JPS593018A - プラズマデポジシヨンによるシリコン系膜の製造方法 - Google Patents
プラズマデポジシヨンによるシリコン系膜の製造方法Info
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- JPS593018A JPS593018A JP57108336A JP10833682A JPS593018A JP S593018 A JPS593018 A JP S593018A JP 57108336 A JP57108336 A JP 57108336A JP 10833682 A JP10833682 A JP 10833682A JP S593018 A JPS593018 A JP S593018A
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- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical 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 method of coating
- C23C16/50—Chemical 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 method of coating using electric discharges
- C23C16/511—Chemical 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 method of coating using electric discharges using microwave discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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- C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
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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】
本発明は、プラズマデポジション装置を用いた薄膜の製
造方法に関するもので、特にシリコン系膜〔シリコン（
Ｓｉ ）を構成元素とするが、または構成元素の一部と
する膜（単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｌ、アモルファスＳ皿、
酸化Ｓｉ及び窒化８１等）〕の生成に好適な製造方法に
関するものである。
造方法に関するもので、特にシリコン系膜〔シリコン（
Ｓｉ ）を構成元素とするが、または構成元素の一部と
する膜（単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｌ、アモルファスＳ皿、
酸化Ｓｉ及び窒化８１等）〕の生成に好適な製造方法に
関するものである。
気相を用いた薄膜生成法としては、ＣＶＤ法。
スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等がある。
特にプラズマＣＶＤ法は、■処理温度が低い、■膜生成
速度が大きい、等の長所の為に半導体素子製造プロセス
に積極的に用いられようとしている。
速度が大きい、等の長所の為に半導体素子製造プロセス
に積極的に用いられようとしている。
半導体プロセスにおけるプラズマＣＶＤ法の適用例とし
ては、Ｓｉ系膜の生成が主流であり、次の２例が重要で
ある。
ては、Ｓｉ系膜の生成が主流であり、次の２例が重要で
ある。
（イ）半導体素子の保護膜としての窒化Ｓｉ （Ｓｉ−
〉）膜の生成。
〉）膜の生成。
（ロ）太陽電池用のアモルファス５ｉ（ａ−８ｉ）膜の
生成。
生成。
プラズマＣＶＤ法で膜を生成する場合、装置の構成要素
として、■プラズマ発生部（排気系を含む）、■ガス導
入部（少くともＳｌを構成元素の一部として含むことが
必要）、■試料の保持部（試料台）が必要である。
として、■プラズマ発生部（排気系を含む）、■ガス導
入部（少くともＳｌを構成元素の一部として含むことが
必要）、■試料の保持部（試料台）が必要である。
従来のプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ発生部として
ＤＣ（直流）グロー放電や几Ｆ（周波数ｆ；数１Ｑ ｋ
Ｈｚ （ｆ （数１３ＭＨｚ）放電が用いられている。
ＤＣ（直流）グロー放電や几Ｆ（周波数ｆ；数１Ｑ ｋ
Ｈｚ （ｆ （数１３ＭＨｚ）放電が用いられている。
