常圧プラズマによる成膜等の表面処理方法及び装置
【課題】 常圧プロセスのプラズマ通路での流れ方向のプロファイルを利用し、より良好な膜を作成する。
【解決手段】 高圧電極１１，１２と接地電極２１により助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂを形成し、高圧電極１１，１２とステージ状接地電極２２により選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂを形成する。これら通路部にプラズマ電界を印加するとともに、これら通路部のうち選択領域用プラズマ通路部にのみ基材Ｗを配置する。プロセスガスを、助走用プラズマ通路部を経て選択領域用プラズマ通路部へ流す。助走用プラズマ通路部が、プロセスガスの流れ方向の処理プロファイルが所定の範囲になるまでの路長を有し、前記選択領域用プラズマ通路部が、前記所定部分（選択領域）に対応する路長を有するように、電極１１，２１，１２を寸法設定する。
【解決手段】 高圧電極１１，１２と接地電極２１により助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂを形成し、高圧電極１１，１２とステージ状接地電極２２により選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂを形成する。これら通路部にプラズマ電界を印加するとともに、これら通路部のうち選択領域用プラズマ通路部にのみ基材Ｗを配置する。プロセスガスを、助走用プラズマ通路部を経て選択領域用プラズマ通路部へ流す。助走用プラズマ通路部が、プロセスガスの流れ方向の処理プロファイルが所定の範囲になるまでの路長を有し、前記選択領域用プラズマ通路部が、前記所定部分（選択領域）に対応する路長を有するように、電極１１，２１，１２を寸法設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、略常圧下でプロセスガスをプラズマ化し基材に当て、成膜等の表面処理を行なう方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、成膜等のプラズマ表面処理は、１Ｐａ以下の減圧下で行なっていた。プロセスガスとしては、例えばＳｉ系薄膜の成膜の場合、一般にＨ２およびＳｉＨ４を用いる。このプロセスガスを、例えば上部電極に数ｍｍ〜数ｃｍピッチで設けた複数のガス導入口から上部電極と下部電極の間のプラズマ空間に導入してラジカル等を発生（プラズマ化）させる。このプラズマ化したプロセスガスを下部電極の上面に配置した基材に当て、成膜する。減圧下の為、プロセスガスの平均自由行程はガス導入口のピッチより十分長い。このため、プラズマ空間内のラジカル密度やガス密度が、ほぼ均一になる。ひいては、膜質がほぼ均一になる。
しかし、減圧環境を作るための真空チャンバーや排気系等の設備を必要とし、被処理基板が大面積になればなるほど大掛かりなものにせざるを得ず、コスト面でも不利である。また、所定の真空度に達するまでの時間も必要で、時間的な無駄も大きい。
【０００３】
上記のような減圧プロセスに対し、常圧近傍でプロセスを実行するものが種々提案されている。すなわち、略常圧下でグロー放電プラズマを形成し、成膜等のプラズマ表面処理を行う。用いるガスは、減圧プラズマと同様であり、例えばＳｉ系成膜の場合、Ｈ２およびＳｉＨ４等である。
この常圧プロセスによれば、真空排気時間の短縮、大型チャンバーのスペース削減、排気系のコスト削減等を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１２８３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、常圧成膜プロセスについて鋭意研究した結果、常圧プラズマ空間における膜質や成膜速度等の成膜プロファイルは、プロセスガスの流れ方向に一様でなく変動することを発見した。
すなわち、図２に模式的に示す装置を用い、常圧下における微結晶Ｓｉの成膜を行なった。プロセスガスとしてＨ２およびＳｉＨ４を用い、これを高圧電極１に形成したガス吹き出し口２からプラズマ通路３に導入した。これにより、プラズマ通路３内に、ガス吹き出し口２を上流端としそこから離れる方向へ向かうプロセスガス流を形成した。そして、基板Ｗ上の数ポイントで成膜速度と結晶性を測定した。
【０００５】
その結果、図３に示すように、プラズマ通路３の上流端からの距離に応じた膜厚・膜質の分布が存在することが明らかとなった。すなわち、膜厚に対応する成膜速度は、上流端から離れるにしたがって逓増した後（以下、この部分を「初期変動領域Ｒ１」という）、しばらくピークあたりの略一様な大きさになり（以下、この部分を「中間領域Ｒ２」という）、その後、逓減した（以下、この部分を「後期変動領域Ｒ３」という）。一方、膜質に対応する結晶性は、成膜速度が逓増する初期変動領域Ｒ１では逓減し、成膜速度がピークあたりに安定する中間領域Ｒ２では略ゼロになり、成膜速度が逓減する後期変動領域Ｒ３では逓増した。したがって、基板を走査して高圧電極に対し相対移動させた場合、基板上に形成される膜は結晶性の良好な部分と悪い部分が積層された状態になる。
一方、このようなプロファイルの空間分布をうまく利用すれば、より良好な膜を作成できる等、常圧プロセスの充実を図ることができると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化（分解、励起、ラジカル化、イオン化を含む。以下同様）し基材を表面処理する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、このプラズマ通路の一部を選択領域とし、前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにすることを特徴とする。
これによって、プロセスガスの流れ方向に沿う処理プロファイルのうち所望の処理に適した部分のみを使って基材のプラズマ表面処理を行なうことができ、常圧プロセスを充実化できる。
ここで、略常圧（大気圧近傍の圧力）とは、１．０１３×１０4〜５０．６６３×１０4Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａが好ましく、９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａがより好ましい。
【０００７】
前記プラズマ通路の中途部を前記選択領域の始端とする場合、プロセスガスを、前記中途部で基材に吹付けるのが望ましい。そして、前記選択領域の終端にあたる位置で基材から離す方向に吸い込むのが望ましい。これによって、プロセスガスを確実に選択領域でのみ基材に当てるようにすることができる。
【０００８】
本発明は、流れ方向にラジカル等の分布が生じるプロセスであれば、成膜に限らず、洗浄、表面改質、エッチング等の種々の常圧プラズマ表面処理に適用できる。特に、成膜プロセスでは、流れ方向に原料が消費され濃度が変化していくため、全般的に適用可能であり、微結晶Ｓｉ成膜に限定されるものではない。
【０００９】
成膜プロセスの場合、具体的には、図３に示すように、プロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルが初期変動する初期変動領域Ｒ１と、相対的に安定な中間領域Ｒ２と、前記初期変動とは逆向きに変動する後期変動領域Ｒ３との中から選択された一部の領域を選択領域とし、前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにするのが望ましい。これによって、膜厚・膜質を一定にしたり、成膜初期の界面制御を行なったり、傾斜機能薄膜を形成したりする等、多様な成膜処理を行なうことができる。特に、後期変動領域Ｒ３を選択領域とすれば、良好な結晶性の膜を厚さ方向に均一に、しかも成膜速度をある程度確保しつつ成膜でき、成膜性能を高めることができる。プロセスガスの流れ方向に沿う成膜速度又は結晶性のプロファイルを、前記成膜プロファイルとするのが望ましい。
初期変動領域Ｒ１、中間領域Ｒ２、又は後期変動領域Ｒ３の何れか１つの全体を選択してもよく、その領域の一部分を選択してもよい。何れか１つの領域だけでなく、隣り合う２つの領域に跨って選択してもよい。初期変動領域Ｒ１と後期変動領域Ｒ３の２つを選択する等、選択領域が複数に分離していてもよい。
選択領域は、常時固定でもよく、時間的に変動させるようにしてもよい。
【００１０】
また、プラズマ通路の上流端から成膜プロファイルが所定の範囲になるまでを助走用プラズマ通路部とし、この助走用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材に吹付け、
この助走用プラズマ通路部より下流側のプラズマ通路における成膜プロファイルが前記所定範囲である部分を選択領域用プラズマ通路部とし、この選択領域用プラズマ通路部を基材に沿わせ、
この選択領域用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材から離すように吸込むことにしてもよい。
ここで、助走用プラズマ通路部を、初期変動領域Ｒ１と中間領域Ｒ２に対応する路長にすれば、選択領域用プラズマ通路部を後期変動領域Ｒ３にすることができる。
【００１１】
更に、前記助走用プラズマ通路部と選択領域用プラズマ通路部を含むプラズマ通路を２つ設け、
これらプラズマ通路に対し基材を相対移動させるようにし、
一方（第１）のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部と他方（第２）のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部とを前記相対移動方向に離して処理を行なうことにしてもよい。これらプラズマ通路の各通路部の路長をそれぞれ調節することにより、成膜初期の界面制御や傾斜機能薄膜の形成を容易に行なうことができる。例えば、前記相対移動方向の上流側のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部を下流側のものより長くし、上流側のものについては選択領域を後期変動領域Ｒ３の後半部へ拡張することにすれば、成膜初期の界面での結晶性を確保することが可能となる。また、前記相対移動方向の上流側のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部を中間領域Ｒ２の側にシフトさせることにすれば、基材との界面にはアモルファスを成膜して接合を確保でき、次いで、前記相対移動方向の下流側のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部を後期変動領域Ｒ３に含まれるように設定しておくことにより、前記界面のアモルファス上に結晶膜を積層できる。
【００１２】
ところで、ＣＭＯＳデバイスのサイズは、２〜３０ｎｍ程度にまで小径化が進んでいる。ＣＭＯＳデバイスを２〜３０ｎｍないし１０ｎｍ以下のサイズにするには、イオン注入プロセスにおける損傷や異方性が重要な意味を持って来る。そうしたことからＳｉホモエピタキシが再び注目されるようになって来ている。一方、現状のエピタキシャル成長方法では１０００℃ないしそれ以上の高温にしないと高い成膜効率を得られない。しかし、このような高温度下では膜中のドーパントの再分布を惹き起こしやすい。次世代ＵＬＳＩの実現のためには、低温かつ高速でエピタキシャル成長可能な技術が求められている。
本発明のＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）方法は、かかるエピタキシャル成長技術に好適である。
すなわち、本発明は、
基材にエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記エピタキシャル層の原料成分を含むプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することをも特徴とする。
これによって、良質のエピタキシャル層を成長させることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、ｐタイプＳｉ等のシリコン基材にホモエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記ホモエピタキシャル層の原料となるシリコン化合物を水素にて希釈したプロセスガスを用い、
このプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記シリコン基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することをも特徴とする。
