JPH021908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸着装置に関するものである。

近年、アモルフアスシリコン（以下、ａ−Siと
称する。）は太陽電池や電子写真感光体等の構成
材料として非常に有用視されてきている。また、
ａ−Si中に水素原子を導入してそのダングリング
ボンドを埋めることによつて、暗抵抗及び光導電
性を向上させた水素含有ａ−Si（以下、ａ−Si：
Ｈと称する。）が知られている。

このようなａ−Si：Ｈはこれまで、次の〔１〕
〜〔３〕の蒸着法で基板上に堆積させている。

〔1〕 Rfイオンプレーテイング法 〔2〕 DCイオンプレーテイング法 〔3〕 イオン又は活性化水素導入法（例えば特開
昭56−78413号） (a) 水素放電管を使用 (b) DCイオン銃を使用 (c) Rfイオン銃を使用 これらの〔１〕〜〔３〕に基く蒸着装置はいず
れも、蒸着槽又は真空槽（ベルジヤー）内で活性
又はイオン化水素の存在下にシリコンを加熱蒸発
させるようにしているが、次の如き考え方を基本
としている。即ち、活性化又はイオン化した水素
をベルジヤー内に導入していること、或いは水素
とシリコン蒸気との少なくとも一方はRf電場又
はDC電場によつて放電せしめて活性化している
ことである。しかしながら、本発明者が検討を加
えたところ、上記の装置はいずれも問題点があ
り、改善すべき欠点を有していることが分つた。
まず、上記〔１〕の装置においては、実質的にベ
ルジヤーの内の全域でグロー放電が生ぜしめられ
るために、既に不純物ガス（例えばPH₃）から単
離してベルジヤー内面等に付着している素（例え
ばＰ）がグロー放電時に再蒸発し、基板上に堆積
するａ−Si：Ｈ中に混入して膜汚染の原因となつ
てしまう。。上記〔２〕の装置では、シリコン蒸
発源上でシリコン蒸気に対してＷ電極から熱電子
を放出せしめてシリコンをイオン化するが、電子
吸引用の対向電極との間でアーク放電が生じ易
く、放電が不安定となると共に、放電時に上記し
たと同様に不純物による膜汚染が生じてしまう。
また、上記〔３〕の装置によれば、放電管内で生
ぜしめた水素イオンを基板の方向へ放射してお
り、ａ−Si膜中に水素原子を多量に導入すること
はできるが、その導入量は基板面上でばらつき、
例えば基板中央部では水素イオン分布量が多く、
周辺部では少ないという不均一性の問題が生じ
る。この問題を解消するために、ベルジヤー内に
供給された水素イオンを電場による偏向手段で振
らせ、基板面上を一様に走査することが考えられ
るが、水素イオンをそのように振らせることはあ
まり容易ではなく、しかも高電圧を要することか
らアーク放電が生じ易い。

本発明者は、上記した状況を考慮して種々検討
を加えた結果、上記の水素イオン等の修飾ガス成
分を均一に蒸着膜中に導入し、かつこの導入を安
定にして容易に行なえ、膜汚染も軽減させ得る蒸
着装置を見出し、本発明に到達したものである。

即ち、本発明による蒸着装置は、シリコン等の
蒸着物質を収容する蒸発源と、この蒸発源に対向
した被蒸着基体とが蒸着槽内に配され、この蒸着
槽に設けられた修飾ガス導入口から前記蒸着槽内
に供給された水素等の修飾ガスの存在下で、前記
蒸発源を加熱して前記蒸着物質を前記基体上に蒸
着する装置であつて、前記基体に向けて電子線を
発射して前記基体近傍の修飾ガスを活性化又はイ
オン化するための電子線供給装置が前記蒸着槽に
配設されていることを特徴とするものである。

