DE3417192C2 - Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms - Google Patents

Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms

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Abstract

In der vorliegenden Vorrichtung wird ein amorpher Siliziumfilm auf einem Substrat (23) gebildet. Die Vorrichtung ist mit einem versiegelten Gefäß (20) versehen, dessen Innenraum eine Reaktionskammer (20a) bildet. Mit dem Gefäß (20) ist ein Gaseinlaßrohr (29) zur Zuführung von SiH4 enthaltendem Gas in die Reaktionskammer (20a) verbunden. Eine in der Reaktionskammer befindliche Gegenelektrode (22) und eine mit der Gegenelektrode verbundene Energiequelle (25) wandeln in einem Plasmaerzeugungsbereich das in die Reaktionskammer durch das Gaseinlaßrohr eingeleitete Gas in ein Plasma um. Eine leitende Netzstruktur (30) ist so in der Reaktionskammer angeordnet, daß sie den Plasmaerzeugungsbereich umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilrns auf einem Gegenstand mit einem evakuierten Gefäß, dessen Innenraum eine Reaktionskammer darstellt, einer Gaseinlaßvorrichtung zum Einführen eines zumindest Silizium enthaltenden Gases in die Reaktionskammer, einer Plasmaerzeugungsvorrichtung zur Umwandlung des über die Gaseinlaßvorrichtung in die Reaktionskammer eingeführten Gases in einem Plasmaerzeugungsbereich in Plasma, und einer geerdeten Tragvorrichtung, die im Plasmaerzeugungsbereich angeordnet iät und zum Tragen des Gegenstandes ausgebildet ist
Amorphes Silizium (im nachfolgenden als a-Si bezeichnet) wird als ein ausgezeichnetes photoleitendes Material verwendet, das für photoelektrische Umwandlungselemente, Solarbatterien, photoempfindliche Materialien in der Eiektrophotographie, Schichttransistoren und dgl. benutzt wird. Viele a-Si-Filme werden bereits im praktischen Gebrauch verwendet
Das a-Si hat Vorteile, derart, daß e* in einer Struktur eines weiteren Bereichs als einkristallines Silizium erzeugt werden kann, und es kann als Film auf Gegenständen (Substraten) verschiedener Gestalt ausgebildet werden. Daher ist zu erwarten, daß das a-Si weiter entwickelt und weiteren Anwendungsmöglichkeiten zugeführt wird.
Bestehende Verfahren zur Bildung von a-Si-Filmen enthalten das Hochfrequenz-Glimmentladungsverfahren, das reaktive Zerntäubungsverfahren, die chemische Dampfabscheidung, usw. Bei einem derzeitigen Verfahren, das eine Hochfrequenz-Glimmentladung benutzt, werden a-Si-Filme durch Zersetzung eines Gases gebildet, das Siliziumatome als Rohgas enthält, z. B. SiH4, Si2H6 oder andere Silizium-Wasserstoffgase.
F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines amorphen Siliziumfilms nach dem Stand der Technik, die das vorgenannte Verfahren verwendet. In F i g. 1 ist mit 1 ein Vakuumreaktionsgefäß bezeichnet. Im unteren Bereich einer Reaktionskammer 2 des Vakuumreaktionsgefäßes 1 ist ein Sockel 3 angeordnet. Eine Gegenelektrode 4 ist am Deckenteil des Yakuumreaktionsgefäßes 1 unter Zwischenschaltung eines elektrischen Isolators 4 befestigt.
Ein leitendes Substrat 6 als der zu beschichtende Gegenstand befindet sich auf dem Sockel 3 und kann durch eine Heizvorrichtung 7 erwärmt werden.
