JP2899254B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents
プラズマｃｖｄ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁界を印加するこ
とにより、高エネルギー励起種を発生させて、エッチン
グさせながら大きくかつ均一な薄膜を形成するプラズマ
ＣＶＤ装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、薄膜の形成手段としては、電子サ
イクロトロン共鳴(ECR) を用い、その発散磁場を利用し
て、この共鳴空間より「離れた位置」に基板を配設し、
そこでの被膜、特に、アモルファス構造を有する被膜を
形成する方法が知られている。さらに、一般的に、かか
る電子サイクロトロン共鳴CVD(化学気相法) に加えて、
反応性気体を用いる被膜形成手段としては、数種類が知
られている。これらの被膜形成手段には、たとえば、熱
CVD 、加熱フィラメントCVD 、化学輸送法、13.56MHzの
周波数を用いるプラズマ CVD法、マイクロ波のみを用い
るプラズマCVD法が知られている。 【０００３】特に、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、
活性種を磁場によりピンチングし、高エネルギー化する
ことにより電子エネルギーを大きくし、効率よく反応性
気体をプラズマ化させている。しかし、電子サイクロト
ロン共鳴CVD法は、反応性気体をプラズマ化させること
により、反応性気体の有する高エネルギーにより、基板
の被膜形成面がスパッタ (損傷) を受ける。このスパッ
タを防ぐため、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、電子
サイクロトロン共鳴条件を満たした空間より「離れた位
置」に基板を配設し、高エネルギー条件下でのプラズマ
状態を避けたイオンシャワ−化した反応性気体を基板表
面に到達させることにより、被膜形成または異方性エッ
チングを行なっていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるシャワ
−化した反応性気体を用いた被膜形成方法では、その気
体の種類により異方性エッチング、アモルファス構造の
被膜形成等のエッチング、またはディポジッションのい
ずれか一方のプロセスのみを採用したものであった。そ
のため、この場合の被膜形成面上には、アモルファス構
造の被膜が形成され易く、結晶性、特に、多結晶性また
は単結晶を有する被膜の形成がきわめて困難であった。
加えて、上記シャワ−化した反応性気体を用いた被膜形
成方法は、スパッタを防止するために、エネルギーを弱
めているので、高いエネルギーを用いることにより、初
めて反応性気体の活性化、または反応をさせ得るような
被膜を形成することが不可能であった。 【０００５】本発明は、プラズマ空間内に被膜形成面を
有する基板を配設して、反応性気体に磁界を印加するこ
とによって、エッチングしながら被膜を形成するプラズ
マＣＶＤ装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、プラズマ発生空間
と、前記プラズマ発生空間に反応ガスを導入するガス導
入系と、前記プラズマ発生空間に窓を通してマイクロ波
を導入するマイクロ波発生器とを有する電子サイクロト
ロン共鳴を用いるものであり、マイクロ波の伝搬方向と
ほぼ平行で、且つ前記プラズマ発生空間内にて電子サイ
クロトロン共鳴を生じさせる強度の、磁界を発生させる
手段と、前記プラズマ発生空間内の反応圧力を調整する
ための排気手段と、前記プラズマ発生空間において、前
記マイクロ波の伝搬方向で基板に向かって磁場の強度が
減少していく位置で、かつ等磁場面に前記基板を配置す
る手段とを備えていることを特徴とする。 【０００７】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、プラズマ
発生空間と、前記プラズマ発生空間に反応ガスを導入す
るガス導入系と、前記プラズマ発生空間に窓を通してマ
イクロ波を導入するマイクロ波発生器とを有する電子サ
イクロトロン共鳴を用いたものであり、前記プラズマ発
生空間内にマイクロ波の定在波を形成させると共に、当
該定在波が前記プラズマ発生空間内にて最大値を有する
ように発生する手段と、マイクロ波の伝搬方向とほぼ平
行で、且つ前記プラズマ発生空間内にて電子サイクロト
ロン共鳴を生じさせる強度の、磁界を発生させる手段
と、前記プラズマ発生空間内の反応圧力を調整するため
の排気手段と、前記プラズマ発生空間において、前記マ
イクロ波の伝搬方向で基板に向かって磁場の強度が減少
していく位置で、かつ等磁場面および定在波の最大領域
に前記基板を配置する手段とを備えていることを特徴と
する。本発明のプラズマＣＶＤ装置における等磁場面
は、略８７５ガウスであることを特徴とする。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
