JPS59131517A - 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全形成する一方法
である従来のグロー放電分解法は、高真空に維持する真
空チェンバ内に原料ガスたとえば５ｔ−Ｈ＜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
電力あるいは電磁波を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サセ、イオンやラジカルを含有す
るプラズマを、真空チェンバ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Ｍ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、真空チェンバ内は常に排気されてい
るので、真空チェンバ内でのグロー放電により生成した
イオンやラジカル、あるい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
いとの問題点がある。

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、真空チェンバ内でグロー放電により原料ガスを効率
良く分解すること、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、希ガスを
励起してなるプラズマガスとシリコン原子含有の分子を
有するガスとをあらかじめ混合し、得られる混合ガス中
で放電することにより生ずるシリコンラジカル含有のプ
ラズマガスを基体に接触させることを特徴とするもので
ある。

〔発明の実施例〕

この発明の方法は、その内部に導電性基板と電極とを配
置する高減圧下の反応容器たとえば密封容器内にシリコ
ン原子含有の分子を有するガス原料ガス）を導入するの
に先立ち、あらかじめ希ガスプラズマに接触させること
により前記原料ガスを励起し、次いで、励起した前記原
料ガスを前記密封容器内に導入し、電磁波や電力を電極
に印加する゛ことによる放電によって、励起した前記原
料ガス中の未分解のまま存在するシリコン原子含有の分
子を完全に分解し、得られるシリコンラジカル含有のプ
ラズマガスを導電性基板に接触させることにより、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、希ガス定とえば％　Ｈｅ１Ｎ’Ｉ
Ａｒ　、Ｋｒ　、Ｘｅは高い電離準位（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。

５ｚＨ４−＋　Ｓｚ　＋２Ｈｘ　　　ｐ　４．４　ｅＶ
ＳｉＨ４→ＳｉＨ十Ｈ２十Ｈ；　５，９　ｅｖＳｉＨ４
→ＳｉＨ２＋　Ｈ２；　２．１　ｅＶＳ　ｉＨ４→Ｓ　
ｉＨ３＋　Ｈ；Δ、ｉ　ｅｖしたがって、各段階でのＳ
ｔＨ＜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＜、１
０”−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５ｔＨ４ｆ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
（ＳｔＨ４を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（、感光特性を低下させることなくアモ
ルファスシリコン膜を形成することができる。

この発明の方法は、その内部に導電性基板と電極とを配
置する高減圧下の密封容器内に導入する原料ガスを、希
ガスプラズマであらかじめ励起する。

原料ガスは、シリコン原子含有の分子たとえば５ｉｌ１
４．　Ｓｉ、Ｈ６等を少な（とも有するガスである。

アモルファスシリコン膜中に異種原子をドーピングする
必要があるときには、前記シリコン原子含有の分子を有
するガスは、たとえば、前記５ＬＨ４またはＳｉ２Ｈ６
ガスと、ドーパントガスとの混合ガスであるのが好まし
い。ドーパントガスとしては、たとえば、Ｈ，Ｃ，Ｎ、
０およびＦよりなる群より選択される原子を含有する分
子たとえばＨ，、ＣＨ４゜Ｎ２，０□、　ＰＦ５のいず
れか１種または２種以上を含有するガス、周期律表中の
第ｆｆＪＢ族および第■Ｂ族のいずれかに属する元素を
有する分子たとえばＢ２Ｈｅ　、　ＰＦｓのいずれかを
含有するガスが挙げられる。また、ドーパントガスは、
Ｈ２で希釈してお（のが好ましい。

前記Ｓｔ、Ｈ４またはＳｉ２Ｈ６ガスとドーパントガス
との混入比は、アモルファスシリコン膜中へのドーピン
グ量およびドーピング速度に応じて適宜に決定すること
ができる。

希ガスプラズマは、希ガスたとえばＨｅ　、Ｈｅ　、Ａ
ｒ　。

ＫｒおよびＸｓの１種または２種以上を有するガス中で
放電することにより形成することができる。

前記放電は、希ガス中に配置した電極に、電磁波、交流
電力および直流電力のいずれか、またはこれらの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。

希ガスプラズマによる原料ガスの励起は、たとえば、減
圧下の真空容器内に原料ガスと希ガスプラズマとを同時
に導入し、これらを接触させることにより行なうことが
できる。原料ガスと希ガスと プラズマが接触すると、原料ガス中のたとえばＳｉＨ４
がシリコンラジカルに分解される。

次いで、励起した原料ガスを、その内部に導電性基板と
電極とを配置する高減圧下の他の密封容器内に導入する
。

前記電極は、電位勾配を形成して放電を行なうために、
通常、正電極と負電極との一組を必要とするが、導電性
基板を接地してこれを負電極とすれば、導電性基板と１
基の電極とで電位勾配を形成して放電を行なうことがで
き、装置の簡略化を図ることができて好都合である。

