(57)【要約】【課題】  原料ガスの投入量に対して酸化膜を形成する成膜速度を向上できる酸化膜形成装置を提供する。【解決手段】  原料ガスを供給するプロセスガス供給源３と、反応ガスを供給するプロセスガス供給源４と、原料ガスを通過させて被処理物である基板２に吹き出すガス通路部を有するガス導入部と、反応ガスをプラズマ化して基板２に吹き出す放電空間を有する放電処理部とを備え、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する酸化膜形成装置１は、ガス導入部１０と平行に、かつその両側に放電処理部２０，２０Ａを複数列並設し、ガス導入部のガス通路部１３を通過した原料ガスと複数の放電処理部の放電空間２３を通過してプラズマ化した反応ガスとを基板２の表面付近で混合させ、基板表面に酸化膜を形成する。【選択図】  図１
2005150474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを供給するプロセスガス供給源と、反応ガスを供給するプロセスガス供給源と、前記原料ガスを通過させて被処理物である基板に吹き出すガス通路部を有するガス導入部と、前記反応ガスをプラズマ化して前記基板に吹き出す放電空間を有する放電処理部とを備え、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する装置であって、
前記ガス導入部と平行に、かつその両外側に前記放電処理部を複数列並設し、前記ガス導入部のガス通路部を通過した原料ガスと前記複数の放電処理部の放電空間を通過してプラズマ化した反応ガスとを前記基板の表面付近で混合させることを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項２】
原料ガスを供給するプロセスガス供給源と、反応ガスを供給するプロセスガス供給源と、前記原料ガスを通過させて被処理物である基板に吹き出すガス通路部を有するガス導入部と、前記反応ガスをプラズマ化する放電処理部とを備え、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する装置であって、
前記ガス導入部と放電処理部とは並設され、並設されたガス導入部と放電処理部との両外側に別系統の放電処理部を増設したことを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項３】
原料ガスを供給するプロセスガス供給源と、反応ガスを供給するプロセスガス供給源と、前記原料ガスを通過させて被処理物である基板に吹き出すガス通路部を有するガス導入部と、前記反応ガスをプラズマ化する放電処理部とを備え、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する装置であって、
前記ガス導入部は、前記ガス通路部を２つの同極性の電極を間隔を有して並設して形成し、前記同極性の電極の両外側に複数の電極を平行状態に間隔を有して並設し、並設された複数の電極を、交互に異極性の電極とすることを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項４】
前記原料ガスはＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ等のシリコン含有ガスであり、前記反応ガスはＯ２、Ｎ２Ｏ等の酸化性ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の酸化膜形成装置。
【請求項５】
前記ガス導入部と放電処理部とを備えるヘッド部と、前記基板を支持する基板支持部とを備え、前記ヘッド部と前記基板支持部とを相対的に搬送する搬送手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の酸化膜形成装置。
【請求項６】
大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する方法であって、プロセスガスとして原料ガスと反応ガスとを使用し、放電処理をしていない前記原料ガスを基板の表面に吹き出させ、前記原料ガスの両側から放電処理した前記反応ガスを基板の表面に吹き出させ、さらに前記反応ガスの両外側から別系統の反応ガスを前記基板に吹き出させ、前記原料ガスと、内側反応ガスおよび外側反応ガスを混合させて基板の表面に酸化膜を形成することを特徴とする酸化膜形成方法。
【請求項７】
