JPS6050169A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPS6050169A
JPS6050169A JP15475283A JP15475283A JPS6050169A JP S6050169 A JPS6050169 A JP S6050169A JP 15475283 A JP15475283 A JP 15475283A JP 15475283 A JP15475283 A JP 15475283A JP S6050169 A JPS6050169 A JP S6050169A
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Japan
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thin film
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plasma
high frequency
nozzles
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JP15475283A
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JPS6256233B2 (ja
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Yukio Yasuda
幸夫 安田
Tetsuo Nakamura
哲郎 中村
Yasushi Boku
朴 康司
Makoto Ishida
誠 石田
Shizuaki Zaima
財満 鎮明
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Japan Science and Technology Agency
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
Shingijutsu Kaihatsu Jigyodan
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C16/44Chemical 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
    • C23C16/50Chemical 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
    • C23C16/513Chemical 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 plasma jets

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はプラズマを用いた気相成長法、特に、各種成
分の活性化をそれぞれに制御しうる気相成長法に関する
従来のプラズマを用いた気相成長法は、1つのチャンバ
ー内に複数のガスを一定の割合で導入し、対向型電極又
はコイルに尚周波電力を印加することによって上記チャ
ンバー内にプラズマを励起し、プラズマによってイオン
化或はラジカル化された材料を基板上に薄膜として成長
させるものである。この方法は、基板温度の低下がはか
れ、種々の非晶質膜の成長、高温合成化合物の薄膜の低
温成長が可能となっている。
しかし、従来法においては、牟−のプラズマ領域で励起
を行なうため、様々の不都合が生じていた。例えば、■
ラジカルの形成エネルギーね分子によって異なるので、
ラジカルの割合をけ1定のものとするためKは、導入す
る分子の割合を著しく大きく或いは小さくする必装が生
じる。■プラズマ励起車力の変化、カス組成の変化、チ
ャンバー内の圧力フ)変化等li複雑にからり合ってお
シ、一つの変化が批々の状態変化をひき起し、成長薄膜
の種々の性質や組成について所望のものを得ることが困
難である。■成長薄膜の1つの変斌を変化させようとす
ると、曲の社にも影響を与え、独立に1つり)液加を変
化さぜるこ七が困難である。■プラズマが非熱平衡、非
線型の4g質を持つため、組成O精密な制御、P3現性
の良い薄膜成長が難しい。等0m1題があった。
仁の発明は、薄膜を形成する各成分毎にプラズマ)ヒ成
条件を変えることによシ、上記の欠点を含まぬ薄膜形成
力θミを得ようとするもυでお以下図面を診照して詳細
に説明する。
図はこの発明の方法を実施するための薄膜形成装置の1
し0を示し、薄膜jし成チャンバー1内に繭板紋IK袷
2を設ける。3は基板である。この基板設置姓む2¥i
周知のように基板加熱礪恰及び回転数4(111をj寺
つ場合もある。
この装置においては、杓数個のカス病、入ノズル4.4
.4 ・・・が基板3の大面近傍までのび、その先端に
高周波コイル5.5′、5″・・・が設けられている。
また、各ノズル4.4.4・の先端商周波コイル5.5
.5 ・・・より先の部分から賀鍛分析n4ヘカスを導
入するザンン“リング用4+11管6.6′、6“、・
・・が設けられている。これら複舷個のノズル4.4.