従つて、本発明の装置によれば、水素等の修飾
ガスはそのまま（即ち活性化又はイオン化するこ
となく）蒸着槽内へ広範囲に供給し、これを基体
方向へ発射される電子線により基体近傍で効果的
に活性化又はイオン化し、蒸着膜中に均一に導入
することができる。つまり、基体近傍にて修飾ガ
スを均一に分布させ、これを偏向容易な電子線に
より励起させて蒸着膜中にガス成分を一様にドー
プできる。また、その励起が基体近傍で生じるこ
とから、修飾ガスの励起寿命がたとえ短かくても
活性化又はイオン化修飾ガスを効率良く基体に到
達させ、かつ既述した全域放電等に比べ蒸着膜の
汚染を大幅に減少させることができる。更に、修
飾ガスはそのまま蒸着槽内に供給できるので、そ
の活性化又はイオン化のための放電管を使用する
ことを要しないから、放電管使用時に生じるスパ
ツタ（例えば放電電極材料の放出）を防止でき、
かつ広範囲のガスを供給してもその分解による放
電管の汚染や損傷（例えばフツ素等のハロゲンガ
スの分解による汚染、損傷）を阻止できることに
なる。

こうした顕著な作用効果を奏する上で、本発明
による装置においては、基体に負電圧（特に−
10KV以内の直流電圧）を印加し、基体近傍で生
じるイオンを基体側へ吸引することが混入効率を
良くする点で望ましい。また、基体方向へ発射す
る電子線は、蒸着槽の内部又は外部に配されたＷ
電極等の熱電子発生器から生ぜしめるのがよく、
或いは場合によつては同様の位置に配されたガス
放電管から選択的に放出させてもよい。更に、電
子線供給装置から放射される電子線を加速するた
めの加速装置や、基体方向へ指向させるための磁
場偏向装置又は電場偏向装置を設けるのが望まし
い。また、基体面に対し一様に電子線を照討する
には、基体方向への電子線の進行経路を変化（又
は振動）させて基体面を均一に走査するための磁
場偏向装置又は電場偏向装置を設けるのがよい。

以下、本発明を図面に示す実施例について詳細
に説明する。

第１図は、本実施例による真空蒸着装置の構成
を概略的に示すものである。

この装置は、被蒸着基板１と例えばシリコン蒸
発源２を収容した真空槽（即ちベルジヤー）３を
具備している。基板１はヒーター４で350〜450℃
に加熱される一方、直流電源５により０〜−
10KVの負の直流バイアス電圧が印加される。図
中、６は水素等の修飾ガス円導入するための導入
管、７は蒸発源２を電子ビーム加熱装置（電子ビ
ームの経路は破線で示した。）、８は排気管であつ
て真空ポンプ（図示せず）に接続されている。そ
して注目すべきことは、基板１の方向へ電子線９
を発射する熱電子発生器１（例えばＷフイラメン
ト電極１３を有すもの）がベルジヤー３内に配さ
れていることである。

この装置を用いることによつて、例えば
10^-4Torrオーダーの真空下で蒸発源２から発さ
れたシリコン１１を基板１上にａ−Siとして堆積
させると同時に、熱電子発生器１０から例えば
500eVのエネルギーで放射される熱電子９をベル
ジヤー３内に一様に導入された修飾ガスに対し基
板１近傍で作用される。この結果、生成した活性
化又はイオン化ガス（例えば水素イオン）が負電
位の基板１上に吸引されて堆積する例えばａ−Si
膜中へ効率良く導入され、既述したダングリング
ボンドが埋められたａ−Si：Ｈ等の蒸着膜を得る
ことができる。このようにして得られた例えば水
素含有ａ−Siは、暗抵抗及び光感度ともに充分な
ものとなり、膜質が均一でばらつきの少ないもの
となつている。

