(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜形成用の原材料をプラズマにより分解して膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置であって、膜形成を行うチャンバに接続された配管内にプラズマ領域を形成するために電力を印加する電極を設置し、前記配管の吐出部を成膜を行う基板近傍に設置し，前記配管の吐出部と前記基板間の間隔を５ｃｍ以下としたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
電力を印加する電極を、メッシュ状の金属板または複数の穴を有する金属板としたことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
電力を印加する電極の外側に磁場印加手段を設置したことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
酸化マグネシウム膜形成用の原材料を配管を介してチャンバ内に導入して前記チャンバ内に設置された基板上に酸化マグネシウム膜を形成する酸化マグネシウム膜の形成方法であって、前記配管内でプラズマ領域を形成するとともに、前記配管の吐出部を前記基板近傍に設置することを特徴とする酸化マグネシウム膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ等に用いられる薄膜を化学気相成長法により形成するプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置およびこのプラズマＣＶＤ装置を用いた酸化マグネシウム膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマＣＶＤ法により薄膜を形成する方法としては、例えばＪｐｎ．Ｊ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ１４４８−１４５０  Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１０Ａ，１  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９３およびＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．６３３１−６３３５，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９４等に記載されているものがある。
【０００３】
そこで以下では薄膜を形成するための、従来のプラズマＣＶＤ装置の一例について図面を参照しながら説明する。図５は、従来のプラズマＣＶＤ法により薄膜を形成する形成装置の概略図を示したものである。但し、ここでは薄膜として酸化物膜を形成する場合を例に挙げて説明することとする。
【０００４】
図５において、１は薄膜の形成を行う成膜室であり、この成膜室１内には、ＲＦ電源２から印加される投入電力によってプラズマ３を発生させるための電極４、および電極４上のプラズマ３の発生領域を限定するシ−ルド５が設置されている。
【０００５】
また、６、８及び９はそれぞれ、電極４と成膜室１を電気的に絶縁するための絶縁物、成膜を行う基板７を加熱する基板加熱ランプ、基板７を保持する基板ホルダ−を示している。さらに、ガス化した薄膜を形成するための原材料は窒素からなるキャリアガスにより輸送され原材料ガス供給ライン系１０から供給され、反応性のガスとしての酸素ガスは酸素ガス供給ライン系１１から供給されるように構成されている。また、１２及び１３は、それぞれ成膜室１内を排気し所定の真空度に設定する真空排気系及び電極４を冷却する水冷系を示している。
【０００６】
以上のように構成されたプラズマＣＶＤ装置により実際に行う成膜方法について説明する。
【０００７】
まず、原材料ガス供給系１０と酸素ガス供給系１１から原材料ガスと酸素を成膜室１に導入し、真空排気系１２により成膜室１内を所定の圧力に設定する一方で、基板７を基板加熱ランプ８により所定の温度に加熱する。次に、ＲＦ電源２により電極４に投入電力を供給し、プラズマ３を発生させる。その後、供給された原材料ガスは基板７近傍において熱分解、またプラズマにより分解され、また同時に、プラズマ３により活性化、また電離した酸素と結びつき酸化物の膜となり基板７上に酸化物からなる薄膜が積層形成される。
【０００８】
次に上記した図５とは異なる他の従来のプラズマＣＶＤ装置について図６を参照しながら説明する。図６は、他の従来のプラズマＣＶＤ法により薄膜を形成する形成装置の概略図を示したものである。前述の図５に示したプラズマＣＶＤ装置と同一の構成要素については同一番号を付し、詳しい説明を省略する。
