JPH06101442B2 - Ｅｃｒプラズマ反応装置 - Google Patents
Ｅｃｒプラズマ反応装置Info
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- JPH06101442B2 JPH06101442B2 JP15260687A JP15260687A JPH06101442B2 JP H06101442 B2 JPH06101442 B2 JP H06101442B2 JP 15260687 A JP15260687 A JP 15260687A JP 15260687 A JP15260687 A JP 15260687A JP H06101442 B2 JPH06101442 B2 JP H06101442B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,SiO2,Si3N4およびダイヤモンド薄膜,a−Si薄
膜などの絶縁膜，あるいは，半導体膜などを形成するCV
D（Chemical Vapor Deposition）型薄膜形成や,Al2O3,T
a2O5,AlN,あるいは,CBN（Chbic Born Nitride,立方晶窒
化硼素）などの金属化合物膜のスパッタ型膜形成，並び
に,Mo,Wなどの薄膜エッチングなどで用いられるECR（El
ectron Cyclotron Resonance）プラズマ反応装置に関す
るものである。
膜などの絶縁膜，あるいは，半導体膜などを形成するCV
D（Chemical Vapor Deposition）型薄膜形成や,Al2O3,T
a2O5,AlN,あるいは,CBN（Chbic Born Nitride,立方晶窒
化硼素）などの金属化合物膜のスパッタ型膜形成，並び
に,Mo,Wなどの薄膜エッチングなどで用いられるECR（El
ectron Cyclotron Resonance）プラズマ反応装置に関す
るものである。
第２図は従来より用いられているECRプラズマCVD装置を
示す概略構成図であり，この装置により例えば窒化シリ
コン薄膜を形成する場合を例に取り説明する。
示す概略構成図であり，この装置により例えば窒化シリ
コン薄膜を形成する場合を例に取り説明する。
図示を省略したマグネトロン（マイクロ波発信器）で発
生された2.45GHzのマイクロ波01は，アイソレータ，方
向性結合器，マイクロ波電力計，整合器（いずれも図示
を省略した）などを用いて，矩形あるいは円形の導波管
02により伝播され，マイクロ波導入窓03を介してプラズ
マ生成室04に導入される。
生された2.45GHzのマイクロ波01は，アイソレータ，方
向性結合器，マイクロ波電力計，整合器（いずれも図示
を省略した）などを用いて，矩形あるいは円形の導波管
02により伝播され，マイクロ波導入窓03を介してプラズ
マ生成室04に導入される。
プラズマ生成室04は，プラズマ引出し窓09により反応容
器08とつながっており，この反応容器08は，図示省略の
真空ポンプで薄膜形成に必要な所定の真空度，例えば10
-4Torrに真空引きされている。
器08とつながっており，この反応容器08は，図示省略の
真空ポンプで薄膜形成に必要な所定の真空度，例えば10
-4Torrに真空引きされている。
第１のガス供給管05は，上記プラズマ生成室04に開口し
てN2ガスを供給し，第２のガス供給管06は，環状ステン
レス管07を介してSiH4ガスを反応容器08に供給するよう
になっている。
てN2ガスを供給し，第２のガス供給管06は，環状ステン
レス管07を介してSiH4ガスを反応容器08に供給するよう
になっている。
プラズマ生成室04の外周には冷却管012が巻きつけてあ
り，冷却水013を導入流過させることにより，該プラズ
マ生成室04を冷却するようになっている。また，プラズ
マ生成室04を囲繞するように磁気コイル014が配置され
ていて，供給される2.45GHzのマイクロ波と電子サイク
ロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance）を起こ
すように，磁束密度875ガウスの磁界が発生される。
り，冷却水013を導入流過させることにより，該プラズ
マ生成室04を冷却するようになっている。また，プラズ
マ生成室04を囲繞するように磁気コイル014が配置され
