JP2656021B2 - 堆積膜形成装置 - Google Patents

堆積膜形成装置

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JP2656021B2
JP2656021B2 JP61005981A JP598186A JP2656021B2 JP 2656021 B2 JP2656021 B2 JP 2656021B2 JP 61005981 A JP61005981 A JP 61005981A JP 598186 A JP598186 A JP 598186A JP 2656021 B2 JP2656021 B2 JP 2656021B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機能性膜、殊に半導体デバイス、電子写真
用の感光デバイス、光学的画像入力装置用の光入力セン
サ−デバイス等の電子デバイスの用途に有用な半導体性
堆積膜の形成装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、機能性膜、殊に非結晶質乃至多結晶質の半導体
膜は、所望される物理的特性や用途等の観点から個々に
適した成膜方法が採用されている。
例えば、必要に応じて、水素原子（Ｈ）やハロゲン原
子（Ｘ）等の補償剤で不対電子が補償された非晶質や多
結晶質の非単結晶シリコン（以後「NON−Si（H,X）」と
略記し、その中でも殊に非結晶質シリコンを示す場合に
は「Ａ−Si（H,X）」、多結晶質シリコンを示す場合に
は「poly−Si（H,X）」と記す）膜等のシリコン系堆積
膜（尚、俗に言う微結晶シリコンは、Ａ−Si（H,X）の
範疇にはいることは断るまでもない）の形成には、真空
蒸着法、プラズマCVD法、熱CVD法、反応スパツタリング
法、イオンプレーテイング法、光CVD法などが試みられ
ている。
特に、電子写真用の感光デバイスの成膜方法として、
プラズマCVD（Chemical Vapor Deposition）法がすでに
実用化されている。
この方法は反応室を高真空に減圧し、原料ガスを反応
室に供給した後グロー放電によって原料ガスを分解し、
反応室内に配置された基板上に薄膜を形成する方法であ
る。
この方法でSiH4,Si2H6等のシランガスを原料ガスとし
て作成した非晶質硅素（Ａ−Si）膜は非晶質硅素（Ａ−
Si）の禁止帯中に存在する局在準位が比較的少なく、置
換型不純物のドーピングにより、価電子制御が可能であ
り、電子写真感光体としても優れた特性を有するものが
得られる成膜方法である。
第６図は従来のプラズマCVD法の量産型真空成膜装置
の好適な実施態様例の主要部分の基本構成を示したもの
で、これに従って円筒型基本表面上に成膜処理を行う場
合に就いて具体的に説明する。
611は円筒型基体641を所定位置に設置する為の取り入
れ室（基体設置ステージ）で、扉615を開けて１つ又は
複数の円筒型基体641の複数が固定治具616に固定され
る。
扉615を閉めて排気系631により取り入れ室611内を所
望圧まで減圧にするとともに基体加熱ヒーター624によ
り、円筒型基体641を例えば200〜300℃程度に加熱す
る。温度が十分安定した後、搬送手段617により、排気
系642で所望の真空圧に保たれた中継室（中継ステー
ジ）612に中間のゲートバルブ619を開けて、円筒型基体
641を移動する。移動後にゲートバルブ619を閉め、円筒
型基体641と同数設けられたゲートバルブ629を開け、上
下動手段618により円筒型基体641を降下させ、各ゲート
バルブに対応して設けられた複数の反応炉（成膜ステー
ジ）614−1,614−２の夫々の内に円筒型基体641の夫々
を移動させる。
駆動源637により回転可能な円筒型基体用受け治具627
の夫々に円筒型基体641の夫々を固定した後、上下動手
段618はもとの位置にもどる。
ゲート629の夫々を閉じた後、反応炉614−1,614−２
の排気系632及びシラン等の膜形成用の原料ガスの導入
系634により、反応炉614−1,614−２の内部圧力を所望
に従って適当に調整し、その後高周波電源633により支
持体と同軸円筒形電極626に高周波電圧を印加し、反応
炉614−1,614−２内に放電を生じせしめる。この放電に
より、原料ガス導入系634で導入したシラン等の原料ガ
スを分解し、円筒型基体641表面に非晶質硅素膜等を成
膜させる。その際円筒型基体641は、加熱ヒータ628によ
り内部より加熱し、かつ駆動源637により回転し、膜厚
の均一化を計る。放電によって生ずるプラズマは、電気
的シールド625により反応炉614−1,614−２の所定の空
間内にとじ込められる。
成膜工程の終了後、原料ガスの導入を止めると同時に
高周波電源をきり、その後ゲートバルブ629を開けて、
上下動手段618により、表面を成膜された複数の円筒型
基体641の夫々は中継室612に引き上げられ、その後ゲー
トバルブ629は閉じられる。次いでゲートバルブ620を開
け、予め所定の圧力に減圧されている取り出し室（支持
体取り出しステージ）613に、搬送手段621を使って、成
膜された円筒型基体641の夫々を移動させる。移動終了
後ゲートバルブ620は再び閉じられる。取り出し室613に
移動した円筒型基体641は冷却手段636により冷却された
冷却板623の冷却作用により、所定の減圧の下で所定の
温度まで下げられる。しかる後、リークバルブ639を形
