JPH03215672A - 堆積膜形成方法 - 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
体デバイス、電子写真用感光体デバイス、画像入力用ラ
インセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス等に用
いる結晶又は非単結晶堆積膜をマイクロ波プラズマによ
り形成する堆積膜形成方法に関する。

〔従来の技術の説明〕

従来、半導体デハイス、電子写真用怒光体デバイス、画
像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバ
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、例えば
水素又は／及びハロゲン（例えばフン素、塩素等）で補
償されたアモルファスシリコン等の非単結晶堆積膜又は
ダイヤモンド薄膜のような結晶堆積膜が提案され、その
中のいくつかは実用に付されている。

こうした堆積膜の形成方法として従来、熱により原料ガ
スを分解する方法（熱ＣＶＤ法）、光により原料ガスを
分解する方法（光ＣＶＤ法）、プラズマにより原料ガス
を分解する方法（プラズマＣＶＤ法）等、多数知られて
いる。中でも、プラズマＣＶＤ法、すなわち、原料ガス
を直流又は高周波、マイクロ波グロー放電等によって分
解し、ガラス、石英、耐熱性合成樹脂フィルム、ステン
レス、アルミニウム等の基体上に薄膜状の堆積膜を形成
する方法は電子写真用アモルファスシリコン堆積膜の形
成方法等、現在実用化が非常に進んでおり、そのための
装置も各種提案されている。

特に、近年、堆積膜形成方法としてマイクロ波グロー放
電分解を用いたプラズマＣＶＤ法すなわちマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法が工業的にも注目されている。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、他の方法に比べ高いデ
ポジション速度と高い原料ガス利用効率という利点を有
している。こうした利点を生かしたマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ技術の１つの例が、米国特許第４，５０４，５１
８号に記載されている。

該特許に記載の技術は、０．　Ｉ　Ｔｏｒｒ以下の低圧
下でマイクロ波プラズマＣＶＤ法により高速の堆積速度
で良質の堆積膜を得るというものである。

更に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により原料ガスの利
用効率を改善するための技術が特開昭６（１−１８６８
４９号公報に記載されている。該公報に記載の技術は、
概要、マイクロ波エネルギ一の導入手段を取り囲むよう
に基体を配置して内部チャンハ−（すなわち放電空間）
を形成するようにして、原料ガス利用効率を非常に高め
るようにしたものである。

また、特開昭６１−２８３１１６号公報には、半導体部
材製造用の改良形マイクロ波技術が開示されている。す
なわち、当該公報は、放電空間中にプラズマ電位制御と
して電極（バイアス電極）を設け、このハイアス電極に
所望の電圧（ハイアス電圧）を印加して堆積膜へのイオ
ン衝撃を制御しながら膜堆積を行うようにして堆積膜の
特性を向上させる技術を開示している。

ジャパニーズ　ジャーナル　オプ　アプライドフィジイ
ソクス、第２８巻、第５号（１９８９年５月）　（ＪＡ
ＰＡＮＥＳＥ　ＪＯＩＩＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＴＥ
Ｄ　Ｐ｝ＩＹｓＩｃｓＶＯＬ．２８　ＮＯ．５，ＭＡＹ
，１９８９）ｐｐ．８４９−８５５には、ＥＣＲプラズ
マに関する従来技術が報告されている。この報告では水
素化アモルファスゲルマニウム堆積膜をＥＣＲプラズマ
により作製する際、マイクロ波電力のリノプル率を５％
以内に抑えることにより再現性の向上を図っている。

一方、工業用マイクロ波応用技術（柴田長吉郎著、電気
書院、１９８６年）ｐｐ．３２には、マイクロ波発生装
置としてマグネトロンを用いる場合、ランナウェイ現象
のために管球破損が発住することを防ぐため、完全な直
流では動作させずに陽極電圧にわざとリップルを含ませ
る技術が開示されている．しかし、該文献ではマイクロ
波電力のリップル率とマイクロ波プラズマＣＶＤ法で得
られた堆積膜の特性の関係については触れていず、又、
ランナウェイ現象を防ぐための最通なリンプル率につい
ても脈動的に停止時間が含まれるような大きなもの（リ
ップル率二〜２００％）としている。

以上述べたマイクロ波プラズマＣＶＤ法に使用するマイ
クロ波を得るため番こは、タライストロン、進行波管、
マグネトロン、ジャイロトロンなどの発振装置が使用さ
れている．特に変換効率が高く、大電力のものが比較的
安価に得られるマグネトロンが一般的にパルス波又は連
続波のマイクロ波発振源としてマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法に用いられる。このようなマグネトロンの発振のた
めに用いられる電源回路の例を第４図、第５図及び第６
図に示す。

第４図は単相半波整流回路を示した回路図である。第５
図は単相両波整流回路を示したものである。更に第６図
は整流後、平滑回路を用いて陽極電流の変動（ＨＩちマ
イクロ波電力の変動）を小さ《する構成の電源回路を示
している。第４図、第５図及び第６図において４０１．
５０１，６０１はトランスを、４０２，５０２，６０２
は整流器としてダイオードを、４０３，５０３，６０３
は負荷としてマグネトロンの陽極を各々示している。

