JPS62177910A

JPS62177910A - 堆積膜形成方法および装置

Info

Publication number: JPS62177910A
Application number: JP61017834A
Authority: JP
Inventors: Masao Ueki; 上木　将雄; Eiji Takeuchi; 栄治竹内; Akira Sakai; 明酒井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1987-08-04

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］本発明は堆積膜形成方法およびその装置に係り、特に薄
膜トランジスタ、光起電力素子又は電ｆ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および
形成装置に関する。

［従来技術およびその問題点］例えば、光起電力素子の光電変換層を構成するアモルフ
ァスシリコン膜（以下、ａ−３ｉ膜とする。）の形成に
は、真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法、反応性
スパッタリング法、イオンブレーティング法、光ＣＶＤ
法等が試みられており、一般的には、プラズマＣＶＤ法
が広く用いられ、企業化されている。

しかしながら、ａ−８ｉで構成される光電変換層は電気
的、光学的特性および繰返し使用での疲労特性或は使用
環境特性、更には均一性、再現性を含めて生産性、量産
性の点でおいて更に総合的な特性の向」−を図る余地が
ある。

従来から一般化されているプラズマＣＶＤ法によるａ−
３ｉ系の光電変換層の形成においての反応プロセスは、
従来のＣＶＤ法に比較してかなり複雑であり、その反応
機構も不明な点が少なくなかった。

また、その堆積膜の形成パラメータも多く　（例えば、
）＾板温度、導入ガスの流ｈ１と比、形成時の圧力、高
周波電極、電極構造、反応容器の構造、排気速度、プラ
ズマ発生力式など）、このために、時にはプラズマが不
安定な状態になり、形成きれた堆積Ｉ模に著しい影響を
！ｊ−えることが少なくなかった。その１１、装置特有
のパラメ・−夕を装置ごとに選定する必要があり、製造
条件を一般化することが困難であるというのが実状であ
った。

一方、ａ−５ｉから成る光電変換層とし千′市気的、光
学的特性が各用途を十分に満足させ得るものを発現させ
るには、現状ではプラズマＣＶＤ法によって形成するこ
とが最良とされている。

しかしながら、光起電力素子の場合には、昨今において
は大面積化、膜厚の均一性、膜品質の均一性を１・分に
満足させて、再現性のある量産化を図る必要がある。こ
の点で、これまでのプラズマＣＶＤ法によるａ−３ｉ系
先光電変換の形成においては、Ｖ−産装置に多大の設備
投資が盛装となり、またその量産のための管理項目も複
雑になり、管理許容幅も狭くなり、装置の調整も微妙で
あることなどが、今後改善すべき問題点として指摘され
ている。

他方、通常のＣＶＤ法による従来の技術では、高温を必
要とし、実用可能な特性を有する堆積膜が得られていな
かった。

−Ｌ述の如く、ａ−３ｉ系先光電変換の形成において、
その実用可能な特性、均一性を維持させながら低コスト
な装置で量産化できる形成方法および装置を開発するこ
とが切望されている。

これらのことは、他の光電変換層を構成する層、例えば
窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、酸化シリコン膜にお
いても各々同様のことがいえる。

［問題点を解決するための手段］本発明による堆積膜形成方法は、原料ガスを活性化させて堆積膜形成に利用される前駆体
と該前駆体と化学反応する活性種とを別々に生成させ、
該前駆体および活性種を接触させることによって基体−
１−に堆積膜を形成する堆積膜形成方法において、マイクロ波により前記原料ガスを活性化させ、かつ誘電
損失の大きい物質の前記マイクロ波による発熱現象を利
用して前記原料ガスの活性化を促進させることを特徴と
する。

また、本発明による堆積膜形成装置は、原料ガスを活性
化させて堆積膜形成に利用される前駆体と該前駆体と化
学反応する活性種とを別々に生成させる活性化空間と、
該前駆体および活性種を接触させることによって基体−
１−に堆積膜を形成するＸ＆膜空間とを有する堆積膜形
成装置において、少なくとも前記活性化空間に前記原料ガスを活性化する
ためのマイクロ波を導入する導波手段と、前記マイクロ波によって発熱し、前記原料ガスの活性化
を促進させる発熱手段とを有することを特徴とする。

［作用］このように、マイクロ波によって原料ガスを活性化させ
るとともに、誘電損失の大きい物質のマイクロ波による
発熱現象を利用して原料カスの活性化を促進させること
で、活性化手段としてのマイクロ波のパワーを効率的に
使用することができる。したがって、同一のマイクロ波
パワーであっても、前記物質の発熱現象を利用しない場
合に比べて、堆積膜の堆積速度を向−１−させることが
できる。

