JPH0215174A

JPH0215174A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH0215174A
Application number: JP63164205A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Kawakami; 総一郎川上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-07-01
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1990-01-18
Also published as: US5099790A

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】〔産業上の利用分野〕本発明は電子デバイスなどを構成する薄膜を製造する装
置に関し、特にマイクロ波の放電によるプラズマを利用
し、試料基板上に各種材料の薄膜を堆積させるためのプ
ラズマＣＶ　Ｄ　（ＣｈｅｍｉｃａｌＶ　ａｐｏｒ　Ｄ
　ｅｐｏｓｉ　ｔｉｏｎ）法による薄膜堆積装置に関す
るものである。

〔従来の技術の説明〕

プラズマＣＶＤ法は、（ｉ）２００〜４００℃の低温で
堆積膜を形成できる、（１１）基板の耐熱性が要求され
ない、などの長所を有するため、半導体プロセスの絶縁
膜としての二酸化ケイ素や窒化ケイ素、太陽電池や密着
型イメージセンサあるいは感光ドラム用のアモルファス
シリコン（ａＳｉ）膜、ダイヤモンド薄膜の形成に応用
されている。

そして、このようなプラズマＣＶＤ法を行う従来のプラ
ズマＣＶＤ装置は、平行平板型の対向する２電極間にラ
ジオ波（ＲＦ）を投入し、プラズマを発生するものが主
流であった。このＲＦプラズマＣＶＤ装置は構造が簡単
であるため、容易に大型化しやすいという長所を有して
いた。

しかし、従来のＲＦプラズマＣＶＤ法では、■各電極に
イオンシースが形成され、カソード側に負の自己バイア
スが現われ、プラズマ中のイオン種はカソード側に引き
つけられて、基板の配置されたアノードへのイオン種の
入射衝撃は和らぐ。

しかし、依然として基板面へのイオン種の入射が存在し
、堆積膜中に取り込まれ、内部応力や欠陥密度の増大を
もたらす原因となり、良質な堆積膜が得られない、■電
子密度が１０１１〜１０Ｉ０と低いため、原料ガスの分
解効率がそれほど大きくなく、堆積速度が小さい、■電
子温度が４　ｅＶ以下と低いため、ハロゲン化ケイ素化
合物のような結合エネルギーが高い原料ガスは分解され
にくい、というような■、■、■の欠点も有している。

このようなＲＦによるプラズマＣＶＤの■、■。

■の欠点を解決するために、特開昭５６−１５５５３５
号、特開昭５９−３０１８号のような電子サイクロ１−
ロン共鳴（ＥＣＲ）を応用したマイクロ波放電方式のプ
ラズマＣＶＤ装置が開発されている。第８図はＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置の概略構成図の一例を示したものであ
る。

第８図において、８０１はプラズマ発生室（空洞共振器
構造を有している）、８０２は磁界発生装置、８０３は
マイクロ波導波管、８０４はマイクロ波導入窓、８０５
はマイクロ波、８０６はプラズマ流及び発散磁界、８０
７は堆積室、８０８は加熱ヒーター′内蔵試料台、８０
９は試料基板、８１０は第１ガス導入口、８１１は第２
ガス導入口、８１３は排気系である。ＥＣＲプラズマＣ
ｖＤ法では、ＥＣＲ条件で電子が電磁波のエネルギーを
共鳴吸収するため（マイクロ波２．４５ＧＨｚでは磁束
密度８７５ガウスが必要で）、電子温度が〜７　ｅＶと
高く、電子密度もＩＱｌｌと高い。そのため、１００〜
１０００人／ｍｉｎの堆積速度が得られている。また、
入射イオンエネルギーは〜２０ｅＶと平行平板型のプラ
ズマＣＶＤ法に比べて小さい。

第８図に示されるＥＣＲプラズマＣＶＤ装置におけるプ
ラズマ生成室８０１の口径が１７０ｆｌの場合であって
、ＥＣＲ条件８７５ガウスの磁束密度の点から２９０ｍ
ｍ離れた基板面での面内の磁束密度の分布を示したのが
第９図である。磁束密度の均一な範囲は８０ｍｍ程度の
小領域であることがわかる。

ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、試料基板上の磁束密度の
分布が堆積膜の膜厚分布に反映するために、大面積で堆
積膜を得るには磁束密度を広範囲にわたって均一にする
、つまり、大口径のソレノイドコイルが必要である。し
たがって、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法による大面積薄膜堆
積装置では、大口径のソレノイドコイルが必要であるた
め装置が大型化し、重量も重くなり、装置の製造コスト
が高価となる欠点を有している。

上記ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の欠点を改善し、大面積
に堆積膜を形成するための１つの方法として、試料基板
を移動させて堆積膜の膜厚を均一にすることが考えられ
る。しかし、この方法ではプラズマ生成室の口径を２ａ
、試料基板の幅をＸとすると、堆積室の幅は（２ｘ−２
ａ）程度の長さが必要になるため堆積室が大きくなり、
当然装置自体も大型化することになる。

他の方法として特開昭６１−２１３３７７号により提案
されている。特開昭６１−２１３３７７号によるプラズ
マＣＶＤ装置の概略構成図の一例は、第１０図に示す通
りである。第１０図において、１００１はプラズマ生成
室、１００２は第１磁界発生装置、１００３はマイクロ
波導波管、１００４は放電管、１００５はマイクロ波、
１００６はプラズマ、１００７は堆積室、１００８は回
転試料台、１００９は試料基板、１０１０はガス導入口
、１０１１は第２磁界発生装置、１０１２は第３磁界発
生装置、１０１３は排気系である。第１０図に示したプ
ラズマＣＶＤ装置では、試料基板面積が大きくなった場
合当然堆積室も大きくなって、第１の磁界発生装置と第
３の磁界発生装置間の距離が長くなり、試料基板面に平
行な磁界成分が少なくなる。そのため均一な堆積膜が得
られないことが予想される。さらに均一な堆積膜を得る
ためには、第３の磁界発生装置によって発生ずる磁界強
度を強めなければならず、必然的に装置は大型化する。

また、第３の磁界発生装置を取り付り側の堆積室の壁面
に堆積膜が付着することは避けられず、原料ガスの利用
効率の低下と付着膜のハガレによる発じんという問題が
起こる。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述した従来のプラズマＣＶＤ装置やＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置の問題点を改良して、大きな堆積速
度で良質な薄膜を大面積に膜厚分布よく、堆積させるこ
とが可能な薄膜堆積装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成・効果〕

本発明は、磁界発生装置を装着したプラズマ生成室で、
材料ガスをマイクロ波の放電によりプラズマ化して堆積
室に導き、堆積室に導入した原料ガスと反応させ、試料
基板上に堆積膜を形成させるマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置において、第１の磁界発生装置の堆積室側の磁極と
反対の磁極が対向するように、堆積室中に設置した試料
台の裏側に第２の磁界発生装置を配置し、試料基板面上
の時間平均の磁束密度を均一にすることを特徴とするマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置である。本発明によれば、
試料基板面上の磁束密度を均一にすることにより、試料
基板上のプラズマ密度をより均一にし、堆積膜の膜厚分
布を均一にすることが可能である。

本発明の最大の特徴は、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の試料台の裏側に第２の磁界発生装置を配置し、■（ｉ
）該磁界発生装置の発生する磁束密度を一定にし、走査
位置によって滞留時間を変えて試料基板面に平行に走査
することによって、時間平均磁束密度を均一にする、あ
るいは（ｉｉ）該磁界発生装置の磁束密度を走査位置に
よって変えて走査し、試料基板面上の時間平均の磁束密
度を均一にすることであり、あるいはまた、■第２の磁
界発生装置が小分割固定された複数個の磁石から構成さ
れ、各々の磁石の磁束密度を調整して試料基板上の磁束
密度を均一にすることであり、さらには、■堆積室内に
設置した複数個の磁束密度計測装置により測定した磁束
密度をフィードバックして試料基板面上の時間平均の磁
束密度を均一にすることにある。

第５図と第６図は上述した本発明の特徴である■を説明
するための、試料基板と第２の磁界発生装置の走査方向
の関係を模式的に表した図であり、５０１と６０１は試
料基板、５０２と６０２は第２の磁界発生装置である。

第５図は試料基板をｙ軸方向に搬送しながら堆積する場
合で、第２の磁界発生装置をＸ軸方向に走査すれば均一
な堆積膜が得られる。また、第２の磁界発生装置の走査
位置での滞留時間あるいは磁束密度を適度に変えること
によってより均一な堆積膜が得られる。さらに堆積室内
に磁束密度測定器を複数設置し、磁束密度を測定し、第
２の磁界発生装置の走査時の滞留時間あるいは磁束密度
にフィードバンクをかけることによって、試料基板面上
の時間平均の磁束密度をほぼ一定にでき、均一な堆積が
可能になる。

