JP2784784B2 - Method and apparatus for forming functional deposited film by microwave plasma CVD - Google Patents

Method and apparatus for forming functional deposited film by microwave plasma CVD

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JP2784784B2
JP2784784B2 JP1030972A JP3097289A JP2784784B2 JP 2784784 B2 JP2784784 B2 JP 2784784B2 JP 1030972 A JP1030972 A JP 1030972A JP 3097289 A JP3097289 A JP 3097289A JP 2784784 B2 JP2784784 B2 JP 2784784B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、機能性堆積膜、特に半導体デバイス、電子
写真用感光体デバイス、画像入力用ラインセンサー、撮
像デバイス、光起電力デバイス等に有用な結晶質、又は
非単結晶質の機能性堆積膜のマイクロ波プラズマCVD法
による改善された堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置に
関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention is useful for functionally deposited films, particularly semiconductor devices, electrophotographic photoreceptor devices, image input line sensors, imaging devices, photovoltaic devices, etc. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improved method for forming a deposited film by a microwave plasma CVD method for a highly crystalline or non-single crystalline functional deposited film and a deposited film forming apparatus.

〔従来技術の説明〕[Description of Prior Art]

従来、半導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、
画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デ
バイス、その他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、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〔A−Si(H,X)〕等
の非単結晶質の堆積膜またはダイヤモンド薄膜のような
結晶質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。
Conventionally, semiconductor devices, photoreceptor devices for electrophotography,
As an element member used for an image input line sensor, an imaging device, a photovoltaic device, other various electronic elements, optical elements, etc., amorphous silicon, for example, amorphous silicon compensated with hydrogen or / and halogen (eg, fluorine, chlorine, etc.) A non-single crystalline deposited film such as [A-Si (H, X)] or a crystalline deposited film such as a diamond thin film has been proposed, and some of them have been put to practical use.

そして、こうした堆積膜は、プラズマCVD法、すなわ
ち、原料ガスを直流または高周波、あるいはマイクロ波
によるグロー放電によって分解し、ガラス、石英、耐熱
性合成樹脂フィルム、ステンレス、アルミニウムなどの
基体上に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。
Such a deposited film is decomposed by a plasma CVD method, that is, a source gas is decomposed by a glow discharge using a direct current, a high frequency, or a microwave, and deposited on a substrate such as glass, quartz, a heat-resistant synthetic resin film, stainless steel, or aluminum. It is known to be formed by a method of forming a hologram, and various apparatuses have been proposed.

特に近年マイクロ波グロー放電分解を用いたプラズマ
CVD法すなわちマイクロ波プラズマCVD法が工業的にも注
目されている。
Especially, plasma using microwave glow discharge decomposition in recent years
The CVD method, that is, the microwave plasma CVD method has attracted industrial attention.

マイクロ波プラズマCVD法は、他の方法に比べ高デポ
ジション速度と高い原料ガス利用効率という利点を有し
ている。こうした利点を生かしたマイクロ波プラズマCV
D技術の1つの例が、特開昭60−186849号公報に記載さ
れている。該公報に記載の技術は、概要、マイクロ波エ
ネルギーの導入手段を取り囲むように基体を配置して内
部のチャンバー(すなわち放電空間)を形成するように
して、原料ガス利用効率を高めるようにしたものであ
る。また、特開昭61−283116号公報には、半導体部材製
造用の改良形マイクロ波技術が開示されている。すなわ
ち、当該公報は、プラズマ空間中にプラズマ電位制御と
して電極を設け、この電極に所望の電圧を印加して堆積
膜へのイオン衝撃を制御しながら膜堆積を行うようにし
て堆積膜の特性を向上させる技術を開示している。
The microwave plasma CVD method has the advantages of a higher deposition rate and higher source gas utilization efficiency than other methods. Microwave plasma CV taking advantage of these advantages
One example of the D technique is described in JP-A-60-186849. The technology described in this publication is an outline in which a base is arranged so as to surround a means for introducing microwave energy so as to form an internal chamber (that is, a discharge space), thereby improving the utilization efficiency of a source gas. It is. Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-283116 discloses an improved microwave technology for manufacturing semiconductor members. That is, this publication discloses that an electrode is provided in a plasma space as a plasma potential control, and a desired voltage is applied to the electrode to perform film deposition while controlling ion bombardment on the deposited film to improve the characteristics of the deposited film. It discloses techniques for improving.

更に特開昭63−241178号公報には堆積膜の特性向上の
ためのもう1つの技術が開示されている。すなわち、当
該公報は、プラブマの発生する放電空間を取り囲むよう
に複数の基体を設置しこれらの基体間に電界が発生する
ように少なくとも1つの基体に電圧を印加し堆積膜への
イオン衝撃を制御する技術を開示している。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-241178 discloses another technique for improving the characteristics of a deposited film. That is, the publication discloses that a plurality of substrates are provided so as to surround a discharge space in which plasma is generated, and a voltage is applied to at least one substrate so that an electric field is generated between these substrates to control ion bombardment on a deposited film. To disclose the technology.

これらの従来の技術により比較的厚い光導電性材料
を、ある程度高速の堆積速度と原料ガスの利用効率で製
造することが可能となった。このようにして改良された
従来の堆積膜形成方法は、例えば円筒形電子写真感光体
の製造の場合には、第4(A)図の膜式的縦断面図及び
第4(B)図の模式的横断面図(第4(B)図は第4
(A)図に示す装置の模式的横断面図)に示された装置
を介して以下のように行われる内容のものである。
These conventional techniques have made it possible to produce a relatively thick photoconductive material at a relatively high deposition rate and source gas utilization efficiency. In the case of manufacturing a cylindrical electrophotographic photosensitive member, for example, the conventional method for forming a deposited film improved in this manner is the same as that shown in FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B). FIG. 4 (B) is a schematic cross-sectional view.
(A) Schematic cross-sectional view of the apparatus shown in the figure) is performed as follows through the apparatus shown in FIG.

即ち、第4(A)図及び第4(B)図に図示の装置に
ついて説明するに、401は成膜室(反応容器)であり、
該室は真空気密に保持できる構造を成している。また、
402は、マイクロ波電力を反応容器内に効率よく透過
し、かつ該反応容器内を真空気密に保持し得るような材
料、例えば石英ガラス、アルミナセラミックス等で形成
されたマイクロ波導入誘電体窓である。403はマイクロ
波電力の伝送部で導波管より成っており、スタブチュー
ナー(図示せず)、アイソレーター(図示せず)を介し
てマイクロ波電源(図示せず)に接続されている。誘電
体窓402は導波管403壁に気密封止されている。404は一
端が反応容器401内に開口し、他端が排気装置(図示せ
ず)に連通している排気管である。406は複数の円筒形
基体405により包囲されて形成された放電空間を示す。
なお、いずれの円筒形基体も、ヒーター407を内蔵する
円筒形のホルダー上に設置されていて、各個のホルダー
は駆動手段(回転モーター)410により適宜回転され得
るようになされている。
That is, to describe the apparatus shown in FIGS. 4A and 4B, reference numeral 401 denotes a film forming chamber (reaction vessel);
The chamber has a structure capable of maintaining vacuum tightness. Also,
Reference numeral 402 denotes a microwave introducing dielectric window formed of a material capable of efficiently transmitting microwave power into the reaction vessel and maintaining the inside of the reaction vessel in a vacuum-tight manner, such as quartz glass or alumina ceramics. is there. Reference numeral 403 denotes a microwave power transmission unit formed of a waveguide and connected to a microwave power supply (not shown) via a stub tuner (not shown) and an isolator (not shown). The dielectric window 402 is hermetically sealed to the waveguide 403 wall. An exhaust pipe 404 has one end opening into the reaction vessel 401 and the other end communicating with an exhaust device (not shown). Reference numeral 406 denotes a discharge space formed by being surrounded by the plurality of cylindrical substrates 405.
Note that each of the cylindrical substrates is provided on a cylindrical holder containing a heater 407, and each holder can be appropriately rotated by a driving means (rotary motor) 410.

また第5図は、上述の第4(A)図に示した従来装置
における直流電源411の回路の一例を示すブロック図で
あり、整流器、平滑器及びパワーモニターから成り立っ
ている。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a circuit of the DC power supply 411 in the conventional device shown in FIG. 4 (A), and comprises a rectifier, a smoothing device, and a power monitor.

