JPS63241180A - マイクロ波プラズマｃｖｄ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特に半導体
デバイス、電子写真用怒光体デバイス、画像人力用ライ
ンセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス等に用い
るアモルファス半導体膜を、形成する装置及びエツチン
グ装置等のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に関するもの
である。

〔従来技術の説明〕

従来半導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、画像
入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイ
ス、その他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、アモルファス・シリコン例えば
水素又は／及びハロゲン（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（以下Ａ−３ｉ：Ｈ：
Ｘと記す）等のアモルファス半導体等の堆積膜が提案さ
れ、その中のいくつかは実用に付されている。

そしてこうした堆積膜は、プラズマＣＶＤ法、すなわち
、原料ガスを直流又は高周波、マイクロ波グロー放電に
よって分解し、ガラス、石英、耐熱性合成樹脂フィルム
、ステンレス、アルミニウムなどの基体上にｆｉ成膜状
堆積膜を形成する方法により形成される事が知られてお
りそのための装置も各種提案されている。

特に近年マイクロ波グロー放電分解を用いたプラズマＣ
ＶＤ法すなわちマイクロ波プラズマＣＶＤ法が工業的に
も注目されている。そうした従来のマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法による堆積膜形成装置は、代表的には、第５図
の透視略図で示される装置構成のものである。

被電力を反応炉容器内に効率良く透過し、かつ真空気密
を保持し得る様な材料（例えば、石英ガラス、アルミナ
セラミックス等）で形成されたマイクロ波導入窓である
。５０３は、マイクロ波電力の伝送部で主として金属性
の矩型導波管よりなっており、スタブチューナー（図示
せず）、アイソレーター（図示せず）を介してマイクロ
波電源（図示せず）に接続されている。５０４は、一端
が真空容器５０１内に開口し他端が排気装置（図示せず
）に連通している排気管である。５０５は、堆積膜を形
成すべき基体であり、５０６は、基体５０５により囲ま
れた放電空間を示す。

こうした従来の堆積膜形成装置による堆積膜形成は以下
の様にして行われる。まず、真空ポンプ（図示せず）に
より排気管５０４を介して反応炉容器５０１を脱気し、
反応炉容器内圧力をｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒ以下に調整す
る０次いでヒーター（図示せず）により基体５０５の温
度を膜堆積に好適な温度に加熱保持する。そこで原料ガ
スを、例えばアモルファスシリコン堆積膜を形成する場
合であればシランガス、水素ガス等の原料ガスを反応炉
容器５０１内に導入する。それと同時併行的にマイクロ
波電源（図示せず）により、周波数５００ＭＨｚ以上の
好ましくは２．４５　Ｇ　Ｈｚのマイクロ波を発生させ
、導波管５０３、マイクロ波導入窓５０２を介して反応
炉容器５０１内に導入される。かくして、基体５０５に
より囲まれた放電空間５０６において、原料ガスはマイ
クロ波のエネルギーにより励起され、解離し、基体５０
５表面に堆積膜が形成される。

この様な従来の堆積膜形成装置ではＴＥ１１モードで伝
播する。マイクロ波導入窓に接続した導波管５０３と基
体との相対角度が不適当であったために、放電空間５０
６内にマイクロ波のとじ込めが効果が小さく、高速堆積
が不十分であった。さらに上下の相対する導波管５０３
同志の取付相対角度を０６としていたため相互の導波管
にマイクロ波が逆進入し、マイクロ波を放電空間５０６
内にとじ込める効果が小さいばかりでなく、相手のアイ
ソレーター、マグネトロンを破損するという問題を生じ
ていた。この様な問題のために従来のマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置においては、安定した高速堆積を目的とし
た量産機としては全く使用に耐える状態ではなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、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バイス、電子写真用感光体デバ
イス、光起電力素子、その他の各種エレクトロニクス素
子、光学素子等に用いられる、素子部材としての堆積膜
をマイクロ波プラズマＣＶＤ法により安定して高速成膜
し得る方法及び該方法を実施するに至適な装置を提供す
る事にある。

本発明のより具体的目的としては、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法によりＡ−３ｉ：Ｈ：Ｘを形成するについて 第１に、放電空間に有効にマイクロ波電力を導入する。

第２に、基体上に高速成膜を形成しうる。

第３に、２つ以上のマイクロ波導入における相互作用を
無くす。

事により、安定した高速成膜、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置を提供する事にある。

〔発明の構成〕

本発明者は、従来の方法装置における前述の諸問題を、
克服して上述の本発明の目的を達成すべく鋭意研究を重
ねたところ、マイクロ波を最も効率良く、放電空間に投
入し、かつまた、２つのマイクロ波の相互干渉を防止す
る方法として基体とマイクロ波導波管の相対配置及びマ
イクロ波導波管同志の取付相対角度の関係が重要である
との結論に達した。

