JP2002241945A

JP2002241945A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2002241945A
Application number: JP2001042604A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Kirimura; 浩哉桐村
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】解離エネルギーの異なる成膜用ガスとラジカ
ル原料ガスを用いて膜形成する場合において、各ガスの
解離を別々の領域でそれぞれ制御して、各ガスの過剰解
離によるイオンの多量発生や高いプラズマポテンシャル
による膜のダメージを抑制しつつ、高品位な膜を形成す
ることができ、さらに大面積に均一に良質な膜を形成す
ることができる薄膜形成装置を提供する。【解決手段】基板ホルダ１２に設置される被成膜基板
Ｓの近傍に所定の成膜用ガスのプラズマを形成する成膜
用ガスプラズマ生成手段を含む成膜室１と、該成膜室に
連接し被成膜基板Ｓの被成膜対象領域の全体を臨み、所
定のラジカル原料ガスを励起、解離して中性ラジカルを
生成させるラジカル生成手段を含むラジカル生成室２
と、前記成膜対象領域の全体に均一に該ラジカルを照射
するために前記成膜室１とラジカル生成室２を仕切るよ
うに配置された電気絶縁性多孔板２１Ａとを備えてお
り、前記ラジカル生成手段はガスプラズマ化用電極２３
と該プラズマ用電極に高周波電力と直流電力を印加する
電源系を含んでいる薄膜形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示装置における各
画素に設けられたＴＦＴ（薄膜トランジスター）スイッ
チ等の材料となるシリコン膜、シリコン酸化膜窒化膜や
太陽電池等に用いられるシリコン系膜等の薄膜形成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記した薄膜は種種の方法で形成される
が、それらの代表的なものの一つとしてプラズマＣＶＤ
法を挙げることができる。

【０００３】いまシリコン膜のプラズマＣＶＤ法による
形成を例にとると、シランガスと水素ガスを混合し、被
成膜基板に対向する電極に高周波電力を印加し、該混合
ガスを解離、分解して、基板上にアモルファスシリコン
を成膜する。また、シリコン酸化膜の場合は、シランガ
スのようなシリコン系ガスにＮ２ O、酸素ガス等の酸素
系ガスを混合し、同様に高周波電力を印加し、該混合ガ
スを解離、分解して、基板上にシリコン酸化膜を形成す
る。

【０００４】図３に従来から知られている平行平板型プ
ラズマＣＶＤ装置の一例の概略断面図を示す。図３に示
す平行平板型プラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバＣ'
を備えており、該チャンバＣ'は、成膜室９と、複数の
ガス通過孔を有する平板電極９１と、成膜室９に接続さ
れるガス滞留室９２と、成膜用ガスをガス滞留室９２に
導入する成膜用ガス導入パイプ９３と、ラジカル原料ガ
スをガス滞留室９２に導入するラジカル原料ガス導入パ
イプ９４と、排気口９５と、被成膜基板Ｓ'の搬入搬出
を行うゲート弁ＧＡ'付き基板搬入搬出口９６と、成膜
時に被成膜基板Ｓ'を支持する昇降可能な基板ホルダ９
７とが設置されている。電極９１は基板ホルダ９７に
対向しており、ガス滞留室９２は電極９１の上方に位置
している。また、電極９１の上方にはガス滞留室９２で
の余分なガスプラズマの発生を防止する導電性多孔板９
８が設置されている。

【０００５】排気口９５に成膜室を所定の減圧状態にす
る真空排気装置９５１が接続されている。基板ホルダ９
７と、真空チャンバＣ'は接地されている。本プラズマ
ＣＶＤ装置では、導入された成膜用ガスとラジカル原料
用ガスはガス滞留室９２で混合され、導電性多孔板９８
と平行な平板電極９１を通って成膜室９に導入される。
電極９１はマッチングボックスＭＢ９を介して高周波電
源ＰＳ９に接続されており、電源ＰＳ９をＯＮにするこ
とで、電極９１に電力を印加し、混合ガスのプラズマＰ
Ｌ９を生成して被成膜基板Ｓ'に成膜を施す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに解離エネルギーの異なるガスを混合して高周波電力
にて励起した場合、解離エネルギーが低いガス分子（例
えばシランガス）が優先的に解離し、水素や酸素系ガス
の解離度は低くなる。シリコン膜やシリコン酸化膜を形
成する場合、低エネルギーの水素ラジカルや酸素ラジカ
ルの密度が高いほど良質な膜が得られるが、このように
従来のプラズマＣＶＤ装置では水素や酸素系ラジカルの
密度が低いため、良質な膜が得られない。

【０００７】水素ラジカルや酸素ラジカルの密度を高め
るため、ガスプラズマ化用高周波電力を上げることが考
えられるが、この場合、プラズマポテンシャルの上昇、
シランガスの過剰解離による高速イオンの発生を招き、
その結果膜中にイオン衝撃によるダメージを引き起こす
こととなり、低欠陥の良質な膜を形成できない。なお、
良質な膜を得る方法、装置として、ＥＣＲーＣＶＤが提
案されている。これはマイクロ波により水素や酸素のよ
うな解離エネルギーの高いガスをEＣＲプラズマ源で解
離し、水素ラジカルや酸素ラジカルを基板に照射すると
同時に基板近傍にシランガスを導入して基板上にシリコ
ン膜やシリコン酸化膜を形成する方法あるいは装置であ
る。

