DE3742110A1

DE3742110A1 - Verfahren zur bildung funktioneller aufgedampfter filme durch ein chemisches mikrowellen-plasma-aufdampfverfahren

Info

Publication number: DE3742110A1
Application number: DE19873742110
Authority: DE
Inventors: Keishi Saitoh; Junichiro Hashizume; Shigehira Iida; Tetsuya Takei; Takayoshi Arai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-12-12
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1988-06-16
Anticipated expiration: 2007-12-12
Also published as: US5061511A; DE3742110C2; US4957772A

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Bildung eines funktionellen aufgedampften bzw. abgeschiedenen Films wie z. B. eines amorphen Siliciumfilms, eines amorphen Germaniumfilms, eines amorphen Silicium-Germanium-Films, eines amorphen Siliciumcarbidfilms, eines amorphen Siliciumnitridfilms oder eines amorphen Siliciumoxidfilms, der als amorphes Halbleitermaterial immobilisiert werden kann und der z. B. in elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien, Dünnfilmtransistoren, Photosensoren und Solarzellen als Halbleiterbauelement verwendbar ist. Sie betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Bildung des vorstehend erwähnten funktionellen aufgedampften Films durch ein chemisches Mikrowellen-Plasma-Aufdampfverfahren (nachstehend als "MW-PCVD-Verfahren" bezeichnet). Unter dem Begriff "Filme" sind dünne Schichten zu verstehen.

Bisher sind verschiedene Arten von funktionellen aufgedampften bzw. abgeschiedenen Filmen bekannt, bei denen es sich um sogenannte amorphe Halbleitermaterialfilme handelt. Zusammen mit der Bereitstellung solcher funktioneller aufgedampfter bzw. abgeschiedener Filme sind verschiedene Verfahren zu ihrer Bildung durch ein MW-PCVD-Verfahren bekannt, z. B. aus der US-PS 45 04 518.

Gemäß einem solchen bekannten Verfahren ist es möglich, einen funktionellen aufgedampften Film mit einem praktisch akzeptablen Ausnutzungsgrad eines gasförmigen Ausgangsmaterials und auch mit einer praktisch akzeptablen Abscheidungs- bzw. Aufdampfungsgeschwindigkeit zu bilden.

Bei allen funktionellen aufgedampften Filmen, die durch ein solches bekanntes MW-PCVD-Verfahren erhalten werden, gibt es jedoch noch ungelöste Probleme, und zwar hinsichtlich der Filmqualität das Problem, daß die Filme eine prismatische Struktur haben, sowie Probleme hinsichtlich der Arbeitskenngrößen, insbesondere hinsichtlich der optischen und elektrischen Eigenschaften der Filme bei wiederholter Anwendung. Die Filme können deswegen nur zu beschränkten Zwecken angewandt werden, so daß sie nicht in ausgedehntem Maße verwendbar sind; d. h., daß beispielsweise im Fall der Verwendung eines solchen Films als photoempfindliches Element bzw. photoempfindliche Schicht in einem elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterial oder einem Laserstrahldrucker der Film zwar hinsichtlich der Dunkel-Leitfähigkeit und der Photoleitfähigkeit zufriedenstellend ist, jedoch die Probleme auftreten, daß die Ansprechgeschwindigkeit für die Photoleitfähigkeit langsam ist und deshalb oft Geisterbilder vorkommen. Diese Probleme werden im Fall eines elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterials, das eine lichtempfangende Schicht mit großer Fläche und großer Schichtdicke hat, bedeutsam. Gleichermaßen wird in dem Fall, daß ein solcher Film als Halbleiterbauelement z. B. in einer Solarzelle, einem Dünnfilmtransistor oder einem Photosensor verwendet wird, wird die erhaltene Vorrichtung oft derart, daß sie eine langsame Ansprechgeschwindigkeit für die Photoleitfähigkeit hat und kein schnelles Ansprechverhalten zeigt.

Als Hauptgrund für die vorstehend erwähnten Probleme wird angenommen, daß es bei dem bekannten MW-PCVD-Verfahren zur Bildung eines funktionellen aufgedampften Films schwierig ist, eine Mikrowellen-Plasma-Entladung für eine lange Zeit in einem stabilen Zustand zu halten, und daß die Mikrowellen-Plasma-Entladung bald turbulent wird, wodurch insbesondere bei den elektrischen Eigenschaften des erhaltenen Films unerwünschte Änderungen verursacht werden.

Die Erfinder haben umfassende Untersuchungen durchgeführt, um die Probleme, die bei dem vorstehend erwähnten bekannten MW-PCVD-Verfahren auftreten, zu lösen und dieses Verfahren zweckdienlich zu verbessern, so daß es möglich gemacht wird, in wirksamer Weise einen in ausgedehntem Maße verwendbaren funktionellen aufgedampften Film zu bilden, der viele praktisch anwendbare Eigenschaften hat, ohne daß solche Probleme auftreten, wie sie bei dem bekannten MW-PCVD-Verfahren gefunden werden.

Als Ergebnis haben die Erfinder schließlich ein verbessertes MW-PCVD-Verfahren entwickelt, das eine wirksame und stabile Bildung eines erwünschten funktionellen aufgedampften Films ermöglicht, der in ausgedehntem Maße als Halbleiterbauelement z. B. in elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien, Dünnfilmtransistoren, Photosensoren und Solarzellen verwendbar ist.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes MW-PCVD-Verfahren bereitzustellen, das eine wirksame und stabile Bildung eines funktionellen aufgedampften Filmes wie z. B. eines Halbleitermaterialfilms ermöglicht, der hervorragende optische und elektrische Eigenschaften hat und in ausgedehntem Maße als Halbleiterbauelement in den verschiedenen vorstehend erwähnten Vorrichtungen verwendbar ist.

Ferner soll durch die Erfindung ein verbessertes MW-PCVD-Verfahren bereitgestellt werden, das mit einer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit und ohne durch Polymerisation eines gasförmigen Ausgangsmaterials verursachte Erzeugung von Polysilanpulver eine wirksame und stabile Bildung eines funktionellen aufgedampften amorphen Films wie z. B. eines amorphen Halbleitermaterialfilms ermöglicht, der hervorragende optische und elektrische Eigenschaften hat und in ausgedehntem Maße als Halbleiterbauelement in den verschiedenen vorstehend erwähnten Vorrichtungen verwendbar ist.

Des weiteren soll durch die Erfindung ein verbessertes MW-PCVD-Verfahren bereitgestellt werden, das eine Ausnutzung von im wesentlichen oder tatsächlich 100% des gasförmigen Ausgangsmaterials zur Bildung des vorstehend erwähnten funktionellen aufgedampften amorphen Films mit einer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit veranlaßt und eine großtechnische Massenfertigung des erwähnten Films ermöglicht, wodurch eine Fertigung mit niedrigen Kosten möglich gemacht wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung dienende schematische Darstellung.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittzeichnung einer MW-PCVD-Vorrichtung, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens geeignet ist.

