JPS6240380A

JPS6240380A - プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置

Info

Publication number: JPS6240380A
Application number: JP17945585A
Authority: JP
Inventors: Eiji Takeuchi; 栄治竹内; Kozo Arao; 荒尾　浩三
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1987-02-21

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、電子写真用感光デ　　　　□
ィバイス、画像入力用ラインセンサー、撮像ディバイス
、光起電力素子等に使用する素子部材としては、アモル
ファスシリコン例えば、水素又は／及びハロゲン（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
（以後「ａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）　ｊと記す。）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（）１．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、真空蒸着法、イオ
ノブレーティング法、いわゆるＣＶＤ法、プラズマＣＶ
Ｄ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
るところ、そのための装置は、高周波またはマイクロ波
を放射するための手段、例えばアンテナまたは導波管と
基体の双方を固定する、第４図に示す形式のものである
。〔図中、１０１は反応容器、１０２は原料ガス導入管
、１０６は高周波またはマイクロ波電源、１０４は導波
管、１０５は透過窓、１０６は基体、１０７は基体保持
ステーゾ、１０８は加熱手段、１０９はガス排出管であ
る。〕ところが、こうした従来のプラズマＣＶＤ法によ
る装置にあっては、上述したように、操作時、導波管そ
して基体は共に固定されているわけであり、高周波また
はマイクロ波の電磁界は定在化し、電界は、例えば第５
−ａ図〔図中、ａは反応空間内における高周波またはマ
イクロ波の電界強度の分布曲線を示す。〕に示されるよ
うな強度分布となり、そして、この電界の強度分布は、
適用する高周波またはマイクロ波の波長に　。

依存するので、結局のところ、系中に導入される堆積膜
形成用の原料ガスは、電界の強度分布に従った密度で励
起され励起種化するところとなるので、堆積される膜は
、第５−ｂ図〔図中、ｂは反応空間内での基体７上に堆
積された堆積膜１０６の堆積状態を示す。〕に示すよう
に、おのずと電界の強い部分では厚く、また弱い部分で
は薄くなり、基体が前記の波長より長い場合にはなお更
であるが、形成される堆積膜に膜厚の他、密度、硬度そ
してまた組成の点についても不都合な影響を与えてしま
い、諸特性発現性を具有する所望の堆積膜製品を定常的
に得るというのは困難であるという問題がある。

もつとも上達した従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜
形成装置によれば、一応満足のゆく堆積膜製品の製造は
可能ではあるものの、その場合、各種・ぞラメ−ターに
ついて厳密な選択が必要とされる。ところが、そのよう
に厳密に選択されたパラメーターについてはその中の１
つの構成因子、とりわけそれがプラズマであって、不安
定な状態になりでもすると形成される膜は著しい悪影響
を受けて製品として成立し得ないものになってしまうと
いう問題が存在する。したがってその装置構成は１おの
ずと複雑なものとなり、装置規模、種類が変れば個々に
厳選されたｉ４ラメ−ターに対応し得るように設計しな
ければならない。

こうしたことから、プラズマＣＶＤ法については、それ
が今のところ至適な方法とされてはいるものの、上述し
たことから、所望の堆積膜を量産するとなれば装置に多
大の設備投資が必要となり、そうしたところで尚量産の
ための工程管理項目は多く且つ複雑であり、工程管理許
容幅は狭く、そしてまた装置調整が微妙であることから
、結局は製品をかなりコスト高のものにしてしまう等の
問題がある。

一方、前述の各種ディバイスが多様化して来ており、そ
のための素子部材即ち、前述した各種特性等の要件を総
じて満足すると共に適用対象、用途に相応し、そして場
合によってはそれが大面積化されたものである、安定な
堆積膜製品を低コストで定常的に供給されることが社会
的要求としてあり、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、半導体デイパ・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
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、上述の諸問題を解決し、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、電気的、光学的、光導
電的特性が殆んどの使用環境に依存することなく実質的
に常時安定しており、優れた耐光疲労特性を有し、繰返
し使用にあっても劣化現象を起こさず、優れた耐久性、
耐湿性を有し、残留電位の問題を生じない均一にして均
質な、改善された堆積膜を形成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ととにある。

本発明の他の目的は、形成される膜の緒特性、成膜速度
、再現性の向上及び膜品質の均一化、均質化をはかりな
がら、膜の大面積化に適し、膜の生産性向上及び量産化
も容易に達成することのできるプラズマＣＶＤ法による
堆積膜形成装置を提供することにある。

