JP3980274B2 - 化学気相成長装置およびそれを用いた成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学気相成長装置およびそれを用いた成膜方法に関し、特に、比較的大面積を有する基板に成膜可能な化学気相成長装置と、それを用いた成膜方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶表示装置の大型化と高精細化に伴って、ＴＦＴに高精細化が要求されている。このため、従来のアモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴに代わって、ポリシリコン膜を用いたＴＦＴのニーズが高まっている。アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜を用いたＴＦＴの性能や信頼性はゲート絶縁膜に依存している。このようなゲート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法により形成されている。
【０００３】
現在、用いられているプラズマＣＶＤ装置の一つに平行平板型のプラズマＣＶＤ装置がある。平行平板型のプラズマＣＶＤ装置では、上部電極と下部電極との間の比較的広い領域にプラズマが発生される。
【０００４】
このようなプラズマＣＶＤ装置によってゲート絶縁膜を成膜すると、ゲート絶縁膜が形成される下地膜やゲート絶縁膜と下地膜との界面へのプラズマ中のイオンによるダメージを避けることができない。このため、ＴＦＴにおけるしきい値電圧を高精度で制御することができなくなる。
【０００５】
このようなダメージを回避して、高品質のゲート絶縁膜を形成する方法としてＥＣＲプラズマＣＶＤ法を利用したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置が検討されている。ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では、チャンバ（反応室）内の磁場により電子のサイクロトロン共鳴を起し、その周波数をマイクロ波の周波数と一致させることにより、高密度のプラズマが生成される。
【０００６】
また、プラズマ中のイオンによるダメージを完全に無くすためにプラズマを用いずに光を利用するいわゆる光ＣＶＤ装置も検討されている。光ＣＶＤ装置では、光によって反応ガス（材料ガス）を励起させて成膜が行われる。
【０００７】
さらに、上述した光ＣＶＤ法を利用した反応室とプラズマを利用した反応室とを備えたＣＶＤ装置も検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＣＶＤ装置では、以下のような問題点があった。プラズマを利用したＣＶＤ装置の場合、プラズマと材料ガスとの反応が所定の空間において広がりながら進むため、たとえば材料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる場合には、モノシランの解離が進んで高次シランが発生しやすくなる。
【０００９】
このため、絶縁膜の成長表面に高次シランを含む大きな分子が吸着することになり、成長表面の拡散を妨げたり、このような分子が絶縁膜中に取り込まれることになって、絶縁膜の膜質を悪化させることがあった。
【００１０】
また、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では、たとえば、８インチ程度までの比較的面積の小さい基板では均一な膜質および膜厚の絶縁膜を形成することはできても、液晶表示装置に用いられる比較的大面積のガラス基板においては、均一な膜質および膜厚の絶縁膜を形成することは困難であった。
【００１１】
さらに、光ＣＶＤ装置においても絶縁膜を形成することは可能であるが、成膜速度が遅く、絶縁膜の緻密性が劣っているという問題があった。
【００１２】
また、光ＣＶＤ法を利用した反応室とプラズマを利用した反応室とを備えたＣＶＤ装置では、たとえば光ＣＶＤ法による成膜の次にプラズマＣＶＤ法による成膜を行おうとすると、基板を一方の反応室から他方の反応室へ移動するのに時間を要して、ＣＶＤ装置のスループットが低下するという問題があった。
【００１３】
さらに、基板を移動する際に基板表面にダストが付着することがあり、この後形成される絶縁膜の膜質や膜厚において所望の均一性が得られないという問題があった。
【００１４】
また、プラズマＣＶＤ法に比べて光ＣＶＤ法は成膜速度が遅いため、これがスループットを律速してしまい、ＣＶＤ装置全体のスループットが悪くなるという問題があった。さらには、一方の反応室にトラブルが生じた場合には、全装置の稼動を停止しなければならずさらにスループットが悪くなった。
【００１５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、１つの目的は、基板に均一な膜質および膜厚の膜を形成でき、かつ、高いスループットが得られる化学気相成長装置を提供することであり、他の目的はそれを用いた成膜方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの局面における化学気相成長装置は、反応室、１対の電極部、ステージ部および光源部を備えている。１対の電極部は、間隔を隔てられて互いに対向するように反応室内に配置され、反応室内にプラズマを生成する。ステージ部は、１対の電極部によって挟まれた領域に配置され、基板を保持する。光源部は、反応室内の１対の電極部によって挟まれた領域に配置され、所定の波長の光をプラズマの生成領域に照射する。
【００１７】
この構成によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージを低減することができる。また、光源部が１対の電極部によって挟まれた領域に配置されることで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜が比較的速く形成される。さらに、１つの反応室内にプラズマが生成され、かつ、そのプラズマ生成領域に光が照射されるため、プラズマが生成される反応室と光が照射される反応室とが別個である場合と比べると基板を搬送する必要がないので、スループットの向上も図ることができる。
【００１８】
好ましくは、光源部は、光源本体と、その光源本体を覆う覆い部とを有し、覆い部は光源部が発する光を実質的に透過させる材質からなる。
【００１９】
この場合には、光源本体には反応生成物等が付着せず、覆い部を交換することで、常にほぼ一定の強度の光を照射することができる。
【００２０】
また好ましくは、１対の電極部のうちの一方の電極部はステージ部を含み、光源部は、１対の電極部のうちの他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置され、そして、基板を基板の面に平行にスライドさせる移動機構を備えている。
