JPH01212768A - 光化学気相成長法による堆積膜形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光化学反応を利用し低温プロセスにて原料ガ
スを励起、分解または重合し、アモルファスシリコン（
以下、ａ−Ｓｉと略記する）等の堆積膜を形成するため
の光化学気相法による堆積膜の形成方法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 従来、例えば、ＳｉＨ４や５ｉ２）（６等の水素化ケイ
素化合物を原料として堆積膜を形成する方法としては、
グロー放電堆積法や熱エネルギー堆積法が知られている
。これらの堆積法は、水素化ケイ素化合物等を電気エネ
ルギーや熱エネルギーを用いて励起・分解し、基体上に
ａ−３ｔの堆積膜を形成する方法である。このようにし
て得られた堆積膜は種々の目的に利用されている。

しかし、グロー放電堆積法においては、量産性には冨む
ものの、高出力下では堆積中のａ−Ｓｉ膜への放電エネ
ルギーの影響が大きく、特に、該放電により生成された
高エネルギー荷電粒子により膜がダメージを受け、再現
性のある安定した条件制御が困難となる。また、熱エネ
ルギー堆積法においては、高温が必要となることから、
使用できる基体が限定されると共に、高温によりａ−Ｓ
ｉ膜中の有用な結合水素原子が脱離する確率が増加し、
所望の特性の堆積膜が得にくい。

このように、グロー放電堆積法や熱エネルギー堆積法に
より堆積膜を形成する場合には、均一な電気的、光学的
特性および品質の安定性の確保が難しく、さらには堆積
中の膜表面の乱れあるいは堆積膜内の欠陥が生じやすい
等の問題点が残されているのが現状である。

そうしたところにあって、近年、これらの問題点を解決
すべく、光エネルギーを利用したａ　−Ｓｉ堆積膜の堆
積法（光ＣＶＤ法）が提案され、注目を集めている。こ
の光ＣＶＤ法によると、ａ−３ｉ堆積膜を低温で、かつ
荷電粒子フリーの反応で作製できる利点などにより、上
記問題点を大幅に改善することができる。

光ＣＶＤ装置では、Ｈｇなどを光により励起し、その励
起Ｈｇと原料ガスとの相互作用により堆積膜を形成する
増感光ＣＶＤ法と、導入された光を直接吸収して励起さ
れた原料ガスにより堆積膜を形成する直接励起光ＣＶＤ
法とが知られている。

しかし、増感光ＣＶＤ法では、増感剤としてＨｇを使用
するため、膜中へのＨｇの混入およびｆｃａ性などの点
で問題がある。直接励起光ＣＶＤ法では、膜中への不純
物混入は避けられるものの、成膜速度が遅く、そのため
使用光源も成膜速度を向上させるために大型化させねば
ならず、問題がある。また、上記２つの光ＣＶＤ法にお
いては、堆積膜形成装置内に搬入された基体面上だけで
なく、この堆積膜形成装置の光透過窓の内面上にもａ−
３ｉ等の堆積膜が形成され、これが反応室内への入射光
の光強度を大きく下げ、基体面上への堆積膜の形成速度
を低下させるという問題がある。

この問題を回避するための一つの方法として、光透過窓
の内面に真空ポンプ用の油を塗布する方式が提案されて
いる。

しかし、この方法については、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
してしまうこととなり、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、堆積膜の形成速度の低下を回避するための別の方
法として、透光窓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式が提案されている
。

しかし、この方法については、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、さらに、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り、従って、装置全体は、光ＣＶ
Ｄ法用装置とエツチング装置とを合体した複雑な装置と
なり、実用的でないという問題がある。

さらに、堆積膜の形成速度の低下を回避するための別の
手段として、窓を不活性ガス（Ｈｅ。

Ａｒなど）によりパージし、原料ガスの光透過窓近傍へ
の拡散を防止し、窓への堆積膜付着を防止する方法があ
る。

しかし、光透過窓近傍への原料ガス拡散を防止するため
には、反応容器内の圧力を高め、かつ、不活性ガスの原
料ガスに対する流量を非常に大きくしなければ効果がな
く、また、不活性ガスを導入したために、導入光により
励起された原料ガスと不活性ガスとの衝突が起る。この
衝突は、原料ガスが励起・活性あるいは分解状態を維持
した状態で基体へ拡散することを妨げてしまい、その結
果、成膜速度が低下するという問題が生じる。

