JPH024976A

JPH024976A - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH024976A
Application number: JP63156220A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kamachi; 英樹釜地; Makoto Araki; 荒木　信
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1990-01-09
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2590534B2

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】〔概　要〕半導体、太陽電池および感光ドラム等の表面にアモルフ
ァス合金膜、絶縁体薄膜等の薄膜を形成する方法に関し
、真空容器内が低い圧力であっても、放電電極と接地電極
の空間内でＲＦプラズマが高密度に発生して材料ガスの
利用効率を高くし、大面積に均一な薄膜を高速で形成す
ることを目的とし、真空容器内に材料ガスを導入して高
周波電界によりプラズマ状となし、分解、活性化せしめ
て生成した活性種を利用して、該真空容器内に配置した
基板の表面に薄膜を形成する方法において、前記高周波
電界を印加する複数の放電電極からなる放電電極群に、
高周波ホローカソード放電プラズマを発生させる手段を
設け、前記ホローカソード放電プラズマ中を通り前記材
料ガスが基板方向に吹き出すようガス吹出口を配設して
、隣接する該放電電極間でホローカソード放電が起こる
ように一定の間隔を設け、隣接する該放電電極間の空間
近くにシールド板を配設する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体、太陽電池および感光ドラム等の表面
にアモルファス合金膜、絶縁体薄膜等の薄膜を形成する
方法に関する。

最近、大面積の絶縁体基板上に薄膜を比較的容易に形成
できる高周波プラズマ化学気相成長法を使用して、半導
体、太陽電池および感光ドラム等の表面にアモルファス
合金膜や絶縁体薄膜等の薄膜を形成しているが、形成し
た膜厚にバラツキが生じるとともに多くの薄膜形成時間
が必要となるので、大面積に均一な薄膜を高速で形成す
ることができる新しい薄膜形成方法が要求されている。

〔従来の技術〕

従来の薄膜形成方法は、高周波（以下ＲＦと略記する）
プラズマ化学気相成長（以下プラズマＣＶＤと略記する
）法が大面積の薄膜を比較的容易に形成できるため工業
的に最も多く利用されており、そのＲＦプラズマＣＶＤ
装置は、第９図の基本構成図に示すように被加工品の基
板５を載置して薄膜の形成適温に加熱するヒータ４−１
を有する接地電極４を真空容器６内に配設して、その真
空容器６内の圧力を図示していないロータリーポンプと
メカニカルブータスポンプにより、１０−’Ｔｏｒｒ以
下に真空排気する排気口６−２を接地電極４の例えば底
面に設ける。

そして、例えばオーステナイト系のステンレスよりなる
厚板の内部を中空にして等量の材料ガスが吹出口１ｃか
ら噴出するようにガス拡散室１ｄを内設し、一方の面に
ガス拡散室１ｄと導通する円筒状のガス導入管６−１を
設けて、他方の接地電極４と対向する放電面１ａに、第
１０図に示すように例えば直径約１．５龍の前記ガス吹
出口１ｃを一定の間隔で配設した放電電極１を、前記接
地電極４に載置した基板５と対向する位置で放電電極１
の放電面１ａが基板５と平行となるように配設する。

この放電電極１と接地電極４との間の距離を例えば３０
鶴とし、放電電極１には接地電極４例の放電面１ａ以外
でプラズマが発生しないように、ステンレス板より成形
したシールド板２を取りイ」でいる。また、ガス導入管
６−１はＲＦ電源７−１とブロッキングコンデンサ７−
２．およびマツチングボックス７−３よりなるＲＦ電源
供給装置７と接続して、放電電極１にＲＦ電力を伝える
のに利用し、ガス導入管６−１　と真空容器６とは絶縁
体３によって電気的に絶縁し、シールド板２．真空容器
１および接地電極４は接地している。

上記装置を使用したＲＦプラズマＣＶＤ法は、真空容器
６の接地電極４に薄膜を形成する被加工物の基板５を載
置した後、前記真空容器６内を排気口６−２を取り付け
たロータリーポンプとメカニカルブータスポンプとによ
り、前記真空容器６内の圧力を１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以下と
なるように真空排気して、基板５を接地電極４のヒータ
４−１で加熱して薄膜形成に適した温度１例えば２５０
°Ｃに基板５の温度を一ト昇させる。

そして、基板５の温度が一様に昇温した時に所定の材料
ガスをガス導入管６−１に送ってガス吹出口ＩＣより基
板５の方向に噴射し、ＲＦ電源供給装置７より放電電極
１にＲＦ電力を供給して、放電電極１と基板５との間に
ＲＦホローカソード放電を発生させて基板５に、例えば
ａ−３ｉ：Ｈ，ａ−３ｉ。

