JP2002543293A - 材料のプラズマ利用反応性堆積方法の使用 - Google Patents
材料のプラズマ利用反応性堆積方法の使用Info
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Abstract
(57)【要約】
加工物を、プラズマジェット(１)のプラズマ密度の最も高い領域に対してずらされた加工物ホルダ装置(２４)に配置し、さらに少なくとも４００ｎｍ／分の堆積速度および最高５５０℃の温度で反応性被覆させる。
Description
【０００１】
本発明は、基本的に、一方で堆積表面上へのできるだけ高い堆積速度で、もう
一方で該表面のできるだけ低い温度で、反応性のプラズマ利用の、すなわちＰＥ
ＣＶＤ法によって材料を堆積表面上に堆積させることを目的とする。
一方で該表面のできるだけ低い温度で、反応性のプラズマ利用の、すなわちＰＥ
ＣＶＤ法によって材料を堆積表面上に堆積させることを目的とする。
【０００２】
堆積速度は、表面が真空排気室の中で、後で説明するとおり、定義された場所
に配置される場合に、単位時間当たりに該表面の上に堆積した材料の厚さと定義
される。それというのも、このことが、特に前記関係において、すなわち、単位
時間当たりに単位表面上に堆積した材料の量が、該表面が排気室の中で配置され
ている場所に依存するからである。
に配置される場合に、単位時間当たりに該表面の上に堆積した材料の厚さと定義
される。それというのも、このことが、特に前記関係において、すなわち、単位
時間当たりに単位表面上に堆積した材料の量が、該表面が排気室の中で配置され
ている場所に依存するからである。
【０００３】 “Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｒｏｍ Ｓ
ｉｌａｎ”、Ｓ．Ｒ． Ｓｈａｎｆｉｅｌｄほか著、１０４６ Ｂ、Ｅｘｔｅｎ
ｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ、第８３−１巻(１９８３)、５月、米国、Ｎｅｗ
Ｊｅｒｓｅｙ州、Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ；ＸＰ−００２０５６３３９から、ＰＥ
ＣＶＤによってシランを反応性ガスとして用いてエピタキシャル成長によってシ
リコン膜を堆積させることが公知である。この場合には基板の温度は、７００〜
９００℃である。最高４０ｎｍ／分の堆積速度（図３）が達成される。
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｒｏｍ Ｓ
ｉｌａｎ”、Ｓ．Ｒ． Ｓｈａｎｆｉｅｌｄほか著、１０４６ Ｂ、Ｅｘｔｅｎ
ｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ、第８３−１巻(１９８３)、５月、米国、Ｎｅｗ
Ｊｅｒｓｅｙ州、Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ；ＸＰ−００２０５６３３９から、ＰＥ
ＣＶＤによってシランを反応性ガスとして用いてエピタキシャル成長によってシ
リコン膜を堆積させることが公知である。この場合には基板の温度は、７００〜
９００℃である。最高４０ｎｍ／分の堆積速度（図３）が達成される。
【０００４】 さらに、“Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ
Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐ
ｏｌａｒ Ｐｌａｓｍａ”、Ｔ．Ｄ． Ｍａｎｔｅｉほか著、１０４６ Ｂ、Ｅ
ｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ、(１９８５)、１０月、Ｎｏ．２、米国、
Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州、Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ；ＸＰ−００２０５６３４０か
ら、微晶質のシリコン膜をＰＥＣＶＤ法によって、表面温度１００℃で約４０ｎ
ｍ／分まで、ならびに表面温度２５０℃で約２５ｎｍ／分までの堆積速度で堆積
させることが公知である。
Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎ ａ Ｍｕｌｔｉｐ
ｏｌａｒ Ｐｌａｓｍａ”、Ｔ．Ｄ． Ｍａｎｔｅｉほか著、１０４６ Ｂ、Ｅ
ｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ、(１９８５)、１０月、Ｎｏ．２、米国、
Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州、Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ；ＸＰ−００２０５６３４０か
ら、微晶質のシリコン膜をＰＥＣＶＤ法によって、表面温度１００℃で約４０ｎ
ｍ／分まで、ならびに表面温度２５０℃で約２５ｎｍ／分までの堆積速度で堆積
させることが公知である。
【０００５】 本願に同じ出願人によるＤＥ−ＯＳ ３６１４３８４から、ＰＥＣＶＤ法によ
って、低圧高アーク放電の使用下に堆積速度２００ｎｍ／分が、Ｎｉ（ＣＯ）4
ガスの状態のニッケルを用いた被覆の場合に、該文献に記載された最高堆積速度
として達成されることが公知である。この場合にはＳｉは、約１７ｎｍ／分の堆
積速度でのみ堆積される。真空放電を用いて真空排気室内に、均一に高密度のプ
ラズマが発生する。
って、低圧高アーク放電の使用下に堆積速度２００ｎｍ／分が、Ｎｉ（ＣＯ）4
