JPS62224678A

JPS62224678A - プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置

Info

Publication number: JPS62224678A
Application number: JP61065792A
Authority: JP
Inventors: Tatsuyuki Aoike; 達行青池; Atsushi Koike; 淳小池; Tsutomu Murakami; 勉村上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1987-10-02
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0627337B2

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
力用のライン七ンブー、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グラダマ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、
画像入力用ライン七ンブー、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　−８１Ｊと表記する。

）ＦＡあるいは水素化シリコンを含有する非晶質（以後
率にｒａ−８ｉＨＪ　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　−Ｓｌ膜十ａ　−Ｓ　ｉ　Ｈ膜とともにそれ等
ａ−８ｔ　＆−？　ａ−８ｉＨ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、イオングレーティング法、いわゆる熱ＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等かラシ、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０ところで前記グラズマＣＶＬ）法は、直流、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
ものであシ、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
容器の底壁でわる。前記カソード電極２と、上壁３及び
底壁４とは、大々、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υ、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９、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に接続されており、成
膜中、円筒状基体６を回転せしめる。

９は、円筒状基体６の同軸外周円上に円筒状基体６の長
手方向に沿って複数本設けられた堆積膜形成用原料ガス
放出管であって、夫々のガス放出管９，９・・・は反応
容器の側壁に向けて該原料ガスを放出するだめのガス放
出孔９ａ　、　９ａ・・・が多数設けられている。また
、これらの原料放出管９．９・・・、バルブ１１を有す
るガス導入管１０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。

該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ブ２１１〜２
１５、マスフロコントローラー２２１〜２２５、マス７
０コントローラーへノ流入パルフ２３１〜２３５、マス
フロコントローラーカらの流出バルブ２４１〜２４５、
及びガス圧調整器２５１〜２５５からなっている。

１２は、反応容器内を真空排気するための排気管であり
、排気パルプ自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。

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、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、がス
導入管のガス放出孔９ａ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）６間
に印加しグラズマ放電を発生せしめる。か＜シて、反応
容器内の原料ガスは励起され励起種化し、Ｓｌ、ＳｉＨ
＊等（＊は励起状態を表わす。）のラジカル粒子、電子
、イオン粒子等が生成され、それ等が相互反応して円筒
状基体の表面にａ　−Ｓ　ｉ　Ｈ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、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
知られており、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９ａ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図に示すごとき従来装置にお
いては、反応容器の周囲壁（カソード電極２）が円筒形
であるため、原料ガス放出孔９ｍ　、　９ａ・・・から
放出される原料ガスと、反応容器内に形成される放電プ
ラズマとが均一に混ざりにくいという問題がある。

この点について、第２図に図示した従来装置の反応容器
の横断面を示す第３図を用いて説明する。図中、２は反
応容器の周囲壁（カソード電極）、６は円筒状基体（ア
ノード電極）、９はぷ料ガス放出管、矢印は原料ガスの
流れを夫々示している。原料ガス放出管９，９・・・に
設けられたがス放出孔９ｍ　、　９ｍ・・・から周囲壁
２に向けて放出された原料ガスは、周囲壁２が円筒形状
であるため、整流されて流れるため、原料ガスと放電プ
ラズマとが均一に混合せず、その結果、形成される堆積
膜の膜厚及び膜質について、円筒状基体の周方向でパラ
つきが生じてしまう。

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ｆは装置自体を複
雑なものとしてしまい、装置設計上の無理が多くなって
しまうという問題もある。

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、場合によっては大面株化さ
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層を、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り一層重犬なものとなってき
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、上述の諸量＠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シながら、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法による増株膜形
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、ガス放出管に対向
する周囲壁（カソード電極）２の形状を、原料ガスが拡
散する形状とすることにより、前述の諸問題が解決され
、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。

