JPH06314660A

JPH06314660A - 薄膜形成法及びその装置

Info

Publication number: JPH06314660A
Application number: JP15574093A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hiramatsu; 健司平松; Hiroshi Onishi; 寛大西; Noriko Morita; 訓子森田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】膜質の向上、膜厚・膜質の均質化及び成膜の
低温化を図る。【構成】高出力パルスプラズマＣＶＤ法において、複
数の反応ガスを予め混合してチャンバ２０１内に導入
し、ｉｎ−ｓｉｔｕで膜厚分布を計測し、ガス導入条件
を制御するとともに、膜厚分布の均一化を図るためにチ
ャンバ２０１内に多孔板２１３を配置した。また、膜質
の向上のために、分解エネルギーの高いガスの１周期当
りの導入回数を増やし、さらに分解補助・不純物除去作
用を有するガスを導入した。また、反応ガス導入管５６
にガス活性手段２３１を設けた。さらに、基板に印加さ
れた負のパルスバイアス７４のパルス幅、振幅、および
ＲＦ供給パルス７１とのタイミングのうち少なくとも１
つを変化させて成膜を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、原料ガスをプラズマ
により分解・反応させ、例えば金型等の表面へ薄膜を低
温成膜する薄膜形成法及びその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤによる薄膜形成法は、プ
ラズマによる原料ガスの分解が気相中で行われるため、
通常の熱ＣＶＤと比較して低温成膜が可能であり、半導
体や金型等の表面への薄膜形成に用いられている。この
プラズマＣＶＤ法においては、通常連続放電を用いるこ
とが多いが、最近は放電をパルス化したパルスプラズマ
ＣＶＤ法も用いられている。図２６は特開平４−１８０
５６９号公報に示された従来のパルスプラズマＣＶＤ法
による薄膜形成装置を示す図である。図において動作を
説明すると、このプラズマＣＶＤ装置１０では、プラズ
マ放電用の電源としてパルスＤＣ電源１１が使用されて
いる。このパルスＤＣ電源１１は反応室１２内の電極１
３と接続されている。この反応室１２には、ガス供給系
１４が接続され、反応室１２内のガス吹出口１５から内
部に反応ガスが供給されると共に、排気系１６が接続さ
れ反応室１２内を所定の圧力に保持できるようになって
いる。そして、反応室１２内の電極１３上に成膜すべき
基体１７を設置し、パルスＤＣ電源１１による放電によ
って成膜すべき材料を含む反応ガスを解離・電離させて
プラズマ化し原料を活性化すると共に、基体１７の表面
での化学反応を利用して基体１７に薄膜を形成するよう
になっている。

【０００３】ここで用いるパルスＤＣ放電電源１１は、
図２７に示すような正、負の矩形の電圧を出力すること
ができ、また制御装置１８によりパルス幅：ａ、パルス
高さ：Ｖ、周波数：ｆが可変であり、これらを操作する
ことにより成膜される膜の膜質、構造等を制御してい
る。

【０００４】また、特開昭６２−５０４７２号公報にお
いてもパルスプラズマＣＶＤ法が用いられている。図２
８はここで用いられた１装置図である。図において、放
電電極２１とアース電極２０間でＲＦ放電をパルス的に
行い、上記アース電極上に設置された基体２２上に所望
の薄膜を堆積させる。

【０００５】図２９はその際用いられるＲＦ電力と反応
ガスの供給パターンを示している。ここでは反応ガスも
パルス供給しており、Ｎ₂ 、ＳｉＨ₄ 、Ａｒをそれぞれ
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように供給している。このガ
ス供給にあわせてＲＦ電力を（ａ）のように投入し、パ
ルス的に放電を発生させている。ここでＡｒは、Ｎ₂、
ＳｉＨ₄ のガス交換を促進するために供給されている。
また、文献“スィンソリッドフィルムズ１９１号
１３５頁（１９９０年）”（Thin Solid Films １９１
（１９９０）１３５）においてもこのパルスプラズマＣ
ＶＤ法が用いられており、Trimethyl Aluminium （ＴＭ
Ａ）、Ａｒ、Ｈ₂ によりＡ１膜が形成されている。炭素
系の材料ガスを用いる場合、膜中に炭素が不純物して残
る問題があった。ここでは、ＴＭＡを供給・分解した
後、水素プラズマを用いてＣＨ_４として炭素を除去し、
問題の解決を図っている。

【０００６】一方、金型材としては、その目的に応じ、
すなわち納期・加工精度等を考慮して、Ｓ５５Ｃ、ＳＫ
Ｄ−１１、ＳＵＳ等の材料が用いられてきた。金型の製
造工期は金型の加工性により左右され、金型の加工には
多大な時間と労力を要するため、加工性の良い材料の出
現が期待されていた。特に、成形温度が２００℃以下の
低温で使用されるモールド用簡易金型に対しては、加工
性がよく、短納期化、軽量化が実現でき、トータルとし
てのコストも低減可能な材料であるアルミニウムまたは
アルミニウム合金を用いた金型が普及している。

【０００７】しかし、アルミニウムまたはアルミニウム
合金は硬度が低く（高いものでＨｖが２００程度）耐摩
耗性に乏しいため、金型の寿命が短くなり易いという欠
点があり、またガラス入の樹脂には耐摩耗性の観点から
不適当であるという欠点もあり、適用範囲が限定されて
いた。これに対し本出願人は、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金により製造された金型の表面硬さを向上さ
せる表面処理方法についての発明を出願し（例えば、特
開平３−２６７３５８号公報、特開平４−１６１３０８
号公報、特開平４−２６３０６１号公報等参照）、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金の強度不足による問題
の一解決例を示した。本出願人の解決例として、高出力
ＲＦパルス放電により断続的に導入された反応ガスを分
解して膜を形成する手法（以下、高出力パルスプラズマ
ＣＶＤと称する）を利用しているが、膜の高品質化に係
わる点、すなわち組成制御や均一成膜等については言及
していない。

【０００８】図３０は従来の高出力パルスプラズマＣＶ
Ｄ装置を示す構成図であり、図において、３１はチャン
バ、３２，３３は電極、３４はＲＦ電源、３５はマッチ
ングボックス、３６はパルスジェネレータ、３７は真空
計、３８は反応ガスボンベまたはシリンダ、３９はマス
フロコントローラ（流量制御装置）、４０はバッファタ
ンク、４１は例えばピエゾバルブからなる高速応答バル
ブ、４２は基板である。

【０００９】次に動作について説明する。このＣＶＤ装
置では、反応ガスボンベまたはシリンダ３８から供給さ
れた反応ガスはマスフロコントローラ３９により、各々
のガス流量が設定され、一旦バッファタンク４０に貯め
られ、高速応答バルブ４１を介して真空排気されたチャ
ンバ３１内に導入される。導入された反応ガスがチャン
バ３１内に拡散すると、電源３４より供給され、マッチ
ングボックス３５を介してチャンバ３１内に投入され、
電極３２，３３間に印加されたＲＦパワーにより、反応
ガスはプラズマ化され分解し、基板４２上に所望の膜が
形成される。反応ガスが導入される高速応答バルブ４１
とＲＦパワーの投入はパルスジェネレータ３６により同
期される。なお、導入された反応ガスは真空計３７によ
り圧力モニタされる。また、必要に応じて、文献“ヴァ
キュウム，３８巻８−１０号，６２７−６３１頁（１９
８８年）”（Ｖａｃｕｕｍ，ｖｏｌ３８，Ｎｏ．８−１
０（１９８８），６２７−６３１）のように、基板冷却
のために、電極３２，３３に水冷管を設けることがあ
る。

【００１０】図３１に具体的な操作例を示す。この図は
成膜の際のガス導入、ＲＦ放電のシーケンスを示すもの
で、例えば、Ｓｉ_３Ｎ₄ 膜を形成する場合、原料ガス
として、ＳｉＨ₄ （シラン）とＮ₂ （窒素）を用いる。
放電を安定化させるためにＡｒガスを加えることもある
が、直接的に反応には関与せず、放電のエネルギーロス
を引き起こすこともない。ＳｉＨ₄ とＮ₂ の流量は、所
望する成膜速度と分解効率、組成比Ｓｉ：Ｎ＝３：４か
ら単位時間当りチャンバ中に供給されるべき必要量を算
定しこれにより決定される。これにはチャンバの大き
さ、処理面積も関係する。ガスが供給されてから、ＲＦ
パワーが投入されるまでの時間は、ガスがチャンバ中に
拡散するのに必要な時間から決定し、全体の周期Ｔはガ
スがチャンバ中を通過し、チャンバ中のガスが完全交換
するのに必要な時間から決定する。放電のパルス幅は、
導入された原料ガスが分解に要する時間により決定され
る。以上により基板上には、膜厚が均一で、組成の制御
された膜が形成される。また、図３２は特開昭６２−５
０４７２号公報に示されたガス導入のシーケンスの一例
であり、この場合においても膜厚が均一で組成の制御さ
れたＳｉＮ膜を形成することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、パルスプラ
ズマＣＶＤ法を用いた薄膜形成においては、放電のパル
ス化による平均投入電力の低減、高尖頭値化による反応
ガスの分解促進等により低温成膜が可能になると言われ
ているにもかかわらず、薄膜の種類によっては、十分低
温で成膜できないものがあった。特に塩素系の反応物を
用いた系では、低温成膜時にＣｌが抜けなかった。ま
た、プラズマにより活性化されたＨは炭素引き抜きに用
いられていたものの、Ｃｌ引き抜きには用いられていな
い。また、パルス放電では定常放電とは異なり、毎回放
電を立ち上げるため、平衡状態に達するまでに多種のイ
オンが発生し、そのイオン密度の時間変化も大きいにも
拘らず、こうした現象を考慮した薄膜形成の制御はなさ
れていない。さらに、パルス放電を用いる際、安定した
放電が発生しにくいという問題点があった。

