JPS62146268A - 薄膜製造装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体デバイスの絶縁膜、保護膜。

金属膜等を作成する薄膜製造装置の改良に関する。

（従来技術とその問題点） 第１２図は従来のＬＴＥプラズマを利用する薄膜製造装
置（新しい技術であるため文献は少い。

特願昭５９−１８６９５５．特願昭６Ｏ−０６４２９８
）の正面断面図である。図示しないガス供給装置からバ
ルブ１３を通して所定の放電用ガスを、石英管で作られ
た放電室１１の中に導くとともに、この放電室１１に連
通ずる堆積室１ｏに設けられた排気バルブ１２（図示し
ない排気ポンプに接続されている）で両室内のガスを排
気してガス圧力を所定値に保ち、１３．５６ＭＨｚの高
周波電源８の出力電圧を、放電室１１の周りに巻回され
た放電用コイル９に印加して放電室】−１内に、前記放
電用ガスのＬ　Ｔ　Ｅプラズマ２を発生させる。

（放電用コイル９を使用する代りに、この放電空間を挟
んで対向する一対の電極板を設け、この電極間に高周波
電圧を印加してＬ　Ｔ　Ｅプラズマ放電を発生させるこ
ともある。

なお高周波電源８の周波数は、１０ｋＨｚ〜数百ＧＨｚ
間のものを選定しているが、ＩＧＨｚ附近よりも高い周
波数を用いる場合には、放電用コイル９や前記の一対の
電極板の代りに、放電室１１を包み込むような形のマイ
クロ波キャビティが設置されそれによってＬＴＥプラズ
マ放電を発生させることがある。） 堆積室１０内で基体５を保持する基体ホルダー４は、必
要に応して基体５の温度を所望値に調整することのでき
る加熱機構をその内部に具えている。（図示は省略）。

また図示しないガス供給系からは、バルブ１４を通して
被処理ガスがガス導入リング状管６に入り、リング状管
６内側の多数のガス吹き出し孔６０からガスが基体５の
表面に向って噴出されている。この被処理ガスもまた前
述の排気バルブ１２を通して排気されている。

さて、放電室１１内に生ずる放電は、放電室１１内のガ
スの種類、ガス圧力、印加される高周波電力の大小によ
って異なるが、一般に、圧力が高く電力が小さい領域で
は高周波ブロー放電となり、圧力が低く電力が大きい領
域ではＬＴＥ　（ＬｏｃａｌＴｈｃｒｍａｌ　Ｅ４ｕｊ
ｌｉｂｒｊ、ｕｍ）プラズマ放電となる。ただしここで
いう高周波グロー放電とは、輝度のあまり高くないプラ
ズマが放電室１１内にほぼ一様に広く発生している状態
であり、一方ＬＴＥプラズマ放電とは、非常に輝度の高
いプラズマが放電室１１内の局所に閉じ込められた状態
となっていて、その周囲を取り囲んで高周波グロー放電
状のグローが存在するような放電状態を指している。

この第１２図の装置は、そのうちＬ　Ｔ　Ｅプラズマ放
電を利用するもので、ＬＴＥプラズマ中の反応活性種は
、画室１．０．１１の境界７０から堆積室１０内に導入
され、それが、ガス導入リング状管６から噴出した被処
理ガスと反応して、基体５の表面に所定の薄膜が堆積さ
れるものである。

境界７０には金網７１が設置されることがある。

しかし、この装置で例えば放電用ガスをＮ２　　とし、
被処理ガスをＳｉＨ，とじて基体５の上に窒化硅素膜（
ＳｉＮ）を堆積させるとき、得られる堆積膜は非晶質で
あってその組成は５ｉｘＮｙＨｚ　（ｘ＋３’＋Ｚは変
数）で表わされるように多様である。

一般にＳｉＮ膜の性質は屈折率で評価でき、Ｓｉ、Ｎ、
の完全結晶膜の屈折率は２．０で、これよりもＳｉの割
合が多ければ屈折率は上昇し、少なければ屈折率は低く
なる。ＳｉＮ膜を半導体デバイスに利用する場合は、被
覆性、可撓性等の見地から屈折率が２．０よりもや＼低
いものを選定して使用する必要があるので、膜質の制御
が必要となるが、第７図、第８図のグラフに示すように
、Ｎ２ガス＋　５ＩＨ４ガス（横軸）の何れの流量を変
化させても屈折率（縦軸）従って膜質はあまり変化しな
い。従ってこれら導入ガスの流量によって膜質を制御す
ることは不可能である。

