(57)【要約】【課題】様々な種類の薄膜を高品位に製造することが可能なプラズＣＶＤ装置を実現する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１は、被処理基板１０が装入される処理室１１と、ガス供給部１６ａと、ガス圧調整部１６ｂと、被処理基板１０に対向位置するように設けられたプラズマ放電発生部１３とを有する。プラズマ放電発生部１３はアノード電極１９と第１カソード電極２０ａと第２カソード電極２０ｂとを含む。アノード電極１９と第１カソード電極２０ａと第２カソード電極２０ｂとは、アノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間の距離とアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間の距離とが相異なり、ガスの圧力に応じてアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間、及び／又はアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間でプラズマを発生させるように設置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、
被処理基板が装入される処理室と、
上記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
上記処理室内の上記ガスの圧力を調整するガス圧調整部と、
上記処理室内に装入された被処理基板に対向位置するように設けられたプラズマ放電発生部と、
を有し、
上記プラズマ放電発生部は、アノード電極と、上記アノード電極との間に上記装入された被処理基板の板面とほぼ平行に電界を発生させる第１カソード電極と、上記アノード電極よりも上記装入された被処理基板から離間して設けられ、上記アノード電極との間に上記装入された被処理基板の板面と交差する方向に電界を発生させる第２カソード電極とを含み、
上記アノード電極と上記第１カソード電極と上記第２カソード電極とは、上記アノード電極と上記第１カソード電極との間の距離と上記アノード電極と上記第２カソード電極との間の距離とが相異なり、上記ガスの圧力に応じて上記アノード電極と上記第１カソード電極との間、及び／又は該アノード電極と上記第２カソード電極との間でプラズマを発生させるように設置されているプラズマプロセス装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたプラズマプロセス装置において、
上記第１カソード電極と上記第２カソード電極とが同電位であるプラズマプロセス装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたプラズマプロセス装置において、
上記第１カソード電極と上記第２カソード電極とが一体形成されているプラズマプロセス装置。
【請求項４】
請求項１に記載されたプラズマプロセス装置において、
上記第２カソード電極は板状に形成されており、
上記第２カソード電極の上記被処理基板側表面上に設けられた絶縁層をさらに有し、
上記アノード電極は上記絶縁層の上に設けられており、
上記第１カソード電極は上記第２カソード電極に電気的に接続され、該第２カソード電極の上記被処理基板側表面に突条に形成されているプラズマプロセス装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたプラズマプロセス装置において、
上記第１カソード電極の先端は上記アノード電極よりも上記被処理基板に接近しているプラズマプロセス装置。
【請求項６】
請求項４に記載されたプラズマプロセス装置において、
上記絶縁層は相互に並行に延びる複数の壁状絶縁部を含み、
上記第１カソード電極は上記複数の壁状絶縁部の相隣る壁状絶縁部の間に設けられ、該複数の壁状絶縁部に並行に延びるライン状電極を含むプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマプロセス装置に関する。詳細には、表示装置に使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板等を製造する装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマを利用して半導体膜等を成膜する方法としてプラズマ励起化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、プラズマＣＶＤ法と略称する。）が知られている。プラズマＣＶＤ法により被処理基板に成膜を行うためのプラズマプロセス装置としては平行平板型の装置が挙げられる。以下、図１３、図１４を参照しながら従来の平行平板型のプラズマプロセス装置について説明する。
【０００３】
図１３は従来の平行平板型のプラズマプロセス装置１００の要部を示す概略斜視図である。
【０００４】
図１４は成膜時における平行平板型のプラズマプロセス装置１００を示す断面図である。
【０００５】
平行平板型のプラズマプロセス装置１００は、真空容器である処理室１０５と、処理室１０５の内部に平行に配置されたカソード電極１０２ａ（放電電極）及びアノード電極１０２ｂとを備えている。
【０００６】
カソード電極１０２ａは処理室１０５内に設けられた電極支持部１２２の上に固定支持されている。アノード電極１０２ｂはカソード電極１０２ａの上方に設けられている。カソード電極１０２ａには、プラズマ１１１を発生させるための電圧を印加する電源回路１０１が接続されている。電源回路１０１としては、通常周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの高周波の電気的エネルギー等が一般に使用される。一方、アノード電極１０２ｂは電気的に接地されている。
【０００７】
アノード電極１０２ｂの下面には、処理対象であるシリコンやガラス等の被処理基板１０４が装着されている。カソード電極１０２ａには、複数のガス導入孔１０６が形成されている。ガス供給部１１３から供給された材料ガスはガス導入孔１０６を経由してカソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの間の空間へ供給される。また、処理室１０５には、真空ポンプ１１０が接続されている。