第６図においては、更に６０４のコイルと６０５のコン
デンサーを加えた平滑回路が設けられている。

第４図のような比較的簡単な回路では陽極電流のピーク
値が大きく、マイクロ波がモーディングしやすい。又、
第６図の電源回路では、コイル６０４のインダクタンス
と、コンデンサー６０５の静電容量を上げることにより
平滑性を上げることは可能であるが、このように平滑性
を上げれば上げるほど電源回路のコストとサイズが大き
くなってしまう。従来は平滑回路無しで陽極電流のピー
ク値が比較的小さい第５図のような回路を用いるか、あ
るいは簡単な平滑回路を用いた第６図のような電源回路
により、ある程度リップル率の大きな状態（５０％以上
）でマイクロ波を使用していた。

なおこの時、リップル率とはマイクロ波出力電力におい
て、（出力電力波の最大値一同最小値）×１００％／（
出力電力の実効値）で表される値を言う。

これらの従来の技術により比較的厚い光導電性材料を、
ある程度高速の堆積速度と原料ガスの利用効率で製造す
ることが可能となった。このようにして改良された従来
の堆積膜形成方法は、第３（Ａ）図の縦断面図、第３　
（Ｂ）図の横断面図で示されている電子写真怒光ドラム
の生産装置によって以下のように実施される。

第３（Ａ）図、及び第３（Ｂ）図において３０１は反応
容器であり、真空気密化構造を成している。

また、３０２は、マイクロ波電力を反応容器内に効率よ
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、アルミナセラミノクス等）で形成された
マイクロ波導入誘電体窓である。３０３はマイクロ波電
力の伝送を行う導波管であり、マイクロ波電源から反応
容器近傍までの矩形の部分と、反応容器に挿入された円
筒形の部分から成っている。導波管３０３はスタブチュ
ーナー（図示せず）、アイソレーター（図示せず）とと
もにマイクロ波電源３０８に接続されている。

誘電体窓３０２は反応容器３０１内の雰囲気を保持する
ために導波管３０３０円筒形の底面部分の内壁に気密封
止されている。３０４は一端が反応容器３０１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。３０６は基体３０５により囲まれた放電空間を
示す。電源３１１はハイアス電極３１２に直流電圧を印
加するための直流電源（ハイアス電源）であり電極３１
２に電気的に接続されている。

こうした堆積膜形成装置を使用した従来の堆積膜形成方
法による堆積膜形成は、以下のようにして行われる。ま
ず真空ポンプ（閲示せず）により排気管３０４を介して
、反応容器３０１を排気し、反応容器３０１内の圧力を
Ｉ　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒ以下に調整する。ついでヒ
ーター３０７により、基体３０５の温度を膜堆積に好適
な温度に加熱保持する。そこで原料ガスを不図示のガス
導入手段を介して、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
料ガスが反応容器３０１内に導入される。それと同時併
行的にマイクロ波電源３０８により周波数２．４５ＧＨ
２でリップル率の比較的大きな（５０％以上の）マイク
ロ波を発生させ、導波管３０３を通じ、誘電体窓３０２
を介して反応容器３０１内に導入される。更に放電空間
３０６中のハイアス電ｉ３１２に電気的に接続されたバ
イアス電源３】】により、ハイアス電極３１２に基体３
０５に対してバイアス電圧を印加する。かくして基体３
０５により囲まれた放電空間３０Ｇにおいて、原料ガス
はマイクロ波の工不ルギーにより励起されて解離し、更
にハイアス電極３１１と基体３０５の間の電界により定
常的に基体３０５上にイオン衝撃を受けながら、基体３
０５表面に堆積膜が形成される。この時、基体３０５が
設置された回転軸３０９をモーター３１０により回転さ
せ、基体３０５を基体母線方向中心軸の回りに回転させ
ることにより、基体３０５全周に渡って均一に堆積膜が
形成される。

このような従来の堆積膜形成方法より、ある程度の堆積
速度では実用的な特性と均一性の堆積膜を得ることが可
能になった。また反応容器内の清掃を厳格に行えばある
程度欠陥の少ない堆積膜を得ることは可能であった。し
かし、これら従来の堆積膜形成方法では、特に堆積速度
の速い領域では、例えば電子写真感光体のように大面積
の比較的厚い堆積膜が要求される製品の製造については
、均一膜質で光学的及び電気的諸特性の要求を満足し、
かつ画像欠陥等の原因となる欠陥の少ない堆積膜を定常
的に安定して高収率（高歩留まり）で得るのは難しいと
いう解決すべき問題点が残存している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述のごとき従来の堆積膜形成方法に
おける諸問題を克服して、半導体デバイス、電子写真用
感光体デバイス、画像入力用ラインセンサー、撮像デハ
イス、光起電力デハイス、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等に用いられる素子
部材として特性の良い堆積膜を、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法により、安価に安定して歩留まり良く高速形成し
得る堆積膜形成方法を提供することにある。

更に本発明の目的は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
りアモルファスシリコン堆積膜、アモルファスシリコン
カーハイト堆積膜等の機能性堆積膜を形成するについて
、特性の優れ、かつ欠陥の少ない膜を形成し得る堆積膜
形成方法を提供することにある。

（発明の構成、効果〕 本発明の堆積膜形成方法は、基体を設置した減圧にし得
る反応容器内に原料ガス及びマイクロ波エネルギーを導
入してプラズマを生じさせ、前記反応容器内に設けた電
極又は前記基体に電圧を印加してプラズマの電位制御を
行いながら該基体上に堆積膜の形成を行うマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法による堆積膜形成方法であって、放電中
に前記マイクロ波電力のリップル率を６％以上、４０％
以下の範囲の値に保持することを特徴としている。

