JPS59227709A - アモルフアス・シリコンの成膜装置 - 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］ この発明は高周波グロー放電分解法を用いてアモルファ
ス・シリコンを成膜する成膜装置に関するものである。

［発明の技術的背景］ アモルファス・シリコンは優れた光１ｍ性′４４＄１と
して、各種センサー、太ｗＡ電池、電子写真用感光体、
薄膜トランジスターなどへの応用が考えられており、す
でに実用化の段階にあるものも数多く存在している。こ
のアモルファス・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、種々の形状の基板に成
膜することができるため、今後、増々応用面が開拓され
てゆくことが期待される。そして、このアモルファス・
シリコンを基板上に成膜する方法としては、成膜時に、
すでに結晶学的にアモルファスの構造をとらなければな
らないという性質上、高周波グロー放電分解法、反応ス
パッタリング法などが主として用いられている。特に、
このうち、シリコン原子を母体として含むガス、例えば
シランガス５ｉＨａを′　　高周波グロー放電により分
解してアモルファス・シリコンを成膜する方法は、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
撃が比較的少ないため、良好な光導電特性が得られるこ
と、および成膜装置を改良することによって非常に速い
成膜速度が達成できるなどの理由により、現在ではほと
んどこの方法によりアモルファス・シリコンが製造され
ている。

［背景技術の問題点］ しかしながら、この高周波グロー放電分解法の場合、基
板を洗浄しチャンバー内に入れ、その後、チャンバー内
を高真空にしたのち、シランガスあるいは目的に応じて
シランガス、ジボラン、ホスフィン、メタン、酸素、チ
ッ素、アンモニア、水素などを混合してチャンバー内に
導入するのであるが、このガスのボンベからチャンバー
までのガス導入管の内部あるいはチャンバー内壁、電極
などにチリ、ホコリなどが付着している場合、洗浄した
基板にこれらチリ、ホコリなどが付着することがある。

また、成膜開始時あるいは成膜中にチャンバー内壁、電
極などに強固にｊ「積したアモルファス・シリコンがは
がれ、小片となって、基板あるいはアモルファス・シリ
コン上に付着する場合がある。また、アモルファス・シ
リコンの成膜中、アモルファス・シリコンとして成膜さ
れなかったシランガスの分解生成物、イオンなどは気相
反応によって水素化ポリシリコンとなり、微粉末として
チャンバー内壁、電極などに堆積するため、これらの微
粉末が成膜されたアモルファス・シリコン中に取り込ま
れるといった場合も生じる。これらのチリ、ホコリ、小
破片、微粉末がＶ板に付着したり、アモルファス・シリ
コン中に取り込まれると、薄膜を作成した際、ピンホー
ルとなってショートが発生し、使用に供することができ
なかった。また、アモルファス・シリコンの場合、大面
積化が可能である半面、これらチリ、ホコリなどの付着
物によりピンホールが生じる確率も高くなるため、生産
線−階でピンホールによる欠陥を極力低減させることが
非常に重要となる。その際、チリ、ホコリなどは成膜装
置の設置されている部屋をクリーンルーム化することに
より減少させることが可能であるが、成膜装置内部、ガ
スのパイプライン内部に付着したチリ、ホコリ、はがれ
る小破片などはそれらが成膜中にも発散するため、除去
することは容易ではなかった。

［発明の目的］ この発明は前記事情に基いてなされたものであって、反
応容器に飛散するチリ、ホコリ、反応容器内壁、電極表
面からはがれる小破片などが導電性基板上に付着したり
、成膜中のアモルファス・シリコン中に取り込まれるの
を防止することができ、アモルファス・シリコンのピン
ホール、ショートなどを減少させることができて不良品
を減らし、製品の歩留りを大幅に向上させることができ
るアモルファス・シリコンの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］ この発明は、シリコン原子を母体として含むガスを高周
波電力を印加して分解し、アモルファス・シリコンを成
膜する成膜装置において、反応容器内に第１および第２
の導電性部材を配置するとともに前記高周波電力を印加
するための電極と対向させて設置された支持台に絶縁体
を配置し、この絶縁体上に配置された導電性基板が前記
反応容器内に設けられた前記第１の導電性部材と同電位
であり、かつ前記第２の導電性部材には前記第１の導電
性部材とは逆極性の電圧が印加されるよう　　　　。