プラズマ発生空間と、反応ガスを導入するガス導入系
と、プラズマ発生空間に窓を通してマイクロ波を導入す
るマイクロ波発生器と、マイクロ波の伝搬方向とほぼ平
行で、且つ前記プラズマ発生空間内にて電子サイクロト
ロン共鳴を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ発
生空間内の反応圧力を調整する排気手段と、前記プラズ
マ発生空間において、前記マイクロ波の伝搬方向で磁場
の強度が減少していく位置で、かつ等磁場面に前記基板
を配置する手段とから構成される。 【０００９】マイクロ波発生器から発生したマイクロ波
は、基板に向かって伝搬する。また、磁場を発生する磁
場発生手段は、等磁場と直角方向となる磁界の方向と、
上記発生したマイクロ波の伝搬方向とがほぼ平行で、か
つ電子サイクロトロン共鳴を発生させる強度のものであ
る（図２（Ａ）参照）。また、基板は、プラズマ発生空
間において、マイクロ波の伝搬方向で、基板に向かって
磁場の強度が減少していく位置に配置される（図２
（Ａ）参照）。さらに、マイクロ波発振器から発生した
マイクロ波は、閉鎖されたプラズマ発生空間内におい
て、定在波（図２（Ｂ）参照）となり、電場の最大値と
なる位置に基板が配置される。 【００１０】被膜を形成する基板の被膜形成面には、電
界強度が印加される。そして、上記領域における磁場の
強度程度を調整すると、この領域においてのみ、反応性
気体は、初めて分解または反応することができ、基板上
にエッチングさせながら被膜が形成される。このように
して形成された基板上の被膜は、たとえば、ｉ−カ−ボ
ン膜（ダイヤモンドまたは微結晶粒を有する炭素被
膜）、高融点の金属膜、またはセラミック性絶縁被膜で
ある。 【００１１】すなわち、本発明は、従来より知られたマ
イクロ波を用いたプラズマCVD 法に磁場の力を加え、幅
広い圧力範囲において高密度高エネルギーのプラズマを
発生させる。減圧状態におかれた反応空間は、高エネル
ギー状態を利用して、たとえば活性炭素原子を多量に発
生させ、再現性に優れ、均一な膜厚、均質な特性のダイ
ヤモンド膜、ｉ−カ−ボン膜等の被膜の形成を可能とし
たものである。 【００１２】また、本発明は、磁場の作用により発生す
る高エネルギー励起種に直流バイアス電圧を印加して、
エッチングと被膜形成とを同時に行なうと、基板側に多
量の励起子が到達し、薄膜の形成速度を向上させる。さ
らに、本発明の構成に付加して、基板表面上まで到る間
に高エネルギーを持つ光（たとえば紫外光）を照射し、
活性種にエネルギーを与え続けると、高密度プラズマ発
生領域より十分離れた位置においても、高エネルギー状
態に励起された炭素原子が存在し、より大面積にダイヤ
モンド膜、ｉ−カ−ボン膜を形成することも可能であ
る。また、本発明は、マイクロ波と磁場との相互作用に
より高密度プラズマを発生させることもできる。 【００１３】 【実 施 例】図１は本発明の一実施例で、磁場印加可
能なマイクロ波プラズマCVD装置を説明するための図で
ある。図１において、マイクロ波プラズマCVD装置は、
減圧状態に保持可能なプラズマ発生空間(1) と、補助空
間(2)と、加熱空間(3) と、マイクロ波発振器(4) と、
磁場を発生する電磁石(5)、(5')と、ガス導入系(6) 、
(7) と、排気系を構成するタ−ボ分子ポンプ(8) と、基
板(10)と、基板ホルダ(10') と、圧力調整バルブ(11)
と、ロ−タリ−ポンプ(14)と、マイクロ波導入窓(15)
と、水冷系(18)、(18') と、赤外線加熱ヒ−タ(20)、赤
外線反射面(21)と、レンズ系(22)と、電源(23)、電源(2
5)とから構成されている。 【００１４】まず、薄膜形成用基板(10)は、基板ホルダ
(10') 上に設置される。この基板ホルダ(10') は、高熱
伝導性を有し、かつマイクロ波をできるだけ乱さないた
め、セラミックの窒化アルミニュ−ム製のものを用い
た。この基板ホルダ(10') は、赤外線加熱ヒ−タ(20)か
ら発射される赤外線が赤外線反射面(21)であるレンズ系
(22)を介して集光されることにより、たとえば500℃で
加熱される。次に、プラズマ発生空間(1) には、ガス導
入系(6) から水素、ガス導入系(7)からメタン(CH4) ま
たはアセチレン(C2H2)、がそれぞれ導入され、また、外
部より2.45GHzの周波数のマイクロ波が500Ｗの強さで加
えられる。 【００１５】さらに、プラズマ発生空間(1) には、磁場
約2Kガウスが電磁石(5) 、(5')により印加され、高密度
プラズマを発生させる。この時、プラズマ発生空間(1)
の圧力は、0.1Pa に保持されている。この高密度プラズ
マ領域より高エネルギーを持つ水素原子または電子が基
板(10)上に到り、基板の表面を洗浄する。さらに、上記
水素の導入を中止した後、ガス導入系(7) より導入され
た炭化物気体、たとえばメタン(CH4) 、アセチレン(C2H
2)を活性化せしめる。そして、高エネルギーに励起され
