JPH06101459B2 - プラズマ気相成長装置 - Google Patents

プラズマ気相成長装置

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JPH06101459B2
JPH06101459B2 JP60098368A JP9836885A JPH06101459B2 JP H06101459 B2 JPH06101459 B2 JP H06101459B2 JP 60098368 A JP60098368 A JP 60098368A JP 9836885 A JP9836885 A JP 9836885A JP H06101459 B2 JPH06101459 B2 JP H06101459B2
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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CVD(Chemical Vapor Deposition)
法によって、薄膜形成するためのプラズマ気相成長装置
に関するものである。
従来の技術 プラズマCVD法は、真空容器内に試料を保持し、形成す
べき薄膜の組成元素を含む化合物ガスを供給しながら、
高周波エネルギによって、前記の化合物ガスを励起し、
試料表面をそのプラズマ雰囲気に配置することによっ
て、試料表面に薄膜を形成する方法である。この方法
は、プラズマの活性さを利用しているため、室温から40
0℃程度までの低温で膜形成を行うことができるという
特徴がある。
プラズマCVD法による薄膜形成上の課題は、形成薄膜の
膜質および膜厚分布の制御である。
従がって、良質のプラズマCVD膜を試料表面に形成する
ためには、薄膜形成時のプラズマ分布,試料加熱分布お
よび試料保持温度等のプラズマ条件に工夫が必要であ
る。
以下、図面を参照しながら、上述した従来のプラズマ気
相成長装置の一例について説明する。
第3図に、従来のプラズマ気相成長装置を示す。第3図
において、1は真空状態の維持が可能な真空容器、2は
プラズマCVD膜が形成される試料、3は試料2を保持
し、かつ、内部に加熱用のヒータを有し、試料2を加熱
することが可能な試料台、4は試料台3の内部に搭載さ
れたヒータ、5は交流電源、6は50KHzの高周波電力が
供給され、少なくとも試料2を含む空間に、低温プラズ
マを発生させる電極、7は電極6にマッチング回路を介
して、周波数50KHzの高周波電力を供給するための高周
波電源、8は真空容器1内の圧力を大気圧以下の真空度
に真空排気するための真空ポンプ、9は真空容器1と真
空ポンプ8の間を気密に接続する真空排気用のパイプ、
10は真空容器1内の圧力を管内抵抗を可変にして制御す
るバタフライバルブ、11は真空容器1内へ、試料2表面
に形成される薄膜の組成元素を含む化合物ガスを供給す
るための導入管、12はガス流量制御装置である。
以上のように構成されたプラズマ気相成長装置につい
て、以下その動作について説明する。
まず、真空容器1内を真空ポンプ8により、50mTorr以
下の真空度まで真空排気した後、試料2表面に形成すべ
き薄膜の組成元素を含む化合物ガスをガス導入管11から
流量をガス流量制御装置12で制御しながら、真空容器1
内に導入する。さらに、バタフライバルブ10を操作し、
薄膜形成条件である圧力すなわち100〜400mTorrに真空
容器1内を制御する。また、試料2は、試料台3によっ
て、300℃程度の温度に加熱制御する。
次に、電極6に周波数50KHzの高周波電力を供給するこ
とによって、前記化合物ガスを励起し、試料2表面をそ
のプラズマ雰囲気にさらすことによって、試料2表面に
プラズマCVD膜を堆積する。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では、プラズマCVD膜
を形成する際、試料2表面にプラズマCVD膜が堆積する
他に、電極6表面にも、密度の小さいポーラスな膜また
は、粒子状または塊状の堆積物が多量に付着する。これ
らの電極6表面の堆積物は、電極6との付着力が弱く、
試料2表面に粒子状または、塊状で落下または、浮遊付
着し、所望の試料2表面に形成するプラズマCVD膜に欠
陥が生じさせる。すなわち、低温プラズマ発生時にそれ
らが付着する場合は、ピンホールまたは突起物がプラズ
マCVD膜に生じ、品質上の問題を発生させる。また、試
料2表面にプラズマCVD膜形成後、その表面に、それら
が落下または、浮遊の後、付着した場合は、コンタクト
ホール等を形成するための後工程であるフォトリソグラ
フィ工程、特に、レジスト塗布工程,露光工程に問題を
生じる。
本発明は、上記問題点に鑑み、電極6表面に付着する堆
積物の生成を抑制し、プラズマCVD膜の欠陥を大幅に減
少させることができ、プラズマCVD膜の品質向上を可能
にするプラズマ気相成長装置を提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のプラズマ気相成
長装置は、真空状態の維持が可能な真空容器と、真空容
