JPH04110472A - Device and method for film formation by plasma - Google Patents

Device and method for film formation by plasma

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JPH04110472A
JPH04110472A JP22828890A JP22828890A JPH04110472A JP H04110472 A JPH04110472 A JP H04110472A JP 22828890 A JP22828890 A JP 22828890A JP 22828890 A JP22828890 A JP 22828890A JP H04110472 A JPH04110472 A JP H04110472A
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JP
Japan
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plasma
vacuum chamber
film
film forming
microwave
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JP22828890A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Watanabe
渡辺 猛志
Mitsuo Nakatani
中谷 光雄
Kazufumi Azuma
和文 東
Tadashi Sonobe
園部 正
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To stably form a high-quality conductive film with good reproducibility at high efficiency by opposing a nonadhesive cover to a microwave introducing window and providing it in a vacuum chamber and allowing the film nonforming gas to flow into the gap between the window and this cover and also introducing discharged gas into a sample and utilizing plasma discharge to perform film formation. CONSTITUTION:In the case of performing plasma chemical vapor deposition, when microwave generated in a magnetron 10 is introduced into a vacuum circular waveguide 3 through a rectangular waveguide 11 in the atmosphere, a cover 16 is nonadhesively provided to the face in a vacuum chamber 2 side of a microwave introducing window 4. Furthermore film nonforming gas such as hydrogen is introduced through a gap between the cover 16 and the window 4 from an introduction system 8. A vapordeposited film is prevented from being stuck on the window 4. Further film formation gas such as SiH4, and CH4, is introduced from a gas introduction system 7. Film formation is performed on the surface of a sample 6 to be film-formed by utilizing plasma discharge due to the magnetic field in a magnetic coil 14.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、マイクロ波放電プラズマを利用して成膜処理
を行なうプラズマ成膜装置およびこれを用いたプラズマ
成膜方法の改善に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an improvement in a plasma film forming apparatus that performs film forming processing using microwave discharge plasma and a plasma film forming method using the same.

[従来の技術] マイクロ波放電プラズマは高エネルギー電子の生成効率
に優れたプラズマであり、高密度、高反応性プラズマと
して薄膜の高速形成や高品質薄膜の形成に有用なもので
ある。特に、磁場中、電子のサイクロトロン共鳴条件を
利用するマイクロ波放電プラズマは、その特徴を高めた
ものであり、化学蒸着法による成膜装置としては、例え
ば、特開昭56−155535号公報記載に見られるよ
うな装置構成が開示されている。マイクロ波ブラ=3 ズマ成膜装置では、この装置のように一般にマイクロ波
は導波管によって導かれ、絶縁膜による窓部を介して真
空室内に導入されろ。このような構成の装置は、S:i
−0,やSix膜のような絶縁膜や導電率」0−9S/
clIn未満の半導体膜の形成に利用する場合は大きな
問題は無く使用することが可能である。しかしこのよう
な構成の装置で導電率」○−98/ cm以」二の導電
性薄膜を形成しようとすると、初期には良好な特性の膜
が得られるものの、マイクロ波放電が停止しやすく、ま
た、得られる膜の膜質も変動しやすいという問題があっ
た。特に高導電率の薄膜を形成する場合には放電初期に
もマイクロ波放電が停止しやすく、マイクロ波放電プラ
ズマの活用が困難であった。また、このような困難は、
マイクロ波放電プラズマをスパッター成膜に利用するプ
ラズマ成膜装置の場合1.二も共通の問題であった。
[Prior Art] Microwave discharge plasma is a plasma with excellent generation efficiency of high-energy electrons, and as a high-density, highly reactive plasma, it is useful for forming thin films at high speed and forming high-quality thin films. In particular, microwave discharge plasma that utilizes cyclotron resonance conditions of electrons in a magnetic field has enhanced its characteristics, and as a film forming apparatus using the chemical vapor deposition method, for example, the method described in JP-A-56-155535 A device configuration as seen is disclosed. Microwave Blazer=3 In a Zuma film forming apparatus, microwaves are generally guided by a waveguide and introduced into a vacuum chamber through a window formed by an insulating film. A device with such a configuration has S:i
-0, or an insulating film such as a Six film, or conductivity of 0-9S/
When used for forming a semiconductor film of less than clIn, it can be used without any major problems. However, when attempting to form a conductive thin film with a conductivity of "-98/cm or higher" using an apparatus with such a configuration, although a film with good characteristics is initially obtained, the microwave discharge tends to stop, and Further, there was a problem in that the quality of the obtained film was easily variable. In particular, when forming a thin film with high conductivity, microwave discharge tends to stop even in the early stages of discharge, making it difficult to utilize microwave discharge plasma. In addition, such difficulties
In the case of a plasma film forming apparatus that uses microwave discharge plasma for sputter film forming 1. Both were common problems.

