(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
この真空容器内を排気する手段と、
前記真空容器内で基板を保持するホルダと、
このホルダ上の基板と向き合って配置された格子状の高圧電極と、
この高圧電極に整合器を介して高周波電力を給電する高周波電源と、
前記高圧電極に近接して並行な二段格子電極を構成するように前記ホルダ上の基板と前記高圧電極との間に配置され、前記高圧電極を構成する複数の格子電極棒に少なくとも１対１に対応するだけの複数の格子電極棒を有する格子状の接地電極と、
反応性ガスを前記真空容器内に供給する第１のガス供給源と、
前記反応性ガスを希釈する希釈ガスを前記真空容器内に供給する第２のガス供給源と、
前記第２のガス供給源から前記真空容器内に希釈ガスを導入する希釈ガス導入口と、
この希釈ガス導入口よりも前記ホルダ上の基板に近いところに開口し、反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて供給する反応性ガス導入口と、
前記高周波電源、前記第１のガス供給源および前記第２のガス供給源の動作をそれぞれ制御する手段と、
を具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記反応性ガス導入口は、前記接地電極の基板側前面と前記高圧電極の背後背面、または、前記接地電極の基板側前面と前記高圧電極の基板側前面のうち少なくとも二箇所に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記接地電極は、第１のガス供給源に連通する内部流路を有し、かつ前記第２のガス供給源から真空容器内への希釈ガスの導入口よりも前記ホルダ上の基板に近いところに開口し、前記内部通路を通流した反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて吹き出させるための前記反応性ガス導入口としての複数のガス噴出孔を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記希釈ガス導入口は前記高圧電極の背面側にて複数箇所で開口しており、希釈ガスは前記高圧電極を通過して前記接地電極の背面側から回り込み、前記ガス噴出孔から吹き出す反応性ガスと合流して基板に向かうことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記高圧電極は前記第２のガス供給源に連通して希釈ガスが通流する内部流路を有し、該内部流路が前記高圧電極の外周の複数箇所で開口する第２のガス噴出孔として前記希釈ガス導入口が形成されており、希釈ガスは前記接地電極の背面側から回り込み、前記反応性ガス導入口から導入される反応性ガスと合流してホルダ上の基板に向かうことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記接地電極を構成する格子電極棒の外径は、前記高圧電極を構成する格子電極棒の外径より小さいことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記高周波電源から前記高圧電極に給電する高周波の周波数を制御することにより、プラズマ中の空間電位と基板の表面電位との間の電位差を時間的に変動させ、基板に入射するイオンエネルギーを制御することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記接地電極にバイアスをかける直流電源を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
基板を真空容器内で保持するホルダと、このホルダ上の基板と向き合って配置された格子状の高圧電極と、この高圧電極に整合器を介して高周波電力を給電する高周波電源と、前記高圧電極に近接して並行な二段格子電極を構成するようにホルダ上の基板と前記高圧電極との間に配置され、前記高圧電極を構成する複数の格子電極棒に少なくとも１対１に対応するだけの複数の格子電極棒を有する格子状の接地電極と、反応性ガスを前記真空容器内に供給する第１のガス供給源と、反応性ガスを希釈する希釈ガスを前記真空容器内に供給する第２のガス供給源と、前記第２のガス供給源から前記真空容器内に希釈ガスを導入する希釈ガス導入口と、この希釈ガス導入口よりも前記ホルダ上の基板に近いところに開口し、反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて供給する反応性ガス導入口とを具備するプラズマＣＶＤ装置を用いて、基板上に薄膜を製膜するプラズマＣＶＤ方法であって、
