JPH03146673A - 薄膜堆積法及び薄膜堆積装置 - 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〕 本発明はプラズマを利用した堆積膜の形成方法及び装置
に関する。より詳しくは本発明は、特に、マイクロ波を
含む高周波放電によって、高品質の堆積膜を形成する薄
膜堆積法及び該方法を実施するに至適な薄膜堆積装置に
関するものである。 ［従来の技術］ 従来知られているプラズマＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は（ｉ）
２００〜４００℃の低温で堆積膜を形成できる、（ｉｉ
）基板の耐熱性が要求されない、などの長所を有するた
め、半導体プロセスの絶縁膜としての酸化シリコンや窒
化シリコン、太陽電池や密着型イメージセンサあるいは
感光ドラム用のアモルファスシリコン（Ａ−Ｓｉ）膜、
ダイヤモ゛ンド薄膜の形成に応用されている。従来のプ
ラズマＣＶＤ装置は、平行平板型の対向する２電極間に
ラジオ波（ＲＦ）を投入し、プラズマを発生するものが
主流であり、ＲＦプラズマＣＶＤ装置は構造が簡単であ
るため、容易に大型化しやすいという長所を有している
。 しかしながら、従来の平行平板電極型ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法については、一方では次のような欠点も有している
。すなわち、（ｉ）各電極にイオンシースが形成され、
カソード側に負の自己バイアスが現われ、プラズマ中の
イオン種はカソード側に引きつけられて、基板の配置さ
れたアノードへのイオン種の入射衝撃は和らぐが、依然
として、基板面へのイオン種の入射が存在し堆積膜中に
取り込まれ、内部応力や欠陥密度の増大をもたらす原因
となり、良質な堆積膜が得られていない、　　（ｉｉ）
電子密度が１０”　〜１０”ｃｍ−’と低いため、原料
ガスの分解効率がそれほど大きくなく、堆積速度が小さ
い、　（ｉｉｉ）電子温度が〜４ｅＶと低いため、ハロ
ゲン化ケイ素化合物のような結合エネルギーが高い原料
ガスは分解されにくい、上記（ｉ）の欠点を改善するた
めに、第５図に示すような、平行平板型プラズマＣＶＤ
装置に第３の電極を加えたプラズマＣＶＤ装置を用い、
ラジカル生成領域を分離した堆積方法が提案されている
［Ａ、Ｍａｔｓｕｄａ　；　Ｊ、Ｎｏｎ　−Ｃｒｙｓｔ
、Ｓｏｌ　ｉｄｓ、　Ｌし］ヱ、６８７（１９８３）参
照］。 第５図において５０１はカソード電極、５０２はアノー
ド電極、５０３はラジカル分離用第３電極、５０４は高
周波ＲＦ電源、５０５は反応室、５０６はガス導入口、
５０７は試料基板、５０８は基板加熱用ヒーター、５０
９は排気系である。 上記堆積方法でＡ−Ｓｉを堆積した場合、不対電子密度
が１０１６〜１０　”ｃ　ｍ−’と小さい良質なＡ−Ｓ
ｉ膜が得られる。しかし堆積速度が１人／ｓｅｃ、以下
と非常に小さいという欠点を有している。 また、上述したＲＦによるプラズマＣＶＤの（ｉ）乃至
（ｉ　ｉ　ｉ）の欠点を解決するために、特開昭５６−
１５５５３５号公報、特開昭５９−３０１８号公報、特
開昭６１−５３７１９号公報、特開昭６１−２１３３７
７号公報に見られるように電子サイクロトン共鳴（ＥＣ
Ｒ）を応用したマイクロ波放電方式のプラズマＣＶＤ装
置が提案されている。第６図は、ＥＣＲプラズマ・ＣＶ
Ｄ装置の概略構成図の一例を示したものである。第６図
において、６０１はプラズマ発生室（空洞共振器構造を
有している）、６０２はマイクロ波、６０３はマイクロ
波導波管、６０４はマイクロ波導入窓、６０５は磁場発
生装置、６０６はプラズマ流及び発散磁界、６０７は堆
積室、６０８は基板ホルダー、６０９は試料基板、６１
０は基板加熱用ヒーター、６１１は第１ガス導入口、６
