JPS61288072A - Ｃｖｄ法による堆積膜形成装置 - 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、殊に半
導体ディバイス、電子写真用の感光ディバイス、画像入
力用のラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力素子
などに用いられるアモルファス状あるいは多結晶状等の
非単結晶状の堆積膜を形成するのに好適な装置に関する
。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体ディバイス、電子写真用感光ディバイス、
画像入力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力
素子等に使用する素子部材として、例えば、シリコンを
含有する非晶質（以後単に「ａ−８ｉ　Ｊと表記する。

）膜あるいは水素化シリコンを含有する非晶質（以後単
に［ａ−８ｉＨＪと表記する。）膜等が提案され、その
中のいくつかは実用に付されている。そして、そうした
ａ−８ｉ膜やａ　−８ｉＨ膜とともにそれ等ａ−８ｉ膜
やａ−８０（膜等の形成法およびそれを実施する装置に
ついてもいくつか提案されていて、真空蒸着法、イオン
ブレーティング法、いわゆるＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法等があり、中でもプラズマＣＶＤ法は至
適なものとして実用に付され、一般に広く用いられてい
る。

第３図に示すものは、従来のプラズマＣＶＤ法による堆
積膜の形成装置の１例を示すものであって、図中、１０
１は成膜空間としての成膜室であり、内部の基体支持台
１０２上に所望の基体１０３を載置する。

１０４は基体加熱用のヒーターであり、導線１０５を介
して給電し、発熱せしめる。

１０６乃至１０９は、ガス供給源であり、ケイ素含有化
合物、水素、ハロゲン化合物、不活性ガス、不純物元素
を成分とする化合物のガスの種類に応じて設ける。これ
等の原料化合物のうち標準状態に於いて液状のものを使
用する場合には、適宜の気化装置を具備せしめる。図中
ガス供給源１０６乃至１０９の符著にａを付したのは分
岐管、ｂを付したのは流量計、Ｃを付したのは各流量計
の高圧側の圧力を計測する圧力計、ｄ又はｅを付したの
は各気体流量番調整するためのバルブである。原料化合
物のガスは導入管１１０を介して成膜室１０１内に導入
される。

１１１はプラズマ発生装置であって、プラズマ発生装置
１１１からのプラズマは、矢印の向きに流れている原料
ガスに作用して、作用された化合物を励起、分解せしめ
、分解した化合物が化学反応することによって、基体１
０３にアモルファス堆積膜を形成するものである。１１
２は排気バルブ、１１３は排気管であシ、成膜空間内を
真空排気するため排気装置（図示せず）に接続されてい
る。

こうした装置を用いて、例えばａ−８ｉＨの堆積膜を形
成する場合、適当な基体１０３を支持台１０２上に載置
し、排気装置（図示せず）を用いて排気管を介して成膜
室１０１内を排気し、減圧する。

次いで必要に応じて基体を加熱し、ガス供給用ボンベよ
Ｊ　ＳｉＨ，、Ｓｉ２Ｈ６等の原料ガスをガス導入管１
１０を介して成膜室１０１内に導入し、成膜室内の圧力
を所定圧力に保ちつつプラズマ発生装置により成膜室１
０１内にプラズマを発生させ、基体１０３上にａ−８ｉ
Ｈ膜を形成する。

ところで従来の堆積膜は、例えばプラズマＣＶＤ法によ
シ得られるものは特性発現性に富み一応満足のゆくもの
とされてはいるものの、それであっても、確固たる当該
製品の成立に要゛求される、電気的、光学的、光導電的
特性、繰返し使用についての耐疲労特性、使用環境特性
の点、経時的安定性および耐久性の点、そして更に均質
性の点の全ての点を総じて満足せしめる、という課題を
解決するには未だ間のある状態のものである。

その原因は、目的とする堆積膜が、使用する材料もさる
ことながら、単純な層堆積操作で得られるという類のも
のでなく、就中の工程操作に熟練的工夫が必要とされる
ところが太きい。

因みに、例えば、いわゆるＣＶＤ法の場合、気体材料を
希釈した後いわゆる不純物を混入し、ついで５００〜６
５０°Ｃといった高温で熱分解することから、所望の堆
積膜を形成するについては緻密な工程操作と制御が要求
され、ために装置も複雑となって可成りコスト高のもの
となるが、そうしたところで均質にして前述したような
所望の特性を具有する堆積膜製品を定常的に得ることは
極めてむずかしく、したがって工業的規模には採用し難
いものである。

