JPS62142783A

JPS62142783A - プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置

Info

Publication number: JPS62142783A
Application number: JP28312685A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Shirai; 茂白井; Masaya Kobayashi; 雅也小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1987-06-26

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
導体ディバイス、電子写真用の感光ディバイス、画像入
力用のラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力素子
などに用いられるアモルファ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至適なプラズマＣＶ
Ｄ法による装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体ディバイス、電子写真用の感光体ディバイ
ス、画像入力用ラインセンサー、撮像管ディ・９イス、
光起電力素子等に使用する素子部材としては、アモルフ
ァスシリコン例、ｔ　ｌｄ’水素原子又は／及びハロゲ
ン原子を含有するアモルファスシリコン（以後、［ａ−
３ｉ（Ｈ，Ｘ）　ｊ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、そうし
たａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）膜とともに、それ等ａ−８ｉ（Ｈ
，Ｘ）膜等の形成法およびそれを実施する装置について
もいくつか提案されていて、真空蒸着、イオンブレーテ
ィング法いわゆるＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶ
Ｄ法等があり、中でもプラズマＣＶＤ法は至適なものと
して実用に付され、一般に広く用いられている。

ところで前記プラズマＣＶＤ法は、高周波またはマイク
ロ波エネルギーを利用して堆積膜形成用ガスを基体表面
の近傍で励起種化（ラジカル化）して化学的相互作用を
生起させ、該基体表面に膜堆積せしめるというものであ
り、そのための装置として、例えば第２図に図示の装置
が提案されている。

第２図において、２０１は反応容器全体を示し、２０２
は側壁、２０３は底壁をそれぞれ示す。２０４は多穿孔
内壁、２０５は排気管、２０６は排気バルブ、２０７は
ガス導入管、２０８はガス導入管上に設けたノζルブ、
２０９は円筒状基体、２１０は基体保持用円筒、２１）
はヒーター、２１２は支持脚、２１３は高周波またはマ
イクロ波の発生源、２１４は高周波またはマイクロ波、
２１５は導波部、２１６は誘電体窓をそれぞれ示し、Ａ
は反応室、Ｂはガス室を示す。

こうした従来の堆積膜形成装置による堆積膜形成は次の
ようにして行なわれる。即ち、反応容器２０１の反応室
Ａ内のガスを、排気管２０５を介して真空排気するとと
もに、円筒状基体２０９をヒーター２１）により所定温
度に加熱、保持する。次に、原料ガス供給管２０７を介
して、例えばａ−８ｉ（Ｈ，Ｘ）堆積膜を形成する場合
であれば、シラン等の原料ガスをガス室Ｂに導入し、該
原料ガスは、ガス室Ｂの多穿孔内壁２０４の多数の孔か
ら反応室Ａ内に放出される。これと同時併行的に、発生
源２１３から、例えばマイクロ波２１４を発生し、該マ
イクロ波２１４は、導波部２１５を通り、誘電体窓２１
６を介して反応室Ａ内に導入される。かくして反応室Ａ
内の原料ガスは、マイクロ波のエネルギーにより励起さ
れて活性化（励起神化）し、Ｓｌ“、ＳｉＨ”等（＊は
励起状態を表わす。）の、ラジカル粒子、電子、イオン
粒子等が生起され、それ等が相互に反応して基体２０９
０表面に堆積膜が形成される。

上述の、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
は、至適なものとして一般に広く採用されてはいるもの
の、いくつかの問題がある。

