JPH09246259A

JPH09246259A - 薄膜形成方法及び装置

Info

Publication number: JPH09246259A
Application number: JP5621296A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sasaki; 謙一佐々木; Tsukasa Itani; 司井谷; Tsuyoshi Sakai; 強志坂井; Jo Yamaguchi; 城山口; Tomoko Katayama; 倫子片山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマを利用した化学気相成長法に関し、
簡便かつ安価な構造によりプラズマの影響を変化できる
薄膜形成方法及び装置を提供する。また、基板の任意の
位置における膜の物性を変化できる薄膜形成方法及び装
置を提供する。【解決手段】プラズマを利用した化学気相成長法によ
り薄膜を堆積する薄膜形成方法において、薄膜を堆積す
る基板１８を覆う電極２４が設けられた基板ホルダ２０
に基板１８を把持し、電極２４を所定の電圧に設定した
状態で基板１８上に薄膜を堆積する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学気相成長法に
係り、特に、プラズマを利用した化学気相成長法により
薄膜を形成する薄膜形成方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを利用した化学気相成長（Chem
ical Vapor Deposition：以下、ＣＶＤと呼ぶ）法は、
薄膜形成手段の一つとして様々な技術分野において使用
されている。例えば、半導体デバイスの製造工程におい
ては、層間絶縁膜や誘電体薄膜等の形成工程で用いられ
ている。

【０００３】プラズマＣＶＤ法を用いた薄膜形成装置
を、平行平板型の装置を例に説明する。薄膜を成膜する
チャンバ内には、平行に向かい合った二枚の電極が設け
られている。これら電極の間には、電極間に高周波電界
を印加する高周波電源が接続されている。成膜を行う基
板は、これら二枚の電極のうちの一方に載置する。

【０００４】基板上に成膜を行う際には、チャンバ内に
原料ガスを導入して電極間に高周波を印加し、グロー放
電によってプラズマを発生させる。これによって、基板
上において活性粒子の化学反応を起こさせ、薄膜を堆積
する。このような薄膜形成装置において、成膜過程に影
響を与える要因としては、導入する高周波のパワー、原
料の濃度、バイアスの印加などが挙げられる。また、プ
ラズマ中に含まれる荷電粒子（電子やイオン）の影響に
より、堆積した膜の性質が変化することもある。

【０００５】プラズマ中の荷電粒子は、高周波によって
加速されて基板に入射する。入射した荷電粒子は、基板
にダメージを与えたり、堆積された膜が粗になるなどの
悪影響を与える場合がある。一方、成膜する膜の材料に
よっては、荷電粒子の入射によって膜が緻密化するとい
う効果が得られる場合もある。そこで、二枚の電極間に
更に一つ或いは複数の電極を設置し、荷電粒子の影響を
制御する方法が提案されている。

【０００６】荷電粒子がこの電極にトラップされるよう
に電圧を印加すれば、基板に入射する荷電粒子を減少で
き、荷電粒子の影響による基板へのダメージを防止する
ことができる。また、荷電粒子を加速するようにこの電
極に電圧を印加すれば、荷電粒子を積極的に基板に入射
させることができ、成膜する膜の緻密化を図ることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の薄膜形成装置では、装置を直接改造する等、装置自
体に手を加えることによりプラズマを可変する電極を設
置していたため、様々な試料に対応して電極を設置する
ことが困難であった。また、このように電極を設置でき
たとしても、装置自体にかかる値段が高価になることが
多かった。

【０００８】また、電極の配置を変更するためには装置
内部の電極に直接手を加えなければならないので、この
変更の間に装置を使用することができず、また、変更の
手間も多かった。また、一つの試料において、面内で部
分的にプラズマの影響を変化したい場合があるが、これ
に対応することはできなかった。

【０００９】本発明の目的は、簡便かつ安価な構造によ
りプラズマの影響を変化できる薄膜形成方法及び装置を
提供することにある。また、本発明の他の目的は、基板
の任意の位置における膜の物性を変化できる薄膜形成方
法及び装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマを
利用した化学気相成長法により薄膜を堆積する薄膜形成
方法において、薄膜を堆積する基板を覆う電極が設けら
れた基板ホルダに前記基板を把持し、前記電極を所定の
電圧に設定した状態で前記基板上に薄膜を堆積すること
を特徴とする薄膜形成方法によって達成される。こうす
ることにより、基板を装着すると同時に電極を取り付
け、その電極によりプラズマの影響を調整しつつ薄膜を
堆積することができる。

