JPH0778764A

JPH0778764A - プラズマ気相反応方法

Info

Publication number: JPH0778764A
Application number: JP28728693A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Mamoru Tashiro; 衛田代; Minoru Miyazaki; 稔宮崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 1995-03-20
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JP2670561B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマ気相反応によって形成される基板
表面の膜厚を均一にする。【構成】反応空間では、反応性気体を供給すると共
に、所定の圧力に減圧した状態で、複数の電極に電力を
印加して、リサージュ波形を基板の処理面に対して平行
になるように描かせることによって、プラズマを発生さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ気相反応方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、反応空間内に設けられた電力を印
加する電極は、一対の平行平板型であり、かつその一方
の電極上を被膜形成面としている。このような方式の被
膜形成面における被膜生成率は、１％ないし３％程度で
ある。また、従来のプラズマ気相反応方法においては、
一対の平行平板型電極の間に、プラズマ放電かグロー放
電を発生させ、基板表面に半導体被膜等が形成される。
かかる一対の電極のみを用いる方式では、被膜の均一性
が±５％以内のばらつきの範囲に抑えられる。しかし、
上記方式では、被膜形成面を電極面積以上に大きくする
ことができない。このため、上記方式は、多量生産にま
ったく不向きであるという欠点を有する。

【０００３】他方、被膜形成用基板は、平行平板型電極
の間に設けられ、その電界が被膜形成面に概略平行にな
るように多数の基板を互いに一定の距離（２ｃｍないし
６ｃｍ）を離間して垂直に林立せしめて配設する方法が
知られている。その一例は、本出願人の出願にかかる特
許願（プラズマ気相反応装置昭和５７年９月２５日出
願特願昭５７−１６７２８０号）である。すなわち、
基板を電位的にいずれの電極からも遊離せしめて、陽光
柱での気相反応を行なういわゆるフローティングプラズ
マ気相反応を用いるため、多量基板に対して被膜形成を
行うことができるという特徴を有する。上記方法は、従
来より公知の平行平板型電極の一方の電極上に基板を配
設する方法に比べて、５倍ないし２０倍の生産性をあげ
ることができた。

【０００４】しかし、かかるフローティングプラズマ気
相反応法において、得られる膜厚の均一性は、後述する
ように、その一例として図１に示すごときものであっ
た。また、他の従来例として、第４０回応物学会予稿
集，（１９７９ー９），Ｐ．３１６には、基板に対して
水平方向から高周波電界を印加し、さらに付加的に基板
の垂直方向から直流電界を印加していることが記載され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１（Ａ）ないし
（Ｅ）は従来のプラズマ気相反応方法で得られた基板上
の膜厚の不均一性を説明するための図である。図１
（Ａ）には、基板（５）と電極（２３）、（２５）との
相対位置関係が示されている。基板（５）には、約５０
００Åの厚さに珪素膜が形成されている。基板（５）に
形成された珪素膜は、図１（Ｃ）に示すごとく、一対の
電極（２３）、（２５）の近傍で厚くなる。また、基板
（５）は、図１（Ｂ、Ｄ、Ｅ）に示すごとく、電極（２
３）、（２５）の中央部が厚くなったり、あるいは基板
（５）の端部が薄くなってしまう。このため基板（５）
の上下側端部（コ−ナ部）に形成される膜厚は、中央部
の上下端部の厚さに比べて２０％ないし３０％も薄くな
ってしまった。すなわち、本出願人が提案したフロ−テ
ィングプラズマ気相反応法において、被膜形成面は、電
位的に浮いているため、この基板（５）にチャ−ジアッ
プ（荷電）した電荷と、プラズマ中のイオンとが反発し
あう。このため、飛翔中の活性粒子は、被膜形成面をス
パッタすることが少なくなる。さらに、これを助長する
ため、プラズマ反応に用いられる高周波電界は、被膜形
成面に添って流れるように層流を構成して供給される。
すなわち、高周波電界は、被膜形成面に概略平行になる
ように配設せしめられている。

【０００６】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、プラズマ気相反応によって形成される基板
表面の膜厚を均一にするプラズマ気相反応方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（第１発明）前記目的を達成するために、本発明のプラ
ズマ気相反応方法は、減圧状態に保持された反応空間
（１００）と、当該反応空間（１００）に反応性気体を
供給する系（９７）と、不要反応生成物およびキャリア
ガスを真空排気する排気系（３０）とを具備し、反応空
間（１００）に反応性気体を供給すると共に、反応空間
（１００）を所定の圧力に減圧する工程と、反応空間
（１００）内で複数の電極に電力を印加して、リサージ
ュ波形を基板（５）の処理面に対して平行になるように
描かせることによって、プラズマを発生させる工程とか
らなることを特徴とする。