4 ・・・れ各々別個■カス供給源から所望のガスが所
望の量導入さ第1.る。これと共に各高周波コイルには
各F9r窒の車力及び周波数の局周波が供給され、ノズ
ル内でプラズマを発生させる。このプラズマ状態はノズ
ル毎に賀斤分析a丁でモニターすることかでき、必茨に
しし、じガス流量、高周波電力を制御することができる
このように、薄膜の組成成分を独立に1tilj却する
ことにより、自由な組成のスへ択、組成り)精密な制御
、脩加不純物υ自由な力\択と制師、優れた再埃性が得
られ、広い軸間のり[望の組成、特性○薄膜!7)形成
を07能とターる。
以下実施例を示す。
(実施列l) 非晶lj!!、蒙化シリコン膜(SixNy)の形成ガ
ス導入[14,4’からそれぞれアルゴンガスで希釈し
たシランガス(SiH410%)およびアンモニアガス
(NH,,10%)を導入し、高周波を印加してプラズ
マ化した。この場合、両方のガス?lj fig、を1
0−100°cAnin、高周波出、力を10〜100
W’1.た基板1温莢を室温から300℃迄変化させ、
シリコンウニ/・上に窒化シリコン膜を形成させた。得
られた膜は均一で千担であった。そして膜■組成および
慣性はシラン及びアンモニア力スリ流鼠は勾配、高周波
電力をぞノしく′−h独立に変化さ仕ることによって広
い乾量に亘す梢度良く制011jできることが強制さノ
1−た〇そして、プラズマCVDf制両全困難にしてい
る仮会的儂二化を低減でき、1つC)変錆グン与を変化
延せうることができた。泗えしよ8μ’4/LM 3の
流鼠比を1〜1/4ど変化させ、茜ノ4波m力をともれ
に対し7、同じ流址変化に対し、Si”4及びN1]3
ガスへ印加する高周波電力を、それそh、 30 W及
び60Wとした場合、改IKt、た膜(7) i/N 
纒ξ子組成比は1〜075となった。
この場合、Nl−36ガスノズルの先端から抽出したガ
スを4重隙貿力j分拍口で決1j定した結果、NH,。
の分解ガスであるl−I2、N )iおよびN [12
が検出された。そ(7て、N113に印加する高周波箱
、〕Jを10Wから60Wへと増力11さぜたところ、
−,1: tii、:■気体抽の増加が見らノL lc
 + 従って、こノ1、らり気体抽全モニターとして1
史用す7Lば、11Qの番1[我及び的性を成1そ時に
監視でき、このti’i <i・ンを(戊長条1牛(l
こフィードバックt]tは、1ンノI】−ヒスfb’1
呻も’J fallである。
従来のSF−行平板型プラズ“マCV l)装置ptニ
ー J−rいては、篩周波屯力の増加はSi/N l:
(予圧のJCI jJIIと回1晦に]jν4長速度も
ハイh口し、またliI′1台h(ケ減少させる等、i
l’>44 kυ9′h性、組成及び成長因子力;同時
に破伺1に変化し、これらをa(1り立に1till 
i卸することCま出来ないが、この発明を〕4 Ml!
l、た蚊iM<においてはNH3ガスに対する電力の変
化によって8′ハ原子比が主として変化するの蚕で、成
長因子や他の組成などに大きな変化は情られなかった。
(実施例2) 集積回路保繰膜への応用 集積回路保欣膜として5iXNy膜を用いる場合重要な
因子である内部区、力は膜中の1■金含有で決定される
。一般には上記のようにSi/+1 原子比に依存して
H含有量が決まるため、St/N原子比とH含有量を共
に最適呟とすることが出来なかったし この発明では、実施例1の方法によシ81へ原子比を化
学当り比である0、75となる条件の下において、ノズ
ル4からH2プラズマを供給することによシH含有Bt
 o +を独立にf’tlJ 帥出来る。
すなわち、Siハ原子比を075に保ち、H2ノラズマ
への高周波電力を5〜20Wに変化させ、成長湿度25
0℃で戎長さぜることによシ、プラズマCVD膜中Qk
l原子含有敞を1.2〜2.2x 1022個/c3の
広い範囲にわたり独立に制御することができた。そして
、H’ 11(子含有組1.8X 1022(1ij 
/cm3のところで内部応力をほぼ零にできた。
(実施例3) 有限金属による”xGa (] −x )As混晶薄膜
の形成 ノズル4からトリメチルガリウムG8(CH,)3蒸気
を5〜30°c、ztr+in、ノズル4′からトリメ
チルアルミニウムAz (CHs )3蒸気を2〜20
c0/fni11の流量で導入する。さらにノズル4か
ら水床又はアルゴンで希釈したアルシンカスA3113
2%を10〜,100 ”/min Q流鮭で導入する