これによって、シリコンのホモエピタキシャル層を比較的低温下（例えば１００℃〜４００℃）で成長させることができる。
【００１４】
プロセスガスはプラズマ通路の下流側へ流れるにしたがって水素等の希釈成分に対するシラン等の原料成分の割合が小さくなり希釈度が大きくなる。エピタキシャル層の出来具合にはプロセスガスの希釈度が関わっていると考えられ、希釈度によってエキタキシャル層の質が変化する。そこで、プラズマ通路における上流側のどこまでを助走領域とするか、どこから下流側を選択領域とするかの目安となるプロファイルとしては、例えば上記プロセスガスの希釈度を用いるのが好ましい。すなわち、プロセスガスの希釈度が所定未満までを助走領域とし、所定以上（例えば希釈度：約５００倍以上、好ましくは約１００倍以上、より好ましくは約２０００倍以上）になる領域を選択領域として設定するとよい。
上記プロファイルとしてアモルファスの生成率を用いることにしてもよい。アモルファスの生成率はプラズマ通路の下流側に向かうにしたがって減少する。アモルファスの生成率が所定以下（好ましくは膜全体の５０％（ラマン強度比１）以下、より好ましくは３３％（ラマン強度比２）以下）になる範囲を選択領域として設定するとよい。
ここで言うラマン強度比とは、次式で求められる値である。
ラマン強度比＝（５２０ｃｍ−１近傍の結晶Ｓｉに起因するラマン散乱ピーク強度）÷（４８０ｃｍ−１近傍のアモルファスＳｉに起因するピーク強度）
また、上記プロファイルとして成膜速度をも考慮するのが好ましい。プラズマ通路の下流側になるにしたがってシラン等の原料成分の割合が小さくなり大希釈状態になるため成膜速度が遅くなる。アモルファスの生成率が小さく、かつ適度な成膜速度が得られるプロファイル領域を前記選択領域とし、この領域でだけプラズマ流が基材に当たるようにするのが好ましい。この選択領域における成膜速度は、５ｎｍ／ｍｉｎ以上であるのが好ましく、１０ｎｍ／ｍｉｎ以上であるのがより好ましい。
プラズマ通路の路長の上流側の約３分の１を助走領域とし、その下流の残り約３分の２を選択領域とするとよく、プラズマ通路の路長の上流側の約２分の１を助走領域とし、下流側の残り約２分の１を選択領域とするのがより好ましい。
助走領域の路長及びその下流に続く選択領域の路長は、上記のプロファイル、電極のサイズ、ガス流量等々を考慮して適宜設定するとよい。
プロセスガスの膜原料成分には、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）等のシリコン化合物を用いることができ、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ６）等が好ましく、モノシランがより好ましい。
モノシランの流量比は、水素に対し約０．０１ｖｏｌ％〜５ｖｏｌ％であるのが好ましい。
プロセスガスには水素以外の希釈ガス成分を含ませないのが好ましい。
基材の温度は、１００℃〜４００℃とするのが望ましい。
【００１５】
本発明の成膜用の装置は、
プロセスガスを通す助走用プラズマ通路部を画成するとともにこの助走用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する助走用電極対と、
選択領域用プラズマ通路部を前記助走用プラズマ通路部に連なるようにして画成すると
ともにこの選択領域用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する選択領域用電極対と、
基材を前記２つのプラズマ通路部のうち選択領域用プラズマ通路部にのみ配置する基材配置機構と、
を備え、
前記助走用プラズマ通路部が、プロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルが所定の範囲（選択領域）になるまでの路長を有し、
前記選択領域用プラズマ通路部が、前記所定の範囲（すなわち選択領域）に対応する路長を有していることが望ましい。
これによって、プロセスガスを助走用プラズマ通路部で所定のプロファイル状態になるまで助走させて選択領域用プラズマ通路部で基材に当て、所望の処理を行なうことができる。
【００１６】
前記助走用電極対にて画成された助走用プラズマ通路部の下流端が、基材へのプロセスガスの吹付け口となり、 前記選択領域用電極対における前記吹付け口の側とは反対側には、前記選択領域用プラズマ通路部からのプロセスガスを基材から離すように吸い込む吸込み部が設けられていることが望ましい。これによって、プロセスガスを確実に所望の処理に適した流れ方向位置でのみ基材に当てることができる。
【００１７】
互いに角度をなして交わる第１面及び第２面を有して、前記電界印加のための電源に接続された高圧電極を備え、
この高圧電極の第１面に助走用接地電極が対向配置されて前記助走用電極対が構成され、第２面に選択領域用接地電極が対向配置されて前記選択領域用電極対が構成されていることが望ましい。
これによって、１つの高圧電極で助走用プラズマ通路部と選択領域用プラズマ通路部の両方を形成することができる。
【００１８】
前記高圧電極が２つ設けられ、前記助走用電極対と選択領域用電極対の組みが２つ設けられていてもよい。基材を前記２つの高圧電極に対してこれら高圧電極の並び方向へ相対移動させる移動機構を含むことが、より望ましい。更に、前記２つの高圧電極の寸法構成を互いに異ならせ、２つの選択領域用電極対の選択領域用プラズマ通路部の路長が互いに異なるようにしたり、２つの助走用電極対の助走用プラズマ通路部の路長が互いに異なるようにしたりしてもよい。これによって、成膜初期の界面制御や傾斜機構薄膜の形成等を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プロセスガスの流れ方向に沿う成膜プロファイルのうち所望の処理に適した部分のみを使って基材のプラズマ表面処理を行なうことができ、常圧プロセスを充実化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって詳述する。
図１は、常圧プラズマ表面処理として成膜処理を実施する装置Ｍの一例を模式的に示したものである。この成膜装置Ｍは、例えばＳｉ系の薄膜を成膜するものである。プロセスガスとしてはＨ２、ＳｉＨ４等を用いる。このプロセスガスが、プロセスガス源５０に成分ごとに貯えられている。
【００２１】
装置Ｍには、電極構造が組み込まれている。電極構造は、上側の３つの電極１１，２１，１２と、下側の電極２２とから構成されている。上側の３つの電極１１，２１，１２は、左右に並べられている。左端部の電極１１と右端部の電極１２は、給電線３１を介して電源３０にそれぞれ接続されている。これにより、これら電極１１，１２は、高圧電極となっている。これら高圧電極１１，１２の間に挟まれた電極２１は、電気的に接地され、助走用接地電極となっている。
【００２２】
左側の高圧電極１１と助走用接地電極２１とによって、第１の助走用電極対が構成されている。この高圧電極１１の右側面（第１面）と接地電極２１との間に、垂直をなす第１の助走用プラズマ通路部５１ａが画成されている。
右側の高圧電極１２と助走用接地電極２１とによって、第２の助走用電極対が構成されている。この高圧電極１２の左側面（第１面）と接地電極２１との間に、垂直をなす第２の助走用プラズマ通路部５１ｂが画成されている。
前記プロセスガス源５０からのプロセスガス供給管５０ａが、２つに分岐し、左右の助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの上端部にそれぞれ接続されている。
【００２３】
電極構造の下側部の電極２２は、電気的に接地されることにより選択領域用接地電極となっている。この選択領域用接地電極２２は、上側の３つの電極１１，２１，１２に跨るステージ状をなし、その上面には、処理すべき基材Ｗが配置されるようになっている。これによって、選択領域用接地電極２２は、基材配置機構を兼ねている。基材配置機構としての選択領域用接地電極２２は、移動機構４０に接続され、上側の３つの電極１１，２１，１２に対し左右に相対移動可能になっている。
【００２４】
高圧電極１１の真下に選択領域用接地電極２２があるとき、この高圧電極１１の下面（第２面）と接地電極２１との間に第１の選択領域用プラズマ通路部５２ａが画成されるようになっている。これら高圧電極１１と接地電極２１によって、第１の選択領域用電極対が構成されている。選択領域用プラズマ通路部５２ａは、水平をなし、その右端部が助走用プラズマ通路部５１ａの下端開口に連なるようになっている。これらプラズマ通路部５１ａ，５２ａによって第１のプラズマ通路が構成されている。
【００２５】
同様に、高圧電極１２の真下に選択領域用接地電極２２があるとき、この高圧電極１２の下面（第２面）と接地電極２１との間に第２の選択領域用プラズマ通路部５２ｂが画成されるようになっている。これら高圧電極１２と接地電極２１によって、第２の選択領域用電極対が構成されている。選択領域用プラズマ通路部５２ｂは、水平をなし、その左端部が助走用プラズマ通路部５１ｂの下端開口に連なるようになっている。これらプラズマ通路部５１ｂ，５２ｂによって、第２のプラズマ通路が構成されている。
【００２６】
したがって、装置Ｍの電極構造は、助走用電極対と選択領域用電極対の組みを２つ有し、２つのプラズマ通路を画成するようになっている。
基材Ｗは、各プラズマ通路のうち選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂにのみ配されることになり、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂには配されることがない。
各助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの下端開口（下流端）は、プロセスガスを基材Ｗに吹付ける吹付け口となっている。別言すれば、吹付け口は、プラズマ通路の中途部に設けられている。
【００２７】
高圧電極１１の左外側（接地電極２１とは逆側）には、吸込み管等からなる吸込み部６１が設けられている。吸込み部６１は、選択領域用プラズマ通路部５２ａの左端部（下流端）に連なるようにして下方に開口されるとともに、吸引路６３を介して吸引ポンプ６０に接続されている。同様に、高圧電極１２の右外側（接地電極２１とは逆側）には、他の吸込み部６２が設けられている。吸込み部６２は、選択領域用プラズマ通路部５２ｂの右端部（下流端）に連なるようにして下方に開口されるとともに、吸引路６３を介して吸引ポンプ６０に接続されている。
【００２８】
本成膜装置Ｍにおいて重要な点は、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂが、図３に示す成膜プロファイルの初期変動領域Ｒ１と中間領域Ｒ２を合わせた分に対応する路長を有し、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂが、図３の斜線に示す後期変動領域Ｒ３の前半の所定範囲Ｒ０に対応する路長を有するように、電極１１，２１，１２の寸法が設定されていることである。所定範囲Ｒ０は、結晶性と成膜速度の両方がある程度の大きさになる領域として選択されたものであり、以下「選択領域Ｒ０」という。
【００２９】
上記構成の常圧プラズマ成膜装置Ｍによれば、ガス源５０のプロセスガスが、供給管５０ａを経て２つの助走用プラズマ通路５１ａ，５１ｂの上端部にそれぞれ導入され、助走用プラズマ通路５１ａ，５１ｂ内を下方へ向けて流れる。併行して、電源３０から高圧電極１１，１２に電圧が供給され、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂに電界が印加され常圧グロー放電が形成される。これによって、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂ内を流れるプロセスガスがプラズマ化されていく。このとき、プロセスガスのプロファイル状態は、流れて行くにしたがって先ず初期変動領域Ｒ１になり、次いで中間領域Ｒ２になる。そして、中間領域Ｒ２から後期変動領域Ｒ３への移行部あたりのプロファイル状態、すなわち選択領域Ｒ０の始端あたりのプロファイル状態で、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの下端の吹付け口から吹き出される。
【００３０】
一方、基材Ｗを載せたステージ状の選択領域用接地電極２２が、移動機構４０によって左右方向へ移動される。この選択領域用接地電極２２上の基材Ｗに、前記助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂからのプロセスガスが吹付けられる。
【００３１】
