JPH0620952A - 珪素を主成分とする半導体被膜の作製方法 - Google Patents
珪素を主成分とする半導体被膜の作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度50〜450 ℃の被膜形成面上にアモルファ
ス性と50Å〜10μｍの大きさの結晶性とが混合した半非
晶質の構造を有する珪素を主成分とする半導体被膜を形
成させる。 【構成】 0.001 〜10torrの減圧状態に保持された反応
容器内に、反応性気体、反応性気体を希釈するための希
釈ガスであるヘリューム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）また
は水素（Ｈ2 ）及び必要に応じて加えられる不純物気体
から成る混合気体を、上記希釈ガスに対する反応性気体
の濃度（反応性気体／希釈ガス）が、0.04〜0.0007とな
るように導入し、前記混合ガスに電気エネルギを供給す
ることにより前記混合ガスをプラズマ化させ、温度50〜
450 ℃の被膜形成面上にアモルファス性と50Å〜10μｍ
の大きさの結晶性とが混合した半非晶質の構造を有する
珪素を主成分とする半導体被膜を形成する。
ス性と50Å〜10μｍの大きさの結晶性とが混合した半非
晶質の構造を有する珪素を主成分とする半導体被膜を形
成させる。 【構成】 0.001 〜10torrの減圧状態に保持された反応
容器内に、反応性気体、反応性気体を希釈するための希
釈ガスであるヘリューム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）また
は水素（Ｈ2 ）及び必要に応じて加えられる不純物気体
から成る混合気体を、上記希釈ガスに対する反応性気体
の濃度（反応性気体／希釈ガス）が、0.04〜0.0007とな
るように導入し、前記混合ガスに電気エネルギを供給す
ることにより前記混合ガスをプラズマ化させ、温度50〜
450 ℃の被膜形成面上にアモルファス性と50Å〜10μｍ
の大きさの結晶性とが混合した半非晶質の構造を有する
珪素を主成分とする半導体被膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体工業に用いら
れるプラズマ気相反応装置に関する。
れるプラズマ気相反応装置に関する。
【０００２】この発明は反応性気体特に珪化物気体を１
気圧以下の0.001 〜10torrに減圧し、電気エネルギーを
供給してプラズマ・グロー放電を行わしめ、基板上の被
形成面上に反応生成物特に珪素半導体を形成せしめるプ
ラズマ気相反応装置に関する。
気圧以下の0.001 〜10torrに減圧し、電気エネルギーを
供給してプラズマ・グロー放電を行わしめ、基板上の被
形成面上に反応生成物特に珪素半導体を形成せしめるプ
ラズマ気相反応装置に関する。
【０００３】この発明は、半導体被膜を形成するプラズ
マ気相法において、反応性気体の流れを一方より導入さ
せ、基板上の被形成面を経て他方に排出せしめるととも
に、この流れに平行に被形成面を配置せしめたものであ
る。さらに電気エネルギーを容量結合方式により供給さ
せるが、その電界方向もこの流れと同一方向に供給せし
めることにより、プラズマ放電における高電界部にて反
応性気体を活性またはプラズマ反応化せしめ、ついで低
電界領域において基板上に被膜を形成せしめることを特
徴とする。
マ気相法において、反応性気体の流れを一方より導入さ
せ、基板上の被形成面を経て他方に排出せしめるととも
に、この流れに平行に被形成面を配置せしめたものであ
る。さらに電気エネルギーを容量結合方式により供給さ
せるが、その電界方向もこの流れと同一方向に供給せし
めることにより、プラズマ放電における高電界部にて反
応性気体を活性またはプラズマ反応化せしめ、ついで低
電界領域において基板上に被膜を形成せしめることを特
徴とする。
【０００４】この発明は珪素を主成分とする半結晶また
は半非晶質構造を有するセミアモルファス半導体（以下
SAS という）中の不対結合手を中和するため、水素また
はハロゲン元素を添加することを目的としている。
は半非晶質構造を有するセミアモルファス半導体（以下
SAS という）中の不対結合手を中和するため、水素また
はハロゲン元素を添加することを目的としている。
【０００５】
【従来の技術】従来、結晶半導体は単結晶半導体が結晶
学的に最も安定かつ最も理想的な特性を有する材料であ
るとされてきた。また他の結晶半導体としての多結晶半
導体は緻密な結晶性を有する塊が互いに隣接し、多数集
合してなったもので、その粒界にはいわゆるグレインバ
ウンダリ（G.B ）が存在していた。
学的に最も安定かつ最も理想的な特性を有する材料であ
るとされてきた。また他の結晶半導体としての多結晶半
導体は緻密な結晶性を有する塊が互いに隣接し、多数集
合してなったもので、その粒界にはいわゆるグレインバ
ウンダリ（G.B ）が存在していた。
【０００６】このG.B はその部分で不対結合手が多数あ
り、それらが光照射により励起されたキャリアの再結合
中心となるとともに、不純物の析出を粒界において助長