た炭素原子が生成され、赤外線加熱ヒータ(20)によっ
て、約 500℃で加熱された基板(10)上に、上記炭素原子
が堆積し、ダイヤモンドまたはｉ−カ−ボン膜が形成さ
れる。 【００１６】図１において、磁場は、２つのリング状の
電磁石(5) 、(5')を用いたヘルムホルツコイル方式を採
用した。さらに、プラズマ発生空間(1) を４分割した空
間(30)に対し、電場・磁場の強度を調べた結果を図２に
示す。図２（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例であ
る図１に示す被膜形成装置におけるコンピュータシュミ
レーションによる磁場および電場特性を説明するための
図である。なお、図１における電磁石(5) 、および電磁
石(5′）の中心軸上で、且つ電磁石(5) と電磁石(5′)
との中点を原点とする。図２（Ａ）において、横軸(X
軸) は、プラズマ発生空間(1) の横方向 (反応性気体の
放出方向) であり、縦軸(Y軸) は、電磁石(5) 、(5')の
半径方向を示す。図２（Ａ）における曲線は、磁場の等
磁位面を示す。そして、その線に示されている数字は、
電磁石(5) が約2000ガウスの時に得られる磁場の強さを
示す。電磁石(5) の強度を調整すると、電場・磁場の相
互作用を有する空間(100) (875±185 ガウス) におい
て、磁場の強さを基板の被形成面の広い面積にわたって
概略均一にさせることができる。図２（Ａ）において、
たとえば、線(26)が875 ガウスとなる電子サイクロトロ
ン共鳴（ECR ）条件を生ずる等磁場面である。 【００１７】さらに、この電子サイクロトロン共鳴条件
を生ずる空間(100) は、図２（Ｂ）に示す如く、電場が
最大となる領域となるようにしている。図２（Ｂ）の横
軸は、図２（Ａ）と同じく反応性気体の流れる方向を示
し、縦軸は、電場 (電界強度) の強さを示す。電場は、
空間(100) 以外に空間(100')にも最大となる領域があ
る。しかし、ここに対応する図２（Ａ）の磁場は、きわ
めて等磁場面が多く存在している。すなわち、空間(10
0')には、基板(10)における被形成面の半径方向 (図２
（Ａ）における縦軸方向) での膜厚のばらつきが大きく
なり、図２（Ａ）における符号(26') で示す電子サイク
ロトロン共鳴条件を満たす条件部分で良質の被膜ができ
るのみである。その結果として、基板(10)の表面には、
均一かつ均質な被膜を期待できない。もちろん、基板(1
0)の表面に、被膜をド−ナツ型に作らんとする場合はそ
れでもよい。 【００１８】また、空間(100) に対して、その原点を対
称とした反対側には、最大の電場となり、かつ磁場が広
い領域にわたって一定となる領域が存在する。基板(10)
の加熱を行なう必要がない場合は、上記空間での被膜形
成が有効である。しかし、マイクロ波の電場を乱すこと
なく基板(10)を加熱する手段は得難い。これらの結果、
基板(10)の出し入れの容易さ、基板(10)を加熱するため
の容易さを考慮し、均一な膜であり、かつ均質な被膜と
するためには、図２（Ａ）の空間(100)が３つの領域の
中で、最も工業的に量産性の優れた位置と推定される。
この結果、本発明では、空間(100) に基板(10)を配設す
ると、この基板(10)が円形であった場合、半径100 ｍｍ
まで、好ましくは半径50ｍｍまでの大きさで均一、均質
に被膜が形成される。さらに、大面積とするには、たと
えばこの４倍の面積において同じく均一な膜厚とするに
は、周波数を2.45GHz ではなく、1.225GHzとすればこの
空間の直径（図２（Ａ）のＲ方向）を２倍とすることが
できる。 【００１９】図３は図２において基板の位置における円
形空間の磁場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場
を説明するための図である。図３（Ｂ）より明らかなご
とく、電場は、最大25KV/mにまで達せしめ得ることが判
る。また、比較のために同条件下で磁場を印加せずに薄
膜形成を行なった。その時、基板(10)上に形成された薄
膜は、グラファイト膜であった。さらに、本実施例と同
条件下において、基板(10)の温度を650 ℃以上とした場
合、ダイヤモンド薄膜を形成することが可能であった。
本実施例において形成された薄膜の電子線回析像をとっ
たところアモルファス特有のハロ−パタ−ンと共に、ダ
イヤモンドのスポットがみられ、ｉ−カ−ボン膜となっ
ていた。さらに、基板(10)の温度を上げて被膜を形成し
ていくにしたがい、ハロ−パタ−ンが少しずつ消えてい
き650 ℃以上でダイヤモンド膜となった。 【００２０】また、基板(10)の加熱温度を150 ℃未満と
した場合、磁場を加えてもｉ−カ−ボン膜を形成するこ
とはできなかった。かかる方式において、基板(10)上に
炭化珪化物気体（メチルシラン）を用い、炭化珪素の多
結晶膜を形成することができる。アルミニュ−ム化物気
体とアンモニアとの反応により窒化アルミニュ−ム被膜
を形成することもできる。さらに、タングステン、チタ
