JPH0639688B2 - Method of forming silicon thin film - Google Patents

Method of forming silicon thin film

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JPH0639688B2
JPH0639688B2 JP8355083A JP8355083A JPH0639688B2 JP H0639688 B2 JPH0639688 B2 JP H0639688B2 JP 8355083 A JP8355083 A JP 8355083A JP 8355083 A JP8355083 A JP 8355083A JP H0639688 B2 JPH0639688 B2 JP H0639688B2
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silicon
thin film
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electron beam
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今朝男 野口
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波反応性イオンプレーティング方法を用い
たシリコン薄膜の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a silicon thin film using a high frequency reactive ion plating method.

通常、シリコン薄膜はその結晶学的観点から、単結晶、
多結晶、アモルファスなどに分類されている。アモルフ
ァスシリコン(以下a−Siと記す)は可視光領域及び
近紫外光領域での光吸収係数が大きいため、太陽電池を
初め、光センサ、画像センサ、電子写真感光体などと広
く応用が検討されている。又a−Si薄膜の形成が低温
で可能であることから、ガラス基板上に形成した薄膜ト
ランジスタなども検討されている。単結晶、多結晶薄膜
は集積回路を初め種々の電子デバイスに応用されている
ことは言うに及ばない。
Usually, a silicon thin film is a single crystal,
It is classified into polycrystalline and amorphous. Amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si) has a large light absorption coefficient in the visible light region and the near-ultraviolet light region, and thus is widely applied to solar cells, optical sensors, image sensors, electrophotographic photoreceptors, and the like. ing. Further, since it is possible to form an a-Si thin film at a low temperature, a thin film transistor formed on a glass substrate or the like has been studied. It goes without saying that the single crystal and polycrystalline thin films are applied to various electronic devices including integrated circuits.

一般に、シリコン薄膜の結晶学的性質はその薄膜を形成
する時の基板温度、基板下地の種類、雰囲気及び形成方
法固有の形成条件などによって左右され、単結晶、多結
晶、アモルファス薄膜のいずれかのシリコン薄膜とな
る。
In general, the crystallographic properties of a silicon thin film depend on the substrate temperature at the time of forming the thin film, the type of substrate underlayer, the atmosphere and the forming conditions specific to the forming method, and are either single crystal, polycrystal, or amorphous thin film. It becomes a silicon thin film.

しかしながら、いずれの結晶学的性質を有するシリコン
薄膜でも電子デバイスの能動素子用薄膜として利用でき
るわけではない。結晶粒径の微小な多結晶及びアモルフ
ァス中の多くの欠陥のために、極めてキャリヤーの移動
度が小さいことや、p,i,n型などと荷電子を制御で
きないことなどから電子デバイス作成は困難だからであ
る。最近電子デバイスに応用され始めている上述したa
−Si薄膜や一部の多結晶Si薄膜では、このため、欠
陥となる膜中のシリコンネットワークの未結合手を水素
原子で補償した膜を用いている。
However, a silicon thin film having any crystallographic property cannot be used as a thin film for an active element of an electronic device. It is difficult to make electronic devices due to the extremely low carrier mobility and the inability to control valence electrons such as p-type, i-type, and n-type due to many defects in polycrystals and amorphouss with minute crystal grain sizes. That's why. The above-mentioned a, which has recently begun to be applied to electronic devices.
For the -Si thin film and some polycrystalline Si thin films, for this reason, a film in which the dangling bonds of the silicon network in the film that are defective are compensated by hydrogen atoms is used.

水素原子でシリコンの未結合手を補償したシリコン薄膜
では、Si−H結合エネルギーが3.1eVと比較的小
さいため、以下に述べる種々の欠点を有している。すな
わち、〜350℃程度の温度で水素の離脱が生じること
や、光エネルギーに対しても弱いことなどから、水素を
添加したa−Si薄膜の耐熱性が乏しく、電子デバイス
の特性劣化が著しい。又、この事情のため、多結晶Si
形成温度では水素の膜中への添加がほとんど行なわれ
ず、膜形成後に原子状とした水素を表面から押込む方法
を用いても水素の添加は膜表面の数千Å程度しか出来な
い。またそのための工程は繁雑である。水素添加された
多結晶でも、水素が比較的低温で離脱する欠点は解決さ
れていない。さらに、水素はシリコン膜中での拡散係数
が大きいばかりでなく、膜中の不純物の拡散をも増長さ
せることから電子デバイスの電極金属とシリコン薄膜及
び異なる不純物がドーピングされたシリコン層間の界面
特性が劣化し、デバイス特性の劣化を招いていた。
The silicon thin film in which the dangling bonds of silicon are compensated by hydrogen atoms has the Si—H bond energy of 3.1 eV, which is relatively small, and thus has various drawbacks described below. That is, hydrogen is released at a temperature of about 350 ° C., and it is weak against light energy. Therefore, the heat resistance of the hydrogen-added a-Si thin film is poor and the characteristics of the electronic device are significantly deteriorated. Due to this situation, polycrystalline Si
At the formation temperature, hydrogen is hardly added to the film, and even if the method of pushing atomic hydrogen from the surface after film formation is used, hydrogen can be added only to several thousand Å of the film surface. Moreover, the process for that is complicated. Even with hydrogenated polycrystals, the drawback of hydrogen desorbing at relatively low temperatures has not been solved. Further, hydrogen not only has a large diffusion coefficient in the silicon film, but also enhances the diffusion of impurities in the film, so that the interface characteristics between the electrode metal of the electronic device and the silicon thin film and the silicon layer doped with different impurities are improved. Deterioration, causing deterioration of device characteristics.

近年、Si−H結合より結合エネルギーが5.6eVと
大きいSi−F結合を用いて、水素の場合と同様に未結
合手を補償したa−Si薄膜が検討され始めている。し
かしながら、弗素原子を添加したa−Si薄膜は耐熱性
が向上するものの、膜の形成方法に以下に述べるような
種々の問題点を有していた。
In recent years, an a-Si thin film in which a dangling bond is compensated as in the case of hydrogen by using a Si-F bond having a bond energy of 5.6 eV, which is larger than that of the Si-H bond, has begun to be studied. However, although the heat resistance of the a-Si thin film to which the fluorine atom is added is improved, the a-Si thin film has various problems as described below in the method of forming the film.

a−Si薄膜に弗素原子を添加する代表的な方法として
は、SiFガスとSiHとを、もしくはSiF
ガスとを混合したガスを用いるプラズマ放電分解法
(以下GD法と記す)がある。これは、SiFガスの
みのGD法では膜を形成することが極めて困難であるた
め、HもしくはSiHを導入せざるを得ない方法で
あった。
As a typical method of adding fluorine atoms to the a-Si thin film, a plasma discharge decomposition method (hereinafter referred to as GD method) using a gas of SiF 4 gas and SiH 4 or a mixture of SiF 4 and H 2 gas is used. ). This is a method in which H 2 or SiH 4 must be introduced because it is extremely difficult to form a film by the GD method using only SiF 4 gas.