ガスの状態のニッケルを用いた被覆の場合に、該文献に記載された最高堆積速度
として達成されることが公知である。この場合にはＳｉは、約１７ｎｍ／分の堆
積速度でのみ堆積される。真空放電を用いて真空排気室内に、均一に高密度のプ
ラズマが発生する。
【０００６】 “Ｐｌａｓｍａ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ＣＶＤ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌ
ｍｓ ｂｙ Ｈｏｌｌｏｗ Ｃａｔｈｏｄｅ Ａｒｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ”、
Ｊ．Ｓｔｅｉｇｅｒほか著、Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ、２（１９９３）、４１３−４１６、によれば、ＰＥＣＶＤ法によ
ってダイアモンドの膜を少なくとも７００℃の表面温度で約３５ｎｍ／分までの
堆積速度で堆積させることが、公知である。
ｍｓ ｂｙ Ｈｏｌｌｏｗ Ｃａｔｈｏｄｅ Ａｒｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ”、
Ｊ．Ｓｔｅｉｇｅｒほか著、Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ、２（１９９３）、４１３−４１６、によれば、ＰＥＣＶＤ法によ
ってダイアモンドの膜を少なくとも７００℃の表面温度で約３５ｎｍ／分までの
堆積速度で堆積させることが、公知である。
【０００７】 さらに、“Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅ
ｄ Ｅｐｉｔａｘｙ ｏｆ ＧａＡｓ”、Ｋ．Ｐ． Ｐａｎｄｅ著、１０４６
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅ
ｔｙ、１３１（１９８４）、６月、第６号、米国、Ｎｅｗ Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ
州、Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ、から、ＧａＡｓ−エピタキシャル層を４００℃未満
の低い温度で堆積させることが公知であるが、しかしながら、ただし約５００℃
の温度でようやく堆積速度８０ｎｍ／分でである。
ｄ Ｅｐｉｔａｘｙ ｏｆ ＧａＡｓ”、Ｋ．Ｐ． Ｐａｎｄｅ著、１０４６
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅ
ｔｙ、１３１（１９８４）、６月、第６号、米国、Ｎｅｗ Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ
州、Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ、から、ＧａＡｓ−エピタキシャル層を４００℃未満
の低い温度で堆積させることが公知であるが、しかしながら、ただし約５００℃
の温度でようやく堆積速度８０ｎｍ／分でである。
【０００８】 ＵＳ−Ａ ５５５４２２２から、ダイアモンド類似の膜が冷却される場合には
２５０℃、および冷却されない場合には４００℃の比較的低温の堆積表面温度で
堆積させることが公知である。堆積速度２０ｎｍ／分について報告されている。
２５０℃、および冷却されない場合には４００℃の比較的低温の堆積表面温度で
堆積させることが公知である。堆積速度２０ｎｍ／分について報告されている。
【０００９】 さらに、本願に同じ出願人によるＰＣＴ／ＣＨ９８／００２２１から、ＰＥＣ
ＶＤ法によって、堆積材料に応じて表面温度３００〜８００℃で約１００〜２０
０ｎｍ／分の堆積速度を達成することが公知である。
ＶＤ法によって、堆積材料に応じて表面温度３００〜８００℃で約１００〜２０
０ｎｍ／分の堆積速度を達成することが公知である。
【００１０】
本発明の課題は、堆積表面の低い温度で、該表面の冷却なしで、公知のこの種
のＰＥＣＶＤ法に比して本質的に高い堆積速度が達成される、堆積表面への材料
のプラズマ利用反応性堆積方法を提案することである。
のＰＥＣＶＤ法に比して本質的に高い堆積速度が達成される、堆積表面への材料
のプラズマ利用反応性堆積方法を提案することである。
【００１１】
このことは、少なくとも４００ｎｍ／分の材料堆積速度および最高５５０℃の
温度での堆積表面への材料の堆積のために、プラズマジェットを真空排気室内で
発生させ、かつ、該ジェット軸に沿ったプラズマ密度が最も高い領域に対して半
径方向にずらして加工物を配置し、この場合、新鮮な反応性ガスを該排気室中に
導入しかつ使用されたガスを該排気室から吸引し、かつ、等しく処理すべき表面
を前記のジェット軸に対して等しく間隔をあけて配置することによる、加工物の
反応性プラズマ利用処理方法の使用によって達成される。しかし、この場合には
、さらにはるかに低い温度が可能である。
温度での堆積表面への材料の堆積のために、プラズマジェットを真空排気室内で
発生させ、かつ、該ジェット軸に沿ったプラズマ密度が最も高い領域に対して半
径方向にずらして加工物を配置し、この場合、新鮮な反応性ガスを該排気室中に
導入しかつ使用されたガスを該排気室から吸引し、かつ、等しく処理すべき表面
を前記のジェット軸に対して等しく間隔をあけて配置することによる、加工物の
反応性プラズマ利用処理方法の使用によって達成される。しかし、この場合には
、さらにはるかに低い温度が可能である。
【００１２】 本願に同じ出願人によるＥＰ ０７２４０２６から、すなわち、プラズマジェ
ットを真空排気室内で発生させかつ、該ジェット軸に沿ったプラズマ密度の最も
