JP3134824B2 - Plasma CVD apparatus and film forming method - Google Patents
Plasma CVD apparatus and film forming methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置
に関し、特にアクティブマトリックス液晶ディスプレイ
パネル、密着型イメージセンサ等の入出力装置、携帯機
器等に用いる低温での形成が要求される薄膜トランジス
タのゲート絶縁膜の作製に適したプラズマＣＶＤ装置に
関する。また、そのプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD apparatus, and more particularly to a gate insulating film of a thin film transistor which is required to be formed at a low temperature for use in an input / output device such as an active matrix liquid crystal display panel, a contact type image sensor, and a portable device. The present invention relates to a plasma CVD apparatus suitable for manufacturing a semiconductor device. Further, the present invention relates to a film forming method using the plasma CVD apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を形成する代表的な技術として、水素化アモルファ
ス半導体ＴＦＴ技術及び、多結晶シリコンＴＦＴ技術が
挙げられる。前者は作製プロセス最高温度３００℃程度
であり、移動度１ｃｍ2 ／Ｖｓｅｃ程度のキャリア移動
度を実現している。後者は、例えば石英基板を用い１０
００℃程度のＬＳＩと類似した高温プロセスを用いるこ
とで、キャリア移動度１００ｃｍ2 ／Ｖｓｅｃの性能を
得ることができる。このような高いキャリア移動度の実
現は、たとえば上記ＴＦＴを液晶ディスプレイに応用し
た場合、各画素を駆動する画素ＴＦＴと同時に、周辺駆
動回路部までもが同一ガラス基板上に同時に形成するこ
とができるというコスト、小型化に関する利点がある。
ところが、多結晶シリコンＴＦＴ技術において、上述の
ような高温プロセスを用いる場合、前者のプロセスで用
いることができる安価な低軟化点ガラスを用いることが
できない。そこで多結晶シリコンＴＦＴプロセスの温度
低減が必要になっており、レーザ結晶化技術、ゲート絶
縁膜の低温形成技術、及び低温での良好な絶縁膜−シリ
コン界面形成技術が研究・開発されている。特に、ゲー
ト絶縁膜の低温形成技術として、プラズマＣＶＤ法、ス
パッタ法、ＬＰＣＶＤ法等による二酸化シリコン膜の形
成手段の開発が盛んである。従来のＬＳＩプロセスで用
いられる熱酸化膜に比べ、上述のガラス基板の使用が可
能な６００℃程度以下と低温で形成される二酸化シリコ
ン膜には、次のような課題がある。残留ストレス、ダ
ングリングボンド、不純物等に起因した欠陥準位の低
減、および絶縁耐圧の向上、清浄化不足、プラズマダ
メージ等に起因した界面準位の低減、島状に形成され
た半導体層の被覆性の確保、である。2. Description of the Related Art A thin film transistor (TF) is formed on a glass substrate.
Representative techniques for forming T) include a hydrogenated amorphous semiconductor TFT technique and a polycrystalline silicon TFT technique. The former has a maximum fabrication process temperature of about 300 ° C. and realizes a carrier mobility of about 1 cm 2 / Vsec. The latter uses, for example, a quartz substrate and
By using a high-temperature process similar to that of an LSI at about 00 ° C., a performance of carrier mobility of 100 cm 2 / Vsec can be obtained. To realize such high carrier mobility, for example, when the above-mentioned TFT is applied to a liquid crystal display, the peripheral driving circuit portion can be formed simultaneously on the same glass substrate simultaneously with the pixel TFT driving each pixel. There are advantages in terms of cost and miniaturization.
However, in the polycrystalline silicon TFT technology, when the above-described high-temperature process is used, an inexpensive low softening point glass that can be used in the former process cannot be used. Therefore, it is necessary to reduce the temperature of the polycrystalline silicon TFT process, and a laser crystallization technology, a technology for forming a gate insulating film at a low temperature, and a technology for forming a good insulating film-silicon interface at a low temperature have been researched and developed. In particular, as a technique for forming a gate insulating film at a low temperature, development of means for forming a silicon dioxide film by a plasma CVD method, a sputtering method, an LPCVD method, or the like has been active. The silicon dioxide film formed at a low temperature of about 600 ° C. or less, at which the above-mentioned glass substrate can be used, has the following problems as compared with the thermal oxide film used in the conventional LSI process. Reduction of defect levels caused by residual stress, dangling bonds, impurities, etc., improvement of dielectric strength, reduction of interface levels caused by insufficient cleaning, plasma damage, etc., coating of island-shaped semiconductor layer Securing sex.
【０００３】これらの問題のうち特にの清浄化不足、
プラズマダメージ等を解決すべく、特開平３−１９３４
０号公報ではプラズマＣＶＤ法におけるヘリウム希釈率
を経時的に小さくしていくことにより、半導体−絶縁膜
界面では良好な界面を、界面から離れるにしたがって成
膜速度を増加させるという方法が開示されている。ま
た、特開平３−１０８３１９号公報では、半導体薄膜の
形成と絶縁膜の形成を同一反応容器内で行うことによっ
て、良好な界面を形成する方法が、それぞれ開示されて
いる。[0003] Of these problems, in particular, insufficient cleaning,
In order to solve plasma damage and the like, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 0 discloses a method in which a helium dilution ratio in a plasma CVD method is reduced with time, so that a favorable interface is increased at a semiconductor-insulating film interface, and a film forming rate is increased as the distance from the interface increases. I have. Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-108319 discloses a method for forming a good interface by forming a semiconductor thin film and an insulating film in the same reaction vessel.