１２は第２ガス導入口、６１３は排気系である。ＥＣＲ
プラズマＣＶＤ法では、ＥＣＲ条件で電子が電磁波のエ
ネルギーを吸収するため（マイクロ波２．４５ＧＨ２で
は磁束密度８７５ガウスが必要）電子温度が、〜７ｅＶ
と高く、電子密度も１０”ｃｍ−’と高い、そのため、
１〜３０人／ｓｅｃ、の堆積速度が得られている。また
、入射イオンエネルギーは〜２０ｅＶと平行平板型のプ
ラズマＣＶＤ法に比べて小さい、しかし基板面へのイオ
ン種の入射があり、堆積膜中にはイオン種が取り込まれ
るため、十分に高品質な膜を定常的に得るのは難しい、
また、大面積に堆積膜を得るためには、磁界発生装置の
大型化と重量化は避けられず、装置の製造コストは高く
なる。

【発明が解決しようとする課題】

本発明は、従来のプラズマＣＶＤ法及び装置の欠点を改
善し堆積速度が速く、大面積に良質な堆積膜を得ること
が可能な薄膜堆積法及び該方法を実施するに至適な安価
な装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

本発明者は、従来のプラズマＣＶＤ法及び装置に係る上
述した各種問題点を解決し前記目的を達成すべく鋭意研
究を重ねて本発明に至った０本発明は材料ガスの（無極
）放電によって生成したプラズマを原料ガスとともに、
試料基体面に平行な電界をプラズマ発生室と基体との間
に設けた堆積室に導入し、該電界をイオンが追従可能な
周波数で走査し、基体に堆積膜を形成することを特徴と
する薄膜堆積方法に関する。 さらに、本発明は無極放電によるプラズマ発生室とイオ
ンが追従可能な周波数で基体面に平行電界を形成する手
段を設けた堆積室を有する薄膜堆積装置に関する。 すなわち本発明はＥＣＲプラズマ法等に特定のイオン制
御技術を応用することが上記目的達成に非常に有効であ
るという知見に基づくものであり、本発明の最大の特徴
は、プラズマ発生室と基体との間に、基体面と平行な電
界を形成する電場発生装置を１組以上設け、イオンの追
従できる周波数で前記電界を走査して、プラズマ中のイ
オンを基体面と平行な方向に走査することによって基体
に入射するイオンを制御することにある。これによって
、堆積速度の低下を生ずることなしに、良質な堆積膜を
均一に、大面積に得ることが可能となる。 本発明において、印加される電界の周波数ｆは、鋭意研
究した結果、次式（１）で与えられる範囲内であること
が望ましいことが判明した。 （ｅ＝１．６０２１９ｘｌＯ−、”クーロン、Ｅ：印加
された電界１ｍ：イオンの質量、λ：イオンの平均自由
行程、■＝イオンの熱速度、ｄ：電極間距離） ただし、放電を乱さない実用的な上記周波数ｆの下限は
１０Ｈｚ以上で、より好ましくは５０Ｈｚ以上である。 第８図は、第７図に示すように、水素プラズマを発生さ
せ、プラズマ流に対して垂直方向に電界を印加し、ファ
ラデーカップでイオン電流を測定した時の、印加電界の
周波数に対するイオン電流密度の関係を示したものであ
る。 第７図において、７０１は電界印加用電源、７０２はフ
ァラデーカップ、７０３は電流計で−ある。第８図より
、印加電界の周波数がｆｉ＝ｅλＥ／２πｍｖｄより低
い場合にはイオン電流密度が小さい、すなわち入射する
イオン量が少ないことがわかる。すなわち、ｆｉ以下の
場合はイオンは良好に拡散している。つまり、イオンが
印加電界に追従している。 なお前記印加電界を発生させる電源電圧の波形は、正弦
波、三角波、方形波、ノコギリ波などが好適である。 本発明において、具体的に使用される周波数としては、
たとえば１０−’Ｔｏｒｒの圧力の場合、好ま−しくは
ＩＭＨｚ以下、より好ましくは１００ｋＨｚ以下である
ことが望ましい。 前記電場発生装置は電界印加用電極と電源から成る。電
界印加用電極、は互いに対向した一対の電極板が好まし