成された膜に悪影響を与えないように徐々に開き、取り
出し室613内を外気と通じさせ、その後取り出し扉622を
開けて、成膜された円筒型基体641を外部に取り出す。
以上説明した成膜動作工程を繰り返す事により多数の
基体上に成膜する事を連続的に行っていた。
〔従来の技術の問題点〕
上記の様に従来のプラズマCVD法では、堆積膜の電気
的性質および膜圧を均一にするために、反応室内で円筒
形基体と同軸円筒状の電極に高周波電力を導入すること
が必要であった。
そのため、一つの反応室で同時に１本以上の円筒形基
体に堆積膜を形成することが困難であり、生産性の向上
に問題があった。
また同様に、プラズマCVD法では反応室内で円筒形基
体と同軸円筒状の電極が必要であり、堆積膜は円筒形基
体と同軸円筒状の両方に同程度の膜厚に堆積するため、
原料ガスのごく一部分が目的とする円筒形基体に堆積す
るだけであった。そのため原料ガスの利用効率が低く、
堆積膜のコストが高くなるという問題点があった。
更に、プラズマCVD法では、原料ガスを外部が導入し
た高周波エネルギーで分解し堆積させるため、高周波エ
ネルギーを効率よく反応室に導入することが難しく、装
置コストが高くなるという問題点があった。
さらには、工程操作上のいくつかの問題、そしてまた
設備投資上の問題が存在する。工程操作については、例
えば、基体温度、導入ガスの流量並びに流量比、層形成
時の圧力、高周波電力、電極構造、反応容器の構造、排
気速度、プラズマ発生方式の相互関係のパラメーターを
とってみても既に多くのパラメーターが存在し、この他
にもパラメーターが存在するわけであって、所望の製品
を得るにつれては厳密なパラメーターの選択が必要とさ
れ、そして厳密に選択されたパラメーターであるが故
に、その中の１つの構成因子、とりわけそれがプラズマ
であつて、不安定な状態になった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
のとなる。そして装置については、上述したように厳密
なパラメーターの選択が必要とされることから、構造は
おのずと複雑なものとなり、装置規模、種類が変れば個
々に厳選されたパラメー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Ａ−Si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前述した様に
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。
また一方には、電子写真用感光デバイスは多様化して
きており、各種特性等の要件を総じて満足するととも
に、適用対象、用途に相応し、安定なＡ−Si膜で構成さ
れた電子写真用感光デバイスを、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
す方法、装置の開発が切望されている状況がある。
これ等のことは、他の層、例えば酸素原子、炭素原子
及び窒素原子の中から選ばれる少なくとも一種を含有す
るＡ−Si膜等からなる層においてもまた然りである。
さらには多層構成の半導体素子を作成する場合に於て
は各層間に生じる界面は得られる半導体素子の特性を悪
化させる要因となっている。たとえば電子写真用感光体
を例に挙げると第５図に示す様にAl製基体500の上に、
光反射防止層（第１層、Geにより禁制帯幅を制御された
非晶質シリコンゲルマニウム層）501,電荷注入阻止層
（第２層,Bをドーピングした非晶質シリコン層）502,感
光層（第３層，ドーピングされていない非晶質層）503,
表面保護及び光吸収増加層（第４層，非晶質シリコンカ
ーバイド層）504が堆積されている。夫々の堆積層を形
成させるために原料ガスの種類，流量，あるいはプラズ
マの放電強度は極端に異なるので、通常は第１層と第２
層との間，第２層と第３層との間及び第３層と第４層と
の間に於て放電を止めて完全にガスの交換を行ったり、
又は連続的にガスの種類、流量あるいはプラズマの放電
強度を徐々に変化させた変化層を設けることにより、各
堆積層間に生ずる界面の影響を低減させる努力がなされ
ている。しかし、いずれの場合に於ても満足のゆく界面
特性の変化向上は認められいていない。
上述の如く、シリコン系堆積膜の形成に於ては解決さ
れるべき点はまだ残されており、その実用可能な特性、
均一性を維持させながら低コストな装置で省エネルギー
化を計って量産化でき、又、電子写真用感光デバイス等
の多層構成の堆積膜の界面状態を向上させる堆積膜形成
装置の開発が切望されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した堆積膜形成装置の欠点を除
去すると同時に、従来の形成方法によりない新規な堆積
膜形成法を利用した電子写真用感光デバイス等の半導体
デバイスを連続的に製造しうる装置を提供するものであ
る。
本発明の他の目的は、プラズマ反応を介することなく
省エネルギー化を計ると同時に膜品質の管理が容易で大
面積に亘って均一特性の界面特性の向上がなされた多層
構成堆積膜を連続的に形成しうる堆積膜形成装置を提供
するものである。
本発明の更に別の目的は、生産性，量産性に優れ、高
品質で電気的，光学的，半導体的等の物理特性に優れた
多層構成の堆積膜が簡便に得られる堆積膜形成装置を提
供することでもある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは上記目的を達成するため鋭意研究を重ね
