JPH0686665B2 - マイクロ波プラズマcvd法による機能性堆積膜形成装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマcvd法による機能性堆積膜形成装置

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JPH0686665B2 JP19581586A JP19581586A JPH0686665B2 JP H0686665 B2 JPH0686665 B2 JP H0686665B2 JP 19581586 A JP19581586 A JP 19581586A JP 19581586 A JP19581586 A JP 19581586A JP H0686665 B2 JPH0686665 B2 JP H0686665B2
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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、特に半
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、光起電力素子等に
用いるアモルファス半導体等の機能性堆積膜を形成する
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、
画像入力用ラインセンサー、撮像デイバイス、光起電力
素子、その他各種の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、アモルフアスシリコン、例え
ば水素又は/及びハロゲン(例えばフッ素、塩素等)で
補償されたアモルフアスシリコン(以下、「a−Si(H,
X)」と記す。)等のアモルファス半導体等の堆積膜が
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、プラズマCVD法、即ち、原料
ガスを直流又は高周波、マイクロ波、グロー放電によっ
て分解し、ガラス、石英、ステンレス、アルミニウムな
どの基体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。
ところで近年、マイクロ波を使用するプラズマCVD法
(以下、「MW−PCVD法」と表記する。)が注目され、そ
のための装置がいくつか提案されて、MW−PCVD法による
前述した堆積膜の工業的規模での生産がはかられて来て
いる。そうした従来提案されているMW−PCVD法による装
置は、代表的には第2図の断面略図で示される装置構成
のものである。
第2図において、1は反応容器全体を示し、2は真空容
器、3はアルミナ・セラミックス又は石英等の誘電体
窓、4はマイクロ波を伝送する導波部、5はマイクロ波
電源、51はマイクロ波、6は排気管、7はリング状の原
料ガス供給管、71はバルブ、8は基体保持板、9は基
体、10はヒーター、11はプラズマ発生領域を示す。な
お、真空容器2は放電トリガー等を用いることなく自励
放電にて放電を開始せしめるため、該マイクロ波電源5
の発振周波数に共振するような空洞共振器構造とするの
が一般的である。
そしてこうした装置による堆積膜の形成は次のようにし
て行なわれる。即ち、真空容器2内部を、排気管6を介
して真空排気すると共に、基体9を基体保持板8に内蔵
されたヒーター10により所定温度に加熱、保持する。次
に、原料ガス供給管7を介して、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、水
素ガス等の原料ガスが該原料ガス供給管に開口せられた
複数のガス放出孔7′、7′・・・・・を通して反応容
器1内に放出される。これと同時併行的に、マイクロ波
電源5から周波数500MHz以上の、好ましくは2.45GHzの
マイクロ波51を発生し、該マイクロ波は、導波部4を通
り誘電体窓3を介して反応容器1内に導入される。かく
して、反応容器1内に導入原料ガスは、マイクロ波のエ
ネルギーにより励起されて解離し、中性ラジカル粒子、
イオン粒子、電子等が生成され、それ等が相互に反応し
気体9の表面に堆積膜が形成される。
ところで、このような従来のMW−PCVD法による堆積膜形
成装置においては、原料ガス供給管としてステンレス等
の金属部材を使用していた。しかし、こうしたガス供給
管を使った場合には、ガス供給管表面でのマイクロ波の
