JPH0892746A - プラズマ化学蒸着方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フレーク及びパウダーの発生を抑制すること
ができ、均一で良質な薄膜の形成を可能とする。 【構成】 反応容器１内に配設されアノード電極３と対
向するカソード電極２の面に高開口率の多孔質金属部８
が設けられ、反応ガス導入管５を介してカソード電極２
内に供給された反応ガスは上記多孔質金属部８を経てカ
ソード電極２とアノード電極３の間のプラズマ発生空間
に供給されることによって、反応ガスは多孔質金属部８
を低速で通過し、出口側でその濃度がほゞ均一なため、
フレークやパウダーの発生が抑制され、基板７面に膜厚
分布が均一でピンホールの少ない良質の非晶質薄膜を形
成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
（以下ａ−Ｓｉとする）薄膜、窒化シリコン（以下Ｓｉ
Ｎ_x とする）薄膜などの半導体膜や絶縁膜などを形成す
る化学蒸着（Chemical Vapor Deposition,以下ＣＶＤと
する）型薄膜形成に用いられる高周波プラズマＣＶＤ方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の平行平板型高周波プラズマＣＶＤ
装置を図３により説明する。図３に示す従来の装置にお
いては、反応容器１が設けられ、同反応容器１内には、
カソード電極２、カソード電極２と対向する位置にアノ
ード電極３、カソード電極２の側面及び裏面にアースシ
ールド４が配置されていた。

【０００３】カソード電極２は中空になっており、アノ
ード電極３に対向した部分に直径０．１〜０．５mm程度
の多数のガス導入孔２ａが設けられていた。なお、カソ
ード電極２にはガス導入管５が接続されており、アノー
ド電極３上に基板７が設置される。

【０００４】次に、この装置を用いて、例えばａ−Ｓｉ
薄膜を形成する場合について説明する。反応容器１内は
真空ポンプ（図示省略）により薄膜形成に必要な所定の
真空度に真空引きされる。

【０００５】モノシラン（以下ＳｉＨ₄ とする）などの
反応ガスは反応ガス導入管５よりカソード電極２の中空
部に供給され、アノード電極３上に設置された基板７の
表面に均一に供給される。通常、この方式はシャワー方
式と呼ばれ、大面積の基板表面にも均一にガスを供給で
きるという特徴をもっている。

【０００６】高周波電源（図示省略）より１３．５６Ｍ
ＨＺの高周波電力をインピーダンス整合器（図示省略）
を介してカソード電極２に供給すると、カソード電極２
の側面及び裏面はアースシールド４で囲われているた
め、この部分ではプラズマは発生せず、カソード電極２
とアノード電極３との間でグロー放電プラズマが発生す
る。

【０００７】そして、カソード電極２表面に設けられた
ガス導入孔２ａよりシャワー状に供給される反応ガス、
例えばＳｉＨ₄ は、プラズマにより解離され、基板７表
面にａ−Ｓｉ薄膜を堆積する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のシャワー方式の
装置においては、カソード電極表面に設けられた微小な
ガス導入孔より反応ガスを供給するため、反応ガスは高
速でプラズマ中へ噴き出していた。

【０００９】上記カソード電極のガス導入孔周囲には、
内部応力の高い膜が堆積するため、成膜時に図４に示す
ように堆積した膜の端部が高速で噴出するガスにより吹
き飛ばされてフレークとなり、これが基板７上へ飛来し
て付着していた。

【００１０】また、反応ガスをシャワー状に供給するた
め、ガス導入孔出口周辺の反応ガス濃度が高く、その間
は低いため、ガス導入孔出口周辺では高次シランである
パウダーが発生しやすく、膜質の不均一を発生し、ま
た、図５に示すように反応ガス濃度分布の不均一による
膜厚分布の不均一を発生していた。

【００１１】上記のように、従来のシャワー方式の装置
においては、フレーク及びパウダーや膜厚分布の不均一
性によるピンホールを発生させやすい構造となってお
り、これが製品の歩留り低下の原因となっていた。

【００１２】この対策として、フレーク及びパウダーの
発生を抑制し、膜厚の均一化を図るためにカソード電極
のガス導入孔を大口径化し、ガス導入孔出口での反応ガ
スを低速化・低密度化することが考えられる。しかし、
このような対策を採用した場合、ガス導入孔内部で異常
放電が発生し、膜質・膜厚共に劣化するという実用上の
課題があった。