左側の助走用プラズマ通路部５１ａから出たプロセスガスは、その後、高圧電極１１と基材Ｗとの間の選択領域用プラズマ通路部５２ａ内を左方向へ流れる。右側の助走用プラズマ通路部５１ｂから出たプロセスガスは、高圧電極１２と基材Ｗとの間の選択領域用プラズマ通路部５２ｂ内を右方向へ流れる。この時、上記電源３０から高圧電極１１，１２への電圧供給により、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂ内にも電界が印加され、常圧グロー放電が形成されている。これによって、プロセスガスのプロファイル状態が進行し、後期変動領域Ｒ３の前半部分、すなわち結晶性が逓増するとともに成膜速度が逓減する選択領域Ｒ０となる。この選択領域Ｒ０のプロセスガスが基材Ｗに当たる。これによって、良好な結晶性のＳｉ膜を成膜できる。プロセスガスは、選択領域Ｒ０のときしか基材Ｗに触れることがないので、一定かつ良好な結晶性を有するＳｉ膜だけを積層でき、厚さ方向に膜質が不均一になることはない。しかも、成膜速度もある程度の大きさを維持でき、処理効率を確保できる。
【００３２】
左側の選択領域用プラズマ通路部５２ａのプロセスガスは、後期変動領域Ｒ３の中途部の、選択領域Ｒ０の終端のプロファイル状態になったとき、選択領域用プラズマ通路部５２ａの左端部から出される。そして、吸込み部６１に吸い込まれる。同様に、右側の選択領域用プラズマ通路部５２ｂのプロセスガスは、選択領域Ｒ０の終端のプロファイル状態になったとき、選択領域用プラズマ通路部５２ｂから出され、吸込み部６２に吸い込まれる。これによって、選択領域Ｒ０を過ぎたプロセスガスを基材Ｗから離すことができる。ひいては、基材Ｗに当たるプロセスガスを確実に選択領域Ｒ０のものだけにすることができる。
【００３３】
選択領域Ｒ０は、図３の斜線部に限られず、処理内容に応じて適宜変更してもよい。この選択領域Ｒ０の変更は、電極１１，２１，１２の寸法を調節することによって行なうことができる。
【００３４】
例えば、高圧電極１１，１２を幅広にし、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂの路長を延ばすことにすれば、選択領域Ｒ０を後期変動領域Ｒ３の後半部へ広げることができる。或いは、電極１１，２１，１２の高さ寸法を大きくし、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの路長を延ばすことにすれば、選択領域Ｒ０を後期変動領域Ｒ３の後半側へずらすことができる。後期変動領域Ｒ３の後半部では成膜速度は遅くなるが、結晶成長が極めて良好となるため、成膜初期に結晶成長しにくい基板を用いて結晶Ｓｉを成膜する場合等に有効である。
【００３５】
また、２つの高圧電極１１，１２のうち左側の高圧電極１１だけを幅広にし、選択領域用プラズマ通路部５２ａを長くして後期変動領域Ｒ３の後半部へ拡張させるとともに、基板Ｗを左側から右側へのみ相対移動させることにしてもよい。そうすると、基板Ｗの表面（界面）には最初に後期変動領域Ｒ３の後半部のプロセスガスが当たることになり、これにより、界面での結晶性を確保でき、成膜初期の界面制御が可能となる。
【００３６】
或いは、左側の高圧電極１１だけ高さ寸法を短くし、助走用プラズマ通路部５１ａを短くすることにより、選択領域用プラズマ通路部５２ａを中間領域Ｒ２に近い側にシフトさせるとともに、基板Ｗを左側から右側へのみ相対移動させることにしてもよい。これにより、成膜初期は膜質より成膜速度を優先するような界面制御を行なうことができる。また、界面近傍ではアモルファスにして基材との接合を確保する一方、それより上側の層では結晶性を高くした傾斜機能薄膜を形成することができる。
【００３７】
後期変動領域Ｒ３以外の、例えば中間領域Ｒ２を選択領域Ｒ０とするように電極１１，２１，１２の寸法設定を行なってもよい。窒化膜成膜等の場合には、後期変動領域Ｒ３のカットによりパーティクル等の副生成物の発生を抑えることができ、有効である。
【００３８】
本発明の常圧プラズマ成膜装置Ｍは、ｐタイプＳｉの基板にホモエピタキシャル層を成膜するのに好適である。
この場合、プラズマ通路の上流側部分を助走用（助走領域用）プラズマ通路部５１ａ，５１ｂとし、下流側部分を選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂとする。助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂは、アモルファス（ａ−Ｓｉ）が生成され得る範囲をカバーするように設定し、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂは、アモルファスが殆ど生成されない範囲に設定するとよい。アモルファス（ａ−Ｓｉ）の生成度合いは、ラマン分光によるピークの低波数側の肩部の大きさによって検知することができる（図６及び図７参照）。
好ましくは、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂと選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂを合わせたプラズマ通路の全路長に対し、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂが上流側の約３分の１〜２分の１を占め、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂが下流側の残り約３分の２〜２分の１を占めるように構成する。
【００３９】
ｐタイプＳｉからなる基材Ｗの温度は２５０℃以下に設定する。例えば１８０℃に設定する。
【００４０】
プロセスガスは、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを用いる。モノシランをシリコン層の原料ガス成分とし、これを水素にて希釈する。希釈率は、例えば１０００倍程度にする。希釈成分は水素のみとし、ヘリウム等の水素以外の希釈成分は含まないようにする。
【００４１】
そして、上記のプロセスガス（ＳｉＨ４＋Ｈ２）を、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂを経て選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂへ流すとともに、これらプラズマ通路部５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ内に大気圧グロープラズマを生成し、プロセスガスをプラズマ化する。このプラズマガス流は、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂにおいてＳｉ系成分が消費され、相対的にＨ系成分が増え、大希釈状態で選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂに導入され、ｐタイプＳｉ基材Ｗに接触する。これによって、ｐタイプＳｉ基材Ｗの表面に良質なホモエピタキシャル層を成膜することができる。
【実施例１】
【００４２】
実施例を説明する。本発明が、当該実施例に限定されるものでないことは当然である。
図１と同様の装置を用いた。寸法構成及び処理条件は、以下の通り。
電極１１，２１，１２の奥行き（図１の紙面と直交する方向）：２０ｃｍ
電極１１，２１，１２の高さすなわち助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの路長：１ｃｍ
高圧電極１１，１２の左右方向の長さすなわち選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂの路長：１ｃｍ
高圧電極１１，１２と接地電極２１間の距離すなわち助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの厚さ：１ｍｍ
高圧電極１１，１２と基材Ｗとの間の距離：１ｍｍ
プロセスガス：Ｈ２＝１０ｓｌｍ、ＳｉＨ４＝１０ｓｃｃｍ
高圧電極１１，１２への供給電圧：１９ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝５ｋＶ、パルス幅１０μｓのパルス電圧
基材Ｗのスキャン速度：１０ｃｍ／ｍｉｎ
その結果、厚さ１０００Å、ラマン強度比５の微結晶Ｓｉが得られた。
なお、ラマン強度比は、以下のようにして求めた。
ラマン強度比＝（５２０ｃｍ−１近傍の結晶Ｓｉに起因するラマン散乱ピーク強度）÷（４８０ｃｍ−１近傍のａ−Ｓｉに起因するピーク強度）
【実施例２】
【００４３】
図４及び図５に示す装置を用いて、エピタキシャル成長の実験を行った。
装置構成は、上記図２の常圧ＰＥＣＶＤ装置と概略同様であり、チャンバ５の内部に接地電極を兼ねた金属製の基板設置台４を設置し、この基板設置台４の上方に、高圧電極１，１を２つ配置した。高圧電極１，１は、それぞれ前後に延びる直方体とし、これらを左右に並べることによって、間にスリット状のガス吹出し口２を形成した。
【００４４】
基板Ｗは、面方位（１００）のｐタイプＳｉにて構成し、この基板Ｗの表面にこれと同じ面方位のシリコン膜を低温下（基板温度２５０℃以下）で堆積成長させることを目標とした。シリコン基板Ｗの大きさは、例えば３０ｍｍ角の正方形の板状とした。
このシリコン基板Ｗをチャンバ５の外で化学処理した後、チャンバ５内に入れ、基板設置台４上にセットした。セット状態のシリコン基板Ｗの左右中央部の真上にガス吹出し口２が位置されるようにし、左右の高圧電極１，１とシリコン基板Ｗとの間にそれぞれプラズマ通路３，３が形成されるようにした。各プラズマ通路３は、ガス吹出し口２を上流端として左右外側へ延びることになり、その路長は、シリコン基板Ｗの左右幅の半分の１５ｍｍであった。
高圧電極１とシリコン基板Ｗとの間のギャップ（プラズマ通路３の厚さ）は、１ｍｍとした。
【００４５】
前処理として、水素プラズマによるエッチングを５分間行い、シリコン基板Ｗの表面（上面）の自然酸化物を除去した。
【００４６】
その後、本処理すなわちホモエピタキシャル成膜処理を行なった。
処理圧力（チャンバ５内の圧力）は、略大気圧とした。具体的には５００Ｔｏｒｒと７００Ｔｏｒｒの二通りの圧力下でそれぞれ処理を行なった。
処理圧力は、水素（Ｈ２）の供給流量と排気の流量とのバランスで制御した。
シリコン基板Ｗの温度は１８０℃（＜２５０℃）に設定した。
【００４７】
膜原料となるシリコン化合物としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用い、これを水素にて希釈したものをプロセスガスとして用いた。モノシラン流量は、１．５ｍｌ／ｍｉｎとし、水素流量はその１０００倍の１５００ｍｌ／ｍｉｎとした。ヘリウム等の水素以外の希釈ガスは含まないようにした。
モノシランのガス流（１．５ｍｌ／ｍｉｎ）を１５００ｍｌ／ｍｉｎの水素ガスの供給流に添加することにより成膜を開始した。
【００４８】
電源６から電極１への印加電圧は、パルス電圧とし、その大きさはＶｐｐ＝５．５〜９ｋＶとし、周波数は３０ｋＨｚとし、パルス幅は５μｓとした。このパルス電圧によって、プラズマ通路３，３内に略常圧のグロープラズマが生成された。
この電圧印加と併行して、上記プロセスガスをガス吹出し口２からプラズマ通路３，３に導入しプラズマ化した。
すると、高圧電極１の下方部分の基板Ｗの表面にヘイズが出来、成膜が進んでいることが確認された。
【００４９】
成膜操作の終了後、走査型電子顕微鏡で膜厚を測定した。その結果、５００Ｔｏｒｒ、５分間の場合の膜厚は約５０ｎｍであった。
【００５０】
また、ラマン分光器を用いて、膜のラマン光分析を行った。図５に示すように、サンプリング地点は、プラズマ通路３の上流（Upstream）と中流（Middlestream）と下流（Downstream）のそれぞれに対応する基板Ｗ上の三箇所Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とした。上流側地点Ｐ１は、ガス吹出し口２の直下すなわちシリコン基板Ｗの中央部から２ｍｍだけ右（又は左）にずれた位置に設定し、中流側地点Ｐ２は、シリコン基板Ｗの中央部から１０ｍｍだけ右（又は左）へずれた地点に設定し、下流側地点Ｐ３は、シリコン基板Ｗの中央部から１８ｍｍだけ右（又は左）へずれた地点に設定した。
【００５１】
結果は図６〜図８に示す通りである。図６は、処理圧力５００Ｔｏｒｒにて１５分間、成膜を行った場合のラマン散乱スペクトルであり、図７は、処理圧力７００Ｔｏｒｒにて３０分間、成膜を行った場合のラマン散乱スペクトルである。また、図８は、図７の場合における下流側部Ｐ３（実験を通じて最も良好な結果を得られた箇所）でのスペクトル（破線）をＳｉ基板のスペクトル（実線）と比較したものである。
何れの処理圧力及びサンプリング地点でも、スペクトルのピークは５２０ｃｍ−１の１つのみであった。これは、Ｓｉ結晶のＳｉ−Ｓｉ ＴＯモードと一致しており、ホモエピタキシャル成長がなされたことが確認された。
