JPH0364466A

JPH0364466A - アモルファスシリコン系半導体膜の製法

Info

Publication number: JPH0364466A
Application number: JP19856589A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Higuchi; 永樋口; Atsushi Watanabe; 渡辺　敦司; Kazumasa Okawa; 大川　和昌; Daigoro Okubo; 大五郎大久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1991-03-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は高い成膜速度により気相成長させることができ
、しかも、成膜面に亘って空間的に安定且つ均一な放電
ができたアモルファスシリコン系半導体膜の製法に関す
るものである。

〔従来技術及びその問題点〕

近時、グロー放電分解法によって製造したアモルファス
シリコン感光体ドラムが実用化されている。このアモル
ファスシリコン膜（以下、アモルファスシリコンをａ−
５ｉと略す）の厚みは一般的に約２０〜４０μｍであり
、その大きな厚みにより製造所要時間は約５〜１０時間
に至っている。

かか″る問題点を解決するために既に本発明者；＞はグ
ロー放電分解法のなかで反応室内部のガス圧力及び高周
波電力並びに反応室に流入するガス量をそれぞれ所定の
範囲内に設定した場合、成膜速度が著しく大きくなるこ
とを見い出した。

ところで、ａ−３ｉ悪感光ドラムをグロー放電分解法に
より作製する場合、基本的にば被Ｉ′Ｉｊ、膜用ドラム
状基板に対して同軸になるように囲む円筒状の電極板を
配置し、そして、該電極板の板面に亘って形成した多数
のガス噴出口よりモノシランガスやドーピングガスなど
を吹き出し、基板に亘って均一な成膜速度が得られるよ
うに工夫されている。

第１図は上記のように電極板を配置した場合のグロー放
電分解装置の一例を示す。

同図中、１は金属から成る円筒形状反応室であり、この
反応室１の内部に円筒形状のグロー放重用電極板２が設
置され、更に電極板２の内部には円筒形状の基板支持体
３と、該基板支持体３に装着した円筒形状の基板４が設
置されている。また、基板支持体３ば基板載置体５の上
に配置され、この基板＠置体５には細管状のヒータ一部
６が接続され、ヒータ一部６により基板支持体３が加熱
され、同時に基板４も加熱される、しかも、反応室１の
上部にはモータ一部７が設置され、このモータ一部７は
基板支持体３に接続されている。そして、モータ一部７
により基板支持体３と共に基板４が回転する。

８はガス導入部、９は電極板２に多数個形成されたガス
噴出口であり、ａ−５ｉ膜気相戒長用ガスはガス導入部
８より導入され、ガス噴出口９を介して基板４の面上に
吹き付けられ、グロー放電に供される。そして、その放
電の残余ガスはガス排出部１０より排出される。尚、図
中の矢印はガス流の方向を示す。

また、１１は高周波電源であり、その一方の出力端子は
アース側に接地され、他方の出力端子は反応室１の周壁
に接続され、そして、この周壁と電気的に導通された電
極板２にグロー放電用電力が印加される。

以上のような構成のグロー放電分解装置によれば、基板
４が所要な温度に設定され、そして、回転しながら基板
４と電極板２の間でグロー放電が発生し、これにより、
気相成長用ガスが分解するのに伴って基板４上にａ　−
Ｓｉ膜が気相成長する。

そこで本発明者等は上記構成のグロー放電分解装置を用
いて、前述した高速成膜の条件によりａＳｉ感光体ドラ
ムを作製する実験を行った。この実験においてはグロー
放電用として通常用いられる１３．５６ＭＩＩｚの周波
数の電圧を印加した。

しかしながら、上記実験の結果によれば、基板４と電極
板２の間隔、即ち放電距離が１０〜６０ｍｍ前後であり
、印加電力の反応室流入ガス量に対する比率が１ｗ　／
ｓｃｃｍ以上である場合、高い成膜速度が得られたが、
その反面、基板４の成膜面に亘って均一な成膜速度が得
られず、また、ガス排出部１０付近並びに排気配管内で
強い放電が生じるという問題点が明らかになった。

