JP2649330B2 - Plasma processing method - Google Patents

Plasma processing method

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JP2649330B2
JP2649330B2 JP6336622A JP33662294A JP2649330B2 JP 2649330 B2 JP2649330 B2 JP 2649330B2 JP 6336622 A JP6336622 A JP 6336622A JP 33662294 A JP33662294 A JP 33662294A JP 2649330 B2 JP2649330 B2 JP 2649330B2
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gas phase
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舜平 山崎
衛 田代
稔 宮崎
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、反応空間内に設けられた電力を印
加する電極は、一対の平行平板型であり、かつその一方
の電極上を被膜形成面としている。このような方式の被
膜形成面における被膜生成率は、1%ないし3%程度で
ある。また、従来のプラズマ気相反応方法においては、
一対の平行平板型電極の間に、プラズマ放電かグロー放
電を発生させ、基板表面に半導体被膜等が形成される。
かかる一対の電極のみを用いる方式では、被膜の均一性
が±5%以内のばらつきの範囲に抑えられる。しかし、
上記方法では、被膜形成面を電極面積以上に大きくする
ことができない。このため、上記方法は、多量生産にま
ったく不向きであるという欠点を有する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electrode for applying electric power provided in a reaction space is a pair of parallel flat plates, and one of the electrodes is used as a film forming surface. The film formation rate on the film forming surface in such a system is about 1% to 3%. In the conventional plasma gas phase reaction method,
A plasma discharge or a glow discharge is generated between the pair of parallel plate electrodes, and a semiconductor film or the like is formed on the substrate surface.
In the method using only such a pair of electrodes, the uniformity of the coating can be suppressed to a range of variation within ± 5%. But,
In the above method, the film formation surface cannot be made larger than the electrode area. For this reason, the above method has the disadvantage that it is completely unsuitable for mass production.

【0003】他方、被膜形成用基板は、平行平板型電極
の間に設けられ、その電界が被膜形成面に概略平行にな
るように多数の基板を互いに─定の距離(2cmないし
6cm)を離間して垂直に林立せしめて配設する方法が
知られている。その─例は、本出願人の出願にかかる特
許願(プラズマ気相反応装置 昭和57年9月25日出
願 特願昭57ー167280号)である。すなわち、
基板を電位的にいずれの電極からも遊離せしめて、陽光
柱での気相反応を行なういわゆるフローティングプラズ
マ気相反応法を用いるため、多量基板に対して被膜形成
を行なうことができるという特徴を有する。上記方法
は、従来より公知の平行平板型電極の一方の電極上に基
板を配設する方法に比べて、5倍ないし20倍の生産性
をあげることができた。
On the other hand, a substrate for film formation is provided between parallel plate electrodes, and a large number of substrates are separated from each other by a predetermined distance (2 cm to 6 cm) so that the electric field is substantially parallel to the surface on which the film is formed. There is known a method of vertically arranging and arranging them. An example is a patent application filed by the present applicant (plasma gas phase reactor, Japanese Patent Application No. 57-167280 filed on Sep. 25, 1982). That is,
Since a so-called floating plasma gas phase reaction method in which a substrate is released from any electrode in terms of potential and a gas phase reaction is carried out in a positive column is used, a film can be formed on a large number of substrates. . According to the above method, the productivity can be improved by 5 to 20 times as compared with a method of disposing a substrate on one electrode of a conventionally known parallel plate type electrode.

【0004】しかし、かかるフローティングプラズマ気
相反応法において、得られる膜厚の均一性は、後述する
ように、その一例として図1に示すごときものであっ
た。また、他の従来例として、第40回応物学会予稿
集、(1979─9)、P.316には、基板に対して
水平方向から高周波電界を印加し、さらに付加的に基板
の垂直方向から直流電界を印加していることが記載され
ている。
However, in such a floating plasma gas phase reaction method, the uniformity of the obtained film thickness is as shown in FIG. 1 as an example, as described later. Further, as another conventional example, the 40th Proceedings of the Japan Society for Response Science, (1979-9), P.S. No. 316 describes that a high-frequency electric field is applied to the substrate in a horizontal direction, and additionally, a DC electric field is applied to the substrate in a vertical direction.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図1(A)ないし
(E)は従来のプラズマ気相反応方法で得られた基板上
の膜厚の不均一性を説明するための図である。図1
(A)には、基板(5)と電極(23)、(25)との
相対位置関係が示されている。基板(5)には、約50
00Åの厚さに珪素膜が形成されている。基板(5)に
形成された珪素膜は、図1(C)に示すごとく、一対の
電極(23)、(25)の近傍で厚くなる。また、基板
(5)は、図1(B、D、E)に示すごとく、電極(2
3)、(25)の中央部が厚くなったり、あるいは基板
(5)の端部が薄くなってしまう。このため、基板
(5)の上下側端部(コーナ部)に形成される膜厚は、
中央部の上下端部の厚さに比べて20%ないし30%も
薄くなってしまった。
FIGS. 1A to 1E are diagrams for explaining the nonuniformity of the film thickness on a substrate obtained by a conventional plasma gas phase reaction method. FIG.
(A) shows the relative positional relationship between the substrate (5) and the electrodes (23) and (25). The substrate (5) has about 50
A silicon film is formed to a thickness of 00 °. As shown in FIG. 1C, the silicon film formed on the substrate (5) becomes thicker near the pair of electrodes (23) and (25). Further, as shown in FIG. 1 (B, D, E), the substrate (5)
3), the central portion of (25) becomes thicker, or the end portion of the substrate (5) becomes thinner. For this reason, the film thickness formed at the upper and lower ends (corners) of the substrate (5) is
It is 20% to 30% thinner than the thickness of the upper and lower ends of the center.

【0006】すなわち、本出願人が提案したフローティ
ングプラズマ気相反応法において、被膜形成面は、電位
的に浮いているため、この基板(5)にチャージアップ
(荷電)した電荷と、プラズマ中のイオンとが反発しあ
う。このため、飛翔中の活性粒子は、被膜形成面をスパ
ッタすることが少なくなる。さらに、これを助長するた
め、プラズマ反応に用いられる高周波電界は、被膜形成
面に添って流れるように層流を構成して供給される。す
なわち、高周波電界は、被膜形成面に概略平行になるよ
うに配設せしめられている。
That is, in the floating plasma gas phase reaction method proposed by the present applicant, since the surface on which the film is formed is floating in terms of potential, the electric charge charged up on the substrate (5) and the electric charge in the plasma Ions repel each other. Therefore, the active particles in flight are less likely to sputter on the surface on which the film is formed. Further, in order to promote this, the high-frequency electric field used for the plasma reaction is supplied in a laminar flow so as to flow along the film formation surface. That is, the high-frequency electric field is disposed so as to be substantially parallel to the film formation surface.

【0007】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、プラズマ処理を行うプラズマ処理方法を提
供することを目的とする。
[0007] The present invention is intended to solve the above problems, and an object thereof is to provide a plasma processing method for performing a plasma treatment.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】(第1発明) 前記目的を達成するために、本発明におけるプラズマ処
理方法は、基板の被膜形成面に対して直交して配置され
た複数の電極と、複数の電気エネルギー供給用の発振器
とを有し、前記基板の被膜形成面に対して平行な面内
で、電界を前記複数の電気エネルギー供給用の発振器か
らリサージュパターンを発生させる位相の異なる同一の
周波数を発振させながら被膜を形成することを特徴とす
る。
Means for Solving the Problems (First invention) In order to achieve the above object, a plasma processing method according to the present invention comprises: a plurality of electrodes arranged orthogonally to a film forming surface of a substrate; of electrical energy and a oscillator for supplying, in a plane parallel with respect to the film forming surface of the substrate
The film is formed while oscillating an electric field from the plurality of oscillators for supplying electric energy at the same frequency having different phases for generating a Lissajous pattern.

