JPS63234516A - Formation of thin film multilayer structure - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、たとえば光起電力素子、薄膜半導体素子、電
子写真用の感光デバイスなどの薄膜多層構造の形成方法
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for forming a thin film multilayer structure, such as a photovoltaic device, a thin film semiconductor device, a photosensitive device for electrophotography, etc.
(従来の技術)
従来、機能性膜、殊に非晶質ないし多結晶質の半導体膜
は、所望される物理的特性や用途などの観点から個々に
適した成膜方法が採用されている。(Prior Art) Conventionally, functional films, particularly amorphous or polycrystalline semiconductor films, have been formed using film formation methods that are individually suited from the viewpoint of desired physical properties and applications.
例えば、必要に応じて、水素原子(H)やハロゲン原子
(X)等の補償剤で不対電子が補償された非晶質や多結
晶質の非単結晶シリコン(以後rNON−5i(H,X
)Jと略記し、その中でも殊に非晶質シリコンを示す場
合にはr八−5i(H,X)J 、 %結晶質シリコン
を示す場合にはrpoly−5i()I、 X)Jと記
す)膜等のシリコン系堆積膜(なお、俗に言う微結晶シ
リコンはA−Si (H,X)の範喀にはいることは断
るまでもない)の形成には、真空蒸着法、プラズマCV
D法、熱CVD法、反応スパッタリング法、イオンブレ
ーティング法、光CVD法などが試みられており、一般
的には、プラズマCVD法が広く用いられ、企業化され
ている。For example, if necessary, amorphous or polycrystalline non-single crystal silicon (rNON-5i (H, X
) J, especially when it represents amorphous silicon, it is abbreviated as r8-5i (H, Vacuum evaporation, plasma CV
D method, thermal CVD method, reactive sputtering method, ion blating method, optical CVD method, etc. have been tried, and in general, plasma CVD method is widely used and commercialized.
しかしながら、従来から一般化されているプラズマCV
D法によるシリコン系堆積膜の形成においての反応プロ
セスは、従来のCVD法に比較してかなり複雑であり、
その反応機構も不明な点が少なくない。また、その堆積
膜の形成パラメータも多く(例えば、基体温度、導入ガ
スの流量と比、形成時の圧力、高周波電力、電極構造、
反応容器の構造、排気の速度、プラズマ発生方式など)
これらの多くのパラメータの組み合せによるため、時に
はプラズマが不安定な状態になり、形成された堆積膜に
著しい悪影響を与えることが少なくなかった。そのうえ
、装置特有のパラメータを装置ごとに選定しなければな
らず、したがって製造条件を一般化することがむずかし
いというのが実状であった。However, plasma CV, which has been popular for a long time,
The reaction process in forming a silicon-based deposited film using the D method is considerably more complicated than that of the conventional CVD method.
The reaction mechanism also has many unknown points. In addition, there are many formation parameters for the deposited film (for example, substrate temperature, flow rate and ratio of introduced gas, pressure during formation, high frequency power, electrode structure,
(reaction vessel structure, pumping speed, plasma generation method, etc.)
Due to the combination of these many parameters, the plasma sometimes becomes unstable, which often has a significant adverse effect on the deposited film formed. Moreover, it is necessary to select device-specific parameters for each device, making it difficult to generalize manufacturing conditions.
他方、シリコン系堆積膜として電気的、光学的特性を各
用途毎に十分に満足させ得るものを発現させるためには
、現状ではプラズマCVD法によって形成することが最
良とされている。On the other hand, in order to develop a silicon-based deposited film that satisfies the electrical and optical characteristics for each application, it is currently considered best to form it by plasma CVD.
しかしながら、シリコン系堆積膜の応用用途によっては
、大面積化、膜厚均一性、膜品質の均一性を十分満足さ
せて再現性のある量産化を図らねばならないため、プラ
ズマCVD法によるシリコン系堆積膜の形成においては
、量産装置に多大な設備投資が必要となり、またその量
産のための管理項目も複雑になり、管理許容幅も狭く、
装置の調整も微妙であることから、これらのことが、今
後改善すべき問題点として指摘されている。However, depending on the application of the silicon-based deposited film, it is necessary to achieve mass production with reproducibility by satisfying the requirements of large area, uniform film thickness, and uniform film quality. When forming a film, a large amount of capital investment is required for mass production equipment, and the control items for mass production are also complex, and the tolerance for control is narrow.