【００１２】また、高出力パルスプラズマＣＶＤ装置を
用いた成膜方法では、導入されたガスを十分に分解でき
るだけのＲＦパワーやそのパルス幅が確保できればよい
が、大面積に処理しようとしてチャンバを大型化したり
ポンプの排気能力に限界があり、放電開始電圧を維持で
きる圧力調整が難しかったりする場合、ＲＦ電源の能力
にも限界があるため、プロセスとしてパワー不足あるい
はパワー密度不足、パルス幅不足等の問題が生じる。そ
のため、組成制御や不純物の除去に対する具体策がなさ
れず、設計通りの膜を成膜することが難しいという問題
点があった。また、膜厚分布の均一化に対しても同様
で、大面積化に対してはガスがチャンバ中で拡散したタ
イミングを算定してＲＦ放電を生じさせる方法にも限界
があり、さらにチャンバ中にガスが導入される際、バッ
ファタンクの圧力とピエゾバルブの開放時間により各々
のガスの流速が異なるためガスの種類によりチャンバ内
での分布も異なり、これが膜質の不均一あるいは膜厚の
不均一な分布を引き起こす要因となっていた。

【００１３】一方、従来のプラズマＣＶＤ法において
は、組成制御法として、ガス流量・流量比を制御する、
不純物引き抜き効果のあるガスを添加する等の方法をと
っている。この手法をパルスプラズマＣＶＤ法に適用し
ようとすると、ガス流量・流量比を制御する場合、前述
したように、ＲＦ電源能力の問題からＲＦ放電の１パル
ス当りのエネルギーで分解できる反応ガス量には限界が
あるので、成膜速度が低下する。また、不純物引き抜き
効果のあるガスを添加する手法を用いる場合、例えば、
文献“スィンソリッドフィルムズ１９１号１３
５−１４５頁（１９９０）”（Thin Solid Films，１９
１（１９９０）１３５−１４５）中のＦｉｇ．５やＦｉ
ｇ．６に記載されているように水素のパルス的導入回数
をふやすことにより炭素の含有量を低減し、抵抗値を低
減する効果が認められている。しかし、このようなメイ
ンのパルス放電の後の水素ガスの放電を繰り返し行う場
合、水素ガス単独では放電開始、また維持させにくい等
の問題点があった。

【００１４】また、従来のプラズマＣＶＤ法において
は、膜厚の均一化として、反応ガス導入ガスノズルまた
は導入口を工夫し、ガスをシャワー状に供給できるよう
にする（例えば、実開平２−１３１５５０号公報「プラ
ズマＣＶＤ装置の電極構造」参照のこと）、あるいは反
応チャンバ内の処理圧を低下させ拡散を促進させる、基
板温度を上昇させる、基板保持台に回転機構を設ける等
の手法が採られていた。しかし、この手法をパルスプラ
ズマＣＶＤ法に適用しようとすると、ガスノズルや電極
構造を改造してもガスを断続的に供給する効果がなくな
るという問題点があった。一般に反応チャンバ内の処理
圧はパルスプラズマＣＶＤ法の方が通常のプラズマＣＶ
Ｄ法よりも元々低いので、基板温度を上昇させるとアル
ミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材に損傷が
生じ易く、基板保持台に回転機構を設けると発塵の原因
となる等の問題点があった。

【００１５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、品質の優れた膜を低温で形成す
るとともに、膜質及び膜厚分布を制御することができる
薄膜形成法及びその装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る薄
膜形成法は、基板に負のＤＣパルスバイアスを印加し、
このＤＣパルスバイアスのパルス幅、振幅、およびＲＦ
供給パルスとのタイミングのうち少なくとも１つを変化
させて成膜を行うものである。

【００１７】また、請求項２の発明に係る薄膜形成法
は、反応ガスの１つとして塩化物を用い、上記塩化物の
供給・分解過程と、塩化物を供給しないでプラズマ中で
活性化された水素により塩素を引き抜く過程とを備える
ものである。

【００１８】また、請求項３の発明に係る薄膜形成法
は、請求項２の塩素引き抜き過程と共に塩化物を供給し
ないで所望の組成を得るための膜合成過程を備えるもの
である。

【００１９】また、請求項４の発明に係る薄膜形成法
は、放電安定化用のＡｒガスを少なくともＲＦ電圧印加
時に存在するように供給し、かつ反応炉内が激しく圧力
変化しないように供給量を徐々に変化させるものであ
る。

【００２０】また、請求項５の発明に係る薄膜形成法
は、通常のパルス放電の間に、このパルス放電より短い
周期でＡｒのみのパルスプラズマを発生させるものであ
る。

【００２１】また、請求項６の発明に係る薄膜形成法
は、複数の反応ガスのうち、解離エネルギーの高いガス
の１周期当りの断続的導入回数を解離エネルギーの低い
ガスより多くし、ガスの分解を促進させるものである。

【００２２】また、請求項７の発明に係る薄膜形成法
は、複数の反応ガスを分解・プラズマ化する際に、解離
エネルギーの高いガスを分解するのを助け、かつ膜中不
純物を除去する作用を有する補助ガスを解離エネルギー
の高いガスと同時に導入し、該解離エネルギーの高いガ
スの分解を促進させ、次いでこの補助ガスを分解・プラ
ズマ化し活性化させて膜中の不純物を除去するものであ
る。

【００２３】また、請求項８の発明に係る薄膜形成法
は、複数の反応ガスのうち２種以上の反応ガスを予め混
合した後にこの混合ガスを反応炉内に導入するものであ
る。

【００２４】また、請求項９の発明に係る薄膜形成法
は、複数の反応ガスのうち、単独で導入する反応ガスを
予め活性化した後に反応炉内に導入するものである。

【００２５】また、請求項１０の発明に係る薄膜形成法
は、成膜中の膜厚分布に応じて上記複数の反応ガスを選
択導入し、これら選択された反応ガスの各々の導入時期
に同期してＲＦ放電を生じさせ、これらの反応ガスを分
解するものである。

【００２６】また、請求項１１の発明に係る薄膜形成装
置は、電極間に絶縁物から構成される支持体により支持
され、反応ガスの分解生成物を通過させる穴が形成され
た板を設置し、この分解生成物を穴を通過させた後に基
板上に堆積させ膜とするものである。

【００２７】また、請求項１２の発明に係る薄膜形成装
置は、複数の反応ガス導入管各々に分岐管を設け、これ
ら分岐管と反応炉との間にこれら分岐管各々から導入さ
れる反応ガスを混合し均一な混合ガスとする混合室を設
けたものである。

【００２８】また、請求項１３の発明に係る薄膜形成装
置は、反応ガス導入管各々の反応炉側及び混合室と反応
炉との間それぞれに断続開閉可能な開閉機構を設け、こ
れら開閉機構に、これら開閉機構の開閉を制御するため
の制御手段を設けたものである。

【００２９】また、請求項１４の発明に係る薄膜形成装
置は、反応ガス導入管各々の反応炉側に、反応ガスを活
性化するためのガス活性手段を設けたものである。

【００３０】また、請求項１５の発明に係る薄膜形成装
置は、反応ガス導入管各々に、複数の分岐管のいずれか
を選択する分岐管選択手段を設け、これら分岐管選択手
段の複数の分岐管各々に、これら分岐管により導入され
る反応ガスを混合する混合室を設けたものである。

【００３１】また、請求項１６の発明に係る薄膜形成装
置は、複数の混合室と反応炉との間各々に断続開閉可能
な開閉機構を設け、これら開閉機構に該開閉機構の開閉
を制御する制御手段を設けたものである。

【００３２】また、請求項１７の発明に係る薄膜形成装
置は、反応炉内に成膜中の膜厚分布を測定するための膜
厚分布測定手段を設け、前記制御手段に、膜厚分布に応
じて導入する反応ガスを選択し、導入される各反応ガス
または各混合反応ガスのいずれかの導入時期に同期して
各々ＲＦ放電を生じさせるＲＦ放電制御手段を設けたも
のである。

【００３３】

【作用】請求項１の発明における薄膜形成法は、基板に
負のＤＣパルスバイアスを印加し、このＤＣパルスバイ
アスのパルス幅、振幅、およびＲＦ供給パルスとのタイ
ミングのうち少なくとも１つを変化させて成膜を行うの
で、発生する各種イオンから成膜に効果のあるイオンを
選択して成膜できることから、膜質の制御が可能となり
高品質の膜を低温で形成することができる。

【００３４】また、請求項２の発明における薄膜形成法
は、反応ガスの１つとして塩化物を用い、上記塩化物の
供給・分解過程と、塩化物を供給しないでプラズマ中で
活性化された水素により塩素を引き抜く過程とを備える
ので、塩化物が未分解のまま堆積することを防止し、低
温でＣｌ量の少ない膜を得ることができる。

【００３５】また、請求項３の発明における薄膜形成法
は、請求項２の塩素引き抜き過程と共に塩化物を供給し
ないで所望の組成を得るための膜合成過程を備えるの
で、低温でＣｌ量の少ない高品質な合成膜を得ることが
できる。

【００３６】また、請求項４の発明における薄膜形成法
は、放電安定化用のＡｒガスを少なくともＲＦ電圧印加
時に存在するように供給し、かつ反応炉内が激しく圧力
変化しないように供給量を徐々に変化させるので、ＲＦ
電力や反応ガスの供給パルス周期を長くしても、安定な
放電が得られ成膜が行える。

【００３７】また、請求項５の発明における薄膜形成法
は、通常のパルス放電の間に、このパルス放電より短い
周期でＡｒのみのパルスプラズマを発生させるので、Ｒ
Ｆ電力や反応ガスの供給パルス周期を長くしても、安定
な放電が得られ成膜が行える。

【００３８】また、請求項６の発明における薄膜形成法
は、複数の反応ガスのうち、解離エネルギーの高いガス
の１周期当りの断続的導入回数を解離エネルギーの低い
ガスより多くするので、ＲＦ放電の１パルス当りのエネ
ルギーで分解できるガス量に限界があった場合において
も、解離エネルギーの高いガスの導入量をＲＦ放電の１
パルス当りのエネルギーで分解できる量に制御すること
により、簡便に組成制御を行うことが可能となる。従っ
て、化学量論的組成に近い薄膜を形成することが可能と
なる。

