JPH0219471A - 薄膜を作製する方法 - Google Patents
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産−上の１
本発明は概括的には、エネルギー移送ガスが真空囲障に
導入される際に通る第１の導管の有孔端部の近傍に、該
エネルギー移送ガスの高流量の活性化核種を生成するこ
とにより、材料の薄膜を堆積及び除去することに係る。
導入される際に通る第１の導管の有孔端部の近傍に、該
エネルギー移送ガスの高流量の活性化核種を生成するこ
とにより、材料の薄膜を堆積及び除去することに係る。
より特定的には、本発明は離れた位置に配置された基板
の表面に材料の薄膜を堆積又は除去するために所望の励
起核種のみを高密度で生成する方法に係る。従来、比較
的高い堆積速度で比較的低い品質の材料（例えば半導体
材料、誘電材料又はダイアモンド様の材料）を堆積する
こと、又は比較的低い堆積速度で比較的高品質の材料を
堆積することは可能であったが、本発明によると、非常
に高い堆積速度で高品質の薄膜材料を堆積することが可
能になる。また、非常に高流束のイオン核種が活性化さ
れる（イオン流束は２５ｍａ／ｃｅｉ２を越える）ので
、従来はバイポーライオンエツチングプロセスでしか得
られなかったような効率で、離れて配置された基板の表
面がら材料をエツチングすることが可能である。
の表面に材料の薄膜を堆積又は除去するために所望の励
起核種のみを高密度で生成する方法に係る。従来、比較
的高い堆積速度で比較的低い品質の材料（例えば半導体
材料、誘電材料又はダイアモンド様の材料）を堆積する
こと、又は比較的低い堆積速度で比較的高品質の材料を
堆積することは可能であったが、本発明によると、非常
に高い堆積速度で高品質の薄膜材料を堆積することが可
能になる。また、非常に高流束のイオン核種が活性化さ
れる（イオン流束は２５ｍａ／ｃｅｉ２を越える）ので
、従来はバイポーライオンエツチングプロセスでしか得
られなかったような効率で、離れて配置された基板の表
面がら材料をエツチングすることが可能である。
尚、本明ＨＡ＠中で使用される「エネルギー移送ガス（
ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ ｇａｓ）
Ｊなる用語は、活性化核種（イオン、遊離基又は別の方
法で励起された中性粒子）を生成し、（１）離れて配置
された堆積／エツチングガスとの衝突により該活性化核
種のエネルギーを移送するため、又は（２）離れて配置
された基板の表面に生じる化学的反応により該活性化核
種のエネルギーを移送するために、外部エネルギー源に
より活性化されるように構成された気体前駆物質を意味
する。この定義によると、本発明は最も広義には、活性
化領域を流れるエネルギー移送ガスの比較的高い割合か
ら活性化様種木 を生成し、該活性化核種の高温ｌを遠隔位置に輸送する
能力に係る。
ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ ｇａｓ）
Ｊなる用語は、活性化核種（イオン、遊離基又は別の方
法で励起された中性粒子）を生成し、（１）離れて配置
された堆積／エツチングガスとの衝突により該活性化核
種のエネルギーを移送するため、又は（２）離れて配置
された基板の表面に生じる化学的反応により該活性化核
種のエネルギーを移送するために、外部エネルギー源に
より活性化されるように構成された気体前駆物質を意味
する。この定義によると、本発明は最も広義には、活性
化領域を流れるエネルギー移送ガスの比較的高い割合か
ら活性化様種木 を生成し、該活性化核種の高温ｌを遠隔位置に輸送する
能力に係る。
のプーズマ
トし旦ゴσジニＪＬＬ：
ｒ、ｆ、グロー放電は半導体合金材料の最高品質の堆積
薄膜を提供する能力をむらなく立証している。
薄膜を提供する能力をむらなく立証している。
堆積半導体合金材料の薄膜の品質は典型的には、合金材
料のエネルギーギャップ中に存在する局在欠陥状態の密
度として測定される。もっとも、堆積する半導体膜の電
子及び光学特性は他のパラメーターによっても実質的に
悪影響を受けることがある。ｒ、ｆ、グロー放電で堆積
したシリコン合金材料のエネルギーギャップ中の欠陥密
度は比較的低いが、それでも結晶質シリコンの欠陥密度
に比較すると１０の累乗倍である。特に、シリコンゲル
マニウム合金から製造されるエネルギーギヤツブの侠い
半導体合金材料では、（最良の１．３５〜１．６５ｅＶ
の材料でも）エネルギーギャップ中の局在欠陥状態の密
度は１０１６の中間数倍／ｃｍ’／ｅＶの欠陥数の範囲
である。当然のことながら、欠陥密度がこのように比較
的高くても高品質材料を得るためには、グロー放電プラ
ズマ中に相互に異なり且っ相補的な補償元素を導入する
必要がある。更に、これは非常に重要なことであるが、
使用されるパワーに関係なく堆積速度は低いり１５人／
秒未満）ままである。シリコン合金材料のエネルギーギ
ャップ中の局在状態をフェルミ準位又はその近傍の状態
に減少するには水素のような第１の補償元素を導入する
と有効であり、フッ素のような第２の補償元素を導入す
ると、局在状態及び他の状態が更に減少し、フェルミ準
位付近と伝導帯との間の状態になることは立証されてい
る。使用されるパワーレベルに関係なく、「ゴ、電界に
より分解した前駆物質ガスのプラズマに加えられるエネ
ルギーは比較的低いので、堆積速度は比較的遅いままで
ある。このように堆積速度が比較的遅いと、バンドギャ
ップの狭いシリコンゲルマニウム合金材料が該基板の表
面に堆積していく間に、フッ素及び水素の補償元素は堆
積するホストマトリックスと反応し、該材料中のダング
リング、破壊、圧迫又は歪んだ状態の結合（ｄａｎ）（
ＩｉＢ、 ｂｒｏｋｅｎ、 ５ｔｒｅｓｓｅｄ、 ｏｒ
ｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｏｎｄｓ）を緩和するために十分
な時間を与えられる。
料のエネルギーギャップ中に存在する局在欠陥状態の密
度として測定される。もっとも、堆積する半導体膜の電
子及び光学特性は他のパラメーターによっても実質的に
悪影響を受けることがある。ｒ、ｆ、グロー放電で堆積
したシリコン合金材料のエネルギーギャップ中の欠陥密
度は比較的低いが、それでも結晶質シリコンの欠陥密度
に比較すると１０の累乗倍である。特に、シリコンゲル
マニウム合金から製造されるエネルギーギヤツブの侠い
半導体合金材料では、（最良の１．３５〜１．６５ｅＶ
の材料でも）エネルギーギャップ中の局在欠陥状態の密
度は１０１６の中間数倍／ｃｍ’／ｅＶの欠陥数の範囲
である。当然のことながら、欠陥密度がこのように比較
的高くても高品質材料を得るためには、グロー放電プラ
ズマ中に相互に異なり且っ相補的な補償元素を導入する
必要がある。更に、これは非常に重要なことであるが、
使用されるパワーに関係なく堆積速度は低いり１５人／
秒未満）ままである。シリコン合金材料のエネルギーギ
ャップ中の局在状態をフェルミ準位又はその近傍の状態
に減少するには水素のような第１の補償元素を導入する
と有効であり、フッ素のような第２の補償元素を導入す
ると、局在状態及び他の状態が更に減少し、フェルミ準
位付近と伝導帯との間の状態になることは立証されてい
る。使用されるパワーレベルに関係なく、「ゴ、電界に
より分解した前駆物質ガスのプラズマに加えられるエネ
ルギーは比較的低いので、堆積速度は比較的遅いままで
ある。このように堆積速度が比較的遅いと、バンドギャ
ップの狭いシリコンゲルマニウム合金材料が該基板の表
面に堆積していく間に、フッ素及び水素の補償元素は堆
積するホストマトリックスと反応し、該材料中のダング
リング、破壊、圧迫又は歪んだ状態の結合（ｄａｎ）（
ＩｉＢ、 ｂｒｏｋｅｎ、 ５ｔｒｅｓｓｅｄ、 ｏｒ
ｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｏｎｄｓ）を緩和するために十分
な時間を与えられる。
しかしながら、自明のように商業的製造方法で高品質シ
リコン合金材料を堆積するには重大な問題がある。狭い
バンドギャップの半導体合金材料を商業的見地から経済
的に堆積するために該材料の堆積速度（及び実際にあら
ゆる半導体又は絶縁材料の堆積速度）を増加すると、堆
積される材料の品質は劣化する。より具体的には、使用
されるｒ、ｆ、パワーを増加することなどにより半導体
合金材料の堆積速度を（例えば１０人／秒程度から１２
人／秒に）増加しようとする試みが従来性われているが
、この結果としてより強力なプラズマが形成される。こ
のように強力なプラズマが形成されるとプラズマ反応動
力学が変化し、イオン及び遊離基の別の組み合わせが生
成されるか、又は堆積する半導体合金材料のホストマト
リックスと相互作用して歪み、破壊、ダングリング、圧
迫又は他の方法で逸脱した該ホストマトリックスの結合
構造を緩和するために十分な時間分補償元素に割り当て
ることができなくなる。以上の説明では主にバンドギャ
ップの狭い半導体合金材料の堆積について記載したか、
バンドギャップの広い半導体合金材「［のプラズマ式堆
積でもパワーの増加と共に同一の材料品質の劣化（欠陥
状態密度の増加）が起こることは一最に報告されており
、実験により立証されている。
リコン合金材料を堆積するには重大な問題がある。狭い
バンドギャップの半導体合金材料を商業的見地から経済
的に堆積するために該材料の堆積速度（及び実際にあら
ゆる半導体又は絶縁材料の堆積速度）を増加すると、堆
積される材料の品質は劣化する。より具体的には、使用
されるｒ、ｆ、パワーを増加することなどにより半導体
合金材料の堆積速度を（例えば１０人／秒程度から１２
人／秒に）増加しようとする試みが従来性われているが
、この結果としてより強力なプラズマが形成される。こ
のように強力なプラズマが形成されるとプラズマ反応動
力学が変化し、イオン及び遊離基の別の組み合わせが生
成されるか、又は堆積する半導体合金材料のホストマト
リックスと相互作用して歪み、破壊、ダングリング、圧
迫又は他の方法で逸脱した該ホストマトリックスの結合
構造を緩和するために十分な時間分補償元素に割り当て
ることができなくなる。以上の説明では主にバンドギャ
ップの狭い半導体合金材料の堆積について記載したか、
バンドギャップの広い半導体合金材「［のプラズマ式堆
積でもパワーの増加と共に同一の材料品質の劣化（欠陥
状態密度の増加）が起こることは一最に報告されており
、実験により立証されている。
説明を続ける前に、ｒ、ｆ、又はマイクロ波で点弧され
るグロー放電中に生じるプラズマ動力学について簡単に
考察すると有用である。多数の異なる気体化学現象（ｒ
、ｆ、及びマイクロ波エネルギーの両方を使用する）が
ら堆積される多元素アモルファスシリコン合金膜の電子
欠陥密度の実験観察によると、比較可能な個々の「堆積
効率」を有する前駆物質ガスの組み合わせから堆積され
る堆積薄膜は最高品質の電子特性を示すことが明らかで
ある。
るグロー放電中に生じるプラズマ動力学について簡単に
考察すると有用である。多数の異なる気体化学現象（ｒ
、ｆ、及びマイクロ波エネルギーの両方を使用する）が
ら堆積される多元素アモルファスシリコン合金膜の電子
欠陥密度の実験観察によると、比較可能な個々の「堆積
効率」を有する前駆物質ガスの組み合わせから堆積され
る堆積薄膜は最高品質の電子特性を示すことが明らかで
ある。
この観察に基づき、堆積薄膜材料の特徴を修正すること
が可能になる。しかしながら、著しく強力なプラズマ中
に発生する化学反応の「混在（ｚｏｏ）Ｊによりもたら
される制御不能な化学現象により、可能な修正の程度は
制限される。より具体的には、プラズマ中で前駆物質の
フィードストックガスはプラズマ電子と多重の衝突を生
じ、遊離基及びイオンのホストを生成する。実験による
と遊離基は基板上に堆積されるプラズマ種を表すので、
生成された遊離基に最大の注意を払うことが必要である
。
が可能になる。しかしながら、著しく強力なプラズマ中
に発生する化学反応の「混在（ｚｏｏ）Ｊによりもたら
される制御不能な化学現象により、可能な修正の程度は
制限される。より具体的には、プラズマ中で前駆物質の
フィードストックガスはプラズマ電子と多重の衝突を生
じ、遊離基及びイオンのホストを生成する。実験による
と遊離基は基板上に堆積されるプラズマ種を表すので、
生成された遊離基に最大の注意を払うことが必要である
。
遊離基については、電子温度、電子密度及び気体前駆物
質が電磁界に暴露される滞留時間に応じて遊離基の分布
が存在することに留意すべきである。滞留時間依存性は
、先に励起された遊離基とフィードストック分子との間
又は２種以上の遊離基の間で多重の電子衝突があること
に起因する。
質が電磁界に暴露される滞留時間に応じて遊離基の分布
が存在することに留意すべきである。滞留時間依存性は
、先に励起された遊離基とフィードストック分子との間
又は２種以上の遊離基の間で多重の電子衝突があること
に起因する。
シランフィードストックプラズマでは、生成され得る可
能な遊離基の最低エネルギー核種はｓｉＬ＊であり、よ
り高いエネルギー核種には５ｉｌｌ□本、５ｉｌｌ＊及
びＳｉ＊が含まれる。
能な遊離基の最低エネルギー核種はｓｉＬ＊であり、よ
り高いエネルギー核種には５ｉｌｌ□本、５ｉｌｌ＊及
びＳｉ＊が含まれる。
プラズマは自立性であるためにはフィードストック分子
と衝突することによりイオンを生成するに十分なエネル
ギーを有する電子を含まなければならず、また、イオン
を生成するために必要なエネルギーは一最に遊離基スペ
クトルの最低エネルギ一部分を生成するに必要なエネル
ギーよりも高いので（この仮定は本明細書中で磁界が本
発明の堆積方法に及ぼす効果を説明する項でも使用され
る）、あらゆるアラ１ズマ中には遊離基の分布が形成さ
れる（分布の幅はプラズマにより吸収されるパワーに依
存する）と仮定することが可能である。
と衝突することによりイオンを生成するに十分なエネル
ギーを有する電子を含まなければならず、また、イオン
を生成するために必要なエネルギーは一最に遊離基スペ
クトルの最低エネルギ一部分を生成するに必要なエネル
ギーよりも高いので（この仮定は本明細書中で磁界が本
発明の堆積方法に及ぼす効果を説明する項でも使用され
る）、あらゆるアラ１ズマ中には遊離基の分布が形成さ
れる（分布の幅はプラズマにより吸収されるパワーに依
存する）と仮定することが可能である。
交流パワーの増加に比例する堆積薄膜材料の品質劣化の
問題は、ｒ、ｆ、エネルギーにより発生される比較的低
いパワーレベルを使用するとくある程度まで）制御され
得る。しかしながら、堆積速度を１０から１２あるいは
２０人／秒まで増加する能力は商業的見地からは重要で
ない。そこで、最近では研究者らは広範な薄膜材料の堆
積速度を１０倍以上にするためにマイクロ波周波数（高
性能電子サイクロトロン共鳴ｔｌ！ｌ構を含む）の使用
を検討するようになった。より強力なマイクロ波で点弧
されたグロー放電堆積技術を使用することにより、プラ
ズマを形成する気体前駆物質の解雛の効率が上がるので
、より高い堆積速度を得ることが可能になった。これら
の研究者が遭遇した問題は、堆積速度の増加によりマイ
クロ波点弧式堆積方法の経済面は著しく改良されたもの
の、これと同時に、堆積膜の品質も低下してしまったこ
とである。換言するなら、例えばマイクロ波で堆積した
最良の半導体合金材料はｒ、ｆ、で堆積した最良の半導
体合金材料の欠陥密度の約１０倍の欠陥密度を有してお
り、即ち品質は量の犠牲になる。
問題は、ｒ、ｆ、エネルギーにより発生される比較的低
いパワーレベルを使用するとくある程度まで）制御され
得る。しかしながら、堆積速度を１０から１２あるいは
２０人／秒まで増加する能力は商業的見地からは重要で
ない。そこで、最近では研究者らは広範な薄膜材料の堆
積速度を１０倍以上にするためにマイクロ波周波数（高
性能電子サイクロトロン共鳴ｔｌ！ｌ構を含む）の使用
を検討するようになった。より強力なマイクロ波で点弧
されたグロー放電堆積技術を使用することにより、プラ
ズマを形成する気体前駆物質の解雛の効率が上がるので
、より高い堆積速度を得ることが可能になった。これら
の研究者が遭遇した問題は、堆積速度の増加によりマイ
クロ波点弧式堆積方法の経済面は著しく改良されたもの
の、これと同時に、堆積膜の品質も低下してしまったこ
とである。換言するなら、例えばマイクロ波で堆積した
最良の半導体合金材料はｒ、ｆ、で堆積した最良の半導
体合金材料の欠陥密度の約１０倍の欠陥密度を有してお
り、即ち品質は量の犠牲になる。
２、マイクロ波周波数 １１：
本出願人は先に、マイクロ波エネルギーを使用して高品
質膜を堆積することが可能な主要な低圧方法を、米国特
許第４５０４５１８．４５１７２２３及び４７０１３４
３号明細書中に記載した。この低圧マイクロ波堆積方法
は、本発明の時点まででは比較的高品質の半導体、絶縁
体、誘電体又は硬質薄膜を堆積できる最も有効且つ費用
効果のある方法であった。より特定的には、上記特許明
細書中に記載されている発明は、ポリマーを形成せずに
プラズマが有効に維持されるようにグロー放電堆積を開
始するための低圧条件の使用に係る。これは、気体前駆
物質の所与の組み合わせを使用して「変形パッシェン曲
線」の実質的な最小値で運転することにより得られる。
質膜を堆積することが可能な主要な低圧方法を、米国特
許第４５０４５１８．４５１７２２３及び４７０１３４
３号明細書中に記載した。この低圧マイクロ波堆積方法
は、本発明の時点まででは比較的高品質の半導体、絶縁
体、誘電体又は硬質薄膜を堆積できる最も有効且つ費用
効果のある方法であった。より特定的には、上記特許明
細書中に記載されている発明は、ポリマーを形成せずに
プラズマが有効に維持されるようにグロー放電堆積を開
始するための低圧条件の使用に係る。これは、気体前駆
物質の所与の組み合わせを使用して「変形パッシェン曲
線」の実質的な最小値で運転することにより得られる。
要約すると、これは特定の気体前駆物質混合物では所与
の体積のプラズマを維持するパワー、圧力及びアパーチ
ャ直径の最適な組み合わせが存在することを意味する。
の体積のプラズマを維持するパワー、圧力及びアパーチ
ャ直径の最適な組み合わせが存在することを意味する。
これらの明細書に開示されている発明原理によると、最
