JPS62203329A - 化学気相成長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、特に半
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
用いるアモルファス半導体膜を形成する装置に関する。

〔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、その他各種のエレクトロニクス素子、光学素子等
に用いる素子部材として、アモルファスシリコン、例え
ば水素又は／及びハロゲン（例えばフッ素、塩素等）で
補償されたアモルファスシリコン（以下、「ａ−８ｉ（
Ｈ，Ｘ）Ｊと記す。）等のアモルファス半導体等の堆積
膜が提案され、その中のいくつかは実用に付されている
。

そして、そうした堆積膜とともに堆積膜の形成法および
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、化学気相成長
法（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａ、ｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ　）［以下、ｒｃＶＤ法」と称す。〕等があり、中
でもプラズマＣＶＤ法、即ち、原料ガスをプラズマ状態
にして、化学的に非常に活性である励起分子・原子、イ
オン、ラジカルなどを作り出し、化学反応を促進させ、
基体上に薄膜を形成する方法は、低温で薄膜を形成する
ことが可能であるという利点に加えて、熱的損傷の減少
、基体物質との間の反応の抑制、非耐熱性基板への薄膜
の形成等が達成されるという利点を有していることから
、至適なものとして一般に広く用いられ、実用に付され
てもいる。そして、殊にプラズマ状態をつくるエネルギ
ーとしてマイクロ波を用いる場合には、大きな堆積膜形
成速度が得られるということで注目されている。

そうした従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置は、代表的には、第２図の断面略図に示され
る装置構成のものである。

第２図において、１は反応容器全体を示し、２は、該反
応容器の土壁を切欠して設置された、マイクロ波透過窓
であり、アルミナセラミック又は石英等の誘電体で形成
されている。３は、反応容器１内に堆積膜形成用原料ガ
スを導入するためのガス導入管であり、４は、反応容器
１内に設置された基体である。５は、排気管である。

こうした従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置による堆積膜の形成は、以下のようにして行
なわれる。

即ち、反応容器１内のガスを、排気管５を介して真空排
気する。次に原料ガス導入管３を介して、例えばａ−８
ｉ（Ｈ，Ｘ）堆積膜を形成する場合であれば、シランガ
ス、水素ガス等の原料ガスを反応容器１内に導入する。

これと同時併行的にマイクロ波電源から周波数２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を生成せしめ、マイクロ波をマイク
ロ波透過窓２を介して反応容器１内に導入される。

かぐして反応容器内の原料ガスは、マイクロ波エネルギ
ーにより励起されて解離し、ラジカル粒子、イオン粒子
、電子等が生成され、それらが相互的に反応し、基体４
表面にａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）半導体膜が形成される。

しかしなから、第２図に示すごとき従来装置を用いた場
合、基体４表面のみならず、マイクロ波透過窓２の反応
容器１内面側上にも半導体膜が形成されてしまう。そし
て、マイクロ波透過窓２表面に形成された膜は、マイク
ロ波が反応容器内に導入されるのを妨げ、このため堆積
膜形成過程において堆積膜形成速度が減少してしまった
り、あるいは形成される堆積膜の特性が変化してしまっ
たり等の問題が生ずる。

こうした問題を解消するについて、マイクロ波透過窓の
内面を定期的にエツチングし堆積した膜を除去する方法
が提案されている。しかしこの方法については、堆積膜
形成用原料ガスとは別にエツチング用ガスが必要であり
、更にエツチング反応をおこさせるためのガス励起手段
も必要となり、装置全体は複雑な装置構成のものになる
という問題がある。

また、別の解決方法として、マイクロ波透過窓の内面に
油を塗布して堆積膜の形成を防ぐ方法も提案されている
が、この方法については、反応容器の内部に油を主とす
る有機物が持ち込まれてしまうことになり、それが原因
で形成される堆積膜内部に前記有機物の分子が混入して
しまうところとなり、得られる堆積膜は結局は所望の特
性、高品質性を有さないものになってしまうという問題
がある。

〔発明の目的〕

本発明は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形
成装置について、従来の装置における上述の問題点を克
服して、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、その他の各種エレクトロニクス素子、光学素子
等に用いる素子部材としての堆積膜を、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法により安定して高速形成しうる装置を提供
することを目的とするものである。

即ち、本発明の主たる目的は、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法によりａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）等の膜を形成する装置に
おいて、マイクロ波透過窓上に堆積される膜によるマイ
クロ波の導入効率の低下を抑制するとともに、膜中の欠
陥密度の少ない高品質の堆積膜を定常的に安定して、高
速成膜しうる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、簡単な装置構成であって、マイク
ロ波透過窓に形成される膜による悪影響をうけるおそれ
のないマイクロ波ＣＶＤ法によ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〕

