JPH0131289B2 - - Google Patents
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- JPH0131289B2 JPH0131289B2 JP57207379A JP20737982A JPH0131289B2 JP H0131289 B2 JPH0131289 B2 JP H0131289B2 JP 57207379 A JP57207379 A JP 57207379A JP 20737982 A JP20737982 A JP 20737982A JP H0131289 B2 JPH0131289 B2 JP H0131289B2
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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。
この種の薄膜半導体の製造法として本出願人は
先にいわゆるイオンプレーテイングプロセスを主
体とした製造方法を提案した（特願昭55−
105727）。本発明はこのプロセスに更に改良を加
えたものである。
先にいわゆるイオンプレーテイングプロセスを主
体とした製造方法を提案した（特願昭55−
105727）。本発明はこのプロセスに更に改良を加
えたものである。
水素を含む非晶質シリコン膜では良好な半導体
特性を得るための好適水素濃度の存在することが
知られており、例えばシランガスをグロー放電で
分解し作製される膜では15〜20％at％程度の水素
含有率が好適とされている。
特性を得るための好適水素濃度の存在することが
知られており、例えばシランガスをグロー放電で
分解し作製される膜では15〜20％at％程度の水素
含有率が好適とされている。
しかるに上記の先行出願のような高真空下での
イオンプレーテイングでは、製膜条件を種々変え
ても膜内水素濃度は高々10％程度であり、従つ
て、膜中のダングリングボンドが十分にターミネ
ートされず、欠陥密度が高い膜となつて、良好な
半導体特性が得られにくいという欠点があつた。
イオンプレーテイングでは、製膜条件を種々変え
ても膜内水素濃度は高々10％程度であり、従つ
て、膜中のダングリングボンドが十分にターミネ
ートされず、欠陥密度が高い膜となつて、良好な
半導体特性が得られにくいという欠点があつた。
この低水素濃度の原因の一つとして次のような
ことが考えられる。即ち、先行出願の如きイオン
化方式では、水素分子、原子のイオン化率が低
く、通常の許容される条件下では基板に到達する
H+、H5 +イオンの個数がSi及びSi+の到達個数に
比べて相当少い（1/100程度）。ただこのように
Si、Si+の１％程度の到達H+、H2 +の個数である
にもかかわらず、作製された膜内の結合水素濃度
は数％はあるので、SiとＨの結合に関与している
のは単にH+、H2 +のみならず、熱的に解離せし
められた活性水素原子（H*）もあると考えられ
る。しかし、いづれにしても、膜内水素濃度を高
めて良好な半導体特性を有する膜を得るにはシリ
コンと水素の反応性を高めてやる必要がある。
ことが考えられる。即ち、先行出願の如きイオン
化方式では、水素分子、原子のイオン化率が低
く、通常の許容される条件下では基板に到達する
H+、H5 +イオンの個数がSi及びSi+の到達個数に
比べて相当少い（1/100程度）。ただこのように
Si、Si+の１％程度の到達H+、H2 +の個数である
にもかかわらず、作製された膜内の結合水素濃度
は数％はあるので、SiとＨの結合に関与している
のは単にH+、H2 +のみならず、熱的に解離せし
められた活性水素原子（H*）もあると考えられ
る。しかし、いづれにしても、膜内水素濃度を高
めて良好な半導体特性を有する膜を得るにはシリ
コンと水素の反応性を高めてやる必要がある。
本発明はかかる点にあつて、Siと水素の反応性
を高めることにより、実質的に含まれる膜中水素
濃度を高めてより優れた半導体特性を有する非晶
質シリコン膜を得ることができるという薄膜半導
体の製造方法を提供するものである。
を高めることにより、実質的に含まれる膜中水素
濃度を高めてより優れた半導体特性を有する非晶
質シリコン膜を得ることができるという薄膜半導
体の製造方法を提供するものである。
而して本発明方法は、10-5トール以下の高真空
に排気された真空容器に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ガ
ス、水素とジボランの混合ガス、及び水素とホス
フインとの混合ガスからなる群から選ばれたガス
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て、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及び
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
とを要旨としている。
に排気された真空容器に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ガ
ス、水素とジボランの混合ガス、及び水素とホス
フインとの混合ガスからなる群から選ばれたガス
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て、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及び
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
とを要旨としている。
以下に図面に示した装置に基づき本発明方法の
一実施例を説明する。
一実施例を説明する。
図に示される装置において、真空容器１内の真
空室２は排気口３に連結される排気系装置（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
〜１６とその回路、ループ状ガス導入管６にバル
ブ２４〜２７によつて切換及び流量調節可能に接
続された水素、ジボラン、ホスフインがそれぞれ
充填されたボンベ２１，２２，２３が設置されて
いる。
空室２は排気口３に連結される排気系装置（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
〜１６とその回路、ループ状ガス導入管６にバル
ブ２４〜２７によつて切換及び流量調節可能に接
続された水素、ジボラン、ホスフインがそれぞれ
充填されたボンベ２１，２２，２３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なつて真空室２を１×
10-5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２４
〜２７を調節しながら水素、水素とジボランとの
混合ガス、又は水素とホスフインとの混合ガスの
３者のうちのいづれかを分圧が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。
上記導入されるガスの種類の選択については目的
とする半導体の種類によつて選択される。
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なつて真空室２を１×
10-5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２４
〜２７を調節しながら水素、水素とジボランとの
混合ガス、又は水素とホスフインとの混合ガスの
３者のうちのいづれかを分圧が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。
上記導入されるガスの種類の選択については目的
