JPS6357779A - マイクロ波プラズマ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、特に半
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、７Ｂ　像７”イバイス、光起電力素
子等に用いるアモルファス半導体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、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、その他各種の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、例え
ば水素又は／及びハロゲン（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、「ａ−５ｉ　
（Ｈ，Ｘ）Ｊと記す。）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、プラズマＣＶＤ法、即ち、
原料ガスを直流又は高周波、マイクロ波、グロー放電に
よって分解し、ガラス、石英、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種
提案されている。

ところで近年、マイクロ波を使用するブラダ７　ＣＶＤ
法（以下、ｒ　ＭＷ　−ＰＣＶＤ法」と表記する。）が
注目され、そのための装置がいくつか提案されて、ＭＷ
　−ＰＣＶＤ法による前述した堆積膜の工業的規模での
生産がはかられて来ている６そうした従来提案されてい
る？’ｌＷ　−ＰＣＶＤ法による装置は、代表的には第
４図の透視略図で示される装置構成のものである。

第４図において、ｌは真空容器、２はアルミナ・セラミ
ックス又は石英等の誘電体窓、３はマイクロ波を伝送す
る導波部、４はマイクロ波、５は排気管、６は原料ガス
供給管、７は円筒状基体、８はヒーターを示す。なお、
真空容器１は放電トリガー等を用いることな（自動放電
にて放電を開始せしめるため、該マイクロ波型Ｊす（図
示せず）の発振周波数に共振するような空胴共振器構造
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
て行われる。即ち、真空容器１内部を、排気管５を介し
て真空排気すると共に、基体７をヒーター８により所定
温度に加熱、保持し、駆動モーター（図示せず）にて所
望の回転速度で回転させる。次に、原料ガス供給管６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ガス放出孔６’、
６’、　　・・・・・・を通して真空容器１内に放出さ
れる。これと同時併行的に、マイクロ波電源（図示せず
）から周波数５００Ｍ）Ｉｚ以上の、好ましくは２．４
５ＧＩ＋ｚのマイクロ波４を発生し、該マイクロ波は、
導波部３を通り誘電体窓２を介して真空容器１内に導入
される。かくして、真空容器１内の尊大原料ガスは、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
相互に反応し円筒状基体７の表面に堆積膜が形成される
。

ところで、本発明者は、従来のＭＷ　−ＰＣＶＤ法によ
る機能性堆積膜形成装置において、真空容器内に複数本
の円筒状基体を配置することにより、円筒状基体上への
堆積膜形成の量産化が可能となることを見い出した。第
５図は該量産化を可能とする装置を模式的に示す透視略
図である。

第５図において、■は真空容器、２はアルミナ・セラミ
ックス又は石英等の誘電体窓、３はマイクロ波を伝送す
る導波部、４はマイクロ波、５は排気管、７．７．・・
・・・・は円筒状基体、９はプラズマ発生領域、１０．
１０．　・・・・・・は円筒状基体間に配置された円柱
状原料ガス供給管を夫々示している。

原料ガス供給管１０には、第６図に示すごとく、複数の
ガス放出孔１０’、１０’、　　・・・・・・が設けら
れており、原料ガスがガス放出孔１０’、１０’。

・・・・・・を介してプラズマ発生領域９に向けて放出
されるように、ガス供給管１０が設置されている。

なお、真空容器１は放電トリガー等を用いることなく自
励放電にて放電を開始せしめるため、マイクロ波型ａ＜
図示せず）の発振周波数に共振するような空胴共振器構
造とされている。

第５図に示す堆積膜形成装置による堆積膜形成装置は上
述の第４図に図示の装置による場合と同様にして行なわ
れる。

しかしながら、上述のごとき機能性堆積膜形成装置にお
いては、次のごとき問題がある。

即ち、該装置を用いて堆積膜を形成する際、ガス供給管
１０．１０．　　・・・・・・から放出される原料ガス
は、第７図に示すように、プラズマ発生領域９に向けて
放出される（実線の矢印）のはもちろんのこと、円筒状
基体７．７．・・・・・・の真空容器壁側にも拡散しく
点線の矢印）、プラズマ発生領域９以外にも拡散してし
まうため、プラズマ発生領域９内に導入される原料ガス
の利用効率は低下してしまい、円筒状基体７，７・・・
・・・の表面に堆積する膜の堆積速度を低下せしめると
ころとなり、所望の膜厚を有する膜を堆積せしめる場合
には、非常に多くの時間を要す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、半
導体ディバイス、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、光起電力素子、
その他の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　−ＰＣＶＤ
法によ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。

即ち、本発明の主たる目的は、ＭＷ　−ＰＣＶＤ法によ
り機能性堆積膜を形成する装置において、原料ガスをプ
ラズマ発生領域に効率的に導入せしめ、堆積膜の堆積速
度を向上せしめることを可能にした堆積膜形成装置を提
供することにある。

