JPS62235471A - 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（バイス、画作入
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法による堆積膜形成装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体ディバイス、電子写真用感光テ゛（バづス
、画性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−５ｉ　Ｊ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−ＳｉＨＪ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−Ｓｉ膜やａ−８ｉｎ膜とともにそれ等ａ−５ｉ膜
やａ−Ｓｉｎ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ＣＶ
Ｄ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、高周波または
マイクロ波工Ａ−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ｆｆｌ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
容器の底壁である。前記カソード電極２と、上壁３及び
底壁４とは、夫々、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り、該円筒
状基体６は接地されて７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
れており、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７二−ル処理したりするのに用いる。

８は、円筒状基体６の同軸外周円上警二円筒状基体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８，８．・・・は
反応容器の側丑に向けて該原料ガスを放出するためのガ
ス放出孔８ａ　。

８ａ・・・が多数設けられている。そして、これらのガ
ス放出管８，８．・・・は、バルブ９を介して堆積膜形
成用原料ガス供給源（図示せず）に連通している。

１０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１１を介して真空排気装置（図示せず）に
連通している。

１２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１０を介して真空排
気する共に、円筒状基体６を加熱用ヒーター７により所
定温度に加熱、保持する。次に、原料ガス放出管８を介
して、例えばａ−８ｉｎ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放出管８のガス放出孔８ａ
から反応容器内（こ向けて放出せしめる。これと同時併
行的Ｇこ、電圧印加手段１２から、闘えば高周波をカソ
ード電（３２と基体（アソード塩極）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、Ｓｉ”、５ｉ）ｔ”等（傘
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−５ｉｉ（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°〔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′ら、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
入パソ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、ＩＥ、！厚および膜質が均一な堆積膜
を形成するには、ガス放出管９の原料ガス放出孔８ａか
ら反応容器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図に示すごとと従来
装置に３いては、複数のガス放出管８ｊ８ｊ・・・のガ
ス放出孔８ａ　、　８ａ　、・・・から放出される原料
ガスは、反応容器の周囲積面で反射されて、反応容器内
にほぼ均一に分散される。第４図は、第３図の従来装置
における原料ガスの流れを示すだめの装置の横断面図で
あり、図中、２は周囲壁（カソード電極）、６は円筒状
基体、８はガス放出管、矢印は原料ガスの流れを夫々示
している。しかし、該装置内に設置されるガス放出管８
の数は、装置構成上、実際には４本または８本、最大で
も１６本が限度であるため、ガス放出管の設置本数およ
び設置位置による原料ガス分布のバラつきが生じやすく
、その結果、形成される堆遺膜の膜厚及び膜質の円筒状
基体の周方向におけるパ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の設には装置自体な艇雑な
ものとして１．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。

また、円筒状基体を回転することなしに円筒状基体の周
方向にｊ３ける膜厚及び膜質の均一化を図るため、円筒
状基体の外径（こ対する反応容器の内径をある程度大き
くする、例えば、円筒状基体の外径がφ８０ｘｘでちる
のに対して、反応容器の内径をφ２０８ｗＧこする等の
方法も提案されている。しかし、この方法では、１つの
装置を用いて、外径がより大きな円筒状基体上（；、そ
の膜特性を低下させることなく成膜せしめろことは不可
能であり、例えば、外径φ８０ズ寓の円筒状基体上に成
膜するのに用いた装置を用いて、外径φ１０８浦の円筒
形基体上に成膜する場合、ガス放出管の配置本数を単に
増加させるだけでは充分な対応をすることができないと
いう問題がある。

ところで、前述の各種ディバイスが多様化してきており
、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ＨＡ質の
均一化を図るという課題は、より一層重大なものとなっ
てきている。

〔発明の目的〕

本発明は、光起電力素子、半導体ディバイス画像入力用
ラインセンサー撮薇ディバイス、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、
上述の諸問題藝解決し、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
質及び膜特性の均一化をはかりながら、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、従来装置における
ガス放出管と円筒状基体との間に暖衝壁となり得る多数
の開孔を有する円筒形の壁を設けた場合、原料ガスは該
緩衝壁の小さな孔を介して円筒状基体表面に到達するた
め、原料ガスの濃度及びガス田の分布が均一化されると
いう知見を得た。

本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置は該知
見に基づいて完成せしめたものであり、その骨子とする
ところは、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χ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複数の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
置であって、前記ガス放出管と前記円筒状基体の間に、
多数の開孔を仔１°る円筒状の緩衝壁を設けるところに
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り限定されるものではない。