上流側地点Ｐ１ではピークの低波数側に肩部が見られた。これは、プラズマ通路３の上流側の助走領域で形成した膜部分にはアモルファス成分が含まれていることを示唆している。アモルファスは４８０ｃｍ−１周辺に幅広ピークを有しているからである。
上記低波数側の肩部は、プラズマ通路３の下流側へ向かうにしたがって次第に弱まった。これに伴い、メインピーク強度が高くなった。これにより、プラズマ通路３の下流側部分を選択領域とし、この選択領域のみを用いて成膜すれば良質なホモエピタキシャル成長層が得られることが判明した。
メインピーク強度の増大傾向は、処理圧力７００Ｔｏｒｒの場合（図７）において特に顕著であった。これにより、処理圧力が大気圧に近ければ近いほど、プラズマ通路３の上流側の助走領域と下流側の選択領域との膜質の差が大きくなり、本発明構成による効果が顕著になることが判明した。
プラズマ通路３の下流側へ向かうにしたがってメインピーク強度が増大するのは、プラズマ中のガス流に含まれるモノシラン系成分（例えば、ＳｉＨ３ラジカル等）が消費され、これに伴い水素原子が生成され、この結果、プラズマが大希釈状態になり、下流側部での結晶が良質化されるためと推察される。
【００５２】
図９は、５００Ｔｏｒｒで成膜した膜の中流側部（上記地点Ｐ２の近傍）における断面透過型電子顕微鏡（Ｘ−ＴＥＭ）の像である。断面透過型電子顕微鏡としてＪＥＯＬ ＪＥＭ−２０１０を用い、２００ｋＶで加速を行なった。図中の矢印線の基端は、基板と膜との界面を示し、先端は膜の表面を示している。同図の像は斜めに撮られている。膜は矢印線の方向に成長しており、エピタキシャル成長膜であることがわかる。膜厚は、およそ１μｍと推定される。膜成長レートは、３．４ｎｍ／ｓとなる。同図の左下の挿入図は、成長膜の電子回折パターンである。この電子回折パターンの採取箇所は、Ｘ−ＴＥＭ像において一点鎖線で示す円内の一箇所である。スポット状の回折パターンが現れており、これからもエピタキシャル成長膜であることがわかる。
【実施例３】
【００５３】
下記の条件下でＳｉ（００１）基板上に成長膜を形成し、成長膜のラマン強度比の場所依存性を測定した。
処理圧力： ７００Ｔｏｒｒ及び５００Ｔｏｒｒ
プロセスガス：
シラン １．５ｍｌ／ｍｉｎ
水素 １５００ｍｌ／ｍｉｎ
基板温度： １８０℃
投入電圧： Ｖｐｐ＝５．５ｋＶ
周波数： ３０ｋＨｚ
パルス幅： ５μｓ
結果を図１０に示す。横軸の場所Ｐ１は、ガス吹出し口の直下すなわちＳｉ基板の中央部から２ｍｍだけずれた位置であり、場所Ｐ２は、Ｓｉ基板の中央部から１０ｍｍだけずれた位置であり、場所Ｐ３は、Ｓｉ基板の中央部から１８ｍｍだけずれた位置である。同図よりラマン強度比１０以上の部分がエピタキシャル膜であると認められる。
【００５４】
同様に、下記の条件下でガラス基板上にポリＳｉ薄膜を堆積させ、堆積膜のラマン強度比の場所依存性を測定した。
処理圧力： ７００Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒ、３００Ｔｏｒｒ
プロセスガス：
シラン １．５ｍｌ／ｍｉｎ
水素 １５００ｍｌ／ｍｉｎ（７００Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒのとき）
水素 ４９９ｍｌ／ｍｉｎ（３００Ｔｏｒｒのとき）
基板温度： １８０℃
投入電圧： Ｖｐｐ＝９ｋＶ
周波数： ３０ｋＨｚ
パルス幅： ５μｓ
ガラス基板は、Ｓｉ基板より大きな電力投入が可能なため、電圧Ｖｐｐは、結晶化しやすい９ｋＶに設定したものである。
結果を図１１に示す。横軸の場所Ｐ１〜Ｐ３は、図１０と同様であり、Ｐ１は、ガス吹出し口の直下すなわちガラス基板の中央部から２ｍｍだけずれた位置であり、Ｐ２は、ガラス基板の中央部から１０ｍｍだけずれた位置であり、Ｐ３は、ガラス基板の中央部から１８ｍｍだけずれた位置である。
【００５５】
図１０及び図１１の測定結果より、Ｓｉ基板上でＳｉエピタキシャル成長を実現する必要条件は、ガラス基板上におけるポリＳｉ薄膜においてラマン強度比５．５以上を実現する堆積条件とほぼ同等と認められる。
【００５６】
図１２は、ガラス基板上に堆積させたポリＳｉ膜のラマン強度比が５．５以上となる基板温度及び水素流量の上限と下限の条件を、処理圧力７００／５００Ｔｏｒｒ、シラン流量１．５ｍｌ／ｍｉｎ、投入電圧Ｖｐｐ＝９ｋＶの場合について示したものである。水素流量が増大するにつれて、ラマン強度比が５．５以上となる温度範囲が、５００Ｔｏｒｒ、７００Ｔｏｒｒ共に増大することが分かる。
【００５７】
以上より、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長膜が形成される条件（必要条件）として下記が導かれる。
シラン・水素希釈比 １．５／４９９すなわち０．３％以下
基板温度 １４０〜２４０℃
処理圧力 ３００〜７００Ｔｏｒｒ
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、例えば半導体基板の製造において基板に結晶Ｓｉを成膜する工程等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマ成膜装置の模式図である。
【図２】本発明をなすに至る実験研究に用いた常圧プラズマ成膜装置の模式図である。
【図３】プラズマ通路におけるプロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルを示し、プラズマ通路の上流端からの距離に対する成膜速度及びＳｉ結晶性のプロファイルのグラフである。
【図４】実施例２のホモエピタキシャル成長実験に用いたエピタキシャル成長装置の電極構造の斜視図である。
【図５】上記エピタキシャル成長装置の概略を示す正面図である。
【図６】実施例２における処理圧力５００Ｔｏｒｒでの結果を示すグラフである。
【図７】実施例２における処理圧力７００Ｔｏｒｒでの結果を示すグラフである。
【図８】実施例２における処理圧力７００Ｔｏｒｒでの結果を示すグラフである。
【図９】実施例２における５００Ｔｏｒｒで成膜した膜の中流側部でのＸ−ＴＥＭ像を示す写真であり、左下の挿入図は、同写真の一点鎖線の円で囲んだ部分における成長膜の電子回折パターンを示す。
【図１０】Ｓｉ（００１）基板上の成長膜のラマン強度比の場所依存性の測定結果を示すグラフである。
【図１１】ガラス基板上の成長膜のラマン強度比の場所依存性の測定結果を示すグラフである。
【図１２】ポリＳｉ堆積においてラマン強度比５．５以上が出現する成長条件（水素流量と基板温度の関係）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
Ｍ 常圧プラズマ成膜装置（常圧プラズマ表面処理装置）
Ｗ 基材（シリコン基板）
１１，１２ 高圧電極
２１ 助走用接地電極
２２ ステージ状選択領域用接地電極（基材配置機構の要素）
３０ 電源
４０ 移動機構
５０ プロセスガス源
５１ａ，５１ｂ 助走用プラズマ通路部
５２ａ，５２ｂ 選択領域用プラズマ通路部
６０ 吸引ポンプ
６１，６２ 吸込み部
Ｒ０ 選択領域
Ｒ１ 初期変動領域
Ｒ２ 中間領域
Ｒ３ 後期変動領域
【技術分野】
【０００１】
この発明は、略常圧下でプロセスガスをプラズマ化し基材に当て、成膜等の表面処理を行なう方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、成膜等のプラズマ表面処理は、１Ｐａ以下の減圧下で行なっていた。プロセスガスとしては、例えばＳｉ系薄膜の成膜の場合、一般にＨ２およびＳｉＨ４を用いる。このプロセスガスを、例えば上部電極に数ｍｍ〜数ｃｍピッチで設けた複数のガス導入口から上部電極と下部電極の間のプラズマ空間に導入してラジカル等を発生（プラズマ化）させる。このプラズマ化したプロセスガスを下部電極の上面に配置した基材に当て、成膜する。減圧下の為、プロセスガスの平均自由行程はガス導入口のピッチより十分長い。このため、プラズマ空間内のラジカル密度やガス密度が、ほぼ均一になる。ひいては、膜質がほぼ均一になる。
しかし、減圧環境を作るための真空チャンバーや排気系等の設備を必要とし、被処理基板が大面積になればなるほど大掛かりなものにせざるを得ず、コスト面でも不利である。また、所定の真空度に達するまでの時間も必要で、時間的な無駄も大きい。
【０００３】
上記のような減圧プロセスに対し、常圧近傍でプロセスを実行するものが種々提案されている。すなわち、略常圧下でグロー放電プラズマを形成し、成膜等のプラズマ表面処理を行う。用いるガスは、減圧プラズマと同様であり、例えばＳｉ系成膜の場合、Ｈ２およびＳｉＨ４等である。
この常圧プロセスによれば、真空排気時間の短縮、大型チャンバーのスペース削減、排気系のコスト削減等を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１２８３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、常圧成膜プロセスについて鋭意研究した結果、常圧プラズマ空間における膜質や成膜速度等の成膜プロファイルは、プロセスガスの流れ方向に一様でなく変動することを発見した。
すなわち、図２に模式的に示す装置を用い、常圧下における微結晶Ｓｉの成膜を行なった。プロセスガスとしてＨ２およびＳｉＨ４を用い、これを高圧電極１に形成したガス吹き出し口２からプラズマ通路３に導入した。これにより、プラズマ通路３内に、ガス吹き出し口２を上流端としそこから離れる方向へ向かうプロセスガス流を形成した。そして、基板Ｗ上の数ポイントで成膜速度と結晶性を測定した。
【０００５】
その結果、図３に示すように、プラズマ通路３の上流端からの距離に応じた膜厚・膜質の分布が存在することが明らかとなった。すなわち、膜厚に対応する成膜速度は、上流端から離れるにしたがって逓増した後（以下、この部分を「初期変動領域Ｒ１」という）、しばらくピークあたりの略一様な大きさになり（以下、この部分を「中間領域Ｒ２」という）、その後、逓減した（以下、この部分を「後期変動領域Ｒ３」という）。一方、膜質に対応する結晶性は、成膜速度が逓増する初期変動領域Ｒ１では逓減し、成膜速度がピークあたりに安定する中間領域Ｒ２では略ゼロになり、成膜速度が逓減する後期変動領域Ｒ３では逓増した。したがって、基板を走査して高圧電極に対し相対移動させた場合、基板上に形成される膜は結晶性の良好な部分と悪い部分が積層された状態になる。
一方、このようなプロファイルの空間分布をうまく利用すれば、より良好な膜を作成できる等、常圧プロセスの充実を図ることができると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化（分解、励起、ラジカル化、イオン化を含む。以下同様）し基材を表面処理する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、このプラズマ通路の一部を選択領域とし、前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにすることを特徴とする。
これによって、プロセスガスの流れ方向に沿う処理プロファイルのうち所望の処理に適した部分のみを使って基材のプラズマ表面処理を行なうことができ、常圧プロセスを充実化できる。
ここで、略常圧（大気圧近傍の圧力）とは、１．０１３×１０4〜５０．６６３×１０4Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａが好ましく、９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａがより好ましい。
【０００７】
前記プラズマ通路の中途部を前記選択領域の始端とする場合、プロセスガスを、前記中途部で基材に吹付けるのが望ましい。そして、前記選択領域の終端にあたる位置で基材から離す方向に吸い込むのが望ましい。これによって、プロセスガスを確実に選択領域でのみ基材に当てるようにすることができる。
【０００８】
本発明は、流れ方向にラジカル等の分布が生じるプロセスであれば、成膜に限らず、洗浄、表面改質、エッチング等の種々の常圧プラズマ表面処理に適用できる。特に、成膜プロセスでは、流れ方向に原料が消費され濃度が変化していくため、全般的に適用可能であり、微結晶Ｓｉ成膜に限定されるものではない。
【０００９】
成膜プロセスの場合、具体的には、図３に示すように、プロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルが初期変動する初期変動領域Ｒ１と、相対的に安定な中間領域Ｒ２と、前記初期変動とは逆向きに変動する後期変動領域Ｒ３との中から選択された一部の領域を選択領域とし、前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにするのが望ましい。これによって、膜厚・膜質を一定にしたり、成膜初期の界面制御を行なったり、傾斜機能薄膜を形成したりする等、多様な成膜処理を行なうことができる。特に、後期変動領域Ｒ３を選択領域とすれば、良好な結晶性の膜を厚さ方向に均一に、しかも成膜速度をある程度確保しつつ成膜でき、成膜性能を高めることができる。プロセスガスの流れ方向に沿う成膜速度又は結晶性のプロファイルを、前記成膜プロファイルとするのが望ましい。
