JPS6233772A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性膜、特に半
導体ディバイス、電子写真用感光ディバイス、画像入力
用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力素子等に
用いるアモルファス半導体膜を形成する装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体ディバイス、電子写真用感光ディバイス、
画像入力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力
素子、その他各種のエレクトロニクス素子、光学素子等
に用いる素子部材として、アモルファスシリコン、例え
ば水素又は／及びハロゲン（例えばフッ素、塩素等）で
補償されたアモルファスシリコン（以下、ｒａ−３ｉ（
Ｈ，Ｘ）ｊと記す。）等のアモルファス半導体等の堆積
膜が提案され、その中のいくつかは実用に付されている
。

そして、こうした堆積膜は、プラズマＣＶＤ法、即ち、
原料ガスを直流又は高周波、マイクロ波、グロー放電に
よって分解し、ガラス、石英、ステンレス、アルミニウ
ムなどの基体９上に薄膜状の堆積膜を形成する方法によ
り形成されることが知られており、そのための装置も各
種提案されている。

そうした従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜の形成装
置は、代表的には、第６図の断面略図で示される装置構
成のものである。第６図において、１は反応容器全体を
示し、２は側壁、２１は底壁を示す。６は多穿孔内壁、
４はアルミナセラミックス又は石英等の誘電体窓、５は
導波部、６はマイクロ波電源、６１はマイクロ波、７は
排気管、７１はバルブ、８は原料ガス供給管、８１はパ
ルプ、９は基体保持円筒、１０は円筒状基体、１１はヒ
ーター、１２は支持脚をそれぞれ示す。またＡは反応室
を示し、Ｂはガス室を示す。

こうした従来の、堆積膜形成装置による堆積膜形成は、
以下のようにして行われる。

即ち、反応容器１の反応室Ａ内のガスを、排気管７を介
して真空排気すると共に、円筒状基体１０を基体保持円
筒９に内蔵されたヒーター１１により所定温度に加熱、
保持する。次に、原料ガス供給管８を介して、例えばア
モルファスシリコン堆積膜を形成する場合であれば、７
ランガス、水素ガス、ＳｉＦ４ガス等の原料ガスをガス
室Ｂに導入し、該原料ガスは、ガス室Ｂの多穿孔内壁３
の多数の孔から反応室Ａ内に放出される。これと同時併
行的に、マイクロ波電源６から周波数２．４５　ＧＨｚ
のマイクロ波を生成し、該マイクロ波は、導波部５を通
り誘電体窓４を介して反応室Ａ内に導入される。かくし
て反応室Ａ内の導入原料ガスは、マイクロ波のエネルギ
ーにより励起されて解離し、ラノカル粒子、イオン粒子
、電子等が生成され、それ等が相互に反応し基体１０の
表面に堆積膜が形成される。

ところで、このようなプラズマＣＶＤ法においては、一
般に真空度が１０−２Ｔｏｒｒ台の場合、周波数１３．
５６ＭＨｚの高周波を用いた場合には電子温度〜２ｅｖ
１電子濃度〜１０１０ｃＩｒＬ−５程度の低電離プラズ
マが生起され、周波数２．４５　ＧＨｚのマイクロ波を
用いた場合には、電子温度６〜５　ｅＶ１電子濃度〜７
　Ｘ　１０”　ｃｒｒｔ−″５程度の高電離プラズマが
生成される。

一方、電子衝突によるシラン（ＳｉＨ４）ガス分子の分
解反応では、そのエネルギーの小さいものから順に、Ｓ
ｉＨ２＋ｆ（２（２，１ｅＶ　）、ＳｉＨ３＋Ｅ　（４
，１ｅＶ：２次反応で５ｉＥ２−１−Ｈ（２，６ｅＶ　
）　）、Ｓｉ　＋　２）１２　（４，４ｅＶ　）、５ｉ
Ｈ−＋−８２十Ｈ（５，９ｅＶ　）などの粒子が生成さ
れる。

これらの分解生成物の内、１０−２Ｔｏｒｒ程度の真空
度では、電子−分子の非弾性衝突による中性ラジカル種
が主として生成され、プラズマ中のラジカル種の量はＳ
工Ｈ２＊、ＳｉＨ３＊、Ｓｉ＊、Ｓ１♂（＊は励起状態
を表わす。）の順に少なくなる。

