JPH03278428A - プラズマ処理装置 - 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、プラズマ処理装置、特に、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　
：　ｉｉ子サイクロトロン共鳴）プラズマＣＶＤ法を利
用して成膜処理を行うプラズマ処理装置に関する。

［従来の技術］ 、たとえば半導体集積回路の絶縁膜等を形成する方法と
して、従来よりプラズマＣＶＤ法が採用されているが、
最近、このプラズマＣＶＤ法の一種としてＥＣＲプラズ
マＣＶＤ法が開発され、既に実用に共されている。

とのＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用いた成膜装置は、主に
、導入されるマイクロ波に対して空洞共振器構造を有す
るプラズマ室と、プラズマ室の周囲に配置され磁界を発
生させるための電磁コイルと、プラズマ室に隣接して配
置された反応室とを備えている。

成膜を行う際には、プラズマ室内に電子サイクＣＪ　ト
ロン共鳴による放電を起こさせて、高密度プラズマを発
生させる。そして、このプラズマを基板上に照射させる
ことにより膜形成を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで本件出願人は、前記ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置
を用いてダイヤモンド薄膜等を形成する場合、低圧力下
で均一な膜が形成できるように、基板に０又は正のバイ
アス電圧を印加しなから成膜を行う装置を開発し、既に
出願している（特開平２−９１８１号公報参照）。

この装置は、基板にＯ又は正のバイアス電圧を印加する
ことにより、磁場を利用して低圧下で成膜を行う場合に
、プラズマ中で基板が負に帯電し、基板・＼・イオンが
照射されることによる不具合をなくすものである。

しかし、生成されるダイヤモンド膜の膜厚が厚くなると
、ダイヤモンドは絶縁物であるためにそのバイアス効果
がなくなり、膜厚の厚いダイヤモンドを生成できないと
いう問題がある。また、同様の理由により、絶縁物の」
二にはダイヤモンドを生成することはできず、単結晶ダ
イヤモンドを基板に用いたホモエピタキシャルもできな
い。

本発明の目的は、基板にバイアスを印加することなしに
、絶縁材料上にもダイヤモンドを成膜できるプラズマ処
理装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマを発生する
プラズマ室と、このプラズマ室にマイクロ波を導入する
ためのマイクロ波源と、プラズマ室に隣接して配置され
た反応室と、プラズマ室の周囲に配置された磁気回路と
を備えている。

そして、前記マイクロ波源は、プラズマ室内に２に軸以
上のパワーのマイクロ波を導入するためのものである。

また、前記反応室内には、プラズマ室のプラズマにさら
される表面積の１／３以上の表面積を有する基板ホルダ
が配置されている。さらに、前記磁気回路は、電子サイ
クロトロン共鳴条件が前記反応室内で成立し得るような
磁界を発生するものである。

〔作用〕

本発明において成膜を行う場合は、プラズマ室内に所定
のガスを導入するとともに、マイクロ波源から２に軸以
上のマイクロ波を導入し、プラズマ室内にプラズマを発
生させる。この時、磁気回路による磁界によって、電子
サイクロトロン共鳴条件はプラズマ室に隣接した反応室
内に成立している。したがって、基板は反応室内に配置
され、磁気回路による寸法的な制約もなく、従来に比較
し”ζ大面積の基板を配置することができる。

このように、マイクロ波パワーを２四以上とし、また基
板面積を大きくできるので、プラズマ密度かＬ昇して電
子、イオンの影響が小さくなり、しかも基板自身の電位
とプラズマホテンシャルとの電位差が少なくなる。した
がって、低圧力下において基板に０又は正のバイアスを
印加するごとなしに、基板上に良好にダイヤモンドを成
膜できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例によるＥ　に　ＲプラズマＣ
Ｖ　Ｄ装置を示している。