初期変動領域Ｒ１、中間領域Ｒ２、又は後期変動領域Ｒ３の何れか１つの全体を選択してもよく、その領域の一部分を選択してもよい。何れか１つの領域だけでなく、隣り合う２つの領域に跨って選択してもよい。初期変動領域Ｒ１と後期変動領域Ｒ３の２つを選択する等、選択領域が複数に分離していてもよい。
選択領域は、常時固定でもよく、時間的に変動させるようにしてもよい。
【００１０】
また、プラズマ通路の上流端から成膜プロファイルが所定の範囲になるまでを助走用プラズマ通路部とし、この助走用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材に吹付け、
この助走用プラズマ通路部より下流側のプラズマ通路における成膜プロファイルが前記所定範囲である部分を選択領域用プラズマ通路部とし、この選択領域用プラズマ通路部を基材に沿わせ、
この選択領域用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材から離すように吸込むことにしてもよい。
ここで、助走用プラズマ通路部を、初期変動領域Ｒ１と中間領域Ｒ２に対応する路長にすれば、選択領域用プラズマ通路部を後期変動領域Ｒ３にすることができる。
【００１１】
更に、前記助走用プラズマ通路部と選択領域用プラズマ通路部を含むプラズマ通路を２つ設け、
これらプラズマ通路に対し基材を相対移動させるようにし、
一方（第１）のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部と他方（第２）のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部とを前記相対移動方向に離して処理を行なうことにしてもよい。これらプラズマ通路の各通路部の路長をそれぞれ調節することにより、成膜初期の界面制御や傾斜機能薄膜の形成を容易に行なうことができる。例えば、前記相対移動方向の上流側のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部を下流側のものより長くし、上流側のものについては選択領域を後期変動領域Ｒ３の後半部へ拡張することにすれば、成膜初期の界面での結晶性を確保することが可能となる。また、前記相対移動方向の上流側のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部を中間領域Ｒ２の側にシフトさせることにすれば、基材との界面にはアモルファスを成膜して接合を確保でき、次いで、前記相対移動方向の下流側のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部を後期変動領域Ｒ３に含まれるように設定しておくことにより、前記界面のアモルファス上に結晶膜を積層できる。
【００１２】
ところで、ＣＭＯＳデバイスのサイズは、２〜３０ｎｍ程度にまで小径化が進んでいる。ＣＭＯＳデバイスを２〜３０ｎｍないし１０ｎｍ以下のサイズにするには、イオン注入プロセスにおける損傷や異方性が重要な意味を持って来る。そうしたことからＳｉホモエピタキシが再び注目されるようになって来ている。一方、現状のエピタキシャル成長方法では１０００℃ないしそれ以上の高温にしないと高い成膜効率を得られない。しかし、このような高温度下では膜中のドーパントの再分布を惹き起こしやすい。次世代ＵＬＳＩの実現のためには、低温かつ高速でエピタキシャル成長可能な技術が求められている。
本発明のＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）方法は、かかるエピタキシャル成長技術に好適である。
すなわち、本発明は、
基材にエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記エピタキシャル層の原料成分を含むプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することをも特徴とする。
これによって、良質のエピタキシャル層を成長させることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、ｐタイプＳｉ等のシリコン基材にホモエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記ホモエピタキシャル層の原料となるシリコン化合物を水素にて希釈したプロセスガスを用い、
このプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記シリコン基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することをも特徴とする。
これによって、シリコンのホモエピタキシャル層を比較的低温下（例えば１００℃〜４００℃）で成長させることができる。
【００１４】
プロセスガスはプラズマ通路の下流側へ流れるにしたがって水素等の希釈成分に対するシラン等の原料成分の割合が小さくなり希釈度が大きくなる。エピタキシャル層の出来具合にはプロセスガスの希釈度が関わっていると考えられ、希釈度によってエキタキシャル層の質が変化する。そこで、プラズマ通路における上流側のどこまでを助走領域とするか、どこから下流側を選択領域とするかの目安となるプロファイルとしては、例えば上記プロセスガスの希釈度を用いるのが好ましい。すなわち、プロセスガスの希釈度が所定未満までを助走領域とし、所定以上（例えば希釈度：約５００倍以上、好ましくは約１００倍以上、より好ましくは約２０００倍以上）になる領域を選択領域として設定するとよい。
上記プロファイルとしてアモルファスの生成率を用いることにしてもよい。アモルファスの生成率はプラズマ通路の下流側に向かうにしたがって減少する。アモルファスの生成率が所定以下（好ましくは膜全体の５０％（ラマン強度比１）以下、より好ましくは３３％（ラマン強度比２）以下）になる範囲を選択領域として設定するとよい。
ここで言うラマン強度比とは、次式で求められる値である。
ラマン強度比＝（５２０ｃｍ−１近傍の結晶Ｓｉに起因するラマン散乱ピーク強度）÷（４８０ｃｍ−１近傍のアモルファスＳｉに起因するピーク強度）
また、上記プロファイルとして成膜速度をも考慮するのが好ましい。プラズマ通路の下流側になるにしたがってシラン等の原料成分の割合が小さくなり大希釈状態になるため成膜速度が遅くなる。アモルファスの生成率が小さく、かつ適度な成膜速度が得られるプロファイル領域を前記選択領域とし、この領域でだけプラズマ流が基材に当たるようにするのが好ましい。この選択領域における成膜速度は、５ｎｍ／ｍｉｎ以上であるのが好ましく、１０ｎｍ／ｍｉｎ以上であるのがより好ましい。
プラズマ通路の路長の上流側の約３分の１を助走領域とし、その下流の残り約３分の２を選択領域とするとよく、プラズマ通路の路長の上流側の約２分の１を助走領域とし、下流側の残り約２分の１を選択領域とするのがより好ましい。
助走領域の路長及びその下流に続く選択領域の路長は、上記のプロファイル、電極のサイズ、ガス流量等々を考慮して適宜設定するとよい。
プロセスガスの膜原料成分には、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）等のシリコン化合物を用いることができ、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ６）等が好ましく、モノシランがより好ましい。
モノシランの流量比は、水素に対し約０．０１ｖｏｌ％〜５ｖｏｌ％であるのが好ましい。
プロセスガスには水素以外の希釈ガス成分を含ませないのが好ましい。
基材の温度は、１００℃〜４００℃とするのが望ましい。
【００１５】
本発明の成膜用の装置は、
プロセスガスを通す助走用プラズマ通路部を画成するとともにこの助走用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する助走用電極対と、
選択領域用プラズマ通路部を前記助走用プラズマ通路部に連なるようにして画成すると
ともにこの選択領域用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する選択領域用電極対と、
基材を前記２つのプラズマ通路部のうち選択領域用プラズマ通路部にのみ配置する基材配置機構と、
を備え、
前記助走用プラズマ通路部が、プロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルが所定の範囲（選択領域）になるまでの路長を有し、
前記選択領域用プラズマ通路部が、前記所定の範囲（すなわち選択領域）に対応する路長を有していることが望ましい。
これによって、プロセスガスを助走用プラズマ通路部で所定のプロファイル状態になるまで助走させて選択領域用プラズマ通路部で基材に当て、所望の処理を行なうことができる。
【００１６】
前記助走用電極対にて画成された助走用プラズマ通路部の下流端が、基材へのプロセスガスの吹付け口となり、 前記選択領域用電極対における前記吹付け口の側とは反対側には、前記選択領域用プラズマ通路部からのプロセスガスを基材から離すように吸い込む吸込み部が設けられていることが望ましい。これによって、プロセスガスを確実に所望の処理に適した流れ方向位置でのみ基材に当てることができる。
【００１７】
互いに角度をなして交わる第１面及び第２面を有して、前記電界印加のための電源に接続された高圧電極を備え、
この高圧電極の第１面に助走用接地電極が対向配置されて前記助走用電極対が構成され、第２面に選択領域用接地電極が対向配置されて前記選択領域用電極対が構成されていることが望ましい。
これによって、１つの高圧電極で助走用プラズマ通路部と選択領域用プラズマ通路部の両方を形成することができる。
【００１８】
前記高圧電極が２つ設けられ、前記助走用電極対と選択領域用電極対の組みが２つ設けられていてもよい。基材を前記２つの高圧電極に対してこれら高圧電極の並び方向へ相対移動させる移動機構を含むことが、より望ましい。更に、前記２つの高圧電極の寸法構成を互いに異ならせ、２つの選択領域用電極対の選択領域用プラズマ通路部の路長が互いに異なるようにしたり、２つの助走用電極対の助走用プラズマ通路部の路長が互いに異なるようにしたりしてもよい。これによって、成膜初期の界面制御や傾斜機構薄膜の形成等を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プロセスガスの流れ方向に沿う成膜プロファイルのうち所望の処理に適した部分のみを使って基材のプラズマ表面処理を行なうことができ、常圧プロセスを充実化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって詳述する。
図１は、常圧プラズマ表面処理として成膜処理を実施する装置Ｍの一例を模式的に示したものである。この成膜装置Ｍは、例えばＳｉ系の薄膜を成膜するものである。プロセスガスとしてはＨ２、ＳｉＨ４等を用いる。このプロセスガスが、プロセスガス源５０に成分ごとに貯えられている。
【００２１】
装置Ｍには、電極構造が組み込まれている。電極構造は、上側の３つの電極１１，２１，１２と、下側の電極２２とから構成されている。上側の３つの電極１１，２１，１２は、左右に並べられている。左端部の電極１１と右端部の電極１２は、給電線３１を介して電源３０にそれぞれ接続されている。これにより、これら電極１１，１２は、高圧電極となっている。これら高圧電極１１，１２の間に挟まれた電極２１は、電気的に接地され、助走用接地電極となっている。
【００２２】
左側の高圧電極１１と助走用接地電極２１とによって、第１の助走用電極対が構成されている。この高圧電極１１の右側面（第１面）と接地電極２１との間に、垂直をなす第１の助走用プラズマ通路部５１ａが画成されている。
右側の高圧電極１２と助走用接地電極２１とによって、第２の助走用電極対が構成されている。この高圧電極１２の左側面（第１面）と接地電極２１との間に、垂直をなす第２の助走用プラズマ通路部５１ｂが画成されている。
前記プロセスガス源５０からのプロセスガス供給管５０ａが、２つに分岐し、左右の助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの上端部にそれぞれ接続されている。
【００２３】