【００３９】また、請求項７の発明における薄膜形成法
は、複数の反応ガスを分解・プラズマ化する際に、解離
エネルギーの高いガスを分解するのを助け、かつ膜中不
純物を除去する働きを有する補助ガスを解離エネルギー
の高いガスと同時に導入するので、ＲＦ放電により補助
ガスが分解し、生成した活性なラジカルが解離エネルギ
ーの高いガスの分解を促進させ、また、第３体効果によ
り衝突頻度が向上し解離エネルギーの高いガスの分解を
促進させる。また、この補助ガスをＲＦ放電により分解
・プラズマ化し活性化することにより、膜中の不純物を
効果的に除去する。

【００４０】また、請求項８の発明における薄膜形成法
は、複数の反応ガスのうち、２種以上の反応ガスを予め
混合した後に反応炉内に導入するので、反応炉内におけ
るこれらの反応ガスの分布がほぼ均一となり、基板上に
形成される膜の組成が均一となる。

【００４１】また、請求項９の発明における薄膜形成法
は、単独で導入する反応ガスを予め活性化した後に反応
炉内に導入するので、このガスの導入に対してはＲＦ放
電を生じさせる必要がなく、平均パワーを抑制すること
ができ、一層低温化を進めることが可能となる。また、
このガスは活性化されているので不純物の堆積を抑制す
ることが可能となる。

【００４２】また、請求項１０の発明における薄膜形成
法は、成膜中の膜厚分布に応じて複数の反応ガスを選択
導入し、これら反応ガスの各々の導入時期に同期してＲ
Ｆ放電を生じさせるので、反応炉内のガス導入口から排
気口に至る反応ガスの分布を制御し、膜厚の分布が均一
化する。従って、より精度の高い膜厚及び膜質の均一化
を図ることが可能になる。

【００４３】また、請求項１１の発明における薄膜形成
装置は、電極間に絶縁物からなる支持体により支持さ
れ、穴が形成された板を設置したので、プラズマにより
分解した反応ガスの分解物を穴を有する板を通過させる
ことにより、付着確率の高い物質をこの板に付着させて
分解物から除去し、膜厚及び膜質の均一な薄膜が得られ
る。

【００４４】また、請求項１２の発明における薄膜形成
装置は、複数の反応ガス導入管各々に分岐管を設け、こ
れら分岐管と反応炉との間に反応ガスを混合する混合室
を設けたので、反応炉内の複数の反応ガス各々の分布が
均一となり、膜厚及び膜質の均一な薄膜が得られる。

【００４５】また、請求項１３の発明における薄膜形成
装置は、複数の反応ガス導入管各々の反応炉側及び混合
室と反応炉との間各々に断続開閉可能な開閉機構を設
け、これら開閉機構に開閉を制御する制御手段を設けた
ので、反応炉内への反応ガスの導入量を制御することが
でき、反応炉内の反応ガスの経時的な組成変動が小さく
なる。従って、膜厚及び膜質が一層均一な薄膜が得られ
る。

【００４６】また、請求項１４の発明における薄膜形成
装置は、複数の反応ガス導入管各々の反応炉側に、反応
ガスを活性化するガス活性手段を設けたので、ＲＦ放電
を生じさせることなく反応ガスを活性化し、平均パワー
を抑制することが可能になる。

【００４７】また、請求項１５の発明における薄膜形成
装置は、複数の反応ガス導入管各々に、複数の分岐管の
いずれかを選択する分岐管選択手段を設け、これら分岐
管選択手段の複数の分岐管各々に複数の反応ガスを混合
する混合室を設けたので、反応炉内の複数の反応ガス各
々の分布が均一となり、膜厚及び膜質の均一な薄膜が得
られる。しかも、複数の混合室を適宜用いることにより
反応炉内の反応ガス各々の分布がさらに均一化され、薄
膜の均一性が向上する。

【００４８】また、請求項１６の発明における薄膜形成
装置は、複数の混合室と反応炉との間各々に断続開閉可
能な開閉機構を設け、これら開閉機構に開閉を制御する
制御手段を設けたので、反応炉内への反応ガスの導入量
を制御することができ、反応炉内の反応ガスの経時的な
組成変動がさらに小さくなる。従って、膜厚及び膜質が
さらに均一な薄膜が得られる。

【００４９】また、請求項１７の発明に係る薄膜形成装
置は、反応炉内に成膜中の膜厚分布を測定する膜厚分布
測定手段を設け、上記制御手段に、膜厚分布に応じて導
入する反応ガスを選択し、導入される各反応ガスまたは
各混合反応ガスの導入時期に同期して各々ＲＦ放電を生
じさせるＲＦ放電制御手段を設けたので、反応炉内にお
ける複数の反応ガス各々の分布を均一化するとともに、
膜厚分布に応じて導入する反応ガスを選択し、分布の均
一化を図る。さらに、反応ガス導入に同期したＲＦ放電
のタイミングを制御することで導入口から排気口への分
布を制御することができ、より精度の高い膜厚及び均一
な膜質の薄膜が得られる。

【００５０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図２は、この発明の薄膜形成法が適用されるパルス
プラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。このプラズマ
ＣＶＤ装置では、放電電源として周期、パルス幅、振幅
が可変なパルスＲＦ電源５１を用いる。次に動作につい
て説明する。このＲＦ電源５１からでたＲＦ電圧は整合
回路５２を通り、反応炉５３内に設置された容量性放電
電極５４，５５に送られる。反応ガスは、各反応ガス導
入管５６に取り付けられた流量計５７を通してバッファ
タンク５８に蓄えられた後、ピエゾーバルブ５９を電気
信号でパルス的に開くことによりパルス的にガス導入口
６０から供給される。その際、電気信号を操作すること
により、供給する反応ガスの供給時間およびＲＦに対す
るタイミングが操作できる。基板６２はＲＦ電極５４と
は絶縁されている試料台６３に設置される。この基板６
２に、接地された反応炉５３に対して、負のパルスバイ
アスを基板バイアス電源６４により印加する。このパル
スバイアスは、そのパルス幅、振幅およびＲＦパルスに
対するタイミングの操作が可能である。

【００５１】反応炉５３内に反応ガスをパルス供給しな
がら、ＲＦ電圧をパルスＲＦ電源５１により放電電極５
４，５５間に印加してプラズマを生成し、基板６２上に
薄膜を形成する。その際、発生したイオン密度の時間変
化を例えば発光分光法により計測し、成膜に効果のある
イオン密度が高い期間だけ負のＤＣバイアスを印加する
ようパルスの形状を操作して成膜を行う。

【００５２】請求項１の発明の一実施例として、例えば
Ｈ₂ をキャリアガスとしてバブリングすることによって
得られるＴｉＣｌ₄ と、Ｈ₂ 、Ａｒ、Ｎ₂ を反応ガスと
してＴｉＮ膜を形成することを考える。図１はこの時の
ＲＦパルスとイオン密度の変化を示したものである。反
応ガスをパルス的に供給し、図１のＲＦパルス７１の幅
を１００μｓ〜１ｍｓとする場合、ＴｉＣｌ₄ の分解の
時定数が大きいため、Ｔｉ⁺ とＮ₂ ⁺のイオン密度の時間
変化はそれぞれ図１の曲線７２，７３のようになる。こ
こで、基板に対してＴｉイオン密度が高い期間のみ、図
１の７４の形状で振幅が５０〜５００Ｖの負のパルスバ
イアスを印加してイオンを引き出して成膜を行う。

【００５３】この結果、ＴｉＣｌ₄ から分解されたＴｉ
イオンやＮ₂ 、Ｎイオンがバイアスによって多く引き出
されるため、膜中に含まれるＣｌ量が低減され、低温で
良質のＴｉＮ膜が得られる。

【００５４】実施例２．次に請求項１の発明の他の実施
例について説明する。従来はバイアス印加時にイオンの
エネルギーが高すぎると得られた膜がイオン衝撃により
ダメージを受けるという問題があった。その反面、付着
力の高い膜を得るためにはある程度のイオンエネルギー
が必要とされていた。そこで、実施例１における負バイ
アス７４の振幅を変化させて、基板に到達するイオンの
エネルギーを操作しながら成膜を行う。例えば、成膜開
始後は４００〜６００Ｖとして付着力の高い膜を形成す
る。この状態で１０〜３０分成膜後、負バイアスの振幅
を５０〜１００Ｖと小さくして、膜へのダメージを抑え
て成膜を行う。この結果、形成された膜にダメージを与
えることなく、付着力の高い膜を得ることができる。

【００５５】実施例３．請求項１の発明のさらに他の実
施例として、例えば、反応ガスとしてＳｉＨ₄およびＡ
ｒ等の不活性ガスを用いて、α−ＳｉＨ膜を形成するこ
とを考える。従来から未結合Ｈが混在するという問題が
あり、この低減が必要である。ここでは実施例１と同様
に、ＲＦ，反応ガス共にパルス供給し、発生するイオン
密度を発光分光法により測定する。ＳｉＨ₄ とＡｒの流
量比を１／２〜１／３とし、ＲＦパワーは４０〜５０ｋ
Ｗとする。高いピークパワーを用いるためＳｉＨ₄ の分
解が進み、ＳｉＨイオンの時間変化は図３の７５のよう
になる。ここではＳｉＨ₄が完全に分解されないよう
に、ＲＦのパルス幅を７１のようにＳｉＨイオン密度が
最大になる時点までに設定する。そして、ＳｉＨイオン
密度の多い期間だけ負のパルスバイアス７４を印加し
て、ＳｉＨイオンを基板に引き出して成膜を行う。この
結果、膜組成の制御された未結合Ｈの少ない良質のα−
ＳｉＨ膜が得られるようになった。

