DE3217708A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung amorpher siliciumfilme - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung amorpher siliciumfilme

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Description

:DR.*«ÄIVS ItL-RlCH MAY
»i»D«IwCINOWEI»J«a2, THieRSeWSTRASSE 27 JZ I / /UO
TEUEQRAMME: MAYPATENT MCINOHEN TELEX 834487 PATOP IELEFON CO803 SS60SI
F-4-P-4/1 832 München, 11. Mai 1982
PF12454/DT Dr.M/mw
Fuji Electric Company, Ltd. in Kawasaki, Japan und Fuji Electric Corporate Research and Development, Ltd. in Yokosuka, Japan
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung amorpher Siliciumfilme
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen Siliciumfilms durch Anwendung von Plasma-Methoden der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD = Chemical Vapor Deposition). Die amorphen Siliciumfilme sind als Solarzellen oder Halbleiterschichten von lichtempfindlicbsn Materialien für Elektrofotographie verwendet worden und sind im allgemeinen hergestellt worden durch Plasma-CVD-Methoden, das heißt durch Zersetzung von Monosilan (SiH4) oder Tetrafluorsilan (SiF4) mittels Glimmentladung bei niedrigem Druck. Als Methoden zur Erzeugung der Glimmentladung wurde vorgeschlagen ein Gleichstrombetrieb zur Erzeugung der Entladung durch Anordnung von Elektroden in einer Vakuum-Reaktionskammer, oder eine kapazitive (Kondensator)Kopplungsmethode mittels eines'elektrischen Hochfrequenzfeldes, und eine induktive Kopplungsmethode zur Erzeugung der Entladung durch Anordnung einer Hochfrequenzspule außerhalb der Reaktionskammer. Da es jedoch bei der induktiven Kopplungsmethode schwierig ist, das gleichmäßige elektrische Feld zu erzeugen, wurden im industriellen Maßstab meistens Methoden angewandt, bei denen die Elektroden innerhalb der Reaktionskammer angeordnet sind. In diesem Fall wirkt eine Elektrode als Anode und die andere als Kathode durch Selbstvorspannung nach Art der kapazitiven Kopplung, welche auch ein hochfrequentes, elektrisches Wechselspannungsfeld mit Überlagertem Gleichspannungsanteil sowie das elektrische Hochfrequenzfeld
umfaßt. Fig. 1 zeigt schematisch eine Reaktionskammer 3 mit parallelen Plattenelektroden 1 , 2. Ein Reaktionsgas 5 wird in die Kammer 3 durch ein Zuleitungsrohr 6 eingeleitet ,während es durch Unterdruck durch ein Auslaßrohr 4 abgesaugt wird. Die Glimmentladung wird erzeugt, indem man zwischen den Elektroden 1 und 2 eine Gleichspannung durch eine Speisespannungsquelle 7 anlegt, oder indem man an sie eine mit Gleichspannung überlagerte Hochfrequenzspannung anlegt, so\daß die zwischen den Elektroden 1 und 2 geerdete Elektrode 1 positiv und die Elektrode 2 negativ wird. In diesem Fall erfolgt die Erzeugung des amorphen Siliciumfilms nicht einfach nur durch das elektrische Feld, sondern es finden auch Adsorptions- und Zersetzungsreaktionen ander Elektrodenoberfläche statt. Daher werden durch die Zersetzung des Reaktionsgases durch das Plasma erzeugte positive Siliciumionen nicht nur an der Elektrode 2 der Kathode sondern auch an der Elektrode 1 der Anode abgeschieden. Die Hauptmenge der Siliciumionen wird richtig an der Kathode abgeschieden, jedoch ist die an der Anode abgeschiedene Menge an Siliciumionen nicht zu vernachlässigen. Wenn ein amorpher Siliciumfilm hoher Dichte auf einer auf der Kathode 2 angeordneten Unterlage, die durch eine (nicht gezeigte) Heizung auf etwa 2000C erhitzt ist, abgeschieden wird» ist der an der Anode 1 abgeschiedene Siliciumfilm vollkommen nutzlos und verringert die Ausbeute.