【０００８】この方法、装置によると、シランガスを過
剰に解離することなく良質な膜が得られるが、EＣＲプ
ラズマ源の構造上、大面積に均一に成膜することができ
ず、今日の被成膜基板の大型化に対応できない。そこ
で、本発明は、解離エネルギーの異なる成膜用ガスとラ
ジカル原料ガスを用いて膜形成する場合において、各ガ
スの解離を別々の領域でそれぞれ制御して各ガスの過剰
解離によるイオンの多量発生や高いプラズマポテンシャ
ルによる膜のダメージを抑制しつつ、高品位な膜を形成
することができ、さらに大面積に均一に良質な膜を形成
することができる薄膜形成装置を提供することを課題と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するた
め、本発明の第一の装置は基板ホルダ及び該基板ホルダ
に設置される被成膜基板の近傍に所定の成膜用ガスのプ
ラズマを形成する成膜用ガスプラズマ生成手段を含む成
膜室と、該成膜室に連接し前記基板ホルダに設置される
被成膜基板の被成膜対象領域の全体を臨み、所定のラジ
カル原料ガスを励起、解離して中性ラジカルを生成させ
るラジカル生成手段を含むラジカル生成室と、前記成膜
対象領域の全体に均一に該ラジカルを照射するために前
記成膜室とラジカル生成室を仕切るように配置された電
気絶縁性多孔板とを備えており、前記ラジカル生成手段
はガスプラズマ化用電極と該プラズマ化用電極に高周波
電力と直流電力を印加する電源系を含んでいることを特
徴としている。

【００１０】また、本発明の第２の装置は、基板ホルダ
及び該基板ホルダに設置される被成膜基板の近傍に所定
の成膜用ガスのプラズマを形成する成膜用ガスプラズマ
生成手段を含む成膜室と、該成膜室に連接し前記基板ホ
ルダに設置される被成膜基板の被成膜対象領域の全体を
臨み、所定のラジカル原料ガスを励起、解離して中性ラ
ジカルを生成させるラジカル生成手段を含むラジカル生
成室と、前記成膜対象領域の全体に均一に該ラジカルを
照射するために前記成膜室とラジカル生成室を仕切るよ
うに配置された多孔板とを備えており、該多孔板はラジ
カル生成室側で電気絶縁性を有し、かつ成膜室側で導電
性を有するものであって接地電位であることを特徴とし
ている。

【００１１】本発明のかかる薄膜形成装置によると、被
成膜基板は成膜室における基板ホルダに設置される。そ
して、成膜室に導入された成膜用ガスがプラズマ化され
る。一方、ラジカル生成室にはラジカル原料ガスが導入
され、成膜用ガスのプラズマ化とは別途にラジカル生成
手段により励起・解離されて中性ラジカルが生成され
る。被成膜基板にはこれら成膜ガスプラズマとラジカル
生成室から多孔板を通して照射される中性ラジカルによ
って所定の膜が形成される。

【００１２】薄膜形成にあたっては解離エネルギーの異
なる成膜用ガスとラジカル原料ガスが用いられるが、こ
れらのガスは成膜室とラジカル生成室において別々に励
起・解離される。前記第１の装置では、水素ラジカルや
酸素ラジカルの密度を高めるため、ガスプラズマ化用電
極に印加する高周波電力を上げるが、高周波電力に負の
直流電力を重畳する直流電源を有しているので、中性ラ
ジカル密度を低下させることなく、ラジカル生成室のプ
ラズマポテンシャルを低く押さえることができ、本発明
の第２の装置では、ラジカル生成室側の多孔板を電気絶
縁性としているので、ラジカル生成室で生成する電子は
前記電気絶縁性多孔板表面に帯電するのでそれに伴って
イオンも付着し、従ってラジカル生成室中のイオンは成
膜室側に放出されにくく、また成膜室側の多孔板を導電
性にし、接地しているのでラジカル生成室内のプラズマ
発生領域はラジカル生成室内に限定され、ラジカル生成
室の荷電粒子は多孔板をさらに透過・伝搬できなくな
る。

【００１３】従って、各ガスの解離をそれぞれ制御し、
ラジカル生成室の荷電粒子の成膜室へのしみこみを抑制
するので、被成膜基板近傍でのプラズマポテンシャルを
低く維持し、従来のような高速イオンの被成膜基板への
入射を抑制して被成膜基板近傍でのプラズマ密度を所望
のものに維持しつつ成膜に要求される中性ラジカルを効
率よく被成膜基板へ入射させることができ、それだけ高
品位な膜を形成することができる。また、前記多孔板を
有しているので、中性ラジカル生成室から被成膜基板の
成膜対象領域全体に均一に照射され、大型基板に対して
も大面積に均一に所定の薄膜を形成することができる。