前記原料ガスはＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ等のシリコン含有ガスであり、前記反応ガスはＯ２、Ｎ２Ｏ等の酸化性ガスであることを特徴とする請求項６に記載の酸化膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧近傍の圧力条件でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する酸化膜形成装置および酸化膜形成方法に係り、特に、プラズマＣＶＤ法により、シリコン含有絶縁膜を形成して半導体を製造することができる酸化膜形成装置および酸化膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のシリコン酸化膜を成膜する方法としては、ＴＭＯＳ［テトラメトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣＨ３）４］／Ｏ２系の低圧プラズマ法、またはＴＥＯＳ［テトラエトキシシラン：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４］／Ｏ３系の常圧熱ＣＶＤ法が主体である。しかしながら、これらの成膜方法では、良好な膜質と良好なカバレージ性の両方において改善すべき点がある。
【０００３】
このような点を考慮して、特許文献１には、ＴＥＯＳと低濃度のオゾンガスとの混合ガスを基板表面において高濃度のオゾンガスと混合して、良好な品質の膜を形成できる化学気相成長法が開示されている。また、特許文献２には、ＴＥＯＳとオゾンガスとＨ２Ｏガスとの混合ガスを基板表面に吹き付けて成膜を行うことにより、酸化シリコン系材料中の残留有機物や水酸基を低減し、ステップカバレージ性の良い酸化シリコン系材料層を得る方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、ＴＭＯＳと酸化性ガスとをプラズマ化して成膜を行うことにより、水分や水素または炭素等の含有量が少なくてカバレージ性の良いシリコン酸化膜を得る方法が開示されている。この公報に記載の方法では、温度、圧力、高周波電力および反応ガス流量等のパラメータの調整により、膜質、カバレージ性と成膜速度をコントロールしている。
【０００５】
【特許文献１】特公平８−６１８１号公報（段落［００１５］、図１）
【特許文献２】特開平８−３０６６８３号公報（段落［００２５］）
【特許文献３】特開２００１−１４４０８４号公報（段落［００６２］、［００６３］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記特許文献１，２に記載の成膜方法では、常圧熱ＣＶＤ法によるものであることから、成膜速度が遅いと共に、リーク電流値が大きいという問題点があった。
【０００７】
一方、特許文献３に記載の成膜方法では、減圧のプロセスであることから、真空設備が必要であると共に、真空引きに多くの時間を要するためスループットが悪いという問題点がある。また、減圧下のプロセスが示されているだけで、常圧下でのＣＶＤ法に関して開示されていない。
【０００８】
ここで、本発明者等は、常圧下でのＣＶＤとして、常圧プラズマを用いてＴＭＯＳ／Ｏ２系ガスでＣＶＤ法による成膜を実験的に行ったところ、ＴＥＯＳ／Ｏ３系の常圧熱ＣＶＤ法と比べて成膜速度、膜質は改善されたものの、依然として十分に満足できるような結果は得られなかった。これはプラズマの発生方法が低圧と異なることがあり、低圧でのプラズマＣＶＤのパラメータをそのまま常圧下の処理に適用できないことによる。特に、電圧印加側の電極にかける数百ｋＨｚの高周波電力により、膜質、膜のストレスを抑制する
ことは常圧下では困難であることが要因と考えられる。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、常圧下のＣＶＤ法において、原料ガスの投入量に対して酸化膜を形成する成膜速度を向上でき、原料ガスの投入量に対して成膜に寄与する割合であるデポジションレートを向上できる酸化膜形成装置と、酸化膜形成方法を提供することにある。また、膜質が良好で、カバレージ性に優れた酸化膜を成膜できる酸化膜形成装置と、酸化膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明に係る酸化膜形成装置は、原料ガスを供給するプロセスガス供給源と、反応ガスを供給するプロセスガス供給源と、原料ガスを通過させて被処理物である基板に吹き出すガス通路部を有するガス導入部と、反応ガスをプラズマ化して基板に吹き出す放電空間を有する放電処理部とを備え、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する装置であって、ガス導入部と平行に、かつその両外側に放電処理部を複数列並設し、ガス導入部のガス通過路を通過した原料ガスと複数の放電処理部の放電空間を通過してプラズマ化した反応ガスとを基板の表面付近で混合させることを特徴とする。前記ガス導入部を中心部に設置し、その両外側に複数列の放電処理部を平行に並設すると、原料ガスとプラズマ化された反応ガスとが広い範囲で混合して好ましい。
【００１１】
