JPH0411626B2 - - Google Patents

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JPH0411626B2
JPH0411626B2 JP58004269A JP426983A JPH0411626B2 JP H0411626 B2 JPH0411626 B2 JP H0411626B2 JP 58004269 A JP58004269 A JP 58004269A JP 426983 A JP426983 A JP 426983A JP H0411626 B2 JPH0411626 B2 JP H0411626B2
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JP
Japan
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gas
reaction vessel
film
radicals
forming
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JP58004269A
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Japanese (ja)
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JPS59131511A (en
Inventor
Zenko Hirose
Takeshi Ueno
Katsumi Suzuki
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0411626B2 publication Critical patent/JPH0411626B2/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子写真感光体として良好な膜特性
を示し、かつ、成膜速度の速いアモルフアスシリ
コン膜を成膜する、アモルフアスシリコン膜の方
法に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an amorphous silicon film that exhibits good film characteristics as an electrophotographic photoreceptor and has a fast film formation rate. Regarding the method.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

アモルフアスシリコン膜は、電子写真感光体、
太陽電池あるいは光電変換素子への応用が期待
れ、その成膜方法としては一般にはグロー放電を
利用したCVD法が知られている。
Amorphous silicon film is used for electrophotographic photoreceptors,
It is expected to be applied to solar cells or photoelectric conversion elements, and the CVD method using glow discharge is generally known as the film forming method.

すなわち、従来のアモルフアスシリコン膜、た
とえばアモルフアスシリコン感光体の成膜方法で
は、真空状態に減圧された反応容器内に導電性基
体と対向電極を設けて、SiH4(シラン)又はSi2
H6ジシラン等のシリコン(以下、Siと略記)を
含むガスを反応容器内に導入し、対向電極と導電
性基体との間に直流電力、又は13.56MHzの高周
波電力を印加して、Siを含むガスのプラズマを生
起させて反応させ、導電性基体上にアモルフアス
シリコン感光体を成膜していた。ところが、単に
対向電極と導電性基体との間に電力を印加してSi
を含むガスのプラズマを生成して成膜する方法で
は、印加する電力を大きくしないと多くのラジカ
ルを生成することが困難であるので、成膜速度が
最大でも3μm/時間以下しか得られなかつた。
That is, in a conventional method for forming an amorphous silicon film, for example, an amorphous silicon photoreceptor, a conductive substrate and a counter electrode are provided in a reaction vessel that is reduced to a vacuum state, and SiH 4 (silane) or Si 2
A gas containing silicon (hereinafter abbreviated as Si) such as H 6 disilane is introduced into the reaction vessel, and DC power or 13.56MHz high frequency power is applied between the counter electrode and the conductive substrate to generate Si. An amorphous silicon photoreceptor was formed on a conductive substrate by generating a plasma of the gas contained therein and causing a reaction. However, by simply applying power between the counter electrode and the conductive substrate, Si
In the method of forming a film by generating plasma of a gas containing .

従つて、最低でも20/μmの膜厚を要する電子
写真感光体としてアモルフアスシリコン(以下a
−Siと略記する)膜を用いるには、少なくとも6
時間の成膜時間を必要とし、量産性に問題があつ
た。そこで、成膜速度を上げる目的で印加する電
力を大きくするとSiを含むガスの気相反応によつ
て粉状のSiの副生成物が生じて排気系の目づまり
を生じたり、大電力によつて成膜されたa−Si膜
中に、Si−H結合よりもSi−H2結合が多く生成
されてしまい光電特性が悪くなるという不具合点
があつた。
Therefore, amorphous silicon (hereinafter referred to as a
-Si) film, at least 6
This method required several hours of film formation time, which caused problems in mass production. Therefore, if the applied power is increased in order to increase the film formation rate, powdery Si by-products may be generated due to the gas phase reaction of the Si-containing gas, clogging the exhaust system, or the high power may cause problems. There was a problem in that more Si--H 2 bonds were generated than Si--H bonds in the a-Si film that was formed, resulting in poor photoelectric properties.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもの
で高速成膜が可能でかつ電子写真感光体としても
膜特性の良好なa−Si膜の成膜方法を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for forming an a-Si film that can be formed at high speed and has good film characteristics even when used as an electrophotographic photoreceptor.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は上述した目的を達成するために、予じ
め励起されたガスを反応容器内に導入することに
よつて、膜特性を良好に保ちつつ高速成膜を可能
にしたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention enables high-speed film formation while maintaining good film characteristics by introducing a previously excited gas into a reaction vessel.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明を詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below.

