JPH0811829B2 - Functional deposited film forming apparatus by microwave plasma CVD method - Google Patents
Functional deposited film forming apparatus by microwave plasma CVD methodInfo
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- JPH0811829B2 JPH0811829B2 JP62073551A JP7355187A JPH0811829B2 JP H0811829 B2 JPH0811829 B2 JP H0811829B2 JP 62073551 A JP62073551 A JP 62073551A JP 7355187 A JP7355187 A JP 7355187A JP H0811829 B2 JPH0811829 B2 JP H0811829B2
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- G03G5/08—Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic
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
半導体デイバイス、電子写真用感光デイバイス、画像入
力用ラインセンサー、撮像デイバイス、光起電力素子等
に用いるアモルファス半導体等の機能性堆積膜をマイク
ロ波プラズマCVD法により形成する装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a deposited film on a substrate, particularly a functional film, particularly a semiconductor device, an electrophotographic photosensitive device, an image input line sensor, an imaging device, and a photovoltaic device. The present invention relates to an apparatus for forming a functional deposited film such as an amorphous semiconductor used for a power element or the like by a microwave plasma CVD method.
従来、半導体デイバイス、電子写真用感光デイバイ
ス、画像入力用ラインセンサー、撮像デイバイス、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、アモリファスシリコン、
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（以下、「Ａ−
Si（H,X）」と記す。）等のアモルファス半導体等の堆
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。Conventionally, semiconductor devices, photosensitive devices for electrophotography, line sensors for image input, imaging devices, photovoltaic devices, other various electronic devices, as a device member used for optical elements, etc.
For example, amorphous silicon (hereinafter, referred to as “A-
Si (H, X) ”. ) Have been proposed, and some of them have been put to practical use.
そして、こうした堆積膜は、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、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。Then, such a deposited film is formed by the plasma CVD method, that is,
It is known that the raw material gas is decomposed by direct current or high frequency, microwave, glow discharge, and is formed by a method of forming a thin film deposition film on a substrate such as glass, quartz, stainless steel, or aluminum. Various devices have been proposed.
ところで近年、マイクロ波を使用するプラズマCVD法
（以下、「MW−PCVD法」と表記する。）が注目され、そ
のための装置がいくつか提案されていて、MW−PCVD法に
よる前述した堆積膜の工業的規模での生産がはかられて
来ている。そうした従来提案されているMW−PCVD法によ
る装置は、代表的には第３図の断面略図で示される装置
構成のものである。By the way, in recent years, a plasma CVD method using microwaves (hereinafter, referred to as “MW-PCVD method”) has attracted attention, and some apparatuses for that have been proposed. Production on an industrial scale is beginning to take off. Such a conventionally proposed apparatus by the MW-PCVD method typically has an apparatus configuration shown in the schematic sectional view of FIG.
第３図において、301は反応容器全体、302は真空容
器、303はマイクロ波導入窓（石英、アルミナセラミッ
クス等製）、304はマイクロ波導波路、305はマイクロ波
電源、306は図示しない排気装置にバルブ（図示せず）
を介して連通する排気管、307は図示しない原料ガス供
給源に連通する原料ガス供給管、308は基体加熱ヒータ
ー310を内蔵する基体ホルダー、309は基体、311はプラ
ズマ発生領域、312はマイクロ波、313はバルブをそれぞ
れ示す。なお、真空容器302は放電トリガー等を用いる
ことなく自励放電にて放電を開始せしめるため、該マイ
クロ波電源305の発振周波数に共振するような空洞共振
器構造とするのが一般的である。In FIG. 3, 301 is the whole reaction vessel, 302 is a vacuum vessel, 303 is a microwave introduction window (made of quartz, alumina ceramics, etc.), 304 is a microwave waveguide, 305 is a microwave power source, and 306 is an exhaust device (not shown). Valve (not shown)
An exhaust pipe communicating via a source gas supply pipe 307 communicating with a source gas supply source (not shown), 308 a substrate holder containing a substrate heater 310, 309 a substrate, 311 a plasma generation region, and 312 a microwave , 313 are valves, respectively. Since the vacuum container 302 starts discharge by self-excited discharge without using a discharge trigger or the like, it is generally configured to have a cavity resonator structure that resonates at the oscillation frequency of the microwave power source 305.
