(57)【要約】【課題】被処理体やこの被処理体に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理体上に良好に絶縁膜を形成することができるプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】内部に被処理基板１００を配置可能な真空容器１０と、真空容器１０の内部にエバネッセント波を入射させるプラズマ源アンテナ２０と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを真空容器１０の内部に導入させる上部ガス導入管５１を有する上部ガス導入系５０と、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを真空容器１０の内部に導入させる下部ガス導入管６１を有する下部ガス導入系６０とを備える。第１のガス及び第２のガスをエバネッセント波によってプラズマ化させることで被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成するように構成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発生させる電磁波源と、
電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波が入射される入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、
前記処理容器の内部にエバネッセント波を入射させてプラズマを生成するプラズマ源と、
前記処理容器に設けられ、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器の内部に導入させる第１のガス導入部を有する第１のガス導入系と、
前記処理容器に設けられ、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを前記第１のガスと分離して前記処理容器の内部に導入させる第２のガス導入部を有する第２のガス導入系とを具備し、
前記第１及び第２のガスをエバネッセント波によってプラズマ化させて被処理体に絶縁膜を形成することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記プラズマ源は、前記電磁波源によって発生される電磁波の波長の１／２未満の直径に設定された複数の孔を有する多孔板を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記プラズマ源は、前記多孔板を有する少なくとも１つの導波管を備えていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記プラズマ源は、前記多孔板を有する複数の導波管を備えており、
前記複数の導波管に電力を分配する少なくとも１つの電力分配器を備えは、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記処理容器は、前記被処理体を前記入射面との距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置に配置可能に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記第１のガス導入部は、前記第２のガス導入部よりも前記入射面の近くに設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記第１のガス導入部は、前記入射面との間の距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部は、前記入射面との間の距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
電磁波を発生させる電磁波源と、電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波が入射される入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、前記処理容器の内部にエバネッセント波を入射させてプラズマを生成するプラズマ源と、を具備するプラズマＣＶＤ装置を用い、前記被処理体上に酸化膜を形成する酸化膜の形成方法であって、
前記入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となるように、前記処理容器の内部に前記被処理体を配置する工程と、
希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを、前記入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満となる位置から前記処理容器の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを、前記入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置から、前記第１のガスと分離して前記処理容器の内部に導入させる工程と、
前記入射面からエバネッセント波を処理容器の内部に入射させることにより、前記処理容器の内部に前記第１のガス及び第２のガスによるプラズマを生じさせ、前記被処理体上に酸化物を堆積させる工程と、を有することを特徴とする酸化膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体集積回路装置のような半導体装置や液晶表示装置のような表示装置の製造プロセスで絶縁膜を形成する場合に適用されるプラズマＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）装置及び酸化膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいては、従来、有機シリコン化合物をプロセスガスとし、平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、被処理基板上に絶縁膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、プラズマ処理装置やマイクロ波プラズマ発生装置としては、遮蔽或いはカットオフが起こったときににじみ出すエバネッセント波によってプラズマを発生させるものが提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。さらに、マイクロ波プラズマ装置としては、遮蔽波長を制御するための手段を備えた非エバネッセントマイクロ波アプリケータを備えたものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平５-３４５８３１号公報
