JPS59223215A - アモルフアスシリコン成膜装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、反応容器内で、シリコン原子含有の分子を
有するガスに高周波電力を供給することにより形成した
プラズマガスを導電性基体に接触させることにより、導
電性基体上にアモルファスシリコン膜を成膜するアモル
ファスシリコン成膜装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

アモルファガスリコンは、優れた光導電性材料であり、
各種センサ、太陽電池、電子写真用感光体、薄膜トラン
ジスタ等への各種応用が試みられ、また、それらの応用
のうち実用化されているものモ数多く存在する。アモル
ファスシリコンは、単結晶シリコンに比べて大面積化が
可能であり、しかも種々の形状の基板上に成膜すること
ができるので今後増々アモ／Ｉ／７アスシリコンの応用
技術が発展するものと期待されている。

アそル７アスシリコン膜の成膜方法として、高周波グロ
ー放電分解法、反応性スパッタリング法、ＣＶＤ法等が
ある。中でも、シリコン原子を含有する分子たとえばＳ
ｉＨ４，５Ｉ２Ｈ６等を有する原料ガスを高周波グロー
放電により分解してプラズマを形成し、前記プラズマを
導電性基体に接触させることによりアモルファスシリコ
ン膜を成膜する高周波グロー放電分解法は、成膜時に、
堆積するアモルファスシリコン上へのイオンの衝突が比
較的に軽減されるので良好な光導電特性を有するアモル
ファスシリコン膜を得ることができ、成膜装置の改良に
より成膜速度を大幅に向上させることができる等の理由
により、現在では殆んどこの方法が採用されている。そ
して、前記高周波グロー放電分解法においては、導電性
基体の況浄後、反応容器内に前記導電性基体を配置し、
反応容器内を高真空にし、目的に応じてシボラン、ホス
フィン、メタン、酸素、チッ素、アンモニア、水素等等
の種々のドーピングガスとシランガス等の原料ガスとを
混合してなるガスをガス導入管から反応容器内に導入し
ている。

しかしながら、ドーピングガスヤ原料ガスを充填するボ
ンベから反応容器までのガス導入管内部に塵埃があると
、反応容器内にガス導入と共に塵埃も導入され、折角洗
浄した導電性基体上に前記塵埃が付着する。また、反応
容器の内壁、電極表面、アースされた支持台表面にアモ
ルファスシリコンが強固に付着するので、これら表面を
時々清掃するのであるが、清掃しても反応容器内の間隙
や電極表面等にアモルファスシリコンの微粉末や小片が
残存している。そして、反応容器内を高減圧に排気する
段階で、清掃によっても除去できなかった前記アモルフ
ァスシリコンの微粉末や小片が舞い上がり、導電性基体
の表面に付着してしまう。さらに、何回もアモルファス
シリコン膜を成膜することにより反応容器の内壁、電極
表面等に厚く付着したアモルファスシリコンが剥離し導
電性基体体上に落下することもある。

このように導電性基体上に塵埃やアモルファスシリコン
の微粉末、小片が付着したまま、導電性基体の表面にア
モルファスシリコン膜を形成すると、ピンホールを生じ
たり、リークの原因を生じたり、ショートの原因を生じ
たりする。アモルファスシリコンは、大面積の成膜が可
能である反面、塵埃等の付着物によりピンホールを生ず
る確率が大となる。

〔発明の目的〕

この発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、ア
モルファスシリコンの成膜前に導電性基体表面上の塵埃
等の不純物を除去することのできるアモルファスシリコ
ン成膜装置を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するだめのこの発明の概要は、反応容器
内で、シリコン原子含有の分子を有するガスに高周波電
力を印加することにより、アモルファスシリコン膜を導
電性基体上に成膜するアモルファスシリコン成膜装置に
おいて、反応容器内に配置される導電性基体に低周波電
力を供給する低周波電源と、前記導電性基体に対向配置
される高周波電力印加用の電極に直流電圧または低周波
電力を印加する電源とを備え、アモルファスシリコン膜
の成膜前に前記導電性基体に低周波電力を供給すると同
時に前記電極に直流電圧または低周波電力を印加するこ
とを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

この発明の第１の実施例について図面を８照しながら説
明する。

第１図はアモルファスシリコン成膜装置を示す説明図で
ある。

第１図に示すように、アモルファスシリコン膜９たとえ
ば５０ｗＸ４０ｍｍのアルミニウム基板を載置するため
の、接地された基台１１を水平に配置すると共に、前記
基台１１の上方に電極３を対向配置し、また、導電性基
板９を所定温度たとえば１５０〜３５０℃に加熱するた
めのヒータ１２を基台１１に装着する。また、前記基台
１１の上面には、熱伝導性および電気絶縁性を有する物
質で形成された熱伝導性絶縁物１０が形成される。