（ａ）基板をホルダで保持し、真空容器内を排気する工程と、
（ｂ）反応性ガスを前記接地電極のガス噴出孔から吹き出させてホルダ上の基板に向けて通流させるとともに、希釈ガスを前記接地電極後方のガス導入口から導入してホルダ上の基板に向けて通流させ、前記接地電極からホルダ上の基板までの空間で後方から流れる希釈ガスにより前方の反応性ガスを希釈する工程と、
（ｃ）高周波電源から高圧電極に高周波を印加して接地電極の格子電極棒の相互間に放電プラズマを生成させ、反応性ガス成分の活性種を作用させて基板上に製膜する工程と、
を具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１０】
前記工程（ｂ）では、前記接地電極の基板側前面と前記高圧電極の背後背面、または、前記接地電極の基板側前面と前記高圧電極の基板側前面のうち少なくとも二箇所から反応性ガスを供給することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記工程（ｃ）では、前記高周波電源から前記高圧電極に給電する高周波の周波数を制御することにより、プラズマ中の空間電位と基板の表面電位との間の電位差を時間的に変動させ、基板に入射するイオンエネルギーを制御することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（ｃ）では、さらに直流電源により前記接地電極にバイアスを印加することを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜電子デバイス、例えば、薄膜トランジスタ、太陽電池、電子写真感光体等の製造、開発プロセスに用いられるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを用いた薄膜形成及び材料加工プロセスは、薄膜電子デバイス及び新材料製造などに広く用いられている必要不可欠の技術である。これらのプロセスでは経済性の観点から、より高速なプロセスでかつ高品質なデバイスの製造方法が望まれている。
【０００３】
従来のプラズマＣＶＤ装置は、図１０に示すように、側壁の排気管２を介して真空ポンプ３により反応容器１の内部が排気されるようになっており、反応容器１内には矩形の電極４が設けられている。この電極４は接地され、その下面に基板１０を保持し、さらに基板１０を加熱するためのヒータ５を内蔵している。
【０００４】
高圧電極６は、接地電極４に対向配置され、かつ所望の距離の位置に固定され、高周波電源７から整合器８を介して高周波電力が供給されるようになっている。この高圧電極６の表面には複数のガス噴出孔９が開口し、両電極４，６間に均一にガスが吹き出すようになっている。
【０００５】
このようなプラズマＣＶＤ装置を用いて製膜する場合は、反応容器１内の接地電極４に基板１０を保持し、ヒータ５により所望の温度に加熱する。次に、反応性ガスを高圧電極６のガス噴出孔９から反応容器１内に供給する。同時に真空ポンプ３により反応容器１内のガスを排気管２を通して排気し、反応容器１内を所望のガス圧力に保持する。最後に、高周波電源７から整合器８を介して、高圧電極６に高周波電力を供給する。
【０００６】
この高周波電力の供給により電極４，６間に時間的に交番する電界が形成され、この電界により加速された電子が反応性ガス分子に衝突し、電離作用を引き起こすことで両電極４，６間にプラズマ１１が形成される。このプラズマ１１が反応性ガスを分解、活性な分子を生成し、加熱された基板１０の表面に活性分子が堆積することで目的の薄膜が形成される。このようなプラズマの生成方式は容量結合型と呼ばれ、接地電極４と高圧電極６とが電気的に強く結合したものになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来装置においては、高圧電極６と接地電極４に保持された基板１０の間にプラズマ本体１１が生成されることになる。通常、プラズマはそれを囲む境界面に対し、正の電位(境界面の電位より高い電位)を維持する性質がある。このため、プラズマ１１中にある正の電荷を持ったイオンは、プラズマ１１から境界面に向かう電位勾配により加速され、基板１０上の成膜表面に高いエネルギーを持って入射することになる。このとき、膜中に侵入したイオンが十分大きいエネルギーを有していれば、薄膜を破壊するなどのダメージを与える場合がある。