一方、第９図のグラフに示すように、放電室１Ｆに印加
する高周波電力（横軸）を変化させるときは、Ｌ　Ｔ　
Ｅプラズマ中で生成される反応活性種が大きく増減し、
その作用機序は明らかでないが、屈折率（縦、ｌｉ［ｌ
Ｉ）従って膜質の大きい変化が容易に得られる。ただし
、このときは放電室１１内の反応活性種の分布もまた大
きく変化し、例えば印加する電力を５ｏｏＷ、１ｋＷ、
３ｋＷと変化させると、石芙管内のＬＴ’Ｅプラズマの
中央部で、その断面の半径方向を横軸にとり、反応活性
種の量を縦軸にとったグラフは第１０図のようになる。

この反応活性種の分布の変化は、放電室１１から堆積室
１０に向う反応活性種の流れに影響を及ぼし、それは基
体５の表面の堆積膜に膜質、膜厚の分布の変化、即ち不
均一を生ずる。

またこのＳｉＮ膜の作成では欠配の問題がある。

即ち、窒素の活性種が大量に堆積室に拡散すると。

生成したＳｉＮ膜の屈折率は窒素過多の過度に低い値を
示す。

それを避けようとして放電用ガスである窒素の導入流量
を少なくすると、堆積室１−０から被処理ガスであるシ
ランが放電室１１内に拡散して行って放電管内で堆積が
生じ、放電管壁を汚染し５更にまた、放電の安定性か失
なわれる。

一方窒素の導入量をそのま＼にしてシランの流量増加に
より屈折率を太きくしようとすると、ガスの高密度化に
より空間中で重合反応が誘起される結果となり、多くの
微粒子が混在してピンホールの多い堆積膜を作ることに
なってしまう。

上記はＳｉＮ膜作成の場合であったが、他の薄膜例えば
ａ−３ｉ膜の作成では放電用ガス、被処理ガスはともに
上記と異なり、先の屈折率に代るパラメータや第７．８
，９，１．０図に相当する各グラフもまたや＼傾向を異
にするものとなる。

従って、従来の装置で、これら異種の膜をそれぞれに最
適の条件を与えて製造するためには、その都度真空を破
って境界７０部の構造を工夫し変更する必要があり、ま
ことに不便である。

この従来の装置の不便は、例えばａ　−Ｓｉ系太陽電池
の製造のとき一層著るしいものになる。

ρ１ｎ型太陽電池のｉ層のｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の作成で
は、放電用ガスとしてＨ，を導入し、ＬＴＥプラスマ中
で解離されたＨ原子を反応活性種として使用し、一方被
処理ガスとしてはシラン重合体（Ｓ　１Ｉ−Ｉ４１　Ｓ
　１２　Ｈ４等）かシラン誘導体（ＳｊＦ、ｚＳｉＣＱ
、等）を導入するが、先に５ｉＮｌｌの作製で述べた屈
折率の制御と同様の制御の問題がａ−５ｉ：Ｈ膜のＨ含
有量の制御で生ずる。Ｈ含有量はエネルギー・バンドギ
ャップの値と関連し重要である。

更に２層の作製では、先の被処理ガス中に、例えば水素
希釈５％のジボラン（８２ＨＧ／Ｈ，）等のガスの適量
を加入し、ｎ層の作製では、水素希釈１０％のホスフィ
ン（ＰＨ３／Ｈ２）等のガスの適量を加入することが必
要で、これらのため、Ｐ。

ｊ、ｎの各層の成膜では、反応活性種の導入量、ガス圧
力、被処理ガスとのかねあい等の最適条件は微妙に異な
って来る。しかも、周知の通り、このｐｉｎ層は、真空
を破ることなく単一装置内の連ひ゛ 続操作で作られることを理想とする。一度＃真空を破れ
ば、デバイスとして最も重要な各層の界面が酸素等で汚
染され品質の悪化を招くためである。

真空引きの工数の増加もまた経済上無視できない。

従って、従来の第１２図の装置はあまりに単純であって
、このま＼では側底ａ−３ｊ太陽電池の製造に対応でき
るものではない。

（発明の目的） 本発明は上記の問題を解決し、膜質、膜写とその均一性
の制御の容易な薄膜製造装置の提供を目的とする。さら
に、副次的には、複数種類の膜、多層膜の連続的生成を
容易にした、薄膜製造装置の提供を目的とする。

