JPS62142784A - プラズマcvd法による堆積膜形成装置 - Google Patents

プラズマcvd法による堆積膜形成装置

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JPS62142784A
JPS62142784A JP60283127A JP28312785A JPS62142784A JP S62142784 A JPS62142784 A JP S62142784A JP 60283127 A JP60283127 A JP 60283127A JP 28312785 A JP28312785 A JP 28312785A JP S62142784 A JPS62142784 A JP S62142784A
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plasma cvd
film forming
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茂 白井
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性膜、殊に半
導体ディバイス、電子写真用の感光ディバイス、画像入
力用のラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力素子
などに用いられるアモルファス状あるいは多結晶状等の
非単結晶状の堆積膜を形成するのに至適なプラズマCV
D法による装置に関する。
〔従来技術の説明〕
従来、半導体ディバイス、電子写真用の感光体ディバイ
ス、画像入力用ラインセンサー、撮像管ディ・之イス、
光起電力素子等に使用する素子部材としては、アモルフ
ァスシリコン例、tば水素原子又は/及びハロケ゛ン原
子を含有するアモルファスシリコン(以後、[a−8i
(H,X) Jと表記する。)膜等が提案され、その中
のいくつかは実用に付されている。そして、そうしたa
−8i(H,X)膜とともに、それ等a−8i(H,X
)膜等の形成法およびそれを実施する装置についてもい
くつか提案されていて、真空蒸着、イオンプレーティン
グ法、いわゆるCVD法、プラズマCVD法、光CVD
法等があり、中でもプラズマCVD法は至適なものとし
て実用に付され、一般に広く用いられている。
ところで前記プラズマCVD法は、高周波またはマイク
ロ波エネルギーを利用して堆積膜形成用ガスを基体表面
の近傍で励起種化(ラジカル化)して化学的相互作用を
生起させ、該基体表面に膜堆積せしめるというものであ
り、そのだめの装置として、例えば第2図に図示の装置
が提案されている。
第2図において、201は反応容器全体を示し、202
は側壁、203は底壁をそれぞれ示す。204は多穿孔
内壁、205は排気管、206は排気バルブ、207は
ガス導入管、208はガス導入管上に設けたバルブ、2
09は円筒状基体、210は基体保持用円筒、21)は
ヒーター、212は支持脚、213は高周波またはマイ
クロ波の発生源、214は高周波またはマイクロ波、2
15は導波部、216は誘電体悪念それぞれ示し、Aは
反応室、Bはガス室を示す。
こうした従来の堆積膜形成装置による堆積膜形成は次の
ようにして行なわれる。即ち、反応容器201の反応室
A内のガスを、排気管205を介して真空排気するとと
もに、円筒状基体209をヒーター21)により所定温
度に加熱、保持する。次に、原料ガス供給管207を介
して、例えばa −81(H、X)堆積膜を形成する場
合であれば、7ラン等の原料ガスをガス室Bに導入し、
該原料ガスは、ガス室Bの多穿孔内壁204の多数の孔
から反応室A内に放出される。これと同時併行的に、発
生源213から、例えばマイクロ波214を発生し、該
マイクロ波214は、導波部215を通り、誘電体窓2
16を介して反応室A内に導入される。かくして反応室
A内の原料ガスは、マイクロ波のエネルギーにより励起
されて活性化(励起種化)し、S1*、SiH”等(*
は励起状態e[わす。)の、ラジカル粒子、電子、イオ
ン粒子等が生起され、それ等が相互に反応して基体20
9の表面に堆積膜が形成される。
