JPH0546092B2 - - Google Patents

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JPH0546092B2
JPH0546092B2 JP57199060A JP19906082A JPH0546092B2 JP H0546092 B2 JPH0546092 B2 JP H0546092B2 JP 57199060 A JP57199060 A JP 57199060A JP 19906082 A JP19906082 A JP 19906082A JP H0546092 B2 JPH0546092 B2 JP H0546092B2
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Kazuyoshi Isotani
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Description

【発明の詳細な説明】
(1) 技術分野 本発明はSinH2o+2（ｎ≧２）であらわされる高
次シランを光分解することによりアモルフアスシ
リコン膜（以下、ａ−Si膜と略記する）を形成す
る方法に関し、更に詳しくは、該高次シランの分
解を特定の波長の光の照射下に行うことにより、
ａ−Si膜を低温で形成する方法に関する。 (2) 背景技術 ａ−Si膜はすぐれた光電特性を有することか
ら、太陽電池、電子写真用感光体、薄膜トランジ
スタ、光センサー等に使用される。しかして、ａ
−Si膜の製法の一つに、シランのごときガスを熱
分解し、基板上に堆積せしめるいわゆる化学気相
蒸着法（Chemical Vapor Deposition、以下
CVDと略す）があるが、CVD法はプラズマ分解
法、スパツタリング法、イオンプレーテイング法
等に比べて複雑で高価かつ大がかりな装置を必要
とせずに容易に実施できるという大きな長所を有
する。 しかるに、一方、CVD法は、600℃以上のきわ
めて高温を必要とするため、ａ−Siを堆積する基
板の材質が高価な金属、石英ガラス、サフアイア
等に限定されるという欠点を有する。かかる欠点
を解決しCVD法の低温化をはかるため提案され
た方法が最近注目されているいわゆる光CVD法
である。光CVD法のうち、現在主流は水銀増感
法であり、これは水銀（Hg）の増感作用を利用
し、熱分解反応系にHg蒸気を共存させ、光を照
射せしめてこれを励起（Hg（1So）h〓→Hg*（3P1））
し、その励起種と反応種との間にエネルギー移動
を起さしめて熱分解反応を進行させるというもの
である。このHgの作用は一種の触媒作用であり、
膜の成長速度を数倍から数千倍に増加させること
ができるので、たとえばSiH4の熱分解反応にお
いて、比較的低温（たとえば400℃程度）でａ−
Si膜を形成することができるのである。 しかしながらHg増感法には、取扱いが厄介
な有毒物質である水銀をしかも蒸気で使用しなけ
ればならないという公害上ないし安全上の基本的
な問題があり、また、ａ−Siの表面処理や後処理
が必須かつ困難であるという欠点があるほかに、
分解操作中、Hg蒸気が反応管内に充満するた
め反応管の光を取り入れる窓等にもａ−Siが徐々
に堆積して入光を遮断し成長速度を急激に低下せ
しめるため操作がしばしば中断を余儀なくされる
という実用上の大きな欠点がある。さらに、ａ
−Si膜中へのHgの取込みのおそれがある。 (3) 発明の開示 本発明者らは上記の点にかんがみ鋭意検討した
結果、光CVD法において、従来常用されてきた
モノシランに代えて高次シランを原料ガスとして
使用することのみにより、驚くべきことに、かか
る問題のあるHg触媒をなんら用いることなく、
高次シランの熱分解温度の300℃以下の低温にお
いてもａ−Si膜が形成できることも見出し本発明
を完成した。 すなわち、本発明は、一般式SinH2o+2（ここで
ｎはｎ≧２の整数を示す）であらわされる高次シ
ランガスを波長300nｍ以下の光の照射下に大気
圧以上の圧力において光分解し基板上に堆積せし
めることを特徴とするアモルフアスシリコン膜の
形成方法。 を提供する。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明における高次シランは一般式SinH2o+2
（ここでｎはｎ≧２の整数を示す）であらわされ
るもので、たとえば、ジシラン（Si2H6）、トリ
シラン（Si3H8）、テトラシラン（Si4H10）、ペン
タシラン（Si5H12）、ヘキサシラン（Si6H14）等
であるが、取り扱いの容易さから、ジシラン、ト
リシラン、テトラシランが好ましい。これらは単
独でまたは混合物として使用される。 なお、高次シランを使用する場合は、小量のモ
ノシラン（SiH4）を含有していてもかまわない
ことはもちろんである。しかして高次シランの代
りにモノシランのみを用いた場合は、前記のごと
く本発明の目的を達成できない。 本発明はかかる高次シランを原料として、それ