小のパワーインプットで運転しながら、全プロセスガス
が解離し且つ堆積速度がｒ、ｆ、プラズマの堆積速度よ
りも実質的に高いような極めて強力なプラズマを得るこ
とが可能になる。更に、この最適化したパワー及び圧力
条件で運転すると、気相重合及び粉末形成を阻止するこ
とができる。低圧及び最小パワーを使用すると、これま
でにマイクロ波グロー放電方法について報告されている
うちで最高品質の材料を堆積することができるが、この
方法では依然としてプラズマ内に生成される特定の活性
化核種を制御することができない。
小のパワーインプットで運転しながら、全プロセスガス
が解離し且つ堆積速度がｒ、ｆ、プラズマの堆積速度よ
りも実質的に高いような極めて強力なプラズマを得るこ
とが可能になる。更に、この最適化したパワー及び圧力
条件で運転すると、気相重合及び粉末形成を阻止するこ
とができる。低圧及び最小パワーを使用すると、これま
でにマイクロ波グロー放電方法について報告されている
うちで最高品質の材料を堆積することができるが、この
方法では依然としてプラズマ内に生成される特定の活性
化核種を制御することができない。
上記ｒ、「、プラズマグロー放電堆積方法、又は上記低
圧マイクロ波点弧式グロー放電堆積方法にょる「ゴ、プ
ロズマグロー放電堆積方法の改良を検討するにあたって
留意すべき主要な２点は、（１）これらのプラズマ方法
のいずれにおいても材料品質は堆積速度の増加に比例し
て劣化すること、及び（２）グロー放−Ｅプラズマ中に
生成される核種だけが、基板の表面に堆積されたときに
可能な最高品質の薄膜材料を作製する核種となるように
、気相化学現象の動力学を制御することができないこと
である。
圧マイクロ波点弧式グロー放電堆積方法にょる「ゴ、プ
ロズマグロー放電堆積方法の改良を検討するにあたって
留意すべき主要な２点は、（１）これらのプラズマ方法
のいずれにおいても材料品質は堆積速度の増加に比例し
て劣化すること、及び（２）グロー放−Ｅプラズマ中に
生成される核種だけが、基板の表面に堆積されたときに
可能な最高品質の薄膜材料を作製する核種となるように
、気相化学現象の動力学を制御することができないこと
である。
ところで、プラズマ化学現象を制御することが可能であ
ったならば、所望の遊離基又はイオン核種のみを生成す
ることが可能であり、従って、可能な最高品質の薄膜材
料のみを堆積することが可能であると予想される。更に
、所望の遊離基又はイオン核種のみがプラズマ中に生成
されるので、水素及び／又はフッ素のような補償元素を
使用することにより堆積材料のホストマトリックスのダ
ングリング、破壊、屈曲、歪み、圧迫、又は他の逸脱し
た結合構造が回復できるようにすることはもはや必要な
いので、非常に高い速度で材料を堆積することができる
。
ったならば、所望の遊離基又はイオン核種のみを生成す
ることが可能であり、従って、可能な最高品質の薄膜材
料のみを堆積することが可能であると予想される。更に
、所望の遊離基又はイオン核種のみがプラズマ中に生成
されるので、水素及び／又はフッ素のような補償元素を
使用することにより堆積材料のホストマトリックスのダ
ングリング、破壊、屈曲、歪み、圧迫、又は他の逸脱し
た結合構造が回復できるようにすることはもはや必要な
いので、非常に高い速度で材料を堆積することができる
。
断っておくが、本発明者らは可能な最高品質の薄膜を作
製することができる特定の準安定遊離基又はイオン核種
のみを堆積する可能性を論した最初の者であると主張し
ているのではなく、気体前駆物質混合物から所望の遊離
基又はイオン核種のみを生成し、非常に高速度、従って
商業的見地からみて有意義な堆積速度（即ち同一品質材
料でマイクロ波点弧式クロー放電堆積を使用して得られ
る速度の１０の累乗倍）でこの所望の遊離基又はイオン
核種を堆積することにより、可能な最高品質の薄膜材料
を堆積するために気相プラズマ動力学を使用する方法を
発案した最初の者であると信じる。
製することができる特定の準安定遊離基又はイオン核種
のみを堆積する可能性を論した最初の者であると主張し
ているのではなく、気体前駆物質混合物から所望の遊離
基又はイオン核種のみを生成し、非常に高速度、従って
商業的見地からみて有意義な堆積速度（即ち同一品質材
料でマイクロ波点弧式クロー放電堆積を使用して得られ
る速度の１０の累乗倍）でこの所望の遊離基又はイオン
核種を堆積することにより、可能な最高品質の薄膜材料
を堆積するために気相プラズマ動力学を使用する方法を
発案した最初の者であると信じる。
３、゛ プラズマ ：
次に、一般に［遠隔プラズマ励起＜ｒｅｍｏｔｅ ｐｌ
ａｓｍａｅｘｃｉ ｔａｔ １ｏｎ） Ｊとして知られ
る方法により所望の前駆物質塊のみから薄膜材料を堆積
する技術の現状について説明する。本明細書中に使用す
る「遠隔プラズマ励起」なる用語は、気体前駆物質混合
物を真空チャンバの所定の場所で所望の核種のプラズマ
に転化し、次にこの所望の核種をプラズマ形成点から離
れた該チャンバの位置に堆積するような方法を表す。こ
こで特に、遠隔プラズマ励起の分野で最も重要な２人の
化学者であるＧ、 Ｌｕｃｏｖｓｋｙ及び１． Ｓｈｉ
ｍｉｚｕ両博士の業績に触れなければなるまい。Ｎｏｒ
Ｌｌ＋ Ｃａｒｏｌｉｎａ州に所在のＬｕｃｏｖｓｋｙ
博士及び東京大学のＳｈｉ＋ｎ１ｚｕ博士は、エネルギ
ーギャップ中の局在欠陥状悪の密度が低く、光導電率（
明対暗導電率の比）に優れ、且つ長い電荷キャリア＊
ｆｆｂ （これらのパラメーターを各々改良すると、ｒ
。
ａｓｍａｅｘｃｉ ｔａｔ １ｏｎ） Ｊとして知られ
る方法により所望の前駆物質塊のみから薄膜材料を堆積
する技術の現状について説明する。本明細書中に使用す
る「遠隔プラズマ励起」なる用語は、気体前駆物質混合
物を真空チャンバの所定の場所で所望の核種のプラズマ
に転化し、次にこの所望の核種をプラズマ形成点から離
れた該チャンバの位置に堆積するような方法を表す。こ
こで特に、遠隔プラズマ励起の分野で最も重要な２人の
化学者であるＧ、 Ｌｕｃｏｖｓｋｙ及び１． Ｓｈｉ
ｍｉｚｕ両博士の業績に触れなければなるまい。Ｎｏｒ
Ｌｌ＋ Ｃａｒｏｌｉｎａ州に所在のＬｕｃｏｖｓｋｙ
博士及び東京大学のＳｈｉ＋ｎ１ｚｕ博士は、エネルギ
ーギャップ中の局在欠陥状悪の密度が低く、光導電率（
明対暗導電率の比）に優れ、且つ長い電荷キャリア＊
ｆｆｂ （これらのパラメーターを各々改良すると、ｒ
。
ｒ、又はマイクロ波点弧式プラズマから堆積されるシリ
コン合金材料の薄膜と同等の製品が得られることに留意
されたい）を有するシリコン合金膜を得るために、シリ
コンをベースとするプラズマから特に予め選択された遊
離基核種を堆積するべく研究を進めた。
コン合金材料の薄膜と同等の製品が得られることに留意
されたい）を有するシリコン合金膜を得るために、シリ
コンをベースとするプラズマから特に予め選択された遊
離基核種を堆積するべく研究を進めた。
上記に詳細に説明した現状の商業的堆積技術は、−ｉに
［直接プラズマ強化化学蒸着（ｄｉｒｅｃｔｐｌａｓｍ
ａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」方法として特徴付けること
ができる０本明細書中の記載において「直接プラズマ強
化化学蒸着」とは、所望の堆積核種を含む気体前駆物質
混合物を励起又は断片化エネルギー源に直接暴露し、こ
うして形成された堆積核種を該エネルギー源の近傍に配
置された基板に堆積するような方法を意味する。
［直接プラズマ強化化学蒸着（ｄｉｒｅｃｔｐｌａｓｍ
ａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」方法として特徴付けること
ができる０本明細書中の記載において「直接プラズマ強
化化学蒸着」とは、所望の堆積核種を含む気体前駆物質
混合物を励起又は断片化エネルギー源に直接暴露し、こ
うして形成された堆積核種を該エネルギー源の近傍に配
置された基板に堆積するような方法を意味する。
このような直接励起方法の最も一最的な例は、シラン及
び水素をｒ、ｆ、又はマイクロ波で点弧したグロー放電
で励起し、隣接する基板の表面に水素化アモルファスシ
リコン合金材料の薄膜を堆積する方法である。
び水素をｒ、ｆ、又はマイクロ波で点弧したグロー放電
で励起し、隣接する基板の表面に水素化アモルファスシ
リコン合金材料の薄膜を堆積する方法である。
本明細書中で使用する［活性化核種（ａｃｔｉｖａｔｅ
ｄｓｐｅｃ １ｅｓ） Ｊなる用語は、内部エネルギー
を有する極めて小さい対象物を表し、原子であるが分子
であるかに関係なく、遊離基、イオン又は励起された中
性粒子を意味する。この定義はＬｕｃｏｖｓｋｙ博士に
よる用語の使用とは対照的であり、Ｌｕｃｏｖｓｋｙ博
士はエネルギー移送ガ°スが電磁界に暴露されるときに
準安定な励起又は非基底状態のヘリウム（ＩＩｅ＊）が
生成されると考えている。これとは対照的に本発明者ら
は、（薄膜堆積速度の磁界依存性が実験により観察され
ていることから）活性化核種は実際にヘリライオンであ
ると考える。しかしながら、この活性化核種の性質及び
特徴は本発明の方法の実施に決定的な要素ではない。
ｄｓｐｅｃ １ｅｓ） Ｊなる用語は、内部エネルギー
を有する極めて小さい対象物を表し、原子であるが分子
であるかに関係なく、遊離基、イオン又は励起された中
性粒子を意味する。この定義はＬｕｃｏｖｓｋｙ博士に
よる用語の使用とは対照的であり、Ｌｕｃｏｖｓｋｙ博
士はエネルギー移送ガ°スが電磁界に暴露されるときに
準安定な励起又は非基底状態のヘリウム（ＩＩｅ＊）が
生成されると考えている。これとは対照的に本発明者ら
は、（薄膜堆積速度の磁界依存性が実験により観察され
ていることから）活性化核種は実際にヘリライオンであ
ると考える。しかしながら、この活性化核種の性質及び
特徴は本発明の方法の実施に決定的な要素ではない。
更に留意しなければならないことであるが、本明細書中
に使用する「活性化領域（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｒｅｇ
ｉｏｎ）」又は［活性化核種の雲（ｐｌｕｍｅ ｏｆ
ａｃｔｉｖａＬｅｄ ５ｐｅｃ １ｅｓ） 」なる用語
は、電磁界により生成される活性化核種の数が壁に吸収
されたり、衝突等したりして消滅する活性化核種の数よ
りも多いような真空囲障の部分を意味する。
に使用する「活性化領域（ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｒｅｇ
ｉｏｎ）」又は［活性化核種の雲（ｐｌｕｍｅ ｏｆ
ａｃｔｉｖａＬｅｄ ５ｐｅｃ １ｅｓ） 」なる用語
は、電磁界により生成される活性化核種の数が壁に吸収
されたり、衝突等したりして消滅する活性化核種の数よ
りも多いような真空囲障の部分を意味する。
Ｌｕｃｏｖｓｋｙイ也 （Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｎｏｎ−ＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉｄｓ、 １２
ｔｈ ＩＣＡＬＳ、 Ｐｒａｇｕｅ、 １９８７に所収
のＬｕｃｏｖｓｋｙ及びＴｓｕの論文”Ｄｉｆｆｅｒｅ
ｎｃｅｓ ＢｅｔｗｅｅｎＤｉｒｅｃｔ Ａｎｄ Ｒｅ
ｍｏｔｅ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ”
参照）は、ｒ、ｆ、エネルギー（ｔ３．５６ＭＩＩｚ）
を使用して励起されたヘリウム原子（例えばヘリウム遊
離基、）Ｉｅ＊）の構造的に閉じ込められた活性化領域
を生成することにより、アモルファスシリコン：水素材
料の薄膜を堆積する方法を教示しており、該活性化領域
は加熱基板から少なくとも１０ ｃ ＋ｎの距離に配置
されている。次に励起されたヘリウム遊離基はプラズマ
領域から移動し、中性シランガス（９０％アルゴンで希
釈）と相互作用し、該シランガスは「シャワーへッドｊ
ガスリングにより加熱基板の上に導入される。Ｌｕｃｏ
ｖｓｋｙ博士の説によると、Ｉｌｅｌ原本はＳｉＨ，と
衝突し、次の反応式： ％式％ に従ってシランの堆積遊離基種を生成する。換言するな
ら、ヘリウム準安定核種とシラン中性核種との熱力学及
び衝突動力学はＳｉＨ，の形成を助長するために適正な
エネルギーを有しており、このＳ ｉ ＩＩ 、遊離基
は最高品質のシリコン合金材料を提供するとＴｉｔ学者
らにより考えられている。反応生成物（Ｓｉｌｌｚ及び
■）は加熱基板の露出表面で化学蒸着反応を受ける特定
のシランフラグメントである。
Ｎｏｎ−ＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉｄｓ、 １２
ｔｈ ＩＣＡＬＳ、 Ｐｒａｇｕｅ、 １９８７に所収
のＬｕｃｏｖｓｋｙ及びＴｓｕの論文”Ｄｉｆｆｅｒｅ
ｎｃｅｓ ＢｅｔｗｅｅｎＤｉｒｅｃｔ Ａｎｄ Ｒｅ
ｍｏｔｅ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ”
参照）は、ｒ、ｆ、エネルギー（ｔ３．５６ＭＩＩｚ）
を使用して励起されたヘリウム原子（例えばヘリウム遊
離基、）Ｉｅ＊）の構造的に閉じ込められた活性化領域
を生成することにより、アモルファスシリコン：水素材
料の薄膜を堆積する方法を教示しており、該活性化領域
は加熱基板から少なくとも１０ ｃ ＋ｎの距離に配置
されている。次に励起されたヘリウム遊離基はプラズマ
領域から移動し、中性シランガス（９０％アルゴンで希
釈）と相互作用し、該シランガスは「シャワーへッドｊ
ガスリングにより加熱基板の上に導入される。Ｌｕｃｏ
ｖｓｋｙ博士の説によると、Ｉｌｅｌ原本はＳｉＨ，と
衝突し、次の反応式： ％式％ に従ってシランの堆積遊離基種を生成する。換言するな
ら、ヘリウム準安定核種とシラン中性核種との熱力学及
び衝突動力学はＳｉＨ，の形成を助長するために適正な
エネルギーを有しており、このＳ ｉ ＩＩ 、遊離基
は最高品質のシリコン合金材料を提供するとＴｉｔ学者
らにより考えられている。反応生成物（Ｓｉｌｌｚ及び
■）は加熱基板の露出表面で化学蒸着反応を受ける特定
のシランフラグメントである。
ｒ、「、プラズマで活性化される準安定核種としてヘリ
ウムの代わりにアルゴンのような貴ガス原子も使用され
ている。しかしながら、アルゴンはシランの別の断片化
を開始し、Ｓ ｉ ！１２及びシランをジシラン、トリ
シラン等にプラズマ重合する。この結果、大量のポリシ
ラン粉末が生成され、シリコン自余ｊ摸が堆積される。
ウムの代わりにアルゴンのような貴ガス原子も使用され
ている。しかしながら、アルゴンはシランの別の断片化
を開始し、Ｓ ｉ ！１２及びシランをジシラン、トリ
シラン等にプラズマ重合する。この結果、大量のポリシ
ラン粉末が生成され、シリコン自余ｊ摸が堆積される。
これらの遠隔プラズマ励起方法はシリコン酸化物（Ｓｉ
ｎ、）及びシリコン窒化物（Ｓｉｎ、）の誘電又は絶縁
材料の薄膜の堆積にも使用されている。堆積された誘電
膜において、活性化核種のプラズマは典型的には、堆積
すべき膜の所望の組成に依存してＩｌｅ中に約２０％の
０２又はＮ２を含有する。これらの活性化核種は次に「
、ｆ、プラズマにより励起され、励起された（０□、ｆ
ｌｅ）車又は（Ｎ２Ｈｅ）＊準安定核種を生成する。こ
れらの活性化準安定種は次に、次の左右での示性式： ％式％ により表されるように５ｉｆｔ−（又は他のシリコン含
有ガス）と相互作用し、こうして加熱基板の露出表面上
にシリコン酸化物又はシリコン窒化物材料の薄膜を堆積
する。
ｎ、）及びシリコン窒化物（Ｓｉｎ、）の誘電又は絶縁
材料の薄膜の堆積にも使用されている。堆積された誘電
膜において、活性化核種のプラズマは典型的には、堆積
すべき膜の所望の組成に依存してＩｌｅ中に約２０％の
０２又はＮ２を含有する。これらの活性化核種は次に「
、ｆ、プラズマにより励起され、励起された（０□、ｆ
ｌｅ）車又は（Ｎ２Ｈｅ）＊準安定核種を生成する。こ
れらの活性化準安定種は次に、次の左右での示性式： ％式％ により表されるように５ｉｆｔ−（又は他のシリコン含
有ガス）と相互作用し、こうして加熱基板の露出表面上
にシリコン酸化物又はシリコン窒化物材料の薄膜を堆積
する。
上記誘電材料の薄膜及び半導体合金材料の薄膜のいずれ
も、実質的に同様の堆積条件下で作製される。より具体
的には、エネルギー移送ガスは約１００〜１１００ＯＳ
ＣＣの流量で囲障に導入され、気体シラン前駆物質は約
５〜２５ＳＣＣＭの流量で囲障に導入され、囲障内の堆
積圧力は約３００ｍｔｏｒｒ〜１ ｔｏｒｒに維持され
、加えられるｒ、ｆ、パワーは約５〜５０ワツトに維持
され、基板温度は約４０〜４００℃に維持される。これ
らの操作パラメーター、特に第１の導領域内へのシラン
ガスの逆拡散が実質的に最小化され、（２）エネルギー
移送ガスからの活性化核種の許容可能な密度が構造的に
閉じ込められた活性化領域から抽出され、シランガス分
散リングに向かって導かれるように選択する必要がある
と考えられる。
も、実質的に同様の堆積条件下で作製される。より具体
的には、エネルギー移送ガスは約１００〜１１００ＯＳ
ＣＣの流量で囲障に導入され、気体シラン前駆物質は約
５〜２５ＳＣＣＭの流量で囲障に導入され、囲障内の堆
積圧力は約３００ｍｔｏｒｒ〜１ ｔｏｒｒに維持され
、加えられるｒ、ｆ、パワーは約５〜５０ワツトに維持
され、基板温度は約４０〜４００℃に維持される。これ
らの操作パラメーター、特に第１の導領域内へのシラン
ガスの逆拡散が実質的に最小化され、（２）エネルギー
移送ガスからの活性化核種の許容可能な密度が構造的に
閉じ込められた活性化領域から抽出され、シランガス分
散リングに向かって導かれるように選択する必要がある
と考えられる。
特筆すべき点として、上記好適流量及び背圧を選択する
と、基板を衝突領域（即ち、例えば準安定１１ｅ核種、
準安定０□核種及びＳｉＨ，分子が衝突する領域）から
約５ｃｍの距離に配置しながら、２分子衝突の平均自由
行程を１ ｍ ｍ以下に確保することができる。この空
間配置は、材料が加熱基板の表面に堆積される前に上記
準安定核種及びシラン分子の間に必ず複数の局在衝突が
生じるように選択された。しかしながら、圧力及び該圧
力での平均自由行程の組み合わせの結果、堆積以前に多
重の衝突が生じ、従って、堆積材料は所望の単一種でな
く多数の異なる核種を含む。更に、多重の衝突の結果と