（発明の構成） 本発明は、放電用ガス導入系に接続されかつ高周波′電
力印加手段を具える放′社室と、ガス排気系に接続され
かつ基体を設置された堆積室とを具え、該放電室で発生
したプラズマ中の反応活性種を該堆積室に導いて、該基
体の表面に所定の薄膜を堆積させる薄膜製造装置におい
て、該放電室と該堆積室の境界に、該反応活性種の流量
を可変にする流量調整機構を設けた薄膜製造装置によっ
て前記目的を達成したものである。

（実施例） 以下、図に基いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例の薄膜製造装置の正面断面図で
あって、第１２図と同一の機能の部材には同一の符号を
付している。この装置では新規に流量調整機構７が、放
電室１１と堆積室１０の境界７０に設けられており、そ
の要部は第２図（平面図）に示すように、ともに点１５
０を中心とする円板状遮蔽板１５と十字翼状制御板１７
とからなる。遮蔽板１５には、点１５０を中心とする円
１６０上に等間隔に４個の等径の円状の単位噴出孔１６
（ハツチラングで示した部分）が配置されていて、点１
５０を中心にする制御板１７の回転によって各単位噴出
孔１６の開口形状（従って開口面積）は−斉に変更でき
るようになっている。境界面７０において、開口面積の
分布はその変更の前後で概略の均一性を失なうことがな
い。（この場合は、点１５０につき回転対称のま２で各
単位噴出孔１６の開口形状が変更されるためである。）
上記の構成の流量調整機構７の設置によって、前記した
従来の装置の問題点は一挙に解決されることが判明した
。

ＳｉＮ膜の作製の場合を例にとると、制御板１７を回転
して各単位噴出孔１６の開度を調整すると、その絞りの
効果によって、ＬＴＥプラズマ中の反応活性種の適量が
堆積室１ｏ内に導かれ、屈折率は容易に所望値に調節さ
れる。その−例を第１１図に示す。横軸は開口面積の総
和である。この調節は放電用ガスの導入量をＬＴＥ放電
に適した量に据置いたま＼で可能であり、被処理ガスＳ
　ｉ　Ｈ４が放電室内に拡散するのを避けた状態で容易
に充分な余裕をもって行なわれる。

この流量調整機構７の設置によって、この薄膜製造装置
の操作の自由度が格段に増し、各ガスの流量、ガス圧力
印加電力等の条件を適値かっ一定にしたまへ微妙に変化
する基体Ｓ上の薄膜の膜質を思うま＼に制御し、しかも
、ＬＴＥプラズマの分布・形状のかなりの変化に対して
も、開口面積を境界７０の面上でぼり均一にして、堆積
膜の膜厚、膜質を広い面積に亘って均一化することが非
常に容易になることが判明した。

この本発明の装置は、ａ−５ｉ系太陽電池のｐ。

１、ｎ層の連続的作成にも有効である。このときは、先
述のように放電用ガスとしてＨ２ガスを導入して水素の
Ｌ　Ｔ　Ｅプラズマを作成し、ＬＴＥプラズマ中で）−
（２の解離を進め、解離で得られたＨ原子の適量が堆積
室１０内へ供給される。

一方被処理ガスとしてはシランガスＳｉＨ４、ジンラン
ガスＳｉ２Ｈ４等のシラン重合体あるいはテトラフロロ
シランＳｉＦ、、テトラクロロシラン５ｉＣ１，等のシ
ラン誘導体が１層用に用いられ、２層用にはこれらに水
素希釈５％ジボランガスの適量が加味され、０層用には
水素希釈１０％ホスフィンガスの適量が加味されるのは
前述の通りであるが、この実施例の装置は、その各層の
成膜に最適の条件を容易に確保させるほか、真空を破る
ことなく、完全に連続的にこの多層膜を作ることを可能
にする。

これと同様のすぐれた効果は、ＳｉＣ膜、５ｉＧｃ暎の
両者又はその一方と　ａ−５ｉ：薄膜とをタンデムした
複雑な構造の太陽電池を作成するときにも顕著に現れる
。なお上記は、放電用ガスとじてＡｒガスを導入してａ
−３ｉ：薄膜を作成するときも同様である。

上記は被処理ガスを用いる場合を示したが、本発明の装
置は被処理ガスを用いない薄膜製造即ち、例えば、基体
５の表面のＳｉを利用して、その表面にＳｉ○２薄膜を
製造するときにも有用である。

