JPH03104870A - Ｅｃｒプラズマｃｖｄ法による薄膜の作成方法 - Google Patents
Ｅｃｒプラズマｃｖｄ法による薄膜の作成方法Info
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- JPH03104870A JPH03104870A JP24060989A JP24060989A JPH03104870A JP H03104870 A JPH03104870 A JP H03104870A JP 24060989 A JP24060989 A JP 24060989A JP 24060989 A JP24060989 A JP 24060989A JP H03104870 A JPH03104870 A JP H03104870A
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
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、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法による薄膜の作成方
法に関する。
法に関する。
従来、有機金属ガスの薄膜作成における原料ガスとして
の使用例としては小長井誠「半導体超格子人門Ｊ （
１９８７年、培風館）に開示されているように、ＭＯＣ
ＶＤ法によるＧａＡｓエピタキシャル或長におけるトリ
メチルガリウム、トリエチルガリウムの使用や、ＲＦプ
ラズマＣＶＤ法による水素化アモルファスＳｉＣ膜堆積
におけるテトラメチルシラン、テトラメチルジシランの
使用等がある。ＭＯＣＶＤの場合は一般に常圧または減
圧（数１００Ｔｏｒｒ）下で行われ、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法ではプラズマを発生させるのに数１００ｍＴｏｒｒ
以上が必要である。このため、室温での蒸気圧が低く液
化している有機金属ガスを定量性良く導入するためには
一般にキャリアガスと呼ばれる異種のガスを原料ガス中
に流し込み、液体原料ガスをくぐらせることにより原料
ガスをキャリアガス中に蒸発させてキャリアガスと共に
反応容器へ導入する方法が採られる。
の使用例としては小長井誠「半導体超格子人門Ｊ （
１９８７年、培風館）に開示されているように、ＭＯＣ
ＶＤ法によるＧａＡｓエピタキシャル或長におけるトリ
メチルガリウム、トリエチルガリウムの使用や、ＲＦプ
ラズマＣＶＤ法による水素化アモルファスＳｉＣ膜堆積
におけるテトラメチルシラン、テトラメチルジシランの
使用等がある。ＭＯＣＶＤの場合は一般に常圧または減
圧（数１００Ｔｏｒｒ）下で行われ、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法ではプラズマを発生させるのに数１００ｍＴｏｒｒ
以上が必要である。このため、室温での蒸気圧が低く液
化している有機金属ガスを定量性良く導入するためには
一般にキャリアガスと呼ばれる異種のガスを原料ガス中
に流し込み、液体原料ガスをくぐらせることにより原料
ガスをキャリアガス中に蒸発させてキャリアガスと共に
反応容器へ導入する方法が採られる。
上記の様にキャリアガスを使用した場合、原料ガスとキ
ャリアガスとの混合比は原料の蒸発量によって決まるが
これは原料の温度とキャリアガスの流量およびキャリア
ガスが接触する原料の表面積に依存して変化する。実験
の再現性を良くする為にはこれらの条件を精密に制御す
る必要があるが、実際は原料の消費に伴い原料の残量が
減少しキャリアガスの接触する面積が変化するためこの
制御は非常に困難な場合が多い。また、実質的に原料ガ
スをキャリアガスで希釈することになり或膜速度が低下
する現象が起こることが十分に考えられる。その他にも
、全体のガス流量が多いために排気系の能力も大きくす
る必要があることや、キャリアガス導入用の特別な配管
工事も必要になるため、装置作製自体もより複雑化し、
結果として費用も増加する。
ャリアガスとの混合比は原料の蒸発量によって決まるが
これは原料の温度とキャリアガスの流量およびキャリア
ガスが接触する原料の表面積に依存して変化する。実験
の再現性を良くする為にはこれらの条件を精密に制御す
る必要があるが、実際は原料の消費に伴い原料の残量が
減少しキャリアガスの接触する面積が変化するためこの
制御は非常に困難な場合が多い。また、実質的に原料ガ
スをキャリアガスで希釈することになり或膜速度が低下
する現象が起こることが十分に考えられる。その他にも
、全体のガス流量が多いために排気系の能力も大きくす