するため、粒内部が単結晶であってもその電気的特性は
このG.B がその大部分を決めてしまっており、単結晶と
相似の高い光電特性または光応答特性はまったく有して
いなかった。
り、それらが光照射により励起されたキャリアの再結合
中心となるとともに、不純物の析出を粒界において助長
するため、粒内部が単結晶であってもその電気的特性は
このG.B がその大部分を決めてしまっており、単結晶と
相似の高い光電特性または光応答特性はまったく有して
いなかった。
【０００７】他方、従来公知の半導体として無定形アモ
ルファス半導体が知られている。このアモルファス半導
体は結晶学的に無定形であり、ミクロにおける原子間距
離も不特定（ランダム）にばらついており、純粋には格
子構造を有しないものである。特にアモルファス半導体
はその構造においてランダム性を有すれば有する程より
アモルファスらしくなるものとして、その理論解析でも
定量不規則性（ランダム・ネットワーク）を原点として
そのエネルギーバンド構造等を解かんとしている。
ルファス半導体が知られている。このアモルファス半導
体は結晶学的に無定形であり、ミクロにおける原子間距
離も不特定（ランダム）にばらついており、純粋には格
子構造を有しないものである。特にアモルファス半導体
はその構造においてランダム性を有すれば有する程より
アモルファスらしくなるものとして、その理論解析でも
定量不規則性（ランダム・ネットワーク）を原点として
そのエネルギーバンド構造等を解かんとしている。
【０００８】特にアモルファス半導体にあっては、代表
的にはシラン（SiH4）に誘導エネルギーを5 〜40Ｗ加え
たグロー放電法により、室温〜300 ℃にて形成する方法
が知られている。
的にはシラン（SiH4）に誘導エネルギーを5 〜40Ｗ加え
たグロー放電法により、室温〜300 ℃にて形成する方法
が知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしかかる方法にお
いて、20〜40mmの狭い間隙を有する一対の電極による平
行平板型の容量結合方式の反応炉が用いられ、一方の電
極上に基板を配設せしめて、この基板に垂直方向に電界
が加えられていた。さらにこの電界も基板が電極に近い
ため、陰極暗部または陽極暗部のいわゆる強電界領域を
用いていた。このため強電界による反応性気体のプラズ
マ化は行い得ても、同時に被形成面を反応性気体がスパ
ッタしてしまう欠点を有していた。
いて、20〜40mmの狭い間隙を有する一対の電極による平
行平板型の容量結合方式の反応炉が用いられ、一方の電
極上に基板を配設せしめて、この基板に垂直方向に電界
が加えられていた。さらにこの電界も基板が電極に近い
ため、陰極暗部または陽極暗部のいわゆる強電界領域を
用いていた。このため強電界による反応性気体のプラズ
マ化は行い得ても、同時に被形成面を反応性気体がスパ
ッタしてしまう欠点を有していた。
【００１０】さらにこの従来の方式では、プラズマ化さ
れる領域が小さいため、0.2 〜1 Å／秒の被膜成長速度
しか得られなかった。
れる領域が小さいため、0.2 〜1 Å／秒の被膜成長速度
しか得られなかった。
【００１１】また強い電界により形成された被膜は、エ
ネルギーバンド巾として単結晶珪素の1.0 〜1.1eV より
も大きい1.6 〜1.8eV を有し、その中に20〜30モル％の
多量の水素を再結合中心を中和するために含有してい
た。しかしこのASは光応答特性を有するにもかかわら
ず、その光伝導度は10-6〜10-5Ω-1・cm-1しか有してお
らず、実用上まったく不十分なものであった。
ネルギーバンド巾として単結晶珪素の1.0 〜1.1eV より
も大きい1.6 〜1.8eV を有し、その中に20〜30モル％の
多量の水素を再結合中心を中和するために含有してい
た。しかしこのASは光応答特性を有するにもかかわら
ず、その光伝導度は10-6〜10-5Ω-1・cm-1しか有してお
らず、実用上まったく不十分なものであった。
【００１２】他方、ASは一部の特性においては単結晶半
導体（以下SCS 即ちSingle Crystalsemiconductor ）に
比べて好ましい面も有している。
導体（以下SCS 即ちSingle Crystalsemiconductor ）に
比べて好ましい面も有している。
【００１３】即ちこのASは光照射による電子の励起遷移
が直接遷移であり、このため必要な被膜の厚さはSCS の
1 ／30〜1 ／100 の0.5 〜１μでよいという特性を有し
ている。しかし他方移動度に関しては10-3〜10-4 cm2／
V.sec しかなく、光照射電気伝導度も10-6〜10-5Ω-1・
cm-1ときわめて小さい。加えて 、少数キャリア（特に
ホール）の拡散長も300 〜400 Åしかなく、工業的応用
も限られていた。
が直接遷移であり、このため必要な被膜の厚さはSCS の
1 ／30〜1 ／100 の0.5 〜１μでよいという特性を有し
ている。しかし他方移動度に関しては10-3〜10-4 cm2／
V.sec しかなく、光照射電気伝導度も10-6〜10-5Ω-1・