Fig. 3 ist ein schematischer Grundriß der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung von Versuchen, die die Wechselbeziehung zwischen der Aufdampfungs- bzw. Abscheidungsgeschwindigkeit und der Mikrowellenenergie erläutert.

Fig. 5 ist eine Teil-Schnittzeichnung eines in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterials.

Die Erfinder haben zur Überwindung der vorstehend erwähnten Probleme des bekannten MW-PCVD-Verfahrens und zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgaben die Wechselbeziehung zwischen der Abscheidungsgeschwindigkeit eines gasförmigen Ausgangsmaterials auf ein Substrat in einer Reaktionskammer und der Mikrowellenenergie, die dem gasförmigen Ausgangsmaterial zuzuführen ist, beobachtet. Diese Beobachtungen wurden unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten MW-PCVD-Vorrichtung auf der Grundlage des Verhaltens des zu der Bildung eines aufgedampften bzw. abgeschiedenen Films auf dem Substrat beitragenden Ausgangsmaterials durchgeführt. Als Ergebnis haben die Erfinder die nachstehend beschriebenen Feststellungen gemacht.

Die vorstehend erwähnte Wechselbeziehung zwischen der Abscheidungsgeschwindigkeit und der Mikrowellenenergie wurde beobachtet, indem auf einer Glasplatte (Corning No. 7059; Produkt der Corning Glass Works, USA), die an einer Aussparung auf der Oberfläche eines zylindrischen Aluminiumsubstrats, das sich in der Reaktionskammer der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung befand, befestigt war, ein aufgedampfter A-Si:H-Film gebildet wurde. Während der Bildung des aufgedampften A-Si:H-Films wurde Mikrowellenenergie mit festgelegten verschiedenen Werten der Leistung zugeführt, wobei in jedem Fall die folgenden Bedingungen angewandt wurden:

Verwendetes Gas: SiH₄-Gas;
Strömungsgeschwindigkeit des SiH₄-Gases: 250 Norm-cm³/min;
Innendruck: 6,67 Pa (50 Millitorr).

Es wurden die in Fig. 4 gezeigten Ergebnisse erhalten. In Fig. 4 stellt die Abszisse die Leistung (kW) der zugeführten Mikrowellen dar, während die Ordinate die Abscheidungsgeschwindigkeit eines Films (nm/s) darstellt. Das Symbol "(a)" bedeutet den kritischen Punkt, bei dem die Abscheidungsgeschwindigkeit eines Films einen Sättigungswert erreicht, wobei die Leistung der zugeführten Mikrowellen 3,0 kW beträgt.

Dann wurde eine andere Beobachtung gemacht, indem das vorstehend beschriebene Verfahren wiederholt wurde, wobei jedoch für jeden Fall die Strömungsgeschwindigkeit des SiH₄-Gases verändert wurde. Als Ergebnis wurden Zustände beobachtet, die den vorstehend beschriebenen ähnlich waren.

Alle auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse wurden zusammengefaßt und sind in Fig. 1 schematisch gezeigt.

In Fig. 1 sind die Strömungsgeschwindigkeiten (1), (2) und (3) die Strömungsgeschwindigkeiten eines gasförmigen Ausgangsmaterials (SiH₄). Von den drei Fällen steht die Strömungsgeschwindigkeit (1) für die höchste Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Ausgangsmaterials. Entsprechend steht die Strömungsgeschwindigkeit (2) für die mittlere und die Strömungsgeschwindigkeit (3) für die niedrigste Strömungsgeschwindigkeit.

Auf der Grundlage der in Fig. 1 gezeigten Ergebnisse sind die Erfinder zu den folgenden Erkenntnissen gekommen:

Im Fall der Strömungsgeschwindigkeit (1) nimmt die Abscheidungsgeschwindigkeit zusammen mit der Erhöhung der Leistung der zugeführten Mikrowellenenergie bis zu einem bestimmten Punkt A₁ (nachstehend als "kritischer Punkt A₁" bezeichnet), wo sie einen Sättigungswert erreicht, linear zu und bleibt danach konstant.

Im Fall der Strömungsgeschwindigkeit (2) nehmen die fortschreitenden Änderungen der Abscheidungsgeschwindigkeit im Vergleich zu der Mikrowellenenergie einen ähnlichen Verlauf wie im Fall der Strömungsgeschwindigkeit (1), außer daß die Abscheidungsgeschwindigkeit in einem früheren Stadium als im Fall der Strömungsgeschwindigkeit (1) bei einem kritischen Punkt A₂ einen Sättigungswert erreicht und danach ebenfalls konstant bleibt.

Im Fall der Strömungsgeschwindigkeit (3) nehmen die fortschreitenden Änderungen der Abscheidungsgeschwindigkeit im Vergleich zu der Mikrowellenenergie einen ähnlichen Verlauf wie in den beiden vorstehend erwähnten Fällen, außer daß die Abscheidungsgeschwindigkeit in einem früheren Stadium als im Fall der Strömungsgeschwindigkeit (2) bei einem kritischen Punkt A₃ einen Sättigungswert erreicht und danach ebenfalls konstant bleibt.

Dann haben die Erfinder unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen Zustands der fortschreitenden Änderungen der Abscheidungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Wechselbeziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit eines gasförmigen Ausgangsmaterials und der Mikrowellenenergie für jede Strömungsgeschwindigkeit drei Bereiche der Mikrowellenenergie entsprechend der graphischen Darstellung in Fig. 1 gewählt, und zwar einen Bereich 1, wo die Abscheidungsgeschwindigkeit zu der Erhöhung der Leistung der zugeführten Mikrowellenenergie proportional ist, einen Bereich 2 in der Nähe des kritischen Punktes und einen Bereich 3, wo die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert hat, und die Erfinder haben in der nachstehend beschriebenen Weise für den Fall eines hydrierten bzw. Wasserstoffatome enthaltenden aufgedampften amorphen Siliciumfilms (A-Si:H) die Korrelation zwischen den Filmbildungsbedingungen und den Eigenschaften des unter diesen Bedingungen erhaltenen Films geprüft.

Unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten MW-PCVD-Vorrichtung und unter Verwendung von Silangas (SiH₄) als gasförmigem Ausgangsmaterial wurden jeweils unter den Filmbildungsbedingungen, die den Bereichen 1, 2 bzw. 3 entsprechen, drei Arten von aufgedampften A-Si:H-Filmen gebildet. Für jeden der drei Fälle wurden Beobachtungen während des Filmbildungsverfahrens und eine Bewertung des erhaltenen aufgedampften Films durchgeführt.

Als Ergebnis wurden die folgenden Tatsachen festgestellt, die bei den Durchflußgeschwindigkeiten (1), (2) und (3) gemeinsam gelten.

