JPS61237420A - P型アモルフアスシリコン薄膜の製造方法 - Google Patents

P型アモルフアスシリコン薄膜の製造方法

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JPS61237420A
JPS61237420A JP60079049A JP7904985A JPS61237420A JP S61237420 A JPS61237420 A JP S61237420A JP 60079049 A JP60079049 A JP 60079049A JP 7904985 A JP7904985 A JP 7904985A JP S61237420 A JPS61237420 A JP S61237420A
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JP
Japan
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film
amorphous silicon
thin film
mixed gas
silicon thin
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JP60079049A
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Hiroaki Kakinuma
柿沼 弘明
Satoru Nishikawa
哲 西川
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • 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
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    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
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    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

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】 (産業上の利用分野) この発明はP型アモルファスシリコン薄膜の製造方法に
関する。
(従来の技術) 近年、アモルファスシリコン薄膜を用いて太陽電池、電
子写真感光体、光センサ、その他の各種の光電変換デバ
イスが開発され実用化されている。一般に水素化アモル
ファスシリコン(以下a−Si:Hと称する)が用いら
れ、通常は、このa−3i:Hをシランガス(S t7
1H271−1−7、但しn≧1)のグロー放電分解法
(プラズマCvD)で作製している。また、作製された
a−5i;H膜の電気的及び光学的特性は作製時の成長
条件に大きく依存することが知られている。
このa−5i:H膜を用いて上述した光電変換デバイス
を作製する場合、このa−3i:Hに要求される最も重
要な特性は光発生キャリアの寿命が充分に長いこと(光
電流が大きいこと)である、そのため、従来はa−3i
:HJllの作製時の高周波(RF)パワー密度を0 
、2 W/ c m 2程度かそれ以下に小さくして、
この膜が荷電粒子によって受ける損傷を少なくすること
により、この特性を大きくするようになしていた。しか
し、RFパワーを小さくした結果、膜の成長速度が20
0〜300Å/分というように低速度となっていた。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、上述した種々のデバイスはPIN構造が一般
的である。この構造のP型膜を作製するに際し1例えば
モノシラン(S I H4) i:用いる場合には、ジ
ボラン(B2H6)を混合比で1O−4以上添加(ドー
プ)する必要があった(文献I: 「ソリッド ステイ
ト コミュニケイシw 7ズJ  (Solid 5t
ate Communicatinog)、17゜(1
975)、ppH93〜1195) 、 Lかしながら
、低成長速度で膜成長を行う場合、ジボラン(B2H6
)をドープしていくと、膜質が作製条件に敏感となり、
膜が表面モフォロジーを有するようになってくるので、
膜質の均一な膜を作製することが困難となる(「アプラ
イド フィジックス し タ −(Appl、 Phy
s、 Lett、) J 、 3B、 (2)、(19
81)、pp92〜900例えば、作製条件によっては
、膜の白濁、ブリスターが発生し、そのような膜ではリ
ーク電流が多くなり、その上、膜の下地層への付着力が
弱くなるので、上述した各種のデバイスの作製にこの・
ような膜の使用は不適切であった。
低成長速度の場合に膜質が悪くなる原因は、成膜時に膜
の表面に付着したボロン(B)原子が会合してシリコン
(St)のネットワーク形成を妨げる結果、ミクロな空
胞が出来るためであると考えられている。このような会
合したB原子が増加すると、ドーピング効率(膜中で7
クセプタとして働く4配位B原子数の膜中の全B原子数
に対する比)が低下してしまう、ドーピング効率が低下
すると、所定の抵抗或いはフェルミ準位の膜を得るため
に、一層多量のBをドープする必要が生じ、その結果、
ますます膜質が劣化することとなる。
このように、従来のPyJla−5*:H@膜の製造方
法によれば、Bドープ量の増大とドーピング効率の低下
という悪循環を繰り返すこととなり、−向に膜質の向上