第１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−例を模式的に示す断面略図である。

図中、前述の第３図と共通する符号を付したものは、第
３図において説明したものと同一である。即ち、１は反
応容器全体、２はカソード電極を兼ねた周囲壁、３は上
壁、４は下壁、５は碍子、６は円筒状基体、７は加熱用
ヒーター、８は原料ガス放出管、８ａはガス放出孔、９
はパルプ、１０は排気管、１１は排気パルプ、１２は電
圧印加手段を夫々示している。

１３は、ガス放出管８，８．・・・と円筒状基体６の間
に設けられた緩衝壁である。

第２図は、第１図における円筒形４’１ｆｉ７壁１３全
体の斜視図である。

本発明の装置に設けられる緩衝壁１３は、上部及び下部
にフランジを有する円筒形部品であって、壁面には小さ
な多数のガス放出孔１３ａを存している。該緩衝壁１３
は、ガス放出管８゜８、・・・を取り囲むようにして本
発明の装置内に設置されることにより、反応容器内に、
カソード電極２、碍子５及び緩衝壁１３で形成された空
間Ａが形成される。

第４（Ａ）図は、本発明の装置における原料ガスの流れ
を示すための図であって、第１図に図示する装置の横断
面略図である。図中、２は周囲壁（カソード電極）、６
は円筒状基体、８，８゜・・・はガス放出管、矢印は原
料ガスの流れを夫々示している。

第４（Ａ）図に示すごとく、本発明の装置におい又は、
ガス放出管８，８．・・・から放出された原料ガスは、
カソード電極２の壁面で反射して散乱するが、直接その
まま円筒状基体表面に到達することはなく、緩衝壁１３
で形成された前述の空間Ａ内で充分に円周方向に拡散し
、緩衝壁面のガス放出孔１３ａを介して円筒状基体表面
に到達するため、円筒状基体６の周方向における原料ガ
スの分布が均一となり、その結果、形成される堆積膜の
膜厚及び膜質も周方向において均一化される。

また、円筒形基体の長手方向における堆積膜の膜厚及び
膜質は、ガス放出管８，８．・・・に導入されるガスの
方向、即ち、原料ガスをガス放出管８の中央部から導入
するか、上部から導入するか、または下部から導入する
か、あるいは双方から導入するかによつズ影響をうける
ものであるが、第３図に示す従来装置においては、ガス
放出管の側壁に設けるガス放出孔の大きさや分布を調整
することにより、円筒状基体の長手方向における原料ガ
ス分布の均一化を図っていた。

本発明の装置によると、円筒状基体の長手方向における
原料ガスの分布は、従来装置の場合と同様であるため、
従来装置における原料ガス分布の均一化による長手方向
の良好な膜特性をそこなうことなく、周方向における膜
特性を均一化せしめることができる。

また、本発明の装置准に３いては、緩＠壁およびガス放
出管に設けるガス放出孔（１３ａ　、１３ａ・・・およ
び９ａ　、　９ａ　、・・・）の分布、位置、形状の夫
々を組み合わせることにより、長手方向及び周方向にお
ける膜特性を更に向上せしめることができる。

更に、本発明の装置をこおいては、成膜時の副成物の除
去を容易にする効果も奏している。即ち、副成物は、緩
衝壁１３の表面に堆積または付着するため、緩ｇＲｇｌ
　３のみを反応容器の外部をこ取り出すことにより容易
に副成物を取り除くことができ、従来装置において行な
われていたようなエツチング操作を無くすることができ
るか、あるいはエツチング操作に要する時間を大幅に短
縮することができる。なお、緩衝壁１３の外部への取ゆ
出しを容易にするためには、第１．２図に示す緩衝壁１
３の下部に設けるフランジを、反応容器の内径より充分
Ｑこ小さくしておくのが望ましい。

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【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−５ｉ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棟を使用してもよく、あるいは２社
以上を併用してもよい。また、これ等の原料ガスは、Ｈ
ｅ、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ｎ型不純
物元素をドーピングすることが再記であり、これ等の不
純物元素を構成成分として含存する原料ガスを、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、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。モ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５×１０″″’
　Ｔｏｒｒ以下、好ましくはＩ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒ
ｒ以下とし、原料ガスを導入した時には反応空間内の圧
力をＩＸ　１０−”　〜ＩＴｏｒｒ　、好ましくは５Ｘ
１０”−’　〜ＩＴｏｒｒとするのが望ましい。