ｘＣｘ　：　Ｈ＋　等のアモルファスシリコン合金、前
記薄膜にＰ、Ａβ、Ｂ等をドープしｐ−ｎ制御しり薄膜
、多結晶シリコン、アモルファスカーボン（ａ　　Ｃ：
　Ｈ）　、　Ｓｉ＋−９Ｎｘ　、　５ｉｔ−ｘ　Ｏｘ等
の絶縁体薄膜、ＢＮ、ＢＣＮ、等のコーテイング膜、Ｗ
５Ｓｉ３等の薄膜を形成している。

〔発明が解決しようとする問題点３以上説明した従来の薄膜形成方法で問題となるのは、例
えばアモルファス半導体薄膜を通常０．１〜１０Ｔｏｒ
ｒの圧力範囲で形成されているが、圧力が高いほど材料
ガスの密度が高くなって電子と材料ガスの衝突回数が増
加して活性種密度が太き（なる。その結果、薄膜の形成
速度が速くなるとともに活性種に対する不純物ガスの相
対的濃度が小さくなり不純物混入量が減少し、ＲＦプラ
ズマは放電電極と接地電極との間において一様となる。

しかし、０．３〜ＩＯＴ、、、の高い圧力では、プラズ
マ中で分解生成された活性種同志の距離および、活性種
と材料ガスとの距離が近くなってお互いに衝突すること
で高分子化した多分子粒を作り、放電電極や真空容器内
壁に多分子粉体が付着する。

そのため、この多分子粉体は薄膜形成ごとに真空容器内
から除去せねば、薄膜形成中に成長表面に付着して堆積
した薄膜に欠陥を生じる原因となる。

また、形成した薄膜を真空を破ることなく別の真空容器
に移すことができる装置においては、２つの真空容器を
仕切るバルブに多分子粉体が付着してパルプの開閉に支
障を来す原因となる。

一方、前記多分子粉体の発生しない値、即ち約０．３　
Ｔ、、、以下の圧力範囲では電子と材料ガスの衝突確率
が非常に小さくなり、薄膜の形成速度および材料ガスの
利用効率が著しく低下し、さらに、低い圧力条件のＲＦ
プラズマは放電電極と接地電極とで挟まれた空間以外に
も広がり易く、放電電極と接地電極との空間内で不均一
となるため、第１１図に示すように膜厚のバラツキが大
きくなるという問題が生じていた。

本発明は上記のような問題点に鑑み、真空容器内が低い
圧力であっても、放電電極と接地電極の空間内でＲＦプ
ラズマが高密度に発生して材料ガスの利用効率を高くし
、大面積に均一な薄膜を高速で形成することができる新
しい薄膜形成方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に本発明の薄膜形成方法を説明するための装置基
本構成図を示す。

第２図に示すように、放電電極群１１は形成する薄膜に
対応した任意の大きざの長方形板に形成する薄膜に対応
した幅の溝１１−１　ｂを長平方向に形成してその面を
放電面１１−１　ａとし、形成された溝１１１ｂの底面
に材料ガスを噴射するガス吹出口１ｌ−ＩＣを一定のピ
ッチで穿設した放電電極１１−１を一定の間隔で複数本
を配列して形成される。

第１図に示すようにガス導入管６−１を設けたガス拡散
室１１−２を各放電電極１１−１のガス吹出口１１−１
０と導通するように結合け、ガス拡散室１１−２と放電
電極群１１および隣接する放電電極１１−１間の上部に
は、放電電極１１−１の放電面１１−１２以外でプラズ
マが発生しないようにシールド板１２を設ける。また、
放電電極群１１は従来と同一の真空容器６内のヒータ４
−１を内蔵した接地電極４と平行に対向するように配設
する。

そして、従来と同じように接地電極４に基板５を載置し
て真空容器６内の圧力を１Ｏ−３Ｔ、、ｒ以下に真空排
気し、ヒータ１５の加熱により形成する薄膜に適する温
度まで基板５を昇温させ、基板５の温度が一様に昇温し
た時に材料ガスを流して放電電極群１１にＲＦ電力を印
加して、隣接する放電電極１１−１間、および溝１ｌ−
１ｂの中でＲＦホローカソード放電を発生させることに
より基板５に薄膜が形成される。