【００２１】
この場合には、複数の光源部によりプラズマ生成領域に光が照射されることで、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させるとともに基板の表面における膜の緻密化をさらに促進させることができる。また、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減できるとともに、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。そして、移動機構を備えていることで、基板の面内において均一に光が照射されて膜質と膜厚の均一性のより高い膜を形成することができる。
【００２４】
本発明の他の局面における成膜方法は、以下の工程を備えている。反応室内に配置されたプラズマを生成するための１対の電極部のうちの一方の電極部に基板を保持する。所定の波長の光を発する光源部を１対の電極部によって挟まれた領域に配置し、保持された基板と１対の電極部のうちの他方の電極部とによって挟まれた領域に、プラズマが生成される前に、または生成されると同時に光源部から所定の波長の光を照射する。プラズマの生成領域に材料ガスを導入して基板上に所定の膜を形成する。
【００２５】
この成膜方法によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージが抑えられる。また、光源部を１対の電極部によって挟まれた領域に配置することで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜を比較的速く安定して形成することができる。
【００２６】
好ましくは、反応室には光源部が他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置され、所定の膜を形成する成膜工程は基板を基板の面に平行に移動させながら行われる。
【００２７】
この場合には、複数の光源部によりプラズマ生成領域に光が照射されることで、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させて基板の表面における膜の緻密化をさらに促進させることができるとともに、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減でき、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。さらに、基板を移動させながら成膜することで、基板面内において均一に膜を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る化学気相成長装置（以下、「ＣＶＤ装置」と記す。）について説明する。図１に示すように、このＣＶＤ装置では、反応室１１内にカソード電極となる上部電極１とアノード電極となる下部電極２との１対の平行平板型の電極が配置されている。ここで、反応室１１の容積をたとえば２５０００ｃｍ3とした。上部電極１を一辺が３００ｍｍの正方形とした。さらに、上部電極１と下部電極２との間隔を５０ｍｍとした。
【００２９】
上部電極１はインピーダンスの調整を行うためのマッチングボックス１２を介して電源１３と電気的に接続されている。下部電極２には、内部にヒータ（図示せず）が設けられ基板７が載置される。
【００３０】
上部電極１と下部電極２とによって挟まれた領域には、光源４が設置されている。光源４は線状の光源である。光源４を保護するために、光源４は石英等の透明な絶縁材３によって覆われている。絶縁材３は、たとえば長さ３００ｍｍ、一辺が４０ｍｍの正方形の断面形状を有している。また、光源４は、たとえば長さ３００ｍｍ、直径３０ｍｍである。なお、光源４は固定しやすくするためにマスク６上に配置されているが、マスク６から離れて配置されていてもよい。
【００３１】
光源４の波長は、材料ガス（反応ガス）の吸収係数等によって選択することになる。この場合、光源４として波長１７２ｎｍのエキシマランプを使用している。絶縁材３の内側には、光源４の出力モニタ５が取付けられている。出力モニタ５により光源４の劣化の状態が測定される。
【００３２】
絶縁材３の材質は光源４の波長に依存する。絶縁材３として石英を用いた場合、波長１７２ｎｍの光に対しては若干の吸収が認められる。これに対して、絶縁材３の材料としてフッ化マグネシウムを用いる場合には、この波長に対する吸収はさらに小さくなる。しかし、価格や材質の安定性を考えると、フッ化マグマグネシウムは比較的大きな形状のものには適さず、現実的には石英が好ましい。
【００３３】
このＣＶＤ装置の場合、光源４として用いるエキシマランプの光強度をたとえば５０ｍＷ／ｃｍ2とし、石英からなる絶縁材料３を透過した後の光強度を約３０ｍＷ／ｃｍ2とした。なお、絶縁材３は単体で定期的に清掃することができ、また交換することもできる。
【００３４】
成膜時には、たとえばシリコンの基板７はマスク６により下部電極２上に固定される。上部電極と１と下部電極２との間の領域にプラズマ８が生成される。エキシマランプの光源４はプラズマの生成と同時に点灯させるか、または、プラズマを生成する前に点灯させる。なお、基板７としては、シリコンの基板の他にガラス基板あるいは樹脂材料からなる基板等であってもよい。
【００３５】
上述したＣＶＤ装置において、モノシラン（ＳｉＨ4）ガスと一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）ガスを原料ガスとして、ＳｉＯ2からなる絶縁膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。
【００３６】
まず、プラズマ中における原料ガスの反応は次のように進む。
ＳｉＨ4＋ｅ→ＳｉＨ3＋Ｈ＋ｅ
Ｎ2Ｏ＋ｅ→Ｎ＋ＮＯ
ＳｉＨ3＋ＮＯ→ＳｉＨ3ＮＯ
２ＳｉＨ3ＮＯ→（ＳｉＨ3）2Ｏ＋Ｎ2Ｏ
ここで、Ｓｉ−Ｈの結合エネルギーは約３ｅＶであり、Ｎ−Ｎの結合エネルギーは約１０ｅＶである。したがって、Ｎ−Ｎの結合エネルギーの方がより高いことから、ＳｉＨ4とＮ2Ｏとにおける最初の反応を考えると、Ｎ2Ｏの方が解離しにくいことがわかる。
【００３７】
このため、電源１３から上部電極１へ供給されるＲＦパワーが低い場合には、Ｎ2Ｏから供給される酸素が少なく、酸素不足の膜質の悪い膜が形成されることになる。つまり、この反応ではＳｉＨ4に対してＮ2Ｏが不足した状態になる。これを避けるためには、ＳｉＨ4の供給律速の状態で成膜を行う必要があり、具体的に、上部電極１の単位面積（１平方センチメートル）あたり、たとえば０.３Ｗ以上のＲＦパワーを供給することが望ましい。
【００３８】
一方、ＲＦパワーが上昇するとプラズマの電位が高くなって基板７に対するイオンエネルギーが増加する。このため、下地膜に対するイオンによるダメージが大きくなり界面欠陥が増加することになる。また、ＳｉＯ2からなる絶縁膜中の欠陥もイオンによるダメージのために低減化に限界がある。このため、ＲＦパワーを適切に制御する必要がある。
