JPS5886721A - アモルフアス半導体膜の形成方法 - Google Patents

アモルフアス半導体膜の形成方法

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JPS5886721A
JPS5886721A JP57146608A JP14660882A JPS5886721A JP S5886721 A JPS5886721 A JP S5886721A JP 57146608 A JP57146608 A JP 57146608A JP 14660882 A JP14660882 A JP 14660882A JP S5886721 A JPS5886721 A JP S5886721A
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gas
tank
nitrogen
ionized
substrate
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JP57146608A
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Tatsuo Oota
達男 太田
Masanari Shindo
新藤 昌成
Shigeru Sato
滋 佐藤
Isao Myokan
明官 功
Tetsuo Shima
徹男 嶋
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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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半導体膜の形成方法に関するもの
である。
例えば、電子写真の分野においては、近年、アモルファ
スシリコン(以下、1−8lと称する。)を感光体とし
て用いることが提案されている。
a −Slは、Si −8iの結合の切れたいわゆるダ
ングリングボンドを有し、この欠陥に起因してエネルギ
ーギャップ内に多くの局在準位を有している。
このために暗抵抗が小さく、光導電性が悪いとされてい
る。 そこで、上記ダングリングボンドの箇所を水素で
埋めることによって欠陥を減少させること、即ち水素ド
ーピングにょ多形成された5t−H結合でダングリング
ボンドを埋めた水素含有a−8i(以下、a−8i:H
と称する。)を形成することが行なわれる。
この場合、特性のすぐれ九a −Sl薄膜を得るために
は、a−8i中に水素原子を効果的に導入することが重
要である。 即ち、5a−Si層薄層の半導体特性、例
えば暗抵抗、光応答性、耐熱性等のすぐれたものを得る
ためには、1−st層中に適量の水素原子(例えば3.
5〜1o原子S)を導入する必要があるとか、3価の水
素化シリコン(′−8iH)をできるだけ多く含むよう
にするとかが要求される。
ところで、半導体の特性を改良する場合、窒素原子を導
入するのがよいとされている。 即ち、例えば太陽電池
、電子写真感光体等の暗抵抗、光応答性、耐摩耗性、耐
熱性等を改良する上で有効な手段となシうる。 このた
めには、a−8a層中に水素原子及び窒素原子が効果的
に導入されることが必要である。
従来、グロー放電法、スパッタ法等においては、水素ガ
スで希釈した窒素ガス又はアンモニアガスを用いる°こ
とにょシ、窒素が導入され九a −Si薄膜を形成する
ととが行なわれているが、望ましい特性改良が達成され
ていないのが現状である。
しかも、グロー放電法では、放電分解の不均一性による
堆積膜の膜質不均一性、□製膜速度が遅いこと、使用ガ
スの有毒性が問題であシ、またスパッタ法では、大面積
化が困難である。
本発明の目的は、特にa −Si中のダングリングボン
ドが水素原子及び/又はフッ素原子によ)効果的に封鎖
され九a−8i薄膜の形成方法を提供することにある。
 さらに他の目的は、窒素ガス及び/又はアンモニアガ
ス等の窒素含有ガスを用いて効果的に特性改良された薄
膜を均一にして高速で大面積に形成する方法を提供する
ことにある。
これらの目的は、本発明に従い、蒸発源とこれに対向し
た被蒸着基体とを収容した蒸着槽内で、前記蒸発源の半
導体材料(特にシリコン)を蒸発せしめて前記基体上に
アモルファス半導体を蒸着するに際し、イオン化又は活
