(57)【要約】【課題】  成膜速度を低下させることなく、膜厚が均一な導電膜を成膜することができるプラズマ成膜装置を提供する。【解決手段】  対向する電極間に原料ガスを供給するとともに電極間に電圧を印加し、原料ガスを分解して、電極間を通過する基板２に、導電性の膜４を形成する。電極間の電界強度が、基板２の入口側から出口側に向けて順次弱くなる。例えば、一方の電極２０を複数の電極要素２１〜２４に分割し、各電極要素２１〜２４に印加する電圧を適宜に変え、対向する電極間の電界強度が、膜４の成膜が進行する成膜後半位置２９ほど、略階段状に弱くなるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する電極間に原料ガスを供給するとともに前記電極間に電圧を印加し、前記原料ガスを分解して、前記電極間を通過する基板に、導電性の膜を形成するプラズマ成膜装置において、
前記電極間の電界強度が、前記基板の入口側から出口側に向けて順次弱くなることを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記対向する電極の少なくとも一方の電極は、前記電極間を前記基板が通過する方向に複数の電極要素に分割されたことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記対向する電極は、互いの対向面が非平行に配置され、
前記基板は、前記対向面間の距離が相対的に小さい一方の端部から前記電極間に入り、前記対向面間の距離が大きくなる方向に進み、前記対向面間の距離が相対的に大きい他方の端部から出ることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気圧近傍の圧力下で電極間に電圧を印加してグロー放電を発生させ、その放電プラズマを利用して基材に成膜するプラズマ成膜装置が提案されている。例えば、特許文献１は、大気圧近傍の圧力下でプラズマＣＶＤ法により、アモルファスシリコンや窒化けい素などのＳｉを含む薄膜を形成する装置が開示されている。
【特許文献１】特許第２６５２６７６号公報（特開平２−５０９６９号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、例えば図１に示すように、電圧印加側の電極１０と不図示の接地側の電極との間に原料ガスを供給するとともに電極間に電圧を印加し、グロー放電によりプラズマ空間８を形成し、このプラズマ空間８を基材２が通過するようにして、導電性の膜４（例えばＳｉ膜）を連続的に成膜する場合、プラズマ空間８で異常放電１９が発生し、膜４の厚さが不均一になることがある。特に、キャリアガスとしてＨｅ，Ａｒなどの希ガスを使用しない場合には、アーク放電が起こりやすく、膜厚分布が大きく変動しやすい。
【０００４】
例えば、図２は、ドーピング対象元素の水素化合物としてＰＨ３とＳｉＨ４とを各１００単位、キャリアガスとしてＨ２を６０００単位、１００℃の条件で、プラズマＣＶＤ法によりｎ型Ｓｉを成膜したときの印加電圧Ｖｐｐと膜厚分布との関係の一例を示す。これから分かるように、印加電圧Ｖｐｐを小さくし、プラズマ空間の電界強度を下げると、膜厚が均一になる。しかし、印加電圧Ｖｐｐを下げると成膜速度が落ちるので、装置の効率が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑み、成膜速度を低下させることなく、膜厚が均一な導電膜を成膜することができるプラズマ成膜装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成したプラズマ成膜装置を提供する。
【０００７】
このプラズマ成膜装置は、対向する電極間に原料ガスを供給するとともに前記電極間に電圧を印加し、前記原料ガスを分解して、前記電極間を通過する基板に、導電性の膜を形成するタイプのものである。プラズマ成膜装置は、前記電極間の電界強度が、前記基板の入口側から出口側に向けて順次弱くなる。
【０００８】
