JPS62196375A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成方法及び装置 - 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】 〔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、特に半
導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、画像入力用
ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力素子等に用い
るアモルファス半導体膜を形成する方法及び該方法を実
施するに至適な装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体デバイス、電子写真用感光体デバイス、画
像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力素子
、その他各種のエレクトロニクス素子、光学素子等に用
いる素子部材として、アモルファスシリコン、例えば水
素（Ｈ）又は／及びハロゲン（Ｘ）（例えばフッ素、塩
素等）で補償されたアモルファスシリコン（以下、〔ａ
−８ｉ　（Ｈ，Ｘ）〕と記す。）等のアモルファス半導
ｒ１ζ等の堆積膜が提案され、その中のいくつかは実用
に付されている。

そして、そうした堆積膜については、プラズマＣＶＤ法
、即ち、原料ガスを直流又は高周波、マイクロ波グロー
放電によって分解し、ガラス、石英、耐熱性合成樹脂フ
ィルム、ステンレス、アルミニウムなどの基体上に薄膜
状の堆積膜を形成する方法により形成されることが知ら
れており、そのための装置も各種提案されている。

特に、近年マイクロ波グロー放電分解を用いたプラダ７
　ＣＶＤ法（以下、＊Ｍｗ　−ＰＣＶＤ法〃という。）
が工業的にも注目されている。

そうした従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜の形成装
置は、代表的には、第２図の断面略図で示される装置構
成のものである。第２図において、１は反応容器全体を
示し、２は真空容器、３はアルミナセラミックス又は石
英等の誘電体窓、４は導波部、５はマイクロ波電源、５
１はマイクロ波、６は排気管、７はリング状の原料ガス
供給管、７１はバルブ、８は基体保持板、９は基板、１
０はヒーター、１１はプラズマ発生領域を示す。

こうした従来の、堆積膜形成装置による堆積膜形成は、
以下のようにして行われる。

即ち、真空容器２内部を、排気管６を介して真空排気す
ると共に、基板９を基体保持板８に内蔵されたヒーター
１０により所定温度に加熱、保持する。次に、原料ガス
供給管７に、例えばアモルファスシリコン堆積膜を形成
する場合であれば、シランガス、水素ガス等の原料ガス
を送入し、該原料ガス供給管に開口する複数のガス放出
孔７／　、　７／、・・・を介して反応容器１内に放出
される。これと同時併行的に、マイクロ波電源５から周
波数５００　Ｎｆｆ（ｚ以上の、好ましくは２．４５　
ＧＨｚのマイクロ波５１を発生し、該マイクロ波は、導
波部４を通り誘電体窓３を介して反応容器１内に導入さ
れる。かくして反応容器ｌ内の導入原料ガスは、マイク
ロ波のエネルギーにより励起されて解離し、中性ラジカ
ル粒子〜イオン粒子、電子等が生成され、それ等が相互
に反応して基体９の表面に堆積膜が形成される。

ところで、このようなＭＷ−ＰＣＶＤ法においては、一
般に周波数１３．５６　ＭＨｚの高周波電力を用いた高
周波プラズマＣＶＤ法（以下、これを’ＲＦ−ＰＣＶＤ
法“という。）と異なシ、無電極放電によってプラズマ
が生起する。すなわち、第１図に示すようにマイクロ波
５１が導入される誘電体窓３を中心としてプラズマ１１
が生起されることになる。また、電離したプラズマは電
気的導体として作用するため、誘電体内部を空間伝搬す
る性質を有するマイクロ波にとっては吸収体もしくは反
射体として作用する。しかも、プラズマの電界強度はそ
の表皮効果のため誘電体窓から遠ざかるに従って急激に
減少する。

また電子温度も電界強度分布に比例して減少するため、
原料ガスの分解によって生成した励起原子の密度分布も
誘電体窓から遠ざかるに従って減少する。このような、
励起電子の密度分布は堆積膜の堆積速度に直接影響を及
ぼし、誘電体窓近傍では速く、遠ざかるに従って急速に
遅くなる。