【０００８】（第２発明）本発明のプラズマ気相反応方
法は、減圧状態に保持された反応空間（１００）と、当
該反応空間（１００）に反応性気体を供給する系（９
７）と、不要反応生成物およびキャリアガスを真空排気
する排気系（３０）とを具備し、反応空間（１００）に
反応性気体を供給すると共に、反応空間（１００）を所
定の圧力に減圧する工程と、反応空間（１００）内で複
数の電極に電力を印加して、リサージュ波形を描かせつ
つプラズマ処理を行なうことを特徴とする。

【０００９】

【作用】減圧および真空排気処理が行なわれた反応
空間では、電力が印加された複数の電極によって、基板
の処理面に対して平行になるようにリサージュ波形を描
かせる。このため、プラズマは、基板表面に対して均一
になるように発生する。さらに、複数の電極に電力を印
加することによって、反応空間にリサージュ波形を描か
せつつプラズマ処理を行なうことができる。この場合も
上記同様に、反応室は、電界によるリサージュ波形が描
かれているため、均一なプラズマ処理を行なうことがで
きる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例は、反応性気体が反応
室内のすべてに分散してしまうことを防ぐプラズマ気相
反応装置であり、上記反応室が基板の外形状を利用して
筒状空間になっている。そして、この筒状空間には、基
板がその裏面を互いに密接して、その表面の被膜形成面
を一定の距離、たとえば２ｃｍないし１０ｃｍ、代表的
には４ｃｍないし６ｃｍ離して平行に配設されている。
また、この基板が林立した筒状空間には、反応性気体を
選択的に導き、この筒状空間においてのみ選択的にプラ
ズマ放電を行わしめる。筒状空間は、図２において、ホ
ルダ７によって形成されている。すなわち、ホルダ７
は、断面が逆Ｌ字状で、上面がリング状フランジから構
成されている。また、ホルダ７は、図示されていない
が、基板５を支持する構造になっている。さらに、ホル
ダ７は、前記フランジ部分によって、フィンシャフト３
９によって吊り下げられている。

【００１１】この結果として反応性気体の収集効率は、
従来の１％ないし３％より、その１０倍ないし３０倍の
２０％ないし５０％にまで高めることができた。さら
に、本発明の一実施例は、多数回繰り返して被膜形成を
行うと、その時反応室上部に付着形成されたフレ−クが
基板の被膜形成面上に落ちて、ピンホ−ルの発生を誘発
してしまうことを防ぐため、基板の被膜形成面を重力に
添って垂直配向せしめたことを特徴としている。本発明
の一実施例は、前記した一定の間隙を経て被膜形成面を
概略平行に配置された基板の上部、下部および中央部さ
らに周辺部での膜厚の均一性、また膜質の均質性を促す
ため、上方向および下方向より棒状赤外線ランプを互い
に直交して配置し、筒状空間全体の均熱加熱化を図っ
た。

【００１２】すなわち、棒状赤外線ランプは、その断面
積が１０ｃｍ²、また、長さが電極方向に１０ｃｍない
し６０ｃｍを有し、幅１５ｃｍないし１００ｃｍの基
板、たとえば２０ｃｍ×６０ｃｍの基板がその温度分布
において、１００℃ないし６５０℃、たとえば２００℃
±５℃以内としたことを特徴としている。本発明の一実
施例は、連続製造方式を基本条件とし、反応室内での被
膜の特性の向上に加えて、反応室の内壁に不用の反応生
成物が付着することを防ぐ。本発明の一実施例は、見掛
け上の反応室の内壁を筒状空間の側面とすることによ
り、被膜作製の度に、すなわち新たにホルダを反応室内
に装着する度に、あたかも新しい内壁が作られるため、
繰り返しの被膜形成によっても、不要の反応生成物が内
壁上に層状に積層されるのを防ぐことができる。