る必要があることや、キャリアガス導入用の特別な配管
工事も必要になるため、装置作製自体もより複雑化し、
結果として費用も増加する。
本発明は、上記課題を解決し、希釈度を調節することに
より膜の特性を制御することが可能で、かつ、堆積速度
を増加させることのできる薄膜の作成方法を提供するこ
とを目的とする。すなわち、本発明はＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法により薄膜を作成する方法において、室温にて１
００Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有する一般弐Ｍ。（ＣＨ３
）− （但しＭは金属元素、ｎ．ｍは共に整数）で表さ
れる有機金属ガスをキャリアガスを使用せずに膜堆積室
に直接導入して薄膜を作成することを特徴とする。更に
、上記方法において、室温にて１００Ｔｏｒｒ以上の蒸
気圧を有する一般弐Ｍ。（ＣＨ３）− （但しＭは金属
元素、ｎ，ｍは共に整数〉で表される有機金属ガスをキ
ャリアガスを使用せずに堆積室に直接導入し、水素ガス
を他の導入口よりプラズマ室に導入し、かつ有機金属ガ
スの希釈度（前記水素ガスの流量を前記有機金属ガスの
流量で割った値〉を５０以下とすることを特徴とする。
より膜の特性を制御することが可能で、かつ、堆積速度
を増加させることのできる薄膜の作成方法を提供するこ
とを目的とする。すなわち、本発明はＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法により薄膜を作成する方法において、室温にて１
００Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有する一般弐Ｍ。（ＣＨ３
）− （但しＭは金属元素、ｎ．ｍは共に整数）で表さ
れる有機金属ガスをキャリアガスを使用せずに膜堆積室
に直接導入して薄膜を作成することを特徴とする。更に
、上記方法において、室温にて１００Ｔｏｒｒ以上の蒸
気圧を有する一般弐Ｍ。（ＣＨ３）− （但しＭは金属
元素、ｎ，ｍは共に整数〉で表される有機金属ガスをキ
ャリアガスを使用せずに堆積室に直接導入し、水素ガス
を他の導入口よりプラズマ室に導入し、かつ有機金属ガ
スの希釈度（前記水素ガスの流量を前記有機金属ガスの
流量で割った値〉を５０以下とすることを特徴とする。
本発明において用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ法は、磁場
の印加により真空中の電子にサイクロトロン運動をさせ
てマイクロ波の吸収効率を増加させるため低圧（１０ｍ
Ｔｏｒｒ以下〉での放電が可能である。本発明はこのよ
うなＥＣＲプラズマＣＶＤ法の低ガス圧下における放電
という特徴を利用し、常温における蒸気圧の比較的高い
有機金属ガスをキャリアガスを使用せず１ご直接ＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置に供給することを試みた。その結果
、反応容器へのガス導入量を精密にコントロールするた
めに用いられる微少流量調整器の正常な動作に必要な差
圧（原料ガスの蒸気圧と反応容器の圧力との差）約１０
０Ｔｏｒｒを得られる原料ガスに対して、従来用いてい
たキャリアガスの使用を中止しても薄膜が作戒できるこ
とを見いだした。ここで蒸気圧が１００Ｔｏｒｒ未渦の
場合は反応容器との差圧が微少流量調整器を正常に動作
させるのに不十分であり、流量制御が困難になるため再
現性の良好な薄膜の作成は困難になる。
の印加により真空中の電子にサイクロトロン運動をさせ
てマイクロ波の吸収効率を増加させるため低圧（１０ｍ
Ｔｏｒｒ以下〉での放電が可能である。本発明はこのよ
うなＥＣＲプラズマＣＶＤ法の低ガス圧下における放電
という特徴を利用し、常温における蒸気圧の比較的高い
有機金属ガスをキャリアガスを使用せず１ご直接ＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置に供給することを試みた。その結果
、反応容器へのガス導入量を精密にコントロールするた
めに用いられる微少流量調整器の正常な動作に必要な差
圧（原料ガスの蒸気圧と反応容器の圧力との差）約１０
０Ｔｏｒｒを得られる原料ガスに対して、従来用いてい
たキャリアガスの使用を中止しても薄膜が作戒できるこ
とを見いだした。ここで蒸気圧が１００Ｔｏｒｒ未渦の
場合は反応容器との差圧が微少流量調整器を正常に動作
させるのに不十分であり、流量制御が困難になるため再
現性の良好な薄膜の作成は困難になる。
第１表に本発明に適用できる室温で蒸気圧１００Ｔｏｒ
