JPH027421A - プラズマ沈着法による薄層とくに電子−及び／又は光電子工学的装置用のものの製造用装置及びその運転法 - Google Patents

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】 本発明はプラズマ沈着法による電子−及び／又は光電子
工学的用途向のあらゆる種類の薄層とくに無定形又は結
晶質半導体薄層などの製造のための装置の運転法に関す
る。

また本発明はその装置自体にも関する。

本出願人が１９８５年１０月２５日に出願した仏国特許
出願第２５８９１６８号の装置によれば、大気圧より低
い圧のかかつている囲い その囲い内にプラズマ域を作るための、電源に連結して
ある電極少なくとも１個、少なくとも１枚の基層及びプ
ラズマ域内へ反応性ガスを導入するための手段を包含す
る手段プラズマ域におけるガスの滞留後にその反応性ガ
スの残部を囲い外へ排出するための手段及び 該囲いを収容し、囲いのものより低い圧のがかつている
気密室 を有する装置は公知である。

しかし反応性ガス残部の排出及び沈着用囲いと周の室と
の間に設定された差圧によってもたらされる利点に拘わ
らず、この型式の装置は、あるがままの状態では、汚染
及び形成中の材料の電子工学的諸特性変化の問題を満足
に限定できるようには見えない。

実際Ｋ、沈着域の雰囲気中に存在している不純分の大部
分のその域外への吸出しが有効と確認されているにして
も、装置の機能条件を考慮に入れて、本質的には囲いの
壁（基層及び他の支持部も同様）からのガスの逸出（こ
れらの壁は多様な分子を吸収する）によって引き起こさ
れる汚染物質の流れ生成に関する基本問題は解明されて
いない。

ところで、この沈着域（プラズマ域とも言う）に近い装
置構成要素の表面の１分解“すなわち脱ガスが半導体の
電子工学的諸特性を変えるようになり得ることが明かと
なっておシ、この事情は反応の囲い内部の実際は１半気
密′の性質によって加重され、囲いの基層が取付けであ
る基層支持板はそれらの周縁端で囲いの横の壁に、気密
でなく、単に支えられ、それら横の壁はこの同じ囲いの
前、後の閉鎖壁に気密に接続しておシ、後者自体は同じ
く気密に反応性ガス供給及び同じガスの未沈着の残部排
出のそれぞれの導管に接続している。

基層支持部組立てＫおけるこの不完全な気密性の事実か
らまた反応の囲いに対して気密の外側室の減圧に拘わら
ず、本質的には室の壁の脱ガスから生じる若干の不純分
がこの同じ室へ向けた囲いからの吸出しの流れと向流で
進み囲いへ侵入する傾向があシ同じく、形成中の物質の
品質に有害である。

これらの、生成する物質の化学的純度変化の問題は、本
発明の方法に従ってまず外側の室の壁を囲いのものより
低い温度に維持しながら内側の囲いの壁を加熱するよう
に準備して解決された。

実際に、反応の囲いの壁を層沈着中に、望ましくはその
前に、先験的に１５０乃至２５０℃　（予熱中に３５０
’Ｃ１で達することがある）に加熱することが囲いの雰
囲気中の又はその付近の汚染物質の脱ガスによる拡散を
大幅に限定するのを可能にし、従ってこれらの物質が基
層支持部の漏洩間隙を通シ向流で侵入する惧れを低減し
ながら、それらの排出を容易にすることが明かになった
。

本発明の補足的特徴によって、その若干の汚染物質の囲
い内への侵入の惧れは実質上排除されることさえ可能で
ある。

それを実現する之めの本発明においては基層支持部の周
辺（囲いの壁との連結が不完全であるところ）にそれら
を同じ壁に気密となるよう密接に押しつける傾向のある
押圧力を加えるように考えである。この押圧を実施する
ため、加えるべき力の方向に延伸可能の機械的蛇腹を使
用するにある解決が、装置の機能の厳しい条件を考慮に
入れると、最も魅力的と考えられる。実際上はこれらの
蛇腹が囲いの周の気密室内の中間空間内で延伸し、圧を
かける手段、単数又は複数の空気圧縮機などに接続して
ある導管に連結してある。

