JPH0776780A - プラズマｃｖｄ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマＣＶＤにおいて成膜用原料ガスとし
て複数のガスを用いる場合、成膜効率を向上させること
ができ、また、印加電圧を増加することにより電圧増加
量に応じて成膜速度を速めることができ、所定の膜組成
を変えることなく高速成膜を行えるプラズマＣＶＤ方法
及び装置を提供する。 【構成】 真空容器内に成膜用ガスを導入し、このガス
を所定真空状態下で高周波電圧印加によりプラズマ化さ
せ、このプラズマの下で成膜対象基体表面に目的とする
膜を形成するプラズマＣＶＤにおいて、成膜用ガスとし
て複数のガスを導入し、異なる大きさの振幅を持つ高周
波電圧を順次印加し、この電圧印加を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタ、半導
体利用の各種センサのような半導体を利用したデバイス
や太陽電池その他を製造するにあたり、基体上に成膜す
るプラズマＣＶＤ方法及びそれを実施する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ装置は各種タイプのもの
が知られている。その代表例として、図４に示す平行平
板型のプラズマＣＶＤ装置について説明すると、この装
置は真空容器１を有し、その中に被成膜基体Ｓ２を設置
する基体ホルダを兼ねる電極２及びこの電極に対向する
電極３が設けられている。

【０００３】電極２は、通常、接地電極とされ、また、
この上に設置される基体Ｓ２を成膜温度に加熱するヒー
タ２１を付設してある。なお、輻射熱で基体Ｓ２を加熱
するときは、ヒータ２１は電極２から分離される。電極
３は、電極２との間に導入される成膜用ガスに高周波電
圧や直流電圧を印加してプラズマ化させるための電圧印
加電極で、図示の例ではマッチングボックス４を介して
高周波電源５を接続してある。

【０００４】また、図示の例では、電極３は、電極の一
部を構成するガスノズル３１の開口部に多孔電極板３２
を設けたもので、電極板３２には、直径０．５ｍｍ程度
のガス供給孔を多数形成してあり、ガスノズル３１から
供給されるガスが各孔から両電極間に全体的に放出され
るようにしてある。このような構成は広面積基体上に成
膜するのに適している。

【０００５】真空容器１には、さらに、排気装置６を配
管接続してあるとともに、前記ガスノズル３１にはガス
供給部７を配管接続してある。ガス供給部７には、１又
は２以上のマスフローコントローラ７１１、７１２・・
・・及び開閉弁７２１、７２２・・・・を介して、所定
量の成膜用ガスを供給するガス源７３１、７３２・・・
・が含まれている。

【０００６】この平行平板型プラズマＣＶＤ装置による
と、成膜対象基体Ｓ２が真空容器１内の電極２上に設置
され、該容器１内が排気装置６の運転にて所定の真空度
とされ、ガス供給部７からノズル３１及び電極板３２の
ガス供給孔を介して成膜用ガスが導入される。また、高
周波電極３に電源５から高周波電圧が印加され、それに
よって導入されたガスがプラズマ化され、このプラズマ
の下で基体Ｓ２表面に所望の膜が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来プラズマＣＶＤでは、真空容器内に複数の成膜
用原料ガスを同時に導入し、一定の大きさの高周波電圧
の下でプラズマ化させる場合、各ガスにより分解速度が
異なる。このため、成膜の効率が悪いという問題や、成
膜速度を上げるために印加電圧の大きさを増加させて
も、分解され難いガスの分解が成膜を律速して成膜速度
が飽和に達したり、膜の組成が変化したりする問題があ
った。

【０００８】そこで本発明は、プラズマＣＶＤにおいて
成膜用原料ガスとして複数のガスを用いる場合、成膜効
率を向上させることができ、また、印加電圧を増加する
ことにより電圧増加量に応じて成膜速度を速めることが
でき、所定の膜組成を変えることなく高速成膜を行える
プラズマＣＶＤ方法及び装置を提供することを課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明のプラズマＣＶＤ方法は、真空容器内に成膜用ガスを
導入し、該ガスを所定真空状態下で高周波電圧印加によ
りプラズマ化させ、該プラズマの下で成膜対象基体表面
に目的とする膜を形成するプラズマＣＶＤにおいて、成
膜用ガスとして複数のガスを導入し、異なる大きさの振
幅を持つ高周波電圧を順次印加し、該電圧印加を繰り返
すことを特徴とする。

