JPS5996721A - 薄膜半導体の製造方法 - Google Patents

薄膜半導体の製造方法

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JPS5996721A
JPS5996721A JP57207379A JP20737982A JPS5996721A JP S5996721 A JPS5996721 A JP S5996721A JP 57207379 A JP57207379 A JP 57207379A JP 20737982 A JP20737982 A JP 20737982A JP S5996721 A JPS5996721 A JP S5996721A
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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】 本発明に非晶質シリコンからなる薄膜半導体の製造方法
に関する。
この種の薄膜半導体の製造法として本出願人は一先にい
わゆるイオンブレーティングプロセスを主体とした製造
方法を提案した(特願昭55−7057、l!7)。本
発明G;jこのプロセス【こ更に改良を加えたものであ
る。
水素を含む非晶質シリコン膜で(j良好な半導体特性を
得るための好適水素濃度の存在することが知られており
“、例えばシランガスをグロー放電で分解し作製される
膜でGj / !;〜20%at%程度の水素含有率が
好適とされている。
しかるに上記の先行出願のような高真空下でのイオンブ
レーティングでGj、製膜条件を種々変えても膜内水素
濃度tJ高高々10程程であり、従って、膜中のダング
リングボンドが十分にターミネートされす、欠陥密度が
高い膜となって、良好な半導体特性が得らil)こくい
という欠点があった。
この低水素濃度の原因の一つとして次のようなことが考
えらねる。即ち、先行出願の如きイオン化方式で(ツ、
水素分子、原子のイオン化率が低く、通常の許容される
条件下でGJ基板に到達するHl、Hl  イオンの個
数が81及びSi”の到達個数に比べて相当少い(−!
−程度)。ただこのようにsl、sl”00 の/%程度の到達H”、H”2の個数であるにもかかわ
らす、作製された膜内の結合水素濃度Gj数%Glある
ので、SlとHの結合に関与しているの【J単にH”、
Hi  のみならす、熱的に解離せしめられた活性水素
原子(H4)もあると考えらねる。しかし、いづれkし
ても、膜内水素濃度を高めて良好な半導体特性を有する
腺を得る。−(Jシリ・〆某素の反応性をより高めてや
る必要がある。
本発明&jかかる点シこあって、Slと水素の反応性を
高めることやこより、実質的【こ含まれる膜中水素濃度
を高めてより優れた半導体特性を有する非晶質シリコン
膜を得ることができるという薄膜半導体の製造方法を提
供するものである。
而して本発明方法&*、、10−’トール以下の高真空
に排気された真空容器にざX10’)−ルから7X10
”トールの範囲の分圧を有するように水素ガス、水素と
ジボランの混合ガス、及び−水素とホスフィンとの混合
ガスからなる群から選ばれたガスを導入し該導入された
ガスとシリコンを加熱蒸発することしこより得らハるシ
リコン単原子とに加速電子を衝突させてm離着しりij
解離して、かくして生成したガスイオン及びシリコンイ
オンに電界効果により高エネルギーを付与させて電極基
板に射突させると同時【こ該電極基板表面に到達したシ
リコン原子及び電極基板表面近傍のガス分子、及び解離
原子と1こ、別途の電子線発生装置より引き出された加
速電子を衝突させφことにより活性化を施して非晶質シ
リコンから成る薄膜を形成することを要旨としている。
以下に図面(こ示した装置に基づき本発明方法の一実施
例を説明する。
図番こ示される装置において、真空容器(1)内の真空
室(214!排気口(3)に連結される排気系装置(油
拡散ポンプ、油回転ポンプ等で構成されているが図示さ
れていない)1こよって/X10−’)−ルまでの高真
空をこ排気されることがi]川能こなされており、そし
て真空室(2)ニ電子ビーム蒸発源!4)(電源回路等
G1図示されていない)、じゃま板(5)、ループ状の
ガス導入゛≧(6)、第−電子発生装E (7) 、第
二m子発生装置(8)、基板ホルダー(9)及びそれ昏
こ取り付けられた基板(10)が設置さねており、更に
真空容器(1)の外方に&j、装置を動作させるための
電#(11)〜(16)とその回路、ループ状ガス導入
管(6)シこノくルブ(へ)〜翰によって切換及び流量
調節能能に接続された水素、ジボラン、ホスフィンがそ
れぞれ充填されたボンへCIυ(ホ)翰が設置さねてい
