JPH01198478A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマｃｖｄ装置

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JPH01198478A
JPH01198478A JP63021797A JP2179788A JPH01198478A JP H01198478 A JPH01198478 A JP H01198478A JP 63021797 A JP63021797 A JP 63021797A JP 2179788 A JP2179788 A JP 2179788A JP H01198478 A JPH01198478 A JP H01198478A
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microwave
cavity resonator
plasma cvd
gas
microwave plasma
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Yutaka Echizen
裕 越前
Satoshi Takagi
智 高木
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、改善されたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置、
及びその制御方法に関する。より詳しくは本発明は、特
に堆積膜形成に好適な改善されたマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置及びその制御方法に間する。
（従来技術の説明〕 プラズマＣＶＤ法とは、特定の物質をプラズマ化して活
性の強いラジカルとし、このラジカルを基体に接触させ
て基体上に、堆Ｍｉ膜形成を施す方法をいい、プラズマ
ＣＶＤ！１ｉｌＦとは、該プラズマＣＶＤ法の実施に用
いられる装置をいう。
従来、こうしたプラズマＣＶＤ装置は、原料ガス導入口
と排気口とを有する真空容器で形成されたプラズマＣＶ
Ｄ室と、該プラズマＣＶＤ室に供給される原料ガスをプ
ラズマ化するエネルギーを供給する電磁波等を供給する
装置とからなっている。
ところで、プラズマＣＶＤ法は前述のラジカルの強い活
性に依拠するものであり、ラジカルの密度や被処理体の
温度等を適宜選択することにより、所望の堆積膜形成を
行うが、プラズマＣＶＤ法において重要なことはラジカ
ルの効率的生成である。
従来、プラズマ化エネルギーを与える媒体としては、１
３．５６ＭＨ２程度の高周波数電磁波が使用されていた
が、近年、２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波を用いるこ
とにより、高密度プラズマを効率的に生成することがで
き、同時に被処理体を加熱することも可能であることが
判明し、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法が注目さ
れ、そのための装置もいくつか提案されている。
例えば、半導体デバイス、電子写真用感光体、画像入力
用センサー、撮像デバイス、光起電力素子、その他の各
種エレクトロニクス素子、光学素子等に用いる素子部材
としてのアモルファスシリコン（以下、ｒＡ−３ｉＪと
記す。）やポリ・シリコン（ｒｐ−３ｉＪと記す。）或
いはＳｉＯ□。
ＳｉＮ等の堆積膜をマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ
法（以下、ｒＭＷ−ＰＣＶＤ法」と記す。）により形成
する方法及びそのための装置が提案されている。
ところでそうした従来のＭＷ−ＰＣＶＤ装置は、次の２
つのタイプに大別することができる。
即ちその１つのタイプは特公昭５８−４９２９５号公報
、特公昭５９−４３９９１号公報、実公昭６２−３６２
４０号公報等にみられるタイプのものであって、方形ま
たは同軸導波管にガス管を貫入させるか或いは接触させ
