JPS58208122A - アモルフアスシリコン層の形成方法 - Google Patents

アモルフアスシリコン層の形成方法

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JPS58208122A
JPS58208122A JP8928782A JP8928782A JPS58208122A JP S58208122 A JPS58208122 A JP S58208122A JP 8928782 A JP8928782 A JP 8928782A JP 8928782 A JP8928782 A JP 8928782A JP S58208122 A JPS58208122 A JP S58208122A
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electron beam
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Masanari Shindo
新藤 昌成
Shigeru Sato
滋 佐藤
Shigeru Mano
茂 間野
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Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアモルファスシリコン(以下、a−8tと称す
る。)層の形成方法に関するものである。
近年、a−8tは太陽電池や電子写真感光体等の構成材
料として非常に有用視されてきている。
また、a−5t中に水素原子を導入してそのダングリン
グボンドを埋めることによって、暗抵抗及び光導電性を
向上させた水素含有a−8t(以下、a−8t:Hと称
する。)が知られている。
このようなa−8i:Hはこれまで、次の〔1〕〜〔3
〕 の蒸着法で基板上に堆積させている。
(1)Rfビイオンブレーティング 法2)DCイオンブレーティング法 〔3〕 イオン化又は活性化水素導入法(例えば特開昭
56−78413号) la)  水素放電管を使用 (bl  DCイオン銃を使用 (c)  Rf イオン銃を使用 これらの〔1〕〜〔3〕K基く蒸着方法はいずれも、蒸
着槽又は真空槽(ペルジャー)内で活性又はイオン化水
−素の存在下にシリフンを加熱蒸発させるようにしてい
るが、次の如き考え方を基本としている。 即ち、活性
化又はイオン化した水素をペルジャー内に導入している
こと、或いは水素とシリコン蒸気との少なくとも一方は
Rf電場又はDC電場によりて放電せしめて活性化して
いることである。
しかしながら、本発明者が検討を加えたところ、上記の
蒸着方法はいずれも問題点があり、改善すべき欠点を有
していることが分った。 まず、上記〔1〕 の方法に
おいては、実質的にペルジャー内の全域でグロー放電が
生ぜしめられるために、既に不純物ガス(例えばPHB
)から単離してペルジャー内面等に付着している元素(
例えばP)がグルー放電時に再蒸発し、基板上に堆積す
るa−8i:H中に混入して膜汚染の原因となってしま
う。
上記〔2〕 の方法では、シリコン蒸発源上でシリコン
蒸気に対してW電極から熱電子を放出せしめてシリコン
をイオン化するが、電子吸引用の対向電極との間でアー
ク放電が生じ易く、放電が不安定となると共に、放電時
に上記したと同様に不純物による膜汚染が生じてしまう
。 また、上記〔3〕 の方法によれば、放電管内で生
ぜしめた水素イオンを基板の方向へ向けて放射しており
、a−81膜中に水素原子な多量に導入することはでき
るが、その導入量は基板面上でばらつき、例えば基板中
央部では水素イオン分布量が多く、周辺部では少ないと
いう不均一性の問題が生じる。
この問題を解消するために、ペルジャー内に供給された
水素イオンを電場による偏向手段で振らせ、基板面上を
一様に走査することが考えられるが、水素イオンをその
ように振らせることはあまり容易ではなく、しかも高電
圧を要することからアーク放電が生じ易い。
本発明者は、上記した状況を考慮して種々検討を加えた
結果、上記の水素イオン等の修飾ガス成分を均一に蒸着
膜中に導入し、かつこの導入を安定にして容易に行なえ
、膜汚染も軽減させ得る蒸着方法を見出し1本発明に到