しかし、ＳｉＨ２＊とＳｉＨ＊の量は、３倍程度の差し
かな（、Ｓｉｎ＊とＳ１＊の濃度差は殆んどない。これ
らの中性ラジカル種のうち、良質なａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）
半導体膜の形成に寄与するのは、主としてＳ１＊と５ｉ
ｎｓである。一方、５ｉＢ２＊や５ｉｌｌｓ＊などの高
次シリコン粒子が堆積膜形成において主たるラジカル種
となった場合には、形成された堆積膜は水素含有量の多
いポリメリックなものとなり、膜中の欠陥密度の高い低
品質のａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）半導体膜となる。

すなわち、Ｓｉラジカルのみで形成されたアモルファス
・７リコン膜中には多数のダングリング・ボンｒと呼ば
れる未結合手による結晶欠陥が発生し、ＳｉＨ２ラジカ
ルやＳｉＨ３ラジカルのみで形成されたアモルファス・
シリコン膜中には水素含有量が多過ぎるため水素原子に
よって完全に結合手が切れたポリメリックなものとなり
、これが半導体内の電荷にとってのトラップになり半導
体としての電気特性の低下をまねく。一般に半導体とし
ての特性に優れたアモルファスシリコン半導体膜には水
素原子が１０〜２０原子チ含有されており、ダングリン
グ・プントが水素原子により適度に補償されている。し
たがって、高品質のアモルファス・シリコン半導体膜を
基体上に形成するためには、基体表面に適度にＳ１ラゾ
カルと８１Ｂラジカルが供給される必要がある。

前述の第６図に示したようなマイクロ波プラズマＣＶＤ
法による堆積膜形成装置でａ−３ｉ膜を形成した場合、
生成された高電離プラズマにより低次の中性ラジカル種
であるＳｉ＊とＳｉｎ＊が多量に生成されるため、低電
離プラズマを生成するところの高周波プラズマＣＶＤ法
により形成した堆積膜と比較して、高速成膜しても高品
質な堆積膜が得られる。

しかし、こうしたマイクロ波ＣＶＤ法により堆積膜を形
成する場合、低次の中性ラジカル種だけでなく高次の中
性う・ノカル種も同時に多量に生成されるという問題が
ある。

この問題を解決するため、近年、原料ガスとして５ｉＲ
４ガスや水素ガスとともに四フッ化ケイ素（ＳｉＦ’４
　）ガスを使用し、結合エネルギーの高いフッ素ラジカ
ル種を生成してシリコンラジカル種と反応させ、高次の
シリコン中性ラジカル種の生成を抑制する技術が開発さ
れた。即ち、原料ガスにＳｉＦ４ガスを混合して用いる
ことにより、ポリメリックな膜の形成が減少し、従来の
ようなポリシラン粉体の生成も減少し、ａ−８ｉ（Ｈ，
Ｘ）膜形成に使用する原料ガスの利用効率も向上する。

しかも、ａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜中にフッ素原子が含有さ
れるため、水素原子のかわりにフッ素原子がダングリン
グ・ボンドを補償し、その結合エネルギーが高いことか
ら、水素原子のようにａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜を加熱した
場合、膜外に放出され欠陥を発生させて膜質を低下させ
るということがなく、熱に対して膜特性の安定した膜が
得られるという特徴もある。

Ｌ／　ｆ）’　Ｌ　、ＳｉＦ４ガスを用いたマイクロ波
ＣＶＤ法においては次のような問題がある。以下、第４
図を用いて説明する。第４図は１０−２　Ｔｏｒｒ程度
の真空度において基体表面近傍で進行する成膜過程を模
式的に表わした図である。図中、２０は導電性基体であ
り電気的に接地されている。

２１はａ−３ｉ　（Ｈ，Ｘ）半導体膜であり、２２はＳ
１＊、Ｓｉｎ＊、ＳｉＦ＊、Ｆ＊などの中性ラジカル種
、２６はＨ２や８１などのプラスイオン種、２４はマイ
ナスイオン種、２５は電子である。２６は一度基体上に
堆積したａ　−８１（Ｈ＋χ）膜中のＳ１原子やＨ原子
が、フッ素ラジカル種のような反応性の強い活性種と反
応して膜外にぬけ出した、ＳｉＦ２やＳｉＦ４などのガ
ス体である。基体表面近傍のこれらの粒子は、中性粒子
、荷電粒子のいかんをとわす、ランダムに運動し、これ
らの粒子の化学的活性度、寿命、基体への付着確率など
に応じてａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）膜の形成に寄与している。