てプラズマを生起せしめる方式のものである。〔以下こ
の方式を、１方式ＩＭＷ−ＰＣＶＤ装置１とイウ、〕 他のタイプは、特開昭５７−１３３６３６号公報等にみ
られるタイプのものであって、空洞共振器中で電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）を惹起せしめ、発散磁界でプ
ラズマを引き出す方式のものである。〔以下この方式を
、“方式２ＭＷ−ＰＣＶＤ装置”という、〕 方式ＩＭＷ−ＰＣＶＤ装置については、第５図に示され
るものを代表的なものとして挙げることができる（実公
昭６２−３６２４０公報）。
即ち、方式ＩＭＷ−ＰＣＶＤ装置は、第５図に示される
ように、真空系、排気系、マイクロ波専大系で構成され
るものである。
第５図にあって、真空系は、反応器１０７と、ガス輸送
管１０７ａを介して接続した内径４０龍程度のマイクロ
波透過性の管（例えば石英管）或いは窓とで構成されて
いる。前記石英管（或いは窓）は第１のガス導入パイプ
と接続し、同時にマイクロ波導波管と直交している。そ
して反応器１０７内には、第２のガス導入パイプが接続
され、導入されたガス（シランガス）は排気系（１０７
ｂ。
１０８）により排気されるようにされている。当該装置
にあっては、第１のガス導入パイプから導入されたガス
（Ｏｘガス又はＮｔガス）は、マイクロ波放電によりプ
ラズマ化される。マイクロ波エネルギーによる放電に際
しては、摺動短絡板（＝プランジャー）１０５を動かし
てマイクロ波入力インピーダンスの整合をとり得るよう
にされている。かくして生成するプラズマ中のラジカル
が前記の第２のガス導入パイプを介して導入されるシラ
ンガスと反応し、基板１）１上にＳｉＯ□またはＳｉＮ
等の膜形成がなされるところとなる。
方式２　ＭＷ−Ｐ　ＣＶ　Ｄ装置については、第６図に
示されるものを代表的なものとして挙げることができる
（特開昭５７−１３３６３６号公報）。
この装置は、電磁石１３を使用する以外、他の系構成、
形態は上記の方式ＩＭＷ−ＰＣＶＤ装置の場合と同様で
ある。即ち真空系は、円筒形状のプラズマ化室ｌとそれ
に接続された堆積室２とで構成され、前記プラズマ化室
にはマイクロ波導入窓３が該室内に真空に保持されるよ
うにして設けられている。プラズマ化室ｌには、第１の
ガス導入バイブロ及びマイクロ波導波管４が接続され、
該プラズマ化室はその外周に設けられた水冷パイプ５を
介して水冷されるようにされている。また、第６図に図
示の装置にあっては、プラズマ化室１と同心状になるよ
うに電磁石１３が配置されていて、その磁力線の方向は
、マイクロ波の進行方向と同じであり、この磁場とマイ
クロ波の電場を直交させて電子サイクロトロン運動がな
されるようにされている。このため、プラズマ化室１は
ＴＥ＋＋ｚ　　（ｔ：自然数）モードの空洞共振器とな
るように設計されている。また堆積室２には、第２のガ
ス導入パイプと排気系とが接続されていて、該堆積室内
のガスは前記排気系を介して排気される。
第６図の装置構成で代表される方式２ＭＷ−ＰＣＶＤ装
置にあっては、第１のガス導入バイブロを介して導入さ
れるガス（Ｈｚガス）がマイクロ波エネルギーによる放
電に付されてプラズマ化される。そして８７５ガウスの
磁場のとき、マイクロ波エネルギーの反射波はほとんど
ゼロになる。
もっとも当該装置では、チョーク構造を持つ空洞共振器
の端面板１６を真空中で移動させ、ガス種、ガス圧、導
入するマイクロ波電力によって空洞共振器の条件を満た
せるようにされている。上記の水素プラズマは、電子サ
イクロトロン運動を行いながら磁力線の方向に沿って輸
送され、該プラズマ中のラジカルが、第２のガス導入パ
イプを介して導入されるガス（シランガス）と反応し、
基板１）上にＡ−３ｉの膜形成がなされるところとなる
。
しかしながら上記従来の方式ＩＭＷ−ＰＣＶＤ装置にし
ろまた方式２ＭＷ−ＰＣＶＤ’ｊＪｆｉにしろ下述する
解決を要する問題点が存在する。
即ち、方式ＩＭＷ−ＰＣＶＤ装置については、安定した
放電を得るについては、（ｉ）ＩＴｏｒｒ以上に内圧を
制御する必要があること、（ｉｉ）ガス輸送管中でラジ
