JPS62294180A - プラズマ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】 ３、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至適なプラズマＣＶ
Ｄ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−８ｉＪ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−８ｉ）（膜とともにそれ等ａ−８ｉ膜や
ａ−８ｉ）（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、いわゆる熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶ
Ｄ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。

ところで、前記プラズマＣＶＤ法は、直流、高周波また
はマイクロ波エネルギーを利用して堆積膜形成用ガスを
基体表面の近傍で励起種化（ラジカル化）して化学的相
互作用を生起させ、該基体表面に膜堆積せしめるという
ものであり、そのための装置も各種提案されている。

第２図は、従来のプラズマ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って、図中
、１は円筒状反応容器全体を示し、２は反応容器の側壁
を兼ねたカソード電極であり、３は反応容器の土壁、４
は反応容器の底壁である。前記カソード電極２と、上壁
３及び底壁４とは、夫々、碍子５で絶縁されている。

６は反応容器内に設置された円筒状基体であり、該円筒
状基体６は接地されてアノード電極となるものである。

円筒状基体６の中には、基体加熱用ヒーター７が設置さ
れており、成膜前に基体を設定温度に加熱したり、成膜
内に基体を設定温度に維持したり、あるいは成膜後幕体
をアニール処理したりするのに用いる。また、円筒状基
体６は軸を介して回転駆動手段８に接続されており、成
膜中、円筒状基体６を回転せしめる。

９は堆積膜形成用原料ガス導入管であって、反応空間内
に該原料ガスを放出するだめのガス放出孔９ａが多数段
けら九でおり、該原料ガス導入管９の他端は、バルブ１
０を介して堆積膜形成用原料ガス供給系（図示せず）に
連通している。

１１は、反応容器内を真空排気するための排気管であり
、排気バルブ１２を介して真空排気装置１３に連通して
いる。

１４はカソード電極２への電圧印加手段である。

こうした従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
の操作は次のようにして行なわれる。

即ち、反応容器内のガスを、排気管１１を介して真空排
気すると共に、加熱用ヒーター７により円筒状基体６を
所定温度に加熱、保持し、さらに回転駆動手段８により
回転せしめる。次に、原料ガス導入管９を介して、例え
ばａ−８ｉ）（堆積膜を形成する場合であれば、シラン
等の原料ガスを反応容器内に導入し、該原料ガスは、ガ
ス導入管のガス放出孔９ａから基体表面に向けて放出さ
れる。これと同時併行的に、電圧印加手段１４から、例
えば高周波をカソード電極２と基体（アノード電極）６
間に印加しプラズマ放電を発生せしめる。かぐして、反
応容器内の原料ガスは励起され励起種化し、Ｓｉ蒼、Ｓ
ｉＨ臀等（斧は励起状態を表わす。）のラジカル粒子、
電子、イオン粒子等が生成される。生成されたこれらの
粒子が相互に反応して、円筒状基体６表面にａ　−５ｉ
）（薄膜が堆積される。励起種化されなかった原料ガス
、原料ガスを希釈するのに用いられたＨ２　、　Ｈｅ　
、　Ａｒ等の希釈用ガス、ａ−８ｉＨ膜の成膜に用いら
れなかったラジカル粒子、あるいはポリシラン粉等は、
真空排気装置１３によって、排気管１１から排気される
。

ところで、こうしたプラズマＣＶＤ装置においては、反
応容器内を排気するための排気管１１の配管は、重要な
課題の１つである。第３図（Ａ）。

（Ｂ）は、従来の排気管の配管を模式的に示す図であり
、図中、１は反応容器、１１は排気管、１２は排気バル
ブ、１３はロータリーポンプを各々示している。

即ち、前述のごときプラズマＣＶＤ装置においては、反
応容器１からロータリーポンプ１３等の真空排気装置へ
通ずる排気管１１の配管は、ポリシラン粉による配管詰
りを防ぐためには、第３（Ａ）図に示すごとく直管とす
るのが最も効率的ではあるが、この場合には反応容器１
内で発生するラジカル粒子が真空排気装置１３にまで達
してしまい、その場合真空排気装置１３の腐蝕又は／及
びオイルの劣化をもたらしてしまうという問題がある。

この問題を解決するために、第３（Ｂ）図に示すごとく
、排気管１１を直角に曲げ、その箇所において乱流を発
生させてラジカルを消滅させるという方法が提案されて
いる。しかし、この場合には、直角に曲げた箇所で排気
管１１の側壁とラジカルとの反応によりポリシラン粉（
第３（Ｂ）図に図示の１５）が生成しやすぐ、排気管１
１の管詰りか発生しやすくなる。また、排気管の管詰り
か発生しないまでも、排気効率に変化が生じ、反応容器
１の内圧を一定に保つことが困難となり、そのために例
えばａ−８ｔ：Ｈ：Ｘで構成される薄膜等の成膜条件に
変動が生じ、成膜される膜の膜厚及び膜質の均一性の保
持が困難になるという問題がある。