[注] 導電率の目安として1−○−9S/σ1とした
のは、従来からの実験結呆による数値であり、マイクロ
波電界によろ11!:i面に沿−)だ誘導電流が無視で
きなくなる限界が、はぼこの数値以上の導電率の膜と考
えられるからである。
[Note] The value of 1-○-9S/σ1 used as a guideline for electrical conductivity is based on conventional experimental results, and depends on the microwave electric field. This is because the limit at which the induced current along the i-plane cannot be ignored is considered to be a film with a conductivity higher than the value of the film.

[発明が解決しようどする課題] したがって、本発明の第Fの「]的は、」−記のような
技術的背景を踏まえ、導電率10−98 / an以」
二の導電性薄膜の形成に活用可能なマイクロ波放電プラ
ズマ成膜装置を、そして第2の目的は、この装置を用い
て導電率10−”S / cm以」二の導電性薄膜の形
成が可能なプラズマ成膜方法を、それぞれ提供すること
にある。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the F objective of the present invention is to achieve a conductivity of 10-98/an or more based on the technical background as stated in the following.
The second purpose is to develop a microwave discharge plasma deposition system that can be used to form conductive thin films, and the second purpose is to use this system to form conductive thin films with a conductivity of 10-"S/cm or more." The object of the present invention is to provide each possible plasma film forming method.

[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するための本発明のプラズマ成膜装置の
構成は、真空室と、この真空室へマイクロ波電力を供給
する導波管と、前記真空室内に、放電ガスを導入する手
段および被成膜試料を保持する手段とを備え、マイクロ
波放電によって生成したプラズマを利用して成膜処理を
行なうことができるプラズマ成膜装置においで、前記真
空室を大気から遮断し、真空室内へマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入窓とブ」向する↓′(空室側に、非密
着的な蔽いを設けるようにしたものである。
[Means for Solving the Problems] A plasma film forming apparatus of the present invention for solving the above problems has a configuration including a vacuum chamber, a waveguide for supplying microwave power to the vacuum chamber, and a , in a plasma deposition apparatus that is equipped with a means for introducing a discharge gas and a means for holding a sample to be deposited, and is capable of performing a deposition process using plasma generated by microwave discharge; A non-contact shield is provided on the vacant chamber side, which is shielded from the atmosphere and faces the microwave introduction window that introduces microwaves into the vacuum chamber.

また、」二部課題を解決するための本発明のプラズマ成
膜方法の構成は、真空室と、この真空室へマイクロ波電
力を供給する導波管と、前記真空室内に、放電ガスを導
入する手段と被成膜試料を保持する手段とを備え、マイ
クロ波放電により生成したプラズマを利用して前記試料
11.こ成膜する方法において、前記真空室内で、マイ
クロ波導入窓と対向して設けた非密着的な蔽いとの間隙
部に、非成膜性ガスを供給すると共に、予め真空室内に
設置した被成膜試料に、放電ガスを導入し、プラズマ放
電を利用して前記試料表面上に薄膜を形成するよう1.
こしたことである。
Furthermore, the configuration of the plasma film forming method of the present invention for solving the two-part problem includes a vacuum chamber, a waveguide for supplying microwave power to the vacuum chamber, and a discharge gas introduced into the vacuum chamber. and means for holding the sample to be film-formed, and the sample 11. In this film-forming method, a non-film-forming gas is supplied to the gap between a non-adhesive shield provided opposite the microwave introduction window in the vacuum chamber, and a non-film-forming gas is supplied to the gap between the shield and the shield, which has been placed in the vacuum chamber in advance. 1. A discharge gas is introduced into the film-forming sample, and a thin film is formed on the surface of the sample using plasma discharge.
This is a serious matter.

[作用] 本発明において、真空室のマイクロ波導入窓部l、コ設
置する蔽いは、マイクロ波導入窓面に高導電率皮膜が何
着するのを防止するために設けるものであるが、これは
マイクロ波導入窓面に非密着的に設置する。これは」二
部蔽いに高導伝率皮膜が付着した場合にもマイクロ波の
ニー〔空室内への侵入を確保する、ためである。マイク
ロ波導入窓面に高導伝率皮膜が何着するとマイクロ波の
真空室内への侵入が阻害されるのは、導波管側から見た
場合、導波管内面の導体表面の延長が真空室内面に達し
、かつ高導伝率皮膜に連続して導体による導波管の終端
を形成するためである。本発明の蔽いの設置は、このよ
うな完全に連続する導体面の形成を防止する。マイクロ
波導入窓面に非導電性の領域が確保されれば、マイクロ
波1.こよって導電性皮膜の導波管側の表面に誘起され
る誘導電流は、導電性皮膜の真空室側に流れ込み、マイ
クロ波の真空室内への侵入が可能となる。この場合、誘
導電流が導電性皮膜の真空室側に流れ込む領域を十分確
保することが重要であり、上記蔽い面上の導電性皮膜が
マイクロ波導入窓面上の導電性皮膜および真空室内壁面
に連続する領域が大きくなるとマイクロ波の真空室内へ
の侵入が国是となる。このため、上記蔽いは、上記窓部
および窓部近傍の真空室内壁面に非密着的に設置する。
[Function] In the present invention, the shields installed at the microwave introduction windows l and 7 of the vacuum chamber are provided to prevent a high conductivity film from being deposited on the microwave introduction window surface. This is installed non-adherently on the microwave introduction window surface. This is to ensure that microwaves can penetrate into the cavity even if a high conductivity film is attached to the two-part shield. The reason why a high-conductivity film placed on the microwave introduction window will inhibit microwaves from entering the vacuum chamber is that when viewed from the waveguide side, the extension of the conductor surface on the inside of the waveguide is a vacuum. This is to form the end of the waveguide with a conductor that reaches the indoor surface and continues with the high conductivity film. The shielding arrangement of the present invention prevents the formation of such a completely continuous conductor surface. If a non-conductive area is secured on the microwave introduction window surface, microwave 1. Therefore, the induced current induced on the waveguide-side surface of the conductive film flows into the vacuum chamber side of the conductive film, allowing microwaves to enter the vacuum chamber. In this case, it is important to secure a sufficient area for the induced current to flow into the vacuum chamber side of the conductive film, so that the conductive film on the shielding surface is connected to the conductive film on the microwave introduction window surface and the wall surface of the vacuum chamber. When the continuous area becomes large, it becomes a national policy to prevent microwaves from entering the vacuum chamber. Therefore, the shield is installed in a non-contact manner on the window and the wall surface of the vacuum chamber near the window.