【００１４】本発明の第２の装置における、成膜室とラ
ジカル生成室とを仕切るように配置された多孔板は、ラ
ジカル室側を電気絶縁性材料の多孔板、成膜室側を導電
性材料の多孔板の２枚をそれぞれの中心位置を一致させ
て重ね合わせて構成する。もちろん、各多孔板をそれぞ
れの中心位置を一致させ間隔をおいて構成しても良い
が、その場合は各多孔板間で放電が生じない間隔すなわ
ち１〜２ｍｍ程度にするのが望ましい。また、前記２枚
の多孔板のうち、電気絶縁性材料の多孔板の孔径が導電
性の多孔板の孔径より小さい方が望ましい。さらに、前
記多孔板を導電性又は電気絶縁性材料の１枚の多孔板と
し、導電性材料の場合は、ラジカル室側になる表面に絶
縁性材料を蒸着し、電気絶縁性材料の場合は、成膜室側
になる表面に導電性材料を蒸着したもので構成してもよ
い。なお、以上の本発明の第２の装置において、ラジカ
ル生成室のガスプラズマ化用電極に高周波電力と負の直
流電力を重畳して印加する電源系を設けてもよい。この
場合、さらに被成膜基板が大型化する等、ラジカル密度
をさらに高める必要があるときにも、段落番号００１３
に記した効果が同じように得られる。

【００１５】前記成膜室における前記被成膜基板近傍の
成膜用ガスプラズマの形成はラジカル生成室から被成膜
基板へのラジカル照射を妨げない成膜用ガスプラズマ生
成手段を用いて行えばよい。例えば、成膜用ガスプラズ
マ生成手段を平行平板型の一対のガスプラズマ化用電力
印加のための電極を含むものとしたり、基板ホルダに設
置される被成膜基板の周縁部に臨む、ガスプラズマ化用
電力印加のための筒状電極又はリング状電極を含むもの
とする場合を挙げることができる。前記筒状電極やリン
グ状電極を用いる場合、成膜用ガスのプラズマを主とし
て被成膜基板の周縁部に臨む領域に形成することがで
き、それだけ被成膜基板へのイオン等の高速荷電粒子の
突入が回避でき、ダメージの抑制された良質の膜を形成
できる。

【００１６】また、前記ラジカル生成手段はラジカル生
成室に導入されるラジカル原料ガスに全体的にガスプラ
ズマ化用電力を印加する電極（ガスプラズマ化用電極）
を含んでおり、例えばその電極として螺旋形状の高周波
誘導電極を例示できる。なお、ラジカル生成手段として
は、前記第１の装置の場合は高周波電力の印加によりラ
ジカル原料ガスをプラズマ化するものに限定されるが、
前記第２の装置の場合はそれに限定されることはなく、
熱電子を放出するフィラメントを利用したフィラメント
型のもの、マイクロ波によるもの等も採用できる。前記
成膜用ガス及びラジカル原料ガスは形成しようとする膜
に応じて選択することができるが、例えば、前記成膜用
ガスとしてシリコン系ガスを用い、前記ラジカル原料ガ
スとして反応性のラジカル原料ガスを用いてシリコン系
薄膜を形成することができる。

【００１７】かかるシリコン系ガスとしては、ＳiＨ
_４、Ｓi_２Ｈ_６等の水素化シリコンガス、ＳiＦ_４等
のふっ化シリコンガス、ＳiＣｌ_４等の塩素化シリコン
ガス、ＴＥＯＳガス等が例示できる。また、ラジカル原
料ガスとしては、酸素、窒素、水素、炭素のうち少なく
とも一種を含むガス、それらガスの２以上を含むガスの
ような反応性ラジカル原料ガスを例示できる。

【００１８】なお、本発明の装置を用いた成膜手法につ
いては、前記ラジカル生成室からのラジカル照射開始の
タイミング、前記成膜室における成膜用ガスのプラズマ
化開始のタイミングは、形成しようとする膜に応じて、
いずれが先でも、また双方同時に開始されてもよいが、
被成膜基板表面を中性ラジカルで表面改質処理（例えば
洗浄処理、表面欠陥解消処理）したのち膜形成しようと
したり、被成膜基板表面のダングリングボンドに中性ラ
ジカルを結合させた後、その上に膜形成することで基板
と膜の界面結合を良好にしようとする場合には、前記ラ
ジカル生成室からのラジカル照射を開始して後に前記成
膜用ガスのプラズマを形成して所定の膜を形成してもよ
い。

