JPH07176488A - 非単結晶シリコンカーバイト半導体薄膜およびその作製方法 - Google Patents
非単結晶シリコンカーバイト半導体薄膜およびその作製方法Info
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- JPH07176488A JPH07176488A JP5321796A JP32179693A JPH07176488A JP H07176488 A JPH07176488 A JP H07176488A JP 5321796 A JP5321796 A JP 5321796A JP 32179693 A JP32179693 A JP 32179693A JP H07176488 A JPH07176488 A JP H07176488A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 光学的バンドギャップが２．２ｅＶ以上あっ
て、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で測定されるスピン密
度が２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする非単
結晶シリコンカーバイト膜。 【効果】 本発明の非単結晶シリコンカーバイト膜を用
いれば、従来膜中の多量の欠陥準位によって阻害されて
いた電子の走行性が改善され電気特性の良好な素子が形
成できる。
て、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で測定されるスピン密
度が２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする非単
結晶シリコンカーバイト膜。 【効果】 本発明の非単結晶シリコンカーバイト膜を用
いれば、従来膜中の多量の欠陥準位によって阻害されて
いた電子の走行性が改善され電気特性の良好な素子が形
成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭素を含有するシリコン
膜の形成方法に係わり、特に広い禁制帯幅を有し、光電
変換材料や電子材料として用いられる非単結晶シリコン
カーバイト膜の形成法に関する。
膜の形成方法に係わり、特に広い禁制帯幅を有し、光電
変換材料や電子材料として用いられる非単結晶シリコン
カーバイト膜の形成法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン系非単結晶薄膜は、感光体、薄
膜トランジスター、センサー、光起電力素子などに広く
応用されている。なかでも非単結晶シリコンカーバイト
膜（以下ａ−ＳｉＣx ）は、禁制帯幅が大きいので、応
用の範囲が広く種々の研究開発がなされてきた。
膜トランジスター、センサー、光起電力素子などに広く
応用されている。なかでも非単結晶シリコンカーバイト
膜（以下ａ−ＳｉＣx ）は、禁制帯幅が大きいので、応
用の範囲が広く種々の研究開発がなされてきた。
【０００３】プラズマＣＶＤ法やＥＣＲ（電子サイクロ
トロン共鳴）法などによる非単結晶シリコンカーバイト
膜（以下ａ−ＳｉＣX ：Ｈ）はシリコン系のガスと炭素
系のガスの組成比により光学的ハンドギャップ（Ｅｇ）
を任意に変化させることができるので最も広く用いられ
ている。またこの材料では、ＣＶＤにより大面積の薄膜
材料として容易に作製でき、作製温度が低温のために基
板を選ばず、たとえば信号処理回路等が既に形成されて
いる半導体基板上にも積層が可能となる。
トロン共鳴）法などによる非単結晶シリコンカーバイト
膜（以下ａ−ＳｉＣX ：Ｈ）はシリコン系のガスと炭素
系のガスの組成比により光学的ハンドギャップ（Ｅｇ）
を任意に変化させることができるので最も広く用いられ
ている。またこの材料では、ＣＶＤにより大面積の薄膜
材料として容易に作製でき、作製温度が低温のために基
板を選ばず、たとえば信号処理回路等が既に形成されて
いる半導体基板上にも積層が可能となる。
【０００４】このような特長を利用してＥｇの異なる材
料によるヘテロ接合を用いた光電変換装置や薄膜半導体
装置がいろいろと提案されている。例えば太陽電池や光
センサ等の光電変換装置では広い波長範囲においても光
をもれなく利用するために、Ｅｇの異なる膜をそれぞれ
積層して短波長から長波長まで効率よく吸収できるよう
な構造をとっている。
料によるヘテロ接合を用いた光電変換装置や薄膜半導体
装置がいろいろと提案されている。例えば太陽電池や光
センサ等の光電変換装置では広い波長範囲においても光
をもれなく利用するために、Ｅｇの異なる膜をそれぞれ
積層して短波長から長波長まで効率よく吸収できるよう
な構造をとっている。
【０００５】一般に、Ｅｇが広いＳｉ1-x Ｃx ：Ｈ膜な
どではＣ組成量の増加とともにＥｇが広くなると急激に
電気特性の悪化が起こる。これは、膜中の構造欠陥が急
激に増加するためである。このため、ドーピングによる
ｐ型やｎ型の価電子制御も困難であり、プラズマＣＶＤ
法において水素（諸沢等 電子情報通信学会技術報告Ｖ
ｏｌ．９０ Ｎｏ．３４８ Ｐ．２５ １９９０、Ａ．
ＭＡＴＳＵＤＡ ｅｔｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏ
ｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ９８ １９
８７ Ｐ．１３６７）や希ガス（秋山等 電子写真学会
誌 Ｐ．２０ Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１ １９８９）等
の希釈法などによる作製条件の最適化により、２．２ｅ
Ｖ程度までは良好なｐ型やｎ型や光電流応答性を示すＳ
ｉ1- x Ｃx ：Ｈ膜が得られるようになってきており、主
に太陽電池の窓層等に用いられている。
どではＣ組成量の増加とともにＥｇが広くなると急激に
電気特性の悪化が起こる。これは、膜中の構造欠陥が急
激に増加するためである。このため、ドーピングによる
ｐ型やｎ型の価電子制御も困難であり、プラズマＣＶＤ
法において水素（諸沢等 電子情報通信学会技術報告Ｖ
ｏｌ．９０ Ｎｏ．３４８ Ｐ．２５ １９９０、Ａ．
ＭＡＴＳＵＤＡ ｅｔｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏ
ｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ９８ １９