カルが失活するため成膜堆積速度が遅いこと、そして（
ｉｉｉ　）投入するマイクロ波電力を上げて膜堆積速度
を早めようとすると、石英管と導波管のクロス部に電界
が集中して石英管がスパッタリングされるところとなり
、該スパッタリングにより粒子が生じそれら粒子が堆積
する膜中にとり込まれ、得られる膜は電気特性について
欠陥のあるものになってしまうこと等の問題点がある。
また、方式２ＭＷ−ＰＣＶＤ装置については、前述のラ
ジカル失活そしてスパッタリングに係る問題点はないも
のの、下述するような解決を要する問題点が存在する。
即ち、（ｉｖ　）成膜線１０−’Ｔｏｒｒ程度の内圧（
即ち、ラジカルの平均自由行程が約１ｍ）の条件で行わ
れるため、Ｈ２ガスとシランガスを用いてのＡ−３ｔ膜
の形成では、基板上よりはむしろマイクロ波導入窓側に
Ａ−３ｉ膜が堆積し易くなリ、その結果空洞共振器内に
もＡ−３ｔ膜が付着するところとなって放電維持及び放
電開始が次第に困難になること、（ｖ）以上のようにし
てマイクロ波導入窓上に堆積したＡ−３ｉ膜はやがて剥
離するところとなって、基板上或いは堆積中の股上に付
着し、得られる堆積膜の品質を低下させてしまうこと、
（ｖｉ　）こうしたことがら成膜を行う度にチャンバー
（堆積室）内の清掃を行う必要があること、（ｖｉ）し
たがって装置の稼動率が低いこと等の問題点がある。
これらの問題点の他、方式２　ＭＷ−Ｐ　ＣＶ　Ｄ装置
については、マイクロ波導入窓（３）と導波管（４）が
締結・固定されているため、空洞共振器長を変えるにつ
いては真空中で端面板（１６）を動がすことにより行わ
れるところ、作業効率が悪いという問題が更に存在する
。
〔発明の目的〕
本発明は、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置（ＭＷ
−ＰＣＶＤ装置）に係る前述の各種問題点を排除した、
稼動率及び作業効率がよく、そして良質のＡ−３ｉ等の
堆積膜を常時安定して製造できる改善されたＭＷ−ＰＣ
ＶＤ！置を提供することを主たる目的とするものである
。
本発明の他の目的は、ＥＣＲ方式のような大型の電磁石
を用いることなくして、マイクロ波の伝播モードを適宜
選択することにより大面積基体への均一にして均質な所
望の堆積膜の形成を可能にする改善されたＭＷ−ＰＣＶ
ＤＩ置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、ガスの電離断面積にかかわり
なくしてマイクロ波エネルギーによる放電についてマイ
クロ波入力インピーダンスの整合が常にとれ、マイクロ
波エネルギーが有効に利用されて所望の堆積膜の多量生
産を可能にする、改善されたＭＷ−ＰＣＶＤ装置を提供
することにある。
〔発明の構成・効果〕
本発明者らは、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ装置置に係る前述
の各種問題点を排除して前記目的を達成すべく鋭意研究
を重ねた。その結果、（イ）ＥＣＲ法による磁場勾配で
なく、圧力勾配を利用することでガスの逆拡散を抑制す
る手段を講じる、（ロ）成膜室をプラズマ密度に依存す
ることなくしてマイクロ波を整合させて空洞共振器とし
て動作する構造にする、（ハ）該空洞共振器内にベルジ
ャーを貫入させて７Ｍモードを励振するようにする、の
（イ）乃至（ハ）の装置構成をとることにより従来のＭ
Ｗ−ＰＣＶＤ装置に係る前述の各種問題点を排除して前
記本発明の目的を所望どおりに達成できる知見を得た。
本発明は該知見に基づいて完成に至ったものであり、そ
の骨子は密封された真空容器と、該真空容器内を排気す
る手段及び該真空容器内にマイクロ波立体回路を介して
マイクロ波を導入しマイクロ波プラズマを生成する手段
とからなるマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記
マイクロ波立体回路中に２つの整合回路と一体化した空
洞共振器を設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置（ＭＷ−ＰＣＶＤ装置）にある。