高い領域に対して半径方向にずらして加工物を配置し、この場合、新鮮な反応性
ガスを該排気室中に導入しかつ使用されたガスを該排気室から吸引し、かつ、等
しく処理すべき表面を該プラズマジェットを中心とする縦長の回転面に沿って分
布させて配置させ、すなわち、前記回転面でのプラズマ密度が、それぞれの場合
にジェット軸に垂直な平面で考えて、ジェットのプラズマ密度の最大値の２０％
以下であるように配置することによる、加工物の反応性処理のための方法が公知
であり、この方法は、製造の困難な準安定の膜の堆積、殊にダイアモンド−、ｃ
ＢＮ−、α−Ａｌ2Ｏ3−もしくはＣ3Ｎ4−膜の堆積に適当である。この場合には
上記文献では、大電流アーク放電による拡散領域、すなわちジェットの中心の密
度の２０％以下のプラズマ密度を有する領域が、極めて硬い膜の堆積、殊に、標
準条件下では製造困難な準安定相からの膜、例えば上記の膜、の堆積に著しく好
適であることが判明していた。
ットを真空排気室内で発生させかつ、該ジェット軸に沿ったプラズマ密度の最も
高い領域に対して半径方向にずらして加工物を配置し、この場合、新鮮な反応性
ガスを該排気室中に導入しかつ使用されたガスを該排気室から吸引し、かつ、等
しく処理すべき表面を該プラズマジェットを中心とする縦長の回転面に沿って分
布させて配置させ、すなわち、前記回転面でのプラズマ密度が、それぞれの場合
にジェット軸に垂直な平面で考えて、ジェットのプラズマ密度の最大値の２０％
以下であるように配置することによる、加工物の反応性処理のための方法が公知
であり、この方法は、製造の困難な準安定の膜の堆積、殊にダイアモンド−、ｃ
ＢＮ−、α−Ａｌ2Ｏ3−もしくはＣ3Ｎ4−膜の堆積に適当である。この場合には
上記文献では、大電流アーク放電による拡散領域、すなわちジェットの中心の密
度の２０％以下のプラズマ密度を有する領域が、極めて硬い膜の堆積、殊に、標
準条件下では製造困難な準安定相からの膜、例えば上記の膜、の堆積に著しく好
適であることが判明していた。
【００１３】 今回、本発明によれば、上記方法が製造困難な膜の堆積にばかりではなく、意
外にも基本的に著しく高い堆積速度での、かつ、上述のごとく低い温度の維持下
での堆積に適当であることが判明した。
外にも基本的に著しく高い堆積速度での、かつ、上述のごとく低い温度の維持下
での堆積に適当であることが判明した。
【００１４】 この場合には、本発明による使用は、殊に微晶質シリコン、この場合には殊に
μｃ−Ｓｉ：Ｈ、の堆積に適当である。
μｃ−Ｓｉ：Ｈ、の堆積に適当である。
【００１５】 殊に上記の使用の場合には、プロセス雰囲気中の水素の含量によって、処理さ
れる加工物の温度が広い範囲で、例えば４００℃を超える温度から２５０℃を超
える温度の範囲で調整できることが判明した。水素含量が少なければ少ないほど
、上記の温度は低くなる。このＨ2含量がμｃ−Ｓｉ：Ｈの形成の際に特に重要
ではないので、該物理量は、特にこの材料の堆積の場合に温度操作量として使用
することに最も適当である。
れる加工物の温度が広い範囲で、例えば４００℃を超える温度から２５０℃を超
える温度の範囲で調整できることが判明した。水素含量が少なければ少ないほど
、上記の温度は低くなる。このＨ2含量がμｃ−Ｓｉ：Ｈの形成の際に特に重要
ではないので、該物理量は、特にこの材料の堆積の場合に温度操作量として使用
することに最も適当である。
【００１６】 この場合には、著しく硬い膜のための、かつ殊に、上述の、製造困難な準安定
相のための、公知の方法からは、本発明による方法が高い速度の堆積に適当であ
るということが、逆にまったく得られないということは特筆すべきである。
相のための、公知の方法からは、本発明による方法が高い速度の堆積に適当であ
るということが、逆にまったく得られないということは特筆すべきである。
【００１７】 この場合にはプラズマジェットは、はるかに有利に、かつＥＰ ０７２４０２
６に記載されているとおり、低電圧アーク放電として、有利に大電流アーク放電
として形成される。
６に記載されているとおり、低電圧アーク放電として、有利に大電流アーク放電
として形成される。
【００１８】 本発明による使用の場合には堆積は、膜堆積としてかまたは粉末状もしくはク
ラスター状の材料の堆積として使用され、すなわち後者のケースの場合には上記
の材料粉末もしくは−クラスターを得るために使用される。さらに、できるだけ
高い効率で上記の堆積を行なうために、すなわち、入れられる反応性ガスの量に
対する堆積される材料の使用量について、堆積表面がジェット軸を中心とした回
転面に沿って配置することがさらに提案されている。
ラスター状の材料の堆積として使用され、すなわち後者のケースの場合には上記
の材料粉末もしくは−クラスターを得るために使用される。さらに、できるだけ
高い効率で上記の堆積を行なうために、すなわち、入れられる反応性ガスの量に
対する堆積される材料の使用量について、堆積表面がジェット軸を中心とした回
転面に沿って配置することがさらに提案されている。
【００１９】 堆積される材料の量および入れられる反応性ガスについてのできるだけ高い効
率の達成のために、堆積表面が堆積される粉末もしくはクラスターのための受け
面によって形成されているならば、堆積表面が被覆すべき加工物の表面によって
形成されているならば、堆積表面をプラズマジェット軸を中心に環状に配置する
ことがさらに提案される。
率の達成のために、堆積表面が堆積される粉末もしくはクラスターのための受け
面によって形成されているならば、堆積表面が被覆すべき加工物の表面によって
形成されているならば、堆積表面をプラズマジェット軸を中心に環状に配置する
ことがさらに提案される。
【００２０】 殊に、本発明による使用を表面被覆に使用する際に堆積の厚みの均一性が本質