Since the adjustment of the device is also delicate, these have been pointed out as problems that should be improved in the future.
また、プラズマCVD法の場合には、成膜される基体の
配されている堆積空間において高周波あるいはマイクロ
波などによって直接プラズマを発生しているために、発
生する電子や多数のイオン種が成膜過程において膜にダ
メージを与え膜品質の低下、膜品質の不均一化の要因と
なっている。In addition, in the case of plasma CVD method, since plasma is directly generated by high frequency waves or microwaves in the deposition space where the substrate to be deposited is placed, the generated electrons and many ion species are This damages the film during the process, causing a decline in film quality and non-uniform film quality.
特に、多層構造を有する半導体素子の場合、各層間の界
面状態が素子の特性に大きく影響することが知られてい
る。In particular, in the case of a semiconductor device having a multilayer structure, it is known that the state of the interface between each layer greatly influences the characteristics of the device.
たとえば、光起電力素子においては非晶質シリコンをi
層とした場合には、該層を挟んで2層、n層が形成され
ており、各層の形成条件は原料ガス種、流量、プラズマ
放電強度、圧力などすべて異なるため、各堆積層形成の
際に、放電を止めて完全なガス交換を行フたり、ガス種
、流量、プラズマ放電強度を徐々に変化させて変化層を
設けたり、または各堆積層を別々の堆積室で形成したり
することで、各堆積層間の界面状態を良好にして素子特
性の向上が図られている。For example, in photovoltaic devices, amorphous silicon is
In the case of a layer, two layers and an n layer are formed with the layer in between, and the formation conditions for each layer are different, such as raw material gas type, flow rate, plasma discharge intensity, pressure, etc., so when forming each deposited layer, In addition, the discharge may be stopped to perform complete gas exchange, the gas type, flow rate, and plasma discharge intensity may be gradually changed to provide variable layers, or each deposited layer may be formed in a separate deposition chamber. In this way, the interface conditions between the deposited layers are improved to improve device characteristics.
しかしながら、これらいずれの方法によっても、第2層
以降の堆積膜の積層工程において、すでに堆積された膜
表面が再び次の堆積膜形成のためのプラズマ放電にさら
された場合にはプラズマによるダメージを受けるため、
各堆積膜間の界面状態は決して満足のゆく改良がなされ
ているとは言えず、素子特性の大幅な変化向上は認めら
れなかった。又、各堆積層それぞれについても膜特性を
向上させるための最適な堆積膜形成法が種々検討されて
いるが、薄膜多層構造を形成する場合には半導体素子全
体の特性向上のため、各堆積層の特徴を生かした堆積膜
形成法の組み合わせの検討が必要である。However, with any of these methods, if the surface of the already deposited film is again exposed to plasma discharge for forming the next deposited film in the process of stacking the second and subsequent deposited films, it will be damaged by the plasma. In order to receive
It cannot be said that the interface conditions between the deposited films have been improved satisfactorily, and no significant change or improvement in device characteristics was observed. In addition, various studies have been conducted on the optimal method for forming deposited films in order to improve the film characteristics of each deposited layer. However, when forming a thin film multilayer structure, each deposited layer is It is necessary to consider combinations of deposited film formation methods that take advantage of the characteristics of
本発明は上記のような問題を解決すべくなされたもので
、光起電力素子、薄膜トランジスタ、電子写真用感光体
などの薄膜多層構造の界面状態が良好で素子などの特性
を維持させながら、低コストな装置で省エネルギー化を
図って量産化できる薄膜多層構造の形成方法を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to improve the interface state of thin film multilayer structures such as photovoltaic elements, thin film transistors, and electrophotographic photoreceptors, while maintaining the characteristics of the elements. The object of the present invention is to provide a method for forming a thin film multilayer structure that can be mass-produced using inexpensive equipment and energy saving.
