JPH01272A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

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、描像デバイス、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、描像デバイス、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−３１（
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、こうしたマイクロ
波プラズマＣＶＤ法を実施するための装置としては、大
別すると、 （１）プラズマ生成室で電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）によりプラズマを生成せしめ、該プラズマを成膜室
に導入する、いわゆるＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置と、 （２）マイクロ波放電電力を成膜室に直接導入してグロ
ー放電プラズマを生起させる、いわゆる直接導入型マイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置とが提案されている。

第３図は、後者の直接導入型マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置であうで、本発明者らが開発し、実用化させた装置
の典型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、３１３はマイクロ波導入
窓、Ａは放電空間を各々示している。

該図に示す装置は、真空容器３０２内に複数の支持体３
０３，３０３．・・・を環状に配置して真空容器の中心
部に円筒状空間（放電空間Ａ）を作り、その少なくとも
一方向の円筒端面よりマイクロ波電力を投入して放電を
生起せしめる擬似円形空洞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）型プラズマＣＶＤ装置の場合の様な大形の
電磁石コイルやＥＣＲキャビティー等を設ける必要が無
く、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洞振器として用いること
により、ＥＣＲ型プラズマ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％近くなり、大面積の支持体への堆積膜形成の量
産に適するという長所を有している。

第４図は、第３図に示す装置のマイクロ波電力の導入部
を拡大して模式的に示す部分断面略図であり、図におい
て、４０１はマイクロ波電力を真空容器内に効率良く透
過し、かつ真空気密を保持しうるような材料、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
イクロ波導入窓であり、４０２は真空容器壁、４０３は
真空シール、４０４はマイクロ波導波管である。該導波
管４０４は整合器（図示せず）及びアイソレーター（図
示せず）を介してマイクロ波型ａ（図示せず）に接続さ
れている。

該装置を用いた堆積膜形成は以下のようにして行われる
。

まず、真空容器３０２内に、複数の支持体３０３゜３０
３、・・・を設置し、支持体回転用モーターで支持体３
０３を回転し拡散ポンプ（図示せず）で、１０−’Ｔｏ
ｒｒ以下に減圧する。続いて支持体加熱用ヒーター３０
４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）から所定の原料ガス、例えば
Ａ−３ｉ（Ｈ。

Ｘ）ＩＩＩ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放電空間Ａに導入し、放電空間Ａの
内圧を１０ｍＴｏｒｒ以下の所定の圧力にする。内圧が
安定した後、マイクロ波型ａ（不図示）により、周波数
５００ＭＨ２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上に堆積し、堆積膜
が形成されるところとなる。

本発明者らが、第３，４図に示す装置を用い、原料ガス
としてモノシランガス（Ｓ　ｉ　Ｈａ）を用いてＡ−３
ｉ（Ｈ，Ｘ）膜を形成したところ、ガス分解効率はほぼ
１００％、堆積速度は約１００人／Ｓという結果を得た
。このときのマイクロ波供給電力は合計値で最大１ｋＷ
であった。該結果から明らかなように、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置によれば、従来の周波数１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力を用いたプラズマＣＶＤ装置を用いた場
合よりもはるかに大きい、約１０倍の堆積速度が得られ
る。

然し乍ら、第３図及び第４図に示す装置構成では、マイ
クロ波導入部３０１、特に大気側から真空側へマイクロ
波を送り込むマイクロ波導入窓４０１にも膜が堆積し、
マイクロ波の真空容器内への伝播効率を悪化させてしま
うため、常に安定した状態でマイクロ波を真空容器内へ
供給することが困難となり、その結果、高品質の堆積膜
を定常的に効率良く形成するためのマイクロ波投入電力
の条件をコントロールすることが難しくなるという問題
がある。更に、この堆積膜の厚さが約２μｍを越えるよ
うになると、マイクロ波の伝送が著しく困難となるため
、数回〜士数回の成膜後にマイクロ波導入窓４０１を交
換する必要がある。現状では、このマイクロ波導入窓４
０１を取り替えるようにしてはいるが、その脱着交換に
嬰する時間も無視出来ず、また交換用の予備部品を多数
揃えなければならないこと、更に、外した窓材に付着し
た膜を除去する洗浄作業等の付帯工程及びそのための費
用が必要となること等の問題を有している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、直接導入型マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置により、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、マイクロ波導入窓への堆積膜の付着を防
止し、高品質で均一な堆積膜を定常的に効率良く形成し
うる装置を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、直接導入型マイクロ波プラ
ズマ装置におけるマイクロ波導入窓への膜の付着を防止
し、メインテナンスサイクルを長くしうる装置を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

