JPH1081968A - 非晶質シリコン膜の作製法 - Google Patents
非晶質シリコン膜の作製法Info
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- JPH1081968A JPH1081968A JP23311696A JP23311696A JPH1081968A JP H1081968 A JPH1081968 A JP H1081968A JP 23311696 A JP23311696 A JP 23311696A JP 23311696 A JP23311696 A JP 23311696A JP H1081968 A JPH1081968 A JP H1081968A
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁基板上にも高純度で欠陥の少ない高品質
な非晶質シリコン膜またはシリコン化合物薄膜を作製し
たい。 【解決手段】 電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気
相堆積法により非晶質シリコン膜またはシリコン化合物
薄膜を作製するにあたり、前記非晶質シリコン膜または
シリコン化合物薄膜を堆積すべき基板（４）にＲＦバイ
アス（２）を印加する。
な非晶質シリコン膜またはシリコン化合物薄膜を作製し
たい。 【解決手段】 電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気
相堆積法により非晶質シリコン膜またはシリコン化合物
薄膜を作製するにあたり、前記非晶質シリコン膜または
シリコン化合物薄膜を堆積すべき基板（４）にＲＦバイ
アス（２）を印加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池、ＴＦ
Ｔ（Thin Film Transistor) 、光導電膜として利用する
非晶質シリコン膜の作製法に係わり、特にＲＦ（Radio
Frequency)バイアス印加機能を有するＥＣＲ（Electron
Cyclotron Resonance) −ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhance
d Chemical Vapor Deposition)装置による非晶質シリコ
ン作製法に関するものである。
Ｔ（Thin Film Transistor) 、光導電膜として利用する
非晶質シリコン膜の作製法に係わり、特にＲＦ（Radio
Frequency)バイアス印加機能を有するＥＣＲ（Electron
Cyclotron Resonance) −ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhance
d Chemical Vapor Deposition)装置による非晶質シリコ
ン作製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池、光導電膜やＴＦＴ膜として広
く利用されている非晶質シリコン膜の作製には、一般に
ＰＥＣＶＤ法（プラズマ化学気相堆積法）が使われるこ
とが多い。ＥＣＲ（電子サイクロトン共鳴）ＰＥＣＶＤ
法はこのＰＥＣＶＤ法の一種であり、比較的真空度の高
い雰囲気中でも高速堆積を行えることを特徴とする堆積
方法である。
く利用されている非晶質シリコン膜の作製には、一般に
ＰＥＣＶＤ法（プラズマ化学気相堆積法）が使われるこ
とが多い。ＥＣＲ（電子サイクロトン共鳴）ＰＥＣＶＤ
法はこのＰＥＣＶＤ法の一種であり、比較的真空度の高
い雰囲気中でも高速堆積を行えることを特徴とする堆積
方法である。
【０００３】従来この方法による非晶質シコリン膜の作
製では、基板は電気的に絶縁された状態で行うのが一般
的である。しかし、膜の高品質化には基板表面へ入射す
るプラズマ中のイオンエネルギおよび密度がある程度高
いことが重要であると考えられている。このことから、
基板にＤＣ（直流）バイアスを加えてイオンエネルギを
制御することが行われている。この方法で、低温でも高
品質な膜を作製できることが既に報告されている（文献
１）。
製では、基板は電気的に絶縁された状態で行うのが一般
的である。しかし、膜の高品質化には基板表面へ入射す
るプラズマ中のイオンエネルギおよび密度がある程度高