他の代表的な方法はスパッタ法である。この場合でも吸
湿性のある膜や、未分解SiFを多量に取込んだ膜と
なり良質な成膜は困難であり、GD法と同様にHもし
くはSiHを導入している。加えて、スパッタ法では
スパッタ原子としてAr雰囲気とする必要がある。これ
らの成膜の制約から、従来の弗素添加a−Si薄膜は耐
熱性を劣化させる水素や膜の欠陥を誘起するArを含む
膜であった。
Another typical method is a sputtering method. Even in this case, a film having a hygroscopic property or a film in which a large amount of undecomposed SiF 4 is incorporated is difficult to form a high quality film, and H 2 or SiH 4 is introduced as in the GD method. In addition, in the sputtering method, it is necessary to use an Ar atmosphere as sputtering atoms. Due to these restrictions on film formation, the conventional fluorine-added a-Si thin film was a film containing hydrogen which deteriorates heat resistance and Ar which induces film defects.

一方、これらの不要原子を含まない、純粋に弗素のみを
添加したa−Si薄膜の形成方法にはSiFガスをS
iと反応させた後生成させるSiFガス中間ガスを用
いたGD法がある。しかし、SiとSiFガスの熱反
応によりSiF中間ガスを生成しているため反応炉を
1100℃以上の高温にしなければならない点や未反応
成分のSiFが膜中に取込まれ欠陥となり易い点など
の問題点を有していた。
On the other hand, a method of forming an a-Si thin film which does not include these unnecessary atoms and which is purely fluorine-added, uses SiF 4 gas and S
There is a GD method using a SiF 4 gas intermediate gas that is generated after reacting with i. However, since SiF 4 intermediate gas is generated by the thermal reaction of Si and SiF 4 gas, the temperature of the reactor must be raised to 1100 ° C. or higher, and SiF 4 which is an unreacted component is taken into the film and becomes a defect. It had problems such as easiness.

又、弗素のみを添加したa−Si薄膜の形成方法とし
て、我々もイオンプレーティング法を用いた方法(特願
昭55−104518号)を提案したが、さらに詳細な
検討を行った結果、用いたSiFガスの分解し難さか
ら、未分解SiFを含んでしまうことが分った。Si
ガスの分解を促進させるために放電パワーを高めた
り、イオン加速電圧を高めたり、基板温度を高めたりす
ることは、逆に膜質を低下させる作用も有し、良質なa
−Si薄膜を得ることが困難であった。以上のように、
従来の方法では良質のa−Si薄膜を得ることが困難で
あるという問題点があった。
As a method for forming an a-Si thin film containing only fluorine, we also proposed a method using an ion plating method (Japanese Patent Application No. 55-104518), but as a result of further detailed examination, It was found that undecomposed SiF x is included because of the difficulty in decomposing the SiF 4 gas. Si
Increasing the discharge power, increasing the ion accelerating voltage, and increasing the substrate temperature in order to accelerate the decomposition of F 4 gas also has the effect of deteriorating the film quality, and therefore, a high quality a
It was difficult to obtain a -Si thin film. As mentioned above,
The conventional method has a problem that it is difficult to obtain a good quality a-Si thin film.

本発明の目的は上記問題点を除去し、良質のシリコン薄
膜が得られるシリコン薄膜の形成方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems and provide a method for forming a silicon thin film that can obtain a good quality silicon thin film.

本発明の第1のシリコン薄膜の形成方法は、高周波反応
性イオンプレーティング装置の反応室と電子ビーム発生
室の間を仕切る差動排気板により圧力差を生じさせた高
真空側の電子ビーム発生室に設置した蒸発器にシリコン
塊を装填し、前記シリコン塊を電子ビーム加熱により気
化させ、該気化されたシリコン気体を前記差動排気板の
低真空側の反応室に導入し、前記シリコン気体と別途反
応室に導入される弗素ガスおよびリンやホウ素等の不純
物ドーピングガスからなる混合ガスとを前記反応室内に
生じさせた放電プラズマ中に放出して反応させ、前記反
応室に装填した薄膜堆積用の基板上に弗素が添加された
シリコン薄膜を形成することを含んで構成される。
The first method for forming a silicon thin film according to the present invention is to generate an electron beam on a high vacuum side in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate that partitions a reaction chamber and an electron beam generation chamber of a high frequency reactive ion plating apparatus. An evaporator installed in the chamber is charged with a silicon mass, the silicon mass is vaporized by electron beam heating, and the vaporized silicon gas is introduced into the reaction chamber on the low vacuum side of the differential exhaust plate, And a mixed gas consisting of fluorine gas and an impurity doping gas such as phosphorus or boron, which are separately introduced into the reaction chamber, are discharged into the discharge plasma generated in the reaction chamber to react with each other, and the thin film deposited in the reaction chamber is deposited. Forming a silicon thin film to which fluorine has been added on a substrate for use.

本発明の第2のシリコン薄膜の形成方法は、高周波反応
性イオンプレーティング装置の反応室と電子ビーム発生
室の間を仕切る差動排気板により圧力差を生じさせた高
真空側の電子ビーム発生室に設置した蒸発器に錫,ゲル
マニウム,鉛,アルミニウム,ガリウム,インジウム,
砒素,アンチモンから選択された金属とシリコンとの固
溶体塊を装填し、前記固溶体塊を電子ビーム加熱により
気化させ、該気化されたシリコンおよび金属の気体を前
記差動排気板の低真空側の反応室に導入し、前記シリコ
ンおよび金属の気体と別途反応室に導入される弗素ガス
およびヘリウム等の不活性ガスからなる混合ガスとを前
記反応室内に生じさせた放電プラズマ中に放出して反応
させ、前記反応室に装填した薄膜堆積用の基板上に弗素
が添加されたシリコン薄膜を形成することを含んで構成
される。
The second method for forming a silicon thin film according to the present invention is to generate an electron beam on the high vacuum side in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate partitioning a reaction chamber and an electron beam generation chamber of a high frequency reactive ion plating apparatus. In the evaporator installed in the chamber, tin, germanium, lead, aluminum, gallium, indium,
A solid solution mass of a metal selected from arsenic and antimony and silicon is charged, the solid solution mass is vaporized by electron beam heating, and the vaporized silicon and metal gases are reacted on the low vacuum side of the differential exhaust plate. Introduced into the chamber, the silicon and metal gases and a mixed gas consisting of an inert gas such as fluorine gas and helium, which are separately introduced into the reaction chamber, are released into the discharge plasma generated in the reaction chamber and reacted. Forming a fluorine-added silicon thin film on the thin film deposition substrate loaded in the reaction chamber.