くは１組以上、より好ましくは２組以上設けられること
が効果的である。前記対向電極を２組以上設ける場合は
、それぞれの対向電極が同一面内に存在しないことが望
ましい。第３図は２組の電界印加用電極を設けた場合の
電極と試料基板との位置関係を具体的に説明するための
模式図である。第３図において、３０１，３０２はそれ
ぞれ１対の第１．第２の対向電極であり、３０３．３０
４はそれぞれ第１．第２の電極に電界を印加するための
低周波電源であり、３０５は試料基板、３０６はプラズ
マ流である。試料基板３０５に垂直な方向は、第３図Ｚ
軸方向であり、第１．第２の対向電極３０３．３０４は
それぞれ試料基板の中心軸に対し対称に配置され、試料
基板に平行なＸ軸とｙ軸方向に配置されている。 プラズマ流（不図示）は、第３図中、第１一対向電極３
０１の左側から２軸方向に流れ、イオンはＸＹ力方向広
がり試料基板３０５上に堆積膜が形成される。 本発明に於いて、電界印加用電極を２組以上設ける場合
には、各々に印加される電源周波数の同期をとることが
好ましい。 本発明の薄膜堆積法及び薄膜堆積装置を応用すれば、ア
モルファスシリコン、結晶シリコン、アモルファスシリ
コンゲルマニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、アモ
ルファスシリコンカーバイド、ダイヤモンド、各種化合
物半導体などの良質な薄膜を形成することができる。 本発明に用いられるガスとしては、堆積膜の種類に応じ
て以下のようにされる。 アモルファスシリコンあるいは結晶シリコン薄膜を堆積
する場合の原料ガスとしては、たとえばシリコン原子を
含有する、ＳｉＨ４，Ｓｉｔ　Ｈａ。 ＳｉＦ４，５ｉＨＦｓ　、５ｉＨａ　Ｆｔ　、５ｉＨｓ
Ｆ、５ｉ２Ｆｓ　、５ｉＣｊ２４，５ｉＨｉ　Ｃβ２゜
Ｓ　ｉ　Ｈ２Ｃ℃などが挙げられる。なお５ｉＣ２４な
どの液状のものは、不活性ガスのバブリングなどにより
気化して用いる。プラズマの発生に用いる材料ガスとし
ては、上記原料ガスの他にＨｚ。 Ｆ２　、Ｃｌ２２．Ｈｅ、ＨＦ、ＨＣｌ２．Ｎｅ。 Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが挙げられる。 アモルファスシリコンゲルマニウム薄膜を堆積する場合
の原料ガスとしては、上述のアモルファスシリコンの堆
積に用いるシリコン原子を含有する原料ガスにゲルマニ
ウム原子を含有するＧｅＨ４，ＧｅＦａなどを混合した
ガスを用いる。プラズマの発生に用いるガスとしてはシ
リコン原子を含有するガスとゲルマニウム原子を含有す
るガスの混合ガスの他にＨ，、Ｆｉ　、Ｃａｔ　。 Ｈｅ、Ｎｅ、ＨＦ、ＨＣｆｌ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが
挙げられる。 窒化シリコン薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては、
上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリコン
原子を含有するガス、または窒素原子を含むＮａ　、Ｎ
Ｈｓ　、ＮＦｓから選ばれる少なくとも一種類以上のガ
スとシリコン原子を含有するガスの混合ガスが用いられ
る。プラズマの発生に用いられる材料ガスは、上記原料
ガスの他に、Ｎｚ、ＮＨｓ、ＨＦｓ　、Ｈ２，Ｆｚ、Ｃ
ｌ２ｚ。 Ｈｅ、ＨＦ、ＨＣｌ２．Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｓなどが
挙げられる。窒化シリコンの形成の場合は、原料ガスあ
るいはプラズマの発生用ガス中に少なくとも窒素原子を
含有するガスとシリコンを含有するガスが含まれていな
ければならない。 酸化シリコン薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては、