ていて，供給される2.45GHzのマイクロ波と電子サイク
ロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance）を起こ
すように，磁束密度875ガウスの磁界が発生される。
なお，試料010は，反応容器08内にプラズマ引出し窓09
と対向する位置へ配置された試料台011上に置かれてい
る。
と対向する位置へ配置された試料台011上に置かれてい
る。
さて，電子サイクロトロン共鳴は，電子の電荷と質量を
e,m,磁束密度をＢで表した場合，電子のサイクロトロン
運動の周波数fceが と言う条件を満たすときに発生し，プラズマ生成室04に
強力なプラズマ流015が形成され，プラズマ引出し窓09
を通って反応容器08内に入る。
e,m,磁束密度をＢで表した場合，電子のサイクロトロン
運動の周波数fceが と言う条件を満たすときに発生し，プラズマ生成室04に
強力なプラズマ流015が形成され，プラズマ引出し窓09
を通って反応容器08内に入る。
上記例では，反応ガスとしてN2とSiH4ガスを用いている
ので，それらのガスはプラズマ流015により解離されて,
SiH3N4の薄膜が試料010表面に堆積する。
ので，それらのガスはプラズマ流015により解離されて,
SiH3N4の薄膜が試料010表面に堆積する。
このECRプラズマを用いた薄膜形成は，通常行われてい
るCVD薄膜形成に比べて，低ガス圧で高い活性度のプラ
ズマが得られるため，イオン，電子の衝撃効果により室
温で高品質の薄膜を形成出来るなどの特長を有するもの
である。
るCVD薄膜形成に比べて，低ガス圧で高い活性度のプラ
ズマが得られるため，イオン，電子の衝撃効果により室
温で高品質の薄膜を形成出来るなどの特長を有するもの
である。
なお,ECRプラズマの応用例としては，上記窒化シリコン
（Si3N4）膜の形成の他に，シリコン（Si）膜，酸化シ
リコン（SiO2）膜，あるいは，モリブデンシリサイド
（MoSi2）膜などの形成や，エッチングなどに応用され
うるものである。
（Si3N4）膜の形成の他に，シリコン（Si）膜，酸化シ
リコン（SiO2）膜，あるいは，モリブデンシリサイド
（MoSi2）膜などの形成や，エッチングなどに応用され
うるものである。
従来の装置では，矩形あるいは円筒形の導波管02で伝播
した2.45GHzのマイクロ波を875ガウスの磁束密度を有す
るプラズマ生成室04へ直接入射し，電子サイクロトロン
共鳴によりプラズマを生成しているので，次の欠点を有
している。
した2.45GHzのマイクロ波を875ガウスの磁束密度を有す
るプラズマ生成室04へ直接入射し，電子サイクロトロン
共鳴によりプラズマを生成しているので，次の欠点を有
している。
（１）導波管02でマイクロ波を伝播する場合，導波管02
やプラズマ生成室04はマイクロ波の強さを減衰させた
り，それを反射したりする性質があるので，それらの寸
法は使用するマイクロ波の周波数に対応した最適値を選
ぶ必要がある。
やプラズマ生成室04はマイクロ波の強さを減衰させた
り，それを反射したりする性質があるので，それらの寸
法は使用するマイクロ波の周波数に対応した最適値を選
ぶ必要がある。
たとえば，マイクロ波が1.07から2.60GHzの周波数の範
囲では，内径寸法109.22mm×54.61mm（国内規格WRJ−2,
MIL規格RG−104/U）の矩形導波管か，あるいは，内径11
0mmの円形導波管が必要となる。また，プラズマ生成室0
4にしても同様の寸法のものを使用しなければならな
い。従って，プラズマ流は110mmφ程度となるが，プラ
ズマ密度が一様な部分は最大30mmφ程度である。
囲では，内径寸法109.22mm×54.61mm（国内規格WRJ−2,
MIL規格RG−104/U）の矩形導波管か，あるいは，内径11
0mmの円形導波管が必要となる。また，プラズマ生成室0
4にしても同様の寸法のものを使用しなければならな
い。従って，プラズマ流は110mmφ程度となるが，プラ
ズマ密度が一様な部分は最大30mmφ程度である。
もしも，上記寸法より大きい導波管やプラズマ生成室を
用いると，マイクロ波の伝播モード（各種導波管02内に
実線で図示の電気力線と破線で図示の磁力線との方向）
が第３図（ａ），（ｂ）および第４図に示す各基本モー
ドTE10,TE11,TE01とは異なるマルチモードとなり，電磁