た結果、堆積膜形成用の気体状原料物質と該原料物質に
酸化作用をする性質を有する気体状酸化剤とを接触させ
基体上に堆積膜を形成する装置において、堆積膜形成室
の壁面の一方に前記気体状原料物質供給管と接続された
気体状原料物質放出孔及び前記気体状酸化剤供給管と接
続された気体状酸化剤放出孔を交互に有する混合放出手
段を設け、前記基体に対称で該混合手段と対向する壁面
に堆積膜形成室内を排気減圧にするためのガス排気孔を
設置し、前記混合放出手段と前記ガス排気孔とを結ぶ平
面内に少なくとも一部を含む堆積膜形成用支持体設置手
段を設置した堆積膜形成室が複数室連結させることによ
って本発明を完成するに至った。本発明は新規な堆積膜
形成装置を提供するものである。
〔作用〕
上記の本発明の堆積膜形成装置によれば、プラズマ反
応を介することなく省エネルギー化と同時に大面積化、
膜厚均一性、膜品質の均一性を十分満足し、かつ、界面
特性の向上がなされた多層構成堆積膜が、管理の簡素化
と量産化を図り、量産装置に多大な設備投資も必要とせ
ず、またその量産の為の管理項目も明確となり、管理許
容幅も広く、装置の調整も簡単に連続形成が可能とな
る。
本発明の堆積膜形成装置に於いて、使用される堆積膜
形成用の気体状原料物質及び価電子制御剤となる成分及
び／又は禁制帯幅制御剤となる成分を構成要素として含
む気体状物質（Ｄ）は、気体状酸化剤との接触により酸
化作用をうけるものであり、目的とする堆積膜の種類、
特性、用途等によって所望に従って適宜選択される。本
発明に於いては、上記の気体状原料物質、気体状物質
（Ｄ）及び気体状酸化剤は、反応空間内に導入されて接
触をする際に気体状とされるものであれば良く、通常の
場合は、気体でも液体でも固体であっても差支えない。
堆積膜形成用の原料物質、物質（Ｄ）あるいは酸化剤
が通常状態の場合に液体又は固体である場合には、Ar,H
e,N2,H2等のキヤリアーガスを使用し、必要に応じては
熱も加えながらバブリングを行なって反応空間に堆積膜
形成用の原料物質、物質（Ｄ）及び酸化剤を気体状とし
て導入する。
この際、上記気体状原料物質、気体状物質（Ｄ）及び
気体状酸化剤の分圧及び混合比は、キヤリアーガスの流
量あるいは堆積膜形成用の原料物質及び気体状酸化剤の
蒸気圧を調節することにより設定される。
本発明に於いて使用される堆積膜形成用の原料物質と
しては、例えば、半導体性の或いは電気的絶縁性のシリ
コン堆積膜を得るのであれば、直鎖状、及び分岐状の鎖
状シラン化合物、環状シラン化合物等が有効なものとし
て挙げることが出来る。
具体的には、直鎖状シラン化合物としては、SinH2n+2
（ｎ＝1,2,3,4,5,6,7,8）、分岐状鎖状シラン化合物と
しては、SiH3SiH（SiH3）SiH2SiH3,環状シラン化合物と
してはSinH2n（ｎ＝3,4,5,6）等が挙げられる。
勿論、これ等のシリコン系化合物１種のみならず２種
以上混合して使用することも出来る。
本発明に於いて使用される気体状酸化剤は、反応室間
内に導入される際気体状とされ、同時に反応空間内に導
入される堆積膜形成用の気体状原料物質に接触するだけ
で効果的に酸化作用をする性質を有するもので、酸素系
酸化剤、窒素系酸化剤、ハロゲン系酸化剤を挙げること
が出来、具体的には空気、酸素、オゾン等の酸素類、N2
O4,N2O3,N2O,NO等の酸素の或いは窒素の化合物、H2O2等
の過酸化物、F2,CL2,Br2I2,ClF等のハロゲンガスが有効
なものとして挙げることが出来る。
これ等の酸化剤は気体状で、前記の堆積膜形成用の原
料物質の気体及び前記の物質（Ｄ）の気体と共に所望の
流量と供給圧を与えられて反応空間内に導入されて前記
原料物質及び前記物質（Ｄ）と混合衝突することで化学
反応を起こし、前記原料物質及び前記の物質（Ｄ）に酸
化作用をして励起状態の前駆体を含む複数種の前駆体を
効率的に生成する。生成される励起状態の前駆体及び他
の前駆体は、少なくともそのいずれか１つが形成される
堆積膜の構成要素の供給源として働く。
生成される前駆体は分解して又は反応して別の励起状
態の前駆体又は別の励起状態にある前駆体になって、或
いは必要に応じてエネルギーを放出はするがそのままの
形態で成膜空間に配設された基体表面に触れることで、
基体表面温度が比較的低い場合には三次元ネツトワーク
構造の堆積膜が基体表面温度が高い場合には結晶質の堆
積膜が作成される。
本発明に於いては、堆積膜形成プロセスが円滑に進行
し、高品質で所望の物理特性を有する膜が形成される可
く、成膜因子としての、原料物質及びハロゲン系酸化剤
の種類と組み合せ、これ等の混合比、混合時の圧力、流
量、成膜空間内圧、ガスの流型、成膜温度（基体温度及
び雰囲気温度）が所望に応じて適宜選択される。これ等
の成膜因子は有機的に関連し、単独で決定されるもので
はなく相互関連の下に夫々に応じて決定される。
本発明に於いて、ハロゲン系酸化剤と、酸化系の又は
／及び窒素系の酸化剤の反応空間への導入量の割合は、
作成される堆積膜の種類及び所望される特性に応じて適
宜決められるが、好ましくは、1000/1〜1/50、より好ま
しくは500/1〜1/20、最適には100/1〜1/10とされるのが
望ましい。
本発明の方法に於いて、価電子制御剤となる成分及び
／又は禁制帯制御剤となる成分を構成要素として含む物
質（Ｄ）としては、常温常圧でガス状態であるか、ある
いは少なくとも堆積膜形成条件下で気体であり、適宜の