cm-1ときわめて小さい。加えて 、少数キャリア（特に
ホール）の拡散長も300 〜400 Åしかなく、工業的応用
も限られていた。
【００１４】このため本発明人はこのASよりも電気特性
においてはSCS に近い特性を有する半導体特性がASとSC
S との中間材料を構成することにより成就できることを
発見した。
においてはSCS に近い特性を有する半導体特性がASとSC
S との中間材料を構成することにより成就できることを
発見した。
【００１５】本発明はこの中間構造のセミアモルファス
半導体のプラズマ気相法による作製方法を提供するもの
である。
半導体のプラズマ気相法による作製方法を提供するもの
である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、0.001 〜10to
rrの減圧状態に保持された反応容器内に、反応性気体、
反応性気体を希釈するための希釈ガスであるヘリューム
（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）または水素（Ｈ2 ）及び必要
に応じて加えられる不純物気体から成る混合気体を、上
記希釈ガスに対する反応性気体の濃度（反応性気体／希
釈ガス）が、0.04〜0.0007となるように導入し、前記混
合ガスに電気エネルギを供給することにより前記混合ガ
スをプラズマ化させ、温度50〜450 ℃の被膜形成面上に
アモルファス性と50Å〜10μｍの大きさの結晶性とが混
合した半非晶質の構造を有する半導体被膜を形成させる
ことを特徴とする珪素を主成分とする半導体被膜の作製
方法である。
rrの減圧状態に保持された反応容器内に、反応性気体、
反応性気体を希釈するための希釈ガスであるヘリューム
（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）または水素（Ｈ2 ）及び必要
に応じて加えられる不純物気体から成る混合気体を、上
記希釈ガスに対する反応性気体の濃度（反応性気体／希
釈ガス）が、0.04〜0.0007となるように導入し、前記混
合ガスに電気エネルギを供給することにより前記混合ガ
スをプラズマ化させ、温度50〜450 ℃の被膜形成面上に
アモルファス性と50Å〜10μｍの大きさの結晶性とが混
合した半非晶質の構造を有する半導体被膜を形成させる
ことを特徴とする珪素を主成分とする半導体被膜の作製
方法である。
【００１７】
【実施例】図１は半導体被膜を形成するための本発明の
プラズマ気相反応装置の概要を示す。
プラズマ気相反応装置の概要を示す。
【００１８】図１において、反応系７には活性化室１が
設けられ、被形成面を有する基板１０（大きさ1 〜10cm
角）が加熱されて配置させている。反応性気体は反応炉
内の一方の１５側より導入させ、被膜形成後、不要物を
他方の１６側に排出されるようなガス流を生ぜしめ、基
板表面をこのガス流に平行に、即ち基板表面がガス流に
添うように配設させた。さらにこの基板は平行に10〜30
0 枚が互いに裏面を接して配置させ、多量生産をおこな
わしめている。基板は反応管の外側より抵抗加熱炉８に
より室温〜800 ℃特に100 〜600 ℃の範囲にて加熱させ
た。誘導エネルギーは容量結合方式で行わしめた。
設けられ、被形成面を有する基板１０（大きさ1 〜10cm
角）が加熱されて配置させている。反応性気体は反応炉
内の一方の１５側より導入させ、被膜形成後、不要物を
他方の１６側に排出されるようなガス流を生ぜしめ、基
板表面をこのガス流に平行に、即ち基板表面がガス流に
添うように配設させた。さらにこの基板は平行に10〜30
0 枚が互いに裏面を接して配置させ、多量生産をおこな
わしめている。基板は反応管の外側より抵抗加熱炉８に
より室温〜800 ℃特に100 〜600 ℃の範囲にて加熱させ
た。誘導エネルギーは容量結合方式で行わしめた。
【００１９】さらにこの容量結合方式の一対を為す電極
３，３’により生ずるプラズマ発生用の電界は、反応性
気体の流れと同一方向に、プラズマ放電の際の電界が加
わるように配設せしめて、プラズマ化された反応性気体
または反応生成物が被形成表面にそって流れ、被形成面
を反応性気体がスパッタ（損傷）しないようにした。
３，３’により生ずるプラズマ発生用の電界は、反応性
気体の流れと同一方向に、プラズマ放電の際の電界が加
わるように配設せしめて、プラズマ化された反応性気体
または反応生成物が被形成表面にそって流れ、被形成面
を反応性気体がスパッタ（損傷）しないようにした。
【００２０】電極３，３' に0.1 〜100MHz例えば13.56M
Hzの高周波の電気エネルギー（出力５〜2000Ｗ）を加え
た。反応性気体であるシラン〔（Sim Ｈn m≧1 n≧1
）ポリシラン、重合シランまたはモノシランを総称し
てシランという〕を４より、また希釈ガスであるヘリュ
ーム（He）、ネオン （Ne）または水素（H2）を５よ
り、さらにジボランまたはフォスヒンの添加されたシラ
ンを６より導入した。またこの反応炉内圧力を排気ガス
量をニードルバルブ１１、ストップバルブ１２より調整