【００１３】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、フレーク及びパウダーの発生を抑制す
ることができ、大面積基板上に均一で良好な膜質の薄膜
を形成することができる高周波プラズマＣＶＤ装置を提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明のプラズマＣＶＤ方法は、反応容器内に設
けられ側面及び裏面がアースシールドで囲まれた中空の
カソード電極内に反応ガス導入管を介して反応ガスを供
給し、同反応ガスをカソード電極のアノード電極と対向
する面に設けられた高開口率の多孔質金属部を介してカ
ソード電極とアノード電極の間の空間に排出させた後、
上記カソード電極に高周波電力を供給して上記空間にプ
ラズマを発生させ、上記アノード電極のカソード電極に
対向する面に配設された基板面に非晶質薄膜を形成する
ことを特徴としている。

【００１５】（２）本発明のプラズマＣＶＤ装置は、反
応ガス排気管が接続された反応容器内にカソード電極と
アノード電極が対向して配設され、上記カソード電極に
は反応ガス導入管が接続され高周波電源が接続され側面
と裏面にアースシールドが設けられ、上記アノード電極
にはヒータが内蔵され、同アノード電極のカソード電極
と対向する面に非晶質薄膜が形成される基板が配設され
るプラズマＣＶＤ装置において、上記カソード電極の上
記アノード電極と対向する面に高開口率の多孔質金属部
が設けられて中空のカソード電極が形成されたことを特
徴としている。

【００１６】

【作用】上記発明（１）において、反応ガス導入管を介
してカソード電極内に供給された反応ガスは、多孔質金
属部の孔を通ってカソード電極とアノード電極の間のプ
ラズマを発生する空間に供給される。

【００１７】上記多孔質金属部は極めて開口率が大きい
ため、これを通過する反応ガスは低速であり、フレーク
の発生が抑制される。また、上記多孔質金属部の出口側
での反応ガス濃度の分布もほゞ均一のため、パウダーの
発生が抑制され、基板面に形成される非晶質薄膜は均一
な膜厚分布のものが形成される。

【００１８】上記発明（２）においても、カソード電極
内からカソード電極の間のプラズマを発生する空間に供
給される反応ガスが極めて開口率の大きい多孔質金属部
を通過するため、上記発明（１）と同様、フレークやパ
ウダーの発生が抑制され、基板面に膜厚分布が均一な非
晶質薄膜を形成することが可能となる。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置
を図１により説明する。図１に示す本実施例の装置は、
反応ガス排気管９が接続された反応容器１、同反応容器
１内に配設され裏面側に反応ガス導入管５が接続され側
面及び裏面にアースシールド４が設けられたカソード電
極２、同カソード電極２にインピーダンス整合器１１を
介して接続された高周波電源１０、および上記カソード
電極２と対向して上記反応容器１内に配設され内部にヒ
ータ６が設けられたアノード電極３を備え、同アノード
電極３の上記カソード電極２と対向する面に基板７が設
置されるプラズマＣＶＤ装置において、上記カソード電
極２のアノード電極３と対向する面に設けられた多孔質
金属部８を備え、上記カソード電極２が中空状に形成さ
れている。

【００２０】次に、この装置を用いて、ａ−Ｓｉ薄膜を
形成する場合について、以下に説明する。まず、反応容
器１内は、真空ポンプ（図示省略）により反応ガス排気
管９を介して排気され、非晶質薄膜形成に必要な所定の
真空度に真空引きされる。

【００２１】真空ポンプにより真空引きされた反応容器
１内には、反応ガス導入管５を介して反応ガス、例えば
ＳｉＨ₄ を供給した後、高周波電源１０より１３．５６
ＭＨＺの高周波電力がインピーダンス整合器１１を介し
て前記カソード電極２に供給される。

【００２２】このカソード電極２の側面及び裏面は、ア
ースシールド４により囲まれているため、この部分では
プラズマは発生せず、カソード電極２とアノード電極３
との間でのみグロー放電プラズマが発生する。