上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリコン
原子を含有するガス、または、酸素Ｏｘとシリコン原子
を含有するガスが用いられる。プラズマの発生に用いら
れるガスは、上記原料ガスの他にＯａ　、Ｈｚ　、Ｆｚ
　、Ｃａｔ　、Ｈｅ。 ＨＦ、ＨＣｌ２．Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどがある。 酸化シリコンの形成の場合は原料ガスあるいはプラズマ
発生用ガス中に少なくとも０２とシリコン原子を含有す
るガスが含まれていなければならない、アモルファスシ
リコンカーバイド薄膜を堆積する場合の原料ガスとして
は、上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリ
コン原子を含有するガス、ｓ　ｉ　（ＣＨ３）　４など
のシリコン原子と炭素原子を含有するガス、または炭素
原子を含有するＣｆ（４，Ｃ２Ｈ２，Ｃｚ　Ｈ４゜Ｃａ
Ｈｓなどから選ばれる少なくとも一種類以上のガスと上
記シリコン原子を含有するガスとの混合ガスが用いられ
る。プラズマの発生に用いられる材料ガスは上記原料ガ
スの他に、Ｈ２，Ｆｘ。 Ｃｌ２ｓ　、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＨＦ、ＨＣｌ２゜Ｋｒ
、Ｘｅなどがある。アモルファスシリコンカーバイドの
形成の場合は、原料ガスあるいはプラズマ発生用ガス中
に少なくとも炭素原子を含有するガスとシリコン原子を
含有するガスが含まれていなければならない。 ダイヤモンド薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては炭
素原子を含有するＣＨ４，Ｃｚ　Ｈｚ　。 Ｃｔ　Ｈ−、Ｃｚ　Ｈａ　、ＣＨ３ＣＯＣＨ３、ＣＨ３
０ｆ（などが挙げられる。ＣＨ３Ｃ０ＣＨ，やＣＨｓ○
Ｈは不活性ガスのバブリングなどによって気化して用い
る。プラズマ発生用の材料ガスとしては、上記炭素原子
を含有するガスの他に、Ｈｚ　、Ｆｉ　、Ｃｌ２ｔ”、
Ｈｅ、ＨＦ、ＨＣＩ。 Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが挙げられる。 上述してきたように原料ガスはプラズマ発生用ガスとし
て兼用してもよい、さらに原料ガスはＨｅ、Ａｒなどの
不活性ガスで希釈して用いてもよい、堆積膜に不純物を
添加する場合は原料ガスまたはプラズマ発生用ガス中に
ＰＨ３、ＰＦ、。 ＰＦｓ　、ＰＣＩ２ｓ　、ＰＣβａ　、　Ｂ＊　Ｈａ　
、　Ｂ　Ｆ　ｓ。 −ＢＣＡｓ　、ＢＢｒｓ　、ＡｓＦａ　、ＡｓＣｌ２５
　。 ＡＳＨｓ　、Ｉｓ　、５ｂＨｓ　、５ｂＦｓなどのガス
を混合する。アモルファスシリコン、結晶シリコン、ア
モルファスシリコンゲルマニウム、窒化シリコン、酸化
シリコン、アモルファスシリコンカーバイドの薄膜を形
成する反応圧力は１０−！〜１０−’Ｔｏｒｒであるこ
とが好ましい。 ダイヤモンド薄膜を形成する反応圧力は１０−３〜１０
”Ｔｏｒｒであることが好ましい。 プラズマ発生の好適な方法としては、高周波放電、マイ
クロ波放電などが挙げられる。プラズマ中の電子密度を
高め、大きな堆積速度を得るためには、マイクロ波放電
を用いるのがより好ましい。さらに、プラズマを効率的
に発生させ、安定化させるために、磁界を印加すること
もより好ましい。なお、該磁界はＥＣＲ条件に限定され
るものではない、さらに、本発明による薄膜堆積反応に
おいて反応を促進するために紫外光やレーザー光などの
光エネルギーを基板表面に付与することも可能である。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、