してロータリーポンプ１３（容量1500ｌ／分）により排
気した。反応系の反応中の圧力は、0.001 〜10torrとし
た。
Hzの高周波の電気エネルギー（出力５〜2000Ｗ）を加え
た。反応性気体であるシラン〔（Sim Ｈn m≧1 n≧1
）ポリシラン、重合シランまたはモノシランを総称し
てシランという〕を４より、また希釈ガスであるヘリュ
ーム（He）、ネオン （Ne）または水素（H2）を５よ
り、さらにジボランまたはフォスヒンの添加されたシラ
ンを６より導入した。またこの反応炉内圧力を排気ガス
量をニードルバルブ１１、ストップバルブ１２より調整
してロータリーポンプ１３（容量1500ｌ／分）により排
気した。反応系の反応中の圧力は、0.001 〜10torrとし
た。
【００２１】この反応系において、シランの活性化また
は分解は被形成面より離れて活性化室１にて実施した。
誘導エネルギーは、本発明においては、容量結合方式に
て２つの円環電極３，３’が基板をはさんで設け、この
電極間に高周波エネルギーを加えているため、この結合
によりきわめて広い反応空間範囲にグロー放電を行わし
めることができた。
は分解は被形成面より離れて活性化室１にて実施した。
誘導エネルギーは、本発明においては、容量結合方式に
て２つの円環電極３，３’が基板をはさんで設け、この
電極間に高周波エネルギーを加えているため、この結合
によりきわめて広い反応空間範囲にグロー放電を行わし
めることができた。
【００２２】この電極近傍は陰極暗部または陽極暗部を
構成し、強電界領域である。このため反応性気体は入り
口側の電極３近傍の活性化室１にてプラズマ化せしめら
れている。加えてここのプラズマ化した反応性気体は低
電界領域である陽光柱領域にガスの流れにそって移動
し、ここに配置された基板の被形成面上をスパッタする
ことなく、反応生成物をディポジットして、被膜を形成
させている。
構成し、強電界領域である。このため反応性気体は入り
口側の電極３近傍の活性化室１にてプラズマ化せしめら
れている。加えてここのプラズマ化した反応性気体は低
電界領域である陽光柱領域にガスの流れにそって移動
し、ここに配置された基板の被形成面上をスパッタする
ことなく、反応生成物をディポジットして、被膜を形成
させている。
【００２３】即ち、本発明においてはグロー放電プラズ
マにおける陽光柱領域を積極的に利用し、ここに基板を
配置し、従来より知られているカソード端部、陰極グロ
ーの強電界領域に基板を配設しない。
マにおける陽光柱領域を積極的に利用し、ここに基板を
配置し、従来より知られているカソード端部、陰極グロ
ーの強電界領域に基板を配設しない。
【００２４】即ち、本発明においては、反応性気体は強
電界領域にてプラズマ化させ、その活性の反応性気体ま
たは反応生成物を、反応性気体の流れにそって電界強度
の最も小さい領域（一般に陽光柱といわれる）に移動さ
せ、ここで被形成面でのスパッタ（損傷）を防ぎつつ、
被膜形成をさせている。
電界領域にてプラズマ化させ、その活性の反応性気体ま
たは反応生成物を、反応性気体の流れにそって電界強度
の最も小さい領域（一般に陽光柱といわれる）に移動さ
せ、ここで被形成面でのスパッタ（損傷）を防ぎつつ、
被膜形成をさせている。
【００２５】即ち本発明は、この陽光柱の広い空間を有
するため、さらに図１より明らかなごとく、多数の基板
を同時に配設でき、多量生産にも好ましいという他の特
徴をも有する。
するため、さらに図１より明らかなごとく、多数の基板
を同時に配設でき、多量生産にも好ましいという他の特
徴をも有する。
【００２６】さらに本発明は加熱炉８の内部ではなく、
反応性気体の導入側にある電極近傍での強電界を用いて
反応性気体をプラズマ化して活性にし、このため、活性
化室１をも十分放電せしめるため、被形成面より離れて
位置した反応性気体特に会合または重合状態にあるシラ
ンにも十分な分解反応エネルギーを与えプラズマ化させ
ることができる。このため、被膜の成長速度は、従来に
比べて２〜10Å／秒と３〜５倍も大きくなり、さらに飛
翔中にかかるシランをクラスタ（塊）状にせしめ、且つ
結晶化反応を行わしめることができるという特長を有す
る。
反応性気体の導入側にある電極近傍での強電界を用いて
反応性気体をプラズマ化して活性にし、このため、活性
化室１をも十分放電せしめるため、被形成面より離れて
位置した反応性気体特に会合または重合状態にあるシラ
ンにも十分な分解反応エネルギーを与えプラズマ化させ
ることができる。このため、被膜の成長速度は、従来に
比べて２〜10Å／秒と３〜５倍も大きくなり、さらに飛
翔中にかかるシランをクラスタ（塊）状にせしめ、且つ
結晶化反応を行わしめることができるという特長を有す
る。
【００２７】この活性化状態の持続した結晶化反応中の
クラスタは被形成面上にルーズに原子間が結合し、かつ
半結晶性で塊または柱状のクラスタとして形成させるこ
とができた。
クラスタは被形成面上にルーズに原子間が結合し、かつ
半結晶性で塊または柱状のクラスタとして形成させるこ
とができた。
【００２８】参考までに、形成された被膜を電子線回析
で調べてみると、結晶性を示すリングがアモルファス構
