JP2547032B2 - 水素化非晶質C−Si膜の形成方法 - Google Patents

水素化非晶質C−Si膜の形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 分解効率の異なる炭素原子含有ガスとシリコン原子含
有ガスを含む材料ガスをプラズマ化し分解して生成した
活性種により基体上に水素化非晶質C−Siを成膜する方
法に関し、 機械的強度が強く絶縁性、耐湿性に優れた水素化非晶
質C−Si膜が得られるようにすることを目的とし、 真空容器内に導入されるシリコン原子含有ガス、炭素
原子含有ガス、及び水素の材料ガスをプラズマ化し分解
して生成した活性種により、前記真空容器内に配置した
基体上に水素化非晶質C−Si膜を成膜する水素化非晶質
C−Si膜の形成方法において、材料ガスをプラズマ化す
るための2種類のプラズマ分解室を設け、一方の該プラ
ズマ分解室には高周波電力を印加するとともに化学的に
より活性なシリコン原子含有ガスを導入し、他方の該プ
ラズマ分解室にはマイクロ波電力を印加するとともによ
り分解しにくい炭素原子含有ガスを導入して成膜を行う
ように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は分解効率の異なる炭素原子含有ガスとシリコ
ン原子含有ガスを含む材料ガスをプラズマ化し分解して
生成した活性種により基体上に水素化非晶質C−Siを成
膜する水素化非晶質C−Si膜の形成方法に関する。
〔従来の技術〕
第4図は従来の水素化非晶質C−Si(以下、a−SiC:
Hと略記する)膜形成装置の基本構成図で、図中、1は
真空容器、2は基体ホルダ、3は放電電極、4は高周波
(以下、RFと略記する)電源、100Aは板状基体である。
基体ホルダ2は、真空容器1内に設けられてヒータ5を
内蔵している。基体100Aは基体ホルダ2の下面に固定し
て配置され、該基体100A上への成膜は次の手順で行われ
る。
成膜に際しては、排気バルブ6を通して真空容器1内
を真空に排気し、その後ヒータ5により基体100Aを所定
温度に加熱しておいてガス導入バルブ7,8,9,10を開いて
放電電極3内に、CH4等の炭素原子含有ガス、SiH4等の
シリコン原子含有ガス、及び水素の各材料ガスを同時に
導入して該放電電極3に設けられた穴3aより吹き出させ
る。この状態でRF電源4を用いて基体ホルダ2と放電電
極3の間にプラズマを発生させて材料ガスを分解し、こ
れにより生成される活性種により成膜が行われる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような従来の成膜方法では、SiH4等のシリコン原
子含有ガスとCH4等の炭素含有ガスの分解効率が異なる
ことが多く、しかもこれらの両ガスを分解する最適条件
が大きくずれるため、特に炭素含有量の多い膜において
膜中に3配位のグラファイト状の炭素やCH2,CH3結合が
増大し、その結果、形成したa−SiC:H膜は緻密性に欠
けて機械的強度が弱くかつ絶縁が不良であるといった問
題や、a−SiC:H膜を表面保護層に用いた場合に十分な
耐湿特性が得られない等の問題が生じていた。
本発明は機械的強度が強く絶縁性、耐湿性に優れたa
−SiC:H膜を得ることのできる水素化非晶質C−Si膜の
形成方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る水素化非晶質C−Si膜の形成方法は、真
空容器内に導入されるシリコン原子含有ガス、炭素原子
含有ガス、及び水素の材料ガスをプラズマ化し分解して
生成した活性種により、前記真空容器内に配置した基体
上に水素化非晶質C−Siを成膜する水素化非晶質C−Si
膜の形成方法において、材料ガスをプラズマ化するため
の2種類のプラズマ分解室を設け、一方の該プラズマ分
解室には高周波電力を印加するとともに化学的により活
性なシリコン原子含有ガスを導入し、他方の該プラズマ
分解室にはマイクロ波電力を印加するとともにより分解
しにくい炭素原子含有ガスを導入し成膜を行うように構
成される。
〔作 用〕
分解効率の異なる2種類のガスを別々のプラズマ分解
室で分解するようになっており、しかもより分解しにく
い炭素原子含有ガスを分解するプラズマ分解室にはマイ
クロ波電力が印加されるとともに、シリコン原子含有ガ
スを分解するプラズマ分解室には高周波電力が印加され
るため、それぞれのガスに適した条件で分解を行うこと
ができ、グラファイト成分の炭素を含まずCH2,CH3結合
の少ない緻密なa−SiC:Hの薄膜を形成することができ
る。
〔実施例〕
以下、第1図乃至第3図に関連して本発明の実施例を
説明する。
第1図及び第2図に1の実施例を示す。本実施例は、
板状基体100Aを処理するためのものである。