即ち、第４図に示すごとく、従来のＳ　ｉＦ４ガスを原
料ガスの１つとして用いたマイクロ波ＣＶＤ法において
は、ポリシラン生成の原因となる高次シラン粒子の生成
を抑制するために反応させたフッ素中性ラジカル種が、
堆積途中あるいはすでに堆積したａ−８１（Ｈｒ　Ｘ　
）膜の８１原子とも反応してＳｉＦ２やＳ　ｉＦ４等の
ガスを生成し、膜をエツチングすることにより、堆積膜
の堆積速度を低下させるという問題がちる。

また、−膜形成されたａ−Ｓ　Ｌ（Ｈ＋　Ｘ）半導体膜
中の８１原子がフッ素により引きぬかれることにより、
膜中の欠陥を増大させ、半導体としての電気特性を低下
させるという問題もある。

更に、マイクロ波プラズマ中では、マイクロ波の振動数
が高いため、原料ガスの分解によって生成された重質量
荷電粒子はその振動について行けず、該プラズマ雰囲気
中ではほとんど静止した状態となっている。このため、
これらの重質量荷電粒子は、原料ガスと衝突して新らた
な中性ラソカル粒子を生成するための運動エネルギーを
有することができず、成膜に寄与する中性ラノカル粒子
の生成は、マイクロ波の直接励起あるいは電子などの軽
質量荷電粒子の衝突による分解のみで進行するという問
題がある。

さらにまた、成膜に寄与すると思われる５ｉＦ３“イオ
ンなどの荷電粒子も、基体表面近傍で生成されたもの以
外は成膜に寄与することができず、有効に利用されてい
ないという問題もある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のごとき従来の装置における諸問題を克
服して、半導体ディバイス、電子写真用感光ディバイス
、画像入力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電
力素子、その他の各種エレクトロニクス素子、光学素子
等に用いる素子部材としての堆積膜を、マイクロ波ＣＶ
Ｄ法により、安定して高速形成しうる装置を提供するこ
とを目的とするものである。

即ち、本発明の主たる目的は、原料ガスの１つにＳｉＦ
＋ガスを用いたマイクロ波ＣＶＤ法によりアモルファス
シリコン膜を形成する装置において、フッ素ラジカル粒
子による堆積膜のエツチングを抑制し、膜中の欠陥密度
の少ない高品質の堆積膜を定常的に安定して、高速成膜
し５る堆積膜形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、重質量荷電粒子を移動可能とし基
体表面において消費させることで新らたな荷電粒子の生
成を促進させ、プラズマの電離度を向上させると同時に
、重質量荷電粒子と原料ガスの衝突による分解反応を促
進させることにより、成膜に主として寄与する中性ラノ
カル粒子の生成量を増加させ、堆積速度をさらに向上さ
せることが可能な堆積膜形成装置を提供することにある
。

〔発明の構成〕

本発明は、上述の目的を達成しうるマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法による堆積膜の形成装置を提供するものである
。

本発明者は、従来の装置における前述の諸問題を克服す
べく、鋭意研究を続けたところ、フッ素ラジカル粒子に
よるアモルファスシリコン膜のエツチングを抑制するた
めには、アモルファス・シリコン膜表面におけるフッ素
ラジカル粒子の濃度を低下させる必要があるとの知見を
得た。

そして、アモルファスシリコン膜表面に飛来するフッ素
ラジカル粒子と水素プラスイオン粒子を飛行途中の空間
で反応させることでアモルファスシリコン膜表面に到達
するフッ素ラジカル粒子の量を減少させるとともに、積
極的にアモルファスシリコン膜表面に水素イオンを供給
することで、該表面に到達したフッ素ラジカル粒子も反
応させて膜のエツチングに寄与しないようにすることも
できることが判明した。

また、さらに研究を重ねたところ、基体に負の直流電圧
を印加することで、Ｈ２＋等のグラスイオンを積匝的に
基体表面に引き付け、新たな荷電粒子の生成を促進させ
プラズマの電離度を高めることができるとの知見を得た
。