【０００８】
電源回路１０１によりカソード電極１０２ａに所定の電圧が印加されると、両電極１０２ａ，１０２ｂの間に電界が発生する。発生した電界の絶縁破壊現象によりグロー放電現象であるプラズマ１１１が生じる。カソード電極１０２ａの近傍において、比較的大きい電界が形成される部分を、カソードシース部と呼ぶ。カソードシース部や、その近傍では、プラズマ１１１中の電子が加速され、ガス供給部１１３から供給された材料ガスの解離を促してラジカルが生成される。ラジカルは、図１４において矢印Ｒで示すように、接地電位のアノード電極１０２ｂに装着された被処理基板１０４へ向かって拡散し、被処理基板１０４の表面に堆積することによって成膜が行われる。
【０００９】
成膜時において、処理室１０５の内部は真空ポンプ１１０により減圧されている。また、アノード電極１０２ｂの近傍部分にも、ある程度の大きさの電界が形成される。その近傍部分をアノードシース部と呼ぶ。
【００１０】
例えば、被処理基板１０４の表面にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を成膜する場合には、材料ガスとしてＳｉＨ4ガスを用いることができる。そして、グロー放電プラズマにより、ＳｉＨ3ラジカル等のＳｉを含むラジカルを生成される。その生成したラジカルにより被処理基板１０４の上にアモルファスシリコン薄膜が形成される。
【００１１】
このように、平行平板型のプラズマプロセス装置は、簡便性や操作性に優れているため、集積回路、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス素子、及び太陽電池等の種々の電子デバイスの製造に好適に用いられている。例えば、アクティブ駆動型の液晶ディスプレイの製造工程では、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）が、プラズマプロセス装置を用いて形成される。ＴＦＴでは、アモルファスシリコン薄膜や窒化シリコン等により構成される半導体膜が特に重要な役割を果たす。このため、高品位なＴＦＴを実現するためには、半導体膜を高精度に形成することが不可欠である。
【００１２】
例えば有機エレクトロルミネッセンス素子を作製するためには、有機薄膜を成膜した後、大気に曝される表面を保護する保護膜として、透明絶縁膜を高精度に形成することが必要である。
【００１３】
同様に、太陽電池を作製するためには、太陽電池層を成膜した後に、大気に曝される表面を保護する保護膜を、高品質に成膜することが重要である。
【００１４】
しかしながら、平行平板型のプラズマプロセス装置１００では、被処理基板１０４が接地電極（アノード電極）１０２ｂ上に設けられているため、被処理基板１０４表面に電界のアノードシース部が常に形成されることとなる。このアノードシース部では、プラズマ中のイオンが加速されるため、被処理基板１０４の成膜表面にイオン衝撃（イオンダメージ）が加わる。従って、従来の平行平板型のプラズマプロセス装置１００では上記半導体膜等を十分に高品位に製造することが困難であるという問題がある。
【００１５】
そこで、例えば特許文献１、２には、放電プラズマを生成するための複数のアノード電極及びカソード電極が、被処理基板に対向する位置で交互に並べて配設された複合電極型のプラズマプロセス装置が提案されている。この複合電極型のプラズマプロセス装置では、被処理基板がアノード電極と分離して設けられているため、プラズマ中のイオンは、被処理基板の表面へ向かって加速されない。その結果、成膜表面に対するアノード電極へのイオン衝撃の影響（イオンダメージ）が抑制されるため、平行平板型プラズマプロセス装置に比べて、高品質な薄膜形成が可能となる。
【特許文献１】特開２００１−３３８８８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５８８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
例えばＴＦＴの絶縁膜等に用いられるチッ化シリコン薄膜等を成膜する際には、被処理基板にイオンが到達するようにすることが好ましい。被処理基板にイオンを到達させることによってイオンアシスト効果が得られるので、高品位な薄膜を成膜することができるからである。しかしながら、上述のように、従来の複合電極型のプラズマプロセス装置では、被処理基板の表面へのイオンの到達が抑制される。このため、イオンアシスト効果は得られず、高品位な絶縁膜等を成膜することが困難であるという問題がある。
【００１７】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、様々な種類の薄膜を高品位に製造することが可能なプラズマプロセス装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係るプラズマプロセス装置は被処理基板にプラズマ処理を施すための装置である。本発明に係るプラズマプロセス装置は被処理基板が装入される処理室と、処理室内にガスを供給するガス供給部と、処理室内のガスの圧力を調整するガス圧調整部と、処理室内に装入された被処理基板に対向するように設けられたプラズマ放電発生部とを有する。
【００１９】
プラズマ放電発生部は、アノード電極と、アノード電極との間に装入された被処理基板の板面とほぼ平行に電界を発生させる第１カソード電極と、アノード電極よりも装入された被処理基板から離間して設けられ、アノード電極との間に装入された被処理基板の板面と交差する方向に電界を発生させる第２カソード電極とを含む。
【００２０】
アノード電極と第１カソード電極と第２カソード電極とは、アノード電極と第１カソード電極との間の距離とアノード電極と第２カソード電極との間の距離とが相異なり、処理室内のガスの圧力に応じてアノード電極と第１カソード電極との間、及び／又はアノード電極と第２カソード電極との間でプラズマを発生させるように設置されている。
【００２１】
