JPH07331448A - 薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマＣＶＤ法により形成される薄膜中の
欠陥の発生を抑制し得る効率のよい製造方法を提供す
る。 【構成】 プラズマＣＶＤによるａ−Ｓｉの成膜工程に
おいて、生成されたプラズマに対し、外部磁場と電磁波
を印加する。プラズマ中の水素イオンは、外部磁場と電
磁波によってイオンサイクロトロン共鳴加熱を生じ、加
熱されエネルギーが付与される。これによって、水素イ
オンが成膜中のａ−Ｓｉ膜中に取り込まれる確率が増大
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマＣＶＤ法を用
いた薄膜の製造方法において、特にイオンサイクロトロ
ン共鳴加熱を用いた薄膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、アモルファスＳｉ（以下、ａ
−Ｓｉと称する）などの非晶質半導体膜を形成する方法
として、プラズマＣＶＤ法が広く用いられている。この
方法により形成されたａ−Ｓｉの薄膜の中には欠陥（ダ
ングリングボンド）が生じることが知られている。従っ
て、例えば、欠陥密度や光学的禁制帯幅などを制御して
高品質のａ−Ｓｉ膜を形成するためには、ａ−Ｓｉ膜中
に含まれる水素量及び水素の結合の状態を制御すること
が必要となる。

【０００３】欠陥低減のための方法としては、従来、水
素希釈法や水素プラズマ処理法などが用いられてきた。
これらの方法は、いずれも成膜工程中の非晶質半導体膜
中に、ある程度の水素を取込み、膜質の改善を図る方法
である。

【０００４】また一方で、電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）を用いたプラズマＣＶＤ法により、非晶質半導体
膜を形成する方法も開発されている。この方法は、電子
のサイクロトロン共鳴を利用して原料ガスを分解し、そ
れらの化学反応によって膜形成を行う方法である。しか
しながら、この方法では、例えば太陽電池やＴＦＴなど
応用製品に使用できるような十分な高品質の膜特性を得
ることは難しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のプラズマＣＶＤ
法を用いた方法においては、高品質の半導体膜を形成す
る上で、以下のような問題があった。

【０００６】例えば、水素希釈法は、大量の水素を必要
とし、大量生産を行う場合に原料費の負担が大きくな
る。また、水素プラズマ処理法は、非晶質半導体膜の形
成と水素プラズマによる表面処理とを交互に行う必要が
あり、製造工程が煩雑になる。このために、生産効率が
低下する。

【０００７】さらに、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、電
子をサイクロトロン共鳴の制御対象としており、実際に
膜堆積に関係するラジカルやイオンの制御は困難であ
る。本発明の目的は、プラズマＣＶＤ法を用いた薄膜中
の欠陥の発生が少ない高品質の薄膜を形成するための製
造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器内に
ガスを導入し、プラズマＣＶＤ法により真空容器内に保
持された基板上に薄膜を形成する方法であり、プラズマ
ＣＶＤ法により生成されたプラズマに磁場と電磁波を印
加することによって、プラズマ中の特定のイオンまたは
ラジカルをサイクロトロン共鳴加熱するものである。

【０００９】また、本発明の限定された局面に従う方法
においては、磁場強度と電磁波の周波数とを調整するこ
とによってプラズマ中のイオン種またはラジカル種を特
定する。

【００１０】さらに、本発明の限定された局面に従う方
法において、プラズマに印加される磁場は、磁力線の方
向が基板の主表面と平行であり、磁場強度が基板の主表
面方向に沿って傾斜した分布を持つように印加される。

【００１１】また、本発明の限定された局面に従う方法
においては、プラズマに印加される磁場は、磁力線の方
向が基板の主表面と所定の傾きをなし、磁場強度が基板
の主表面方向に沿って傾斜した分布を持つように印加さ
れる。

【００１２】さらに、本発明の限定された局面に従う方
法において、電磁波は、磁場強度の強い領域側からプラ
ズマ中に入射される。さらに、本発明の限定された局面
に従う方法において、磁場は、永久磁石または磁場強度
の調節が可能な電磁石のいずれかによって印加される。

