JPH01724A

JPH01724A - 堆積膜形成方法

Info

Publication number: JPH01724A
Application number: JP62-73610A
Authority: JP
Inventors: 俊光狩谷
Original assignee: キヤノン株式会社
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-27
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】〔産業上の利用分野〕本発明はマイクロ波をガス励起源する堆積膜形成方法お
よびその装置に関係し、特に薄膜トランジスタ、光起電
力素子又は電子写真用の光導電部材等の半導体素子を構
成する堆積膜の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

例えば太陽電池の光受容層を構造するアモルファスシリ
コン膜の形成にはマイクロ波ＣＶＤ法がおこなわれてい
る。しかしこの方法では成膜空間内にプラズマを発生さ
せるために時にはプラズマか形成される堆積膜に著しい
影響を与えることが少なくなかった。そこで成膜室とガ
ス励起室全分離してプラズマの膜への影響を軽減するこ
とがおこなわれている。

しかしこの際成膜室とガス励起室との接続部分の断面積
をマイクロ波遮断断面積以下にするために成膜室とガス
励起室のインピーダンスマツチングが悪くなり、安定し
たプラズマを得ることができなくなった。特に低圧領域
（０，ＩＴｏｒｒ以下）ではプラズマ放電が困難になり
、堆積膜の大面積化、、膜厚の均一性、膜品質の均一性
を十分に満足させることができなくなった。特に太陽電
池および電子写真感光体の場合には上記の要請が必要で
、膜形成装置に新たな改良が切望されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、形成される膜の諸物件、膜品・支、膜
厚の均一化を図り、大面積膜の形成方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は基体上に堆積膜を形成するための成膜空間と堆
積膜形成用の原料ガスをマイクロ波で励起する励起空間
を有する堆積膜形成装置において、成膜空間と励起空間
の間のガス輸送空間の断面積が成膜空間に向って徐々に
拡大していることを特徴とする堆積膜形成装置である。

上記目的を達成するための堆積膜形成方法は、成膜空間
とガス励起空間の間のガス輸送空間の断面積が成膜空間
に向かって徐々に太き、くなっていることを特徴として
いる。

第１図は本発明の構成の概要図で、原料ガス１はガス励
起空間３内でマイクロ波２によって励起され、金属製ホ
ーン状ノズル４を通って一部は、成膜空間５内に設けら
れた基体６上に堆積され、一部は図示されない排気手段
によって排気フされる。ガス励起空間３にガス１がない
場合空胴共振器８の開口部１１はマイクロ波２の遮断周
波数以下の断面積であるためにマイクロ波２を遮断する
。

しかし原料ガス１をマイクロ波によって励起しプラズマ
状態にす、ると一部のマイクロ波は空胴共振器から放出
されるが金属製ホーン状ノズル４によって徐々に減衰さ
れ再び空胴共振器内に侵入することはなく低圧（０，１
Ｔｏｒｒ以下）でもグラズマ放電ができる。しかも励起
空間から成膜空間までの長さｔｌを十分長くとっである
のでプラズマが基体上に届くことはない。金属製ホーン
状ノズルの開口角θは成膜室５及びガス励起空間３内部
の圧力と第１図中の長さｔ、に依存して決定される。

例えば基体６上にアモルファスシリコンを堆積させる場
合、原料ガス１としては鎖状又は環状シラン化合物の水
素原子の一部乃至全部をハロゲン原子で置換した化合物
が用いられ、具体的にはＳ　ｉｍＨｎＸｔ（ＸはＦ　、
　ＣＬ　、　Ｂｒ　、　Ｉなどの／’１　ログン原子で
ある）で示される化合物が挙げられる。例えば５ＩＨ４
Ｓｔ２Ｈ６、ＳｉＦ４．　（ＳｉＦ２）５、（ＳｉＦ２
）６、（ＳｉＦ２）４．５ｔ２Ｆ６．　Ｓｉ３Ｆ８．　
ＳｉＨＦ３．５ＩＨ２Ｆ２．５ｉＣｔ４（ＳｉＣｌ２）
５．５ＩＢｒ４、（ＳｉＢｒ４）５．５１２Ｃｔ６．５
ｉＢｒ　　、Ｓ＋ＨＣ２，５ｉＨＢｒｓ　、５ｉＨＦｓ
　、５ｔ２ｃｚ３ｐ、などのガス状態の又は容易にガス
化し得るものが挙げられる。

