JPS6247485A

JPS6247485A - プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置

Info

Publication number: JPS6247485A
Application number: JP18586185A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kamiya; 神谷　攻
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1987-03-02

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、プラズマＣ
ＶＤ法による装置に関する。

〔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−９ｉ（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−８１（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
るというものであるところ、そのだめの装置として、第
５図に図示の装置が提案されている。

即ち第５図は、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形
成装置の断面略図である。

図において、Ａは、反応室であり、側壁１１、底壁１１
′及び蓋部１１　ａで密封形成されている。１３は、金
属等の導電性材料からなる円筒であって、側壁に複数の
穿孔１３ａ　、　１３ａ　、・・・を有し、該円筒は、
反応室Ａ内の中央に中心軸線に底部固定して立設されて
いて、その底部が外部に設けられた排気系１・１に接続
している。１２　、１２　、・・・ば、加熱手段１７を
内蔵し底部で回転手段１６に機械接続している基体保持
手段上に載置された円筒基体であって、導電性の円筒１
３を中心にして、同一円周上に所定の間隔を保って配列
設置されている。

そして基体１２　、１２　、・・・は、側壁１１と共に
両者が同電位に保持されるように電気的に接地１９され
ている。

１５は、ガス導入系であって、管手段を介して原料ガス
が反応室Ａ内に供給されるようにされている。１８は、
高周波電力発生源であり、一端は導電性の円筒１３に電
気的に接続され、他端は電気的に接地１９されている。

なお前記導電性の円筒１３と前記円筒基体１２　、１２
　、・・・は、装置の操作時、前者はカンード電極とし
て、そして後者はアノード電極としてそれぞれ作用する
。

以上説明の、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置による成膜操作は、例えばａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）　　
堆積膜を形成する場合について説明すると、円筒基体１
２をそれぞれの基体保持手段に載置しておき、排気系１
４を操作して反応室Ａ内を真空状態にし、円筒基体１２
　、１２　、・・・のそれぞれをそれぞれの加熱手段１
７で所定温度に加熱し、ガス導入系１５を介して原料ガ
スたるシランガスが反応室Ａ内に導入し、それと同時に
、高周波電力発生源１８に通電して導電性の円筒１３に
高周波電力を印加せしめ、且つ回転手段１６　、１６　
、・・を作動して円筒基体１２　、１２、−・・を回転
せしめることにより行われる。かく操作すると、カンー
ド電極として作用する円筒１３とアノード電極とじて作
用する円筒基体１２　、１２　、・・・との間にプラズ
マ放電が生起し、それによりシランガスが励起・分解さ
れ、且つそれらの間で化学的相互作用が起こり前記基体
のそれぞれの表面上にａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜が堆積され
る。

かくする、第５図に図示の従来のプラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜形成装置は、好適なものとして　１採用されて
いるところではあるが、操作上いくつかの問題点が存在
する。

即ち、高周波電圧が円筒１３に印加されると、反応室Ａ
内に導入されている原料ガス（例えばシランガス）のガ
ス分子は励起・分解されてプラズマ化し、電子、イオン
粒子、中性ラジカル粒子等になる。

これらの粒子は、回転している円筒基体１２　、１２　
。

・・・のそれぞれの表面近傍に飛来し、堆積膜を形成す
る。ここで、堆積膜の形成に寄与するものは、主として
中性ラジカル粒子であるが、プラズマ中には、同時に電
子、イオン粒子が多く存在しており、このため、成膜の
過程において、前記電子やイオン粒子は形成中あるいは
形成後の堆積膜に衝突し、その結果としてダングリング
ボンド、ボイド等の構造欠陥をつくってしまい、形成さ
れる膜の品質を低下させてしまう。

このことが、高品質でしかも特性の均一な堆積膜を形成
する際に、大きな問題となっていた。

］発明の目的〕本発明は、上述のごとき従来の装置における諸問題を克
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、プラズマＣＶＤ
法により、定常的に安定して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、プラズマ衝撃による堆積
膜の損傷をなくし、均一かつ均質にして、良質の、優れ
た所望の特性を有する堆積膜を定常的に安定して形成し
うるプラズマＣＶＤ法による堆積膜の形成装置を提供す
ることにある。

また、本発明の他の目的は、形成される堆積膜の膜厚及
び膜質の制御を容易に行なうことができ、膜厚分布が均
一でかつ膜質が均一な堆積膜を形成することができるプ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜の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、第５図に図示の従来のプラズマ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、前記
従来装置にあって、放電プラズマの発生する空間を基体
に直接接しないものとしたところ、該従来装置について
の前述の諸問題を解決して、上述の本発明の目的を達成
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、反応室内に設置された基体上に、
高周波またはマイクロ波を用いて堆積膜を形成するプラ
ズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置において、反応室内
に多数の細空隙を有する導電性の壁を設けたことを特徴
とする。

