JPH0530909B2 - - Google Patents

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JPH0530909B2
JPH0530909B2 JP17586784A JP17586784A JPH0530909B2 JP H0530909 B2 JPH0530909 B2 JP H0530909B2 JP 17586784 A JP17586784 A JP 17586784A JP 17586784 A JP17586784 A JP 17586784A JP H0530909 B2 JPH0530909 B2 JP H0530909B2
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plasma
substrate
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film forming
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Yasuo Tarui
Koichi Kamisako
Katsumi Aota
Tatsumi Hiramoto
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Ushio Denki KK
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Ushio Denki KK
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24Deposition of silicon only

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気相化学反応による被膜形成方法に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming a film by vapor phase chemical reaction.

近年、硅素の水素化合物気体に水銀蒸気を混入
した光化学反応性ガスを反応容器内に充填すると
ともにそこに基板を配置し、反応容器外より水銀
ランプの波長253.7nm、184.9nmの紫外線を照射
し、水銀の光増感反応により基板上にアモルフア
スシリコン(以下a−Siと云う)を堆積させた
り、更には酸素原子や窒素原子を含むガスを添加
することにより二酸化硅素や窒化シリコンの絶縁
膜や保護膜を堆積させることが研究されている。
(公開特許公報昭54−163792、日経エレクトロニ
クス、1982年2月15日号) しかし、この方法で形成されたa−Siや二酸化
硅素や窒化硅素などの被膜をマイクロエレクトロ
クス回路のプロセスに適用する際に、光増感剤と
して使用した水銀が悪影響を及ぼす問題点があつ
た。
In recent years, a reaction vessel is filled with a photochemically reactive gas consisting of silicon hydrogen compound gas mixed with mercury vapor, a substrate is placed there, and ultraviolet rays at wavelengths of 253.7 nm and 184.9 nm from a mercury lamp are irradiated from outside the reaction vessel. , by depositing amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si) on a substrate through a photosensitization reaction of mercury, or by adding a gas containing oxygen atoms or nitrogen atoms, an insulating film of silicon dioxide or silicon nitride can be formed. Research is being conducted on depositing protective films.
(Publication of Patent Publication No. 54-163792, Nikkei Electronics, February 15, 1982 issue) However, the coatings formed by this method, such as a-Si, silicon dioxide, and silicon nitride, cannot be applied to the process of microelectronic circuits. At the time, there was a problem that the mercury used as a photosensitizer had an adverse effect.

そこで最近では、水銀光増感剤を使用せずに、
ジシランからなる光化学反応性ガスに低圧水銀灯
の波長184.9nmの紫外線を照射することにより直
接光分解し、a−Siを基板上に堆積させる方法が
発表されている。(Jap.J.Appl.Phys.22(1983)
L46)この方法で形成された被膜は、前述の水銀
の悪影響を除去することができるが、しかしなが
らその被膜形成速度はa−Siの場合で0.025nm/
秒程度と遅く、実用化には程遠いものである。と
ころで、CHEMICAL PHYSICS LETTERS
1(1968)、595〜596貢などの文献によれば、シラ
ンや高次水素化シリコンは、190nm以下に、特
に160nm以下の波長の紫外線に対して大きな吸
収域をもつているので、もし、このような160n
m以下の波長を含む紫外線を、それら光化学反応
性ガスに直射できれば、水銀増感剤を利用しなく
とも、十分に実用に供し得る成膜速度を有するシ
リコンの薄膜をシランから、直接光分解で基板に
堆積させる成膜方法が提供できる可能性がある。
Therefore, recently, without using mercury photosensitizer,
A method has been announced in which a photochemically reactive gas consisting of disilane is directly photodecomposed by irradiating it with ultraviolet light with a wavelength of 184.9 nm from a low-pressure mercury lamp, and a-Si is deposited on a substrate. (Jap.J.Appl.Phys. 22 (1983)
L46) The film formed by this method can eliminate the harmful effects of mercury mentioned above, however, the film formation rate is 0.025 nm/
It is slow, about seconds, and is far from practical use. By the way, CHEMICAL PHYSICS LETTERS
1 (1968), pp. 595-596, etc., silane and higher-order hydrogenated silicon have a large absorption range for ultraviolet rays at wavelengths of 190 nm or less, especially 160 nm or less, so if 160n like this
If ultraviolet rays containing wavelengths of m or less can be directly irradiated onto these photochemically reactive gases, it is possible to directly photodecompose silicon thin films from silane, which have a film formation rate that is sufficient for practical use without the use of mercury sensitizers. It may be possible to provide a film formation method in which the film is deposited on a substrate.

