JPS63479A - 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法による装置に関する。

〔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ｒａ−８ｉＪと表記する。）
膜あるｂは水素化シリコンを含有する非晶質（以後単Ｋ
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
−８ｉ膜やａ−３ｉＨ膜とともにそれ等ａ−８ｉ膜や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、イオンブレ
ーティング法、いわゆる熱Ｃ、Ｖ　Ｄ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は円筒状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
をアニール処理したりするのに用いる。

８は堆積膜形成用原料ガス導入管であって、反応空間内
に該原料ガスを放出するためのガス放出孔９が多数設け
られており、該原料ガス導入管８の他端は、バルブ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。

堆積膜形成用原料ガス供給系２０は、ガスポンベ２０１
〜２０５、ガスボンベに設けられたパルプ２１１〜２１
５、マスフロコントローラ２２１〜２２５、マスフロコ
ントローラへの流入ハルツ２３１〜２３５及ヒマスフロ
コントローラカラの流出バルブ２４１〜２４５、及び圧
力調整器２５１〜２５５からなっている。

１１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１２を介して真空排気装置（図示せず）に
連通しでいる。

１３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１１を介して真空排
気すると共に、加熱用ヒーター７により円筒状基体６を
所定温度に加熱、保持する。

次に、原料ガス導入管８を介して、例えばａ−８ｉＨ４
：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、ガス導入管のガス
放出孔９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１３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、ＳＰ、ＳｉＨ’等（斧は励起
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、これらの粒子間または、これらの粒子と基
体表面との化学的相互作用により、基体表面上に堆積膜
を形成する。

ところで、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、放電電力等が形
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、円筒
状基体を回転させることが提案されている。

しかし、円筒状基体を回転させて堆積膜を形成する場合
、次のような問題が存在する。

即ち、回転軸の偏心等により形成される堆積膜の膜厚や
特性が不均一となり易い、円筒状基体と回転軸とを回転
させるため両者の電気的導通がとりにくい、円筒状基体
を回転させるための回転機構を設ける必要があるため装
置自体がコスト高になるのに加えて回転軸とモーターの
接続部でのリーク防止が困難である、基体が回転してい
るため基体自体に温度センサーを取り付けることが困難
でありしたがって基体の温度管理が不正確になり易い等
。′ 更に、均一な堆積膜を形成するには、ガス導入管８の原
料ガス放出孔９から反応空間内に噴出される原料ガス及
び形成される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、第３図のごとき従来装置において
は、原料ガス導入管８の一端より原料ガスを導入するた
め、反応空間の上部と下部とではガスの流速が異なり、
排気側である下部においてはガスの流速が速くなる。そ
のために下部に近づくほど、プラズマ放電により生成し
たラジカルが系外ににげやすくなり、プラズマ放電の効
率が低下する。また、堆積膜形成用原料ガスは、放電エ
ネルギーにより励起種化し、化学的相互作用拠より所望
の堆積膜を形成しうるガス（以下、「堆積性ガス」と称
す。〕、例えば、ａ−８ｉＨ膜を形成する場合であれば
、Ｓ　ＩＨ４、Ｓ　ｊ　２Ｈ６等のシラン、ガスが用い
られるが、これらの堆積膜形成用原料ガスは、Ｈ２、Ｈ
ｅｓ　ｈｒ等の希釈用ガスにより希釈して用いられると
ころ、その場合、第３図に示す従来装置においては、反
応空間の上部と下部では、プラズマ放電の強度分布が不
均一になってしまうことの他、堆積性ガスと希釈用ガス
の混合比率に変動が生じ、特に排気側である下部に幹い
ては、希釈用ガスの割合が異常に高くなってしまうとい
う問題がある。そしてこの問題は、希釈用ガスとしてＨ
２ガスを用いた場合、特に顕著である。

以上のごとく、従来装置においては、反応空間内のプラ
ズマ強度分布が不均一になってしまうこと、そして堆積
膜形成用原料ガスの系内分布が不均一になってしまうこ
とが原因で、形成される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り、こうした問題は
円筒状基体が長くなる程顕著となる。

こうしたことから、プラズマＣＶＤ法は至適な方法とさ
れてはいるものの、円筒状基体の上部及び下部において
も均一な膜厚及び膜質を有する堆積膜を形成しようとす
る場合には、前記各種成膜条件がおのずと制限されてし
まうこととなり、その結果、幅広い特性を有する各種堆
積膜を同一装置内で連続して形成したり、同−基体上に
特性の異なる複数の堆積膜を有する多層構成の堆積膜を
同一装置内で連続して形成することは、非常に困難であ
る。

他方、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
の開発が切望されている。

〔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、円筒状基体を回転させ
ることなく、反応空間内における堆積膜形成用ガスの分
布およびその宿駅率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。

