JPH0113213B2 - - Google Patents
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- JPH0113213B2 JPH0113213B2 JP57207378A JP20737882A JPH0113213B2 JP H0113213 B2 JPH0113213 B2 JP H0113213B2 JP 57207378 A JP57207378 A JP 57207378A JP 20737882 A JP20737882 A JP 20737882A JP H0113213 B2 JPH0113213 B2 JP H0113213B2
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- silicon
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- torr
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
-
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- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は非晶質シリコンからなる薄膜半導体の
製造方法に関する。
製造方法に関する。
水素を含む非晶質シリコン膜は高い光導電性、
優れた耐熱性、高い表面硬度を有し、優れた電子
写真用感光体として期待されている。しかし、通
常の方法で作られた膜は暗抵抗率が1010Ωcmと低
くCarlson法による電荷潜像の形成には不適当で
あつた。そこで高い光導電性を損うことなく暗抵
抗率を増加させるためにいくつかの方法が提案さ
れている。例えばSiH4ガス中に微量のB2H6ガス
及びO2ガスを導入しグロー放電法で非晶質シリ
コン膜を堆積する方法、SiH4ガス中にN2を混合
してグロー放電法で非晶質シリコン膜を堆積させ
る方法等が実施されている。
優れた耐熱性、高い表面硬度を有し、優れた電子
写真用感光体として期待されている。しかし、通
常の方法で作られた膜は暗抵抗率が1010Ωcmと低
くCarlson法による電荷潜像の形成には不適当で
あつた。そこで高い光導電性を損うことなく暗抵
抗率を増加させるためにいくつかの方法が提案さ
れている。例えばSiH4ガス中に微量のB2H6ガス
及びO2ガスを導入しグロー放電法で非晶質シリ
コン膜を堆積する方法、SiH4ガス中にN2を混合
してグロー放電法で非晶質シリコン膜を堆積させ
る方法等が実施されている。
しかしながら、これらの方法では性能的には優
れた非晶質シリコン膜を得ることはできるが、膜
の成長速度が通常100―数百Å／minと遅く、電
子写真感光体として必要な膜厚（20μm以上）を
得るために極めて長時間を有し生産性が悪いとい
う欠点を有している。
れた非晶質シリコン膜を得ることはできるが、膜
の成長速度が通常100―数百Å／minと遅く、電
子写真感光体として必要な膜厚（20μm以上）を
得るために極めて長時間を有し生産性が悪いとい
う欠点を有している。
そこで本発明は、高い光導電性を有し、かつ、
暗抵抗率が高く高速成長可能な電子写真感光体と
して有用な非晶質シリコンからなる薄膜半導体の
製造方法を提供するものである。
暗抵抗率が高く高速成長可能な電子写真感光体と
して有用な非晶質シリコンからなる薄膜半導体の
製造方法を提供するものである。
即ち、本発明に係る薄膜半導体の製造方法は、
10-5トール以下の高真空に排気された真空容器内
に８×10-4トールから１×10-5トールの範囲の分
圧を有するように水素とアンモニアの混合ガスを
導入し、該導入されたガスと、シリコンを加熱蒸
発することにより得られるシリコン単原子とに加
速電子を衝突させて電離若しくは解離し、かくし
て生成したガスイオン及びシリコンイオンに電界
効果により高エネルギーを付与させて電極基板に
射突させると同時に、該電極基板表面に到達した
シリコン原子及び電極基板表面近傍のガス分子並
びに解離原子とに、別途の電子線発生装置により
引き出された加速電子を衝突させることにより、
活性化を施して非晶質シリコンから成る薄膜を形
成することを要旨としている。ここにおいて、ア
ンモニアガスと水素ガスの容量混合比はアンモニ
アガス1.0に対し水素ガス0.01乃至1.0とするのが
よい。又、電子線発生装置より引き出された加速
電子の電極基板到達時のエネルギーは５乃至
1000eVの範囲とするのがよい。
10-5トール以下の高真空に排気された真空容器内
に８×10-4トールから１×10-5トールの範囲の分
圧を有するように水素とアンモニアの混合ガスを
導入し、該導入されたガスと、シリコンを加熱蒸