【００３９】
次に、上述したＣＶＤ装置を用いた絶縁膜の成膜方法について説明する。まず、下部電極２上にシリコンの基板７を載置した後、反応室１１内にＳｉＨ4（流量：０．００３〜０．０１Ｌ／ｍｉｎ（３〜１０ｓｃｃｍ））、Ｎ2Ｏ（流量：１Ｌ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ））を導入し、圧力を９３．１〜１９９．５Ｐａ（０．７〜１．５Ｔｏｒｒ）に調整する。
【００４０】
電源１３からマッチングボックス１２を介して上部電極１に１３.５６ＭＨｚのＲＦパワーを供給して、上部電極１と下部電極２との間の領域にプラズマ８を生成する。このとき、ＲＦパワーはプラズマＣＶＤ法のみで成膜する場合と比べて低いＲＦパワーにしておく。具体的に、上部電極１の単位面積（１平方センチメートル）あたり、たとえば０.３Ｗ以下のＲＦパワーに設定しておくことが望ましい。この場合には、上述したように、Ｎ2Ｏの解離が不十分な状態にある。
【００４１】
ＲＦパワーを供給すると同時に、絶縁材３で覆われた光源４（エキシマランプ）を点灯する。このとき、光源４が上部電極１と下部電極２との間に配置されていることで、光源４のごく近傍にプラズマ８が生成される。このため、光源４から発せられた光が、他の部分で吸収されることなくプラズマ８の生成領域に照射されることになる。これにより、照射された光のエネルギーを受けてＮ2Ｏの解離が進みやすくなり酸素が豊富に供給されることになって、酸素不足に伴う欠陥や固定電荷を抑えることができる。
【００４２】
ここで、ＳｉＨ4とＮ2Ｏの吸収係数を図２に示す。図２に示すように、波長１６５ｎｍから２００ｎｍの領域では、Ｎ2Ｏの吸収係数がＳｉＨ4の吸収係数よりも大きい。したがって、光源４として波長１６５〜２００ｎｍの領域内にある光を照射することで、相対的にＮ2Ｏの解離を促進することができる。
【００４３】
光源４から発せられる光は反応ガスの解離を促進させるだけでなく、その一部は基板７の表面にも照射される。絶縁膜が成長する表面に照射された光により、表面に吸着したプラズマ中で発生したラジカルやイオン（核種）にマイグレーションエネルギーが与えられることになる。マイグレーションエネルギーとは、核種が絶縁膜の成長表面に吸着し、絶縁膜の表面を拡散するエネルギーをいう。したがって、このことは基板７の温度が比較的低いような場合に膜の緻密化を補助する効果がある。
【００４４】
次に、光源４による光照射を行った場合と光照射を行わなかった場合とについてそれぞれ得られた絶縁膜を評価した結果について説明する。まず、図３は、リーク電流のＲＦパワー依存性を評価したグラフである。図３に示すように、光を照射した場合では、光を照射しなかった場合に比べてリーク電流が相対的に減少していることがわかった。
【００４５】
図４は、固定電荷密度のＲＦパワー依存性を評価したグラフである。図４に示すように、光を照射した場合では、光を照射しなかった場合に比べて固定電荷密度が相対的に減少していることがわかった。このように、プラズマと光とを併用することでリーク電流および固定電荷密度の小さい絶縁膜が得られることがわかった。特に、ＲＦパワーがより低い領域においてその差が顕著に現れていることがわかった。
【００４６】
以上説明したように、プラズマと光を併用したＣＶＤ装置を用いることで、リーク電流が少なく固定電荷密度が小さい絶縁膜を比較的低いＲＦパワーをもって形成することができる。
【００４７】
また、１つの反応室１１内にプラズマ８が生成され、そのプラズマ８の生成領域に光が照射されるため、プラズマが生成される反応室と光が照射される反応室とが別個である装置と比較すると、基板７を搬送する必要がないので、スループットの向上も図ることができる。
【００４８】
なお、この実施の形態では、基板としてシリコン基板を例に挙げたが、比較的大面積を有するガラス基板へも成膜できる。
【００４９】
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係るＣＶＤ装置について説明する。図５に示すように、上部電極１と下部電極２との間の領域に光源４が複数設置されている。また、基板７が載置される下部電極２には、基板７をスライドするための移動機構（図示せず）が設けられている。なお、これ以外の構成については、実施の形態１において説明した図１に示すＣＶＤ装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００５０】
上述したＣＶＤ装置では、光源４が複数設置されていることで、プラズマ１０が生成される領域は、実施の形態１において説明したＣＶＤ装置と比べて狭い領域に制限されることになる。これにより、モノシランＳｉＨ4が、副次的な反応を繰返し起す前にプラズマ１０の生成領域から出る確率が高くなって、高次シランの発生が抑制される。
【００５１】
高次シランが発生した場合、高次シランを含む大きな分子が絶縁膜の表面に吸着して成長表面の拡散を妨げたり、絶縁膜中に取り込まれて欠陥となるなど、絶縁膜の劣化要因を生み出すことになる。したがって、このＣＶＤ装置ではこのような高次シランの発生が抑制されることで、絶縁膜の劣化を防止することができる。
【００５２】
ところで、プラズマ１０が生成される領域が狭い領域に制限されるために、基板７上には絶縁膜が形成される領域とそうでない領域が存在することになる。このＣＶＤ装置では、下部電極２に移動機構が設けられていることで、光源４に対して一方向または双方向に基板７を移動させることができて、基板７の全面に均一に絶縁膜を形成することができる。
【００５３】
次に、上述したＣＶＤ装置による成膜方法について説明する。ここで、反応室１１の容積、上部電極１と下部電極の面積と間隔、光源４および絶縁材３の寸法は、実施の形態１のＣＶＤ装置と同様とする。下部電極２に載置されるウェハからなる基板７の周縁はマスク６により覆われている。
【００５４】
基板７の周縁に位置する絶縁材３はマスク６上に配置され、基板７の周縁より内側に位置する絶縁材３はマスク６上に配置されていない。隣合う絶縁材３間の距離を２０〜５０ｍｍとする。
【００５５】
なお、基板７の周縁に位置する絶縁材３はマスク６上に配置されているが、マスク６から離れて配置されていてもよい。また、基板７としてウェハを例に挙げたが、この他にガラスの基板や樹脂からなる基板であってもよい。
【００５６】
光源４としてエキシマランプを使用し、その光強度をたとえば５０ｍＷ／ｃｍ2とし、絶縁材料３を透過した後の光強度を約３０ｍＷ／ｃｍ2とする。下部電極２に設けられたヒータの温度を３５０℃とする。
【００５７】
反応室１１内にＳｉＨ4（流量：０．００３〜０．０１Ｌ／ｍｉｎ（３〜１０ｓｃｃｍ））、Ｎ2Ｏ（流量：１Ｌ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ））を導入し、圧力を９３．１〜１９９．５Ｐａ（０．７〜１．５Ｔｏｒｒ）に調整する。この材料ガスは、上部電極１を兼ねた複数の噴出し口を備えたシャワープレート（図示せず）から反応室１１内に供給される。