とする半導体の種類によつて選択される。
混合ガスの場合は、水素分圧対ジボラン又はホ
スフイン分圧の割合が１：0.01〜３となるように
するのが好ましい。
スフイン分圧の割合が１：0.01〜３となるように
するのが好ましい。
次いで、電子ビーム蒸着源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又は混合ガスを第一
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又は混合ガスを第一
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。
なお、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
して加熱せしめ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。
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
して加熱せしめ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１３
により負の直流高電圧を印加することにより高エ
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１３
により負の直流高電圧を印加することにより高エ
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 +等イオ
ンの他に中性シリコン単原子、水素分子、及び熱
的に解離活性化された水素原子（H*）等も多量
にある。これら荷電されていない粒子に対し、別
途イオン化を行い、よりシリコンと水素の反応性
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。
置７によりイオン化されたSi+、H+、H2 +等イオ
ンの他に中性シリコン単原子、水素分子、及び熱
的に解離活性化された水素原子（H*）等も多量
にある。これら荷電されていない粒子に対し、別
途イオン化を行い、よりシリコンと水素の反応性
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は基板ホル
ダー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と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
され、更にメツシユ電極８２と基板ホルダー９と
の電界作用によつて該電子線は電極基板１０の表
面に到達する。
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は基板ホル
ダー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と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
され、更にメツシユ電極８２と基板ホルダー９と
の電界作用によつて該電子線は電極基板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、H*、H2等）と非弾性
衝突を起し、これら中性粒子をイオン化する。こ
の結果としてシリコンと水素（十リン、ほう素）
との反応性が高まり高濃度の水素が取り込まれつ
つ、次第に非晶質シリコン膜が堆積される。
に到達した中性粒子（Si、H*、H2等）と非弾性
衝突を起し、これら中性粒子をイオン化する。こ
の結果としてシリコンと水素（十リン、ほう素）
との反応性が高まり高濃度の水素が取り込まれつ
つ、次第に非晶質シリコン膜が堆積される。
尚、本実施例においては、フイラメント８１は
20〜300Wの電力が供給され、またメツシユ電極
８２は基板ホルダー９に対し0.005〜1KV負の直
流電位となされるのが好ましい。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
トの模造形状により異なるが通常50〜500Vが好
ましく用いられる。
20〜300Wの電力が供給され、またメツシユ電極
８２は基板ホルダー９に対し0.005〜1KV負の直
流電位となされるのが好ましい。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
トの模造形状により異なるが通常50〜500Vが好
ましく用いられる。
本実施例では、好適な照射条件は、基板表面１
０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（水素のイオン化ポテ
ンシヤルは13.6eVであるが、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
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。）。
０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（水素のイオン化ポテ
ンシヤルは13.6eVであるが、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
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。）。
次に図に示す装置を用いて非晶質シリコン膜を
形成する具体例を示す。
形成する具体例を示す。
図に示される装置を用い高純度シリコン塊
（99.9999％以上）を電子ビーム蒸発源４のルツボ
４１に入れ、電極基板１０としてガラス板（米国
コーニング社製7059ガラス）、及びシリコンウエ
ハー（大阪チタニウム社製Ｎ−型 抵抗値数Ω
cm）を使用し、基板ホルダー９に取り付け下記の
条件で基板１０の表面に厚さ0.6μｍの膜を形成し
た。
（99.9999％以上）を電子ビーム蒸発源４のルツボ
４１に入れ、電極基板１０としてガラス板（米国
コーニング社製7059ガラス）、及びシリコンウエ
ハー（大阪チタニウム社製Ｎ−型 抵抗値数Ω
cm）を使用し、基板ホルダー９に取り付け下記の
条件で基板１０の表面に厚さ0.6μｍの膜を形成し
た。
作製条件
(1) 水素ガス導入前の圧力 ：３×10-6トール
(2) 導入水素ガスの分圧 ：７×10-5トール
(3) イオン化電圧（電源１２） ：300V
(4) イオン化電流 ：30ｍＡ
(5) イオン加速電圧 ：0.7KV
(6) 基板温度 ：200℃
(7) 蒸着速度 ：180Å／min
(8) 電源１５の電位差 ：300V
(9) 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。シリコンウエハー
上に作製されたシリコン薄膜中の水素濃度を赤外
吸収スペクトルで、また、電気伝導特性をガラス
基板上に形成されたシリコン膜で測定した結果 水素含有率 ：17at％ 暗抵抗率 ：３×109Ωcm 光照射下での抵抗率 ：６×106Ωcm （照射条件：He−Neレーザー300μw／cm2） 〔比較例〕 具体例の作製条件（但し(8)、(9)は除く）と同一
の条件で第二電子発生装置を動作させないで、厚
さ0.6μｍの膜を作製したところ、その特性は次の
通りであつた。
析した結果、非晶質であつた。シリコンウエハー
上に作製されたシリコン薄膜中の水素濃度を赤外
吸収スペクトルで、また、電気伝導特性をガラス
基板上に形成されたシリコン膜で測定した結果 水素含有率 ：17at％ 暗抵抗率 ：３×109Ωcm 光照射下での抵抗率 ：６×106Ωcm （照射条件：He−Neレーザー300μw／cm2） 〔比較例〕 具体例の作製条件（但し(8)、(9)は除く）と同一