かかる問題点に鑑み、放電距離を大きくした場合、基板
４の成膜面に亘って比較的均一な成膜速度が得られるよ
うになったが、その反面、電極板２の径が大きくなり、
そのため、グロー放電時に電極板２に付着するａ−５ｉ
膜が更に広範囲になり、相対的に基板４に付着するａ−
３ｉ膜の成膜面積が小さくなり、これにより、気相成長
用ガスの利用効率が低下するという問題点が生した。

従って本発明者等は上記事情に鑑みて鋭意研究に努めた
結果、印加する高周波電圧の周波数を大きくした場合、
成膜面に亘って空間的に安定且つ均一な放電になること
を見い出した。

本発明は上記知見に基づいて完成されたものであり、そ
の目的は高い成膜速度並びに成膜面に亘る均一な成膜速
度が得られたａ−５ｉ系半導体膜の製法を提供すること
にある。

本発明の他の目的は気相成長用ガスの利用効率を高め、
製造効率及び製造コストが改善できたａＳｉ系半導体膜
の製法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るａ−３ｉ系半導体膜の製法は、ａ−５ｔ系
半導体膜気相成長用ガスが導入される反応室の内部を１
０−４〜０．２Ｔｏｒｒのガス圧力に設定し、印加する
高周波電力の反応室流入ガス量に対する比率を０．１〜
１０ｗ／ｓｃｃｍに設定し、この高周波電力に係る印加
電圧の周波数を２０ＭＨｚ以上に設定してグロ放電を発
生さセたことを相徴とする。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明者等は既にグロー放電用反応室内部のガス圧力を
１０−４〜０．２Ｔｏｒｒ　、好適には０．０１〜０．
１Ｔｏｒｒの範囲内に設定し、しかも、印加する高周波
電力の流入ガス量に対する比率（以下、電力／ガス量の
比率と略す）を０．１〜１０ｗ／ｓｃｃｍ、好適には１
〜６　Ｗ／ｓｃｃｍの範囲内に設定した場合、高い成膜
速度が得られることを提案した。

本発明は上記成膜条件に対して更に高周波電圧の周波数
を２０Ｍ１１ｚ以上、好適には３０〜５０ＭＩＩＺの範
囲内に設定した場合、成膜面に亘って均一な成膜速度が
達成できたことが特徴である。

このように各種条件を数値限定した理由は、ガス圧力が
１０−　’Ｔｏｒｒ未溝の場合には高周波電力が流人ガ
スに十分伝搬されないためであり、一方、０．２Ｔｏｒ
ｒを越えた場合には気相中での反応速度が大きくなり、
粉体生成量が増大し、これに伴って基板上の成膜速度が
小さくなるためである。

また、電力／ガス量の比率が０．１　Ｗ／ｓｃｃｍ未満
の場合には流入ガスの分解に要する電力が不足し、その
ために未分解ガスが排出し、ガスの利用効率が低下する
。一方、ＩＯＷ／ｓｃｃｍを越えた場合に流入ガスの分
解に要する電力に比べて過剰な電力が印加され、これに
より、電力効率が低下する。

更にまた高周波電圧の周波数が２０ＭＨｚ以上になった
場合、放電領域の電子は基板や電極板に到達する前に反
転及び加速が共に増加傾向となり、そのため頻繁にガス
と衝突し、これにより、ガスのイオン化並びに解離が効
率よく行われ、成膜面に亘って空間的に安定且つ均一な
放電となり、その結果、基板面に亘って均一に気相成長
する。

このように周波数を高めた場合、放電距離を長くしなく
とも上記の均−成膜が達成できた。この点について本発
明者等はａ−３ｉ悪感光ドラムの作製により実験上確認
した。

ａ−３ｉ悪感光ドラムを作製する成膜装置の基本構成は
、円筒状被成膜用基板と、該基板に対して実質上同一の
中心軸であるように周設した円筒状電極板とを配置し、
基板と電極板の間に成膜用ガスを導入するとともに両板
の間にグロー放電を発生させるというものであり、その
構成によれば、基板の外径により放電距離が依存する。

本発明者等が行った実験によれば、些仮の外径が２０〜
３００ｍｍであれば、放電距離が１０〜６０ｍｍに設定
でき、それ以上に放電距離を長くしなくても基板面に亘
って均一に成膜することができた。