達したものである。
即ち、本発明は、シリコン蒸発源とこれに対向した被蒸
着基体とを配した蒸着槽内に水素等の修飾ガスを供給し
、この修飾ガスの存在下で前記蒸発源を加熱してシリコ
ンな前記基体上に蒸着するようKしたa−8i層の形成
方法において、前記基体に向けて電子線をほぼ一様に発
射することによって前記基体近傍の修飾ガスを活性化又
はイオン化せしめ、この活性化又はイオン化されたガス
成分を前記基体上に堆積する前記a−8t層中にほば均
一な分布で導入することを特徴とする、a−8i層の形
成方法に係るものである。
従って、本発明の方法によれば、水素等の修飾ガスはそ
のまま(即)活性化又はイオン化することなく)蒸着槽
内へ広範囲に供給し、これを基板方向へほぼ一様に発射
される電子線により基体近傍で効果的に活性化又はイオ
ン化し、a−8tからなる蒸着膜中にほぼ均一に導入す
ることが1・きる。
つまり、基体近傍にて修飾ガスを均一に分布させ、これ
を偏向容易な電子線により励起させて蒸着膜中にガス成
分を一様に混入できる。 また、その励起が基体近傍で
生じることから、修飾ガスの励起寿命がたとえ短かくて
も活性化又はイオン化修飾ガスを効率良く基体に到達さ
せ、かつ既述した全域放電等に比べ蒸着膜の汚染を大幅
に減少させることができる。 更に、修飾ガスはそのま
ま蒸着槽内に供給できるので、その活性化又はイオン化
のための放電管を使用することを要しないから、放電管
使用時に生じるスパッタ(例えば放電電極材料の放出)
を防止でき、かつ広範囲のガスを供給してもその分解に
よる放電管の汚染や損傷(例えばフッ素等のハpゲンガ
スの分解忙よる汚染、損傷)を阻止できることになる。
こうした顕著な作用効果を奏する上で、本発明による方
法においては、基体に負電圧(特に−10kV以内の直
流電圧)を印加し、基体近傍で生じるイオンを基体側へ
吸引することが混入効果を良くする点で望ましい。 ま
た、基体方向へ発射する電子線は、蒸着槽の内部又は外
部に配されたW電極等の熱電子発生器から生ぜしめるの
がよく、或いは場合によっては同様の位置に配されたガ
ス放電管から選択的に放出させてもよい。 更に、電子
線供給装置から放射される電子線を加速するための加速
装置や、基体方向へ指向させるための磁場偏向装置又は
電場偏向装置を設けるのが望ましい。 また、基体面に
対し一様に電子線を照射するには、基体方向への電子線
の進行経路を変化(又は振動)させて基体面を均一に走
査するための磁場偏向装置又は電場偏向装置を設けるの
がよい。
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。
第1図は、本実施例による方法に使用する真空蒸着装置
の構成を概略的に示すものである。
この装置は、被蒸着基板1とシリコン蒸発源2を収容し
た真空槽(即ちペルジャー)3を具備している。 基板
1はヒーター4で350〜450℃に加熱される一方、
直流電源5により0〜−10kVの負の直流バイアス電
圧が印加される。 図中、6は水素等の修飾ガスを導入
するための導入管、7は蒸発源2を加熱する電子ビーム
加熱装置(電子ビームの径路は破線で示した。)、8は
排気管であって真空ポンプ(図示せず)に接続されてい
る。
そして注目すべきことは、基板1の方向へ電子線9ft
発射する熱電子発生器10  (例えばwフィラメント
電極13を有するもの)がペルジャー3内に配されてい
ることである。
この装置を用いるととKよって、例えば10−’Tor
rオーダーの真空下で蒸発源2から蒸発されたシリフン
11を基板1上にa−8iとして堆積させると同時に、
熱電子発生器1oから例えば5o。
eVのエネルギーで放射される熱電子9をペルジャー3
内に一様に導入された修飾ガスに対し基板1近傍で作用
させる。 この結果、生成した活性化又はイオン化ガス
(例えば水素イオン)が負電位の基板1上に吸引されて
堆積するa−8i膜中へ効率良く導みされ、既述したダ
ングリングボンドが埋められたa−8t:H等の蒸着膜
を得ることができる。 このようにして得られた例えば
水素含有a−8tは、暗抵抗及び光感度ともに充分なも
のとなり、膜質が均一でばらつきの少ないものとなって
いる。
第2図には、基板1近傍で修飾ガスとしての水素ガス1