さらに、アモルファスシリコン成膜装置は、真空チェン
バ１内を所定の減圧たとえば１０＝Ｔｏｒｒ程度にまで
排気するために、拡散ポンプ１７およびメカニカルブー
スタポンプ１６が装着される。

アモルファスシリコン成膜装置はき・真空チェンバ１内
に原料ガスたとえば８ｉＨ４ガス、Ｓｉ２Ｈ６ガスある
いは、　！３ｔＨ４ガスまたは８ｉ２Ｈ６ガスと含酸素
分子、含窒素分子、含炭素分子および含フツ素分子のい
ずれか１種または２種以上を含有するドーピングガスと
の混合ガスを導入するために、流量調節パルプ１８を有
する原料ガス導入ノズル１５を真空チェンバ１内に引き
込んでいる。アモルファスシリコン成膜装置は、真空チ
ェンバ１外に、前記導電性基板９に低周波電力を印加す
るための低周波発信器１４たとえば２０Ｈｚの正弦波を
発生するファンクションジェネレータおよび低周波発振
器１４より出力される低周波電力をたとえば±３５０ボ
ルトに増幅する増幅器１６を備える。また、真空チェン
バ１外に、前記電極乙にたとえば１６．５６ＭＨｚ、３
０Ｗのの高周波電力を印加するだめの高周波電＃ｔ７お
よび電力のマツチングをとるマツチングボックス６と、
前記電極乙にたとえば＋６００ｖの直流バイアスを印加
するためのバイアス印加用直流電源８とを備え、電源切
り替え用スイッチ５を介して前記電極乙に高周波電力ま
たは直流バイアスが印加されるように構成されている。

なお、第１図において、４で示すのは絶縁物である。

次に、以上構成の作用について説明する。

先ず、洗浄した導電性基板９を真空チェンバ１内の熱伝
導性絶縁物１０の上に載置し、導電性基板９に増幅器１
６の出力端子を接続する。次いで真空チェンバ１内を、
メカニカルブースタポンプ１６により高真空に排気する
。真空チェンバ１内を高真空にすると共に低周波発振器
１４により導電性基板９に低周波を印加し、同時に、電
源切り替え用スイッチ５をバイアス印加用直流電源８側
に入れることにより、電極乙に適宜電圧の直流バイアス
をバイアス印加用直流電源８から供給する。

この状態での導電性基板９および電極６に印加されてい
る電圧を第２図に示す。第２図において、１０２で示す
のは電極乙に印加されているたとえば正の直流バイアス
＋ｖＢであり、１０１で示すのは導電性基板９に印加さ
れている正弦波形の低周波電力であり、斜線で示す部分
は負の電圧であることを示す。真空チェンバ１内を高真
空に排気しながら、前記のように、導電性基板９に低周
波電力を、また、電極６に直流バイアスを印加している
とき、たとえばチリ、ホコリ等が飛来して導電性基板９
に付着すると、導電性基板９には低周波電力が印加され
ていることによりチリ、ホコリ等が正負に交互に帯電す
る。そこで、たとえば、チリ、ホコリ等が正に帯電する
と、電極乙に印加された正の直流バイアスにチリ、ホコ
リ等が静電的に反発する。導電性基板９に印加される正
の電圧が低下し、やがてＯ電圧となり、ついには負の電
圧に変化する。そうすると、正に帯電していたチリ、ホ
コリ等が導電性基板９に静電的に吸引され、導電性基板
９に付着する。導電性基板９に付着したチリ、ホコリ等
は負に帯電する。負に帯電すると同時に、前記チリ、ホ
コリ等は、正に直流バイアスされている電極乙に静電的
に吸引され、電極乙に付着する。電極６に付着したチリ
、ホコリ等は、直ちに正に帯電する。そのうち、導電性
基板９に印加されている負の電圧が最大値となるため、
今度は、電極６の表面に付着して正に帯電したチリ、ホ
コリ等が静電的に導電性基板９に吸引され、導電性基板
９に付着して負に帯電する。

このようＫ、チリ、ホコリ等は、導電性基板９と電極６
との間を、離脱と付着とを（つかえしながら、第６図に
示すような軌跡を描きながら、真空チェンバ１外に排出
されることとなる。電極６に直流バイアスを印即すると
共に導電性基板９に低周波電力を印加しながら、真空チ
ェンバ１内を所定時間排気し続けることにより、チリ、
ホコリ等が導電性基板９および電極６の表面より除去さ
れる。

この後、電源切り替え用スイッチ５を高周波電源７側に
切り替えると共に導電性基板９に印加していた低周波電
源１４をオフにし、アモルファスシリコン膜の成膜工程
忙移行する。

