JPS62177911A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は堆積膜形成装置に係り、特に薄膜トランジスタ
、光起電力素子又は電子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−８ｔ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−Ｓｉで構成される堆積膜は電気的、
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上を図る余地がある。

従来から一般化されているプラズマＣＶＤ法によるａ−
９ｔ系の堆積膜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、基板温度、導入ガスの流
量と比、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、プラズマ発生方式など）、このた
めに。

時にはプラズマが不安定な状態になり、形成された堆積
膜に著しい影響をグーえることが少なくなかった。その
Ｌ、装置特有のパラメータ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−Ｓｉから成る堆積膜として電気的、光学的特
性が各用途を１−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、堆積膜の応用用途によっては大面積化、
膜厚の均一性、膜品質の均一性を十分に満足させて、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堆積膜の形成にお
いては、量産装置に多大の設備投資が必要となり、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、実用可能な特性をイｌする堆積膜が得られてい
なかった。

上述の如く、ａ−Ｓｉ堆積膜の形成において、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、他の堆積膜、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ｆ段］ 本発明による堆積膜形成装置は、 堆積膜形成用の原料となる前駆体と、該前駆体と相互作
用する活性種とを堆積空間にて接触させて堆積膜を形成
する堆積膜形成装置において、前記堆積空間に前記前駆
体および前記活性種を別々に導入する第一および第二の
導入−１７段を有し、第一および第二の導入手段が堆積
膜形成面の上方にて対向配置され、前記前駆体および前
記活性種が対面接触することを特徴とする。

［作用］ このように、前駆体と活性種とを対面接触させるために
、前駆体および活性種の十分な混合が容易となり、両者
の相互作用を促進することができる。このために堆積膜
の堆積速度が向上し、また再現性、量産性が向上する。

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−Ｌ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。

なお、本発明での「前駆体」とは、形成される堆積膜の
原料には成り得るが、そのままのエネルギ状態では堆積
膜を形成することが全く又は殆ど出来ないものを言う。

また、「活性種」とは、前記前駆体と化学的相互作用を
起こして例えば前駆体にエネルギを与えたり、前駆体と
化学的に反応したりして、前駆体を堆積膜を形成するこ
とができる状態にする役目を担うものを言う。したがっ
て、活性種とじては、形成される堆積膜を構成する構成
要素に成る構成要素を含んでいても良く、或はその様な
構成要素を含んでいなくとも良い。

本発明では、堆積空間に導入される前駆体は、その寿命
が好ましくは０．０１秒以−」−１より好ましくは０．
１秒以上、最適には１秒以」二あるものが、所望に従っ
て選択されて使用され、この前駆体の構成要素が堆積空
間で形成される堆積膜を構成する主成分を構成するもの
となる。

また、活性種は、その寿命が好ましくは１０秒以下、よ
り好ましくは８秒以下、最適には５秒以下のものである
。この活性種は堆積空間で堆積膜を形成する際、同詩に
堆積空間に導入され、形成される堆積膜の主構成成分と
なる構成要素を含む前記前駆体と化学的に相互作用する
。その結果、所望の基板−トに所望の堆積膜が容易に形
成される。

本発明の方法によれば、堆積空間内でプラズマを生起さ
せないで形成される堆積膜は、エツチング作用、あるい
はその他の例えば異常放電作用等による悪影響を受ける
ことは、実質的にない。また、本発明によれば堆積空間
の雰囲気温度、基板温度を所望に従って任意に制御する
ことにより、より安定したＣＶＤ法とすることができる
。

本発明が従来のＣＶＤ法と異なる点は、堆積空間とは別
の空間で活性化された活性種を堆積空間に導入すること
であり、更に、前駆体と活性種を堆積膜形成面の上方で
対面接触させるように導入することである。

このことにより、従来のＣＶＤ法より堆積速度を飛躍的
に伸ばすことができ、加えて堆積膜形成の際の基板温度
も一層の低温化を図ることができ、膜品質の安定した堆
積膜を工業的に大量に、しかも低コストで提供すること
ができる。

