JPH02150025A - D.c.グローまたはプラズマ放電によるプラズマエッチング、基体洗浄または基体への材料蒸着方法およびその装置 - Google Patents
D.c.グローまたはプラズマ放電によるプラズマエッチング、基体洗浄または基体への材料蒸着方法およびその装置Info
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- JPH02150025A JPH02150025A JP20147889A JP20147889A JPH02150025A JP H02150025 A JPH02150025 A JP H02150025A JP 20147889 A JP20147889 A JP 20147889A JP 20147889 A JP20147889 A JP 20147889A JP H02150025 A JPH02150025 A JP H02150025A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
-
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- H01J37/32018—Glow discharge
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、D、C,グローまたはプラズマ放電による
プラズマエツチング、基体洗浄または材料の蒸着(堆積
付着)を行なうための新規な方法および装置に関する。
プラズマエツチング、基体洗浄または材料の蒸着(堆積
付着)を行なうための新規な方法および装置に関する。
〔従来技術、及び発明が解決しようとする課題〕基体上
に材料を蒸着し、そこにこの材料の薄層フィルムを形成
することは、良好に確立された産業的に重要な技術であ
る。プラズマエツチングおよび基体洗浄の処理は後述す
る。凝縮蒸着可能な基をもたらすため前駆ガスが分解さ
れるようにした蒸着法は、その最初の導入以来、総体的
に「グロー放電蒸着」と呼ばれているが、現在は「プラ
ズマ蒸着法」とも呼ばれている。この方法にいて多数の
異なる材料、たとえばシリコン、炭素、燐、硼素、砒素
が単独あるいは組合されて、適切な前駆ガスの可能性の
みにしたがって蒸着され得る。
に材料を蒸着し、そこにこの材料の薄層フィルムを形成
することは、良好に確立された産業的に重要な技術であ
る。プラズマエツチングおよび基体洗浄の処理は後述す
る。凝縮蒸着可能な基をもたらすため前駆ガスが分解さ
れるようにした蒸着法は、その最初の導入以来、総体的
に「グロー放電蒸着」と呼ばれているが、現在は「プラ
ズマ蒸着法」とも呼ばれている。この方法にいて多数の
異なる材料、たとえばシリコン、炭素、燐、硼素、砒素
が単独あるいは組合されて、適切な前駆ガスの可能性の
みにしたがって蒸着され得る。
この技術は、水素の存在下における蒸着による、その制
御nされた水素添加の有利な効果を発見したことによD
、無定形シリコンに基づく半導体装置を開発および製造
する場合に極めて重要になD、かつ極めて小さい電気的
に活性の欠陥密度を有する無定形シリコンフィルムを蒸
着することが、現在では可能になっておD、さらにこの
フィルムはの電気的特性が、代用ドーピング(不純物撚
JJ11)により制御され得る。水素添加され、かつド
ープ処理された無定形シリコン層は仮性半導体として機
能すると共に、現在、比較的大規模の装置(すなわち、
マイクロ・エレクトロニクスにおいて典型的に利用され
るシリコン「チップ」より大きい)、たとえば光起電力
セルおよびゼオグラフィー型光学コピー装置、に利用さ
れている。
御nされた水素添加の有利な効果を発見したことによD
、無定形シリコンに基づく半導体装置を開発および製造
する場合に極めて重要になD、かつ極めて小さい電気的
に活性の欠陥密度を有する無定形シリコンフィルムを蒸
着することが、現在では可能になっておD、さらにこの
フィルムはの電気的特性が、代用ドーピング(不純物撚
JJ11)により制御され得る。水素添加され、かつド
ープ処理された無定形シリコン層は仮性半導体として機
能すると共に、現在、比較的大規模の装置(すなわち、
マイクロ・エレクトロニクスにおいて典型的に利用され
るシリコン「チップ」より大きい)、たとえば光起電力
セルおよびゼオグラフィー型光学コピー装置、に利用さ
れている。
現在利用されているものとして、2つの主要なグロー放
電蒸着システムがあD、それはすなわち、D、C,励起
およびR,F、励起されるものである。 D、C。
電蒸着システムがあD、それはすなわち、D、C,励起
およびR,F、励起されるものである。 D、C。
放電方法においては、D、C,電界(場)が、排気され
た室内で2つの(通常は並列の)電極間に発生され、蒸
着材料を受容する基体は総体的に、陰極に取付けられる
か、あるいは陰極を形成す悉。前駆ガス(単数または複
数の)がこれらの放電法においては比較的高い圧力、典
型的には100〜500ミリトールにおいて室に供給さ
れ、分子の分離が励起およびイオン化、および電子衝撃
であって、励起により発生されるイオンと、陰極との衝
突により発生される二次電子の衝撃を含むものにより行
なわれ、その結果、広範なイオンスペーシーズを包含す
るプラズマが得られる。フロリダ州、ボカレートン、C
RCブレスI nc、により1986年発行され、モル
ト・ジョーおよびジャンセン・フランクにより編集され
た。[プラズマ蒸着薄肉フィルム]において報告されて
いるように、分子分離エネルギーは通常、原子または分
子イオン化エネルギーより極めて小さいから、プラズマ
中の中立分離基の密度はイオン基の密度より極めて大き
く、そしてフィルムの成長に主として寄与するのは、電
気的な中立なスベーシーズである。
た室内で2つの(通常は並列の)電極間に発生され、蒸
着材料を受容する基体は総体的に、陰極に取付けられる
