JPH0357190B2 - - Google Patents

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JPH0357190B2
JPH0357190B2 JP58040635A JP4063583A JPH0357190B2 JP H0357190 B2 JPH0357190 B2 JP H0357190B2 JP 58040635 A JP58040635 A JP 58040635A JP 4063583 A JP4063583 A JP 4063583A JP H0357190 B2 JPH0357190 B2 JP H0357190B2
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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
    • C23C16/505—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 using radio frequency discharges
    • C23C16/509—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 using radio frequency discharges using internal electrodes
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマCVD装置に係り、特に容量
結合型のプラズマCVD装置の電極に関するもの
である。
適当な容器内に化学反応を起こす気体状の物質
を導入し、そこでグロー放電させることによつて
反応生成物を堆積させるいわゆるプラズマCVD
装置（Chemical Vapor Deposition）法は、半
導体素子製作を始めとする種々の電気部品製作の
プロセス技術として現在不可欠のものとなつてい
る。例えば半導体分野では、SiO2、Si3N4などの
絶縁物薄膜、アモルフアス・シリコン（ａ−Si）
などの半導体薄膜の形成などにこの方法が広く利
用されている。
かかるプラズマCVD装置を大別すると、基本
的には誘導結合型のものと容量結合型のものとに
区別される。前者はグロー放電が容器の外側に巻
かれたRFコイル（高周波コイル）によつて起こ
されるものであり、後者は容器内に置かれた電極
間に加えられる高周波電力で起こされるものであ
る。
本発明はこの後者の容量結合型のプラズマ
CVD装置に関するものであり、特に生産性が高
く性能の良い生成膜を得ることができる電極に係
るものである。
従来のプラズマCVD装置の問題点を、電子写
真用感光体（以下、感光体と略す）として用いる
ためにａ−Siを円筒状金属（以下、ドラムと略
す）に堆積させる場合を例にとつて以下に説明す
る。
シラン（SiH4）、四弗化珪素などのガスを用い
てプラズマCVD法で得られるａ−Siは太陽電池
或いは薄膜トランジスタなどに使用され始めた比
較的新しい材料であるが、極く最近になつてセレ
ン（Se）などの感光物質に代わつて電子写真用
の感光体として注目され始めている。このａ−Si
の感光体への応用開発も末だ端緒についたばかり
で製作のためのプラズマCVD装置も種々考えら
れている。
基本的には前述したように誘導結合型のものと
容量結合型のものとでありこの例をそれぞれ第１
図ａ及びｂに示す。
第１図ａは誘導結合型のものの例であり、反応
槽１の外部にRFコイル２を巻回し、SiH4ガスな
どを導入管４を通して導入してグロー放電を起こ
させ、モータＭを介して回転可能なドラム状基板
５にａ−Si膜を堆積形成させる。この装置では反
応槽１の構造そのものは比較的簡単になるが基板
上の生成膜厚分布を均一にすることが難しく、ま
た成膜速度を上げるなどの制御がしにくいなどの
欠点が多く、このような感光体製作の場合だけで
なく他の素子などの製作の場合にも問題点があ
り、次の容量結合型装置に移りつつある。
第１図ｂは容量結合型の装置の例であるが、こ
の場合の電極構造は本出願人による特開昭57−