Zunächst wird im Fall des Bereichs 1 während des Filmbildungsverfahrens unter den Filmbildungsbedingungen, die dem Bereich 1 entsprechen, bei der Plasma-Spektralanalyse für die durch Dissoziation von Silan erzeugte aktive Spezies SiH* eine stärkere Lumineszenz beobachtet als für die aktive Wasserstoffspezies H*. Das Silangas dissoziiert nicht in ausreichendem Maße, und die durch Dissoziation erhaltenen Spezies sind nicht genügend aktiviert, und zwar insbesondere in dem Fall, daß die Filmbildung mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von mehr als 5,0 nm/s durchgeführt wird. Als Ergebnis scheiden sich auf einem Substrat in großem Ausmaß solche durch Dissoziation erzeugten Spezies, die nicht genügend aktiviert worden sind, ab, so daß zwischen Siliciumatomen kaum eine dreidimensionale Verbindung bzw. Verknüpfung auftritt, was darauf zurückzuführen ist, daß die Menge der aktiven Wasserstoffspezies H*, die auf die chemische Reaktion zwischen aktiven Spezies an der Oberfläche des Substrats initiierenden Einfluß hat, darin nicht ausreicht. Was den erhaltenen aufgedampften Film anbetrifft, so wird er derart, daß das Verhältnis der Photoleitfähigkeit zu der Dunkel-Leitfähigkeit klein ist, die auf dem [SiH₂]basierende Absorption im Vergleich zu der auf dem [SiH]basierenden Absorption außerordentlich hoch ist und eine große Menge an Polysilicium bzw. polykristallinem Silicium enthalten ist.

Was den Fall des Bereichs 2 anbetrifft, so können unter den Filmbildungsbedingungen, die dem Bereich 2 entsprechen, fast 100% des Silangases dissoziiert werden, jedoch werden solche aktiven Spezies erzeugt, die für die Filmbildung mit hoher Abscheidungsgeschwindigkeit nicht geeignet sind oder keine ausreichende innere Energie haben. Aufgrund dessen wird in dem Fall, daß versucht wird, die Filmbildung mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 5,0 nm/s oder darüber durchzuführen, ein aufgedampfter Film gebildet, der eine ungenügende Strukturentspannung bzw. -relaxation zeigt, eine Fehlordnung des Flächenwinkels bzw. des diedrischen Winkels oder/und eine große Menge schwacher Si-Si-Bindungen innerhalb der Filmstruktur aufweist und viele Fangstellen bzw. Rekombinationszentren enthält. Was das Verhältnis der Photoleitfähigkeit zu der Dunkel-Leitfähigkeit bei dem erhaltenen aufgedampften Film anbetrifft, so ist es für ein elektrophotographisches photoempfindliches Aufzeichnungsmaterial fast zufriedenstellend, jedoch ist bei diesem Film die Ansprechgeschwindigkeit der Photoleitfähigkeit gegenüber dem Photostrom langsam.

Andererseits wird im Fall des Bereichs 3 unter den Filmbildungsbedingungen, die dem Bereich 3 entsprechen, das gesamte Silangas in ausreichendem Maße dissoziiert. Ferner wird sogar in dem Fall, daß die Filmbildung mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 5,0 nm/s oder darüber durchgeführt wird, das gesamte Silangas mit einem erwünschten Zustand dissoziiert, und die durch die Dissoziation erhaltenen Spezies werden durch die Wirkungen der Mikrowellenenergie und isolierter Elektronen wirksam aktiviert, wodurch erwünschte aktive Spezies mit einer hohen inneren Energie erzeugt werden, die für die Bildung eines aufgedampften bzw. abgeschiedenen Films mit einer so hohen Abscheidungsgeschwindigkeit geeignet sind. Während des Filmbildungsverfahrens wird im Fall des Bereichs 3 für die aktive Wasserstoffspezies H* eine stärkere Lumineszenz beobachtet als für die aktive Spezies SiH*. Aufgrund dessen werden Wasserstoffatome in ausreichendem Maße aktiviert, um fähig zu sein, auf die chemische Reaktion zwischen aktiven Spezies einen initiierenden Einfluß zu haben, was zur Bildung eines aufgedampften bzw. abgeschiedenen Films auf dem Substrat führt. Der erhaltene aufgedampfte Film wird derart, daß er ein in hohem Maße erwünschtes Verhältnis der Photoleitfähigkeit zu der Dunkel-Leitfähigkeit zeigt, daß die Ansprechgeschwindigkeit der Photoleitfähigkeit gegenüber Bestrahlung mit Licht auffällig hoch ist und daß der Film eine unbedeutende Menge an Fangstellen bzw. Rekombinationszentren innerhalb der Filmstruktur enthält.

Auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Tatsachen wurde festgestellt, daß ein erwünschter funktioneller aufgedampfter Film wirksam mit einer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit gebildet werden kann, wenn die Filmbildungsbedingungen des Bereichs 3 entsprechend der graphischen Darstellung in Fig. 1 gewählt werden, wo die Abscheidungsgeschwindigkeit unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit eines gasförmigen Ausgangsmaterials einen Sättigungswert hat.

Zur Verallgemeinerung der vorstehend erwähnten Filmbildungsbedingungen haben die Erfinder experimentelle Beobachtungen der Leistung von Mikrowellen, die einem gasförmigen Ausgangsmaterial zuzuführen ist, durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß es notwendig ist, für die erwähnte Leistung der Mikrowellen einen Wert zu wählen, der mehr als das 1,1fache, jedoch weniger als 5fache, vorzugsweise das 1,15- bis 4fache und insbesondere das 1,2- bis 3fache der Mikrowellenleistung beträgt, die erforderlich ist, damit die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht. Es wurde auch festgestellt, daß kein erwünschter aufgedampfter Film gebildet werden kann und daß der erhaltene aufgedampfte Film derart wird, daß er Eigenschaften hat, die ihn für die praktische Anwendung ungeeignet machen, wenn die Leistung der einem gasförmigen Ausgangsmaterial zugeführten Mikrowellen weniger als das 1,1fache der Mikrowellenleistung beträgt, die erforderlich ist, damit die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht. Andererseits kommt es innerhalb des erhaltenen Plasmas zu Ionenstößen, was dazu führt, daß der erhaltene aufgedampfte Film mangelhafte Eigenschaften hat, wenn die Leistung der einem gasförmigen Ausgangsmaterial zugeführten Mikrowellen mehr als das 5fache der Mikrowellenleistung beträgt, die erforderlich ist, damit die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen experimentellen Beobachtungen haben die Erfinder ferner experimentelle Beobachtungen des Innendrucks, unter dem das Filmbildungsverfahren durchzuführen ist, gemacht. Als Ergebnis wurde klar, daß die aktiven Spezies, die aus einem gasförmigen Ausgangsmaterial als Ergebnis der Dissoziation und der Aktivierung durch die Wirkung der Mikrowellenenergie erhalten werden, auf das Substrat befördert werden müssen, während sie in einem hochangeregten Zustand gehalten werden, damit ein erwünschter funktioneller aufgedampfter Film mit einer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit und mit einem hohen Ausnutzungsgrad eines gasförmigen Ausgangsmaterials gebildet wird; daß es zu diesem Zweck wesentlich ist, daß die mittlere freie Weglänge der erwähnten aktiven Spezies (ausschließlich eines Zusammenstoßes mit einem Elektron) genügend lang ist; daß, wenn die erwähnte mittlere freie Weglänge lang ist, die aktiven Spezies, die einmal durch Dissoziation erhalten und angeregt worden sind, nicht nur für eine lange Zeit überleben können, sondern auch wieder mit Elektronen zusammenstoßen können, um dadurch angeregt zu werden; daß die mittlere freie Weglänge einer aktiven Spezies im Hinblick auf die praktisch angewandte MW-PCVD-Vorrichtung für die Bildung eines funktionellen aufgedampften Films mehr als etwa 1 cm betragen muß und daß der Innendruck zur Erfüllung dieser Bedingungen geeigneterweise 1,33 Pa (10 Millitorr) oder weniger und vorzugsweise 0,40 Pa (3 Millitorr) oder weniger beträgt und insbesondere zwischen 13,3 mPa (0,1 Millitorr) und 133 mPa (1 Millitorr) liegt.