ところで、本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ装置について上記（
イ）の点の装置構成は、次のようにして達成される。す
なわち空洞共振器の構造を採用し、前記空洞共振器の端
面板を多孔板とすることで真空容器を空洞共振器内部と
成膜室の２つに分割し、空洞共振器内部となっている真
空容器側に原料ガス（例、シランガス等）以外のガス（
例、Ｈ８ガス、Ａｒガス等）を流して空洞共振器内部と
なっている真空容器の圧力を成膜室の圧力より高めるこ
とによって圧力勾配が形成される。即ちかくなる（イ）
の装置構成をとることにより、１Ｏ−３Ｔｏｒｒ台乃至
Ｉ　Ｔｏｒｒの内圧での放電が可能になり、この内圧領
域では生成するプラズマ中のラジカルの平均自由行程が
短く同時に圧力勾配によりガスの流れが規制されるので
、材料ガスの逆拡散は効率的に抑制される。
上記（ロ）の点の装置構成は、マイクロ波の位相・振幅
に応じて適宜調整できる２つの整合回路を設けることに
より達成できる。なお、該整合回路と空洞共振器の間に
は定在波のエネルギーが蓄積するところとなるので、該
間隔を可及的に短縮することが望ましい、このところの
特に望ましい態様では、整合回路と空洞共振器を一体化
させ、２つの整合回路の中の少なくとも一方を空洞長可
変プランジ中−にする。
ところで上述の反射マイクロ波の位相・振幅は、主とし
て、プラズマ密度とマイクロ波の給電回路の形状に依存
する。
即ちプラズマ密度については、ガス種・ガス圧或いは導
入するマイクロ波電力によって変化し、このときプラズ
マの複素屈折率ｎ−１ｋ　（Ｑ＜ｎ＜ｌ、には吸収係数
）も変化する。従って、常に空洞共振器として動作させ
るには、ｎ、にの効果を打消す必要がある。
ｎの効果を打消すには、空洞内径を変化させることが難
しいので空洞内径がｎ倍（０＜ｎ＜１）細くなった分を
空洞共振器長（Ｌ）を伸ばして打消せばよい。
共振周波数（ｆ”２．４５ＧＨｚ　）　、共振ｒｓｔモ
ード（ＴＭｒｓｔ　）及び空洞内径（ｎＤ）が決まれば
新たな空洞長の空気換算値（Ｌ′）は次式で求まる。
ｔ 式中ｆｆｒｓはベンセル関数Ｊｒ（ｙ）−０の根であり
、Ｃは光速である。
式（１）からしても明らかなように、ｎの変化量に応じ
て空洞共振器長りを調整することによりｎの効果を打消
すことができる。
また、ｋの効果、即ち、反射波の振幅と位相遅れδを打
ち消すについては、２つの整合回路を調整することによ
り行われる。
実際には、ｎ、には相互に従属関係にあるので一組の（
ｎ、ｋ）に対して空温共振器長し及びスライド式絞りを
調整すればよい。
一方、マイクロ波の給電回路の形状により生ずる反射波
も、２種の整合回路を使用することにより効率的に整合
できる。
上記（ハ）の点の装置構成は、第１図に示すように方形
導波管と円筒空洞共振器の軸が直交するように締結する
ことにより達成できる。かくすることにより、空洞共振
器長を変化させる場合に導波管が邪魔になることはない
、そして、円筒空洞共振器内には、ＴＭ＠、（ｎ　：自
然数）が励振され、大気中であっても空洞共振器長を変
えることができ、作業効率も良好になる。
以下、本発明によるＭＷ−ＰＣＶＤ装置を図示の装置例
により詳しく説明するが、本発明はそれらにより何ら限
定されるものではない。
笠１皿上 簡単のため、円筒空洞共ａａを用いた場合に限って説明
することとする。その場合の装置例を第１図の模式約透
視略図に示す。
第１ＩＩにおいて、２１は方形導波管、２２は円筒空洞
共振器、２３は空洞共振器長可変プランジ中−１２４社
円筒面スライド式絞り、２５はマイクロ波透過性のベル
ジャー、２６はマイクロ波反射部材、２フは堆積室、２
８は基板、２９は基板サセプタ、そして３０．３１は、
ガス導入パイプをそれぞれ示す。
第１図に図示の本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ装置は、要する
に空洞共振器型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置であり、