【0009】(第2発明) 本発明のプラズマ処理方法は、基板の被膜形成面に対し
て直交して配置された複数の電極と、複数の電気エネル
ギー供給用の発振器とを有し、前記基板の被膜形成面に
対して平行な面内で、電界を前記複数の電気エネルギー
供給用の発振器からリサージュパターンを発生させる
なる周波数を発振させながら被膜を形成することを特徴
とする。
(Second Invention) A plasma processing method according to the present invention includes a plurality of electrodes arranged perpendicular to a film formation surface of a substrate, and a plurality of oscillators for supplying electric energy. in a plane parallel to the film forming surface of, characterized in that the electric field to form a film while oscillating the different <br/> comprising frequency to generate a Lissajous pattern from said plurality of oscillators of electrical energy for supplying .

【0010】[0010]

【作 用】反応空間内に反応性気体を導入して基板上
に被膜を形成するためにプラズマを発生させる。プラズ
マは、反応空間に設けられた基板の被膜形成面に対して
平行な面内で、かつ直交して配置された複数の電極と複
数の電気エネルギー供給用の発振器から印加された電界
によって発生する。また、前記複数の電極および発振器
から発生する電界は、リサージュパターンとすること
で、基板の被膜形成面に対する電界の密度が均一化さ
れ、基板端部においても電界密度の小さくなることを防
ぎ、なお一層厚さを均一にしている。
[Operation] A plasma is generated to introduce a reactive gas into a reaction space and form a film on a substrate. The plasma is generated by an electric field applied from a plurality of electrodes and a plurality of oscillators for supplying electric energy in a plane parallel to a film formation surface of a substrate provided in the reaction space and orthogonally arranged. . Also, the electric field generated from the plurality of electrodes and the oscillator, by a Lissajous pattern, the density of the electric field with respect to the film forming surface of the substrate is made uniform, preventing to become also the field density decreases at the substrate end, Note The thickness is made more uniform.

【0011】複数の電気エネルギー供給用の発振器から
発生する電界は、位相の異なる同一周波数、あるいは
なる周波数とすることによってリサージュパターンを
描かせることができる。また、基板の被膜形成面は、複
数の電極から電気的に浮いた(フローティング)電位と
したため、プラズマエネルギーが基板の被膜形成面をス
パッタする程度を軽減することができた。また、被膜形
成面は、リサージュ波形によって、スパッタを平均化で
きるため、膜質や厚さを均一にできる。さらに、被膜形
成面に対して、平行な面内で、かつ直交して配置された
複数の電極から基板の被膜形成面に印加する電界密度
は、均一化されるだけでなく、一対の電極による電界の
みの場合より大きいため、被膜形成速度を向上させるこ
とができる。
An electric field generated from a plurality of oscillators for supplying electric energy can have a Lissajous pattern drawn by using the same frequency having different phases or different frequencies. In addition, since the surface of the substrate on which the film was formed was set at a potential that was electrically floating (floating) from the plurality of electrodes, the extent to which plasma energy sputtered the surface of the substrate on which the film was formed could be reduced. In addition, film type
The surface is averaged by sputtering using the Lissajous waveform.
Therefore, the film quality and thickness can be made uniform. In addition, film type
Placed in a plane parallel to and perpendicular to the formed surface
The electric field density applied to the film-forming surface of the substrate from the plurality of electrodes is not only made uniform, but also larger than the electric field generated only by the pair of electrodes, so that the film-forming speed can be improved.

【0012】[0012]

【実 施 例】本発明の一実施例は、反応性気体が反応
室内のすべてに分散してしまうことを防ぐプラズマ気相
反応装置であり、上記反応室が基板の外形状を利用して
筒状空間になっている。そして、この筒状空間には、基
板がその裏面を互いに密接して、その表面の被膜形成面
を一定の距離、たとえば2cmないし10cm、代表的
には4cmないし6cm離して平行に配設されている。
また、この基板が林立した筒状空間には、反応性気体を
選択的に導き、この筒状空間においてのみ選択的にプラ
ズマ放電を行なわしめる。この結果として反応性気体の
収集効率は、従来の1%ないし3%より、その10倍な
いし30倍の20%ないし50%にまで高めることがで
きた。さらに、本発明の一実施例は、多数回繰り返して
被膜形成を行なうと、その時反応室上部に付着形成され
たフレ−クが基板の被膜形成面上に落ちて、ビンホ−ル
の発生を誘発してしまうことを防ぐため、基板の被膜形
成面を重力に添って垂直配向せしめたことを特徴として
いる。
[Embodiment] One embodiment of the present invention is a plasma gas phase reaction apparatus for preventing a reactive gas from being dispersed all over a reaction chamber, wherein the reaction chamber has a cylindrical shape utilizing the outer shape of a substrate. It is shaped like a space. In this cylindrical space, the substrate is disposed in parallel with the back surfaces thereof in close contact with each other, and the film-forming surface of the front surface is separated by a certain distance, for example, 2 cm to 10 cm, typically 4 cm to 6 cm. I have.
In addition, the reactive gas is selectively guided into the cylindrical space where the substrate is formed, and the plasma discharge is selectively performed only in the cylindrical space. As a result, the collection efficiency of the reactive gas was increased from 20% to 50%, which is 10 to 30 times that of the conventional 1% to 3%. Further, in one embodiment of the present invention, when a film is formed repeatedly a number of times, the flakes adhered and formed on the upper part of the reaction chamber at that time fall on the film forming surface of the substrate and induce the generation of binholes. In order to prevent this, the film forming surface of the substrate is vertically oriented along with gravity.

【0013】本発明の一実施例は、前記した一定の間隙
を経て被膜形成面を概略平行に配置された基板の上部、
下部および中央部さらに周辺部での膜厚の均一性、また
膜質の均質性を促すため、上方向および下方向より棒状
赤外線ランプを互いに直交して配置し、筒状空間全体の
均熱加熱化を図った。すなわち、棒状赤外線ランプは、
その断面積が10cm2 、また、長さが電極方向に10
cmないし60cmを有し、幅15cmないし100c
mの基板、たとえば20cm×60cmの基板がその温
度分布において、100℃ないし650℃、たとえば2
00℃±5℃以内としたことを特徴としている。
One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
In order to promote uniformity of film thickness in the lower part, central part and peripheral part, and uniformity of film quality, rod-shaped infrared lamps are arranged perpendicular to each other from above and below, so that the entire cylindrical space is heated uniformly. Was planned. That is, the rod-shaped infrared lamp is
Its cross-sectional area is 10 cm 2 and its length is 10 cm in the electrode direction.
cm to 60cm, width 15cm to 100c
m substrate, for example, a substrate of 20 cm × 60 cm, has a temperature distribution of 100 ° C. to 650 ° C.
It is characterized in that the temperature is within 00 ° C. ± 5 ° C.

【0014】本発明の一実施例は、連続製造方式を基本
条件とし、反応室内での被膜の特性の向上に加えて、反
応室の内壁に不用の反応生成物が付着することを防ぐ。
本発明の一実施例は、見掛け上の反応室の内壁を筒状空
間の側面とすることにより、被膜作製の度に、すなわち
新たにホルダを反応室内に装着する度に、あたかも新し
い内壁が作られるため、繰り返しの被膜形成によって
も、不要の反応生成物が内壁上に層状に積層されるのを
防ぐことができる。すなわち、本発明の一実施例は、反
応室内に形成されるフレ−クの発生を防止できるという
大きな特徴を有する。
In one embodiment of the present invention, a continuous production system is used as a basic condition, and in addition to improving the properties of the coating in the reaction chamber, unnecessary reaction products are prevented from adhering to the inner wall of the reaction chamber.
In one embodiment of the present invention, an apparent inner wall of the reaction chamber is formed as a side surface of the cylindrical space, so that a new inner wall is created each time a coating is formed, that is, each time a holder is newly installed in the reaction chamber. Therefore, even when the film is repeatedly formed, unnecessary reaction products can be prevented from being layered on the inner wall. That is, the embodiment of the present invention has a great feature that generation of flakes formed in the reaction chamber can be prevented.

