JPS6347366A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による機能性堆積膜の形成装置 - 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、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、光起電力デバイス等に
用いるアモルファス半導体膜等の機能性堆積膜を形成す
る装置に関する。

〔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、↑最像デバイス、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、
具体的には、例えば水素原子又は／及びハロゲン原子（
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、ｒａ−３ｔ　（Ｈ，Ｘ）Ｊと表記する。

）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、即ち、
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薄膜状の堆
積膜を形成する方法により形成されることが知られてお
り、そのための装置も各種提案されている。

ところで最近マイクロ波グロー放電分解によるプラズマ
ＣＶＤ法（以下、ｒＭＷ−Ｐ　ＣＶ　Ｄ法」と表記する
。）が工業的レベルでも注目されて来ており、該ＭＷ−
ＰＣＶＤ法により堆積膜を形成するための装置は、代表
的には第３図の透視略図で示される装置構成のものであ
る。

箪３図において、１は真空容器全体を示し、２はアルミ
ナセラミックスまたは石英ガラス環装の誘電体で構成さ
れたマイクロ波導入窓、３は導波管、４はマイクロ波、
５は排気管、６は被成膜用基体、７は成膜室（プラズマ
発生室）。

こうした従来の堆積膜形成装置における堆積膜形成は、
以下のようにして行われる。

即ち、真空容器１内部を、排気管５を介して真空排気す
ると共に、基体６を該基体の保持台（図示せず）の中に
内蔵されたヒーター（図示せず）により所定温度に加熱
、保持する。次に、原料ガス供給手段（図示せず）を介
して、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（ＳｉＦ４）、水！・ガス（
Ｈ２）等の原料ガスを真空容器１の成膜室７内にＩ　Ｘ
ｌ０−”Ｔｏｒｒ以下の真空度を維持しながら供給する
。

次に、マイクロ波電源（図示せず）から例えば２．４５
Ｇ　Ｈｚ　０７１′クロ波４をアイソレーター、パワー
モニター、スタブチューナー（図示せず）、および導波
管３、そしてマイクロ波導入窓２を介して成膜室７内に
導入する。成膜室７は共振器構造となっており、４人さ
れたマイクロ波エネルギーを効率良（プラズマに変換、
吸収する。

かくして、成膜室７内の導入原料ガスは、マイクロ波の
エネルギーにより励起されて解離し、中性ラジカル粒子
、イオン粒子、電子等が生成され、それ等が相互に反応
して基体６の表面に堆積膜が形成される。

第４図はＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成装置の他の
例を示す透視略図であり、基体として円筒状基体を用い
る場合の装置の典型的−例！ある。

第４図において、１は円筒状の真空容器、２は円形マイ
クロ波導入窓（石英、アルミナ、セラミックス環装）、
３はマイクロ波導波管、４は図示しないマイクロ波電源
からのマイクロ波、５は図示しない排気装置に排気バル
ブ（図示せず）を介して連通ずる排気管、６′は基体保
持円筒上に設置した円筒状基体、７は成膜室、９は基体
保持円筒に内蔵された基体加熱ヒーター、８は図示しな
い原料ガス供給源に連通ずる原料ガス放出リングをそれ
ぞれ示す。

そして、第３−ａ図に図示の装置による円筒状基体６′
上への堆積膜形成は上述の第２−ａ図に図示の装置の場
合と同様にして行われる。

ところで、これらの従来の堆積膜形成装置におけろマイ
クロ波導入窓としては、−ａにＴＥ＋＋共振モードのも
のが使用されているが、時として該マイクロ波導入窓が
破損するという現象が生じるという問題がある。

また、これらの従来装置を用いて堆積膜を形成するにお
いて、基体上の膜の堆積速度分布が不均一になる場合が
あるという問題もある。

〔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α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機能性堆
積膜を、ＭＷ−１）ＣＶＤ法により、安定して高速形成
し得る装置を提供することにある。

即ち、本発明の主たる目的は、ＭＷ−ＰＣＶＤ法により
機能性堆積膜を形成する装置において、マイクロ波導入
窓の破損を防止することにある。

また本発明の他の目的は、ＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能
性堆積膜の形成装置において、成膜室内のプラズマ密度
分布、および基体上の膜堆積速度を均一にせしめるに至
適な装置を提供することにある。

