JPH01271A

JPH01271A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH01271A
Application number: JP62-153503A
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

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
用いる機能性ｔｌ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、耐熱性合成樹脂フィルム
、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おり、そのための装置も
いくつか提案されている。

該マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の典型例の１つに、所
謂ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型プラズマＣＶＤ
装置が知られている。

第４図は、従来のＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置の典型的
基本構成を示す模式図であって、図中、４０１はＥＣＲ
キャビティー、４０１ａ４．ｔＥＣＲ条件によるマイク
ロ波定在波、４０２はマイクロ波導波管、４０３はマイ
クロ波導入窓、４０４は真空シール、４０５は１を磁石
コイル、４０６はプラズマ引出し窓、４０７は成膜室、
４１０は平板状支持体、４２３はマイクロ波電力、４２
４はプラズマ流、４２４ａはプラズマ中の電子の運動軌
跡を夫々表している。即ち、第４図に示す装置は、ＥＣ
Ｒキャビティー４０１、マイクロ波導波管４０２、マイ
クロ波導入窓４０３、真空シール４０４、電磁石コイル
４０５、及びプラズマ引出し窓から構成されるＥＣＲイ
オン源を平板状支持体を配置した成膜室４０７に接続し
てなるものである。

該装置を用いてプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成を行
うには、まず、排気系によりＥＣＲキャビティー４０１
と成膜室４０７内を高真空に排気し、ＥＣＲキャビティ
ー４０１に励起ガス、成膜室４０７内に材料ガスを夫々
導入し、１０−ｈ〜ＩＴ　ｏｒｒの圧力とする。こうし
たところへ、マイクロ波電源（不図示）より、周波数５
００ＭＨｚ以上の、好ましくは２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波電力４２３をマイクロ波導波管４０２及びマイクロ
波導入窓４０３を介してＥＣＲキャビティー４０１に導
入し、同時にＥＣＲキャビティー４０１に周設したａｆ
１１石コイル４０５により、ＥＣＲキャビティーの少な
くとも一部に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界
を与える。ＥＣＲキャビティーはマイクロ波の電界強度
を高め、放電の効率を高めるためにマイクロ波空洞共振
器の条件を満たすように構成される。（第４図において
、４０１ａはＥＣＲ条件によるマイクロ波定在波を示し
ている。）励起ガスはＥＣＲキャビティー４０１内で励
起されプラズマを形成する。形成されたプラズマはプラ
ズマ引出し窓を介して成膜室４０７内へ流れ出される。

成膜室４０７内の材料ガスは、励起ガスプラズマのエネ
ルギー（主としてプラズマ中の電子のエネルギー）によ
り材料ガスプラズマとなり、生成されたプラズマ＠４２
４は支持体４１０表面へ輸送され、支持体４１０上に堆
積膜を形成せしめるところとなる。

こうしたＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置を用いた堆積膜形
成は、Ｔｌ）欠陥が極めて少ない堆積膜の形成が可能で
あり、（２）成膜温度の低温化が可能であるという長所
を有している。即ち、（１）は従来の熱ＣＶＤ法による
堆積膜形成法の有している利点であり、（２）は直流も
しくは高周波を用いた従来のプラズマＣＶＤ法による堆
積膜形成法の有している利点であり、ＥＣＲ型プラズマ
ＣＶＤ法は、これらの相反する２つのＣＶＤ法の長所を
兼ね備えた画期的なものである。

しかしながら、第４図に示す如きＥＣＲ型プラズマＣＶ
Ｄ装置の構成では、（１１支持体をプラズマ流に正対させていること。

（２）　　プラズマ流がＥＣＲ磁場の発散磁界の縁に沿
って発散してい（形状となるため、プラズマ引出し部か
ら遠い位置でのプラズマ強度が低くなり、成膜速度が落
ちる。即ち、発散磁界がプラズマ流の長距離輸送に必ず
しも有効でない。

（３）　　実際に装置の実物を製作してみると、基板の
大きさの割にＥＣＲイオン源が予想外に大きくなる。

といった問題点があり、大面積、あるいは長尺の支持体
を一度に多数用いて成膜を行う様な量産を考えた場合に
は、第４図に示す構成を単純に大形化するだけでは対応
出来ず、実用上の障害となっている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置を用いて
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おける前述のごと
き問題点を克服し、大面積化あるいは長尺化した支持体
を用いた場合にも、定常的に高品質の堆積膜が得られる
とともに、量産可能なプラズマＣＶＤ装置を提供するこ
とにある。

また、本発明の別の目的は、堆積膜形成用支持体をプラ
ズマの引出し方向と平行となるように配置するとともに
、プラズマ密度を低下させることなくプラズマの輸送距
離を長くすることを可能とするプラズマＣＶＤ装置を提
供することにある。