Die Gegenelektrode 5 ist mit einer Energiequelle verbunden, beispielsweise einer Hochfrequenz-Energie-
3 4
quelle oder einer Gleichspannungs-Energiequelle, zur Filmbildungsbedingungen abhängt
Erzeugung einer elektrischen Entladung, während das Bei der Herstellung eines a-Si-Films für ein photoleitende Substrat 6 geerdet ist empfindliches Material für die Elektrophctographie ist
Das Vakuumreaktionsgefäß 1 ist weiterhin individuell eine Filmdicke von wenigstens 15 μπι erforderlich. Für mit einer Hochvakuum-Absaugvorrichtung 10, einer 5 eine wirtschaftliche Massenherstellung ist es daher er-
Absaugvorrichtung 12 mit großer Strömungsmenge forderlich, die Filmbildungsgeschwindigkeit zu erhöhen,
und einer Materialgas-Zuführungsvorrichtung 14 über Um den Filmbildungsvorgang zu beschleunigen, ist es
ein Ventil 9, ein Gasdruckregelventil 11 bzw. ein Gas- normalerweise notwendig, den Druck innerhalb des Va-
ventil 13 verbunden. kuumreaktionsgefäßes zu erhöhen und eine höhere
Zur Erzeugung eines Films werden zunächst das Gas- 10 Hochfrequenzenergie an die Gegenelektrode 5 anzuleventil 13 und das Gasdruckregelventil 11 geschlossen. gen. Jedoch erzeugt der Filmbildungsvorgang unter ho-Dann wird das Ventil 9 geöffnet und das Vakuumreak- hem Druck und hohen Ausgangsbedingungen eine Vieltionsgeläß 1 wird auf etwa 133,3 · 10~6 Pa mit Hilfe der zahl von Nebenprodukten als Siliziumpulver. Die Ne-Hochvakuum-Absaugvorrichtung 10, die eine Diffu- benprodukte haften besonders intensiv in den in F i g. 1 sionspumpe, eine Rotationspumpe o. dgL verwendet, 15 gepunkteten Bereichen A. Diese Nebenprodukte verevakuiert Während dieser Zeit wird das leitende Sub- stopfen die Absaugvorrichtungen, wenn sie lose erzeugt strat 6 durch die Heizvorrichtung 7 auf eine vorbe- werden, und werden auch im sich bildenden a-Si-Film stimmte Temperatur zwischen 1500C und 3000C einge- eingefangen, wodurch die Qualität dieses Films stark stellt herabgesetzt wird. Darüber hinaus entstehen durch die-
Dann wird das Gasventil 13 geöffnet und eine gasför- 20 se Nebenprodukte bei der Massenherstellung von a-Si-
mige Silizium enthaltende Verbindung, wie SiH* oder Filmen viele Probleme. Beispielsweise ist es erforder-
S12H6 (oder eine Mischung der gasförmigen Silizium em- lieh, das Innere des Vakuuir.reaktionsgefäßes 1 bei je-
haltenden Verbindung und B2H6, PH3-Gases, cJer eines dem Zyklus des Fümbildungsvorganges jeweils für län-
anderen Gases, falls erwünscht, oder eine Mischung der gere Zeit zu reinigen.
gasförmigen Silizium enthaltenden Verbindung und ei- 25 Unterdessen ist die Filmbildungsgeschwindigkei; auf
ner gasförmigen Kohlenstoff enthaltenden Verbindung, einen Bereich von 6—8 um/h begrenzt, obgleich der
einer gasförmigen Stickstoff enthaltenden Verbindung Druck innerhalb des Vakuumreaktionsgefäßes 1 und
oder einer gasförmigen Sauerstoff enthaltenden Verbin- der angelegte Hochfrequenzausgang jeweils hoch sind,
dung) wird als Materialgas 15 in das Vakuumreaktions- Daher erfordert schon die Bildung eines a-Si-Films für
gefäß 1 eingeführt Zur gleichen Zeit werden das Ventil 30 das elektrophotographische photoempfindliche Materi-
9 geschlossen und das Gasdruckregelventil 11 geöffnet al mindestens 3 Stunden. Wenn weiterhin die für die
so daß das Absaugsystem von der Hochvakuum-Ab- Evakuierung, den Anstieg der Substrattemperatur und
saugvorrichtung 10, die eine Diffusionspumpe, eine Ro- die Abkühlung nach der Filmbildung erforderliche Zeit
tationspumpe o. dgl. enthält zur Absaugvorrichtung 12, berücksichtigt wird, benötigt ein einzelner Zyklus des
die eine mechanische Hilfspumpe, eine Rotationspumpe 35 Filmbildungsvorganges insgesamt etwa 6 Stunden. Dies
o. dgl. enthält umgeschaltet wird. stellt ein wesentliches Hindernis für die Massenherstel-
N achfolgend werden die gasförmige Silizium enthal- lung dar.
tende Verbindung und/oder andere Dotiergase durch Der vorliegenden Erfindung liegt unter Berücksichtieinen nicht gezeigten Flußregler auf eine vorbestimmte gung dieser Umstände die Aufgabe zugrunde, eine Vor-Fließgeschwindigkeit einreguliert Währenddessen wird 40 richtung zu schaffen zur Durchführung eines Filmbilder Druck innerhalb des Vakuumreaktionsgefäßes 1 auf dungsvorganges mit hoher Geschwindigkeit und zur einen vorbestimmten Wert zwischen 133 Pa und Verhinderung der Erzeugung von pulverförmigen Pro-1333 Pa eingestellt durch entsprechende Betätigung des dukten in einer Reaktionskammer, wodurch die Bildung mit der mechanischen Überdruckpumpe verbundenen von amorphen Siliziumfilmen sehr zufriedenstellender Ventils 11. 45 Qualität trotz ihres einfachen Aufbaus und der erleich-
Danach wird durch die Energiequelle 8 eine elektri- terten Wartung sichergestellt ist
sehe HochfY&quenzenergie mit einer Frequenz von Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Vor-13,56 MHz und einer Energie im Bereich von 10 W bis richtung erfindungsgemäß gelöst durch die im kenn-1 kW zwischen das Substrat 6 und die dieser gegenüber- zeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkliegenden Gegenelektrode 5 gelegt Als Folge hiervon 50 male.