【０００４】一方、アイイーイーイーエレクトロンデバ
イスレターズ第１５巻第２号第６９頁IEEE ELECTRON DE
VICE LETTERS, Vol.15, No.2, page 69), 記載のHigh p
erformance poly-crystalline silicon thin film tran
sistors fabricated using remote plasma CVD of SiO2
，(M. Sekiya, et al.)では、低温での良好な絶縁膜−
シリコン界面を形成することができる二酸化シリコン膜
のリモートプラズマＣＶＤ法を提案している。ガスの分
解、成膜前駆体の形成反応を補助するプラズマ形成領域
を、基板位置から離すことによって絶縁膜を形成する半
導体表面へのプラズマ衝撃を抑制し、良好な半導体−絶
縁膜界面を形成するというものである。また、特開平５
−２１３９３号公報ではアイイーイーイーエレクトロン
デバイスレターズ第１５巻第２号第６９頁記載の技術を
改善する方法として、図７に示すようなモノシランを噴
射させるインジェクタ（シラン導入配管のシラン供給
口）をメッシュ近傍に配置する技術を提案している。す
なわち、真空容器１０１内に酸素を供給するシャワーヘ
ッド兼プラズマを形成するためのＲＦ電極１０２、及び
プラズマを閉じこめるための網目状電極１０４、網目状
電極１０５、基板加熱可能な基板ホルダ１０９、基板ホ
ルダ上に熱伝導性良く配置されたガラス基板１０８がそ
れぞれ配置され、排気バルブ１１０に接続された排気装
置により真空排気、プロセスガス排気が可能なプラズマ
ＣＶＤ装置において、ガスボックス１０７から酸素導入
配管１０３、シラン導入配管１０６を介して反応ガスが
供給できるようになっている。ＲＦ電極と網目状電極１
０４とに挟まれた領域において酸素プラズマを形成し、
網目状電極１０４，及び網目状電極１０５を通して中性
活性種を基板表面に輸送、網目状電極１０５近傍に供給
されるシランガスと反応させ基板上に二酸化シリコン膜
を形成しようとするものである。On the other hand, IEE ELECTRON Device Letters Vol. 15, No. 2, page 69, IEEE ELECTRON DE
VICE LETTERS, Vol.15, No.2, page 69), High p
erformance poly-crystalline silicon thin film tran
sistors fabricated using remote plasma CVD of SiO 2
, (M. Sekiya, et al.) Reported that a good insulating film at low temperature-
A remote plasma CVD method of a silicon dioxide film capable of forming a silicon interface has been proposed. By separating the plasma forming region that assists the decomposition reaction of the gas and the formation reaction of the film forming precursor from the substrate position, the plasma impact on the semiconductor surface forming the insulating film is suppressed, and a good semiconductor-insulating film interface is formed. That is. Also, Japanese Unexamined Patent Publication No.
In JP-A-21393, as an improvement method of the technology described in IEE Electron Device Letters Vol. 15, No. 2, page 69, an injector (silane supply port of a silane introduction pipe) for injecting monosilane as shown in FIG. A technique for arranging near the mesh is proposed. That is, a shower head for supplying oxygen into the vacuum vessel 101, an RF electrode 102 for forming plasma, a mesh electrode 104 for confining the plasma, a mesh electrode 105, a substrate holder 109 capable of heating the substrate, a substrate holder In a plasma CVD apparatus in which a glass substrate 108 arranged with good thermal conductivity is disposed, and a vacuum exhaust and a process gas can be exhausted by an exhaust device connected to an exhaust valve 110, an oxygen introduction pipe 103 from a gas box 107, The reaction gas can be supplied through the silane introduction pipe 106. RF electrode and mesh electrode 1
Oxygen plasma is formed in the region between
Neutral active species are transported to the surface of the substrate through the mesh electrodes 104 and 105 and reacted with silane gas supplied in the vicinity of the mesh electrodes 105 to form a silicon dioxide film on the substrate.
【０００５】ところが、これらの方法によれば良好な界
面を形成できる反面、シランが反応雰囲気に導入された
後の気相中での反応時間が長くなり、パーティクル状の
二酸化シリコンが気相中で形成されやすく、基板上への
パーティクルの落下が多いという問題があった。パーテ
ィクルの存在はその大きさにも依存するが、欠陥あるい
は上記に示すような絶縁耐圧の低い膜の一因になる。However, according to these methods, while a good interface can be formed, the reaction time in the gas phase after silane is introduced into the reaction atmosphere becomes longer, and particle-like silicon dioxide is formed in the gas phase. There is a problem that the particles are easily formed and particles often fall on the substrate. The presence of particles also depends on their size, but contributes to defects or a film having a low withstand voltage as described above.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このような問題は、リ
モートプラズマＣＶＤ装置のみならず気相成長装置全般
に存在し、これを解決する方法として、特開平２−１５
９０１７号公報が開示されている。この公報では、気相
中での反応を低く抑えることで、パーティクルの発生を
防ぎ、均一性の向上を図っている。すなわち、冷却した
基板に沿って原料ガスを移動させながら噴射し、プラズ
マ源にて生成したイオン種、活性種またはそれらの混合
ガスを照射するか、または光を照射することにより薄膜
を形成する。これにより気相反応が抑えられ、薄膜の形
成過程が基板での表面反応が主となるために、パーティ
クルの少ない膜形成ができるというものである。Such a problem exists not only in a remote plasma CVD apparatus but also in a general vapor phase growth apparatus.