か、あるいは陰極を形成す悉。前駆ガス(単数または複
数の)がこれらの放電法においては比較的高い圧力、典
型的には100〜500ミリトールにおいて室に供給さ
れ、分子の分離が励起およびイオン化、および電子衝撃
であって、励起により発生されるイオンと、陰極との衝
突により発生される二次電子の衝撃を含むものにより行
なわれ、その結果、広範なイオンスペーシーズを包含す
るプラズマが得られる。フロリダ州、ボカレートン、C
RCブレスI nc、により1986年発行され、モル
ト・ジョーおよびジャンセン・フランクにより編集され
た。[プラズマ蒸着薄肉フィルム]において報告されて
いるように、分子分離エネルギーは通常、原子または分
子イオン化エネルギーより極めて小さいから、プラズマ
中の中立分離基の密度はイオン基の密度より極めて大き
く、そしてフィルムの成長に主として寄与するのは、電
気的な中立なスベーシーズである。
これら中立基は、主として拡散により成長するフィルム
の表面へ進まなければならず、その結果、その処理過程
は低速で、それ程効率的でなく、材料は陽極および包囲
体内面にも蒸着される。また、圧力を十分に高い値に維
持しながら蒸着材料を補充するために必要な、前駆ガス
の流動と共にかなりの量が除去される。蒸着は主として
陰極で行なわれるが1プラズマの性質によD、かなりの
蒸着が陽極にも発生する。
の表面へ進まなければならず、その結果、その処理過程
は低速で、それ程効率的でなく、材料は陽極および包囲
体内面にも蒸着される。また、圧力を十分に高い値に維
持しながら蒸着材料を補充するために必要な、前駆ガス
の流動と共にかなりの量が除去される。蒸着は主として
陰極で行なわれるが1プラズマの性質によD、かなりの
蒸着が陽極にも発生する。
R,F、蒸着法においては、プラズマは高周波励起(通
常、13.56 Mllzの公式に指定された周波数)
により発生され、エネルギーは基体および前駆ガスを包
囲する容器の内部に、R,F、源に直接容量結合された
2つの内部電極によD、あるいは外部電極またはコイル
により適用される。外部電極の形状は主として、小径の
チューブ状反応器形状に制限され、通常、内部電極シス
テムが好ましい。包含されるイオン化過程はプラズマの
高中で行なわれ、電子は高周波電界中で振動し、十分な
エネルギーをピックアップして、ガス分子を破断、励起
およびイオン化する。高周波であることから、比較的重
いイオンはそれによりあまり移動されず、不動と考えら
れ、したがって蒸着フィルムの成長に主として寄与する
のは、基の拡散および流動である0作動において、そこ
からの電子m失によD、プラズマは正の荷電状態になD
、その結果、蒸着に影響するD、C,ポテンシャルが得
られる。R,P、システムは、半導体フィルムが基体上
に付着される時に、電極構造体の漸進的に変化する特性
を有する而において、電極構造体を電源に連結する状態
を維持する必要があること、そして材料が電極にも蒸着
されることから、本来的に制御が困難である。
常、13.56 Mllzの公式に指定された周波数)
により発生され、エネルギーは基体および前駆ガスを包
囲する容器の内部に、R,F、源に直接容量結合された
2つの内部電極によD、あるいは外部電極またはコイル
により適用される。外部電極の形状は主として、小径の
チューブ状反応器形状に制限され、通常、内部電極シス
テムが好ましい。包含されるイオン化過程はプラズマの
高中で行なわれ、電子は高周波電界中で振動し、十分な
エネルギーをピックアップして、ガス分子を破断、励起
およびイオン化する。高周波であることから、比較的重
いイオンはそれによりあまり移動されず、不動と考えら
れ、したがって蒸着フィルムの成長に主として寄与する
のは、基の拡散および流動である0作動において、そこ
からの電子m失によD、プラズマは正の荷電状態になD
、その結果、蒸着に影響するD、C,ポテンシャルが得
られる。R,P、システムは、半導体フィルムが基体上
に付着される時に、電極構造体の漸進的に変化する特性
を有する而において、電極構造体を電源に連結する状態
を維持する必要があること、そして材料が電極にも蒸着
されることから、本来的に制御が困難である。
そこで、これらすべての処理方法において、可能な限り
広い領域にわたって、所定特性を有すると共に付着力を
有する−様な蒸着フィルムを達成することが主目的であ
D、そしてこれは、このような内部電極によD、対応し
て広い領域にわたって高い、−様な電界を生じさせるこ
との相対的な容易性に、主として依存するものである。
広い領域にわたって、所定特性を有すると共に付着力を
有する−様な蒸着フィルムを達成することが主目的であ
D、そしてこれは、このような内部電極によD、対応し
て広い領域にわたって高い、−様な電界を生じさせるこ
との相対的な容易性に、主として依存するものである。
住しる他の問題は、適用されるエネルギーが不十分な場
合、処理過程が対応して低速になD、かつ得られたフィ
ルムの付着力は通常、不十分であることである。他方、
電界強度が処理過程のスピードアップのために増大され
ると、フィルムに対して過度にイオンが衝撃を与えるこ
とによD、通常、「エツチング」と呼ばれる損傷の危険
が生じ、その結果、核発生点の発生による構造的損傷を
生じ、あるいは熱によD、所望の無定形創造ではなく多
結晶材料が生じ、および/または電気的に活性を有し、
かつ望ましくない不飽和ボンドが発生する結果になる。
合、処理過程が対応して低速になD、かつ得られたフィ
ルムの付着力は通常、不十分であることである。他方、
電界強度が処理過程のスピードアップのために増大され
ると、フィルムに対して過度にイオンが衝撃を与えるこ
とによD、通常、「エツチング」と呼ばれる損傷の危険
が生じ、その結果、核発生点の発生による構造的損傷を
生じ、あるいは熱によD、所望の無定形創造ではなく多
結晶材料が生じ、および/または電気的に活性を有し、
