JPH02197577A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH02197577A
JPH02197577A JP24163389A JP24163389A JPH02197577A JP H02197577 A JPH02197577 A JP H02197577A JP 24163389 A JP24163389 A JP 24163389A JP 24163389 A JP24163389 A JP 24163389A JP H02197577 A JPH02197577 A JP H02197577A
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Tsunenobu Kimoto
恒暢 木本
Shoji Nakagama
詳治 中釜
Nobuhiko Fujita
藤田 順彦
Takashi Oishi
剛史 大石
Yoshio Hashizaki
土崎 良雄
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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】 【産業上の利用分野】
この発明は、マイクロ波プラズマCVD法による半導体
膜、絶縁体膜の形成方法に関する。
【従来の技術】
薄膜形成方法としてCVD法がよく使われる。 これは原料ガスを励起して、気相反応を起こさせ基板の
上に薄膜を形成するものである。 励起エネルギーとして最もよく使われるのは熱である。 しかし、基板によっては加熱温度を十分に上げられない
ものがあって、万能ではない。 励起源として光を用いるものもある。これは光源に良い
ものがなく、効率もよくない。 プラズマをつかうものは基板加熱温度が比較的低く、広
範囲で利用されている。特にアモルファスシリコン薄膜
には主としてプラズマcVDが使われる。 現在プラズマCVD法では、 13.58MHzの高周
波(RF)グロー放電が一般的に用いられている。 しかしこの方法では膜の堆積速度が遅い。高々数十A/
sである。このため、太陽電池、電子写真感光体のよう
に大規模な基板、基体にたいする適用が進捗していない
。 一方、プラズマの励起源として、高周波(RF)に代え
て、マイクロ波を用いるものがある。例えば2.45G
Hzのマイクロ波によって、原料ガスを励起し、プラズ
マとする。 マイクロ波プラズマCVD法は高周波グロー放電よりも
、高密度のプラズマが得られる。したがって、ダイヤモ
ンドやBN薄膜等の気相合成法として用いられる。また
a−8i薄膜の作製に於いてもより高い堆積速度かえら
れる。 これは、真空チャンバに原料ガスを通し、誘電率の小さ
な窓を通してマイクロ波を導入する。マイクロ波は真空
チャンバの幾何学的形状に従ったモードで存在する。
【発明が解決しようとする課題】
マイクロ波プラズマCVD法では、真空チャンバの幾何
学的な形状によりモードが決まる。 長手方向にマイクロ波を入れるので、入射波と反射波の
干渉により定在波ができる。 第2図に真空チャンバ内での、長手方向の平均電界強度
を、終端面からの距離の関数として示している。λ6は
管内波長である。真空チャンバの終端面は導体であるの
で、電界はOである。定在波が出来て、管内波長λ、の
1/2の整数倍で電界最少(節)の点ができる。これよ
り1/4波長ずれたところに電界最大の点(腹)が生ず
る。 マイクロ波によって励起されるプラズマの密度がマイク
ロ波の電界強度によるので、プラズマの空間密度が著し
く不均一になる。原料ガスの気相反応もプラズマ密度に
よるので、堆積速度が長手方向に不均一になってしまう
。 平面状の基板であれば、長手方向の不均一性は問題では
ないが、面方向の不均一性により大面積基板の均一堆積
に問題があった。また円筒、円柱、角柱、角筒など、三
次元的な広がりをもつ基体に薄膜形成する場合、これは
深刻な問題である。 定在波の影響を軽減するために、可変短絡板を設け、こ
れを移動させるという方法が提案されている。しかしこ
れは十分な効果を挙げていない。 マイクロ波プラズマCVD法において、長手方向のマイ
クロ波不均−を解消し、長くて大きい基体、筒伏の基体
、あるいは大面積の基体上に均一な薄膜を高速に形成す
る方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
本発明は、マイクロ波のエネルギーによって真空チャン
バ内で原料ガスを励起分解し、真空チャンバ内に置いた
基体上に、薄膜を形成するマイクロ波プラズマCVD装
置において、定在波を打ち消すためにマイクロ波発振周
波数を変化させる事を特徴とするものである。 第1図は本発明を適用することのできるマイクロ波プラ
