JPS62196377A - プラズマｃｖｄ法による堆積膜形成装置 - 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
非単結晶状の堆積膜を形成するのに至適なプラズマＣＶ
Ｄ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「ａ−８ｉＪと表記する。）
膜あるいは水素化シリコンを含有する非晶質（以後単に
［ａ−５ｉＨＪ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−５ｉＨ膜とともにそれ等ａ−５ｉ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ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ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、上鍔子５及び下碍子６で絶縁されて
いる。

７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７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７の中には、基体加熱用ヒーター（図示せず
）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７二−ル処理したりするのに用いる。また
、円筒状基体７は軸を介して回転駆動手段８に接続され
ており、成膜中、円筒状基体７を回転せしめる。

９は堆積膜形成用原料ガス導入管であって、基体表面に
向けて該原料ガスを放出するためのガス放出孔９ａが多
数設けられており、該原料ガス導入管９の他端は、パル
プ１０を介して堆積膜形成用原料ガス供給手段（図示せ
ず）に連通している。

１１は、反応容器内を真空排気するための排気管であり
、排気バルブ１２を介して真空排気装置（図示せず）に
連通している。

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１０を介して真空排
気する共に、円筒状基体７を所定温度に加熱、保持し、
さらに回転駆動手段８により回転せしめる。次に、原料
ガス導入管９を介して、例えばａ−８ｉＨ堆積膜を形成
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９ａか
ら基体表面・こ向けて放出される。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）７間ニ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、Ｓｉ“、ＳｉＨ”等（中は励起状態を
表わす。）のラジカル粒子、電子、イオン粒子等が生成
され、それ等が相互反応して円筒状基体の表面にａ−５
ｉＨの堆積膜が形成される。

上述の、従来のプラズマＣＶＤ法による堆積膜装置は、
至適なものとして一般に広く用いられているものではあ
るが、次のようないくつかの問題点がある。

即ち、カソード電極と円筒状基体の間隔は多くの場合固
定されていることがら、発生せしめるプラズマの放電空
間は、成膜条件、例えば堆積膜形成用原料ガスの導入流
量、成膜空間内の圧力、放電電力、基体温度等によって
決定される。そのため、例えば多層構成の素子部材を製
造する場合のように、形成せしめる層ごとｋここれ等の
各種成膜条件を変更した場合には、形成されろプラズマ
の放電空間が変化してしまい、時として、円筒状基体の
上部と下部において形成される膜の膜厚や膜質にムラが
生じることとなる。こうした膜厚や膜質のムラは、円筒
状基体表面付近において各種ラジカルの発生量の違いや
、ドーピング剤のドーピング効率の違いが生じるためと
考えられるが、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存する堆積層を形成しようとする場
合には、前記各種成膜茶汁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することは非常に困難と
なってしまう。

従来、こうした問題を解決する方法として、円筒状基体
の上下両端部に、ダミー用のドラムを配置せしめ、円筒
状基体表面に堆積膜を形成すると同時に、該ダミー用ド
ラム表面にも堆積膜を形成せしめるといった方法が採用
されている。しかし、該ダミー用ドラムを再使用するた
めには、ダミー用ドラムに形成された堆積膜を除去する
といった余分な作業を必要とするばかりでなく、使用す
る円筒状基体の大きさがおのずと制限されてしまう。

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、所望の堆積膜を量産するとなると、
装置に多大の設備投資が必要となり、製造された製品を
かなりコスト高のものにしてしまう等の問題がある。

また、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、光趨電力素子、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、電気的、光学的、光導
電的特性が殆んどの使用環境に依存することなく実質的
に常時安定しており、優れた耐光疲労特性を仔し、繰返
し便用にあっても劣化現象を起こさず、優れた耐久性、
耐湿性を存し、残留電位の問題を生じない均一にして均
質な、改善された堆積膜を多量生産するためのプラズマ
ＣＶＤ法による堆積膜量産装置を提供することにある。

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、効果〕

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【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、円筒形基体（カソ
ード電極）の一端又は両端に、放電制御板を設けること
により、前述の諸問題が解決され、且つ上述の目的が達
成しうるという知見を得、本発明を完成するに至った。

即ち、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
間と、該反応空間内に円筒状基体を設置する手段と、該
反応空間内に堆積膜形成用原料ガスを導入する手段と、
該原料ガスを励起させて励起種化するための放電工°庫
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
、前記円筒状基体の上方又は下方の少なくともいずれか
一方に放電制御手段を設けたことを特徴とし、好ましく
はさらに該放電制御手段を上下に移動させる手段及び／
又は該放電制御手段に電圧を印加する手段を設けてなる
プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置に関する。

前記構成の本発明のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成
装置は、円筒状基体の上方又は下方の少な°くともいず
れか一方に設けた放電制御手段即ち放電制御板によって
、発生するプラズマの放電空間を制御することができる
ため、円筒状基体の上部と下部において形成される堆積
膜の膜厚、膜質又は特性等のムラを防止することができ
る。