【００１０】前記各ガスのプラズマ化に適した大きさの
高周波電圧のうち最も小さいものは、少なくとも１種の
ガスをプラズマ化させ、該プラズマを維持できる大きさ
であることが望ましい。また前記の高周波電圧の繰り返
し印加に当たり、繰り返し単位の変調周波数は、ほぼ１
Ｈｚから１００ＫＨｚの範囲内にあることが望ましく、
１Ｈｚより小さい場合、高周波電圧の振幅の変化の頻度
が少ないため複数のガスをほぼ平行して分解することが
できず、１００ＫＨｚより大きい場合、振幅の変化の頻
度が多いため、各印加電圧によって対応するガスが十分
に分解されない。

【００１１】また前記繰り返し印加される各高周波電圧
の振幅及びそれらの時間配分(Duty)（例えば、振幅ａの
高周波電圧をＡ時間、次いで振幅ｂの高周波電圧をＢ時
間印加し、これら２種の高周波電圧をこの順序で繰り返
し印加するとすれば、振幅ａのものについてはＡ／Ａ＋
Ｂ、振幅ｂのものについてはＢ／Ａ＋Ｂの値）は、原料
ガスの種類及び所望の膜の組成等に応じて様々な値とさ
れてよい。Ｄｔｙ比は一般的に言えば、それには限定さ
れないが１〜９９％の範囲内から選ばれることになろ
う。

【００１２】また、前記課題を解決する本発明のプラズ
マＣＶＤ装置は、真空容器内に成膜用ガスを導入し、該
ガスを所定真空状態下で電圧印加手段による高周波電圧
印加によりプラズマ化させ、該プラズマの下で成膜対象
基体表面に目的とする膜を形成するプラズマＣＶＤ装置
において、前記電圧印加手段が、印加電圧を異なる大き
さの振幅を持つ高周波電圧に順次切り換え、これを繰り
返す電圧切り換え手段、及び前記切り換え手段により切
り換えられる各高周波電圧の投入タイミングを制御する
手段を含むことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明方法及び装置によると、プラズマＣＶＤ
において原料ガスとして複数のガスを用いる場合、各ガ
スのプラズマ化に適した大きさの高周波電圧を順次印加
し、これを繰り返すことにより、振幅の小さい電圧を印
加する時にはその低電圧で分解され易いガスが主に分解
され、振幅の大きい電圧を印加する時には低電圧で分解
され難いガスも分解され、或いはその高電圧で分解され
やすいガスが主に分解される。その結果、原料ガスの種
類及び所望の膜の組成等に応じて、繰り返し印加する各
高周波電圧の振幅及びそれらの時間配分(Duty)を制御す
ることにより、効率よく成膜が行われる。

【００１４】また、印加電圧の大きさを増加させること
により、電圧増加量に応じて成膜速度が高まり、所定の
膜組成を変えることなく高速成膜が行われる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。その代表例として、図１に示す平行平板型のプラ
ズマＣＶＤ装置及び該装置による成膜方法について説明
する。該プラズマＣＶＤ装置は、図４に示す従来例にお
いて高周波電源５の代わりに高周波アンプ８及びファン
クションジェネレータ（任意波形発生器）９が設けら
れ、これらがマッチングボックス４に接続されたもので
ある。任意波形発生器９で形成した波形はアンプ８で増
幅され、マッチングボックス４を介して電極３に供給さ
れる。高周波電圧印加のオン、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フ
ァンクションジェネレータ（任意波形発生器）９で行え
る。

【００１６】その他の構成は図４の従来装置と同様であ
る。この平行平板型プラズマＣＶＤ装置によると、成膜
対象基体Ｓ１が真空容器１内の基体ホルダ２上に設置さ
れ、該容器１内が排気装置６の運転にて所定の真空度と
され、ガス供給部７からノズル３１及び電極板３２のガ
ス供給孔を介して成膜ガスが導入される。また、高周波
電極３にファンクションジェネレータ９で形成した波形
がアンプ８で増幅されて印加され、それによって導入さ
れたガスがプラズマ化され、このプラズマの下で基体Ｓ
１表面に所望の膜が形成される。

【００１７】但し、この実施例では、各原料ガスのプラ
ズマ化に適した大きさの高周波電圧を順次ファンクショ
ンジェネレータ９により切り換えて印加し、これを繰り
返す。これにより振幅の小さい電圧を印加する時には低
電圧で分解され易いガスが主に分解され、振幅の大きい
電圧を印加する時には低電圧で分解され難いガスも分解
され、或いはその高電圧で分解されやすいガスが主に分
解される。その結果、原料ガスの種類及び所望の膜の組
成等に応じて、繰り返し印加する各高周波電圧の大きさ
及びその時間配分(Duty)を、ファンクションジェネレー
タ９により制御することで効率よく成膜を行うことがで
きる。