より具体的には、マイクロ波波長辺土の周長の非導電性
部を確保することが望ましいため、」二部蔽いと」二部
窓部および窓部近傍の真空室内壁面との間にマイクロ波
波長以七の周長の空隙を確保する6 上記蔽いと、上記窓部にシト成膜性ガスを供給すること
は、この部分への皮膜の何着を低減させる」二で有効で
ある。また、上記蔽いと上記窓部面上への皮膜の何着を
低減させる上で有効である。
More specifically, since it is desirable to secure a non-conductive part of the circumference of the microwave wavelength edge, microwave Securing a gap with a circumferential length of seven wavelengths or more is effective in reducing the amount of film deposited on these areas by supplying a film-forming gas to the shield and the window. It is also effective in reducing the amount of coating deposited on the shield and the window surface.

上記蔽いはガスの流れが層流となる圧力域では上記窓部
面」−への皮膜のイ」着を低減させる効果が少ないが、
:]、 Om T o r r以下のプラズマ放電を利
用するプラズマ成膜装置の場合には有効に作用する。こ
の圧力域ではガスの分子間衝突の確率が低いためガス分
子はほぼ直進し、」−記蔽いは」二部窓部面」二への皮
膜の付着を大幅に低減させる。特に、真空室内部の少な
とも一部に磁場を形成し、電子サイクロ)・ロン共鳴に
よるマイクロ波の条件を利用するプラズマ成膜装置にお
いては、成膜圧力が低く、ガスの流れは分子流の領域に
近いので、本発明の蔽いは有効に作用する。ただし」二
部蔽いへの膜付着は少ない方が望ましい。電子サイクロ
トロン共鳴を利用するプラズマ成膜装置における成膜種
の主発生域は、電子サイクロトロン共鳴条件を満足する
磁場強度部であるので、上記蔽いを設けるマイクロ波導
入窓部は、該領域から10an以上離して設置すること
が望ましい。また、」二部窓部を電子サイクロトロン共
鳴条件を満足する磁場強度部から見て陰となる部分に設
置することが特に効果的である。
The above-mentioned shield has little effect in reducing the adhesion of the film to the window surface in the pressure range where the gas flow is laminar.
: ], This works effectively in the case of a plasma film forming apparatus that utilizes plasma discharge of less than Om Torr. In this pressure range, the probability of collision between gas molecules is low, so the gas molecules travel almost straight, and the adhesion of the film to the two-part window surface is greatly reduced. In particular, in plasma film deposition equipment that forms a magnetic field in at least a portion of the inside of the vacuum chamber and utilizes microwave conditions based on electron cyclotron resonance, the film deposition pressure is low and the gas flow is similar to that of the molecular flow. The shield of the present invention works effectively because it is close to the area. However, it is desirable to have less film adhesion to the two-part shield. In a plasma film deposition apparatus that utilizes electron cyclotron resonance, the main generation region of deposition species is the magnetic field strength region that satisfies the electron cyclotron resonance conditions, so the microwave introduction window provided with the above-mentioned shield is located 10 ann from this region. It is desirable to install them at a distance of at least 100 degrees. Furthermore, it is particularly effective to install the two-part window in a shaded part when viewed from the magnetic field strength part that satisfies the electron cyclotron resonance conditions.

上記蔽いに導電度が高い膜が付着すると、マイクロ波導
入窓部は、マイクロ波に対しインピーダンス窓として作
用する。このためインピーダンスの整合を取らないとマ
イクロ波の反射が増大する。
When a highly conductive film is attached to the shield, the microwave introduction window acts as an impedance window for microwaves. For this reason, microwave reflection increases unless impedance matching is achieved.