即ち、本発明の装置を用いて堆積膜を形成する場合、所
望の膜厚、膜質及び緒特性を存する堆積膜を形成するべ
く、各種成膜条件を設定するとともに、該成膜条件下に
おいて、最も好ましいプラズマの放電空間が形成される
ように、前記放電制御板の位置を上下に移動させたり、
あるいはさらに該放電制御板に電圧を印加せしめて、形
成されるプラズマの放電空間の状態を制御することがで
きるものである。

そして、本発明の装置を用いて堆積膜を形成せしめる場
合、前述のごとくして円筒状基体の上部及び下部におけ
る堆積膜のムラを防止することができるため、従来のご
ときダミー用のドラムを用いたりする必要がなくなり、
大面積の円筒状基体上にも全面にわたって均一で均質な
堆積膜を形成できる。また、円筒状基体を複数個設置（
多段数す）シた際にも、上部及び下部において膜質及び
膜厚に差のない堆積膜を形成することができる。更に、
同一装置を用いて幅広い特性を有する各種の堆積膜を効
率的に量産することが可能となり、低コストの製品を提
供することが可能となる。

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
【も採用することができるが、例えばａ−Ｓ　ｉ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
ゲン化シラン類専のガス状態のもの、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等の不活比ガスにより稀釈して用いることも
ある。さらに、ａ−９ｉ膜はｐｇ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／および稀釈用ガス
と混合して反応空間内に導入することができる。

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、本発明の装置の
反応空間内を減圧条件下におくのが好ましいが、常圧条
件でも勿論よく、場合によっては加圧条件下におくこと
もできる。減圧下において堆積膜を形成する場合、原料
ガスを導入する前に反応空間内の圧力を５Ｘ１０″″’
　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空間内の圧力
を１Ｘ　Ｉ　Ｆ”　〜Ｉ　Ｔｏｒｒ　、好ましくは５×
１０″″１〜Ｉ　Ｔｏｒｒとするのが望ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の装置の実施例を図示し、それにより本発
明について詳しく説明するが、本発明は実施例により限
定されるものではない。

第１図は、本発明の装置の典型的な一例を模式的に示す
断面略図である。

図中、前述の第２図と共通符号は、第２図におい【説明
と同一のものを示す。即ち、１は反応容器、２はカソー
ド電極、３は上壁、４は底壁、５は上碍子、６は下碍子
、７は円筒状基体、８は回転駆動手段、９はガス導入管
、９ａはガス放出孔、１０はパルプ、１１は排気管、１
２は排気パルプ、１３は電圧印加手段を夫々示している
。

１４は、円筒状基体の上方に設置された放心制御板であ
り、軸を介して、上下駆動手段１５に接続されていて、
円筒状基体゛ｌの上端部と放電制御板１４との距離が自
由に選択できるようにされている。また、１６は、該放
電制御板に電圧を印加する手段である。該電圧印加手段
１６と放電制御板１４とはスイッチ１７を介して接続さ
れており、スイッチ１７の切り換えによって、放電制御
板に電圧を印加することもできるし、あるいは放電制御
板を接地することもできるようをこされている。該放電
制御板は、導電性のものであっても、または導電性材料
に絶総性材料によるコーティングを施したものであって
も、あるいはテフロン、セラミック等の絶縁性のもので
あってもよい。更にその形状は、平板であっても、ある
いは網目板であってもよい。

本実施例においてはＡノ製の円板を用いた。１８は上く
に設けた碍子である。

本実施例をこおいては、円面状基本の上方に放電制御板
を設置したが、円面状基体の下方にも同様の放電制御板
を設けてもよい。

宋Ａ且］ 第１図に示した装置を用いて、以下のようにして電子写
真用光受容部材を製造した。

本実施例においては、円筒状のＡｌ支持体（径８０ｚｉ
ａ）として、上部（１２０℃ｍ）中央（３５７ｍ）及び
下部（１２３ｍｇ）の３つの部分に分けたものを用いた
。

まず、堆積膜形成用原料ガス倶給手段（図示せず）の元
栓をすべて閉じ、バルブ１０．１２を開け、排気装置（
図示せず）により反応容器内を１０−’　Ｔｏｒｒまで
減圧した。それと同時に基体加熱用ヒーター（図示せず
）によす、Ａｌ支持体１０６を２５０℃まで加熱し、２
５０　’Ｃで一定に保った。また、回転駆動手段８を駆
動して、Ａｌ支持体を回転させた。