気化装置で容易に気化し得る化合物を選択するのが好ま
しい。
本発明に於いて使用される物質（Ｄ）としては、シリ
コン系半導体膜の場合には、ｐ型の価電子制御剤、所謂
ｐ型不純物として働く周期律表第III族Ａの元素、例え
ばB,Al,Ga,In,Tl等を含む化合物、及びｎ型の価電子制
御剤、所謂ｎ型不純物として働く周期律表第Ｖ族Ａの元
素、例えばN,P,As,Sb,Bi等を含む化合物を挙げることが
出来る。
具体的には、NH3,HN3,N2H5N3,N2H4,NH4N3,PH3,P2H4,A
sH3,SbH3,BiH3,B2H6,B4H10,B5H9,B5H11,B6H10,B6H12,Al
（CH3）3,Al（C2H5）3,Ga（CH3）3,In（CH3）３等を有
効なものとして挙げることが出来る。
これらの価電子制御剤は多量に添加することで禁制帯
調整剤として用いることもできる。
又、禁制帯幅制御剤、所謂禁制帯幅拡大元素を含む化
合物としては炭素含有化合物、酸素含有化合物、窒素含
有化合物等を挙げることが出来る。
具体的には炭素含有化合物としては、例えば鎖状又は
環状炭化水素化合物及び鎖状又は環状炭化水素化合物の
水素原子の一部乃至全部をハロゲン原子で置換した化合
物が用いられ、具体的には、例えば、CnH2n+2（ｎは１
以上の整数）、CnH2n+1（ｎは１以上の整数）、CnH
2n（ｎは１以上の整数）で表わされる飽和及び不飽和炭
化水素、又はCuY2u+2（ｕは１以上の整数、ＹはF,Cl,Br
及びＩより選択される少なくとも一種の元素である。）
で示される鎖状ハロゲン化炭素、CvY2v（ｖは３以上の
整数、Ｙは前述の意味を有する。）で示される環状ハロ
ゲン化ケイ素、CuHxYy（ｕ及びＹは前述の意味を有す
る。ｘ＋ｙ＝2u又は2u＋２である。）で示される鎖状又
は環状炭素化合物などが挙げられる。
これらの炭素化合物は、１種用いても２種以上を併用
してもよい。
酸素含有化合物としては、O2,CO2,NO,NO2,N2O,O3,CO,
H2O,CH3OH,CH3CH2OH等の化合物を挙げることができる。
窒素含有化合物としては、N2,NH3,N2H5N3,N2H4,NH4N3
等を挙げることができる。
本発明に於いて使用される禁制帯幅制御剤、所謂禁制
帯幅縮小元素を含む化合物としては、例えば、ゲルマニ
ウム化合物、スズ化合物等が有効なものとして挙げるこ
とが出来る。
具体的には、ゲルマニウムを主骨格とする化合物とし
ては、例えば鎖状又は環状水素化ゲルマニウム化合物及
び鎖状又は環状ゲルマニウム化合物の水素原子の一部乃
至全部をハロゲン原子で置換した化合物が用いられ、具
体的には、例えば、GesH2 s+2（ｓ＝1,2,3,4,5,6）、Ge
tH2t（ｔ＝3,4,5,6）、GeuY2u+2（ｕは１以上の整数、
ＹはF,Cl,Br及びＩより選択される少なくとも１種の元
素である。）で示される鎖状ハロゲン化ゲルマニウムGe
vY2v（ｖは３以上の整数、Ｙは前述の意味を有する。）
で示される環状ハロゲン化ゲルマニウム,GeuHxYy（ｕ及
びＹは前述の意味を有する。ｘ＋ｙ＝2u又は2u＋２であ
る。）で示される鎖状又は環状化合物などが挙げられ
る。
スズ化合物としては、例えばSnH4等の水素化スズを挙
げることできる。
上記物質（Ｄ）の気体を反応空間内に導入するには、
予め前記堆積膜形成用の原料物質と混合して導入する
か、あるいは独立した複数のガス供給源より導入するこ
とができる。
本発明に於いては、堆積膜形成プロセスが円滑に進行
し、高品質で所望の物理特性を有する膜が形成される可
く、成膜因子としての堆積膜形成用の、原料物質、物質
（Ｄ）及び酸化剤の種類と組み合せ、これ等の混合比、
混合時の圧力、流量、成膜空間内圧、成膜温度（基体温
度及び雰囲気温度）が所望に応じて適宜選択される。こ
れ等の成膜因子は有機的に関連し、単独で決定されるも
のではなく相互関連の下に夫々に応じて決定される。本
発明に於いて、反応空間に導入される堆積膜形成用の気
体状原料物質と気体状酸化剤との量の割合は、上記成膜
因子の中関連する成膜因子との関係に於いて適宜所望に
従って決められるが、導入流量比で、好ましくは、1/20
〜100/1が適当であり、より好ましくは1/5〜50/1とされ
るのが望ましい。
又、気体状物質（Ｄ）の導入量の割合は、前記気体状
原料物質の種類及び作成される堆積膜の所望される半導
体特性に応じて適宜所望に従って設定されるが、価電子
制御を目的とするのであれば、前記気体状原料物質に対
して、好ましくは1/1000000〜1/10、より好ましくは1/1
00000〜1/20、最適には1/100000〜1/50とされるのが望
ましい。
禁制帯幅制御を目的とするのであれば、前記気体状原
料物質に対して、好ましくは、1/10000〜1000/1、より
好ましくは1/1000〜500/1、最適には1/100〜100/1とさ
れるのが望ましい。
反応空間に導入される際の混合時の圧力としては前記
気体状原料物質及び気体状物質（Ｄ）と前記気体状酸化
剤との接触を確率的により高める為には、より高い方が
良いが、反応性を考慮して適宜所望に応じて最適値を決
定するのが良い。前記混合時の圧力としては、上記の様
にして決められるが、夫々の導入時の圧力として、好ま
しくは１×10-7気圧〜５気圧、より好ましくは１×10-6
気圧〜２気圧とされるのが望ましい。
成膜空間内の圧力、即ち、その表面に成膜される基体
が配設されている空間内の圧力は、反応空間に於いて生