ズマCVD装置の例を示す概略構成図である。 これは、真空チャンバ1、原料ガス導入口3、排気管4
、基体加熱ヒータ5、マイクロ波導入窓6、導波管7、
マイクロ波発振器8、電源9等よりなる。 基体2が円筒状であるので、円筒状の真空チャンバ1の
真中に長手方向をチャンバ軸線に合わせて設置しである
。基体2は静止していてもよいが、回転するようにすれ
ば、−層均一性が高まる。 基体加熱ヒータ5は基体を適当な温度に加熱する。 原料ガスは薄膜の構成物質を含むガスである。 5IH4、CHa 、NH3、B2、B2HIIなど任
意である。 圧力は通常のマイクロ波プラズマCVDとおなじで、0
.001−100Torr程度である。 マイクロ波導入窓6は真空を保ち、しかもマイクロ波を
通さなければならない。セラミックなどの誂電体が使わ
れる。 注意すべきことは、真空チャンバ1に入るにあたってマ
イクロ波の損失が少ないということである。 第1図の例は円筒上の基体の上に薄膜を形成するに適し
たものである。第4図に本発明が適用される他の例に係
る装置を示す。第4図の装置はダイヤモンドやBN薄膜
の気相合成法で用いられる装置である。 縦長の円筒状の真空チャンバ1の中を原料ガスが上から
下へ流れるようになっている。真空チャンバ1の中程に
平板状の基体2がサセプタ10によって支持されている
。真空チャンバ1の上端に原料ガス導入口3、真空チャ
ンバ1の下端に排気管4がある。真空チャンバ1を囲ん
でキャビティ11が設けられる。キャビティ11には導
波管7が接続されこれにマイクロ波発振器8からマイク
ロ波が導入される。電源9はマイクロ波発振器9を駆動
する電力を供給する。マイクロ波はキャビティの中を水
平に伝搬するが両端に導体があるので繰り返し反射し定
在波ができる。基体2が水平方向に長いと基体上でマイ
クロ波の強度が不均一になる。定在波の腹の部分で強く
、節の部分で弱い。 そこで本発明においては、マイクロ波発振器8の発振周
波数fを変化させる。これが本発明の最も重要な点であ
る。発振周波数を変化させるのはは定在波の影響を打ち
消すためである。−時的に定在波ができても、発振周波
数がすぐに変わるので、定在波の波長が変わり、電界強
度が平均化される。
【  作  用  】
第1図、第4図の装置において、真空チャンバ1に基体
2を取り付ける。真空チャンバ1を閉じ、真空に引く。 基体加熱ヒータ5により基体2を加熱する。原料ガスを
流す。マイクロ波発振器8からマイクロ波を真空チャン
バ1に導入する。マイクロ波発振周波数は時間的に変化
させる。定在波のエネルギーはは波長の172倍の周期
で変化するが、発振周波数が変化するので、定在波のエ
ネルギーが空間的に平均化される。 より、詳しく述べる。 マイクロ波の自由空間での波長をλとし、遮断波長をλ
。とする。管内波長λ、は λ となる。制御するのは、λであるが、これを変えると管
内波長λ、も変える事が出来る。遮断波長はモード毎の
値が決まっている。多モードが存在すれば、遮断波長は
ひとつの値ではないが、これは差し支えのない事である
。なぜなら、ひとつの自由空間波長に対して複数の管内
波長λ、が存在すると言うことは定在波を打ち消す方に
働くからである。またキャビティや真空チャンバの寸法
を適当に定めることにより、ある範囲の波長に対して最
低次モードのみを存在させることもできる。 さて自由空間波長λを変化させるので、管内波長λ、が
変化する。λ、の変化に従って電界強度の最大、最少の
位置が変化する。互いに相殺しあうので、電界強度分布
が空間的に平均化して、均一なプラズマ密度が得られる
。 発振周波数fのマイクロ波にqstnωtの周波数変調
を掛けると、平均電界強度は次のようになる、 ここで、Kg(2r/λ、)は管内波数、Qは周波数変
調に伴う管内波数変化の振幅である。Xは終端面からの
距離である。ωは変調周波数で、成膜時間に依存して適
当に決定されるべきであるが、一般に2πrad/s以
上が望ましい。 Qすなわちqを変化させて実際に膜堆積を行った。x=
O〜3λ1の範囲の膜厚分布を第3図に示す。横軸は終
端面からの距離Xである。縦軸は膜厚である。 周波数を変化させない場合(Q / Kg= 0 )膜
厚分布のゆらぎは±50%にも達する。これは第2図の
平均電界強度のゆらぎよりは少ない。電界にプラズマ生
成がほぼ比例するが、熱運動により拡散するので、膜厚
分布は電界強度より緩和されたものになる。それでも5
0%のゆらぎは重大な問題である。 発振周波数を変化させると、膜厚分布のゆらぎは低減す
る。 例えば、Q / Kg= 0.05とすると、周波数変
調しないときより膜厚分布のゆらぎがかなりの程度減少
している。特に、終端面から遠くなるとゆらぎが減る。 Q/Kg=0.1にすると、X≧λ、/2の範囲で膜厚
分布のゆらぎは±12%に抑えられる。Xがこれより大