いことが重要であると考えられている。このことから、
基板にＤＣ（直流）バイアスを加えてイオンエネルギを
制御することが行われている。この方法で、低温でも高
品質な膜を作製できることが既に報告されている（文献
１）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記ＤＣバイアス法で
は、基板が導電性でなければならないという制約があ
る。この制約を除去することを目的とした研究として、
プラズマ中に配置したメッシュ電極に対して基板ホルダ
を正バイアスするとガラス基板上へのイオン照射量が増
加する現象を利用して絶縁基板上に高品質膜を作製した
例がある。しかしこの方法では、プラズマ中にメッシュ
電極を配置するために堆積膜にはメッシュパターンがあ
らわれ、面内均一性の高い膜を得ることが難しい（文献
２）。
は、基板が導電性でなければならないという制約があ
る。この制約を除去することを目的とした研究として、
プラズマ中に配置したメッシュ電極に対して基板ホルダ
を正バイアスするとガラス基板上へのイオン照射量が増
加する現象を利用して絶縁基板上に高品質膜を作製した
例がある。しかしこの方法では、プラズマ中にメッシュ
電極を配置するために堆積膜にはメッシュパターンがあ
らわれ、面内均一性の高い膜を得ることが難しい（文献
２）。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、ＤＣバイア
スの代わりにＲＦ（高周波）バイアスを基板ホルダに印
加する。ＲＦバイアスは絶縁基板上に等価的に負のＤＣ
バイアスを誘起する。この負バイアスはＤＣバイアス法
同様堆積表面へ入射するイオンのエネルギを増大させる
ため、絶縁基板上にも高純度で欠陥の少ない高品質膜が
作製可能となる。
スの代わりにＲＦ（高周波）バイアスを基板ホルダに印
加する。ＲＦバイアスは絶縁基板上に等価的に負のＤＣ
バイアスを誘起する。この負バイアスはＤＣバイアス法
同様堆積表面へ入射するイオンのエネルギを増大させる
ため、絶縁基板上にも高純度で欠陥の少ない高品質膜が
作製可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照し発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１に本発明非晶質シリコン
膜の作製法にかかる作製装置の構成を示す。通常のＥＣ
Ｒ−ＰＥＣＶＤ装置の基板ホルダ１に出力周波数13.56
ＭＨｚのＲＦ電源２が接続されている。堆積チャンバ３
はアースされているのでＲＦ電力は堆積基板４と堆積チ
ャンバ３との間に印加される。また、ＲＦバイアス印加
と同時にヒータ５による基板加熱も可能な構成としてい
る。膜の作製は、絶縁性基板（例えばガラス）または導
電性基板（例えば単結晶シリコン）を基板ホルダにセッ
トし、チャンバ内を真空排気後、必要に応じて基板加熱
を行う。次に、堆積原料ガス６を堆積チャンバにプラズ
マ発生ガス７をプラズマチャンバ８に導入し、マイクロ
波９およびマグネットコイル１０による発散磁場によっ
てＥＣＲ（電子サイクロトン共鳴）プラズマを発生させ
るのと同時に基板にＲＦバイアスを印加し堆積を開始す
る。堆積原料としてはシラン（ＳｉＨ4)ガスを、プラズ
マ発生ガスとしてはシラン、アルゴン（Ａｒ）、水素
（Ｈ2)のいずれかを使用する。プラズマ中でＲＦバイア
スを印加すると、電子とイオンの電界に対する移動度の
違いから電子のみが電界の極性変化に追従できるので、
ブロッキング容量１１及び絶縁基板の表面に負電荷が蓄
積され、結果として等価的にＤＣ成分の負電圧が基板に
現われる。この負電圧はＲＦ電力にほぼ比例するので、
ＲＦバイアスの増加はすなわち基板表面へ照射される正
イオンエネルギの増加を意味する。
の形態を詳細に説明する。図１に本発明非晶質シリコン
膜の作製法にかかる作製装置の構成を示す。通常のＥＣ
Ｒ−ＰＥＣＶＤ装置の基板ホルダ１に出力周波数13.56
ＭＨｚのＲＦ電源２が接続されている。堆積チャンバ３
はアースされているのでＲＦ電力は堆積基板４と堆積チ
ャンバ３との間に印加される。また、ＲＦバイアス印加
と同時にヒータ５による基板加熱も可能な構成としてい
る。膜の作製は、絶縁性基板（例えばガラス）または導
電性基板（例えば単結晶シリコン）を基板ホルダにセッ
トし、チャンバ内を真空排気後、必要に応じて基板加熱