wird eine Glimmentladung zwischen dem Sockel 3 und Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung geschaffen,
der Gegenelektrode 5 erzeugt. die einen amorphen Siliziumfilm auf einem Substrat bil-
Somit wird ein Plasma der gasförmigen Silizium ent- det, in dem eine gasförmige Silizium enthaltende Verhaltenden Verbindung oder einer Mischung der gashal- binding in eine Reaktionskammer eingeführt und eine tigen Silizium enthaltenden Verbindung und des Dotie- 55 Glimmentladung bewirkt wird. Die vorliegende Erfinrungsgases hergestellt und es beginnt sich ein a-Si-Film dung ist derart ausgestaltet, daß ein Bereich, in derr. ein auf dem Substrat 6 zu bilden. Plasma der gasförmigen Silizium enthaltenden Verbin-Radikale der gasförmigen Silizium enthaltenden Ver- dung erzeugt wird, von einer leitenden Netzstruktur bindung und/oder andere Gase, die nic!.it zur Filmbil- umgeben ist und daß ein Teil der gasförmigen Silizium dung beitragen, werden durch die Großfluß-Absaugvor- 60 enthaltenden Verbindung außerhalb der Netzstruktur richtung 12 herausgeführt, durch einen Verbrennungs- in diese du/ch deren Maschen hindurch geführt wird, turm und einen Wasserreiniger geleitet und dann in die und zwar infolge der Dichtedifferenz zwischen dem Gas freie Luft entlassen. außerhalb der Netzstruktur und dem Teil der gasförmi-
Bei diesem Filmbildungsverfahren unter Verwendung gen Silizium enthaltenden Verbindung innerhalb der
der Glimmentladung können die Radikale der gasförmi- 65 Netzstruktur, der durch die Bildung eines Siliziumfilms
gen Silizium enthaltenden Verbindung möglicherweise auf dem Substrat reduziert wurde. Die Netzstruktur
einer Polymerisation ausgesetzt sein und als Nebenpro- verhindert, daß im von der Netzstruktur umgebenen
dukte Siliziumpulver erzeugen, wobei dieses von den Plasmaerzeugungsbereich gebildete Radikale sich au-
ßerhalb der Hetzstruktur verteilen, wodurch die Dichte der Radikale oberhalb des Substrats erhöht wird.
Bei einer bekannten Vorrichtung (US-PS 43 17 844) zur Bildung von amorphem Siliziummaterial mittels Glimmentladung in Silizium enthaltendem Gas ist eine netzförmige Elektrode vorgesehen, die jedoch nicht zur Abschirmung des Plasmaraumes dient, sondern verhindern soll, daß die amorphe Si-Schicht dem intensiven Ionen- und Elektronenbombardement des Plasmas ausgesetzt wird.
Es ist auch eine ähnliche Vorrichtung (US-PS 41 73 661) bekannt, deren Elektroden von Abschirmzylindern umgeben sind, um in bekannter Weise das Plasma auf den Raum zwischen den Elektroden zu begrenzen und ein Übergreifen der Entladung auf den gesamten evakuierten Raum zu verhindern, das mit abnehmendem Gasdruck und steigender Kathodenfall-Länge in bekannter Weise auftritt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische vertikale Schnittansicht einer bekannten Filmbildungsvorrichtung.
F i g. 2 eine schematische vertikale Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig.3 eine schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung nach F i g. 2 und
F i g. 4 eine schematische vertikale Schnittansicht einer weiteren Ausfühningsform einer Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms gemäß der Erfindung.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die F i g. 2 und 3 beschrieben. Die F i g. 2 und 3 zeigen eine Filmbildungsvorrichtung zur Bildung eines a-Si-Films auf einem flachen leitenden Substrat 23 als dem zu beschichtenden Gegenstand. Mit 20 ist ein leitendes Vakuumreaktionsgefäß bezeichnet, dessen Innenraum eine Reaktionskammer 20a bildet. In der Mitte des Bodenbereiches des Vakuumreaktionsgefäßes 20 ist in leitender Verbindung mit diesem ein Sockel 21 angeordnet Über dem Sockel 21 befindet sich in einem vorbestimmten Abstand von diesem eine Gegenelektrode 22.