になっていることを特徴とするものである。

［発明の実施例］ この発明を図面に示す一実施例を参照しながら説明する
。

第１図はこの発明のアモルファス・シリコンの成膜装置
の一実施例を示す概略説明図、第２図は導電性メツシュ
の斜視図、第３図は導電性メツシュの他の実施例を示す
斜視図である。第１図において１は反応容器（以下チャ
ンバーとも称する）であって、このチャンバー１の内部
の反応室２には絶縁物例えばポリフッ化エチレン（商品
名テフロン）４を介して高周波電力印加用電極３が設置
されているとともにこの高周波電力印加用電ｔａｉ３に
はこれに電力を供給するだめの九周波電１［１６および
電力のマツチングのためのマツチングボックス５が接続
されている。（なお、この構造は一般に使用されている
高周波グロー放電分解法と同様のものである）。また、
前記反応室２の内部にはアースされた支持台１４と、そ
の上部またはアースされた支持台１４の一部に熱伝導性
で、かつ電気絶縁性の物質１３が配置されている。さら
に、前記物質１３の上部には導電性基板１２が設置され
ている。そして、前記反応室２内の高周波電力印加用電
極３と導電性基板１２との間の空間には第１の導電性部
材たる第１の導電性のメツジュアが固定用つり金８を介
して設けられている。この第１の導電性メツシュアは前
記導電ｔ！基板１２ど接触しており、電気的に同電位の
状態にあり、かつ第１の導電性メツシュアはチャンバー
１の外部にあるバイアス印加用直流電ｗ９と接続されて
いて、例えばプラスのバイアスが印加できるようになっ
ている。この場合、５４電性基板１２は熱伝導性結縁体
たる熱伝導性絶縁物１３によってアースされた支持台１
４とは電気的に絶縁されるようになっている。前記反応
室２の内部には前記第１の８電性メツシユア以外にさら
に第２の導電性部材たる第２の導電性メツシュ１０を前
記第１の導電性メツシュア及び導電性基板１２の近傍に
設けられていて、バイアス印加用直流電源１１と接続し
て例えばマイナスのバイアスが印加できるようになって
いる。この際、第２の導電性メツシュ１０には、第１の
導電性メツシュア及び導電性基板１２に印加される直流
バイアスとは逆極性の直流バイアスを印加するものであ
る。なお、図中１５は支持台１４の下方に設置されたヒ
ータ、１６はガス導入口、１７はメカニカルブースター
ポンプを備えた排気系、１８は拡散ポンプを備えた排気
系である。

次に第２図および第３図を参照しながら導電性メツシュ
について説明する。第２図に示す導電性メツシュの場合
、１ラスにバイアスされる第１の導電性メツシュアは上
面側７ａ、側面側７ｂ、底面側７Ｃをそれぞれメツシュ
でおおい、排気系１７のある方向に開口部７ｄが設けら
れていて、導電性基板１２を第１の導電性メツシュアの
内部に設置することとなる。一方、マイナスにバイアス
される第２の導電性メツシュ１０は第１の導電性メツシ
ュアの内部の導電性基板１２の近傍で、かつ排気される
側に設置されている。図中７０はプラスにバイアスされ
た第１の導電性メツシュの固定用つり金である。