【００１３】すなわち、本発明の一実施例は、反応室内
に形成されるフレ−クの発生を防止できるという大きな
特徴を有する。さらに、本発明の一実施例は、反応性気
体の導入口、排気口において、電極外側を供給フード、
排気フード、および絶縁フ−ド（石英等）で覆い、反応
室壁面との寄生放電を防ぎ、この電極と反応空間との間
にフロ−ティンググリットを設けることにより、この反
応空間内に陽極暗部、陰極暗部が延びないようにした。
すなわち、この反応空間の電界強度がきわめて少ない陽
光柱領域とすることができた。その結果、この反応空間
内に強電界の暗部で加速された強い運動エネルギーを有
するスピーシス（反応性物質）による被膜形成面のスパ
ッタを防ぎ膜質の向上を図ることができた。かかるプラ
ズマ気相反応装置は、すでに形成されている下側（被膜
形成面）の半導体層の不純物のその上に形成されるべき
他の半導体層への混合を排除し、さらに、複数の半導体
層の積層界面での混合の厚さを２００Åないし３００Å
と従来よりも約１／１０ないし１／５にすると共に、基
板内、同一バッチの基板間での膜厚のばらつきを±５％
以内（たとえば、５０００Åの厚さとすると、そのばら
つきが±２５０Å以内）とし得たことを特徴としてい
る。

【００１４】以下、図２および図３にしたがって本発明
の一実施例であるプラズマ気相反応装置を説明する。図
２は本発明の一実施例で、連続してプラズマ気相反応が
可能な装置を説明するための図である。図３は本発明の
一実施例で、対をなす複数の電極によって発生する電界
を説明するための図である。具体例１図２において、プラズマ気相反応装置は、一方の側から
基板（５）を装填するための第１の予備室（１）と、プ
ラズマ気相反応処理を行なう反応室（２）と、プラズマ
気相反応処理の終了した基板（５）を取り出すための第
２の予備室（３）とから構成される。第１の予備室
（１) と反応室（２）との連設部、反応室（２）と第２
の予備室（３）との連設部には、ゲ−ト弁（４３）、
（４４）が設けられている。ゲ−ト弁（４３）、（４
４）は、基板（４）、（５）、およびホルダ（６）、
（７）が第１の予備室（１）から反応室（２）中へ、ま
た、反応室（２）から第２の予備室（３）への移動に対
して開状態となる。

【００１５】また、ゲート弁（４３）、（４４）は、プ
ラズマ気相反応中、第１の予備室（１）において、基板
（４）、ホルダ（６）を扉（１１）から装着する時、ま
たは第２の予備室（３）において、基板（５）、ホルダ
（６）を扉（１２）から取り出す時、閉状態とする。第
１の予備室（１）への基板（４）の装着、第２の予備室
（３）から基板（４）の取り出しの際には、第１の予備
室（１）および第２の予備室（３）に導入口（２０）、
（３２）より大気圧にするための窒素が供給される。第
１の予備室（１）は、外部より基板（４）、ホルダ
（６）を装着するガイド（９）と、大気と第１の予備室
（１）との間で開閉できる扉（１１）と、基板（４）上
の吸着物を加熱真空脱気させるため、赤外線ランプ（１
５）、（１５′）と、第１の予備室（１）を排気する真
空排気手段（２９）とから構成される。

【００１６】ゲ−ト弁（４３）は、開けられた後、予め
真空引きされている反応室（２）内に、第１の予備室
（１）から基板（５）、ホルダ（６）を移動させる。こ
の移動は、第１の予備室（１）に設けられたステップモ
−タ（８）によって行なわれる。まず、ガイド（９）を
含むホルダ（６）は、約１．５ｃｍ上方に持ち上げら
れ、この後、反応室（２）内にガイド（９）を伸ばすこ
とによって移動させられる。さらに、ホルダ（６）は、
反応室（２）の中央部に至った後、ガイド（９）を止
め、約１．５ｃｍ下方向にガイド（９）を下げることに
より下ろされる。ホルダ（７）の上部に形成されたリン
グ状フランジは、フィンシャフト（３９）によって吊り
下げられている。

【００１７】この後、ガイド（９）は、上記リング状フ
ランジの下側を通り、元の第１の予備室（１）に縮んで
収納される。さらに、ゲート弁（４３）が閉じられる。
この後、ガイド（９）は、このディスクの下側を通り、
元の第１の予備室（１）に縮んで収納される。さらに、
ゲ−ト弁（４３）が閉じられる。この後、第１の予備室
（１）は、窒素を導入口（２０）から供給することによ
り大気圧となる。この間に、基板（４）は、ガイド
（９）に取り付けられているホルダ（６）に装着させ
る。この操作は、順次繰り返される。

