JPS59131515A - アモルフアスシリコン膜の形成方法 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、基体たとえば導電性基板にアモルファスシ
リコン膜を形成する方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

導電性基板にアモルファスシリコン膜を形成する一方法
である従来のグロー放電分解法は、高真空に維持する反
応容器としての真空チェンノく内に原料ガスたとえばＳ
ｔ、Ｈ４ガスを導入し、真空チェンバ内に配置する電極
に直流または交流の電力あるいは電磁涙金印加してグロ
ー放電を行なうことによりプラズマを発生させ、イオン
やラジカルを含有するプラズマを、真空チェンノく内に
配置する導電性基板に接触させ、これによって導電性基
板上にアモルファスシリコン膜を形成する。

しかしながら、前記方法には、アモルファスシリコン膜
の形成中において、真空チェンノく内は常に排気されて
いるので、真空チェンノく内でのグロー放電により生成
したイオンやラジカル、ある（・は未分解の原料ガスが
、アモルファスシリコン膜の形成に寄与することな（排
気されるので、アモルファスシリコン膜の形成速度が極
めて遅（・どの問題点がある。

アモルファスシリコン膜の形成速度を向上させるために
は、真空チェンノく内でグロー放電により原料ガスを効
率良（分解すること、および分解生成物であるイオンや
ラジカルを含むプラズマガスをできるかぎり導電性基板
に接触させることが重要であるところ、一定の排気速度
で真空チェンバ内を排気する従来のグロー放電分解法で
は、高効率のグロー放電分解、およびプラズマガスの導
電性基板への効率の良い接触に限界があり、アモルファ
スシリコン膜の形成速度を大幅に向上させることができ
ない。

〔発明の目的〕

この発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、形
成速度を大幅に向上させた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。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するためのこの発明の概要は、反応容器
である真空チェンバ内に、原料ガスを導入する一方、別
に、希ガス中で放電することによりあらかじめ前励起し
てなる希ガスプラズマを導入することを特徴とするもの
である。

〔発明の実施例〕

二の発明の方法は、その内部に基体としての導電性基板
と電極とを配置する高減圧下の反応容器たる密封容器内
に原料ガスたとえば５ｉＨ４ガス、Ｓ　ｉ　２Ｈ６ガス
を導入しつつ前記導電性基板と電極との間で放電を行な
う所謂グロー放電分解法と、電磁波、直流電力および交
流電力のいずれか１種または２種以上を印加することに
よる希ガス中での放電によりあらかじめ前励起してなる
希ガスプラズマを前記密封容器内に導入し、希ガスプラ
ズマにより原料ガスを分解する方法とを並用し、原料ガ
スの分解効率を高めてアモルファスシリコン膜の形成速
度の向上を図るものである。

第１表に示すように、希ガスたとえば、Ｈｅ、Ｎｅ。

Ａｒ、にγ、Ｘｅ　ハ高い電離準位（イオン化ポテンシ
ャル）および高い準安定準位を有する。

（以下余白） 第　　１　　表 高い電離準位あるいは準安定準位にある希ガスイオンあ
るいは希ガス原子は、その高いエネルギー準位に有るが
故に、活性種として機能し、共存する他の分子あるいは
原子と反応することにより、これら他の分子あるいは原
子を分解、解離、イオン化、励起活性化することができ
る。

一方、シリコン原子含有の分子を有する原料ガスたとえ
ば５ｚＨ４の分解反応に必要なエネルギーは次のとおり
である。

ＳｉＨ４−＋　Ｓｉ　＋　２Ｈｚ　　　　、＋　４−４
　ｅＶＳｉＨ４−＋　ＳｉＨ＋　Ｈｚ　＋　Ｈ；　５９
４ＶＳｉＨ４−１−５ｉｌ１２＋　Ｈｚ　　　　；　２
．１　ｇＶＳｉｎ４−＋　ＳｉＨ３＋　Ｈ；　４．１　
ｅＶしたがって、各段階での５ｔＨ４の分解に、電離し
た希ガスまたは準安定励起状態にある希ガス原子を用い
ることができる。また、特に準安定励起状態にある希ガ
ス原子は、その寿命が長＜、１０’秒〜数秒であり、し
かも、この準安定励起状態にある希ガス原子は他の分子
や原子と衝突をくり返すことにより基底状態にもどるた
めに、たとえば５ｃＨ４を分解する場合、準安定励起状
態にある希ガス原子は効率良（Ｓｔ’４ｆ分解すること
ができ、この発明の方法においては特に重要な励起種で
ある。