ン、モリブデンを主成分とするもの、またはそれらの珪
化物の高融点導体を形成することもできる。 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生空間に反
応性気体を導入し、当該反応性気体に対して外部より磁
界を加え、当該磁界の作用により高エネルギー励起種を
発生させ、エッチングをさせながら被膜を形成したの
で、面積の大きい、均一な薄膜を得ることができる。本
発明によれば、プラズマ発生空間において、基板をマイ
クロ波の伝搬方向で、基板に向かって磁場の強度が減少
していく位置に配置すると共に、マイクロ波発振器から
発生したマイクロ波が定在波となり、電場の最大値とな
る位置に配置すると、品質の良い薄膜を得ることができ
る。本発明によれば、基板の被膜形成面は、略８７５ガ
ウスという等磁場となる領域に配置したので、大面積で
均一な薄膜を形成することができると共に、結晶性を少
なくとも一部に有する被膜を形成することが可能となっ
た。本発明によれば、作製された薄膜は、引張、圧縮と
も膜応力をほとんど有さない良好な膜であった。
とにより、高エネルギー励起種を発生させて、エッチン
グさせながら大きくかつ均一な薄膜を形成するプラズマ
ＣＶＤ装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、薄膜の形成手段としては、電子サ
イクロトロン共鳴(ECR) を用い、その発散磁場を利用し
て、この共鳴空間より「離れた位置」に基板を配設し、
そこでの被膜、特に、アモルファス構造を有する被膜を
形成する方法が知られている。さらに、一般的に、かか
る電子サイクロトロン共鳴CVD(化学気相法) に加えて、
反応性気体を用いる被膜形成手段としては、数種類が知
られている。これらの被膜形成手段には、たとえば、熱
CVD 、加熱フィラメントCVD 、化学輸送法、13.56MHzの
周波数を用いるプラズマ CVD法、マイクロ波のみを用い
るプラズマCVD法が知られている。 【０００３】特に、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、
活性種を磁場によりピンチングし、高エネルギー化する
ことにより電子エネルギーを大きくし、効率よく反応性
気体をプラズマ化させている。しかし、電子サイクロト
ロン共鳴CVD法は、反応性気体をプラズマ化させること
により、反応性気体の有する高エネルギーにより、基板
の被膜形成面がスパッタ (損傷) を受ける。このスパッ
タを防ぐため、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、電子
サイクロトロン共鳴条件を満たした空間より「離れた位
置」に基板を配設し、高エネルギー条件下でのプラズマ
状態を避けたイオンシャワ−化した反応性気体を基板表
面に到達させることにより、被膜形成または異方性エッ
チングを行なっていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるシャワ
−化した反応性気体を用いた被膜形成方法では、その気
体の種類により異方性エッチング、アモルファス構造の
被膜形成等のエッチング、またはディポジッションのい
ずれか一方のプロセスのみを採用したものであった。そ
のため、この場合の被膜形成面上には、アモルファス構
造の被膜が形成され易く、結晶性、特に、多結晶性また
は単結晶を有する被膜の形成がきわめて困難であった。
加えて、上記シャワ−化した反応性気体を用いた被膜形
成方法は、スパッタを防止するために、エネルギーを弱
めているので、高いエネルギーを用いることにより、初
めて反応性気体の活性化、または反応をさせ得るような
被膜を形成することが不可能であった。 【０００５】本発明は、プラズマ空間内に被膜形成面を
有する基板を配設して、反応性気体に磁界を印加するこ
とによって、エッチングしながら被膜を形成するプラズ
マＣＶＤ装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、プラズマ発生空間
と、前記プラズマ発生空間に反応ガスを導入するガス導
入系と、前記プラズマ発生空間に窓を通してマイクロ波
を導入するマイクロ波発生器とを有する電子サイクロト
ロン共鳴を用いるものであり、マイクロ波の伝搬方向と
ほぼ平行で、且つ前記プラズマ発生空間内にて電子サイ
クロトロン共鳴を生じさせる強度の、磁界を発生させる
手段と、前記プラズマ発生空間内の反応圧力を調整する
ための排気手段と、前記プラズマ発生空間において、前
記マイクロ波の伝搬方向で基板に向かって磁場の強度が
減少していく位置で、かつ等磁場面に前記基板を配置す
る手段とを備えていることを特徴とする。 【０００７】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、プラズマ
発生空間と、前記プラズマ発生空間に反応ガスを導入す
るガス導入系と、前記プラズマ発生空間に窓を通してマ
イクロ波を導入するマイクロ波発生器とを有する電子サ
イクロトロン共鳴を用いたものであり、前記プラズマ発