また本発明の他の目的は、量産性に優れ、高品質で、電
気的、光学的あるいは光導電的に優れた特性を有する機
能性堆積膜をＭＷ　−ＰＣＶＤ法により形成することが
できる装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明は、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解決し、前記本発明の目的
を達成すべく本発明者が鋭意研究を重ねて上述の知見を
得、それら知見に基いて更に研究を重ねて完成に至った
ものである。

即ち本発明者は、従来のＭＷ　−ＰＣＶＤ法による堆積
膜形成装置における諸問題は、結局のところ、原料ガス
供給管の形状に起因するところが大である知見を得た。

そして本発明者は、該知見に基づき、ガス供給管の形状
について種々検討したところ、ガス供給管に、（し型状
に突出した複数本のノズルを設け、該ノズルを介してガ
スを放出せしめるようにすることにより、プラズマ発生
領域へのガスの供給効率が非常に高められるという知見
を得た。

本発明はこうした知見に基づいて完成せしめたものであ
り、本発明のＭＷ　−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成装置
は、密封された成膜室を有する真空容器、該成膜室内に
基体を保持する手段、該成膜室内にガス供給管を介して
原料ガスを供給する手段、該成膜室内を排気する手段、
および該成膜室内にマイクロ波放電を生成せしめる手段
とからなるマイクロ波プラズマＣｖＤ法による機能性堆
積膜形成装置であって、前記ガス供給管が、くし型状に
突出した複数本のノズルを有していることを特徴とする
ものである。

以下、本発明のＭＷ　−ＰＣＶＤ法による機能性堆積膜
形成装置について、図面の実施例装置を用いて説明する
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ｌ’ｌＷ　−ＰＣＶＤ法による機能
性堆積膜形成装置の典型的−例を模式的に示す透視略図
である。なお、図中、前述の第４〜７図と同一の符号を
付したものは、第４〜７図において説明したと同一のも
のを示している。

図中、１は、真空容器であり、２はマイクロ波を反応容
器内に効率良く透過し、かつ真空気密を保持し得るよう
な材料（例えば石英ガラス）で形成された誘電体窓であ
る。３は、マイクロ波の導波部で主として金属製の知形
導波管からなっており、三本柱整合器、アイソレーター
（図示せず）を介してマイクロ波ｔｆｉ（図示せず）に
接続されている。５は、一端が真空容器１内に開口し、
他端が排気装置（図示せず）に連通している排気管であ
る。７は円筒状基体であり、９は誘電体窓２を通過した
マイクロ波によって真空容器内に生起したプラズマ発生
領域である。

なお、プラズマ発生領域９は、誘電体窓２および基体７
．７．・・・・・・に囲まれたマイクロ波空胴共振構造
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。

１１は、くし型状に突出した複数本のノズル１１’を存
するガス供給管であり、ノズル１１′の先端はプラズマ
発生領域９に向けられており、原料ガスは該ノズル１１
′を介してプラズマ発生領域に放出される。

第２図は、第１図に図示の装置におけるガス供給管の断
面略図であり、第３図は、第１図に図示の装置の横断面
略図である。第２．３図において、ｌは真空容器、５は
排気管、７は円筒状基体、９はプラズマ発生領域、１１
はガス供給管、１１′はノズルを夫“々示しており、矢
印は原料ガスの流れを示している。

第３図に示すごとく、本発明の装置においては、くし型
状に突出したノズル１１′の先端から放出される原料ガ
スは、矢印で示すように拡散し、原料ガスの大部分はプ
ラズマ発生領域９内に放出され、プラズマ発生領域９外
へ拡散する原料ガスの量は大幅に減少する。したがって
、本発明の装置を用いて堆積膜を形成すると、原料ガス
の利用効率が大幅に向上することとなり、比較的厚い膜
厚を有する電子写真用感光体ディバイスを形成する場合
であっても、短時間で形成せしめることができるもので
ある。

なお、第１図に図示の実施例装置においては８本の円筒
状基体７，７．・・・・・・を設置し、該基体の間に４
本のガス供給管１１．１１．・・・・・・を配設した例
を示しているが、円筒状基体、ガス供給管の数は、適宜
必要に応じて決定すればよいことはいうまでもない。

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　−３ｉ　（
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うるち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（Ｈ，Ｘ）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。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、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を５Ｘ１０−’Ｔ　ｏｒｒ以下
、好ましくはＩ　Ｘｌ０−”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Ｉ　Ｘ　１０””
〜Ｉ　Ｔｏｒｒ　、好ましくは５Ｘ１０−”〜ｌ　Ｔｏ
ｒｒ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。

〔実施例〕

以下、第１〜３図に示す本発明の装置を用いた機能性堆
積膜の形成について、実施例および比較例を用いて具体
的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるも
のではない。