発することにより得られるシリコン単原子とに加
速電子を衝突させて電離若しくは解離し、かくし
て生成したガスイオン及びシリコンイオンに電界
効果により高エネルギーを付与させて電極基板に
射突させると同時に、該電極基板表面に到達した
シリコン原子及び電極基板表面近傍のガス分子並
びに解離原子とに、別途の電子線発生装置により
引き出された加速電子を衝突させることにより、
活性化を施して非晶質シリコンから成る薄膜を形
成することを要旨としている。ここにおいて、ア
ンモニアガスと水素ガスの容量混合比はアンモニ
アガス1.0に対し水素ガス0.01乃至1.0とするのが
よい。又、電子線発生装置より引き出された加速
電子の電極基板到達時のエネルギーは５乃至
1000eVの範囲とするのがよい。
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
図に示される装置に於いては、真空容器１内の
真空室２は、排気系装置（油拡散ポンプ、油回転
ポンプ等で構成されているが図示されていない）
によつて１×10-7トールまでの高真空に排気され
ることが可能になされており、そして真空室２
は、電子ビーム蒸発源４、（電源回路等は図示さ
れていない）、じやま板５、ループ状のガス導入
管６、第一電子発生装置７、第二電子発生装置
８、基板ホルダー９、及びそれに取り付けられた
基板１０が設置されており、更に真空容器１の外
方には装置を動作させるための電源１１乃至１６
とその回路、ループ状ガス導入管６にバルブ２３
乃至２５によつて切換及び流量調節可能に接続さ
れた水素、アンモニアが各々充填されたボンベ２
１，２２が設置されている。
真空室２は、排気系装置（油拡散ポンプ、油回転
ポンプ等で構成されているが図示されていない）
によつて１×10-7トールまでの高真空に排気され
ることが可能になされており、そして真空室２
は、電子ビーム蒸発源４、（電源回路等は図示さ
れていない）、じやま板５、ループ状のガス導入
管６、第一電子発生装置７、第二電子発生装置
８、基板ホルダー９、及びそれに取り付けられた
基板１０が設置されており、更に真空容器１の外
方には装置を動作させるための電源１１乃至１６
とその回路、ループ状ガス導入管６にバルブ２３
乃至２５によつて切換及び流量調節可能に接続さ
れた水素、アンモニアが各々充填されたボンベ２
１，２２が設置されている。
本発明に基づいて、薄膜半導体を製造するに
は、図に示すように電極基板１０を基板ホルダー
９に配置し、電子ビーム蒸発源４のルツボ４１に
高純度のシリコンを供給し、次いで排気孔３から
排気系装置によつて排気を行つて真空室２を１×
10-7トールよりも高度の高真空となし、真空度が
安定したところでガス導入管６よりバルブ２３，
２４を調節しながら水素とアンモニアとの混合ガ
スを分圧が８×10-4トールから１×10-5トールの
範囲になるように導入する。このとき水素とアン
モニアの分圧の割合がアンモニア1.0に対し水素
が0.01〜1.0となるようにするのが好ましい。
は、図に示すように電極基板１０を基板ホルダー
９に配置し、電子ビーム蒸発源４のルツボ４１に
高純度のシリコンを供給し、次いで排気孔３から
排気系装置によつて排気を行つて真空室２を１×
10-7トールよりも高度の高真空となし、真空度が
安定したところでガス導入管６よりバルブ２３，
２４を調節しながら水素とアンモニアとの混合ガ
スを分圧が８×10-4トールから１×10-5トールの
範囲になるように導入する。このとき水素とアン
モニアの分圧の割合がアンモニア1.0に対し水素
が0.01〜1.0となるようにするのが好ましい。
次いで、電子ビーム蒸発源４を動作させてルツ
ボ４１内のシリコンを蒸気化させ、該シリコンの
原子状粒子と導入された水素とアンモニアの混合
ガスを第一電子発生装置７からの高速電子により
衝突電離若しくは解離せしめてイオン化させる。
ボ４１内のシリコンを蒸気化させ、該シリコンの
原子状粒子と導入された水素とアンモニアの混合
ガスを第一電子発生装置７からの高速電子により
衝突電離若しくは解離せしめてイオン化させる。
尚、電子発生装置７はフイラメント７１、メツ
シユ電極７２及びガード電極７３から構成されて
おり、本実施例では電源１２により、アースに対
し、−200Vの直流電位を与えられたフイラメント
７１に、電源１１により10V、30Aの交流を流し
加熱せしめて熱電子を発生させると共に、メツシ
ユ状電極７２を接地することにより上記熱電子を
電界加速させて高速電子を発生するようにしてい
る。
シユ電極７２及びガード電極７３から構成されて
おり、本実施例では電源１２により、アースに対
し、−200Vの直流電位を与えられたフイラメント
７１に、電源１１により10V、30Aの交流を流し
加熱せしめて熱電子を発生させると共に、メツシ
ユ状電極７２を接地することにより上記熱電子を
