JPS62214182A - プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置 - 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】 〔発明の属Ｔ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、電子写真用感光ディバイス、
画像入力用ラインセンサーＳ−億ディバイス、光起電力
素子等に使用する素子部材として、例えば、シリコンを
含有する非晶質（以後単に「ａ−８１Ｊと表記する。）
膜あるいは水素化シリコンを含有する非晶質（以後単に
「ａ−８１ＨＪ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０そして、そうした１
−８１膜やａ　−８１Ｈ膜とともにそれ等１−８１膜や
＆−８１Ｈ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、真空蒸着法、イオンブ
レーティング法、いわゆる熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ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、直流、高層波または
マイク四波エネルギーご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、そのための装置も各種提案されている。

第２図は、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装
置の典型的−例を模式的に示す断面略図であって、図中
、１は円筒状反応容器全体を示し、２は反応容器の側壁
を兼ねたカソード電極であり、３は反応容器の上壁、４
は反応容器の底壁である。前記カソード電極２は、基体
表面に向けて堆積膜形成用原料ガスを放出するためのガ
ス放出孔２’ａが多数設けられた多穿孔内壁２と外壁２
Ｉ′との二重壁構造となっている。

そして該カソード電極２と、上壁３及び底壁４とは、夫
々上碍子５及び下寿子６で絶縁されている。

７は反応容器内に設置された円筒状基体であり、該円筒
状基体７は接地されてアノード電極となるものである。

円筒状基体７の中には、基体加熱用ヒーター８か設置さ
れており１成膜前に基体を設定温度に加熱したり、成膜
中に基体を設定温度に維持したり、あるいは成膜後基体
をアニール処理したりするのに用いる。また、円筒状基
体７は軸を介して回転駆動手段９に接続されて石り、成
膜中、円筒状基体を回転せしめる。

ｌＯは、前記カソード電極２の多穿孔内壁２′と外壁２
′とで形成される空間に堆積膜形成用原料ガスを導入す
るためのガス導入管であり、該原料ガス導入管１０はバ
ルブ１１を介して堆積膜形成用原料ガス供給系２０に連
通している。

堆積膜形成用原料ガス供給系２０は、ガスボンベ２０１
〜２０５、ガスボンベに設けられたバルブ２１１〜２１
５、マスフロコントローラ２２１〜２２５、マス７０コ
ントローラへの流入バルブ２３１〜２３５及びマス７０
コントローラからの流出バルブ２４１〜２４５、及び圧
力調整器２５１〜２５５からなっている。

１２は、反応容器内を真空排気するための排気管であり
、排気バルブ１３を介して真空排気装置（図示せず）に
連通している。

１４はカソード電極２への電圧印加手段であるＯ こうした従来のプラスｖＣＶＤ法による堆積膜形成装置
の操作は次のようにして行なわれる〇即ち、反応容器内
のガスを、排気管１２を介して真空排気する共に、加熱
用ヒーター８により円筒状基体７を所定温度に加熱、保
持し、さらに回転駆動手段９により回転せしめる。次に
、原料ガス導入管１０ヲ介して、例えばａ−８ｉＨ堆積
膜を形成する場合であれば、シラン等の原料ガスを反応
容器内に導入し、該原料ガスは、多穿孔内壁２′のガス
放出孔２’ａから基体表面に向けて放出される。これと
同時併行的に、電圧印加手段１４から、例えば高周波を
カソード電極２と基体（アノード電極）７間に印加しブ
ラズマ放電を発生せしめる。かくして、反応容器内の原
料ガスは励起され励起種化し、８１″’、ｓｌ、Ｈ”等
（傘は励起状−を表わ丁。）のラジカル粒子、電子、イ
オン粒子等が生成され、それ等が相互反応して円筒状基
体の表面にａ−８１Ｈの堆積膜が形成される。

上述の、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜装置は、
至適なものとして一般に広く用いられているもので□は
あるが、次のようないくつかの問題点がある。

即ち、カソード電極と円筒状基体の間隔は゛多くの場合
固定されていることから＼発生せしめるプラズマの放電
空間は、成膜条件、例えば堆［膜形成用原料ガスの導入
流量、成膜空間内の圧力、放１！電力、基体温度等によ
って決定されるが、カソード電極と上壁や底壁との間で
異常放電が発生するため、その間で放電パワーが消費ざ
ｎてしまい、基体表面近傍で効率良く原料ガスを分解す
ることができず、放電パワーの強化、原料ガスの導入流
量増加、堆積時間の増加等の対策が必要となり生産性に
適さないという問題がある。また一方では、こうした異
状放電が基体表面に与える影響も大であって、特にドラ
ム端部では膜の異常成長（球状成長）などが多数発生し
、こうした基体ご繰り返えし使用すると、得られた画伸
には白ヌケや黒ポチとなってあられれるなど、耐久性に
も問題が生じる。

