JPS6240382A - 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】 〔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フリダマ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は、アモルファスシリ
コン、例えば水素又は／及び・・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（以後ｒ
　ａ−８ｉ　（Ｈ，Ｘ）　Ｊと記す。）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（Ｈ，Ｘ）膜とともにそれ等ａ−３ｔ（
Ｈ，Ｘ）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ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ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、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
るところ、そのための装置は、高周波またはマイクロ波
を放射するための手段、例えばアンテナまたは導波管と
基体の双方を１コ］定する、第６図に示す形式のもので
ある。〔図中、６０１は反応容器、６ｏ２は原料ガス導
入管、６０３は高周波またはマイクロ波電源、６０４は
導波管、６０５は透過窓、６０６は基体、６０７は基体
保持ステージ、６０８はヒータ等の加熱手段、６０９は
ガス排出管である。〕ところが、こうした従来のプラズ
マＣＶＤ法による装置にあっては、上述したように、操
作時、導波管そして基体は共に固定されているわけてあ
シ、高周波筐たはマイクロ波の電磁界は定在化し、電界
は、第６−ａ図〔図中、ａは反応空間内における高周波
またはマイクロ波の電界強度の分布曲線を示す。〕に示
されるように強度分布し、そして、この電界の強度分布
は、適用する高周波またはマイクロ波の波長に依存する
ので、結局のところ、系中に導入される堆積膜形成用の
原料ガスは、電界の強度分布に従つ比密度で励起され励
起種化するところとなるので、堆積される膜は、第６−
ｂ図〔図中、ｂは反応空間内での基体６０７上に堆積さ
れた堆積膜６０６の堆積状態を示す。〕に示すように、
おのずと電界の強い部分では厚く、また弱い部分では薄
くなり、基体が前記の波長よシ長い場合にはなお更であ
るが、形成される堆積膜に膜厚の他、密度、硬度そして
また組成の点についても不都合な影響を与えてしまい、
緒特性発現性を具有する所望の堆積膜製品を定常的に得
るというのは困難であるという問題がある。

もつとも上述した従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜
形成装置によれば、一応満足のゆく堆積膜製品の製造は
可能ではあるものの、そめ場合、各種パラメーターにつ
いて厳密な選択が必要とされる。ところが、そのように
厳密に選択されたパラメーターについてはその中の１つ
の構成因子、とシわけそれがプラズマであって、不安定
な状態になシでもすると形成される膜は著しい悪影響を
受けて製品として成立し得ないものになってしまうとい
う問題が存在する。し友がってその装置構成は、おのず
と複雑なものとなシ、装置規模、原料ガスの種類等が変
れば個々に厳選されたパラメーターに対応し得るように
設計しなければならない。

こうし乏ことから、プラズマＣＶＤ法については、それ
が今のところ至適な方法とされてはいるものの、上述し
たことから、所望の堆積膜を量産するとなれば装置に多
大の設備投資が必要となり、そうしたところで尚量産の
ための工程管理項目は多く且つ複雑であシ、工程管理許
容幅は狭く、そしてまた装置調整が微妙であることから
、結局は製品をかなりコスト高のものにしてしまう等の
問題がある。

一方、前述の各種ディバイスが多様化して来ており、そ
のための素子部材即ち、前述した各種特性等の要件を総
じて満足すると共に適用対象、用途に相応し、そして場
合によってはそれが大面積化され友ものである、安定な
堆積膜製品を低コストで定常的に供給されることが社会
的要求としてあり、この要求を満たす装置の開発が切望
されている。

〔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
ては、上述の諸間厘を解決し、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。

すなわち本発明の主たる目的は、電気的、光学的、光導
電的特性が殆んどの使用環境に依存することなく実質的
に常時安定しており、優れた耐光疲労特性を有し、繰返
し使用にあっても劣化現象を起こさず、優れた耐久性、
耐湿性を有し、残留電位の問題を生じない均一にして均
質な、改善された堆積膜を形成するためのプラダマＣＶ
Ｄ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、形成される膜の諸特性、成膜速度
、再現性の向上及び膜品質の均一化、均質化をはかｐな
がら、膜の大面積化に適し、膜の生産性向上及び量産化
も容易に達成することのできるプラズマ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、効果〕