第１図は直流グロー放電方式のプラズマＣＶＤ装置の構
成説明図である。図において、１は真空室、２は電極、
６は直流電源、４は試料台、５は試料、６は放電ガス導
入用リークパルプ、７はプラズマである。
成説明図である。図において、１は真空室、２は電極、
６は直流電源、４は試料台、５は試料、６は放電ガス導
入用リークパルプ、７はプラズマである。
真空室１内にリークバルブ６を介して放電ガスが導入さ
れ、電極２間に電源６によって放電が発生し、放電中で
発生した活性粒子により試料５表面に膜が形成される。
れ、電極２間に電源６によって放電が発生し、放電中で
発生した活性粒子により試料５表面に膜が形成される。
第２図はＲＦ放電方式のプラズマＣＶＤ装置の構成説明
図である。図において、前出のものと同一符号のものは
同一または均等部分を示すものとする。８はコンデンサ
、９はＩＬＦ電源である。電源として高周波電源を用い
ている点が異なる。
図である。図において、前出のものと同一符号のものは
同一または均等部分を示すものとする。８はコンデンサ
、９はＩＬＦ電源である。電源として高周波電源を用い
ている点が異なる。
上記従来のプラズマＣＶＤ装置による膜の生成には、基
本的に次のような欠点を持っており、操作条件が極めて
狭い範囲に限定される。即ち、（ａ）放電可能なガス圧
力が、一般に１０〜１０ＴＯｒｒテアリ、１０ Ｔｏ
ｒｒ以下ノカス圧力でのデポジション５が困難である。
本的に次のような欠点を持っており、操作条件が極めて
狭い範囲に限定される。即ち、（ａ）放電可能なガス圧
力が、一般に１０〜１０ＴＯｒｒテアリ、１０ Ｔｏ
ｒｒ以下ノカス圧力でのデポジション５が困難である。
（ｂ）Ｒ１”放電方式（第２図）では、試料前面にイオ
ンシースが形成されて、プラズマに対して自動的にセル
フバイアス”ｓｂが印加される。こノ結果、試料に入射
してくるイオンはセルフッくイアスに相当した運動エネ
ルギーを持つことになる。このエネルギーは数百ｅＶ以
上であり、イオンの入射エネルギーをこれ以下に制御す
ることは困難である。生成する膜特性は入射イオン衝撃
により影響を受は易いだめ、イオンの入射運動エネルギ
ーを小さく制御できない従来の方法は不利となる。
ンシースが形成されて、プラズマに対して自動的にセル
フバイアス”ｓｂが印加される。こノ結果、試料に入射
してくるイオンはセルフッくイアスに相当した運動エネ
ルギーを持つことになる。このエネルギーは数百ｅＶ以
上であり、イオンの入射エネルギーをこれ以下に制御す
ることは困難である。生成する膜特性は入射イオン衝撃
により影響を受は易いだめ、イオンの入射運動エネルギ
ーを小さく制御できない従来の方法は不利となる。
（Ｃ）第１図、第２図の方法では、電極材料（金属）が
プラズマに接しており、この電極材料がスパッタされて
生成膜の中に不純物として混入される。この不純物が、
電気的、光学的膜物性に悪影響を与える。
プラズマに接しており、この電極材料がスパッタされて
生成膜の中に不純物として混入される。この不純物が、
電気的、光学的膜物性に悪影響を与える。
これらの欠点以外に、残された問題点もある。
例えば、従来法でＳｉ系膜を形成する場合、Ｓｉ供給用
ガスとしてＳｌｌＩ４を放電ガスか又はその一部として
用いている。即ち、Ｓｉ −Ｎ膜を形成する場合は、（
Ｓ ｒ Ｈ４＋ Ｎ２ ＋ Ａｒ ） ノ混合カスが通
常用いられ〔菅野卓雄編著；１−半導体プラズマプロセ
ス技術」、産業図書（昭和５５年）、ｌ）ｐ、２３８〜
２４２〕、また、ａ−８ｉを形成する場合は、（Ｓ ｉ
Ｈ４＋ Ａｒ ）の混合ガスが通常用いられる〔兵用
圭弘； 「アモルファスＳｉ 太陽電池」、固体物理、
Ｖｏ４１４ 、 Ｎｏ、１０ 、 ｐｐ、 ６４１〜
６５１ （１９７９）〕。しかし、Ｓ ｒ ０４を８１
供給ガスとして用いた場合、生成膜中に水素Ｈが混入し
て次のような問題点が生じる。即ち、 （ａ）保護膜−用８ｉ−Ｎ膜では、混入した水素が解離
して素子中に侵入し、素子特性を劣化させる〔Ｒ，Ｂ、
Ｆａｉｒ他； ” Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ −Ｖｏｌｔ
ａｇｅ Ｉｎ５ｔａｂｉｌｉｔｙｉｎ ＭＯＳＦＥＴ
’ｓ Ｄｕｅ ｔｏ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈｏｔ −１１
ｏ１ｃＥｍｉｓｓｉｏｎ”、 ＩＥＥＪ ＥＤ−２８
，８３〜９４ （。
ガスとしてＳｌｌＩ４を放電ガスか又はその一部として
用いている。即ち、Ｓｉ −Ｎ膜を形成する場合は、（
Ｓ ｒ Ｈ４＋ Ｎ２ ＋ Ａｒ ） ノ混合カスが通
常用いられ〔菅野卓雄編著；１−半導体プラズマプロセ
ス技術」、産業図書（昭和５５年）、ｌ）ｐ、２３８〜
２４２〕、また、ａ−８ｉを形成する場合は、（Ｓ ｉ
