DE3407643C2 - Verfahren zur Herstellung eines amorphen Siliziumfilms - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines amorphen Siliziumfilms

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Erzeugung eines amorphen Siliziumfilms, bei welchem man ein durch Elektron-Zyklotron-Resonanz, die durch ein wechselndes elektrisches Feld und ein Magnetfeld hervorgerufen wurde, vorangeregtes Gas in einer Reaktionskammer, in der sich ein Substrat befindet, mit einem Siliziumatome enthaltenden gasförmigen Rohmaterial in Berührung bringt, um das gasförmige Rohmaterial in Radikale zu überführen, und durch Reaktion der Radikale mit dem Substrat auf diesem einen amorphen Siliziumfilm ausbildet. Das elektrische Wechselfeld läßt sich mit Hilfe von Mikrowellen erzeugen.

Description

gegangen, daß zur Herstellung eines amorphen Silizumfilms durch Plasmaabscheidung aus einem Silizium enthaltenden Trägergas
— ein Plasma-Generatorbereich von dem Bereich getrennt vorgesehen wird, in welchem der amorphe Siliziumfilm erzeugt wird, d. h. von dem Bereich, in dem ein Substrat angeordnet ist, und
— das Plasma durch Anregen eines Gases mittels Elektron-Zyklotron-Resonanz erzeugt wird.
Durch das erste Merkmal kann verhindert werden, daß hochenergetische Teilchen im Plasma den Silizium-Film beschädigen, d. h. es wird gewährleistet, daß der entstehende Siliziumfilm in seiner Phoioleitfähigkeit nicht beeinträchtigt ist
Durch das zweite Merkmal wird die Bildungsgeschwfedigkeit des Plasmas erhöht, so daß ein amorpher Siliziumfilm rasch erzeugt werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Ausnutzung dieser Merkmale ein Verfahren zur Herstellung eines für die Elektrophotographie geeigneten photoleitfähigen amorphen Siliziumfilms zu schaffen, der mit hoher Geschwindigkeit erzeugbar sein und einen hohen Dunkel-Widerstandswert aufweisen solL
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich speziell aus den Patentansprüchen 2 bis 5.
An der vorliegenden Erfindung ist zunächst wesentlich, daß zusätziich zu den beiden oben erwähnten Merkmalen noch Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff für das das Plasma bildende Gas verwendet werden.
Der für das Plasma vorgesehene Wasserstoff macht es möglich, die nicht-paarigen Bindungen in dem sich ergebenden amorphen Siliziumfilm zu vermindern. Auch wir^ eine rasche Erzeugung des amorphen Siliziumfilms begünstigt
An sich ist Wasserstoff bereits bei der Herstellung eines amorphen Siliziumfilmes vorhanden, wenn Silan oder Disilan zersetzt wird, das als Speisegas verwendet wird, da durch diese Zersetzung Wasserstoff entsteht Als Ergebnis kann die Entstehui^j nicht-paariger Bindungen in gewissem Ausmaß vermindert werden.
Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Vermeidung nichtpaariger Bindungen vernachlässigbar klein ist gegenüber einem Fall, in dem — wie bei der vorliegenden Erfindung — Wasserstoff für das das Plasma erzeugende Gas benutzt wird.
Weiterhin trägt Wasserstoff in einem amorphen Siliziumfilm zur Steigerung von dessen spezifischem Widerstand bei, so daß der so erzeugte amorphe Siliziumfilm einen hohen Dunkel-Widerstandswert besitzt und daher als photoleitender Film in der Elektrophotographie besonders geeignet ist.
Auch Stickstoff trägt in einem amorphen Siliziumfilm zur Erhöhung des spezifischen Widerstandes bei. Allerdings sollte der Anteil an Stickstoff nicht so groß sein, daß der sich ergebende Film aus Siliziumnitrid besteht, da ein Siliziumnitridfilm keine Photoleitfähigkeit aufweist
Die leitende Trommel wird in der Reaktionskammer gedreht, so daß auf ihr ein homogener amorpher Siliziumfilm entsteht. ZusffTÜch wird das Plasma so in die Reaktionskammer eingeführt, daß es den Rohmaterial-Gas-Strom kreuzt, so daß das Plasma nicht direkt auf den auf der Trommel gerade gebildeten amorphen Siliziumfilm auftreffen kann. Dadurch werden Beschädigungen des entstehenden amorphen Siliziumfilms vermieden.