しかしながら、このような光化学反応を独立し
た光源と反応槽によつて実現する場合、反応槽の
光取り入れ窓の材料として、安定で扱い易い物質
の範囲で最も短波長まで通すものとしてはスプロ
ジイールなどの合成石英があるが、その通過波長
は160nm以上で、反応槽の外から窓を通して
160nm以下の光を取入れるのは工業的規模にお
いては困難である。
However, if such a photochemical reaction is to be realized using an independent light source and reaction tank, the material for the light intake window of the reaction tank should be a stable and easy-to-handle substance that transmits light up to the shortest wavelength, such as sprodiel. There is synthetic quartz, but its transmission wavelength is 160 nm or more, so it can be used from outside the reaction tank through a window.
It is difficult to incorporate light of 160 nm or less on an industrial scale.

そこで本発明の目的はマイクロエレクトロクス
回路の形成プロセスに適用した際に水銀の悪影響
のないシリコンの薄膜を基板に形成させる成膜方
法を提供するものである。そして、その特徴とす
るところは、稀ガス、水素もしくは重水素、もし
くはそれらの混合ガスから選ばれた紫外線放射用
放電ガスが供給される放電領域と、基板が配置さ
れ、1SCCM以上の流量のシランもしくは高次水
素化シリコンが、単独もしくはキヤリアーガスと
共に供給される反応領域とを、区画することなく
一つの容器で取り囲み、放電ガスによつて形成さ
れるプラズマから放射される160nm以下の波長
の紫外線が、前記基板上で1mW/cm2以上の強度
で到達するように前記放電ガスを、数秒間以上の
有限の連続時間プラズマ化し、前記シランもしく
は高次水素化シリコンを、水銀増感反応を利用す
ることなく、プラズマから放射される160nm以
下の波長を含む紫外線の直射で、前記基板上もし
くはその近傍で光化学反応を生起し、その結果前
記基板上にシリコンの薄膜を形成させることにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a film forming method for forming a silicon thin film on a substrate without the adverse effects of mercury when applied to a process for forming a microelectronic circuit. Its features include a discharge region where a discharge gas for ultraviolet radiation selected from rare gases, hydrogen, deuterium, or a mixture thereof is supplied, a substrate is placed, and a silane gas with a flow rate of 1 SCCM or more is supplied. Alternatively, a reaction region in which high-order silicon hydride is supplied alone or together with a carrier gas is surrounded by a single container without division, and ultraviolet rays with a wavelength of 160 nm or less are emitted from the plasma formed by the discharge gas. The discharge gas is turned into plasma for a finite continuous time of several seconds or more so that the intensity reaches 1 mW/cm 2 or more on the substrate, and the silane or high-order hydrogenated silicon is converted into plasma using a mercury sensitization reaction. The purpose of the present invention is to cause a photochemical reaction on or near the substrate by direct irradiation of ultraviolet rays having a wavelength of 160 nm or less emitted from plasma, and as a result, form a thin film of silicon on the substrate.