電極構造の下側部の電極２２は、電気的に接地されることにより選択領域用接地電極となっている。この選択領域用接地電極２２は、上側の３つの電極１１，２１，１２に跨るステージ状をなし、その上面には、処理すべき基材Ｗが配置されるようになっている。これによって、選択領域用接地電極２２は、基材配置機構を兼ねている。基材配置機構としての選択領域用接地電極２２は、移動機構４０に接続され、上側の３つの電極１１，２１，１２に対し左右に相対移動可能になっている。
【００２４】
高圧電極１１の真下に選択領域用接地電極２２があるとき、この高圧電極１１の下面（第２面）と接地電極２１との間に第１の選択領域用プラズマ通路部５２ａが画成されるようになっている。これら高圧電極１１と接地電極２１によって、第１の選択領域用電極対が構成されている。選択領域用プラズマ通路部５２ａは、水平をなし、その右端部が助走用プラズマ通路部５１ａの下端開口に連なるようになっている。これらプラズマ通路部５１ａ，５２ａによって第１のプラズマ通路が構成されている。
【００２５】
同様に、高圧電極１２の真下に選択領域用接地電極２２があるとき、この高圧電極１２の下面（第２面）と接地電極２１との間に第２の選択領域用プラズマ通路部５２ｂが画成されるようになっている。これら高圧電極１２と接地電極２１によって、第２の選択領域用電極対が構成されている。選択領域用プラズマ通路部５２ｂは、水平をなし、その左端部が助走用プラズマ通路部５１ｂの下端開口に連なるようになっている。これらプラズマ通路部５１ｂ，５２ｂによって、第２のプラズマ通路が構成されている。
【００２６】
したがって、装置Ｍの電極構造は、助走用電極対と選択領域用電極対の組みを２つ有し、２つのプラズマ通路を画成するようになっている。
基材Ｗは、各プラズマ通路のうち選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂにのみ配されることになり、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂには配されることがない。
各助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの下端開口（下流端）は、プロセスガスを基材Ｗに吹付ける吹付け口となっている。別言すれば、吹付け口は、プラズマ通路の中途部に設けられている。
【００２７】
高圧電極１１の左外側（接地電極２１とは逆側）には、吸込み管等からなる吸込み部６１が設けられている。吸込み部６１は、選択領域用プラズマ通路部５２ａの左端部（下流端）に連なるようにして下方に開口されるとともに、吸引路６３を介して吸引ポンプ６０に接続されている。同様に、高圧電極１２の右外側（接地電極２１とは逆側）には、他の吸込み部６２が設けられている。吸込み部６２は、選択領域用プラズマ通路部５２ｂの右端部（下流端）に連なるようにして下方に開口されるとともに、吸引路６３を介して吸引ポンプ６０に接続されている。
【００２８】
本成膜装置Ｍにおいて重要な点は、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂが、図３に示す成膜プロファイルの初期変動領域Ｒ１と中間領域Ｒ２を合わせた分に対応する路長を有し、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂが、図３の斜線に示す後期変動領域Ｒ３の前半の所定範囲Ｒ０に対応する路長を有するように、電極１１，２１，１２の寸法が設定されていることである。所定範囲Ｒ０は、結晶性と成膜速度の両方がある程度の大きさになる領域として選択されたものであり、以下「選択領域Ｒ０」という。
【００２９】
上記構成の常圧プラズマ成膜装置Ｍによれば、ガス源５０のプロセスガスが、供給管５０ａを経て２つの助走用プラズマ通路５１ａ，５１ｂの上端部にそれぞれ導入され、助走用プラズマ通路５１ａ，５１ｂ内を下方へ向けて流れる。併行して、電源３０から高圧電極１１，１２に電圧が供給され、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂに電界が印加され常圧グロー放電が形成される。これによって、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂ内を流れるプロセスガスがプラズマ化されていく。このとき、プロセスガスのプロファイル状態は、流れて行くにしたがって先ず初期変動領域Ｒ１になり、次いで中間領域Ｒ２になる。そして、中間領域Ｒ２から後期変動領域Ｒ３への移行部あたりのプロファイル状態、すなわち選択領域Ｒ０の始端あたりのプロファイル状態で、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの下端の吹付け口から吹き出される。
【００３０】
一方、基材Ｗを載せたステージ状の選択領域用接地電極２２が、移動機構４０によって左右方向へ移動される。この選択領域用接地電極２２上の基材Ｗに、前記助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂからのプロセスガスが吹付けられる。
【００３１】
左側の助走用プラズマ通路部５１ａから出たプロセスガスは、その後、高圧電極１１と基材Ｗとの間の選択領域用プラズマ通路部５２ａ内を左方向へ流れる。右側の助走用プラズマ通路部５１ｂから出たプロセスガスは、高圧電極１２と基材Ｗとの間の選択領域用プラズマ通路部５２ｂ内を右方向へ流れる。この時、上記電源３０から高圧電極１１，１２への電圧供給により、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂ内にも電界が印加され、常圧グロー放電が形成されている。これによって、プロセスガスのプロファイル状態が進行し、後期変動領域Ｒ３の前半部分、すなわち結晶性が逓増するとともに成膜速度が逓減する選択領域Ｒ０となる。この選択領域Ｒ０のプロセスガスが基材Ｗに当たる。これによって、良好な結晶性のＳｉ膜を成膜できる。プロセスガスは、選択領域Ｒ０のときしか基材Ｗに触れることがないので、一定かつ良好な結晶性を有するＳｉ膜だけを積層でき、厚さ方向に膜質が不均一になることはない。しかも、成膜速度もある程度の大きさを維持でき、処理効率を確保できる。
【００３２】
左側の選択領域用プラズマ通路部５２ａのプロセスガスは、後期変動領域Ｒ３の中途部の、選択領域Ｒ０の終端のプロファイル状態になったとき、選択領域用プラズマ通路部５２ａの左端部から出される。そして、吸込み部６１に吸い込まれる。同様に、右側の選択領域用プラズマ通路部５２ｂのプロセスガスは、選択領域Ｒ０の終端のプロファイル状態になったとき、選択領域用プラズマ通路部５２ｂから出され、吸込み部６２に吸い込まれる。これによって、選択領域Ｒ０を過ぎたプロセスガスを基材Ｗから離すことができる。ひいては、基材Ｗに当たるプロセスガスを確実に選択領域Ｒ０のものだけにすることができる。
【００３３】
選択領域Ｒ０は、図３の斜線部に限られず、処理内容に応じて適宜変更してもよい。この選択領域Ｒ０の変更は、電極１１，２１，１２の寸法を調節することによって行なうことができる。
【００３４】
例えば、高圧電極１１，１２を幅広にし、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂの路長を延ばすことにすれば、選択領域Ｒ０を後期変動領域Ｒ３の後半部へ広げることができる。或いは、電極１１，２１，１２の高さ寸法を大きくし、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの路長を延ばすことにすれば、選択領域Ｒ０を後期変動領域Ｒ３の後半側へずらすことができる。後期変動領域Ｒ３の後半部では成膜速度は遅くなるが、結晶成長が極めて良好となるため、成膜初期に結晶成長しにくい基板を用いて結晶Ｓｉを成膜する場合等に有効である。
【００３５】
また、２つの高圧電極１１，１２のうち左側の高圧電極１１だけを幅広にし、選択領域用プラズマ通路部５２ａを長くして後期変動領域Ｒ３の後半部へ拡張させるとともに、基板Ｗを左側から右側へのみ相対移動させることにしてもよい。そうすると、基板Ｗの表面（界面）には最初に後期変動領域Ｒ３の後半部のプロセスガスが当たることになり、これにより、界面での結晶性を確保でき、成膜初期の界面制御が可能となる。
【００３６】
或いは、左側の高圧電極１１だけ高さ寸法を短くし、助走用プラズマ通路部５１ａを短くすることにより、選択領域用プラズマ通路部５２ａを中間領域Ｒ２に近い側にシフトさせるとともに、基板Ｗを左側から右側へのみ相対移動させることにしてもよい。これにより、成膜初期は膜質より成膜速度を優先するような界面制御を行なうことができる。また、界面近傍ではアモルファスにして基材との接合を確保する一方、それより上側の層では結晶性を高くした傾斜機能薄膜を形成することができる。
【００３７】
後期変動領域Ｒ３以外の、例えば中間領域Ｒ２を選択領域Ｒ０とするように電極１１，２１，１２の寸法設定を行なってもよい。窒化膜成膜等の場合には、後期変動領域Ｒ３のカットによりパーティクル等の副生成物の発生を抑えることができ、有効である。
【００３８】
本発明の常圧プラズマ成膜装置Ｍは、ｐタイプＳｉの基板にホモエピタキシャル層を成膜するのに好適である。
この場合、プラズマ通路の上流側部分を助走用（助走領域用）プラズマ通路部５１ａ，５１ｂとし、下流側部分を選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂとする。助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂは、アモルファス（ａ−Ｓｉ）が生成され得る範囲をカバーするように設定し、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂは、アモルファスが殆ど生成されない範囲に設定するとよい。アモルファス（ａ−Ｓｉ）の生成度合いは、ラマン分光によるピークの低波数側の肩部の大きさによって検知することができる（図６及び図７参照）。
好ましくは、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂと選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂを合わせたプラズマ通路の全路長に対し、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂが上流側の約３分の１〜２分の１を占め、選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂが下流側の残り約３分の２〜２分の１を占めるように構成する。
【００３９】
ｐタイプＳｉからなる基材Ｗの温度は２５０℃以下に設定する。例えば１８０℃に設定する。
【００４０】
プロセスガスは、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを用いる。モノシランをシリコン層の原料ガス成分とし、これを水素にて希釈する。希釈率は、例えば１０００倍程度にする。希釈成分は水素のみとし、ヘリウム等の水素以外の希釈成分は含まないようにする。
【００４１】
そして、上記のプロセスガス（ＳｉＨ４＋Ｈ２）を、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂを経て選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂへ流すとともに、これらプラズマ通路部５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ内に大気圧グロープラズマを生成し、プロセスガスをプラズマ化する。このプラズマガス流は、助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂにおいてＳｉ系成分が消費され、相対的にＨ系成分が増え、大希釈状態で選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂに導入され、ｐタイプＳｉ基材Ｗに接触する。これによって、ｐタイプＳｉ基材Ｗの表面に良質なホモエピタキシャル層を成膜することができる。
【実施例１】
【００４２】
実施例を説明する。本発明が、当該実施例に限定されるものでないことは当然である。
図１と同様の装置を用いた。寸法構成及び処理条件は、以下の通り。
電極１１，２１，１２の奥行き（図１の紙面と直交する方向）：２０ｃｍ
電極１１，２１，１２の高さすなわち助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの路長：１ｃｍ
高圧電極１１，１２の左右方向の長さすなわち選択領域用プラズマ通路部５２ａ，５２ｂの路長：１ｃｍ
高圧電極１１，１２と接地電極２１間の距離すなわち助走用プラズマ通路部５１ａ，５１ｂの厚さ：１ｍｍ