すなわち、本発明は、禁制帯幅制御された半導体薄膜を
有する薄膜多層構造の形成方法において、成膜空間内に
設けられた触媒効果を有する遷移金属元素の単体又は合
金より成る発熱体に、ハロゲンおよび水素のうちの少な
くとも一種の元素を分子内に含む堆積膜形成用原料物質
又は/及び前記成膜空間とは別に設けられた活性化空間
にて該堆積膜形成用原料物質より生成される前駆体と禁
制帯幅調整剤となる元素を含む化合物とを接触させて熱
解離反応によって活性化させ、堆積膜形成用の原料とな
る前駆体及び/又は活性種を生成させることによって前
記禁制帯幅制御された半導体薄膜の少なくとも一層を形
成し、かつその他の薄膜の少なくとも一層を、堆積膜形
成用の原料となる前駆体と該前駆体と相互作用をする活
性種とを別々に堆積空間に導入することによって形成す
ることを特徴とする。That is, the present invention provides a method for forming a thin film multilayer structure having a semiconductor thin film with a controlled bandgap, in which a halogen is added to a heating element made of a simple substance or an alloy of a transition metal element having a catalytic effect and provided in a film forming space. and/or a precursor produced from the deposited film forming raw material in an activation space provided separately from the film forming space. The forbidden band width is adjusted by contacting the compound containing the element that serves as the forbidden band width adjusting agent and activating it through a thermal dissociation reaction to generate precursors and/or active species that serve as raw materials for forming the deposited film. In order to form at least one layer of a controlled semiconductor thin film and at least one layer of another thin film, a precursor that is a raw material for forming a deposited film and an active species that interact with the precursor are separately introduced into a deposition space. It is characterized by being formed by
上記本発明による薄膜多層構造及びその形成方法によれ
ば、界面特性の良い多層構造が得られ、又各堆積層の形
成が、原料ガスの使用効率を向上させるとともに、膜厚
均一性、膜品質の均一性を十分満足させて管理の簡素化
と量産化を図り、量産装置に多大な設備投資も必要とせ
ず、又その量産のための管理項目も明確になり、管理許
容幅も広く、装置の調整も簡単となる。According to the above-described thin film multilayer structure and method for forming the same according to the present invention, a multilayer structure with good interfacial properties can be obtained, and the formation of each deposited layer improves the usage efficiency of raw material gas, and improves film thickness uniformity and film quality. By fully satisfying the uniformity of the data, management can be simplified and mass production can be achieved, and there is no need for large capital investments in mass production equipment.In addition, the management items for mass production have become clear, the management tolerance range has been widened, and the equipment has been improved. It is also easy to adjust.
以下本発明をさらに詳しく説明する。The present invention will be explained in more detail below.
本発明における禁制帯幅制御された薄膜を形成するため
の成膜空間においては、プラズマを生起させる代りに、
成膜空間に、ハロゲン及び水素のうちの少なくとも一種
の元素を分子内に含む堆積膜形成用の原料物質又は/及
び前記成膜空間とは別に設けられた活性化空間にて該堆
積膜形成用原料物質より生成される前駆体を導入し、該
物質又は前駆体を成膜空間内に設けられた遷移金属の単
体又は合金から成る発熱体の触媒作用により活性化して
、堆積膜形成用の原料となる前駆体及び/又は活性種を
生成させる。これによって、堆積膜を形成するので、形
成される堆積膜は、成膜中にエツチング作用、あるいは
その他の例えば異常放電作用などによる悪影響を受ける
ことはない。In the film forming space for forming a thin film with controlled bandgap according to the present invention, instead of generating plasma,
A raw material for forming a deposited film containing in its molecule at least one element selected from halogen and hydrogen in the film forming space and/or a material for forming the deposited film in an activation space provided separately from the film forming space. A precursor produced from a raw material is introduced, and the material or precursor is activated by the catalytic action of a heating element made of a single transition metal or an alloy provided in a film forming space to produce a raw material for forming a deposited film. A precursor and/or an active species is generated. Since a deposited film is thereby formed, the deposited film thus formed is not adversely affected by etching action or other adverse effects such as abnormal discharge action during film formation.