すなわち、SiH4又はSi2H6等のSiを含むガスを
真空状態に減圧された反応容器内に導入すると同
時に、これらのガスとは別系統で、あらかじめ励
起されたHラジカル又はSiHn(n=1,2,3)
を、この反応容器内に導入する事によつて、 H*+SiH4→SiH*+H2+2H 等の反応により、真空反応容器内の対向電極に直
流又は交番電力を印加しなくとも、Siを含むガス
のラジカルを生成し、成膜する事ができる。
That is, at the same time, a gas containing Si such as SiH 4 or Si 2 H 6 is introduced into a reaction vessel reduced in pressure to a vacuum state, and at the same time, previously excited H radicals or SiHn (n= 1, 2, 3)
By introducing this into the reaction vessel, a reaction such as H * +SiH 4 →SiH * +H 2 +2H can be carried out, including Si, without applying direct current or alternating current to the counter electrode in the vacuum reaction vessel. It can generate gas radicals and form a film.

Siを含むガス及び前励起されたHラジカル又は
SiHn*(n=1,2,3)ラジカルを反応容器内
へ導入し、導電性基体と対向電極との間に直流又
は交番電力を印加すれば、Siを含むガスのより多
くのラジカルを生じ、しかもそのラジカル中に多
くのSi−Hラジカルが含まれているため高速成膜
が可能でかつ光導電性の良好なa−Si感光体と有
用なアモルフアスシリコン膜を成膜できる。
Si-containing gas and pre-excited H radicals or
By introducing SiHn * (n = 1, 2, 3) radicals into the reaction vessel and applying direct current or alternating power between the conductive substrate and the counter electrode, more radicals of Si-containing gas are generated. Furthermore, since the radicals contain many Si--H radicals, high-speed film formation is possible, and an a-Si photoreceptor with good photoconductivity and a useful amorphous silicon film can be formed.

また、Siを含むガス及び前励起されたHラジカ
ルとNラジカルとを反応容器内へ導入し、導電性
基体と対向電極との間との間に、直流又は交番電
力を印加すれば、HラジカルとSiを含むガスの反
応によつてSiを含むガスの多くのラジカルが反応
容器内で発生すると同時に、通常Siを含むガスと
N2ガスに電力を印加した時に発生しにくいNラ
ジカルがあらかじめ前励起して反応容器内に導入
されているため成膜された膜中に効率良くN原子
を取り込む事が可能となる。そして、この膜中に
効率良くN原子を取込むことによつて通常のa−
Si:H膜では、達成できなかつた電子写真感光体
として必要な高抵抗の膜が形成されるのである。
Furthermore, if a gas containing Si and pre-excited H radicals and N radicals are introduced into the reaction vessel, and direct current or alternating current power is applied between the conductive substrate and the counter electrode, H radicals can be generated. Many radicals of the Si-containing gas are generated in the reaction vessel due to the reaction between the Si-containing gas and the Si-containing gas.
Since N radicals, which are difficult to generate when electric power is applied to N 2 gas, are pre-excited and introduced into the reaction vessel, it is possible to efficiently incorporate N atoms into the formed film. By efficiently incorporating N atoms into this film, normal a-
A film with high resistance required for an electrophotographic photoreceptor, which could not be achieved with a Si:H film, can be formed.

ガスの前励起の方法としては、高周波、マイク
ロ波もしくはレーザービーム等の電磁波による励
起又は直流電力の印加による励起が良好である
が、以下に示す実施例ではマイクロ波で励起し
た。
As a method for pre-exciting the gas, excitation by electromagnetic waves such as high frequency waves, microwaves or laser beams, or excitation by application of DC power is suitable, but in the examples shown below, excitation was performed by microwaves.

次に第1図を参照して、本実施例に使用した成
膜装置概要を説明する。
Next, an outline of the film forming apparatus used in this example will be explained with reference to FIG.

反応容器1内はまず、図示しない拡散ポンプ、
回転ポンプを10-6torrの真空状態にされる。
Inside the reaction vessel 1, there are first a diffusion pump (not shown),
A rotary pump is brought to a vacuum of 10 -6 torr.

反応容器1は外部と遮断され、反応容器1内に
は、導電性の基体(アルミニウム板が用いられ
た)2が、ヒータ3上に支持されている。導電性
の基体2は電気的に接地され、かつヒータ3によ
つて220℃に加熱されている。
The reaction container 1 is isolated from the outside, and inside the reaction container 1, a conductive substrate 2 (made of an aluminum plate) is supported on a heater 3. The conductive base 2 is electrically grounded and heated to 220° C. by a heater 3.

基体2に対向して対向電極4が設けられてい
る。この対向電極4には13.56MHZの高周波電源
5が接続されている。
A counter electrode 4 is provided facing the base 2 . A high frequency power source 5 of 13.56 MHZ is connected to this counter electrode 4.

反応容器1の上方には第1の導入管5が接続さ
れ、バルブ6を介してSiを含む第1のガスが反応
容器1内に導入されるようになつている。
A first introduction pipe 5 is connected above the reaction vessel 1, and a first gas containing Si is introduced into the reaction vessel 1 via a valve 6.