【特許文献２】特開平１０−２４７５９８号公報
【特許文献３】特開２００４−２００１１３号公報
【特許文献４】特表２００１−５１８６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、被処理体上に酸化シリコン膜を形成する場合、プロセスガスとして有機シリコン化合物ガスを使用すると、シランガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化シリコン膜が得られ易い。これは、有機シリコン化合物がシランと比べて分子容積が大きいためである。すなわち、有機シリコン化合物ガスをプロセスガスとして用いる場合、有機シリコン化合物がプラズマによって分解されてなる中間生成物もまた比較的分子容積が大きく、この中間生成物は、その立体効果によって被処理体の表面上でマイグレーションしながら、この被処理体の表面に比較的均一に付着する。したがって、被覆性の良好な酸化シリコン膜となる。
【０００５】
しかしながら、有機シリコン化合物は、その骨格にアルキル基等を含んでいるため、過度に分解されると炭素骨格部分に含まれる炭素原子が酸化シリコン膜内に不純物として混入し易くなってしまう。そのため、プロセスガスとして有機シリコン化合物のようなガスを用いても、プロセスガスが過度に分解され難いプラズマＣＶＤ装置が求められている。
【０００６】
また、特許文献１に記載の平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバ内で発生したプラズマが被処理体を配設した領域にまで広がってしまう。そのため、被処理体の表面や被処理体と絶縁膜との界面にイオン損傷を与え易いという問題がある。
【０００７】
すなわち、プラズマが被処理体を配設した領域にまで広がると、被処理体がエネルギーの高い電子に接することとなるため、電子のエネルギーにしたがって増加する傾向のあるシース電界が大きくなる。シース電界が大きくなると、これに伴って被処理体に入射するイオンのエネルギーが増加するため、結果として、被処理体の表面や被処理体と絶縁膜との界面にイオン損傷が生じ易くなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、被処理体やこの被処理体に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理体上に良好に絶縁膜を形成することができるプラズマＣＶＤ装置及び酸化膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、電磁波を発生させる電磁波源と、電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波が入射される入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、前記処理容器の内部にエバネッセント波を入射させてプラズマを生成するプラズマ源と、前記処理容器に設けられ、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器の内部に導入させる第１のガス導入部を有する第１のガス導入系と、前記処理容器に設けられ、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを前記第１のガスと分離して前記処理容器の内部に導入させる第２のガス導入部を有する第２のガス導入系とを具備し、前記第１及び第２のガスをエバネッセント波によってプラズマ化させて被処理体に絶縁膜を形成するものである。
【００１０】
前記プラズマＣＶＤ装置によれば、第２のガスとして、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含むガスを用いているため、シランガスのように分子量の比較的小さい原料ガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化膜を形成することができる。
【００１１】
しかも、前記プラズマＣＶＤ装置によれば、第１のガスと第２のガスとを分離して処理容器の内部に導入させている。そのため、第１のガスをエバネッセント波による電界で電子が加速される領域或いはその近傍から処理容器の内部に導入することで、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。また、第２のガスをエバネッセント波のしみ出しの少ない領域から処理容器の内部に導入することで、第２のガスの過度な分解を抑制することができる。
【００１２】
さらに、前記プラズマＣＶＤ装置によれば、第１のガス及び第２のガスを、電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波によってプラズマ化させている。そのため、処理容器の入射面近傍に均一にプラズマを生成させることができる。したがって、被処理体上に均一に酸化膜を形成することができる。
【００１３】
しかも、前記プラズマＣＶＤ装置によれば、プラズマのエネルギーの高い領域をエバネッセント波がしみ出している領域近傍に局在化させることができる。したがって、被処理体を入射面から離してた位置に設定することで、被処理体近傍のシース電界を小さくすることができる。すなわち、被処理体に入射するイオンのエネルギーを減少させることができるため、被処理体やこの被処理体に形成される絶縁膜に与えられるイオン損傷を抑制することができる。
【００１４】