これらを原料ガス体）と呼ぶことにする。また原料ガス
１として他に原料ガス体）と化学反応する化合物Ｈ２Ｆ
２Ｃ４２ＨＦ　等を併用することもできる。

これらのガスを原料ガス（Ｂ）と呼ぶことにする。その
他に原料ガス１として原料ガス（４）および原料ガス（
Ｂ）とは反応しない不活性ガス（例えばＡｒ　＋　Ｈｅ
　＋Ｎａ等）を励起して用い、原料ガス（Ａ）と原料ガ
ス（Ｂ）の活性化を促進することもできる。これを原料
ガス（Ｃ）と呼ぶことにする。本発明では励起空間でマ
イクロ波によって励起され成膜空間に導入される原料ガ
ス（５）は、その励起寿命が０．１秒以上、好ましくは
１秒以上あるものが所望に従って選択され、この原料ガ
ス（４）の構成要素が成膜空間で形成される堆積膜を、
構成する成分となる。原料ガス（Ｂ）は励起空間におい
てマイクロ波によって励起され、原料ガス（４）と化学
反応する。

本発明において形成される堆積膜は、成膜中に不純物元
素でドーピングすることが可能である。

使用する不純物元素としては、ｐ型不純物として、周期
律表第■族Ａの元素、例えばＢ　＃　ＡＬ　、Ｇａ　、
Ｉｎ　。

Ｔｔ等が好適なものとして挙げられ、ｎｆｉ不純物とし
ては１周期律表第Ｖ族Ａの元素、例えばＰ＋Ａｓ。

Ｓｂ、Ｂｉ等が好適なものとして挙げられるが、特にＢ
、Ｇａ、Ｐ、Ｓｂ等が最適である。ドーピングされる不
純物の数は、所望される電気的・光学的特性に応じて適
宜決定される。

かかる不純物元素を成分として含む物質（不純物導入用
物質）としては、常温常圧でガス状態であるか、あるい
は少なくとも活性化条件下で気体であり、適宜の気化装
置で容易に気化し得る化合物を選択するのが好ましい。

この様な化合物としては、ＰＨＰ　ＨＰＦ　　ＰＦ　　
ｐｃｚ　　Ａｓｈｓ、３−　　　２４　１１　　　５−
　　　　５　　％　　　　　３１Ａ　ｓ　Ｆ　　　Ａ　
ｓ　Ｆ　ｓ、ＡｓＣ６３，ＳｂＨ，、ＳｂＦ５、ＳｉＨ
３、ＢＦ３．３　％ＢＣｌ、、ＢＢｒ、　、　Ｂ２Ｈ６、Ｂ４Ｈ１０−Ｂ５
Ｈ９、Ｂ５Ｈ１４、Ｂ６Ｈ１ｏ、Ｂ６Ｈ１゜、ｈｔｃｔ
、　　等を挙げることができる。

上記の不純物元素を含む化合物は、１種用いても２種以
上併用してもよい。

これらのガスを原料ガス（Ｄ）と呼ぶことにする。

第２図は本発明の他の実施態様の概要図であり、２種以
上の原料ガス糧を別々に励起し、金属製ホーン状ノズル
２４内あるいは成膜空間２５内あるいは励起空間２３内
のいずれかにおいて混合、反応させることができる。上
記事項は石英管の開口先端の位置を変化させることによ
って達成される。