８７ Ｐ．１３６７）や希ガス（秋山等 電子写真学会
誌 Ｐ．２０ Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１ １９８９）等
の希釈法などによる作製条件の最適化により、２．２ｅ
Ｖ程度までは良好なｐ型やｎ型や光電流応答性を示すＳ
ｉ1- x Ｃx ：Ｈ膜が得られるようになってきており、主
に太陽電池の窓層等に用いられている。
【０００６】また、原料ガス中にＦを持った材料を用い
てＳｉ1-x Ｃx ：Ｆ：Ｈ膜を作製する研究も行われてき
たが（Ｍａｈａｎ Ａ．Ｈ ｅｔｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＮｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ
ｖｏｌ．７７（１９８５）Ｐ．８６１）（Ｇａｎｇｕｌ
ｙ Ｇ．ｅｔｌ． Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
Ｂ４０（１９８９）Ｐ．３８３０）（Ｇａｎｇｕｌｙ
Ｇ．ｅｔｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ６９（１９９１）Ｐ．３９１５）前述
したものと同様に、２．２ｅＶ以上のバンドギャップで
良好な電気特性を持ったものが得られたという報告はな
い。
てＳｉ1-x Ｃx ：Ｆ：Ｈ膜を作製する研究も行われてき
たが（Ｍａｈａｎ Ａ．Ｈ ｅｔｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＮｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ
ｖｏｌ．７７（１９８５）Ｐ．８６１）（Ｇａｎｇｕｌ
ｙ Ｇ．ｅｔｌ． Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
Ｂ４０（１９８９）Ｐ．３８３０）（Ｇａｎｇｕｌｙ
Ｇ．ｅｔｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ６９（１９９１）Ｐ．３９１５）前述
したものと同様に、２．２ｅＶ以上のバンドギャップで
良好な電気特性を持ったものが得られたという報告はな
い。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、光学バン
ドギャップが２．２ｅＶ以上を越えるようなワイドギャ
ップの膜では、最適な構造緩和の方法が確立されておら
ず、従来から行われているような方法で作製されたシリ
コンカーバイト膜では構造欠陥と対応するＥＳＲ（電子
スピン共鳴）法によって観察されるスピン密度が１０18
ｃｍ-3を大きく越えてしまい、この様な膜を用いて電子
素子を作製した場合、電気的な特性が大幅に低下すると
いう問題があった。
ドギャップが２．２ｅＶ以上を越えるようなワイドギャ
ップの膜では、最適な構造緩和の方法が確立されておら
ず、従来から行われているような方法で作製されたシリ
コンカーバイト膜では構造欠陥と対応するＥＳＲ（電子
スピン共鳴）法によって観察されるスピン密度が１０18
ｃｍ-3を大きく越えてしまい、この様な膜を用いて電子
素子を作製した場合、電気的な特性が大幅に低下すると
いう問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討を行い本発明に到達した。すなは
ち、本発明は光学的バンドギャップが２．２ｅＶ以上あ
って、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で測定されるスピン
密度が２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする非
単結晶シリコンカーバイト膜である。またこの膜が膜中
のハロゲン元素の含有量が０．１〜２０ａｔｍ％である
ことを特徴とするシリコンカーバイト膜である。またこ
のハロゲン元素がフッ素であることを特徴とするシリコ
ンカーバイト膜である。
決するために鋭意検討を行い本発明に到達した。すなは
ち、本発明は光学的バンドギャップが２．２ｅＶ以上あ
って、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で測定されるスピン
密度が２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする非
単結晶シリコンカーバイト膜である。またこの膜が膜中
のハロゲン元素の含有量が０．１〜２０ａｔｍ％である
ことを特徴とするシリコンカーバイト膜である。またこ
のハロゲン元素がフッ素であることを特徴とするシリコ
ンカーバイト膜である。
【０００９】また、本発明はシリコンを含む原料ガス
と、カーボンを含む原料ガスを導入し光照射、高周波や
熱などの外部エネルギーを加えて分解反応させ、非単結
晶シリコンカーバイト膜を形成する際に、光学的ハンド
ギャップを変化させるために原料ガスの流量比を連続的
に変化させ、その光学的ハンドギャップを１．２〜４．
０ｅＶで変化させた半導体薄膜の製造方法において、
２．２ｅＶ〜４．０ｅＶの部分では、原料ガスまたは希
釈ガスにハロゲン化物またはハロゲンガスを用いること
を特徴とする薄膜形成方法である。またこの形成方法に
おいてシリコンを含む原料ガスと、カーボンを含む原料
ガスを導入し光照射、高周波や熱などの外部エネルギー
を加えて分解反応させ、非単結晶シリコンカーバイト膜
を形成する際に、光学的ハンドギャップを変化させるた
めに原料ガスの流量比を変化させ、その光学的ハンドギ
ャップを１．２〜４．０ｅＶまで変化させた半導体薄膜
の製造方法において、２．２ｅＶ〜４．０ｅＶの部分で
は、原料ガスまたは希釈ガスに含まれるハロゲン原子の
シリコン原子に対する比率が、光学禁制帯幅の増加に伴
って増加していくことを特徴とする薄膜形成方法であ
り、前記ハロゲン元素がフッ素であることを特徴とする
請求項４及び５記載の薄膜形成方法である。
と、カーボンを含む原料ガスを導入し光照射、高周波や
熱などの外部エネルギーを加えて分解反応させ、非単結
晶シリコンカーバイト膜を形成する際に、光学的ハンド
ギャップを変化させるために原料ガスの流量比を連続的
に変化させ、その光学的ハンドギャップを１．２〜４．
０ｅＶで変化させた半導体薄膜の製造方法において、
２．２ｅＶ〜４．０ｅＶの部分では、原料ガスまたは希
