JPH01270A

JPH01270A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH01270A
Application number: JP62-153502A
Authority: JP
Inventors: 杉田　哲; 正太郎岡部
Original assignee: キヤノン株式会社
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1989-01-05
Anticipated expiration: 2012-05-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の属する技術分野〕本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性膜、特に半
導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、画像人力用
ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス等に
用いる機能性薄膜を形成するためのマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置に関するものである。

〔従来技術の説明〕

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）
で補償されアモルファス・シリコン（以下（Ａ−３ｔ（
Ｈ，Ｘ））と記す、）等のアモルファス半導体等の堆積
膜が提案され、その中のいくつかは実用に付されている
。

そして、こうした堆積膜は、プラズマＣＶＤ法、即ち、
原料ガスを直流、又は高周波、マイクロ波グロー放電に
よって分解し、ガラス、石英、耐熱性合成樹１）フィル
ム、ステンレス、アルミニウムなどの支持体上に薄膜状
の堆積膜を形成する方法により形成されることが知られ
ており、そのための装置も各種提案されている。

特に近年マイクロ波グロー放電分解を用いたプラズマＣ
ＶＤ法が工業的にも注目されてきている。

そしてマイクロ波プラズマＣＶＤ装置としては、所謂Ｅ
ＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型のプラズマＣＶＤ装
置がいくつか報告されているが、そうしたいずれの装置
も、基本的に原料ガスを直接励起する類のものではない
。

一方、原料ガスに直接マイクロ波電力を供給してマイク
ロ波プラズマを生起させる方式のマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置が開発され、実用化の領域に入るに至っている
。

第３図は、後者の形式のマイクロ波ＣＶＤ装置であって
、本発明者らが開発し、実用に付した装置の１例を模式
的に示す断面略図である。

第３図において、３０１はマイクロ波導入部、３０２は
真空容器、３０３は支持体（円筒形）（なお、支持体が
板状のものである場合、円筒形の支持体、例えばアルミ
シリンダーの表面に該板状支持体を密着させて、堆積膜
を形成するようにする。）、３０４は支持体加熱用ヒー
ター、３０５は排気バッファ板、３０６は真空シール機
構、３０７は冷却系導入部、３０８は支持体回転用モー
ター、３０９は支持体回転軸、３１０，３１）は支持体
保持具、３１２はプラズマ、そして３１３はマイクロ波
導入窓を各々示している。

該図に示す装置は、真空容１）３０２内に見かけ上の円
筒状空間を形成するように支持体３０３（例、アルミニ
ウムシリンダー）を配置し、該円筒状空間の少なくとも
一端面から真空容器３０２内の該円筒状空間の他の端面
に向けてマイクロ波電力を投入してそこに放電を生起せ
しめる擬似円形空胴共鳴器構造をとっており、マイクロ
波導入部３０１は、前述のＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）型の装置におけるように大形の電磁石コイルやＥ
ＣＲキャビティ等を設ける必要は無心、比較的簡潔に設
計することが可能で、且つ、真空容器３０２又はその内
部構造を空胴共振器として作用するように用いることに
より、ＥＣＲ型のプラズマＣＶＤ装置よりも大電力を供
給できるため、成膜速度が比較的大きく、ガス分解率も
１００％近くに達して、大面積の支持体への堆積膜形成
とその量産に適する長所を存している。

ところで第３図に図示の装置による堆積膜形成操作は以
下のようにして行われる。

まず、真空容器３０２内に、支持体（Ａｌシリンダー）
３０３を設置し、支持体回転用モーターで支持体３０３
を回転し拡散ポンプ（図示せず）で、約１０−”Ｔｏｒ
ｒ以下に減圧するｅｔｌｔいて支持体加熱用ヒーター３
０４で支持体の温度を、５０℃乃至４００℃の所定温度
に制御する。支持体３０３が所定の温度になったところ
で、ガスボンベ（図示せず）から所定のガス、例えばＡ
−３ｉ（Ｈ，Ｘ）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ガス導入管を介して、放電
空間Ａに導入する。そして放電空間Ａの内圧をＩｏｎＴ
　ｏｒｒ以下の所定の圧力にする。内圧が安定した後、
マイクロ波電源（不図示）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、マイクロ波導入部３０１及びマイクロ波導入窓３
１３を介して、放電空間Ａにマイクロ波エネルギーを導
入する。