上述の、従来のプラズマCVD法による堆積膜形成装置
は、至適なものとして一般に広く採用されてはいるもの
の、いくつかの問題がある。
即ち、導波管そして多くの場合基体保持手段も固定され
ていることから、反応室内に放射される高周波またはマ
イクロ波の電界は、導波管端部に設けられた誘電体窓側
に強く、それと対向方向に進行するに従って弱く分布し
、そして該電界の強度分布は適用する高周波またはマイ
クロ波の波長に依存するため、結果的には、反応系中に
導入される堆積膜形成用の原料ガスは、該電界の強度分
布に従った密度で励起されて励起種化するところとなり
、基体表面に堆積される膜の膜厚はおのずと電界の強い
領域では厚くなり、一方、電界の弱い部分では薄くなる
。こうした膜厚の不均一は、基体の長さが高周波または
マイクロ波の波長よりも長い場合、更に一層顕著なもの
となる。また、こうした電界強度分布の差は、堆積され
る膜の膜厚のみならず、膜の密度、硬度あるいは組成等
の点についても不均一となるという悪影響を与えてしま
い、緒特性発現性を具有する所望の堆積膜、特に大面積
の堆積膜を定常的に得るのは困難であるという問題があ
る。
特に、原料ガスの利用効率を向上せしめ、製品のコスト
低下をはかるために複数の基体に同時に堆積膜を形成せ
しめることが提案されているが、こうした場合、上述の
問題は一層深刻なものとなる。
更に、堆積膜形成過程において、基体表面上にすでに形
成されている堆積膜が、プラズマ中で発生したイオンに
よる衝撃を受け、形成された堆積膜の特性に悪影響を及
ぼすという問題もある。即ち該イオンの衝撃により、堆
積膜中の原子間の結合が切nたり、イオンが打ち込まれ
て堆積膜中に残存する等、堆積膜の構造欠陥の原因とな
り、その結果、堆積膜の光学的、電気的又は光導電的特
性が低下したり、あるいはこれ等の特性が経時的に変化
したりする。
また更に、導波管を介して放射される高周波またはマイ
クロ波は、反応容器内に配置された基体やガス導入管、
反応容器の形状、あるいは排気管の配置等によって影響
を受けるため、安定した電界の形成、インピーダンスの
マツチング調整、均一な電界強度分布の形成等が困難と
なり、不必要な領域でプラズマが生じたり、異常放電が
発生するといった問題もある。
また別に、前述の各種ディバイスが多様化してきており
、そのための素子部材、即ち、各種特性等の要件を総じ
て満足するとともに適用対象、用途に相応し、そして場
合によっては大面積化された、安定な堆積膜製品を低コ
ストで定常的に供給することが、社会的要求となってき
ており、この要求を満たす装置の開発が切望されている
。
〔発明の目的〕
本発明は、光起電力素子、半導体ディバイス、画像入力
用ラインセンサー、撮像ディバイス、電子写真用感光体
ディバイス等に使用する堆積膜を形成する従来装置につ
いて、上述の諸問題を屏決し、上述の要求を満たすよう
にすることを目的とするものである。
すなわち本発明の主たる目的は、形成される膜の膜厚及
び膜質が均一で、優れた光学的、電気的、光導電的特性
を有する堆積膜を定常的に生産するためのプラズマCV
D法による堆積膜形成装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、原料ガスの利用効率を向上させて
膜の生産性の向上及び量産化を可能にするとともに、膜
の大面積化を可能にするプラズマCVD法による堆積膜
形成装置を提供することにある。
本発明の更にもう一つの目的は、堆積膜形成過程におい
て、基体上に形成される堆積膜がプラズマの影響を直接
受けることがないプラズマCVD法による堆積膜形成装
置を提供することにある。
〔発明の構成および甥果〕
本発明者は、従来のプラズマCVD法による堆積膜形成
装置についての前述の諸問題を克服して、上述の目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、高周波またはマイク
ロ波発生源に導波管を接続し、反応容器の直前において
該導波管に電磁ホーンを接続し、該電磁ホーンを反応容
器内に配置されている円筒状の基体支持手段の基体支持
面と平行になるようにして、反応容器内に複数本導入す