即ち、導波管そして多くの場合基体保持手段も固定され
ていることから、反応室内に放射される高周波またはマ
イクロ波の電界は、導波管端部に設けられた誘電体窓側
に強く、それと対向方向に進行するに従って弱く分布し
、そして該電界の強度分布は適用する高周波またはマイ
クロ波の波長に依存するため、結果的には、反応系中に
導入される堆積膜形成用の原料ガスは、該電界の強度分
布に従った密度で励起されて励起種化するところとなり
、基体表面に堆積される膜の膜厚はおのずと電界の強い
領域では厚くなり、一方、電界の弱い部分では薄くなる
。こうした膜厚の不均一は、基体の長さが筒周波または
マイクロ波の波長よりも長い場合、更に一層顕著なもの
となる。また、こうした電界強度分布の差は、堆積され
る膜の膜厚のみならず、膜の密度、硬度あるいは組成等
の点についても不均一となるという悪影響を与えてしま
い、緒特性発現性を具有する所望の堆積膜、特に大面積
の堆積膜を定常的に得るのは困難であるという問題があ
る。

特に、原料ガスの利用効率を向上せしめ、製品のコスト
低下をはかるために複数の基体に同時に堆積膜を形成せ
しめることが提案されているが、こうした場合、上述の
問題は一層深刻なものとなる。

また、前述の従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置のごとく、原料ガス導入管を配置し、ガス放出用の
多数の孔から原料ガスを反応系内に放出することにより
、前述の電界の分布が影響を受けて電界の強度分布が不
均一になり、堆積される膜の膜厚及び緒特性に悪影響を
与えるという問題もある。

更に、装置構成上、反応室内のガスを一方向から排気す
るものであるため、高周波又はマイクロ波の電界強度分
布、原料ガスの導入方法等と複雑に絡みあって、堆積さ
れる膜の膜厚及び緒特性の均一化をより一層困難なもの
にしている。

また更に、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装
置においては、反応容器の壁にも堆積膜が形成されてし
まい、原料ガスの利用効率が悪いという問題もある。

また別に、前述の各種ディバイスが多様化してきており
、そのだめの素子部材、即ち、各種特性等の要件を総じ
て満足するとともに適用対象、用途に相応し、そして場
合によっては大面積化された、安定な堆積膜製品を低コ
ストで定常的に供給することが、社会的要求となってき
ており、この要求を満たす装置の開発が切望されている
。

〔発明の目的〕

本発明は、光起電力素子、半導体ディバイス、画像入力
用ラインセンサー、撮像ディバイス、電子写真用感光体
ディバイス等に使用する堆積膜を形成する従来装置につ
いて、上述の諸問題を解決し、上述の要求を満たすよう
にすることを目的とするものである。

すなわち本発明の主たる目的は、形成される膜の膜厚及
び膜質が均一で、優れた光学的、電気的、光導電的特性
を有する堆積膜を定常的に生産するだめのプラズマＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、原料ガスの利用効率を向上させて
膜の生産性の向上及び量産化を可能にするとともに、膜
の大面積化を可能にするプラズマＣＶＤ法による堆積膜
形成装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明者らは、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形
成装置についての前述の諸問題を克服して、上述の目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、高周波またはマイ
クロ波発生源に導波管を接続し、反応容器の直前におい
て該導波管に電磁ホーンを接続し、該電磁ホーンを反応
容器内に配置されている円筒状の基体支持手段の基体支
持面と平行になるようにして、反応容器内に導入すると
ともに、該電磁ホーンの先端部から反応容器内に原料ガ
スを分散放出させたところ、前述の諸問題が解決され、
且つ上述の目的が達成しうる知見を得、本発明を完成す
るに至ったものである。

即ち、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
は、基体上に堆積膜を形成するだめの反応容器と、該反
応容器内に堆積膜形成用の原料ガスを導入する手段と、
該原料ガスを励起種化するだめの高周波またはマイクロ
波発生手段と、前記反応容器内を真空排気する手段とか
らなるものであって、高周波またはマイクロ波発生源に
導波管が接続し、反応容器直前において該導波管に電磁
ホーンが接続していて、該電磁ホーンは、前記反応容器
内に配置されている円筒状の基体支持手段の基体支持面
と平行に反応容器内に延長しており、該電磁ホーンの終
端部には二枚の誘電体で支切られた空間を有し、前記二
枚の誘電体のうち前記基体支持面に対向する誘電体が多
数のガス放出孔を備えるか、又はそれが多孔質材料から
なるものであって、前記空間内に導入された原料ガスが
反応容器内に分散放出されるようにされていることを骨
子とするものである。