【００１８】次に、反応室（２）内における機構につい
て説明する。反応室（２）は、反応性気体を供給する系
（９７）と、真空排気する系（９８）と、後述する電極
（２３）、（２５）に高周波電力を供給する第１の発振
器（２１）と、同じく第２の発振器（８５）とが具備さ
れている。反応性気体を供給する系（９７）は、ド−ピ
ング系としてバルブ（５１）と、流量計（５２）と、キ
ャリアガスを導入する導入口（３３）、同じく反応性気
体を導入する導入口（３４）、（３５）、（３７）とを
介して図示されていないボンベに接続されている。導入
口（３４）、（３５）、（３７）には、珪化物気体、ゲ
ルマニュ−ム化物気体のごとき室温で気体のもの、ま
た、これにＰ型またはＮ型用のド−ピング用気体（たと
えば、ジボラン、フォスヒン）等のボンベが接続されて
いる。

【００１９】また、塩化スズ、塩化アルミニュ−ム、塩
化アンチモン等の室温において液体のものは、バブラ
（３６）を介して供給される。これらの気体は、減圧下
にて気体となるため、流量計（５２）により十分制御が
可能である。また、蒸着にはこのバブラ（３６）の電子
恒温漕による温度制御を行った。これらの反応性気体
（３４）、（３５）、（３７）は、供給口（２７）から
供給手段（４６）のノズル（２４）を介して下方向に噴
射される。このノズル（２４）の吹き出し口は、１ｍｍ
ないし２ｍｍの穴（４２）が多数あけられ、全体に均ー
に吹き出すように形成されている。このノズル（２４）
は、背面が絶縁物よりなり、寄生放電が反応室（２）の
内壁に発生することを防いでいる。さらに、ノズル（２
４）の穴（４２）の間にはプラズマ放電用の負電極（２
３）が設けられている。負電極（２３）は、リ−ド（４
９）を経て電気エネルギー供給用の第１の発振器（２
１）（１０ＫＨｚないし５０ＭＨｚ、たとえば１３．５
６ＭＨｚまたは３０ＫＨｚ、１０Ｗないし１ＫＷ）の一
方の端子に至っている。他方の正の端子（２２）は、排
気手段（４７）のノズル（２４）上に設けられて網目状
または多孔状の正電極（２５）に接続されている。

【００２０】また、第２の発振器（８５）（１０ＫＨｚ
ないし５０ＭＨｚ、たとえば１３．５６ＭＨｚまたは３
０ＫＨｚ、１０Ｗないし１ＫＷ）は、図面において前後
方向に第２の電界が発生するように設けられている。ま
た、第１の発振器（２１）と第２の発振器（８５）から
発生する周波数を同一または周波数を異ならせると、電
界は、リサ−ジュパタ−ンとなり、一方行にのみ加えた
電界パターンと比較して、基板表面の周辺部まで均一な
被膜を作ることができるようになった。さらに、一対の
電極（２３）、（２５）と、筒状空間（１００）との間
には、網状（穴の直径は１ｃｍないし３ｃｍ）、または
多孔状（穴の直径は１ｃｍないし３ｃｍ）の導体をステ
ンレスで設け、このフローティンググリッド（４０）、
（４１）により、放電で発生した暗部が陽光柱内に配設
された筒状空間（１００）の基板（５）の表面をスパッ
タしないようにしている。このフロ−ティンググリッド
（４０）、（４１）により、反応室（２）の圧力が０．
０１ｔｏｒｒないし５ｔｏｒｒの範囲で変わっても、そ
の低い圧力（たとえば、０．０５ｔｏｒｒ）のため、暗
部が筒状空間（１００）まで延長し、基板（５）の被膜
形成面をスパッタすることはない。そして、良好な膜質
の被膜を作ることができるようになった。

【００２１】排気手段（４７）は、反応性気体を供給す
るノズル（２４）と概略同一形状を有し、ともに透明石
英（絶縁膜）により作られており、全体の穴により均一
に筒状空間（１００）からの反応生成物、キャリアガ
ス、不用ガスを層流にして排気口（２８）より真空ポン
プ（３０）に排気させている。被膜形成の際に、フィン
シァフト（３９）は、外部のステップモ−タ（１９）と
真空遮断されて回転している。そのため、このフィンシ
ャフト（３９）によって保持されている基板（５）およ
びホルダ（７）は、３回転／分ないし１０回転／分で回
転し、基板（５）上に形成される被膜を均一にさせてい
る。

