JPS598609A - 微結晶を含有するシリコン薄膜及びその製造方法 - Google Patents

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】 する。更に詳しくは、本発明は、非晶質シリコン相領域
と、微結晶を含むシリコン相領域を分布せしめた、シリ
コン薄膜及びその製造方法に関する。

従来から、非晶質シリコン薄膜の長所と、多結晶シリコ
ン薄膜の長所を併有したシリコン薄膜として、微結晶を
含有せしめたシリコン薄膜が知られている。この薄膜は
、非晶質膜としての光学的性質を有することは当然であ
るが、更に、微結晶が存在するために、膜全体としての
電気抵抗が著しく低下するというすぐれた性質を有し、
更に、光学的バンドギャップも大きく、ドーピング効果
もよいために、良好なＰ型、あるいはＮ型シリコン薄膜
とすることもできるものであった（特開昭５７−６７Ｑ
２Ｑ）。

しかしながら、従来においては、含有する微結晶の量的
制御は可能であっても、３次元的には勿論、２次元的に
、その分布を制御することができなかったために、例え
ば、太陽電池の如く、膜の局部的性質を問題とせず、膜
全体としての性能を問題とする用途に、特に適したもの
であり、その意味において、従来の微結晶を含有するシ
リコン薄膜の用途は、限られたものであった。

更に、微結晶を含有するシリコン薄膜を、グロー放電プ
ラズマにより製造する従来法においては、放電気体は、
水素により高希釈され、又放電のだめの高周波電力密度
を高入力電力とするだめに、発生したプラズマの有する
エネルギー密度が大きく、反応室内に吸着している不純
物を脱着させて、生成したシリコン薄膜に予期しない不
純物を混入せしめる恐れがあシ、又、微結晶量を制御す
るためには、シランと水素の混合比、入力電力、基板温
度のそれぞれに変化させる必要があり、微結晶量の制御
が、煩雑とならざるを得なかった。このことから、従来
、更に改良されたシリコン薄膜及びシリコン薄膜の製造
方法の開発が望まれていた。

本発明者らは、従来のかかる欠点を解決すべく、鋭意横
側の結果、プラズマ雰囲気下でシリコン薄膜を製造する
方法において、プラズマと基板との間に、網状グリッド
を設置した場合には、グリッドの網目孔に対応する部分
のシリコン薄膜は、微結晶を含有する非晶質シリコンの
薄膜であるのに対１２、グリッドの１部に対応する部分
は、結晶を含捷ない非晶Ｔ■のシリコン薄膜が形成され
ることを見出し、本発明に到達１７たものである。

従って、本発明の第１の目的は、微結晶を含有する非晶
質部分と、結晶を含有しない非晶質部分とを、一定の秩
序を持って、２次元的に分布せしめた、シリコン肋膜を
提供することである。

本発明の第２の目的は、微結晶を含有する非晶質部分と
、結晶を含イ（しない非晶質部分とを、−・定の秩序を
持って、３次元的に分布せしめた、シリコン薄膜を提供
することである。

本発明の第３の目的は、微結晶を含有する非晶質部分と
、結晶を含有しない非晶質部分とを、一定の秩序を持っ
て分布せしめた、シリコン薄膜を製造する方法を、提供
することである。

更に、本発明の第４の目的は、プラズマ放電ガスの水素
等による希釈を低度とすることができ、しかも、低電力
で、上記網状グリッドのバイアスを調整することにより
、容易に、含有する微結晶量を調整することのできる、
非晶質シリコン薄膜を製造する方法を提供することであ
る。

即ち、本発明は、シリコンを含むグロー放電プラズマと
、基板との間に、任意のパターンを有する網状グリッド
を設置し、該網状グリッドに、バイアスを印加すること
により生成したシリコン薄膜であって、非晶質シリコン
相領域と、微結晶を含有する非晶質シリコン相領域とが
、〒定の秩序を持って、分布していることを特徴とする
、シリコン薄膜及びその製造方法である。

本発明において、シリコンを含むグロー放電プラズマと
は、一般式Ｓｉ　　ｎ　　Ｈ２ｎ＋。で表わされるシラ
ン、又は一般式ＳｉＨＸ　　　（ＸはハｐＯ〜３４〜ｌ ゲン元素）で表わされるハロゲン化シランのいずれか、
又は、これらのうちの任意の２種以上の混合ガスを原料
ガスとし、必要な場合には、生成Ｊるシリコン薄膜中に
、不純物元素を混在させるために、更に、いわゆるドー
パントガスを混入せしめた混合ガスを、水素及び／又は
希ガスで希釈し、これを、高周波電磁場により、放電せ
しめたプラズマ状態を意味するものである。この場合、
原料ガスの、水素及び／又は希ガスによる希釈率を、低
希釈率から高希釈重重での広範囲の中から任意に選択し
た。Ｊ二で、通常の条件で、プラズマを発生させること
ができる。