さらに、反応容器1の右方には第2の導入管7
が接続され、この導入管7を介して第2のガスが
導入されるようになつている。この導入管7はマ
イクロ波導波管8に連結され、マイクロ波導波管
8を介して第2のガスが導入管7に導入される。
第2のガスが導波管8を介して移送される際に、
マイクロ波印加部9によりマイクロ波が印加さ
れ、第2のガスが分解されて励起される。
Furthermore, on the right side of the reaction vessel 1 is a second introduction pipe 7.
is connected, and the second gas is introduced through this introduction pipe 7. This introduction pipe 7 is connected to a microwave waveguide 8 , and the second gas is introduced into the introduction pipe 7 via the microwave waveguide 8 .
When the second gas is transported through the waveguide 8,
Microwaves are applied by the microwave application unit 9, and the second gas is decomposed and excited.

一方、反応室1の下方には排気管10が設けら
れ、この排気管10はバルブ11を介して、メカ
ニカルブースターポンプ12及び回転ポンプ13
に接続されている。
On the other hand, an exhaust pipe 10 is provided below the reaction chamber 1, and this exhaust pipe 10 is connected to a mechanical booster pump 12 and a rotary pump 13 via a valve 11.
It is connected to the.

(実施例 1) まず、排気系を図示しない拡散ポンプ及び回転
ポンプ側に切換えて反応容器1内を10-6torrの真
空状態とする。次いで、ヒータ3を動作させて、
基体2の温度を220℃に設定しておく。しかして、
バルブ6を開き、純シランSiH4ガスを流量
150SCCMにて反応容器1内に導入管5から導入
する。同時に排気系を拡散ポンプ、回転ポンプ側
からメカニカルブースターポンプ12及び回転ポ
ンプ13側に切りかえ、バルブ11を全開にす
る。
(Example 1) First, the exhaust system is switched to the diffusion pump and rotary pump (not shown) side, and the inside of the reaction vessel 1 is brought into a vacuum state of 10 -6 torr. Next, operate the heater 3,
The temperature of the substrate 2 is set to 220°C. However,
Open valve 6 and flow pure silane SiH 4 gas
It is introduced from the introduction tube 5 into the reaction vessel 1 at 150 SCCM. At the same time, the exhaust system is switched from the diffusion pump and rotary pump side to the mechanical booster pump 12 and rotary pump 13 side, and the valve 11 is fully opened.

一方では純度99.99%の水素H2を流量50SCCM
にて、マイクロ波導波管8を通して反応容器1内
に導入する。この時のマイクロ波印加部9から印
加したマイクロ波の周波数は2450MHzでありそ
の電力は300Wであつた。これによつて、マイク
ロ波導波管8を介しで導入される水素ガスは励起
されHラジカルを生成するが、通常マイクロ波で
励起されたHラジカルは真空度0.1〜1torrの雰囲
気では、約30cm毎秒程度輸送される事を確認して
いる。そして、この実施例1では電源5を遮断
し、電極4には高周波電圧を印加せずに成膜を行
なつた。しかしてバルブ11を絞つて反応容器1
内の圧力が0.5torrになる様に調整し1時間成膜
を行なつた。その後バルブ6を閉じ、又、導波管
8内への水素ガスの導入を止めて反応容器1を
10-4torrの真空に引きなおす。さらにヒーター3
の動作を停止して、基体2が100℃以下になるの
を待つて大気中へ取り出した。この時基体2上に
膜厚1.2μmのa−Si:H膜14を得た。
On the one hand, hydrogen H2 with purity 99.99% flow rate 50SCCM
Then, the sample is introduced into the reaction vessel 1 through the microwave waveguide 8. At this time, the frequency of the microwave applied from the microwave application section 9 was 2450MHz, and the power was 300W. As a result, the hydrogen gas introduced through the microwave waveguide 8 is excited and generates H radicals. Normally, the H radicals excited by microwaves are approximately 30 cm/sec in an atmosphere with a degree of vacuum of 0.1 to 1 torr. We have confirmed that it will be transported to a certain extent. In Example 1, the power source 5 was cut off and the film was formed without applying a high frequency voltage to the electrode 4. Then, the valve 11 is closed and the reaction vessel 1 is closed.
The internal pressure was adjusted to 0.5 torr and film formation was carried out for 1 hour. After that, the valve 6 is closed, and the introduction of hydrogen gas into the waveguide 8 is stopped, and the reaction vessel 1 is closed.
Re-evacuate to 10 -4 torr. Furthermore, heater 3
The operation of the substrate 2 was stopped, and the substrate 2 was taken out into the atmosphere after waiting for the temperature to drop below 100°C. At this time, an a-Si:H film 14 having a thickness of 1.2 μm was obtained on the substrate 2.

この実施例では、電極4に高周波電源5を印加
することなく膜形成を行なつているので、反応室
1内にプラズマを生成させていない。従つて、膜
形成速度は著しく低下するおそれがあるが、上述
のように、1.2μm/時間の成膜速度が得られてい
る。
In this example, since the film is formed without applying the high frequency power source 5 to the electrode 4, no plasma is generated in the reaction chamber 1. Therefore, although there is a possibility that the film formation rate will be significantly reduced, as mentioned above, a film formation rate of 1.2 μm/hour has been obtained.