電界加速させて高速電子を発生するようにしてい
る。
前記の如くしてイオン化されたガスイオン及び
シリコンイオンに対し、基板ホルダー９に電源１
３により負の直流高電圧に印加して高エネルギー
を付与し、電極基板１０表面に入射せしめる。加
速電圧としては−0.01KV〜−5KVが好適であ
る。
シリコンイオンに対し、基板ホルダー９に電源１
３により負の直流高電圧に印加して高エネルギー
を付与し、電極基板１０表面に入射せしめる。加
速電圧としては−0.01KV〜−5KVが好適であ
る。
基板に到達する粒子としては、前記電子発生装
置７によりイオン化されたSi+、H+、H2 +、
NH3 +等イオンの他に中性シリコン原子、水素分
子、アンモニア分子、及び加速電子との衝突若し
くは熱的励起により解離活性化された水素原子
（H*）、（N*）等も多量にある。これら荷電され
ていない粒子は電界加速効果が及ばず、運動エネ
ルギーが飛来イオンに比べて小さい。こうした非
荷電状態の粒子群に対し、別途イオン化あるいは
活性化を高めて、よりシリコンと水素、窒素等の
反応性を高めるために基板上の膜表面に電子線を
照射する第二電子発生装置８を作動させる。該電
子発生装置８は、フイラメント８１、メツシユ電
極８２及びガード電極８３から構成されており、
本実施例では、メツシユ電極８２は基板電極９に
対し、電源１６により負の直流電位が印加され、
逆にフイラメント８１に対しては電源１５により
相対的に正電位になるように直流電位が印加され
ている。電源１４から供給された電力により加熱
されたフイラメント８１は熱電子を多量に放出
し、これら熱電子はメツシユ電極８２とフイラメ
ント８１の間の電界作用によつて加速引出ししさ
れ、更にメツシユ電極８２と基板電極９の電界作
用によつて該電子線は基板１０の表面に到達す
る。基板面に到達した電子は、前述した基板膜表
面に到達した中性粒子（Si、H2、NH3、H*、
N*等）をイオン化、若しくは高エネルギー状態
に励起する。この結果として、シリコンと水素、
アンモニアとの反応性が高まり、高濃度の水素、
窒素が取り込まれつつ次第に非晶質シリコン膜が
形成される。尚、本実施例においては、フイラメ
ント８１には20〜100Wの電力が供給され、また
メツシユ電極８２は、基板電極９に対し、
0.005V〜1KVの負の直流電位を印加させるのが
好ましい。電源１５により印加される電位はガー
ド電極８３及びフイラメントの構造形状により異
なるが通常50〜500Vが好ましい。
置７によりイオン化されたSi+、H+、H2 +、
NH3 +等イオンの他に中性シリコン原子、水素分
子、アンモニア分子、及び加速電子との衝突若し
くは熱的励起により解離活性化された水素原子
（H*）、（N*）等も多量にある。これら荷電され
ていない粒子は電界加速効果が及ばず、運動エネ
ルギーが飛来イオンに比べて小さい。こうした非
荷電状態の粒子群に対し、別途イオン化あるいは
活性化を高めて、よりシリコンと水素、窒素等の
反応性を高めるために基板上の膜表面に電子線を
照射する第二電子発生装置８を作動させる。該電
子発生装置８は、フイラメント８１、メツシユ電
極８２及びガード電極８３から構成されており、
本実施例では、メツシユ電極８２は基板電極９に
対し、電源１６により負の直流電位が印加され、
逆にフイラメント８１に対しては電源１５により
相対的に正電位になるように直流電位が印加され
ている。電源１４から供給された電力により加熱
されたフイラメント８１は熱電子を多量に放出
し、これら熱電子はメツシユ電極８２とフイラメ
ント８１の間の電界作用によつて加速引出ししさ
れ、更にメツシユ電極８２と基板電極９の電界作
用によつて該電子線は基板１０の表面に到達す
る。基板面に到達した電子は、前述した基板膜表
面に到達した中性粒子（Si、H2、NH3、H*、
N*等）をイオン化、若しくは高エネルギー状態
に励起する。この結果として、シリコンと水素、
アンモニアとの反応性が高まり、高濃度の水素、
窒素が取り込まれつつ次第に非晶質シリコン膜が
形成される。尚、本実施例においては、フイラメ
ント８１には20〜100Wの電力が供給され、また
メツシユ電極８２は、基板電極９に対し、
0.005V〜1KVの負の直流電位を印加させるのが
好ましい。電源１５により印加される電位はガー
ド電極８３及びフイラメントの構造形状により異
なるが通常50〜500Vが好ましい。
本実施例において好適な照射条件は、基板表面
１０に到達する電子のもつエネルギーの範囲が５
〜1000eVとなることである（Si、Ｈ、H2、NH3
のイオン化ポテンシヤルは各々8.2、13.5、15.4、
10.2eVであり、気体状態の水素分子H2の電離能
率Seが、Se＞1.0イオン／cmtorrとなるのは、電
子エネルギーが20〜900eVのときであり、H2の
