JPS63230880A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による機能性堆積膜形成装置 - 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、特に半
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
用いるアモルファス半導体等の機能性堆積膜をマイクロ
波プラズマＣＶＤ法により形成する装置に関する。

〔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、その他各種の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（例えばフッ素、塩素等）で
補償されたアモルファスシリコン（以下、ｒＡ−３ｉ（
Ｈ，Ｘ）Ｊと記す、）等のアモルファス半導体等の堆積
膜が提案され、その中のいくつかは実用に付されている
。

そして、こうした堆積膜は、プラズマＣＶＤ法、即ち、
原料ガスを直流又は高周波、マイクロ波、グロー放電に
よって分解し、ガラス、石英、ステンレス、アルミニウ
ムなどの基体上にＥｌ膜状の堆積膜を形成する方法によ
り形成されることが知られており、そのための装置も各
種提案されている。

ところで近年、マイクロ波を使用するプラズマＣＶＤ法
（以下、ｒＭＷ−ＰＣＶＤ法」と表記する。）が注目さ
れ、そのための装置がいくつか提案されていて、ＭＷ−
ＰＣＶＤ法による前述した堆積膜の工業的規模での生産
がはかられて来ている。そうした従来提案されているＭ
Ｗ−ＰＣＶＤ法による装置は、代表的には第４図の透視
略図で示される装置構成のものである。

第４図において、１は真空容器、２はアルミナ・セラミ
ックス又は石英等の誘電体窓、３はマイクロ波を伝送す
る導波部、４はマイクロ波、５は排気管、６は原料ガス
供給管、７は円筒状基体、８は基体加熱ヒーターを示す
、なお、真空容器１は放電トリガー等を用いることなく
自励放電にて放電を開始せしめるため、該マイクロ波電
源（図示せず）の発振周波数に共振するような空胴共振
器構造とするのが一般的である。

そしてこうした装置による堆積膜の形成は次のようにし
て行われる。即ち、真空容器１内部を、排気管５を介し
て真空排気すると共に、円筒状基体７を基体加熱ヒータ
ー８により所定温度に加熱、保持する０次に、原料ガス
供給管６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
料ガスが該原料ガス供給管６に開口せられた複数のガス
放出孔６’　、６’　、・・・・・・を通して真空容器
ｌ内に放出される。これと同時併行的に、マイクロ波電
源（図示せず）から周波数５００ＭＨｚ以上の、好まし
くは２．４５０Ｈ１のマイクロ波４を発生し、該マイク
ロ波は、導波部３を通り誘電体窓２を介して真空容器１
内に導入される。かくして、真空容器り内の導入原料ガ
スは、マイクロ波のエネルギーにより励起されて解離し
、中性ラジカル粒子、イオン粒子、電子等が生成され、
それ等が相互に反応し円筒状基体７の表面に堆積膜が形
成される。

ところで、本発明者は、上述のごとき従来のＭＷ−ＰＣ
ＶＤ法による機能性堆積膜形成装置における量産化を可
能にするため、真空容器内に複数本の円筒状基体を配置
しうるようにすればよいことを見い出した。第５図はこ
うした量産化を可能とする装置の典型的−例を示す透視
略図である。

第５図において、１は真空容器、２はアルミナ・セラミ
ックス又は石英等の！Ｗｔ体窓、３はマイクロ波を伝送
する導波部、４はマイクロ波電源（図示せず）からのマ
イクロ波である。５は、一端が真空容器Ｉ内に開口し、
他端が排気バルブ（図示せず）を介して排気装置（図示
せず）に連通している排気管、６はバルブ（図示せず）
を介して原料ガス供給源（図示せず）に連通している原
料ガス供給管、７は同心円上に配置された円筒状基体、
８は基体加熱ヒーター、９は誘電体窓３を通過したマイ
クロ波によって真空容器内に生起したプラズマ発生ｇ域
である。プラズマ領域９は、誘電体窓２および基体７，
７．・・・・・・に囲まれたマイクロ波空胴共振構造と
なっており、導入されたマイクロ波のエネルギーを効率
良く吸収する。

上述の装置による堆積膜の形成は、第４図に図示の装置
による場合と同様にして行われる。

即ち、真空容器１内部を、排気管５を介して真空排気す
ると共に、円筒状基体７，７．・・・を駆動モーター（
図示せず）により所定の回転速度で一定に回転させ、か
つ、基体７，７．・・・・・・に内蔵された加熱ヒータ
ー（図示せず）により所定温度に加熱、保持する１次に
原料ガスを原料ガス供給管６．６．・・・・・・に開口
せられた複数のガス放出孔６′。