以下に図面に基いて本発明の実施例のいくつか
を説明する。
Some embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図において、1は、放電領域であつて、こ
れに対向して、一対の電極2が配置され、稀ガス
もしくは水素もしくは重水素などの紫外線放射用
放電ガスが、一対のパイプ3から供給されるよう
になつている。4は、単独もしくはキヤリアーガ
スと共にシランを供給するパイプであつて、基板
保持台5に載せられた基板6が配置されている反
応領域7に対向して開口し、図示の例では、基板
6の位置は、一対の電極2間に、放電によつて形
成されるプラズマ陽光柱中心から十分遠く離して
ある。13は、放電ガスや光反応性ガスを排気す
るポンプであるが、排気は、別のパイプ8の方向
から行なつても良い。9は、装置を長期間使用す
る場合、電極に、光分解反応生成物が堆積するの
を防止するための保護ガスを供給するパイプであ
つて、電極2後方から放電領域1方向へ、保護ガ
スが流れるようにすると良い。保護ガスとして
は、アルゴンのような稀ガスが理想的で、その
まゝ、放電用ガスとして利用される。これら、放
電用ガスと保護ガスの流し方には、種々の方法、
構造が採用され得る。同様に、光反応性ガスも、
放電用ガスとして利用したい場合は、パイプ8か
ら排気すれば良く、この排気方法、排気構造につ
いても、必要に応じて種々設計変更可能である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a discharge region, opposite to which a pair of electrodes 2 are arranged, and a discharge gas for ultraviolet radiation such as rare gas, hydrogen, or deuterium is supplied from a pair of pipes 3. It is becoming more and more common. Reference numeral 4 denotes a pipe for supplying silane alone or together with a carrier gas, and is opened facing the reaction area 7 where the substrate 6 placed on the substrate holding table 5 is disposed. The position is between the pair of electrodes 2 and is sufficiently far away from the center of the plasma positive column formed by discharge. Reference numeral 13 denotes a pump that exhausts the discharge gas and the photoreactive gas, but the exhaust may be performed from another direction of the pipe 8. 9 is a pipe for supplying a protective gas to prevent photolysis reaction products from accumulating on the electrode when the device is used for a long period of time; It is good to make it flow. A rare gas such as argon is ideal as the protective gas, and can be used as is as a discharge gas. There are various ways to flow these discharge gas and protective gas.
structure may be adopted. Similarly, photoreactive gases
If it is desired to use it as a discharge gas, it is sufficient to exhaust it from the pipe 8, and the exhaust method and structure can be changed in various designs as necessary.

ところで、前記構成の装置を利用して、プラズ
マから放射される160nm以下の波長の紫外線を、
基板上もしくはその近傍に直射するようにして、
光化学反応的に、光反応性ガスを光分解して、そ
の分解生成物を基板6に堆積していくと、水銀増
感反応を利用しなくとも、アモルフアスシリコン
の成膜速度は著しく早い。放電ガスとして、アル
ゴンを使用すると、106.7nm、104.8nm等の波長
の紫外線が放射され、同様に、クリプトンの場
合、123.6nm、116.5nm、キセノンの場合、147n
m、129.6nm、水素の場合、121.6nm、102.6nm
の紫外線が放射される。そして、これらは、途中
さえぎられることなく、基板6上もしくはその近
傍のシランを直射する。上記以外の稀ガスも、
100mm以下の波長の紫外線を放射し、これらも、
シランの直接光分解に寄与するものと推定され
る。また、放電ガスの圧力が高ければ、輝線以外
にも連続スペクトルも放射される。一例を挙げる
ならば、紫外線放射用放電ガスとして、アルゴン
を50SCCM乃至200SCCM流し、放電による消費
電力2500Wでプラズマの形成せしめると、約5cm
離れた基板6には、160nm以下の波長の紫外線
が8mW/cm2の強度の紫外線が直射し、光反応性
ガスとして、20SCCMの流量のシランを供給する
と、水銀増感反応を利用しないでも、1nm/秒
以上の、極めて早い成膜速度で、基板6上に、ア
モルフアスシリコンの膜ができる。したがつて普
通、太陽電池などでは基板6上に厚さ600nm程
度のアモルフアスシリコンの膜があれば良いか
ら、前記の例では、10分間連続して安定な放電を
維持すれば良い。尚、用途によつては、膜厚は
100nm程度でも良い場合があるので、安定な放
電は、大体100秒間以上であれば良い。紫外線の
強度が大きく、また膜厚がもつと薄くても良けれ
ば、勿論プラズマ形成時間はもつと短かくても良
い。そして、更に、基板6の方を、赤外線照射に
よる加熱とか、基板保持台にヒーターを附加して