Seの最大値Se＝５イオン／cmtorrは電子エネル
ギーが80〜100eVのとき得られる）。
１０に到達する電子のもつエネルギーの範囲が５
〜1000eVとなることである（Si、Ｈ、H2、NH3
のイオン化ポテンシヤルは各々8.2、13.5、15.4、
10.2eVであり、気体状態の水素分子H2の電離能
率Seが、Se＞1.0イオン／cmtorrとなるのは、電
子エネルギーが20〜900eVのときであり、H2の
Seの最大値Se＝５イオン／cmtorrは電子エネル
ギーが80〜100eVのとき得られる）。
本実施例では第二電子発生装置として、簡単な
構造のものを挙げたが、他に、いわゆる電子銃と
電子レンズで構成される装置を使用し、細径ビー
ムを基板表面で走査してもよい。
構造のものを挙げたが、他に、いわゆる電子銃と
電子レンズで構成される装置を使用し、細径ビー
ムを基板表面で走査してもよい。
次に図に示す装置を用いて非晶質シリコン膜を
形成する具体例を記す。
形成する具体例を記す。
図に示される装置を用い高純度（999999％以
上）を電子ビーム蒸発源４のルツボ４１に入れ、
基板１０としてガラス板（米国コーニング社製
7059ガラス）を用い、それを基板ホルダー９に取
り付け、基板１０を220℃に保つて下記の条件で
基板１０の表面に厚さ5μmの蒸着層を形成させ
た。
上）を電子ビーム蒸発源４のルツボ４１に入れ、
基板１０としてガラス板（米国コーニング社製
7059ガラス）を用い、それを基板ホルダー９に取
り付け、基板１０を220℃に保つて下記の条件で
基板１０の表面に厚さ5μmの蒸着層を形成させ
た。
作製条件
(1) 混合ガス導入前の圧力 ：２×10-6トール
(2) アンモニアと水素の混合比 ：１：0.5
(3) 混合ガスの分圧 ：９×10-5トール
(4) イオン化電圧（電源(12)） ：300V
(5) イオン化電流 ：200mA
(6) イオン加速電圧 ：0.5KV
(7) 基板温度 ：200℃
(8) 蒸着速度 ：2000Å／min
(9) 電源（15）の電位差 ：300V
(10) 電源（16）の電位差 ：200V
かくして得られたシリコン薄膜をＸ線回折で解
析した結果、非晶質であつた。そして、該薄膜の
特性を調べた結果、次の通りであつ、電子写真感
光体として優れたものであつた。
析した結果、非晶質であつた。そして、該薄膜の
特性を調べた結果、次の通りであつ、電子写真感
光体として優れたものであつた。
暗抵抗率 ：３×1013Ωcm
光照射下での抵抗率 ：９×109Ωcm
（光照射条件：He―Neレーザー300μw／cm2）
〔比較例〕
具体例と同様の条件で、電子発生装置８からの
電子を基板１０の膜表面に照射せずにシルコン薄
膜を形成させたところ、 暗抵抗率 ：８×108Ωcm 光照射下での抵抗率 ：４×108Ωcm であり、特性的に劣るものであつた。
電子を基板１０の膜表面に照射せずにシルコン薄
膜を形成させたところ、 暗抵抗率 ：８×108Ωcm 光照射下での抵抗率 ：４×108Ωcm であり、特性的に劣るものであつた。
本発明の薄膜半導体の製造方法は、上述の通り
であり、高真空の条件下でシリコンイオン及び特
定のガスイオンに高エネルギーを付与させて電極
基板上に射突させ、更に基板上の膜表面に電子を
照射させて非荷電状態で膜表面に到達したSi原
子、及び特定のガス分子、解離したガス原子をイ
オン化若しくは高エネルギー状態に励起し、シリ
コンとガス成分原子との反応性を高めることによ
り、従来の高真空下イオンプレーテイングプロセ
スでは、低水素濃度（高々10％）の非晶質シリコ
ン膜しか得られなかつた欠点を解消し、また、新
たに水素とアンモニアの混合ガスを使用すること
で、Siを高速蒸発させる条件下でも高い水素及び
窒素濃度を有する非晶質シリコン膜を得ることが
容易なるものである。また、このようにして得ら
れた膜は、高濃度水素、窒素の効果により従来一
般に得られた膜よりも、はるかに高い暗抵抗（約
1013Ωcm以上）、高光電導度（10-10Ω-1cm-1以上）
が得られ、特に電子写真用感光体として優れた特
性が得られる。加えて、高真空下でのイオンプレ
ーテイングであることから、従来のグロー放電法
での製膜に比べて、不純物の混入も少なく、条件
の制御性も優れており、また、本製造方法の連続
化、大面積化も容易である。
であり、高真空の条件下でシリコンイオン及び特
定のガスイオンに高エネルギーを付与させて電極
基板上に射突させ、更に基板上の膜表面に電子を
照射させて非荷電状態で膜表面に到達したSi原
子、及び特定のガス分子、解離したガス原子をイ
オン化若しくは高エネルギー状態に励起し、シリ
コンとガス成分原子との反応性を高めることによ
り、従来の高真空下イオンプレーテイングプロセ
スでは、低水素濃度（高々10％）の非晶質シリコ
ン膜しか得られなかつた欠点を解消し、また、新