６′、・・・・・・を介して真空容器１内に放出させる
。

これと同時併行的にマイクロ波４を導波部３および誘電
体窓２を介して真空容器内に導入し、円筒状基体７，７
．・・・・・・の表面上に堆積膜を形成せしめる。

ところで、上述のごとき装置においては、第６図に示す
ように、円筒状基体７と円筒状基体７の間に、複数のガ
ス放出孔６’　、６’　、・・・・・・が設けられた原
料ガス供給管６が設置されているため、原料ガスの分解
により塩１ｍ膜が形成される際に、該ガス放出孔６’　
、６’　、・・・・・・から放出される原料ガスは、プ
ラズマ発生領域９以外にも拡散してしまう、第７図は、
第５図に示す装置における原料ガスの流れを示すための
横断面略図である。第７図に示すごとく、ガス放出孔６
’　、６’　、・・・・・・から放出される原料ガスは
、プラズマ発生領域９内に流れ込む（実線の矢印）のは
もちろんであるが、円筒状基体７．７．・・・・・・　
の真空容器１の器壁側にも拡散しく点線の矢印）、すな
わち、プラズマ発生領域９以外にも拡散するため、原料
ガスのプラズマ発生領域内９に導入される効率は悪くな
り、基体表面に堆積する膜の堆積速度が小さく、所望の
厚さにまで堆積させようと思うと非常に多くの時間を要
するという問題がある。

更に、第７図に示すように、円筒状基体７と同筒状基体
７との間に設置された原料ガス供給管６は円柱状である
ため、排気管５を介して真空容器１内を排気する際、基
体７と基体７間でそれぞれ排気のコンダクタンスが異な
り、基体７のプラズマ発生領域８側表面での反応にあず
かる活性種の濃度が場所によって異なるところとなり、
その結果、プラズマ発生領域８内での放電が不安定とな
りやすく、基体７上に形成される堆積膜の膜厚が一定と
ならず、その特性も不均一となってしまう場合があると
いう問題がある。

従って、こうした原料ガス供給管６のみを使用して堆積
膜を量産化しようとすると、非常に歩留りが悪いという
のが実状である。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のごとき従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による
堆積膜形成装置における上述の諸問題を克服して、半導
体ディバイス、電子写真用感光体ディバイス、画像入力
用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力素子、そ
の他の各種エレクトロニクス素子、光学素子等に用いる
素子部材としての機能性堆積膜を、ＭＷ−ＰＣＶＤ法に
より定常的に高効率で形成することを可能にする装置を
提供することを目的とするものである。

即ち、本発明の目的は、ＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性
堆積膜形成装置において、基体間および同一基体上に形
成される堆積膜の膜厚および膜質の均一化を可能にし、
良質な堆積膜を定常的に量産しうる装置を提供すること
にある。

また本発明の他の目的は、ＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能
性堆積膜形成装置において、高品質で、電気的、光学的
、あるいは光導電的に優れた特性を有する堆積膜を、効
率的に量産化しうる装置を提供することにある。

〔発明の構成、効果〕

本発明者は、従来のＭＷ−Ｐ　ＣＶ　Ｄ法による堆積膜
形成装置における上述の諸問題を解決し、前記本発明の
目的を達成すべく本発明者が鋭意研究を重ねたところ、
従来のＭＷ−Ｐ　ＣＶ　Ｄ法による堆積膜形成装置にお
ける諸問題は、原料ガスをプラズマ発生領域内に効率良
く導入する手段と、プラズマ発生領域内の排気を調整す
る手段とを設けることにより解決しうる手段とを設ける
ことにより解決しうるという知見を得た。さらに本発明
者は、該知見に基づいて更に検討を重ねたところ、原料
ガス供給手段を、該２つの機能、即ち、原料ガスをプラ
ズマ発生領域内に効率よく導入する機能と、プラズマ発
生領域内の排気を調整する機能とを兼ね備えた形状とす
ることにより解決しうろことを見い出した。

本発明のマイクロ波プラズマ°法による機能性堆積膜形
成装置は、上述の知見に基づいて完成せしめたものであ
り、密封された真空容器、該真空容器内に複数の機能性
堆積膜形成用基体を保持する手段、該真空容器内に原料
ガスを供給する手段、該真空容器内を排気する手段、お
よび該真空容器、内にマイクロ波放電プラズマを生成せ
しめる手段とからなるマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
り複数の基体上に機能性堆積膜を形成する装置であって
、前記原料ガス供給手段が、プラズマ発生領域内に原料
ガスを効率良く導入する機能と、プラズマ発生領域内の
排気を調整する機能とを兼ね備えていることを特徴とす
るものである。

