專利名稱：微波等離子化學(xué)汽相淀積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型微波等離子化學(xué)汽相淀積裝置，特別涉及適于用來在基片上形成一層淀積薄膜的改進(jìn)型微波等離子化學(xué)汽相淀積裝置。
等離子化學(xué)汽相淀積過程，是指產(chǎn)生含有高活性基的特殊材料的等離子體，并使活性基在基片的表面上淀積一層薄膜的過程。等離子化學(xué)汽相淀積裝置是指一種用來實(shí)現(xiàn)等離子化學(xué)汽相淀積過程的裝置。
傳統(tǒng)的等離子化學(xué)汽相淀積裝置有一個(gè)等離子化學(xué)汽相淀積室，該室包括一個(gè)帶有原料氣體進(jìn)口和出口的真空容器，以及一個(gè)電磁波發(fā)生裝置用來供給產(chǎn)生導(dǎo)入到等離子化學(xué)汽相淀積室中的原料氣體的等離子體的能量。
附帶說一下，等離子化學(xué)汽相淀積過程是以基的高活性為基礎(chǔ)，等離子化學(xué)汽相淀積過程的條件，諸如基的密度和工件的溫度，要正確地選定，以便能形成所希望的淀積薄膜。在這一方面，等離子化學(xué)汽相淀積過程中，有效地產(chǎn)生基是很重要的。
在過去，在等離子化學(xué)汽相淀積過程中，使用13.56MHZ的高頻電磁波。近來，發(fā)現(xiàn)在等離子化學(xué)汽相淀積過程中，使用頻率為2.45GHZ數(shù)量級(jí)的微波，就能有效地產(chǎn)生高密度的等離子體，并且使工件加熱。這樣，使用微波的等離子化學(xué)汽相淀積過程變成大家注意的對(duì)象，提出了幾種微波等離子化學(xué)汽相淀積裝置。例如，建議各種使用微波的等離子化學(xué)汽相淀積方法(在下文中簡(jiǎn)稱“MW-PCVD方法”)和裝置，來形成非晶體硅(在下文中簡(jiǎn)稱“A-Si)、多晶體硅(以下簡(jiǎn)稱“P-Si”)、SiO2或SiN淀積薄膜，用在制備例如半導(dǎo)體器件，電子照相術(shù)的光電導(dǎo)元件，圖象輸入傳感器，攝象裝置，光伏打裝置，以及其他電子和光學(xué)裝置中。
這些建議的傳統(tǒng)的MW-PCVD裝置粗略地分為兩種類型。
兩種類型中的一種的MW-PCVD裝置，已在日本專利公開58-49295和59-43991中，以及日本實(shí)用新型62-36240中公開。在這種類型的MW-PCVD裝置(以下簡(jiǎn)稱“Ⅰ型MW-PCVD裝置”)中，插入一根氣體管道，或者放在與長(zhǎng)方形或同軸波導(dǎo)管相接觸以產(chǎn)生等離子體。
另一種類型MW-PCVD裝置已在日本專利公開57-133636中揭示。在這種類型MW-PCVD裝置(以下簡(jiǎn)稱“Ⅱ型MW-PCVD裝置”)中，電子回旋共振(ECR)是在一個(gè)共振腔中形成，等離子體是被發(fā)散的磁場(chǎng)誘導(dǎo)出來的。
圖5是表示在日本實(shí)用實(shí)型62-36240中所揭示的Ⅰ型MW-PCVD裝置。這種Ⅰ型MW-PCVD裝置有一個(gè)真空系統(tǒng)，一個(gè)排氣系統(tǒng)和一個(gè)微波發(fā)生系統(tǒng)。
參看圖5，真空系統(tǒng)有一個(gè)反應(yīng)器107，和一個(gè)微波傳輸管如石英管，或一個(gè)內(nèi)徑為40mm數(shù)量級(jí)的窗口，并用一氣體導(dǎo)入管107a連接到反應(yīng)器107上。石英管(或窗口)連接到第一根氣體導(dǎo)入管上，安裝得與微波導(dǎo)管成直角。第二根氣體導(dǎo)入管連接到反應(yīng)器107上。供給反應(yīng)器107的氣體(例如硅烷氣體)是通過排氣系統(tǒng)(107b和108)排出的。經(jīng)第一根氣體導(dǎo)入管導(dǎo)入到反應(yīng)器107的氣體(如氧氣或氮?dú)?由于微波放電被轉(zhuǎn)變成等離子體。當(dāng)由微波能量引起微波放電時(shí)，微波輸入阻抗能夠與一個(gè)滑動(dòng)短路板(也就是說短路器105)相匹配。這樣產(chǎn)生的等離子體的基與經(jīng)第二根氣體導(dǎo)入管供給的硅烷氣體產(chǎn)生反應(yīng)，從而在基片111的表面上形成SiO2或SiN的薄膜。
