JPS6223450B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体膜の製造方法に関し、さらに詳
述すれば、水素を含む半導体膜のプラズマ中での
製造方法およびその製造装置に関するものであ
る。

従来、水素を含む半導体膜は一般にプラズマ中
での化学反応を用いて作成されている。現在この
半導体として広く知られているものは水素含有の
アモルフアスシリコン（以下ａ−Si：Ｈと略記す
る）、水素含有のアモルフアスゲルマニウム（ａ
−Ge：Ｈ）などの非晶質半導体がある。

従来ａ−Si：Ｈ膜はプラズマ中、すなわちグロ
ー放電、反応性スパツタリング等で作成すること
ができるが、プラズマの不安定であるため、形成
された半導体膜は均質な特性が得られなかつた。
その理由としては反応装置内および各部品に付着
している水蒸気H₂O、酸素O₂、窒素N₂、一酸化
炭素CO、二酸化炭素CO₂などの吸着ガスがプラ
ズマ中の水素イオンに結合して水素濃度の安定性
に大いに関係しているからである。例えば、形成
されたSi膜の比抵抗値の製造ロツト内、ロツト間
のバラツキは著しく、この傾向は高抵抗値になる
に従つて著しくなる。したがつて10⁹Ωcm以上の
高比抵抗値を有するａ−Si：Ｈ膜の電気的、化学
的性質に再現性が乏しく量産に向かないという大
きな欠点がある。

また、一方において、従来真空蒸着装置などの
吸着ガスの除去のために、装置の外部にヒータを
設けて装置内を一様に加熱させて脱ガスする方法
が取られているが、この方法では装置の内部に水
冷しなければならない個所、たとえば電子ビーム
蒸着ではルツボ、スパツタ装置ではターゲツト部
分および基板ホルダー（水冷しないとプラズマに
より基板が加熱される）なども同時に加熱してし
まい、適正に加熱することが難しく脱ガスはどう
しても不十分となるという欠点がある。

本発明の目的は上記の欠点を解消し、再現性の
ある良質の半導体膜を提供するにある。

上記目的を達成するための本発明の構成は、赤
外線ランプなどの熱源部分が露呈されていない熱
線発生装置をプラズマ発生室内部に設けて、該赤
外線ランプの照射角度を可変にして所定の個所を
照射させる工程を設けたことにある。本発明は上
記構成によるので赤外線ランプはガスが豊富に吸
着している所定の各部品に適正な温度で加熱でき
る。従つて吸着ガスが上記各部品から離脱し、離
脱した吸着ガスは真空ポンプで引かれて脱ガス状
態になる。この脱ガス状態の下でプラズマ還元性
ガスが反応するので、有害な吸着ガスの影響が全
くない特性の良好な半導体が得られる。以下図を
用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の思想を説明するための装置の
概略構成図である。

プラズマ発生手段として、例えばアノード（陽
極）１０７とカソード（陰極）１０４を備えたプ
ラズマ発生容器１０１と、上記容器の内部にあつ
て所定の位置に設置された熱線発生装置１０５と
から構成され、上記熱線発生装置は、プラズマ発
生前に予じめ、上記容器１０１の内壁、アノー
ド、カソード、試料保持台などを中心として、前
記各部品が所定の温度になるまで熱線の照射が行
なわれる。

前記各部品は、熱線によりエネルギーを受ける
ので吸着ガスとの結合が解け、吸着ガスは上記容
器内空間に放出され、同時に排気装置（図示せ
ず）により排気され、上記容器内はクリーンな状
態に保たれる。

この様に、クリーンな雰囲気中でプラズマによ
り半導体膜が形成されるので、プラズマガスと吸
着ガスの化学的な結合は全く行なわれなくなり、
膜質の均質な安定した半導体膜が提供される。以
下具体的な実施例を用いて詳細に説明する。

第２図は本発明に用いるプラズマ発生室内の配
置の概略図である。１は高周波電源、２は整合回
路、３，４は電極、５は照射角の可変な赤外線ラ
ンプ、６はプラズマ発生領域、７はシリコンター
ゲツト、８は基板（ガラス、シリコンなどの金
属）である。電源パワーにより高周波スパツタも
２極グロー放電が可能である。ただし、２極グロ
ー放電の場合には通常Siソースとしてモノシラン
（SiH₄）が用いられる。

実施例 １ まずスパツタリングによるａ−Si：Ｈ膜の作成
について説明する。

上記第２図に示すようにネサ電極の付いた基板
８を設置させ、１×10^-6torrまで排気する。つい
で赤外線ランプ５を上下左右に回転させながら、
プラズマ発生室内の内壁、基板ホルダー（通常電
極４と兼用）、ターゲツト７の各部分を200〜250
℃くらいまで加熱して吸着ガスの脱ガスを行な
う。通常、水蒸気（水分）酸素、窒素、一酸化炭
素、二酸化炭素などの吸着ガスは上記温度範囲、
及び真空雰囲気中で完全に脱ガスされる。脱ガス
後基板８を所定温度に設定したら、電源から
13.56MHz、300Wのパワーを印加し、該電極間
３，４間でスパツタリングを開始し、所望のａ−
Si：Ｈ膜を形成する。