【００１１】また、上記の薄膜形成方法において、前記
電極は、第１の電極密度を有する第１の領域と、前記第
１の電極密度と異なる第２の電極密度を有する第２の領
域とを有し、前記第１の領域に覆われた前記基板の領域
と、前記第２の領域に覆われた前記基板の領域とにおい
て異なる膜質の薄膜を堆積することが望ましい。このよ
うに領域毎に電極密度を変化することにより、第１の領
域に覆われた基板の領域と、第２の領域に覆われた基板
の領域とにおいて異なる膜質の薄膜を堆積することがで
きる。

【００１２】また、プラズマを利用した化学気相成長法
により薄膜を堆積する薄膜形成装置において、薄膜を堆
積する基板を把持する基板ホルダと、前記基板ホルダに
設けられ、前記基板を覆い、電圧の印加により前記基板
に入射する荷電粒子を制御する電極とを有することを特
徴とする薄膜形成装置によっても達成される。このよう
に薄膜形成装置を構成することにより、基板を装着する
と同時に電極を取り付け、その電極によりプラズマの影
響を調整しつつ薄膜を堆積することができる。

【００１３】また、こうすることにより、個々の試料に
応じて様々な形状の電極を使用しなければならない場合
であっても、単に基板ホルダを変えることによって対応
することができる。また、試料に応じて個々に基板ホル
ダを作成すればよいので、その構造が複雑になることは
なく、電極を設けることによるコストの増加を抑えるこ
とができる。

【００１４】また、電極の配置を変更するために装置内
部に手を加える必要がないので、装置が使用できなくな
ることを防止できる。また、変更の手間をも省くことが
できる。また、上記の薄膜形成装置において、前記電極
は、第１の電極密度を有する第１の領域と、前記第１の
電極密度と異なる第２の電極密度を有する第２の領域と
を有することが望ましい。このように薄膜形成装置を構
成することにより、第１の領域に覆われた基板の領域
と、第２の領域に覆われた基板の領域とにおいて、プラ
ズマの影響を変化することができる。これにより、電極
密度が異なる領域毎に異なる膜質の薄膜を堆積すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態による薄膜
形成方法及び装置を、図１を用いて説明する。図１は本
実施形態による薄膜形成方法及び装置を説明する概略図
である。図１（ａ）は装置の全体を示す概略図であり、
図１（ｂ）は基板を把持する基板ホルダの概略図であ
る。

【００１６】始めに、本実施形態による薄膜形成装置に
ついて説明する。薄膜の成膜を行うチャンバ１０には、
排気配管１２を介して真空ポンプ（図示せず）が接続さ
れており、チャンバ１０内部を減圧できるようになって
いる。チャンバ１０内部には、対向して配置された上部
電極１４、下部電極１６が形成されている。上部電極１
４には、薄膜を堆積する基板１８を把持する基板ホルダ
２０が固定ピン２２によって固定されている（図１
（ａ））。基板ホルダ２０には、基板１８を覆うように
設けられたメッシュ状の電極２４が設けられている（図
１（ｂ））。

【００１７】上部電極１４と下部電極１６には高周波電
源２６が接続されており、上部電極１４と下部電極１６
との間に高周波電界を印加できるようになっている。上
部電極１４と電極２４との間には電圧源２８が接続され
ており、上部電極１４に対する電極２４の電位を変化で
きるようになっている。下部電極１６にはガス供給配管
３０が接続されており、堆積する膜の原料ガスをチャン
バ１０内に導入できるようになっている。図１の例で
は、シリコン酸化膜を成膜するための原料ガスとして、
酸素ガス（Ｏ₂）とテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）
が導入できるようになっている。テトラエトキシシラン
は、キャリアガスであるアルゴン（Ａｒ）によりバブリ
ングしてチャンバ１０内に導入するようになっている。