るとともに、該電磁ホーンの先端を、高周波またはマイ
クロ波が通過しない程度の大きさの孔を多数有する金属
板または金属メツ7ユで構成し、該電磁ホーンの終端部
に原料ガスを導入してプラズマを発生せしめたところ、
前記金属板の孔又は金属メツシュを通してプラズマは放
出されず、励起種化された原料ガスのみが反応容器内に
分散放出され、前述の諸問題が解決され、且つ上述の目
的が達成しつる知見を得、本発明を完成するに至ったも
のである。
即ち、本発明のプラズマCVD法による堆積膜形成装置
は、基体上に堆積膜を形成するための反応容器と、該反
応容器内に堆積膜形成用の原料ガスを導入する手段と、
該原料がスを励起種化するための高周波またはマイクロ
波発生手段と、前記反応容器内を真空排気する手段とか
らなるものであって、高周波またはマイクロ波発生源に
導波管が接続し、反応容器直前において該導波管に電磁
ホーンが接続していて、該電磁ホーンが複数本、前記反
応容器内に配置されている円筒状の基体支持手段の基体
支持面と平行に反応容器内に延長しており、該電磁ホー
ンの終端部には誘電体と高周波またはマイクロ波が透過
しない程度の大きさの孔を多数有する金属板または金属
メツシュとで支切られた空間を有し、該空間内にプラズ
マを発生せしめ、該空間内に導入された原料ガスの励起
種化されたものだけが前記金属板の多数の孔または金属
メツシュを通して反応容器内に分散放出されるようにさ
れていることを骨子とするものである。
かぐなる本発明のプラズマCVD法による堆積膜形成装
置は、プラズマが電磁ホーンの終端部に設けられた空間
内にとどまり、電磁ホーンの先端部の金属板の孔又は金
属メツシュを通して励起種のみが放出される。即ち、反
応容器内に配置された基体表面付近には、プラズマが存
在せず、励起種のみが存在することとなシ、基体表面が
プラズマによる悪影響をうけることがなく、基体の長さ
が高周波またはマイクロ波の波長より長いものであって
も、製品たる膜の品質、膜厚及び電気的、光学的、光導
電的特性等の安定した堆積膜を効率的に量産できるもの
である。
さらにこうした構成の電磁ホーンを複数設け、各々の電
磁ホーンに導入する原料ガスを異ならせることにより、
各々の電磁ホーンの先端部より異なった励起種を放出せ
しめ、該複数の励起種を基体面近傍で混合して堆積膜を
形成できる。
そしてこうした場合、各々の励起種の放出を各各独立し
て制御することができる。また更に、同一装置内で複数
の基体上に同時に堆積膜を形成することを可能とし、堆
積膜製品を低コストで提供しうるものである。
本発明の装置によシ堆゛精成を形成するについて使用さ
れる原料ガスは、高周波またはマイクロ波のエネルギー
により励起種化し、化学的相互作用して基体表面上に所
期の堆積膜を形成する類のものであれば何れのものであ
っても採用することができるが、例えば、a  S 1
(H+ X )膜を形成する場合であれば、具体的には
、ケイ素に水素、ハロゲン、あるいは炭化水素等が結合
したシラン類及びハロゲン化シラン類等のガス状態のも
の、または容易にガス化しうるものをガス化したものを
用いることができる。これらの原料ガスは1種を使用し
てもよく、あるいは2種以上を併用してもよい。また、
これ等の原料ガスは、He、 Ar等の不活性ガスによ
り稀釈して用いることもある。さらに、a  Si O
] +X )膜はp型不純物元素又はn型不純物元素を
r−ピングすることが可能であり、これ等の不純物元素
を構成成分として含有する原料ガスを、単独で、あるい
は前述の原料ガスまたは/および稀釈用ガスと混合して
反応室内に導入することができる。
また基体については、導電性のものであっても、半導電
性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであっ
てもよく、具体的には金属、セラミックス、ガラス等が
挙げられる。そして成膜操作時の基体温度は、特に制限
されないが、30〜450℃の範囲とするのが一般的で
あり、好ましくは50〜350℃である。
また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を5 X 10”’Torr以