第２図には、基板１近傍で修飾ガスとしての水
素ガス１２が熱電子９によつてイオン化（又は活
性化）される状況が原理的に示されている。即
ち、上記の熱電子発生器１０からの熱電子９が水
素分子１２に衝突し、そのエネルギーで水素分子
を水素イオン１２′として解離（イオン化）せし
め、生じた水素イオン１２′が負電位の基板１側
へ吸引されて、同時に基板１上に堆積するａ−Si
膜中へ効率良く混入される。一方、水素分子に衝
突しない熱電子９（及び衝突後の電子９′）は、
基板１の電位を適切に設定することによつて図示
した如く反発されるから、ａ−Si膜中に入射する
ことはない。従つて、基板１上に堆積するａ−
Si：Ｈ膜は電子の衝突による照射ダメージを受け
ることはなく、膜質を良好にすることができる。

熱電子発生器１０は実際には、第３図に例示し
た如くに構成するのが望ましい。即ち、Ｗフイラ
メント１３には交流電圧１４（又は直流電圧でも
よい）が印加され、例えば5000eVのエネルギー
の熱電子９が発生せしめられると同時に、一方の
端子側に直流の可変電源１５を介して接続された
例えばリング状の加速電極１６がＷフイラメント
１３上に配される。この加速電極１６は正電位が
与えられているために、フイラメント１３からの
熱電子９を引寄せて充分な速度に加速する。更
に、この加速された電子は例えば電場による偏向
装置１７で前後左右（Ｘ及びＹ方向）へ振動させ
られ、その進行経路が基板１の面に対して一様と
なるように変化せしめられるのが望ましい。これ
によつて、電子線９を基板面に対して均一に走査
し、基板面近傍において修飾ガスを場所的にみて
より一様に活性化又はイオン化できるので、得ら
れたａ−Si：Ｈ膜中での水素原子等の分布が均一
となり、膜特性が非常に向上する。なお、偏向装
置１７はＸ方向及びＹ方向に夫々配置された各一
対の偏向電極１８ａ，１８ｂ及び１９ａ，１９ｂ
の組からなつており、各一対の電極間には所定の
交流電源（図示せず）が接続され、交流電圧の印
加によつて電子線９を所定方向へ振らせるように
構成されている。この場合、熱電子線９は軽い粒
子からなつているので容易に偏向させることでき
る。これに反し、既述した如く水素イオンを偏向
させる場合には大きな電圧を必要とし、アーク放
電が生じるために、実用的にみてあまりよくな
い。

第３図に示した熱電子発生器１０は、ポイント
型と称されるタイプのものであるが、これ以外に
第４図に示す線型、第５図に示す面型の熱電子発
生器を用いることができる。第４図の例では、Ｗ
フイラメント１３を第３図のものより長くするこ
とによつて、その長さ方向に沿つて熱電子９が放
射され、これが更に加速電極１６のスリツト２０
を通して一定幅の線状平行ビームに絞られる。こ
の場合には、スリツト２０通過後の線状平行ビー
ム９は第３図のＸ方向か或いはＹ方向において基
板面に線状に発射されるように操作できるから、
偏向電極のうち１８ａ及び１８ｂ、又は１９及び
１９ｂを省略しても基板面に対し電子流を一様に
走査することが可能となる。また、基板１として
第１図〜第３図の平板状のものを用いる代りに、
回転ドラム状又は移動フイルム状のものを用いれ
ば、そのドラム又はフイルムの幅方向に上記の線
状平行ビームを定位置で発射して、ドラム周面全
体に均一に水素原子等を蒸着膜に導入することが
できる。第５図の熱電子発生器１０は多数本のＷ
フイラメント１３を平行に配列し、この配列面積
分に対応する面積で加速電極１６を通して基板に
対し電子線を発射できるものである。加速電極１
６は図示したもの以外にも、格子状、メツシユ状
等種々のものであつてよい。従つてこの場合に
は、平板状の基板であつてもその全面積に亘つて
電子線を発射可能であり、上記した如き偏向装置
は不要となる。第５図のフイラメント１３はスパ
イラル状に巻き、第５図と同様の面型にすること
ができる。また、第５図に一点鎖線で示す外形の
Ｗ板１３を熱電子発生用の面ヒーターとし用いて
もよい。