本発明の第3のシリコン薄膜の形成方法は、高周波反応
性イオンプレーティング装置の反応室と電子ビーム発生
室の間を仕切る差動排気板により圧力差を生じさせた高
真空側の電子ビーム発生室に錫,ゲルマニウム,鉛,ア
ルミニウム,ガリウム,インジウム,砒素,アンチモン
から選択された金属塊を装填した蒸発器およびシリコン
塊を装填した蒸発器とを設置し、電子ビームの加熱によ
り気化させ、該気化されたシリコン気体および金属気体
のそれぞれを前記差動排気板の低真空側の反応室へ導入
し、前記シリコン気体および金属気体と別途反応室に導
入される弗素ガスおよびヘリウム等の不活性ガスからな
る混合ガスとを前記反応室内に生じさせた放電プラズマ
中に放出して反応させ、前記反応室に装填した薄膜堆積
用の基板上に弗素が添加されたシリコン薄膜を形成する
ことを含んで構成される。
The third method for forming a silicon thin film of the present invention is to generate an electron beam on the high vacuum side in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate partitioning the reaction chamber and the electron beam generation chamber of the high frequency reactive ion plating apparatus. An evaporator loaded with a metal block selected from tin, germanium, lead, aluminum, gallium, indium, arsenic, and antimony and an evaporator loaded with a silicon block were installed in the chamber, and vaporized by heating an electron beam. The vaporized silicon gas and metal gas are introduced into the reaction chamber on the low vacuum side of the differential exhaust plate, and the silicon gas and the metal gas are separately introduced into the reaction chamber. Is discharged into the discharge plasma generated in the reaction chamber to react therewith, and fluorine is deposited on the thin film deposition substrate loaded in the reaction chamber. Configured to include forming an added silicon thin film.

本発明の第4のシリコ薄膜の形成方法は、高周波反応性
イオンプレーティング装置の反応室と電子ビーム発生室
の間を仕切る差動排気板により圧力差を生じさせた高真
空側の電子ビーム発生室に設置した蒸発器にシリコン塊
を装填し、前記シリコン塊を電子ビーム加熱により気化
させ、該気化されたシリコン気体を前記差動排気板の低
真空側の反応室に導入し、前記シリコ気体と別途独立し
た系からそれぞれ反応室に導入される弗素ガスとリンや
ホウ素等の不純物ドーピングガスとを前記反応室内に生
じさせた放電プラズマ中に放出して反応させ、前記反応
室に装填した薄膜堆積用の基板上に弗素が添加されたシ
リコン薄膜を形成することを含んで構成される。
A fourth method for forming a silicon thin film according to the present invention is to generate an electron beam on a high vacuum side in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate that partitions a reaction chamber and an electron beam generation chamber of a high frequency reactive ion plating apparatus. An evaporator installed in the chamber is charged with a silicon mass, the silicon mass is vaporized by electron beam heating, and the vaporized silicon gas is introduced into a reaction chamber on the low vacuum side of the differential exhaust plate, and the silicon gas is introduced. And a thin film loaded in the reaction chamber by releasing fluorine gas and an impurity doping gas such as phosphorus or boron introduced into the reaction chamber from separate independent systems into the discharge plasma generated in the reaction chamber to cause reaction. It comprises forming a fluorine-doped silicon thin film on a substrate for deposition.

次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔実施例1〕 この実施例は第1の発明の第1の実施例である。[Embodiment 1] This embodiment is the first embodiment of the first invention.

第1図は第1の発明の実施例に用いる高周波反応性イオ
ンプレーティング装置の模式図である。
FIG. 1 is a schematic view of a high frequency reactive ion plating apparatus used in the embodiment of the first invention.

第1図に示すように、薄膜形成のための反応室1と電子
ビーム発生室3とは圧力差を生じさせるためのステンレ
ス鋼の差動排気板2により仕切られ、電子ビーム発生室
3は排気管4を介して10-6Toor以下の排気系に接
続され電子ビームを発生させるための高真空に保たれ
る。反応室1内にはガス導入管5を介して弗素ガス用マ
スフローコントローラ16を通した弗素ガスが導入さ
れ、形成する薄膜の導電型をp,i,n型のいずれかに
設定するための不純物であるリンやホウ素の水素化物で
あるPH(ホスフィン),B(ジボラン)や弗
化物であるBFなどの微量のドーピングガスが必要に
応じてドーピングガス用マスフローコントローラ17を
通して導入される。電子ビーム発生室3内では、蒸発源
を加熱蒸発させるための電子ビーム加熱器より電子ビー
ム7を発生させ、薄膜形成材料のシリコン塊6を加熱、
蒸発させる。蒸発したシリコン気体18は反応室1内に
飛来し、薄膜を堆積させるための基板8を保持し、加熱
され、かつイオン加速用の電位が与えられた基板ホルダ
ー9方向に向う。蒸発源と基板ホルダーの位置の中間に
蒸気気体、ガスをイオン化するための高周波コイル10
が設けられている。反応室1内は蒸発気体の分圧と導入
されたガス分圧とにより、約3×10-4Torr〜3×
10-2Torr程度の真空度に保たれ放電プラズマが生
じる。ここで、プラズマは差動排気板2により電磁的に
シールドされているため、電子ビーム発生室3は反応室
1で発生しているプラズマから遮蔽される。外部電源と
しては高周波回路マッチングボックス12に接続された
高周波電源11、電子ビーム用電源13、基板加熱用電
源14、イオン加速用電源15がそれぞれ設けられてい
る。
As shown in FIG. 1, the reaction chamber 1 for forming a thin film and the electron beam generating chamber 3 are partitioned by a stainless steel differential exhaust plate 2 for producing a pressure difference, and the electron beam generating chamber 3 is exhausted. It is connected to an exhaust system of 10 −6 Toor or less through a tube 4 and kept in a high vacuum for generating an electron beam. Fluorine gas is introduced into the reaction chamber 1 via the gas introduction pipe 5 through the mass flow controller for fluorine gas 16, and impurities for setting the conductivity type of the thin film to be formed to p, i, or n type. A small amount of a doping gas such as PH 3 (phosphine), B 2 H 6 (diborane), which is a hydride of phosphorus or boron, or BF 3, which is a fluoride, is introduced through the mass flow controller 17 for the doping gas as needed. It In the electron beam generating chamber 3, an electron beam 7 is generated by an electron beam heater for heating and evaporating an evaporation source to heat the silicon mass 6 of the thin film forming material,
Evaporate. The evaporated silicon gas 18 flies into the reaction chamber 1, holds the substrate 8 for depositing a thin film, and heads toward the substrate holder 9 which is heated and to which a potential for ion acceleration is applied. A vapor gas between the evaporation source and the substrate holder, a high frequency coil 10 for ionizing the gas
Is provided. The inside of the reaction chamber 1 is about 3 × 10 −4 Torr to 3 × depending on the partial pressure of the evaporated gas and the partial pressure of the introduced gas.
A vacuum of about 10 -2 Torr is maintained and discharge plasma is generated. Here, since the plasma is electromagnetically shielded by the differential exhaust plate 2, the electron beam generating chamber 3 is shielded from the plasma generated in the reaction chamber 1. As external power sources, a high frequency power source 11 connected to a high frequency circuit matching box 12, an electron beam power source 13, a substrate heating power source 14, and an ion acceleration power source 15 are provided.

