(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に、原料ガスによる基板への成膜に先だって、原料ガスによる成膜時と同一の圧力で調圧ガスを供給し、
次に、調圧ガスにより調圧された反応容器内に、予め加熱された基板をロードロック室から搬送し、
続いて、調圧ガスの供給を止めて反応容器内に原料ガスを供給し、原料ガスの圧力が所定の圧力に達した時点で高周波電力をシャワープレートに印加して、シャワープレートの温度の変動を抑えながら基板に膜を成膜することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
調圧ガスの温度は、原料ガスの温度と概ね等しい温度に制御されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子デバイスの作成等に用いられる薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応容器に反応性ガスを導入し、導入された反応性ガスをプラズマや光で活性化させて薄膜を形成する薄膜形成装置は、電子デバイスの作成等に広く用いられている。
【０００３】
薄膜形成装置は、原料ガスが所定の圧力で供給された反応室に基板を装填し、高周波電力を印加することで原料ガスを活性化して、基板上に原料ガス中の成長種の膜を成長させるものである。
【０００４】
薄膜形成装置において、膜の成膜速度が原料ガスの供給量に依存する成膜方法を利用している場合、成膜速度が変動することにより、基板上に成長された膜の膜厚が変化しやすいことが知られている（図３、曲線ｂ参照）。
【０００５】
なお、図３の曲線ｂは、ＴＥＯＳと酸素とを所定の比率で混合したガスを原料ガスに用い、図２（ｂ）に示したタイミングにより、反応容器内を３時間、真空排気した後、２分間の成膜と基板搬送を繰り返し行った場合の、基板毎の膜厚を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３の曲線ｂから、成膜が繰り返される毎に、膜厚が減少（成膜速度が低下）することが認められる。すなわち、特性が一定で、安定している基板を提供することが困難である。
【０００７】
このため、最終製品である電子デバイスに利用した場合、電子デバイスの動作が安定しなかったり、装置個々で特性が変動する問題がある。
【０００８】
この発明の目的は、成膜速度の変動を低減し、安定した膜厚の薄膜を形成可能な薄膜形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、反応容器内に、原料ガスによる基板への成膜に先だって、原料ガスによる成膜時と同一の圧力で調圧ガスを供給し、次に、調圧ガスにより調圧された反応容器内に、予め加熱された基板をロードロック室から搬送し、続いて、調圧ガスの供給を止めて反応容器内に原料ガスを供給し、原料ガスの圧力が所定の圧力に達した時点で高周波電力をシャワープレートに印加して、シャワープレートの温度の変動を抑えながら基板に膜を成膜することを特徴とする薄膜形成方法である。
【００１３】
また、この発明は、反応容器内に、原料ガスによる基板への成膜に先だって、原料ガスによる成膜時と同一の圧力で調圧ガスを供給し、次に、調圧ガスにより調圧された反応容器内に、予め加熱された基板をロードロック室から搬送し、続いて、調圧ガスの供給を止めて反応容器内に原料ガスを供給し、原料ガスの圧力が所定の圧力に達した時点で高周波電力をシャワープレートに印加して、シャワープレートの温度の変動を抑えながら基板に膜を成膜することを特徴とする薄膜形成方法において、調圧ガスの温度は、原料ガスの温度と概ね等しい温度に制御されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態が適用可能な薄膜形成装置の一例を示す概略図である。
【００１６】