かくして、真空容器内の原料ガスはマイクロ波のエネル
ギーにより分解され、支持体３０３上に堆積膜が形成さ
れるところとなる。

しかしながら該装置においては、前述のごとくガス分解
効率が高い、即ち、プラズマエネルギーが大きいという
長所を有してはいるものの、そのためにプラズマと対向
する支持体の表面の温度が成膜中に上昇しすぎてしまい
、膜質の劣化、構造的ヒステリシスの発生等の予期せぬ
問題が発生する場合があり、成膜時におけるマイクロ波
投入電力に制限を加えざるを得ない場合がでてくる。

また、成膜時の支持体の設定加熱温度の上限値をこえな
いようにするについて、ある程度の冷却を行い温度上昇
をおさえる等の対策を講じることが提案されている。

しかしながら、それらのいずれによっても効果は必ずし
も十分とはいえないのが実状である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、
半導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、光起電力
素子、その他の各種エレクトロニクス素子、光学素子等
に用いられる素子部材としての堆積膜を形成する場合に
、均一かつ良質で、再現性に富んだ堆積膜を安定して形
成し得る装置を促供することにある。

〔発明の構成〕

本発明者らは、従来のマイクロ波を真空容器内に直接導
入する方式のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置における前
述の諸問題を解決し、上述の目的を達成すべく鋭意研究
を重ねたところ、マイクロ波導入部外周と、それに対向
する位置に磁石を配置し、両磁石で形成される空間に閉
磁場を形成させて放電中央部のプラズマ密度を上げるこ
とにより支持体近傍部のプラズマ密度を下げ、支持体表
面の温度過昇を防止しうる知見を得た。

本発明は該知見に基づいて完成せしめたものであり、本
発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は真空容器と、該
真空容器内に堆積膜形成用支持体を保持する手段と、該
真空容器内に原料ガスを供給する手段と、該真空容器内
を排気する手段と、該真空容器内にマイクロ波電力を導
入するマイクロ波導入部とから構成されるマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置であって、前記マイクロ波導入部の外
周とそれに対向する位置に磁石を配置して磁石間の空間
に閉磁場を形成しうるようにしたことを特徴とするもの
である。

本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置において、マイ
クロ波導入部外周及びそれに対向する位置に配置する磁
石は、一定磁力を持つものであっても、あるいは電磁石
であってもよい、また、必要に応じて装置外への磁気的
影響を避けるため、磁石に磁気シールドを設けることも
可能である。

更に本発明のマイクロ波ＣＶＤ装置において、磁石以外
の装置構成部材を非磁性材料で構成するとともに、装置
構成部材を、磁界に影響を与えぬように配置するかある
いは、そうした条件を満足する大きさにするのが望まし
い。

本発明の装置により堆積膜を形成するについて使用され
る原料ガスは、マイクロ波のエネルギーにより励起種化
し、化学的相互作用して基体表面上に所期の堆積膜を形
成する類のものであれば何れのものであっても採用する
ことができるが、例えばＡ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）　Ｗａを形
成する場合であれば、ケイ素に水素、ハロゲン、あるい
は炭化水素等が結合したシラン類及びハロゲン化シラン
類等のガス、水素ガス又は水素ガスとアルゴンガスの混
合ガス等を用いることができる。さらにＡ−３ｉ（Ｈ。

Ｘ）膜はｐ型不純物元素又はｎ型不純物元素をドーピン
グすることが可能であり、これ等の不純物元素を構成成
分として含有する原料ガスを、前述の原料ガスと混合し
て用いることができる。

また支持体については、導電性のものであっても、半導
電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであ
ってもよく、具体的には金属、セラミックス、ガラス等
が挙げられる。そして成膜操作時の基体温度は、特に制
限されないが、３０〜４５０℃の範囲とするのが一般的
であり、好ましくは５０〜３５０℃である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導入
する前にプラズマ室及び成膜室内の圧力を５　Ｘ　１０
−’Ｔｏｒｒ以下、好ましくはｌＸｌ０−’Ｔ　ｏｒｒ
以下とし、原料ガスを導入した時には圧力を４　Ｘ　１
０−’〜２　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ　、好ましくは８Ｘ
　１０−４〜Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒとするのが望ま
しい。

以下、具体的装置例により本発明を更に詳細に説明する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。

呈」１）Ｌ本発明の目的を達成しうるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置の具体例を第１図の縦断面略図及び第２図の横断面略
図に示す、。

