JPH059516B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコンを含有する堆積膜、とりわ
け光導電膜、半導体膜もしくは絶縁体膜として有
用なアモルフアスシリコン（以下、ａ−Siと略記
する）または多結晶シリコン等の堆積膜を形成す
るのに好適な堆積膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えばSiH₄やSi₂H₆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、支持体上にａ−Si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、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、再現性のある安定した条件制御が困
難となる。特に、広面積、厚膜の堆積膜を形成す
る場合に、これが顕著である。

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、使用できる支持体が限定さ
れると共に、高温によりａ−Si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、更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。

そこで近年、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−Si堆積膜を低温で、か
つイオン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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、光CVD法においては、堆積膜
形成装置の光透過窓上にもａ−Si堆積膜が形成さ
れ、これが反応容器内への入射光の透過率を大き
く下げて、支持体上への堆積膜形成速度を低下さ
せるという新たな問題が生じている。

この難点を回避するために、通常、光透過窓の
内面に真空ポンプ用の油を塗布する方法等が採用
されてきた。しかし、反応容器の内部に油などの
有機物を持ちこむとは、形成される堆積膜の内部
は油分子等の不純物を混入させることに繋がり、
光CVD法の特徴である膜の高品質性が損なわれ
るという問題点があつた。

本発明は、光CVD法における上記の問題点を
解決すべくなされたものである。

本発明の目的は、光透過窓上への堆積を防ぐこ
とによつて、支持体上での膜堆積速度を一定に保
ちながら高品質のシリコン膜を作製することので
きる光CVD法用の堆積膜形成装置を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明の堆積膜形成装置は、反応容
器と、該反応容器内に原料ガスを導入するための
手段と、該反応容器に配設された光透過窓を介し
て原料ガスに高エネルギー光を照射するための手
段とを備え、光化学反応を利用して該原料ガスを
分解し、該反応容器内に搬入された支持体上に堆
積膜を形成するための堆積膜形成装置に於いて、
反応容器内の前記光透過窓の近傍に、電子銃と対
向電極とが配設されてなることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明の堆積膜形成装置につき図面にし
たがい詳細に説明する。

第１図に示すように、本発明の堆積膜形成装置
は、基本的には、反応容器１と、原料ガスの導入
手段と、高エネルギー光発生装置１４とを備えて
構成される。

反応容器１内には、堆積膜をその上に形成する
所望の支持体３が、支持台２の上に搬入載置され
ている。支持体３は、導電性、半導電性あるいは
電気絶縁性のいずれの支持体でもよく、例えば、
電気絶縁性の支持体としては、ポリエステル、ポ
リエチレン、ポリカーボネート、セルローズアセ
テート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド等の
合成樹脂のフイルムまたはシート、ガラス、セラ
ミツク、紙などが通常使用される。また、支持体
３には予め電極層、他のシリコン層等が積層され
ていてもよい。

支持台２の下部には、支持体加熱用のヒーター
４が配設され、導線５を介して給電され、発熱す
る。本発明の装置を使用して堆積膜を形成する場
合の支持体の温度は特に制限されないが、好まし
くは50〜150℃、より好ましくは100〜150℃であ
る。

原料ガス供給源は６〜９で示され、水素化ケイ
素化合物のうち液状のものを使用する場合には、
適宜の気化装置を具備させる。気化装置には、加
熱沸騰を利用するタイプ、液体検量中にキヤリア
ガスを通過させるタイプ等があり、いずれでもよ
い。ガス供給源の個数は４個に限定されず、原料
ガスとして使用する水素化ケイ素化合物の種類、
あるいはハロゲンガス、キヤリアガス、希釈ガ
ス、触媒ガス等を使用する場合において、原料ガ
スである水素化ケイ素化合物との予備混合の有無
等に応じて適宜選択される。原料ガス供給源６〜
９の符号に、ａを付したのは分岐管、ｂを付した
のは流量計、ｃを付したのは各気体流の開閉及び
流量の調整をするためのバルブである。

各ガス供給源から供給される原料ガス等は、ガ
ス導入管１０の途中で混合され、反応容器１内に
導入される。１１は、反応容器１内に導入される
ガスの圧力を計測するための圧力計である。ま
た、１２はガス排気管であり、バルブ１３を介し
て反応容器１内を減圧したり、原料ガス等を強制
排気するための図示しない排気装置と接続されて
いる。

本発明の堆積膜形成装置を使用して光CVD法
により堆積膜を形成する場合、反応容器１内は、
減圧下におかれるのが好ましいが、常圧下ないし
加圧下においても堆積膜を形成することができ
る。

減圧下で光CVD法により堆積膜を形成する場
合には、原料ガス等を導入する前に、反応容器１
内を排気し、反応容器１内の気圧は、好ましくは
５×10^-5Torr以下、より好ましくは１×
10^-6Torr以下とされる。また原料ガス等を導入
したときの反応容器１内の圧力は、好ましくは１
×10^-2〜100Torr、より好ましくは１×10^-2〜
1Torrである。