マイクロ波発振器（図示せず）、マイクロ波立体回路（
図示せず）、空洞共振器、マイクロ波透過性のベルジャ
ーで構成されたプラズマ化室ガス導入パイプ（３０，３
１）とガス排出口３２とを具備した堆積室とで構成され
る。
第１図において、円筒空洞共振器２２の材質は、マイク
ロ波の表面電流によるオーム損を少なくするため、電気
抵抗率の小さいものを使用することが好ましい、また、
空桐長可変プランジャー２３が厭合しながら動くので摩
耗にも強くなければならない、従って、銅、真ちゅう、
或いは銀、銅または金メツキしたステンレス鋼等の材質
のものが望ましい、中でも、銀メツキしたステンレス鋼
が最適である。
この円筒空洞共振器２２は、その回転軸と方形導波管中
心軸とが直交するように締結されており、方形導波管２
１のＨ７゜（ＴＥｌ＊）モードを円形導波管のＥｅｌ（
ＴＭ・１）モー　ドへ！：喚している。この空洞共振器
２２は、２つの整合回路と一体化されており、１つは空
洞共振器長可変プランジャー２３、もう１つは円筒面ス
ライド式絞り２４である。
空洞共振器長可変プランジャー２３は、空洞共振器２２
の軸に沿って移動可能であり、例えば、モーター３５で
駆動すればよい。前記プランジャー２３と空洞共振器２
２の間の異常放電を防ぐためりん青銅製のばね材で接触
を良好にしている。
円筒面スライド式絞り２４は、方形導波管２１と空洞共
振器２２のクロス部に左右一対配置する。
この絞りの動く方向は、図中に矢印で示すように、方形
導波管２１の長手方向であり、２つの絞りは各々独立に
円筒面に沿って回転スライドできる構造になっている。
この絞りと空洞共振器２２とは、前記プランジャーの場
合と同様の接触方法をとっている。
前述の空洞共振器２２（例えば、内径φ１２０１■）の
中には、マイクロ波透過性のベルジャー２５が貫入して
いる。このヘルジャ−２５は、堆積室２７と接続してお
り、ベルジャーのフランジ面には真空封止用のＯリング
（又は金属シール材）とマイクロ波反射部材２６が設置
されていて、これによりマイクロ波は反射され、ガスは
ベルジャー２５と堆積室２７間を往来できるようになっ
ている。
このベルジャー２５は石英（ＳｉＯ３）、アルミナ・セ
ラミックス（Ａ１２０３　）　、窒化ポロン（ＢＮ）、
窒化珪素（ＳｉＮ）のいずれかの材質でできている。
また、マイクロ波反射部材２６は、銀、銅または金メツ
キ（特に銀メツキが最適である）された金属に多数の孔
が穿孔された多孔板であり、例えば、開孔率６０％のφ
６１）１）の円孔のあいた厚さ０、８　ｍのアルミニウ
ム製多孔板いわゆるパンチングボードである。この多孔
板は異常放電を抑制するため、堆積膜２７にビスで締結
されている。このような多孔板の代用として、−エキス
バンド・メタルを使用しても良い。
堆積室２７内には基板２８、基板サセプタ２９及び２本
のガス導入パイプ３０．３１があり、そのうちの１本（
３０）は、マイクロ波反射部材２６を貫通し、その先端
がベルジャー２５の内部に開放されており、もう１本（
３１）は、その先端がリング状で、多数のノズル孔より
ガスが噴出するようになっていて、ベルジャー２５と基
板サセプタ２９の間に設置されている。
堆積室２７は不図示の排気ポンプに接続していて１、こ
れにより排気が行われる。、 以上の説明した本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ装置を作動する
に当たっては、先ず、作動に先立って、初期放電が起こ
り易くな、るように、空洞共振器長をｍ／２×λ（ｍ：
自然数）より若干短く設定しておく。このところは、具
体的には、ベルジャー２５が内蔵された状態で空洞共振
器となるように、予めネットワーク・アナライザー（ヒ
ユーレット・パラカード社製）で測定して短くする方法
を決めて行われる。
即ち、ベルジ、中−が例えば肉厚３璽謙、径φ７０ｎ、
高さ１００ｍのサイズ及び肉厚３龍、径φ１）０ｔｍ、
高さ１００ｍ５のサイズのものである場合、短縮距離は
各々３１）及び４ｍｍであり、空洞共振器長は２９１−
１及び２９０ｍ−である。
以上のように準備した後装置を作動させる。そうすると