【００５６】実施例４．請求項２の発明の一実施例とし
て、例えば、ＴｉＣｌ₄ 、Ｈ₂ 、Ａｒを用いて、Ｔｉ膜
を形成することを考える。この場合のＲＦ電力、反応ガ
スの供給パターンを図４に示す。ここでは、Ａｒは放電
の安定化のために用いている。ＴｉＣｌ₄ １０２を１０
〜４０ｓｃｃｍのＨ₂ キャリアガスを用いて２０〜２５
ｍｓ間のパルス供給する。他のＨ₂ １０４、Ａｒ１０５
はそれぞれ４００〜８００ｓｃｃｍ、９０〜２００ｓｃ
ｃｍの流量でＴｉＣｌ₄ と同じタイミングで５〜１０ｍ
ｓ間供給する。このガス供給開始時間から１５〜２５ｍ
ｓ遅れて、パルス幅１００〜１５０μｓとした４０〜５
０ｋＷのＲＦ電力１０１を投入し、パルスプラズマを発
生させる。このパルスプラズマを２、３回繰り返し発生
させることによりＴｉＣｌ₄ の供給・分解過程を実施し
た後、さらにＴｉＣｌ₄ を供給しないパルスプラズマを
２０〜３０ｍｓの周期で８〜２０個発生させ、Ｃｌ引き
抜き過程を実施する。この２つのパルスパターンの繰り
返しによりＴｉ膜の形成を行う。この結果、純度の高い
Ｔｉ膜が低温で形成できる。

【００５７】実施例５．請求項２の発明の他の実施例と
して、実施例４と同じ反応ガスを用いて、Ｔｉ膜を形成
することを考える。図５のように、ＴｉＣｌ₄ １０２の
みをパルス供給し、ＲＦ電力１０１および他の反応ガス
Ｈ₂ １０４、Ａｒ１０５は定常的に供給してＴｉ膜の形
成を行う。この場合は、ＲＦパワーは１００〜１０００
Ｗのものを用い、ガス流量は実施例４と同じものを用い
る。この結果、低ＲＦ電力でＣｌの少ないＴｉ膜が低温
で形成できる。

【００５８】実施例６．請求項２の発明のさらに他の実
施例として、反応ガスとして、ＡｌＣｌ₃ 、Ｈ₂ 、Ａｒ
を用いて実施例４と同様の方法によりＡｌ膜を形成す
る。この結果、高純度のＡｌ膜が低温で形成できる。

【００５９】実施例７．請求項３の発明の一実施例とし
て、例えば、塩化物としてＴｉＣｌ₄ を用いて、ＴｉＮ
膜を形成することを考える。反応室としては図２８のよ
うな従来のものを用いる。図６は他にＮ₂ 、Ｈ₂ 、Ａｒ
を用いる場合のＲＦ電力と反応ガスの供給パターンを示
したものである。Ａｒは放電の安定化のために用いてい
る。ＴｉＣｌ₄ １０２を１０〜４０ｓｃｃｍのＨ₂ キャ
リアガスを用いて２０〜２５ｍｓ間のパルス供給する。
他のＮ₂ １０３、Ｈ₂ １０４、Ａｒ１０５はそれぞれ５
０〜２００ｓｃｃｍ、４００〜８００ｓｃｃｍ、９０〜
２００ｓｃｃｍの流量でＴｉＣｌ₄ と同じタイミングで
５〜１０ｍｓ間供給する。このガス供給開始時間から１
５〜２５ｍｓ遅れてパルス幅１００〜１５０μｓとした
ピークパワー４０〜５０ｋＷのパルスＲＦ電力１０１を
投入し、パルスプラズマを発生させる。このパルスプラ
ズマを２、３回繰り返してＴｉＣｌ₄ 供給・分解過程を
実施した後、さらにＴｉＣｌ₄ を供給しないパルスプラ
ズマを２０〜３０ｍｓの周期で８〜２０個発生させ、窒
化およびＣｌ引き抜き過程を実施する。この２つのパル
スパターンの繰り返しによりＴｉＮ膜の形成を行う。な
お、Ｎ₂ パルス数については常に供給しなくてもよく、
必要に応じて変化させる。この結果、未分解のＴｉＣｌ
_X から塩素を引き抜くことができ、低温でＣｌ量の少な
い高品質なＴｉＮ膜が得られる。

【００６０】実施例８．請求項３の発明の他の実施例と
して、実施例７と同じ反応ガスを用いて、ＴｉＮ膜を形
成する場合、図７のように、ＴｉＣｌ₄ １０２のみをパ
ルス供給し、ＲＦ電力１０１および他の反応ガスＮ₂ １
０３、Ｈ₂ １０４、Ａｒ１０５は定常的に供給する。こ
の場合は、ＲＦ電力１０１は１００〜１０００Ｗのもの
を用い、ガス流量は実施例７と同じものとする。この結
果、低ＲＦパワーでＣｌの少ないＴｉＮ膜が低温で形成
できる。

【００６１】実施例９．請求項３の発明のさらに他の実
施例として、例えば、反応ガスとしてＡｌＣｌ₃ 、Ｎ
₂ 、Ｈ₂ 、Ａｒを用いて、実施例７と同様の成膜を行
う。この結果、Ｃｌの少ない高品質のＡｌＮ膜が得られ
る。

【００６２】実施例１０．次に請求項４の発明について
説明する。図２８，２９を用いて従来例で説明した特開
昭６２−５０４７２号公報においては、Ａｒガスは反応
ガスの交換促進のために用いており、ＲＦ投入直後にＡ
ｒガスを供給している。ここでは、Ａｒガスを放電安定
化のために用い、Ａｒガス供給直後にＲＦを投入してＡ
ｒプラズマを発生させる。特にパルスプラズマ周期が１
００ｍｓを越える場合、反応室内のガス圧変化が激しい
ため、放電が不安定になることがあった。

【００６３】そこで、パルスプラズマ法において、図８
のようなガス供給を行う。つまり反応室内の圧力変化を
緩やかにするためＡｒ供給１０５のみを穏やかに変化さ
せ、Ａｒの供給は止めることなく少量供給し続ける。他
のガスは実施例７と同様に供給する。こうしたことによ
り、反応室内の圧力変化を緩やかにする。なお、この形
状はＲＦ電力と反応ガスの供給周期の変化にあわせ、最
適のものを選択する必要がある。この結果、放電の安定
化を図ることができ、ＲＦや反応ガスの供給周期によら
ず、安定した放電のもとで成膜が行えるようになった。

【００６４】実施例１１．次に請求項４の発明の他の実
施例について説明する。実施例１０において、図９のよ
うに、ＲＦ電力１０１、ＴｉＣｌ₄ １０２、Ｎ₂ １０
３、Ｈ₂ １０４はパルス供給し、Ａｒ１０５だけを定常
的に供給することにより成膜を行う。この結果、放電の
安定化を図ることができ、ＲＦや反応ガスの供給周期に
よらず、安定した放電のもとで成膜が行えるようになっ
た。

【００６５】実施例１２．次に請求項５の発明の一実施
例として、同じく、ＲＦパルスの供給周期が短い場合に
放電が不安定になるという問題に対し、図１０のような
反応パターンを考える。つまり、ＴｉＣｌ₄ １０２、Ｎ
₂ １０３、Ｈ₂ １０４、Ａｒ１０５を１００ｍｓ以上の
供給周期でパルス供給した場合、放電の安定化のために
さらに短い周期でＡｒ１０５とＲＦ電力１０１をその周
期が２０〜３０ｍｓになるように数個発生させる。この
結果、放電の安定化を図ることができ、ＲＦや反応ガス
の供給周期によらず、安定した放電のもとで成膜が行え
るようになった。

【００６６】実施例１３．次に請求項６の一実施例とし
て、例えば、主原料ガスとしてＳｉＨ₄ （シラン）とＮ
₂ （窒素）を用いＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を形成する方法についえ
説明する。図１１は高出力パルスプラズマＣＶＤ装置の
概略を示す構成図である。このプラズマＣＶＤ装置で
は、排気装置により真空排気されたチャンバ（反応炉）
２０１の中に、ボンベあるいはシリンダ２０８から供給
された反応ガス（ここでは主原料ガスのＳｉＨ₄ 、Ｎ₂
にＨ₂ 、Ａｒを加えた４種のガスを用いる）は流量制御
装置（マスフロコントローラ）２０９により、各々のガ
ス流量が設定され、一旦バッファタンク２１０に貯めら
れ、高速応答のバルブ（例えば、ピエゾバルブ）２１１
を介して一気に導入される。導入された反応ガスがチャ
ンバ２０１内に拡散されると、ＲＦ電源２０３より供給
され、マッチングボックス２０４を介してチャンバ２０
１内に投入され、電極２０２および２０５の間に印加さ
れたＲＦ電力により、反応ガスはプラズマ化され分解
し、基板２０６上に所望の膜が形成される。反応ガスが
導入される高速応答のバルブ２１１とＲＦパワーの投入
はパルスジェネレータ２１２により同期されている。な
お、導入された反応ガスは真空計２０７により圧力モニ
タされる。また、必要に応じて、電極２０２及び２０５
に水冷管を設け、基板冷却を行う。

【００６７】次に動作について説明する。図１２に具体
的な操作例を示す。例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄ 膜を形成する場
合、主原料ガスとして、ＳｉＨ₄ （シラン）とＮ₂ （窒
素）を用いる。放電を安定化させるためにＡｒガスを加
えることもあるが、このＡｒガスは直接的に反応に関与
せず、放電のエネルギーロスを引き起こすこともない。
ＳｉＨ₄ とＮ₂ の流量は、所望する成膜速度と分解効
率、組成比Ｓｉ：Ｎ＝３：４から単位時間当りチャンバ
２０１中に供給されるべき必要量を算定し、これにより
決定される。これにはチャンバ２０１の大きさ、処理面
積も関係する。ガスが供給されてからＲＦ電力が投入さ
れるまでの時間は、ガスがチャンバ２０１中に拡散する
のに必要な時間から決定され、全体の周期Ｔはガスがチ
ャンバ２０１中を通過し、チャンバ２０１中のガスが完
全交換するのに必要な時間から決定される。放電のパル
ス幅は、導入された原料ガスが分解に要する時間により
決定される。