さらに、上述の方法で成膜されたa−Si;H膜
14は電子写真特性としても従来のものに比較して
も遜色はなかつた。
Furthermore, the a-Si;H film formed by the above method
14 was comparable in terms of electrophotographic properties to conventional ones.

(実施例 2) 実施例1と同様な条件で純シランガスSiH4
び前励起されたHラジカルを反応容器1内に導入
し、導電性基体2と対向電極4との間に電源5に
より13.56MHzの高周波電力50Wを印加して1時
間成膜した。その後、上記実施例1と同様にガス
の導入を止めヒーター3の動作を停止して、導電
性基体2が100℃以下になるのを待つて大気中へ
取り出した。この時のa−Si:H膜14の膜厚は
8μmであつた。
(Example 2) Pure silane gas SiH 4 and pre-excited H radicals were introduced into the reaction vessel 1 under the same conditions as in Example 1, and a power supply of 13.56MHz was applied between the conductive substrate 2 and the counter electrode 4 by the power source 5. A high frequency power of 50 W was applied to form a film for 1 hour. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the introduction of gas was stopped, the operation of the heater 3 was stopped, and the conductive substrate 2 was taken out into the atmosphere after waiting for the temperature to reach 100° C. or lower. The thickness of the a-Si:H film 14 at this time is
It was 8 μm.

また、通常のSiH4ガスのみ(前励起されたH
ラジカルを導入しないとき)に50W以上の高周波
を印加した場合のプラズマ下で生成されるSiH4
ラジカルのプラズマ重合による粉状Siの副生成物
が、本実施例2の成膜時にはほとんど見られなか
つた。
Also, only normal SiH4 gas (pre-excited H
SiH 4 generated under plasma when a high frequency of 50W or more is applied (without introducing radicals)
Powdered Si by-products due to radical plasma polymerization were hardly observed during film formation in Example 2.

このようにしてa−Si:H膜14が形成されたサ
ンプルの電気特性を測定したところ、暗抵抗で
1011Ωcm、633nmの波長で1015photons/cm2の光
照射をしたとき108Ωcmの良好な明抵抗を示した。
When we measured the electrical properties of the sample on which the a-Si:H film 14 was formed in this way, we found that the dark resistance was
When irradiated with light of 10 15 photons/cm 2 at 10 11 Ωcm and a wavelength of 633 nm, it showed a good bright resistance of 10 8 Ωcm.

(実施例 3) 実施例1,2と同様に反応容器1内を10-6torr
の真空に引き、導電性基体2を220℃に昇温した
後バルブ6を開にして純シランSiH4ガスを流量
180SCCMで反応容器1内に導入する。
(Example 3) As in Examples 1 and 2, the inside of the reaction vessel 1 was heated to 10 -6 torr.
After vacuuming the conductive substrate 2 and raising the temperature to 220°C, open the valve 6 to supply pure silane SiH 4 gas at a flow rate.
Introduce into reaction vessel 1 at 180 SCCM.

また、マイクロ波で前励起した、Hラジカルを
流量50SCCMで、さらにSiHnラジカルを流量
100SCCMで、ともに導波管8を介して反応容器
1内へ導入した。
In addition, H radicals pre-excited with microwaves were added at a flow rate of 50 SCCM, and SiHn radicals were added at a flow rate of 50 SCCM.
Both were introduced into the reaction vessel 1 via the waveguide 8 at 100 SCCM.

バルブ11で排気能力を調節して反応容器1内
の圧力が0.4torrになるのを待つて、対向電極4
と導電性基体2との間に13.56MHzの高周波電力
50Wを印加して、1時間成膜を行なつた。
Adjust the exhaust capacity with the valve 11, wait until the pressure inside the reaction vessel 1 reaches 0.4 torr, and then remove the counter electrode 4.
13.56MHz high frequency power between
Film formation was performed for 1 hour by applying 50W.

次いで実施例1,2と同様な方法で、ガスを止
め、導電性基体2の温度が100℃以下に冷えるの
を待つて大気中へ取り出した。
Next, in the same manner as in Examples 1 and 2, the gas was turned off, and after waiting for the temperature of the conductive substrate 2 to cool down to 100° C. or less, it was taken out into the atmosphere.

このようにして成膜されたa−Si:H膜14を測
定したところ、膜厚は15μmであり、電気特性は、
暗抵抗が1010Ωcm、633nmの波長で1015
photons/cm2の光照射のとき107Ω、cmの明抵抗を
示した。
When the a-Si:H film 14 formed in this way was measured, the film thickness was 15 μm, and the electrical properties were as follows.
Dark resistance is 10 10 Ωcm, 10 15 at 633 nm wavelength
When irradiated with photons/cm 2 , it exhibited a bright resistance of 10 7 Ω, cm.