生空間内にマイクロ波の定在波を形成させると共に、当
該定在波が前記プラズマ発生空間内にて最大値を有する
ように発生する手段と、マイクロ波の伝搬方向とほぼ平
行で、且つ前記プラズマ発生空間内にて電子サイクロト
ロン共鳴を生じさせる強度の、磁界を発生させる手段
と、前記プラズマ発生空間内の反応圧力を調整するため
の排気手段と、前記プラズマ発生空間において、前記マ
イクロ波の伝搬方向で基板に向かって磁場の強度が減少
していく位置で、かつ等磁場面および定在波の最大領域
に前記基板を配置する手段とを備えていることを特徴と
する。本発明のプラズマＣＶＤ装置における等磁場面
は、略８７５ガウスであることを特徴とする。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
プラズマ発生空間と、反応ガスを導入するガス導入系
と、プラズマ発生空間に窓を通してマイクロ波を導入す
るマイクロ波発生器と、マイクロ波の伝搬方向とほぼ平
行で、且つ前記プラズマ発生空間内にて電子サイクロト
ロン共鳴を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ発
生空間内の反応圧力を調整する排気手段と、前記プラズ
マ発生空間において、前記マイクロ波の伝搬方向で磁場
の強度が減少していく位置で、かつ等磁場面に前記基板
を配置する手段とから構成される。 【０００９】マイクロ波発生器から発生したマイクロ波
は、基板に向かって伝搬する。また、磁場を発生する磁
場発生手段は、等磁場と直角方向となる磁界の方向と、
上記発生したマイクロ波の伝搬方向とがほぼ平行で、か
つ電子サイクロトロン共鳴を発生させる強度のものであ
る（図２（Ａ）参照）。また、基板は、プラズマ発生空
間において、マイクロ波の伝搬方向で、基板に向かって
磁場の強度が減少していく位置に配置される（図２
（Ａ）参照）。さらに、マイクロ波発振器から発生した
マイクロ波は、閉鎖されたプラズマ発生空間内におい
て、定在波（図２（Ｂ）参照）となり、電場の最大値と
なる位置に基板が配置される。 【００１０】被膜を形成する基板の被膜形成面には、電
界強度が印加される。そして、上記領域における磁場の
強度程度を調整すると、この領域においてのみ、反応性
気体は、初めて分解または反応することができ、基板上
にエッチングさせながら被膜が形成される。このように
して形成された基板上の被膜は、たとえば、ｉ−カ−ボ
ン膜（ダイヤモンドまたは微結晶粒を有する炭素被
膜）、高融点の金属膜、またはセラミック性絶縁被膜で
ある。 【００１１】すなわち、本発明は、従来より知られたマ
イクロ波を用いたプラズマCVD 法に磁場の力を加え、幅
広い圧力範囲において高密度高エネルギーのプラズマを
発生させる。減圧状態におかれた反応空間は、高エネル
ギー状態を利用して、たとえば活性炭素原子を多量に発
生させ、再現性に優れ、均一な膜厚、均質な特性のダイ
ヤモンド膜、ｉ−カ−ボン膜等の被膜の形成を可能とし
たものである。 【００１２】また、本発明は、磁場の作用により発生す
る高エネルギー励起種に直流バイアス電圧を印加して、
エッチングと被膜形成とを同時に行なうと、基板側に多
量の励起子が到達し、薄膜の形成速度を向上させる。さ
らに、本発明の構成に付加して、基板表面上まで到る間
に高エネルギーを持つ光（たとえば紫外光）を照射し、
活性種にエネルギーを与え続けると、高密度プラズマ発
生領域より十分離れた位置においても、高エネルギー状
態に励起された炭素原子が存在し、より大面積にダイヤ
モンド膜、ｉ−カ−ボン膜を形成することも可能であ
る。また、本発明は、マイクロ波と磁場との相互作用に
より高密度プラズマを発生させることもできる。 【００１３】 【実 施 例】図１は本発明の一実施例で、磁場印加可
能なマイクロ波プラズマCVD装置を説明するための図で
ある。図１において、マイクロ波プラズマCVD装置は、
減圧状態に保持可能なプラズマ発生空間(1) と、補助空
間(2)と、加熱空間(3) と、マイクロ波発振器(4) と、
磁場を発生する電磁石(5)、(5')と、ガス導入系(6) 、
(7) と、排気系を構成するタ−ボ分子ポンプ(8) と、基
板(10)と、基板ホルダ(10') と、圧力調整バルブ(11)
と、ロ−タリ−ポンプ(14)と、マイクロ波導入窓(15)
と、水冷系(18)、(18') と、赤外線加熱ヒ−タ(20)、赤
外線反射面(21)と、レンズ系(22)と、電源(23)、電源(2
5)とから構成されている。 【００１４】まず、薄膜形成用基板(10)は、基板ホルダ
(10') 上に設置される。この基板ホルダ(10') は、高熱
伝導性を有し、かつマイクロ波をできるだけ乱さないた
め、セラミックの窒化アルミニュ−ム製のものを用い
た。この基板ホルダ(10') は、赤外線加熱ヒ−タ(20)か
ら発射される赤外線が赤外線反射面(21)であるレンズ系
(22)を介して集光されることにより、たとえば500℃で
加熱される。次に、プラズマ発生空間(1) には、ガス導