本発明の他の目的は、形成される膜の緒特性、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〕

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、円筒状基体を回転
させない場合においても、ガス導入管８のガス放出孔９
の角度、ガス導入管８の形状因子（例えば、ガス導入管
８の管内径、ガス放出孔９の内径、ガス放出孔の間隔等
）およびガス放出孔９から放出されるガスの流速等によ
って、得られる堆積膜の膜厚および膜質の均一性が変化
するという知見を得た。即ち、ガス導入管の内径及びガ
ス放出孔から放出されるガスの流速を一定とした場合、
ガス放出孔の内径、ガス放出孔の間隔及びガス放出孔の
角度によっては、形成される堆積膜の膜厚及び膜質が円
筒状基体の母線方向及び周方向において不均一となり、
こうした円筒状基体上に形成された堆積膜を電子写真用
感光体として用いた場合には、得られた画像は、全体的
あるいは部分的な画像欠陥の多いものとなってしまうこ
とが判明した。

そこで、本発明者らは、該知見に基づいて更に研究を重
ねたところ、ガス導入管のガス放出孔を円筒状基体表面
に対して特定の角度〔θ〕をを有するように対向配置す
るとともに、該ガス放出孔の内径〔ｄ１〕とガス放出孔
の間隔〔ｄ２〕を特定の値に設定することにより、円筒
状基体を回転せしめることなく、さらに、ガスの導入を
一方向から行なう場合であっても、形成される堆積膜の
膜厚及び膜質の均一性が保障されることが判明した。

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
有する円筒状反応容器と、該反応空間内に円筒状基体を
設置する手段と、該円筒状基体の同軸外円周上に該円筒
状基体の長手方向に沿って設置された複数の原料ガス導
入管と、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、前記原料ガス導入管の側壁に複数のガス放出孔
を設け、かつ、該ガス放出孔の円筒状基体表面との角度
をθ〔ｒａｄ〕、ガス放出孔の内径をｄｌ〔ｒｆｒ！ｎ
〕、ガス放出孔の間隔をｄｚ（ｍｍ〕、円筒状基体の外
径をＲ１〔喘〕、ガス導入管の中心と円筒状基体の中心
との距離をＲ２Ｃ咽］とするとき、下記の式Ｉ乃至ＩＩ
Ｉを満足するようにしたことを特徴とするものである。

・・・・・・・・・・・・・・・Ｉ ｏ、５≦ｄ、≦１，５　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・■１
０≦ｄ２≦１００　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・■以下、
図面により本発明について説明する。

第１図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置におけるガス導入管のガス放出孔と円筒状基体との
位置関係を模式的に示す横断面図であり、第２図は、該
ガス導入管の側面図である。図中、２はカソード電極、
６は円筒状基体、８はガス導入管、９はガス放出孔を夫
々示し、Ｒ＋　（ｒｔｍ　］は、円筒状基体６の外径、
Ｒ２〔聾〕は、円筒状基体６の中心とガス導入管８の中
心との距離、θ（ｒａｄ）は、円筒状基体表面に対する
ガス放出孔の角度、ｄｌ〔ｍ）］は、ガス放出孔の内径
、ｄｚ（ｍｍ〕は、ガス放出孔の間隔をそれぞれ表わす
。そして、Ｒ＋Ｉ：ｍｍ’Ｊ、Ｒ２〔■〕、θ（ｒａｄ
ｌ、ｄ＋〔ｍｍ：ｌ及びｄｚ（ｍ）が上記式■。

■及びＩＩＩを満足するようになっている。

本発明の装置によシ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倒れのものであっても採用する
ことができるが、例えばａ　−Ｓｉ　（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、ノ・
ロゲン、あるいは炭化水素等が結合した７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、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ｎ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５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ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ＩＸ　１０
−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、実施例及び比較例により
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 円筒状基体として第１表に示す外径を有するＡｔシリン
ダー（ドラムＮ［１１０１〜１０８）を用意し、夫々の
Ａｔシリンダー上に、長波長光吸収層、電荷注入阻止層
、中間層（Ｎｏ含有層〕、光導電層および表面層からな
る光受容層を、第２図シて示す装置を用いて第２表に示
す堆積膜形成条件に従って形成した。なお、第２図に示
す装置におけるガス導入管の数を４本とし、ガス導入管
の内径、ガス導入管のガス放出孔の内径と間隔、および
ガス導入管の配置位置は、ドラム電１０１〜１０８につ
いて夫々第１表に示すものとした。

得られた夫々の光受容部材を電子写真複写機にセットし
、膜厚、緒特性及び形成された画像について評価をおこ
なったところ、第３表に示すごとくいずれも良好な結果
が得られた。

／・′ ７・′ 実施例２ 円筒状基体として第４表に示す外径のＡｔシリンダー（
ドラム１４２０１〜２０８）を用意し、堆積膜形成条件
を第５表に示すものとし、第２図に示す装置における４
本のガス導入管の条件をドラム丈２０１〜２０８につき
夫々第４表に示すものとした以外はすべて実施例１と同
様にして、Ａｔシリンダー（ドラムＮｕ　２０１〜２０
８）上に光受容層を形成した。