本発明者らは従来の堆積膜形成方法における前述の問題
を克服して、前述の本発明の目的を達成すべく鋭意研究
を重ねたところ、以下に述べるような知見を得た。

プラズマＣＶＤ法による堆積膜の成長機構を考えるとき
、一般にプラズマ中での原料ガスの分解過程、分解種の
基体までの輸送過程、基体上での成長過程の３つの過程
に分けて考えることができる。この中でも第３番目の基
体上での成長過程は堆積膜の特性を決定する上でも重要
な過程である。

この基体上での成長過程を水素を含むアモルファスシリ
コンを例にしてもう少し詳細に説明すると以下のように
なる。プラズマ中で分解して輸送されてきた分解種は基
体上に付着してアモルファスシリコン膜のネソトワーク
を形成するが、まだ３次元的にネソトワークが完成され
ていないアモルファスシリコンの成長表面では水素原子
の脱離、ダングリングポンドへの水素原子や珪素原子の
結合、エネルギー的に高い結合を持つ原子の再配置など
により、構造欠陥の少なく、エネルギー的に安定の方向
への化学的反応（Ｍ和過程）が起こる．これらの結果、
堆積膜としてはダングリングボンドの減少、ギャソプ準
位密度の低下、ＳｉＨ２結合が減少してＳｉ−Ｈ結合が
主となる等の現象が観察される。これらの反応は基体の
熱エネルギーにより促進される。一般にプラズマＣＶＤ
法で形成されるアモルファスシリコンでは、基体温度が
２００℃から３００℃の間の時に良好な膜が得られ、こ
れよりも低い基体温度では水素の含有量が多く、ダング
リングボンド密度の高い、特性の低い堆積膜しか得られ
ない。

一方、アモルファスシリコン感光ドラムを始めとするプ
ラズマＣＶＤ法により作製する製品のコストを低下させ
るためには、原料ガスの利用効率、及び、堆積速度を上
げることは重要なことである。

これらのことを達成するためにマイクロ波によるプラズ
マＣＶＤ法は有効な手段である。ところがこのようなマ
イクロ波プラズマＣＶＤ法により基体上に高速で堆積膜
が形成された場合、成長表面でネントワークが急速に組
まれて行くため前述の水素原子の脱離や珪素原子の再配
置等の緩和過程が間に合わずに特性の悪い堆積膜しか得
られない現象が発生する。

特に第３（Ａ）図、及び第３（Ｂ）図で示す堆積膜形成
装置のように原料ガス利用効率を上げるために放電空間
を取り囲むように基体を配置し、放電空間内と放電空間
外とを交互に通過するように基体を運動させながら基体
全面に堆積膜を形成する構造の堆積膜形成装置による堆
積膜形成方法では、基体上の堆積膜形成は断続的に行わ
れるため、実質的な堆積速度（平均堆積速度）は基体が
放電空間正面に位置したときの堆積膜の堆積速度（堆積
速度の最大値）の１／３から１／４となってしまう。言
い替えるならば、放電空間の正面に位置した時に、基体
表面上では経済的に見合う堆積速度の３倍から４倍の堆
積速度で良好な特性の堆積膜の形成が行われる必要があ
る。さらに、時間と共に、基体表面は放電空間に対して
様々な角度で接するため、基体表面に降り注く活性種の
密度も変化する。このため基体表面に形成された堆積膜
構成元素によるネットワークの十分な緩和過程の促進が
他の構成の装置に比べさらに重要なものとなってくる。

こうした問題点を解決する１つの方法として、放電空間
中に設けられた電極（ハイアス電極）または基体の一部
にプラズマ電位を制御する目的でハイアス電圧を掛ける
ことが従来提案されていた。

これはこのようなマイクロ波プラズマＣＶＤ法では電界
により放電空間中のイオンを加速して基体に衝突させ局
部的に堆積膜をアニールすることにより、ネソトワーク
の緩和過程を促進するものである。

このような方法は高速堆積における堆積膜の膜質向上に
非常に有効であるが、更に堆積膜を高速で堆積するため
にハイアス電圧を上げていった時に以下のような問題が
発生する。

ｆｉ＋　　画像欠陥の原因となる堆積膜の欠陥があるハ
イアス電圧を境に急激に増加する。

（２）放電空間中のハイアス電極又は基体からスパーク
等の異常放電が多発する。

（３）堆積膜の再現性が悪くなる。

これらの現象は以下のように説明される。

（１》　　画像欠陥の原因となる堆積膜の欠陥の断面を
顕微鏡で観察すると数ミクロンから数十ミクロンの大き
さの異物を核として堆積膜の途中から球状突起が成長し
ていることが観測された。そして、堆積膜の電気的特性
を向上させるためにハイアス電極又は基体の一部に印加
するバイアス電圧を上げていくとこの堆積膜の欠陥の原
因である微小な異物の数が急激に増加してくるのである
。この現象の原因としては、電界によりイオンが加速さ
れ基体に衝突するだけではなく反応容器壁や基体から剥
がれた微小の堆積膜の破片がプラズマによりチャージア
ンプし、イオンの場合と同様電界により加速され基体に
付着することが挙げられる。

（２）放電空間に掛かる電圧が大きくなると放電空間中
に局部的にブレークダウンが生しる。このためバイアス
電極又は基体に印加した全電力が瞬間的に一箇所に集中
するため基体や基体上の堆積膜の破壊が発生する。