【００１３】さらに、本発明の限定された局面に従う方
法において、磁場の磁場強度を調整することにより、磁
場強度の分布を変更してサイクロトロン共鳴点の位置を
制御する。

【００１４】さらに、本発明の限定された局面に従う方
法は、基板上に非晶質シリコン膜を形成するものであ
る。さらに、本発明の限定された局面に従う方法におい
ては、ガス中に、原料ガスとしてのシランガスに加え水
素ガスを導入し、水素イオンをサイクロトロン共鳴加熱
することを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の限定された局面に従う方
法において、電磁波はパルス状に入射されることを特徴
とする。

【００１６】

【作用】本発明に従えば、プラズマＣＶＤ法により生成
されたプラズマに所定の磁場と電磁波を印加すると、プ
ラズマ中に存在するある特定のイオンまたはラジカルが
サイクロトロン共鳴加熱され、エネルギーが付与され
る。そのため、特定のイオンあるいはラジカルが成膜中
の膜表面に到達する確率が高くなる。このため、従来の
プラズマＣＶＤ法と比較して、膜中に取り込まれる特定
イオン等の量が増大する。

【００１７】また、本発明の磁場の磁力線の方向及び磁
場強度の分布を適宜設定することにより、サイクロトロ
ン共鳴点の位置を所望の位置に制御することができる。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の実施例による非晶質半導体
膜形成のための成膜装置の要部を示した模式図である。
図示された装置は、いわゆる平行平板型プラズマＣＶＤ
装置の構成を有している。真空容器（図示せず）内に
は、一対の陰極１、陽極２が平行に配置され、この両電
極間に外部磁場を印加するための磁石４が真空容器の外
側に設けられている。この磁石４は、例えば永久磁石で
もよく、また電磁石でもよい。

【００１９】基板３は陰極１の表面上に設置される。ま
た、電極１、２間の領域に向かって電磁波を導入するた
めのアンテナ６が設けられている。上記のような構成を
有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、ａ−Ｓｉ膜を形成
する工程について説明する。

【００２０】まず、真空容器内を所定の真空度に設定
し、反応ガスを真空容器内に所定の流量で供給する。そ
して、陰極１を接地し、陽極２に高周波電力を供給す
る。さらに、陰極１上の基板をヒータ（図示せず）で加
熱して所定の温度に設定する。このような成膜条件が表
１に示される。

【００２１】

【表１】

【００２２】この状態で、真空容器内に導入されたガス
が分解され、プラズマが生成される。この生成されたプ
ラズマに対して磁石４によって磁場が印加され、またア
ンテナ６から電磁波が照射される。磁石４によって印加
される磁場の磁場強度の分布が図２に示されている。図
２の横軸は、真空容器内の基板３の主表面方向に沿った
分布を示している。この図に示されるように、磁場は、
電磁波照射用のアンテナ６側が磁場強度が高く、その反
対側に向かって磁場強度が低下するような分布を有して
いる。また、図１に示すような磁石４の配置によって、
磁力線は基板３の主表面方向にほぼ平行となるように磁
場が設定されている。

【００２３】アンテナ６から照射される電磁波は、標準
信号発生器によって発生させた所定周波数の正弦波をパ
ワーアンプで増幅した後、アンテナ（ヘリカルアンテ
ナ）６からほぼ基板３の主表面方向に向かって照射され
る。この電磁波は、遅波とよばれる左周り円偏波成分の
強い電磁波が励起されている。

【００２４】アンテナ６から照射された電磁波は、真空
容器内に設定された磁場強度分布に従って、磁場強度の
強い領域から弱い領域へ向って磁力線と平行方向に伝搬
する。そして、磁場強度が所定の値にある共鳴点近傍に
達すると、サイクロトロン共鳴吸収を生じ、電磁波はエ
ネルギーを特定のイオンに加え減衰する。このような機
構は、磁気ビーチと呼ばれている。従って、特定のイオ
ンは、イオンサイクロトロン共鳴加熱により加熱され
る。