【０００８】
また、プラズマ１１中で原料ガスが分解される領域は、電子温度が高く、電子密度の大きいプラズマシース端であることが多い。プラズマシースはプラズマ１１が触れる境界面近傍に形成されるもので、プラズマ１１に直接触れる基板１０の近傍にも形成される。従って、基板１０の近傍では、成膜において膜質に良い影響をもたらす活性分子のみならず、悪い影響をもたらす活性分子も生成される可能性がある。
【０００９】
例えば、シリコン薄膜を形成する場合、シラン系ガスをプラズマ１１で分解して基板上に膜を堆積させる際に、活性分子ＳｉＨ3(シリル)は膜質に良い影響をもたらすが、その反面、ＳｉＨ2(シリレン)はそのものが欠陥の多い膜の原因となる他、非常に反応性が高いので、連鎖的な反応により分子量の大きい高次の活性分子を生成し、それが欠陥の多い膜の原因になっているとも言われている。従って、従来装置のようにプラズマ１１本体が直接成膜を行う基板１０に接している場合は、膜質のコントロールが極めて困難となる。
【００１０】
さらに、高速に成膜を実施しようとする場合、例えば高周波電源７のパワーを増大することが行われる。この操作は、プラズマ１１中の電位をより一層高くし、電子温度も高くなるので前述の２つの弊害、すなわちイオンによるダメージと膜質を悪くする活性分子の影響を助長する可能性が高く、高速成膜時において膜質が極端に劣化するおそれがある。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、薄膜へのイオンダメージを抑制し、かつ膜質に良い影響をもたらす活性分子と悪い影響をもたらす活性分子との選択性を向上させ、膜質の制御性を向上することができ、高速成膜時においても膜厚均一性に優れた薄膜を形成することができるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特開２０００−７３１７４号公報において図１１に示すプラズマＣＶＤ装置及び薄膜電子デバイス製造方法（以下、先願発明という）を提案している。この先願発明の装置では、上述の高圧電極６の代わりに、高周波電力を供給する導体棒と接地された導体棒を交互に梯子状に並べた複数の導体棒からなる梯子型電極５１を設置する。この方法によれば高周波電力を供給する高圧格子電極５２(黒丸)と接地格子電極５３(白丸)との間でプラズマ１１を生成するために、基板１０を載せる接地電極４との電気的結合を弱めることができる。これによりプラズマ１１本体は基板１０から離れ、イオンによるダメージの抑制やプラズマ中の反応性を制御可能となる。本発明者らは、さらに鋭意研究した結果、以下の本発明を完成した。
【００１３】
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空容器と、この真空容器内を排気する手段と、前記真空容器内で基板を保持するホルダと、このホルダ上の基板と向き合って配置された格子状の高圧電極と、この高圧電極に整合器を介して高周波電力を給電する高周波電源と、前記高圧電極に近接して並行な二段格子電極を構成するように前記ホルダ上の基板と前記高圧電極との間に配置され、前記高圧電極を構成する複数の格子電極棒に少なくとも１対１に対応するだけの複数の格子電極棒を有する格子状の接地電極と、反応性ガスを前記真空容器内に供給する第１のガス供給源と、前記反応性ガスを希釈する希釈ガスを前記真空容器内に供給する第２のガス供給源と、前記第２のガス供給源から前記真空容器内に希釈ガスを導入する希釈ガス導入口と、この希釈ガス導入口よりも前記ホルダ上の基板に近いところに開口し、反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて供給する反応性ガス導入口と、前記高周波電源、前記第１のガス供給源および前記第２のガス供給源の動作をそれぞれ制御する手段と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプラズマＣＶＤ方法は、基板を真空容器内で保持するホルダと、このホルダ上の基板と向き合って配置された格子状の高圧電極と、この高圧電極に整合器を介して高周波電力を給電する高周波電源