JPS62218573A - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とシわけ機能性膜、殊に牛
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
などく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法による堆積膜形成装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、牛導体ディバイス、電子写真用感光ディバイス、
画像入力用ラインセンサー、撮像ディバイス、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−８ｉＪと表記する。）
ＩＩあるいは水素化シリコンを含有する非晶質（以後単
に［ａ−８１）（Ｊと表記する。）ＪＩ［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
うし九ａ−８１属やｍ−８１ＨＷとともＫそれ等暑−別
膜やａ−８ｉＨＩ［尋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法吟があ夛、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、高周波ｔｉ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
のであシ、そのための装置も各種提案されている。

嬉３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
、ｌは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ル、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と、上壁３及び
底Ｗ４とは、碍子５で絶縁されている。

６は反応容器内に設置された円筒状基体であ夛、該円筒
状基体６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６の中には、基体加熱用ヒーター７が設置さ
れておシ、成膜前に基体を設定温度に加熱したシ、成膜
中に基体を設定温度に維持し九ヤ、あるいは成膜後幕体
をアニール処理したシするのに用いる。また、円筒状基
体６は軸を介して回転駆動手段８に接続されてお）、成
膜中、円筒状基体ｅを回転せしめる。

９は、前記円筒状本体６の同軸外周円上の位置く円筒状
基体の長手方向に沿って複数本配置された堆積膜形成用
原料ガス導入管であって、各々のガス導入管９，９・・
・には、反応空間内に該原料ガスを放出するだめのガス
放出孔９ｍ、９ｍ・・・が多敷設けられている。これら
のガス導入管９．９・・・はガス導入管の下部において
分岐管１０により接続され、該分岐管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。

１２は、反応容器内を真空排気するための排気管であシ
、排気パルプ１３を介して真空排気装置（図示せず）Ｋ
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。

前記堆積膜形成用原料ガス供給系２０は、堆積膜形成用
原料ガスを密封したガスボンベ２０１〜２０５、ガスボ
ンベ２０１〜２０５の夫々に設けられタハル’ニア’　
２１１〜２１５、マス７０コントローラー２２１〜２２
５、マスフロコントローラーへの流入バルブ２３１〜２
３５、マスフロコントローラーからの流出バルブ２４１
〜２４５、及びガス圧調整器２５１〜２５５からなって
いる。

こうした従来のプラズマＣＶＤ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。

即ち、反応容器内のガスを、排気管１２を介して真空排
気すると共に、円筒状基体６を加熱用ヒーター７によシ
所定温度に加熱、保持し、さらに回転駆動手段８により
回転せしめる。次に、原料ガス導入管９を介して、例え
ばａ−８ｉＨ堆積膜を形成する場合であれば、ンラン等
の原料ガスを反応容器内に導入し、該原料ガスは、ガス
導入管のガス放出孔９ｍから反応空間内に放出される。

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）６間に印
加しプ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、８ｉ”、ＳＩＨ＊
尋（＊は励起状態を表わす。）のラジカル粒子、電子、
イオン粒子勢が生成され、それ等が相互反応して円筒状
基体の表面にｓ−８＋）（の堆積膜が形成される。

上述の、従来のプラズマ（’ＶＤ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、プラズマＣＶＤ法による堆積膜の形成において、
反応空間に導入する原料ガスのガス圧、ガス流量、投入
パワー等が形成される膜の膜質や膜厚に影響することが
知られておシ、膜厚および膜質が均一な堆積膜を形成す
るには、ガス導入管９の原料ガス放出孔９ｓから反応空
間内に放出される原料ガスの反応空間内における分布が
重要な因子となるが、第３図に示すととき従来装置にお
いては、原料ガス供給系２０から供給される原料ガスは
、反応空間の下部に設置された分岐管１０を介して夫々
のガス導入管９，９・・・に導入されるため、夫々のガ
ス導入管９，９・・・の配置場所の違いＫよるわずかな
コンダクタンスの違いが補償されず、ガス導入管ごとに
ガス放出量に差が生じてしまい、その結果、形成される
光受容層の膜厚及び膜質について、円筒状基体の局方向
でバラつきが生じてしまうという問題がある。

