JPH0456769A - 微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法 - Google Patents
微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法Info
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- JPH0456769A JPH0456769A JP2164789A JP16478990A JPH0456769A JP H0456769 A JPH0456769 A JP H0456769A JP 2164789 A JP2164789 A JP 2164789A JP 16478990 A JP16478990 A JP 16478990A JP H0456769 A JPH0456769 A JP H0456769A
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Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- 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、有磁場マイクロ波プラズマCVD法により再
現性良く微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜を形成す
る方法に関するものである。
現性良く微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜を形成す
る方法に関するものである。
[従来の技術]
非晶質炭化ケイ素膜は、非晶質シリコン系デバイスにと
って非常に重要なp、n接合層のワイドギャップ材料と
して、例えば、薄膜太陽電池、イメージセンサ−1薄膜
LEDなどの受発光デバイスの特性向上には不可欠の材
料である。またシリコン系のへテロバイポーラトランジ
スタのワイドギャップエミッタとしても注目されている
。
って非常に重要なp、n接合層のワイドギャップ材料と
して、例えば、薄膜太陽電池、イメージセンサ−1薄膜
LEDなどの受発光デバイスの特性向上には不可欠の材
料である。またシリコン系のへテロバイポーラトランジ
スタのワイドギャップエミッタとしても注目されている
。
このような非晶質炭化ケイ素膜に求められる特性は、ワ
イドギャップならびに高導電率であるが、現在のところ
その特性は十分に満足するものには至っていない。これ
は主として、非晶質炭化ケイ素膜が、従来、高周波グロ
ー放電によるプラズマCVD法によって作成されている
ことに起因している。すなわち、高周波グロ」放電によ
るプラズマCVD法においては、ドーピング効率が悪く
高導電率の非晶質炭化ケイ素膜が作成できないものであ
る。
イドギャップならびに高導電率であるが、現在のところ
その特性は十分に満足するものには至っていない。これ
は主として、非晶質炭化ケイ素膜が、従来、高周波グロ
ー放電によるプラズマCVD法によって作成されている
ことに起因している。すなわち、高周波グロ」放電によ
るプラズマCVD法においては、ドーピング効率が悪く
高導電率の非晶質炭化ケイ素膜が作成できないものであ
る。
ところで、非晶質炭化ケイ素のネットワーク中に微結晶
シリコンあるいは微結晶炭化ケイ素相を出現させ微結晶
化を図ることにより、薄膜のワイドギャップ化、高導電
串化を図ることができる。
シリコンあるいは微結晶炭化ケイ素相を出現させ微結晶
化を図ることにより、薄膜のワイドギャップ化、高導電
串化を図ることができる。
このような薄膜の微結晶化は、高温度域において成膜す
ることにより行なうことができるが、デバイス作製の点
から低温条件(300℃以下)下において行なわれるこ
とが望まれる。
ることにより行なうことができるが、デバイス作製の点
から低温条件(300℃以下)下において行なわれるこ
とが望まれる。
非晶質シリコン系薄膜の低温条件での微結晶化には水素
希釈法が常用されている。この方法は成長表面の活性な
ダングリングボンドを水素ラジカルでターミネートする
ことにより、表面に到達した膜堆積の前駆体が成長表面
の不安定サイトに容易に拡散し、膜のネットワーク構造
構築の際、十分な緩和過程を経ることにより、結果とし
て安定な相である微結晶相を出現させるというものであ
る。
希釈法が常用されている。この方法は成長表面の活性な
ダングリングボンドを水素ラジカルでターミネートする
ことにより、表面に到達した膜堆積の前駆体が成長表面
の不安定サイトに容易に拡散し、膜のネットワーク構造
構築の際、十分な緩和過程を経ることにより、結果とし
て安定な相である微結晶相を出現させるというものであ
る。
しかしながら、従来の高周波グロー放電プラズマCVD
法において低温条件下で微結晶化炭化ケイ素膜を作成し
ようとしても、形成されるプラズマの密度が低く高活性
水素を膜表面に十分に供給できないため、微結晶化炭化
ケイ素膜を作成することがむずかしく、また高活性水素
を膜表面に十分に供給するため極めて高希釈水素条件化
で堆積しようとすると、堆積速度が極めて遅X、実質的
にデバイス作製には不適である。
法において低温条件下で微結晶化炭化ケイ素膜を作成し