第３図に本発明による方法（実線２１）で作成
したａ−Si：Ｈ膜と従来の方法（破線２２）で作
成したものとの抵抗値を比較する。これからわか
るように、本発明では半導体が10¹³Ωcmという高
抵抗値にも拘らず抵抗値のバラツキが±５％以下
で再現性がよい。このため画像デバイス用高抵抗
膜が得られる。たとえばこの材料を用いた撮像管
では光励起されたキヤリアの横方向の拡散が防止
出来、高解像度800TV本以上のものが容易に得ら
れている。

実施例 ２ 第２図に示すようなプラズマ室にSiH₄を導入
して、放電パワー20〜30Wを印加するとプラズマ
が発生し、基板８上にａ−Si：Ｈ膜が形成され
る。この場合にも赤外線ランプ５でプラズマを発
生させる前に前述のプラズマ室内の所定の個所を
200〜250℃まで加熱することによつて得られたａ
−Si：Ｈ膜の電気的、化学的性質には高い再現性
が得られている。

実施例 ３ 第２図に示すようなプラズマ室に半導体膜を形
成するソースガス（一般に化合物）を導入して、
放電パワー20〜30Wを印加するとプラズマが発生
し、基板上に水素含有のアモルフアス半導体膜が
形成される。この様なアモルフアス半導体として
は、ａ−Si−Ｃ−Ge、ａ−Si−Ｃ、ａ−Ge、ａ
−Ge−Si等がある。これらはａ−Si：Ｈと同じ
様な方法で形成されるので詳細は省略するが、当
業者にとつては容易に実施できることはいうまで
もない。

この場合にも赤外線ランプ５でプラズマを発生
される前に前述のプラズマ室内の所定の個所を
200〜250℃まで加熱して均質な半導体膜の形成を
行なつた。また、以上の実施例では、全て赤外線
ランプを用いたが、レーザー光線など、発熱光源
部が所定の容器体に収納され、光源部の金属イオ
ンが容器体外に放出されてプラズマ容器内部を汚
染させない熱線発生装置であれば赤外線ランプ同
様、適用されることはいうまでもない。

次に本発明の他の具体例を説明する。

本発明はプラズマ発生容器内部の容器内壁およ
び所定の部品に予じめ無機材料がコーテイングさ
れてある装置に適用すると一層効果的である。

第４図はこのコーテイングを行なつたスパツタ
装置の断面を示す説明図である。１０１はスパツ
タを行なうための真空排気し得る容器（以下、ベ
ルジヤーと称する。）で一般に金属性である。３
は水冷電極、７はスパツタ用ターゲツト、４は基
板ホルダー、２０６はベルジヤーを真空排気台と
気密になすためのパツキング、１は電源、２は整
合回路であり、赤外線ランプ５が上記容器内部に
設置されており前述の発明のプラズマ発生装置と
変るところがない。なお、２０９，２１０はガス
導入口、１１１は真空排気系に接続される。

まず、スパツタ用ターゲツト７としてSiO₂タ
ーゲツトを取り付け、ベルジヤー１０１内を１×
10^-6Torrまで排気する。アルゴンをベルジヤー
内に導入し、圧力を〜10^-3Torrとなす。次いで
放電パワー300W、5hrs放電させ、ベルジヤー内
の内壁にSTO₂膜２０２を形成させる。膜厚は
200Å〜数μｍ程度であれば十分である。以上の
操作で第４図に図示した如く真空容器内の大部分
がSiO₂膜で覆われるが、図示した如く、単にベ
ルジヤー部内壁だけでなく、スパツタ用ターゲツ
ト保持手段、基板ホルダー等の表面もSiO₂膜で
覆う。

次にこのスパツタ装置を用いて非晶質半導体材
料を製作する過程を述べる。

今度は、スパツタ用ターゲツト７として溶融シ
リコンターゲツトを装着する。基板ホルダー５上
に基板として直径１インチのガラス基板を準備す
る。ガラス基板上にはいわゆるネサ膜を形成して
おく。これはこのガラス基板の撮影管のターゲツ
トとして用いるためである。他の目的の場合、ネ
サ膜が不必要なことはいうまでもない。ベルジヤ
ー内を１×10^-6Torr程度に排気し、次いで、赤
外線ランプ５を回転させながら上記ベルジヤー内
壁、基板ホルダー４、ターゲツト７を中心とした
ベルジヤー内各部分を200〜250℃くらいまで加熱
して吸着ガスの脱ガスを行なう。酸化膜２０２が
コーテイングされているが、照射条件は異ること
はない。これは酸化膜厚が前述の様に極めて薄い
ためである。しかし、後述するように窒化膜等他
の無機材料の膜質あるいは所望する膜厚がそれぞ
れ異なる場合は、実質的に200〜250℃になる様照
射時間等の調整が必要であることはいうまでもな
い。

