JPH06304471A

JPH06304471A - 微粒子形成方法及び装置

Info

Publication number: JPH06304471A
Application number: JP9585993A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakahigashi; 孝浩中東; So Kuwabara; 創桑原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1994-11-01
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH08190B2

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の微粒子形成方法及び装置に比べると、
粒径が均一化された所望の微粒子を効率良く形成させる
ことができる微粒子形成方法及び装置を提供する。【構成】微粒子生成用ガスを真空容器１内に導入して
所定真空度のもとに電力印加にてプラズマ化させるとと
もに微粒子を発生させる微粒子発生工程と、不活性ガス
を真空容器１内に導入して所定真空度のもとに電力印加
にてプラズマ化させるとともに、該プラズマのもとで微
粒子の粒径を制御する粒径制御工程を含むことを特徴と
する微粒子形成方法、及びこの方法を実施する装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイス分野にお
いて微粒子を用いたキャパシタ等を製作したり、工業分
野において焼結体を用いた高性能セラミックス等を作る
のに利用できる微粒子を形成させる方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の微粒子の発生には、図
３、図４に示すような熱ＣＶＤ装置を応用したもの、図
５に示すような誘導型プラズマＣＶＤ装置を応用したも
の、等が採用されている。図３に示す熱ＣＶＤ装置を応
用した微粒子発生装置は、真空容器１内に、発生微粒子
を受け溜めるプレート２を配置して接地しておくととも
に、それに対向させて、その上方にガスノズル５１を設
け、さらに、容器１には排気量調整弁４１及び排気ポン
プ４２を含む排気装置４を配管接続し、前記ガスノズル
５１にはマスフローコントローラ５２１、５２２・・・
及び開閉弁５３１、５３２・・・を介して微粒子生成用
ガス源５４１、５４２・・・を配管接続したものであ
り、真空容器１にはその壁に沿って加熱用ヒータ６を配
置してあり、また、ガス源５４１、５４２・・・内の物
質が流体である場合に、必要に応じこれを容器１へ供給
するに先立って気化させるための加熱ヒータ用７がガス
源から容器に到る管路に付設してある。

【０００３】図４に示す微粒子発生装置は、図３の装置
においてプレート２の部分が変更されたもので、図３の
プレート２に代えて接地部材２０が設けられており、こ
れにサセプタ２０１を介して発生微粒子を受け溜めるプ
レートＳが設置される。サセプタ２０１の下にはプレー
トＳの加熱用ヒータ２０２が内蔵されている。他の点は
図３の装置と同様の構成である。

【０００４】図５に示す誘導型プラズマＣＶＤ装置を応
用した微粒子発生装置は、真空容器１内に、発生微粒子
を受けるプレート２を配置して接地してあるとともに、
その上方において、容器１に石英管室１１を連設し、そ
の周りに高周波コイル８１を巻回し、このコイル８１に
マッチングボックス８２を介して高周波電源８３を接続
したものである。また、石英管室１１にはマスフローコ
ントローラ５２１、５２２・・・及び開閉弁５３１、５
３２・・・を介して微粒子生成用ガス源５４１、５４２
・・・を配管接続してある。この配管にも、ガス源内の
物質が液体の場合に、必要に応じこれを気化させる加熱
用ヒータ７を付設してある。また、図３、図４の装置の
場合と同様に、容器１には排気量調節弁４１及び排気ポ
ンプ４２を含む排気装置４を配管接続してあり、容器壁
に沿って加熱用ヒータ６を配置してある。