本発明の第２の形態に係る絶縁膜の形成方法は、電磁波を発生させる電磁波源と、電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波が入射される入射面を有し、内部に被処理体を配置可能な処理容器と、前記処理容器の内部にエバネッセント波を入射させてプラズマを生成するプラズマ源とるアンテナとを具備するプラズマＣＶＤ装置を用い、前記被処理体上に酸化膜を形成する酸化膜の形成方法であって、前記入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となるように、前記処理容器の内部に前記被処理体を配置する工程と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを、前記入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満となる位置から前記処理容器の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを、前記入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置から、前記第１のガスと分離して前記処理容器の内部に導入させる工程と、前記入射面からエバネッセント波を処理容器内に入射させることにより、前記処理容器の内部に前記第１のガス及び第２のガスによるプラズマを生じさせ、前記被処理体上に酸化物を堆積させる工程と、を有する。
【００１５】
前記絶縁膜の形成方法によれば、第２のガスとして、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含むガスを用いているため、シランガスのように分子量の比較的小さい原料ガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化膜を形成することができる。
【００１６】
しかも、前記絶縁膜の形成方法によれば、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを、エバネッセント波が入射される入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満となる位置から処理容器の内部に導入させている。すなわち、前記第１のガスは、エバネッセント波による電界で電子が加速される領域或いはその近傍から処理容器の内部に導入される。したがって、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。
【００１７】
さらに、前記絶縁膜の形成方法によれば、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを、エバネッセント波が入射される入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置から、前記第１のガスと分離して処理容器の内部に導入させている。すなわち、前記第２のガスは、エバネッセント波により生じる電界の小さい領域から処理容器の内部に導入される。したがって、第２のガスが過度に分解されるのを抑制することができる。
【００１８】
しかも、前記絶縁膜の形成方法によれば、プラズマのエネルギーの高い領域をエバネッセント波がしみ出している領域近傍に局在化させることができる。したがって、被処理体をバネッセント波が入射される入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置に配置することにより、被処理体近傍のシース電界を小さくすることができる。したがって、被処理体に入射するイオンのエネルギーを減少させることができるため、被処理体やこの被処理体に形成される絶縁膜に与えられるイオン損傷を抑制することができる。
【００１９】
さらに、前記絶縁膜の形成方法によれば、第１のガス及び第２のガスを、電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波によってプラズマ化させている。そのため、処理容器の入射面近傍に均一にプラズマを生成させることができる。したがって、被処理体上に均一に酸化膜を形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被処理体やこの被処理体に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理体上に良好に絶縁膜を形成することができるプラズマＣＶＤ装置及び酸化膜の形成方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。本実施形態では、本発明のプラズマＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）装置の一実施形態を説明する。また本実施形態では、本発明の酸化膜の形成方法の一実施形態を説明する。
【００２２】
図１及び図２に示すように、プラズマＣＶＤ装置１は、処理容器としての真空容器１０、プラズマ源アンテナ２０、導波管３０、電磁波源としての高周波電源４０、第１のガス導入系としての上部ガス導入系５０、第２のガス導入系としての下部ガス導入系６０、及びガス排出系７０等を備えている。
【００２３】
前記真空容器１０は、外壁としての上壁１１ａ、底壁１１ｂ、及び、上壁１１ａの周縁と底壁１１ｂの周縁とを繋ぐ周壁１１ｃを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁１１ａ、底壁１１ｂ、及び周壁１１ｃを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。
【００２４】
前記上壁１１ａは、開口部１３を有している。前記プラズマ源アンテナ２０は、この開口部１３に嵌め込まれている。真空容器１０は、図示しないが、上壁１１ａとプラズマ源アンテナ２０との間を封止する封止機構を有している。この封止機構により、開口部１３を規定する内面とプラズマ源アンテナ２０との間は気密にシールされている。
【００２５】
図１及び図２に示すように、プラズマ源アンテナ２０は、上板２２ａ、下板２２ｂ、及び、上板２２ａの３辺と下板２２ｂの３辺とを繋ぐ周板２２ｃとを有して、１つの周部が開放された偏平な箱状に形成されている。上板２２ａ、下板２２ｂ、及び、周板２２ｃを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。
【００２６】
前記上板２２ａ、下板２２ｂ、及び、周板２２ｃに囲まれた領域は、誘電体部材（例えば合成石英）２３によって満たされている。したがって、この誘電体部材２３が導波路となる。下板２２ｂは、複数の孔２１を有する多孔板となっている。開放された１つの周部は、導波管３０を介して高周波電源４０と連通されている。
【００２７】