また、基底状態にもどった希ガス原子は、不活性である
ので、アモルファスシリコン膜中に希ガス原子が取り込
まれることがなく、感光特性全低下させることな（アモ
ルファスシリコン膜を形成することができる。

この発明の方法においては、希ガスを前励起してなる希
ガスプラズマを密封容器たとえば真空チェンバ内に導入
すると共に原料ガスたとえばＳ＊Ｈ４ガスを真空チェン
バ内に導入する。この場合、希ガスの前励起は、マイク
ロ波、ラジオ波、Ｖ−ザ等の電磁波、直流電力および交
流電力の１種または２種以上を重畳して印加することに
より行なうことができる。真空チェンバ内に導入する希
ガスプラズマと原料ガスとの流量比は、アモルファスシ
リコン膜の所望形成速度に応じて適宜に決定することが
できる。また、アモルファスシリコン膜中に特定の原子
たとえばＢ、Ｐをドーピングする場合には、前励起する
希ガス中にその特定の原子を有する分子たとえばＢ２Ｈ
６−ＰＨ３等を混入しておいてもよい。

真空チェンバ内に希ガスプラズマと原料ガスとを同時に
導入すると、原料ガス中のたとえば５ｃＨ４が真空チェ
ンバ内に配置される電極による放電で分解されることと
なるが、その放電によってもなお未分解のままで真空チ
ェンバ内に残留するＳｉＨ４は希ガスプラズマとの接触
により分解されることとなり、原料ガス中の５ｉＨ４ｆ
効率良く、かつ迅速にアモルファスシリコン膜の形成に
使用することができる。

次に、この発明の方法の実施に直接使用するアモルファ
スシリコン感光体製造装置と共にこの発明の方法につい
てより具体的に説明をする。

第１図はアモルファスシリコン感光体製造装置を示す説
明図である。

図面に示すように、アモルファスシリコン感光体製造装
置は、開閉可能な密封容器たとえば真空チェンバ２内に
、板状の導電性基板４を載置するための、接地された基
台６分水子に配置すると共に、前記基台乙の上方に電極
８を対向配置し、また、導電性基板４を所定温度たとえ
ば１５０〜３００℃に加熱するためのヒータ１０を基台
６に装着する。さらに、アモルファスシリコン感光体製
造装置は、真空チェンバ２内を所定の減圧たとえば１０
　　Ｔｏｒｒ程度にまで排気するために、拡散ポンプ１
２およびメカニカルブースタポンプ１４が装着される。

アモルファスシリコン感光体製造装置は、真空チェンバ
２内に原料ガスたとえば５ｔＨ４ガス、　Ｓｉ２Ｈ６ガ
スあるいは５番Ｈ４ガスまたはＳｉ２Ｈ６ガスと含酸素
分子、含窒素分子、含炭素分子および含フツ素分子のい
ずれか１種または２ｓｉ以上を含有するガスとの混合ガ
スを導入するために、流量調節パルプ１６を有する原料
ガス導入ノ〜ズル１８を真空チェンバ２内に引き込み、
また、真空チェンバ２内に希ガスプラズマ２０を導入す
るために、マイクロ波空洞共振器２２を途中に装着する
希ガス導入ノズル２４を真空チェンバ２内に引き込んで
いる。なお、２６で示すのは電極８に電力あるいは電磁
波を印加するための電源である。

以上構成のアモルファスシリコン感光体製造装置を用い
て、アモルファスシリコン膜は、次のようにして形成さ
れる。

先ず、真空チェンバ２を開いて基台６上に導電性基板４
を載置した後、真空チェンバ２を気密に閉じる。次いで
、ヒータ１０により前記導電性基板４を２５０℃に加熱
し、また、拡散ポンプ１２により真空チェンバ２内ｋ　
１０　　Ｔｏｒｒに減圧する。