下、好ましくはI X 10−’Torr以下とし、原
料ガスを導入した時には反応室内の圧力をlX 10”
” 〜l Torr 、好ましくは5 X 10−〜l
 Torrとするのが望ましい。
なお、本発明の装置による堆積膜形成は、通常は、前述
したように原料ガスを事前処理(励起種化)することな
く反応室に導入し、そこで高周波またはマイクロ波のエ
ネルギーにより励起種化し、化学的相互作用を生起せし
めることにより行われるが、二種以上の原料ガスを使用
する場合、その中の一種を事前に励起種化し、次いで反
応室に導入するようにすることも可能である。
以下、本発明のプラズマCVD法による堆積膜形成装置
を第1図に示す実施例により更に詳しく説明するが、本
発明の装置はこれによって何ら限定されるものではない
。
第1(4)図は、本発明のプラズマCVD法による堆積
膜形成装置全体の模式図であり、第1 (B)図は、そ
の断面を示す模式図であり、第1(c)図は、本発明の
装置を構成する導波管と電磁ホーンの模式図である。
図において、101は高周波またはマイクロ波発生源で
あp、導波管102に接続されている。
103は導波管102に接続されている電磁ホーン、1
04は反応容器であり、該反応容器内には円筒状の基体
支持手段105力Ea己置されている。基体支持手段1
05はその表面に円筒状基体を装着するか、または1乃
至2以上の平板状基体を載置して、反応容器104内に
配置する。前記電磁ホーン103は、反応容器104直
前において前記導波管102に接続しており、前記基体
支持手段105の基体支持面と平行に反応容器104内
に延長している。そして、該電磁ホーン103の開口部
は、円筒状の基体支持手段105の長手方向の長さと同
等の長さを有している。該電磁ボーン103の終端部に
は、第1(C)図に示すごとく、誘電体106と、高周
波またはマイクロ波が透過しない程度の大きさの孔10
8を多数増する金属板107とで支切らtた空間を設け
る。109は原料ガス導入管であり、その一端は誘電体
106と多数の孔108を有する金属板107とで支切
られた空間内に開口し、他端はバルブ(図示せず)を介
して原料ガス供給源(図示せず)に連通している。原料
ガス供給源から供給された原料ガスは、原料ガス導入管
109を介して前記空間に導入され、該空間内に発生せ
しめたプラズマによって励起種化する。この時空間内に
プ゛ラズマが効率よく発生するために、前記誘電体10
6と多数の孔を有する金属板107との間隔は10.以
上とするのが望ましい。また誘電体106としては、シ
リコーン樹脂、テフロン樹脂、ナルミナ等のセラミック
スなど、比誘電率が高く、誘電損の小さい、高耐熱性材
料を使用するのが望ましい。
本実施例装置においては多数の孔108t−有する金属
板107を用いる例を示したが、金属メツシュを用いる
こともできる。金属板の孔または金属メツシュを通過で
きるのは、空間内で励起種化された原料ガスだけで、プ
ラズマは通過することができないため、金属板の多数の
孔または金属メツシュを通して励起種のみが反応空間内
の基体表面に向けて分散放出される。
また、本発明の装置においては、かくなる構成を有する
電磁ホーン103を複数本設置するとともに、夫々の電
磁ホー7103の終端部に異なる原料ガスを導入し、夫
々の金属板の孔または金属メツシュを通して異なる励起
種を反応容器内に分散放出せしめることにより、該複数
種の励起種が基体表面近傍において接触し化学的反応を
おこして基体表面に堆積膜を形成するものである。なお
、第1図に示した実施例装置においては、電磁ホーンの
数を2本とした例を示したが、該電磁ホーンの数は形成
される堆積膜に応じて適宜決定されるものである。また
、夫々の電磁ホーンに導入される原料ガスは二種以上の
原料ガスを混合した混合ガスであってもよいことは言う
までもない。
1)0は、反応容器内を真空排気するために反応容器の
両側端に設けられた排気管であシ、一端は反応容器内に
開口し、他端はバルブ(図示せず。)を介して排気装置
(図示せず。)に連通している。
なお、前記円筒状基体支持手段105内部には加熱用ヒ
ーター(図示せず)を設け、成膜前に基体を所定温度に