第１図において、プラズマ’ＩＪＩは内部でプラズマを
発生するためのものである。この実施例では、内径が１
５０Ｍ、長さが２００Ｍとな−１−Ｃいる。

また、プラズマにさらされる表面積は、マイクロ波導入
窓を除いて約１０００ｒシであり、共振器構造となって
おらず、開放状態となっている。プラズマ室ｌには、導
波管２を介してマイクロ波源としてのマグネトロン３（
１Ｍ波数２．４５Ｇ＋［□）が接続されている。プラズ
マ室ｌの周囲には、磁気回路としての電磁コイル４ａ、
４ｂが配置されている。

プラズマ室ｌの側方（第１図の左方）には、反応室５が
配置されている。反応室５は、プラズマ室ｌに隣接し、
かつ連通して設けられている。反応室５内には、基板７
を保持するための基板ホルダ６が配置されている。基板
ホルダ６は、直径１６０ＩｌｌＩ１１、長さ８０ｕ＋＋
ｎとなっており、プラズマの照射される表面積は、約６
００ｃｄとなっている。また、基板ホルダ６には、加熱
ヒータＥ３が取り付けられＣいる。ヒータ８は、装置“
外部の図示しないし−タ電源に接続されており、基板温
度をコントロール ダ６の周囲には、保温のためのカバー（図示セず）が設
けられている。また、反応室５には、図示しない排気系
に接続される排気口５ａが形成されている。

前記電磁コイル４ａ，４ｂは、第２図で示すように、鰻
大磁場３．５ｋＧを発生し得るものであり、門人磁場が
マイクロ波の導入［」に位置するように配置されている
。このような磁場強度及び配置により、電子す・イクロ
トロン・共鳴条件がプラズマ室ｌの外側の反応室５内で
成立するようになっζいる。なお、周波数２．４５Ｇｌ
ｌ□のマイクし１波に対して電子サイクロトロン共鳴を
起こす磁束密度は８７５Ｇである。第２図において、縦
軸は磁場を示し、横軸は第１図の左右方向の位置に対応
し２ている。

次に、本装置の作動について説明４゛る。

まず、図示しない排気系によりプラズマ室１及び反応室
５内を真空状態にする。次に、プラズマ室ｌ内にメタン
ガス、水素ガス等を導入して、圧力を一定の値（１〜１
０−３Ｔｏｒｒ）に調圧する。次にマグネトロン３から
周波数２．４５０Ｈ２で、バソーが２に軸取上のマイク
ロ波を発生させ、これを導波管２を介してプラズマ室１
内に導入する。また、これと同時に電磁コイル４ａ、４
ｂに通電して、プラズマ室ｌ及び反応室５内に磁場を形
成する。このとき、反応室５内の基板７の位置の磁束密
度が８７５Ｇとなるようにする。このよ・うな条件によ
り、８７５Ｇの磁場により回転する電子の周波数とマイ
クロ波の周波数２　、　４５ｉｉ１１２とが−１文し、
電子サイクロトロン′Ｊ（１躬を起こす。これにより、
電子番、１７・イクロ波から効率良くエネルギーを吸収
し、低ガス圧にて高密度のプラズマか発生湯る。しかし
、マイクロ波バ【ノーが２ｋＷ未満、特に！、３ｋＷ未
満であれば、発生するプラズマ密度が低くなり、電子、
イオンの影響か大き（なって、基板に０又は正のバイア
スを印加しなければ良好なダ・イトモンド薄膜を生成す
ることができない。

本実施例では、電子す・イクロ［Ｌ１ン共鳴条件が反応
室５内で成立するので、ごの反応室５内に基板７を配置
できる。したがっ°ζ、電磁コイル４ａ。

４１）の・１法等に規制されることなく基板ホルダ６及
び基板７の面積を大きくすることができる。このため、
基Ｆｉ７周囲のプラズマ電位が基板７に影響され、基板
７とプラズマポテンシャルとの電位差が小さくなる。し
たがって、特に基板７（基板ホルダ（〕）６ごＯ又は正
のバイアス電圧を印加することなく、良好なダイヤモン
ドの薄膜が形成される。

