JPS59207620A - アモルフアスシリコン成膜装置 - Google Patents

アモルフアスシリコン成膜装置

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JPS59207620A
JPS59207620A JP58081462A JP8146283A JPS59207620A JP S59207620 A JPS59207620 A JP S59207620A JP 58081462 A JP58081462 A JP 58081462A JP 8146283 A JP8146283 A JP 8146283A JP S59207620 A JPS59207620 A JP S59207620A
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、反応室内にＳｔを含むガスを導入するととも
にグロー放電を生起することにより被成膜体（基板）上
にアモルファスシリコンｉを成膜するアモルファスシリ
コン成膜装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
アモルファスシリコン（以後ａ−８ｔ　ト記ｔ。）は、
優れた光導電性材料として光電変換部材、太陽電池、電
子写真用感光体、薄膜トランジスターなどへの応用が試
みられており、すでに笑９− 剛化されているものも数多く存在している。
ａ−３＋は、単結晶に比べて大面積化が可能であり、し
かも種々の形状の被成膜体（基板）に成膜する事ができ
るため今後増々応用され、発展していく事が期待される
。
ａ−８１の成膜方法は、高周波グロー放電法、反応性ス
ノ母ツタリング法、ＣＶＤ法などが用いられているが、
中でもＳｔ原子を母体として含むガス、例えば５ＩＨ４
，５ｔ２Ｈ６ガスなどを高周波グロー放電により分解し
て成膜する法が近年用いられている。
この種、アモルファスシリコン成膜装置として第１図に
示すようｋものが知られている。すなわち、図中１は真
空反応容器であり、この真空反応容器１の反応室２内底
部には基台３が配置されているとともに反応室２内上方
には絶縁体４を介して対向電極５が配置されている。
また、基台３上に置かれた導電性基板６は基板加熱用ヒ
ータ７によって加熱されるようになっている。
また、上記対向電極５には高周波電源などの放電生起用
電源８が接続されている。
さらに、真空反応容器２にはバルブ９を介して高真空排
気系１０が、また、ガス圧調整バルブ１１を介して大流
量排気系１２が接続されているとともにガス・々シブ１
３を介して原料ガス供給系１４が接続された構成となっ
ている。
しかして、予めガスバルブ１３とガス圧調整バルブ１１
を閉じた状態とするとともにバルブ９を開いた状態で真
空反応容器１内を図示しない拡散ポンプ、回転ポンプ系
の高真空排気系１０を用いてＩＱｔｏｒｒ程度の真空に
引く。この時導電性基板６を支持体加熱用ヒータ７によ
り１５０〜３００℃の間の所定の温度に昇温しておく。
ついで、ガスバルブ１３を開いて原料がス１５として８
１Ｈ４又は５１２Ｈ６等のＳｔを含むガスあるいはＳｔ
を含むガスと必要に応じてＢ２Ｈ６又はＰＨ，等のガス
混合ガス、あるいは、Ｓｌを含むガスとＣを含むガス、
Ｎを含むガス、Ｏを含むガスの混合ガスを真空反応容器
４人へ導入すると同時にバルブ９とガス圧調節バルブ１
１を切換えて排気系を図示しない拡散ポンプ、回転ポン
プ等を備えた高真空排気系１０からメカニカルブースタ
ーポンプ、回転ポンプ等を備えた大流量排気系１２に切
換える。
つぎに、図示しない流量コントローラによって８１を含
むガス又はその他のドーピングガスは所定の流量になる
様調整するとともに図示しないメカニカルブースターポ
ンプに接続されているバルブ９の開閉によって、真空反
応容器１内の圧力が０．１〜１　ｔｏｒｒの間の所定の
値になる様設定する。
そして、こののち高周波電源などの放電生起用電源８か
ら周波数１３．５６　ＭＨｚの高周波電力をＩＯＷ〜１
　ｋＷの間の所定の値で基板６と対向した対向電極５に
印加することによシ基台３と対向電極９との間にグロー
放電を生起させる。
しかして、Ｓｔを含むガス又はＳｔを含むガスとの混合
ガスのプラズマを生起し、基板６上へのａ−８ｉ膜の成
膜が開始されることになる。