前記複数の孔２１の各々は、高周波電源４０で発生される電磁波においてカットオフが起こる大きさに設定されている。したがって、これら孔２１は、前記高周波電源４０によって発生される電磁波の波長の１／２未満であればよいが、エバネッセント波の減衰の状態は孔２１の直径と関係するため、エバネッセント波によって励起されるプラズマを効果的に局在化させるには、孔径を小さく、例えば直径２ｍｍ程度の直径に設定するのが好ましい。
【００２８】
日本国内においては、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚの電磁波源（高周波電源）は、工業目的の電磁波使用のため、基本波又はスプリアス発射による電界強度の許容値の特例として最大許容値を定めずに用いることができる（無線設備規則第６５条、及び郵政省告示第２５７号）。そのため、高周波電源４０としては、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚの電磁波源を用いるのが容易である。
【００２９】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、高周波電源４０として、例えば、２．４５ＧＨｚの電源を用いている。２．４５ＧＨｚの電磁波は、直径約６０ｍｍの以下の孔でカットオフとなる。したがって、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、プラズマをより効果的に局在化させるため、孔２１の直径を１０ｍｍ、以下、即ち、２ｍｍとしている。
【００３０】
このような構成とすることで、真空容器１０の内部には、高周波電源４０で発生された電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波がプラズマ源アンテナ２０の孔２１からしみ出す。したがって、上述した構成のプラズマＣＶＤ装置１では、下板２２ｂの下面（内面）がエバネッセント波が入射される入射面Ｆとなる。エバネッセント波によってプラズマを生成させる場合、プラズマ源アンテナ２０内の伝播波と真空容器１０内のプラズマの吸収波とを分離することができるため、伝播波モードへのプラズマの影響を抑制することができる。
【００３１】
前記真空容器１０の内部には、被処理体としての矩形状の被処理基板１００を支持する基板支持台１４が設けられている。本実施形態では、被処理基板１００の上面Ｆ３と前記入射面Ｆとの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置に該被処理基板１００が配置可能となるように、基板支持台１４の位置が設定されている。
【００３２】
前記上部ガス導入系５０は、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスと酸素とのうちの少なくとも一方のガスを含む第１のガスを真空容器１０の内部に導入するためのものである。図２及び図３に示すように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、上部ガス導入系５０は、例えば、第１のガス導入部としての上部ガス導入管５１を有している。
【００３３】
上部ガス導入管５１は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。なお、上部ガス導入管５１が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、上部ガス導入管５１は、誘電体材料で形成するのが好ましい。しかしながら、管の形成する際の加工を考慮すると、上部ガス導入管５１は、金属材料で形成する方が安価で容易である。そのため、上部ガス導入管５１を金属材料で形成するような場合には、上部ガス導入管５１の外面に絶縁膜を形成しておくとよい。
【００３４】
図３に示すように、上部ガス導入管５１は、複数の配管部５１ａと１つの延出部５１ｂとを有している。複数の配管部５１ａは、互いに平行に配管されている。また、これら配管部５１ａの各々には、複数のガス噴出口５２が略等間隔で下向きに設けられている。したがって、複数のガス噴出口５２は、略同一水平面上に位置することとなる。本実施形態では、これらガス噴出口５２が配置される仮想平面Ｆ１と前記入射面Ｆとの間の距離Ｌ１が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満、例えば１０ｍｍとなるように設定されている。
【００３５】
前記延出部５１ｂは、前記複数の配管部５１ａと夫々直交するように配管されているとともに、これら配管部５１ａを互いに連通させている。この延出部５１ｂの両端は、真空容器１０の周壁１１ｃを貫通して、真空容器１０の外方に延出している。この延出部５１ｂの両端又は一端には、上記第１のガスを供給収容する第１のガス源シリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
【００３６】
前記下部ガス導入系６０は、例えば、有機シリコン化合物と有機金属化合物とのうちの少なくとも一方からなる原料ガスを含む第２のガスを真空容器１０の内部に導入するためのものである。図２及び図４に示すように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、下部ガス導入系６０は、例えば、第２のガス導入部としての下部ガス導入管６１を有している。
【００３７】
この下部ガス導入管６１は、上部ガス導入管５１と同様に、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。
【００３８】
電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、下部ガス導入管６１は、誘電体材料で形成するのが好ましい。下部ガス導入管６１を金属材料で形成するような場合には、下部ガス導入管６１の外面に絶縁膜を形成しておくのが好ましい。
【００３９】
図４に示すように、下部ガス導入管６１は、環状部６１ａと一対の延出部６１ｂとを有している。環状部６１ａは、被処理基板１００の外周よりも一回り大きく形成されている。この環状部６１ａには、複数のガス噴出口６２が略等間隔で下向きに設けられている。したがって、複数のガス噴出口６２は、略同一水平面上に位置することとなる。本実施形態では、これらガス噴出口６２が配置される仮想平面Ｆ２と前記入射面Ｆとの間の距離Ｌ２が、前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上、例えば２００ｍｍとなるように設定されている。