ようとしても、形成されるプラズマの密度が低く高活性
水素を膜表面に十分に供給できないため、微結晶化炭化
ケイ素膜を作成することがむずかしく、また高活性水素
を膜表面に十分に供給するため極めて高希釈水素条件化
で堆積しようとすると、堆積速度が極めて遅X、実質的
にデバイス作製には不適である。
近年、プラズマに磁場を印加することにより、導波管を
通して導かれたマイクロ波と磁場中での電子のサイクロ
トロン運動との間に共鳴を起し電離度を高める電子サイ
クロトロン共鳴く以下ECRと称する。)プラズマCV
D法が開発されている。ここで菖うECR条件とは、使
用するマイクロ波周波数ωに対してプラズマ生成室内に
次式の条件を満たす磁界Bを設定した場合を言う。
通して導かれたマイクロ波と磁場中での電子のサイクロ
トロン運動との間に共鳴を起し電離度を高める電子サイ
クロトロン共鳴く以下ECRと称する。)プラズマCV
D法が開発されている。ここで菖うECR条件とは、使
用するマイクロ波周波数ωに対してプラズマ生成室内に
次式の条件を満たす磁界Bを設定した場合を言う。
ω= e B / m e
(なお、式中eは電子の電荷を、またmeは電子質量を
それぞれ示すものである。) 通常用いられるマイクロ波周波数2.45GHzに対す
るECR磁界は875Gである。
それぞれ示すものである。) 通常用いられるマイクロ波周波数2.45GHzに対す
るECR磁界は875Gである。
ECRプラズマCVD法は、低圧で高密度プラズマを生
成することができるので、薄膜形成の低温化、高速堆積
化に有利である。
成することができるので、薄膜形成の低温化、高速堆積
化に有利である。
このようなECRプラズマCVD法を利用して低温条件
下において微結晶化炭化ケイ素膜を形成した報告も既に
なされている(Tech、 Di、 Int’l。
下において微結晶化炭化ケイ素膜を形成した報告も既に
なされている(Tech、 Di、 Int’l。
PVSEC−3,pp、 171−174 (198
7) ;Y、 Hattori etal)。この例に
おいては、プラズマ生成室に励起用ガスとしてH2を1
0〜50scc■導入し、電子サイクロトロン共鳴を用
いて励起されたプラズマがプラズマ流として試料室に導
入され、試料室側から導入されたS i H4、CH4
、PH3、H2が分解され、ガス圧として10−4〜1
0−3の領域で、250〜300℃に加熱された基板上
に微結晶化炭化ケイ素膜が成膜されている。堆積された
膜は、エネルギーギャップ2.OeV以上、暗伝導度1
02S/cmに達するドーピングされた良好な特性を発
揮したとされている。
7) ;Y、 Hattori etal)。この例に
おいては、プラズマ生成室に励起用ガスとしてH2を1
0〜50scc■導入し、電子サイクロトロン共鳴を用
いて励起されたプラズマがプラズマ流として試料室に導
入され、試料室側から導入されたS i H4、CH4
、PH3、H2が分解され、ガス圧として10−4〜1
0−3の領域で、250〜300℃に加熱された基板上
に微結晶化炭化ケイ素膜が成膜されている。堆積された
膜は、エネルギーギャップ2.OeV以上、暗伝導度1
02S/cmに達するドーピングされた良好な特性を発
揮したとされている。
しかしながら、ECRプラズマCVD法に関し多くの研
究がなされているにもかかわらず、このような微結晶化
炭化ケイ素膜に関する他の報告はなく、一般的な堆積条
件は未だ確立されているとは言えないものである。さら
に、上記の報告にあるような条件下で実際に我々が製膜
を行なったところ、再現性が悪く、良好な特性を有する
薄膜の形成は困難であった。特に、上記したようなガス
圧を形成保持しても、これを排気能力の小さい真空ポン
プを用いて行なった場合には膜の堆積はほとんど見られ
なかった。膜の堆積をある程度可能なものとするには、
例えば370017分といった大排気能力の真空ポンプ
が必要とされ、このこトc、を装置tコストの面からも
不利なものトナった。
究がなされているにもかかわらず、このような微結晶化
炭化ケイ素膜に関する他の報告はなく、一般的な堆積条
件は未だ確立されているとは言えないものである。さら
に、上記の報告にあるような条件下で実際に我々が製膜
を行なったところ、再現性が悪く、良好な特性を有する
薄膜の形成は困難であった。特に、上記したようなガス
圧を形成保持しても、これを排気能力の小さい真空ポン
プを用いて行なった場合には膜の堆積はほとんど見られ
なかった。膜の堆積をある程度可能なものとするには、
例えば370017分といった大排気能力の真空ポンプ
が必要とされ、このこトc、を装置tコストの面からも
不利なものトナった。
[発明が解決しようとする課題]
従って本発明は、低温条件下において再現性良く微結晶
を含有する非晶質炭化ケイ素膜を形成する方法を提供す
ることを目的とするものである。
を含有する非晶質炭化ケイ素膜を形成する方法を提供す
ることを目的とするものである。
[課題を解決するための手段]
上記諸口的は、プラズマ生成室に励起用ガスおよびマイ
クロ波を導入し磁場を印加することによりプラズマを生
起させ、前記プラズマ生成室と接続している試料室に前
記プラズマを導入し、このようにして形成されるプラズ
マ流にシリコン原子含有ガスおよび炭素原子含有ガスを