性化されたガス状の水素及び/又はフッ素と、窒素含有
ガス(%に窒素ガス及び/又はアンモニアガス)とを前
記蒸着槽内に存在せしめた状態で、前記半導体材料の蒸
着を行なうことを特徴とするアモルファス半導体膜の形
成方法によって達成される。
本発明の方法によれば、水素及び/又はフッ素がイオン
化又は活性化された状態で存在する中で蒸着が行なわれ
、特に蒸着槽外でイオン化又は活性化する場合には流量
が充分に制御されて槽内に導入されるため、極めて効果
的に水素原子及び/又はフッ素原子を蒸着膜中に導入で
きる。 即ち、檜の内圧力を制御(例えば一定に保持)
するのではなく、供給する活性水素等の導入量を制御す
れば、堆積されるa −Si等の薄膜の特性を左右する
成分量を所要の値に確実に設定できるのである。
これは、容器内のガス圧が例えば9 x 10 ’ T
orr以下、特に1×10−ゝ〜10’−’ Torr
と比較的小さい場合に一著であシ、熱により槽内の付着
物から放出されるガスでガス圧が変動したとしても常に
一定量の活性水素等をドーピングすることができる。
従って、例えばa−8t:H膜を作成する場合、ダング
リングボンドを充分かつ再現性良く水素で埋めることが
でき、しかも3価の水素化シリコン(fisLH)が高
い濃度で含まれたものとなるため、高品位の膜特性が確
実に得られることになる。
水素原子及び/又はフッ素原子が充分満足しうる条件で
堆積膜中に導入される結果、窒素ガス、アンモニアガス
等の窒素含有ガスを導入したとき、効果的な特性改良(
暗抵抗、耐摩耗性等の向上)が達成される。 %に槽外
の活性化(放電)装置によシ流量が制御された状態で活
性化又はイオン化された窒素含有ガスが導入された場合
の効果はより顕著なものと表る。
しかも、本発明の方法は蒸着法に基〈ために、堆積膜の
膜質が均一と柔り、高速で大面積に製膜可能である。
本発明においては、水素及び/又はフッ素ガスと共に、
蒸着槽外に設けた放電装置によって窒素含有ガスをイオ
ン化又は活性化した後、蒸着槽内に導入するのが望まし
い。 また、ガス状の水素及び/又はフッ素、及び窒素
含有ガスの流量を蒸着槽の内圧に依存することなしに制
御するのが望ましい。
以下、本発明を実施例について更に詳細に説明する。
第1図は、例えばa−8i:H膜を形成する蒸着装置の
概略断面図である。
この装置においては、蒸着槽としてのペルジャー1に対
し排気管2を介して真空ポンプ(図示せず)が接続され
、このポンプによジベルジャー1内が例えば9 x 1
0−’ Torr以下(特に1×101〜5x 10 
’ Torr )の圧力に設定される。 ペルジャー1
内には、基板としての金属板3が配され、ヒーター4で
例えば350〜470°Cに加熱されるようになってい
る。 基板3は図示の例では平板状とし、例えば太陽電
池用として用いられるものとしたが、既述した電子写真
用とする場合には回転可能に軸支されたドラム形状とす
ればよい。 この基板3には0〜−1o KV %望ま
しくは−2〜−6KVの直流バイアス電圧5、又は0〜
5KVの交流バイアス電圧が印加される。 また、基板
3の下方には、ボート6中にシリコン蒸発源7が配置さ
れている。
そして、シリコンの蒸発量又は堆積速度の制御のために
、シリコン蒸発源7に対向して膜厚検出装置8が設けら
れている。 この検出装置8自体は公知の構造からなっ
ており、蒸発するシリコンの付着量に応じて振動数が変
化する水晶板9を筒体10内に設け、その振動数を検知
部11で検出し、更にとの検出値に基いてシリコンの蒸
発量を制御(例えばヒータ一温度を制御)できるように
したものである。
この装置で特徴的なことは、ベルジ4 1に接続されか
つ水素ガスの外に、窒素ガス又はアンモニアガスからな
る修飾ガスを導入するための導入管12中に、水素又は
修飾ガスを活性化又はイオン化するだめの放電管13が
設けられる一方、各ガスの供給量をコントロールするだ
めの流量制御装置14が組込まれていることである。 
流量制御装置14は基本的には、流量弁(図示せず)付
きの流量コントローラー15とこれを作動させる流量設
定器16とからなっておシ、水素又は修飾ガス供給量を
常に所要量、例えば水素はO〜50o eo /min
 、窒素等は0〜too (!(! /minの範囲に
設定している。 これによって、上述した如く、ペルジ
ャー1内に導入される活性水素又は水素イオン量、イオ
ン化又は活性化された修飾ガス量を常に一定量に保持で