圖6表示日本專利公開57-133636中所揭示的一個(gè)典型的Ⅱ型MW-PCVD裝置。除了Ⅱ型MW-PCVD裝置中裝有一個(gè)電磁鐵13外，Ⅱ型MW-PCVD裝置的一些系統(tǒng)和外形，與上面的Ⅰ型MW-PCVD裝置相同。在Ⅱ型MW-PCVD裝置中，真空系統(tǒng)包括一產(chǎn)生等離子的圓柱形容器1，和連接到產(chǎn)生等離子容器1上的淀積容器2。一個(gè)微波導(dǎo)入窗口3氣密地附裝在等離子產(chǎn)生容器1上。第一根氣體導(dǎo)入管6和微波波導(dǎo)管4連接到等離子產(chǎn)生容器1上。等離子產(chǎn)生容器1是用水冷卻管5進(jìn)行水冷。圖6中的裝置使用了一個(gè)電磁鐵13，與等離子產(chǎn)生容器1同軸安裝。電磁鐵13的磁力線方向與微波前進(jìn)的方向一致。在電磁鐵所形成的磁場(chǎng)和微波所形成的電場(chǎng)合力作用下，電子進(jìn)行磁控運(yùn)動(dòng)。因此，等離子產(chǎn)生容器1在共振腔中形成TE11t模(t是一個(gè)自然數(shù))。第二根氣體導(dǎo)入管和排氣系統(tǒng)連接到淀積容器2上，停留在淀積容器2中的氣體，通過排氣系統(tǒng)排出。
在圖6中所示的是典型的Ⅱ型MW-PCVD裝置，由微波能量引起的放電使得經(jīng)第一根氣體導(dǎo)管6導(dǎo)入等離子產(chǎn)生容器1中的氣體(氫氣)轉(zhuǎn)變成為等離子體。當(dāng)磁場(chǎng)的磁通密度為875高斯時(shí)，微波能量的反射波幾乎為零。在這個(gè)裝置中，共振腔的端板16是一個(gè)節(jié)流結(jié)構(gòu);它根據(jù)氣體的類型，氣體的壓力和加到共振腔上的微波功率而在真空下移動(dòng)，以便使共振腔符合所要求的條件。氫等離子體的電子，在磁力線的方向作電子回旋運(yùn)動(dòng)，等離子體的基與經(jīng)第二根氣體導(dǎo)入管導(dǎo)入淀積容器2中的氣體(硅烷)起反應(yīng)作用，使得在基片11的全部表面上形成一層A-Si薄膜。
但是Ⅰ型MW-PCVD裝置和Ⅱ型MW-PCVD裝置兩者都有下列問題需要解決。
Ⅰ型MW-PCVD裝置有一些缺點(diǎn)(1)反應(yīng)器的內(nèi)部必須維持真空壓強(qiáng)1乇或高一些，以保持穩(wěn)定的放電;(2)當(dāng)通過氣體導(dǎo)入管時(shí)，基的去激活作用，使得形成薄膜的淀積率降低;(3)在石英管和波導(dǎo)管連接處的一部分石英管上，由于積聚的電場(chǎng)強(qiáng)度而引起濺射，當(dāng)輸入的微波功率增加以便提高成膜率時(shí)，這些濺射的顆粒摻混在淀積薄膜中，使淀積薄膜的電氣特點(diǎn)惡化。
雖然在Ⅱ型MW-PCVD裝置中，沒有由于基的去激活作用和石英管上的濺射引起的問題，但是Ⅱ型MW-PCVD裝置有以下一些問題。
即(4)由于薄膜的形成是在壓強(qiáng)為10-4乇的數(shù)量級(jí)下進(jìn)行，在基的平均自由程約為1米的地方，在使用氫氣和硅烷氣形成A-Si薄膜時(shí)，A-Si薄膜很可能淀積在微波導(dǎo)入窗口上，而不淀積在基片上，從而A-Si薄膜逐漸淀積在整個(gè)共振腔的內(nèi)壁上，使保持放電和開始放電困難。(5)不久在微波導(dǎo)入窗口淀積的A-Si薄膜，使微波的導(dǎo)入窗口縮小，減少在基片上成膜，惡化淀積薄膜的質(zhì)量。(6)淀積容器的內(nèi)部需要經(jīng)常清掃，以避免由于微波導(dǎo)入窗口的縮小，而使淀積薄膜惡化。因此，(7)裝置的運(yùn)行率是低的。