成される励起状態の前駆体（Ｅ）及び場合によって該前
駆体（Ｅ）より派生的に生ずる前駆体（Ｆ）が成膜プロ
セスに効果的に寄与する様に適宜所望に応じて設定され
る。
本発明における成膜空間内の圧力は、反応空間に導入
される気体状原料物質と気体状物質（Ｄ）と気体状酸化
剤の導入圧力との関係に於いて決められるが、好ましく
は、0.001Torr〜100Torr、より好ましくは、0.01Torr〜
30Torr、最適には、0.05Torr〜10Torrとされるのが望ま
しい。
成膜時の気体温度（Ts）としては、使用されるガス種
及び形成される堆積膜の種類と要求される特性に応じ
て、個々に適宜所望に従って設定されるが、非晶質の膜
を得る場合には好ましくは室温から450℃、より好まし
くは50〜400℃とされるのが望ましい。殊に半導体性や
光導電性等の特性がより良好なシリコン系堆積膜を形成
する場合には、基体温度（Ts）は70〜400℃とされるの
が望ましい。また、多結晶の膜を得る場合には、好まし
くは200〜700℃、より好ましくは300〜600℃とされるの
が望ましい。
成膜空間の雰囲気温度（Tat）としては、生成される
前記前駆体（Ｅ）及び前記前駆体（Ｆ）が成膜に不適当
な化学種に変化せず、且つ効率良く前記前駆体（Ｅ）が
生成される様に基体温度（Ts）との関連で適宜所望に応
じて決められる。
本発明に於いて使用される基体としては、形成される
堆積膜の用途に応じて適宜所望に応じて選択されるもの
であれば導電性でも電気絶縁性であっても良い。導電性
基体としては、例えば、Ni−Cr,ステンレス、Al,Cr,Mo,
Au,Ir,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pb等の金属又はこれ等の合金が挙
げられる。
電気絶縁性基体としては、ポリエステル、ポリエチレ
ン、ポリカーボネート、セルローズアセテート、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
スチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフイルム又はシー
ト、ガラス、セラミツク等が通常使用される。これらの
電気絶縁性基体は、好適には少なくともその一方の表面
が導電処理され、該導電処理された表面側に他の層が設
けられるのが望ましい。
例えばガラスであれば、その表面がNiCr、Al,Cr,Mo,A
u,Ir,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pd,In2O3,SnO2,ITO（In2O3＋SnO
2）等の薄膜を設ける事によって導電処理され、或いは
ポリエステルフイルム等の合成樹脂フイルムであれば、
NiCr,Al,Ag,Pb,Zn,Ni,Au,Cr,Mo,Ir,Nb,Ta,V,Ti,Pt等の
金属で真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパツタリング等で
処理し、又は前記金属でラミネート処理して、その表面
が導電処理される。
基体は、基体と膜との密着性及び反応性を考慮して上
記の中より選ぶのが好ましい。更に両者の熱膨張の差が
大きいと膜中に多量の歪が生じ、良品質の膜が得られな
い場合があるので、両者の熱膨張の差が近接している基
体を選択して使用するのが好ましい。
又、基体の表面状態は、膜の構造（配向）や錐状組織
の発生に直接関係するので、所望の特性が得られる様な
膜構造と膜組織となる様に基体の表面を処理するにが望
ましい。
本発明におけるガスの流型に就いては、反応空間への
前記堆積膜形成用の原料物質、物質（Ｄ）及び酸化剤の
導入の際にこれ等が均一に効率良く混合され、前記前駆
体（Ｅ）が効率的に生成され且つ成膜が支障なく適切に
される様に、ガス放出孔と基体とガス排気孔との幾何学
的配置が決定された。
本発明においては、堆積膜形成室の壁面の一方にガス
放出孔を設け、該ガス放出孔と対向する壁面にガス排気
孔が設けられ、これらを結ぶ平面内に基体が設置されて
いる。これらの配置をすることによりガスの流れを導入
から排気までを直線型に維持できる為、ガスの滞溜がな
く、均一なガスの流れを得ることができ、膜厚及び膜質
の均一性を向上させることができる。そしてこの幾何学
的配置は同一の堆積膜形成室内に複数対設けても、夫々
のガス放出孔とガス排気孔とを結ぶ平面が交叉すること
がなければ十分にその効果を維持することができる。
本発明に於て、一つの堆積膜形成室内で十分な特性を
有する多層構成の堆積膜を形成することは可能である
が、前述した様にさらに界面特性の変化向上を達成する
為には、複数の堆積膜形成室を連結し各堆積層を別々の
堆積膜形成室で形成することが好ましい。
本発明に於ては、堆積膜形成室内には堆積膜形成用原
料ガスの残留が少ないが、さらに各堆積層ごとに堆積膜
形成室を変えることによって前の堆積膜形成室内に残留
する堆積膜形成用原料ガスの影響を極限まで低下させる
ことが可能であり、界面特性の変化向上が飛躍的に達成
される。
本発明の堆積膜形成装置により、多層構成の堆積膜を
有する電子写真用感光デバイスの連続生産を行うには、
基体の流れが一方向になる様に設定する。たとえば基体
に最も近い第１層目の堆積膜の堆積膜形成室を最初に、
次に第２層目の堆積膜の堆積膜形成室を次に連結させ、
以下同様に基体に近い堆積膜の順に堆積膜形成室を連結
させ連続的に基体を移動させ堆積膜を積層させるように
