JPH01103827A

JPH01103827A - 堆積膜形成方法

Info

Publication number: JPH01103827A
Application number: JP62073619A
Authority: JP
Inventors: Akira Sakai; 明酒井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1989-04-20

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】［産業上の利用分野］本発明は、機能性膜、殊に半導体デバイスあるいは電子
写真用の感光デバイスや光起電力素子、例えば画像入力
用のラインセンサー、撮像デバイスなどに用いるアモル
ファス状あるいは多結晶状答弁単結晶状のシリコン含有
堆積膜を形成するのに好適な方法に関する。

［従来技術］たとえばアモルファスシリコン膜の形成には、真空蒸着
法、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法、反応性スパッタリン
グ法、イオンブレーティング法、光ＣＶＤ法などが試み
られており、−船釣には、プラズマＣＶＤ法が広く用い
られ、企業化されている。

しかしながら、アモルファスシリコンで構成される堆積
膜は、電気的、光学的特性及び繰返し使用での疲労特性
あるいは使用環境特性、さらには均一性、再現性を含め
た生産性、量産性の点においてさらに総合的な特性の向
−Ｌを図る余地がある。

従来から一般化されているプラズマＣＶＤ法によるアモ
ルファスシリコン堆積膜の形成においての反応プロセス
は、従来のＧＶＤ法に比較してかなり複雑であり、その
反応機構も不明な点が少なくなかった。また、その堆積
膜の形成パラメーターも多く（たとえば、基体温度、導
入ガスの流量と比、形成時の圧力、高周波電力、電極構
造、反応容器の構造、排気速度、プラズマ発生方式など
）、これらの多くのパラメーターの組み合せによるため
詩にはプラズマが不安定な状態になり、形成された堆積
膜に著しい惑影響を与えることが少なくなかった。その
うえ、装置特有のパラメーターを装置ごとに選定しなけ
ればならず、したがって、製造条件を一般化することが
むずかしいというのが実状であった。

一方、アモルファスシリコン膜として電気的、光学的特
性が各用途を十分に満足させ得るものを発現させるには
、現状ではプラズマＣＶＤ法によって形成することが最
良とされている。

しかしながら、堆積膜の応用用途によっては。

大面積化、膜厚の均一化、膜品質の均一性を十分に満足
させて再現性のある量産化を図らねばならないため、プ
ラズマ（ＥＶＤ法によるアモルファスシリコン堆積膜の
形成においては、量産装置に多大な設備投資が必要とな
り、またその量産のための管理項目も複雑になって、管
理許容幅も狭くなり、装置の調整も微妙であることから
、これらのことが、今後改善すべき問題として指摘され
ていたが、これらの問題点は、基体上に堆積膜を形成す
るための成膜空間に、活性化空間（Ｂ）において生成さ
れる堆積膜形成用の原料となる前駆体と、活性化空間（
Ａ）において生成され、前記前駆体と相互作用する活性
種とを導入することによって、前記基体上に堆積膜を形
成する堆積膜形成法において解決されて来たが、該堆積
膜形成法において前記前駆体及び前記活性種を生成する
ため、直流放電プラズマ、高周波放電プラズマ、及びマ
イクロ波放電プラズマを利用する際、成膜空間内に複数
の放電プラズマ及び該放電プラズマによって生成された
前駆体及び活性種に基〈複数の発光種が存在し、それら
が互いに影響を及ぼし合い成膜条件を独立に制御するこ
とを困難にしている。又、成膜中においてもプラズマ状
態の不安定をもたらし、膜特性の再現性に大きな影響を
与え生産性、量産性を悪くさせており今後改善すべき問
題点として指摘されている。

上述の如く、アモルファスシリコン膜の形成において、
その実用可能な特性、均一性を維持させながら、低コス
トな装置で量産化できる形成方法を開発することが切望
されている。これ等のことは、他の機能性膜、たとえば
アモルファスシリコンゲルマ膜、窒化シリコン膜、炭化
シリコン膜、酸化シリコン膜においても同様なことがい
える。