導入し、前記試料室内に設置された基板上にプラズマを
照射して炭化ケイ素膜を形成する有磁場マイクロ波プラ
ズマCVD法において、励起用ガスとしてH2を、シリ
コン原子含有ガスとしてS、i H4を、炭素原子含有
ガスとしてCH4をそれぞれ用い、水素希釈率[H2/
(S i H4+ CH4) ]を550倍容量比)
以上とし、放電時のガス圧力を2.5×10−3To
r r 〜5.0×10−2To r rとして微結晶
を含有する非晶質炭化ケイ素膜を形成する方法により達
成される。
クロ波を導入し磁場を印加することによりプラズマを生
起させ、前記プラズマ生成室と接続している試料室に前
記プラズマを導入し、このようにして形成されるプラズ
マ流にシリコン原子含有ガスおよび炭素原子含有ガスを
導入し、前記試料室内に設置された基板上にプラズマを
照射して炭化ケイ素膜を形成する有磁場マイクロ波プラ
ズマCVD法において、励起用ガスとしてH2を、シリ
コン原子含有ガスとしてS、i H4を、炭素原子含有
ガスとしてCH4をそれぞれ用い、水素希釈率[H2/
(S i H4+ CH4) ]を550倍容量比)
以上とし、放電時のガス圧力を2.5×10−3To
r r 〜5.0×10−2To r rとして微結晶
を含有する非晶質炭化ケイ素膜を形成する方法により達
成される。
本発明はまた、シリコン原子含有ガスとしてのSiH4
と、炭素原子含有ガスとしてのCH4との配合比CH4
/ S i H4が1〜4(容量比)である微結晶を含
有する非晶質炭化ケイ素膜を形成する方法を示すもので
ある。本発明はさらに、シリコン原子含有ガスとしての
SiH4には、ドーピングガスとしてPH3またはB2
H6が0.1〜5容量%混合されているものである微
結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法を示すも
のである。
と、炭素原子含有ガスとしてのCH4との配合比CH4
/ S i H4が1〜4(容量比)である微結晶を含
有する非晶質炭化ケイ素膜を形成する方法を示すもので
ある。本発明はさらに、シリコン原子含有ガスとしての
SiH4には、ドーピングガスとしてPH3またはB2
H6が0.1〜5容量%混合されているものである微
結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法を示すも
のである。
[作用]
プラズマCVD法により低温条件下で微結晶を含有する
炭化ケイ素膜を形成するには、水素ラジカルが重要な働
きを有する。すなわち、前記じたように薄膜の成長表面
の活性なダングリングボンドを水素ラジカルでターミネ
ートすることにより、表面に到達した膜堆積の前駆体が
成長表面の不安定サイトに容易に拡散し、膜のネットワ
ーク構造構築の原、十分な緩和過程を経ることにより、
結果として安定な相である微結晶相を出現させるためで
ある。このため一般に、膜堆積は高水素希釈下において
行なわれ−るが、有磁場マイクロ波プラズマCVD法は
ガスの分解効率が高いために、多量の水素ラジカルを成
長表面に供給することができることができる。しかしな
がら一方で、有磁場マイクロ波によって励起された水素
プラズマ中の水素イオンないしは水素ラジカルは高活性
であるために、エツチング作用が強く、このことが原因
となって膜堆積の進行を阻害したり、膜質の低下を招い
たりする虞れがあった。本発明者らは、このような有磁
場マイクロ波プラズマCVD法により低温条件下で安定
して再現性よく微結晶を含有する炭化ケイ素膜を形成す
るために鋭意研究を進めた結果、以下に述べるように系
内のガス圧がこのような膜堆積における重要なパラメー
ターであるという結論に達し、放電時のガス圧力を従来
法におけるものよりも高い、2.5X10−3Torr
〜5,0×10−2To r rのものとすることで安
定な膜堆積の確保、膜中の酸素濃度の低減を実現し、再
現性よく微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜を得るこ
とができたものである。
炭化ケイ素膜を形成するには、水素ラジカルが重要な働
きを有する。すなわち、前記じたように薄膜の成長表面
の活性なダングリングボンドを水素ラジカルでターミネ
ートすることにより、表面に到達した膜堆積の前駆体が
成長表面の不安定サイトに容易に拡散し、膜のネットワ
ーク構造構築の原、十分な緩和過程を経ることにより、
結果として安定な相である微結晶相を出現させるためで
ある。このため一般に、膜堆積は高水素希釈下において
行なわれ−るが、有磁場マイクロ波プラズマCVD法は
ガスの分解効率が高いために、多量の水素ラジカルを成
長表面に供給することができることができる。しかしな
がら一方で、有磁場マイクロ波によって励起された水素
プラズマ中の水素イオンないしは水素ラジカルは高活性
であるために、エツチング作用が強く、このことが原因
となって膜堆積の進行を阻害したり、膜質の低下を招い
たりする虞れがあった。本発明者らは、このような有磁
場マイクロ波プラズマCVD法により低温条件下で安定
して再現性よく微結晶を含有する炭化ケイ素膜を形成す
るために鋭意研究を進めた結果、以下に述べるように系
内のガス圧がこのような膜堆積における重要なパラメー