【００２２】さらに、かくのごとき装置において、所定
のプラズマ気相反応による被膜形成を行った後、真空排
気されている第２の予備室（３）に基板（５）およびホ
ルダ（７）を移動させた。すなわち、基板（５）および
ホルダ（７）は、反応室（２）、第２の予備室（３）内
における気体を真空引きした後、ゲ−ト弁（４４）を開
けて移動させる。基板（５）およびホルダ（７）の移動
は、ガイド（１０）が右方向より延ばされ、反応室
（２）に至り、約１ｃｍ上にホルダ（７）を持ち上げた
後、ガイド（１０）を再び縮めて第２の予備室（３）に
持ち出す。この後、第２の予備室（３）は、ゲ−ト弁
（４４）が閉められ、窒素を導入口（３２）より供給し
て大気圧とした。かくして、図２に示されたごとき反応
室（２）と、第１の予備室（１）、第２の予備室（３）
との間において、プラズマ気相反応は、連続的に処理さ
れる。もちろん、被膜形成された基板（５）およびホル
ダ（７）は、プラズマ気相反応の処理後、第１の予備室
（１）に引出すような構成とすることで、第２の予備室
（３）を省略してもよいことはいうまでもない。

【００２３】図３は本発明の一実施例で、図２の反応室
の第２の予備室側から見た縦断面図を示す。図３には、
基板（５）の被膜面と、第１の電界（９０）および第２
の電界（９１）の方向とが明らかに示されている。図３
において、ヒータ（１８）、（１８′）には、ハロゲン
ランプ発熱体が用いられている。筒状空間（１００）
は、ヒータ（１８）、（１８′）により１００℃ないし
６５０℃、たとえば２５０℃に加熱された。反応性気体
は、たとえばシランを分解した。さらに、基板（５）に
は、その被膜形成面に概略平行に第１の電界（９０）が
対をなす一組の電極（２３）、（２５）により供給さ
れ、同時に、第１の電界（９０）に対して直交する第２
の電界（９１）が対をなす一組の電極（７２）、（８
２）により供給され、プラズマ気相反応を行った。それ
ぞれの電極（２３）、（２５）、（７２）、（８２）
は、第１の発振器（２１）および第２の発振器（８５）
に連結されている。

【００２４】筒状空間（１００）では、反応性気体が導
入口（３３）、（３４）、（３８）から供給手段（４
６）を介して基板（５）に対して平行に供給されると共
に、排気手段（４７）により真空排気系（９８）の真空
ポンプ（３０）で排気される。基板（５）に形成する被
膜としてシランによりアモルファス珪素を作製する場
合、５０００Åの厚さにSiH ３００cc／分、被膜形成速
度２０Å／秒、基板（２０ｃｍ×６０ｃｍを２０枚、延
べ面積２４０００ｃｍ²）で圧力０．０８ｔｏｒｒとし
た。本具体例のプラズマ気相反応によると、従来方法で
は、基板（５）の中央部が５０００Åとばらつき、縦方
向の周辺部が３０００Å（ばらつき±２０％）であった
のに対して、基板（５）のどの部分においても、４５０
０Å（±５％）ときわめて均一性を向上させることがで
きた。

【００２５】図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、
（Ｅ）は図３で非単結晶珪素を０．５μｍの膜厚に形成
した場合の分布を説明するための図である。筒状空間
（１００）には、基板（５）、第１電極（２３）、（２
５）、第２電極（７２）、（８２）が図４に示すように
配置され、筒状空間（１００）の（Ａ）−（Ａ′）、
（Ｂ）−（Ｂ′）、（Ｃ）−（Ｃ′）、（Ｄ）−
（Ｄ′）における断面での被膜の厚さ分布を図４
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示す。このすべての
被膜断面図は、図１のそれと比べてきわめて均一性を有
し、実用上十分±１０％以内のばらつきになっているこ
とが判明した。