(実施例 4) 実施例1,2,3と同様反応容器1内を10-6
torrの真空に引き、導電性基体2を220℃に昇温
した後、バルブ6を開にし純シランSiH4ガスを
流量180SCCMで、さらに、ガス流量比でB2H6
SiH4=2×10-6の、H2で希釈したB2H6/H2ガス
を反応容器1内に導入する。
(Example 4) As in Examples 1, 2, and 3, the inside of reaction vessel 1 was heated to 10 -6
After drawing a vacuum of torr and raising the temperature of the conductive substrate 2 to 220°C, the valve 6 was opened and pure silane SiH 4 gas was introduced at a flow rate of 180 SCCM, and further, B 2 H 6 / B 2 H 6 /
A B 2 H 6 /H 2 gas of SiH 4 =2×10 −6 diluted with H 2 is introduced into the reaction vessel 1 .

実施例1と同じマイクロ波励起の条件で、前励
起したHラジカルを流量50SCCMで、さらにはN
ラジカルを流量50SCCMで、共に導波管8を介し
て反応容器1内へ導入した。
Under the same microwave excitation conditions as in Example 1, the pre-excited H radicals were heated at a flow rate of 50 SCCM, and N
Radicals were introduced into the reaction vessel 1 through the waveguide 8 at a flow rate of 50 SCCM.

バルブ11の開閉を調節して反応容器1内の圧
力が0.5torrになるのを待つて、対向電極4と導
電性基体2との間に13.56MHzの高周波動50Wを
印加して、1時間成膜を行なつた。
After adjusting the opening and closing of the valve 11 and waiting until the pressure inside the reaction vessel 1 reached 0.5 torr, a high frequency wave of 50 W at 13.56 MHz was applied between the counter electrode 4 and the conductive substrate 2, and the mixture was heated for 1 hour. I performed a membrane.

実施例1,2,3と同様な方法でガスを止め導
電性基体2の温度が100℃以下になるのを待つて
大気中へ取り出した。得られたa−Si膜14の膜厚
は実施例3と同じ15μmであつたが、電気特性を
測定したところ、暗抵抗で1013Ω、cmの高抵抗を
得、さらに、633nmの波長で1015photonS/cm2
光照射に対して108Ω、cmの明抵抗を示した。
The gas was stopped in the same manner as in Examples 1, 2, and 3, and the conductive substrate 2 was taken out into the atmosphere after waiting for the temperature to drop to 100° C. or less. The thickness of the obtained a-Si film 14 was 15 μm, the same as in Example 3, but when its electrical properties were measured, it had a high dark resistance of 10 13 Ω, cm, and furthermore, it had a high resistance at a wavelength of 633 nm. It exhibited a bright resistance of 10 8 Ω, cm against light irradiation of 10 15 photonS/cm 2 .

なお、上述実施例1〜4では、いずれも第1図
に示した、平板状の基体2にa−Si膜14の成膜を
行なう成膜装置を利用したが、実際の電子写真用
感光体に供する場合は、円筒状基体を利用するこ
とが多い。この場合は、第1図に示した装置より
も、第2図に示した装置を使用して成膜を行なう
のが有利である。
In Examples 1 to 4 described above, the film forming apparatus shown in FIG. 1 for forming the a-Si film 14 on the flat substrate 2 was used. A cylindrical substrate is often used. In this case, it is more advantageous to use the apparatus shown in FIG. 2 to form the film than the apparatus shown in FIG.

すなわち、基台15上には、反応室16を形成
する円筒状のケーシング17が、基台15に対し
て着脱可能に取付けられている。基台15には、
さらに基体載置台18が回転自在に支持されてい
る。載置台18にはシヤフト19を介してギア2
0が取付けられている。このギア20は、モータ
21に取付けられたギア22と噛合している。
That is, a cylindrical casing 17 forming a reaction chamber 16 is detachably attached to the base 15. On the base 15,
Further, a substrate mounting table 18 is rotatably supported. A gear 2 is connected to the mounting table 18 via a shaft 19.
0 is attached. This gear 20 meshes with a gear 22 attached to a motor 21.

一方、ケーシング17の内面に沿つてガス導入
管23が設けられている。ガス導入管23は、第
1の導入系統である導入管24に連通しており、
反応室16の中心部に向つて複数のガス噴出口2
3aを有している。また第2の導入系統である導
入管25,26が反応室16に連通している。さ
らに、この導入管23は電極としての機能を兼用
しており、高周波電源27が接続されている。
On the other hand, a gas introduction pipe 23 is provided along the inner surface of the casing 17. The gas introduction pipe 23 communicates with an introduction pipe 24 which is a first introduction system,
A plurality of gas jet ports 2 are provided toward the center of the reaction chamber 16.
3a. Further, introduction pipes 25 and 26, which are a second introduction system, communicate with the reaction chamber 16. Furthermore, this introduction tube 23 also serves as an electrode, and is connected to a high frequency power source 27.