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容器と、
該反応容器内に円筒状基体を設置する手段と、該円筒状
基体の同軸外周円上に円筒状基体の長手方向に沿って設
けられた堆積膜形成用原料ガス放出管と、該原料がスを
励起させて励起種化するための放電エネルギーを印加す
る手段と、前記反応容器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
応容器の周囲壁を、前記原料がスを乱流状態で拡散放出
せしめる形状とし九ことを骨子とするものである。

以下、本発明の装置について図面を用いて詳しく説明す
るが、本発明は実施例によシ限定されるものではない。

本発明の装置は、第２図に示す従来装置と反応容器の周
囲壁（カソード電極）２の形状が異なるだけで、その他
の装置構成は全く同じである０第１（Ａ）〜（Ｃ）図は、本発明の装置における周囲壁
の形状の典型的な例を模式的に示す横断面略図である。

図中、２は周囲壁、６は円筒状基体、９はガス放出管、
矢印は原料ガスの流れを夫々示している。

本発明の装置においては、反応容器の周囲壁２を第１　
（Ａ）〜（Ｃ）に図示するごとき形状とすることによっ
て、がス放出管９のガス放出孔９＆から放出される原料
ガスは矢印で示す様な乱流となるため、反応容器内で原
料ガスと放電プラズマが均一に分布し、その結果、円筒
状基体表面に形成される堆積膜の膜厚及び膜質が、円筒
状基体の周方向について均一となる。

本発明の装置の上記形状を有する周囲壁は、公知の種ｑ
の方法で形成することができるが、その１例として、押
し出し成型法がある。

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
の堆積族を形成する類のものでめ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−８ｉｋ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シラン類及びハロゲ
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、るるいは２ａ
１以上を併用してもよい。また、これ等の原料ガスは、
Ｉｉｅ、Ａｒ等の不活性ガスにより稀釈して用いること
もある。さらに、ａ−８ｉ膜はＰ型不純物元素又はｎｆ
ｉ不純物元素をト１−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、導電性のものでめっても、半導電
性のものでおっても、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
であり、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族を形成する場合、原料
がスを導入する前に反応空間内の圧力を５　Ｘ　ｌ　Ｏ
−’　Ｔｏｒｒ以下、好ましくはｌ　Ｘ　１０−”ｌ’
ｏｒｒ以下とし、原料がスを導入した時には反応空間内
の圧力をｌＸｌ０〜］　Ｔｏｒｒ好ましくは５×１０〜
Ｉ　Ｔｏｒｒとするのか望ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の装置を操作して堆積膜を形成した実施例
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、第２図に示すプラズマＣＶＤ装置の反
応容器１を、第１（Ａ）図に示す断面形状の周囲壁（カ
ンード電極）２′ｆ：有する反応容器とし、Ａｇ製シリ
ンダー上に、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、本例における装置の大き
さは以下に示すとおりである。

また、ガスボンベ２０１にはＳ　ｉ　Ｈ４ガス、ガスボ
ンベ２０２にはＢ２ｌ−１，ガス、ガスボンベ２０３に
はＮＯがス、ガスボンベ２０４にはＣＨ，ガス、ガスボ
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、その他のがス供給ｉ　２（１）バルブ２３１〜
２３５　、２４１〜２４５．１１および排気パルプ１３
ｔ−開けて反応容器１内を１０−７Ｔｏｒｒまで減圧し
た。それと同時に加熱用ヒーターワによｐＡｇ製シリン
ダー６を２５０℃に加熱し、２５０℃で一定に保った。