、不図示のマイクロ波発振器から投入されたマイクロ波
電力は導波管２１を介して空洞共振器２２内で増幅され
、ガス導入パイプ３０からベルジャー２５内に導入され
た水素ガス或いは水素・アルゴン混合ガスがマイクロ波
プラズマとなる。しかしながら放電後はマイクロ波の反
射が急激に増えるのでマイクロ波立体回路中に組込まれ
たパワー・モニターの反射電力を減らすよう空洞共振器
、長可変プランジャー及び円筒面絞りを調節する。
本装置例において、ベルジャーとしそ肉Ｊ！３３　ａｓ
、径φ７０鶴、高さ１００　ｓｓの石英ヘルジャ、−を
使用４して水素プラズマを生起せさせる場合、マイクロ
波の反射を１０％未満にするための２つの整合回路の配
置例を表１に示す。
なお、表１に示すところは、放電前に空洞共振器長を２
９０ｆｉ、スライド式絞り開口部を全開（口；９６Ｘ２
７ｓｓ）にセットして放電後の２つの整合回路の配置を
表したものである。絞りは左右対称に動かした場合の開
口部の横寸法（１０〜９６嘗■）を記し、縦は２７ｍに
固定した場合である。
表　　　１ 圧力、マイクロ波電力に応じた整合回路の配置絞り全開 尚、本装置例ではマイクロ波発振器は連続発振であり、
マイクロ波の脈流のリップル率が２００Ｗ〜５００Ｗの
範囲で１０％以内のものが使用される。そして、−度プ
ラズマが生起されるとマイクロ波の電力は１０％以内の
ゆらぎでプラズマに連続的に投入されるため、定常状態
へ移行する。
従って、本装置例の場合、放電前及び定常状態となった
放電後の各々の段階でマイクロ波の人力インピーダンス
が整合するよう調整する。そうした調整は、空洞共振器
長と円筒面絞りを放電前後に夫々１回ずつ行えば充分で
ある。
以上に述べた本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ装置を使用してＡ
−３ｔ膜等の堆積膜を形成する場合、従来のＭＷ−ＰＣ
ＶＤ装置に見られる系内ガスの逆拡散の生起の問題は使
用ガスの流量比をコントロールするだけで簡単に解消で
きて、所望の堆ａＩＩＩを効率的に形成することができ
る。
ｌ成膜例を以下に示す。
底！■ 上述の装置例１に述べた本発明のＭＷ−Ｐ　ＣＶＤ装置
を使用して石英基板上にＡ−３ｉ：Ｈ：Ｆ膜を表２に示
す成膜条件で堆積した。
表２に示したように成膜用原料ガスとしてＳ　ｉ　Ｆ　
ａガスを使用し、プラズマ発生用原料ガスとしてＨ，ガ
スとＡｒガスを使用した。
成膜中での上述の従来のＭＷ−Ｐ　ＣＶ　Ｄ装置に見ら
れる系内ガスの逆拡散の問題は、５ｉＦｎガスと他の使
用ガス（Ｈ暑ガス＋Ａｒガス）との流量比を１：１０以
上にコントロールすることにより未然に防止することが
できた。
表　　　　２ かくしてた得られた＾−３ｉ：Ｈ：Ｆ膜を公知の評価方
法により評価したところ、以下の緒特性を有して実用価
値の高いものであることがわかった。
卯ち、 光導電率σＰ　＝’３．５　Ｘ　１０−’　［Ω−’　
ｅｌｍ　−’　］暗導電率σ４−、２Ｘ１０−”［Ω−
’　ａｍ　−’　］Ｅｇｏｐｔ（光学的バンドギャップ
）＝　、８６　　［ｅＶ］Ｅａ　（活性化エネルギー）
＝０．７３　［ｅＶ］１）■ｌ 前記装置例１では、円筒面スライド式絞り２４が空洞共
振器２２の回転軸を中心に回転スライドする方式のもの
である。
第４図に示す本装置例では、前記回転軸に平行で矢印の
方向にスライドできるようになっている。
そして前記絞りと空洞共振器２２との接触は、装置例１
の場合と同様である。そして上述するところを除き他の
装置構成も装置例１の場合と同様である。
即ち、円筒面絞りについて、装置例１では誘導性窓（Ｌ
窓）にされているが、本装置例では容量性室（Ｃ窓）に
されている、この、ことにより、マイクロ波入力インピ
ーダンスの補正量は本装置例の場合の方がより大きいの
で、本装置例は、電離断面積の大きく異なるガスを使用
する連続成膜に適している。
即ち、例えば、Ｈｔガスのような電離断面積の小さいガ
ス使用して放電を行い、成膜終了後、残存するＨ２ガス
を排気し、然る後５ｉｎｓガス、Ａｒガス等の電離断面
積の大きなガスを使用して放電を行って更なる成膜を行