を図ることが出来なかった。
このため、従来は、基板選択、基板温度、RFパワー、
その他の成長条件を最適化することが必要であった。
そこで、この出願に係る発明者等が種々の研究及び実験
を重ねたところ、Py!S、a−3i:H薄膜を高速成
長させると、上述したようなドーピング効率を高めるこ
とが出来、その結果、従来と同一のドーピング効率を得
ようとする場合の混合比([BZH6]/ [5iHa
])を従来よりも低くすること出来るので、111の白
濁や、ブリスター゛の発生を回避或いは低減することが
出来ることが分った。
従って、この発明の目的は均一で、ドーピング効率が高
く、従来よりも少ないBのドープ量でP型性の強いP型
膜−5i:H@膜を製造する方法を提供することにある
(問題点を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明によれば、ジボラ
ンとシランとの混合ガスとを反応容器内に送り、混合ガ
スのグロー放電分解によりP型アモルファスシリコン薄
膜を下地層上に成長させて製造するに当り、 この反応容器内の混合ガス圧を100〜300Paの範
囲内の値とし及び高周波パワー密度を0.2〜0 、5
 W/ c 〜2の範囲内の値としたことを特徴とする
さらに、この発明の好適実施例においては、成長速度を
1oooÅ/分以上とすることが出来る。
(作用) この発明においては、上述したように、混合ガス圧を1
00〜300Paの範囲内の値とし、RFパワー密度を
0.2〜0.5W/cm2の範囲内の値とする。圧力が
100Paよりも低いと成長速度が遅くなってしまいド
ーピング効率が低下し、また、300Paよりも高いと
グロー放電が行われなくなってしまうので、実用的では
ない。
このような範囲内で成長条件を設定すると、P型a−5
i:H1iilt!の成長速度を少なくてもi。
00Å/分以上、典型例では3000Å/分程度とする
ことが出来る。従って、ドーピング効率を高めることが
出来、これがため、Bのドープ量を低減させることが出
来ることとなる。
゛このように、P型a−5i:Hlllを高速成長させ
ると、後述する第1図に示す特性曲線図からも明らかな
ように、Bのドープ量は従来のような低速成長時に得ら
れた膜の暗電導度σJを得るための混合比は従来のl/
10程度で良い、さらに。
Bのドープ量が10−5程度で、また、成長速度を速め
た場合には、それ以下でも膜はP型となり、しかも、B
のドープ量の増分に対応する暗電導度σd の変化も従
来の場合よりも大きく、少ないドープ量でP型の強い膜
を得ることが出来る。
さらに、高速成長させるので、Bのドープに起因するP
型a−3t:Hi*Mの白濁、ブリスター等の発生を回
避或いは低減し、従って、モフォロジーのない膜質の均
一な膜を得ることが出来。
又、下地層への膜の付着力を低下させることがない。
(実施例) 以下1図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。
第2図はこの発明によるP!!!1a−3i:H薄膜の
作製に使用したグロー放電分解装置の一例を概略的に示
す縦断面図である。尚、この図において、断面を表わす
ハツチング等は省略して示しである。
このグロー放電分解装置において、10は円筒状の反応
容器、!2はその軸心付近に設けた基板加熱用のヒータ
、14はこのヒータ12の周囲を回転するように取り付
けられ膜成長が行われる下地層としての例えば円筒状の
基板、1Bは基板14を回転駆動するためのモータ、1
8は反応室と連通ずる穴を有し内部にそれぞれガス導入
口20及び排気口22が形成されている外部電極、24
はガス導入口20と結合し反応室内に流量調整器(NF
C) 2Gを介して所望の反応ガス5fHa及びB7 
Ht、を送給するためのガス導入管、28は排気口22
と結合し反応室の反応済みの不要なガスを排気するため
の排気管、30は反応室内の混合ガス圧を制御するため
の自動圧力制御装置(^PC) 、 32はメカニカル
ブースターポンプ(MBP) 、 34は油回転ポンプ
(RP)、 311はマツチングボックス、3日はRF
主電源あり、これらの構成は従来既知であるのでその詳
細な説明は省略する。
両ポンプ32及び34を作動させ、排気口22から反応
室内を排気しながら、ヒータ12によって基板14を2
00〜300℃の間の温度にする。この状態で、B2H
6及びSiH,ガスをそれぞれ流量調整器2Bで調整し
ながら、Bをドープしない場合から混合比[BZ H6
] / [S iHn ]が1O−3程度のまでの範囲
の値に設定しかつ全流量を300〜7005CCMとし
て反応室に導入する。′自動圧力制御装置30により内
部圧力を100〜30OPaの間の値に設定した後、R
Fパワーを300〜750Wの間の値として基板14と
外部電極18との間でグロー放電させて膜を作製する。
ここで、有効電極面積は1500cm2であるので。
RFパワー密度は0.2〜0.5W/Cm”となる、こ
のようにして作成した膜の成長速度は約3000λ/分
という高速となる。
第1図はこのような、種々の成長条件で行って得られた
実験結果の一例を示す混合比−暗電導度特性(ドーピン
グ特性)曲線図である。
第1図において、曲線Iはこの発明の方法で製作された
膜の特性を示し1曲線■は従来の方法で製作された膜の
特性をそれぞれ示す、尚、同図の横軸には混合比([B
2 H6] / [5tHa ])をププロトしてあり
、縦軸には暗電導度σL をプロットして示しである。
この発明による膜の成長条件は、全流量5005CCM
、圧力を200Pa、RFパワーを400W、成長速度
