JPS58110031A - 蒸着装置 - 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】 本発Ｆ！Ａ紘蒸着装置、例えばアモルファスシリコン（
以下、ａ−８１と略す。）を堆積させる際に好適な蒸着
装置に関するものである。

近年、太陽電池、電子写真感光体としてａ　−８１を用
いることが試みられている。　このａ　−８ｉは例えば
真空蒸着法で基板上に堆積せしめるが、この際、ａ−Ｓ
ｔ中のダングリングボンドを水素原子で埋めてその感光
特性を良くするために活性水素ガスを供給し、かつａ　
−８ｉの電気伝導度を制御するために燐、アル′ミニウ
ム等のドーパントを蒸発せしめてａ−８１中にドープす
ることがある。

こうしたａ−８ｔの蒸着に当っては、蒸着材料であるシ
リコンを加熱するのに電子銃を用いることがよい。　つ
まシ、電子銃加熱装置は、シリコンの如き高融点材料を
簡単に加熱、蒸発させることができる上に、容器からの
汚染の問題が比較的少ないからである。

しかしながら、電子銃加熱装置を用いた場合、熱電子に
よる集中加熱に基くために、スプラッシユと呼ばれる突
沸現象が生じ易い。　これは、加熱、溶融されたシリコ
ンが真空中で突然爆発するように一度に飛散する現象で
ある。　本発明者が検討を加えた結果、このスプラッシ
ユは、水冷された通常の銅製容器（ハース）を用いたと
きに非常に多発するが、その容器内壁面にカーボン製の
内張υ層をライニングするとかなシ抑制されることが分
った。　しかしそうしたライニングでも充分ではなく、
特に電子銃の投入パワーが成る限界を越えるとかなシ危
険であることが判明した０蒸着操作中に上記の如き現象
が生じると、得られた蒸着膜は膜質が悪く、使用不可能
となる０ところが、スプラッシユ自体は、蒸着準備段階
（即ち、シリコン蒸発源上のシャッターを閉じて、蒸着
実施時のパワーレベルまでシリコンを加熱する間）で最
もよく生じるのである。　蒸着実施に必要なパワーで加
熱して安定な状態となってからシャッターを開放し、シ
リコン蒸気を被蒸着基板の方向へ飛翔させるのである。

　このような場合、蒸着準備段階においてシャッターを
閉じたままの状態でスプラッシユが生じると、突沸によ
り飛散したシリコンが上方のシャッターに衝突すること
になゐ。　通常のシャッターは０．３〜０．５關　　と
薄い鉄又はステンレス鋼からなっているので、上記の飛
散した高温のシリコンが衝突することによらて溶けてし
まい、シャッターの一部分が下方の蒸発源中に落下し、
ハース中の残留シリコン及びカーボン内張シ層を汚染さ
せる原因となる。　このため、ハース内にシリコンを添
加して再び蒸着を行なったときに、シャッター材料の混
入したシリコンが蒸発することになシ、堆積したａ　−
８ｔの膜質が著しく劣化し、太陽電池や電子写真等の感
光体膜として実用に供し得るものを形成することができ
ない。

本発明者は、上記の如きシャッター材料の溶融現象はシ
ャッター自体が薄くて熱容量が小さく、しかも熱伝導性
も悪いことに起因することをつき止め、本発明に到達し
たものである。

即ち、本発明は、シャッターの厚みをこれまでのものと
は根本的に異なって１．０　ｍ、以上と大きくすること
によって、シャッターの熱容量をかせぎ、スプラッシユ
した高温の蒸着物質が衝突しても溶融による脱落等が生
じないようにしている。

シャッターの厚みが１．０ｍ　　よシ小さくなるとシャ
ッターの変形や溶融が生じ、上述した如き事態が生じる
が、１．０１ＩＩｌ　以上にすればそうした事態は全く
生じないことがはじめて見出されたのである。

しかも、シャッターは真空槽内で常に高温に曝されるの
で、蒸発源上で開放され良状態（４Ｉに蒸着操作中）で
あっても変形や溶融が生じ易いが、本発明のように厚み
を大きくすることによって、変形、溶融、ひいては溶融
によるシャッター材料の飛散（堆積膜への不純物の混入
）を効果的に防止することができる。