本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるもので
はない。 Ｘ皿患ユ 本発明の装置の好適な一例を第１図に示す。第１図にお
いて、１０１は誘導コイル、１０２は基板ホルダー　１
０３と１１３は電界印加用の第１、第２対向電極、１０
４はプラズマ生成用ＲＦ電源（周波数１３．５６ＭＨｚ
）、１０５はプラズマ発生室、１０６と１１４は電界印
加用低周波電源、１０７はガス導入口、１０８は試料基
板、１０９は基板加熱用ヒーター　１１０はプラズマ流
、１１１は排気系、１１２は堆積室である。 本実施例の第１の特徴は、低周波電源１０６が接続され
た対向電極１０３によって試料基板面に平行な低周波電
界をプラズマ発生室１０５と試料基板１０８との間に印
加することにある。本例の装置の操作方法は以下のよう
に行われる。ガス導入口１０７から原料ガスをプラズマ
発生室１０５に導入し、ＲＦ電源１０４から高周波電力
を投入することにより、プラズマ発生室１０５内にプラ
ズマが発生し、その一部はプラズマ流１１０となって堆
積室１１２内にひき出される。プラズマ中に存在するイ
オンは対向電極１０３に印加されたイオン追従周波数の
電界によって試料基板面に平行な方向にトラップ走査さ
れ、試料基板面に平行に広がり、試料基板上に到達する
イオン量が制御された状態で、膜厚分布よく堆積反応が
起こる。 以下、本装置例で示した第１図の薄膜堆積装置を用いて
アモルファスシリコンの形成を検討した結果を具体的に
説明する。 洗浄した石英ガラス基板１０８を基板ホルダー１０２に
装着し、ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒの高真空領域まで排気し
た０次に、基板加熱用ヒーター１０９により石英ガラス
基板１０８の表面温度を２００”Ｃに制御し、ガス導入
口１０７からＳｉＨ，ガスをＩＯ３ＣＣＭでプラズマ発
生室１０５に導入し、プラズマ発生室１０５の圧力を０
．２Ｔｏｒｒに制御した。ついで電極間距離が１０ｃｍ
の電界印加用対向電極１０３と１１３に印加電圧を４０
０Ｖ、第１の対向電極１０３と第２の対向電ｖＵ１１３
の電源周波数をそれぞれ５０Ｈｚ、２ｋＨｚとして印加
した。ＲＦ電力１００Ｗで１時間反応させ、石英ガラス
基板上にアモルファスシリコン膜を形成した。堆積速度
は３人／ｓｅｃ、であった。ＡＭＩ（１００ｍ　Ｗ　／
　ｃ　ｒｎ’　）の光照射による光導電率（σｐ）と暗
導電率（σ４）の比Ｇ　ｐ　／　Ｇ　ａはｌＸ１０’で
、光学的バンドギャップ（Ｅｇ）は１．７５ｅＶであっ
た。ＥＳＲ（電子スピン共鳴）測定により不対電子密度
は７Ｘ１０”σｍ−’であった。膜厚分布は２０ｃｍＸ
２０ｃｍの面積の範囲内で±５％であった。 匿校皿ユ 比較例として、電界印加をしないで行った場合には±１
３％であり、不対電子密度は２Ｘ１０”Ｃｍ−’であり
、電界印加の効果は顕著であった。 第２の対向電極に、第８図においてイオン電流が大きい
周波数すなわちイオンが追従できない周波数ＩＭＨｚの
電界を印加して形成したアモルファスシリコン膜の不対
電子密度は５Ｘ１０”ａｍ−’であった。 実１１汁λ 本発明の装置の一実施例を第２図を参照し説明する。第
２図において２０１はプラズマ発生室（空洞共振器構造
）、２０２はマイクロ波、２０３はマイクロ波導波管、
２０４はマイクロ波導入窓、２０５は磁場発生装置、２
０６，２１６はそれぞれ電界印加用の第１対向電極と第
２対向電極、２０７，２１７は電界印加用低周波電源、
２０８は基板ホルダー　２０９は試料基板、２１０は基
板加熱用ヒーター、２１１は第１ガス導入口、２１２は
第２ガス導入口、２１３はプラズマ流、２１４は排気系
、２１５は堆積室を示している。 本実施例の装置の第１の特徴は実施例１の装置と同様に