次いで、前記密封容器内に導入されたところの励起され
た原料ガス中で放電することにより、励起された原料ガ
ス中の、未分解のまま存在するシリコン原子含有の分子
全完全に分解してシリコンラジカル含有のプラズマガス
を得、このプラズマガスを導電性基板に接触させる。

放電は、たとえば、導電性基板に相対向して配置された
電極に、電磁波、直流電力および交流電力のいずれか、
あるいはこれらの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。なお、この場合、接地する導
電性基板と印加する電極との中間にイオン捕集用グリッ
ドを介装しておくと、プラズマガス中に存在する荷電粒
子や電子を除去することができ、荷電粒子や電子による
アモルファスシリコン膜へのエツチングやドーピングを
有効に防止することができる。

導電性基板は、平板状であっても、また、ドラム状であ
ってもよい。プラズマガスを導電性基板に接触させる場
合、導電性基板を、たとえば１００〜４００℃に加熱す
るのが好ましい。また、ドラせるのが好ましい０局方向
に均一なアモルファスシリコン膜を形成することができ
るからである。

以上のようにしてシリコンラジカル含有のプラズマガス
を導電性基板に接触させると、導電性基板の表面にアモ
ルファスシリコン膜が形成されることになる。

この発明の方法は、種々の装置により実施可能であるが
、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の一例を示すと共に、この
発明の方法をさらに具体的に説明する。

第１図に示すように、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第１の真空チェン
バ２と、原料ガスと希ガスプラズマとを接触させて原料
ガスを励起するための密封容器たとえば第２の真空チェ
ンバ４と、前記第１の真空チェンバ２および第２の真空
チェンバ４を相互に連結する連結バイブロとを有する。

第１の真空チェンバ２内には、板状の導電性基板８を装
着可能にすると共に導電性基板８を加熱するためのヒー
タ１０を有し、かつ接地された基台１２と、基台１２と
対向配置された電極１４とが設けられている。また、基
台１２と電極１４との間に励起された原料ガスが導入さ
れるように、前記連結バイブロの開口部が第１の真空チ
ェンバ２の壁部に位置する。さらに、第１の真空チェン
バ２は、排気装置たとえばメカニカルブースタポンプ１
６および拡散ポンプ１８が設けられ、第１の真空チェン
バ２、第２の真空チェンバ４および連結バイブロ内を高
減圧たとえば１ＣＪ−’ＴＯｒｒにまで排気可能に構成
される。第２の真空チェンバ４内には、原料ガスを導入
するための第１の導入パイプ２０と希ガスプラズマを導
入するための第２の導入パイプ２２とが引き込まれ、第
２の真空チェンバ４内で、希ガスプラズマと原料ガスと
の接触が可能となっている。また、前記第２の導入パイ
プ２２は、第２の真空チェンバ４外に、マイクロ波空洞
共振器２４を有し、第２の導入パイプ２２内を通過する
希ガスを励起して希ガスプラズマが形成されるように構
成される。なお、第１図において、２６で示すのは、電
極４に電磁波または電力を印加するだめの電源である〇 次に、以上構成のアモルファスシリコン感光体製造装置
の作用と共にこの発明の方法をさらに具体的に説明する
。

先ず、第１の真空チェンバ２を開いて基台１２上に導電
性基板８を装着した後、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８を２５０
℃に加熱し、また、拡散ポンプ１８により第１の真空チ
ェンバ２、第２の真空チェンバ４および連結バイブロ内
ｋ　１０−６Ｔｏｒｒに減圧する。第１の真空チェンバ
２内の排気系を、拡散ポンプ１８からメカニカルブース
タポンプ１６に切り換える。そして、原料ガスたとえば
ＳｃＨ＜ガス要−ｉればＳｉＨ４カ、ｘ、　トＢ２１１
６、ＰＨ３、ｏ２、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第２の真空チェツバ
４内に導び（。原料ガスの導入と同時に、マイクロ波空
洞共振器２４により２４５０　ＪｔＨｚのマイクロ波を
希ガスに印加することにより希ガスを励起してなる希ガ
スプラズマを、第２の導入パイプ２２を介して、第２の
真空チェンバ４内に導入する。なお、第２の真空チェン
バ４内に導入する希ガスプラズマの導入圧力はＱ、　２
　Ｔｏｒｒであり、原料ガスの流量は５　［］　ＳＣＣ
Ｍである。

第２の真空チェンバ４内で、原料ガスが希ガスプラズマ
に接触すると、原料ガスが励起されて種々のシリコンラ
ジカル種が生ずる。励起された原料ガスは、連結バイブ
ロ全通して第２の真空チェンバ４から第１の真空チェン
バ２内に送られる。

そこで、電源２６により電極１４に１３．５　（５）ｔ
Ｈｚの交流電力３０Ｆｅ印加することにより、励起され
た原料ガス中で、放電を行なう。そうすると、励起され
た原料ガス中における、未分解のまま存在するシリコン
原子含有の分子たとえば５ｚＨ４，５ｚ２ｕａが種々の
シリコンラジカル種に分解し、結果として、シリコン原
子含有の分子が完全にシリコンラジカル種に分解された
プラズマガスが発生する。このプラズマガスが導電性基
板８に接触すると、導電性基板８の表面にアモルファス
シリコン膜が形成されることになる。導電性基板８に接
触した後のプラズマガスは、メカニカルブースタポンプ
１６により第１の真空チェンバ２外に排出される。

以上のように、第２の真空チェンバ４内で希ガスプラズ
マにより励起した原料ガス中に、未分解のシリコン原子
含有の分子が含まれているとしても、第１の真空チェン
バ２内での放電により、未分解のシリコン原子含有の分
子を完全に分解してしまうので、導電性基板に接触する
プラズマガス中に未分解のシリコン原子含有の分子が残
留することはない。したがって、原料ガスの高い分解効
率をもって、アモルファスシリコン膜の形成速度の向上
を図ることができる。このことは、この発明の方法（ロ
）と希ガスプラズマによる励起をしない原料ガスを分解
してなるプラズマガスによりアモルファスシリコン膜を
形成する方法（ハ）とを比較する第２図からも明らかで
ある。また、この発明の方法によると、従来法に比して
、得られるアモルファスシリコン膜の感光特性を低下さ
せることもない。このことは、この発明の方法に）と前
記従来の方法■とで得られるアモルファスシリコン膜は
、入射波長６５０　ｎｍ、入射フォトン数５×１０　フ
ォトン／６ｎ２・ｓｔｃ　、電界強度１０３■／傭の条
件下で、共に、明抵抗が５Ｘ１０’Ω鑞であり、暗抵抗
が１０１１Ω備であることからも明らかである。

以上、この発明について詳述したが、この発明は前記説
明に限定されず、この発明の要旨を変更しない範囲内で
種々に変形して実施することができるのはいうまでもな
い。

〔発明の効果〕

この発明によると、原料ガスの分解効率を高め、アモル
ファスシリコン膜の形成速度を大きくすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の実施に直接使用するアモノｖ
７アスシリコン感光体製造装置を示す説明図、および、
第２図はこの発明の方法と従来の方法とを比較するため
のアモルファスシリコン膜の形成速度と励起パワーとの
関係を示す特性図である０ １２・・・導電性基板。 １１ 手ＵＬ：ン＋ｔ７　＋Ｅ　ｅ：： 昭和５８年１０月３１日 特許庁長官　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願５５８３号 ２、発明の名称　　アモルファスシリコン膜の形成方法
３、補正をする者 事件と、の関係　　　特許出願人 ４、代理人 ６、補正の対象　明細書の図面の簡単な説明の欄７、補
正の内容 明細書の第１７ページ第４行［］に記載の「１２」を「
８」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　希ガスを励起してなるプラズマガスにより、
   シリコン原子含有の分子を有するガスをあらかじめ励起
   し、この励起したガス中での放電により得られるプラズ
   マガスを基体に接触させてアモルファスシリコン膜を形
   成させ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）前記希ガスが、Ｈｅ　、Ｎｅ　、Ａｒ　、Ｋｒお
   よびＸｅよりなる群より選択される１種または２種以上
   のガスであ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。 （３７前記希ガスの励起が、希ガス中で、電磁波の印加
   又は直流電力若しくは交流電力を印加することによる放
   電により行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項のいずれかに記載のアモルファスシリ
   コン膜の形成方法。 （４）　　シリコン原子含有の分子を有するガスが、Ｓ
   ｉＨ４およびＳ　ｉ　２　Ｈ６よりなる群より選択され
   る１種または２種の分子、並びに、　Ｈ，Ｃ，Ｎ、０お
   よびＦよりなる群より選択される原子企含有する１種ま
   たは２種以上の分子を含有すること全特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第、６項のいずれかに記載のアモ
   ルファスシリコン膜の形成方法。 （５）前記シリコン原子含有の分子分有するガスが、周
   期律表中の第ｐＪＩＢ族および第ｖＢ族のいずれかに属
   する元素を有する分子を含有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のアモ
   ルファスシリコン膜の形成方法。