こうした装置をもってする従来の堆積膜形成方法によ
る堆積膜形成は、以下のようにして行われる。まず真空
ポンプ(図示せず)により排気管404を介して、反応容
器401内を排気し、該反応器内の圧力、即ち内圧を1×1
0-7Torr以下の程度に調整する。ついでヒーター407によ
り、全ての円筒形基体(405)を膜堆積に好適な温度に
加熱保持する。そして原料ガスを不図示の前記円筒形基
体の背後に設けられたガス導入手段を介して、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、シ
ランガス、水素ガス等の原料ガスを反応容器401内に導
入する。それと同時併行的にマイクロ波電源(図示せ
ず)により周波数500MHz以上の、好ましくは2.45GHzの
マイクロ波を発生させ、該マイクロ波を導波管403そし
て誘電体窓402を介して反応容器401内に導入する。更に
放電空間406内に設けられた電極412と円筒形基体405の
間に直流電圧を印加する。かくして複数の円筒形基体
(405)により囲まれて形成された放電空間406におい
て、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、更に円筒形基体との間の電界により定常的に
円筒形基体上にイオン衝撃を受けながら、全ての円筒形
基体(405)の表面に堆積膜の形成がなされるところと
なる。この時、全ての円筒形基体(405)を反応容器内
の見かけ上の中心軸の回りに基体母線方向に自転させる
ことにより、個々の円筒形基体についてその全表面に堆
積膜が形成される。
The deposition film formation by the conventional deposition film forming method using such an apparatus is performed as follows. First, the inside of the reaction vessel 401 is evacuated by a vacuum pump (not shown) through an exhaust pipe 404, and the pressure in the reactor, that is, the internal pressure is reduced to 1 × 1.
Adjust to less than 0 -7 Torr. Next, the heater 407 heats and maintains all the cylindrical substrates (405) at a temperature suitable for film deposition. In the case where an amorphous silicon deposition film is formed, for example, through a gas introduction means provided behind the cylindrical substrate (not shown), the source gas is supplied with a source gas such as silane gas or hydrogen gas into the reaction vessel 401. To be introduced. At the same time, a microwave having a frequency of 500 MHz or more, preferably 2.45 GHz, is generated by a microwave power supply (not shown), and the microwave is generated in the reaction vessel 401 through the waveguide 403 and the dielectric window 402. To be introduced. Further, a DC voltage is applied between the electrode 412 provided in the discharge space 406 and the cylindrical substrate 405. Thus, in the discharge space 406 formed by being surrounded by the plurality of cylindrical substrates (405), the raw material gas is excited and dissociated by the energy of the microwave, and furthermore, becomes constantly cylindrical by the electric field with the cylindrical substrates. While receiving the ion bombardment on the substrate, a deposited film is formed on the surface of all the cylindrical substrates (405). At this time, the deposited film is formed on the entire surface of each cylindrical substrate by rotating all the cylindrical substrates (405) around the apparent central axis in the reaction vessel in the generatrix direction of the substrates.

このような従来の堆積膜形成方法によれば、ある程度
の堆積速度では実用的な特性と均一性の堆積膜を得るこ
とが可能である。また反応容器内の清掃を厳格に行えば
ある程度欠陥の少ない堆積膜を得ることが可能である。
しかし、こうした従来の堆積膜形成方法では、特に堆積
速度の速い領域では、例えば電子写真感光体のように大
面積の比較的厚い堆積膜が要求されるものの製造につい
ては、均一膜質で光学的及び電気的諸特性の要求を満足
し、かつ画像欠陥等の原因となる欠陥の少ない堆積膜を
定常的に安定して高収率(高歩留まり)で定常的に得る
についてはかなりの熟練を要するという問題がある。
According to such a conventional method for forming a deposited film, it is possible to obtain a deposited film having practical characteristics and uniformity at a certain deposition rate. If the inside of the reaction vessel is strictly cleaned, it is possible to obtain a deposited film with few defects.
However, in such a conventional method of forming a deposited film, particularly in a region where a deposition rate is high, a relatively thick deposited film having a large area such as an electrophotographic photosensitive member is required. It is said that considerable skill is required to constantly and stably obtain a deposited film that satisfies the requirements of various electrical characteristics and has few defects causing image defects and the like with a high yield (high yield). There's a problem.

すなわち、電子写真感光体のように大面積の基体上に
高速度で所望の堆積膜を形成する場合、プラズマ電位の
厳格な制御が必要であるところ、放電空間に設けられた
電極または放電空間を取り囲む円筒形基体の一部に電圧
をかける操作が重要事項である。ところがこのように放
電空間中に電界をかけると電極または円筒形基体の一部
に掛けた電圧に依存し画像欠陥等の原因となる堆積膜の
欠陥が急激に増加することがしばしば生じる。このため
従来のマイクロ波プラズマCVD法による堆積膜形成方法
では電気的特性が良く、かつ大面積においても欠陥の少
ない堆積膜を定常的に高速度でかつ高歩留まりで得るこ
とは困難である。
That is, when a desired deposited film is formed at a high speed on a large-area substrate such as an electrophotographic photosensitive member, strict control of the plasma potential is necessary. The operation of applying a voltage to a part of the surrounding cylindrical substrate is an important matter. However, when an electric field is applied to the discharge space as described above, the number of defects in the deposited film, which causes image defects and the like, often rapidly increases depending on the voltage applied to the electrodes or a part of the cylindrical substrate. For this reason, it is difficult to obtain a deposited film having good electrical characteristics and few defects even in a large area constantly at a high speed and a high yield by the conventional deposited film forming method by the microwave plasma CVD method.

第6(A)図及び第6(B)図の他の従来の堆積膜形
成方法を行うための装置を示す。第4(A)図及び第4
(B)の装置が複数の円筒形基体に囲まれた放電空間中
に設けられた電極に電圧を印加してプラズマ電位を制御
する方式の装置であるのに対して、第6(A)図及び第
6(B)図に図示の装置はプラズマの発生する放電空間
を取り囲むようにして複数の円筒形基体を設置しこれら
の基体間に電界が発生するように少なくとも1つの基体
に電圧を印加し、堆積膜へのイオン衝撃を制御するよう
にした装置である。
6 (A) and 6 (B) show an apparatus for performing another conventional method for forming a deposited film. FIG. 4 (A) and FIG.
FIG. 6 (A) is an apparatus of the type in which a voltage is applied to an electrode provided in a discharge space surrounded by a plurality of cylindrical substrates to control a plasma potential. In the apparatus shown in FIG. 6 (B), a plurality of cylindrical substrates are provided so as to surround a discharge space where plasma is generated, and a voltage is applied to at least one substrate so that an electric field is generated between these substrates. The apparatus controls the ion bombardment of the deposited film.

そして、このような装置においても前記プラズマ電位
制御のための電源(611)としては前述の第5図のよう
な回路を有するものが通常用いられる。
Also in such an apparatus, a power supply (611) for controlling the plasma potential is usually used which has a circuit as shown in FIG.

ところが第6(A)図乃至6(B)図に図示の装置を
介して行うこのような堆積膜形成方法にあっても、大面
積でかつ比較的厚い堆積膜が要求される電子写真感光体
等の製造の場合には、均一膜質で光学的及び電気的諸特
性の要求を満足し、かつ画像欠陥等の原因となる欠陥の
少ない堆積膜を定常的に安定して高収率(高歩留まり)
で得るについては、やはりかなりの熟練を要する。
However, even in such a method of forming a deposited film through the apparatus shown in FIGS. 6A and 6B, an electrophotographic photosensitive member that requires a relatively large deposited film with a large area is required. In the case of manufacturing such as, a deposited film having uniform film quality, satisfying the requirements of optical and electrical characteristics, and having few defects causing image defects and the like is constantly and stably provided with a high yield (high yield). )
In order to obtain it, considerable skill is still required.

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明の目的は、上述のごとき従来の堆積膜形成方法
における諸問題を克服して、半導体デバイス、電子写真
用感光体デバイス、画像入力用ラインセンサー、撮像デ
バイス、光起電力デバイス、その他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等に有用な優れた
特性を有する機能性堆積膜を、マイクロ波プラズマCVD
法により、安定して歩留まり良くかつ高速堆積速度で形
成し得る改善された堆積膜形成方法及び装置を提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems in the conventional method for forming a deposited film, and to provide a semiconductor device, a photoconductor device for electrophotography, a line sensor for image input, an imaging device, a photovoltaic device, and various other electronic devices. Microwave plasma-enhanced functional deposition films with excellent properties useful for element members used for elements, optical elements, etc.
It is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for forming a deposited film that can be formed stably at a high yield and at a high deposition rate.