2が熱電子9によりてイオン化(又は活性化)される状
況が原理的に示されている。 即ち、上記の熱電子発生
器10からの熱電子9が水素分子12に衝突し、そのエ
ネルギーで水素分子を水素イオン12′として解離(イ
オン化)せしめ、生じた水素イオン12′が負電位の基
板l@へ吸引されて、同時に基板l上に堆積するa−8
i膜中へ効率良く混入される。 一方、水素分子に衝突
しない熱電子9(及び衝突後の電子9′は、基板1の電
位を適切に設定することによって図示した如く反便され
るから、*−81膜中に入射することはない。 従って
、基板1上に堆積するa−8i二H膜は電子の衝突によ
る照射ダメージな受けることはなく、膜質な良好にする
ことができる。
熱電子発生器10は実際には、第3図に例示した如くに
構成するのがWlましい。 即ち、Wフイラメント13
には交流電圧14(又は直流電圧でもよい)が印加され
、例えば500 eV  のエネルギーの熱電子9が発
生せしめられると同時に、一方の端子側に直流の可変電
源15を介して接続された例えばリング状の加速電極1
6がWフィラメント13上に配される。 この加速電極
16は正電位が与えられているために、フィラメント1
3からの熱電子9を引寄せて充分な速度に加速する。
更に、この加速された電子は例えば電場による偏向装置
17で前後左右(X及びY方向)へ振動させられ、その
進行経路が基板1の面に対して一様となるように変化せ
しめられるのが望ましい。
これによって、電子線9を基板面に対してほぼ均一に走
査し、基板面近傍において修飾ガスを場所的にみてより
ほぼ一様に活性化又はイオン化できるので、得られたa
−8t:・H膜中での水素原子等の分布がほぼ均一とな
り、膜特性が非常に向上する。 なお、偏向装置17は
X方向及びY方向に夫々配置された各一対の偏向電極1
8a、18b及び19a、19bの組からなっており、
各一対の電極間には所定の交流電源(図示せず)が接続
され、交流電圧の印加によって電子線9を所定方向へ振
らせるように構成されている。 この場合、電子線9は
軽い粒子からなっているので容易に偏向させることがで
きる。 これに反し、既述した如く水素イオンを偏向さ
せる場合には大きな電圧を必要とし、アーク放電が生じ
るために、実用的にみてあまりよくない。
第3図に示した熱電子発生器10は、ポイント型と称さ
れるタイプのものであるが、これ以外に第4図に示す線
型、第5図に示す直型の電子線発生器を用いることがで
きる。 第4図の例では、Wフィラメント13を第3図
のものより長くすることによって、その長さ方向に沿っ
て電子線9が放射され、これが更に加速電極16のスリ
ット20を通して一定幅の線状平行ビームに絞られる。
この場合には、スリット20通過後の線状平行ビーム9
は第3図のX方向か或いはY方向において基板面に線状
に発射されるように操作できるから、偏向電極のうち1
8a及び18b、又は19m及び19bを省略しても基
板面に対し電子流を一様に走査することが可能となる。
 また、基板1として第1図〜第3図の平板状のものを
用いる代りに、回転ドラム状又は移1フィルム状のもの
を用いれば、そのドラム又はフィルムの幅方向に上記の
線状平行ビームを定位置で発射して、ドラム周面全体に
均一に水素原子等を蒸着膜に導入することができる。 
第5図の熱電子発生器10は多数本のWフィラメント1
3を平行に配列し、この配列面積分に対応する面積で加
速電極16を通して基板に対し電子線を発射できるもの
である。 加速電極16は図示したもの以外にも、格子
状、メツシュ状等の種々のものであってよい。 従りて
この場合には、平板状の基板であってもその全面積に亘
って電子線を発射可能であり、上記した如き偏向装置は
不要となる。 第5図のフィラメント13はスパイラル
状に巻き、第5図と同様の直型にすることができる。 
また、第5図に一点鎖線で示す外形のW板13を熱電子
発生用の面ヒーターとして用いてもよい。
上記に説明したように、本実施例による蒸着方法は、偏
向を容易かつ安定に行なわせ得る電子線を修飾ガスの一
様な供給下で基板上に発射したものであるから、水素イ
オン等を効率良く均一に蒸着膜中に導入でき、また基板
以外の部分では電子線発射の影響がないために付着不純