本発明は、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
問題点を解決し、上述の目的を達すべく鋭意研究を重ね
たところ、マイクロ波導入部のマイクロ波導入窓近傍外
周部に、マイクロ波の導入方向と同一方向の磁場を形成
しうるように磁石または電磁石を配置することにより、
マイク２０波導入窓への膜付着が防止しうるという知見
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
周部に磁石を配置したことを特徴とするものである。

本発明のプラズマＣＶＤ装置においては、マイクロ波導
入部の数や位置を問わず、種々の変形が可能である。

また、本発明のプラズマＣＶＤ装置における磁石は一定
の磁力を有する磁石であっても又は電磁石であってもよ
く、磁石は、装置外への磁場の影響を防止するため必要
に応じて磁気シールドを適宜設けることもできる。更に
、電磁石を用いる場合、そのコイル素線を超伝導材料と
することもできる。

更に、本発明の装置においては、マイクロ波導入部の磁
石以外の構成品を非磁性材料で形成することが望ましい
。

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支持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）膜を形成
する場合であれば、原料ガスとしてケイ素に水素、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、水素ガス等を用いることがで
きる。さらに八−３ｉ（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、単独で、あるいは前述の原料ガスと混合して用いる
ことができる。

また堆積膜形成用支持体については、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
する前に成膜室内の圧力を５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ以下、
好ましくはＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｕｒ以下とし、原料ガ
スを導入した時には圧力を４Ｘ１０−’〜２×１０弓Ｔ
ｏｒｒ　％好ましくは８Ｘ１０−４〜ｌＸｌ０−”Ｔ　
ｏｒｒとするのが望ましい。

以下、具体的実施例装置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
。

装ス■工 第１図は、本発明のプラズマＣＶＤ装置マイクロ波導入
部の典型的−例を示す部分拡大断面図であり、第２図は
、第１図に示す本発明の装置のマイクロ波導入部におけ
る磁場の形成状態を示す模式図である。

第１図において、１０１はマイクロ波導入窓、１０２は
真空容器壁、１０３は真空シール、１０５はマイクロ波
導入窓支持筒、１０６は電磁石コイル、１０７は冷却ジ
ャケットを各々示している。

また、第２図において、２０１は形成されるＴｉｌ１場
、２０２はガス分解による放出電子、２０３は電子２０
２の磁場２０１近傍における運動軌跡、２０４は電磁石
を各々示している。

以下、第１．２図を用いて、本発明のマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置におけるマイクロ波電力の供給状態及び膜
の付着防止効果を説明する。

マイクｂ波電源からマイクロ波導波管（何れも図示して
いない、）によって導入部まで伝播されたマイクロ波電
力は、マイクロ波導入窓１０１を介して真空容器中に入
っていく、ここで、マイクロ波電力を適宜調節し、真空
容器内の放電条件に整合することにより、マイクロ波に
よるグロー放電プラズマを生起させる。このとき、放電
プラズマ中でガス分子が分解して放出される電子は、磁
石１０４（ｉｔ電磁石により第２図に示す磁場２０１を
形成してお（と、運動軌跡２０３を描（、電子２０２は
磁場の弱い方向に加速されるので、マイクロ波導入窓１
０１には、プラズマが全く近づかないか、あるいはマイ
クロ波導入窓１０１近傍のプラズマ密度は極端に低い状
態となる。従って、マイクロ波導入窓１０１には、膜が
付着し難い状態が作り出される。