Das flache leitende Substrat 23, das den zu beschichtenden Gegenstand bildet und auf dem Sockel 21 angeordnet sowie geerdet ist, wird durch eine Heizvorrichtung 24 erwärmt
Eine Energiequelle 25 zur Bewirkung einer elektrischen Entladung, beispielsweise eine Hochfrequenz-Energiequelle, ist mit der Gegenelektrode 22 verbunden. Das Vakuumreaktionsgefäß 20 ist individuell mit einer Absaugvorrichtung 27, die ein Ventil 26 enthält, und einem Gaseinlaßrohr 29, das ein Ventil 28 enthält, verbunden.
Eine zylindrische Maschenstruktur 30 (Maschengröße: 77 500 Maschen/m2) ist so angeordnet, daß sie innerhalb des Vakuumreaktionsgefäßes 20 geerdet ist Der Sockel 21 und die Gegenelektrode 22 befinden sich innerhalb der Netzstruktur 30. Somit ist ein Plasmaerzeugungsbereich 31 zwischen der Gegenelektrode 22 und dem Sockel 21, in dem das Plasma hauptsächlich erzeugt wird, von der Netzstnifctur 30 umgeben.
Die vorliegende Ausfühningsform ist somit dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaerzeugungsbereich 31 von der Netzstruktur 30 umgeben ist so daß Radikale, wie beispielsweise SiH4*. SiH3*, SiH2 # und SiH", daran gehindert werden, sich nach außerhalb der Netzstruktur 30 auszubreiten.
Gemäß einer solchen Anordnung wird eine gasförmige Silizium enthaltende Verbindung oder eine Mischung einer gasförmigen Silizium enthaltenden Verbindung und eines Dotierungsgases, das erforderlichenfalls verwendet wird, in das Vakuumreaktionsgefäß 20 mittels des Gaseinlaßrohres 29 eingeführt. Der größere Teil des
ίο eingeführten Gases, wie durch die ausgezogen dargestellten Pfeile Bin F i g. 3 angezeigt wird, wird durch den Raum zwischen der zylindrischen Netzstruktur 30 und der Seitenwand des Vakuumreaktionsgefäßes 20 geleitet und durch die das Ventil 28 aufweisende Absaugvorrichtung 27 abgezogen. Zwischen der Gegenelektrode
22 und dem Sockel 21 wird durch eine Glimmentladung ein Radikal der gasförmigen Silizium enthaltenden Verbindung oder der Gasmischung erzeugt. Somit werden bei der Bildung des a-Si-Fiims auf dem Suusii al 23 nicht benötigte Gase daran gehindert, in den Raum zwischen der Gegenelektrode 22 und dem Sockel 21 zu gelangen. Es ist daher theoretisch unmöglich, daß sich ein Nebenprodukt als Siliziumpulver durch Polymerisation von überschüssigen Radikalen bildet.
Der Plasmaerzeugungsbereich 31 ist auch von der Netzstruktur 30 umgeben, so daß verhindert wird, daß sich die Radikaie in den Raum außerhalb der Netzstruktur 30 verteilen. Demgemäß erstreckt sich eine positive Säule 32, die in Fig.2 als gepunkteter Bereich dargestellt ist zwischen der Gegenelektrode 22 und dem Sokkel 21 in vertikaler Richtung, die eine sehr hohe Helligkeitsintensität in enger Nähe des Substrats 23 besitzt Es wurde festgestellt, daß die dargestellte Vorrichtung zu einem großen Anstieg der Filmbildungsgeschwindigkeit führt
Wenn der (nicht gezeigte) a-Si-Film auf dem Substrat
23 gebildet wird, wird die Dichte der gasförmigen Silizium enthaltenden Verbindung innerhalb der Netzstruktur 30 reduziert Wie durch die strichliert dargestellten Pfeile Cin F i g. 3 angedeutet ist wird nur die erforderliche Gasmenge durch die Netzstruktur 30 hindurch zu deren Innenseite durch den osmotischen Druck, der sich durch die Dichtendifferenz ergibt, geliefert Daher kann der a-Si-Film mit hohem Wirkungsgrad gebildet werden.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus der an die Gegenelektrode 22 angelegte Hochfrequenzausgang auf den nächsten geerdeten Bereich konzentriert Die Netzstruktur 30 entspricht diesem Bereich. Wenn demgemäß die Gegenelektrode 22 und der Sockel 21 einfach von der Netzstruktur 30 ohne spezielle Berücksichtigung umgeben wären, würde nur die Leuchtintensität des Plasmas, das zwischen der Gegenelektrode 22 und der Netzstruktur 30 erzeugt wird, im Verhältnis zum Anstieg des Hochfrequenzausgangs erhöht werden, und der Hochfrequenzausgang würde nicht an den Plasmaerzeugungsbereich 31 zwischen der Gegenelektrode 22 und dem Sockel 21 angelegt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist daher die Vorrichtung so gestaltet, daß der Abstand d 1 zwischen der Gegenelektrode 22 und der Netzstruktur 30 kleiner ist als die mittlere freie Weglänge der im Plasmaerzeugungsbereich 31 befindlichen Elektronen.