すなわち、誘電体窓から可成り離れた位置に基板が配設
されていた従来のＭＷ−ＰＣＶＤ装置には、膜の堆積速
度が遅いという欠点があった。

また、同一構造の装置をａ−８ｉ　：）（：ｘ膜以外の
プラズマ処理、例えば電気絶縁膜の堆積やドライ−エツ
チング処理等に使用する場合にも、マイクロ波エネルギ
ーを十分に活用できないという欠点もあった。

一方、前記素子材料として用いる３−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜の
ように誘電率の低い膜を堆積する場合、形成される堆積
膜はマイクロ波に対して吸収体あるいは反射体として作
用する。そのため、ａ−８ｉ　：　Ｈ：　Ｘ膜を連続し
て堆積させる場合、堆積が進行し、膜厚が厚くなるにつ
れてａ−８ｉ：Ｈ：　Ｘ膜でのマイクロ波電力の反射量
が増加し、反応室内に進入してプラズマを生起させるた
めに使用されるマイクロ波電力が減少し、やがてはプラ
ズマを生起させるだけのマイクロ波電力を投入できなく
なシ、プラズマが消失してしまう。

すなわち、従来装置のように堆積速度の遅い場所に基板
を配設した構造では、基体上に所望の膜厚のａ−８ｉ：
Ｈ：Ｘ膜を堆積しようとする場合、誘電体窓にはそれ以
上の膜厚のａ−８ｉ：ＩにＸ膜が堆積し、基体上のａ−
８ｉ　：Ｈ：Ｘ膜が所望の膜厚に達する前にプラズマが
消失するとい°う欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述のごとき従来の装置における諸問
題を克服して、半導体デバイス、電子写真用感光デバイ
ス、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電
力素子、その他の各種エレクトロニクス素子、光学素子
等に用い・る素子部材としての堆積膜を、ＭＷ−ＰＣＶ
Ｄ法により、安定して高速形成しうる方法及び該方法を
実施するに至適な装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ＭＷ−ＰＣＶＤ法によりａ−８ｉ
：Ｈ：Ｘ膜を形成するについて、マイクロ波エネルギー
を効率的に利用してａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜の堆積速度を向
上せしめる方法及び該方法を実施するに至適な装置を提
供することにある。

本発明の更に他の目的は、ａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜堆積中に
マイクロ波が遮断されることなく安定して堆積可能な堆
積膜形成方法及び該方法を実施するに至適な装置を提供
することにある。

〔発明の構成〕

本発明者らは、従来の方法、装置における前述の諸問題
を克服して、上述の本発明の目的を達成すべく鋭意研究
を重ねたところ、ＭＷ−ＰＣＶＤ法によりａ−８ｉ：Ｈ
：Ｘ膜を効率よく形成するについては、基体（支持体）
をマイクロ波導入窓たる誘電体部材のプラズマ側に出来
得るかぎシ近づけて配置することが最も好ましいことが
わかった。

しかしその場合、その一方には上述する解決しなければ
ならない問題のあることがわかった。

即ち、上述のようにする場合、構造上、基体の誘電体窓
と接する面と反対側の面にａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜が堆積す
るようにすることから、反応容器内部でプラズマを生起
させるためには、誘電体窓を伝搬して来たマイクロ波は
、基体内部をも伝搬することが必要不可欠であるという
問題である。

この点について本発明者はさらに鋭意研究を続けたとこ
ろ、周波数５００ＭＨｚ以上のマイクロ波を効率良く伝
搬する基体材料としては、誘電体損失角（ｔａｎδ）が
０．００５以下で、比誘電率（Ｅγ）が１０以下である
ような誘電体材料を使用するのが好ましい知見を得た。

そしてそうした誘電体材料には、例えば、石英ガラス、
アルミナセラミックス、テフロン、ポリスチレン、ベリ
リア、ステアタイト等がちシ、これらは周波数２．４５
　ＧＨｚのマイクロ波電力の半減深度は１ｍ以上で極め
て効率良くマイクロ波が透過することがわかった。

これに対して、ｔａｎδが０．００６以上の誘電体材料
、例えばソーダガラスではマイクロ波の吸収が大きく、
周波数２．４５　ＧＨｚのマイクロ波電力はわずか３０
ｃｍの深さでその半分が吸収され熱エネルギーとしてう
ばわれることか判明した。