Fig. 2 zeigt eine Anlage zur Herstellung eines amorphen Siliciumfilms, der für ein lichtempfindliches Material für Elektrofotographie verwendet wird, auf einer zylindrischen Unterlage. Ein drehbarer säulenförmiger Halter 8 ist auf einem Gestell gegenüber einer Anode 11 mit halbkreisförmigem Querschnitt angeordnet. Wenn eine Spannung durch eine Speisespannungsquelle 7 an eine auf dem Träger 8 gebildete erhitzte zylindrische Unterlage 12 angelegt wird, indem die Unterlage 1 2 als eine Kathode verwendet wird, ist auf einer Anode 11 abgeschiedener Siliciumfilm nutzlos und verringert die Ausbeute.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines amorphen Siliciumfilmes
mit hoher Ausbeute zu schaffen, wobei der Siliciumfilm unter Verwendung eines Reaktionsgases, das eine Siliciumverbindung enthält, durch eine Gleichstrommethode oder kapazitive Kopplungsmethode mittels Glimmentladung gebildet wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird also eine erhitzte Unterlage auf Anoden- und Kathodenelektroden angeordnet und
10. die Polarität einer angelegten Spannung in geeigneter Weise umgekehrt, wenn ein amorpher Siliciumfilm auf den Unterlagen abgeschieden wird, indem man eine Spannung zwischen entgegengesetzte Elektroden anlegt, die innerhalb einer Reaktionskammer angeordnet sind, um eine Siliciumverbindung durch die Glimmentladung zu zersetzen.
Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 schematische Zeichnungen bekannter Vorrichtungen zur Herstellung amorpher Siliciumfilme;
Fig. 3 und 4 schematische Zeichnungen er\findungsgemäßer Vorrichtungen;
Fig. 5 und 6 Grundrisse anderer Ausftihrungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen.
Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung weist parallele Plattenelektroden 21 , 22 ähnlich denen in Fig. 2 auf, die jeweils eine Heizvorrichtung enthalten. Eine Unterlage 9, beispielsweise aus Metall, ist an der Oberfläche der Elektroden gehalten. Wenn zwischen den Elektroden 21 und 22 durch eine Speisespannungsquelle eine Hochfrequenzspannung oder Gleichspannung angelegt wird, während in der Reaktionskammer 3 durch Absaugen ein Unterdruck aufrechterhalten und das Reaktionsgas 5 eingeführt wird, werden auf beiden auf etwa 2000C erhitzten Unterlagen 9 ein Anodenfilm und Kathodenfilm von amorphem Silicium abgeschieden. Da jedoch die Eigenschaften des Anodenfilms und'Kathodenfilms in gewissem
Q OC
0 C
Ausmaß verschieden sind, erzeugt man gleichmäßige Eigenschaften der auf den Unterlagen 9 gebildeten Filme, indem man die Polarität der angelegten Spannung während des Filmherstellungverfahrens umkehrt. Wenn die Polarität umgekehrt wird, muß der Brdungsabschnitt 10 entsprechend geändert werden. Filme mit gleichmäßigen Eigenschaften können erzeugt werden, wenn die Umkehrung der Polarität wiederholt durchgeführt wir do Die Elektroden 21, 22 können als Unterlagen (Substrate) des amorphen siliciumfilms verwendet werden, statt die Unterlage 9 an den Elektroden 21, 22 zu befestigen.
Fig. 4 zeigt eine Herstellungsanlage für einen amorphen Siliciumfilm, der als lichtempfindliches Material für Elektrofotographie verwendet wird, auf einer zylindrischen Unterlage ähnlich Fig. 2. Zylindrische Unterlagen 31, 32 sind an säulenförmigen Trägern 8 befestigt, die sich um zwei parallele Achsen drehen und erhitzt werden. Das Reaktionsgas wird in die Reaktionskammer 3 eingeleitet, die durch Absaugen bei Unterdruck gehalten wird.
Die Spannung wird dann zwischen den Unterlagen 31 und 32 durch die Träger 8 mittels der Speisespannungsquelle 7 angelegt, um die Glühentladung zu erzeugen. Wenn die Polarität der Spannung umgekehrt wird und der Erdungsabschnitt dann geändert wird, werden Anodenfilm und Kathodenfilm abwechselnd auf den Unterlagen 31 , 32 abgeschieden, um amorphe siliciumfilme mit gleichmäßigen Eigenschaften zu erhalten.