と、前記高圧電極に近接して並行な二段格子電極を構成するようにホルダ上の基板と前記高圧電極との間に配置され、前記高圧電極を構成する複数の格子電極棒に少なくとも１対１に対応するだけの複数の格子電極棒を有する格子状の接地電極と、反応性ガスを前記真空容器内に供給する第１のガス供給源と、反応性ガスを希釈する希釈ガスを前記真空容器内に供給する第２のガス供給源と、前記第２のガス供給源から前記真空容器内に希釈ガスを導入する希釈ガス導入口と、この希釈ガス導入口よりも前記ホルダ上の基板に近いところに開口し、反応性ガスを前記ホルダ上の基板に向けて供給する反応性ガス導入口とを具備するプラズマＣＶＤ装置を用いて、基板上に薄膜を製膜するプラズマＣＶＤ方法であって、
（ａ）基板をホルダで保持し、真空容器内を排気する工程と、
（ｂ）反応性ガスを前記接地電極のガス噴出孔から吹き出させてホルダ上の基板に向けて通流させるとともに、希釈ガスを前記接地電極後方のガス導入口から導入してホルダ上の基板に向けて通流させ、前記接地電極からホルダ上の基板までの空間で後方から流れる希釈ガスにより前方の反応性ガスを希釈する工程と、
（ｃ）高周波電源から高圧電極に高周波を印加して接地電極の格子電極棒の相互間に放電プラズマを生成させ、反応性ガス成分の活性種を作用させて基板上に製膜する工程と、を具備することを特徴とする．
本発明においては格子型高圧電極と格子型接地電極とを特定の相対位置関係に配置し、接地電極を構成する格子電極棒の相互間に局部的にプラズマをそれぞれ生成させることにより、イオンダメージが大幅に抑制され、膜質の制御性を向上させることができる。
【００１５】
さらに、高圧電極の径を接地電極の径よりも大きくすることにより、径の大きい高圧電極と径の小さい接地電極との最短距離を結ぶ間にプラズマを生成させること無しに、径の小さい接地電極の相互間のみにプラズマを容易に生成させることができる。
【００１６】
ＳｉＨ4ガスを分解してシリコン薄膜を成膜する場合、活性分子ＳｉＨ3(シリル)は膜質に良い影響をもたらすが、ＳｉＨ2(シリレン)はそのものが欠陥の多い膜の原因となる他、非常に反応性が高いので、連鎖的な反応により分子量の大きい高次の活性分子を生成し、それが欠陥の多い膜の原因になっているとも言われている。
【００１７】
二段格子型電極に高周波を印可して放電プラズマを生成させると、図４に示すようにプラズマ１１の本体は接地格子電極６２の電極棒相互間であって高圧格子電極６１のほうに少し偏って生成される。
【００１８】
従って、ＳｉＨ4ガスを接地格子電極６２の基板側表面から供給すれば、ＳｉＨ4ガスはプラズマ１１本体中を完全に通過することを抑制できる。このようにすることで、プラズマ１１本体中に存在する高エネルギの電子によりＳｉＨ4ガスが分解されることを抑制でき、膜質に悪い影響をもたらすＳｉＨ2に生成を抑制可能となる。この理由は、ＳｉＨ4ガスが分解してＳｉＨ2になるのに必要なエネルギは９．４７ｅＶであり、これはＳｉＨ3に必要とされるエネルギ８．７５ｅＶに比べて大きいからである。
【００１９】
一方、Ｈ2ガスは、図５に示すようにプラズマ１１本体中を通過することで、効率的に水素原子に解離される。この解離した水素原子ＨとＳｉＨ4ガスとの反応によりＳｉＨ3を生成する反応速度は大きく、さらにＳｉＨ2に対するＳｉＨ3の選択比を向上することができ、良質な膜をつくることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００２１】
図１に示すように、矩形状の反応容器１は、側壁に真空ポンプ３に連通する排気管２を有する。矩形の電極４は反応容器１内に設けられ、ヒータ５を内蔵している。電極４は、その下面に基板１０を吸着又はクランプ保持し、基板１０を所定温度域に加熱するものである。電極４は接地されている。
【００２２】
次に、図１中で該反応容器１内には本発明による二段格子型電極６１，６２を、電極４に対向し、かつ所望の距離の位置に設置する。このとき、径の大きい梯子型電極６１には高周波電源７から整合器８を介して高周波電力が供給される。一方、径の小さい格子型電極６２は接地されている。
【００２３】
図２に示すように、ガス供給電極６１，６２は、ガス溜りとしてのヘッダ６５を介して各ガス供給源２２，２３にそれぞれ連通している。ガス供給源２２，２３より供給されたガスは、ヘッダ６５に一時滞留することによりほぼ均等な圧力に調整され、複数のガス供給孔６３，６４から吹き出されるようになっている。