第３図に示す導電性メツシュは上から見た図を示してお
り、第２図に示す導電性メツシュアと同様にプラスにバ
イアスされる第１の導電性メツシュ２０ａとマイナスに
バイアスされる第２の導電性メツシュ２０ｂとからなり
、導電性基板２０Ｃはプラスにバイアスされる第１の導
電性メツシュ２０ａの内部に設置されているが、静電引
力による効果を高めるためにプラスにバイアスされる導
電性基板２０ｃの近傍にある程度囲むようにマイナスに
バイアスされる第２の導電性メツシュ２０ｂが配置され
ている。また第１図、第２図および第３図においてプラ
スバイアス印加用には導電性メツシュを用いることが必
要であるが、マイナスバイアス印加用にはＩＩ性メツシ
ュのみならず、Ｓ電性金属部材、例えばＡ１．Ｃｕなど
を板状にしたものを用いることができる。２０ｄはプラ
スバイアス印加用直流電源、２０ｅはマイナスバイアス
印加用直流電源、２Ｏｆはプラスにバイアスされた第１
の８電性メツシユの排気系側の開口部である。

次にアモルファス・シリコンの成膜袋Ｕの動作について
説明する。一般にシリコン原子を母体として含むガス、
例えばＳｉ　Ｈａ　、Ｓｉ　２　Ｈｘなどを用いて高周
波グロー放電分解法によりアモルファス・シリコンの成
膜を行う場合、最初チャンバー１内をある程度高真空に
排気した後、Ｓｉ　Ｈａ　。

３ｉ２Ｈａなどをチャンバー１内に導入して高周波電力
を印加し、グロー放電を発生させ、５ｉＨａ、５ｉ２Ｈ
ａなどを分解するわけであるが、たとえ、基板を充分洗
浄してチャンバー１内に設置したとしても、最初のチャ
ンバー１内を真空に排気する段階で、ガス導入管１６内
部に存在するチリ、ホコリなどのゴミや、チャンバー内
壁、あるいは高周波電力印加用電１Ｍ　３表面からはが
れる小さな破片などが排気中にチャンバ−１内部に飛散
し、洗浄した基板上に付着あるいは堆積することとなる
。したがって、この発明による成膜装置は第１に最初の
チャンバー１内を真空に排気する段階でもって、反応室
２の内部の高周波電力印加用電極３と導電性基板１２と
の間の空間に設けられた第１の導電性メツシュアにチャ
ンバー１の外部にあるバイアス印加用直流電源９より適
当な電圧の直流バイアスを印加しながら同時に熱伝導性
絶縁物１３の上部に設けられた第２の導電性メツシュ１
０にもチャンバー１の外部のバイアス印加用直流電源１
１より先のバイアス印加用直流型？ＩＩ９より印加され
る直流バイアスと同程度かあるいはそれより高めの電圧
で、かつ逆極性の直流バイアスを印加しながら真空排気
を行う。これにより今、第１の導電性メツシュアがプラ
スに、第２の導電性メツシュ１０がマイナスにバイアス
されているとすると、例えばチャンバ−１内部、ガス導
入管１６内部などから飛来したチリ、ホコリなどのもの
のうち、高周波電力印加用電極３と導電性基板１２との
間の空間に流入したものは、この空間に設けられた第１
の導電性メツシュアの間を通過してゆくが、第１の導電
性メツシュアにはプラスバイアスが印加しであるため、
前述のチリ、ホコリなどは第１の導電性メツシュアを通
過する輪間プラスに帯電することになる。前述のように
第１の導電性メツシュアと導電性基板１２とは電気的に
接触して同電位であるから、導電性基板１２もプラスに
バイアスされており、したがって、第１の導電性メツシ
ュアを通過することによってプラスに帯電したチリ、ホ
コリなどは導電性基板１２との静電的に反撥力によって
導電性基板１２に接近することができず、そのまま通過
し、排気系に排気される。したがって、チャンバ−１内
部を真空に排気している間は導電性基板１２の表面には
チリ、ホコリなどが付着するのを極力防止できることに
なる。チャンバー内壁、電極表面からはがれた小さな破
片についても同様にＬ９　ｍ性基板１２上への付着を防
止することができる。この場合、第１の導電性メツシコ
７にプラスの直流バイアスを印加するのみでもチリ、ホ
コリなどの除去には充分であるが、第２の１ｍ性メツシ
ュ１０にマイナスの直流バイアスを印加することによっ
てざらに強制的に導電性基板１２付近に飛散してくるプ
ラスに帯電したチリ、ホコリなどを静電的に第２の導電
性メッシコ１０に引きつけることが可能である。