１五五上 まず、真空容器１の内部を、排気管５を介して真空排気
するとともに、円筒状基体７．７゜・・・・・・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
し、駆動モーター（図示せず）を用いて所望の回転速度
で一定に回転させた。

こうしたところへ、原料ガス供給管１１．１１゜・・・
・・・を介して、シランガス（ＳｉＨｎ　）　、水素ガ
ス（Ｈｚ　）　、ジボランガス（ＢｚＨｉ）等の原料ガ
スを第１表に示す条件で真空容器１内に、ｌ　Ｘ　ＩＱ
−”　ｔｏｒｒ以下の真空度を維持しながら放出した。

次に、周波数２．４５ＧＨ２のマイクロ波を導波部３及
びマイクロ波透過性誘電体窓２を介してプラズマ発生領
域９内に導入し、円筒状基体７．７．・・・・・・上に
、電荷注入阻止層、感光層、及び表面層の夫々を続々に
形成せしめた。

こうして得られた感光体ドラムの感光層の堆積速度の測
定を行なったところ、８本の基体７゜７、・・・・・・
における平均は第２表に示す結果となった。

去」１辻ｉ 感光層の形成条件を第３表に示すようにした以外は、す
べて実施例１と同様にして、８本の円筒状基体上に膜を
堆積させて感光体ドラムを作成し、実施例１と同じ測定
を行なったところ第４表に示す結果かえられた。

止較開 第５図に図示した装置を用いた以外はすべて実施例１と
同様にして感光体ドラムを作成し、同様の測定を行なっ
たところ、第５表に示す結果が得られた。

第１表 第２表 第３表 第４表 第５表 〔発明の効果〕 本発明の？ＩＷ　−ＰＣＶＤ法による機能性堆積膜形成
装置は、ガス供給管の形状を、くし型状に複数のノズル
を有している形状としたことにより、該装置内のプラズ
マ発生傾城への原料ガス導入効率が大幅に向上し、その
結果、真空容器内の周囲に設置された複数の円筒状基体
上に定常的かつ高速で堆積膜を形成せしめることができ
、量産性に冨んだ堆積膜形成装置を提供することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＭＷ　−ＰＣＶＤ法による機能性堆
積膜形成装置の典型的−例を示す透視略図であり、第２
図は第１図に図示する装置におけるガス供給管の縦断面
略図、第３図は、第１図に図示する装置の横断面略図で
ある。第４図は、従来の？ＩＷ　−ＰＣＶＤ法による機
能性堆積膜形成装置の断面略図であり、第５図は、量産
性を可能にしたＭＷ　−ＰＣＶＤ法による機能性堆積膜
形成装置の透視略図であり、第６図は第５図に図示する
装置におけるガス供給管の概要図、第７図は第５図に図
示する装置の横断面略図である。 図において、 １・・・・・・・・・真空容器、２・・・・・・・・・
誘電体窓、３・・・・・・・・・導波部、４・・・・・
・・・・マイクロ波、５・・・・・・・・・排気管、６
．１０．１１．・・・・・・・・・ガス供給管、６′。 １０’・・・・・・・・・ガス放出孔、１１′・・・・
・・・・・ノズル、７・・・・・・・・・円筒状基体、
８・・・・・・・・・基体加熱ヒーター、９・・・・・
・・・・プラズマ発生令頁域、矢印・・・・・・・・・
原料ガスの流れ。 特許出願人　　キャノン株式会社　１．“・代理人弁理
士　荻上　豊規；ｌ；１１シ、’第１図 手　　続　　補　　正　　書　（方式）　　　　　　　
　５゜昭和６１年１１月２７日 ６　。 １、事件の表示 特許出願昭和６１年第１９７９８４号　　　　　　　７
゜２、発明の名称 マイクロ波プラズマＣＶＤ法による 機能性堆積膜形成装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３丁目３０番２号住所　東京
都千代田区麹町３丁目１２番地６号剪町グリーンビル う 補正命令の日付 昭和６１年１０月８日 （発送日：昭和６１年１０月２８日） 補正の対象 「図面」 補正の内容 第１図及び第２図の記載を別紙のとおりに補正します。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）密封された成膜室を有する真空容器、該成膜室内
   に複数の基体を保持する手段、該成膜室内にガス供給管
   を介して原料ガスを供給する手段、該成膜室内を排気す
   る手段、および該成膜室内にマイクロ波放電を生成せし
   める手段とからなるマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
   機能性堆積膜形成装置であって、前記ガス供給管がくし
   型状に突出した複数本のノズルを有していることを特徴
   とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜
   形成装置。
2. （２）前記ガス供給管が前記基体間に少なくとも１つ設
   置され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ＣＶＤ法による機能性堆積膜形成装置
   。