JPS624870A - 光化学気相成長法による堆積膜の形成装置 - 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、材料物質間の光化学反応を利用する低温条件
下での光化学気相成長法によ勺、高純度、高品質の堆積
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
るための装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、基体上に堆積膜を光を使用する気相成成するいく
つかの方法及び装置が提案されて来ているところ、その
装置は、反応容器と、該反応容器内に原料ガスを導入す
る手段と、該原料ガスに高エネルギー光を照射する手段
とを備え、光化学反応を利用して該反応容器内に設けた
基体上に薄膜を形成する、というものであって、代表的
には、第２図に示されるところのものである。〔第２図
において、１は反応容器、２は基体支持台、３は基体、
４は光透過窓、５は透光板、６は原料ガス導入管、７は
パルプ８を備えた排気管、９は高エネルギー光を示す。

〕そして、従来この種の装置にあっては、光透過窓４を
介して高エネルギー光９が、反応容器内の原料ガスに照
射され、該原料ガスを分解または重合して基体３上に堆
積膜を形成するものである。

この様に光ＣＶＤ法による堆積膜形成方法は、堆積膜を
低温で、かつ、イオンフリーの反応により形成すること
ができるため、従来のグロー放電エネルギーや熱エネル
ギー？用いた堆積法のごとく形成された堆積膜を荷電粒
子の衝突や熱によシ損傷するというおそれがなく、さら
に、光を用いるため適宜の光学系を用いて基体の全体に
照射して堆積膜を形成することができるし、あるいは所
望部分のみに選択的制御的に照射して部分的に堆積膜を
形成することができ、またレジスト等を使用して所定の
図形部分のみに照射し堆積膜？形成できるなどの便利さ
を有しているため、種々の堆積膜、と９わけ機能性膜、
殊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
等に使用する素子部材として幾種類かのアモルファスシ
リコン（以下、単にｒａ−８ｉＪと記す。）あるいは多
結晶シリコン（以下、単にｒｐ−ｓｉＪと記す。）等の
堆積膜を形成するのには有用であるとして注目されてい
るところである。そして、そのための装置についても、
第２図に示すものをはじめてとし、種々のものが提案さ
れている。

しかしながら、そうした光ＣＶＤ法用装置にあっては、
基体上のみならず、光透過窓に装着した透光板の内面に
もａ−８ｉ等の堆積膜が形成され、それが反応容器内へ
の入射光の光強度を大きく下げ、基体上への堆積膜の形
成速度を低下させるといった問題点がある。そして、こ
うし友問題点を解決するについて、（１）透光板の内面
に真空ポンプ用の油を塗布する方法、（１１）透光板の
内面を定期的にエツチング（食刻）しそれに堆積した膜
を除去する方法、６１０透光板を二枚積層したものにし
、内側に位置する透光板を適宜交換する方法等が提案さ
れている。しかしこれ等のいずれの方法も、前述の問題
点を解決するに十分なものではない。即ち、（１）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
ろとなシ、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。ま
た（１１）の方法については、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
を起こさせるためのガス励起装置（例えばＲＦ放電装置
）も同時に必要となシ、したがって装置全体は、光ＣＶ
Ｄ法用装置とエツチング装置と２合体した複雑な装置構
成のものになるという問題がある。

更に（１１０の方法については、堆積膜形成操作時、反
応室内の原料ガス流に乱れの生じることが多多あり、時
として乱流の生じる場合もあることから、これを防止す
るについて特段の原料ガス流調整が必要とされ、そうし
たところで依然原料ガス流に乱れの生じることが６５、
形成する堆積膜を常時均一にして均質なものとすること
が困難であるという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、光ＣＶＤ法による堆積膜形成についての従来
の装置における上述の問題点を解決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、簡単な装置構成であ
って、光透過窓に装着された透光板内面にくもシ乃至膜
堆積発生のおそれのない構造の、光ＣＶＤ法により前記
堆積膜を効率的に形成するための装置を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、透光板の内面に真空ポンプ用の油
？塗布したシ、透光板の内面全定期的にエツチングした
り、あるいは透光板？交換したシする必要のない光ＣＶ
Ｄ法による堆積膜の形成装置全提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、均一にして均質、そして高
品質のものであって、優れた所望の特性を常時安定して
具有する堆積膜？効率的に形成する光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〕

本発明者は、第２図に示す原理構成の、従来の、光ＣＶ
Ｄ法による堆積膜の形成装置の前述の問題点を解決すべ
く、鋭意研究を重ねたところ、反応容器内に配置し之堆
墳膜形成用基体と、光透過窓とを遠ざけることにより、
光透過窓に装着した透光板内面のくもり乃至膜堆積の発
生を防止できるという知見を得、この知見に基づいて更
に研究２重ねた結果、具体的手段として、反応室に連通
ずるポート２設け、該ポートの先端側壁を光透過窓で形
成することにより、従来の装置における問題点が解決し
うるという知見？得た。さらに、該光透過窓付近に高エ
ネルギー光の照射に対して非堆積性のガス？流すことに
ニジ、透光板内面のくもり乃至膜堆積の発生をより一層
効率的に防止できるという知見を得た。