的重要である場合には、堆積中に、堆積表面を前記ジェット軸を中心に回転させ
るか、および／または、該ジェット軸からずらされておりかつ有利に該ジェット
軸に平行であるそれぞれの回転軸を中心に回転させることが、さらに提案される
。
的重要である場合には、堆積中に、堆積表面を前記ジェット軸を中心に回転させ
るか、および／または、該ジェット軸からずらされておりかつ有利に該ジェット
軸に平行であるそれぞれの回転軸を中心に回転させることが、さらに提案される
。
【００２１】 堆積分布の均一化は、前記ジェット軸に本質的に平行に生じさせた排気室中の
反応性ガスの流れによっても達成される。
反応性ガスの流れによっても達成される。
【００２２】 本発明による使用の別のさらに有利な実施態様の場合には、プラズマ密度の分
布は、前記ジェット軸に対して本質的に平行に生じさせた磁界によって調整され
る。このような磁界が適用される場合には、有利に最大２５０ガウス、特に１０
０ガウス、殊に６０ガウスの磁界が適用される。
布は、前記ジェット軸に対して本質的に平行に生じさせた磁界によって調整され
る。このような磁界が適用される場合には、有利に最大２５０ガウス、特に１０
０ガウス、殊に６０ガウスの磁界が適用される。
【００２３】 この場合には、使用目的に応じて、堆積表面を電位飛越にかまたは有利に調整
可能な電位、この場合には、ＤＣ−、ＡＣ−もしくはＡＣ＋ＤＣ−電位、に印加
することが可能である。
可能な電位、この場合には、ＤＣ−、ＡＣ−もしくはＡＣ＋ＤＣ−電位、に印加
することが可能である。
【００２４】 さらにプラズマジェットは、有利な実施態様の場合には、熱陰極または冷陰極
を用いた低電圧アーク放電によって、有利に大電流アーク放電として発生される
。排気室内の全圧力を少なくとも１ミリバールに維持することは、さらに有利で
あり、かつ、殊に低電圧アーク放電／大電流アーク放電の形成にとって重要であ
る。
を用いた低電圧アーク放電によって、有利に大電流アーク放電として発生される
。排気室内の全圧力を少なくとも１ミリバールに維持することは、さらに有利で
あり、かつ、殊に低電圧アーク放電／大電流アーク放電の形成にとって重要であ
る。
【００２５】 本発明による使用は、さらに有利な実施態様の場合には、微晶質シリコン、殊
にμｃ−Ｓｉ：Ｈ、の堆積を目的とし、この場合、有利にシランが反応性ガスと
して使用される。この場合には、本発明による微晶質シリコンをｎｍからμｍの
粉末もしくはクラスターの形で堆積させることもできることも特に重要である。
さらに、上記の堆積速度で、膜もしくは粉末の形で、さらにシリコン化合物、例
えばＳｉＣ、ＳｉＮ、しかしさらにまた金属化合物膜、例えば殊に硬物質膜、例
えばＴｉＮ−、ＴｉＡｌＮ−、ＳｉＡｌＯＮ膜または摩擦係数が小さい膜、例え
ばＣｒＣ−、ＦｅＣ−、ＷＣＣ膜等、を堆積させることができる。堆積の際に膜
として、高い堆積速度にもかかわらずエピタキシャル層形成に適当な高い膜品質
が得られる。
にμｃ−Ｓｉ：Ｈ、の堆積を目的とし、この場合、有利にシランが反応性ガスと
して使用される。この場合には、本発明による微晶質シリコンをｎｍからμｍの
粉末もしくはクラスターの形で堆積させることもできることも特に重要である。
さらに、上記の堆積速度で、膜もしくは粉末の形で、さらにシリコン化合物、例
えばＳｉＣ、ＳｉＮ、しかしさらにまた金属化合物膜、例えば殊に硬物質膜、例
えばＴｉＮ−、ＴｉＡｌＮ−、ＳｉＡｌＯＮ膜または摩擦係数が小さい膜、例え
ばＣｒＣ−、ＦｅＣ−、ＷＣＣ膜等、を堆積させることができる。堆積の際に膜
として、高い堆積速度にもかかわらずエピタキシャル層形成に適当な高い膜品質
が得られる。
【００２６】 さらに、有利に本発明による使用によって工業的に広く普及したシリコン-も
しくはガラス基板が被覆される。
しくはガラス基板が被覆される。
【００２７】 次に本発明を例えば図および実施例につき詳説し、その際、本発明によれば使
用される公知の処置については、先の記述の不可欠な部分をなしているＥＰ−Ａ
−０７２４０２６が参照される。
用される公知の処置については、先の記述の不可欠な部分をなしているＥＰ−Ａ
−０７２４０２６が参照される。
【００２８】
図１にもとづいて、まず本発明による基本的な処置を詳説する。有利に大電流
アーク１として形成されたプラズマジェットは、陰極室３の絞り穴２の後で急速
に、数ｃｍの範囲内で一定の広がりにまで発散し、これは、その後に陽極の少し
手前まで、該陽極の手前数ｃｍまで十分に一定の形成を維持するためである。陽
極の手前のアークの広がりは、陽極の幾何学的形状に応じて変化する。したがっ
て該絞り穴２の後の小さな領域にまで、かつ陽極４上に、十分に均一な長い大電
流アークの領域１が生じる。軸Ａに沿って、直径上にある切断面Ｅに、例示的に
記入してあるとおり、プラズマ密度の釣り鐘型の分布が得られる。いずれの平面
Ｅでもプラズマ密度は、最大値点Ｍａｘ．を有する。
アーク１として形成されたプラズマジェットは、陰極室３の絞り穴２の後で急速
に、数ｃｍの範囲内で一定の広がりにまで発散し、これは、その後に陽極の少し
手前まで、該陽極の手前数ｃｍまで十分に一定の形成を維持するためである。陽
極の手前のアークの広がりは、陽極の幾何学的形状に応じて変化する。したがっ
て該絞り穴２の後の小さな領域にまで、かつ陽極４上に、十分に均一な長い大電
流アークの領域１が生じる。軸Ａに沿って、直径上にある切断面Ｅに、例示的に
記入してあるとおり、プラズマ密度の釣り鐘型の分布が得られる。いずれの平面
Ｅでもプラズマ密度は、最大値点Ｍａｘ．を有する。
【００２９】 本発明による使用のためにアークの長さは、特に５０〜１２０ｃｍ、殊に９０
ｃｍである。
ｃｍである。
【００３０】 さらに本発明による使用のために、排気室内の全圧力は、１ミリバール以上が