そしてこうした装置による堆積膜の形成は次のように
して行われる。即ち、真空容器302内部を、排気管306を
介して真空排気すると共に、基体309を基体加熱ヒータ
ー310により所定温度に加熱、保持する。次に、原料ガ
ス供給管307を介して、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
の原料ガスが該原料ガス供給管に開口させられた複数の
ガス放出孔を通して真空容器302内に放出される。これ
と同時併行的に、マイクロ波電源305から周波数500MH2
以上の、好ましくは2.45GH2のマイクロ波312を発生し、
該マイクロ波は、導波部304を通り誘電体窓303を介して
真空容器302内に導入される。かくして、真空容器302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、基体309の表面に
堆積膜が形成される。The formation of the deposited film by such an apparatus is performed as follows. That is, the inside of the vacuum container 302 is evacuated through the exhaust pipe 306, and the base 309 is heated and held at a predetermined temperature by the base heater 310. Next, through the source gas supply pipe 307, in the case of forming an amorphous silicon deposited film, for example, a source gas such as silane gas or hydrogen gas is passed through a plurality of gas release holes opened in the source gas supply pipe. It is discharged into the vacuum container 302. Simultaneously with this, the frequency of 500 MHz 2 from the microwave power source 305.
Generate microwaves 312 above, preferably 2.45GH 2 ,
The microwave is introduced into the vacuum container 302 through the waveguide 304 and the dielectric window 303. Thus, the introduced raw material gas in the vacuum container 302 is excited by the energy of microwaves and dissociated, neutral radical particles, ionic particles, electrons and the like are generated, which react with each other, and on the surface of the substrate 309. A deposited film is formed.
ところが、上述の装置により堆積膜を形成する場合、
真空容器302内に発生したプラズマが、基体表面に達成
するため、基体上に形成される堆積膜は時としてプラズ
マによる損傷を受け、形成される堆積膜の膜質及び特性
に好ましくない影響を及ぼすことがあることが判明し
た。However, when the deposited film is formed by the above-mentioned apparatus,
Since the plasma generated in the vacuum container 302 reaches the surface of the substrate, the deposited film formed on the substrate is sometimes damaged by the plasma, which adversely affects the quality and characteristics of the deposited film. Turned out to be.
本発明はプラズマによる堆積膜の損傷をなくすべく検
討を重ねたところ、真空容器をプラズマ室と成膜室とに
分け、両者の間にマイクロ波を反射するが活性種を通過
せしめる細孔を有する反射板を設けることにより解決し
うることを見い出した。第４図に示す装置はそうした装
置の１つを模式的に示す断面略図である。The present invention has been studied to eliminate damage to the deposited film due to plasma. As a result, the vacuum chamber is divided into a plasma chamber and a film forming chamber, and a micropore that reflects microwaves but allows active species to pass through is provided between them. We have found that the problem can be solved by providing a reflector. The device shown in FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of one such device.
第４図において401はマイクロ波空洞共振器構造とな
っているプラズマ室、402は成膜室、403は多数の細孔を
有する金属板（パンチングメタル）よりなるマイクロ波
反射板、404はマイクロ波導入窓、405は導波管、406は
ガス導入口、407は排気口、408は被成膜用基体、409は
基体保持台、410は基体加熱ヒーターを示す。In FIG. 4, 401 is a plasma chamber having a microwave cavity structure, 402 is a film forming chamber, 403 is a microwave reflection plate made of a metal plate (punching metal) having many pores, and 404 is a microwave. An introduction window, 405 is a waveguide, 406 is a gas introduction port, 407 is an exhaust port, 408 is a substrate for film formation, 409 is a substrate holder, and 410 is a substrate heater.
こうした従来の堆積膜形成装置における堆積膜形成は
以下のようにして行われる。Deposited film formation in such a conventional deposited film forming apparatus is performed as follows.
即ち、プラズマ室401及び成膜室402を排気口407より
真空排気するとともに基体408を該基体保持台409の中に
内蔵されたヒーター410により所定温度に加熱保持す
る。次にガス導入口より原料ガスをプラズマ室401に導
入するとともに、導波管405、マイクロ波導入窓404を介
してマイクロ波をプラズマ室401に導入する。プラズマ
室401内に入射したマイクロ波は、該プラズマ室壁、お
よびマイクロ波反射板403よりなるマイクロ波空洞共振
器内で増幅され、かくしてプラズマが生起される。前記
プラズマにより生成された活性種はマイクロ波反射板40
3の細孔を通り、成膜室402内に入り化学的相互作用をも
たらし、基体408上に堆積され、機能性膜を得る。この
際、マイクロ波反射板403により前記プラズマはプラズ
マ室401内に閉じ込められ、基体408は該プラズマによる
損傷を受けない。That is, the plasma chamber 401 and the film forming chamber 402 are evacuated through the exhaust port 407, and the substrate 408 is heated and held at a predetermined temperature by the heater 410 built in the substrate holding table 409. Next, the source gas is introduced into the plasma chamber 401 through the gas inlet, and the microwave is introduced into the plasma chamber 401 through the waveguide 405 and the microwave introduction window 404. The microwave that has entered the plasma chamber 401 is amplified in the microwave cavity resonator composed of the plasma chamber wall and the microwave reflection plate 403, thus generating plasma. The active species generated by the plasma is the microwave reflection plate 40.
