JPS63145781A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による機能性堆積膜の形成装置 - 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、特に薄
膜トランジスター、電子写真用感光体ディバイス、画像
入力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力ディ
バイス等に用いるアモルファス半導体膜等の機能性堆積
膜を形成する装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、薄膜トランジスター、電子写真用感光体ディバイ
ス、画像入力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起
電力ディバイス、その他各種エレクトロニクス素子、光
学素子、等に用いる素子部材として、アモルファス・シ
リコン、具体的には、例えば水素原子又は／及びハロゲ
ン原子（例えばフッ素、塩素等）で補償されたアモルフ
ァス・シリコン（以下、ｒ　ａ−５ｉ　ＤＩ　、Ｘ）　
Ｊと表記する。）等のアモルファス半導体等の堆積膜が
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、こうした堆積膜は、高周波グロー放電分解法（
以下、’ｒｆ−ＰＣＶＤ法Ｊと表記すル、）、即ち、シ
ランガス等の原料ガスを高周波（１３，５６ＭＨ２）グ
ロー放電によって分解し、ガラス、石英、耐熱性合成樹
脂フィルム、ステンレス、アルミニウムなどの基体上に
薄膜状の堆積膜を形成する方法により形成されることが
知られており、そのための装置も各ｆ！提案されている
。

しかしながら、シランガスを用いてｒｆ−ＰＣＶＤ法で
堆積膜を形成する場合、シランガスの利用効率が低い、
堆積速度が遅い等の問題がある。

最近、こうした従来のｒｆ−ＰＣＶＤ法における諸間四
を解決するものとして、マイクロ波を用いたグロー放電
分解法（以下、　’ＭＷ−ＰＣＶＤ法」と表記する。）
が工業的レベルでも注目されて来ており、該ＭＷ−ＰＣ
ＶＤ法により堆積膜を形成するための装置は、代表的に
は第４図の断面略図で示される装置構成のものである。

第４図において、４０１は反応容器全体、４０２は真空
ＳＷ、ｕ３はマイクロ波透過窓（石英、アルミナセラミ
ックス導膜）　、４０４はマイクロ波導波路、４０５は
マイクロ波電源、４０６は図示しない排気装置にバルブ
（図示せず）を介して連通ずる排気管、４０フは図示し
ない原料ガス供給源に連通ずる原料ガス供給管、４０７
“は原料ガス放出孔、４０８は基体加熱ヒーター４１０
を内蔵する基体ホルダー、４０９は基体、４１１はプラ
ズマ発生領域、４１２はマイクロ波、４１３はバルブを
それぞれ示す。なお、真空容器４０２は放電トリガー等
を用いることなく自助放電にて放電を開始せしめるため
、該マイクロ波電源４０５の発振周波数に共振するよう
な空洞共振器構造とするのが一般的である。

そしてこうした装置による堆積膜の形成は次のようにし
て行なわれる。即ち、真空容器４０２内部を、排気管４
０６を介して真空排気すると共に、基体４０９を基体加
熱ヒーター４１０により所定温度に加熱、保持する。次
に、原料ガス供給管４０７を介して、例えばアモルファ
スシリコン堆積膜を形成する場合であれば、シランガス
、水素ガス等の原料ガスが該原料ガス供給管に開口せら
れた複数の原料ガス放出孔４０７゛を通して真空容器４
０４内に放出される。これと同時併行的に、マイクロ波
電源４０５から周波数５００ＭＨｚ以上の、好ましくは
２．４５ＧＨｚのマイクロ波４１２を発生し、該マイク
ロ波は、導波部４０４を通り話電体窓４０３を介して真
空容器４０２内に導入される。

かくして、真空容器４０２内の導入原料ガスは、マイク
ロ波のエネルギーにより励起されて解離し、中性ラジカ
ル粒子、イオン粒子、電子等が生成され、それ等が相互
に反応し基体４０９の表面に堆ｆＪｉ膜が形成される。

ところで、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜の形成
装置においては、マイクロ波透ｉＭＰ２ｏ３ハ、マイク
ロ波を真空容器２０２内に導入する作用を奏すると共に
、真空容器２０２内の真空あるいはガス雰囲気を維持す
る作用を奏しているものであるため、該マイクロ波透過
窓は真空シール用の０リングを介して、真空容器の壁と
接続されている。