上記窓部のインピーダンスは、−」二部蔽いへの導電膜
の付着によって経時的に変化するため、マイクロ波の導
波管部に自動チューニンク機構を備えることが望ましい
Since the impedance of the window changes over time due to the adhesion of the conductive film to the two-part shield, it is desirable to provide an automatic tuning mechanism in the microwave waveguide.

以上の作用を活用することにより、マイクロ波放電を利
用して導電度が高い膜のプラズマ成膜が可能となる。
By utilizing the above-described effects, plasma deposition of a film with high conductivity becomes possible using microwave discharge.

[実施例] 以下本発明の実施例を第十図および第2図を用いて説明
する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described using FIG. 10 and FIG. 2.

第1図は、本発明の第1実施例のプラズマ成膜装置の要
部縦断面略示図である。
FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of essential parts of a plasma film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.

本装置の構成は、真空室内に磁場を形成し、磁場中電子
のサイクロ1〜ロン共鳴を利用してマイクロ波放電によ
りプラズマを生成し、成膜原料ガスを分解して膜形成を
行なうプラズマ成膜装置であるが、磁場を形成せずに単
なるマイクロ波化学蒸着装置として使用することも可能
である。
The configuration of this device is to form a magnetic field in a vacuum chamber, generate plasma by microwave discharge using the cyclo-1-ron resonance of electrons in the magnetic field, and decompose the film-forming raw material gas to form a film. Although it is a film device, it can also be used as a simple microwave chemical vapor deposition device without forming a magnetic field.

まず、第1図にしたがって全体構成を説明すると、プラ
ズマ発生部1は、真空室2の一部を構成する円形マイク
ロ波導波管3の内部に位置し、石英またはアルミナ製の
マイクロ波導入窓4によって、真空と大気の分離および
マイクロ波の透過が可能となっている。真空室2の内部
に試料台5があり、被成膜試料6がこの上に載置される
。ガス供給系7ば成膜原料ガスを導入するためのもので
、原料ガスは被成膜試料6に向(づて供給される。ガス
供給系8は非成膜性放電ガスを導入するためのもので、
マイクロ波導入窓4の部分に位置する。
First, the overall configuration will be explained according to FIG. 1. A plasma generating section 1 is located inside a circular microwave waveguide 3 that constitutes a part of a vacuum chamber 2, and has a microwave introduction window 4 made of quartz or alumina. This makes it possible to separate the vacuum from the atmosphere and allow microwaves to pass through. A sample stage 5 is provided inside the vacuum chamber 2, and a sample 6 to be film-formed is placed on this stage. The gas supply system 7 is for introducing a film-forming raw material gas, and the raw material gas is supplied toward the film-forming sample 6. The gas supply system 8 is for introducing a non-film-forming discharge gas. Something,
It is located at the microwave introduction window 4.

処理後の排ガスは、排気口9から排気される。マグネ1
〜ロン10で発生したマイクロ波(2,4,,5G I
(z )は大気中の矩形導波管11によって真空の円型
導波管3に導かれるが、大気中の矩形導波管11にはマ
イクロ波モニター1−2とマイクロ波チューナー13が
設置されている。プラズマ発生部」の周囲には磁器コイ
ル]4が載置されているが、これは電子サイクロI・ロ
ン共鳴(itEcR)条件を満足する磁界(875G)
を発生させるためである。これにより10 rn TO
r・r以下の圧力域でプラズマ放電を生成することが可
能どなる。
The treated exhaust gas is exhausted from the exhaust port 9. Magne 1
~Microwaves generated by Ron 10 (2, 4, 5G I
(z) is guided to the vacuum circular waveguide 3 by a rectangular waveguide 11 in the atmosphere, but a microwave monitor 1-2 and a microwave tuner 13 are installed in the rectangular waveguide 11 in the atmosphere. ing. A ceramic coil] 4 is placed around the "plasma generation section", which generates a magnetic field (875G) that satisfies the electron cyclo I-ron resonance (itEcR) conditions.
This is to generate This results in 10 rn TO
It becomes possible to generate plasma discharge in the pressure range below r.r.

[注IECRとは、電子サイタロ1〜ロン共鳴のことで
、これは磁場中電子のサイクロ1−ロン運動の周波数に
マイクロ波周波数が一致する場合に起こる現象である。
[Note: IECR refers to electron cyclo1-ron resonance, which is a phenomenon that occurs when the microwave frequency matches the frequency of the cyclo1-ron motion of electrons in a magnetic field.

また、電子サイタロトロン運動の周波数は、磁界強度に
より変化し、特定の磁界でECR条件を満足する。この
ときの磁界(磁束密度)をECR磁界と称する。
Further, the frequency of the electron cytalotron motion changes depending on the magnetic field strength, and satisfies the ECR condition at a specific magnetic field. The magnetic field (magnetic flux density) at this time is called an ECR magnetic field.