さらば、基体として金属などの導電性材料を用いると、
マイクロ波が完全に反射されてしまうため、こうした材
料の使用によっては本発明の目的は達成することができ
ないことも判明した。

然るに本発明は、上述の知見に基いて完成に至ったもの
であるところ、、　ＭＷ−Ｐ（’ＶＤ法による堆積膜形
成方法と、該方法を実施するについて至適な装置とを包
含するものである。

即ち本発明の、、ＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成方
法は、マイクロ波透過性部材を基体に使用し、該基体を
、マイクロ波発生源からするマイクロ波の透過窓の反応
容器側面に極近させて位置せしめ、該基体の反応容器側
の面の近傍から成膜用原料ガスを噴出せしめると同時に
マイクロ波エネルギーをそこに放射させて前記基体の反
応容器側の面上に膜堆積せしめることを特徴とするもの
である。

そして本発明の装置は、前記本発明の、ＭＷ−ＰＣＶＤ
法による堆積膜形成方法を実施するに至適なものであっ
て、反応容器壁の一部を形成しマイクロ波発生源から伝
搬されるマイクロ波エネルギーを必噴器内に導入するマ
イクロ波透過窓の反応容器側壁面に極近させてマイクロ
波透過性部材からなる基体を設置し、その界面に該プラ
ズマが侵入しないようにされていて、成膜用原料ガスを
前記基体の近傍から前記基体の反応容器側の面全体に向
けて供給する手段を有することを特徴とするものである
。

そして、上記構成の本発明の方法並びに装置にあっては
、使用するマイクロ波について、その周波数が５００Ｍ
Ｈｚ以上であるこ点から、基体に使用するマイクロ波透
過性部材は、そうした周波数のマイクロ波に対して誘電
体損失内体例として、石英ガラス、アルミナセラミック
ス、テフロン、ポリスチレン、ベリリア、ステアタイト
等の部材を挙げることができ、基体としてのこうした部
材は、その透過性機能そして支持体としての機能が充分
発揮される範囲内で可能な限り薄くすることができるが
、その製造上の点、取扱い上の点、そして機械的強度上
の点等からして、通常は１０μ以上とされる。

そして基体としてのこうした部材は、その堆積膜形成用
面を、用途を考慮して例えばディンプル形状といった類
の凸凹形状のものにすることもできる。

そしてまた上記構成の本発明の方法並びに装置にあって
は、堆積膜形成用原料ガスをマイクロ波エネルギーによ
り励起して解離して基体面上に堆積膜を形成せしめる際
に、該基体を適宜の手段を介して輻射熱により加熱し、
堆積膜形成効率を高めるようにすることも勿論可能であ
る。

以下、本発明のＭＷ−Ｐ（、ＶＤ法〈よる堆積膜形成方
法、装置について図面の実施例により、更に詳しく説明
するが、本発明はこれにょシ何ら限定されるものではな
い。

第１図は、本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成
方法を実施する装置の至適な１例の断面略図である。

図中、前述の従来装置前（第２図に図示）と同一機能の
装置構成部分については、第１図におけると同様の記号
にて示した。

図中、１は本発明の装置の反応容器全体を示す。２は、
該反応容器を真空気密とするための真空容器であり、３
はマイクロ波を反応容器内に効率良く透過し、かつ真空
気密を保持し得るような材料（例えば石英ガラス）で形
成された誘電体窓である。４は、マイクロ波の導波部で
主として金属製の矩形導波管からなっており、三本柱整
合器、アイソレーター（図示せず）を介してマイクロ波
電源５に接続されている。６は、一端が真空容器２内に
開口し、他端が排気装置（図示せず）に連通している排
気管である。

８は、基体９の保持部であり、基体９を誘電体窓３に密
接して保持する構造となっている。なお基体９は、マイ
クロ波を効率良く透過する前述の誘電体材料から形成さ
れたものでちる。

基体９は、基板保持部８によって誘電体窓３に密接した
構造で保持されており、基体９と誘電体窓３の界面にお
いてはプラズマは生起しない０ １０は、基体９をａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜が堆積するのに好
適な温度に加熱保持するだめのヒーターである。本実施
例においては基体９の真空側に配置し、輻射熱によって
間接加熱する構造としたが、マイクロ波の伝送を阻げな
い位置であれば真空容器２の壁面に取付けて、基体９を
直接加熱する構造にしてもよい。