After passing through the 3 pores, the film enters the film forming chamber 402, causes a chemical interaction, and is deposited on the substrate 408 to obtain a functional film. At this time, the plasma is confined in the plasma chamber 401 by the microwave reflection plate 403, and the substrate 408 is not damaged by the plasma.
しかしながら、上記の従来の堆積膜形成装置において
は、プラズマ室401内で生起する前記プラズマによって
生じた活性種の多くはプラズマ室401内で反応して、該
反応生成物の大部分はプラズマ室401の内壁にマイクロ
波導入窓４およびマイクロ波反射板に付着し、該マイク
ロ波反射板403の細孔を通り抜け得たわずかの活性種お
よび反応生成物だけしか成膜に関与しない。即ち、原料
ガスの利用効率は非常に低いという問題があった。However, in the above conventional deposited film forming apparatus, most of the active species generated by the plasma generated in the plasma chamber 401 react in the plasma chamber 401, and most of the reaction products are generated in the plasma chamber 401. Only a small number of active species and reaction products attached to the microwave introduction window 4 and the microwave reflection plate on the inner wall of the substrate and able to pass through the pores of the microwave reflection plate 403 are involved in the film formation. That is, there is a problem that the utilization efficiency of the raw material gas is very low.
また前記のごとく、プラズマ室401の内壁、マイクロ
波導入窓404,およびマイクロ波反射板403に付着した反
応生成物は、マイクロ波の伝送効率を下げるとともにマ
イクロ波を吸収し、マイクロ波がプラズマに効率よく吸
収されなくなり、放電強度の低下がみられ、極端な場
合、放電そのものが維持できなくなるといった問題点が
あった。Further, as described above, the reaction product attached to the inner wall of the plasma chamber 401, the microwave introduction window 404, and the microwave reflection plate 403 lowers the transmission efficiency of the microwave and absorbs the microwave, and the microwave becomes plasma. There was a problem in that it was not absorbed efficiently, the discharge strength was reduced, and in extreme cases, the discharge itself could not be maintained.
本発明は、上述のごときMW−PCVD法による機能性堆積
膜形成装置における上述の諸問題を克服して、半導体デ
バイス、電子写真用感光体デイバイス、画像入力用ライ
ンセンサー、撮像デイバイス、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
材としての機能性堆積膜を、MW−PCVD法により定常的に
高効率で形成することを可能にする装置を提供すること
を目的とするものである。The present invention overcomes the above-mentioned problems in the functional deposition film forming apparatus by the MW-PCVD method as described above, and is a semiconductor device, an electrophotographic photosensitive device, an image input line sensor, an imaging device, a photovoltaic device. It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of constantly forming a functional deposited film as an element member used for an element, other various electronic elements, optical elements, etc. by the MW-PCVD method with high efficiency. It is a thing.
即ち、本発明の目的は、MW−PCVD法による機能性堆積
膜形成装置において、プラズマによる堆積膜の損傷をな
くすとともに、原料ガスの利用効率を大きくし、良質な
堆積膜を定常的に形成しうる装置を提供することにあ
る。That is, the object of the present invention is to prevent damage to the deposited film due to plasma in the functional deposited film forming apparatus by the MW-PCVD method, increase the utilization efficiency of the source gas, and constantly form a good deposited film. It is to provide a device that can obtain
本発明者は、MW−PCVD法による堆積膜形成装置におけ
る上述の諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成すべ
く本発明者が鋭意研究を重ねたところ、プラズマ室内に
原料ガスは分離するがマイクロ波は透過しうる誘電体か
らなる隔壁を配置し、該隔壁で分離された別々の空間
に、プラズマにより生成するその活性種が単体では反応
しないがお互いに反応して機能性堆積膜を形成する複数
種の原料ガスを夫々導入して活性種を生成せしめること
により解決しうるという知見を得た。The present inventor has solved the above-mentioned problems in the deposited film forming apparatus by the MW-PCVD method, and the present inventor has conducted diligent research to achieve the object of the present invention. As a result, the source gas is separated into the plasma chamber. However, partition walls made of a dielectric material that allows microwaves to pass through are arranged, and the active species generated by plasma do not react alone in separate spaces separated by the partition walls, but they react with each other to cause functional deposition films. It has been found that the problem can be solved by introducing a plurality of types of raw material gas that form the gas to generate active species.