真空チェンバ２内の排気系を、拡散ポンプ１２かラメカ
ニカルブースタポンプ１４に切り換える。

そして、５ｔＨａガス要すればＳ乙Ｈ４ガスとＢ２Ｈ６
、ｐＨ３，０２、Ｎ２、ＣＨ４等の１種または２種以上
のドーパントガスとの混合ガスを真空チェンバ２内に導
びく。

希ガスとしてＨｅガスを圧力Ｑ、５Ｔｏγｒで希ガス導
入ノズル２４より真空チェンバ２内に導びき、真空チェ
ンバ２内の混合ガス圧が０．１〜０．４ＴＯγγになる
ようにメカニカルブースタポンプ１４を調節する。

そこで、電源２６により電極８に１６．５６ＭＨｚの交
流電力を印加することにより、電極８と導電性基板４と
の間に放電を開始して原料ガスよりのプラズマ２６を発
生させ、同時に、マイクロ波空洞共振器２２に２４５０
　Ｍｌｌｚのマイクロ波を印加することにより希ガスを
あらかじめ前励起してなる希ガスプラズマ２０を希ガス
導入ノズル２４中で発生させ、希ガス導入ノズル２４よ
り真空チェンバ２内に希ガスプラズマ２０’に導入する
。真空チェンバ２内で、原料ガスよりのプラズマ２６と
希ガスプラズマ２０とが混合し、導電性基板４に接触す
ることにより、導電性基板４の表面にアモルファスシリ
コン膜を形成することができる。

図面に示すアモルファスシリコン感光体製造装置を用い
、以上の動作に従った場合、電極８に印加する電力が５
０Ｆおよび１００Ｆであるとき、それぞれのときのアモ
ルファスシリコン膜の形成速度は２．５　ｐｍ／ｈｒお
よび３．３　ｐｍ／ｈｒである。一方、前励起した希ガ
スプラズマを導入しないことのほかは同様の動作に従っ
た場合、電極８に印加する電力が５０Ｆおよび１００Ｆ
であるとき、それぞれのときのアモルファスシリコン膜
の形成速度は１．５　ｐｍ／ｈｒおよび２−２　ｐｍ／
ｈｒである。したがって、この発明の方法によると、ア
モルファスシリコン膜の形成速度を著しく高めることが
できるのが明らかである。

また、この発明の方法により得られるアモルファスシリ
コン膜の感光特性としては、入射波長６５Ｏｎ、ｍ、入
射フォトン数５Ｘ１０１４　フォトン／ｃｍ２ａｓｅｃ
の条件下で、明抵抗が４Ｘ１０’〜５Ｘ１０’Ω・薗で
あり、暗抵抗が９×１１０１０Ｑ−Ｃ以上である０ 以上、この発明の一実施例について詳述したが、この発
明は前記実施例に限定されるものではな（、この発明の
要旨を変更しない範囲内で適宜に変形して実施すること
ができるのはいうまでもない。

たとえば、この発明の方法は、板状の導電性基板に限ら
ずドラム状導電性基板についても好適に実施することが
できる。

〔発明の効果〕

この発明の方法によると、従来のグロー放電分解法に比
べて、感光特性を低下させることな（、著しく大きな形
成速度でアモルファスシリコン膜を形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の方法の実施に直接使用するアモルフ
ァスシリコン感光体製造装置を示す説明図である。 ２・・・反応容器、　４・・・基体、　　８・・・電極
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体が配置された反応容器内に、シリコン原子含
   有の分子を有するガスを導入してプラズマ状態を形成す
   ることによる前記基体の表面へのアモルファスシリコン
   膜の形成方法において、あらかじめ前励起してなる希ガ
   スを前記反応容器内に導入することを特徴とするアモル
   ファスシリコン膜の形成方法。
2. （２）前記前励起が、電磁波、直流電力および交流電力
   のいずれか１穏または２種以上の印加によることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のアモルファスシリ
   コン膜の形成方法。