因みに、アモルファスシリコン膜の成膜につき説明する
。

ヒータ１２により前記導電性基板９を２５０℃に刃口熱
し、また、拡散ポンプ１７により真空チェンバ１内を１
［）−５Ｔｏｒｒに減圧する。真空チェンバ１内の排気
系を、拡散ポンプ１７からメカニカルブースタポンプ１
７に切り換える。そして、５ｉｌ（４ガス袂すれば８ｉ
Ｈ４ガスとＢ２Ｈ６、ＰＨ３，０２、Ｎ２、ＣＨ４等（
７）１種または２ｍ以上のドーパントガスとの混合ガス
を真空チェンバ１内に導びく。真空チェンバ１内の混合
ガス圧が０．１〜０．４Ｔｏｒｒになるようにメカニカ
ルブースタポンプ１７を調節する。

そこで、高周波電源７により電極３に１３．５６ＭＨｚ
の交流電力を印加することにより、′電極６と導電性基
板９どの間に放電を開始して混合ガスよりのプラズマを
発生させる。導電性基板９に接触することにより、導電
性基板９０表面にアモルファスシリコン膜を形成するこ
とができる。

実施例 洗浄した５０ｉ＋ｚＸ４０＋＋ｏｍの導電性基板９であ
るアルミニウム基板を真空チェンバ１内の基台１１上に
配置した後、拡散ポンプ１７で真空チェンノく１内がＩ
　Ｘ　Ｉ　Ｑ−５Ｔｏｒｒ　　になるまで約２時間排気
した。この時、電極乙に直流バイアス＋３００Ｖを、ア
ルミニウム基板には、ファンクションジェネレータによ
り２０Ｈ２の正弦波を発生させ、増幅器１６により±６
５０ｖに増幅した低周波電力を印加した。約２時間後、
拡散ポンプ１７をメカニカルブースタポンプ１６に切り
替え、さらに６０分間前記電力の印加を継続した。その
後、ファンクションジェネレータをオフにし、電源切り
替え用スイッチ５を切り替えることにより、電極６に高
周波電源７より１３．５６ＭＨ２の高周波を３０〜Ｖの
パワーで印加した。同時に、原料ガス導入ノメル１５よ
り真空チェンバ１内に１００％シランガスを導入するこ
とにより、アルミニウム基板上にアモルファスシリコン
膜の成膜を行なった。なお、原料ガスの流量は５Ｑ８Ｃ
ＣＭ、アルミニウム基板の加熱温度は２８０℃であった
。１時間の成膜により、１．５μｍ厚のアモルファスシ
リコン膜カ得られた。

前記のようにして得られたアモルファスシリコン膜上に
２’ｌｌｌＸ２ｍｍの面積を有する金電極を真空蒸着に
より形成し、ピンホールテストを行なった。

また、比較のためにこの発明によらずにアそルファスシ
リコン膜を得、前記と同じピンホールテストを行なった
。その結果、この発明に依らずに成膜したアモルファス
シリコン膜は、この発明に依って成膜したアモルファス
シリコン膜に比して、約２倍のピンホールを有していた
。すなわち、この発明によると従来に比べてピンホール
が著しく少ないアモルファスシリコン膜を成膜すること
ができる。

以上、この発明の第１の実施例について詳述したが、こ
の発明は前記実施例に限定されるものではなく、この発
明の要旨を変更しない範囲内で適宜に変形して実施する
ことができるのはいうまでもない。

次に、この発明の第２の実施例について第４図および第
５図を示しながら説明する。

第４図に示すように、第２の実施例が第１の実施例と相
違するところは、バイアス印加用直流電源８のかわりに
、低周波の正弦波、三角波等を発振する低周波発振器１
９たとえばファンクションジェネレータと、前記ファン
クションジェネレータ１９より出力される低周波の正弦
波、三角波等を増幅するプリアンプ２０と、前記プリア
ンプ２０より出力される低周波のパワーを増幅する電力
増幅器２１とを備え、また、低周波発振器１４と電力増
幅器１３との間に、低周波発振器１４より出力される正
弦波、三角波等を増幅するプリアンプ２２を設けたこと
である。なお、一方の低周波発振器１９および他方の低
周波発振器１４より出力される低周波の周波数は、互い
に相違しているのが好ましい。