シリコン半導体に、Ｎ型半導体の特性を持たせたい場合
には、元素周期律表、第■族元累、例えば、リン、ヒ素
等を、シリコン薄膜中に含有せしめることが必要であり
、Ｐ型半導体の特性を持たせたい場合には、元素周期律
表、第肛族の元素、例えば、ホウ素やアルミニウム等を
、シリコン薄膜中に含有せしめることが必要であること
は、既に知られている。

本発明においても、目的に応じ−Ｃ１これら■族又はＶ
族の気体化合物、又は単体蒸気を原料ガスに、いわゆる
ドーパントガスとして、混入せしめることができるが、
これらドーパントガスとして、■族又は■族化合物の、
例えば、水素化物やハロゲン化物等を使用することがで
きる。これらのドーパントガスとしては、例えば、Ｂ２
Ｈ６、ＰＨ３、ＰＦ３等が挙げられる。

本発明で使用する基板は、減圧下においても、揮発性の
物質を含捷ないことを要するが、その材料としては、カ
ラス、金属の他、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱
硬化性樹脂、ポリイミド等のいわゆる耐熱性樹脂は勿論
、ポリエステルその他の、比較的軟化点の高い、高分子
化合物等を使用することができる。

次に、本発明で使用する網状グリッドは、これにバイア
スを印加することにより、基板上に形成されたシリコン
薄膜中に、非晶質相領域と、微結晶を含有する非晶質相
領域とを、一定の秩序を持って、分布せしめる役割を有
するものであるから、その役割は重要である。網状グリ
ッドは、その網目孔の形状と、大きさを設計すれば、そ
の製造方法は任意に選ぶことができるが、特に、該グリ
ッドの網目パターンに忠実に、非晶質相領域と、微結晶
を含有する非晶質相領域とを分布せしめるためには、網
状グリッドの平面性が良好であることが必要である。従
って、この場合には、印刷版の製造や、集積回路製造の
だめの、マスクツくターン作成に用いられる、公知のエ
ツチング技法を用いることが好廿しい。更に、網状グリ
ノ１゛の基板からの距離も、近い方が、上記網目パター
ンの良好な再現に寄与するが、この距離は、該グリッド
と基板、又は該グリッドと電極間で、放電が起らない範
囲において嵩ぶことができる。基板とグリッドの間が狭
すぎると、グリッドの下に、シリコン層が形成されにく
くなり、好ましくない。この距離を設定することにより
、網状グリッドに印加するバイアス電圧範囲は、グリッ
ドと基板の間の放電が起らないように、調整することが
必要であり、その意味において、印加できるバイアスの
範囲は制限される。

以下、図面を参照して、本発明によるシリコン薄膜の製
造方法について説明する。

第１図において、混合容器ｌを含めた全装置系を油回転
ボンダ２及び油拡散ポンプ３により、約１０’Ｔｏｒｒ
　　の真空度とし、シランボンベ４及び水素ボンベ５、
更に、必要な場合には、ドーパントガスボンベ６又は７
よシ、ガスを、混合容器ｌに所要の割合で導入し、混合
する。混合されたガスを、流量計８を通して、反応室９
中に一定流量で導入する。反応室　９中の圧力を、メイ
ンバルブｌＯを操作して、真空系１１で監視しながら調
整し、所要の圧力に維持する。次に、高周波発振器１２
で、電極１３及び１３’間に高周波電圧を印加して、グ
ロー放電を発生させ、プラズマ状態とする。ついで、プ
ラズマと、ヒーター１４で加熱された基台上に、載置さ
れ、所要の温度に加熱された基板１５の間に設置した網
状グリッド１６に、直流定電圧発生装置１７を介して、
プラスバイアスを印加しながら、成膜する。

このようにして、製造したシリコン薄膜のＸ線回折像は
、網状グリッドの下部領域からは、非晶質に帰因するハ
ル−ピークのみを示すのに対し、網状グリッドの孔であ
る、グリッド間隙に対応する領域からは、非晶質に帰因
するハローピークに加えて、シリコン結晶に帰因する回
折線が出現する。

以上の如く、本発明のシリコン薄膜製造法によれば、従
来不可能であった、微結晶を含有する非晶質相領域の、
一定秩序を有する分布を可能とし、更に、該分布の制御
を、網状グリッドの形状、及び、基板との距離、印加す
るバイアスを変化させるのみで、プラズマガス組成や基
板温度及び入力電力等を変えることなしに、容易に行な
うことができる。更に、印加するバイアスを変化させな
がら製膜すれば、シリコン薄膜の深さ方向にも、微結晶
量分布を持たせることができ、微結晶量分布について、
３次元的分布を有するシリコン薄膜を製造することがで
きる。

