JPH0127569B2 - - Google Patents

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JPH0127569B2
JPH0127569B2 JP54150855A JP15085579A JPH0127569B2 JP H0127569 B2 JPH0127569 B2 JP H0127569B2 JP 54150855 A JP54150855 A JP 54150855A JP 15085579 A JP15085579 A JP 15085579A JP H0127569 B2 JPH0127569 B2 JP H0127569B2
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film
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film formation
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Nobuo Kitajima
Yoshiki Hazemoto
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、グロー放電を利用して、例えば光導
電膜、半導体膜、無機絶縁膜或いは有機樹脂を形
成するに有効な膜形成法に関する。
膜形成用のガスを減圧にし得る堆積室内に導入
しグロー放電によるプラズマ現象を利用して所定
の支持体上に所望の特性を有する膜を形成しよう
とする場合、殊に、大面積の膜の場合には、全面
積に亘つてその膜厚並びに、電気的、光学的或い
は光電的等の物理特性の均一化及び品質の均一化
を計り乍ら、その膜形成速度を増大させることに
は、通常の真空蒸着法に較べて非常に困難が附纒
う。
例えば、SiH4ガスを放電エネルギーを使つて
分解し支持体上にアモルフアス水素化シリコン
(以後、a―Si:Hと記す)膜を形成して、この
膜の電気物性を利用し様とする場合、この膜の電
気特性が膜形成時の放電強度に大きく依存する
為、膜の全領域における電気物性の均一性を得る
には、膜形成の全領域において放電強度の均一化
を計る必要があり、この放電強度の均一化を計る
と共に、膜形成速度を向上させなければ再現性及
び生産性、量産性の点において充分満足され得る
ものではなく工業化を計ることは出来ない。
ところでこの放電強度の均一性は、電界強度、
ガス流量、ガス圧、ガスの導入位置と排出位置の
配置、放電電極の形状や配置等の要素に主に依存
し、従来より提案されている膜形成法では、上記
の諸要素を一義的に決定して、膜形成条件が最適
となる様な均一な放電強度を得ることは出来ず、
ある程度の条件緩和の下で膜形成を行なつている
のが現状である。
又、大面積の膜を生産性、及び量産性良く形成
するには、ガスの消費が出来るだけ膜形成用だけ
になる様にガス消費量を経済化する事、反応ガス
濃度が膜形成領域で不均一分布しない様にするこ
と、多量のキヤリアガスを要しない様にする事、
膜形成速度の向上を計る事、等々が挙げられ、更
に均一特性と良好な品質の大面積の膜を得るに
は、成長膜厚分布が均一である事、放電によつて
生ずるガスプラズマに空間的不均一分布が生じな
い様にする事等が必要である。
而乍ら従来法は、これ等の諸点においても充分
満足し得るものではなく、殊に、膜形成速度が著
しく速く、且つ優れた特性を有する膜を再現性良
く得るという点においては、解決が何等なされ得
ているものではなかつた。
従つて、電気的、光学的或いは光電的特性に優
れ、形成される膜の全領域において、これ等の特
性の均一化が得られ、且つ生産性及び量産性の点
から膜形成速度の向上が著しく計られ得る膜形成
法の提案が強く所望されている。
本発明は、上記の諸点に鑑み成されたものであ
つて、大きな面積の膜であつても全面積に亘つ
て、その物理的特性及び膜厚が実質的に均一であ
る膜が再現性良く高効率・高速度で形成され得る
膜形成法を提案することを主たる目的とする。
本発明の膜形成法は、減圧にし得る堆積室内に
円筒状支持体を設置して堆積膜形成用のガスを導
入しグロー放電を生起させて前記ガスのプラズマ
雰囲気を形成し、前記プラズマ雰囲気に磁束密度
が1〜500Gの範囲の磁界を与えるとともに該磁
界を振動させながら所定領域に集中させること
で、前記円筒状支持体上に堆積膜を形成する事を
特徴とする。
この様な特徴を有する本発明の膜形成法によれ
ば従来法に較べて著しく高効率・高速度で物理的
特性、光学的特性及び光電的特性に優れ、然も形
成される膜の全領域においてそれ等の特性及び膜
厚が均一で且つ大面積のものが容易に形成し得る
ものである。殊に、本発明の膜形成法は、電気的
及び光電的に優れたa―Si:H膜が容易に再現性
良く高速度で形成し得るもので例えば、従来のグ