Ⅱ型MW-PCVD裝置還有一個(gè)問題，對(duì)運(yùn)行效率有不利的影響，它的共振腔的端板16必須在真空下移動(dòng)，以改變共振腔的長(zhǎng)度，因?yàn)槲⒉▽?dǎo)入窗口3是牢固地安裝在波導(dǎo)管4上。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)型MW-PCVD裝置，以消除以上所述在傳統(tǒng)的MW-PCVD裝置上所存在的各種問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)型MW-PCVD裝置，不使用在電子回旋共振系統(tǒng)裝置中所需要的大電磁鐵，而使用合適選定的微波傳播模式，就能夠在具有較大平面的基片上，淀積一層均勻一致的薄膜。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)型MW-PCVD裝置，能夠連續(xù)地使微波輸入阻抗與由于微波能量所引起的放電相匹配，并與氣體的電離作用區(qū)域面積無關(guān)，有效地利用微波能量，能夠大量生產(chǎn)所希望的淀積薄膜。
本發(fā)明者已做了廣泛的研究，以便能消除傳統(tǒng)的MW-PCVD裝置中所存在的上述問題，并取得本發(fā)明的上述一些目的。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的MW-PCVD裝置中存在的問題能夠消除，而本發(fā)明的上述一些目的可以達(dá)到，即通過提供的一種MW-PCVD裝置中有(a)使用壓力梯度來代替電子回旋共振系統(tǒng)中MW-PCVD裝置上所使用的磁場(chǎng)梯度，來抑制氣體的反向擴(kuò)散裝置，(b)有一成膜室，它的結(jié)構(gòu)可以起到共振腔的作用，而不依賴于等離子體的密度能與微波匹配，和(c)在共振腔中設(shè)有一鐘罩，以使微波進(jìn)入TM模。
本發(fā)明在以上探索的基礎(chǔ)上，已達(dá)到目的，它提供了一種MW-PCVD裝置，主要有一個(gè)氣密真空容器;抽氣裝置以抽真空容器;等離子體發(fā)生裝置，通過微波傳輸系統(tǒng)導(dǎo)入微波至真空容器中，在真空容器中產(chǎn)生等離子體，它的特點(diǎn)在于微波傳輸系統(tǒng)是具有一個(gè)與兩個(gè)相匹配回路形成一個(gè)整體的共振腔。
根據(jù)本發(fā)明這樣結(jié)構(gòu)的MW-PCVD裝置，解決了傳統(tǒng)式MW-PCVD裝置中所存在的所有問題，能在高的運(yùn)行率和運(yùn)行效率得到改進(jìn)下運(yùn)行，以降低非晶體硅元件之類的制造成本，取消了電子回旋共振系統(tǒng)中的MW-PCVD裝置上所使用的大電磁鐵，而用正確選定的微波傳播模式，使得能在大面積的基片表面上形成所希望的均勻的淀積薄膜。此外，共振腔與聯(lián)結(jié)孔之間的距離是可改變的，不管氣體的電離作用區(qū)域面積多大，微波輸入阻抗能連續(xù)地調(diào)配，從而能有效的利用微波功率和高效率的使用氣體。


圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的典型的MW-PCVD裝置的示意透視圖;
圖2，3和4分別是根據(jù)本發(fā)明另外的幾個(gè)實(shí)施方案的示意斷面圖;
圖5和6是有助于解釋傳統(tǒng)式MW-PCVD裝置的示意斷面圖。
與上述(a)項(xiàng)有關(guān)的一個(gè)機(jī)構(gòu)，按以下方式能夠并入根據(jù)本發(fā)明的MW-PCVD裝置中。以共振腔的結(jié)構(gòu)形成一個(gè)真空容器，真空容器的內(nèi)部有一區(qū)段是共振腔，另一區(qū)段是成膜室，它是用相當(dāng)于上述共振腔端板的有孔眼的板分隔開來。一種氣體，如氫氣或氬氣，而不是作為原料的氣體如硅烷，供給到真空容器中的共振腔中，保持共振腔中的壓力高于成膜室的壓力，以使在真空容器中的壓力，從共振腔向成膜室在一壓力梯度下降低。因此，在壓強(qiáng)為10-3至1乇的范圍內(nèi)，產(chǎn)生放電。因?yàn)樵谶@樣的壓力下，等離子體的基的平均自由程是短的，氣體的流動(dòng)由壓力梯度來調(diào)節(jié)，作為原料的氣體的反向擴(kuò)散能有效的得到抑制。