本発明に係る酸化膜形成装置の他の態様としては、原料ガスを供給するプロセスガス供給源と、反応ガスを供給するプロセスガス供給源と、原料ガスを通過させるガス導入部と、反応ガスをプラズマ化する放電処理部とを備え、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する装置であって、ガス導入部と放電処理部とは並設され、並設されたガス導入部と放電処理部との両外側に別系統の放電処理部を増設したことを特徴とする。すなわち、原料ガス供給系統の周囲に別系統の反応ガス供給系統を増設し、原料ガスとプラズマ化された反応ガスとの混合範囲を広げている。
【００１２】
前記のごとく構成された本発明の酸化膜形成装置は、放電しない原料ガス導入部の両外側に反応ガスをプラズマ化して吹き出させ、プラズマ化した酸素等の反応ガスをより多く投入して広い混合範囲で原料ガスと混合させることで、原料ガスの投入量に対して成膜に寄与する割合（原料収率）を向上させることができ、成膜速度（デポジションレート）が向上する。すなわち、ガス系統を増やさないで反応ガスの流量を増やしても、原料ガスと反応ガスとの混合の効率が悪いため成膜の効率を向上することはできないが、前記の構成では原料ガスと反応ガスとを効率良く混合できるため、成膜速度を向上できるのである。
【００１３】
本発明に係る酸化膜形成装置のさらに他の態様としては、原料ガスを供給するプロセスガス供給源と、反応ガスを供給するプロセスガス供給源と、原料ガスを通過させて被処理物である基板に吹き出すガス通路部を有するガス導入部と、反応ガスをプラズマ化する放電処理部とを備え、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する装置であって、ガス導入部は、ガス通路部を２つの同極性の電極を間隔を有して並設して形成し、同極性の電極の両外側に複数の電極を平行状態に間隔を有して並設し、並設された複数の電極を、交互に異極性の電極とすることを特徴とする。すなわち、前面と背面が平行に形成された電極を使用して、ガス導入部のガス通路部と放電処理部の放電空間とを、電極の前面と背面で形成している。
【００１４】
このように構成した酸化膜形成装置は、前記の２つの態様の酸化膜形成装置と同様に、成膜速度を向上でき、良質な酸化膜を形成できると共に、ガス導入部と放電処理部を並設したヘッド部の構成を極めて簡単な構成とすることができる。すなわち、ガス導入部と放
電処理部を形成する電極数を大幅に減らすことができ、ガス導入部を構成する電極は同極性とし、放電処理部を構成する電極は異極性として放電させている。
【００１５】
また、本発明に係る酸化膜形成装置の好ましい具体的な態様としては、前記原料ガスはＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ等のシリコン含有ガスであり、前記反応ガスはＯ２、Ｎ２Ｏ等の酸化性ガスであることを特徴としている。これらの原料ガスと、反応ガスとを用いて、基板表面にシリコン酸化膜を、速い成膜速度で形成することができ、しかも膜質が良好な酸化膜を形成できる。
【００１６】
さらに、本発明に係る酸化膜形成装置の好ましい具体的な他の態様としては、前記ガス導入部と放電処理部とを備えるヘッド部と、前記基板を支持する基板支持部とを備え、ヘッド部と基板支持部とを相対的に搬送する搬送手段を備えることを特徴としている。すなわち、ヘッド部と基板支持部とを相対的に移動させることにより、基板表面の広い面積に酸化膜を均一に形成することができ、しかも速い成膜速度で形成できる。
【００１７】
本発明に係る酸化膜形成方法は、大気圧近傍の圧力条件下でのＣＶＤ法により基板表面に酸化膜を形成する方法であって、原料ガスと反応ガスとを使用し、放電処理をしていない原料ガスを基板の表面に吹き出させ、原料ガスの両側から放電処理した反応ガスを基板の表面に吹き出させ、さらに反応ガスの両外側から別系統の反応ガスを基板に吹き出させ、原料ガスと、内側反応ガスおよび外側反応ガスを混合させて基板の表面に酸化膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る酸化膜形成方法の好ましい具体的な態様としては、前記原料ガスはＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ等のシリコン含有ガスであり、前記反応ガスはＯ２、Ｎ２Ｏ等の酸化性ガスであることを特徴としている。このように構成した酸化膜形成方法によれば、放電処理をしていない原料ガスと放電処理をした反応ガスとを広い範囲で混合できるため、良好な膜質の酸化膜を速い成膜速度で形成できる。前記の酸化膜形成装置および酸化膜形成方法は、半導体装置において、シリコン含有絶縁膜（シリコン酸化物）を形成するのに有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シリコン含有ガスからなる原料ガスと、放電処理したＯ２、Ｎ２等の酸化性ガスからなる反応ガスとを基板表面付近で、しかも広い混合範囲で混合するように構成して酸化膜を形成しているので、常圧下でのＣＶＤ法においても、膜質、カバレージ性が良好な酸化膜を速い成膜速度で形成することができるため、半導体の製造が低コストで迅速に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る酸化膜形成装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る酸化膜形成装置の構成を模式的に示す要部構成図、図２は、図１の要部を示し、（ａ）はガス導入部を模式的に示す断面図、（ｂ）は放電処理部を模式的に示す断面図、図３はガス導入部と放電処理部とを模式的に示す斜視図である。