造のハローと同時にみられ、多結晶または単結晶半導体
とも、またアモルファス半導体とも異なったその中間の
即ちアモルファス性と結晶性とが適度に混合した低級結
晶即ち半結晶または半非晶質の構造を有する第三の半導
体であることが判明した。
で調べてみると、結晶性を示すリングがアモルファス構
造のハローと同時にみられ、多結晶または単結晶半導体
とも、またアモルファス半導体とも異なったその中間の
即ちアモルファス性と結晶性とが適度に混合した低級結
晶即ち半結晶または半非晶質の構造を有する第三の半導
体であることが判明した。
【００２９】この飛翔中の反応は、単純に濃度を高くす
るよりも、ボンベ中で既に会合または重合状態にあるク
ラスタ状のシランに対し、そのクラスタ状のシランのSi
─Ｈ結合を分解してSi─Si結合にする、またはSi─Si結
合を電気エネルギーによりTIGHT BINDING 状態へと反応
を進行せしめるため、このシランに対しエネルギーを与
える量を多くすることを基本思想としている。このため
キャリアガスとしてのHe、NeまたはH2を、シランに対し
少なくとも10倍またはシランの濃度（Sim H nキャリア
ガス）を0.0001〜0.1 にすることも有効である
るよりも、ボンベ中で既に会合または重合状態にあるク
ラスタ状のシランに対し、そのクラスタ状のシランのSi
─Ｈ結合を分解してSi─Si結合にする、またはSi─Si結
合を電気エネルギーによりTIGHT BINDING 状態へと反応
を進行せしめるため、このシランに対しエネルギーを与
える量を多くすることを基本思想としている。このため
キャリアガスとしてのHe、NeまたはH2を、シランに対し
少なくとも10倍またはシランの濃度（Sim H nキャリア
ガス）を0.0001〜0.1 にすることも有効である
【００３０】例えば、キャリアガスをHeとすると、この
濃度を0.0001〜0.01においては高周波の電気エネルギー
30〜100Wで結晶化の程度が大きいSAS を200 〜500 ℃に
て作ることができる。他方その濃度を0.01〜0.1 とする
と、100 〜500Wを必要とし、また温度を室温〜200 ℃に
おいては500W〜2KW を必要とし、また高濃度にすると高
周波エネルギーを多量に用いるため、被形成面に既に形
成された被膜が飛翔したSAS によりスパッタリングされ
て再びASとならないように注意を要する。
濃度を0.0001〜0.01においては高周波の電気エネルギー
30〜100Wで結晶化の程度が大きいSAS を200 〜500 ℃に
て作ることができる。他方その濃度を0.01〜0.1 とする
と、100 〜500Wを必要とし、また温度を室温〜200 ℃に
おいては500W〜2KW を必要とし、また高濃度にすると高
周波エネルギーを多量に用いるため、被形成面に既に形
成された被膜が飛翔したSAS によりスパッタリングされ
て再びASとならないように注意を要する。
【００３１】このため本発明においては、ガスの流れに
対しても平行に被形成面を配置せしめ、且つプラズマ放
電もガスの流れと同一方向にすることにより、被形成面
上でのすでに形成されている反応生成物に対し、新たに
被膜生成分となる飛翔中の反応生成物のスパッタリング
効果を少なくしたことを特徴とする。
対しても平行に被形成面を配置せしめ、且つプラズマ放
電もガスの流れと同一方向にすることにより、被形成面
上でのすでに形成されている反応生成物に対し、新たに
被膜生成分となる飛翔中の反応生成物のスパッタリング
効果を少なくしたことを特徴とする。
【００３２】SAS の形成される条件を、反応性気体とキ
ャリアガスとの濃度、基板温度、高周波エネルギーとの
関係として図２に示した。図２において、横軸はSim H
n ／HeまたはH2の比をとり、縦軸は高周波出力をとっ
た。SAS は２０の領域（大きな斜線枠の内側）であっ
て、特に好ましくは２０’の領域（小さな斜線枠の内
側）で0.0007〜0.04の混合比であった。 またこの時の
被形成面の温度は、100 ℃（２１）、200 ℃（２２）、
300 ℃（２３）、400 ℃（２４）、500 ℃（２５）であ
った。高温かつ高濃度になると、形成されたSAS は柱状
のクラスタを呈し、飛翔中に結晶化反応を低度にすると
ともに、被形成面上への結晶成長がおきていた。また低
温かつ反応性気体もキャリアガスで希釈して低濃度にす
ると、被形成面上に有効直径50Å〜10μの大きさの平板
状のクラスタ（塊）を有し、またその境界はぼけてお
り、明確な結晶粒が存在しているわけではなかった。
ャリアガスとの濃度、基板温度、高周波エネルギーとの
関係として図２に示した。図２において、横軸はSim H
n ／HeまたはH2の比をとり、縦軸は高周波出力をとっ
た。SAS は２０の領域（大きな斜線枠の内側）であっ
て、特に好ましくは２０’の領域（小さな斜線枠の内
側）で0.0007〜0.04の混合比であった。 またこの時の
被形成面の温度は、100 ℃（２１）、200 ℃（２２）、
300 ℃（２３）、400 ℃（２４）、500 ℃（２５）であ
った。高温かつ高濃度になると、形成されたSAS は柱状