本発明は、上述の知見に基づいて完成せしめたものにし
て、上述の本発明の目的を達成し得るものである。即ち
、本発明の光化学気相成長法による堆積膜の形成装置は
、反応容器と、該反応容器内に原料ガスを導入するため
の手段を、光透過窓を介して原料ガスに高エネルギー光
？照射するための手段とを介して原料ガスを分解または
重合して該反応容器内に設置した基体上に堆積膜を形成
するための光化学気相成長法による堆積膜の形成装置に
おいて、前記反応室に連通ずるボートｉ設け、 該ポートに光透過窓を形成したことを特徴とするもので
ある。そして、さらに好ましくは、ポート内の光透過窓
付近に、高エネルギー光照射に対して非堆積性のガスを
導入するための手段を設けることを特徴とするものであ
る。

本発明の装置は、反応室に連通ずるポートを設け、該ポ
ートの先端側締金光透過窓で形成することによシ、反応
容器内に配置される堆積膜形成用基体と光透過窓とが遠
ざけられ、そのため、反応室に導入された原料ガスは光
透過窓に到達しにくくなシ、光透過窓に装着された透光
板のくもシ乃至膜堆積の発生が防止できるものである。

さらに、ポート内の光透過窓付近に高エネルギー照射に
対して非堆積性のガスを導入することにより、原料ガス
が光透過窓により一層到達しにくくな９、透光板のくも
フ乃至膜の堆積が効率的に防止できるものである。

本発明の装置にあっては、透光板にくもり乃至膜堆積が
発生しないため、基体への堆積膜の形成速度が一定とな
９、得られる堆積膜の品質は均一であシ、高品質なもの
となる。

本発明の装置に於て使用する原料ガスは、形成する堆積
膜の種類にニジ選択して導入されるものであるが、供給
源から単一にか或いは混合して導入される。例えば、ａ
−８ｉ堆積膜を形成する場合には、原料ガスとしてケイ
素に水素、ハロゲン、あるいは炭化水素基などが結合し
たシラン類及びハロゲン化シラン類を用いることができ
、これ等の原料ガスは、１種を使用しても、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
によシ稀釈して用いることもある。さらに、ａ−８ｉ堆
積膜はｐ型不純物又はｎ型不純物元素をドーピングする
ことが可能であり、これらの不純物導入用物質は、ガス
状態で、または原料ガスと混合して反応容器内へ導入せ
しめる。

本発明の装置において用いる高エネルギー光としては、
例えば水銀ランプ、キセノンランプ、炭酸ガスレーザー
、アルゴンイオンレーザ−１窒素レーザー、エキシマレ
ーザ−等を発生源にして発生せしめたものが使用される
。なお、本発明で用いる光エネルギーは、紫外線に限定
されるものではなく、原料ガスを励起、分解させ、分解
生成物？支持体上に堆積させることができるものであれ
ば、波長域を問うものではない。

また、光エネルギーが原料ガスまたは支持体に吸収され
て熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーによって、
原料ガスが励起、分解されて堆積膜が形成される場合を
排除するものでもない。

堆積膜を形成する基体は、板状、ベルト状、円筒形状等
任意の形状であることができ、その材質は、導電性のも
のであっても或いは電気絶縁性のものであってもよい。

そして、基体の温度は、成膜前に必ずしも加熱しておく
ことを要しないが、使用する原料ガスの種類、成膜条件
等によっては加熱しておくことが必要な場合もちり、そ
の場合基体は適宜の加熱手段により加熱されるが、一般
的にはその温度範囲は、３０乃至４５０℃である。そし
て、反応域に導入された原料ガスに高エネルギー光を照
射してそれ等原料ガスに光化学反応を生起させて励起・
分解ま友は重合せしめ前記基体上に堆積膜を形成せしめ
るについては、系内を積極的に加熱することは必ずしも
必要としないが、原料ガスの種類によっては加熱するこ
ともできる。ま友その際系内を減圧条件下におくのが好
ましいが、常圧条件でも勿論よく、場合により加圧条件
下におくこともできる。

減圧下で光ＣＶＤ法にニジ堆積膜を形成する場合には、
原料ガス等を導入する前に、反応容器内を排気し、反応
容器内の圧力は、好ましくは５　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒ
ｒ以下、ｚ、ｐ好ましくハ１×１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下と
する。ま之原料ガス等？導入したときの反応容器内の圧
力は、好ましくはＩ　Ｘ　１０　”〜１００ＴＯｒｒ、
より好ましくは１×１０〜ＩＴＯｒｒとする。

本発明の装置において、ポート内に導入する非堆積性ガ
スとしては、原料ガスの稀釈用に用いられるところのＨ
２あるいは、Ａｒ、　Ｈｅ等の不活性ガスが好適に用い
られる。