かくなる本発明の装置は、堆積膜形成時、電界の強度分
布を基体の近傍において一様にすることができるため、
従来の装置に比較して成膜速度を飛躍的に伸ばすことが
でき、基体が高周波またはマイクロ波の波長より長いも
のであっても、製品たる膜の品質、膜厚、及び電気的、
光学的、光導電的特性等の安定した堆積膜を効率的に量
産することを可能にし、さらには同一装置内で複数の基
体状に同時に堆積膜を形成することを可能にし、堆積膜
製品を低コストで提供しうるものである。

本発明の装置によシ堆精成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−８ｉ（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７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シ稀釈
して用いることもある。さらに、ａ　−８ｉ　（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。キして成膜操作時の基体温度は、特に制限
されないが、：３０〜４５０°Ｃの範囲とするのが一般
的であり、好ましくは５０〜３５０°Ｃ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　Ｘ　１Ｏ−６ＴＯｒｒ以
下、好ましくはＩ　Ｘ　ｔｏ−’　Ｔｏｒｒ以下とし、
原料ガスを導入した時には反応室内の圧力をｌＸ　１０
−２〜ｌ　ＴＯｒｒ　、好ましくは５　Ｘ　１０−２〜
Ｉ　Ｔｏｒｒ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＋ｌ化）すること
なく反応室に導入し、そこで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、化学的相互作用を生起せ
しめることにより行われるが、二種以上の原料ガスを使
用する場合、その中の一独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。

以下、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
を第１図に示す実施例により更に詳しく説明するが、本
発明の装置はこれによって何ら限定されるものではない
。

第１（Ａ）図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置全体の模式図であり、第１（Ｂ）図は、その
断面を示す模式図である。

図において、１０１は高周波またはマイクロ波発生源で
あり、導波管１０２に接続されている。

１０３は導波管１０２に接続されている電磁ホーン、１
０４は反応容器であり、該反応容器内には円筒状の基体
支持手段１０５が配置されている。基体支持手段１０５
はその表面に円筒状基体を装着するか、またはｌ乃至２
以上の平板状基体を載置して、反応容器１０４内に配置
する。前記電磁ホーン１０３は、反応容器１０４直前に
おいて前記導波管１０２に接続しており、前記基体支持
手段１０５の基体支持面と平行に反応容器１０４内に延
長している。そして、該電磁ホーン１０３の開口部は、
円筒状基体支持手段１０５の長手方向の長さと同等の長
さを有している。該電磁ホーン１０３の終端部！では、
二枚の誘電体１０６．１０７で支切られた空間を有して
おり、該二枚の誘電体１０６、１０７のうち前記基体支
持手段１０５の基体支持面に対向する誘電体１０７には
ガス放出孔１０８が多数設けられている。１０９は原料
ガス導入管であり、その一端は二枚の誘電体１０６．１
０７で支切られた空間内に開口し、他端はバルブ（図示
せず）を介して原料ガス供給源（図示せず）に連通して
いる。原料ガス供給源から供給された原料ガスは、原料
ガス導入管１０９を介して前記空間に導入され、誘電体
１０７に設けられたガス放出孔から、円筒状基体支持手
段１０５に装着された基体表面に向けて、反応容器内に
分散放出される。この際、電磁ホーン１０３の終端部に
設けられた空間内でプラズマが生じないようにするため
、二枚の誘電体１０６．１０７の間隔はｌＯ朋以下、好
ましくは５朋以下とすることが望ましい。