ｒ以上の有機金属ガスを示す。これらのガスを用いて作
成できる薄膜は、単一のガスからはそれぞれのガス中に
含まれる金属の炭素化合物、例えば（Ｓｌ （ＣＨ３）
４）からはａ−３ｉＣ， （Ｇｅ（ＣＬ）ｓ）からは
ａ−ＧｅＣが得られる。また、二つ以上の有機金属ガス
を組合せた場合、各ガス中の金属を含む炭素化合物、例
えば（Ｓｌ （ＣＨ３） ４）と（Ｂ（ＣＨ，Ｌ）の組
合せによるａ−ＳｉＣ ： Ｂドーブ膜等を作成できる
。
ｒ以上の有機金属ガスを示す。これらのガスを用いて作
成できる薄膜は、単一のガスからはそれぞれのガス中に
含まれる金属の炭素化合物、例えば（Ｓｌ （ＣＨ３）
４）からはａ−３ｉＣ， （Ｇｅ（ＣＬ）ｓ）からは
ａ−ＧｅＣが得られる。また、二つ以上の有機金属ガス
を組合せた場合、各ガス中の金属を含む炭素化合物、例
えば（Ｓｌ （ＣＨ３） ４）と（Ｂ（ＣＨ，Ｌ）の組
合せによるａ−ＳｉＣ ： Ｂドーブ膜等を作成できる
。
本発明のＥＣＲプラズマＣＶＤ法による膜堆積の典型的
な条件を以下に示す。
な条件を以下に示す。
ガス導入量 ０． ５ 〜２０ｃｃ／ｍｉｎ投入電力
６０〜６００Ｗ 圧力 ０． １ 〜５ｍＴｏｒｒ 基板温度 室温〜３００℃ 本発明は、上記の様にキャリアガスを使用しないため、
キャリアガスによる有機金属ガスの希釈を余儀なくされ
た従来法に比べて堆積速度を増加することができた。
６０〜６００Ｗ 圧力 ０． １ 〜５ｍＴｏｒｒ 基板温度 室温〜３００℃ 本発明は、上記の様にキャリアガスを使用しないため、
キャリアガスによる有機金属ガスの希釈を余儀なくされ
た従来法に比べて堆積速度を増加することができた。
第１表
また、有機金属ガスを安定して一定量供給することが可
能となったことにより堆積した膜の深さ方向の元素の組
戊比がほぼ一定となり品質的にも安定した薄膜を作成で
きる。
能となったことにより堆積した膜の深さ方向の元素の組
戊比がほぼ一定となり品質的にも安定した薄膜を作成で
きる。
次に、希釈ガスとして水素を使用することによって、希
釈度を変化させることにより堆積する膜のエネルギーギ
ャップを大きくすることが可能であり、目的によっては
水素希釈することが有効である。この場合、従来法では
キャリアガスによるパブリングという方法の為、希釈度
を堆積中常に一定に保つことは困難である。また希釈度
として選べる範囲も限られている。これに対して本発明
においては、キャリアガスを使用せずに有機金属ガスを
直接堆積室に導入でき、一方希釈に用いる水素ガスは単
独に別の導入口からプラズマ室へ導入する方式としたた
め、堆積中常に一定の希釈度を安定に保つことが可能と
なった。また、希釈度を広い範囲で正確に変化させられ
るため、希釈度５０以下のある範囲でそれぞれの希釈度
に対して得られる異なったエネルギーギャップを持つ膜
を作成することが可能となった。
釈度を変化させることにより堆積する膜のエネルギーギ
ャップを大きくすることが可能であり、目的によっては
水素希釈することが有効である。この場合、従来法では
キャリアガスによるパブリングという方法の為、希釈度
を堆積中常に一定に保つことは困難である。また希釈度
として選べる範囲も限られている。これに対して本発明
においては、キャリアガスを使用せずに有機金属ガスを
直接堆積室に導入でき、一方希釈に用いる水素ガスは単
独に別の導入口からプラズマ室へ導入する方式としたた
め、堆積中常に一定の希釈度を安定に保つことが可能と
なった。また、希釈度を広い範囲で正確に変化させられ
るため、希釈度５０以下のある範囲でそれぞれの希釈度
に対して得られる異なったエネルギーギャップを持つ膜
を作成することが可能となった。
実施例１．第１図に本発明において用いたＥＣＲプラズ
マＣＶＤ装置の概略図を示す。第１図において、２は有
機金属ガスのガス容器である。３は微少流量調整器、８
は基板ホルダー、９は石英基板、１０は原料ガス吹き出
しリングである。１２がマグネットコイノベ１４が導波
管、１５がマイクロ波源、１６が油拡散ポンプ、１７が
油回転ボンブである。１８が水素ガス導入口である。
マＣＶＤ装置の概略図を示す。第１図において、２は有
機金属ガスのガス容器である。３は微少流量調整器、８
は基板ホルダー、９は石英基板、１０は原料ガス吹き出
しリングである。１２がマグネットコイノベ１４が導波
管、１５がマイクロ波源、１６が油拡散ポンプ、１７が
油回転ボンブである。１８が水素ガス導入口である。
第１図に示した装置を用い、水素化アモルファスシリコ
ンカーバイド（ａ−ＳｉＣ ： Ｈ）をテトラメチルシ
ラン（Ｓｉ （ＣＨ３）．純度４Ｎ）を原料ガスとして
用いて作成した。テトラメチルシランは室温下で蒸気圧