図１に示されるように、薄膜形成装置（以下、成膜装置と略称する）は、反応ガスが導入される反応室１を有している。
【００１７】
反応室１内の所定の位置には、基板２を支持するとともに所定温度に加熱する基板ヒータ３が設けられている。なお、反応室１には、ガス導入口４を経由して反応ガスおよび調圧ガスが供給される。また、反応室１内に設置された基板２には、電源装置５に接続されたシャワープレート（ＲＦ電極）６を通じて、所定の周波数の高周波電力（ＲＦ）が放射される。
【００１８】
反応室１には、ロードロック室７が仕切弁８を介して接続されている。なお、ロードロック室７には、基板２を搬送する搬送機構９と加熱用ヒータ１０が設けられている。
【００１９】
このような成膜装置においては、ロードロック室７内でヒータ１０により所定温度まで加熱された基板２が予め真空に排気された反応室１内に、搬送装置９により搬送される。
【００２０】
続いて、導入口４を通じて反応室１内に、反応ガスが導入される。このとき、反応ガスは、シャワープレート６の表面に設けられている複数の細孔により反応室１内に、均一に拡散される。
【００２１】
次に、シャワープレート６に電源装置５から高周波電力が供給されることで、反応室１内で放電が生じ、プラズマが発生する。
【００２２】
このプラズマにより原料ガスが分解され、活性種が生成されて、基板２に膜が成長する（成膜される）。
【００２３】
ところで、既に説明したように、成膜装置においては、しばしば、成膜速度が変動することが知られている。この成膜速度の変動は、成膜速度がガスの供給量に依存して定義される成膜方法において、特に顕著となる。このことは、図３に曲線ｂで示される周知の成膜方法により得られる膜厚に示されるように、成膜が繰り返された回数が増大するにつれて膜厚が薄くなることにより、説明される。
【００２４】
図２は、図１に示した成膜装置による成膜方法を説明するタイミングチャートである。
【００２５】
図２（ａ）に示されるように、原料ガスによる基板への成膜開始に先だって、原料ガスと別種の（同種であってもよい）調圧ガスを反応室１内に供給し、反応室１内を調圧する。なお、調圧ガスの圧力は、成膜時に供給される原料ガス圧力と概ね等しい圧力に設定される。
【００２６】
次に、ロードロック室７で予め加熱した基板２を反応室１中に、搬送装置９により搬送する。なお、搬送時間中も調圧ガスを供給して、反応室１内の調圧ガスの圧力を一定に維持する。
【００２７】
続いて、調圧ガスの供給を止めて原料ガスを供給し、原料ガスの圧力が所定の圧力に達した時点で電源装置５からシャワープレート６にＲＦ出力を印加して、基板２に、原料ガスの成分を成膜する（膜を成長させる）。
【００２８】
成膜終了後、直ちに、反応室１内を、一旦、真空に排気し、引き続く次の基板２への成膜のために、調圧ガスを供給する。
【００２９】
このようにして、順次基板２への成膜を繰り返す。
【００３０】
図３の曲線ａは、上述した工程により成膜された各基板２の膜厚の変化を示すもので、成膜順に拘わりなく概ね均一な膜厚が得られることが認められる。すなわち、図３の曲線ｂに示されるように、従来の成膜方法においては、成膜が繰り返される毎に成膜速度が低下して膜厚が減少されるが、曲線ａから明らかなように、図２（ａ）に示したこの発明の成膜方法によれば、成膜が繰り返された回数（枚数）に拘わりなく、概ね一定の膜厚が得られる。
【００３１】
なお、図３の曲線ａが示す各基板は、反応室１内を３時間排気した後、反応室１内に調圧ガスとしてＮ２（窒素ガス）を毎分５００ｓｃｃｍ供給し、調圧ガスの圧力を、バルブ装置１１により１６０Ｐａに設定して１時間放置した後、基板２を搬送して、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）とＯ２（酸素）を１：５００で混合した原料ガスを毎分５０００ｓｃｃｍ供給し、シャワープレート６により０．５Ｗ／ｃｍ２の高周波電力を２分間成膜して得られた基板２の膜厚の変化を示している。また、原料ガスの圧力は、調圧ガスの圧力に概ね等しい１６０Ｐａに制御される。