【０００９】
但し、図６においては、成膜室１には石英ガラス等の絶縁物で形成されたガラス管１４が接続されており、その周囲にはプラズマを発生させるための水冷されたコイル１５が設置され、ＲＦ電源２に接続されている。そして、酸化物薄膜の形成方法としては、まずＲＦ電源２により電力を投入して原材料ガスや酸素ガスが導入されたガラス管１４内部でプラズマ１７を発生させ、その後プラズマ１７により上記の原材料ガスや酸素ガスを分解させて基板加熱ランプ８によって加熱された基板ホルダー９に固定された基板７上に気相成長させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
酸化物薄膜をプラズマＣＶＤ法により形成すると、薄膜そのものの膜質は良好なものとすることができるものの、成膜速度を向上させることは容易ではない。
【００１１】
具体的に説明すると、例えば上記した図５及び図６に示したようなプラズマＣＶＤ装置において成膜速度を増加させるためには、原材料ガスの導入量の増加させること、そして発生するプラズマの高密度化、高エネルギ−化を図り原材料の分解を促進することが必要であると考えられる。このようにプラズマの高密度、高エネルギ−化を図るためには電極への投入電力を増加させねばならないわけであるが、このとき高エネルギープラズマ粒子（特に窒素原子、イオン、分子）に形成された薄膜が曝されるために、形成された薄膜がダメ−ジを受けてしまうという問題点が発生する。また、それらの高エネルギな粒子（特に窒素原子、分子、原材料がプラズマにより分解した分子等）が膜中に飛び込み、薄膜中に取り込まれるという現象も生じ、その部分の膜質が変化し、膜質劣化を生じてしまうという問題点も生じる。
【００１２】
さらに前述の図５及び図６に示したプラズマＣＶＤ装置においては、それぞれ特有の問題点が存在する。
【００１３】
まず、図５に示したプラズマＣＶＤ装置においては、薄膜形成を行う基板近傍にたまたま到達した粒子のみが気相成長により薄膜として形成されるため、実際は膜にならずに排気されてしまう原材料が多く利用効率が悪い。次に図６に示したプラズマＣＶＤ装置においては、プラズマの密度、エネルギー状態が位置により大きく異なるために、形成される膜の膜質、膜厚も分布に偏りが生じてしまう。
【００１４】
そこで本発明は上記の課題を解決すべく、高品質な薄膜を高い成膜速度で形成することの可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することを主たる目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のプラズマＣＶＤ装置は、膜形成用の原材料をプラズマにより分解して膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置において、膜形成を行うチャンバに接続された配管内にプラズマ領域を形成するために電力を印加する電極を設置し、配管の吐出部を成膜を行う基板近傍に設置した構成となっている。
【００１６】
また、配管の吐出部と基板間の間隔を５ｃｍ以下としたことを特徴とする。
さらに、電力を印加する電極を、メッシュ状の金属板または複数の穴を有する金属板としたことを特徴とする。
【００１７】
また、電力を印加する電極の外側に磁場印加手段を設置したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の酸化マグネシウム膜の形成方法は、酸化マグネシウム膜形成用の原材料を配管を介してチャンバ内に導入してチャンバ内に設置された基板上に酸化マグネシウム膜を形成する酸化マグネシウム膜を形成するにあたり、配管内でプラズマ領域を形成するとともに、配管の吐出部を基板近傍に設置する構成となっている。
【００１９】
本発明において上記構成によれば、膜形成を行うチャンバに接続された配管内に電極を設置し、この電極によりプラズマを発生させ原材料ガス、もしくはガス化した原材料等をプラズマにより分解し成膜する際、成膜速度を高めるために投入電力を大きくして、高密度なプラズマを発生させても高エネルギー化した粒子は基板に到達するまでの距離があるため、励起状態から基底状態に戻り、高エネルギな状態で膜に取り込まれにくい。また、吐出部と基板の距離を近接させているために分解された原材料のほとんどが基板近傍まで運ばれるため、基板近傍における気相成長が効率よく行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置について図面を参照しながら説明する。なお、プラズマＣＶＤ装置により形成する膜としては、酸化マグネシウム膜を例に挙げて説明することとする。本発明者らは、プラズマディスプレイパネルにおいて、耐スパッタ用の膜として用いられている酸化マグネシウム膜をプラズマＣＶＤ法により形成することを念頭におき、本発明に至った。
