JPH01181513A

JPH01181513A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH01181513A
Application number: JP454588A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Murata; 正義村田; Takashi Yamamoto; 山本　鷹司; Shozo Kaneko; 祥三金子; Joji Ichinari; 市成　譲二; Jiro Takada; 二郎高田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-01-12
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1989-07-19
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07118463B2

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】本発明は、太陽電池、燃料電池、薄膜半導体。

電子写真感光体及び光センサなどの各種電子デバイスに
使用される大面積薄膜の製造に適したプラズマＣＶＤ装
置に関するものである。

［従来の技術］第１２図は従来より用いられている大面積薄膜製造装置
の構成を示す断面図であり、その技術的手段は例えば特
願昭６１−１０６３１４号等に掲載されているように公
知の技術である。図中１は反応容器であり、この中には
グロー放電プラズマを発生させるための電極２，３が平
行に配置されている。４は低周波電源であり、例えば６
０Ｈｚの商用周波数の電力を上記電極２．３に供給する
ものとなっている。なお上記低周波電源４としては直流
や高周波数の電源であってもよい。コイル５は上記反応
容器１を囲繞する如く巻装されており、交流電源６から
交流電力を供給される。７は反応ガス導入管であり、図
示しないボンベに連通し、モノシランとアルゴンの混合
ガスを上記反応容器１に供給するものである。排気孔８
は、真空ポンプ９に連通しており、反応容器１内のガス
を排気するものである。

さて、薄膜製造に際しては基板１０を図示のように電極
２．３の面と直交する姿勢で、かつ電極２．３が形成す
る放電空間の外側に適宜な手段で支持する。そして真空
ポンプ９を駆動して反応容器１内の排気を行なった後、
反応ガス導入管７からモノシランとアルゴンの混合ガス
を供給する。

反応容器】内に充満させた混合ガスの圧力を０．０５な
いし０．５Ｔｏｒｒに保ち、低周波電源４から電極２，
３に電圧を印加すると、グロー放電プラズマが発生する
。一方、コイル５には例えば１００Ｈｚの交流電圧を印
加し、電極２．３間に発生する電界Ｅと直交する方向の
磁界Ｂを発生させる。この磁界における磁束密度は１０
ガウス程度で良い。

反応ガス導入管７から供給されたガスのうちモノシラン
ガスは、電極２．３の間に生じるグロー放電プラズマに
よってラジカルＳｔに分解され、基板１０の表面に付着
して薄膜を形成する。このとき、アルゴンイオンなどの
荷電粒子は、電極２゜３間で電界Ｅによるクーロン力Ｆ
ＩＷｑＥと、ローレンツ力Ｆ２−ｑ　（ＶｌｌＢ）とに
よっていわゆるＥ−Ｂドリフト運動を起こす。尚Ｖは荷
電粒子の速度である。

かくして荷電粒子はＥ−Ｂドリフトにより初速を与えら
れた状態で、電極２．３と直交する方向に飛び出し、基
板１０に向けて飛んでいく。しかし電極２．３間に生じ
る電界の影響が小さい放電空間では、コイル６により生
じた磁界Ｂによるサイクロトロン運動により、Ｌａｒｍ
ｏｒ軌道を描いて飛んでいく。従ってアルボイオンなど
の荷電粒子が基板１０を直撃することは少ない。

一方、電気的に中性であるラジカルＳｉは磁界Ｂの影響
を受けず、上記荷電粒子群の軌道からそれて基板１０に
至り、その表面に非晶質薄膜を形成する。上の時、ラジ
カルＳｉはＬａ　ｒｍｏ　ｒ軌道を飛んでゆく荷電粒°
子と衝突するため、電極２゜３の前方だけでなく、左あ
るいは右に広がった形で非晶質薄膜が形成される。しか
も磁界Ｂを交流電源６により変動させているので、基板
１０の表面に非晶質薄膜を均一に形成することが可能と
なる。なお電極２．３の長さは、反応容器１の長さの許
す限り長くしても同等問題がないので、基板１０が長尺
ものであっても、その表面に均一な非晶質薄膜を形成す
ることが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来の装置では、グロー放電プラズマを発生させ
る電極間の放電電界Ｅと直交する方向に磁界Ｂを発生さ
せることにより、大面積の成膜を容易に可能としている
。しかしながら次のような問題がある。