【００１９】例えば、前記成膜用ガスとしてシリコン系
ガスを用い、前記ラジカル原料ガスとして反応性のラジ
カル原料ガスを用いてシリコン系薄膜を形成する場合、
ラジカル生成室からのラジカル照射を開始して後に成膜
用ガスのプラズマを形成して所定の良質のシリコン系薄
膜を形成することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明にかかる第１の薄膜
形成装置の１例であるラジカル照射プラズマＣＶＤ装置
の概略断面図である。図１に示すラジカル照射プラズマ
ＣＶＤ装置Ａは、真空チャンバＣを備えており、該チャ
ンバは、成膜室１と、成膜室１に連接されプラズマを生
成し、生成したプラズマ中の中性ラジカルを成膜室１に
照射するラジカル生成室２と、排気口３と、被成膜基板
Ｓを成膜室に搬送する基板搬入搬出用開口４とを有して
いる。

【００２１】成膜室１は成膜用ガスを成膜室１に導入す
る成膜用ガス導入パイプ１１と、図示を省略した駆動手
段にて昇降可能な基板ホルダ１２と、基板ホルダ１２に
設置される被成膜基板Ｓの近傍に成膜用ガスプラズマを
形成する円筒状電極１３とを備えている。基板ホルダ１
２は接地されており、図示を省略した基板加熱用ヒータ
を有している。円筒状電極１３は成膜室１の内側に側壁
に沿ってラジカル生成室２からのラジカル照射を妨げな
いように円筒形状に形成、配置され、マッチングボック
スＭＢ１を介して高周波電源ＰＳ１に接続されている。
成膜用ガス導入パイプ１１は円筒状電極１３の上方に位
置し、成膜用ガスを成膜室内に導入する。円筒状電極１
３を用いることで、成膜用ガスのプラズマは円筒状電極
１３近傍に生成され、これにより基板Ｓへの高速イオン
の突入を抑制できる一方、円筒状電極１３に邪魔される
ことなく、ラジカル生成室２から十分なラジカルが基板
Ｓに到達でき、これらにより良質な薄膜を成膜すること
が可能な状態となる。

【００２２】なお、円筒状電極１３、高周波電源ＰＳ１
は成膜用ガス導入パイプ１１から導入される成膜用ガス
のプラズマ生成手段を構成している。真空チャンバＣの
底部Ｃ１は前記の排気口３を備え、排気口３にはチャン
バＣ内を所定の減圧状態に排気する真空排気装置３１が
接続されている。また、真空チャンバＣは本体側壁Ｃ２
に基板搬入搬出開口４を有している。開口４のチャンバ
Ｃ２出口側に外接してゲート弁ＧＡが設けられている。

【００２３】ラジカル生成室２は該ラジカル生成室内２
に全体的にラジカル原料ガスの励起・解離状態を形成す
る螺旋状高周波誘導電極（螺旋形状の高周波アンテナ）
２３と、ラジカル原料ガスを一時的に滞留させておくラ
ジカル原料ガス滞留室２４と、ラジカル原料ガス滞留室
２４にラジカル原料ガスを導入するラジカル原料ガス導
入パイプ２５とを備えており、前記成膜室１に連接され
ている。また、ラジカル生成室２は基板ホルダ１２に設
置される被成膜基板Ｓの成膜対象領域全体に均一にラジ
カルを照射するために、電気絶縁性多孔板２１Ａによっ
て前記成膜室１から仕切られている。

【００２４】電気絶縁性多孔板２１Ａの上方には該多孔
板２１Ａと平行な電気絶縁性多孔板２７が、また、これ
らの多孔板２１Ａ、２７の間の周側壁２２１は電気絶縁
性材料で構成されている。このようにラジカル生成室２
が電気絶縁性材料の多孔板２１Ａ、２７及び周側壁２２
１で囲まれているので、ラジカルは導体に近づくと消滅
しやすい性質を持っているが、ここではラジカル生成室
２内で発生したプラズマＰＬ２中の中性ラジカルの寿命
が長く、高密度になる。

【００２５】ラジカル生成室２とラジカル原料ガス滞留
室２４の間に螺旋状高周波誘導電極２３が設置されてお
り、電極２３は該電極２３に高周波電力と負の直流電力
を重畳して印加できるように、ローパスフィルターＦを
介して直流電源ＰＳ３、マッチングボックスＭＢ２を介
して高周波電源ＰＳ２に接続している。電極２３は電気
絶縁性多孔板２７の外側からラジカル生成室２の全体に
臨んでいる。電極２３の滞留室２４側には滞留室２４内
でのプラズマ生成を防ぐために、電極２３に接触しない
ように導電性多孔板２６が設置されている。また、導電
性多孔板２６及び絶縁性多孔板２７によって、ラジカル
原料ガスをラジカル原料ガス滞留室２４からラジカル生
成室２の全域にわたって均一に注入することを可能にし
ている。螺旋状高周波誘導電極２３と該電極２３に高周
波電力と負の直流電力を印加する高周波電源ＰＳ２及び
直流電源ＰＳ３は、ラジカル原料ガス滞留室２４からラ
ジカル生成室２に注入されるラジカル原料ガスのラジカ
ル生成手段を構成している。