【００２４】
この二段格子型電極について図４を用いて詳述する。まず、径の大きい方の高圧電極６１と径の小さい接地電極６２の距離ｄ1は、次の数値を目安に決められる。すなわち、高周波プラズマ中の電子の振幅Ａは次式で表される。
【００２５】
【数１】
0003546200.tif 000002
【００２６】
但し、Ｅは電界強度、μは電子の移動度、ｍｅは電子の質量、ｅは電子の電荷量、ω＝２πｆは高周波電力の角周波数をそれぞれ表す。
【００２７】
このとき、距離ｄ1は振幅Ａの２倍よりも小さくする（ｄ1＜２Ａ）。この理由は、上記の条件下ではプラズマ中の電子が容易に導体棒に到達することにより、結果的にプラズマの生成を抑制できるからである。これに併せて、径の小さい接地側電極６２の間隔ｄ2をプラズマシース長の２〜３倍の程度とする。なお、プラズマシース長は高周波の周波数、ガス圧力、電力の大きさに依存して増減する。プラズマ解析の結果から、例えば周波数６０ＭＨｚ、ガス圧力３Torr、電力１０Ｗの場合に、プラズマシース長は約２ｍｍとなる。従って、間隔ｄ2は４〜６ｍｍに設定される。
【００２８】
梯子型高圧電極６１の背後には、シャワープレート９１を備えた中空部があり、この中空部に反応性ガスを導入し、シャワープレート９１に設けた多数の噴出口９１ａから均一にガスが噴出するようにしてある。
【００２９】
（第１の実施形態）
次に、図１〜図６を参照して第１の実施形態について説明する。
【００３０】
図３は本発明の有効性を確認するためにコンピュータグラフィックスを用いてプラズマ生成中の装置内部における電子密度分布を調べた結果を示す数値シミュレーション図である。図４は図３の二段格子型電極の部分を拡大した図である。
【００３１】
上述の相対位置関係に格子型電極を二段に配置すると、径の大きい高圧電極６１と径の小さい接地電極６２の最短距離を結ぶ間にプラズマを生成すること無しに、図４に示すように、径の小さい接地電極６２の相互間のみにプラズマ１１を生成させることができる。
【００３２】
このような二段格子型電極とすることで、高圧電極６１と基板１０を保持する接地電極４との電気的結合は弱くなり、基板１０上の成膜面が直接プラズマ１１の本体に曝されることを避けることが可能となる。
【００３３】
また、格子型高圧電極６１と格子型接地電極６２との間にプラズマを挟み込むようにすると、プラズマ本体と基板１０との距離が大きくなってしまい、成膜速度が低下するとともに膜厚均一性も劣化するおそれがある。このような不都合が生じることを回避するために、径の小さい格子型接地電極６２の相互間にプラズマ１１を引き出すような配置としている。
【００３４】
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いて基板の上にシリコン膜を製膜する場合について説明する。
【００３５】
反応容器１内の接地電極４に基板１０を保持し、ヒータ５により所望の温度に加熱する。梯子型高圧電極６１の背後には、シャワープレート９１を備えた中空部があり、この中空部に反応性ガスを導入し、該シャワープレート９１に設けた多数の噴出口から均一にガスが噴出するようにしてある。同時に真空ポンプ３により反応容器１内のガスを排気管２を通して排気し、反応容器１内を所望のガス圧力に保持する。最後に、高周波電源７から整合器８を介して、格子型高圧電極６１に高周波電力を供給する。この高周波電力の供給により格子型高圧電極６１と格子型接地電極６２との間に時間的に交番する電界が形成され、この電界により加速された電子が反応性ガス分子に衝突し、電離作用を引き起こすことでプラズマ１１が形成される。このプラズマ１１が反応性ガスを分解、活性な分子を生成し、活性分子が基板１０の表面に輸送され、加熱された基板１０の表面に活性分子が堆積することで目的の薄膜が形成される。
【００３６】