自体公知の光分解法により基板上にアモルフアス
シリコン膜を形成せしめるものであるがその際波
長300nｍ以下の光の照射下に該分解を行うこと
が必須である。 本発明で使用する照射光の波長は300nｍ以下
であればいかなる波長の光でもよく、紫外線のほ
か、それより短波長のＸ線、γ線等の領域に属す
る光も適用可能である。しかしながら、実用性な
いし取り扱いの容易性の点から、紫外線、特に
200〜300nｍの紫外線や200nｍ以下の遠紫外線が
好ましい。 上記紫外線の発光源としては、金属蒸気放電
管、気体放電管などが使用可能である。前者の例
としては、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、
セシウム、亜鉛、カドミウム、タリウム、水銀等
の放電管があり、また、後者の例としては、水
素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、
キセノン、水銀等の放電管があるが、特に低圧水
銀ランプ、水素放電管、キセノン放電管等が好ま
しい。なお、その他紫外線レーザー光も使用可能
である。 なお照射光の波長が300nｍを越える場合は、
高次シランの光分解を十分促進できず、本発明の
目的を達成することができない。 放電管の出力はある程度大なるほどａ−Si膜の
成長速度を増加せしめる作用は大となるが、あま
り該出力が大きすぎると、雰囲気空気中のO2を
オゾンにする反応が併発する等安全性の問題が起
る。通常は、10W〜10KW、好ましくは100W〜
1KWの出力で十分である。なお、照度は0.1〜
100ｍＷ／cm2の範囲が好ましい。 本発明において分解圧力は、大気圧以上の圧力
を採用するのが好ましい。大気圧未満の圧力であ
る減圧では、光照射下において形成される膜の成
長速度が著しく小さくなり、水銀蒸気による増感
作用が実質的に必要となり、本発明の目的を達成
することができない。なお、大気圧以上の圧力で
分解を行えば膜の成長速度がもともと大であり好
都合であるが、その場合、２Kg／cm2−Ｇ以下の範
囲で十分本発明の目的を達することができる。も
ちろんこれ以上の加圧下で操作することはなんら
さしつかえない。 また、本発明における分解温度（膜形成温度）
は、常温〜500℃、好ましくは100〜300℃の範囲
である。常温以下の場合は膜の成長速度が非常に
遅くなり、また、500℃を越える高温の場合は、
ａ−Si膜に水素がとり込まれにくく十分な特性を
得ることができない。 本発明は上記のごとく、特定波長の光の照射下
に高次シランガスを分解することによりａ−Si膜
を得るものであるが、その際、該高次シランガス
に、（）PH3、AsH3またはB2H6等のＰ、As、
Ｂのドーパント、（）NH3、N2H4等のＮ含有
化合物、（）N2O、O2、SiH3OSiH3等のＯ含有
化合物、（）CH4、SnH4、GeH4等の族化合
物、（）F2、SiF4、CF4等のＦ化合物等を添加
混合することももちろん可能である。かくするこ
とにより、使用目的に応じた物性を有するａ−Si
膜を形成することができるので、本発明の適用範
囲が一層広いものとなる。 (4) 発明を実施するための好ましい形態 本発明を実施するための装置としては、たとえ
ば第１図に示したようなものが使用できる。 １０は分解炉（反応管）であり、30mmφ×500
mm〜60mmφ×1000mm程度の石英ガラス管であ
る。これは管でなく角型（ダクト）でもよい。反
応管は外周囲にハロゲンランプのごとき加熱器２
０を備えている。加熱器に対応する管内の部分が
分解ゾーンであり、シリコン製サセプター３０
（支持台）および該サセプター上に石英ガラス、
シリコン、サフアイア、SUS等の基板４０がセ
ツトされている。基板温度は熱電対４５により測
定される。反応管の外周囲には、水銀ランプのご
とき放電管５０が備えられ、特に分解ゾーンない
し基板上に特定の波長の紫外線光を照射しうるよ
うになつている。該照射光は、紫外線透過性の高
い石英ガラス製反応管壁を通して、または該壁に
設けた石英ガラス製窓面（図示せず）を通して、
管内に導入照射される。 なお、照射法はこのような直接照射法に代え
て、反応管内に、反射率の大なるアルミニウムの
研磨した金属面、もしくは蒸着面からなる紫外線
用反射鏡（図示せず）を設置し、紫外線ランプか
らの紫外線を該反射鏡を介して分解ゾーンに間接
的に導入してもよい。 また、かかるアルミニウム製の紫外線用反射板
５３を放電管５０の後背部にセツトして照射効率
の向上をはかることもできる。 本発明で用いる放電管はいかなる型式のものも
使用可能であり、縦型、横型、Ｕ字型、スパイラ
ル型等いずれでもかまわない。また、放電管とし
て水銀ランプを使用する場合は、低圧水銀ラン
プ、高出力低圧水銀ランプ等目的に応じて任意の
ものを選択すればよい。 なお、第１図における放電管５０は、反応管の
外周囲に複数本設置することもできる。反応管の
一端部は原料ガスの供給部５５であり、高次シラ
ンガス６０、およびキヤリヤガス７０の配管部に