【0015】さらに、本発明の一実施例は、反応性気体
の導入口、排気口において、電極外側を供給フード、排
気フード、および絶縁フ−ド(石英等)で覆い、反応室
壁面との寄生放電を防ぎ、この電極と反応空間との間に
フロ−ティンググリットを設けることにより、この反応
空間内に陽極暗部、陰極暗部が延びないようにした。す
なわち、この反応空間の電界強度がきわめて少ない陽光
柱領域とすることができた。その結果、この反応空間内
に強電界の暗部で加速された強い運動エネルギーを有す
るスピーシス(反応性物質)による被膜形成面のスパッ
タを防ぎ膜質の向上を図ることができた。
Further, in one embodiment of the present invention, the outside of the electrode is covered with a supply hood, an exhaust hood, and an insulating hood (quartz or the like) at the inlet and outlet of the reactive gas, and the electrode is connected to the reaction chamber wall. Parasitic discharge was prevented, and a floating grid was provided between the electrode and the reaction space to prevent the anode dark area and the cathode dark area from extending in the reaction space. That is, a positive column region in which the electric field intensity in this reaction space was extremely small could be obtained. As a result, it was possible to prevent the sputter (reactive substance) having strong kinetic energy accelerated in the dark portion of the strong electric field in the reaction space from being sputtered on the film-formed surface and to improve the film quality.

【0016】かかるプラズマ気相反応装置は、すでに形
成されている下側(被膜形成面)の半導体層の不純物の
その上に形成されるべき他の半導体層への混合を排除
し、さらに、複数の半導体層の積層界面での混合の厚さ
を200Åないし300Åと従来よりも約1/10ない
し1/5にすると共に、基板内、同一バッチの基板間で
の膜厚のばらつきを±5%以内(たとえば、5000Å
の厚さとすると、そのばらつきが±250Å以内)とし
得たことを特徴としている。
Such a plasma gas phase reaction apparatus eliminates mixing of impurities of a lower (layer on which a film is formed) semiconductor layer already formed into another semiconductor layer to be formed thereon. The thickness of the mixture at the lamination interface of the semiconductor layers is 200Å to 300Å, which is about 1/10 to 1/5 of the conventional thickness, and the variation in film thickness within the substrate and between substrates of the same batch is ± 5%. Within (for example, 5000 $)
(The variation is within ± 250 °).

【0017】以下、図2および図3にしたがって本発明
の一実施例であるプラズマ気相反応装置を説明する。図
2は本発明の一実施例で、連続してプラズマ気相反応が
可能な装置を説明するための図である。図3は本発明の
一実施例で、対をなす複数の電極によって発生する電界
を説明するための図である。 具体例1 図2において、プラズマ気相反応装置は、一方の側から
基板(5)を装填するための第1の予備室(1)と、プ
ラズマ気相反応処理を行なう反応室(2)と、プラズマ
気相反応処理の終了した基板(5)を取り出すための第
2の予備室(3)とから構成される。
Hereinafter, a plasma gas phase reaction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a view for explaining an apparatus capable of continuously performing a plasma gas phase reaction according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining an electric field generated by a plurality of pairs of electrodes according to an embodiment of the present invention. Specific Example 1 In FIG. 2, the plasma gas phase reaction apparatus includes a first preliminary chamber (1) for loading a substrate (5) from one side, and a reaction chamber (2) for performing a plasma gas phase reaction process. And a second preliminary chamber (3) for taking out the substrate (5) after the plasma gas phase reaction processing.

【0018】第1の予備室(1) と反応室(2)との連
設部、反応室(2)と第2の予備室(3)との連設部に
は、ゲ−ト弁(43)、(44)が設けられている。ゲ
−ト弁(43)、(44)は、基板(4)、(5)、お
よびホルダ(6)、(7)が第1の予備室(1)から反
応室(2)中へ、また、反応室(2)から第2の予備室
(3)への移動に対して開状態となる。また、ゲート弁
(43)、(44)は、プラズマ気相反応中、第1の予
備室(1)において、基板(4)、ホルダ(6)を扉
(11)から装着する時、または第2の予備室(3)に
おいて、基板(5)、ホルダ(6)を扉(12)から取
り出す時、閉状態とする。第1の予備室(1)への基板
(4)の装着、第2の予備室(3)から基板(4)の取
り出しの際には、第1の予備室(1)および第2の予備
室(3)に導入口(20)、(32)より大気圧にする
ための窒素が供給される。
A gate valve () is connected to a connecting portion between the first preliminary chamber (1) and the reaction chamber (2) and a connecting portion between the reaction chamber (2) and the second preliminary chamber (3). 43) and (44) are provided. The gate valves (43), (44) are used to move the substrates (4), (5) and the holders (6), (7) from the first preliminary chamber (1) into the reaction chamber (2), and , Is opened for movement from the reaction chamber (2) to the second preliminary chamber (3). The gate valves (43) and (44) are used when the substrate (4) and the holder (6) are mounted from the door (11) in the first preliminary chamber (1) during the plasma gas phase reaction, When the substrate (5) and the holder (6) are taken out of the door (12) in the second spare room (3), the substrate (5) is closed. When mounting the substrate (4) in the first preliminary chamber (1) and taking out the substrate (4) from the second preliminary chamber (3), the first preliminary chamber (1) and the second preliminary chamber are used. Nitrogen is supplied to the chamber (3) from the inlets (20) and (32) to bring the pressure to atmospheric pressure.

【0019】第1の予備室(1)は、外部より基板
(4)、ホルダ(6)を装着するガイド(9)と、大気
と第1の予備室(1)との間で開閉できる扉(11)
と、基板(4)上の吸着物を加熱真空脱気させるため、
赤外線ランプ(15)、(15′)と、第1の予備室
(1)を排気する真空排気手段(29)とから構成され
る。ゲ−ト弁(43)は、開けられた後、予め真空引き
されている反応室(2)内に、第1の予備室(1)から
基板(5)、ホルダ(6)を移動させる。この移動は、
第1の予備室(1)に設けられたステップモ−タ(8)
によって行なわれる。
The first preliminary chamber (1) has a guide (9) for mounting a substrate (4) and a holder (6) from the outside, and a door that can be opened and closed between the atmosphere and the first preliminary chamber (1). (11)
To heat and deaerate the adsorbate on the substrate (4) under vacuum
It comprises infrared lamps (15) and (15 '), and vacuum exhaust means (29) for exhausting the first preliminary chamber (1). After the gate valve (43) is opened, the substrate (5) and the holder (6) are moved from the first preliminary chamber (1) into the reaction chamber (2) which has been evacuated in advance. This move
Step motor (8) provided in the first spare room (1)
Done by

【0020】まず、ガイド(9)を含むホルダ(6)
は、約1.5cm上方に持ち上げられ、この後、反応室
(2)内にガイド(9)を伸ばすことよって移動させら
れる。さらに、ホルダ(6)は、反応室(2)の中央部
に至った後、ガイド(9)を止め、約1.5cm下方向
にガイド(9)を下げることにより下ろされる。する
と、その中間の高さの位置にホルダ(7)の上部の円板
状ディスクを受けるフィンシャフト(39)が設けられ
ており、ここにホルダ(7)が保持され、筒状空間(1
00)が形成される。
First, a holder (6) including a guide (9)
Is lifted about 1.5 cm above and then moved by extending a guide (9) into the reaction chamber (2). Further, after reaching the center of the reaction chamber (2), the holder (6) is lowered by stopping the guide (9) and lowering the guide (9) downward by about 1.5 cm. Then, a fin shaft (39) for receiving a disc-shaped disk above the holder (7) is provided at a position at an intermediate height thereof, where the holder (7) is held, and the cylindrical space (1) is held.
00) is formed.