以下、本発明をａ−８１の真空蒸着に適用した実施例を
図画について詳細に説明する。

第１図に紘本実施例で用いる真空蒸着装置の一例が示さ
れている。

この装置は、被蒸着基板１及びシリコン蒸発源２を収容
した真空槽（即ちペルジャー）３を具備している。　基
板ｌはヒーター４で３５０〜４５０℃に加熱される一方
、直流電源５にょシｏ〜−１０ＫＶの直流バイアス電圧
が印加される。　図中、６は活性水素又は水素イオン等
の活性修飾ガスを導入するための導入管、７は水素ガス
を活性化又はイオン化するために導入管６中に設けられ
た放電管、８紘排気管であって真空ポンプ（図示せず）
に接続されている。　９は開閉式のシャッターであって
、回転軸１０に一端が固定されている。

この装置を用いることによって、例えば１０　Ｔｏｒｒ
オーダーの真空下で蒸発源２から蒸発させたシリコンを
基板１上にａ−８ｔとして堆積させると同時に、負電位
の基板１上へ導入管６からの活性ガスを吸引して堆積す
る＊　−８１中に水素原子を結合せしめ、上述したダン
グリングボンドを水素原子で埋めることができる。　得
られた水素含有＊　−８１は、暗抵抗及び光感度ともに
充分なものとなシ、膜質が均一でばらつきの少ないもの
となっている。

シリコン蒸発源２はハース１１内に収容された状態で、
第２図に概略図示した電子銃加熱装置を用いて電子銃１
２から生じた熱電子１３によシ集中的に加熱されるよう
になっている。　１４は熱電子１３をローレンツ力で加
速、偏向させるためのマグネットである。　この状態は
第３図に示した蒸着準備段階に相当し、蒸発源２上で閉
じられたシャッター９には既述したスプラッシユによっ
て１４００〜１５００℃　のシリコン粒子２が盛んに衝
突する。

この蒸着準備段階は蒸着段階前に例えば５分間程度実施
され、既述したスプラッシュが蒸着操作中に生じないよ
うにシリコン蒸発を安定化するためのものであるが、蒸
着時と同等のパワー（例えば、電子の加速電圧６ＫＶ、
電流２００〜２　ｓ　ＯｍＡ）で電子が照射されるため
に、スプラッシユの発生は回避することはできない。　
この蒸着準備段階後はシャッター９を開放し、例えば２
０　Ｘ　／　ａ　ｅ　ｃの速度で８分間蒸着を行ない、
基板上に膜厚１μｍ程ＦＩｌｌ）ａ−ｓｔ膜を堆積させ
る。　また、この蒸着準備段階前にはペルジャー内の脱
ガスを例えば５分間行なう。

この蒸着準備段階はシャッター９を閉じた状態で行なう
ために、スプラッシユで飛散したシリコン粒子がシャッ
ター９の面に衝突するが、本実施例によれば、シャッタ
ー９として１ｓ＋翼以上の厚みの金属板を用いているか
ら、シャッターの熱容量が大となっておシ、シリコン粒
子の熱で変形や溶融が生じることがない。　従って、下
方のシリコン蒸発源２中にシャッター材料が落下して汚
染を生せしめることがなく、蒸発源をクリーンに保持で
きる。　また、蒸着操作中にシャッター９が高温に曝さ
れても変形や溶融が生じないから、シャッター材料の飛
散を防止でき、不純物の影響を受は易い＆−８ｉ膜の膜
質を良好なものとすることができる。

シャッター９の厚みは種々選択できるが、１〜２０１Ｉ
ｓｌとするのが望ましく、１〜２ｕが実用的である。　
１１１１未満では上記した効果が得られず、また２Ｄｖ
ｉｘを越えると厚く（或いは重く）なって開閉操作に難
が生じ易い。　また、シャッター９の材質も重要であシ
、ステンレス鋼、銅、真ちゅう等が好適である。　この
うちステンレス鋼等唸高融点故に望ましく、更に銅等の
ように熱伝導性にも優れているものがよい。

次に、シャッター９の厚みを種々に変え、蒸着準備操作
を行なったところ、下記に示す結果が得この結果から、
厚みを１゜０１ＩＩＩ以上にすればシャッターを安定に
保持できるが、従来の如き厚み（ＯＪｓ＋ｓ）では結果
が不良となることが分る。

