JPS6314875A - プラズマｃｖｄ法による機能性堆積膜形成装置 - 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
非単結晶状の機能性堆積膜を形成するのに至適なプラズ
マＣＶＤ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、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−３ｉＪ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−ｓｌＨＪ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
−８ｉ膜やａ　　Ｓ＋Ｈ膜とともにそれ等ａ−８ｉ膜や
ａ　−Ｓ　ｉＨ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、Ｋ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Ｃ
ＶＤ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１寸され、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
ものであり、そのための装置も各種提案されている。

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って、図中
、１は反応容器の周囲壁を兼ねたカソード電極である。

２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２は接地されてアノード電極として作用する。３
は反応容器の上壁及び下壁であり、該土壁と下壁は夫々
絶縁碍子４で前記カソード電極１と絶縁されている。５
は高周波電源であり、６は堆積膜形成用原料ガス供給パ
イプであり、７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（図示せず）を介して真空排気装
置（図示せず）に連通している。

前記円筒状基体２の中には、基体加熱用ヒーター８が設
置されており、成膜前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りするのに用い
る。また、円筒状基体２は軸９を介して回転駆動手段（
図示せず）に接続されており、成膜中、円筒状基体２を
回転せしめる。

前記カソード電極１ば、多数のガス放出孔１０を有する
内壁１１を内側に有する二重壁構造となっており、前記
原料ガス供給バイブロから供給された原料ガスは該二重
壁で形成された空間に導入され、ガス放出孔１０を介し
て円筒状基体２表面に向けて放出される。

第４図は、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装
置の他の典型例を模式的に示す略図であって、図中、前
記第１図と同一の符号を付したものは、第１図と同一の
ものを示している。

本図に示す装置は、原料ガスの放出を、第１図に示す壁
面放出型にかえて、ガス管放出型としたものである。即
ち、円筒状基体２の同軸外円同上に該円筒状基体の長手
方向に沿って複数のガス放出管１２が設置され、該ガス
放出管１２の側壁には多数のガス放出孔１０が設けられ
ている。

原料ガス供給バイブロから供給された原料ガスは原料ガ
ス放出管１２に導入され、ガス放出孔１０を介して円筒
状基体２表面にむけて放出される。

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７を介して真空排気
すると共に、加熱用ヒーター８により円筒状基体２を所
定温度に加熱、保持し、さらに回転、駆動手段により回
転せしめる。次に、原料ガス供給バイブロより、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、内壁１
１又はガス放出管１２のガス放出孔１０から基体表面に
向けて放出される。これと同時併行的に、高周波電源５
から、高周波をカソード電極１と基体（アノード電極）
２間に印加しプラズマ放電を発生せしめる。かぐして、
反応容器内の原料ガスは励起され励起種化し、Ｓｉ’、
ＳｉＨ“等（袷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、基体表面にａ−８ｉ
）（堆積膜を形成せしめる。

こうした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、あるいは反応空間に形成さ
れる放電電力が形成される堆積膜の膜厚および膜質に影
響することが知られており、膜厚および膜質が均一な堆
積膜を得るＫは、プラズマ放電の反応空間内における分
布が重要な因子となるが、その場合、第３．４図に示す
装置においては、反応空間の上部、中央部および下部に
おいてプラズマ放電の強度分布が不均一になってしまう
場合があり、その場合には形成された堆積膜の膜厚及び
膜質を不均一なものにしてしまうという問題がある。そ
してこうした問題は円筒状基体が長くなる程顕著となる
。

〔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。

すなわち本発明の主たる目的は、反応空間内におけるプ
ラズマ放電を均一に保つことにより、膜厚および膜質が
均一な堆積膜を定常的に形成しつるプラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成装置を提供することにちる。

本発明の他の目的は、形成される膜の諸特性、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。

〔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、カソード電極と円
筒状基体（アノード電極）間の距離とカソード電極の長
さとの関係が、形成されるプラズマ放電の均一性に犬き
ぐ影響するとの知見を得た。

即ち、電極間距離が小さすぎる時には、イオンアタック
等により良質な堆積膜が形成されず、逆に、電極間距離
が大きすぎる時には、プラズマ放電がおこりにくいため
に形成されるプラズマが不均一となりやすく、均一な堆
積膜が形成されない。

また、カソード電極の長さが長ぐ、かつ電極間距離が小
さい時には、円筒状基体の上下方向及び／又は円周方向
におけるプラズマが不均一となり、均一な堆積膜が得ら
れず、更に、カソード電極の長さが短かすぎる時には、
原料ガスが完全に分離される前に反応空間から排出され
てしまい、良好な膜質の堆積膜がイクられない。