【0021】この後、ガイド(9)は、このディスクの
下側を通り、元の第1の予備室(1)に縮んで収納され
る。さらに、ゲ−ト弁(43)が閉じられる。この後、
第1の予備室(1)は、窒素を導入口(20)から供給
することにより大気圧となる。この間に、基板(4)
は、ガイド(9)に取り付けられているホルダ(6)に
装着させる。この操作は、順次繰り返される。次に、反
応室(2)内における機構について説明する。反応室
(2)は、反応性気体を供給する系(97)と、真空排
気する系(98)と、後述する電極(23)、(25)
に高周波電力を供給する第1の発振器(21)と、同じ
く第2の発振器(85)とが具備されている。
Thereafter, the guide (9) passes under the disk and is retracted and stored in the original first spare room (1). Further, the gate valve (43) is closed. After this,
The first preliminary chamber (1) is brought to atmospheric pressure by supplying nitrogen from the inlet (20). During this time, the substrate (4)
Is mounted on a holder (6) attached to a guide (9). This operation is sequentially repeated. Next, a mechanism in the reaction chamber (2) will be described. The reaction chamber (2) includes a system (97) for supplying a reactive gas, a system (98) for evacuating, and electrodes (23) and (25) to be described later.
A first oscillator (21) for supplying high-frequency power to the power supply and a second oscillator (85) are also provided.

【0022】反応性気体を供給する系(97)は、ド−
ピング系としてバルブ(51)と、流量計(52)と、
キャリアガスを導入する導入口(33)、同じく反応性
気体を導入する導入口(34)、(35)、(37)と
を介しての図示されていないボンベに接続されている。
導入口(34、35、37)には、珪化物気体、ゲルマ
ニュ−ム化物気体のごとき室温で気体のもの、また、こ
れにP型またはN型用のド−ピング用気体(たとえば、
ジボラン、フォスヒン)等のボンベが接続されている。
また、塩化スズ、塩化アルミニュ−ム、塩化アンチモン
等の室温において液体のものは、バブラから(36)を
介して供給される。これらの気体は、減圧下にて気体と
なるため、流量計(52)により十分制御が可能であ
る。また、蒸着にはこのバブラ(36)の電子恒温漕に
よる温度制御を行なった。
The system (97) for supplying the reactive gas is
A valve (51), a flow meter (52) as a ping system,
It is connected to a cylinder (not shown) via an inlet (33) for introducing a carrier gas and also inlets (34), (35) and (37) for introducing a reactive gas.
The inlets (34, 35, 37) are gaseous at room temperature, such as silicide gas, germanium gas, and doping gas for P-type or N-type (for example,
Cylinders such as diborane and phosphine are connected.
Liquids at room temperature, such as tin chloride, aluminum chloride and antimony chloride, are supplied from a bubbler via (36). Since these gases become gas under reduced pressure, they can be sufficiently controlled by the flow meter (52). The temperature of the bubbler (36) was controlled by an electronic thermostat for vapor deposition.

【0023】これらの反応性気体(34、35、37)
は、供給口(27)から供給手段(46)のノズル(2
4)を介して下方向に噴射される。このノズル(24)
の吹き出し口は、1mmないし2mmの穴(42)が多
数あけられ、全体に均ーに吹き出すように形成されてい
る。このノズル(24)は、背面が絶縁物よりなり、寄
生放電が反応室(2)の内壁に発生することを防いでい
る。さらに、ノズル(24)の穴(42)の間には、プ
ラズマ放電用の負電極(23)が設けられている。負電
極(23)は、リ−ド(49)を経て電気エネルギー供
給用の第1の発振器(21)(10KHzないし50M
Hz、たとえば13.56MHzまたは30KHz、1
0Wないし1KW)の一方の端子に至っている。他方の
正の端子(22)は、排気手段(47)のノズル(2
4)上に設けられて網目状または多孔状の正電極(2
5)に接続されている。
These reactive gases (34, 35, 37)
Is supplied from the supply port (27) to the nozzle (2) of the supply means (46).
Injected downward through 4). This nozzle (24)
Are formed with a large number of holes (42) of 1 mm to 2 mm, and are blown out uniformly over the whole. The back surface of the nozzle (24) is made of an insulating material to prevent a parasitic discharge from being generated on the inner wall of the reaction chamber (2). Further, a negative electrode (23) for plasma discharge is provided between the holes (42) of the nozzle (24). The negative electrode (23) is connected to a first oscillator (21) (10 KHz to 50M) for supplying electric energy via a lead (49).
Hz, for example 13.56 MHz or 30 KHz, 1
0W to 1KW). The other positive terminal (22) is connected to the nozzle (2) of the exhaust means (47).
4) A mesh or porous positive electrode (2
5).

【0024】また、第2の発振器(85)(10KHz
ないし50MHz、たとえば13.56MHzまたは3
0KHz 10Wないし1KW)は、図面において前後
方向に第2の電界が発生するように設けられている。ま
た、第1の発振器(21)と第2の発振器(85)から
発生する周波数を同一周波数で位相を変えたり、または
周波数を異ならせると、電界は、リサージュパターンと
なり、一方にのみ電界を加えてできた電界パターンと
比較して、基板表面の周辺部まで均一な被膜を作ること
ができるようになった。
Further, the second oscillator (85) (10 KHz)
To 50 MHz, for example 13.56 MHz or 3
0 KHz (10 W to 1 KW) is provided such that a second electric field is generated in the front-rear direction in the drawing. Also, changing the phase at the same frequency the frequency generated from the first oscillator (21) a second oscillator (85), or when the different frequency, the electric field becomes a Lissajous pattern, whereas the electric field only to a direction in addition, compared with the electric field pattern Deki by, we have become possible to produce a uniform coating to the periphery of the substrate surface.

【0025】さらに、一対の電極(23)、(25)
と、筒状空間(100)との間には、網状(穴の直径は
1cmないし3cm)、または多孔状(穴の直径は1c
mないし3cm)の導体をステンレスで設け、このフロ
ーティンググリッド(40)、(41)により、放電で
発生した暗部が陽光柱内に配設された筒状空間(10
0)の基板(5)の表面をスパッタしないようにしてい
る。このフローティンググリッド(40)、(41)に
より、反応室(2)の圧力が0.01torrないし5
torrの範囲で変わっても、その低い圧力(たとえ
ば、0.05torr)のため、暗部が筒状空間(10
0)まで延長し、基板(5)の被膜形成面に対するスパ
ッタを軽減する。そして、被膜形成面は、スパッタが軽
減された分、良好な膜質の被膜を作ることができるよう
になった。
Further, a pair of electrodes (23) and (25)
And a cylindrical space (100), a mesh (hole diameter is 1 cm to 3 cm) or a porous (hole diameter is 1c).
m to 3 cm) of stainless steel, and the floating grids (40) and (41) are used to form a cylindrical space (10) in which a dark portion generated by discharge is disposed in a positive column.
The surface of the substrate (5) is not sputtered. Due to the floating grids (40) and (41), the pressure in the reaction chamber (2) is from 0.01 torr to 5 torr.
Even if the pressure changes in the range of torr, the low pressure (for example, 0.05 torr) causes the dark part to have a cylindrical space (10 torr).
0) extended to, it reduces the spa <br/> jitter against the coating surface of the substrate (5). And, on the film formation surface, the spatter is light.
As a result, a good quality film can be formed.

【0026】排気手段(47)は、反応性気体を供給す
るノズル(24)と概略同一形状を有し、ともに透明石
英(絶縁膜)により作られており、全体の穴により均一
に筒状空間(100)からの反応生成物、キャリアガ
ス、不用ガスを層流にして排気口(28)より真空ポン
プ(30)に排気させている。被膜形成の際に、フィン
シァフト(39)は、外部のステップモ−タ(19)と
真空遮断されて回転している。そのため、このフィンシ
ャフト(39)によって保持されている基板(5)およ
びホルダ(7)は、3回転/分ないし10回転/分で回
転し、基板(5)上に形成される被膜を均一にさせてい
る。
The exhaust means (47) has substantially the same shape as the nozzle (24) for supplying a reactive gas, and both are made of transparent quartz (insulating film). The reaction product from (100), carrier gas, and unnecessary gas are made into a laminar flow and exhausted from an exhaust port (28) to a vacuum pump (30). At the time of film formation, the fin shaft (39) rotates while being vacuum-blocked from the external step motor (19). Therefore, the substrate (5) and the holder (7) held by the fin shaft (39) rotate at 3 to 10 rotations / minute to uniformly coat the film formed on the substrate (5). Let me.