〔実施例〕

以下、第１図の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。

なお、本例においては、直径１．Ｏｒｍのガス放出孔１
３ａを１０ｚ＋ｉ間隔で設けた緩崗壁１３を、円筒状基
体であるＡＩ製シリンダーとの距離が８０ｔｘになるよ
うに設置し、以下のようにして、電荷注入層、感光層及
び表面層からなる光受容層を該Ａｌ　ｐシリンダー上台
こ形成した。

最初にバルブ９及び排気パルプ１１を開いて反応容器１
内を１０”Ｔｏｒｒまで減圧し、それと同時をこ加熱用
ヒーター７によりＡＩ製シリンダー６を２５０℃に加熱
保持した。

こうしたところへ、原料ガスとしてＳｉｎ、ガス、Ｂ、
ｌ−ガス、Ｎｏガス及び■、ガスの混合ガスを反応容器
内に導入した。なあ、ＳｉＨ，ガスの流量を１５０ＳＣ
ＣＭ　、＆１−ガスの流量をＳｉ几ガス流正に対しズ１
６００　ＶｏＪｐｐｌ、　　Ｎｏガスの流量をＳｉ＆ガ
ス流量に対して３．４　Ｖｏ１％、Ｈ，ガスの流量を３
００８ＣＣＨの夫々に設定した。

各々のガスの流量が安定したところで、排気バルブ１１
を調整して、系内が０．２　Ｔｏｒｒ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１２を用い
て高周波放電（１３，５６ＭＨｚ　。

１５０’Ｖｌ／）を生じさせ、膜厚が５　μｍのａ−５
ｉ：Ｈ：Ｂ：０で構成された電荷注入阻止層を形成した
。

次に、ＢｍＨａｆｆ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２０μｍのａ−Ｓｉ：Ｈで構
成された感光層を形成した。

更に、Ｓｉｎ、ガス流量を３５６ＣＣＭとし、ＣＨａガ
ス流量をＳｉＨ，ガス流量に対してＳｉ几／ＣＬ＝　１
／３０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−Ｓｉ：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、ＡＩ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
り出した。

得られた光受容部材について、帯電能、感度、及びＳｉ
ｎ発光強度の夫々をｋｌ＠シリング−の上部、中央部及
び下部で測定し、周ムラを８１１定した。その結果を下
記の第１表に示す。なお、帯電能（Ｖ／μｍ〕はキャノ
ン（督）製複写機（ＮＰ−９０３０）に感光ドラムとし
て搭１１スし、７，５　ＫＶのコロナ帯電を施した時の
膜の表面電位であり、感度〔μＪｔ＝〕は、表面電位を
Ｏにす７るのをこ必要な光量である。また、Ｓｉｎ発光
強度はＡ７製シリンダー上部の値を１．０として表わし
である。

また、比較例１，２として第３図の従来装置（ガス放出
管が４本の場合と８本の場合）を用いた以外は前述と同
様にして光受容部材を形成し、さらに比較例３としてガ
ス放出管を設置せずに緩衝壁だけを設置した装置を用い
た以外は同様にして光受容部材を形成し、夫々につい【
Ａノ製シリンダーの上部、中央部及び下部における帯電
能、感度及びＳｉＨ発光強度を測定した結果を下記の第
１表に記載する。

第１表から明らかなごとく、本発明の装置を用いた場合
には、円筒状基体の長手方向における膜特性をそこなう
ことなく、周方向における膜特性を均一化せしめること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１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−例を模式的に示す縦断面略図であり、第
２図は、第１図における緩衝壁全体の斜視図である。第
３図は、従来のＣＶＤ法による堆積膜形成装置の一例を
模式的に示す縦断面略図である。第４　（Ａ）　、　（
Ｂ）図は、夫々、第１図及び第３図に図示する装設の横
断面図である。 第１乃至４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・・・ガ
ス放出管、８ａ・・・ガス放出孔、９・・・パルプ、１
０・・・排気管、１１・・・排気バルブ、１２・・・電
圧印加手段、１３・・・緩衝壁、１３ａ・・・ガス放出
孔第１図 第３図 （Ａ） 図 ＣＢ、）

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
   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
   沿って設けられた複数の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
   あって、前記ガス放出管と前記円筒状基体の間に、多数
   の開孔を有する円筒状の緩衝壁を設けたことを特徴とす
   るプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置。