Wenn der Innendruck auf ein Vakuum in dem vorstehend erwähnten Bereich eingestellt wird, kann das Auftreten einer unerwünschten Polymerisationsreaktion wirksam verhindert werden. Es wird dann möglich, die Ionendichte und die Elektronendichte zu erzielen, die erforderlich sind, um Plasmas in einem erwünschten Zustand zu halten, während verhindert wird, daß der erhaltene aufgedampfte Film durch die Plasmas beschädigt wird. Dadurch wird die chemische Reaktion zwischen aktiven Spezies an der Oberfläche des Substrats gefördert, wobei auf dem Substrat mit einer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit ein funktioneller aufgedampfter Film gebildet wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht folglich in einem Verfahren zur Bildung eines funktionellen aufgedampften bzw. abgeschiedenen Films durch Einführung eines gasförmigen Ausgangsmaterials in eine im wesentlichen geschlossene Reaktionskammer, die ein Substrat enthält, auf das bzw. auf dem der funktionelle aufgedampfte bzw. abgeschiedene Film aufzudampfen bzw. abzuscheiden ist, und Einkopplung von Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenenergiequelle in die Reaktionskammer, um dadurch ein Glimmentladungsplasma zu bilden, das eine Dissoziation des gasförmigen Ausgangsmaterials bewirkt, wodurch der funktionelle aufgedampfte bzw. abgeschiedene Film auf dem Substrat gebildet wird, wobei dem gasförmigen Ausgangsmaterial in der Reaktionskammer Mikrowellen mit einer Leistung zugeführt werden, die mindestens das 1,1fache der Mikrowellenleistung beträgt, mit der die Abscheidungsgeschwindigkeit der durch Dissoziation aus dem gasförmigen Ausgangsmaterial erhaltenen Produkte, die auf das Substrat aufgedampft bzw. darauf abgeschieden werden, einen Sättigungwert erreicht.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Bildung eines funktionellen aufgedampften bzw. abgeschiedenen Films durch Einführung eines gasförmigen Ausgangsmaterials in eine im wesentlichen geschlossene Reaktionskammer, die ein Substrat enthält, auf das bzw. auf dem der funktionelle aufgedampfte bzw. abgeschiedene Film aufzudampfen bzw. abzuscheiden ist, und Einkopplung von Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenenergiequelle in die Reaktionskammer, um dadurch ein Glimmentladungsplasma zu bilden, das eine Dissoziation des gasförmigen Ausgangsmaterials bewirkt, wodurch der funktionelle aufgedampfte bzw. abgeschiedene Film auf dem Substrat gebildet wird, wobei dem gasförmigen Ausgangsmaterial in der Reaktionskammer Mikrowellen mit einer Leistung zugeführt werden, die mindestens das 1,1fache der Mikrowellenleistung beträgt, mit der die Abscheidungsgeschwindigkeit der durch Dissoziation aus dem gasförmigen Ausgangsmaterial erhaltenen Produkte, die auf das Substrat aufgedampft bzw. darauf abgeschieden werden, einen Sättigungswert erreicht, und der Innendruck der Reaktionskammer auf ein Vakuum von 1,33 Pa (10 Millitorr) oder weniger eingestellt wird.

Unter anderen ist auch die Substrattemperatur eine der Einflußgrößen, die wichtig sind, um das erfindungsgemäße MW-PCVD-Verfahren wirksamer zu machen.

Die Substrattemperatur beträgt geeigneterweise 20 bis 400°C, vorzugsweise 100 bis 350°C und insbesondere 150 bis 300°C.

Was die bei dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren anzuwendende Frequenz der Mikrowellen anbetrifft, so ist es möglich, eine Frequenz von 500 MHz bis 100 GHz anzuwenden, jedoch beträgt die Frequenz vorzugsweise 900 MHz bis 50 GHz und insbesondere 950 MHz bis 10 GHz.

Bei dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren wird ein gasförmiges Ausgangsmaterial sogar in einem gemischten System, das aus verschiedenen Arten von gasförmigen Ausgangsmaterialien mit verschiedenen Dissoziationsenergien besteht, vollständig der Wirkung von Mikrowellenenergie ausgesetzt, weil dem gasförmigen Ausgangsmaterial unter einer bestimmten Vakuumbedingung Mikrowellen mit einer Leistung, die größer ist als die Mikrowellenleistung, mit der die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht, zugeführt werden. Aufgrund dessen werden alle dissoziierten Spezies, die aus einem solchen gasförmigen Ausgangsmaterial resultieren, wirksam zu einem Zustand aktiviert, der für die Bildung eines aufgedampften bzw. abgeschiedenen funktionellen Films auf einem Substrat geeignet ist. Im besonderen werden die resultierenden Wasserstoffatome wirksam zu einem aktivierten Wasserstoff H* aktiviert, der sich in einem gewünschten Zustand befindet und fähig ist, die chemische Reaktion zwischen aktiven Spezies an der Oberfläche des Substrats wirksam zu fördern.

Ferner wird der erhaltene Film derart, daß er eine stark verminderte mechanische Spannung zeigt, eine in erwünschtem Maße entspannte Filmstruktur hat und ausgezeichnet an dem Substrat anhaftet, weil der Film unter der Bedingung eines Vakuums mit einem niedrigen Wert auf einem Substrat abgeschieden wird. Bei dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren ist es möglich, den erhaltenen aufgedampften Film entweder mit dem n- oder mit dem p-Leitfähigkeitstyp herzustellen, indem er in geeigneter Weise mit einem Fremdstoff des n-Typs oder mit einem Fremdstoff des p-Typs dotiert wird, wobei während der Bildung des Films die Menge des vorhandenen Fremdstoffs gesteuert wird.