う場合に好適である。
尚、本装置例の場合、空洞共振器を方形空洞共振器にす
る場合、スライド式絞りを平面形状のものにすればよい
。
装置■工及至工 装置例３乃至４は、装置例１又は装置例２の本発明のＭ
Ｗ−ＰＣＶＤ装置にあって、スライド式絞りを第２図又
は第３図に示すようにスリー・スタブ・チューナー３３
（第２図）又はＥ−Ｈチューナー３４（第３図）に変え
た方式のものである。
いずれの装置例の場合にあっても、円筒空洞共振器とチ
ューナーの間にはマイクロ波エネルギーが蓄積されて発
熱により損失するので、これを防止するようにするのが
望ましい。その場合、前記共振器から前記チューナーの
フランジまでの間隔を極力短縮するようにする。
尚、第３図に示す方式の本発明のＭＷ−Ｐ　ＣＶＤ装置
は、ベルジャー２５に導入するガスパイプ３０の位置が
第１図、第２図の場合とは異なる。
すなわち、空洞共振器２２の側面に穴をあけ、マイクロ
波が漏れないようφ６ｘ７０　［鰭］のガイドに沿って
ガス導入管３０を挿入し、ガスをベルジャー内に供給す
る。この場合、投入されるマイクロ波電力のパワーによ
ってはプラズマ化されたガスでガス導入パイプの内部が
スパッタされることがあり、これを防ぐについて投入さ
れるマイクロ波電力は２５０Ｗ以下に制御されるのが望
ましい。
基１ｕ１乳 装置例１において放電開始後のマイクロ波入力インピー
ダンスの整合調整を行う場合、第４図に示すように先ず
空洞共振器長可変プランジャー２３で粗調し、続いても
う１つの整合回路で微調して全体のマイクロ波入力イン
ピーダンスの整合をとるのが調整時間が短くてすむ、従
って、マイクロ波発振器と反応室の間のマイクロ波立体
回路中に設置されたパワー・モニターの信号から（反射
電力）／（入射電力）の比を算出し、第１図の装置例に
おけるモーター３５で空洞共振器長可変プランジャー２
３を前後に駆動して前記比を極小にする。
前記比の極小の値即ち最小値が得られたところで、その
位置に空洞共振器長可変プランジャー２３を止め、空洞
共振器と一体化されているもう１つの整合回路、即ち装
置例１では円筒面スライド式絞りにより、また装置例２
ではチューナーにより微調してマイクロ波入力インピー
ダンスの整合調整を終了する。
（発明の効果の概要） 以上説明したように、本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ装置によ
れば、従来のＭＷ−ＰＣＶＤに見られる各種の問題点が
ことごとく解決され、装置の稼動率及び作業効率が著し
く向上し、Ａ−３Ｓデバイス等の製造コストを下げるこ
とができることの他、得られるデバイスについて性能上
のばらつきがなくなる等の効果が奏される。また、ＥＣ
Ｒ方弐のような大型の電磁石を使用しないのでマイクロ
波の伝播モードを選べば容易に大面積化できるという効
果も奏される。更に、空洞共振器端から結合孔までの距
離を変化させることができるので、ガスの電離断面積に
よらずに常にマイクロ波入力インピーダンスの整合がと
れ、マイクロ波電力が有効に利用され且つ使用ガスも極
めて高効率で利用される効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の典
型的−例を模式的に示す透視略図であり、第２図乃至第
４図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の他の
例を示す断面略図である。 第５図乃至第６図は、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置の説明図又は断面略図である。 第１図乃至第４図について、２１・・・方形導波管、２
２・・・空洞共振器、２３・・・空洞共振器長可変プラ
ンジャー、２４・・・円筒面スライド式絞り、２５・・
・マイクロ波透過性のベルジャー、２６・・・マイクロ
波反射部材、２７・・・堆積室、２８・・・基板、２９
・・・基板サセプタ、３０．３１・・・ガス導入パイプ
、３２・・・ガス排出口、３３・・・スリー・スタブ・
チューナー、３４・・・Ｅ−Ｈチューナー、３５・・・