37352号公報に記載されたものを示してある。反
応室１内部に基板であるドラム５を電極とし、こ
れに対向囲繞するガス噴出孔群６を設けた中空筒
状の対向電極（RF電極）７を設けSiH4ガス３な
どを導入管４を通して導入しグロー放電を起こさ
せ、ドラム５上にａ−Si膜を堆積形成させるもの
である。この対向電極７は一般にはステンレスな
どの金属で形成される。またグロー放電がドラム
電極５と対向電極７間に限られ外部に洩れないよ
うにするためシールド板８で更に全体を覆う場合
もある。
このような構造をもつプラズマCVD装置では
生成膜厚分布を均一にすることができ、成膜速度
を変化させる条件を制御し安く、特に成膜速度を
比較的大きくとることができるので誘導結合型の
装置よりも使用されることが多い。
しかしながらこのような装置においても生産性
の高い且つ性能の良い生成膜を得るには種々の問
題点があつた。本発明はプラズマCVD法を用い
た容量結合型の成膜装置全般を対象とするもので
あるが、ａ−Siを感光体として用いる場合のプラ
ズマCVD装置を中心に従来の欠点を述べる。
ａ−Si膜を得るためには通常SiH4ガスのグロ
ー放電による分解で行われるので、この分解過程
を制御することが重要である。一般にａ−Si膜の
性能を向上させるためには、(イ)導入ガスの流量、
モル比を小さくして比較的遅い成膜速度にする、
(ロ)RF電力密度を出来るだけ小さくする、(ハ)グロ
ー放電の際のガス圧を1Torr以下の低圧にする、
(ニ)基板温度を適切にする、などが必要である。こ
れはSiH4ガスを希薄な密度でゆつくり分解させ
基板面に適当な分解状態で到着させるよう、
SiH4量、RF電力値や電極間距離などを適切な条
件に選択しなければならないことを意味する。
ａ−Siを用いた太陽電池、薄膜トランジスタな
どの素子ではａ−Si膜の膜厚は1μm程度以下で良
いから生成膜の性能を重視しても、従来のプラズ
マCVD装置の成膜速度が１〜2μm／時であるこ
とを考えれば、それ程時間もかからず生産性を大
きく左右してはいない。しかしながらａ−Si膜を
感光体として用いるためには、通常膜厚が10〜
50μm必要なので、必要厚みの感光体を得るのに
数時間〜数十時間必要とし極めて実用的でない。
比較的短時間でａ−Si膜を形成するためには、即
ち成膜速度を上げて実用的な時間内で装置を稼働
するためには上述した事とは逆に流量、モル比を
大きくし、RF電力値を上げ、圧力を高くすれば
良いのであるが、従来装置では後述するように膜
質の低下が生じたり、或いは複数個のドラムを連
続的に処理していく長時間の稼働ができないとい
つた実用的な問題点があつた。上述した第１図ｂ
の如き膜質が良く且つ成膜速度が比較的高くなる
よう改良された電極構造をもつものにおいてさえ
も上記のような問題点は依然として残り、１回の
プラズマCVDは性能の良いａ−Si膜が必要膜厚
で得られなかつたのである。
この従来のプラズマCVD装置において生成速
度を上げたり、長時間使用した場合にａ−Si膜の
性能を決定的に低下させる第１の理由は次のよう
なものである。例えばSiH4ガスのグロー放電分
解は概略次のようにして起こる。即ち、グロー放
電が生じている領域にガスが入つた段階で分解が
始まり、その領域を進む間に分解が促進され次第
にラジカル（ここでは活性化されたSi原子、分解
によつて活性化された中間状態のSi−ＨやSi−
H2などを総称している）が増加していく。この
ラジカルが増加すればお互いに気相中で衝突し凝
集することによつてａ−Siの微粒子、その他の微
粒子となり、更に集合して微粉末と巨大粒子化し
ていくのである。基板上にａ−Si膜が形成される
ばかりでなくグロー放電領域のあらゆる個所でこ
れらが発生していくから、この結果対向電極７の
ガス噴出孔群６の近傍では固いａ−Si及びその他
の堆積物が電極面に比較的強個な状態で付着し、
噴出孔より遠い処では粉末状のものが堆積し、そ
の中間域ではその中間状態の形状のものが堆積す
るのである。これらの現象は当然の事ながらガス
流量が多い程、反応圧が高い程、またそのグロー
放電領域が広い程激しく且つ反応室の広い領域に