Ｈ４＋ Ａｒ ）の混合ガスが通常用いられる〔兵用
圭弘； 「アモルファスＳｉ 太陽電池」、固体物理、
Ｖｏ４１４ 、 Ｎｏ、１０ 、 ｐｐ、 ６４１〜
６５１ （１９７９）〕。しかし、Ｓ ｒ ０４を８１
供給ガスとして用いた場合、生成膜中に水素Ｈが混入し
て次のような問題点が生じる。即ち、 （ａ）保護膜−用８ｉ−Ｎ膜では、混入した水素が解離
して素子中に侵入し、素子特性を劣化させる〔Ｒ，Ｂ、
Ｆａｉｒ他； ” Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ −Ｖｏｌｔ
ａｇｅ Ｉｎ５ｔａｂｉｌｉｔｙｉｎ ＭＯＳＦＥＴ
’ｓ Ｄｕｅ ｔｏ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈｏｔ −１１
ｏ１ｃＥｍｉｓｓｉｏｎ”、 ＩＥＥＪ ＥＤ−２８
，８３〜９４ （。
１９８１ ）’：ｌ。
（ｂ）アモルファスＳｉでは、未結合手を飽和させてい
た水素が３００℃以上の高温で解離放出して、局在準位
密度を増大させてしまう。
た水素が３００℃以上の高温で解離放出して、局在準位
密度を増大させてしまう。
水素混入のないＳｉ系膜を生成するだめには、Ｓｉ供給
ガスとしてＳｉＨ４の代シにハロゲン化シリコンガス（
例えば、Ｓ ＋ Ｆ４． Ｓ ＋ Ｃ１４，Ｓ ＋
Ｆ Ｃ１３゜５ｉＦ３Ｃｌ、 ＳｉＢｒ４等）を用い
ればよい。しかし、従来装置（第１図、第２図）におい
てハロゲン化シリコンガスをＳｉ供給ガスとして用いる
と、試料表面には膜は生成されず、試料がＳｉ ウェハ
であると逆にエツチングされてしまう。膜が生成されな
い理由として次の２点が重要である。
ガスとしてＳｉＨ４の代シにハロゲン化シリコンガス（
例えば、Ｓ ＋ Ｆ４． Ｓ ＋ Ｃ１４，Ｓ ＋
Ｆ Ｃ１３゜５ｉＦ３Ｃｌ、 ＳｉＢｒ４等）を用い
ればよい。しかし、従来装置（第１図、第２図）におい
てハロゲン化シリコンガスをＳｉ供給ガスとして用いる
と、試料表面には膜は生成されず、試料がＳｉ ウェハ
であると逆にエツチングされてしまう。膜が生成されな
い理由として次の２点が重要である。
（イ）操作ガス圧力が１３ ’１．’ｏｒｒ以上と高
いために放電の電子温度が低い（〜４ｅＶ）。一方、ハ
ロゲン化シリコンガスの結合エネルギー（ＱＳｉ−Ｆ−
１１５ｋｃａｌ／Ｉｎ０ｌ、 Ｑ８． ｃｅ −６７
，８ｋｃａｌ／ｍｏｌ ）は、Ｓ ＋ １−１４の結合
エネルギー（ＱＦ３１．＝５３．７ｋ ｃａｌ ／ｍｏ
ｌ ）に比べて大きい（ＪＡＮＡＦ、”Ｔｌｌｅｒｍｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ ’Ｉ”ａｂｌｅｓ ” 、 Ｄ
ｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ、。
いために放電の電子温度が低い（〜４ｅＶ）。一方、ハ
ロゲン化シリコンガスの結合エネルギー（ＱＳｉ−Ｆ−
１１５ｋｃａｌ／Ｉｎ０ｌ、 Ｑ８． ｃｅ −６７
，８ｋｃａｌ／ｍｏｌ ）は、Ｓ ＋ １−１４の結合
エネルギー（ＱＦ３１．＝５３．７ｋ ｃａｌ ／ｍｏ
ｌ ）に比べて大きい（ＪＡＮＡＦ、”Ｔｌｌｅｒｍｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ ’Ｉ”ａｂｌｅｓ ” 、 Ｄ
ｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ、。
Ｍｉｄｌａｎｄ ； Ｍｉｃｈ、）。このだめ、従来装
置の放電ではハロゲン化シリコンガスは十分分解されず
、Ｓ１系膜の生成が行なわれない。
置の放電ではハロゲン化シリコンガスは十分分解されず
、Ｓ１系膜の生成が行なわれない。
（ロ）第２図に示した従来装置では、試料表面に入射子
るイオンエネルギーが大きいため、表面に堆積した物質
はイオンによるヌパノタリングや分解作用を受けて膜成
長が阻害される。
るイオンエネルギーが大きいため、表面に堆積した物質
はイオンによるヌパノタリングや分解作用を受けて膜成
長が阻害される。
このため、水素を含１ないＳｉ系膜を形成するには、電
子温度が高く、かつ入射イオンエネルギーの低いプラズ
マＣＶ Ｄ装置が必要となる。さらには、操作ガス圧力
、電子温度、入射イオンエネルギーを広範囲に制御でき
る装置が極めて有用となる。
子温度が高く、かつ入射イオンエネルギーの低いプラズ
マＣＶ Ｄ装置が必要となる。さらには、操作ガス圧力
、電子温度、入射イオンエネルギーを広範囲に制御でき
る装置が極めて有用となる。
本発明は、従来法とは異なった放電方式す々わちマイク
ロ波放電方式のプラズマデポジション装置を用い、前述
した種々の欠点並びに問題点を克服して、従来法では不
可能な膜生成を可能にしたもので、特に水素を含まない