【００４０】
各延出部６１ｂは、環状部６１ａと連通されている。各延出部６１ｂの一端は、真空容器１０の周壁１１ｃを貫通して、真空容器１０の外方に延出している。少なくとも一方の延出部６１ｂの一端には、上記第２のガスを供給収容する第２のガス源シリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
【００４１】
ところで、第２のガスとして用いる有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスは、モノシラン等と比べて沸点が高いため液化し易い。そのため、第２のガスとして、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスを用いる場合、第２のガスを安定して真空容器１０の内部に導入させるためには、下部ガス導入系６０を適切な温度、すなわち８０℃から２００℃程度に保つのが望ましい。そのため、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、下部ガス導入系６０に加熱手段８０を設けている。加熱手段８０は、例えば、ヒータを有している。
【００４２】
ヒータは、各延出部６１ｂの外周に設けることができる。このようにすることにより、下部ガス導入管６１を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系６０全体に熱を伝えることができる。また、このようにすることにより、加熱手段８０を真空容器１０内に設置する場合に比べて、簡単な構成で下部ガス導入系６０を適切な温度に保つことができる。なお、本実施形態のように、下部ガス導入管６１を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系６０全体に熱を伝えるような構成とする場合には、下部ガス導入管６１は、窒化アルミニウム等のように、熱伝導係数の大きい材料で形成するのが望ましい。
【００４３】
図２に示すように、前記ガス排出系７０は、真空容器１０の内部と連通するようにこの真空容器１０に設けられたガス排出部７１、及び真空排気システム７２等を有している。真空排気システム７２としては、例えば、ターボ分子ポンプを用いることができる。この真空排気システム７２を稼動させることにより、真空容器１０の内部の気体を所定の真空度に達するまで外部に排出することができる。
【００４４】
次に、上述したプラズマＣＶＤ装置１を用いた酸化膜の形成方法の一例を説明する。本実施形態では、第１のガスとして酸素ガスを用いるともに、第２のガスとしてテトラアルコキシシランの一種であるテトラエトキシシランを用い、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成するような酸化膜の形成方法について説明する。
【００４５】
まず、基板支持台１４上に被処理基板１００を配置し、ガス排出系７０を稼動させ、真空容器１０の内部を実質的に真空にする。真空容器１０の内部のガス圧が８０Ｐａとなるように、上部ガス導入系５０から真空容器１０の内部に酸素ガスを４００ＳＣＣＭの流量で供給するとともに、下部ガス導入系６０から真空容器１０の内部にテトラエトキシシランガスを１２ＳＣＣＭの流量で供給する。このとき、加熱手段８０によって、下部ガス導入系６０を適切な温度（８０℃から２００℃程度）に保っておく。
【００４６】
高周波電源４０をＯＮにする。これにより、２．４５ＧＨｚの電磁波は、導波管３０を介してプラズマ源２０に導かれる。プラズマ源２０に導かれた電磁波は、孔２１からエバネッセント波として真空容器１０内ににじみ出す。このエバネッセント波によって、第１及び第２のガスが励起されて、入射面Ｆの近傍に均一にプラズマが生じる。第１のガスは、入射面Ｆとの距離Ｌ１が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満、例えば１０ｍｍとなる位置から真空容器１０の内部に導入されているため、高密度なプラズマにより酸素分子が励振され、効率良く酸素ラジカルが生成される。
【００４７】
一方、第２のガスであるテトラエトキシシランガスは、入射面Ｆからの距離Ｌ２が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上、例えば２００ｍｍとなる位置から真空容器１０の内部に導入されているため、テトラエトキシシランガスが真空容器１０の内部に導入されている領域には、エバネッセント波は殆ど到達しない。したがって、テトラエトキシシランがエバネッセント波によって過度に分解されるのが抑制される。また、入射面Ｆとの距離Ｌ２が２００ｍｍとなる位置であっても、酸素ラジカルは拡散流として到達するため、テトラエトキシシランと酸素ラジカルとは効率良く反応し、テトラエトキシシランの分解は促進される。したがって、被処理基板１００上（被処理基板１００の表面）には、酸化シリコンが堆積する。
【００４８】
テトラエトキシシランは、モノシラン等と比べて分子容積の大きい化合物であるため、その立体効果により被処理基板１００の表面でマイグレーションしながら、該被処理基板１００の表面に比較的均一に付着する。したがって、被処理基板１００に膜質の良好な絶縁膜（酸化シリコン膜）１０１が形成される。
【００４９】
以上のように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、第２のガスとして、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含むガスを用いているため、被処理基板１００上に、シランガスのように分子量の比較的小さい原料ガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化膜１０１を形成することができる。
【００５０】
しかも、プラズマＣＶＤ装置１によれば、第１のガスと第２のガスとを分離して真空容器１０の内部に導入させている。具体的には、第１のガスを導入する上部ガス導入管５１は、第２のガスを導入する下部ガス導入管６１よりも入射面Ｆの近くに設けられている。より具体的には、上部ガス導入管５１は、入射面Ｆとの間の距離Ｌ１が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満となる位置に設けられているとともに、下部ガス導入管６１は、入射面Ｆとの間の距離Ｌ２が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置に設けられている。