上記に説明したように、本実施例による蒸着装
置は、偏向を容易かつ安定に行なわせ得る熱電子
を修飾ガスの一様な供給下で基板上に発射するよ
うに構成されているので、水素イオン等を効率良
く均一に蒸着膜中に導入でき、また基板以外の部
分では電子線発射の影響が少ないために付着不純
物の再蒸発等による膜汚染を大幅に減少させるこ
とができる。

特に、ベルジヤー内のガス圧、電子線の加速電
圧等を調整することによつて、基板近傍に修飾ガ
スのイオンを充分に生成させることができ、励起
寿命の短かい水素を効率良く蒸着膜に混入する上
で極めて有利である。また、既述した如き放電管
を用いていないので、イオン密度と電流密度の高
い放電部分を設けなくてよく、スパツタリング等
による装置の汚染も皆無となる。これに関連し
て、修飾ガスの放電による分解で装置が汚染する
こともないので、修飾ガスを広範囲のものが選択
でき、適用範囲も拡大できる。

本実施例で供給可能な修飾ガスとしては、水素
の他、或いは水素と併用して、酸素、窒素、フツ
素等のハロゲン、アンモニア、モノシラン、ホス
フイン、ジボラン、アルシン、メタン等の炭化水
素、フレオン等の如く種々のものが使用できる。
また、蒸着膜はａ−Si：Ｈの他、ａ−Ge：Ｈ、
ａ−SIGe：Ｈ、ａ−SiC：Ｈ、ａ−SiGeC：Ｈ、
ａ−Si：Ｆ、ａ−SiGe：Ｆ、ａ−SiC：Ｆ、ａ−
SiGeC：Ｆ、Si₃N₄、SiO₂、SnO₂、In₂O₃、
MgF、Al₂O₃の他、炭素や他の炭素化合物、TiN
及びBN等の窒化物等からなるものを堆積させて
よく、このためには相当する蒸発源及び修飾ガス
を選択すればよい。

本発明者の検討によれば、本実施例の装置を用
いて得られた蒸着膜、例えばａ−Si：Ｈ膜につい
て、その光学特性は基板電圧との関係で第６図に
示す傾向を示すことが分つた。これによれば、基
板電圧を負に大きくしてゆくに従つて−1KV付
近から△δが低下して光導電性（光感度）が悪く
なるが、それより更に負電圧を大きくすれば光導
電性が向上している。これは、基板電圧が負であ
れば電子流を反発して蒸着膜への電子の衝突を防
げる電圧範囲（特に−1KV付近、−4KV以上）が
存在するが、−２〜−4KVでは電子流により生じ
た水素イオンが基板方向へ加速され、未だイオン
化していない水素分子に衝突してそのイオン化と
同時に二次電子を生ぜしめ、この二次電子がａ−
Si：Ｈ膜中に流入し、膜特性（光導電性）が劣化
するものと推察される。第７図は、第６図の傾向
を基板に流れ込む電子流（電流量）として測定し
た結果を示すが、第６図とほぼ対応した結果とな
つていることが分る。

第６図及び第７図の結果から、基板へ電子流が
流れ込まない適切な条件（特に基板電圧）下で操
作すれば、良質の蒸着膜が得られることが理解さ
れよう。なお、基板電圧は一般に負に大きくする
と結果は良好となるが、−10KVを越えるとアー
ク放電が生じ易くなるので、基板電圧を−10KV
以内に抑えるのが望ましい。

