JPS63229711A - 成膜装置 - 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、光ＣＶＤ法や励起された中性粒子によるＣＶ
Ｄ法を使用する成膜装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来性われてきた光化学反応、例えば、シランガスを主
原料とするアモルファスシリコンの光ＣＶＤ法において
は、シランガスが波長ｔｓｏｎ■以下の紫外線によって
しか直接光分解せず、また、この波長の紫外線を放射す
る適切な光源が得にくいため、水銀を触媒とする水銀Ｉ
！！！！光化学反応が用いられてきた。しかし、この方
法ては触媒として使用された水銀が膜中に混入し、これ
が悪影響を及ぼす可能性があり１．さらには有毒である
水銀の管理上の問題点があった。一方、ジシラン等の高
次シランを用いると、水銀増感反応を利用することなく
、低圧水銀灯等の光により直接光分解が可能てあり、水
銀の悪影響は排除できるが、高次シランは高価であり、
その成膜速度も０．２５人／秒程度であって実用性から
見てまだ不充分である。

そして、１：１．５６　ＭＨｚの高周波放電によりシラ
ンを分解して堆積させるｌ＆膜方法が一般的に行われて
いるが、荷電粒子により堆積膜が損傷、を受たり、膜中
に不純物が混入する問題点があった。

そこで、水銀の悪影響がなく、不純物や荷電粒子損傷の
ない高品質で均一な薄膜を充分に速くて実用化可能な堆
積速度を可渣とする成膜方法として、プラズマから照射
される紫外線を用いて光化学反応を生起せしめ、プラズ
マと分離された基板上に反応生成物を堆積して成膜する
ことが行われる。この光（、ＶＤ法に使用される成膜装
置は、一つの容器内に、ガス放電によって形成されるプ
ラズマ領域と、膜形成を行う基板が配置され、化学反応
性ガス放出機構が配設される反応領域とが設けられる。

そして、波長が１６０ｎｍ以下の紫外線を有効に発光す
る紫外線放射用ガスと光化学反応性ガスな適切に供給し
て成膜するものである。プラズマの生起方法としては、
プラズマ領域に電極を配設し、直流または低周波交流電
圧を印加することによりガス放電を起させる方式が用い
られる。また、電極には、強力な紫外線を得るために大
電力か投入可能な熱陰極が使用され、そのうち、特に比
較的低温で熱電子放射効率の良いアルカリ土類金属を高
融点金属製コイル表面に塗布したフィラメント熱陰極が
使用される。このフィラメント熱陰極は高効率な反面、
反応性ガスの水素や酸素等により著しく劣化する性質を
持つことが知られている。

［発明か解決しようとする問題点］ 上記のように、電極が配設されるプラズマ領域と反応性
ガスが放出される反応領域とを一つの容器内に有する成
膜装置では、放出された紫外線放射用ガス、反応性ガス
または成膜反応時に１成されたガスに含まれる水素、酸
素等の反応性ガスかプラズマ領域にわずかに拡散し、フ
ィラメント熱陰極の寿命を著しく短くするという問題が
あった。

また、反応性ガスによる劣化がフィラメントに比較して
やや少ないトリエーテッドタングステン等の熱陰極を使
用する場合は、放電を維持するためにｚｏｏｏ℃以上の
高温にしなければならず、装置の冷却が大がかりになり
、実用化が難しく、また、反応性ガスによる劣化が少な
い冷陰極を使用する場合は、放電を維持するためにフィ
ラメント熱陰極に比べて高電圧が必要であり、電源装置
が大型になり、安定した放電を大電力、低周波で維持さ
せるのが難しい等の問題があった。

また、電極を使用せずに、高周波やマイクロ波により放
電させる無電極放電をプラズマ生起方法として使用する
場合は、寿命が長い反面、通常成膜を行う減圧下では、
発光効率が電極方式に比べて著しく低く、充分な体積速
度が得られないという問題があった。

本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになされ
たもので、反応性ガスによる電極の劣化が少なく、長寿
命で成膜速度がｖく、かつ荷電粒子による堆Ｍ膜損傷も
生じないＩ＆膜装近を提供す名ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の成膜装置は、
プラズマ領域に直流もしくは低周波交流電圧を印加する
電極と、マイクロ波を導入する導入窓とを設け、前記電
極に印加する直流もしくは低周波交流電圧と、前記導入
窓に導入するマイクロ波とを同時に加えることによりプ
ラズマを生起させる構成を有するものである。

［作用］ 上記の構成を有することにより、電極間の放電とマイク
ロ波の組合せにより、安定したプラズマ放電が得られ、
それによって成膜の堆積速度も著しく増加する。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。