Durch das erfindungsgemäße MW-PCVD-Verfahren kann mit einer verbesserten Abscheidungsgeschwindigkeit und einem 100% oder fast 100% betragenden Ausnutzungsgrad eines gasförmigen Ausgangsmaterials ein erwünschter funktioneller aufgedampfter Film mit vielen praktisch anwendbaren Eigenschaften gebildet werden, der eine verbesserte Ansprechgeschwindigkeit gegenüber dem Photostrom hat. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße MW-PCVD-Verfahren die großtechnische Massenfertigung verschiedener funktioneller Bauelemente, die einen solchen aufgedampften Film enthalten und z. B. in elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien, Photosensoren, Dünnfilmtransistoren und Solarzellen verwendbar sind, wodurch eine Fertigung mit niedrigen Kosten möglich gemacht wird.

Das erfindungsgemäße MW-PCVD-Verfahren kann nicht nur zur Bildung eines A-Si : H-Halbleiterfilms, sondern auch zur Bildung anderer Halbleiterfilme wie z. B. eines A-Ge : H-, A-SiGe : H-, A-SiC : H-, A-GeC : H-, A-SiGeC : H-, A-SiN : H-, A-SiGeN : H-, A-GeN : H-, A-SiO : H-, A-GeO : H-, A-SiGeO : H-, A-SiSn : H-, A-SiPb : H- oder A-C : H-Halbleiterfilms angewandt werden.

Als gasförmiges Ausgangsgangsmaterial für die Bildung solcher Halbleiterfilme können Gase der Silanreihe wie z. B. SiH₄, Si₂H₆ und Si₃H₈ als Siliciumatome lieferndes gasförmiges Ausgangsmaterial, Gase der Germanreihe wie z. B. GeH₄ und Ge₂H₆ als Germaniumatome lieferndes gasförmiges Ausgangsmaterial, Gase der Kohlenwasserstoffreihe wie z. B. CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₂H₄, C₃H₆, C₂H₂ und C₆H₆ als Kohlenstoffatome lieferndes gasförmiges Ausgangsmaterial, zinnatomhaltige Gase wie z. B. SnH₄ und Sn(CH₃)₄ als Zinnatome lieferndes gasförmiges Ausgangsmaterial, bleiatomhaltige Gase wie z. B. Pb(CH₃)₄ und Pb(C₂H₅)₆ als Bleiatome lieferndes gasförmiges Ausgangsmaterial, stickstoffatomhaltige Gase wie z. B. N₂ und NH₃ als Stickstoffatome lieferndes gasförmiges Ausgangsmaterial und sauerstoffatomhaltige Gase wie z. B. O₂, CO, CO₂, NO₂ und N₂O als Sauerstoffatome lieferndes gasförmiges Ausgangsmaterial verwendet werden.

Um den vorstehend erwähnten Halbleiterfilm mit dem n-Leitfähigkeitstyp herzustellen, wird als Fremdstoff des n-Typs vorzugsweise ein Element der Gruppe V des Periodensystems verwendet, während als Fremdstoff des p-Typs vorzugsweise ein Element der Gruppe III des Periodensystems verwendet wird, um den vorstehend erwähnten Halbleiterfilm mit dem p-Leitfähigkeitstyp herzustellen.

Beispiele für die Elemente der Gruppe III sind B, Al, Ga, In und Tl. Als gasförmiges Ausgangsmaterial, das ein solches Element der Gruppe III liefert, sind Borhydride wie z. B. B₂H₆, B₄H₁₀, B₅H₉, B₅H₁₁, B₆H₁₀, B₆H₁₂ und B₆H₄ und ferner AlCl₃, GaCl₃, Ga(CH₃)₃, InCl₃ und TlCl₃ verwendbar. Beispiele für die Elemente der Gruppe V sind P, As, Sb und Bi. Als gasförmiges Ausgangsmaterial, das ein solches Element der Gruppe V liefert, sind Phosphorhydride wie z. B. PH₃ und P₂H₄ und ferner AsH₃, SbH₃ und BiH₃ verwendbar.

Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße, verbesserte MW-PCVD-Verfahren ist nicht auf die Anwendung einer Vorrichtung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Bauart beschränkt, sondern kann wirksam in irgendeiner Art einer MW-PCVD-Vorrichtung für die Bildung eines funktionellen aufgedampften Films durchgeführt werden.

Die Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele 1 bis 14, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, näher erläutert.

In jedem Beispiel wird der entsprechende Halbleiterfilm durch das erfindungsgemäße MW-PCVD-Verfahren unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten MW-PCVD-Vorrichtung gebildet.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittzeichnung einer MW-PCVD-Vorrichtung, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens geeignet ist, und Fig. 3 ist ein schematischer Grundriß der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung.

Die in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigte MW-PCVD-Vorrichtung, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens geeignet ist, enthält eine im wesentlichen geschlossene Reaktionskammer 201 (301; Bezugszahlen von Fig. 3 in Klammern) mit einem Reaktionsraum (Entladungsraum) 206 (306), ein aus Aluminiumoxidkeramik hergestelltes, mikrowellendurchlässiges Fenster 202 (302), einen Hohlleiter 203 für Mikrowellen aus einer (nicht gezeigten) Mikrowellenenergiequelle, ein Abzugsrohr 204 (304), das durch ein Hauptventil mit einer (nicht gezeigten) Diffusionspumpe verbunden ist, ein zylindrisches Substrat 205 (305), das an einem Substrathalter angebracht ist, in den eine elektrische Heizeinrichtung 207 (307) eingebaut ist, ein Gaszuführungsrohr 208 (308), das durch (nicht gezeigte) Durchflußsteuereinrichtungen mit Gasbehältern für gasförmige Ausgangsmaterialien wie z. B. SiH₄, GeH₄, H₂, CH₄ und B₂H₆ verbunden ist, und einen zum Drehen des Substrats dienenden Motor 210.

Im Fall der Anwendung eines ebenen Substrats wird auf der Oberfläche des zylindrischen Substrats 205 (305) eine Aussparung mit einer zum Halten des ebenen Substrats geeigneten Größe bereitgestellt, und das ebene Substrat wird an der Aussparung befestigt.

Die Bildung eines funktionellen aufgedampften Films (Halbleiterfilms) durch das erfindungsgemäße MW-PCVD-Verfahren unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung wird beispielsweise folgendermaßen durchgeführt.

Zylindrische Aluminiumsubstrate 205 (305) werden auf die jeweiligen Substrathalter in der Reaktionskammer 201 (301) aufgelegt, und alle Substrate werden durch Umlaufenlassen des Motors 210 gedreht. Danach wird die Luft in dem Reaktionsraum 206 (306) durch die Wirkung der Diffusionspumpe evakuiert, wodurch der Reaktionsraum auf ein Vakuum von etwa 0,13 mPa (10^-6 Torr) gebracht wird. Dann werden die elektrischen Heizeinrichtungen 207 (307) in Gang gebracht, um die Substrate auf eine gewünschte Temperatur (beispielsweise 200°C) aufzuheizen, und die Substrate werden bei dieser Temperatur gehalten. Dann wird ein gasförmiges Ausgangsmaterial durch die Zuführungsrohre 208 (308) mit einer festgelegten Strömungsgeschwindigkeit in den Reaktionsraum 206 (306) eingeleitet. Dann wird der Innendruck durch Einstellen des Hauptventils auf ein festgelegtes Vakuum beispielsweise 67 mPa (0,5 Millitorr) eingestellt.