おくとか等で昇温可能な状態としておけば、アモ
ルフアスシリコンの薄膜だけでなく、シリコンの
多結晶の薄膜や単結晶の薄膜も得られる。条件に
もよるが、基板6が700〜800℃以上であれば、単
結晶となるが、多結晶の方は、もう少し低くても
良い。
By the way, using the device with the above configuration, ultraviolet rays with a wavelength of 160 nm or less emitted from plasma can be
Directly illuminate the substrate or its vicinity,
If the photoreactive gas is photodecomposed by a photochemical reaction and the decomposition products are deposited on the substrate 6, the rate of film formation of amorphous silicon is extremely fast even without using a mercury sensitization reaction. When argon is used as a discharge gas, ultraviolet rays with wavelengths of 106.7 nm, 104.8 nm, etc. are emitted;
m, 129.6nm, for hydrogen, 121.6nm, 102.6nm
UV rays are emitted. These light beams directly hit the silane on or near the substrate 6 without being interrupted. Rare gases other than those listed above are also available.
It emits ultraviolet rays with a wavelength of 100 mm or less, and these also
It is estimated that this contributes to the direct photodecomposition of silane. Furthermore, if the pressure of the discharge gas is high, a continuous spectrum is also emitted in addition to the emission line. To give an example, if 50 SCCM to 200 SCCM of argon is flowed as a discharge gas for ultraviolet radiation, and a plasma is formed with a power consumption of 2500 W due to discharge, a plasma of about 5 cm will be formed.
The distant substrate 6 is directly irradiated with ultraviolet rays with a wavelength of 160 nm or less and an intensity of 8 mW/cm 2 , and when silane is supplied as a photoreactive gas at a flow rate of 20 SCCM, even without using a mercury sensitization reaction, An amorphous silicon film is formed on the substrate 6 at an extremely fast film formation rate of 1 nm/sec or more. Therefore, normally, in a solar cell, etc., it is sufficient to have an amorphous silicon film with a thickness of about 600 nm on the substrate 6, and in the above example, it is sufficient to maintain stable discharge continuously for 10 minutes. Depending on the application, the film thickness may vary.
In some cases, even a wavelength of about 100 nm may be sufficient, so a stable discharge of approximately 100 seconds or more is sufficient. Of course, if the intensity of the ultraviolet rays is high and the film thickness can be thin, the plasma formation time can be short. Furthermore, if the temperature of the substrate 6 can be increased by heating it with infrared rays or by adding a heater to the substrate holding table, it is possible to heat the substrate 6 not only with a thin film of amorphous silicon but also with a large amount of silicon. Crystal thin films and single crystal thin films can also be obtained. Although it depends on the conditions, if the temperature of the substrate 6 is 700 to 800° C. or higher, it becomes a single crystal, but if it is a polycrystal, it may be a little lower.