本発明者は、従来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、上
述の従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置につ
いて、電界の強度分布を、基体の近傍において一様にな
るようにしたところ、前述の諸問題が解決され、且つ上
述の目的を達成できる知見を得、本発明を完成するに至
った。

即ち本発明の装置は、密封形成され、原料ガス供給口と
排気口とを備えた反応室を有し、前記反応室内に加熱手
段を備えた基体載置手段を有し、且つ発生源からの高周
波またはマイクロ波を前記反応室内に放射し、それらの
エネルギーに、！′シ原料ガスを励起種化し、化学的相
互作用を生起せしめて基体表面上に堆積膜を形成せしめ
るＣＶＤ法による堆積膜形成装置に２いて、前記反応室
内に、高周波またはマイクロ波の電磁界と基体との相対
的位置関係を変化せしめる機能を有する漏洩高周波路ま
たは漏洩マイクロ波路を備えてなることを特徴とするも
のである。

本発明でいう漏洩高周波路または漏洩マイクロ波路とは
、高周波またはマイクロ波が導波路を伝わってゆく際、
導波路の途中に設けられているスロットから周囲に漏洩
しながら伝わってゆく波路のことを言う。

また、前記スロットの形状は、特に限定されるものでは
なく、高周波またはマイクロ波の漏洩が達成されれば、
どのような形とされてもよいものである。

かくなる本発明の装置は、堆積膜形成操作時、電界の強
度分布を基体の近傍において一様にするので、従来の堆
積膜形成装置に比較して成膜速度を飛躍的に伸ばすこと
ができ、加えて、基体が高周波またはマイクロ波の波長
エフ長いものであっても、製品たる膜の品質、厚さ、そ
して電気的、光学的、光導電的特性等の安定した堆積膜
を効率的に量産することを可能にし、そしてまた堆積膜
製品を低コストで提供することを可能にするものである
。

本発明の装置により堆積膜を形成するについて使用され
る原料ガスは、高周波またはマイクロ波のエネルギーに
、ｃシ励起種化し、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
／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、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−３ｉ　（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
とが可能であシ、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室内に導入す
ることができる。

また基体については、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湿度は、特に制限
されないが、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’−６’ｌ’ｏ
ｒｒ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１×１
０−２〜ＩＴＯｒｒ、好ましくは５×１０−１〜ＩＴｏ
ｒｒとするのが望ましい。

なお、本発明の装置による堆積膜形成は、通常は、前述
したように原料ガスを事前に処理（励起種化）すること
なく反応空間に導入し、そこで高周波またはマイクロ波
のエネルギーにより励起種化し、化学的相互作用を生起
せしめることにより行われるが、二種以上の原料ガスを
使用する場合、その中の一種またはそれ以上を事前に励
起種化し、次いで反応空間に導入するようにすることも
可能である。

以下、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
を第１乃至５ｃ図の模式図の実施例によシ更に詳しく説
明するが、前記装置はこれらによって限定されるもので
はない。

第１．２図は、高周波またはマイクロ波電源から発生さ
れる高周波またはマイクロ波の反応室Ａ内への放射を、
透過窓を使用することなくして、それらを漏洩高周波路
または漏洩マイクロ波路にケーブル手段により伝搬し、
前記回路を水平振動せしめながら行って、高周波または
マイクロ波の電磁界を定在化することなく基体表面全体
の近傍に一様に行きわたるようにして成膜操作する。本
発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の実施例
を示すものであって、第１図は、該堆積膜形成装置全体
の断面略図であシ、第２図は、該装置の漏洩高周波路ま
たは漏洩マイクロ波路の断面図である。