〔発明の構成・効果〕

本発明者らは、従来のＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置にお
ける前述の問題点を解決し、上述の目的を達成すべく鋭
意研究を重ねたところ、支持体の成膜表面がプラズマの
引出し方向と平行になるように支持体を配置するととも
に、プラズマの引出し方向と同方向の磁界を形成するこ
とにより、プラズマ密度を低下させることなくプラズマ
の輸送距離を長くすることができるという知見を得た。

本発明は、該知見に基づいて更なる研究を重ねた結果完
成せしめたものであり、本発明のマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置は、内部に成膜室を有する真空容器と、該真空
容器に接続する少なくとも１つの電子サイクロトロン共
鳴イオン源と、少なくとも１つの支持体保持手段と、前
記電子サイクロトロン共鳴イオン源に接続する少なくと
も１つのマイクロ波発生電源と、前記真空容器内を排気
する少なくとも１つの排気手段と、少なくとも１つのガ
ス供給手段よりなる電子サイクロトロン共鳴型プラズマ
ＣＶＤ装置であって、前記支持体保持手段を、前記支持
体が前記イオン源から引出されるプラズマの引出し方向
と平行になるように環状配置するとともに、該支持体保
持手段に、プラズマの引出し方向と一致した磁界が形成
しうるように磁石を付加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、支持
体保持機構に付加する磁石は、一定値力を持つものであ
っても、電磁石であってもよく、また、必要に応じて、
装置外部への磁気的影響を防ぐため磁石に適宜磁気シー
ルドを付加することもできる。更に、磁石以外の装置構
成品を非磁性材料とするか、または磁界に影響を与えぬ
ように配置あるいはその形状を決定するのが望ましい。

本発明の装置は、種々の変形が可能であり、例えば、Ｅ
ＣＲイオン源の数、支持体保持機構に付加する磁石の強
度や配置、支持体側へのバイアス電圧の印加手段の付加
等を適宜選択することができるものである。

また、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤｖｔＷにおけ
るプラズマ引出し窓は、板状部材で構成されていて、該
板状部材のマイクロ波導入窓に対向する中央位置が所定
径の円形に切欠した構造を有するものである。そして該
板状部材は、基本的に非磁性であり、構造的・熱的・化
学的に問題がない限りいずれの材質のものであってもよ
く、具体的には、例えば、５ＵＳ３０４．３１Ｏ３，３
１６等のオーステナイト系ステンレス鋼、八５０５２゜
５０８３．６０６１等のアルミニウム合金、前記ステン
レス鋼の表面にＡＪコートを施してなるもの等が適宜採
用できる。

−更に、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を使用
して堆積膜を形成するについては、支持体として、導電
性のもの或いは電気絶縁性のものを適宜選択使用可能で
ある。導電性支持体としては、例えば、ステンレス、Ａ
ｆｆ、Ａｕ　、Ｐｔ等の金属又はこれ等の合金が挙げら
れる。

電気絶縁性支持体としては、ＰＴＦＥ　（四フン化エチ
レン樹脂）等の合成樹脂のフィルム又はシート、ガラス
、セラミックス等が通常使用される。

また、使用する材料ガス及び励起ガスについては、形成
する堆積膜の種類に応じて適宜選択される。励起ガスと
しては、ＥＣＲキャビティー内でマイクロ波エネルギー
の作用で励起されてプラズマ化し、プラズマ流を形成し
、該プラズマ流が成膜室内でそこに導入される材料ガス
に接触乃至衝突して該材料ガスを励起・分解するものが
好適に使用され、それらの例として、Ａｒ、Ｈｅ等の希
ガス、Ｈ２ガス、Ｎｔガガスを挙げることができる。