【００２１】
ここで、プラズマディスプレイパネルについて説明すると、プラズマディスプレイパネルとは、セルと呼ばれる空間内に放電させるガスを封入し、このガスを放電させることによって生じた紫外線を蛍光体に照射して発光させ、これらを画像として表示するものである。このようにプラズマディスプレイパネルにおいて表示を行うためには、セル内を放電させる必要性があり、この放電に伴ってセルを構成する電極や誘電体膜がスパッタ等の作用により破壊されてしまう可能性がある。そこで一般的には耐スパッタ性の高い酸化マグネシウム膜がセル内に形成されている。
【００２２】
しかしながら、耐スパッタ性の高い酸化マグネシウム膜を形成しているとはいえ、いずれはこの酸化マグネシウム膜も破壊されてしまい、表示が行えなくなってしまう。すなわち、プラズマディスプレイの寿命を決定する大きな要因の一つとしてセル内に形成された酸化マグネシウム膜の耐久性を挙げることができるわけである。そこで本発明者らは、プラズマディスプレイパネルのセル内に形成されている酸化マグネシウム膜をプラズマＣＶＤ法という膜質を良好に形成できる方法により形成することを考えた。但し、プラズマデイスプレイパネルは現在４２インチ等の大画面のものが市場に出つつあり、プラズマディスプレイパネルの酸化マグネシウム膜を形成するにあたっては、単にプラズマＣＶＤ法を用いるだけでなく、プラズマＣＶＤ法を用いて膜質が特に良好な膜を大量に形成できるよう構成を本発明者らは発明した。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置の概略図を示したものであり、特に図１（ａ）はプラズマＣＶＤ装置の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）における配管部分の断面図（Ａ−Ａ断面）を示したものである。なお、上記の図５や図６に示した従来のプラズマＣＶＤ装置と同一の構成要素には同一番号を付し、詳しい説明は省略する。
【００２４】
図１において、真空チャンバ１内には、基板７を加熱する基板加熱ランプ８及び基板７を保持するとともに基板７を搬送する基板ホルダ１８が設置されている。また、真空チャンバ１には原材料供給系１０や酸素ガス供給系１１から送られてくるガスをプラズマにより分解するため矩形状の配管１９が接続されており、その矩形状の配管１９の吐出部２０より内側（酸素ガス供給系１１や原材料ガス供給系１０の存在する側）の内部には電極２１が設置され、その周囲には放電領域制御板２２が設置されている。さらに、原材料２３は原材料ガス供給系１０に接続された原材料供給装置２５内の原材料加熱ステージ２４に載せられており、この原材料供給装置２５にはキャリアガスを導入するため窒素供給系２６が接続されている。
【００２５】
以上のように構成された本発明のプラズマＣＶＤ装置により、下記のような成膜を行うことができる。
【００２６】
まず原材料２３として例えばマグネシウムを含む有機化合物として粉末状の一般式Ｍｇ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２で示されるアセチルアセトン金属錯塩が原材料加熱ステージ２４上で２００度前後に加熱され昇華される。次に窒素ガス供給系２６からの窒素により昇華した原材料２３は原材料供給系１０を通過し矩形状の配管１９に導入され、この時同時に酸素ガス供給系１１から酸素も矩形状の配管１９に導入される。そして、矩形状の配管１９内部や真空チャンバ１内部は真空排気系１２により５０ｍＴｏｒｒの圧力に設定される。
【００２７】
その後、成膜前に基板加熱ランプ８により基板７を３５０度に加熱し、一方ＲＦ電源２により電極２１に電力を投入するとプラズマ２７が発生し、矩形状の配管１９へ導入されているガス化した原材料２３や酸素や窒素はプラズマにより分解される。分解された原子、分子、イオン等は吐出部２０から基板７へ向かって吹き出し、加熱された基板７上で気相成長し、酸化マグネシウム薄膜が形成される。このとき基板７は基板ホルダ１８に載せられたまま搬送され基板７全体に膜が形成されることになる。
【００２８】
以上のようなプラズマＣＶＤ装置を用いて酸化マグネシウムというような薄膜を形成することにより、本発明は下記のような効果を得ることが可能となる。
【００２９】
まず第１に、本実施の形態では、プラズマの発生する領域を真空チャンバ１内ではなく、真空チャンバ１に接続されている配管１９内としていることになり、言い換えればプラズマ領域と薄膜を形成する基板７との距離をある程度持つことができる。従って、成膜速度を高めるために投入電力を大きくして、高密度なプラズマ２７を発生させても、基板７と配管の吐出部２０とプラズマ２７の発生部である電極２１近傍の位置を考慮しているため、高エネルギー化した粒子も基板７に到達するまでに励起状態から基底状態に戻り、形成された膜中に高エネルギー粒子が取り込まれにくくなり、結果として膜質劣化を防止することができる。