【００２６】また、珪素または炭素の不対結合手を水素
によりSiーH 、Ｃ−Ｈにて中和するのではなく、Siー
Ｆ、C ーＦとハロゲン化物、特に弗化物気体を用いて実
施してもよいことはいうまでもなく、この濃度は４０原
子％以下、たとえば２原子％ないし５原子％が好ましか
った。形成させる半導体の種類に関しては、前記したご
とく、単層ではなくIV族のSi、Ge、SixC_1-x（０＜ｘ＜
１）、Six Ge_1-x（０＜ｘ＜１）、SixSn_1-x（０＜ｘ＜
１）、またはこれらの導電型を変更して接合を設けた複
数層であっても、また、これら以外に、GaAs、GaAlAs、
BP 、等の他の半導体であってもよいことはいうまでも
ない。

【００２７】次に、リサージュ波形について説明する。
図５は本発明におけるリサージュ波形の一実施例を説明
するための図である。一般に、二つの振動の方向をＸ
軸、Ｙ軸にとれば、振動は、Ｘ＝Ａcos ωｔ、Ｙ＝Ｂcos （ω′ｔ＋δ）の形になる。上記角振動数や位相の違いによって種々の
図形が得られる。たとえば、図５には、角振動数ω、
ω′の比が１：２、１：３、２：３で、位相差δが０、
π／４、π／２、３π／４、πの場合の図形が示されて
いる。（岩波理化学辞典第４版より）

【００２８】具体例２この具体例は、具体例１のプラズマ気相反応装置を用
い、反応性気体として導入口（３４）よりシランを供給
して珪素半導体膜を作製したものである。珪素半導体膜
を作製する際の基板（５）の温度は、２５０℃とした。
珪素半導体の被膜は、成長速度を８Å／秒、高周波（１
３．５６ＭＨｚを使用）電界を５００Ｗ、シランを３０
０ｃｃ／分、プラズマ気相反応中の圧力を０．１ｔｏｒ
ｒとした時に得ることができた。結果として、従来のプ
ラズマ気相反応装置は、一対からなる平行平板型の電極
によって電界を印加し、被膜形成速度を１Å／秒ないし
３Å／秒として、反応容器に、たとえば６０ｃｍ×６０
ｃｍ１枚に膜を形成したのに対し、本具体例のプラズマ
気相反応装置は、同一反応容器において、２０ｃｍ×６
０ｃｍを20枚と８倍の延べ面積と、さらに被膜を１０Å
ないし２５Å／秒で形成され、６倍の成長速度とを得る
ことができた。

【００２９】そのため、生産性は、合計４８倍となっ
た。さらに、重要なことは、従来のプラズマ気相反応装
置を使用すると、１回ないし２回のプラズマ気相反応作
業により、反応容器の内壁に３μｍないし１０μｍのシ
リコンのフレ−クが沈着した。しかし、本具体例のプラ
ズマ気相反応装置においては、０．５μｍの膜厚の被膜
生成を繰り返して行い、その回数が１００回になって
も、反応容器の内壁にうっすらとフレ−クが観察される
のみであった。かくして、形成された半導体層は、プラ
ズマ状態の距離が長いため、光伝導度も２×１０^-4ない
し７×１０^-3（オームｃｍ）^-1、暗伝導度３×１０^-9な
いし１×１０^-11（オームｃｍ）^-1を有していた。

【００３０】これは、プラズマの電界方向が被膜形成面
に対して垂直である従来の方法が、光伝導度として３×
１０^-5ないし３×１０^-4（オームｃｍ）^-1、暗伝導度５
×１０^-8ないし１×１０^-9（オームｃｍ）^-1であること
を考えると、半導体膜として光フォトセンシティビティ
（光伝導度／暗伝導度）が１０⁶倍以上の特性の向上が
見られた。本発明の具体例は、不純物を積極的に添加し
ない場合であるが、Ｐ型またはＮ型用の不純物を添加し
ても同様の高い電気伝導度のＰ型またはＮ型の半導体膜
を作ることができる。またP 、I 、N 型半導体を積層し
てPI、NI、PIN 、PN接合を作ることも可能である。

【００３１】具体例３この具体例は、具体例１のプラズマ気相反応装置を用い
て導電性金属を作製せんとするものである。以下におい
て、金属アルミニュ−ムをプラズマ気相反応方法で形成
する場合を示す。図２において、バブラ（３６）には、
塩化アルミニュ−ムが充填された。塩化アルミニューム
は、電子恒温漕によって４０℃ないし６０℃に加熱され
た。さらに、キャリアガスは、導入口（３３）から不活
性気体のヘリュ−ムが１００cc／分の流量で反応室
（２）に導入された。すなわち、反応室（２）には、ヘ
リュ−ムと塩化アルミニュ−ムとが混入したガスが導入
された。

