JPH01246367A - 膜形成装置および膜形成方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、基板上に薄膜を形成する膜形成装置に係わり
、特に電子サイクロトロン共鳴によるプラズマを利用し
た膜形成装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体製造プロセスにおける薄膜形成方法の一つ
として、プラズマ気相成長法（プラズマＣＶＤ法）が広
く用いられている。さらに成長速度を大きくするために
、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを使った
ＣＶＤ法も開発されている。

第４図は、ＥＣＲプラズマを用いた従来のＳ形成装置を
示す概略構成図である。この装置では、マイクロ波電源
４４によるマイクロ波励起によりプラズマ生成室４１に
プラズマを発生させるが、同時にマグネットコイル５０
による磁界を印加することによって、プラズマ生成室４
１内の電子サイクロトメン共鳴条件を満足する領域で高
密度プラズマを発生させる。例えば、２．４５ＧＨｚの
マイ゛クロ波に対して、この電子サイクロトロン共鳴条
件を満足する磁束密度は８７５ガウスである。マグネッ
トコイル５０による磁界は、基板４６の方向にその強度
が減少する。所謂発散磁界となっており、このためプラ
ズマ生成室４１に生じた高密度プラズマ中の電子が基板
方向に流れ出してくる。さらに、この電子に引張られて
プラズマ中のイオンも基板に向って進行する。そして、
膜堆積室４２に導入された反応ガスと上記イオンとが反
応して基板４６上に膜が形成されるものとなっている。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、従来のＥＣＲプラズマを使った装置に
おいては、第４図にも示したように、プラズマ生成室４
１から流れ出してくる電子及びイオンの流束５１に対し
て装置構成は対称となっている。このため、基板４６上
に形成された素子は電子線により損傷を受け、その特性
が劣化するという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来のＥＣＲプラズマを使った膜形成装置
においては、基板にプラズマ中の電子線が照射されるた
め、基板上に形成された素子の特性が劣化するという問
題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
は、電子線による損傷を与えることなく、ＥＣＲプラズ
マを利用して基板上に膜を形成することができ、素子特
性の劣化を防止し得る膜形成装置を提供することにある
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、マイクロ波励起によりプラズマが形成される
プラズマ生成室、このプラズマ生成室と連結され薄膜が
形成される基板が配置される膜堆積室、およびプラズマ
生成室に磁界を印加する磁界発生装置を備えた膜形成装
置において、磁力線が前記基板の表面に平行な磁界を前
記膜堆積室内に印加する磁界発生装置を設けたことを特
徴とする膜形成装置である。また１本発明は、マイクロ
波励起によりプラズマ生成室にプラズマを形成し。

このプラズマ生成室に磁界を印加して電子サイクロトロ
ン共鳴による高密度プラズマを発生させ、この高密度プ
ラズマをプラズマ生成室に印加した磁界の発散により、
薄膜が形成される基板が配置される膜堆積室に引き出し
て基板に薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記基
板に、磁力線が基面の表面に平行な磁界を印加すること
を特徴とする薄膜形成方法である。

本発明の特徴は、膜堆積室内に新たに基板表面に平行に
なるような磁界を印加することにより、プラズマ中のイ
オンは基板に照射されるが、電子は照射されないように
したことにある。

本発明において、基板表面付近に磁界を印加する磁界発
生装置は電磁界でも良く、永久磁石でも良い。また、基
板に堆積させる薄膜は酸化シリコンや窒化シリコンやそ
の他の絶縁膜、或いは金属膜の場合にも、本発明は適用
できる。

（作　用） プラズマ生成室から電子とイオンが流れ出して来て基板
に向って進んでくる。そして、基板表面に平行に印加さ
れた磁界により、電子とイオンはローレンツの力を受け
るが１両者の質量の違いのため電子のみが容易にその軌
道が曲げられる。その結果、基板方向にはイオンのみが
向って行くことになる。それゆえ、基板には電子が照射
されず基板上に形成された素子の特性の劣化が抑制され
る。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の実施例に係わる膜形成装置を示す概略
構成図である。膜形成装置は真空室１を備え、この真空
室１はプラズマ生成室２と膜堆積室３とからなっている
。プラズマ生成室２には。

プラズマ生成用ガスを導入するためのガス導入口４及び
マイクロ波電源５からのマイクロ波電力を印加するため
のマイクロ波導波管６が夫々接続されている。膜堆積室
３内には、基板７を載置するための基板ホルダー８が設
置されており、また反。

応ガスを導入するためのガス導入口９及び真空排気する
ためのガス排気口１０が接続されている。

プラズマ生成室２の周囲には、磁界を印加するためのマ
グネットコイル１１が設けられている。また、このマグ
ネットコイル１１が発散磁界を形成するために、コイル
は図中の右の端近くでやや粗に巻かれている。さらに、
膜堆積室３の周囲には、基板７の表面に平行な磁界を印
加するためのマグネットコイル１２が設けられている。