を行う。次に、堆積原料ガス６を堆積チャンバにプラズ
マ発生ガス７をプラズマチャンバ８に導入し、マイクロ
波９およびマグネットコイル１０による発散磁場によっ
てＥＣＲ（電子サイクロトン共鳴）プラズマを発生させ
るのと同時に基板にＲＦバイアスを印加し堆積を開始す
る。堆積原料としてはシラン（ＳｉＨ4)ガスを、プラズ
マ発生ガスとしてはシラン、アルゴン（Ａｒ）、水素
（Ｈ2)のいずれかを使用する。プラズマ中でＲＦバイア
スを印加すると、電子とイオンの電界に対する移動度の
違いから電子のみが電界の極性変化に追従できるので、
ブロッキング容量１１及び絶縁基板の表面に負電荷が蓄
積され、結果として等価的にＤＣ成分の負電圧が基板に
現われる。この負電圧はＲＦ電力にほぼ比例するので、
ＲＦバイアスの増加はすなわち基板表面へ照射される正
イオンエネルギの増加を意味する。
【０００７】図２は、図１図示の作製装置で作製した非
晶質シリコン膜（膜厚約５００ｎｍ）の欠陥密度を、電
子スピン共鳴（Electron Spin Resonance ：ＥＳＲ）法
を使って調べた結果である。基板はガラスを使用し、成
膜条件はシラン流量２５sccm（standard cc ／min.) 、
マイクロ波電力２００Ｗ、堆積基板温度２００℃、堆積
時間５分としている。ＲＦバイアスを加えていない試料
では１０18個／cm3 以上のＥＳＲ欠陥が膜中に存在する
のに対し、ＲＦバイアスを加えた試料ではＲＦ電力の増
大とともに１０17個／cm3 以下にまでＥＳＲ欠陥は減少
している。なお、図中の点線は、ＥＳＲ密度が測定限界
以下となつたことを示している。一般に高品質な膜ほど
ＥＳＲ欠陥は少ないので、ＲＦバイアスは高品質化に有
効であることが以上の結果からわかる。また、これに伴
い太陽電池や光導電膜として利用する場合に重要となる
光感度特性は約２桁向上する（図３参照）。しかし、５
０Ｗ以上では光感度の改善効果はみられないことから、
ＥＳＲ欠陥の低減に有効にきくＲＦ電力の範囲は０〜５
０Ｗであることがわかる。
晶質シリコン膜（膜厚約５００ｎｍ）の欠陥密度を、電
子スピン共鳴（Electron Spin Resonance ：ＥＳＲ）法
を使って調べた結果である。基板はガラスを使用し、成
膜条件はシラン流量２５sccm（standard cc ／min.) 、
マイクロ波電力２００Ｗ、堆積基板温度２００℃、堆積
時間５分としている。ＲＦバイアスを加えていない試料
では１０18個／cm3 以上のＥＳＲ欠陥が膜中に存在する
のに対し、ＲＦバイアスを加えた試料ではＲＦ電力の増
大とともに１０17個／cm3 以下にまでＥＳＲ欠陥は減少
している。なお、図中の点線は、ＥＳＲ密度が測定限界
以下となつたことを示している。一般に高品質な膜ほど
ＥＳＲ欠陥は少ないので、ＲＦバイアスは高品質化に有
効であることが以上の結果からわかる。また、これに伴
い太陽電池や光導電膜として利用する場合に重要となる
光感度特性は約２桁向上する（図３参照）。しかし、５
０Ｗ以上では光感度の改善効果はみられないことから、
ＥＳＲ欠陥の低減に有効にきくＲＦ電力の範囲は０〜５
０Ｗであることがわかる。
【０００８】図４は非晶質シリコンの表面形状を原子間
力顕微鏡で観察し、表面粗さを調べた結果である。比較
的低いＲＦ電力で２〜３倍の大幅な表面平坦性の改善が
みられ、さらにＲＦ電力を増大するとわずかに平坦性を
増している。ＲＦバイアス法はＥＳＲ欠陥の低減、高感
度特性の改善だけではなく、膜表面の平坦化にも有効な
技術であることがわかる。
力顕微鏡で観察し、表面粗さを調べた結果である。比較
的低いＲＦ電力で２〜３倍の大幅な表面平坦性の改善が
みられ、さらにＲＦ電力を増大するとわずかに平坦性を
増している。ＲＦバイアス法はＥＳＲ欠陥の低減、高感
度特性の改善だけではなく、膜表面の平坦化にも有効な
技術であることがわかる。
【０００９】前述の効果はシリコン基板や透明電極付き
基板を使用した場合でも、また基板加熱を行わないで堆
積した場合でも同様に観測される。
基板を使用した場合でも、また基板加熱を行わないで堆
積した場合でも同様に観測される。
【００１０】さらに、次のような波及効果も得ることが
できる。堆積原料としてシランガスに加えてメタン（Ｃ
Ｈ4)ガスあるいは窒素（Ｎ2)ガスを供給すると、非晶質
炭化シリコンや非晶質窒化シリコン膜などの非晶質シリ