界の強さの分布は非一様となる。
用いると，マイクロ波の伝播モード（各種導波管02内に
実線で図示の電気力線と破線で図示の磁力線との方向）
が第３図（ａ），（ｂ）および第４図に示す各基本モー
ドTE10,TE11,TE01とは異なるマルチモードとなり，電磁
界の強さの分布は非一様となる。
従って,2.45GHzのマイクロ波を利用する限り，プラズマ
密度が一様である大口径のプラズマ流を生成することは
不可能であり，大面積基板への薄膜形成が出来ない不具
合がある。
密度が一様である大口径のプラズマ流を生成することは
不可能であり，大面積基板への薄膜形成が出来ない不具
合がある。
（２）上記の如く2.45GHzのマイクロ波を用いると，基
板である試料010の大きさに制限があるので，周波数を
2.45GHzより小さい値にして，導波管02やプラズマ生成
室04の寸法を上記値より大きくすることが考えられる。
しかしながら，マイクロ波の周波数を小さくするとプラ
ズマカットオフ密度が小さくなる。言い換えると，電子
サイクロトロン共鳴を担っているプラズマ生成室内の電
子プラズマの振動数がそれに対応して小さくなり，その
結果，プラズマ密度が2.45GHzのプラズマを使用してい
る時の約７×1010cm-3に比べて，小さくなる。すなわ
ち，電子サイクロトロン共鳴で発生するプラズマの密度
ｎと，電子の振動数fpは，次の関係式がある。
板である試料010の大きさに制限があるので，周波数を
2.45GHzより小さい値にして，導波管02やプラズマ生成
室04の寸法を上記値より大きくすることが考えられる。
しかしながら，マイクロ波の周波数を小さくするとプラ
ズマカットオフ密度が小さくなる。言い換えると，電子
サイクロトロン共鳴を担っているプラズマ生成室内の電
子プラズマの振動数がそれに対応して小さくなり，その
結果，プラズマ密度が2.45GHzのプラズマを使用してい
る時の約７×1010cm-3に比べて，小さくなる。すなわ
ち，電子サイクロトロン共鳴で発生するプラズマの密度
ｎと，電子の振動数fpは，次の関係式がある。
ただし,eは電子の電荷,mは電子の質量，ε０は真空中の
誘電率である。
誘電率である。
上式は，それぞれ数値を代入して書き直すと次のように
なる。
なる。
すなわち,2.45GHzのマイクロ波を用いる場合には， ｎ＝7.46×1010cm-3 であるが，例えば0.245GHzのマイクロ波の場合には， ｎ＝7.46×108cm-3 と２桁小さくなる。
従って，プラズマCVDなどの薄膜形成への応用では，マ
イクロ波の周波数を小さくすることはプラズマ密度の低
下によって使用できなくなる。
イクロ波の周波数を小さくすることはプラズマ密度の低
下によって使用できなくなる。
（３）上記（１），（２）により明らかな通り，従来法
では高いプラズマ密度で，かつ，大口径のプラズマ流を
発生させることは不可能である。従って，従来のECRプ
ラズマCVDなどでは，薄膜形成の生産性が著しく低いの
みならず，大面積化・大口径化が必要なダイヤモンド薄
膜やCBN薄膜，あるいは，半導体薄膜や金属化合物薄膜
など，各種の薄膜応用技術の実用化展開上で問題となる
点も多い。
では高いプラズマ密度で，かつ，大口径のプラズマ流を
発生させることは不可能である。従って，従来のECRプ
ラズマCVDなどでは，薄膜形成の生産性が著しく低いの
みならず，大面積化・大口径化が必要なダイヤモンド薄
膜やCBN薄膜，あるいは，半導体薄膜や金属化合物薄膜
など，各種の薄膜応用技術の実用化展開上で問題となる
点も多い。
本発明の装置は，マイクロ波を発生させるマイクロ波発
信器と，同マイクロ波発信器に一端が接続され他端が閉
じた筒状の導波管と，同導波管内に挿入されたボールア
ンテナと，同ボールアンテナに接続された同軸管と，同
同軸管の他端に接続されたスリット付金属円筒と，同ス
リット付金属円筒を収納するプラズマ生成室と，同プラ
ズマ生成室と連通する反応容器と，同反応容器内を排気
する排気装置と，上記反応容器内に反応ガスを供給する
ガス供給装置と，上記スリット付金属円筒を囲繞する磁
気コイルとを有するものである。
信器と，同マイクロ波発信器に一端が接続され他端が閉
じた筒状の導波管と，同導波管内に挿入されたボールア
ンテナと，同ボールアンテナに接続された同軸管と，同