次いでガス導入口２０９，２１０より各々水素
ガスおよびアルゴンガスを全圧として５×
10^-3Torr導入する。アルゴンの代りに他の希ガ
スを用いても良い。ガス圧はスパツタを引きおこ
す放電を維持出来る程度で良く通常のスパツタ法
と変わりない。水素ガスは分圧比で５〜50％の範
囲で選択される。本例では水素濃度を20％とし
た。次いで放電入力電力300W、120分のスパツタ
を行なつた。前記ガラス基板上に２μｍの水素を
含有した非晶質シリコン膜が形成された。なお、
基板温度は室温ないし300℃程度の範囲で設定さ
れる。150〜250℃が最も実用的な範囲である。

コーテイング膜として酸化膜を用いたが、この
他にも金属酸化物としてAl₂O₃、Nb₂O₅、CeO₂
等、また金属窒化物としてはSi₃N₄、BN、SeN、
GaN、HfN等を用いることが出来る。なかでも
SiO₂が用い易く又有用である。この様にその内
部に電極を持つスパツタ室の内壁を前述した金属
酸化物等で被覆する場合、厚さとしては200Å以
上とするのが良い。必要以上厚く被覆しても効果
は変らないので実用上0.1μｍないし数μｍ程度
以下で十分である。

この実施例の別の形態としてはガラス等の金属
酸化物や金属窒化物等を主体とした無機材料で真
空排気可能な容器を構成しても良い。

これまで説明したスパツタ装置を用い、スパツ
タ時のガス雰囲気に水素を含有せしめ、所望の半
導体膜（たとえば第族、族、族、族元素
と水素の結合による非晶質材料）、たとえばシリ
コン（Si）、ゲルマニウム（Ge）、アンチモン
（Sb）、あるいはこれらの混合物質等をスパツタ
することにより、再現性良く水素を含有した非晶
質半導体膜を作製することが出来る。

また、プラズマ発生容器内にSiH₄を導入し、
容器内に設けられた電極間に放電電力を印加し、
プラズマを発生させるグロー放電法により含水素
非晶質半導体膜を製造する場合にも、再現性向上
に関し効果を奏する。

以上詳述したように酸化されやすい水素を含む
半導体をプラズマ雰囲気中で形成させる場合にお
いては、H₂O、O₂などの吸着ガスの存在は極め
て、その半導体の特性を左右するものであるの
で、本発明の実施例で用いたａ−Si：Ｈ膜に限ら
ず、前に例示したような他の水素を含む半導体
（Ge：Ｈ、Sb：Ｈなど）にも本発明が適用される
ことはいうまでもない。又、元素周期表第、
、、族元素と水素との結合による非晶質ま
たは結晶質をプラズマ雰囲気中で形成させる場合
も、当業者であれば本発明を容易に実施し得るこ
とはいうまでもなく、しかも従来のグロー放電、
スパツタ蒸着に比べて、高純度化が可能であるの
でｐ、ｎ不純物の濃度制御が容易になつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するためのプラズマ室内
の概略図、第２図は本発明の一実施例としてのプ
ラズマ室内の概略図である。第３図は本発明の有
効性を示すための特性図で、本発明および従来法
で作成したａ−Si：Ｈ膜の比抵抗の再現性を示し
たものである。第４図は本発明の他の実施例とし
てのプラズマ室内の概略図である。 １は高周波電源、２は整合回路、３，４は電
極、５は赤外線ランプ、６はプラズマ、７はシリ
コンターゲツト（グロー放電の場合には必要な
い）、８は基板（ガラスまたはシリコンなどの金
属）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プラズマ中での含水素非晶質半導体膜の製造
   方法において、該プラズマを発生する装置内の所
   定の個所に設けた熱線発生装置によつて該装置内
   の所定の個所を照射して該所定の個所の脱ガスを
   行なつた後に該半導体膜を製造することを特徴と
   する含水素非晶質半導体膜の製造方法。 ２ プラズマ中での含水素非晶質半導体膜の製造
   装置において、該プラズマを発生する装置内の所
   定の個所に、所定の個所を照射する熱線を発生す
   る手段、該熱線を照射する所定の個所を変更でき
   る手段、および該熱線の照射を行なつた後に該半
   導体膜を製造する手段を少なくとも有することを
   特徴とする含水素非品質半導体膜の製造装置。 ３ 上記プラズマを発生する装置の容器内壁およ
   び該容器内の所定の部品に予じめ無機材料がコー
   テイングされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の含水薬非晶質半導体膜の製造装
   置。 ４ 上に無機材料が金属の酸化物もしくは窒化物
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の含水素非品質半導体膜の製造装置。 ５ 上に熱線を照射する所定の個所がターゲツト
   および基板ホルダーであることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の含水素非器質半導体膜の
   製造装置。