〔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、マイクロ波導入時における誘電体窓の破
損の原因の一つが、誘電体物質内の熱歪にあるとの結論
に達した。

以下にこのところについて記載する。

従来のＴＥ、、共振モードのマイクロ波５人窓の平面上
の電界Ｅおよび磁界Ｈは第２図のごとき分布状態を示す
。ここで、導入窓の誘電体窓には、電界の電気力線に平
行に電流が流れる。

この電流は、誘電体物質においては熱エネルギーに変換
される。ＴＥＩＩモードの透電体窓においては、電界と
平行な最大半径方向に局部的な加熱が行なわれるため、
これと直交する方向との間で熱歪が発生する。特に、ｍ
２体窓でのマイクロ波電力の反射率が大きい場合や、誘
電体物質の誘電体物質内の大きい場合には、この現象は
窓の熱応力による破損という重大な問題を生ずることに
なる。

さらに、この熱歪が、マイクロ波の電磁界分布の不均一
性による局部的加熱によって生じることが分った。

しかも、このような電磁界分布の不均一性は、生起され
るプラズマの密度分布をも不均一にし、膜堆積速度をも
不均一にすることも分った。

即ち、マイクロ波エネルギーによって解離した電子は、
磁界Ｈによってローレンツ力を受けて、ドリフト運動を
行なう。このため、プラズマ発生室７の水平断面におけ
ろプラズマ密度分布は、磁界Ｈに平行な分布となり、基
体６上の膜の堆積速度分布が不均一になる。

以上のことから、本発明者は、このようなマイクロ波の
電磁界分布を均一にすることが窓の破損防止、およびプ
ラズマの均一化に最も効果があるとの結論に達した。

さらに、このような電磁界分布の均一化の手段としては
、マイクロ波導入用誘電体窓の共振モードをＴ　Ｆ、　
Ｍ、　Ｔ　Ｂ　ｏｘ、およびＴ　Ｍ　ｏ　Ｉモードの内
のいづれかにするような共振器構造とする必要があるこ
とも判明した。

本発明は、これらの知見にもとづいて完成せしめたもの
であって、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
機能性堆積膜の形成装置は、密封された成膜室内部に基
体保持手段を有し、該成膜室への原料ガス供給手段と該
成膜室の排気手段とを備えていて、該成膜室の壁の一部
がマイクロ波電源からのマイクロ波の透過を許すマイク
ロ波透過窓で構成されたマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よる機能性堆積膜の形成装置であって、前記マイクロ波
透過窓がマイクロ波透過性物質から形成された円形平板
状構造を有し、かつ、該マイクロ波透過窓の平面内の電
界分布または磁界分布が放射状あるいは同心円状に分布
していることを特徴とするものである。

以下、本発明の装置のマイクロ波導入窓の；磁界強度分
布について、図面をもって詳しく説明する。

第１図は本発明のマイクロ波４人窓２の一実施例である
ところのＴ　Ｍ　ｏ　＋共振モード窓の電磁界強度分布
を示す概略図である。

図中、Ｅは電気力線を、Ｈは磁力線を表わす。

また、該誘電体窓２は、第３．４図に示す従来例装置と
同様のマイクロ波導波部および反応容器、真空排気装置
等ともに構成されるものである。したがって、該誘電体
窓２以外の部分の機能については先に説明したものと同
一であることから省略する。

第１図において、電界は中心から放射状に分布し、磁界
はこれと直交するように同心円状に分布する。そのため
、マイクロ波エネルギーの誘電体窓の吸収による発熱は
、中心から放射状に均一に生じる。このため、熱歪が発
生することがなく、破損を防止することができる。

また、誘透電体材料として純度９５％以上のアルミナ・
セラミックスを用いた場合、熱の分散がさらに促進され
て過熱防止にも効果がある。

これは、アルミナ・セラミックスが他の誘電体材料に比
較して、熱伝導率が良いことに起因すると思われる。た
だし、含有される金属不純物が多い場合は、マイクロ波
の反射・吸収が増加するため好ましくない。