のクラスタを呈し、飛翔中に結晶化反応を低度にすると
ともに、被形成面上への結晶成長がおきていた。また低
温かつ反応性気体もキャリアガスで希釈して低濃度にす
ると、被形成面上に有効直径50Å〜10μの大きさの平板
状のクラスタ（塊）を有し、またその境界はぼけてお
り、明確な結晶粒が存在しているわけではなかった。
【００３３】図３は本発明方法により形成されたSAS の
電気伝導度の一例を示す。照射光０（まったくない場
合）においては暗電流であって、暗伝導度も10-5〜10-8
Ω-1・cm-1のオーダーであった。またこの半導体に光照
射を行うと、100 mW／cm2 についてその光伝導度は１×
10-3〜１×100 Ω-1・cm-1を有しており、同一条件下で
の不純物の添加を行わないいわゆる真性の導電型の多結
晶の光伝導度が10-5〜１×10-7Ω-1・cm-1を有してい
た。即ち、従来公知の無定形アモルファス珪素半導体即
ちASの１×10-4〜１×10-5Ω-1・cm-1、また単結晶半導
体の光伝導度の１×10-2〜１×10+1Ω-1・cm-1と比較す
ると、本発明方法で得られた半導体は多結晶半導体より
も結晶化度が低いにもかかわらず、単結晶珪素半導体に
近い大きい値を有する素晴らしいものであることが判明
した。
電気伝導度の一例を示す。照射光０（まったくない場
合）においては暗電流であって、暗伝導度も10-5〜10-8
Ω-1・cm-1のオーダーであった。またこの半導体に光照
射を行うと、100 mW／cm2 についてその光伝導度は１×
10-3〜１×100 Ω-1・cm-1を有しており、同一条件下で
の不純物の添加を行わないいわゆる真性の導電型の多結
晶の光伝導度が10-5〜１×10-7Ω-1・cm-1を有してい
た。即ち、従来公知の無定形アモルファス珪素半導体即
ちASの１×10-4〜１×10-5Ω-1・cm-1、また単結晶半導
体の光伝導度の１×10-2〜１×10+1Ω-1・cm-1と比較す
ると、本発明方法で得られた半導体は多結晶半導体より
も結晶化度が低いにもかかわらず、単結晶珪素半導体に
近い大きい値を有する素晴らしいものであることが判明
した。
【００３４】これは本発明方法が飛翔中に結晶化反応を
起こさせる半結晶質構造を有し、その中に不対結合手が
きわめて少ないためと推定され、ASの１×1018〜１×10
19ケ／cm3 よりさらに1 ／10〜1 ／100 になっていた。
また移動度もASの10〜10 cm2／V.sec とSCS の500 〜15
00 cm2／V.sec の中間の1.0 〜50 cm2／V.sec を有して
いた。
起こさせる半結晶質構造を有し、その中に不対結合手が
きわめて少ないためと推定され、ASの１×1018〜１×10
19ケ／cm3 よりさらに1 ／10〜1 ／100 になっていた。
また移動度もASの10〜10 cm2／V.sec とSCS の500 〜15
00 cm2／V.sec の中間の1.0 〜50 cm2／V.sec を有して
いた。
【００３５】光学的遷移はこの形成された半導体が格子
歪を有しているため、直接遷移を主としており、光吸収
係数もASと同様に大きく、SCS とは逆に大いに異なり、
光電変換装置としては最適であることが判明した。
歪を有しているため、直接遷移を主としており、光吸収
係数もASと同様に大きく、SCS とは逆に大いに異なり、
光電変換装置としては最適であることが判明した。
【００３６】加えてエネルギーバンド巾（Eg）は添加さ
れている水素の濃度にも依存し、希釈ガスがHeにおいて
は0.1 〜10モル％であり、そのEgは1.5 〜1.8eV を有
し、水素がキャリアガスの場合の20〜30モル％におい
て、1.7 〜1.9eV より低い値であった。
れている水素の濃度にも依存し、希釈ガスがHeにおいて
は0.1 〜10モル％であり、そのEgは1.5 〜1.8eV を有
し、水素がキャリアガスの場合の20〜30モル％におい
て、1.7 〜1.9eV より低い値であった。
【００３７】図４はこのSAS にＰ型不純物であるＢ、Ｎ
型不純物であるＰを添加したものである。４０，４１が
暗伝導度を示す。また破線４２，４３がAM1 （100mW ／
cm2）下の光応答の電気伝導度を示している。
型不純物であるＰを添加したものである。４０，４１が
暗伝導度を示す。また破線４２，４３がAM1 （100mW ／
cm2）下の光応答の電気伝導度を示している。
【００３８】図４より明らかなごとく、本発明における
半導体は、その不純物添加量が（３価の不純物／半導
体）即ちB ／Si、（５価の不純物／半導体）即ちP ／Si
が１×10-3以下でなければ光応答を示さない。加えてい
わゆるフェルミレベルがエネルギーバンド巾の中央に位
置するいわゆる真性領域はB ／Siにて10-3〜10-6の量添
加して不純物をまったく相殺（コンペイセイト）領域に
あることが判明した。
半導体は、その不純物添加量が（３価の不純物／半導
体）即ちB ／Si、（５価の不純物／半導体）即ちP ／Si
が１×10-3以下でなければ光応答を示さない。加えてい