従来、こうした問題を解決する方法として、プラズマの
閉じ込めを良化させ、成膜速度及び得られる堆積膜の膜
質を向上せしめるため、種々の磁場によるプラズマの閉
じ込めが提案されている。そしてこうした−例として、
反応容器の側壁の外側に磁石を配置し、プラズマを閉じ
込めた装置が提案されている。し力）シ、該装置では反
応容器の中心軸近傍、即ち基体表面の成膜空間の近傍に
おけるプラズマを制御することが不可能であり、成膜速
度及び膜質の向上がある程変達成されるにしても、満足
のゆくものとはいえなかった。

こうしたことから、プラズマＣＶＤ法は至適な方法とさ
れてはいるものの、円筒状基体の上部及び下部において
も均一な膜厚及び膜質を有Ｔる堆積膜を形成しようとＴ
る場合には、前記各種成膜条件がおのずと制限されてし
まうこととなり、その結果、幅広い特性を有する各種堆
積膜を、同一装置内で連続して形成することは非常に困
難となってしまう〇 また、前述の各種ディバイスか多様化してさており、そ
のための素子部材として、各種幅広い特性な有する堆積
膜を形成するとともに、場合によっては大面積化された
堆積層を形成することが社会的要求としてあり、こうし
た要求を満たす堆積膜を、定常的に量産化しつる装置の
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０ 丁なわち本発明の主たる目的は、プラズマＣＶＤ装置に
おける異常放電ｔ−なくシ、基体表面近傍のプラズマの
制御を可能とすることにより、電気的、光学的、光導電
的特性が殆んどの使用環境に依存することな（実質的に
常時安定しており、優れた耐光疲労特性を有し、繰返し
使用にあっても劣化現象を起こさず、優れた耐久性、耐
湿性を有し、残留電位の問題を生じない均一にして均質
な、改善された堆積膜を多量生産するためのプラズマＣ
ＶＤ法による堆積膜量産装置を提供することにある〇 本発明の他の目的は、形成される膜の緒特性、成膜速度
、再現性の向上及び膜品質の均一化、均質化をはかりな
がら、膜の生産性向上と共に、特に量産化を可能にし、
同時に膜の大面積化を可能にするプラズマＣＶＤ法によ
る堆積膜量産装置を提供することにある０ 〔発明の構成、効果〕 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、円筒状反応容器の
中心軸と垂直な平面内に、磁石列を平行かつ等間隔に配
列した場合、前述の諸問題が解決され、且つ上述の目的
が達成しつるという知見を得、本発明荀完成するに至っ
た。

即ち、本発明は、上壁、周ｉ壁及び底壁で密封形成され
てなる反応空間を内部に有する円筒状反応容器と、該反
応空間内に円筒状基体を設置する手段と、該反応空間内
に堆積膜形成用原料ガスを導入する手段と、該原料ガス
を励起させて励起種化するための放電エネルギー印加手
段と、前記反応空間内を排気■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、前記反応容
器の中心軸と垂直な平面内に＼磁石列を平行かつ等間隔
に配置したことを特徴とするプラズマＣＶＤ法による堆
積膜形成装置に関する。

次に、本発明のプラスｖＯＶＩＩ法による堆積膜形成装
置について、図面を用いて詳しく説朗するが、本発明は
これにより限定されるものではない０ 第１（Ａ）図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置の典型的１例を示す断面略図である。第】（
Ａ）図において、前述の＠２図において符した符号と同
一のものは、第１（４）図においても同一の内容な示す
ものであり、即ち、１は円筒状反応容器全体、２は反応
容器の側壁を兼ねたカソード電極、２／は該カソード電
極の多穿孔内ａ、２Ｎはカソード電極の外壁、２′＆は
ガス放出孔、３は上壁、４は底壁、５をゴ上碍子、６は
下碍子、７は円筒状基体、８は加熱用ヒーター、１０は
ガス導入管、１１はバルブ、１２は排気口、１３は排気
バルブ、１４はカソード電極への電圧印加手段、２０は
原料ガス供給系全体、２０１〜２０５はガスボンベ、２
１１Ｎ２１５はガスボンベのバルブ、２２１〜２２５ハ
マス７０コント四−ラ、２３１〜２３５は流入バルブ、
２４１〜２４５は流出バルブ、２５１〜２５５は圧力調
整器を、夫々示している。