【００６８】ところが、主原料ガスであるＳｉＨ₄ （シ
ラン）は電子解離エネルギーが各々約４〜８（８は全解
離）ｅＶ、またＮ₂ （窒素）は２４ｅＶと大きく異なる
ため、Ｎ₂ の分解率が小さく特にＳｉＨ₄ とＮ₂ を同時
に導入して放電を生じさせると、分解エネルギーの小さ
いＳｉＨ₄ から選択的に分解されるためにＮの不足した
膜となり、組成制御されたＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を形成すること
が難しい。そこで図１２に示すように、不足分のＮを補
うために、Ｎ₂ の導入とこれを分解するためのＲＦ放電
の回数を多くし、組成制御を行う。図１２は上記考えに
基づき、決定されたパラメータで成膜を実施するときの
ガス導入、ＲＦ放電のシーケンスを示す。ここで設定値
の例を示すと、ＲＦ出力４０〜５０ｋＷ、パルス幅τ：
１００〜２００μｓ、ピエゾバルブ開口時間ｔ：５〜数
１０ｍｓ、周期Ｔ₁ ：３０〜１００ｍｓ、ガス流量：Ｓ
ｉＨ₄ ／Ｎ₂ ：５０ｓｃｃｍ、Ｎ₂ ：３００ｓｃｃｍ、
Ｈ₂ ：３００ｓｃｃｍである。

【００６９】以上の方法により、基板上には組成の制御
された膜が形成される。この効果を図１３に示す。図に
より、Ｎ₂ の導入回数を多くすることによりＳｉ／Ｎが
３／４に近づくことが分かる。

【００７０】以上説明したように、この実施例の薄膜形
成法によれば、解離エネルギーの高いガスの導入とこれ
を分解するためのＲＦ放電の回数を多くしたので、簡便
に組成制御を行うことができ、従って化学量論的組成に
近い薄膜を形成することができる。

【００７１】実施例１４．次に請求項６の別の実施例に
ついて説明する。主原料ガスとしてＴｉＣｌ₄ （四塩化
チタン）とＮ₂ （窒素）を用いＴｉＮ膜を形成する例に
ついて説明する。装置は図１１に示したものを用いる
が、ＴｉＣｌ₄ は液体のためキャリアガスを必要としＴ
ｉＣｌ₄ の貯められたバッファタンク２１０からチャン
バ２０１までの配管は例えば６０℃に加熱される。また
チャンバ２０１の周囲も例えば同じ６０℃に加熱され
る。

【００７２】ＴｉＣｌ₄ の電子解離エネルギーは約４ｅ
Ｖで、実施例１３のＳｉＨ₄ とほぼ同じである。そのた
め、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜形成時と同様に組成制御が難しくＮ不
足となる。そこで実施例１３と同じく、不足分のＮを補
うために、Ｎ₂ の導入とこれを分解するためのＲＦ放電
の回数を多くし、組成制御を行う。図１２において、Ｓ
ｉＨ₄ をＴｉＣｌ₄ ／Ｈ₂ （キャリアガス）と入れ替え
れば、ガス導入、ＲＦ放電のシーケンスとなる。Ｎ₂ の
導入とこれを分解するためのＲＦ放電の回数を多くする
ことで、ＴｉＮの組成比が１：１に近づくことが確認さ
れた。以上により、化学量論的組成に近い薄膜を形成す
ることができる。

【００７３】実施例１５．次に請求項６の別の実施例に
ついて説明する。主原料ガスとしてＴｉＣｌ₄ （四塩化
チタン）とＣＨ₄ （メタン）を用いＴｉＣ膜を形成する
例について説明する。装置は図１１と同様であるが、実
施例１４と同様ＴｉＣｌ₄ を用いるため、キャリアガス
を必要としＴｉＣｌ₄ の貯められたバッファタンク２１
０からチャンバ２０１までの配管は例えば６０℃に加熱
される。またチャンバ２０１の周囲も例えば同じ６０℃
に加熱される。

【００７４】ＴｉＣｌ₄ の電子解離エネルギーは約４ｅ
Ｖで、ＣＨ₄ （メタン）は８ｅＶ（全解離エネルギー）
でＣＨ₄ の分解はＴｉＣｌ₄ より効率が低い。そのた
め、組成制御が難しくＴｉＣ膜形成時にＣ不足となる。
そこで実施例１３、１４と同様、不足分のＣを補うため
に、ＣＨ₄ の導入とこれを分解するためのＲＦ放電の回
数を多くし、組成制御を行う。図１２において、ＳｉＨ
₄ をＴｉＣｌ₄ ／Ｈ₂ （キャリアガス）と、Ｎ₂ をＣＨ
₄ と入れ替えたものが、ガス導入、ＲＦ放電のシーケン
スとなる。ＣＨ₄ の導入とこれを分解するためのＲＦ放
電の回数を多くすることで、ＴｉＣの組成比が１：１に
近づくことが確認された。以上により、化学量論的組成
に近い薄膜を形成することができる。

【００７５】実施例１６．次に請求項７の一実施例とし
て、例えば主原料ガスとしてＳｉＨ₄ （シラン）とＮ₂
（窒素）を用いＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を形成することについて説
明する。装置は図１１に示した高出力パルスプラズマＣ
ＶＤ装置を用いる。

【００７６】具体的な操作パラメータの設定も実施例１
４と同様、以下の通りである。例えば、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜を
形成する場合、主原料ガスとして、ＳｉＨ₄ （シラン）
とＮ₂ （窒素）を用いる。放電を安定化させるためにＡ
ｒガスを加えることもあるが、直接的に反応には関与せ
ず、放電のエネルギーロスを引き起こすこともない。Ｓ
ｉＨ₄ とＮ₂ の流量は、所望する成膜速度と分解効率、
組成比Ｓｉ：Ｎ＝３：４から単位時間当りチャンバ２０
１中に供給されるべき必要量が算定され、決定される。
これにはチャンバ２０１の大きさ、処理面積も関係す
る。ガスが供給されてから、ＲＦ電力が投入されるまで
の時間は、ガスがチャンバ２０１中に拡散するのに必要
な時間から決定され、全体の周期Ｔはガスがチャンバ２
０１中を通過し、チャンバ２０１中のガスが完全交換す
るのに必要な時間から決定される。放電のパルス幅は、
導入された原料ガスが分解に要する時間により決定され
る。

【００７７】ところが、主原料ガスであるＳｉＨ₄ （シ
ラン）とＮ₂ （窒素）は電子解離エネルギーが各々約４
〜８（８は全解離）ｅＶと２４ｅＶと大きく異なるた
め、Ｎ₂ の分解率が小さく特にＳｉＨ₄ とＮ₂ を同時に
導入して放電を生じさせると、分解エネルギーの小さい
ＳｉＨ₄ から選択的に分解され、Ｎの不足した膜とな
り、組成制御されたＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を形成することが難し
い。また、ＳｉＨ₄ はチャンバ中の残留Ｏ（酸素）と結
合しやすく膜中に酸素を取り込み易いため、一層組成制
御が難しいものとなっている。そこで、図１４に示すよ
うに、不足分のＮを補うために、Ｎ₂ の導入時にはＨ₂
を同時に導入する。Ｈ₂ の解離エネルギーは約８ｅＶで
Ｎ₂ よりも解離し易く、解離された活性なＨとＮ₂ の反
応によりＮ₂を分解する。これによりＮ不足は解消され
組成制御が可能となる。さらにＮ₂ の導入とは別にＨ₂
の導入、ＲＦ放電の投入シーケンスにより、活性なＨは
膜中の酸素を取り除く働きをし、膜中不純物（Ｏ）の抑
制効果も得ることが可能となる。図１４は上記考えに基
づき、決定されたパラメータで成膜を実施するときのガ
ス導入、ＲＦ放電のシーケンスを示す。

【００７８】以上の方法により、基板２０６上に組成が
制御され、酸素の混入が抑制されたた膜を形成すること
ができる。この効果を図１５に示す。Ｎ₂ の導入と同時
にＨ₂ の導入とこれに同期したＲＦ放電、さらに別にＨ
₂ の導入とこれに同期したＲＦ放電を行うことによりＳ
ｉ／Ｎが３／４に近づき、酸素の混入率を低下させるこ
とができる。さらに、Ｈ₂ の単独の導入シーケンスがあ
るが、Ｈ₂ はＮ₂ の分解補助ガスとしても導入され、チ
ャンバ２０１中にＨ₂ ガスが他のガスと導入され、放電
されるシーケンスが前後に配置されているので、ＲＦ放
電を安定させることができ、Ｈ₂ 単独導入回数の割合が
極端に大きく増加しない限り放電を安定させ、プロセス
も安定し、高品質の膜を形成することができる。

【００７９】実施例１７．次に請求項７の別の実施例と
して、例えば、主原料ガスとしてＴｉＣｌ₄ （四塩化チ
タン）とＣＨ₄ （メタン）を用いＴｉＣ膜を形成するこ
とについて説明する。装置は図１１に示したものを用い
るが、実施例１４と同様ＴｉＣｌ₄ を用いるため、キャ
リアガスを必要としＴｉＣｌ₄ の貯められたバッファタ
ンク２１０からチャンバ２０１までの配管は例えば６０
℃に加熱される。またチャンバの周囲も例えば同じ６０
℃に加熱される。