【０００５】図３及び図４の微粒子発生装置では、焼結
体を作る微粒子として窒化シリコン（ＳｉＮ）微粒子を
形成する場合を例にとると、ガス源５４１はシラン（Ｓ
ｉＨ ₄）源又は塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄）源とされ、
ガス源５４２はメタンガス（ＣＨ₄）源とされる。そし
て、弁５３１、５３２が開かれるとともに、マスフロー
コントローラ５２１、５２２にてそれらからのガス流量
がコントロールされつつ、シランガス（又は塩化シリコ
ンガス）がメタンガスと共にガスノズル５１から容器１
内へ導入される一方、容器１内が排気装置４にて所定の
微粒子生成真空度に維持され、導入されたガスはヒータ
６による加熱にて１０００℃以上の高温に加熱分解され
るとともに、目的とする窒化シリコン微粒子が生成す
る。この微粒子は図３の装置ではプレート２に、図４の
装置ではプレートＳに降り注ぎ、そこに受け溜められ
る。なお、図４の装置においては、必要に応じ、接地部
材ヒータ２０２によりプレートＳが加熱される。

【０００６】特に図４の微粒子発生装置では、これを利
用して、例えば、ＬＳＩ基板上に直接キャパシタ等を形
成するための微粒子を付着させる工程を実施することも
試みられている。この場合、プレートＳとしてＬＳＩ基
板Ｓが採用され、該基板Ｓ上には、粒子を堆積させる部
分を除いて予めマスクを形成してあり、キャパシタ形成
対象部分に微粒子を付着堆積させる。このような工程
は、最近、ダイナミックＲＡＭのパターン幅が狭くなっ
てきていることに対応して要求される、小面積で大きな
電気容量を持つキャパシタ形成の一環として試みられて
いる。

【０００７】図５の微粒子発生装置では、焼結体を作る
微粒子としてシリコンカーバイト（ＳｉＣ）微粒子を形
成する場合を例にとると、ガス源５４１はシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）源とされ、ガス源５４２はメタンガス（ＣＨ₄）
源とされ、これらガスは弁５３１、５３２を開き、マス
フローコントローラ５２１、５２２による流量制御のも
とに、所定量、同時に石英管室１１へ導入される。ま
た、真空容器１及び石英管室１１内は排気装置４にて所
定の真空度（０．１〜１５Ｔｏｒｒ程度）に維持され
る。石英管室１１に導入されたガスは、高周波コイル８
１に電源８３から高周波電力が供給されることでプラズ
マ化されるとともに、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）微
粒子が生成し、プレート２上に堆積する。また、この場
合、ヒータ６を運転することで、真空容器内に熱勾配を
形成し、それによって発生微粒子をプレート２へ集める
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
微粒子発生方法及び装置によると、発生される微粒子は
粒径が極めて不均一であり、従って、この微粒子を用い
て焼結体を作るとき、加熱と加圧は勿論のこと、多量の
バインダーが必要であった。また、加熱加圧にも高温高
圧が必要であった。

【０００９】また、例えばＬＳＩ基板上に直接キャパシ
タ等を作る試みにおいても、基板上に付着する微粒子の
粒径の不均一さのために、所望のキャパシタ等を得るこ
とができなかった。そこで本発明は、従来の微粒子発生
方法及び装置に比べると、粒径が均一化された所望の微
粒子を効率良く形成させることができる微粒子形成方法
及び装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ねたところ、以下の事実を見出し
た。真空容器内で電力印加して、微粒子生成用ガスをプ
ラズマ化することにより発生した微粒子を、同容器内に
導入してプラズマ化させた不活性ガスに曝せば、該微粒
子の大きさが均一化されるという事実である。これは発
生した微粒子の殆どはマイナスに帯電している一方、電
力印加にてプラズマ化されて発生した不活性ガスイオン
の殆どはプラスに帯電していて、この不活性ガスのプラ
スイオンはマイナスに帯電した微粒子と衝突し、比較的
大きい微粒子をスパッタし、その結果、微粒子の大きさ
が均一化されるからであると推察される。