Die Erfindung ermöglicht so ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen eines äußerst gleichmäßigen und homogenen amorphen Siliziumfilmes auf der Oberfläche einer Trommel.
ίο Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert Im einzelnen zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer zur erfindungsgemäßen Ausbildung eines amorphen Siliziumfilms geeigneten Vorrichtung und
Fig.2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß F i g. 1.
Je nach den gewünschten Eigenschaften des zu erzeugenden Siliziumfilms können als voranzuregende Gase die verschiedensten Arten von Gasen verwendet werden. Da;, voranzuregende Gas kann aus einem Gas mit mindestens einer der Molekülar-n (H2, CH4, N2, O2) und einer Atomart, nämlich H, C, N, O und F, oder einem Gas mit einer der Molekülarten B2H6 oder PF5 und einem Element der Gruppe HIB oder VB des Psriodensystems bestehen. Ein derartiges Gas vermag das gasfönrjge Rohmaterial anzuregen und wird zur Steuerung der elektrischen oder optischen Eigenschaften des amorphen Siliziumfilms in letzteren dotiert Die gasförmigen Dotiermittel brauchen nicht immer in dem voranzuregenden Gas enthalten zu sein. Das voranzuregende Gas kann ein Edelgas oder gasförmigen Wasserstoff enthalten. In das gasförmige Rohmaterial können weitere Gase mit den zur Dotierung benötigten Atomen eingemischt werden.
Die Gasvoranregung kann mit Hilfe einer durch Mikrowellen und eines Magnetfeldes erzeugten Elektron-Zykiotron-Resonanz durchgeführt werden. Zu einer Elektron-Zyklotron-Resonanz kommt es durch Applikation von mittels eines Mikrowellengenerators erzeugten Mikrowellen auf das im Magnetfeld zugeführte Gas.
Das gasförmige Rohmaterial besteht aus einem Gas
mit mindestens Siliziumatome enthaltenden Molekülen,
z. B. gasförmigem SiH4 und/oder Si2H6. Das gasförmige Rohmaterial ist durch gasförmmigen Wasserstoff verdünnt Darüber hinaus kann — wie beschrieben — das gasförmige Rohmaterial gasförmige Dotiermittel enthalten.
Die Umwandlung des gasförmigen Rohmaterials zu Radikalen mit Hilfe eines durch Elektron-Zykiotron-Resonanz vorangeregten Gasplasmas erfolgt derart, daß das gasförmige Rohmaterial und das vorangeregte Gas gleichzeitig bei vermindertem Druck einer Vakuumkammer zugeführt und darin gemischt werden. Andererseits wird in der Vakuumkammer ein Raum zur Anregung des Gases gebildet und das anzuregende Gas diesem Raum zugeführt. Nachdem das bett'eff ende Gas in dem Raum angeregt worden ist, wird das vorangeregte Gas mit dem getrennt zugeführten gasförmigen Rohmaterial in Berührung gebracht, so daß da gasförmige
eo Rohmaterial in den Radikalzustand angeregt werden kann.
Die durch Anregung des gasförmigen Rohmaterials entstandenen Radikale werden dann mit der Unterlage in Berührung gebracht, wobei sich auf dieser ein amorpher Siliziumfilm Lüdet.
Die Unterlage besteht aus einem leitenden Material, z. B. Aluminium, in Form einer Trommel. Wenn die durch Anregung des gasförmigen Rohmaterials entstan-
denen Radikale mit der Unterlage in Berührung gebracht werden, wird diese vorzugsweise auf eine Temperatur von 100-4000C erwärmt Die Trommel wird beim Inberührungbringen mit dem Gasplasma gedreht, so daß sich der amorphe Siliziumfilm gleichmäßig auf der Mantelfläche der Trommel ablagern kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in den verschiedensten Vorrichtungen durchgeführt werden. Im folgenden wird eine Vorrichtung zur Ausbildung eines photoleitfähigen amorphen Siliziumfilms, in der sich das erfindungsgemäße Verfahren mit gutem Erfolg durchführen läßt, näher erläutert.
Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung zur Ausbildung eines photoleitfähigen amorphen Siliziumfilms enthält eine hermetisch abzudichtende Einrichtung, z. B. eine Vakuumkammer 2, die frei zu öffnen und/oder zu schließen ist, und einen Reaktor 4 zur Voranregung. In der Vakuumkammer 2 ist eine Tragplatte 10 vorgesehen. Auf der Tragplatte iö iiegt eine piaitenförmige Unterlage 6. Die Tragplatte 10 enthält eine Heizeinrichtung 8 zum Erwärmen der auf der Tragplatte 10 liegenden Unterlage 6. An die Vakuumkammer 2 ist über ein Ventil 14 ein Zufuhrrohr 12 für gasförmiges Rohmaterial angeschlossen. Letzteres wird der Unterlage 6 zugeführt. Ferner enthält die Vakuumkammer 2 eine Absaugeinrichtung, z. B. eine nicht dargestellte mechanische Förderpumpe, eine nicht dargestellte Diffusionspumpe und eine nicht dargestellte Kreiselpumpe. Die Vakuumkammer 2 und der Reaktor 4 zur Voranregung können auf ein hohes Vakuum von 1333 x 10"6 Pa evakuiert werden. Der Reaktor 4 zur Voranregung befindet sich im oberen Teil der Vakuumkammer 2. Um den Reaktor 4 zur Voranregung ist eine Spule 18 herumgeführt Wenn die Spule 18 mit elektrischem Strom versorgt wird, entsteht im Reaktor 4 zur Voranregung ein Magnetfeld. Zur Zufuhr des voranzuregenden Gases ist «_ j«„. D..1.IA. λ -.·- \/«^onm^..„„ .".k« »:-. i/n«»;i to
CXII WW·* >-«.*»UntXSl T CUl TVIUlUVgUllg uis^.1 Will tvÜlM »» ein Gaszufuhrrohr 20 angeschlossen. Femer ist an den Reaktor 4 zur Voranregung über einen Scheider 24 aus Quarzglas ein kreisförmiger Wellenleiter 26 angeschlossen. Auf dem Wellenleiter 26 ist ein Mikrowellengenerator M mit einer Magnetfeld wanderröhre 28 vorgesehen. Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung dient zur Ausbildung eines amorphen Siliziumfilms auf der Mantelfläche einer trommeiförmigen Unterlage. Die Vorrichtung enthält ein hermetisch zu verschließendes Reaktionsgefäß, z. B. eine Vakuumkammer 102, die frei zu öffnen und/oder zu schließen ist, sowie ein Paar Reaktoren 104/4 und 1045 zur Voranregung, die einander entgegengesetzt an beiden Enden der Vakuumkammer 102 angeordnet sind. In der Vakuumkammer 102 befindet sich ein trommelförmiger Träger 110 zur Aufnahme eines Substrats 106. Der trommeiförmige Träger 110 dreht sich zusammen mit der Unterlage 106. Ferner enthält der trommeiförmige Träger 110 eine Heizeinrichtung zur Erwärmung der Unterlage 106 auf eine gegebene Temperatur. An eine Seitenfläche der Vakuumkammer 102 ist über ein Ventil 114 eine Zufuhrleitung 112 für gasförmiges Rohmaterial (zur Zufuhr des gasförmigen Materials zur Vakuumkammer 102) angeschlossen. Ferner enthält die Vakuumkammer 102 eine Absaugeinrichtung, z. B. eine nicht dargestellte mechanische Förderpumpe, eine nicht dargestellte Diffusionspumpe und eine nicht dargestellte Kreiselpumpe. Die Vakuumkammer 102 sowie die Reaktoren 104/. und 1045 zur Voranregung können auf ein hohes Vakuum von 1333 χ 10"6 Pa evakuiert werden. Um die Reaktoren 104/4 und 1045 zur Voranregung sind Spulen 118 herumgeführt. Wenn durch die Spulen 118 ein elektrischer Strom fließt bilden sich in den Reaktoren 104/4 und 1045, d. h. in den Plasmaerzeugungnkammern, Magnetfelder. Die Reaktoren 104/4 und 1045 zur Voranre-
s gung sind mit Ventilen 122 ausgestattet. An die Reaktoren 104/4 und 1045 zur Voranregung sind Gaszufuhrleitungen 120 zur Zufuhr des Gases zu den entsprechenden Reaktoren 104/4 bzw. 1045 vorgesehen. Ferner sind an die Reaktoren 104Λ und 1045 über Separatoren 124
ίο aus Quarzglas kreisförmige Wellenleiter 126 angeschlossen. Auf den Wellenleitern 126 sind schließlich nicht dargestellte Mikrowellengeneratoren mit nicht dargestellten Magnetfeldröhren befestigt.
