JPH02238626A - 絶縁膜作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は薄膜トランジスタ等の層間絶縁膜や保護膜、お
よび薄膜コンデンサ等に用いる絶縁膜等の作成装置に関
するものであり、より詳細にはプラズマを用いた基板の
直接酸化装逼や直接窒化装置に係わるものである。

従来の技術 従来、例えば薄膜トランジスタの層間絶縁膜の作成技術
としてＣＶＤ法等による酸化シリコンや窒化シリコン等
の堆積膜が利用されていた。

しかし、堆積膜では絶縁膜と半導体との間の界面特性が
悪いという問題や耐圧性が不十分であるという問題があ
る。そこで、基板となるシリコンやガリウムー砒素の表
面を、酸素または窒素のプラズマで直接酸化、または窒
化する絶縁膜の作成技術が研究されている。その方法は
、酸素または窒素の雰囲気中で基板を陽極とした直流放
電を利用する陽極酸化法や陽極窒化法が主体であるが、
この方法では放電の安定性や制御性、および基板の大形
化への対応に問題がある。

そこで本出願人らは高真空下で、マイクロ波電力と共鳴
磁界とを用い、高密度な電子サイクロトロンプラズマを
発生できる第４図（ａ）に示すような装置を用いること
により、制御性良く大形基板上に絶縁膜を作成する技術
について検討している。

以下、この装置について簡単に説明する。

１が表面を酸化もしくは窒化して絶縁膜を作成する基板
であり、この基板１は直流電源２によりアースに対して
正電圧が印加された基板ホルダー３に固定されて酸素も
しくは窒素の電子サイクロトロンプラズマ（以下、単に
プラズマと略記する）４が照射される。

５はステンレス製の放電室で、その中に挿入された同じ
くステンレス製のアンテナ６から２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波電力７を放射してプラズマ４を発生する。なお、
８は共鳴磁界を与えるためのソレノイドである。

マイクロ波電力７はマイクロ波発振器（図示せず）から
供給され、矩形導波管９と同軸管１０とを経て放電室４
に送られる。１１は真空をシールすると共にマイクロ波
電力を透過するセラミック製のマイクロ波窓であり、１
２はマイクロ波電力７の反射を調整するための可動短絡
板で、同軸管１０の内導体１０ａと外導体１０ｂとを電
気的に短絡するものである。

１３は酸素ガスまたは窒素ガス等の供給管である。放電
室５は真空チャンバ１４と共にアースに接続されている
。

この装置により、酸素プラズマを発生すれば酸化膜を、
あるいは窒素プラズマを発生すれば窒化膜を基板１の表
面上に作成することができる。

なお、基板１に正電圧を印加しないと絶縁膜の作成速度
が極めて遅い。その理由は明らかではないが、直流放電
を用いる通常の陽極酸化法または陽極窒化法と同様に、
プラズマ中の陰イオン、もしくは電子が膜の形成に関与
しているためであろう。そのため正電圧の印加は不可欠
であり、数十Ｖから数百Ｖを印加する必要がある。

発明が解決しようとする課題 しかし、第４図（ａ）の装置を用いて絶縁膜を作成する
と、次第にマイクロ波窓１１の表面１１ａに導電性の膜
が付着してしまう。その結果、マイクロ波電力７がその
導電性膜により反射されて放電室５に入り難くなり、放
電が不安，定になるという問題があった。

この導電性の膜が付着する原因は、プラズマ４の空間電
位と放電室５との電位差に関するものであり、以下その
理由を説明する。

第４図（ａ）の基板１上の点Ａから放電室５内の点Ｂま
での間の電位を表わすと第４図（ｂ）に示すようになる
。第４図（ｂ）の横軸は上述の点Ａから点Ｂまでの距離
で、縦軸はアースを基準とした電位である。点Ａの電位
は直流電源２で印加した電圧であり、点Ｂではアース電
位である。点Ａと点Ｂとの間にはプラズマ４が存在し、
しかもプラズマ４は点Ａの基板１面に接触しているため
プラズマ４の空間電位は点Ａの電位に引きずられて図の
様に正電位側に上昇している。