して、所望の単一核種を高密度に基板に堆積することが
できなくなる。所望の遊離基核種の堆積速度が依然とし
て非常に低いことは驚くにあたらない。
と、基板を衝突領域（即ち、例えば準安定１１ｅ核種、
準安定０□核種及びＳｉＨ，分子が衝突する領域）から
約５ｃｍの距離に配置しながら、２分子衝突の平均自由
行程を１ ｍ ｍ以下に確保することができる。この空
間配置は、材料が加熱基板の表面に堆積される前に上記
準安定核種及びシラン分子の間に必ず複数の局在衝突が
生じるように選択された。しかしながら、圧力及び該圧
力での平均自由行程の組み合わせの結果、堆積以前に多
重の衝突が生じ、従って、堆積材料は所望の単一種でな
く多数の異なる核種を含む。更に、多重の衝突の結果と
して、所望の単一核種を高密度に基板に堆積することが
できなくなる。所望の遊離基核種の堆積速度が依然とし
て非常に低いことは驚くにあたらない。
次に、Ｓｈｉｍｉｚｕ博士は、”Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＲｅｓｅａｒｃｈＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ 、 Ｖｏｌｕｍｅ ９５．１９８７゜ｐｐ、
２２５−２３５に所収の５ｈｉｂａｔａ、 Ｆｕｋｕ
ｄａ、 ０ｂＬｏｓｂｉ。
ＲｅｓｅａｒｃｈＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ 、 Ｖｏｌｕｍｅ ９５．１９８７゜ｐｐ、
２２５−２３５に所収の５ｈｉｂａｔａ、 Ｆｕｋｕ
ｄａ、 ０ｂＬｏｓｂｉ。
Ｈａｎｎａ、 Ｏｄａ及びＳｌｌｉｍｉｚｕ著の論文”
Ｇｒｏｗｔｈ Ｏｆ＾ｍｏｒｐｈｏｕｓ Ａｎｄ Ｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｎｅ ５ｉｌｉｃｏｎ Ｂｙ ＨＲ−Ｃ
ＶＤ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｒａｄｉｃａｌ ｅｎｈａｎ
ｃｅｄ ＣＶＤ）”中に半直接プラズマ励起の変形方法
を記載している。この論文中でＳｈｉｍｉｚｕ他は、Ｓ
ｉをベースとする合金の新規製造方法を提案している。
Ｇｒｏｗｔｈ Ｏｆ＾ｍｏｒｐｈｏｕｓ Ａｎｄ Ｃｒ
ｙｓｔａｌｌｉｎｅ ５ｉｌｉｃｏｎ Ｂｙ ＨＲ−Ｃ
ＶＤ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｒａｄｉｃａｌ ｅｎｈａｎ
ｃｅｄ ＣＶＤ）”中に半直接プラズマ励起の変形方法
を記載している。この論文中でＳｈｉｍｉｚｕ他は、Ｓ
ｉをベースとする合金の新規製造方法を提案している。
重要な点は、Ｓｈｉｍｉｚｕ他の方法が前駆物質堆積ガ
スを直接及び遠隔位置の両方で活性化させる［ハイブリ
ッド励起（ｈｙｂｒｉｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ） Ｊを
使用しているという事実である。
スを直接及び遠隔位置の両方で活性化させる［ハイブリ
ッド励起（ｈｙｂｒｉｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ） Ｊを
使用しているという事実である。
直接励起は電磁界に直接暴露することにより行われ、遠
隔励起は部分的に励起された堆積核種とエネルギー移送
ガスの活性化準安定核種との相互作用の結果として行わ
れる。この文献に記載されているＨＲ−ＣＶＤ技術では
、前駆物質堆積ガスがエネルギー移送ガスの活性化核種
と衝突して二次的にＳｉＦ、Ｈ，（ｎ十ｎ＋は３未満で
ある）を形成することが重要である。
隔励起は部分的に励起された堆積核種とエネルギー移送
ガスの活性化準安定核種との相互作用の結果として行わ
れる。この文献に記載されているＨＲ−ＣＶＤ技術では
、前駆物質堆積ガスがエネルギー移送ガスの活性化核種
と衝突して二次的にＳｉＦ、Ｈ，（ｎ十ｎ＋は３未満で
ある）を形成することが重要である。
５ｈｉＩＩｌｉｚｕ他の装置は同軸状の管を含んでおり
、内側の管を通ってＳｉＦ、が輸送され、外側の管を通
って水素ガス及びアルゴンガスが輸送される。水素ガス
はマイクロ波エネルギー源に直接暴露されることにより
水素原子に転化される。装置の第２の相互連結部分はス
テンレス鋼堆積チャンバであり、このチャンバ内に加熱
基板が配置される。ＳｉＦ４はまず内側管内でマイクロ
波エネルギーに直接暴露され、第２に内側管の端部で水
素プラズマに暴露され、堆積核種を生成する。典型的な
堆積ノ（ラメ−ターは４５ＳＣＣＭのＳｉＦ４流量、７
６ＳＣＣＭの＾ｒ流量、１１０５ＣＣの■２流量、２．
４５Ｇｌｌｚで４４０ワツトのパワー、及び３００輸ｔ
ｏｒｒの背圧である。驚くべきことではないが、５ｈｉ
ｎ＋ｉｚｕ他の知見によると、内側管の出口の位置及び
基板からこの位置までの距離は堆積速度及び堆積膜の品
質を決定するのに重要な因子である。更に、ＳｉＦ４流
量他は前駆物質堆積ガスのイオン核種の数がごく少数で
あると報告しており、従って、前駆物質堆積ガスの遊離
基核種がｊ（を積核種を形成すると結論している。（寸
言するならば、Ｓ ｈ ｉ ｍ ｉ ｚ ｕ他は５０人
／秒以下の堆積速度を得たものの、この比較的高い堆積
速度は前駆物質堆積ガスの直接励起によって得られたも
のである。この直接励起は堆積速度を著しく改良したが
、堆積種の性質を制御する能力、従って高い電子膜品質
を維持する能力は失われた。
、内側の管を通ってＳｉＦ、が輸送され、外側の管を通
って水素ガス及びアルゴンガスが輸送される。水素ガス
はマイクロ波エネルギー源に直接暴露されることにより
水素原子に転化される。装置の第２の相互連結部分はス
テンレス鋼堆積チャンバであり、このチャンバ内に加熱
基板が配置される。ＳｉＦ４はまず内側管内でマイクロ
波エネルギーに直接暴露され、第２に内側管の端部で水
素プラズマに暴露され、堆積核種を生成する。典型的な
堆積ノ（ラメ−ターは４５ＳＣＣＭのＳｉＦ４流量、７
６ＳＣＣＭの＾ｒ流量、１１０５ＣＣの■２流量、２．
４５Ｇｌｌｚで４４０ワツトのパワー、及び３００輸ｔ
ｏｒｒの背圧である。驚くべきことではないが、５ｈｉ
ｎ＋ｉｚｕ他の知見によると、内側管の出口の位置及び
基板からこの位置までの距離は堆積速度及び堆積膜の品
質を決定するのに重要な因子である。更に、ＳｉＦ４流
量他は前駆物質堆積ガスのイオン核種の数がごく少数で
あると報告しており、従って、前駆物質堆積ガスの遊離
基核種がｊ（を積核種を形成すると結論している。（寸
言するならば、Ｓ ｈ ｉ ｍ ｉ ｚ ｕ他は５０人
／秒以下の堆積速度を得たものの、この比較的高い堆積
速度は前駆物質堆積ガスの直接励起によって得られたも
のである。この直接励起は堆積速度を著しく改良したが
、堆積種の性質を制御する能力、従って高い電子膜品質
を維持する能力は失われた。
Ｌｕｃｏｖｓｋｙ及びＳｈｉｍｉｚｕ博士の上記２つの
グループにより進められた大規模の研究にもかかられす
、比較的高い堆積速度で高品質の薄膜を堆積する（ｒ。
グループにより進められた大規模の研究にもかかられす
、比較的高い堆積速度で高品質の薄膜を堆積する（ｒ。
「、堆積品質及び速度に関する）という目標は達成され
ていない。実際に、これまでに開発された真に遠隔配置
されたプラズマ励起方法の堆積能力は、約ＩＱ１６〜１
Ｑ１７個／Ｃｍ−’／ｅＶのオーダーの欠陥状態密度を
有する真性アモルファスシリコン合金材料を１人／秒未
満の堆積速度で堆積する程度であった。
ていない。実際に、これまでに開発された真に遠隔配置
されたプラズマ励起方法の堆積能力は、約ＩＱ１６〜１
Ｑ１７個／Ｃｍ−’／ｅＶのオーダーの欠陥状態密度を
有する真性アモルファスシリコン合金材料を１人／秒未
満の堆積速度で堆積する程度であった。
皮肉にも本発明者らは、初期の研究者が臨界的であると
判断したパラメーター（即ち前駆物質堆積ガス（例えば
Ｓ ｉ Ｉｔ ４ ）及びエネルギー移送ガス（例えば
１１ｅ）の両方の流量、囲障内の背圧並びに基板と活性
化領域（エネルギー移送ガスが活性化される領域）との
距離が誤って選択されているために高品質薄膜材料の迅
速な堆積が阻まれていることを知見した。活性化領域を
基板から離して配置すると、シランのような前駆物質堆
積核種が活性化核種のプラズマ中に逆拡散するのを阻止
するためには確かに有効であるが、（１）この「ドリフ
トゾーン」の長さ、（２）囲障内に存在する背圧、及び
（３）活性化領域を構造的に（例えば壁で）取り囲む必
要により、）ｌｅｔ核種の密度はプラズマ領域からの、
距離が増加するに従って迅速に低下する。この距離は、
衝突領域に到達する活性化核種の数が前駆物質堆積ガス
の１００％を排気〈衝突）するのに不十分な値となる程
度まで増加することができる。更に、「ドリフトゾーン
」の長さ及び活性化領域の構造的閉じ込めにより、ＦＩ
ｅ＊−Ｈｅ本衝突及びＨｅｍと壁との衝突数が過剰にな
り、このような衝突の結果として堆積前駆物質ガスとの
相互作用に有効な準安定Ｈｅの数が減少する。当然のこ
とながら、エネルギー移送ガスの活性化種と前駆物質堆
積ガスとの間の衝突の数が減少するに従って、対応して
有効な堆積核種の数は減少し、堆積速度は低下する。
判断したパラメーター（即ち前駆物質堆積ガス（例えば
Ｓ ｉ Ｉｔ ４ ）及びエネルギー移送ガス（例えば
１１ｅ）の両方の流量、囲障内の背圧並びに基板と活性
化領域（エネルギー移送ガスが活性化される領域）との
距離が誤って選択されているために高品質薄膜材料の迅
速な堆積が阻まれていることを知見した。活性化領域を
基板から離して配置すると、シランのような前駆物質堆
積核種が活性化核種のプラズマ中に逆拡散するのを阻止
するためには確かに有効であるが、（１）この「ドリフ
トゾーン」の長さ、（２）囲障内に存在する背圧、及び
（３）活性化領域を構造的に（例えば壁で）取り囲む必
要により、）ｌｅｔ核種の密度はプラズマ領域からの、
距離が増加するに従って迅速に低下する。この距離は、
衝突領域に到達する活性化核種の数が前駆物質堆積ガス
の１００％を排気〈衝突）するのに不十分な値となる程
度まで増加することができる。更に、「ドリフトゾーン
」の長さ及び活性化領域の構造的閉じ込めにより、ＦＩ
ｅ＊−Ｈｅ本衝突及びＨｅｍと壁との衝突数が過剰にな
り、このような衝突の結果として堆積前駆物質ガスとの
相互作用に有効な準安定Ｈｅの数が減少する。当然のこ
とながら、エネルギー移送ガスの活性化種と前駆物質堆
積ガスとの間の衝突の数が減少するに従って、対応して
有効な堆積核種の数は減少し、堆積速度は低下する。
以上の説明から明らかなように、従来技術の遠隔励起方
法では（１）エネルギー移送ガスの活性化核種を高流束
で生成し、（２）（ａ）活性化核種の相互衝突、（ｂ）
活性化核種と壁との衝突、及び（Ｃ）衝突領域と活性化
頭域との接近等による活性化核種の不活性化を制限する
ことにより、多数の活性化核種を活性化領域から衝突領
域に輸送し、（３）前駆物質堆積ガスが衝突領域から活
性化領域（前駆物質堆積ガスの直接励起が生じる領域）
に逆拡散しないようにし、（４）堆積核種と他の全分子
、原子、電子、粒子又は他の核種との間で多重の衝突が
起こらないようにし、所望の堆積核種のみが基板に堆積
されるようにすることが必要であった。しかしながら、
既知の従来技術の遠隔励起方法のいずれもこれらの目的
を達成することができなかった。
法では（１）エネルギー移送ガスの活性化核種を高流束
で生成し、（２）（ａ）活性化核種の相互衝突、（ｂ）
活性化核種と壁との衝突、及び（Ｃ）衝突領域と活性化
頭域との接近等による活性化核種の不活性化を制限する
ことにより、多数の活性化核種を活性化領域から衝突領
域に輸送し、（３）前駆物質堆積ガスが衝突領域から活
性化領域（前駆物質堆積ガスの直接励起が生じる領域）
に逆拡散しないようにし、（４）堆積核種と他の全分子
、原子、電子、粒子又は他の核種との間で多重の衝突が
起こらないようにし、所望の堆積核種のみが基板に堆積
されるようにすることが必要であった。しかしながら、
既知の従来技術の遠隔励起方法のいずれもこれらの目的
を達成することができなかった。
上記４つの要件の１つずつを独立して制御できるように
しない限り、最適化された堆積速度で所与の組成の高品
質フィルムを堆積することはできない。
しない限り、最適化された堆積速度で所与の組成の高品
質フィルムを堆積することはできない。
１哩へｌ在
−１様によると、本発明はシランのような前駆物質堆積
ガスから所望の励起堆積核種のみを生成することができ
るのみならず、該所望の堆積核種の遠隔堆積に臨界的な
４つのパラメーターの各々を独立して制御することがで
き、従って、従来得られなかった商業的に有意義な堆積
速度（即ち従来よりも著しく高い堆積速度）で高品質の
膜を形成することができる。
ガスから所望の励起堆積核種のみを生成することができ
るのみならず、該所望の堆積核種の遠隔堆積に臨界的な
４つのパラメーターの各々を独立して制御することがで
き、従って、従来得られなかった商業的に有意義な堆積
速度（即ち従来よりも著しく高い堆積速度）で高品質の
膜を形成することができる。
より特定的には本発明の方法は、〈１）強力なマイクロ
波で点弧されたグロー放電プラズマを使用することによ
りできるだけ多数の活性化核称を生成し、（２）（実質
的な圧力差を使用し且つ活性化領域の構造的な閉じ込め
を排除することにより）壁又は活性化核種との衝突によ
る損失を生じることなく活性化核種を衝突領域に輸送し
、（３）（実質的な圧力差及び第１の導管中を流れるエ
ネルギー移送ガスの遷音速を使用することにより）前駆
物賞堆債ガスが衝突領域から活性化領域に逆拡散するの
を阻止し、（４）（所望の平均自由行程を設定するため
に最適化された背圧を使用することにより）励起された
堆積／エツチング核種と他の全粒子との多重の衝突を阻
止する方法である。注目すべきことであるが、上記遷音
速を使用するとエネルギー移送ガスの活性化核種に更に
方向運動量が加わり、こうして活性化核種は１００マイ
クロ秒以内、叩ち５〜１（Ｉｎｔｏｒｒの背圧でのエネ
ルギー移送ガスの活性化イオン核種の寿命内で活性化領
域から衝突領域までの距離を移動することができる。
波で点弧されたグロー放電プラズマを使用することによ
りできるだけ多数の活性化核称を生成し、（２）（実質
的な圧力差を使用し且つ活性化領域の構造的な閉じ込め
を排除することにより）壁又は活性化核種との衝突によ
る損失を生じることなく活性化核種を衝突領域に輸送し
、（３）（実質的な圧力差及び第１の導管中を流れるエ
ネルギー移送ガスの遷音速を使用することにより）前駆
物賞堆債ガスが衝突領域から活性化領域に逆拡散するの
を阻止し、（４）（所望の平均自由行程を設定するため
に最適化された背圧を使用することにより）励起された
堆積／エツチング核種と他の全粒子との多重の衝突を阻
止する方法である。注目すべきことであるが、上記遷音
速を使用するとエネルギー移送ガスの活性化核種に更に
方向運動量が加わり、こうして活性化核種は１００マイ
クロ秒以内、叩ち５〜１（Ｉｎｔｏｒｒの背圧でのエネ
ルギー移送ガスの活性化イオン核種の寿命内で活性化領
域から衝突領域までの距離を移動することができる。
本発明は、エネルギー移送ガスから高流量の活性化種を
生成する方法にも係る。該方法は、囲障を準備する段階
と、該囲障の内側を大気圧以下の背圧に維持する段階と
、活性ＣヒＫＬ域てエネルギー移送ガスの高流量の活性
化核種を活性化するに十分な圧力差を、該第１の導管内
のエネルギー移送ガスの圧力と背圧との間に形成するよ
うな圧力で、該第１の導管に形成された少なくとも１個
のアパーチャを通って該囲障の内部にエネルギー移送ガ
スを導入する段階と、囲障の内側で活性化領域から離れ
た位置に基板を作動的に配置する段階とを含む。
生成する方法にも係る。該方法は、囲障を準備する段階
と、該囲障の内側を大気圧以下の背圧に維持する段階と
、活性ＣヒＫＬ域てエネルギー移送ガスの高流量の活性
化核種を活性化するに十分な圧力差を、該第１の導管内
のエネルギー移送ガスの圧力と背圧との間に形成するよ
うな圧力で、該第１の導管に形成された少なくとも１個
のアパーチャを通って該囲障の内部にエネルギー移送ガ
スを導入する段階と、囲障の内側で活性化領域から離れ
た位置に基板を作動的に配置する段階とを含む。
第１の導管を流れるエネルギー移送ガスの流量は、アパ
ーチャの近傍におけるエネルギー移送ガスの圧力を、パ
ッシェン曲線の実質的な最小値に相当するパワー−圧力
−アパーチャ寸法条件でエネルギー移送ガスからプラズ
マを点弧するために十分な圧力にするように選択される
。アパーチャの寸法は、該エネルギー移送ガスを高圧に
するためにアパーチャの近傍に絞りを形成するべく、第
１の導管の寸法よりも小さい寸法であり得る。アパーチ
ャ近傍におけるエネルギー移送ガスの滞留時間は、例え
ば磁界により延ばすことができ、従って、アパーチャ近
傍のエネルギー移送ガスの圧力も増加する。第１の導管
に水ジャケットのような冷却メカニズムを設けてもよい
。グラファイトスリーブのような保護スリーブを設ける
と、アパーチャの近傍における第１の導管の劣化を減ら
すことができる。エネルギー移送ガスは水素に限定され
ず、貴ガス、Ｃし、ＣＦ、及びそれらの組み合わせから
構成される群から泗択される。
ーチャの近傍におけるエネルギー移送ガスの圧力を、パ
ッシェン曲線の実質的な最小値に相当するパワー−圧力
−アパーチャ寸法条件でエネルギー移送ガスからプラズ
マを点弧するために十分な圧力にするように選択される
。アパーチャの寸法は、該エネルギー移送ガスを高圧に
するためにアパーチャの近傍に絞りを形成するべく、第
１の導管の寸法よりも小さい寸法であり得る。アパーチ
ャ近傍におけるエネルギー移送ガスの滞留時間は、例え
ば磁界により延ばすことができ、従って、アパーチャ近
傍のエネルギー移送ガスの圧力も増加する。第１の導管
に水ジャケットのような冷却メカニズムを設けてもよい
。グラファイトスリーブのような保護スリーブを設ける
と、アパーチャの近傍における第１の導管の劣化を減ら
すことができる。エネルギー移送ガスは水素に限定され
ず、貴ガス、Ｃし、ＣＦ、及びそれらの組み合わせから
構成される群から泗択される。
−好適具体例によると、エネルギー移送ガスから多数の
活性化核種を形成するその後の段階は、該基板の表面か
ら材料をエツチングする目的に特定される。第２の好適