【００２５】ここで、水素イオンをイオンサイクロトロ
ン共鳴加熱させるための条件設定について説明する。制
御すべきイオン（水素イオン）のイオンサイクロトロン
周波数は数１によって求められる。

【００２６】

【数１】

【００２７】数１において、外部磁場強度Ｂを定めるこ
とにより、特定のイオンのイオンサイクロトロン周波数
を求めることができる。イオンサイクロトロン周波数が
求められると、サイクロトロン共鳴加熱の生成条件に応
じて電磁波の周波数を定めることができる。このように
して定めた周波数を有する電磁波を、ＩＣＲＦ波と称す
る。なお、本実施例の場合には、電磁波の周波数を１．
５ＭＨｚに設定し、数１より水素イオンのサイクロトロ
ン共鳴加熱に必要な外部磁場強度を逆算した。そして、
必要な外部磁場強度Ｂとして０．９９ｋＧが得られた。
従って、事前にガウスメーターを用いて真空容器内の磁
場強度を測定し、基板３中心上で磁場強度が約１ｋＧに
なるように磁石４の位置を調整した。

【００２８】このような条件で設定した磁場及び電磁波
の印加により、プラズマ中の水素イオンはイオンサイク
ロトロン共鳴加熱を生じ、基板３上のａ−Ｓｉ膜中に効
率よく取り込まれる。

【００２９】図３は、電磁波の周波数とプラズマに吸収
された電磁波の電力との関係を示している。図より、電
磁波の周波数が１．５ＭＨｚにおいて、プラズマに吸収
される電力が急増していることが判明した。これは、上
記の条件で設定した周波数の電磁波によってサイクロト
ロン共鳴吸収が起こり、水素イオンが加熱されているこ
とを示すものである。

【００３０】また、図４は、真空容器内に導入された水
素ガスに対して電磁波を導入した実施例の場合と、導入
しない従来例の場合における成膜中に含まれる水素量を
比較したものである。図から明らかなように、水素の同
一希釈倍率で比較した場合に、電磁波を導入した本実施
例の場合が、導入しない従来例に比べてａ−Ｓｉ膜中の
水素量が多くなっていることが判明した。すなわち、本
実施例の方法では、同じ量の水素ガス中からより多くの
水素を膜中に取り込むことができた。

【００３１】このように、磁場の磁場強度、磁力線方向
あるいは電磁波の周波数の組合せを適宜設定することに
よって、特定のイオンに対してイオンサイクロトロン共
鳴加熱を行うことができる。そして、これにより、加熱
したイオンを成膜中に効率よく取り込むことができる。

【００３２】また上記の方法においては、電磁波の入射
をパルス状に行うことにより、特定のイオン、例えば水
素イオンに対してイオンサイクロトロン加熱及び非加熱
を交互に繰り返して行わせることができる。このような
制御を行うと、従来の水素プラズマ処理法に近い効果を
得ることができる。

【００３３】また、真空容器内の磁場強度分布を変更す
ることにより、サイクロトロン共鳴点の位置を所定の位
置に設定することができる。特に、磁石４の代わりに電
磁石を用いて構成すれば、電磁石の磁界強度を調節する
ことにより、所望の位置にサイクロトロン共鳴点を設定
することができる。

【００３４】さらに、成膜工程中に電磁石の磁界強度を
制御して、基板主表面全体に亘ってサイクロトロン共鳴
点を移動させることにより、基板全体に亘って均質な膜
形成を行わせることができる。

【００３５】なお、反応装置の構成上、基板に平行方向
に磁力線を設定できない場合、あるいはアンテナ取り付
け用のポートがないといった制限から基板に対して平行
方向に電磁波を入射できないような場合には、磁力線あ
るいは電磁波の入射方向が基板と所定の傾きを持った方
向に設定される場合がある。しかしながら、磁場の印加
方向及び電磁波の入射方向などが変化しても、サイクロ
トロン共鳴点の位置が基板上の所望の位置に設定できれ
ば、上記実施例の場合と同様の効果を奏することができ
る。ただし、電磁波のエネルギーの伝達効率の観点から
は、磁場に平行に電磁波を入射した場合が一番高くな
る。また、電磁波の入射方向が磁力線に対して完全に垂
直方向となる場合には、電磁波の伝播が可能となり、イ
オンサイクロトロン共鳴加熱を生じさせることはできな
い。