こうした問題は、円筒状基体６を回転駆動手段８により
回転させることである程度は解消されるが完全とはいえ
ず、更にこうした回転駆動手段８の設置は装置自体を複
雑なものとしてしまうという問題もある。

更に、原料ガス供給系２０から供給される原料ガスはガ
ス導入管９，９・・・の一端から導入されるため、ガス
導入管の上部と下部とにおいて原料ガスの放出量に差が
生じやすく、その結果、形成される光受容層の膜厚及び
膜質について円筒状基体の長手方向でバラつきが生じて
しまうという問題もある。

こりした問題を解決するため、ガス導入管９に設けるガ
ス放出孔９ｍの分布を調整することも提案されてはいる
が、長手方向のバラつきがある程度解消されるものの、
まだ不充分である。

ところで、前述の各種ディバイスが多様化してきておシ
、そのための素子部材として、各種幅広い特性を有する
堆積膜を形成するとともに、場合によりては大面積化さ
れた堆積層を形成することが社会的要求としてあシ、こ
うした要求を満たす堆積膜を、定常的に量産化しうる装
置を開発にするについて、反応空間内における原料ガス
の分布を調整し、形成される堆積膜の膜厚及び膜質の均
一化を図るという課題はよｒ　一層重大なものとなって
きている。

〔発明の目的〕

本発明は、光起電力集子、牛導体ディバイス、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
ィバイス尋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。

即ち、本発明の主たる目的は、形成される膜の膜厚、膜
質及び緒特性の均一化をはかｐながら、膜の生産性向上
と共に、＃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法による堆積膜形成装置を提
供することにある。

また、本発明の別の目的は、装置構成が簡単で、種々の
特性を有する堆積膜を効率的に量産化しうるプラズマＣ
ＶＤ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、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、従来設けてい友ガ
ス導入管の分岐管以外にもう１つの分岐管を、従来設け
ていた分岐管の反対側に設けるととくよ少、前述の諸量
題が解決され、且つ上述の目的を達成しうるという知見
を得、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置
は、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、前記堆積膜形成用原料ガス導入
手段が、前記円筒状基体の同軸外周円上の位置に該円筒
状基体の長手方向に沿って配置された複数本のガス導入
管からなり、それらのガス導入管が上部及び下部におい
て分岐管により接続されたものであることを骨子とする
ものである。

以下、本発明の装置の実施例を図示し、それにより本発
明について詳しく説明するが、本発明は実施例により限
定されるものではない。

第１（（転）図は、本発明の装置の典型的な一例を模式
的に示す断面略図である。

図中、前述の第３図と共通する符号は、第３図において
説明したものと同一のものを示す。

即ち、ｌは反応容器、２はカソード電極、３は上壁、４
は底壁、５は碍子、６は円筒状基体、７は加熱用ヒータ
ー、８は回転駆動手段、９はガス導入管、９１はガス放
出孔、１０は分岐管、１１はバルブ、１２は排気管、１
３は排気バルブ、１４は電圧印加手段、２０は堆積膜形
成用原料ガス供給系、２０１〜２０５はガスボンベ、２
１１〜２１５ハ／（ルフ、２２１〜２２５はマスフロコ
ントローラー、２３１〜２３５は流入バルブ、２４１〜
２４５は流出バルブ、２５１〜２５５はガス圧調整器を
夫々示している。

第１（Ｂ）図は、第１　（Ａ）図に図示し九ガス導入管
９．９・・・と分岐管１０　、１０だけの斜視図である
。

上記構成の本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置においては、ガス導入管の両路端が分岐管に接続さ
れているため、夫々のガス導入管に堆積膜形成用原料ガ
スが均等に導入されるようになる。プラズマＣＶＤ法を
用いた堆積膜形成装置において、形成される堆積膜の膜
厚及び膜質の同方向の分布は、夫々のガス導入管から反
応空間に導入される原料ガスの量におおむね相関するた
め、夫々のガス導入管に導入される原料ガスの量が均等
とな夛、夫々のガス導入管から放出される原料ガスの量
が均等となることにより、形成される堆積膜の膜厚及び
膜質の周方向における均一化がはかられることとなる。