１５は、反応容器ｌの上壁３及び底壁４に配置した磁石
である。第１■図は、磁石１５ｔ−配置した上壁３を拡
大した斜視図である。上壁３及び底壁４には磁石を平行
かつ等間隔に配列する。配列の方法は、第１（４）、■
）に示すごとく、磁石の異極どうしが隣り合うように配
列されているが、第１　（０）図に示Ｔごとき、異極ど
うしが隣りあう他の配列方法であってもよく、あるいは
更に、第１０図に示すごとく、磁石の同極どうしが隣り
合うように配置することもできる。

本発明の装置に巧いて配置する磁石の強度、大きさ、配
置などは、上壁３部及び底壁４部でどの程度の磁束密度
及び磁界形成領域が必要であるかを考慮して決められる
。ナオ、磁束密度の値としては、大きければ大きい程好
ましいものであるが、好適には０．２０ＫＧ以上、最適
には０．３０ＫＧ以上とするのが望ましい０また〜本発
明の装置において、均一な磁界形成領域を得るためには
、上壁３及び底壁４に磁石強度が同じｎ− である磁石列を平行乃至等間隔に配置するのが望ましい
。

本発明の装置においては、１糎３及び底１１４に磁石１
５１Ｅ−上記のごとく複数本配列して磁石列を形成せし
め、該磁石間に磁場を発生せしめることで、プラズマの
異常放電を阻止することができる・そして、このことに
より基体７表面近傍のプラズマ密度か向上し１プラズマ
の放電パワーを原料ガスの分解に効率良く使用すること
がでさるため、成膜速度が向上に、堆積時間が短縮され
て生産性が良化する。また、基板表面近傍での均一な放
電が可能となることにより□、基体の上端部から下端部
にわたる基体表面全域において均一な膜厚及び膜質を有
する堆積膜が形成可能となる。更に、上Ｉｌｌ！３及び
底壁との異常放電により基体の上端部及び下端部に球状
突起等の膜欠陥が多数発生するという問題も解消され、
膜質の良化及び耐久性がともに向上することとなる〇 本発明の装置により堆積膜を形成するについ一１２＝ て使用される原料ガスは、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　８１　（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、ハ田ゲン、あるいは炭化水素等が結合したシラ
ン類及びノ１ｐ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０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、Ｈ・、Ａｒ等の不活ｉガスにより稀釈し
て用いることもある０さらに、ａ−８１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／′
８よび稀釈用ガスと混合して反応空間内に導入すること
、ができる。

なお、前記原料ガスは、それが二種またはそれ以上使用
される場合、その中の一種または場合によりそれ以上を
、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。

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、例えば金属、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の温度は、特に制限されるもの
ではないが、３０〜４５０℃の範囲とするのが一般的で
あり、好ましくは５０〜３５０　”Ｃである。

また１堆穆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５ＸＩＯ’’Ｊ’ｏ　ｒｒ以
下１好ましくはＩ　Ｘ　１０−’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ｌＸｌｏＴｏ
ｒｒ台にするのが望ましい０次に、第１（４）図に示す
本発明の装置を操作して堆積膜を形成する例を記載する
が、本発明はこれにより限定されるものではない。

本例においては、ＡＩシリンダーを基体として使用し、
５本のＡＩクシリンダ−上以下のごとくして、電荷注入
阻止層、感光層及び表面層とからなる光受容層を形成し
て光受容部材を得た０ｒｉＢ本例においては、上壁３及
び底Ｗ１４の表面付近に５ける磁束密度が、最も高い所
で１．５　ＫＧとなるように１平行かつ等間隔な磁石列
を配置した装置を用いた。

図中の２０１　、２０２．２０３．２０４．２０５のガ
スボンベには、夫々の着を形成するための原料ガスであ
る、８１Ｈ４ガス（純度９９．９９９％）、ｌＨ雪ガス
で希釈されたＢＩＨ・ガス（純度９９．９９９％、以下
Ｂ２Ｈ＠　／Ｈ意と略す。）、ＯＨ４ガス（純度９９．
９９９％）、Ｎｏガス（純度９９．９９９％）、■！ガ
ス（純度９９．９９９％）の夫々が密封されている・ これらのダスを反応容器内に流入させるに先だち、ガス
ボンベ２０１〜２０５のバルブ２１１〜２１５が閉じら
れていることを確認し、流入バルブ２３１〜２３５１流
出バルブ２４１〜２４５、バルブス１が開かれているこ
とを確認し、バルブ１３を闘いて反応容器内を、系内圧
力がＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ　以゛下になるまで脱気
した。次いでガス供給系２０のバルブを全て閉じ、次い
でヒーター８に通電してＡ／シリンダーの温度が２５０
℃になるまで加熱した〇 こうしたところへ、ガスボンベ２０１よりａｉＨ４ガス
、ガスボンベ２０２よりＥｓＨ，／Ｈ，ガス、ガスボン
ベ２０４よりＮｏガス、ガスボンベ２０５よりＨ２ガス
の夫々を、バルブ２１１　、２１２．２１４．２１５を
開いて出口圧ゲージ２５１．２５２．２５４．２５５の
圧Ｂ　１　ｈｇ／ｃｊに調整し、流入バルブ２３１　、
２３２．２３４．２３５を徐々に開けて、マス７四コン
トｐ−ラ２２１．２２２．２２４．２２５内に流入させ
る。