【００２６】以上のように、成膜室１とラジカル生成室
２を仕切るように電気絶縁性多孔板２１Ａを用いると、
ラジカル生成室２でプラズマが生成されるときに発生す
る荷電粒子がそれらによる多孔板２１Ａの帯電により多
孔板２１Ａの孔２１１を通過するのを抑制する一方、電
気的に中性のラジカルは多孔板２１Ａを通過できる。し
かし、さらにラジカル密度を上げる場合には螺旋状高周
波誘導電極２３に印加する高周波電力を上げる必要があ
るが、この場合高周波電力の上昇に比例してラジカル生
成室２のプラズマポテンシャルが高くなり、前記多孔板
２１Ａの効果があるにもかかわらず、ラジカル生成室２
の荷電粒子が成膜室１にしみこみ、成膜室１の低いプラ
ズマポテンシャルを許容できる程度に維持できなくな
る。このような場合に、高周波電源ＰＳ２及び直流電源
ＰＳ３を用いて高周波電力に負の直流電力を重畳させて
螺旋状高周波誘導電極２３に印加すると、負の直流電圧
によってラジカル生成室２内のラジカル密度を低下させ
ることなく、ラジカル生成室２内のプラズマポテンシャ
ルを低下させることができ、ラジカル生成室２の荷電粒
子の成膜室１内へのしみこみを抑制し、成膜室１内のプ
ラズマポテンシャルを上昇させることなく、低いままに
維持することができる。従って、成膜室１内の被成膜基
板Ｓにエネルギーの大きい高速のイオンが突入すること
はなく、良質な薄膜を形成することができる。また、螺
旋状高周波誘導電極２３は誘導電極を用いており、大面
積でのプラズマ発生が可能であり大面積の被成膜基板Ｓ
に対応できる。

【００２７】図２は本発明にかかる第２の薄膜形成装置
の１例であるラジカル照射プラズマＣＶＤ装置の概略断
面図である。なお、前記第１の薄膜形成装置の１例であ
るラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ａと同じ構成部位は
同一符号で示している。図２に示すラジカル照射プラズ
マＣＶＤ装置Ｂは第１の装置の成膜室１とラジカル生成
室２を仕切るように設けられている多孔板がラジカル生
成室２側で電気絶縁性を有し、成膜室１側で導電性を有
しており、この例では、多孔板がラジカル生成室２側に
電気絶縁性多孔板２１Ａと成膜室１側に導電性多孔板２
１Ｂの２枚が１ｍｍの間隔をおいて設けられている。そ
して、導電性多孔板２１Ｂは接地されている。また、ラ
ジカル生成手段は、この例ではラジカル照射プラズマＣ
ＶＤ装置Ａで示した螺旋状高周波誘導電極２３と、該電
極２３に高周波電力をマッチングボックスを介して印加
する高周波電源から構成されている。他の成膜室、ラジ
カル生成室等はラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ａと同
一構成で示してある。

【００２８】多孔板をラジカル生成室２側で電気絶縁性
多孔板２１Ａを用い、成膜室１側で接地した導電性多孔
板２１Ｂを用いると、電気絶縁性多孔板２１Ａは前記し
たラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ａと同様な作用効果
が得られ、螺旋状高周波誘導電極２３に印加する高周波
電力を上げた場合でも、接地した導電性多孔板２１Ｂに
よっても、さらにラジカル生成室の荷電粒子は導電性多
孔板２１Ｂを透過・伝搬できないようになり、従って成
膜室１のプラズマポテンシャルに影響を与えることはな
く、低いプラズマポテンシャルを維持することができ
る。以上のような作用により、前記したラジカル照射プ
ラズマＣＶＤ装置と同様な効果が得ることができる。実
際、ラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ａ及びＢのラジカ
ル生成室２の螺旋状高周波誘導電極２３に印加する高周
波電力を５００Ｗまで増加しても、成膜室１のプラズマ
ポテンシャルは殆ど変化しないことを確認している。ま
た、より大きな被成膜基板に成膜する場合等にはラジカ
ル密度をさらに高める必要があるが、ラジカル照射プラ
ズマＣＶＤ装置Ｂにラジカル照射プラズマ照射装置Ａの
構成のラジカル生成手段を用いると、負の直流電力の重
畳と導電性多孔板の両作用が働くので、この場合にも成
膜室のプラズマポテンシャルを低く維持できるという前
記効果が得られる。

【００２９】なお、このような構成の多孔板を前記した
ラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Aに用いると、前記効
果がより確実になるのはもちろんのことである。ま
た、前記２枚の前記多孔板２１Ａ、２１Ｂをそれぞれの
孔の中心位置を一致させて重ね合わせて設けてることが
望ましい。この場合、電気絶縁性多孔板２１Ａと導電性
多孔板２１Ｂの孔径は同一でもよいが、電気絶縁性多孔
板２１Ａの孔径が導電性多孔板２１Ｂの孔径より小さい
方が好ましい。その理由はラジカル生成室２より前記多
孔板２１Ａ及び２１Ｂを通過するラジカルが下の導電性
多孔板に衝突して消滅しないようにするためである。ま
た、この例では、２枚の多孔板を用いたが、前記多孔板
を導電性又は電気絶縁性材料の１枚の多孔板とし、導電
性材料の場合は、ラジカル生成室２側になる表面に絶縁
性材料を蒸着し、電気絶縁性材料の場合は、成膜室１側
になる表面に導電性材料を蒸着したもので構成してもよ
い。前記電気絶縁性材料としては、ガラス、石英、セラ
ミック等、導電性材料としては、Ｗ、Ｍo、Ｔa、Ｃｒ、
Ｔｉ、Ａｌ、ニッケル合金等、導電性蒸着膜としては、
Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、不純物ドープドシリコン等の膜、電
気絶縁性蒸着膜としては、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化アルミ等の膜が例示できる。