Nachdem die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Ausgangsmaterials und das Vakuum der Reaktionskammer stabil geworden sind, werden dem gasförmigen Ausgangsmaterial in dem Reaktionsraum Mikrowellen mit einer Leistung zugeführt, die mehr als das 1,1fache der Mikrowellenleistung beträgt, die erforderlich ist, damit die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht, wodurch das gasförmige Ausgangsmaterial dissoziiert wird und die durch Dissoziation erhaltenen Spezies aktiviert werden, um erwünschte aktive Spezies zu erzeugen, was dazu führt, daß auf jedem Substrat ein erwünschter Halbleiterfilm gebildet wird.

Beispiel 1

Auf den jeweiligen ebenen Substraten wurden nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung und unter den Bedingungen der Mikrowellenleistung und der Abscheidungsgeschwindigkeit, die in Tabelle 1 gezeigt sind, mehrere A-Si : H-Halbleiterfilme (Proben Nr. 101 bis 109) gebildet.

Als ebenes Substrat wurde eine Glasplatte (Corning No. 7059) mit einer Dicke von 1 mm und den Abmessungen 10 cm×5 cm verwendet.

Als gasförmiges Ausgangsmaterial wurde SiH₄-Gas verwendet. Das SiH₄-Gas wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 250 Norm-cm³/min in den Reaktionsraum eingeleitet. Während der Bildung des vorstehend erwähnten Films war der Innendruck auf ein Vakuum von 6,7 Pa (50 Millitorr) eingestellt.

Jede der erhaltenen Proben wurde dann in eine andere (nicht gezeigte) Vakuumkammer gebracht, und auf der Oberfläche des zuvor gebildeten Films wurde in Übereinstimmung mit einem bekannten Vakuumaufdampfungsverfahren eine spaltförmige Al-Elektrode gebildet. Dann wurden die elektrischen Eigenschaften bei jeder Probe mit einem Mikrostrom-Amperemeter (Microcurrent Ammeter 4140B, Erzeugnis der YHP Co., Ltd.) geprüft. Als Lichtquelle für die Messung der Dunkel-Leitfähigkeit wurde ein Solarsimulator von AMI verwendet. Für die Messung der Ansprechgeschwindigkeit gegenüber Photostrom wurden eine Lichtemitterdiode mit einer Wellenlänge von 750 nm und ein bekannter Pulsgenerator verwendet.

Es wurden die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 1 geht hervor, daß die in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren, bei dem die zugeführte Mikrowellenleistung mindestens 3,3 kW beträgt, was mindestens dem 1,1fachen der Mikrowellenleistung von 3,0 kW entspricht, die erforderlich ist, damit die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht, gebildeten Halbleiterfilme (Proben Nr. 105 bis 109) die anderen Halbleiterfilme hinsichtlich der Dunkel-Leitfähigkeit, der Hell-Leitfähigkeit und der Ansprechgeschwindigkeit gegenüber Photostrom übertreffen.

Es wurde auch festgestellt, daß der Ausnutzungsgrad des gasförmigen Ausgangsmaterials bei der Bildung von jeder der Proben Nr. 105 bis 109 im wesentlichen oder tatsächlich 100% betrug.

Beispiel 2

Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren wurde unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung ein elektrophotographisches photoempfindliches Aufzeichnungsmaterial mit dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau hergestellt. Fig. 5 zeigt ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial 505 mit einer lichtempfangenden Schicht, die sich auf einem zylindrischen Aluminiumsubstrat 501 mit einem Durchmesser von 108 mm befindet und aus einer zur Verhinderung einer Injektion von Ladungen dienenden Schicht (ersten Schicht) 502, einer photoleitfähigen Schicht (zweiten Schicht) 503 und einer Oberflächenschicht (dritten Schicht) 504 besteht.

Die erste, die zweite und die dritte Schicht wurden unter den in Tabelle 2 gezeigten Filmbildungsbedingungen gebildet.

Das erhaltene elektrophotographische photoempfindliche Aufzeichnungsmaterial wurde in ein bekanntes elektrophotographisches Kopiergerät (NP 7550, Erzeugnis von Canon Kabushiki Kaisha) eingesetzt, um seine Fähigkeit zum Festhalten von Ladung zu prüfen.

Als Ergebnis wurde festgestellt, daß die Fähigkeit zum Festhalten von Ladung bei der ersten und der zweiten Schicht um etwa 10% besser war als bei einem elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterial, das unter anderen, von den Filmbildungsbedingungen des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens verschiedenen Filmbildungsbedingungen hergestellt worden war.

Es wurde auch festgestellt, daß die Photoempfindlichkeit des in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltenen elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterials um mehr als 10% besser war als bei dem vorstehend erwähnten, zum Vergleich dienenden elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterial.

Ferner wurde festgestellt, daß das in der vorstehend beschriebenen Weise erhaltene elektrophotographische photoempfindliche Aufzeichnungsmaterial keine Probleme in bezug auf Geisterbilder verursacht und ausgezeichnete elektrophotographische Eigenschaften hat.

Beispiel 3

Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurde auf einem ebenen Glassubstrat ein A-SiGe : H-Halbleiterfilm gebildet, und zwar unter den folgenden Filmbildungsbedingungen:

Verwendete Gase (und ihre Strömungsgeschwindigkeit):
SiH₄ und GeH₄ (jeweils 100 Norm-cm³/min);
Innendruck: 5,33 Pa (40 Millitorr);
Mikrowellenleistung: 5 kW;
Substrattemperatur: 200°C

Als Ergebnis der Beobachtung der Abscheidungsgeschwindigkeit wurde festgestellt, daß der vorstehend erwähnte Halbleiterfilm mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 8,1 nm/s gebildet wurde.

Als Ergebnis der in derselben Weise wie in Beispiel 1 durchgeführten Prüfung der elektrischen Eigenschaften bei dem erhaltenen Halbleiterfilm wurde festgestellt, daß seine Ansprechgeschwindigkeit gegenüber Photostrom um mehr als 30% besser war als bei einem A-SiGe : H-Halbleiterfilm, der in Übereinstimmung mit einem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellt worden war.

Beispiel 4

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurde unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Quarzplatte unter den in Tabelle 3 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein A-SiGe : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurde nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Quarzplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 3 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein anderer A-SiGe : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Bei jedem der beiden Halbleiterfilme wurde in Übereinstimmung mit einem gebräuchlichen Verfahren ESR gemessen (ESR = Elektronenspinresonanz; die Zahl der freien Bindungen von Siliciumatomen oder Germaniumatomen innerhalb der Struktur eines Films kann gemessen werden).

Es wurden die in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 3 geht hervor, daß der ESR-Wert des in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms 1/50 des ESR-Wertes des in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms beträgt.

Als Ergebnis der Messung des Infrarotabsorptionsspektrums des in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms wurden nur Absorptionen von Si-H-Bindungen und Ge-H-Bindungen beobachtet.