同軸管の他端に接続されたスリット付金属円筒と，同ス
リット付金属円筒を収納するプラズマ生成室と，同プラ
ズマ生成室と連通する反応容器と，同反応容器内を排気
する排気装置と，上記反応容器内に反応ガスを供給する
ガス供給装置と，上記スリット付金属円筒を囲繞する磁
気コイルとを有するものである。
本発明の装置では，マイクロ波発信器から発信されたマ
イクロ波は，筒状の導波管により搬送され，ボールアン
テナで取り出される。このボールアンテナには同軸管が
接続されており，マイクロ波は同軸管の中を更に伝播し
てスリット付金属円筒に至る。スリット付金属円筒で
は，そのスリット上に定在波が形成され，該スリット付
金属円筒を囲繞する磁気コイルで発生する磁界により電
子サイクロトロン共鳴によってプラズマが発生する。ス
リット付金属円筒はプラズマ生成室内に収められ，この
プラズマ生成室は反応容器と連通しているので，生成し
たプラズマを反応容器中に取り出すことができる。反応
容器内は排気装置により排気されると共に，ガス供給装
置により所定のガスが供給されているので,ECRプラズマ
反応を生じさせることができる。
イクロ波は，筒状の導波管により搬送され，ボールアン
テナで取り出される。このボールアンテナには同軸管が
接続されており，マイクロ波は同軸管の中を更に伝播し
てスリット付金属円筒に至る。スリット付金属円筒で
は，そのスリット上に定在波が形成され，該スリット付
金属円筒を囲繞する磁気コイルで発生する磁界により電
子サイクロトロン共鳴によってプラズマが発生する。ス
リット付金属円筒はプラズマ生成室内に収められ，この
プラズマ生成室は反応容器と連通しているので，生成し
たプラズマを反応容器中に取り出すことができる。反応
容器内は排気装置により排気されると共に，ガス供給装
置により所定のガスが供給されているので,ECRプラズマ
反応を生じさせることができる。
本発明に係わる装置を第１図に示す一実施例の装置につ
いて説明する。
いて説明する。
100は2.45GHzのマイクロ波を発生させるマイクロ波発信
器,101は発生したマイクロ波の反射波によるマイクロ波
発信器100の破損を防止するアイソレータである。導波
管102の一端は上記マイクロ波発信器100に接続されてい
て，マイクロ波電力計105に接続された方向性結合器104
がその途中に介装され，他端にはマイクロ波のインピー
ダンスを調整するスタブチューナ107が接続されてい
る。
器,101は発生したマイクロ波の反射波によるマイクロ波
発信器100の破損を防止するアイソレータである。導波
管102の一端は上記マイクロ波発信器100に接続されてい
て，マイクロ波電力計105に接続された方向性結合器104
がその途中に介装され，他端にはマイクロ波のインピー
ダンスを調整するスタブチューナ107が接続されてい
る。
108は空洞室で，導波管102で伝播されてきたマイクロ波
の定在波が発生する。同軸管110に接続されたボールア
ンテナ109は，上記空洞室108に挿入されている。上記同
軸管110の他端は，同軸コネクタ111と第２の同軸管112
を介してスリット付金属円筒（以下リジターノコイルと
言う）113に接続されている。
の定在波が発生する。同軸管110に接続されたボールア
ンテナ109は，上記空洞室108に挿入されている。上記同
軸管110の他端は，同軸コネクタ111と第２の同軸管112
を介してスリット付金属円筒（以下リジターノコイルと
言う）113に接続されている。
204はプラズマ生成室で，プラズマ引出し窓209により反
応容器208と連通し，この反応容器208は，図示省略の排
気装置で反応に必要な所定の真空度，例えば10-3ないし
10-8Torrに真空引きされている。
応容器208と連通し，この反応容器208は，図示省略の排
気装置で反応に必要な所定の真空度，例えば10-3ないし
10-8Torrに真空引きされている。
第１のガス供給管205は上記プラズマ生成室204に開口
し，たとえばN2ガスを供給し，第２のガス供給管206
は，環状ステンレス管207を介してたとえばSiH4ガスを
反応容器08に供給するようになっている。
し，たとえばN2ガスを供給し，第２のガス供給管206
は，環状ステンレス管207を介してたとえばSiH4ガスを
反応容器08に供給するようになっている。
プラズマ生成室204の外周には冷却管212が巻きつけてあ