〔発明の構成、効果〕

本発明者は、従来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、上
述の従来のＣＶＤ法による堆積膜形成装置について、電
界の強度分布が基体の近傍において特定の手段を介して
一様になるようにしたところ、従来装置についての前述
の諸問題が解決され、且つ上述の目的を達成できる知見
を得、本発明乞完成するに至った。

即ち本発明の装置は、堆積膜形成用の原料ガスを励起さ
せて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、基体上に堆積膜を形成するための反応室とを有し
てなるプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置において
、前記反応室内に前記高周波またはマイクロ波の電磁界と
前記基体との相対的位置関係を変化させる機能を有する
高周波またはマイクロ波攪乱手段が設けられていること
を特徴とするものである。

かくなる本発明の装置は、堆積膜形成操作時、電界の強
度分布を基体の近傍において一様にするので、従来の堆
積膜形成装置に比較して成膜速度を飛躍的に伸ばすこと
ができ、加えて、基体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、厚さ、そ
して電気的、光学的、光導電的特性等の安定した堆積膜
を効率的に量産することを可能にし、そしてまた堆積膜
製品を低コストで提供することを可能にするものである
。

本発明の装置により堆積膜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−８ｉ（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−８１（Ｅ、Ｘ）膜はｎ型不
純物元素又はｎ型不純物元素を１−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空間内に導入するこ
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ちっ
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、６０〜４５０℃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、原料ガスな導入
する前に反応空間内の圧力を５　Ｘ　１０’　Ｔｏｒｒ
以下、好ましくはｌＸ１０　　Ｔｏｒｒ以下とし、原料
ガスを導入した時には反応空間内の圧力を１刈ｏ−２〜
１　　　　′Ｔｏｒｒ好ましくは５Ｘ１０−１〜Ｉ　Ｔ
ｏｒｒ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
く反応空間に導入し、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
反応空間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１，２図の実施例により更に詳しく説明するが、
本発明の堆積膜形成装置はこれらによって限定されるも
のではない。

第１図は、高周波またはマイクロ波の電磁界と前記基体
との相対的位置関係を変化させる機能を有する高周波ま
たはマイクロ波攪乱手段として、透過窓を介して反応室
内に放射された高周波またはマイクロ波の進行方向前方
であって、透過窓の設けられた反応室の側壁と対向する
反応室の側壁の直前の位置に１つのファンを設けるとと
もに、原料ガスが原料ガス導入管より反応室に導入され
た直後に相当する位置にもう１つのファンを設けてなる
、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置を模
式的に示す断面略図である。

第１図において、１は土壁、側壁、及び底壁により密封
形成されてなる反応室Ａを有する真空容器である。真空
容器１は、側壁上部に、１端は反応室Ａ内に開口し、他
端は原料ガス供給源（図示せず）に連通していて、バル
ブ手段２１を備えた原料ガス供給管２を有し、また、前
記側壁と対向する側壁下部に、１端は反応室Ａ内に開口
し、他端はバルブ手段９１を介して排気装置（図示せず
）に連通ずる排気管９を有する。

３は高周波またはマイクロ波電源であり、該電源により
発生される高周波またはマイクロ波は、三本柱整合器（
図示せず）、矩形導波管（図示せず）、アイソレーター
（図示せず）を介して前記電源に接続されている導波管
４に誘導され、真空容器１のガス導入管を有する側の側
壁に嵌装着された透過窓５を介して反応室Ａ内に放射さ
れるようにされている。透過窓５は高周波またはマイク
ロ波を透過する板で“構成されており、好ましくは耐熱
性の高いシリコン樹脂、テフロン及びアルミナ（Ａｔ２
０３）セラミックス等の誘電体で構成されている。

７は、基体６を加熱する加熱手段８を内蔵する基体６の
保持ステージである。

１１は、高周波またはマイクロ波を反射する材質例えば
アルミニウムや鉄等の導体で構成された羽根を有するフ
ァンであり、透過窓を介して放射され、進行する高周波
またはマイクロ波を反射するように、前記真空、容器の
排気管９を有する側の側壁に取り付けられており、真空
容器外に設けられた回転数可変な駆動装置１２に連結さ
れている。第６図は前記ファンの形状の例示であって、
１１１は、高周波又はマイクロ波を反射する材質で構成
されたものを示すが、使用するファンの形状はこれによ
って限定されるものではない。反応室Ａに放射された高
周波またはマイクロ波は、駆動装置１２により回転せし
めたファン１１により反射されるため、高周波又はマイ
クロ波の放射により生じた電磁界と基体６との相対位置
関係は、ファンの回転に対応して変化する。その結果、
基体２０６の表面近傍における電磁界の強度分布は、時
間積分をとった場合には一様となるため、該電磁界によ
って生成される励起種の密度分布も一様となり、基体全
面において均一な膜質及び均一な膜厚を有する堆積膜を
形成することが可能となる。