本発明の更なる目的は、アモルファスシリコン堆積膜
等の非単結晶質堆積膜及びダイヤモンド堆積膜等の単結
晶質堆積膜であって、特性に優れ、かつ欠陥の少ない膜
を形成し得る、マイクロ波プラズマCVD法による改善さ
れた堆積膜形成方法及び装置を提供することにある。
It is a further object of the present invention to provide a non-monocrystalline deposited film such as an amorphous silicon deposited film and a monocrystalline deposited film such as a diamond deposited film, which can form a film having excellent characteristics and few defects. It is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for forming a deposited film by a microwave plasma CVD method.

〔発明の構成・効果〕[Structure and effect of the invention]

本発明の堆積膜形成方法は、実質的に密封し得る反応
容器内に、放電空間を包囲するように複数の基体を配置
し、該放電空間において原料ガスに由来する成膜に寄与
する反応物質を含む放電プラズマを形成して前記基体表
面に堆積膜を形成する方法であって、前記基体の少なく
とも1つに、該基体と該基体以外の少なくとも1つの基
体との間に電界が形成されるように、周波数が500Hz以
上、2MHz以下の交流電圧を印加することを特徴としてい
る。
In the method for forming a deposited film according to the present invention, a plurality of substrates are arranged in a reaction vessel that can be substantially sealed so as to surround a discharge space, and a reactant contributing to film formation derived from a source gas in the discharge space. Forming a deposited film on the surface of the substrate by forming a discharge plasma including: forming an electric field between the substrate and at least one substrate other than the substrate on at least one of the substrates. Thus, an AC voltage having a frequency of 500 Hz or more and 2 MHz or less is applied.

また本発明の堆積膜形成装置は、上記の本発明の堆積
膜形成方法を実施するに適したものであり、該装置は、
実質的に密閉し得る反応容器内に、放電空間を包囲する
ように複数の基体を配置し、該放電空間において、原料
ガスに由来する成膜に寄与する反応物質を含む放電プラ
ズマを形成して前記基体表面に堆積膜を形成する装置で
あって、前記基体間に電界が形成されるように、前記基
体の少なくとも1つに、周波数が500Hz以上、2MHz以下
の交流電圧を発生する交流電源が電気的に接続されてい
ることを特徴とするものである。
Further, the deposited film forming apparatus of the present invention is suitable for performing the above-described deposited film forming method of the present invention.
In a reaction vessel that can be substantially sealed, a plurality of substrates are arranged so as to surround the discharge space, and in the discharge space, discharge plasma containing a reactant that contributes to film formation derived from a source gas is formed. An apparatus for forming a deposited film on the surface of the substrate, wherein an AC power supply for generating an AC voltage having a frequency of 500 Hz or more and 2 MHz or less is provided on at least one of the substrates so that an electric field is formed between the substrates. It is characterized by being electrically connected.

上述の構成の本発明の堆積膜形成方法及び装置は、従
来の堆積膜形成方法及び装置における前述の諸問題を克
服するものである。
The method and apparatus for forming a deposited film according to the present invention having the above-described configuration overcome the above-mentioned problems in the conventional method and apparatus for forming a deposited film.

本発明は、上記本発明の目的を達成すべく本発明者ら
が鋭意研究を重ねた結果下述する知見を得、該知見に基
づいて更なる研究を重ねた結果完成するに至ったもので
ある。
The present invention has been accomplished by the inventors of the present invention to achieve the above-described object of the present invention, and has obtained the findings described below. is there.

マイクロ波プラズマCVD法において、電子写真感光ド
ラムのように大面積の基本上に高速度で堆積膜を形成す
る場合、放電空間中に設けられた電極または前記基体の
一部にプラズマ電位を制御する目的で電圧を印加するこ
とは重要なことである。これはこのようなマイクロ波プ
ラズマCVD法では堆積速度が速いために基本の温度だけ
では不足する、過剰な水素原子の脱離やシリコン原子の
再配置のために必要なエネルギーを補うために、電界に
より放電空間中のイオンを加速して基体に衝突させ局部
的に堆積膜をアニールすることが必須なためである。こ
の時電極または基体の一部に印加する電圧は正電圧の成
分を含む時だけ対向する基体上の堆積膜の特性向上に寄
与する。
In the microwave plasma CVD method, when a deposited film is formed at a high speed on a large-area base such as an electrophotographic photosensitive drum, a plasma potential is controlled on an electrode provided in a discharge space or a part of the base. It is important to apply a voltage for the purpose. This is because such a microwave plasma CVD method has a high deposition rate and is not sufficient at the basic temperature alone.To compensate for the energy required for desorption of excess hydrogen atoms and rearrangement of silicon atoms, an electric field This is because it is essential to accelerate the ions in the discharge space and collide with the substrate to locally anneal the deposited film. At this time, the voltage applied to the electrode or a part of the substrate contributes to the improvement of the characteristics of the deposited film on the opposing substrate only when a component of the positive voltage is included.

ところがこのように放電空間中に直流電界を掛けると
電圧に依存し堆積膜の欠陥が急激に増加することが発明
者らの検討により明らかとなった。すなわちこれらの欠
陥の断面を顕微鏡で観察すると数ミクロンから数十ミク
ロンの大きさの異物を核として堆積膜の途中から膜の異
常成長が生じていることが観測された。そして、堆積膜
の電気的特性を向上させるために電極または基体の一部
に印加する直流電圧を増加させていくとこの堆積膜の欠
陥の原因である微小な異物の数が急激に増加することが
判明した。この現象のメカニズムとしては、電界により
イオンが加速され基体に衝突するだけではなく、反応容
器壁や基体から剥がれた微小の堆積膜の破片がプラズマ
によりチャージアップし、イオンの場合と同様電界によ
り加速され基体に付着することが考えられた。
However, the present inventors have found that when a DC electric field is applied to the discharge space as described above, the defects of the deposited film rapidly increase depending on the voltage. That is, when the cross sections of these defects were observed with a microscope, it was observed that abnormal growth of the film occurred in the middle of the deposited film with foreign matter having a size of several microns to several tens of microns as a nucleus. When the DC voltage applied to an electrode or a part of a substrate is increased in order to improve the electrical characteristics of the deposited film, the number of minute foreign substances that cause defects in the deposited film rapidly increases. There was found. The mechanism of this phenomenon is that not only are the ions accelerated by the electric field and collide with the substrate, but also small fragments of the deposited film peeled off from the reaction vessel walls and the substrate are charged up by the plasma and accelerated by the electric field as in the case of the ions. It was considered that the particles adhered to the substrate.

そこで発明者らは、このような知見に基づき前述のイ
オンによる特性の向上と上記チャージアップした堆積膜
の破片が電界の作用により基体表面に付着することの抑
制とを両立させるべく様々な膜形成条件において検討し
た結果、複数の基体の一部に電圧を印加し、これによる
電界を前記イオンは追従できるが、チャージアップした
前記破片は追従できない周波数の交流電界とすることに
より、本発明の目的が達成されることを見い出した。
Based on such knowledge, the inventors of the present invention have formed various films to achieve both the improvement of the characteristics by the aforementioned ions and the suppression of the fragments of the charged film deposited on the substrate surface by the action of the electric field. As a result of the examination under the conditions, a voltage is applied to a part of the plurality of substrates, and the resulting electric field is an AC electric field having a frequency that the ions can follow, but the charged fragments cannot follow. Is achieved.

本発明者らの検討によれば、このような交流周波数の
作用は次のようなものであると推測された。すなわちイ
オンが電界によって実際に加速されるのはプラズマのシ
ース領域である。また、イオンが枯渇しているのもシー
ス領域である。
According to the study of the present inventors, it is estimated that such an action of the AC frequency is as follows. That is, it is in the sheath region of the plasma that the ions are actually accelerated by the electric field. Also, the sheath region is depleted of ions.

したがって質量(m)、電荷量(q)のイオンがシー
ス領域(距離d)を電界(E=V/d)のもとで通過する
のに要する時間を(t)とすると d=(qE/2m)×t2 =(q/2m)×(V/d)×t2であり、周波数(F)の
もとで電極(基体)にイオンが到達するためには F≦1/tすなわちF≦(qV/2md21/2でなければなら
ず、周波数の上限が存在することとなる。
Therefore, if the time required for ions of mass (m) and charge amount (q) to pass through the sheath region (distance d) under an electric field (E = V / d) is (t), then d = (qE / 2m) × t 2 = (q / 2m) × (V / d) × t 2 , and for ions to reach the electrode (substrate) under the frequency (F), F ≦ 1 / t, ie, F ≦ (qV / 2md 2 ) 1/2 , and there is an upper limit of the frequency.