かつ望ましくない不飽和ボンドが発生する結果になる。
ガス中の励起電子の平均自由径路は重要なパラメータで
あD、これは包囲体内のガス圧力に依存するものであD
、低ガス圧力は蒸着速度を低下させると共に、過度のイ
オン衝撃の結果を生じる可能性を有し、他方、圧力が高
過ぎると、平均自由径路および基間の再結合反応が不十
分になる。両システムにおいて、電界強度およびガス圧
力が高い相互依存性を有することが、最適作動パラメー
タの選択を極めて1tlt+Itにしている。R,F。
あD、これは包囲体内のガス圧力に依存するものであD
、低ガス圧力は蒸着速度を低下させると共に、過度のイ
オン衝撃の結果を生じる可能性を有し、他方、圧力が高
過ぎると、平均自由径路および基間の再結合反応が不十
分になる。両システムにおいて、電界強度およびガス圧
力が高い相互依存性を有することが、最適作動パラメー
タの選択を極めて1tlt+Itにしている。R,F。
システムには多くの作動的困難性が生じるにもかかわら
ず、これは、より一様なフィルムを形成することができ
、現在、産業界が好ましいものである。
ず、これは、より一様なフィルムを形成することができ
、現在、産業界が好ましいものである。
この発明の主目的は、D、C,グローまたはプラズマ放
電によD、プラズマエ・7チング、基体洗浄、あるいは
材料を蒸着する新規な方法を提供することである。
電によD、プラズマエ・7チング、基体洗浄、あるいは
材料を蒸着する新規な方法を提供することである。
別の主目的は、この方法を実施する新規な装置を提供す
ることである。
ることである。
この発明においては、以下の工程からなる、D。
C,グローまたはプラズマ放電によD、プラズマエツチ
ング、基体洗浄または材料蒸着を行なう新規な方法が提
供されている; 内部へのガス流入口およびそこからのガス流出口を有す
ると共に、その内部に2つの隔置された陰電極を有し、
それら電極間にプラズマ含有領域を確立し、かつその内
部に、前記プラズマ含有領域に配置される中間陽電極を
有し、陽電極が少なくともグローまたはプラズマ放電の
電子に対して透明または半透明とされている包囲体、を
用意すること; 少なくとも一つの陰電極が、前記基体を構造するか、あ
るいは基体を取付けることができるようにすること; 包囲体内部に電気的に分解され得る少なくとも一種の前
駆ガスを供給して、必要な材料の基を供給すること;お
よび 陽電極および2つの陰電極間に、それぞれ作動電圧を与
え、前駆ガスのグロー放電分解を発生させると共に、前
記領域に対応するプラズマを発生させるのに十分な強度
の電界をそれぞれ確立すること。
ング、基体洗浄または材料蒸着を行なう新規な方法が提
供されている; 内部へのガス流入口およびそこからのガス流出口を有す
ると共に、その内部に2つの隔置された陰電極を有し、
それら電極間にプラズマ含有領域を確立し、かつその内
部に、前記プラズマ含有領域に配置される中間陽電極を
有し、陽電極が少なくともグローまたはプラズマ放電の
電子に対して透明または半透明とされている包囲体、を
用意すること; 少なくとも一つの陰電極が、前記基体を構造するか、あ
るいは基体を取付けることができるようにすること; 包囲体内部に電気的に分解され得る少なくとも一種の前
駆ガスを供給して、必要な材料の基を供給すること;お
よび 陽電極および2つの陰電極間に、それぞれ作動電圧を与
え、前駆ガスのグロー放電分解を発生させると共に、前
記領域に対応するプラズマを発生させるのに十分な強度
の電界をそれぞれ確立すること。
また、この発明によD、以下の構成からなる0、C,グ
ローまたはプラズマ放電によD、プラズマエツチング、
基体洗浄または材料蒸着を行なう新規な装置が提供され
ている: 内部へのガス流入口およびそこからのガス流出口を有す
ると共に、その内部に2つの隔置された陰電極を有し、
それら電極間にプラズマ含有領域を確立し、かつその内
部に、前記プラズマ含有領域に配置された中間陽電極を
有し、陽電極が少なくともグローまたはプラズマ放電の
電子に対して透明または半透明とされている包囲体:前
記基体を構成するか、あるいは基体を取付けることがで
きる少なくとも一つの陰電極;ガス流入口に、電気的に
分解され得る少なくとも一種の前駆ガスを供給して、必
要な材料の基を提供する装置;および 陽電極および2つの陰電極間に、それぞれ作動電圧を与
え、前駆ガスのグロー放電分解を発生させると共に、前
記領域に対応するプラズマを発生させるのに十分な強度
の電界をそれぞれ確立する装置。
ローまたはプラズマ放電によD、プラズマエツチング、
基体洗浄または材料蒸着を行なう新規な装置が提供され
ている: 内部へのガス流入口およびそこからのガス流出口を有す
ると共に、その内部に2つの隔置された陰電極を有し、
それら電極間にプラズマ含有領域を確立し、かつその内
部に、前記プラズマ含有領域に配置された中間陽電極を
有し、陽電極が少なくともグローまたはプラズマ放電の
電子に対して透明または半透明とされている包囲体:前
記基体を構成するか、あるいは基体を取付けることがで
きる少なくとも一つの陰電極;ガス流入口に、電気的に
分解され得る少なくとも一種の前駆ガスを供給して、必
要な材料の基を提供する装置;および 陽電極および2つの陰電極間に、それぞれ作動電圧を与
え、前駆ガスのグロー放電分解を発生させると共に、前
記領域に対応するプラズマを発生させるのに十分な強度
の電界をそれぞれ確立する装置。
(実施例〕
この発明の特に好ましい実施例である方法および装置が
、図面を参照して例示的に説明される。
、図面を参照して例示的に説明される。
この発明は最初に、それを適切な材料の蒸着方法に適用
したものに関して説明し、プラズマエツチングおよび基
体洗浄に対するその適用に関しては、後で説明する。第
1図において、比較的小さい基体に利用される蒸着室は
、開放端に有する外部金属円筒体10から構成され、こ