なお、第８図に示すように、基板１の蒸発源側
に絶縁層２３を予め形成し、この上に上記蒸着装
置でａ−Si：Ｈ膜２４を堆積させる場合がある。
例えば、基板１としてガラス基板２１上にゲート
電極２２を形成したものを用い、この上にゲート
酸化膜としてのSiO₂膜２３、及び両側にソース
及びドレイン領域を有しかつゲート電極１上をチ
ヤネル部とするａ−Si半導体層２４を積層せし
め、MISFET（Metal Insulator Semiconductor
Field Effect Transistor）を作成することがあ
る。この場合、ａ−Si：Ｈ膜２４の堆積時に絶縁
層２３が存在するために水素イオンによる電荷が
蓄積（チヤージアツプ）し、これによつて面内放
電が発生してａ−Si：Ｈ膜２４が破壊されること
がある。ところが、本実施例によれば、適当量の
電子が基板に到達できるように基板電圧を適当な
負電圧に設定することによつて、基板上の水素イ
オンを到達した電子で適当量中和することができ
る。このために、基板上ではチヤージアツプを抑
制し、面内放電を効果的に防止することができ
る。なお、第８図に示した如き構造は、絶縁膜２
３をブロツキング層とする電子写真用の感光体と
しても適用可能である。

第９図は、熱電子発生器１０のＷフイラメント
１３を蒸発源２から遮蔽する遮蔽板２５を設け、
更に放射された熱電子９をマグネツト２６及び交
流駆動コイル３４付きマグネツト２７等によつて
基板方向へ磁気的に偏向若しくは指向せしめ、さ
らに走査機能を付与した例を示している。

これによれば、遮蔽板２５によつて、蒸着時に
蒸発源２からの例えばシリコン蒸気がタングステ
ンフイラメント１３上に付着するのを防止でき
る。これに反し、遮蔽板２５がない場合にはシリ
コン蒸気がフイラメント１３上に付着してタング
ステンシリサイドを形成し、これが再蒸発してタ
ングステンが基板方向へ飛翔し、蒸着膜中に混入
してその膜質を劣化させる原因となる。

第１０図及び第１１図は別の実施例による蒸着
装置を示すものである。

この例では、上記した熱電子発生器１０のフイ
ラメント（ヒーター）部分１３をベルジヤー３外
に配置し、基板１方向に延びる誘導管２８によつ
て電子線９を基板面に発射するように構成してい
る。この熱電子発生器１０は、ガラス壁２９で囲
まれた熱電子発生室３０にフイラメント１３を配
し、このフイラメントを直流電源３１で加熱して
いる。そして、誘導管２８はベルジヤー壁を貫通
して延び、ベルジヤー外面近傍の内周面には直流
可変電源３２に接続された加速電極３３が設けら
れている。

従つて、この熱電子発生器１０のフイラメント
１３がベルジヤー３内から隔離された状態になつ
ているから、蒸発源からの蒸気が付着して上述し
た如き汚染を効果的になくすことができる。

なお、上記した熱電子発生器１０に代えて、第
１０図に一点鎖線で示す如く直流又は交流式の放
電管４０をベルジヤー３外に設け、この放電管４
０で生じた電子を導入管３４から基板１の方向に
向けて供給しても、本発明による目的は基本的に
は達成できる。こうした放電管として、図示は省
略したが、入口側の負電位の筒状電極と出口側の
正電位の筒状電極との間を水冷パイプで結合して
供給ガスを放電せしめ、生じた電子を出口側から
導入管３４を経てベルジヤー３内へ導入できるよ
うに構成したものを用いてもよい。

この蒸着装置においては、放電管４０をベルジ
ヤー３外に配しているので、ベルジヤー３内に配
する場合に比べて、汚染が非常に少なくなり、操
作時のベルジヤー内の熱やガスで放電管の電極や
構成材料が損傷を受けることがない。従つて、放
電管の材質の選択の自由度が大きくなり、またそ
の構築や配置も任意に行なうことができる。ま
た、放電管内の冷却用水冷パイプ（図示せず）の
構造も設計し易く、その冷却効率も良好となると
共に、放電管自体の交換作業もベルジヤー外で容
易に行なえる。但、電子線を送り込むという点で
は、放電管をベルジヤー内に設けてよいことは勿
論である。