コン化合物薄膜を得ることができる。これらの化合物
は、太陽電池の窓層やＴＦＴの絶縁膜などとして広く使
用されているが、膜中の炭素や窒素成分が増加するにつ
れてＥＳＲ欠陥が増加し、デバイス性能に悪影響を及ぼ
す。しかし、これらの膜の堆積時にも本発明を適用すれ
ば、炭素や窒素成分によるＥＳＲ欠陥の増加を抑える効
果が期待できる。
できる。堆積原料としてシランガスに加えてメタン（Ｃ
Ｈ4)ガスあるいは窒素（Ｎ2)ガスを供給すると、非晶質
炭化シリコンや非晶質窒化シリコン膜などの非晶質シリ
コン化合物薄膜を得ることができる。これらの化合物
は、太陽電池の窓層やＴＦＴの絶縁膜などとして広く使
用されているが、膜中の炭素や窒素成分が増加するにつ
れてＥＳＲ欠陥が増加し、デバイス性能に悪影響を及ぼ
す。しかし、これらの膜の堆積時にも本発明を適用すれ
ば、炭素や窒素成分によるＥＳＲ欠陥の増加を抑える効
果が期待できる。
【００１１】最後に成膜条件をより客観的に規定するた
め、ＲＦ電力と基板電圧（自己負バイアス）との関係を
別途測定したのでこれを図５に示し（ほぼ直線関係）、
さらに先に図２、図３および図４に図示した非晶質シリ
コン膜のＥＳＲ欠陥密度、光導電率および表面粗さとＲ
Ｆ電力との関係をそれぞれ基板電圧（Ｖ）との関係に置
換してそれぞれ図６、図７および図８に示す。良好な光
導電性能を得るためには基板電圧は−１５０Ｖより低い
負の電圧にする必要があること、表面平坦性については
それより低い電圧で大きな改善が得られていることがわ
かる。
め、ＲＦ電力と基板電圧（自己負バイアス）との関係を
別途測定したのでこれを図５に示し（ほぼ直線関係）、
さらに先に図２、図３および図４に図示した非晶質シリ
コン膜のＥＳＲ欠陥密度、光導電率および表面粗さとＲ
Ｆ電力との関係をそれぞれ基板電圧（Ｖ）との関係に置
換してそれぞれ図６、図７および図８に示す。良好な光
導電性能を得るためには基板電圧は−１５０Ｖより低い
負の電圧にする必要があること、表面平坦性については
それより低い電圧で大きな改善が得られていることがわ
かる。
【００１２】参照文献 （文献１）T.V.Herak, T.T.Chau, S.R.Mejia, P.K.Shuf
flebotham, J.J.Schellenberg, H.C.Card, K.C.Kao and
R.D.McLeod ：“Effects of substrate bias onstruct
ure and properties of a-Si：Ｈ films deposited by
ECR microwaveplasmas”, Journal of Non-Crystalline
Solids,97／98（1987), pp ．277 −280. （文献２）Y.Nakayama, M.Kondoh, K.Hitsuishi and T.
Kawamura：“DC biasmethod for a-Si ：H deposition
on a dielectric substrate using electroncyclotron
resonance plasma, ”Japanese Journal of Applied Ph
ysics, Vol.29,No. ９，September, 1990, pp. 1801 −
1802.
flebotham, J.J.Schellenberg, H.C.Card, K.C.Kao and
R.D.McLeod ：“Effects of substrate bias onstruct
ure and properties of a-Si：Ｈ films deposited by
ECR microwaveplasmas”, Journal of Non-Crystalline
Solids,97／98（1987), pp ．277 −280. （文献２）Y.Nakayama, M.Kondoh, K.Hitsuishi and T.
Kawamura：“DC biasmethod for a-Si ：H deposition
on a dielectric substrate using electroncyclotron
resonance plasma, ”Japanese Journal of Applied Ph
ysics, Vol.29,No. ９，September, 1990, pp. 1801 −
1802.