本発明に係るプラズマプロセス装置ではカソード電極が第１カソード電極と第２カソード電極とにより構成されている。また、アノード電極と第１カソード電極との間の距離、アノード電極と第２カソード電極との距離とが相違する。さらに、処理室におけるガス圧を調整するためのガス圧調整部が設けられている。このため、処理室のガス圧を調整することによって、パッシェンの法則に従って、アノード電極と第１カソード電極との間、又はアノード電極と第２カソード電極との間のいずれを主たるプラズマ発生場所とするかを選択的に決定することができる。
【００２２】
パッシェンの法則によると、放電が開始される電圧Ｖは周囲のガス圧Ｐと放電経路長ｄとの積の関数となる（つまり、Ｖ＝ｆ（Ｐ×ｄ））。このため、電圧Ｖが一定である状態で、ガス圧Ｐが大きくなると放電経路長ｄが長くなる。このように、パッシェンの法則は一般に放電開始条件に関する法則であるが、持続放電に関しても同様の傾向を持つことが経験的に知られている。例えば、アノード電極と第１カソード電極との間の距離がアノード電極と第２カソード電極との間の距離よりも短く、第１カソード電極と第２カソード電極とが同電位である場合、ガス圧Ｐを比較的小さくすることによってアノード電極と第１カソード電極との間で主としてプラズマを発生させることができる。逆に、ガス圧Ｐを比較的大きくすることによってアノード電極と第２カソード電極との間で主としてプラズマを発生させることができる。
【００２３】
ところで、本発明に係るプラズマプロセス装置において、第２カソード電極とアノード電極との間には被処理基板の板面と交差する方向（例えば鈍角をなす方向）に電界が発生する。また、プラズマ放電発生部は被処理基板の設置位置から離間している。このため、第２カソード電極とアノード電極との間で主としてプラズマを発生させた場合、従来の複合電極型のプラズマプロセス装置を用いた場合と同様に、被処理基板の受けるイオンダメージを効果的に低減することができる。従って、シリコン薄膜等の半導体薄膜等を高品位に製造することができる。
【００２４】
一方、第１カソード電極とアノード電極との間には被処理基板の板面とほぼ平行な電界が発生する。また、この場合、第２カソード電極とアノード電極との間に電界を発生させる場合と比較して被処理基板に近い位置でプラズマを発生させることができる。このため、第１カソード電極とアノード電極との間で主としてプラズマを発生させた場合、被処理基板にイオンを到達させることができるので、イオンアシスト効果が得られる。従って、チッ化シリコン薄膜等の絶縁薄膜等を高品位に製造することができる。
【００２５】
このように、本発明に係るプラズマプロセス装置によれば、ガス圧を調整することによって、被処理基板へのイオンの到達を抑止した態様（イオンダメージを抑制した態様）で成膜することが好ましい薄膜、被処理基板へイオンを到達させる態様で成膜することが好ましい薄膜の双方を高品位に製造することができる。
【００２６】
尚、本明細書においてアノード電極と第１（第２）カソード電極との間の距離とは、アノード電極と第１（第２）カソード電極との間の最短距離のことをいう。
【００２７】
本発明に係るプラズマプロセス装置では、第１カソード電極と第２カソード電極とが同電位であってもよい。第１カソード電極と第２カソード電極とを一体形成してもよい。また、第１カソード電極と第２カソード電極とを絶縁し、第１カソード電極と第２カソード電極とを異なる電位に制御可能にしてもよい。
【００２８】
本発明に係るプラズマプロセス装置では、第２カソード電極は板状に形成されており、第２カソード電極の被処理基板側表面上に絶縁層が設けられており、アノード電極は絶縁層の上に設けられており、第１カソード電極は第２カソード電極に電気的に接続され、第２カソード電極の被処理基板側表面に突条に形成されていてもよい。
【００２９】
本発明に係るプラズマプロセス装置では、第１カソード電極の先端はアノード電極よりも被処理基板に接近していてもよい。
【００３０】
本発明に係るプラズマプロセス装置では、絶縁層が相互に並行に延びる複数の壁状絶縁部を含み、第１カソード電極が複数の相隣る壁状絶縁部の間に設けられ、複数の壁状絶縁部に並行に延びるライン状電極を含んでいてもよい。
【００３１】
本発明に係るプラズマプロセス装置では、絶縁層は第２カソード電極に開口する開口部を有し、開口部内に第１カソード電極が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、被処理基板へのイオンの到達を抑止した態様（イオンダメージを抑制した態様）で成膜することが好ましい薄膜、被処理基板へイオンを到達させる態様で成膜することが好ましい薄膜の双方を高品位に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
（実施形態１）図１は実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１を模式的に表す斜視図である。
【００３５】
図２は実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１を模式的に表す断面図である。
【００３６】
プラズマプロセス装置としてのプラズマＣＶＤ装置１は、被処理基板１０が装入される処理室（真空容器）１１と、この処理室１１内に材料ガスを導入するガス導入口１２と、処理室１１内に設けられたプラズマ放電発生部１３とを有する。典型的には、処理室１１内に、被処理基板１０を保持する基板ホルダ１４が設けられており、被処理基板１０は基板ホルダ１４に設置される。
【００３７】
処理室１１の外部には、プラズマ放電発生部１３に電力を供給する、言い換えれば電気的エネルギーを印加する高周波電源１５と、材料ガス（以下、単に「ガス」ともいう。）を処理室１１内に供給するガス供給部１６と、処理室１１内のガスを排出するガス排出部１７ａと処理室１１のガスの圧力を調整するガス圧調整部１７ｂとが設けられている。ガス供給部１６はガスボンベ等により構成することができる。ガス圧調整部１７ｂはガス圧調整バルブ等により構成することができる。ガス排出部１７ａとしては、例えば、メカニカル・ブースター・ポンプやロータリーポンプが用いられる。高周波電源１５は、配線１８を介してプラズマ放電発生部１３に接続されている。高周波電源１５の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚとすることができる。
【００３８】