本発明のMW−PVCD法による堆積膜形成装置は、該知見
に基づいて完成せしめたものであり、マイクロ波導入窓
を介して導入したマイクロ波によりプラズマを発生せし
めて活性種を生成せしめるプラズマ室と、該プラズマ室
を原料ガスを供給する手段と、機能性堆積膜形成用基体
を内蔵する成膜室と、該成膜室内に排気する手段と、前
記プラズマ室と前記成膜室との間に配置された、マイク
ロ波を反射するが前記活性種を通過せしめる細孔を有す
る反射板とからなるマイクロ波プラズマCVD法により機
能性堆積膜を形成するための装置であって、前記プラズ
マ室を空洞共振器構造とし、かつ、前記プラズマ室内に
原料ガスは分離するがマイクロ波は透過しうる誘電体か
らなる隔壁を配置することにより、プラズマにより生成
するその活性種が単体では反応しないが、お互いに反応
して機能性堆積膜を形成する複数種の原料ガスを夫々前
記隔壁で分離された別々の空間に導入して活性種を生成
せしめるようにしたことを特徴とするものである。The deposited film forming apparatus by the MW-PVCD method of the present invention has been completed based on this finding, and is a plasma chamber for generating plasma by the microwave introduced through the microwave introduction window to generate active species. A means for supplying a source gas to the plasma chamber, a film forming chamber containing a substrate for forming a functional deposited film, a means for exhausting gas into the film forming chamber, and a space between the plasma chamber and the film forming chamber. A device for forming a functional deposition film by a microwave plasma CVD method, which comprises a reflection plate having a fine hole that reflects microwaves but allows the active species to pass therethrough. By providing a cavity resonator structure and disposing a partition wall made of a dielectric material that separates the source gas but allows microwaves to pass through in the plasma chamber, the active species generated by the plasma can be isolated. A plurality of kinds of raw material gases that do not react with each other but react with each other to form a functional deposited film are introduced into separate spaces separated by the partition walls to generate active species. Is.
以下、本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成装
置を図面の実施例により、更に詳しく説明するが、本発
明はこれによって限定されるものではない。Hereinafter, the functional deposited film forming apparatus by the MW-PCVD method of the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments of the drawings, but the present invention is not limited thereto.
第１図は、本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形
成装置の典型的一例を模式的に示す断面略図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a typical example of the functional deposited film forming apparatus by the MW-PCVD method of the present invention.
第１図において、101はマイクロ波空洞共振器構造と
なっているプラズマ室、102は成膜室、103は多数の細孔
を有する金属板（パンチングメタル）よりなるマイクロ
波反射板、104はマイクロ波導入窓、105は導波管、106
a,106bはガス導入口、107は排気口、108は機能性堆積膜
形成用基体、109は基体保持台、110は基体加熱用ヒータ
ー、111はプラズマ室101に配置されたガス分離壁をそれ
ぞれ示している。該装置による機能性堆積膜の形成は以
下のようにする。In FIG. 1, 101 is a plasma chamber having a microwave cavity resonator structure, 102 is a film forming chamber, 103 is a microwave reflection plate made of a metal plate (punching metal) having many pores, and 104 is a microwave. Wave introduction window, 105 is a waveguide, 106
a and 106b are gas inlets, 107 is an exhaust port, 108 is a substrate for forming a functional deposited film, 109 is a substrate holder, 110 is a heater for heating the substrate, and 111 is a gas separation wall arranged in the plasma chamber 101. Shows. The formation of the functional deposited film by the apparatus is as follows.
