JPS6227573A - 光化学反応装置 - Google Patents

光化学反応装置

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JPS6227573A
JPS6227573A JP60166788A JP16678885A JPS6227573A JP S6227573 A JPS6227573 A JP S6227573A JP 60166788 A JP60166788 A JP 60166788A JP 16678885 A JP16678885 A JP 16678885A JP S6227573 A JPS6227573 A JP S6227573A
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JP
Japan
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plasma
region
substrate
film
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP60166788A
Other languages
English (en)
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Yasuo Tarui
垂井 康夫
Katsumi Aota
克己 青田
Shinji Suzuki
信二 鈴木
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6227573A publication Critical patent/JPS6227573A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/482Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using incoherent light, UV to IR, e.g. lamps

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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
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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〕 本発明は光CVD法に使用される光化学反応装置に関す
るものでbる。
〔従来技術とその問題点〕
従来性なわれてき九光化学反応、例えば、7ランガスを
主原料とするアモルファスシリコンの光CVD法に於い
ては、シランガスが波長160nm以下の紫外線によっ
てにしか直接光分解せず、また、この波長の紫外線を放
射する適切な光源が得にくいため、水銀を触媒とする水
銀増感光化学反応が用いられてきた。しかし、この方法
では触媒として使用された水銀が膜中に混入し、これが
悪影#を及ぼす問題点があった。一方、ジシランなどの
高次シランを用いると、水銀増感反応を利用することな
く、低圧水銀灯などの光により直接光分解が可能であり
、水銀の悪影響は排除できるが、高次7ランは高価であ
り、その成膜速度も0.25A/秒程度であって実用性
から見てまだ不十分である。
そして、13.56 MHzの高周波放電によりシラン
を分解して堆積させる成膜方法が一般的に行なわれてい
るが、荷電粒子により堆積膜が損傷を受けたり、膜中に
不純物が混入する問題点があった。
そこで、水銀の悪影響がなく、不純物や荷電子損傷のな
い高品質で均一な薄膜を十分に速くて実用化可能な堆積
速度を可能とする成膜方法として、プラズマから照射さ
れる紫外線を用いて光化学反応を生起せしめ、プラズマ
と分離された基板上に反応生成物を堆積して成膜するこ
とが行われる。
この光CVD法に使用される光化学反応装置は、一つの
容器内に、ガス放電によって形成されるプラズマ発光領
域と、膜形成を行なう基板が配置され、光化学反応性ガ
ス放出機構が配設される反応領域とが設けられる。そし
て、波長が160nm以下の紫外線を有効に発光する紫
外線放射用ガスと光化学反応性ガスを適切に供給して成
膜するものであるが、紫外線を基板上に有効に照射する
ために、また、装置を小製にするためにもプラズマ発光
領域と反応領域とをあまり離間させずに近接したものと
なる。
従って、反応領域に放出される反応性ガスがわずかでは
あるがプラズマ発光領域に拡散し、プラズマ発光領域に
投入した電力の一部がこの反応性ガスの励起・分解に消
費される。この丸め、紫外線放射用放電ガスの励起に使
用される電力が減少し、その結果、光化学反応に寄与す
る波長の紫外線の発光強度が低下する不具合がある。
また、基板をプラズマから分離しても、その距離が短か
いと荷電粒子がいくらかは基板に入射し、堆積膜に損傷
を与え、膜質が低下する。ことに、プラズマ発光領域の
