JP2002241945A - 薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 、Si2H6 等の水素化シリコンガス、SiF4 等
のふっ化シリコンガス、SiCl4 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。
4 、Si2H6 等の水素化シリコンガス、SiF4 等
のふっ化シリコンガス、SiCl4 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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:SiH4(100%) 成膜ガス圧:1×10−3 Torr 2)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:H2 3)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:SiH4(100%) 成膜ガス圧:1×10−3 Torr 2)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:H2 3)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:SiH4(50%)、H2(50%) 成膜ガス圧:2×10−1 Torr 2)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5×1020cm−3であるのに対し、
比較実験例の膜サンプルは2×1022cm−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0.1cm2/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2.0cm2/V
・S、結晶粒径2000Åのもので60cm2/V・S
の電子移動度を示した。
W) ガス種:SiH4(100%) 成膜ガス圧:1×10−3 Torr 2)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:H2 3)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:SiH4(100%) 成膜ガス圧:1×10−3 Torr 2)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:H2 3)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:SiH4(50%)、H2(50%) 成膜ガス圧:2×10−1 Torr 2)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5×1020cm−3であるのに対し、
比較実験例の膜サンプルは2×1022cm−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0.1cm2/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2.0cm2/V
・S、結晶粒径2000Åのもので60cm2/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。
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。
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。
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。
ある。
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 (7)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001042604A JP2002241945A (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | 薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001042604A JP2002241945A (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | 薄膜形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002241945A true JP2002241945A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18904872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001042604A Pending JP2002241945A (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | 薄膜形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002241945A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010050363A1 (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-06 | 三菱電機株式会社 | プラズマcvd装置、半導体膜の製造方法、薄膜太陽電池の製造方法およびプラズマcvd装置のクリーニング方法 |
US20120205046A1 (en) * | 2008-03-20 | 2012-08-16 | Applied Materials, Inc. | Tunable ground planes in plasma chambers |
WO2014079120A1 (zh) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | 中国科学院微电子研究所 | 一种电极引入结构 |
US10790121B2 (en) | 2017-04-07 | 2020-09-29 | Applied Materials, Inc. | Plasma density control on substrate edge |
WO2023090168A1 (ja) * | 2021-11-19 | 2023-05-25 | 東京エレクトロン株式会社 | 窒化膜の成膜方法及びプラズマ処理装置 |
-
2001
- 2001-02-20 JP JP2001042604A patent/JP2002241945A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120205046A1 (en) * | 2008-03-20 | 2012-08-16 | Applied Materials, Inc. | Tunable ground planes in plasma chambers |
US10774423B2 (en) | 2008-03-20 | 2020-09-15 | Applied Materials, Inc. | Tunable ground planes in plasma chambers |
WO2010050363A1 (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-06 | 三菱電機株式会社 | プラズマcvd装置、半導体膜の製造方法、薄膜太陽電池の製造方法およびプラズマcvd装置のクリーニング方法 |
JP5225389B2 (ja) * | 2008-10-28 | 2013-07-03 | 三菱電機株式会社 | プラズマcvd装置、半導体膜の製造方法、薄膜太陽電池の製造方法およびプラズマcvd装置のクリーニング方法 |
US8631762B2 (en) | 2008-10-28 | 2014-01-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Plasma CVD apparatus, method for manufacturing semiconductor film, method for manufacturing thin-film solar cell, and method for cleaning plasma CVD apparatus |
WO2014079120A1 (zh) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | 中国科学院微电子研究所 | 一种电极引入结构 |
US10790121B2 (en) | 2017-04-07 | 2020-09-29 | Applied Materials, Inc. | Plasma density control on substrate edge |
US11495440B2 (en) | 2017-04-07 | 2022-11-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma density control on substrate edge |
WO2023090168A1 (ja) * | 2021-11-19 | 2023-05-25 | 東京エレクトロン株式会社 | 窒化膜の成膜方法及びプラズマ処理装置 |
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