第２の磁界発生装置の磁極の配置方向は、第１の磁界発
生装置の磁極と対向する方向に配置する。

すなわち、第１の磁界発生装置の堆積装置側の磁極がＮ
極であれば、第２の磁界発生装置の試料台側の磁極はＳ
極となるように配置されている。反対に第１の磁界発生
装置の堆積装置側の磁極がＳ極であれば、第２の磁界発
生装置の試料台側の磁極はＮ極になるように配置される
。第２の磁界発生装置の発生する磁束密度は１００〜２
００００ガウスであることが好ましい。第１の磁界発生
装置の発生する磁束密度はＥＣＲ条件に限定されること
なくプラズマ密度を増加させ、第２の磁界発生装置との
間で磁力線を収束させるために、１００〜３０００ガウ
スであることが好ましい。

第１の磁界発生装置には、磁束密度を使用条件によって
変えたり、高磁束密度条件で使用する場合電磁石が用い
られ、小型化が要求される場合、永久磁石が用いられる
。

第２の磁界発生装置には、磁束密度を可変する場合、電
磁石を操作性と小型化を要求される場合、永久磁石を使
用するのが好ましい。第２の磁界発生装置の設置場所は
堆積室内でも堆積室外でもよい。

第１あるいは第２の磁界発生装置に用いられる永久磁石
としては残留磁束密度の大きなものが望ましく、鉄−ク
ロム−コバルト磁石、アルニコ磁石、希土類６９石、フ
ェライト磁石等が好適である。

本発明に用いられるガスとしては、堆積膜の種類に応じ
て以下のようになる。

アモルファスシリコンあるいは結晶シリコン薄膜を堆積
する場合の原料ガスとしてはたとえばシリコン原子を含
有する、Ｓ　ｉＨａ　＋　Ｓ　ｉ　２　Ｈｂ　＋　Ｓ　
ｉＦ　４ＳｉＨＦ３．５ｉＨｚＦ２．ＳｉＨ３Ｆ、Ｓｉ
２Ｆ６　。

ＳｉＣ７！ａ　、５ｔＨ２ｃ　ｐ２．５ｉＨ３Ｃ１など
が挙げられる。なお５ｉＣ７！４などの液状のものは、
不活性ガスのバブリングなどにより気化して用いる。

プラズマの発生に用いる材料ガスとしては上記原料ガス
の他にＨｚ　、　　Ｆｚ　、　　ＣＩ！、ｚ　、　　Ｈ
ｅ　、　　ＮｅＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが挙げられる。

アモルファスシリコンゲルマニラＪ、−Ｆｉｔ　膜を堆
積する場合の原料ガスとしては、上述のアモルファスシ
リコンの堆積に用いるシリコン原子を含有する原料ガス
にゲルマニウム原子を含有するＧ　ｅ　Ｈ４Ｇ　ｅ　Ｆ
　ａなどを混合したガスを用いる。プラズマの発生に用
いる材料ガスとしては、シリコン原子を含有するガスと
ゲルマニウム原子を含有するガスの混合ガスの他にＨｚ
　、Ｆ２．Ｃｊ！ｚ　、Ｈｅ、Ｎｅ　。

Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが挙げられる。

窒化シリコン薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては、
上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリコン
原子を含有するガス、または窒素原子を含むＮ　ｚ　、
　Ｎ　Ｈ３，Ｎ　Ｆ　３から選ばれる少なくとも一種類
以上のガスとシリコン原子を含有するガスの混合ガスが
用いられる。プラズマの発生に用いられるガスは、上記
原料ガスの他に、Ｎｚ　、ＮＨｉ　、ＮＦｓ　、Ｈ２、
Ｆｚ　、Ｃｊ！ｚＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが
挙げられる。

窒化シリコンの形成の場合は、原料ガスあるいはプラズ
マの発生用ガス中に少なくとも窒素原子を含有するガス
と、シリコンを含有するガスが含まれていなければなら
ない。