〔作　用〕

本発明では、長平方向に指定幅の溝１１−１　ｂを形成
した複数本の細長い各放電電極１１は、それぞれの外周
囲部において電子密度の大きいプラズマが発生し易いの
で、放電電極群１１の電位波形が第３図に示す波形とな
るように放電電極群１１に印加するバイアスを調整する
ことにより、隣接する放電電極１１との間でホローカソ
ード放電を起し、このプラズマ中の高密度の電子は各放
電電極１１の溝１１１ｂの中でホローカソード放電が発
生し易くする。

このようにして発生させたホローカソード放電の電子密
度は、１０Ｉ０〜１０Ｉ２ｃＩｎ−３と大きくなり、Ｒ
Ｆプラズマ中の電子密度を従来に比して１００倍以■０上にすることができて、電子と材料ガスの衝突頻度を約
１００倍と大きくできるとともに、放電電極群１１の外
周部と中央部でのプラズマ密度の差を小さくできるため
、多分子粉体が発生しない低い圧力範囲においても、材
料ガスの利用効率を大きくできるとともに大面積に均一
な薄膜を高速で形成することが可能となる。

〔実　施　例〕

以下第１図および第８図について本発明の詳細な説明す
る。第１図は第１実施例による薄膜形成装置の基本構成
図、第２図は第１実施例の放電電極群の斜視図、第５図
は第２実施例の薄膜形成装置の基本構成図、第８図は他
の放電電極の斜視図を示し、図中において、第９図およ
び第１０図と同一部材には同一記号が付しであるが、そ
の他の１１はホローカソード放電を発生させて被加工物
に薄膜を形成させる第１実施例の放電電極群、１２は前
記放電電極の電極面以外でプラズマが発生しないように
するシールド板である。

放電電極群１１は、第２図に示すように細長い厚板１例
えば幅５０ＩＩ１１×長さ１７０＋＋＋＋Ｘ厚み３５龍
の板の一方の面に、幅１０ｉ＋ｉｘ長さ１５０龍×深さ
３０ｍｍの溝ＩＬＩｂを形成してその面を放電面１１−
１　ａとし、その溝１１−１　ｂの底面に２例えば直径
１．５酊のガス吹出口１１−１　ｃを２０龍間隔で７個
穿設したオーステナイト系ステンレス（以下５Ｏ３−３
０４と略称する）よりなる複数本の放電電極１１−１を
それぞれ隙間を設けて平行に並べ、第１図に示すように
ガス導入管６−１を設けたガス拡散室１１−２を前記各
放電電極１１１のガス吹出口１ｌ−１ｃと導通するよう
に結合したものである。尚、隣接する放電電極１１−１
の隙間および溝１１−１　ｂの幅は材料ガスやプラズマ
発生用のガスの種類によって変更している。

シールド板１２は、第１図に示すように放電電極群１１
の放電面１１−１８以外でプラズマが発生しないように
、放電電極群１１のそれぞれ放電面１１−１　ａとガス
拡散室１１−２の外周および、隣接する放電電極１１−
１の上部とその放電電極１１−１を結合したガス拡散室
１１−２間の空間に配設できる形状に、Ｓ［ＪＳ　−３
０７１の薄板より成形したものである。

上記部材を使用した第１実施例の装置基本構成は、第１
図に示すようにヒータ４−１を内蔵した接地電極４を配
設して排気口６−２を底面に設けた従来と同様−の真空
容器６内に、上記放電電極群１１を接地電極４に載置し
た基板５と１例えば３０ｍｍの間隔で平行にとなるよう
に対向させて配設し、上記シールド板１２を放電電極群
１１の放電面１１−１２以外でプラズマがが発生しない
ように、放電電極群１１の周囲および、放電電極１１−
１とガス拡散室１１−２間の空間に配設する。

そして、従来と同様にガス拡散室１１−２に設けたガス
導入管６−１とＲＦ電源供給装置７を接続し、ガス導入
管６−１　と真空容器６とは絶縁体３によって電気的に
絶縁してシールド板１２．真空容器６および接地電極４
は接地している。

次に、上記装置を使用した薄膜形成方法は、従来のＲＦ
プラズマＣＶＤ法によって製作可能な薄膜を形成するこ
とは可能であるが、本実施例ではアンド−プロ−５ｉ：
Ｈ，Ｐ型ａ　−Ｓｉ：　Ｈの薄膜を形成したものを示す
。

初めに、真空容器６内の接地電極４に１辺４９ｍｍの正
方形の石英ガラスよりなる基板５を１６枚載置した後、
排気口１１に取り付けたロータリーポンプ等により前記
真空容器６内の圧力を５０ｍＴＯ，、に調整し、ヒータ
４−１の加熱により基板５の温度を２５０℃均一に上昇
させた後に、材料ガスとしてモノシランＳｉＨ，を２０
ｓｅｃｍ流し、ＲＦ電力供給装置７より放電電極群１１
へＲＦ電力４０Ｗと直流バイアス−１００Ｖを印加する
。