Wenn der Druck innerhalb des Vakuumreaktionsgefäßes 20 im Bereich vor. 133 Pa bis 1333 Pa gehalten wird, kann der Abstand d 1 auf 5 mm oder weniger eingestellt werdea In diesem Ausführungsbeispiel beträgt i/l 3 mm. Bei dieser Einstellung bildet der Raum zwi-
7 8
sehen der Gegenelektrode 22 und der Netzstruktur 30 schließt, befinden.
den sogenannten Dunkelraumabschirmbereich, welcher Ein Gaseinlaßrohr 50 mit einem Ventil 49 ist mit dem
keine Plasmastrahlung erzeugt. oberen Endbereich eines Gasdur hlasses 42a verbun-
Wenn demgemäß ein höherer Hochfrequenzausgang den, welcher durch den hohlen Innenraum des Gas-
geliefert wird, dann wird der zwischen die Gegenelek- 5 Strahlenteils bzw. der Gegenelektrode 42 gebildet wird.
trode 22 und den Sockel 21 angelegte Hochfrequenz- Das Innere des Vakuumreaktionsgefäßes 41 ist mit ei-
ausgang im Verhältnis erhöht. Ebenso nimmt die Hellig- ner ein Ventil 52 enthaltenden Absaugvorrichtung 53
keitsit>*nsität der positiven Säule 32 in der Nähe des über eine Vielzahl von durch den Sockel 40 hindurchge-
Substrats 23 zu, wodurch die Filmbildungsgeschwindig- führten Absaugöffnungen 51 verbunden.
keit ansteigt. io Eine mit einem Boden versehene zylindrische Netz-
Im folgenden wird ein spezielles Beispiel .fiher darge- struktur 54 (Maschengröße: 77 500 Maschen/m2) ist
stellt. zwischen dem Gasstrahlenteil 42 und dem trommelför-
Zuerst wird das Vakuumreaktionsgefäß 20 auf migen leitenden Substrat 48 angeordnet, derart, daß ein
1333 · 10-6 Pa evakuiert und das Substrat 23 wird auf flacher Bereich 54b, der den Boden der Netzstruktur 54
230° C erwärmt. Danach wird das Ventil 28 geöffnet und 15 darstellt, sich auf der Oberseite befindet. Das trommel-
50 cmVmin (unter Normbedingungen) reinen SiHi-Ga- förmige Substrat 48 ist von der Netzstruktur 54 und
ses werden in das Vakuumreaktionsgefäß 20 eingeführt. einem Ring 55 aus PTFE, der an der Innenumfangskante
Zur gleichen Zeit wird die Absaugvorrichtung 27 von der Bodenöffnung der Netzstruktur 54 befestigt ist, um-
einer HochvsküiiiTi-Äbssügvorrichturig, die s:ric Diffu- geben.
sionspumpe und eine Rotationspumpe enthält, zu einer 20 Eine Energiequelle 56 zur Erzeugung einer elektri-
Absaugvorrichtung mit großer Strömungsmenge, die ei- sehen Entladung, beispielsweise eine Hochfrequenz-
ne mechanische Hilfspumpe und eine Rotationspumpe Energiequelle, ist mit dem zugleich die Gegenelektrode
enthält, umgeschaltet. bildenden Gasstrahlenteil 42 und der Netzstruktur 54
Nachdem der Druck innerhalb des Vakuumreaktions- verbunden.