〔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、撮像ディバイス、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。

即ち、本発明の主たる目的は、真空排気装置の腐蝕及び
／又はオイル劣化を防止したプラズマＣＶＤ法による堆
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、排気管のポリシラン等による管詰
りを防止し、反応容器の内圧を常時一定に保持しうるプ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置を提供することに
ある。

本発明の別の目的は、成膜回数を重ねても反応容器の内
圧を一定に保つことができるプラズマ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〕

本発明者らは、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形
成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た結果、排気管の曲げ角度
θを１００°≦θ＜１８０゜とすることにより、ポリ７
ラン粉による管詰りを減少せしめるとともに、排気管と
真空排気装置との間にラジカルトラップを設置せしめ、
ラジカルが真空排気装置に直接到達するのを防止するこ
とにより、前述の諸問題が解決され、且つ上述の目的が
達成しうるという知見を得、本発明を完成するに至った
。

即ち、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
は、密封形成されてなる反応容器と該反応容器内に堆積
膜形成用原料ガスを導入する手段と、該原料ガスを励起
させて励起種化するための放電エネルギー印加手段と、
前記反応容器内に排気する真空排気装置とからなるプラ
ズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置において、前記反応
容器と前記真空排気装置との間に排気管及びラジカルト
ラップをこの順に設けるとともに、該排気管の曲げ角度
を１００°以上１８０°未満とすることを骨子とするも
のである。

以下、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
について図面を用いて詳しく説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。

第１図は、本発明の装置の典型的な一例を模式的に示す
縦断面図である。

図中、前述の第２図と共通符号は、第２図において説明
したものと同一のものを示す。即ち、１は反応容器、２
はカソード電極、３は上壁、４は底壁、５は碍子、６は
円筒状基体、７は加熱用ヒーター、８は回転駆動手段、
１１は排気管、１２は排気パルプ、１３はロータリーポ
ンプ（真空排気装置）、１４は電圧印加手段を夫々示し
ている。１５はラジカルトラップである。

本発明の装置により堆積膜を形成するＫついて使用され
る原料ガスは、放電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
のものであれば何れのものであっても採用することがで
きるが、例えばａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）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％ＡＩ−等の不活性ガ
スにより金沢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／および希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。

なお、前記原料ガスは、それが二種またはそれ以上使用
される場合、その中の一種または場合によりそれ以上を
、事前に励起種化し、次いで反応室に導入するようにす
ることも可能である。

基体については、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、例えば金属、セラミックス、ガラス
等が挙げられる。

そして成膜操作時の基体の温度は、特に制限されるもの
ではないが、３０〜４５０℃の範囲とするのが一般的で
あり、好ましくは５０〜３５０℃である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以
下、好ましくはＩ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ以下とし、
原料ガスを導入した時には反応室内の圧力をＩＸ　１Ｏ
−２Ｔｏｒｒ台にするのが望ましい。

本発明の装置により堆積膜を形成した場合には、成膜中
真空排気装置の排気能力を一定に保ったままでも反応容
器内圧を一定に保つことができ、また、成膜回数を重ね
ても反応容器内圧は一定に保つことができる。また、真
空排気装置にラジカル粒子やポリシラン粉が届くのを防
止しうるため、真空排気装置の腐蝕やオイル劣化がほと
んど生じないという利点を有している。

更に、排気管のメンテナンスが不要になるため、装置稼
動率が向上するものである。

なお、本発明の装置を用いて成膜を行なうと、ラジカル
トラップ内にポリシラン粉が留るが、留ったポリシラン
はラジカルトラップを取りはずし、中のポリシランを廃
棄することにより取りのぞくことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の装置を用いて堆積膜を形成するについて
、実施例及び比較例により更に詳しく説明するが、本発
明はこれにより限定されるものではない。

実施例１ 第１図に図示の装置を用いてａ　−ＳｉＨ薄膜を形成し
た。なお排気管の曲げ角度は１２０°とした。

基体としては、長さ３５８ｍ、外径８０ｍ１ｇ６のＡｔ
製シリンダーを用意し、反応容器内に設置した。

ガスを反応容器内に流入させるに先だち、排気バルブ１
２を開いて系内圧力がＩ　Ｘ　１０＝　’ｌ’ｏｒｒ以
下になるまで脱気し、次いで加熱用ヒーター７に通電し
てＡｔシリンダーの表面温度が３００℃になるまで加熱
し、３００℃に保持した。

こうしたところへ、５ｉＨ４ガス４００ＳＣＣＭとＨ２
ガス４３０ＳＣＣＭを反応容器内に流入し、高周波電源
（１３，５６ＭＨｚ　）をＯＮにしてプラズマを生起せ
しめ、Ａｔシリンダー上にａ　−５ｉ）（薄膜を堆積せ
しめた。なお、成膜中の反応容器内の圧力はロータリー
ポンプによって０．５Ｔｏｒｒとなるように調整し、成
膜時間は５時間とした。