この発明による成膜装置は上述のようにチャンバ−１内
部の真空排気時ばかりでなく、アモルファス・シリコン
の成膜時にも適用することができる。これはアモルファ
ス・シリコンの成膜時に、ガス導入管内部から流出して
くるチリ、ホコリ、チャンバー１内壁、電極表面からは
がれた小破片、あるいは成膜時に発生する水素化ポリシ
リコンの微粉末などが膜中に混入する恐れがあり、これ
らを防止するためである。アモルファス・シリコンの成
膜時、導電性基板１２の表面に堆積してゆくアモルファ
ス・シリコンはアンドープの場合、高抵抗であるが、ア
ースされた支持台１４の下部に取り付けられたヒーター
１５により成膜中２５０〜３５０℃程度に加熱されてい
るため、この加熱された状態ではアモルファス・シリコ
ンは比較的低抵抗となるが、第１の導電性メツシュアを
プラスにバイアスすることによる導電性基板１２上のア
モルファス・シリコンへのバイアス効果は比較的低下し
てしまいプラスに帯電したチリ、ホコリなどがアモルフ
ァス・シリコン表面へ一部付着することが予想される。

したがって、このような場合、導電性基板１２のごく近
傍にマイナスにバイアスされた第２の導電性メツシュ１
０を設置しておくことにより、導電性基板１２の付近に
飛散してきたプラスに帯電したチリ、ホコリなどはマイ
ナスにバイアスされた第２の導電性１０に静電的に強く
引きつけられ、したがって、導電性基板１２付近のチリ
、ホコリな・どは成膜中も除去されることになる。さら
に、第１のＩＪ電性メツシュアはプラスにバイアスして
おくことにより、グロー放重分解法により生成したイオ
ンのアモルファス・シリコン表面への衝突を避けｗＡ賀
のコントロールや良好な膜質のアモルファス・シリコン
の成膜などを行うことができるものである。

実施例 充分に洗浄された５０１１１ｍ×５０ＩＩ１ｍの導電性
基板（ＡＩＭ板）１２をチャンバー内に設置したのち、
プラスバイアス印加用直流電源より＋２５０■、マイナ
スバイアス印加用直流電源より一２５０Ｖのバイアスを
それぞれの導電性メツシュに印加した。導電性メツシュ
はプラスバイアス印加用メツシュが＃４０、マイナスバ
イアス印加用メツシュが＃３０のものを使用した。プラ
スバイアス用印加用メツシュの直径は１５０ｎ＋ｍ、高
さ２０ｍｍ、開口部の面積は２０ｍｍｘ８０ｍｍであっ
た。マイナスバイアス印加用メツシュは８０１１１ｍＸ
４０１Ｄｍの一枚メッシュを用いた。上記のように各導
電性メツシュにバイアスを印加しながらチャンバー内を
圧力が２　Ｘ　１０”ｔｏｒｒとなるまで拡散ポンプに
より約１．５時間排気した。その後、拡散ポンプのバル
ブを閉じ、ガス導、入口よりＮ２ガスを尋人し、メカニ
カルブースターポンプのパルプを開は排気を行った。Ｎ
２ガスの流石は１１００８ＣＣで約３０分行った。その
後、Ｎ２ガスをＳｉ　Ｈａに切替え、Ｓｔ　Ｈａ　ガス
を５０ｓｃｃＭ１７）流ｔｒ−約１０分間流し、その後
、高周波電力より１３．５６ＭＨ２の高周波をパワー２
０Ｗで１時間印加し、アモルファス・シリコンの成膜を
行った。上記方法によるアモルファス・シリコンの成膜
速度２．２μｉ／ｈｒであった。また、前記雨曝電性メ
ツシュにバイアスを印加せず、ほかは上記条件と同様の
方法によりアモルファス・シリコンを成膜した。