【００８０】ＴｉＣｌ₄ の電子解離エネルギーは約４ｅ
Ｖで、ＣＨ₄ （メタン）は８ｅＶ（全解離エネルギー）
でＣＨ₄ の分解はＴｉＣｌ₄ より効率が低い。そのた
め、組成制御が難しくＴｉＣ膜形成時にＣ不足となる。
また、ＴｉＣｌ₄ もＳｉＨ₄ と同様、チャンバ中の残留
Ｏ酸素と結合しやすく膜中に酸素を取り込み易いため、
一層組成制御が難しいものとなっている。そこで実施例
１６と同様、不足分のＣを補うために、ＣＨ₄ の導入時
にＨ₂ を同時に導入する。Ｈ₂ の解離エネルギーは約８
ｅＶでＣＨ₄ とほぼ同じであるが、Ｈ₂ あるいは解離さ
れた活性なＨの存在によりＣＨ₄ の分解反応は促進され
る。これによりＣ不足は解消され組成制御が可能とな
る。さらにＣＨ₄ の導入とは別にＨ₂ の導入、ＲＦ放電
の投入シーケンスにより、活性なＨは膜中の酸素を取り
除く働きをし、膜中不純物（Ｏ）の抑制効果も得ること
が可能となる。図１４において、ＳｉＨ₄ をＴｉＣｌ₄
／Ｈ₂（キャリアガス）に、Ｎ₂ をＣＨ₄ に読み替えた
ものが、ガス導入、ＲＦ放電のシーケンスとなる。ＣＨ
₄ の導入と同時にＨ₂ の導入とこれに同期したＲＦ放
電、さらに別にＨ₂ の導入とこれに同期したＲＦ放電を
行うことによりＴｉＣの組成比が１：１に近づき、酸素
の混入率が低下していることが確認された。以上によ
り、ＣＨ₄ の分解を促進させることができ、膜中の不純
物（Ｏ）を抑制することができる。

【００８１】実施例１８．次に請求項１１の一実施例を
図を用いて説明する。図１６はこの発明の一実施例の高
出力パルスプラズマＣＶＤ装置を示したもので、実施例
１３の高出力パルスプラズマＣＶＤ装置に、絶縁体に支
持された多孔板２１３を電極２０２，２０５間に配置し
ている。多孔板２１３の材質は絶縁体からなるものであ
っても、導電体で絶縁体で支持されたものであってもよ
い。また、金属板に絶縁物をコーティングしたものであ
ってもよい。

【００８２】図１７に本実施例の多孔板２１３の一例を
示すが、多孔板２１３の有する穴２１４は、穴径を処理
圧力における分子の平均自由工程と同等以下とする。図
１６に示す本装置の場合、０．０１≦Ｐ≦１Ｔｏｒｒで
あるから、分子の平均自由工程は数１００μｍとなり、
穴２１４の径は１ｍｍ以下となる。板厚ｌは特に限定し
ないが、穴径ｄに対し、ｌ／ｄ＞２程度が望ましい。

【００８３】ここで、例えば、主原料ガスとしてＳｉＨ
₄ とＮ₂ を用いてＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を形成する場合について
説明する。上述した実施例１３，１５と同様の操作に従
って成膜を行う時、放電による分解物は、本実施例によ
る多孔板２１３の穴２１４を通過して基板２０６上に到
達し、膜が形成される。ＳｉＨ₄ の分解物は例えば、Ｓ
ｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ₂ 、ＳｉＨ₃ であるが、分解物によ
って付着確率（β）は異なり、β_SiH3〜０．１、β_SiH2
＝１０^-2〜１０^-3である。従って、分解物が多孔板２１
３を通過する際、穴２１４の径をその処理圧力における
分子の平均自由工程程度以下にしておけば、多孔板２１
３の表面あるいは穴２１４の側壁に少なくとも１回は衝
突するが、付着確率が高いものはこの衝突が繰り返され
ると、付着が進み、多孔板２１３を通過できるのは付着
確率の小さなものにほぼ限定される。この通過した付着
確率の小さな分解物は、被処理物の基板２０６表面にお
いても衝突、一部付着、一部反射を繰り返して膜形成に
至るので、均一な膜を形成することができる。

【００８４】実施例１９．次に請求項１１の別の実施例
を図について説明する。図１８は本実施例の多孔板２１
３の一例を示したものであり、上記実施例１８における
多孔板２１３の条件を満足するようであれば、図１８の
ように薄い板を一定間隔を有して多層に配置しても同様
な効果が得られる。

【００８５】実施例２０．次に請求項１１の別の実施例
を図について説明する。被処理物（基板）２１６がウエ
ハのような基板２０６と異なり電極２０２，２０５方向
に凹凸が形成されている場合、図１９または図２０に示
すように被処理物２１６の凸部では開口率を小さくし
（穴径を小さくし）凹部では開口率を大きく（穴径を大
きく）する、あるいは被処理物２１６の凸部では多孔板
２１３の厚さを厚くし、凸部では薄くする等の方法で、
分解物の多孔板通過における衝突頻度を制御することに
より付着確率の小さな分解物のみ通過させることがで
き、３次元形状の均一性を確保することができる。

【００８６】実施例２１．次に請求項１３の一実施例を
図について説明する。図２１はこの発明の一実施例を示
したものであり、図１１に示した実施例１３の高出力パ
ルスプラズマＣＶＤ装置の複数のガスの導入口を変更し
たものである。図において、２２１は複数のガスを導入
する際に予め混合しておくための予混合タンク、２２２
は例えばピエゾバルブ等から構成されたもので予混合タ
ンクからのガスをチャンバ内へ一気に導入するための高
速応答のバルブ（開閉機構）、２２３は単独導入と混合
導入を制御するためのパルスジェネレータ２１２に制御
された３方向バルブである。

【００８７】図２２はこの実施例のプラズマＣＶＤ装置
の操作例を示すもので、図中の例、中の予は予混合
タンクからの導入を、単は単独で導入する経路によるこ
とを示す。図中の例に示すように、ＳｉＨ₄ 、Ｈ₂ 、
Ｎ₂ （Ａｒが入る場合もある）のいずれか２種以上を導
入する際は、予混合タンクを通して導入し、単独で導入
する際は単独導入口から導入する。また図中の例に示
すように、ＳｉＨ₄ 、Ｈ₂ 、Ｎ₂ （Ａｒが入る場合もあ
る）のいずれか２種以上を導入する際は、予混合タンク
２２１を通して導入するが、単独で導入する際は単独導
入口以外に予混合タンク２２１を通して導入してもよ
い。このように予混合タンク２２１とこれに直結した高
速バルブ２２２を設けたので、各々のガスの導入口の位
置に依存する膜厚分布が解消され、膜厚の均一化または
膜質の均一化を図ることができる。

【００８８】実施例２２．次に請求項１３の別の実施例
を図について説明する。上記実施例２１はＳｉ₃Ｎ₄ 膜
形成について示したが、ＴｉＣ膜形成についても、同様
な効果が認められた。

【００８９】実施例２３．次に請求項１４の一実施例を
図について説明する。図２３は図２１に示した高出力パ
ルスプラズマＣＶＤ装置の単独でガスを導入する導入口
に、ガス活性装置を配置したもので、図において、２３
１はガスを活性化するための、ＭＷ（マイクロ波）放電
装置（ガス活性手段）、２３２はマイクロ波電源、２３
３はマイクロ波を伝送するための導波管である。

【００９０】この装置では、図２２中の例においてＨ
₂ ガスを単独で導入する際に、ＭＷ放電装置２３１によ
りマイクロ波放電を発生させてＨ₂ を活性化した後にチ
ャンバ２０１内に導入することによって、膜中の不純物
を低減させることができ、さらに、例えばＲＦ放電τ₂
を省略することができ、平均パワーを低下させ低温化に
寄与することができる。

【００９１】実施例２４．次に請求項１４の別の実施例
について説明する。この装置は図２３においてガスを活
性化するためのＭＷ（マイクロ波）放電装置２３１を紫
外光ランプや紫外レーザ等の光励起装置に変更したもの
である。本構成の装置においても実施例２３と同様に、
Ｈ₂ は光励起により活性化され、膜中の不純物低減を図
ることができ、さらに、例えばＲＦ放電τ₂ を省略する
ことができ、平均パワーを低下させ低温化に寄与するこ
とができる。

【００９２】実施例２５．次に請求項１４の別の実施例
について説明する。この装置は図２３においてガスを活
性化するためのＭＷ（マイクロ波）放電装置２３１をＤ
Ｃ電源によるグリッド電極構成に変更したもので、導入
管を一部改造してイオン化室としている。この場合、イ
オン化室は高速バルブの後段に配置される。本構成の装
置においても実施例２３と同様に、Ｈ₂ は導入される際
にイオン化され、活性化されるため、膜中の不純物低減
を図ることができ、さらに、例えばＲＦ放電τ₂ を省略
することができ、平均パワーを低下させ低温化に寄与す
ることができる。

【００９３】実施例２６．次に請求項１６及び１７の一
実施例を図について説明する。図２４は図１１または図
２１に示した高出力パルスプラズマＣＶＤ装置の複数の
ガスの導入口を変更したものである。図においては、マ
ッチングボックス等の一部を省略し、装置上方からの配
置を示している。ここで、２２１は複数のガスを導入す
る際に予め混合しておくための予混合タンク、２２２は
例えばピエゾバルブ等から構成され、予混合タンクから
のガスをチャンバ２０１へ一気に導入するための高速応
答のバルブ、２４１は複数の導入口２４２のいずれかを
選択制御するためにパルスジェネレータ２１２に制御さ
れた多方向バルブ（分岐管選択手段）、２４３は例えば
エリプソメトリやＦＴ−ＩＲから構成され、成膜中にチ
ャンバ２０１内の膜厚分布を測定するための膜厚計（膜
厚分布測定手段）、２４４は膜厚計２４３により得られ
た情報をもとに多方向バルブ２４１を制御するための、
またＲＦ放電のタイミングを制御するための情報をパル
スジェネレータ２１２に入力するための制御装置（ＲＦ
放電制御手段）である。