Die folgenden Beispiele sollen die Durchführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung in den in F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen näher erläutern.
Beispiel 1
Zur Ausbildung eines lichtempfindlichen amorphen Siliziumfilms wird die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung verwendet.
In die geöffnete Vakuumkammer 2 wird auf die Trägerplatte 10 eine Unterlage 6 gelegt, worauf die Vaku- umkammer 2 hermetisch verschlossen wird. Danach wird die Unterlage 6 mit Hilfe der Heizeinrichtung 8 auf eine Temperatur von 300° C erwärmt. Nun werden die Vakuumkammer 2 und der Reaktor 4 zur Voranregung mittels der Diffusionspumpe und der Kreiselpumpe auf
einen Druck von 1333 χ 10~6 Pa evakuiert Durch öffnen der Ventile 14 und 22 werden dem Reaktor 4 zur Voranregung 99,999% H2 bzw. der Vakuumkammer 2 100% SiH4 zugeführt Danach wird das Absaugsystem der Vakuumkammer 2 von der Diffusionspumpe und der Kreiselpumpe auf die mechanische Förderpumpe und die Kreiselpumpe umgeschaltet Nachdem die Strö-
migen SiH4 auf 100 Normal-cmVmin bzw. 150 NormalcmVmin eingestellt worden sind (Verdünnungsverhält- nis: 60%), wird das Absaugsystem so eingestellt daß der Druck in der Vakuumkammer 2 und im Reaktor 4 zur Voranregung 40 Pa beträgt
Durch Einschalten der Magnetfeldröhre 28 werden 2,45-GHz-Mikrowellen von 300W Leistung erzeugt.
Gleichzeitig wird an die Spule 18 ein Wechselstrom angelegt wobei im Reaktor 4 zur Voranregung ein Magnetfeld einer Magnetflußdichte von 875 Gauß entsteht Aufgrund der Mikrowellen und des Magnetfeldes tritt im Reaktor 4 zur Voranregung eine Elektron-Zyklo tron-Resonanz auf, so daß die Elektronen eine m F i g. 1 dargestellte schrauben- bzw. wendelförmige Bewegung vollführen. Aufgrund dessen erfolgt eine wirksame Wasserstoffanregung, wobei ein Wasserstoffgasplasma mit einer Reihe von Wasserstoff radikalen entsteht
Das Wasserstoffgasplasma wird aus dem Reaktor 4 zur Voranregung zur Vakuumkammer 2 geleitet und dort mit dem gasförmigen Material in Berührung gebracht Die Wasserstoffradikale reagieren mit SiH4 unter Bildung einer Reihe von Siliziumradikalen. Die Silizi- umradikale ihrerseits werden mit der Oberfläche der auf 300° C erwärmten Unterlage 6 in Berührung gebracht, wobei sich auf der Oberfläche der Unterlage 6 ein amorpher Siliziumfikn bildet In der geschilderten Weise entsteht innerhalb von 1 h ein amorpher Siiiziumfilm.