［発明の解決すべき問題点］本発明の目的は、形成される膜の諸特性、成膜速度、再
現性の向上および膜品質の均一化を図りながら、膜の大
面積化に適し、膜の生産性の向上および量産化をを容易
に達成することのできる堆積膜形成法を提供することに
ある。

ｃ問題点を解決するための手段コ本発明は、複数の活性化空間（Ｂ１）、（Ｂ２）、・・
・、（Ｂｎ）において生成される堆積膜形成用の原料と
なる複数の前駆体（１）　、　（２）　　、　（３）　
　。

・・・　、（ｎ）と複数の活性化空間（Ａｔ　）　　、
　　（Ａ２）　、・・・、（Ａｎ）において生成され、
前記複数の前駆体（１）、　（２）　、・・・、（ｎ）
と夫々相互作用する活性ｆｍ　　（１）、（２）、・・
・、（ｎ）を基体上に堆積膜を形成するための複数の成
膜室ｆ！ｆｆ（ｆ）、　（２）、・・・。

（ｎ）に夫々導入することにより堆積膜を形成する堆積
膜形成方法において、前記基体が、前記成膜空間（１）を通過した後、前記成
膜空間（２）を通過し、同様にして前記成膜空間（ｎ）
まで通過した後再び前記成膜空間（１）をはじめとして
成膜空間（ｎ）まで通過せしめる工程程を複数回含むこ
とを特徴とする。

本発明によれば、前記前駆体及び前記活性種を生成する
ために、例えば複数の放電プラズマを利用する際、成膜
空間内に複数の放電プラズマが存在しかつ互いに影響を
及ぼすような設定にすることにより、前記従来技術の問
題点を解決した。

まず、本発明では前記複数のプラズマは成膜空間内で互
いに影響を及ぼし合わぬよう、前記複数のプラズマを互
いに混合しないよう設定した。さらに、前記前駆体及び
前記活性種の会合は基体表面のみで行なう構造になって
いる。

」二連の説明は主に前駆体及び活性種を別々の放電プラ
ズマで生成し、成膜空間で該放電プラズマが程合せず該
前駆体及び該活性種を夫々回転する基体表面に順次付着
し該基体表面で会合し化学反応を経て堆積膜を形成する
ものであるが、本発明においては、化合物堆積膜の形成
が可能である。

まず、化合物堆積膜作製のため複数の前駆体を前駆体（
１）、前駆体（２）、・・・とじ、これら前駆体（１）
　　、　　（２）、・・・と化学反応するための活性種
を夫々、活性種（１）、活性種（２）、・・・とする。

例えば、夫々別々に導入された前駆体（１）及び放電プ
ラズマにより生成された活性種（１）を成膜空間（１）
で会合させ化学反応を経て回転する基体上に付着させ、
さらに同様にして夫々別々に導入された前駆体（２）及
び放電プラズマにより生成された活性種（２）を成膜空
間（２）で会合させ化学反応を経て該回転する基体上に
付着させることにより良質の化合物堆積を形成すること
が可能である。

なお、本発明での「前駆体」とは、形成される堆積膜の
原料には成り得るが、そのままのエネルギー状態では堆
積膜を形成することが全くまたは殆んど出来ないものを
云う。「活性種」とは、前記前駆体と化学的相互作用を
起して、たとえば前駆体にエネルギーを与えたり、前駆
体と化学的に反応したりして、前駆体を堆積膜を形成す
ることが出来る状態にする役目をになうものを云う。し
たがって、活性種としては、形成される堆積膜を構成す
る構成要素に成る構成要素を含んでいても良く、あるい
はその様な構成要素を含んでいなくとも良い。

［実施例１］次に本発明を具体的な実施例にもとづいて詳しく説明す
る。

実施例１第１図は本実施例の典型的な成膜装置である。

１０１は真空チャンバーで１０２の真空排気管から真空
（図示せず。）によって真空排気する。

１０３は回転式の基板ホルダーで外部駆動装置（図示せ
ず。）によって任意に一定回転を保持できる。１０５は
赤外線加熱ランプで基板１０４を室温から６００℃まで
加熱することができる。