釈ガスにハロゲン化物またはハロゲンガスを用いること
を特徴とする薄膜形成方法である。またこの形成方法に
おいてシリコンを含む原料ガスと、カーボンを含む原料
ガスを導入し光照射、高周波や熱などの外部エネルギー
を加えて分解反応させ、非単結晶シリコンカーバイト膜
を形成する際に、光学的ハンドギャップを変化させるた
めに原料ガスの流量比を変化させ、その光学的ハンドギ
ャップを１．２〜４．０ｅＶまで変化させた半導体薄膜
の製造方法において、２．２ｅＶ〜４．０ｅＶの部分で
は、原料ガスまたは希釈ガスに含まれるハロゲン原子の
シリコン原子に対する比率が、光学禁制帯幅の増加に伴
って増加していくことを特徴とする薄膜形成方法であ
り、前記ハロゲン元素がフッ素であることを特徴とする
請求項４及び５記載の薄膜形成方法である。
【００１０】本発明で得られた非単結晶シリコンカーバ
イト膜は、上述したような問題点を解決するための材料
として、２．２ｅＶ以上のワイドギャップであってスピ
ン密度が２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴として
いる。作製方法としては、シリコンを含む原料ガスと、
カーボン原料として炭化水素を導入し光照射、高周波や
熱などの外部エネルギーを加えて分解反応させ、光学的
バンドギャップ（禁制帯幅）が２．２ｅＶ以上のワイド
ギャップである非単結晶シリコンカーバイト膜を形成す
る際に、原料ガスまたは希釈ガスにハロゲン化物または
ハロゲンガスを用いることを特徴としている。
イト膜は、上述したような問題点を解決するための材料
として、２．２ｅＶ以上のワイドギャップであってスピ
ン密度が２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴として
いる。作製方法としては、シリコンを含む原料ガスと、
カーボン原料として炭化水素を導入し光照射、高周波や
熱などの外部エネルギーを加えて分解反応させ、光学的
バンドギャップ（禁制帯幅）が２．２ｅＶ以上のワイド
ギャップである非単結晶シリコンカーバイト膜を形成す
る際に、原料ガスまたは希釈ガスにハロゲン化物または
ハロゲンガスを用いることを特徴としている。
【００１１】光学的ハンドギャップを変化させるために
原料ガスの流量比を連続的に変化させ、その光学的ハン
ドギャップを１．２〜４．０ｅＶ、好ましくは１．４〜
３．８ｅＶ、さらに好ましくは１．５〜３．５ｅＶの範
囲で変化させた半導体薄膜の製造方法において、２．２
ｅＶ〜４．０ｅＶの部分では、原料ガスまたは希釈ガス
に含まれるハロゲン原子のシリコン原子に対する比率
が、光学禁制帯幅の増加に伴って増加していくことを特
徴としている。
原料ガスの流量比を連続的に変化させ、その光学的ハン
ドギャップを１．２〜４．０ｅＶ、好ましくは１．４〜
３．８ｅＶ、さらに好ましくは１．５〜３．５ｅＶの範
囲で変化させた半導体薄膜の製造方法において、２．２
ｅＶ〜４．０ｅＶの部分では、原料ガスまたは希釈ガス
に含まれるハロゲン原子のシリコン原子に対する比率
が、光学禁制帯幅の増加に伴って増加していくことを特
徴としている。
【００１２】
【作用】本発明では、光学的バンドギャップが大きいシ
リコンカーバイトを形成するときには、膜の内部構造に
Ｓｉ−Ｆ結合を導入することを特徴としている。電子ス
ピン共鳴（ＥＳＲ）分析の結果から、非単結晶シリコン
カーバイトにおいては、膜中のＣ組成が多くなるとＳｉ
の水素が外れてＳｉにダングリングボンドが発生すると
考えられる。赤外線吸光（ＩＲ）分析の結果をみると、
膜中のＨはＣ−Ｈｎ（ｎ＝２，３）のような高次の結合
となってＣと結合しているのが判る。
リコンカーバイトを形成するときには、膜の内部構造に
Ｓｉ−Ｆ結合を導入することを特徴としている。電子ス
ピン共鳴（ＥＳＲ）分析の結果から、非単結晶シリコン
カーバイトにおいては、膜中のＣ組成が多くなるとＳｉ
の水素が外れてＳｉにダングリングボンドが発生すると
考えられる。赤外線吸光（ＩＲ）分析の結果をみると、
膜中のＨはＣ−Ｈｎ（ｎ＝２，３）のような高次の結合
となってＣと結合しているのが判る。
【００１３】これは電気陰性度が、Ｃ＞Ｓｉの関係にな
っているのでダングリングボンドのターミネーターとし
て働く膜中のＨが、Ｃに強く引き寄せられてしまうため
だと考えられる。以下に非単結晶シリコンカーバイトに
関係の深い化学結合の結合エネルギーを示す。
っているのでダングリングボンドのターミネーターとし
て働く膜中のＨが、Ｃに強く引き寄せられてしまうため
だと考えられる。以下に非単結晶シリコンカーバイトに
関係の深い化学結合の結合エネルギーを示す。
【００１４】 Ｓｉ−Ｈの結合エネルギーはＣ−Ｈに較べて約３０Ｋｃ
ａｌ／ｍｏｌも小さいが、Ｓｉ−Ｆ結合はＣ−Ｆと較べ
ても約２５Ｋｃａｌ／ｍｏｌ、Ｃ−Ｈと較べると約３０
Ｋｃａｌ／ｍｏｌも大きな結合エネルギーになってい
る。
ａｌ／ｍｏｌも小さいが、Ｓｉ−Ｆ結合はＣ−Ｆと較べ
ても約２５Ｋｃａｌ／ｍｏｌ、Ｃ−Ｈと較べると約３０
Ｋｃａｌ／ｍｏｌも大きな結合エネルギーになってい
る。
【００１５】そこで、原料ガスまたは希釈ガス中にフッ
素（Ｆ）を導入してやることにより、Ｓｉに起因するダ
ングリングボンドをターミネートし非単結晶シリコンカ
ーバイト膜中の欠陥準位を減少させてやることができ
る。このことによって、Ｃ濃度の大きいワイドバンドギ
ャップのシリコンカーバイトの電気伝導度特性を改善す
ることが可能になる。
素（Ｆ）を導入してやることにより、Ｓｉに起因するダ
ングリングボンドをターミネートし非単結晶シリコンカ
ーバイト膜中の欠陥準位を減少させてやることができ
る。このことによって、Ｃ濃度の大きいワイドバンドギ
ャップのシリコンカーバイトの電気伝導度特性を改善す
ることが可能になる。
【００１６】（実験１）ここで、本発明に至る過程で発
明者は以下のような予備実験を行った。
明者は以下のような予備実験を行った。
【００１７】メタンを炭素原料に用いてプラズマＣＶＤ
によってシリコンカーバイト膜を堆積する際に、シリコ
ン原料をシラン（ＳｉＨ4 ）にした時とフッ化シラン
（ＳｉＦ4 ）にした時の膜中のダングリングボンドの
数をＥＳＲを用いて比較した。
によってシリコンカーバイト膜を堆積する際に、シリコ
ン原料をシラン（ＳｉＨ4 ）にした時とフッ化シラン
（ＳｉＦ4 ）にした時の膜中のダングリングボンドの
数をＥＳＲを用いて比較した。
【００１８】成膜時の条件は以下のようであった。