第1図は本発明を適用するa−SiC:H膜形成装置の基
本構成図で、図中、11は真空容器、12は基体ホルダ、1
3,14はプラズマ分解室、15はマイクロ波(以下μ波と略
記する)電源、16はRF電源である。
基体ホルダ12は、真空容器1内に設けられ、モータ17
により駆動されて回転するようになっている。基体ホル
ダ12にはヒータ18が内蔵されている。19は基体ホルダ12
に接続する基体バイアス電源である。
プラズマ分解室13,14は真空容器11内に並設され、プ
ラズマ分解室13は導波管15aを介しμ波電源15に、プラ
ズマ分解室14はRF電源16にそれぞれ接続されている。
基体100Aは基体ホルダ12の下面に固定され、該基体10
0A上への成膜は次の手順により行われる。
成膜に際しては、まず排気バルブ20を開いて図示しな
い吸引手段により真空容器11内を所定の真空度に達する
まで排気するとともに、ヒータ18により基体温度を350
℃に保ち、モータ17により基体ホルダ12を回転させる。
次に、シャッタ21,22を閉じ、ガス導入バルブ23からSi2
H6等のシリコン原子含有ガス1.0sccmをプラズマ分解室1
4内に導入するとともに、ガス導入バルブ24,25からそれ
ぞれ水素100sccm、CH4等の炭素原子含有ガス5.0sccmを
プラズマ分解室13内に導入し、排気バルブ20を真空容器
11内の圧力が0.5torrになるように調整する。この状態
で、プラズマ分解室14にはRF電力5Wを、プラズマ分解室
13にはμ波電力200Wをそれぞれ印加し、それぞれのプラ
ズマを発生させた後、シャッタ21,22を開く。これによ
り、基体100A上にはa−SiC:H膜が形成される。
このような手順により成膜を行った結果、比抵抗が5.
1×1014Ω・cm、光学バンドギャップが3.0eV、炭素含有
率〔C/(C+Si)〕が0.63で、しかも炭素と水素の結合
はCHが主体でかつ炭素と結合した水素量が8.1at%と少
ない膜が得られた。また、膜のビッカース硬度は3900と
硬く、第2図に示したX線光電子分光法(XPS)によるC
ISからのプラズモン損失スペクトルの分離波形で明らか
なように、28eV付近の3配位のグラファイト状炭素がな
い良質のa−SiC:H膜が得られた。これは、分解効率の
異なるガスを別々に分解するために2つのプラズマ分解
室が使用され、しかもより分解しにくい炭素原子含有ガ
スと水素ガスとを分解するプラズマ室13にはμ波電力が
印加されるとともに、シリコン原子含有ガスを分解する
プラズマ室14にはRF電力が印加されるようになってい
て、それぞれのガスに適した条件で分解が行われること
によるものである。
上述の説明ではプラズマ分解室13に導入する炭素原子
含有ガスとしてCH4を用い、プラズマ分解室14に導入す
るシリコン原子含有ガスとしてSi2H6を用いる例につい
て述べたが、これらのガスとして次の各種のものを使用
することができる。
プラズマ分解室13に導入する他の炭素原子含有ガス; C2H6,C3H8,n−ブタン,i−ブタン,1−ブテン,i−ブテ
ン,cis−2−ブテン,trans−2−ブテン,C2H4,C3H6,C3H
4,C2H2,CH3COCH3,CH3OH,C2H5OH,(CH33OH,(CH32O
H,C2H5OC2H5,CH3COOCH3,CH3CHO,CF4,CHF3,C2F6,CCl
4等。
プラズマ分解室14に導入する他のシリコン原子含有ガ
ス; SiH4,Si3H8,SiF2H2,SiH3H,SiH2Cl2,SiHCl3,SiCl4,Si
(CH3)H3,Si(CH32H2,Si2F2H4,Si2F3H3,Si2F4H2,Si2
F5H,Si2F6等。
第3図に第2の実施例を示す。本実施例は、円筒状基
体上に感光層を形成して感光体を得るためのものであ
る。
第3図(a)は本発明を適用するa−SiC:H膜、a−S
i:H膜形成装置の基体構成を示す平面図、第3図(b)
は同正面図で、図中、31は真空容器、100Bは真空容器31
内に配置されるアルミニウム等の円筒状基体である。
この基体100B上に対する非晶質シリコン(以下、a−
Si:Hと略記する)感光層形成は次の手順で行われる。な
お、本例では、表面側からa−SiC:H/i型a−Si:H/p型
a−Si:H/基体の構成で感光体を作製している。
まず、排気バルブ321,322を開いて真空容器31内を圧
力10-5torr以下に排気した後、モータ33により基体100B
を回転させるとともに、ヒータ34により基体温度が250
℃の一定値になるように加熱する。次に、ガス導入バル
ブ351,352を開いてSi2H6をそれぞれ50sccm流すととも
に、ガス導入バルブ361,362を開いてHe希釈100ppm B2H6
をそれぞれ60sccm流し、ガス導入口371,372よりプラズ