（３）異常放電が多発するため基体に対するイオンの衝
突が有効に行われず堆積膜の特性の再現性を低下させる
。

バイアス電源とバイアス電極又は基体の間に、電圧又は
電流の変化を検知し異常放電が起こる前に事前に電圧を
一時的に遮断する手段を設けることにより（２）の現象
はある程度防ぐことが可能であったが、従来は、他の現
象は完全には防ぐことはできなかった。

これらの現象は、いずれもハイアス電圧を低下すること
ができれば低減又はなくすことが可能であるが、堆積膜
の特性向上と関係が深いため、特性もよく欠陥も少ない
堆積膜を得るための最適条件を維持することが従来は非
常に困難であった。

そこで本発明者らは、マイクロ波の導入を工夫すること
により低いバイアス電圧でも存効に堆積膜の膜質向上が
可能にならないかという点に着目して鋭意検討を行った
。その結果、従来技術についての前述の問題点を解決し
て、上述の本発明を完成させるに至った。

堆積膜の形成中のマイクロ波電力のリップル率をある範
囲内に制御すれば低いハイアス電圧でも有効に堆積膜の
特性向上をすることができるという、従来の技術からは
予想できなかったこの驚くべき結論について、そのメカ
ニズムの詳細は不明であるが、本発明者らは現在のとこ
ろ以下のように考えている。

放電空間中にハイアス電圧を印加してプラズマ中のイオ
ンを加速して基体に衝突させ局部的に堆積膜をアニール
堆積膜形成方法では、リノプル率の大きなマイクロ波を
用い堆積膜を形成する場合、プラズマ中のイオン数がリ
ップル率の周波数に同期して大きく変動するため、イオ
ン数の少ないときの堆ｖ１膜のアニールの効果が小さく
なり、その影響でハイアス電圧の効果が減少してしまう
のである。

一方マイクロ波のリップル率が非常に小さな場合、電子
写真感光体のような厚い堆積膜を形成する場合、堆積膜
自身の局部的な抵抗により、時間と共に堆積膜表面が、
チャージアノブしてバイアス電界による堆積膜の特性向
上の効果が局部的に低下してくるのである。

そのためマイクロ波のリンプル率が大きな場合も非常に
小さな場合もいずれもハイアス電極又は基体に印加した
ハイアス電圧は有効に働かず、常に堆積膜上に十分にア
ニール効果を与えるために、非常に大きな電圧を印加す
る必要があった。このため前述のバイアス電圧が高いこ
とに起因する様々な問題点が発生した。

本発明による堆積膜形成方法のように適当な範囲のリッ
プル率を持つマイクロ波を使用することにより、始めて
低いハイアス電圧でも常に有効に堆積膜の特性向上が可
能となったのである。

以下、本発明による堆積膜形成方法を実施するための堆
積膜形成装置の例を第１　（Ａ）図、及び第１（Ｂ）図
に示す。

第１　（Ａ）図、及び第１　（Ｂ）図において、１０１
〜１１２は、従来の堆積膜形成方法を実施するための装
置図である第３（Ａ）図、及び第３　（Ｂ）図での説明
と全く同じである。更に、第１　（Ａ）図、及び第１　
（Ｂ）図では、マイクロ波のリップル率をモニターする
ためのマイクロ波電力リップル率測定手段１１５、測定
手段１１５より得た信号を処理して、あらかしめ設定さ
れたリップル率と比較し、リップル率を制御するための
制御信号を出すデータ処理手段１１４、データ処理手段
１１４からの信号により、マイクロ波電力のリップル率
を最通な値にするため、マイクロ波’ＷｉＥｔｌ０３よ
り発振されるマイクロ波電力のリノプル率を変化させる
マイクロ波電力リップル率制御手段１１３が加えられて
いる。

以上の装置により本発明の堆積膜形成方法により実際に
堆積膜を形成する手順の一例を以下に説明する。

まず真空ポンプ（図示せず）により排気管１０４を介し
て、反応容器１０１を排気し、反応容器１０１内の圧力
をＩ　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒ以下に調整する。ついで
ヒーター】０７により、基体１０５の温度を膜堆積に好
適な温度に加熱保持する。そこで原料ガスを不図示のガ
ス導入手段を介して、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
原料ガスを反応容器１０１内に導入する。それと同時併
行的にマイクロ波電源１０８により、周波数２．４５Ｇ
Ｈｚでマイクロ波を発生させ、導波管１０３を通し、誘
電体窓１０２を介して反応容器１０１内に導入される。

更に放電空間１０６中のバイアス電極１１２に電気的に
接続された直流電源１１１によりハイアス電極１１２に
基体１０５に対して直流電圧を印加する。かくして基体
１０５により囲まれた放電空間１０６において、原料ガ
スはマイクロ波の工不ルギーにより励起されて解離し、
更にハイアス電極１１２と基体１０５の間の電界により
定常的に基体１０５上にイオン衝撃を受けながら、基体
１０５表面に堆積膜が形成される。

放電中のマイクロ波電力のり，プル率はマイクロ波電力
リップル率測定手段１１５により常時測定される。この
測定手段１１５より得た信号はデータ処理手段１１４に
送られ、ここであらかしめ設定されたリップル率と比較
処理される。この結果を基にしてデータ処理手段１１４
はリノプル率を制御するための信号をマイクロ波電カリ
ノプル率制御手段１１３に送る。マイクロ波電力リノプ
ル率制御手段１１３はこの信号を基に、マイクロ波電源
１０８より発信されるマイクロ波電力のリップル率を所
定の値に制御する。

この時、基体１０５が設置された回転軸１０９をモータ
ー１１０により回転させ、基体１０５を基体母線方向中
心軸の回りに回転させることにより、基体１０５全周に
渡って均一に堆積膜が形成される。