なお、基板７を設置する基板ホルダ６の大きさは、その
表面積が、プラズマ室ｌのプラズマにさらされる表面積
の１／３以−ｔＪましくは１／２以１であれば、前述の
ような効果が得られる。

また、バイアス電圧を印加することなくダイ（・セント
薄膜が形成できるので、従来に比較し°（より厚いＨａ
厚のダイヤモンドを成膜でき、さらに絶縁材料ｌ―にも
容易にダイヤモンドを成膜することができる。また、ダ
イヤモンドを基板として、ボモエビタキシャルさせるご
ともできる。

実訣但」 前述の装置を用い、かつ基板７にバイアス電圧を印加可
能な構成としζ行った実験結果を以下に示す、なお、以
下の実験で用いた電磁コイル４．」。

４ｂの特性曲線はｎ１述の第２図に示す通りである。

基板７は、プラズマ室１の出目から距離ｓ（５０ｍ　ｍ
　）の位置に配置されている。

具体的な実験条件を以下に示す。

基　　　　　　板：シリコン、φ２２０ｍｍ反　　応　
　圧　　カニＱ、ＩＴｏｒｒマーイクロ波パワー：４Ｋ
Ｗ 反　　応　　ガ　　ス：　ＣＨ４１５ｓｃｃＩ６ＣＯｚ
３０ｓｅｃｍ。

Ｈｚ２５５ｓｃｃｒｒ＋ 基　　板　　温　　度：　６００　”ｃ以上の条件下で
、基板バイアスを、−３０Ｖ。

１０Ｖ、ＯＶ、　　＋１０Ｖ、−１−５０Ｖと変化させ
たが、いずれの場合もダイヤセントが生成できた。

また、まったく基板にハーイアスを印加しないフローテ
ィング状態においてもダイヤモンドを生成することがで
きた。この場合の成膜速度は、２０００人／ｈｏｕｒで
あった・ 実験ｔ２ＬＫ’ 従来の方法で、基板を石英にしてダ・イヤセントの成膜
を試みた。しかし、石英は絶縁物であるので、プラズマ
中に置いた場合、基板が負に帯電されてダイヤモンドを
生成することはできなかった。

しかし、本装置゛乙前記同様の条件で基板を石英にして
成膜を行うと、ラマンシフト及び金を薄く二Ｊ−ティン
グしたサンプル ヤ七ノドの生成が確認できた。

〔他の実施例］ 前記実施例では、プラズマ室１を開放状態にし−（いる
が、共振器構造にしても同様の効果を得ることができる
。

〔発明の効果］ 以」二のように本発明では、電子サイクロトロン共鳴条
件が反応室内で成立するようにし′ζ基板ホＪｌ，　タ
の大面積化を図るとともに、マイクロ波のパワーを大き
くしてプラズマ密度を高くしたので、低圧力下において
も基板にバイアス電圧合印加゛４るごとなくダイヤモン
ド膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例のＥＣＲプラズマＯｖＩ）装
置の継断面概略構成図、第２図は前記実施例装置におい
て形成される磁場特性を示す図である。 １・・・キャビティ（プラズマ室）、３・・・マグネト
ロン、４ａ，４ｂ・・・電磁コイル、５・・・反応室、
６・・・基板ホルダ、７・・・基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマを発生するプラズマ室と、 前記プラズマ室に２ｋＷ以上のパワーのマイクロ波を導
   入するためのマイクロ波源と、 前記プラズマ室に隣接して配置され、前記プラズマ室の
   プラズマにさられる表面積の１／３以上の表面積を有す
   る基板ホルダを内部に有する反応室と、 前記プラズマ室の周囲に配置され、電子サイクロトロン
   共鳴条件が前記反応室内で成立し得るような磁界を発生
   する磁気回路と、 を備えたプラズマ処理装置。