基板として10Ω−cm前後の比抵抗のSiウェハーを
用い、基板ホルダー9にセットした。反応室1の真空度
が10-5Torr以下になるまで真空排気を行った後、
ガス導入管5より弗素ガス用マスフローコントローラ1
6を調節し弗素ガスを導入し、反応室1内の真空度を5
×10-3Torrとした。このとき、電子ビーム発生室
3内の真空度は、差動排気板2の作用により〜10-3
orr以下になるように保たないと、真空度が低下して
電子ビームを発生できない。又反応室内の真空度はシリ
コン気体と導入ガスとの全ガス圧において、3×10-4
Torr〜3×10-2Torrの範囲に設定した場合に
安定なプラズマ放電が得られる。基板8は加熱用電源1
4を用いて350℃に保った。蒸発用シリコン材料とし
て電子ビーム加熱蒸発源に挿入された抵抗率約1000
Ω−cm前後のn型シリコン塊6を電子ビーム電源13
の動作による電子ビーム7の加熱によって蒸発させた。
このとき、高周波コイル10には13.56MHzの高
周波電源11からマッチングボックス12を通して約1
00Wの電力が供給された。この結果、プラズマ放電が
生じ、蒸発シリコン気体や導入した弗素ガスがイオン化
したり分解する。又基板ホルダー9には200Vのイオ
ン加速電圧が電源15により加えられ、基板上に生成し
たイオンが照射され弗素原子の添加された薄膜が得られ
る。
A Si wafer having a specific resistance of about 10 Ω-cm was used as a substrate and set on the substrate holder 9. After evacuating the reaction chamber 1 to a vacuum level of 10 -5 Torr or less,
Mass flow controller for fluorine gas 1 from gas inlet pipe 5
6 to adjust the degree of vacuum in the reaction chamber 1 to 5 by introducing fluorine gas.
It was set to × 10 -3 Torr. At this time, the degree of vacuum in the electron beam generating chamber 3 is about 10 −3 T due to the action of the differential exhaust plate 2.
Unless kept below orr, the degree of vacuum is lowered and an electron beam cannot be generated. The degree of vacuum in the reaction chamber is 3 × 10 −4 at the total gas pressure of silicon gas and introduced gas.
Stable plasma discharge can be obtained when it is set in the range of Torr to 3 × 10 -2 Torr. Substrate 8 is power source 1 for heating
4 and kept at 350 ° C. Resistivity of about 1000 inserted in electron beam heating evaporation source as evaporation silicon material
The electron beam power source 13 is used for the n-type silicon block 6 of about Ω-cm.
The electron beam 7 was heated by the above operation to evaporate.
At this time, the high-frequency coil 10 is supplied with about 13.
00 W of power was supplied. As a result, plasma discharge occurs, and the vaporized silicon gas and the introduced fluorine gas are ionized or decomposed. Further, an ion acceleration voltage of 200 V is applied to the substrate holder 9 by the power source 15, and the ions generated on the substrate are irradiated to obtain a thin film to which fluorine atoms are added.

第2図は実施例1及び従来の方法で形成したシリコン薄
膜の赤外吸収スペクトル分布図である。
FIG. 2 is an infrared absorption spectrum distribution diagram of the silicon thin film formed by Example 1 and the conventional method.

第2図に示すように、実線21は実施例1で形成したシ
リコン薄膜のスペクトル分布を示す。吸収ピークは82
0cm-1の所だけに見られ、Si−Fの単結合のみが生
じていることが認められた。点線22は従来のSiF
ガスを用いた方法で形成したシリコン薄膜のスペクトル
分布を示す。このスペクトルは920cm-1,965c
-1,1015cm-1においてSiFの未分解成分と
思われるSi−F,Si−F,Si−Fの高次の
結合が多くあることを示す。又、SiFの分解を促進
させるために高放電パワーや高イオン加速電圧で形成し
た従来の薄膜の場合、破線23に示すように上記高次の
結合は減少しているものの、小さな吸収ピークが観測さ
れ、さらに、新たに750cm-1に吸収ピークが出現し
た。これはカーボンなどによる汚染を引き起こしている
か、あるいはシリコンのクラスターが形成されたためで
あり膜質はあまり向上しない。一方本実施例のごとく弗
素ガス(F)を用いた膜ではFの分解されやすさの
ため、上記高次結合の形成や汚染はなく、又クラスター
を形成することもない。その結果膜中の欠陥が少ない良
質なシリコン薄膜が形成できた。
As shown in FIG. 2, the solid line 21 represents the spectral distribution of the silicon thin film formed in Example 1. Absorption peak is 82
It was observed only at 0 cm −1 and it was confirmed that only a Si—F single bond was generated. Dotted line 22 is conventional SiF 4
The spectral distribution of the silicon thin film formed by the method using gas is shown. This spectrum is 920 cm -1 , 965c
It shows that at m −1 , 1015 cm −1 , there are many high-order bonds of Si—F 2 , Si—F 3 , and Si—F 4 , which are considered to be undecomposed components of SiF 4 . Further, in the case of a conventional thin film formed with a high discharge power or a high ion acceleration voltage in order to accelerate the decomposition of SiF 4 , as shown by a broken line 23, although the above-mentioned higher-order bonds are reduced, a small absorption peak is generated. It was observed, and a new absorption peak appeared at 750 cm -1 . This is because contamination by carbon or the like is caused or silicon clusters are formed, and the film quality is not improved so much. On the other hand, in the case of the film using the fluorine gas (F 2 ) as in this embodiment, since the F 2 is easily decomposed, there is no formation of the above-mentioned higher-order bonds or contamination, and no formation of clusters. As a result, a good-quality silicon thin film with few defects in the film could be formed.

〔実施例2〕 この実施例は第1の発明の第2の実施例である。[Embodiment 2] This embodiment is the second embodiment of the first invention.

実施例1と同じ高周波反応性イオンプレーティング装置
を用いた。基本的な薄膜形成条件は同様に設定した。た
だし、基板温度を100℃〜750℃の範囲で変化さ
せ、弗素添加したシリコン薄膜を形成した。これらの薄
膜の膜中に含まれた弗素の含有量をIMA(イオンマイ
クロアナライザー)で分析した結果を第3図に曲線31
で示す。又その薄膜の形成した条件と同一条件でカーボ
ン支持膜を張った金属メッシュ上に堆積させたシリコン
薄膜の粒径をTEM(透過電子顕微鏡)で観測した結果
を第3図に曲線32で示す。膜中に含まれる弗素の量は
基板温度が高くなるにつれて、減少する傾向が見られた
が、700℃前後の高温で堆積したシリコン薄膜でも1
%以上の含有量があった。また、基板温度が500℃以
下の場合、結晶粒径は数百Å以下となり、いわゆるアモ
ルファスシリコン薄膜であった。基板温度が600℃を
超えると急に結晶粒径が大きくなり多結晶シリコン薄膜
となっていた。基板温度が500℃〜600℃前後では
結晶粒径が〜1000Å前後の微結晶を主としたシリコ
ン薄膜であった。
The same high frequency reactive ion plating device as in Example 1 was used. The basic thin film forming conditions were set similarly. However, the substrate temperature was changed in the range of 100 ° C. to 750 ° C. to form a fluorine-added silicon thin film. The content of fluorine contained in these thin films is analyzed by IMA (ion microanalyzer), and the results are shown in FIG.
Indicate. Further, the particle size of the silicon thin film deposited on the metal mesh covered with the carbon support film under the same conditions as the formation of the thin film was observed by TEM (transmission electron microscope), and the result is shown by a curve 32 in FIG. The amount of fluorine contained in the film tended to decrease as the substrate temperature increased, but even with a silicon thin film deposited at a high temperature of around 700 ° C, 1
% Content was above. Further, when the substrate temperature was 500 ° C. or lower, the crystal grain size was several hundred liters or less, which was a so-called amorphous silicon thin film. When the substrate temperature exceeded 600 ° C., the crystal grain size suddenly increased and a polycrystalline silicon thin film was formed. When the substrate temperature was around 500 ° C. to 600 ° C., the silicon thin film was mainly composed of fine crystals with a crystal grain size of around 1000 Å.