、プラズマ発生室と試料基板との間に、試料基板と平行
な電界を形成する（対向電極と低周波電源からなる）電
場発生装置を設けたことにある。実施例１と異なる点は
プラズマの生成を磁界存在下のマイクロ波放電によって
行った点である。生成したプラズマ中の電子とイオンは
、磁場発生装置２０５による磁界と電場発生装置（２０
６，２０７，２１６，２１７）による電界に垂直な方向
に力を受け、堆積膜の膜厚分布の改善にさらに寄与する
。 本実施例に於いては、窒化シリコン膜の形成を検討した
。 洗浄した石英ガラス基板とｎ型シリコン単結晶ウェハー
基板を基板ホルダー２０８に装着し、ＩＸ　１０−’Ｔ
ｏ　ｒ　ｒの高真空領域まで排気した。プラズマ発生室
２０１のマイクロ波導入窓２０４付近で磁束密度が１５
００ガウスになるように磁場発生装置２０５を用いて磁
界を印加した。電極間距離が１５ｃｍの電界印加用対向
電極２０６に印加電圧３００Ｖ、第１と第２の電場発生
装置の電源周波数をそれぞれ６０Ｈｚ、９ｋＨｚで印加
した。ガス導入口２１１から２０３ＣＣＭのＮ２をプラ
ズマ発生室２０１に導入し、堆積室２１５の圧力が５Ｘ
１０−’Ｔｏｒｒになるように制御し、周波数２．４５
ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波導波管２０３により、
実効電力２００Ｗで投入した。次に、ガス導入口２１２
からＩＯ３ＣＣＭのＳｉＨ４を堆積室２１５に導入して
１０分間反応させ、試料基板２０９上に窒化シリコン膜
を形成した。 得られた窒化シリコンの膜厚は４５００人で堆積速度は
７，５人／　ｓ　ｅ　ｃ　、であった。緩衝フッ酸液（
５０％ＨＦ　：　４０％ＮＨ４Ｆ＝１５・８５）による
エツチング速度は１０人／　ｍ　ｉ　ｎであった。また
、ｎ型シリコンウェハー上に形成した窒化シリコンに電
極を形成し、Ｍ　Ｉ　Ｓ型ダイオードを作成して界面電
荷密度を測定した結果Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ−”であった
。ＥＳＲによる不対電子密度の測定では２　Ｘ　Ｉ　Ｑ
１６ｃ　ｍ−’であった。単結晶ウェハーを多数並べて
膜厚の均一性を調べたところ、膜厚分布は３０ｃｍ×３
０ｃｍの面積の範囲で±５％以内であった。 １校ヨユ 低周波電界印加を行わない場合の界面電荷密度は５　Ｘ
　１０　”ｃｍ−２で不対電子密度は９Ｘ１０”ｃｍ−
３で、膜厚分布は±２０％であった。第２対向電極に第
８図においてイオン電流が大きい周波数すなわちイオン
が追従できない周波数２００ＭＨｚの電界を印加した場
合に形成した窒化シリコン膜の界面電荷密度は８Ｘ　１
０”ｃｍ−”で不対電子密度は３Ｘ　１０”ｃｍ−’で
あった。 夫胤且ユ 実施例２で用いた第２図の装置を用いて、多結晶シリコ
ンの形成を行った。装置の操作は試料基板を加熱するこ
と以外は実施例２と同一とした。 洗浄した石英ガラス基板と面方位（１１０）の単結晶シ
リコンウェハーを基板ホルダー２０８に装着し、８Ｘ１
０−’Ｔｏｒｒまで排気した。試料基板２０９は基板加
熱ヒーター２１０で３５０℃に加熱した。磁界印加及び
電界印加を実施例２と同様にして行い、ガス導入口２１
１からＩＣＡＯ８ＣＣＭのＮ２をプラズマ発生室２．０
１に導入し、堆積室２１５の圧力が、３Ｘ１０−’Ｔｏ
ｒｒになるように制御し、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
電力２００Ｗを投入した。ついで、ガス導入口２１２か
ら、ＳｉＨ，５ＳＣＣＭとＳｉＨｚＣａｘ　　５ＳＣＣ
ＭとＨＣβ　ＩＳＣＣＭの混合ガスを導入して１時間反
応させ、試料基板２０９上にシリコン膜を堆積した。得
られた堆積膜の膜厚は８０００人であり、堆積速度は２