【００２１】
図１〜３において、酸化膜形成装置１は、ウェハー、電子基板等の被処理物である基板２に酸化膜を形成する装置であり、原料ガスを供給するプロセスガス供給源３と、反応ガスを供給して反応を励起するプロセスガス供給源４と、ガス導入部１０と、放電処理部２０，２０Ａとを備えている。ガス導入部１０はプロセスガス供給源３から供給された原料ガスを被処理物である基板２の表面に吹き出し、放電処理部２０はプロセスガス供給源４から供給された反応ガスを放電によりプラズマ化して基板２の表面に吹き出すものである。ガス導入部１０は中央に位置しており、その両側に放電処理部２０，２０が平行に位置
し、さらに外側に別の放電処理部２０Ａ，２０Ａが平行に並設されている。すなわち、中央のガス導入部１０と、外側の放電処理部２０，２０と、さらに外側の放電処理部２０Ａ，２０Ａとが別系統で並設されており、放電処理部２０と２０Ａとは同一の構成となっている。
【００２２】
この酸化膜形成装置１は、大気圧近傍の圧力下でＣＶＤ法により処理が行われる。大気圧近傍の圧力とは、１００〜８００Ｔｏｒｒ（約１．３３３×１０4〜１０．６６４×１
０4Ｐａ）の圧力であり、実際には圧力調整が容易で、かつ放電プラズマ処理に使用され
る装置が簡便となる、７００〜７８０Ｔｏｒｒ（約９．３３１×１０4〜１０．３９７×
１０4Ｐａ）の圧力が好ましい。また、酸化膜が形成される基板２の表面は加熱されてい
ても、冷却されていてもよく、室温に保たれていてもよい。基板２の温度は、基板へのダメージ、成膜速度、カバレージ性、膜厚等を考慮して適宜設定すればよい。
【００２３】
ガス導入部１０は図２ａ，図３に示すように、所定の間隔を有して対向する一対の対向平板１１，１２を備えており、上部はガス導入口１３ａ、下部はガス噴出口１３ｂが形成された平面状のガス通路部１３となっている。対向平板１１，１２は、図２の紙面と直交する方向に奥行を有しており、ガス通路部１３は対向平板の両端の間に位置するスペーサによって形成されている。原料ガスはガス導入口１３ａから入り、対向平板間のガス通路部１３内でガス流れが整えられた状態でガス噴出口１３ｂから基板２に向けて吹き出すものである。原料ガスはガス導入部１０のガス通路部１３から基板２に対して垂直方向に吹き出すように構成されている。
【００２４】
放電処理部２０，２０Ａは同一構成であり、図２ｂ，図３に示すように、所定の間隔を有して対向する電圧印加電極２１と接地電極２２とを備えており、両電極間には直線状の放電空間２３が形成される。本実施形態の酸化膜形成装置１は、ガス導入部１０と放電処理部２０，２０とは並設され、その両外側に別系統の放電処理部２０Ａ，２０Ａを増設した構成となっている。放電空間２３は、上部がガス導入口２３ａ、下部はガス噴出口２３ｂとなっており、この空間を反応ガスが通過する。電圧印加電極２１および接地電極２２も、ガス導入部１０の対向平板１１，１２と同様に図２の紙面と直交する方向に奥行を有しており、放電空間２３は両電極の両端の間に位置するスペーサによって形成されている。反応ガスは放電処理部２０，２０Ａの放電空間２３から基板２に対して垂直方向に吹き出すように構成されている。
【００２５】
ガス導入部１０のガス通路部１３は２枚の対向平板で形成しなくてもよい。例えば、図示していないが、複数の筒体を並べてガス通路を形成してもよく、図２ｂの放電処理部２０，２０の内側電極の背面同士によって形成してもよい。この場合、電圧印加電極同士を内側に対向させてガス通路を構成すると外側の電極が共に接地電極となり、漏電しにくい構造とすることができる。
【００２６】
また、ガス導入部の外側に複数の放電処理部を備える構成では電極数が多数となるが、図４に示すように電極を共用することにより、構成を簡単とすることができる。すなわち、図４ａに示すヘッド部Ｈ１では、６個の電極Ｄ１〜Ｄ６を平行状態に間隔を有して並設し、中央に位置する電極Ｄ１，Ｄ２の対向面の間隔をガス通路部１３としたガス導入部１０とし、電極Ｄ１，Ｄ３と、電極Ｄ２，Ｄ４の対向面の間隔を、それぞれ放電空間２３とした放電処理部２０，２０としており、電極Ｄ３，Ｄ５と、電極Ｄ４，Ｄ６の対向面の間隔を、それぞれ放電空間２３とした放電処理部２０Ａ，２０Ａとしている。このように電極を兼用することで、電極数を大幅に減らすことができ、構成が簡単となる。
【００２７】