そのためにプラズマ４中の陽イオンがプラズマ４の空間
電位と放電室５のアース電位との間の電位差（図中のＶ
）で加速され放電室５の内面に衝突する。

この衝突のエネルギー、すなわち上記電位差■が、構成
材料であるステンレスのスバ・ソタされる閾値電圧以上
であると、ステンレス製の放電室５の内面がスパッタさ
れて飛び散りマイクロ波窓１１の内面１１ａに付着する
のである。

なお、通常スパッタされる閾値電圧は数十ｖ程度である
。

また、図４（ｂ）中の点Ａおよび点Ｂの近傍でそれぞれ
電位が急激に変化している所はシースの部分である。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明では放電室内に酸素
もしくは窒素を含んだガスとマイクロ波電力とを投入す
ることにより発生するプラズマの空間電位と、この放電
室の内面の電位との電位差を、放電室の内面の構成材料
がスパッタされる閾値電圧以下となるように構成したこ
とを特徴とする。

作　　　用 上記手段によりプラズマによって放電室がスパッタされ
るのを防止することができ、その結果、前記スパッタに
よってマイクロ波窓に導電性の膜が形成さたり放電が不
安定になるという問題を解消できる。

実施例 以下、本発明の実施例を説明する。なお、本実施例にお
いて、第４図の従来例と同一の構成要素には同一の番号
を付している。

第１図（ａ）、（ｂ）に本発明の第１の実施例を示す。

第１図（ａ）において、１５はプラズマ４を放電室５内
に閉じこめるための細孔を宵する薄板状の電極で、具体
的には１００メッシュの金網を用いている。

この実施例においてはさらに基板１と真空チャンバ１４
との間の放電を防ぎ、真空チャンバ１４がスパッタされ
るのを抑えるために絶縁物の覆い１６を設けている。

この構成により、基板１と金網電極１５との間にはプラ
ズマ４が存在せず、放電室５内のプラズマ４は基板１と
電気的に切り離されている。また、プラズマ４は放電室
５に囲まれているため、プラズマ４の空間電位は放電室
５の電位とほぼ等しくなる。

それ故、基板１上の点Ａ七放電室５内の点Ｂとの間の電
位は第１図（ｂ）のようになる。図中点Ｃは金網電極１
５の位置である。

このように放電室５内のプラズマ４の空間電位は放電室
５の電位とほぼ等しくなりその電位差Ｖが極めて小さい
。

従って、電位差Ｖが、放電室５の構成材料であるステン
レスがスバッタされる閾値電圧より充分に小さいため、
放電室５の内面がスパッタされることがない。そのため
に、マイクロ波窓１１に導電性の膜が付着するという問
題が生じない。

次に、本発明の第２の実施例について第２図（ａ）、（
ｂ）により説明する。

前述したように、絶縁膜の形成にはプラズマ４中の陰イ
オン、もしくは電子が関与していると考えられる。

そこで第２図（ａ）のように真空チャンバ１４と金網電
極１５との間を絶縁物１７で絶縁し、かつ金網電極１５
と放電室５とを電気的に接触して、電源１８によりアー
スに対して負電圧を印加してプラズマ４中の陰イオンま
たは電子を基板１に照射することによっても絶縁膜を作
成できる。

第２図（ｂ）に、基板１表面上の点Ａから放電室５内の
点Ｂまでの電位を示す。放電室５内のプラズマ４の空間
電位は放電室５の電位に引きずられて負電圧側に下がる
が、基板１と金網電極１５との間にはプラズマ４が存在
せず、放電室５内のプラズマ４は基板１と電気的に切り
離されている。

そのため、プラズマ４の空間電位は放電室５の電位とほ
とんど等しく、第１の実施例と同様に放電室５の内面が
スパッタされることがなく、従ってマイクロ波窓１１に
導電性の膜が付着するという問題が生じない。