本発明において、活性種は放電、光、熱、マイクロ波等
のエネルギで、あるいはそれ等の併用によって活性化さ
れるばかりでなく、触媒などどの接触あるいは添加によ
り生成されてもよい。

本発明において、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、５ｉｎＸ　２ｎ＋２　　　（ｎ＝
１．２，３＊　１１　＊　、ＸｅＦ、ＣＩ、Ｂｒ、Ｉ）
。

（ＳｉＸ２　）ｎ　　　　Ｃｎ≧３．Ｘ＝Ｆ、ＣＩ、Ｂ
ｒ、Ｉ）１ＨＸ ｎ２ｎ＋１　　（ｎ＝１．２，３＠　＠　＊　、Ｘ＝Ｆ
、ＣＩ、Ｂｒ、Ｉ）ＩＳｉ　　ＨＸ　　　（ｎ＝１．２
，３ｓ　＊　ａ　、ＸａＦ、ＣＩ、ＢｒｊＩ）ｎ　　　
２　　２ｎ などが挙げられる。

具体的には例えば、ＳｉＨ４、（ＳｉＦ２）　ｓ　。

（ＳｉＦ２　）　６　、　（ＳｉＦ２　）　４　、　Ｓ
ｉ２　Ｆ　６　、　ＳｉＨＦ３、ＳｉＨ２Ｆ　２　、５
ｉＣＩ４　（ＳｉＣＩ　２　）　５　、　ＳｉＢｒ４、
（ＳｉＢｒ　２　）　５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（Ｇ６
Ｈｓ　）　２　、　ＳｉＨ２（ＯＮ）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。

ただし、上述したものを前駆体としてそのまま用いても
よいし、熱、光、放電、マイクロ波などの分解エネルギ
を加えることにより、前駆体としてもよい。

前駆体の寿命は望ましくは０．０１秒以上あることが必
要で、堆積効率および堆積速度の上昇を促進させ、堆積
空間において活性種との活性化反応の効率を増し、その
際、必要とあればプラズマなどの放電エネルギを使用し
ないで、堆積空間内あるいは基板上に熱、光などのエネ
ルギを与えることで、所望の堆積膜の形成が達成される
。

本発明において、活性種を生成させる原料としては、Ｈ
２−１ＳｉＨ４、ＳｉＨ３Ｆ　、　ＳｉＨ３ＣＩ。

ＳｉＨ３Ｂｙ、　ＳｉＨ３１などの他に、Ｈｅ、　Ｎｅ
、　Ａｒ等の稀ガスが挙げられる。

本発明において、堆積空間に導入される前駆体の量およ
び活性種の量の割合は、堆積条件、活性種の種類などで
適宜所望に従って決められるが。

好ましくは１０：１〜１：１０　（導入流量比）が適当
であり、より好ましくは８：２〜４＝８とされるのがよ
い。

［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、堆積室１は排気管２を通して、不図示の
ロータリポンプ、ディフュージョンポンプ等で構成され
る排気系により所望の圧力に保持することができる。

堆積膜形成用の原料ガス（たとえばＳｆＦ　４等）は活
性化室３に供給され、そこでマイクロ波エネルギによっ
て活性化され、前駆体が生成される。

また、活性種の原料ガス（たとえばＨ２等）は活性化室
４に供給され、同じくマイクロ波エネルギによって活性
化されて活性種が生成される。こうして生成された前駆
体および活性種がノズル５およびＧから各々堆積室！の
堆積空間に導入される。

ノズル５および６は、それらの各ガス放出口が互いに対
向するように配置されており、ここではＡＩ等の基板７
および７′の上方に配置されたノズル５から前駆体が放
出され、基板？および７′の下方から延びたノズル６か
ら活性種が放出される。したがって、ノズル５および６
から放出された前駆体および活性種は基板７および７′
の上方で対面接触し、相互作用を行って基板７および７
′の堆積面に所望の堆積膜が形成される。