【００５１】
そのため、第１のガスをエバネッセント波による電界で電子が加速される領域或いはその近傍から真空容器１０の内部に導入し、真空容器１０の内部において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。また、第２のガスをエバネッセント波のしみ出しの少ない領域から真空容器１０の内部に導入することで、第２のガスの過度な分解を抑制することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１によれば、第１のガス及び第２のガスを、電磁波のしみ出し波であるエバネッセント波によってプラズマ化させている。そのため、入射面Ｆ近傍に均一にプラズマを生成させることができる。したがって、被処理基板１００上に均一に酸化膜１０１を形成することができる。
【００５３】
しかも、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１によれば、プラズマのエネルギーの高い領域をエバネッセント波がしみ出している領域近傍に局在化させることができる。したがって、被処理基板１００を入射面Ｆから離して位置に設定することで、被処理基板１００近傍のシース電界を小さくすることができる。すなわち、被処理基板１００に入射するイオンのエネルギーを減少させることができるため、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜１０１に与えられるイオン損傷を抑制することができる。
【００５４】
また、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、第２のガスとして、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含むガスを用いているため、被処理基板１００上に、シランガスのように分子量の比較的小さい原料ガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化膜１０１を形成することができる。
【００５５】
しかも、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを、エバネッセント波が入射される入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長未満となる位置から真空容器１０の内部に導入させている。したがって、真空容器１０内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、有機シリコン化合物及び有機金属化合物のうちの少なくとも一方を含む第２のガスを、エバネッセント波が入射される入射面からの距離が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置から、第１のガスと分離して真空容器１０の内部に導入させている。すなわち、第２のガスは、エバネッセント波により生じる電界の小さい領域から真空容器１０の内部に導入される。したがって、第２のガスが過度に分解されるのを抑制することができる。
【００５７】
しかも、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、プラズマのエネルギーの高い領域をエバネッセント波がしみ出している領域近傍に局在化させることができる。したがって、被処理基板１００をバネッセント波が入射される入射面Ｆからの距離Ｌ３が前記電磁波源によって発生される電磁波の波長以上となる位置に配置することにより、被処理基板１００近傍のシース電界を小さくすることができる。したがって、被処理基板１００に入射するイオンのエネルギーを減少させることができるため、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜１０１に与えられるイオン損傷を抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態の酸化膜の形成方法のように、被処理基板１００上に絶縁膜１０１を形成するようなプラズマ処理を行う場合、第１のガスは、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含むガスを採用している。第１のガスとしては、酸素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうちの１以上の希ガスと混合ガスを用いることもできる。酸素へのヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの添加は、１０％から９９％までの広い添加比率で可能であり、その添加比率によって絶縁膜の形成速度を増加させることができる。
【００５９】
また、有機シリコン化合物及び有機金属化合物は、その殆どが構成元素中に酸素を含んでいる。そのため、第１のガスには、必ずしも酸素ガスを含ませなくてもよく、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスを含ませることで、真空容器１０内において酸素ラジカルを発生させ、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成することができる。
【００６０】
ただし、第１のガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスと酸素ガスとを含んでいるガスを用いるのがさらに好ましい。このようにすることにより、真空容器１０内において酸素ラジカルを多く発生させ、被処理基板１００に酸素欠損の少ない絶縁膜１０１を形成することができる。
【００６１】
また、真空容器１０内において酸素ラジカルをより効率良く生成するためには、前記入射面の近傍に酸素ガスを含む第１のガスを供給することが望ましい。
【００６２】