Ｓｉ系膜の製造方法を提供するものである。
ロ波放電方式のプラズマデポジション装置を用い、前述
した種々の欠点並びに問題点を克服して、従来法では不
可能な膜生成を可能にしたもので、特に水素を含まない
Ｓｉ系膜の製造方法を提供するものである。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
第３図は本発明の製造方法に使用するマイクロ波放電方
式のプラズマデポジション装置の構成説明図である。図
において、１０はマイクロ波を導入する手段として用い
る導波管、１１は放電管、１２は真空室１内に磁場を形
成する手段として用いるソレノイドコイル、１６は同じ
く永久磁石、１４はマイクロ波発生部、１５は試料室で
ある。なお、真空室１としては、放電管１１の内部と試
料室１５を含めるものとする。
式のプラズマデポジション装置の構成説明図である。図
において、１０はマイクロ波を導入する手段として用い
る導波管、１１は放電管、１２は真空室１内に磁場を形
成する手段として用いるソレノイドコイル、１６は同じ
く永久磁石、１４はマイクロ波発生部、１５は試料室で
ある。なお、真空室１としては、放電管１１の内部と試
料室１５を含めるものとする。
真空室１内に導入するマイクロ波（通常０．１〜１０
Ｇｌ−（ｚ ）は例えばマグネトロンによって発生させ
、円形導波管１０を通して導かれる。なお、円形導波管
の代りに同軸導波管やりイジターノ・コイル（Ｉ）１Ｓ
目ａｎｏ Ｃｏ１１ ；例えばＪ、 Ｖａｃ、 Ｓｃｉ
。
Ｇｌ−（ｚ ）は例えばマグネトロンによって発生させ
、円形導波管１０を通して導かれる。なお、円形導波管
の代りに同軸導波管やりイジターノ・コイル（Ｉ）１Ｓ
目ａｎｏ Ｃｏ１１ ；例えばＪ、 Ｖａｃ、 Ｓｃｉ
。
′Ｉ″ｅｃｈｎｏ１．．１７ （５） 、 ｐｐ、１
２４７〜１２５１ Ｓｅｐ’。
２４７〜１２５１ Ｓｅｐ’。
１０ｃｔ、 １９８０−参照）を用いてもよい。放電管
１１はマイクロ波を通すために絶縁物（例えば石英、ア
ルミナ等）で形成されている。ガス導入口（リークバル
ブ６）は、複数個設けることによりデポジション速度の
一様性を向上させるようにした。真空室内の少くとも一
部（例えば放電管部）に磁場を形成させる手段として、
電磁石または永久磁石またはこれらの複数個の組み合わ
せを用い、所望の磁場分布、磁場強度（磁束密度の大き
さ）を得るよう構成する。
１１はマイクロ波を通すために絶縁物（例えば石英、ア
ルミナ等）で形成されている。ガス導入口（リークバル
ブ６）は、複数個設けることによりデポジション速度の
一様性を向上させるようにした。真空室内の少くとも一
部（例えば放電管部）に磁場を形成させる手段として、
電磁石または永久磁石またはこれらの複数個の組み合わ
せを用い、所望の磁場分布、磁場強度（磁束密度の大き
さ）を得るよう構成する。
真空室内に放電ガスを所定の圧力に導入してマイクロ波
電力を導入すると、マイクロ波電界と磁場の相乗作用に
よりマイクロ波放電が発生する。
電力を導入すると、マイクロ波電界と磁場の相乗作用に
よりマイクロ波放電が発生する。
次に上記磁場の設定条件を説明する。
電子は磁力線の捷わりをザイクロトロン運動する。電子
のサイクロトロン周波数１゜。は磁場強度によって 但し、 Ｂ：磁束密度 ［’Ｉ’ ：］ ｍ°電子質量 Ｃｋｇ ） ｅ：電子電荷 （Ｃｏｕｌｏｍｂ ）と決定される
。「ｃｅをマイクロ波周波数ｆＩｎＷと一致させると、
マイクロ波電界と電子サイクロトロン運動との間に共鳴
現象が発生する。共鳴現象を用いることによりマイクロ
波電力をプラズマ中の電子に効率よく伝達させることが
できる。しかし、マイクロ波電力のプラズマへの吸収効
率および発生したプラズマの試料表面への到達効率を全
体として向上させるためには、以下の点を考慮する必要
がある。
のサイクロトロン周波数１゜。は磁場強度によって 但し、 Ｂ：磁束密度 ［’Ｉ’ ：］ ｍ°電子質量 Ｃｋｇ ） ｅ：電子電荷 （Ｃｏｕｌｏｍｂ ）と決定される
。「ｃｅをマイクロ波周波数ｆＩｎＷと一致させると、
マイクロ波電界と電子サイクロトロン運動との間に共鳴
現象が発生する。共鳴現象を用いることによりマイクロ
波電力をプラズマ中の電子に効率よく伝達させることが
できる。しかし、マイクロ波電力のプラズマへの吸収効
率および発生したプラズマの試料表面への到達効率を全
体として向上させるためには、以下の点を考慮する必要
がある。
■ｆＣｅ ＝ ｆｎｌＷ ［電子サイクロトロン共鳴（
ＥＣＲ）条件〕とすると、マイクロ波はプラズマ内に伝
播することができず完全反射してしまう。従って。
ＥＣＲ）条件〕とすると、マイクロ波はプラズマ内に伝
播することができず完全反射してしまう。従って。
マイクロ波電力を効率よくプラズマ内に伝達させろため