反射量が多いためにマイクロ波電源に戻ってくる電気量
が多くなり、その結果、真空容器内にプラズマを生起さ
せるために必要なマイクロ波電力よりも、真空容器内に
投入される実効的なマイクロ波電力は小さくなり、プラ
ズマが効率的に生起しないという問題がある。
この問題を解決するため、原料ガス供給管としてソーダ
ガラス等の誘電体部材を使用することが提案されている
が、こうした場合には、ガス供給管表面におけるマイク
ロ波電力の吸収が大きくなり、プラズマが殆ど生起しな
い、あるいは真空容器内の共振条件を乱して生起したプ
ラズマが途中で消失してしまうという問題がある。
〔発明の目的〕
本発明は、上述のごとき従来のMW−PCVD法による堆積膜
形成装置における上述の諸問題を克服して、半導体デバ
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
ての機能性堆積膜を、MW−PCVD法により定常的に高効率
で形成することを可能にす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、マイクロ波が遮断される
ことなく安定かつ効率的に利用されうるようにして、a
−Si(H,X)等で構成される、半導体デイバイス、電子
写真用感光デバイス、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、その他各種エレクトロニク
ス素子、光学素子等用の素子部材として有用な機能性堆
積膜を、MW−PCVD法により定常的に高効率で形成するこ
とを可能にする装置を提供することにある。
また本発明の他の目的は、量産化に優れ、高品質で、電
気的、光学的、あるいは光導電的に優れた特性を有する
機能性堆積膜を、MW−PCVD法により形成することができ
る装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
本発明は、従来のMW−PCVD法による堆積膜形成装置にお
ける上述の諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成す
べく本発明者が鋭意研究を重ねて下述の知見を得、それ
ら知見に基づいて更に研究を重ねて完成に至ったもので
ある。
即ち本発明者は、従来のMW−PCVD法による堆積膜形成装
置における諸問題は、結局のところ、ガス供給管として
使用する部材の誘電体としての特性に起因するところが
大である知見を得た。
そして本発明者は、誘電体部材に吸収されるマイクロ波
電力は、誘電体部材の比誘電率をε、誘電体損失角をta
nδとすると、εとtanδの積に比例して大きくなるとい
うこともわかった。
本発明者は、該知見にもとづき更に研究を重ねたとこ
ろ、ソーダガラスのごとくtanδが0.06以上の誘電体を
用いた場合には、マイクロ波の吸収が大きく、周波数2.
45 GHzのマイクロ波電力はわずか30cmの深さでその半分
が吸収されてしまい、熱エネルギーとしてうばわれるこ
とがわかった。そして、こうした誘電体部材を用いた場
合、特に、電子写真用感光デイバイスのような基体に比
較的厚い堆積を得ようとする場合には、良好な特性を有
する堆積膜を効率的に得ることは、全く不可能となって
しまうことがわかった。
本発明はこうした知見に基づいて完成せしめたものであ
り、本発明の装置は、密封された成膜室を有する真空容
器、該成膜室内に基体を保持する手段、該成膜室内にガ
ス供給管を介して原料ガスを供給する手段、該成膜室内
を排気する手段、および該成膜室内にマイクロ波放電を
生成せしめる手段とからなるマイクロ波プラズマCVD法
による機能性堆積膜形成装置であって、前記ガス供給管
が、比誘電率εが10以下で、かつ誘電体損失角tanδが
0.005以下である誘電体部材から構成されていることを
特徴とするものである。
上記構成の本発明の装置において、使用するマイクロ波
についてはその周波数が500MHz以上、好ましくは2.45GH
zであることから、ガス供給管に使用する誘電体部材
は、石英ガラス、アルミナセラミックス、テフロン、ポ
リスチレン、ベリリア、ステアタイト等があり、これら
は周波数2.45GHzのマイクロ波電力の半減深度が1m以上
で極めて効率良くマイクロ波を透過するものである。
以下、本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成装置