上記堆積膜形成用の原料となる前駆体及び/又は活性種
は、遷移金属の単体または合金を触媒とする熱解離反応
によって生成されるために、たとえば・H,:5iH7
,: SiF2. : 5iHFなどのラジカルを出
発物として想定でき、反応のメカニズムが極めてシンプ
ルとなる。The precursors and/or active species that serve as the raw materials for forming the deposited film are generated by a thermal dissociation reaction catalyzed by a simple substance or an alloy of transition metals.
,: SiF2. : A radical such as 5iHF can be assumed as a starting material, and the reaction mechanism becomes extremely simple.
又、成膜空間でプラズマを使用しないので、堆積膜の形
成パラメータとしては、堆積膜形成用原料物質の導入量
、発熱体および基体の温度、発熱体の基体からの距離お
よび位置、そして圧力となり、したがって堆積膜形成の
条件コントロールが容易になり、再現性、量産性のある
堆積膜を形成させることができる。In addition, since plasma is not used in the film forming space, the parameters for forming the deposited film are the amount of introduced material for forming the deposited film, the temperature of the heating element and the base, the distance and position of the heating element from the base, and the pressure. Therefore, the conditions for forming a deposited film can be easily controlled, and a deposited film with reproducibility and mass production can be formed.
なお、本発明での「前駆体」とは、形成される堆積膜の
原料に成り得るものを言う。「活性種」とは、前記前駆
体と化学的相互作用を起して例えば前駆体にエネルギー
を与えたり、前駆体と化学的に反応したりして、前駆体
をより効率よく堆積膜が形成出来る状態にする役目を荷
うものを言う。従って、活性種としては、形成される堆
積膜を構成する構成要素に成る構成要素を含んでいても
よく、あるいはその様な構成要素を含んでいなくともよ
い。Note that the "precursor" in the present invention refers to something that can serve as a raw material for a deposited film to be formed. "Active species" means chemical interaction with the precursor, for example, giving energy to the precursor, or chemically reacting with the precursor to form a deposited film more efficiently. It refers to something that is responsible for making things possible. Therefore, the active species may contain constituent elements constituting the deposited film to be formed, or may not contain such constituent elements.
さらに、ハロゲン及び水素のうち少なくとも一種の元素
を含む前駆体及び/又は活性種を遷移金属の単体または
合金の触媒作用によって基体近傍に生成できるために、
原料ガスの使用効率を格段に向上させることができる。Furthermore, since precursors and/or active species containing at least one element among halogen and hydrogen can be generated near the substrate by the catalytic action of a single transition metal or an alloy,
The efficiency of raw material gas usage can be significantly improved.
また、原料ガスを活性化する手段が遷移金属の単体また
は合金から成る発熱体であるために、この発熱体の形状
を基板の膜形成面の大きさに応じて任意に調整すること
により、微小面積から大面積にわたって複雑な形状の基
板の上にでも均一な堆積膜を形成することができる。In addition, since the means for activating the raw material gas is a heating element made of a single transition metal or an alloy, the shape of this heating element can be arbitrarily adjusted according to the size of the film formation surface of the substrate. A uniform deposited film can be formed over a large area even on a substrate with a complex shape.
また、遷移金属の単体または合金から成る発熱体が基体
近傍にあるために、原料ガスより生成される前駆体及び
/又は活性種の寿命については特に制限されない。Further, since the heating element made of a single transition metal or an alloy is located near the base, there is no particular restriction on the lifespan of the precursor and/or active species generated from the raw material gas.
本発明で用いられる発熱体となる遷移金属の単体または
合金としては、昇華、飛散などにより堆積膜中へ混入し
にくいものを選ぶことが望ましく、又、これらを用いて
活性化する際に、これらが混入しにくい活性化条件を選
ぶ必要がある。そのような材料としては、周期律表第4
周期あるいは第5周期、第6周期の元素の中の金属およ
び合金を挙げることができ、これらの中でもIV、V。It is desirable to select transition metals or alloys that are difficult to mix into the deposited film due to sublimation, scattering, etc. as the transition metals or alloys that serve as the heating element used in the present invention. It is necessary to choose activation conditions that are unlikely to cause contamination. Such materials include those found in the fourth part of the periodic table.
Mention may be made of metals and alloys of the elements of the period or the fifth and sixth periods, among which are IV and V.