本発明においてマイクロ波電力の発生方法としては本発
明で用いられるリップル率のリップルをマイクロ波電力
に重畳できるものであればいかなるマイクロ波発振器も
使用することができる。中でもマグ不トロンは大電力を
得られる点と発振効率の良さから本発明に最適である。

本発明におけるマイクロ波電力のリノプル率の範囲は、
好ましくは６％以上４０％以下、更に好ましくは８％以
上３０％以下、最適には１１％以上２５％以下である。

本発明において、マイクロ波電力のリップル率を測定す
る手段として、通常用いられているマイクロ波電力測定
手段を使用することができる。具体的には、ダイオード
、サーモカソプル、サーミスタ、ボロメーク等が挙げら
れる。特にダイオードは応答の速いため、本発明におけ
るマイクロ波電力のリップル率の測定手段としては最適
である．本発明においてマイクロ波電力のリノプル率の
制御の方法としては、マイクロ波発振器としてマグネト
ロンを用いる場合は陽極電圧のリノブル率を変化させる
方法、マイクロ波の出力電力を調整する方法等が挙げら
れる。

陽極電圧のリップル率を制御する方法において、マグネ
トロンのカノトオフ現象のためマイクロ波の陽極電圧と
陽極電流の関係は第７図に示す関係であり、（陽極電流
のリノブル率）〉（陽極電圧のリップル率）であるため
、必要とするマイクロ波電力のリップル率よりも小さい
リソブル率で陽極電圧を制御する必要がある。

陽極電圧のリップル率としては０．５％以上、２０％以
下の範囲で制御することが好ましい。陽極電圧のリップ
ル率を制御する方法としては、陽極電圧が交流電圧を整
流して用いている場合、平滑回路内のコイルのインダク
タンスを変化させる方法、コンデンサーの静電容量を変
化させる方法等が挙げられる。コイルのコンダクタンス
として５０ｍＨ以上５０Ｈ以下の範囲で制御することが
好ましい。コンデンサの静電容量としては５０ｎＦ以上
１００μＦ以下で制御することが好ましい。このような
平滑回路を含んだ電源回路の例を第２図に示す。図にお
いて２０１はトランスを、２０２は整流器としてダイオ
ードを、２０３は負荷としてマグネトロンの陽極を示し
ている。更に２０４で示すインダクタンス可変のコイル
と、２０５で示す静電容量が可変のコンデンサーによる
平滑回路が設けられている。

出力を調整する場合、陽極電圧及び電流を変化させる方
法、マグネトロンにかける磁界強度を変化させる方法等
がある。このようにマイクロ波の電力を変化させた場合
はスタブチューナ等で同時に反射波を変化させることに
より放電空間に導入されるマイクロ波電力を常に一定に
保つことは、堆積膜の膜特性の再現性の向上の面から有
効である。

本発明においてデータ処理手段として、コンピュータを
用い、マイクロ波電力リップル率測定手段で得られた信
号を処理して自動的に制御する方法、リップル率測定手
段からの信号をオシロスコープ等でオペレータが監視し
、所定の範囲から外れた場合手動で制御する方法等が挙
げられる。

生産のように全く同し条件で複数回、連続して堆積膜形
成を行う場合、最初に上述の測定手段と制御方法を用い
、あらかじめリソブル率を本発明の範囲内になるように
条件を設定しておき、次回からは同一のシーケンスで成
膜を行い、必要に応してマイクロ波電力のリップル率の
確認、調整をすれば、常時リップル率の測定及び調整を
することを省略することも可能である。

本発明で好ましいマイクロ波のリップルの周波数の範囲
は３０Ｈｚ以上２　０　０　０　Ｈｚ以下、更に好まし
くは４０Ｈｚ以上５　０　０　Ｈｚ以下である。

本発明の堆積膜形成方法により形成する堆積膜の好まし
い膜厚の範囲は５μ以上２００μ以下、更に好ましくは
１０μ以上１５０μ以下、最適には２０μ以上１００μ
以下である。

本発明においてマイクロ波の導入手段としては、アンテ
ナを用いる方法、誘電体の窓を用いる方法？が挙げられ
る。

ＳＲ　Ｎ体窓を用いる場合、材質としてはアルミナ（Ａ
　ｊ！ｚｏ：＋　）−窒化アルミニウム（Ａ　７！Ｎ）
、窒化ボロン（ＢＮ）　、窒化珪素（ＳｉＮ）、炭化珪
素（Ｓ　ｉ　Ｃ）　、酸化珪素（ＳｉＯ■）、酸化へリ
リウム（ＢｅＯ）、テフロン、ポリスチレン等マイクロ
波の損失の少ない材料が通常使用される。

本発明では、放電空間の圧力がいずれの領域でも効果が
現れたが、特に１　０　０　ｍＴｏｒｒ以下、好ましく
は５０ｍＴｏｒｒ以下で特に良好な結果が再現良く得ら
れた。

基体材料としては、例えば、ステンレス，Ａ７！Ｃｒ　
　Ｍｏ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｎｂ，Ｔｅ，Ｖ，ＴｉＰｔ，Ｐｄ
，Ｆｅ等の金属、これらの合金又は表面を導電処理した
ポリカーボネート等の合成樹脂、ガラス、セラミノクス
、紙等が本発明では通常使用される。