マイクロ波導入窓4の位置は、ECR条件を満足する磁
界位置15か12+ :I−Ocl]I以」二部して、
しかもECR条件を満足する磁界位置15から見て陰と
成る位置に設置されている。これはマイクロ波導入窓4
への膜イ」着を低減させるためであり、ガス供給系8を
、マイクロ波導入窓4の位置に配置したのもその為であ
る1、シかしなしから、原料ガスの分解によって成膜を
行なう化学蒸着グミの場合には、マイクロ波導入窓4へ
の膜付着を完全に回避することは困難である1、これを
低減するために本装置では、マイクロ波導入窓4の真空
室側の面に非密着的に蔽い1Gを設置しである。蔽い1
− C3はマイクロ波導入窓4才9よびその近傍の真空
室壁面どの間に少なくともマイクロ波波長以上の空隙を
確保するように設置ずろ2.これは蔽い16の而−1に
導電性皮膜が真空室内シ)ぎ面に完全に連続することを
避(けるためである。
The position of the microwave introduction window 4 is determined by the magnetic field position 15 or 12+ :I-Ocl]I which satisfies the ECR conditions.
Moreover, it is installed at a position that is in the shadow when viewed from the magnetic field position 15 that satisfies the ECR conditions. This is microwave introduction window 4
This is to reduce the amount of film adhering to the surface of the film, and this is also why the gas supply system 8 is placed at the position of the microwave introduction window 4. In the case of chemical vapor deposited gummies, it is difficult to completely avoid film adhesion to the microwave introduction window 41.In order to reduce this, in this device, the vacuum chamber side of the microwave introduction window 4 is A shield 1G was installed non-adherently on the surface. Cover 1
- C3 is installed so as to secure a gap of at least the microwave wavelength between the microwave introduction window and the wall surface of the vacuum chamber in the vicinity. This is to prevent the conductive film of the shield 16 from being completely continuous with the contact surface of the vacuum chamber.

蔽い1にの面1−に導電性皮膜が付着するとマイクロ波
伝播のインピータンスは増大するが、これtマイクロ波
チューナー133によ−〕でl整合を取ることで解決可
能である。具体的にはマイクロ波モニター12によって
観測される反射波の量が増大しないように整合を取れば
よい1.マイクロ波チューナ−13を自動装置とするこ
とてインピーダンス変化の影響は低減される。したがっ
て本装置によれば比較的導電度の高い皮膜の形成にもマ
イクロ波プラズマを利用することが可能どなる。
When a conductive film is attached to the surface 1 of the shield 1, the impedance of microwave propagation increases, but this can be solved by matching with the microwave tuner 133. Specifically, matching should be made so that the amount of reflected waves observed by the microwave monitor 12 does not increase.1. By making the microwave tuner 13 an automatic device, the effects of impedance changes are reduced. Therefore, according to this apparatus, it becomes possible to use microwave plasma to form a film with relatively high conductivity.

第2図は、本発明の第2実施例のプラズマ成膜装置の要
部縦断面略示図である。第2図の符号は、第1図のもの
と同一である。
FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of main parts of a plasma film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention. The reference numerals in FIG. 2 are the same as those in FIG.

第1図の第1実施例ではマイクロ波導入窓4を板状態と
し、矩形導波管11の位置に設置したが、本発明は第2
図に示すようj5こ、マイクロ波導入部4を円筒管とし
た場合である13 この実施例では、ガス供給系8は円
筒管の先端方向へ非成膜性ガスを供給するように設置さ
れている。この場合には蔽い」−(Sの面上に導電性皮
膜が何着する率が増大するが、円形のマイクロ波導波管
3の内周は、矩形導波管11の内周より久きいので、蔽
い16の1酊−トに導′1′fi・l’l皮)模か何着
した場俗のマイクロ1皮の侵入経路として長いスリンI
−を確保できる利点がJろる。ただし、蔽い16の面上
に導電性皮膜がイ」着することによるインピーダンスの
変化は大きいので、マイクロ波チューナー」3を自動装
置とすることが望ましい。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the microwave introducing window 4 is in the form of a plate and is installed at the position of the rectangular waveguide 11, but the present invention has a second embodiment.
As shown in the figure, this is the case where the microwave introduction section 4 is a cylindrical tube.13 In this embodiment, the gas supply system 8 is installed to supply a non-film forming gas toward the tip of the cylindrical tube. There is. In this case, the rate at which conductive films are deposited on the surface of the shield (S) increases, but the inner circumference of the circular microwave waveguide 3 is longer than the inner circumference of the rectangular waveguide 11. Therefore, it is necessary to use a long sulin I as an entry route for the micro 1 skin that is worn in places where the skin is exposed to the skin.
The advantage of being able to secure - is Jroru. However, since the impedance changes significantly due to the conductive film being deposited on the surface of the shield 16, it is desirable that the microwave tuner 3 be an automatic device.