【００３２】さらに、水素は、導入口（３３）より６０
ｃｃ／分ないし１００ｃｃ／分の流量で導入された。基
板温度は、２００℃ないし５５０℃、たとえば３００℃
に選ばれた。高周波電界は、ともに３０ＫＨｚの周波数
を第１の電極（２３）、（２５）、および第２の電極
（７２）、（８２）に１００Ｗないし３００Ｗ、たとえ
ば２００Ｗで供給された。かくして、２０ｃｍ×６０ｃ
ｍの大きさの基板（５）は、ホルダ（６）に２０枚装着
され、５Å／秒の成長速度で０．５μｍないし１μｍの
厚さの被膜が形成された。そして、その被膜の厚さは、
均一性も±５％以下に形成させることができた。

【００３３】さらに、出発材料としてトリエチルアルミ
ニュ−ム（TEA ）は、図２に示すバブラ（３６）に充填
された。この場合、さらに、キャリアガスは、導入口
（３３）から導入する必要がなかった。バブラ（３６）
の温度は、６０℃とすることにより、流量計の流量を６
０ｃｃ／分とした。さらに、水素は、導入口（３３）よ
り５００ｃｃ／分の流量で導入され、プラズマ気相反応
を行った。反応圧力を０．１ｔｏｒｒないし０．３ｔｏ
ｒｒ、高周波電源の周波数を１００ＫＨｚ、出力を１Ｋ
Ｗとすることにより、５インチ・シリコンウエハを５枚
ずつ、合計１００枚装着させた。するとこれらの基板
（５）上には、７Å／分の成長速度にて金属アルミニュ
−ムが形成された。

【００３４】この時、導体が筒状空間（１００）の内壁
に形成されても、放電が不安定になることもなく、厚さ
１μｍないし２μｍの金属アルミニュ−ムを蒸着するこ
とができた。この時、反応室（２）には、外部の導入口
（３８）より水素が７００ｃｃ／分の流量で導入され
た。かくすることにより、反応室（２）の内壁に付着す
るフレ−クの程度は、さらに少なくすることができた。
そのため、プラズマ気相反応装置により30回の被膜形成
で、１μｍないし２μｍの厚さにしても、反応室（２）
の内壁、およびのぞき窓には、特に曇が見られなかっ
た。

【００３５】特に、本具体例には、プラズマ放電用の二
つの電極間をリ−ク電流により互いに連結されてしまう
ことがないため、すなわちノズル（２４）とホルダ
（６）とは、電気的に離間し、さらに、このホルダ
（６）と下側ノズル（２４）とは、同様に離間してい
る。さらに、その周囲も反応室（２）の内壁に付着が少
ないため、このいずれの電路においてもリ−ク電流の発
生による放電が不安定になることがなかった。本具体例
においては、アルミニュ−ムであったが、たとえばカル
ボニル化合物の鉄、ニッケル、コバルトのカルボニル化
合物を用いて、金属鉄ニッケル、またコバルトを被膜状
に作製することも可能である。

【００３６】具体例４この具体例は、具体例１のプラズマ気相反応装置を用い
て窒化珪素被膜を作製した。すなわち、図１の場合にお
いて、シランを導入口（３４）より２００ｃｃ／分、ア
ンモニアを導入口（３５）より８００ｃｃ／分導入し
た。基板（５）の温度300 ℃、筒状空間（１００）の圧
力０．１ｔｏｒｒとし、１ｃｍ×６０ｃｍの基板20枚
または５インチウエハ１００枚上には、１０００Åない
し５０００Åの厚さに被膜が形成された。被膜の均一性
において、ロット内、ロット間において±５％以内を得
ることができた。

【００３７】具体例５この具体例は、酸化珪素を形成させたものである。すな
わち、シラン（SiH ）を２００ｃｃ／分として導入口
（３４）より、また、過酸化窒素（ＮＯ）を導入口（３
５）より２００ｃｃ／分導入し、同時に導入口（３３）
より窒素を２００ｃｃ／分導入した。高周波電力は、周
波数を３０ＫＨｚ、出力を５００Ｗとした。第１、第２
電界の周波数を同じとし、移相を９０度ずらしてリサ−
ジュ波形とした。基板温度は、１００℃ないし４００℃
において可能であるが、２５０℃で形成させたとする
と、被膜の均一性が０．５μｍ形成した場合±３％と±
５％以内に納めることができた。