プラズマ放電発生部１３は、被処理基板１０から離間し、被処理基板１０に対向するように処理室１１内に設けられている。プラズマ放電発生部１３は、アノード電極（陽極）１９と、第１カソード電極（第１陰極）２０ａと、第２カソード電極（第２陰極）２０ｂと、電極間絶縁層２１とを有する。第２カソード電極２０ｂは被処理基板１０に対向するように、板状に設けられている。第２カソード電極２０ｂの上には、断面略矩形の複数の電極間絶縁層２１が相互に並行に延びるように、等間隔に設けられている。アノード電極１９は電極間絶縁層２１の上端面を覆うように設けられている。つまり、アノード電極１９もまた相互に並行に延びるように（ストライプ状に）設けられている。第１カソード電極２０ａは隣接する電極間絶縁層２１の間にストライプ状に設けられている。尚、第１カソード電極２０ａは板状の第２カソード電極２０ｂに突条に一体形成されており、第１カソード電極２０ａと第２カソード電極２０ｂとは同電位にされている。
【００３９】
第２カソード電極２０ｂには、第２カソード電極２０ｂを厚み方向に貫通するガス導入口１２が設けられている。ガス供給部１６ａから供給されたガスはガス滞留部２２に一旦滞留した後、ガス導入口１２を通過して処理室１１内に導入される。こうして、プラズマ放電発生部１３には、アノード電極１９、第１カソード電極２０ａ、及び第２カソード電極２０ｂによって断面凹字状の溝２３が複数形成されることとなる。
【００４０】
各ガス導入口１２は、溝２３における溝幅方向の中央位置に設けられている。尚、ガス導入口１２が設けられる位置としては、図１及び図２に示すように、カソード電極２０ａ、２０ｂ側が好ましい。本実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１では、第２カソード電極２０ｂがアノード電極１９よりも被処理基板１０から離れている。したがって、第２カソード電極２０ｂ側からガスを導入することで、被処理基板１０へ向かってスムーズにガスが流れる。
【００４１】
プラズマ放電発生部１３はアノード電極１９とカソード電極２０ａ、２０ｂとの間に印加される電圧（電位差）に応じて放電（プラズマ）２４を発生させる。プラズマ放電発生部１３に供給されたガスが分解・解離されてラジカルが生成される。図２中の２５はラジカルの流れを示している。生成されたラジカルは、被処理基板１０まで拡散し、基板ホルダ１４に保持された被処理基板１０の表面に付着・堆積する。すなわち、被処理基板１０表面に膜が成長して薄膜が形成される。
【００４２】
生成されたラジカルは、次々に薄膜表面に到達して薄膜の厚さが増していく。設定された膜厚になるまで電圧を印加し続けた後、カソード電極２０ａ、２０ｂ及びアノード電極１９の間への電圧の印加（プラズマ放電発生部１３への電力の供給）を停止する。このようにして、被処理基板１０の表面にプラズマ処理が施される。その後、基板ホルダ１４から被処理基板１０を取り外し、処理室１１外に取り出すと、薄膜が形成された薄膜形成基板が得られる。
【００４３】
尚、アノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間の距離Ｌ１とアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間の距離Ｌ２とは相違している（図１参照）。具体的には距離Ｌ１は距離Ｌ２よりも短い。このため、本実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１では、パッシェンの法則に従って、処理室１１内のガス圧を調節することによって、アノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間、又はアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間のいずれを主たるプラズマ発生場所とするかを選択的に決定することができる。
【００４４】
パッシェンの法則によると、放電が開始される電圧Ｖは処理室１１内のガス圧Ｐと放電経路長ｄとの積の関数となる（つまり、Ｖ＝ｆ（Ｐ×ｄ））。電圧Ｖはガス圧Ｐと放電経路長ｄとの積に対して極小値を持つ。このため、電圧Ｖが一定である状態で、ガス圧Ｐが大きくなると放電経路長ｄが短くなる。例えば、本実施形態１のようにアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間の距離Ｌ１がアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間の距離Ｌ２よりも短い場合、ガス圧Ｐを比較的小さくすることによりアノード電極１９と第１カソード電極２０ｂとの間で主としてプラズマを発生させることができる。逆に、ガス圧Ｐを比較的大きくすることによりアノード電極１９と第２カソード電極２０ａとの間で主としてプラズマを発生させることができる。
【００４５】
ところで、第２カソード電極２０ｂ、アノード電極１９間に電極間絶縁層２１が存在しない場合、アノード電極１９の第２カソード電極２０ｂ側の面及び第２カソード電極２０ｂのアノード電極１９側の面もプラズマ放電面として機能する。その状態で第２カソード電極２０ｂとアノード電極１９との間で主としてプラズマを発生させると、主な放電は第２カソード電極２０ｂのアノード電極１９側の面とアノード電極１９の第２カソード電極２０ｂ側の面との間で発生する。しかしながら、その空間内で発生するプラズマで材料ガスが解離されても、解離されたラジカルの多くは、アノード電極１９の第２カソード電極２０ｂ側の面に膜として付着してしまう。したがって、意図していた程に成膜速度を上げることができなくなるので、装置としてのスループットに限界が生じる。
【００４６】
一方、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、第２カソード電極２０ｂのプラズマ放電面及びアノード電極１９のプラズマ放電面が対向していない。このため、第２カソード電極２０ｂとアノード電極１９との間で解離されたラジカルの大半を有効に被処理基板１０へと導くことが可能である。
【００４７】
ところで、図１３及び図１４に示す従来の平行平板型装置の場合は、アノード電極とカソード電極との間の距離が構造上決定されているので、アノード電極とカソード電極との間の距離が放電経路の長さそのものとなり、プラズマの発生しやすい材料ガス圧力がある一定範囲に定まってしまう。これは、上述したパッシェンの法則に支配されているからである。