【００３０】ラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ｂのラジ
カル生成室２のラジカル生成には、螺旋状高周波誘導電
極２３に高周波電力を印加する手段を用いているが、そ
れに限定されるものではなく、熱電子を放出するフィラ
メントを利用したフィラメント型のもの、マイクロ波に
よるものを用いてもよい。フィラメントを用いてラジカ
ル原料ガスプラズマＰＬ２を生成する場合、フィラメン
トはラジカル生成室２内に均一に分散させて設置し、ラ
ジカル生成室２に直接熱電子を放出することによってガ
スを励起・解離する。また、マイクロ波を用いてラジカ
ル原料ガスプラズマＰＬ２を生成する場合、マイクロ波
発生装置として、ラジカル生成室２内に均一にマイクロ
波を導入できるものを採用する。

【００３１】以上説明したラジカル照射プラズマＣＶＤ
装置Ａ、又はＢによると次のように被成膜基板Ｓに成膜
処理を施すことができる。先ず、基板搬入時、基板ホル
ダ１２を予め下降させて待機しておき、図示しない基板
搬入搬出機構を用いて基板搬入搬出用開口４から被成膜
基板Ｓを搬入して基板ホルダ１２上に載置する。そし
て、基板搬入搬出機構が真空チャンバＣ外に出るとゲー
ト弁ＧＡを閉じ、ホルダ１２を成膜位置へ上昇させ、真
空排気装置３１を作動させ成膜室１及びラジカル生成室
２を所定の減圧状態にする。

【００３２】その後、ラジカル原料ガス導入パイプ２５
からラジカル原料ガスをラジカル原料ガス滞留室２４に
流入させ、そこにラジカル原料ガスを滞留させつつ、さ
らに流入してくるガスの圧力で滞留室内のガスを導電性
多孔板２６及び絶縁性多孔板２７を経て、ラジカル生成
室２に均一に流れ込ませる。また、ラジカル照射プラズ
マＣＶＤ装置Ａでは高周波電源ＰＳ２及び直流電源ＰＳ
３を、ラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ｂでは高周波電
源ＰＳ２をＯＮにして螺旋状高周波誘導電極２３に電力
を供給する。このようにしてラジカル原料ガスを励起、
解離させてそのプラズマＰＬ２を生成する。なお、直流
電源ＰＳ３により螺旋状高周波電極に印加する負の直流
電圧はプラズマＰＬ１のポテンシャルを測定して、該ポ
テンシャルが上昇しないように決めればよく、その絶対
値は１００Ｖ以下である。

【００３３】ラジカル生成室２でプラズマＰＬ２が生成
されると、電子、イオンの荷電粒子は電気絶縁性多孔板
２１Ａの孔２１１又は多孔板２１Ａ及び２１Ｂの孔孔２
１１及び孔２１２を通り難く、実質上電気的に中性の中
性ラジカルＲＡだけが孔２１１又は孔２１１及び孔２１
２を通り抜けて成膜室１に照射される。照射された中性
ラジカルＲＡは被成膜基板Ｓの被成膜領域の各部に均一
に到達し、この例では、先ず被成膜領域を洗浄したり、
ダングリングボンドを無くしたりする。

【００３４】このように基板Ｓへ中性ラジカルＲＡを照
射開始して後に、成膜用ガス導入パイプ１１から成膜用
ガスを成膜室１内に所定量導入しつつ、高周波電源ＰＳ
１をOＮにし、マッチングボックスＭＢ１を介して円筒
状電極１３に高周波電力を印加して成膜用ガスプラズマ
ＰＬ１を生成する。このプラズマＰＬ１は主として被成
膜基板Ｓの周縁部近傍に形成される。このとき、円筒状
電極１３に印加される高周波は、螺旋状高周波誘導電極
２３に印加される高周波より周波数は高く、かつ電力は
低いものである。これらにより、成膜用ガスプラズマＰ
Ｌ１のプラズマポテンシャルを低く押さえ、それにより
高速イオンの基板への突入を抑制して、基板にダメージ
を与えにくくしつつ、良質な薄膜の成膜に要求されるプ
ラズマ密度を得ることができる。