以上に説明した実施例は本発明の技術的思想に
基いて種々変形が可能である。

例えば、熱電子発生器に用いる電極（ヒータ
ー）はタングステン以外にもランタンポラロイド
等を用いることもできるし、その配置も様々であ
つてよい。また、上述した偏向装置は電場による
もの又は磁場によるもののいずれでもよく、或い
は両者を併用したものであつてもよい。基板に印
加する負電圧は種々選択でき、またその電圧も時
間的に可変してよい。蒸発源の加熱は電子ビーム
方式でなくても、抵抗加熱方式でもよい。なお、
本発明は上述した水素イオンの混入に限らず、上
述した各種の修飾ガス使用によつて蒸着膜中へ不
純物を混入したり、或いは各種の蒸着膜を形成す
る場合にも同様に適用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は真空蒸着装置の概略断面図、第２図は基板
近傍での修飾ガスの活性化又はイオン化の状況を
示す概略図、第３図は熱電子発生器、その加速電
極及び偏向装置を概略的に示す斜視図、第４図は
別の熱電子発生器及びその加速電極を概略的に示
す斜視図、第５図は更に別の熱電子発生器を概略
的に示す斜視図、第６図は基板電圧による蒸着膜
の光電気特性の変化を示すグラフ、第７図は基板
電圧による流れ込み電子流の変化を示すグラフ、
第８図は蒸着によつて得られる素子の要部拡大断
面図、第９図は別の実施例による熱電子発生装置
及びその偏向装置の配置状態を概略的に示す断面
図、第１０図は更に別の実施例による真空蒸着装
置の概略断面図、第１１図は第１０図における熱
電子発生器の拡大断面図である。 なお、図面に示されている符号において、１…
…被蒸着基板、２……蒸発源、５……直流電源、
６……修飾ガス導入管、９……熱電子（電子線）、
１０……熱電子発生装置、１２……水素分子、１
２′……水素イオン、１３……フイラメント又は
ヒーター、１６，３３……加速電極、１７……偏
向装置、１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ……偏
向電極、２０……スリツト、２３……絶縁層、２
４……蒸着膜、２５……遮蔽板、２６，２７……
マグネツト、２８……誘導管、４０……ガス放電
管である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸着物質を収容する蒸発源と、この蒸発源に
   対向した被蒸着基体とが蒸着槽内に配され、この
   蒸着槽に設けられた修飾ガス導入口から前記蒸着
   槽内に供給された修飾ガスの存在下で、前記蒸発
   源を加熱して前記蒸着物質を前記基体上に蒸着す
   る装置であつて、前記基体に向けて電子線を発射
   して前記基体近傍の修飾ガスを活性化又はイオン
   化するための電子線供給装置が前記蒸着槽に配設
   されていることを特徴とする蒸着装置。 ２ 基体に負電圧が印加されるように構成した、
   特許請求の範囲の第１項に記載した装置。 ３ 負電圧が−10KV以内の直流電圧である、特
   許請求の範囲の第２項に記載した装置。 ４ 電子線供給装置が蒸着槽の内部又は外部に配
   された熱電子発生器からなつている、特許請求の
   範囲の第１項〜第３項のいずれか１項に記載した
   装置。 ５ 電子線供給装置が蒸着槽の内部又は外部に配
   されたガス放電管からなつている、特許請求の範
   囲の第１項〜第３項のいずれか１項に記載した装
   置。 ６ 電子線供給装置から放射される電子線を加速
   するための加速装置を有する、特許請求の範囲の
   第１項〜第５項のいずれか１項に記載した装置。 ７ 電子線供給装置から放射される電子線を基体
   の方向へ指向せしめるための磁場又は電場偏向装
   置を有する、特許請求の範囲の第１項〜第６項の
   いずれか１項に記載した装置。 ８ 基体の方向へ向かう電子線の進行経路を変化
   させることによつて電子線を基体面に対して均一
   に走査するための磁場又は電場偏向装置を有す
   る、特許請求の範囲の第１項〜第７項のいずれか
   １項に記載した装置。