【００４８】
一方、図１及び図２に示す構造をとると、第２カソード電極２０ｂ、アノード電極１９の電極面が向かい合っていないので、その間で発生する放電の経路長は、材料ガス圧力の高低により比較的フレキシブルに変化する。
【００４９】
以下、プラズマＣＶＤ装置１を用いた被処理基板１０上への薄膜形成工程についてさらに詳細に説明する。まず、イオンの被処理基板１０への到達を抑制した態様で形成することが好ましい半導体薄膜等を製造する場合について説明する。なお、以下に示す具体的な数値は、本発明の一実施例の場合を示しているにすぎず、本発明を何ら限定するものではない。
【００５０】
例えば半導体薄膜としてシリコン薄膜を被処理基板１０上に形成する場合を例に挙げて説明する。シリコン薄膜を形成する場合、材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）ガス及び、水素（Ｈ2）ガス等を用いることができる。処理室１１内の圧力は例えば５０Ｐａ〜３００Ｐａとすることができる。尚、シリコン薄膜を成膜する際には処理室１１を例えば３００℃程度に加熱することが好ましい。
【００５１】
シリコン薄膜を形成する場合は、被処理基板１０へのイオンの到達が抑制されることが好ましい。このため、アノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間で主としてプラズマを発生させることが好ましい。尚、プラズマの主発生位置は上述のようにガス圧等を変化させることによって調整することができる。
【００５２】
図３はアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間で放電が発生する場合の放電経路を示す図である。
【００５３】
実際はアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間で放電が起こると共に、多少はアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間でも放電が起こる。しかしながら、説明の便宜上、図３ではアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間でのみ放電が起こるものとする。
【００５４】
図３に示すようにアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間で放電が起こった場合、プラズマはプラズマ放電発生部１３付近でのみ発生する。すなわち、プラズマは被処理基板１０から比較的離れたところでのみ発生する。また、発生したイオンはアノード電極１９に引き寄せられる。このため、この場合はプラズマ中のイオンが被処理基板１０に到達することが効果的に抑制される。従って、成膜されるシリコン薄膜がイオンダメージを受けるのを効果的に抑制することができるので、高品位なシリコン薄膜を成膜することができる。
【００５５】
次に、イオンを被処理基板１０に到達させる態様で形成することが好ましい絶縁薄膜等を製造する場合について説明する。
【００５６】
例えば絶縁薄膜としてチッ化シリコン（ＳｉＮｘ）薄膜を被処理基板１０上に形成する場合を例に挙げて説明する。チッ化シリコン薄膜を形成する場合、材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）ガス、窒素（Ｎ2）ガス及び、水素（Ｈ2）ガス等を用いることができる。処理室１１内の圧力は例えば５０Ｐａ〜３００Ｐａとすることができる。尚、チッ化シリコン薄膜を成膜する際には処理室１１を例えば３００℃程度に加熱することが好ましい。
【００５７】
チッ化シリコン薄膜を形成する場合は、被処理基板１０へイオンが到達することが好ましい。このため、アノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間で主としてプラズマを発生させることが好ましい。尚、プラズマの主発生位置は上述のようにガス圧等を変化させることによって調整することができる。
【００５８】
図４はアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間で放電が発生する場合の放電経路を示す図である。
【００５９】
実際はアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間で放電が起こると共に、多少はアノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間でも放電が起こる。しかしながら、説明の便宜上、図４ではアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間でのみ放電が起こるものとする。
【００６０】
図４に示すようにアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間で放電が起こった場合、プラズマは比較的被処理基板１０に接近した領域で発生する。また、第１カソード電極２０ａと被処理基板１０との間にアノード電極１９が存在しないため、プラズマ中で発生したイオンは被処理基板１０に到達しやすい。このため、この場合はプラズマ中のイオンが被処理基板１０に比較的到達しやすく、イオンアシスト効果を得やすい。従って、高品位なチッ化シリコン薄膜を成膜することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１によれば、被処理基板１０へのイオンの到達を抑止した態様（イオンダメージを抑制した態様）で成膜することが好ましい薄膜（半導体薄膜等）、被処理基板へイオンを到達させる態様で成膜することが好ましい薄膜（絶縁薄膜等）の双方を高品位に製造することができる。
【００６２】
尚、本実施形態１では第１カソード電極２０ａの先端から被処理基板１０までの距離はアノード電極１９の先端から被処理基板１０までの距離と略同一である。しかし、本発明は何らこの構成に限定されない。第１カソード電極２０ａの先端がアノード電極１９の先端よりも被処理基板１０に接近していてもよい。
【００６３】
図５は第１カソード電極２０ａの先端がアノード電極１９の先端よりも被処理基板１０に接近している場合のアノード電極１９、第２カソード電極２０ｂ間の放電経路を示す図である。