また誘電体１０６．１０７としては、シリコーン樹脂、
テフロン樹脂、アルミナ等のセラミックスなど、比誘電
率が高く、誘電損の小さい、高耐熱材料を使用するのが
望ましい。本実施例装置においては誘電体１０７に多数
のガス放出孔１０８を設けたものを用いた例を記載した
が、誘電体１０７を多孔質材料からなるものとすること
により、空間内に導入された原料ガスが反応容器１０４
内に分散放出されるようにすることもできる。

１）０は、反応容器内を真空排気するために反応容器の
両側端に設けられた排気管であシ、一端は反応容器内に
開口し、他端はバルブ（図示せず。）を介して排気装置
（図示せず。）に連通している。

なお、前記円筒状基体支持手段１０５内部には加熱用ヒ
ーター（図示せず）を設け、成膜前に基体を所定温度に
加熱したシ、成膜中幕体を所定温度に保持したり、ある
いは成膜後アニール処理したりするのに用いる。更に、
該円筒状基体支持手段１０５は、回転を与える駆動手段
（図示せず）に機械的に連結され、成膜中日筒状の基体
支持手段を該駆動手段により回転せしめる。

本実施例装置においては、反応容器内に４本の円筒状基
体支持手段を設置し、２本の電磁ホーンを導入する例を
記載したが、円筒状の基体支持手段１０５と、電磁ホー
ン１０３の数は、必要に応じて適宜決定されるものであ
り、例えば基体支持手段及び電磁ホーンを各々１本ずつ
とすることもでき、あるいは複数本とすることもでき、
夫々の数は互いに同じであっても、あるいは異なってい
てもよい。

以上のように構成してなる本発明のプラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成装置においては、堆積操作時、電磁ホー
ン１０３の終端部に設けられた空間に導入された原料ガ
スは、誘電体１０６　、１０７の作用により該空間内で
励起種化されることが防がれるため、電磁ホーン１０３
の先端部の誘電体１０７に設けたガス放出口あるいは多
孔質材料で構成された誘電体から高周波またはマイクロ
波、および原料ガスが効率的に反応容器内の基体に向け
て分散放出され、それと同時に、円筒状基体支持手段が
回転することから、基体表面近傍の電界の強度分布は一
様となり、それにより原料ガスは一様にしかも効率的に
励起種化され、励起種の密度分布も一様なものとなるた
め、基体表面上に堆積する膜は均一にして均質なものと
なり、緒特性に富んだ所望品質の堆積膜製品を得ること
ができる。

次に、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
の操作を、実施例を挙げて説明するが、以下の例は該装
置の操作に限定的意味をもつものではない。

〔実施例〕

第１図に図示の本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜
形成装置により、以下のようにして円筒状Ａｔ基体上に
、ａ−８ｉ；Ｈ：Ｆから構成される電子写真用光受容層
を形成した。

即ち、まず円筒状Ａｔ基体装着した基体支持手段４本を
反応容器１０４内に設置し、排気バルブ（図示せず）を
開いて排気管１０９より反応容器内を真空排気し、反応
容器内を１ｏ−５Ｔ’ｏｒｒの真空度とした。同時に、
駆動手段（図示せず）によ９４本の基体支持手段を回転
させながら、加熱ヒーター（図示せず）により基体温度
を３００°Ｃに保持した。

こうしたところへ原料ガスをガス導入管１０９を介して
、電磁ホーン１０３の終端部に設けた空間に導入し、ガ
ス放出孔１０８より反応容器内に分散放出した。排気バ
ルブ（図示せず）を調整して反応容器の内圧をＱ、ＱＩ
　Ｔｏｒｒとした後、２．４５ＧＨ２のマイクロ波を放
射し、Ａｔ基体表面上にａ−３ｉ：Ｈ：Ｆからなる堆積
膜を形成した。

同様の操作を繰り返して、三層構成の光受容層をＡｔ基
体上に形成した。各層の成膜の条件を以下の表１に示す
。

三層の成膜を終了後、加熱ヒーター及び回転を中止し、
所定温度に冷却した後、排気バルブを開いて反応容器内
を大気圧に戻し、堆積膜の形成された４本のＡｔ基体を
系外に取り出して、各々電子写真感光体としての特性を
評価するとともに、写真複写装置を用いて画像を評価し
た。