れには取はずし自在の端部カバー12が設けられておD
、このカバー12はこの実施例においては、それぞれ−
対の平行陰電極の一つを構成している。カバーは図示し
ない適切な手段によD、所定位置に確実にクランプ止め
でき、この実施例においては、それらカバーと円筒体1
0との間に電気絶縁ガスケソ!・14がサンドインチ状
に挿入配置されておD、その目的は後述する。この実施
例において、陰極端部プレートはそれ自体、蒸着のため
の基体を構成するものではなく、したがって少なくとも
その一つは、その内面に基体要素16を取付けられてお
D、この実施例においては、両端部プレートにこのよう
な基体が設けられている。基体を受容する端部プレート
の中央部分は相互方向に内側に押下げられておD、プレ
ートの残りの部分よD、さらに近接された状態にされて
いる。その結果性じた外面の凹所には、それぞれ電気ヒ
ータ18が設けられ、電源20から給電されて、基体を
蒸着に適する温度(通常、無定形水素添加シリコンの場
合は、約200’〜400”)に維持する。任意の適切
な材料からなる第2の開放端を有する取はずし自在な円
筒体22が、外部円筒体10内に同軸に取付けられて、
2つの陰極のさらに近接された部分間に、プラズマ含有
領域24をより緊密に画定しておD、使用時、この円筒
体の内面も蒸着材料により被覆され、蒸着膜が厚くなっ
た場合は交換することができ、したがって円筒体10の
内壁に付着されること、そしてそれを清掃または交換す
る必要性が低減される。
したものに関して説明し、プラズマエツチングおよび基
体洗浄に対するその適用に関しては、後で説明する。第
1図において、比較的小さい基体に利用される蒸着室は
、開放端に有する外部金属円筒体10から構成され、こ
れには取はずし自在の端部カバー12が設けられておD
、このカバー12はこの実施例においては、それぞれ−
対の平行陰電極の一つを構成している。カバーは図示し
ない適切な手段によD、所定位置に確実にクランプ止め
でき、この実施例においては、それらカバーと円筒体1
0との間に電気絶縁ガスケソ!・14がサンドインチ状
に挿入配置されておD、その目的は後述する。この実施
例において、陰極端部プレートはそれ自体、蒸着のため
の基体を構成するものではなく、したがって少なくとも
その一つは、その内面に基体要素16を取付けられてお
D、この実施例においては、両端部プレートにこのよう
な基体が設けられている。基体を受容する端部プレート
の中央部分は相互方向に内側に押下げられておD、プレ
ートの残りの部分よD、さらに近接された状態にされて
いる。その結果性じた外面の凹所には、それぞれ電気ヒ
ータ18が設けられ、電源20から給電されて、基体を
蒸着に適する温度(通常、無定形水素添加シリコンの場
合は、約200’〜400”)に維持する。任意の適切
な材料からなる第2の開放端を有する取はずし自在な円
筒体22が、外部円筒体10内に同軸に取付けられて、
2つの陰極のさらに近接された部分間に、プラズマ含有
領域24をより緊密に画定しておD、使用時、この円筒
体の内面も蒸着材料により被覆され、蒸着膜が厚くなっ
た場合は交換することができ、したがって円筒体10の
内壁に付着されること、そしてそれを清掃または交換す
る必要性が低減される。
単一または複数の前駆ガスが、流入口26を介して包囲
体内部に思入され、消耗ガスは流出口28を介して、そ
こから除去される。多(のちのが有害あるいは有毒であ
るこれらのガスを、安全に供給および制御する手段およ
びVzWは当該技術において良く知られておD、ここで
詳細に説明する必要はないであろう。
体内部に思入され、消耗ガスは流出口28を介して、そ
こから除去される。多(のちのが有害あるいは有毒であ
るこれらのガスを、安全に供給および制御する手段およ
びVzWは当該技術において良く知られておD、ここで
詳細に説明する必要はないであろう。
この実施例においては平坦なワイヤ開放格子の形態を有
する陽電極30が、2つの円筒体10および22の内部
に、電気的に絶縁された構造体32により取付けられ、
この構造体32は円筒体壁を通過して、2つの平行陰極
12に平行に配置されている。安定化されたD、C,給
電部34が、陽極30および2つの陰極12に連結され
て、それらの間に適切な一定の電位差を適用すると共に
、領域24に対応する電界を発生させておD、この電界
は、2つの陰極間のその特性プロフィルによD、口語的
に「サドル」電界と呼ばれる。
する陽電極30が、2つの円筒体10および22の内部
に、電気的に絶縁された構造体32により取付けられ、
この構造体32は円筒体壁を通過して、2つの平行陰極
12に平行に配置されている。安定化されたD、C,給
電部34が、陽極30および2つの陰極12に連結され
て、それらの間に適切な一定の電位差を適用すると共に
、領域24に対応する電界を発生させておD、この電界
は、2つの陰極間のその特性プロフィルによD、口語的
に「サドル」電界と呼ばれる。
この発明の方法および装置を用いる薄肉フィルムの製造
によD、この種のグロー放電またはプラズマ形成が、従
来のD、C,システムを用いて可能である場合よD、広
範なガス圧力範囲にわたって、そしてより高い電流密度
において可能であることが示されている。この特別の電
極構成が可能な電子を領域24内で、破線矢印36で示
されるように、そして電子に対して透明または少なくと
も半通明形態を有する電極を自由に通過して振動させて
、幾何形状およびガス圧力に対して比較的鈍感なイオン
化を促進させるという事実から、前述の改良された結果
が達成される、ということが現在の出願人たちの仮説で
あるが、そのように限定するつもりはない、このサドル
形電界は、陽電極に近接するガスのイオン化を促進し、
また電子の振動軌道はイオン化衝突のための有効径路長
さを増大し、比較的低圧における高電流放電の形成を容
易にする。サドル電界はさらに、正イオン化基を外側電