【００６４】
図５に示すように、放電経路長をＬ１よりも長く、且つＬ２よりも短い距離に設定しておくことによって、非常に被処理基板１０に接近した領域においてもプラズマを発生させることができる。このため、さらに大きなイオンアシスト効果が得られる。従って、より高品位な絶縁膜等を形成することができる。
【００６５】
図６は高周波電源１５とアノード電極１９との接続を模式的に示す図である。
【００６６】
本実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１では、図６（ａ）に示すように、複数の棒状アノード電極１９のそれぞれが、端部において配線１８を介して高周波電源１５に接続されている。しかし、本発明の装置はこの構成に限定されるものではない。例えば、図６（ｂ）に示すように、複数の棒状アノード電極１９の一方端部を同じ材質の棒で接続し、その接続した棒に高周波電源１５からの配線１８を接続してもよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように、複数の棒状アノード電極１９の両端部を同じ材質の棒で接続し、その接続した棒に高周波電源１５からの配線１８を接続してもよい。
【００６７】
（実施形態２）図７は本実施形態２に係るプラズマＣＶＤ装置３０を模式的に示す斜視図である。
【００６８】
図８は本実施形態２に係るプラズマＣＶＤ装置３０を模式的に示す断面図である。
【００６９】
図９は図８の部分拡大図である。
【００７０】
図７〜図９を参照しながら、本実施形態２のプラズマＣＶＤ装置３０を説明する。なお、以下の説明では、実施形態１のプラズマＣＶＤ装置１と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００７１】
本実施形態２のプラズマＣＶＤ装置３０は、第２カソード電極２０ｂのプラズマ放電面が凹面状である点で、第２カソード電極２０ｂのプラズマ放電面が平板状である実施形態１のプラズマＣＶＤ装置１と異なる。
【００７２】
本実施形態２のプラズマＣＶＤ装置３０では、図７〜図９に示すように、電極間絶縁層２１、アノード電極１９、及びカソード電極２０（本明細書において、カソード電極２０は第１カソード電極２０ａと第２カソード電極２０ｂとの総称である。）により形成された溝２３内の第２カソード電極２０ｂは、ガス導入口１２の近傍位置から外側に斜め上方へ延びる一対の傾斜面を有している。言い換えれば、溝２３下部は、ガス導入口１２から被処理基板１０へ向かって大きくなる楔形に構成されている。対向する一対の傾斜面は、第２カソード電極２０ｂのプラズマ放電面を構成している。
【００７３】
このような構成にすることによって、実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１と比較して、高い成膜速度を実現することができる。特に、主として第２カソード電極２０ｂとアノード電極１９との間でプラズマを発生させる場合の成膜速度を向上することができる。成膜速度が上昇した理由は、以下のように説明できる。
【００７４】
実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１では、アノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間を絶縁するための電極間絶縁層２１の表面が第２カソード電極２０ｂ面に対して垂直になっている。このため、第２カソード電極２０ｂ表面で発生したプラズマ粒子やラジカル粒子が電極間絶縁層２１に衝突して消滅し易い。一方、本実施形態２に係るプラズマＣＶＤ装置３０では、例えば断面三角形のアルミニウム棒が存在することによって、電極間絶縁層２１の表面と第２カソード電極２０ｂの傾斜面とが鈍角をなすように、好ましくはほぼ１８０°をなすようにすることができる。したがって、第２カソード電極２０ｂ表面で発生したプラズマ粒子やラジカル粒子が電極間絶縁層２１に衝突して消滅する確率を低くすることができる。また、第２カソード電極２０ｂのプラズマ放電面の断面形状が凹状であるので、ホローカソード効果も生じる。したがって、第２カソード電極２０ｂのプラズマ放電面を凹面状とすることで、膜質など他の性能を保ったまま、装置としてのスループットを改善することができる。
【００７５】
実施形態１及び２では、本発明のプラズマプロセス装置をプラズマＣＶＤ装置に適用した場合について説明したが、本発明のプラズマプロセス装置はプラズマＣＶＤ装置に限定されるものではない。本発明は、プラズマを用いて薄膜の形成・加工等のプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置全般に用いることができ、例えば、ドライエッチング装置やアッシャー装置にも好適に用いることができる。
【００７６】
例えば、ドライエッチング装置に適用する場合は、処理室１１内に導入するガスとして、ＣＦ4、ＳＦ6、Ｃｌ2、ＨＣｌ、ＢＣｌ3、Ｏ2等のエッチングガスを用いることができる。一般に、ドライエッチング装置では、プラズマ放電により生成されるラジカルだけでなく、被処理基板の被処理面へのイオン衝撃をエッチング動作に利用することもある。イオン衝撃をエッチング動作に利用する場合はアノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間でプラズマを発生させることが好ましい。これにより比較的大きなイオン衝撃を実現することができる。
【００７７】
実施形態１及び２においては、ガス導入口１２が第２カソード電極２０ｂ側に設けられる場合について説明したが、ガス導入口１２の形成位置はこれに限定されない。例えば、プラズマ放電発生部１３と被処理基板１０との間に位置するように、ガス導入口１２を設けてもよい。この場合、ガスは被処理基板１０の面方向に沿って、ガス導入口１２から処理室１１内に導入される。
【実施例】
【００７８】
（実施例１）実施例１として、実施形態２で説明した、図７〜９で表されたプラズマＣＶＤ装置３０を用いてアモルファスシリコン薄膜を成膜した。材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）ガスと水素（Ｈ2）ガスとを用いた。シランガス及び水素ガスの流量はそれぞれ１００ｓｃｃｍとした。尚、本明細書において、「ｓｃｃｍ」とは、０℃において毎分流れる立方センチメートル単位のガス流量である。