【００１１】本発明は、この研究に基づくもので、前記
課題を解決するために、微粒子生成用ガスを真空容器内
に導入して所定真空度のもとに電力印加にてプラズマ化
させるとともに微粒子を発生させる微粒子発生工程と、
不活性ガスを前記真空容器内に導入して所定真空度のも
とに電力印加にてプラズマ化させるとともに、該プラズ
マのもとで前記微粒子の粒径を制御する粒径制御工程と
を含むことを特徴とする微粒子形成方法を提供するもの
である。

【００１２】この方法においては、微粒子発生工程と粒
径制御工程とは、これらを順次実施してもよいし、必要
に応じ、交互に繰り返してもよい。粒径制御に用いる不
活性ガスとしては、アルゴンガスの他、ヘリウムガス、
ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス等が考えら
れる。前記微粒子形成方法においては、さらに、微粒子
コーティング膜生成用ガスを前記真空容器内に導入し
て、所定真空度のもとに電力印加してプラズマ化させる
とともに、該プラズマのもとで前記微粒子にコーティン
グ膜を形成被覆するコーティング工程を加えて、微粒子
にその用途に合ったコーティング膜を形成被覆してもよ
い。このコーティング工程は、一種類のコーティング膜
生成用ガスを用いて１回実施又は２回以上繰り返すこ
と、二種類以上のコーティング膜生成用ガスを用いて、
それぞれにつき適当な順序で１回実施又は２回以上繰り
返すこと等が考えられる。このコーティング工程により
微粒子の用途に合った単層コーティング微粒子、積層コ
ーティング微粒子又は微粒子中心から外面に向けて組成
が傾斜した傾斜組成微粒子等を形成できる。

【００１３】前記各工程につき、印加電力の大きさを制
御することが考えられるが、その場合、各工程につき電
力が異なる場合の他、全工程を同電力とする場合、一部
同電力とする場合も考えられる。また、前記各工程につ
き、電力印加をパルス状に行ってもよいが、全工程の電
力印加をパルス状に行う場合及び一部パルス状に行う場
合等が考えられる。

【００１４】さらに前記各工程につき、電力印加の時間
長さを制御することが考えられるが、その場合、各工程
につき異なる電力印加時間長さとする場合の他、全工程
を同じ時間長さとする場合、一部同じ時間長さとする場
合も考えられる。また、前記課題を解決する本発明の微
粒子形成装置は、排気装置により所定真空度に維持可能
な真空容器と、前記真空容器へ微粒子生成用ガスを供給
するガス供給部と、前記真空容器へ微粒子粒径制御用の
不活性ガスを供給するガス供給部と、前記真空容器に導
入されたガスに対し高周波電力を印加する手段と、前記
真空容器内に発生する微粒子を受ける微粒子受け部とを
有することを特徴とする。

【００１５】この装置においても、前記真空容器へ微粒
子コーティング膜生成用ガスを供給するガス供給部を含
めてもよい。また、前記高周波電力印加手段に投入電力
の大きさを切り換え制御する手段、印加電力にパルス変
調を加える手段、電力印加の時間長さ、換言すれば、オ
ン、オフ及びオン時間、オフ時間を設定、制御する手段
等を含めてもよい。

【００１６】なお、本発明方法及び装置において微粒子
生成用ガス等に対し、高周波電力を印加してプラズマ化
させる手法、手段には、ＲＦプラズマ、ヘリコン波プラ
ズマ、ＥＣＲプラズマ等のいずれを採用しても良い。ま
た、前記微粒子形成装置においては、前記微粒子受け部
をキャパシタ等の形成が要求されている半導体基板とす
ることも考えられる。

【００１７】

【作用】本発明の微粒子形成方法及び装置によると、微
粒子発生用ガスが真空容器内に導入され、所定真空度の
もとに電力印加され、該ガスはプラズマ化されるととも
に微粒子が生成する。また、不活性ガスが前記真空容器
内に導入され、同様にプラズマ化される。この際、微粒
子が該プラズマに曝されることで粒径が制御され、均一
化された微粒子が効率よく形成される。