一方、堆積膜の破片についても同様のことが考えら
れ、破片が基体に到達しないためには破片の質量
(M)、電荷量(Q)とすると周波数(F)は、 F≧(QV/2Md21/2となる。
On the other hand, the same can be considered for the fragments of the deposited film. In order that the fragments do not reach the substrate, the mass (M) and the charge amount (Q) of the fragments are expressed as follows. The frequency (F) is expressed as F ≧ (QV / 2Md 2 ) 1/2 .

電荷量(Q)が一定の場合、周波数(F)は、破片の
質量(M)が減少するに伴い大きくなってくる。破片の
質量(M)が前記欠陥の成長に対して実用上支障がない
程度の大きさであるためには一定以上の周波数が必要で
あり、周波数の下限が存在することとなる。
When the charge amount (Q) is constant, the frequency (F) increases as the mass (M) of the fragments decreases. In order for the mass (M) of the fragments to be of a size that does not hinder the growth of the defect in practice, a certain frequency or higher is required, and there is a lower limit of the frequency.

本発明者らは、このところを実験を繰り返すことによ
り検討して前述の結論を得るに至った。すなわち、特性
の向上のためには2MHz以下、更に良好には500kHz以下の
周波数の交流電界が必要であり、また堆積膜の欠陥の減
少のためには500Hz以上、非常に良好であるためには2kH
z以上の周波数の交流電界が必要であることが判明し
た。
The present inventors have studied this point by repeating experiments, and have reached the above conclusion. In other words, an AC electric field having a frequency of 2 MHz or less, more preferably 500 kHz or less is required for improving the characteristics, and 500 Hz or more for reducing the defects of the deposited film. 2kH
It turned out that an alternating electric field of a frequency of z or more was necessary.

更に、これらの事実に加えて周波数を500Hz以上にす
るということは、第1図に示す放電空間を取り囲むよう
に基体を配置し基体表面が放電空間内を一定周期で通過
するように基体を回転させる構造の堆積膜形成装置を使
用したときに基体上の位置による堆積膜の特性むらの発
生を防ぐ効果があることも判明した。すなわち第1図に
示す堆積膜形成装置では堆積膜が堆積する基体表面は基
体の回転により放電空間と放電のない空間を交互に通過
する。この時基体の一部に印加する交流の周波数が低い
と基体上の位置により電界による堆積膜向上の効果の差
が出来、特性のむらとなって現れることが判明した。
Further, in addition to these facts, setting the frequency to 500 Hz or more means that the base is arranged so as to surround the discharge space shown in FIG. 1 and the base is rotated so that the surface of the base passes through the discharge space at a constant period. It has also been found that when a deposited film forming apparatus having a structure to be used is used, there is an effect of preventing the occurrence of characteristic unevenness of the deposited film depending on the position on the substrate. That is, in the deposited film forming apparatus shown in FIG. 1, the surface of the substrate on which the deposited film is deposited alternately passes through a discharge space and a space without discharge due to the rotation of the substrate. At this time, it has been found that if the frequency of the alternating current applied to a part of the substrate is low, the effect of improving the deposited film due to the electric field varies depending on the position on the substrate, and the characteristics appear uneven.

そしてまた、このとき基体の回転速度は0.1rpmから50
rpm程度が適当であり、この範囲で確実に特性むらをな
くするためには交流の周波数は500Hz以上であることが
必要であることもわかった。
Also, at this time, the rotation speed of the base is 0.1 rpm to 50
It is also found that the rpm is appropriate, and that the AC frequency must be 500 Hz or more in order to surely eliminate the characteristic unevenness in this range.

本発明は以上判明した事実に基づいて完成されたもの
であり、本発明においては、放電空間中に他の電極を設
けず基体自身が特性向上のためにイオンを制御するため
の電極を兼ねるようにした構成が主要な特徴点である。
そしてこのことにより、上述の従来技術に見られる、放
電空間に積極的に電極を設けるが故に生じる、電極に堆
積膜が堆積しそれが原因で原料ガスの利用効率が低下し
てしまう問題、また該電極に堆積した膜が剥がれて基体
上の堆積膜に欠陥の増加をもたらしてしまう問題等の問
題が解決される。また本発明においては、従来技術にお
けるように特定の電極を設けることなくして基体自身を
電極として利用するようにするため、いわゆる電極の表
面積を充分大きくすることができて電流密度を下げるこ
とが出来るため、従来技術に見られるような異状放電が
生じないようにすることができる。
The present invention has been completed based on the above-described facts, and in the present invention, the base itself also serves as an electrode for controlling ions for improving characteristics without providing another electrode in the discharge space. The main feature is the configuration described above.
As a result, the conventional technique described above causes a problem that the electrode is actively provided in the discharge space, a deposited film is deposited on the electrode, and the utilization efficiency of the raw material gas is reduced due to the problem. This solves the problem that the film deposited on the electrode is peeled off and the number of defects increases in the deposited film on the substrate. In the present invention, since the base itself is used as an electrode without providing a specific electrode as in the prior art, the so-called electrode surface area can be made sufficiently large and the current density can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the abnormal discharge as seen in the related art.

本発明の堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置の内容を
図面に徴しながら更に詳しく説明する。
The details of the deposited film forming method and the deposited film forming apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1(A)図、第1(B)図、第2図及び第3図は本
発明の堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を説明するた
めの説明図である。第1(A)図及び第1(B)図にお
いて101は成膜室(反応容器)であり、該室は真空気密
に保持できる構造を成している。また、102はマイクロ
波電力を反応容器内に効率よく透過し、かつ該反応容器
内を真空気密に保持し得るような材料、例えば石英ガラ
ス、アルミナセラミックス等で形成されたマイクロ波導
入誘電体窓である。103はマイクロ波電力の伝送部で導
波管より成っており、スタブチューナー(図示せず)、
アイソレーター(図示せず)を介してマイクロ波電源
(図示せず)に接続されている。誘電体窓102は導波管1
03壁に気密封止されている。104は一端が反応容器101内
に開口し、他端が排気装置(図示せず)に連通している
排気管である。106は複数の円筒形基体(105−1乃至10
5−6)により包囲されて形成された放電空間を示す。
電源部111乃至113は基体105−1乃至105−6の少なくと
も1つに周波数が500Hz以上、2MHz以下の交流電圧を印
加するための交流電源であり、発振部111、フィルター
部112、整合部113から成る基本回路を有している。該電
源部は反応容器101壁からは電気的に分離されていて、
かつ基体105−1乃至105−6の少なくとも1つに電気的
に接続されている。
FIGS. 1 (A), 1 (B), 2 and 3 are explanatory views for explaining a deposited film forming method and a deposited film forming apparatus according to the present invention. In FIGS. 1A and 1B, reference numeral 101 denotes a film forming chamber (reaction vessel), which has a structure capable of maintaining vacuum tightness. Reference numeral 102 denotes a microwave introduction dielectric window formed of a material capable of efficiently transmitting microwave power into the reaction vessel and keeping the inside of the reaction vessel airtight, for example, quartz glass, alumina ceramics, or the like. It is. Reference numeral 103 denotes a microwave power transmission unit which is formed of a waveguide, and includes a stub tuner (not shown),
It is connected to a microwave power supply (not shown) via an isolator (not shown). Dielectric window 102 is waveguide 1
03 Airtightly sealed on the wall. An exhaust pipe 104 has one end opened into the reaction vessel 101 and the other end connected to an exhaust device (not shown). 106 is a plurality of cylindrical substrates (105-1 to 10-1)
5-6) shows a discharge space formed by being surrounded by 5-6).
The power supply units 111 to 113 are AC power supplies for applying an AC voltage having a frequency of 500 Hz or more and 2 MHz or less to at least one of the bases 105-1 to 105-6. Has a basic circuit consisting of The power supply unit is electrically separated from the reaction vessel 101 wall,
Further, it is electrically connected to at least one of the bases 105-1 to 105-6.

また、成膜用ガス導入手段については図示していない
が、該手段は、前述の公知の装置におけるように、基体
105−1乃至105−6の背後から前記放電空間106に向け
て成膜用原料ガスを導入する手段であってもよく、或い
は基体105−1乃至105−6の配列している各基体と基体
との間隙に前記放電空間に向けてガスを放出する孔を複
数有するガス放出パイプを基体と平行でかつ垂直に設
け、それにより成膜用原料ガスを導入する手段であって
もよい。
Further, the film introducing gas introducing means is not shown, but the means is, as in the above-mentioned known apparatus, a substrate.
Means for introducing a source gas for film formation from the back of 105-1 to 105-6 toward the discharge space 106 may be used. Alternatively, each substrate in which the substrates 105-1 to 105-6 are arranged and each substrate A gas discharge pipe having a plurality of holes for discharging gas toward the discharge space in a gap between the substrate and the substrate may be provided in parallel with and perpendicular to the substrate, thereby introducing a source gas for film formation.