具体例によると、高密度の活性化核種を利用して遠隔配
置された基板の表面に材料を堆積する。
活性化核種を形成するその後の段階は、該基板の表面か
ら材料をエツチングする目的に特定される。第２の好適
具体例によると、高密度の活性化核種を利用して遠隔配
置された基板の表面に材料を堆積する。
第２の導管を通って囲障の内側に前駆物質堆積ガスを導
入する付加段階を使用してもよく、該第２の導管から囲
障に該前駆物雪堆積ガスを導入する導入点は活性化領域
から離して配置される。このように多数の活性化核種と
該前駆物質堆積ガスとが衝突すると、前駆物質堆積ガス
の高密度の励起堆積核種が生成される衝突領域が規定さ
れる。
入する付加段階を使用してもよく、該第２の導管から囲
障に該前駆物雪堆積ガスを導入する導入点は活性化領域
から離して配置される。このように多数の活性化核種と
該前駆物質堆積ガスとが衝突すると、前駆物質堆積ガス
の高密度の励起堆積核種が生成される衝突領域が規定さ
れる。
前駆物質堆積ガスは、該エネルギー移送ガスの活性化核
種が衝突すると、前駆物質堆積ガスの１種以上の所望の
堆積核種が形成されるように選択される。
種が衝突すると、前駆物質堆積ガスの１種以上の所望の
堆積核種が形成されるように選択される。
本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴は添付図面、
図面に関する詳細な説明、特許請求の範囲により詳細に
明示される。
図面に関する詳細な説明、特許請求の範囲により詳細に
明示される。
１１燵
１、又Ｊｌ−スー
図面について説明すると、特に第１図は反応装置（全体
として参照番号１０で示す）の一部切欠斜視図である。
として参照番号１０で示す）の一部切欠斜視図である。
第１図に示した装置１０は、はぼ長方形の中空の真空化
可能な囲障１２を含む。囲１１１１２は囲障の内部から
基板を装填及び除去するためのドア１４として機能する
回動可能な前面１４を含む。ドア１４の内周は１個以上
の真空シールリング（図示せず）及び１個以上のラッチ
１６及び１８を備えており、該ラッチは囲障の外側の周
囲条件と該囲障の内側の真空条件との間に密閉を確保べ
くシールリングを圧縮するように構成されている。真空
化された囲障１２は更に、（Ｄ囲障の中空の内側から消
耗した反応生成物を排出し、（２）該囲障１２の内側を
適当な大気圧以下の圧力に維持するために使用される強
力真空ポンプ２２に連結されるように構成されたされる
高速度堆積又はエツチングプロセスを開始及び維持する
ように注意深く選択される。
可能な囲障１２を含む。囲１１１１２は囲障の内部から
基板を装填及び除去するためのドア１４として機能する
回動可能な前面１４を含む。ドア１４の内周は１個以上
の真空シールリング（図示せず）及び１個以上のラッチ
１６及び１８を備えており、該ラッチは囲障の外側の周
囲条件と該囲障の内側の真空条件との間に密閉を確保べ
くシールリングを圧縮するように構成されている。真空
化された囲障１２は更に、（Ｄ囲障の中空の内側から消
耗した反応生成物を排出し、（２）該囲障１２の内側を
適当な大気圧以下の圧力に維持するために使用される強
力真空ポンプ２２に連結されるように構成されたされる
高速度堆積又はエツチングプロセスを開始及び維持する
ように注意深く選択される。
′ＡＡｌＯ２更に、側壁１２ａを通って該真空囲障１２
の内側に沖延する直径ｄ（ｔｌは好ましくは約０．５〜
３．０ｃｍである）の少なくとも１個の第１の細長形導
管２４を含む。第１の中空導管２４の少なくとも一部、
即ち遠端部２４ａにはアパーチャ２６が形成されている
。第１の導管手段２４及びそのアパーチャ部分２４ａは
夫々、エネルギー移送ガスをソース（図示せず）から該
真空囲障１２の内側、好ましくは該エネルギー移送ガス
から活性化核種を供給するように構成された装置のすぐ
近傍の点に移送及び導入するように構成されている。第
１図に示した好適具体例によると、活性化装置は以下に
より詳細に説明するような輻射マイクロ波アプリケータ
２８の形態である。−好適具体例によると、第１の導管
２４は主に水素（Ｎ２）、メタン（ＣＩ＋、）、貴ガス
及びそれらの組み合わせから成る群から選択されるエネ
ルギー移送ガスを導入するように構成されている。ある
いは別の好適具体例によると、上記エネルギー移送ガス
は非限定的な例として０□、Ｎ１１３、Ｎ２、ＮＨｌ、
ｅｌｌ、、ＰＨ，、ＰＨ２、ＢＦ、、ＢＦ５、Ｂ ２
ＩＩ ｉ、ＢＨ，及びそれらの組み合わせを含む１種以
上の希釈剤又はドーパントガスを含み得る。
の内側に沖延する直径ｄ（ｔｌは好ましくは約０．５〜
３．０ｃｍである）の少なくとも１個の第１の細長形導
管２４を含む。第１の中空導管２４の少なくとも一部、
即ち遠端部２４ａにはアパーチャ２６が形成されている
。第１の導管手段２４及びそのアパーチャ部分２４ａは
夫々、エネルギー移送ガスをソース（図示せず）から該
真空囲障１２の内側、好ましくは該エネルギー移送ガス
から活性化核種を供給するように構成された装置のすぐ
近傍の点に移送及び導入するように構成されている。第
１図に示した好適具体例によると、活性化装置は以下に
より詳細に説明するような輻射マイクロ波アプリケータ
２８の形態である。−好適具体例によると、第１の導管
２４は主に水素（Ｎ２）、メタン（ＣＩ＋、）、貴ガス
及びそれらの組み合わせから成る群から選択されるエネ
ルギー移送ガスを導入するように構成されている。ある
いは別の好適具体例によると、上記エネルギー移送ガス
は非限定的な例として０□、Ｎ１１３、Ｎ２、ＮＨｌ、
ｅｌｌ、、ＰＨ，、ＰＨ２、ＢＦ、、ＢＦ５、Ｂ ２
ＩＩ ｉ、ＢＨ，及びそれらの組み合わせを含む１種以
上の希釈剤又はドーパントガスを含み得る。
使用されるエネルギー移送ガスの組成に関係なく、第１
の導管２４の遠端に形成されたアパーチャ２６は、該エ
ネルギー移送ガスを選択された流量（ＳＣＣＭ、即ち標
準ｅ１ｍ’／分で表す）で放出することが可能でなけれ
ばならない。流量は、変形パッシェン曲線（パッシェン
曲線の詳細については第４図に関して後述する）の実質
的な最小値であるパワー−圧力−アパーチャ寸法条件で
該エネルギー移送ガスの活性化を開始するに十分な圧力
のエネルギー移送ガスを該アパーチャ２６の近傍に提供
するように選択される。
の導管２４の遠端に形成されたアパーチャ２６は、該エ
ネルギー移送ガスを選択された流量（ＳＣＣＭ、即ち標
準ｅ１ｍ’／分で表す）で放出することが可能でなけれ
ばならない。流量は、変形パッシェン曲線（パッシェン
曲線の詳細については第４図に関して後述する）の実質
的な最小値であるパワー−圧力−アパーチャ寸法条件で
該エネルギー移送ガスの活性化を開始するに十分な圧力
のエネルギー移送ガスを該アパーチャ２６の近傍に提供
するように選択される。
第１の導管２４は更に、該アパーチャ２６の近傍に該導
管の直径を減少するための手段を含んでもよく、該減少
手段は一具体例によると第２図に示すように単にオーバ
ーコート２３０の形態であり得る。
管の直径を減少するための手段を含んでもよく、該減少
手段は一具体例によると第２図に示すように単にオーバ
ーコート２３０の形態であり得る。
エネルギー移送ガスの流路を著しく狭めることにより、
アパーチャ２６の近傍の第１の導管２４内に「絞り条件
」を形成し、局所的に高圧のエネルギー移送ガスを提供
することが可能である。本明細書中で使用される「絞り
条件」なる用語は、第１の導管２４のアパーチャ２６を
通るエネルギー移送ガスの速度が遷音速に達するときに
生じる条件を意味する。
アパーチャ２６の近傍の第１の導管２４内に「絞り条件
」を形成し、局所的に高圧のエネルギー移送ガスを提供
することが可能である。本明細書中で使用される「絞り
条件」なる用語は、第１の導管２４のアパーチャ２６を
通るエネルギー移送ガスの速度が遷音速に達するときに
生じる条件を意味する。
絞り条件は−ｍに、均一寸法の導管を流れるガスの速度
が遷音速に達するときに圧縮性ガス（又は流体）の流れ
中に生じるような条件である。この条件ではエネルギー
移送ガスの流量が増加すると、速度よりもむしろ圧力が
増加する。絞りモードを規定するのもこの条件であり、
厳密にはこの効果により、パッシェン曲線の実質的な最
小値で操作できるように圧力を増加することができる。
が遷音速に達するときに圧縮性ガス（又は流体）の流れ
中に生じるような条件である。この条件ではエネルギー
移送ガスの流量が増加すると、速度よりもむしろ圧力が
増加する。絞りモードを規定するのもこの条件であり、
厳密にはこの効果により、パッシェン曲線の実質的な最
小値で操作できるように圧力を増加することができる。
この局所的な高圧は、独立して制御可能なパワーレベル
でプラズマが点弧及び維持され得るように、エネルギー
移送ガスがアパーチャ部分２４ａの近傍の第１の導管を
流れるに十分な圧力ゾーンを形成する。別の具体例によ
ると、第１の導管２４のアパーチャ部分２４ａ内の圧力
はその内側にソレノイドを使用することにより容易に制
御され得、該ソレノイドはこの中を通過するエネルギー
移送ガスの流量、従って該アパーチャ部分２４ａの近傍
に存在する圧力を調節するように選択的に伸縮され得る
。
でプラズマが点弧及び維持され得るように、エネルギー
移送ガスがアパーチャ部分２４ａの近傍の第１の導管を
流れるに十分な圧力ゾーンを形成する。別の具体例によ
ると、第１の導管２４のアパーチャ部分２４ａ内の圧力
はその内側にソレノイドを使用することにより容易に制
御され得、該ソレノイドはこの中を通過するエネルギー
移送ガスの流量、従って該アパーチャ部分２４ａの近傍
に存在する圧力を調節するように選択的に伸縮され得る
。
第１の導管２４は更に、アパーチャ部分２４ａのすぐ近
傍に印加磁界を生成するように巻き付けられたコイル（
第２図の２３５）を含み得る。印加磁界は、第１の導管
２４のアパーチャ２６のすぐ近傍に形成さ得る。以下の
説明に明示されるように、コイル２３５により形成され
る磁界は、マイクロ波アプリケ−賓υ 夕により形成されるイオン核種のプラズマを第１の導管
の遠いアパーチャ部分のすぐ近傍に閉じ込めるように機
能する。こうして印加磁界を変ｊヒさぜることにより、
下流での衝突に割り当てられ得るイオン１ヒ核種の密度
を調節することができる。
傍に印加磁界を生成するように巻き付けられたコイル（
第２図の２３５）を含み得る。印加磁界は、第１の導管
２４のアパーチャ２６のすぐ近傍に形成さ得る。以下の
説明に明示されるように、コイル２３５により形成され
る磁界は、マイクロ波アプリケ−賓υ 夕により形成されるイオン核種のプラズマを第１の導管
の遠いアパーチャ部分のすぐ近傍に閉じ込めるように機
能する。こうして印加磁界を変ｊヒさぜることにより、
下流での衝突に割り当てられ得るイオン１ヒ核種の密度
を調節することができる。
第２図及び第３図は、第１図について説明した第１の導
管２４の２種の変形例を示す。第２図は特に第１の好適
具体例を示し、この具体例によると、第１の導管２２４
はマイクロ波を透過しない材料、例えばステンレス鋼又
は同様のマイクロ波反射金属から製造されている。第１
図の具体例と同様に、第１の導管２２４の少なくとも一
部、即ち遠端部２２４ａにはアパーチャ２２６が形成さ
れている。非透過性の第１の導管２２４は更に、該導管
を包囲する同心円状に配置された外側冷却ジャケット２
２８を含んでおり、該ジャケットは水のような冷却媒体
の循環を助長するように構成されている。こうして冷却
ジャケット２２８は、例えばマイクロ波エネルギー又は
「、ｆ、電磁界により該導管の該遠端部に形成された高
エネルギーの活性化核種により発生される強い熱にも拘
わらず、該第１の導管２２４を均一で比較的低い温度に
維持することが可能である。
管２４の２種の変形例を示す。第２図は特に第１の好適
具体例を示し、この具体例によると、第１の導管２２４
はマイクロ波を透過しない材料、例えばステンレス鋼又
は同様のマイクロ波反射金属から製造されている。第１
図の具体例と同様に、第１の導管２２４の少なくとも一
部、即ち遠端部２２４ａにはアパーチャ２２６が形成さ
れている。非透過性の第１の導管２２４は更に、該導管
を包囲する同心円状に配置された外側冷却ジャケット２
２８を含んでおり、該ジャケットは水のような冷却媒体
の循環を助長するように構成されている。こうして冷却
ジャケット２２８は、例えばマイクロ波エネルギー又は
「、ｆ、電磁界により該導管の該遠端部に形成された高
エネルギーの活性化核種により発生される強い熱にも拘
わらず、該第１の導管２２４を均一で比較的低い温度に
維持することが可能である。
水以外に冷却媒体は主にシリコーン油、フレオン、窒素
、水素、ヘリウム及び当業者に周知の他の冷却媒体から
構成される流体群から選択され得る。
、水素、ヘリウム及び当業者に周知の他の冷却媒体から
構成される流体群から選択され得る。
より具体的には冷却ジャケット２２８は、該導管の遠端
部で該アパーチャ２２６の近傍に点弧及び維持される強
い活性化領域により熱が発生するために必要とされる。
部で該アパーチャ２２６の近傍に点弧及び維持される強
い活性化領域により熱が発生するために必要とされる。
第１の導管２２４の該アパーチャ２２６から流出するエ
ネルギー移送ガスは、輻射マイクロ波アプリケータ２３
２を介して移送されるマイクロ波エネルギーにより形成
される強い電磁界を受けることに留意すべきである。強
い電磁界はエネルギー移送ガスを解離させる。その後、
解離した核種の次の化学反応により熱が放出され、非常
に高い温度をもたらすと共に、エネルギー移送ガスの活
性化核種の高反応性プラズマが形成される。υＣっで、
アパーチャ部分２２４ａ及び第１の導管２２４は第１の
導管の製造材料を溶融させるに十分な温度に達する。冷
却ジャケット２２８の存在により高温に達しないとして
も、この材料は非常に高い温度条件のために分解し、真
空囲障内の汚染物質源となる。これらの汚染物質は汚染
された材料が基板に堆積されることによりプラズマ活性
化方法の品質を著しく劣化させる。
ネルギー移送ガスは、輻射マイクロ波アプリケータ２３
２を介して移送されるマイクロ波エネルギーにより形成
される強い電磁界を受けることに留意すべきである。強
い電磁界はエネルギー移送ガスを解離させる。その後、
解離した核種の次の化学反応により熱が放出され、非常
に高い温度をもたらすと共に、エネルギー移送ガスの活
性化核種の高反応性プラズマが形成される。υＣっで、
アパーチャ部分２２４ａ及び第１の導管２２４は第１の
導管の製造材料を溶融させるに十分な温度に達する。冷
却ジャケット２２８の存在により高温に達しないとして
も、この材料は非常に高い温度条件のために分解し、真
空囲障内の汚染物質源となる。これらの汚染物質は汚染
された材料が基板に堆積されることによりプラズマ活性
化方法の品質を著しく劣化させる。
第２図に示した第１の導管２２４は更に、該導管のアパ
ーチャ部分２２４ａに装着された保護オーバーコート２
３０を有しており、該オーバーコートは高温耐性でスパ
ッタ耐性の比較的有益な材料から形成される。この保護
オーバーコート２３０は、第１の導管２２４のアパーチ
ャ部分２２４ａの製造材料を、エネルギー移送ガスの高
温で高エネルギーの活性化核種によるスパッタリングに
起因する劣化から保護するように構成されている。
ーチャ部分２２４ａに装着された保護オーバーコート２
３０を有しており、該オーバーコートは高温耐性でスパ
ッタ耐性の比較的有益な材料から形成される。この保護
オーバーコート２３０は、第１の導管２２４のアパーチ
ャ部分２２４ａの製造材料を、エネルギー移送ガスの高
温で高エネルギーの活性化核種によるスパッタリングに
起因する劣化から保護するように構成されている。
以下により詳細に明示するように、エネルギー移送ガス
の活性化核種は第１の導管２２４のアパーチャ部分の近
傍に等圧線の雲（全体として２３１で示す）を形成し、
この雲２３１は活性化核種の活性Ｃ上領域を規定する。
の活性化核種は第１の導管２２４のアパーチャ部分の近
傍に等圧線の雲（全体として２３１で示す）を形成し、
この雲２３１は活性化核種の活性Ｃ上領域を規定する。
以下により詳細に記載するように、活性化核種の雲の境
界は第１の導管の内側を流れるガスと囲障の内側に存在
する背圧との間に存在する圧力差により表される。当然
のことながら第１の導管２２４の表面からスパッタされ
る材料は雲２３１内の活性化核種の品質を劣化させ、更
に重大なことには、その後に堆積される薄膜材料の品質
も同時に劣化させる。従って、保護オーバーコート２３
０は好ましくは高温スパッタリング環境に耐性の材料、
あるいは最後に堆積される膜に配合された場合に比較的
有益な材料から製造される。好適具体例によると、保護
オーバーコート２３０の製造材料としてグラファイトが
使用される。グラファイトは高温及び高温スパッタリン
グ工程に対して高い耐性を有するのみならず、半導体合
金材料の堆積に装置１０を使用する場合、グラファイト
は堆積された半導体膜の所望の特徴に実買的に電気的に
有益である。
界は第１の導管の内側を流れるガスと囲障の内側に存在
する背圧との間に存在する圧力差により表される。当然
のことながら第１の導管２２４の表面からスパッタされ
る材料は雲２３１内の活性化核種の品質を劣化させ、更
に重大なことには、その後に堆積される薄膜材料の品質
も同時に劣化させる。従って、保護オーバーコート２３
０は好ましくは高温スパッタリング環境に耐性の材料、
あるいは最後に堆積される膜に配合された場合に比較的
有益な材料から製造される。好適具体例によると、保護
オーバーコート２３０の製造材料としてグラファイトが
使用される。グラファイトは高温及び高温スパッタリン
グ工程に対して高い耐性を有するのみならず、半導体合
金材料の堆積に装置１０を使用する場合、グラファイト
は堆積された半導体膜の所望の特徴に実買的に電気的に
有益である。
特に第２図に明示するように、第１の導管２２４は該導
管を流れるエネルギー移送ガスを活性（ヒ手段２３２の
中空の内側に導入するように構成されており、該活性化
手段は該アパーチャ２２６のすぐ近傍に配置されている
。同心円状に配置された冷却ジャケット２２８に包囲さ
れた第１の導管２２４は、該活性化手段２３２の側壁２
３３に形成されたアパーチャ２３４に空間的に隣接して
配置されている。好ましくは円形であるアパーチャ２３
