JP2657531B2 - アモルファスシリコン膜の形成方法 - Google Patents

アモルファスシリコン膜の形成方法

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【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 電子写真用感光体製造時における円筒基体上へのアモ
ルファスシリコン(a−Si)膜の形成方法に関し、 クリーンな状態で良質な成膜が行われるようにするこ
とを目的とし、 真空容器内で、該真空容器と軸線を一致させて配置さ
れる基体と同軸にダミーを配置し、前記真空容器内の前
記ダミーの周囲のプラズマ室にプラズマ発生用のガスと
マイクロ波を導入するとともに該プラズマ室に磁場をか
け、該ガスをプラズマ化させて該プラズマ室に閉じ込
め、前記プラズマにより活性化されて移動する前記ガス
の元素のラジカルと前記真空容器内の前記基体の周囲の
成膜室に供給されるシリコン含有原料ガスとを反応させ
て前記基体の表面への成膜を行うように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子写真用感光体製造時における円筒状基体
上へのa−Si膜の形成方法に関する。
円筒基体上に感光層を形成した感光体の表面を一様に
帯電させ、この上に印字情報に基づきレーザ光等を選択
的に照射し感光層の帯電電位を選択的に減衰させて潜像
を形成した後、これを現像して形成されたトナー像を記
録紙に転写記録する電子写真装置は周知であるが、この
場合に使用される感光体としては、近年、セレン系より
も、機械的強度の大きいa−Si膜の感光層を備えたもの
が用いられるようになってきている。
〔従来の技術〕
従来、この電子写真用感光体のような大面積円筒基体
に対するa−Si膜の形成は高周波プラズマCVD法または
マイクロ波プラズマCVD法により行われているが、その
ための装備及び成膜工程は例えば本出願人により昭和62
年7月29日に出願された特願昭62−187710号に開示され
ている。これらを第3,4図により説明すると次の通りで
ある。
第3図は従来のa−Si膜形成用高周波プラズマCVD装
置の構造説明図で、図中、100は円筒基体(アルミニウ
ム製ドラム)である。この基体100の表面へのa−Si膜
の形成は次のように行われる。
まず、図示のように真空容器1内に基体100を支持体
2に支持させてセットし、真空容器1内をロータリーポ
ンプ3と油拡散ポンプ4とで所定の真空度に排気した
後、メカニカルブースタポンプ5とロータリーポンプ6
に切り替える。排気開始と同時に、回転機構7により支
持台2を介し駆動されて基体100は回転する。真空度が
所定値に達すると、基体100はヒータ8により150〜350
℃に加熱される。9は各ポンプ系に設けられた真空バル
ブである。一方真空容器1内には、Si2H6ボンベ10等に
より反応性ガスがガス流量調整器11等を経て導入され
る。そして、所定の流量、圧力下で放電電極12と基体10
0間に高周波電源13によってグロー放電を発生させて導
入ガスを分解し、これにより、基体100上にa−Si膜が
堆積形成される。14は反応性ガス供給系に設けられたバ
ルブである。
また、第4図は従来のa−Si膜形成用マイクロ波プラ
ズマCVD装置の構造説明図(第4図(a)は平部平面
図、第4図(b)は全体概要を示す正面図)で、図中、
31は真空容器である。a−Si膜の形成に際しては、まず
真空容器31内で基100を支持台32に支持させてセット
し、真空容器31内を真空ポンプ等により所定の真空度に
達するまでバルブ33を介し排気する。次に、モータ34に
より基体100を支持台32とともに回転させ、ヒータ35に
より基体100を150〜350℃に加熱する。ここで、バルブ3
7を介して原料ガスであるシリコン原子含有ガスを真空
容器31内に導入し、マイクロ波電源38で発生したマイク
ロ波を導波管39で導き、石英ガラスの窓40から真空容器
31内のプラズマ室(真空容器31と基体100の間に形成さ
れて同軸型空洞共振器を構成)41に入れて共振させる。
このマイクロ波導入と同時に、マグネット42,42′に所
定波形の電流を通し磁界を発生させてプラズマを基体付
近に閉じ込める。これにより、導入ガスは効率良く分解
され、基体100上にa−Si膜が形成される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、第3図の高周波プラズマCVD装置により成膜
を行う場合は、成膜速度は一般に3〜5μm/時程度であ
るため、10〜50μ程度の膜厚が必要な感光層の成膜には
2〜10数時間を要していた。また、成膜時のガス圧を数
torr程度と比較的高い値にしないと3〜5μm/時の成膜
速度が得られず、このようなガス圧で成膜を行うと、成
膜中に真空容器1内でSi原子を含む多量の粉状物質が発
生して容器内を汚染するため、成膜後にこの粉状物質を