このように基体105−1乃至105−6の少なくとも1つ
を、反応容器101壁と電気的に分離しかつ交流電源111と
電気的に接続させるところ、基体105と電気的に接続さ
れた回転軸109を反応容器101壁と電気的に分離しかつ交
流電源部111乃至113と電気的に接続する部分の一例を第
2図に示す。図中、201は反応容器の一部を示してい
る。209は、導電性材料より成る回転軸である。この回
転軸209の内部は二重管構造になっていて電気的な絶縁
手段221により反応容器201と電気的に分離された冷却水
導入手段220から冷却水を導入、循環させている。回転
軸209は磁性流体による真空シール手段213により反応容
器201外から反応容器内部に導入されている。回転軸209
は上下方向に運動しないように固定手段214により真空
シール手段213に固定されている。真空シール手段213は
オーリング及び絶縁碍子215により、反応容器201の真空
気密を保持しかつ回転軸209が反応容器と電気的に分離
された状態になるように反応容器壁に接続されている。
回転軸209はセラミック製のスプロケットを使うなどの
電気的な絶縁処理を施された回転運動の伝達手段216に
より所定の回転速度で回転させることができる。回転軸
209へ電圧の印加は回転軸209が回転した場合も常に電気
的に接触しているブラシ217によって行われる。ブラシ2
17は絶縁碍子218に固定され、同軸ケーブル219により不
図示の交流電源に電気的に接続されている。
When at least one of the substrates 105-1 to 105-6 is electrically separated from the wall of the reaction vessel 101 and electrically connected to the AC power supply 111, the rotating shaft electrically connected to the substrate 105 FIG. 2 shows an example of a part where the 109 is electrically separated from the wall of the reaction vessel 101 and is electrically connected to the AC power supply units 111 to 113. In the figure, 201 indicates a part of the reaction vessel. 209 is a rotation shaft made of a conductive material. The inside of the rotating shaft 209 has a double pipe structure, and cooling water is introduced and circulated from cooling water introducing means 220 electrically separated from the reaction vessel 201 by an electric insulating means 221. The rotating shaft 209 is introduced from outside the reaction vessel 201 to the inside of the reaction vessel by vacuum sealing means 213 made of a magnetic fluid. Rotating shaft 209
Is fixed to the vacuum sealing means 213 by fixing means 214 so as not to move in the vertical direction. The vacuum sealing means 213 is connected to the reaction vessel wall by an O-ring and an insulator 215 such that the vacuum tightness of the reaction vessel 201 is maintained and the rotating shaft 209 is electrically separated from the reaction vessel.
The rotation shaft 209 can be rotated at a predetermined rotation speed by a rotational motion transmitting means 216 that has been subjected to electrical insulation processing such as using a ceramic sprocket. Axis of rotation
The voltage is applied to the brush 209 by the brush 217 which is always in electrical contact even when the rotating shaft 209 rotates. Brush 2
17 is fixed to an insulator 218, and is electrically connected to an AC power supply (not shown) by a coaxial cable 219.

第3図は前記第1(A)図における交流電源部111乃
至113をより詳細に示したブロック図である。発振器で
発振された所定の周波数の交流電圧は増幅器により増幅
されてバンドパスフィルターを通過する。本発明におい
ては基体に印加する交流電圧の周波数が堆積膜の膜質の
向上と欠陥の発生に大きく影響を与えるため所定の周波
数以外の周波数成分をカットするこれらのバンドパスフ
ィルターを入れることは重要なことである。続いてマッ
チング回路により反応容器とインピーダンスのマッチン
グを計ったのち交流電圧は基体に印加される。
FIG. 3 is a block diagram showing the AC power supply units 111 to 113 in FIG. 1A in more detail. The AC voltage having a predetermined frequency oscillated by the oscillator is amplified by an amplifier and passes through a band-pass filter. In the present invention, since the frequency of the AC voltage applied to the substrate greatly affects the quality of the deposited film and the occurrence of defects, it is important to include these bandpass filters that cut off frequency components other than the predetermined frequency. That is. Subsequently, after matching of the impedance with the reaction vessel is performed by a matching circuit, an AC voltage is applied to the substrate.

本発明では基体間に電界が掛かるならば交流電圧を印
加する基体は一つでも複数でもよい。但しこのとき、全
ての基体に同一の電圧を印加することは、いずれの基体
間にも充分な強度の電界が発生せずプラズマ電位制御が
出来ないため、本発明の構成には含まれない。
In the present invention, if an electric field is applied between the substrates, one or more substrates to which an AC voltage is applied may be used. However, applying the same voltage to all the substrates at this time is not included in the configuration of the present invention because a sufficient electric field is not generated between any of the substrates and the plasma potential cannot be controlled.

本発明で好ましい電圧の印加方法は第1(B)図のよ
うに放電空間を取り囲む基体の数が6本であるような装
置では任意の1本(例えば基体105−1)に交流電圧を
印加し、他の5本(105−2〜105−6)を電気的にアー
スに落としておく構成が好ましいものとして例示でき
る。
A preferred method of applying a voltage in the present invention is to apply an AC voltage to an arbitrary one (for example, the base 105-1) in an apparatus in which the number of bases surrounding the discharge space is six as shown in FIG. A configuration in which the other five (105-2 to 105-6) are electrically grounded can be exemplified as a preferable configuration.

また、1本置き(例えば105−1、105−3、105−
5)に交流電圧を印加し、他の基体(105−2、105−
4、105−6)を電気的にアースに落としておくように
する構成は、放電空間中の電界が均一になり又電圧を印
加した基体面積と印加しない基体面積が等しくなるた
め、異なった基体上の堆積膜間の電気的特性の均一性が
良好であり、異常放電も起こりにくくなるため、さらに
好ましい構成である。
In addition, every other (for example, 105-1, 105-3, 105-
5) Apply an AC voltage to the other substrates (105-2, 105-
4, 105-6) is grounded electrically, the electric field in the discharge space becomes uniform, and the area of the substrate to which voltage is applied is equal to the area of the substrate to which voltage is not applied. This is a more preferable configuration because the uniformity of the electrical characteristics between the deposited films above is good and abnormal discharge hardly occurs.

本発明では基体間に電界が発生するならば、本発明の
目的を達成するために、前述の構成以外の、任意の数の
基体に電圧を印加する任意の構成が可能である。
In the present invention, if an electric field is generated between the substrates, any configuration other than the above-described configuration for applying a voltage to an arbitrary number of substrates is possible in order to achieve the object of the present invention.

基体の数が8本以上の複数の場合も6本の場合と同
様、前述の構成により良好な結果が得られる。また基体
が奇数の場合は、1本置きに電圧を印加する構成はとれ
ないものの、任意の適宜の電圧印加方式が採用できる。
In the case where the number of substrates is eight or more, as in the case of six, good results can be obtained by the above-described configuration. In the case where the number of substrates is an odd number, any suitable voltage application method can be adopted, although a structure for applying a voltage every other substrate cannot be adopted.

本発明で用いられる交流の波形はサイン波、矩形波等
いずれであっても良い。又、特性の向上と欠陥の減少と
いう本発明の効果を維持する範囲で直流電圧を重畳して
も良い。
The AC waveform used in the present invention may be any of a sine wave and a rectangular wave. Further, a DC voltage may be superimposed in a range that maintains the effects of the present invention such as improvement of characteristics and reduction of defects.

本発明での、成膜炉内へのマイクロ波の導入窓の材質
としてはアルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(Al
N)、窒化ボロン(BN)、窒化珪素(SiN)、炭化珪素
(SiC)、酸化珪素(SiO2)、酸化ベリリウム(BeO)、
テフロン、ポリスチレン等のマイクロ波の損失の少ない
材料が選択的に使用される。
In the present invention, as a material of a window for introducing a microwave into a film forming furnace, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (Al
N), boron nitride (BN), silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), silicon oxide (SiO 2 ), beryllium oxide (BeO),
A material with low microwave loss such as Teflon or polystyrene is selectively used.