第２図は、従来のマイクロ彼プラズマＣＶＤ法による堆
積膜形成装置のマイクロ波透過窓付近の断面略図である
。

図中、２０１は真空容器壁面、２０２はマイクロ波透過
性物買からなるマイクロ波透過窓、２０３は真空シール
用の０リング、２０４はマイクロ波透過窓おさえ、２０
５はマイクロ波プラズマ空間、２０６はマイクロ波を夫
々示す。

該構成のマイクロ波透過窓２０２は０リングによる真空
シール効果を効率良いものとするため、０リングと接触
するマイクロ波透過窓２０２の表面は非常に良く研磨さ
れているのが通常である。

しかしながら、表面性の良いマイクロ波透過窓を用イテ
、ＭＷ−ＰＣＶＤ法により基体上ニａ−５ｉ　（Ｈ，Ｘ
）堆積膜を形成する場合、ａ−５Ｉ　（）１．　Ｘ）堆
積膜が該マイクロ波透過窓の真空容器側表面にも堆積形
成されてしまう、また、マイクロ波透過窓は、マイクロ
波の吸収及びプラズマ熱によって昇温される。

従って、マイクロ波透過窓表面に堆積形成されたａ−５
ｉ　（Ｈ，Ｘ）膜は、マイクロ波透過窓の昇温により低
抵抗化するため、マイクロ波透過窓へのａ−５ｉ（Ｈ，
Ｘ）膜の堆積の増加及びマイクロ波透過窓の昇温につれ
て、マイクロ波透過窓でのマイクロ波の反射が増加し、
真空容器内へ導入されるマイクロ波の実効パワーが減少
し、真空容器内での原料ガスの分解速度及び基体上への
ａ−５ｉ（Ｈ，Ｘ）膜の堆積速度が減少してしまう。

以上のことから、従来装置によるＭＷ−ＰＣＶＤ法にお
いては、長時間堆積膜を連続して形成することが困難で
あり、マイクロ波透過窓の交換もたびたび行なう必要が
あるという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のごとき従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による
堆積膜形成装置における上述の諸問題を克服して、薄膜
トランジスター、電子写真用感光体ディバイス、画像人
力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力ディバ
イス、その他各種エレクトロニクス素子、光学素子、等
に用いる素子部材としての機能性堆積膜を、　ＭＷ−Ｐ
ＣＶＤ法により、長時間にわたり定常的に高効率で形成
することを可能にする装置を提供することを目的とする
ものである。

〔発明の構成〕

本発明者は、上述の従来装置における諸問題を解決し、
上記本発明の目的を達成すべく鋭意研究を行なったとこ
ろ、ａ−５ｉ（）１．Ｘ）堆積膜の構造や電気的性質は
、形成される基体の表面性により非常に影響されること
が判明した。

即ち、基体の表面性が平滑である場合は堆積したａ−５
ｔ（Ｈ，Ｘ）膜は均質な膜となり、一方、基体の表面性
が悪い場合、即ち、粗面である場合は、堆積したａ−５
ｉ（Ｈ，Ｘ）膜は柱状構造となり、柱状に成長したａ−
５ｉ（Ｈ，Ｘ）膜の界面には水素原子また；よ／及びハ
ロゲン原子が多く存在するようになる。このために該ａ
−５ｉ（Ｈ，Ｘ）膜は高抵抗となるとともに、膜中の欠
陥も増加するため、表面がね面である基体上に堆積した
ａ−５ｔ（Ｈ１×）膜は高抵抗で、温度依存性の少ない
腹となる。また、基体表面が粗面化している場合には、
　ａ−５ｉ　（Ｈ，Ｘ）膜は基体との密着性が優れたも
のとなる。

本発明は、これらの知見にもとづき、更なる研究を行な
った結果完成せしめたものであり、その特徴とするとこ
ろは、成膜室内部に基体保持手段を有し、原料ガス供給
手段と排気手段を備えていて、マイクロ波電源からのマ
イクロ波の透過を許すマイクロ波透過窓が密封された成
膜室の壁の一部を構成するようにしたマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法による機能性堆積膜の形成装置であって、前
記マイクロ波透過窓が少なくとも２枚以上の誘電体を積
層した積層窓であって、かつ、該マイクロ波透過窓の成
膜室内部側の表面が粗面化されていることにある。

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明するが、本発明
はこれにより限定されるものではない。

第１図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
機能性堆積膜の形成装置のマイクロ波透過窓付近の典型
例を模式的に示す断面略図である。

第１図において、１０１は真空容器の外壁、１０２、＋
０２°はマイクロ波透過窓、１０３は真空シール用の０
リング、１０５は真空容器内部（マイクロ波プラズマ空
間）　、　１０４　、＋０７はマイクロ波透過官押え、
１０８はマイクロ波を夫々示している。