【００１９】 リアクター体積 ８リッター ＣＨ4 ５０〜２００ｓｃｃｍ Ｈ2 ５０〜２００ｓｃｃｍ 反応応力 ２００ｍｔｏｒｒ 基板温度 ２５０℃ ＳｉＨ4 ２〜１０ｓｃｃｍ ＳｉＦ4 ５〜３０ｓｃｃｍ ＲＦパワー ０．０３Ｗ／ｃｍ-2 これらの膜を石英基板上に３０００Ａ堆積し、長さ３０
ｍｍ幅２ｍｍにカットして試料とした。図４はそれぞれ
の原料ガスで作製した試料のエネルギーギャップ（Ｅ
ｇ）とＥＳＲによるスピンデンシティの関係を示したも
のである。
ｍｍ幅２ｍｍにカットして試料とした。図４はそれぞれ
の原料ガスで作製した試料のエネルギーギャップ（Ｅ
ｇ）とＥＳＲによるスピンデンシティの関係を示したも
のである。
【００２０】Ｅｇが２．２ｅＶ以上のところでは、Ｓ
ｉＦ4 を用いたシリコンカーバイト膜の方が、ＳｉＨ
4 を用いたものに較べてスピンデンシティが小さくなっ
ていることが判る。
ｉＦ4 を用いたシリコンカーバイト膜の方が、ＳｉＨ
4 を用いたものに較べてスピンデンシティが小さくなっ
ていることが判る。
【００２１】このなかで、Ｅｇが３．２ｅＶで、そ
れぞれの原料を用いて作製した試料に、バンドギャップ
より十分に高いエネルギーを持った波長３５０ｎｍの単
色光を照射したところ、暗時との電気伝導度の差は、フ
ッ化シランを用いたものが５×１０-9（Ωｃｍ）-1、シ
ランを用いたものが６×１０-10 （Ωｃｍ）-1であっ
た。このことから、シリコン原料にフッ化シランを用い
た方が電気伝導度においても、光応答性が向上すること
が判った。
れぞれの原料を用いて作製した試料に、バンドギャップ
より十分に高いエネルギーを持った波長３５０ｎｍの単
色光を照射したところ、暗時との電気伝導度の差は、フ
ッ化シランを用いたものが５×１０-9（Ωｃｍ）-1、シ
ランを用いたものが６×１０-10 （Ωｃｍ）-1であっ
た。このことから、シリコン原料にフッ化シランを用い
た方が電気伝導度においても、光応答性が向上すること
が判った。
【００２２】また、フッ化シランを原料に用いた試料を
ＳＩＭＳ（二次イオンスペクトル質量分析）法で分析し
たところ、スピンデンシティが２×１０18ｃｍ-3以下の
ものはＦが１〜１５％含まれていた。
ＳＩＭＳ（二次イオンスペクトル質量分析）法で分析し
たところ、スピンデンシティが２×１０18ｃｍ-3以下の
ものはＦが１〜１５％含まれていた。
【００２３】（実験２）さらに、ダングリングボンドの
数と光電流に関して次のような予備実験を行った。実験
１で用いたのと同様に、メタンとフッ化シラン（ＳｉＦ
4 ）から作製したシリコンカーバイト膜の、スピンデン
シティと光電流の関係を示したのが図８である。作製し
た膜のバンドギャップは２．２〜３．５ｅＶで膜厚は３
０００Ａであった。
数と光電流に関して次のような予備実験を行った。実験
１で用いたのと同様に、メタンとフッ化シラン（ＳｉＦ
4 ）から作製したシリコンカーバイト膜の、スピンデン
シティと光電流の関係を示したのが図８である。作製し
た膜のバンドギャップは２．２〜３．５ｅＶで膜厚は３
０００Ａであった。
【００２４】作製した試料に、バンドギャップより十分
に高いエネルギーを持った波長３５０ｎｍの単色光を照
射したところ、スピンデンシティと光照射時の電気伝導
度（暗時との電気伝導度の差）の関係は、膜中のスピン
デンシティが２×１０18ｃｍ -3付近で変極点を持ってお
り、同様の原料系を用いて作製した膜でもスピンデンシ
ティが２×１０18ｃｍ-3以下では光電流が増加していく
傾向があることが判る （実験３）バンドギャップが２．２ｅＶ以上で、スピン
デンシティが２×１０18ｃｍ-3より少なかったシリコン
カーバイト膜試料の作製条件の、原料ガス中のシリコン
原子に対するフッ素原子の比率とバンドギャップの関係
を表したのが図９である。
に高いエネルギーを持った波長３５０ｎｍの単色光を照
射したところ、スピンデンシティと光照射時の電気伝導
度（暗時との電気伝導度の差）の関係は、膜中のスピン
デンシティが２×１０18ｃｍ -3付近で変極点を持ってお
り、同様の原料系を用いて作製した膜でもスピンデンシ
ティが２×１０18ｃｍ-3以下では光電流が増加していく
傾向があることが判る （実験３）バンドギャップが２．２ｅＶ以上で、スピン
デンシティが２×１０18ｃｍ-3より少なかったシリコン
カーバイト膜試料の作製条件の、原料ガス中のシリコン
原子に対するフッ素原子の比率とバンドギャップの関係
を表したのが図９である。
【００２５】原料ガスとしては、ＳｉＨ4 ／ＳｉＦ4 ／
ＣＨ4 ／Ｈ2 とＳｉＨ4 ／ＣＦ4／Ｈ2 の二種の組み合
わせを用いた。
ＣＨ4 ／Ｈ2 とＳｉＨ4 ／ＣＦ4／Ｈ2 の二種の組み合
わせを用いた。
【００２６】この図から、バンドギャップの大きいシリ
コンカーバイト膜でスピンデンシティの低いものを得よ
うとするには、バンドギャップの増加にともなってシリ
コン原子に対するフッ素原子の比率を増加させていく必
要があることが判る。
コンカーバイト膜でスピンデンシティの低いものを得よ
うとするには、バンドギャップの増加にともなってシリ
コン原子に対するフッ素原子の比率を増加させていく必
要があることが判る。
【００２７】［実施態様例］本発明の実施態様を説明す
る。
る。
【００２８】本発明のシリコンカーバイト膜は、２．２
ｅＶ以上のワイドギャップである非単結晶シリコンカー
バイト膜でスピン密度が２×１０-18 ｃｍ-3以下のもの
である。作製方法としては以下に詳細に説明するが、シ
リコンを含む原料ガスと、カーボン原料として炭化水素
等を導入し光照射、高周波や熱などの外部エネルギーを
加えて分解反応させ、原料ガスまたは希釈ガスにハロゲ
ン化物またはハロゲンガスを用いている。
ｅＶ以上のワイドギャップである非単結晶シリコンカー
バイト膜でスピン密度が２×１０-18 ｃｍ-3以下のもの
である。作製方法としては以下に詳細に説明するが、シ
リコンを含む原料ガスと、カーボン原料として炭化水素
等を導入し光照射、高周波や熱などの外部エネルギーを
加えて分解反応させ、原料ガスまたは希釈ガスにハロゲ
ン化物またはハロゲンガスを用いている。
【００２９】次に、良好な電気特性を持った光学的バン
ドギャップが大きいシリコンカーバイトを形成する方法
について述べる。図１は本発明に用いられる成膜装置の
一つの例を示したものである。
ドギャップが大きいシリコンカーバイトを形成する方法
について述べる。図１は本発明に用いられる成膜装置の
一つの例を示したものである。
【００３０】真空排気ポンプ１０７によって、真空に排
気した反応容器１０１に、耐熱性の基板（ガラス、シリ
コンウエハ、石英、金属、セラミック等）１０２を配置