本発明では、基板７および７′を加熱することは必ずし
も必要ではないが、基板温度を均一にして膜形成条件の
最適化をはかる等の目的で、基板７および７′を加熱し
たり或は冷却したりすることを妨げるものではない。例
えば１本実施例では、基板７および７′は水冷ステンレ
ス板８および８と基板加熱用ヒータ９および９′によっ
て冷却又は加熱され、所望の温度に制御される。このた
め水冷ステンレス板８および８′内には、不図示の冷却
水供給源に接続された冷却パイプが、基板７および７′
を均一に冷却できるように配設されている。ヒータ８お
よび９′は基板温度を制御するための不図示の制御回路
に接続されており、この制御回路が基板温度検知のため
の不図示の熱電対で検知された温度に基づいてヒータ９
および８′への供給電力を制御することで基板温度の制
御を行う。

このような堆積膜形成装置を用いて、次にようにして堆
積膜を形成した。ここでは５基板７および７′として平
板状ＡＩ基板を用い、堆積膜としてａ−３ｉ膜を形成す
る場合を述べる。

前駆体の原料ガスとしてＳｉＦ　４を活性化室３へ流量
５０ＳＧＧＭで供給するとともに、活性種の原料ガスと
してＨ２を活性化室４へ流量５０ＳＣＣＭで供給し、周
波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波によって各々活性化さ
せて前駆体および活性種を生成した。そして、ノズル５
から前駆体を、ノズル６から活性種を各々堆積室１内の
堆積空間に導入した。この時、水冷ステンレス板８およ
び基板加熱用ヒータ９によって、基板７の温度を２５０
℃に保持した。

こうして３０分間堆積を行い、厚さ１．５＃Ｌｍのａ−
３ｉ膜を基板７および７′上に形成した。

第２図は、本発明による堆積膜形成装置の第二実施例の
概略的構成図である。ただし、第一実施例の場合と機能
的に同一である部材には同一番号を付して説明は簡略化
する。

同図において、堆積室１内には基板７および７′が互い
に堆積面を対向させて水冷ステンレス板８および８′上
にそれぞれ固定されている。前駆体を放出するノズル５
および活性種を放出するノズル８は、各ガス放出口を対
向させて基板７および７′の間に配置され、前駆体およ
び活性種を基板７および７′の上方で対面接触させる。

このような構造の本実施例を用いて、第一実施例と同様
の条件で厚さ１．５ｐｍのａ−Ｓｉ膜をＡＩ基板７およ
び７′上に形成した。

形成されたａ−Ｓｉ膜上に、０．２ｍｍ間隔のくし型Ａ
Ｉ電極を形成し、２．２　Ｘ　１０１４ｐｈｏｔｏｎ／
　ｃｍ２のＨｅ−Ｍｅレーザを照射し、暗導電率および
引導電率を測定したところ、それぞれｃｒｄ　＝８．２
　Ｘｌ０−１０　（０ｃｍ）−’、ｃｒｐ　＝７．３　
Ｘｌ０−７（Ωａｍ）−’という良好な光導電性を有し
ていることが分った。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明による堆積膜形成装
置は、前駆体と活性種とを対面接触させるために、前駆
体および活性種の十分な混合が容易となり、両者の相互
作用を促進することができる。このために堆積膜の堆積
速度が向上し、また再現性、量産性が向トする。

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
の向上を図りながら、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である。 １・・拳堆積室 ３．４Φ・・活性化室 ５．８　・・・ノズル ７．７′・・・基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）堆積膜形成用の原料となる前駆体と、該前駆体と
   相互作用する活性種とを堆積空間にて接触させて堆積膜
   を形成する堆積膜形成装置において、 前記堆積空間に前記前駆体および前記活性種を別々に導
   入する第一および第二の導入手段を有し、第一および第
   二の導入手段が堆積膜形成面の上方にて対向配置され、
   前記前駆体および前記活性種が対面接触することを特徴
   とする堆積膜形成装置。