ロー放電法に較べ少なくとも5〜10倍の膜形成速
度で優れた光電的・電気的特性に優れたものが得
られるものである。
本発明においては、形成されるプラズマ雰囲気
を所定領域に磁界の作用で集中させプラズマ密度
を実質的に高めることにより高効率で膜形成用の
支持体に堆積膜を形成し得るものであるが、プラ
ズマを集中させる領域は、グロー放電を生起させ
る電極の1つの近傍とされるのが好ましいもので
ある。この場合、膜形成用の支持体は、プラズマ
が集中されている電極側に設置しても良いし、
又、該電極と対向する他方の電極側に設置しても
良いし、これ等の中間位置に設置しても良い。こ
れ等支持体の設置位置の選択は、形成する膜の種
類、放電強度、磁界の強さ等によつて各々適宜に
成されより効率良く高速度で膜形成し得る様に成
される。
以下、本発明を図面に従つて具体的に説明す
る。第1図は、本発明の膜形成法を具現化する堆
積装置の好適な例の1つを示す模式的部分破断面
斜視図である。第1図に示される堆積装置100
は、円筒状の支持体上に、又は円筒状の保持部材
上に設置される多数の平板状支持体上に堆積膜を
高速度で再現性良く形成し得る例として示され
る。
堆積装置100は、下部に排気口101及び堆
積膜形成用のガスを導入する為のガス導入管10
2を有するベースプレート103上に、同心円状
に、電極104、ヒータ105、内面側に多数の
ガス吹出口106を有し、間隔を置いて二重構造
とされた電極107、減圧にし得る堆積室として
の空間領域を形成するベルジヤ108、及び該ベ
ルジヤ108の外側にリング状の永久磁石を8個
マグネツト押え部材110に取付けて構成されて
ある磁界形成手段112が各々設置された構造を
有し、堆積膜形成用の円筒状支持体113は、こ
れも同心円状に、ヒータ105と電極107との
間に設置される。
磁界形成手段112を構成する8個の永久磁石
109の各々は、同極が対向するに例えばSN,
NS,SN……と云う様に下側より所定の間隙をあ
けてマグネツト押え部材110に取付けられ、膜
形成時においては、磁界の空間的均一化を計る為
に装置100の同心軸方向(図において、紙面の
上下方向)に所定の時間間隔で振動する様に工夫
されてある。永久磁石109の幅及び各永久磁石
の設置間隔は、所定に従つて適宜決定されるもの
であるが永久磁石109の幅としては、なるべく
細い方が磁界の強度分布を均一的にし易いので良
いものであるが、余り細いと磁界の強度が弱くな
り、形成されるプラズマを凝集させて高密度化し
難くなるのである程度の値が与えられ又、各永久
磁石の設置間隔は磁界形成手段112を振動させ
る際の振動振幅の大きさと大いに関係するもので
あるが、各永久磁石109間に生ずる磁界強度の
稀薄をなる可く避ける為に又、磁界形成手段11
2の振動の振幅を大きくして、その振動による膜
形成への悪影響を避ける意味で振幅をなるべく小
さくする為に、可能な限り小さくする方が良い。
又、堆積室内部に形成されるプラズマのより一
層の高密度均一化を計る為に磁界形成手段112
には、装置100の同心軸を中心に回転させ乍
ら、振動させる様な動きが与えられると一層望ま
しいものである。
ベースプレート103とベルジヤ108とで形
成される堆積室内へのガスの導入は、ガス導入管
102より間隙を設けて二重同心円構造とされて
いる外側電極107の間隔112に導かれ、外側
電極107の内面側に多数所定大きさの開口を有
するガス吹出口106より成される。
ガス吹出口106の分布及び開口の大きさは、
堆積室内に均一なガス流量分布が形成される様
に、装置の形状及びデイメンジヨンに合わせて適
宜設計される。
堆積室内に導入されるガスの流量は、使用され
る堆積膜形成用のガスの種類、及び必要に応じて
堆積膜形成用のガスを稀釈する為に用いられる。
例えば、Ar,He等の不活性ガス等の稀釈ガス或
いは、a―Si:H膜を形成するのであれば膜への
H導入の為に用いるH2ガス、更には、不純物導
入用の例えばPH3,B2H6等の不純物導入ガス等
の膜形成用の主原料ガス以外のガスの種類、これ
等のガスの混合比、或いは、電極104と電極1
07との間に形成される電界強度や磁界強度、磁
束密度分布、排気速度等々に左右され、これ等を
装置設計に適宜決め、その設計された装置で形成
する膜の種類が選択されれば、自ずとその適当な
範囲が決められ得るが、本発明においては、その
目的を効果的に達成する為に通常の場合導入され
るガス全体として1〜500sccm好適には10〜
200sccmの範囲とされるのが望ましいものであ
る。
又、電極104と電極107との間に投入され
る電力は、通常の場合1〜500W、好適には5〜
100Wの範囲に設定されるのが良い。
又、交流の場合周波数としては低周波から高周
波まで採用することが出来、膜形成効率を一層増
大させるにはより高周波領域の周波数を選択する