即ち、まずガス導入口106a,106bからそれぞれ原料ガ
スA,原料ガスＢをプラズマ室１に導入する。この際原料
ガスＡ、原料ガスＢはそれぞれのガスの励起によって生
じる活性種A,活性種Ｂがそれ自身では反応しないが、該
活性種A,該活性種Ｂの混合によって互いに反応して堆積
膜を得ることができるものとする。前記ガス導入口より
前記プラズマ室に導入された原料ガスA,原料ガスＢは、
該プラズマ室内に設けられたガス分離壁111により互い
に分離されている。次に導波管105、マイクロ波導入窓1
04より前記プラズマ室にマイクロ波を導入させる。導入
されたマイクロ波は誘電体物質より成るガス分離壁111
を自由に通過し、マイクロ波空洞共振器構造になってい
る前記プラズマ室内にマイクロ波エネルギーが蓄積され
る。かくして前記プラズマ室内のガス分離壁で隔てられ
た各室を夫々別々にプラズマが生起する。前記プラズマ
によって生成した前記活性種Ａ、活性種Ｂは、前記の如
くプラズマ室内では前記ガス分離壁111により分離され
ており、該プラズマ室内で反応により活性種A,活性種Ｂ
を失うことなく、マイクロ波反射板103に設けた細孔を
通り成膜室102内に入射する。かくして前記成膜室102に
入射した活性種Ａおよび活性種Ｂは該成膜室内で相互拡
散し、活性種Ａと活性種Ｂの化学的作用により、基体保
持台109上に配置されたヒータ110により所定温度に加熱
された基体108上に堆積膜を生じる。That is, first, the raw material gas A and the raw material gas B are introduced into the plasma chamber 1 through the gas introduction ports 106a and 106b, respectively. At this time, the raw material gas A and the raw material gas B do not react with each other by the active species A and the active species B generated by the excitation of the respective gases, but they react with each other by the mixing of the active species A and the active species B, and the deposited film. Shall be obtained. The raw material gas A and the raw material gas B introduced into the plasma chamber through the gas introduction port are
They are separated from each other by a gas separation wall 111 provided inside the plasma chamber. Next, the waveguide 105 and the microwave introduction window 1
From 04, microwave is introduced into the plasma chamber. The introduced microwave is a gas separation wall 111 made of a dielectric material.
Through which the microwave energy is stored in the plasma chamber having a microwave cavity structure. Thus, plasma is separately generated in each chamber separated by the gas separation wall in the plasma chamber. The active species A and the active species B generated by the plasma are separated by the gas separation wall 111 in the plasma chamber as described above, and the active species A and the active species B are generated by the reaction in the plasma chamber.
Without passing through, the light passes through the pores provided in the microwave reflection plate 103 and enters the film forming chamber 102. Thus, the active species A and the active species B that have entered the film forming chamber 102 mutually diffuse in the film forming chamber, and the heater 110 arranged on the substrate holding table 109 by the chemical action of the active species A and the active species B. A deposited film is formed on the substrate 108 heated to a predetermined temperature.
第１図の実施例装置では、マイクロ波反射板103は、
アルミ材等のパンチング板を使用したが、使用するガス
の種類に応じて、耐食性、電気伝導度等を考慮して選択
することができる。金属板の代わりにカーボン板や、絶
縁板に金属膜をコーティングしたものでも良い。又、特
に耐食性が必要となる場合には、金属板にテフロンコー
ティングや、セラミックコーティングした物を使用する
事もできる。In the embodiment apparatus shown in FIG. 1, the microwave reflection plate 103 is
Although a punching plate made of aluminum or the like is used, it can be selected in consideration of corrosion resistance, electric conductivity, etc., depending on the type of gas used. Instead of the metal plate, a carbon plate or an insulating plate coated with a metal film may be used. Further, when corrosion resistance is particularly required, a metal plate coated with Teflon or ceramic can be used.
また、プラズマ室101に設けられるガス分離壁111の形
状及びその数は、特に限定されるものではなく、使用す
る原料ガスの種類に応じて適宜決定されるものである。
第２図はガス分離壁の具体例を示す。第２（イ）図はガ
ス分離癖111が同軸円筒状に複数個設置され、原料ガス
A,原料ガスＢを交互に導入する構造になっている。第２
（ロ）図はガス分離壁111が、大きな円筒の内部な小さ
な円筒を並列に設置し、小さな円筒の内部に原料ガスＡ
を、小さな円筒の外部と大きな円筒の内部の間のすきま
に原料ガスＢを導入する構造となっている。３種以上の
原料ガスを用いる場合は、前記ガス導入口を３以上と
し、該ガス導入口に接続され前記ガス分離壁に囲まれた
空間を少なくとも３以上とすればよい。Further, the shape and the number of the gas separation walls 111 provided in the plasma chamber 101 are not particularly limited, and are appropriately determined according to the type of raw material gas used.