成膜中の排気管の状態及び反応容器内圧について調べた
ところ、排気管の粉詰りは発生せず、反応容器内圧の変
動は０．０２Ｔｏｒｒ以下という良好な結果が得られた
。

また、上記と同条件により連続して成膜を行ない、排気
装置であるロータリーポンプの耐久性をテストしたとこ
ろ、９０時間以上という良好な結果が得られた。

更に比較例として、排気管の排管が、第３図（Ａ）に示
すごとく直管のもの（比較例１）、第３図（Ｂ）に示す
ごとく直角のもの（比較例２）、および第３図（Ｃ）に
示すごとく直角のものにラジカルトラップを設けたもの
（比較例３）を夫々用いて、前述の実施例１と同様の条
件で成膜を行ない、成膜中の排気管の粉詰りの有無及び
反応容器内圧変動およびロータリーポンプ耐久性につい
て実施例１と同様の評価を行なった。その結果を以下の
表１に記載する。

実施例２ 第１図に図示の装置において、排気管の曲げ角度及び排
気管の内径が異なる複数のものを用い、実施例１と同様
の成膜条件で５時開成膜を行ない、成膜開始時と成膜終
了時の反応容器内圧の変動と、排気管の曲げ角度と排気
管の内径との関係を調べた。

得られた結果を第４図に示す。第４図において、縦軸は
反応容器内の変動幅（’ｌ’ｏｒｒ　）を、横軸（ｄ排
気管の曲げ角度θ（０）を夫々示している。

第４図から明らかなごとく、排気管の内径は大きい程、
反応容器内圧の変動幅は小さいが、排気管の内径が２イ
ンチのもの、３インチのもの、４インチのもののいずれ
も曲げ角度θが１００°付近で変極点がある。したがっ
て、曲げ　　１角度を１００°≦θ＜１８０°として排
気管を配管することにより成膜時の反応容器内圧の変動
幅を小さくすることができ、成膜回数を重ねても反応容
器内圧を一定に保つことができる。

実施例３ 第５図に示すごとく、複数個の反応容器を用い、各々の
反応容器を、対称形とするとともに、曲げ角度θが１０
００≦θ＜　ｉｓｏ’となるように配管された排気管に
接続して、１台のロータリーポンプで排気するようにす
るとともに、ラジカルトラップを設置した装置を用い、
実施例１と同隊にして成膜を行なった。なお、第５図に
おいて１は反応容器、１１は排気管、１３はロータリー
ポンプ、１５はラジカルトラップを夫々示している。

この結果、複数個の反応容器を対称形に配管された排気
管に接続する場合においても、排気庁の曲げ角度θを１
００°≦θ〈１８０°とし、ラジカルトラップを設置す
ることにより、実施例１と同様の効果が得られた。

〔発明の効果の概要〕

本発明の装置は、排気管の曲げ角度θを１００’≦θ＜
１８０°とすることによりポリシラン粉にょ乙管詰りを
減少せしめ、また、排気管と真空排衷装置との間にラジ
カルトラップを設置するととによりラジカルが真空排気
装置に直接到達するのを防止することができるものであ
り、こうしたことから、本発明の装置を用いて成膜を行
なう場合には、成膜中の反応容器内圧を一定に保つこと
ができる。また、排気管のメンテナンスが不要になるた
め装置稼動率が向上するとともに、真空排気装置の腐蝕
やオイル劣化が発生することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の典型的−例を模式的に示す断
面略図であり、第２図は、従来のプラズマ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
である。第３図は、プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置の排気管の配管状態を示す模式図、第４図は、同排
気管の曲げ角度と排気管の内径と反応容器内圧の変動と
の関係を示す図、第５図は、反応容器を複数個用いた場
合の本発明の一実施例を示す模式図である。 第１．２．３および５図について、・ １・・・・・・反応容器、２・旧・・カソード電極を兼
ねた周囲壁、３・・・・・・上壁、４・・・・・・底壁
、５・・・・・・碍子、６・・・・・・円筒状基体、７
・旧・・加熱用ヒーター、８・・・・・・回転駆動手段
、９・・・・・・ガス導入管、９ａ・・・・・・ガス放
出孔、１０・・・・・・バルブ、１１・・・・・・排気
管、１２・・・・・・排気パルプ、１３・・・・・・真
空排気装置、１４・・・・・・電圧印加手段、１５・・
・・・・ラジカルトラップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）密封形成されてなる反応容器と、該反応容器内に
   堆積膜形成用原料ガスを導入する手段と、該原料ガスを
   励起させて励起種化するための放電エネルギー印加手段
   と、前記反応容器内を排気する真空排気装置とからなる
   プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置において、前記
   反応容器と前記真空排気装置との間に排気管及びラジカ
   ルトラップをこの順に設けるとともに該排気管の曲げ角
   度を１００°以上１８０°未満とすることを特徴とする
   プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置。