本実施例においては、マイクロ波電源５の周波数を２．
４５ＧＨｚとし、プラズマ生成室の中心部付近での磁界
強度は電子サイクロトロン共鳴条件を満足する８７５ガ
ウスにし、また、基板７の表面付近でのマグネットコイ
ル１２による磁界強度は５０ガウスとした。

次に、上記実施例装置を用いて酸化シリコン膜を形成す
る方法及び素子特性の劣化の抑制効果について説明する
。

まず、プラズマ生成室２と膜堆積室３との内部をＩ　Ｘ
ｌ０−’Ｔｏｒｒまで排気した後、ガス導入口４からプ
ラズマ生成用ガスとして例えば０２ガスを２０ｃｃ／ｍ
ｉｎの流量で導入する。そして、プラズマ生成室２内に
磁界を印加すると共に、例えば３００すのマイクロ波電
力を印加して酸素の高密度プラズマを発生させる。高密
度プラズマ中から電子及びイオンが発散磁界により引出
され基板７の方向に向って進んで行くが、マグネットコ
イル１２による基板表面に平行な磁界のため、第２図に
示す如く電子の流束１３は基板７上に到達せず、イオン
の流束１４のみが基板７上に到達することになる。実際
、発散磁界により出てくる電子のエネルギーは２０ｅＶ
程度であるため、５０ガウスの磁界中ではローレンツ力
により半径約０．３ｃｘｎのらせん運動をすることにな
る。

膜堆積室３内には、ガス導入口９から反応ガスとして、
例えばＳｉ）！４ガスを１０ｃｃ／ｗｉｎの流量で導入
する。この時、膜堆積室３内の圧力は５Ｘ１０−’Ｔｏ
ｒｒとなっていた。プラズマ生成室２内のプラズマから
引出された酸素イオンと上記ＳｉＨ，ガスとが反応して
、基板７上には９００人／ｗｉｎの堆積速度で酸化シリ
コン膜が堆積した。

膜堆積中には、高密度プラズマ中から出る電子線は前述
したように基板７上には殆ど照射されないため、基板７
に形成された素子の照射損傷はなくなる。実際、第３図
に示す如きＳｉ基板３１上にゲート酸化膜３２を介して
ゲート電極３３を形成したＭＯＳキャパシタに、実施例
装置で酸化シリコン膜３４を堆積したところ、照射損傷
により生じる中性トラップの密度は５　Ｘ　１０”　ｃ
ｍ−”以下となり、第４図に示した従来装置による場合
の１０分の１以下に抑えられた。

本実施例によれば、膜堆積室内に基板表面に平行な磁界
を印加することにより、基板にプラズマ中からの電子を
照射させることなく、基板上に膜形成することができる
。このため、基板に形成された素子の特性劣化を大幅に
抑制することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、基板表面付近に磁界を印加するためのマグ
ネットコイルの巻き方や、位置さらに磁界の強さは適宜
変更可能であり、また、永久磁石を用いてもよい。即ち
、プラズマ中からの電子が極力基板に到達し、ないよう
にすればよい。

また、堆積させる膜は酸化シリコンに限らず、窒化シリ
コンやその他の絶縁膜、或いは金属膜の堆積に対しても
本発明は有効であることはいうまでもない。さらに、基
板にバイアス電圧を印加する方法に対しても本発明は有
効である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、ＥＣＲプラズマを
使った膜形成中において、基板は電子線の照射損傷を受
けなくなるので、基板に形成した素子の特性劣化を大幅
に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる膜形成装置を示す概
略構図、第２図は上記装置の作用を説明するための模式
図、第３図は膜形成された基板を示す断面図、第４図は
従来装置を示す概略構成図である。 ２・・・プラズマ生成室　３・・・膜堆積室４・・・ガ
ス導入口　　　５・・・マイクロ波電源７・・・基板　
　　　　　　１１・・・マグネットコイル１２・・・マ
グネットコイル 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之 ＠　　１　　因 第　　２　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波励起によりプラズマが形成されるプラ
   ズマ生成室、このプラズマ生成室と連結され薄膜が形成
   される基板が配置される膜堆積室、およびプラズマ生成
   室に磁界を印加する磁界発生装置を備えた膜形成装置に
   おいて、磁力線が前記基板の表面に平行な磁界を前記膜
   堆積室印加する磁界発生装置を設けたことを特徴といる
   膜形成装置
2. （２）マイクロ波励起によりプラズマ生成室にプラズマ
   を形成し、このプラズマ生成室に磁界を印加して電子サ
   イクロトロン共鳴による高密度プラズマを発生させ、こ
   の高密度プラズマをプラズマ生成室に印加した磁界の発
   散により、薄膜が形成される基板が配置される膜堆積室
   に引き出して基板に薄膜を形成する薄膜形成方法におい
   て、前記基板に、磁力線が基面の表面に平行な磁界を印
   加することを特徴とする薄膜形成方法。