１０６．１０７は各々独立したマイクロ波プラズマ発生
装置でマイクロ波、マイクロ波発生装置（図示せず。）
から発生するマイクロ波導波管（図示せず。）で送って
いる。１０８，１０９は各々石英製のガラス管で１１２
，１１３の石英製内管と二重管構造になっている。これ
ら石英製ガラス管は全て平行に配置されかつ回転式基板
ホルダーと垂直に交わるよう設置されているため、活性
種及び前駆体の発光部１１６及び１１７が交わることが
ないためマイクロ波プラズマ相互影響を及ぼすことが全
くない。

以下のようにして良質のａ−９ｉＧｅ：Ｈ：Ｆ膜を作成
した　まず、真空チャンバーを充分ベークアウトし到達
真空度はＩ　Ｘ　１０　　（Ｔｏｒｒ）であった。また
、熱外線加熱ランプで基板１０３を２６０（”０）に保
持しておく。基板ホルダーの回転数を６０（回／ｗｉｎ
）に設定しておき第１表に示すようなガス種、流量をガ
ス導入口よりチャンバー内に導入する。マイクロ波プラ
ズマをマイクロ波プラズマ発生装置１０６、および１０
７で同時に発生させる。このとき、Ｓｉ系と、Ｇｅ系の
活性種及び前駆体による発光部１１６および１１７は互
いに影響を受けることなく安定したプラズマ状態が保持
されている。

このようにして作成されたａ−５ｉＧｅ：Ｈ：Ｆ膜の光
学的バンドギャップは１．４（ｅＶ）でありＡＩ電極を
真空蒸着で付けＡＭ−１を照したところ得られた光導電
率σｐ従来のものに比べて７％高く、良質のａ−３ｉＧ
ｅ：Ｈ：Ｆ膜であることがわかった。また同一条件で１
０回成膜を行なった結果、膜特性の再現性は極めて良好
であることがわかった。

第１表実施例２第２図の成膜装置を用いて、第３図に示した構成のａ−
Ｓｉ：Ｈ：Ｆ膜単層の太陽電池を作製した。

基体２０４としてステンレス基板を３０１を用い、温度
を第２表に成膜条件をまとめたように２７０（”Ｏ）で
一定とした。真空チャンバー２０１は充分ベークアウト
し到達真空度は１．ＯＸＩＯ（Ｔａｒｔ）であった。各
ガス導入口より第２表にまとめたように各原料ガス、及
びドーピングガスを導入し、基板ホルダーの回転数を３
０（回／ｗｉｎ）に保ＭＬ、マイクロ波ハワーを原料ガ
ス系のマイクロ波プラズマ発生装置に１６０（Ｗ）、原
料ガス導ラスドーピングガス系のマイクロ波プラズマ発
生装置に１２０（Ｗ）を加えてプラズマを生成させると
原料ガスＳＩＦ％から生成される前駆体及び活性種によ
る発光ｆ！Ｂ２１９及び原料ガス５ｉＦｐプラスドーピ
ングガスＰＦ３から生成される前駆体プラス活性種によ
る発光部２１８が観察される。これら２つの発光部２１
９及び２１８は成膜空間中に互いに混じり合うことがな
いので、マイクロ波により発生した２つのプラズマは極
めて安定した状態である。このことは実施例１と同じで
ある。

この状態で３分間保持するとマイクロフリースタルｎ層
が５００（Ａ）堆積した。チャンバー２０１の残留ガス
を充分引き、さらに各ガス導入口よりＡｒガスを導入し
、充分パージを行ない残留付着分子を除去する。

同様にしてａ−８ｉＧｅ：Ｈ：Ｆ層及びマイクロクリス
タル２層を作製するため、第２表にまとめた各成膜条件
で成膜を行ないａ−９ｉＧｅ：Ｈ：Ｆ層及びマイクロク
リスタル２層は各々、５０００（Ａ）。５ｏ。