４の直径は、エネルギー移送ガスを該活性化手段２３２
の内側に直接流れ易くするように冷却ジャゲラ＋−２２
８の外径よりも約１７４〜１インチ大きく、一方、活性
化手段２３２の側壁２３３と相互に同心円状に配置され
た第１の導管及び冷却ジャケットの周囲との間には適当
な絶縁スペースを設け、これらの間にスパーキング又は
他の電気的結合が生じないようにする。
管を流れるエネルギー移送ガスを活性（ヒ手段２３２の
中空の内側に導入するように構成されており、該活性化
手段は該アパーチャ２２６のすぐ近傍に配置されている
。同心円状に配置された冷却ジャケット２２８に包囲さ
れた第１の導管２２４は、該活性化手段２３２の側壁２
３３に形成されたアパーチャ２３４に空間的に隣接して
配置されている。好ましくは円形であるアパーチャ２３
４の直径は、エネルギー移送ガスを該活性化手段２３２
の内側に直接流れ易くするように冷却ジャゲラ＋−２２
８の外径よりも約１７４〜１インチ大きく、一方、活性
化手段２３２の側壁２３３と相互に同心円状に配置され
た第１の導管及び冷却ジャケットの周囲との間には適当
な絶縁スペースを設け、これらの間にスパーキング又は
他の電気的結合が生じないようにする。
第２図の具体ρ１から容易に予想されるように、第１の
導管２２４及び冷却ジＡ・ケラト２２８は実際に活性化
手段２３２（該活性化手段は上記のように好ましくは輻
射マイクロ波アプリケータである）の内側に伸延してい
ない。これは、第１の導管２２４を中空の長方形アプリ
ケータの内側に配置し、第１の導管２２４及び冷却ジャ
ケット２２８をマイクロ波エネルギーに対して非透過性
の材料から製造するならば、（１）マイクロ波エネルギ
ーはこの材料により吸収されるか又は（２）アプリケー
タにより移送されるマイク１コ波エネルギーとプラズマ
との間の適正な結合力路放しく劣化するからである。し
かしながら、第１の導管２２４は輻射マイクロ波アプリ
ケータ２３２の側Ｊｉ２３３の外側で且つその近傍に配
置される（第２図）ので、（１）アプリケータの製造材
料である非透過性の材料はプラズマ結合を妨害せず、（
２）エネルギー移送ガスの活性化核種は主に該第１の導
管２２４の遠端部に形成されたアパーチャ２２６の外側
に生成される。更に、該導管には保護オーバーコート２
３０が装着されているので、該導管の表面材料の劣１ヒ
は阻止される。
導管２２４及び冷却ジＡ・ケラト２２８は実際に活性化
手段２３２（該活性化手段は上記のように好ましくは輻
射マイクロ波アプリケータである）の内側に伸延してい
ない。これは、第１の導管２２４を中空の長方形アプリ
ケータの内側に配置し、第１の導管２２４及び冷却ジャ
ケット２２８をマイクロ波エネルギーに対して非透過性
の材料から製造するならば、（１）マイクロ波エネルギ
ーはこの材料により吸収されるか又は（２）アプリケー
タにより移送されるマイク１コ波エネルギーとプラズマ
との間の適正な結合力路放しく劣化するからである。し
かしながら、第１の導管２２４は輻射マイクロ波アプリ
ケータ２３２の側Ｊｉ２３３の外側で且つその近傍に配
置される（第２図）ので、（１）アプリケータの製造材
料である非透過性の材料はプラズマ結合を妨害せず、（
２）エネルギー移送ガスの活性化核種は主に該第１の導
管２２４の遠端部に形成されたアパーチャ２２６の外側
に生成される。更に、該導管には保護オーバーコート２
３０が装着されているので、該導管の表面材料の劣１ヒ
は阻止される。
次に第３図は、第１の導管（全体を３２４で示す）の第
２の好適具体例を示しており、該導管の周囲には同様に
冷却ジャケット３２８が同心円状に配置されている。第
２図の具体例と異なり、第３図は石英のようなマイクロ
波透過性材料がら製造された第１の導管３２４及び冷却
ジャケット３２８を示している。石英から形成された第
１の導管３２４はその内側に生成される高温に耐える能
力がより制限されているので、冷却ジャケラｌ−３２８
は第３図の具体例では重大な役割を果たすことが予想さ
れよう。
２の好適具体例を示しており、該導管の周囲には同様に
冷却ジャケット３２８が同心円状に配置されている。第
２図の具体例と異なり、第３図は石英のようなマイクロ
波透過性材料がら製造された第１の導管３２４及び冷却
ジャケット３２８を示している。石英から形成された第
１の導管３２４はその内側に生成される高温に耐える能
力がより制限されているので、冷却ジャケラｌ−３２８
は第３図の具体例では重大な役割を果たすことが予想さ
れよう。
第１の導管３２４のアパーチャ３２６は好ましくは第１
の導管３２４の残りの部分の直径よりも小さい直径を有
する。即ち、アパーチャ３２６の直径は典型的には、く
導管の直径の０．５〜３ ｍ ｕ＋に対して）１７２〜
１ミリメートルの範囲であり、アパーチャ３２６により
規定されるチャネルの長さは典型的には１／２〜２Ｉｎ
ｍである６アパーチヤ３２６の直径のこの制限は、第１
の導管３２４を流れるエネルギー移送ガスの圧力がアパ
ーチャの近傍で絞りモードに達するようにするなめ、即
ちエネルギー移送ガスが第１の導管から出るに当たり実
質的に遷音速でアパーヂャ内を流れるように確保するの
に十分なレベルに達するようにするために必要である。
の導管３２４の残りの部分の直径よりも小さい直径を有
する。即ち、アパーチャ３２６の直径は典型的には、く
導管の直径の０．５〜３ ｍ ｕ＋に対して）１７２〜
１ミリメートルの範囲であり、アパーチャ３２６により
規定されるチャネルの長さは典型的には１／２〜２Ｉｎ
ｍである６アパーチヤ３２６の直径のこの制限は、第１
の導管３２４を流れるエネルギー移送ガスの圧力がアパ
ーチャの近傍で絞りモードに達するようにするなめ、即
ちエネルギー移送ガスが第１の導管から出るに当たり実
質的に遷音速でアパーヂャ内を流れるように確保するの
に十分なレベルに達するようにするために必要である。
こうして、アパーチャ３２６の圧力はパッシェン曲線の
実質的な最小値で動作するように制御され得る。
実質的な最小値で動作するように制御され得る。
高温プラズマ領域３３６は導管の主に内側に形成され、
導管上に材料を化学蒸着させる。第３図から明らかなよ
うに、この具体例では第１の導管３２４及び冷却ジャケ
ット３２８は実際に輻射マイクロ波アプリケータ３３２
の中空内側キャビティ内に伸延している。こうして、エ
ネルギー移送ガスの活性化核種を第１の導管３２４の内
側に生成することかできる。従って、冷却ジャゲット３
２８を流れる冷却媒体は好ましくは、第１の導管３２４
及び冷却ジャ’ｆ−７１−３２８の製造材料と同様に、
実質的にマイクロ波透過性であるべきである。あるいは
、冷却ジャケットの外径と第１の導管の外径との差は、
循環する冷却媒体が過度に高い割合のマイクロ波エネル
ギーを吸収することができないように比較的小さくしな
ければならない。好適なマイクロ波透過性冷却媒体には
、シリコーン油及びフレオンがある。
導管上に材料を化学蒸着させる。第３図から明らかなよ
うに、この具体例では第１の導管３２４及び冷却ジャケ
ット３２８は実際に輻射マイクロ波アプリケータ３３２
の中空内側キャビティ内に伸延している。こうして、エ
ネルギー移送ガスの活性化核種を第１の導管３２４の内
側に生成することかできる。従って、冷却ジャゲット３
２８を流れる冷却媒体は好ましくは、第１の導管３２４
及び冷却ジャ’ｆ−７１−３２８の製造材料と同様に、
実質的にマイクロ波透過性であるべきである。あるいは
、冷却ジャケットの外径と第１の導管の外径との差は、
循環する冷却媒体が過度に高い割合のマイクロ波エネル
ギーを吸収することができないように比較的小さくしな
ければならない。好適なマイクロ波透過性冷却媒体には
、シリコーン油及びフレオンがある。
活性化核種３３６の高温プラズマ領域は主に第１の導管
３２４のアパーチャ部分３２４ａの内側に形成される（
該プラズマ領域は輻射マイクロ波アプリゲータ３３２の
内側に配置される）が、注目すべき点として、プラズマ
の先端部３３６ａはアパーチャ３２６を越えて輻射マイ
クロ波アプリケータ３３２の内側に伸延しており、プラ
ズマの等圧線は囲障の内側に伸延している。先端部３３
６ａの寸法、並びに該先端部がアプリケータ及び囲障内
に伸延する距離は、エネルギー移送ガスの流量、従って
第１の導管内のエネルギー移送ガスの圧力の関数である
。先端部３３６ａは活性化核種の雲３３１を第１の導管
の外側に点弧及び維持する「口火（ｐｉｌｏｔ Ｉｉｇ
ｂｔ）」として機能することに着目することが重要であ
る。第３図の具体例ではマイクロ波透過性（石英）導管
を使用しており、従って例えば約２キロワット未満とい
った比較的小さいマイクロ波エネルギーのパワーレベル
で運転しなければならないので、この口火が必要である
。石英材料の完全性を保護しながらこのパワーレベルを
得るには、他の方法では雲３３１を点弧するのに不十分
である。口火は、活性化核種のプラズマを点弧及び維持
するのに必要なパワーを２分の１にできるように別のイ
オン源を提供するように機能する。
３２４のアパーチャ部分３２４ａの内側に形成される（
該プラズマ領域は輻射マイクロ波アプリゲータ３３２の
内側に配置される）が、注目すべき点として、プラズマ
の先端部３３６ａはアパーチャ３２６を越えて輻射マイ
クロ波アプリケータ３３２の内側に伸延しており、プラ
ズマの等圧線は囲障の内側に伸延している。先端部３３
６ａの寸法、並びに該先端部がアプリケータ及び囲障内
に伸延する距離は、エネルギー移送ガスの流量、従って
第１の導管内のエネルギー移送ガスの圧力の関数である
。先端部３３６ａは活性化核種の雲３３１を第１の導管
の外側に点弧及び維持する「口火（ｐｉｌｏｔ Ｉｉｇ
ｂｔ）」として機能することに着目することが重要であ
る。第３図の具体例ではマイクロ波透過性（石英）導管
を使用しており、従って例えば約２キロワット未満とい
った比較的小さいマイクロ波エネルギーのパワーレベル
で運転しなければならないので、この口火が必要である
。石英材料の完全性を保護しながらこのパワーレベルを
得るには、他の方法では雲３３１を点弧するのに不十分
である。口火は、活性化核種のプラズマを点弧及び維持
するのに必要なパワーを２分の１にできるように別のイ
オン源を提供するように機能する。
第１の導管３２４のアパーチャ部分３２４ａがマイクロ
波アプリケータ３３２の内側に配置されているのて、エ
ネルギー移送ガスの活性化核種は主に該第１の導管３２
４の内側に生成される。具体的にはマイクロ波アプリケ
ータ３３２の内側に位置する第１の導管３２４のアパー
チャ部分３２４ａに活性化領域３３６が形成される。活
性化領域３３６内に活性化核種が生成されることにより
もたらされる高強度エネルギーにより、第１の導管３２
４の製造材料（特にアパーチャ部分３２６の近傍）はそ
の内径の漸次スパッタリングにより劣化し得る。第１の
導管が石英から製造されている場合、スパッタリングさ
れた石英は導管３２４の構造的一体性を弱化し且つアパ
ーチャ３２６の寸法を増すのみならず、堆積された薄膜
材料の品質を劣化させる。従って、第３図の具体例は使
用されるマイクロ波エネルギーのパワーレベルが例えば
２キロワット未満といった比較的小さい場合にしか使用
できないことは明白である。
波アプリケータ３３２の内側に配置されているのて、エ
ネルギー移送ガスの活性化核種は主に該第１の導管３２
４の内側に生成される。具体的にはマイクロ波アプリケ
ータ３３２の内側に位置する第１の導管３２４のアパー
チャ部分３２４ａに活性化領域３３６が形成される。活
性化領域３３６内に活性化核種が生成されることにより
もたらされる高強度エネルギーにより、第１の導管３２
４の製造材料（特にアパーチャ部分３２６の近傍）はそ
の内径の漸次スパッタリングにより劣化し得る。第１の
導管が石英から製造されている場合、スパッタリングさ
れた石英は導管３２４の構造的一体性を弱化し且つアパ
ーチャ３２６の寸法を増すのみならず、堆積された薄膜
材料の品質を劣化させる。従って、第３図の具体例は使
用されるマイクロ波エネルギーのパワーレベルが例えば
２キロワット未満といった比較的小さい場合にしか使用
できないことは明白である。
第３図に示すように、第１の導管３２４及び同心円状に
配置された冷却ジャケット３２８は、第１の導管の遠端
部がマイクロ波アプリケータ３３２の中空の内部のほぼ
中間に配置され得るように、輻射マイクロ波アプリケー
タ３３２の側壁３３３に形成されたアパーチャ３３４を
通って伸延している。この具体例では第１の導管３２４
及び冷却ジャケット３２８は誘電材料から製造されてい
るので、（第２図の暦様と異なり）アプリケータと冷却
ジャケットの外径の間にギャップを維持する必要がない
ことに留意されたい、アプリケータ３３２内に送られる
マイクロ波に対して第１の導管３２４をこのように作動
的に配置することにより、該アパーチャ３２６の内側に
活性化領域が有効に形成される（もつとも［口火Ｊ効果
はアパーチャの外側で活性化核種の先端部の点弧を助長
する）。
配置された冷却ジャケット３２８は、第１の導管の遠端
部がマイクロ波アプリケータ３３２の中空の内部のほぼ
中間に配置され得るように、輻射マイクロ波アプリケー
タ３３２の側壁３３３に形成されたアパーチャ３３４を
通って伸延している。この具体例では第１の導管３２４
及び冷却ジャケット３２８は誘電材料から製造されてい
るので、（第２図の暦様と異なり）アプリケータと冷却
ジャケットの外径の間にギャップを維持する必要がない
ことに留意されたい、アプリケータ３３２内に送られる
マイクロ波に対して第１の導管３２４をこのように作動
的に配置することにより、該アパーチャ３２６の内側に
活性化領域が有効に形成される（もつとも［口火Ｊ効果
はアパーチャの外側で活性化核種の先端部の点弧を助長
する）。
第１図に戻ると、堆積装置１０は更に上記マイクロ波ア
プリケータ２８を含んでおり、該アプリゲータは第１の
導管２４を流れるエネルギー移送ガスに２．４５（１；
１１２の電磁エネルギーを生成するように構成されてい
る。アプリケータ２８は輻射マイクロ波アプリケータと
して示したが、該アプリケータは主にマイクロ波エネル
ギー、ｒ、ｒ、エネルギー、低周波交流エネルギー、又
は高強度パルス状レーザの形態の光エネルギーから成る
群がら選択されるものであればどのような型のエネルギ
ーを生成するように選択してもよい。しかしながら、前
述のように、マイクロ波エネルギーは活性化核種の高密
度で大容量のプラズマを最も有効に形成することができ
るので、アプリゲータ２８は好ましくはマイクロ波アプ
リケータ、好ましくは２．４５ＧＨｚの周波数で少なく
とも１．０キロワッＩ−のマイクロ波パワ、好ましくは
５キロワット以上のマイクロ波パワーを移送するように
構成された輻射マイクロ波アプリケータ（低周波（ｓｌ
ｏｍ−ｗａｖｅ）アプリケータに対比）である。
プリケータ２８を含んでおり、該アプリゲータは第１の
導管２４を流れるエネルギー移送ガスに２．４５（１；
１１２の電磁エネルギーを生成するように構成されてい
る。アプリケータ２８は輻射マイクロ波アプリケータと
して示したが、該アプリケータは主にマイクロ波エネル
ギー、ｒ、ｒ、エネルギー、低周波交流エネルギー、又
は高強度パルス状レーザの形態の光エネルギーから成る
群がら選択されるものであればどのような型のエネルギ
ーを生成するように選択してもよい。しかしながら、前
述のように、マイクロ波エネルギーは活性化核種の高密
度で大容量のプラズマを最も有効に形成することができ
るので、アプリゲータ２８は好ましくはマイクロ波アプ
リケータ、好ましくは２．４５ＧＨｚの周波数で少なく
とも１．０キロワッＩ−のマイクロ波パワ、好ましくは
５キロワット以上のマイクロ波パワーを移送するように
構成された輻射マイクロ波アプリケータ（低周波（ｓｌ
ｏｍ−ｗａｖｅ）アプリケータに対比）である。
第１図に明示するように、該アプリケータ２８は第１の
導管２４から囲陣内に導入されるエネルギー移送ガスに
マグネトロン（図示せず）からマイクロ波エネルギーを
移送するように構成された細長形で中空のほぼ長方形の
銅製導波管構造である。該導波管アプリケータ２８はマ
イクロ波透過性窓２９を通って該囲障１２に侵入し、該
窓は囲障の底面１２ｃに真空封着されている。この型の
真空封着窓２９は１９８８年４月８日付は米国特許出願
第１７９８１７号に詳細に記載されており、この文献の
開示内容は本明細書の一部とする。マイクロ波アプリケ
ータ２８は該窓２９の上部内側プレート２９ａの上に配
置される。
導管２４から囲陣内に導入されるエネルギー移送ガスに
マグネトロン（図示せず）からマイクロ波エネルギーを
移送するように構成された細長形で中空のほぼ長方形の
銅製導波管構造である。該導波管アプリケータ２８はマ
イクロ波透過性窓２９を通って該囲障１２に侵入し、該
窓は囲障の底面１２ｃに真空封着されている。この型の
真空封着窓２９は１９８８年４月８日付は米国特許出願
第１７９８１７号に詳細に記載されており、この文献の
開示内容は本明細書の一部とする。マイクロ波アプリケ
ータ２８は該窓２９の上部内側プレート２９ａの上に配
置される。
導入されるマイクロ波エネルギーを導入されるエネルギ
ー移送ガスに結合する機能を果たすために、第１の導管
２４はエネルギー移送ガスを受容するために導波管２８
の側面３２に形成されたアパーチャ３０を通って伸延し
ている。従って、アパーチャ３０の構造及び機能は第２
図及び第３図について説明した通りである。即ち、アパ
ーチャ３０は導管２４及び該導管を通って輸送されるエ
ネルギー移送ガスか第１の導管２４のアパーチャ部分２
４ａの近傍に形成された活性化領域３４に導入し易くし
、こうして活性化核種の雲が該アプリケータ２８の内側
がら延びるように構成される。
ー移送ガスに結合する機能を果たすために、第１の導管
２４はエネルギー移送ガスを受容するために導波管２８
の側面３２に形成されたアパーチャ３０を通って伸延し
ている。従って、アパーチャ３０の構造及び機能は第２
図及び第３図について説明した通りである。即ち、アパ
ーチャ３０は導管２４及び該導管を通って輸送されるエ
ネルギー移送ガスか第１の導管２４のアパーチャ部分２
４ａの近傍に形成された活性化領域３４に導入し易くし
、こうして活性化核種の雲が該アプリケータ２８の内側
がら延びるように構成される。
輻射マイクロ波アプリケータ２８は更に、アパーチャ３