このヘッド部Ｈ１では、中央のガス導入部１０を構成する電極Ｄ１，Ｄ２は接地して同極性とし、その外側の電極Ｄ３，Ｄ４は電源２５と接続して電圧印加電極としており、さ
らに外側の、すなわち最外周の電極Ｄ５，Ｄ６は接地している。このように、電源２５に接続すると共に、ＧＮＤ２６に接地することにより、ガス導入部１０は同極性で放電せず、放電処理部２０，２０Ａは対向する面は交互に異極性の電極となってグロー放電し、プラズマが発生し、プロセスガス供給源３、４から原料ガスをガス導入部１０に供給し、反応ガスを放電処理部２０，２０Ａに供給して放電空間を通過させプラズマ化することで基板２上に酸化膜を形成できる。
【００２８】
さらに、図４ｂに示すヘッド部Ｈ２では、８個の電極Ｄ１〜Ｄ８を平行状態に間隔を有して並設しており、電極Ｄ１，Ｄ２によりガス導入部１０を形成し、電極Ｄ１，Ｄ３、電極Ｄ２，Ｄ４により放電処理部２０を形成し、外側の電極Ｄ３，Ｄ５、電極Ｄ４，Ｄ６により放電処理部２０Ａを形成し、さらに外側の電極Ｄ５，Ｄ７、電極Ｄ６，Ｄ８により放電処理部２０Ｂを形成している。そして、電極Ｄ７，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ８を接地するとともに、電極Ｄ５，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６を電源２５に接続して電圧印加電極としており、交互に異極性の電極となっている。
【００２９】
図４ｂのヘッド部Ｈ２では、中央のガス導入部１０の外側に放電処理部２０が位置し、その外側に放電処理部２０Ａが位置し、さらに外側に放電処理部２０，２０Ｂが位置することで、原料ガスとプラズマ化した反応ガスとが広い反応空間で混合することができるため、基板２の表面に酸化膜を高いデポジションレートで形成することができる。ヘッド部Ｈ２では、ガス導入部１０は電圧印加電極（ホット電極）同士が同極性として対向して放電しない空間となっており、最外周の電極Ｄ７，Ｄ８は接地されたアース電極であり、電磁気的に遮蔽された状態となって好ましい。
【００３０】
対向する電圧印加電極２１と接地電極２２は表面が固体誘電体（図示せず）で被覆され、電圧印加電極２１には電源２５からパルス電圧が印加され、接地電極２２はＧＮＤ２６に接地されることにより放電空間２３にグロー放電が発生する。放電処理部２０は反応ガスを放電空間２３に通してプラズマ化し、基板２の表面に吹き出させるものである。反応ガスは放電処理部２０から基板２に対して垂直方向に吹き出すように構成された内側系統の反応ガスと、放電処理部２０Ａから基板２に対して垂直方向に吹き出すように構成された外側系統の反応ガスとから構成されている。
【００３１】
放電処理部２０を構成する両電極２１，２２は、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、黄銅等の合金、金属間化合物等から構成される。各電極の少なくとも電極対向面は、アーク放電を防止するために、電極間の距離が一定となっており、アルミナ等の固体誘電体のコーティング層で被覆され、コーティング層の厚さは０．０１〜４ｍｍ程度が好ましい。固体誘電体として、アルミナの他に、セラミックスや樹脂等の板状物、シート状物、フィルム状のものを用いて電極の外周面を被覆してもよい。
【００３２】
固定誘電体としては、前記のアルミナの他に、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物や、これらを複層化したもの等、種々のものを用いることができる。固体誘電体は、比誘電率が２以上（２５°Ｃ環境下、以下同じ）であることが好ましい。
【００３３】
比誘電率が２以上の誘電体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げることができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発生させるためには、比誘電率が８以上さらには１０以上の固定誘電体を用いことが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるものではないが、現実の材料では１８５００程度のものが知られている。比誘電率が１０以上の固体誘電体としては、酸化チタニウム５〜５０重量％、酸化アルミニウム５０〜９５重量％で混合された金属酸化物被膜、または、酸化ジルコ
ニウムを含有する金属酸化物被膜からなり、その被膜の厚みが１０〜１０００μｍであるものを用いることが好ましい。
【００３４】
電極２１，２２間には、電源２５から高周波、交流波、パルス波、マイクロ波およびこれらの組み合わせ波形等の電圧が印加されプラズマを発生させるが、パルス状の電圧を印加することが好ましい。電源２５で形成されるパルス状の電圧は、例えば図５ａに示すような電圧立ち上がり時間、立ち下がり時間が１０μｓ以下、好ましくは１μｓ以下で、電界強度が１０〜１０００ｋＶ／ｃｍ程度、好ましくは５０〜１０００ｋＶ／ｃｍ、周波数が０．５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、継続時間０．５〜２００μｓ、オフ時間０．５〜１０００μｓ、好ましくは０．５〜５００μｓのインパルス型が好ましい。酸化膜を形成する処理強度の調整は、電極に印加する電圧やパルス周波数を変化させて行う。