入系(6) から水素、ガス導入系(7)からメタン(CH4) ま
たはアセチレン(C2H2)、がそれぞれ導入され、また、外
部より2.45GHzの周波数のマイクロ波が500Ｗの強さで加
えられる。 【００１５】さらに、プラズマ発生空間(1) には、磁場
約2Kガウスが電磁石(5) 、(5')により印加され、高密度
プラズマを発生させる。この時、プラズマ発生空間(1)
の圧力は、0.1Pa に保持されている。この高密度プラズ
マ領域より高エネルギーを持つ水素原子または電子が基
板(10)上に到り、基板の表面を洗浄する。さらに、上記
水素の導入を中止した後、ガス導入系(7) より導入され
た炭化物気体、たとえばメタン(CH4) 、アセチレン(C2H
2)を活性化せしめる。そして、高エネルギーに励起され
た炭素原子が生成され、赤外線加熱ヒータ(20)によっ
て、約 500℃で加熱された基板(10)上に、上記炭素原子
が堆積し、ダイヤモンドまたはｉ−カ−ボン膜が形成さ
れる。 【００１６】図１において、磁場は、２つのリング状の
電磁石(5) 、(5')を用いたヘルムホルツコイル方式を採
用した。さらに、プラズマ発生空間(1) を４分割した空
間(30)に対し、電場・磁場の強度を調べた結果を図２に
示す。図２（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例であ
る図１に示す被膜形成装置におけるコンピュータシュミ
レーションによる磁場および電場特性を説明するための
図である。なお、図１における電磁石(5) 、および電磁
石(5′）の中心軸上で、且つ電磁石(5) と電磁石(5′)
との中点を原点とする。図２（Ａ）において、横軸(X
軸) は、プラズマ発生空間(1) の横方向 (反応性気体の
放出方向) であり、縦軸(Y軸) は、電磁石(5) 、(5')の
半径方向を示す。図２（Ａ）における曲線は、磁場の等
磁位面を示す。そして、その線に示されている数字は、
電磁石(5) が約2000ガウスの時に得られる磁場の強さを
示す。電磁石(5) の強度を調整すると、電場・磁場の相
互作用を有する空間(100) (875±185 ガウス) におい
て、磁場の強さを基板の被形成面の広い面積にわたって
概略均一にさせることができる。図２（Ａ）において、
たとえば、線(26)が875 ガウスとなる電子サイクロトロ
ン共鳴（ECR ）条件を生ずる等磁場面である。 【００１７】さらに、この電子サイクロトロン共鳴条件
を生ずる空間(100) は、図２（Ｂ）に示す如く、電場が
最大となる領域となるようにしている。図２（Ｂ）の横
軸は、図２（Ａ）と同じく反応性気体の流れる方向を示
し、縦軸は、電場 (電界強度) の強さを示す。電場は、
空間(100) 以外に空間(100')にも最大となる領域があ
る。しかし、ここに対応する図２（Ａ）の磁場は、きわ
めて等磁場面が多く存在している。すなわち、空間(10
0')には、基板(10)における被形成面の半径方向 (図２
（Ａ）における縦軸方向) での膜厚のばらつきが大きく
なり、図２（Ａ）における符号(26') で示す電子サイク
ロトロン共鳴条件を満たす条件部分で良質の被膜ができ
るのみである。その結果として、基板(10)の表面には、
均一かつ均質な被膜を期待できない。もちろん、基板(1
0)の表面に、被膜をド−ナツ型に作らんとする場合はそ
れでもよい。 【００１８】また、空間(100) に対して、その原点を対
称とした反対側には、最大の電場となり、かつ磁場が広
い領域にわたって一定となる領域が存在する。基板(10)
の加熱を行なう必要がない場合は、上記空間での被膜形
成が有効である。しかし、マイクロ波の電場を乱すこと
なく基板(10)を加熱する手段は得難い。これらの結果、
基板(10)の出し入れの容易さ、基板(10)を加熱するため
の容易さを考慮し、均一な膜であり、かつ均質な被膜と
するためには、図２（Ａ）の空間(100)が３つの領域の
中で、最も工業的に量産性の優れた位置と推定される。
この結果、本発明では、空間(100) に基板(10)を配設す
ると、この基板(10)が円形であった場合、半径100 ｍｍ
まで、好ましくは半径50ｍｍまでの大きさで均一、均質
に被膜が形成される。さらに、大面積とするには、たと
えばこの４倍の面積において同じく均一な膜厚とするに
は、周波数を2.45GHz ではなく、1.225GHzとすればこの
空間の直径（図２（Ａ）のＲ方向）を２倍とすることが
できる。 【００１９】図３は図２において基板の位置における円
形空間の磁場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場
を説明するための図である。図３（Ｂ）より明らかなご
とく、電場は、最大25KV/mにまで達せしめ得ることが判
る。また、比較のために同条件下で磁場を印加せずに薄
膜形成を行なった。その時、基板(10)上に形成された薄
膜は、グラファイト膜であった。さらに、本実施例と同
条件下において、基板(10)の温度を650 ℃以上とした場
合、ダイヤモンド薄膜を形成することが可能であった。