除去する必要があった。さらに、粉状物質が基体100上
に付着することにより、形成した膜にピンホール等の欠
陥が生じ、歩留り低下の原因にもなっている。
これに対し、第4図のマイクロ波CVD装置により成膜
を行う場合は、ガス圧が10-4〜10-1torr程度の低圧で成
膜が可能であるため、粉状物質の発生はなく、第3図の
場合に必要としていた装置内の清掃はほとんど必要なく
なる。また、当然第3図の場合に問題となっているピン
ホール等の欠陥はなく、非常に高い歩留りが得られる。
しかし、この方式では、プラズマ中で成膜が行われるた
め、膜にプラズマダメージが生じ易く、膜質の劣化が度
々生じていた。さらに、マイクロ波導入窓付近で原料ガ
スを分解するため、窓にa−Si膜が付着し、マイクロ波
の導入が困難になるという問題があった。
本発明はクリーンな状態で良質な成膜を行うことので
きるアモルファスシリコン膜の形成方法を提供すること
を目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理説明図(第1図(a)は本発明
を適用するa−Si膜形成用マイクロ波CVD装置の要部平
面図、第1図(b)は同、全体概要を示す正面図)で、
図中、51は真空容器、52はマイクロ波を導く導波管、53
はマグネット、54は多数の噴出口を備えたリング状の原
料ガス導入管である。
成膜に際しては、真空容器51内で、該真空容器51と軸
線を一致させて配置される基体100と同軸にダミー101を
配置し、真空容器51内のダミー101の周囲のプラズマ室5
7にプラズマ発生用のH2、Ar等のガスを供給しかつ導波
管52の窓56を通してマイクロ波を導入するとともに、該
プラズマ室57にマグネット53により磁場(点線矢印線)
をかけ、該ガスをプラズマ化させて該プラズマ室57に閉
じ込める。そして、プラズマにより活性化されて図の下
方に移動する該ガスの元素のラジカルと、真空容器51内
の基体100の周囲の成膜室に供給されるシリコン原子含
有原料ガスとを反応させて基体100への成膜を行う。
〔作 用〕
上述の成膜時のガス圧は通常では安定したプラズマ状
態が得られない低圧(10-4〜10-1torr程度)であるが、
ダミー101が真空容器51と軸線を一致させて配置されて
同軸型空洞共振器を構成することと、磁場がかかってい
ることにより安定した磁場が発生するものである。そし
て、このプラズマ発生領域(プラズマ室57)と原料ガス
の分解,成膜の領域(成膜室55)が分離されているた
め、マイクロ波導入窓付近での原料ガスの分解がなくな
り、窓56へのa−Si膜の付着をなくすことができる。ま
た、プラズマダメージのない状態での成膜が実現され
る。
さらに、マイクロ波を用いたプラズマCVD法であり、
上述のような低圧での成膜が可能なため、クリーンな状
態で良質なa−Si膜を形成することができ、真空容器51
内の清掃が不要になる。
なお、成膜時に、基体100を矢印線で示すように回転
及び上下動させると、均一な成膜が実現される。また、
基体の上下動の代わりに導入管54を上下動させても良い
し、両者を組み合わせても良い。
〔実施例〕
以下、第2図に関連して本発明の実施例を説明する。
第2図は本発明の実施例のアモルファスシリコン膜形
成用マイクロ波CVD装置の構造説明図で、第1図で説明
したものと同様の部材には同じ符号を付している。図
中、58は基体保持用の支持台、59は基体加熱用のヒータ
電源、601はSiH4(原料ガス)を収納するボンベ、602
ボロンドープ用のB2H6ガスを収納するボンベ、603はH2
(またはAr)を収納するボンベである。
この装置によるa−Si膜の形成は次のように行われ
る。
まず、真空容器51内で、基体100,ダミー101を該真空
容器51と軸線を一致させて支持台58上にセットし、該真
空容器51内をロータリーポンプ61と油拡散ポンプ62とで
所定の真空度に排気した後、メカニカルブースタポンプ
63とロータリーポンプ64に切り替える。排気開始と同時
に、図示しない回転機構により支持台58を介し駆動され
て基体100,ダミー101は回転する。
真空度が所定値に達すると、基体100はヒータ電源59
に接続するヒータ65により150〜350℃に加熱される。66
は各ポンプ系に設けられた真空バルブである。一方、真
空容器51内の成膜室55には、ボンベ601等より反応性の
原料ガスがガス流量調整器67等を介し導入され、プラズ
マ室57には、ボンベ603よりH2(またはAr)ガスがガス
流量調整器68等を介し導入される。69はこれらの各ガス
導入系に設けられたバルブである。そして、所定の流
量、圧力の下で導波管52から窓56を通してプラズマ室57
内にマイクロ波を導入するとともに、マグネット53に所
定波形の電流を供給する。このときのガス圧は、通常で
は安定したプラズマ状態が得られない10-4〜10-1torrの
圧力であるが、ダミー101が真空容器51と軸線をそろえ
て配置されていて同軸型空洞共振器を構成することと、