さらに、この７Ｍ６．モードの窓を透過したマイクロ波
エネルギーによって生起したプラズマの密度分布は、同
心円状に均一なものとなる。

さらにまた、基体上の堆積膜の膜厚分布も均一で良好な
ものとなる。

本発明の装置におけるマイクロ波導入窓としてはＴ　Ｅ
　ｏ　＋モードの円形空胴共振構造のものや、同軸線路
型の７２Ｍモードのものも使用することができる。

この内、Ｔ　Ｅ　ｏ　＋モードの窓では電界は同一円状
に、また磁界は中心から放電状に分布する。

このため、誘電体内での発熱は円周方向に均一になって
、熱歪が発生しない。また、生起されるプラズマ密度は
中心から放射状に均一なものとなる。

また、同軸線路型では中心導体として金属製線路を必要
とするが、中心導体と誘電体材料とを適当な真空気密構
造とすることで、前記実施例装置のＴＥＯ，モードの導
入窓と同様の電磁界分布を有する窓を提供することがで
きる。

〔実施例〕

以下、実施例により、本発明の装置を用いた機能性堆積
膜の形成方法について説明するが、本発明はこれによっ
て限定されるものではない。

本例においては、第３図に示す装置を用い、該装置のマ
イクロ波４人窓として、純度９５％以上のアルミナ・セ
ラミックスを使用した。

原料ガスとして、シランガス５００３ＣＣＭ。

水素ガス２００３ＣＣＭの混合ガスを導入し、真空度２
　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ　％マイクロ波電源から２．４５
ＧＨｚのマイクロ波電力をＩＫＷ投入した。基板温度を
２５０℃に保持し、２時間マイクロ波放電を行なった。

同様の操作を１０回くりかえして行ったが、マイクロ波
導入窓の破損はなかった。形成された堆積膜の膜厚はい
ずれも均一であった。

比較例として、従来のＴＥ、、モードのマイクロ波導入
窓を用い、上述と同じ条件でマイクロ波放電を行なった
とごろ、開始後わずか２０分間でマイクロ波導入窓が過
熱し、破損した。

〔発明の効果〕

本発明によれば２．マイクロ波導入窓の電磁界分布をそ
の共振モードの選択によって均一にすることで、該窓の
誘電体材料における局部的過熱と熱歪による破損を防ぐ
ことができ、大電力のマイクロ波を長時間安定、かつ安
全に投入してプラズマＣＶＤ成膜を実施できるようにな
った。さらにその上、生起するプラズマも均一に分布さ
せることができ、堆積膜の形成を均一に行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の一つであるところのＴ　Ｍ
、、共振モード窓の電磁界強度分布を表わす概念略図で
ある。第２図は、従来例装置のマイクロ波導入用誘電体
窓であるところのＴＥ、。 共振モード窓の１を磁界強度分布を表わす概念略図であ
る。第３，４図は、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積
膜の形成装置の透視略図である。 図において、 １・・・・・・・・・真空容器、２・・・・・・・・・
マイクロ波導入窓、３・・・・・・・・・マイクロ波導
波管、４・・・・・・・・・マイクロ波、５・・・・・
・・・・排気管、６・・・・・・・・・基体、６′・・
・・・・・・・円筒状基体、７・・・・・・・・・成膜
室、８・・・・・・・・・原料ガス放出リング、９・・
・・・・・・・基体加熱ヒーター・

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）密封された成膜室内部に基体保持手段を有し、該
   成膜室への原料ガス供給手段と該成膜室の排気手段とを
   備えていて、該成膜室の壁の一部がマイクロ波電源から
   のマイクロ波の透過を許すマイクロ波透過窓で構成され
   たマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜の形
   成装置であって、前記マイクロ波透過窓が、マイクロ波
   透過性物質から形成された円形平板状構造を有し、かつ
   、該マイクロ波透過窓の平面内の電界分布または磁界分
   布が放射状あるいは同心円状に分布していることを特徴
   とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜
   の形成装置。
2. （２）マイクロ波導入窓が、ＴＥＭモード、ＴＥ＿０＿
   １モード、ＴＭ＿０＿１モードの内いづれかの電磁界モ
   ードで、マイクロ波共振する構造を有している特許請求
   の範囲第（１）項に記載されたマイクロ波プラズマＣＶ
   Ｄ法による機能性堆積膜の形成装置。
3. （３）マイクロ波導入窓が、純度９５％以上のアルミナ
   ・セラミックスからなる誘電体材料で構成されている特
   許請求の範囲第（１）項または第（２）項に記載された
   マイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜の形成
   装置。