かくなる本発明の装置においては、分画壁が、基体が、
電子やイオン粒子による衝撃を受けるのを防止する遮蔽
壁として機能することから、プラズマ発生は基体設置域
から隔絶された区域でなされ、従来装置にみられるよう
に電子やイオン粒子が基体方向に進行することがあって
も、それらは前記分画壁でそれらの進行は阻害される。

そして、プラズマ発生が制限域内でなされることから、
それによる原料ガスの励起・分解は極めて効率的になさ
れる。更に、成膜に寄与する中性ラジカル粒子等は、回
転している基体の回転作用も相俟って進行し、前記分画
壁の多数の細空隙の作用で分散されて基体表面に一様に
分散して飛来するところとなる。

しだがって本発明の装置によれば、従来装置にみられる
電子やイオン粒子の衝突による構造欠陥の問題、不純物
混入の問題は起ることがなく、品質、厚さ、そして電気
的、光学的、光導電的特性の全ての点で優れた所望の堆
積膜製品が常時安定して効率的に得られる。

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
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、・・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　、　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
応室内に導入することができる。

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温度は、特に制限され
ないが、３０〜４５０°Ｃの範囲とするのが一般的であ
り、好ましくは５０〜３５０°Ｃ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５×１０〜６Ｔｏｒｒ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ｌＸｌ０−２〜
１Ｔｏｒｒ、好ましくは５　Ｘ　１０−１〜ｌ　ＴＯｒ
ｒ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処理（励起種化）することな
く反応室に導入し、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。

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４図に図示の実施例により更に詳しく説明
するが、前記装置は該実施例によって限定されるもので
はない。

第１図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置の断面略図であり、第２乃至３図は、第１図に図示
の装置のニーＴ線に沿った横断面略図であり、第４図は
、前記装置に設置される分画壁についての説明図である
。

図において、１は、側壁２、底壁２′及び着脱自在の蓋
部３で密封形成されてなる反応室を備えだ本発明のプラ
ズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置全体を示す。

Ａは、プラズマ発生域であり、第４図に図示の（ａ）乃
至（Ｃ）等の適宜の形態のものであって、電極たりうる
材料で作成された、第２図に図示の円筒形若しくは第３
図に図示の多突円弧筒形の壁（分画壁）８を、反応容器
の蓋部３の内壁面及び底壁２′の内壁面の、前記分画壁
８の外壁面が後述する基体設置域Ｂ内の基体９，９．・
・・との間に所定の空隙（２〜２０　ｒｒｖｎ　）を残
す位置に、導電性材料の部材８１　、８２で固定して、
基体設置域Ｂから分画されている。

４は、排気装置４２から延び、プラズマ発生域の中央部
に垂直立設される側壁に複数の穿孔５１　、５１　、・
・・を有する導電性の円筒５の底部中央に開１接続し、
該円筒を支持する管部であり、バルブ４１を備えている
。該管部４は、反応容器の底壁２′の中心位置貫通して
いて、該貫通部分は絶縁部材４３により底壁２′に密封
固定されている。

６は、高周波またはマイクロ波電力発生源であり、一端
は導電性の円筒５に電気的に接続６１され、他端は電気
的に接地６２されている。９１　、９１　。

・・・は、基体設置域Ｂ内に、それぞれ回転駆動手段９
４に機械連結し底壁２′を貫通して延びる支持脚９３　
、９３　、・・・に、所定の基体間距離（少くとも１朋
以上）を保って支持固定して設置された、円筒形基体９
，９．・・・の保持手段である。円筒形基体９，９．・
・・は、支持脚９３　、９３　、・・・を介して反応容
器側壁２と共に電気的に接地９５　、９５　、・−・さ
れて両者が同電位に保持されるようにされている。なお
、円筒形基体９，９．・・・は、導電性円筒５の壁面に
対して２０〜７０馴程度隔れた位置にあることが望まし
い。７は、原料ガス供給源７２に連通ずる、バルブ７１
を備えた原料ガス供給管であり、基体設置域Ｂ内に開口
している。