【００３６】さらに、上記実施例においては、サイクロ
トロン共鳴加熱の対象として、ａ−Ｓｉ成膜時の水素イ
オンを選択した例について説明したが、本発明の方法
は、これに限定されるものではない。すなわち、磁場強
度と電磁波の周波数を上述した条件に従って適当に選択
することにより、他のイオン、例えばＨｅ⁺ やＡｒ⁺ 、
あるいはＳｉＨ₄ 系やＧｅＨ₄ 系、ＳｉＣ系のラジカル
をサイクロトロン共鳴加熱して膜特性を改善することも
可能である。

【００３７】

【発明の効果】このように、本発明の方法に従えば、プ
ラズマＣＶＤ法により生成されたプラズマ中に磁場及び
電磁波を印加することにより、特定のイオンまたはラジ
カルをイオンサイクロトロン共鳴加熱することができ
る。これにより、加熱された特定のイオンラジカルが成
膜中に取り込まれる量を増大させることにより、製造効
率の優れた高品質の薄膜を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による半導体膜の形成装置の要
部の構成を示す模式図。

【図２】図１に示す真空容器内部の磁場強度分布を示す
分布図。

【図３】電磁波の周波数とプラズマに吸収された電磁波
の電力との関係を示す相関図。

【図４】図１の装置により形成された膜の水素希釈倍率
と水素含有量との関係を示す相関図。

【符号の説明】

１…陰極 ２…陽極 ３…基板 ４…磁石 ５…電磁波（ＩＣＲＦ波） ６…アンテナ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内にガスを導入し、プラズマＣ
   ＶＤ法により前記真空容器内に保持された基板上に薄膜
   を形成する方法において、 生成されたプラズマに磁場と電磁波を印加することによ
   って、前記プラズマ中の特定のイオンまたはラジカルを
   サイクロトロン共鳴加熱することを特徴とする、薄膜の
   製造方法。
2. 【請求項２】 磁場強度と電磁波の周波数とを調整する
   ことによって前記プラズマ中のイオン種またはラジカル
   種を特定することを特徴とする、請求項１に記載の薄膜
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記磁場は、磁力線の方向が前記基板の
   主表面と平行であり、磁場強度が前記基板の主表面方向
   に沿って傾斜した分布を持つように印加されることを特
   徴とする、請求項１または請求項２に記載の薄膜の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記磁場は、磁力線の方向が前記基板の
   主表面と所定の傾きをなし、磁場強度が前記基板の主表
   面方向に沿って傾斜した分布を持つように印加されるこ
   とを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の薄膜
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記電磁波は、前記磁場強度の強い領域
   側から前記プラズマ中に入射されることを特徴とする、
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の薄膜の製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記磁場は、永久磁石または磁場強度の
   調節が可能な電磁石のいずれかによって印加されること
   を特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載の薄膜の製造方法。
7. 【請求項７】 前記磁場の磁場強度を調節することによ
   って前記磁場強度の分布を変更してサイクロトロン共鳴
   点の位置を制御することを特徴とする、請求項１ないし
   請求項６のいずれかに記載の薄膜の製造方法。
8. 【請求項８】 前記基板上に非晶質シリコン膜を形成す
   ることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれ
   かに記載の薄膜の製造方法。
9. 【請求項９】 前記ガス中に、原料ガスとしてのシラン
   ガスに加え水素ガスを導入し、水素イオンをサイクロト
   ロン共鳴加熱することを特徴とする、請求項１ないし請
   求項８のいずれかに記載の薄膜の製造方法。
10. 【請求項１０】前記電磁波をパルス状に入射することを
    特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載
    の薄膜の製造方法。