Nach 1 h werden die Magnetfeldröhre 28 und die Wechselstromquelle abgeschaltet Ferner werden die Ventile 14 und 22 geschlossen, um die Zufuhr des gasför-
migen H2 und des gasförmigen Rohmaterials zu beenden. Nachdem der Druck in der Vakuumkammer 2 wieder auf 133,3 χ ΙΟ-4 Pa entspannt worden war, wird die Heizeinrichtung 8 abgeschaltet. Danach wird die Unterlage 6 sich von selbst abkühlen gelassen. Nachdem die Temperatur der Unterlage 6 auf unter 1000C gesunken ist, wird der gebildete photoleitfähige amorphe Silizium'/<-> rper aus dem amorphen Siliziumfilm auf der Unterlage 6 aus der Vakuumkammer 2 entnommen.
Die Stärke des gebildeten amorphen Siliziumfilms beträgt 12μπι.
Eine Messung der Photoleitfähigkeit des amorphen Siliziumfüms ergibt einen Dunkelwiderstand von 10" Ωΰΐτι. Bei einer Belichtung mit einer Dichte von IO15 Photonen/cm2 und einer Wellenlänge von 633 ηm beträgt der Belichtungswiderstand 107 ficm.
Beispiel 2
Dem Reaktor 4 zur Voranregung wird ein Gasgemisch aus 100 Normal-cmVmin gasförmigen H2 und 50 SCCM gasförmigen N2 zugeführt. Ferner wird der Vakuumkammer 2 ein Gasgemisch aus 200 NormalcmVmin (Verdünnungsverhältnis: 57%) gasförmigen SiH-i und gasförmigen B2H6 (Verhältnis B2H6/SiH4 = 5x 10-6) zugeführt. Der Druck in der Vakuumkammer 2 und im Reaktor 4 zur Voranregung zum Zeitpunkt der Plasmaerzeugung wird auf 26,66 Pa eingestellt. Die sonstigen Verfahrensparameter bei der Herstellung des amorphen Siliziumfüms entsprechen de:. Verfahrensparametern in Beispiel 1.
Der gebildete amorphe Siliziumfilm ist schwach mit Boratomen dotiert und besitzt eine Stärke von 13 μπι.
Bei einer Messung der elektrischen Leitfähigkeit des gebildeten amorphen Siliziumfilms ergibt sich ein Dunkelwiderstand von 10l3ficm. Bei Belichtung mit einer Dichte von 1015 Photonen/cm2 und einer Wellenlänge von 633 nm beträgt der Belichtungswiderstand ΙΟ'Ωαη.
Beispiel 3
Bei der Herstellung des amorphen Siliziumfüms wird die Vorrichtung gemäß F i g. 2 verwendet
Nach dem öffnen der Vakuumkammer 102 und Befestigen der Unterlage 106 auf dem trommeiförmigen Träger 110 wird die Vakuumkammer 102 hermetisch abgedichtet. Nun wird die Unterlage 106 mit Hilfe der Heizeinrichtung auf eine Temperatur von 3000C erwärmt Die Vakuumkammer 102 und die Reaktoren 104Λ und 104S zur Voranregung werden mittels der Diffusionspumpe und der Kreiselpumpe auf einen Druck von 1333 x 10"6 Pa evakuiert Durch öffnen der Ventile 114 und 122 werden den Reaktoren tO4A und 104S zur Voranregung 99599% gasförmiger H2 (Strömungsgeschwindigkeit: 150 Normal-cm3/min) bzw. der Vakuumkammer 102 100% gasförmiges SiH4 (Strömungsgeschwindigkeit: 300 Normai-cmVmin) zugeführt Gleichzeitig wird das Absaugsystem der Vakuumkammer 102 von der Diffusionspumpe und der Kreiselpumpe auf die mechanische Förderpumpe und die Kreiselpumpe umgeschaltet um den Druck der Vakuumkammer 102 und der Reaktoren 104,4 und 1045, d. h. der Plasmaerzeugungskammern, auf 66,65 Pa einzustellen.