極方向に加速させると共に、多数の荷電基が発生され、
したがって付着速度が大きく、従来のO,C,法におけ
るように、基の拡散および流動に依存することはなく、
したがって前駆ガスの効率的な利用がなされる。
によD、この種のグロー放電またはプラズマ形成が、従
来のD、C,システムを用いて可能である場合よD、広
範なガス圧力範囲にわたって、そしてより高い電流密度
において可能であることが示されている。この特別の電
極構成が可能な電子を領域24内で、破線矢印36で示
されるように、そして電子に対して透明または少なくと
も半通明形態を有する電極を自由に通過して振動させて
、幾何形状およびガス圧力に対して比較的鈍感なイオン
化を促進させるという事実から、前述の改良された結果
が達成される、ということが現在の出願人たちの仮説で
あるが、そのように限定するつもりはない、このサドル
形電界は、陽電極に近接するガスのイオン化を促進し、
また電子の振動軌道はイオン化衝突のための有効径路長
さを増大し、比較的低圧における高電流放電の形成を容
易にする。サドル電界はさらに、正イオン化基を外側電
極方向に加速させると共に、多数の荷電基が発生され、
したがって付着速度が大きく、従来のO,C,法におけ
るように、基の拡散および流動に依存することはなく、
したがって前駆ガスの効率的な利用がなされる。
この発明の方法および装置はD、C,作動されるから、
従来のR,F、装置における敏感な調和操作は不要であ
る。両陰極が基体支持体として利用される場合は、陰極
30は中央に配置されることが好ましく、サドル電界の
各部分は陽極の回りに対称に形成される。一つは基体の
みが設けられる場合は、電界は対称である必要はなく、
その代D、基体支持陰極に向けて協力部分を有する非対
称形状になされ、この非対称構成は、陽極と陰極にする
ことにより機械的に、あるいは2つの電極間の電位差を
増大することにより電気的に発生される。2つの陰極1
2はガスケット14によD、包囲体10から、そして相
互に絶縁されて、この電気的に発生される非対称形状を
可能にしている。
従来のR,F、装置における敏感な調和操作は不要であ
る。両陰極が基体支持体として利用される場合は、陰極
30は中央に配置されることが好ましく、サドル電界の
各部分は陽極の回りに対称に形成される。一つは基体の
みが設けられる場合は、電界は対称である必要はなく、
その代D、基体支持陰極に向けて協力部分を有する非対
称形状になされ、この非対称構成は、陽極と陰極にする
ことにより機械的に、あるいは2つの電極間の電位差を
増大することにより電気的に発生される。2つの陰極1
2はガスケット14によD、包囲体10から、そして相
互に絶縁されて、この電気的に発生される非対称形状を
可能にしている。
プラズマ含有領域24が、基体を包含する範囲まで延設
されることは望ましくなし、その理由は、その場はイオ
ン化基が実質的な速度で、前述のように成長中のフィル
ムに衝突して、それを損傷する可能性があるからである
。これは、第2図の実施例による比較的高い電界を利用
することにより避けることができ、その場合、2つの平
坦な開放格子補助陰極38が、各基体16に近接し、か
つ平行に配置されている。負電位がこれらの補助電極に
適用され、2つの端部プレート12が接地されると共に
、補助電極に対して小さい負または正電位にされる。こ
うしてプラズマは2つの補助電極間に限定されるが、こ
れらは電荷および中立基の両方に対しては透明または少
なくとも半透明形態にあるから、そこを自由に通過して
基体に向かうことができる。端部プレート12が小さい
正電位を有することによD、各電極38とその端部プレ
ートとの間に減速電界が生じ、それに対するイオンの衝
突が減少される。2つの電極は円筒体22に対して、そ
れぞれ電気的に絶縁された構造体40により取付けられ
ておD、したがってその電位は個々に調整でき、図示の
実施例においては、同一電位になるように相互に連結さ
れている。
されることは望ましくなし、その理由は、その場はイオ
ン化基が実質的な速度で、前述のように成長中のフィル
ムに衝突して、それを損傷する可能性があるからである
。これは、第2図の実施例による比較的高い電界を利用
することにより避けることができ、その場合、2つの平
坦な開放格子補助陰極38が、各基体16に近接し、か
つ平行に配置されている。負電位がこれらの補助電極に
適用され、2つの端部プレート12が接地されると共に
、補助電極に対して小さい負または正電位にされる。こ
うしてプラズマは2つの補助電極間に限定されるが、こ
れらは電荷および中立基の両方に対しては透明または少
なくとも半透明形態にあるから、そこを自由に通過して
基体に向かうことができる。端部プレート12が小さい
正電位を有することによD、各電極38とその端部プレ
ートとの間に減速電界が生じ、それに対するイオンの衝
突が減少される。2つの電極は円筒体22に対して、そ
れぞれ電気的に絶縁された構造体40により取付けられ
ておD、したがってその電位は個々に調整でき、図示の
実施例においては、同一電位になるように相互に連結さ
れている。
第3図は、単一の基体16のみが設けられるように特徴
づけられた別の装置の例である。可動シ十ツタ42が設
けられて、基体に選択的に材料を蒸着させるために基体
にスクリーン処理することを可能にしている。基体に関
連を有していない陰電極12はリング形状を有し、内容
物が誘導し−タ46により加熱されるようにした取はず
し自在のるつぼ44が設けられて、蒸着中にるつぼ内の
材料が共蒸発することを可能にしている。
づけられた別の装置の例である。可動シ十ツタ42が設
けられて、基体に選択的に材料を蒸着させるために基体
にスクリーン処理することを可能にしている。基体に関
連を有していない陰電極12はリング形状を有し、内容
物が誘導し−タ46により加熱されるようにした取はず
し自在のるつぼ44が設けられて、蒸着中にるつぼ内の