gefäßes auf 26,7 Pa eingestellt ist, wird ein Hochfre- 25 Bei dieser Vorrichtung wird die gasförmige Silizium
quenzausgang von 50 W an die Gegenelektrode 22 an- enthaltende Verbindung oder die Mischung der gasför-
gelegt und ein a-Si: H-FiIm (nicht gezeigt) wird in migen Silizium enthaltenden Verbindung und eines er-
1 Stunde gebildet forderlichenfalls verwendeten Dotierungsgases über
Danach wird die Zufuhr des SiH^-Gases beendet und das Ventil 49 in den Gasdurchlaß 42a der Gegenelektro-
das Ventil 26 wird voll geöffnet Das Vakuumreaktions- 30 de bzw. des Gasstrahlenteils 42 eingeführt
gefäß «X) wird somit auf 1333 · IO-4 Pa evakuiert Wenn Das Gas wird dann durch eine Vielzahl von Auslaßdü-
die Temperatur des Substrats 23 auf 100°C oder weni- sen 42b strahlenförmig zum trommeiförmigen Substrat
ger abgesunken ist, wird das Substrat 23 in die freie Luft 48 geleitet Ein zylindrischer Bereich 54a und der flache
herausgenommen. Bereich 54Z» der leitenden Netzstruktur 54 sind zwi-
Die gemessene Dicke des auf diese Weise gebildeten 35 sehen dem trommeiförmigen Substrat 48 und dem Gas-
a-Si: Η-Films beträgt 15 μιη. strahlenteil 42 angeordnet Daher bewegt sich der grö-
In bezug auf die elektrischen Eigenschaften des Films ßere Teil des Gases nach unten und wird durch die
betragen der spezifische Dunkelwiderstand 1011 Ω ■ cm Auslaßöffnungen 51 abgeführt
und der spezifische Hellwiderstand bei einer LJchtstrah- Der Abstand c/3 zwischen dem Gasstrahlenteil 42
lung mit einer Wellenlänge von 650 μιη bei einer Inten- 40 und der Netzstruktur 54 und der Abstand d 2 zwischen
sität von 1015 Photonen/cm2 107 Ω · cm. Diese Eigen- der Netzstruktur 54 und dem trommeiförmigen Sub-
schäften sind in keiner Weise schlechter als diejenigen strat 48 haben die Beziehung d2 < 43. Somit wird der
des a-Si: Η-Films, der mit geringer Geschwindigkeit in größte Teil des Gases nach unten abgeführt.
der Vorrichtung nach dem Stand der Technik gebildet Da der Hochfrequenzausgang an das Gasstrahlenteil
wurde. 45 42 und die Netzstruktur 54 angelegt ist, liegen diese
Es wurden keine Nebenprodukte als Siliziumpulver in beiden Teile auf gleichem Potential, und das Plasma dem Vakuumreaktionsgefäß 20 gefunden. wird zwischen der Netzstruktur 54, die einen Potential-Unter Bezugnahme auf F i g. 4 wird nun ein anderes gradienten aufweist, und dem trommeiförmigen Sub-Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Bildung eines strat 48 erzeugt
amorphen Siliziumfilms gemäß der Erfindung beschrie- 50 Der Abstand c/2 zwischen dem flachen Bereich 54b
ben. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein der Netzstruktur 54 und dem trommeiförmigen Sub-
trommelförmiges Substrat 48, das als photoleitende strat 48 ist so eingestellt daß er kürzer ist als die mittlere
Trommel für die Elektrophotographie dienen kann, als freie Weglänge der im Plasmaerzeugungsbereich 57 be-
zu beschichtender Gegenstand verwendet findiichen Elektronen.
In Fig.4 ist mit 40 ein Sockel bezeichnet Auf den 55 Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist das Ergebnis Sockel 40 ist ein Vakuumreaktionsgefäß 41 aufgesetzt, weiterer wesentlicher Überlegungen. Um zu verhindessen Innenraum eine Reaktionskammer 41a bildet dem, daß die Radikal-Bedingung der gasförmigen Silizi-Ein hohles, mit einem Boden versehenes zylindrisches um enthaltenden Verbindung im Plasmaerzeugungsbe-Gasstrahlenteil 42, das auch als Gegenelektrode dient, reich 57 ungleichmäßig wird durch die Bewegung und ist so in das Vakuumreaktionsgefäß 41 eingesetzt, daß 60 die Abführung des Gases nach unten, werfen die Masein Bodenbereich sich an der Oberseite befindet sehen des zylindrischen Bereichs 54a der Netzstruktur
Auf dem Sockel 40 ist ein Drehtisch 45 angeordnet, 54 gröber ausgebildet, je weiter sie von der Spitze des
der von einem Motor 43 über ein Getriebe 44 mit einer Zylinders entfernt sind.
konstanten Geschwindigkeit gedreht wirf. Der Dreh- Demgemäß wird frischeres, Silizium enthaltendes tisch 45 trägt einen Schlitten 46. auf dem sich eine Heiz- 65 Gas durch den unteren Teil des zylindrischen Bereichs vorrichtung 47 und das trommeiförmige leitende Sub- 54a der Netzstruktur 54 in den Plasmaerzeugungsbestrat 48 als der zu beschichtende Gegenstand (beispiels- reich 57 eingeführt. Damit ist die vertikale Radikal-Verweise aus Aluminium), das die Heizeinrichtung um- teilung des Gases im Plasmaerzeugungsbereich 57 ge-
9 10
gen Ungleichmäßigkeit geschützt. werden.