本発明では、放電空間の圧力がいずれの領域でも効果
が現れたが、特に100mTorr以下、好ましくは50mTorr以
下で特に良好な結果が再現性良く得られる。
In the present invention, the effect is exhibited in any range of the pressure in the discharge space, but particularly good results can be obtained with good reproducibility when the pressure is 100 mTorr or less, preferably 50 mTorr or less.

基体材料としては、例えば、ステンレス、Al,Cr,Mo,A
u,In,Nb,Te,V,Ti,Pt,Pd,Fe等の金属、これらの合金また
は表面を導電処理したポリカーボネート等の合成樹脂、
ガラス、セラミックス、紙等を適宜選択して使用でき
る。
As the base material, for example, stainless steel, Al, Cr, Mo, A
Metals such as u, In, Nb, Te, V, Ti, Pt, Pd, Fe, alloys of these, or synthetic resins such as polycarbonate whose surface is conductively treated,
Glass, ceramics, paper and the like can be appropriately selected and used.

基体の形状は任意のもので良いが、特に円筒状のもの
が好ましい。基体の大きさには特に制限はないが、実用
的には直径20mm以上500mm以下、長さ10mm以上1000mm以
下が好ましい。基体の間隔は1mm以上50mm以下が好まし
い。基体の数は放電空間を形成できるならばいずれの数
でも良いが、好ましくは3本以上、より好ましくは4本
以上である。
The substrate may have any shape, but is preferably a cylindrical shape. The size of the substrate is not particularly limited, but is practically preferably from 20 mm to 500 mm in diameter and from 10 mm to 1000 mm in length. The distance between the substrates is preferably 1 mm or more and 50 mm or less. The number of substrates may be any number as long as a discharge space can be formed, but is preferably 3 or more, and more preferably 4 or more.

本発明における基体の加熱方法は、真空仕様である発
熱体であればよく、より具体的にはシース状ヒーターの
巻き付けヒーター、板状ヒーター、セラミックスヒータ
ー等の電気抵抗発熱体、ハロゲンランプ、赤外線ランプ
等の熱放射ランプ発熱体、液体、気体等を温媒とし熱交
換手段による発熱体等が挙げられる。加熱手段の表面材
質は、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、銅等の金
属類、セラミックス、耐熱性高分子樹脂等を使用するこ
とができる。
The method of heating the substrate in the present invention may be any heating element having a vacuum specification, and more specifically, an electric resistance heating element such as a wound heater of a sheath heater, a plate heater, or a ceramic heater, a halogen lamp, or an infrared lamp. And the like, and a heating element using a heat exchange means using a liquid, a gas, or the like as a heating medium. As the surface material of the heating means, metals such as stainless steel, nickel, aluminum, and copper, ceramics, heat-resistant polymer resins, and the like can be used.

また、それ以外にも、反応容器以外に加熱専用の容器
を設け、加熱した後、反応容器内に真空中で基体を搬送
する等の手段を採用することができる。
In addition, other means such as providing a container dedicated to heating other than the reaction container, heating, and then transporting the substrate into the reaction container in a vacuum can be employed.

本発明での堆積膜形成時の基体温度は、成膜がなされ
る温度であれば、いずれの温度でもよいが、例えばアモ
ルファスシリコン(A−Si)膜を堆積する場合には、好
ましくは20℃以上500℃以下、より好ましくは、50℃以
上450℃以下である。
The substrate temperature at the time of forming a deposited film in the present invention may be any temperature as long as the film is formed. For example, when an amorphous silicon (A-Si) film is deposited, it is preferably 20 ° C. The temperature is not less than 500 ° C and more preferably not more than 50 ° C and not more than 450 ° C.

堆積膜形成用の原料ガスとしては、形成する膜の種類
に応じて任意の公知のものが選択的に使用できる。例え
ばA−Si系の機能性堆積膜を形成する場合であれば、例
えばシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)等が好ましい
原料ガスとして挙げられ、また他の機能性堆積膜を形成
する場合であれば、例えば、ゲルマン(GeH4)、メタン
(CH4)等の原料ガスまたはそれらの混合ガスが挙げら
れる。キャリアーガスとしては、水素(H2)、アルゴン
(Ar)、ヘリウム(He)等が挙げられる。
As the source gas for forming the deposited film, any known gas can be selectively used depending on the type of the film to be formed. For example, in the case of forming an A-Si based functional deposition film, for example, silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ) and the like are mentioned as preferable source gases, and another functional deposition film is formed. If so, a raw material gas such as germane (GeH 4 ) or methane (CH 4 ) or a mixed gas thereof may be used. Examples of the carrier gas include hydrogen (H 2 ), argon (Ar), helium (He), and the like.

又、堆積膜のバンドギャップ幅を変化させる等の特性
改善ガスとしては、例えば、窒素(N2)、アンモニア
(NH3)等の窒素原子を含む元素、酸素(O2)、酸化窒
素(NO)、酸化二窒素(N2O)等酸素原子を含む元素、
メタン(CH4)、エタン(C2H6)、エチレン(C2H4)、
アセチレン(C2H2)、プロパン(C3H8)等の炭化水素、
四フッ化珪素(SiF4)、六フッ化二珪素(Si2F6)、四
フッ化ゲルマニウム(GeF4)等の弗素化合物またはこれ
らの混合ガスを例示できる。
Further, as a characteristic improving gas for changing the band gap width of the deposited film, for example, an element containing a nitrogen atom such as nitrogen (N 2 ) and ammonia (NH 3 ), oxygen (O 2 ), nitrogen oxide (NO) ), Elements containing oxygen atoms, such as nitrous oxide (N 2 O),
Methane (CH 4), ethane (C 2 H 6), ethylene (C 2 H 4),
Hydrocarbons such as acetylene (C 2 H 2 ) and propane (C 3 H 8 ),
Examples thereof include fluorine compounds such as silicon tetrafluoride (SiF 4 ), disilicon hexafluoride (Si 2 F 6 ), and germanium tetrafluoride (GeF 4 ), or a mixed gas thereof.

また、ドーピングを目的としてジボラン(B2H6)、フ
ッ化ほう素(BF3)、ホスフィン(PH3)等のドーパント
ガスを同時に放電空間に導入しても本発明においては同
様に有効である。
It is equally effective in the present invention to simultaneously introduce dopant gases such as diborane (B 2 H 6 ), boron fluoride (BF 3 ), and phosphine (PH 3 ) into the discharge space for doping. .

上述のような本発明の方法及び装置により実際に堆積
膜を形成する際の手順の一例を第1(A)図、第1
(B)図を用いて以下に説明する。即ち、まず真空ポン
プ(図示せず)により排気管104を介して反応容器101内
を排気し、該反応容器内の圧力、即ち内圧を1×10-7To
rr以下の程度に調整する。ついでヒーター107により、
全ての円筒形基体(105−1乃至105−6)を膜堆積に好
適な温度に加熱保持する。そこで原料ガスを不図示のガ
ス導入手段を介して、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、シランガス、水素ガス等の
原料ガスを反応容器101内に導入する。それと同時併行
的にマイクロ波電源(図示せず)により周波数500MHz以
上の、好ましくは2.45GHzのマイクロ波を発生させ、該
マイクロ波を導波管103そして誘電体窓102を介して反応
容器101内に導入する。更に基体105−1乃至105−6の
少なくとも1つに交流電源部111乃至113から周波数が50
0Hz以上、2MHz以下の交流電圧を印加する。かくして複
数の円筒形基体(105−1乃至105−6)により囲まれて
形成された放電空間106において、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、更に円筒形基
体との間の電界により定常的に円筒形基体上にイオン衝
撃を受けながら、全ての円筒形基体(105−1乃至105−
6)の表面に堆積膜の形成がなされるところとなる。こ
のとき、全ての円筒形基体(105−1乃至105−6)を反
応容器内の見かけ上の中心軸の回りに基体母線方向に回
転させることにより、個々の円筒形基体についてその全
表面に堆積膜が形成される。
An example of a procedure for actually forming a deposited film by the method and apparatus of the present invention as described above is shown in FIG.
This will be described below with reference to FIG. That is, first, the inside of the reaction vessel 101 is evacuated by a vacuum pump (not shown) through the exhaust pipe 104, and the pressure in the reaction vessel, that is, the internal pressure is reduced to 1 × 10 −7 To
Adjust to less than rr. Then, by heater 107,
All cylindrical substrates (105-1 to 105-6) are heated and maintained at a temperature suitable for film deposition. Therefore, in the case of forming an amorphous silicon deposition film, for example, a source gas such as a silane gas or a hydrogen gas is introduced into the reaction vessel 101 via a gas introduction unit (not shown). Simultaneously therewith, a microwave having a frequency of 500 MHz or more, preferably 2.45 GHz is generated by a microwave power supply (not shown), and the microwave is generated in the reaction vessel 101 through the waveguide 103 and the dielectric window 102. To be introduced. Further, at least one of the bases 105-1 to 105-6 has a frequency of 50 from the AC power supply units 111 to 113.
Apply an AC voltage of 0 Hz or more and 2 MHz or less. Thus, in the discharge space 106 formed by being surrounded by the plurality of cylindrical substrates (105-1 to 105-6), the raw material gas is excited by microwave energy to be dissociated, and further, the electric field between the raw material gas and the cylindrical substrates is increased. While constantly receiving ion bombardment on the cylindrical substrate, all the cylindrical substrates (105-1 to 105-
This is where the deposited film is formed on the surface of 6). At this time, by rotating all the cylindrical substrates (105-1 to 105-6) around the apparent central axis in the reaction vessel in the generatrix direction, the individual cylindrical substrates are deposited on the entire surface thereof. A film is formed.