亘つて起きるのである。この堆積現象は対向電極
面上が一番激しい。従つて生成速度を増したり、
長時間のプラズマCVDを行えばこの不必要な堆
積量は増大していくのであり、その堆積量が限界
になつた時点でこの堆積物は対向電極面などから
熱膨張の差になる歪応力などで脱落、剥離しいわ
ゆるフレーク状（細い小片）となつて飛散し、ド
ラムに当りその膜に損傷を与えたり、一緒にまき
散らされた極めて小さい微粉など、或いは気相中
で発生したりする微粉末などはドラム上に生成さ
れる。ａ−Si膜中にとりこまれａ−Si膜の性能を
低下させていたのである。これに加えて従来のプ
ラズマCVD装置では基板であるドラム５を電極
とし、これに対向囲繞するようにガス噴出孔群６
を設けた剛性のある金属電極７を設置し、しかも
通常の場合その外側を剛性をもつ金属板でシール
ドしている構造となつている。このシールド８は
反応ガス圧が低圧の時にはグロー放電が電極間以
外にも大きく広がることを防ぐためのものである
が、これの存在によつてグロー放電は電極間に比
較的限られたものの放電が限られた空間領域に閉
じられて行われるので、ガスの滞留が起こり易く
上記したフレークの発生及びその助長が避けられ
なかつたのである。
このように従来のプラズマCVD装置において
は生成速度を大きくしにくく、大きくしてもフレ
ーク或いは微粉末の発生が生成膜の性能を低下さ
せていた。また上記フレーク或いは微粉末が発生
することからプラズマCVDを長時間連続して行
えないなどの問題点を有していたのである。
本発明は叙又の欠点を除去し、成膜速度が大き
くでき且つ生成膜の性能低下がなく、長時間連続
して或いは繰り返しプラズマCVDが行えるとい
つた生産性の高い電極構造を持つた容量結合型の
プラズマCVD装置を提供すると共に、電極構造
が簡単であり基板の形状、種類を問わないといつ
た種々の利点を併せもつプラズマCVD装置を提
供するものである。
以下、本発明をａ−Si感光体がドラムに形成さ
れる場合に例をとつて説明する。
第２図は本発明によるプラズマCVD装置の一
実施例の反応室内の基板電極（ドラム）及び対向
電極、その他の配置構成例である。反応室１０内
にはモータ１６によつて回転可能な台座（図示せ
ず）が設けられ、この台座に電極であるドラム１
１が装着されている。他方、このドラム１１に対
向して、金属製の金網で構成された電極１２が配
置されている。この実施例においては、この対向
電極１２はドラムを囲繞した円筒状ネツトで構成
されている。そしてこの金網１２とドラム１１を
電極として、RF電源１５より容量結合型の電力
が供給される。反応ガスは反応室外に置かれたボ
ンベ１７より流量計１８、流量調節弁１９によつ
て流量及び濃度が調節され、反応室１０内に送り
込まれる。反応室１０内に置かれるガス導入管１
３は複数個のガス噴出孔１４を有し、ドラム１１
を囲繞する金網状電極１２と同一面又はその外方
に配置されている。このガス導入管１３は従来装
置と異なり、対向電極とは一体化されておらず、
金網状電極に接するか又は金網状電極を間にして
基板電極と反対側の適宜位置において単数又は複
数個配置されることができる。
本発明によるプラズマCVD装置は上述の如く
構成されているから、従来法のプラズマCVD装
置と比較した場合、グロー放電分解そのものは同
一でありａ−Si膜などの膜生成そのものに基本的
に変化はないが対向電極を金網状にしているので
従来法のようにグロー放電分解が閉じられた空間
に限られることがない。従つて、反応ガス、既反
応ガスの滞留はなく必要以上に分解が進むことが
なくなる。それ故ラジカルなものから粉末化する
前に反応部外部に素早く排出されることになり、
また粉末化した状態のものも反応部内部に堆積し
にくくなる。
また金網状電極に形成された付着生成物もその
付着生成物の層厚の増加と共に熱膨張の差による
歪応力は増加するとしても、細線で作られた網で
あるため歪応力は分散化される。よつてその値は
小さく増加率も低い。従つて従来の電極のように
大面積で剛性の高い場合には付着物の電極からの
フレーク状での剥離が起こり易かつたのが、本発
明の電極ではこの剥離が非常に起きにくくなるの
