JPH0686664B2 - グロ−放電法による堆積膜形成装置 - Google Patents

グロ−放電法による堆積膜形成装置

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JPH0686664B2 JP60282011A JP28201185A JPH0686664B2 JP H0686664 B2 JPH0686664 B2 JP H0686664B2 JP 60282011 A JP60282011 A JP 60282011A JP 28201185 A JP28201185 A JP 28201185A JP H0686664 B2 JPH0686664 B2 JP H0686664B2
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    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
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    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
    • G03G5/08Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性膜、殊に半
導体デイバイス、電子写真用の感光デイバイス、画像入
力用のラインセンサー、撮像デイバイス、光起電力素子
などに用いられるアモルフアス状あるいは多結晶状等の
非単結晶状の堆積膜を形成するのに好適な装置に関す
る。
〔従来技術の説明〕
従来、半導体デイバイス、電子写真用感光デイバイス、
画像入力用のラインセンサー、撮像デイバイス、光起電
力素子等に使用する素子部材として、例えば、シリコン
を含有する非晶質(以後単に「a−Si」と表記する。)
膜あるいは水素化シリコンを含有する非晶質(以後単に
「a−SiH」と表記する。)膜等が提案され、その中の
いくつかは実用に付されている。そして、こうした堆積
膜は、グロー放電法、即ち、原料ガスを直流又は高周波
グロー放電によつて分解し、ガラス、石英、ステンレス
などの基板上に薄膜状の堆積膜を形成する方法により形
成されることが知られており、そのための装置も各種提
案されている。
こうした従来のグロー放電法による堆積膜の形成装置と
して、例えば、第2図に示すごとき円筒状基体上に効率
よく堆積膜を形成することができる堆積膜の形成装置が
知られている。
第2図は従来の円筒状基体への堆積膜形成のための装置
の1例を示す断面略図である。
図中、1は円筒状反応容器であり、上壁、周囲壁、およ
び底壁により密封され反応空間Aを形成しており、内部
には同軸円筒状基体7を設置してある。反応容器1の周
囲壁の上下端部に絶縁リング2a,2bを配設するととも
に、上、下絶縁リング2a,2bの間をカソード電極3と
し、電気的に接地された高周波電源4に導線を介して接
続する。5はカソード電極3の内側に中心軸方向に平行
して1ないしそれ以上設けられた原料ガス導入管であ
り、該原料ガス導入管5の一端はカソード電極3を貫通
し、バブル6を介して原料ガス供給源(図示せず。)に
連通している。また、反応容器内の原料ガス導入管の側
壁には原料ガス噴出孔5aを多数設け、原料ガス供給源よ
り原料ガス導入管に供給された原料ガスが原料ガス噴出
孔5aから円筒状基体7に向け、反応空間Aに噴出される
ようにする。円筒状基体7は、アルミニウム等の金属で
できており、電気的に接地してアノード電極となり、前
記カソード電極3と円筒状基体(アノード電極)7の間
に高周波電圧を印加してプラズマ放電を生起せしめる。
同軸円筒状基体7の内部には、基体7を堆積膜形成に最
適な温度にまで加熱するためのヒーター8を内蔵せしめ
る。9は円筒状支持体を回転させるためのモーターであ
る。10は反応容器1の底壁に設けられた排気口であり、
反応容器内部を真空排気するために、バルブ手段11を備
えた排気管を介して排気装置(図示せず)に接続する。
上述のような堆積膜形成装置を用いて、円筒状基体7の
表面にアモルフアス半導体膜を堆積するには、以下のよ
うにして行なわれる。
即ち、排気装置(図示せず)により反応容器1内部のガ
スを排気口10から真空排気すると共に、円筒状基体7を
ヒーター8により200〜300℃に加熱、保持し、モーター
9を駆動して回転せしめる。次に原料ガス供給源(図示