第１図において１０１は密封形成されてなる反応室Ａを
有する真空容器である。真空容器１０１の側壁上部には
、１端は反応室Ａ内に開口し、他端はパルプ手段１２１
を介して原料ガス供給源（図示せず）に連通している原
料ガス供給管１０２を有し、該側壁に対向する側壁の下
部には、１端は反応室Ａ内に開口し、他端はパルプ手段
１９１を介して排気装置（図示せず）に連通ずる排気管
１０９を有する。

１０６は基体であり、１０７は基体６を加熱する加熱手
段１０８を内蔵する基体保持ステージである。

１０３は高周波またはマイクロ波電源、好ましくは、マ
グネトロン、クライストロン等のマイクロ波発生器であ
る。１０４は、一端が該高周波ま之はマイクロ波電源１
０３に接続する同軸ケーブルであって、真空容器１の側
壁上部に貫通し固定されている。１１０は漏洩高周波路
または漏洩マイクロ波路であり、真空容器１内壁に例え
ばレール手段（図示せず）を介して摺動自在に固定され
ている。１１１は好ましくは誘電率の大きい誘電体から
なる基板であシ、耐熱性の高いシリコン樹脂、テフロン
樹脂、アルミナ（Ａｔ２ｏ３）セラミックス等であるこ
とが望ましい。該基板１１１の上面は、全面に覆って導
体１１２を有し、下面には一定の大きさのスロット部１
１３．１１３、・・・を形成するように所定大の導体片
１１４．１１４、・・・が互いに平行に間欠的に配列さ
れている。導体片１１４．１１４、・・・は前記同軸ケ
ーブル１０４の中心導線に接続し、導体１１２は、同軸
ケーブル１０４の外囲導体に接続している。１１５は導
体１１２の端部と、終端設置の導体片１１４とに挾持さ
れて基体１１１に固定されている反射部材である。

１１６は、圧搾空気式または電気式振動器であり、機械
的手段を介して終端部材１１５に連結していて、漏洩高
周波路または漏洩マイクロ波路１１０を水平振動する工
うにされている。

第１．２図に示す本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置は膜堆積操作時、漏洩高周波路または漏洩マ
イクロ波路１１０からスロット部１１３．１１３・・・
の作用により高周波またはマイクロ波が下方放射され、
その際、前記回路は　　　　“水平振動されるので、前
記回路下近傍の反応室　　　　Ａ内の電界の強度分布は
、時間積分でみると一様となシ、その結果基体面上に堆
積する膜は均一にして均質なものとなり、諸特性に富ん
だ所望の堆積膜を得ることができる。

第３乃５図は、前述の漏洩高周波路または漏洩マイクロ
波路の２乃至それ以上を円筒状基体の周囲に設置すると
共に、該円筒基体を回転させるようにし、該波路を介し
て放射される高周波またはマイクロ波の電磁界が基体表
面全体の近傍に一様に行きわたるようにした、本発明の
プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の他の実施例を
示すものであり、笛３図は、該装置における漏洩高周波
路または漏洩マイクロ波路の配置状態を示す切欠縦断面
図であシ、第４図は該装置の横断面図である。第５ａ乃
至５０図は、該装置の漏洩高周波路または漏洩マイクロ
波路を示す図である。

第３．４図において、３００は真空容器全体を示す。真
空容器３００は側壁、土壁、底壁により密封形成され反
応室Ａを形成している。真空容器側壁の内側には一定の
間隙（ガス室Ｂ）を形成するように内壁３０１が設けら
れており、該内壁３０１は反応室Ａ内へのガス流通孔３
０１ａ、３０１ａ・・・を有する多穿孔壁で構成されて
いる。３０２は一端は真空容器３００の側壁からガス室
Ｂ内に開口し、他端はパルプ手段（図示せず）を介して
原料ガス供給源（図示せず）に連通している、原料ガス
導入管である。真空容器上壁には、１端が反応室Ａ内に
開口し、他端はパルプ手段（図示せず）を介して排気装
置（図示せず）に連通している、排気管（図示せず）が
１本ないし２本設置されている。