マ分解室381,382に導入する。この状態で排気バルブ3
21,322を調整して圧力を0.1torrにし、RF電力50Wで基体
100B上にp型a−Si:H膜を成長させる。39はRF電源であ
る。次に、所定時間経過後に、RF電源39の電力を0とす
るとともに、ガス導入バルブ351,352,361,362を閉じて
ガスを止め、排気バルブ322を全開にして排気した後、
ガス導入バルブ351,352を開いてSi2H6をそれぞれ50sccm
流すとともに、ガス導入バルブ361,362を開いてHe希釈1
00ppm B2H6をそれぞれ2sccm流し、p型a−Si:H膜と同
様にi型a−Si:H膜を積層した後、RF電源39とガスを止
め、真空容器31内を排気する。最後に、ガス導入バルブ
351,352を開いてSiF4をそれぞれ3sccm流し、かつガス導
入バルブ401,402を開いて水素を150sccm流すとともに、
ガス導入バルブ411,412を開いてアセトンをそれぞれ9sc
cm流し、SiF4はガス導入口371,382からプラズマ分解室3
81,382に、水素及びアセトンはガス導入口421,422から
プラズマ分解室431,432にそれぞれ導入する。そして、
ガス圧を0.1torrに調整し、RF電力15W、μ波電力(プラ
ズマ分解室431,432に導波管44を介し接続するμ波電源4
5の電力)350Wでプラズマを発生させ、基板バイアス電
源46の電圧150Vを印加した基体100B上のi型a−Si:Hに
分解生成した活性種によりa−SiC:H膜を積層し、これ
により、3層構成の感光層を備えた感光体(a−Si:H感
光ドラム)が得られた。
なお、47はプラズマ分解室381,382内に設けられたア
ース側電極、48は基体ホルダである。
このようにして作製されたa−Si:H感光ドラムは、表
面保護層a−SiC:H中の炭素含有率〔C/(Si+C)〕が
0.70と大きいにもかかわらず、通常の2重円筒電極のRF
プラズマCVD装置で作製したa−Si:H感光ドラムに見ら
れるような帯電特性不良発生なしに+650Vが得られ、耐
湿特性も優れている。
また、この表面保護層に用いたa−SiC:Hと同一条件
で堆積したa−SiC:H単層膜を評価した結果、ビッカス
硬度3400と硬く、光学バンドギャップ3.0eV、比抵抗5.8
×1014Ω・cmで、炭素と水素の結合状態もCHが主であ
り、良質のa−SiC:H膜が得られることが明らかとなっ
た。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、分解効率の異な
る2種類のガスを別々のプラズマ分解室で分解するよう
になっており、しかもより分解しにくい方の炭素原子含
有ガス用のプラズマ分解室にはμ波電力が印加されると
ともに、シリコン原子含有ガスを分解するプラズマ分解
室にはRF電力が印加されるため、それぞれのガスに適し
た条件で分解を行うことができ、次の各種の優れた効果
を得ることが可能になる。
(1) 炭素含有量がシリコン含有量より少ない場合だ
けでなく、炭素含有量がシリコン含有量より多い場合に
も、CH2,CH3結合やグラファイト状炭素の少ない緻密な
膜が得られ、機械的強度を向上させることができる。
(2) 絶縁性、耐湿性に優れたa−SiC:H膜が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のa−SiC:H膜形成装置
の基本構成図、 第2図は同a−SiC:H膜のプラズモン損失スペクトル波
形図、 第3図(a),(b)は本発明の第2の実施例のa−Si
C:H膜,a−Si:H膜形成装置の基本構成図、 第4図は従来のa−SiC:H膜形成装置の基本構成図で、 図中、 11は真空容器、 13,14,381,382,431,432はプラズマ分解室、 100A,100Bは基体である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器内に導入されるシリコン原子含有
    ガス、炭素原子含有ガス、及び水素の材料ガスをプラズ
    マ化し分解して生成した活性種により、前記真空容器内
    に配置した基体上に水素化非晶質C−Siを成膜する水素
    化非晶質C−Si膜の形成方法において、 材料ガスをプラズマ化するための2種類のプラズマ分解
    室を設け、一方の該プラズマ分解室には高周波電力を印
    加するとともに化学的により活性なシリコン原子含有ガ
    スを導入し、他方の該プラズマ分解室にはマイクロ波電
    力を印加するとともにより分解しにくい炭素原子含有ガ
    スを導入して成膜を行うようにしたことを特徴とする水
    素化非晶質C−Si膜の形成方法。
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