物の再蒸発等による膜汚染を大幅に減少させることがで
きる。
特に、ペルジャー内のガス圧、電子線の加速電圧等を調
整することによって、基板近傍に修飾ガスのイオンを充
分く生成させることができ、励起寿命の短かい水素を効
率良く蒸着膜に混入する上で極めて有利である。・また
、既述した如き放電管を用いていないので、イオン密度
と電流密度の高い放電部分を設けなくてよく、スパッタ
リング等による装置の汚染も皆無となる。 これに関連
して、修飾ガスの放電による分解で装置が汚染すること
もないので、修飾ガスを広範囲のものから選択でき、適
用範囲を拡大できる。一 本実施例で供給可能な修飾ガスとしては、水素の他、酸
素、窒素、フッ素等のハpグン、7ンモニア、モノシラ
ン、ホスフィン、ジボラン、アリシン、メタン等の炭化
水素、フレオン等の少なくとも1種が使用可能であり、
種々のものが使用できる。 また、蒸着膜はa−8i:
Hの他、a−8iC:H,a−8i:F、a−8iC:
F等からなるものを堆積させてよく、このため釦は相当
する修飾ガスを選択すればよい。
本発明者の検討によれば、本実施例の方法を用いて得ら
れた蒸着膜、例えばa−8t:H膜について、その光学
特性は基板電圧との関係で第6図に示す傾向を示すこと
が分った。 これKよれば、基板電圧を負に大きくして
ゆくに従って一1iV付近から△6が低下して光導電性
(光感度)が悪くなるが、それより更に負電圧を太き(
すれば光導電性が向上している。 これは、基板電圧が
負であれば電子流を反撥して蒸着膜への電子の衝突を防
げる電圧範囲(特K = 1 kV付近、−4kV以上
)が存在するが、−2〜−4kVでは 電子流により生
じた水素イオンが基板方向へ加速され、未だイオン化し
ていない水素分子に衝突してそのイオン化と同時に二次
電子を生ぜしめ、この二次電子がa−8t:H膜中に流
入し、膜特性(光導電性)が劣化するものと推察される
。 第7図は、第6図の傾向を基板に流れ込む電子流(
電流量)として測定した結果を示すが、第6図とほぼ対
応した結果となっていることが分る。
第6図及び第7図の結果から、基板へ電子流が流れ込ま
ない適切な条件(%に基板電圧)下で操作すれば、良質
の蒸着膜が得られることが理解されよう。 なお、基板
電圧は一般に負に大きくすると結果は良好となるが一1
0kVを越えるとアーク放電が生じ易くなるので、基板
電圧を一10kV以内に抑えるのが望ましい。
なお、第8図に示すよ5K、基板1の蒸発源側に絶縁層
23を予め形成し、この上に上記蒸着膜て・・ 峠−8t:H膜24 を堆積させる場合がある。
例えば、基板1としてガラス基板21上にゲート電極2
2を形成したものを用い、この上にゲート酸化膜として
のS i O@膜23、及び両側にソース及びドレイン
領域を有しかつゲート電極1上をチャネル部とするa−
8i半導体層24を積層せしめ、M I S F E 
T (Metal In5ulator Sem1co
nductor FieldEffect Trans
istor )を作成することがある。 この場合、a
−8t:H膜24の堆積時に絶縁層23が存在するため
に水素イオンによる電荷が蓄積(チャージアップ)’ 
L 、□これによって面内放電が発生してa−84:H
膜24が破壊されることがある。 ところが、本実施例
によれば、適当量の電子が基板に到達できるように基板
電圧を適当な負電圧に設定することによって、基板上の
水素イオンを到達した電子で適当量中和することができ
る。
このために、基板上ではチャージ7ツブを抑制し、面内
放電を効果的に防止することができる。 なお、第8図
に示した如き構造は、絶縁層23をブpツキング層とす
る電子写真用の感光体としても適用可能である。
第9図は、熱電子発生装置10のフィラメント13を蒸
発源2から遮蔽する遮蔽板25を設け、更に放射された
熱電子9をマグネット26及び交流駆動フィル34付き
マグネット27等によって基板方向へ磁気的に偏向若し
くは指向せしめ、さらに走査機能を付与した例を示して
いる。
これによれば、遮蔽板25によって、蒸着時に蒸発源2
からの例えばシリコン蒸気が例えばタングステンフィラ
メン)13上に付着するのを防止できる。 これに反し
、遮蔽板25がない場合にはシリコン蒸気がフィラメン