紫外線放射用放電ガスから放射される真空紫外
線の波長は、ガスの種類によつて決まるから、例
えば、紫外線をよく放射する砒素、硼素、燐の水
素化物やハロゲン化物を混入しても良いし、プラ
ズマの形成のしかたには、高周波容量結合型、誘
導結合型もしくはマイクロ波形の無電極型でも良
いし、ECR加熱でも良い。
The wavelength of the vacuum ultraviolet rays emitted from the discharge gas for ultraviolet radiation is determined by the type of gas, so for example, hydrides or halides of arsenic, boron, or phosphorus, which emit UV rays well, may be mixed. The plasma may be formed by a high frequency capacitive coupling type, an inductive coupling type, a microwave type electrodeless type, or by ECR heating.

また、キヤリアーガスもしくは光反応性ガスに
砒素、燐もしくは硼素の水素化合物やハロゲン化
物を混入しておくと、アモルフアスシリコンの膜
中に、不純物として、砒素、燐、硼素がドープし
たものも得られる。
Furthermore, if hydrogen compounds or halides of arsenic, phosphorus, or boron are mixed into the carrier gas or photoreactive gas, amorphous silicon films doped with arsenic, phosphorus, or boron as impurities can also be obtained. It will be done.

こゝで、比較実験検討の一部を紹介すると、容
器内の圧力が約2トール程度になるように排気し
ながら、アルゴンガスを10SCCM、シランを
5SCCM流し、この容器内に、60℃に保持された
水銀留を連通した場合と、しない場合のプラズマ
からの放射光の測定結果を第3図と第4図に示
す。第3図は水銀留と連通している場合、第4図
は水銀留と連通していない場合を示し、第3図の
縦軸のスケールは第4図の2.5倍に拡大して表示
してある。これからも分る様に、水銀留と連通し
ている場合は、水銀による放射光か加わるが、ア
ルゴンからの放射光は、水銀留と連通していない
場合に比べ弱い。つまり、水銀がない方は、アル
ゴンからの放射はかえつて強い。そして、成膜速
度は殆んど同じであつて、水銀増感は必しも要ら
ないことが確認された。また、プラズマの温度
は、電極として、電子放射性を良いフイラメント
を有するもの例えば、螢光灯の電極に使用するア
ルカリ土類金属の酸化物をタングステンフイラメ
ントに塗布焼結させた構成の電極や、或は、アル
カリ金属の酸化物を、基体金属に含浸、もしくは
塗布もしくは混合成形した電極などを利用する
と、比較的低い電力エネルギーで放電が維持でき
るので、プラズマの温度も、RFプラズマに比べ
ればかなり低く、したがつて、基板上に形成され
る膜に対する損傷も、RFプラズマによる成膜方
法に比べ、小さいと推定される。このプラズマの
温度については、J.Quant.Spectrosc.Radiant.
Transfer23(1980)1、Proc.Phys.Soc.92
(1967)896.、Atomic Transition Probabilities
Vol.、NSRDS−NBS 22(1969)等のデータを
利用して計算しても、RFプラズマの場合、7600
〜11000度ケルビンに対し、前記螢光灯の電極を
用いた場合、プラズマ温度は4600〜5700度ケルビ
程度で、大略、1/2の温度である。
Here, I would like to introduce some of the comparative experimental studies.While evacuating the container to a pressure of about 2 Torr, 10 SCCM of argon gas and 10 SCCM of silane were introduced.
Figures 3 and 4 show the measurement results of the emitted light from the plasma when 5SCCM was flowing and a mercury reservoir maintained at 60°C was connected to the vessel and when it was not. Figure 3 shows the case where it communicates with the mercury reservoir, and Figure 4 shows the case where it does not communicate with the mercury reservoir.The scale of the vertical axis in Figure 3 is enlarged to 2.5 times that of Figure 4. be. As can be seen from this, when it is in communication with a mercury reservoir, the radiation from mercury is added, but the radiation from argon is weaker than when it is not communicating with a mercury reservoir. In other words, without mercury, the radiation from argon is even stronger. It was also confirmed that the film formation rate was almost the same, and mercury sensitization was not necessarily required. In addition, the temperature of the plasma is determined by using an electrode that has a filament with good electron emissivity, such as an electrode that has a tungsten filament coated with an alkaline earth metal oxide used in fluorescent lamp electrodes and is sintered. By using an electrode in which the base metal is impregnated, coated, or mixed with an alkali metal oxide, discharge can be maintained with relatively low power energy, and the plasma temperature is also considerably lower than that of RF plasma. Therefore, it is estimated that the damage to the film formed on the substrate is also smaller than that in the film forming method using RF plasma. Regarding the temperature of this plasma, see J.Quant.Spectrosc.Radiant.
Transfer 23 (1980) 1, Proc.Phys.Soc. 92
(1967) 896., Atomic Transition Probabilities.
Vol., NSRDS-NBS 22 (1969), etc. Even if calculations are made using data such as 7600
Compared to ~11,000 degrees Kelvin, when the electrodes of the fluorescent lamp are used, the plasma temperature is about 4,600 to 5,700 degrees Kelvin, which is roughly 1/2 the temperature.

ところで、膜質と言う観点から、良質の膜を作
りたい場合は、前記の通り、プラズマ陽光柱中心
から、十分離間した位置、すなわちプラズマの荷
電粒子損傷が殆んど生じない程度離間した位置に
基板を配置するように配慮するとともに、放電ガ
スの流し方において、基板の位置を、下流にしな
いとか、プラズマに対して、光反応性ガスの流し
方が、基板が上流に位置するなどの配慮も効果的
である。
By the way, from the viewpoint of film quality, if you want to make a good quality film, as mentioned above, place the substrate at a position sufficiently far away from the center of the plasma positive column, that is, at a position far enough away that almost no plasma charged particle damage will occur. At the same time, consideration should be given to ensuring that the substrate is not located downstream in the flow of discharge gas, and that the substrate is located upstream in the flow of photoreactive gas relative to the plasma. Effective.

しかしながら、膜質があまり問題にならないよ
うな場合は、成膜速度を高くすると言う観点か
ら、基板の位置を、意図的にプラズマ近傍もしく
はプラズマ陽光柱中心に配置しても良い。プラズ
マ近傍に配置する場合は、プラズマと基板との間
にあみ状のグリツド電極を配置して、基板へ向う
イオンをはね返すようにすると、荷電粒子損傷は
少し減少する。
However, if the film quality is not a big problem, the substrate may be intentionally placed near the plasma or at the center of the plasma positive column in order to increase the film formation rate. When placed near the plasma, charged particle damage can be slightly reduced by placing a grid electrode between the plasma and the substrate to repel ions directed toward the substrate.