〔実施例3〕 この実施例は第1の発明の第3の実施例である。[Embodiment 3] This embodiment is the third embodiment of the first invention.

実施例1と同じ高周波反応性イオンプレーティング装置
を用いた。基本的な薄膜形成条件は実施例1と同様に設
定した。ただし、基板にガラス基板を用い、基板温度を
300℃に設定した。又導入する弗素ガスの量を蒸発し
たシリコン気体の分圧に対して種々変化させた。シリコ
ン気体の分圧は電子ビームの電流を調節して3×10-5
Torr〜9×10-4Torrの範囲、弗素ガスの分圧
はマスフローコントローラを調節し、導入量を変えて1
×10-4Torr〜3×10-2Torrの範囲とし、P
F2/P(Si+F2)の比を1.0〜99.9%と変えた。上
記条件で形成したシリコン薄膜にアルミニウム電極を形
成し、2つの電極間の露出したシリコン薄膜に光を照射
し光導電率を測定した結果を第4図に示す。Fの分圧
が高い場合に光導電特性の良い膜が得られた。特にシリ
コン蒸気圧を約8×10-3Torr前後とし、Fの導
入ガス圧を約4×10-3Torr前後とした時光導電率
が10-4(Ω−cm)-1を超える値が得られる程特性が
向上することが判った。ここで、ジボラン,ホスフィン
などのドーピングガスは、いずれもSi分圧に対し0.
1〜1000ppm(望ましくは数100ppm程度)
でp型又はn型の導電型を得ることができた。
The same high frequency reactive ion plating device as in Example 1 was used. The basic thin film forming conditions were set as in Example 1. However, a glass substrate was used as the substrate, and the substrate temperature was set to 300 ° C. Further, the amount of fluorine gas introduced was changed variously with respect to the partial pressure of the vaporized silicon gas. The partial pressure of silicon gas is adjusted to 3 × 10 -5 by adjusting the electron beam current.
The range of Torr to 9 × 10 -4 Torr, the partial pressure of fluorine gas is adjusted by adjusting the mass flow controller to change the introduction amount to 1
The range is from × 10 -4 Torr to 3 × 10 -2 Torr, and P
The F2 / P (Si + F2) ratio was changed from 1.0 to 99.9%. An aluminum electrode is formed on the silicon thin film formed under the above conditions, and the exposed silicon thin film between the two electrodes is irradiated with light to measure the photoconductivity. The results are shown in FIG. A film having good photoconductive properties was obtained when the partial pressure of F 2 was high. In particular, when the silicon vapor pressure is set to about 8 × 10 −3 Torr and the introduced gas pressure of F 2 is set to about 4 × 10 −3 Torr, the photoconductivity exceeds 10 −4 (Ω-cm) −1. It was found that the more obtained the properties, the better. Here, the doping gases such as diborane and phosphine are both 0.
1 to 1000 ppm (preferably about several 100 ppm)
It was possible to obtain p-type or n-type conductivity.

次に、PF2/P(Si+F2)を0.84に設定し、他の条件
は実施例1と同様に設定し、イオン加速電圧を0〜10
00Vの範囲で変化させてシリコ薄膜を形成した。これ
らの膜の光導電率を測定した結果を第5図に実線51で
示し、合わせて従来のSiFガスを用いた場合を破線
52で示す。従来のSiFガスを用いた場合よりF
ガスを用いた本実施例の場合の方がより低い加速電圧で
最適な光導電特性を示し、かつその値も1桁程度向上し
ている。特にイオン加速電圧が零の時の差が著しく、S
iFガスを用いた場合では特性が悪く使えないが、F
ガスを用いて形成した場合十分に使用に耐えるシリコ
ン薄膜が形成できた。
Next, P F2 / P (Si + F2) was set to 0.84, the other conditions were set as in Example 1, and the ion acceleration voltage was set to 0 to 10.
A silicon thin film was formed by changing the voltage in the range of 00V. The result of measuring the photoconductivity of these films is shown by a solid line 51 in FIG. 5, and the case of using the conventional SiF 4 gas is also shown by a broken line 52. F 2 compared with the case of using conventional SiF 4 gas
In the case of the present example using gas, the optimum photoconductive property is shown at a lower accelerating voltage, and the value is improved by about one digit. Especially when the ion acceleration voltage is zero, the difference is remarkable, and
When iF 4 gas is used, the characteristics are poor and it cannot be used.
When formed using two gases, a silicon thin film that can withstand sufficient use could be formed.

〔実施例4〕 この実施例は第2の発明の実施例である。[Embodiment 4] This embodiment is an embodiment of the second invention.

実施例1と類似の高周波反応性イオンプレーティング装
置を用いた。基本的な薄膜形成条件は実施例1と同様で
あるが、導入される弗素ガスは不活性ガスであるヘリウ
ムガスを希釈ガスとして混合したものを用いる点が異な
り、また、蒸発源に挿入されるソースが異なる。シリコ
ン塊と高純度アルミニウム小片とがアルミニウムのシリ
コンに対する重量比で10%以下となる程度の混合割合
いで蒸発源に挿入された。シリコン薄膜の堆積に先だ
ち、上記混合ソースを電子ビーム加熱により溶融し、均
一に混合させておく。混合の重量比は10%以上にした
場合でも容易に共溶融させることができる。アルミニウ
ム以外の他の固体ドーピング材となる金属のSn,G
e,Ga,In,As,Sbなどの場合もシリコンに対
する混合比が重量比で数十%以下である場合均一に溶融
混合させることができる。シリコン薄膜を堆積する場
合、上記シリコンとドーピング金属との固溶体を電子ビ
ーム加熱し、該金属がドーピングされかつ弗素原子が添
加されたシリコン薄膜を形成する。基板温度500℃で
Al及びSbをドーピングして堆積したシリコン薄膜の
抵抗率を測定した結果を第6図に示す。曲線61はAl
をドーピングしたもの、曲線62はSbをドーピングし
たもののそれぞれの抵抗率を示す。それぞれ広範囲な抵
抗率の変化が得られた。Ga,In,Asについても同
様な結果が得られたが、Sn,Geの場合、抵抗を低く
する効果は小さなものであったが、光学吸収端が変化す
る現象が見られた。また、ヘリウムを希釈ガスとした弗
素ガスを用いたが、ヘリウムは不活性であり放電成膜中
に反応しないため、膜中に取り込まれたり、成膜過程で
のトラブルなどを引き起こしたりすることはなかった。
A high frequency reactive ion plating device similar to that of Example 1 was used. The basic conditions for forming a thin film are the same as in Example 1, except that the introduced fluorine gas is a mixture of an inert gas, helium gas, as a diluent gas, and is inserted into an evaporation source. The sources are different. The silicon ingot and the small pieces of high-purity aluminum were inserted into the evaporation source at a mixing ratio such that the weight ratio of aluminum to silicon was 10% or less. Prior to the deposition of the silicon thin film, the above-mentioned mixed source is melted by electron beam heating and uniformly mixed. Even if the mixing weight ratio is 10% or more, it can be easily co-melted. Sn, G which is a solid doping material other than aluminum
Even in the case of e, Ga, In, As, Sb, etc., if the mixing ratio with respect to silicon is several tens% or less by weight, uniform melting and mixing can be performed. When depositing a silicon thin film, the solid solution of the silicon and the doping metal is electron beam heated to form a silicon thin film doped with the metal and doped with fluorine atoms. The results of measuring the resistivity of the silicon thin film deposited by doping Al and Sb at a substrate temperature of 500 ° C. are shown in FIG. Curve 61 is Al
And the curve 62 shows the resistivity of each of Sb-doped and Sb-doped. A wide range of changes in resistivity was obtained for each. Similar results were obtained for Ga, In and As, but in the case of Sn and Ge, the effect of lowering the resistance was small, but there was a phenomenon in which the optical absorption edge changed. Fluorine gas with helium as a diluent gas was used, but since helium is inert and does not react during discharge film formation, it may not be taken into the film or cause troubles during the film formation process. There wasn't.