には、共鳴点を少しずらず（ｏｆｆ ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ” ｃｅ＼ｆＩＩＩＷ ＋但し［ｃｅ ” ｆｍｗ
）ようにする必要がある。
には、共鳴点を少しずらず（ｏｆｆ ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ” ｃｅ＼ｆＩＩＩＷ ＋但し［ｃｅ ” ｆｍｗ
）ようにする必要がある。
■発生したプラズマは磁場強度の強い領域から弱い領域
へ広がろうとする（ローレンツ力）。従って、放電管部
では磁場強度が試料表面に向かった方向（第６図の放電
管１１上部から試料５への方向）に沿って減少する傾向
を持っていることが望ましい。
へ広がろうとする（ローレンツ力）。従って、放電管部
では磁場強度が試料表面に向かった方向（第６図の放電
管１１上部から試料５への方向）に沿って減少する傾向
を持っていることが望ましい。
■放電管内で発生して磁力線に泪って運ばれて来たプラ
ズマを試料表面位置に収束させるためには、試料５０表
面位置で磁力線が絞られていること（磁場強度が増大し
ていること）が重重しい。
ズマを試料表面位置に収束させるためには、試料５０表
面位置で磁力線が絞られていること（磁場強度が増大し
ていること）が重重しい。
永久磁石１６は試料表面位置で磁力線を絞る働きをして
いる。
いる。
以上の■、■、■を考慮すると、磁場強度分布としては
第４図に示すよう力ものが望ましいことがわかる。すな
わち、第４図は放電管１１と試料５の位置に対応させて
磁場強度分布の具体例を示しているが、放電管最上部位
置ｌでは、磁場強度はＥＣＲ条件を満足する磁束密度１
３６ｅより大きな値となっており、試料に向かって徐々
に減少して途中ＩＴ位置でＥ ＣＲ条件を満足し、さら
に減少して試料表面近傍の位置■で再び磁場強度が増大
するようになっている。これはいわゆるミラー磁場と呼
ばれる磁場分布である。このような磁場は、例えばマイ
クロ波周波数ｆｍｗ−２，４５Ｇ１１ｚ の時磁場強
度として５×１０〜２Ｘ１０Ｔの間で複数の磁場形成手
段により実現できる。
第４図に示すよう力ものが望ましいことがわかる。すな
わち、第４図は放電管１１と試料５の位置に対応させて
磁場強度分布の具体例を示しているが、放電管最上部位
置ｌでは、磁場強度はＥＣＲ条件を満足する磁束密度１
３６ｅより大きな値となっており、試料に向かって徐々
に減少して途中ＩＴ位置でＥ ＣＲ条件を満足し、さら
に減少して試料表面近傍の位置■で再び磁場強度が増大
するようになっている。これはいわゆるミラー磁場と呼
ばれる磁場分布である。このような磁場は、例えばマイ
クロ波周波数ｆｍｗ−２，４５Ｇ１１ｚ の時磁場強
度として５×１０〜２Ｘ１０Ｔの間で複数の磁場形成手
段により実現できる。
再び第６図の説明に戻る。試料５には直流電源６−！た
はＲ，Ｆ電源９により外部電圧を印加することができる
ようになっている。本発明に使用する装置は外部電圧を
印加しない時のイオンの入射エネルギーが低い（約２０
ｅＶ ）ため、必要に応じ、外部電圧を印加して入射
イオン運動エネルギーを広範囲（２０ｅＶ以上）に変化
させろようにしている。試料表面への入射イオン運動エ
ネルギーを制御することにより、生成膜の特性を変えろ
ことが可能になる。一方、従来のＩＮＦ放電を用いた装
置では、前述したように入射イオンの運動エネルギーを
数百ｅＶ以下にすることは不可能である。
はＲ，Ｆ電源９により外部電圧を印加することができる
ようになっている。本発明に使用する装置は外部電圧を
印加しない時のイオンの入射エネルギーが低い（約２０
ｅＶ ）ため、必要に応じ、外部電圧を印加して入射
イオン運動エネルギーを広範囲（２０ｅＶ以上）に変化
させろようにしている。試料表面への入射イオン運動エ
ネルギーを制御することにより、生成膜の特性を変えろ
ことが可能になる。一方、従来のＩＮＦ放電を用いた装
置では、前述したように入射イオンの運動エネルギーを
数百ｅＶ以下にすることは不可能である。
次に、上述したプラズマデポジンヨン装置を用い、本発
明の８１系膜を製造する方法を実施例によって説明する
。
明の８１系膜を製造する方法を実施例によって説明する
。
５ｉ−Ｎ膜の製造：Ｓｌ供給用ガスとしてＳ ｉ Ｆ４
を用い、窒素の供給ガスとしてＮ２を用いろ。両者を例
えば１：１の割合で混合した放電ガスを真空室１に導入
する。マイクロ波周波数−２，４５ＧＨｚ、マイクロ波
入力＝２００Ｗ、 放電ガス圧力−８・ｉ ０−４Ｔ
ｏ：・、磁場分布は第４図に示した分布としだ。試料に
は外部電圧を印加しガ′い状態で膜形成を行なった。こ
の条件のもとでＳｉ −Ｎ膜（Ｓ１３Ｎ４膜）が約１３
［］ ｎｕｎ ／＋旧ｎの膜堆積速度で形成された。
を用い、窒素の供給ガスとしてＮ２を用いろ。両者を例
えば１：１の割合で混合した放電ガスを真空室１に導入