０が形成されている面３２と対向する而３５に形成され
た切除セクション３６を含む。切除セクション３６は活
性化種に過多のマイクロ波アプリケータ材料を劣化させ
ずに活性化核種の雲の拡大する等圧線（第２図の２３１
ａ−ｃ及び第３図の３３１ａ−ｃ）の移動を生じるよう
に、アパーチャ３０の直径よりも大きい直径、好ましく
は少なくとも２インチの直径を有する。従って、アプリ
ケータの切除セクション３６は該アプリケータ２８内か
らエネルギー移送ガスの活性化核種の漏洩用手段を提供
するように構成されていると理解すべきである。マイク
ロ波アプリケータ２８は更に、未使用のマイクロ波エネ
ルギーが真空囲障１２の内側に逃げないようにするため
に閉止端プレート４０を含む。アプリケータ２８の面３
５の切除セクション３６の最大寸法は、（１）作成され
る開口が小さければ小さいほどより大量の材料がエッチ
され、且つより多くのマイクロ波エネルギーが閉じ込め
られ、（２）開口が大きければ大きいほどエッチされる
材料は少なく且つより多くのマイクロ波エネルギーが囲
障内に漏洩するという事実をバランスよく調整すること
により決定される。切除セクション３６は更に、マイク
ロ波エネルギーが囲障に侵入するのを阻止するように構
成されたマイクロ波吸収又は反射スクリーン又は他の手
段を含み得る。これは背圧の第１の導管内のエネルギー
郡送ガスの圧力に対する圧力比が減少して少なくとも５
分の１に近付くに従い、特に順著になる。
０が形成されている面３２と対向する而３５に形成され
た切除セクション３６を含む。切除セクション３６は活
性化種に過多のマイクロ波アプリケータ材料を劣化させ
ずに活性化核種の雲の拡大する等圧線（第２図の２３１
ａ−ｃ及び第３図の３３１ａ−ｃ）の移動を生じるよう
に、アパーチャ３０の直径よりも大きい直径、好ましく
は少なくとも２インチの直径を有する。従って、アプリ
ケータの切除セクション３６は該アプリケータ２８内か
らエネルギー移送ガスの活性化核種の漏洩用手段を提供
するように構成されていると理解すべきである。マイク
ロ波アプリケータ２８は更に、未使用のマイクロ波エネ
ルギーが真空囲障１２の内側に逃げないようにするため
に閉止端プレート４０を含む。アプリケータ２８の面３
５の切除セクション３６の最大寸法は、（１）作成され
る開口が小さければ小さいほどより大量の材料がエッチ
され、且つより多くのマイクロ波エネルギーが閉じ込め
られ、（２）開口が大きければ大きいほどエッチされる
材料は少なく且つより多くのマイクロ波エネルギーが囲
障内に漏洩するという事実をバランスよく調整すること
により決定される。切除セクション３６は更に、マイク
ロ波エネルギーが囲障に侵入するのを阻止するように構
成されたマイクロ波吸収又は反射スクリーン又は他の手
段を含み得る。これは背圧の第１の導管内のエネルギー
郡送ガスの圧力に対する圧力比が減少して少なくとも５
分の１に近付くに従い、特に順著になる。
堆積装置１０は更に、少なくとも１個の遠隔配置された
ほぼ平坦な基板５０を含んでおり、該基板は、少なくと
も基板上に堆積する薄膜材料堆積が活性化領域３４内に
存在する電子に直接暴露されないようにするに上背な距
離を該活性化領域３４から離して囲障１２の内側に作動
的に配置される。装置１０は更に、好ましくは基板５０
を加熱するか又は該基板に電気もしくは磁気バイアスを
加えるように構成された手段５２を含み得る。もっとも
、本発明の実施にあたって必ずしも熱又はバイアスを使
用する必要はないと理解されるべきである。好適具体例
によると、基板５０は第１の導管２４と実質的に整列す
るように作動的に配置され、従って、活性化領域３４内
に生成された活性化核種の流束は基板上に堆積するよう
に第１の導管から導かれ得る。
ほぼ平坦な基板５０を含んでおり、該基板は、少なくと
も基板上に堆積する薄膜材料堆積が活性化領域３４内に
存在する電子に直接暴露されないようにするに上背な距
離を該活性化領域３４から離して囲障１２の内側に作動
的に配置される。装置１０は更に、好ましくは基板５０
を加熱するか又は該基板に電気もしくは磁気バイアスを
加えるように構成された手段５２を含み得る。もっとも
、本発明の実施にあたって必ずしも熱又はバイアスを使
用する必要はないと理解されるべきである。好適具体例
によると、基板５０は第１の導管２４と実質的に整列す
るように作動的に配置され、従って、活性化領域３４内
に生成された活性化核種の流束は基板上に堆積するよう
に第１の導管から導かれ得る。
好適具体例によると、堆積装置１０は更に遠端部６０ａ
に形成された少なくとも１個のアパーチャ６２を有する
第２の細長形中空導管６０を備え得る。第２の導管６０
の有孔端部６０ａは、アパーチャ６２が該基板５０のす
ぐ近傍に開口するように、囲障１２の頂部壁１２ｂを貫
通して該囲障の内側に伸延している。
に形成された少なくとも１個のアパーチャ６２を有する
第２の細長形中空導管６０を備え得る。第２の導管６０
の有孔端部６０ａは、アパーチャ６２が該基板５０のす
ぐ近傍に開口するように、囲障１２の頂部壁１２ｂを貫
通して該囲障の内側に伸延している。
第２の導管６０は前駆物質堆積ガスの流れをソース（図
示せず）から該基板５０の近傍に形成される衝突領域６
５に生成するように構成されている。前駆物質堆積ガス
は典型的にはシリコン含有ガス、ゲルマニウム含有ガス
、炭素含有ガス及びそれらの組み合わせから成る群から
選択される。好適前駆物質堆積ガスの非限定的な具体例
を挙げると、ＳｉＨ＋、ＳｉＦ、、Ｓ！Ｊｓ、ＧｅＨ＜
、Ｇｅ２Ｈｓ、ＧｅＦ、、ＯＨ，、Ｃ２Ｉ＋ ６及びそ
れらの組み合わせがある。あるいは前駆物質堆積ガスは
ＮＦ、、ＣＦ、、フルオロカーボン、クロロカーボン及
びそれらの組み合わせのような前駆物’Ｃ７エツチング
ガスでもよい。
示せず）から該基板５０の近傍に形成される衝突領域６
５に生成するように構成されている。前駆物質堆積ガス
は典型的にはシリコン含有ガス、ゲルマニウム含有ガス
、炭素含有ガス及びそれらの組み合わせから成る群から
選択される。好適前駆物質堆積ガスの非限定的な具体例
を挙げると、ＳｉＨ＋、ＳｉＦ、、Ｓ！Ｊｓ、ＧｅＨ＜
、Ｇｅ２Ｈｓ、ＧｅＦ、、ＯＨ，、Ｃ２Ｉ＋ ６及びそ
れらの組み合わせがある。あるいは前駆物質堆積ガスは
ＮＦ、、ＣＦ、、フルオロカーボン、クロロカーボン及
びそれらの組み合わせのような前駆物’Ｃ７エツチング
ガスでもよい。
上述のように、前駆物質堆積（又はエツチング）ガスは
第２の導管６０により衝突領域６５に導入される。衝突
領域６５は、エネルギー移送ガスの活性化核種が該活性
化領域３４から基板ＳＯに向かって導かれるに従って、
該活性化核種の通路に配置される。
第２の導管６０により衝突領域６５に導入される。衝突
領域６５は、エネルギー移送ガスの活性化核種が該活性
化領域３４から基板ＳＯに向かって導かれるに従って、
該活性化核種の通路に配置される。
このように、活性化領域３４からの活性化核種は衝突領
域６５に導かれ、該衝突領域で該核種は該前駆物質堆積
ガスと衝突及び相互作用し、所望の励起堆積核種を形成
する。衝突領域６５は、衝突領域６５内に形成される所
望の堆積核種が衝突領域に形成される他の活性化核種又
は他の堆積核種と多数回の衝突を生じることなく基板５
０の全表面にわたって均一に堆積するように選択された
距離を該基板５０から離して配置されるべきであること
に留意すべきである。好適具体例によると、囲１ｔ１１
２が排気される背圧は、遊Ｍ基堆積核種の平均自由行程
を約１〜１５ｃｍにする。即ち、基板を衝突領域から１
・〜１５ｃｍの距離に配置することにより、その全表面
は材料の均一な薄膜で被覆される。薄膜材料を堆積すべ
き基板の寸法が増加するにつれて背圧は小さくし、これ
に対応して平均自由行程の長さを増加しなければならな
い。エネルギー移送ガスの活性化核種は、基板と衝突す
ると堆積薄膜に有害であり得るような所定のイオン核種
を含有し得るので、基板を活性化領域に対して所定の角
度に配置し、基板とイオン核種との衝突を実質的に減ら
すことが可能であることに留意されたい。更に、励起堆
積核種の平均自由行程は変わらないので、このような角
度に配置しても堆積速度は低下しないことにも留意すべ
きである。
域６５に導かれ、該衝突領域で該核種は該前駆物質堆積
ガスと衝突及び相互作用し、所望の励起堆積核種を形成
する。衝突領域６５は、衝突領域６５内に形成される所
望の堆積核種が衝突領域に形成される他の活性化核種又
は他の堆積核種と多数回の衝突を生じることなく基板５
０の全表面にわたって均一に堆積するように選択された
距離を該基板５０から離して配置されるべきであること
に留意すべきである。好適具体例によると、囲１ｔ１１
２が排気される背圧は、遊Ｍ基堆積核種の平均自由行程
を約１〜１５ｃｍにする。即ち、基板を衝突領域から１
・〜１５ｃｍの距離に配置することにより、その全表面
は材料の均一な薄膜で被覆される。薄膜材料を堆積すべ
き基板の寸法が増加するにつれて背圧は小さくし、これ
に対応して平均自由行程の長さを増加しなければならな
い。エネルギー移送ガスの活性化核種は、基板と衝突す
ると堆積薄膜に有害であり得るような所定のイオン核種
を含有し得るので、基板を活性化領域に対して所定の角
度に配置し、基板とイオン核種との衝突を実質的に減ら
すことが可能であることに留意されたい。更に、励起堆
積核種の平均自由行程は変わらないので、このような角
度に配置しても堆積速度は低下しないことにも留意すべ
きである。
■、″ 量の゛ の生
上記装置は本発明の原理を実現するのに特に適するよう
に設計したが、この装置の他の変形例を使用しても同等
の利点が得られ、本発明の真の範囲は特定の装置でなく
本発明の実施により規定される。しかしながら、本発明
の方法の作動原理の実施をより明確に説明するためには
上記の装置を定期的に参照することが必要である。
に設計したが、この装置の他の変形例を使用しても同等
の利点が得られ、本発明の真の範囲は特定の装置でなく
本発明の実施により規定される。しかしながら、本発明
の方法の作動原理の実施をより明確に説明するためには
上記の装置を定期的に参照することが必要である。
本発明の最も概括的な具体例は、真空囲障の内側に配置
された活性化領域内にエネルギー移送ガスから高流量及
び高密度の活性化核種を生成する新規方法である。エネ
ルギー移送ガスの高流量の活性化核種は次に、衝突領域
内で前駆物質堆積／エツチングガスと激しく相互作用さ
せられ、所望の励起堆積／エツヂング核種のみを高密度
に生成し、該励起核種は活性（上領域から雛して配置さ
れた基板の露出表面と反応する。あるいは、雛して配置
された基板の表面に直接反応するようにエネルギー移送
ガスの高流量の活性化核種を使用してムよい。いずれの
場合も、本発明の新規概念は高流量の活性化核種を生成
する能力にあり、該活性化核種はそのエネルギーを失う
ことなく離れた場所に移動するように構成されている。
された活性化領域内にエネルギー移送ガスから高流量及
び高密度の活性化核種を生成する新規方法である。エネ
ルギー移送ガスの高流量の活性化核種は次に、衝突領域
内で前駆物質堆積／エツチングガスと激しく相互作用さ
せられ、所望の励起堆積／エツヂング核種のみを高密度
に生成し、該励起核種は活性（上領域から雛して配置さ
れた基板の露出表面と反応する。あるいは、雛して配置
された基板の表面に直接反応するようにエネルギー移送
ガスの高流量の活性化核種を使用してムよい。いずれの
場合も、本発明の新規概念は高流量の活性化核種を生成
する能力にあり、該活性化核種はそのエネルギーを失う
ことなく離れた場所に移動するように構成されている。
本発明の方法を実施できるようにする具体的な臨界的パ
ラメーターを示す前に、決定的な問題は本発明のく所謂
）「新規」遠隔励起方法が当業者により従来使用されて
いる遠隔励起方法とどのような点が相異するのかという
点である。その答えは追って詳述するが、本発明者らが
第１の導管を流れるエネルギー移送ガスと真空囲障内に
存在するバックグラウンド圧力との間の顕著な圧力差を
使用することである。上述のＬｕｃｏｖｓｋｙ及びＳｈ
ｉｍｉｚｕ両博士の研究並びに本発明者らに周知の他の
全研究路の文献に開示されている研究と異なるのは、こ
の圧力差である。残念ながら、考慮しなければならない
全堆積／エッチパラメーターにより、本明細書中に記載
する高流量の活性化核種を生成するために存在すべき圧
力差の数値を与えることは不可能であるが、他の遠隔励
起方法と区別する簡単な方法は２つ存在する。
ラメーターを示す前に、決定的な問題は本発明のく所謂
）「新規」遠隔励起方法が当業者により従来使用されて
いる遠隔励起方法とどのような点が相異するのかという
点である。その答えは追って詳述するが、本発明者らが
第１の導管を流れるエネルギー移送ガスと真空囲障内に
存在するバックグラウンド圧力との間の顕著な圧力差を
使用することである。上述のＬｕｃｏｖｓｋｙ及びＳｈ
ｉｍｉｚｕ両博士の研究並びに本発明者らに周知の他の
全研究路の文献に開示されている研究と異なるのは、こ
の圧力差である。残念ながら、考慮しなければならない
全堆積／エッチパラメーターにより、本明細書中に記載
する高流量の活性化核種を生成するために存在すべき圧
力差の数値を与えることは不可能であるが、他の遠隔励
起方法と区別する簡単な方法は２つ存在する。
本発明の励起方法では、圧力差が存在するため、励起核
種の雲により占められる体積は構造的な閉じ込めかなく
、電磁エネルギーが囲障内で作用する体積に限定されな
い。これとは極めて対照的に池の全遠隔又は直接励起方
法ではプラズマ領域及び堆積領域は実質的に等しい圧力
に維持されるので、工もルギー移送ガスの活性化核種の
プラズマにより占められる体積は、電磁エイ・ルギーに
より占められるスペースの体積と実質的に同一空間を占
めるように構造的な壁により制限される。当然のことな
がら、電磁界の体積に対するプラズマ体積のこの差は同
様に、エネルギー移送ガスの流束が電磁界の作用する距
離だけ排出されないようにするに十分な程度まで圧力に
依存する。本発明と従来技術の第２の差異は、エネルギ
ー移送ガスが囲障内に流入する際に通る第１の導管に絞
り条件を維持することである。この絞り条件はエネルギ
ー移送ガスの速度が遷音速となるように決定し、これに
より、活性化核種に方向運動量を与える。
種の雲により占められる体積は構造的な閉じ込めかなく
、電磁エネルギーが囲障内で作用する体積に限定されな
い。これとは極めて対照的に池の全遠隔又は直接励起方
法ではプラズマ領域及び堆積領域は実質的に等しい圧力
に維持されるので、工もルギー移送ガスの活性化核種の
プラズマにより占められる体積は、電磁エイ・ルギーに
より占められるスペースの体積と実質的に同一空間を占
めるように構造的な壁により制限される。当然のことな
がら、電磁界の体積に対するプラズマ体積のこの差は同
様に、エネルギー移送ガスの流束が電磁界の作用する距
離だけ排出されないようにするに十分な程度まで圧力に
依存する。本発明と従来技術の第２の差異は、エネルギ
ー移送ガスが囲障内に流入する際に通る第１の導管に絞
り条件を維持することである。この絞り条件はエネルギ
ー移送ガスの速度が遷音速となるように決定し、これに
より、活性化核種に方向運動量を与える。
動作中、本発明の方法は第１図について概括的に記載し
た型の真空囲障又はチャンバ内で実施される。真空囲障
はまず背圧に排気され、第１の導管の内側のエネルギー
移送ガスの実質的に遷音速の流量と和漢ってエネルギー
移送ガスの活性化核種のプラズマを点弧及び維持し、該
プラズマはパッシェン曲線の実質的な最小値で生じるよ
うに注意深く制御されている。従って、高流量のエネル
ギー移送ガスが定常に導入されるにも拘わらず、囲障を
低い背圧に排気するに十分強力なポンプを選択すること
が不可欠になる。−好適具体例によると、ポンプは囲障
を約５０ｔｏｒｒ未満、好ましくは約０．０１ｍｔｏｒ
ｒ〜１０ｍｔｏｒｒの背圧に排気及び維持することが可
能であるが、背圧を必ずしも所与の値に限定する必要は
ない。
た型の真空囲障又はチャンバ内で実施される。真空囲障
はまず背圧に排気され、第１の導管の内側のエネルギー
移送ガスの実質的に遷音速の流量と和漢ってエネルギー
移送ガスの活性化核種のプラズマを点弧及び維持し、該
プラズマはパッシェン曲線の実質的な最小値で生じるよ
うに注意深く制御されている。従って、高流量のエネル
ギー移送ガスが定常に導入されるにも拘わらず、囲障を
低い背圧に排気するに十分強力なポンプを選択すること
が不可欠になる。−好適具体例によると、ポンプは囲障
を約５０ｔｏｒｒ未満、好ましくは約０．０１ｍｔｏｒ
ｒ〜１０ｍｔｏｒｒの背圧に排気及び維持することが可
能であるが、背圧を必ずしも所与の値に限定する必要は
ない。
従って、各パラメーター（高流量の活性化核種が得られ
たら、遠隔位置から導入された前駆物質ｔ（ｆ−１／エ
ツチングガスの実質的に全部を多数の該活性化核種によ
り励起させる場合）は独立して制御できることを理解す
べきである。まず第１に、マイクロ波アプリケータパワ
ーは高流量の活性化核種を生成するように制御され得る
。第２に、構造的閉じ込めが存在せずしかもエネルギー
移送ガスの流束が遷音速であるので、活性化核種が衝突
ｉ＋ｔに達する前に壁と衝突することによる活性化核種
の損失は実質的になくなり、該活性化核種はイオン化核
種の寿命内で該衝突領域に移送される。
たら、遠隔位置から導入された前駆物質ｔ（ｆ−１／エ
ツチングガスの実質的に全部を多数の該活性化核種によ
り励起させる場合）は独立して制御できることを理解す
べきである。まず第１に、マイクロ波アプリケータパワ
ーは高流量の活性化核種を生成するように制御され得る
。第２に、構造的閉じ込めが存在せずしかもエネルギー
移送ガスの流束が遷音速であるので、活性化核種が衝突
ｉ＋ｔに達する前に壁と衝突することによる活性化核種
の損失は実質的になくなり、該活性化核種はイオン化核
種の寿命内で該衝突領域に移送される。
第３に、実質的な圧力差により前駆物質堆積／エツチン
グガスの逆拡散はなくなる。第４に、背圧が低いので平
均自由行程が長くなり、励起された堆積／エツチング核
種が基板上に堆積する前に該核種と池の全粒子とが多重
衝突しないようにできる。
グガスの逆拡散はなくなる。第４に、背圧が低いので平
均自由行程が長くなり、励起された堆積／エツチング核