酸化シリコン薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては、
上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリコン
原子を含有するガス、または、酸素０２とシリコン原子
を含有するガスが用いられる。プラズマの発生に用いら
れるガスは、上記原料ガスの他に０２．Ｈ２，Ｆ２．Ｃ
４Ｈ６，ＨｅＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどがある。酸化
シリコンの形成の場合は、原料ガスあるいはプラズマ発
生用ガス中に少なくとも０２とシリコン原子を含有する
ガスが含まれていなければならない。

アモルファスシリコンカーバイド薄膜を堆積する場合の
原料ガスとしては、上述したアモルファスシリコンの堆
積に用いるシリコン原子を含有するガス、５ｉ（ＣＨｉ
）ａなどのシリコン原子と炭素原子を含有するガス、ま
たは炭素原子を含有するＣＨ４、Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４、
Ｃ２Ｈ６などから選ばれる少なくとも一種類以上のガス
と上記シリコン原子を含有するガスとの混合ガスが用い
られる。

プラズマの発生に用いられるガスは」−記原料ガスの他
に、炭素原子を含有するガス、Ｈ２，Ｆ２゜Ｃｆｆｚ、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどがある。アモルファ
スシリコンカーバイドの形成の場合は、原料ガスあるい
はプラズマ発生用材料ガス巾に少なくとも炭素原子を含
有するガスとシリコン原子を含有するガスが含まれてい
なげればならない。

ダイヤモンド薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては炭
素原子を含有す４　Ｃ）（４、Ｃｚ　Ｈ２、Ｃ２Ｈ４Ｃ
２Ｈ６、ＣＨ３Ｃ０ＣＨ，、ＣＨ３０Ｈなどが挙げられ
る。ＣＨ３ＣＯＣＨ３やＣＨ，ＯＨは不活性ガスのバブ
リングなどによって気化して用いる。プラズマ発生用の
ガスとしては、上記炭素原子を含有するガスの他に、Ｎ
２　、　　Ｆ２　、　　Ｃ１２２、ＨｅＮｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅなどが挙げられる。

上述してきたように原料ガスはプラズマ発生用ガスとし
て兼用してもよい。さらに原料ガスはＨｅ、Ａｒなどの
不活性ガスで希釈して用いてもよい。堆積膜に不純物を
添加する場合は、原料ガスまたはプラズマ発生用ガス中
にＰＨｆｆ、ＰＦ５ｐＦ、、ＰＣｊ！３．ＰＣＩ２５．
Ｂ２Ｈ６，ＢＦ３ＢＣｆｆ３　、ＢＢｒ３．ＡｓＦ５．
ＡｓＣ／、、ＡＳＨ３Ｉ２　、ＳｂＨ３，ＳｂＦ、など
のガスを混合する。

アモルファスシリコン、結晶シリコン、アモルファスシ
リコンゲルマニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、ア
モルファスシリコンカーバイドの薄膜を形成する反応圧
力は１０−５〜１０−’Ｔｏｒｒであることが好ましい
。

ダイヤモンド薄膜を形成する反応圧力は１０−３〜１０
２Ｔｏｒｒであることが好ましい。

本発明ではプラズマ発生の方法として、マイクロ波によ
る放電を用いるが、薄膜堆積反応において反応を促進す
るために、さらに紫外光、レーザ光等の光エネルギーま
たは熱エネルギーを付与することも可能である。

装置例１第２の磁界発生装置を試料基板面に平行（ｘ。

ｙ軸方向）に走査する装置例が第１図に示されるもので
ある。

第１図において、１０１はプラズマ生成室、１０２は第
１の磁界発生装置、１０３はマイクロ波導波管、］０４
はマイクロ波導入窓、１０５はマイクロ波、１０６はプ
ラズマ、１０７は堆積室、１０８は加熱ヒーター内蔵試
料台、１０９は試料基板、１１０は第１ガス導入口、１
１１は第２ガス導入口、１１２は第２の磁界発生装置、
１１３は排気系、１１４はホール素子、１１５はガウス
メータ含有磁束密度フィードバック制御システムである
。なお、マイクロ波源、第２の磁界発生装置の走査用機
構、排気ポンプは省略しである。本装置例の特徴は、第
２の磁界発生袋Ｗ１１２を試料基板面に平行に走査する
ことによって、第１の磁界発生装置から第２の磁界発生
装置へ収束する磁束を走査し、試料基板上に堆積する薄
膜の膜厚の分布を均一にすることにある。１０１のプラ
ズマ生成室は空洞共振器構造になっている。