基体の形状は任意のものでよいが、複数の基体で放電空
間を取り囲む構成の堆積膜形成方法においては特に円筒
形のものが本発明に最適である。

円筒形基体の大きさには特に制限はないが実用的には直
径２０ｍ１以上５００ｓｎ以下、長さＩｏｎ以上１００
０１以下が好ましい。

複数の基体で放電空間を取り囲む構成の堆積膜形成方法
においては基体の間隔はｌｍ以上５０龍以下が好ましい
。基体の数は放電空間を形成できるならばいずれでも良
いが、３本以上、より好ましくは４本以上が適当である
。

本発明における基体の加熱方法は、真空仕様である発熱
体であればよく、より具体的にはシース状ヒーターの巻
き付けヒーター、板状ヒーターセラミソクスヒーター等
の電気抵抗発熱体、ハロゲンランプ、赤外線ランプ等の
熱放射ランプ発熱体、液体、気体等を温媒とし熱交換手
段による発熱体等が挙げられる。加熱手段の表面材質は
、ステンレス、ニソケル、アルミニウム、銅等の金属類
、セラミソクス、耐熱性高分子樹脂等を使用することが
できる。また、それ以外にも、反応容器以外に加熱専用
の容器を設け、加熱した後、反応容器内に真空中で基体
を搬送する等の方法も使用することができる。

本発明での堆積膜形成時の基体温度はいずれの温度でも
有効だが、アモルファスシリコンを堆積する場合は２０
℃以上５００℃以下、好ましくは５０℃以上４５０℃以
下が良好な効果を示すためには好ましい。

本発明では、堆積膜の原料ガスとしては、例えばシラン
（Ｓ　ｉ　Ｈａ　）　、ジシラン（ＳｉｚＨ６）等のア
モルファスシリコン形成原料ガス、ゲルマン（Ｇ　ｅ　
Ｈ４　）　、メクン（ＣＨ４　”）等の他の機能性堆積
膜形成原料ガス又はそれらの混合ガスが挙げられる。

稀釈ガスとしては水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａ『）、ヘ
リウム（Ｈｅ）等が挙げられる。

又、堆積膜のバンドギャソプ幅を変化させる等の特性改
善ガスとして、窒素（Ｎｔ　）　、アンモニア（ＮＨ３
）等の窒素原子を含む元素、酸素（Ｏｔ）、酸化窒素（
Ｎｏ）、酸化二窒素（Ｎ．Ｏ）等酸素原子を含む元素、
メタン（ＣＨ４　”）　、エタン（ＣｔＨ＆）、エチレ
ン（Ｃ２Ｈ４　）　、アセチレン（Ｃ２ＨＺ）、プロパ
ン（ＣｓＨｓ）等の炭化水素、四フッ素化珪素（ＳｉＦ
４）、六フノ化二珪素（ＳｉｚＦｉ　）、四フン化ゲル
マニウム（ＧｅＦ，）等の弗素化合物又はこれらの混合
ガスが挙げられる。

また、本発明においては、ドーピングを目的としてジボ
ラン（ＢｉＨ．）、フソ化ほう素（ＢＦｆｆ）ホスフィ
ン（ＰＨ３）等のドーバントガスを同時に放電空間に導
入しても同様に有効である。

さらに本発明の方法は、阻止型アモルファスシＩＪ−）
ン感光体、高抵抗型アモルファスシリコン惑光体等複写
機、又はプリンター用怒光体のほか、太陽電池、薄膜ト
ランジスター、ラインセンサー等良好な電気的特性の機
能性堆積膜を要求される他のいずれのデバイスの作製に
も応用が可能である． 本発明は、マイクロ波を使用するいずれの装置にも適用
が可能であるが、特に、放電空間を囲むように基体を設
け、少なくとも基体の一端側から導波管によりマイクロ
波を導入する構成の装置に対して大きな効果がある。

〔実験例〕

以下、本発明の効果を、実験例を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではな
い。

去り斑上 第１　（Ａ）図、及び、第１　（Ｂ）図で示す堆積膜形
成装置を用いマイクロ波電力のリップル率の大きさを変
え、本発明の堆積膜形成方法により得られた堆積膜の特
性向上の検討を行った。この時いずれの条件においても
、マイクロ波のリップルの周波数は３６０Ｈｚで、波形
はほぼ正弦波に近い波形を用いた。

この堆積膜形成方法により第１表に示す条件により、基
体上に１μの膜厚のアモルファスシリコン堆積膜の形成
を行った。この時、本実験では円筒形基体に代え、円筒
形の基体ホルダーを設置し、その表面に本実験において
各々の測定に最適な材質の基体を固定した。基体ホルダ
ーの回転数は０．１回転／秒とした。このようにして作
製した堆積膜の測定結果を第２表に示す。

表中、Ｓｉ−Ｈｉ比とは、シリコンウエハー基体上に堆
積したアモルファスシリコン堆積膜の赤外線吸収の測定
を行い、２１００ＣＩｌ１−’の吸収と２０００ｃｍ−
’の吸収から膜中４７）Ｓ　ｉ　　Ｈｚ　結合（Ｄ密度
とＳｉ−Ｈ結合の密度を計算して決定した。

ＣＳｉＨｚ比）＝　（Ｓ　ｉ　ＨＺ密度）／（ＳｉＨ密
度）である。

表中、σ２／σ４比とは明部導電率と暗部導電率の比率
を表している。各導電率の測定は、表面にクロムを蒸着
したガラス（コーニング７　０　５　９）基体上に本発
明の方法により堆積膜を形成後、堆積膜表面に光の透過
率が３０％以上になるようにクロムの薄膜を形成した試
料により行った。この時、暗部導電率とは試料に光を当
てずに電気的測定を行ったものであり、明部導電率とは
光を当てながら測定したものである。光としては波長６
３３ｎｍ，出力７ｍＷのヘリウムネオンレーザー光を用
いた。