與上述(b)項(xiàng)有關(guān)的一個(gè)結(jié)構(gòu)，如裝有兩個(gè)能夠根據(jù)微波的相位和振幅進(jìn)行調(diào)整的匹配回路后，就能夠
入到根據(jù)本發(fā)明的MW-PCVD裝置中。因?yàn)轳v波的能量是積聚在匹配回路和共振腔之間，較好是匹配回路和共振腔之間的距離減少到盡可能小的程度。最好匹配回路和共振腔是一個(gè)整體;一個(gè)匹配系統(tǒng)用來作為短路器來改變空腔的長(zhǎng)度。
附帶說一下，反射回來的微波，它的相位和振幅主要與等離子密度和微波供給回路的形態(tài)有關(guān)。這就是說，等離子密度和復(fù)折射率n-ik(0＜n＜1)，k是吸收系數(shù))是依賴于氣體的類型，氣體的壓力或輸入的微波功率。因此，為保持共振腔的功能，n和k的影響必須為零。
因?yàn)橛酶淖兛涨坏膬?nèi)徑使n的影響為零是困難的，共振腔的空腔長(zhǎng)度L可以增長(zhǎng)一個(gè)相當(dāng)于減少空腔內(nèi)徑至原有長(zhǎng)度的n倍(0＜n＜1)。
當(dāng)共振頻率f為2.45GHZ時(shí)，共振模TMrst和空腔的內(nèi)徑nD為已知時(shí)，新的空腔長(zhǎng)度的等價(jià)值L′能按下式來決定。
(2L′)2＝t2/｛(f/c)2-(yrs/πnD)2｝…(1)式中yrs是貝塞爾函數(shù)的根Jr(y)＝0，C是光的速度。
從公式(1)中可以清楚地看到，n的影響可根據(jù)n的變化改變共振腔的長(zhǎng)度L而為零。
k的影響，就是反射波振幅和相位差δ的影響，用調(diào)節(jié)兩個(gè)匹配回路能夠使其為零。
事實(shí)上，因?yàn)閚和k是相互依賴的，共振器的長(zhǎng)度和滑動(dòng)匹配膜片的位置可以對(duì)一組n和k來調(diào)節(jié)。
另一方面，反射波的相位和振幅是根據(jù)微波供給回路的形態(tài)而定，調(diào)節(jié)兩個(gè)匹配回路能夠有效的匹配。
與上述(c)項(xiàng)有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如直接連接一個(gè)長(zhǎng)方形波導(dǎo)管和一個(gè)圓柱形共振腔，使兩者的軸相互成直角相交如圖1所示，就能夠 入本發(fā)明的MW-PCVD裝置中。當(dāng)長(zhǎng)方形波導(dǎo)管和圓柱形共振腔以這樣方式連接后，改變共振腔長(zhǎng)度的操作，不會(huì)受到長(zhǎng)方形波導(dǎo)管的妨礙。在圓柱形共振腔中，微波處在TM01n模(n是一個(gè)自然數(shù))，共振腔的長(zhǎng)度甚至在大氣壓力下也可以改變，從而促進(jìn)運(yùn)行效率。
本發(fā)明將在下文參考在附圖中所示的幾個(gè)最佳實(shí)施方案加以描述，但是，現(xiàn)有的實(shí)施方案是解說性的，不是限制性的，因此本發(fā)明是不限于此的。
第一個(gè)實(shí)施方案根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案中的MW-PCVD裝置，將參考圖1作為裝上一個(gè)圓柱形共振腔來加以描述。
圖1中所示是一個(gè)長(zhǎng)方形波導(dǎo)管21，一個(gè)圓柱形共振腔22，一個(gè)短路器23來改變共振腔22的長(zhǎng)度，一對(duì)圓柱形滑動(dòng)匹配膜片24，一個(gè)微波透射鐘罩25，一個(gè)微波反射器26，一個(gè)成膜容器27，一個(gè)基片28，一個(gè)基片夾架29和氣體導(dǎo)入管30和31。