本発明者らは、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜形成装置における前述の問題点を解決し、上述
の本発明の目的を達成すべく鋭意研究を重ねたところ、
下記のごとき知見を得た。本発明の堆積膜形成装置は該
知見に基づいて完成せしめたものであり、その骨子とす
るところは、内部に密封形成された反応空間を有する反
応容器と、該反応空間へ堆積膜形成用原料ガスを導入す
る手段と、前記反応空間にマイクロ波を導入するための
マイクロ波透過窓とを備え、該マイクロ波のエネルギー
により前記反応空間内にプラズマを生成せしめることに
より前記原料ガスを励起種化し、前記反応空間内に設置
された基体上に半導体膜を堆積する装置であって、該基
体上に半導体膜を形成すると同時に前記マイクロ波透過
窓上に堆積される膜を、フェルミ準位が異なる二層もし
くはそれ以上の積層構造とすることにより電荷担体の極
めて少ない空乏層を有する半導体膜とし、かつ該空乏層
の幅が拡大する方向に直流電界を印加する手段を設ける
ことにある。

本発明者らが得た知見は、マイクロ波透過窓上に堆積さ
れる膜を、フェルミ準位が異なる二層またはそれ以上の
積層構造とすることにより、マイクロ波透過窓上の堆積
膜によるマイクロ波の吸収を減少させることができると
いうものである。すなわち、マイクロ波がマイクロ波透
過窓上の堆積膜に吸収されるのは伝導吸収、即ち、電荷
担体による吸収が主たる原因であるところ、マイクロ波
透過窓上の堆積膜を、例えばｎ型半導体上にｐ型半導体
を積層したものとすると、マイクロ波透過窓上にｐｎ接
合が形成され、該接合部には電荷担体の極めて少ない空
乏層が形成されるが、該空乏層がマイクロ波の吸収を減
少させる効果を有している。そして、このような空乏層
の形成によりマイクロ波の吸収を減少させるという効果
は、同種半導体のｐｎ接合のみならず、異種半導体のｐ
ｎ接合、あるいは同種異種に係わらず、ｐ型半導体と真
性半導体とのｐｉ接合、またはｎ型半導体と真性半導体
とのｎｉ接合など、フェルミ準位の異なる半導体間であ
れば生ずるものである。従って、マイクロ波透過窓上に
形成させる半導体膜は、フェルミ準位の異なる二層もし
くはそれ以上の積層構造であれば、どの様な組み合わせ
でもよい。

本発明者らは、該知見を基にして更に研究を続け、前述
の空乏層の幅を拡大する方向に直流電圧を印加せしめる
ことにより、マイクロ波透過窓上に堆積される半導体膜
によるマイクロ波の吸収をより一層減少することができ
ることを究明した。

以下、図面により本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置について、更に詳しく説明する。

第１図は、本発明の装置の典型的−例を模式的に示す断
面略図である。

第１図において、前述の第２図において符したと同じ符
号は、第１図においても第２図のものと同じものを表わ
しており、１は、反応容器全体、２は、アルミナセラミ
ック、石英等の誘電体で形成されたマイクロ波透過窓、
３は、ガス導入管、４は、基体、５は、排気管、を夫々
示している。６は、マイクロ波透過窓２の反応容器内側
表面に予め設けた電極であって、マイクロ波の入射を妨
げない位置に設けておく。電極６は、反応容器１とは電
気的に絶縁さルており、直流電源７に接続されている。

直流電源７は可変電源とすることにより、マイクロ波透
過窓ｚ上に形成される半導体膜に印加せしめる直流電圧
を任意に制御しうるようＫする。

上記構成の本発明の装置を用いて堆積膜を形成するのに
用いられる原料ガスは、マイクロ波のエネルギーにより
励起種化し、化学的相互作用して基体表面上に所期の堆
積膜を形成する類のものであれば倒れのものであっても
採用することができるが、アモルファスシリコン膜を形
成する場合には、ケイ素に水素が結合したシラン類のガ
ス、ケイ素にハロゲンが結合したハロゲン化ケイ素のガ
ス、及び水素ガス等を用いることができる。なかでも、
ＳｉＨ＋等のシランガス、水素ガス及び四フッ化ケイ素
（ＳｉＦ４）等のフッ素化合物のガスを混合したものを
用いることが好ましい。ＳｉＦ４等のフッ素化合物のガ
スを混合して用いることによりポリメリックな膜の形成
が減少するとともに、ａ　−ｓｉ　（Ｈ，Ｘ）膜中にフ
ッ素原子が含有され、ダングリング・ボンドが補償され
、安定で、高品質な堆積膜を形成することができる。

また、これ等の原料ガスは、Ｈｅｓ　Ａｒ等の不活性ガ
スにより稀釈して用いることもある。さらに、ａ−８ｉ
（Ｈ，Ｘ）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。