No. 9017 is disclosed. In this publication, the generation of particles is prevented and the uniformity is improved by suppressing the reaction in the gas phase to a low level. That is, a thin film is formed by injecting a source gas while moving it along a cooled substrate, and irradiating ion species or active species generated by a plasma source or a mixed gas thereof, or by irradiating light. This suppresses the gas phase reaction, and the process of forming the thin film is mainly a surface reaction on the substrate, so that a film with few particles can be formed.
【０００７】ところで、パーティクルのできる原因とし
ては、上記のような気相反応が進みすぎてできる場合と
は別に、ガスの導入配管や網目状電極等の意図しない箇
所に付着した膜がはがれ落ちてできる場合がある。これ
らの膜はがれにより発生したパーティクルも気相中で発
生したパーティクルと同様基板上に混入すると欠陥の発
生や膜質の悪化につながる。As a cause of the generation of particles, a film attached to an unintended portion such as a gas introduction pipe or a mesh electrode is peeled off separately from a case where the gas phase reaction proceeds too much as described above. May be possible. Particles generated by peeling of these films as well as particles generated in the gas phase, if mixed on the substrate, lead to generation of defects and deterioration of film quality.
【０００８】そこで、本発明ではプラズマＣＶＤ装置に
おいて、成長表面へのプラズマダメージを抑制すると共
に、パーティクルの発生を防ぐことを目的としている。Accordingly, an object of the present invention is to suppress plasma damage to a growth surface and to prevent generation of particles in a plasma CVD apparatus.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】真空排気可能な真空容器
内に、基板を設置する反応室とプラズマ形成室とを、電
極部によって分離する。電極部は、少なくとも１枚あれ
ばよく複数の電極を備えたものもある。また、電極部の
構造は網目状あるいは櫛状のようにプラズマ形成室で形
成したプラズマを閉じこめ、活性種は透過する構造であ
ればよい。上記プラズマ形成室に第１のガス、例えば酸
素を導入し高周波を印加することによってプラズマを形
成しイオン種あるいは活性種を得る。上記活性種は上記
電極部を通って上記反応室に輸送さるものであり、上記
イオン種は上記電極部により遮蔽され、反応室への輸送
が妨げられる。なお、イオン種の反応室への輸送は上記
電極部への電圧印加条件の変更によって可能になること
はいうまでもない。上記活性種が反応室に輸送されると
共に反応室へ第２のガス、例えばシランガス、を導入す
ることにより、上記活性種との気相反応あるいは上記基
板上での表面反応がすすみ基板上に膜、例えば二酸化シ
リコン膜が形成される。ところで、上述のような反応系
では上記第２のガスの導入口付近での反応は避けられ
ず、第２のガス導入配管への膜あるいは粒状堆積物の付
着が起きる。このような付着物は密着性が弱く、経時的
に配管から剥がれ基板上に落下する。上記第２のガス導
入口を基板の配置位置よりも外側に配置することによっ
て、基板上への落下を防ぐことができる。A reaction chamber for installing a substrate and a plasma forming chamber are separated by an electrode portion in a vacuum vessel capable of evacuating. The electrode section may have at least one electrode and may include a plurality of electrodes. Further, the structure of the electrode portion may be a structure in which the plasma formed in the plasma forming chamber is confined like a mesh or comb and the active species are transmitted. A first gas, for example, oxygen is introduced into the plasma forming chamber and a high frequency is applied to form a plasma to obtain ionic species or active species. The active species are transported to the reaction chamber through the electrode section, and the ionic species are shielded by the electrode section, and are prevented from being transported to the reaction chamber. Needless to say, the transport of the ionic species to the reaction chamber becomes possible by changing the conditions for applying the voltage to the electrode section. By transporting the active species to the reaction chamber and introducing a second gas, for example, silane gas, into the reaction chamber, a gas phase reaction with the active species or a surface reaction on the substrate proceeds, and a film is formed on the substrate. For example, a silicon dioxide film is formed. Incidentally, in the above-described reaction system, a reaction near the inlet of the second gas is unavoidable, and a film or a particulate deposit adheres to the second gas introduction pipe. Such an adhered substance has a weak adhesion and is peeled off from the pipe with time and falls onto the substrate. By arranging the second gas inlet outside the position where the substrate is disposed, it is possible to prevent the second gas inlet from dropping onto the substrate.
【００１０】また、上記気相反応が促進されると気相中
でパーティクルが発生し、基板上に粒状堆積物が落下し
ポーラスな膜が形成される。そこで、前記記第２のガス
の導入口を前記電極部と前記基板との間で前記電極部よ
りも前記基板に近い位置に配置することにより、過度な
気相反応を抑制し粒状堆積物の形成を防止することが可
能になる。このときの基板と第２のガス導入口との間
は、４０〜１５０ｍｍの範囲が適当である。これよりも
近づきすぎると形成した膜の膜厚が不均一になり好まし
くない。またこれよりも離れると気相反応が進みすぎパ
ーティクルが発生してしまう。When the gas phase reaction is promoted, particles are generated in the gas phase, and particulate deposits fall on the substrate to form a porous film. Therefore, by arranging the inlet for the second gas at a position closer to the substrate than the electrode portion between the electrode portion and the substrate, excessive gas phase reaction is suppressed, and granular deposits are reduced. Formation can be prevented. The distance between the substrate and the second gas inlet at this time is suitably in the range of 40 to 150 mm. If the distance is too close, the thickness of the formed film becomes uneven, which is not preferable. If the distance is more than this, the gas phase reaction proceeds too much and particles are generated.