また、前述したところの、至適な方法として一般に広く
用いられているプラズマＣＶＤ法であっても、工程操作
上のいくつかの問題、そしてまた設備投資上の問題が存
在する。工程操作については、その条件は前述のＣＶＩ
）法よりも更に複雑であり、−膜化するには至難のもの
である。

即ち、例えば、基体温度、導入ガスの流量並びに流量比
、層形成時の圧力、高周波電力、電極構造、反応容器の
構造、排気速度、プラズマ発生方式の相互関係の、ｅラ
メ−ターをとってみても既に多くのパラメーターが存在
し、この他にもＩＱラメ−ターが存在するわけであって
、所望の製品を得るについては厳密な、ｅラメ−ターの
選択が必要とされ、そして厳密に選択されたノにラメ−
ターであるが故に、その中の１つの構成因子、とりわけ
それがプラズマであって、不安定な状態になりでもする
と形成される膜は著しい悪影響を受けて製品として成立
し得ないものとなる。そして装置については、上述した
ように厳密な、ｅラメ−ターの選択が必要とされること
から、構造はおのずと複雑なものとなり、装置規模、種
類が変れば個々に厳選された。ｅラメ−ターに対応し得
るように設計しなければならない。

こうしたことから、プラズマＣＶＩｌ法については、そ
れが今のところ至適な方法とされてはいるものの、上述
したことから、所望の堆積膜を量産するとなれば装置に
多大の設備投資が必要となり、そうしたところで尚量産
０ための工程管理項目は多く且つ複雑であり、工程管理
許容幅は狭く、そしてまた装置調整が微妙であることか
ら、結局は製品をかなりコスト高のものにしてしまう等
の問題がある。

また一方には、前述の各種ディバイスが多様化して来て
おり、そのための素子部材即ち、前述した各種特性等の
要件を総じて満足すると共に適用対象、用途に相応し、
そして場合によってはそれが大面積化されたものである
、安定な堆積膜製品を低コストで定常的に供給されるこ
とが社会的要求としてあり、この要求を満たす方法、装
置の開発が切望されている状況がある。

〔発明の目的〕

本発明は、光起電力素子、半導体ディバイス、画像入力
用ラインセンサー、撮像デイノセイス、電子写真用感光
ディバイス等に使用する堆積膜を形成する従来装置につ
いて、上述の諸問題を解決し、上述の要求を満たすよう
にすることを目的とするものである。

すなわち本発明の主たる目的は、電気的、光学的、光導
電的特性が殆んどの使用環境に依存することなく実質的
に常時安定しており、優れた耐光疲労特性を有し、繰返
し使用にあっても劣化現象を起こさず、優れた耐久性、
耐湿性を有し、残留電位の問題を生じない均一にして均
質な、改善された堆積膜を形成するための堆積膜形成装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、形成される膜の緒特性、成膜速度
、再現性の向上及び膜品質の均一化、均質化をはかりな
がら、膜の大面積化に適し、膜の生産性向上及び量産化
も容易に達成することのできる堆積膜形成装置を提供す
ることにある。

〔発明の構成、効果〕

本発明者は、従来装置についての前述の諸問題を克服し
て、上述の目的を達成すべく鋭意研究を重ねだ結果、反
応空間とは異なる空間（これを以後”活性化空間”と表
記する）において、あらかじめ原料ガスの少くとも一種
を活性化して活性種に°し、これを反応空間に導入し、
プラズマを生起することなく、熱エネルギーによシ、一
種若しくはそれ以上の活性種とその他の原料ガス、また
は二種若しくはそれ以上の活性種どうしを化学的相互作
用せしめることにより、反応空間内に設置しである複数
°の基体の面上に所望の堆積膜を連続して効率よく形成
し、堆積膜製品を量産することのできる装置を開発する
に至った。