せず)から、例えばアモルフアスシリコン堆積膜を形成
する場合であればシランガス等の原料ガスを、原料ガス
導入管5に導入し、ガス噴出孔5aを介して反応空間Aに
放出せしめる。
次に、周波数13.56MHzの高周波電圧を電源4からカソー
ド電極3に印加すると、カソード電極3から電子が円筒
状基体(アノード電極)7に向けて放出される。放出さ
れた電子は、シランガス等の分子と衝突し、ガス分子を
分解し、ラジカル粒子を生成する。円筒状基体7の表面
にはラジカル粒子が飛来し、ラジカル粒子間またはラジ
カル粒子と原料ガスの間、あるいはラジカル粒子と基体
表面の間で反応して円筒状基体7上に堆積膜が形成され
る。
ところで、こうした堆積膜の形成において、反応空間に
導入する原料ガスのガス圧,ガス流量,投入パワー等が
形成される膜の膜質や膜厚に影響することが知られてお
り、膜厚および膜質が均一な堆積膜を形成するには、ガ
ス導入管5の原料ガス噴出口5aから反応空間A内に噴出
される原料ガスの反応空間A内における分布が重要な因
子となる。またさらに、カソード電極3の電位降下又
は、カソード電極3と円筒状基体(アソード電極7)の
間隔等により、カソード電極とアソード電極との間に発
生するプラズマ強度が不均一となることがあり、該プラ
ズマ強度の不均一は、形成される堆積膜の膜厚及び膜質
の不均一の原因となることが知られているが、こうした
場合であっても、反応空間A内における原料ガスの分布
を調整することにより、形成される堆積膜の膜厚及び膜
質を均一とすることができる。しかし、第2図のごとき
従来装置においては、原料ガス導入管の一端より原料ガ
スを導入するため、装置自体の構成が容易ではあるが、
原料ガス導入管の上部と下部とにおいて原料ガスの分布
に差が生じやすく、前述のごとき反応空間A内における
原料ガス分布の調整が困難となる問題がある。
〔発明の目的〕
本発明は、上述のごとき従来の装置における諸問題を克
服して、半導体デイバイス、電子写真用感光デイバイ
ス、画像入力用ラインセンサー、撮像デイバイス、光起
電力素子、その他の各種エレクトロニクス素子、光学素
子等に用いる素子部材としての堆積膜を、グロー放電法
又はアーク放電法等の放電法により、定常的に安定して
形成しうる装置を提供することを目的とするものであ
る。
即ち、本発明の主たる目的は、形成される堆積膜の膜厚
及び膜質の制御を容易に行なうことができ、膜厚分布が
均一でかつ膜質が均一な堆積膜を形成することができる
グロー放電法又はアーク放電法等の放電法による堆積膜
の形成装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
本発明者は、従来の装置における前述の諸問題を克服す
べく、鋭意研究を続けたところ、反応室に原料ガスを供
給する手段であるところの原料ガス導入管を、反応容器
側壁内側に中心軸方向に平行して1乃至それ以上設置
し、かつ該原料ガス導入管を外管と内管とを有してなる
構造にするとともに、前記外管の側壁に多数のガス噴出
孔を設けた場合、そうした問題を排除できる知見を得、
この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の堆積膜形成装置は、原料ガスを反応させ
るための反応室を備えた反応容器と、該反応室に原料ガ
スを導入する手段と、該反応室内を真空排気する手段と
を有し、反応容器内に設置された基体上にグロー放電法
により堆積膜を形成する装置において、前記原料ガスを
導入する手段として、外管と内管とからなる二重管構造
の原料ガス導入管を前記反応容器内に反応容器の中心軸
方向に平行して1あるいはそれ以上設置し、さらに前記
外管の側壁は多数の原料ガス噴出孔を有しているととも
に前記内管は該内管の両端部で開口していることを特徴
とするものである。
以下、本発明の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
によつて限定されるものではない。
第1図は、本発明の堆積膜形成装置の全体略図である。
なお、図中、前述の従来の装置と同一の機能を有する部
分については、第2図と同一の記号を用いて示した。
第1図において、1は円筒状反応容器であつて、上壁、
側壁、及び底壁で包囲密封されて、反応空間Aを形成し
ている。2a,2bは絶縁リング、3は反応容器側壁を兼ね
る円筒状カソード電極、4は高周波電源、5は原料ガス
導入管、7は同軸円筒状基体、8はヒーター、9はモー
ター、10は排気口、6,11はバルブを示している。原料ガ