また、堆積膜を形成する成膜空間においてプラズマ反応
を用いないで、形成される膜の特性を保持し、堆積速度
の向１−を図りながら、膜形成条件の管理のｍ素化、膜
の量産化を容易に達成することができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は、本発明による堆積膜形成装置の第一実施例の
概略的構成図である。

同図において１石英内筒１および石英外筒２に各々原料
ガスＡおよびＢが導入され、活性化空間３において堆積
膜形成用の前駆体および活性種に各々活性化される。

石英内筒１および外筒２の放出口側には、成膜空間４が
設けられ、成膜空間４内に堆積面を放出口へ向けた基板
５が基板ホルダ６に固定されている。

活性化空間３は、導波管７およびその終端部８を有し導
波管の役割も兼ねる円筒状の水冷アプリケータ９により
囲まれており、マイクロ波発振器１０から導波管７を通
してマイクロ波１１が導入される。

また、石英内筒１の導波管７と交差する部分には誘電損
失の大きい誘電体１２が設けられ、この誘電体１２が導
波管７から供給されるマイクロ波１１によって発熱し、
原料ガスの活性化を促進する。

この誘電体１２がないと、石英内筒１の端部（イ）の位
置の許容範囲が極めて狭くなる。たとえば、端部（イ）
の位置が導波管７側になると、活性化された原本１ガス
Ｂとの反応が基板５から離れた１−流において起こるた
めに、石英外筒２の内壁に堆積が起こってしまう。逆に
、端部（イ）の位置が基板５側になると、活性化がＶ分
進行せず、活性化された原料ガスＢとの反応が十分に起
こらない。

ところが、活性化空間３に誘電体１２を設はマイクロ波
によって発熱させると、原料ガスの活性化が促進され、
端部（イ）の位置の許容範囲が広くなる。このために、
装置の製造が容易になるとともに１分解しにくい原料ガ
スを使用することもできる。

マイクロ波によって誘電体を発熱させる場合、誘電体の
誘電率、誘電損失が大きい程、またマイクロ波の周波数
が大きい程、発熱量が大きくなる。したがって、適当な
発熱量となるような誘電体材料を選択すればよく、大き
な発熱量が必要な場合はグラファイト、フェライト等の
誘電損失の大きな材料を用いればよい。

なお、石英内筒ｌおよび外筒２に用いられる石英は、誘
電損失の小さい材料であるために、誘電体１２に比べて
発熱は問題にならない、このような材料としては、石英
の他にポリテトラフルオルエチレンなどがある。

原料ガスＡおよびＢは、基板５１−に堆積させる膜によ
って決定されるが、ａ−５ｉ光導電層を形成する場合に
は、活性化空間３において活性種を生成させる原料ガス
として、Ｈ２、ＳｉＨ４，５ｉ）１３　Ｆ　、　ＳｉＨ
３ＣＩ、ＳｉＨ３Ｏｒ、　５ｉｌ（３Ｔなどの他に、Ｈ
ｅ、　Ｎｅ、　Ａｒ等の稀ガスが挙げられる。

一方、前駆体を生成する原料ガスとしては、珪素原子に
電子吸引性の高い原子又は原子団、あるいは極性基が結
合しているものが利用される。そのようなものとしては
、例えば、５ｉｎｘ２ｎ＋２（ＴＵ＝１，２，３・・舎、ｘ＝Ｆ、
Ｃ１，ＢＴ、Ｉ）。

（ＳｉＸ２　）ｎ　　　　（ｎ≧３．Ｘ＝Ｆ、ＣＩ、Ｂ
ｒ、Ｉ）ｎ　　　　２ｎ＋１　　（ｎ＝１．２，３拳　
＊　　＊　、Ｘ＝Ｆ、ＣＩ、Ｂｒ、Ｉ）。

１ＨＸＳｉ　　Ｈ”ｉ　　　（ｎ＝１．２．３−−−　Ｊ＝Ｆ
、ＣＩ、Ｂｒ、ｒ）ｎ　　２　２ｎなどが挙げられる。

具体的には例えば、ＳｊＨ４、（ＳｉＦ２　）　５、（
ＳｉＦ２　）　６　、　（ＳｉＦ２　）　４　、　Ｓｉ
２　Ｆ　ａ　、　５ｉ）ＩＦ３、Ｓｉｎ　２　Ｆ　２　
、５ｉＧ１４　（Ｓｉｌｌ　２　）　５　、　ＳｉＢｒ
４、（ＳｉＢｒ　２　）　ｓ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。また、ＳｉＨ２（０６Ｈ５）　２　、　ＳｉＨ２（ＣＮ）２な
ども形成される堆積膜の使用目的によっては使用される
。