【0027】さらに、かくのごとき装置において、所定
のプラズマ気相反応による被膜形成を行った後、真空排
気されている第2の予備室(3)に基板(5)およびホ
ルダ(7)を移動させた。すなわち、基板(5)および
ホルダ(7)は、反応室(2)、第2の予備室(3)内
における気体を真空引きした後、ゲ−ト弁(44)を開
けて移動させる。基板(5)およびホルダ(7)の移動
は、ガイド(10)が右方向より延ばされ、反応室
(2)に至り、約1cm上にホルダ(7)を持ち上げた
後、ガイド(10)を再び縮めて第2の予備室(3)に
持ち出す。この後、第2の予備室(3)は、ゲ−ト弁
(44)が閉められ、窒素を導入口(32)より供給し
て大気圧とした。かくして、図2に示されたごとき反応
室(2)と、第1の予備室(1)、第2の予備室(3)
との間において、プラズマ気相反応は、連続的に処理さ
れる。もちろん、被膜形成された基板(5)およびホル
ダ(7)は、プラズマ気相反応の処理後、第1の予備室
(1)に引出するような構成とすることで、第2の予備
室(3)を省略してもよいことはいうまでもない。
Further, in such an apparatus, after forming a film by a predetermined plasma gas phase reaction, the substrate (5) and the holder (7) are moved to the second preliminary chamber (3) which has been evacuated. I let it. That is, the substrate (5) and the holder (7) are moved by opening the gate valve (44) after evacuating the gas in the reaction chamber (2) and the second preliminary chamber (3). For the movement of the substrate (5) and the holder (7), the guide (10) is extended from the right direction, reaches the reaction chamber (2), lifts the holder (7) about 1 cm, and then moves the guide (10). Again and taken out to the second spare room (3). Thereafter, the gate valve (44) was closed in the second preliminary chamber (3), and nitrogen was supplied from the inlet (32) to atmospheric pressure. Thus, a reaction chamber (2) as shown in FIG. 2, a first preparatory chamber (1), a second preparatory chamber (3)
In between, the plasma gas phase reaction is continuously processed. Needless to say, the substrate (5) and the holder (7) on which the film is formed are drawn into the first preliminary chamber (1) after the plasma gas phase reaction processing, so that the second preliminary chamber (1) is formed. It goes without saying that 3) may be omitted.

【0028】図3は本発明の一実施例で、図2の反応室
の第2の予備室側から見た縦断面図を示す。図3には、
基板(5)の被膜面と、第1の電界(90)および第2
の電界(91)の方向とが明らかに示されている。図3
において、ヒータ(18)、(18′)には、ハロゲン
ランプ発熱体が用いられている。筒状空間(100)
は、ヒータ(18)、(18′)により100℃ないし
650℃、たとえば250℃に加熱された。反応性気体
は、たとえばシランを分解した。さらに、基板(5)に
は、その被膜形成面に概略平行に第1の電界(90)が
対をなす一組の電極(23)、(25)により供給さ
れ、同時に、第1の電界(90)に対して直交する第2
の電界(91)が対をなす一組の電極(72)、(8
2)により供給され、プラズマ気相反応を行った。それ
ぞれの電極(23)、(25)、(72)、(82)
は、第1の発振器(21)および第2の発振器(85)
に連結されている。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of one embodiment of the present invention as viewed from the side of the second preliminary chamber of the reaction chamber of FIG. In FIG.
A coating surface of the substrate (5), a first electric field (90) and a second electric field (90);
The direction of the electric field (91) is clearly shown. FIG.
, Halogen heaters are used for the heaters (18) and (18 '). Cylindrical space (100)
Was heated to 100 to 650 ° C, for example 250 ° C, by heaters (18), (18 '). The reactive gas decomposed, for example, silane. Furthermore, a first electric field (90) is supplied to the substrate (5) by a pair of electrodes (23) and (25) substantially parallel to the surface on which the film is formed, and at the same time, the first electric field (90) is supplied. 90) the second orthogonal to
A pair of electrodes (72), (8)
2), and a plasma gas phase reaction was performed. Each electrode (23), (25), (72), (82)
Is a first oscillator (21) and a second oscillator (85)
It is connected to.

【0029】筒状空間(100)では、反応性気体が導
入口(33)、(34)、(38)から供給手段(4
6)を介して基板(5)に対して平行に供給されると共
に、排気手段(47)により真空排気系(98)の真空
ポンプ(30)で排気される。基板(5)に形成する被
膜としてシランによりアモルファス珪素を作製する場
合、5000Åの厚さにSiH 300cc/分、被膜
形成速度20Å/秒、基板(20cm×60cmを20
枚、延べ面積24000cm)で圧力0.08tor
rとした。本具体例のプラズマ気相反応によると、従来
方法では、基板(5)の中央部が5000Å(ばらつき
±20%)のとき、縦方向の周辺部が3000Å(ばら
つき±20%)であった。これに対して、本実施例で
は、基板(5)のどの部分においても、4500Å(
らつき±5%)ときわめて均一性を向上させることがで
きた。
In the cylindrical space (100), the reactive gas is supplied from the inlets (33), (34) and (38) to the supply means (4).
It is supplied in parallel to the substrate (5) via 6) and is evacuated by the vacuum pump (30) of the vacuum exhaust system (98) by the exhaust means (47). When amorphous silicon is produced from silane as a film to be formed on the substrate (5), the thickness of 5000 mm is 300 cc / min of SiH, the film formation speed is 20 mm / sec, and the substrate (20 cm × 60 cm is 20 cm).
Sheets, total area 24000cm 2 ) and pressure 0.08torr
r. According to the plasma gas phase reaction of this specific example, in the conventional method, the central portion of the substrate (5) is 5000 ° (variation).
(± 20%), the peripheral portion in the vertical direction was 3000 ° (variation ± 20%) . In contrast, in this embodiment,
Is equal to 4500 ° (bath) in any part of the substrate (5).
(Fluctuation ± 5%), and the uniformity was extremely improved.

【0030】図4(A)、(B)、(C)、(D)、
(E)は図3で非単結晶珪素を0.5μmの膜厚に形成
した場合の分布を説明するための図である。筒状空間
(100)には、基板(5)、第1電極(23)、(2
5)、第2電極(72)、(82)が図4に示すように
配置され、筒状空間(100)の(A)−(A′)、
(B)−(B′)、(C)−(C′)、(D)−
(D′)における断面での被膜の厚さ分布を図4
(B)、(C)、(D)、(E)に示す。このすべての
被膜断面図は、図1のそれと比べてきわめて均一性を有
し、実用上十分±10%以内のばらつきになっているこ
とが判明した。
FIGS. 4 (A), (B), (C), (D),
FIG. 4E is a diagram for explaining the distribution when non-single-crystal silicon is formed to a thickness of 0.5 μm in FIG. In the cylindrical space (100), the substrate (5), the first electrode (23), (2)
5), the second electrodes (72) and (82) are arranged as shown in FIG. 4, and (A)-(A ') of the cylindrical space (100);
(B)-(B '), (C)-(C'), (D)-
FIG. 4 shows the thickness distribution of the coating in the cross section at (D ′).
(B), (C), (D) and (E) show. It was found that all of the cross-sectional views of the coating had extremely uniformity as compared with those of FIG. 1 and had a variation within ± 10% which was sufficiently practical.