すればよい。もちろん第１層目の堆積膜形成室の前に前
処理室、最終層の堆積膜形成室の後に後処理室を連結さ
せることもできる。
以下、本発明による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、本発明の堆積膜形成装置
はこれによって限定されるものではない。
第１図に本発明の堆積膜形成装置の模式的な上面図を
第２図に模式的な透視図を示す。本発明の堆積膜形成装
置は長方形の堆積膜形成室101,201内に、５対の円筒状A
l製基体102,202、ガス放出器103a,203a、ガス排気孔105
a,205a、及び基体加熱用ハロゲンランプ104a,204a、反
射鏡104b、204b、基体搬送用受台113,215が配設されて
おり、ゲートバルブ111,211によって隣接する堆積膜形
成室と隔離されている。気体状原料物質及び原料物質
（Ｄ）は不図示のボンベよりガス供給パイプ109a,209
a、ガス導入管109b,209bを通って、ガス放出孔103c,203
cより、過怠状酸化剤は不図示のボンベよりガス供給パ
イプ110a,210a、ガス導入管110b、210bを通ってガス放
出孔103b,203bより夫々基体102,202の方向に向って放出
され、さらに対向する壁面に設けられたガス排気孔105
a,205aより、ガス排気管105b,205b、ガス集合排気管10
6,206、メイン真空バルブ107,207を通って、排気装置10
8,208により排気される。
成膜終了後は基体102,202の乗った、基体搬送用受台1
13,215は、矢印の方向112,212に向って搬送用レール218
の上を搬送される。
円筒状基体102,202は回転治具213の上に保持され、外
部に設けられた駆動用モーター217により、回転用ギア2
16,214を介して回転させることができる。
本発明において気体状原料物質及び基体状酸化剤を長
手方向に均一に、かつ安定して効率良く混合させるため
には、夫々のガスを交互に放出させる様にガス放出孔の
配置を設定する必要がある。その好適な例を第４図に示
した。
401a〜404aはガス放出器本体であり、ガス放出孔401b
〜404b、及びガス放出孔401c〜404c（斜線で示してあ
る）を交互に配置してある。第４図（１）はスリット状
の放出孔を３列並べたものであり、ガス放出孔401bをガ
ス放出孔401cがはさむ形になっている。スリツト巾は好
ましくは0.01〜50mm、より好ましくは0.02〜30mm、最適
には0.03〜10mmとされるのが望ましい。第４図（２）は
（１）を３列に増やしたものであるが、大口径の基体に
成膜をする際、あるいは堆積速度を早めたい時などに有
効である。スリツトの数は所望により適宜決定される。
スリツト長さは基体の長さに応じて適宜決定される。
第４図（３）は円形の放出孔を縦方向に交互に１列に
並べたものである。第４図（４）は円形の放出孔を縦及
び横方向に交互に並べたものであるが大口径の基体に成
膜をする際、あるいは堆積速度を早めたい時などに有効
である。放出孔の長径は0.01〜100mm、より好ましくは
0.05〜50mm、最適には0.1〜30mmとされるのが望まし
い。
スリツト状及び円形の放出孔は隣設していても、間隔
をあけて配設しても良いが、間隔はスリツト巾もしくは
直径の10倍以上に離して設置することは好ましくない。
ガス放出孔401b〜404bと401c〜404cより夫々放出され
るガスの種類によらず得られる堆積膜の膜質は本質的に
変わることはない。
本発明の場合ガス放出孔と基体表面との距離は、形成
される堆積膜の種類及びその所望される特性、ガス流
量、真空チヤンバーの内圧等を考慮して適切な状態にな
る様に決められるが、好ましくは、数mm〜20cm、より好
ましくは、5mm〜15cm程度とされるのが望ましい。
以下、実施例に従って、本発明を更に具体的に説明す
る。
〔実施例〕
第１図乃至第３図に模式的に示した本発明の堆積膜形
成装置を利用した非晶質シリコン（Ａ−SGi:H）膜を利
用して電子写真用感光デバイスを作製した。
尚、この際の電子写真用感光デバイスの層構成を第５
図に示す。
即ち、第５図に示す電子写真用感光デバイスは、基体
（Al）500、光反射防止層（第１層、Ａ−Si:Ge:B:O:H:
F）501、支持体からの電荷注入阻止層（第２層,p+型Ａ
−Si:H:F:B:O）502、感光層（第３層,A−Si:H:F）503、
表面保護及び光吸収増加層（第４層、Ａ−Si:C:H:F）50
4から構成されている。
以下、作製工程を詳述する。
ガス放出器は第４図（１）の形状のものを用いた。ま
ず、直径80mmのAl製円筒状基体302を５本ゲートバルブ3
11aを開け、前処理室301aに搬入した。排気装置308aに
より前処理室301a内を約10-3Torrにした後不図示のボン
ベよりArガスをガス供給パイプ309a、ガス放出孔303aよ
り導入し、メイン真空バルブ307aの開度を調整し内圧を
0.5Torrに保った。ハロゲンランプ304aを点灯させ基体
温度が250℃になる様に設定した。その間、基体は駆動
用モーター217により回転させている。次に、Arガスの
導入を止め、不図示のボンベより、F2ガス100sccmをガ
ス供給パイプ310a、ガス放出孔303aより導入し、基体表
面を軽くエツチングし清浄化した。このとき、前処理室
内の圧力は0.3Torrに保った。F2ガスの導入を止め前処
理室内を約10-6Torrに真空引きした。このとき隣設する