本発明においては、上記ａ−３ｉ膜にカーボン、ゲルマ
ニウム、スズ、酸素、窒素のいずれか少なくとも一種の
元素を添加しても本発明の目的が達成できる。その添加
元素へとシリコン元素Ｓｉとの組成比率をＳ］＋−ｘ　
Ａ　ｘ　と表した場合、ｘ値が０＜ｘ〈０．５の範囲内
であればよい。

かかるａ−３ｉ系半導体膜を製作するに当たって用いら
れる気相成長用ガスには下記の通り種々のガスが挙げら
れる。

シリコン元素含有ガスとして５ｉ）１４，５ｉ２１１６
，５ｉ３ｕａＳｉＦａ、　５ｉｌｌＦ３．５ｉｌｌｚＦ
ｚ、５ｉｌ１３Ｆなどがある。

ゲルマニウム元素含有ガスとしてＧ　ｅ、ｌＩ　４　、
　Ｇ　ｅ　２　Ｉｌ　ｂ　。

ＧｅＪｅ、　ＧｅＦ４などがある。

カーボン元素含有ガスとしてＣＨ４，Ｃ２Ｈ□、　Ｃ２
Ｈ。

Ｃ２１１６，ＣＦ４．　Ｃ６Ｈ６−ｎ　Ｆｌｌなどがあ
る。

スズ元素含有ガスとして５ｎｌ１４．、　Ｓｎ　（Ｃ１
ｈ）　４などがある。

酸素又は窒素元素の含有ガスとして０□、　Ｎ２Ｎｏ。

Ｎ２０．ＮＩ＋３などがある。

また、上記気相成長用ガスに周期律表第ｍａ族元素や第
Ｖａ族元素を含むドーピングガス並びにキャリアガスを
必要に応して混合する。

ドーピングガスにはＢＪ６．ｐＨ：＋、ＢＦ３．＾ｓＨ
：＋などがあり、これらのガスにより成膜したａ−５ｉ
系半導体膜の価電子制御を行うことができる。

キャリアガスは上述したすべてのガスを輸送するための
ガスであり、例えば１１□ガスもしくはＨｃ、Ｎ０ｅ、　Ａｒなどの不活性ガスがある。

かくして本発明によれば、１０μｍ／時以上、更には７
０μｍ／時以上という高い成膜速度が得られ、その上、
ｒｌｉ、膜面に亘る膜厚のムラ、即ち（（膜厚の最大値
−膜厚の最小値）／膜厚の平均値）×１゜Ｏχにより表
す膜厚ムラが２０％以下にまで小さくできた。

しかも、このようにして得た膜の質に関して、電子スピ
ン共鳴装置（ＥＳＩ？）を用いて欠陥密度に対応するス
ピン密度を測定して求めたところ、２×１０１ｂ／ｃｍ
以下となり、良質な膜であることを確認した。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を述べる。

（例１）第１図に示すグロー放電分解装置（基板の外径１１０ｍ
ｍ　、放電距離４（１ｍｍ）において、５ｉ）Ｉ４ガス
を２゜Ｏｓｃｃｍで導入し、基板温度を２６０℃、ガス
圧力を０．０５Ｔｏｒｒ、電力／ガス量の比率を３Ｗ／
ｓｅｃｍに設定し、そして、印加電圧の周波数は電波法
における電界強度の最大許容値の適用を受けない周波数
として下記（Ａ）　、　（Ｂ）及び（Ｃ）の３通りに設
定した。

（八）　　　・　・　・　１３．５６ＭＩ（ｚ　±６．
１Ｆ３ｋＨｚ（Ｂ）　　−−・２７．１２ＭＨｚ±１６
２．７２ｋＨｚ（Ｃ）　　・　・　・４０．６８Ｍｔｌ
ｚ±２０．３４ｋｌｌｚかくして上記３通りの成膜方法
によりそれぞれ１時間成膜したところ、（八）について
はガス排気部や排気配管内で放電が集中して発生してお
り、そのため、反応室内部の上部付近においては成膜速
度が低くなり、下部付近においては成膜速度が高くなっ
た。