即ち本発明の装置は、密封形成されてなる反応空間を有
し、該反応空間とは異なる活性化空間において生成した
活性種を該反応空間内に導入する手段と、必要に応じて
他の原料ガスを導入する手段と、前記反応空間内を加熱
する手段とを備えた反応容器を有し、熱エネルギーを利
用して活性種どうし、或いは活性種と原料ガスとの間に
化学的相互作用を生起せしめることにより堆積膜を形成
するための装置であって、前記反応容器を円筒形とする
とともに、該反応容器内に前記加熱手段、基体支持筒、
堆積膜形成用ガス放出管および排気管の各々を同軸に配
設し、該基体支持筒の内壁面上には基体が複数枚数シ付
けられるようにしたことを骨子とするものであって、好
ましくは、さらに前記基体支持筒を回転させる手段を設
けたものである。

かくする本発明の装置は、成膜空間即ち反応室内で放電
が生起する機会のないものであることから、形成される
堆積膜は、エツチング作用やその他の例えば異常放電作
用等による不都合な影響を受けることがない。

そして本発明の装置は、成膜空間即ち反応室とは異なる
活性化空間において活性種を生成せしめて、反応室に導
入するので、従来の堆積膜形成装置に比較して成膜速度
を飛躍的に伸ばすことができ、加えて、堆積膜形成を低
温で行うことができるので、製品たる膜の品質、厚さ、
そして電気的、光学的、光導電的特性等の安定した堆積
膜を効率的に量産し、堆積膜製品を低コストで提供する
ことを可能にする。

更に本発明の装置は、反応容器内に基体支持筒を同軸に
配設し、該基体支持筒の内壁表面に取シ付けられた複数
枚の基体表面に向けて、堆積膜形成用ガスを堆積膜形成
用ガス放出管から万遍なく噴出する手段を設けたことに
よシ、装置をコンノｑクト化するとともに、品質および
電気的、光学的、光導電的特性の安定した堆積膜の量産
を可能にする。

更にまた本発明の装置は、排気管を反応容器中心の下側
に設け、基体支持筒を回転するようにすることもできる
ので、堆積膜形成用ガスであるところの活性種または活
性種とその他の原料ガスとの混合物の成膜空間内での分
布が均一化され、膜質および膜厚が均一な堆積膜を効率
的に形成することができる。

本発明の装置の反応空間に導入される原料ガスは、形成
する堆積膜の原料には成９得るが、その１まのエネルギ
ー状態では堆積膜を形成することが全く、又は殆んどで
きないものであシ、一方、本発明の装置の反応空間に導
入される活性種とは、前記原料ガスと化学的相互作用を
お′こして、例えば前記原料ガスにエネルギーを与えた
り、前記・原料ガスと化学反応したりして、原料ガスを
堆積膜を形成することができる状態にする機能を有する
ものであるか、または、二種もしくはそれ以上の活性種
どうしが化学的相互作用をおこして堆積膜を形成する機
能を有するものである。よって、活性種としては、堆積
膜を構成する構成要素を含んでいてもよく、あるいはそ
の様な構成要素を含んでいなくともよい。

本発明の活性化空間に導入し、活性種を生成させるり料
としては、ａ−８ｉ膜を形成する場合であれば具体的に
はＦ２．８１Ｈ４，５ｉＨ３ＩＦ、　８ｉＨ３ＣＬ、８
１Ｈ３Ｂｒ、　ＳｉＨ３工、工２、Ｃ１２、Ｆ２等のハ
ロゲンガス等が挙げられ、これ等のうちの１種を用いて
も、あるいは２種以上を用いてもよい。これらの原料を
活性化空間で活性種を生成せしめるについては、各々の
条件、装置を考慮して、マイクロ波、ＲＦ、低周波、Ｐ
Ｃ等の電気エネルギー、ヒーター加熱、赤外線加熱等の
熱エネルギー、光エネルギー等の各種の活性化エネルギ
ーが使用できる。

本発明の反応空間に導入する前述の原料ガスとしては、
ａ−８１膜を形成する場合であれば、具体的には、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状態のもの、ま
たは容易にガス化しうるものをガス化したものを用いる
ことができる。これらの原料ガスは１種を使用してもよ
く、あるいは２種以上を併用してもよい。

また、これ等の原料ガスは、Ｈｅ％Ａｒ等の不活性ガス
によシ稀釈して用いることもある。さらに、ａ−８ｉ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
スまたは／および稀釈用ガスと混合して反応空間内に導
入することができる。

本発明の装置を用いてその上に堆積膜を形成する基体と
しては、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。