Durch Inbetriebnahme der Magnetfeldröhren werden 2,45-GHz-MikrowelIen einer Leistung von 300 W erzeugt Gleichzeitig wird den Spulen 118 ein elektrischer Strom zugeführt, um in den Reaktoren 104*4 und 104ß Magnetfelder einer Magnetflußdichte von 875 Gauß zu erzeugen. Mit Hilfe der Mikrowellen und der Magnetfelder in den Reaktoren 104/4 und 104ß zur Voranregung kommt es zu einer Elektronen-Zyklotronen-Resonanz. Die gebildeten Elektronen vollführen eine schrauben- bzw. wendeiförmige Bewegung (vgl. F i g. 2), was zu einer wirksamen Anregung des Wasserstoffs unter Bildung eines Wasserstoffgasplasmas mit einer Reihe von Wasserstoffradikalen führt.
Das Wasserstoffgasplasma wird aus den Reaktoren 104,4 und 104ß zur Vornnregung der Vakuumkammer 102 zugeführt und darin mit dem gasförmigen Rohmaterial in Berührung gebracht. Hierbei reagieren die Wasserstoffradikale mit SiH4 unter Bildung einer Reihe von Siliziumradikalen. Diese werden mit der Außenseite der mit gegebener Geschwindigkeit gedrehten und auf eine Temperatur von 300° C erwärmten Unterlage 106 in Berührung gebracht, so daß sich auf der Mantelfläche der
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Der amorphe Siliziumfilm bildet sich innerhalb von
2 h.
Nach 2 h werden die Magnetfeldröhren und der elektrische Strom abgeschaltet. Darüber hinaus werden die Ventile 114 und 122 geschlossen, um die Zufuhr des gasförmigen H2 und des gasförmigen Rohmaterials zu beenden. Nachdem die Vakuumkammer 102 wieder auf einen Druck von 1333 x 10"4 Pa gebracht worden war, wird auch die Heizeinrichtung abgeschaltet. Nun wird die Unterlage 106 sich von selbst abkühlen gelassen.
Nachdem die Temperatur der Unterlage 106 auf unter 100°C gesunken war, wird eine photoleitfähige amorphe Siliziumtrommel in Form des auf der Unterlage 106 entstandenen amorphen Siliziumfüms aus der Vakuumkammer 102 entnommen.
Die Stärke des gebildeten amorphen Siliziumfüms beträgt 23 μπι.
Wird der erhaltene, aus amorphem Silizium bestehende trommeiförmige Photoleiter mittels Gleichstrom-Koronaentladung von — 6,0 kV aufgeladen, erreicht man ein Oberflächenpotential von —200 V. Bei Belichtung mittels einer Halogenlampe mittels 2,5 · Lux s und Trockenentwicklung mittels einer Magnetbürste unter Verwendung eines positiv geladenen Toners erhält man ein qualitativ gutes Bild.
Beispiel 4
Den Reaktoren 104,4 und 104S zur Voranregung wird ein Gemisch von 150 Normal-cmVmin gasförmigen H2 und 80 Normal-cmVmin gasförmigen N2 zugeführt Der Vakuumkammer 102 wird ein Gasgemisch aus 300 Normal-cmVmin (Verdünnungsverhältnis: 57%) aus gasförmigem SiH4 und B2H6 (Verhältnis B2H6VSiH4: 2 χ 10"6) zugeführt Die Ablagerungsdauer für den amorphen Siliziumfilm beträgt 1,5 h. Die sonstigen Verfahrensparameter des vorliegenden Beispiels bei der Herstellung des amorphen Siliziumfilms entsprechen den Verfahrensparametern des Beispiels 3.
Der gebildete amorphe Siliziumfilm ist schwach mit Boratomen dotiert und besitzt eine Stärke von 18 μπι.
Wird der erhaltene und aus amorphem Silizium bestehende trommeiförmige Photoleiter mittels einer Gleichstrom-Koronaentladung von + 6,0 kV aufgeladen, erreicht man ein Oberflächenpotential von +500 V. Mktels einer Halogenlampe mit 3,0 - Lux s und Trockenentwicklung mittels einer Magnetbürste unter Verwendung eines negativ geladenen Toners erhält man ein qualitativ hochwertiges Bild. Bei negativer Koronaent-
ladung erreicht man ein Oberflächenpotential von lediglieh-100 V.