たに水素とアンモニアの混合ガスを使用すること
で、Siを高速蒸発させる条件下でも高い水素及び
窒素濃度を有する非晶質シリコン膜を得ることが
容易なるものである。また、このようにして得ら
れた膜は、高濃度水素、窒素の効果により従来一
般に得られた膜よりも、はるかに高い暗抵抗（約
1013Ωcm以上）、高光電導度（10-10Ω-1cm-1以上）
が得られ、特に電子写真用感光体として優れた特
性が得られる。加えて、高真空下でのイオンプレ
ーテイングであることから、従来のグロー放電法
での製膜に比べて、不純物の混入も少なく、条件
の制御性も優れており、また、本製造方法の連続
化、大面積化も容易である。
図は本発明方法を実施する一例としての装置の
構成図である。 １……真空容器、１０……電極基板、８……別
途の電子線発生装置（第二電子発生装置）。
構成図である。 １……真空容器、１０……電極基板、８……別
途の電子線発生装置（第二電子発生装置）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 10-5トール以下の高真空に排気された真空容
器内に８×10-4トールから１×10-5トールの範囲
の分圧を有するように水素とアンモニアの混合ガ
スを導入し、該導入されたガスと、シリコンを加
熱蒸発することにより得られるシリコン単原子と
に加速電子を衝突させて電離若しくは解離し、か
くして生成したガスイオン及びシリコンイオンに
電界効果により高エネルギーを付与させて電極基
板に射突させると同時に、該電極板表面に到達し
たシリコン原子及び電極基板表面に到達したシリ
コン及び電極基板表面近傍のガス分子並びに解離
原子とに、別途の電子線発生装置より引き出され
た加速電子を衝突させることにより活性化を施し
て、非晶質シリコンから成る薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜半導体の製造方法。 ２ アンモニアガスと水素ガスの分圧の割合が、
アンモニアガス1.0に対し0.01ないし1.0であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄
膜半導体の製造方法。 ３ 電子線発生装置より引き出された加速電子の
電極基板到達時のエネルギーが５乃至1000eVの
範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項もしくは第２項に記載の薄膜半導体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57207378A JPS5996720A (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | 薄膜半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57207378A JPS5996720A (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | 薄膜半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5996720A JPS5996720A (ja) | 1984-06-04 |
| JPH0113213B2 true JPH0113213B2 (ja) | 1989-03-03 |
Family
ID=16538731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57207378A Granted JPS5996720A (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | 薄膜半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5996720A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH683776A5 (de) * | 1991-12-05 | 1994-05-13 | Alusuisse Lonza Services Ag | Beschichten einer Substratfläche mit einer Permeationssperre. |
-
1982
- 1982-11-25 JP JP57207378A patent/JPS5996720A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5996720A (ja) | 1984-06-04 |
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