．２人／ｓｅｃ、であった。石英ガラス基板上に堆積し
たシリコン薄膜に電極を形成しホール移動度を測定した
結果、２０ｃｒｒｌｌ／■・ｓｅｃであった。 ＲＨＥＥＤ　（反射高速電子線回折）の測定の結果、石
英基板上では＜１１０＞配向の多結晶、（１１０）単結
晶シリコン基板上では基板に近い＜１１０＞配向でエピ
タキシャル状に成長していることが確認された。膜厚分
布は３０ｃｍＸ３０ｃｍの面積の範囲で±７％であった
。 よ較丞ユ 第２の対向電極にイオンが追従できない周波数である５
００ＭＨｚの電界印加を行った場合、全く電界の印加を
しなかった場合の多結晶シリコン膜のホール移動度はそ
れぞれ２．１ｃｒｎ”／Ｖ・ｓｅｃ、１１　ｃｒｒ？／
Ｖ　−ｓｅｃであった。 夫立１ 実施例１で用いた第１図の装置を用いて、アモルファス
シリコンゲルマニウムの形成の検討を行った。装置の操
作は実施例１と同様にした。 洗浄した石英ガラス基板を基板ホルダー１０２に装着し
、ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒまで排気した後、基板温度を１
９０℃に制御した。低周波電界の印加を実施例１と同様
にして行い、ガス導入口１０７からＳ　ｉｓ　Ｈｓ　　
　１０ＳＣＣＭとＧ　ｅ　Ｈ４１０ｓｃｃＭの混合ガ・
スをプラズマ発生室１０５に導入し、プラズマ発生室の
圧力を０．５　Ｔｏｒｒに制御した。ＲＦ電力５０Ｗで
１時間反応させ、１μｍの膜厚のアモルファスシリコン
ゲルマニウムが得られた。堆積速度は２．８人／　ｓ　
ｅ　ｃ　、であった、　ＡＭ　１　（１００ｍＷ／ｃｒ
ｎ”）の光照射による光導電率（σ。）と暗導電率（σ
ｄ）の比σｐ／σ６は２Ｘ１０’で光学的バンドギャッ
プ（Ｅｇ）は１．４７ｅＶであった。ＥＳＲにより測定
した不対電子密度はａｘ　１０”ｃｍ−”であった、ま
た膜厚分布は２０ｃｍＸ２０ｃｍの面積の範囲で±５％
であった。 工較五Ａ 電界印加をしない場合は±１６％であった。 第２の対向電極にイオンが追従できない周波数ＩＭＨｚ
の電界を印加して形成したアモルファスシリコンゲルマ
ニウム膜の不対電子密度は２Ｘ１０’７ｃｍ−’であっ
た。 毘−１ 本発明により、実施例１では不対電子密度の少ない、光
導電率と暗導電率の大きいアモルファスシリコンを堆積
速度が低下することなしに良好な膜厚分布で形成できる
ことがわかった。実施例２では不対電子密度の少なく、
界面電荷密度の小さい緻密な窒化シリコンが、膜厚分布
よく大面積で得られることが判明した。実施例３では不
対電子密度の少ない移動度の大きな多結晶シリコンが低
温で大面積に製造できることが示された。実施例４では
不対電子密度が少なく、光導電率と暗導電率の比が大き
く、バンドギャップの小さいアモルファスシリコンゲル
マニウムが良好な膜厚分布で形成できることがわかった
。実施例１，２，３゜４では、アモルファスシリコン、
窒化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン
ゲルマニウムの堆積例を示したが、これらに限らず、ア
モルファスシリコンカーバイド、酸化シリコン、ダイヤ
モンド、多種の化合物半導体などの形成にも有効である
。 また実施例１と４では本発明による第１図の薄膜堆積装
置を用い、実施例２と３では本発明による第２図の薄膜
堆積装置を用いたが、本発明の薄膜堆積装置の使用条件
を限定するものではない。 すなわち、第２図の装置を用いてアモルファスシリコン
、アモルファスシリコンゲルマニウムの製造も可能で、
第１図の装置を用いた場合に比べて、堆積速度は大きく
なる。 実施例で使用した薄膜堆積装置ではイオンを走査する電
界印加の方法として、２組の低周波電場発生装置を採用
したが、２組に限らず、１ａでも２組以上でもよい、該
１組の例としては、ロール・ツー・ロール方式やインラ