ターであるという結論に達し、放電時のガス圧力を従来
法におけるものよりも高い、2.5X10−3Torr
〜5,0×10−2To r rのものとすることで安
定な膜堆積の確保、膜中の酸素濃度の低減を実現し、再
現性よく微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜を得るこ
とができたものである。
すなわち、マイクロ波プラズマCVD装置にはマイクロ
波導入用の石英窓が存在するが、有磁場マイクロ波によ
って励起された高活性な水素プラズマは、この石英窓を
エツチングし、プラズマ中には酸素が混入してしまう。
波導入用の石英窓が存在するが、有磁場マイクロ波によ
って励起された高活性な水素プラズマは、この石英窓を
エツチングし、プラズマ中には酸素が混入してしまう。
微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜は成長界面に酸素
汚染があるともはや作成できないものとなる。放電時の
ガス圧が低い時は、平均自由工程が長いためマイクロ波
導入窓近傍でプラズマ中に混入した酸素が基板に到達す
る確率が大きくなり、膜中の酸素含有量が増大し、微結
晶化炭化ケイ素膜を作成できない。
汚染があるともはや作成できないものとなる。放電時の
ガス圧が低い時は、平均自由工程が長いためマイクロ波
導入窓近傍でプラズマ中に混入した酸素が基板に到達す
る確率が大きくなり、膜中の酸素含有量が増大し、微結
晶化炭化ケイ素膜を作成できない。
一方、放電時のガス圧が高い時は、プラメマ中への酸素
の混入はあるものの、平均自由工程が短くなるために基
板へ到達する酸素量は減少し、膜中の酸素含有量は減少
する。このため放電時のガス圧を高く設定すると微結晶
化炭化ケイ素膜が堆積しやすくなるものである。
の混入はあるものの、平均自由工程が短くなるために基
板へ到達する酸素量は減少し、膜中の酸素含有量は減少
する。このため放電時のガス圧を高く設定すると微結晶
化炭化ケイ素膜が堆積しやすくなるものである。
またガス圧が低い時は、平均自由工程が長いために、有
磁場マイクロ波によって励起された水素プラズマ中に存
在する水素イオンないしは水素ラジカルの基板に照射さ
れる密度も増大する。このため低いガス圧では比較的低
い水素希釈率の時でもエツチング過程が堆積過程を上回
るため膜は付着しない。逆に高いガス圧では水素イオン
ないし水素ラジカルの密度が減少するため高い水素希釈
率でも膜堆積は起るものとなる。
磁場マイクロ波によって励起された水素プラズマ中に存
在する水素イオンないしは水素ラジカルの基板に照射さ
れる密度も増大する。このため低いガス圧では比較的低
い水素希釈率の時でもエツチング過程が堆積過程を上回
るため膜は付着しない。逆に高いガス圧では水素イオン
ないし水素ラジカルの密度が減少するため高い水素希釈
率でも膜堆積は起るものとなる。
さらに有磁場マイクロ波によって励起された水素プラズ
マ中に存在する水素イオンないし水素ラジカルなどの活
性種は堆積膜の膜質の再現性にも影響を与える。これは
プラズマCVD装置のプラズマ生成室内における前回ま
での成膜工程の残留付着膜の堆積履歴と関係する。前回
までの成膜工程の際の残留付着膜がプラズマ生成室の内
壁上に存在すると高活性な前記水素プラズマによる化学
スパッタリングによりエツチングされてしまう。
マ中に存在する水素イオンないし水素ラジカルなどの活
性種は堆積膜の膜質の再現性にも影響を与える。これは
プラズマCVD装置のプラズマ生成室内における前回ま
での成膜工程の残留付着膜の堆積履歴と関係する。前回
までの成膜工程の際の残留付着膜がプラズマ生成室の内
壁上に存在すると高活性な前記水素プラズマによる化学
スパッタリングによりエツチングされてしまう。
そして、残留付着膜成分がプラズマ中に混入し、一部は
基板表面に到達し堆積膜中に混入する。放電時のガス圧
が低い時は、平均自由工程が長いためエツチングされた
残留付着膜成分が基板に到達するに率が大きくなる。微
結晶化薄膜を形成するためには、水素による高希釈を行
ない成膜性のガスは微量しか供給しない。このため、基
板表面に到達する膜形成前駆体のうち、成膜性ガスに起
因する分解励起種に対してプラズマ生成室内壁の残留付
着膜からの生成物の割合が無視できなくなり、膜物性の
再現性を確保することが難しくなるものである。
基板表面に到達し堆積膜中に混入する。放電時のガス圧
が低い時は、平均自由工程が長いためエツチングされた
残留付着膜成分が基板に到達するに率が大きくなる。微
結晶化薄膜を形成するためには、水素による高希釈を行
ない成膜性のガスは微量しか供給しない。このため、基
板表面に到達する膜形成前駆体のうち、成膜性ガスに起
因する分解励起種に対してプラズマ生成室内壁の残留付
着膜からの生成物の割合が無視できなくなり、膜物性の
再現性を確保することが難しくなるものである。
なお、有磁場マイクロ波によって励起されたプラズマを
用いたCVDにおけるこれらの現象は本発明者らが初め
て見い出したものであり、本発明、の根底をなすもので
ある。
用いたCVDにおけるこれらの現象は本発明者らが初め
て見い出したものであり、本発明、の根底をなすもので
ある。
以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。