成膜室（１）301b内も同時に排気装置308bにより前処理
室内と同じ内圧に真空引きした。内圧が等しくなった時
点でゲートバルブ311bを開け、基体を基体搬送用受台21
5に乗せたまま、成膜室（１）301b内に搬送した。
ゲートバルブ311bを閉じた後、基体加熱用ハロゲンラ
ンプ304bを点灯させ、基体温度が250℃になる様に設定
した。基体温度が安定した後、不図示のボンベより堆積
膜形成用気体状原料物質、及び原料物質（Ｄ）としての
SiH4ガス700sccm、GeH4180sccm、B2H6（１％He希釈）10
0sccmをガス供給パイプ309bより、又、不図示のボンベ
より気体状酸化剤としてのF2ガス600sccm、NOガス200sc
cm、希釈用Heガス1000sccmをガス供給パイプ310bより供
給し、ガス放出器303bより成膜室（１）内に放出しメイ
ン真空バルブ307bの開度を調節し内圧を0.6Torrに保ち
つつ、Al製円筒状基体上に光反射防止層を0.7μｍ形成
した。その後GeH4ガスのみの供給を止め連続して内圧を
0.6Torrに保ちつつ電荷注入阻止層を2.5μｍ形成した。
反応後すべてのガスの供給を止め、成膜室（１）内を約
10-6Torrに真空引きした。このとき、隣接する成膜室
（２）301c内も同時に排気装置308cにより、成膜室
（１）内と同じ内圧に真空引きした。内圧が等しくなっ
た時点でゲートバルブ311cを開け、基体を基体搬送用受
台215に乗せたまま、成膜室（２）301c内に搬送した。
ゲートバルブ311cを閉じた後、基体加熱用ハロゲンラ
ンプ304cを点灯させ、基体温度が250℃になる様に設定
した。基体温度が安定した後、不図示のボンベより堆積
膜形成用気体状原料物質としてのSiH4ガス1500sccmをガ
ス供給パイプ309cより、又、不図示のボンベより気体状
酸化剤としてのF2ガス1800sccm、希釈用Heガス2000sccm
をガス供給パイプ310cより供給し、ガス放出器303cより
成膜室（２）内に放出しメイン真空バルブ307cの開度を
調節し内圧を1Torrに保ちつつ、電荷注入防止層上に感
光層を18μｍ形成した。反応後すべてのガスの供給を止
め、成膜室（２）内を約10-6Torrに真空引きした。この
とき、成膜室（３）301d内も同時に排気装置308dによ
り、成膜室（２）内と同じ内圧に真空引きした。内圧が
等しくなった時点でゲートバルブ311dを開け、基体を基
体搬送用受台215に乗せたまま、成膜室（３）301d内に
搬送した。
ゲートバルブ311dを閉じた後、基体加熱用ハロゲンラ
ンプ304dを点灯させ、基体温度が250℃になる様に設定
した。基体温度が安定した後、不図示のボンベより堆積
膜形成用気体状原料物質としてのSiH4ガス150sccm、C2H
41200sccmをガス供給パイプ309dより、又、不図示のボ
ンベより気体状酸化剤としてのF2ガス200sccm、希釈用H
eガス1000sccmをガス供給パイプ310dより供給し、ガス
放出器303dより成膜室（３）内に放出し、メイン真空バ
ルブ307dの開度を調節し、内圧を0.6Torrに保ちつつ感
光層上に表面保護及び光吸収増加層を0.5μｍ形成し
た。反応後すべてのガスの供給を止め、成膜室（３）内
を約10-6Torrに真空引きした。このとき、後処理室301e
内も同時に排気装置308eにより、成膜室（３）内と同じ
内圧に真空引きした。内圧が等しくなった時点でゲート
バルブ311eを開け、基体を基体搬送用受台215に乗せた
まま後処理室301e内に搬送した。
ゲートバルブ311eを閉じた後、不図示のボンベよりAr
ガス200sccmをガス供給パイプ310eより供給し、ガス放
出器303eより後処理室301e内に放出し、基体温度が室温
になるまで冷却した。十分に基体温度が下った後、メイ
ン真空バルブ307eを閉じArガスにより後処理室301e内を
大気圧にパージし、ゲートバルブ311fを開けて完成した
電子写真用感光デバイスを取り出した。
完成した５本の電子写真用感光デバイスの電子写真特
性を、従来の量産機で作製した電子写真用感光デバイス
と比較し評価したところ、帯電能が15％以上向上し、感
度も13％以上向上していた。周方向及び上下方向での特
性ムラは３％以下であった。５本の電子写真用感光デバ
イスの間の特性ムラは５％以下であり、本発明による堆
積膜形成値は量産機としての性能は十分満足するもので
あった。
〔発明の効果〕
本発明の堆積膜形成装置によれば、プラズマ反応を介
することなく省エネルギー化と同時に大面積化、膜厚均
一性、膜品質の均一性を十分満足し、かつ、界面特性の
向上がなされた多層構成堆積膜が管理の簡素化と量産化
を図り、量産装置に多大な設備投資も必要とせず、また
その量産の為の管理項目も明確となり、管理許容幅も広
く、装置の調整も簡単に連続形成が可能となる。
具体的には、 （１）一つの堆積膜形成装置内で一度に多数本の成膜が
均一に行なえるため装置コストが安い。
（２）ガスの流れが導入から排気までが直線型に維持で
きる為、膜厚及び膜質の均一性を向上させることができ
る。
（３）基体状原料物質と気体状酸化剤が効率よく混合す
るため反応効率がよく、ガスの利用効率が高い。
（４）支持体の加熱以外に、外部からのエネルギーが不
用であるため、装置のランニングコストが安い。
（５）多層構成の堆積膜を形成する際各堆積層を別々の
堆積膜形成室で形成することができるため、界面特性の
向上が図れる。