【００１１】さらに、プラズマＣＶＤ装置では、第２の
ガスとの反応による付着物の上記電極部への付着も避け
られない。このような付着物は密着性が弱く、経時的に
電極部から剥がれ基板上に落下する。プラズマ形成室を
上記基板の下に配置することによって、基板への付着物
の落下を防止することが可能になる。Further, in the plasma CVD apparatus, it is unavoidable that deposits due to the reaction with the second gas adhere to the above-mentioned electrode portion. Such an adhered substance has weak adhesion, and peels off from the electrode portion with time and falls onto the substrate. By arranging the plasma forming chamber below the substrate, it is possible to prevent attachments from falling onto the substrate.
【００１２】次に、プラズマ形成室を上記基板の下に配
置することによって、以下のような構成が可能になる。
第２のガスの導入口を上記電極部および基板との間に配
置することが可能になる。これは、ガス導入口付近への
付着物が基板へ落下するのを防止できるからである。Next, by arranging the plasma forming chamber below the substrate, the following configuration becomes possible.
The inlet for the second gas can be arranged between the electrode part and the substrate. This is because it is possible to prevent the deposits near the gas inlet from dropping onto the substrate.
【００１３】このようにプラズマ形成室を上記基板の下
に配置することによって、電極部への付着物も第２のガ
ス導入口付近への付着物も基板へ落下することがないの
で、電極部と第２のガス導入口を接近して設けることが
できる。また、プラズマ形成室は上記基板の横にあって
も付着物が基板へ落下するのを避けることができる。こ
れらの場合において、さらに第２のガス導入口を平面状
または網目状の配管に設け、この平面状または網目状の
配管が前記電極部を兼ねるように構成すれば、膜厚を均
一化できると同時にプラズマＣＶＤ装置の構成部品を１
つ少なくすることができる。By arranging the plasma forming chamber below the substrate, neither the deposit on the electrode portion nor the deposit near the second gas inlet is dropped on the substrate. And the second gas inlet can be provided close to each other. Further, even if the plasma forming chamber is located beside the substrate, it is possible to prevent the deposit from dropping onto the substrate. In these cases, if the second gas introduction port is further provided in a flat or mesh pipe and the flat or mesh pipe is configured to also serve as the electrode portion, the film thickness can be made uniform. At the same time, one component of the plasma CVD
Can be reduced.
【００１４】請求項７に係る発明は、所望の膜を形成す
る反応室と、第１のガスのプラズマを形成するプラズマ
形成室と、前記反応室と前記プラズマ形成室とを分離
し、前記第１のガスのプラズマを閉じこめ活性種を通過
させる電極部と、前記活性種との気相反応あるいは基板
上での表面反応によって前記基板上に所望の膜を形成す
る第２のガスを導入する導入口とからなり、前記プラズ
マ形成室が前記基板の横に配置されるプラズマＣＶＤ装
置を用いて成膜する方法であって、反応室に基板を設置
するに当たって、基板を水平に基板ホルダに設置した
後、垂直に向け、その後前記第２のガス導入口を基板近
くに移動し、成膜することを特徴とする成膜方法であ
る。プラズマＣＶＤ装置に基板を設置する際には、基板
ホルダを水平とした方が設置しやすく、設置した後横に
向ける方が効率がよい。そこで、第２のガス導入口をス
ライドできる構成としておき、基板設置時には第２のガ
ス導入口は基板より遠くに離しておき、設置後基板の向
きをたててから、基板に近付けることとした。According to a seventh aspect of the present invention, a reaction chamber for forming a desired film, a plasma formation chamber for forming a plasma of a first gas, and the reaction chamber and the plasma formation chamber are separated from each other. An electrode section for confining the plasma of the first gas and passing the active species, and introducing a second gas for forming a desired film on the substrate by a gas phase reaction with the active species or a surface reaction on the substrate. A method of forming a film using a plasma CVD apparatus comprising a mouth, wherein the plasma forming chamber is arranged beside the substrate, wherein the substrate is horizontally placed on a substrate holder when the substrate is placed in the reaction chamber. Thereafter, the film is oriented vertically, and then the second gas inlet is moved near the substrate to form a film. When a substrate is placed in a plasma CVD apparatus, it is easier to place the substrate holder horizontally, and it is more efficient to turn it horizontally after placing it. Therefore, the second gas inlet is configured to be slidable, the second gas inlet is set farther away from the substrate when the substrate is installed, and after the substrate is installed, the direction of the substrate is set and then the substrate is approached to the substrate. .
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を用いて
以下に記述する。図１は請求項１の発明の実施の形態を
示すプラズマＣＶＤ装置の概略図である。以下では第１
のガスとして酸素を、第２のガスとしてシランガスを用
い、二酸化シリコン膜を形成する場合を例にとって説明
するが、第１のガス、第２のガスはこれらに限られな
い。真空容器１０１内に酸素を供給するシャワーヘッド
兼プラズマを形成するためのＲＦ電極１０２、及びプラ
ズマを閉じこめるための網目状電極１０４、網目状電極
１０５、基板加熱可能な基板ホルダ１０９、基板ホルダ
上に熱伝導性良く配置されたガラス基板１０８がそれぞ
れ配置され、排気バルブ１１０に接続された排気装置に
より真空排気、プロセスガス排気が可能なプラズマＣＶ
Ｄ装置を構成する。ガスボックス１０７から酸素導入配
管１０３、シラン導入配管１０６を介して反応ガスが供
給できるようになっており、ＲＦ電極と網目状電極１０
４とに挟まれた領域において酸素プラズマを形成し、網
目状電極１０４，及び網目状電極１０５を通って中性活
性種を基板表面に輸送、基板近傍に供給されるシランガ
スと反応し基板上に二酸化シリコン膜を形成することが
可能である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a plasma CVD apparatus showing an embodiment of the present invention. Below is the first
In the following, an example will be described in which a silicon dioxide film is formed using oxygen as the second gas and silane gas as the second gas, but the first gas and the second gas are not limited to these. A shower head for supplying oxygen into a vacuum vessel 101, an RF electrode 102 for forming plasma and a mesh electrode 104 for confining the plasma, a mesh electrode 105, a substrate holder 109 capable of heating the substrate, and a substrate holder 109 A plasma CV in which glass substrates 108 arranged with good thermal conductivity are arranged, and an exhaust device connected to an exhaust valve 110 enables vacuum exhaust and process gas exhaust.
