JPS63199873A - プラズマ気相反応装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体等の膜形成のために、グロー放電を利
用したプラズマ気相成長装置に係り、特に、水素化アモ
ルファスシリコン（ａ−８ｉ：Ｈと略記）系電子写真感
光体のような大面積の基体に膜成長させるのに好適な膜
形成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば、シンポジウムＵアモルファスシ
リコンデバイスはどこまできたか”論文集、（電子写真
学会、昭和６０年５月２４日）第２５項から３０項にお
いて論じられているように、基板と高周波が印加される
電極の間にグロー放電を利用して膜形成を行っていた。

しかし、基体に成長する膜厚の均一性については考慮さ
れておらず、基体と電極との距離が基体面上のどの場所
でも等しくなっているのが一般的であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は大面積基板に膜を均一な成長速度で堆積
する点についての考慮がされていなかった１例えば、電
子写真感光体の基板は、通常、ドラム型であり、超高速
のレーザビームプリンタに用いられる感光体は直径２０
０ｎｍ以上、長さ４００ｍ以上に達するものもあって大
型である。しかも、この感光体の膜厚は印字性能の観点
からａ　−Ｓ　ｉ：Ｈ感光体の場合には数十μｍの膜厚
が必要である。従って、生産性を考慮した場合、この感
光体の作製には高速で膜成長させることが望ましい。

グロー放電を利用した膜成長で基板上への膜成長速度を
決定する因子は、原料ガスの供給量、電極に付加する高
周波出力の大きさ、などが考えられる。一般に、原料ガ
スの供給量を増やし、高周波出力を大きくすると膜成長
速度が大きくなる。

しかし、その場合には、反応装置の内部構造、例えば基
板を保持する支持体の形状がグロー放電によって生じる
プラズマの電子濃度に大きく影響し、プラズマ密度が基
板支持体端部などで不均一となり、膜成長速度も不均一
になるという問題が生じる。

また発生するプラズマの電子濃度は反応装置内のガス流
速の影響も大きく受ける。この気相反応装置は、ガス導
入系と反応槽と排気系とより構成され、ガス流速は、通
常、排気系に近い側で大きくなる。ガス流速は原料ガス
の滞留時間と密切な関わりを持つため、同じ高周波出力
を印加した場合には１反応槽内でプラズマの電子濃度が
異なり。

膜成長速度も異なってしまう。これまでの装置ではドラ
ム状の基板の場合には基板と一定の時隔をもつ円筒状の
電極を配゛し、電極に均等に高周波を印加することが一
般的であり、均一な膜厚を得ることは、特に、膜成長速
度の大きいときに困難であった。

膜厚分布の不均一は、基板の各場所での抵抗率など、膜
特性の不均一につながり、電子写真感光体の場合には印
刷される画像にムラが生じるという結果を招くことがあ
る。

本発明の目的は、成膜条件によらず、基体上のどの場所
でも均一な膜成長速度で膜堆積のできるプラズマ気相反
応装置を提供することにある。

〔問題点を解決するだの手段〕

上記目的は基板と高周波が印加される電極との距離を基
板面上に対して連続的に変化させることによって達成さ
れる。

グロー放電により発生するプラズマの電子濃度は原料ガ
ス流量や高周波出力の他に基板と電極との間の距離の影
響も受ける。同じ出力の高周波出力を印加する場合には
、基板と電極との距離とは反比例関係にあり、基板間距
離の小さいほうが。

プラズマ電子濃度が大きくなる。プラズマ電子濃度と膜
成長速度とは比例関係にあり、プラズマ電子濃度が大き
いほど構成長速度は大きくなる。

プラズマ電子濃度はラングミュア深針法を用いて、空間
中のイオン電流値を計測すれば測定できる。すなわち、
イオン電流値と電子濃度との間には正比例関係が成り立
つので、イオン電流値を基板面近傍で測定すれば、電子
濃度分布を知ることができる。

従って、基板面上での電子濃度分布がわかれば、基体面
各部の電子濃度の大小にあわせて、基板間距離を調整す
ることで、基板面上での電子濃度を均一にすることがで
きる。

〔作用〕

プラズマ気相反応装置内に設置された基板に対し、基板
電極間距離が連続的に変化する電極は。

基板の支持体端部の形状変化、あるいは、排気系に近い
側でガス流速が大きくなり、原料ガス滞留時間が減少す
ることに起因するプラズマ密度、すなわち、電子濃度の
低下を基体電極間距離を小さくすることで補うことがで
きる。その結果、基板上のどの場所でも均一な電子濃度
となり、均一なプラズマ密度を得ることができ、基板上
で均一な膜成長速度が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。これ
は１反応室内に導入したガス状化合物をグロー放電によ
り分解し、１２０φＸ４００Ｑの円筒基板３上に堆積さ
せる場合を示す、基体ホルダ１の内部に加熱ヒータ２が
内蔵されており、基板３が基板ホルダ１に装着される。

