[发明专利]用微波等离子化学气相沉积法形成以III和V族原子为主组分的功能沉积膜的方法

说明书

本发明与以Ⅲ和Ⅴ族原子作为主要构成原子的形成功能沉积膜（此后称之为“Ⅲ-Ⅴ族沉积膜）的一个改进的工艺有关，特别是该膜可用作为半导体器件的光导元件，用于电子摄影中的光敏器件，图象输入行敏感器、图象拾取装置以及光电动力装置等。

更具体地说，本发明与有效地在基片上形成所说的Ⅲ-Ⅴ族沉积膜的方法有关，形成沉积膜的方法是先形成激发态氢原子，它是利用氢气或氢气与一种稀有气体所组成的混合物与在空腔谐振器中设置的等离子产生室中产生的微波等离子形成的，该空腔谐振器与两个微波阻抗匹配电路构成整体。再把所说的激发状态氢原子与形成膜的原料气体或者说一个单独激活的膜形成原料气体在膜形成室内接触，从而在它们之间引起化学反应，同时还要控制氢原子的激发状态。

为了形成功能沉积膜，特别是半导体沉积膜，业已有了一个适当地考虑了其所要求的电气和物理特性以及其实际用途的合适的膜形成方法。

例如，已经试验了等离子化学气相沉积方法（后面其缩写CVD代替化学气相沉积），活性真空喷镀法、离子镀法、光CVD法，热-感应CVD法，MO    CVD法及MBE法等，其中几种因其适用于形成的要求的半导体器件而在化工业中被采用。

然而，即使是已普通应用的等离子CVD方法，从制备半导体器件的观点看来也是不能完全令人满意的，有时在形成沉积膜时它缺乏等离体的稳定性和重现性。另外，它可能引起产量急剧下降。

为了解决这些问题，例如日本公开特许昭61-189649和昭61-189650曾提出增加膜沉积速率因而也大大改善沉积膜重现性的方法：利用HR-CVD（氢基辅助CVD方法）形成高质量的Ⅲ-Ⅴ族半导体膜。

此外，为了利用约2.45千兆赫的微波有效地形成高密度等离子体，日本专利，公开特许昭55-141729和昭57-133636提出了一种方法：在空腔谐振器周围排列一些电磁体，从而建立ECR（电子回旋共振）的条件。另外，利用高密度等离子体形成各种各样的半导体薄膜的报告也在一些科学会议上相继发表

顺便指出，在上述的HR-CVD的方法中，虽然在激发状态下的氢原子（氢基）对膜的特性及均匀性的控制在形成沉积膜中起了重要的作用，但是对于在生成沉积膜时大量地均匀地控制氢原子的激发状态方面，对于在激活状态控制下生成沉积膜时的化学反应方面，以及从而可随意地，稳定地控制生成的沉积膜的特性方面都尚未作足够的研究，还有一些问题留待解决。

另一方面，在利用ECR的激波等离子CVD在装置中，有如下几个问题：为确立ECR条件，等离子产生室内的压强必须保持小于约10^-3托，这样在生成沉积膜时压强受到限制：在这样的压强水准下气体分子的平均自由程增加了（～1米），由此，膜形成原料气体在微波引进窗附近扩散、分解和反应以使沉积膜粘附到微波引进窗或空腔谐振器的内壁上，这样，使防电不稳，而且粘附在基片上的膜被粘附膜的散落物污染。而且，还有几个问题。这就是：在等离子产生室内的等离子使沿着电磁铁的磁场被送入膜形成腔，这样基片就暴露给相当高密度的等离子体，因而，所形成的沉积膜易于被带电粒子等所损坏，而且，这就限制了要生成的膜的特性的改进。在制备半导体器件过程中的多个沉积膜层压这步中，因为带电粒子等造成的损坏边缘特性易于降低。这就是很难改进半导体器件的特性。

本发明的主要目的是要解决在生成沉积膜先前技术中的前述问题，并提出一个在大面积上以令人满意的均匀度，以好的重现性，对制造高质量半导体器件有效的生成功能沉积膜的方法，该沉积膜由作为属于周期表的Ⅲ和Ⅴ族原子为主构成原子构成。

本发明的另一个目的是提供一个形成功能沉积膜的方法，其方法是把膜形成原料气体引进到膜形成区域（在其上沉积膜的基片的此区域），而膜形成原料气体是利用激活能量事先在与膜形成区分开设置的激活区中被激活的，与此同时形成激发态氢原子，它是借助于微波能的激发从氢气或氢气和一种稀有气体组成的混合物中得到的。这样把形成的激发态氢原子引进到膜形成区域，并把它们同膜形成原材料气体或被激活的膜形成原材料气体相接触以在它们之间引起化学反应，从而在保持预先确定的温度下的基片上形成一个所需要的沉积膜，其中，激发状的氢原子的形成是借助于在设置于腔共振器中的等离子产生室中产生的微波等离子体，其中空腔谐振器与两个微波阻抗匹配电路构成整体，氢原子的激发态是被控制的。