７は、一端は反応容器の基板９近傍に開口し、他端はパ
ルプ手段７１を介して原料ガス供給源（図示せず）に連
通している、原料ガス供給管である。

１１は誘電体窓３と基板９を透過したマイクロ波５１に
よって反応容器内に生起したプラズマであり、基体９の
誘電体窓３とは反対面側で生起する。

ところで、基体を、反応容器内の加熱手段により加熱す
る場合にあっては、その加熱温度が５００℃程度乃至そ
れ以上になると、原料ガスはその熱エネルギーのみでも
分解しである種の反応生成物が生成され、それがａ−８
ｉ：Ｈ：Ｘといった膜の形成に好ましからざる影響を及
ぼしてしまうことがあるところ、本発明はこの問題の解
決手段を包含する。

即ち、そうした場合、基体を、マイクロ波エネルギーの
一部を利用して、成膜に好適な温度に加熱、保持する。

具体的には、誘電体損失角（ｔａｎδ）が大きい材料が
マイクロ波エネルギーを容器して発熱する性質を有する
ところを利用して、基体９として、ｔａｎδが０．００
６以上の誘電体材料部材を用いると、誘電体窓３を透過
したマイクロ波エネルギーのうち一部は該基体に吸収さ
れ、該基体はその内部から加熱され、成膜に好適な温度
に加熱、保持されるところとなる。

そして一方、マイクロ波エネルギーの余の部分は、該基
体を透過し、反応容器の成膜空間にプラズマを生起せし
めてａ−８ｉ：Ｈ：Ｘといった膜を該基体の表面に堆積
せしめるのに寄与する。

もつともその場脅威、ｔａｎδの大き過ぎる材料を使用
すると、プラズマ生起に利用されるマイクロ波電力が減
衰するため、十分な堆積速度を達成することができない
。基体材料の選定には、基体温度の上昇そして堆積速度
の減衰とに十分考慮をはらうことが必要である。

また、マイクロ波の吸収の大きくない基板材料を使用す
る場合は、補助的に他の加熱手段を使用することもでき
る。

〔実施例〕

まず、バルブ７１を閉じ排気管６から真空容器２内を脱
気し、反応容器内の圧力をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以
下に調整した。ついで、ヒーターｌＯに通電して基体９
の温度を２５０℃に加熱、保持した。そこに、パルプ７
１を開いて原料ガス供給管７を介して、シランガス５０
０　ｓｅｃｍ　、水素ガス２００　ｓｅｃｍの混合ガス
からなる原料ガスを系内圧力がＩ　Ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒ
ｒになるまで導入し、それと同時にマイクロ波電源５に
通電して周波数２．４５　ＧＨｚのマイクロ波を誘電体
窓３および誘電体基体９を介して反応容器内に放射し、
プラズマを生起させて所定時開成膜を行った。その後、
基体の加熱、ガスの供給、マイクロ波の放射等を中止し
、基体を放冷した後、該基体を系外に搬出した。同様の
操作を、誘電体窓３はそのままにして、基体９のみを別
のものに交換し、合計１０回の堆積膜形成を行った。

このようにして、９００Ｗのマイクロ波電力を放射して
堆積を行った場合の基体９の表面とそれから遠ざかる位
置での堆積速度変化の分布を第３図に示した。

第３図から明らかなように、誘電体窓近傍にある基体９
の表面では堆積膜形成速度が７５Ｘ／ｓｅｃであるのに
対して、基体かられずか１０ｃＩｒＬ離れた位置での堆
積速度は、１５Ａ／ｓｅｅであった。すなわち従来例に
おいて基体を配置していた場所と比べて、基体を誘電体
窓に極近に設置した場合は堆積膜形成速度が実に５倍に
向上した。

しかも、１０枚の基体について、その表面に堆積された
堆積膜をテストしたところ、いずれのものも極めて緻密
組成の膜質で膜全体が均質であり、電気的、光学的、光
導電的特性に極めて侵れていた。