加熱したり、成膜中幕体を所定温度に保持したり、ある
いは成膜後アニール処理したりするのに用いる。更に、
該円筒状の基体支持手段105は、回転を与える駆動手
段(図示せず)に機械的に連結され、成膜中日筒状の基
体支持手段を該駆動手段により回転せしめる。
第1図に示す実施例装置においては、前記円筒状の基体
支持手段105を4本反応容器内に設置した例を記載し
たが、円筒状の基体支持手段の数も、電磁ホーンの数と
同様に、適宜決定されるものであり、電磁ホーンの数と
同じであっても、あるいは異なっていてもよい。
以上のように構成してなる本発明のプラズマCVD法に
よる堆積膜形成装置においては、堆積操作時、電磁ホー
ン103の終端部に設けられた空間に導入された原料ガ
スは、該空間内に発生するプラズマによって励起種化さ
れ、電磁ホーン103の先端部の多数の孔を有する金属
板または金属メツシュ107からは該励起種のみが効率
的に反応容器104内の円筒状基体支持手段105に装
着された基体の表面に向けて放出される。
そして複数の電磁ホーンから各々異なる励起種が放出さ
れるとともに、前記基体の表面近傍では、二種以上の励
起種が接触し、反応をおこして堆積膜を形成する。この
際円筒状基体支持手段は回転されるため、基体表面近傍
の励起種の密度分布が均一なものとなり、さらに堆積膜
に悪影響を及ぼすプラズマが基体表面近傍には存在しな
いため、基体表面に堆積する膜は均一にして均質なもの
となり、緒特性に富んだ所望品質の堆積膜製品を得るこ
とができる。
〔実施例〕
次に本発明のプラズマCVD法による堆積膜形成装置の
操作を、実施例をあげて説明するが、以下の例は該装置
の操作に限定的意味をもつものではない。
実施例1 第1図に示した装置を用いて、以下のようにして円筒状
Al基体上にa−8i:H:Fからなる電子写真用光受
容層を形成した。
即ち、まず4本の円筒状基体支持手段105の夫々に円
筒状AI!基体を装着したものを反応容器104内に設
置し、排気バルブ(図示せず)を開いて排気管109よ
り反応容器内を真空排気し、反応容器内を1O−5To
rrの真空度とした。同時に駆動手段(図示せず)によ
i)4本の円節状の基体支持手段105を回転させなが
ら、加熱ヒーター(図示せず)により基体温度を300
℃に加熱保持した。
こうしたところへ二種類の原料ガスをガス導入管109
を介して、各々別の電磁ホー/103の終端部に設けら
れた空間に導入し、多数の孔を有する金属板107を通
して反応容器104内へ導入した。排気バルブ(図示せ
ず)を調整して反応容器の内圧を0.01 Torrと
した後、2.45QHzのマイクロ波を放射し、各電磁
ホーン103内にプラズマを生起せしめ、各原料ガスか
ら各々の励起種を生成せしめた。これらの励起種は多数
の孔108を有する金属板107を介して反応容器10
4内に尋人され、各々の励起種が反応してAJ基体表面
上に、a−81:H:F’からなる堆積膜を形成した。
同様の操作を繰り返して、三層構成の光受容層をAA’
基体上に形成した。各層の成膜の条件を以下の表1に示
す。
三層の成膜を終了後、加熱ヒーター及び回転を中止し、
所定温度に冷却した後、排気バルブを開いて反応容器内
を大気圧に戻し、堆積膜の形成された4本のAl基体を
系外に取り出して、各々電子写真感光体としての特性を
評価するとともに、写真複写装置を用いて画像を評価し
た。
評価の結果、基体全面にわたって均一にして均質な膜が
堆積されており、堆積された膜は良好な帯電能及び感度
を有するものであった。また得られた画像は全面にわた
り画像欠陥が少なかった。さらに4本のAl基体の上の
光受容層はいずれも同等の特性を示した。
【図面の簡単な説明】
第1 (A)図は、本発明のプラズマCVD法による堆
積膜形成装置の典型例を示す装置全体の模式図であり、
第1(B)図は、その断面を示す模式図であり、第1(
C)図は、本発明の装置の一部を構成する導波管および
電磁ホーンの模式的である。 第2図は、従来のプラズマCVD法による堆積膜形成装
置の1例を模式的に示す断面図である。 第1(4)乃至(C)図について、 lot・・・高周波またはマイクロ波発生源、102・