高圧電極１１，１２と基材Ｗとの間の距離：１ｍｍ
プロセスガス：Ｈ２＝１０ｓｌｍ、ＳｉＨ４＝１０ｓｃｃｍ
高圧電極１１，１２への供給電圧：１９ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝５ｋＶ、パルス幅１０μｓのパルス電圧
基材Ｗのスキャン速度：１０ｃｍ／ｍｉｎ
その結果、厚さ１０００Å、ラマン強度比５の微結晶Ｓｉが得られた。
なお、ラマン強度比は、以下のようにして求めた。
ラマン強度比＝（５２０ｃｍ−１近傍の結晶Ｓｉに起因するラマン散乱ピーク強度）÷（４８０ｃｍ−１近傍のａ−Ｓｉに起因するピーク強度）
【実施例２】
【００４３】
図４及び図５に示す装置を用いて、エピタキシャル成長の実験を行った。
装置構成は、上記図２の常圧ＰＥＣＶＤ装置と概略同様であり、チャンバ５の内部に接地電極を兼ねた金属製の基板設置台４を設置し、この基板設置台４の上方に、高圧電極１，１を２つ配置した。高圧電極１，１は、それぞれ前後に延びる直方体とし、これらを左右に並べることによって、間にスリット状のガス吹出し口２を形成した。
【００４４】
基板Ｗは、面方位（１００）のｐタイプＳｉにて構成し、この基板Ｗの表面にこれと同じ面方位のシリコン膜を低温下（基板温度２５０℃以下）で堆積成長させることを目標とした。シリコン基板Ｗの大きさは、例えば３０ｍｍ角の正方形の板状とした。
このシリコン基板Ｗをチャンバ５の外で化学処理した後、チャンバ５内に入れ、基板設置台４上にセットした。セット状態のシリコン基板Ｗの左右中央部の真上にガス吹出し口２が位置されるようにし、左右の高圧電極１，１とシリコン基板Ｗとの間にそれぞれプラズマ通路３，３が形成されるようにした。各プラズマ通路３は、ガス吹出し口２を上流端として左右外側へ延びることになり、その路長は、シリコン基板Ｗの左右幅の半分の１５ｍｍであった。
高圧電極１とシリコン基板Ｗとの間のギャップ（プラズマ通路３の厚さ）は、１ｍｍとした。
【００４５】
前処理として、水素プラズマによるエッチングを５分間行い、シリコン基板Ｗの表面（上面）の自然酸化物を除去した。
【００４６】
その後、本処理すなわちホモエピタキシャル成膜処理を行なった。
処理圧力（チャンバ５内の圧力）は、略大気圧とした。具体的には５００Ｔｏｒｒと７００Ｔｏｒｒの二通りの圧力下でそれぞれ処理を行なった。
処理圧力は、水素（Ｈ２）の供給流量と排気の流量とのバランスで制御した。
シリコン基板Ｗの温度は１８０℃（＜２５０℃）に設定した。
【００４７】
膜原料となるシリコン化合物としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用い、これを水素にて希釈したものをプロセスガスとして用いた。モノシラン流量は、１．５ｍｌ／ｍｉｎとし、水素流量はその１０００倍の１５００ｍｌ／ｍｉｎとした。ヘリウム等の水素以外の希釈ガスは含まないようにした。
モノシランのガス流（１．５ｍｌ／ｍｉｎ）を１５００ｍｌ／ｍｉｎの水素ガスの供給流に添加することにより成膜を開始した。
【００４８】
電源６から電極１への印加電圧は、パルス電圧とし、その大きさはＶｐｐ＝５．５〜９ｋＶとし、周波数は３０ｋＨｚとし、パルス幅は５μｓとした。このパルス電圧によって、プラズマ通路３，３内に略常圧のグロープラズマが生成された。
この電圧印加と併行して、上記プロセスガスをガス吹出し口２からプラズマ通路３，３に導入しプラズマ化した。
すると、高圧電極１の下方部分の基板Ｗの表面にヘイズが出来、成膜が進んでいることが確認された。
【００４９】
成膜操作の終了後、走査型電子顕微鏡で膜厚を測定した。その結果、５００Ｔｏｒｒ、５分間の場合の膜厚は約５０ｎｍであった。
【００５０】
また、ラマン分光器を用いて、膜のラマン光分析を行った。図５に示すように、サンプリング地点は、プラズマ通路３の上流（Upstream）と中流（Middlestream）と下流（Downstream）のそれぞれに対応する基板Ｗ上の三箇所Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とした。上流側地点Ｐ１は、ガス吹出し口２の直下すなわちシリコン基板Ｗの中央部から２ｍｍだけ右（又は左）にずれた位置に設定し、中流側地点Ｐ２は、シリコン基板Ｗの中央部から１０ｍｍだけ右（又は左）へずれた地点に設定し、下流側地点Ｐ３は、シリコン基板Ｗの中央部から１８ｍｍだけ右（又は左）へずれた地点に設定した。
【００５１】
結果は図６〜図８に示す通りである。図６は、処理圧力５００Ｔｏｒｒにて１５分間、成膜を行った場合のラマン散乱スペクトルであり、図７は、処理圧力７００Ｔｏｒｒにて３０分間、成膜を行った場合のラマン散乱スペクトルである。また、図８は、図７の場合における下流側部Ｐ３（実験を通じて最も良好な結果を得られた箇所）でのスペクトル（破線）をＳｉ基板のスペクトル（実線）と比較したものである。
何れの処理圧力及びサンプリング地点でも、スペクトルのピークは５２０ｃｍ−１の１つのみであった。これは、Ｓｉ結晶のＳｉ−Ｓｉ ＴＯモードと一致しており、ホモエピタキシャル成長がなされたことが確認された。
上流側地点Ｐ１ではピークの低波数側に肩部が見られた。これは、プラズマ通路３の上流側の助走領域で形成した膜部分にはアモルファス成分が含まれていることを示唆している。アモルファスは４８０ｃｍ−１周辺に幅広ピークを有しているからである。
上記低波数側の肩部は、プラズマ通路３の下流側へ向かうにしたがって次第に弱まった。これに伴い、メインピーク強度が高くなった。これにより、プラズマ通路３の下流側部分を選択領域とし、この選択領域のみを用いて成膜すれば良質なホモエピタキシャル成長層が得られることが判明した。
メインピーク強度の増大傾向は、処理圧力７００Ｔｏｒｒの場合（図７）において特に顕著であった。これにより、処理圧力が大気圧に近ければ近いほど、プラズマ通路３の上流側の助走領域と下流側の選択領域との膜質の差が大きくなり、本発明構成による効果が顕著になることが判明した。
プラズマ通路３の下流側へ向かうにしたがってメインピーク強度が増大するのは、プラズマ中のガス流に含まれるモノシラン系成分（例えば、ＳｉＨ３ラジカル等）が消費され、これに伴い水素原子が生成され、この結果、プラズマが大希釈状態になり、下流側部での結晶が良質化されるためと推察される。
【００５２】
図９は、５００Ｔｏｒｒで成膜した膜の中流側部（上記地点Ｐ２の近傍）における断面透過型電子顕微鏡（Ｘ−ＴＥＭ）の像である。断面透過型電子顕微鏡としてＪＥＯＬ ＪＥＭ−２０１０を用い、２００ｋＶで加速を行なった。図中の矢印線の基端は、基板と膜との界面を示し、先端は膜の表面を示している。同図の像は斜めに撮られている。膜は矢印線の方向に成長しており、エピタキシャル成長膜であることがわかる。膜厚は、およそ１μｍと推定される。膜成長レートは、３．４ｎｍ／ｓとなる。同図の左下の挿入図は、成長膜の電子回折パターンである。この電子回折パターンの採取箇所は、Ｘ−ＴＥＭ像において一点鎖線で示す円内の一箇所である。スポット状の回折パターンが現れており、これからもエピタキシャル成長膜であることがわかる。
【実施例３】
【００５３】
下記の条件下でＳｉ（００１）基板上に成長膜を形成し、成長膜のラマン強度比の場所依存性を測定した。
処理圧力： ７００Ｔｏｒｒ及び５００Ｔｏｒｒ
プロセスガス：
シラン １．５ｍｌ／ｍｉｎ
水素 １５００ｍｌ／ｍｉｎ
基板温度： １８０℃
投入電圧： Ｖｐｐ＝５．５ｋＶ
周波数： ３０ｋＨｚ
パルス幅： ５μｓ
結果を図１０に示す。横軸の場所Ｐ１は、ガス吹出し口の直下すなわちＳｉ基板の中央部から２ｍｍだけずれた位置であり、場所Ｐ２は、Ｓｉ基板の中央部から１０ｍｍだけずれた位置であり、場所Ｐ３は、Ｓｉ基板の中央部から１８ｍｍだけずれた位置である。同図よりラマン強度比１０以上の部分がエピタキシャル膜であると認められる。
【００５４】
同様に、下記の条件下でガラス基板上にポリＳｉ薄膜を堆積させ、堆積膜のラマン強度比の場所依存性を測定した。
処理圧力： ７００Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒ、３００Ｔｏｒｒ
プロセスガス：
シラン １．５ｍｌ／ｍｉｎ
水素 １５００ｍｌ／ｍｉｎ（７００Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒのとき）
水素 ４９９ｍｌ／ｍｉｎ（３００Ｔｏｒｒのとき）
基板温度： １８０℃
投入電圧： Ｖｐｐ＝９ｋＶ
周波数： ３０ｋＨｚ
パルス幅： ５μｓ
ガラス基板は、Ｓｉ基板より大きな電力投入が可能なため、電圧Ｖｐｐは、結晶化しやすい９ｋＶに設定したものである。
結果を図１１に示す。横軸の場所Ｐ１〜Ｐ３は、図１０と同様であり、Ｐ１は、ガス吹出し口の直下すなわちガラス基板の中央部から２ｍｍだけずれた位置であり、Ｐ２は、ガラス基板の中央部から１０ｍｍだけずれた位置であり、Ｐ３は、ガラス基板の中央部から１８ｍｍだけずれた位置である。
【００５５】
図１０及び図１１の測定結果より、Ｓｉ基板上でＳｉエピタキシャル成長を実現する必要条件は、ガラス基板上におけるポリＳｉ薄膜においてラマン強度比５．５以上を実現する堆積条件とほぼ同等と認められる。
【００５６】
図１２は、ガラス基板上に堆積させたポリＳｉ膜のラマン強度比が５．５以上となる基板温度及び水素流量の上限と下限の条件を、処理圧力７００／５００Ｔｏｒｒ、シラン流量１．５ｍｌ／ｍｉｎ、投入電圧Ｖｐｐ＝９ｋＶの場合について示したものである。水素流量が増大するにつれて、ラマン強度比が５．５以上となる温度範囲が、５００Ｔｏｒｒ、７００Ｔｏｒｒ共に増大することが分かる。
【００５７】
以上より、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長膜が形成される条件（必要条件）として下記が導かれる。
シラン・水素希釈比 １．５／４９９すなわち０．３％以下
基板温度 １４０〜２４０℃
処理圧力 ３００〜７００Ｔｏｒｒ
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、例えば半導体基板の製造において基板に結晶Ｓｉを成膜する工程等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマ成膜装置の模式図である。
【図２】本発明をなすに至る実験研究に用いた常圧プラズマ成膜装置の模式図である。
【図３】プラズマ通路におけるプロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルを示し、プラズマ通路の上流端からの距離に対する成膜速度及びＳｉ結晶性のプロファイルのグラフである。
【図４】実施例２のホモエピタキシャル成長実験に用いたエピタキシャル成長装置の電極構造の斜視図である。
【図５】上記エピタキシャル成長装置の概略を示す正面図である。
【図６】実施例２における処理圧力５００Ｔｏｒｒでの結果を示すグラフである。
【図７】実施例２における処理圧力７００Ｔｏｒｒでの結果を示すグラフである。
【図８】実施例２における処理圧力７００Ｔｏｒｒでの結果を示すグラフである。
【図９】実施例２における５００Ｔｏｒｒで成膜した膜の中流側部でのＸ−ＴＥＭ像を示す写真であり、左下の挿入図は、同写真の一点鎖線の円で囲んだ部分における成長膜の電子回折パターンを示す。
【図１０】Ｓｉ（００１）基板上の成長膜のラマン強度比の場所依存性の測定結果を示すグラフである。
【図１１】ガラス基板上の成長膜のラマン強度比の場所依存性の測定結果を示すグラフである。
【図１２】ポリＳｉ堆積においてラマン強度比５．５以上が出現する成長条件（水素流量と基板温度の関係）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
Ｍ 常圧プラズマ成膜装置（常圧プラズマ表面処理装置）
Ｗ 基材（シリコン基板）
１１，１２ 高圧電極
２１ 助走用接地電極
２２ ステージ状選択領域用接地電極（基材配置機構の要素）
３０ 電源
４０ 移動機構
５０ プロセスガス源
５１ａ，５１ｂ 助走用プラズマ通路部
５２ａ，５２ｂ 選択領域用プラズマ通路部
６０ 吸引ポンプ
６１，６２ 吸込み部
Ｒ０ 選択領域
Ｒ１ 初期変動領域
Ｒ２ 中間領域
Ｒ３ 後期変動領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化し基材を表面処理する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、このプラズマ通路の一部を選択領域とし、前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにすることを特徴とする常圧プラズマ表面処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ通路の中途部を前記選択領域の始端とし、プロセスガスを、前記中途部で基材に吹付けることを特徴とする請求項１に記載の常圧プラズマ表面処理方法。