第１図において、容器５内部の上方の空間がプラズマ領
域Ａであり、下方の空間が反応領域Ｂである。このプラ
ズマ領域Ａには一対の電極１．１が対向配置され、これ
に直流または低周波交流電圧が印加される。この時、電
極の負電圧が印加された片側は冷陰極として動作する。

容器５の天井部には、マイクロ波導入用の石英製の導入
窓８が配置され、導波管９よりマイクロ波ＭＷが導入さ
れる。導入窓８の材質は石英に限られるものではなく、
マイクロ波を透過する他の材質、さらには何の材質も必
要とせずに単に開口しているだけでも良い、容器５の上
部側面の電極ｌの背部には、紫外線放射用ガスＧ、の導
入孔６．６が形成され、これより稀ガス、水素もしくは
重水素、またはこれらを含む混合ガスから選ばれた紫外
線放射用ガスＧ、が導入される。紫外線放射用ガスＧ１
はマーイクロ波ＭＷにより、主に導入窓８の近傍で電離
される。この電離されたガスにより電極ｌ。

１間の絶縁破壊が起こり、電極１．１間に電極１．１に
プラズマＰか形成され、このプラズマＰより放出される
紫外線を含む光が下方の反応領域Ｂに照射される１反応
領域Ｂには基板ホルダ３が配置され、その上に膜形成を
行う基板４か載置される。そして、この少し上方には光
化学反応性ガス放出機構であるリング状のバイブ２か配
置され、そのノズル２ａより光化学反応性ガスＧ２が基
板４の近傍に放出される。従って、ガスＧ２が紫外線に
より直接光分解され、反応生成物か基板４上に堆積して
成膜される。基板ホルダ３の下方には排気口ｌＯが設け
られ、これから内部のガスが排気される。また、これら
の配置を上下逆にし、基板を上部に設置することにより
、フレーク等が基板に降りかかるのを防止するのも良い
。

領域Ａと領域Ｂの間には、プラズマ領域と反応側域を電
気的に区画し、荷電粒子が反応領域に拡散するのを抑制
するために、導電性の隔壁７を配設するのが良い、隔壁
７には基板４の大きさとほぼ等しいか、やや大きな開口
部を有し、この開口部は導電性のシールド網７ａで覆わ
れており、青領域Ａ、Ｂは隔壁７とシール１く網７ａで
区画されている。もっとも、隔壁７を配設せずにシール
ド網７ａのみて区画してもよいが１図面の如く、隔ｆｉ
７の配置によってシールドＪｐ１７　ａの面積を小さく
すれば、ガスＧ２が領域Ａに拡散するのを減少させるこ
とができる。

これら隔壁７．シールド網７ａは、例えばステンレスで
製作してもよいが、アモルファスシリコンを堆積して成
膜するときには、これらをシリコン製とするか、表面に
シリコン膜を被膜するのがよい、これは、シールド網７
ａなどがプラズマにさらされてスパッタリング現象を起
し、スパッタされたものが膜中にとり込まれても同じ元
素であるために膜質を低下させることがないからである
。

この実施例においては、電圧印加およびマイクロ波によ
って生起されたプラズマＰが光源として有効に作用する
ように、領域Ａには紫外線放射用ガスＧ１として、稀ガ
ス、水素１重水素およびこれらの混合ガスが光化学反応
性ガスＧ２の種類に応じて選択され、供給される０例え
ば、アモルファスシリコンを堆積する場合には、ガスＧ
２がシランとすれば、シランは１６０ｎ＊以下の紫外線
により直接光分解して堆積するから、１６０ｎ麿以下の
紫外線を有効に発光するＧ□として、アルゴン。

クリプトン、キセノン等が選ばれる。因に、アルゴンの
発光波長は１０４．８ｎ■、１０６．７ｎ■、クリプト
ンは１２３．６ｒｖ、１１６．５ｎａ　、キセノンは１
ｌ４７−０ｎ、　１２９．６ｎ醜である。

さらに、プラズマＰはマイクロ波ＭＷにより、電離した
ガスにより絶縁破壊されて冷陰極動作の電極１．１間に
生起されるので、マイクロ波ＭＷを用いない場合に比較
して、充分に低い印加電圧で、かつ安定に大電力放電が
維持される。従って、反応性ガスによる電極の劣化が少
なく長寿命で、かつ電源装置が小型となり、さらに、無
電極放電に比べ発光効率か高く有効に成膜される。そし
て、水銀による光増感反応に依らなくても充分な成膜速
度が得られ、水銀による汚染も問題とならない。

また、プラズマＰの荷電粒子が領域Ｂに拡散しようとし
ても、シールド網７ａてその殆どが捕捉されて基板４に
到達しないので、塩ｍ膜は荷電粒子による損傷を受けず
、かつ不純物の混入も少なくて性能の優れた堆積膜を得
ることができる。