第５図には、シリコン蒸発源２を電子銃加熱装置で加熱
する際に好適なノ・−ス構造が示されているＬ これによれば、ハース１１がポック・ス状の水冷管１５
上に設けられ、水導入管１６から水導出管１７を通じて
循環される水によって冷却されるようになっている。　
ハース１１内には、耐熱性及び導電性のある例えばカー
ボンのライナー１８がハース１１の内壁面から離間した
状態で配設され、このライナー１８中のシリコン２が電
子ビームによ）集中加熱される。　このライナー１８の
存在によって例えば銅製のハース１１とシリコンとの反
応が阻止され、この反応に起因する蒸着物質の汚染が防
止されると共に、電子く−ムによる負電荷がライナーを
介してアースされ、効果的な電子銃加熱を行なうことが
できる。　このライナー１８を設けない場合、シリコン
の蒸発が進行するに伴なってその加熱部分がハース１１
内壁面に及ぶと、雪の部分でやはシ突沸現象が生じ易く
なるが、これはライナー１８によって効果的に回避され
る。　また、ライナー１８がハース１１と接していない
ので、両者の熱膨張係数の差によるライナーの変形、亀
裂、更にはこれに伴なうシリコンの加熱むら、変質等も
防止できる０なお、この真空蒸着装置のペルジャー内を
蒸着？断時に大気圧に戻す（リークする）際、ライナ、
−１８にガスが吸着されないよこにラシナ刊８の表面に
予め蒸着物質の被膜を形成しておくのがよい。

この被膜は、ライナー１８を溶融シリコン等に浸漬する
ことによりて容易に形成できる。

上記の如きライナー１８を省略し、或いはこれと併用し
て、ハース１１の内壁面自体にライナー１８と同質の例
えばカーボンのライニング（内張夛）を施すようにして
も、上記したと同様の効果を得ることができ石。

本発明において使用する修飾ガスとは、アモルファスシ
リコンのダングリングボンドを埋める原子の供給源とし
てのガスを指し、上記した水素ガスをはじめ、フッ素等
のハロゲンガス、シランガス等が挙げられる。　また、
別の修飾ガスとして、アモルファスシリコンの抵抗値を
高めたアモルファス酸化シリコン、アモルファス窒化シ
リコンを形成するための不純物、例えば酸素原子、窒素
原子を供給する酸素ガス、窒素ガス、アンモニアガス等
や、アモルファスシリコンの導電型を決める、ドーパン
ト、例えばリンやボロン、砒素を供給するホスフィン、
ジボラン、アルシン、更にはアモルファス炭化シリコン
を形成するためのメタンガス等の炭化水素ガスも包含さ
れる。　これらの修飾ガスは１種若しくは複数種を同−
又は別個の導入管から導入することができる。　上記し
たドーパントは、周期表第■族及び第Ｖ族元素から選択
されるが、その供給方法として、少なくとも１種のドー
パントの蒸発源をペルジャー内に配し、シリーンと同時
に蒸着するようにしてもよい０また、上記修飾ガスを活
性化又はイオン化して活性元素及び／又はイオンを送シ
込むために、上記し丸飲電管７はペルジャー３外に配さ
れていることも重要である０　即ち、仮に放電管７をペ
ルジャー゛１の内部に設は九場合、放電管７１体が蒸発
し九シリコン等によシ汚染され易く、また熱に耐える耐
熱材料で構成しなければならない。　これに関連して、
その構造も特殊なものとなる一方、新しい放電管と交換
する作業も面倒である。　しかもペルジャー内にあるこ
とから、放電管にシリコン蒸気や活性水素が衝突してこ
れらの平均自由行程に乱れが生じ、ａ−８ｉの堆積状態
が不均一となる恐れがある。　しかしながら、図示した
ように、放電管７を外部に配せば、上記した汚染の問題
や熱損傷が生じることなく、その構成部の材質及び構造
の選択、配置、交換作業が自由若しくは容易となシ、ガ
ス流を妨げることがなく、均一な堆積膜を形成すること
ができる。　なお、放電管７は、所要量の活性水素を供
給するという特徴を充たしている限シ、ペルジャー３内
に配置してよいことは勿論である。

以上、本発明を例示したが、上述した実施例は本発明の
技術的思想に基いて更に変形が可能である０ 例えば、シャッター９の構造を多層構造となし、蒸発源
側の下層を必要に応じて交換できるようになすととも可
能である。　この場合はシャッター下部の変形等による
悪影譬をなくす点で有効である。　蒸着すべき物質もシ
リコンに限らず、他の半導体材料等でありてよい。　ま
た、本発明による装置は上述の真空蒸着以外の種々の蒸
着用として適用可能である。