【００１８】ここで、本実施形態による薄膜形成装置
は、電極２４が基板ホルダ２０に設けられていることを
特徴としている。このように電極２４を基板ホルダ２０
に設置することにより、基板１８をチャンバ１０内に装
置すると同時に電極２４を取り付けることが可能とな
る。すなわち、基板１８を、電極２４が形成された基板
ホルダ２０に設置した状態でチャンバ１０内に装置する
ので、装置自体の大幅な改造を行うことなくプラズマの
影響を可変する電極２４を装置内部に取り付けることが
できる。

【００１９】従って、個々の試料に応じて様々な形状の
電極２４を使用しなければならない場合であっても、単
に基板ホルダ２０を変えることによって対応することが
できる。また、試料に応じて個々に基板ホルダ２０を作
成すればよいので、その構造が複雑になることはなく、
電極２４を設けることによるコストの増加を抑えること
ができる。

【００２０】また、電極２４の配置を変更するためにチ
ャンバ１０内部に手を加える必要がないので、装置が使
用できなくなることを防止できる。また、変更の手間を
も省くことができる。次に、本実施形態による薄膜形成
方法について図１を用いて説明する。まず、電極２４が
一体として形成された基板ホルダ２０に、薄膜を形成す
る基板１８を載置してチャンバ１０内に導入する。こう
して、基板１８を上部電極１４側に載置する。電極２４
は、上部電極１４と下部電極１６との間の基板１８上に
配置される。

【００２１】次いで、チャンバ１０内を真空ポンプ（図
示せず）により排気する。続いて、下部電極１６に設け
られたガス供給配管３０より原料ガスをチャンバ１０内
に導入する。この後、高周波電源２６により上部電極１
４、下部電極１６間に高周波電界を印加し、プラズマを
発生する。これにより、原料ガスを分解して基板１８上
に薄膜を堆積する。このとき、上部電極１４と下部電極
１６との間に設けられた電極２４は、電圧源２８により
所定の電位に設定し、プラズマの影響を調整する。

【００２２】荷電粒子が電極２４にトラップされるよう
に電圧を印加すれば、基板に入射する荷電粒子を減少で
き、荷電粒子の影響による基板１８へのダメージを防止
することができる。また、荷電粒子を加速するように電
極２４に電圧を印加すれば、荷電粒子を積極的に基板に
入射させることができ、成膜する膜の緻密化を図ること
ができる。

【００２３】このようにして薄膜を形成することによ
り、簡便な方法及び装置にてプラズマの影響を調整しつ
つ薄膜を形成することができる。このように、本実施形
態によれば、基板ホルダと一体にした電極を設置するの
で、装置自体の大幅な改造を行うことなくプラズマの影
響を可変する電極を装置内部に取り付けることができ
る。

【００２４】これにより、個々の試料に応じて様々な形
状の電極を使用しなければならない場合であっても、単
に基板ホルダを変えることによって達成することができ
る。また、試料に応じて個々に基板ホルダを作成すれば
よいので、その構造が複雑になることはなく、電極を設
けることによるコストの増加を抑えることができる。ま
た、プラズマの影響を制御する電極の配置を変更するた
めにチャンバ内部に手を加える必要がないので、電極を
変更することにより装置が使用できなくなることを防止
できる。また、変更の手間をも省くことができる。

【００２５】なお、上記実施形態では平行平板型のプラ
ズマＣＶＤ装置を用いて説明したが、電極２４に印加す
る電界によりプラズマの影響を制御できればよいので、
他のプラズマＣＶＤ法を用いた装置においても適用する
ことができる。例えば、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に適
用してもよい。また、図１に示す本実施形態による薄膜
形成装置では、基板ホルダ２０に一つの電極２４を設け
たが、複数の電極を一体成形してもよい。こうすること
により、より複雑なプラズマの制御を簡便な方法により
行うことができる。

【００２６】次に、本発明の第２実施形態による薄膜形
成方法及び装置を、図２を用いて説明する。図２は、本
実施形態による薄膜形成装置における電極の構造を示す
図である。本実施形態による薄膜形成装置は、上部電極
１４と下部電極１６との間に設ける電極２４における電
極密度が、その面内で異なっていることに特徴がある。

【００２７】すなわち、図２（ａ）に示す電極は、左半
分の領域が電極密度の高い領域となっており、右半分の
領域が電極密度の低い領域となっている。また、図２
（ｂ）に示す電極では、左半分の領域が電極密度の高い
領域（電極が形成された領域）となっており、右半分の
領域が電極密度の低い領域（電極が形成されていない領
域）となっている。