なJ9、以上の実施例では、膜の形成は成膜mf料ガス
のプラズマ分解を利用する化学蒸着法によっているが、
本発明は、スパッターによる成膜の場合にも有効である
。マイクロ波プラズマを利用するスパッター装置は、ア
ルゴンガスを導入し、マイクロ波放電によって生成する
プラズマの近傍にターゲットを設置し、これに負電位を
印加する構成となるが、マイクロ波導入窓部への導電性
皮膜の付着が真空室内へのマイクロ波の侵入を明害する
のは、化学蒸着法の場合と同一であり、本発明をその対
策として利用できる。
In the above examples, the film is formed by a chemical vapor deposition method that utilizes plasma decomposition of the film-forming MF material gas.
The present invention is also effective in the case of film formation by sputtering. Sputtering equipment that uses microwave plasma has a configuration in which argon gas is introduced, a target is placed near the plasma generated by microwave discharge, and a negative potential is applied to it. It is the same as in the case of chemical vapor deposition that the attachment of a conductive film obstructs the penetration of microwaves into the vacuum chamber, and the present invention can be used as a countermeasure against this problem.

つぎに、第1図および第2図に示したプラズマ成膜装置
を用いて実施した実験結果について説明ずろ1゜ まず、第1図に示した本発明装置をプラズマ化学蒸着に
用いた場合について説明する。ガス供給系7からS’l
H,とCH4を総流量3〜10c a 7分、0.3%
に水素で希釈したB 、H、を3〜10cc/分導入し
、ガス供給系8からは水素を20〜60cc/分導入し
、圧力0.3〜10m T。
Next, we will explain the results of experiments conducted using the plasma film deposition apparatus shown in Figs. 1 and 2. First, we will explain the case where the apparatus of the present invention shown in Fig. 1 is used for plasma chemical vapor deposition. do. S'l from gas supply system 7
H, and CH4 at a total flow rate of 3 to 10c a 7 minutes, 0.3%
B and H diluted with hydrogen were introduced at a rate of 3 to 10 cc/min, and hydrogen was introduced from the gas supply system 8 at a rate of 20 to 60 cc/min at a pressure of 0.3 to 10 mT.

rrの条件でP型機結晶水素化シリコンカーバイド(μ
c−8iC:H)の形成を検討した。この膜は、従来の
RFプラズマ化学蒸着法では形成が困難なものであり、
マイクロ波プラズマ化学蒸着法で形成されるが、導電率
がIs/an程度で、安定した成膜が困難な膜である。
P-type machine crystal hydrogenated silicon carbide (μ
The formation of c-8iC:H) was investigated. This film is difficult to form using conventional RF plasma chemical vapor deposition methods;
Although it is formed by microwave plasma chemical vapor deposition, it has a conductivity of about Is/an, making it difficult to form a stable film.

基板温度は150℃、マイクロ波パワーは100〜50
0Wどした。
Substrate temperature is 150℃, microwave power is 100~50℃
0W What happened?

[注]RFプラズマどは、マイクロ波よりも波長が長い
ラジオ波域の高周波電界で発生ずるプラズマをいう。
[Note] RF plasma refers to plasma generated by a high-frequency electric field in the radio wave range, which has a longer wavelength than microwaves.

マイタロ波導入窓4に、蔽い16がない場合には、最初
期を除いて光学ギャップが広く導電度が高いp型μc 
−S i C: I(が得られ難く、更にはマイクロ波
プラズマの形成が田舟となった。
If the mital wave introduction window 4 does not have a shield 16, the p-type μC with a wide optical gap and high conductivity except for the very beginning.
-S i C: I( was difficult to obtain, and furthermore, the formation of microwave plasma was difficult.

蔽い16を設置した場合には、初期にマイクロ波の反射
の経時的な増大が起こったが、マイクロ波チューナー1
3でチューニングを取りなおすことにより、安定して光
学ギャップが広く導電度が高いp型μc−8jC:■−
■が得られた。マイクロ波チューナー13を自動装置に
したところ、初期から安定して光学キャップか広く導電
度が高いp型μc−8]、 C: I−Iが得られるよ
うになった。
When shield 16 was installed, microwave reflection increased over time at the beginning, but when microwave tuner 1
By retuning in step 3, p-type μC-8JC with a stable optical gap and high conductivity: ■-
■ was obtained. When the microwave tuner 13 was made into an automatic device, it became possible to stably obtain a p-type μc-8], C: II with a wide optical cap and high conductivity from the beginning.

次に、第2図に示した本発明装置を用いて水素化アモル
ファスゲルマニウム(a −G e: ■−I)の形成
を検討した。この膜は、従来のRト゛プラズマ化学蒸着
法では高品質膜の高速形成が困難なものであるが、導電
率が1−〇−’ S / >程度の膜である。
Next, the formation of hydrogenated amorphous germanium (a-Ge: 1-I) was investigated using the apparatus of the present invention shown in FIG. Although it is difficult to form a high-quality film at high speed using the conventional R-type plasma chemical vapor deposition method, this film has an electrical conductivity of about 1-0-'S/>.