〔実施例5〕 この実施例は第3の発明の実施例である。[Embodiment 5] This embodiment is an embodiment of the third invention.

第7図は第3の発明の実施例に用いる高周波反応性イオ
ンプレーティング装置の模式図であり、基本的な点は実
施例1で用いたものと同様の構成、機能を有する。
FIG. 7 is a schematic view of a high frequency reactive ion plating apparatus used in the embodiment of the third invention, and the basic points have the same constitution and function as those used in the embodiment 1.

第7図に示すように、薄膜形成のための反応室71内に
は差動排気板72より露出した蒸発器73が設けられ、
2個所の独立した蒸発源を有している。差動排気板には
加熱のための電子ビームが貫通する小口が設けられてい
る。なお、ガス導入管74より導入した弗素ガス等の放
出は、上記2種類の蒸発源より気化したシリコン及びド
ーピング元素と弗素との混合を均一に行うために、上記
2種類の蒸発源を取囲むように設けられた円周状のガス
放出器75を用い内側に設けられた小口よりガスを放出
する方法を用いた。蒸発器73にはシリコン塊とSn,
Ge,Pb,Al,Ga,In,As,Sbなどから選
択された金属塊とを挿入する。これらはそれぞれ独立に
設けられた2つの電源76,77によりそれぞれ電子ビ
ーム加熱されるため、シリコンの蒸気圧とドーパントの
蒸気圧とを独立して制御できるため、精密な制御が行え
る。又ドーピングしないシリコン薄膜とドーピングした
薄膜との多層膜を形成する場合に極めて有効である。他
の基本的な構成や条件は実施例4と同様に設定した。
今、シリコン塊とゲルマニウム塊とを挿入した実施例に
ついて説明する。シリコン塊とゲルマニウム塊とはそれ
ぞれ独立に加熱され発生した蒸気圧を真空計で測定し、
それぞれの分圧比を変化させてシリコン薄膜を基板温温
度400℃で形成した。この薄膜の薄膜の光学吸収端E
oを測定した結果を第8図に示す。Geのドーピング量
が多くなるにしたがいSiとGeの混晶となりEoが小
さくなる傾向が得られた。このように固体Geを用いた
場合、再現性のよい制御が行なえた。又、他の固体ドー
パントを用いた場合も同様に膜の抵抗率の制御などが再
現性よく制御できた。
As shown in FIG. 7, an evaporator 73 exposed from a differential exhaust plate 72 is provided in a reaction chamber 71 for forming a thin film,
It has two independent evaporation sources. The differential exhaust plate is provided with a small hole through which an electron beam for heating penetrates. The release of the fluorine gas or the like introduced through the gas introduction pipe 74 surrounds the two types of evaporation sources in order to uniformly mix the vaporized silicon and the doping element with the two types of evaporation sources. A method of discharging gas from a small hole provided inside is used by using the circumferential gas discharger 75 provided as described above. In the evaporator 73, a silicon block and Sn,
A metal block selected from Ge, Pb, Al, Ga, In, As, Sb, etc. is inserted. These are electron beam-heated by the two power sources 76 and 77 respectively independently provided, so that the vapor pressure of silicon and the vapor pressure of the dopant can be controlled independently, so that precise control can be performed. It is also extremely effective when forming a multilayer film of an undoped silicon thin film and a doped thin film. Other basic configurations and conditions were set in the same manner as in Example 4.
Now, an example in which a silicon block and a germanium block are inserted will be described. The silicon lump and the germanium lump are independently heated, and the generated vapor pressure is measured with a vacuum gauge,
A silicon thin film was formed at a substrate temperature of 400 ° C. by changing each partial pressure ratio. Optical absorption edge E of this thin film
The result of measuring o is shown in FIG. As the doping amount of Ge increased, a mixed crystal of Si and Ge was formed, and Eo tended to decrease. Thus, when solid Ge was used, control with good reproducibility could be performed. Also, when other solid dopants were used, the control of the film resistivity could be controlled with good reproducibility.

〔実施例6〕 この実施例は第4の発明の実施例である。[Embodiment 6] This embodiment is an embodiment of the fourth invention.

第9図は第4の発明の実施例に用いる高周波反応性イオ
ンプレーティング装置の模式図であり、基本的な点は実
施例1で用いたものと同様の構成、機能を有する。
FIG. 9 is a schematic diagram of a high-frequency reactive ion plating apparatus used in the fourth embodiment of the invention, and basically has the same configuration and function as those used in the first embodiment.