第２の実施例を以上のように構成すると、次のようにし
て真空チェンバ１内のチリ、ホコリ等が除去される。

すなわち、真空チェンバ１内を高真空に排気しながら、
第５図に示すように、異なった周波数の低周波紙力を導
電性基板９および電極３に印加する。なお、第５図にお
いて、１０３で示すのは電極６に印〃目するたとえば５
３Ｈｚの低周波であり、１０４で示すのは導電性基板９
に印加するたとえばＩＨｚの低周波である。真空チェン
バ１内で、チリ、ホコリ等が飛来して、導電性基板９０
表面に付着すると、導電性基板９に印加されている低周
波電力１０４の電圧が正の状態にある場合、チリ、ホコ
リなどは正に帯電する。一方電極３には導電性基板９に
印加される低周波電力１０４０周波数より高い周波数の
低周波電力１０３を供給しているため、導電性基板９表
面でチリ、ホコリなどは正に帯電すると共に低周波電力
１０４はゆるやかに電圧が変化してゆくのに対し、電極
側６では比較的速く正負に電圧が変化する。したがって
導電性基板９表面で正に帯電したチリ、ホコリなどは、
電極３が正の場合、静電的に反発するが負に変化すると
、静電的に吸引され、電極６０表面に付着し、今度は負
に帯電する。この場合、電極３の表面でチリ、ホコリな
どが負に帯電しても、次第に負の電圧がゼロ電圧に近づ
く。一方導電性基板９に印加した低周波電力１０４０周
波数はかなり低いため以前としてゆるやかに正の電圧で
変化してゆく。したがって電極３０表面で負に帯電し、
次第にゼロ電圧に近づいてゆ（チリ、ホコリなどは、再
び導電性基板９側に静電的に吸引され、導電性基板９０
表面に付着して、正に帯電する。

負になると再び電極纏乙に静電的に吸引され、導電性基
板９０表面を離脱し電極６の表面に付着する。したがっ
て上述のようにチリ、ホコリなどは導電性基板９と電極
６との間を離脱、付着をくり返しながら第６図のように
往復することになり、この間にチリ、ホコリなどは導電
性基板９と電極６とで離脱する回数が多くなり、しかも
真空チェンバ１内部が高真空に排気されているので、導
電性基板９と電極５との間の空間から除去され、排気さ
れる頻度が高くなる。したがってチリ、ホコリ等が取り
除かれることになる。

チリ、ホコリ等を除去した後は、第１の実施例と同様に
して、アモルファスシリコン膜を成膜することとなるの
であるが、その詳細な説明は省略する。

実施例 ５０ｍｍＸ４０ｍｍのアルミニウム基板のかわりに５０
　ｙｒｐ、　Ｘ　５０　ｍｍのアルミニウム基板を用い
、電極６に、直流バイアス＋３００ｖを印加するかわり
に、周波数５０Ｈｚの正弦波を±５００■に増幅して印
加し、また、アルミニウム基板に、周波数２Ｑ　Ｈｚの
正弦波を±３５０ｖに増幅して印加するかわりに、周波
ｉｉ！、０．５Ｈｚの正弦波を±５００ｖに増幅して印
加したほかは、第１の実験例と同様にして真空チェンバ
１内のチリ、ホコリ等を除去した。

次いで、電極乙に、パワー３０Ｗの高周波電力を印加す
るかわりに、パワー２０Ｗの高周波電力を印加したほか
は第１の実験例と同様にしてアモルファスシリコン膜を
成膜し、ピンホールテストを行った。その結果、得られ
たアモルファスシリコン膜に生じたピンホール数は、従
来法により作成したアそルファスシリコン膜におけるピ
ンホールテストの１／２であった。

〔発明の効果〕

この発明によると、真空チェンバ内のチリ、ポプリ等を
十分に除去可能となり、チリ、ホコリ等のない状態で導
電性基板上にアモルファスシリコン膜を成膜することが
でき、したがって、ピンホール等によるショートのない
良好なアモルファスシリコン膜を成膜することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す説明図、第２図
は前記実施例において電極および導電性基板に印加する
直流バイアスおよび低周波電力を示す説明図、第６図は
前記実施例において電極および導電性基板の間を飛来す
る塵埃の軌跡を示す説明図、第４図はこの発明の第２の
実施例を示す説明図、および第５図は前記実施例におい
て電極および導電性基板に印加する、互いに周波数の異
なる低周波電力を示す説明図である。 −１・・・反応容器、　６・・・電極、　８・・・バイ
アス印加用直流電源、　９・・・導電性基板、　　１０
・・・熱伝導性ｔｌｌ初物　　１４・・・低周波電源、
　　１９・・・低周波電源。 −−−−−−−−０ ４゜ 第３図 二〕９

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器内で、シリコン原子含有の分子を有する
   ガスに高周波電力を印加することによりアモルファスシ
   リコン膜を導電性基体上に成膜するアモルファスシリコ
   ン成膜装置において、反応容器内に配置される導電性基
   体に低周波電力を供給する低周波電源と、前記導電性基
   体に対向配置される高周波電力印加用の電極に直流電圧
   または低胸波逝力を印加する電源とを備え、アモルファ
   スシリコン膜の成膜前に前記導電性基体に低周波電力を
   供給すると同時に前記電極に直流電圧または低周波電力
   を印加することを特徴とするアモルファスシリコン成膜
   装置。
2. （２）前記導電性基体が、熱伝導性絶縁物上に配置され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のアモ
   ルファスシリコン成膜装置。