【0031】また、珪素または炭素の不対結合手を水素
によりSiーH 、C−Hにて中和するのではなく、Siー
F、C ーFとハロゲン化物、特に弗化物気体を用いて実
施してもよいことはいうまでもなく、この濃度は40原
子%以下、たとえば2原子%ないし5原子%が好ましか
った。形成させる半導体の種類に関しては、前記したご
とく、単層ではなく4族のSi、Ge、SixC1-x (0<x<
1)、Six Ge1-x (0<x<1)、SixSn1-x(0<x<
1)、またはこれらの導電型を変更して接合を設けた複
数層であっても、また、これら以外に、GaAs、GaAlAs、
BP 、等の他の半導体であってもよいことはいうまでも
ない。
Further, instead of neutralizing unpaired bonds of silicon or carbon with Si—H or C—H by hydrogen, instead of using Si—F, C—F and a halide, particularly a fluoride gas, Needless to say, this concentration may be less than 40 at%, for example, 2 to 5 at%. Regarding the type of semiconductor to be formed, as described above, it is not a single layer but a group 4 Si, Ge, SixC 1-x (0 <x <
1), Six Ge 1-x (0 <x <1), SixSn 1-x (0 <x <
1) or a plurality of layers in which junctions are provided by changing their conductivity types, and in addition, GaAs, GaAlAs,
It goes without saying that other semiconductors such as BP may be used.

【0032】具体例2 具体例2は、具体例1のプラズマ気相反応装置を用い、
反応性気体として導入口(34)よりシランを供給して
珪素半導体膜を作製したものである。珪素半導体膜を作
製する際の基板(5)の温度は、250℃とした。珪素
半導体の被膜は、成長速度を8Å/秒、高周波(13.
56MHzを使用)電界を500W、シランを300c
c/分、プラズマ気相反応中の圧力を0.1torrと
した時に得ることができた。結果として、従来のプラズ
マ気相反応装置は、一対からなる平行平板型の電極によ
って電界を印加し、被膜形成速度を1Å/秒ないし3Å
/秒として、反応容器に、たとえば60cm×60cm
1枚に膜を形成したのに対し、本具体例のプラズマ気相
反応装置は、同一反応容器において、20cm×60c
mを20枚と8倍の延べ面積と、さらに被膜を10Åない
し25Å/秒で形成され、6倍の成長速度とを得ること
ができた。そのため、生産性は、合計48倍となった。
Example 2 In Example 2, the plasma gas phase reactor of Example 1 was used.
A silane is supplied from the inlet (34) as a reactive gas to form a silicon semiconductor film. The temperature of the substrate (5) at the time of producing the silicon semiconductor film was 250 ° C. The silicon semiconductor film has a growth rate of 8 ° / sec and a high frequency (13.
56MHz) Electric field is 500W, silane is 300c
c / min, and could be obtained when the pressure during the plasma gas phase reaction was set to 0.1 torr. As a result, in the conventional plasma gas phase reaction apparatus, an electric field is applied by a pair of parallel plate type electrodes, and the film formation rate is 1Å / sec to 3Å.
/ Sec in the reaction vessel, for example, 60 cm × 60 cm
While the film was formed on one sheet, the plasma gas phase reaction apparatus of this example was 20 cm × 60 c
The total area was 8 times as large as 20 m, and a film was formed at a rate of 10 ° to 25 ° / sec, and a growth rate of 6 times was obtained. As a result, the productivity increased by a total of 48 times.

【0033】さらに、重要なことは、従来のプラズマ気
相反応装置を使用すると、1回ないし2回のプラズマ気
相反応作業により、反応容器の内壁に3μmないし10
μmのシリコンのフレ−クが沈着した。しかし、本具体
例のプラズマ気相反応装置においては、0.5μmの膜
厚の被膜生成を繰り返して行ない、その回数が100回
になっても、反応容器の内壁にうっすらとフレ−クが観
察されるのみであった。かくして、形成された半導体層
は、プラズマ状態の距離が長いため、光伝導度も2×1
-4ないし7×10-3(オームcm)-1、暗伝導度3×
10-9ないし1×10-11 (オームcm)-1を有してい
た。
More importantly, when using a conventional plasma gas phase reaction apparatus, once or twice the plasma gas phase reaction operation is performed, the inner wall of the reaction vessel has a thickness of 3 μm to 10 μm.
μm silicon flakes were deposited. However, in the plasma gas phase reaction apparatus of this specific example, a film having a thickness of 0.5 μm is repeatedly formed, and even when the number of times reaches 100, flakes are slightly observed on the inner wall of the reaction vessel. Was only done. Thus, since the formed semiconductor layer has a long plasma state distance, the photoconductivity is also 2 × 1.
0 -4 to 7 × 10 -3 (ohm cm) -1 , dark conductivity 3 ×
It had a value between 10 -9 and 1 × 10 -11 (ohm cm) -1 .

【0034】これは、プラズマの電界方向が被膜形成面
に対して垂直である従来の方法が、光伝導度として3×
10-5ないし3×10-4(オームcm)-1、暗伝導度5
×10-8ないし1×10-9(オームcm)-1であること
を考えると、半導体膜として光フォトセンシティビティ
(光伝導度/暗伝導度)が106 倍以上の特性の向上が
見られた。本発明の具体例は、不純物を積極的に添加し
ない場合であるが、P型またはN型用の不純物を添加し
ても同様の高い電気伝導度のP型またはN型の半導体膜
を作ることができる。またP 、I 、N 型半導体を積層し
てPI、NI、PIN 、PN接合を作ることも可能である。
This is because the conventional method in which the direction of the electric field of the plasma is perpendicular to the surface on which the film is formed has a photoconductivity of 3 ×.
10 -5 to 3 × 10 -4 (ohm cm) -1 , dark conductivity 5
Considering that it is from × 10 -8 to 1 × 10 -9 (ohm cm) -1 , the semiconductor film shows an improvement in characteristics with a photophotosensitivity (photoconductivity / dark conductivity) of 10 6 times or more. Was done. Although a specific example of the present invention is a case where an impurity is not positively added, a P-type or N-type semiconductor film having the same high electrical conductivity can be formed even when an impurity for a P-type or an N-type is added. Can be. It is also possible to form PI, NI, PIN, and PN junctions by stacking P, I, and N-type semiconductors.

【0035】具体例3 この具体例は、具体例1のプラズマ気相反応装置を用い
て導電性金属を作製せんとするものである。以下におい
て、金属アルミニュ−ムをプラズマ気相反応方法で形成
する場合を示す。図2において、バブラ(36)には、
塩化アルミニュ−ムが充填された。塩化アルミニュ−
は、電子恒温漕によって40℃ないし60℃に加熱され
た。さらに、キャリアガスは、導入口(33)から不活
性気体のヘリュ−ムが100cc/分の流量で反応室
(2)に導入された。すなわち、反応室(2)には、ヘ
リュ−ムと塩化アルミニュ−ムとが混入したガスが導入
された。
Embodiment 3 In this embodiment, a conductive metal is produced using the plasma gas phase reactor of Embodiment 1. Hereinafter, a case in which metal aluminum is formed by a plasma gas phase reaction method will be described. In FIG. 2, the bubbler (36) has
Aluminum chloride was filled. Aluminum chloride
Was heated to 40 ° C. to 60 ° C. by an electronic thermostat. Further, as for the carrier gas, an inert gas helium was introduced into the reaction chamber (2) at a flow rate of 100 cc / min from the inlet (33). That is, a gas containing helium and aluminum chloride mixed therein was introduced into the reaction chamber (2).

【0036】さらに、水素は、導入口(33)より60
cc/分ないし100cc/分の流量で導入された。基
板温度は、200℃ないし550℃、たとえば300℃
に選ばれた。高周波電界は、ともに30KHz の周波
数を第1の電極(23)、(25)、および第2の電極
(72)、(82)に100Wないし300W、たとえ
ば200Wで供給された。かくして、20cm×60c
mの大きさの基板(5)は、ホルダ(6)に20枚装着
され、5Å/秒の成長速度で0.5μmないし1μmの
厚さの被膜が形成された。そして、その被膜の厚さは、
均一性も±5%以下に形成させることができた。
Further, hydrogen is supplied from the inlet (33) through 60.
It was introduced at a flow rate of cc / min to 100 cc / min. The substrate temperature is 200 ° C. to 550 ° C., for example, 300 ° C.
Was chosen. The high frequency electric field was supplied at a frequency of 30 KHz to the first electrodes (23), (25) and the second electrodes (72), (82) at 100 W to 300 W, for example, 200 W. Thus, 20cm x 60c
20 substrates (5) having a size of m were mounted on the holder (6), and a film having a thickness of 0.5 μm to 1 μm was formed at a growth rate of 5 ° / sec. And the thickness of the coating is
The uniformity could be formed to ± 5% or less.