實(shí)質(zhì)上，圖1中所示的MW-PCVD裝置是一個(gè)共振腔型的MW-PCVD裝置，有一個(gè)微波振蕩器(未在圖中示出)，一個(gè)微波傳輸回路(未在圖中示出)，一個(gè)共振腔和一個(gè)成膜室，設(shè)有一個(gè)作為等離子發(fā)生室的微波透射鐘罩，氣體導(dǎo)入管(30和31)和一個(gè)氣體出口(32)。
最好，共振腔22是由一種低電阻率和高耐磨性的材料制成，以便減小由于微波表面電流的歐姆損耗和短路器23沿著圓筒形共振腔的內(nèi)側(cè)表面滑動(dòng)時(shí)，圓柱形共振腔22的磨耗。因此，銅、黃銅和一種鍍銀、鍍銅或鍍金的不銹鋼，是制造共振腔22合乎需要的材料;尤其是鍍銀的不銹鋼是一種最佳的材料。
圓柱形共振腔22和長(zhǎng)方形波導(dǎo)管21的軸是相互成直角相交連接在一起，以改變長(zhǎng)方形波導(dǎo)管21的H10(TE10)波型為圓形波導(dǎo)管的E01(TM01)波型。共振腔22與兩個(gè)匹配系統(tǒng)形成為一整體，就是指用來改變共振腔22長(zhǎng)度的短路器23和圓柱形滑動(dòng)匹配膜片24。
短路器23是沿著共振腔22的軸向移動(dòng)。短路器也可以例如用一馬達(dá)35來驅(qū)動(dòng)，沿著共振腔的軸向移動(dòng)。為了防止共振腔22和短路器23之間的反常放電，短路器23是由制彈簧用的磷銅來制造，以便短路器23能與共振腔22穩(wěn)定地接觸。
一對(duì)圓柱形滑動(dòng)匹配膜片24是分別安裝在長(zhǎng)方形波導(dǎo)管21與容積共振器22連結(jié)處相對(duì)立的兩端。如圖1雙向箭頭所指示的那樣，這一對(duì)圓柱形滑動(dòng)匹配膜片24，是可以單獨(dú)沿著共振腔22圓柱形的表面滑動(dòng)。與短路器23相同，滑動(dòng)匹配膜片24是由磷銅制成的，以便滑動(dòng)匹配膜片24與共振腔22能穩(wěn)定地接觸。
微波透射鐘罩25是安裝在共振腔22內(nèi)，例如內(nèi)徑為120毫米。鐘罩25與成膜容器27相連接。有一個(gè)O形圈或一金屬密封元件以保證氣密，微波反射器26設(shè)在鐘罩25的凸緣和成膜容器27之間。微波由微波反射器26反射回來，以致氣體能夠在鐘罩25內(nèi)部和成膜容器27之間流動(dòng)。
鐘罩25是由石英(SiO2)，鋁土(Al2O3)，氮化硼(BN)或氮化硅(SiN)制成。
微波反射器26是一塊多孔的鍍有銀，銅，或金的金屬板(鍍銀的金屬板特別合適)，設(shè)有許多穿孔，例如一塊多孔的鋁板，有許多直徑為6毫米的圓孔，孔的面積占60%，這就是通常所說的穿孔板。微波反射器26是用絲扣擰到成膜容器27上，以抑制反常放電。微波反射器26也可由多孔金屬網(wǎng)來制造。
安裝在成膜容器27中的是基片28，基片夾架29和兩根氣體導(dǎo)入管30和31。氣體導(dǎo)入管30的末端，穿透微波反射器26，在鐘罩25的內(nèi)部開口。氣體導(dǎo)入管31有一個(gè)環(huán)形的端部，設(shè)有許多穿孔以噴射一種氣體。氣體導(dǎo)入管31是裝在鐘罩25和基片夾架29之間。
成膜容器27是連接到真空泵(未在圖中示出)上，以便抽成膜容器27中的空氣。
在開始運(yùn)轉(zhuǎn)MW-PCVD裝置之前，根據(jù)本發(fā)明這樣的結(jié)構(gòu)，共振腔22的長(zhǎng)度調(diào)整到稍短于mλ/2值(m是一個(gè)自然數(shù))，具體說，用網(wǎng)絡(luò)分析器(HeuletPackardCo產(chǎn)品)先測(cè)量網(wǎng)絡(luò)隨后決定共振腔22的長(zhǎng)度，以便共振腔22和其中的鐘罩25一起作用。當(dāng)鐘罩25壁厚為3毫米，直徑為70毫米，高為100毫米時(shí)，共振腔22長(zhǎng)度的縮短是3毫米，共振腔的長(zhǎng)度為291毫米。當(dāng)鐘罩25壁厚為3毫米，直徑為110毫米，高為100毫米時(shí)，共振腔22長(zhǎng)度的縮短是4毫米，共振腔22的長(zhǎng)度是290毫米。