また、載置台18には導電性の円筒状基体、た
とえばアルミニウムドラム28が載置され、この
基体28は電気的に接地されている。さらに、載
置台18上にはヒータ29が設けられ、基体28
を内側から加熱するようになつている。
Further, a conductive cylindrical base, for example, an aluminum drum 28 is placed on the mounting table 18, and this base 28 is electrically grounded. Furthermore, a heater 29 is provided on the mounting table 18, and the base 28
It is designed to heat from the inside.

一方、導入管28はバルブ30を介して、図示
しないガスボンベに接続されている。
On the other hand, the introduction pipe 28 is connected to a gas cylinder (not shown) via a valve 30.

この場合、導入管24には、純シランガス単
独、もしくは純シランガスとB2H6ガスとの混合
ガスが導入される。
In this case, pure silane gas alone or a mixed gas of pure silane gas and B 2 H 6 gas is introduced into the introduction pipe 24 .

一方、導入管25,26の中途部には、それぞ
れマイクロ波印加部31,32が設けられてい
る。このマイクロ波印加部31,32は導入管3
3に接続されている。そして、導入管33から、
水素H2ガス、シラン(モノシラン又はジシラン)
ガス又は窒素N2ガスが供給され、マイクロ波印
加部31,32によつて分解が行なわれるので、
導入管25,26からは、反応室16内にHラジ
カル、SiHnラジカル又はNラジカルが導入され
ることになる。
On the other hand, microwave applying sections 31 and 32 are provided in the middle portions of the introduction tubes 25 and 26, respectively. These microwave application parts 31 and 32 are connected to the introduction pipe 3.
Connected to 3. Then, from the introduction pipe 33,
Hydrogen H2 gas, silane (monosilane or disilane)
Gas or nitrogen N 2 gas is supplied and decomposition is performed by the microwave application parts 31 and 32, so
H radicals, SiHn radicals, or N radicals are introduced into the reaction chamber 16 from the introduction pipes 25 and 26.

また、基台15には開口部34が設けられ、こ
の開口部34には排気系35が連接されている。
この排気系35はフイルター36を有するダスト
トラツプ37を介して、メカニカルブースターポ
ンプ38及び回転ポンプ39に接続されている。
Further, the base 15 is provided with an opening 34, and an exhaust system 35 is connected to the opening 34.
This exhaust system 35 is connected via a dust trap 37 with a filter 36 to a mechanical booster pump 38 and a rotary pump 39.

しかして、このような構成の成膜装置の動作を
説明する。
The operation of the film forming apparatus having such a configuration will now be described.

まず、ヒータ29を動作させて基体28を加熱
し、モータ21を動作させて載置台18を回転さ
せるとともに、排気系35により反応室16内を
真空状態とする。このような状態で、基体28は
載置台18の回転に伴つて回転せしめられてお
り、バルブ30を開放してシランガスを導入管2
4を介して反応室16に導入するとともに、導入
管25,26を介して励起されたHラジカル、
SiHnラジカルもしくはNラジカルも反応室16
に導入する。
First, the heater 29 is operated to heat the substrate 28, the motor 21 is operated to rotate the mounting table 18, and the inside of the reaction chamber 16 is brought into a vacuum state by the exhaust system 35. In this state, the base body 28 is rotated as the mounting table 18 rotates, and the valve 30 is opened to introduce silane gas into the introduction pipe 2.
H radicals introduced into the reaction chamber 16 via 4 and excited via introduction pipes 25 and 26,
SiHn radicals or N radicals are also present in the reaction chamber 16.
to be introduced.

導入管24を介して導入されたガスは、導入管
23の噴出口から基体28の周面に均一にふきつ
けられる。
The gas introduced through the introduction pipe 24 is uniformly sprayed onto the circumferential surface of the base 28 from the injection port of the introduction pipe 23.

一方、導入管25,26からは前述のHラジカ
ル、SiHnラジカル又はNラジカルが直接反応室
16内に導入される。
On the other hand, the aforementioned H radicals, SiHn radicals, or N radicals are directly introduced into the reaction chamber 16 from the introduction pipes 25 and 26.

このような状態で、高周波電源27によつて電
極としての導入管23に13.56MHz、50Wの高周
波電力が印加されることにより、グロー放電を生
じ、プラズマが生成されて成膜反応を生ずる。
In this state, a high frequency power of 13.56 MHz and 50 W is applied to the introduction tube 23 as an electrode by the high frequency power supply 27, thereby generating a glow discharge, generating plasma, and causing a film forming reaction.

このとき、基体28は回転せしめられているの
で、その表面には均一なa−Si膜が形成される。
At this time, since the base body 28 is being rotated, a uniform a-Si film is formed on its surface.