【００３５】また、ラジカル生成手段においては螺旋状
高周波誘導電極２３に印加する高周波電力の大きさを、
円筒状電極１３に印加する高周波電力の大きさより大き
くし（或いはさらに、周波数を円筒状電極１３に印加す
るものより低くして）、これにより良質な薄膜形成に要
求される十分な量のラジカルを生成させる。なお、ラジ
カル照射プラズマＣＶＤ装置Ａのラジカル生成手段にお
いては、螺旋状高周波誘導電極２３に印加する高周波電
力を大きくしても、負の直流電力を重畳して印加するこ
とにより、プラズマＰＬ２のポテンシャルを大きくする
ことなく、良質な薄膜生成に要求される十分なラジカル
が生成される。これらにより、被成膜基板Ｓの成膜対象
領域全体とラジカル生成手段から中性ラジカルを均一に
照射することで被成膜基板Ｓ近傍に成膜用ガスプラズマ
を生成させることを併用して被成膜基板Ｓ上に所望の良
質な薄膜を形成することができる。被成膜基板Ｓへの成
膜処理が完了した後、基板ホルダ１２を下降させて、ゲ
ート弁ＧAを開き基板搬入搬出機構を用いて被成膜基板
Ｓを真空チャンバＣ外に搬出する。

【００３６】次に、図１及び図２に示したラジカル照射
プラズマＣＶＤ装置Ａ、Ｂを用いて、基板の表面にシリ
コン膜を成膜する実験例について説明する。併せて図３
に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜する
比較実験例についても説明する。実験例１図１のラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ａを使用。

【００３７】１）成膜用ガスプラズマ化条件励起法：高周波励起（周波数：１００ＭＨｚ、１００
Ｗ）ガス種：ＳiＨ_４（１００％）成膜ガス圧：１×１０^−３Ｔｏｒｒ２）中性ラジカル照射条件励起法：高周波励起（周波数２７ＭＨｚ、５００Ｗ）、
直流（−５０Ｖ）ラジカル原料ガス種：Ｈ_２３）基板Ｓ：無アルカリガラス基板（幅５００ｍｍ×長
さ６００ｍｍ）４）基板温度：３００℃ ５）成膜膜厚：５００Å 実験例２図２のラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ｂを使用。１）成膜用ガスプラズマ化条件励起法：高周波励起（周波数：１００ＭＨｚ、１００
Ｗ）ガス種：ＳiＨ_４（１００％）成膜ガス圧：１×１０^−３Ｔｏｒｒ２）中性ラジカル照射条件励起法：螺旋状高周波誘導電極（周波数：２７ＭＨｚ、
５００Ｗ）ラジカル原料ガス種：Ｈ_２３）基板Ｓ：無アルカリガラス基板（幅５００ｍｍ×長
さ６００ｍｍ）４）基板温度：３００℃ ５）成膜膜厚：５００Å 比較実験例図３の平行平板型プラズマＣＶＤ装置（従来装置）を使
用。１）ガスプラズマ化条件励起法：高周波励起（周波数：１３．５６ＭＨｚ、１５
０Ｗ）ガス種：ＳiＨ_４（５０％）、Ｈ_２（５０％）成膜ガス圧：２×１０^−１Ｔｏｒｒ２）基板Ｓ'：無アルカリガラス基板、ＳｉーＷａｆeｒ
＜１００＞３）基板温度：３００℃ ４）成膜膜厚：５００Å 実験例１、２及び比較実験例により得られた各シリコン
膜について、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴーIＲ）、
Ｘ線回折法（ＸＲＤ）及びレーザラマン分光法により水
素濃度測定及び結晶性評価を行い、電子移動度測定を行
うことでデバイス特性を評価した。１）ＦＴーIＲ波数２０００ｃｍ^−１のＳiーＨ（Ｓｔｒｅｔｃｈｉｎ
ｇーｂaｎｄ）吸収ピーク積分強度から膜中の水素濃度
を定量分析したところ、実験例１及び実験例２の各サン
プルはそれぞれ５×１０^２０ｃｍ^−３であるのに対し、
比較実験例の膜サンプルは２×１０^２２ｃｍ^−３であっ
た。このように実験例１及び２により得られた膜サンプ
ルは比較実験例によるものより水素濃度が著しく少なか
った。２）ＸＲＤ実験例１及び２による各膜サンプルは、１１１面（２θ
=２８．２°）及び２２０面（２θ=４７．２°）からの
ピークが検出され、シリコンの結晶性が確認された。一
方、比較実験例による膜サンプルはアモルファス構造で
あることが確認された。３）レーザラマン分光法実験例１及び２による各膜サンプルは、結晶化シリコン
によるピーク（ラマンシフト＝５１５〜５２０ｃ
ｍ^−１）を検出し、１００Å〜２０００Åの結晶粒が認
められた。一方、比較実験例による膜サンプルはアモル
ファス構造によるピーク（ラマンシフト＝４８０ｃｍ
^−１）が検出された。４）電子移動度比較実験例による膜サンプルが０．１ｃｍ^２／Ｖ・Ｓの
電子移動度を示したのに対し、実験例１及びによる膜サ
ンプルでは結晶粒径１００Åのもので２．０ｃｍ^２／Ｖ
・Ｓ、結晶粒径２０００Åのもので６０ｃｍ^２／Ｖ・Ｓ
の電子移動度を示した。