Auch bei der Vorrichtung zur Bildung eines amor- Wie vorstehend beschrieben ist, ist das aus der gasfor-
phen Siliziumfilms gemäß dem zweiten Ausführungsbei- migen Silizium enthaltenden Verbindung oder der die spiel, die zur Hersteilung einer photoleitenden Trommel gasförmige Silizium enthaltende Verbindung aufweisenfür die Elektrophotographie dient, ist der Plasmaerzeu- 5 den Mischung erhaltene Plasma von der Netzstruktur gungsbereich 57 van der Netzstruktur 54 umgeben, so umgeben, so daß der größte Teil des zugeführten Gases daß nur eine benötigte Gasmenge zum 3ereich 57 gelie- gezwungen ist, außerhalb der Netzstruktur zu fließen, fert werden kann. Es besteht daher keine Möglichkeit, Da die Radikale innerhalb der Netzstruktur reduziert daß sich Nebenprodukte als Siliziumpulver durch Poly- sind, kann nur ein benötigter Anteil des Gases durch die merisation von nicht benötigten Radikalen bilden kön- io Netzstruktur hindurch in den Plasmaerzeugungsbereich nen. Da weiterhin das Plasma in der Netzstruktur 54 infolge der Differenz zwischen den Gasdichten innereingeschlossen ist, wird eine (nicht gezeigte) positive halb und außerhalb der Netzstruktur eingeführt wer-Säule mit hoher Helligkeitsintensität in der Nähe der den. In der Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Oberfläche des trommeiförmigen Substrats 48 erzeugt. Siliziumfilms gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel Somit kann ebenso wie bei der Vorrichtung nach dem 15 kann eine Filmbildung mit hoher Geschwindigkeit erersten Ausführungsbeispiel, in der ein flaches Substrat zielt werden, indem eine positive Plasmasäule in der verwendet wird, die Filmbildungsvorrichtung nach dem Nähe der Substratoberfläche erzeugt wird. Es wird auch zweiten Ausführungsbeispiel den Filmbildungsvorgang ein a-Si-Film hoher Qualität erhalten, ohne daß irgendmit hoher Geschwindigkeit durchführen. welche Nebenprodukte als Siüziumpalver erzeugt vver-
Es wird nun ein„zweites spezielles Beispiel im einzel- 20 den, so daß eine zeitaufwendige Reinigung des Vakuumnen beschrieben. reaktionsgefäßes in jedem Zyklus des Filmbildungsvor-
Das Vakuumreaktionsgefäß 41 wird auf ganges nicht erforderlich ist.
133,3 · 10-6 Pa evakuiert. Die Heizvorrichtung 47 wird Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer
eingeschaltet, so daß das trommeiförmige Substrat 48 Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms auf 230"C erwärmt wird. Während dieser Zeit wird das 25 auf einem Gegenstand durch Einführung einer gasförtrommelförmige Substrat 48 durch den Motor 43 ge- migen Silizium enthaltenden Verbindung in eine Reakdreht Das Ventil 49 wird geöffnet und 500 cmVmin (un- tionskammer und Erzeugen einer Glimmentladung ein ter Normbedingungen) reinen SiHi-Gases werden in Bereich, in dem ein Plasma der gasförmigen Silizium das Vakuumreaktionsgefäß 41 eingeführt Zur gleichen enthaltenden Verbindung erzeugt wird, von einer leiten-Zeit wird die Absaugvorrichtung 53 von einer Hochva- 30 den Netzstruktur umgeben. Es wird hierdurch eine Vorkuum-Absaugvorrichtung, die eine Diffusionspumpe richtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms ge- und eine Rotationspumpe verwendet, auf eine Groß- schaffen, die in der Lage ist, den Filmbildungsvorgang fluß-Absaugvorrichtung, die eine mechanische Über- mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und die Entdruckpumpe und eine Rotationspumpe verwendet, um- stehung von pulverförmigen Nebenprodukten in der geschaltet. 35 Reaktionskammer zu verhindern, so daß die Bildung
Nachdem der Druck innerhalb des Vakuumreaktions- von amorphen Siliziumfilmen sehr zufriedenstellender gefäßes 4! auf 67 Pa eingestellt wurde, wird ein Hoch- Qualität sichergestellt ist. obwohl die Vorrichtung eine frequenzausgang von 600 W an das die Gegenelektrode einfache Konstruktion besitzt und ihre Wartung erleichbildende Gasstrahlenteil 42 angelegt Auf diese Weise tert ist.
wird in einer Stunde ein (nicht gezeigter) a-Si: H-FiIm <to
erzeugt Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Nach Ablauf der einen Stunde werden die Gaszufuhr
beendet, die Heizvorrichtung 47 abgeschaltet das Ventil
52 voll geöffnet und das Vakuumreaktionsgefäß 41 wieder auf 133, 3 · 10"· Pa evakuiert Wenn die Tempera- 45
tür des trommeiförmigen Substrats 48 auf 1000C oder
weniger abgesunken ist wird das Substrat 48 in die freie
Luft herausgenommen.