【００３５】
前記の電圧が印加される電極間距離は０．１〜５ｍｍ、好ましくは放電の均一性を考慮すると５ｍｍ以下で、ダイレクト型の場合０．５〜２ｍｍ、リモート型の場合０．１〜２ｍｍが好適である。また、電流密度は１０〜５０００ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは５０〜５００ｍＡ／ｃｍ２である。パルス状の電圧波形は、図示のインパルス型の他に、図５ｂに示す方形波型、変調型等の適宜の波形を用いることができる。また、図５では、電圧印加が正負の繰り返しであるものを挙げたが、正又は負のいずれかの極性側に電圧を印加する、いわゆる片波状の波形を用いてもよい。また、バイポーラ型の波形を用いてもよい。
【００３６】
電源２５から出力されるパルス状の電圧波形は、ここで挙げた波形に限定されないが、パルスの立ち上がり時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行われる。パルスの立ち上がり時間が１００μｓを超えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、パルス電圧による高密度プラズマ状態を期待できなくなる。また、立ち上がり時間は早いほうがよいが、常圧でプラズマが発生する程度の大きさの電界強度を有し、かつ、立ち上がり時間が早い電界を発生させる装置には制約があり、現実的には４０ｎｓ未満の立ち上がり時間のパルス電圧を実現することは困難である。より好ましくは立ち上がり時間が５０ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時間を指す。
【００３７】
また、パルス状の電圧の立ち下がり時間も急峻であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の１００μｓ以下であることが好ましく、本実施形態で使用した図５ａのパルス状電圧では、立ち上がり時間と立ち上がり時間が略同じ時間に設定されている。さらに、パルス波形、立ち上がり時間、周波数の異なるパルスを用いて変調を行ってもよい。パルス状の電圧の周波数は、０．５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであることが好ましい。０．５ｋＨｚ未満であるとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎ、１００ｋＨｚを超えるとアーク放電が発生しやすくなる。より好ましくは、１ｋＨｚ以上であり、このような高周波数のパルス電圧を印加することにより、プラズマ処理の処理速度を大きく向上させることができる。周波数の上限は特に限定されないが、常用されている１３．５６ＭＨｚ、試験的に使用されている５００ＭＨｚといった高周波帯でも可能である。負荷との整合性のとり易さや取扱性を考慮すると、５００ＭＨｚ以下が好ましく、このようなパルス電圧を印加することにより処理速度を大きく向上させることができる。
【００３８】
また、パルス状の電圧におけるパルス継続時間が、０．５〜２００μｓであることが好ましいのは、０．５μｓ未満であると放電が不安定なものとなり、２００μｓを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。より好ましくは、３μｓ〜２００μｓである。ここで、１つのパルス継続時間とは、図５中にｔとして示してあるが、ＯＮ、ＯＦＦの繰り返しからなるパルス電圧における、パルスが連続する時間をいう。
【００３９】
図５に示されるパルス状の放電電圧の大きさは適宜決められるが、本実施形態において
は、電極間の電界強度が１０〜１０００ｋＶ／ｃｍとなる範囲に設定しており、好ましくは２０〜３００ｋＶ／ｃｍである、この範囲に設定するのは、電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１０００ｋＶ／ｃｍを超えるとアーク放電が発生しやすくなるためである。また、パルス状の電圧の印加において、直流を重畳してもよい。
【００４０】
本実施形態の酸化膜形成装置１では、ガス導入部１０と放電処理部２０はヘッド部Ｈとして構成され、基板２を載置して支持する基板支持部５は搬送機構６により一方向に、または両方向に移動するように構成されており、基板支持部５に載置された基板２は片道搬送あるいは往復搬送される構成となっている。ガス導入部１０および放電処理部２０の下端は基板２に近接しており、両者の間隔は０．５〜３０ｍｍ程度に設定される。０．５ｍｍ未満とすると、基板搬送時にヘッド部Ｈに接触する虞があり、３０ｍｍを超すと常圧プラズマが逸散して成膜効率が著しく低下する。前記の間隔は２〜１０ｍｍに設定すると好適である。