る。
本発明に基づいて薄膜半導体を製造するをこ(=、図番
こ示すようEこ電極基板00)を基板ホルダー(9)【
こ配置し、電子ビーム蒸発源(4)のルツボ0vに高純
度のシリコンを供給し、次いで排気孔(3)から排気系
装@【こよって排気を行なって真空室(2)を/ X 
/ 0”トールよりも高度の高真空となし、真空度が安
定したところで、ガス導入管(6)よりノくルブ074
−(イ)を調節しながら水素、水素とジボランとの混合
ガス、又は水素とホスフィンとの混合ガスの3者のうち
のいづれかを分圧がざxio−’  トールから/×1
0−”トールの範囲【こなるよう(こ導入する0上記導
入されるガスの槓類の選択Eこついて(j目的とする半
導体の8!類によって選択される。
混合ガスの場合+J 、水素分圧対ジボラン又f」ホス
フィン分圧の割合が/:0.0/〜3となるようにする
のが好ましい。
次いで、電子ビーム蒸着源(4)を動作させてルツボ4
4])内のシリコンを蒸気化させ、該シリコンの原子状
粒子と導入された水素又Ll混合ガスを第−遊子発生装
@(7)からの高速電子により衝突電離若しくは解離せ
しめてイオン化させる。
なお、m子発生装+& (7) Gel 、フィラメン
ト(ハ)−メツシュ電極Vの及びガード電極σ1から構
成される装リ、本実施例では、電源(12)によりアー
スに対し、−200Vの直流電位を与えられたフィラメ
ントgυに電#i (11) Gこよりiov、30に
の交流を流(て加熱せしめ熱電子を発生させると共Eこ
メツシュ状1 & (7aを接地することをこより上記
熱電子を電界加速させて高m!子を発生するよう1こし
ている。
前記の如くしてイオン化されたガスイオン及びシリコン
イオンレこ対し基板ホルダー(9)に電源(13) G
こより負の直流高電圧を印力口することにより高エネル
ギーを付与し、電極基板(10)表面に入射せしめる0
加速電圧としてGj −0、0/ F、V 〜−!;K
v が好適である。
基板に到達する粒子として(j、前記電子発生装置71
(71&こよりイオン化されたSl“、H“、Hl  
等イオンの他に中性シリコン単原子、水素分子、及び熱
的Eこ解離活性化された水素原子(H7)等も多量1こ
ある。こわら荷主されていない粒子に対し、別途イオン
化を行い、よりシリコンと水素の反応性を高めるためシ
こ、基板上の膜表面しこ電子線と照射する第二電子発生
装置(8)を作動させる。
該電子発生装置(81Gjフィラメント6υ、メツシュ
10シ及びガード電極(ハ)から構成さねており、本実
施例でGj、メツシュ@ $jg (82Gel 基板
ホルダー(9)ヲこ対し電源(16) )こより負の直
流電位が印加さね、逆1こフィラメント61)1こ対し
てハ電源(15)により相対的に正電位となるように直
流電位が印加さねている。電源(I4)から供給された
電力により加熱されたフイラメン) Q3])―熱電子
を多量に放出し、これら熱電子(jメツシュ電極I8a
とフィラメント侶υの間の電界作用シこよって加速引出
しされ、更1こメツシュ電極りと基板ホルダー(9)と
の電界作用によって該電子線番ラミ極基板(lO)の表
面に到達する。
基板面9こ到達した電子Gj s前述した基板膜表面に
到達した中性粒子(81、% 、Hl等)と非弾性衝突
を起し、これら中性粒子をイオン化する。この結果とし
てシリコンと水素(ヤリン、はう素)との反応性が高ま
り高濃度の水素が取り込まれつつ、次第に非晶質シリコ
ン膜が堆積される。
尚、本実施例においてに、フィラメント@])G−J’
0〜300Wの電力が供給され、またメツシュ電極(至
)ij基板ホルダー(9)に対しo、、oos〜/KV
負の直流電位となされるのが好まししA。電#(15)
しこより印加される電位&づガード電極曽及びフィラメ
ントの構造形状により異なるが通常sO〜5oov力≦
好ましく用いられる。
本実施例でに、好適な照射条件c−J 、、基板表面(
lO)をこ到達する電子のもつエネルギーの範囲力is
〜10OOθVとなることである (水素のイオンイヒ
ホ゛テンシャル&j/3.乙θ■であるカダ、気体状態
の水素分子H2のit #I:能率Seがse>/、0
イオン’CI?+、 o r rとなるの【コミ子エネ
ルギーが20〜900 eVのときでありSeの最大値
5e=5イオン/〜1゜rrtt−b電子エネルギーが
gO〜/ Q Q eVのとき得られる。)。
次に図に示す装置を用いて非晶質シ1ノコン膜を形成す
る具体例を示す。
〔具体例〕
図シこ示される装置を用い高純度シ1jコン塊(q9、
qqqq%以上)を電子ビーム蒸発源(4)のルツ号ζ
Ql)に入わ、電極基板(10)としてガラス板(米1
フーニング社製7039ガラス)、及びシリコニ/ウエ