高エネルギー光発生装置１４としては、例えば
水銀ランプ、キセノランプ、炭酸ガスレーザー、
アルゴンイオンレーザー、窒素レーザー、エキシ
マレーザー等が用いられる。なお、本発明で用い
る光エネルギーは、紫外線に限定されるものでは
なく、原料ガスを励起、分解させ、分解生成物を
支持体上に堆積させることができるものであれ
ば、波長域を問うものではない。また、光エネル
ギーが原料ガスまたは支持体に吸収されて熱エネ
ルギーに変換し、その熱エネルギーによつて、原
料ガスが励起、分解されて堆積膜が形成される場
合を排除するものでもない。高エネルギー光発生
装置１４から支持体３に向けられた光１５は、反
応容器１に配設された光透過窓１６を介して、矢
印１７の向きに流れている原料ガス等に照射さ
れ、原料ガス等を励起、分解し、支持体３上の全
面または所望部分にａ−Siの堆積膜を形成する。
高エネルギー光発生装置１４に適当な光学系を付
設すれば、支持体３の全面に照射して堆積膜を形
成することができるし、あるいは所望部分のみに
選択的制御的に照射して部分的に堆積膜を形成す
ることもできる。また光CVD法は、レジスト等
を使用して所定の図形部分のみに照射し堆積膜を
形成できるなどの便利さをも有している。

反応容器１内に導入する原料ガスとしての水素
ケイ素化合物を励起、分解し、ａ−Si堆積膜を形
成するにあたり、反応容器１内に気体状態の水
素、ハロゲン化合物（例えば、F₂ガス、Cl₂ガス、
ガス化したBr₂、I₂等）を導入することが望まし
い。これらを導入することにより、Si、Ｈ、ハロ
ゲン原子間でラジカル生成反応が起こり、堆積膜
形成が促進されたり、また、形成される堆積膜中
にハロゲン原子が取り込まれて、構造の欠陥を減
らし、またSiのダングリングボンドと結合するタ
ーミネータとしても働き、良質なシリコン膜を形
成することが期待される。導入されるハロゲンは
予めラジカル化しておいてもよい。また、水素化
ケイ素化合物は、２種類以上併用してもよいが、
この場合、各化合物によつて期待される膜特性を
平均化した程度の特性、ないしは相乗的に改良さ
れた特性が得られる。

このようにして支持体３上に所望のａ−Si堆積
膜を形成するが、既述したように、堆積の途中で
光透過窓１６の反応室内壁面にも支持体３の表面
と同様のａ−Si堆積膜が堆積し、これが光透過窓
１６の光１５の透過率を下げ、支持体３上への堆
積膜形成速度を低下させる。そこで、本発明の堆
積膜形成装置に於いては、反応容器１内に電子銃
１８とその対向電極１９とが光透過窓１６の近傍
に配設されている。電子銃１８と対向電極１９と
は、光透過窓１６とほぼ平行な面内に配設される
ことが好ましい。通常、原料ガス等は矢印１４の
向きに流れるが、その一部は光透過窓１６の近傍
にも存在し、光１５によつて励起、分解し、光透
過窓１６にも堆積膜が堆積する。しかし、電子銃
１５から対向電極１６へ向け電子線２０が放射さ
れると、電子衝撃や電子の付着等によつて、弱電
離プラズマの発生、電子雲の形成あるいは再結合
などを含めた複雑な反応過程が電子線２０の放射
部近傍で生じる。このような条件のもとでは、光
１５によつて原料ガスが励起、分解し堆積するよ
うな反応は減速するため、電子線２０の放射部近
傍に存在する光透過窓１６への堆積膜の堆積は抑
制され、支持体３上へのａ−Si膜の堆積のみが達
成される。

コイル２１は、反応容器１内に電子線２０の向
きとほぼ垂直な方向の磁界を発生させるためのも
のである。コイル２１に交流電流を流すと、その
電流の向きに応じて発生する磁界の向きが変化す
る。第２図は、異る向きの磁界２２，２３によつ
てよつて電子銃１５から放射される電子線２０が
ローレンツ力によつて曲がる様子を示した図であ
る。このように、コイル２１に交流電流を流し磁
界の向きを変化させれば、光透過窓１６とほぼ平
行な面内に於いて、電子線を扇状に振動走査させ
ることが可能である。このようにして電子線を走
査させれば、単一の電子銃１５を配設することに
よつても、光透過窓１６への膜の堆積の大部分を
防止することが可能である。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明の堆積膜形成装
置は、反応容器の光透過窓近傍に電子線を放射す
ることにより、光透過窓上への堆積膜を防ぎ、支
持体上への膜堆積速度を一定に保ちながら高品質
のａ−Si堆積膜を作製することを可能にするもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の堆積膜形成装置の一例を示
した模式図である。第２図は、本発明の堆積膜形
成装置に磁界を作用させたときの電子線の放射方
向を示す図である。 １……反応容器、２……支持体支持台、３……
支持体、４……ヒーター、５……導線、６〜９…
…ガス供給源、１０……ガス導入管、１１……圧
力計、１２……ガス排気管、１３……バルブ、１
４……高エネルギー光発生装置、１５……光、１
６……光透過窓、１７……原料ガスの流れ、１８
……電子銃、２３……対向電極、２０……電子
線、２１……コイル、２２……磁界（紙面に垂直
で裏面に向かう方向）、２３……磁界（紙面に垂
直で表面に向かう方向）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応容器と、該反応容器内に原料ガスを導入
   するための手段と、該反応容器に配設された光透
   過窓を介して原料ガスに高エネルギー光を照射す
   るための手段とを備え、光化学反応を利用して該
   原料ガスを分解し、該反応容器内に搬入された支
   持体上に堆積膜を形成するための堆積膜形成装置
   に於いて、反応容器内の前記光透過窓の近傍に、
   電子銃とその対向電極とが配設されてなることを
   特徴とする堆積膜形成装置。 ２ 前記電子銃から対向電極に向けて放射される
   電子線の向きに対してほぼ垂直な方向の磁界を発
   生させる磁界発生手段が反応容器に付設されてな
   る特許請求の範囲第１項記載の堆積膜形成装置。