【請求項３】
前記選択領域の終端に当たる位置で、プロセスガスを基材から離す方向に吸い込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の常圧プラズマ表面処理方法。
【請求項４】
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化し基材に成膜する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、
プロセスガスの流れ方向に成膜プロファイルが初期変動する初期変動領域と、相対的に安定な中間領域と、前記初期変動とは逆向きに変動する後期変動領域との中から選択された一部の領域を選択領域とし、
前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにすることを特徴とする常圧プラズマ成膜方法。
【請求項５】
前記後期変動領域を前記選択領域とすることを特徴とする請求項４に記載の常圧プラズマ成膜方法。
【請求項６】
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化し基材を成膜する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、
このプラズマ通路の上流端から成膜プロファイルが所定の範囲になるまでを助走用プラズマ通路部とし、この助走用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材に吹付け、
この助走用プラズマ通路部より下流側のプラズマ通路における成膜プロファイルが前記所定範囲である部分を選択領域用プラズマ通路部とし、この選択領域用プラズマ通路部を基材に沿わせ、
この選択領域用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材から離すように吸込むことを特徴とする常圧プラズマ成膜方法。
【請求項７】
前記助走用プラズマ通路部と選択領域用プラズマ通路部を含むプラズマ通路を２つ設け、
これらプラズマ通路に対し基材を相対移動させるようにし、
一方のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部と他方のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部とを前記相対移動方向に離して成膜処理を行なうことを特徴とする請求項６に記載の常圧プラズマ成膜方法。
【請求項８】
プロセスガスの流れ方向に沿う成膜速度又は結晶性のプロファイルを、前記成膜プロファイルとすることを特徴とする請求項４〜７の何れかに記載の常圧プラズマ成膜方法。
【請求項９】
基材にエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記エピタキシャル層の原料成分を含むプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することを特徴とするエピタキシャル成長方法。
【請求項１０】
シリコン基材にホモエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記ホモエピタキシャル層の原料となるシリコン化合物を水素にて希釈したプロセスガスを用い、
このプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記シリコン基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することを特徴とするエピタキシャル成長方法。
【請求項１１】
略常圧下でプロセスガスをプラズマ化し基材を成膜する装置において、
プロセスガスを通す助走用プラズマ通路部を画成するとともにこの助走用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する助走用電極対と、
前記助走用プラズマ通路部に連なるようにして選択領域用プラズマ通路部を画成するとともにこの選択領域用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する選択領域用電極対と、
基材を前記２つのプラズマ通路部のうち選択領域用プラズマ通路部にのみ配置する基材配置機構と、
を備え、
前記助走用プラズマ通路部が、プロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルが所定の範囲になるまでの路長を有し、
前記選択領域用プラズマ通路部が、前記所定の範囲に対応する路長を有していることを特徴とする常圧プラズマ成膜装置。
【請求項１２】
前記助走用電極対にて画成された助走用プラズマ通路部の下流端が、基材へのプロセスガスの吹付け口となり、
前記選択領域用電極対における前記吹付け口の側とは反対側には、前記選択領域用プラズマ通路部からのプロセスガスを基材から離すように吸い込む吸込み部が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の常圧プラズマ成膜装置。
【請求項１３】
互いに角度をなして交わる第１面及び第２面を有して、前記電界印加のための電源に接続された高圧電極を備え、
この高圧電極の第１面に助走用接地電極が対向配置されて前記助走用電極対が構成され、第２面に選択領域用接地電極が対向配置されて前記選択領域用電極対が構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の常圧プラズマ成膜装置。
【請求項１４】
前記高圧電極が２つ設けられ、前記助走用電極対と選択領域用電極対の組みが２つ設けられており、
基材を、前記２つの高圧電極に対してこれら高圧電極の並び方向へ相対移動させる移動機構を、更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の常圧プラズマ成膜装置。
【請求項１】
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化し基材を表面処理する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、このプラズマ通路の一部を選択領域とし、前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにすることを特徴とする常圧プラズマ表面処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ通路の中途部を前記選択領域の始端とし、プロセスガスを、前記中途部で基材に吹付けることを特徴とする請求項１に記載の常圧プラズマ表面処理方法。
【請求項３】
前記選択領域の終端に当たる位置で、プロセスガスを基材から離す方向に吸い込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の常圧プラズマ表面処理方法。
【請求項４】
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化し基材に成膜する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、
プロセスガスの流れ方向に成膜プロファイルが初期変動する初期変動領域と、相対的に安定な中間領域と、前記初期変動とは逆向きに変動する後期変動領域との中から選択された一部の領域を選択領域とし、
前記プラズマ通路を通るプロセスガスが前記選択領域においてのみ基材に当たるようにすることを特徴とする常圧プラズマ成膜方法。
【請求項５】
前記後期変動領域を前記選択領域とすることを特徴とする請求項４に記載の常圧プラズマ成膜方法。
【請求項６】
略常圧下でプロセスガスを電界印加にてプラズマ化し基材を成膜する方法において、
前記電界が印加される略常圧のプラズマ通路にプロセスガスを通すとともに、
このプラズマ通路の上流端から成膜プロファイルが所定の範囲になるまでを助走用プラズマ通路部とし、この助走用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材に吹付け、
この助走用プラズマ通路部より下流側のプラズマ通路における成膜プロファイルが前記所定範囲である部分を選択領域用プラズマ通路部とし、この選択領域用プラズマ通路部を基材に沿わせ、
この選択領域用プラズマ通路部の下流端でプロセスガスを基材から離すように吸込むことを特徴とする常圧プラズマ成膜方法。
【請求項７】
前記助走用プラズマ通路部と選択領域用プラズマ通路部を含むプラズマ通路を２つ設け、
これらプラズマ通路に対し基材を相対移動させるようにし、
一方のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部と他方のプラズマ通路の選択領域用プラズマ通路部とを前記相対移動方向に離して成膜処理を行なうことを特徴とする請求項６に記載の常圧プラズマ成膜方法。
【請求項８】
プロセスガスの流れ方向に沿う成膜速度又は結晶性のプロファイルを、前記成膜プロファイルとすることを特徴とする請求項４〜７の何れかに記載の常圧プラズマ成膜方法。
【請求項９】
基材にエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記エピタキシャル層の原料成分を含むプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することを特徴とするエピタキシャル成長方法。
【請求項１０】
シリコン基材にホモエピタキシャル層を成長させる方法であって、
前記ホモエピタキシャル層の原料となるシリコン化合物を水素にて希釈したプロセスガスを用い、
このプロセスガスをプラズマ通路に通すとともにこのプラズマ通路に電界を印加して略常圧下でプラズマを生成し、
かつ、前記シリコン基材を、前記プラズマ通路における上流側の助走領域と下流側の選択領域のうち選択領域にのみ配置することを特徴とするエピタキシャル成長方法。
【請求項１１】
略常圧下でプロセスガスをプラズマ化し基材を成膜する装置において、
プロセスガスを通す助走用プラズマ通路部を画成するとともにこの助走用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する助走用電極対と、
前記助走用プラズマ通路部に連なるようにして選択領域用プラズマ通路部を画成するとともにこの選択領域用プラズマ通路部に前記プラズマ化のための電界を形成する選択領域用電極対と、
基材を前記２つのプラズマ通路部のうち選択領域用プラズマ通路部にのみ配置する基材配置機構と、
を備え、
前記助走用プラズマ通路部が、プロセスガスの流れ方向の成膜プロファイルが所定の範囲になるまでの路長を有し、
前記選択領域用プラズマ通路部が、前記所定の範囲に対応する路長を有していることを特徴とする常圧プラズマ成膜装置。
【請求項１２】
前記助走用電極対にて画成された助走用プラズマ通路部の下流端が、基材へのプロセスガスの吹付け口となり、
前記選択領域用電極対における前記吹付け口の側とは反対側には、前記選択領域用プラズマ通路部からのプロセスガスを基材から離すように吸い込む吸込み部が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の常圧プラズマ成膜装置。
【請求項１３】
互いに角度をなして交わる第１面及び第２面を有して、前記電界印加のための電源に接続された高圧電極を備え、
この高圧電極の第１面に助走用接地電極が対向配置されて前記助走用電極対が構成され、第２面に選択領域用接地電極が対向配置されて前記選択領域用電極対が構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の常圧プラズマ成膜装置。
【請求項１４】
前記高圧電極が２つ設けられ、前記助走用電極対と選択領域用電極対の組みが２つ設けられており、
基材を、前記２つの高圧電極に対してこれら高圧電極の並び方向へ相対移動させる移動機構を、更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の常圧プラズマ成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２９５０９６（Ｐ２００６−２９５０９６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４８６３９（Ｐ２００５−１４８６３９）
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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