である。
以上のように、本発明の金網状電極を用いれば
流量も大きく、RF電力を大きくしまた高いガス
圧にしても反応領域での微粉末の発生、堆積が妨
げられ、電極から剥離脱落して飛散する粉末やフ
レークの発生もなくすことができるので、大きい
生成速度で長時間運転できるのである。
又、従来、対向電極を分割し空隙よりガスを排
出する構造も考えられてはいたが、これらはグロ
ー放電の不均一性をもたらし空隙部における異常
放電を発生させ易かつた。本発明の金網状電極の
網を形成する線径は小さく且つ網目の部分が断然
大きく電極全体に亘つて均一に分散しているため
にグロー放電域の乱れはない。しかも従来法では
ガス圧力を比較的低くしなければならなかつたた
めにグロー放電領域の広がりが大きく、前述した
ようにシールド板を必要としていたが、本発明で
はガス圧が高くできるためシールド板がなくとも
グロー放電領域を電極間に安定して局在させるこ
とができる。
また従来法の電極、特に回りにシールド板を有
した電極の構造はかなり複雑になるので脱着する
ことは容易でない。しかしながら本発明のような
金網状電極の場合には脱着は簡単であり、軽量で
あるため容易に交換し得る。また安価なためプラ
ズマCVDの都度取り換えれば常に堆積物のない
電極が使用できる。
またこのことはドラム径に応じた金網状電極或
いはドラムでなくとも任意形状、大きさに応じた
金網状電極が選択できるので極めて汎用性が高く
なり、常に電極間距離を適宜に設計できるので放
電条件も適切に制御し易いのである。
以上のように本発明の金網状電極を用いること
により、グロー放電領域を乱れなく電極間に安定
して局在させることができ、常に堆積物のない電
極が使用でき、放電条件も適切に制御し易いの
で、膜質の良い生成膜が得られる。
尚、本発明に用いられるこの金網状電極１２
は、真空排気の際にガス吸着が起こりにくくその
結果生成膜中に不純ガスが混入するのを防止し得
るような材質が良く、ステンレス鋼などが最適で
ある。また網目の形状は短冊状でも四角形でも或
いはまたハニカム状等何れの形状でも良いが、網
目を形成するための線径は0.05〜２mmφ、好まし
くは0.1〜0.5mmφ程度が良い。この線径は太すぎ
るとグロー放電の乱れを起こすので好ましない
し、また細すぎれば機械的強度が小さくなり電極
として固定設置するのに良くない。更にメツシユ
間隔はフレークの大きさを考慮して0.2〜５mm程
度、好ましくは0.5〜２mm程度が良い。この間隔
が狭すぎればグロー放電の乱れを起こすし、また
広すぎても均一な放電が得られない。尚、金網状
電極１２は着脱自在とし、ネツトの大きさも数種
容易して、ドラム径に応じてネツトを交換するよ
うにすると、常に電極間距離を一定に保たせるこ
とができ、放電条件を一定に保つことができる。
上記実施例において対向電極１２がドラムを囲
繞しているのはドラムが円筒形であるので均一膜
生成のために囲繞しているのであつて基板極１１
が他の形状の場合には必ずしも囲繞する必要はな
い。
第３図は本発明の他の実施例を示す図であり、
複数個のドラムを同時に或いは移動させながら連
続的にａ−Si膜を生成するための金網状電極構造
例である。金網状電極１２′及び１２″は、ドラム
１１′，１１″，１１の左右に平行に設置され、
各ガス噴出孔１４′，１４″を有する一対のガス導
入管１３′，１３″が金網状電極１２′及び１２″に
接するかまたはこれらの外側に配置されている。
RF電源は左右の電極１２′及び１２″に共通に接
続されているが、夫々別個に接続しても良い。本
実施例ではドラム１１′，１１″…を順次移動させ
れば連続的に膜生成を行えるので、大量生産が可
能となり、然も同一条件で製造できるから一定品
質のものが得られる。又、ドラムを順次移動させ
外部に取り出すことにより、一層大量生産が可能
となり製造コストの低減を図れる。その際必要に
よつて金網状電極１２′，１２″の移動を行つても
良い。このようにすればドラム径に応じて金網状
電極を移動させることによつて電極間距離を同一
にでき、放電条件を一定に保たせるのに便利であ
る。
上述の如く、本発明によるプラズマCVD装置
