JP2597086B2

JP2597086B2 - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JP2597086B2
Application number: JP9559786A
Authority: JP
Inventors: 慎二今任; 舜平山崎; 悠爾店村; 衛田代; 一男浦田; 健二伊藤; 政一尾高; 敏次浜谷
Original assignee: 株式会社半導体エネルギー研究所
Priority date: 1986-04-24
Filing date: 1986-04-24
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JPS62259426A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）発明の利用分野本発明は光化学気相反応生成物薄膜を基板上に作製す
る方法に関するものである。

（ロ）従来技術近年、非単結晶珪素半導体用または、パッシベーショ
ン用薄膜作製方法において、光化学気相反応（以下光CV
D法）が注目されている。

この光CVD法を用いた薄膜作製に使用される、従来の装
置は、紫外光の透過窓を有する反応容器内に被膜形成基
板を配置して、減圧下にて薄膜作製用気体を導入し、紫
外光透過窓を通して導入された紫外光により、反応容器
内で光化学気相反応を起し、その反応生成物薄膜を基板
上に被着させるようになっている。そして、紫外光の透
過窓としては石英ガラスや、フッ化リチウム、フッ化マ
グネシュウムなどの紫外光を透過し易い材料で作られて
いる。

また、薄膜の生成速度を増すために、反応容器内に薄膜
作製用気体と一緒に、水銀を添加する水銀増感法や、大
面積の薄膜形成を可能とするため、紫外光源室を減圧と
し、紫外光透過窓を大きくする工夫もされている。

ところでこの光CVD法は、紫外光透過窓を通して反応容
器内に紫外光を導入するため、被膜形成基板上だけでな
く、該透過窓上にも薄膜が形成されるため、紫外光導入
直後は充分な量の紫外光が窓より基板に照射されている
が、薄膜が透過窓上に形成されてゆくに従がい、紫外光
の透過量が減少してゆき、最後には基板上に薄膜が形成
されなくなってしまうという問題があった。

また、この問題の解決法の１つとして、透過窓の反応
容器側にオイルをコーテングすることが提案されている
が、オイルの成分が光化学気相反応時に形成膜中にとり
込まれ膜質を悪くするという問題があった。

（ハ）発明の目的本発明は、これらの問題を解決するものである。すなわ
ち、オイル等を塗布せずに紫外光透過窓上に、反応生成
物薄膜を形成させずに光CVD法により薄膜を形成する方
法である。

（ニ）発明の構成本発明は、紫外光を用いて薄膜作製用気体を分解、活性
化させ基板上に、薄膜を形成させる方法において紫外光
透過窓上またはその近傍あるいは、紫外光源近傍に設け
られた第１の電極と、該第１の電極と相対して、離間に
設けられた第２の電極に、光化学気相反応時の、反応室
内圧力における放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加
しながら、光化学気相反応により基板上に、薄膜を形成
することを特徴とする薄膜形成方法であります。

すなわち、反応気体中に含まれる反応生成物が固体と
なるような、イオン種または若干の電荷を帯びた活性種
を、第１の電極と第２の電極間に印加するバイアス電圧
により、紫外光透過窓あるいは紫外光源付近より遠ざけ
ることを特徴とするものであります。

当然のことながらこのバイアス電圧は、光化学気相反
応時の反応容器内圧力における放電開始電圧より低い値
である。

以下に実施例を示す。

実施例１第１図に本発明で用いた装置の概略を示す。

反応容器（１）内に、設けられた第２の電極（２）は基
板加熱用ヒータと基板支持体とを兼ねている。

紫外光源としては、低圧水銀ランプ（６）を用い、紫
外光源室（10）は減圧にして、紫外光透過窓の石英ガラ
ス板（５）を介して反応室と隣り合っている。

紫外光透過窓上の第１の電極（４）はニッケルを用い、
該窓上全面に蒸着後線巾50μｍ、開口率90％となるよう
に格子状にパターニングを施した物を用いた。該窓の大
きさは300mm×300mmで厚さ約3mmであった。また第１の
電極（４）と第２の電極（２）間に、バイアス電圧を加
えられるように印加用電源（11）が設けてある。