の条件で第二電子発生装置を動作させないで、厚
さ0.6μｍの膜を作製したところ、その特性は次の
通りであつた。
水素含有率 ：2.1at％
暗抵抗率 ：1.8×108Ωcm
光照射条件下での抵抗率 ：1.5×107Ωcm
（照射条件：He−Neレーザー300μw／cm2）
このように膜中水素濃度が低く、ダングリング
ボンドが十分にターミネートされていないため、
欠陥密度が高く、光に対する抵抗率変化の小さい
不十分な半導体特性の非晶質シリコン膜しか得ら
れなかつた。
ボンドが十分にターミネートされていないため、
欠陥密度が高く、光に対する抵抗率変化の小さい
不十分な半導体特性の非晶質シリコン膜しか得ら
れなかつた。
本発明の薄膜半導体の製造方法は上述の通りの
方法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
線を照射させて、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
オン化し、シリコンとガス成分原子の反応性を高
めることにより、従来のイオンプレーテイングプ
ロセスでは高々10at％の低水素濃度の非晶質シリ
コン膜しか得られなかつたという欠点を解消し、
半導体特性が最も良好になるとされている水素濃
度が15〜20at％の非晶質シリコン薄膜を得ること
が容易なるものである。本製造方法は、大面積
化、連続化も容易であり、導入ガスを種々選択す
ることによりＮ型、Ｐ型等の半導体を自在に作り
分けることができ、太陽電池製造への適用は勿
論、撮像デバイスあるいは膜形成基体をアルミニ
ウム製の円筒体とすることにより電子写真感光体
等への適用も容易に可能である。
方法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
線を照射させて、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
オン化し、シリコンとガス成分原子の反応性を高
めることにより、従来のイオンプレーテイングプ
ロセスでは高々10at％の低水素濃度の非晶質シリ
コン膜しか得られなかつたという欠点を解消し、
半導体特性が最も良好になるとされている水素濃
度が15〜20at％の非晶質シリコン薄膜を得ること
が容易なるものである。本製造方法は、大面積
化、連続化も容易であり、導入ガスを種々選択す
ることによりＮ型、Ｐ型等の半導体を自在に作り
分けることができ、太陽電池製造への適用は勿
論、撮像デバイスあるいは膜形成基体をアルミニ
ウム製の円筒体とすることにより電子写真感光体
等への適用も容易に可能である。
図は本発明方法を実施する装置の構成図を示し
たものである。 １……真空容器、８……電子線発生装置（第二
の電子発生装置）、１０……電極基板。
たものである。 １……真空容器、８……電子線発生装置（第二
の電子発生装置）、１０……電極基板。
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ガス、水素とジボランの
混合ガス、及び水素とホスフインとの混合ガスか
らなる群から選ばれたガスを導入し、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及び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 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
項に記載の薄膜半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57207379A JPS5996721A (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 |
|---|---|---|---|
| JP57207379A JPS5996721A (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | 薄膜半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5996721A JPS5996721A (ja) | 1984-06-04 |
| JPH0131289B2 true JPH0131289B2 (ja) | 1989-06-26 |
Family
ID=16538750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57207379A Granted JPS5996721A (ja) | 1982-11-25 | 1982-11-25 | 薄膜半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5996721A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6191918A (ja) * | 1984-10-11 | 1986-05-10 | Futaba Corp | 化合物薄膜の製造装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5678413A (en) * | 1979-11-27 | 1981-06-27 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | Preparation of amorphous silicon |
| JPS577116A (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of amorphous silicon thin film |
| JPS5730325A (en) * | 1980-07-30 | 1982-02-18 | Nec Corp | Manufacture of amorphous silicon thin film |
| JPS5754930A (en) * | 1980-09-20 | 1982-04-01 | Minolta Camera Co Ltd | Exposure controlling circuit of camera |
-
1982
- 1982-11-25 JP JP57207379A patent/JPS5996721A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5678413A (en) * | 1979-11-27 | 1981-06-27 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | Preparation of amorphous silicon |
| JPS577116A (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of amorphous silicon thin film |
| JPS5730325A (en) * | 1980-07-30 | 1982-02-18 | Nec Corp | Manufacture of amorphous silicon thin film |
| JPS5754930A (en) * | 1980-09-20 | 1982-04-01 | Minolta Camera Co Ltd | Exposure controlling circuit of camera |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5996721A (ja) | 1984-06-04 |
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