Construct D device. The reaction gas can be supplied from the gas box 107 through the oxygen introduction pipe 103 and the silane introduction pipe 106, and the RF electrode and the mesh electrode 10 are supplied.
Oxygen plasma is formed in a region sandwiched between the substrate 4 and the neutral active species through the mesh electrode 104 and the mesh electrode 105 to the substrate surface, and reacts with silane gas supplied near the substrate to form on the substrate. It is possible to form a silicon dioxide film.
【００１６】図２は図１のプラズマＣＶＤ装置のシラン
導入配管１０６および基板ホルダ１０９の位置関係を示
す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図３
は、シラン導入配管の（ａ）拡大図と、（ｂ）（ａ）の
Ａ−Ａ’断面図である。図において、基板加熱が可能な
基板ホルダ上に配置される基板のサイズに比べ径の大き
なリング状のシラン導入配管１０６を図のように基板の
外側に配置する。ここでは、基板の外周とシラン導入配
管との間を１００ｍｍとした。シラン導入配管を基板サ
イズよりも径の大きいリング状とした。シラン導入配管
を基板の外側に位置するように設置したので、シラン導
入配管に付着した膜が剥がれて落下しても基板上に落ち
ることはなく、作製する膜に悪影響を与えることはな
い。このシラン導入配管は、図３に示すような管状構造
を有し、その側面にシラン噴出孔３０２を多数有してい
る。噴出口の向きは基板中心に向かうように配置するこ
とも、やや上もしくは下方向に噴出するように調整する
ことも可能である。FIGS. 2A and 2B show the positional relationship between the silane introduction pipe 106 and the substrate holder 109 of the plasma CVD apparatus shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a top view and FIG. 2B is a side view. FIG.
3A is an enlarged view of the silane introduction pipe, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. In the figure, a ring-shaped silane introduction pipe 106 having a diameter larger than the size of a substrate placed on a substrate holder capable of heating the substrate is arranged outside the substrate as shown in the figure. Here, the distance between the outer periphery of the substrate and the silane introduction pipe was 100 mm. The silane introduction pipe was formed in a ring shape having a diameter larger than the substrate size. Since the silane introduction pipe is set so as to be located outside the substrate, the film attached to the silane introduction pipe does not fall on the substrate even if the film is peeled off and dropped, and does not adversely affect the film to be formed. This silane introduction pipe has a tubular structure as shown in FIG. 3, and has a large number of silane ejection holes 302 on the side surface. The direction of the spout can be arranged so as to be directed toward the center of the substrate, or can be adjusted so as to spout slightly upward or downward.
【００１７】このとき、例えば基板近傍にシランガスを
供給することにより、酸素プラズマ領域へのシランガス
の逆拡散や、網目状電極等への過度の膜付着を防止でき
ると共に、気相中での過度なパーティクル形成を防ぐこ
とが可能になり、基板上への粒状付着物の形成を防ぐこ
とができる。ここではシラン導入配管は基板より１１０
ｍｍ上に設置した。垂直方向でシラン導入配管と基板と
の間は４０ｍｍ〜１５０ｍｍであることが望ましい。４
０ｍｍ以下では、作製した膜の厚さが不均一となり好ま
しくない。また、１５０ｍｍを越えると気相でのパーテ
ィクル形成が進みこれが薄膜に取り込まれると膜質が悪
化する。At this time, for example, by supplying a silane gas to the vicinity of the substrate, it is possible to prevent the back diffusion of the silane gas into the oxygen plasma region and to prevent the film from being excessively attached to the mesh electrode and the like, and to prevent the excessive deposition in the vapor phase Particles can be prevented from being formed, and formation of particulate matter on the substrate can be prevented. Here, the silane introduction pipe is 110
mm. The distance between the silane introduction pipe and the substrate in the vertical direction is desirably 40 mm to 150 mm. 4
When the thickness is 0 mm or less, the thickness of the formed film is not uniform, which is not preferable. On the other hand, if the diameter exceeds 150 mm, the formation of particles in the gas phase proceeds, and if the particles are taken into the thin film, the film quality deteriorates.