在共振腔22的長(zhǎng)度這樣調(diào)整以后，MW-PCVD裝置的操作可開始。在操作時(shí)，微波振蕩器(未在圖中示出)的輸出微波功率，經(jīng)過波導(dǎo)管21傳輸出去，被共振腔22增強(qiáng)放大。氫氣或氫和氬的混合氣體經(jīng)過氣體導(dǎo)入管30，導(dǎo)入到鐘罩25中，開始產(chǎn)生等離子體。但是，在開始放電之后，由于微波反射急劇增加，通過裝在微波傳輸回路中的功率監(jiān)視器進(jìn)行監(jiān)視，調(diào)整短路器23和滑動(dòng)匹配膜片24，以便降低反射功率。
表1表示舉例配置兩個(gè)匹配回路，當(dāng)MW-PCVD裝置使用3毫米壁厚，70毫米直徑，100毫米高的石英鐘罩產(chǎn)生氫等離子體時(shí)，以降低微波反射比率至一小于10%的值。表1中的數(shù)值表示兩個(gè)匹配系統(tǒng)的配置，在開始放電以后，使共振腔22的長(zhǎng)度調(diào)準(zhǔn)到290毫米，滑動(dòng)匹配膜片24之間的開口在開始放電之前完全打開(開口96×27毫米)。
微波振蕩器連續(xù)產(chǎn)生微波。在MW-PCVD裝置中使用的微波振蕩器，能夠在輸出功率200至500瓦的范圍內(nèi)，產(chǎn)生一種脈沖百分率不大于10%的微波。一旦等離子產(chǎn)生后，脈動(dòng)百分率不大于10%的微波功率連續(xù)加到等離子體上，以建立一個(gè)穩(wěn)定態(tài)。共振腔的長(zhǎng)度和滑動(dòng)匹配膜片之間的開口，在放電之前調(diào)整一次，在放電之后穩(wěn)定態(tài)中調(diào)整一次，以便微波的輸入阻抗是匹配的。
用本發(fā)明的MW-PCVD裝置來淀積A-Si之類的薄膜，發(fā)生在傳統(tǒng)式MW-PCVD裝置中的系統(tǒng)中原料氣體的反向擴(kuò)散，就能夠簡(jiǎn)單地用控制原料氣體流率之間的比率來排除，所以所希望的薄膜能有效地淀積起來。
成膜操作根據(jù)上述本發(fā)明的MW-PCVD裝置，一種A-Si∶H∶F薄膜在石英基片上淀積起來。成膜條件列于表2中。
在表2中，SiF4氣體是作為原料氣體用來成膜，氫和氬氣是作為原料氣體來產(chǎn)生等離子體。
在傳統(tǒng)的MW-PCVD裝置中發(fā)生的氣體的反向擴(kuò)散，用調(diào)節(jié)SiF4氣體和氫氬混合氣體流率的比值在1/10或以上來消除。
用傳統(tǒng)的鑒定方法來鑒定所形成的A-Si∶H∶F薄膜。鑒定的結(jié)果表明A-Si∶H∶F薄膜具有下列特性，在實(shí)際應(yīng)用上是非常有用的。
光電導(dǎo)性δp3.5×10-6(Ω-1cm-1)暗電導(dǎo)率δd1.2×10-10(Ω-1cm-1)光帶能隙Egopt1.86(ev)激活能0.73(ev)第二個(gè)實(shí)施方案根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)MW-PCVD裝置的實(shí)施方案，將在下面進(jìn)行描述。在第二個(gè)MW-PCVD裝置的實(shí)施方案中，使用了圓柱形滑動(dòng)匹配膜片24，它按圖4中用雙方箭頭所示的方向滑動(dòng)，即平行于共振腔的軸體，以取代第一個(gè)實(shí)施方案中所使用的圓柱形滑動(dòng)匹配膜片24繞共振腔22的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。滑動(dòng)匹配膜片24用同樣在第一個(gè)實(shí)施方案中所使用的方法，來保持與共振腔22穩(wěn)定的滑動(dòng)接觸。除了下述的幾個(gè)方面外，第二個(gè)實(shí)施方案在結(jié)構(gòu)上與第一個(gè)實(shí)施方案是相同的。