種が基板上に堆積する前に該核種と池の全粒子とが多重
衝突しないようにできる。
具体的にいうと、真空囲障の内側には特にエネルギー移
送ガスが導入され、この導入は好ましくは遠端部に形成
された少なくとも１個のアパーチャを有する第１の導管
により得られる。アパーチャは典型的には約０．２５〜
３．Ｏｃ＋ｎの直径を有するように寸法決定され、ソレ
ノイドで操作されるアパーチャ減少構造及び／又は保護
オーバーコートを備え得、これらの２要素についてはい
ずれも上記に詳述した。
送ガスが導入され、この導入は好ましくは遠端部に形成
された少なくとも１個のアパーチャを有する第１の導管
により得られる。アパーチャは典型的には約０．２５〜
３．Ｏｃ＋ｎの直径を有するように寸法決定され、ソレ
ノイドで操作されるアパーチャ減少構造及び／又は保護
オーバーコートを備え得、これらの２要素についてはい
ずれも上記に詳述した。
エネルギー移送ガスは典型的には貴ガス、水素、メタン
、エツチングガス類、及びそれらの組み合わせから成る
群から選択される。好適具体例によると、エネルギー移
送ガスはヘリウムであり、ヘリウムは適当に励起される
と、長寿命の励起核種を生成する。更に、エネルギー移
送ガスは多数の希釈剤又はドーパントガスを含み得、そ
の非限定的な例は０２、ＮＨｓ、Ｎ２、ＮＨ，、］（２
、Ｃ１１，、Ｐ１１３、ＰＨ５、ＯＦ、、ＯＦ７、Ｂ２
Ｈ−１Ｂｌ１４及びそれらの組み合わせである。希釈剤
又はドーパントガスのＲ能は、堆積された膜に配合され
るべき元素源を提供することである。例えば、シリコン
：ゲルマニウム合金材料の薄膜を遠隔位置に配置した基
板上に堆積しているならば、膜はエネルギー移送ガスの
流束に少量の１ｌＦｚのようなｐ型ドーパントを加える
ことにより少し１］型にされ得る。あるいは、絶縁Ｓｉ
ｎ、材料の層を堆積する場合、エネルギー移送ガスの流
束に少量の酸素を配合することが必要である。組成に関
係なく、エネルギー移送ガスは該第１の導管を通って活
性化手段のすぐ近傍の点、例えば上記輻射マイクロ波ア
プリケータの内側に放出されることが重要である。
、エツチングガス類、及びそれらの組み合わせから成る
群から選択される。好適具体例によると、エネルギー移
送ガスはヘリウムであり、ヘリウムは適当に励起される
と、長寿命の励起核種を生成する。更に、エネルギー移
送ガスは多数の希釈剤又はドーパントガスを含み得、そ
の非限定的な例は０２、ＮＨｓ、Ｎ２、ＮＨ，、］（２
、Ｃ１１，、Ｐ１１３、ＰＨ５、ＯＦ、、ＯＦ７、Ｂ２
Ｈ−１Ｂｌ１４及びそれらの組み合わせである。希釈剤
又はドーパントガスのＲ能は、堆積された膜に配合され
るべき元素源を提供することである。例えば、シリコン
：ゲルマニウム合金材料の薄膜を遠隔位置に配置した基
板上に堆積しているならば、膜はエネルギー移送ガスの
流束に少量の１ｌＦｚのようなｐ型ドーパントを加える
ことにより少し１］型にされ得る。あるいは、絶縁Ｓｉ
ｎ、材料の層を堆積する場合、エネルギー移送ガスの流
束に少量の酸素を配合することが必要である。組成に関
係なく、エネルギー移送ガスは該第１の導管を通って活
性化手段のすぐ近傍の点、例えば上記輻射マイクロ波ア
プリケータの内側に放出されることが重要である。
活性化エネルギーはａ、ｃ、エネルギー、ｒ、ｆ、エネ
ルギー、マイクロ波エネルギー、光活性化エネルギー及
びそれらの組み合わせから選択され得るが、好適具体例
によると活性化エネルギーはマイクロ波であり、活性化
手段は真空囲障の内側に伸延する上記輻射マイクロ波導
波管のような輻射マイクロ波アプリゲータである。輻射
マイクロ波アプリケータは２．４５ＧＨｚの周波数で約
１〜１０キロワツトのマイクロ波パワーを供給するよう
に構成される。
ルギー、マイクロ波エネルギー、光活性化エネルギー及
びそれらの組み合わせから選択され得るが、好適具体例
によると活性化エネルギーはマイクロ波であり、活性化
手段は真空囲障の内側に伸延する上記輻射マイクロ波導
波管のような輻射マイクロ波アプリゲータである。輻射
マイクロ波アプリケータは２．４５ＧＨｚの周波数で約
１〜１０キロワツトのマイクロ波パワーを供給するよう
に構成される。
エネルギー移送ガスは第１の“導管のアパーチャからマ
イクロ波アプリケータの側壁に形成された開口を通り、
該アプリケータの中空内部の内側に少なくとも部分的に
配置された活性化領域に放出される。活性化領域はエネ
ルギー移送ガスの活性化核種の雲が形成される領域とし
て明確に規定される。囲障内の背圧に対して第１の導管
から排出される高流量のエネルギー移送ガスは更に、該
エネルギー移送ガスの活性化核種の雲により占められる
体積を制限するように機能する一連の同心円状等圧線を
規定する。
イクロ波アプリケータの側壁に形成された開口を通り、
該アプリケータの中空内部の内側に少なくとも部分的に
配置された活性化領域に放出される。活性化領域はエネ
ルギー移送ガスの活性化核種の雲が形成される領域とし
て明確に規定される。囲障内の背圧に対して第１の導管
から排出される高流量のエネルギー移送ガスは更に、該
エネルギー移送ガスの活性化核種の雲により占められる
体積を制限するように機能する一連の同心円状等圧線を
規定する。
エネルギー移送ガスは好ましくは少なくとも約１１００
５ＣＣ、より好ましくは約１００〜２０００ＳＣＣＨの
流量で第１の導管により放出される。こうして、囲障の
内側に存在する背圧（約５０ｔｏｒｒ未満、好ましくは
０ 、１〜１０＋＋１ ｔ ｏ ｒ ｒ ）と第１の導
管のアパーチャの近傍のエネルギーの圧力（この圧力は
約１０〜３０ｔｏｒｒ程度であり得る）との間に少なく
とも約５分の１の好適圧力比を維持することが可能であ
る。任意の所与の等圧線内の圧力が第１の導管のアパー
チャからの距離と共に減少することは明白である。従っ
て、任意の所与のパワーでは、パッシェン曲線の傾きは
活性化領域の圧力決定境界線を提供する。
５ＣＣ、より好ましくは約１００〜２０００ＳＣＣＨの
流量で第１の導管により放出される。こうして、囲障の
内側に存在する背圧（約５０ｔｏｒｒ未満、好ましくは
０ 、１〜１０＋＋１ ｔ ｏ ｒ ｒ ）と第１の導
管のアパーチャの近傍のエネルギーの圧力（この圧力は
約１０〜３０ｔｏｒｒ程度であり得る）との間に少なく
とも約５分の１の好適圧力比を維持することが可能であ
る。任意の所与の等圧線内の圧力が第１の導管のアパー
チャからの距離と共に減少することは明白である。従っ
て、任意の所与のパワーでは、パッシェン曲線の傾きは
活性化領域の圧力決定境界線を提供する。
更に、第４図から明らかなように、所与の体積の雲の内
側のエネルギー移送ガスの活性化核種の圧力は、該核種
からプラズマを形成するために加えなければならないパ
ワーレベルを決定する。この点に関して、第４図は可変
体積を占めるプラズマを点弧及び維持するための一連の
別々のパッシェン曲線（番号１〜４）を示す。第４図の
グラフの横座（票に沿って所与の等圧線内のエネルギー
移送ガスの活性化核種の圧力をｍｍ１ｌＨ（１ｕ＋Ｉ＊
Ｈｇ＝ １ｔｏｒｒ）でプロットシ、根座標に沿って印
加電界（Ｖ／ｃｎ＋）をプロワＩ・した。各パッシェン
曲線は所与の体積の雲に固有である。例えば曲線１はほ
ぼ球形の雲に必要な圧力／パワー条件を表し、雲の体積
は直径（Ｌ）を２ 、５４ｃｍとして計算することがで
きる。最小の効率で運転することが重要であるのみなら
ず、パッシェン曲線の最小値で運転すると曲線から離れ
たりプラズマを消弧させたすせずに圧力変化を少なくす
ることができる。
側のエネルギー移送ガスの活性化核種の圧力は、該核種
からプラズマを形成するために加えなければならないパ
ワーレベルを決定する。この点に関して、第４図は可変
体積を占めるプラズマを点弧及び維持するための一連の
別々のパッシェン曲線（番号１〜４）を示す。第４図の
グラフの横座（票に沿って所与の等圧線内のエネルギー
移送ガスの活性化核種の圧力をｍｍ１ｌＨ（１ｕ＋Ｉ＊
Ｈｇ＝ １ｔｏｒｒ）でプロットシ、根座標に沿って印
加電界（Ｖ／ｃｎ＋）をプロワＩ・した。各パッシェン
曲線は所与の体積の雲に固有である。例えば曲線１はほ
ぼ球形の雲に必要な圧力／パワー条件を表し、雲の体積
は直径（Ｌ）を２ 、５４ｃｍとして計算することがで
きる。最小の効率で運転することが重要であるのみなら
ず、パッシェン曲線の最小値で運転すると曲線から離れ
たりプラズマを消弧させたすせずに圧力変化を少なくす
ることができる。
例えば、パッシェン曲線１の実質的な最小値（運転のた
めの最大効率条件）で運転するためには、約１０ｔｏｒ
ｒの圧力及び約４０ Ｖ ／ ｃ Ｉｎのパワーレベル
が必要である。運転に適正な圧力−パワー条件の選択に
あたり、パッシェン曲線の別々の連続体から離れた適正
な体積の雲及び／又はアパーチャ寸法を選択することが
必要であることに留意されたい。
めの最大効率条件）で運転するためには、約１０ｔｏｒ
ｒの圧力及び約４０ Ｖ ／ ｃ Ｉｎのパワーレベル
が必要である。運転に適正な圧力−パワー条件の選択に
あたり、パッシェン曲線の別々の連続体から離れた適正
な体積の雲及び／又はアパーチャ寸法を選択することが
必要であることに留意されたい。
この体積の選択にあたっては、第２図に明示するように
、活性化核種の雲２３１は複数の実質的に同心円状で実
質的に球形の等圧線（例えば２３１ａ−２３１ｃ）から
形成される。囲障に導入されるエネルギー移送ガスの圧
力はアパーチャ２２６の口の導入点から所与の径方向距
雛にわたって背圧と実質的に等価にされることを理解す
Ｉ＼きである。例えば、内側球形等圧線は１０Ｌｏｒｒ
の圧力降下を表し、球形等圧線及び外側顆粒等圧線２３
１ｃとの間に規定される環状等圧線は同様に１０ ｔ
ｏ ｒ ｒの別の圧力降下を表し、以下、圧力差が等し
くなるまて同様である。当然のことながら、圧力差が十
分小さくなると雲の境界が規定され、活性化核種の密度
は活性化核種のハックグラウンド密度に融合する。
、活性化核種の雲２３１は複数の実質的に同心円状で実
質的に球形の等圧線（例えば２３１ａ−２３１ｃ）から
形成される。囲障に導入されるエネルギー移送ガスの圧
力はアパーチャ２２６の口の導入点から所与の径方向距
雛にわたって背圧と実質的に等価にされることを理解す
Ｉ＼きである。例えば、内側球形等圧線は１０Ｌｏｒｒ
の圧力降下を表し、球形等圧線及び外側顆粒等圧線２３
１ｃとの間に規定される環状等圧線は同様に１０ ｔ
ｏ ｒ ｒの別の圧力降下を表し、以下、圧力差が等し
くなるまて同様である。当然のことながら、圧力差が十
分小さくなると雲の境界が規定され、活性化核種の密度
は活性化核種のハックグラウンド密度に融合する。
囲障の真空化後、輻射マイクロ波アプリケータによりマ
イクロ波エネルギーの電磁界を印加し、十分な流量のエ
ネルギー移送ガスを導入すると、（囲障内の背圧及び電
磁界のパワーと和漢って）活性化領域内に存在する高密
度のエネルギー移送ガスから活性化核種のプラズマが点
弧され、エネルギー移送ガスの活性化核種は第１図に示
す衝突領域６５に向かって移動する。エネルギー移送ガ
スの活性化核種は実際に、第１の導管から排出されるエ
ネルギー移送ガスの高流量により衝突領域に向かって駆
動される。流量がエネルギー移送ガスに割り当てる速度
は少なくとも初速度が遷音速であり、いずれにせよ、少
なくとも該活性化核種の熱速度と同一の大きさでなけれ
ばならない。換言するならば、エネルギー移送ガスに割
り当てられる方向運動量が実質的に熱速度と同−又はそ
れ以上でないならば、方向運動量は囲障内に存在する低
い背圧中で失われる。
イクロ波エネルギーの電磁界を印加し、十分な流量のエ
ネルギー移送ガスを導入すると、（囲障内の背圧及び電
磁界のパワーと和漢って）活性化領域内に存在する高密
度のエネルギー移送ガスから活性化核種のプラズマが点
弧され、エネルギー移送ガスの活性化核種は第１図に示
す衝突領域６５に向かって移動する。エネルギー移送ガ
スの活性化核種は実際に、第１の導管から排出されるエ
ネルギー移送ガスの高流量により衝突領域に向かって駆
動される。流量がエネルギー移送ガスに割り当てる速度
は少なくとも初速度が遷音速であり、いずれにせよ、少
なくとも該活性化核種の熱速度と同一の大きさでなけれ
ばならない。換言するならば、エネルギー移送ガスに割
り当てられる方向運動量が実質的に熱速度と同−又はそ
れ以上でないならば、方向運動量は囲障内に存在する低
い背圧中で失われる。
衝突領域の位置は遠端部に配置された少なくとも１個の
アパーチャを有する第２の導管により規定され、該導管
の遠端部は真空囲障の内側に伸延し、基板のごく近傍に
到達する。第２の導管の機能は、エネルギー移送ガスの
活性化核種が前駆物質ガスと相互作用して賦活堆積／エ
ツチング核種を生成するように、前駆物質堆積／エツチ
ングガスを衝突領域に供給することである。衝突領域に
供給される好適な前駆物質堆積ガスの非限定的な１シ１
１は、シリコン含有ガス、ゲルマニウム含有ガス、炭素
含有ガス及びこれらの組み合わせである。好適なエツチ
ングガスにはＮＦｆｆ、ＣＦ４、フルオロカーボン、ク
ロロカーボン、及びこれらの組み合わせがある。前駆物
質堆積／エツチングガスは典型的には少なくとも約１１
０５ＣＣ、好ましくは約１０〜Ｚｏ。
アパーチャを有する第２の導管により規定され、該導管
の遠端部は真空囲障の内側に伸延し、基板のごく近傍に
到達する。第２の導管の機能は、エネルギー移送ガスの
活性化核種が前駆物質ガスと相互作用して賦活堆積／エ
ツチング核種を生成するように、前駆物質堆積／エツチ
ングガスを衝突領域に供給することである。衝突領域に
供給される好適な前駆物質堆積ガスの非限定的な１シ１
１は、シリコン含有ガス、ゲルマニウム含有ガス、炭素
含有ガス及びこれらの組み合わせである。好適なエツチ
ングガスにはＮＦｆｆ、ＣＦ４、フルオロカーボン、ク
ロロカーボン、及びこれらの組み合わせがある。前駆物
質堆積／エツチングガスは典型的には少なくとも約１１
０５ＣＣ、好ましくは約１０〜Ｚｏ。
５ＣＣＨの流量で衝突領域に供給されるが、好適な流量
は約２５〜１１００５ＣＣ、最適な流量は約４０ＳＣＣ
Ｍである。
は約２５〜１１００５ＣＣ、最適な流量は約４０ＳＣＣ
Ｍである。
衝突領域において、エネルギー移送ガス（即ちヘリウム
）の活性化核種は次のように前駆物質堆積種く即ちシラ
ン）と相互作用する。
）の活性化核種は次のように前駆物質堆積種く即ちシラ
ン）と相互作用する。
１１ｅ＊＋５ｉ１１＜−５ｉｌｌｓ＋ＩＩ＋Ｈｅ生成さ
れたＳｉＨ本及びＨは次に衝突領域から移動し、賦活堆
頂種の平均自由行程の長さの範囲内にある衝突領域から
所定の距離に配置された基板の露出表面りに堆積される
。賦活堆積核種の平均自由行程は試活堆１１（又はエツ
チング）核種が他の決定された堆晶と衝突せずに移動し
得る距離であり、堆積速度は選択され、エネルギー移送
ガスの活性化核種の所与の体積の雲を点弧するのに決定
的な池のパラメーターの各々も同様に決定される。上述
のように経験によると、第１の導管を流れるエネルギー
移送ガスのＦａｌｋは、約１００ｃｍ”の表面積を有す
る基板に賦活堆積核種を均一に堆積するためにはエネル
ギー移送ガスと真空囲障の背圧との間に少なくとも約５
倍の圧力差を形成するに十分な流量でなければならない
。こうして、平均自由行程の必要な長さが知見されると
、背圧を選択することができ、この背圧は、背圧と第１
の導管内の流れとの間に顕著な圧力差を維持するために
エネルギー移送ガスを囲障に導入しなければならない流
量の可能な範囲を決定する。これは同様に、エネルギー
移送ガスの該流量で遷音速の流束を供給するアパーチャ
寸法も決定する。
れたＳｉＨ本及びＨは次に衝突領域から移動し、賦活堆
頂種の平均自由行程の長さの範囲内にある衝突領域から
所定の距離に配置された基板の露出表面りに堆積される
。賦活堆積核種の平均自由行程は試活堆１１（又はエツ
チング）核種が他の決定された堆晶と衝突せずに移動し
得る距離であり、堆積速度は選択され、エネルギー移送
ガスの活性化核種の所与の体積の雲を点弧するのに決定
的な池のパラメーターの各々も同様に決定される。上述
のように経験によると、第１の導管を流れるエネルギー
移送ガスのＦａｌｋは、約１００ｃｍ”の表面積を有す
る基板に賦活堆積核種を均一に堆積するためにはエネル
ギー移送ガスと真空囲障の背圧との間に少なくとも約５
倍の圧力差を形成するに十分な流量でなければならない
。こうして、平均自由行程の必要な長さが知見されると
、背圧を選択することができ、この背圧は、背圧と第１
の導管内の流れとの間に顕著な圧力差を維持するために
エネルギー移送ガスを囲障に導入しなければならない流
量の可能な範囲を決定する。これは同様に、エネルギー
移送ガスの該流量で遷音速の流束を供給するアパーチャ
寸法も決定する。
所与の背圧でエネルギー移送ガスの流量の使用可能な範
囲を考慮すると、第４図のパッシェン曲線に戻り、所与
の体積の活性化核種で運転するために最適なパワー／圧
力条件を決定することができる。所与のパワー／圧力／
アパーチャ寸法条件では、活性化核種を形成するために
励起されたエネルギー移送ガスの近似百分率を決定する
ことが可能である（例えばＨｅがＨｅ車活性化核種に助
長される典型的な範囲は１〜５％である）。この百分率
が分かると、作業者は衝突領域に流入する前駆物質堆積
／エツチングガスの流量を調節することができ、こうし
て賦活堆積核種と前駆物質堆積／エツチングガスの間の
多重の衝突の可能性を避けるためにＩＩｅ車と前駆物質
ガス分子の比を最大にすることができる。
囲を考慮すると、第４図のパッシェン曲線に戻り、所与
の体積の活性化核種で運転するために最適なパワー／圧
力条件を決定することができる。所与のパワー／圧力／
アパーチャ寸法条件では、活性化核種を形成するために
励起されたエネルギー移送ガスの近似百分率を決定する
ことが可能である（例えばＨｅがＨｅ車活性化核種に助
長される典型的な範囲は１〜５％である）。この百分率
が分かると、作業者は衝突領域に流入する前駆物質堆積
／エツチングガスの流量を調節することができ、こうし
て賦活堆積核種と前駆物質堆積／エツチングガスの間の
多重の衝突の可能性を避けるためにＩＩｅ車と前駆物質
ガス分子の比を最大にすることができる。
真に公平な見方で本発明の重要性を確認するために、本
発明者らは本明細書中に開示した原理を使用して（１）
４５０人／秒（ｒ、ｆ 、ＰＥＣＶＤ法の１０２倍、マ