第1図は本発明の微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜
の形成方法において用いられる有磁場マイクロ波プラズ
マCVD装置措成の一例を模式的に示すものである。
の形成方法において用いられる有磁場マイクロ波プラズ
マCVD装置措成の一例を模式的に示すものである。
第1図に示すように本発明において用いられるマイクロ
波プラズマCVD装置は、励起用ガスを?Ili子サイ
クサイクロトロン共鳴てプラズマ化させるプラズマ生成
室1と、このプラズマ生成室1において発生したプラズ
マにより成膜性ガスを分解、励起させ、基板3上に薄膜
の堆積を行なう試料室2を有しており、このプラズマ生
成室1と試料室2とはプラズマ引出し窓4を介して連通
している。
波プラズマCVD装置は、励起用ガスを?Ili子サイ
クサイクロトロン共鳴てプラズマ化させるプラズマ生成
室1と、このプラズマ生成室1において発生したプラズ
マにより成膜性ガスを分解、励起させ、基板3上に薄膜
の堆積を行なう試料室2を有しており、このプラズマ生
成室1と試料室2とはプラズマ引出し窓4を介して連通
している。
プラズマ生成室1には励起用ガスを導入するための励起
用ガス導入手段5が接続されており、また前記プラズマ
引出し窓4と対向する壁面には、導波管6により伝搬さ
せるマイクロ波をプラズマ生成室1内に導入するための
マイクロ波導入窓7が設けられている。またプラズマ生
成室1の周りには磁気回路8が配置されており、プラズ
マ生成室1内に磁界を形成することができるようになっ
ている。一方、試料室2には、その内部に基板3を載置
するための試料台9が設けられ、さらに前記プラズマ引
出し窓4に近接する位置に成膜性ガスを導入するための
成膜性ガス導入手段10の導出部となるガス吹出しリン
グ11が配されている。
用ガス導入手段5が接続されており、また前記プラズマ
引出し窓4と対向する壁面には、導波管6により伝搬さ
せるマイクロ波をプラズマ生成室1内に導入するための
マイクロ波導入窓7が設けられている。またプラズマ生
成室1の周りには磁気回路8が配置されており、プラズ
マ生成室1内に磁界を形成することができるようになっ
ている。一方、試料室2には、その内部に基板3を載置
するための試料台9が設けられ、さらに前記プラズマ引
出し窓4に近接する位置に成膜性ガスを導入するための
成膜性ガス導入手段10の導出部となるガス吹出しリン
グ11が配されている。
また試料室2は排気系12に接続されている。
このような装置を用いてのECRプラズマCVD法の概
要を示すと、まず、プラズマ生成室1には導波管6によ
り導かれマイクロ波導入窓7を介してマイクロ波、例え
ば2.45GHzのマイクロ波が導入されており、また
プラズマ生成室1内には磁気回路8により前記マイクロ
波の周波数に対する電子サイクロン共鳴磁界(2,45
GHzに対しては875G)が印加されているために、
励起用ガス導入手段5を通じてプラズマ生成室lに導入
された励起用ガスが電子サイクロトロン共鳴により分解
、励起してプラズマが生成される。
要を示すと、まず、プラズマ生成室1には導波管6によ
り導かれマイクロ波導入窓7を介してマイクロ波、例え
ば2.45GHzのマイクロ波が導入されており、また
プラズマ生成室1内には磁気回路8により前記マイクロ
波の周波数に対する電子サイクロン共鳴磁界(2,45
GHzに対しては875G)が印加されているために、
励起用ガス導入手段5を通じてプラズマ生成室lに導入
された励起用ガスが電子サイクロトロン共鳴により分解
、励起してプラズマが生成される。
このプラズマはプラズマ引出し窓4を通して発散磁界に
よりプラズマ流となって試料室2へと導かれ、成膜性ガ
ス導入手段10を通じて試料室2へと導入される成膜性
ガスと接触することにより成膜性ガスの分解、励起が起
こり膜形成の前駆体がプラズマ流中で生成され、試料台
9上の基板3に到達することによって膜が形成するもの
である。
よりプラズマ流となって試料室2へと導かれ、成膜性ガ
ス導入手段10を通じて試料室2へと導入される成膜性
ガスと接触することにより成膜性ガスの分解、励起が起
こり膜形成の前駆体がプラズマ流中で生成され、試料台
9上の基板3に到達することによって膜が形成するもの
である。
本発明は、ECRプラズマCVD法により低温条件下、
例えば300℃以下の温度条件下において微結晶を含む
非晶質炭化ケイ素膜を形成するものであるため、反応系
内は高水素希釈とされる。
例えば300℃以下の温度条件下において微結晶を含む
非晶質炭化ケイ素膜を形成するものであるため、反応系
内は高水素希釈とされる。
従って、電子サイクロトロン共鳴により励起される励起
用ガスとしてはH2が用いられる。
用ガスとしてはH2が用いられる。
一方、成膜性ガスとしては、シリコン原子含有ガスとし
てSiH4、炭素原子含有ガスとしてCH4を用いる。
てSiH4、炭素原子含有ガスとしてCH4を用いる。
なお、得ようとする炭化ケイ素膜をドーピングしようと
する場合には、ドーピングガスとして例えばPH3また
はB2 H6などを、SiH4ガスに0.1〜5容量%
の割合で混入する。
する場合には、ドーピングガスとして例えばPH3また