)13上に付着してタングステンシリサイドを形成し、
これが再−蒸発してタングステンが基板方向へ飛翔し、
蒸着膜中に混入してその膜質な劣化させる原因となる。
第10図及び第11図は別の実施例による方法に用いる
蒸着装置を示すものである。
この例では、上記した熱電子発生器10のフィラメント
(ヒーター)部分13をペルジャー3外に配置し、基板
1方向に延びる誘導管28によりて電子線9を基板面に
発射するように構成して℃・る。 この熱電子発生器1
0は、ガラス壁29で囲まれた電子線発生座30内にフ
ィラメント13を配し、このフィラメントを直流電源3
1で加熱している。 そして、s4v2gはペルジャー
壁を貫通して延び、ペルジャー外面近傍の内周面には直
流可変電源;う2に接続された加速電極33が設けられ
ている。
従って、この電子線発生器10のフィラメント13がペ
ルジャー3内から隔離された状態になっているから、蒸
発源からの蒸気が付着して上述した如き汚染を効果的に
なくすことができる。
なお、上記した熱電子発生器10に代えて、第10図に
一点鎖線で示す如く直流又は交流式の放電管40をペル
ジャー3外に設け、この放電管40で生じた電子を導入
管34から基板1の方向に向けて供給しても、本発明に
よる目的は基本的には達成できる。 こうした放電管と
して、図示は省略したが、入口側の負電位の筒状電極と
出口側の正電位の筒状電極との間を水冷バイブで結合し
て供給ガスを放電せしめ、止環た電子を出口側から導入
管34を経てペルジャー3内へ導入できるように構成し
たものを用いてよい。
この蒸着装置においては、放電管40をペルジャー3外
に配しているので、ペルジャー3内に配する場合に比べ
て、汚染が非常に少なくなり、操作時のペルジャー内の
熱やガスで放電管の電極や構成材料が損傷を受けること
がない。 従って、放電管の材質の選択の自由度が大き
くなり、またその構築や配置も任意に行なうことができ
る。
また、放電管内の冷却用水冷パイプ(図示せず)の構造
も設計し易く、その冷却効率も良好となると共に、放電
管自体の交換作業もペルジャー外で容易に行なえる。 
但、電子線を送り込むという点では、放電管をペルジャ
ー内に設けてよいことは勿論である。
以上に説明した実施例は本発明の技術的思想に基いて種
々変形が可能である。
例えば、熱電子発生器に用いる電極(ヒーター)はタン
グステン以外にもランタンポライド等を用いることもで
きるし、その配置も様々でありてよい。 また、上述し
た偏向装置は電場によるもの又は磁場によるもののいず
れでもよく、或いは両者を併用したものでありてもよい
。 基板に印加する負電圧は種々選択でき、またその電
圧も時間的に可変してよい。 蒸発源の加熱は電子ビー
ム方式でなくとも、抵抗加熱方式でもよい。 なお、本
発明は上述した水素イオンの混入に限らず、上述した各
種の修飾ガスの使用によって蒸着膜中へ不純物をドープ
したりする場合にも同様に適用できることは勿論である
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すものでありて、第1図は第
1の実施例による方法に用いる真空蒸着装置の概略断面
図、 第2図は基板近傍での修飾ガスの活性化又はイオン化の
状況を示す概略図、 第3図は熱電子発生器、その加速電極及び偏向装置を概
略的に示す斜視図、 第4図は別の熱電子発生器及びその加速電極を概略的に
示す斜視図、 第5図は更に別の熱電子発生器を概略的に示す斜視図、 第6図は基板電圧による蒸着膜の光電気特性の変化を示
すグラフ、 第7図は基板電圧による流れ込み電子流の変化を示すグ
ラフ、 籐8図は蒸着によって得られる素子の要部拡大断面図、 第9図は別の実施例による方法に用いる熱電子発生装置
及びその偏向装置の配置状態を概略的に示す断面図、 第10図は更に別の実施例による方法に用いる真空蒸着
装置の概略断面図、 第11図は第10図忙おける熱電子発生器の拡大断面図
、 である。 なお、図面に示されている符号において、1・・・・・
・・・・・・・・・・被蒸着基板2・・・・・・・・・
・・・・・・蒸発源5・・・・・・・・・・・・・・・
直流電源6・・・・・・・・・・・・・・・修飾ガス導
入管9・・・・・・・・・・・・・・・熱電子(電子1
