した
化学気相成長法は、負の活性化エネルギ(negative activation energy)によっ
て特徴付けられる。デポジットのプロセスは発熱反応(exothermic)として知ら
れている。加えて、基板の温度を上昇させることは、吸着平衡(absorption equ
ilibrium)を左方へシフトさせることになる。本願の発明者は、表面反応の発熱
特性と、基板表面のTEOSの有効な吸着の減少は、両者とも図3の右上がりの
傾斜に貢献していそうであると考えている。低い温度でデポジットされたフィル
ムは、密度が低い。デポジットの速度はフィルムの厚さから測定されるため、こ
のような密度の低いフィルムのデポジット速度は、より高温下でデポジットされ
たより密度の高いフィルムに比べて少し高めとなる。この違いは、図3のプロッ
トの曲率を少しだけ減少させる方向に影響する。
は電極と電極のあいだの円環状空間を出る際に急速に消費されてしまう。このよ
うに、準安定なヘリウム、酸素原子、オゾン、準安定な酸素だけが、気相でのT
EOSの分解に貢献することのできる反応種である。APPJ外で測定された酸
素原子の濃度は、ほとんどデポジットの速度には影響がないほど低い。酸素の存
在なしではデポジットが観測されないため、本発明の発明者は、準安定なヘリウ
ムは気相状態でのTEOSの分解に直接に関係するのではないと考えている。ヘ
リウムAPGプロセスにおいては、二酸化シリコンは酸素を追加することなしで
、TEOSをシリコン源と酸素源の両方とて使用してデポジットされる。図4よ
び5において、オゾン濃度とデポジット速度のあいだの相関が見られないのは、
オゾンが大気圧プラズマジェットを使用したデポジットプロセスにおいて、もし
あったとしてもほんの少しの役割しか果たさないことを示している。
とが示された。準安定な酸素がつくられないノズル内のみに酸素を導入したとき
に、デポジットの速度が十分の一へ減少することは、準安定な酸素が反応のメカ
ニズムにおいて重要な役割を果たしていることを証明している。図5に示すよう
に、ジェットからの距離が増すにつれO2(b1Σ:g +)の強度とデポジットの速
度のあいだにはいくらかの相関がある。しかしながら、図6に示されたデータは
、酸素の分圧が増すにつれデポジット速度は増加するのだが、酸素の分圧が増す
につれO2(b1Σg +)の強度が減少することを示している。光学放射分析は、正
確にいうと電子の遷移を検知し、存在する種の量の測定は与えない。ゆえにO2 (b1Σg +)濃度が測定された強度と同じ傾向を有しているのか、それともO2(
b1Σg +)はデポジットのプロセスに何の役割も果たしていないのかは確実では ない。解決におけるO2(a1Δg +)の生成のための非活性化とくらべて、化学反
応によるO2(b1Σg +)の消費がわずかであることを、解決における前の仕事や
他のガスの混合体が示しているので、準安定な状態のO2(a1Δg +)がジェット
流のなかに存在する活性な種でありそうである。
スペクトルから観測されるように、成膜時の温度を上げるとフィルム中の水酸基
の濃度が低下する。3650、3400、930cm-1に位置するピークはすべ
て、デポジット時の温度を高くすると減少する。デポジットによって得られたす
べてのフィルムの赤外線スペクトルにおいて、CHおよびC=Oの伸縮振動(st
retching vibration)は見られない。しかしながら、0.25%の少量の水素を
加えることによって、20分後においてさえデポジットがまったく生じなかった
ことは言及しておかなければならない。
ルムには、望ましくない表面状態が観測された。図8aに示した原子間力顕微鏡
(AFM)による画像には、デポジットされた二酸化シリコンのフィルム中の空
隙による表面欠陥が見られる。図8bに示す350℃でデポジットしたフィルム
の表面はスムースであり、空隙がないことを示している。基板表面の温度が低い
ときは、表面の原子に供給されるエネルギが充分な表面の移動(surface migrat
ion)に小さすぎる。その結果、基板上にデポジットされたシロキサンの鎖は、 配列を整えるに充分な時間を有さないのかもしれない。ゆえに、空隙が突き出し
たシロキサンの鎖あるいは塊の周囲に形成される。成膜時の温度がより高いとき
には、表面の移動によりデポジット中に空隙が形成されるのを防ぐ。加えて、図
7に示すように1200cm-1に位置するSi−O−Siの非対称ストレッチン
グモードに対応した肩の部分は、温度が低くなると増加する。これは、デポジッ
トされたフィルムの多孔性の増加によるものかもしれない。一般に、誘電スクリ