上記構成において、基板は、導電性の膜の成膜の進行にともなって、順次、電界強度が弱い位置を通る。電極間において、基板の膜の成膜が進行する成膜後半位置（基板出口側）ほど、導電性の膜が厚くなるので電界集中が起こりやすくなるが、上記構成によれば、成膜後半位置では電極間の電界強度が相対的に弱くなるので、導電性の膜の介在による異常放電を防止することができる。成膜前半位置（基板入口側）においては、電極間の電界強度が相対的に強く、成膜速度が速いので、基板の移動速度を上げることができる。
【０００９】
具体的には、例えば以下のように構成する。
【００１０】
一つの態様としては、前記対向する電極の少なくとも一方の電極は、前記電極間を前記基板が通過する方向に複数の電極要素に分割される。
【００１１】
上記態様によれば、例えば、一方の電極の各電極要素について個別に適宜な値の電圧を印加したり、電極要素それぞれに直列に接続するコンデンサの容量を適宜に設定したり、各電極要素と他方の電極との距離を適宜に設定したりすることにより、各電極要素と他方の電極との間の電界強度が、基板の導電性の膜の成膜が進行する成膜後半位置ほど、略階段状に順次弱くなるようにすることができる。
【００１２】
他の態様としては、前記対向する電極は、互いの対向面が非平行に配置される。前記基板は、前記対向面間の距離が相対的に小さい一方の端部から前記電極間に入り、前記対向面間の距離が大きくなる方向に進み、前記対向面間の距離が相対的に大きい他方の端部から出る。
【００１３】
上記態様によれば、電極間の電界強度は、成膜が進行する成膜後半位置ほど、略直線的に順次弱くなるようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のプラズマ成膜装置によれば、成膜速度を低下させることなく、膜厚が均一な導電膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態として実施例を、図３〜図４を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、第１実施例について、図３を参照しながら説明する。
【００１７】
図３は、プラズマ成膜装置の要部構成図であり、基板２の上方に印加側の電極２０が配置され、基板２と電極２０との間にはプラズマ空間２８が形成されるようになっている。基板２は、図示していないが、例えば、電極２０と対になる接地側の電極を兼ねたセラミックス製のウエハトレイに載置される。接地側の電極は、基板２を載置するウエハトレイとは別に、ウエハトレイの下に設けてもよい。プラズマ空間２８に、反応ガスを供給し、電極２０に電圧を印加し、接地側の電極との間でグロー放電を生じさせることにより、反応ガスをプラズマ励起させ、分解することにより、基板２上に導電性を有する膜４を成膜する。基板２は、不図示の移動機構により、ウエハトレイとともに、図３（ａ）において右方向に移動（走査）する。プラズマ空間２８では、基板２の移動（走査）に伴い膜４の成膜が進行し、成膜後半位置２９（すなわち、基板２がプラズマ空間２８から出る出口側）ほど膜４が厚くなり、プラズマ空間１８から出ると、膜４の厚さは変化しない。
【００１８】
各電極要素２１〜２４と基板２との間の隙間の距離は等しくなっている。各電極要素２１〜２４に印加する電圧は、成膜の前半側（すなわち、基板２がプラズマ空間２８から入る入口側。つまり電極要素２１側）ほど高く、成膜の後半側（電極要素２４側）ほど低くする。これによって、図３（ｂ）に示すように、プラズマ空間２８における電界強度は、ほぼ階段状に、成膜前半側（電極要素２１側）ほど高く、成膜後半側（電極要素２４側）ほど低くなり、電界集中が生じやすい電極２０（すなわち、電極要素２４）の成膜後半側の端部近傍の電界が小さくなるので、異常放電を防止することができる。
【００１９】
次に、第２実施例について、図４を参照しながら説明する。
【００２０】
第２実施例のプラズマ成膜装置は、第１実施例のプラズマ成膜装置とは、電圧を印加する電極３０の構成が異なる。以下では、第１実施例と同様の部分には同じ符号を用い、相違点を中心に説明する。
【００２１】
電極３０は、基板２を載せた接地側の電極（図示せず）と対向する対向面３２が傾いており、ほぼ楔状のプラズマ空間３８が形成されるようになっている。すなわち、電極の対向面間の距離は、基板２の入口側（図において左側）、すなわち成膜の前半側が小さく、基板の出口側（図において右側）、すなわち成膜の後半側が大きくなっている。そのため、プラズマ空間３８における電界強度は、成膜後半位置３９ほど弱くなり、図４（ｂ）に示したように、ほぼ直線状に変化する。これによって、電界集中が生じやすい電極３０の成膜後半側の端部近傍の電界が小さくなるので、異常放電を防止することができる。