を約3000λ/分とし、従来の膜の成長条件は全流量
1503CCM、圧力を7OPa、RFパワーを300
W、成長速度を300Å/分とした。そして、この発明
及び従来の場合共に、混合比はBをドープしない零の場
合から混合比が約1O−3までの範囲内で変化させ、そ
の他の条件はこの発明及び従来の方法共に、同一の条件
として実験を行った。
この第1図の実験結果からも理解出来るように、従来方
法の場合には、曲線■で示されるように混合比が1O−
4より大きくなると暗電導度σムが増加してこの値を境
として膜がP型となり、Bドープ量の増分に対するσ藏
の変化量はそれほど大きくはないことが分る。
一方、この発明の方法の場合には、曲線工で示されるよ
うに、混合比が1O−5付近の値を境にして膜はP型と
なり、Bドープ量の増分に対するσよ の変化量は従来
よりも大きく、同一のBドープ量では従来よりも遥に暗
電導度σ五が大きくP型が強まるという高いドーピング
効率が得られることが分る。
また、従来の膜の場合には、混合比が1O−4以上で基
板への付着力の低下が見られたが、この方法により得ら
れた膜の場合には、そのような付着力の低下は見られな
かった。
このように、この発明の方法によれば、ドーピング効率
が高くなるが、その原因は成長速度の高速化の結果であ
ると考えられ、例えば、成長速度を100OA/分とな
る条件において作製した場合には、ドーピング特性は1
図示していないが、曲線Iと夏との中間の特性を示す、
このように、成長速度は速い方がドーピング効率は良く
なる。
上述した実験結果は特定の成長条件において得られたも
のであるが、この発明の範囲内の他の成長条件で得られ
た膜も従来よりもドーピング効率が著しく向上している
尚、高速成長を達成するには、原理的には原料ガスを多
く導入し、気圧を高くしてRFパワーを高くしてグロー
放電分解を行えば良いが、原料ガスを増量すると、ガス
効率が下り、気圧を高くし過る(>200Pa)と、放
電は不安定となる。
また、RFパワーの上限は電流容量によって制限される
また、上述したこの発明の実施例ではシランガスとして
SiH,とじたが、 S i@  )(2tnl’ n
≧2のシランガスでも良い。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の方法に
よれば、高速成長で、P型膜−3i:H薄膜を作成する
ことが出来ると共に、単に成長速度が速くなるというだ
けでなく、ドーピング効率が高くなるので、Bドープ量
が少ない状態ですなわち混合比(CB2 H6] / 
[S i H4] )が従来の十分の−又はそれ以下の
小さい値で、P型膜とすることが出来る。
また、Bドープ量が少なくて済むということは、膜質の
均一な膜を得る最適成長条件の範囲を従来よりも広げる
ことが出来、有利である。
さらに、Bドープ量を多くしても、膜のP型持性がます
ます強まるが、従来のように膜の白濁。
ブリスター等が発生することがなく、しかも、膜の下地
層への付着力が弱まることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のP型アモルファスシリコン薄膜の製
造方法の説明に供する特性曲線図。 第2図はこの発明の実施に使用した装置の概略を示す断
面図である。 lO・・・反応容器、    12・・・ヒータ14・
・・下地層(基板)、18・・・モータ18・・・外部
電極、    20・・・ガス導入口22・・・排気口
、     24・・・導入管2B・・・流量調整装置
、  28・・・排気管30・・・自動圧力制御装置 32・・・メカニカルブースタポンプ 34・・・油回転ポンプ、  36・・・マツチングボ
ックス38・・・高周波(RF)電源。 特許出願人    沖電気工業株式会社第2図 手続補正書 昭和61年6月28日

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ジボランとシランとの混合ガスとを反応容器内に
    送り、該混合ガスのグロー放電分解によりP型アモルフ
    ァスシリコン薄膜を下地層上に成長させて製造するに当
    り、 前記反応容器内の混合ガス圧を100〜300Paの範
    囲内の値とし及び高周波パワー密度を0.2〜0.5W
    /cm^2の範囲内の値としたこと を特徴とするP型アモルファスシリコン薄膜の製造方法
  2. (2)成長速度を1000Å/分以上の値としたことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のP型アモルファ
    スシリコン薄膜の製造方法。
JP60079049A 1985-04-13 1985-04-13 P型アモルフアスシリコン薄膜の製造方法 Pending JPS61237420A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0707344A3 (en) * 1994-09-19 1996-08-28 Hitachi Ltd Semiconductor device using a thin layer of polysilicon and method of making it
US5561074A (en) * 1994-04-22 1996-10-01 Nec Corporation Method for fabricating reverse-staggered thin-film transistor

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