このようにして、室内にある不純分は囲い内へはとくに
きわどい瞬間においてすなわち層沈着の位相中に侵入で
きないことになる。

また効率の配慮から及びある程度の融通性を装置に保証
するため、内側の囲いの加熱が有利に外側の気密室の壁
を最高で８０℃のオーダの温度に維持することを伴なう
ことにも注目される。

この種の配置をもって装置に許容可能の環境を、プラズ
マにより沈着させる物質の汚染を回避するため空間内で
必要な真空圧（約１０　　乃至１Ｏ−７Ｐａ）を考慮し
て実際上準備するのが不可欠であった極めて精巧な気密
化、真空化、防熱などの機構にたよることを回避しなが
ら、保持できることになる。

囲いの昇温の原理に立戻ると、本発明の補足的特徴によ
ってこれが外側の気密室内の囲いの周の中間空間に設け
ることのできる加熱手段によって保証されることになる
。

外側気密室壁の適切温度（実際は約８０℃未満）の維持
については、これが、室の壁内面の少なくとも大部分を
被う熱遮蔽を形成する手段により保証されることになる
。

記述のこの段階において、特定の半導体製造用に現実に
用いられている超高真空（ａＨｙ）型の機械に比べて大
きな利点があることに注目することができる。実際に、
脱ガスの流れを制限するようＫ　ＵＨＶ技法１ｔｌＯ−
１ｓＰａ未満（一般にハｉｏ−’ｐｍのオーダ）の真空
をかけ得なくてはならない機械全体を２５０℃まで、４
５０℃にさえ加熱することを考えている。

そのほかこれらの機械では耐えるべき圧及び温度条件を
考慮してすべての壁が高度に耐性の材料（電解研磨ステ
ンレス鋼、モリブデンなど）で作らなくてはならずまた
すべての気密性継目が金属（銅、金など）でなくてはな
らず、これらの継目はそのうえ１回しか使用できない。

そのうえ熱膨張及び部品間の遊隙の問題が、容易に理解
されるように、とくに管理に困難がある。

ＵＨＶ機械の機能の制約は、従って、本発明の装置のも
のとでは比較にならない。

本発明の特徴及び利点は添付図・面を参照しての以下の
記述からさらに明かとなる。

これらの図において、プラズマ沈着法に従って作動する
無定形層生産装置は全般的に、前記の、参照可能の仏国
特許出願第２５８９１６８号記載のものと同じ型である
。

従ってこの装置は約１０−４乃至１０−’Ｐ、の部分的
の真空に耐え得る外側気密室２がある。室２内部には比
較的細長い囲い３が収容してある。この囲い内には中央
電極５と、２枚の基層Ｔ及び７′との間に二重プラズマ
域４，４′が作られ得る。電極５は囲いの全般中心線６
にほぼそって延びておりその頭部５’により高圧電源に
連結してある。基層７．１′が取付けである基層支持板
１７　、１７’はそれぞれそれらの周縁Ｈａ、１７’ａ
で囲いの横の壁１３．２３に支えられておシ、後者は気
密に前、後の閉鎖壁３３．４３に接続しておシ、それら
には同じく気密にそれぞれ導管８及び１１が開口してい
る。

基層はここでは互いにほぼ平行に向けられプラズマ域に
面している。

室２の壁を１２で気密に貫いた後に囲いの長さ方向後端
に開口している導管８はプラ、ズマ域へ層生成用反応性
ガスを供給する。

第１図において文字ＡＶ及びＡＲによって、　矢印９に
より図解したとおシの装置内の反応性ガスの流れに準拠
して囲いの前側、後側にそれぞれ標識が施こしてある。

囲いの後端へ向けて反応性ガスはその経路において、囲
い内のガスの分布をよくするための最初の絞９すなわち
配分器１０に出会う。

電極５に電圧をかけて生じたプラズマの存在においてこ
れらのガスが滞留し一部分基層上に沈着した後に１未洗
着の残部が導管１１を通って囲いの外へ排出され、その
導管は囲いの長さ方向前端に連結して６Ｊ）室２の壁を
２２で気密に貫いている。