基板ホルダは回転機構４によって回転し、天井板５と絶
縁リング６とベースプレート８及び電極兼ガス吹き出し
板７によって構成される反応室は油回転ポンプ１４とメ
カニカルブースタポンプ１３によって真空排気される。

電極７にはガス導入口９よりガス状化合物が導入され、
端子１０によって高周波電源１２からマツチングボック
ス１１を通して印加される高周波によって生じるプラズ
マによって分解し、基体３上に堆積する。

ガス状化合物は電極７に開けた小孔より供給される。こ
こでは上・下に２５ｍピッチで直径０．７１の穴を均等
にあけた。又、孔は基体の周囲に四列配置した。電極７
の形状はたる型であり、電極７として従来型の円筒形を
用いた場合のイオン電流値測定結果から基板ホルダー１
の上端部で中央部より１０％基板間距離を小さくし、下
端部で中央部より２０％基板間距離を小さくした。

第２図は第１図に示した本発明の気相反応装置を用いて
水素化アモルファスシリコン（ａ−８ｉ：Ｈ）単層膜を
堆積した結果を示す、基板温度２５０℃、反応槽内の圧
力をＱ、５Ｔｏｒｒに調整し、モノシラン（ＳｉＨａ）
流量と高周波出力を変化させて膜堆積を行った。横軸は
基板ホルダの底部からの距離で、右側が第１図に示した
基体ホルダ１の上部、左側が下部に相当している。縦軸
は成膜時間一時間当りに基体の各部で得られる膜堆積速
度である。第２図には比較のため、従来型、すなわち、
電極形状が円筒型で基体と電極間距離が基体上のどの部
分でも等しいものを用いた場合の結果も示す、従来型電
極では、　５ｉＨａ流量と高周波出力が小さく、堆積速
度が小さい場合には膜厚分布の均一性が良好であるが、
５ｉＨａ流量と高周波出力が増大し、堆積速度の大きい
場合には膜厚分布の均一性が低下し、上、下で約３μｍ
／ｈの堆積速度の差が生じている。これに対し、本発明
による電極を用いた場合には、基体下部と上部における
電極間隔を小さくし、上部と下部のプラズマ強度を中央
部よりも相対的に強くした効果により、約９．５　μｍ
／ｈの高堆積速度でも均一な膜厚分布が得られる。

第１図に示した本発明の気相反応装置を用いてａ−８ｉ
：Ｈ電子写真感光体を作製した。第３図は作製した電子
写真感光体の構造である。φ１２０Ｘｊ１４００のＡＱ
素管１５上に電荷注入阻止層１６としてａ　−Ｓ　ｉ　
Ｃ：　Ｈを０．！５　　μｍ、電荷発生、搬送層１７と
してａ　−Ｓ　ｉ　：　Ｈ：　Ｂを３０μｍ、表面保護
層１８としてａ−８ｉＣ：Ｈを０．５　　μｍ堆積した
。電荷発生、搬送層の成膜条件は第２図中の成膜速度約
９．５　μｍ　／　ｈの条件である。本発明の反応装置
を用いたことにより、膜厚約３０μｍの感光体を約三時
間半で作製でき、感光体の膜厚分布は３０μｍ±１μｍ
以内と極めて良好であった。又、作製した感光体を用い
て印字試験を行った結果、膜厚分布の不均一さに起因す
る印字ムラがないため、良好な印字サンプルが得られた
。

特に、膜厚が数十μｍを要するようなデバイスを作製す
る場合には、高速成膜で、かつ、均一成膜が可能なため
、短時間で効率良く、性能の良いデバイスの作製に対し
て効果が大きい６ 〔発明の効果〕 本発明によれば、基体上のプラズマ密度の不均一さを、
均一にすることができ、大面積基板への均一成膜が容易
に達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のプラズマ気相反応装置の系
統図、第２図は本発明の装置における膜厚分布と従来型
装置における膜厚分布との比較図。 第３図は本発明の装置によって作製したａ−８ｉ：Ｈ感
光体の膜構造図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空槽と原料ガス導入装置と加熱ヒータを内蔵する
   基体ホルダと高周波電力が負荷される電極より構成され
   るプラズマ気相反応装置において、 前記基体と前記電極との距離が前記基体面上で連続的に
   変化する電極を設けたことを特徴とするプラズマ気相反
   応装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記基体と前記電極間の距離は、プラズマ気相反応中の
   前記基体の表面における電子濃度が、前記基体面上で一
   定となるよう変化していることを特徴とするプラズマ気
   相反応装置。