１３は、原料ガスが前述の原料ガス導入管２より反応室
Ａ内に導入された直後の位置に相当する位置に設けられ
たファンであり、該ファンの回転により原料ガスのガス
流が反射されるように設けられている。該ファン１３の
形状は前述のファン１１と同様のものであり、該ファン
１３もまた、真空容器外に設けられた回転数可変な駆動
装置１４に連結されているが、前述のファン１１の場合
のように高周波又はマイクロ波を反射する材質で構成さ
れていなくてもよい。

原料ガスのガス流は反応室Ａに導入されると同時に、駆
動装置１４により回転せしめたファン１６により反射さ
れ、攪乱されるため、基体６と該原料ガスのガス流との
相対的位置がファンの回転に対向して変化するとともに
、該ガス流の変化によって、高周波またはマイクロ波に
より生じる電磁界の強度分布および該電磁界により生成
される励起種の分布も変化する。この結果、基体６表面
近傍における励起種の分布が基体６表面における時間積
分としてみた場合に一様となるという作用効果が、一層
効率的に達成される。

１０は、真空容器外に設けられた駆動装置であり、任意
の機械的手段を介して基体保持ステージ７に連結してお
り、該基体ステージを水平揺動、又は上下運動、あるい
は回転せしめるようにしである。該基体ステーシフの水
平揺動、上下運動、又は回転等は必要に応じて行なわれ
るが、堆積膜形成操作時に基体保持ステージ７の水平運
動、上下運動、又は回転、あるいはこれらのうちの２つ
以上を組み合わせて行なう場合には、電磁界の強度は時
間積分をとると基体全体について一様となり、その結果
生成される励起種の分布も一様となるため、基体表面上
に堆積する膜は均一にして均質なものとなり、諸　。

特性に富んだ所望の堆積膜を安定して得ることができる
という本発明の装置の作用効果をより一層効率的に達成
しうる。

第２図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置の他の実施例を模式的に示す断面略図であり、本例
においては、前述の第１図実施例におけるガス導入管の
開口位置を変更シ、第１図実施例において設けた２つの
ファンを１つのファンとしたものである。なお、第２図
においては、第１図実施例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を用いて示した
。即ち、１は真空容器、２′はガス導入管、２１′はパ
ルプ手段、３は高周波またはマイクロ波電源、４は導波
管、５は透過窓、６は基体、７は基体保持ステージ、８
′は加熱用手段、９は排気管、９１はパルプ手段、１０
は保持ステージ７の駆動装置、１１はファン、１２は回
転数可変の駆動装置である。

第２図実施例においては、真空容器の１つの側壁に透過
窓５を嵌装着するとともに、該側壁下部に、１端は反応
室Ａ内に開口し、他端はバルブ手段９１′を介して排気
装置（図示せず）に連通ずる排気管９′を有する。該側
壁に対向する他方の側壁には、前記嵌装着された透過窓
５の中心位置に相当する位置にガス導入管２′を有して
おり、該ガス導入管の１端は反応室Ａ内に開口し、他端
はバルブ手段２１′を介してガス供給源（図示せず）に
連通している。そして、真空容器内の該ガス導入管２′
の開口部直前には前述の透過窓を介して放射され、進行
してくる高周波またはマイクロ波を反射するように、高
周波またはマイクロ波を反射する材質で構成された羽根
を有するファン１１を設けてあり、該ファンは第１図実
施例と同様の回転数可変の駆動装置１２に連結されてい
る。本実施例の装置においては、駆動装置１２により回
転せしめたファンにより、高周波またはマイクロ波が反
射されるとともに、反応室Ａに導入された原料ガスが定
常流とならずに反応室Ａの四方六方に拡散される。その
結果、高周波またはマイクロ波により生じた電磁界の強
度分布は時間的積分をとると一様となるとともに、基体
表面における励起種の密度分布も時間的積分をとると一
様となるため、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の堆積膜を安定して
得ることが可能となる。なお、第２図実施例の場合にお
いても、必要に応じて駆動装置１０により基体保持ステ
ージ７を水平揺動、上下運動、又は回転を、あるいはこ
れらのうちの２つ以上を組み合わせたものを、間欠的ま
たは連続的に行なうことが可能であり、そうした場合に
は、形成される堆積膜が均一かつ均質なものとなるとい
う作用効果を一層効率的に達成できる。