３０６は円筒状基体であジ、３０７は、加熱手段（図示
せず）を内蔵する基体保持部である。基体保持部は真空
容器土壁に貫通する軸３１６を有しており、該軸３１６
は機械的手段を介して駆動装置（図示せず）に連結され
ていて、基体保持部３０７、即ち基体３０６を回転せし
めるようにしである。３１０は漏洩高周波路または漏洩
マイクロ波路であシ、真空容器内壁３０１に等間隔で４
つ設置されている。該漏洩高周波路−！たは潴洩マイク
ロ波路は、前述の第１．２図に示す実施例と同様の構造
を有しており、即ち、銹電体がら成る基体３１１と導体
３１２．３１４とで構成され、同軸ケーブル３０４を介
して高周波またはマイクロ波電源３０３に接続されてい
る。（第５ａ図）そして該４つの漏洩高周波路または漏
洩マイクｈ波路３１，０は各々スロット部３１３を有し
ておシ、第５ｂ図に示すごとく、真空容器内壁に設置す
る４つの漏洩高周波路または漏洩マイクロ波路・におけ
るスロット部３１３の位置は４つの漏洩高周波路または
漏洩マイクロ波路で１周期となるように１間隔ずつずら
して設けられる。また、４つの漏洩高周波路または漏洩
マイクロ波路には終端部に各々高周波またはマイクα波
を反射する反射部材３１５が設けられており、各々の反
射部材３１５の幅は、形成される高周波またはマイクロ
波の定在波の波長をｔとした場合に０、ｔ　　ｔ　　３ １、百、１ｔとなる工うに設けである。終端に反射部材
３１５を設けることにより、４つの漏洩高周波路または
漏洩マイクロ波路内における定在波の位相がシフトされ
るようにする。

第３．４図に示す本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置は、膜堆積操作時、漏洩高周波路または漏洩
マイクロ波路３１０がらスロット部３１３．３１３、・
・・の作用にょシ高周波またはマイクロ波が反応室Ａに
向けて放射されるとともに、円筒状基体３０６は駆動装
置（図示せず）にＸシ回転されるので、円筒状基体３０
６が１周するだけでスロットむらがなくなシ、さらに伝
搬波長に伴なうむらもなくなるため、円筒状基体表面の
電界強度分布は時間積分でみると一保となる。その結果
基体上に堆積する膜は均一にして均質なものとなり、緒
特性に富んだ所望の堆積膜を°安定して得ることができ
る。

また、第３．４図に示す本発明の実施例装置において、
真空容器内壁３０１の内側を高周波またはマイクロ波を
反射する材質で構成した場合には、堆積する膜の均一性
および均質性をさらに向上せしめることができる。

更に、第３乃至５図に示す例においては漏洩高周波路ま
たは漏洩マイクロ波路を各々離れて配置した例を示した
が、離れて配置せしめることなく、連結し、連結された
漏洩高周波路または漏洩マイクロ波路とすることもでき
る。

更にまた、本例においては基体を円筒状基体とした例を
示したが、円筒状基体保持部３０７に長方形の基体を多
数枚保持せしめたものであっても工ぐ、スロット部３１
３の形状もｇ　５　ａ、５ｂ図に示すごとき形状にかえ
て第５Ｃ図に示すごときものとすることにより、より効
率的にスロットむらの発生を防止することができる。

また、第１乃至５図に示す本発明の実施例装置において
は、漏洩高周波路または漏洩マイクロ波路と高周波ま友
はマイクロ波発生器との接続には同軸ケーブルを用いた
ものとし念が、接続手段はこれに限られることなく、公
知の高周波またはマイクロ波技術による別の方法、例え
ば導波管等であってもよい。