更に、従来装置においては、周方向における膜厚及び膜
質の均一化をはかるために円筒状基体を回転する手段が
設けられていたが、本発明の装置においては、こうした
回転駆動手段を設ける必要がなくなシ、装置の簡素化を
はかることができる。

第２図は、本発明の装置の他の例を模式的に示す断面略
図である。

第２図に示す本発明の装置は、前述の第１図に示した装
置において、上部に設けた分岐管１０にも堆積膜形成用
原料ガス供給系２０をバルブ１１を介して接続したもの
である。

なお、第２図において符した符号はすべて前述の第１図
に符したものと同一のものを示している。

第２図に示す本発明の装置においては、ガス導入管の両
路端部に接続される分岐管の夫々に、堆積膜形成用原料
ガス供給系が接続されるため、夫々のガス導入管に供給
される原料ガスの量の均等化が更に一層効率的に達成さ
れるうえ、原料ガス導入管の上部及び下部の双方から原
料ガスが導入されることＫより、形成される堆積膜の長
手方向における均一化が更に一層効率的に達成される。

本発明の装置により堆積膜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
よシ励起種化し、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ｍ−８１［ｊを形
成する場合であれば、具体的には、ケイ素に水素、へロ
ゲン、あるいは炭化水素弊が結合したシラン類及びへロ
ゲ／化Ｖラン類等のガス状態のもの、または容易にガス
化しうるち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、
１（ｅ　、　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−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夛、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空間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、牛導電
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。そして成膜操作時の基体温度は、特に制限
されないが、３０〜４５０℃の範囲とするのが一般的で
あシ、好ましくは５０〜３５０℃である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、本発明の装置の
反応空間内を減圧条件下におくのが好ましいが、常圧条
件でも勿論よく、場合によっては加圧条件下におくこと
もできる。減圧下において堆積膜を形成する場合、原料
ガスを導入する前に反応空間内の圧力を５Ｘ１０　　Ｔ
ｏｒｒ以下、好ましくはＩ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ以
下とし、原料ガスを導入し九時には反応空間内の圧力を
Ｉ×１０′″”　％　Ｉ　Ｔｏｒｒ　、好ましくは５×
１０″″１〜１Ｔｏｒｒとするのが望ましい。

以下、本発明の装置を操作して堆積膜を形成する方法を
、実施例を用いて説明するが、本発明はこれＫより限定
されるものではない。

〔実施例〕

円筒状基体としてｌ袈シリンダーを用い、以下のごとく
して第１図に示す装置を用いて、＃ＡＩＡｌ製シリンダ
ー上電荷注入阻止層、感光層及び表面層からなる光受容
層を形成した。

なおガスボンベ２０１　Ｋはｓ　ｉＨ，ガス、ガスボン
ベ２０２にはＢ鵞Ｈ６ガス、ガスボンベ２０３にはＮＯ
ガス、ガスボンベ２０４　Ｋ　ハＣＨ４１ｊス、カスボ
ンベ２０５にはＨ！ガスを夫々密封した。

まず最初にガスボンベのパルプ２１１〜２１５のすべて
を閉じ、その他のガス供給系２０のパルプ２３１〜２３
５．２４１〜２４５．１１および排気パルプ１３を開け
て反応容器ｌ内を１０”　Ｔｏｒｒ　ｉで減圧した。そ
れと同時に加熱用ヒーター７によシＡｌ！製シリンダー
６を２５０℃に加熱し、２５０℃で一定に保った。Ａｌ
製シリンダーの湿度が安定したところで、流入パルプ２
３１〜２３５、流出２４１〜２４５及びパルプ１１のす
べてを閉じ、ガスボンへ２０５　（Ｄ　／＜ルフ２１５
ヲ開いて、マス７０コントローラー２２５を３００８Ｃ
ＣＭに設定し、流入パル７’　２３５、ｆｌＬｔＢハに
−ｊ　２４５及Ｕハに−ｊ　１１　ｔＪＩ［に開いてＨ
１ガスを反応容器ｌ内に導入した。