【００７９】
処理室１１内の圧力は２００Ｐａとし、成膜時の温度は３００℃とした。尚、プラズマ放電発生部１３と被処理基板１０との距離は２７ｍｍとした。
【００８０】
上記条件のもと、アノード電極１９とカソード電極２０との間に電圧を印加すると、第２カソード電極２０ｂとアノード電極１９との間で放電が発生した。
【００８１】
成膜後、アモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ2とＳｉ−Ｈとの比（Ｓｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈ）を測定した。ここで、Ｓｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈはアモルファスシリコン薄膜の膜質を示すパラメータであり、Ｓｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈが小さいほど高品位なアモルファスシリコン薄膜であると評価することができる。尚、本明細書において、Ｓｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈの測定には日本電子株式会社製ＪＩＲ−７０００フーリエ変換赤外分光光度計を用いた。図１０に実施例１において成膜されたアモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ2とＳｉ−Ｈとの比（Ｓｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈ）を示す。尚、本明細書において、「パワー」とは高周波電源の出力値のことを言う。
【００８２】
（比較例１）実施形態１に対応する比較例１として、図１３、図１４で示される従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１００を用いてアモルファスシリコン薄膜を成膜した。実施例１と同様に、材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）ガスと水素（Ｈ2）ガスとを用いた。シランガス及び水素ガスの流量はそれぞれ１００ｓｃｃｍとした。
【００８３】
処理室１１内の圧力は８０Ｐａとし、成膜時の温度は３００℃とした。尚、アノード電極１９とカソード電極との間の距離は３０ｍｍとした。成膜後、アモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ2とＳｉ−Ｈとの比（Ｓｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈ）を測定した。
【００８４】
実施例１及び比較例１の双方とも、パワーが３００Ｗである時に最も高い成膜速度が得られた。パワーを３００Ｗとした場合、実施例１における成膜速度は比較例１における成膜速度とほぼ同等であった。
【００８５】
図１０に示すように、約２００Ｗ以上の領域において、実施例１のＳｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈは比較例１のＳｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈよりも小さい値となった。特に、最も高い成膜速度を示した３００Ｗでは、実施例１のＳｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈは比較例１のＳｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈよりも約７０％も小さい値となった。
【００８６】
このように、本実施形態２に係るプラズマＣＶＤ装置３０を用いることによって、従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いたときよりも高品位なアモルファスシリコン薄膜を成膜することができることがわかった。
【００８７】
（実施例２）実施例２として、実施形態２で説明した、図７〜９で表されたプラズマＣＶＤ装置３０を用いて、絶縁薄膜として用いるチッ化シリコン薄膜を成膜した。材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス、窒素（Ｎ2）ガス、及び水素（Ｈ2）ガスを用いた。シラン（ＳｉＨ4）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス、窒素（Ｎ2）ガス、及び水素（Ｈ2）ガスの流量はそれぞれ５５ｓｃｃｍ、１２５ｓｃｃｍ、３５０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍとした。処理室１１内の圧力及び温度は成膜速度が４０Å／ｓｅｃとなるように調整した。具体的には処理室１１内の圧力を２２５Ｐａとし、成膜時の温度を３００℃とした。尚、プラズマ放電発生部１３と被処理基板１０との距離は３０ｍｍとした。
【００８８】
上記条件のもと、アノード電極１９とカソード電極２０との間に電圧を印加すると、第１カソード電極２０ａとアノード電極１９との間で放電が発生した。実施例２によって得られたチッ化シリコン薄膜の屈折率、エッチレート、及び水素濃度をそれぞれ測定した。
【００８９】
屈折率測定には日本分光株式会社社製Ｍ−２２０ 型エリプソメータを用いた。得られたチッ化シリコン薄膜の屈折率は１．８７であった。
【００９０】
エッチレートはフッ酸のバッファード液（フッ酸:フッ化アンモニウム＝１：１０）によるエッチングのスピードを評価することにより測定した。エッチレートはチッ化シリコン薄膜の緻密性を評価するひとつの尺度として用いることができる。エッチレートが低いほど綿密な膜であると評価することができる。実施例２によって得られたチッ化シリコン薄膜のエッチレートは１２０Å／ｍｉｎであった。
【００９１】
水素濃度の測定には日本電子株式会社製ＪＩＲ−７０００フーリエ変換赤外分光光度計を用いた。水素濃度もまた、エッチレートと同様に、チッ化シリコン薄膜の緻密性を評価するひとつの尺度として用いることができる。水素濃度が低いほど綿密な膜であると評価することができる。得られたチッ化シリコン薄膜の水素濃度は０．７５×１０-21ｃｍ-3であった。