【００１８】次に請求項４に係る発明の実施の形態を図
４を用いて説明する。図４は図１に示したプラズマＣＶ
Ｄ装置を逆さにした配置をしており、真空容器１０１内
に酸素を供給するシャワーヘッド兼プラズマを形成する
ためのＲＦ電極１０２、及びプラズマを閉じこめるため
の網目状電極１０４、網目状電極１０５、基板加熱可能
な基板ホルダ１０９、基板ホルダ上に熱伝導性良く配置
されたガラス基板１０８からなる。また、排気バルブ１
１０に接続された排気装置により真空排気、プロセスガ
ス排気が可能なプラズマＣＶＤ装置を構成する。ガスボ
ックス１０７から酸素導入配管１０３、シラン導入配管
１０６を介して反応ガスが供給できるようになってお
り、ＲＦ電極と網目状電極１０４とに挟まれた領域にお
いて酸素プラズマを形成し、網目状電極１０４、及び網
目状電極１０５を通って中性活性種を基板表面に輸送、
基板近傍に供給されるシランガスと反応し基板上に二酸
化シリコン膜を形成することが可能である。図１と同様
に２組の網目状電極を用いているが、１組、あるいは３
組以上の網目状電極を用いることができることはいうま
でもない。本実施の形態では基板の下側に成膜している
ため、網目状電極やシラン導入配管等に付着した膜が剥
がれ落ちたとしても基板上に降り積もることがない。よ
って、質の良い膜を形成することができる。Next, an embodiment of the invention according to claim 4 will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the plasma CV shown in FIG.
The D device is arranged upside down, and a shower head for supplying oxygen into the vacuum vessel 101 and an RF electrode 102 for forming plasma, a mesh electrode 104 for confining the plasma, a mesh electrode 105, It comprises a substrate holder 109 capable of heating the substrate and a glass substrate 108 arranged on the substrate holder with good thermal conductivity. Also, exhaust valve 1
A plasma CVD apparatus capable of evacuating the vacuum and exhausting the process gas is constituted by the exhaust device connected to 10. The reaction gas can be supplied from the gas box 107 through the oxygen introduction pipe 103 and the silane introduction pipe 106, and oxygen plasma is formed in a region sandwiched between the RF electrode and the mesh electrode 104, thereby forming a mesh electrode. 104, and transport neutral active species to the substrate surface through the mesh electrode 105;
It is possible to form a silicon dioxide film on a substrate by reacting with a silane gas supplied in the vicinity of the substrate. Two sets of mesh electrodes are used as in FIG. 1, but one set or three sets
It goes without saying that more than two sets of mesh electrodes can be used. In this embodiment mode, since the film is formed on the lower side of the substrate, even if the film attached to the mesh electrode, the silane introduction pipe, or the like peels off, it does not deposit on the substrate. Therefore, a high-quality film can be formed.
【００１９】また、本実施の形態では膜堆積表面が下方
に位置するため、基板搬送時に以下のような注意を払
い、基板を下方に支持したままの搬送を避ける必要があ
る。例えば、金属製のトレイに基板を固定しトレイと一
緒に基板を搬送する方法や、基板搬送後基板ホルダを回
転し上下を反転させる方法を採ることができる。In this embodiment, since the film deposition surface is located below, it is necessary to pay attention to the following when transporting the substrate, and to avoid transporting the substrate while supporting it below. For example, a method in which a substrate is fixed to a metal tray and the substrate is transported together with the tray, or a method in which the substrate holder is rotated and turned upside down after the substrate is transported can be adopted.
【００２０】図５は成膜時に２枚の基板が垂直に配置さ
れ、左右に対象に設置されたプラズマ形成部と基板を覆
うように配置されたシランの導入配管からなるプラズマ
ＣＶＤ装置を示す。真空容器５０１、シャワーヘッド兼
ＲＦ電極５０２、網目状電極５０３、回転式基板ホルダ
５０７からなる。次に、成膜方法を説明する。FIG. 5 shows a plasma CVD apparatus in which two substrates are vertically arranged at the time of film formation, and a plasma forming section is provided on the left and right sides of the object and a silane introduction pipe is arranged to cover the substrates. It comprises a vacuum vessel 501, a showerhead / RF electrode 502, a mesh electrode 503, and a rotary substrate holder 507. Next, a film forming method will be described.
【００２１】＜基板１ロード時＞はじめに第１の基板５
０５を水平搬送し回転式基板ホルダ５０７の１平面に固
定する。固定方法は機械的に圧をかけて行う方法や、静
電チャックによる方法等を用いることができる。<At the time of loading the substrate 1> First, the first substrate 5
05 is conveyed horizontally and fixed on one plane of the rotary substrate holder 507. As a fixing method, a method of mechanically applying pressure, a method of using an electrostatic chuck, or the like can be used.
【００２２】＜基板２ロード時＞次に、回転式ホルダを
１８０度回転し第２の基板５０６を基板ホルダ上に固定
する。なお、基板搬送に必要な機構、搬送時に真空容器
の開口部となるゲートバルブ等を有していることはいう
までもない。<When Loading Substrate 2> Next, the rotary holder is rotated by 180 degrees to fix the second substrate 506 on the substrate holder. Needless to say, a mechanism necessary for transporting the substrate, a gate valve serving as an opening of the vacuum vessel during transport, and the like are provided.