はB2 H6などを、SiH4ガスに0.1〜5容量%
の割合で混入する。
本発明の薄膜形成方法において、水素希釈率[H2/
(S i H4+CH4) ]は、550倍容量比)以
上、より好ましくは60〜70倍程度と程度る。すなわ
ち、水素希釈率が50倍以下であると成長膜内に微結晶
シリコンないしは微結晶炭化ケイ素相を自現させること
が困難となるためである。なお、水素希釈率が高い程、
微結晶化は容易となるが水素イオンないしは水素ラジカ
ルによるエツチング作用が強くなり、成膜速度が遅くな
るために、後述するガス圧によっても左右されるが水素
希釈率は通常90倍程度までが適当である。
(S i H4+CH4) ]は、550倍容量比)以
上、より好ましくは60〜70倍程度と程度る。すなわ
ち、水素希釈率が50倍以下であると成長膜内に微結晶
シリコンないしは微結晶炭化ケイ素相を自現させること
が困難となるためである。なお、水素希釈率が高い程、
微結晶化は容易となるが水素イオンないしは水素ラジカ
ルによるエツチング作用が強くなり、成膜速度が遅くな
るために、後述するガス圧によっても左右されるが水素
希釈率は通常90倍程度までが適当である。
また、本発明の薄膜形成方法において、成膜性ガスにお
けるSiH4とCH4との配合比CH4/ S i H
4は、1〜4(容量比)程度とされる。
けるSiH4とCH4との配合比CH4/ S i H
4は、1〜4(容量比)程度とされる。
これは、CH4の配合量が多くなる程得られる微結晶化
炭化ケイ素膜のバンドギャップは広がるが、逆に成膜速
度が遅くなり、かつ高導電化できにくくなるために上記
範囲とされるものである。
炭化ケイ素膜のバンドギャップは広がるが、逆に成膜速
度が遅くなり、かつ高導電化できにくくなるために上記
範囲とされるものである。
しかして、本発明においては、放電時のガス圧を2.5
X10’〜5.0×10−2Torr、より好ましくは
3.0X10−3〜1.0X10−2Torrとする。
X10’〜5.0×10−2Torr、より好ましくは
3.0X10−3〜1.0X10−2Torrとする。
すなわち、放電時のガス圧が2゜5X10−3Torr
未満であると、形成されたプラズマ中における平均自由
工程が長くなり、マイクロ波導入窓7近傍でプラズマ中
に混入した酸素が基板3上に到達する確率が高くなって
膜中の酸素含有量が増大し微結晶化が阻害される虞れ、
またプラズマ中の水素イオンないしは水素ラジカルが基
板3に照射される密度が増大することによってこれらに
よるエツチング過程が堆積過程を上回って膜が堆積され
ない虞れ、さらにプラズマ中に混入した残留付着膜成分
が基板3上に到達する確率が高くなって膜質および膜堆
積(堆積速度)の再現性を損なう虞れがいずれも大きく
なるためである。一方、放電時のガス圧が5.0X10
−2Torrを越えるものであると、電子サイクロトロ
ン共鳴現象により励起分解して形成されるプラズマの安
定性が悪(なり膜の堆積にムラが生じる虞れがあるため
である。
未満であると、形成されたプラズマ中における平均自由
工程が長くなり、マイクロ波導入窓7近傍でプラズマ中
に混入した酸素が基板3上に到達する確率が高くなって
膜中の酸素含有量が増大し微結晶化が阻害される虞れ、
またプラズマ中の水素イオンないしは水素ラジカルが基
板3に照射される密度が増大することによってこれらに
よるエツチング過程が堆積過程を上回って膜が堆積され
ない虞れ、さらにプラズマ中に混入した残留付着膜成分
が基板3上に到達する確率が高くなって膜質および膜堆
積(堆積速度)の再現性を損なう虞れがいずれも大きく
なるためである。一方、放電時のガス圧が5.0X10
−2Torrを越えるものであると、電子サイクロトロ
ン共鳴現象により励起分解して形成されるプラズマの安
定性が悪(なり膜の堆積にムラが生じる虞れがあるため
である。
なお、前記したように本発明においては、50倍以上の
高水素希釈率とされるために、励起用ガスとしてのH2
流量は、成膜性ガスとしてのSiH4およびCH4の流
量と比較して非常に大きい。
高水素希釈率とされるために、励起用ガスとしてのH2
流量は、成膜性ガスとしてのSiH4およびCH4の流
量と比較して非常に大きい。
このためにプラズマ処理装置内のガス圧は母ガスである
H2流量によって実質的に決められる。
H2流量によって実質的に決められる。
ECRCVD法によるプロセスの放電時のガス圧は10
’〜1O−3To r r域であるため、通常電離真空
計(B−Aゲージ)の測定ヒ限域であり、またバラトロ
ン真空計の測定下限域でもある。こノタメどちらの真空
計を用いるかによって真空度測定に差が生じる。例えば
2000〜3000R/S級の排気能力を有するポンプ
で水素を200secm排気する際、B−Aゲージとバ
ラトロンでの指示値を比べると5〜6倍バラトロンの真
空度が高く、数mTorr〜i・数mTorrの値とな
る。
’〜1O−3To r r域であるため、通常電離真空
計(B−Aゲージ)の測定ヒ限域であり、またバラトロ
ン真空計の測定下限域でもある。こノタメどちらの真空
計を用いるかによって真空度測定に差が生じる。例えば
2000〜3000R/S級の排気能力を有するポンプ
で水素を200secm排気する際、B−Aゲージとバ
ラトロンでの指示値を比べると5〜6倍バラトロンの真