り，冷却水213を導入流過させることにより，該プラズ
マ生成室204を冷却するように成っている。また，プラ
ズマ生成室204を囲繞するように磁気コイル214が配置さ
れていて，該プラズマ生成室204に供給される2.45GHzの
マイクロ波との電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyc
lotron Resonance）を起こすように，磁束密度875ガウ
スの磁界を発生する。
り，冷却水213を導入流過させることにより，該プラズ
マ生成室204を冷却するように成っている。また，プラ
ズマ生成室204を囲繞するように磁気コイル214が配置さ
れていて，該プラズマ生成室204に供給される2.45GHzの
マイクロ波との電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyc
lotron Resonance）を起こすように，磁束密度875ガウ
スの磁界を発生する。
なお、試料210は，反応容器208内へプラズマ引出し窓20
9と対向する位置に配置された試料台211上に置かれてい
る。第５図の（ａ），（ｂ）は，リジターノコイル113
の概略形状と電界モードをその一例として示す図であ
る。金属性の円筒状部材へ，図に示すように一端部から
切り込みが入り，軸芯と平行な複数の直線部と，その直
線部の端部同士を周方向に結ぶ部分とで形成されるコ字
状に曲がりくねったスリットＳを形成したもので，直線
部の長さを上記マイクロ波の半波長の整数倍としたもの
である。同軸管112は，端部の切り込みを挟んだ両側に
それぞれ接続されている。
9と対向する位置に配置された試料台211上に置かれてい
る。第５図の（ａ），（ｂ）は，リジターノコイル113
の概略形状と電界モードをその一例として示す図であ
る。金属性の円筒状部材へ，図に示すように一端部から
切り込みが入り，軸芯と平行な複数の直線部と，その直
線部の端部同士を周方向に結ぶ部分とで形成されるコ字
状に曲がりくねったスリットＳを形成したもので，直線
部の長さを上記マイクロ波の半波長の整数倍としたもの
である。同軸管112は，端部の切り込みを挟んだ両側に
それぞれ接続されている。
なお，リジターノコイル113は，絶縁部材により適宜手
段でプラズマ生成室204内に保持されている。
段でプラズマ生成室204内に保持されている。
また，リジターノコイル113を形成する金属としては，
アルミニウムや金・銀の板，あるいは，金属に金・銀の
鍍金を施したものであってもよい。
アルミニウムや金・銀の板，あるいは，金属に金・銀の
鍍金を施したものであってもよい。
さらに，セラミックス部材で円筒を形成し，その表面に
金属薄膜を張ったり，他の金属を溶射するようにしても
良い。
金属薄膜を張ったり，他の金属を溶射するようにしても
良い。
さて，マイクロ波発信器100で発生された2.45GHzのマイ
クロ波は，導波管102を介して空洞室108に伝播される。
空洞室108では，第３図（ａ）で示すTE10モードのマイ
クロ波の定在波が発生する。すなわち，電界の強さで孝
えると，空洞室108の内壁では振幅ゼロで，中央部で最
大を取るガウシアンモードに近い分布となっている。ボ
ールアンテナ109は空洞室108内の電界強度分布がほぼ一
様である部位に配置されていて，同軸管110と同軸コネ
クター111および同軸管112を介してリジターノコイル11
3にマイクロ波を伝播させる。ここで、同軸管110と同軸
コネクター111および同軸管112の長さ，および，取り付
け方向はマイクロ波の伝播エネルギーを減衰させること
なく伝播する上で重要であり，最適な状態を選ばない
と，リジターノコイル113によるプラズマ発生でのプラ
ズマ密度とその分布に悪い影響を与える。
クロ波は，導波管102を介して空洞室108に伝播される。
空洞室108では，第３図（ａ）で示すTE10モードのマイ
クロ波の定在波が発生する。すなわち，電界の強さで孝
えると，空洞室108の内壁では振幅ゼロで，中央部で最
大を取るガウシアンモードに近い分布となっている。ボ
ールアンテナ109は空洞室108内の電界強度分布がほぼ一
様である部位に配置されていて，同軸管110と同軸コネ
クター111および同軸管112を介してリジターノコイル11
3にマイクロ波を伝播させる。ここで、同軸管110と同軸