なお、本実施例では基板１をアース電位としているが、
従来例のように基板１に正電圧を印加しても良い。

次に、本発明の第３の実施例について第３図（ａ）、（
ｂ）により説明する。本実施例は、第２の実施例におけ
る金網電極１５と放電室５の間を絶縁物１９で絶縁し、
電源２０を用いて金網電極１５にアースに対して負電圧
を印加すると共に放電室５を電気的に浮かしたものであ
る。

この場合、放電室５内のプラズマ４の空間電位はプラズ
マ４が接触する金網電極１５の電位に弓きすられて下が
り、放電室５の電位はプラズマ４の浮動電位になる。こ
の電位分布の様子を第３図（ｂ）に示した。

プラズマ４の空間電位と浮動電位との差　は数Ｖ程度で
あり、そのために放電室５の内面がスパッタされること
はなく、従ってマイクロ波窓１１に導電性の膜が付着す
るという問題が生じない。

また、金網電極１５の電位とプラズマの空間電位との差
■゛もわずかであり、金網電極１５がスパッタされるこ
ともない。

なお、上記実施例では絶縁膜を作成するガスとして酸素
ガスと窒素ガスを例に説明したが、ガスの種類としては
Ｎ２０やＮ　Ｈ　ｓ等、酸素や窒素を含むガスであれば
かまわない。

また、細孔を有する薄板状の電極も上記実施例で用いた
金網に限るものではなく、孔の形状も特に規定するもの
ではない。

さらに、放電室や薄板吠の電極に負電圧を印加する電源
は直流電源に限らず、しばしば利用される１３．５６Ｍ
Ｈｚ等の高周波電源であってもよい。

上記実施例では、放電室内にアンテナを用いてマイクロ
波電力を投入する方式について説明したが、本発明はマ
イクロ波電力の投入方式や放電室の形状、および磁界の
与え方等を何ら規定するものではない。

発明の効果 本発明の絶縁膜作成装置によれば、プラズマによって放
電室がスパッタされることがないため、マイクロ波窓の
表面に付着した導電性の膜がマイクロ波電力を反射して
放電室に入り難くすることにより、放電が不安定になる
という従来例の問題点を解消できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例における
絶縁膜作成装置の概略構成図とその電位分布図、第２図
（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施例における絶縁膜
作成装置の概略構成図とその電位分布図、第３図（ａ）
、（ｂ）は本発明の第３の実施例における絶縁膜作成装
置の概略構成図とその電位分布図、第４図（ａ）、（ｂ
）は従来例の絶縁膜作成装置の概略構成図とその電位分
布図である。 １．，，基板、２．．．直流電源、４．．．プラズマ、
５．．．放電室、７．．．マイクロ波電力、１１．．．
マイクロ波窓、１　５　．．．金網電極、１７、　１　
９　．．．絶縁物、１８、　２０．．．電源。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名濾 昧 城 Ｃ’Ｊ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電室内に酸素もしくは窒素を含んだガスとマイ
   クロ波電力とを投入することにより発生するプラズマの
   空間電位と、前記放電室の内面の電位との電位差を、前
   記放電室の内面の構成材料がスパッタされる閾値電圧以
   下となるように構成したことを特徴とする絶縁膜作成装
   置。
2. （２）放電室と絶縁膜を作成する基板との間に細孔を有
   する薄板状の電極を設け、該電極の電位を前記基板の電
   位に比べて相対的に負電位となるように構成したことを
   特徴とする請求項１記載の絶縁膜作成装置。
3. （３）電極と放電室とを電気的に接触してアースに接続
   すると共に、基板にアースに対して正電圧を印加するよ
   うに構成したことを特徴とする請求項２記載の絶縁膜作
   成装置。
4. （４）電極と放電室とを電気的に接触してアースに対し
   て負電圧を印加すると共に、基板をアースもしくはアー
   スに対して正電圧を印加するように構成したことを特徴
   とする請求項２記載の絶縁膜作成装置。
5. （５）電極と放電室とを電気的に絶縁し、前記電極にア
   ースに対して負電圧を印加し、かつ放電室をアースから
   電気的に切り離すと共に、基板をアースもしくはアース
   に対して正電圧を印加するように構成したことを特徴と
   する請求項２記載の絶縁膜作成装置。