ス導入管5は外管51と内管52とからなる二重管構造と
し、外管51の側壁にはガス噴出孔51aを多数設けてあ
る。該構成のガス導入管5を円筒状反応容器の側壁内側
に中心軸方向に1あるいはそれ以上設ける。該ガス導入
管の一端は反応容器側壁(カソード電極)を貫通し、バ
ルブ6を介して原料ガス供給源(図示せず)連通してい
る。原料ガス供給源から供給される原料ガスはバルブ6
を通過し、一部は外管51と内管52の間を通ってガス噴出
孔51aより円筒状基体7表面に向けて反応空間Aに噴出
される。残りの原料ガスは、内管52の中を通ってガス導
入管5の上部に達したのち、外管51と内管52の間を通っ
てガス噴出孔51aより円筒状基体7表面に向けて反応空
間Aに噴出される。このように本発明の装置においては
原料ガス導入管5を外管51と内管52とからなる二重管構
造とすることにより、原料ガスをガス導入管5の上部と
下部の両方から供給することができ、ガス噴出孔51aか
ら、ガス導入管の上部と下部の差を生ずることなく反応
空間Aに原料ガスを導入することができる。
上述の本発明の装置は、各種エレクトロニクス素子、光
学素子等に用いる素子部材としての堆積膜を形成するの
に用いられるが、例えば、電子写真用感光デイバイスと
してのアモルフアスシリコン(以下、「a−Si」と記
す。)半導体膜を製造する場合には、円筒状基体として
アルミニウムドラムを用い、原料ガスとしてはSiH4、Si
2H6等のシランガス、あるいはハロゲン化シランガス等
を用いる。また、該アモルフアスシリコンに水素原子や
ハロゲン原子を含有せしめた、いわゆる、水素化アモル
フアスシリコン膜,ハロゲン化アモルフアスシリコン
膜,あるいはハロゲン含有水素化アモルフアスシリコン
膜等を製造する場合には、さらに水素ガスやハロゲンガ
スを原料ガスとして用いることができる。これらの原料
ガスは一種を用いるかあるいは二種以上を併用すること
もでき、He、Ar等の不活性ガスにより稀釈して用いるこ
ともできる。さらに、a−Si堆積膜中にはn型不純物、
p型不純物、その他の原子をドーピングさせることがで
き、そのためには、n型不純物原子、p型不純物原子、
その他の原子を供給しうる原料ガスを、単独で、あるい
は前述の原料ガスに混合して用いることができる。
また、本発明の装置を用いて、例えば、Si3N4,SiC,Si
O2,SiO等の絶縁性薄膜を製造することもでき、絶縁特性
が良好で、膜厚および膜質がともに均一な膜を得ること
ができる。
本発明の装置を用いて、前述のごとき堆積膜を形成する
については、例えば次のようにして行なわれる。
最初にバルブ11を開いて反応容器内部のガスを真空排気
装置(図示せず)により排気口10を介して真空排気し、
反応容器内の気圧を好ましくは5×10-6Torr以下、より
好ましく1×10-6Torr以下とする。
次に、円筒状基体7をヒーター8により30〜450℃、好
ましくは200〜300℃に加熱し、モータ9を駆動して回転
せしめる。
次に原料ガスを原料ガス導入管5から、前述のごとくガ
ス噴出孔51aを介して反応空間Aに導入し、原料ガスを
導入したときの反応容器内の圧力を、好ましくは1×10
-2〜100Torr、より好ましくは5×10-1〜1Torrとする。
こうしたところで、カソード電極3とアノード電極7と
の間に高周波電源4から高周波電圧を印加すると、カソ
ード電極3とアノード電極7の間の反応空間Aにプラズ
マ放電が生起される。放電パワー条件は、0.005〜50W/c
m2、好ましくは0.01〜20W/cm2とするのが望ましい。反
応空間Aでは導入された原料ガスが分解されてラジカル
粒子となり、ラジカル粒子間、またはラジカル粒子と未
分解の原料ガスの間、あるいはラジカル粒子と円筒状基
体表面との間で反応おこして、円筒状基体7表面に堆積
膜を形成する。堆積に寄与しなかつたラジカル粒子や未
分解ガスは、円筒状反応容器の底壁に配設された排気口
10から排気装置(図示せず)により堆積膜形成装置外へ
と排気される。
以下に、第1図に示す本発明の装置および第2図に示す
従来装置の各々を用いて、水素化アモルフアスシリコン
(a−SiH)膜を製造した例を記載する。
製造例 第1図に示した堆積膜形成装置を用い、原料ガスとして
SiH4ガス及びH2ガス、円筒状基体としてアルミニウムド
ラムを用いた。
最初にバルブ11を開いて反応容器1内部のガスを排気装
置(図示せず)により排気口10を介して真空排気し、反
応容器内の気圧を1×10-6Torr以下とした。