本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の操作方法は以
下のようになる。

ガス導入口１１０より活性化すべきガス（例えばＨｅ、
Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガスあるいはＨｚ　
、Ｎ２　、Ｏｔ　、または堆積膜主成分を構成する元素
を含有する原料ガス）を導入し、導波管１０３を用いマ
イクロ波源からマイクロ波を伝送し、導入窓１０４から
プラズマ生成室に導入してプラズマを発生させる。次に
第２の磁界発生装置を走査し、堆積室１０７中の試料基
板１０９上に均一にプラズマを導く。ついで、ガス導入
口１１１から原料ガスを導入し分解反応させ、試料基板
上に薄膜を堆積する。

装置例ＩＡ本装置例１において、プラズマ生成室の口径は１７０１
ｍとし、第１の磁界発生装置として、プラズマ生成室の
外部にプラズマ生成室中心の磁束密度が２００ガウスと
なるように、残留磁束密度９．０　Ｋ　Ｇ、保持力８．
４　ＫＯＩ！、最大エネルギー積２０ＭＧωの希土類コ
バルト磁石を３０個組み込み、また、第２の磁界発生装
置としてプラズマ生成室の内部に残留磁束密度４．０　
Ｋ　Ｇ、保持力３．５ＫＯ３、最大エネルギー積３．６
　Ｍ　ＧＯｅのフェライト磁石を組み込み、試料基板上
の時間平均磁束密度が均一になるように、ガウスメーク
含有磁束密度フィードバック制御システムにより磁束密
度を測定し、滞留時間にフィードバックして試料基板面
に平行に（ｘ、ｙ軸方向に）走査可能となっているもの
を装置例ＩＡとした。

装置例ＩＢまた、装置例１において、第２の磁界発生装置１０２と
して、マイクロ波導入窓付近で８７６ガウスの磁束密度
となる電磁石を用いた以外は装置例ＩＡと同じとし、試
料基板上の時間平均磁束密度が均一になるように、該電
磁石の電流を制御して試料基板面に平行（ｘ、ｙ軸方向
に）走査可能となっているものを装置例ＩＢとした。

装！桝主第１図の装置を１式以上組み込んだインライン型連続堆
積装置の一例が第２図に示されるものである。第２図に
おいて、２００はロード室、２０１はプラズマ生成室、
２０２は第１の磁界発生装置、２０３はマイクロ波導波
管、２０４はマイクロ波導入窓、２０５はゲートバルブ
、２０６は第１の磁界発生装置、２０７は堆積室、２０
８は試料台、２０９は試料基板、２１０は第１のガス導
入口、２１１は第２のガス導入口、２１２は第２の磁界
発生装置、２１３はアンロード室、２１４は第２堆積室
、２１５は第３堆積室である。

なお、試料基板搬送機構、第２の磁界発生装置の走査機
構、試料基板加熱装置、マイクロ波源、および真空ポン
プは第２図には省略しである。

プラズマ発生室の口径は１７０龍で、また試料基板を搬
送するため第２の磁界発生装置は１軸方向のみに走査し
、走査方向は第２図の紙面に垂直な方向である。

装置例３第２の磁界発生装置が試料基板面に平行に（Ｘ軸方向の
み）に走査する装置例が第３−２図に示されるものであ
る。第３−２図において、３０７は堆積室、３０２は第
１の磁界発生装置、３１２は第２の磁界発生装置、３０
１はプラズマ生成室、３０９は試料基板、３０８は試料
台、３１５は３０８の試料台を搬送する方向で紙面に垂
直方向である。第３−２図は、第２の磁界発生装置の走
査位置によって滞留時間を変えることによって、試料基
板面上の時間平均磁束密度をほぼ等しくする場合の装置
である。第２の磁界発生装置は一軸方向（Ｘ軸方向）に
のみ走査する。なお、第２の磁界発生装置の走査機構は
図示していない。第３１図■は、第１の磁界発生装置だ
けによる試料基板上の磁束密度の１例を表わし、それに
対し■は表面で１０００ガウスの磁束密度を有する場合
の第２の磁界発生装置のＸ軸方向の走査位置での滞留時
間を示している。第３−１図■で示す第２の磁界発生装
置の走査により、第３−３図■に示す試料基板上でほぼ
均一な時間平均の磁束密度が得られる。第３−２図にお
いて、Ｘ軸方向の走査位置での滞留時間を変える第２の
磁界発生装置にかえて磁束密度を可変できる電磁石等の
第２の磁界発生装置をＸ軸方向に走査することによって
も試料基板上で均一な磁束密度を得ることができる。