FIG. 2 shows a specific example of the gas separation wall. In Fig. 2 (a), multiple gas separation habits 111 are installed in the shape of a coaxial cylinder, and
The structure is such that A and source gas B are introduced alternately. Second
(B) In the figure, the gas separation wall 111 has small cylinders inside a large cylinder installed in parallel, and the raw material gas A is placed inside the small cylinder.
Is introduced into the gap between the outside of the small cylinder and the inside of the large cylinder. In the case of using three or more kinds of source gases, the gas inlet may be 3 or more, and the space connected to the gas inlet and surrounded by the gas separation wall may be at least 3 or more.
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−Si（H,X）
膜を形成する場合であれば、原料ガスＡとしてケイ素に
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、原料ガスＢとして
水素ガス又は水素ガスとアルゴンガスの混合ガスを用い
ることができる。さらに、Ａ−Si（H,X）膜はｐ型不純
物元素又はｎ型不純物元素をドー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Ａ又はガ
スＢと混合して用いることができる。The source gas used for forming the deposited film by the apparatus of the present invention is of a type that excites species by high frequency or microwave energy and chemically interacts to form a desired deposited film on the substrate surface. Any material can be adopted as long as it is, for example, A-Si (H, X)
In the case of forming a film, the raw material gas A is a gas such as silanes and halogenated silanes in which hydrogen, halogen, or hydrocarbon is bonded to silicon, and the raw material gas B is hydrogen gas or hydrogen gas and argon gas. Mixed gases can be used. Further, the A-Si (H, X) film can be doped with a p-type impurity element or an n-type impurity element, and a source gas containing these impurity elements as constituents can be used alone or as described above. The raw material gas A or the gas B can be mixed and used.
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。The substrate may be conductive, semi-conductive, or electrically insulating, and specific examples thereof include metals, ceramics, and glass. The substrate temperature during the film forming operation is not particularly limited, but is generally in the range of 30 to 450 ° C., preferably 50 to 350 ° C.
また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導
入する前にプラズマ室及び成膜室内の圧力を５×10-6To
rr以下、好ましくは１×10-6Torr以下とし、原料ガスを
導入した時にはプラズマ室及び成膜室内の圧力を１×10
-2〜1Torr、好ましくは５×10-2〜1Torrとするのが望ま
しい。When forming the deposited film, the pressure in the plasma chamber and the film forming chamber is adjusted to 5 × 10 −6 To before introducing the source gas.
rr or less, preferably 1 × 10 -6 Torr or less, and the pressure in the plasma chamber and the film forming chamber is 1 × 10 6 when the source gas is introduced.
It is desirable that the pressure is −2 to 1 Torr, preferably 5 × 10 −2 to 1 Torr.
以下、第１図に示す本発明の装置を用いた機能性堆積
膜の形成について、実施例を用いて具体的に説明する
が、本発明はこれらによって限定されるものではない。Hereinafter, the formation of the functional deposited film using the apparatus of the present invention shown in FIG. 1 will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
実施例１ 本例においては、プラズマ室は内径を80mmφ、長さを
130mmとすることによりマイクロ波空洞共振器となっ
た。なお、論理値では、内径が80mmφの場合、長さは13
8mmとなるが、プラズマ室内に石英製のガラス分離壁を
挿入したために理論値からずれている。Example 1 In this example, the plasma chamber has an inner diameter of 80 mmφ and a length of
It became a microwave cavity resonator by making it 130 mm. According to the logical value, if the inner diameter is 80 mmφ, the length is 13
Although it is 8 mm, it deviates from the theoretical value because a glass separation wall made of quartz is inserted in the plasma chamber.
まず、プラズマ室101及び成膜室102を、排気口107を
介して真空排気するとともに、基体保持台109に内蔵さ
れたヒーター110により所定温度に加熱保持した。First, the plasma chamber 101 and the film forming chamber 102 were evacuated through the exhaust port 107, and were heated and maintained at a predetermined temperature by the heater 110 built in the substrate holding table 109.
こうしたところへ、原料ガスＡとしてSiF4ガス50scc
m、原料ガスＢとしてH2ガス30sccmを夫々別々のガス分
離壁111で囲まれた空間に導入し、真空度４×10-3Torr
の条件下で、周波数2.45GHzのマイクロ波電力150Wを投
入してプラズマを発生させ、基体108上にＡ−Si:H:F堆
積膜を形成した。この際放電はきわめて安定しており、
一時間経過しても放電強度の変化はみられず、また放電
終了後プラズマ室内壁およびガス分離壁への膜の付着は
みられなかった。また、堆積したアモルファスシリコン
膜を調べたところ、前記従来の装置の場合と比較して、
10〜100倍の堆積速度の向上がみられた。さらに前述の
ごとき放電の安定性に付随して、再現性も飛躍的に向上
された。To such a place, as raw material gas A, SiF 4 gas 50scc
m 2 and 30 sccm of H 2 gas as the source gas B were introduced into the spaces surrounded by the respective gas separation walls 111, and the vacuum degree was 4 × 10 -3 Torr.