周波数６０ＭＨｚの高周波電力を二段梯子型電極６０のうち、径の大きい格子型電極６１に給電し、生成されたプラズマ中の電子密度の空間分布を示している。電子密度は径の小さい梯子型電極の間で最も大きく、上述の狙い通りのプラズマ生成が可能であることを示している。これらの図から明らかなように、格子型電極間のプラズマ本体から基板に向かうに従って、電子温度、電位ともに急激に減少することを確認した。従って、基板前面にプラズマシースによる急勾配の電位分布が形成されることがなく、イオンダメージは大幅に抑制される。また、格子型電極と基板間では電子密度、電子温度ともにかなり低下しているので、活性な分子の生成量は小さい。このため、例えば、シリコン薄膜の場合、良質な膜をもたらすＳｉＨ3(シリル)のみを選択的に基板上に輸送することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態としてＳｉＨ4及びＨ2ガスを用いてシリコン系薄膜を成膜する場合について図５及び図６を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００３８】
図５は、Ｈ2ガスを高圧格子電極６１背面からシャワープレート９１を通して供給し、ＳｉＨ4ガスは接地格子電極６２中を通し、電極の基板側表面に複数のガス噴出口６３をあけて、そこから供給する方式である。
【００３９】
図６は、Ｈ2ガスを高圧格子電極６２中を通し、電極の基盤側表面に複数のガス噴出孔６４を形成し、そこから供給し、ＳｉＨ4ガスは図６と同様の方法で供給する方式である。
【００４０】
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いて基板の上にシリコン膜を製膜する場合について説明する。
【００４１】
先に述べたように、ＳｉＨ4ガスを分解してシリコン薄膜を成膜する場合、活性分子ＳｉＨ3(シリル)は膜質に良い影響をもたらすが、ＳｉＨ2(シリレン)はそのものが欠陥の多い膜の原因となる他、非常に反応性が高いので、連鎖的な反応により分子量の大きい高次の活性分子を生成し、それが欠陥の多い膜の原因になっているとも言われている。
【００４２】
本実施形態の二段格子型電極においては、プラズマ１１本体は接地格子電極６２の相互間のやや高圧格子電極６１Ａに偏った箇所に生成される。従って、ＳｉＨ4ガスを接地格子電極６２の基板側表面から供給すれば、ＳｉＨ4ガスはプラズマ１１本体中を完全に通過することを抑制できる。このようにすることによりプラズマ１１本体中に存在する高エネルギの電子によりＳｉＨ4ガスが分解されることを抑制でき、膜質に悪い影響をもたらすＳｉＨ2に生成を抑制可能となる。この理由は、ＳｉＨ4ガスが分解してＳｉＨ2になるのに必要なエネルギは９．４７ｅＶでＳｉＨ3の必要なエネルギ８．７５ｅＶに比べて大きいからである。
【００４３】
一方、図６よりＨ2ガスはプラズマ１１本体中を通過することで、効率的に水素原子に分解される。この水素原子ＨとＳｉＨ4ガスとの反応によりＳｉＨ3を生成する反応速度は大きく、さらにＳｉＨ2に対するＳｉＨ3の選択比を向上することができ、良質な膜を作ることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態としてＳｉＨ4及びＨ2ガスを用いてシリコン系薄膜を成膜する場合について図７及び図８を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００４５】
図７に示すように、プラズマＣＶＤ装置の基板側の電極４は整合器８１を介して高周波電源７１に接続されている。電源７１から電極４に高周波電力を供給すると、その周波数に応じて基板の表面電位が時間的に変動する。二段格子型電極６１，６２により生成されたプラズマ１１中のイオンはプラズマの空間電位と基板の表面電位との間で時間的に変動する電位差により加速され、基板表面に入射するようになっている。
【００４６】
図８の（ａ）は、横軸にイオンエネルギ（ｅＶ）をとり、電極４に給電する高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚとしたときの基板に入射するＳｉＨ3＋とＨ＋のイオンエネルギ分布を示す特性線図である。図８の（ｂ）は、横軸にイオンエネルギ（ｅＶ）をとり、電極４に給電する高周波電力の周波数を７０ＭＨｚとしたときの基板に入射するＳｉＨ3＋とＨ＋のイオンエネルギ分布を示す特性線図である。各図中にて実線Ａ１，Ａ２はＳｉＨ3＋のエネルギ分布を示し、破線Ｂ１，Ｂ２はＨ＋のエネルギ分布を示す。なお、各図の縦軸は規格化された度数を表わしたものであり、任意の単位（無単位）である。図８の（ａ）（ｂ）から明らかなように、低い周波数（１３．５６ＭＨｚ）ではエネルギ分布は広く、高い周波数（７０ＭＨｚ）ではエネルギ分布が狭くなる。このことから周波数を変えることにより入射エネルギを制御することができることが判明した。イオンエネルギが高すぎる場合、例えば結晶系シリコンを製膜する場合では約２０ｅＶを超える場合、膜中の結晶格子を破壊して膜質を劣化させる可能性が高いので、高周波電力によりイオンエネルギを制御することが可能となる。