する。マイクロ波周波数−２，４５ＧＨｚ、マイクロ波
入力＝２００Ｗ、 放電ガス圧力−８・ｉ ０−４Ｔ
ｏ：・、磁場分布は第４図に示した分布としだ。試料に
は外部電圧を印加しガ′い状態で膜形成を行なった。こ
の条件のもとでＳｉ −Ｎ膜（Ｓ１３Ｎ４膜）が約１３
［］ ｎｕｎ ／＋旧ｎの膜堆積速度で形成された。
形成された膜の光屈折率は２．０であり、純粋なＳｉ３
Ｎ４膜と一致している。壕だ、形成された膜内に水素が
含まれていないことは勿論であり、半導体素子の保護膜
として耐蝕性、硬度。
Ｎ４膜と一致している。壕だ、形成された膜内に水素が
含まれていないことは勿論であり、半導体素子の保護膜
として耐蝕性、硬度。
緻密性の優れた膜が得られている。々お、窒素の供給ガ
スとしてはＮ２に限定する必要はなく、窒素を含むガス
（例えばＮＦ３等）なら同様に使用しうる。
スとしてはＮ２に限定する必要はなく、窒素を含むガス
（例えばＮＦ３等）なら同様に使用しうる。
第５図は本発明によるＳｉ −Ｎ膜生成時の放電ガス圧
力と膜生成速度の関係を示したグラフである。
力と膜生成速度の関係を示したグラフである。
実験条件は上記実施例の場合と同様で、放電ガスは５ｉ
ＦａとＮ２の１＝１の混合ガスであり、マイクロ波入力
は２００Ｗである。１だ、試料には外部電圧を印加して
いない。
ＦａとＮ２の１＝１の混合ガスであり、マイクロ波入力
は２００Ｗである。１だ、試料には外部電圧を印加して
いない。
第５図から明らかなように、電子温度の高い低ガス圧力
領域での膜生成速度は大きく、ガス圧力が高くなって電
子温度が低くなると膜生成速度は急激に減少する。従っ
て、放電ガス圧力は実用上３ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以
下にすることが重重しい。
領域での膜生成速度は大きく、ガス圧力が高くなって電
子温度が低くなると膜生成速度は急激に減少する。従っ
て、放電ガス圧力は実用上３ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以
下にすることが重重しい。
なお、放電ガス圧力をさらに低くした実験も行々つだが
、５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以下では放電が起りに〈〈
なり、実用領域から外れることが分った。
、５ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以下では放電が起りに〈〈
なり、実用領域から外れることが分った。
ａ−８ｉ膜の製造：放電ガスとしてＳ ＋ Ｆ４を用い
る。この場合のマイクロ波周波数、マイクロ波入力、ガ
ス圧力、磁場分布は５ｌ−Ｎ膜の製造の場合と同様でよ
い。得られた膜は局在準位が少なく、太陽電池用として
優れた特性を有するものであった。
る。この場合のマイクロ波周波数、マイクロ波入力、ガ
ス圧力、磁場分布は５ｌ−Ｎ膜の製造の場合と同様でよ
い。得られた膜は局在準位が少なく、太陽電池用として
優れた特性を有するものであった。
このように、Ｓ１供給用ガスとしてＳ ＋ Ｆ ４を用
いろことにより、水素を含ｉｉいＳｉ系膜の生成が可能
になる。
いろことにより、水素を含ｉｉいＳｉ系膜の生成が可能
になる。
従来装置で不可能であった５ＩＦ４ガス捷たはそれを含
む混合ガスによるＳｌ系膜の生成が可能になったのは次
の理由による。すなわち、■マイクロ波放電は従来装置
の放電と比べて高い電子温度を有している。特に低ガス
圧力（〈１０ ’ Ｔｏ自“）では高い電子温度（〜８
ｅＶ ）を有している。このため、５ＩＩ−Ｉ４に比べ
高い結合エネルギーを持っている５ＩＦ４も十分に分解
されてＳ１系膜を生成する。
む混合ガスによるＳｌ系膜の生成が可能になったのは次
の理由による。すなわち、■マイクロ波放電は従来装置
の放電と比べて高い電子温度を有している。特に低ガス
圧力（〈１０ ’ Ｔｏ自“）では高い電子温度（〜８
ｅＶ ）を有している。このため、５ＩＩ−Ｉ４に比べ
高い結合エネルギーを持っている５ＩＦ４も十分に分解
されてＳ１系膜を生成する。
■外部電圧を印加しない場合、試料表面に入射するイオ
ンエネルギーは約２０ｅ■と低いため、イオンによろス
パッタリングや分解作用は生じず膜は成長Ｌ７やすい。
ンエネルギーは約２０ｅ■と低いため、イオンによろス
パッタリングや分解作用は生じず膜は成長Ｌ７やすい。
以上の実施例の説明では、５ＩＦ４ガスを用いた場合に
ついて述べたが、本発明の製造方法においては、ハロゲ
ン化／リコンガス例えばＳ ＋ Ｃ１４ガス、 ｓｉ
ｎｃ６ｍ（ｎ ＋ｍ ＝ ４ ）ガス等を用いることに
より、水素を含まないＳｉ系膜を形成することが同様に
可能なことは言うまでもない。
ついて述べたが、本発明の製造方法においては、ハロゲ