第１図は、カソード電極の長さＬと、カソード電極とア
ノード電極との距離ｄを模式的に示す図であり、図中、
１はカソード電極、２はアノード電極（円筒状基体）を
それぞれ示している。

本発明者は上記知見に基づき更に検討した結果、カソー
ド電極とアノード電極間の距離ｄ及びカソード電極の長
さＬを、夫々、５０１以上１００ｍ＋以下、及び５００
フ以上２０００１！ｒ！Ｒ以上とした場合には、安定で
均一なプラズマ放電が得られ、膜の均一性が向上するこ
とが判明した。また、イオンアタック等による膜へのダ
メージがなく、膜厚及び膜質が向上することが判明した
。

本発明は、該知見に基づき完成せしめたものであり、本
発明のプラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜形成装置は
、カソード電極として作用する周囲壁、上壁及び下壁で
密封形成されてなる円筒形状の反応空間を内部に有する
反応容器と、前記反応空間内にアノード電極として作用
する円筒状基体を設置する手段と、前記反応空間に堆積
膜形成用原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記
二者の電極間に放電エネルギーを印加せしめる手段とを
有し、前記カソード電極の長さ（Ｌ）と、前記カソード
電極と前記アノード電極との間の距離（’ｄ）とを式：
５≦Ｖｄ≦４０を満足するようにしたことを特徴とする
ものである。

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、マイクロ波等の放電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−８ｉ（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／う７’ＪＡ及
び−・ロゲン化ン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、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−８ｉ膜はｐ型不純物元素又
：ま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
希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℃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−’’ｌ’ｏｒｒ以
下、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ｌＸ１Ｏ−
２Ｔｏｒｒ台にするのが望ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の装置について、実施例および比較例によ
り更に詳しく説明するが、本発明はこれらにより限定さ
れるものではない。

実施例１ 本例においては、第３図に示した装置においてカソード
電極の長さＬを５００圏から２０００　ｒｒｍ、円筒状
基体とカソード電極との距離ｄを５０問から１００１の
間で夫々変化させ、長さ３５８咽、外径８０關グのＡｔ
製円筒状基体上に電荷注入阻止層、光導電層及び表面保
護層からなる光受容層を形成した。なお、光受容層形成
の際の堆積膜形成条件は下記の第１表のとおりとした。

膜形成時の放電安定性、および形成された膜の膜質均一
性、帯電能、感度を下記の方法により評価し、得られた
結果を第２図に示す。第２図において、◎、○、および
Δ印を付したものは下記評価４項目すべてに合格したも
ののうち、以下のごとき評価が得られたものであること
を夫々示している。

◎：評価項目のうち、４項目すべてが極めて良好 ○：２項目以上が極めて良好で、残りの項目が実用上さ
しつかえない。

△：１項目以下が極めて良好で、残りの項目が実用上さ
しつかえない。

また、Ｘ印を付したものは１項目以上不合格であること
を示している。

く評価方法〉 ■放電安定性；プラズマ分光プルーグを上部にさし込み
、成膜中のＳｉＨの発光強度の経時変化を追跡し、各層
の成膜開始直後の発光強度を１００としたときの、その
後の発光強度のバラツキが±２以内のものを合格とする
。

■膜質均一性；同一条件で繰り返し１０個の光受容部材
を作製し、品質（帯電能・感度・画像欠陥）のバラツキ
が±５％以内のものを合格とする。

■帯電能；作製された光受容部材を複写装置に搭載し、
ドラムを回転させながら一定帯電量のもとに、ドラムの
上下端から３０ｔｍ及び中央の３点の表面電位を測定し
、上下方向±７Ｖ以内、円周方向±２ｖ以内のものを合
格とする。

■感度；■と同様の方法で帯電させ、一定露光量のもと
に表面電位を測定し、±５Ｖ以内のものを合格とする。

第２図に示した結果から、カソード電極の長さしを、５
００Ｈ〜２０００　ｒａ、　より好ましくは６００醪〜
１７００ｎｏ＋＋、最適には７００笥〜１４００囚とし
、カソード電極とアノード電極の距離ｄを、好ましくは
５０〜１００＋Ｉ１ｍより好ましくは５５〜９０噸、最
適には６０〜８０ｍとし、　両者の比Ｉ、／ｄを５〜４
０、より好ましく・は６．６〜３０、最適には８．７５
〜２３．３とすることにより、円筒状基体表面上に膜質
および膜厚の均一な堆積膜が得られることがわかった。