（６）基体の流れを一方向にすることにより連続生産が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例に用いた堆積膜形成装置の模式
的な上面図、第２図は第１図の堆積膜形成装置の模式的
な透視図、第３図は本発明の実施例に用いた連続堆積膜
形成装置の模式的な上面図、第４図は本発明の実施例に
用いたガス放出器の模式的概略図、第５図は本発明の堆
積膜形成装置を用いて作製した電子写真用感光デバイス
の模式的層構成図、第６図は従来のプラズマCVDによる
電子写真用感光デバイス製造装置の模式的概略図であ
る。 101,201……堆積膜形成室、 102,202,302……円筒状基体、 103a,203a,303a〜ｅ……ガス放出器、 103b,103c,203b,203c……ガス放出孔、 104a,204a……基体加熱用ハロゲンランプ、 104b,204b……反射鏡、 105a,205a……ガス排気孔、 105b,205b,305a〜ｅ……ガス排気管、 106,206,306a〜ｅ……ガス集合排気管、 107,207,307a〜ｅ……メイン真空バルブ、 108,208,308a〜ｅ……排気装置、 109a,209a,110a,210a,309a〜e,310a〜ｅ……ガス供給パ
イプ、 109b,209b,110b,210b……ガス導入管、 111,211,311a〜ｆ……ゲートバルブ、 112,212……基体の流れ、 113,215……基体搬送用受台、 213……回転治具、 214,216……回転用ギア、 217……駆動用モーター、 218……搬送用レール、 301a……前処理室、 301b……成膜室（１）、 301c……成膜室（２）、 301d……成膜室（３）、 301c……後処理室、 304a,304b,304c,304d,304e……基体加熱用ハロゲンラン
プ及び反射鏡、 401a〜404a……ガス放出器、 401b〜404b,401c〜404c……ガス放出孔、 500……基体、 501……光反射防止層、 502……電荷注入阻止層、 503……感光層、 504……表面保護層、 611……基体取り入れ室、 612……中継室、 613……基体取り出し室、 614……反応炉、 615,22……扉、 616……基体固定治具、 617,21……搬送手段、 618……上下動手段、 619,20,29……ゲートバルブ、 623……冷却板、 624,28……加熱ヒーター、 630……ヒーター電源、 631,32,35,42……排気系、 633……高周波電源、 634……原料ガス導入系、 636……冷却機、 638,39,40……リークバルブ、 641……円筒状基体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 勇 横浜市緑区藤が丘２−41−21 (56)参考文献 特開 昭60−36664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−125974（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−130435（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−29295（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】堆積膜形成用の気体状原料物質と該原料物
    質に酸化作用をする性質を有する気体状酸化剤とを接触
    させ基体上に堆積膜を形成する装置において、堆積膜形
    成室の壁面の一方に前記気体状原料物質供給管と接続さ
    れた気体状原料物質放出孔及び前記気体状酸化剤供給管
    と接続された気体状酸化剤放出孔を交互に有する混合放
    出手段を設け、前記基体に対称で該混合放出手段と対向
    する壁面に堆積膜形成室内を排気減圧にするためのガス
    排気孔を設置し、前記混合放出手段と前記ガス排気孔と
    を結ぶ平面内に少なくとも一部を含む堆積膜形成用支持
    体設置手段を設置した堆積膜形成室が複数室連結されて
    いることを特徴とする堆積膜形成装置。
  2. 【請求項２】前記堆積膜形成室内に複数対の前記混合放
    出手段及び前記ガス排気孔及び前記堆積膜形成用支持体
    設置手段を有し、それぞれの前記混合放出手段と前記ガ
    ス排気孔とを結ぶ平面が交叉することがないことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載の堆積膜形成装置。
  3. 【請求項３】前記堆積膜形成装置が所望する多層構成の
    堆積膜の層数に応じて複数室連結されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の堆積
    膜形成装置。
  4. 【請求項４】前記複数室の堆積膜形成室の連結に加え
    て、前処理室及び後処理室を連結することを特徴とする
    特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載
    の堆積膜形成装置。
  5. 【請求項５】前記基体と前記混合放出手段との距離が数
    mmから20cmの範囲とされている特許請求の範囲第１項乃
    至第４項のいずれか１項に記載の堆積膜形成装置。
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