■大面積の成膜を行なう場合、電極として長尺のものを
用いる必要がある。長尺の電極を用いて安定したプラズ
マを発生させるには、その°電源の周波数は可能な限り
低い方が容易であるため、数１０Ｈｚ〜数１００　ｋ　
Ｈｚの電源が用いられている。

しかし周波数が低くなり半周期の間のイオン移動距離が
電極間隔を越えるような条件の下では、直流放電の場合
と同様に、プラズマを維持するためにイオン衝突によっ
て陰極より放出された二次電子が本質的な役割を担うこ
とになる。そのため電極に膜が付着して絶縁されると、
その部分では放電が起こらないようになる。従ってこの
場合は電極表面を常にクリーンに保つ必要がある。その
ため電極を頻繁に交換したり、あるいは電極を頻繁に掃
除したり等の繁雑な作業が必要であり、コスト高の要因
の一つとなっている。

■上記■の欠点を補うために、プラズマ発生電源に例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いると、放電維持
に対する電極放出二次電子は本質的なものでなくなり、
電極上に膜等の絶縁物が存在していても、電極間にはグ
ロー放電が形成される。

しかしながら長尺の電極を用いる場合は、高周波による
表皮効果により電流の大部分が表面（約０．０１１１Ｉ
Ｉ）を流れることになるため、電気抵抗が増加すること
になる。例えば電極の長さが約１ｍ以上になると、電極
上に電位分布が現われて−様なプラズマが発生しなくな
る。すなわち分布定数回路で考えると、第１３図に委す
様になる。すなわち電極の単位長さ当りの抵抗Ｒが放電
部分のインピーダンスＺＩ＋Ｚ２・・・、Ｚｎに比べて
無視できないほど大きくなってくると、電極内に電位分
布が現われる。なおＸは電極の長さ方向の距離を示して
いる。従って高周波電源を用いる場合は、大面積の成膜
を行なうことは非常に困難であり、実際上これまでは実
現できなかった。

［課題を解決するための手段］本発明は上記課題を解決し目的を達成するために次のよ
うな手段を講じた。すなわち、反応容器と、この反応容
器内に反応ガスを減圧して導入する手段と、−１−記反
応容器内に相対して収容された一対の放電用電極と、こ
の放電用電極にグロー放電用電圧を供給する電源と、上
記放電用電極を囲繞し当該放電用電極間に発生した電界
と直交する向きの磁界を発生させるコイルと、このコイ
ルに磁界発生用の電流を供給する交流電源とを有し、上
記放？！電界空間外に当該電界と平行に支持した基板へ
非晶質薄膜を形成するものにおいて、上記一対の放電用
電極の夫々を、断面が円形又は楕円形の複数本の柱状体
を並べて形成するようにした。

［作用］上段手段を講じたことにより次のような作用を呈する。

すなわち放電用電極のそれぞれを、断面が円形または楕
円形の１隻数本の柱状体を並べて形成したので、従来の
平行平板電極に比べてその表面積が数倍程度広くなり、
かつ対向電極間の静電容量が著しく小さくなり、放電イ
ンピーダンスが増大する。その結果、電圧効果が著しく
小さくなり、電圧分布がなくなり、平行平板電極に比べ
て数倍程度の長さを有する電極を用い得、大面積の非晶
質薄膜を製造可能となる。

【実施例］（１）第１図は本発明の第１実施例の構成を示す断面図
である。なお第１２図と同一部分には同一番号を付しで
ある。１は反応容器で、その中にはグロー放電プラズマ
を発生させるためのメツシュ電極１２．１３が平行に配
置されている。電極１２及び１３は第２図の様に円柱を
並べた平行メツシュ状の電極を、第３図のように２段に
重ね合せて形成されている。この場合、一方の面から見
て円柱部材が互いに重なり合わない状態に配置されてい
る。１４は高周波電源であり、例えば１３．５６Ｍ七の
周波数の電源を上記メツシュ電極１２．１３に供給する
如く接続されている。コイル５は上記反応容器１を囲繞
する如く巻装されており、交流電源６から交流電力を供
給される。