結合されている。なお、PH3、B2H6等のドーパ
ントガス８０等を使用する場合の配管部を図のご
とく設けてもよい。６１，７１，８１はバルブで
あり、６３，７３，８３はガス流量計である。ま
た、反応管の他端部は排出ガスの出口部９０であ
る。 当然のことながら加熱器２０は、ランプ加熱式
でなく、反応管全体を加熱する抵抗加熱式でもか
まわない。 次に分解操作について説明するに、分解炉を分
解温度以上に昇温し、窒素ガスを流してベーキン
グ操作を行つた後、分解温度まで降温し300〜500
℃で温度安定化させる。しかる後、高次シラン
100％のもの、または、0.1〜20％程度に窒素、ヘ
リウム、アルゴン、水素等の不活性ガスで希釈し
たものおよびアンモニア（誘導体）等を、そのま
ま、または、上記不活性ガスのキヤリヤガスと共
に常温〜500℃、好ましくは100〜300℃の分解温
度にセツトした分解炉に供給し、300nｍ以下の
波長を有する紫外線を管内に導入し、分解ゾーン
等を照射しながら、高次シランガスの分解を行い
基板上にａ−Si膜を堆積せしめる。 以下実施例により本発明を具体的に説明する。
以下の実施例において得られたａ−Si膜は次のご
とくして分析ないし評価した。 (1) 膜厚み 膜厚みに応じて、重量法、表面荒さ計による
方法、透過率による干渉から求める方法を併用
して求めた。この膜厚みと分解時間から膜成長
速度（Å／min）を算出する。 (2) 暗、光伝導度 測定に先立つて被測定ａ−Si膜上にゲート電
極を真空蒸着によつて付け、オーミツク特性を
とつた。電圧−電流特性は日本分光(株)製回折格
子分光器CT−50により測定した。 暗伝導度は光を遮断した場合、光伝導度は
2eV、３×1014光子の光をサンプルに垂直に照
射した場合である。 実施例 １ 実験装置として第１図に示した装置を使用し
た。すなわち、反応管は40mmφ×600mmの石英
管であり、その周囲に500Wのセン特殊光源(株)製
の棒状低圧水銀ランプ（波長254nｍの紫外線が
全放射の60％、185nｍが30％を占める）１本を
設置した。Heガスで希釈した10％のSi2H6を含む
原料ガスを500c.c.／min、キヤリヤガスとしてN2
を２／minの流速で圧力0.5Kg／cm2−Ｇで分解
炉に流し、上記紫外線照度10ｍＷ／cm2の照射下に
100℃で分解および堆積を30分行つた。結果を第
１表に示す。 実施例２〜実施例４ 分解温度および原料高次シランを変えたほかは
実施例１と同様な実験を行つた。結果を第１表に
示す。 比較例１〜比較例７ 第２表に示した条件で、実施例と同様の実験を
行つた。結果を第２表にまとめて示す。 比較例 ８ Heガスで希釈された10％のSi2H6を含む原料ガ
ス500c.c.／min、キヤリヤガスとしてN2を２／
minで流し、分解炉の圧力を5Torrとし、実施例
１で示された紫外線を照射して300℃で成膜を行
なつた。なおこの際、分解炉の中には、増感剤た
る水銀蒸気は全く導入せずに操作を行つた。 成膜時間２時間（紫外線を照射している時間）
では膜の堆積は殆ど認められなかつた。 DektakＡ（SLOAN社）で、精密に測定した
結果、堆積した膜の厚みは、約200Åであり、ａ
−Si膜の成長速度は約２Å／minであつた。すな
わち、大気圧以上の圧力である0.5Kg／cm2−Ｇ
（1140Torr）を使用している本発明の実施例１〜
実施例４の成長速度は第１表から明らかなよう
に、いずれも170〜250Å／minと高く、しかも得
られた薄膜は、暗伝導度、光伝導度とも優れた値
を示しているのに対し、分解圧力5Torrでは、そ
もそもａ−Si膜の成長速度が約２Å／minと極め
て低く、到底実用にはならないことがわかる。
【表】
【表】
【表】 てしまつた。
＊＊ 365nmを中心とする近紫外線の放射を行なう高
圧水銀ランプを利用した。
(5) 産業上の利用可能性 本発明の方法に従えば、水銀触媒のごとき有毒
な物質を全く使うことなく、従来のCVD法に比
較してはるかに低温でアモルフアスシリコン膜を
形成することができる。 得られた膜は、太陽電池、電子写真用感光体、
薄膜トランジスタ、光センサー等の用途に好適に
供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実施するための装置の説明図
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 一般式SioH2o+2（ここでｎはｎ≧２の整数を
    示す）であらわされる高次シランガスを波長
    300nｍ以下の光の照射下に大気圧を越える圧力
    において光分解し基板上に堆積せしめることを特
    徴とするアモルフアスシリコン膜の形成方法。
JP57199060A 1982-11-15 1982-11-15 アモルフアスシリコン膜の形成方法 Granted JPS5989407A (ja)

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