材料が共蒸発することを可能にしている。
前述のように、プラズマ蒸着を包含する最も商業的に興
味ある方法は、水素添加無定形シリコンの薄肉フィルム
を直接形成することであD、この発明の方法および装置
は、このようなフィルムの形成に極めて満足できる状態
で利用される。通常のように、これらのフィルムはシラ
ンガス(Stlln)の分離により形成されると共に、
通常のO,C,法において最小値と考えられる約100
ミリトールの圧力に比較して、10ミリトールの低いガ
ス圧力において効率的に作動することができる。従来技
術における約2〜3オングストローム/秒に比較的高い
成長速度が達成される。水素含有量はシリコンの共蒸発
により制御され、約5〜約25原子%の広範な水素含有
量において、エアマス(AirMass) 1照明下
で、104を越える高い透光ゲインを示すフィルムが得
られる。得られたフィルムは約200°に〜450°に
の広い温度範囲にわたって、良好な付着力と活性コンダ
クションを示した。
味ある方法は、水素添加無定形シリコンの薄肉フィルム
を直接形成することであD、この発明の方法および装置
は、このようなフィルムの形成に極めて満足できる状態
で利用される。通常のように、これらのフィルムはシラ
ンガス(Stlln)の分離により形成されると共に、
通常のO,C,法において最小値と考えられる約100
ミリトールの圧力に比較して、10ミリトールの低いガ
ス圧力において効率的に作動することができる。従来技
術における約2〜3オングストローム/秒に比較的高い
成長速度が達成される。水素含有量はシリコンの共蒸発
により制御され、約5〜約25原子%の広範な水素含有
量において、エアマス(AirMass) 1照明下
で、104を越える高い透光ゲインを示すフィルムが得
られる。得られたフィルムは約200°に〜450°に
の広い温度範囲にわたって、良好な付着力と活性コンダ
クションを示した。
第4図は、このようなシリコンフィルムの製造において
、陽電極22を通る電流と、陽極および陰極間に適用さ
れる電圧とを、異なるシランガス圧力状態で示している
0個々のテスト結果値がプロットされるが、これは60
0〜1000ボルトの範囲では良好に収斂しているから
、混乱を生じないように、結ばれていない、これは、1
0ミリトールという低圧力において達成された結果が、
高い圧力において達成されるものに厳密に匹敵すること
を示しておD、この装置において利用できる最高圧力は
、500より低圧であD、その理由は、この圧力におい
てはアーク放電が確立されて、過度に高い電流およびそ
の結果としての有害なエツチングの高い可能性が、生じ
るからである。これらテスト結果により確立される最も
重要な特性は、適用される電位(したがって電界強度)
および利用できるガス圧力の相対的独立関係であD、こ
れらの異なるパラメータがこれまで可能であったものよ
り広範囲において、個々に調整することが可能になる。
、陽電極22を通る電流と、陽極および陰極間に適用さ
れる電圧とを、異なるシランガス圧力状態で示している
0個々のテスト結果値がプロットされるが、これは60
0〜1000ボルトの範囲では良好に収斂しているから
、混乱を生じないように、結ばれていない、これは、1
0ミリトールという低圧力において達成された結果が、
高い圧力において達成されるものに厳密に匹敵すること
を示しておD、この装置において利用できる最高圧力は
、500より低圧であD、その理由は、この圧力におい
てはアーク放電が確立されて、過度に高い電流およびそ
の結果としての有害なエツチングの高い可能性が、生じ
るからである。これらテスト結果により確立される最も
重要な特性は、適用される電位(したがって電界強度)
および利用できるガス圧力の相対的独立関係であD、こ
れらの異なるパラメータがこれまで可能であったものよ
り広範囲において、個々に調整することが可能になる。
これは、約13cm径の電極を利用し、各陰極および陽
極間の距離が約4〜6.5 cmの研究室型装置であっ
た。グラフにより示されるように、はぼ1500ボルト
までの電圧が、備当り約300ボルトの電界勾配を与え
るために利用できるが、シランに対してより通常の値は
800ポルト、あるいは1当り約160ボルトである。
極間の距離が約4〜6.5 cmの研究室型装置であっ
た。グラフにより示されるように、はぼ1500ボルト
までの電圧が、備当り約300ボルトの電界勾配を与え
るために利用できるが、シランに対してより通常の値は
800ポルト、あるいは1当り約160ボルトである。
別の構造において、この発明の方法を、約10〜約30
0ミリトール、好ましくは30〜50ミリトール、そし
て絶対最大値500ミリトールのガス圧力で作動させる
ことが可能である。これら低圧力は、高価な前駆ガスの
利用の点でがなりの経済的利点を有し、これはもらろん
特別の商業的重要事項である。その結果、ガスの取扱い
および処分において安全性が増大される。この発明の適
用によD、電極間に高い電界を適用することから得られ
る高い放電電流密度が可能になる。たとえば、従来は、
1当り約150〜約350ボルトの電界に対応し、約1
0〜約50μA/cotの放電電流密度において作動さ
れていた。この発明の方法および装置においては、約1
0〜500μAgedの放電電流密度、そして対応する
cm当り約100〜300ボルトの電界強度において作
動することが可能になる。
0ミリトール、好ましくは30〜50ミリトール、そし
て絶対最大値500ミリトールのガス圧力で作動させる
ことが可能である。これら低圧力は、高価な前駆ガスの
利用の点でがなりの経済的利点を有し、これはもらろん
特別の商業的重要事項である。その結果、ガスの取扱い
および処分において安全性が増大される。この発明の適
用によD、電極間に高い電界を適用することから得られ
る高い放電電流密度が可能になる。たとえば、従来は、