減圧ポンプなどのポンプが排出すべき残部の物質を吸出
すために利用できる。

比較的限定される流量及びポンプ圧を維持するようにガ
スは囲いの前端に向けて第２の絞り１４のレベルに出会
うことが注目される。

それ自体公知のとおシ、層生産材料は媒体、般にガスで
ア見約１０’Ｐ＆　の圧で導入され、プラズマ域におい
て成分元素をもたらし、これらは放電による媒体の分解
後に基層上に薄層の形に沈着することになる。例として
四弗化珪素及びシランは珪素層生成用材料としてそこで
利用できる。

そのうえさまざまな型のドープ剤が固定できる。

改めて第１図を検討すると、沈着の囲いを取巻く外側の
気密性２の真空化は（図示してない）約１０−４乃至ｔ
ｏ　’Ｐａの真空を保証する能力のある真空ポンプに連
結してある導管１５により保証される。

観察されたとおシ、これらがもたらす諸利点に拘わらず
、これら公知の特性すべてが囲い３及びそこに統合され
ているさまざまな要素（基層、電極など）からの脱ガス
の流れを制限し得ない。

従って、許容可能の工業的条件においてこの問題を解決
するため、本発明はとくに囲いを取巻く室内の中間空間
１８内に収容してある斜面の形の抵抗などの手段により
囲いの温度を上げることを考えている。これらの抵抗１
６は適切な電源に連結してメジ、それらの給電線１６′
は室２の壁を気密に貫通している。

固定され九放熱要素は基層上にフィルムの沈着する位相
中は囲い３の壁を約１００乃至３００℃の温度に保持し
なければならない。実際には、通常の作業条件において
、そこの温度範囲は約１５０乃至２５０℃とする。それ
にも拘わらず、その上限は２５０℃を超過する場合があ
る。実際に囲いを加熱すればするほど（もちろん過熱に
よる損傷までに至ることはない）形成中の半導体の電子
工学的品質にとって有害な脱ガス流は低減する。

若干数のケースにおいて、囲いに沈着材料を供給する前
に約３００乃至３５０℃の温度に囲いの予熱を行な、う
のが有用なことがらυ、沈着材料も名目の沈着温度よυ
約５０℃高い温度に同じく予熱することができる。

囲いのこの種の予熱は、とくにさらに−層後からの壁か
らの脱ガスを限定して表面の清掃を確保することを可能
にする。

同じ考え方によれば、同様に残存物質排出導管１１をそ
の室２からの出口においてそれ自体抵抗２０によυつね
に望ましくは約１５０乃至２５０℃の温度に加熱するよ
うに準備することもできる。

放熱要素１６から発せられる熱を囲いへ送シかつ外側の
室２の壁を熱から保護して最高で約８０℃の温度に維持
する目的では本発明における望ましい解決は図に示した
とおシ、室２の壁内面を、全部でなくとも大部分熱遮蔽
１９で被うことである。これらの遮蔽は研磨アルミニウ
ムで製作し１鏡“面を室内部へ向けさせることができる
。

場合によっては他の型の室壁冷却手段（たとえばこれら
の壁にそっての冷却液体の循環による）が熱遮蔽を補完
できる。したがって、この糧の手段に代ることさえでき
る。

また耐火材製の室壁体を設けることも可能である。それ
にも拘わらず熱遮蔽と金属（心理鋼）製置壁体との組合
せが技術的に最も有効であシ工業的に最も採算がとれる
ことが明かである。

もちろん室壁を低い温度に維持することはそれらの脱ガ
スの流れをとくに限定することにはならない。しかし、
このことが沈着過程中に囲いと室との間で設定された差
圧による不都合を発生させないとは限らない。

この室２の反応囲いに対する減圧に拘わらず上記のとお
りであって、既述のとおシ室から由来して囲いへ侵入す
る不純分及びプラズマ域４，４′内での分解によるもの
が基層上に沈着する薄層中に統合され、よってこれらの
層の電子工学的品質を変えることが明かとなった。

支持壁１３．２３上の基層支持板１７　、１７’の支え
の気密性不足がこれら不純分侵入の主要原因と考えられ
る。

しかし逆に、一連の試験及び分析が極厳密な気密性はそ
れにも拘わらず不可欠ではなく、この基層支持部気密化
によりもたらされる利点は反応の囲いの加熱によって左
右されることを示した。