〔実施例〕

本発明の前記構成の、光ＣＶＤ法による堆積膜の形成装
置を図面の実施例によシ説明する。

第１図は、本発明の装置全体の断面略図である。

図中、１は反応容器であシ、内部〆に配置され之基体支
持台２上に、堆積膜を形成するのに用いる所望の基体３
を載量する。

６はパルプ手段（図示せず）を備えていて、一端が反応
容器内に開口し、他端が原料ガス供給源（図示せず）に
連通している原料ガス導入管である。原料ガスは導入管
６の途中で混合され、換気装置（図示せず）によって付
勢されて反応容器１内に導入される。

７は、レギュレーターパルプ８を備えたガス排気管であ
シ、反応容器１内に減圧したり、導入された原料ガスや
エツチング用ガスの活性種を強制排気するための排気装
置（図示せず）に接続されている。

１０は、反応室に連通して設けられたポートである。該
ポート１０の先端側壁は、透光板５？装着した光透過窓
４で形成し、該透光板５全介して高エネルギー光が反応
容器中の原料ガスに照射される工うにする。ポート１０
の長さは、透光板５に原料ガスが到達しないという条件
を満たすのに充分な長さをとる必要がある。

１１はポート内へ導入される非堆積性の不活性ガスの導
入管であシ、パルプ（図示しない）を備えており、一端
がポート１０内に開口しており、他端は非堆積性ガス供
給源に連通している。

該導入管１１は必ずしも設ける必要はないが、設ける場
合には、比較的光透過窓に近いところに設けた方が、原
料ガスが光透過窓に到達しないようにするという効果が
ニジ一層効率よく奏されるものである。

光透過窓４の前方には、高エネルギー光発生装置（図示
せず）があシ、高エネルギー光９は透光板５？介して反
応容器内に導入された原料ガスに照射される。

本発明の装置による堆積膜の形成は例えば次のようにし
て行われる。即ち、各原料ガス供給源からの原料ガス？
、所定の組成比になるように予備混合した後、原料ガス
供給管６を介して反応室Ｂ内に導入する。これと同時併
行的に、非堆積性のガス供給源からの非堆積性のガスを
非堆積性のガス供給管１１全介してポート１０内に導入
する。そうしたところで、高エネルギー光発生手段（図
示せず）から、透光板５を介して高エネルギー光？反応
室内の原料ガスに照射して就中に光化学反応を生起せし
めてそれを励起・分解または重合し、基体支持台２上の
温度調整されである基体３上に、その全面または所望部
分に例えばａ−８ｉといったものの堆積膜？形成せしめ
る。

〔発明の効果の概略〕

本発明の光ＣＶＤ法による堆積膜の形成装置は、反応室
に連通ずるホートラ設け、該ポートの先端側壁を光透過
窓で形成し、さらに好ましくは該ポート内の光透過窓付
近に高エネルギー光照射に対して非堆積性のガスを導入
するための手段を設けることにニジ、光透過窓に装着さ
れた透光板内面にぐもシ乃至膜堆積の発生のおそれのな
い装置である。その結果、本発明の装置にあっては、透
光板内面に真空ポンプ用の油を塗布したり、透光板の内
面を定期的にエツチングしたシ、あるいは、透光板を交
換したりする必要のないものであり、均一にして均質、
そして高品質の、優れた所望の特性を有する堆積膜？効
率的に、常時安定して形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置全体の断面略図であシ、第２図
は従来装置の断面略図である。 １・・・反応容器　　　　　２・・・基体支持台３・・
・基　　体　　　　　４・・・光透過窓５′・・・透光
板　　　　　６・・・原料ガス供給管７・・・排　気　
管　　　　　　　８・・・レギュレーターバルブ９・・
・高エネルギー光　１０・・・ポー、ト１１・・・非堆
積性ガス導入管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器と、該反応容器内に原料ガスを導入する
   ための手段と、光透過窓を介して原料ガスに高エネルギ
   ー光を照射するための手段とを備え、光化学反応を利用
   して該原料ガスを分解または重合して該反応容器内に設
   置した基体上に堆積膜を形成するための光化学気相成長
   法による堆積膜の形成装置において、前記反応室に連通
   するポートを設け、該ポートに光透過窓を形成したこと
   を特徴とする光化学気相成長法による堆積膜の形成装置
   。
2. （２）反応容器と、該反応容器内に原料ガスを導入する
   ための手段と、光透過窓を介して原料ガスに高エネルギ
   ー光を照射するための手段とを備え、光化学反応を利用
   して該原料ガスを分解または重合して該反応容器内に設
   置した基体上に堆積膜を形成するための光化学気相成長
   法による堆積膜の形成装置において、前記反応室に連通
   するポートを設け、該ポートに光透過窓を形成してなり
   、さらに該ポート内の光透過窓付近に高エネルギー光照
   射に対して非堆積性のガスを導入するための手段を設け
   たことを特徴とする光化学気相成長法による堆積膜の形
   成装置。