器内を減圧雰囲気にするための真空ポンプと、真空容器
と真空ポンプを気密に接続するパイプと、プラズマCVD
膜を少なくとも一方の表面に形成させる試料を保持する
試料台と、試料を直接的もしくは、間接的に加熱制御す
るための加熱装置と、真空容器内に原料ガスを導入し、
かつ、真空容器内を所定の圧力に制御した状態で、真空
容器内にプラズマを発生させる電極と、電極にマッチン
グ回路を介して、高周波電力を供給するための高周波電
源と、電極に高周波電力と共に、50Vから1000Vの負の直
流電圧をフィルター回路を介して、制御して供給する直
流電源とからなり、前記原料ガスの組成を試料表面に形
成するプラズマCVD膜の組成元素を含む化合物ガスと、
少なくともアルゴンガスもしくはキセノンガスとの混合
ガスとしたものである。
作用 本発明は、上記した構成によって、電極に負の直流電圧
を印加し、プラズマ中の正イオンの原子または分子を電
極方向に加速して引きつけ、電極表面でスパッタリング
現象が発生するように制御してやることによって、試料
上にプラズマCVD膜を堆積中に、電極表面に付着する堆
積物を原子状、または分子状で除去することによって、
試料上のプラズマCVD膜の欠陥を低減し、プラズマCVD膜
の品質向上を可能にすることになる。
実 施 例 以下本発明の一実施例のプラズマ気相成長装置につい
て、図面を参照しながら説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例におけるプラズマ気相
成長装置の概略断面図を示すものである。
第1図において、101は真空状態の維持が可能な真空容
器、102はプラズマCVD膜が形成される試料、103は試料1
02を保持し、かつ、内部に加熱装置を有し、試料102を
加熱することが可能な試料台、104は試料台103の内部に
搭載された加熱装置、105は交流電源、106は試料を含む
空間に、低温プラズマを発生させる電極、107は電極106
にマッチング回路を介して、高周波電力を供給するため
の高周波電源、108は真空容器101内の圧力を大気圧以下
の真空度に真空排気するための真空ポンプ、109は真空
容器101と真空ポンプ108との間を気密に接続する真空排
気用のパイプ、110は真空容器101内の圧力を制御するた
めの圧力制御装置、111は真空容器101内へ、試料102表
面に堆積する薄膜の組成元素を含む化合物ガスを供給す
るためのガス導入管、112はガス流量制御装置、113は電
極106に高周波電力と共に、50Vから1000Vの負の直流電
圧をフィルター回路を介して、制御して供給する直流電
源である。
以上のように構成されたプラズマ気相成長装置につい
て、以下第1図,第2図を用いて、その動作を説明す
る。
まず、真空容器101内を真空ポンプ108によって、30mTor
r以下の真空度まで真空排気した後、試料102表面に形成
すべき薄膜の組成元素を含む化合物ガス、すなわち、モ
ノシラン(SiH4),アンモニア(NH3),窒素(N2)の
混合ガスを各々10SCCM,31SCCM,80SCCMのガス流量で、ガ
ス流量制御装置112を通して、ガス導入管111より、真空
容器101内に導入し、かつ、真空容器101内の圧力を圧力
制御装置110を操作して、0.30Torrに保持する。また、
試料102は、試料台103によって、350℃の温に加熱制御
する。次に、電極106に、負の直流電圧−300Vを印加
し、この状態でさらに、周波数50KHzの高周波電力を0.3
3W/cm2(100W)を供給することによって、試料102を含
む空間に低温プラズマを発生させる。以上の動作によっ
て、屈折率1.99±0.02,膜厚分布±3%以内のシリコン
ナイトライド膜を試料102表面に形成することができ
た。ここで、試料102表面上の0.3μm以上のパーティク
ル数をレーザー表面検査装置で測定したところ、従来装
置では、300個以上であったのに対し、負の直流電圧を
−200Vから−600Vに印加することによって、40個以内に
大幅に低減することができ、かつ、電極106表面の堆積
物は、ほとんど観察されなかった。
第2図は、膜堆積速度および屈折率と負の直流電圧値と
の依存関係を実験した結果を示す。第2図より、負の直
流電圧によって、試料102に堆積する際、その形成条件
は変化しなかった。
なお、本実施例は、真空容器101内へ供給するガスをモ
ノシラン(SIH4)とアンモニア(NH3)と窒素(N2)の
混合ガスとしたが、これらの化合物ガスに、アルゴン
(Ar)またはキセノン等の不活性ガスを加えることによ
って、前記した電極106表面でのスパッタリング現象を
負の直流電圧で制御しやすくなる。また、試料102表面
は、電極106の材質に依存し、上記スパッタリング効果
により、重金属汚染される懸念がある場合には、試料10
2表面に堆積するプラズマCVD膜と同材質または、プラズ
マCVD膜の構成元素を含む材質にすれば良い。すなわ
ち、電極106の材質をシリコン,シリコンナイトライド
等にすれば良い。
以上のように、本実施例によれば、真空状態の維持が可
能な真空容器101と、真空容器内を減圧雰囲気にするた