なお、この時成膜に寄与し々かったＳｌを含むガス又は
その他のガスのラジカルは、図示しないメカニカルブー
スターポンプ、回転ポンプ、を備えた大流量排気系１２
を介して排出されたのち燃焼塔、水スクラバーを通過の
後、大気中へ廃気される。
ところでこの様なグロー放電による成膜プロセスでは成
膜条件によっては、Ｓｌを含むガスのラジカルによるポ
リマリゼーションが生じ、そのため粉状の８１の副生成
物を生じた。
特に、電子写真感光体用のａ−８ｔ膜を成膜する場合膜
厚を最低でも１５μ・ｍ必要とするため、量産性を考慮
すると成膜速度を上げる必要に迫られる。
成膜速度を上げるためには、通常真空反応容器１内の圧
力を上げ、かつ高周波出力をより大きく対向電極５へ印
加しなければならないが、高圧、ハイ・母ワーの条件下
では、前述の粉状ｓｉの副生成物が大量に発生し、例え
ば第１図の２６− 点鎖線ハツチングで示す凹部Ａ・・・に集中的に付着し
た。この様な粉状Ｓｔの副生成物は、大量に発生すると
排気系の目づまシを生ずる他、基板６上へのａ−８ｉ膜
成膜中に、膜中に取り込まれて、膜質を著しく低下させ
たり、又、毎回の成膜ごとに真空反応容器１内を長時間
かけて清浄しなければならない等ａ−８ｔ膜の量産時に
は多くの問題点を生じさせた。
一方では、前述のごとく、真空反応容器１内が高圧で、
印加する高周波出力を高くしても成膜速度が６〜８μｍ
　／　１時間程度で収束してしまい、電子写真感光体用
のａ−８ｔ膜を成膜するためには成膜時間だけで最低３
時間が必要となり、真空引き、基板の昇温、さらには成
膜後の冷去時間を考慮するとそれだけで６時間という長
時間を要し、彊産性に大きな障害を残すとｂった問題が
ある。
〔発明の目的〕
本発明は、上記事情にもとづきなされたもので、その目
的とするところは、簡単な構成であυなから成膜速度が
速く、しかも反応室内における粉末状生成物の発生を防
止でき、極めて良好なアルモファスシリコン膜の成膜が
できるとともに装置の保守等が容易なアモルファスシリ
コン成膜装置を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、かかる目的を達成するために、反応室内にＳ
ｔを含むガスを導入するとともにグロー放電を生起する
ことにより基板上にアモルファスシリコンＩｌｌ成膜−
するアモルファスシリコン成膜装置において、前記Ｓｔ
を含むガスのプラズマ領域を導電性のメツシュで囲むこ
とにより、前記メツシュの内側で８１が前記基板上へ成
膜される事によって減少する前記Ｓｉを含むがスの圧力
と前記メツシュの外側のＳｔを含むガスの圧力の差圧に
よって、前記外側のＳｔを含むガスが前記メツシーを通
って、内側へ供給される構成、または、メツシュで囲ま
れたプラズマ領域中で生成されたラジカルが、前記メツ
シュの外側領域へ拡散・消滅する事を前記メツシュによ
って防止する事によって、前記基板上でのラジカルの濃
度を増大させ得る構成としたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を第２図および第３図に示す一実施例を参
照して説明する。第２図および第３図は被成膜体が平板
であるところのａ−８ｔ膜の成膜装置を示し、図中２０
は反応室２θａを形成する真空反応容器であシ、この真
空反応容器２０内底部中央には基台２１が配置されてい
るとともにこの基台２１の上方には対向電極２２が配置
されている。
また、基台２１上に置かれた被成膜体である導電性基板
２３は加熱ヒータ２４によって加熱されるようになって
いる。
また、対向電極２２には高周波電源などの放電生起用電
源２５が接続されている。さらに、真空反応容器２０に
はバルブ２６を備えた排気系２７およびバルブ２８を備
えたガス導入管２９が接続された構成となっている。
また真空反応容器２０内には接地された状態９− に円筒形メツシュ３０が設けられ、上記基台２１および
対向電極２２はこの内部に収容された状態となっておシ
、主にプラズマが生成される対向電極２２と基台２１と
の相互対向面間のプラズマ領域３１を上記メツシュ３θ
で囲繞した構成となっている。
すなわち、本発明では、プラズマ領ｋａ３１をメツシー
３０で囲繞することによ、Ｄ　ＳＨ３，ＳｉＨ２゜ＳＩ
Ｈ等のラジカルがメツシュ３ｏ外に拡散、消滅するのを