コネクター111および同軸管112の長さ，および，取り付
け方向はマイクロ波の伝播エネルギーを減衰させること
なく伝播する上で重要であり，最適な状態を選ばない
と，リジターノコイル113によるプラズマ発生でのプラ
ズマ密度とその分布に悪い影響を与える。
本実施例では，上記ボールアンテナ109から同軸管112の
端部までの距離をマイクロ波の半波長以下，すなわち，
約6cm以下としている。また，同軸管110,112および円筒
状のリジターノコイル113の軸芯方向を平行にすると共
に，磁気コイル214で発生する磁界の方向とも平行にし
ている。
端部までの距離をマイクロ波の半波長以下，すなわち，
約6cm以下としている。また，同軸管110,112および円筒
状のリジターノコイル113の軸芯方向を平行にすると共
に，磁気コイル214で発生する磁界の方向とも平行にし
ている。
同軸管112を介してリジターノコイル113にマイクロ波が
供給されると、直線部のスリットＳ上に定在波が形成さ
れる。この場合，直線部のスリットＳ間の電界の向きは
同方向となるので，リジターノコイル113の軸の中心ま
での電界分布は，第５図（ｂ）に示すような円形導波管
のTE01モード，すなわち，第４図に示したモードに類似
する。この事は非常に重要な意味を持つもので、電界の
半径方向強度分布は，マイクロ波の周波数には依存しな
いから，同様に上記リジターノコイル113の電界分布モ
ードにも周波数に依存しないものと考えられる。従っ
て、リジターノコイル113の直径は周波数に無関係とな
り，大きく選ぶことが可能となる。本実施例では，直径
を400mmとした。
供給されると、直線部のスリットＳ上に定在波が形成さ
れる。この場合，直線部のスリットＳ間の電界の向きは
同方向となるので，リジターノコイル113の軸の中心ま
での電界分布は，第５図（ｂ）に示すような円形導波管
のTE01モード，すなわち，第４図に示したモードに類似
する。この事は非常に重要な意味を持つもので、電界の
半径方向強度分布は，マイクロ波の周波数には依存しな
いから，同様に上記リジターノコイル113の電界分布モ
ードにも周波数に依存しないものと考えられる。従っ
て、リジターノコイル113の直径は周波数に無関係とな
り，大きく選ぶことが可能となる。本実施例では，直径
を400mmとした。
リジターノコイル113によるプラズマ発生は，反応容器2
08内の圧力を例えば10-4Torrとして，周波数2.45GHz,出
力１ないし3Kwのマイクロ波をリジターノコイル113に印
加する。他方，磁気コイル214によりリジターノコイル1
13中心部の磁界の強さを875ガウスとなるように調整す
る。なお，マイクロ波回路系と発生するプラズマの整合
は，スタブチューナ107で取った。このようにすると，
電子サンクロトロン共鳴により，リジターノコイル113
内にプラズマが発生する。磁気コイル214の磁界分布
は，リジターノコイル113の位置からプラズマ出口側の
方向に沿って適当な勾配で減少する発散磁界の形になっ
ているので、リジターノコイル113で発生したプラズマ
はプラズマ流215となって反応容器208に流出する。
08内の圧力を例えば10-4Torrとして，周波数2.45GHz,出
力１ないし3Kwのマイクロ波をリジターノコイル113に印
加する。他方，磁気コイル214によりリジターノコイル1
13中心部の磁界の強さを875ガウスとなるように調整す
る。なお，マイクロ波回路系と発生するプラズマの整合
は，スタブチューナ107で取った。このようにすると，
電子サンクロトロン共鳴により，リジターノコイル113
内にプラズマが発生する。磁気コイル214の磁界分布
は，リジターノコイル113の位置からプラズマ出口側の
方向に沿って適当な勾配で減少する発散磁界の形になっ
ているので、リジターノコイル113で発生したプラズマ
はプラズマ流215となって反応容器208に流出する。
なお，このプラズマ流は，圧力１×10-4Torrで，電子温
度約6eV,電子密度約２×1011cm-3の値をもち，圧力が上
記値より小さくなると電子温度約40eVとなる。
度約6eV,電子密度約２×1011cm-3の値をもち，圧力が上
記値より小さくなると電子温度約40eVとなる。
上述したように，リジターノコイル113によって高電子
温度で高プラズマ密度のプラズマ流が得られるが，これ