について、図面を用いて説明するが、本発明はこれによ
り限定されるものではない。
本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成装置の典型
的一例の断面略図は、前述の第1図に図示のものと同一
である。
図中、1は本発明の装置の反応容器全体を示す。2は、
該反応容器を真空気密とするための真空容器であり、3
はマイクロ波を反応容器内に効率良く透過し、かつ真空
気密を保持し得るような材料(例えば石英ガラス)で形
成された誘電体窓である。4は、マイクロ波の導波部で
主として金属製の矩形導波管からなっており、三本柱整
合器、アイソレーター(図示せず)を介してマイクロ波
電源5に接続されている。6は、一端が真空容器2内に
開口し、他端が排気装置(図示せず)に連通している排
気管である。8は、基体9の保持部であり、10は、基体
9を堆積膜を形成するのに好適な温度に加熱保持するた
めのヒーターである。11は誘電体窓3を透過したマイク
ロ波51によって真空容器内に生起したプラズマである。
7はバルブ手段71を介して原料ガス供給源(図示せず)
に連通しているガス供給管であり、多数のガス放出孔
7′、7′・・・・・を有している。そして該ガス供給
管7は、本発明の特徴とするところであって、前述のご
とき特定の誘電体部材で形成されたものである。
第2図は、本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成
装置の他の例を示す断面略図であり、円筒状基体上に堆
積膜を形成するものであって、特に、量産化を可能とし
たものである。
即ち、第2図に示す装置は、真空容器の上部及び下部の
中央部にマイクロ波は発生手段に接続されたマイクロ波
導入窓が設置されており、該マイクロ波導入窓を透過し
たマイクロ波によって生起するプラズマの周囲空間に基
体を回転させうる基体保持手段を複数設置したことを特
徴とするものであり、図中、12は真空容器、13はマイク
ロ波透過性誘電体窓、14はマイクロ波の導波部、15はマ
イクロ波、16は真空容器内を排気するため、排気手段
(図示せず)に連通している排気管、17は導電性円筒状
基体、18は原料ガス供給源(図示せず)に連通している
ガス供給管を夫々示すものであり、ガス供給管18は多数
のガス放出孔18′、18′・・・・を有している。19は、
プラズマ空間を示している。プラズマ空間19は、誘電体
窓13、13および周囲空間に配置された導電性基体17、1
7、17、・・・・・に囲まれたマイクロ波空胴共振器構
造となっており、導入されたマイクロ波のエネルギーを
効率良く吸収するものである。
上記構成の装置において、ガス供給管18、18、・・・・
・は前述の特定の誘電体部材で構成されており、ガス供
給管の表面に設けられた複数のガス放出孔18′、18′、
18′・・・・・は、第3図に図示するごとく、プラズマ
発生空間19に向けて原料ガスが放出されるように設けら
れている。
本発明の装置により堆積膜を形成するについて使用され
る原料ガスは、高周波またはマイクロ波のエネルギーに
より励起種化し、化学的相互作用して基体表面上に所期
の堆積膜を形成する類のものであれば何れのものであっ
ても採用することができるが、例えば、a−Si(H,X)
膜を形成する場合であれば、具体的には、ケイ素に水
素、ハロゲン、あるいは炭化水素等が結合したシラン類
及びハロゲン化シラン類等のガス状態のもの、または容
易にガス化しうるものをガス化したものを用いることが
できる。これらの原料ガスは1種を使用してもよく、あ
るいは2種以上を併用してもよい。また、これ等の原料
ガスは、He、Ar等の不活性ガスにより稀釈して用いるこ
ともある。さらに、a−Si(H,X)膜はp型不純物元素
又はn型不純物元素をドーピングすることが可能であ
り、これ等の不純物元素を構成成分として含有する原料
ガスを、単独で、あるいは前述の原料ガスまたは/およ
び稀釈用ガスと混合して反応室内に導入することができ
る。
また基体については、導電性のものであっても、半導電
性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであっ
てもよく、具体的には金属、セラミックス、ガラス等が
挙げられる。そして成膜操作時の基体温度は、特に制限
されないが、30〜450℃の範囲とするのが一般的であ
り、好ましくは50〜350℃である。