第２表より明らかなように、マイクロ波電力のリンプル
率として６％から４０％の時に本発明は良好な効果が得
られた。

尖販班１ 第１　（Ａ）図、及び、第１　（Ｂ）図で示す堆積膜形
成装置を用いマイクロ波電力のリップルの周波数を変え
、本発明の堆積膜形成方法により得られた堆積膜の特性
向上の検討を行った。この時、いずれの条件においても
リソブル率の大きさは１５％で、波形はほぼ正弦波に近
い波形を用いた。

この堆積膜形成方法により実験例１と同様の条件でアモ
ルファスシリコンの形成を行った。その結果を第３表に
示す。

第３表の結果よりマイクロ波電力のリップルが３０Ｈｚ
以上、２　０　０　０　Ｈｚ以下の周波数の範囲におい
て本発明は良好な結果が得られた。

大狼拠主 第１　（Ａ）図、及び、第１　（Ｂ）図で示す堆積膜形
成装置を用い形成する堆積膜の膜厚を変え、本発明の堆
積膜形成方法により得られた堆積膜の球状突起の数を数
えた。

この時、本発明の堆積膜形成方法でのマイクロ波電力の
リソブル率の大きさは１５％で堆積膜形成中±２％の範
囲で一定であるように制御した。

リップルの周波数は３６０Ｈｚ、波形はほぼ正弦波に近
い波形を用いた。バイアス電圧は３０Ｖとした。

この堆積膜形成方法により実験例ｌ及び２と同様の条件
でアモルファスシリコンの形成を行った。

次にこのようにして作製した堆積膜の球状突起の数を測
定した。球状突起の数の測定方法は顕微鏡を用い倍率を
５０倍とし、１００ｃｄ中にある直径１０μ以上のもの
だけを合計した。

この本発明の効果を確認するために、本実験例の比較例
として、第３　（Ａ）図、及び、第３（Ｂ）図で示す堆
積膜形成装置を用い本発明の場合と同様に形成する堆積
膜の膜厚を変え、堆積膜の形成を行った。但し、第３（
Ａ）図、及び、第３（Ｂ）図で示す堆積膜形成装置には
確認のためマイクロ波電力のリップル率測定手段を設け
た。

この時、リップル率の大きさは７０％であり、リ，プル
率の制御を行わなかったため、堆積膜形成中±２０％の
範囲で変動した。リノプルの周波数は３６０Ｈｚ、波形
はほぼ正弦波に近い波形を用いた。ハイアス電圧は予め
本発明の堆積膜と堆積膜の特性（Ｓｉ　　Ｈｚ比、及び
、σ９／σ４比）となる電圧を検討しておきその値とし
た。具体的には６０Ｖである。

このようにして形成した堆積膜の球状突起の数を本発明
の方法で作製した堆積膜の場合と同様にして測定した。

その結果を第４表に示す。表中、球状突起の比率とは、
比較例で作製した堆積膜上の球状突起の数を１００％と
して、同一面積上で測定した本発明の方法で作製した堆
積膜の球状突起の数を表している。

堆積膜の膜厚が１００μ以下では、比較例においては膜
厚が厚くなるにつれ球状突起の数が大きく増加している
が、本発明の方法で作製した堆積膜では膜厚が増加して
もほとんど球状突起の数が増加が見られないため球状突
起の比率は堆積膜の厚さが厚くなるにつれ小さくなり本
発明の効果は顕著なものとなってくる。一方膜厚が２０
０μを越えるといずれの場合も成膜装置の放電空間に面
する部分の基体以外の面から微小な膜剥がれが発生する
ためこの破片を核とする球状突起が増加するため本発明
の効果は小さなものとなる。

これらの結果、球状突起の減少については、特に堆積膜
の膜厚が５μ以上２００μ以下の範囲において本発明は
良好な結果が得られた。

以上の実験例により本発明の構成が決定された．〔実施
例〕 次に、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説
明する。

（実施例１、比較例１及び比較例２） 大庭炎上 第１（Ａ）図、及び、第１（Ｂ）図に示す堆積膜形成装
置を用い、第５表の条件で、前述の本発明の堆積膜形成
方法によりアモルファスシリコン感光ドラムの形成を行
った。このようにして作製したアモルファスシリコン感
光ドラムの電子写真的特性を以下のようにして行った。

作製した感光ドラムをキヤノン社製複写機ＮＰ７５５０
にいれ、通常の複写プロセスにより転写紙上に画像を作
製した。但し、この時、帯電器に５ｋＶの電圧で印加し
帯電を行った。