結論的に云えば、約３０Ｘ３０ｃｒｄの２枚の基層７、
Ｔ′を処理し得る容積０．０３−の囲い３については、
基層支持板と囲いの壁との間の継目のレベルの漏洩量は
約１０　　ｄ１ｍ未満でなくてはならず、望ましくは、
約０．３．１０　　ｎｌ／ａ　より低いことを述べてお
く。これは長さ約３ｍ、深さ１０　ｍ１厚さ５０μｍ（
５０Ｘ１０　　ｍ）の間隙について認められている漏洩
量にほぼ匹敵する。

もちろん、この種の調整は、部品を固定するのが目的で
あったのなら機械的固定手段（ねじ、ボルト）により全
く実現可能であった。

しかし本件においては、基層支持部が交換可能でなくて
はならない。従ってそれらの可動性が必要である。

そのうえ本装置に在来の装置におけるのと同様に２個の
気密室２８．２９が設けであるのもそのためである。こ
れらの気密室は室２の壁にあてて配置してアシ、それ自
体公知のとおシそれぞれ一方では外部と気密室とを連通
させる第１の出入口２８１．２９＆が、他方では気密室
と室２内部とを連通させる第２の出入口２８ｂ１２９ｂ
がある。これらの気密室のお蔭で基層支持部の取付け、
取外しがよりよい条件で実施できる。実際上はく図示し
てない）真空下の機械的コンベヤが基層支持部の移送を
保証し、薄層を沈着させた基層の回収なシ、新品の基層
の囲い内への導入及び取付けなシを可能にする。

基層支持部の堰外し可能性の必要を考慮して、それらを
囲いの壁に対し堅固な固定手段（溶接、ボルトどめなど
）によって気密に維持することは従って採用できない。

これが本発明において基層支持部に機械的に圧を加えて
それらの支持壁に密接に押しつける、それももっばら適
切な瞬間に、すなわち本質的には薄層沈着位相中及び場
合によっては囲いの予熱期間中に行なうように考えた理
由である。

採用された実際的な解決が図に示してある。

室２内の囲い３を取巻く中間空間１８内に、それらの自
由端によυ基層支持部の周縁に対してこれらを囲いの対
応の横の壁１　’３　、２３にほぼ気密に、任意に押し
つけることができるように、配置してある一連の引きこ
み可能の気力式金属製蛇腹３０が本件においては問題で
ある。

それらの作動のため蛇腹３０は室２の壁を気密に貫いて
いる導管３１に連結してｓｂ後者はそれら自体が単数又
は複数の、必要ならば各蛇腹ごとに独立に、たとえば調
節弁３４を介して作用できる空気圧縮機３２などの加圧
手段に接続してある。

こうして、それらが延伸（第２図の矢印Ｆ）してよって
基層支持部を囲いに気密に維持するなυ、それらを引き
こめて基層の交換、回収のため同じ基層支持部を戻らせ
るなシするのを保証するには蛇腹内のガス圧を変化させ
ればよい。

第２図は本発明の装置の実施例が図示してある。

この実施例においては、囲い３がその長さ方向前端で室
２の内部に直接開口している。もはや残留材料を室外部
へ排出する導管１１は存在しない。

換言すると、ここでは真空用導管１５が囲い及び室の壁
からの脱ガスの流れのみでなく、該囲い内に流れる残留
材料も吸い出す。

この第２図にはまた囲いの出口の絞り１４の調節手段も
図示してある。ここでは囲いの前端に固定してろる部品
２Ｔ内に設けである対応した形の支え面２６に係合でき
る観照円錐形の弁２１が問題でらる。弁２１の操作環２
４は２５で室の壁を気密に貫き外部へ延びている。もち
ろんダンパなどの他の調節手段で室外からたとえば制御
桿により操作できるものを考えることもできる。これら
同じ手段を囲いの入口の絞シ１０の調節のために設ける
こともできる。第１図の実施例においてもこの種の手段
の設置を利用できることは容易に理解される。

第３図は更に別な実施例を示すものである。

囲い３はここでは排出導管１１に開口する末端の側に、
ケーブル３８によ多連結してある制御ユニット３７の制
御下にある開度調節可能のダンパ３６つきの電動弁３５
が設けである。