【００１８】また、前記微粒子形成方法及び装置に、微
粒子コーティング膜生成用ガスの真空容器内への導入及
び電力印加による該ガスのプラズマ化の工程及び手段を
加えるときには、これによって微粒子にはその用途に合
ったコーティング膜が形成被覆される。さらに、前記各
工程につき印加電力を制御し、又は電力印加をパルス状
に行い、又は電力印加時間長さを制御し、又はこれらの
２以上の組み合わせを採用するときには、これによって
一層粒径が制御され、均一化された微粒子が効率よく形
成される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明による微粒子形成装置の１例の概略
構成を示す図である。図１に示す装置は、焼結体を作る
ための微粒子を発生させるに適した装置であり、図５に
示す従来装置を改良したものである。この図１に示す装
置では、ガス供給部が微粒子生成用ガス供給部Ａ、コー
ティング膜生成用ガス供給部Ｂ及び不活性ガス供給部Ｃ
を含んでおり、図５に示す従来装置における高周波電源
８３の代わりにＲＦアンプ８４及び任意波形発生器（フ
ァンクションジェネレータ）８５が設けられ、これらが
マッチングボックス８２に接続されている。波形発生器
８５で形成した波形はアンプ８４で増幅され、マッチン
グボックス８２を介して高周波コイル８１に供給され
る。高周波電力印加のオン、オフ及びオン時間、オフ時
間の設定、制御、並びに投入電力の大きさの制御は任意
波形発生器８５で行える。

【００２０】ガス供給部Ａはマスフローコントローラ５
２１ａ、高速で開閉できる電磁弁５３１ａ及び微粒子生
成用ガス源５４１ａ（例えばシラン）を石英管室１１に
順次配管接続して構成してある。ガス供給部Ｂは、マス
フローコントローラ５２２ａ、５２３ａ、５２４ａ、高
速開閉可能の電磁弁５３２ａ、５３３ａ、５３４ａ及び
コーティング膜生成用ガス源５４２ａ（例えばシラ
ン）、５４３ａ（例えばメタン）、５４４ａ（例えばア
ンモニア）を石英管室１１に順次接続して構成してあ
る。コーティング膜生成用ガス源のうち、微粒子生成用
ガス源と同種のものについては、両者を兼ねるガス源を
採用してもよい。ガス供給部Ｃはマスフローコントロー
ラ５２５ａ、高速電磁開閉弁５３５ａ及び不活性ガス源
５４５ａ（例えばアルゴンガス）を石英管室１１に配管
接続したものである。ガス源５４１ａ、５４２ａ、５４
３ａ、５４４ａから石英管室１１に至る配管には、必要
に応じ運転されるヒータ７を付設してある。

【００２１】その他の構成は図５の従来装置と同様であ
る。次に、この装置による本発明方法実施の具体例を、
焼結体を作るためのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）
微粒子を形成させる場合（例１）、シリコンカーバイト
（ＳｉＣ）膜で被覆されたａ−Ｓｉ微粒子を形成させる
場合（例２）、及びＳｉＣ膜並びに窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）膜で積層被覆されたａ−Ｓｉ微粒子を形成させる場
合（例３）を例にとって説明する。