を用いた大面積，高品質，高速度の成膜について，従来
の装置と同様に窒化シリコン薄膜の形成を例に取り説明
する。
温度で高プラズマ密度のプラズマ流が得られるが，これ
を用いた大面積，高品質，高速度の成膜について，従来
の装置と同様に窒化シリコン薄膜の形成を例に取り説明
する。
第１図において，図示を省略した排気装置により反応容
器208内を真空度約10-8Torrにし，その内部の不純物ガ
スを十分排気した後，第１のガス供給管205から第１の
反応ガスとしてN2ガスを供給し，第２のガス供給管206
からは第２の反応ガスとしてSiH4ガスを供給する。な
お，ガス量はそれぞれ50cc/minとし，ガス供給後の反応
容器208内の圧力は２×10-4Torrとした。試料210は試料
台211上に置いてある。また，冷却水213は冷却管212よ
り導入し，プラズマ生成室204を十分冷却するようにし
た。
器208内を真空度約10-8Torrにし，その内部の不純物ガ
スを十分排気した後，第１のガス供給管205から第１の
反応ガスとしてN2ガスを供給し，第２のガス供給管206
からは第２の反応ガスとしてSiH4ガスを供給する。な
お，ガス量はそれぞれ50cc/minとし，ガス供給後の反応
容器208内の圧力は２×10-4Torrとした。試料210は試料
台211上に置いてある。また，冷却水213は冷却管212よ
り導入し，プラズマ生成室204を十分冷却するようにし
た。
このような状態でプラズマ流を発生させ窒化シリコン膜
を形成させた。本実施例によると，プラズマ電子密度は
２×1011cm-3と従来法にくらべ著しく大きな値が得ら
れ、成膜速度も２ないし6A/sec,成膜面積は直径約600mm
であった。
を形成させた。本実施例によると，プラズマ電子密度は
２×1011cm-3と従来法にくらべ著しく大きな値が得ら
れ、成膜速度も２ないし6A/sec,成膜面積は直径約600mm
であった。
この成膜結果を種々解析したところ，概ね次のような結
果が得られた。
果が得られた。
窒化シリコン膜の屈折率は1.9ないし2.0,暗電導率は
（1.0〜2.0）×10-14Ω-1cm-1であった。
（1.0〜2.0）×10-14Ω-1cm-1であった。
本発明に係わるECRプラズマ反応装置を用いると，上記
した窒化シリコン薄膜の形成に限らず，第１・第２の反
応ガスとしてArガスとSiH4ガスを用いればａ−Si膜が形
成できる他,O2ガスとSiH4ガスでSiO2膜,MoF6ガスとSiH4
ガスでモリブデンサイドMoSi2,およびArガスとCH4,H2と
の混合ガスでダイヤモンド薄膜など，色々な薄膜形成が
できる。
した窒化シリコン薄膜の形成に限らず，第１・第２の反
応ガスとしてArガスとSiH4ガスを用いればａ−Si膜が形
成できる他,O2ガスとSiH4ガスでSiO2膜,MoF6ガスとSiH4
ガスでモリブデンサイドMoSi2,およびArガスとCH4,H2と
の混合ガスでダイヤモンド薄膜など，色々な薄膜形成が
できる。
本発明に係わる装置では，スリット付金属円筒を用いた
電子サイクロトロン共鳴によるマイクロ波放電によりプ
ラズマ流を発生させたので，従来の装置に比べ，プラズ
マ流の大きさが大きくでき，かつ，プラズマ電子密度も
大きくなるので，大面積の基板に，かつ，高速で薄膜形
成反応を生じさせることができ，産業用きわめて価値が
あるものである。
電子サイクロトロン共鳴によるマイクロ波放電によりプ
ラズマ流を発生させたので，従来の装置に比べ，プラズ
マ流の大きさが大きくでき，かつ，プラズマ電子密度も
大きくなるので，大面積の基板に，かつ，高速で薄膜形
成反応を生じさせることができ，産業用きわめて価値が
あるものである。
第１図は本発明に係わる一実施例を示す装置の構成図で
ある。 第２図は従来装置の示す構成図である。 第３図の（ａ），（ｂ）は矩形，および，円形導波管の
電磁界分布を示す図で，第４図は円形導波管特有の電磁
界分布を示す図である。 第５図はリジターノコイルの説明図とその電磁界分布図
である。 100:マイクロ波発信器,102:導波管,109:ボールアンテ
ナ,110,112:同軸管,113:スリット付金属円筒（リジター
ノコイル）,204:プラズマ生成室,205:第１のガス供給管
（ガス供給装置）,206:第２のガス供給管（ガス供給装
置）,208:反応容器,214:磁気コイル。