７は反応ガス導入管であり、図示しないボンベに連通し
、モノシランとアルゴンの混合ガスを上記反応容器１に
供給するものである。排気孔８は真空ポンプ９に連通し
ており、反応容器１内のガスを排気するものである。

さて薄膜製造に際しては、基板１０を第４図に示すよう
に、メツシュ電極１２．１３の面と平行な姿勢に適宜な
手段で支持する。そして真空ポンプ９を駆動して反応容
器１内の排気を行なった後、反応ガス導入管７からモノ
シランとアルゴンの混合ガスを供給する。上記混合ガス
を反応容器１内に充満させてその圧力を０．０５乃至０
．５Ｔｏｒｒに保ち、高周波電源１４から電極１２゜１
３に電圧を印加すると、メツシュ電極１２゜１３間にグ
ロー放電プラズマが発生する。一方、コイル５には例え
ば１００　Ｈｚの交流電圧を印加し、電極１２．１３間
に発生する電界Ｅと平行な方向の磁界Ｂを発生させる。

この磁界における磁束密度は１０ガウス程度で良い。

反応ガス導入管７から供給されたガスのうちモノシラン
ガスは、メツシュ電極１２．１３の間に生じるグロー放
電プラズマにより、ラジカルＳｉに分解され、基板１０
の表面に付着して薄膜を形成する。このとき、アルゴン
イオンなどの荷電粒子は、メツシュ電極１２．１３間で
電界Ｅによるクーロン力Ｆ、−ｑＥと、ローシンツカＦ
２禦ｑ（Ｖ　−Ｂ）とによって、いわゆるＥＸＢドリフ
ト運動を起こす。なお、■は荷電粒子の速度である。

かくして荷電粒子はＥＸＢＸリドトにより、メツシュ電
極１２．１３と平行な方向に移動し、反応ガスを撹拌す
る働きをする。メツシュ電極１２゜１３間に生じる電界
の影響が小さい放電空間の外側では、コイル５により生
じた磁界Ｂによるサイクロトロン運動によりＬａｒｍｏ
ｒ軌道を描いて飛んでいく。従ってアルゴンイオンなど
の荷電粒子が基板１０を直撃することは少ない。

一方、電気的に中性であるラジカルＳｉは磁界Ｂの影響
を受けず、上記荷電粒子群の軌道よりそれて基板１０に
至り、その表面に非晶質膜を形成する。この時ラジカル
ＳｉはＬａｒｍｏｒ軌道を飛んで行く荷電粒子と衝突す
るため、電極１２゜１３の前方だけでなく、左あるいは
右に広がった形で非晶質薄膜が形成される。しかも磁界
Ｂを変動させているので、基板１０の表面には非晶質薄
膜を均一に形成させることが可能となる。

このように本実施例によれば、プラズマ発生電源に高周
波例えばＩＭ）ｌｚ乃至５０ＭＨｚの電源を用い、電極
として第２図に示すような円柱を並べた平行メツシュ状
の電極を第３図のように重ねて用いている。したがって
平行平板電極に比べて表面積が約３．１４倍だけ広くな
り、かつ静電容量が著しく小さくなり、第１３図に示し
た放電インピーダンスＺが大きくなる。その結果電圧降
下が著しく小さくなり、電圧分布がなくなり、平行平板
電極に比べて約３倍の長さの電極を用いることができ、
大面積の非晶質薄膜を製造可能となる。

（２）第５図は本発明の第２実施例の構成を示す断面図
である。なお第１図に示す第１実施例と同一部分には同
一符号を付し、説明は省略する。

本実施例が前記第１実施例と異なる点は、電極として第
６図にその詳細を示すように、第１実施例と同様の円柱
を２列に並べたメツシュ状の電極２２．２３を基板１０
に対して直角に並べて設けた点である。かくして本実施
例においては平行平板電極に比べて２段の電極２２．２
３を側面から見て重ならないようギリギリの状態とした
場合、表面積が約３６１４倍広くなり、かつ静電容量が
著しく小さくなり、第１３図に示した放電インピーダン
スＺが大きくなる。従って第１実施例と同様に従来の平
行平板電極に比べて電圧降下が著しく小さくなり、電圧
分布がなくなり、平行平板電極に比べると約３倍の長さ
の電極を用いることができ、大面積の非晶質、薄膜を製
造できる。