【００１８】また、印加電圧を大きくするときには電圧
増加量に応じて成膜速度が高まり（図２参照）、所定の
膜組成を変えることなく高速成膜が行われる。ここで、
各高周波電圧のうち最も小さいものが、少なくとも１種
のガスをプラズマ化させ、該プラズマを維持できる大き
さであることが望ましく、電圧印加の繰り返し単位の変
調周波数がほぼ１Ｈｚから１００ＫＨｚの範囲内にある
ことが望ましく、これにより一層効率よく成膜を行うこ
とができる。

【００１９】電圧印加パターンとしては図３の図（Ｂ）
に示すパターンを例示できる。これは図３の図（Ａ）に
示す従来例によるパターンが一定の周波数及び振幅で連
続して電圧印加されているのに対し、同じ周波数で振幅
が異なる２種類の高周波電圧がＤｕｔｙ５０％（ｔ／
Ｔ）で交互に印加されているものである。次に図１に示
す平行平板型のプラズマＣＶＤ装置により窒化シリコン
（ＳｉＮｘ）膜を形成する具体例について説明する。 ・成膜条件 原料ガス ＳｉＨ₄ ：５０ｓｃｃｍ ＮＨ₃ ：２００ｓｃｃｍ 成膜温度 ２５０℃ 成膜ガス圧 １．０Ｔｏｒｒ 印加電圧 ２０Ｖ （周波数 １３．５６ＭＨ
ｚ） １００Ｖ （周波数 １３．５６ＭＨｚ） Ｄｕｔｙ ５０％ 変調周波数 １ＫＨｚ ・成膜速度 １０００Å／ｍｉｎ また、図４に示す従来装置を用いて、前記実施例と同じ
条件で電圧１００Ｖ、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波
電圧を連続して印加し、ＳｉＮｘ膜を形成したところ、 ・成膜速度 ７００Å／ｍｉｎ であった。

【００２０】実施例による成膜では比較例による成膜に
比べて、印加電圧を上げることなく成膜速度を向上させ
ることができた。

【００２１】

【発明の効果】本発明方法及び装置によると、プラズマ
ＣＶＤにおいて成膜用原料ガスとして複数のガスを用い
る場合、投入される各高周波電圧の振幅及びそれらのＤ
ｕｔｙを制御することにより、所望の組成の膜を効率よ
く得ることができる。また、印加電圧を増加することに
より電圧増加量に応じて成膜速度を速めることができ、
所定の膜組成を変えることなく高速成膜を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例であるプラズマＣＶＤ装置の
概略構成を示す図である。

【図２】本発明及び従来例について、印加する電圧のピ
ーク電圧と成膜速度との関係を示す図である。

【図３】図（Ａ）は従来例による電圧印加パターンを示
す図であり、図（Ｂ）は本発明による電圧印加パターン
の１例を示す図である。

【図４】従来例によるプラズマＣＶＤ装置の概略構成を
示す図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 基体ホルダ ３ 高周波電極 ３１ ガスノズル ３２ 多孔電極板 ４ マッチングボックス ５ 高周波電源 ６ 排気装置 ７ ガス供給部 ８ 高周波アンプ ９ ファンクションジェネレータ（任意波形発生器） Ｓ１、Ｓ２ 基体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に成膜用ガスを導入し、該ガ
   スを所定真空状態下で高周波電圧印加によりプラズマ化
   させ、該プラズマの下で成膜対象基体表面に目的とする
   膜を形成するプラズマＣＶＤ方法において、成膜用ガス
   として複数のガスを導入し、異なる大きさの振幅を持つ
   高周波電圧を順次印加し、該電圧印加を繰り返すことを
   特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
2. 【請求項２】 前記異なる大きさの振幅を持つ高周波電
   圧のうち、最も小さいものが、少なくとも１種のガスを
   プラズマ化させ、該プラズマを維持できる大きさである
   請求項１記載のプラズマＣＶＤ方法。
3. 【請求項３】 前記異なる大きさの振幅を持つ高周波電
   圧を順次印加し、これを繰り返すに当たり、繰り返し単
   位の変調周波数がほぼ１Ｈｚから１００ＫＨｚの範囲内
   にある請求項１又は２記載のプラズマＣＶＤ方法。
4. 【請求項４】 真空容器内に成膜用ガスを導入し、該ガ
   スを所定真空状態下で電圧印加手段による高周波電圧印
   加によりプラズマ化させ、該プラズマの下で成膜対象基
   体表面に目的とする膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に
   おいて、前記電圧印加手段が、印加電圧を異なる大きさ
   の振幅を持つ高周波電圧に順次切り換え、これを繰り返
   す電圧切り換え手段、及び前記切り換え手段により切り
   換えられる各高周波電圧の投入タイミングを制御する手
   段を含むことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。