圧力を低下させるとプラズマの電子温度が上昇し、紫外
線の発光強度が向上するが、反面において分子の平均自
由行程が大きくなり、基板に入射する荷電粒子量が増加
する。更には、分子の平均自由行程の増加によりプラズ
マの発光領域が拡大して基板に到達する光墓は低下し、
圧力を低下したことによる発光強度の増大が相殺されて
しまう。
〔発明の目的〕
そこで本発明は、光化学反応性ガスがプラズマ発光領域
に拡散せず、投入電力が有効に利用されて成膜速度が早
く、かつ、荷電粒子による損傷も生じない光化学反応装
置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
本発明の構成は、ガス放電によって形成されるプラズマ
発光領域と、膜形成を行なう基板が配置され、光化学反
応性ガス放出機構が配設される反応領域とを一つの容器
内に有する光化学反応装置において、これら両領域を導
電性の7−ルド網にて区画したことを特徴とする。
〔実施例〕
以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説明
する。
第1図において、容器5内部の上方の空間がプラズマ発
光領域Aであυ、下方の空間が反応領域Bである。この
プラズマ発光領域Aには一対の電極1.1が対向配置さ
れ、これに電圧が印加される。容器5の天井部には紫外
線放射用ガスG、の導入孔9が形成され、これよシ稀ガ
ス、水素モジくは重水素またはこれらを含む混合ガスか
ら選ばれた紫外線放射用ガスG、が導入される。従って
、電極1,1間にはプラズマPが形成され、このプラズ
マPよシ放出される紫外線を含む光が下方の反応領域B
に照射される。反応領域Bには基板ホルダー3が配置さ
れ、その上に膜形成を行う基板4が載置される。そして
、この少し上方には光化学反応性ガス放出機構であるリ
ング状のパイプ2が配置され、そのノズル2aより光化
学反応性ガスG、が基板4の近傍に放出される。従って
、ガスG、が紫外線により直接光分解され、反応生成物
が基板4上に堆積して成膜される。基板ホルダー3の下
方には排気口5bが設けられ、これから内部のガスが排
気される。これらの配置を上下逆にし、基板を上部に設
置することにより、7レーク等が基板に降りかかるのを
防止するのも良い。
領域Aと領域Bの間には導電性の隔壁11が配役される
が、この隔壁11には基板4の大きさとはソ等しいかや
\大きな開口部を有し、この開口部は導電性のシールド
網11aで覆われており、両頭域A、Bは隔壁11とシ
ールド網11aで区画されている。もっとも、隔壁11
を配設せずにシールド網11aのみで区画してもよいが
、図面の如く、隔壁11の設置によってシールド網11
aの面積を小さくすれば、ガスG、が領域Aに拡散する
のをより完全に防止することができる。更に、領域Aに
は導電性を有し網状の7−ルド囲い12が配置され、プ
ラズマPがシールド囲い12よシ、外部に拡散しないよ
うにしである。ガスG、が領域AK拡散しない目的のた
めには、この7−ルド囲い12は必要としないが、容器
5内の圧力を低下させたときにプラズマPの発光領域を
拡大させずに紫外線の出力を向上させ、更に、荷電粒子
が領域Bに拡散するのをよシ完全に防止する効果を有す
る。また、シールド網11aおよびシールド囲い12に
バイアス電圧を印加し、荷電粒子の拡散をより完全に防
止するのも良い。これらシールド網11a及びシールド
囲い12によりプラズマ形状を制御することができ、膜
堆積の大面積化が可能となる。
これら隔壁11.シールド網11a、シールド囲い12
は、例えはステンレスで製作してもよいが、アモルファ
スシリコンを堆積して成膜するときには、これらをシリ
コン製とするか、表面にシリコン膜を被膜するのがよい
。これは、シールド網11aなどがプラズマにさらされ
てスパッタリング現象を起し、スパッタされたものが膜
中にとシ込まれても同じ元素であるために膜質を低下さ
せることがないからである。
第2図は、電圧印加にかえてマイクロ波を使用してプラ
ズマを生起させるものであシ、容器5の側方上部に導波
管5aが接続され、これよりマイクロ波MWが導入され
る。その他の構造は第1図と同じであって、導波管5a
よシ導入されたマイクロ波によってプラズマPが生起し
、これにより発生する紫外線によりガスG、が直接光分
解し、基板4上に堆積して成膜される。
これらの実施例において、電圧印加またはマイクロ波に
よって生起されたプラズマPが光源として有効に作用す
るように、領域Aには紫外線放射用ガスG、として、稀
ガス、水素、重水素およびこれらの混合ガスが光化学反
応性ガスG、の種類に応じて選択され、供給される。例
えば、アモルファスシリコンを堆積する場合には、ガス
G、がシランとすれば、シランは160nm以下の紫外
線によシ直接光分解して堆積するから、160nm以下
の紫外線を有効に発光するG1として、アルゴン、クリ
プトン、キセノンなどが選ばれる。因みに1アルゴンの
発光波長は104.8 nm、 106.7 nm。
クリプトンは123.6 nm + 116.5 nm