ーニング効果(dielectric-screening effect)は振動周波数を減少させる。こ の効果は、表面近くの大きな空隙により減少する。大きな空隙あるいはフィルム
の表面に面するSi−O−Siの振動は、誘電スクリーニング効果の原因ではな
く、振動周波数は変化しない。
。熱のもとで成長した酸化物のように、水酸基イオンが存在しないという限定の
もとでは、誘電率は3.8073となる。デポジットによるフィルムの誘電率を
測定すると、3.81±0.03〜5.0±0.2の範囲にあり、水酸基の濃度
がそれぞれ立方センチメートルあたり9.93×1018および4.38×1021 水酸基イオンであることを示している。サンプルの温度を高くすると、TEOS
からの二酸化シリコンの形成時に生成されるH2Oの脱着が促進される。しかし 、温度を高くすると、デポジットの速度は減少する。このように、ある実際の適
用においては、希望のデポジット速度と所望の誘電率は、基板の温度によって調
和される。
(a)揮発性で、(b)ノズルへの移送中は安定であり、(c)フィルムに不純
物をデポジットすることなく分解する、MLX(ここでLXは配位子であり、Xは
金属原子の原子価である)の混合物である。好適な前駆体は、簡単な実験により
見分けることができる。好適な揮発性の前駆体はたいていは、つぎに示すように
、アルキル基およびアルコキシドの短い鎖を含んでいる。しかし、ハロゲン(た
とえば塩化物)、アミン、ホスフィンおよびカルボニル配位子もしばしば好適で
ある。
表わしている。これらのプロセスのすべてにおいて、ヘリウムがプラズマ中に導
入される。もし酸化物がデポジットされる場合には、ヘリウムにO2が混合され 、混合物がプラズマ中を通過する。窒化物をデポジットする場合には、N2また はNH3がヘリウムに混合され、混合物がプラズマ中を通過する。もし、炭化物 をデポジットするならば、アセチレンまたはメタンがヘリウムに混合され、混合
物がプラズマ中を通過する(エタンやエチレンなどといったそのほかの炭化水素
ガスも同様に使用可能である)。
過させてもよい。デポジットされる要素を含んだ前駆体は、つねにプラズマに続
くノズルへと導入される。さもないと、フィルムが電極上にデポジットされプラ
ズマは消滅してしまう。もし、酸化物のフィルムをデポジットするならば、デポ
ジットされる元素を含んだアルコキシドがノズルへと導かれる。アルコキシドは
一般式M(OR)Xを有する。ここでXは、アルコキシド配位子の数であり金属 原子の価数と同数、Rは酸素原子と結合するアルキル基である。アルキル基のグ
ループには、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソ
ブチル、第三ブチル、アリル、ビニルなどが含まれる。
だ有機金属分子、たとえばMRXが用いられる。ここで、Xは金属原子の価数に 等しい。アルキル基Rについては、上記したものと同じである。たとえば、Ga
Nをデポジットするためには、N2とHeをプラズマ中を通過させ、HeとGa (CH3)をノズル中に導入する。ここでは、Rの基はメチル配位子である。他 のガリウムの前駆体も同様に使用可能である。たとえば、Ga(N(CH3)2) 3 を使用してもよい。
素の化合物(MAs、たとえばAlAs、GaAs、InAsなど)など、その
ほかのフィルムをデポジットすることもできる。これらのフィルムは、ポリクリ
スタレン(polycrystalline)や水素と化合したアモルファス(amorphous hydro
genated)としてデポジットされる。ジルコニウムは周期律表でチタンと同じ列 に位置しているので、窒化ジルコニウムや炭化ジルコニウム(ZrN、ZrC)
の前駆体は、表の右欄の化合物のTiをZrに置き換えることによって識別でき
る。同じように、窒化タンタルや炭化タンタル(TaNX、TaCX)の前駆体は
、表の右欄の化合物のWをTaに置き換えることによって識別できる。けれども
、Taは周期律表でWの左隣の列に位置するので、たとえばTa(CO)5とい ったあるいくつかの配位子を除き、同じ配位子がWの配位子として使用できる。
囲が好ましい。
を例示した形態そのものだけに制限、限定することを意図したものではない。そ
して、本発明の教示するところから、さまざまな変更、変形が可能なことはいう
までもない。上記した実施例は、当業者がそれぞれの用途に合わせ、この発明を
もっとも上手に、さまざまな実施例に、またさまざまな変更を加えて使用できる
ように、この発明の原理およびその実際の適用を、説明しようとして選ばれ、記
述されたものである。この発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって明らか