一方、円筒状基体7をヒーター8により250〜300℃に加
熱するとともに、円筒状基体7をモーター9によって回
転せしめた。
こうしたところに、バルブ6を開いてSiH4ガスとH2ガス
の混合ガス(体積比5:95〜70:30)をガス圧1Torr、ガス
流量100〜150/minの条件下でガス導入管5から反応空
間Aに導入し、それと同時併行的に、カソード電極3と
円筒状基体(アノード電極)7間にグロー放電パワーが
300W/cm2のグロー放電を発生せしめ、基体7表面にa−
SiH膜を形成せしめた。
所定時間経過後、グロー放電及び原料ガスの導入を中止
し、ヒーターによる加熱及びモーターの回転をとめ基体
を放冷した。該基体を反応容器内からとり出し、形成さ
れたa−SiH膜の暗抵抗,光導電特性等の特性を調べた
ところ、いずれも優れたものであり、形成された堆積膜
の膜厚及び膜質は均一であった。
比較例 第2図に示した従来の堆積膜形成装置を用いる以外は実
施例と同様にしてa−SiH膜を形成せしめた。
形成されたa−SiH膜について実施例と同様にして調べ
たところ、暗抵抗,光導電特性等はいずれも実施例と同
様に優れていたが、形成された堆積膜の膜質が均一とな
らず、円筒状基体の上部と下部とで膜質が異なってい
た。
〔発明の効果の概略〕
本発明の装置は、円筒状反応容器内に原料ガスを導入す
る手段として、外管と内管とからなる二重管構造の原料
ガス導入管を、反応容器側壁内側に、反応容器の中心軸
方向に平行して1本あるいは2本以上設け、該ガス導入
管の外管の側壁に円筒状基体に向かって原料ガスを噴出
させるための原料ガス噴出孔を多数設けたものを用いる
ことにより、反応空間Aに導入される原料ガス分布の上
部と下部とにおける差をなくすことができるため、本発
明の装置を用いることにより、膜厚分布が均一でかつ膜
質が均一な堆積膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例装置の断面略図、第2図は、
従来のグロー放電法による堆積膜の形成装置の断面略図
である。図において、 1……反応容器、2a,2b……絶縁リング、3……カソー
ド電極、4……高周波電源、5……原料ガス導入管、51
……外管、52……内管、5a,51a……原料ガス噴出孔、6
……バルブ、7……円筒状基体、8……ヒーター、9…
…モーター、10……排気口、11……バルブ、A……反応
空間。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原料ガスを反応させるための反応室を備え
    た反応容器と、該反応室に原料ガスを導入する手段と、
    該反応室内を真空排気する手段とを有し、反応容器内に
    設置された基体上にグロー放電法により堆積膜を形成す
    る装置において、前記原料ガスを導入する手段として、
    外管と内管とからなる二重管構造の原料ガス導入管を前
    記反応容器内に反応容器の中心軸方向に平行して1ある
    いはそれ以上設置し、さらに前記外管の側壁は多数の原
    料ガス噴出孔を有しているとともに前記内管は該内管の
    両端部で開口していることを特徴とする放電法による堆
    積膜形成装置。
  2. 【請求項2】カソード電極を前記反応容器の側壁を兼ね
    たカソード電極とし、該カソード電極と該反応容器と
    は、絶縁材により電気的に絶縁分離されていることを特
    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】前記基体が金属からなり、電気的に接地さ
    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】前記反応容器の底部に該反応容器内を真空
    排気するための排気口を配置した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。
  5. 【請求項5】前記基体を支持する基体支持手段の内部に
    前記基体を加熱するための加熱手段を配設したことを特
    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。
  6. 【請求項6】前記基体を回転させる手段を設けた、特許
    請求の範囲第(1)項に記載の堆積膜形成装置。
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