ン化／リコンガス例えばＳ ＋ Ｃ１４ガス、 ｓｉ
ｎｃ６ｍ（ｎ ＋ｍ ＝ ４ ）ガス等を用いることに
より、水素を含まないＳｉ系膜を形成することが同様に
可能なことは言うまでもない。
次に、本発明で使用したマイクロ波放電方式のプラズマ
デポジゾヨンについて基本的特徴事項を総括する。
デポジゾヨンについて基本的特徴事項を総括する。
（ａ） ５ｘ １０ 〜１０ Ｔｏｒｒの広範囲ナカ
ス圧力においてデポジション可能であり、電子温度も低
ｌｊ ス圧力（＜ １０ １’ｏｒｒ ）における高温
度（〜８ｅＶ ）から高ガス圧力（＞ １０” Ｔｏｒ
ｒ ’） Ｋ オける低温度（〜４ｅＶ）−ｊで変化す
る。
ス圧力においてデポジション可能であり、電子温度も低
ｌｊ ス圧力（＜ １０ １’ｏｒｒ ）における高温
度（〜８ｅＶ ）から高ガス圧力（＞ １０” Ｔｏｒ
ｒ ’） Ｋ オける低温度（〜４ｅＶ）−ｊで変化す
る。
（ｂ） 試料がプラズマに対して持つ電位■５ｂは一
２０Ｖ程度と極めて低い。これにＩ（、Ｆ電源や直流電
源による外部電圧を重畳することにより、試料に入射す
るイオンの運動エネルギーを２０ ｅＶから数１００ｅ
Ｖ捷で可変にできる。
２０Ｖ程度と極めて低い。これにＩ（、Ｆ電源や直流電
源による外部電圧を重畳することにより、試料に入射す
るイオンの運動エネルギーを２０ ｅＶから数１００ｅ
Ｖ捷で可変にできる。
（Ｃ） 放電は本質的に無電極放電であシ、放電管や
装置内壁、試料台等プラズマと接触する部分を、膜物性
に影響を及ぼさない材料で被膜まだは構成することが可
能である。
装置内壁、試料台等プラズマと接触する部分を、膜物性
に影響を及ぼさない材料で被膜まだは構成することが可
能である。
以上説明したように、本発明ではマイクロ波放電方式の
プラズマデポジション装置を用いることにより、従来装
置では不可能であった優れた特性を有した膜を形成する
ことが可能となる。特に放電ガスとしてＳ ＋ Ｆａ
（まだはＳｉ ｃ１４） 、’ｆ、たけＳｉｌ’（ｉだ
はＳ ＋ Ｃ（Ｉｔ、 ）と他のガスとの混合ガスを用
いろことにより、水素を含まないＳｉ系膜の生成が可能
となり、太陽電池や半導体保護膜に有用なＳ１系膜を提
供することが可能となる。
プラズマデポジション装置を用いることにより、従来装
置では不可能であった優れた特性を有した膜を形成する
ことが可能となる。特に放電ガスとしてＳ ＋ Ｆａ
（まだはＳｉ ｃ１４） 、’ｆ、たけＳｉｌ’（ｉだ
はＳ ＋ Ｃ（Ｉｔ、 ）と他のガスとの混合ガスを用
いろことにより、水素を含まないＳｉ系膜の生成が可能
となり、太陽電池や半導体保護膜に有用なＳ１系膜を提
供することが可能となる。
第１図は直流グロー放電方式のプラズマＣＶ Ｉ）装置
の構成説明図、第２図はＲＦ放電方式のプラズマＣＶ
Ｄ装置の構成説明図、第６図は本発明の製造方法に使用
するマイクロ波放電方式のプラズマデポジション装置の
構成説明図、第４図は本発明に用いた装置の具体的な磁
場強度分布例を示す図、第５図は本発明による８ｉ −
Ｎ膜生成時の放電ガス圧力と膜生成速度の関係を示しだ
グラフである。 １・・・真空室 ２・・電極６・・・直流電
源 ４・・・試料台５・・・試料
６・・・リークバルブ７・・・プラズマ ８
・・・コンデンサ９・・Ｉｔ、Ｉ−電源 １０・
・・導波管１１・・・放電管１２・・・ソレノイドコイ
ル１６・・・永久磁石 １４・・マイクロ波発
生部１５・・・試料室 代理人弁理士 中利純之助 第１図 １’２図 士３図 ｔ４ｖ！Ｊ １’５図 太１「ガス圧η（Ｔ砂ｒ） 息１頁の続き ０発 明 者 二宮健 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発 明 者 奥平定之 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内
の構成説明図、第２図はＲＦ放電方式のプラズマＣＶ
Ｄ装置の構成説明図、第６図は本発明の製造方法に使用
するマイクロ波放電方式のプラズマデポジション装置の
構成説明図、第４図は本発明に用いた装置の具体的な磁
場強度分布例を示す図、第５図は本発明による８ｉ −
Ｎ膜生成時の放電ガス圧力と膜生成速度の関係を示しだ
グラフである。 １・・・真空室 ２・・電極６・・・直流電
源 ４・・・試料台５・・・試料
６・・・リークバルブ７・・・プラズマ ８
・・・コンデンサ９・・Ｉｔ、Ｉ−電源 １０・
・・導波管１１・・・放電管１２・・・ソレノイドコイ
ル１６・・・永久磁石 １４・・マイクロ波発
生部１５・・・試料室 代理人弁理士 中利純之助 第１図 １’２図 士３図 ｔ４ｖ！Ｊ １’５図 太１「ガス圧η（Ｔ砂ｒ） 息１頁の続き ０発 明 者 二宮健 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発 明 者 奥平定之 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内