本発明は、以上説明した従来技術の問題点を解決し、均
一な電気的、光学的特性を有する堆積膜を従来にない早
いスピードで形成する光化学気相成長法による堆積膜形
成方法を提供するものである。

ｃ問題点を解決するための手段コ 本発明は、反応容器に配設された光透過窓を介して、光
を当該反応容器内に照射し、当該反応容器内に配設され
た基体近傍にあらかじめ導入された原料ガスを当該光に
より励起して、成膜に寄与する活性種を生成し、当該基
体上に堆積膜を形成する光化学気相成長法による堆積膜
形成方法において、堆積膜形成に際して、前記反応容器
内に前記光に不活性なガスであって、前記活性種と相互
作用を起こしてさらに成膜に寄与する活性種を生成する
ガスを、前記原料ガスと同時に前記反応容器内の前記透
過窓近傍に導入することを特徴とする光化学気相成長法
による堆積膜形成方法に要旨が存在する。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例に係る装置の構成図を示す、第
１図において、１は光束、２は光透過窓、３は反応容器
、４はバルブ、５は光束１の波長のエネルギーにより、
直接励起・分解する原料ガスの導入管、６は膜を堆積さ
せるための基体、７は排気口、８はバルブ、１１はヒー
ターである。９は他のガスの導入管である。ガスの導入
管９より導入されたガスは、光束１の波長のエネルギー
には不活性であり、導入管５より導入された原料ガスが
光により励起されて生成された活性種と相互作用する。

このような、相互作用により成膜に寄与する活性種は増
加する。ここで、ガス導入管５より導入されるガスとし
てＳ　ｉ２　Ｈ６、ガス導入管９より導入されるガスと
してＳ　ｉ　Ｈ４，１の光束の光源としてＤ２ランプと
波長選択のフィルターを使用した例を述べる。ＳｉＨ４
は、一般に１１０７ｎ〜１６０ｎｍに吸収波長領域があ
り、また、５ｉ２Ｈ＋ｓは１ｏ７ｎｍ〜２ｏ。

ｎｍに吸収波長領域があることが知られている。

まず、Ｄ２ランプと波長選択のフィルターを用いて、１
６５ｎｍ〜２１０ｎｍの波長の光束１を、光透過窓２を
介して反応容器３に導入する。

つぎに、この反応容器３内に、ガス導入口９よりＳｉＨ
４，ガス導入口５より５ｔ２Ｈ，を導入する。

Ｓ　ｉ　Ｈ４は、５ｉ２１Ｈ６に対して流量比が十分大
きいため、光透過窓２近傍へのＳｉ、Ｈ，の拡散を防い
でいる。また、Ｓ　ｉ　Ｈ４は、光束１の波長領域では
光束１を吸収せず、不活性であるため、十分反応容器内
まで光は吸収されず導入できる。

５ｔ２Ｈ，は、光束１の波長領域で吸収されるため、直
接励起・分解しＳｉＨ，などの活性種を生成するが、Ｓ
ｉＨ，によるパージのため、光透過窓２近傍には拡散で
きず、これによる光透過窓２の内面への膜付着がなく、
該励起・分解による活性種は基体側へと拡散する。その
際、該励起・分解による活性種は、基体に到達するまで
の間にＳｉＨ４と衝突を起こす、この衝突によってＳ　
ｉ　Ｈ４は励起され、成膜に寄与する活性種Ｓ　ｉ　Ｈ
３が生成され、成膜に寄与する励起種を維持したまま基
体表面上へと拡散し、堆積膜を形成する。

本発明の方法であるガス導入口９よりＳ　ｉ　Ｈ４を導
入した場合は、従来法であるガス導入口９より不活性ガ
ス（Ｈｅ、Ａｒ等）を導入した場合に比べ、同一条件（
ガス流量および流量比、成膜圧力、光源および使用波長
、照度基体表面温度を同一とする）において、１０〜２
０倍の成膜速度の向上が得られた。また、形成された堆
積膜の膜質は良好であった。