本発明の方法により、非晶質相領域と、微結晶を含有す
る非晶質相領域を、一定の秩序を持たせて分布せしめた
シリコン薄膜半導体は、例えば、それを撮像管に使用す
れば、撮像管のり（°ロス）　−キングを、従来より減
少さぜることかでき、又、ゼログラフィのだめの感光体
として使用すれば、画像のにじみを減少させるので、画
像品質を良好なものとすることができるなど、その応用
範囲は極めて広い。

以下に、実施例に従い、本発明を更に詳述するが、本発
明は、これにより、限定されるものではない。

実施例 あらかじめ、ｌ　Ｘ　１０’−６′Ｔｏ’ｒ・ｒの高真
空にした反応室内に、シラン（ＳｉＨ４）と水素を、ｌ
：９の割合で混合した混合ガスを、流量計によって、全
流量１０　Ｓ　ＣＣＭ　（５ｔａｎｄａｒｄ　Ｃ，ｕｂ
ｆＣｅｎｔｉｍｅｔｅｒ　）に制御して、圧力５０　ｍ
　Ｔｏｒｒで供給した。この混合ガスに、約０　、　５
　Ｗ　／　Ｃｍ２の高周波電力密度　（陰極側電力密度
Ｐｆは４０Ｗ）の電力を投入して、プラズマ状態と［７
，２５０°Ｃに加熱されたガラス基板から約１０ｍｍ浮
かして設置した＃ｌＯメツシュの網状グリッドに、直流
定電圧発生装置により、プラスバイノアスを印加しなが
ら成膜した。

このようにして製造した、シリコン薄膜のＸ線回折像１
、網状グリッド下の領域からは、非晶質に帰因するハロ
ーピークのみが出現するのに対し、網状グリッドの網目
孔に対応する領域からは、非晶質に帰因するハローピー
クに加えて、Ｓｌ［ｉ　ｌ　１］　　＜　　［２００］
　及び　［３１１１に帰属される回折線が現われた。

このことは、製造した、シリコン薄膜の網目孔に対応す
る領域のみを、エツチングにより取り除いた試料、及び
網状グリッドの下に対応する領域のみを、エツチングに
より取り除いた試料のそれぞれについて観測したＸ線回
折像が、第３図及び第４図に示す如く、全く異なること
により確認された。第２図は、作成したシリコン薄膜の
、網状グリッドの下及び網目孔に対応する、それぞれの
領域について、４電気伝導度と網状グリッドに印加した
バイアスとの関係を示したものである。図に示す如く、
網目孔に対応する領域の方が、網状グリッドの下に対応
する領域よりも、電気伝導度が大きくなっていることが
確認された３、又、網目孔に対応する領域にのみ生成し
た７リコン微結晶が、暗伝導度の増加に寄与しているこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するだめの装置を表わす概略線
図である。図中符号１は、混合容器、２は油回転ポンプ
、３は油拡散ポンプ、４はシランボンベ、５は水素ボン
ベ、６及び７は、ドーパントガスボンベ、８は流量計、
９は反応室、１０はメインパルプ、］ｌは真空計、１２
は高周波発振器、１３及びｌ　３’は電極、１４はヒー
ター、１５は基板、１６は網状グリッド、１７は直流定
電圧発生装置である。 第２図は、バイアス印加電圧と、形成された／リコン薄
膜の電気伝導度の関係を示すグラフである。図中実線は
、網状グリッドの網目孔に対応する領域、破線は、網状
グリッドの下に対応する領域について表わしている。○
印は、光伝導度を表わし、　・印は、暗伝導度を表わす
。 第３図及び第４図は、本発明のシリコン薄膜のＸ線回折
像を表わす線図である。図中上側の線図は、網状グリッ
ドの網目孔に対応したシリコン薄膜の領域、下側の線図
は、網状グリッドの下の領域に対応した、／リコン薄膜
の領域を表わす。 代理人　　弁理士　　滝　１）清　暉 グリッドバイアス（７ｒ、ルト） ２ｅ 第　４　口 ［２００］ ２θ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　シリコンを含むグロー放電プラズマを用いて
   製造するシリコン薄膜において、グロー放電プラズマと
   基板との間に、網状グリッドを設置し、該グリッドにバ
   イアスを印加することにより生成したシリコン薄膜であ
   って、非晶質シリコン相領域と、微結晶を含有する非晶
   質シリコン相領域とが一定の秩序を持って、分布してい
   ることを特徴とするシリコン薄膜。
2. （２）　　シリコンを含む、グロー放電プラズマを用い
   て、シリコン薄膜を製造する方法において、グロー放電
   プラズマと基板との間に網状グリッドを設置し、該網状
   グリッドにバイアスを印加することにより、基板上に、
   非晶質シリコン相と、微結晶を含有する非晶質シリコン
   相を、該網状グリッドの網目パターンに対応せしめて、
   形成することを特徴とする、微結晶含有シリコン薄膜の
   製造方法。