シランの流量については、100mmφシリコンウ
エハーの基板を用いた実験によれば、30SCCM以
上であつて、かつ160nm以下の波長を含む紫外
線の照射強度が、基板上で8mW/cm2以上であれ
ば、大体1nm/秒以上の成膜速度が得られ、実
用に供し得る。
Regarding the flow rate of silane, according to an experiment using a 100 mmφ silicon wafer substrate, if the irradiation intensity of ultraviolet rays having a wavelength of 30 SCCM or more and a wavelength of 160 nm or less is 8 mW/cm 2 or more on the substrate, A film formation rate of approximately 1 nm/sec or more can be obtained, making it suitable for practical use.

上記成膜方法は、水銀増感反応を利用していな
いので、膜質に対する水銀汚染の問題がないこと
は勿論として、いわゆる光化学反応室を、窓を透
して、室外から紫外線を照射する方法、装置では
ないので、「窓のくもり」と言う問題もなく、プ
ラズマの形成は、普通の連続放電型の電源装置類
が利用できるので都合が良い。特に、電源装置が
小型に設計できる場合は、クリーンルーム内での
占有面積が小さくて済むと言う経済上のメリツト
も大きい。
The above film forming method does not utilize mercury sensitization reaction, so there is no problem of mercury contamination of the film quality. Since it is not a device, there is no problem of ``fogged windows'', and plasma formation is convenient because ordinary continuous discharge type power supplies can be used. In particular, if the power supply device can be designed to be compact, there is a great economic advantage in that it occupies a small area in the clean room.

更に他の改良された実施例を説明する。放電領
域に形成されるプラズマは、形成方法にもよるが
球状、ラグビーボール状、線状(棒状)種々ある
が、基板である半導体ウエハーの方は、一般には
3〜5インチの円形であり、これらプラズマから
の紫外線で、ウエハー全域を均一に照射するのは
案外むずかしい、 その場合は、独立に消費電力が制御できる棒状
のプラズマを3〜5本、平面的に、並んで形成さ
せるようにすると良い。第2図は、その要部の斜
視図であつて、対になる電極2a−2a,2b−
2b,…を5組、放電領域に突出させて配置し、
中央の2c−2c間は2500Wの電源で駆動し、2
b−2bと2d−2dとは2000W、両端の2a−
2aと2e−2eとは1600Wの電源でそれぞれ駆
動し、基板面に対して、端の方のプラズマから多
く紫外線が放射されるようにすると、基板面上で
の紫外線の強度は、均一化される。この基板面上
での紫外線の強度の均一化については、放電領域
と反応領域とが紫外線透過窓で区画されているよ
うな場合にも利用でき、その場合は、容器10の
部分を、例えば独立に制御可能な5組の電極を有
するランプとして構成しても良い。また、2a−
2a間,2b−2b間…の電極間距離も全部同一
である必要は全くない。むしろ、上記例の場合、
電極間距離は、 2a−2aや2e−2e<2b−2bや2d−
2d<2c−2cが更に良い。
Further, another improved embodiment will be described. The plasma formed in the discharge region has various shapes such as spherical, rugby ball, and linear (rod-shaped) depending on the formation method, but the semiconductor wafer that is the substrate is generally circular in size from 3 to 5 inches. It is surprisingly difficult to uniformly irradiate the entire wafer with ultraviolet rays from these plasmas. In that case, it is recommended to form three to five rod-shaped plasmas, whose power consumption can be controlled independently, lined up in a plane. good. FIG. 2 is a perspective view of the main part, and shows paired electrodes 2a-2a, 2b-
2b,... are arranged to protrude into the discharge area,
Between 2c and 2c in the center is driven by a 2500W power supply,
b-2b and 2d-2d are 2000W, 2a- at both ends
2a and 2e-2e are each driven by a power supply of 1600W, and when more ultraviolet rays are emitted from the plasma toward the edge of the substrate surface, the intensity of the ultraviolet rays on the substrate surface is made uniform. Ru. This uniformity of the intensity of ultraviolet rays on the substrate surface can also be used when the discharge area and the reaction area are separated by an ultraviolet transmitting window. The lamp may be configured as a lamp having five sets of electrodes that can be controlled. Also, 2a-
It is not necessary that the distances between the electrodes 2a, 2b-2b, etc. are all the same. Rather, in the above example,
The distance between the electrodes is 2a-2a, 2e-2e<2b-2b, 2d-
Even better is 2d<2c-2c.