めの真空ポンプ108と、真空容器101と真空ポンプ108を
気密に接続するパイプ109と、プラズマCVD膜を少なくと
も一方の表面に形成させる試料102を保持する試料台103
と、試料102を直接的もしくは、間接的に加熱制御する
ための加熱装置104と、真空容器101内に原料ガスを導入
し、かつ、真空容器101内にプラズマを発生させる電極1
06と、電極106にマッチング回路を介して、高周波電力
を供給するための高周波電源107と、電極106に高周波電
力と共に、50Vから1000Vの負の直流電圧をフィルター回
路を介して、制御して供給する直流電源113とを設け、
電極106に負の直流電圧を印加し、低温プラズマ中の正
イオンの原子または、分子を電極106方向に加速し、電
極106表面で、スパッタリング現象が発生するように制
御してやることによって、試料102表面上にプラズマCVD
膜を堆積中に、電極106表面に付着する堆積物を除去す
ることによって、試料102表面上のプラズマCVD膜の欠陥
を低減し、プラズマCVD膜の品質向上を可能にすること
ができる。
発明の効果 以上のように本発明は、真空状態の維持が可能な真空容
器と、真空容器内を減圧雰囲気にするための真空ポンプ
と、真空容器と真空ポンプを気密に接続するパイプと、
プラズマCVD膜を少なくとも一方の表面に形成させる試
料を保持する試料台と、試料を直接的もしくは、間接的
に加熱制御するための加熱装置と、真空容器内に原料ガ
スを導入し、かつ、真空容器内を所定の圧力に制御した
状態で、真空容器内にプラズマを発生させる電極と、電
極にマッチング回路を介して、高周波電力を供給するた
めの高周波電源と、電極に高周波電力と共に、50Vから1
000Vの負の直流電圧をフィルター回路を介して、制御し
て供給する直流電源とを備え、前記原料ガスの組成を試
料表面に形成するプラズマCVD膜の組成元素を含む化合
物ガスと少なくともアルゴンガスもしくはキセノンガス
との混合ガスとしたものである。その結果、試料上にプ
ラズマCVD膜を形成する際、電極への堆積物の付着を防
止することができ、それらが、剥離し、試料上に落下ま
たは、浮遊の後、付着するのを防止し、プラズマCVD膜
の欠陥の低減、すなわち、プラズマCVD膜の品質を向上
することができる。
なお、第1の実施例において、電極106は、試料102を保
持する試料台103に対抗して配置され、その形状が円板
状としたが、電極106は、円筒形状としてもよい。
また、試料台103の形状は、円板状としたが、円筒状と
し、その内面または、外面に試料102を配置してもよ
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例におけるプラズマ気相成長装置
の概略断面図、第2図は膜堆積速度および屈折率と負の
直流電圧値との依存関係を調べた実験結果を表わす図、
第3図は従来のプラズマ気相成長装置の概略断面図であ
る。 101……真空容器、103……試料台、104……加熱装置、1
06……電極、107……高周波電源、108……真空ポンプ、
113……直流電源。
フロントページの続き (72)発明者 水口 信一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−172716(JP,A) 特開 昭59−169139(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空状態の維持が可能な真空容器と、真空
    容器内を減圧雰囲気にするための排気手段と、プラズマ
    CVD膜を少なくとも一方の表面に堆積させる試料を保持
    する試料保持手段と、試料を加熱制御するための加熱手
    段と、真空容器内に原料ガスを導入するためのガス供給
    手段と、真空容器内を所定の圧力に保持するための圧力
    制御手段と、真空容器内にプラズマを発生させる電極
    と、電極に、マッチング回路と高周波電源を用いて高周
    波電力を供給し、プラズマを発生させるためのプラズマ
    発生手段と、電極に高周波電力と共に、50Vから1000Vの
    負の直流電圧をフィルター回路を介して、供給する直流
    電源とからなり、前記原料ガスの組成が、試料表面に形
    成するプラズマCVD膜の組成元素を含む化合物ガスと少
    なくともアルゴンガスもしくは、キセノンガスとの混合
    ガスであるプラズマ気相成長装置。
  2. 【請求項2】電極の材質は、少なくとも低温プラズマの
    雰囲気に位置する部分が、試料表面に形成するプラズマ
    CVD膜の組成元素の少なくとも1つの元素を主成分とす
    る特許請求の範囲第1項記載のプラズマ気相成長装置。
  3. 【請求項3】電極の材質は、少なくとも低温プラズマの
    雰囲気に位置する部分の材質が、プラズマCVD膜と同材
    質とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ気相成長
    装置。
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