【００３２】
ところで、ＴＥＯＳガスのように常温で液体の原料ガスを用いる場合、通常、原料ガスは、基板ヒータ３により加熱されている。このため、調圧ガスも、原料ガスと同じ温度に加熱されることが好ましい。なお、調圧ガスの温度が原料ガスの温度と同等の温度に加熱されることで、成膜された膜の膜厚の均一さをさらに高めることができる。
【００３３】
上述したように、非成膜時には、調圧ガスＮ２を毎分５００ｓｃｃｍ、成膜時には、原料ガスを毎分５０００ｓｃｃｍ、それぞれ反応室１内に供給し、非成膜時および成膜時のいづれにおいても、反応室１内のガスの圧力を所定圧力（この例では１６０Ｐａ）に維持することにより、成膜速度をほぼ一定に制御できる。すなわち、成膜順に起因して基板２に成長される膜の膜厚が変化することが防止される。
【００３４】
図４ないし図６は、図１に示した成膜装置の反応室１内のガス圧を、非成膜時および成膜時のいづれにおいても概ね一定に保つことにより、成膜速度が一定に保たれる（成膜順に拘わらず成膜された膜の膜厚が変動しない）理由を説明するための要因を示すグラフであり、図４は、成膜される基板の枚数をパラメータとしたときのシャワープレート（ＲＦ電極）６の温度の変化を示している。なお、図４の曲線（ｂ）は、先に説明した周知の成膜方法におけるＲＦ電極の温度を示している。
【００３５】
図４に示されるように、図２（ａ）に示したこの発明の成膜方法においては、ＲＦ電極（シャワープレート）６の温度が概ね一定に維持されるが、周知の成膜方法においては、例えば１０枚の基板に成膜する間に、ＲＦ電極の温度が１００°Ｃ（２５％）程度、低下することが認められる。
【００３６】
このことから、成膜速度を支配する要因に、ＲＦ電極６の温度の変化を揚げることができる。
【００３７】
図５は、図４に示した結果をふまえて、原料ガスとして、成膜中にＴＥＯＳと酸素を１：５００で混合したガスを毎分５０００ｓｃｃｍ供給し、反応室１内のガスの圧力を１６０Ｐａ、ＲＦパワー（電源装置５からシャワープレート（ＲＦ電極）６に供給される高周波電力）を、０．５Ｗ／ｃｍ２、成膜時間を２分間とした場合における基板温度と成膜速度の関係を示すグラフである。
【００３８】
図５から明らかなように、基板温度が低い方が基板温度が高い場合に比較して成膜速度が高いことが認められる。
【００３９】
このことから、基板に成膜される膜の膜圧は、基板の温度に支配されることが認められる。
【００４０】
図６は、図５の温度特性を得るための条件と同一の条件で、基板温度を３５０°Ｃに維持し、原料ガスの流量を変化させた場合の成膜速度の変化を示すグラフである。
【００４１】
図６に示されるように、原料ガスの流量が増すことで成膜速度が上昇することが認められる。
【００４２】
図４ないし図６から、周知の成膜方法において、成膜の順に応じて膜厚が変動する要因として、
▲１▼非成膜時（調圧ガス供給停止時）にＲＦ電極の温度がヒータ３からの輻射により加熱された状態で原料ガスが供給されることで、ＲＦ電極より上方の反応室１の内壁の熱伝導率が増大し、
▲２▼その結果ＲＦ電極の温度が一時的に低下され、
▲３▼ＲＦ電極の温度が低下することにより、ＲＦ電極に成膜される膜の成長速度が増大され、
▲４▼ＲＦ電極に成膜される膜（の膜厚）が増大されることにより、基板に実質的に供給される原料ガスが減少する、
ことを揚げることができる。
【００４３】
このことから、ＲＦ電極６や反応室１の内壁を、例えば加熱もしくは冷却してＲＦ電極６や反応室１の内壁の温度の変動を抑える（一定あるいは一定の範囲に維持する）ことにより、基板２に成膜される膜の膜厚（成膜速度）を一定に維持できることになる。しかしながら、ＲＦ電極を加熱または冷却する構成は、成膜装置、特に反応室の周囲の構成を複雑にすることから、実用には向かない。
【００４４】