本発明は、以上の実施例の説明からも理解され
るように、稀ガス、水素もしくは重水素、もしく
はそれらの混合ガスから選ばれた紫外線放射用放
電ガスが供給される放電領域と、基板が配置さ
れ、1SCCM以上の流量のシランもしくは高次水
素化シリコンが、単独もしくはキヤリアーガスと
共に供給される反応領域とを、区画することなく
一つの容器で取り組み、放電ガスによつて形成さ
れるプラズマから放射される160nm以下の波長
の紫外線が、前記基板上で1mW/cm2以上の強度
で到達するように前記放電ガスを、数秒間以上の
有限の連続時間プラズマ化し、前記シランもしく
は高次水素化シリコンを、水銀増感反応を利用す
ることなく、プラズマから放射される160nm以
下の波長を含む紫外線の直射で、前記基板上もし
くはその近傍で光化学反応を生起し、その結果、
前記基板上にシリコンの薄膜を形成させるもので
あつて、水銀汚染がなく、かつ、実用に供し得る
薄膜形成速度であり、前記したように「窓のくも
り」の問題もなく、電源類も小型なものが設計し
やすい長所を有する。
As can be understood from the description of the embodiments above, the present invention provides a discharge region to which a discharge gas for ultraviolet radiation selected from a rare gas, hydrogen or deuterium, or a mixture thereof is supplied, and a substrate. The reaction area where silane or high-order silicon hydride with a flow rate of 1 SCCM or more is supplied alone or together with a carrier gas is treated in one container without division, and the plasma formed by the discharge gas is removed. The discharge gas is turned into plasma for a finite continuous time of several seconds or more so that the emitted ultraviolet rays with a wavelength of 160 nm or less reach the substrate with an intensity of 1 mW/cm 2 or more, and the silane or higher-order hydrogenated Silicon is directly irradiated with ultraviolet rays containing wavelengths of 160 nm or less emitted from plasma without using a mercury sensitization reaction to cause a photochemical reaction on or near the substrate, and as a result,
A thin film of silicon is formed on the substrate, and there is no mercury contamination, the film formation speed is practical, there is no problem of "cloudy windows" as mentioned above, and the power supply is small. It has the advantage of being easy to design.

また、基板上での紫外線照射強度の均一性が要
求される場合は、放電ガスの種類や圧力に関係な
く棒状に形成されるプラズマを複数組作り、各々
のプラズマの太さ、長さをそれぞれの対になる電
極の大きさや距離を変えたり、消費電力を独立に
制御できるよう構成すれば良い。
In addition, if uniformity of the UV irradiation intensity on the substrate is required, multiple sets of rod-shaped plasma may be created regardless of the type or pressure of the discharge gas, and the thickness and length of each plasma may be adjusted individually. The size and distance of the pair of electrodes may be changed, and the power consumption may be independently controlled.