以下、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能
性堆Ｍ１膜形成装置を図面の実施例により更に詳しく説
明するが、本発明の堆積膜形成装置はこれによって限定
されるものではない。

第１図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
堆積膜形成装置の典型的−例を模式的に示す透視略図で
あって、該図において、前述の第５図において付したも
のと同一の符号を付したものは同一の［能を有するもの
を示しており、１は真空容器、２はマイクロ波を真空容
器内に効率良く透過し、かつ真空気密を保持し得るよう
な材料、例えば石英ガラス等で形成された誘電体窓３は
主として金属製の矩形導波管からなり、三本柱整合器（
図示せず）及びアイソレーター（図示廿ず）を介してマ
イクロ波電源（図示せず）に接続しているマイクロ波導
波部、４はマイクロ波、５は一端が真空容器Ｉ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
、７は円筒状基体、９はプラズマ発生領域、１０は三角
柱状の原料ガス供給管、１０′は該原料ガス供給管の側
壁の１つの角からクシ型状に突出している原料ガスの放
、　　出ノズル、をそれぞれ示している。第２図は、該
原料ガスの放出ノズル１４′を有する原料ガス供給管Ｉ
４の側面図であり、第３図は第１図に示す装置の横断面
略図である。なお、第２．３図において付した符号は第
１図における符号と同一のものを付してあり、第３図に
おける矢印は原料ガスの拡散状態を示している。

第１〜３図に示す装置においては、原料ガス供給管１４
の形状を三角柱状とするとともに、側壁の１つの角から
クシ型状に原料ガス放出ノズル１４’を設け、ノズル１
４′の先端をプラズマ発生領域９内に向けているため、
ノズル１４’の先端から放出された原料ガスは、第３図
に示す矢印の方向、即ちプラズマ発生ＮＮＡ内に拡散す
るため、プラズマ発生領域９外へ拡散する原料ガスの量
が大幅に減少するところとなり、原料ガスの利用効率が
大幅に向上する。従って、該装置を用いれば、所望の膜
厚を有する堆積膜を形成する場合に短時間で形成するこ
とができる。

更に、第１〜３図に示すように、原料ガス供給管１４が
三角形状となっているため、プラズマ発生領域９内のガ
スを排気管５を介して排気する場合に、排気ガスが円筒
状基体７とガス供給管１４の間をなめるように通り抜け
るため、円筒状基体７と円筒状基体７の間の各々の排気
コンダクタンスは一定となり、円筒状基体７のプラズマ
発生領域９（１１表面での反応に寄与する活性種の濃度
は場所によらず一定となる。この結果、円筒状基体７上
に堆積する膜の膜厚及び特性が均一となる。

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
ても採用することができるが、例えばＡ−３ｉ（Ｈ，Ｘ
）　Ｉｌｌ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等のガス状態のもの、ま
たは容易にガス化しうるち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Ｉｌｌ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　ｒ　Ａｒ等の不活性ガスにより
稀釈して用いることもある。さらに、Ａ−３ｔ（Ｈ，Ｘ
）膜はｐ型不純物元素又は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
料ガスまたば／および稀釈用ガスと混合して反応室内に
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５゜〜３５０℃である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を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室内の圧力をＩ　Ｘ　１０”ｉ
〜ｌ　Ｔｏｒｒ　、好ましくは５Ｘ１０−”〜ＩＴｏｒ
ｒとするのが望ましい。

なお、本発明の装置による堆積膜形成は、通常は、前述
したように原料ガスを事前処理（励起種化）することな
く反応室に導入し、そこでマイクロ波のエネルギーによ
り励起種化し、化学的相互作用を生起せしめることによ
り行われるが、二種以上の原料ガスを使用する場合、そ
の中の一種を事前に励起種化し、次いで反応室に導入す
るようにすることも可能である。

〔実施例〕

以下、第１図に示す本発明の装置を用いた機能性堆積膜
の形成について、実施例および比較例を用いて具体的に
説明するが、本発明はこれらによって限定されるもので
はない。

スＪＬｆＬＬ まず、真空容器１の内部を、排気管５を介して真空排気
するとともに、基円筒状基体７，７．・・・・・・に内
蔵されたヒーター（図示せず）により所定温度に加熱保
持し、駆動モーター（図示せず）を用いて所望の回転速
度で一定に回転させた。