（３）第７図は本発明の第３実施例の構成を示す断面図
である。本実施例が前記第１実施例と異なる点は、電極
として、電気抵抗が小さくかつ対向電極間の静電容量の
小さい構造、すなわち第８図及び第９図に示す構造の電
極を、基板１０に対して平行に配設した点である。第８
図に示すように電極３２は電力供給板３０ａで一端で連
結され、絶縁支持台３１ａ、３１ｂにて支持された構造
となっており、電極３３は電力供給板３０ｂで一端を連
結され他端部位を絶縁支持台３１ａ、３１ｂで支持され
た構造となっている。なお第９図は第８図の断面図であ
る。なお電極３２．３３はいずれも断面が円形をなす棒
状体からなっている。

本実施例においては、電極３２．３３の長さ方向の電気
抵抗が放電インピーダンスに比べ゛て著しく小さいので
、従来の手段に比べて基板１０が長尺なものであっても
その表面に均一な非晶質薄膜を形成することが可能とな
る。

（４）第１０図は本発明の第４実施例を示す断面図であ
る。本実施例が前記第１実施例と異なる点は、電極とし
て従来の平行平板電極に代えて、電気抵抗が小さくかつ
対向電極間の静電容量の小さい電極４２．４３を用いた
点である。上記電極４２．４３は第１１図に示すように
、円形断面あるいは楕円断面を有する複数個の棒状電極
を基板形断面を有する電極の表面積は、平行平板電極に
比べると、静電容量が同じ場合には、約３．１４倍広い
ので、高周波電力の電気抵抗は約３倍少なくなり、電極
内に現われる電位分布が著しく低減される。したがって
本実施例においても前記第１実施例と同様の作用効果を
奏し得る。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。

［発明の効果］本発明によれば、放電用電極のそれぞれを、断面円形ま
たは楕円形の複数本の柱状体を並べて形成したので、従
来の平行平板電極に比べてその表面積が数倍程度広くな
り、かつ対向電極間の静電容量が著しく小さくなり、は
うでｎｉンピーダンスが増大する。その結果、電圧降下
が著しく小さくなり、電圧分布がなくなり、平行平板電
極に比べて数倍程度の長さを有する電極を用い得、大面
積の非晶質薄膜を製造できるプラズマＣＶＤ装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明に係る第１実施例を示す図で、
第１図は装置の断面図、第２図は電極の平面図、第３図
は第２図の■−■矢視断面図、第４図は第１図の電極部
拡大図である。第５図は本発明の第２実施例を示す装置
の断面図、第６図は同実施例の電極部拡大図である。第
７図は本発明の第３実施例を示す装置の断面図、第８図
は同実施例の電極の斜視図、第９図は同実施例の電極部
拡大図である。第１０図は本発明の第４実施例を示す装
置の断面図、第１１図は同実施例の電極部拡大図である
。第１２図は従来例を示す装置の断面図、第１３図は同
従来例の欠点を説明するための図である。１・・・反応容器、２．３・・・電極、４・・・低周波
電源、５・・・コイル、６・・・交流ｍ［，７・・・反
応ガス導入管、８・・・排気孔、９・・・真空ポンプ、
１０・・・基板、１２゜１３．２２．２３，３２，３３
．４２．４３・・・放電用電極、１４・・・高周波電源
。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ〜１２（１３）ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ。第３因第４区第５図１゜第６図 ■〜９第７図第８図Ｏ■ 第９！ｌ第１０図 ■Ｂ第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

　反応容器と、この反応容器内に反応ガスを減圧して導
入する手段と、上記反応容器内に相対して収容された一
対の放電用電極と、この放電用電極にグロー放電用電圧
を供給する電源と、上記放電用電極を囲繞し当該放電用
電極間に発生した電界と直交する向きの磁界を発生させ
るコイルと、このコイルに磁界発生用の電流を供給する
交流電源とを有し、上記放電電界空間外に当該電界と平
行に支持した基板へ非晶質薄膜を形成するものにおいて
、上記一対の放電用電極の夫々を、断面が円形又は楕円
形の複数本の柱状体を並べて形成したことを特徴とする
プラズマＣＶＤ装置。