比較例１ 第３図の装置において、カソード電極とアノード電極の
距離ｄを４０鰭とし、カソード電極の長さＬを、２５０
ｍｍ　、　１０００聾、２０００＋ａ＋および２２５０
　ｍａの４例とした以外はすべて実施例と同様にして光
受容部材を作製し、実施例と同様の評価を行なった。

その結果、■放電安定性はいずれも±２以内で良好であ
ったが、■膜質均一性、■帯電能および■感度は、いず
れの４例も不合格となり、電極間距離ｄが４０１では、
イオンアタックの影響が犬きく、良質な膜が得られない
ことが判明した。

比較例２ 第３図の装置において、カソード電極とアノード電極の
距離ｄを１１０瓢とし、カソード電極の長さＬを、１０
００＋ａ＋　、　１７５０闘、　２２５０咽の３例とし
た以外はすべて実施例と同様にして光受容部材を作製し
、実施例と同様の評価を行なった。

その結果、■帯電能および■感度は良好であったが、■
放電安定性および■膜質均一性は、いずれの３例も不合
格となり、電画間距離ｄが１１０型では、放電が起こり
にくく、プラズマが不均一となるため、膜質にバラツキ
が生じることが判明した。

比較例３ 第３図の装置において、カソード電極とアノード電極の
距離ｄを７０ｗｎとし、カソード電極の長さＬを２２５
Ｏｒａｍとした以外はすべて実施例と同様にして光受容
部材を作製し、実施例と同様の評価を行なった。

その結果、電極間距離ｄが７０間に対してカソード電極
の長さしが２２５０　ｗｎでは大きすぎて、円筒状−基
体の上下方向あるいは円周方向にプラズマが不均一な部
分が生じ、膜質に影響を与えるものであることが判明し
た。

比較例４ 第３図の装置において、カソード電極とアノード電極の
距離ｄを７０１ｍ、　　カソード電極の長さＬを２５０
０とした以外はすべて実施例と同様にして光受容部材を
作製し、実施例と同様の評価を行なった。

その結果、電極間距離ｄ７０ｍｍに対してカソード電極
の長さしが２５０酎では短かすぎるために原料ガスが良
質な堆積膜形成に寄与する前駆体にまで十分分解されな
いため、良質な堆積膜が得られないことがわかった。

比較例５ 第３図の装置において、カソード電極とアノード電極の
距離ｄを１１０ｍ５　カソード電極の長さしを２５０鵡
とした以外はすべて実施例と同様にして光受容部材を作
製し、実施例と同様にして光受容部材を作製し、実施例
と同様の評価を行なった。

その結果、■感度は良好であったが、■放電安定性、■
膜質均一性および■帯電能はいずれも不合格となり、電
僕間距離が１１０間では大きすぎるため１で放電が起こ
りにぐく、また、カソード電極の長さが小さすぎるため
に原料ガスが十分に分解されないために、膜質が悪化し
たことが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置における電極間距離ｄおよびア
ノード電極の長さしを模式的に示す図であり、第２図は
、本発明の実施例の評価結果を示す図であり、第３．４
図は、プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜形成装置の
典型例を示す模式的断面図である。 第１．３および４図について、 １・・・カソード電極、２・・・円筒状基体（アノード
電極）、３・・・上壁、下壁、４・・・絶縁碍子、５・
・高周波電源、６・・−堆積膜形成用原料ガス供給パイ
プ、７・・・排気管、８・・・加熱用ヒーター、９・・
・軸、１０・・・ガス放出孔、１１・・・内壁、１２・
・・ガス放出管。 × −ユ　ユ× ノＯＯＯ△　× １０　　　　　　　Ｏ０ ＩＱＱ　　　　　Ｏ△× ）Ｏｏ　Ｏ△Ｘ ｘ　　　　　　　　　　　×

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カソード電極として作用する周囲壁、上壁及び下壁で密
   封形成されてなる円筒形状の反応空間を内部に有する反
   応容器と、前記反応空間内にアノード電極として作用す
   る円筒状基体を設置する手段と、前記反応空間に堆積膜
   形成用原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記二
   者の電極間に放電エネルギーを印加せしめる手段とを有
   し、前記カソード電極の長さ（Ｌ）と、前記カソード電
   極と前記アノード電極との間の距離（ｄ）とを式：５≦
   Ｌ／ｄ≦４０を満足するようにしたことを特徴とする機
   能性堆積膜形成装置。