こうしたところへ、まずガス導入管９より重荷注入阻止
層形成用の原料ガスを導入し、反応容器内が０，２　Ｔ
ｏｒｒとなるようにバルブ１２をｖ４整した。反応容器
内が０．２　Ｔｏｒｒで安定したところで、電圧印加手
段１４から高周波電力（１３，５６ＭＨ！　）　　１５
０　Ｗを印加してカソード電極２とＡｌ支持体７の間に
グロー放電を生じさせ、ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｂからなる電荷
注入阻止層を形成せしめた。この際、放電制御板１５は
接地しておき、Ａｌ支持体の上端部との距離を６０ｍ５
とした。

次に、原料ガスの組成を感光層形成用に変更するととも
に、印加電力をａｏｏｗ、放電制御板とＡｌ支持体の上
端部との距離を１２０　ｍとした以外は、前述と同様に
して、ａ−９ｉ：Ｈからなる感光層を形成した。

最後に、原料ガスの組成を表面層形成用に変更し、印加
電力を１５０Ｗとし、放電制御板とＡｊ支持体の上端部
との距離を１５０　ｍとした以外は、前述と同様にして
ａ−８ｉ：Ｃ（Ｈ）からなる表面層を形成した。

各層形成用の原料ガスの流量又は流量比を下こうして各
層の形成が終了したところで、放電、基体の加熱、回転
駆動を中止し、Ａｌ支持体を放冷したところで、反応容
器からＡｌ支持体をとり出した。

上部、中央部及び下部のＡｌ支持体の各々を二ついて、
形成された各層のｊ３厚及び暗電位、１μｍあたりの暗
電位の夫々を測定した。その結果を下記の表２に示す。

この表から明らかなごとく、電荷注入阻止層、感光層及
び表面層の膜厚は、上部Ａｌ支持体、中央部Ａｌ支持体
及び下部Ａｌ支持体のいずれも殆んど差がなく、膜質に
ついても上下ムラは殆んどなく　（１μｍ当りの暗電位
の差０．５　Ｖ／μｍ）、暗電位の上下ムラも実質上な
かった。（ＳＶ以内） なお、暗電位は、キャノン製デジタル複写機Ｎ　Ｐ　９
０３０を用い、−次帯電のコロナ電圧＋７．５ｋＶのと
きの暗部表面電位を現１象器の位置で測定したものであ
る。

比較例 第２図をこ示す装置、即ち放電制御板を設けていない従
来装置を用いた以外はすべて実施例１と同じ茶汁で、　
Ａｌ支持体上に電荷注入阻止層、感光層及び表面層を形
成した。

得られた電子写真用光受容部材について、実施例工と同
様の評価を行なった。その結果を下記の表３に示す。

表３から明らかなごとく、電荷注入阻止層の膜厚は均一
であったが、感光層及び表面層が、上部で厚くなった。

また膜質については、下部の方が１μｍあたりの暗電位
が高く、膜質はよいが、暗電圧の上下ムラが生じた。

実施例２ 放電制御板１５とＡＩ支持体の上端部との距離を１２０
ｆｉに固定した以外はすべて実施例１と同様にして、電
子写真用光受容部材を形成した。

各層の膜厚は下記の表４に示すとおりであった。

次に電荷注入阻止層を形成時、電圧印加手段に高周波２
０Ｗを印加した。この場合における電荷注入阻止層の膜
厚は、上部、中央部及び下部支持体のいずれも５μとな
っていた。

このことから明らかなごとく、放電制御板の上下移動を
行なわなくとも、放電制御板に高周波等を印加するだけ
で、上下の膜厚ムラを効率的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の典型的−例を模式的に示す断
面略図であり、第２図は、従来のプラズマＣＶＯ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１．２図について、 １・・・反応容器、２・・・カソード電極を兼ねた周囲
壁、３・・・上壁、４・・・底壁、５・・・上鍔子、６
・・・下碍子、７・・・円筒状支持体、８・・・回転駆
動手段、９・・・ガス導入管、９ａ・・・ガス放出口、
１０・・・バルブ、１１・・・排気管、１２・・・排気
バルブ、１３゜１６・・・４王印加手段、１４・・・放
電制御板、１５・・・上下駆動手段、１７・・・スイッ
チ、１８・・・碍子。

Claims (3)

【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
   空間と、該反応空間内に円筒状基体を設置する手段と、
   該反応空間内に堆積膜形成用原料ガスを導入する手段と
   、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
   、前記円筒状基体の上方又は下方の少なくともいずれか
   一方に放電制御手段を設けたことを特徴とするプラズマ
   ＣＶＤ法による堆積膜形成装置。
2. （２）前記放電制御手段が、上下に移動する放電制御板
   である、特許請求の範囲第（１）項に記載されたプラズ
   マＣＶＤ法による堆積膜形成装置。
3. （３）前記放電制御手段に電圧を印加する手段が設けら
   れている特許請求の範囲第（１）項に記載されたプラズ
   マＣＶＤ法による堆積膜形成装置。