さらに、堆積室内にホール素子を用いたガウスメーク等
により磁束密度を測定し、第２の磁界発生装置の磁束密
度にフィードバックして試料基板上の磁束密度をより均
一にすることが可能である。

装置例４第２の磁界発生装置が、小分割固定された複数個の磁石
から構成される装置例が第４−２図に示されるものであ
る。第４−２図において、４０１はプラズマ生成室、４
０２は第１の磁界発生装置、４０７は堆積室、４０８は
試料台、４０９は試料基板、４１２は第２の磁界発生装
置、４１５は試料台を搬送する方向で紙面に垂直な方向
である。

第４−１図■は第１の磁界発生装置だけによる試料基板
上の第４−２図Ｘ軸方向の磁束密度の１例を表し、それ
に対して■は第２の磁界発生装置によって生じる磁束密
度である。該第２の磁界発生装置の磁界■と第１の磁界
発生装置の磁界■によって、試料基板４１３のＸ軸方向
では第４−３図■に示すようなほぼ均一な磁束密度が得
られる。

成膜例１装置例ＩＡのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により窒化
シリコン膜を形成した。

洗浄したコーニング社製＃７０５９ガラス基板とシリコ
ン単結晶ウェハー基板を試料台１０８に装置し、Ｉ　Ｘ
　１０−６Ｔｏｒｒの高真空領域まで排気する。ガス導
入口１１０から２０ｓｅｃｍのＮ２ガスをプラズマ生成
室１０１に導入し、堆積室１０７の圧力が一定の２　Ｘ
　１０−ｆｆＴｏｒｒになるように制御し、第１の磁界
発生装置に、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を３０
０Ｗの電力で投入する。次に、第２の磁界発生装置を試
料基板上の時間平均磁束密度が均一になるように磁束密
度を測定し、滞留時間にフィードバックして試料基板面
に平行に（ｘ、ｙ軸方向に）走査する。ついで、堆積室
１０７にガス導入口１１１からｌＱｓｃｃｍのＳ　ｉ　
Ｈ４を導入して１０分間反応させ、試料基板上に窒化シ
リコン膜を形成した。得られた窒化シリコン膜の膜厚は
平均４４００人で堆積速度は７．３人／ｓｅｃであった
。３０ｃｍＸ３０ｃｍの面積での膜厚分布は±５％であ
った。

ル鮫桝第２の磁界発生装置のない場合と第２の磁界発生装置を
試料基板中央の位置に固定した場合のそれぞれに、他の
条件か成膜例１と同一堆積条件で窒化シリコン膜を形成
した。それぞれ３０ｃｍｘ３０ｃｍの面積の範囲での膜
厚分布は±１７％と±３３％であった。

本発明装置で、シリコン単結晶基板上に形成した窒化シ
リコン膜の緩衝フッ酸液（５０％ＨＦ：４０％ＮＨ４Ｆ
＝１５　：　８５）によるエツチング速度は９５人／ｍ
ｉｎであった。

成膜例２装置例ＩＢのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、ア
モルファスシリコン膜を形成した。反応ガスとしては１
００％５ｉｌ（＜２０ｓｅｃｍをガス導入口１１０から
導入し、堆積室の圧力を３Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ　、基板
温度を２００℃に制御し、成膜例１と同様の手法でマイ
クロ波電力３５０Ｗを投入し、２０分間反応させて、試
料基板上にアモルファスシリコン膜を形成した。３０ｃ
ｍＸ３０ｃｍの面積の範囲でのアモルファスシリコン膜
の膜厚分布に１６％で、平均膜厚は１４５００人であっ
た。堆積速度は１２人／ｓｅｃであった。得られたアモ
ルファスシリコン膜の光電特性として、　ＡＭＩ（１０
０ｍＷ／ｃＪ）照射時の光電導度σｐと暗電導度σｄの
比σｐ／σｄは５×１０５であった。

成膜例３装置例ＩＢのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を使用して
多結晶シリコンを形成した。