Bei Durchführung des Verfahrens beschädigen die hochenergetischen Teilchen in dem bei Applikation einiger 100 Watt Leistung entstandenen Plasma nicht di- rekt den amorphen Siliziumfilm, da der Plasmaerzeugungsraum beträchtlich von dem Raum, in dem der SiIi- |: ziumfilm wächst, getrennt ist Das Ergebnis davon ist,
p§ daß die Photoleitfähigkeit des gebildeten amorphen SiIi-
i| ziumfilms nicht beeinträchtigt ist Da ferner das Gas to
durch Elektron-Zyklotron-Resonanz angeregt wird, > steigt die Bildungsgeschwindigkeit das Gasplasmas, so
daß sich der amorphe Siliziumfilm mit hoher Geschwin-H digkeit bildet Wenn das die Dotieratome enthaltende
I* Moleküleinsatzmaterial entweder in das veranzuregen- is
!■·; de Gas oder das gasförmige Rohmaterial eingemischt
■ .-· wird, lassen sich amorphe Siliziumfilme unterschiedli-
eher Photoleitereigenschaften herstellen.
p. Der erfindungsgemäS ausgcbüucic arüürphe Silizi-
umfilm eignet sich in höchst vorteilhafter Weise als elektrophotographischer Photoleiter. Darüber hinaus kann der amorphe Siliziumfilm auch als Bildsensor u.dgl. Verwendung finden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
30
35
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45
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Claims (5)

1 2 führt Während diese unter Vakuum gehalten wird, wer- Patentansprüche: den an eine Gegenelektrode zu dem in der Vakuum kammer befindlichen leitenden Substrat eine Gleich-
1. Verfahren zur Herstellung eines amorphen SiIi- oder Wechselspannung oder elektromagnetische WeI-ziumfilms, bei dem 5 len angelegt Hierbei kommt es zu einer ein Plasma
liefernden Glimmentladung. Das Ionen und Radikaie
— in mindestens einer Plasma-Generatorkammer enthaltende Plasma wird mit dem in der Vakuumkammer, 1MB) ein Gas durch mit wechselnden mer befindlichen leitenden Substrat in Berührung geelektrischen und magnetischen Feldern erzeug- bracht, wobei sich auf dem leitenden Substrat ein amorter Elektron-Zyklotron-Resonanz angeregt und io pher Siliziumfilm bildet
so ein Plasma erzeugt wird, Bei diesen üblichen Maßnahmen läßt sich ohne An-
— im Abstand von und in Verbindung mit der min- Wendung hoher Energie kaum ein Plasma mit einer grodestens einen Plasma-Generatorkammer (104Λ ßen Zahl von Siliziumradikalen erzeugen. Wenn die an-1045J eine Reaktionskammer (102) vorgesehen gewandte Energie im Bereich zwischen einigen 10 Watt A*?rd·... -.5 und einigen 100 Watt liegt ist die Ablagerungsge-
— ein Siliziumatome enthaltendes Rohmaterial- schwindigkeit des amorphen Siliziumfilms auf dem lei-Gas in die Reaktionskammer (102) eingeleitet tenden Substrat gering. Bestenfalls beträgt die maximawird, um einen Rohmaterial-Gas-Strom auf ein Ie Ablagerungsgeschwindigkeit 3 μΐη/h. Eine solche in der Reaktionskammer (102) enthaltenes Ob- niedrige Geschwindigkeit läßt erheblich zu wünschen jeki zu richten, 20 übrig. Es dauert folglich mindestens 6 h, einen amor-
— das Plasma aus ac- mindestens einen Plasma- phcn Siliziuinfilni einer Stärke von 20μπι auszubilden. Generatorkammer (104A iO4B) derart in die Somit können also photoleitende amorphe Siliziumfilme Reaktionskammer (102) eingeführt wird, daß nicht mit hoher Geschwindigkeit in Massenproduktion das Rohmaterial-Gas in Radikale überführt hergestellt werden. Wenn jedoch zur Steigerung der wird, und 25 Ablagerungsgeschwindigkeit des amorphen Silizium-
— ein photoleitender Film mit amorphem Silizium films mit höherer Energie gearbeitet wird, verstopft das durch Reaktion der Radikale mit der Objekt- durch epitaxiale Geaktion in dem gasförmigen Rohmaoberfläche auf dieser gebildet wird, terial entstandene Siliziumpulver das in der jeweils benutzten Vorrichtung enthaltene Ableit- bzw. Absaugsy-
dadurchgekennzeichnet, daß 30 stem. Wenn darüber hinaus die Pulvermenge steigt, vergrößert sich in höchst nachteiliger Weise der Anteil der
— das Objekt eine drehbare Trommel (110) ist auf Si=H2-Bindungen auf Kosten der Si - Η-Bindungen, so deren MantelHäche ein elektrisch leitendes daß die Photoleitfähigkeit des gebildeten amorphen SiIi-Substrat (iO6) vorgesehen ist ziumfilms beeinträchtigt wird.