【００２３】＜成膜時＞２枚の基板を基板ホルダに固定
した後、基板ホルダを９０度回転し網目状電極５０３と
対抗する位置に基板を固定する。ここで、シランガス導
入配管５０４を基板に近づけるように移動する。どの程
度近付けるかは、材料や成膜温度等の条件を考慮して決
められ、パーティクル発生が少なく、かつ膜質が均一と
なる位置に移動する。この可動式シラン導入配管は網目
状電極と平行な面を有し、酸素活性種を透過しうる孔
と、シランを噴出しうる孔とを有する。シランを面状に
導入することにより膜厚の均一化が図れる。このような
シラン導入配管の例を図６に示す。図６において、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図に
示すように基板全面を覆うような大きさの平面上のシラ
ン導入配管は、酸素活性種を透過する孔６０１を有し、
基板側の面にはシランを噴出する孔６０２を有する。な
お、このようなシラン導入配管は図４に示す実施の形態
において使用することもできる。<During Film Formation> After the two substrates are fixed to the substrate holder, the substrate holder is rotated 90 degrees and the substrate is fixed at a position opposed to the mesh electrode 503. Here, the silane gas introduction pipe 504 is moved so as to approach the substrate. The degree of approach is determined in consideration of conditions such as the material and the film formation temperature, and the material is moved to a position where the generation of particles is small and the film quality is uniform. This movable silane introduction pipe has a surface parallel to the mesh electrode, and has holes through which oxygen active species can pass and holes through which silane can be ejected. By introducing silane in a plane, the film thickness can be made uniform. FIG. 6 shows an example of such a silane introduction pipe. In FIG.
(A) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view of (a). As shown in the figure, a silane introduction pipe on a plane sized to cover the entire surface of the substrate has holes 601 through which oxygen active species are transmitted.
The surface on the substrate side has a hole 602 for ejecting silane. In addition, such a silane introduction pipe can be used in the embodiment shown in FIG.
【００２４】＜基板回収時＞基板の回収時には、ロード
時と同様に基板を水平位置に戻したのち、搬送機構によ
り順次回収する。２枚同時に成膜を行うことで、装置の
生産能力向上が図れるが、１枚ずつの成膜装置として、
１対のプラズマ形成部と反応部とからなる装置において
も同様の構成を取ることが可能である。<At the time of substrate recovery> At the time of substrate recovery, the substrate is returned to the horizontal position in the same manner as at the time of loading, and then sequentially recovered by the transport mechanism. By simultaneously forming two films, it is possible to improve the production capacity of the device.
The same configuration can be adopted in an apparatus including a pair of plasma forming units and a reaction unit.
【００２５】上記実施の形態では、シラン導入配管は図
６に示すような平面上の配管を採用したが、図３に示す
ようなパイプ状の配管を網の目のように張り巡らしたも
のでも良い。In the above-described embodiment, the silane introduction pipe is a flat pipe as shown in FIG. 6, but a pipe-shaped pipe as shown in FIG. good.
【００２６】なお、本発明は酸素とシランガスあるいは
高次シランガスからなる二酸化シリコン膜の成膜のみな
らず、プラズマによって形成された活性種と原料ガスと
の反応により膜形成を行う用途に応用することが可能で
ある。例えば、４フッ化シランのプラズマ活性種と原子
状水素によるシリコン薄膜の形成やフッ素のプラズマ活
性種とシランガスあるいは高次シランによるシリコン薄
膜の形成、などへの応用が可能である。The present invention is applicable not only to the formation of a silicon dioxide film composed of oxygen and a silane gas or a higher-order silane gas, but also to an application in which a film is formed by a reaction between an active species formed by plasma and a source gas. Is possible. For example, it can be applied to the formation of a silicon thin film using plasma activated species of tetrafluorosilane and atomic hydrogen and the formation of a silicon thin film using plasma activated species of fluorine and silane gas or higher order silane.
【００２７】[0027]
【実施例】請求項１、請求項２に係る発明のプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて二酸化シリコン膜の成膜を行った。３
００×３５０×１．１（ｔ）ｍｍ基板に対し図２に示す
ようにシラン導入機構は外周１００ｍｍ離れ、上部１１
０ｍｍ離れた場所に位置し、網目状電極とは１００ｍｍ
の距離を置いた。基板温度３００℃、成膜圧力１３３Ｐ
ａ、ガス流量：酸素２５ｓｃｃｍ、シラン６ｓｃｃｍ、
ＲＦ電力５０Ｗで、図１，２に示すプラズマＣＶＤ装置
を用いて成膜を行った結果、二酸化シリコン厚１００ｎ
ｍ、基板面内の膜厚分布±６％、絶縁耐圧８ＭＶ／ｃｍ
を得た。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Plasma C according to the first and second aspects of the present invention
A silicon dioxide film was formed using a VD apparatus. 3
As shown in FIG. 2, the silane introduction mechanism is separated from the 00 × 350 × 1.1 (t) mm substrate by 100 mm on the outer circumference and
0mm away from the mesh electrode is 100mm
At a distance. Substrate temperature 300 ° C, deposition pressure 133P
a, gas flow rate: oxygen 25 sccm, silane 6 sccm,
As a result of film formation using the plasma CVD apparatus shown in FIGS.
m, thickness distribution within the substrate surface ± 6%, withstand voltage 8 MV / cm
I got
【００２８】比較のために、図７に示すような従来の構
成により、網目状電極近傍２０ｍｍの位置にシランを導
入し成膜を行った結果、絶縁耐圧は４ＭＶ／ｃｍであっ
た。また、基板３０枚目の成膜後基板上のパーティクル
を測定した。３μｍ以上のパーティクルは前者では１個
／基板であったが、後者では２０個／基板と基板に付着
するパーティクル量に大きな差が生じた。For comparison, silane was introduced at a position 20 mm in the vicinity of the mesh electrode by the conventional structure as shown in FIG. 7 to form a film. As a result, the dielectric strength was 4 MV / cm. In addition, particles on the 30th substrate after the film formation were measured. Particles of 3 μm or more were 1 particle / substrate in the former, but large difference occurred in 20 particles / substrate and the amount of particles adhering to the substrate in the latter.