評価の結果、基体全面にわたって均一にして均質な膜が
堆積されており、堆積された膜は良好な帯電能及び感度
を有するものであった。また得られた画像は全面にわた
り画像欠陥が少なかった。さらに４本のＡｔ基体の上の
光受容層はいずれも同等の特性を示した。

本実施例における原料ガスの利用効率は７０　％に達し
た。

二発明の効果の概要〕本発明の装置は、高周波またはマイクロ波発生源に導波
管を介して電磁ホーンを設け、該電磁ホーンの先端部よ
り原料ガス及び高周波またはマイクロ波が反応容器内に
放出されるようにしたことにより、基体表面近傍の電界
の強度分布および励起種の密度分布が均一となるため、
本発明の装置によれば、大面積で均一かつ均質な堆積膜
製品を定常的かつ効率的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１（Ａ）図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置の典型例を示す装置全体の模式図であり、第
１（Ｂ）図は、その断面を示す模式図である。第２図は
、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の１例
を模式的に示す断面図である。第１　（Ａ）乃至（Ｂ）図について、１０１・・・高周波またはマイクロ波発生源、１０２・
・・導波管、１０３・・・電磁ホーン、１０４・・・反
応容器、１０５・・・円筒状の基体支持手段、１０６．
１０７・・・誘電体、１０８・・・ガス放出孔、１０９
・・・原料ガス導入管、１）０・・・排気管第２図について、２０１・・・反応容器、２０２・・・側壁、２０３・・
・底壁、２０４・・・多穿孔内壁、２０５・・・排気管
、２０６・・・排気バルブ、２０７・・・ガス導入管、
２０８・・・パルプ、２０９・・・円筒状基体、２１０
・・・基体保持用円筒、２１）・・・ヒーター、２１２
・・・支持脚、２１３・・・高周波またはマイクロ波発
生源、２１４・・・高周波またはマイクロ波、２１５・
・・導波管、２１６・・・誘電体窓。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体上に堆積膜を形成するための反応容器と、該
反応容器内に堆積膜形成用の原料ガスを導入する手段と
、該原料ガスを励起種化するための高周波またはマイク
ロ波発生手段と、前記反応容器内を真空排気する手段と
からなるプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置であっ
て、高周波またはマイクロ波発生源に導波管が接続し、
反応容器直前において該導波管に電磁ホーンが接続して
いて、該電磁ホーンは、前記反応容器内に配置されてい
る円筒状の基体支持手段の基体支持面と平行に反応容器
内に延長しており、該電磁ホーンの終端部には二枚の誘
電体で支切られた空間を有し、前記二枚の誘電体のうち
前記基体支持面に対向する誘電体が多数のガス放出孔を
備えるか、又はそれが多孔質材料からなるものであって
、前記空間内に導入された原料ガスが反応容器内に分散
放出されるようにされていることを特徴とするプラズマ
ＣＶＤ法による堆積膜形成装置。
（２）反応容器内に複数の円筒状基体支持手段が配置さ
れている特許請求の範囲第（１）項に記載されたプラズ
マＣＶＤ法による堆積膜形成装置。
（３）複数の電磁ホーンを反応容器内に有する特許請求
の範囲第（１）項に記載されたプラズマＣＶＤ法による
堆積膜形成装置。
（４）電磁ホーンの開口部が、円筒状の基体支持手段の
長手方向の長さと同等である特許請求の範囲第（１）項
に記載されたプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置。
（５）反応容器内に配置されている円筒状基体支持手段
を回転させる手段を有する特許請求の範囲第（１）項に
記載されたプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置。
（６）二枚の誘電体の間隔が、１０ｍｍ以下である特許
請求の範囲第（１）項に記載されたプラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成装置。