【００９２】
（比較例２）図１１は比較例２に係るプラズマＣＶＤ装置２００を模式的に表す斜視図である。
【００９３】
図１２は比較例２に係るプラズマＣＶＤ装置２００を模式的に表す断面図である。
【００９４】
図１１、図１２によって表されたプラズマＣＶＤ装置２００は、アノード電極及びカソード電極の構造と、電極間絶縁層を除いては実施例２に係るプラズマＣＶＤ装置と同様の構成を有する。比較例２に係るプラズマＣＶＤ装置２００ではカソード電極２０が第２カソード電極２０ｂのみによって構成されている。換言すれば、第１カソード電極２０ａは形成されていない。板状の第２カソード電極２０ｂの上にストライプ状に電極間絶縁層２１が形成されており、その電極間絶縁層２１の上にアノード電極１９が形成されている。
【００９５】
比較例２ではこのプラズマＣＶＤ装置２００を用いてチッ化シリコン薄膜を形成した。
【００９６】
材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス、窒素（Ｎ2）ガス、及び水素（Ｈ2）ガスを用いた。シラン（ＳｉＨ4）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス、窒素（Ｎ2）ガス、及び水素（Ｈ2）ガスの流量はそれぞれ１００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍとした。処理室１１内の圧力及び温度は成膜速度が４０Å／ｓｅｃとなるように調整した。具体的には処理室１１内の圧力を１５０Ｐａとし、成膜時の温度を３００℃とした。尚、プラズマ放電発生部１３と被処理基板１０との距離は３０ｍｍとした。
【００９７】
実施例２と同様の方法により、比較例２によって得られたチッ化シリコン薄膜の屈折率、エッチレート、及び水素濃度をそれぞれ測定した。
【００９８】
得られたチッ化シリコン薄膜の屈折率は１．８７と実施例２と同一であった。エッチレートは４８０Å／ｍｉｎであった。水素濃度は１．２０×１０-21ｃｍ-3であった。
【００９９】
実施例２及び比較例２の結果を下記表１にまとめる。
【０１００】
【表１】
2006324387.tif 000003
【０１０１】
表１に示すように、エッチレートは実施例２が１２０Å／ｍｉｎであったのに対して、比較例２では４８０Å／ｍｉｎであった。このように、実施例２によれば、エッチレートが低い、すなわち緻密な薄膜を成膜することができることがわかる。
【０１０２】
また、水素濃度は実施例２が０．７５×１０-21ｃｍ-3であったのに対して、比較例２では１．２０×１０-21ｃｍ-3であった。このように、実施例２によれば、水素濃度が低い、すなわち緻密な薄膜を成膜することができることがわかる。
【０１０３】
以上より、本実施形態２に係るプラズマＣＶＤ装置によれば緻密で高品位なチッ化シリコン薄膜を成膜することができることがわかる。
【０１０４】
また、実施例２及び比較例２では成膜レートが約４０Å／ｍｉｎとなるようにそれぞれのガスの流量等を調整した。その結果、実施例２ではガスの流量が比較例２におけるガスの流量よりも小さな値となった。このため、実施例２では比較例２よりも安価にチッ化シリコン薄膜を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１を模式的に表す斜視図である。
【図２】実施形態１に係るプラズマＣＶＤ装置１を模式的に表す断面図である。
【図３】アノード電極１９と第２カソード電極２０ｂとの間で放電が発生する場合の放電経路を示す図である。
【図４】アノード電極１９と第１カソード電極２０ａとの間で放電が発生する場合の放電経路を示す図である。
【図５】第１カソード電極２０ａの先端がアノード電極１９の先端よりも被処理基板１０に接近している場合のアノード電極１９、第２カソード電極２０ｂ間の放電経路を示す図である。
【図６】高周波電源１５とアノード電極１９との接続を模式的に示す図である。
【図７】実施形態２に係るプラズマＣＶＤ装置３０を模式的に示す斜視図である。
【図８】実施形態２に係るプラズマＣＶＤ装置３０を模式的に示す断面図である。
【図９】図８の部分拡大図である。
【図１０】実施例１及び比較例１における高周波電源のパワーとＳｉ−Ｈ2／Ｓｉ−Ｈとの相関を表すグラフである。
【図１１】比較例２に係るプラズマＣＶＤ装置２００を模式的に表す斜視図である。
【図１２】比較例２に係るプラズマＣＶＤ装置２００を模式的に表す断面図である。
【図１３】従来の平行平板型のプラズマプロセス装置１００の要部を示す概略斜視図である。
【図１４】成膜時における平行平板型のプラズマプロセス装置１００を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１、３０      プラズマＣＶＤ装置
１０      被処理基板
１１      処理室
１２      ガス導入口
１３      プラズマ放電発生部
１４      基板ホルダ
１５      高周波電源
１６    ガス供給部
１７ａ      ガス排出部
１７ｂ    ガス圧調整部
１８      配線
１９      アノード電極
２０ａ    第１カソード電極
２０ｂ    第２カソード電極
２１      電極間絶縁層
２２      ガス滞留部
２３      溝
【図１】
2006324387.tif 000004
【図２】
2006324387.tif 000005
【図３】
2006324387.tif 000006
【図４】
2006324387.tif 000007
【図５】
2006324387.tif 000008
【図６】
2006324387.tif 000009
【図７】
2006324387.tif 000010
【図８】
2006324387.tif 000011
【図９】
2006324387.tif 000012
【図１０】
2006324387.tif 000013
【図１１】
2006324387.tif 000014
【図１２】
2006324387.tif 000015
【図１３】
2006324387.tif 000016
【図１４】
2006324387.tif 000017