このような、第2図に示す成膜装置を用いて、
前述の実施例1〜4の各々の条件と同一の反応条
件で成膜を行なつたところ、いずれも前述した通
りの良好なサンプルが得られた。
Using such a film forming apparatus shown in FIG.
When films were formed under the same reaction conditions as in Examples 1 to 4, good samples as described above were obtained in all cases.

なお、第2図において、ダストトラツプ37は
フイルタ36によつて、成膜時に生ずる粉体をト
ラツプし、排気系に支障を与えることを防止する
ものである。
In FIG. 2, a dust trap 37 uses a filter 36 to trap powder generated during film formation to prevent it from interfering with the exhaust system.

なお、上記第1図及び第2図で示した例では励
起手段としてマイクロ波を利用したが、直流電界
を形成することによつて、マイクロ波と同様に励
起を行なうことができる。
Although microwaves are used as excitation means in the examples shown in FIGS. 1 and 2 above, excitation can be performed in the same way as microwaves by forming a DC electric field.

また、励起を行なうガスにアルゴンガスを混合
させることによつて成膜効率を高めることができ
る。
Furthermore, the film formation efficiency can be increased by mixing argon gas with the excitation gas.

さらに、反応室(反応容器)内において、基体
と対向基板との間に高周波電力を印加していた
が、直流電力を印加しても同様に成膜反応が行な
えるし、直流及び交流を重畳することにより反応
効率を高めることができる。
Furthermore, in the reaction chamber (reaction vessel), high-frequency power was applied between the substrate and the counter substrate, but the film formation reaction can be performed in the same way even if DC power is applied, and DC and AC can be superimposed. By doing so, the reaction efficiency can be increased.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、予め励起されたガスを反応容器内に
導入することにより、膜特性(光導電特性)を良
好に保ちつつ高速成膜を可能にしたものである。
The present invention enables high-speed film formation while maintaining good film properties (photoconductive properties) by introducing a previously excited gas into a reaction vessel.

さらに、シリコンを含む第1のガスを直接反応
容器に導入する第1の導入系統とは異なる第2の
導入系統を介して、あらかじめ励起されたガスを
反応容器に導入するようにしたので、励起状態の
ガスによる反応が反応容器以外では生じないか
ら、反応容器内の反応効率を高めることができ
る。
Furthermore, since the previously excited gas is introduced into the reaction vessel via a second introduction system that is different from the first introduction system that directly introduces the first gas containing silicon into the reaction vessel, the excitation Since the reaction caused by the state gas does not occur outside the reaction vessel, the reaction efficiency within the reaction vessel can be increased.

また、第2のガスとして水素ガスを用い、これ
を励起状態にして反応容器に導入するから、高速
成膜を可能にし、かつa−Si膜の光導電特性を良
好にすることができる。
Further, since hydrogen gas is used as the second gas and introduced into the reaction vessel in an excited state, high-speed film formation is possible and the photoconductive properties of the a-Si film can be improved.

さらに、第2のガスとして窒素及び水素の混合
ガスを用いることによつて、成膜されたa−Si膜
が高抵抗のものとなる。仮に、シランガス及び窒
素ガスを反応容器に導入して、グロー放電による
プラズマを利用した成膜を行なつたとすると、ガ
スの分解により多くの電力を必要とし、不純物の
生成を招く。この点水素及び窒素の混合ガスを用
いれば、このような欠点はない。
Furthermore, by using a mixed gas of nitrogen and hydrogen as the second gas, the a-Si film formed has a high resistance. If silane gas and nitrogen gas were introduced into a reaction vessel and film formation was performed using plasma generated by glow discharge, a large amount of electric power would be required to decompose the gases, leading to the generation of impurities. In this point, if a mixed gas of hydrogen and nitrogen is used, such a drawback does not exist.

また、シランガスもしくはシランガス及び水素
ガスを前励起して反応容器に導入することによ
り、成膜速度を上げることができる。この場合、
アルゴンガスを水素ガスとともに混合することに
より、シランガスの分解効率を高めることがで
き、もつて高速成膜が可能となる。
Furthermore, the film formation rate can be increased by pre-exciting silane gas or silane gas and hydrogen gas and introducing them into the reaction vessel. in this case,
By mixing argon gas with hydrogen gas, the decomposition efficiency of silane gas can be increased, thereby enabling high-speed film formation.

さらに、反応容器に直接導入するガスとしてシ
ラン等のシリコンを含むガスに加えて、第A族
の元素(たとえばB)、又は第A族の元素(た
とえばp)を含むガスを導入することによつて、
成膜されたa−Si膜の半導体特性(P型もしくは
N型)を制御することができる。
Furthermore, in addition to a gas containing silicon such as silane, a gas containing a group A element (e.g. B) or a group A element (e.g. p) may be introduced directly into the reaction vessel. Then,
The semiconductor characteristics (P type or N type) of the a-Si film formed can be controlled.