ところで、ＲＦ電極６の温度が変化する要因は、図４ないし図６から、反応室１の内壁とＲＦ電極との間の領域の熱伝導率の変化とみなすことができるから、図２（ａ）に示したように、反応室１内に原料ガスを供給する前に、反応室１に調圧ガスを供給してＲＦ電極６の温度の上昇を抑えることにより、基板２に概ね一定の膜厚の膜を成膜できる。なお、最も重要なことは、反応室１内のガス圧を一定に保つことであり、ガスの種類に特別な制限は生じない。従って、調圧ガスは、原料ガスと同種のガスであってもよい。しかしながら、Ｎ２のような安価なガスを調圧ガスとして用いることで、ランニングコストを低減できる。このことは、最終製品である電子デバイスのコストを低減するためにも有益である。
【００４５】
また、反応室内のガスの圧力を一定に保つためには、排気せずに、ガスを封じきりにしてもよいが、反応室内に不純物が堆積されることを抑制するためには、一定流量のガスを連続的に供給しながら、その一部を排気することが好ましい。
【００４６】
さらに、ＴＥＯＳガスのように常温で液体のガスを用いる場合、調圧ガスを、原料ガスと同じ温度に保つことによって、さらに成膜された膜の膜厚の安定性を増すことができる（変動の程度が低減される）。
【００４７】
また、基板ヒータ３により基板２を加熱することで、反応室１内の壁面やＲＦ電極６の温度が変動することが防止され、反応室１の内壁やＲＦ電極６の表面の膜成長速度が一定に保たれるため、基板２の表面に実質的に供給される原料ガスの量が一定に維持される。これにより、基板２の表面に成長される膜の成長速度が一定に制御される。
【００４８】
なお、上述した例では、プラズマＣＶＤによる成膜について説明したが、図４ないし図６を用いて説明した膜厚が変動する要因は、成膜速度が原料ガスの流量に強く依存されるさまざまな成膜方法においても同様であり、原料ガスを活性化させる手段が光や加熱された触媒等を用いる他の成膜方法にも適用可能である。
【００４９】
以上説明したように、この発明の成膜装置（薄膜形成装置）は、反応室内に、所定圧力の調圧ガスを非成膜時にも供給して反応室内のガス圧を一定に維持することにより、ＲＦ電極や反応室の内壁の温度が上昇して成膜速度が低下することを防止できる。これにより、一定の膜厚の膜を成膜できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の薄膜形成装置によれば、反応容器の内壁面やＲＦ電極の温度が変動することが防止されることにより、反応容器の内壁やＲＦ電極表面での膜成長速度が一定に保たれ、基板の表面に実質的に供給される原料ガスの量を一定に維持することができる。これにより、基板表面における膜成長速度が一定に維持される。従って、成膜順に起因して基板に成長される膜の膜厚が変化することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態が適用される成膜装置の動作を示す概略図。
【図２】図１に示した成膜装置に適用されるこの発明の成膜方法と周知の成膜方法との相違を説明するタイミングチャート。
【図３】図２（ａ）に示したこの発明の成膜方法と図２（ｂ）に示した周知の成膜方法のそれぞれにより得られる膜の膜厚の変動の程度を示す概略図。
【図４】図３に示した膜厚の変動の要因の１つを示す概略図。
【図５】図３に示した膜厚の変動の要因の１つを示す概略図。
【図６】図３に示した膜厚の変動の要因の１つを示す概略図。
【符号の説明】
１  …反応室、
２  …基板ヒータ、
３  …基板、
４  …ＲＦ電極（シャワープレート）、
５  …ガス導入口、
６  …ＲＦ電源、
７  …ロードロック室、
８  …しきり弁、
９  …搬送機構、
１０  …圧力調整バルブ、
１１  …加熱用ヒータ。
【図１】
0004515550.tif 000002
【図２】
0004515550.tif 000003
【図３】
0004515550.tif 000004
【図４】
0004515550.tif 000005
【図５】
0004515550.tif 000006
【図６】
0004515550.tif 000007