成膜例２と同様の手法で、Ｈｚ５０ｓｅｃｍとＡ　ｒ５
０ｓｅｃｍをガス導入口１１０から導入し、５ｉＨ２Ｃ
ｊ！２５　ｓｅｃｍをガス導入口１１１から導入して、
堆積室の圧力をＩ　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒ　、基板温度
を３５０℃に制御しマイクロ波電力３００Ｗを投入して
６０分間反応させ、石英ガラスと（１１０）単結晶シリ
コン基板上にシリコン薄膜を得た。得られたシリコン薄
膜のＲＨＥＥＤ　（反射高速電子線回折）の測定結果か
ら結晶化していることが判明した。

石英ガラス基板上では＜１１０＞配向の多結晶で、（１
１０）単結晶シリコン基板上では、＜１１０＞配向のエ
ピタキシャル成長であることが確認された。３Ｑｃ＋ｎ
Ｘ３Ｑｃ＋ｎの面積の範囲での膜厚分布は±５％で、平
均膜厚は１１．０００人で、堆積速度は３．１人／ｓｅ
ｃであった。

成膜例４装置例２のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いてアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタ゛（以下ａ　−Ｓ　
ｉ　Ｔ　Ｆ　Ｔと略す）を作製した。

本成膜例で作製するａ−３ｉＴＦＴの概略断面図を第７
図に示す。図中、７００は絶縁性基板、７０１はゲート
電極、７０２は窒化シリコン膜、７０３はアモルファス
シリコン膜、７０４はオーミックコンタクト層、７０５
はソース・ドレイン電極である。

作製にはまず、Ａｌゲート電極７０１付コーニング社製
＃７０５９ガラス基板を洗浄し、ロード室２００の試料
台２０８に装着し、ＩＸ、１Ｏ−６Ｔ　ｏｒｒの高真空
領域まで排気して、試料基板温度を２００℃に制御する
。次に試料基板２０９を試料台ごと第１堆積室２０７に
搬送し、ガス導入口２１０からＮ２．２１１からＳ　ｉ
　Ｈａを導入し成膜例１と同様の方法で窒化シリコン膜
７０２を３０００人堆積する。ついで試料基板を第２堆
積室２１４へ搬送し、ガス導入口２１０からＳｉＨ４を
導入し、成膜例３と同様の手法でアモルファスシリコン
膜７０３を２０００人堆積する。さらに試料基板を第３
堆積室２１５に搬送し、試料基板温度を２００　’Ｃに
維持し、第３堆積室のガス導入口２１０からＨ２で希釈
した５　０００ｐｐｍ（７）ＰＨ３ガス５０ｓｃｃｍと
Ａｒガス５０ｓｃｃｍをプラズマ生成室２０１に導入し
、堆積室２１５の圧力を５×１Ｏ−２Ｔｏｒｒに制御し
、以下成膜例２の操作方法と同様にして５分間反応させ
オーミックコンタクト層７０４を形成する。その後Ａｌ
をスパッタ法により５０００人形成し、フォトリソグラ
フィーによりソース・ドレイン電極７０５を形成して、
窒素ガス雰囲気下２００℃１時間熱処理を施してａ−３
ｉＴＰＴを作成した。

得られたａ−３ｊＴＰＴの性能はソース・ドレイン電圧
ＶＤ＝１０Ｖの場合オン−オフ電流比は６桁で、単結晶
ＭＯ３）ランジスタで使用される弐Ｉｎ　−＃Ｃｏｘ（
Ｖｃ　　ＶＴ）２．ＣＩｏ：　Ｆｌ／Ｌイン電流、Ｖ６：ゲート電圧、Ｖア：しきい値電圧、μ
：電子の実効移動度、Ｗ：チャネル幅、Ｌ：チャネル長
、Ｃｏｘ：単位面積当たりのゲート容量〕をあてはめ、
７１−ｎ　　Ｖ　ｃ　４．′ｌ′性の直線部の傾きより
求めた電子の実効移動度μはＱ、　７　ｃｒＡ　／　Ｖ
・ｓｅｃであった。

以上、成膜例１．　２．　３から本発明のマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置を用いれば、緻密な窒化シリコン膜、
光電特性の良好なアモルファスシリコン膜、配向性に優
れた多結晶シリコン膜が大面積に均一に生産性よく製造
できることが明らかとなった。また、本発明のマイクロ
波プラズマＣＶＤ装置を応用した連続堆積装置を用いれ
ば、特性の良好な電子デバイスの製造も容易であること
が成膜例４より明らかとなった。