第１図及び第２図において、ｌはマイクロ波導入窓、２
はマイクロ波導入窓保持筒、６は磁石、７は真空容器、
８は排気バッファ板、９は支持体、ＩＯは支持体加熱用
ヒーター、ｔｔ、ｔｚは支持棒保持具、１３は支持体回
転軸、１４は真空シール機構、１５は冷却系導入部、１
６は支持体回転用モーター、１７．１８はベースフラン
ジ、１９はプラズマ、２０はプラズマ密度の高い領域、
２１は導波管、２２は磁石ホルダー、２０１は冷却用ジ
ャケットを各々示している。

本例の装置は、円筒状支持体９，９．・・・を真空容器
内に環状に複数個配置し、支持体９，９．・・・により
囲まれた空間を擬似空刺共振器としてマイクロ波放電を
行う、直接導入形マイクロ波ＣＶＤ装置であり、支持体
９の全長が長く、該支持体９の表面に均一に成膜を行う
必要があることから、支持体の両端方向からマイクロ波
放電電力を導入しうるように真空容器７の上、下にマイ
クロ波導入窓１、マイクロ波導入窓保持筒２及び導波管
を設置しである。そして、各々の÷イクロ波導入窓の外
周には、磁石６を配置し、両磁石間に閉磁場を形成する
ようにしである。

第１．２図に示す装置を用いた場合の堆積膜形成は、以
下のようにして行われる。

まず、真空容器７内に、円筒状支持体９を複数本環状に
配置し、支持体回転用モーター１６で支持体９を回転さ
せるとともに、真空容器７内を１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下に
排気する。続いて、支持体加熱用ヒーターＩＯで支持体
温度を５０℃乃至４００℃の所定温度まで加熱し、所定
温度に保持する。こうしたところに、Ａ−３ｉＨ膜形成
用の原料ガスであるところのシランガス（Ｓ　ｉ　ＨＪ
及び水素ガス（ＨＸ）を真空容器７内へ導入し、真空容
器内の圧力を１０ｗＴｏｒｒ以下の所定の圧力に制御す
る。内圧が安定したところに、真空容器７の両端からマ
イクロ波導入窓３を介して、該容器内にマイクロ波（２
，４５ＧＨｚ）を導入し、マイクロ波入射電力及び反射
電力を適宜調整し、複数の円筒状支持体９で囲まれた放
電空間Ａ内にグロー放電プラズマを生起せしめる。

放電空間Ａ内ではマイクロ波導入窓３間に閉磁場が形成
されているため、プラズマ中での原料ガスの分解により
放出された電子は、この磁場内に閉じ込められ、他の原
料ガス分子と衝突して新たに電子を放出させることとな
り、該現象が磁場をかけられたプラズマ中に連続して起
こるため、プラズマ密度は放電空間Ａの中央部２０、即
ち、磁場をかけた空間内で高くなる。第４図は、第１゜
２図に示す装置における発生磁界の状態を示す模式図で
あり、図中、４０１は磁石、４０２は磁力線、４０３は
ガス分解による放出電子、４０４゜４０５は磁場中に拘
束された電子４０３の運動軌跡を各々示している。

この結果、支持体９表面上では、プラズマ密度が低くな
るか、あるいはプラズマが支持体９表面から離れ、支持
体９表面上には電気的に中性の活性ラジカル種のみが飛
んでくるという状態となり、支持体表面での温度の過昇
を防止することができ、常に安定した温度条件下で成膜
が進むところとなる。

笠ｌ拠主第５図は、本発明のマイクロ波ＣＶＤ装置の他の実施例
を示す模式図であり、第６図は、第５図のｘ−ｘ’断面
図である０図中、５０１はマイクロ波導入部、５０２は
支持体、５０３は支持体保持具、５０４は金属メツシュ
、５０５はガス排出孔、５０６は排気バッファ板、５０
７は真空容器、５０８は支持体加熱用ヒーター、５０９
は真空シール機構、５１０は支持体回転用モーター、５
１）は回転軸、５１２は磁石、５１３，５１４は端板を
各々示している。

第５図に示すごとく、本実施例装置は、マイクロ波導入
部を１個だけ有する長尺平板状支持体用の直接導入型マ
イクロ波ＣＶＤ装置の例であり、真空容器５０７の上端
部に設けられたマイクロ波導入部５０１の外周部及び真
空容器の下端部にそれぞれ磁石５１２が設置されており
、閉磁場が形成されている。