Ferner wurden die zwei vorstehend beschriebenen Filmbildungsverfahren gesondert wiederholt, wobei jedoch in jedem Fall anstelle der Quarzplatte eine Glasplatte (Corning No. 7059) verwendet wurde. Dadurch wurden zwei Arten von A-SiGe : H-Halbleiterfilmen mit einer Dicke von 20 µm erhalten.

Als bei jedem dieser Halbleiterfilme geprüft wurde, ob sich der Film ablöste, wurde festgestellt, daß bei dem in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilm eine Ablösung bzw. Abschälung auftrat, während diese Erscheinung bei dem in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilm nicht beobachtet wurde.

Beispiel 5

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurde unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Quarzplatte unter den in Tabelle 4 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein A-SiC : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurde nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Quarzplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 4 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein anderer A-SiC : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Bei jedem der beiden Halbleiterfilme wurde in Übereinstimmung mit einem gebräuchlichen Verfahren ESR gemessen (ESR = Elektronenspinresonanz; die Zahl der freien Bindungen von Siliciumatomen innerhalb der Struktur eines Films kann gemessen werden).

Es wurden die in Tabelle 4 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 4 geht hervor, daß der ESR-Wert des in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms 1/20 des ESR-Wertes des in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms beträgt.

Ferner wurden die zwei vorstehend beschriebenen Filmbildungsverfahren gesondert wiederholt, wobei jedoch in jedem Fall anstelle der Quarzplatte ein zylindrisches Aluminiumsubstrat verwendet wurde. Dadurch wurden zwei Arten von A-SiC : H-Halbleiterfilmen mit einer Dicke von 30 µm erhalten.

Beispiel 6

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurde unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Quarzplatte unter den in Tabelle 5 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein A-SiN : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurde nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Quarzplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 5 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein anderer A-SiN : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Es wurden die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 5 geht hervor, daß der ESR-Wert des in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms ¹/₅ des ESR-Wertes des in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms beträgt.

Ferner wurden die zwei vorstehend beschriebenen Filmbildungsverfahren gesondert wiederholt, wobei jedoch in jedem Fall anstelle der Quarzplatte ein zylindrisches Aluminiumsubstrat verwendet wurde. Dadurch wurden zwei Arten von A-SiN : H-Halbleiterfilmen mit einer Dicke von 30 µm erhalten.

Beispiel 7

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurden unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Glasplatte (Corning No. 7059) unter den in Tabelle 6, 7 bzw. 8 gezeigten Filmbildungsbedingungen mehrere dotierte A-SiGe : H-Halbleiterfilme mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurden nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Glasplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 6, 7 bzw. 8 gezeigten Filmbildungsbedingungen andere dotierte A-SiGe : H-Halbleiterfilme mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Jede der erhaltenen Proben wurde dann in eine andere (nicht gezeigte) Vakuumkammer gebracht, und auf der Oberfläche des zuvor gebildeten Films wurde in Übereinstimmung mit einem bekannten Vakuumaufdampfungsverfahren eine kammförmige Al-Elektrode gebildet. Dann wurde die Dunkel-Leitfähigkeit bei jeder Probe unter Anwendung eines Mikrostrom-Amperemeters (Microcurrent Ammeter 4140, Erzeugnis der YHP Co., Ltd.) gemessen.

Es wurden die in den Tabellen 6, 7 bzw. 8 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus allen Tabellen geht hervor, daß die Dunkel-Leitfähigkeit aller in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten dotierten Halbleiterfilme die Dunkel-Leitfähigkeit aller in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten dotierten Halbleiterfilme übertrifft.

Es wurde auch festgestellt, daß der Dotierungs-Wirkungsgrad bei den in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten dotierten Halbleiterfilmen überlegen ist.

Beispiel 8

Auf den jeweiligen ebenen Substraten wurden nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung mehrere A-Si : H-Halbleiterfilme (Proben Nr. 801 bis 808) gebildet.

Als ebenes Substrat wurde eine Glasplatte (Corning No. 7059) verwendet.

Das Filmbildungsverfahren wurde in jedem Fall unter den in Tabelle 9 gezeigten Filmbildungsbedingungen durchgeführt, wobei die Substrattemperatur bei 200°C gehalten wurde. Als gasförmiges Ausgangsmaterial wurde SiH₄-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 250 Norm-cm³/min in die Reaktionskammer eingeleitet.

Jede der erhaltenen Proben wurde dann in eine andere (nicht gezeigte) Vakuumkammer gebracht, und auf der Oberfläche des zuvor gebildeten Films wurde in Übereinstimmung mit einem bekannten Vakuumaufdampfungsverfahren eine spaltförmige Al-Elektrode gebildet. Dann wurden die Hell-Leitfähigkeit und die Dunkel-Leitfähigkeit bei jeder Probe mit einem Mikrostrom-Amperemeter (Microcurrent Ammeter 4140B, Erzeugnis der YHP Co., Ltd.) gemessen.

Als Lichtquelle für die Messung der Hell-Leitfähigkeit wurde ein He-Ne-Laser (7 mW) verwendet.

Ferner wurde bei jeder der Proben in Übereinstimmung mit einem gebräuchlichen Verfahren die Ansprechgeschwindigkeit gegenüber Photostrom gemessen, wobei eine Lichtemitterdiode mit einer Wellenlänge von 750 nm und ein Pulsgenerator verwendet wurden.

Es wurden die in Tabelle 9 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 9 geht hervor, daß die in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren, bei dem die zugeführte Mikrowellenleistung 5,0 kW beträgt, was dem 1,67fachen der Mikrowellenleistung von 3,0 kW entspricht, die erforderlich ist, damit die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht, gebildeten Halbleiterfilme (Proben Nr. 803 bis 808) die anderen Halbleiterfilme hinsichtlich der Dunkel-Leitfähigkeit, der Hell-Leitfähigkeit und der Ansprechgeschwindigkeit gegenüber Photostrom übertreffen.

Es wurde auch festgestellt, daß der Ausnutzungsgrad des gasförmigen Ausgangsmaterials bei der Bildung von jeder der Proben Nr. 803 bis 808 im wesentlichen oder tatsächlich 100% betrug.

Beispiel 9

Auf den jeweiligen ebenen Substraten wurden nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung mehrere A-Si : H-Halbleiterfilme (Proben Nr. 901 bis 907) gebildet.

Als ebenes Substrat wurde eine Glasplatte (Corning No. 7059) verwendet.

Das Filmbildungsverfahren wurde in jedem Fall unter den in Tabelle 10 gezeigten Filmbildungsbedingungen durchgeführt, wobei die Substrattemperatur bei 290°C gehalten wurde. Als gasförmiges Ausgangsmaterial wurde SiH₄-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 750 Norm-cm³/min in die Reaktionskammer eingeleitet.