一般に、マイクロ波プラズマ雰囲気中に電気的に絶縁し
た基体を配設すると、電子とイオンの質量差に起因して
、基体はプラズマに対してフローティング・ポテンシャ
ルと呼ばれる負の電位をもち、かつその表面近傍にはマ
イナス・イオン粒子や電子など負の電位をもつ荷電粒子
の侵入を阻止するようなプラズマ界面を有するイオン・
シース領域をもつことが知られているが、フローティン
グ・ポテンシャルの大きさやイオン・シースの幅はプラ
ズマ状態によって一義的に定まった値をとるため、任意
にその大きさを制御することが難しい。

本発明者は、この点を改善するため基体に負の直流電圧
を印加し、プラズマ中での荷電粒子の移動を任意に制御
するとともに、基体表面へのＨ２＋等のプラス・イオン
粒子の到達量を制御することで、所望の特性を有するａ
−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜を成膜できるとの知見を得た。

すなわち、電界を形成することにより、プラズマ中でほ
ぼ静止状態となっている重質量荷電粒子を基体および反
応容器壁方向に移動させ、プラズマ中の原料ガスの衝突
−分解反応に寄与しない静止粒子の存在確率を減少せし
めると同時に、これら重質１荷電粒子に運動エネルギー
を授与することで原料ガスの分解反応に寄与せしめ、ａ
−３ｉ（Ｈ，Ｘ）膜形成に主として寄与する中性ラノカ
ル粒子の生成量を高めることができることが判明した。

また、フッ素化合物粒子によるａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）膜の
エツチングを、基体に積極的に捕集したＨ２＋等のプラ
ス・イオン粒子との反応によって阻止することもできる
ことも判明した。

更にまた、印加する電圧の大きさを制御することにより
、基体表面へのＨ２＋イオンの到達量を制御し、堆積さ
れる膜中に含有される水素原子の量を制御して、堆積膜
の電気特性を制御できることも判明した。

本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置は、上述の知見に基づいて完成せしめたものであり
、反応室を備えた反応容器と、マイクロ波によりプラズ
マを生成させる手段と、基体又は基体保持体にバイアス
電圧を印加するための電圧印加手段、とを有することを
特徴とする。

かくする本発明の装置においては、基体が負の電位を持
ち、かつ基体表面とマイクロ波プラズマとの境界にイオ
ン・シースが形成されるため、重質量荷電粒子が移動可
能となり中性ラジカル粒子の生成量が増加するとともに
、基体表面に積極的に水素プラスイオンが供給され、該
水素プラスイオンとフッ素化合物粒子とを反応せしめる
ことによりフッ素化合物粒子を消費せしめてそのエツチ
ング能力を失なわせ、フッ素化合物粒子により堆積膜が
エツチングされるという現象を未然に防ぎ、エツチング
による堆積膜の形成速度の低下および膜質の低下という
問題を解決することができる。

さらに、本発明の装置においては、印加する直流電圧を
制御することにより水素イオンの基体表面到達量を制御
し、堆積膜中に含有される水素原子量を調整することが
できるものである。

本発明の装置により堆積膜を形成するについて使用され
る原料ガスは、マイクロ波のエネルギーにより励起種化
し、化学的相互作用して基体表面上に所期の堆積膜を形
成する類のものであれば何れのものでちっても採用する
ことができるが、アモルフ゛アスシリコン膜を形成する
場合には、ケイ素に水素が結合したフラン類のガスケイ
素にハロゲンが結合したハロゲン化ケイ素のガス、及び
水素ガス等を用いることができる。

なかでも、３ｉＢ４等のンランガス、水素ガス及び四フ
ッ化ケイ素（Ｓ　Ｉ　Ｆ　４）等のフッ素化合物のガス
を混合したものを用いることが好ましい。ＳｉＦ４等の
フッ素化合物のガスを混合して用いることによりポリメ
リックな膜の形成が減少するとともに、ａ−３ｉ（Ｈ，
Ｘ）膜中にフッ素原子が含有され、ダングリング・ボン
ドが補償され、安定で、高品質な堆積膜を形成すること
ができる。

また、これ等の原料ガスは、Ｈｅ、　Ａｒ等の不活性ガ
スにより稀釈して用いることもある。さらに、ａ−８ｉ
（Ｈ，Ｘ）膜はｐ型不純物元素又はｎ型不純物元素を１
−ピングすることが可能であり、これ等の不純物元素を
構成成分として含有する原料ガスを、単独で、あるいは
前述の原料ガスまたは／および稀釈用ガスと混合して反
応空間内に導入することができる。