第9図に示すように、薄膜形成のための反応室91内に
それぞれ独立したガス導入管92,93を介して、蒸発
源を取り囲むように設けられたガス放出器94の内側に
設けられた小口95よりガスが放出される。2本のガス
導入管92,93とガス放出管94とは異なる位置で接
続されている。一方のガス導入管92より弗素ガス用の
流量調節器96を通して弗素ガスが導入され、他方のガ
ス導入管93よりドーピングガス用の流量調節器97を
通してドーピングガスが導入され、ガス放出器94を通
して放電プラズマ中にそれぞれのガスが放出される。こ
れにより、例えば弗素ガスと水素もしくは水素化物であ
るドーピングガスを導入する場合でも、反応室91に導
入する以前のガス系内で反応が生じトラブルが発生する
ことが無く、ドーピング元素の消失がないため安定なド
ーピングが行なえた。まず基本的な装置構成や形成条件
は実施例1と同様に設定し、基板温度を450℃に設定
し、硼素をドーピングしてシリコン薄膜を形成した。得
られた薄膜の抵抗率の測定結果を第10図に示す。曲線
101はドーピングガスとしてBFを用いた場合の、
曲線102はBを用いた場合の、弗素ガス流量に
対するそれぞれの流量比でドーピング量を表わした場合
の結果を示す。Bを用いた場合がBFを用いた
場合に比べ、同じドーピング量でもより低抵抗化されて
いる。これはBFよりBの方がFの効果によ
り、より分解されやすいためと思われる。次に基板温度
を600℃に設定し、PHをドーピングした多結晶シ
リコン薄膜を石英基板上に堆積した。堆積したシリコン
薄膜をストライプ状に形成し、NiCr/Au電極を形
成して熱電素子を作成した。この素子を用いて膜の耐熱
性を調べた。
As shown in FIG. 9, it is provided inside a gas discharger 94 provided so as to surround the evaporation source via independent gas introduction pipes 92 and 93 in a reaction chamber 91 for forming a thin film. Gas is released from the small hole 95. The two gas introduction pipes 92, 93 and the gas discharge pipe 94 are connected at different positions. Fluorine gas is introduced from one gas introduction pipe 92 through a fluorine gas flow rate controller 96, doping gas is introduced from the other gas introduction tube 93 through a doping gas flow rate controller 97, and discharged through a gas discharger 94. Each gas is released into the plasma. As a result, for example, even when the fluorine gas and the doping gas which is hydrogen or hydride are introduced, no reaction occurs in the gas system before the introduction into the reaction chamber 91, no trouble occurs, and the doping element does not disappear. Therefore, stable doping could be performed. First, the basic device configuration and formation conditions were set in the same manner as in Example 1, the substrate temperature was set to 450 ° C., and boron was doped to form a silicon thin film. The measurement results of the resistivity of the obtained thin film are shown in FIG. Curve 101 shows the case of using BF 3 as a doping gas,
A curve 102 shows the result when B 2 H 6 is used and the doping amount is represented by each flow rate ratio with respect to the fluorine gas flow rate. The resistance of B 2 H 6 is lower than that of BF 3 even with the same doping amount. This seems to be because B 2 H 6 is more easily decomposed than BF 3 due to the effect of F 2 . Next, the substrate temperature was set to 600 ° C., and a polycrystalline silicon thin film doped with PH 3 was deposited on the quartz substrate. The deposited silicon thin film was formed into a stripe shape, and a NiCr / Au electrode was formed to prepare a thermoelectric element. The heat resistance of the film was investigated using this device.

第11図はこの素子の置かれた雰囲気の温度に対する1
00℃当りの熱起電力の変化を示したものである。10
0℃当り29mVが得られ、通常の熱電対で比較的熱起
電力の大きいアルメルークロメル熱電対の4mVに比べ
極めて大きな起電力が得られている。しかし、PH
用いることによって膜中に水素原子を取込み素子の劣化
を引起こすことも考えられたが、膜中の水素原子は著し
く少なく、第11図に示すように耐熱性に優れ高温まで
熱電素子として使用できた。
FIG. 11 shows 1 with respect to the temperature of the atmosphere in which this device is placed.
It shows a change in thermoelectromotive force per 00 ° C. 10
29 mV is obtained per 0 ° C., which is an extremely large electromotive force compared with 4 mV of an alumel-chromel thermocouple, which has a relatively large thermoelectromotive force with a normal thermocouple. However, although it has been considered that the use of PH 3 may introduce hydrogen atoms into the film and cause deterioration of the element, the number of hydrogen atoms in the film is extremely small, and as shown in FIG. It could be used as a thermoelectric element.