きるから、基板3上に堆積するa−8i:H中の水素量
及び窒素量を安定なものとすることができる。
なお、上記流量弁は、公知の如くソレノイド(図示せず
)で駆動される開閉弁からなっていてよい。
また、放電管13はペルジャー1外に配されているとと
も重要である。 即ち、仮に放電管13をペルジャー1
の内部に設けた場合、放電管13自体が蒸発したシリコ
ン等により汚染され易く、また熱に耐える耐熱材料で構
成しなければならない。
これに関連して、その構造も特殊なものとなる一方、新
しい放電管と交換する作業も面倒である。
しかもペルジャー内にあることから、放電管にシリコン
蒸気や活性水素及び他の修飾ガスが衝突してこれらの平
均自由行程に乱れが生じ、a−8t:Hの堆積状態が不
均一となる恐れがある。 しかしながら、図示したよう
に、放電管13を外部に配せば、上記した汚染の問題や
熱損傷が生じることなく、その構成部の材質及び構造の
選択、配置、交換作業が自由若しくは容易となり、ガス
流を妨げることがなく、均一な堆積膜を形成することが
できる。
第2図は、第1図の装置で作成された素子、例えば太陽
電池の断面を示す。 基板として金属電極3上にa−8
i:H膜17が堆積せしめられ、更にこの上に他方の電
極である透明なI T O(indium tinox
ide )又は5nOx膜18が設けられる0第1図の
装置において、上記の例では水素及び窒素の流量を一定
にしたが、その流量を時間と共に例えば連続的に変化さ
せてもよい。 この場合には例えば第2図においてa−
8t:H膜17中の水素含有量を透明電極18側から金
属電極3側へ連続的に増加させることができる。 水素
濃度の高くなった金属電極3側ではa−8t:HがN型
化しているので、それらの間のオーミックコンタクトが
とり易くなる。
カお、本実施例による方法は、ガス圧のよ)高いく例え
ばlO−’ 〜to ” Torr )  条件下でも
、一定若しくは所要量のイオン化又は活性水素又は窒素
を供給する方法として有効である0 要は、ペルジャー
内の圧力が高いか低いかは主として装置の排気能力の問
題であり、上記方法の実施の上では単に条件的なもので
あって本質的なととではない0また、上記の放電管13
は、所要量の活性水素及び窒素を供給するという特徴を
充たしている限り、ペルジャー1内に配置してよいこと
は勿論である。
本発明において、アモルファスシリコンのダングリング
ボンドを埋める原子の供給源として上記した水素ガスに
代えて、或いは併用してフッ素を供給してよい。 また
、窒素以外の別の修飾ガスとして、窒素ガスに代えて、
或いは併用してアンモニアガス等を供給してよい。 こ
れらの修飾ガスは上記した水素ガスとは枦能を異にする
が、薄膜中への窒素の含有量が変動すると薄膜の抵抗値
、光応答速度、耐熱性、機械的強度等を所望の値に設定
できない。 従って、水素ガスと同様に、本発明の好ま
しい態様に基き、導入時のガス流量をコントロールする
ことが有効であることが理解されよう。
また、本発明による方法において、基板上に堆積される
薄膜は、上記の方法で所要量の水素及び窒素を含有せし
めて特性が改良されたアそルファス金化シリコンからな
っている。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明による方法を例示するものであって、第1
図は真空蒸着装置の概略断面図、第2図は作成され九a
−8i:H膜を有する素子の断面図である0 なお、図面に用いられている符号において、3・・・・
・・・・−基板 7・・・・・・・・・・・・シリコン蒸発源8・・・・
・・・・・・−・膜厚検出装置13、−・・・・・・・
・・放電管 14・・・・・・・−・・・流量制御装置15・・・・
・・・・・・−流量コントローラー16・・・・・−・
・−・・流量設定器17・・・・・・・・−水素含有ア
モルファスシリコン(a−8t:H)膜 18・・・・・・・・・・ ITO膜     。 である0 代理人 弁理士  逢 坂   囁 (h発)手続袖正書 昭和58年2月71」 特許庁 若杉和夫殿 1 !11件の表示 昭+11571.  特許 1第 1466081;2
 発明の名称 アモルファス半導体膜の形成方法3、 
補正をする者 事件との関係 特許出願人 、−7,’″′″I・11   東京都新宿区西新宿1
丁目2d着地2号tz” ” ’¥1(R111;)(