にする。
Claims (15)
- 【請求項1】 基板上に材料をデポジットする方法であって、 (a)閉じた端部と開口端とを有する導電性のチャンバと、前記チャンバ中に位
置し前記チャンバとのあいだに円環状空間を形成するように配置された中心電極
を有し、前記円環状空間を通って流れるガス中で、アークなしの常圧での高周波
プラズマ放電によって前記チャンバの開口端に向かって流れる反応種を生成し、
(b)前記チャンバの開口端の近くの領域にある前記反応種に、前記材料の気体
状態の前駆体種を導入し、前記気体状態の前駆体種を前記前駆体種が前記反応種
の少なくとも一つと反応するように選択することにより、前記材料を形成するこ
とのできる気体ジェットを前記チャンバの開口端を通って出し、 (c)前記基板を前記気体ジェットの進路に配すことにより、前記材料が前記基
板上にデポジットされる、 ことからなる方法。 - 【請求項2】 前記常圧プラズマ放電によって生成されたイオンのほとんど
すべてが、前記気体ジェットが前記チャンバの開口端を通って外に出る前にその
内側で消滅してしまうことを特徴とする請求項1記載の基板上に材料をデポジッ
トする方法。 - 【請求項3】 前記流れるガスがO2/Heの混合体を含むことを特徴とす る請求項1記載の基板上に材料をデポジットする方法。
- 【請求項4】 前記気体状態の前駆体種がテトラエトキシシランを含み、前
記材料はSiO2であることを特徴とする請求項3記載の基板上に材料をデポジ ットする方法。 - 【請求項5】 前記基板はシリコンであることを特徴とする請求項3記載の
基板上に材料をデポジットする方法。 - 【請求項6】 13.56MHzの高周波電力が前記中心電極に印加され、
前記導電性のチャンバは接地されていることを特徴とする請求項3記載の基板上
に材料をデポジットする方法。 - 【請求項7】 基板上に材料をデポジットするための装置であって、 (a)閉じた端部と開口端とを有する導電性のチャンバと、 (b)前記チャンバ内に位置し円環状空間を形成している中心電極と、 (c)前記円環状空間を通ってガスを流す手段と、 (d)前期中心電極と前記導電性のチャンバ間に継続したプラズマ放電が生じ、
前記チャンバの開口端に向かって流れる反応種が生成されるように、前記中心電
極あるいは前記導電性のチャンバに高周波電力を供給する手段と、 (d)前記チャンバの開口端近くの領域にある前記反応種に、前記材料の気体状
態の前駆体種を導入するための手段とを有し、 前記気体状態の前駆体種は前記前駆体種が前記反応種の少なくとも一つと反応す
るように選択されることにより、前記材料を形成することのできる気体ジェット
が前記チャンバの開口端をとおって出る、 基板上に材料をデポジットするための装置。 - 【請求項8】 前記導電性のチャンバは長手方向の軸を有し、前記中心電極
は長手方向の軸を有し、前記中心電極は、前記中心電極の長手方向の軸が前記チ
ャンバの長手方向の軸と同一直線上となるように配置されることを特徴とする、
請求項7記載の基板上に材料をデポジットするための装置。 - 【請求項9】 前記電極は長手方向の溝を有し、前記溝のそれぞれがある
選択された幅およびある選択された深さを有することを特徴とする、請求項7記
載の基板上に材料をデポジットするための装置。 - 【請求項10】 前記溝のそれぞれは、同じ幅および同じ深さを有し、選択
された幅と選択された深さの比はおおむね1対3であることを特徴とする、請求
項9記載の基板上に材料をデポジットするための装置。 - 【請求項11】 前記常圧プラズマ放電によって生成されたイオンのほとん
どすべてが、前記気体ジェットが前記チャンバの開口端を通って外に出る前にそ
の内側で消滅してしまうことを特徴とする、請求項9記載の基板上に材料をデポ
ジットするための装置。 - 【請求項12】 前記流れるガスがO2/Heの混合体を含むことを特徴と する請求項9記載の基板上に材料をデポジットするための装置。
- 【請求項13】 前記気体状態の前駆体種がテトラエトキシシランを含み、
前記材料はSiO2であることを特徴とする請求項12記載の基板上に材料をデ ポジットするための装置。 - 【請求項14】 13.56MHzの高周波電力が前記中心電極に印加され
、前記導電性のチャンバは接地されていることを特徴とする請求項12記載の基
板上に材料をデポジットするための装置。 - 【請求項15】 前記基板はシリコンであることを特徴とする請求項12記
載の基板上に材料をデポジットするための装置。
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