【００５８】
電源１３からマッチングボックス１２を介して上部電極１に１３.５６ＭＨｚのＲＦパワーを供給して、上部電極１と下部電極２との間の領域にプラズマ１０を生成する。このとき、プラズマ１０は。上部電極１と下部電極との間の、絶縁材３によって挟まれた領域に生成される。また、ＲＦパワーを供給するのと同時に光源４を点灯させる。
【００５９】
さらに、実施の形態１において説明したように、光源４から発せられる光（紫外線）によってＮ2Ｏの解離が促進される。このため、ＲＦパワーとしては、たとえば０.３Ｗ／ｃｍ2以下のプラズマＣＶＤ法のみで成膜する場合と比べて低いＲＦパワーに設定する。また、成膜中においては、基板７を光源４に対して一方向または双方向に移動させる。このようにして、基板７上に絶縁膜が形成される。
【００６０】
このＣＶＤ装置では、特に、上部電極１と下部電極２との間に複数の光源４が配置されることによってＮ2Ｏの解離が効率よく行われる。これにより、ＲＦパワーをさらに小さく設定することができて、高次シランの発生を一層抑えることができるとともに、膜の緻密化を促進することができる。また、プラズマ中のイオンによる基板７の下地膜へのダメージをさらに低減することができる。
【００６１】
上記実施の形態１および２において説明したＣＶＤ装置では、膜として絶縁膜（シリコン酸化膜）を形成する場合を例にあげて説明したが、アモルファスシリコン膜やシリコン窒化膜の成膜にも適用であることがわかった。
【００６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の一つの局面における化学気相成長装置によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージを低減することができる。また、光源部が１対の電極部によって挟まれた領域に配置されることで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜が比較的速く形成される。さらに、１つの反応室内にプラズマが生成され、かつ、そのプラズマ生成領域に光が照射されるため、プラズマが生成される反応室と光が照射される反応室とが別個である場合と比べると基板を搬送する必要がないので、スループットの向上も図ることができる。
【００６４】
好ましくは、光源部は、光源本体と、その光源本体を覆う覆い部とを有し、覆い部は光源部が発する光を実質的に透過させる材質からなることで、光源本体には反応生成物等が付着せず、覆い部を交換することで、常にほぼ一定の強度の光を照射することができる。
【００６５】
また好ましくは、１対の電極部のうちの一方の電極部はステージ部を含み、光源部は、１対の電極部のうちの他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置されていることで、複数の光源部によりプラズマ生成領域に光が照射されて、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させるとともに基板の表面における膜の緻密化をさらに促進させることができる。また、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減できるとともに、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。そして、基板を基板の面に平行にスライドさせる移動機構を備えていることで、基板の面内において均一に光が照射されて膜質と膜厚の均一性のより高い膜を形成することができる。
【００６７】
本発明の他の局面における成膜方法によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージが抑えられる。また、光源部を１対の電極部によって挟まれた領域に配置することで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜を比較的速く安定して形成することができる。
【００６８】
好ましくは、反応室には光源部が他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置されていることで、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させて基板に膜を形成することができるとともに、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減でき、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。また、所定の膜を形成する成膜工程では、基板を基板の面に平行に移動させながら成膜されることで、基板面内において均一に膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るＣＶＤ装置の一断面図である。
【図２】 同実施の形態において、ＳｉＨ4とＮ2Ｏの吸収係数の波長依存性を示す図である。
【図３】 同実施の形態において、絶縁膜の特性を説明するためのリーク電流のＲＦパワー依存性を示す図である。
【図４】 同実施の形態において、絶縁膜の特性を説明するための固定電荷密度のＲＦパワー依存性を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るＣＶＤ装置の一断面図である。
【符号の説明】
１ 上部電極、２ 下部電極、３ 絶縁材、４ 光源、５ 光モニタ、６ マスク、７ 基板、８、１０ プラズマ、１１ 反応室、１２ マッチングボックス、１３電源。
【発明の属する技術分野】
本発明は化学気相成長装置およびそれを用いた成膜方法に関し、特に、比較的大面積を有する基板に成膜可能な化学気相成長装置と、それを用いた成膜方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶表示装置の大型化と高精細化に伴って、ＴＦＴに高精細化が要求されている。このため、従来のアモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴに代わって、ポリシリコン膜を用いたＴＦＴのニーズが高まっている。アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜を用いたＴＦＴの性能や信頼性はゲート絶縁膜に依存している。このようなゲート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法により形成されている。
【０００３】
現在、用いられているプラズマＣＶＤ装置の一つに平行平板型のプラズマＣＶＤ装置がある。平行平板型のプラズマＣＶＤ装置では、上部電極と下部電極との間の比較的広い領域にプラズマが発生される。