【００９４】図２５は、例えば図２４において、ある成
膜条件下で成膜した薄膜のｘ−ｙ方向における膜厚分布
を示したものである。図中、ａ，ｂ，ｃは導入口２４２
Ａ，２４２Ｂ，２４２Ｃ各々からガスを導入した場合の
膜厚分布である。これら導入口による分布特性（分布の
導入口依存性）等の情報は予め制御装置２４４に貯えら
れている。ここでは、成膜中に膜厚計２４３により得ら
れた情報が制御装置２４４に入力されると、制御装置２
４４は膜厚分布が改善されるよう導入口２４２を選択制
御する。このようにｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚計測と予混合タ
ンク２２１とこれに直結した高速応答のバルブ２２２を
設けた導入口２４２を複数配置し、これを制御すること
によりガスの導入口の位置に依存する膜厚分布を解消す
ることができ、特に２次元の面内膜厚分布の均一化また
は膜質の均一化を図ることができる。

【００９５】実施例２７．次に請求項１６及び１７の別
の実施例について説明する。図２５においてガス導入か
らＲＦ放電までの時間（ＲＦのタイミング）を変えると
ガスの拡散状況により分布が変化する。例えばｂにおい
てＲＦのタイミングを遅らせるとｂ′（点線）のように
分布が変化する。ここでは、成膜中に膜厚計２４３によ
り得られた情報が制御装置２４４に入力されると、制御
装置２４４は膜厚分布が改善されるよう導入口２４２を
選択制御する。ここで、導入口２４２選択で改善されな
い膜厚分布については、また、さらに高精度に均一化を
図る場合については、膜厚計２４３により得られた情報
が制御装置２４４に入力されると、制御装置２４４は分
布が改善されるよう導入口２４２を選択制御すると同時
にＲＦのタイミングを取ることにより、より一層２次元
の面内膜厚分布の均一化または膜質の均一化が図れる。

【００９６】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
基板に負のＤＣパルスバイアスを印加し、このＤＣパル
スバイアスのパルス幅、振幅、およびＲＦ供給パルスと
のタイミングのうち少なくとも１つを変化させて成膜を
行うように構成したので、発生する各種イオンから成膜
に効果のあるイオンを選択して成膜できることから、膜
質の制御が可能となり高品質の膜を低温で形成できる効
果がある。

【００９７】また、請求項２の発明によれば、反応ガス
の１つとして塩化物を用い、上記塩化物の供給・分解過
程と、塩化物を供給しないでプラズマ中で活性化された
水素により塩素を引き抜く過程とを備えるように構成し
たので、塩化物が未分解のまま堆積することを防止し、
低温でＣｌ量の少ない膜を得られる効果がある。

【００９８】また、請求項３の発明によれば、請求項２
の塩素引き抜き過程と共に塩化物を供給しないで所望の
組成を得るための膜合成過程を備えるように構成したの
で、低温でＣｌ量の少ない高品質な合成膜を得られる効
果がある。

【００９９】また、請求項４の発明によれば、放電安定
化用のＡｒガスを少なくともＲＦ電圧印加時に存在する
ように供給し、かつ反応炉内が激しく圧力変化しないよ
うに供給量を徐々に変化させるように構成したので、Ｒ
Ｆ電力や反応ガスの供給パルス周期を長くしても、安定
な放電が得られ成膜が行える効果がある。

【０１００】また、請求項５の発明によれば、通常のパ
ルス放電の間に、このパルス放電より短い周期でＡｒの
みのパルスプラズマを発生させるように構成したので、
ＲＦ電力や反応ガスの供給パルス周期を長くしても、安
定な放電が得られ成膜が行える効果がある。

【０１０１】また、請求項６の発明によれば、複数の反
応ガスのうち、解離エネルギーの高いガスの１周期当り
の断続的導入回数を解離エネルギーの低いガスより多く
するように構成したので、簡便に膜の組成制御を行うこ
とができ、従って化学量論的組成に近い薄膜を形成する
ことができる効果がある。

【０１０２】また、請求項７の発明によれば、複数の反
応ガスを分解・プラズマ化する際に、解離エネルギーの
高いガスを分解するのを助け、かつ膜中不純物を除去す
る働きを有する補助ガスを解離エネルギーの高いガスと
同時に導入するように構成したので、解離エネルギーの
高いガスの分解を促進させることができ、また膜中の不
純物を効果的に除去することができる効果がある。

【０１０３】また、請求項８の発明によれば、複数の反
応ガスのうち２種以上の反応ガスを予め混合した後に反
応炉内に導入するように構成したので、反応炉内におけ
るこれらの反応ガスの分布を均一にすることができ、基
板上に形成される膜の組成を均一化することができる効
果がある。

【０１０４】また、請求項９の発明によれば、複数の反
応ガスのうち、単独で導入する反応ガスを予め活性化し
た後に反応炉内に導入するように構成したので、このガ
スの導入に対してはＲＦ放電を生じさせる必要がなくな
り、平均パワーを抑制することができ、一層の低温化を
進めることができる効果がある。また、このガスは活性
化されているので、不純物の堆積を抑制する効果があ
る。

【０１０５】また、請求項１０の発明によれば、成膜中
の膜厚分布に応じて複数の反応ガスを選択導入し、これ
ら選択される反応ガスの各々の導入時期に同期してＲＦ
放電を生じさせるように構成したので、反応炉内のガス
導入口から排気口に至る反応ガスの分布を制御すること
ができ、膜厚の分布を均一にすることができる。従っ
て、より精度の高い膜厚及び膜質の均一化を図ることが
できる効果がある。

【０１０６】また、請求項１１の発明によれば、電極間
に、絶縁物からなる支持体により支持され、穴が形成さ
れた板を設置するように構成したので、分解物中の付着
確率の高い物質をこの板に付着させて分解物から除去す
ることができ、膜厚及び膜質の均一な薄膜が得られる効
果がある。

【０１０７】また、請求項１２の発明によれば、複数の
反応ガス導入管各々に分岐管を設け、これら分岐管と反
応炉との間にこれら分岐管各々から導入される反応ガス
を混合する混合室を設けるように構成したので、反応炉
内の複数の反応ガス各々の分布を均一化することがで
き、膜厚及び膜質の均一な薄膜が得られる効果がある。

【０１０８】また、請求項１３の発明によれば、複数の
反応ガス導入管各々の反応炉側および混合室と反応炉と
の間各々に断続開閉可能な開閉機構を設け、これら開閉
機構に開閉を制御する制御手段を設けるように構成した
ので、反応炉内への反応ガスの導入量を制御することが
でき、反応炉内の反応ガスの経時的な組成変動を小さく
することができ、従って膜厚及び膜質が一層均一な薄膜
が得られる効果がある。

【０１０９】また、請求項１４の発明によれば、複数の
反応ガス導入管各々の反応炉側に、反応ガスを活性化す
るガス活性手段を設けるように構成したので、ＲＦ放電
を生じさせることなく反応ガスを活性化することがで
き、平均パワーを抑制する効果がある。

【０１１０】また、請求項１５の発明によれば、複数の
反応ガス導入管各々に、複数の分岐管のいずれかを選択
する分岐管選択手段を設け、これら分岐管選択手段の複
数の分岐管各々に複数の反応ガスを混合する混合室を設
けるように構成したので、反応炉内の複数の反応ガス各
々の分布を均一化することができ、膜厚及び膜質の均一
な薄膜が得られる効果がある。しかも、複数の混合室を
適宜用いることにより反応炉内の反応ガス各々の分布を
さらに均一化することができ、薄膜の均一性を向上させ
る効果がある。

【０１１１】また、請求項１６の発明によれば、複数の
混合室と反応炉との間各々に断続開閉可能な開閉機構を
設け、これら開閉機構に開閉を制御する制御手段を設け
るように構成したので、反応炉内への反応ガスの導入量
を制御することができ、反応炉内の反応ガスの経時的な
組成変動をさらに小さくすることができ、従って膜厚及
び膜質がさらに均一な薄膜が得られる効果がある。

【０１１２】また、請求項１７の発明によれば、反応炉
内に成膜中の膜厚分布を測定する膜厚分布測定手段を設
け、前記制御手段に、膜厚分布に応じて導入する反応ガ
スを選択し、導入される各反応ガスまたは各混合反応ガ
スの導入時期に同期して各々ＲＦ放電を生じさせるＲＦ
放電制御手段を設けるように構成したので、反応炉内に
おける複数の反応ガス各々の分布を均一化することがで
き、膜厚分布に応じて導入する反応ガスを選択し、分布
の均一化が図れる効果がある。さらに、反応ガス導入に
同期したＲＦ放電のタイミングを制御することで、導入
口から排気口への分布を制御することができ、より精度
の高い薄膜及び均一な膜質の薄膜が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１、２における薄膜形成時の
ＲＦ電圧、イオン密度およびパルスバイアスの時間変化
を示す説明図である。

【図２】この発明の実施例１〜３における薄膜形成装置
の構成の一例を示す図である。

【図３】この発明の実施例３における薄膜形成時のＲＦ
電圧、ＳｉＨイオン密度およびパルスバイアスの時間変
化を示す説明図である。

【図４】この発明の実施例４による薄膜形成法における
ＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明図
である。

【図５】この発明の実施例５による薄膜形成法における
ＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明図
である。

【図６】この発明の実施例７による薄膜形成法における
ＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明図
である。

【図７】この発明の実施例８による薄膜形成法における
ＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明図
である。

【図８】この発明の実施例１０による薄膜形成法におけ
るＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明
図である。

【図９】この発明の実施例１１による薄膜形成法におけ
るＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明
図である。

【図１０】この発明の実施例１２による薄膜形成法にお
けるＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説
明図である。

【図１１】この発明の実施例１３〜１７における薄膜形
成装置の構成の一例を示す図である。

【図１２】この発明の実施例１３おける薄膜形成時のＲ
Ｆ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明図で
ある。

【図１３】この発明の実施例１３による薄膜形成法にお
けるＮ₂ の導入回数とＳｉとＮの組成比との関係を示す
図である。

【図１４】この発明の実施例１６による薄膜形成法にお
けるＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説
明図である。