以下、本発明の効果を実験例を用いて具体的に説明す
る。
Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described using experimental examples.

<実験例1及び比較実験例1> 第1(A)図及び第1(B)図に示す装置を用いて、
第1表に示す堆積膜形成条件のものに、先に説明した手
順に従って直径φ108mm、長さ358mm、肉厚5mmのアルミ
ニウムシリンダー状の基体に堆積膜を形成した。(実験
例1) 一方、第1表における基体への電圧印加方法を第2表
のように変えた以外は上記実験例1と同様にして堆積膜
を形成した。
<Experimental Example 1 and Comparative Experimental Example 1> Using the apparatus shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B),
According to the conditions for forming the deposited film shown in Table 1, a deposited film was formed on an aluminum cylindrical substrate having a diameter of 108 mm, a length of 358 mm, and a thickness of 5 mm according to the procedure described above. (Experimental Example 1) On the other hand, a deposited film was formed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the method of applying a voltage to the substrate in Table 1 was changed as shown in Table 2.

(比較実験例1) このようにして作製した2種類のサンプルの欠陥を表
面の顕微鏡観察により比較評価したところ、従来の基体
の1本に直流電圧を印加することにより放電空間に直流
電界を掛け基体上に堆積膜を形成させたサンプル(比較
実験例1)に比べ、特定周波数の交流電圧を印加した本
発明による実験例1のサンプルにおいては、堆積膜表面
上で観察される欠陥数が非常に少ないことが判明した。
(Comparative Experimental Example 1) Defects of the two types of samples prepared in this manner were compared and evaluated by microscopic observation of the surface, and a DC electric field was applied to a discharge space by applying a DC voltage to one of the conventional substrates. Compared to the sample in which the deposited film was formed on the substrate (Comparative Experimental Example 1), in the sample of Experimental Example 1 according to the present invention to which the AC voltage of the specific frequency was applied, the number of defects observed on the surface of the deposited film was very small. Turned out to be less.

<実験例2> 基体105−1に印加する交流電圧の周波数を60Hzから3
MHzまで変化させた以外は前記実験例1と同様にして堆
積膜の形成を行った。このようにして作製したサンプル
の表面欠陥と電気的特性の測定結果を前記比較実験例1
の結果と併せて第3表に示す。
<Experimental Example 2> The frequency of the AC voltage applied to the base 105-1 was changed from 60 Hz to 3
A deposited film was formed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the frequency was changed to MHz. The measurement results of the surface defects and the electrical characteristics of the sample thus manufactured were compared with those of Comparative Example 1 described above.
The results are shown in Table 3 together with the results.

尚、第3表において電気的特性の評価は、作製したサ
ンプルをキヤノン(株)社製複写機NP7550を特性評価用
に改造した装置に設置し、帯電器に6kVの電圧で印加し
帯電を行い、複写機の現像器の位置にトレック社製の表
面電位計344のプローブを設置し、サンプル上の暗部表
面電位と明部表面電位を測定することにより行った。評
価項目のうち特性むらに関しては堆積膜形成中に電圧を
印加したサンプルと印加しないサンプルの暗部表面電位
の差によって表した。又画像欠陥数の評価はサンプルを
前記改造装置に設置し黒原稿を原稿台に置きコピーした
時に得られた画像サンプルの一定面積内にある0.3mm以
上の白点の数を数えることにより行った。特性むら、画
像欠陥とも堆積膜形成中に基体に直流電圧を印加した場
合(比較実験例2のサンプル)に得られた測定結果を10
0%とおき相対値で示した。(数字が小さいほど良好な
結果を意味している) これらの実験から明らかなように電気的特性が良好な
堆積膜を高速で得るためには基体の一部に電圧を印加し
放電空間に電界を生じさせることが有効であるが、電気
的特性が良好で更に欠陥も少ない堆積膜を高速で得るた
めには基体の一部に印加する電圧を交流とし、その周波
数を500Hz以上、2MHz以下、更に良好には2kHz以上、500
kHz以下とすることが必要であることがわかった。
In Table 3, the electrical characteristics were evaluated by placing the prepared sample in a copier NP7550 manufactured by Canon Inc. modified for characteristic evaluation, applying a voltage of 6 kV to the charger, and charging. A probe of a surface electrometer 344 manufactured by Trek was installed at the position of the developing device of the copying machine, and the surface potential of the dark part and the surface potential of the bright part on the sample were measured. Among the evaluation items, the characteristic unevenness was represented by the difference between the dark area surface potential of the sample to which a voltage was applied during the formation of the deposited film and the sample to which no voltage was applied. The evaluation of the number of image defects was performed by counting the number of white spots of 0.3 mm or more within a certain area of the image sample obtained when the sample was placed in the remodeling apparatus, the black original was placed on the platen, and the image was copied. . For both characteristic unevenness and image defects, the measurement results obtained when a DC voltage was applied to the substrate during formation of the deposited film (sample of Comparative Experimental Example 2) were 10%.
The relative values were set to 0%. (The smaller the number, the better the result.) As is clear from these experiments, in order to obtain a deposited film having good electric characteristics at high speed, a voltage is applied to a part of the base and an electric field is applied to the discharge space. However, in order to obtain a deposited film with good electrical characteristics and few defects at high speed, the voltage applied to a part of the substrate is set to AC, and the frequency is 500 Hz or more, 2 MHz or less, Better than 2kHz, 500
It turned out that it is necessary to set it to kHz or less.

以下、本発明を実施例及び比較例を示して説明する
が、本発明はそれらの実施例により何ら限定されるもの
ではない。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1> 基体No.105−2、105−4及び105−6の3本の基体に
交流電圧を印加し、その他の基体をアースに接地した以
外の条件は実験例1と同様にして電子写真感光ドラムを
作製した。作製された感光ドラムをキヤノン(株)社製
NP8582複写装置に設置して画像複写を行ったところ、画
像コントラストが良く、諧調再現性及び解像度の優れた
画像欠陥のない極めて良好な画像が得られた。
<Example 1> An AC voltage was applied to three substrates No. 105-2, 105-4 and 105-6, and the other conditions were the same as in Experimental Example 1 except that the other substrates were grounded. An electrophotographic photosensitive drum was manufactured. The manufactured photosensitive drum is manufactured by Canon Inc.
When an image was copied using the NP8582 copying machine, a very good image with good image contrast, excellent gradation reproducibility and excellent image resolution with no image defects was obtained.

<実施例2> 放電空間106を取り囲む基体105の数を変えた以外は実
施例1及び2と同様条件で電子写真感光ドラムを作製し
た。
<Example 2> An electrophotographic photosensitive drum was manufactured under the same conditions as in Examples 1 and 2, except that the number of substrates 105 surrounding the discharge space 106 was changed.

基体105の数を6本から8本、10本と偶数本づつ増や
していったところ、放電空間106の実質体積が大きく変
わらない限りは実施例1で得られた結果とほぼ同様の良
好な結果が得られた。
When the number of bases 105 was increased from six to eight, and even to ten each, as long as the substantial volume of the discharge space 106 did not change significantly, good results almost similar to those obtained in Example 1 were obtained. was gotten.

<比較例1> 第6(A)図及び第6(B)図に示す堆積膜形成装置
により第1表で示す条件で電子写真感光ドラムを作製し
た。この時いずれの基体605−1〜605−6にも電圧を印
加せずアースに落としておいた。このようにして作製し
た堆積膜は顕微鏡観察によれば非常に欠陥が少なく良好
であったが、電気的特性としては帯電能が低くまた残留
電位が大きかったために良好な画像は得られなかった。
Comparative Example 1 An electrophotographic photosensitive drum was manufactured using the deposition film forming apparatus shown in FIGS. 6A and 6B under the conditions shown in Table 1. At this time, no voltage was applied to any of the substrates 605-1 to 605-6, and the substrates were grounded. Microscopic observation showed that the deposited film thus produced had very few defects and was good, but good images could not be obtained because of its low electrical chargeability and large residual potential.