そして、２０分後に材料ガスの噴出を止めて真空容器６
内の材料ガスを排気し、基板５の温度が５０℃以下とな
ってから真空容器１６内がら取り出す。

その薄膜形成中の放電電極群１１の電位波形は第３図に
示すようになり、薄膜形成中の溝１１１ｂ内および放電
電極間１１−１の空間では安定したホローカソード放電
が発生しており、ボローカソード放電プラズマの発生し
ている空間は、他の空間と比較して、強い発光が観察さ
れて材料ガスが効率よく励起される。

上記実施例によって得られたａ−３ｉ：Ｈ，Ｔｉｔ膜の
膜厚分布は、第４図に示すように平均膜厚２，０９μｍ
、薄膜のバラツキが±０．２２μｍ以内である。即ち、
薄膜形成の平均速度６．２６μｍ／ｈ、膜厚のばらつき
８％以内であり、従来のＲＦプラズマＣＶＤ法によって
同一条件で形成した薄膜形成平均速度２．５６μｍ／ｈ
、膜厚のバラツキ最大５０％に比較して、薄膜形成速度
は約３倍、膜厚のバラツキは約１７５となって低い圧力
においても高速で均一な薄膜を得るのに優れ、また、材
料ガスの利用効率も約２６％で従来の方法と比較して約
２．５倍と非常に高く、薄膜製作時間の短縮、消費材料
ガス量の低減ができ製品価格を安くすることができる。

更に、ａ　−５ｉ：　Ｈ、を太陽電池・電子写真感光体
等に光導電体として用いる場合に最も重要となる物性の
明暗抵抗比ρ、／ρ２を、上記実施例のアンドープａ　
−３ｉ：　Ｈ、および同一条件の従来法で得られたアン
ドープａ　−３ｉ　：　Ｈ膜の両方にアルミニウム電極
を蒸着し、５　ｋ　Ｖ　／　ｃｍの電界を印加して白熱
電球の光強度１　ｍ　Ｗ　／　ｃｍ　２で照射した測定
結果では、本発明のａ　−３ｉ：　Ｈ、が４．６≦Ｉ、
ｏｇ　　（ρｄ／ρｐ）≦４．９．　ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ法のａ　−５ｉ：　Ｈが４．７≦Ｌｏｇ（ｐａ　／　
ｐｐ　）≦５．１　とほぼ同等の値であった。

尚、本実施例では、基板５を静止した状態で薄膜を形成
したが、溝１ｌ−１ｂと垂直な方向に基板５を移動する
ことでさらに薄膜、物性をより均一にできることは明ら
かである。

第２実施例の装置基本構成を第５図に示し、＋８１図は
対向するガス導入管を含む水平面で切った断面図、（ｂ
）図は対向する放電電極の溝の中心を通る平面で切った
断面図である。

＋８１図に示すように円筒型基板２５の外周より２０ｆ
ｌ離れた同心円の円周を中心角１００°で分割した対向
する大きい円弧−にの中心に、幅１４龍×深さ２１．５
１ｍ（接地シールド板までの深さ）×長さ５６ＯＮ（放
電電極２１−１と同じ長さ）の四部２１ｄを設け、その
両側に幅１４龍×深さ２０鶴×長さ４００鶴の溝２１１
ｂを形成して、その溝２１−１　ｂの底面より円筒型基
板２５の方向へ材料ガスを噴出するガス吹出口２１１ｃ
を設けた放電電極２１−１を、真空容器６内で対向する
ように配設し、その放電電極２１−１の外周近くでプラ
ズマ密度が大きくなるように、放電面２１１ａ以外と凹
部２１ｄの内部にシールド板２２を設ける。

次に、（ｂ）図に示すようにドラム固定治具２８−１と
２８−２により固着されたアルミニウムドラムの円筒型
基板２５を、真空容器２６内で対向する放電電極２１１
の中心に配設して円筒型基板２５の内部にヒータ２４−
１を設けて、従来と同様にガス導入管２６−１と１９Ｆ
電源供給装Ｗ７を接続するとともにガス導入管２６−１
と真空容器２６とは絶縁体２３により絶縁し、シールド
板２２．真空容器２６およびドラム固定治具２８２を接
地している。