【００２２】また、比較のために、本発明の微粒子形成
装置を用いて不活性ガスによる粒径制御を行わずにａ−
Ｓｉ微粒子を形成した比較例を示す。いずれの場合も１
３．５６ＭＨｚの高周波電力にパルス変調を施し、その
パルス幅は２ｍｓｅｃでデューティ５０％（１ｍｓｅｃ
オン、１ｍｓｅｃオフ）とした（図２参照）。（比較例）微粒子発生工程のプロセス条件を示すと次の
通りである。・処理真空度：１．０Ｔｏｒｒ・微粒子生成用ガス：ＳｉＨ₄ １００ｃｃｍ・ＲＦパワー：１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗ・変調周波数：５００Ｈｚ・デューティ：５０％・電力印加時間（プラズマ放電時間）：１ｍｉｎ以上の条件のもとに微粒子を発生させたところ、微粒子生成速度：１μｍ／ｍｉｎ粒径：１μｍ±０．３μｍのａ−Ｓｉ微粒子が形成され、微粒子の粒径には±３０
％のばらつきが見られた。例１この例では、比較例に示した微粒子発生工程に引き続き
以下に示すプロセス条件の粒径制御工程を施し、これら
を順次１回実施した。パルス変調も比較例と同条件で行
った。・成膜真空度：１．０Ｔｏｒｒ・不活性ガス：Ａｒ１００ｃｃｍ・ＲＦパワー：１３．５６ＭＨｚ、８００Ｗ・変調周波数：５００Ｈｚ・デューティ：５０％・電力印加時間（プラズマ放電時間）：３０ｓｅｃ以上の条件のもとに微粒子を形成させたところ、粒径：１μｍ±０．１μｍのａ−Ｓｉ微粒子が形成され、微粒子の粒径のばらつき
は±１０％であった。粒径制御工程を含まない場合に比
べて、ばらつきが約１／３に減少したことが分かる。

【００２３】これは、微粒子生成用ガスを電力印加にて
プラズマ化して形成された微粒子の殆どはマイナスに帯
電しており、プラズマ化された不活性ガスのプラスイオ
ンがマイナスに帯電した微粒子に衝突し、比較的大きい
微粒子をスパッタし易く、その結果、微粒子の大きさが
均一化されるためと推測される。なお、前記２工程を繰
り返すことで、一層粒径が制御され、均一化した微粒子
を効率よく形成することも考えられる。

【００２４】このように均一化された微粒子を用いて焼
結体を作るときには、加熱及び加圧にはそれほど高温高
圧を必要とせず、また、バインダーが不要又は要すると
しても少量で足りるようになる。例２この例では例１に示した微粒子発生工程及び粒径制御工
程に加えて、以下に示す微粒子コーティング工程（１）
を施し、これらを順次１回実施した。・成膜真空度：１．０Ｔｏｒｒ・微粒子コーティング膜生成用ガス：ＳｉＨ₄ １０
０ｃｃｍＣＨ₄ １００ｃｃｍ・ＲＦパワー：１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗ・変調周波数：５００Ｈｚ・デューティ：５０％・電力印加時間：３０ｓｅｃ以上の条件のもとに微粒子を形成させたところ、粒径：１μｍ±０．１μｍのａ−Ｓｉ微粒子に膜厚０．１μｍのＳｉＣ膜が被覆さ
れた。例３この例では例１に示した微粒子発生工程及び粒径制御工
程に加えて、上記微粒子コーティング工程（１）と以下
に示す微粒子コーティング工程（２）とを実施し、工程
（１）＋（２）を順次各１４回ずつ繰り返し実施した。・成膜真空度：１．０Ｔｏｒｒ・微粒子コーティング膜生成用ガス：ＳｉＨ₄ １０
０ｃｃｍＮＨ₃ １００ｃｃｍ・ＲＦパワー：１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗ・変調周波数：５００Ｈｚ・デューティ：５０％・電力印加時間：３０ｓｅｃ以上の条件のもとに微粒子を形成させたところ、粒径：１μｍ±０．１μｍのａ−Ｓｉ微粒子に膜厚０．１μｍのＳｉＣ膜と、膜厚
０．０５μｍのＳｉＮ膜とが各１４層ずつ被覆された。

【００２５】以上のコーティング微粒子は、微粒子の用
途に合わせて様々に形成される。ここに示した焼結体材
料としての他、レーザ光反射防止用ビーズ等を作る場合
にも適用可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、従
来の微粒子形成方法及び装置に比べると、粒径が均一化
された所望の微粒子を効率良く形成させることができる
微粒子形成方法及び装置を提供することができる。ま
た、前記微粒子形成方法及び装置において、微粒子コー
ティング工程を加えるときには、その微粒子の用途に合
ったコーティング微粒子を形成することができる。