<比較例2> 第4(A)図及び第4(B)図に示す堆積膜形成装置
により放電空間中の電極412に直流電圧を印加する以外
は比較例1と同様の条件で電子写真感光ドラムを作製し
た。電極412に印加する電圧を大きくすることにより、
基体405上の堆積膜の電気的特性は向上していき、50Vで
は製品のレベルに達し良好なコントラストの画像が得ら
れた。しかし画像の欠陥は電極412に印加する電圧が増
大するにつれて増加していき、電圧が50V以上では製品
の歩留まりが低下しコストの上昇を招いた。
<Comparative Example 2> Electrophotographic exposure was performed under the same conditions as in Comparative Example 1 except that a DC voltage was applied to the electrode 412 in the discharge space by the deposition film forming apparatus shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). A drum was made. By increasing the voltage applied to the electrode 412,
The electrical characteristics of the deposited film on the substrate 405 improved, and at 50 V, the quality reached a product level, and an image with good contrast was obtained. However, image defects increase as the voltage applied to the electrode 412 increases, and when the voltage is 50 V or higher, the yield of the product is reduced and the cost is increased.

<比較例3> 第6(A)図及び第6(B)図に示す堆積膜形成装置
により1本の基体605−1に直流電圧を印加する以外は
比較例1と同様の方法で電子写真感光ドラムを作製し
た。基体605−1以外の基体605−2〜605−6はアース
に落としておいた。基体605−1に印加する電圧を大き
くすることにより基体605−1の電気的特性の向上は見
られなかったが、直流電圧を印加しなかった基体605−
2〜605−6上の堆積膜の電気的特性は向上していき、5
0Vでは製品のレベルに達し良好なコントラストの画像が
得られた。しかし画像の欠陥は基体605−1に印加する
電圧が増大するにつれ増加していき電圧が50V以上では
製品の歩留まりが低下しコストの上昇を招いた。
<Comparative Example 3> Electrophotography was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that a DC voltage was applied to one base 605-1 by the deposition film forming apparatus shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B). A photosensitive drum was manufactured. Substrates 605-2 to 605-6 other than the substrate 605-1 were grounded. Although the electrical characteristics of the base 605-1 were not improved by increasing the voltage applied to the base 605-1, the base 605-1 to which no DC voltage was applied was observed.
The electrical properties of the deposited film on 2-605-6 improved,
At 0 V, it reached the level of the product and an image with good contrast was obtained. However, image defects increase as the voltage applied to the substrate 605-1 increases, and if the voltage is 50 V or more, the yield of products is reduced and the cost is increased.

<比較例4> 第6(A)図及び第6(B)図に示す堆積膜形成装置
において基体605−1に60Hzサイン波の交流電圧を印加
する以外は比較例及び比較例2と同様の方法で電子写真
感光ドラムを作製した。基体605−1に印加する電圧を
大きくすることにより基体605−1及び他の基体605−2
〜605−6上の堆積膜の電気的特性は向上していき、200
Vではいずれの感光ドラムも製品のレベルに達し良好な
コントラストの画像が得られた。しかし、いずれの電圧
でも堆積膜の位置による特性のむらが大きく、更に堆積
膜の欠陥による画像の欠陥は基体605−1に印加する電
圧が増大するにつれて増加していき、電圧が200V以上で
は製品の歩留まりが低下し製品のコスト上昇を招いた。
Comparative Example 4 The same as Comparative Example and Comparative Example 2 except that a 60 Hz sine wave AC voltage was applied to the base 605-1 in the deposited film forming apparatus shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B). An electrophotographic photosensitive drum was produced by the method. By increasing the voltage applied to the base 605-1, the base 605-1 and the other base 605-2 are increased.
The electrical properties of the deposited film on 605-6 increase,
In the case of V, all the photosensitive drums reached the product level, and images with good contrast were obtained. However, at any voltage, the characteristic unevenness due to the position of the deposited film is large, and the image defect due to the defect of the deposited film increases as the voltage applied to the base 605-1 increases. Yield decreased and product cost increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1(A)図、第1(B)図、第2図及び第3図は本発
明の堆積膜形成装置を説明するための図である。第4
(A)図、第4(B)図、第5図及び第6(A)図、第
6(B)図は従来の堆積膜形成装置を説明するための図
である。 図において、 101,201,401,601……成膜炉、102,402,602……マイクロ
波導入窓、103,403,603……導波管、104,404,604……排
気管、105,405,605……基体、106,406,606……放電空
間、107,407,607……ヒーター、109,209,409,609……回
転軸、110,410,610……モーター、111……発振部、112
……フィルター部、113……整合部、411,611……直流電
源、412……電極、213……真空シール手段、214……固
定手段、215,218,221……絶縁碍子、216……回転運動伝
達手段、217……ブラシ、219……同軸ケーブル、220…
…冷却水導入手段。
1 (A), 1 (B), 2 and 3 are views for explaining a deposited film forming apparatus of the present invention. 4th
(A), FIG. 4 (B), FIG. 5, FIG. 6 (A), and FIG. 6 (B) are views for explaining a conventional deposited film forming apparatus. In the figure, 101,201,401,601 ... film forming furnace, 102,402,602 ... microwave introduction window, 103,403,603 ... waveguide, 104,404,604 ... exhaust tube, 105,405,605 ... substrate, 106,406,606 ... discharge space, 107,407,607 ... heater, 109,209,409,609 ... Rotating shaft, 110, 410, 610: Motor, 111: Oscillator, 112
... Filter part, 113 matching part, 411, 611 DC power supply, 412 electrode, 213 vacuum sealing means, 214 fixing means, 215, 218, 221 insulator, 216 rotational transmission means, 217 …… Brush, 219 …… Coaxial cable, 220…
... Cooling water introduction means.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】実質的に密封し得る反応容器内に、マイク
ロ波導入手段からのマイクロ波エネルギーによる放電を
行う放電空間を包囲するように複数の基体を配置し、該
放電空間において、原料ガスに由来する成膜に寄与する
反応物質を含む放電プラズマを形成して前記基体表面に
堆積膜を形成する方法であって、前記基体の少なくとも
1つに、該基体と該基体以外の少なくとも1つの基体と
の間に電界が形成されるように、周波数が500Hz以上、2
MHz以下の交流電圧を印加することを特徴とする機能性
堆積膜の形成方法。
A plurality of substrates are disposed in a substantially hermetically sealable reaction vessel so as to surround a discharge space for performing discharge by microwave energy from microwave introduction means. A method for forming a deposition film on the surface of the substrate by forming a discharge plasma containing a reactant contributing to film formation derived from the method, wherein at least one of the substrates includes the substrate and at least one other than the substrate. The frequency is 500Hz or more, so that an electric field is formed between
A method for forming a functional deposited film, characterized by applying an AC voltage of MHz or less.
【請求項2】前記基体が円筒形のものである請求項1に
記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein said substrate is cylindrical.
【請求項3】実質的に密封し得る反応容器内に、マイク
ロ波導入手段からのマイクロ波エネルギーによる放電を
行う放電空間を包囲するように複数の基体を配置し、該
放電空間において、原料ガスに由来する成膜に寄与する
反応物質を含む放電プラズマを形成して前記基体表面に
堆積膜を形成する装置であって、前記基体と基体との間
に電界が形成されるように、前記基体の少なくとも1つ
に、周波数が500Hz以上、2MHz以下の交流電圧を発生す
る交流電源が電気的に接続されていることを特徴とする
機能性堆積膜の形成装置。
3. A plurality of substrates are arranged in a substantially hermetically sealable reaction vessel so as to surround a discharge space in which discharge by microwave energy from microwave introduction means is performed. An apparatus for forming a deposited film on the surface of a substrate by forming discharge plasma containing a reactant contributing to film formation derived from the substrate, wherein the substrate is formed so that an electric field is formed between the substrate and the substrate. An AC power supply for generating an AC voltage having a frequency of 500 Hz or more and 2 MHz or less is electrically connected to at least one of the above.
【請求項4】前記基体が円筒形のものである請求項3に
記載の装置。
4. The apparatus according to claim 3, wherein said substrate is cylindrical.
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