得られた夫々の光受容部材について、実施例１と同様の
評価をおこなったところ、いずれも第６表に示すごとき
良好な結果が得られた。

比較例１ 円筒状基体として第７表に示す外径のＡｔシリンダー（
ドラム集３０１〜３０６）を用意し、堆積膜形成条件を
ドラム遅３０１　、３０２　、３０４　（外径Ｒ＋　＝
　８０　〔ｒｒｒｍＪ　）については第２表に示す条件
、また、ドラム集３０３　、３０５　、３０６　（外径
Ｒ＋　＝　１０８（咽〕）については第５表に示す条件
とし、更に、第２図に示す装置における４本のガス導入
管の条件をドラム座３０１〜３０６につき夫々第７表に
示すものとした以外はすべて実施例１と同様にしてＡｔ
シリンダー（ドラム集３０１〜３０６）上に光受容層を
形成した。

得られた光受容部材について、実施例１と同様の評価を
おこなったところ、いずれも第８表に示すごとき結果を
得た。

第８表の結果から、前述の式１〜ｍの条件を満たさない
場合には、形成された光受容層の層厚および特性が、Ａ
ｔシリンダーの周方向および母線方向において不均一と
なり、形成された画像は全体的および部分的に欠陥の多
いものとなることか明らかとなった。

第３図は、本発明の装置における、θ＋ｄｌ＋ｄ２の範
囲を３次元的に図示するものであって、太線部内の空間
が本発明の装置におけるθ、ｄ１゜ｄ２の範囲を示して
いる。（なお、点線部（θ＝π）はその部分が除かれる
ことを表わしている。）第３図において、○は実施例１
および２を表わし、−は比較例を表わしている。（・１
１ばｄｌ＝１．６〔讃〕で、範囲外であり、・２）はｄ
＝９〔間〕で範囲外であり、いずれも太線部分には含ま
れていない。） 〔発明の効果の概要〕 本発明の装置は、ガス導入管のガス放出孔の角度、内径
及び間隔を特定の範囲内に定めることにより、円筒状基
体を回転させずとも、円筒状基体上に形成された堆積膜
の膜厚及び膜質が、周方向においても、また、母線方向
においても均一となる。そして、円筒状基体を回転させ
る必要がないため、リークの心配が無く、装置自体がコ
スト安となる。更に、ガス放出口の内径と間隔を前記条
件内であれば種々に変更しても、得られる堆積膜の膜厚
および膜質の均一性は良好であり、画像欠陥が少なく、
量産時における歩溜りが飛躍的に向上した。

【図面の簡単な説明】

第１（Ａ）図は、本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成装置におけるガス導入管のガス放出孔と円筒状基
体との位置関係を模式的に示す横断面図であり、第１　
（Ｂ）図は、該ガス導入管の側面図である。第２図は、
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３図は、本発明の装置
におけるガス放出孔の角度、内径及び間隔の範囲を３次
元的に示す図である。 第１，２図において、 ｌ・・・・・・反応容器、２・・・・・・カソード電僕
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
導入管、９・・・・・ガス放出孔、１０・・・・・・バ
ルブ、１１・・・・・・排気管、１２・・・・・・排気
バルブ、１３・・・・・・電圧印加手段、１４・・・・
・・切替バルブ、１５・・・・内圧センサー、２０・・
・・・・ガス供給系、２０１〜２０５・・・・・・ガス
ボンベ、２１１〜２１５・・・・・・バルブ、２２１〜
２２５・・・・・・マスフロコントローラー、２３１〜
２３５・・・・・・流入バルブ、２４１〜２４５・・・
・・・流出バルブ、２５１〜２５５・・・・・・圧力調
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円筒状反応容器と、該反応空間内に
   円筒状基体を設置する手段と、該円筒状基体の同軸外円
   周上に該円筒状基体の長手方向に沿つて設けられた複数
   の堆積膜形成用原料ガス導入管と、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
   法による機能性堆積膜形成装置であつて、前記原料ガス
   導入管の側壁に複数のガス放出孔を設け、かつ、該ガス
   放出孔の円筒状基体表面との角度をθ〔ｒａｄ〕、ガス
   放出孔の内径をｄ＿１〔ｍｍ〕、ガス放出孔の間隔をｄ
   ＿２〔ｍｍ〕、円筒状基体の外径をＲ＿１〔ｍｍ〕、ガ
   ス導入管の中心と円筒状基体の中心との距離をＲ＿２〔
   ｍｍ〕とするとき、下記の式 I 乃至IIIを満足するよう
   にしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ法による機能性
   堆積膜形成装置。 式；ｓｉｎ＾−＾１（Ｒ＿１／２Ｒ＿２）＜θ＜２π−
   ｓｉｎ＾−＾１（Ｒ＿１／２Ｒ＿２）（但し、θ≠π）
   ・・・ I ０．５≦ｄ＿１≦１．５・・・II １０≦ｄ＿２≦１００・・・III