して適当な温度に加熱しておく。ここに、シリコン原料
としてＳｉn Ｈm 、Ｓｉn Ｈ m Ｒ、Ｓｉn Ｈm Ｘk Ｒ
（ｎ，ｍ，ｋ＝０，１，２，３，４…、ＸはＦ，Ｃｌ，
Ｂｒなどのハロゲン化物、Ｒはアルキル基アリル基など
の炭化水素等）などの材料ガスと、カーボン原料として
Ｃn Ｈm 、Ｃn Ｈm Ｘk 、希釈ガスとしてＸ2 、ＨＸな
どのハロゲンガスまたはハロゲン化水素およびＨ2 、Ｈ
ｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅなどをマスフローコントローラー
１１２で制御しながら導入しコンダクタンスバルブ１０
４によって所望の圧力に調整し、分解エネルギーを供給
して、シリコン原料とカーボン原料を反応させシリコン
カーバイト膜を堆積させる。（ハロゲン元素は、シリコ
ン原料、カーボン原料、希釈ガスのうち少なくともどれ
かに含まれていれば良い、また全てに入っていても良
い。）この時用いる基板は、表面に電極を堆積させると
か、集積回路を作成するなどの加工がしてあっても良
い。また、基板温度は一般には１００〜５００℃、好ま
しくは１５０〜３５０℃、最適には２００〜３００℃で
ある。シリコン原料としては、水素化シラン、ハロゲン
化シラン、水素化ハロゲン化シラン、および有機シラン
であっても良い。カーボン原料としては、メタン、エタ
ン、プロパン、ブタン、ペンタンなどの炭化水素および
その一部の水素がハロゲン元素で置換されたもので、不
飽和結合が含まれていても良い。場合によっては、これ
らに加えて他の種類の炭化水素ガス等を同時に混入して
用いても良い。さらに、希釈ガスとしてハロゲンガス、
ハロゲン化水素、水素、不活性ガスなどを加えても良
い。また、導電型の制御をするためのドーピングガスを
加えても良い。分解エネルギーの供給方法としては、高
周波（ＲＦ，ＶＨＦ，マイクロ波等）、光照射、原料ガ
スの熱分解等が適用可能である。もちろん、これらのエ
ネルギー供給方法を複合して用いても良い。
気した反応容器１０１に、耐熱性の基板（ガラス、シリ
コンウエハ、石英、金属、セラミック等）１０２を配置
して適当な温度に加熱しておく。ここに、シリコン原料
としてＳｉn Ｈm 、Ｓｉn Ｈ m Ｒ、Ｓｉn Ｈm Ｘk Ｒ
（ｎ，ｍ，ｋ＝０，１，２，３，４…、ＸはＦ，Ｃｌ，
Ｂｒなどのハロゲン化物、Ｒはアルキル基アリル基など
の炭化水素等）などの材料ガスと、カーボン原料として
Ｃn Ｈm 、Ｃn Ｈm Ｘk 、希釈ガスとしてＸ2 、ＨＸな
どのハロゲンガスまたはハロゲン化水素およびＨ2 、Ｈ
ｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅなどをマスフローコントローラー
１１２で制御しながら導入しコンダクタンスバルブ１０
４によって所望の圧力に調整し、分解エネルギーを供給
して、シリコン原料とカーボン原料を反応させシリコン
カーバイト膜を堆積させる。（ハロゲン元素は、シリコ
ン原料、カーボン原料、希釈ガスのうち少なくともどれ
かに含まれていれば良い、また全てに入っていても良
い。）この時用いる基板は、表面に電極を堆積させると
か、集積回路を作成するなどの加工がしてあっても良
い。また、基板温度は一般には１００〜５００℃、好ま
しくは１５０〜３５０℃、最適には２００〜３００℃で
ある。シリコン原料としては、水素化シラン、ハロゲン
化シラン、水素化ハロゲン化シラン、および有機シラン
であっても良い。カーボン原料としては、メタン、エタ
ン、プロパン、ブタン、ペンタンなどの炭化水素および
その一部の水素がハロゲン元素で置換されたもので、不
飽和結合が含まれていても良い。場合によっては、これ
らに加えて他の種類の炭化水素ガス等を同時に混入して
用いても良い。さらに、希釈ガスとしてハロゲンガス、
ハロゲン化水素、水素、不活性ガスなどを加えても良
い。また、導電型の制御をするためのドーピングガスを
加えても良い。分解エネルギーの供給方法としては、高
周波（ＲＦ，ＶＨＦ，マイクロ波等）、光照射、原料ガ
スの熱分解等が適用可能である。もちろん、これらのエ
ネルギー供給方法を複合して用いても良い。
【００３１】更に、図２、図３（Ｅｃはコンダクション
バンド、Ｅｖはバレンスバンドを表す）に示したような
膜中でバンドギャップを変化させたシリコンカーバイト
膜の製法に付いて述べる。上記したのと同様の作製装置
において原料以外は同様にして、シリコン原料としてＳ
ｉn Ｈm 、Ｓｉn Ｈm Ｒ（ｎ，ｍ，ｋ＝０，１，２，
３，４…、Ｒはアルキル基アリル基などの炭化水素等）
などの材料ガスと、カーボン原料としてＣn Ｈm 、希釈
ガスとしてＨ2 、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅなどをマスフ
ローコントローラー１１２で制御しながら導入し、シリ
コン原料とカーボン原料の比を変化させて２．２ｅＶ以
下の所望のバンドギャップを持ったシリコンカーバイト
膜を堆積させる。（図２の例では一点鎖線より左の部
分、図３の例では中央の凹部分）さらに、バンドギャッ
プが２．２ｅＶ以上の膜（図２の例では一点鎖線より右
の部分、図３の例では両端の凸部分）を堆積する際に
は、上述したのと同様にシリコン原料としてＳｉn Ｈ
m 、Ｓｉn Ｈm Ｒ、Ｓｉn Ｈm ＸkＲ（ｎ，ｍ，ｋ＝
０，１，２，３，４…、ＸはＦ，Ｃｌ，Ｂｒなどのハロ
ゲン化物、Ｒはアルキル基アリル基などの炭化水素等）
などの材料ガスと、カーボン原料としてＣn Ｈm 、Ｃn
Ｈm Ｘk 、希釈ガスとしてＸ2 、ＨＸなどのハロゲンガ
スまたはハロゲン化水素およびＨ2 、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ
ｅ、Ｘｅなどをマスフローコントローラー１１２で制御
しながら導入しコンダクタンスバルブ１０４によって所
望の圧力に調整し、分解エネルギーを供給して、シリコ
ン原料とカーボン原料を反応させシリコンカーバイト膜
を堆積させる。（バンドギャップが２．２ｅＶ以上の膜
の原料中に、ハロゲン元素がシリコン原料、カーボン原
料、希釈ガスのうち少なくともどれかに含まれていれば
良い、また全てに入っていても良い）このとき形成され
るシリコンカーバイト膜中の、Ｆ濃度は、一般には、
０．１〜２０ａｔｍ％、好ましくは０．３〜１７ａｔｍ
％、さらに好ましくは１〜１５ａｔｍ％である。
バンド、Ｅｖはバレンスバンドを表す）に示したような
膜中でバンドギャップを変化させたシリコンカーバイト
膜の製法に付いて述べる。上記したのと同様の作製装置