【００２８】このようにして電極２４のメッシュの構造
をその面内で変化することにより、一回の成膜において
基板１８上の面内で膜質や膜厚を変化することができ
る。メッシュの密度が高いほどに荷電粒子は電極２４の
電界の影響を受けやすくなるので、基板１８面内におい
てプラズマの影響を変化させることができる。これによ
り、成膜する膜の膜厚や膜質を変化することができる。

【００２９】このように、本実施形態によれば、プラズ
マの影響を制御する電極の構造を、その面内で異なるよ
うにしたので、基板の任意の位置における膜の物性や膜
厚を変化することができる。なお、上記実施形態では、
電極として図２に示す構造を用いたが、電極の電界によ
り荷電粒子の影響を基板面内で変化できればよいので、
他の構造であってもよい。例えば、円周方向にメッシュ
の密度を変化したものであってもよいし、メッシュ電極
以外の材料により構成してもよい。

【００３０】

【実施例】

［実施例１］図１に示す薄膜形成装置を用い、シリコン
酸化膜の成膜を行った。まず、電極２４が一体成形され
た基板ホルダ２０に、薄膜を形成する基板１８を載置し
てチャンバ１０内に導入した。

【００３１】次いで、チャンバ１０内を真空ポンプ（図
示せず）により排気し、約１０^-2Ｔｏｒｒの真空度とし
た。続いて、下部電極１６に設けられたガス供給配管３
０より、酸素流量を毎分３００ミリリットル、アルゴン
流量を毎分２００ミリリットルとして導入した。テトラ
エトキシシランは、アルゴンによりバブリングし、同時
にチャンバ１０内に導入した。なお、テトラエトキシシ
ランは３５℃一定に保った。また、チャンバ１０内は、
排気弁（図示せず）を調整することにより１Ｔｏｒｒ一
定とした。

【００３２】この後、高周波電源２６により上部電極１
４、下部電極１６間に高周波電界を印加し、プラズマを
発生させた。これにより、原料であるテトラエトキシシ
ランを分解し、基板１８上にシリコン酸化膜を堆積し
た。このときの高周波電源２６の出力は１００Ｗとし
た。成膜の際、上部電極１４と下部電極１６との間に設
けられた電極２４は、上部電極と同電位に設定した。

【００３３】このようにして６０秒間の成膜を行った結
果、約４０ｎｍのシリコン酸化膜が堆積された。電極２
４を設けずに同一条件で成膜した場合には約６０ｎｍの
シリコン酸化膜が堆積されており、電極２４を設けるこ
とにより堆積した膜厚が変化した。［実施例２］図１に示す薄膜形成装置を用い、シリコン
酸化膜の成膜を行った。

【００３４】まず、図２（ａ）又は（ｂ）に示す電極２
４が一体成形された基板ホルダ２０に、薄膜を形成する
基板１８を載置してチャンバ１０内に導入した。次い
で、チャンバ１０内を真空ポンプ（図示せず）により排
気し、約１０^-2Ｔｏｒｒの真空度とした。続いて、下部
電極１６に設けられたガス供給配管３０より、酸素流量
を毎分３００ミリリットル、アルゴン流量を毎分２００
ミリリットルとして導入した。テトラエトキシシラン
は、アルゴンによりバブリングし、同時にチャンバ１０
内に導入した。なお、テトラエトキシシランは３５℃一
定に保った。また、チャンバ１０内は、排気弁（図示せ
ず）を調整することにより１Ｔｏｒｒ一定とした。

【００３５】この後、高周波電源２６により上部電極１
４、下部電極１６間に高周波電界を印加し、プラズマを
発生させた。これにより、原料であるテトラエトキシシ
ランを分解し、基板１８上にシリコン酸化膜を堆積し
た。このときの高周波電源２６の出力は１００Ｗとし
た。成膜の際、上部電極１４と下部電極１６との間に設
けられた電極２４は、上部電極と同電位に設定した。