このときは放電用ガスとして０２の適量が導入され、最
適のＬＴＥプラズマ放電下に、適量の酸素の活性種が堆
積室１０に導入されて、均一膜厚。

均一膜質のＳｉＯ□薄膜が、殊に膜厚の制御・１の良い
条件下で得られる。

第３図から第６図は流量調整機構７の他の実施例である
。第３図は、先の第２図の各単位噴出孔１６の形状が「
まゆ型」になったものであり、第４図はその「まゆ」が
一層細長くされ、更に、渦巻き状の配置をとったもので
ある。面積の広い基体Ｓに対応できる形状である。

第３，４図の場合の制御板には第２図の制御板１７又は
それと類似形状のものを使用するが、第５図は制御板１
７の代りにレンスシャッタ一式カメラの絞りと同様の制
御構造と、単一円型の噴出孔１６′とを用いたものであ
る。基体５の面積が比較的小さい場合に使用される。

第６図は第５図の装置を４個、先の第２図と同様に点１
５０′を中心とする円１６０′上に対称形に配置したも
のである。

基体５の面積が広くなるか、基体ホルダー４上の基体５
の数が多数になり、被処理面積が広面積になるときには
、第５図の装置を、円１６０′上に５個以上対称形に配
置し、更には中央（点１５０′）にも−個を設けるとか
、円１６０′と同心の円１６０“、１６０＝、・・・（
図示しない）を設けてその上に、第５図の装置を、境界
７ｏ上で開口面積がは一′均一となるように、配置する
ことになる。この要領は第２，３又は４図でも同様であ
る。

次に、念のため、第１図の薄膜製造装置をグロー放電状
態で用いた場合はどうなるか、について述べると、この
ときは周知のように第１図の高周波電源８の電力容置は
、ＬＴＥ放電の場合の′社力容量の１１５以下で充分で
極端に小さいものとなめ窒素活性種の「供給律速反応」
状態となり、シリコン過多の膜を生じない様に成膜する
ためには、成膜速度を極端に遅くする必要がある。この
ため。

その装置は実験・研究用にのみ意味をもち、測成装置を
工業生産に用いることはできない。

（発明の効果） 本発明によれば、膜質、膜厚とその均一性の制御の容易
な薄膜製造装置が得られ、複数種類の膜。

多層膜の連続的生成が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の実施例の薄膜製造装置の概要の正面
断面図。 第２図は、第１図の装置の反応活性種の流量調整機構の
平面図。 第３図及び第４図は、本発明の他の実施例における、第
２図の単位噴出孔に相当する部分のパターンの図。 第５図及び第６図は更に別の実施例の流量調整機構の開
口部の平面図。 第７図、第８図、第９図はそれぞれ、従来の装置におけ
る放電用ガスＮ２の導入量、被処理ガスＳｉＨ４の導入
量、印加電力、に対する堆積膜ＳｉＮの屈折率の変化を
示したものである。 第１０図は、ＬＴＥプラズマ放電における反応活性種の
分布を示す図。 第１１図は１本発明の装置の流量調整機構を備えた装置
の、反応活性種噴出孔の開口面積に対する屈折率の変化
を示したものである。 第１２図は従来の、ＬＴＥプラズマを利用する薄膜製造
装置の正面断面図である。 ２−−−−ＬＴＥプラズマ、７−−−−流量調整機構、
８−一一一高周波電源、１０−−−一堆積室、１１−−
−一放電室、１５−−−一遮蔽板、ｉ６−−−−反応活
性種噴出孔、１７−−−−制御板。 特許出願人　日電アネルバ株式会社 代理人　弁理士　村　上　健　次 Ｆ　ＩＧ、３　　　　　　　Ｆ　ＩＧ、４Ｎ２の流量　
（ＳＣＣＭ）　　　　Ｓ旧４ノｊａ−１（ＳＣＣｒ１）
電　　　力　　（ｋＷ） 放５管　半径Ｐｉ崎自誕

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電用ガス導入系に接続され、かつ高周波電力印
   加手段を具える放電室と、ガス排気系に接続され、かつ
   基体が設置された堆積室とを具え、該放電室で発生した
   プラズマ中の反応活性種を該堆積室に導いて、該基体の
   表面に所定の薄膜を堆積させる薄膜製造装置において、
   該放電室と該堆積室の境界に、該反応活性種の流量を可
   変にする流量調整機構を設けたことを特徴とする薄膜製
   造装置。
2. （２）該堆積室が被処理ガス導入系に接続されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の薄膜製
   造装置。
3. （３）該流量調整機構が、該境界の境界面上にて、開口
   面積を可変にされかつその開口面積がほゞ均一に分布さ
   れた、複数のガス噴出孔よりなることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）又は（２）項記載の薄膜製造装置。