防止した事を特徴とする。
しかして、このような構成によればＳｔを自’ｔｒガス
又は必要に応じてＳｌを含むがスとドーピングガスの混
合ガスは、ガス導入管２９より真空反応容器２０内へ導
入されるがその大部分は第３図実線矢印Ｂに示すごとく
、円筒形メツシュ３０の外側を通って排気される。対向
電極２２と基台２１の間では、Ｓｌを含むガス又は必要
に応じて８１を含む混合ガスのラジカルが生成され基板
２３上へａ−８ｔ膜が生成されているが、不用なガスは
この領域へは侵入して来ないため、余１０− 分々ラジカル同士の重合による粉状Ｓｔの副生成膜は原
理的に生じない。
また、プラズマの生起している領域３１をメツシュ３０
で囲みラジカルのメツシュ３ｏ外への拡散・消滅を防止
する事によって対向電極２２と基台２１の間に存在する
陽光柱３２が上下に広がり、基板２３のごく近傍にきわ
めて発光強度の強い陽光柱３２が生じ、結果的に成膜速
度は飛躍的に大きくなる事が本発明者らによって確認さ
れた。
さらには、ａ−８１膜（図示しない）が基板２３上へ成
膜されるにつれて、メツシー３０の内側には、Ｓｉを含
むガスが減少して来るがその都度、メツシュ３ｏの網目
を通じて必要な量のガスのみが第３図の破線矢印Ｃ・・
・で示すようにメツシ、、Ｌ３０の内側に供給されるシ
ステムとなっているため効率良（ａ−８ｉ膜の成膜が可
能となる。
また本発明では、対向電極２２と基台２）を単順にメツ
シュで囲っているだけでなく、細かな配慮がなされてい
る。
すなわち、対向電極２２に印加される高周波出力は最も
近い接地された部分に集中して投入されてしまう。本発
明の場合これがメツシュ３０に相当する。
従って単に対向電極２２と基台２１をメツシ、、３０で
囲んだのでは、高周波出力を大きくすればするほど対向
電極２２とメツシー３０の間のプラズマ発光が強くなる
のみで、高周波出力は対向電極２２と基台２１の間のプ
ラズマ領域３１には投入されない。
そこで本発明では対向電極２２とメツシュ３θの間の距
離ｄ１は発生しているプラズマ領域３１の電子の平均自
由行程以下に々る様注意深く設定されている。
通常、真空反応容器２０内の圧力が０，１〜１．０ｔｏ
ｒｒであればこの距離ｄ１は、５ｔＩＢ以下で良い。
本発明の実施例ではｄｌは３ｗ＋１とした。この事によ
って、対向電極２２とメツシュ３ｏの間の空間はいわゆ
るダーク・スペース・シールド領域表なシプラズマ発光
は起らない。
従って印加する高周波出力を大きくすれば大きくするほ
ど対向電極２２と基台３ｏの間に高周波出力が投入され
、基板２３近傍の陽光柱３２の発光強度が強くなり成膜
速度が増大することになる。
つぎに、さらに詳細々具体例につ−て説明する。
まず、真空反応容器２０内を１０＝ｔｏｒｒの真空に引
き、基板２３を２３０℃に昇温した後バルブ２８を開に
して、純５ＩＨ４ガス５０８０膜Ｍを、真空反応容器２
０内へ導入すると同時に排気系２７を図示しない拡散ポ
ンプ、回転ポンプを備えた高真空排気系からメカニカル
ブースターポンプ・回転ポンプを備えた大流量排気系へ
切り替えた。
真空反応容器２０内の圧力が０．２ｔｏｒｒになる様調
節した後対向電極２２に高周波出力５０Ｗを印加し、１
時間のａ−８ｔ：Ｈ膜（図示しない）の成膜を行なった
。
ついで、５ＩＨ４ガスの導入を止め／４ルブ２６を全開
にして、真空反応容器２０内を１０−’　ｔｏｒｒまで
真空に引き、基板２３の温度が１００’Ｃ以下になるの
を待って基板２３を大気中へ取り出した。
膜厚測定の結果、ａ−８ｉ；ＨＪｌｉは１５μｍであっ
た。
また電気特性を測定したところ、暗抵抗比で１０１１０
・ｆｆｉ、６５０μｍの波長で１０’　”’　ｐｈｏｔ
ｏｎｓ／ａｎ２・ａｅｃ　　の光照射に対し光抵抗比は
１０７Ω・ｍであシ、従来装置によって低速成膜のａ−
８１：Ｈ膜と比べて伺ら特性の劣化が見られなかった。
また、真空反応容器２０内には粉状Ｓｔの副生成物は、
まったく付着していなかった。
つぎに、第４図を参照して、被成膜体を電子写真用のド
ラム状感光体としたものについて説明する。
図中４０はペースで、このペース４０の上面には反応室
４１ｍを形成する真空反応容器４ノが設置されている。
さらに、上記真空反応容器４１内には有底円筒状の対向
電極兼用ガス噴出１４− 管４２が有底部が上側になる状態に設けられている。