— das Gas in der Plasaia-Generatorkammer 35 Aus der GB-OS 20 76 587 ist eine Plasma-Abschei-(104A i04b) Wasserstoff oder eine Mischung dungsvorrichtung bekannt, bei der in einer beispielsweivon Wasserstoff und Stickstoff enthält und se Argon enthaltenden Plasma-Generatorkamrner mit-
— die Trommel (110) während der Einführung des tels Spulen elektromagnetische Felder erzeugbar sind, Plasmas gedreht wird. die das Argon-Gas in Zyklotron-Resonanz anregen. Im
40 Abstand von und in Verbindung mit dieser Plasma-Ge-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- neratorkammer ist eine Probenkammer vorgesehen, in zeichnet daß als wechselndes elektrisches Feld ein die Silan mittels eines Stahlrohres eingeführt werden Mikrowellen-Feld verwendet wird. kann. Der Plasma-Strom schneidet den Silan-Gas-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Strom, wodurch beim Zusammenprall der Silan-Molegekennzeichnet, daß für das Rohmaterial-Gas Silan 45 küle mit dem Plasma Silan-Radikale entstehen, die auf oder Disilan verwendet wird. einem in der Probenkammer enthaltenen Substrat einen
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Siliziumfilm bilden.
dadurch gekennzeichnet, daß im Rohmaterial-Gas Weiterhin ist aus der EP-PS 27 553 ein Verfahren be-
außerdem ein Dotierelement aus der Gruppe JIIB kannt, mit dem Halbleiterbauelemente aus amorphem
und/oder VB des Periodensystems enthalten ist 50 Silizium mit wesentlich erhöhten elektrischen Eigen-
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, schäften hergestellt werden können. Hierzu wird das dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Plasma- amorphe Silizium durch Glimmentladung aus Silan oder Generatorkammer, aus der ebenfalls Plasma in die anderen geeigneten Siliziumverbindungen in einem Ab-Reaktionskammer eingeführt wird, der ersten Pias- scheidungsgefäß abgeschieden, in welchem ein Magnetma-Generatorkammer gegenüberliegend angeord- 55 feld quer zu einem elektrischen Feld verläuft und derart net wird. beschaffen ist daß die Elektronen aus der Gasentladung
auf in sich geschlossenen Bahnen oberhalb eines Sub-
strates geführt sind, auf dem das amorphe Silizium erzeugt werden soll.
60 Schließlich beschreibt die DE-OS 33 22 680 ein Ver-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fahren zum Aufwachsen eines Silizium enthaltenden eines amorphen Siliziumfilms nach dem Oberbegriff des Films auf einer Oberfläche eines Substrats. Als Entla-Patentanspruches 1. dungsgas in einem Plasma-Abscheidungsgefäß wird ein
Eine übliche Glimmentladung als eine Maßnahme zur Siliziumhalogenid-Gas verwendet, wobei in dieses Va-Ausbildung eines amorphen Siliziumfilms auf einem lei- 65 kuumgefäß Mikrowellen eingekoppelt werden. Außertenden Substrat wird wie folgt durchgeführt: Ein gasfor- dem liegt ein Magnetfeld an, so daß auch hier Elektronmiges Rohmaterial, z.B. gasförmiges SiH4, wird einer Zyklotron-Resonanz ausgenutzt wird,
als Reaktionsgefäß dienenden Vakuumkammer züge- Bei der vorliegenden Erfindung wird nun davon aus-
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