Under the above conditions, 150 W of microwave power having a frequency of 2.45 GHz was applied to generate plasma, and an A-Si: H: F deposited film was formed on the substrate 108. At this time, the discharge is extremely stable,
No change in discharge intensity was observed even after 1 hour, and no film adhered to the plasma chamber inner wall and the gas separation wall after the discharge was completed. Also, when the deposited amorphous silicon film was examined, as compared with the case of the conventional device,
The deposition rate was improved 10 to 100 times. In addition, the reproducibility was dramatically improved in addition to the stability of the discharge as described above.
実施例２ 本実施例においては、３つのガス導入口（ａ），
（ｂ），（ｃ）を有し、プラズマ室内では夫々別々に分
離されている装置を作成し、原料ガスＡとしてGeF4/SiF
4＝1/10,5sccm、原料ガスＢとしてSiF4,45sccm、原料ガ
スＣとしてH230sccmを用いた以外はすべて実施例１と同
様にして基体上にＡ−Si:Ge:H:F堆積膜を形成した。な
お、本実施例においては原料ガスＡとしてGeF4とSiF4の
混合ガスを用いたが、夫々の活性種は互いに反応するこ
とはないので、この場合ガスでも問題ない。Example 2 In this example, three gas inlets (a),
A device having (b) and (c), which are separately separated in the plasma chamber, is prepared, and GeF 4 / SiF is used as the source gas A.
4 = 1 / 10,5 sccm, SiF 4 , 45 sccm as the source gas B, and H 2 30 sccm as the source gas C were all deposited in the same manner as in Example 1 to deposit A-Si: Ge: H: F on the substrate. A film was formed. Although a mixed gas of GeF 4 and SiF 4 was used as the raw material gas A in this example, the active species do not react with each other, and in this case there is no problem with the gas.
本実施例においても前記実施例と同様に、放電は安定
であり、放電強度も変化はなく、プラズマ室内壁および
ガス分離室への膜の付着もみられず堆積速度も前記従来
の装置の場合と比較して10〜100倍向上した。In the present embodiment as well, similar to the previous embodiment, the discharge is stable, the discharge intensity does not change, the deposition of the film on the inner wall of the plasma and the gas separation chamber is not observed, and the deposition rate is the same as in the case of the conventional apparatus. It is 10 to 100 times better than the comparison.
さらに膜質においても前記従来の装置で同様の実験を
行った場合、GeF4から生成した活性種であるGeFn（ｎ＝
0,1,2,3）ラジカルは極めて活性であり、プラズマ室内
にてほとんど反応してプラズマ室内壁に付着してしま
い、成膜室内の基体には少量のＡ−Si:H:Fしか堆積せ
ず、希望の膜質のものが得られなかったのに対して特性
の良いＡ−Si:Ge:H:Fが得られた。Further, when the same experiment was performed in the conventional apparatus even film quality, it is the active species generated from GeF 4 GeFn (n =
(0,1,2,3) radicals are extremely active and almost react in the plasma chamber to adhere to the inner wall of the plasma chamber, and only a small amount of A-Si: H: F is deposited on the substrate in the film deposition chamber. However, A-Si: Ge: H: F with good characteristics was obtained, while the desired film quality was not obtained.
本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成装置は、
２つ以上のガス導入口を設けるとともにプラズマ室内に
ガス分離壁を設け、２種以上の原料ガスを夫々別々に導
入し、プラズマの生起により、夫々別々に活性種を生成
させることによって、放電安定化、マイクロ波電力の効
率的利用、膜堆積速度の向上、原料ガスの高効率利用、
再現性の向上を成しとげることができるものである。The functional deposited film forming apparatus by the MW-PCVD method of the present invention,
Two or more gas inlets are provided and a gas separation wall is provided in the plasma chamber, and two or more source gases are introduced separately, and when plasma is generated, active species are generated separately, which stabilizes the discharge. , Efficient use of microwave power, improvement of film deposition rate, high efficiency use of source gas,
The reproducibility can be improved.