わゆるフェルミレベルがエネルギーバンド巾の中央に位
置するいわゆる真性領域はB ／Siにて10-3〜10-6の量添
加して不純物をまったく相殺（コンペイセイト）領域に
あることが判明した。
【００３９】これらの領域４４が本発明の示す第３の半
導体であってかつ光伝導度が１×10-3Ω-1・cm-1以上を
有する光応答用の半導体であることが判明した。
導体であってかつ光伝導度が１×10-3Ω-1・cm-1以上を
有する光応答用の半導体であることが判明した。
【００４０】本発明の実施例においては、３価または５
価の不純物としてＢ、Ｐを添加したが、３価の不純物と
してはAl,Ga,Inを、また５価の不純物としてはAs,Sb,Bi
を添加してもよい。
価の不純物としてＢ、Ｐを添加したが、３価の不純物と
してはAl,Ga,Inを、また５価の不純物としてはAs,Sb,Bi
を添加してもよい。
【００４１】また本発明は物質の自由エネルギー的に示
すような熱処理によって単結晶または多結晶への遷移を
する。ASへの遷移は行われない。このため図５の縦軸は
自由エネルギーを、また横軸はCONFIGURATIONAL COODIN
ATE （位相空間座標）において右下がりであり、またAS
５１、SCS ５３の中間の５２を占めているものもある。
すような熱処理によって単結晶または多結晶への遷移を
する。ASへの遷移は行われない。このため図５の縦軸は
自由エネルギーを、また横軸はCONFIGURATIONAL COODIN
ATE （位相空間座標）において右下がりであり、またAS
５１、SCS ５３の中間の５２を占めているものもある。
【００４２】
【発明の効果】以上のことより明らかなごとく、本発明
の光応答特性を有する非単結晶半導体はこれまでまった
く知られておらず、実験的な発見に基づくもので、その
工業的な効果は光電変換装置への応用としてきわめて優
れたものであった。
の光応答特性を有する非単結晶半導体はこれまでまった
く知られておらず、実験的な発見に基づくもので、その
工業的な効果は光電変換装置への応用としてきわめて優
れたものであった。
【図１】 本発明の半導体を作製するための装置の概要
を示す。
を示す。
【図２】 本発明の光応答特性を有する領域を示す。
【図３】 光照射量と電気伝導度の関係の一例を示す。
【図４】 真性または実質的に真性の本発明の半導体の
特性を示す。
特性を示す。
【図５】 本発明の半導体装置の自由エネルギー空間に
おける関係を示す。
おける関係を示す。
１ 活性化室 ３ 電極 ３’電極 ８ 加熱炉 １０ 基板 ２０ セミアモルファス半導体領域 ４４ 本発明による半導体を示す領域
Claims (3)
- 【請求項１】 0.001 〜10torrの減圧状態に保持された
反応容器内に、反応性気体、反応性気体を希釈するため
の希釈ガスであるヘリューム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）
または水素（Ｈ2 ）及び必要に応じて加えられる不純物
気体から成る混合気体を、上記希釈ガスに対する反応性
気体の濃度（反応性気体／希釈ガス）が、0.04〜0.0007
となるように導入し、前記混合ガスに電気エネルギを供
給することにより前記混合ガスをプラズマ化させ、温度
50〜450 ℃の被膜形成面上にアモルファス性と50Å〜10
μｍの大きさの結晶性とが混合した半非晶質の構造を有
する半導体被膜を形成させることを特徴とする珪素を主
成分とする半導体被膜の作製方法。 - 【請求項２】 請求項１において暗電気伝導度が10-5〜
10-8Ω-1・cm-1であることを特徴とする珪素を主成分と
する半導体被膜の作製方法。 - 【請求項３】 請求項１において半導体は真性または実
質的に真性の同電型を有することを特徴とする珪素を主
成分とする半導体被膜の作製方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58052264A JPS58175824A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | プラズマ気相反応用装置 |
| JP3333924A JP2540684B2 (ja) | 1983-03-28 | 1991-11-22 | 珪素を主成分とする半導体被膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58052264A JPS58175824A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | プラズマ気相反応用装置 |
| JP3333924A JP2540684B2 (ja) | 1983-03-28 | 1991-11-22 | 珪素を主成分とする半導体被膜の作製方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58052264A Division JPS58175824A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | プラズマ気相反応用装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0620952A true JPH0620952A (ja) | 1994-01-28 |