1当り約150〜約350ボルトの電界に対応し、約1
0〜約50μA/cotの放電電流密度において作動さ
れていた。この発明の方法および装置においては、約1
0〜500μAgedの放電電流密度、そして対応する
cm当り約100〜300ボルトの電界強度において作
動することが可能になる。
第5図は再びシランから薄肉無定形シリコンフィルムを
形成する場合の、補助陰電極38 (lsH)および中
間隔電Fi 22 (IME)において得られる電流の
比と、電極22に適用される電圧(VME)を、種々の
ガス圧力において示している。得られた全3つのプロッ
トは、圧力の増大により増大される電圧において、これ
らの比に極大値を示しておD、かつ高い蒸着効率がこの
発明により可能になる、低い放電圧力および低い電圧に
おいて可能であることを示している。
形成する場合の、補助陰電極38 (lsH)および中
間隔電Fi 22 (IME)において得られる電流の
比と、電極22に適用される電圧(VME)を、種々の
ガス圧力において示している。得られた全3つのプロッ
トは、圧力の増大により増大される電圧において、これ
らの比に極大値を示しておD、かつ高い蒸着効率がこの
発明により可能になる、低い放電圧力および低い電圧に
おいて可能であることを示している。
この発明の説明は、広範な蒸着材料に適用されることか
ら、−船釣な項目でなされたが、特別の例として、シラ
ンを利用する無定形シリコン層の形成に関するもののみ
が与えられている。他の方法の例としては、プラズマエ
ツチング、基体洗浄、および炭素、ゲルマニウムおよび
窒化シリコンの蒸着がある。プラズマエツチングは化学
的処理方法であD、その場合、表面原子がプラズマの活
性基との反応により除去され、これはたとえば、集積回
路の設計において溝を形成する場合に有用である。基体
洗浄は、プラズマ基の運動エネルギーを表面原子に移送
して、望ましくない表面原子を除去するために利用され
る機械的処理方法である。
ら、−船釣な項目でなされたが、特別の例として、シラ
ンを利用する無定形シリコン層の形成に関するもののみ
が与えられている。他の方法の例としては、プラズマエ
ツチング、基体洗浄、および炭素、ゲルマニウムおよび
窒化シリコンの蒸着がある。プラズマエツチングは化学
的処理方法であD、その場合、表面原子がプラズマの活
性基との反応により除去され、これはたとえば、集積回
路の設計において溝を形成する場合に有用である。基体
洗浄は、プラズマ基の運動エネルギーを表面原子に移送
して、望ましくない表面原子を除去するために利用され
る機械的処理方法である。
記載内容がここに参考のために包含されている前記書籍
も参照されたい。
も参照されたい。
図面は、特別の姿勢状態にある装置を示しているが、利
用される方法は当然、その配置姿勢に依存するものでは
なく、この装置は他の適切な姿勢および構成により利用
できる。電極30および電極38は、ここでは開放格子
として図示され、説明されているが、このような格子を
利用する研究室型装置においては、たとえば、0.3龍
径の細径ワイヤーを約1〜2■の間隔で配置したものか
らなD、半透明、すなわちプラズマ電子に対して十分に
透明な状態で、必要な電界を適用するのに十分な構造を
存している。結果として生じる電界の非一様性が許容さ
れるならば、平坦な開放リング電極を利用することもで
きる。研究室あるいは商業的設備において、包含される
低作動圧力において容易に作動されるように、図示の装
置を十分に気密状態にすることは、通常は困難であると
共に不便であるから、通常は真空化可能な室内に完全に
封入されている。その構造はこの発明の一部をなすもの
ではない。適切な構造は当該技術範囲の知識を有する技
術者にとって容易に明らかになる牟考えられ、したがっ
て特別な説明および例示は省略される。
用される方法は当然、その配置姿勢に依存するものでは
なく、この装置は他の適切な姿勢および構成により利用
できる。電極30および電極38は、ここでは開放格子
として図示され、説明されているが、このような格子を
利用する研究室型装置においては、たとえば、0.3龍
径の細径ワイヤーを約1〜2■の間隔で配置したものか
らなD、半透明、すなわちプラズマ電子に対して十分に
透明な状態で、必要な電界を適用するのに十分な構造を
存している。結果として生じる電界の非一様性が許容さ
れるならば、平坦な開放リング電極を利用することもで
きる。研究室あるいは商業的設備において、包含される
低作動圧力において容易に作動されるように、図示の装
置を十分に気密状態にすることは、通常は困難であると
共に不便であるから、通常は真空化可能な室内に完全に
封入されている。その構造はこの発明の一部をなすもの
ではない。適切な構造は当該技術範囲の知識を有する技
術者にとって容易に明らかになる牟考えられ、したがっ
て特別な説明および例示は省略される。
第1図、第2図および第3図はそれぞれ本発明の第11
第2および第3実施例装置の概略縦断面図、第4図は
異なるガス圧において中間陽電極。 陰電極間に適用される電圧と、中間陽電極を通る電流と
の関係を示すグラフ、第5図は異なるガス圧において第
4図に示される電圧と、補助陰電極を通る電流(Ls、
4)と中間陽電極を通る電流(Il、1りの比1sH/
1sEとの関係を示すグラフある。 10・・・包囲体、12・・・陰電極、14・・・電気
絶縁ガスケット、16・・・基体、18・・・電気ヒー
タ、20・・・14g、22・・・円筒体、24・・・
プラズマ含有領域、26・・・ガス流入口、2B・・・
ガス流出口、30・・・中間陽電極、32・・・構造体
、34・・・D、C,給電部、38・・・補助電極、4
0・・・構造体、42・・・可動シャフタ、44・・・
るつぼ、46・・・誘導ヒータ。 特許出願人 ザ ユニバーシティ オブ トロント
イノヘーションズ ファン デーシラン 代理人 弁理士 薬 師 稔代理人 弁