さらに、第１のガスが酸素ガスを含んでいる場合、酸素ガスを真空容器１０の内部に供給する際の流量が、第２のガスを真空容器１０の内部に供給する際の流量よりも多くなるように設定するのが好ましい。このようにすることにより、第２のガスが導入される位置よりも下方において、酸素ラジカルを第２のガスよりも多く存在させることができる。したがって、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるので、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜１０１を形成することができる。
【００６３】
第２のガスとしては、モノシラン等のように比較的分子量の小さい化合物を含むガスを用いるよりも、有機シリコン化合物や有機金属酸化物のように比較的分子量が大きく、被処理基板上でマイグレーションを起こしやすい化合物を含むようなガスを採用するのが好ましい。このようにすることにより、被処理基板１００上により均一に絶縁膜１０１を形成することができる。
【００６４】
また、第２のガスとしては、例えば、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等を用いることもできる。さらに、第２のガスとしては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等を用いることもできる。トリメチルアルミニウム又はトリエチルアルミニウムを選択することで、被処理基板１００上に酸化アルミニウム膜を形成することができる。テトラプロポキシジルコニウムを選択することで、被処理基板１００上に酸化ジルコニウム膜を形成することができる。ペンタエトキシタンタルを選択することで、被処理基板１００上に酸化タンタル膜を形成することができる。テトラプロポキシハフニウムを選択することで、被処理基板に酸化ハフニウム膜を形成することができる。また、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムは、酸化シリコンよりも誘電率が高い。したがって、テトラプロポキシハフニウムやテトラプロポキシジルコニウムを選択することで、酸化シリコン膜よりも絶縁性の良好な絶縁膜１０１を形成することができる。
【００６５】
以下、本発明の第２の実施形態を、図５及び図６を参照して説明する。本実施形態では、本発明のプラズマＣＶＤ装置の他の実施形態について説明する。
【００６６】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、下部ガス導入系６０及び加熱手段８０が第１の実施の形態で説明したプラズマＣＶＤ装置１と異なっている。他の構成は上述した第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００６７】
下部ガス導入系６０は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、下部ガス導入系６０の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置１と同様である。
【００６８】
図５及び図６に示すように、下部ガス導入系６０は、第２のガス導入部（下部ガス導入部）としてのシャワープレート６３を有している。このシャワープレート６３は、互いに対向する一対の板材６３ａ,６３ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓに第２のガスが流通されるようになっている。このシャワープレート６３は、平面形状で真空容器１０を上側の部屋と下側の部屋とに分断する被処理基板１００よりも大きくな大きさに形成されており、基板支持台４を上方から覆うように、真空容器１０の周壁１１ｃに固定さている。シャワープレート６３の一端側の延出部分は、真空容器１０の周壁１１ｃに設けられた開口部６５を介して、真空容器１０の外方に開放している。シャワープレート６３から延びる延出部分には、第２のガスを供給収容する第２のガス源シリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
【００６９】
また、このシャワープレート６３には、第２のガスや酸素ラジカルを上側の部屋と下側の部屋とのシャワープレート６３の上下間で流通させるための多数の貫通部６６が設けられている。さらに、このシャワープレート６３には、下側の板材６３ｂの壁に多数のガス噴出口６７が設けられている。
【００７０】
さらに、このシャワープレート６３には、高温媒体循環器６９を有する加熱手段６８が設けられている。高温媒体循環器６９は、ポンプ６９ａ、循環路６９ｂ、ヒータ（図示せず）、及び、高温流体（図示せず）等を有して構成されている。高温流体としては、例えば、空気や、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガス、或いは、水、エチレングリコール、鉱油、アルキルベンゼン、ジアリールアルカン、トリアリールジアルカン、ジフェニル-ジフェニルエーテル混合体、アルキルビフェニル、アルキルナフタレン等の液体から選択することができる。
【００７１】
高温流体（高温気体又は高温液体）を循環させる循環路６９ｂは、シャワープレート６３の内部に設けられている。なお、上記循環路６９ｂは、第２のガスを流通させる内部空間Ｓからは隔離されている。この高温媒体循環器６９では、ヒータで流体を加熱するとともに、ポンプ６９ａを稼動させて加熱された高温流体をシャワープレート６３の内部に流通させることによって、下部ガス導入系６０を８０℃乃至２００℃程度の温度に保つように構成されている。
【００７２】
このように下部ガス導入系６０を高温媒体の循環によって加熱すると、下部ガス導入系６０にすばやく熱エネルギーが伝えられるとともに、下部ガス導入系６０を均等に加熱することができる。そのため、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスを含むガスを使用して絶縁膜を形成するようなプラズマ処理に好適であり、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。したがって、被処理基板１００上に絶縁膜１０１を形成する場合において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することが可能である。
【００７３】