【００２２】
（実施例１）
図３に示した構成のプラズマ成膜装置において、電極要素２１〜２４は、それぞれ、基板２に対向する紙面方向の寸法が１ｃｍ、紙面垂直方向の長さが２０ｃｍであり、電極要素２１には１０ｋＶ、電極要素２２には９ｋＶ、電極要素２３には８ｋｖ、電極要素２４には７ｋｖの電圧パルスを印加する。これにより、プラズマ空間２８における電界強度を、基板２の移動方向に漸減させる。図２と同じ条件、すなわち、ドーピング対象元素の水素化合物としてＰＨ３とＳｉＨ４とを各１００単位、キャリアガスとしてＨ２を６０００単位、１００℃の条件で、常圧プラズマＣＶＤ法により、成膜速度を落とすことなく、膜厚分布が良好なｎ型Ｓｉを成膜することができる。
【００２３】
（実施例２）
実施例１と同じ寸法の電極要素２１〜２４を用い、各電極要素２１〜２４は、それぞれ、容量がＣ１〜Ｃ４のコンデンサを介して、共通の電源と接続し、電圧パルスを印加する。例えば、Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３＜Ｃ４のようにコンデンサの容量を変え（Ｃ１＝０でもよい）、電荷制限する。各電極要素２１〜２４と接地側の電極との間の分圧を変えることにより、、プラズマ空間２８における電界強度を、基板２の移動方向に漸減させる。図２と同じ条件、すなわち、ドーピング対象元素の水素化合物としてＰＨ３とＳｉＨ４とを各１００単位、キャリアガスとしてＨ２を６０００単位、１００℃の条件で、常圧プラズマＣＶＤ法により、成膜速度を落とすことなく、膜厚分布が良好なｎ型Ｓｉを成膜することができる。
【００２４】
（実施例３）
図４に示した構成のプラズマ成膜装置において、電極３０は、基板２に対向する紙面方向の寸法が５ｃｍ、紙面垂直方向の長さが２０ｃｍであり、電極３０の成膜前半側端部（図４において左側）と基板２との間の隙間の距離を１ｍｍ、電極３０の成膜後半側端部（図４において右側）と基板２との間の隙間の距離を２ｍｍとし、プラズマ空間３８における電界強度を漸減させる。図２と同じ条件、すなわち、ドーピング対象元素の水素化合物としてＰＨ３とＳｉＨ４とを各１００単位、キャリアガスとしてＨ２を６０００単位、１００℃の条件で、常圧プラズマＣＶＤ法により、成膜速度を落とすことなく、膜厚分布が良好なｎ型Ｓｉを成膜することができる。
【００２５】
以上に説明したように、プラズマ空間における電界強度を、基板、すなわち成膜の進行に応じて順次弱くすることにより、成膜速度を低下することなく、膜厚が均一な導電膜を成膜することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様で実施することができる。
【００２７】
例えば、対向する電極の対向面は、平面に限らず、円筒状などの曲面であってもよい。基板に成膜する導電膜は、ｎ型Ｓｉ以外であってもよい。また、基板に対して電圧印加側の電極を移動するようにしてもよい。
【００２８】
また、プラズマ空間における電界強度を、基板、すなわち成膜の進行に応じて順次弱くするため、電極要素の位置を変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来例のプラズマ成膜装置の（ａ）要部構成図、（ｂ）電界強度のグラフである。
【図２】プラズマ成膜装置における膜厚測定データのグラフである。
【図３】本発明のプラズマ成膜装置の第１実施例を示す（ａ）要部構成図、（ｂ）電界強度のグラフである。
【図４】本発明のプラズマ成膜装置の第２実施例を示す（ａ）要部構成図、（ｂ）電界強度のグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
２  基板
４  膜
２０  電極
２１〜２４  電極要素
２８  プラズマ空間
３０  電極
３８  プラズマ空間
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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