【００１３】
【発明の効果】以上詳細に説明してきたように、本発明
のように、電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相堆
積法で堆積を行う際に基板にＲＦバイアスを印加するこ
とにより、絶縁性または導電性基板上に低欠陥で高品質
な非晶質シリコン膜や非晶質シリコン化合物薄膜を堆積
することができる。
のように、電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相堆
積法で堆積を行う際に基板にＲＦバイアスを印加するこ
とにより、絶縁性または導電性基板上に低欠陥で高品質
な非晶質シリコン膜や非晶質シリコン化合物薄膜を堆積
することができる。
【図１】本発明作製法にかかる作製装置の構成図。
【図２】図１図示の装置で作製した非晶質シリコン膜の
ＲＦ電力とＥＳＲ欠陥密度の関係を示す図。
ＲＦ電力とＥＳＲ欠陥密度の関係を示す図。
【図３】図１図示の装置で作製した非晶質シリコン膜の
ＲＦ電力と光導電率の関係を示す図。
ＲＦ電力と光導電率の関係を示す図。
【図４】図１図示の装置で作製した非晶質シリコン膜の
ＲＦ電力と表面粗さとの関係を示す図。
ＲＦ電力と表面粗さとの関係を示す図。
【図５】ＲＦ電力と基板電圧（自己負バイアス）との関
係を示す図。
係を示す図。
【図６】第１図示の装置で作製した非晶質シリコン膜の
基板電圧とＥＳＲ欠陥密度の関係を示す図。
基板電圧とＥＳＲ欠陥密度の関係を示す図。
【図７】図１図示の装置で作製した非晶質シリコン膜の
基板電圧と光導電率の関係を示す図。
基板電圧と光導電率の関係を示す図。
【図８】図１図示の装置で作製した非晶質シリコン膜の
基板電圧と表面粗さとの関係を示す図。
基板電圧と表面粗さとの関係を示す図。
１ 基板ホルダ ２ ＲＦ電源 ３ 堆積チャンバ ４ 基板 ５ ヒーター ６ 堆積原料ガス ７ プラズマ発生ガス ８ プラズマチャンバ ９ マイクロ波 10 マグネットコイル 11 ブロッキングコンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/336 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｖ 31/04
Claims (4)
- 【請求項１】 電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気
相堆積法により非晶質シリコン膜を作製するにあたり、
前記非晶質シリコン膜を堆積すべき基板にＲＦバイアス
を印加することを特徴とする非晶質シリコン膜の作製
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の作製法において、前記Ｒ
Ｆバイアス印加とともに基板加熱をおこなうことを特徴
とする非晶質シリコン膜の作製法。 - 【請求項３】 電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気
相堆積法により非晶質シリコン化合物薄膜を作製するに
あたり、前記非晶質シリコン化合物薄膜を堆積すべき基
板にＲＦバイアスを印加することを特徴とする非晶質シ
リコン化合物薄膜の作製法。 - 【請求項４】 請求項３記載の作製法において、前記Ｒ
Ｆバイアス印加とともに基板加熱を行うことを特徴とす
る非晶質シリコン化合物薄膜の作製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23311696A JPH1081968A (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | 非晶質シリコン膜の作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23311696A JPH1081968A (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | 非晶質シリコン膜の作製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1081968A true JPH1081968A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=16950026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23311696A Pending JPH1081968A (ja) | 1996-09-03 | 1996-09-03 | 非晶質シリコン膜の作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1081968A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1208002A1 (en) * | 1999-06-03 | 2002-05-29 | The Penn State Research Foundation | Deposited thin film void-column network materials |
| KR100448880B1 (ko) * | 2001-09-28 | 2004-09-18 | 김성훈 | 단백질칩 기판 및 플라즈마를 이용한 단백질칩 기판의제조방법 |
| WO2008053271A1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Dow Corning Corporation | Deposition of amorphous silicon films by electron cyclotron resonance |
| US7964438B2 (en) | 2006-11-02 | 2011-06-21 | Dow Corning Corporation | Method for forming a film with a graded bandgap by deposition of an amorphous material from a plasma |
| US7998785B2 (en) | 2006-11-02 | 2011-08-16 | Dow Corning Corporation | Film deposition of amorphous films with a graded bandgap by electron cyclotron resonance |
| US8383210B2 (en) | 2006-11-02 | 2013-02-26 | Dow Corning Europe S.A. | Method of forming a film by deposition from a plasma |
| US8635972B2 (en) | 2006-11-02 | 2014-01-28 | Ecole Polytechnique | Device for forming a film by deposition from a plasma |
| US8859929B2 (en) | 2006-11-02 | 2014-10-14 | Dow Corning Corporation | Method and apparatus for forming a film by deposition from a plasma |
| JP2016054159A (ja) * | 2009-11-19 | 2016-04-14 | ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | プラズマ処理システムを制御するための方法および装置 |
-
1996
- 1996-09-03 JP JP23311696A patent/JPH1081968A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1208002A1 (en) * | 1999-06-03 | 2002-05-29 | The Penn State Research Foundation | Deposited thin film void-column network materials |
| EP1208002A4 (en) * | 1999-06-03 | 2006-08-02 | Penn State Res Found | MATERIALS WITH NETWORK OF SURFACE POROSITY COLUMNS DEPOSITED IN THIN FILM |
| KR100448880B1 (ko) * | 2001-09-28 | 2004-09-18 | 김성훈 | 단백질칩 기판 및 플라즈마를 이용한 단백질칩 기판의제조방법 |
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| JP2010509763A (ja) * | 2006-11-02 | 2010-03-25 | ダウ・コーニング・コーポレイション | 電子サイクロトロン共鳴によるアモルファスシリコン膜の蒸着 |
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Legal Events
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