【００３６】このようにして６０秒間の成膜を行った結
果、図２（ａ）を用いて成膜した場合には、メッシュの
密度が高い領域では約３０ｎｍのシリコン酸化膜が堆積
され、メッシュの密度が低い領域では約４０ｎｍのシリ
コン酸化膜が堆積された。また、図２（ｂ）を用いて成
膜した場合には、メッシュが形成されていない領域では
約６０ｎｍのシリコン酸化膜が堆積され、メッシュの形
成されている領域では約４０ｎｍのシリコン酸化膜が堆
積された。

【００３７】電極に設けるメッシュの構造を面内で変化
することにより、堆積した膜の膜厚が面内で変化した。

【００３８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、プラズマ
を利用した化学気相成長法により薄膜を堆積する薄膜形
成方法において、薄膜を堆積する基板を覆う電極が設け
られた基板ホルダに基板を把持し、電極を所定の電圧に
設定した状態で基板上に薄膜を堆積するので、基板を装
置すると同時に電極を取り付け、その電極によりプラズ
マの影響を調整しつつ薄膜を堆積することができる。

【００３９】また、上記の薄膜形成方法において、第１
の電極密度を有する第１の領域と、第１の電極密度と異
なる第２の電極密度を有する第２の領域とを有する電極
を用いれば、第１の領域に覆われた基板の領域と、第２
の領域に覆われた基板の領域とにおいて異なる膜質の薄
膜を堆積することができる。また、プラズマを利用した
化学気相成長法により薄膜を堆積する薄膜形成装置にお
いて、薄膜を堆積する基板を把持する基板ホルダと、基
板ホルダに設けられ、基板を覆い、電圧の印加により基
板に入射する荷電粒子を制御する電極とを設けるので、
基板を装置すると同時に電極を取り付け、その電極によ
りプラズマの影響を調整しつつ薄膜を堆積することがで
きる。

【００４０】また、こうすることにより、個々の試料に
応じて様々な形状の電極を使用しなければならない場合
であっても、単に基板ホルダを変えることによって対応
することができる。また、試料に応じて個々に基板ホル
ダを作成すればよいので、その構造が複雑になることは
なく、電極を設けることによるコストの増加を抑えるこ
とができる。

【００４１】また、電極の配置を変更するために装置内
部に手を加える必要がないので、装置が使用できなくな
ることを防止できる。また、変更の手間をも省くことが
できる。また、上記の薄膜形成装置において、第１の電
極密度を有する第１の領域と、第１の電極密度と異なる
第２の電極密度を有する第２の領域とにより電極を構成
すれば、第１の領域に覆われた基板の領域と、第２の領
域に覆われた基板の領域とにおいて、プラズマの影響を
変化することができる。これにより、電極密度が異なる
領域毎に異なる膜質の薄膜を堆積することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による薄膜形成方法及び
装置を説明する概略図である。

【図２】本発明の第２実施形態による薄膜形成方法及び
装置における電極の構造を示す図である。

【符号の説明】

１０…チャンバ１２…排気配管１４…上部電極１６…下部電極１８…基板２０…基板ホルダ２２…固定ピン２４…電極２６…高周波電源２８…電圧源３０…ガス供給配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂井強志神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者山口城神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者片山倫子神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマを利用した化学気相成長法によ
り薄膜を堆積する薄膜形成方法において、薄膜を堆積する基板を覆う電極が設けられた基板ホルダ
に前記基板を把持し、前記電極を所定の電圧に設定した
状態で前記基板上に薄膜を堆積することを特徴とする薄
膜形成方法。
【請求項２】請求項１記載の薄膜形成方法において、前記電極は、第１の電極密度を有する第１の領域と、前
記第１の電極密度と異なる第２の電極密度を有する第２
の領域とを有し、前記第１の領域に覆われた前記基板の領域と、前記第２
の領域に覆われた前記基板の領域とにおいて異なる膜質
の薄膜を堆積することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３】プラズマを利用した化学気相成長法によ
り薄膜を堆積する薄膜形成装置において、薄膜を堆積する基板を把持する基板ホルダと、前記基板ホルダに設けられ、前記基板を覆い、電圧の印
加により前記基板に入射する荷電粒子を制御する電極と
を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】請求項３記載の薄膜形成装置において、前記電極は、第１の電極密度を有する第１の領域と、前
記第１の電極密度と異なる第２の電極密度を有する第２
の領域とを有することを特徴とする薄膜形成装置。