材料ガスとしては、成膜に寄与する所謂成膜用原料ガス
が使用され、それらの例として、Ｓ＋Ｈａ。

５ｉｚＨａ、５ｉ２Ｈ＊、５ｉｎＨ＋ｏ等のシラン、５
ｉＨｓＦ。

Ｓ　ｒ　Ｆ　ａ、　Ｓ　ｓ　Ｈ３Ｂ　ｒ、　Ｓ　ｓ　Ｈ
ｓ　Ｃ１等のハロゲン化シラン等のケイ素を構成成分と
する化合物を挙げることができる。

これらの化合物の他に、Ｎｚ、ＮＨｘ、ＨｘＮＮＨｚ。

ＨＮ３．ＮＨ４Ｎ３等の窒素化合物、ＣＨａ　、ＣｚＨ
ｈ。

Ｃ５Ｈａ、ＣｘＨａ、Ｃ２Ｈ＆、ＣｚＨｘ等の炭化水素
化合物等の化合物も任意に選択して使用できる。さらに
、ｐ型不純物導入用原料物質であるＢｍＨ＊、ＢｎＨ＋
ｓ。

ＢｓＨ雫、ＢｓＨ＋＋、ＢｉＨ＋ｏ、Ｂ　ｈＨ＋ｚ、Ａ
４（ＣＨｚ）ｓ。

Ａ　ｌ　（ＣｓＨｓ）ｓ、　Ｇａ（ＣＨ２）ｌ　Ｉｎ（
ＣＨｓ）ｓ等の第■族原子を構成要素として含む化合物
、ｎ型不純物導入用原料物質であるＰＨｓ　、　′Ｐ＊
Ｈ４、ＡｓＨｓ。

５ｂＨｓ、ＢｉＨｓ等の第Ｖ族原子を構成要素として含
む化合物等の化合物を堆積膜をドープするについて使用
できることは云うまでもない。

以下、具体的実施例装置により本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれによって限定されるものではない
。

装置史上第１図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の典
型例を模式的に示す断面略図であり、第２図は、第１図
に示す装置の発生磁界の状態を示す模式図である。

第１図において、１０１はＥＣＲキャビティー、１０２
はマイクロ波導波管、１０３はマイクロ波導入窓、１０
４は真空シール、１０５は電磁石コイル、１０６はプラ
ズマ引出し窓、１０７は成膜室、１０８は排気整流板、
１０９は支持体加熱ヒーター、１１０は支持体、１１１
は磁石、１１２は磁石支持手段、１１３は支持体回転軸
、１１４は防着シールド、１１５は軸受、１１６は真空
シール機構、１１７は支持体回転駆動モーター機構、１
１８．１１９は支持体保持具、１２０は軸受ケース、１
２１は真空シール、１２２は冷却系導入手段、１２３は
マイクロ波電力、１２４はプラズマ流を夫々示している
。また、第２図において、２０１はＥＣＨによる発散磁
界、２０２は第１図における磁石１１１の磁界、２０３
は電磁石コイル、２０４は支持体保持機構に付加された
磁石を夫々示している。

第１．２図が示す如く、本実施例装置においては、支持
体１１０として長尺円筒形のものを用い、複数本の円筒
状支持体保持具１１８，１１９によって、成膜室１０７
内に環状に複数本配置してあり、該円筒状支持体の中心
部には各々磁石３１１が装着されている。また、成膜室
１０７には、ＥＣＲキャビティー１０１、マイクロ波導
波管１０２、マイクロ波導入窓１０３、真空シール１０
４，１２１゜電磁石コイル１０５、及びプラズマ引出し
窓で構成されるＥＣＲイオン源が接続されている。

該装置を用いた堆積膜形成は、前述の第４図に示した装
置による堆積膜形成と同様の手順で行われる。

即ち、まず、励起ガスをＥＣＲキャビティー１０１内で
励゛起し、プラズマを形成する０次に、このプラズマを
プラズマ引出し窓１０６から成膜室＋０７内へ流し出す
、ここへ材料ガスを入れて、励起ガスプラズマのエネル
ギー（主としてプラズマ中の電子のエネルギー）により
材料ガスプラズマを生成させる。

成膜室内は、第２図に示すごとく、支持体保持機構（本
例の場合、支持体回転軸１１３）に設けられた磁石２０
４により磁界２０２が形成されているため、生成された
プラズマ流１２４は、磁界２０２に沿って長距離を、プ
ラズマ密度を低下させることなく、輸送され、その間に
支持体１１０の成膜面上に薄膜が形成される。尚、ＥＣ
Ｒ電磁石コイル２０３　（１０５）により形成される磁
界２０１は磁石２０４（１１１）の磁界２０２より常に
強い状態に保っておく０本実施例装置においては、磁界
不連続部のプラズマ漏れ防止のため、防着シールド１１
４を設置しである。

笠ｌ■主本例は長尺形の平板状支持体上に堆積膜を形成しうるＥ
ＣＲ型プラズマＣＶＤｖｔ置装あり、第３図はその模式
的断面図である。

第３図において、３０１はＥＣＲキャビティー、３０２
はマイクロ波導波管、３０３はマイクロ波導入窓、３０
４は真空シール、３０５は電磁石、３０６はプラズマ引
出し窓、３０７は成膜室、３０８は排気整流板、３０９
は支持体加熱用ヒーター、３１０は支持体（平板状）、
３１１は磁石、３１３は回転軸、３１４は防着シールド
、３１５は軸受、３１６は真空シール機構、３１７は回
転用モーター、３１８は支持体保持具、３２０は軸受ケ
ース、３２３はマイクロ波電力、３２４はプラズマ流を
夫々示している。