細線再現性：白地に全面文字よりなる通常の原稿を原稿
台に置きコピーした時に得られた画像サンプルを観察し
、画像上の細線が途切れずにつながっているか評価した
。

◎・・・良好。

○・・・一部途切れあり。

△・・・途切れは多いが文字として認識できる。

×・・・文字として認識できないものもある。

白地かふり：白地に全面文字よりなる通常の原稿を原稿
台に置きコピーした時に得られた画像サンプルを観察し
、白地の部分のかぶりを評価した。

■・・・良好。

Ｏ・・・一部僅かにかふりあり。

△・・・全面に渡りかふりあるが文字の認識には支障無
し。

×・・・文字が読みにくい程かぶりがある。

画像むら：全面ハーフトーンの原稿を原稿台に置きコピ
ーした時に得られた画像サンプルを観察し、濃淡のむら
を評価した。

◎・・・良好。

○・・・一部僅かな濃淡の差有り。

Δ・・・全面に渡り濃淡の差があるが文字の認識には支
障無し。

×・・・文字が読みにくい程むらがある。

画像欠陥：黒原稿を原稿台に置きコピーした時に得られ
た画像サンプルの同一面積内にある白点の数により評価
を行った。

◎・・・良好。

０・・・一部小さな白点有り。

Δ・・・全面に白点があるが文字の認識には支障無し。

×・・・文字が読みにくい程白点が多い。

ル較炭上 第３（Ａ）図、第３（Ｂ）図に示す堆積膜形成装置を用
い、第６表の条件で前述の従来の堆積膜形成方法により
アモルファスシリコン感光ドラムの作製を行った。その
作製したアモルファスシリコン感光ドラムを実施例１と
同様の評価を行った。

ル較拠蛮 第３（Ａ）図、第３（Ｂ）図に示す堆積膜形成装置を用
い、第７表の条件で前述の従来の堆積膜形成方法により
アモルファスシリコン感光ドラムの作製を行った。その
作製したアモルファスシリコン感光ドラムを実施例１と
同様の評価を行った．実施例１、比較例１及び比較例２
の結果を併せて第８表に示す。表に示されるようにいず
れの項目においても、本発明の堆積膜形成方法で作製し
た堆積膜は非常に良好な結果が得られた。

実施桝１ 第１　（Ａ）図、及び、第１（Ｂ）図に示す堆積膜形成
装置を用い、本発明の堆積膜形成方法により、第９表の
条件で、実施例ｌよりも高速の堆積速度でアモルファス
シリコン怒光ドラムの作製を行った。このようにして作
製したアモルファスシリコン感光ドラムの評価を実施例
１と同様の方法で行った。その結果、実施例１と同様、
本発明では感光ドラムの画像性について非常に良好な結
果が得られた。

尖隻拠主 第１　（Ａ）図、及び、第１（Ｂ）図に示す堆積膜形成
装置を用い本発明の堆積膜形成方法により、第ｌＯ表の
条件でアモルファスシリコン及びアモルファスシリコン
カーバイトによる機能分離型感光ドラムの形成を行った
。このようにして作製した怒光ドラムの評価を実施例１
と同様の方法で行った。その結果、実施例１及び実施例
２と同様、本発明では感光ドラムの画像性について非常
に良好な結果が得られた。

第　　　１　　　表 第 ２ 表 第 ３ 表 第 ４ 表 第 ５ 表 第 ６ 表 第 ７ 表 第 ８ 表 第 ９ 表 第 １０ 表 〔発明の効果の概要〕 本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
方法に依れば、バイアス電圧の低い条件において、堆積
膜表面での不要な原子の脱離や、不安定な結合を持つ原
子の再配置が効率よく行われるため、良好な特性の堆積
膜が、欠陥の増加等の副作用無くして大面積に渡って高
速の堆積速度で再現良く得られた。

【図面の簡単な説明】

第１　（Ａ）図及び、第１　（Ｂ）図は、それぞれ本発
明における堆積膜形成方法を実施するための堆積膜形成
装置の縦断面図及び横断面図である。 第２図は本発明の堆積膜形成方法に用いたマグネトロン
の電源回路の略図である。第３（Ａ）［ｆｆｌ及び、第
３　（Ｂ）図は、それぞれ従来の堆積膜形成方法を実施
するための堆積膜形成装置の縦断面図及び横断面図であ
る．第４図、第５図及び第６図は従来の堆積膜形成方法
に用いた電源回路の略図である。 第７図は、マグネトロンにおける陽極電圧と陽極電流の
関係を示すグラフである。 図において、 １０１．３０１・・・反応容器、 ２０１，４０１，５０１，６０１・・・トランス、１０
２，３０２・・・マイクロ波導入窓、２０２，４０２，
５０２，６０２・・・ダイオード、１０３，３０３・・
・導波管、 ２０３，４０３，５０３，６０３・・・マグネトロン陽
極、１０４，３０４・・・排気管、 ２０４・・・インダクタンス可変のコイル、６０４・・
・コイル、１０５，３０５・・・基体、２０５・・・静
電容量可変のコンデンサー６０５・・・コンデンサー １０６，３０６・・・放電空間、 １０７．３０７・・・ヒーター １０８，３０８・・・マイクロ波電源、１０９，３０９
・・・回転軸、 １１０，３１０・・・モーター １　１　Ｌ３　１　１・・・直流電源、１　１　２，３
　１　２・・・電極、１１３・・・マイクロ波電力リッ
プル率制御手段、ｌ ■ ４・・・データ処理手段、 ｌ １５・・・マイクロ波電カリップル率測定手段。 第１（Ａ）図 ＠　１　（Ｂ）区 第３（Ａ）図 第３（Ｂ）因 ３０２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基体を設置した減圧にし得る反応容器内に原料ガス及
   びマイクロ波エネルギーを導入してプラズマを生じさせ
   、前記反応容器内に設けた電極又は前記基体に電圧を印
   加してプラズマの電位制御を行いながら該基体上に堆積
   膜の形成を行うマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積
   膜形成方法であって、放電中に前記マイクロ波電力のリ
   ップル率を６％以上、４０％以下の範囲の値に保持する
   ことを特徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆
   積膜形成方法。