JPH01257320A - 電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学蒸着装置 - 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、マイクロ波のエネルギで中性ガスを電離し、
かつ静磁界を印加し電子がサイクロトロン運動すること
により持続させる電子サイクロトーン共鳴プラズマを用
いて半導体等の薄膜を基板上に堆積させる電子サイクロ
トロン共鳴プラズマ化学蒸着装置（以下ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置と記す）に関する。

〔従来の技術〕

ＢＣＲプラズマでは、原料ガス分子を電離あるいは解離
し、基板上に堆積する活性種を作り出すのに重要な電子
温度の制御が比較的容易に行えるので、高速でしかも良
質な薄膜を形成することが可能である。ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置は、第２図に示すように主にプラズマ発生室
１０反応室２および電磁コイル３から成っている。プラ
ズマ発生室ｌにはマイクロ波を導入するために導波管４
が接続され、プラズマ発生室と導波管の間には真空を保
持し、かつマイクロ波を容易に透過させるための主に合
成石英またはアルミナ板が材質として使用されている窓
５が設けられている。プラズマ発生室１の外周に設置さ
れた電磁コイル３は、使用するマイクロ波の周波数と電
子が共鳴するように磁界を作る０例えばマイクロ波の周
波数が２．４５ＧＨｚの場合ＥＣＲ条件を満足する磁束
密度は８７５Ｇである。

プラズマ発生室１と反応室２を隔てる壁には発生したプ
ラズマが反応室２へ拡散できるようにプラズマ流出口６
が設けられている０反応室２の内部にはプラズマ流出口
に対向する位１に基板台７がある０反応室２にはガス導
入管８および排気口９が開いており、反応室２は排気口
９から真空排気系によって１０−’Ｔｏｒｒ以下に排気
可能になっている。

このＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて、例えバカラス
基板等にアモルファスシリコン　（ａ　−３ｌｊＨ）の
薄膜を形成する場合、まずガラス基板１０を基板台７に
設置し適当な温度になるまで十分に加熱する。その後排
気口９から真空排気系で排気をつづけた状態で、ガス導
入口８からシラン（ＳＩＨ＃）。

水素（Ｈｏ）等の原料ガスを導入し、排気能を変えたり
ガス流量を調整したりすることにより、反応室２内の圧
力を数ｍ　Ｔｏｒｒから数十＋ｆｆ１Ｔｏｒｒに制御す
る。原料ガスは、導波管４からのマイクロ波電力の印加
と電磁石３による磁場の作用によりＥＣＲプラズマの発
生により分解し、分解された膜となるイオンラジカル種
が発散磁場によりはこばれて基板上に半導体薄膜を形成
する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなＥＣＲプラズマ装置を用いての成膜の際、従
来は良質の膜を形成するためには、成膜速度をおとさな
ければならなかった。

本発明の課題は膜質をおとすことなく成膜速度を向上で
きるＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。

［１１ａを解決するための手段〕 上記の課題の解決のために、本発明は外部に磁力線形成
手段を備えてマイクロ波が導がれゐプラズマ発生室と、
薄膜を堆積すべき基板の支持台を収容する反応室とが連
結され、プラズマ発生室で発生したプラズマが磁力線方
向に拡散するＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、基板
支持台のプラズマ発生室側に位置し任意の電圧を印加で
きるメツシュ電極と、プラズマ発生室の内壁を囲み、マ
イクロ波の偏波面に平行なスリットを有し、任意の電位
を印加できる遮蔽電橋とを備えたものとする。