ガス供給系7からGe■−■、、を5〜15cc/分導
入し、ガス供給系8からは水素を5〜30cc/分導入
し、圧力0.3〜1 m T’ o r rの条件で成
膜を検討した。基板温度は]−70℃、マイクロ波パワ
ーは50〜300 Wとした。この検討では、マイクロ
波チューナー13ば自動装置を用いた。
Ge■-■, , is introduced from the gas supply system 7 at 5 to 15 cc/min, hydrogen is introduced from the gas supply system 8 at 5 to 30 cc/min, and the pressure is 0.3 to 1 m T' o r r. We investigated film formation. The substrate temperature was −70° C., and the microwave power was 50 to 300 W. In this study, an automatic microwave tuner 13 was used.

蔽いユ6が無い場合には、a −G e : I丁を2
〜r)μrn成膜した時点でプラズマ放電の開始が困難
となり、マイクロ波導入窓4にイ」着した膵を除去する
必要が生じた。蔽いコロを設置した場合は、光導電率が
高いa−〇 e ; I−Iを長期間安定して得ること
が可能となり、再現性も著しく向」ニした。
If there is no cover 6, a - G e: I 2
~r) At the time when the μrn film was formed, it became difficult to start plasma discharge, and it became necessary to remove the pancreas that had landed on the microwave introduction window 4. When a shielding roller was installed, it became possible to stably obtain a-e;II with high photoconductivity over a long period of time, and the reproducibility was significantly improved.

以上、成膜原料ガスのプラズマ分解を利用する化学蒸着
法に本発明を適用した例を述へたが、本発明は、スパッ
ターによる導電性皮膜の形成の場合にも有効である。マ
イクロ波プラズマを利用するスパッター装置では、アル
ゴンガスを導入し、マイクロ波放電によって生成するプ
ラズマの近傍にターゲットを設置し、これに負電位を印
加する構成となるが、マイクロ波導入部窓部への導電性
皮膜の付着が真空室内へのマイクロ波の侵入を阻害する
のは、化学蒸着法の場合と同一であり、本発明をその対
策として利用できる。
Although an example in which the present invention is applied to a chemical vapor deposition method that utilizes plasma decomposition of a film-forming raw material gas has been described above, the present invention is also effective in forming a conductive film by sputtering. Sputtering equipment that uses microwave plasma has a configuration in which argon gas is introduced, a target is placed near the plasma generated by microwave discharge, and a negative potential is applied to it. The fact that the adhesion of the conductive film inhibits microwaves from entering the vacuum chamber is the same as in the case of chemical vapor deposition, and the present invention can be used as a countermeasure for this.