また、基体に１μｍ程度のａ−８ｉ　：Ｈ：Ｘ膜を堆積
させ、１０回の堆積膜形成を行った後でも、誘電体窓の
基体と接した表面にはａ−８ｉ　：　Ｈ：ｘ膜が堆積し
た形跡は見られなかった。これは、基板が膜堆積時に誘
電体窓に対する膜付着防市板としての効果を発揮してい
ることを表わしている。一般に、光電変換デバイスに使
用するような低電気抵抗率のａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜を従来
方法で形成させた場合は、デバイスとして必要な膜厚で
ある１μｍの膜を堆積させると誘電体窓には５μｍの膜
厚のａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜が堆積する。

ａ−８ｔ：Ｈ：Ｘ膜がマイクロ波の伝送系路に存在する
場合、その膜厚が４〜５μｍ以上になると膜でのマイク
ロ波の吸収、反射が無視できなくなる。

その点、本発明によれば仮りに多くあったとしてもせい
ぜい１μｍ程度であり、そうしたと°ころで新たな基体
に交換されるわけであるので、ａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜での
マイクロ波電力の減衰を無視できる。実際、本実施例に
おいては１回目と１０回目の膜堆積時のマイクロ波の反
射電力の増加は見られず、また、堆積速度の変化も見ら
れず、きわめて安定した成膜ができた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、マイクロ波を透過する誘電体基体をマ
イクロ波導入用誘電体窓に極近させて配置することで、
該窓と接する面と反対の基板表面に高蓮でａ−８ｉ：Ｈ
：Ｘ膜を堆積することができ、該基体を該窓にａ−８ｉ
：Ｈ：Ｘ膜が付着することを防止する防着板としての機
能を合わせてもたせることで反応容器内でプラズマを長
期安定して生起させることができ、ａ−８ｉ：Ｈ：Ｘ膜
を安定して堆積することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例装置の断面略図である。第２
図は、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜の形成装置
の断面略図である。第３図は、本発明により堆積膜形成
を行った場合の、マイクロ波導入窓からの距離に対する
堆積膜形成速度を表わしたグラフである。 図において、 １・・・反応容器　　　　　２・・・真空容器３・・・
誘電体窓（マイクロ波導入窓）４・・・導波部　　　　
　　５・・・マイクロ波電源５１・・・マイクロ波　　
　　６・・・排気管７・・・原料ガス供給管　７１・・
・バルブ８・・・基体保持板　　　　９・・・基板１０
・・・ヒーター １１・・・プラズマ発生領域

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波透過性部材を基体に使用し、該基体を
   、マイクロ波発生源からするマイクロ波の透過窓の反応
   容器側面に極近させて位置せしめ、該基体の反応容器側
   の面の近傍から成膜用原料ガスを噴出せしめると同時に
   マイクロ波エネルギーをそこに放射させて前記基体の反
   応容器側の面上に堆積膜を形成せしめることを特徴とす
   るマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成方法。
2. （２）前記基体を、輻射熱により成膜に好適な温度に加
   熱する、特許請求の範囲第１項に記載の堆積膜形成方法
   。
3. （３）前記基体として、マイクロ波の周波数が５００メ
   ガ・ヘルツ以上である時、誘電体損失角（ｔａｎδ）が
   ０．００６以上である誘電体部材を使用する、特許請求
   の範囲第１項に記載の堆積膜形成方法。
4. （４）反応容器壁の一部を形成しマイクロ波発生源から
   伝搬されるマイクロ波エネルギーを反応容器内に導入す
   るマイクロ波透過窓の反応容器側壁面に極近させてマイ
   クロ波透過性部材からなる基体を設置し、その界面に該
   プラズマが侵入しないようにされていて、成膜用原料ガ
   スを前記基体の近傍から前記基体の反応容器側の面全体
   に向けて供給する手段を有することを特徴とするマイク
   ロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置。
5. （５）前記基体を、薄膜の堆積に好適な温度に輻射熱に
   よつて加熱する手段を、該マイクロ波透過窓の大気側近
   傍のマイクロ波エネルギの伝送を阻げない位置に有する
   、特許請求の範囲第４項に記載の堆積膜形成装置。
6. （６）前記基体として、マイクロ波の周波数が５００メ
   ガ・ヘルツ以上である時、誘導体損失角（ｔａｎδ）が
   ０．００６以上である誘導体部材を使用する、特許請求
   の範囲第４項に記載の堆積膜形成装置。