マグネット53への通電により発生した磁場が加えられて
いることにより、安定したプラズマが発生する。このプ
ラズマは磁場により、図中斜線を記入した領域内に閉じ
込められている。このプラズマにより活性化された水素
ラジカルは、図の下方のプラズマが生成されない領域で
ある成膜室55に移動し、ここで導入管54の噴出口から噴
出する原料ガスと反応する。これにより、原料ガスが効
率良く分解されて基100上へのa−Si膜の形成が行われ
る。
このように、本発明では、プラズマ発生場所と原料ガ
スの分解、成膜の場所が分離されているため、マイクロ
波導入窓56付近での原料ガスの分解がなくなり、窓への
a−Si膜の付着をなくすことができる。また、プラズマ
ダメージのない状態での成膜が実現される。さらに、本
発明はマイクロ波を用いたプラズマCVD法であり、低圧
での成膜が可能であるため、クリーンな状態で良質なa
−Si膜を形成することができ、真空容器51内の清掃が不
要となる。
なお、成膜時に、基体100を回転させるだけでなく上
下動をも行わせるようにすると、より均一な成膜が実現
される。また、基体100の上下動の代わりに導入管54を
上下動させても良いし、両者を組み合わせても良い。
このようにして行われるa−Si膜形成時における各種
条件設定例を示すと次の通りである。
設定例 導入ガス;真空容器51の上部より、 H250SCCM, 導入管54より、 SiH450SCCM, マイクロ波パワー;実効100ワット(入射パワー引く反 射パワー) 基体回転数;10RPM 基体上下数;10回/分 磁場 ;875G(最大点) ガス圧 ;1.9×10-3torr 成膜速度 ;10μm/時 設定例 導入ガス;真空容器51の上部より、 Ar30SCCM, 導入管54より、 SiH450SCCM, マイクロ波パワー;実効100ワット 基体回転数;10RPM 基体上下数;10回/分 磁場 ;875G(最大点) ガス圧 ;1.0×10-3torr 成膜速度 ;11μm/時 設定例 導入ガス;真空容器51の上部より、 H250SCCM, 導入管54より、 SiH460SCCM, マイクロ波パワー;実効100ワット 基体回転数 ;10RPM 基入管上下数;10回/分 磁場 ;875G(最大点) ガス圧 ;1.9×10-3torr 成膜速度 ;10μm/時 設定例 真空容器51の上部より導入ガスをH2の代りにHeとし
て、後は設定例と同じ。成膜速度10μm/時 設定例 基体上下数5回/分、導入管上下数5回/分で、後は
設定例と同じ。成膜速度11μm/時 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、次の各種の優れ
た効果を奏することが可能である。
(1) 真空容器とその内に配置されたダミー部分とで
同軸型空洞共振器が構成されるので、低圧でも安定した
プラズマが発生し易い。また磁場が加わって初めてプラ
ズマが生成されるので、プラズマ発生領域を限定でき
る。そして、このプラズマ発生領域と成膜領域とを分離
することにより、プラズマダメージのない状態での成膜
が可能となった。
(2) 低圧での成膜が可能なため、クリーンな状態で
良質なa−Si膜を形成することができ、真空容器内の清
掃が不要となる。
(3) マイクロ波導入窓へのa−Siの付着が起らず、
安定した成膜を続けることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は本発明の原理説明図、 第2図は本発明の実施例のアモルファスシリコン膜形成
用マイクロ波CVD装置の構造説明図、 第3図は従来のアモルファスシリコン膜形成用高周波プ
ラズマCVD装置の構造説明図、 第4図(a),(b)は従来のアモルファスシリコン膜
形成用マイクロ波プラズマCVD装置の構造説明図で、 図中、 51は真空容器、52は導波管、53はマグネット、54は原料
ガス導入管、55は成膜室、56は窓、57はプラズマ室、10
0は基体、101はダミーである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器(51)内で、該真空容器(51)と
    軸線を一致させて配置される基体(100)と同軸にダミ
    ー(101)を配置し、 前記真空容器(51)内の前記ダミー(101)の周囲のプ
    ラズマ室(57)に、プラズマ発生用のガスとマイクロ波
    を導入するとともに該プラズマ室(57)に磁場をかけ、
    該ガスをプラズマ化させて該プラズマ室(57)に閉じ込
    め、 前記プラズマにより活性化されて移動する前記ガスの元
    素のラジカルと前記真空容器(51)内の前記基体(10
    0)の周囲の成膜室(55)に供給されるシリコン原子含
    有原料ガスとを反応させて前記基体(100)上への成膜
    を行うことを特徴とするアモルファスシリコン膜の形成
    方法。
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