本発明の反応空間において活性種と原料ガスまたは二種
もしくはそれ以上の活性種どうしに化学的相互作用をお
こさせるためには、基体温度が２００°Ｃから３５０°
Ｃ１好ましくは２５０°Ｃから３００″Ｃとなるように
反応空間内を加熱することが必要である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、本発明の反応空
間内を減圧条件下におくのが好ましいが、常圧条件でも
勿論よく、場合によっては加圧条件下におくこともでき
る。減圧下において堆積膜を形成する場合、活性種ある
いはさらに原料ガスを導入する前に反応空間内の圧力を
５　Ｘ　１０−’　ＴＯｒｒ以下、好ましくはＩ　Ｘ　
ＩＱ−’　Ｔｏｒｒ以下とし、活性種あるいはさらに原
料ガスを導入した時には反応空間内の圧力をｌＸｌ０−
”〜ｌ　ＴＯｒｒ、好ましくは５　Ｘ　１０−”〜ｌ　
’ｒｏｒｒ　とするのが望ましい。

以下、本発明の堆積膜形成装置を図面の実施例により、
更に詳しく説明するが、本発明の堆積膜形成装置はこれ
によって限定されるものではない。

第１図は、本発明の堆積膜形成装置の全体略図でアシ、
第２図は本発明の基体支持筒の内壁面に複数の基体を取
り付けた状態を示す略図である。

第１図において、１は円筒状反応容器であって、土壁、
周囲壁、及び下壁で包囲密封されて、反応空間Ａを形成
している。反応容器１内には、基体支持筒２を円筒状反
応容器１と同軸に設置する。基体支持筒２の内壁面には
、堆積膜を形成せしめる基体３を多数枚取り付けられる
ようにする。第２図は、基体支持筒２の内壁面に基体３
を取り付けた例を示すものであり、基体支持筒２は第２
図（ａ）のごとく、連続した周囲壁を有するものであっ
てもよく、あるいは第２図（１））のどとく、周囲壁を
欠切した格子状周囲壁を有するものであってもよく、そ
の形状は自由に決めることができる。また、その内壁面
には何らかの基体３を取り付ける手段、例えば溝を設け
る等の手段（図示せず）を設けておく。

４は反応容器１の土壁を貫通して前記基体支持筒３の内
部に同軸に設置された堆積膜形成用ガス放出管であシ、
その側壁には堆積膜形成用ガス噴出孔５が多数設けられ
ている。堆積膜形成用ガス放出管４の上端部においては
、活性種供給管７及び原料ガス供給管６を集管して、堆
積膜形成用ガスである原料ガス及び活性種を堆積膜形成
用ガス放出管４内部に導入しうるようにしである。すな
わち、堆積膜形成用ガスである活性種および原料ガスは
、活性種供給管７および原料ガス供給管６を介して堆積
膜形成用ガス放出管４内に導入されたのち、堆積膜形成
用ガス噴出孔５を介して、基体支持筒２と堆積膜形成用
ガス放出管４との間に形成された反応空間Ａに供給され
る。

原料ガス供給管６はバルブ８を備えていて、一端は堆積
膜形成材料供給手段内部に開口し、他端は原料ガス供給
源（図示せず）に連通しており、一方、活性種供給管７
は一端は堆積膜形成材料供給手段内部に開口し、他端は
活性化室９及びバルブ１０を介して活性種生成用原料ガ
ス供給源（図示せず）に連通している。１１は活性化室
９に備えられた活性化エネルギー発生手段である。

第１図に示す実施例においては、原料ガス供給管を２本
とし、活性種供給管を１本とするように図示されている
が、原料ガス供給管及び活性種供給管の数は、使用する
原料ガスの種類、ドーピングすべき不純物元素供給用ガ
スの種類、及び活性種の種類等に応じて適宜法めること
ができる。

１２は加熱用ヒーターであって、円筒状反応容器の内壁
面に同軸に取シ付けられている。

１３は、ノζルブ手段（図示せず）を備えた排気管であ
シ、反応容器１の下壁を貫通して同軸に設置されておシ
、反応容器１内を減圧したり、導入された堆積膜形成用
ガスを強制排気するための排気装置（図示せず）に接続
されている。