この装置を用い、光CVD法により窒化珪素薄膜の作製
を試みた。以下にその条件を示す。

ガス流量 Si₂H₆ 10 SCCM NH₃ 500 SCCM N₂ 500 SCCM 反応圧力 400 Pa 基板温度 300 ℃ この時第１の電極（４）と第２の電極（２）間隔は約50
mmでバイアス電圧は、例えばイオン化したSiが窓側へ近
づかないように第１の電極（４）側の負極性とし、０、
30、60Vとした。その時の薄膜の膜厚と反応時間の関係
を第２図に示す。曲線（12）は0V時の結果であり、反応
時間60分で約1000Å程度で、それ以上は厚く膜がつかな
い傾向が見られる。これは紫外光透過窓（５）にも膜が
形成されるため、反応気体を十分に分解させるだけの量
の紫外光が透過してこないことを示している。

一方、本発明のバイアス電圧を30V（曲線（13））、6
0V（曲線（14））と加えた場合は、時間とともに成膜速
度が遅くなる傾向は見られるが曲線（12）と較べて、明
らかに速くまた厚い膜を形成することが可能であり、ま
た限界膜厚も曲線（14）の場合、OV（曲線（12））と較
べて約３倍程度の3000Åにまで達している。

またこれらの成膜後、第１および第２の電極間に放電
開始電圧以上の電圧を印加し、エッチングガスを反応室
に導入すると、反応室内のクリーニングを同一装置構成
にて行なえるという利点がある。

実施例２次に実施例１と同じ装置を用い、アモルファスシリコ
ン膜の作製を行った。

薄膜生成用気体としてHeベースの10％Si₂H₆を20SCCM
流しその他の実験条件は実施例１と全く同じであった。
本実施例の場合バイアス電圧は0Vと25Vで行った。その
結果を第３図に示す。0Vの場合は曲線（15）のように反
応開始後、約10分で完全に膜厚が増えなくなっていた
が、本発明のように25Vのバイアス電圧を第１と第２電
極間に加えた場合、曲線（16）のように10分をすぎても
膜厚は増加しつづけ、60分で約1000Åまで達している。
なお、本発明は実施例のみに限定されるものではない。

また、実施例１、２では第２電極として基板支持体を
兼ねているが、特にこの構成に限定されることはない。

さらに、本実施例では紫外光透過窓を設けたが、紫外光
源を直接反応室内に入れた構造でもよい。

（ホ）効果本発明の構成をとることにより、従来の光CVD法と比
較して膜の成膜速度および限界膜厚が約３倍程度に向上
することになった。

これにより、巾広い、半導体ディバイスへ光CVD法が適
用可能となり、光CVD法の特徴である下地へのダメージ
のない良好な界面特性を持つ半導体装置が簡単に得られ
るようになった。

また、従来法のように紫外光透過窓上にオイル等を塗布
しないため、成膜された薄膜中に不純物が混入せず、良
好な膜質が得られる。

また、第１の電極と第２の電極間に放電開始電圧以上の
電圧を印加し、反応ガスとしてエッチングを用いた場
合、反応室のエッチングを同一装置構成で行なえるとい
う利点もある。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の装置を示す。第２図、第３図は本発明により得られた薄膜の膜厚と反
応時間の関係を示す。１……反応室２……第２の電極（基板支持体）４……第１の電極５……紫外光透過窓６……紫外光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者店村悠爾厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者田代衛厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者浦田一男厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者伊藤健二厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者尾高政一厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者浜谷敏次厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献特開昭61−189631（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−52927（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外光を用いて、薄膜作製用気体を分解、
活性化させ基板上に薄膜を形成させる方法において、紫
外光透過窓上またはその近傍、あるいは紫外光源近傍に
設けられた第１の電極と、該第１の電極と相対して設け
られた第２の電極との間に、被形成面上への被膜形成を
助長せしめるバイアス電圧を印加しながら、光化学気相
反応を行い基板上の被形成面に薄膜を形成する工程と、前記基板を除去して前記反応室内にエッチングガスを導
入し、かつ前記一対の電極にプラズマ放電電圧を印加し
て反応室内のクリーニングを行う工程と、を有することを特徴とする薄膜形成方法。