m)10・・・・・・・・・・・・熱電子発生装置12
・・・・・・・・・・・・水素分子12′・・・・・・
・・・・〜・水素イオン゛13・・・・・・・・・・・
・フィラメント又はヒーター16.33・・・・・・・
・・・・・加速電極17・・・・・・・・・−・・偏向
装置18a、18b、19a、19b−偏向電極20・
・・・・・・・・・・・スリット23・・・・・・−・
・・・絶縁層 24・・・・・・・−・・・・蒸着膜 25・・・・・・・・・・−・遮蔽板 26.27・・・・・・・・・・・・マグネット28・
・・・・・・・・・・・誘導管 40・・・・・・・・・・・・ガス放電管代理人  弁
理士 逢 坂   宏 −1(15− ¥4図 −第5図 ゝ13 第7図 基板中[情XKV) 第8図 第9n ↓ 真キポンプ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリコン蒸発源とこれに対向した被蒸着基体とな配
    した蒸着槽内に修飾ガスを供給し、この修飾ガスの存在
    下で前記蒸発源を加熱してシリコンを前記基体上に蒸着
    するようにしたアモルファスシリフン層の形成方法にお
    いて、前記基体に向けて電子線をほぼ一様に発射すると
    とKよって前記基体近傍の修飾ガスを活性化又はイオン
    化せしめ、この活性化又はイオン化されたガス成分を前
    記基体上に堆積する前記アモルファスシリコン層中にほ
    ぼ均一な分布で導入することな特徴とする、アモルファ
    スシリコン層の形成方法。 2、基体に負電圧を特徴する特許請求の範囲の第1項に
    記載した方法。 3、負電圧を一10kV以内の直流電圧とする、特許請
    求の範囲の第2項に記載した方法。 4、水素、酸素、窒素、/%l17グン、アンモニア、
    モノシラン、ホスフィン、ジボラン、フルシン、炭化水
    素及びフレオンからなる群より選ばれた少なくとも1種
    を修飾ガスとして使用する、特許請求の範囲の第1項〜
    第3項のいずれか1項に記載した方法。 5、蒸着槽の内部又は外部に配した熱電子発生器から蒸
    着槽内に電子線を特徴する特許請求の範囲の第1項〜第
    4項のいずれか1項に記載した方法。 6、蒸着槽の内部又は外部に配したガス放電管から蒸着
    槽内に電子線を特徴する特許請求の範囲の第1項〜第4
    項のいずれか1項に記載した方法。 7、電子mな加速装置によりて加速する、特許請求の範
    囲の第1項〜第6項のいずれか1項に記載した方法。 8、電子線を偏向磁場又は偏向電場の作用で基体の方向
    へ指向せしめる、特許請求の範囲の第1項〜第7項のい
    ずれか1項に記載した方法。 9、基体の方向へ向かう電子線の進行経路を偏向磁場又
    は偏向電場によって変化させることによって、電子線を
    基体面に対して一様に走査する、特許請求の範囲の第1
    項〜第8項のいずれか1項に記載した方法。
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JP8928782A Pending JPS58208122A (ja) 1982-05-26 1982-05-26 アモルフアスシリコン層の形成方法

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JP (1) JPS58208122A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60137012A (ja) * 1983-12-26 1985-07-20 Ulvac Corp イオンビ−ムエピタキシヤル成長装置

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JPS60137012A (ja) * 1983-12-26 1985-07-20 Ulvac Corp イオンビ−ムエピタキシヤル成長装置
JPH0211010B2 (ja) * 1983-12-26 1990-03-12 Ulvac Corp

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