選択される。本発明によれば予定すべき、材料の堆積のための、表面は有利に、
ジェット軸Ａから半径ｒ内に配置され、この箇所ではなお最大でプラズマ密度が
２０％である。
選択される。本発明によれば予定すべき、材料の堆積のための、表面は有利に、
ジェット軸Ａから半径ｒ内に配置され、この箇所ではなお最大でプラズマ密度が
２０％である。
【００３１】 プラズマジェットの幅ひいてはプラズマ密度の分布は、アークの流れの位置に
よって、および／または殊に軸に沿った磁界Ｈ、例えば図１に示されている、に
よって、それぞれの場合の要求に応じて調整される。
よって、および／または殊に軸に沿った磁界Ｈ、例えば図１に示されている、に
よって、それぞれの場合の要求に応じて調整される。
【００３２】 この場合には磁界の強度は、有利に最大で２５０ガウス、特に最大で１００ガ
ウス、殊に０ガウス（磁界なし）〜６０ガウスに調整される。
ウス、殊に０ガウス（磁界なし）〜６０ガウスに調整される。
【００３３】 低いプラズマ密度の領域内に堆積表面を配置することによって、ジェット軸に
対して平行な直線に沿って、かつ均一な領域１内で、該プラズマ密度がわずかに
しか変動しないという利点も得られる。
対して平行な直線に沿って、かつ均一な領域１内で、該プラズマ密度がわずかに
しか変動しないという利点も得られる。
【００３４】 このために、ジェット軸Ａからの処理すべき加工物表面の距離ｒは、 ６ｃｍ≦ｒ≦２０ｃｍ、 殊に ９ｃｍ≦ｒ≦１３ｃｍ が選択される。
【００３５】 使用すべき、より大きな堆積表面および、被覆が形成されうるこの種の面は、
さらに図１に示されているとおり、有利に、ジェット軸に平行である軸に対して
、例えばωMで示されているように、振り子運動するかもしくは回転運動し、お
よび／または場合によってはジェット軸Ａの周りを、例えばωAで示されている
ように、回転する。さらに有利に反応性ガスの流れが、例えばＧで示されている
とおり、ジェット軸Ａに対して本質的に平行に生じる。
さらに図１に示されているとおり、有利に、ジェット軸に平行である軸に対して
、例えばωMで示されているように、振り子運動するかもしくは回転運動し、お
よび／または場合によってはジェット軸Ａの周りを、例えばωAで示されている
ように、回転する。さらに有利に反応性ガスの流れが、例えばＧで示されている
とおり、ジェット軸Ａに対して本質的に平行に生じる。
【００３６】 図２には、本発明による装置が概略的に示されている。真空排気室１０内でプ
ラズマジェット１を、有利に大電流アーク放電として、有利に熱陰極-低電圧-大
電流アーク放電の形で発生させるが、この場合、冷陰極−アーク放電を使用する
こともできる。
ラズマジェット１を、有利に大電流アーク放電として、有利に熱陰極-低電圧-大
電流アーク放電の形で発生させるが、この場合、冷陰極−アーク放電を使用する
こともできる。
【００３７】 前記の真空排気室１０に、電子を放射する熱陰極１４を備えた陰極室１２がフ
ランジを介して固定されており、この熱陰極１４は、有利に調節可能な熱電流発
生装置１６を備えた加熱電流ＩHのための加熱電流回路に接続されている。
ランジを介して固定されており、この熱陰極１４は、有利に調節可能な熱電流発
生装置１６を備えた加熱電流ＩHのための加熱電流回路に接続されている。
【００３８】 前記の陰極室１２に設けられたジェット出口絞り１８の反対側に陽極２０が存
在する。熱陰極１４もしくは加熱電流回路と陽極の間に、有利に調節可能な放電
発生装置２２が接続されている。この公知の装置の詳細に関しては、ＥＰ−０７
２４０２６のほかにさらにＣＨ ６６４７６８を参照することができる。
在する。熱陰極１４もしくは加熱電流回路と陽極の間に、有利に調節可能な放電
発生装置２２が接続されている。この公知の装置の詳細に関しては、ＥＰ−０７
２４０２６のほかにさらにＣＨ ６６４７６８を参照することができる。
【００３９】 円筒面の輪郭を示す加工物ホルダ装置２４が、本発明による使用によって被覆
すべき堆積表面のために、あるいは材料粉末もしくは−クラスターの堆積のため
の受け面として備えられている。半径ｒは、上記説明からわかるとおり、ジェッ
トの出力に応じて変化する。
すべき堆積表面のために、あるいは材料粉末もしくは−クラスターの堆積のため
の受け面として備えられている。半径ｒは、上記説明からわかるとおり、ジェッ
トの出力に応じて変化する。
【００４０】 円筒形の加工物ホルダ装置に沿って、上記のプラズマ密度条件の維持下に、被
覆すべき加工物、例えば、有利な実施態様の場合にはガラス−もしくはシリコン
基板、が備えられる。このことは、殊に微晶質シリコンの高速堆積に適している
。しかし、他の加工物、例えば工具、例えばドリル、スローアウェイチップ、カ
ッター等、を硬物質、例えばＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｓｉ−Ａｌ−ＯＮ、ＳｉＣ、
ＳｉＮ等、または摩擦係数が小さい膜、例えばＣｒＣ、ＦｅＣ、ＷＣＣからなる
膜、例えば金属−炭素膜、で被覆するために、これら加工物を該装置に配置する
こともまた可能である。反応性ガスをできるだけ効率的に利用するために、場合
によって備えられる基板ホルダは、できるだけ透過性を有する状態で構成され、
その結果、主要な表面が、加工物もしくは基板自体によって形成されるが、その
ホルダ装置によっては形成されない。
覆すべき加工物、例えば、有利な実施態様の場合にはガラス−もしくはシリコン
基板、が備えられる。このことは、殊に微晶質シリコンの高速堆積に適している
。しかし、他の加工物、例えば工具、例えばドリル、スローアウェイチップ、カ
ッター等、を硬物質、例えばＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｓｉ−Ａｌ−ＯＮ、ＳｉＣ、