原料ガス２１はマイクロ波２２によって励起空間２３内
でプラズマ状態３５となる。このプラズマは金属製ホー
ン状ノズル２４にまで達し、基体に近づく程エネルギー
密度が小さい。原料ガス２１がマイクロ波２２によって
プラズマ状態３５になると、原料ガス２１の励起空間２
３から石英管３３内部へエネルギー輸送はほとんどおこ
なわれないので、同時に原料ガス２１と原料ガス３２を
励起することは困難である。石英管３３の開口先端３４
の位置をエネルギー密度勾配をもつ金属製ホーン状ノズ
ル２４内部で変化させることによって、原料ガス３２を
所望のエネルギーで分解あるいは励起あるいは原料ガス
２１と反応させることができる。場合によっては開口先
端３４は成膜空間内部にあってもよいし、原料ガス２１
の励起空間２３内部にあってもよい。

原料ガス２１と原料ガス３２はその励起方法が異なるた
め、原料ガス（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）　、　（
Ｄ）の性質に応じて導入管を振り分けることが望ましい
。例えば励起状態の寿命が短いガスや、実流量が他のガ
スに比べて少ないガス等は石英管３３がら導入するのが
望ましい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。

実施例１太陽電池の光受容層の一部を構成するｉ型のアモルファ
スシリコン膜を第１図に示す成膜装置を用いて形成した
。第１図において、ガス励起空間３と成膜空間５との距
離Ｌ＝５０ｃｍ、金属製ホーン状ノズル４の開口角θ＝
６００、基体６の温度を２５０℃に設定した。原料ガス
１としてＳｉＨ４を３０８ＣＣＭ　、　Ｈ２を２０１１
ＣＣＭおよびＡｒを２５０８ＣＣＭを石英管１０に導入
した。これらのガスは図示されないマグネトロンから発
生するマイクロ波のエネルギーにより励起される。この
際マイクロ波の入射エネルギーは２００Ｗ反射エネルギ
ーはＯＷであった。ガス励起室内の圧力は０．０２Ｔｏ
ｒｒまで下げられ、ホーン状ノズルの開口角θは６０°
に設定した。１時間成膜したところ膜厚２．３μｍの良
好な膜が得られた。

実施例２太陽電池の光受容層の一部をなすｉ型アモルファスＳ　
ｉＧｅ膜を第２図に示す成膜装置を用いて形成した。石
英管３３には原料ガス３２としてＧ　ｅ　Ｆａ３　ＳＣ
ＣＭ　、　ＳｉＦ４２７　ｓｃｃＭを、石英管２９には
原料ガス２１としてＨ２１５ＳＣＣＭ　、　Ａｒ　２５
０　ＳＣＣＭを導入した。マイクロ波２２入射エネルギ
ーは１７０Ｗ、反射エネルギーはＯＷに設定した。成膜
空間２５の内部圧力は０．０３　Ｔｏｒｒ、基体２６の
温度は２５０℃に設定した。石英管の開口先端３４から
基体２６までの距離ｔ２、ホーン状ノズルの長さｔ８、
ノズル開口先端から基体までの距離ｔ４はそれぞれ２０
ｃＩｎ、２０ｍ、１０ｃｒｎにした。またホーン状ノズ
ルの開口角φは６０°にした。

第２図に示す成膜装置を用いて９０分開成膜をおこなっ
たところ膜厚２．１μｍの良好かつ均一なアモルファス
５ＩＧｓ膜が得られた。

実施例３太陽電池の光受容層の一部をなすｎ型ポリクリスタルＳ
１膜を第２図に示す成膜装置を用いて形成した。原料ガ
ス３２としてＰＦ５とＳ　ｉ　Ｆ　ａの混合ガス（ＰＦ
５／５ＩＦ４３０００　、ｒｘｎ）を５０８ＣＣＭ　、
原料ガス２１としてＡｒ　１８０８ＣＣＭ　、　Ｈ２３
０１１ｃｃＭ導入した。マイクロ波の入射エネルギーは
２４０Ｗ、反射エネルギーはＯＷに設定した。成膜空間
の圧力は０．０１Ｔｏｒｒ、基体２６の温度は３００℃
に設定した。