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

第1図は本発明の実施例に使用される装置の断
面図、第2図は同じく斜視図、第3図と第4図は
放射光の測定結果を示す。 1……放電領域、2……電極、5……基板保持
台、6……基板、7……反応領域。
FIG. 1 is a sectional view of an apparatus used in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the same, and FIGS. 3 and 4 show the measurement results of emitted light. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Discharge area, 2... Electrode, 5... Substrate holding stand, 6... Substrate, 7... Reaction area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 稀ガス、水素もしくは重水素、もしくはそれ
らの混合ガスから選ばれた紫外線放射用放電ガス
が供給される放電領域と、基板が配置され、
1SCCM以上の流量のシランもしくは高次水素化
シリコンが、単独もしくはキヤリアーガスと共に
供給される反応領域とを、区画することなく一つ
の容器で取り囲み、 放電ガスによつて形成されるプラズマから放射
される160nm以下の波長の紫外線が、前記基板
上で1mW/cm2以上の強度で到達するように前記
放電ガスを、数秒間以上の有限の連続時間プラズ
マ化し、 前記シランもしくは高次水素化シリコンを、水
銀増感反応を利用することなく、プラズマから放
射される160nm以下の波長を含む紫外線の直射
で、前記基板上もしくはその近傍で直接光化学反
応を生起し、その結果前記基板上にシリコンの薄
膜を形成させることを特徴とする成膜方法。 2 シリコンの薄膜が、非晶質シリコンからなる
第1項記載の成膜方法。 3 シリコンの薄膜が、多結晶もしくは単結晶か
らなる第1項記載の成膜方法。 4 プラズマが、放電領域に対向配置された一対
の電極間に生ずる放電によつて形成されるもので
あり、該電極は、電子放射性物質としてアルカリ
金属もしくはアルカリ土類金属の酸化物を、タン
グステンもしくはトリエイテツドタングステンに
被着もしくは含浸もしくは混入させてなる第1項
記載の成膜方法。 5 プラズマが、高周波容量結合型、誘導結合型
もしくはマイクロ波型等の無電極型の放電によつ
て形成される第1項記載の成膜方法。 6 紫外線放射用放電ガスにインヂウム、アンチ
モン、砒素、燐、硼素の内から選ばれた水素化物
もしくはハロゲン化物の少なくとも一種が混入し
ている第1項記載の成膜方法。 7 シランもしくは高次水素化シリコンもしくは
キヤリアーガスに、砒素、燐、インヂウム、アン
チモンもしくは硼素の水素化物もしくはハロゲン
化物が混入している第1項記載の成膜方法。 8 基板が、荷電粒子損傷が生じない程度にプラ
ズマ陽光柱中心から、十分遠い位置に配置される
第1項記載の成膜方法。 9 電極近傍に、電極保護用ガスが供給される第
4項記載の成膜方法。 10 プラズマが、ECR加熱によつて形成され
る第1項記載の成膜方法。 11 プラズマと基板との間にグリツド電極が配
置された第1項記載の成膜方法。
[Claims] 1. A discharge region to which a discharge gas for ultraviolet radiation selected from a rare gas, hydrogen or deuterium, or a mixture thereof is supplied, and a substrate are arranged,
Silane or high-order silicon hydride with a flow rate of 1 SCCM or more is supplied alone or together with a carrier gas, and the reaction area is surrounded in one container without division, and radiated from the plasma formed by the discharge gas. The discharge gas is turned into plasma for a finite continuous time of several seconds or more so that ultraviolet rays with a wavelength of 160 nm or less reach the substrate with an intensity of 1 mW/cm 2 or more, and the silane or high-order hydrogenated silicon is Without using a mercury sensitization reaction, a photochemical reaction occurs directly on or near the substrate by direct irradiation of ultraviolet rays with a wavelength of 160 nm or less emitted from plasma, and as a result, a thin film of silicon is formed on the substrate. A film forming method characterized by forming a film. 2. The film forming method according to item 1, wherein the silicon thin film is made of amorphous silicon. 3. The film forming method according to item 1, wherein the silicon thin film is made of polycrystal or single crystal. 4 Plasma is formed by a discharge generated between a pair of electrodes placed opposite each other in a discharge region, and the electrodes contain an oxide of an alkali metal or alkaline earth metal as an electron radioactive substance such as tungsten or 2. The method of forming a film according to item 1, wherein the film is deposited on, impregnated with, or mixed with triated tungsten. 5. The film forming method according to item 1, wherein the plasma is formed by an electrodeless type discharge such as a high frequency capacitive coupling type, an inductively coupled type, or a microwave type. 6. The film forming method according to item 1, wherein the discharge gas for ultraviolet radiation contains at least one hydride or halide selected from indium, antimony, arsenic, phosphorus, and boron. 7. The film forming method according to item 1, wherein a hydride or halide of arsenic, phosphorus, indium, antimony, or boron is mixed in the silane, high-order silicon hydride, or carrier gas. 8. The film forming method according to item 1, wherein the substrate is placed at a position sufficiently far from the center of the plasma positive column to the extent that charged particle damage does not occur. 9. The film forming method according to item 4, wherein an electrode protection gas is supplied near the electrode. 10. The film forming method according to item 1, wherein the plasma is formed by ECR heating. 11. The film forming method according to item 1, wherein a grid electrode is disposed between the plasma and the substrate.
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