【００３８】

【発明の効果】本発明によると、解離エネルギーの異な
る成膜用ガスとラジカル原料ガスを用いて膜形成する場
合において、各ガスの解離を別々の領域でそれぞれ制御
して、各ガスの過剰解離によるイオンの多量発生や高い
プラズマポテンシャルによる膜のダメージを抑制しつ
つ、高品位な膜を形成することができ、さらに大面積に
均一に良質な膜を形成することができる薄膜形成装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる薄膜形成装置の１例である第１
のラジカル照射プラズマＣＶＤ装置の概略断面図であ
る。

【図２】本発明にかかる薄膜形成装置の１例である第２
のラジカル照射プラズマＣＶＤ装置の概略断面図であ
る。

【図３】平行平板型プラズマＣＶＤ装置の概略断面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ、Ｂラジカル照射プラズマＣＶＤ装置Ｃ、Ｃ' 真空チャンバ１成膜室１１成膜用ガス導入パイプ１２基板ホルダ１３円筒状電極２ラジカル生成室２１Ａ電気絶縁性多孔板２１Ｂ導電性多孔板２１１ラジカル通過孔２１２ラジカル通過孔２２１ラジカル生成室内壁２３螺旋状高周波誘導電極２４ラジカル原料ガス滞留室２５ラジカル原料ガス導入パイプ２６導電性多孔板２７絶縁性多孔板３基板搬送部３１真空排気装置４基板搬入搬出用開口９成膜室９１平行平板電極９２ガス滞留室９３成膜用ガス導入パイプ９４ラジカル原料ガス導入パイプ９５排気口９６基板搬入搬出口９７基板ホルダ９８導電性多孔板ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ９高周波電源ＰＳ３直流電源ＭＢ１，ＭＢ２、ＭＢ９マッチングボックスＦローパスフィルターＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ９プラズマＲＡラジカルＧＡ、ＧＡ' ゲート弁

フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA03 AA06 AA09 AA13 AA14 AA17 AA18 BA29 BA40 BA44 CA06 CA12 FA03 KA12 KA20 LA16 LA18 5F045 AA08 AB03 AB32 AC01 AC02 AC03 AC09 AD07 AE15 CA13 CA15 DP03 DQ10 EF05 EH13 EH18 5F051 AA05 CA16 CA23 CA24 CA40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板ホルダ及び該基板ホルダに設置される
被成膜基板の近傍に所定の成膜用ガスのプラズマを形成
する成膜用ガスプラズマ生成手段を含む成膜室と、該成
膜室に連接し前記基板ホルダに設置される被成膜基板の
被成膜対象領域の全体を臨み、所定のラジカル原料ガス
を励起、解離して中性ラジカルを生成させるラジカル生
成手段を含むラジカル生成室と、前記成膜対象領域の全
体に均一に該ラジカルを照射するために前記成膜室とラ
ジカル生成室を仕切るように配置された電気絶縁性多孔
板とを備えており、前記ラジカル生成手段はガスプラズ
マ化用電極と該プラズマ化用電極に高周波電力と直流電
力を印加する電源系を含んでいることを特徴とする薄膜
形成装置。
【請求項２】基板ホルダ及び該基板ホルダに設置される
被成膜基板の近傍に所定の成膜用ガスのプラズマを形成
する成膜用ガスプラズマ生成手段を含む成膜室と、該成
膜室に連接し前記基板ホルダに設置される被成膜基板の
被成膜対象領域の全体を臨み、所定のラジカル原料ガス
を励起、解離して中性ラジカルを生成させるラジカル生
成手段を含むラジカル生成室と、前記成膜対象領域の全
体に均一に該ラジカルを照射するために前記成膜室とラ
ジカル生成室を仕切るように配置された多孔板とを備え
ており、該多孔板はラジカル生成室側で電気絶縁性を有
し、かつ成膜室側で導電性を有するものであって接地電
位であることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項３】前記ラジカル生成手段がガスプラズマ化用
電極と該プラズマ化用電極に高周波電力と直流電力を印
加する電源系を含んでいる請求項２記載の薄膜形成装
置。
【請求項４】前記電気絶縁性を有する多孔板と前記導電
性を有する多孔板がそれぞれの孔の中心位置を一致させ
て重ね合わせたものからなる請求項２又は３記載の薄膜
形成装置。
【請求項５】前記電気絶縁性を有する多孔板の孔径が前
記導電性を有する多孔板の孔径より小さいものである請
求項２から４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】前記多孔板が電気絶縁性多孔板の片面に導
電性を有する膜を蒸着したものからなる請求項２又は３
記載の薄膜形成装置。
【請求項７】前記多孔板が導電性多孔板の片面に電気絶
縁性を有する膜を蒸着したものからなる請求項２又は３
記載の薄膜形成装置。