第１図は、本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成
装置の典型例を示す断面略図、第２図は、第１図に示す
装置におけるガス分離壁の例を示す透視略図である。第
３図は、従来のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成装置
の断面略図、第４図はプラズマ室及び成膜室を有するMW
−PCVD法による機能性堆積膜形成装置の１例を示す断面
略図である。 第1,2および４図において、101,401……プラズマ室、10
2,402……成膜室、103,403……マイクロ波反射板、104,
404……マイクロ波導入窓、105,405……導波管、106a,1
06b,406……ガス導入口、107,407……排気口、108,408
……基体、109,409……基体保持台、110,410……加熱用
ヒーター、111……ガス分離壁。 第３図において、301……反応容器、302……真空容器、
303……マイクロ波導入窓、304……導波管、305……マ
イクロ波発振器、306……排気管、307……原料ガス供給
管、307′……原料ガス放出孔、308……基体保持板、30
9……基体、310……ヒーター、311……プラズマ発生領
域、312……マイクロ波、313……バルブ。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a typical example of a functional deposited film forming apparatus by the MW-PCVD method of the present invention, and FIG. 2 is a perspective schematic view showing an example of a gas separation wall in the apparatus shown in FIG. . FIG. 3 is a schematic sectional view of a conventional functional deposited film forming apparatus by the MW-PCVD method, and FIG. 4 is a MW having a plasma chamber and a film forming chamber.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a functional deposited film forming apparatus by the PCVD method. In FIGS. 1, 2 and 4, 101, 401 ... Plasma chamber, 10
2,402 …… Deposition chamber, 103,403 …… Microwave reflector, 104,
404 …… Microwave introduction window, 105,405 …… Waveguide, 106a, 1
06b, 406 …… Gas inlet, 107,407 …… Exhaust port, 108,408
…… Base, 109,409 …… Base holder, 110,410 …… Heating heater, 111 …… Gas separation wall. In FIG. 3, 301 ... Reaction container, 302 ... Vacuum container,
303 ... Microwave introduction window, 304 ... Waveguide, 305 ... Microwave oscillator, 306 ... Exhaust pipe, 307 ... Raw material gas supply pipe, 307 '... Raw material gas release hole, 308 ... Substrate holding Board, 30
9 ... Substrate, 310 ... Heater, 311 ... Plasma generation area, 312 ... Microwave, 313 ... Valve.
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/04 Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 31/04
Claims (1)
ロ波によりプラズマを発生せしめて活性種を生成せしめ
るプラズマ室と、該プラズマ室に原料ガスを供給する手
段と、機能性堆積膜形成用基体を内蔵する成膜室と、該
成膜室内を排気する手段と、前記プラズマ室と前記成膜
室との間に配置された、マイクロ波を反射するが前記活
性種を通過せしめる細孔を有する反射板とからなるマイ
クロ波プラズマCVD法により機能性堆積膜を形成するた
めの装置であって、前記プラズマ室を空洞共振器構造と
し、かつ、前記プラズマ室内に原料ガスは分離するがマ
イクロ波は透過しうる誘導体からなる隔壁を配置するこ
とにより、プラズマにより生成するその活性種が単体で
は反応しないが、お互いに反応して機能性堆積膜を形成
する複数種の原料ガスを夫々前記隔壁で分離された別々
の空間に導入して活性種を生成せしめるようにしたこと
を特徴とするプラズマCVD法による機能性堆積膜形成装
置。1. A plasma chamber for generating plasma by microwaves introduced through a microwave introduction window to generate active species, a means for supplying a source gas to the plasma chamber, and a substrate for forming a functional deposited film. And a means for exhausting the inside of the film forming chamber, and pores arranged between the plasma chamber and the film forming chamber for reflecting microwaves but allowing the active species to pass therethrough. An apparatus for forming a functional deposited film by a microwave plasma CVD method comprising a reflecting plate, wherein the plasma chamber has a cavity resonator structure, and the source gas is separated into the plasma chamber but the microwave is generated. By arranging partition walls made of a permeable derivative, the active species generated by plasma do not react alone, but multiple species of raw material gas that react with each other to form a functional deposited film Functional deposited film forming apparatus by a plasma CVD method, characterized in that as allowed to generate an active species is introduced into separate discrete space each said partition wall.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62073551A JPH0811829B2 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Functional deposited film forming apparatus by microwave plasma CVD method |
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Publications (2)
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| JPS63241173A JPS63241173A (en) | 1988-10-06 |
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- 1987-03-27 JP JP62073551A patent/JPH0811829B2/en not_active Expired - Fee Related
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