【０００４】
このようなプラズマＣＶＤ装置によってゲート絶縁膜を成膜すると、ゲート絶縁膜が形成される下地膜やゲート絶縁膜と下地膜との界面へのプラズマ中のイオンによるダメージを避けることができない。このため、ＴＦＴにおけるしきい値電圧を高精度で制御することができなくなる。
【０００５】
このようなダメージを回避して、高品質のゲート絶縁膜を形成する方法としてＥＣＲプラズマＣＶＤ法を利用したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置が検討されている。ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では、チャンバ（反応室）内の磁場により電子のサイクロトロン共鳴を起し、その周波数をマイクロ波の周波数と一致させることにより、高密度のプラズマが生成される。
【０００６】
また、プラズマ中のイオンによるダメージを完全に無くすためにプラズマを用いずに光を利用するいわゆる光ＣＶＤ装置も検討されている。光ＣＶＤ装置では、光によって反応ガス（材料ガス）を励起させて成膜が行われる。
【０００７】
さらに、上述した光ＣＶＤ法を利用した反応室とプラズマを利用した反応室とを備えたＣＶＤ装置も検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＣＶＤ装置では、以下のような問題点があった。プラズマを利用したＣＶＤ装置の場合、プラズマと材料ガスとの反応が所定の空間において広がりながら進むため、たとえば材料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる場合には、モノシランの解離が進んで高次シランが発生しやすくなる。
【０００９】
このため、絶縁膜の成長表面に高次シランを含む大きな分子が吸着することになり、成長表面の拡散を妨げたり、このような分子が絶縁膜中に取り込まれることになって、絶縁膜の膜質を悪化させることがあった。
【００１０】
また、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では、たとえば、８インチ程度までの比較的面積の小さい基板では均一な膜質および膜厚の絶縁膜を形成することはできても、液晶表示装置に用いられる比較的大面積のガラス基板においては、均一な膜質および膜厚の絶縁膜を形成することは困難であった。
【００１１】
さらに、光ＣＶＤ装置においても絶縁膜を形成することは可能であるが、成膜速度が遅く、絶縁膜の緻密性が劣っているという問題があった。
【００１２】
また、光ＣＶＤ法を利用した反応室とプラズマを利用した反応室とを備えたＣＶＤ装置では、たとえば光ＣＶＤ法による成膜の次にプラズマＣＶＤ法による成膜を行おうとすると、基板を一方の反応室から他方の反応室へ移動するのに時間を要して、ＣＶＤ装置のスループットが低下するという問題があった。
【００１３】
さらに、基板を移動する際に基板表面にダストが付着することがあり、この後形成される絶縁膜の膜質や膜厚において所望の均一性が得られないという問題があった。
【００１４】
また、プラズマＣＶＤ法に比べて光ＣＶＤ法は成膜速度が遅いため、これがスループットを律速してしまい、ＣＶＤ装置全体のスループットが悪くなるという問題があった。さらには、一方の反応室にトラブルが生じた場合には、全装置の稼動を停止しなければならずさらにスループットが悪くなった。
【００１５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、１つの目的は、基板に均一な膜質および膜厚の膜を形成でき、かつ、高いスループットが得られる化学気相成長装置を提供することであり、他の目的はそれを用いた成膜方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの局面における化学気相成長装置は、反応室、１対の電極部、ステージ部および光源部を備えている。１対の電極部は、間隔を隔てられて互いに対向するように反応室内に配置され、反応室内にプラズマを生成する。ステージ部は、１対の電極部によって挟まれた領域に配置され、基板を保持する。光源部は、反応室内の１対の電極部によって挟まれた領域に配置され、所定の波長の光をプラズマの生成領域に照射する。
【００１７】
この構成によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージを低減することができる。また、光源部が１対の電極部によって挟まれた領域に配置されることで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜が比較的速く形成される。さらに、１つの反応室内にプラズマが生成され、かつ、そのプラズマ生成領域に光が照射されるため、プラズマが生成される反応室と光が照射される反応室とが別個である場合と比べると基板を搬送する必要がないので、スループットの向上も図ることができる。
【００１８】
好ましくは、光源部は、光源本体と、その光源本体を覆う覆い部とを有し、覆い部は光源部が発する光を実質的に透過させる材質からなる。
【００１９】
この場合には、光源本体には反応生成物等が付着せず、覆い部を交換することで、常にほぼ一定の強度の光を照射することができる。
【００２０】
また好ましくは、１対の電極部のうちの一方の電極部はステージ部を含み、光源部は、１対の電極部のうちの他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置され、そして、基板を基板の面に平行にスライドさせる移動機構を備えている。
【００２１】
この場合には、複数の光源部によりプラズマ生成領域に光が照射されることで、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させるとともに基板の表面における膜の緻密化をさらに促進させることができる。また、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減できるとともに、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。そして、移動機構を備えていることで、基板の面内において均一に光が照射されて膜質と膜厚の均一性のより高い膜を形成することができる。
【００２４】
本発明の他の局面における成膜方法は、以下の工程を備えている。反応室内に配置されたプラズマを生成するための１対の電極部のうちの一方の電極部に基板を保持する。所定の波長の光を発する光源部を１対の電極部によって挟まれた領域に配置し、保持された基板と１対の電極部のうちの他方の電極部とによって挟まれた領域に、プラズマが生成される前に、または生成されると同時に光源部から所定の波長の光を照射する。プラズマの生成領域に材料ガスを導入して基板上に所定の膜を形成する。