以上のようにFガスを用いた場合Fガス自身の分解
しやすさと、Fが水素化物の水素と結合しやすいため
の水素化物の分解しやすさとの両面が達成され、ドーピ
ングされたシリコン薄膜の形成を容易にする効果が大き
い。
As described above, when F 2 gas is used, both the ease of decomposition of F 2 gas itself and the ease of decomposition of hydride because F 2 easily bonds with hydrogen of hydride are achieved and doped. The effect of facilitating the formation of the silicon thin film is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は第1の発明の実施例に用いる高周波イオンプレ
ーティング装置の模式図、第2図は実施例1及び従来の
方法で形成したシリコン薄膜の赤外吸収スペクトル分布
図、第3図は実施例2で形成したシリコン薄膜の弗素含
有量と結晶粒径の基板温度に対する相関図、第4図は実
施例3で形成したシリコン薄膜の光導電率のガス圧に対
する相関図、第5図は実施例3で形成したシリコン薄膜
の光導電率のイオン加速電圧に対する相関図、第6図は
実施例4で形成したシリコン薄膜の抵抗率のドーピング
量に対する相関図、第7図は第3の発明の実施例に用い
る高周波反応性イオンプレーティング装置の模式図、第
8図は実施例5で形成したシリコン薄膜の光学吸収端の
ドーピング量に対する相関図、第9図は第4の発明の実
施例に用いる高周波イオンプレーティング装置の模式
図、第10図は実施例6で形成したシリコン薄膜の抵抗
率のドーピング量に対する相関図、第11図は実施例6
で形成したシリコン薄膜の熱起電力能の温度に対する相
関図である。 1……反応室、2……差動排気板、3……電子ビーム発
生室、4……排気管、5……ガス導入管、6……シリコ
ン塊、7……電子ビーム、8……基板、9……基板ホル
ダー、10……高周波コイル、11……高周波電源、1
2……エッチングボックス、13……電子ビーム電源、
14……加熱用電源、15……イオン加速用電源、16
……F用流量調節器、17……ドーピングガス用流量
調節器、18……シリコン基体、71……反応室、72
……差動排気板、73……蒸発器、74……ガス導入
管、75……ガス放出器、76,77……電子ビーム電
源、91……反応室、92,93……ガス導入管、94
……ガス放出器、95……ガス放出小口、96……F
用流量調節器、97……ドーピングガス用流量調節器。
FIG. 1 is a schematic diagram of a high-frequency ion plating apparatus used in the embodiment of the first invention, FIG. 2 is an infrared absorption spectrum distribution diagram of a silicon thin film formed by Embodiment 1 and the conventional method, and FIG. Correlation diagram of the fluorine content and crystal grain size of the silicon thin film formed in Example 2 with respect to the substrate temperature, FIG. 4 is a correlation diagram of photoconductivity of the silicon thin film formed in Example 3 with respect to gas pressure, and FIG. Correlation diagram of photoconductivity of the silicon thin film formed in Example 3 with respect to ion acceleration voltage, FIG. 6 is a correlation diagram of resistivity of the silicon thin film formed in Example 4 with respect to doping amount, and FIG. 7 is a third invention. 8 is a schematic diagram of a high frequency reactive ion plating apparatus used in the embodiment of FIG. 8, FIG. 8 is a correlation diagram with respect to the doping amount of the optical absorption edge of the silicon thin film formed in Embodiment 5, and FIG. 9 is an embodiment of the fourth invention. High frequency used for Schematic view of ion plating apparatus, Figure 10 is a correlation diagram for the doping amount of resistivity of the silicon thin film formed in Example 6, FIG. 11 Example 6
It is a correlation diagram with respect to the temperature of the thermoelectromotive force of the silicon thin film formed in. 1 ... Reaction chamber, 2 ... Differential exhaust plate, 3 ... Electron beam generating chamber, 4 ... Exhaust pipe, 5 ... Gas introduction pipe, 6 ... Silicon mass, 7 ... Electron beam, 8 ... Substrate, 9 ... Substrate holder, 10 ... High frequency coil, 11 ... High frequency power source, 1
2 ... Etching box, 13 ... Electron beam power supply,
14 ... Heating power supply, 15 ... Ion acceleration power supply, 16
...... F 2 flow rate controller, 17 …… doping gas flow rate controller, 18 ・ ・ ・ silicon substrate, 71 ・ ・ ・ reaction chamber, 72
...... Differential exhaust plate, 73 …… Evaporator, 74 …… Gas introduction pipe, 75 …… Gas discharger, 76,77 …… Electron beam power source, 91 …… Reaction chamber, 92,93 …… Gas introduction pipe , 94
...... Gas discharger, 95 …… Gas discharge head, 96 …… F 2
Flow controller, 97 ... Doping gas flow controller.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高周波反応性イオンプレーティング装置の
反応室と電子ビーム発生室の間を仕切る差動排気板によ
り圧力差を生じさせた高真空側の電子ビーム発生室に設
置した蒸発器にシリコン塊を装填し、前記シリコン塊を
電子ビーム加熱により気化させ、該気化されたシリコン
気体を前記差動排気板の低真空側の反応室に導入し、前
記シリコン気体と別途反応室に導入される弗素ガスおよ
びリンやホウ素等の不純物ドーピングガスからなる混合
ガスとを前記反応室内に生じさせた放電プラズマ中に放
出して反応させ、前記反応室に装填した薄膜堆積用の基
板上に弗素が添加されたシリコン薄膜を形成することを
含むことを特徴とするシリコン薄膜の形成方法。
1. A vaporizer installed in a high vacuum side electron beam generating chamber in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate partitioning the reaction chamber of the high frequency reactive ion plating device and the electron beam generating chamber. A lump is charged, the silicon lump is vaporized by electron beam heating, and the vaporized silicon gas is introduced into the reaction chamber on the low vacuum side of the differential exhaust plate, and is introduced into the reaction chamber separately from the silicon gas. A mixed gas of fluorine gas and an impurity doping gas such as phosphorus or boron is released into the discharge plasma generated in the reaction chamber to react with each other, and fluorine is added to the thin film deposition substrate loaded in the reaction chamber. Method for forming a silicon thin film, comprising: forming a thinned silicon thin film.
【請求項2】高周波反応性イオンプレーティング装置の
反応室と電子ビーム発生室の間を仕切る差動排気板によ
り圧力差を生じさせた高真空側の電子ビーム発生室に設
置した蒸発器に錫,ゲルマニウム,鉛,アルミニウム,
ガリウム,インジウム,砒素,アンチモンから選択され
た金属とシリコンとの固溶体塊を装填し、前記固溶体塊
を電子ビーム加熱により気化させ、該気化されたシリコ
ンおよび金属の気体を前記差動排気板の低真空側の反応
室に導入し、前記シリコンおよび金属の気体と別途反応
室に導入される弗素ガスおよびヘリウム等の不活性ガス
からなる混合ガスとを前記反応室内に生じさせた放電プ
ラズマ中に放出して反応させ、前記反応室に装填した薄
膜堆積用の基板上に弗素が添加されたシリコン薄膜を形
成することを含むことを特徴とするシリコン薄膜の形成
方法。
2. A tin is attached to an evaporator installed in a high vacuum side electron beam generating chamber in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate partitioning the reaction chamber of the high frequency reactive ion plating device and the electron beam generating chamber. , Germanium, lead, aluminum,
A solid solution mass of a metal selected from gallium, indium, arsenic, and antimony and silicon is loaded, the solid solution mass is vaporized by electron beam heating, and the vaporized silicon and metal gas is reduced to a low temperature of the differential exhaust plate. Introduced into the reaction chamber on the vacuum side, the silicon and metal gases and a mixed gas consisting of fluorine gas and an inert gas such as helium, which are separately introduced into the reaction chamber, are released into the discharge plasma generated in the reaction chamber. And reacting to form a silicon thin film to which fluorine is added on the substrate for thin film deposition loaded in the reaction chamber.
【請求項3】高周波反応性イオンプレーティング装置の
反応室と電子ビーム発生室の間を仕切る差動排気板によ
り圧力差を生じさせた高真空側の電子ビーム発生室に
錫,ゲルマニウム,鉛,アルミニウム,ガリウム,イン
ジウム,砒素,アンチモンから選択された金属塊を装填
した蒸発器およびシリコン塊を装填した蒸発器とを設置
し、電子ビームの加熱により気化させ、該気化されたシ
リコン気体および金属気体のそれぞれを前記差動排気板
の低真空側の反応室へ導入し、前記シリコン気体および
金属気体と別途反応室に導入される弗素ガスおよびヘリ
ウム等の不活性ガスからなる混合ガスとを前記反応室内
に生じさせた放電プラズマ中に放出して反応させ、前記
反応室に装填した薄膜堆積用の基板上に弗素が添加され
たシリコン薄膜を形成することを含むことを特徴とする
シリコン薄膜の形成方法。
3. A high-vacuum-side electron beam generating chamber in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate partitioning the reaction chamber of the high-frequency reactive ion plating apparatus and the electron beam generating chamber is filled with tin, germanium, lead, An evaporator loaded with a metal mass selected from aluminum, gallium, indium, arsenic, and antimony and an evaporator loaded with a silicon mass are installed, and vaporized by heating an electron beam, and the vaporized silicon gas and metal gas Each of them is introduced into the reaction chamber on the low vacuum side of the differential exhaust plate, and the reaction is performed with the silicon gas and the metal gas and a mixed gas consisting of a fluorine gas and an inert gas such as helium, which are separately introduced into the reaction chamber. The silicon thin film added with fluorine is formed on the substrate for thin film deposition, which is discharged into the discharge plasma generated in the chamber and reacted therewith. Method of forming a silicon thin film characterized by comprising.
【請求項4】高周波反応性イオンプレーティング装置の
反応室と電子ビーム発生室の間を仕切る差動排気板によ
り圧力差を生じさせた高真空側の電子ビーム発生室に設
置した蒸発器にシリコン塊を装填し、前記シリコン塊を
電子ビーム加熱により気化させ、該気化されたシリコン
気体を前記差動排気板の低真空側の反応室に導入し、前
記シリコン気体と別途独立した系からそれぞれ反応室に
導入される弗素ガスとリンやホウ素等の不純物ドーピン
グガスとを前記反応室内に生じさせた放電プラズマ中に
放出して反応させ、前記反応室に装填した薄膜堆積用の
基板上に弗素が添加されたシリコン薄膜を形成すること
を含むことを特徴とするシリコン薄膜の形成方法。
4. An evaporator installed in a high vacuum side electron beam generating chamber in which a pressure difference is generated by a differential exhaust plate partitioning the reaction chamber of the high frequency reactive ion plating device and the electron beam generating chamber. A lump is charged, the lump of silicon is vaporized by electron beam heating, the vaporized silicon gas is introduced into the reaction chamber on the low vacuum side of the differential exhaust plate, and the silicon gas reacts from a system independent from the silicon gas. The fluorine gas introduced into the chamber and the impurity doping gas such as phosphorus or boron are released into the discharge plasma generated in the reaction chamber to cause a reaction, and fluorine is deposited on the substrate for thin film deposition loaded in the reaction chamber. A method of forming a silicon thin film, comprising forming an added silicon thin film.
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