Fig. 5 zeigt eine Produktionsanlage zur Herstellung amorpher Siliciumfilme gleichzeitig auf einer Anzahl zylindrischer Unterlagen. In diesem Fall wird die Spannung angelegt zwischen den in einer Reihe angeordneten Unterlagen 31 und den in einer anderen Reihe angeordneten Unterlagen 32, wobei alle Unterlagen erhitzt und um senkrechte Achsen gedreht werden. Gemischte Filme, die aus Anodenfilmen und Kathodenfilmen zusammengesetzt sind, mit gleichmäßigen Eigenschaften werden dann auf den jeweiligen zylindrischen Unterlagen 31, 32 durch Umkehrung der Polarität erzeugt. Daher dient ein solches Verfahren zur Massen-
• ·
herstellung von lichtempfindlichen Materialien.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausfuhrungsform zur Herstellung amorpher Siliciumfilme gleichzeitig auf einer Anzahl von zylindrischen Unterlagen ähnlich Fig. 5. Unterlagen 31 , an welche die Spannung mit einer Polarität angelegt wird, und Unterlagen 32, an welche die Spannung mit einer anderen Polarität angelegt wird, sind versetzt (im Zickzack) angeordnet. Dementsprechend werden die Filmabscheidungsgeschwindigkeit und Gleichmäßigkeit der auf den Unterlagen abgeschiedenen amorphen Siliciumfilme weiter verbessert, weil die Glimmentladung in der Reaktionskammer gleichmäßig erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird die zwischen den Elektroden angelegte Spannung umgekehrt, und es werden gemischte Filme von Anoden- und Kathodenfilmen mit gleichmäßigen Eigenschaften auf erhitzten Unterlagen in Fabrikationsverfahren mit Gleichstrombetrieb oder kapazitivem Kopplungstyp zur Herstellung amorpher Siliciumfilme erzeugt. Daher wird die Ausbeute an Silicium aus dem Eeaktionsgas verbessert und damit der Gesamtwirkungsgrad erhöht, was die Herstellungskosten von Solarzellen oder fotosensitiven Materialien für Elektrofotographie unter Verwendung solcher amorpher Siliciumfilme verringert, da Anodenfilm und Kathodenfilm verwendet werden können, und bisher nutzloses, auf einer der Elektroden (besonders der Anode) abgeschiedenes Silicium verwendet werden kann/ Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren wirksam anwendbar zur Herstellung von feinkristallisierten amorphen Siliciumfilmen, die durch Erhöhung des Eingangs in den ähnlichen Plasma-Methoden der chemischen Gasphasenabscheidung erhalten werden .
Leerseite

Claims (7)

  1. MAY O9177HQ
    . THTeRStJWSTRASSE 27 JZ I / / U ö
    TELEGRAMME: MAYPATENT MDNOHEN TELEX Ο3·44β7 PATOP TELEFON COBOJ SSSOSI
    F-4-P-4/1832 München, 11, Mai 1982
    PFI 2454/DT Dr.M/mw
    Fuji Electric Company, Ltd. in Kawasaki, Japan und Fuji Electric Corporate Research and Development, Ltd. in Yokosuka, Japan
    Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung amorpher Siliciumfilme
    Patentansprüche
    (Λ 1 verfahren zum Herstellen eines amorphen Siliciumfilms auf einer Unterlage durch Zersetzen einer Siliciumverbindung mittels einer Glimmentladung, die zwischen Elektroden erzeugt wird, die in einer Reaktionskammer gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet daß die erhitzte Unterlage (31,32) auf beiden Elektroden angeordnet ist und die Polarität der angelegten Spannung in geeigneter Weise umgekehrt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden eine gegebenenfalls mit einer Gleichspannung überlagerte Hochfrequenzspannung angelegt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzten Unterlagen (31, 32) zylindrisch auf Trägern (8) mit paralleler Achse ausgebildet sind und mit diesen um deren Achsen gedreht werden.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21,22) parallele Platten sind, welche auf den einander zugewandten Seiten die Unterlagen (9) tragen.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Träger (8) mit parallelen Achsen in zwei Reihen einander gegenüber angeordnet sind, wobei sich in jeder Reihe Elektroden gleicher Polarität (31 bzw. 32) befinden.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Träger (8) mit parallelen Achsen in mehreren parallelen Reihen einander gegenüber angeordnet sind, wobei jede Elektrode (31) bezüglich der ihr nächstliegenden Elektroden (32) entgegengesetzte Polarität aufweist.
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