第１図に示す例では、マイクロ波透過窓は２枚の誘電体
が積層されてなっており（１０２，１０２’）、一方の
マイクロ波透過窓は、２枚の誘電体が積、フされてなり
ており（１０２，１０２°）、一方のマイクロイ皮透過
窓１０２°真空容器内部１０５側表面は粗面化されてい
る。

上記構成のマイクロ波透過窓を用いると、マイクロ波１
０６は該マイクロ波透過窓１０２．１０２°を介して真
空容器内部１０５に導入され、真空容器内部１０５に予
め導入しておいたシランガスを分解し、真空容器内に設
置された基体（図示せず）上にａ−５ｌ膜が形成される
。これと同時に、マイクロ波透過窓１０２°の真空容器
内側表面上にもａ−５ｉｔｉ＠が堆積するが、前述のご
とく、該表面はね固化されているため、マイクロ波透過
窓１０２°表面での堆積膜によるマイクロ波の反射が防
止されるため、長時間の膜堆積を行なっても、膜堆積速
度及び原料ガス分解速度を減少せしめることがないもの
である。

また、真空シール用のＯリングと接するマイクロ波透過
窓１０２の表面は粗面化されておらず平滑であるため、
０リングによる真空シール効果はすぐれたものとするこ
とができる。

本発明の装置において、マイクロ波透過窓の真空容器内
部側表面に形成される粗面ば、好ましくは十点平均の粗
さで１．５μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上とする
のが望ましい。

また、本発明の装置においてマイクロ波透過窓の材料と
して用いられるものは、アルミナ・セラミックス、石英
、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられるが、好ましく
はアルミナ・セラミックス及び石英を用いるのが望まし
く、さらに好ましくは、これら材料の純度が９Ｓ％以上
であることが望ましい。

第３図は、本発明の典型的−例であって、電子写真感光
体ドラムを製造するのに適した、マイクロ波Ｃν０法に
よる機能性堆積膜形成装置を模式的に示す透視略図であ
って、該装置におけるマイクロ波導入窓近辺の構成は、
第１図に示すものどなりている。

第３図において、３０１は真空容器、３０２はマイクロ
波透過性物質からなるマイクロ波透過窓、３０３はマイ
クロ波導入部、３０４はマイクロ波、３０５は排気管、
３０６はドラム状基体、３０７はプラズマ発生領域を夫
々示している。第３図には図示されていないが、該装置
を構成するものとしては他に、マイクロ波電源、排気用
ポンプ、原料ガス供給手段等がある。なお、プラズマ発
生領域３０７は、マイクロ波導入窓３０３および同心円
上に配置された基体３０８．３０６、・・・に囲まれた
マイクロ波空洞共振構造となっており、導入されたマイ
クロ波のエネルギーを効率良く吸収する。

該第３図に図示の装置においては、プラズマ発生領域の
周囲同心円上に複数本のドラム状基体を配置するもので
あるため、電子写真用感光体ドラムの量産に適している
。

本発明の装置により堆ｆＪ！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−５ｔ　
（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
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つ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
スにより希釈して用いることもある。さらに、ａ−５ｉ
（）１．Ｘ）膜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。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、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を５Ｘ１０−’τｏｒｒ以下、
好ましくはｌｘ　ＩＶ６Ｔｏｒｒ以下とし、原料ガスを
導入した時には反応室内の圧力をｌＸｌ０−’〜ｌ　Ｔ
ｏｒｒ、好ましくはＳｘ　１Ｇ−”−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（励起種化）することな
く反応室に導入し、そこで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
り行なわれるが、二種以上の原料ガスを使用する場合、
その中の一種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。

次に、第３図に示す装置を用いた電子写真感光体の具体
的形成方法について記載するが、本発明はこれによって
限定されるものではない。

即ち、真空容器３０１内部を排気管３０５を介して真空
排気すると共に、基体３０６に内蔵されたヒーター（図
示せず）により所定温度に加熱、保持する。

次に、原料ガス供給手段（図示せず）を介してシランガ
ス（ＳＩＬ）、水素ガス（Ｈ２）、ジボランガス（ＢＪ
ａ）等の原料ガスを真空容器３０１内に　ＩＸＩＧ−’
Ｔｏｒｒ以下の真空度を維持しながら放出する。