【００２９】図５に示す装置を用いた成膜では、３００
×３５０×１．１（ｔ）ｍｍ基板に対しシラン導入機構
はｘｙ方向共に１０ｍｍピッチのシラン噴出孔と酸素活
性種透過孔を用い、基板から４０ｍｍ、網目状電極とは
１００ｍｍの位置に可動式シラン導入配管を配置した。
基板温度３００℃、成膜圧力１３３Ｐａ、ガス流量：酸
素２５ｓｃｃｍ、シラン６ｓｃｃｍ、ＲＦ電力５０Ｗ、
シラン、酸素共にＨｅで１０倍に希釈した。その結果、
二酸化シリコン厚１００ｎｍ、基板面内の膜厚分布±４
％、絶縁耐圧８ＭＶ／ｃｍであった。５０枚の成膜を行
っても、３μｍ以上のパーティクルは１〜２個／基板で
あった。In the film formation using the apparatus shown in FIG.
The silane introduction mechanism for a × 350 × 1.1 (t) mm substrate uses silane ejection holes and oxygen active species transmission holes with a pitch of 10 mm in both the xy directions, and is movable 40 mm from the substrate and 100 mm away from the mesh electrode. A silane introduction pipe was arranged.
Substrate temperature 300 ° C., film formation pressure 133 Pa, gas flow rate: oxygen 25 sccm, silane 6 sccm, RF power 50 W,
Both silane and oxygen were diluted 10 times with He. as a result,
Silicon dioxide thickness 100 nm, thickness distribution in substrate plane ± 4
%, Withstand voltage 8 MV / cm. Even when 50 sheets were formed, the number of particles having a size of 3 μm or more was 1 to 2 per substrate.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明のプラズマＣＶＤ装置によれば、
膜中にパーティクルが取り込まれることが少なく質の高
い膜の形成が可能になる。特に、二酸化シリコン膜の形
成では、絶縁耐圧の高い膜を形成できる。According to the plasma CVD apparatus of the present invention,
Particles are less likely to be incorporated into the film, and a high-quality film can be formed. In particular, in forming a silicon dioxide film, a film having a high withstand voltage can be formed.
【図１】本発明の実施の形態を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】シラン導入配管と基板との位置関係を説明する
図。FIG. 2 is a diagram illustrating a positional relationship between a silane introduction pipe and a substrate.
【図３】シラン導入配管を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a silane introduction pipe.
【図４】本発明の実施の形態を示す図。FIG. 4 illustrates an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の形態を示す図。FIG. 5 illustrates an embodiment of the present invention.
【図６】シラン導入配管を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a silane introduction pipe.
【図７】従来技術の一例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of a conventional technique.
１０１ 真空容器 １０２ シャワーヘッド兼ＲＦ電極 １０３ 酸素導入配管 １０４ 網目状電極 １０５ 網目状電極 １０６ シラン導入配管 １０７ ガスボックス １０８ 基板 １０９ 基板ホルダ １１０ 排気バルブ １１１ プラズマ ３０２ 噴出孔 ５０１ 真空容器 ５０２ シャワーヘッド兼ＲＦ電極 ５０３ 網目状電極 ５０４ 可動式シラン導入配管 ５０５ 基板１ ５０６ 基板２ ５０７ 回転式基板ホルダ ５０８ プラズマ Reference Signs List 101 vacuum vessel 102 showerhead and RF electrode 103 oxygen introduction pipe 104 mesh electrode 105 mesh electrode 106 silane introduction pipe 107 gas box 108 substrate 109 substrate holder 110 exhaust valve 111 plasma 302 ejection hole 501 vacuum vessel 502 showerhead and RF electrode 503 Reticulated electrode 504 Movable silane introduction pipe 505 Substrate 1 506 Substrate 2 507 Rotary substrate holder 508 Plasma
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田邉 浩 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−21393（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−167596（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−141217（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−60528（ＪＰ，Ｕ) 特許2650465（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/31 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Tanabe 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation (56) References JP-A-5-21393 (JP, A) JP-A-8 -167596 (JP, A) JP-A-4-141217 (JP, A) JP-A-1-60528 (JP, U) Patent 2650465 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB) Name) C23C 16/00-16/56 H01L 21/205 H01L 21/31
Claims (2)
のプラズマを形成するプラズマ形成室と、前記反応室と
前記プラズマ形成室とを分離し、前記第１のガスのプラ
ズマを閉じこめ活性種を通過させる電極部と、前記活性
種との気相反応あるいは基板上での表面反応によって前
記基板上に所望の膜を形成する第２のガスを導入する導
入口とからなるプラズマＣＶＤ装置において、前記第２
のガスの導入口は基板の配置位置よりも外側で且つ前記
電極部と前記基板との間で前記電極部よりも前記基板に
近い位置に配置されることを特徴とするプラズマＣＶＤ
装置。A first chamber for forming a desired film; a plasma forming chamber for forming a plasma of a first gas; separating the reaction chamber from the plasma forming chamber; Plasma CVD comprising an electrode portion for passing the confined active species and an inlet for introducing a second gas for forming a desired film on the substrate by a gas phase reaction with the active species or a surface reaction on the substrate. In the apparatus, the second
Wherein the gas inlet is disposed outside the position of the substrate and between the electrode portion and the substrate at a position closer to the substrate than the electrode portion.
apparatus.
が垂直方向で４０〜１５０ｍｍであることを特徴とする
請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。2. The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the distance between the substrate and the inlet of the second gas is 40 to 150 mm in a vertical direction.
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