のが良く、通常の場合は例えば13.56MHzの如き
RF領域の周波数が選択される。
堆積室内に形成される磁界の強さ及びその強度
分布は、形成されるプラズマを均一的に高密度に
し得るのに重要であり、これ等は、設計される装
置の形状及び大きさ、堆積膜を形成する支持体1
13を電極104と電極107との間の、磁界形
成手段112側に配設するか又は、磁界形成手段
112側とは反対側に配設するかによつて所望に
応じて適宜決められる。本発明においては、膜形
成用の支持体の設置位置における磁界の強さとし
ては、磁束密度で表わせば通常の場合1〜500G、
好適には5〜100Gの範囲に設定するのが望まし
いものである。
第2図は、本発明の膜形成法を具現化する堆積
装置の別の好適な例を示す模式的部分破断斜視図
である。
第2図に示される装置200は、第1図に示さ
れる堆積装置100と、磁界形成手段の配設位置
が異なるだけで、その他の点においては本質的に
異なるものではない。
即ち、第1図に示される装置100において
は、磁界形成手段111は、電極107の外側、
詰り膜形成用支持体113の配設されてある電極
104と対向する電極107側に配設されてある
のに対して、第2図に示される堆積装置200に
おいては、磁界形成手段211は、電極204の
内側、即ち、電極204と電極207との間に配
設される円筒状の支持体213の配設されてある
側に設けられている。
又、第2図の装置においては、同時に多数本の
ドラム状支持体213上に膜形成される様に多数
本のドラム支持体を収容し得るに足る容積を有す
る堆積室を形成し得る様に設計されてある。
堆積室内に配設されるドラム支持体の出し入れ
は、装置の移動可能部を2本のレール203―
1,203―2上を移動させることで成される。
電極204、電極207は、各々絶縁端子21
4―1,214―2によつて装置本体と電気的に
絶縁されてリード電極215―1,215―2に
より外部にある電源(不図示)と接続されてお
り、電源のON動作によつて、電極204と電極
207との間に所望の電界が生ずる様にされてあ
る。
電極207は、第1図に示したのと同様に、ガ
ス導入用の間隙212を設けた二重構造となつて
おり、その内側面には堆積室内に所望量で膜形成
用のガスが均一に導入される様に多数の微細孔が
設けられてガス吹出口206を形成している。
磁界形成手段212は、リング状の永久磁石2
09が複数個同心円状にマグネツト取付部材21
0に取付けられて構成されており、永久磁石20
9は、第1図に示したのと同様のものが使用され
得る。永久磁石209の極性配列は、第1図に示
した場合と同様であつて、永久磁石209―1側
より例えば順にSN,NS,SN,NS,……の様に
同極同志が対向する様に配列される。
又、図には示されていないが磁界形成手段21
2は、膜形成時において、第1図で説明したのと
同様に同心軸方向に所定の周期で連続的に又は断
続的に振幅運動を繰返す様様な機構が付加されて
ある。
ヒータ205は、円筒状支持体214を所定温
度まで加熱したり、或いは所定温度に維持する為
に用いられるもので、例えば膜形成前に支持体2
14を加熱したり、又は、膜形成中に加熱又は一
定温度に保持することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、各々、本発明の膜形成法
を具現化する好適な堆積装置の例を模式的に示し
た部分破断斜視図である。 100,200……堆積装置、101,201
……排気口、102,202……ガス導入管、1
03……ベースプレート、203……レール、1
04,204……電極、107,207……電
極、105,205……ヒータ、106,206
……ガス吹出口、108,208……ベルジヤ
ー、109,209……永久磁石、110,21
0……マグネツト取付部材、111,211……
磁界形成手段、112,212……間隙、11
3,213……支持体、214……絶縁端子、2
15……リード電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 減圧にし得る堆積室内に円筒状支持体を設置
    して堆積膜形成用のガスを導入しグロー放電を生
    起させて前記ガスのプラズマ雰囲気を形成し、前
    記プラズマ雰囲気に磁束密度が1〜500Gの範囲
    の磁界を与えるとともに該磁界を振動させながら
    所定領域に集中させることで、前記円筒状支持体
    上に堆積膜を形成する事を特徴とする膜形成法。
JP15085579A 1979-11-21 1979-11-21 Method of forming film Granted JPS5673428A (en)

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