上記薄膜形成装置によるＰ型ａ−５ｉ：Ｈ薄膜の形成方
法は、ドラム固定治具１８−２に連結された図示してい
ないモータにより円筒型基板２５を回転させ、第１実施
例と同様の手順で、真空容器２６の内部圧力０．２Ｔ、
、、、基板温度３００℃、材料ガス５ｉｚＨ６１００Ｓ
ＣＣ＋ｎ＋　　ドーピングガスヘリウム希釈１０００．
。

、、Ｂｚ　Ｈｂ　１００５ｃｃ−１ＲＦ電力２５０ｗ形
成時間１０分間の条件で形成した。このときＲＦ電源供
給装置７のブロッキングコンデンサ８と、放電電極２１
１の面積が円筒型基板２５の面積とほぼ等しいことによ
り、放電電極２１−１の電位波形は第６図に示すように
目的とする波形が得られ、ドラム固定治具１８−１　、
１８−２は円筒型基板２５の両端近くでプラズマを一様
となる。その結果、第７図に示すように形成したＰ型ａ
　−５ｉ：　Ｈの膜厚が均一となり、且つ放電電極２１
−１の表面に５ｉＨＸポリマ粉の付着は見られなくなっ
た。

その他の実施例として第１実施例の放電電極の溝、また
は第２実施例の放電電極の溝に、第８図に示すように電
界密度が集中し易い材料の金属ワイヤー、金属金網、突
起を持つ金属板等の仕切り板１１−３を、放電電極１１
−１の溝１１−１　ｂ仕切るように内部に配設すること
により、放電電極１１−１の溝１１１ｂを長くしても安
定で高密度のプラズマを得ることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば極めてＮ
ＲＡな構成の薄膜形成装置で薄Ｈりを形成することによ
り、膜厚のバラツキは少なくなって低い圧力においても
高速で均一な薄膜が得られるとともに、月料ガス量の低
減と薄膜製作時間の短縮ができ製品価格を安価にする等
の利点があり、著しい経済的及び、信頬性向上の効果が
期待できる薄膜形成方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による薄膜形成方法を示す
基本構成図、第２図は第１実施例による放電電極群を示す斜視図、第３図は第１実施例の放電電極群の電位波形を示す図、第４図は第１実施例の膜厚分布を示す図、第５図は第２
実施例による薄膜形成方法を示す基本構成図第６図は第２実施例の電位波形を示す図、第７図は第２
実施例の膜厚分布を示す図、第８図は他の放電電極を示
す斜視図、第９図は従来の薄膜形成方法を示す基本構成図、第１０
図は従来の放電電極を示す斜視図、第１１図は従来の膜
厚を示す分布図である。図において、３．２３は絶縁体、４は接地電極、４−１　、２４−１はヒータ、５は基板、６．２６は真空容器、６−１　、２６−１はガス導入管、６−２は排気口、７はＲＦ電力供給装置、７−１はＲＦ電源、７−２　ハブロッキングコンデンサ、７−３はマツチングボックス、１１は放電電極群、１１−１．２１−１は放電電極、１１−１ａ、　２ｌ−１ａは放電面、Ｈ−１ｂ、２ｌ−１ｂは溝、１ｌ−１ｃ、　２ｌ−１ｃはガス吹出口、１１−２はガ
ス拡散室、１１−３は仕切り板、１２．２２はシールド板、２１ｄは凹部、２５は円筒型基板、２８−１　、２８−２はドラム固定治具、を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空容器内に材料ガスを導入して高周波電界によ
りプラズマ状となし、分解、活性化せしめて生成した活
性種を利用して、該真空容器内に配置した基板の表面に
薄膜を形成する方法において、前記高周波電界を印加す
る複数の放電電極（１１−１）からなる放電電極群（１
１）に、高周波ホローカソード放電プラズマを発生させ
る手段（１１−１ｂ）を設けてなることを特徴とする薄
膜形成方法。
（２）前記ホローカソード放電プラズマ中を通り前記材
料ガスが基板（５）方向に吹き出すようガス吹出口（１
１−１ｃ）を配設したことを特徴とする請求項１記載の
薄膜形成方法。
（３）隣接する該放電電極（１１−１）間でホローカソ
ード放電が起こるように一定の間隔を設けたことを特徴
とする請求項１記載の薄膜形成方法。
（４）隣接する該放電電極（１１−１）間の空間近くに
シールド板（１２）を配設したことを特徴とする請求項
１記載の薄膜形成方法。
（５）前記放電電極は金属ワイヤ、金網、または突起を
形成した金属板よりなる仕切り板（１１−３）を該ホロ
ーカソード放電発生手段（１１−１ｂ）内に有すること
を特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。