装！皿主 第５図は、本発明のプラズマＣＶＤ装置塁の他の実施例
を示すマイクロ波導入部付近の部分拡大断面図であり、
図において、５０１はマイクロ波導入窓、５０２は真空
容器壁、５０３は真空シール、５０５はマイクロ波導入
窓支持筒、５０６は電磁石、５１０は支持体保持具、５
１）は支持体、５１２はマイクロ波プラズマを夫々示し
ている。

本例は、マイクロ波導入窓支持筒５０５を長手方向に可
動式とした例であり、マイクロ波導入窓の位置を移動す
ることにより、真空容器内のマイクロ波放電条件を任意
に設定することができるものである。

跋脹班 第１図に示す装置により、Ａｊ！支持体上に５ｉＨｎガ
スを用いて、成膜内圧８　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ　、マ
イクロ波投入電力１．４ｋＷの成膜条件でＡ−３ｔ：Ｈ
膜を形成した。また、比較例として磁界を印加しない以
外はすべて同じ条件で、Ａ−３ｔ：Ｈ膜を形成した。夫
々について、・マイクロ波導入窓近傍温度を測定した結
果を第６図に示す。第１表に示すごと（、磁界を印加し
ない場合にはマイクロ波導入窓を１回の成膜毎に交換す
る必要があったが、磁界を印加することにより、芯交換
は十数口に１回の割合で交換するだけでよいことが明ら
かとなった。

第　　１　　表 〔発明の効果の概要〕 本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、マイクロ波
導入部の外周部に磁石を設けることにより、マイクロ波
の導入方向と同一方向の磁場を形成せしめ、マイクロ波
導入窓への膜の付着を防止しうるちのであり、本発明の
装置によれば、（１）マイクロ波を常に安定した状態で
真空容器内に供給できるとともに、 （２）　　マイクロ波ＣＶＤ装置のマイクロ波導入窓の
メインテナンスサイクルを長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のマイクロ波ＣＶＤ装置のマイクロ波
導入部の典型的−例を模式的に示す部分拡大断面図であ
り、第２図は、第１図に示す装置における発生磁場の状
態と、電子の運動軌跡を模式的に示す図である。第３図
は１、従来のマイクロ波ＣＶＤ装置の一例を示す断面略
図であり、第４図は、第３図に示す装置のマイクロ波導
入部を模式的に示す部分拡大断面図である。第５図は、
本発明のマイクロ波ＣＶＤ装置のマイクロ波導入部の他
の実施例を示す部分拡大断面図である。第６図は、第１
図に示す装置を用いた場合のマイクロ波導入窓近傍温度
を示す図である。 第１，４及び５図について、１０１，４０１゜５０１・
・・マイクロ波導入窓、１０２．４０２，５０２・・・
真空容器壁、１０３，４０３，５０３・・・真空シール
、４０４・・・マイクロ波導波管、ＬＯ５，５０５・・
・マイクロ波導入窓支持筒、１０６．５０６・・・電磁
石、１０７・・・冷却ジャケット、５１０・・・支持体
保持具、５１）・・・支持体、５１２・・・マイクロ波
プラズマ。 第２図について、２０１・・・磁場、２０２・・・ガス
分解による放出電子、２０３・・・電子２０２の磁場２
０１近傍の運動軌跡、２０４・・・電磁石。 第３図について、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・・・支持体冷却
系導入機構、３０８・・・支持体回転用モーター、３０
９・・・支持体回転軸、３１０，３１）・・・支持体保
持具、３１２・・・マイクロ波プラズマ、３１３・・・
マイクロ波導入窓、Ａ・・・放電空間。 特許出願人　　キャノン株式会社 ’　ｔ、、、、Ｉ＋− 第　２　図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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部に磁石を配置したことを特徴
   とするマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
2. （２）前記マイクロ波導入部の磁石以外の構成品を非磁
   性材料で構成した特許請求の範囲第（１）項にに記載さ
   れたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。