なお、第２図および第３図は、第１図の装置の変形例で
ある６第２図において、反応容器３の中央部に仕切板を
設けており、この仕切板によりさらに光透過窓付近と基
体近傍との差圧を設けることで、堆積ガス種の拡散を防
止する効果がある。

また、第３図において、ガス導入管９の設けられた反応
容器３の上部は、ガス導入管５の設けられた反応容器３
の下部と比較して狭くなっている。

これも、光透過窓付近と基体近傍との差圧を設けること
で、堆積ガス種の拡散をさらに防止する効果がある。

本発明においては次の方法により堆積膜を形成すること
ができる。■原料ガスとして、例えば５ｉ２Ｈ，を用い
、光に不活性なガスとしてＳ　ｉ　Ｈ４を用いて堆積膜
を形成する方法。■原料ガスとしてＳｉ２Ｈ６を用い、
光に不活性なガスとしてＳ　Ｉ　Ｈｎ　Ｆａ　−ｎ　　
（’≦ｎ≦３）を用いて堆積膜を形成する方法。■原料
ガスとしてＳ　ｉ　ｎＨ２ｎ＋２（ｎ≧２）を用い、光
に不活性なガスとして、Ｓ　ｉ　Ｈａ　、Ｓ　ｉ　Ｈｎ
　Ｆ４−１１　　（１≦ｎ≦３）又はこれらの混合ガス
を用いて堆積膜を形成する方法。■原料ガスとしてＳ　
ＩＩＩＨ２ｎ＋２（ｎ≧２）を用い、光に不活性なガス
として、ＳｉＨ４，５ｉＨｎ　Ｆ４−ｎ　　（１≦ｎ≦
３）又はこれらの混合ガスと、Ｈ２，Ｎ２．不活性ガス
又はこれらの混合ガスとの混合ガスを用いて堆積膜を形
成することができる方法。なお、使用する光の波長は、
■、■の場合は１６０ｎｍ〜１９５ｎｍであり、■、■
の場合は１６０ｎｍ−λｎｍ（λはＳ　ｉ　ｒｌＨ２ｎ
＋２の吸収端波長、例えば５ｔ３Ｈ。

では２１５ｎｍ）である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、膜質の良好な堆
積膜を、従来にないスピードで成膜できる堆積膜形成方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた装置の概略図であり、
第２図および第３図は、第１図の装置の変形例である。 １・・・光束、２・・・光透過膜、３・・・反応容器、
４゜８・・・バルブ、５・・・原料ガス導入管、６・・
・基体、７・・・排気口、９・・・ガス導入口、１０・
・・仕切板、１１・・・ヒーター。 第１図 ゛（７、 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器に配設された光透過窓を介して、光を当
   該反応容器内に照射し、当該反応容器内に配設された基
   体近傍にあらかじめ導入された原料ガスを当該光により
   励起して、成膜に寄与する活性種を生成し、当該基体上
   に堆積膜を形成する光化学気相成長法による堆積膜形成
   方法において、堆積膜形成に際して、前記反応容器内に
   前記光に不活性なガスであって、前記活性種と相互作用
   を起こしてさらに成膜に寄与する活性種を生成するガス
   を、前記原料ガスと同時に前記反応容器内の前記透過窓
   近傍に導入することを特徴とする光化学気相成長法によ
   る堆積膜形成方法。
2. （２）光に不活性なガスが、ＳｉＨ＿４、 ＳｉＨ＿ｎＦ＿４＿−＿ｎ（１≦ｎ≦３）又はこれらの
   混合ガスであり、原料ガスがＳｉ＿ｎＨ＿２＿ｎ＿＋＿
   ２（ｎ≧２）である特許請求の範囲第１項に記載の光化
   学気相成長法による堆積膜形成方法。
3. （３）光に不活性なガスが、ＳｉＨ＿４、 ＳｉＨ＿ｎＦ＿４＿−＿ｎ（１≦ｎ≦３）又はこれらの
   混合ガスと、Ｈ＿２、Ｎ＿２、不活性ガス又はこれらの
   混合ガスとの混合ガスであり、原料ガスがＳｉ＿ｎＨ＿
   ２＿ｎ＿＋＿２（ｎ≧２）である特許請求の範囲第１項
   に記載の光化学気相成長法による堆積膜形成方法。