本実施例において形成された薄膜の電子線回析像をとっ
たところアモルファス特有のハロ−パタ−ンと共に、ダ
イヤモンドのスポットがみられ、ｉ−カ−ボン膜となっ
ていた。さらに、基板(10)の温度を上げて被膜を形成し
ていくにしたがい、ハロ−パタ−ンが少しずつ消えてい
き650 ℃以上でダイヤモンド膜となった。 【００２０】また、基板(10)の加熱温度を150 ℃未満と
した場合、磁場を加えてもｉ−カ−ボン膜を形成するこ
とはできなかった。かかる方式において、基板(10)上に
炭化珪化物気体（メチルシラン）を用い、炭化珪素の多
結晶膜を形成することができる。アルミニュ−ム化物気
体とアンモニアとの反応により窒化アルミニュ−ム被膜
を形成することもできる。さらに、タングステン、チタ
ン、モリブデンを主成分とするもの、またはそれらの珪
化物の高融点導体を形成することもできる。 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生空間に反
応性気体を導入し、当該反応性気体に対して外部より磁
界を加え、当該磁界の作用により高エネルギー励起種を
発生させ、エッチングをさせながら被膜を形成したの
で、面積の大きい、均一な薄膜を得ることができる。本
発明によれば、プラズマ発生空間において、基板をマイ
クロ波の伝搬方向で、基板に向かって磁場の強度が減少
していく位置に配置すると共に、マイクロ波発振器から
発生したマイクロ波が定在波となり、電場の最大値とな
る位置に配置すると、品質の良い薄膜を得ることができ
る。本発明によれば、基板の被膜形成面は、略８７５ガ
ウスという等磁場となる領域に配置したので、大面積で
均一な薄膜を形成することができると共に、結晶性を少
なくとも一部に有する被膜を形成することが可能となっ
た。本発明によれば、作製された薄膜は、引張、圧縮と
も膜応力をほとんど有さない良好な膜であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例で、磁場印加可能なマイクロ
波プラズマCVD装置を説明するための図である。 【図２】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例である
図１に示す被膜形成装置におけるコンピュータシュミレ
ーションによる磁場および電場特性を説明するための図
である。 【図３】図２において基板の位置における円形空間の磁
場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場を説明する
ための図である。 【符号の説明】 １・・・・・プラズマ発生空間 ２・・・・・補助空間 ３・・・・・加熱空間 ４・・・・・マイクロ波発振器 ５、５’・・磁場を発生する電磁石 ６、７・・・ガス導入系 ８・・・・・ターボ分子ポンプ 10・・・・・基板 10' ・・・・基板ホルダ 11・・・・・圧力調整バルブ 14・・・・・ロータリーポンプ 15・・・・・マイクロ波導入窓 18、18' ・・水冷系 20・・・・・赤外線加熱ヒ−タ 21・・・・・赤外線反射面 22・・・・・レンズ系 23、25・・・電源 100 ・・・・最大電場となる空間
波プラズマCVD装置を説明するための図である。 【図２】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例である
図１に示す被膜形成装置におけるコンピュータシュミレ
ーションによる磁場および電場特性を説明するための図
である。 【図３】図２において基板の位置における円形空間の磁
場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場を説明する
ための図である。 【符号の説明】 １・・・・・プラズマ発生空間 ２・・・・・補助空間 ３・・・・・加熱空間 ４・・・・・マイクロ波発振器 ５、５’・・磁場を発生する電磁石 ６、７・・・ガス導入系 ８・・・・・ターボ分子ポンプ 10・・・・・基板 10' ・・・・基板ホルダ 11・・・・・圧力調整バルブ 14・・・・・ロータリーポンプ 15・・・・・マイクロ波導入窓 18、18' ・・水冷系 20・・・・・赤外線加熱ヒ−タ 21・・・・・赤外線反射面 22・・・・・レンズ系 23、25・・・電源 100 ・・・・最大電場となる空間
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ
(72)発明者 山崎 舜平
神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社
半導体エネルギー研究所内
(56)参考文献 特開 昭60−134423（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−155535（ＪＰ，Ａ)
日経マイクロデバイス 1985年春号特
別編集版（1985．２．４）Ｐ．93−100
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
C23C 16/50