また、反応容器内に電極を設けて、この電極に
直接もしくは高番電力を印加することにより、単
に前励起状態のガスの反応による場合よりも成膜
速度を上げることができる。この場合、電極に直
流及び交番電力を重畳して印加することにより、
成膜速度をさらに上げることができる。
Further, by providing an electrode in the reaction vessel and applying direct or high power to the electrode, the film formation rate can be increased compared to the case where the reaction of the gas in the pre-excited state is performed. In this case, by applying DC and AC power to the electrodes in a superimposed manner,
The film formation rate can be further increased.

以上述べたように、本発明によれば、膜特性を
良好にしつつ高速成膜が可能になる。
As described above, according to the present invention, high-speed film formation is possible while improving film characteristics.

本発明により成膜されたa−Si膜は、暗中にお
ける電気抵抗が高いので、電荷保持率にすぐれ、
特に電子写真用感光体として最適なものが得られ
るが、その他にも半導体特性を制御したり、多層
構成のa−Si膜としたり応用は任意であり、この
場合電子写真感光体のみならず、太陽電池、光セ
ンサーへの応用も可能である。
The a-Si film formed according to the present invention has high electrical resistance in the dark, so it has excellent charge retention.
In particular, the most suitable photoreceptor for electrophotography can be obtained, but other applications such as controlling the semiconductor properties and forming a multilayer a-Si film are also possible.In this case, not only the electrophotographic photoreceptor, Applications to solar cells and optical sensors are also possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例の成膜装置を示す概略
縦断正面図、第2図は本発明の他の実施例の成膜
装置を示す概略縦断正面図である。 1……反応容器、2……基体、4……電極、5
……高周波電源、7a,7b……導入管、9……
マイクロ波印加部、16……反応室、28……茎
体、23,24,25,26……導入管、27…
…高周波電源、31,32……マイクロ波印加
部。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional front view showing a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional front view showing a film forming apparatus according to another embodiment of the present invention. 1...Reaction container, 2...Substrate, 4...Electrode, 5
...High frequency power supply, 7a, 7b...Introduction pipe, 9...
Microwave application section, 16... Reaction chamber, 28... Stem body, 23, 24, 25, 26... Introductory pipe, 27...
...High frequency power supply, 31, 32...Microwave application section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 シリコンを含むガスのラジカルを用いて基体
上にアモルフアスシリコン膜を成膜する方法にお
いて、シリコンを含むガスを母体として周期律表
第B族、又は第VB族の元素を含むガスからな
る第1のガスを減圧状態の反応容器内に第1の導
入系統を介して導入する第1の工程と、前記反応
容器に導入される前に水素ガス及び窒素ガスの混
合ガスをあらかじめマイクロ波の印加によりラジ
カル化して第2のガスを生成する第2の工程と、
前記第1の導入系統とは異なる第2の導入系統を
介して前記第2のガスを前記反応容器内に導入す
る第3の工程と、前記反応容器内に導入された第
1及び第2のガスを前記基体とこの基体に対向し
て設けられた対向電極との間に直流電力又は交流
電力のいずれかを印加することにて反応させて前
記基体上にアモルフアスシリコン膜を形成する第
4の工程とからなるアモルフアスシリコン膜の成
膜方法。 2 第2のガスがシリコンを含むガス又はシリコ
ンを含むガス及び水素ガスもしくはアルゴンガス
の混合ガスであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のアモルフアスシリコン膜の成膜方
法。 3 基体は導電性を有しかつこの基体に対向して
電極が設けられていることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載のアモルフアスシリコン膜の成
膜方法。 4 対向電極と導電性の基体との間に交流電力及
び直流電力を重畳して印加することを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のアモルフアスシリコ
ン膜の成膜方法。
[Scope of Claims] 1. A method for forming an amorphous silicon film on a substrate using radicals of a silicon-containing gas, in which a silicon-containing gas is used as a base material and an element of Group B or Group VB of the periodic table is used. A first step of introducing a first gas containing gas into a reaction vessel under reduced pressure via a first introduction system, and a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas before being introduced into the reaction vessel. a second step of generating a second gas by radicalizing in advance by applying microwaves;
a third step of introducing the second gas into the reaction vessel via a second introduction system different from the first introduction system; and a third step of introducing the second gas into the reaction vessel through a second introduction system different from the first introduction system; A fourth step of forming an amorphous silicon film on the base by reacting the gas by applying either DC power or AC power between the base and a counter electrode provided opposite to the base. A method for forming an amorphous silicon film comprising the steps of. 2. The method of forming an amorphous silicon film according to claim 1, wherein the second gas is a gas containing silicon or a mixed gas of a gas containing silicon and hydrogen gas or argon gas. 3. The method of forming an amorphous silicon film according to claim 1, wherein the base has conductivity and an electrode is provided facing the base. 4. The method for forming an amorphous silicon film according to claim 1, characterized in that AC power and DC power are applied in a superimposed manner between the counter electrode and the conductive substrate.
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