■、■、■族に属する遷移金属を好適に用いることがで
きる。Transition metals belonging to groups (1), (2), and (2) can be suitably used.
具体的には例えば、Tj、 Nb、 V 、 Cr、
Mo、 W 。Specifically, for example, Tj, Nb, V, Cr,
Mo, W.
Fe、 Zr、 IH,Ta、 Ni、 Go、 Rh
、 Pt、 Pd、 Au、 Mn。Fe, Zr, IH, Ta, Ni, Go, Rh
, Pt, Pd, Au, Mn.
Ag、 Zn、 Cd、 Pd−八g、 Ni
−Cr、 W−Th、 W−Re、 W−Moな
どが挙げられる。Ag, Zn, Cd, Pd-8g, Ni
-Cr, W-Th, W-Re, W-Mo and the like.
木発明において、成膜空間内に設けられる遷移金属の単
体又は合金から成る発熱体の基体からの距離は、基体の
熱による損傷を防ぐこと、あるいは前駆体の効率良い基
体への移動などの点から、好適には1〜200mm、よ
り好適には2〜50mm、最適には5〜20mmとされ
るのが望ましい。In the invention, the distance from the substrate of the heating element made of a single transition metal or an alloy provided in the film forming space is determined in order to prevent damage to the substrate due to heat or to efficiently transfer the precursor to the substrate. Therefore, it is preferably 1 to 200 mm, more preferably 2 to 50 mm, and optimally 5 to 20 mm.
また、本発明において、成膜空間内に設けられる遷移金
属の単体または合金から成る発熱体の発熱温度は、好適
には100℃〜3000℃、より好適には200℃〜2
500℃、最適には500℃〜2000℃とされるのが
望ましい。Further, in the present invention, the heating temperature of the heating element made of a single transition metal or an alloy provided in the film forming space is preferably 100°C to 3000°C, more preferably 200°C to 200°C.
The temperature is desirably 500°C, most preferably 500°C to 2000°C.
発熱体の形状としては、線状、フィラメント状、メツシ
ュ状、平板状、ハニカム状などいずれかを選ぶことによ
って、前駆体及び/又は活性種の生成断面積を変化させ
ることができ、前駆体と活性種との反応を制御し、基板
形状に合わせて均一な堆積膜を作製することができる。By selecting the shape of the heating element, such as linear, filament, mesh, flat plate, or honeycomb, the cross-sectional area of the precursor and/or active species can be changed. By controlling the reaction with active species, it is possible to produce a uniform deposited film that matches the shape of the substrate.
木発明において、禁制帯幅制御された薄膜の成膜用に用
いられるハロゲン及び水素の内生なくとも一種の元素を
その分子内に含む堆積膜形成用原料ガスとしては、ケイ
素を主骨格とする化合物、炭素を主骨格とする化合物、
ゲルマニウムを主骨格とする化合物、及び水素、フッ化
水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素などが挙げられ
る。In the invention, the raw material gas for forming a deposited film containing in its molecules at least one element of halogen and hydrogen used for forming a thin film with a controlled bandgap has a main skeleton of silicon. Compounds, compounds with carbon as the main skeleton,
Examples include compounds having germanium as a main skeleton, hydrogen, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, hydrogen iodide, and the like.
これらの化合物は適宜必要に応じて混合して使用する。These compounds are mixed and used as appropriate.
ケイ素を主骨格とする化合物としては、例えば鎖状又は
環状シラン化合物及び鎖状または環状シラン化合物の水
素原子の一部ないし全部をハロゲン原子で置換した化合
物が用いられ、具体的には、例えば、直鎖状シラン化合
物としては]nH7n+z (n = 1.’2.3.
4.5.6.7.8) 、分岐状鎖状シラン化合物とし
ては、5iH3SfH(SjH:lI) SiH2Si
H3、環状シラン化合物としてはSi、821 (n
=3.4.5.6) 、また、5iuY2u+2(uは
1以上の整数、YはF、(J 、 Br及びIより選択
される少なくとも1種の元素である。)で示される鎖状
ハロゲン化ケイ素、5ivY2v(vは3以上の整数、
Yは前述の意味を有する。)で示される環状ハロゲン化
ケイ素、5iJXY、 (u及びYは前述の意味を有
する。x+y=2uまたは2u+2である。)で示され
る鎖状又は環状ケイ素化合物などが挙げられる。As the compound having silicon as the main skeleton, for example, a chain or cyclic silane compound and a compound in which some or all of the hydrogen atoms of the chain or cyclic silane compound are substituted with halogen atoms are used, and specifically, for example, As a linear silane compound] nH7n+z (n = 1.'2.3.