ノ\−(太1坂チタニウム社製N−型 抵抗値数ΩcM
)を使耳]シ、基板ホルダー(9)に取り付は下記の条
件で基板(10)の表面1こj襲さO0乙μmの験を)
形成した。
作製条件 (1)水素ガス導入前の圧力  : 3×/σ6 トー
ル(2)導入水素ガスの分圧   :  7×10−5
 )−ル(3)イオン化電圧(電源((2))  : 
 300V(41<イ、tン、(fJtm      
 :  30 mA(5)イオン加速電圧     :
(1)、7KV(6)基板温度        −20
0’C(7)蒸着速度        : /gO入/
 m 1ni8)  屯1tj(15)+7)電位i 
     :  300V(9)電源(16)の雷1位
差     :  200Vかくして得られたシリコン
簿ルそをX線回折で解析した結果、非晶質であった。シ
1)コンウエノへ−上に作製されたシリコン薄膜中の水
素濃度を赤外111[スペクトルで、また、電気伝導付
与性をガラス基板上に形成されたシリコン膜で湿り定し
た結果水素含有率   :  /7at% 暗抵抗率    : 3×109Ωα 光照射Fでの抵抗率  =  6X706Ωm(照射条
件 : He−Neレーザー 300μW/4.、n2
)〔比較例〕 具体例の作製条件(但しく8)、+91 Fil除く)
と同一の条件で第二電子発生装置を動作させないで、厚
さ0.6μmの膜を作製したところ、その特性Cコ次の
通りであった。
水素含有率  :  2./at% 暗抵抗率   :/、ざ×108Ω頌 光照射条件下での抵抗率 :  /、5X10’Ωm(
照射条件 :He−Noレーザー 300μ、/、、2
)このように膜中水素濃度が低く、ダングリングボンド
が十分をこターミネートさねていないため、欠陥密度が
高く、光に対する抵抗率変化の小さい不十分な半導体特
性の非晶質シリコン膜しか得られなかった。
本発明の薄膜半導体の製造方法(J上述の通りの方法で
あり高真空の条件下でシリコンイオン及び特定のガスイ
オンに高エネルギーを付与させてw1極基板上に射突さ
せ、更をこ基板上の膜表面に重子源を照射させて、非覆
f電状態で腰衣i1こ到達したS1原子及び特定のガス
分子解離したガス原子をイオン化し、シリコンとガス成
分原子の反兄;性を窩めること〔こより、従来のイオン
ブレーティングプロセスでOコ高々/ Q at%の低
水素濃度の非晶質シリコン膜しη)得ら21なカ)つな
という欠、ヘーを解消し、半導体特性が最も良好になる
とさねている水素濃度が75〜2(:)at%の非晶質
シリコン膜を得ることか容易なるものである。本製造方
法&ゴ、太田1稙化、連続化も容易であり、4人ガスを
秒々選択することによりN型、P型等の半導体を自在(
こ作り分けることができ、太h %池製造への適用に勿
論、撮像テバイスあるいに膜形成基体をγルミニウム製
の円筒体とすることEこより亀子写真I鹸光陣等への適
用も容易に口」能である。
【図面の簡単な説明】
図Qj本発明方法を実施する装置ζLの構成図を示した
ものである。 (1)・・・真空容器 (8)・・・電子線発生装置 (第二の成子発生装置u
)(頂−・・・電極基板 特許用M人  積水化学工業株式会祉 代表者 藤沼基利

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 )ス壬 υ io””  トーm高真空に排気された真空容。 器に、5’X10−’)−ルから/X/(1)−”)−
    ルの範囲の分圧を有するように水素ガス、水素とジポラ
    ンの混合ガス、及び水素とホスフィンとのン昆合ガスか
    らなる群から選ばれたガスを導入し、該導入されたガス
    と、シリコンを加熱蒸発するとと1こより得られるシリ
    コン単原子とに加速電子を衝突させて屯馴若しくGJ解
    隔し、かくして生成したガスイオン及びシリコンイオン
    に電界効果により高エネルギーを付与させてm 8S基
    板に射突させると同時)こ該電極基板表向に到達したシ
    リコン原子及び電極基板表面近傍のガス分子及び解離原
    子とに別途の電子線発生装置茫より引き出された加速電
    子を衝突させることにより活性化を施して非晶質シリコ
    ンから成るM&を形成することを特徴とする薄膜半導体
    の製造方法。 2) 電子線発生装置よりσ1き出された力[I速電子
    の電極基板到達時のエネルギーが5乃至1000 eV
    の範囲であることを特徴とする特許請求の範囲第1項番
    こ記載の薄膜半導体の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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