ＳｉＮ等、または摩擦係数が小さい膜、例えばＣｒＣ、ＦｅＣ、ＷＣＣからなる
膜、例えば金属−炭素膜、で被覆するために、これら加工物を該装置に配置する
こともまた可能である。反応性ガスをできるだけ効率的に利用するために、場合
によって備えられる基板ホルダは、できるだけ透過性を有する状態で構成され、
その結果、主要な表面が、加工物もしくは基板自体によって形成されるが、その
ホルダ装置によっては形成されない。
【００４１】 図２からさらにわかるとおり、有利な実施態様、すなわち微晶質シリコンの堆
積、のための反応性ガスＲ、特にシラン、が陰極側で２９で排気室１０中に導入
され、陽極側にポンプ装置２６が備えられている。このことによって、排気室の
中を通りかつ円筒形の面の上に存在する堆積表面２４に沿った、軸Ａに本質的に
平行となるよう方向づけられたガス流が生じる。ホルダ装置の全体にわたって加
工物または一般的な堆積表面は、電位飛越に操作されるか、または基準電位、例
えば大地電位、に印加されるか、あるいは、ＤＣ−バイアス電位、ＡＣ−もしく
は混成のＡＣ＋ＤＣ−電位、例えばパルス化ＤＣ−電位に印加される。これらの
、もしくは他の電位への印加の可能性は、図２に概略的に、切換ユニット２８で
示されている。図２による装置は、次表による例１〜６について被覆が行なわれ
た。
積、のための反応性ガスＲ、特にシラン、が陰極側で２９で排気室１０中に導入
され、陽極側にポンプ装置２６が備えられている。このことによって、排気室の
中を通りかつ円筒形の面の上に存在する堆積表面２４に沿った、軸Ａに本質的に
平行となるよう方向づけられたガス流が生じる。ホルダ装置の全体にわたって加
工物または一般的な堆積表面は、電位飛越に操作されるか、または基準電位、例
えば大地電位、に印加されるか、あるいは、ＤＣ−バイアス電位、ＡＣ−もしく
は混成のＡＣ＋ＤＣ−電位、例えばパルス化ＤＣ−電位に印加される。これらの
、もしくは他の電位への印加の可能性は、図２に概略的に、切換ユニット２８で
示されている。図２による装置は、次表による例１〜６について被覆が行なわれ
た。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】 全て実施例の場合にμｃ−Ｓｉ：Ｈを使用されたガラス-もしくはシリコン基
板上に直接堆積させた。膜は、部分的にエピタキシャル性質を示す。いずれの膜
の場合にも非晶質の中間膜が該基板の直接上に生じないことは、言及されるべき
ことである。このことは通常のことではなく、それというのも従来の被覆方法の
場合には通常、常に第一に非晶質のシリコン中間膜が生じ、次にこの中間膜によ
ってエピタキシャル層の成長が妨げられるからである。したがって、本発明によ
れば使用される方法がエピタキシャル層の堆積にも適当であることは明らかであ
る。さらに、低い堆積温度でも達成される極めて高い成長速度は、注目すべきこ
とである。
板上に直接堆積させた。膜は、部分的にエピタキシャル性質を示す。いずれの膜
の場合にも非晶質の中間膜が該基板の直接上に生じないことは、言及されるべき
ことである。このことは通常のことではなく、それというのも従来の被覆方法の
場合には通常、常に第一に非晶質のシリコン中間膜が生じ、次にこの中間膜によ
ってエピタキシャル層の成長が妨げられるからである。したがって、本発明によ
れば使用される方法がエピタキシャル層の堆積にも適当であることは明らかであ
る。さらに、低い堆積温度でも達成される極めて高い成長速度は、注目すべきこ
とである。
【００４５】 原則的に本発明による使用について、次のプロセス変量を挙げることができる
： アーク電流：８０〜１７０Ａ 全圧力：１ミリバール≦Ｐtot≦３ミリバール 軸に沿った磁界Ｈ：０〜２５０ガウス、 有利に０〜１００ガウス、 特に推奨されるのは０〜６０ガウス。 アークの軸と加工物との距離ｒ：６ｃｍ≦ｒ≦２０ｃｍ、 有利に９ｃｍ≦ｒ≦１３ｃｍ。
： アーク電流：８０〜１７０Ａ 全圧力：１ミリバール≦Ｐtot≦３ミリバール 軸に沿った磁界Ｈ：０〜２５０ガウス、 有利に０〜１００ガウス、 特に推奨されるのは０〜６０ガウス。 アークの軸と加工物との距離ｒ：６ｃｍ≦ｒ≦２０ｃｍ、 有利に９ｃｍ≦ｒ≦１３ｃｍ。
【００４６】 有利な使用、すなわち微晶質シリコンの堆積、のためにさらに、上記例に記載
された、約８０リットルの排気室サイズおよび上述のとおり測定されたアークの
長さ９０ｃｍの場合に、次のガス流量を使用した： アルゴン：１８００ｃｍ3／分 Ｈ2：０〜１００ｃｍ3／分 シラン、ＳｉＨ4：５〜１００ｃｍ3／分 ４５０℃より高くならない基板温度が達成され、通常２５０〜５００℃であっ
た。
された、約８０リットルの排気室サイズおよび上述のとおり測定されたアークの
長さ９０ｃｍの場合に、次のガス流量を使用した： アルゴン：１８００ｃｍ3／分 Ｈ2：０〜１００ｃｍ3／分 シラン、ＳｉＨ4：５〜１００ｃｍ3／分 ４５０℃より高くならない基板温度が達成され、通常２５０〜５００℃であっ
た。
【００４７】 調節されたアーク電流に応じて、ジェット軸上の最大密度の有利に最大で２０
％というプラズマ密度の条件の維持のために、該ジェット軸からの半径方向の距
離は、６〜２０ｃｍ、有利に、上述のとおり、９〜１３ｃｍであった。
％というプラズマ密度の条件の維持のために、該ジェット軸からの半径方向の距
離は、６〜２０ｃｍ、有利に、上述のとおり、９〜１３ｃｍであった。
【００４８】 プロセス変量の調節に応じて、殊に微晶質シリコンの堆積の場合に上記の膜は
、被膜の形で生じるか、しかしあるいは、ｎｍ〜μｍの大きさの粉末もしくはク
ラスターの形での堆積が生じる。
、被膜の形で生じるか、しかしあるいは、ｎｍ〜μｍの大きさの粉末もしくはク
ラスターの形での堆積が生じる。
【００４９】 プロセス雰囲気の水素含量に応じて、さらに、全圧力１．５ミリバール、磁界