Ａｌ＃シリンダー〇温度が安定したところで、流入パル
プ２３１〜２３５啄浸゛流出２４１〜２４５及びパルプ１１のすべてを閉じガス
ボンベ２０５のパルプ２１５を開いて、マス７０コント
ローラー２２５　’（ｆ−３００ＳＣＣＭに設定し、流
入パルプ２３５、流出パルプ２４５及びパルプ１１全順
に開いてＨ，ガスを反応容器１内に導入した次にガスボ
ンベ２０１のＳｉＨ，ガス、ガスボンＲ２０２のＢ、Ｈ
６ガス、ガスボンベ２０３のＮｏガスを、上述の同様の
操作をくりかえして、順に反応容器１内に導入した。な
お、５ＩＨ４がス、Ｂ　ｔ　Ｈ６ガス、ＮＯがスの夫々
の流量は、５ｉｎ４がスが１５０ＳＣＣＭ％　Ｂ、Ｈｏ
がスがＳｉＨ４ガス流量に対しテ１６００Ｖｏｇ　ｐｐ
ｍ　％ＮＯカｘがＳ　ｔ　Ｈ４ガス流量に対して３．４
Ｖｏｌ１％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、排気パルプ１３
を調整して、系内が０．２Ｔｏｒｒ　　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（１３，５６ＭＨｚ、１５０Ｗ）を生じ
させ、膜厚が５μｍのａ−８ｉ：）Ｉ：Ｂ：０で構成さ
れた電荷注入阻止層を形１　成した。

次に、Ｂ２Ｈ，がス及びＮｏガスの流入を止めた以外は
前述と同様にして、膜厚２ｏμｍのａ−８ｉ：Ｈで構成
された感光層を形成した。

更に、５ＩＨ４カス流役を３５ＳＣＣＭとし、ｃＨ４〕
　ガス流量を５ｌ）ｌ、ｆｆガス流量対し　テＳ　ｉ　
Ｈ４／ＣＨ４＝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０．５　μｍ　のａ−３ｉ
：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
ター上止め、反応容器内を排気し、Ａｇ製シリンダーの
温度を室ｍ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、膜厚及び膜電位ｔ、ｈｅ
ｍシリンダー中央の周方向における８つの点（第１（Ａ
）図Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂ・・・）で測定した。その結果を下
記の第１表に示す。なお、膜電位は、キャノン（株）ｇ
複写機（ＮＰ−９０３０）に感光ドラムとして搭載し、
７．５ＫＶのコロナ帯電をした時の膜の表面電位である
。

次に、比較例１として、第３図に示す断面形状を有する
反応容器（従来装置）を用いた以外は前述と同一の条件
で光受容部材を形成した。

なお、比較例における装置の大きさは以下に示すとおシ
である。

更に、比較例２として、Ａｇシリンダー６を回転させた
以外は前述の比較例１と同じ条件で堆積膜を形成した。

比較例１．２で優られた光受容部材について、実施例１
と同様にして膜厚及び膜電位を測定し、第１表の結果か
ら、従来装置によるものは成膜時にＡｌ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
大きくなるのく対し、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（Ａ）乃至（（、’）図は、本発明のプラズマＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成装置における、周囲壁の形状の典
型的な例を示すＮｆ面略図である。第２図は、従来のプ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の典型的−例を模
式的に示す断面略図であシ、第３図は、該従来装置にお
ける周囲壁の形状を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・・・がス放出
口、ＩＯ・・・ガス供給管、１１・・・パルプ、１２・
・・排気管、１３・・・排気パルプ、１４・・・電圧印
加手段、２０・・・堆積膜形成用原料ガス供給系、２０
１〜２０５・・・がスボンベ、２１１〜２１５・・・パ
ル７”、２２１〜２２５・・・マスフロコントローラー
、２３１〜２３５・・・流入パルプ、２４１〜２４５・
・・流出パルプ、２５１〜２５５・・・ガス圧調整器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上壁、周囲壁及び底壁で密封形成されてなる反応
容器と、該反応容器内に円筒状基体を設置する手段と、
該円筒状基体の同軸外周円上に円筒状基体の長手方向に
沿つて設けられた堆積膜形成用原料ガス放出管と、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
を印加する手段と、前記反応容器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つて
、前記反応容器の周囲壁を、前記原料ガスを乱流状態で
拡散放出せしめる形状と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。（２）前記反応容器の
周囲壁が、押し出し成型法で形成されたものである特許
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。