[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば薄膜の高速形成や高
品質薄膜の形成に有用なマイクロ波放電プラズマを導電
率]○−’ S / cm以上の心電性薄膜の形成に活
用することが可能となる。−の結果、従来のRF放電プ
ラズマ成膜法では形成が困難であった導電性の高品質膜
を再現性よく、高速で、長期間にわたって安定的に形成
することが可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, microwave discharge plasma, which is useful for forming thin films at high speed and forming high-quality thin films, can be used to form electrocardiographic thin films with a conductivity of ○−' S/cm or more. It becomes possible to utilize it for formation. - As a result, it becomes possible to stably form a conductive, high-quality film, which has been difficult to form using conventional RF discharge plasma film forming methods, with good reproducibility, at high speed, and over a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の第1実施例のプラズマ成膜装置の要
部縦断面略示図、第2図は、本発明の第2実施例のプラ
ズマ成膜装置の要部縦断面略示図である。 〈符号の説明〉 1・・・プラズマ発生部、2・・・真空室、3・・円形
導波管、4・・・マイクロ波導入窓、5・試料台、6試
料、7,8・・・ガス導入系、9・・・排気口、工○マ
グネI−ロン、11・・・矩形導波管、12 ・マイク
ロ波モニタ、13・・・チューナ、14・・磁気コイル
、15  ECR磁界、16・・・マイクロ波導入恋路
い。
FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a main part of a plasma film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of a main part of a plasma film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention. It is a diagram. <Explanation of symbols> 1... Plasma generation part, 2... Vacuum chamber, 3... Circular waveguide, 4... Microwave introduction window, 5... Sample stage, 6 Sample, 7, 8...・Gas introduction system, 9... Exhaust port, Work Magne I-ron, 11... Rectangular waveguide, 12 ・Microwave monitor, 13... Tuner, 14... Magnetic coil, 15 ECR magnetic field, 16...Microwave introduction Koiji.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空室と、この真空室へマイクロ波電力を供給する
導波管と、前記真空室内に、放電ガスを導入する手段お
よび被成膜試料を保持する手段とを備え、マイクロ波放
電によって生成したプラズマを利用して成膜処理を行な
うことができるプラズマ成膜装置において、前記真空室
を大気から遮断し、真空室内へマイクロ波を導入するマ
イクロ波導入窓と対向する真空室側に、非密着的な蔽い
を設けたことを特徴とするプラズマ成膜装置。 2、前記の蔽いと前記窓部および窓部近傍の真空室内壁
面の間に、マイクロ波波長以上の周長の空隙が存在する
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマ成膜装置。 3、前記の蔽いと前記窓部に非成膜性ガスを供給する機
構を有することを特徴とする請求項1〜2記載のプラズ
マ成膜装置。 4、前記の蔽いと前記窓部との空隙部分に非成膜性ガス
を供給することができる機構を有することを特徴とする
請求項1〜3記載のプラズマ成膜装置。 5、前記プラズマ成膜装置が、10mTorr以下のプ
ラズマ放電を利用するものであることを特徴とする請求
項1〜4記載のプラズマ成膜装置。 6、前記プラズマ成膜装置が、前記真空室内部の少なく
とも1部に磁場を形成し、電子サイクロトロン共鳴を利
用して、プラズマ放電を生成するものであることを特徴
とする請求項1〜5記載のプラズマ成膜装置。 7、前記プラズマ成膜装置の前記マイクロ波導入窓部の
位置が、真空室内の電子サイクロトロン共鳴条件を満足
する磁場強度部から10cm以上離れて存在する構成と
したことを特徴とする請求項6記載のプラズマ成膜装置
。 8、前記プラズマ成膜装置の前記マイクロ波導入窓部の
位置が、真空室内の電子サイクロトロン共鳴条件を満足
する磁場強度部からみて、陰とする部分に存在する構成
としたことを特徴とする請求項6〜7記載のプラズマ成
膜装置。 9、前記プラズマ成膜装置の前記導波管部に、マイクロ
波の自動チューニング機構を備えることを特徴とする請
求項1〜8記載のプラズマ成膜装置。 10、真空室と、この真空室へマイクロ波電力を供給す
る導波管と、前記真空室内に、放電ガスを導入する手段
と被成膜試料を保持する手段とを備え、マイクロ波放電
により生成したプラズマを利用して前記試料上に成膜す
る方法において、前記真空室内で、マイクロ波導入窓と
対向して設けた非密着的な蔽いとの間隙部に、非成膜性
ガスを供給すると共に、予め真空室内に設置した被成膜
試料に、放電ガスを導入し、プラズマ放電を利用して前
記試料表面上に薄膜を形成することを特徴とするプラズ
マ成膜方法。 11、請求項10記載のプラズマ成膜方法において、プ
ラズマを生成するマイクロ波の反射を、自動チューニン
グ機構によって一定に制御した状態下で、プラズマ放電
を利用して、前記被成膜試料表面上に薄膜を形成するこ
とを特徴とするプラズマ成膜方法。
[Claims] 1. A vacuum chamber, a waveguide for supplying microwave power to the vacuum chamber, means for introducing discharge gas into the vacuum chamber, and means for holding a sample to be deposited. In a plasma film forming apparatus capable of performing film forming processing using plasma generated by microwave discharge, the vacuum chamber is isolated from the atmosphere and faces a microwave introduction window that introduces microwaves into the vacuum chamber. A plasma film deposition apparatus characterized by having a non-adhesive shield provided on the vacuum chamber side. 2. The plasma film forming apparatus according to claim 1, wherein a gap having a circumferential length equal to or longer than a microwave wavelength exists between the shield, the window, and a wall surface of the vacuum chamber in the vicinity of the window. 3. The plasma film forming apparatus according to claim 1, further comprising a mechanism for supplying a non-film forming gas to the shield and the window. 4. The plasma film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a mechanism capable of supplying a non-film forming gas to a gap between the shield and the window. 5. The plasma film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the plasma film forming apparatus utilizes plasma discharge of 10 mTorr or less. 6. Claims 1 to 5, wherein the plasma film forming apparatus forms a magnetic field in at least a portion of the interior of the vacuum chamber and generates plasma discharge by utilizing electron cyclotron resonance. plasma film deposition equipment. 7. According to claim 6, the microwave introduction window of the plasma film forming apparatus is located at a distance of 10 cm or more from a magnetic field strength section that satisfies electron cyclotron resonance conditions in the vacuum chamber. plasma film deposition equipment. 8. A claim characterized in that the microwave introduction window of the plasma film forming apparatus is located in a shaded area when viewed from a magnetic field strength area that satisfies electron cyclotron resonance conditions in the vacuum chamber. 8. The plasma film forming apparatus according to items 6 and 7. 9. The plasma film forming apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the waveguide section of the plasma film forming apparatus is provided with a microwave automatic tuning mechanism. 10. A vacuum chamber, a waveguide for supplying microwave power to the vacuum chamber, a means for introducing discharge gas into the vacuum chamber, and a means for holding a sample to be deposited; In the method of forming a film on the sample using plasma generated by the above method, a non-film-forming gas is supplied to a gap between a non-contact shield provided opposite to the microwave introduction window in the vacuum chamber. In addition, a plasma film forming method characterized in that a discharge gas is introduced into a sample to be film-formed that has been placed in a vacuum chamber in advance, and a thin film is formed on the surface of the sample using plasma discharge. 11. The plasma film forming method according to claim 10, in which plasma discharge is used to form a film on the surface of the sample to be film-formed while the reflection of microwaves that generate plasma is controlled to be constant by an automatic tuning mechanism. A plasma deposition method characterized by forming a thin film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002526891A (en) * 1998-09-30 2002-08-20 ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト Vacuum processing chamber and surface treatment method

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