イン方式の多室分離型反応装置で試料基板を搬送しなが
ら堆積する場合において、試料基板の搬送方向と同一方
向に対向電極を設ける堆積装置の例があげられる。第４
図は本発明を応用したロール・ツー・ロール方式薄膜堆
積装置の概略構成図である。第４図において４０１はプ
ラズマ発生室、４０２は堆積室、４０３は電界印加用対
向電極、４０４は電界印加用低周波電源、４０５は磁界
発生装置、４０６はガス導入管、４０７は可撓性試料基
板、４０８は基板加熱用ヒーター、４０９は基板巻き取
りロールである。 このように本発明は、連続堆積装置への応用も有効であ
る。 ［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明によれば、従来のプラズ
マＣＶＤ法及び装置に比べて、高品質な堆積膜を生産性
よく、均一に、大面積に、安価に製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＲＦ薄膜堆積装置の概略構成図、
第２図は本発明によるマイクロ波薄膜堆積装置の概略構
成図、第３図は本発明の電界印加用電極の配置を説明す
るための概念図、第４図は本発明を応用したロール・ツ
ー・ロール連続ｔｉ　ｆ！装置の概略構成図、第５図は
従来のラジカル分離型３電極プラズマＣＶＤ装置の概略
構成図、第６図は従来のＥＣＲ型マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置の概略構成図、第７図はイオン電流の測定概念
図、第８図は印加電界の周波数とイオン電流密度の関係
を示す図である−０ 第１図から第７図までにおいて、 １０１・・・誘導コイル １０４．５０４・・・ＲＦ電源 １０３．１１３，２０６，２１６，３０１゜３０２．４
０３・・・電界印加用対向電極１０６．１１４，２０７
，２１７゜ ３０３．３０４，４０４・・・電界印加用低周波電源１
０５．２０１，４０１，６０１−・・プラズマ発生室 １１２．２１５，４０２，５０５，６０７・・・堆積室 １０８、　２０９．　３０５，４０７．　５０７゜６０
９・・・試料基板 １０２．２０８，６０８・・・基板ホルダー１０９．２
１０，４０８，５０８，６１０・・・基板加熱用ヒータ
ー １０７．２１１，２１２，４０６，５０６゜６１１．６
１２・・・ガス導入口 １１０．２１３，３０６，６０６・・・プラズマ流１１
１．２１４，５０９，６１３・・・排気系２０２．６０
２・・・マイクロ波 ２０３．６０３・・・マイクロ波導波管２０４．６０４
・・・マイクロ波導入窓２０５．４０５，６０５・・・
磁界発生装置４０９・・・可撓性基板巻き取りロール５
０１・・・カソード電極 ５０２・・・アノード電極 ７０１・・・電界印加用電源 ７０２・・・ファラデーカップ ７０３・・・電流計 ｌ！！３ 図 父 ｆＩ５ｘｉＱ８ ερカロ宅畔のＦ＠）茫数（Ｈｚ） 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電によりガスをプラズマ化し、基体前面に該基
   体面と平行な電界を形成し、前記プラズマ中に存在する
   イオンの追従が可能な周波数で該電界を走査し、堆積室
   に生起したプラズマを導いて基体表面に原料ガスの主成
   分元素からなる堆積膜を形成することを特徴とする薄膜
   堆積法。
2. （２）プラズマを生起させるプラズマ生成室と、基体上
   に膜を形成する堆積室と、前記プラズマ生成室に高周波
   電力を供給する手段と、前記堆積室内に設置された基体
   を加熱する手段とを備えた薄膜堆積装置において、前記
   堆積室内の基体前面に基体面と平行な電界を形成し、か
   つイオンの追従が可能な周波数で該電界を走査する手段
   を少なくとも１組以上設けたことを特徴とする薄膜堆積
   装置。