Es wurden nur wenige Nebenprodukte des Siliziumpulvers im Bodenbereich des Vakuumreaktionsgefäßes 50
42 gefunden.
Die gemessene Dicke des auf diese Weise gebildeten
a-Si: Η-Films beträgt 20 μητ.
Wenn die photoleitende a-Si: Η-Trommel einer
Gleichspannungskoronaladung bei —6,6 kV unterzogen 55
wurde, wurde ein Oberflächenpotential von —200 V erhalten. Wenn dann licht von einer W-Glühlampe von
2 Ix auf die photoleitende Trommel geworfen wurde,
erwies sich die Belichtungsempfindlichkeit des halben
Abfalls als 0,6 Ix · s. Dieser Wert ist in keiner Weise 60
unterschiedlich gegenüber dem eines photoleitenden
a-Si: Η-Films, der in einer Vorrichtung nach dem Stand
der Technik mit geringer Geschwindigkeit gebildet
wurde.
Wenn die Oberfläche des photoempimdlicnen 65
a-Si: Η-Films durch ein Stereomikroskop ist einer
Vergrößerung von 600 betrachtet wurde, konnten keine
Flocken oder Schuppen als Nebenprodukte gefunden

Claims (15)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Bildung eines amorphen Siliziumfilms auf einem Gegenstand (23; 48), mit einem evakuierten Gefäß (20; 41), dessen Innenraum eine Reaktionskammer (20a; 4IaJ darstellt, einer Gaseinlaßvorrichtung (29; 42) zum Einführen eines zumindest Silizium enthaltenden Gases in die Reaktionskammer (20a; 4IaJt einer Plasmaerzeugungsvorrichtung (22,25; 56) zur Umwandlung des über die Gaseinlaßvorrichtung (29; 42) ir. die Reaktionskammer (20a; 4IaJ eingeführten Gases in einem Plasmaerzeugungsbereich in Plasma und einer geerdeten Tragvorrichtung (21; 45), die im Plasmaerzeugungsbereich angeordnet ist und zum Tragen des Gegenstandes (23; 48) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine leitende Neustruktur (30; 54) in der Reaktionskammer (20a; 4IaJ vorgesehen ist, die den Plasmaerzeugungsbereich mit der darin befuuKkhen Tragvorrichtung (21; 45) umgibt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugungsvorrichtung eine der Tragvorrichtung gegenüberliegende Gegenelektrode (22) in der Reaktionskammer und eine mit 2s der Gegenelektrode (22) verbundene Energiequelle (25) zur Erzeugung einer elektrischen Entladung enthält
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand die Form einer flachen Platte besitzt daß die Tragvorrichtung einen geerdeten Sockel enthält, der den flachen Gegenstand trägt, und dafl die Gegenelektrode im wesentlichen parallel zum Sockel in vo.-bp.stimmtem Abstand angeordnet ist wobei der Plasma vzeugungsbereich durch den Raum zwischen dem Sockel und der Gegenelektrode bestimmt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Netzstruktur geerdet ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzstruktur in einem Abstand von der Gegenelektrode angeordnet ist, der kürzer ist als die mittlere freie Weglänge der im Plasmaerzeugungsbereich befindlichen Elektronen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Gegenelektrode scheibenförmig und die Netzstruktur zyünderförmig sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschengröße des Netzwerkes 77 500 Maschen/m2 beträgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasmaerzeugungsvorrichtung eine die Tragvorrichtung umgebende Elektrode und eine mit dieser Elektrode verbundene Energiequelle zur Erzeugung einer elektrischen Entladung enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand die Form einer Trommel besitzt, und daß die Tragvorrichtung einen Sokkel enthält, der den trommeiförmigen Gegenstand trägt
10. Vorrichtung naeh Anspruch^ dadurch gekennzeichnet, daß die Netzstruktur die Form einer den trommeiförmigen Gegenstand umgebenden Trommel hat.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzstruktur von dem äußeren Umfang des trommeiförmigen Gegenstandes in einem Abstand angeordnet ist, der kürzer ist als die mittlere freie Weglänge der im Plasmaerzeugungsbereich befindlichen Elektronen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß die Netzstruktur elektrisch mit der Elektrode verbunden ist
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Gaseinlaßvorrichtung ein hohles leitendes Gaseinlaßteil besitzt, das den trommeiförmigen Gegenstand umgibt
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß das Gaseinlaßteil mit der Energiequelle zur Entladung verbunden ist und gleichzeitig als Elektrode dient
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß die Maschengröße der Netzstruktur 77 500 Maschen/m2 beträgt
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