【0037】さらに、出発材料としてトリエチルアルミ
ニュ−ム(TEA )は、図2に示すバブラ(36)に充填
された。この場合、さらに、キャリアガスは、導入口
(33)から導入する必要がなかった。バブラ(36)
の温度は、60℃とすることにより、流量計の流量を6
0cc/分とした。さらに、水素は、導入口(33)よ
り500cc/分の流量で導入され、プラズマ気相反応
を行なった。反応圧力を0.1torrないし0.3t
orr、高周波電源の周波数を100KHz、出力を1
KWとすることにより、5インチ・シリコンウエハを5
枚ずつ、合計100枚装着させた。すると、これらの基
板(5)上には、7Å/分の成長速度にて金属アルミニ
ュ−ムが形成された。
Further, triethylaluminum (TEA) as a starting material was filled in a bubbler (36) shown in FIG. In this case, further, the carrier gas did not need to be introduced from the inlet (33). Bubbles (36)
Is set to 60 ° C. so that the flow rate of the flow meter is 6 ° C.
0 cc / min. Further, hydrogen was introduced at a flow rate of 500 cc / min from the inlet (33) to perform a plasma gas phase reaction. Reaction pressure 0.1 torr to 0.3 t
orr, the frequency of the high frequency power supply is 100 KHz, the output is 1
By using KW, 5 inch silicon wafer can be
A total of 100 sheets were mounted. As a result, metal aluminum was formed on these substrates (5) at a growth rate of 7 ° / min.

【0038】この時、導体が筒状空間(100)の内壁
に形成されても、放電が不安定になることもなく、厚さ
1μmないし2μmの金属アルミニュ−ムを蒸着するこ
とができた。この時、反応室(2)には、外部の導入口
(38)より水素が700cc/分の流量で導入され
た。かくすることにより、反応室(2)の内壁に付着す
るフレ−クの程度は、さらに少なくすることができた。
そのため、プラズマ気相反応装置により30回の被膜形成
で、1μmないし2μmの厚さにしても、反応室(2)
の内壁、およびのぞき窓には、特に曇が見られなかっ
た。
At this time, even if the conductor was formed on the inner wall of the cylindrical space (100), the discharge did not become unstable, and the metal aluminum having a thickness of 1 μm to 2 μm could be deposited. At this time, hydrogen was introduced into the reaction chamber (2) from the external inlet (38) at a flow rate of 700 cc / min. Thus, the degree of flakes adhering to the inner wall of the reaction chamber (2) could be further reduced.
Therefore, even if the thickness is 1 μm to 2 μm by forming a film 30 times by the plasma gas phase reaction apparatus, the reaction chamber (2)
No particular fogging was observed on the inner wall and the viewing window.

【0039】特に、本具体例には、プラズマ放電用の二
つの電極間をリ−ク電流により互いに連結されてしまう
ことがないため、すなわちノズル(24)とホルダ
(6)とは、電気的に離間し、さらに、このホルダ
(6)と下側ノズル(24)とは、同様に離間してい
る。さらに、その周囲も反応室(2)の内壁に付着が少
ないため、このいずれの電路においてもリ−ク電流の発
生による放電が不安定になることがなかった。本具体例
においては、アルミニュ−ムであったが、たとえばカル
ボニル化合物の鉄、ニッケル、コバルトのカルボニル化
合物を用いて、金属鉄ニッケル、またコバルトを被膜状
に作製することも可能である。
Particularly, in this embodiment, since the two electrodes for plasma discharge are not connected to each other by the leak current, that is, the nozzle (24) and the holder (6) are electrically connected. The holder (6) and the lower nozzle (24) are similarly separated from each other. In addition, since the surrounding area has little adhesion to the inner wall of the reaction chamber (2), the discharge caused by the generation of the leak current did not become unstable in any of these electric circuits. In this specific example, aluminum was used. However, for example, metallic iron nickel or cobalt can be formed into a film using a carbonyl compound of iron, nickel or cobalt as a carbonyl compound.

【0040】具体例4 この具体例は、具体例1のプラズマ気相反応装置を用い
て窒化珪素被膜を作製した。すなわち、図1の場合にお
いて、シランを導入口(34)より200cc/分、ア
ンモニアを導入口(35)より800cc/分導入し
た。基板(5)の温度300℃、筒状空間(100)の
圧力0.1torr とし、1cm×60cmの基板2
0枚または5インチウエハ100枚上には、1000Å
ないし5000Åの厚さに被膜が形成された。上記方法
によって作製された被膜の均一性は、向上したため、
ット内、ロット間においても、±5%以内を得ることが
できた。
Example 4 In this example, a silicon nitride film was formed using the plasma vapor reactor of Example 1. That is, in the case of FIG. 1, 200 cc / min of silane was introduced from the introduction port (34), and 800 cc / min of ammonia was introduced from the introduction port (35). The temperature of the substrate (5) is 300 ° C., the pressure of the cylindrical space (100) is 0.1 torr, and the substrate 2 of 1 cm × 60 cm is used.
1000Å on 100 zero or 5 inch wafers
A film was formed to a thickness of ~ 5000 mm. The above method
Since the uniformity of the film produced by the above method was improved , it was possible to obtain within ± 5% within and between lots.

【0041】具体例5 この具体例は、酸化珪素を形成させたものである。すな
わち、シラン(SiH )を200cc/分として導入口
(34)より、また、過酸化窒素(NO)を導入口(3
5)より200cc/分導入し、同時に導入口(33)
より窒素を200cc/分導入した。高周波電力は、周
波数を30KHz、出力を500Wとした。第1、第2
電界の周波数を同じとし、移相を90度ずらしてリサ−
ジュ波形とした。基板温度は、100℃ないし400℃
において可能であるが、250℃で形成させたとする
と、被膜の均一性が0.5μm形成した場合±3%と±
5%以内に納めることができた。
Example 5 In this example, silicon oxide was formed. That is, silane (SiH 2) was set at 200 cc / min, and nitrogen peroxide (NO) was introduced through the inlet (34).
5) Introduce 200 cc / min from, and at the same time, the inlet (33)
More nitrogen was introduced at 200 cc / min. The high frequency power had a frequency of 30 KHz and an output of 500 W. 1st, 2nd
The frequency of the electric field is the same, and the phase shift is shifted by 90 degrees to recover.
The waveform was jute. Substrate temperature is 100 ° C to 400 ° C
However, if the coating is formed at 250 ° C., the uniformity of the coating is ± 3% and ± 3% when the coating is formed at 0.5 μm.
We were able to pay within 5%.

【0042】具体例6 この具体例においては、化合物導体、たとえば珪化タン
グステン、珪化モリブデンまたは金属タングステン、ま
たはモリブデンを作製した。すなわち具体例1におい
て、バブラ(36)から塩化モリブデンまたは弗化タン
グステンを導入し、さらにシランを(35)より供給
し、タングステンまたはモリブデンと珪素とを所定の
比、たとえば、1:2にしてプラズマ気相反応を行っ
た。その結果、250℃、300W、13.56MHz
において、0.4μmの厚さに4Å/秒ないし6Å/秒
の成長速度を得ることができた。この化合物金属と耐熱
金属とを反応性気体の量を調節することにより、層状に
多層構造で作ることができる。
Example 6 In this example, a compound conductor such as tungsten silicide, molybdenum silicide or metallic tungsten, or molybdenum was prepared. That is, in the specific example 1, molybdenum chloride or tungsten fluoride is introduced from the bubbler (36), silane is further supplied from (35), and the ratio of tungsten or molybdenum to silicon is set to a predetermined ratio, for example, 1: 2, and plasma is applied. A gas phase reaction was performed. As a result, 250 ° C., 300 W, 13.56 MHz
In this case, a growth rate of 4 ° / sec to 6 ° / sec was obtained at a thickness of 0.4 μm. By adjusting the amount of the reactive gas, the compound metal and the refractory metal can be formed into a layered multilayer structure.