【００４１】
本発明において使用するプロセスガスは、少なくとも原料ガスと反応ガスとの２成分のガスを必須とする。原料ガスとしては、ＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ、ＭＴＭＯＳ等のシリコン含有ガスを使用する。また、反応ガスとしては、Ｏ２、Ｎ２Ｏ等の酸化性ガスを使用する。これらの原料ガスおよび反応ガスは、いずれも希釈ガスで希釈して用いることができる。特に、ＴＭＯＳ、ＭＴＭＯＳは、常温、常圧で液体であるので、加熱等により気化させた後は希釈ガスをキャリアとして導入することが好ましい。希釈ガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス、希ガス等を挙げることができる。なお、ガス生成方式がバブリングであれば、当然希釈されることになる。
【００４２】
本発明において、希釈ガスを含めたプロセスガスの（ＣＶＤに使用するガス；雰囲気調整用のガス等は除く）トータル量（供給総量）は、例えば２．３インチウェーハから１２００ｍｍ角の基板を対象とする場合、１〜３００ＳＬＭとすることが好ましい。また、前記した原料ガスに、ＴＭＰ（トリメチルフォスフェート：ＰＯ（ＯＣＨ３）３）、ＴＥＰ（トリエチルフォスフェート：ＰＯ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３）等のリン含有ガス、ＴＭＢ（トリメチルボレート：Ｂ（ＯＣＨ３）３）、ＴＥＢ（トリエチルボレート：Ｂ（ＯＣＨ３）３）等のボロン含有ガスを混合して使用してもよい。
【００４３】
ＴＭＰ、ＴＥＰ等のリン含有ガス、ＴＭＢ、ＴＥＢ等のボロン含有ガスを混合すれば、Ｐドープシリコン酸化膜、Ｂドープシリコン酸化膜、Ｂ，Ｐドープシリコン酸化膜等を形成することができる。これらの酸化膜は、非ドープのシリコン酸化膜に比較して応力を大幅に軽減することができるため、厚膜を形成する場合に極めて有効である。また、イオンのゲッタリング効果を奏するため、保護膜として極めて有効である。
【００４４】
前記の如く構成された本実施形態の酸化膜形成装置１の動作について以下に説明する。放電処理部２０，２０Ａのガス導入口２３ａに反応ガスが接続され、電極２１，２２間に電源２５からパルス状の電圧が印加されてグロー放電プラズマが発生し、反応ガスはプラズマ化されてガス噴出口２３ｂから基板２の表面に吹き出される。また、ガス導入部１０のガス導入口１３ａに原料ガスが接続され、原料ガスは一対の対向平板１１，１２間のガス通路部１３によりガス流が整えられ、ガス噴出口１３ｂから基板２表面に向けて吹き出される。
【００４５】
プラズマ化された反応ガスは放電処理部２０，２０のガス噴出口２３ｂ，２３ｂから吹き出すと共に、増設された放電処理部２０Ａ，２０Ａの複数列のガス噴出口２３ｂ，２３ｂから吹き出され、その中心部に原料ガスがガス導入部１０から吹き出されるため、原料ガスと反応ガスは広い範囲で確実に混合して基板２の表面にシリコン酸化膜を形成する。
この酸化膜は、原料ガスと反応ガスとが広い反応空間で混合するため、成膜速度を高めることができる。また、この酸化膜は膜質が良好で、カバレージ性にも優れている。
【００４６】
このように、本実施形態の酸化膜形成装置１は、放電処理をしていないＴＥＯＳ、ＴＭＯＳ等の原料ガスの両側から反応ガスを放電処理したガスを吹き出して混合し、さらにその外側から反応ガスを放電処理したガスを吹き出して混合しているので、原料ガスと反応ガスとが効率良く混合し、膜質、カバレージ性が良好なシリコン酸化膜を速い成膜速度で形成することができる。
【実施例】
【００４７】
前記構成の酸化膜形成装置１を使用して、圧力を９５ｋＰａ、基板温度３５０℃、搬送速度を８０ｍｍ／ｍｉｎに設定して実験した。原料ガス（ガスＡ）として、ＴＥＯＳとＮ２（希釈ガス）を使用し、反応ガス（ガスＢ）としてＯ２を使用した。また、前記の圧力、基板温度、搬送速度で、図６に示す酸化膜形成装置３０を使用して比較実験を行った。図６に示す装置３０は、プロセスガス供給源３１から供給された原料ガス（ガスＡ）を放電しないガス導入部３２から吹き出し、プロセスガス供給源３３から供給された反応ガス（ガスＢ）をガス導入部３２の外側の放電処理部３４，３４から放電処理して吹き出させ、基板支持部５に載置され支持された基板２の表面付近で混合して酸化膜を形成した。このときの実験結果を図７に示す。
【００４８】
（実施例１）原料ガス（ガスＡ）として、窒素ガス７．８Ｌ／ｍｉｎ、ＴＥＯＳ  ０．２ｇ／ｍｉｎ、反応ガス（ガスＢ）として酸素ガス１０．８Ｌ／ｍｉｎで供給して、基板上にシリコン酸化膜を形成した。このときの成膜結果として、成膜速度は２９０９Å／ｍｉｎであった。
【００４９】
（実施例２）原料ガス（ガスＡ）として、窒素ガス４．５Ｌ／ｍｉｎ、ＴＥＯＳ  ０．２ｇ／ｍｉｎ、反応ガス（ガスＢ）として酸素ガス６．０Ｌ／ｍｉｎで供給して、基板上にシリコン酸化膜を形成した。このときの成膜結果として、成膜速度は２７７９Å／ｍｉｎであった。