次にマイクロ波電源（図示せず）から、例えば２．４５
ＧＨｚのマイクロ波３０４を導波部３０３及びマイクロ
波透過窓３０２を介してプラズマ空間３０７内に導入す
る。プラズマ空間３０７は、マイクロ波透過窓３０２お
よび円周上に配置された導電性基体３０６に囲まれたマ
イクロ波空胴共撮構造となっており、導入されたマイク
ロ波のエネルギーを効率良く吸収する。

かくして、プラズマ発生室３０７内の導入原料ガスは、
マイクロ波のエネルギーにより励起されて解離し、中性
ラジカル粒子、イオン粒子、電子等が生成され、それ等
が相互に反応して導電性基体３０６のプラズマ空間３０
７側表面に堆積膜が形成される。

［実施例］ 以下、第３図に示す装置を用いた堆積膜形成の実施例に
より、本発明の装置における放電安定効果について説明
する。

第３図に示す装置を用いて、放電の安定性について調べ
た。

放電の条件は、シランガス流量を５００５ＣＣＭ、内圧
をＩＸ　１Ｇ−３Ｔｏｒｒ　、マイクロ波電力を１ｋＷ
として行なった。

放電の安定性は、５ｉ−ｐ−ｎダイオードを用い、放電
の発光強度の経時変化から調べた。

また、マイクロ波透過窓にはアルミナ・セラミックス（
純度９９．９％）を２枚積層したものを用い、真空容器
内側表面が第１表に示す表面性を有するもの（試料Ｎ０
０１〜６）について実験を行なった。

３時間放電を行なったところ、第１表に示す結果を得た
。

〔発明の効果〕

本発明の装置は、マイクロ波透過窓が少なくとも２枚以
上の話電体を積層した積層窓であって、かつ、該マイク
ロ波透過窓の成膜貿内部側の表面が粗面化されているた
め、長時間にわたってＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性堆
積膜の形成を行なっても、常時安定したグロー放電を維
持することができ、再現性よく良質の機能性堆積膜を形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

７ＦＳ１図は、本発明の装置のマイクロ波透過窓付近を
模式的に示す断面略図であり、第２図は、従来のＭＷ−
ＰＣＶＤ法による堆積膜形成装置のマイクロ波透過窓付
近の断面略図である。第３図は本発明の装置の典型例を
示す透視略図であり、第４図は、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ
法による堆積膜形成装置を示す断面略図である。 ′ｆ％１．２図について、 ＋０１．２０１・・・・・真空容器の外壁、１０２．１
０２°、２０２・・・・・マイクロ波透過窓、１０３．
２０３・・・・・真空シール用の０リング、１０４．１
０７．２０４・・自・マイクロ波透過窓押え、１０５．
２０５・・・・・真空容器内部（マイクロ波プラズマ空
間）、１０６．２０６・・・・・マイクロ波、 第３図について、 ３０１・・・・・真空容器、３０２・・・・・マイクロ
波透過窓、３０３・・・・・マイクロ波導入部、３０４
・・・・・マイクロ波、３０５・・・・・排気管、３０
６・・・・・ドラム状基体、３０７・・・・・プラズマ
発生領域、第４図について、 ４０１・・・・・反応容器全体、４０２・・・・・真空
容器、４０３・・・・・マイクロ波透過窓、４０４・・
・・・マイクロ波導波路、４０５・・・・・マイクロ波
電源、４０６・・・・・排気管、４０７・・・・・原料
ガス供給管、４０７°・・・・・・ガス放出孔、４０８
・・・・・基体ホルダー、４ｏ９・・・・・基体、４１
０基体加熱ヒーター、４１１・・・・・プラズマ発生領
域、４１２・・・・・・マイクロ波、４１３・壷・・・
バルブ 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成膜室内部に基体保持手段を有し、原料ガス供給
   手段と排気手段とを備えていて、マイクロ波電源からの
   マイクロ波の透過を許すマイクロ波透過窓が密閉された
   成膜質の壁の一部を構成するようにしたマイクロ波プラ
   ズマＣＶＤ法による機能性堆積膜の形成装置であつて、
   前記マイクロ波透過窓が少なくとも２枚以上の誘電体を
   積層した積層窓であって、かつ、該マイクロ波透過窓の
   成膜室内部側の表面が粗面で構成されていることを特徴
   とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜
   の形成装置。
2. （２）前記マイクロ波透過窓の成膜室内部側の表面が、
   ＋点平均粗さ１．５μｍ以上の凹凸を有している特許請
   求の範囲第（１）項に記載されたマイクロ波プラズマＣ
   ＶＤ法による機能性堆積膜の形成装置。