・・導波管、103・・・電磁ホーン、104・・・反
応容器、105・・・円筒状の基体支持手段、106・
・・誘電体、107・・・多数の孔を有する金属板、1
08・・・励起種放出孔、109・・・原料ガス導入管
、1)0・・・排気管第2図について、 201・・・反応容器、202・・・側壁、203・・
・底壁、204・・・多穿孔内壁、205・・・排気管
、206・・・排気バルブ、207・・・ガス導入管、
208・・・バルブ、209・・・円筒状基体、210
・・・基体保持用円筒、21)・・・ヒーター、212
・−・支持脚、213・・・高周波またはマイクロ波発
生源、214・・・高周波またはマイクロ波、215・
・・導波管、216・・・誘電体窓。 図面の浄書(内容に変更なし) 第 1ffl (A) 第2図 手 続 補 正 書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和60年特許願283127号 2、発明の名称 プラズマCVD法による堆積膜形成装置3、補正をする
者 事件との関係  特許出願人 住所  東京都大田区下丸子3丁目30番2号名称  
(100)キャノン株式会社 4、代理人 住所  東京都千代田区麹町3丁目12番地6麹町グリ
ーンビル 昭和61年2月5日 (発送日:昭和61年2月25日) 6、補正の対象   明細書、図面及び委任状7、補正
の内容

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基体上に堆積膜を形成するための反応容器と、該
    反応容器内に堆積膜形成用の原料ガスを導入する手段と
    、該原料ガスを励起種化するための高周波またはマイク
    ロ波発生手段と、前記反応容器内を真空排気する手段と
    からなるプラズマCVD法による堆積膜形成装置であっ
    て、高周波またはマイクロ波発生源に導波管が接続し、
    反応容器直前において該導波管に電磁ホーンが接続して
    いて、該電磁ホーンが複数本、前記反応容器内に配置さ
    れている円筒状の基体支持手段の基体支持面と平行に反
    応容器内に延長しており、該電磁ホーンの終端部には誘
    電体と高周波またはマイクロ波が透過しない程度の大き
    さの孔を多数有する金属板または金属メッシュとで支切
    られた空間を有し、該空間内にプラズマを発生せしめ、
    該空間内に導入された原料ガスの励起種化されたものだ
    けが前記金属板の多数の孔または金属メッシュを通して
    反応容器内に分散放出されるようにされていることを特
    徴とするプラズマCVD法による堆積膜形成装置。
  2. (2)反応容器内に複数の円筒状基体支持手段が配置さ
    れている特許請求の範囲第(1)項に記載されたプラズ
    マCVD法による堆積膜形成装置。
  3. (3)電磁ホーンの開口部が、円筒状の基体支持手段の
    長手方向の長さと同等である特許請求の範囲第(1)項
    に記載されたプラズマCVD法による堆積膜形成装置。
  4. (4)反応容器内に配置されている円筒状基体支持手段
    を回転させる手段を有する特許請求の、範囲第(1)項
    に記載されたプラズマCVD法による堆積膜形成装置。
  5. (5)誘電体と多数の孔を有する金属板または金属メッ
    シュとの間隔が10mm以上である特許請求の範囲第(
    1)項に記載されたプラズマCVD法による堆積膜形成
    装置。
  6. (6)誘電体と多数の孔を有する金属板または金属メッ
    シュとにより形成される空間に導入される原料ガスが、
    各々の電磁ホーンによって異なっている特許請求の範囲
    第(1)項に記載されたプラズマCVD法による堆積膜
    形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115537765A (zh) * 2022-09-27 2022-12-30 盛吉盛(宁波)半导体科技有限公司 等离子体化学气相沉积装置和小尺寸沟槽填充方法

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