次に、本発明の装置を操作して堆積膜を形成する例を記
載する。

本例においては、第３図に示す装置を用い、基体として
Ａｔｄ円箇状基板を用いた。原料ガスはＳｉＨ４ガスお
工びＨ２ガスの混合ガスを用いた。

坂初に反応室Ａ内を排気し、系内圧力を１×１０’Ｔｏ
ｒｒ以下とした。次いてヒーターに通電して基体温度を
２００℃に保持した。ここに原料ガス導入管を介して上
記混合ガス（ガス流量比１：１）を系内圧力がＩ　Ｘ　
１０　”Ｔｏｒｒになる藍で導入し、それと同時にマイ
クロ波電源３０３に通電して周波数２．４５　ｃＨｚの
マイクロ波を漏洩マイクロ波路３１０工り放射し、且つ
、基板を回転せしめた（速度５ｒｐｍ）。こうしたとこ
ろでガスの導入量と排気量を調整して、系内圧力を一定
に保ちながら所定時間成膜操作した。その後、操作をと
め、円筒状基板を放冷したのち、該基体を搬出した。

該円筒状基板について、その表面に堆積されたアモルフ
ァスシリコン膜をテストしたところ、極めて緻密な組成
の膜が形成されており、その膜全体が均一かつ均質で、
その電気的、光学的、および光導電的特性はいずれも極
めて優れていた。

〔発明の効果の概略〕

本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置は、反
応室内への高周波またはマイクロ波の導入を、漏洩高周
波路または漏洩マイクロ波路を用いておこない、且つ高
周波まｔはマイクロ波の電磁界と基体との相対的位置関
係を変化させる手段を備えることに工り、基体表面近傍
における電磁界の強度分布が時間的積分をとつ几場合に
一様となる工うになり、その結果基体表面に生成される
励起種の密度分布も一様となり、基体全面において均一
かつ均質な堆積膜を形成することができ、所望の優れた
特性を有する堆積膜を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置の実施例を示す断言略図であり、第２図は第１図に
示す装置の漏洩高周波路または漏洩マイクロ波路の断面
図である。第３．４図は本発明のプラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜形成装置の他の実施例を示す断面略図であシ、
第３図は切欠縦断面を、第４図は横断面を示している。 第５ａ乃至第５ｃ図は第３．４図に示す装置の漏洩高周
波路または漏洩マイクロ波路を示す略図である。第６図
は従来装置の断面略図であシ、第６ａ図は該装置におけ
る高周波またはマイクロ波の電磁界の強度分布状態の説
明図でちり、第６ｂ図は該装置に工υ基体上に形成され
る堆積膜の堆積状態を示す図である。 第１乃至５Ｃ図について １０１．３００・・・真空容器　　３０１・・・真空容
器内壁３０１ａ・・・ガス流通孔　１０２．３０２・・
・原料ガス導入管１２１・・・パルプ手段 １０３．３０３・・・高周波またはマイクロ波電源１０
４．３０４・・・同軸ケーブル　１０６．３０６・・・
基　体１０７．３０７・・・基体保持部　１０８・・・
加熱用ヒーター１０９・・・排気管　　１９１・・・パ
ルプ手段１１０．３１０・・・漏洩高周波路または漏洩
マイクロ波路１１１．３１１・・・基　体　　１１２．
３１２・・・導　体１１３．３１３・・・スロット部　
１１４．３１４・・・導　体１１５．３１５・・・反射
部材　　１１６・・・振動器３１６・・・軸　　Ａ・・
・反応室　　Ｂ・・・ガス室第６乃至６ｂ図について ６０１・・・真空容器　　６０２・・・原料ガス導入管
６０３・・・高周波またはマイクロ波電源６０４・・・
導波管　　６０５・・・透過窓　　６０６・・・基体６
０７・・・基体保持ステージ　　６０８・・・加熱手段
６０９・・・排気管　　ａ・・・電磁界の強度分布状態
ｂ・・・堆積膜の堆積状態

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 堆積膜形成用の原料ガスを励起させて励起種化するため
   の高周波またはマイクロ波発生手段と、基体上に堆積膜
   を形成するための反応室とを有してなるプラズマＣＶＤ
   法による堆積膜形成装置において、前記反応室内への高
   周波またはマイクロ波の導入を、漏洩高周波路または漏
   洩マイクロ波路を用いておこない、且つ前記高周波また
   はマイクロ波の電磁界と前記基体との相対的な位置関係
   を変化させる手段を有することを特徴とするプラズマＣ
   ＶＤ法による堆積膜形成装置。