本発明の装置において、反応室内にプラズマを形成し、
それにより前述の原料ガスを励起種化せしめるについて
採用するマイクロ波は、マイクロ波電源からのマイクロ
波を三本柱整合器、矩形導波管、アイソレーター等を介
して反応室内に放射導入されるものであり、好ましくは
周波数３００ＭＨｚ　〜３００　ＧＨｚ、より好ましく
は、２．４５ＧＨ２のマイクロ波を用いる。

本発明の装置においては、基体は金属等の導電性のもの
であって、あるいはガラス、セラミックス等の電気絶縁
性のものであってもよく、その形状はンート状のもので
あっても、あるいは円筒状のものであってもよい。基体
が導電性材料で構成されている場合は、基体に直流電源
を電気的に接続し、負の直流電圧を印加する。

また、基体が電気絶縁性材料で構成されている場合には
、該基体を保持する基体保持体を導電性材料で構成し、
該基体保持体に同様にして負の直流電圧を印加すること
により、同様の作用・効果が得られる。

また、基体は基体保持体の中に内蔵されたヒーターによ
り、必要に応じて加熱されるが、成膜操作時の基体温度
が３０〜４５０℃、好ましくは５０〜３５０℃となるよ
うに加熱保持されるのが望ましい。

また、堆積膜を形成するにあたっては、本発明の装置の
反応容器内を減圧条件下におくのが好ましく、原料ガス
を導入する前には反応容器内の圧力を５　Ｘ　１０−’
　Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１×１０””Ｉ”ｏｒｒ以
下とし、原料ガスを導入した際には反応容器内の圧力を
１　ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒ台にするのが望ましい。

以下、本発明のマイクロ波プラズマＣｖＤ法による堆積
膜形成装置を用いて堆積膜を形成する操作について記載
するが、本発明はこれによって限定されるものではない
。

マイクロ波透過窓２の反応容器内側表面には、例えばｐ
型半導体を基体４上に形成する場合であれば、予めｎ型
半導体膜を形成しておく。該ｎ型半導体膜は成膜プロセ
ス中に形成したものであっても、あるいは予め別の方法
で形成しておいたものであってもよい。

各原料ガス供給源（図示せず。）からの原料ガスを所定
の組成比になるように予備混合した後、ガス導入管３を
介して反応容器１内に導入する。

これと同時併行的に、必要に応じて基体４をヒーター７
（図示せず。）により所定温度に加熱しておく。

こうしたところで、マイクロ波透過窓２を介してマイク
ロ波を反応容器内に導入せしめる。

基体４上に、ｐ型半導体が堆積されると同時にマイクロ
波透過窓２内面に形成したｎ型半導体上にもｐ型半導体
が形成され、ｐｎ接合による空乏層が形成される。基体
４上へのｐ型半導体の形成が終了するまでの間、直流電
圧を制御しながら、前記空乏層の幅が拡大する方向に直
流電圧を印加せしめることにより、膜質および特性の均
一した堆積膜を基体４上に形成せしめることができる。

このように本発明は、マイクロ波の吸収が、半導体によ
る伝導吸収により生ずることを考慮して完成せしめたも
のであるが、こうした半導体による伝導吸収は、マイク
ロ波帯のみならず、赤外線から遠紫外線における帯域に
おいても生ずるものである。従って、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置のみならず、赤外線あるいは遠紫外線によ
り原料ガスを励起種化し、分解して半導体膜を得るＣＶ
Ｄ法装置にも、本発明を適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
堆積膜形成装置の典型的−例を模式的に示す断面略図で
あり、第２図は、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成装置の一例を模式的に示す断面略図であ
る。 第１．２図について、 １・・・反応容器全体、２・・・マイクロ波透過窓、３
・・・ガス導入管、４・・・基体、５・・・排気管、６
・・・電極、７・・・直流電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に密封形成された反応空間を有する反応容器
   と、該反応空間へ堆積膜形成用原料ガスを導入する手段
   と、前記反応空間にマイクロ波を導入するためのマイク
   ロ波透過窓とを備え、該マイクロ波透過窓から導入され
   るマイクロ波のエネルギーにより前記反応空間内にプラ
   ズマを生成せしめることにより前記原料ガスを励起種化
   し、前記反応空間内に設置された基体上に半導体膜を堆
   積する装置であつて、該基体上に半導体膜を形成すると
   同時に前記マイクロ波透過窓上に堆積される膜を、フェ
   ルミ準位が異なる二層もしくはそれ以上の積層構造とす
   ることにより電荷担体の極めて少ない空乏層を有する半
   導体膜とし、且つ、該空乏層の幅が拡大する方向に直流
   電界を印加する手段を設けたことを特徴とする化学気相
   成長法による堆積膜形成装置。
2. （２）基体がマイクロ波透過窓を兼ねている特許請求の
   範囲第（１）項に記載の化学気相成長法による堆積膜形
   成装置。