次に、第１図に示す成膜装置における成膜例を示すと、
容器内圧力が０．７■−Ｈｇ、基板温度か２５０℃の条
件でアモルファスシリコンの薄膜を堆積させる場合、紫
外線放射用ガスＧ、がアルゴンで流量１０１００５ｅ、
光化学反応性ガスＧ２がシランで流量２０ｓｃｃ−流し
、マイクロ波導入窓１３より周波数２．４５Ｇ　Ｈｚ　
、電力４００Ｗのマイクロ波を導入し、これと同時に電
極１．１間に周波数５０Ｈｚ。

電圧２３０ｖを印加すると、電極１．１間で放電が開始
され、この時の電極１．１間の放電電圧が１８０Ｖ、電
流が４Ａで安定してプラズマＰが生起し、１．１〜１．
３１人／秒の高速な堆積速度で成膜できた。得られた薄
膜は荷電粒子損傷のない良好なものであり、光導電率は
σ、　＝１０−’Ｓ／ｃ■、暗導電率はσａ　＝　１０
−’Ｓ　／　ａｍであって高品質のｓＩｇとなった。ま
た、電極の寿命は大巾に寿命が延びた。

第２図はマイクロ波電力に対する堆積速度を示したもの
で、４００Ｗ程度の小電力で充分な堆積速度が得られる
ことを示しており、これは同じ電力のマイクロ波だけに
よる放電発光を用いた場合の堆積速度の２０倍であり、
電極１．１間の放電とマイクロ波を組合せることにより
、飛躍的に堆積速度が増加することを示している。

一方、マイクロ波を用いずに冷陰極動作の電極だけの放
電で成膜しようとした場合は、放電を開始させるのにδ
００ｖ以上の高電圧が必要であり、また、生起した放電
は不安定ですぐに停止してしまい、成膜することができ
なかった。

また、最初の電極放電開始時のみにマイクロ波を導入し
、放電開始後にマイクロ波を停止し、電極のみの動作と
した場合は、マイクロ波を停止すると、ただちにプラズ
マ放電が停止してしまい、成膜することができなかった
。

尚、前記実施例では、反応性ガスがプラズマから放射さ
れる紫外線によって反応が開始される光ＣＶＤ法につい
て述べたが、これに限られるものではなく、反応性ガス
がプラズマ領域から拡散される励起された中性粒子、例
えば電子励起されたアルゴンのＡ、、（Ｉ）２　）等に
よって反応が開始される励起種ＣＶＤ法に適用しても、
同様の効果か得られ、さらには、光と励起種の両方を組
合せたＣＶＤ法に適用しても同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明した様に１本発明にかかるｒ＆成膜装置、プラ
ズマ領域に直流または低周波交流電圧を印加する電極と
、マイクロ波を導入する導入窓を有し、直流または低周
波交流電圧とマイクロ波を同時に加えることによりプラ
ズマを生起させるので、電極に反応性ガスによる劣化の
少ない冷陰極動作の電極を使用することができ、安定な
プラズマを生起させることができると共に、長寿命で高
速堆積をすることが可能となり、堆積膜に対して不純物
や荷電粒子損傷かないので、高品質で均一な薄膜を堆積
させることができる等、多くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す成膜装置の断面図、第
２図は第１図の装置で導入するマイクロ波の電力を変化
させたときのマイクロ波電力の変化に対する堆積速度を
示す図である。 図中。 ｌ二電極　　　　　２：パイプ ２ａ：ノズル　　　３：基板ホルダ ４：基板　　　　　５：容器 ６：導入孔　　　　７：隔壁 ７ａ：シールド網　８：導入窓 ９：導波管　　　　ｌＯ：排気口 Ｐ：プラズマ ＧＩ　：紫外線放射用ガス Ｇ２：光化学反応性ガス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）膜形成のための基板を設けた１つの容器内にガス
   放電によって形成されるプラズマ領域と、反応性ガス放
   出機構が配設された反応領域とを有する成膜装置におい
   て、前記プラズマ領域に直流もしくは低周波交流電圧を
   印加する電極と、マイクロ波を導入する導入窓とを設け
   、前記電極に印加する直流もしくは低周波交流電圧と、
   前記導入窓に導入するマイクロ波とを同時に加えること
   によりプラズマを生起させる手段を具備したことを特徴
   とする成膜装置。
2. （２）反応性ガスは、プラズマ領域から放射される紫外
   線によって反応が開始されることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の成膜装置。
3. （３）反応性ガスは、プラズマ領域から拡散される励起
   された中性粒子によって反応が開始されることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の成膜装置。