が約７６０Ｔｏｒｒであり、直接導入が十分可能である
。テトラメチルシランを直接流量２ｃｃ／ｍｉｎで原料
ガス吹き出しリング１０から反応容器５へ導入した。基
板温度を３００℃とし、マイクロ波源１５から発生させ
るマイクロ波（周波数２． ４５Ｇ｝ｌｚ）電力を６０
０Ｗとして膜堆積を行った。
ンカーバイド（ａ−ＳｉＣ ： Ｈ）をテトラメチルシ
ラン（Ｓｉ （ＣＨ３）．純度４Ｎ）を原料ガスとして
用いて作成した。テトラメチルシランは室温下で蒸気圧
が約７６０Ｔｏｒｒであり、直接導入が十分可能である
。テトラメチルシランを直接流量２ｃｃ／ｍｉｎで原料
ガス吹き出しリング１０から反応容器５へ導入した。基
板温度を３００℃とし、マイクロ波源１５から発生させ
るマイクロ波（周波数２． ４５Ｇ｝ｌｚ）電力を６０
０Ｗとして膜堆積を行った。
第２表に従来法（キ−ｒ’）アガス使用）と本発明によ
る或膜法の主な実験条件と 第 ２ 表 戊膜速度について示した。第２表から分かるように、堆
積速度は本発明の場合従来法の約４倍に増加している。
る或膜法の主な実験条件と 第 ２ 表 戊膜速度について示した。第２表から分かるように、堆
積速度は本発明の場合従来法の約４倍に増加している。
一般にこの膜が非晶質デバイスに用いられる場合の膜厚
としては〜１００００人が必要であるが、従来法の場合
この厚さを得る為に約２時間３６分を要するのに対して
、本発明の場合は約３７分で堆積できた。
としては〜１００００人が必要であるが、従来法の場合
この厚さを得る為に約２時間３６分を要するのに対して
、本発明の場合は約３７分で堆積できた。
第２図にテトラメチルシランの直接導入により堆積した
膜のＸ線光電子分光法による深さ方向の元素の組戒比を
示した。この図から分かるように膜中の組或比は深さ方
向でほぼ一定であり、原料ガスの供給が堆積実験中常に
コントロールされて一定であることが確Ｓ忍できた。
膜のＸ線光電子分光法による深さ方向の元素の組戒比を
示した。この図から分かるように膜中の組或比は深さ方
向でほぼ一定であり、原料ガスの供給が堆積実験中常に
コントロールされて一定であることが確Ｓ忍できた。
実施例２． テトラメチルシランをキャリアガスを使用
せずに堆積室へ直接導入し、水素を単独で水素ガス導入
口１８からプラズマ室へ導入することで希釈を行ったと
ころ、希釈度を０から４０まで制御して変化させること
により２．３〜２．８ｅＶの範囲で所望のエネルギーギ
ャップを持つ膜を作成することができた。
せずに堆積室へ直接導入し、水素を単独で水素ガス導入
口１８からプラズマ室へ導入することで希釈を行ったと
ころ、希釈度を０から４０まで制御して変化させること
により２．３〜２．８ｅＶの範囲で所望のエネルギーギ
ャップを持つ膜を作成することができた。
以上に示したように、本発明はＥＣＲプラズマＣＶＤ法
という低圧下で放電可能な方法を用いることにより、室
温下で１００Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有する有機金属ガ
スを直接導入する方法を開発し、これにより従来法より
も速い堆積速度で薄膜を堆積することが可能となった。
という低圧下で放電可能な方法を用いることにより、室
温下で１００Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有する有機金属ガ
スを直接導入する方法を開発し、これにより従来法より
も速い堆積速度で薄膜を堆積することが可能となった。
さらに、有機金属ガスを一定の供給量で安定して供給す
ることにより、膜中の深さ方向の元素の組或分布が一定
の薄膜を作成することができた。また有機金属ガスの希
釈度が従来法よりも広い範囲で任意に選択可能となった
。
ることにより、膜中の深さ方向の元素の組或分布が一定
の薄膜を作成することができた。また有機金属ガスの希
釈度が従来法よりも広い範囲で任意に選択可能となった
。
第１図は本発明において用いたＥＣＲプラズマＣＶＤ装
置の概略図であり、 第２図はキャリアガスを使用せずにテトラメチルシラン
を直接導入して堆積した膜の、Ｘ線光電子分光法による
膜中の元素の深さ方向の組戊分布を示したものである。 １・・・容器ボックス、 ２・・・原料ガス容器、
３・・・微少流量調整器、 ４・・・原料ガス導入配管
、５・・・反応容器、 ６・・・堆積室、７・・
・プラズマ室、 ８・・・基板ホルダー９・・・
基板、 １０・・・原料ガス吹き出しリング、 １１・・・プラズマ引出し窓、１２・・・マグネットコ
イル、１３・・・石英窓、 １４・・・導波管
、１５・・・マイクロ波源、１６・・・油拡散ポンプ、