引き続いて流出バルブ２３１．２３２．２３４．２３５
及びバルブ１０［−開いて、夫々のガスご反応容器１内
に流入させた。このとき％　５ｉＩＩ４ガスの流量を１
５０８００Ｍ　ｓ　Ｈ２ガスの流ｊｌ　′ｆｔ３６０８
００Ｍ　％ＢＡＨ＠　／Ｈ２ガスの流量をａｉＨ４ガス
の導入流量の１６００　Ｖａｔ　ｐｐｉｍ　ｓ　Ｎｏガ
スの流量Ｔｔ８１Ｈ４ガスの導入流量の３．４　Ｖｏ１
％　となるように流出バルブ２４１．２４２．２４４．
２４５　ｅｌｌ整し、反応容器１内の圧力が０．２　Ｔ
ｏｒｒになるようにバルブ１３を、調整した。

夫々のガスの流量が安定したところで、高周波電力ｒｔ
１５０　Ｗに設定して、反応容器１内にプラズマを生起
せしめ、同時に導線１５に１０ＯＡの電流を流し、Ａ７
シリンダー７上に、硼素原子及びｉＩ２素原子２含有Ｔ
る＆−８１！、Ｈ膜（電荷注入阻止層）を、５０分間形
成せしめ２０次いで、ＢＡＨ＠／Ｈｚガス及びＮｏガス
の導入を中止した以外は上記と同様の操作により、ａ　
−９１：Ｈ膜（感光層）を１８０分間形成し、さらにボ
ンへ２０５のＨ，ガス６００８００Ｍを導入するととも
に８１Ｌガスの流量ｋ　２０８００Ｍに変更した以外は
Ｔぺて前述上同様の操作により、ａ−８ｉ１０２Ｈ膜（
表面層）ｆ：４分間形成した・ 最後に、高周波電源及びガスのバルブを丁ぺて閉じ、反
応容器内の残留ガスを排気し、ムｌシリンダーの温度を
室温まで下げて、光受容層の形成されたＡ！シリンダー
を系外に取り出した＠比較例として、第２図に示した従
来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置な用いた以
外はすべて前述と同様の条件で、５本のＡＩクシリンダ
−上光受容層を形成した。

得られた各々の光受容部材について、帯電能、感度、膜
厚及び良品率の夫々ケ、夫々のＡ／シリンダーの上端部
囚、中央部■）及び下端部０にわいて測定又は評価した
０なお１測定−評価の位置は本発明及び比較例ともに画
＠部に？ける同位置とした。夫々得られた５本の値を平
均して、下記の第１表の結果を得た。

第　　　　１　　　　表 中　　コロナ電流６００μＡの時の表面電位ｍ−入−７
８０ｍｍのレーザーの表面電位【０にするのに必要な光
量 中串中　　各層を所定時間成膜した時の光受容層の全膜
厚 第１表の結果から、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置２用いた場合に比較して、本発明の装置を用
いた場合の方か、ＡＩシリンダーの全域にわたって均一
な膜厚及び膜質な得られる　“ことがわかる。

【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
膜形成装置の至適な１例の断面略図であり、第１の）図
は、第１（４）図における上壁又は底壁の斜視図であり
、第１０、■図は、上壁又は底壁に？ける磁石の配列の
他の例を示す図である。第２図は、従来のプラズマＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成装置の断面略図である。 第１，２図について、 一紛一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）上壁、周囲壁及び底壁で密封形成されてなる反応
   空間を内部に有する円筒状反応容器と、該反応空間内に
   円筒状基体を設置する手段と、該反応空間内に堆積膜形
   成用原料ガスを導入する手段と、該原料ガスを励起させ
   て励起種化するための放電エネルギー印加手段と、前記
   反応空間内を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、前記反応容器の中心軸
   と垂直な平面内に、磁石列を平行かつ等間隔に配置した
   ことを特徴とするプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装
   置。