本発明の装置において、反応室内にプラズマを形成し、
それにより前述の原料ガスを励起種化せしめるについて
採用するマイクロ波は、マイクロ波電源からのマイクロ
波を三本柱整合器、矩形導波管、アイソレーター等を介
して反応室内に放射導入されるものであり、好ましくは
周波数５００ＭＨｚ〜３００　ＧＨｚ、より好ましくは
、２．４５　ＧＨｚのマイクロ波を用いる。

本発明の装置においては、基体は金属等の導電性のもの
でちって、あるいはガラス、セラミックス等の電気絶縁
性のものであってもよく、その形状はシート状のもので
あっても、あるいは円筒状のものであってもよい。基体
が導電性材料で構成されている場合は、基体に直流電源
を電気的に接続し、負の直流電圧を印加する。

また＼基体が電気絶縁性材料で構成されている場合には
、該基体を保持する基体保持体を導電性材料で構成し、
該基体保持体に同様にして負の直流電圧を印加すること
により、同様の作用・効果が得られる。

また、基体は基体保持体の中に内蔵されたヒーターによ
り、必要に応じて加熱されるが、成膜操作時の基体温度
が６０〜４５０℃、好ましくは５０〜６５０℃となるよ
うに加熱保持されるのが望ましい。

また、堆積膜を形成するにあたっては、本発明の装置の
反応容器内を減圧条件下におくのが好ましく、原料ガス
を導入する前には反応容器内の圧力を５ｘ　１０−６Ｔ
ｏｒｒ以下、好ましくはＩ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下
とし、原料ガスを導入した際には反応容器内の圧力を１
Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ台にするのが望ましい。

以下、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
を図面の実施例により、更に詳しく説明するが、本発明
の堆積膜形成装置はこれによって限定されるものではな
い。

第１図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置の至適な１例の断面略図である。

図中、前述の従来装置（第６図に図示）と同一機能の装
置構成部分については、第３図におけると同様の記号に
て示した。

図中、１は本発明の装置の反応容器全体を示す。２は、
該反応容器の側壁、２１は該反応容器の底壁である。３
は、側壁２の内面との間に一定の間隙（ガス室）を形成
するように立設されていて、反応室Ａ内へのガス流通孔
３１．５１・・・を有する多穿孔内壁である。該多穿孔
内壁は、反応室Ａ内の対向する位置に基体１０が存在し
ない下端部６′と上端部６“に穿孔を有さないものにす
るのが通常である。そして、反応容器の側壁２と底壁２
１は、各別の部材とすることは勿論可能であるが、通常
は一体的に形成される。

４はマイクロ波導入用の誘電体窓で、好ましくはアルミ
ナ（Ａｔ２０３）セラミックス又は石英製の窓である。

５は導波部で、三本柱整合器、矩形導波管、アイソレー
ター（図示せず）を介してマイクロ波電源乙に接続され
ており、マイクロ波６１を誘電体窓４を介して反応容器
内に導くものである。

反応室Ａは、前述の側壁２、底壁２１および誘電体窓４
により密封形成されている。７は、一端は反応容器１の
底壁２から反応室Ａ内に開口し、他端はバルブ手段７１
を介して排気装置（図示せず）に連通している、排気管
であり、通常は円周方向に４本取りつけられるが一本で
あってもよい。８は、一端は反応容器１の側壁からガス
室Ｂ内に開口し、他端はバルブ手段８１を介して原料ガ
ス供給源（図示せず）に連通している、原料ガス供給管
である。

９は基体１０の保持部であり、基体保持部９はヒーター
１１を内蔵しており、通常円筒形のものである。基体保
持部の表面には基体１０を設置する。基体は導電性材料
又は電気絶縁性材料で構成され、その形状は長方形であ
っても、あるいは円筒形状のものであってもよく、長方
形の場合には円筒形保持部の表面に並列させる。

１５は直流電源であり、導線１４を介して導電性基体１
０又は導電性基体保持部９と電気的に接続し、負の直流
電圧を基体１０又は基体保持部９に印加しうるようにす
る。直流電源１５は可変電源とすることにより、基体１
０又は基体保持部９に印加せしめる直流電圧を任意に制
御しうるようにする。