なお、前述の第１，２図においては、高周波又はマイク
ロ波の電磁界と基体との相対的位置関係を変化させる高
周波又はマイ；クロ波攪乱手段として、高周波またはマ
イクロ波を反射する材質で構成された羽根を有するファ
ンを用いた場合を示したが、該撹乱手段は、これに限定
されるものではなく、高周波又はマイクロ波の電磁界と
基体との相対的位置関係を変化させる機能を有するもの
であればよいことは言うまでもない。

次に、本発明の装置を操作して堆積膜を形成する例を記
載する。

実施例　１本例においては、第１図に示す装置を用い、基体６とし
てＭ板を用い、基体保持ステージ７を電気的振動器１０
を作動させて水平揺動させた。また、原料ガスとして、
ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの混合ガスを用いた。

まず、バルブ２１を閉じ、バルブ９１を開いて反応室Ａ
内を排気し、系内圧力をＩ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下
とした。次いでヒーター８に通電して基体６の温度を２
００℃に保持した。そこにバルブ２１を開いて原料ガス
導入管２を介して上記混合ガス（ガス流量比１　二１）
’＆系内圧力が１×１０−２Ｔｏｒｒになるまで導入し
、それと同時併行的にマイクロ波電源乙に通電して、周
波数２，４５ＧＨｚのマイクロ波を透過窓５を介して放
射し、且つ、駆動装置１２．１４を駆動してファン１１
゜１５を回転せしめた。こうしたところで、原料ガスの
導入と排気をバルブ２１とバルブ９１を調整して系内圧
力を一定に保つとともに、基体６を水平揺動させながら
所定時開成膜操作した。

その後、操作を止め、基体を放冷した後、該基体を搬出
した。同様の操作を他の新たな基体９枚について繰返し
行なって、計１０枚の膜堆積された基体を得た。それら
１０枚の基体について、それら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一かつ均質であり、電気的、光学的
、光導電特性が極めて優れていた。

実施例　２振動器１０を作動せずに、即ち基体６を揺動させること
なく静止した状態におき、他のところは実施例１と同様
の操作を行って、合計１０の表面に膜堆積された基体を
得た。それら１００基体について、それらの表面に堆積
された膜をテストしたところ、実施例１の場合（基体を
気的、光学的、光導電特性が極めて優れていた。

〔発明の効果の概略〕

本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置は、反
応室内に高周波またはマイクロ波の電磁界と基体との相
対的位置関係を変化させる機能を有する高周波またはマ
イクロ波攪乱手段を設けることにより、基体表面近傍に
おける電磁界の強度分布が時間的積分をとった場合に一
様となるようになり、その結果基体表面に生成される励
起種の密度分布も一様となり、基体全面において均一か
つ均質な堆積膜を形成することができ、所望の優れた特
性を有する堆積膜を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜
形成装置の実施例を示す模式図であり、第３図は、第１
．２図に示す装置のファンの形は、該装置における高周
波またはマイクロ波の電磁界の強度分布状態の説明因で
ある。第１乃至３図について、１・・・真空容器、２．２’・・・原料ガス供給管、２
１゜２１′・・・バルブ、６・・・高周波またはマイク
ロ波電源、４・・・波導管、５・・・透過窓、６・・・
基体、７・・・基体保持ステージ、８・・・加熱手段、
９，９′・・・排気管、９１．９１’・・・バルブ、１
０・・・駆動装置、１１．１３・・・ファン、１１１・
・・羽根、１２．１４・・・回転数可変な駆動装置、Ａ
・・・反応室第４乃至５図について、１０１・・・真空容器、１０２・・・原料ガス導入管、
１０３・・・高周波またはマ・ｆクロ波電源、１０４・
・・導波管、１０５・・・透過窓、１０６・・・基体、
１０７・・・基体保持ステージ、１０８・・・加熱手段
、１０９・・・ガス排出管、ａ・・・電磁界の強度分布
状態

Claims

【特許請求の範囲】

堆積膜形成用の原料ガスを励起させて励起種化するため
の高周波またはマイクロ波発生手段と、基体上に堆積膜
を形成するための反応室とを有してなるプラズマＣＶＤ
法による堆積膜形成装置において、前記反応室内に、前
記高周波またはマイクロ波の電磁界と前記基体との相対
的位置関係を変化させる機能を有する高周波またはマイ
クロ波攪乱手段が設けら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。