こうしたところへ、原料ガス供給管１０を介して、シラ
ンガス（ｓｔＨｎ）、水素ガス（Ｈｇ）、ジボランガス
（Ｂ＆Ｈ＆）等の原料ガスを第１表に示す条件で真空容
器１内に、Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下の真空度を維
持しながら放出した０次に、周波数２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を導波部３及びマイクロ波透過性誘電体窓を介
してプラズマ発生領域９内に導入し、円筒状基体７．７
．・・・・・・上に、電荷注入阻止層、感光層、及び表
面層の夫々を統々に形成せしめ、阻止型構造の感光体ド
ラムを得た。

この時の感光層の堆積速度を第２表に示す。

以上の様にして作成した感光ドラム８本を、キャノン株
式会社製複写機ＮＰ７５５０に設置し、画像を出力した
ところ第２表に示す結果とな９た。

なお、第２表における「感光層の堆積速度の平均」は８
本の感光ドラムの平均であり、「画像性」とは濃度が高
く、ハーフトーンが鮮明に出て、且つ解像度の高い画像
をもたらすか否かを調べた結果である。

第　　　ｌ　　　表 第　　　２　　　表 Ｏ・・・　非常に良好　　○　・・・　良好×　・・・
　非実用的 ス鳳糎ｌ 感光層の作製条件を第３表の様に変えた以外は、実施例
１と同様の作製条件にて、複数のドラムを作製し、実施
例１と同様の測定、評価を行ったところ、第４表に示す
様な良好な結果を得た。

第　　　３　　　表 第　　　４　　　表 Ｏ・・・　非常に良好　　０　・・・　良好×　・・・
　非実用的 止較■ 第５図の成膜装置を用いて、第１表の作製条件により、
実施例１と同様な方法で感光ドラムを作製し、同様の測
定、評価を行ったところ、第５表に示すような結果を得
た。

第　　　５　　　表 ◎　・・・　非常に良好　　Ｏ・・・　良好Ｘ　・・・
　非実用的 〔発明の効果の概要〕 本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性堆積膜形成装置
は、原料ガス供給管の形状を、原料ガスをプラズマ発生
領域内に効率良く導入する機能と、プラズマ発生領域内
の排気を調整する機能とを兼ね備えた形状とすることに
より、安定なプラズマを生起させることができ、また、
プラズマ発生領域へのガス導入効率が大幅に向上し、そ
の結果、基体上に安定かつ高速で堆積膜を形成できる。

更に、電気的、光学的あるいは光導電的に優れ、緻密な
堆積膜を、効率的に量産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性堆積
膜形成装置の典型例を示す透視略図、第２図は、第１図
に示す装置における原料ガス供給管の側面図、第３図は
、第１図に示す装置の横断面略図である。第４図は、従
来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性堆積膜形成装置の透
視略図、第５図は量産化に適したＭＷ−ＰＣＶＤ法によ
る機能性堆積膜形成装置の透視略図、第６図は第５図に
示す装置における原料ガス供給管の側面図、第７図は第
５図に示す装置の横断面略図である。 図において、１・・・真空容器、２・・・誘電体窓、３
・・・導波部、４・・・マイクロ波、５・・・排気管、
６・・・原料ガス供給管、６′・・・原料ガス放出孔、
７・・・円筒状基体、８・・・内蔵加熱ヒーター、９・
・・プラズマ発生領域、ｌＯ・・・原料ガス供給管、１
０’　・・・原料ガス放出ノズル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）密封された真空容器、該真空容器内に複数の機能
   性堆積膜形成用基体を保持する手段、該真空容器内に原
   料ガスを供給する手段、該真空容器内を排気する手段、
   および該真空容器内にマイクロ波放電プラズマを生成せ
   しめる手段とからなるマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
   り複数の基体上に機能性堆積膜を形成するための装置で
   あって、前記原料ガス供給手段が、プラズマ発生領域内
   に原料ガスを効率よく導入する機能と、プラズマ発生領
   域内の排気を調整する機能とを兼ね備えていることを特
   徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法により複数の基体
   上に機能性堆積膜を同時に形成する装置。
2. （２）前記原料ガス供給手段が、三角柱状のガス供給管
   であって、かつ、該三角柱の側壁の１つの角からクシ型
   状に突出した複数のノズルを有しているガス供給管であ
   る特許請求の範囲第（１）項に記載されたマイクロ波Ｃ
   ＶＤ法により複数の基体上に機能性堆積膜を同時に形成
   する装置。
3. （３）前記原料ガス供給手段が、基体間に少なくとも１
   つ設置された特許請求の範囲第（１）項または第（２）
   項に記載されたマイクロ波ＣＶＤ法により複数の基体上
   に機能性膜を同時に形成する装置。