【００５０】
（実施例３）原料ガス（ガスＡ）として、窒素ガス７．８Ｌ／ｍｉｎ、ＴＥＯＳ  ０．２ｇ／ｍｉｎ、反応ガス（ガスＢ）として酸素ガス６．０Ｌ／ｍｉｎで供給して、基板上にシリコン酸化膜を形成した。このときの成膜結果として、成膜速度は２６１５Å／ｍｉｎであった。
【００５１】
（比較例１）原料ガス（ガスＡ）として、窒素ガス７．８Ｌ／ｍｉｎ、ＴＥＯＳ  ０．２ｇ／ｍｉｎ、反応ガス（ガスＢ）として酸素ガス１０．８Ｌ／ｍｉｎで供給して、基板上にシリコン酸化膜を形成した。このときの成膜結果として、成膜速度は２２６３Å／ｍｉｎであり、実施例１と比較して成膜速度は約７７．８％であった。
【００５２】
（比較例２）原料ガス（ガスＡ）として、窒素ガス４．５Ｌ／ｍｉｎ、ＴＥＯＳ  ０．２ｇ／ｍｉｎ、反応ガス（ガスＢ）として酸素ガス６．０Ｌ／ｍｉｎで供給して、基板上にシリコン酸化膜を形成した。このときの成膜結果として、成膜速度は１９８４Å／ｍｉｎであり、実施例２と比較して成膜速度は約７１．４％であった。
【００５３】
（比較例３）原料ガス（ガスＡ）として、窒素ガス７．８Ｌ／ｍｉｎ、ＴＥＯＳ  ０．２ｇ／ｍｉｎ、反応ガス（ガスＢ）として酸素ガス６．０Ｌ／ｍｉｎで供給して、基板上にシリコン酸化膜を形成した。このときの成膜結果として、成膜速度は２１７６Å／ｍｉｎであり、実施例３と比較して成膜速度は約８３．２％であった。
【００５４】
図７を参照して分かるように、実施例１〜３では、原料ガスのガス導入部１０の両側に、プラズマ化した反応ガスを吹き出す放電処理部２０と、別系統の反応ガスを外側の放電処理部２０Ａから吹き出すことで、原料ガスと反応ガスとの反応空間が広がり、反応を励起させることができるため成膜速度を速くすることができる。この結果、成膜のデポジションレートを高めることができ、膜質が良好で、カバレージ性が優れたシリコン酸化膜を形成することができる。
【００５５】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、酸化膜形成時に基板を加熱する例を示したが、前処理として基板を予加熱することや、後処理として加熱された基板を冷却するように構成してもよく、適切な前処理や後処理を行うようにすることは好ましい。
【００５６】
また、図８に示すように、放電しないで吹き出すガス導入部１０の片側に、１つの放電処理部２０を備えて反応ガスを吹き出させるように構成したヘッド部において、ガス導入部１０の外側および放電処理部２０の外側に別系統の反応ガスを吹き出させる放電処理部２０Ａ，２０Ａを備えるように、ヘッド部Ｈ３を構成してもよい。さらに、原料ガスとしては、前記のガスの他にＭＴＭＯＳ（メチルトリメトキシシラン）を使用してもよい。
【００５７】
前記の実施形態では、ガス導入部１０と放電処理部２０とを備えるヘッド部に対して基板支持部５を移動する構成としたが、基板２を支持した基板支持部５に対してヘッド部を移動するように構成してもよい。また、被処理物である基板に対して、１つのヘッド部を設置した例を示したが、２つ以上のヘッド部を多段配置するように構成し、酸化膜形成をさらに効率良く行うようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る酸化膜形成装置の一実施形態を模式的に示す構成図。
【図２】図１の要部を示し、（ａ）はガス導入部を模式的に示す断面図、（ｂ）は放電処理部を模式的に示す断面図。
【図３】ガス導入部と放電処理部とを模式的に示す斜視図。
【図４】（ａ）はガス導入部と放電処理部とを備えたヘッド部の他の実施形態を模式的に示す構成図、（ｂ）はヘッド部のさらに他の実施形態を模式的に示す構成図。
【図５】（ａ）は図２の電源から出力されるパルス状の電圧を示す図、（ｂ）は他のパルス状の電圧を示す図。
【図６】比較例の酸化膜形成装置を模式的に示す構成図。
【図７】（ａ）は本発明に係る酸化膜形成装置の実施例１〜３の成膜結果を示す表図、（ｂ）は図６に示す酸化膜形成装置の比較例１〜３の成膜結果を示す表図。
【図８】酸化膜形成装置の他の実施形態を模式的に示す構成図。
【符号の説明】
【００５９】
１：酸化膜形成装置、２：基板、３：プロセスガス供給源（原料ガス供給源）、４：プロセスガス供給源（反応ガス供給源）、５：基板支持部、６：搬送機構（搬送手段）、１０：ガス導入部、１１，１２：対向平板、１３：ガス通路部、２０，２０Ａ：放電処理部、２１：電圧印加電極、２２：接地電極、２３：放電空間、２５：電源、Ｄ１〜Ｄ８：電極、Ｈ，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３：ヘッド部
【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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