尚、前述の基体支持筒２は、モーター等の駆動手段（図
示せず）により回転せしめることが好ましい。基体３上
に形成される堆積膜の膜質及び膜厚は、反応空間Ａに導
入される活性種、原料ガス等の堆積膜形成用ガスの分布
状態あるいは反応空間内の温度分布等により影響をうけ
ることが知られているが、こうした堆積膜形成用ガスお
よび反応空間内の温度の分布むらを、基体支持筒２を回
転せしめることにより解消することができ、基体３上に
膜質および膜厚がともに均一な堆積膜を効率的に形成す
ることができる。また、前述の堆積膜形成用ガスの分布
状態は、堆積膜形成用ガス放出管４の側壁に設けた堆積
膜形成用ガス噴出孔５の形状および分布状態を調整する
ことによっても調整することができるものである。

次に、本発明の装置を操作して堆積膜を形成する１例を
記載する。

本例においては、活性化室を備えた活性種供給管を２本
使用し、原料ガス供給管は使用しなかった。即ち、活性
種生成用原料ガスとしてＳｉＦ、ガス及びＨ２ガスを用
い、ＳＵＳ板からなる基体上にハロゲン原子及び水素原
子を含有するａ−８ｉ（以下、［ａ−８１（Ｈ，Ｘ）　
Ｊと表記する。）膜を形成せしめた。

先づ、基体支持筒２に５ｔｒｓ板（基体）の複数枚を取
シ付けた後、反応容器１の反応室Ａ内に搬入し、反応容
器ｌを閉じて反応室Ａを密封し、加熱手段１２によシ反
応室Ａ内を加熱してＳＵＳ板（基体）の温度を約２５０
°Ｃに保持した。それと同時併行的に、モーター（図示
せず）によシ基体支持筒２を回転させ、排気管を介して
反応室Ａ内を脱気して、系内圧力をＩ　Ｘ　１０−’以
下に調節した。

他方、原料ガス供給管を、活性種供給管７と同様のもの
とし、不図示の活性種生成用原料ガス供給源よシ、Ｈ２
ガスとＳｉＦ、ガスをそれぞれの活性化空間Ｂに導入し
、マイクロ波プラズマ発生手段１１により発生したプラ
ズマをそれ等ガスに照射せしめて、活性種たるＨ２１び
５ｉＦ−を生成し、これ等の活性種を各々の供給管を介
して堆積膜形成用ガス放出管４に導き、該管側壁に設け
られた堆積膜形成用ガス噴出孔５を介して、ＳＵＳ基体
を取シつけた基体支持筒が配設されである成膜空間Ａに
供給した。その際、活性種の導入量は、Ｈ２＊が２００
　ＳＣＣＭ、　ＳｉＦ２”が４ＱＱ　ＳＣＣＭになるよ
うにした。また、成膜空間のガス圧を０．９ＴＯｒｒに
した。

所定時間経過後活性種の供給を停止すると共に加熱手段
及び基体支持筒の回転を停止し、基体を放冷した後、反
応容器を開放して基体支持筒２を搬出し、基体を取り外
した。

基体面上に形成された堆積膜をテストしたところ、２２
Ａ厚のａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜が形成されていた。この堆
積膜の膜質そして膜厚は均質、均等であり、その電気的
、光学的、光導電的特性はいずれも優れたものであった
。

【図面の簡単な説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）密封形成されてなる反応空間を有し、該反応空間
   とは異なる活性化空間において生成した活性種を該反応
   空間内に導入する手段と、必要に応じて他の原料ガスを
   導入する手段と、前記反応空間内を加熱する手段とを備
   えた反応容器を有し、熱エネルギーを利用して活性種ど
   うし、或いは活性種と原料ガスとの間に化学的相互作用
   を生起せしめることにより堆積膜を形成するための装置
   であって、前記反応容器を円筒形とするとともに、該反
   応容器内に前記加熱手段、基体支持筒、堆積膜形成用ガ
   ス放出管および排気管の各々を同軸に配設し、該基体支
   持筒の内壁面上には基体が多数枚取り付けられるように
   したことを特徴とする堆積膜形成装置。
2. （２）堆積膜形成用ガス放出管が、側面に複数のガス噴
   出孔を有し、上端部に活性種供給管あるいはさらに原料
   ガス供給管が配管されているものである、特許請求の範
   囲第（１）項に記載の堆積膜形成装置。
3. （３）基体支持筒を回転させる手段を設けた、特許請求
   の範囲第（１）項または第（２）項に記載の堆積膜形成
   装置。