、キセノンは147、Onm y 129.6 nmで
ある。
さらに、ガスG1は、基板4近傍に供給され、プラズマ
Pの放射光の直接照射を受けて光分解し、基板4に反応
生成物が堆積するので利用効率が高いが、ことに領域A
と領域Bとがシールド網11aにより区画されているの
でガスG、が上方に拡散して領域Aに侵入し、プラズマ
生起用の電力を消費することがない。従って、投入′成
力の全てがプラズマPの生起に利用されるので発光効率
が高く、有効に成膜される。そして、水銀による光増減
反応には依らずとも十分な成膜速度が得られ、水銀によ
る汚染も問題とならない。
また、プラズマPの荷電粒子が領域Bに拡散しようとし
てもシールド網11aでその殆んどが捕捉されて基板4
に到達しないので、堆積膜は荷電粒子による損傷を受け
ず、かつ不純物の混入も少なくて性能の優れた堆積膜を
得ることができる。
次に、第1図に示す有電極放電における成膜例を示すと
、周波数が50Hz、放電電圧が130V、電流が3.
5A、容器内圧力が0.7 Torr 、 基板温度が
2501:’の条件でアモルファスシリコンの薄膜を堆
積させる場合、紫外線放射用ガスG、がアルゴンで流量
11005CC、光化学反応性ガスG。
がシランでil−110scc流すと、膜の堆積速度は
約5〜7倍であシ、2〜3A/秒の堆積速度で成膜でき
た。第3図はこのとき基板に入射する荷電粒子量を調べ
るため、基板に直流電圧を印加したときの基板流入電流
を測定した結果であり、シールド網11aによシ基板に
入射する荷電粒子が大幅に減少したことを示している。
そして、得られた薄膜は荷電粒子損傷のない良好なもの
であり、光導電率はσp = 10−’ S/crR1
暗導電率は’d = 10−’シーであって高品質の薄
膜となった。
第2図に示す無電極放電の場合も事情は同じであり、マ
イクロ波MWの周波数が2.45 GHz 、パワーが
soow、容器内圧力をI Torrとし、他の条件を
前述の有電極放電と同じにして成膜すると同様の堆積速
度で成膜でき、品質的にも同等であった。
〔発明の効果〕
以上説明した様に、本発明にかかる光化学反応装置は、
プラズマ発光領域と反応領域とを導電性のシールド網に
て区画し、紫外線放射用ガスと光化学反応性ガスの適切
な組合せにより成膜するので、光化学反応性ガスと荷電
粒子が相互に他の領域に拡散しない。従って、不純物や
荷電粒子損傷がなく、高品質で均一な薄膜を高速堆積す
ることができ、且つ大面積化も可能である等、多くの利
点を有する光化学反応装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図と第2図は本発明の実施例の断面図を示し、第3
図は第1図の装置で基板に直tll電圧を印加したとき
基板に流れ込む電流を測定し几結果の一例を示す。 1・・・電極 2・・・パイプ 2a・・・ノズル3・
−・基板ホルダー 4・・・基板 5・・・容器5a・
・・導波管 5b・・・排気口 9・・・導入孔11・
・・隔壁 11a・・・シールド網12・・・シールド
囲い P・・・プラズマA・・・プラズマ発光領域 B
・・・反応領域G、・・・紫外線放射用ガス G、・・・光化学反応性ガス

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ガス放電によって形成されるプラズマ発光領域と、
    膜形成を行なう基板が配置され、光化学反応性ガス放出
    機構が配設される反応領域とを一つの容器内に有する光
    化学反応装置において、前記両領域を導電性のシールド
    網にて区画したことを特徴とする光化学反応装置。 2、前記両領域の間に基板と同等かわずかに大きな開口
    部を有する導電性の隔壁を配設し、その開口部を前記シ
    ールド網にて覆うことにより区画したことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の光化学反応装置。 3、前記プラズマ発光領域に網目状の導電性物質あるい
    は網目状の導電性物質を一部にもつシールド囲いを付加
    し、プラズマをこの網状シールド囲い内に限定したこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載
    の光化学反応装置。 4、前記シールド網、隔壁およびシールド囲いの全部あ
    るいは一部が基板上の成膜元素と同一元素の物質からな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項もし
    くは第3項記載の光化学反応装置。
JP60166788A 1985-07-30 1985-07-30 光化学反応装置 Pending JPS6227573A (ja)

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Cited By (5)

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