Ｚ２　、Ｚ３　＋　７４の長さはそれぞれ３５α、２０
備、１０ｃｒｎ、ホーン状ノズル２４の開口角φは３０
°にした。このように設定された成膜装置を用いて１０
分開成膜を行なったところ膜厚５００Ｘの良好かつ均一
な多結晶ｎ型Ｓｉ膜を得ることができた。

実施例４太陽電池の光受容層の一部をなすＰ−Ｉ−Ｎ構造膜を第
２図に示す成膜装置を用いて連続して成膜した。基体上
に設けられた石英基板上にＮ型ポリクリスタルＳ　ｉ　
膜、その上に１型のアモルファスシリコン膜、その上に
Ｐ型ポリクリスタルＳ１膜を形成した。各々の膜に対す
る成膜条件を第１表に示す。

この表中で１．１４．開口角φは不変であり、成膜空間
を高真空に保ったまま良質のＰＩＮ型構造層を形成する
ことができた。

〔発明の効果〕

以上から明らかな如く、本発明によれば、励起空間と成
膜空間が分離している成膜装置の成膜空間内圧力を低下
することが可能になり、形成される膜に所望される電気
的、光学的特性が向上するばかりでなく、膜品質及び再
現性が向上する。特に膜質の均一化と大面積化が可能と
なり、膜の生産性の向上及びに量産化が容易となる。

更に第２のガス導入系統を設けその先端開口部の位置を
調節することによりプラズマＣＶＤ法の反応プロセスの
制御性が向上する。特に励起寿命の短いガスなども使用
、できるようになった。

またプラズマ中で別種のガスを励起するためマイクロ波
エネルギーの効率化利用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる堆積膜形成装置の概略的構成図
、第２図は本発明にかかる堆積膜形成装置の他の態様の概
略的構成図を表す。１・・・原料ガス、２・・・マイクロ波、３・・・ガス
励起空間、４・・・金属製ホーン状ノズル、５・・・成
膜空間、６・・・基体、７・・・排気、８・・・空胴共
振器、９・・・石英ガス励起室、１０・・・石英管、１
１・・・空胴共振器開口部、１２・・・導波管、１３・
・・成膜室（チャンバー）、１４・・・基体ホルダー、
２１・・・原料ガス、２２・・・マイクロ波、２３・・
・ガス励起空間、２４・・・金属製ホーン状ノズル、２
５・・・成膜空間、２６・・・基体、２７・・・排気、
２８・・・無反射終端、２９・・・石英管、３０・・・
石英管、３１・・・アプリケーター、３２・・・原料ガ
ス、３３・・・石英管、３４・・・石英管開口部、３５
・・・プラズマ、３６・・・導波管。 −Ｌ　６ご　ネ市　正−１−町１２（方式）昭和６２年
　８月２０日４ν詐庁長官　小川邦夫　殿１、・１１件の表示特願ｊ眉６２−７３６１０号２、文明の名称堆積ＩＩ！２形成方法３　補正をする者・１１件との関係　　　特許出願人名　　称　（１００）キャノン株式会社４、代理人住所　東京都港区虎ノ門五丁目１３番１号虎ノ門４０森
ビル氏名　（６５３８）　　弁理士　　山　　下　　穣
　　平　　：１−、・、（５、補正命令の日付　　　　　　　　　　　　　　　　
　　−〜別紙の浄書明細書、浄書図面及び委任状を提出
する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体上に堆積膜を形成するための成膜空間と堆積
膜形成用の原料ガスをマイクロ波で励起する励起空間を
有する堆積膜形成装置において、成膜空間と励起空間の
間のガス輸送空間の断面積が成膜空間に向って徐々に拡
大していることを特徴とする堆積膜形成装置。
（２）上記ガス輸送空間がマイクロ波を反射する部材で
囲まれている特許請求の範囲第１項記載の堆積膜形成装
置。
（３）上記堆積膜形成装置において、更にガス導入路を
有し、該ガス導入路開口先端が上記成膜空間あるいはガ
ス輸送空間あるいはガス励起空間に存在する特許請求の
範囲第３項記載の堆積膜形成装置。