基体１０と反応容器１の間、あるいは基体保持部９と反
応容器の間を電気的に絶縁するため、基体保持部９の底
部に付設されている支持脚１２と基体保持部の間に絶縁
がイシ１３を配設するとともに、導線１４が貫通する反
応容器の下壁（第１図では下壁であるが、土壁又は側壁
のいずれであってもよい）部分にも絶縁がイシ１３を配
設する。

本発明の装置においては基体又は基体保持部以外の反応
容器およびその他の内部治具等は電気的に接地しておく
が、前述の電界効果を高める目的から基体又は基体保持
部と相対する電位、すなわち正の直流電圧を印加する構
造とすることもできる。

支持脚１２に駆動手段（図示せず）を機械的に連結し、
該駆動手段により成膜操作時に回転するようにすること
ができる。別法として、基体保持部９を固定しておき支
持脚１２を軸として反応容器１を回転せしめることも可
能である。

１６はプラズマ界面を示している。

なお、第１図に示す本発明の実施例装置では、反応容器
１内に円筒状基体１０を１本配設した構造としたが、本
発明の主たる目的が基体１０に負の直流電圧を印加する
ことでプラズマ中に電場を形成し、マイクロ波グラズマ
中では運動が緩慢な重質量荷電粒子を鋭敏に運動させて
反応に寄与させること、および基体６表面に上記電界の
作用によって水素プラス・イオンを供給することでａ−
３ｉ（Ｈ，Ｘ）膜のエツチングを防止すること、および
膜中の水素原子含有量を任意に調愁することでちり、さ
らに本発明を実施する上でのマイクロ波放電が無電極放
電であることを考え合わせれば、上記基体は複数個であ
ってもよい。たとえば円形ステーソ上に同軸的に等間隔
で数本の基体保持部９，９・・・を立証してなるもので
あることができ、その場合複数本の円筒形基体を同時に
反応室Ａ内に設置して、それら基体のそれぞれの表面に
一挙に堆積膜を形成することができる。

第２図は、本発明の装置を用いた場合の基体表面近傍に
おける成膜過程を示す模式図である。

図中、前述の従来装置を用いた場合の基体表面近傍にお
ける成膜過程を示す図（第４図に図示）と同一のものに
ついては、同一の記号を用いた。

即ち、図中、２０は基体、２１はアモルファスシリコン
膜２２は中性ラジカル、２５はプラスイオン粒子、２４
はマイナスイオン粒子、２５は電子、２７はプラズマ界
面、２８はイオン・シース領域、２９は加速された水素
グラスイオンを示している。

すでに述べたように、従来の装置においては、マイクロ
波プラズマ中において重質量荷電粒子はマイクロ波の高
速振動にその動きがついて行けず、プラズマ中でほぼ静
止状態にある。

これに対し、上述のごとき構成の本発明の装置において
は、電気的に負に印加された基体１０がプラズマ中に置
かれると、プラスイオン粒子２３は電気的引力によって
基体１０に引きつけられる。これに対し電子２５やマイ
ナスイオン粒子２４、基体２０が負の電位を持つため、
電気的付力が作用し、基体２０表面とプラズマとの界面
２７でとどめられ、イオン・シース２８内には侵入でき
ないため、基体２０表面に到達することができないが、
基体２０から遠ざかる方向すなわち反応容器１の側壁２
側に電界が作用して移動する。

電界の作用によって移動する荷電粒子は、途中原料ガス
分子等と衝突するなどして原料ガス分子を励起・分解す
る。これによって、新たな中性ラジカル粒子２２が生成
される。中性ラノカル粒子２２は電界の作用は受けず拡
散および排気流に沿って基体表面に達し、ａ−３ｉ（Ｈ
，Ｘ）膜２１として堆積する。基体２０近傍のフッ素化
合物、中性ラノカル粒子およびプラスイオン粒子カａ−
８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜２１をエツチングしようとするが、同
じく基体２０表面に捕集されるＨ２＋等のプラスイオン
とフッ素化合物粒子との反応が生じるため、フッ素原子
と水素原子の結合からＨＦ等のガスが生成されるため、
フッ素原子はａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）膜をエツチングしない
。また５ｉＦ３＋等のフッ化ケイ素化合物粒子からフッ
素が引きぬかれることで残ったシリコンぶ子はａ−８ｉ
（Ｈ，Ｘ）膜形成に寄与できる。