【００４７】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態としてＳｉＨ4及びＨ2ガスを用いてシリコン系薄膜を成膜する場合について図９を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００４８】
二段格子電極の径の小さいほうの電極６２に電圧可変の直流電源７２を接続している。
【００４９】
本実施形態によれば、格子電極６２に対してバイアス電圧を印加することにより、格子型電極６２の相互間に生成されるプラズマ１１の一部が基板１０側への拡散を制御することができる。通常、電極６２は接地してゼロ電位（０Ｖ）としているが、これを負の電位にバイアスすることで、プラズマ１１は隣り合う格子電極６２間に閉じ込められる効果が増大し、格子電極６２と基板１０との間には電子温度の低い低温プラズマが生成される。
【００５０】
このようにすることにより、格子電極６２と基板１０との間に存在するプラズマによるガス分解をさらに低電子エネルギでの反応を優位にすることができる。
【００５１】
シリコン系薄膜を製膜する場合を例にあげると、ＳｉＨ4ガスが分解してＳｉＨ3になるのに必要なエネルギは８．７５ｅＶであるのに対して、ＳｉＨ2は９．４７ｅＶものエネルギが必要になるので、膜質を劣化させるＳｉＨ2は生成を抑制し、ＳｉＨ3を選択的に生成することができる。
【００５２】
従って、本実施例による格子型電極６２における直流電圧制御はプラズマ中の反応制御に有効である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、２段格子電極によるプラズマ生成法の特長を活用し、反応性ガスの供給箇所を２箇所とすることで、プラズマＣＶＤ中の反応を制御可能とし、結果として膜質の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を模式的に示すブロック断面図。
【図２】ガス管電極へのガス供給機構を示す図。
【図３】コンピュータグラフィックスを用いてプラズマ生成中の装置内部における電子密度分布を調べた結果を示す数値シミュレーション図。
【図４】図５の二段格子型電極の部分を拡大した図。
【図５】二段格子型電極の周辺領域におけるガスの流れを模式的に示す図。
【図６】他の二段格子型電極の周辺領域におけるガスの流れを模式的に示す図。
【図７】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を模式的に示すブロック断面図。
【図８】（ａ）は周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を用いて生成されるプラズマから基板に入射するＳｉＨ3イオンおよびＨイオンのエネルギ分布図、（ｂ）は周波数７０ＭＨｚの高周波を用いて生成されるプラズマから基板に入射するＳｉＨ3イオンおよびＨイオンのエネルギ分布図。
【図９】本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を模式的に示すブロック断面図。
【図１０】従来の装置を模式的に示すブロック断面図。
【図１１】先願発明の装置を模式的に示すブロック断面図。
【符号の説明】
１…反応容器、
２…排気管、
３…真空ポンプ、
４…上部電極（基板側電極）、
５…ヒータ、
６…下部電極（格子電極）、
７…高周波電源、
８…整合器、
９…ガス噴出孔、
１０…基板、
１１…プラズマ
２１…制御器、
２２…第１のガス供給源（Ｈ2）、
２３…第２のガス供給源（ＳｉＨ4）、
５１…梯子型電極、
５２…高圧格子電極、
５３…接地格子電極、
６０，６０Ａ…二段格子型電極、
６１…高圧電極（丸棒）、
６１Ａ…高圧電極（ガス管）、
６２…接地電極（ガス管）、
６３，６４…ガス噴出孔、
６８…電子密度等高線、
７１…高周波電源、
７２…直流電源、
８１…整合器、
９１…シャワープレート、
９１ａ…ガス噴出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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