すなわち、本発明は、最も効率の良い、安定したマイク
ロ波導入方法として、第１に２つの相対するマイクロ波
導入窓に接続された矩型導波管の相対角度として９０°
の関係に位置する事、第２に各々の矩型導波管と基体と
の相対角度として、矩型導波管の強電界面であるＥ面が
基体の位置と一致させる事より成る。すなわち、第１．
第２の構成は、円筒状基体の本数が４ｎ　（ｎ＝１以上
の整数）本より成り、２つの導波管角度は９０’を成し
、各々の導波管の強電界面であるＥ面が基体の位置にな
る様な配置をとる事を特徴とする、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置である。

本発明を達成しうるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の具
体例を第１図に示す、すなわち第１図は、本発明具体例
の透視略図であり、反応炉容器１０１は実質的に真空気
密化構造を成しており、排気管１０４を介し真空ポンプ
に接続されている０反応炉容器１０１内にはプラズマ空
間１０６を取り囲む様にして、円筒伏基体１０５が配置
されており、プラズマ空間１０６に対し、上部及び下部
よりマイクロ波電力を導入する。すなわちマイクロ波電
源（図示せず）より発振されたマイクロ波電力１０７ａ
。

１０７ｂは、アイソレーター（図示せず）、パワーモニ
ター（図示せず）、スタブチューナー（図示せず）を介
し、矩型導波管１０３ａ、１０３ｂをｉｍｔｓマイクロ
波導入窓１０２　ａ、　１０２ｂよりプラズマ空間１０
６中に伝播される。なお各記号添字のアルファベットは
ａが上部をｂが下部の構成部材を表す。

上記装置を使用して、本発明のマイクロ波導入方法にお
けるマイクロ波の上下導入用の矩型導波管の相対角度依
存性について説明する。

まず、第２図の上下マイクロ波発振器のうち一方のみ、
すなわち上部マイクロ波発振器よりマイクロ波電力を上
部アイソレーター、上部パワーモニター、上部スタブチ
ューナを介し、矩型導波管１０３ａ。

マイクロ波導入窓１０２ａよりプラズマ空間１０４メに
導入される。この上部より進行したマイクロ　７波電力
を上部進行電力とすると、マイクロ波導入窓１０２ａ及
びプラズマ空間１０６より一部電力は反射され、上部反
射電力として上部矩型導波管１０３ａに戻る。一方プラ
ズマ空間１０６に伝導されたマイクロ波電力は大半がプ
ラズマ空間１０６にて消費されるが、一部は相対するマ
イクロ波導入窓、すなわち、この場合下部マイクロ波導
入窓１０２ｂ内に進入し、下部矩型導波管１０３ｂ内を
伝播し、下部のパワーモニターにて見掛は上、下部の反
射電力として表れる。この下部反射電力が実質上の上部
マイクロ波電力の下部への進入電力である。

下部マイクロ波導入窓１０２ｂ及び下部矩型導波管１０
３ｂは、上部マイクロ波導入窓１０２ａ、上部矩型導波
管１０３ａに対し、中心軸まわりに回転出来る様にして
、相対矩型導波管の角度を変化させた。上下矩型導波管
、角度、θは第２図に示す、第２図は上下相対角度θを
表す平面図であり、２０１ａ及び２０１ｂは上下の矩型
導波管を示す、この様にして相対角度θを変化させ、相
互干渉電力を測定した結果が第３図である。第３図は縦
軸にマイクロ波電力（Ｗ）を示し、横軸に上下矩型導波
管相対角度θ（０）を示したものである０図中各々の曲
線は３０１が上部進行電力、３０２が上部反射電力、３
０３が下部反射電力すなわち下部への進入電力である。

図から明らかな様に、下部反射電力３０３すなわち下部
への進入電力の大きさは、相対角度θにより周期的に変
化する。その周期は、１８０°であり、９０’と２７０
０の時に進入電力は完全に遮断されてＯＷとなった。又
、従来装置の様に相対角度が０６の時は、１８０°の場
合と同様に進入電力が最大となった。又、上記測定にお
いてマイクロ波電力を下部より導入した場合にも前述の
上部より導入した結果と全く同様の結果が得られた。

以上の結果より相対する導波管の相対取付角度は９０’
及び２７０６すなわち相互の導波管の相対取付角度が直
角を成す事が最も好ましい事が判明した。

さらに本発明の目的を達成するためには、上下導波管と
基体との位置関係が重要であり、この点について説明す
る。

第４図は、マイクロ波導波管と基体との位置関係を示し
た平面図である。第４図（Ａ）は、マイクロ波矩型導波
管の長短２面の長尺面すなわち８面が基体に正面に位置
する配置であり第４図（Ｂ）は、８面が基体と基体の間
隙に位置する配置である。このマイクロ波導波管と基体
との位置関係がプラズマ空間にマイクロ波電力を有効に
導入するための重要な因子である事が判明した。すなわ
ち、第４図（Ａ）に示した様に、マイクロ波矩型導波管
の強電界面であるＥ面中心が基体に面している場合には
、第４図（Ｂ）に示した様なマイクロ波矩型導波管のＥ
面中心が基体と基体の間隙に位置する場合に比べ、極め
てマイクロ波のプラズマ空間への有効導入が可能である
。この事は強電界面の電気力線が、プラズマ空間内への
放射時に、実質的に導体より成る基体の有無により、プ
ラズマ空間内へ、とじ込められるか否かの差により発生
するものと、本発明者は推定する。