きいとゆらぎはもっと少なくなる。定在波は終端面の反
射で生ずるからである。終端から離れるに従って、周波
数の異なるマイクロ波が重ねあわされるので、ゆらぎが
減ってくるのである。これは前記の積分からも分かるこ
とである。 基体が長いので、真空チャンバは長い。終端に近い所よ
りも、離れた所に基体の大部分が存在し、プラズマ分布
はこのあたりでほぼ均一になる。 このため膜厚分布が均一になるのである。 この結果から、Q / Kgが0.1以上となるように
周波数変調し、基体を終端面からλ、72以上離すよう
にするのが良いという事が分かる。
【  実  施  例   I】
第1図の装置を用いて円W杖基体にアモルファスシリコ
ン(a −Sり薄膜を形成し、電子写真用感光体を作製
した。成膜条件を第1表に示す。 第1表 感光体の成膜条件 1、 2kW (ω= 120rad/5ec) このような条件でa−S!薄膜を形成した。基体ドラム
上の膜厚分布は、30 #rs±3 n (±10%)
であった。均一性が良好であることが分かる。 こうして作製した感光体をコロナ帯電後、電子写真特性
を測定した。正負両極性で良好な特性を得る事ができた
【  実  施  例  ■】
第4図のマイクロ波プラズマCVD装置を用いて、φ4
0の平面基体上にBNlおよびダイヤモンドの薄膜を成
長させた。成膜条件を第2表に示す。 基体温度    300℃ 基体     A!ドラム(40・、! =300 m
m)終端面からλ1/2の位置に設置 マイクロ波 2.45GHz +0.3sfn 120
t GHzマイクロ波の周波数は実施例Iと同じで2.
45 G11z  +0.3sln120t GHzと
なるように変化させた。シリコン基体の上に成長させた
BN1ダイヤモンドの薄膜をラマン、FTIRにより分
析した。その結果平面基体の全体にわたってBN1ダイ
ヤモンド薄膜が形成されており面内膜厚分布が±10%
と極めて良好な薄膜であった。 一方第2表と同じ条件でマイクロ波発振周波数を一定に
して成膜した場合、基体の中心付近にφ10mm程度に
成膜できるに留まった。
【発明の効果】
マイクロ波プラズマCVD法に於いて、マイクロ波発振
周波数を変化させ、固定的な定在波の生ずるのを防ぐよ
うにしたので、長手方向に均一なプラズマ分布を得る事
ができる。 柱状基体のような三次元形状、あるいは二次元形状の大
面積の基体に、高速かつ均一に、薄膜を形成することが
出来る。 高品質の電子写真感光体などを低コストで製造できる、
という優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の薄膜形成装置の概略構成図。 第2図は従来の薄膜形成装置の真空チャンバでのマイク
ロ波による平均電界強度分布図。 第3図はマイクロ波発振周波数を周期的に変化させたと
きの本発明の装置による薄膜の膜厚分布図。 第4図は本発明が適用される他のマイクロ波プラズマ薄
膜成長装置の概略構製図。 1・・・真空チャンバ 2・・・基   体 3・・・原料ガス導入口 4・・舎排  気  管 5・・番基体加熱ヒータ 6・・・マイクロ波導入窓 7 * e *導 波 管 8・・・マイクロ波発振器 9・拳・電源 10 ・ ・ サ  セ  プ  タ 11・・キャビテイ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 真空チャンバの中に基体を置き、加熱して、真空チャン
    バ内に原料ガスを通し、マイクロ波を導入して原料ガス
    を励起し、プラズマ状態にして、基体に薄膜を形成する
    方法に於いて、マイクロ波発振周波数を変化させる事を
    特徴とする薄膜形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010249033A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Daihatsu Motor Co Ltd 火花点火式内燃機関
JP2014053380A (ja) * 2012-09-05 2014-03-20 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置

Cited By (3)

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US9029247B2 (en) 2012-09-05 2015-05-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor manufacturing apparatus

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