【００２７】また、前記微粒子形成方法及び装置におい
て、各工程で印加電力を制御し、又は電力印加をパルス
状に行い、又は電力印加の時間長さを制御し、又はこれ
らの組み合わせ制御を行うときには、それだけ粒径が制
御され、均一化した微粒子を効率よく形成することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である微粒子形成装置の概略
構成を示す図である。

【図２】本発明による高周波電力供給パターンの１例を
示す図である。

【図３】従来の微粒子形成装置の１例を示す図である。

【図４】従来の微粒子形成装置の他の例を示す図であ
る。

【図５】従来の微粒子形成装置のさらに他の例を示す図
である。

【符号の説明】

１真空容器１１石英管室２、Ｓ微粒子受け溜めプレート２０接地部材２０１サセプタ２０２ヒータ４排気装置４１排気量調整弁４２排気ポンプ５１ガスノズルＡ微粒子生成用ガス供給部Ｂコーティング膜生成用ガス供給部Ｃ不活性ガス供給部５２１ａ、５２２ａ、５２３ａ、５２４ａ、５２５ａ
マスフローコントローラ５３１ａ、５３２ａ、５３３ａ、５３４ａ、５３５ａ
開閉弁５４１ａ、５４２ａ、５４３ａ、５４４ａ、５４５ａ
ガス源６、７ヒータ８２マッチングボックス８３高周波電源８４高周波アンプ８５任意波形発生器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粒子生成用ガスを真空容器内に導入し
て所定真空度のもとに電力印加にてプラズマ化させると
ともに微粒子を発生させる微粒子発生工程と、不活性ガ
スを前記真空容器内に導入して所定真空度のもとに電力
印加にてプラズマ化させるとともに、該プラズマのもと
で前記微粒子の粒径を制御する粒径制御工程とを含むこ
とを特徴とする微粒子形成方法。
【請求項２】微粒子コーティング膜生成用ガスを前記
真空容器内に導入して所定真空度のもとに電力印加にて
プラズマ化させるとともに、該プラズマのもとで前記微
粒子にコーティング膜を形成被覆するコーティング工程
を１又は２以上含む請求項１記載の微粒子形成方法。
【請求項３】前記印加電力を前記各工程それぞれにつ
いて制御する請求項１又は２記載の微粒子形成方法。
【請求項４】前記電力印加をパルス状に行う請求項
１、２又は３記載の微粒子形成方法。
【請求項５】前記電力印加の時間長さを前記各工程そ
れぞれについて制御する請求項１から４のいずれかに記
載の微粒子形成方法。
【請求項６】排気装置により所定真空度に維持可能な
真空容器と、前記真空容器へ微粒子生成用ガスを供給す
るガス供給部と、前記真空容器へ微粒子粒径制御用の不
活性ガスを供給するガス供給部と、前記真空容器に導入
されたガスに対し高周波電力を印加する手段と、前記真
空容器内に発生する微粒子を受ける微粒子受け部とを有
することを特徴とする微粒子形成装置。
【請求項７】前記真空容器へ微粒子コーティング膜生
成用ガスを供給するガス供給部を有する請求項６記載の
微粒子形成装置。
【請求項８】前記高周波電力を印加する手段が、前記
印加電力を制御する手段を含む請求項６又は７記載の微
粒子形成装置。
【請求項９】前記高周波電力を印加する手段が、前記
電力印加をパルス状に行う手段を含む請求項６、７又は
８記載の微粒子形成装置。
【請求項１０】前記高周波電力を印加する手段が、前
記電力印加の時間長さを制御する手段を含む請求項６か
ら９のいずれかに記載の微粒子形成装置。