イクロ波法の５倍）程度の高速度で高品質のアモルファ
スシリコン合金材料を堆積し、（２）１０’〜１０５倍
の光導電率を示すシリコン合金材料を堆積し、約１０１
６個／ｃｍ−’／ｅＶの欠陥数の欠陥状態密度を有する
シリコン合金材料を堆積した。本発明者らの信じるとこ
ろでは、材ＩＩの品質はスパッタした導波管又はグラフ
ァイト材料の量を減らすような改良が実行されるにつれ
て改善され続けよう。例えば、マイクロ波アプリケータ
の切除部分は堆積膜中の銅の存在を減らすようにニッケ
ルめっきした。こうすると改良された膜品質が得られる
。
発明者らは本明細書中に開示した原理を使用して（１）
４５０人／秒（ｒ、ｆ 、ＰＥＣＶＤ法の１０２倍、マ
イクロ波法の５倍）程度の高速度で高品質のアモルファ
スシリコン合金材料を堆積し、（２）１０’〜１０５倍
の光導電率を示すシリコン合金材料を堆積し、約１０１
６個／ｃｍ−’／ｅＶの欠陥数の欠陥状態密度を有する
シリコン合金材料を堆積した。本発明者らの信じるとこ
ろでは、材ＩＩの品質はスパッタした導波管又はグラフ
ァイト材料の量を減らすような改良が実行されるにつれ
て改善され続けよう。例えば、マイクロ波アプリケータ
の切除部分は堆積膜中の銅の存在を減らすようにニッケ
ルめっきした。こうすると改良された膜品質が得られる
。
明細書の記載を終えるに当たり、維持しなければならな
い「臨界的」圧力差及び本発明の方法を使用することに
より可能になる「臨界的」な堆積速度はむしろ任意に選
択できることをもう一度強調しなければならない。圧力
差は背圧、基板の寸法、第１の導管のアパーチャの寸法
、供給されるパワーの量、使用されるガス等のようなパ
ラメーターに依存するので、普遍的な値を計算すること
はできない。「約５分の１」という値は実質的に普遍的
な真理を与えるに十分なので、請求の範囲では「約５分
のｌ」という数値を選択及び使用した。しかしながら、
本発明はこのような具体的な数値により限定されず、明
細書中に支持されるような広い原理によってのみ限定さ
れることを強調しておく。
い「臨界的」圧力差及び本発明の方法を使用することに
より可能になる「臨界的」な堆積速度はむしろ任意に選
択できることをもう一度強調しなければならない。圧力
差は背圧、基板の寸法、第１の導管のアパーチャの寸法
、供給されるパワーの量、使用されるガス等のようなパ
ラメーターに依存するので、普遍的な値を計算すること
はできない。「約５分の１」という値は実質的に普遍的
な真理を与えるに十分なので、請求の範囲では「約５分
のｌ」という数値を選択及び使用した。しかしながら、
本発明はこのような具体的な数値により限定されず、明
細書中に支持されるような広い原理によってのみ限定さ
れることを強調しておく。
以上の記載は単に本発明の詳細な説明することを目的と
しており、発明の実施を制限する意図はない乙のと理解
されたい。本発明の真の範囲を規定するものは、特許請
求の範囲とその全等価物である。
しており、発明の実施を制限する意図はない乙のと理解
されたい。本発明の真の範囲を規定するものは、特許請
求の範囲とその全等価物である。
第１図は、励起堆積核種を生成し、該堆積核種を離して
配置された基板の表面に堆積するために、エネルギー移
送ガスの活性化核種の雲が前駆物質堆積ガスと衝突する
ように導かれる本発明の真空囲障の内側を示す一部切欠
斜視図、第２図はエネルギー移送ガスが囲障に導入され
る際に通る第１の導管の位置をマイクロ″波アプリケー
タに対して示す拡大一部切欠横断面図、第３図は第２図
に示した第１の導管及びマイクロ波アプリケータの拡大
一部切欠側面図であり、該第１の導管は該アプリケータ
の内側にほぼ半分まで伸延するように変形されている図
、第４図は異なる体積の活性化核種の雲の変形パッシェ
ン曲線のグラフであり、曲線は横座標に圧力、縦座標に
パワーを示しており、パッシェン曲線はＩ’ｈ ５ｉｃ
ａｌ Ｒｅｖｉｅｗ、 Ｖｏｌ、 ７５゜ｐ、 ４１１
． （１９４９）に所収の＾、Ｄ、 ＭａｃＤｏｎａｌ
ｄ及びＳ、Ｃ。 Ｂｒｏｕ＋ｎの論文から再現した。 １２・・・・・・囲障、＾・・・・・・エネルギー移送
ガス、２６，２２６゜３２６・・・・・・アパーチャ、
２４，２２４，３２４・・・・・・第１の導管、３４．
２３１，３３１・・・・・・活性化核種の高密度の雲、
３６・・・・・・活性化領域、５０・・・・・・基板手
段、６０１・・・・・・第２の導管、６２・・・・・・
導入点、６５・・・・・・衝突領域、２２８，３２８・
・・・・・冷却手段。
配置された基板の表面に堆積するために、エネルギー移
送ガスの活性化核種の雲が前駆物質堆積ガスと衝突する
ように導かれる本発明の真空囲障の内側を示す一部切欠
斜視図、第２図はエネルギー移送ガスが囲障に導入され
る際に通る第１の導管の位置をマイクロ″波アプリケー
タに対して示す拡大一部切欠横断面図、第３図は第２図
に示した第１の導管及びマイクロ波アプリケータの拡大
一部切欠側面図であり、該第１の導管は該アプリケータ
の内側にほぼ半分まで伸延するように変形されている図
、第４図は異なる体積の活性化核種の雲の変形パッシェ
ン曲線のグラフであり、曲線は横座標に圧力、縦座標に
パワーを示しており、パッシェン曲線はＩ’ｈ ５ｉｃ
ａｌ Ｒｅｖｉｅｗ、 Ｖｏｌ、 ７５゜ｐ、 ４１１
． （１９４９）に所収の＾、Ｄ、 ＭａｃＤｏｎａｌ
ｄ及びＳ、Ｃ。 Ｂｒｏｕ＋ｎの論文から再現した。 １２・・・・・・囲障、＾・・・・・・エネルギー移送
ガス、２６，２２６゜３２６・・・・・・アパーチャ、
２４，２２４，３２４・・・・・・第１の導管、３４．
２３１，３３１・・・・・・活性化核種の高密度の雲、
３６・・・・・・活性化領域、５０・・・・・・基板手
段、６０１・・・・・・第２の導管、６２・・・・・・
導入点、６５・・・・・・衝突領域、２２８，３２８・
・・・・・冷却手段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）比較的高い堆積速度で高品質の薄膜を作製する方
法であって、囲障を準備する段階と、該囲障の内側を大
気圧以下の背圧に維持する段階と、第１の導管に形成さ
れた少なくとも１個のアパーチャを通って該囲障の内側
にエネルギー移送ガスを導入する段階と、該エネルギー
移送ガスを活性化領域で活性化させ、該エネルギー移送
ガスから活性化核種の高密度の雲を形成する段階と、電
子の損傷を実質的に阻止するのに十分な距離を該活性化
領域から隔てるように該囲障の内側に基板手段を作動的
に配置する段階とを含んでおり、該第１の導管のアパー
チャの近傍の圧力と該囲障内の背圧との間に実質的な圧
力差が維持されるように、該第１の導管を流れるエネル
ギー移送ガスを局所的に高圧にするべく該第１の導管の
アパーチャの近傍に絞り条件を形成することを特徴とす
る前記方法。 （２）比較的高い堆積速度で高品質の薄膜を作製する方
法であって、囲障を準備する段階と、該囲障の内側を大
気圧以下の背圧に維持する段階と、第１の導管に形成さ
れた少なくとも１個のアパーチャを通って該囲障の内側
にエネルギー移送ガスを導入する段階と、該エネルギー
移送ガスを活性化領域で活性化させ、該エネルギー移送
ガスから活性化核種の高密度の雲を形成する段階と、該
高密度の活性化核種が前駆物質堆積ガスと衝突し、該前
駆物質堆積ガスの高密度の励起堆積核種が生成される衝
突領域を規定するように、該活性化領域から離して配置
された導入点で、第２の導管を通つて該囲障の内側に該
前駆物質堆積ガスを導入する段階と、電子の損傷を実質
的に阻止するのに十分な距離を該活性化領域から隔てる
ように該囲障の内側に基板手段を作動的に配置する段階
とを含んでおり、該第１の導管のアパーチャの近傍の圧
力と該囲障内の背圧との間に実質的な圧力差が維持され
るように、該第１の導管を流れるエネルギー移送ガスを
局所的に高圧にするべく該第１の導管のアパーチャの近
傍にチョーク条件を形成することを特徴とする前記方法
。 （３）該アパーチャの近傍における該エネルギー移送ガ
スの圧力を、パッシェン曲線の実質的な最小値に相当す
るパワー−圧力−アパーチャ寸法条件で該エネルギー移
送ガスからプラズマを点弧するために十分な圧力にする
ように、該第１の導管を流れるエネルギー移送ガスの流
量を選択する段階を更に含んでいる請求項２に記載の方
法。 （４）該アパーチャの近傍における電子の滞留時間を延
ばし、これに伴って該アパーチャの近傍における該活性
化核種の密度を増加させる段階を更に含んでいる請求項
２に記載の方法。 （５）該アパーチャの近傍における該電子の滞留時間を
延ばすために磁界を形成する段階を更に含んでいる請求
項４に記載の方法。 （６）該第１の導管を冷却する手段を準備する段階を更
に含んでいる請求項２に記載の方法。 （７）主に水素、貴ガス、ＣＨ＿４及びそれらの組み合
わせから構成される群から該エネルギー移送ガスを選択
する段階を更に含んでいる請求項２に記載の方法。 （８）主にシリコン含有ガス、炭素含有ガス、ゲルマニ
ウム含有ガス、及びそれらの組み合わせから構成される
群から前駆物質堆積ガスを選択する段階を更に含んでい
る請求項２に記載の方法。 （９）該エネルギー移送ガスの活性化核種により等圧線
の雲が形成されるように、該囲障内の背圧を該第１の導
管のアパーチャの近傍の圧力の少なくとも５分の１に維
持する段階を更に含んでいる請求項２に記載の方法。 （１０）背圧と該第１の導管のアパーチャの近傍の圧力
との間の圧力差を調節することにより、該活性化核種の
雲の体積を調節する段階を更に含んでいる請求項２に記
載の方法。（１１）所与のエネルギー移送ガスのパッシ
ェン曲線の実質的な最小値が現れる圧力の約２分の１の
等圧線を該第１の導管のアパーチャ部分の近傍に維持す
る段階を更に含んでいる請求項１に記載の方法。 （１２）最初に実質的に遷音速であるような速度を該活
性化核種に与える段階を更に含んでいる請求項２に記載
の方法。 （１３）比較的高い堆積速度で高品質の薄膜を作製する
方法であって、囲障を準備する段階と、該囲障の内側を
大気圧以下の背圧に維持する段階と、第１の導管に形成
された少なくとも１個のアパーチャを通って該囲障の内
側にエネルギー移送ガスを導入する段階と、該エネルギ
ー移送ガスを活性化領域内で活性化させ、該エネルギー
移送ガスから活性化核種の高密度の雲を形成する段階と
、該高密度の活性化核種が前駆物質堆積ガスと衝突し、
該前駆物質堆積ガスの高密度の励起堆積核種が生成され
る衝突領域を規定するように、該活性化領域から離して
配置された導入点で、第２の導管を通つて該囲障の内側
に該前駆物質堆積ガスを導入する段階と、電子の損傷を
実質的に阻止するのに十分な距離を該活性化領域から隔
てるように該囲障の内側に基板手段を作動的に配置する
段階とを含んでおり、該エネルギー移送ガスの活性化核
種により等圧線の雲が形成されるように、該囲障内の背
圧を該第１の導管のアパーチャの近傍の圧力の少なくと
も５分の１に維持することを特徴とする前記方法。 （１４）比較的高い堆積速度で高品質の薄膜を作製する
方法であって、囲障を準備する段階と、該囲障の内側を
大気圧以下の背圧に維持する段階と、第１の導管に形成
された少なくとも１個のアパーチャを通って該囲障の内
側にエネルギー移送ガスを導入する段階と、活性化領域
で該エネルギー移送ガスに電磁界を印加し、活性化核種
の雲を形成する段階と、該活性化核種が前駆物質堆積ガ
スと衝突し、該前駆物質堆積ガスの高密度の励起堆積核
種が生成される衝突領域を規定するように、活性化領域
から離れた第２の導管を通って該囲障に該前駆物質堆積
ガスを導入する段階と、該励起堆積核種を堆積するため
に該衝突領域の近傍に基板手段を作動的に配置する段階
とを含んでおり、構造的又は磁気的に閉じ込めることな
く、該エネルギー移送ガスの活性化核種の該雲により占
められる体積を限定することを特徴とする前記方法。 （１５）背圧と該第１の導管のアパーチャの近傍の圧力
との圧力差を調節することにより、該活性化核種の雲に
より占められる体積を調節する段階を更に含んでいる請
求項１４に記載の方法。 （１６）エネルギー移送ガスから高流量の活性化核種を
生成する方法であって、囲障を準備する段階と、該囲障
の内側を大気圧以下の背圧に維持する段階と、第１の導
管に形成された少なくとも１個のアパーチャを通って該
囲障の内側にエネルギー移送ガスを導入する段階と、該
エネルギー移送ガスを活性化領域内で活性化させ、該エ
ネルギー移送ガスから活性化核種の流束を形成する段階
と、該囲障の内側で該活性化領域から離れた位置に基板
手段を作動的に配置する段階とを含んでおり、該第１の
導管のアパーチャの近傍の圧力と該囲障内の背圧との圧
力差を少なくとも５倍に設定することを特徴とする前記
方法。 （１７）該アパーチャの近傍における該エネルギー移送
ガスの圧力を、パッシェン曲線の実質的な最小値に相当
するパワー−圧力−アパーチャ寸法条件で該エネルギー
移送ガスからプラズマを点弧するために十分な圧力にす
るように、該第１の導管を流れるエネルギー移送ガスの
流量を選択する段階を更に含んでいる請求項１６に記載
の方法。 （１８）該エネルギー移送ガスを高圧にするために該ア
パーチャの近傍に絞りを形成するべく該アパーチャの寸
法を第１の導管の寸法よりも小さくする段階を更に含ん
でいる請求項１７に記載の方法。 （１９）該アパーチャの近傍における電子の滞留時間を
延ばし、これに伴って該アパーチャの近傍における該活
性化核種の密度を増加させる段階を更に含んでいる請求
項１８に記載の方法。 （２０）主に水素、貴ガス、ＣＨ＿４、ＣＦ＿４及びそ
れらの組み合わせから構成される群から該エネルギー移
送ガスを選択する段階を更に含んでいる請求項１６に記
載の方法。（２１）エネルギー移送ガスから活性化核種
の流束を生成する方法であって、囲障を準備する段階と
、該囲障の内側を大気圧以下の背圧に維持する段階と、
第１の導管に形成された少なくとも１個のアパーチャを
通って該囲障の内側にエネルギー移送ガスを導入する段
階と、活性化領域で該エネルギー移送ガスを活性化させ
、該エネルギー移送ガスから活性化核種の雲を形成する
段階と、該囲障の内側で該活性化領域から離れた位置に
基板手段を作動的に配置する段階とを含んでおり、構造
的又は磁気的に閉じ込めることなく、該エネルギー移送
ガスの活性化核種の該雲により占められる体積を限定す
ることを特徴とする前記方法。 （２２）該エネルギー移送ガスの高圧の雲を形成するた
めに該第１の導管の該アパーチャの近傍に絞りを形成す
る段階を更に含んでいる請求項２１に記載の方法。 （２３）背圧と該第１の導管のアパーチャの近傍の圧力
との間の圧力差を調節することにより、活性化核種の該
雲の体積を調節する段階を更に含んでいる請求項２１に
記載の方法。 （２４）最初に実質的に遷音速であるような速度を該活
性化核種に与える段階を更に含んでいる請求項２１に記
載の方法。 （２５）エネルギー移送ガスから活性化核種の流束を生
成する方法であって、囲障を準備する段階と、該囲障の
内側を大気圧以下の背圧に維持する段階と、第１の導管
に形成された少なくとも１個のアパーチャを通って該囲
障の内側にエネルギー移送ガスを導入する段階と、活性
化領域で該エネルギー移送ガスを活性化させ、該エネル
ギー移送ガスから活性化核種の雲を形成する段階とを含
んでおり、該活性化領域を構造的又は磁気的に閉じ込め
ずに該活性化領域の実質的に明確な境界を規定するよう
に、該第１の導管を流れる該エネルギー移送ガスの流れ
を実質的に遷音速に設定することを特徴とする前記方法
。 （２６）該エネルギー移送ガスの高密度の雲を形成する
ために該アパーチャの近傍に絞りを形成するべく該アパ
ーチャの寸法を第１の導管の寸法よりも小さくする段階
を更に含んでいる請求項２５に記載の方法。 （２７）マイクロ波エネルギーを使用して該エネルギー
移送ガスを活性化させる段階を更に含んでいる請求項２
５に記載の方法。 （２８）該エネルギー移送ガスの活性化核種により等圧
線の雲が形成されるように、該囲障内の背圧を該第１の
導管のアパーチャの近傍の圧力の少なくとも５分の１に
維持する段階を更に含んでいる請求項２５に記載の方法
。 （２９）該囲障の内側に基板手段を作動的に配置する段
階と、該囲障内の背圧に対して該第１の導管を流れる該
エネルギー移送ガスの流量を、該エネルギー移送ガスの
該活性化核種を基板手段の表面と直接又は間接的に反応
させるように該活性化核種に方向運動量を与えるような
流量にする段階とを更に含んでいる請求項２５に記載の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US199062 | 1988-05-24 | ||
| US07/199,062 US4883686A (en) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | Method for the high rate plasma deposition of high quality material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0219471A true JPH0219471A (ja) | 1990-01-23 |
| JP2854603B2 JP2854603B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=22736050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1132506A Expired - Fee Related JP2854603B2 (ja) | 1988-05-26 | 1989-05-25 | 薄膜を作製する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4883686A (ja) |
| EP (1) | EP0343355B1 (ja) |
| JP (1) | JP2854603B2 (ja) |
| KR (1) | KR0136863B1 (ja) |
| CA (1) | CA1339914C (ja) |
| DE (1) | DE68911373T2 (ja) |
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