【００３８】具体例６この具体例においては、化合物導体、たとえば珪化タン
グステン、珪化モリブデンまたは金属タングステン、ま
たはモリブデンを作製した。すなわち具体例１におい
て、バブラ（３６）から塩化モリブデンまたは弗化タン
グステンを導入し、さらにシランを（３５）より供給
し、タングステンまたはモリブデンと珪素とを所定の
比、たとえば、１：２にしてプラズマ気相反応を行っ
た。その結果、２５０℃、３００Ｗ、１３．５６ＭＨｚ
において、０．４μｍの厚さに４Å／秒ないし６Å／秒
の成長速度を得ることができた。この化合物金属と耐熱
金属とを反応性気体の量を調節することにより、層状に
多層構造で作ることができる。

【００３９】以上の説明より明らかなごとく、本発明の
プラズマ気相反応装置は、半導体、導体または絶縁体の
いずれに対しても形成させることができる。特に、構造
敏感な半導体または導体中に不純物を添加し、Ｐ型また
はＮ型の不純物を添加した半導体層を複数積層させるこ
とができた。なお、本具体例におけるフロ−ティンググ
リッドは、第１電極側に設けたが、第２電極側または双
方に設けることにより膜質の向上を図ることができる。
また、本具体例においては、プラズマ気相反応のみを示
した。しかし、この電気エネルギーに加えて紫外光また
赤外光の光エネルギーを同時に加え、光プラズマ気相反
応法としてもよい。さらに、本発明の図２および図３か
ら見て、一組の電極に電界を印加して、リサージュ波形
を描かせつつプラズマ処理を行なうことができることは
いうまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、反応空間内に設けられ
た基板の被膜形成面に対して平行な複数の電極によって
電界を印加してリサージュ波形を描かせているため、被
膜形成が均一化できると共に、基板の被膜形成面に対す
るスパッタの程度を小さくできるため、膜質が向上す
る。また、本発明によれば、反応空間では、複数の電極
に電界が印加されることによって、リサージュ波形を描
かせつつプラズマ処理を行なっているため、均一なプラ
ズマを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）ないし（Ｅ）は従来のプラズマ気相反応
方法で得られた基板上の膜厚の不均一性を説明するため
の図である。

【図２】本発明の一実施例で、連続してプラズマ気相反
応が可能な装置を説明するための図である。

【図３】本発明の一実施例で、対をなす複数の電極によ
って発生する電界を説明するための図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）は図
３で非単結晶珪素を０．５μｍの膜厚に形成した場合の
分布を説明するための図である。

【図５】本発明におけるリサージュ波形の一実施例を説
明するための図である。

【符号の説明】

（１）・・・第１の予備室（２）・・・反応室（３）・・・第２の予備室（４）、（５）・・・基板（６）、（７）・・・ホルダ（８）、（１３）・・・ステップモータ（９）、 (10) ・・・ガイド (１１) 、（１２）・・・扉（１５）、（１５′）・・・赤外線ランプ（２１）・・・第１の発振器（２２）・・・正端子（２３）・・・負電極（２４）・・・ノズル（２５）・・・正電極（２７）・・・供給口（２８）・・・排気口（２９）・・・真空排気手段（３０）・・・真空ポンプ（４３）、（４４）・・・ゲート弁（８５）・・・第２の発振器（９０）、（９１）・・・電界の方向を示す（９７）・・・反応性気体供給系（９８）・・・真空排気系（１００）・・・筒状空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧状態に保持された反応空間と、当該
反応空間に反応性気体を供給する系と、不要反応生成物
およびキャリアガスを真空排気する排気系とを具備する
プラズマ気相反応方法において、反応空間に反応性気体を供給すると共に、反応空間を所
定の圧力に減圧する工程と、反応空間内で複数の電極に電力を印加して、リサージュ
波形を基板の処理面に対して平行になるように描かせる
ことによって、プラズマを発生させる工程と、からなることを特徴とするプラズマ気相反応方法。
【請求項２】減圧状態に保持された反応空間と、当該
反応空間に反応性気体を供給する系と、不要反応生成物
およびキャリアガスを真空排気する排気系とを具備する
プラズマ気相反応方法において、反応空間に反応性気体を供給すると共に、反応空間を所
定の圧力に減圧する工程と、反応空間内で複数の電極に電力を印加して、リサージュ
波形を描かせつつプラズマ処理を行なうことを特徴とす
るプラズマ気相反応方法。