をかけず、さらにｒ＝１０ｃｍ、アーク電流１２０Ａならびにアルゴンの一定流
量１８００ｃｍ3／分で次の関係が測定された：
をかけず、さらにｒ＝１０ｃｍ、アーク電流１２０Ａならびにアルゴンの一定流
量１８００ｃｍ3／分で次の関係が測定された：
【００５０】
【表３】
【００５１】 このことから、プロセス雰囲気中の水素含量が、加工物の表面の堆積温度を調
節するのに著しく適当であることが明らかである。
節するのに著しく適当であることが明らかである。
【図１】 図１は、大電流アークおよびこれに関係する本発明による、堆積表面の配置を
概略的に示す。
概略的に示す。
【図２】 図２は、微晶質シリコンの、本発明による有利な堆積のための、本発明によれ
ば使用される装置を概略的に示す。
ば使用される装置を概略的に示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年５月７日（２００１．５．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホレンスタイン，クリストフ スイス、ツェー・ハー−1095 ルトリー、 アベニュ・ウィリアム、46 (72)発明者 フランツ，デイビッド スイス、ツェー・ハー−1004 ローザン ヌ、エシェレッテ、２ Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA61 AA62 AA63 BA05 BB02 BC04 BD14 CA02 CA17 CA42 CA47 CA57 CA62 EC21 4K030 AA06 BA29 BA30 BB04 CA04 CA06 FA01 GA01 HA06 JA03 JA09 KA20
Claims (16)
- 【請求項１】 少なくとも４００ｎｍ／分の材料堆積速度および最高５５０
℃の堆積表面の温度のために、プラズマジェットを真空排気室内で発生させ、か
つ、該ジェット軸に沿ったプラズマ密度が最も高い領域に対して半径方向にずら
して加工物を配置し、この場合、新鮮な反応性ガスを該排気室中に導入しかつ使
用されたガスを該排気室から吸引する、加工物の反応性処理方法の使用。 - 【請求項２】 表面への堆積のための、または粉末もしくはクラスターの形
の材料の堆積のための、請求項１に記載の方法の使用。 - 【請求項３】 前記プラズマジェットを低電圧アーク放電として、有利に大
電流アーク放電として実施する、請求項１または２に記載の方法の使用。 - 【請求項４】 前記堆積表面を前記ジェット軸を中心にして回転させるか、
および／または該ジェット軸に対してずらされた、かつ有利に該ジェット軸に対
して平行な軸を中心に回転させるかもしくは振り子運動させる、請求項１から３
までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項５】 前記反応性ガスの流れを前記ジェット軸に対して本質的に平
行に生じさせる、請求項１から４までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項６】 前記プラズマ密度の分布を本質的に軸に平行な磁界によって
調整し、その際、０ガウス（磁界なし）〜２５０ガウスが有利であり、最大で１
００ガウスが特に有利であり、０ガウス（磁界なし）〜６０ガウスが殊に有利で
ある、請求項１から５までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項７】 大電流アークとしての前記プラズマジェットを出口絞りを有
する陰極室を用いた熱陰極放電によって発生させるかまたは冷陰極を用いて発生
させる、請求項１から６までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項８】 堆積表面を電位飛越にかまたは有利に調整可能な電位、この
場合には、ＤＣ−、ＡＣ−もしくはＡＣ＋ＤＣ−電位に印加する、請求項１から
７までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項９】 前記プラズマジェットの長さを５０ｃｍより大きく選択する
、請求項１から８までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項１０】 シリコン化合物、特に有利に微晶質シリコン、μｃ−Ｓｉ
：Ｈ、を有利に反応性ガスとしてのシランの使用下に堆積させるための、請求項
１から９までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項１１】 処理中の加工物温度をプロセス雰囲気中の水素含量によっ
て調整する、請求項１０に記載の方法の使用。 - 【請求項１２】 硬物質膜または摩擦を小さくする膜を用いた被覆のための
、請求項１から１１までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項１３】 ガラス−もしくはシリコンウエハ上への材料堆積のための
、請求項１から１２までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項１４】 アーク電流を８０〜１７０Ａに調節し、かつその際、処理
すべき加工物表面を有利に前記プラズマジェット軸から距離ｒをあけて配置し、
その際、この距離ｒが ６ｃｍ≦ｒ≦２０ｃｍ、 有利に９ｃｍ≦ｒ≦１３ｃｍ である、請求項１から１３までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項１５】 前記排気室の中を１ミリバール≦Ｐtot≦３ミリバールの
全圧力に調整する、請求項１から１４までのいずれかに記載の方法の使用。 - 【請求項１６】 前記堆積表面を前記ジェット軸のプラズマ密度最大値の２
０％以下のプラズマ密度の範囲に配置する、請求項１から１５までのいずれかに
記載の方法の使用。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH794/99 | 1999-04-29 | ||
| CH00794/99A CH694699A5 (de) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Verfahren zur Herstellung von Silizium. |
| PCT/CH2000/000208 WO2000066806A1 (de) | 1999-04-29 | 2000-04-11 | Verwendung eines verfahrens zur plasmaunterstützten reaktiven abscheidung von material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002543293A true JP2002543293A (ja) | 2002-12-17 |
| JP2002543293A5 JP2002543293A5 (ja) | 2007-05-31 |
Family
ID=4195351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000615426A Pending JP2002543293A (ja) | 1999-04-29 | 2000-04-11 | 材料のプラズマ利用反応性堆積方法の使用 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6685994B1 (ja) |
| EP (1) | EP1187945B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002543293A (ja) |
| CH (1) | CH694699A5 (ja) |
| DE (1) | DE50009169D1 (ja) |
| HK (1) | HK1044571B (ja) |
| TW (1) | TW507020B (ja) |
| WO (1) | WO2000066806A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011021256A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Kochi Univ Of Technology | ナノ結晶シリコン薄膜の成膜方法及びナノ結晶シリコン薄膜、並びに該薄膜を成膜する成膜装置 |
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| DE102004061632B4 (de) * | 2004-12-17 | 2009-06-18 | Auer Lighting Gmbh | Innenbeschichtung von Entladungsgefäßen, Entladungsgefäße aus Quarzglas und deren Verwendung |
| DE102006003847B4 (de) * | 2006-01-26 | 2011-08-18 | Siemens AG, 80333 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines polykristallinen Keramikfilms auf einem Substrat |
| KR101046520B1 (ko) | 2007-09-07 | 2011-07-04 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 내부 챔버 상의 부산물 막 증착을 제어하기 위한 ｐｅｃｖｄ 시스템에서의 소스 가스 흐름 경로 제어 |
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- 1999-04-29 CH CH00794/99A patent/CH694699A5/de not_active IP Right Cessation
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2000
- 2000-04-11 US US10/031,258 patent/US6685994B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-04-11 DE DE50009169T patent/DE50009169D1/de not_active Expired - Lifetime
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- 2000-04-20 TW TW089107450A patent/TW507020B/zh not_active IP Right Cessation
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- 2002-08-22 HK HK02106186.9A patent/HK1044571B/zh not_active IP Right Cessation
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| CH694699A5 (de) | 2005-06-15 |
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