【図１５】この発明の実施例１６による薄膜形成法にお
けるＨ₂ の導入回数とＳｉとＮの組成比との関係を示す
図である。

【図１６】この発明の実施例１８における薄膜形成装置
の構成の一例を示す図である。

【図１７】この発明の実施例１８の多孔板の一例を示す
斜視図である。

【図１８】この発明の実施例１９の多孔板の一例を示す
斜視図である。

【図１９】この発明の実施例２０の多孔板の一例を示す
斜視図である。

【図２０】この発明の実施例２０の多孔板の他の一例を
示す断面図である。

【図２１】この発明の実施例２１、２２における薄膜形
成装置の構成の一例を示す図である。

【図２２】この発明の実施例２１による薄膜形成法にお
けるＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説
明図である。

【図２３】この発明の実施例２３〜２５における薄膜形
成装置の配管系統の構成の一例を示す図である。

【図２４】この発明の実施例２６、２７における薄膜形
成装置の構成の一例を示す図である。

【図２５】この発明の実施例２６、２７による薄膜形成
法におけるチャンバ内での膜厚の分布の一例を示す図で
ある。

【図２６】従来のパルスプラズマＣＶＤ法における薄膜
形成装置の構成の一例を示す図である。

【図２７】図２６で示すパルスプラズマＣＶＤ法におけ
る放電電圧波形を示す図である。

【図２８】従来のパルスプラズマＣＶＤ法における薄膜
形成装置の構成の他の例を示す図である。

【図２９】図２８で示すパルスプラズマＣＶＤ法におけ
る放電電力と反応ガスの供給パターンを示す説明図であ
る。

【図３０】従来の高出力パルスプラズマＣＶＤ法におけ
る薄膜形成装置の構成の一例を示す図である。

【図３１】従来の高出力パルスプラズマＣＶＤ法におけ
るＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンを示す説明
図である。

【図３２】従来の高出力パルスプラズマＣＶＤ法におけ
るＲＦ電力と反応ガスの供給パルスパターンの他の例を
示す説明図である。

【符号の説明】

５１，２０３ＲＦ電源５３，２０１チャンバ（反応炉）５４，５５，２０２，２０５電極５６反応ガス導入管６２，２０６基板６４基板バイアス電源２１３多孔板２１４穴２１６被処理物（基板）２２１予混合タンク２２２高速応答のバルブ（開閉機構）２３１ＭＷ（マイクロ波）放電装置（ガス活性手段）２４１多方向バルブ（分岐管選択手段）２４２導入口２４３膜厚計（膜厚分布測定手段）２４４制御装置（ＲＦ放電制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応炉内に薄膜の材料となる反応ガスを
導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ電圧を
パルス的に印加してプラズマを生成し反応ガスを分解す
ると共に、上記反応炉内に設置された基板上で化学反応
を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜形成法に
おいて、上記基板に負のＤＣパルスバイアスを印加し、
このＤＣパルスバイアスのパルス幅、振幅、およびＲＦ
供給パルスとのタイミングのうち少なくとも１つを変化
させて成膜を行うことを特徴とする薄膜形成法。
【請求項２】反応炉内に薄膜の材料となる反応ガスを
導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ電圧を
パルス的にあるいは定常的に印加してプラズマを生成し
反応ガスを分解すると共に、上記反応炉内に設置された
基板上で化学反応を起こさせて上記基板に薄膜を堆積さ
せる薄膜形成法において、上記反応ガスの１つとして塩
化物を用い、上記塩化物の供給・分解過程と、塩化物を
供給しないでプラズマ中で活性化された水素により塩素
を引き抜く過程とを備えることを特徴とする薄膜形成
法。
【請求項３】塩素引き抜き過程と共に塩化物を供給し
ないで所望の組成を得るための膜合成過程を備えること
を特徴とする請求項第２項記載の薄膜形成法。
【請求項４】反応炉内に薄膜の材料となる反応ガスを
導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ電圧を
パルス的に印加してプラズマを生成し反応ガスを分解す
ると共に、上記反応炉内に設置された基板上で化学反応
を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜形成法に
おいて、放電安定化用のＡｒガスを少なくとも上記ＲＦ
電圧印加時に存在するように供給し、かつ上記反応炉内
が激しく圧力変化しないように供給量を徐々に変化させ
ることを特徴とする薄膜形成法。
【請求項５】反応炉内に薄膜の材料となる反応ガスを
導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ電圧を
パルス的に印加してプラズマを生成し反応ガスを分解す
ると共に、上記反応炉内に設置された基板上で化学反応
を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜形成法に
おいて、通常のパルス放電の間に、このパルス放電より
短い周期でＡｒのみのパルスプラズマを発生させること
を特徴とする薄膜形成法。
【請求項６】反応炉内に薄膜の材料となる複数の反応
ガスを導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ
電圧をパルス的に印加してプラズマを生成し反応ガスを
分解すると共に、上記反応炉内に設置された基板上で化
学反応を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜形
成法において、上記複数の反応ガスのうち、解離エネル
ギーの高いガスの１周期当りの断続的導入回数を、解離
エネルギーの低いガスより多くすることを特徴とする薄
膜形成法。
【請求項７】反応炉内に薄膜の材料となる複数の反応
ガスを導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ
電圧をパルス的に印加してプラズマを生成し反応ガスを
分解すると共に、上記反応炉内に設置された基板上で化
学反応を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜形
成法において、上記複数の反応ガスを分解・プラズマ化
する際に、解離エネルギーの高いガスを分解するのを助
け、かつ膜中不純物を除去する働きを有する補助ガスを
解離エネルギーの高いガスと同時に導入し、該解離エネ
ルギーの高いガスの分解を促進させ、次いでこの補助ガ
スを分解・プラズマ化し活性化させて膜中の不純物を除
去することを特徴とする薄膜形成法。
【請求項８】反応炉内に薄膜の材料となる複数の反応
ガスを導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ
電圧をパルス的に印加してプラズマを生成し反応ガスを
分解すると共に、上記反応炉内に設置された基板上で化
学反応を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜形
成法において、上記複数の反応ガスのうち、２種以上の
反応ガスを予め混合した後に反応炉内に導入することを
特徴とする薄膜形成法。
【請求項９】反応炉内に薄膜の材料となる複数の反応
ガスを導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲＦ
電圧をパルス的に印加してプラズマを生成し反応ガスを
分解すると共に、上記反応炉内に設置された基板上で化
学反応を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜形
成法において、上記複数の反応ガスのうち、単独で導入
する反応ガスを予め活性化した後に反応炉内に導入する
ことを特徴とする薄膜形成法。
【請求項１０】反応炉内に薄膜の材料となる複数の反
応ガスを導入し、上記反応炉内に設置された電極間にＲ
Ｆ電圧をパルス的に印加してプラズマを生成し反応ガス
を分解すると共に、上記反応炉内に設置された基板上で
化学反応を起こさせて上記基板に薄膜を堆積させる薄膜
形成法において、成膜中の膜厚分布に応じて上記複数の
反応ガスを選択導入し、これら導入される反応ガスの各
々の導入時期に同期してＲＦ放電を生じさせることを特
徴とする薄膜形成法。
【請求項１１】真空排気された反応炉と、該反応炉内
に反応ガスを導入する複数の反応ガス導入管と、上記反
応炉内に設置された一対の電極と、これら電極間にＲＦ
電圧をパルス的に印加するＲＦ電源と、上記反応炉内に
設置され化学反応により薄膜が堆積される基板とを備え
た薄膜形成装置において、上記電極間に、絶縁物からな
る支持体により支持された板を設置し、上記反応ガスの
分解物を通過させ上記基板上に膜を堆積させる穴を上記
板に形成したことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１２】真空排気された反応炉と、該反応炉内
に反応ガスを導入する複数の反応ガス導入管と、上記反
応炉内に設置された一対の電極と、これら電極間にＲＦ
電圧をパルス的に印加するＲＦ電源と、上記反応炉内に
設置され化学反応により薄膜が堆積される基板とを備え
た薄膜形成装置において、上記複数の反応ガス導入管各
々に分岐管を設け、これら分岐管と反応炉との間にこれ
ら分岐管各々から導入される反応ガスを混合する混合室
を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１３】上記複数の反応ガス導入管各々の反応
炉側及び混合室と反応炉との間各々に断続開閉可能な開
閉機構を設け、これら開閉機構に開閉を制御する制御手
段を設けたことを特徴とする請求項第１２項記載の薄膜
形成装置。
【請求項１４】上記複数の反応ガス導入管各々の反応
炉側側に、反応ガスを活性化するガス活性手段を設けた
ことを特徴とする請求項第１１項ないし第１３項のいず
れか１項記載の薄膜形成装置。
【請求項１５】真空排気された反応炉と、該反応炉内
に反応ガスを導入する複数の反応ガス導入管と、上記反
応炉内に設置された一対の電極と、これら電極間にＲＦ
電圧をパルス的に印加するＲＦ電源と、上記反応炉内に
設置され化学反応により薄膜が堆積される基板とを備え
た薄膜形成装置において、上記複数の反応ガス導入管各
々に、複数の分岐管のいずれかを選択する分岐管選択手
段を設け、これら分岐管選択手段の複数の分岐管各々
に、上記複数の反応ガスを混合する混合室を設けたこと
を特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１６】上記複数の混合室と反応炉との間各々
に断続開閉可能な開閉機構を設け、これら開閉機構に開
閉を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項
第１５項記載の薄膜形成装置。
【請求項１７】上記反応炉内に成膜中の膜厚分布を測
定する膜厚分布測定手段を設け、上記制御手段に、膜厚
分布に応じて導入する反応ガスを選択し、導入される各
反応ガスまたは各混合反応ガスの導入時期に同期して各
々ＲＦ放電を生じさせるＲＦ放電制御手段を設けたこと
を特徴とする請求項第１３項または第１６項のいずれか
１項記載の薄膜形成装置。