次にガスボンベ２０１の８ｉ１１［、ガス、ガスボンベ
２０２の１３ｔＨｅガス、ガスボンベ２０３のＮＯガス
を、上述の同様の操作をく夛かえして、順に反応容器１
内に導入した。なお、ＳＩＨ，ガス、Ｂ、Ｈ，ガス、Ｎ
Ｏガスの夫々の流量は、８１Ｈ，ガスが１５０８ＣＣＭ
％Ｂｔ）（ｅガスが８１Ｈ４ガス流量に対して１６００
　Ｖｏｌ　ｐｐｍ、　ＮＯガスがｓ　ｔＨ，ガス流量に
対して３．４　ＶＯＩ％となるように設定した。

各々のガスの流量が安定したところで、排気バルブ１３
を調整して、系内がＱ、２Ｔｏｒｒになるようにし、系
内の圧力が安定したところで電圧印加手段１４を用いて
高周波放電（１３，５６ＭＨ！。

１５０Ｗ）を生じさせ、膜厚が５μｎｘｏａ−８１：Ｈ
：Ｂ：０で構成された電荷注入阻止層を形成した。

次に、Ｂ、Ｈ・ガス及びＮＯガスの流入を止めた以外は
前述と同様にして、膜厚２０Ｐｍ（Ｄａ−８１：Ｈで構
成された感光層を形成した。

更に、ｓｉＨ番ガス流量を３５８０ＣＭとし、ＣＨ４ガ
ス流量を引Ｈ４ガス流量に対して８ｉＨ，／ＣＨ，−１
／３ｏとなるようにした以外はすべて前述と同様にして
、膜厚０．５μｍのａ　−８１：　Ｃ（Ｈ）からなる表
面層を形成した。

最後にガスのパルプをすべて閉じ、放電及び加熱用ヒー
ターを止め、反応容器内を排気し、Ａｌ製シリンダーの
温度を室温まで下げ、形成された光受容部材を系外にと
シ出した。

得られた光受容部材について、膜厚、帯電能及び感度の
夫々を、ＡＩ製シリンダー中央の周方向における８つの
位置で測定した。各々の結果を下記の＃Ｉ１表に示す。

なお、表中、「帯電能ムラは、表面電位が平均で３８０
■となるようにコロナ帯電させた時の最大と最小の表面
電位差〔Ｖ）を示してお夛、「感度ムラ」は、非露光時
の表面電位が平均３８０■のものに露光を行ない平均で
表面電位が平均３５ＶになるようＫした時の、露光後の
最大と最小の表面電位差（Ｖ）を示している。

比較例として、第３図に示す従来装置を用い、それ以外
は同一の条件で光受容部材を形成し、得られた光受容部
材について、同様の膜厚、帯電能及び感度の測定を行な
った。

第１表 第１表の結果から、従来装置によるものは成膜時にＡＪ
製シリンダーを回転させない時には周方向において膜厚
、膜質のムラが大きくなるのに対し、本発明の装置を用
いた場合には、回転を行なわない場合でも膜厚及び膜質
の周方向のムラが著しく改善されていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１（ム）図は、本発明の装置の典型的−例を模式的に
示す断面略図であル、第１（Ｂ）図は、第１（＾）図に
おけるガス導入管および分岐管の接続状態を示す斜視図
である。第２図は、本発明の装置の他の例を模式的に示
す断面図であ勺、第３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
図である。 第１乃至３図について、 １・・・反応容器、２・・・カソード電極を兼ねた周囲
壁、３・・・上壁、４・・・底壁、５・・・碍子、６・
・・円筒状基体、７・・・加熱用ヒーター、８・・・回
転駆動手段、９・・・ガス導入管、９ａ・・・ガス放出
口、１０・・・分岐管、１１・・・バルブ、１２・・・
排気管、１３・・・排気バルブ、１４・・・電圧印加手
段、２０・・・堆積膜形成用原料ガス供給系、２０１〜
２０５・・・ガスボンベ、２１１〜２１５・・・バルブ
、２２１〜２２５・・・マス７０コントローラー、２３
１〜２３５・・・流入バルブ、２４１〜２４５・・・流
出バルブ、２５１〜２５５・・・ガス圧調整器。

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、前記堆積膜形成用原料ガス導
   入手段が、前記円筒状基体の同軸外周円上の位置に該円
   筒状基体の長手方向に沿って配置された複数本のガス導
   入管からなり、それらのガス導入管が上部及び下部にお
   いて分岐管により接続されたものであることを特徴とす
   るプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置。