さらに、２枚の基層と１個の電極とを備えた基層及び電
極の配置のみが図示してあるが決して他の配置たとえば
中央の二重基層と両側に１個ずつの電極とのあるもの或
いはまた反応の囲いの非対称の配置を排除するものでは
ないことに注目される。同様に、１枚の基層のみを支持
する単一の基層支持部の使用も採用できる。

上記の型のプラズマ反応器内で沈着させ得る層の例のう
ち、とくに下記のものをあげることができる： 半導体 珪素、ゲルマニウム、炭素及びこれらの合金、場合によ
っては砒化ガリウム。半導体層の形態は沈着条件及び基
層の性質に応じて無定形、微結晶質、単結晶（エピタキ
シー）とすることができる。

絶縁材 酸化珪素、窒化珪素、 導　体（若干のケースにおいて） アルミニウム、タングステン、珪素化タングステン。

搬送ガスは有機金属化合物、揮発性弗素化合物又は金属
カルボニルである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例縦断面図、第２図は同
様に本発明に係る装置の他の実施例図、 第３図は反応の囲い内を流れるガスの流量の調節手段を
備えた他の実施例装置ｉｌｌを部分的に示す図である。 １・・・・本発明の装置、２・・・・室、３・・・・囲
い、４．４’・・・・プラズマ域、５・・・・電極、５
′・・・・同頭部、６・・・・全搬中心線、Ｔ、Ｔ’・
・・・基層、８・・・・導管、９−・・−矢印、１０・
・・・絞シ、１１・・・・導管、１２・・・・導管８の
室壁貫通個所、１３φ・・拳囲いの壁、１４・・・・絞
り、１５・・−・導管、１６・・・・抵抗、１６・・・
・抵抗用電線、１７　、１７’・・・・基層支持体、１
７＆。 １７′ａ・・・・同周辺縁、１８・・・・中間空間、１
９・・・・熱遮蔽、２０・・・・抵抗、２１・−・・弁
、２２・・・・導管１１の室壁貫通個所、２３・−・・
囲いの壁、２４・・・・操作環、２５・・・・桿の室壁
貫通個所、２６・・・・支え面、２７・・・・部品（弁
座）、２８．２９・・・・気密室、２８ｍ、２８ｂ、２
９ａ、２９ｂ・・・・同出入口、３０−・・・蛇腹、３
１ ・・・・空気圧縮機、３３・ ３４・・・・調節弁、３５・ Φ・・・ダンパ、３７・・・ ３８・・・会同用ケーブル、 鎖壁、ＡＹ・・・・前、ＡＲ ・・矢印。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大気圧より低い圧の囲い内においてプラズマ沈着法
   により電子−又は光電子工学的用途向のあらゆる種類の
   薄層とくに無定形又は結晶質半導体薄層を製造するため
   の 該囲い（３）を気密室（２）内に置く及び 室内を囲い内より高真空とし、室内へ層製造用反応性ガ
   スを供給し、沈着用プラズマの存在における滞留の後に
   同じガスの未沈着の残部を囲いから排出する 型式の装置の運転法において、沈着させた層の電子工学
   的諸特性を改良するために 囲い（３）の壁を加熱する及び 室（２）の壁を囲いのものより低い温度に維持する ことを特徴とする方法 ２、プラズマ沈着法により電子−又は光電子工学的用途
   向のあらゆる種類の薄層とくに無定形又は結晶質半導体
   薄層を製造するための 大気圧より低い圧のかかっている沈着用の囲い（３） 囲い内にプラズマ域（４、４′）を作るための手段（５
   、７、７′、８）であって電源に連結してある少なくと
   も１個の電極（５）、少なくとも１枚の基層（７、７′
   ）及びプラズマ域（４、４′）内へ層製造用反応性ガス
   を導入する手段（８）を包含するもの プラズマ域内にガスが滞留した後に未沈着の反応性ガス
   残部を囲い（３）の外へ排出する手段（１１、１５）及
   び 該囲い（３）を収容しており囲いのものより低い圧がか
   かっている室（２） を包含する型式の装置において、そのほかに室内で囲い
   を取り巻いている中間の空間（１８）内に設けである、
   囲いの加熱手段（１６）を包含することを特徴とする装
   置