において原料以外は同様にして、シリコン原料としてＳ
ｉn Ｈm 、Ｓｉn Ｈm Ｒ（ｎ，ｍ，ｋ＝０，１，２，
３，４…、Ｒはアルキル基アリル基などの炭化水素等）
などの材料ガスと、カーボン原料としてＣn Ｈm 、希釈
ガスとしてＨ2 、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅなどをマスフ
ローコントローラー１１２で制御しながら導入し、シリ
コン原料とカーボン原料の比を変化させて２．２ｅＶ以
下の所望のバンドギャップを持ったシリコンカーバイト
膜を堆積させる。（図２の例では一点鎖線より左の部
分、図３の例では中央の凹部分）さらに、バンドギャッ
プが２．２ｅＶ以上の膜（図２の例では一点鎖線より右
の部分、図３の例では両端の凸部分）を堆積する際に
は、上述したのと同様にシリコン原料としてＳｉn Ｈ
m 、Ｓｉn Ｈm Ｒ、Ｓｉn Ｈm ＸkＲ（ｎ，ｍ，ｋ＝
０，１，２，３，４…、ＸはＦ，Ｃｌ，Ｂｒなどのハロ
ゲン化物、Ｒはアルキル基アリル基などの炭化水素等）
などの材料ガスと、カーボン原料としてＣn Ｈm 、Ｃn
Ｈm Ｘk 、希釈ガスとしてＸ2 、ＨＸなどのハロゲンガ
スまたはハロゲン化水素およびＨ2 、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ
ｅ、Ｘｅなどをマスフローコントローラー１１２で制御
しながら導入しコンダクタンスバルブ１０４によって所
望の圧力に調整し、分解エネルギーを供給して、シリコ
ン原料とカーボン原料を反応させシリコンカーバイト膜
を堆積させる。（バンドギャップが２．２ｅＶ以上の膜
の原料中に、ハロゲン元素がシリコン原料、カーボン原
料、希釈ガスのうち少なくともどれかに含まれていれば
良い、また全てに入っていても良い）このとき形成され
るシリコンカーバイト膜中の、Ｆ濃度は、一般には、
０．１〜２０ａｔｍ％、好ましくは０．３〜１７ａｔｍ
％、さらに好ましくは１〜１５ａｔｍ％である。
【００３２】特に図２のようにバンドギャップが徐々に
増加していくように膜を堆積させる場合には、バンドギ
ャップの増加にともなって原料ガスまたは希釈ガスに含
まれるハロゲン原子のシリコン原子に対する比率を増加
し、ハロゲン原子によって膜中のＣ−Ｈｎ結合によって
引き起こされるＳｉのダングリングボンドをターミネイ
トさせる。
増加していくように膜を堆積させる場合には、バンドギ
ャップの増加にともなって原料ガスまたは希釈ガスに含
まれるハロゲン原子のシリコン原子に対する比率を増加
し、ハロゲン原子によって膜中のＣ−Ｈｎ結合によって
引き起こされるＳｉのダングリングボンドをターミネイ
トさせる。
【００３３】この様な異なるバンドギャップを連続した
膜内部に持った構造にする場合、その素子の応用の目的
に応じて、図２、図３に示した以外の組み合わせで、バ
ンドギャップの小さいものと大きいものを任意の部分に
堆積させられることは言うまでもない。
膜内部に持った構造にする場合、その素子の応用の目的
に応じて、図２、図３に示した以外の組み合わせで、バ
ンドギャップの小さいものと大きいものを任意の部分に
堆積させられることは言うまでもない。
【００３４】もちろん、バンドギャップを狭める為にゲ
ルマン原料としてＧｅn Ｈm 、Ｇｅ n Ｘm 、Ｇｅn Ｈm
Ｘk 、Ｇｅn Ｈm Ｒ（ｎ，ｍ，ｋ＝０，１，２，３，４
…、Ｒはアルキル基アリル基などの炭化水素等）などの
材料ガスを混合して、非単結晶ＳｉＧｅを作製し本発明
によるＳｉＣ膜と積層しても良い。
ルマン原料としてＧｅn Ｈm 、Ｇｅ n Ｘm 、Ｇｅn Ｈm
Ｘk 、Ｇｅn Ｈm Ｒ（ｎ，ｍ，ｋ＝０，１，２，３，４
…、Ｒはアルキル基アリル基などの炭化水素等）などの
材料ガスを混合して、非単結晶ＳｉＧｅを作製し本発明
によるＳｉＣ膜と積層しても良い。
【００３５】以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に
説明する。
説明する。
【００３６】実施例１ 図５は本発明を用いて作成した試料の断面構造を示した
ものである。まず石英基板５０１上に、ＥＢ（エレクト
ロンビーム式）真空蒸着でＣｒ膜５０２を２０００Ａ堆
積した。これを図１に示した真空装置にセットして以下
の条件でプラズマＣＶＤ法を使って、図６に示したよう
な膜厚方向にバンドギャップが徐々に大きくなるａ−Ｓ
ｉＣx 膜５０３を３０００Ａ堆積した。 最後にＥＢ真空蒸着法でＰｔ膜を１００Ａ堆積した。
ものである。まず石英基板５０１上に、ＥＢ（エレクト
ロンビーム式）真空蒸着でＣｒ膜５０２を２０００Ａ堆
積した。これを図１に示した真空装置にセットして以下
の条件でプラズマＣＶＤ法を使って、図６に示したよう
な膜厚方向にバンドギャップが徐々に大きくなるａ−Ｓ
ｉＣx 膜５０３を３０００Ａ堆積した。 最後にＥＢ真空蒸着法でＰｔ膜を１００Ａ堆積した。
【００３７】これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同
時に石英基板上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、Ｅ
ＳＲ測定をしたところトータルのスピンデンシティは６
×１０17ｃｍ-3だった。また、二次イオン質量分析（Ｓ
ＩＭＳ）で膜中のフッ素濃度を測定したところ３ａｔｍ
％であった。
時に石英基板上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、Ｅ
ＳＲ測定をしたところトータルのスピンデンシティは６
×１０17ｃｍ-3だった。また、二次イオン質量分析（Ｓ
ＩＭＳ）で膜中のフッ素濃度を測定したところ３ａｔｍ
％であった。
【００３８】実施例２ 他の条件、試料の構造は前記した実施例１と同様で（膜
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは９×１０17ｃｍ
-3であった。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で
膜中のフッ素濃度を測定したところ２ａｔｍ％であっ
た。
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは９×１０17ｃｍ
-3であった。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で
膜中のフッ素濃度を測定したところ２ａｔｍ％であっ
た。