【００２５】
この成膜方法によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージが抑えられる。また、光源部を１対の電極部によって挟まれた領域に配置することで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜を比較的速く安定して形成することができる。
【００２６】
好ましくは、反応室には光源部が他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置され、所定の膜を形成する成膜工程は基板を基板の面に平行に移動させながら行われる。
【００２７】
この場合には、複数の光源部によりプラズマ生成領域に光が照射されることで、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させて基板の表面における膜の緻密化をさらに促進させることができるとともに、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減でき、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。さらに、基板を移動させながら成膜することで、基板面内において均一に膜を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る化学気相成長装置（以下、「ＣＶＤ装置」と記す。）について説明する。図１に示すように、このＣＶＤ装置では、反応室１１内にカソード電極となる上部電極１とアノード電極となる下部電極２との１対の平行平板型の電極が配置されている。ここで、反応室１１の容積をたとえば２５０００ｃｍ3とした。上部電極１を一辺が３００ｍｍの正方形とした。さらに、上部電極１と下部電極２との間隔を５０ｍｍとした。
【００２９】
上部電極１はインピーダンスの調整を行うためのマッチングボックス１２を介して電源１３と電気的に接続されている。下部電極２には、内部にヒータ（図示せず）が設けられ基板７が載置される。
【００３０】
上部電極１と下部電極２とによって挟まれた領域には、光源４が設置されている。光源４は線状の光源である。光源４を保護するために、光源４は石英等の透明な絶縁材３によって覆われている。絶縁材３は、たとえば長さ３００ｍｍ、一辺が４０ｍｍの正方形の断面形状を有している。また、光源４は、たとえば長さ３００ｍｍ、直径３０ｍｍである。なお、光源４は固定しやすくするためにマスク６上に配置されているが、マスク６から離れて配置されていてもよい。
【００３１】
光源４の波長は、材料ガス（反応ガス）の吸収係数等によって選択することになる。この場合、光源４として波長１７２ｎｍのエキシマランプを使用している。絶縁材３の内側には、光源４の出力モニタ５が取付けられている。出力モニタ５により光源４の劣化の状態が測定される。
【００３２】
絶縁材３の材質は光源４の波長に依存する。絶縁材３として石英を用いた場合、波長１７２ｎｍの光に対しては若干の吸収が認められる。これに対して、絶縁材３の材料としてフッ化マグネシウムを用いる場合には、この波長に対する吸収はさらに小さくなる。しかし、価格や材質の安定性を考えると、フッ化マグマグネシウムは比較的大きな形状のものには適さず、現実的には石英が好ましい。
【００３３】
このＣＶＤ装置の場合、光源４として用いるエキシマランプの光強度をたとえば５０ｍＷ／ｃｍ2とし、石英からなる絶縁材料３を透過した後の光強度を約３０ｍＷ／ｃｍ2とした。なお、絶縁材３は単体で定期的に清掃することができ、また交換することもできる。
【００３４】
成膜時には、たとえばシリコンの基板７はマスク６により下部電極２上に固定される。上部電極と１と下部電極２との間の領域にプラズマ８が生成される。エキシマランプの光源４はプラズマの生成と同時に点灯させるか、または、プラズマを生成する前に点灯させる。なお、基板７としては、シリコンの基板の他にガラス基板あるいは樹脂材料からなる基板等であってもよい。
【００３５】
上述したＣＶＤ装置において、モノシラン（ＳｉＨ4）ガスと一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）ガスを原料ガスとして、ＳｉＯ2からなる絶縁膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。
【００３６】
まず、プラズマ中における原料ガスの反応は次のように進む。
ＳｉＨ4＋ｅ→ＳｉＨ3＋Ｈ＋ｅ
Ｎ2Ｏ＋ｅ→Ｎ＋ＮＯ
ＳｉＨ3＋ＮＯ→ＳｉＨ3ＮＯ
２ＳｉＨ3ＮＯ→（ＳｉＨ3）2Ｏ＋Ｎ2Ｏ
ここで、Ｓｉ−Ｈの結合エネルギーは約３ｅＶであり、Ｎ−Ｎの結合エネルギーは約１０ｅＶである。したがって、Ｎ−Ｎの結合エネルギーの方がより高いことから、ＳｉＨ4とＮ2Ｏとにおける最初の反応を考えると、Ｎ2Ｏの方が解離しにくいことがわかる。
【００３７】
このため、電源１３から上部電極１へ供給されるＲＦパワーが低い場合には、Ｎ2Ｏから供給される酸素が少なく、酸素不足の膜質の悪い膜が形成されることになる。つまり、この反応ではＳｉＨ4に対してＮ2Ｏが不足した状態になる。これを避けるためには、ＳｉＨ4の供給律速の状態で成膜を行う必要があり、具体的に、上部電極１の単位面積（１平方センチメートル）あたり、たとえば０.３Ｗ以上のＲＦパワーを供給することが望ましい。
【００３８】
一方、ＲＦパワーが上昇するとプラズマの電位が高くなって基板７に対するイオンエネルギーが増加する。このため、下地膜に対するイオンによるダメージが大きくなり界面欠陥が増加することになる。また、ＳｉＯ2からなる絶縁膜中の欠陥もイオンによるダメージのために低減化に限界がある。このため、ＲＦパワーを適切に制御する必要がある。
【００３９】
次に、上述したＣＶＤ装置を用いた絶縁膜の成膜方法について説明する。まず、下部電極２上にシリコンの基板７を載置した後、反応室１１内にＳｉＨ4（流量：０．００３〜０．０１Ｌ／ｍｉｎ（３〜１０ｓｃｃｍ））、Ｎ2Ｏ（流量：１Ｌ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ））を導入し、圧力を９３．１〜１９９．５Ｐａ（０．７〜１．５Ｔｏｒｒ）に調整する。
【００４０】
電源１３からマッチングボックス１２を介して上部電極１に１３.５６ＭＨｚのＲＦパワーを供給して、上部電極１と下部電極２との間の領域にプラズマ８を生成する。このとき、ＲＦパワーはプラズマＣＶＤ法のみで成膜する場合と比べて低いＲＦパワーにしておく。具体的に、上部電極１の単位面積（１平方センチメートル）あたり、たとえば０.３Ｗ以下のＲＦパワーに設定しておくことが望ましい。この場合には、上述したように、Ｎ2Ｏの解離が不十分な状態にある。
【００４１】