理士 依 1) 孝 次 部代理人 弁理士
高 木 正 行FIG、1 VME FIG、4 (KオJ・レト) VME (7ボ゛ルヒ) FIG、5
第2および第3実施例装置の概略縦断面図、第4図は
異なるガス圧において中間陽電極。 陰電極間に適用される電圧と、中間陽電極を通る電流と
の関係を示すグラフ、第5図は異なるガス圧において第
4図に示される電圧と、補助陰電極を通る電流(Ls、
4)と中間陽電極を通る電流(Il、1りの比1sH/
1sEとの関係を示すグラフある。 10・・・包囲体、12・・・陰電極、14・・・電気
絶縁ガスケット、16・・・基体、18・・・電気ヒー
タ、20・・・14g、22・・・円筒体、24・・・
プラズマ含有領域、26・・・ガス流入口、2B・・・
ガス流出口、30・・・中間陽電極、32・・・構造体
、34・・・D、C,給電部、38・・・補助電極、4
0・・・構造体、42・・・可動シャフタ、44・・・
るつぼ、46・・・誘導ヒータ。 特許出願人 ザ ユニバーシティ オブ トロント
イノヘーションズ ファン デーシラン 代理人 弁理士 薬 師 稔代理人 弁
理士 依 1) 孝 次 部代理人 弁理士
高 木 正 行FIG、1 VME FIG、4 (KオJ・レト) VME (7ボ゛ルヒ) FIG、5
Claims (12)
- (1)内部へのガス流入口およびそこからのガス流出口
を有すると共に、その内部に2つの隔置された陰電極を
有し、それら電極間にプラズマ含有領域を確立し、かつ
その内部に、前記プラズマ含有領域に配置される中間陽
電極を有し、陽電極が少なくともグローまたはプラズマ
放電の電子に対して透明または半透明とされている包囲
体、を用意すること、少なくとも一つの陰電極が、前記
基体を構成するか、あるいは基体を取付けることができ
るようにすること、包囲体内部に電気的に分解され得る
少なくとも一種の前駆ガスを供給して、必要な材料の基
を供給すること、および陽電極および2つの陰電極間に
、それぞれ作動電圧を与え、前駆ガスのグロー放電分解
を発生させると共に、前記領域に対応するプラズマを発
生させるのに十分な強度の電界をそれぞれ確立すること
、からなることを特徴とするD、C、グローまたはプラ
ズマ放電によりプラズマエッチング、基体洗浄または基
体への材料の蒸着を行なう方法。 - (2)それぞれ前記陰電極および陽電極間で、かつそれ
ぞれ前記陰電極に近接して補助陰陰極を配置し、各作動
電圧を各補助陰電極および陽電極間に適用し、プラズマ
を、2つの補助電極間のプラズマ含有領域に限定させる
こと、を包含する請求項1記載の方法。 - (3)前駆ガス包囲体に対して、約10〜約300ミリ
トールの圧力において供給されるようにした、請求項1
または2記載の方法。 - (4)前記包囲体内に、補助的な交換可能な壁を配置し
、この壁は2つの陰電極間に延設されると共に陽電極を
包囲し、蒸着材料を受容すると共に、蒸着材料が前記包
囲体の内壁に付着することを防止するようにさせた、請
求項1〜3のいずれか一つの項記載の方法。 - (5)陽電極および各陰電極間に適用される前記作動電
圧が、約10〜500μA/cm^2の電流密度をもた
らすように選定されている、請求項1〜4のいずれか一
つの項記載の方法。 - (6)共蒸発により蒸着するための別の材料を包囲体に
供給することを包含する、請求項1〜5のいずれか一つ
の項記載の方法。 - (7)内部へのガス流入口およびそこからのガス流出口
を有すると共に、その内部に2つの隔置された陰電極を
有し、それら電極間のプラズマ含有領域を確立し、かつ
その内部に、前記プラズマ含有領域に配置された中間陽
電極を有し、陽電極が少なくともグローまたはプラズマ
放電の電子ら対して透明または半透明とされている包囲
体と、前記基体を構成するか、あるいは基体を取付ける
ことができる少なくとも一つの陰電極と、ガス流入口に
、電気的に分解され得る少なくとも一種の前駆ガスを供
給し、必要な材料の基を提供する装置と、陽電極および
2つの陰電極間に、それぞれ作動電圧を与え、前駆ガス
のグロー放電分解を発生させると共に、前記領域に対応
するプラズマを発生させるのに十分な強度の電界をそれ
ぞれ確立する装置、とからなることを特徴とするD、C
、グローまたはプラズマ放電によりプラズマエッチング
、基体洗浄または基体への材料の蒸着を行なう装置。 - (8)それぞれ最初に述べた陰電極および陽電極間で、
かつそれぞれ最初に述べた陰電極に近接して配置された
補助陰電極、および各作動電圧を各補助陰電極および陽
電極間に通用し、プラズマを、2つの補助電極間のプラ
ズマ含有領域に限定させる装置、を包含する請求項7記
載の装置。 - (9)前駆ガスを供給する装置が、約10〜約300ミ
リトールの圧力においてそのガスを供給するようにした
、請求項7または8記載の装置。 - (10)前記包囲体内に補助的な交換可能な壁を包含し
、この壁が2つの陰電極間に延設されると共に陽電極を
包囲し、蒸着材料を受容すると共に、前記包囲体の内壁
にその材料が付着することを防止するようにした、請求
項7〜9のいずれか一つの項記載の装置。 - (11)陽電極および各陰電極間に、約10〜500μ
A /cm^2の電流密度をもたらす各作動電圧を供給
する装置を備える、請求項7〜10のいずれか一つの項
記載の装置。 - (12)共蒸発により蒸着するための別の材料を包囲体
内部に供給する装置を包含する、請求項7〜11のいず
れか一つの項記載の装置。
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FR2596580A1 (fr) * | 1986-03-26 | 1987-10-02 | Centre Nat Rech Scient | Generateur de plasma |
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