空度が高く、数mTorr〜i・数mTorrの値とな
る。
この場合、B−Aゲージでは、
1)ゲージ球のフィラメントに流れ込むイオン電流量が
無視できない。
無視できない。
2)電子が続けざまに2凹以上電離を行なう頻度が多く
なる ことから、このような真空域では正確な測定ができない
。
なる ことから、このような真空域では正確な測定ができない
。
一方、バラトロン真空計では、機械的な変位を測定して
いることから、この真空域ではB−Aゲ−ジより正にで
ある。このため、本発明におけるガス圧力の値は、特に
明示しない限りバラトロン真空を用いて表示したもので
ある。
いることから、この真空域ではB−Aゲ−ジより正にで
ある。このため、本発明におけるガス圧力の値は、特に
明示しない限りバラトロン真空を用いて表示したもので
ある。
[実施例コ
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
第1図に模式するような構成を有する装置を用い、以下
に示す条件においてSiC膜を成膜させた。堆積条件は
水素希釈率を一定としてガス圧力を種々変化させるもの
である。尚、ガス圧はB−Aゲージにて測定した。
に示す条件においてSiC膜を成膜させた。堆積条件は
水素希釈率を一定としてガス圧力を種々変化させるもの
である。尚、ガス圧はB−Aゲージにて測定した。
(以下余白)
マイクロ波周波数 2.45GHzマイクロ波出
力 300W 磁気コイル電流 16A プラズマ生成室内磁界 875G 基板温度 300℃ H2流ff1146〜175 seemSiH+(1%
PH3)流量 1.0〜1.2 seemCH4
流Q 1.0〜1.2 seemSjH
4:CH41:I H2、’(SiH4+CH4) 73ガス
圧 2.4X10−3〜3.9×10°
’ Torr 基板としては20X20XO,3mmの石英板を用い、
堆積時間は約3時間までとし、1500〜200OAの
膜を堆積した。
力 300W 磁気コイル電流 16A プラズマ生成室内磁界 875G 基板温度 300℃ H2流ff1146〜175 seemSiH+(1%
PH3)流量 1.0〜1.2 seemCH4
流Q 1.0〜1.2 seemSjH
4:CH41:I H2、’(SiH4+CH4) 73ガス
圧 2.4X10−3〜3.9×10°
’ Torr 基板としては20X20XO,3mmの石英板を用い、
堆積時間は約3時間までとし、1500〜200OAの
膜を堆積した。
このようにして得られた膜の特性として暗電導度および
ラマンスペクトルを調べ、それぞれのガス圧依存性を検
討した。得られた結果を第2図および第3図に示す。な
お、暗電導度の測定については堆積膜の上に約600A
のAρを対向した櫛型状に真空蒸着し、C0−PLAN
ER型の電極を用いて行った。
ラマンスペクトルを調べ、それぞれのガス圧依存性を検
討した。得られた結果を第2図および第3図に示す。な
お、暗電導度の測定については堆積膜の上に約600A
のAρを対向した櫛型状に真空蒸着し、C0−PLAN
ER型の電極を用いて行った。
その結果、第2図に示すようにガス圧が2.4×10−
3Torrから2.9X10−3Torrにかけて変化
する間に、暗電導度は10’S/amのオーダーから1
0−23/cmのオーダーへと急激な増加を示し、ガス
圧の増加によりドーピング効率を大幅に改善できること
が示された。
3Torrから2.9X10−3Torrにかけて変化
する間に、暗電導度は10’S/amのオーダーから1
0−23/cmのオーダーへと急激な増加を示し、ガス
圧の増加によりドーピング効率を大幅に改善できること
が示された。
第3図はラマンスペクトルの測定結果を示すものであり
、図中のスペクトル線は下から順に、ガス圧が2.4X
10−3To r r、2.6X10−3Torr、2
.9X10−3Torr、3.lXl0’To r r
、3.9X10−3To r rの場合におけるもので
ある。第3図に示す結果より明らかなようにガス圧が2
.4×10−3Torrの場合に得られた堆積膜のスペ
クトルにはシリコン結晶のラマンピーク(520cm’
)は見られず、非晶質成分のみであるが、ガス圧が2.
6X10−3Torr、2.9X10−3Torrと増
加するりれて、このピークが明瞭に現れてくる。このこ
とから、ガス圧の増加と共に膜中に微結晶シリコン相が
出現し、これに伴ないドーピング効率が改善され第2図
に示されるように暗電導率が増加したことがわかる。な
お、ラマンスペクトルの測定ではSiC結晶のピーク(
780cm−’)は現れていない。これはCHnラジカ
ルの膜成長表面での付着係数が300℃では非常に小さ
いため膜中への炭素原子の取込み量が少なくSiの結晶
に比べてSiC結晶の比率が結果的に小さくなっている
ためと考えられる。
、図中のスペクトル線は下から順に、ガス圧が2.4X
10−3To r r、2.6X10−3Torr、2
.9X10−3Torr、3.lXl0’To r r
、3.9X10−3To r rの場合におけるもので
ある。第3図に示す結果より明らかなようにガス圧が2
.4×10−3Torrの場合に得られた堆積膜のスペ
クトルにはシリコン結晶のラマンピーク(520cm’
)は見られず、非晶質成分のみであるが、ガス圧が2.