Jede der erhaltenen Proben wurde dann in eine andere (nicht gezeigte) Vakuumkammer gebracht, und auf der Oberfläche des zuvor gebildeten Films wurde in Übereinstimmung mit einem bekannten Vakuumaufdampfungsverfahren eine spaltförmige Al-Elektrode gebildet. Dann wurden die Hell-Leitfähigkeit und die Dunkel-Leitfähigkeit bei jeder Probe mit einem Mikrostrom-Amperemeter (Microcurrent Ammeter 4140B, Erzeugnis der YHP Co., Ltd.) gemessen. Als Lichtquelle für die Messung der Hell-Leitfähigkeit wurde ein He-Ne-Laser (7 mW) verwendet.

Ferner wurde bei jeder der Proben in Übereinstimmung mit einem gebräuchlichen Verfahren die Ansprechgeschwindigkeit gegenüber Photostrom gemessen, wobei eine Lichtemitterdiode mit einer Wellenlänge von 750 nm und ein Pulsgenerator verwendet wurden. Es wurden die in Tabelle 10 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 10 geht hervor, daß die in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren, bei dem die zugeführte Mikrowellenleistung 15 kW beträgt, was dem 5fachen der Mikrowellenleistung von 3,0 kW entspricht, die erforderlich ist, damit die Abscheidungsgeschwindigkeit einen Sättigungswert erreicht, gebildeten Halbleiterfilme (Proben Nr. 902 bis 907) die andere Probe (Probe Nr. 901) hinsichtlich des Verhältnisses Hell-Leitfähigkeit/Dunkel-Leitfähigkeit und der Ansprechgeschwindigkeit gegenüber Photostrom übertreffen.

Es wurde auch festgestellt, daß der Ausnutzungsgrad des gasförmigen Ausgangsmaterials bei der Bildung von jeder der Proben Nr. 902 bis 907 im wesentlichen oder tatsächlich 100% betrug.

Beispiel 10 und Vergleichsbeispiel (1) Beispiel 10

Die erste, die zweite und die dritte Schicht wurden unter den in Tabelle 11 gezeigten Filmbildungsbedingungen gebildet.

Als Ergebnis wurde festgestellt, daß die Fähigkeit zum Festhalten von Ladung bei der ersten und der zweiten Schicht um mehr als 10% besser war als bei einem elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterial, das unter anderen, von den Filmbildungsbedingungen des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens verschiedenen Filmbildungsbedingungen hergestellt worden war.

(2) Vergleichsbeispiel

Ein elektrophotographisches photoempfindliches Aufzeichnungsmaterial mit dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau wurde in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren unter den in Tabelle 12 gezeigten Filmbildungsbedingungen hergestellt.

Als Ergebnis der in derselben Weise wie in Beispiel 10 durchgeführten Bewertung des erhaltenen elektrophotographischen photoempfindlichen Aufzeichnungsmaterials wurde festgestellt, daß es dem Aufzeichnungsmaterial von Beispiel 10 hinsichtlich aller bewerteten Eigenschaften unterlegen war.

Beispiel 11

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurde unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Quarzplatte unter den in Tabelle 13 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein A-SiGe : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurde nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Quarzplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 13 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein anderer A-SiGe : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Es wurden die in Tabelle 13 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 13 geht hervor, daß der ESR-Wert des in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms 1/50 des ESR-Wertes des in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms beträgt.

Beispiel 12

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurde unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Quarzplatte unter den in Tabelle 14 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein A-SiC : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurde nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Quarzplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 14 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein anderer A-SiC : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Es wurden die in Tabelle 14 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 14 geht hervor, daß der ESR-Wert des in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms 1/200 des ESR-Wertes des in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms beträgt.

Ferner wurden die zwei vorstehend beschriebenen Filmbildungsverfahren gesondert wiederholt, wobei jedoch in jedem Fall anstelle der Quarzplatte eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von 1 mm verwendet wurde. Dadurch wurden zwei Arten von A-SiC : H-Halbleiterfilmen mit einer Dicke von 30 µm erhalten.

Beispiel 13

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurde unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Quarzplatte unter den in Tabelle 15 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein A-SiN : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurde nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Quarzplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 15 gezeigten Filmbildungsbedingungen ein anderer A-SiN : H-Halbleiterfilm mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Es wurden die in Tabelle 15 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Aus Tabelle 15 geht hervor, daß der ESR-Wert des in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms 1/20 des ESR-Wertes des in Übereinstimmung mit dem bekannten MW-PCVD-Verfahren hergestellten Halbleiterfilms beträgt.

Ferner wurden die zwei vorstehend beschriebenen Filmbildungsverfahren gesondert wiederholt, wobei jedoch in jedem Fall anstelle der Quarzplatte eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von 1 mm verwendet wurde. Dadurch wurden zwei Arten von A-SiN : H-Halbleiterfilmen mit einer Dicke von 30 µm erhalten.

Beispiel 14

Nach der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise des erfindungsgemäßen MW-PCVD-Verfahrens wurden unter Anwendung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung auf einer Glasplatte (Corning No. 7059) unter den in Tabelle 16, 17 bzw. 18 gezeigten Filmbildungsbedingungen mehrere dotierte A-SiGe : H-Halbleiterfilme mit einer Dicke von 1 µm gebildet. Gleichermaßen wurden nach der Verfahrensweise eines bekannten MW-PCVD-Verfahrens auf einer Glasplatte derselben Art unter den in der Spalte "Stand der Technik" von Tabelle 16, 17 bzw. 18 gezeigten Filmbildungsbedingungen andere dotierte A-SiGe : H-Halbleiterfilme mit einer Dicke von 1 µm gebildet.

Es wurden die in den Tabellen 16, 17 bzw. 18 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Tabelle 7

Tabelle 8

Tabelle 9

Tabelle 10

Tabelle 11

Tabelle 12

Tabelle 13

Tabelle 14

Tabelle 15

Tabelle 16

Tabelle 17

Tabelle 18

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines funktionellen aufgedampften Films durch Einführung eines gasförmigen Ausgangsmaterials in eine im wesentlichen geschlossene Reaktionskammer, die ein Substrat enthält, auf das der funktionelle aufgedampfte Film aufzudampfen ist, und Einkopplung von Mikrowellenenergie aus einer Mikrowellenenergiequelle in die Reaktionskammer, um dadurch ein Glimmentladungsplasma zu bilden, das eine Dissoziation des gasförmigen Ausgangsmaterials bewirkt, wodurch der funktionelle aufgedampfte Film auf dem Substrat gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem gasförmigen Ausgangsmaterial in der Reaktionskammer Mikrowellen mit einer Leistung zugeführt werden, die mindestens das 1,1fache der Mikrowellenleistung beträgt, mit der die Abscheidungsgeschwindigkeit der durch Dissoziation aus dem gasförmigen Ausgangsmaterial erhaltenen Produkte, die auf das Substrat aufgedampft bzw. darauf abgeschieden werden, einen Sättigungswert erreicht.

2. Verfahren zur Bildung eines funktionellen aufgedampften Films nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck der Reaktionskammer auf ein Vakuum von 1,33 Pa (10 Millitorr) oder weniger eingestellt wird.