また、上記ペース４ｏ上にはモータ４３を駆動源とする
歯車機構４４を介して所定の速度で回転するターンテー
ブル４５が設けられ、このターンテーブル４５上には受
台４６を介してヒータ４７およびこのヒータ４７に外嵌
される状態で被成膜体としてのＡｔ等の導電性のドラム
状基板４８が載置されるように構成されている。
また、上記対向電極兼用ガス噴出管４２のガス通路４２
ｍの上端側に対向する部分にはパルプ４９を備えたガス
導入管５ｏが接続されているとともに真空反応容器４１
内はペース４ｏに穿たれたガス排気口５１・・・を介し
てパルプ５２を備えた排気系５３と接続している。
さらに、上記対向電極兼用ガス噴出管４２と導電性のド
ラム状基板４８との間には有底円筒状のメツシュ５４が
底部となる平板部５４ｂが上側になる状態に設けられて
いる。そして、上記ドラム状基板４８はこのメツシュ５
４および、このメツシュ５４の下端開口内周縁に沿って
設けられたテフロン（商標名）製のリング５５によって
囲繞された状態となっている。
また、上記対向電極兼用ガス噴出管４２およびメツシュ
５４には高周波電源力どの放電生起用電源５６が接続さ
れた状態となっている。
しかして、上記構成によれば、Ｓｉを含むガス又は必要
に応じてＳｌを含む混合ガスは、バルブ４９を通して対
向電極兼用ガス噴出管４２のガス通路４２ａ内に導入さ
れる。
次いで内周面側に形成されたガス噴出口４２ｂ・・・よ
シトラム状基板４８に向ってガスが噴き出されるが、ド
ラム状基板４８と対向電極兼用ガス噴出管４２の間には
導電性メツシュ５４の円筒状部５４ｇおよび平板部５４
ｂがあるため、はとんどのガスは下方に移動し、ガス排
気口５１から排気される。
ここでガス噴出管４２とメツシュ５４との距離ｄ３及び
メツシュ５４とドラム状基板４８との間の距離ｄ４の関
係はｄ４＜ｄｓ　となっていて、はとんどのガスが、下
方に排気される様配慮がなされている。
また、高周波出力は、対向電極兼用ガス噴出管４２とメ
ツシュ５４に印加されているため、両者は同電位であシ
、プラズマは電位自記のあるメツシュ５４とドラム状基
板４８の間で生ずる。
この時、メツシュ５４の平板部５４ｂとドラム状基板４
８の間の距離ｄ２が、プラズマ領域５７の電子の平均自
由行程よシも小さくなっている事は、言うまでもない。
さらに、本発明では、よシ注意深い配慮がなされている
。すなわち、ガスが上方よシ供給され、下方へ排気され
るために生ずるプラズマ領域５７でのＳｉを含むガスの
ラジカル状態の不均一性を防止するために、メッシュ５
４０円筒部５４ａは下方へ行くに従ってその目が荒くな
っている。
この事によって、下方に行くに従って新鮮なＳｔを含む
ガスかメツシュ５４の円筒部５４ｍを通しテア’ラズマ
領域５７内へ供給されプラズマ領域５７内での上下方向
のラジカル状態の不均一性が防止される。
１７− 以上の様に、電子写真感光体ドラム用ａ−８ｔ成膜装置
であっても、プラズマの発生している領域５７をメツシ
ュ５４で囲い、必要な量のガスのみをその領域５７へ供
給するシステムとなっているため、不必要なラジカル同
士の重合による粉状Ｓｔの副成物が生ずる事ない点又、
プラノ−＝ｒ　ｆ　７１ツシエ５４ａ内にとじ込める事
によって発光強度の強い陽光柱（図示せず）がドラム状
基板４８０表面近傍に生ずるため、高速成膜が可能であ
る点は、平行板型（第２図および第３図）の装置と同様
である。
つぎに、さらに詳細な具体例について説明するＯ 真空反応器４１内を１０−’ｔｏｒｒの真空に引くと同
時にヒーター４７をＯＮ［ｌ、てドラム基板４８を２３
０℃にまで昇温した。この時、モーター４３によシトラ
ム基板４８は回転している。
バルブ４９を開にして純８１Ｈ４ガス５００８ＣＣＭを
真空反応容器４１内へ導入すると同時に排気系５３を拡
散ポンプ、回転ポンプを備えた高真１８− 空排気系からメカニカルブースターポンプ回転ポンプを
備えた大流量排気系へ切シ替えｆＣ。
真空反応容器４１内の圧力が０．５　ｔｏｒｒになる様
調節した後、対向電極兼ガス噴出管４２に、高周波出力
６００ｗを印加し、１時間ａ−８ｉ；Ｈ膜（図示しない
）の成膜を行なった。
ガスの導入を止め、ヒーター４７　ｉ　ＯＦＦ　ｌ、、
パルプ５２を全開にして真空反応容器４１内を１０−’
ｔｏｒｒの真空に引きなおし、ドラム状基板４８が１０