以上説明の本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置においては、原料ガス供給管７を介して導入され基
体９，９．・・・の間隙を通り、分画壁８の空隙を通っ
てプラズマ発生域Ａに入り、一方高周波またはマイクロ
波は、それらの電力発生源６から印加され、プラズマ放
電が生起され、それにより前記原料ガスは励起・分解さ
れて電子、イオン粒子、そして成膜に寄与する中性ラジ
カル粒子等を生成し、それらの中、電子、イオン粒子は
プラズマ発生域Ａ内の回遊するところとなり、分画壁８
に向って直進するものがあっても膣壁に衝突して系内に
戻るか或いは膣壁の部材に捕収されるかされ、一方成膜
に寄与する中性ラジカル粒子等、即ち例えば原料ガスが
ＳｉＨ，である場合、Ｓｉ“、Ｓｉ肋、５ｉＨ−等は、
回転している基体の回転作用も相俟って水平方向に進行
し、分画壁８の多数の細空隙をぬけて基体設置域Ｂ内の
円筒基体９，９．・・・の表面近傍に一様に分散飛来し
、そこでそれら相互間の反応、基体表面との反応、導入
される原料ガス中の特定成分との反応等を介してそれぞ
れの基体表面に一様にして均一に堆積して堆積膜が形成
される。

以下に、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装
置を操作して堆積膜を形成するところを例を挙げて説明
するが、以下の例は該装置の操作に限定的意義を持つも
のではない。

実施例１網目構造〔第４図（ｂ）〕で第３図に図示の多突円弧筒
形の分画壁８を使用した第１図に図示の本発明のプラズ
マＣＶＤ法による堆積膜形成装置を操作してＡｔ円筒基
体表面に光導電性の堆積膜を形成した。なお、本実施例
においては、１００、（直径）　Ｘ　３５０　Ｍ　（長
さ）の円筒基体１６本を収容できる規模の装置を使用し
た。

５ｒｎＭの間隙を保って配設されている基体保持手段９
１　、９１　、・・・にＡｔ円筒基体９，９．・・・を
載置し、反応容器内を排気装置４２を作動し且つ／々ル
ブ４１を調節して約Ｉ　Ｘ　ＩＱ−”　ＴＯｒｒの真空
度にした。ついで加熱手段９２　、９２　、・・・に通
電して基体温度を約２５０”Ｃに保持した。次に、原料
ガスであるＳｉＨ。

を、水素で希釈して原料ガス供給管７より反応容器内に
導入した。ガスの流量が安定したところで排気バルブ４
１を調節して、反応容器内の内圧を１．５　Ｘ　１０−
”　Ｔｏｒｒとした。該内圧が、プラズマ発生域Ａ及び
基体設置域Ｂの双方について一定になったところで基体
保持手段９１　、９１　、・・・の回転を開始し、金属
製円筒５に２．４５ＧＨｚのマイクロ波電圧を印加した
。この状態で開会間保持し、円筒基体９，９．・・・表
面にａ−６ｉ（Ｈ，Ｘ）の堆積膜を形成した。その後、
それら基体を所定温度に冷却し、しかる後系外に取り出
してテストしたところ、１６本の基体のいずれについて
も均一にして均質な堆積膜が形成されていて、それらは
いずれも緒特性に富むものであった。

実施例２分画壁８が縦条構造〔第４図（Ｃ）〕である第２図に図
示の円筒形である、第１図に図示の装置を使用し、金属
製円筒５に１３．５６ＭＨ２のＲＦ高周波電圧を印加し
た以外は、実施例１と同様に操作した結果、実施例１の
場合と同様の良好な結果が得られた。

【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
装置の断面略図であり、第２乃至３図は、第１図に図示
の装置のエーエ線に沿った横断面略図であり、第４図は
、設置される分画壁についての説明図である。第１乃至４図について、Ａ・・・プラズマ発生域、Ｂ・・・基体設置域、１・・
・装置全体、２・・・側壁、２′・・・底壁、３・・・
蓋部、４・・・排気管、４１・・・バルブ、４２・・・
排気装置、５・−・導電性の円筒、５１・・穿孔、６・
・・高周波またはマイクロ波電力発生源、６１・・・電
気接続、６２・・・接地、７゛゛原料ガス供給管、７１
・・・バルブ、７２・・・原料ガス供給源、８・・分画
壁、８１　、８２・・・固定部材、９・円筒基体、９１
・・基体保持手段、９２・・・加熱手段、９３°支持脚
、９４パ回転１駆動手段、９５・・接地、第５図につい
て、Ａ°反応室、１１°・側壁、Ｌ１’＝底壁、１１　ａ　
−蓋部、】２・・円筒基体゛、１３・金属製円筒、１３
　ａ・穿孔、ｌ・１・排気系、１５・・・ガス導入系、
１６・・・回転機構、１７・・加熱手段、Ｉ８・・・高
周波電力発生源、１９・・・接地。

Claims

【特許請求の範囲】

反応室内に設置された基体上に、高周波またはマイクロ
波を用いて堆積膜を形成するプラズマＣＶＤ法による堆
積膜形成装置において、反応室内に多数の細空隙を有す
る導電性の壁を設けたことを特徴とするプラズマＣＶＤ
法による堆積膜形成装置。