このような本発明による堆積膜形成装置の第一実施例を
用いて、以下、本発明による堆積膜形成方法の一実施例
を具体的に説明する。ここでは、堆積膜としてａ−３ｉ
膜を形成する場合を述べる。

まず、第１図において、基板５と石英内筒ｌの端部（イ
）の距１！ｌ　５１．１　＝　７０ｃｍ、基板５と石英
外筒２の端部の距＠　ｕ　２　＝　５０ｃｍ、マイクロ
波出力を１５０Ｗに各々設定し、誘電体１２にグラファ
イトを用い、原料ガスＡとしてＳｉＨ４を５０８ＧＣＭ
、原料ガスＢとしてＨ２を４０ＳＧＣＭおよびＡ「を３
００ＳＣＧＭ　ＴＦ各々導入し、内圧を０．５０Ｔｏｒ
ｒに設定した。

誘゛市体１２はマイクロ波１１によって発熱し、活性化
空間３において原料ガスＡおよびＢが誘電体１２の熱お
よびマイクロ波の直接励起によって活性化される。そし
て、石英内筒ｌからａ−８ｉ堆積膜形成用の前駆体が、
石英外筒２から活性種が各々成膜空間４に導入され、１
ＩＴ４．＆の化学反応によ−〕で基板５Ｌに良好な光導
電特性を４４ｉるａ−Ｓｉ膜が形成された。この時の堆
積速度は９八／ｓｅｅであ一〕た。

比較のために、誘電体１２を用いないｒａ−９ｉ膜の堆
積を行うと、距＃見１を１２０ｃｍまで延ばす必要があ
った。しかも、こ−のために石英外筒２の放出口近くに
ａ−Ｓｉが堆積し、それが成膜中に剥離して基板５１−
のａ−３ｉ膜のピンホールの原因となることが分った。

この時の堆積膜ＩＷは本実施例Ｊ、り低く、３八／ｓｅ
ｅであった。

この比較例から明らかなように、誘′市体１２を゛ｌマ
イクロ波よ−〕で発熱させることによ−】て、原料ガス
の分解が容易となるために、距１ＩＩｌ：交ｌを小ｙく
でき、その結果、堆積速度が向ｔ−シ、かつ比較例のよ
うに石英外筒２の内壁に堆積が生しることもなく、ピン
ホールのない良好なａ−３ｉｌ模を形成することができ
た。

きらに、成膜空間４とは別の活性化空間３において活性
種および前駆体を形成した後、それらを成膜空間４に導
入して堆積膜を形成するために、基本的には基板ｌを加
熱する必要がない（勿論、加熱しても良いが、従来のＣ
ＶＤ法等に比べて遥かに低温で良い。）。したがって、
良質のａ−５ｉｌＱを得ることができる。

第２図は、本発明による堆積膜形成装置の第二実施例の
部分的な概略的構成図である。

本実施例では、誘電体１２が石英外筒２の導波管７と交
差する位置に設けられている。

導波管の役割を兼ねる水冷アプリケータ８は円筒状であ
り、導波ｖ７と交わる部分を除けば、水冷アプリケータ
９の中心部の電界は弱く、外側の電界が強い。したがっ
て、石英外筒２に近い位置に誘電体１２を設けることで
発熱酸を大きくすることができる。

なお、第一・および第二実施例では、誘電体１２をそれ
ぞれ石英内筒１および石英外筒２に設けたが、これらに
限定されるものではない、、誘電体１２の位置での電界
は、終端部８の位置によって決定される定在波によるた
めに、誘電体１２の発熱酸とマイクロ波による原料ガス
の直接分解酸との比率を考慮して、石英内筒１および外
筒２の中間の位置に誘電体１２を配置してもよい。

第３図は、本発明による堆積膜形成装置の第三実施例の
部分的な概略的構成図である。

同図において、導波管７と交差する石英内筒ｌ内にＳｉ
粒子１３が設けられ、このＳｉ粒子１３の位置に電界が
発生するように、終端部８が移動可能に設けられている
。勿論、同図に示すように、石英内筒ｌの導波管７ど交
差する部分に第・実施例と同様に誘電体１２を形成して
もよい。