ＲＦパワーを供給すると同時に、絶縁材３で覆われた光源４（エキシマランプ）を点灯する。このとき、光源４が上部電極１と下部電極２との間に配置されていることで、光源４のごく近傍にプラズマ８が生成される。このため、光源４から発せられた光が、他の部分で吸収されることなくプラズマ８の生成領域に照射されることになる。これにより、照射された光のエネルギーを受けてＮ2Ｏの解離が進みやすくなり酸素が豊富に供給されることになって、酸素不足に伴う欠陥や固定電荷を抑えることができる。
【００４２】
ここで、ＳｉＨ4とＮ2Ｏの吸収係数を図２に示す。図２に示すように、波長１６５ｎｍから２００ｎｍの領域では、Ｎ2Ｏの吸収係数がＳｉＨ4の吸収係数よりも大きい。したがって、光源４として波長１６５〜２００ｎｍの領域内にある光を照射することで、相対的にＮ2Ｏの解離を促進することができる。
【００４３】
光源４から発せられる光は反応ガスの解離を促進させるだけでなく、その一部は基板７の表面にも照射される。絶縁膜が成長する表面に照射された光により、表面に吸着したプラズマ中で発生したラジカルやイオン（核種）にマイグレーションエネルギーが与えられることになる。マイグレーションエネルギーとは、核種が絶縁膜の成長表面に吸着し、絶縁膜の表面を拡散するエネルギーをいう。したがって、このことは基板７の温度が比較的低いような場合に膜の緻密化を補助する効果がある。
【００４４】
次に、光源４による光照射を行った場合と光照射を行わなかった場合とについてそれぞれ得られた絶縁膜を評価した結果について説明する。まず、図３は、リーク電流のＲＦパワー依存性を評価したグラフである。図３に示すように、光を照射した場合では、光を照射しなかった場合に比べてリーク電流が相対的に減少していることがわかった。
【００４５】
図４は、固定電荷密度のＲＦパワー依存性を評価したグラフである。図４に示すように、光を照射した場合では、光を照射しなかった場合に比べて固定電荷密度が相対的に減少していることがわかった。このように、プラズマと光とを併用することでリーク電流および固定電荷密度の小さい絶縁膜が得られることがわかった。特に、ＲＦパワーがより低い領域においてその差が顕著に現れていることがわかった。
【００４６】
以上説明したように、プラズマと光を併用したＣＶＤ装置を用いることで、リーク電流が少なく固定電荷密度が小さい絶縁膜を比較的低いＲＦパワーをもって形成することができる。
【００４７】
また、１つの反応室１１内にプラズマ８が生成され、そのプラズマ８の生成領域に光が照射されるため、プラズマが生成される反応室と光が照射される反応室とが別個である装置と比較すると、基板７を搬送する必要がないので、スループットの向上も図ることができる。
【００４８】
なお、この実施の形態では、基板としてシリコン基板を例に挙げたが、比較的大面積を有するガラス基板へも成膜できる。
【００４９】
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係るＣＶＤ装置について説明する。図５に示すように、上部電極１と下部電極２との間の領域に光源４が複数設置されている。また、基板７が載置される下部電極２には、基板７をスライドするための移動機構（図示せず）が設けられている。なお、これ以外の構成については、実施の形態１において説明した図１に示すＣＶＤ装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００５０】
上述したＣＶＤ装置では、光源４が複数設置されていることで、プラズマ１０が生成される領域は、実施の形態１において説明したＣＶＤ装置と比べて狭い領域に制限されることになる。これにより、モノシランＳｉＨ4が、副次的な反応を繰返し起す前にプラズマ１０の生成領域から出る確率が高くなって、高次シランの発生が抑制される。
【００５１】
高次シランが発生した場合、高次シランを含む大きな分子が絶縁膜の表面に吸着して成長表面の拡散を妨げたり、絶縁膜中に取り込まれて欠陥となるなど、絶縁膜の劣化要因を生み出すことになる。したがって、このＣＶＤ装置ではこのような高次シランの発生が抑制されることで、絶縁膜の劣化を防止することができる。
【００５２】
ところで、プラズマ１０が生成される領域が狭い領域に制限されるために、基板７上には絶縁膜が形成される領域とそうでない領域が存在することになる。このＣＶＤ装置では、下部電極２に移動機構が設けられていることで、光源４に対して一方向または双方向に基板７を移動させることができて、基板７の全面に均一に絶縁膜を形成することができる。
【００５３】
次に、上述したＣＶＤ装置による成膜方法について説明する。ここで、反応室１１の容積、上部電極１と下部電極の面積と間隔、光源４および絶縁材３の寸法は、実施の形態１のＣＶＤ装置と同様とする。下部電極２に載置されるウェハからなる基板７の周縁はマスク６により覆われている。
【００５４】
基板７の周縁に位置する絶縁材３はマスク６上に配置され、基板７の周縁より内側に位置する絶縁材３はマスク６上に配置されていない。隣合う絶縁材３間の距離を２０〜５０ｍｍとする。
【００５５】
なお、基板７の周縁に位置する絶縁材３はマスク６上に配置されているが、マスク６から離れて配置されていてもよい。また、基板７としてウェハを例に挙げたが、この他にガラスの基板や樹脂からなる基板であってもよい。
【００５６】
光源４としてエキシマランプを使用し、その光強度をたとえば５０ｍＷ／ｃｍ2とし、絶縁材料３を透過した後の光強度を約３０ｍＷ／ｃｍ2とする。下部電極２に設けられたヒータの温度を３５０℃とする。
【００５７】
反応室１１内にＳｉＨ4（流量：０．００３〜０．０１Ｌ／ｍｉｎ（３〜１０ｓｃｃｍ））、Ｎ2Ｏ（流量：１Ｌ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ））を導入し、圧力を９３．１〜１９９．５Ｐａ（０．７〜１．５Ｔｏｒｒ）に調整する。この材料ガスは、上部電極１を兼ねた複数の噴出し口を備えたシャワープレート（図示せず）から反応室１１内に供給される。
【００５８】
電源１３からマッチングボックス１２を介して上部電極１に１３.５６ＭＨｚのＲＦパワーを供給して、上部電極１と下部電極２との間の領域にプラズマ１０を生成する。このとき、プラズマ１０は。上部電極１と下部電極との間の、絶縁材３によって挟まれた領域に生成される。また、ＲＦパワーを供給するのと同時に光源４を点灯させる。
【００５９】
さらに、実施の形態１において説明したように、光源４から発せられる光（紫外線）によってＮ2Ｏの解離が促進される。このため、ＲＦパワーとしては、たとえば０.３Ｗ／ｃｍ2以下のプラズマＣＶＤ法のみで成膜する場合と比べて低いＲＦパワーに設定する。また、成膜中においては、基板７を光源４に対して一方向または双方向に移動させる。このようにして、基板７上に絶縁膜が形成される。
【００６０】
このＣＶＤ装置では、特に、上部電極１と下部電極２との間に複数の光源４が配置されることによってＮ2Ｏの解離が効率よく行われる。これにより、ＲＦパワーをさらに小さく設定することができて、高次シランの発生を一層抑えることができるとともに、膜の緻密化を促進することができる。また、プラズマ中のイオンによる基板７の下地膜へのダメージをさらに低減することができる。