０℃以下になるのを待って、ドラム状基板４８を大気中
へ取シ出した。
真空反応容器４２内を観察すると下方に多少の粉状Ｓｔ
の副生成物が付着していたが、そｎ以外は見あたらなか
った。
また膜厚測定の結果２０μｍのａ−８１：Ｈ膜が得らｎ
た。
さらに、とのａ−８ｉ　；Ｈ感光ドラムに、Ｃ）　６．
６ｋＶの直流コロナチャージを行なったところ、−４０
０Ｖの表面電位が得られ、次いで２　Ｌｕｘのタングス
テン元を照射したところ、半減露光感度が０、６７ｕｘ
−８ｅｃと、従来の低速成膜のａ−８ｌ；Ｈ感光ドラム
と特性的に何ら変やはなかった。
一方このａ−８１；Ｈ感光ドラムの表面を実体顕微鏡６
００倍で観察して見ると、粉状Ｓ１の副生成膜とみられ
るフレークはまったく存在していなかった。
以上説明した様にＳｔを含むガス又はｓｉを含む混合ガ
スによるプラズマ状態をメツシーで囲み、導入さｎるほ
とんどのガスはメツシュの外側を流ｆていて、メツシュ
内でＳｉヲ含むガス又はＳｉヲ含む混合ガスのラジカル
が減少した分のみ、メツシュ内外の差圧によって、メツ
シュを通して、必要量のガスをプラズマ領域へ供給する
構造の本発明のａ−８１成膜装置では、プラズマの陽光
柱を基板表面近傍に生じさせる事によって高速成膜が可
能となシかつ、粉状Ｓ１の副生成物が生ずる事もなく、
従って、毎回の成膜ごとの真空反応容器内の清浄に時間
を費やす事なく、さらには良好な膜質のａ−８１膜が得
らｎる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、反応室内［８１
を含むガスを導入するとともに、グロー放電を生起する
ことにより被成膜体上にアモルファスシリコン膜を成膜
するアモルファスシリコン成膜装置において、前記Ｓｌ
を含むガスのプラズマ領域を導電性のメツシーで囲む構
成としたから、簡単な構成であシながら成膜速度が速く
、しかも反応室内における粉末状生成物の発生を防止で
き、極めて良好なアモルファスシリコン膜の成膜ができ
るとともに装置の保守等が容易なアモルファスシリコン
成膜装置を提供できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の成膜装置を示す概略的縦断側面図、第２
図は本発明の成膜装置の一実施例を・・・反応室、２２
・・・対同電極、２１・・・基台、２３゜２１− ４８・・・被成膜体（導電性基板）、２５　、５６・・
・放電生起用電源、３０．５４・・・メツシュ、３１゜
５７・・・プラズマ領域、４２・・・対向電極兼用ガス
噴出管。 出願人代理人　　弁理土鈴　江　武　彦２２− 第１図 第３図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）反応室内にＳｔを含むガスを導入するとともに電
    極間に電圧を印加してグロー放電を生起することにより
    被成膜体上にアモルファスシリコン膜を成膜するアモル
    ファスシリコン成膜装置において、前記Ｓ１を含むガス
    のプラズマ領域を導電性のメツシュで囲む構成としたこ
    とを特徴とするアモルファスシリコン成膜装置。
  2. （２）　　メツシュが接地されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載のアモルファスシリコン成膜
    装置。
  3. （３）　　メツシュがプラズマを生起させるための電極
    と同電位であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載のアモルファスシリコ７［膜装置。
  4. （４）接地されたメツシュとプラズマを生起すせるため
    の電極との間の距離は、プラズマ領域１− に存在する電子の平均自由行程よシも小さいことを特徴
    とする特許請求の範囲第２項記載のアモルファスシリコ
    ン成ｇ装置。
  5. （５）　　メツシュと、被成膜体を支持するための接地
    された基台との間の距離が、プラズマ領域に存在する電
    子の平均自由行程よりも小さいことを特徴とする特許請
    求の範囲第２項記載のアモルファスシリコン成！装ｆｆ
    ｉ。
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