Claims (4)
- （１）真空室と、上記真空室にマイクロ波電力を供給す
る手段と、」二記真空室の少くとも一部に磁場を形成す
る手段と、上記真空室内に放電ガスを導入する手段と、
」二記真空室内に試料を保持する手段を備えて構成され
たプラズマデポジション装置を用いたシリコン系膜の製
造方法において、放電ガスとしてハロゲン化シリコンガ
ス又は・・ロゲン化シリコンガスを゛含む混合ガスを用
いろことによってシリコンを構成元素とするか又は構成
元素の一部とする膜を試料表面に形成することを特徴ト
スるプラズマデポジションによるシリコン系膜の製造方
法。 - （２）上記ハロゲン化シリコンガスは、５ＩＦ４又は５
ＩＣ１４である特許請求の範囲第１項記載のプラズマデ
ポジションによるシリコン系膜の製造方法。 - （３）上記放電ガスのガス圧は、放電時において５×１
０〜３ＸｉＱ ’Ｉ’ｏｒｒである特許請求の範囲第
１項又は第２項記載のプラズマデポジションによるシリ
コン系膜の製造方法。 - （４）上記真空室に形成される磁場強度は、マイクロ波
の伝播経路に沿って見た場合、大気圧からプラズマ中に
伝播されろ場所においては電子サイクロトロン共鳴条件
を満足する磁場強度より大きな強度となっており、伝播
経路に沿って徐々に減少して途中で部分的に電子ザイク
ロトロン共鳴条件を満足することを特徴とする特許請求
の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載のプラズマデ
ポジションによるシリコン系膜の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108336A JPH0635323B2 (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 表面処理方法 |
| US06/505,719 US4481229A (en) | 1982-06-25 | 1983-06-20 | Method for growing silicon-including film by employing plasma deposition |
| DE19833322680 DE3322680A1 (de) | 1982-06-25 | 1983-06-23 | Verfahren zum aufwachsenlassen eines silizium enthaltenden films durch plasmaablagerung |
| NL8302261A NL8302261A (nl) | 1982-06-25 | 1983-06-24 | Werkwijze voor het aangroeien van een silicium bevattende foelie onder toepassing van plasma-afzetting. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57108336A JPH0635323B2 (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 表面処理方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29780993A Division JPH07110997B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS593018A true JPS593018A (ja) | 1984-01-09 |
| JPH0635323B2 JPH0635323B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=14482102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57108336A Expired - Lifetime JPH0635323B2 (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 表面処理方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4481229A (ja) |
| JP (1) | JPH0635323B2 (ja) |
| DE (1) | DE3322680A1 (ja) |
| NL (1) | NL8302261A (ja) |
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