第３図に示す如く、本実施例装置においては、平板状の
支持体３１０及び支持体加熱用ヒーター３０９が円筒状
の支持体保持具３１８に装着され、さらに該円筒状支持
体保持具３１８の外周囲には磁石３１１が装着されてい
る。そして、支持体３１０、支持体加熱用ヒーター３０
９および磁石３１１の装着された円筒状支持体保持具３
１８は回転軸３１３を介して回転用モーター３１８に接
続されており、堆積膜形成中回転せしめることができる
ように構成されている。

該装置を用いて堆積膜形成を行う場合も、支持体３１０
はプラズマの引出し方向と平行に配置されており、磁石
３１１により磁界が形成されているため、生成されたプ
ラズマ流３２４は、その密度を低下させることなく該磁
界に沿って長距離を輸送されるので、長尺形の平板状支
持体上に均一な堆積膜を形成することができる。

拭狂斑第１図に示す装置を用いて、第１表に示す成膜条件によ
りＡＩ支持体上に約ＩＩＪｍの膜厚を有するＡ−３ｔ：
Ｈ膜を形成し、得られたＡ−３ｉ：Ｈ膜の膜厚分布につ
いて調べたところ、第５図に示す結果が得られた。第５
図は、支持体の長手方向の長さにおける膜厚分布を示し
ている。

第１表以上説明の本発明のＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置は、堆
積膜形成用支持体を、プラズマ引出し方向に対して平行
になるように、真空容器内に環状に複数配置するととも
に、プラズマ引出し方向と同じ方向に磁界が形成される
ように支持体保持手段に磁石を付加したことにより、プ
ラズマ輸送距離をより長くすることができ、それにより
大面積或いは長尺の基板であってもその全表面に均一膜
厚で均質な所望の堆積膜を形成することができ更に、き
ると共に１バツチ　システムで複数個のそうした堆積膜
製品を一度に生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ＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置の典型
的−例を模式的に示す断面略図であり、第２図は該装置
における発生磁界の状態を示す模式図である。第３図は
本発明のＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置の他の実施例を示
す断面略図であり、第４図は従来のＥＣＲ型プラズマＣ
ＶＤ装置を模式的に示す断面略図である。第５図は、第
１図の装置を用いた場合の膜厚分布の１例を示す図であ
第１，３及び４図について、１０１，３０１゜４０１−
ＥＣＲキャビティー、４０１ａ・ＥＣＲ条件によるマイ
クロ波定在波、１０２，３０２゜４０２・・・マイクロ
波導波管、１０３．　３０３，４０３・・・マイクロ波
導入窓、１０４，３０４，４０４・・・真空シール、１
０５，３０５．４０５・・・電磁石コイル、１０６，３
０６．４０６・・・プラズマ引出し窓、１０７，３０７
，４０７・・・成膜室、１０８゜３０８・・・排気整流
板、１０９，３０９・・・支持体加熱用ヒーター、１１
０，３１０，４１０・・・支持体、１１１．３１１・・
・磁石、１１２・・・磁石支持手段、１１３．３１３・
・・回転軸、１１４．３１４・・・防着シールド、１１
５，３１５・・・軸受、１１６，３１６・・・真空シー
ル機構、１１７，３１７・・・回転用モーター、１１８
，１１９．３１８・・・支持体保持具、１２０．３２０
・・・軸受ケース、１２１・・・真空シール、１２２・
・・冷却系導入手段、１２３，３２３゜４２３・・・マ
イクロ波電力、１２４，３２４．４２４・・・プラズマ
流、４２４ａ・・・プラズマ中の電子の運動軌跡。第２図について、２０１・・・ＥＣＲによる発散磁界、
２０２・・・磁石２０４による磁界、２０３・・・電磁
石コイル、２０４・・・磁石。第２図

Claims

【特許請求の範囲】

　内部に成膜室を有する真空容器と、該真空容器に接続
する少なくとも１つの電子サイクロトロン共鳴イオン源
と、少なくとも１つの支持体保持手段と、前記電子サイ
クロトロン共鳴イオン源に接続する少なくとも１つのマ
イクロ波発生電源と、前記真空容器内を排気する少なく
とも１つの排気手段と、少なくとも１つのガス供給手段
よりなる電子サイクロトロン共鳴型プラズマＣＶＤ装置
であって、前記支持体保持手段を、前記支持体が前記イ
オン源から引出されるプラズマの引出し方向と平行にな
るように環状配置するとともに、該支持体保持手段に、
プラズマの引出し方向と一致した磁界が形成しうるよう
に磁石を付加したことを特徴とするマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置。