【００２３】上記反応ガス導入管５を介して供給された
反応ガスは、カソード電極２の表面に設けられた多孔質
金属部（この材料としては例えばステンレス鋼等が使用
される）８を介してカソード電極２とアノード電極３の
間に空間に供給される。この多孔質金属部８はその開口
率が５０〜９８％であり、反応ガスが均一かつ低速でプ
ラズマ中に供給されるため、フレークやパウダー発生の
ない均一な膜厚分布が形成される。

【００２４】本実施例に係る装置の性能確認のため、実
際に基板７表面にａ−Ｓｉ薄膜を堆積させており、以下
その内容を説明する。アノード電極３表面に基板７を設
置し、アノード電極３に内蔵されたヒータ６により２０
０〜３００℃に加熱した。反応容器１の真空度が１×１
０^-8Torrまで到達した後、反応ガス導入管５からＳｉＨ
₄ ガスを１０cc／min の流量で供給し、反応容器１内の
圧力を５．０×１０^-2Torrに設定・調整した。

【００２５】上記条件の下で高周波電源１０からインピ
ーダンス整合器１１を介して高周波電力を印加し、基板
７表面にａ−Ｓｉ薄膜を堆積させた。この場合、２〜４
オングストローム／秒の成膜速度が得られた。

【００２６】また、成膜時にプラズマ中のパウダー発生
数をミー散乱方法により観測した結果を、従来の装置を
用いて上記の条件で成膜させたものとの間で比較したと
ころ、パウダー発生数は１００分の１以下に抑制されて
いた。更に、大面積基板（５００mm×５００mm）に対し
て成膜させたところ、図２に示すように一様な膜厚分布
が得られた。

【００２７】

【発明の効果】本発明のプラズマ化学蒸着方法及び装置
においては、反応容器内に配設されアノード電極と対向
するカソード電極の面に高開口率の多孔質金属部が設け
られ、反応ガス導入管を介してカソード電極内に供給さ
れた反応ガスは上記多孔質金属部を経てカソード電極と
アノード電極の間のプラズマ発生空間に供給されること
によって、反応ガスは多孔質金属部を低速で通過し、出
口側でその濃度がほゞ均一なため、フレークやパウダー
の発生が抑制され、基板面に膜厚分布が均一でピンホー
ルの少ない良質の非晶質薄膜を形成することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＣＶＤ装置の説明図で
ある。

【図２】上記一実施例において得られたアモルファスシ
リコン膜厚分布の説明図である。

【図３】従来の平行平板型高周波プラズマＣＶＤ装置の
構成概略図である。

【図４】従来の高周波プラズマＣＶＤ装置に係るカソー
ド電極のガス導入孔におけるフレーク発生状況の説明図
である。

【図５】従来の高周波プラズマＣＶＤ装置で得られたア
モルファスシリコンの膜厚分布の説明図である。

【符号の説明】

１ 反応容器 ２ カソード電極 ３ アノード電極 ４ アースシールド ５ 反応ガス導入管 ６ ヒータ ７ 基板 ８ 多孔質金属部 ９ 反応ガス排気管 １０ 高周波電源 １１ インピーダンス整合器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器内に設けられ側面及び裏面がア
   ースシールドで囲まれた中空のカソード電極内に反応ガ
   ス導入管を介して反応ガスを供給し、同反応ガスをカソ
   ード電極のアノード電極と対向する面に設けられた高開
   口率の多孔質金属部を介してカソード電極とアノード電
   極の間の空間に排出させた後、上記カソード電極に高周
   波電力を供給して上記空間にプラズマを発生させ、上記
   アノード電極のカソード電極に対向する面に配設された
   基板面に非晶質薄膜を形成することを特徴とするプラズ
   マ化学蒸着方法。
2. 【請求項２】 反応ガス排気管が接続された反応容器内
   にカソード電極とアノード電極が対向して配設され、上
   記カソード電極には反応ガス導入管が接続され高周波電
   源が接続され側面と裏面にアースシールドが設けられ、
   上記アノード電極にはヒータが内蔵され、同アノード電
   極のカソード電極と対向する面に非晶質薄膜が形成され
   る基板が配設されるプラズマ化学蒸着装置において、上
   記カソード電極の上記アノード電極と対向する面に高開
   口率の多孔質金属部が設けられて中空のカソード電極が
   形成されたことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。