【0043】以上の説明より明らかなごとく、本発明の
プラズマ気相反応装置は、半導体、導体または絶縁体の
いずれに対しても形成させることができる。特に、構造
敏感な半導体または導体中に不純物を添加し、P型また
はN型の不純物を添加した半導体層を複数積層させるこ
とができた。なお、本具体例におけるフロ−ティンググ
リッドは、第1電極側に設けたが、第2電極側または双
方に設けることにより膜質の向上を図ることができる。
また、本具体例においては、プラズマ気相反応のみを示
した。しかし、この電気エネルギーに加えて紫外光また
赤外光の光エネルギーを同時に加え、光プラズマ気相反
応法としてもよい。
As is clear from the above description, the plasma vapor reactor of the present invention can be formed on any of semiconductors, conductors, and insulators. In particular, an impurity was added to a structure-sensitive semiconductor or conductor, and a plurality of semiconductor layers to which a P-type or N-type impurity was added could be stacked. Although the floating grid in this specific example is provided on the first electrode side, the film quality can be improved by providing the floating grid on the second electrode side or both.
In this specific example, only the plasma gas phase reaction is shown. However, the light energy of ultraviolet light or infrared light may be simultaneously applied in addition to the electric energy to perform the light plasma gas phase reaction method.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、被膜形成面に対して直
交して配置された複数の電極と、複数の電気エネルギー
供給用の発振器とを設けることによって、反応空間内に
設けられた基板の被膜形成面に対して平行な面内で、
界が印加されるため、被膜形成が均一化できると共に、
基板の被膜形成面に対するスパッタの程度を小さくで
き、膜質を向上させる。本発明によれば、被膜形成面に
対して平行な面内で、電界を印加させるため、スパッタ
が平均化されてより一層膜厚が均一になった。 本発明に
よれば、複数の電極には、位相の異なる同一周波数、
るいは異なる周波数が印加されることによって、基板の
被膜形成面に対して平行な面内で、電界をリサージュ波
形として描かせるため、被膜形成面にかかる電界を均一
にでき、均一な膜厚の被膜が形成される。本発明によれ
ば、複数の電極から基板の被膜形成面に印加する電界密
度は、一対の電極による電界密度より大きいため、被膜
形成速度を向上させることができる。
According to the present invention, a substrate provided in a reaction space is provided by providing a plurality of electrodes arranged orthogonally to a film formation surface and a plurality of oscillators for supplying electric energy. Since an electric field is applied in a plane parallel to the film formation surface, the film formation can be uniform and
The degree of sputtering on the film formation surface of the substrate can be reduced, and the film quality can be improved. According to the present invention,
In order to apply an electric field in a plane parallel to
Were averaged, and the film thickness became more uniform. In the present invention
According to the plurality of electrodes, by the same frequency different phases or different frequencies are applied, in a plane parallel to the coating surface of the substrate, for draw field as Lissajous waveform, film-forming The electric field applied to the surface can be made uniform, and a film having a uniform thickness can be formed. According to the present invention
For example, the electric field applied from multiple electrodes to the coating surface of the substrate
Since the degree is larger than the electric field density by a pair of electrodes,
The formation speed can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)ないし(E)は従来のプラズマ気相反応
方法で得られた基板上の膜厚の不均一性を説明するため
の図である。
FIGS. 1A to 1E are diagrams for explaining non-uniformity of a film thickness on a substrate obtained by a conventional plasma gas phase reaction method.

【図2】本発明の一実施例で、連続してプラズマ気相反
応が可能な装置を説明するための図である。
FIG. 2 is a view for explaining an apparatus capable of continuously performing a plasma gas phase reaction in one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例で、対をなす複数の電極によ
って発生する電界を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an electric field generated by a plurality of electrodes forming a pair according to an embodiment of the present invention.

【図4】(A)、(B)、(C)、(D)、(E)は図
3で非単結晶珪素を0.5μmの膜厚に形成した場合の
分布を説明するための図である。
4 (A), (B), (C), (D), and (E) are diagrams for explaining distribution when non-single-crystal silicon is formed to a thickness of 0.5 μm in FIG. It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1)・・・第1の予備室 (2)・・・反応室 (3)・・・第2の予備室 (4)、(5)・・・基板 (6)、(7)・・・ホルダ (8)、(13)・・・ステップモ─タ (9)、 (10) ・・・ガイド (11) 、(12)・・・扉 (15)、(15′)・・・赤外線ランプ (21)・・・第1の発振器 (22)・・・正端子 (23)・・・負電極 (24)・・・ノズル (25)・・・正電極 (27)・・・供給口 (28)・・・排気口 (29)・・・真空排気手段 (30)・・・真空ポンプ (43)、(44)・・・ゲ─ト弁 (85)・・・第2の発振器 (90)、(91)・・・電界の方向を示す (97)・・・反応性気体供給系 (98)・・・真空排気系 (100)・・・筒状空間 (1) First preliminary chamber (2) Reaction chamber (3) Second preliminary chamber (4), (5) Substrate (6), (7) Holder (8), (13) Step motor (9), (10) Guide (11), (12) Door (15), (15 ') Infrared lamp (21) ... first oscillator (22) ... positive terminal (23) ... negative electrode (24) ... nozzle (25) ... positive electrode (27) ... supply port ( 28) Exhaust port (29) Vacuum exhaust means (30) Vacuum pump (43), (44) Gate valve (85) Second oscillator (90 ), (91) ... Indicates the direction of the electric field (97) ... Reactive gas supply system (98) ... Vacuum exhaust system (100) ... Cylindrical space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−31532(JP,A) 特開 昭57−111055(JP,A) 特開 昭57−111056(JP,A) 特開 昭62−44576(JP,A) 米国特許3688203(US,A) 米国特許3816748(US,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-58-31532 (JP, A) JP-A-57-111055 (JP, A) JP-A-57-111056 (JP, A) JP-A-62-1 44576 (JP, A) US Patent 3,882,203 (US, A) US Patent 3,816,748 (US, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板の被膜形成面に対して直交して配置
された複数の電極と、複数の電気エネルギー供給用の発
振器とを有するプラズマ処理方法において、前記基板の
被膜形成面に対して平行な面内で、電界を前記複数の電
気エネルギー供給用の発振器からリサージュパターン
発生させる位相の異なる同一の周波数を発振させながら
被膜を形成することを特徴とするプラズマ処理方法。
1. A plasma processing method comprising: a plurality of electrodes arranged orthogonal to a film forming surface of a substrate; and a plurality of oscillators for supplying electric energy, wherein the plurality of electrodes are parallel to the film forming surface of the substrate. such in a plane, the Lissajous pattern field from said plurality of oscillators of electrical energy for supplying
While oscillating the same frequency with different phases to generate
A plasma processing method comprising forming a coating .
【請求項2】 基板の被膜形成面に対して直交して配置
された複数の電極と、複数の電気エネルギー供給用の発
振器とを有するプラズマ処理方法において、前記基板の
被膜形成面に対して平行な面内で、電界を前記複数の電
気エネルギー供給用の発振器からリサージュパターン
発生させる異なる周波数を発振させながら被膜を形成す
ることを特徴とするプラズマ処理方法。
2. A plasma processing method comprising: a plurality of electrodes arranged orthogonally to a film forming surface of a substrate; and a plurality of oscillators for supplying electric energy. such in a plane, the Lissajous pattern field from said plurality of oscillators of electrical energy for supplying
To form a film while oscillating a different frequency to generate
A plasma processing method comprising:
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