C23C 16/26
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．プラズマ発生空間と、前記プラズマ発生空間に反応
ガスを導入するガス導入系と、前記プラズマ発生空間に
窓を通してマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを
有する電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマＣＶＤ
装置において、 マイクロ波の伝搬方向とほぼ平行で、且つ前記プラズマ
発生空間内にて電子サイクロトロン共鳴を生じさせる強
度の、磁界を発生させる手段と、 前記プラズマ発生空間内の反応圧力を調整するための排
気手段と、前記プラズマ発生空間において、 前記マイクロ波の伝搬
方向で基板に向かって磁場の強度が減少していく位置
で、かつ等磁場面に前記基板を配置する手段と、 を備えていることを特徴とするブラズマＣＶＤ装置。２．上記等磁場面は、略８７５ガウスであることを特徴
とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。 ３．プラズマ発生空間と、前記プラズマ発生空間に反応
ガスを導入するガス導入系と、前記プラズマ発生空間に
窓を通してマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを
有する電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマＣＶＤ
装置において、 前記プラズマ発生空間内にマイクロ波の定在波を形成さ
せると共に、当該定在波が前記プラズマ発生空間内にて
最大値を有するように発生する手段と、 マイクロ波の伝搬方向とほぼ平行で、且つ前記プラズマ
発生空間内にて電子サイクロトロン共鳴を生じさせる強
度の、磁界を発生させる手段と、 前記プラズマ発生空間内の反応圧力を調整するための排
気手段と、前記プラズマ発生空間において、 前記マイクロ波の伝搬
方向で基板に向かって磁場の強度が減少していく位置
で、かつ等磁場面および定在波の最大領域に前記基板を
配置する手段と、 を備えていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 ４．上記等磁場面は、略８７５ガウスであることを特徴
とする請求項３記載のプラズマＣＶＤ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8311203A JP2899254B2 (ja) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8311203A JP2899254B2 (ja) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6145739A Division JP2739286B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | プラズマ処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09137275A JPH09137275A (ja) | 1997-05-27 |
| JP2899254B2 true JP2899254B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18014351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8311203A Expired - Lifetime JP2899254B2 (ja) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2899254B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155535A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma |
| JPH0693447B2 (ja) * | 1983-12-23 | 1994-11-16 | 株式会社日立製作所 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
-
1996
- 1996-11-08 JP JP8311203A patent/JP2899254B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日経マイクロデバイス １９８５年春号特別編集版（１９８５．２．４）Ｐ．９３−１００ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09137275A (ja) | 1997-05-27 |
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