次に、本発明の装置による堆積膜形成の試験例を用いて
、本発明の効果を具体的に説明する。

広狼五円筒状Ａ１基体上に第１表に示す成膜条件により、ＡＳ
ｉ：Ｈ膜を膜厚約１２μｍとなるように堆積させた。比
較例として、磁界を印加しない以外はすべて同し成膜条
件によりＡ−３ｔ：Ｈ堆積膜を形成した。そして、夫々
について基体表面の温度、膜厚分布、ＳＮ比及び堆積速
度を測定した。その結果を第７図及び表２に示す。

第７図（Ａ）は成膜時間と基体表面温度の関係を示して
おり、第７図（Ｂ）は基体の測定位置における膜厚分布
を示している。また、第２表はＳＮ比と堆積速度を測定
した結果を示している。

第７図に示すごとく、磁界の印加により基体表面近傍の
プラズマ密度が下がり、基体表面の温度上昇を抑えるこ
とができることが確かめられた。

第　　　　１　　　　表第　　　　２　　　　表〔発明の効果〕本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、マイクロ波
導入部の外周とそれに対向する位置に磁石を配置し、閉
磁場を形成することにより、支持体表面のプラズマ被曝
による温度過昇を抑止することができ、安定した温度条
件のもとで成膜を行うことができるため、良質の堆積膜
を大面積にわたって、定常的に量産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の典型
的１例を示す断面略図であり、第２図は第１図のＸ−Ｘ
断面図である。第３図は、従来のマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置の１例を示す断面略図であり、第４図は、本発
明のマイクロ波ＣＶＤ装置における発生磁界の状態を模
式的に示す図である。第５図は、本発明のマイクロ波Ｃ
ＶＤ装置の他の装置例を示す断面略図であり、第６図は
第５図のＸ−Ｘ断面図である。第７（Ａ）図は、第１図
に示す装置を用いた場合の基体表面の温度を示す図であ
り、第７（Ｂ）図は、第１図に示す装置を用いた場合の
膜厚分布を示す図である。第１，２図において、ｌ・・・マイクロ波導入窓、２・
・・マイクロ波導入窓保持筒、６・・・磁石、７・・・
真空容器、８・・・排気バッファ板、９・・・支持体、
１０・・・支持体加熱用ヒーター、１）．１２・・・支
持体保持具、１３・・・支持体回転軸、１４・・・真空
シール機構、１５・・・冷却系導入部、１６・・・支持
体回転用モー９−１）７．１８・・・ベースフランジ、
１９・・・プラズマ、２０・・・プラズマ密度の高い領
域、２１・・・導波管、２２・・・磁石ホルダー、２０
１・・・冷却用ジャケット、Ａ・・・放電空間。第３図において、３０１・・・マイクロ波導入部、３０
２・・・真空容器、３０３・・・支持体、３０４・・・
支持体加熱用ヒーター、３０５・・・排気バッファ板、
３０６・・・真空シール機構、３０７・・・冷却系導入
部、３０８・・・支持体回転用モーター、３０９・・・
支持体回転軸、３１０，３１）・・・支持体保持具、３
１２・・・プラズマ、３１３・・・マイクロ波導入窓、
Ａ・・・放電空間。第４図において、４０１・・・磁石、４０２・・・磁力
線、４０３・・・ガス分解による放出電子、４０４゜（
−ビ・・・磁場の中に拘束された電子４０３の運動軌跡
、Ａ・・・放電空間。第５．６図において、５０１・・・マイクロ波導入部、
５０２・・・支持体、５０３・・・支持体保持具、５０
４・・・金属メツシュ、５０５・・・ガス排出孔、５０
６・・・排気バッファ板、５０７・・・真空容器、５０
８・・・支持体加熱用ヒーター、５０９・・・真空シー
ル機構、５１０・・・支持体回転用モーター、５１）・
・・支持体回転軸、５１２・・・磁石、５１３，５１４
・・・端板。特許出願人　　キャノン株式会社第・２図第４図マイクロウェーブ電力第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空容器と、該真空容器内に堆積膜形成用支持体
を保持する手段と、該真空容器内に原料ガスを供給する
手段と、該真空容器内を排気する手段と、該真空容器内
にマイクロ波電力を導入するマイクロ波導入部とから構
成されるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置であって、前記
マイクロ波導入部の外周とそれに対向する位置に磁石に
配置して閉磁場を形成しうるようにしたことを特徴とす
るマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
（２）前記の磁石以外の構成部材を、非磁性材料で構成
するかまたは磁界に影響を与えぬように配置するか、あ
るいは磁界に影響を与えぬ大きさとすることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項に記載されたマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置。