其實(shí)，圓柱形開口在第一個(gè)實(shí)施方案中是一個(gè)電感性開口(L開口)，而在第二個(gè)實(shí)施方案中圓柱形開口是一個(gè)電容性的(C開口)。所以第二個(gè)實(shí)施方案微波輸入阻抗的校正量是大于第一個(gè)實(shí)施方案。因此，第二個(gè)實(shí)施方案中的MW-PCVD裝置是適用于連續(xù)成膜的過程，其使用的氣體在電離作用區(qū)域面積上是相互完全不同的，例如一個(gè)連續(xù)成膜過程，使用的氣體的電離截面相互差別很大，例如在成膜過程的初始階段用一種小電離截面的氣體，如氫氣來放電，在氫氣排出后，為進(jìn)一步作膜淀積，用有大的電離截面的氣體，如氬氣或SiF4氣來放電。
當(dāng)使用一個(gè)長(zhǎng)方形共振腔時(shí)，使用扁平的滑動(dòng)匹配膜片24，以取代圓柱形滑動(dòng)匹配膜片。
第三個(gè)和第四個(gè)實(shí)施方案圖2和3分別是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)和第四個(gè)實(shí)施方案。在第三個(gè)實(shí)施方案中的MW-PCVD裝置中，使用了一個(gè)三抽頭調(diào)諧器33，以取代滑動(dòng)匹配膜片，而在第四個(gè)實(shí)施方案中的MW-PCVD裝置中，使用了一個(gè)E-H調(diào)諧器，以取代滑動(dòng)匹配膜片。
在第三和第四個(gè)實(shí)施方案中的任何一個(gè)方案，微波能量是趨向于集積在圓柱形共振腔和調(diào)諧器之間，以熱的形式損失。所以，最好減小圓柱形容積共振腔和調(diào)諧器凸緣之間距離至盡可能小的范圍，以便防止微波能量的損失。
第四個(gè)實(shí)施方案中的MW-PCVD裝置有一個(gè)氣體導(dǎo)入管30，插入穿過附裝在共振腔22的側(cè)壁上的直徑為6毫米，長(zhǎng)為70毫米的氣密導(dǎo)向元件進(jìn)入鐘罩25，以便將氣體導(dǎo)入鐘罩內(nèi)。當(dāng)輸入的微波功率太高，氣體導(dǎo)入管30的內(nèi)部表面被導(dǎo)入鐘罩25內(nèi)的氣體的等離子體濺射。最好是調(diào)整輸入的微波功率為250瓦或以下，以防止氣體導(dǎo)入管30的被濺射。
第五個(gè)實(shí)施方案在第一個(gè)實(shí)施方案中，在開始放電后，為了在短時(shí)間內(nèi)匹配輸入的微波阻抗，首先，用短路器23改變共振腔22的長(zhǎng)度來粗調(diào)輸入微波阻抗;然后用滑動(dòng)匹配膜片24對(duì)輸入微波阻抗進(jìn)行精調(diào)。根據(jù)由插入在微波振蕩器和反應(yīng)室之間的微波傳輸回路中的功率監(jiān)視器所提供的信號(hào)計(jì)算反射功率與輸入功率的比值，然后短路器23由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)36(圖1)驅(qū)動(dòng)，作軸向移動(dòng)以降低此比值至最小。
在降低此比值至最小以后，短路器23停止，然后操作圓柱形滑動(dòng)匹配膜片24(第一實(shí)施方案)或調(diào)諧器33(第二個(gè)實(shí)施方案)，以精細(xì)地選配微波輸入阻抗完成匹配操作。
權(quán)利要求