【図面の簡単な説明】

区間は本発明をａ−８ｉの蒸着に適用した実施例を示す
ものであって、 第１図は真空蒸着装置の概略断面図、 第２図は電子銃加熱方式を示す要部概略断面図、第３図
は蒸着操作のプロセス図、 第４図はシャッター及び蒸発源を示す斜視図、第５図は
ハース構造を工夫した例によるシャッター及び蒸発源部
分の断面図 である。 なお、図面に用いられている符号において、１−−−−
−−−−一被蒸着基板 ２−−−−−−−−一蒸発源 ７−−−−−−−−一放電管 ９−−−−−−−−−シャッター １１−−−一−−−−ハース １２−−−−−−−−一電子銃 １３−−−−−−−−一熱電子 １４−−−−−−−−−マグネット １ｓ−−−−−−−−−ライナー である。 代理人　弁理士　逢　坂　　　宏 第４０ ｑ ノー 第Ｓ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸発源と被蒸着基体との間に、前記蒸発源からの蒸
   気流を制御するための開閉式シャッターが配置されてい
   る蒸着装置において、前記シャッターがｌｓｕｇ以上の
   厚みを有していることを特徴とする蒸着装置。 ２、シャッターの厚みが１〜２０罵翼である、特許請求
   の範囲の第１項に記載した装置。 ３、シャッターが高融点材料からなる、特許請求の範囲
   の第１項又は第２項に記載した装置。 ４、シャッターが熱伝導性の良い材質からなる、特許請
   求の範囲の第１項〜第３項のいずれか１項に記載した装
   置。 ５、蒸発源を加熱する手段として電子銃加熱装置が・設
   けられている、特許請求の範囲の第１項〜第４項のいず
   れか１項に記載した装置。 ６、蒸発源の容器内にこの容器内壁面から離間した状態
   で、耐熱性及び導電性のあるライナーが配置され、この
   ライナー内にある蒸発物質が加熱されるようにした、特
   許請求の範囲の第１項〜第５項のいずれか１項に記載し
   た装置。。 ７、蒸発源の容器の内壁面に、耐熱性及び導電性のある
   内張シ層が形成されている、特許請求の範囲の第１項〜
   第６項のいずれか５１項に記載した装置０ ８、蒸発源が半導体材料からなる、特許請求の範囲の第
   １項〜第７項のいずれか１項に記載した装置。 ９、半導体材料がシリコンである、特許請求の範　　　
   　・囲の第８項に記載し九装置。 １０、シリコン蒸発源からシリコンを蒸発せしめる一方
   、修飾ガスとして、水素、ハｐゲン、酸素、窒素、シラ
   ン、ホスフィン、ジボラン、アルシン、炭化水素及びア
   ンモニアからなる群より選ばれた少なくとも１種を特徴
   する特許請求の範囲の第９項に記載した装置。 １１、　　水素及び／又はハロゲン含有アモルファスシ
   リコン、アモルファス酸化シリコン、アモルファス窒化
   シリコン、アモルファス炭化シリコン、又は燐、硼素若
   しくは砒素がドープされたアモルファスシリコンを基体
   上に堆積させる、特許請求の範囲の第１０項に記載した
   装置。 １２、周期表第■族及び第Ｖ族元素から選ばれた少なく
   とも１種のドーパント蒸発源も真空槽内に配し、この蒸
   発源から蒸発せしめたドーパントをドープした半導体材
   料を基体上に堆積させる、特許請求の範囲の第８項又は
   第９項に記載した装置。 １３、シリコン蒸発源からシリコンを蒸発せしめる一方
   、修飾ガスとして、水素、ハロゲン、酸素、窒素、炭化
   水素及びアンモニアからなる群よシ選ばれた少なくとも
   １種を特徴する特許請求の範囲の第１２項に記載した装
   置。 １４、水素及び／又はハロゲン含有アモルファスシリコ
   ン、アモルファス酸化シリコン、アモルファス窒化シリ
   コン又はアモルファス炭化シリコンを基体上に堆積させ
   る、特許請求の範囲の第１３項に記載した装置。 １５、真空槽内に供給される修飾ガスが放電装置によシ
   生成された活性元素及び／又はイオンを含むガスである
   、特許請求の範囲の第１０項〜第１４項のいずれか１項
   に記載した装置。 １６、真空槽内に供給される修飾ガスが槽外に設けられ
   た放電装置により活性化又はイオン化される、特許請求
   の範囲の第１５項に記載した装置。