以上のように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１を用いれば、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。そのため、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスといった比較的液化し易いガスを用いるようなプラズマ処理に好適である。
【００７４】
以下、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を、図７を参照して説明する。  
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、プラズマ源２０が第１の実施形態で説明したプラズマＣＶＤ装置１のものと異なっている。他の構成は上述した第１の実施形態と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００７５】
プラズマ源２０は、１つ以上例えば５つの導波管２５を備えている。これら導波管２５は、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置されている。なお、導波管２５の本数は任意である。また、互いに隣り合う導波管２５は接触していてもよく、また、所望の間隔をおいて設けてもよい。
【００７６】
各導波管２５の下壁は、複数の孔２１を有する多孔板となっている。複数の孔２１は、各導波管２５の下壁に、１列以上例えば２列に並べた状態で設けられている。孔２１の直径は、高周波電源４０によって発生される電磁波の波長の１／２未満であればよく、エバネッセント波によって励起されるプラズマを効果的に局在化させるには、孔径を小さくすることが好ましいことは、第１の実施形態と同じである。本実施形態では、各孔２１の直径は、約２ｍｍに設定されている。なお、図示していないが、導波管２５の内部には、誘電体部材（例えば合成石英）によって満たされている。したがって、この誘電体部材が第１の実施形態と同様に導波路となる。
【００７７】
上壁１１ａは、導波管２５の本数に対応するように、５つの細長い開口部１３を有している。各導波管２５は、各開口部１３に嵌め込まれている。真空容器１０は、図示しないが、上壁１１ａと導波管２５との間を封止する封止機構を有している。この封止機構により、各開口部１３を規定する内面と各導波管２５との間は気密にシールされている。
【００７８】
各導波管２５の一端部は、夫々、電力分配器としての機能を有する導波管３０を介して高周波電源４０と連通されている。これにより、高周波電源４０が発生した電磁波は、導波管３０を介して各導波管２５に導かれる。各導波管２５に導かれた電磁波は、各孔２１からエバネッセント波として、真空容器１０の内部ににじみ出る。
【００７９】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のように、複数の多孔板を有する導波管２５を互いに並べて配置してなるプラズマ源アンテナ２０を設けたプラズマＣＶＤ装置１は、プラズマの均一化を図るために各導波管２５への電力分配の割合を変えることが可能であり、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板に絶縁膜を形成するような場合に好適である。  
なお、本発明のプラズマＣＶＤ装置及び酸化膜の形成方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。
【００８０】
上記第１乃至第３の実施形態では、電磁波源としての高周波電源４０によって発生される電磁波の波長の１／２未満の直径に設定された複数の孔２１を有する多孔板を備えたプラズマ源アンテナ２０を設けることで、真空容器１０の内部にエバネッセント波を入射させるようにしているが、エバネッセント波は、例えば、屈折率の違いによっても真空容器１０の内部に入射させることが可能である。また、孔２１を通して漏洩する波（エバネッセント波）は、自由空間では完全な減衰波となる。そのため、孔２１の直径に対して下板２２ｂの厚さが十分に薄ければ、エバネッセント波がにじみ出す距離は、孔２１の直径に比例する。すなわち、真空容器１０の内部にエバネッセント波を所望の強度で入射させるようにするためには、孔２１の直径や、プラズマ源アンテナ２０の内部（プラズマ源アンテナ２０の内部を満たしている誘電体部材２３の材質）と真空容器１０の内部（真空容器１０の内部に導入されるガス）との間における屈折率の差を所定の値にすればよい。
【００８１】
さらに、被処理体としては、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコンウエハ等の基板を用いることができる。また、被処理体としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、被処理体としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す上面図。
【図２】図１に示すプラズマＣＶＤ装置の断面図。
【図３】図１に示すプラズマＣＶＤ装置の上部ガス導入系（第１のガス導入系）を示す装置の断面図。
【図４】図１に示すプラズマＣＶＤ装置の下部ガス導入系（第２のガス導入系）を示す装置の概略的な断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す断面図。
【図６】図５に示すプラズマＣＶＤ装置の下部ガス導入系（第２のガス導入系）を示す装置の概略的な断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を概略的に示す上面図。
【符号の説明】
【００８３】
１…プラズマＣＶＤ装置、  １０…真空容器（処理容器）、  ２０…プラズマ源、  ２１…孔、  ５０…上部ガス導入系（第１のガス導入系）、５１…上部ガス導入管（第１のガス導入部）、  ６０…下部ガス導入系(第２のガス導入系)、６１…下部ガス導入管（第２のガス導入部）、６３…シャワープレート（第２のガス導入部）、  １００…被処理基板（被処理体）、１０１…酸化膜
【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】
2006295058.tif 000007
【図６】
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【図７】
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