1.一種微波等離子化學(xué)汽相淀積裝置(下文中簡(jiǎn)稱“MW-PCVD裝置”)包括一個(gè)氣密的真空容器；作為原料的氣體導(dǎo)入裝置，以導(dǎo)入作為原料的氣體至真空容器中；抽氣裝置，以抽出真空器內(nèi)的空氣；以及微波導(dǎo)入裝置，經(jīng)過一個(gè)微波傳輸回路，以引導(dǎo)微波進(jìn)入至真空容器中，使真空容器中產(chǎn)生等離子體；其特征在于微波傳輸回路包括一個(gè)與兩個(gè)匹配回路形成一個(gè)整體的共振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的MW-PCVD裝置，其中與所述共振腔形成一個(gè)整體的所述匹配回路是一個(gè)改變共振腔長(zhǎng)度的短路器和一對(duì)滑動(dòng)匹配膜片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的MW-PCVD裝置，其中所述共振腔是一個(gè)圓柱形共振腔，所述滑動(dòng)匹配膜片是圓柱形滑動(dòng)匹配膜片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的MW-PCVD裝置，其中所述共振腔是一個(gè)長(zhǎng)方形共振腔，所述滑動(dòng)匹配膜片是扁平的滑動(dòng)匹配膜片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的MW-PCVD裝置，其中所述微波導(dǎo)入裝置包括一個(gè)連續(xù)振蕩的微波振蕩器，在所述的共振腔中有一個(gè)微波傳輸鐘罩，限定一個(gè)放電的空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的MW-PCVD裝置，其中所述匹配系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)，是一個(gè)E-H調(diào)諧器，或一個(gè)三抽頭調(diào)諧器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的MW-PCVD裝置，其中所述微波傳輸回路包括一個(gè)功率監(jiān)視裝置，和一個(gè)反饋控制機(jī)構(gòu)，在功率監(jiān)視裝置所提供的信號(hào)基礎(chǔ)上，來計(jì)算反射功率和輸入功率的比值，驅(qū)動(dòng)匹配回路中的一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)微波輸入阻抗的粗調(diào)，然后驅(qū)動(dòng)另一個(gè)匹配回路，以精細(xì)選配微波輸入阻抗，以便使計(jì)算的比值降低至最小值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的MW-PCVD裝置中的一個(gè)反饋控制方法，其中所述微波傳輸回路包括一個(gè)功率監(jiān)視裝置，反射功率和輸入功率的比值是在功率監(jiān)視裝置所提供的信號(hào)基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，操作匹配回路中的一個(gè)粗調(diào)微波的輸入阻抗，然后操作另一個(gè)回路細(xì)調(diào)選配微波輸入阻抗，以便使比值降低至最小值。
全文摘要
一種微波等離子化學(xué)汽相淀積裝置(MW-PCVD裝置)，包括真空容器，抽氣裝置，微波導(dǎo)入裝置。微波傳輸回路包括共振腔。與兩個(gè)匹配回路形成整體。MW-PCVD裝置能在高運(yùn)行率下運(yùn)行，改進(jìn)工作效率，降低A-Si元件的制造成本，降低用MW-PCVD裝置淀積薄膜時(shí)，各元件間的性能偏差。
文檔編號(hào)C23C16/511GK1036233SQ89100619
公開日1989年10月11日 申請(qǐng)日期1989年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月1日
發(fā)明者越前裕 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社