【００６１】
上記実施の形態１および２において説明したＣＶＤ装置では、膜として絶縁膜（シリコン酸化膜）を形成する場合を例にあげて説明したが、アモルファスシリコン膜やシリコン窒化膜の成膜にも適用であることがわかった。
【００６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の一つの局面における化学気相成長装置によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージを低減することができる。また、光源部が１対の電極部によって挟まれた領域に配置されることで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜が比較的速く形成される。さらに、１つの反応室内にプラズマが生成され、かつ、そのプラズマ生成領域に光が照射されるため、プラズマが生成される反応室と光が照射される反応室とが別個である場合と比べると基板を搬送する必要がないので、スループットの向上も図ることができる。
【００６４】
好ましくは、光源部は、光源本体と、その光源本体を覆う覆い部とを有し、覆い部は光源部が発する光を実質的に透過させる材質からなることで、光源本体には反応生成物等が付着せず、覆い部を交換することで、常にほぼ一定の強度の光を照射することができる。
【００６５】
また好ましくは、１対の電極部のうちの一方の電極部はステージ部を含み、光源部は、１対の電極部のうちの他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置されていることで、複数の光源部によりプラズマ生成領域に光が照射されて、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させるとともに基板の表面における膜の緻密化をさらに促進させることができる。また、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減できるとともに、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。そして、基板を基板の面に平行にスライドさせる移動機構を備えていることで、基板の面内において均一に光が照射されて膜質と膜厚の均一性のより高い膜を形成することができる。
【００６７】
本発明の他の局面における成膜方法によれば、プラズマに加えてそのプラズマの生成領域に所定波長の光が照射されることで、プラズマを生成するためのＲＦパワーとしてはより少ないＲＦパワーでもって反応室内に導入された材料ガスの解離が行われる。これにより、プラズマによる基板へのダメージが抑えられる。また、光源部を１対の電極部によって挟まれた領域に配置することで、光源部から発せられた光が他の部分で吸収されることなくプラズマの生成領域に照射されて材料ガスの解離が進みやすくなる。さらに、その光が膜が成長する表面にも照射されることになり、プラズマ中で発生して表面に付着したラジカルやイオンにマイグレーションエネルギーを与えることになって膜の緻密化を促進する。その結果、基板上に均一な膜質と膜厚を有し電気的特性に優れた膜を比較的速く安定して形成することができる。
【００６８】
好ましくは、反応室には光源部が他方の電極部と基板とによって挟まれる領域に基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置されていることで、さらに少ないＲＦパワーにより材料ガスを効率よく解離させて基板に膜を形成することができるとともに、プラズマの生成領域が限られることになって、基板へのダメージをさらに低減でき、たとえば、材料ガスとしてシランを適用した場合に高次シランの発生を抑制できる。また、所定の膜を形成する成膜工程では、基板を基板の面に平行に移動させながら成膜されることで、基板面内において均一に膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るＣＶＤ装置の一断面図である。
【図２】 同実施の形態において、ＳｉＨ4とＮ2Ｏの吸収係数の波長依存性を示す図である。
【図３】 同実施の形態において、絶縁膜の特性を説明するためのリーク電流のＲＦパワー依存性を示す図である。
【図４】 同実施の形態において、絶縁膜の特性を説明するための固定電荷密度のＲＦパワー依存性を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るＣＶＤ装置の一断面図である。
【符号の説明】
１ 上部電極、２ 下部電極、３ 絶縁材、４ 光源、５ 光モニタ、６ マスク、７ 基板、８、１０ プラズマ、１１ 反応室、１２ マッチングボックス、１３電源。
Claims (5)
- 反応室と、
間隔を隔てられて互いに対向するように前記反応室内に配置され、前記反応室内にプラズマを生成するための１対の電極部と、
前記１対の電極部によって挟まれた領域に配置された、基板を保持するためのステージ部と、
前記反応室内の前記１対の電極部によって挟まれた領域に配置され、所定の波長の光を前記プラズマの生成領域に照射するための光源部と
を備えた、化学気相成長装置。 - 前記光源部は、
光源本体と、
前記光源本体を覆う覆い部と
を有し、
前記覆い部は前記光源部が発する光を実質的に透過させる材質からなる、請求項１記載の化学気相成長装置。 - 前記１対の電極部のうちの一方の電極部は前記ステージ部を含み、
前記光源部は、前記１対の電極部のうちの他方の電極部と前記基板とによって挟まれる領域に前記基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置され、
前記基板を前記基板の面に平行にスライドさせる移動機構を備えた、請求項１または２に記載の化学気相成長装置。 - 反応室内に配置されたプラズマを生成するための１対の電極部のうちの一方の電極部に基板を保持する工程と、
所定の波長の光を発する光源部を前記１対の電極部によって挟まれた領域に配置し、保持された前記基板と前記１対の電極部のうちの他方の電極部とによって挟まれた領域に、プラズマが生成される前に、または生成されると同時に前記光源部から所定の波長の光を照射する工程と、
前記プラズマの生成領域に材料ガスを導入して前記基板上に所定の膜を形成する成膜工程と
を備えた成膜方法。 - 前記反応室には前記光源部が前記他方の電極部と前記基板とによって挟まれる領域に前記基板の面に沿ってそれぞれ距離を隔てて複数配置され、
前記成膜工程は前記基板を前記基板の面に平行に移動させながら行われる、請求項４記載の成膜方法。
Priority Applications (1)
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