（Ａ）で成膜時間は各々、２０分、３分であっ１また。

このようにして作製しｐ層の上にＩＴＯターゲットを酸
素雰囲気中で電子ビームで加熱し、透明導電層３０５を
７００（Ａ）付けた後、保護層を付けてａ−９ｉＧｅ：
Ｈ：Ｆ単層の太陽電池を作製した。

ＡＭ−１を照射して変換効率を測定すると従来得られて
いる同種の太陽電池に比べ５％高いものであることがわ
かった。また、生産及び量産面においても、再現性良く
極めて特性が安定しており、量産において効果的な製法
及び製造装置であることがわかった。

ｌ５［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明による堆積膜形成方
法および堆積膜形成装置は、マイクロ波放電プラズマに
よる前駆体及び活性種の生成を安定化させ良質の機能性
堆積膜を極めて安定に形成することが出来、膜形成条件
管理の簡素化、堆積膜の量産化を容易に達成することを
可能とする。

また、アモルファスから多結晶、さらにエピタキシャル
成長へと堆積膜の特性管理を容易に実施出来るため、機
能性堆積膜及びデバイスの量産管理項目の簡素化をはか
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、夫々本発明方法を実施するための
装置の概略を示した模式図である。第３図は本発明方法
を実施して作製される太陽電池の構成を示した模式図で
ある。１０１・・・真空チャンバー、１０２・・・真空排気管、１０３・・・回転式基板ホルダー、１０４・・・基板、１０５・・・赤外線加熱ランプ、１０６．１０７・・・マイクロ波プラズマ発生装置、１０８．１０９・・・石英製外管、１１２．１１３・・・石英製内管、１１０．１１１，１１４，１１５・・・ガス導入口、１１６．１１７・・・前駆体及び活性種による発光部、２０１・・・真空チャンバー、２０２・・・真空排気管、２０３・・・回転式基板ホルダー、２０４・・・基板、２０５・・・基板加熱用赤外線ランプ、２０６．２０７
・・・マイクロ波プラズマ発生装置、２０８．２０９・・・石英ガラス製外管、１１２．１１
３・・・石英ガラス製中管、２１２・・・石英ガラス製
内管、２１３．２１４，２１５，２１８，２１７・・・導入口
、２１８，２１９・・・前駆体及び活性種による発光部、３０１・・・ステンレス製基板、３０２・・・マイクロクリスタルｎ層、３０３−ａ−Ｓ
ｉＧｅ：Ｈ：Ｆｐ層、３０４・・・マイクロクリスタル２層、３０５・・・透
明導電層、３０６・・・保護層。代理人　　弁理士　山　下　穣　千図面の浄書第１図第３図手続補正書（方式）昭和６２年　８月２０日特許庁長官　　小　川　邦　夫　　殿ｌ、事件の表示特願昭６２−７３６１９号２、発明の名称堆積膜形成方法３、補正をする者事件との関係　　　特許出願人名　　称　（Ｚｏｏ）キャノン株式会社４、代理人別紙の浄書明細書、浄書図面及び委任状を提出する。

Claims

【特許請求の範囲】　複数の活性化空間（Ｂ１）、（Ｂ２）、・・・、（Ｂ
ｎ）において生成される堆積膜形成用の原料となる複数
の前駆体（１）、（２）、（３）、・・・、（ｎ）と複
数の活性化空間（Ａ１）、（Ａ２）、・・・、（Ａｎ）
において生成され、前記複数の前駆体（１）、（２）、
・・・、（ｎ）と夫々相互作用する活性種（１）、（２
）、・・・、（ｎ）を基体上に堆積膜を形成するための
複数の成膜空間（１）、（２）、・・・、（ｎ）に夫々
導入することにより堆積膜を形成する堆積膜形成方法に
おいて、前記基体が、前記成膜空間（１）を通過した後、前記成
膜空間　（２）を通過し、同様にして前記成膜空間（ｎ
）まで通過した後再び前記成膜空間（１）をはじめとし
て成膜空間（ｎ）まで通過せしめる工程程を複数回含む
ことを特徴とする堆積膜形成方法。