【００３９】実施例３ 他の条件、試料の構造は前記した実施例１と同様で（膜
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは７×１０17ｃｍ
-3であった。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で
膜中のフッ素濃度を測定したところ６ａｔｍ％であっ
た。
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは７×１０17ｃｍ
-3であった。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で
膜中のフッ素濃度を測定したところ６ａｔｍ％であっ
た。
【００４０】実施例４ 他の条件、試料の構造は前記した実施例１と同様で（膜
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは６×１０17ｃｍ
-3であった。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で
膜中のフッ素濃度を測定したところ１ａｔｍ％であっ
た。
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは６×１０17ｃｍ
-3であった。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で
膜中のフッ素濃度を測定したところ１ａｔｍ％であっ
た。
【００４１】比較例１ 他の条件、試料の構造は前記した実施例１と同様で（膜
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは１×１０18ｃｍ
-3であった。
厚とバンドギャップの関係も図６と同じ）、ａ−ＳｉＣ
x 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下の
ようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、同時に石英基板
上にａ−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をし
たところトータルのスピンデンシティは１×１０18ｃｍ
-3であった。
【００４２】実施例１〜４と比較例１のそれぞれの試料
に、波長３５０ｎｍの単色光を照射したところ、暗時と
の電気伝導度の変化は、実施例１が６×１０-8（Ωｃ
ｍ）-1、実施例２が１×１０-9（Ωｃｍ）-1、実施例３
が８×１０-8（Ωｃｍ）-1、実施例４が７×１０-8（Ω
ｃｍ）-1、比較例１が８×１０-9（Ωｃｍ）-1であっ
た。このことから、原料ガスにハロゲン元素が含まれた
ものを用いた実施例１の方が、約１桁程度電気伝導度の
光応答性が良いことが判った。
に、波長３５０ｎｍの単色光を照射したところ、暗時と
の電気伝導度の変化は、実施例１が６×１０-8（Ωｃ
ｍ）-1、実施例２が１×１０-9（Ωｃｍ）-1、実施例３
が８×１０-8（Ωｃｍ）-1、実施例４が７×１０-8（Ω
ｃｍ）-1、比較例１が８×１０-9（Ωｃｍ）-1であっ
た。このことから、原料ガスにハロゲン元素が含まれた
ものを用いた実施例１の方が、約１桁程度電気伝導度の
光応答性が良いことが判った。
【００４３】実施例５ 試料の構造は前記した実施例１と同様で、ａ−ＳｉＣx
膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下のよ
うにした。図７に示したような膜厚方向にバンドギャッ
プが１．４５ｅＶから３．５２ｅＶまで大きくなるａ−
ＳｉＧｅx Ｃy膜を３０００Ａ堆積した。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、石英基板上にａ
−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をしたとこ
ろトータルのスピンデンシティは２×１０17ｃｍ-3だっ
た。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で膜中のフ
ッ素濃度を測定したところ１１ａｔｍ％であった。
膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を以下のよ
うにした。図７に示したような膜厚方向にバンドギャッ
プが１．４５ｅＶから３．５２ｅＶまで大きくなるａ−
ＳｉＧｅx Ｃy膜を３０００Ａ堆積した。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に、石英基板上にａ
−ＳｉＣx 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をしたとこ
ろトータルのスピンデンシティは２×１０17ｃｍ-3だっ
た。また、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で膜中のフ
ッ素濃度を測定したところ１１ａｔｍ％であった。
【００４４】比較例２ 他の条件、試料の構造は前記した実施例５と同様で（膜
厚とバンドギャップの関係も図７と同じ）、ａ−ＳｉＧ
ｅx Ｃy 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を
以下のようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に石英基板上にａ−
ＳｉＧｅx Ｃy 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をした
ところトータルのスピンデンシティは９×１０ 17ｃｍ-3
だった。
厚とバンドギャップの関係も図７と同じ）、ａ−ＳｉＧ
ｅx Ｃy 膜をプラズマＣＶＤ法を使って作成する条件を
以下のようにした。 これとは別に、プラズマＣＶＤの際に石英基板上にａ−
ＳｉＧｅx Ｃy 膜だけを堆積させて、ＥＳＲ測定をした
ところトータルのスピンデンシティは９×１０ 17ｃｍ-3
だった。
【００４５】実施例５と比較例２のそれぞれの試料に、
波長３５０ｎｍの単色光を照射したところ、暗時との電
気伝導度の変化は、実施例５が７×１０-8（Ωｃ
ｍ）-1、比較例２が８×１０-9（Ωｃｍ）-1であった。
このことから、原料ガスにハロゲン元素が含まれたもの
を用いた実施例１の方が、約１桁程度電気伝導度の光応
答性が良いことが判った。