Ｓｉ粒子１３は誘電損失が大きいためにマイクロ波１１
によって発熱し、そこに原料ガスＡとしてＳｉＦ　４を
導入すると、Ｓｉ粒子１３が活性化の触媒として働き、
ＳｉＦ　２ラジカルが前駆体として発生する。

一方、原料ガスＢとしてＨ２およびＡｒガスを石英外＠
２に導入し、第一実施例と同−堆積条性でａ−Ｓｉ膜を
基板５Ｌに形ｆ＆］７た。この時、距ｉｌｌ　ｌ　ｔ＝
５０ｃ履でも基板５Ｌにａ−３ｉ膜を形成することがで
き１石英外筒２の内壁にまったく堆積きせることなく、
堆積上程を繰返すことができた。

第４図は、本発明による堆積膜形成装置の第四実施例の
概略的構成図である。

同図において、基板５は誘電体１２に隣接して設置され
、導波管を兼ねた円筒状の水冷アプリケータ８と成膜空
間４を囲む導電性の外壁１４とによって導波管７からの
マイクロ波ＩＩが誘電体１２に到達するように構成され
ている。このために、誘電体１２はマイクロ波１１によ
り発熱し、基板５を加熱する。したがって、基板５を加
熱するヒータは不要となり、また距離見ｌが短かく原料
ガスの活性化が十分に進行していない場合でも、基板５
−にに堆積膜を形成することができた。

なお、木実施例と第一−−〜第三実施例のいずれかを組
合せることで、マイクロ波パワーをより効率的に使用す
ることができる。

［発明の効果］以−Ｌ詳細に説明したように、本発明による堆積膜形成
方法および装置は、マイクロ波によって原料ガスを活性
化させるとともに、誘電損失の太きい物質のマイクロ波
による発熱現象を利用して原料ガスの活性化を促進させ
ることで、活性化手段としてのマイクロ波のパワーを効
率的に使用することができる。したがって、同一のマイ
クロ波パワーであっても、前記物質の発熱現象を利用し
ない場合に比べて、増結膜の堆請速度を向１−させるこ
とができる。

また、堆積膜を形成する成膜空間においてプラズマ反応
を用いないで、形成される膜の特性を保持し、堆積速度
の向］−を図りながら、膜形成条件の管理の簡素化、膜
の量産化を容易に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による堆積膜形成装置の第一実施例の
概略的構成図、第２図は、本発明による堆積膜形成装置の第二実施例の
部分的な概略的構成図、第３図は、本発明による堆積膜形成装置の第二実施例の
部分的な概略的構成図、第４図は、本発明による堆積膜形成装置の第四実施例の
部分的なＪＲ略的構成図である。１・拳・石英内筒２・−・石英外筒３−φ・活性化空間４・・・成膜空間５・・・基板７・・・導波管９−−−水冷アプリケータ１０−−拳マイクロ波発振器１１・・会マイクロ波１２・・・誘電体１３φ・・Ｓｉ粒子

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原料ガスを活性化させて堆積膜形成に利用される
前駆体と該前駆体と化学反応する活性種とを別々に生成
させ、該前駆体および活性種を接触させることによって
基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成方法において、マイクロ波により前記原料ガスを活性化させ、かつ誘電
損失の大きい物質の前記マイクロ波による発熱現象を利
用して前記原料ガスの活性化を促進させることを特徴と
する堆積膜形成方法。
（２）上記マイクロ波による物質の発熱によって上記基
体を加熱することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の堆積膜形成方法。
（３）原料ガスを活性化させて堆積膜形成に利用される
前駆体と該前駆体と化学反応する活性種とを別々に生成
させる活性化空間と、該前駆体および活性種を接触させ
ることによって基体上に堆積膜を形成する成膜空間とを
有する堆積膜形成装置において、少なくとも前記活性化空間に前記原料ガスを活性化する
ためのマイクロ波を導入する導波手段と、前記マイクロ波によって発熱し、前記原料ガスの活性化
を促進させる発熱手段とを有することを特徴とする堆積
膜形成装置。
（４）上記発熱手段の他に、上記マイクロ波によって発
熱する第二の発熱手段を上記基体に接触して設け、上記
導波手段によってマイクロ波を成膜空間にも導入するこ
とで、前記第二の発熱手段により前記基体を加熱するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の堆積膜形成
装置。