は、成膜速度が大きくでき且つ生成膜の性能低下
がなく、長時間連続して或いは繰り返してプラズ
マCVDが行えるという極めて生産性の高いもの
である。
本発明の実施例においては、SiH4ガスを用い
たａ−Si膜の円筒基板へのプラズマCVDによる
生膜とそれに用いるべき装置構造例について詳細
に説明したが本発明はこれに限られるものでない
ことは勿論である。
本発明は、従来のグロー放電が反応ガスを比較
的閉じられた空間に滞留させて行われるのに対
し、基板に対向する電極を平板のような連続面か
ら金網のような分散面にすることでグロー放電領
域を反応ガスが比較的速く通過する状態にするこ
とを主な特徴とするものであつて、如何なる物質
のプラズマCVDの場合の装置及び製品に適用し
得るものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はドラム状ａ−Si感光体を製作する従来
のプラズマCVD装置の概略図であり、ａは誘導
結合型装置、ｂは容量結合型装置を示す。第２図
は本発明に係るプラズマCVD装置の一実施例を
示す概略図。第３図は本発明の他の実施例を示
し、複数個のドラム状ａ−Si感光体を製作するた
めのドラム及び金網状電極の配置を示す斜視図で
ある。 １０……反応室、１１，１１′，１１″，１１
……基板（電極）、１２，１２′，１２″……金網
状電極、１３，１３′，１３″……ガス導入管、１
４，１４′，１４″……ガス噴出孔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 反応ガスを導入しグロー放電によつて基板上
    に成膜するプラズマCVD装置において、基板に
    対向する電極が金網状電極で構成されていること
    を特徴とするプラズマCVD装置。 ２ 前記金網状電極が前記基板を囲繞した円筒形
    状である、特許請求の範囲第１項に記載のプラズ
    マCVD装置。 ３ 前記金網状電極が前記基板を間にして並行に
    配置された平板状である、特許請求の範囲第１項
    に記載のプラズマCVD装置。 ４ 前記金網状電極がステンレス製である、特許
    請求の範囲第１〜３項の何れかに記載のプラズマ
    CVD装置。 ５ 前記金網状電極の網の線径が0.05〜２mmφで
    あり、線間隔が0.2〜５mmである、特許請求の範
    囲第１〜３項の何れかに記載のプラズマCVD装
    置。 ６ 前記反応ガスを導入するガス導入部が前記金
    網状電極と同一面又はこの金網状電極を間にして
    前記基板とは反対側に設置されている、特許請求
    の範囲第１項に記載のプラズマCVD装置。 ７ 前記基板が円筒形状基板である、特許請求の
    範囲第１項に記載のプラズマCVD装置。 ８ 前記平板状の金網状電極を並列して設置する
    と共に、これらの電極間に複数個の前記基板が設
    置されてなる、特許請求の範囲第１、３〜７項の
    何れかに記載のプラズマCVD装置。 ９ 前記複数個の基板が並行に設置された前記金
    網状電極間を順次移動して逐次外部に取り出すよ
    うに構成した、特許請求の範囲第８項に記載のプ
    ラズマCVD装置。 １０ 前記基板上に形成される薄膜がアモルフア
    ス・シリコンである、特許請求の範囲第１項に記
    載のプラズマCVD装置。
JP58040635A 1983-03-14 1983-03-14 プラズマｃｖｄ装置 Granted JPS59193265A (ja)

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DE3433874A DE3433874C2 (de) 1983-03-14 1984-09-14 Vorrichtung zur plasmagestützten Abscheidung der Oberflächen eines elektrisch leitenden Substrats aus der Gasphase

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