。このとき、高周波コイル5.5′にはimtぜず、コ
イル5kQ会5〜100Wの車力を加え、基板温度を2
5〜800Cv)範囲で変化させた。この条件下では、
成長温度400〜800℃の範囲でGaA、J板上にA
7−xGa + −xAs がエピタキシャル成長する
ことが確認された。
得られた膜の電子キャリア娘度が、成長温匪650℃、
高周波−力65Wにおいて5.6X10”/ccの低い
値を示した。これは高周波を印加しないときの” 4 
X 1016/ccに比して約2桁低い呟であった。
これによシ、この方法によれば、エピタキシャル成長@
kが約200℃低下しただけでなく、成長膜の結晶性や
電気的特性の改善が図れることが判明した。また、成長
速度も、ガスR,IAの変化及び高周波紙力の変化によ
ってo、 o o 5〜、 ltm7−1n の範囲で
大幅に変化させることができた。
(実施例4) 超格子構造膜の形成 実施列3と同様の方法で、トリメチルガリウムとトリメ
チルアルミニウムを交互に供給することにょシ、GaA
s& AAAsまたはGaABとA九BABの微細な超
格子層FIAm造企実現しうろことがli!認された。
この発明の装置はノズルから各気体を導入し基板底面近
傍から叱早く排気されるので、ラジカル種が基板表面近
傍の蚕に存在することになり、10〜100Aの膜厚制
taIl力’−uJfHしである。
とれに、1: p D F B (distribut
ed feedbask)レーザやki E M T 
(higllelectron mobilityjr
anaistor )形の超篩速トランジスタのiff
:も容易に実現できることが明らかになった。
さらに、原料ノJスの1Jfbを要えることによって、
GaP s IHP %Bp% GaN5 InA3な
どの化合物半導体を始め、GILA8X” + −X 
% Inx’a 、−xp、’ 11XGa 1−X 
A8yp j −3’ % A’XGf1y” I、l
−X−’/pのような三元、四元混晶膜のエピタキシャ
ルink 1.tもti■Nuであった。そしてこの動
行も、フ゛ラスマ励起により、組成範囲の大幅な制御d
−町1115であるのみでなく、反応、結晶化を促進し
、に6^ん性の改良、エピタキシャル成長温度の低゛f
をもたらすことがわかった。
この発明は上記のように、 q) 成長因子及び成長膜の組成、特性の独立した制御
がi′I能である。こυため、1ヅf望のに且成、特性
のIIKを得るためV制御が部用になり、広い領域にわ
たって精度よく再現出来、従来得られなかった組成のも
のが作成できる。
■ プラズマ生成物を分析することにより膜の成長中に
成長条件が監視でき、こ0情報金フイードバツクしてイ
ンプロセス割判が可能となる。
■ ラジカル偽が基板狭面近傍の与に存在することによ
ってlO〜100A程度の膜厚制御が可能である。従っ
て、組成・性質の餞なる膜の積層や周期的変化も10〜
100Aの脱環変化で目■能である。
■ 高周波電力は乎行乎板形のものに比してはるかに低
−力でよい。その上、基板は直接プラズマ中に置かれな
いため、集積回路等の陽陰、放射線損傷が少なく、素子
の力比を防ぐことが出来る。
等の顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明の#膜形成方法を実かaする装置の1例の
概念図を示す 1:チャンバ 2:基板設置台 3:基板4:ガス導入
ノズル 5:高周波コイル特許出願人 新技術−発俳焔

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1) 薄膜を形成すべき基板我面近傍に、薄膜の組成成
    分を含むノjスを各別に供給する複数の供給口を設け、
    各供給口毎に各別に高周波電力を印加して上記ガスを各
    別にプラズマ化することを特徴とする薄膜形成方法 2)薄膜を形成すべき基板異面近傍に、薄膜の組成成分
    を含むカスを各別に供給する高周波印加装置を有する供
    給口を複数設け、該複数の供給口のプラズマによる生成
    ガス成分を検出し、該検出呟によυ各供給口毎の組成収
    分供給敞及び高周波車力を制御することを%敵とする薄
    膜)し成力法 3)薄膜形成時に基板加熱、基板回転を?■なうことを
    特徴とする特#’F!N求の範囲第1項または第2項の
    薄膜形成方法
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