すなわち、中性ラノカル粒子のみならず、プラスの電荷
をもつフッ化ケイ素化合物イオン粒子もａ−８ｉ（Ｂ、
Ｘ）膜形成に寄与できることになる。

また、フッ素原子との反応に消費されなかった水素プラ
ス・イオン粒子は、ａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜中に含有され
、ダングリング・ボンドを補償し、ａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）
膜の欠陥密度を減少させるために作用する。しかし、過
剰に供給された水素グラス・イオン粒子は、逆にａ　−
Ｓ　ｌ（Ｈｒ　Ｘ　）膜の結晶格子終端を発生させ、欠
陥密度を増大させる。したがって、基体２０に到達する
水素イオン２９の量は最適に調整可能である必要がある
。

本発明の実施例装置では、先に述べた負の直流電圧の大
きさを調整することで、基体６に供給される水素プラス
・イオン２ｏの量を調整可能とし、堆積したａ−８ｉ（
Ｈ，Ｘ）膜中の水素含有量を任意に調整することができ
る。

次に、本発明の装置を操作して堆積膜を形成する例を記
載する。

本例においては、第１図に図示の基体保持部９が１つで
反応容器と同軸位置に設置され、駆動装置（図示せず）
により回転できるようになっていて、基体１ｏがＡｔ板
円筒であり、アルミナセラミックスからなる絶縁がイシ
によって電気的に絶縁されている装置を用いた。原料ガ
スとしては、ＳｉＨ４ガス（７０ｓｃｃｍ）、Ｈ２ガス
（３０ｓｅｃｍ　）及びＳｉＦ４ガス（１０ｓｅｃｍ　
）からなる混合ガスを使用した。

まず、パルプ８１を閉じ、パルプ７１を開いて反応室Ａ
内を脱気し、系内圧力を１　Ｘ　１　Ｑ＝Ｔｏｒｒ以下
に調整した。次いでヒーター１１に通電して基体１０の
温度を２［）０℃にするとともに、基体に一２０Ｖの直
流電圧を印加した。そこに、パルプ８１を開いて原料ガ
ス供給管８を介して原料ガスを系内圧力が１ｘ１０２Ｔ
ｏｒｒＫなるまで導入し、それと同時にマイクロ波電源
６に通電して周波数２．４５　ＧＨｚのマイクロ波を導
電体窓４を介して放射した。次いで原料ガスの供給と排
気とをパルプ８１、パルプ７１を調整して系内圧力を一
定に保つと共に基体１０を回転させながら所定時開成膜
をおこなった。その後、基体の加熱及び回転、ガスの供
給、マイクロ波の照射等を中止し、基体を放冷した後、
該基体を搬出した。同様の操作を、他の新たな基体９本
について行ない、計１０本の堆積膜を形成した基体を得
た。

得られた１０本の基体について、その表面に堆積された
堆積膜をテストしたところ、いずれのものも極めて緻密
組成の膜質で膜全体が均質であり、そして均等な膜厚で
あり、電気的、光学的、光導電的特性に極めて優れてい
た。

〔発明の効果の概略〕

本発明の装置は、導電性基体に負の直流電圧を印加して
電場を形成することで、マイクロ波プラズマ中の重質量
荷電粒子を反応に寄与せしめて中性ラジカル粒子の生成
量を増加させるとともに、該基体表面に水素プラス・イ
オンを捕集してａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜のエツチングを防
止し、なおかつａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）膜中の水素含有量を
制御することで、高品質のａ−３ｉ°（Ｅ、Ｘ）膜の高
速成膜に有効なる性能を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例装置の断面略図であり、第２
図は、本発明の装置を用いた場合の基体表面近傍におけ
る成膜過程を示す模式図である。第６図は、従来のマイ
クロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜の形成装置の１例
を示す断面略図であり、第４図は、従来の装置を用いた
場合の基体表面近傍における成膜過程を示す模式図であ
る。 図において、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 反応室を備えた反応容器と、 マイクロ波によりプラズマを生成させる手段と、 基体又は基体保持体にバイアス電圧を印加するための電
   圧印加手段、 とを有することを特徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ
   法による堆積膜形成装置。