ある。 第２図は従来装置の示す構成図である。 第３図の（ａ），（ｂ）は矩形，および，円形導波管の
電磁界分布を示す図で，第４図は円形導波管特有の電磁
界分布を示す図である。 第５図はリジターノコイルの説明図とその電磁界分布図
である。 100:マイクロ波発信器,102:導波管,109:ボールアンテ
ナ,110,112:同軸管,113:スリット付金属円筒（リジター
ノコイル）,204:プラズマ生成室,205:第１のガス供給管
（ガス供給装置）,206:第２のガス供給管（ガス供給装
置）,208:反応容器,214:磁気コイル。
Claims (2)
- 【請求項１】マイクロ波を発生させるマイクロ波発信器
と，同マイクロ波発信器に一端が接続され他端が閉じた
筒状の導波管と，同導波管内に挿入されたボールアンテ
ナと，同ボールアンテナに接続された同軸管と，同同軸
管の他端に接続されたスリット付金属円筒と，同スリッ
ト付金属円筒を収納するプラズマ生成室と，同プラズマ
生成室と連通する反応容器と，同反応容器内を排気する
排気装置と，上記反応容器内に反応ガスを供給するガス
供給装置と，上記スリット付金属円筒を囲繞する磁気コ
イルとを有することを特徴とするECRプラズマ反応装
置。 - 【請求項２】上記ボールアンテナから上記スリット付金
属円筒までの上記同軸管の長さが，上記マイクロ波の半
波長以下であることを特徴とする特許請求の範囲（１）
項記載のECRプラズマ反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15260687A JPH06101442B2 (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Ｅｃｒプラズマ反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15260687A JPH06101442B2 (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Ｅｃｒプラズマ反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63316427A JPS63316427A (ja) | 1988-12-23 |
| JPH06101442B2 true JPH06101442B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=15544074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15260687A Expired - Fee Related JPH06101442B2 (ja) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Ｅｃｒプラズマ反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101442B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0740569B2 (ja) * | 1990-02-27 | 1995-05-01 | エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション | Ｅｃｒプラズマ堆積方法 |
| JP3866590B2 (ja) * | 2002-03-08 | 2007-01-10 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | プラズマ発生装置 |
| CN116390320A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-07-04 | 安徽农业大学 | 一种电子回旋共振放电装置及应用 |
-
1987
- 1987-06-19 JP JP15260687A patent/JPH06101442B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63316427A (ja) | 1988-12-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |