JPS6129849A - 非晶質シリコン成膜装置 - 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１ 本発明は、３ｉを含む原料ガスを分解して非晶質シリコ
ンを成膜する非晶質シリコン成膜袋詰に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 非晶質シリコンは５ｉＨａなどＳｉを含む原料ガスをグ
［］−敢電電熱又は光などで分解して得られ、容易に大
面積化を図ることができる。また成膜時に周期律表の第
１１ａ族或いは第ｖａ族の原素を含むガスを導入するこ
とにより価電子制御が可能であるので、ＴＦＴ、太陽電
池、ＣＯＤ、イメージセンサ又は電子写真感光体へ応用
され実用化が進んでいる。

ところで非晶質シリ」ンの成膜過程においては、例えば
５ｉＨａ等Ｓｉを含む原料ガスのグロー放電中にプラズ
マ重合によるポリシランの粉体すなわち微粉末シリコン
が副生ずる。成膜後、この微粉末シリコンを反応容器か
ら除去することなしに次の成膜を開始すると、反応容器
内を減圧したり原料ガスを導入するときに微粉末シリコ
ンが反応容器内で舞い上がり、成膜用の基体表面上に付
着してしまう。このようにして基体表面に付着した微粉
末シリコンは、基体上に堆積されたシリコン膜のピンホ
ールやクラックの原因になる。このため、製品の歩留り
を向上させるためには微粉末シリコンを反応容器から完
全に除去Ｊることが必要となる。

しかしながら、反応容器で副生した微粉末シリコンは多
量の水素を含み表面積も大きいために発火し易くその除
去作業については慎重を期することが必要であり、さら
に配管内やフィルタ等に微粉末シリコンが多聞に溜った
場合には粉塵爆発を起すという危険があった。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたものでその目的とす
るところは、反応容器の減圧状態を維持しつつ微粉末シ
リコンを飛散することなく反応容器から回収でき、しか
も回収した微粉末シリコンを確実に分解除去することが
できる非晶質シリコン成膜装置を提供することである。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成するために、反応容器と連通ず
る捕捉容器に該反応容器で副生した微粉末シリコンを捕
捉し、捕捉した微粉末シリコンを気相に変化させて分解
するようにしたものである。

［発明の実施例］ 次に本発明の詳細な説明する。

図面は本発明の一実施例装置を示す概略説明図である。

本実施例装置は大別すると、Ｓｉを含む原料ガスを減圧
下で分解して非晶質シリコンを成膜する反応容器１と、
この反応容器１に連通しこの反応容器１内で副生した微
粉末シリコンを捕捉する捕捉容器２と、この捕捉容器２
に接続されていて捕捉容器２内及び反応容器１内を減圧
し、かつ反応容器１内に残留する未反応の原料ガス、ガ
ス状の副生成物及びキャリアガスを排気すると共に捕捉
容器２内の微粉末シリコンが気相に変化されて成るガス
を排気する排気装置３と、この排気装置３を介して排気
された各種ガスを処理する処理部４とによって構成され
ている。

上記反応容器１は、例えば電子写真感光体用のアモルフ
ァスシリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）を成膜するもので、その
詳細を説明する。先ず、開口を有するベース１０上には
円筒状側壁１１と上蓋１２とが気密状態を保てるように
設けられ、かつ上記上蓋１２にはＦＡＦｌガスを導入す
る第１のガス導入管１３が接続されている。上記円筒状
側壁１１内には円筒状の電極１４が絶縁されて配置され
、この電極には高周波電源などの放電生起用電源１５が
接続されている。上記電極１４の中央には電子写真感光
体の導電性基体例えば中空状のアルミドラム１６が載置
され、その内部には加熱ヒータ１７が配置できるように
なっている。

上記捕捉容器２は、ベース１０の開口を介して反応容器
１に連通形成されている。すなわち、上記ベース１０の
開口に第１の円筒状外壁２０が連通接続されていると共
にその下に第２の円筒状外Ｍ１２１が接続され、その下
面は絶縁体２２を介して下蓋２３にて閉塞されている。

第２の円筒状外壁内には、微粉末シリコンの外径よりも
小さなメツシュを有する円筒状の捕捉網２４が設けられ
、反応容器１で副生した微粉末シリコンを捕捉できるよ
うになっている。そして、捕捉した微粉末シリコンを気
相に変化させて分解する分解手段２５が設けられている
。例えば分解手段２５は、捕捉容器２内で放電を生起さ
せる放電生起手段として上記捕捉網２４内において下蓋
２３上に載置された円筒状の放電電極２５Ａ及びこの放
電電極２５Ａに電気的に接続された高周波Ｎ源などの放
電生起用電源２５Ｂと、捕捉容器２内にハロゲンを含む
ガス例えばＣＦ４又はＳｉ　Ｆａのようなフッ素を含む
分解ガスを導入するガス導入路（以下中に第２のガス導
入管とも称する）２５Ｃとによって構成されている。尚
、第１の円筒状外壁２０には開閉可能なバルブ２６が設
けられ、反応容器１と捕捉容器２とを選択的に疎開でき
るようになっている。

上記排気装置３は、メカニカルブースターポンプ及び油
回転ポンプなどによって吸引できる構成になっている。

上記処理部４は、未反応の原料ガス、ガス状の副生成物
、キャリアガス及び微粉末シリコンが気相に変化されて
成るガスを無害化するものである。

すなわち、これらの排ガスはそのまま大気中へ放出する
とＳｉを含む種々のガスやガス状生成物＜Ｓｉ２Ｈ６，
５ｉ３１−１ｅ、）Ｉ２．Ｓｉ　Ｆなど）は酸化され易
い性質を有するので、人気への放出口で引火したり爆発
を起こす危険があり、また原料ガス中に８２　Ｈ６，Ｐ
Ｈ３、Ａｓト１３などのドーピングガスを含有する場合
には、これらのガスは致死聞が数１０ｐｐｍなので、大
気中へ放出することができないからである。そこで排気
装置３を介して導入されてくる排ガスを無害化するため
にこれを酸化する酸化手段例えば燃焼塔３０が設けられ
ている。排ガスは燃焼塔３０での酸化反応により安定か
つ安全な酸化シリコン（Ｓｉ　０２等）２水やホウ素の
酸化物、リンの酸化物、砒素の酸化物などに変化する。

そしてこの酸化物を水相に移動する（すなわち水に溶解
したり、水に分散させる）湿式集塵機（スクラバーとも
言う）３１が設けられている。この湿式集塵機３１では
、水に不溶な酸化シリコンは水に分散し、ホウ素の酸化
物。

リンの酸化物などはホウ酸、リン酸などになって水に溶
解する。そして湿式集１！１１３１には遠心力利用の集
Ｍｍであるサイクロン３２が接続され、湿式集ＭＦＭ３
１で水に分散された粒子成分（すなわち酸化シリコン）
と水に溶解した水溶液とを分離し、排水する。この排水
は必要に応じてＰＨが調整され、排水処理設備へ導かれ
る。一方サイクロン３２で分離された粒子成分は濾布に
よる集塵機であるバグフィルタ３３で捕捉され、排気ガ
スは完全に無害化されブロア３４を介して大気に放出さ
れるようになっている。

次に上記実施例装置の作用を説明する。

く成　　膜〉 先ず反応容器１内でのアモルファスシリコン（ａ−８ｉ
：Ｈ）の成膜作用について説明する。

予め反応容器１内を図示しない拡散ポンプ、回転ポンプ
等の高真空排気系（図示せず）を用いて１Ｏ−ｅｔｏｒ
ｒ程度の真空に引（。この時アルミドラム１６を加熱ヒ
ータ１７により２００〜３００℃の間の所定の温度好ま
しくは２４０〜２８０℃に昇温しでおく。

また円周方向の均一成膜、均一温度を目的として、アル
ミドラム１６は、所定の周速で回転運動を行っている。

ついで、図示しないガスバルブを開いて原料ガスとして
図示しないボンベから５ｉＨａ又は必要に応じてＢ２Ｈ
６，ＰＨ３，Ｈ２，０２，ＮＨａ。

Ｎ２　、　Ｃｔ−１ａ　、　Ｃ２Ｈａ等のガスを第１の
ガス導入管１３から反応容器１内へ導入する。そして、
同時に図示しないバルブ類を切換えて排気系を排気装置
３側へ切換える。

つぎに、図示しない流量コントローラによって８１を含
むガス又はその他のドーピングガスを所定の流量になる
様調整するとともに排気装Ｎ３を調整することによって
反応容器１内の圧力が０゜１〜１Ｑ　ｔｏｒｒの間の所
定の値になる種設定する。

一方、反応容器１内に導入された原料ガスは電極１４と
アルミドラム１６との間の空間内に吹き出される。

そして、こののち高周波電源などの放電生起用電′＃Ａ
１５から周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を２０Ｗ
〜１ＫＷの間の所定の値で電極１４に印加させ、アルミ
ドラム１６と電極１４との間にグロー放電を生起させる
。

しかして、Ｓｉを含むガス又はＳｉを含むガスとの混合
ガスのプラズマを生起し、アルミドラム１６上にアモル
ファシリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）の堆積が開始する。

この詩成膜に寄与しなかった３ｉを含むガス又はその他
のガスのラジカルは、メカニカルブースターポンプ及び
油回転ポンプを備えた排気装置３を介して処理部４へ排
気される。また成膜中に反応容Ｎ１内で副生した微粉末
シリコンも排気装置３を介して捕捉容器２内へ転位され
るが、これは捕捉網２４にて捕捉される。

〈排ガス処理〉 次に排気装置３を介して排気された排ガスの処理作用に
ついて説明する。先ず排ガスは前記燃焼塔３０で酸化さ
れ、その酸化物は湿式集塵機３１で水相に移される。こ
の結果、水に不溶な酸化シリンフは水に分散し、ホウ素
の酸化物、リンの酸化物などはホウ酸、リン酸などにな
って水に溶解する。そして酸化シリコンと水溶液はサイ
クロン３２で分離され、水溶液については排水処理がな
される一方、粒子はバグフィルタ３３で捕捉され、排気
ガスは完全に無害化されブロア３４を介して大気に放出
される。

〈微粉末シリコンの処理〉 上述のａ−３ｉ；Ｈの成膜を行った場合、ＳｉＨ４のグ
ロー放電分解によって生成した反応性活性種（Ｓｉ　Ｈ
３，Ｓｉ　Ｈ２、Ｓｉ　Ｈ，Ｓｉ　、Ｈ等のラジカル、
イオン）間の気相中での反応は避けられず、反応容器１
内には微粉末シリコン（例えば５ｉｎＨ２ｎ　＋２構造
を有するポリシラン）が生成するが、この微粉末シリコ
ンは捕捉網２４の内側に捕捉される。

このような微粉末シリコンの処理は例えば成膜を完了し
た後に行う。先ず上記バルブ２６を閉じて反応容器１と
捕捉容器２とを疎開する。次に第２のガス導入管２５Ｇ
からハロゲンを含む分解ガス例えばＣＦ４ガスを導入す
る。一方高周波電源などの放電生起用電源２５Ｂから周
波数１３．５６　Ｍ　Ｈｚの高周波電力を放電電極２５
Ａに印加し、捕捉網２４と放電電極２５Ａとの間にグロ
ー放電を生起させる。しかして両者間にはプラズマが生
起され、微粉末シリコンはＳｉＦなどの気相に変化され
て分解される。分解されたガスは排気装置３を介して処
理部４へ送られ、上述の１排ガス処理」と同様の処理を
経て無害化される。

このように上記実施例装置は、反応容器の減圧状態を軸
持しつつ微粉末シリコンを反応容器から回収できるので
、微粉末シリコンが飛散することはない。したがって、
本装置をクリーンルームで使用する場合、チャンバを開
放しても微粉末シリコンが飛散することはないので極め
て有効である。

また捕捉された微粉末シリコンは気相に変化させて分解
除去するので粉塵爆発の危険もなく、その除去は確実で
ある。

なお上記実施例は一例であり本発明の要旨の範囲内にお
いて種々の変形実施が可能であることは言うまでもない
。例えば捕捉容器２内の微粉末シリコンを気相に変化さ
せて分解するタイミングは上記実施例のごとく成膜を終
了した後に限定されるものではなく、例えば反応容器２
よりも排気系に近いところで微粉末シリコンの分解を行
うものであれば成膜と同時に微粉末シリコンの捕捉及び
分解を行うことも可能である。尚、このようにするとき
にはバルブ２６は不要である。また微粉末シリコンの捕
捉はメツシコ状の捕捉網２４に限定されず種々のフィル
タに置換えることができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなごとく本発明の非晶質シリコン
成膜装置にあっては、反応容器内の減圧状態を維持しつ
つ微粉末シリコンを飛散させることなく反応容器から回
収でき、しかも回収した微粉末シリコンを確実に分解除
去することができるという効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例装置を示す概略説明図である。 １・・・・・・反応容器、２・・・・・・捕捉容器、２
５・・・・・・分解手段、 ２５Ａ、２５Ｂ・・・・・・放電生起手段、２５Ｇ・・
・・・・ガス導入管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉを含む原料ガスを減圧下で分解して非晶質シ
   リコンを成膜する反応容器と、この反応容器に連通しこ
   の反応容器内で副生した微粉末シリコンを捕捉する捕捉
   容器と、この捕捉容器中の微粉末シリコンを気相に変化
   させて分解する分解手段とを具備することを特徴とする
   非晶質シリコン成膜装置。
2. （２）分解手段は、上記捕捉容器内で放電を生起させる
   放電生起手段と、該捕捉容器内にハロゲンを含むガスを
   導入するガス導入路とから成るものである特許請求の範
   囲第１項に記載の非晶質シリコン成膜装置。