Ｏリング。 第５図について、１０１・・・マイクロ波発振器、１０
２・・・アイソレーター、１０３・・・パワーモニター
、１０３　ａ−指針針、ｌ　Ｏ４・・・整合器、１０５
・・・プラズマ発生炉、１０６・・・摺動短絡板、１０
７・・・反応器、１０７ａ・・・ガス輸送管、１０７ｂ
・・・排気管、１０８・・・排気装置。 第６図について、１・・・プラズマ化室、２・・・堆積
室、３・・・マイクロ波導入窓、４・・・マイクロ波導
波管、５・・・水冷パイプ、６・・・第１ガス導入パイ
プ、１３・・・電磁石。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）密封された真空容器と、該真空容器内に原料ガス
    を供給する手段、該真空容器内を排気する手段、及び該
    真空容器内にマイクロ波立体回路を介してマイクロ波を
    導入しマイクロ波プラズマを生成する手段とからなるマ
    イクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波立
    体回路中に２つの整合回路と一体化した空洞共振器を設
    けたことを特徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
  2. （２）前記の空洞共振器と一体化した整合回路が空洞共
    振器長可変プランジャー及びスライド式絞りであること
    を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のマイクロ
    波プラズマＣＶＤ装置。
  3. （３）前記空洞共振器が円筒型のものであり、且つ前記
    スライド式絞りが円筒面スライド式絞りであることを特
    徴とする特許請求の範囲第（２）項記載のマイクロ波プ
    ラズマＣＶＤ装置。
  4. （４）前記空洞共振器が方形空洞共振器であり且つ前記
    スライド式絞りが平面スライド式絞りであることを特徴
    とする特許請求の範囲第（２）項記載のマイクロ波プラ
    ズマＣＶＤ装置。
  5. （５）前記マイクロ波を導入する手段が連続発振のマイ
    クロ波発振器からなり、前記空洞共振器内にマイクロ波
    透過性で放電空間を形成するためのベルジャーを貫入し
    てなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
    のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
  6. （６）前記スライド式絞りに代えて、空洞共振器に隣接
    して、Ｅ−Ｈチューナー又はスリー・スタブ・チューナ
    ーを配置したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
    項記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
  7. （７）特許請求の範囲第（１）項に記載のマイクロ波プ
    ラズマＣＶＤ装置にあって、パワー・モニター手段をマ
    イクロ波立体回路中に設置し、該パワー・モニター手段
    からする信号から（反射電力）／（入射電力）の値を算
    出し、該値が小さくなるよう空洞共振器長可変プランジ
    ャーで粗調し、続いて他に設けられた整合回路で微調を
    とるようにしたフィードバック制御機構を有してなるマ
    イクロ波プラズマＣＶＤ装置。
  8. （８）特許請求の範囲第（１）項に記載のマイクロ波プ
    ラズマＣＶＤ装置にあって、パワー・モニター手段をマ
    イクロ波立体回路中に設置し、該パワー・モニター手段
    からする信号から（反射電力）／（入射電力）の値を算
    出し、該値が小さくなるよう空洞共振器長可変プランジ
    ャーで粗調し、続いて他に設けられた整合回路で微調を
    とるようにしたフィードバック制御方法。
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