〔作用〕

第３図に示すように基板１０の前に外部から電位を自由
に制御することができるメツシュ電極１１を設けること
により膜質の改善あるいは成膜速度の調整を行うことは
、既に本出願人によって特許出願されている。この方法
では、メツシュ電８ｉ１１に印加する電圧によって膜質
が変わる。それは次の理由による。第４図はメツシュ電
極に印加する電位と同電極に流れ込む電流の関係を示し
た。縦軸は対数目盛であるが、大きく分けて三つの領域
にすることができる。第一は電位をがえることによって
電流が変化する領域、第二は高い正の電位により電流が
飽和する電子電流飽和領域、第三は比較的低い負の電位
により電流が飽和するイオン電流飽和領域である。この
ようにメツシュ電極電位心軸上のプラズマ電位ｖＰの変
化の様子を、メソシュ電位が基準電位に対しＯ、Ｖ　＋
　、Ｖ　ｚ、Ｖ　ｓとした場合、それツレ実Ｍ５１．点
ｉ％＄５２．−４１線５３゜二点鎖線５４で示した。０
とＶ、、Ｖ、およびＶ、の各電位は、第４図で示すよう
にそれぞれ電流が変化する領域、電子電流飽和領域およ
びイオン電流飽和領域に対応している。ゼロバイアスの
場合、線５１が示すようにプラズマ発生部、プラズマ発
散部、イオン加速部でプラズマ電位Ｖ、は一定値から正
イオンを加速した傾きをもち、メツシュ電極と基板の間
はほぼ一定となる。■、を印加すると＆１１５２が示す
ようにメツシュ電極と基板の間にも正イオンを加速する
ように電位の勾配ができ、他へは影響を及ぼさないので
プラズマ状態を変えずに正イオンを加速して成膜速度を
高めることができる。しかしながら、より高速に成膜す
るためにメツシュ電極電位をＶ、に上げるとｗＡ５３に
示すようにプラズマ発生部のｖ２が変化してしまうので
同質の膜が得られない１本発明によりさらにプラズマ発
生室１の内壁を覆い、マイクロ波が透過できるようにマ
イクロ波の偏波面に平行なスリットを設けた遮蔽電極を
備えてその電位を可変にすることにより、プラズマ発生
室の電位はプラズマの接する面積が広い遮蔽電極により
自由に制御することが可能となりメツシュ電極の影響を
小さくすることができるので、各種ラジカルの発生割合
は一定に保ちながら、かつメツシュ電極による正イオン
ラジカルの加速が可能となって、任意のｌ！！質の膜を
高速に成膜できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の断面図で、第２図。

第３図と共通の部分には同一の符号が付されてい　−る
、第３図の装置と異なる点は、プラズマ発生室１の内壁
に接近して遮蔽電極１２を備えており、外部の電圧可変
直流電源１５と接続されている。遮蔽電極１２の側面は
プラズマ発生室の側壁と相似の、例えば円筒形であるが
、少なくとも窓５に面する面にはマイクロ波の偏波面に
平行にスリット１３を備え、プラズマ流出口６に面する
部分には開口１４を有する６図では導波管４は角形で、
そのマイクロ波の偏波面に平行な短辺の側壁は図の面に
垂直で断面で示されており、従ってスリ、ト１３も図の
面に垂直である。

この装置の操作の実例として、外部電源１６に接続され
るメツシュ電極１１の電位と外部電源１５に接続される
遮蔽電極１２の電位を同一のＯとＶ　、、　Ｖ　。

とした場合のプラズマ電位■、の変化の状況を第６図に
線６１．６３．６４で示す、プラズマ発生部の電位が基
準電位に対し外部から印加した電位分だけシフトするの
で、間部の■、は一定となり、プラズマ発生状態は一定
に保たれたまま有効に同一の膜を高速に成膜することが
できる。また、遮蔽電極１２とメツシュ電極１１の電位
を変えることによって、異なるプラズマ状態を保ちっつ
成膜速度を制御することもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＥＣＲプラズマＣＶＤｖｔｆｉの反応
室の基板支持台の前にイオン加速するためのメツシュ電
極を置き、プラズマ発生室の内部に電位の調整によりメ
ツシュ電極の影響を少なくできる遮蔽電極を置くことに
よってプラズマ状態の制御とイオン速度の制御を分離す
ることができるようにすることができて同質の膜を高速
に成膜することが可能になり、特に太陽電池などのため
の新規の膜質の半導体薄膜の形成に有効に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来の装
置の断面図、第３図はメツシュ電極のみ備えた装置の断
面図、第４図はメツシュ電極の電位とメツシュ電流の関
係線図、第５図は第３図に示した装置におけるメツシュ
電位の変化とプラズマ電位分布の関係線図、第６図は本
発明の実施例の装置において制御されたプラズマ電位分
布線図である。 １；プラズマ発生室、２；反応室、３：電磁コイル、４
；導波管、７：基板支持台、８：ガス導入管、９：排気
管、１０：基板、ｌｉｔメツシュ電極、第１図 第２図 〕 壌３図 第４図 第デ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部に磁力線形成手段を備えてマイクロ波が導か
   れるプラズマ発生室と、薄膜を堆積すべき基板の支持台
   を収容する反応室とが連結され、プラズマ発生室で発生
   したプラズマが磁力線方向に拡散するものにおいて、基
   板支持台のプラズマ発生室側に位置し任意の電圧を印加
   できるメッシュ電極と、プラズマ発生室の内壁を囲み、
   マイクロ波の偏波面に平行なスリットを有し、任意の電
   位を印加できる遮蔽電極とを備えたことを特徴とする電
   子サイクロトロン共鳴プラズマ化学蒸着装置。