4.5.6.7.8), as a branched chain silane compound, 5iH3SfH(SjH:lI) SiH2Si
H3, Si, 821 (n
= 3.4.5.6), and a chain halogen represented by 5iuY2u+2 (u is an integer of 1 or more, Y is F, (at least one element selected from J, Br, and I) silicon oxide, 5ivY2v (v is an integer of 3 or more,
Y has the meaning given above. ), 5iJXY, linear or cyclic silicon compounds represented by (u and Y have the above-mentioned meanings, x+y=2u or 2u+2), and the like.
具体的には例えばSiF4 、 (SiF2)5 、
(SiF2)6 。Specifically, for example, SiF4, (SiF2)5,
(SiF2)6.
(SiF2)4 、5i7F6 、5i3FB 、 5
jHF3 、 SiH2F2゜5iCA4 、 (S
iCl2)5 、5iBr、1 、 (SjBT2)5
.5i2CI6Sf2ET6.5iHG13.5iH2
G12 、5iHBr3.5iHI3 。(SiF2)4, 5i7F6, 5i3FB, 5
jHF3, SiH2F2゜5iCA4, (S
iCl2)5, 5iBr,1, (SjBT2)5
.. 5i2CI6Sf2ET6.5iHG13.5iH2
G12, 5iHBr3.5iHI3.
5i2C13F3.5i2H3F3 、5i2H7F4
、5i7H3CI3゜5i282C14などのガス状
態のまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。5i2C13F3.5i2H3F3, 5i2H7F4
, 5i7H3CI3°5i282C14, etc., or those that can be easily gasified.
これらのケイ素化合物は、1種用いても2種以北を併用
してもよい。These silicon compounds may be used alone or in combination of two or more.
木発明において使用される禁制帯幅拡大元素を含む化合
物としては、炭素含有化合物、酸素含有化合物、窒素含
有化合物などを挙げることができる。Examples of the compound containing the forbidden band widening element used in the wood invention include carbon-containing compounds, oxygen-containing compounds, nitrogen-containing compounds, and the like.
具体的には、炭素含有化合物としては、例えば鎖状又は
環状炭化水素化合物および鎖状または環状炭化水素化合
物の水素原子の一部ないし全部をハロゲン原子で置換し
た化合物が用いられ、具体的には、例えば、 CTIH
2n+2(nは1以上の整数)、に++Ln+1(nは
1以上の整数)、cn)l、n(nは1以上の整数)で
表わされる飽和および不飽和炭化水素、またはCtaY
2u+2(uは1以上の整数、YはF、 CI、 Br
及びIより選択される少なくとも一種の元素である。)
で示される鎖状ハロゲン化炭素、CvY2V(Vは3以
上の整数、Yは前述の意味を有する。)で示される環状
ハロゲン化ケイ素、 c、nXy、 (uおよびYは
前述の意味を有する。x+y=2uまたは2u+2であ
る。)で示される鎖状または環状炭素化合物などが挙げ
られる。Specifically, as the carbon-containing compound, for example, a chain or cyclic hydrocarbon compound and a compound in which some or all of the hydrogen atoms of the chain or cyclic hydrocarbon compound are replaced with halogen atoms are used, and specifically, , for example, CTIH
Saturated and unsaturated hydrocarbons represented by 2n+2 (n is an integer of 1 or more), ++Ln+1 (n is an integer of 1 or more), cn)l, n (n is an integer of 1 or more), or CtaY
2u+2 (u is an integer greater than or equal to 1, Y is F, CI, Br
and at least one element selected from I. )
Chain halogenated carbon represented by CvY2V (V is an integer of 3 or more, Y has the above-mentioned meaning), cyclic silicon halide, c, nXy, (u and Y have the above-mentioned meaning). x+y=2u or 2u+2), etc.).