（Ｂ）については反応室内部の上部付近で（八）に比べ
て成膜速度が高くなる傾向にあるが、下部付近において
は未だ高い成膜速度であった。

（Ｃ）については反応室内部の下部付近で放電集中がな
くなり、放電空間内で均一な放電が発生し、成膜面に亘
って均一な成膜速度が達成できた。

１２− 上記３通りの成膜方法における膜厚ムラを測定したとこ
ろ、第２図に示す通りの結果が得られた。

尚、同図中の（Ａ）　（Ｂ）　（Ｃ）はそれぞれ上記成
膜方法（Ａ）　（Ｂ）　（Ｃ）に相当する。

この膜厚ムラは第１図に示す基板４の上から下に至る５
箇所の部位ａ　＋　ｂ　＋　ｃ　＋　ｄ及びｅを各々等
間隔に設定し、その部位の膜厚を測定して求めた。

第２図中の横軸は基板の上下方向に亘る寸法を表し、縦
軸は上記５箇所の部位の測定結果を平均し、その平均値
を零とし、その平均値との差を百分率により表したもの
である。

同図中、・印、Δ印、○印、目印及び■印はそれぞれ部
位ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅの測定プロットである。

第２図に示す結果より（Ａ）　（Ｂ）及び（Ｃ）の膜厚
ムラはそれぞれ６０％以上、約１８χ及び１０％以下で
あった。

また同図より放電距離が小さい場合でも周波数を高める
ことにより安定な放電となり、膜厚ムラが顕著に小さく
なったことが判る。

（例２）第１図のグロー放電分解装置を用いて気相成長用ガスと
してＳ　ｉ　２Ｈ，ガスとＧｅｔｌａガスの混合ガスを
導入し、下記の成膜条件（ｉ）により気相成長を行った
ところ、約３０μｍ／時の成膜速度が得られ、（例１）
と同様に膜厚ムラを測定したところ、６０χとなり、そ
して、そのＳｉ元素とＧｅ元素の組成比率を測定したと
ころ、Ｓｉｏ、　７ｓＧｅｏ、　２５であった。

成膜条件（りＳｉＨ４ガス量・・・５００３ｃｃｍＧｅＨ４ガス量・・・１０１００３ｃガス圧力　・・・０．０５Ｔｏｒｒ電力／ガス量の比率・・・３　Ｗ／ｓｃｃｍ電圧の周波
数・・・１３．５６ＭＨｚ然るに下記成膜条件（ｉｉ）により気相成長を行ったと
ころ、約３０μｍ／時の成膜速度が得られ、膜厚ムラを
測定したところ、１ｏｚとなり、その組成比率はＳｉｏ
、　ｅＧｅｏ、　２であった。

３４成膜条件（ｉｉ）Ｓ　ｉ　ＩＩ　、ガス量−・・５００ＳＣＣｍＧｅＨ４
ガス量・・・１１００３ＣＣガス圧力　・・・０．０５ｏｒｒ電力／ガス量の比率・・・３　Ｗ／ｓｃｃｍ電圧の周波
数・・・４０．６８ＭＨｚ（例３）第１図のグロー放電分解装置を用いて気相成長用ガスと
して５ｉＨｎガスとＣＩ＋４ガスの混合ガスを導入し、
下記成膜条件（ｉｉｉ　）により気相成長を行ったとこ
ろ、約３０μｍ１時の成膜速度が得られ、（例１）と同
様に膜厚ムラを測定したところ、６０χとなり、そして
、そのＳｉ元素とＣ元素のＭｉ戒比率を測定したところ
、Ｓｉｏ、　５ＳＧ０．４．であった。

成膜条件（ｉｉｉ　）ＳｉＨ４ガス量・・・５００ＳＣＣｍＣＨ４ガス量・・・３０００ｓｃｃｍガス圧力　・・・０．０５ＴＯｒｒ電力／ガス量の比率・・・３　Ｗ／ｓｃｃｍ電圧の周波
数・・・１３．５６ＭＨｚ然るに下記成膜条件（ｉｖ）により気相成長を行ったと
ころ、約３０μｍ／時の成膜速度が得られ、膜厚ムラを
測定したところ、１０χとなり、その組成比率はＳｉｏ
、　５ｓＣｏ、　ａ５であった。