【００３０】
第２に、本実施の形態では、プラズマの発生する領域を真空チャンバ１内ではなく、真空チャンバ１に接続されている配管１９内としていることになり、言い換えれば、プラズマを配管という真空チャンバよりも狭い空間に閉じこめているため、分解された原材料のほとんどが基板７近傍まで運ばれ、基板７近傍における気相成長を効率よく行える。従来のようにプラズマ領域が拡散し、原材料を無駄に使ったりすることを防止でき、る。ここで、ただ単にプラズマ領域を小さい空間とするだけであれば、大面積に薄膜を形成することは困難であるが、本実施の形態では、基板ホルダー１８により基板７を移動させているため、たとえプラズマ領域を小さくしても大面積に対して自動的に薄膜を形成することができる。
【００３１】
但し、吐出部２０と基板７の距離はある程度近接させてやることが重要である。具体的には、吐出部２０と基板７の距離が５ｃｍより大きいとプラズマにより分解された粒子は吐出部２０を出たとたん拡散により、実際、基板近傍に到達する数が少ないためか成膜速度が急激に低下してしまうため、吐出部２０と基板７の距離を５ｃｍ以下に近接させ、分解された原材料のほとんどが基板７近傍まで運ばれるようにしてやることが望ましい。
【００３２】
以上本発明について図１に示す実施の形態とともに説明を行ったが、プラズマＣＶＤ装置に関しては、以下に示すような配管１９に設けられた電極の態様をとることにより性能を向上させることができる。
【００３３】
まず図２及び図３に矩形状の配管の電極の他の形態を示す。図２及び図３において、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ真空チャンバに接続された配管１９の部分の概略を示す断面図と電極部分の拡大図を示している。図２に示すように、多数の孔を有する金属板からなる電極２８を用いたり、図３に示すように、メッシュ状の金属板からなる電極２９を用いることにより高密度、高エネルギなプラズマを発生させガス化した原材料ガス等の分解を促進し、成膜速度を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、図４に示すように電極２０の周囲に永久磁石３０等を設置して磁場を印加することによりさらに高密度、高エネルギなプラズマを発生させガス化した原材料ガス等の分解を促進し、成膜速度を向上させることもできる。
【００３５】
なお、上記の実施の形態では、配管の形状を矩形状としたが、矩形状の代わりに楕円状に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いれば、例えば形成された酸化マグネシウム膜は不純物の含有量が少ないため、膜特性の良好な膜を高い成膜速度で形成できるため、高品質なデバイスを安価に生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置の概略図
【図２】本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置のプラズマ発生領域となる配管付近の概略図
【図３】本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置のプラズマ発生領域となる配管付近の概略図
【図４】本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置のプラズマ発生領域となる配管付近の概略図
【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置の概略図
【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置の概略図
【符号の説明】
１  成膜室
２  ＲＦ電源
３  プラズマ
４  電極
５  シ−ルド
６  絶縁物
７  基板
８  基板加熱ランプ
９  基板ホルダ−
１０  原材料ガス供給系
１１  酸素ガス供給系
１２  真空排気系
１３  水冷系
１４  ガラス管
１５  水冷コイル
１６  基板加熱装置
１７  プラズマ
１８  基板ホルダ−
１９  矩形状の配管
２０  吐出部
２１  電極
２２  放電領域制御板
２３  原材料
２４  原材料加熱ステ−ジ
２５  原材料供給装置
２６  窒素ガス供給系
２７  プラズマ
２８  多数の孔を有する金属板の電極
２９  メッシュ状の金網からなる金属板の電極
３０  磁場印加装置
【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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