以上、本発明の目的を達成するためには、第１に、上下
マイクロ波導波管の相対取付角度が９０°を成している
事。

第２に、上下マイクロ波導波管の強電界面中心が基体と
面している事。

により成り立つ、特に、基体数が４ｎ（ｎは１以上の整
数）本より成り、上下導波管相対取付角度は９０°を成
し、各々の導波管の強電界面中心が基体と面している場
合に、最も好ましい結果が得られた。

さらに本発明の詳細な説明するために以下実施例を挙げ
る。

（実施例〕 ｚ隻■よ 第１図に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を使用し
て第１表に示した条件で、Ａ−５ｉ：Ｈ膜を基体状に堆
積した。但し基体の数は６本とし、上及び下からのマイ
クロ波電力導波管の相対取付角度θは第２図に従い設定
し、かつ上及び下からのマイクロ波電力導波管の基体と
の相対位置は第４図（Ａ）又はＣＢ’３を設定し、相対
取付角度θとの組み合わせで成膜を実施した。

成膜した基体を渦電流式膜厚計にて膜厚測定を行い膜堆
積速度を評価し第２表に示す。

第２表より、上下導波管位置は、第４図の（Ａ）すなわ
ちマイクロ波導波管強電界面中心が基体と面している事
により、マイクロ波とじ込め効果が大であり、又、上下
導波管角度θは、９０°の場合が最も相対進入電力が小
さく、マイクロ波とじ込め効果が大であり、堆積速度が
優れている。

尖施史ｌ 基体本数を８本とした以外は、〔実施例１〕と同じ条件
にて成膜し評価を行った。結果を第３表に示す。

第３表より明らかな様に上及び上翼波管と基体との配置
が第４図（Ａ）に示した配置であり、かつ、上下導波管
相対取付角度が９０”である場合に最もマイクロ波のと
じ込めが有効であり、膜堆積速度が極めて高い事が明ら
かである。〔実施例１〕における実験Ｎ１１００４と〔
実施例２〕における実験Ｎａ２００３を比較した場合、
実験ｍ　２００３における効果が大である。これは基体
本数が８本であり上下導波管相対取付角度９０″で、か
つ、上下導波管と基体との配置か第５図（Ａ）配置を取
れるためである。よって、本発明の効果を最大限に発揮
するには、基体数は、４ｎ（ｎは１以上の整数）の場合
であり、この事は実施例より明らかである。

第　　　１　　　表 〔発明の効果の概要〕 本発明の効果は明細書及び実施例で述べたごとく２つの
相対するマイクロ波導波管取付相対角度を９０”にする
事及び各々のマイクロ波導波管と基体との位置が導波管
の強電界面の中心に基体が面している配置である事を満
足するマイクロ波導波管位置をとる事により、放電空間
に有効にマイクロ波電力をとじ込める事が可能であり、
その結果、高速堆積膜の形成を容易にし、かつ、相対す
るマイクロ波の相互進入すなわち干渉を防止し、安定な
堆積膜形成を容易にした。本発明により量産性に富んだ
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明によるマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法による堆積装置の透視略図及び平面略図である
。 第３図は、導波管の相対角度とマイクロ波電力との関係
を示す図である。 第４図（Ａ）、　　（Ｂ）は、導波管と基体との位置関
係を示した平面図である。 第５図は、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆
積装置の透視略図である。 図において、１０１．５０１・・・反応炉容器、１０２
ａ、１０２ｂ、５０２”−マイクロ波導入窓、１０３ａ
、１０３ｂ、２０１ａ、２０１ｂ、４０１゜５０３・・
・導波管、１０４，５０４ｎ・・排気管、１０５゜２０
２．４０２．５０５・・・円筒状基体、１０６゜５０６
　・・・放電空間、１０７ａ、１０７ｂ、５０７・・・
マイクロ波電力 第１図 第２図 第３図 相対角度　θじ　） 第４図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体を収容する実質的に閉止された反応容器と該
   反応容器内に少なくとも１種の反応ガスを導入する手段
   と、該反応容器内にマイクロ波エネルギーを導入する手
   段より構成され、前記反応容器内にグロー放電を励起す
   る事により、基体に堆積膜を堆積するマイクロ波プラズ
   マＣＶＤ装置においてマイクロ波導入用導波管の強電界
   面の中心が基体に面している事を特徴とするマイクロ波
   プラズマＣＶＤ装置。
2. （２）マイクロ波電力導入窓が相対して２ヶ存在すると
   ともにマイクロ波導入窓に接続されている各導波管の取
   付相対角度が９０°を成して構成されている事を特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項に記載のマイクロ波プラ
   ズマＣＶＤ装置。
3. （３）反応容器内に収容されている基体の数が４ｎ（ｎ
   は１以上の整数より成り立つ）個である事を特徴とする
   請求範囲第（１）項又は第（２）項記載のマイクロ波プ
   ラズマＣＶＤ装置。