| JP2540684B2 JP2540684B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=26392866
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58052264A Granted JPS58175824A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | プラズマ気相反応用装置 |
| JP3333924A Expired - Lifetime JP2540684B2 (ja) | 1983-03-28 | 1991-11-22 | 珪素を主成分とする半導体被膜の作製方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58052264A Granted JPS58175824A (ja) | 1983-03-28 | 1983-03-28 | プラズマ気相反応用装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS58175824A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58175824A (ja) * | 1983-03-28 | 1983-10-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | プラズマ気相反応用装置 |
| EP0346055B1 (en) * | 1988-06-06 | 1995-04-19 | Research Development Corporation Of Japan | Method for causing plasma reaction under atmospheric pressure |
| WO2009093459A1 (ja) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. | 原子層成長装置および薄膜形成方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113164A (en) * | 1976-03-19 | 1977-09-22 | Hitachi Ltd | Removal of organic agent |
| JPS5580368U (ja) * | 1978-11-30 | 1980-06-03 | ||
| JPS5771127A (en) * | 1980-10-21 | 1982-05-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacture of semiamorphous semiconductor |
| JPS58175824A (ja) * | 1983-03-28 | 1983-10-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | プラズマ気相反応用装置 |
-
1983
- 1983-03-28 JP JP58052264A patent/JPS58175824A/ja active Granted
-
1991
- 1991-11-22 JP JP3333924A patent/JP2540684B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52113164A (en) * | 1976-03-19 | 1977-09-22 | Hitachi Ltd | Removal of organic agent |
| JPS5580368U (ja) * | 1978-11-30 | 1980-06-03 | ||
| JPS5771127A (en) * | 1980-10-21 | 1982-05-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacture of semiamorphous semiconductor |
| JPS58175824A (ja) * | 1983-03-28 | 1983-10-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | プラズマ気相反応用装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH038102B2 (ja) | 1991-02-05 |
| JP2540684B2 (ja) | 1996-10-09 |
| JPS58175824A (ja) | 1983-10-15 |
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