瓜基３ぼＬ工匠ＬＳｉ）ｌａガス量・・・５００ｓＣＣｍＣＨ，ガス量・
・・３０００ｓｃｃｍガス圧力　・・・０．０５Ｔｏｒｒ電力／ガス量の比率・・・３　Ｗ／ｓｅｃｍ電圧の周波
数・・・４０ＭＨｚ（例４）第１図のグロー放電分解装置を用いて気相成長用ガスと
してＳｉＨ４ガスとＳｎＬガスの混合ガスを導入し、下
記成膜条件（Ｖ）により気相成長を行ったところ、約３
０μｍ７時の成膜速度が得られ、５６（例１）と同様に膜厚ムラを測定したところ、６０χと
なり、そして、そのＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を測
定したところ、Ｓｉｏ、　７ｓｎｏ、　３であった。

成膜条件（Ｖ）ＳｉＨｎガス量・・・５００ＳＣＣｍＳｎ）１４ガス量・・・１１００５ＣＣガス圧力　・・
・０．０５ＴＯｒｒ電力／ガス量の比率・・・３　Ｗ／ｓｃｃｍ電圧の周波
数・・・１３．５６ＭＨｚ然るに下記成膜条件（ｖｉ　）により気相成長を行った
ところ、約３０μｍ／時の成膜速度が得られ、膜厚ムラ
を測定したところ、１０χとなり、その組成比率はＳｉ
ｏ、　７ｓｓｎｏ、　２５であった。

感敵４ぼＬ玉止ＬＳｉｎ４ガス量・・・５００ＳＣＣｍＳｎＨ４ガス量・・・１１００３ＣＣガス圧力　・・・０．０５ＴＯｒｒ電力／ガス量の比率・・・３　Ｗ／ｓｃｃｍ電圧の周波
数・・・４０．６８ＭＨｚ〔発明の効果〕以上の通り、本発明に係るａ−３ｉ系半導体膜の製法に
よれば、成膜速度が高くなり、成膜面に亘って均一な成
膜速度が得られた。しかも、放電距離を長くしなくとも
均−成膜が遠戚できるので一個の反応室より複数個の感
光体ドラムを作製する場合、円筒状電極板の径が小さく
なり、気相成長用ガスの利用効率が大きくなる。その結
果、製造効率及び製造コストが改善された。

また、前述した実施例においてはａ−３ｉ悪感光ドラム
を製作する場合を例に挙げたが、それ以外に太陽電池、
光センサ、密着型イメージセンサ、ＴＰＴなどの各種電
子部品デバイスにも適用でき、高速且つ均一な成膜形成
により低コスト・高品質なデバイスが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はグロー放電分解装置の概略図、第２図７８（八）（Ｂ）（Ｃ）は膜厚ムラを表す線図である。・グロー放電用電極板・基板支持体・基板・ガス噴出口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アモルファスシリコン系半導体膜気相成長用ガス
が導入される反応室の内部を１０＾−＾４〜０．２Ｔｏ
ｒｒのガス圧力に設定し、印加する高周波電力の反応室
流入ガス量に対する比率を０．１〜１０Ｗ／ｓｃｃｍに
設定し、上記高周波電力に係る印加電圧の周波数を２０
ＭＨｚ以上に設定してグロー放電を発生させることを特
徴とするアモルファスシリコン系半導体膜の製法。
（２）前記アモルファスシリコン系半導体膜にカーボン
、ゲルマニウム、スズ、酸素、窒素のいずれか少なくと
も一種の元素を添加し、該添加元素Ａとシリコン元素Ｓ
ｉとの組成比率をＳｉ＿１＿−＿ｘＡ＿ｘと表してｘ値
が０＜ｘ＜０．５の範囲内である請求項（１）記載のア
モルファスシリコン系半導体膜の製法。
（３）前記反応室の内部に円筒状被成膜用基板と、該基
板に対して実質上同一の中心軸であるように周設した円
筒状電極板とを配置した請求項（１）記載のアモルファ
スシリコン系半導体膜の製法。
（４）前記電極板に多数個のガス噴出口を形成した請求
項（３）記載のアモルファスシリコン系半導体膜の製法
。
（５）前記円筒状被成膜用基板の外径が２０〜３００ｍ
ｍの範囲内であり、該基板と前記円筒状電極板の間隔が
１０〜６０ｍｍの範囲内である請求項（３）記載のアモ
ルファスシリコン系半導体膜の製法。