波長３５０ｎｍの単色光を照射したところ、暗時との電
気伝導度の変化は、実施例５が７×１０-8（Ωｃ
ｍ）-1、比較例２が８×１０-9（Ωｃｍ）-1であった。
このことから、原料ガスにハロゲン元素が含まれたもの
を用いた実施例１の方が、約１桁程度電気伝導度の光応
答性が良いことが判った。
【００４６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の非
単結晶シリコンカーバイト膜を用いれば、従来膜中の多
量の欠陥準位によって阻害されていた電子の走行性が改
善され電気特性の良好な素子が形成できる。
単結晶シリコンカーバイト膜を用いれば、従来膜中の多
量の欠陥準位によって阻害されていた電子の走行性が改
善され電気特性の良好な素子が形成できる。
【図１】本発明に用いる成膜システムの概念図。
【図２】膜厚方向にバンドギャップを変化させたＳｉＣ
膜のバンド図の例。
膜のバンド図の例。
【図３】膜厚方向にバンドギャップを変化させたＳｉＣ
膜のバンド図の例。
膜のバンド図の例。
【図４】ＳｉＣ膜のバンドギャップとスピン密度の関
係。
係。
【図５】本発明によるａ−ＳｉＣx 膜を用いた電気特性
評価の為の試料断面図。
評価の為の試料断面図。
【図６】本発明による膜厚方向にバンドギャップを変化
させたＳｉＣ膜のバンド図。
させたＳｉＣ膜のバンド図。
【図７】本発明による膜厚方向にバンドギャップを変化
させたＳｉＣ膜のバンド図。
させたＳｉＣ膜のバンド図。
【図８】ＳｉＣ膜のスピンデンシティと光照射時の電気
伝導度の関係。
伝導度の関係。
【図９】Ｎｓ＜２×１０18ｃｍ-3以下のＳｉＣ膜と、原
料ガス中の（Ｆ原子数／Ｓｉ原子数）の関係。
料ガス中の（Ｆ原子数／Ｓｉ原子数）の関係。
１０１ 反応容器 １０２ 基板 １０３ 基板加熱用ホルダー １０４ コンダクタンスバルブ １０５ 高周波導入用電極 １０６ 光照射用光源 １０７ 真空排気ポンプ １０８ 原料ガスボンベ １０９ 原料ガスボンベ １１０ 希釈ガスボンベ １１１ ドーピングガスボンベ １１２ マスフローコントローラー ５０１ 石英基板 ５０２ Ｃｒ電極 ５０３ ａ−ＳｉＣx 膜 ５０４ Ｐｔ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/04
Claims (6)
- 【請求項１】 光学的バンドギャップが２．２ｅＶ以上
あって、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で測定されるスピ
ン密度が２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする
非単結晶シリコンカーバイト膜。 - 【請求項２】 膜中のハロゲン元素の含有量が０．１〜
２０ａｔｍ％であることを特徴とする請求項１記載のシ
リコンカーバイト膜。 - 【請求項３】 前記ハロゲン元素がフッ素であることを
特徴とする請求項１記載のシリコンカーバイト膜。 - 【請求項４】 シリコンを含む原料ガスと、カーボンを
含む原料ガスを導入し光照射、高周波や熱などの外部エ
ネルギーを加えて分解反応させ、非単結晶シリコンカー
バイト膜を形成する際に、光学的ハンドギャップを変化
させるために原料ガスの流量比を連続的に変化させ、そ
の光学的ハンドギャップを１．２〜４．０ｅＶで変化さ
せた半導体薄膜の製造方法において、２．２ｅＶ〜４．
０ｅＶの部分では、原料ガスまたは希釈ガスにハロゲン
化物またはハロゲンガスを用いることを特徴とする薄膜
形成方法。 - 【請求項５】 シリコンを含む原料ガスと、カーボンを
含む原料ガスを導入し光照射、高周波や熱などの外部エ
ネルギーを加えて分解反応させ、非単結晶シリコンカー
バイト膜を形成する際に、光学的ハンドギャップを変化
させるために原料ガスの流量比を変化させ、その光学的
ハンドギャップを１．２〜４．０ｅＶまで変化させた半
導体薄膜の製造方法において、２．２ｅＶ〜４．０ｅＶ
の部分では、原料ガスまたは希釈ガスに含まれるハロゲ
ン原子のシリコン原子に対する比率が、光学禁制帯幅の
増加に伴って増加していくことを特徴とする薄膜形成方
法。 - 【請求項６】 前記ハロゲン元素がフッ素であることを
特徴とする請求項４及び５記載の薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5321796A JPH07176488A (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 非単結晶シリコンカーバイト半導体薄膜およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5321796A JPH07176488A (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 非単結晶シリコンカーバイト半導体薄膜およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176488A true JPH07176488A (ja) | 1995-07-14 |
Family
ID=18136517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5321796A Pending JPH07176488A (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 非単結晶シリコンカーバイト半導体薄膜およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07176488A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100269932B1 (ko) * | 1995-11-07 | 2000-10-16 | 니시무로 타이죠 | 반도체 장치의 제조방법 및 그 제조장치 |
-
1993
- 1993-12-21 JP JP5321796A patent/JPH07176488A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100269932B1 (ko) * | 1995-11-07 | 2000-10-16 | 니시무로 타이죠 | 반도체 장치의 제조방법 및 그 제조장치 |
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