なお、成膜例１．．　２．　３．　４では窒化シリコン
、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、０４層の形
成例を示したが、これに限らず、酸化シリコン、アモル
ファスシリコンゲルマニウム、アモルファスシリコンカ
ーバイド、ダイヤモンド等の製造装置としても有効であ
る。

以上説明したように本発明によれば、従来のプラズマＣ
ＶＤ装置やＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に比較して、大面
積に膜厚分布が均一でかつ均質な堆積を得ることができ
る。また、生産性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の
１例である概略構成図、第２図は本発明を応用した連続
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の１例である概略構成図
、第３−１．３−２．３−３図は、本発明の第２の磁界
発生装置が発生する磁束密度を一定とし、走査位置によ
る滞留時間を変えた例を説明する図である。第４−１．
４−２．４−３図は、本発明の第２の磁界発生装置が小
分割固定された複数個の磁石から構成された例を説明す
る図である。第５図及び第６図は本発明の第２の磁界発
生装置の走査方向を示した略図である。第７図は実施例
４で作成したａＳｉＴＦＴの断面構成図である。第８図は従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略構成図
、第９図は第８図のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置における
試料基板面での磁束密度の分布を示した図である。第１
０図は従来の大面積化用ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概
略構成図である。図面の主要な部分を表わす符号の説明。１０１．２０１，３０１，４０１，８０１．１００１・
・・プラズマ生成室、１０７，２０７，２１４゜２１５
．３０７，４０７，８０７．１００７・・・堆積室、１
０８，２０８，３０８，４０８，８０８゜１００８・・
・試料台、１０９，２０９，３０９゜４０９．８０９．
１００９・・・試料基板、１０５゜８０５．１００５・
・・マイクロ波、１０３，２０３゜８０３．１００３・
・・マイクロ波導波管、１０４゜２０４．８０４・・・
マイクロ波導入窓、１００４・・・放電管、１０２，１
１２，２０２，２１２，３０２３１２．４０２，４１２
，５０２，６０２，８０２゜１００２．１０１１．１０
１２・・・磁界発生装置、１１０．１１１，２１０，２
１１，８１０，８１１゜１０１０・・・ガス導入口、１
０６，８０６．１００６・・・プラズマ、１１３，８１
３．１０１３・・・排気系、２０５・・・ゲートパルプ
、２００・・・ロード室、２１３・・・アンロード室、
１１４・・・ホール素子、１１５・・・ガウスメータ含
有磁束密度フィードバンク制御システム、７００・・絶
縁性基板、７０１・・・ゲート電極、７０２・・・絶縁
層、７０３・・・光導電層、７０４・・・オーミックコ
ンタクト層、７０５・・・ソース・ドレイン電極。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の磁界発生装置を装着したプラズマ生成室で
、材料ガスをマイクロ波の放電によりプラズマ化して堆
積室に導き、堆積室に導入した原料ガスと反応させ、試
料基板上に堆積膜を形成させるマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置において、第１の磁界発生装置の堆積室側の磁極
と反対の磁極が対向するように、堆積室中に設置した試
料台の裏側に第２の磁界発生装置を配置し、試料基板面
上の時間平均の磁束密度を均一にしたことを特徴とする
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
（２）第２の磁界発生装置を試料基板面に平行に走査し
、試料基板面上の磁束密度を均一にすることを特徴とす
る請求項（１）に記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
。
（３）第２の磁界発生装置がソレノイドコイルからなる
電磁石であり、該電磁石を試料基板面に平行に走査し、
ソレノイドコイルの電流を制御することにより、試料基
板面上の時間平均の磁束密度を均一にする手段を設けた
ことを特徴とする請求項（１）に記載のマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置。
（４）第２の磁界発生装置が固定された複数個の磁石か
ら成り、該磁石の各々の磁束密度を調整して、試料基板
面上の磁束密度を均一にすることを特徴とした請求項（
１）に記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
（５）堆積室内に設置した複数個の磁束密度計測装置に
より測定した磁束密度をフィードバックして、試料基板
面上の単位時間当たりの平均磁束密度を均一にすること
を特徴とする請求項（２）〜（４）に記載のマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置。