また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を5×10-6Torr以下、好ましく
は1×10-6Torr以下とし、原料ガスを導入した時には反
応室内の圧力を1×10-2〜1Torr、好ましくは5×10-2
〜1Torrとするのが望ましい。
なお、本発明の装置による堆積膜形成は、通常は、前述
したように原料ガスを事前処理(励起種化)することな
く反応室に導入し、そこでマイクロ波のエネルギーによ
り励起種化し、化学的相互作用を生起せしめることによ
り行なわれるが、二種以上の原料ガスを使用する場合、
その中の一種を事前に励起種化し、次いで反応室に導入
するようにすることも可能である。
〔実施例〕 以下、第2図に示す本発明の装置を用いた機能性堆積膜
の形成について、実施例および比較例を用いて具体的に
説明するが、本発明はこれらによって限定されるもので
はない。
実施例 本例においては、第2表に示す種々の材質のガス供給管
を用いて、三層構造の電子写真用感光ドラムを作成し
た。
まず、真空容器12の内部を、排気管16を介して真空排気
するとともに、基体17に内蔵されたヒーター(図示せ
ず)により所定温度に加熱保持し、駆動モーター(図示
せず)を用いて所望の回転速度で一定に回転させた。
こうしたところへ、原料ガス供給管18、18、・・・・・
を介して、シランガス(SiH4)、水素ガス(H2)、ジボ
ランガス(B2H6)等の原料ガスを第1表に示す条件で真
空容器12内に、1×10-2Torr以下の真空度を維持しなが
ら放出した。次に、周波数2.456GHzのマイクロ波を導波
部14及びマイクロ波透過性誘電体窓13を介してプラズマ
空間19内に導入し、円筒状基体17、17、・・・・・上
に、電荷注入阻止層、感光層、及び表面層の夫々を続々
に形成せしめた。
こうして得られた感光体ドラムの感光層の堆積速度の測
定、画像の出力を行なったところ、第3表に示す良好な
結果を得た。なお、「画像性」は画像濃度、ハーフトー
ンの鮮明さ及び解像度を調べた結果を示している。
比較例 ガス供給管18、18、・・・・・の材質を第4表に示すよ
うに変えた以外はすべて前述の実施例と同様の作成条件
により感光体ドラムを作成し、同様の測定、評価を行な
ったところ、第5表に示す結果を得た。
〔発明の効果の概略〕 本発明のMW−PCVD法による機能性堆積膜形成装置は、ガ
ス供給管が比誘電率εが10以下で、かつ誘電体損失角ta
nδが0.005以下の誘電体部材で構成されているため、安
定なプラズマ空間を生起させることができ、基体上に定
常的かつ高速で膜を堆積させることができる。また、該
装置により形成された堆積膜は、電気的、光学的、ある
いは光導電的特性に優れた、緻密なものとなり、更に本
発明は、量産性に富んだ堆積膜形成装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、MW−PCVD法による機能性堆積膜形成装置の典
型的一例を示す断面略図であり、第2図は、MW−PCVD法
による機能性堆積膜形成のための量産装置の一例を示す
断面略図であり、第3図は、第2図におけるガス供給管
に設けられたガス放出孔の状態を示す略図である。 図において、 2、12……真空容器、3、13……誘電体窓、4、14……
導波部、5……マイクロ波電源、51、15……マイクロ
波、6、16……排気管、7、18……ガス供給管、7′、
18′……ガス放出孔、71……ガス導入バルブ、8……基
体保持板、9、17……基体、10……基体加熱ヒーター、
11、19……プラズマ発生空間

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】密封された成膜室を有する真空容器、該成
    膜室内に気体を保持する手段、該成膜室内にガス供給管
    を介して原料ガスを供給する手段、該成膜室内を排気す
    る手段、および該成膜室内にマイクロ波放電を生成せし
    める手段とからなるマイクロ波プラズマCVD法による機
    能性堆積膜形成装置であって、前記ガス供給管が比誘電
    率εが10以下で、かつ誘電体損失角tanδが0.005以下で
    ある誘電体部材から構成されていることを特徴とするマ
    イクロ波プラズマCVD法による機能性堆積膜形成装置。
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