成膜速度は２．０μＩＩｌ／ｈｒであった。このＪ：う
にして得られたアモルファス・シリコン表面に２ｎ＋ｍ
ｘ２ｍｍの面積のＡ！電極を２００個蒸着により作成し
ピンホールテストを行った。その結果、両導電性メツシ
ュにバイアスを印加して作成したアモルファス・シリコ
ンに比べ、導電性メツシュを用いずにアモルファス・シ
リコンを作成した従来のものではピンホールが約１．５
倍多く発生していることが明らかとなった。

実施例 プラスバイアス印加用直８！電源より＋２５０■、マイ
ナスバイアス印加用直流電源より一３００Ｖのバイアス
をそれぞれ導電性メツシュに印加した。

導電性メツシュの形状は実験例１と同様である。

成膜時間を１５分間とした以外、他の成膜条件も実験例
１と同様とした。膜厚は導電性メツシュを用いた場合、
０．４５μｍ１用いない場合０．４１μｍであった、こ
の両サンプルの表面を走査型電子顕ｆｊｌｌ鏡により５
０００〜１００００倍に拡大してＩ２察を行ったところ
、導電性メツシュにバイアスを印加せず、従来のもので
成膜を行ったアモルファス・シリコンの表面には数多く
の小破片がうもれたり、付着したりしていることが判っ
た。

なお、前記実旋例は単なる一例にすぎず、各部材につき
、同一の掘能を有する他の部材に置換えることができる
ことは言うまでもない。

［発明の効果］ この発明は上記のように反応容器内に複数の導電性メツ
シュを設け、それぞれに極性の貨なったバイアスを印加
することにより、チャンバー内に飛散するチリ、ホコリ
、反応容器内壁、電極表面からはがれる小破片などが８
電性基板上に付着したり、成膜中のアモルファス・シリ
コン中に取り込まれたりするのを防止することができ、
アモルファス・シリコンのピンホール、ショートなどを
減少させることができて不良品を減らし、歩留りを大幅
に向上させることができるなどの優れた効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のアモルファス・シリコンの成膜装匝
の一実施例を示す概略説明図、第２図は導電性メツシュ
の詳細を示す斜視図、第３図は他の導電性メツシュを示
す平面図である。 １・・・・・・反応容器（チャンバー）、　２・・・・
・・反応至、３・・・・・・高周波電力印加用電極、５
・・・・・・マツチングボックス、 ７・・・・・・第１の導電性メツシュ、１０・・・・・
・第２の導電性メツシュ、１２・・・・・・導電性基板
、　１３・・・・・・熱伝導性絶縁物、１４・・・・・
・支持台、　１６・・・・・・ガス導入口。 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　シリコン原子を母体として含むガスを高周波
   電力を印加して分解し、アモルファス・シリコンを成膜
   する成膜袋Ｕにおいて、反応容器内にＭｌおよび第２の
   導電性部材を配置するとともに前記高周波電力を印加す
   るための電極と対向させて接地された支持台に絶縁体を
   配置し、この絶縁体上に設置された導電性基板が前記反
   応容器内に設けられた前記第１の導電性部材と同電位で
   あり、かつ前記第２の導電性部材には前記第１の導電性
   部材とは逆極性の電圧が印加されるようになっているこ
   とを特徴とするアモルファス・シリコンの成膜装置。
2. （２）　　前記第１および第２の導電性部材は、導電性
   メツシュあるいは金属部材により形成されている特許請
   求の範囲第１項に記載のアモルファス・シリコンの成膜
   装置。