6X10−3Torr、2.9X10−3Torrと増
加するりれて、このピークが明瞭に現れてくる。このこ
とから、ガス圧の増加と共に膜中に微結晶シリコン相が
出現し、これに伴ないドーピング効率が改善され第2図
に示されるように暗電導率が増加したことがわかる。な
お、ラマンスペクトルの測定ではSiC結晶のピーク(
780cm−’)は現れていない。これはCHnラジカ
ルの膜成長表面での付着係数が300℃では非常に小さ
いため膜中への炭素原子の取込み量が少なくSiの結晶
に比べてSiC結晶の比率が結果的に小さくなっている
ためと考えられる。
さらに、バラトロン真空計表示でガス圧1.lXl0−
3〜2.lXl0−3Torrの領域で、前述と同条件
にて成膜を行なったところ、膜質、堆積速度共、上記と
同様の結果が得られた。
3〜2.lXl0−3Torrの領域で、前述と同条件
にて成膜を行なったところ、膜質、堆積速度共、上記と
同様の結果が得られた。
また、これらの実験とは別に、予め薄い非晶質Si膜を
コーティングした石英基板を用い、上記と同様の装置に
おいてより低いガス圧においてSiC膜の形成を試みた
(例えばガス圧8X10−4Torr、水素希釈率44
倍)が、膜は付着せず、予めコーティングしておいた非
晶質Si膜さらには基板の石英が削られる場合もあった
。すなわち、このような低ガス圧域では、エツチング性
が非常に強いため膜堆積には適していないことが明らか
となった。
コーティングした石英基板を用い、上記と同様の装置に
おいてより低いガス圧においてSiC膜の形成を試みた
(例えばガス圧8X10−4Torr、水素希釈率44
倍)が、膜は付着せず、予めコーティングしておいた非
晶質Si膜さらには基板の石英が削られる場合もあった
。すなわち、このような低ガス圧域では、エツチング性
が非常に強いため膜堆積には適していないことが明らか
となった。
[発明の効果]
以上述べたように、本発明は有磁場マイクロ波プラズマ
CVD法において微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜
を形成するに際して、放電時のガス圧を2.5X10−
3To r r 〜5.0×10−2Torrと従来に
おけるよりも高く設定することにより、該膜を再現性よ
く堆積することを可能とした。さらに、このようにガス
圧を高く設定するために、排気系として従来例における
ような大排気能力のポンプ等を必要としなくなるために
製造コストの面においても有利である。
CVD法において微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜
を形成するに際して、放電時のガス圧を2.5X10−
3To r r 〜5.0×10−2Torrと従来に
おけるよりも高く設定することにより、該膜を再現性よ
く堆積することを可能とした。さらに、このようにガス
圧を高く設定するために、排気系として従来例における
ような大排気能力のポンプ等を必要としなくなるために
製造コストの面においても有利である。
第1図は本発明の微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜
の形成方法において用いられるマイクロ波プラズマCV
D処理構成の一例を模式的に示す図、第2図は本発明の
実施例において得られた堆積膜の暗電導度と放電時のガ
ス圧との関係を示すクラ7であり、また第3図は本発明
の実施例において得られた堆積膜のラマンスペクトルを
放電時のガス圧と関連づけて示すチャートである。 1・・・プラズマ生成室、2・・・試料室、3・・・基
板、4・・・プラズマ引出し窓、5・・・励起用ガス導
入手段、6・・・導波管、7・・・マイクロ波導入窓、
8・・・磁気回路、9・・・試料台、 10・・・成膜性ガス導入手段、 11・・・ガス吹出しリング、12・・・排気系。
の形成方法において用いられるマイクロ波プラズマCV
D処理構成の一例を模式的に示す図、第2図は本発明の
実施例において得られた堆積膜の暗電導度と放電時のガ
ス圧との関係を示すクラ7であり、また第3図は本発明
の実施例において得られた堆積膜のラマンスペクトルを
放電時のガス圧と関連づけて示すチャートである。 1・・・プラズマ生成室、2・・・試料室、3・・・基
板、4・・・プラズマ引出し窓、5・・・励起用ガス導
入手段、6・・・導波管、7・・・マイクロ波導入窓、
8・・・磁気回路、9・・・試料台、 10・・・成膜性ガス導入手段、 11・・・ガス吹出しリング、12・・・排気系。
Claims (3)
- (1)プラズマ生成室に励起用ガスおよびマイクロ波を
導入し磁場を印加することによりプラズマを生起させ、
前記プラズマ生成室と接続している試料室に前記プラズ
マを導入し、このようにして形成されるプラズマ流にシ
リコン原子含有ガスおよび炭素原子含有ガスを導入し、
前記試料室内に設置された基板上にプラズマを照射して
炭化ケイ素膜を形成する有磁場マイクロ波プラズマCV
D法において、励起用ガスとしてH_2を、シリコン原
子含有ガスとしてSiH_4を、炭素原子含有ガスとし
てCH_4をそれぞれ用い、水素希釈率[H_2/(S
iH_4+CH_4)]を50倍(容量比)以上とし、
放電時のガス圧力を2.5×10^−^3Torr〜5
.0×10^−^2Torrとして微結晶を含有する非
晶質炭化ケイ素膜を形成する方法。 - (2)シリコン原子含有ガスとしてのSiH_4と、炭
素原子含有ガスとしてのCH_4との配合比CH_4/
SiH_4が1〜4(容量比)である請求項1に記載の
微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜を形成する方法。 - (3)シリコン原子含有ガスとしてのSiH_4には、
ドーピングガスとしてPH_3またはB_2H_6が0
.1〜5容量%混合されているものである請求項1に記
載の微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2164789A JPH0456769A (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | 微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2164789A JPH0456769A (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | 微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0456769A true JPH0456769A (ja) | 1992-02-24 |
Family
ID=15799973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2164789A Pending JPH0456769A (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | 微結晶を含有する非晶質炭化ケイ素膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0456769A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0933683A2 (en) * | 1992-08-20 | 1999-08-04 | Sony Corporation | Method of forming a resist pattern by using an optimized silicon carbide anti-reflective layer |
US6372304B1 (en) * | 1996-07-10 | 2002-04-16 | Suzuki Motor Corporation | Method and apparatus for forming SiC thin film on high polymer base material by plasma CVD |
US6731531B1 (en) | 1997-07-29 | 2004-05-04 | Micron Technology, Inc. | Carburized silicon gate insulators for integrated circuits |
US6835638B1 (en) | 1997-07-29 | 2004-12-28 | Micron Technology, Inc. | Silicon carbide gate transistor and fabrication process |
-
1990
- 1990-06-22 JP JP2164789A patent/JPH0456769A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0933683A2 (en) * | 1992-08-20 | 1999-08-04 | Sony Corporation | Method of forming a resist pattern by using an optimized silicon carbide anti-reflective layer |
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