127)小西六写真工業株式会社4、代理人 住 所  東京都立川市柴崎町3−9−17鈴木ビル2
階5、 補正命令の1」付             
      ・・6 袖正により増/l1l−jる発明
の数<11、明細書落8頁4行目のl’ 350〜47
0℃」を「200〜550℃」 と訂正します。 (2)、同第8頁8行目の「すればよい、」を[すれば
よい。 この基板はステンレス、アルミニウム、タンタ
ル、クロム等の金属をはじめ、石英ガラス、ポリエチレ
ンテレフタレート又はポリイミド等の合成樹脂からなっ
ていてよい。」と訂正します。 (3)、同9jf1行目の「である。」を[である。こ
の場合、蒸発源7の加熱は、抵抗証熱、I4加熱、電子
銃加熱(4〜6kV、200〜300711A)で行な
ってよく、またその蒸発速度はt−tooX/secと
してよ−・・」ヒ前正します。 (4)、同第9頁6行目の「放電管」を「直流又は高周
波放電管(0,5〜1kv)」と訂正します。 (5)、同第9貞13行目の「設定している。」を[設
定している。 この場合、水素ガスと修飾ガス゛との混
合比は10:l〜1:2とし、その混合ガス流蓋は10
0〜3007mとしてよい。Jと訂正し筐す。 (6)、同第10真下から4行目と3行目との間に下記
の記載を加入します。 記 [なお、上記の各ガス流量、放電電力、St蒸発速度を
制御すれば、高速で大面積に製膜することができる。」 −以上一

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l 蒸発源とこれに対向した被蒸着基体とを収容し7c
     、’= ;有槽内で、前=a蒸発源の半導体材料を蒸
    発せ17めて+jl Aピ塙体上にアモルファス半導体
    を蒸着するに際し、イオン化又は活性化されたガス状の
    水素及び/又は7ノ素と、窒素貧有ガスとを轄記蒸lJ
    槽内に存在せしめた状態で、前記半導体材料の蒸/ばを
    行なうことを特徴とするアモルファス半導rド11qの
    形成方法。 2、 イオン化又は活性化された窒素含有ガスが蒸M僧
    内に存在せしめられ辱−る、特許請求の範囲の・す1〕
    貞(lこ5.己、(潴した方法。 3、蒸着槽外に設けた放電装置によってイオン化又は粘
    性化された窒素含有ガスを蒸着槽内に導入する、特許請
    求の範囲の第2項に記載1〜だ方法。 4、蒸着1冒外に設けた放電装置によってイオン化又は
    活性化されたガス状の水素及び/又はフッ素を蒸着槽内
    に導入する、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。 5、 ガス状の水素及び/又はフッ素、及び窒素含有ガ
    スの流量を蒸着槽の内圧に依存することなしに制御する
    、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、基体に0〜−10KVのバイアス電圧を印加した状
    態で蒸着を行なう、特許請求の範囲の第1項〜第5項の
    いずれか1項に記載した方法。 7、 蒸発源としてシリコンを使用し、アモルファスシ
    リコン膜を基体上に堆積させる、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 窒素含有ガスとして、窒素ガス及び/又はアンモニ
    アガスを特徴す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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62237767A (ja) * 1986-04-08 1987-10-17 Tdk Corp 光電変換素子
JPH0388359U (ja) * 1989-12-26 1991-09-10
US5744370A (en) * 1995-08-01 1998-04-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fabricating method of a silicon thin film and method for manufacturing a solar cell using the fabricating method

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