１７・・・油回転ポンプ、 １８・・・水素ガス導入
口、１９・・・水素ガス導入配管。 第 １ 図 ４・・・原料ガス導入配管 ７・・・プラズマ室 ８・・・基板ホルダー ９・・・基板 １０・・・原料ガス吹き出しリング １４・・・導波管 １７・・・油回転ボンブ １８・・・水素ガス導入口 １９・・・水素ガス導入配管 第２図 手 続 補 正 書（自発） 平成１年／／ 月 ２
置の概略図であり、 第２図はキャリアガスを使用せずにテトラメチルシラン
を直接導入して堆積した膜の、Ｘ線光電子分光法による
膜中の元素の深さ方向の組戊分布を示したものである。 １・・・容器ボックス、 ２・・・原料ガス容器、
３・・・微少流量調整器、 ４・・・原料ガス導入配管
、５・・・反応容器、 ６・・・堆積室、７・・
・プラズマ室、 ８・・・基板ホルダー９・・・
基板、 １０・・・原料ガス吹き出しリング、 １１・・・プラズマ引出し窓、１２・・・マグネットコ
イル、１３・・・石英窓、 １４・・・導波管
、１５・・・マイクロ波源、１６・・・油拡散ポンプ、
１７・・・油回転ポンプ、 １８・・・水素ガス導入
口、１９・・・水素ガス導入配管。 第 １ 図 ４・・・原料ガス導入配管 ７・・・プラズマ室 ８・・・基板ホルダー ９・・・基板 １０・・・原料ガス吹き出しリング １４・・・導波管 １７・・・油回転ボンブ １８・・・水素ガス導入口 １９・・・水素ガス導入配管 第２図 手 続 補 正 書（自発） 平成１年／／ 月 ２
Claims (2)
- １．ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により薄膜を作成する方法
において、室温にて１００Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有す
る一般式Ｍ＿ｎ（ＣＨ＿３）＿ｍ（但しＭは金属元素、
ｎ，ｍは共に整数）で表される有機金属ガスをキャリア
ガスを使用せずに堆積室に直接導入することを特徴とす
るＥＣＲプラズマＣＶＤ法による薄膜の作成方法。 - ２．ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により薄膜を作成する方法
において、室温にて１００Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有す
る一般式Ｍ＿ｎ（ＣＨ＿３）＿ｍ（但しＭは金属元素、
ｎ，ｍは共に整数）で表される有機金属ガスをキャリア
ガスを使用せずに堆積室に直接導入し、水素ガスを他の
導入口よりプラズマ室に導入し、かつ有機金属ガスの希
釈度（前記水素ガスの流量を前記有機金属ガスの流量で
割った値）を５０以下とすることを特徴とするＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ法による薄膜の作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24060989A JPH03104870A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | Ｅｃｒプラズマｃｖｄ法による薄膜の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24060989A JPH03104870A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | Ｅｃｒプラズマｃｖｄ法による薄膜の作成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03104870A true JPH03104870A (ja) | 1991-05-01 |
Family
ID=17062040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24060989A Pending JPH03104870A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | Ｅｃｒプラズマｃｖｄ法による薄膜の作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03104870A (ja) |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP24060989A patent/JPH03104870A/ja active Pending
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