具体的には例えばCF4. (CF2)り、 (GFz
)6゜(OF2)4. [l:2F6. C3F8.
CHF3. CH2F2. cc、4゜ccc+2)
、、 、 CBr4. (CBr2)、、 、
c、ct6. C2Br6 。Specifically, for example, CF4. (CF2) Ri, (GFz
)6°(OF2)4. [l:2F6. C3F8.
CHF3. CH2F2. cc, 4゜ccc+2)
, , CBr4. (CBr2),, ,
c, ct6. C2Br6.
C8013、OH,+GI2 、 CHI3 、 C
H+T2 、 C2に13F3 。C8013, OH, +GI2, CHI3, C
H+T2, 13F3 on C2.
C2H3Fa 、 C2H2F4などのガス状態のまた
は容易にガス化し得るものが挙げられる。Examples include those that are in a gaseous state or can be easily gasified, such as C2H3Fa and C2H2F4.
これらの炭素化合物は、1種用いても2種以上を併用し
てもよい。These carbon compounds may be used alone or in combination of two or more.
酸素含有化合物としては、 02. CO2、NO。As the oxygen-containing compound, 02. CO2, NO.
NO7,N、0.03. Go、 H20,GH30H
,(:H3CH2叶などの化合物を挙げることができる
。NO7, N, 0.03. Go, H20, GH30H
, (:H3CH2).
窒素含有化合物としては、H7,Nl+3. N2H5
N3゜N2 H4、NHJ 3などを挙げることができ
る。Examples of nitrogen-containing compounds include H7, Nl+3. N2H5
N3°N2 H4, NHJ 3, etc. can be mentioned.
本発明において使用される禁制帯輻縮/11元素を含む
化合物としては、例えば、ゲルマニウム化合物、スズ化
合物などが有効なものとして挙げることができる。Effective examples of the compound containing forbidden band convergence/eleven elements used in the present invention include germanium compounds and tin compounds.
具体的には、ゲルマニウムを主骨格とする化合物として
、例えば鎖状又は環状水素化ゲルマニウム化合物及び/
In状又は環状ゲルマニウム化合物の水素原子の一部な
いし全部をハロゲン原子で置換した化合物が用いられ、
具体的には、例えば、GeuY2u+、(uは1以上の
整数、YはF、 CI、 Br及びIより選択される少
なくとも1種の元素である。)で示される鎖状ハロゲン
化ゲルマニウム、GevY2v(vは3以上の整数、Y
は前述の意味を有する。)て示される環状ハロゲン化ゲ
ルマニウム、GeuHxY y (uおよびYは前述
の意味を有する。X+V==2uまたは2u+2である
。)で示される鎖状または環状化合物などが挙げられる
。Specifically, as a compound having germanium as a main skeleton, for example, a chain or cyclic germanium hydride compound and/or
A compound in which part or all of the hydrogen atoms of an In-like or cyclic germanium compound is replaced with a halogen atom is used,
Specifically, for example, a chain germanium halide represented by GeuY2u+ (u is an integer of 1 or more, Y is at least one element selected from F, CI, Br, and I), GevY2v ( v is an integer of 3 or more, Y
has the meaning given above. ), a linear or cyclic compound represented by GeuHxY y (u and Y have the above-mentioned meanings; X+V==2u or 2u+2), and the like.
具体的には例えばGeH4、Ge2H6、GeF4 。Specifically, for example, GeH4, Ge2H6, GeF4.
(GeF2)5 、 (GeF2)r、 、 (GeF
2)4 、 Ge2F6 。(GeF2)5 , (GeF2)r, , (GeF
2) 4, Ge2F6.
Ge3FB 、 Ge肝3 、 GeH2F2. Ge
CI4 、 (GeCI2)51GeBr4 、 (
Ge2Er6)5. Gc2CI6. Ge2Er6.
GeHGI3゜GeH2CI2 、 Ge1
(8丁3. GeHT3 、 Ge2CI
3F3゜Ge7H3F3 、 Ge7H3CI3. G
e2H+F4 、 Ge+H2CI4などのガス状態の
または容易にガス化し得るものが挙げられる。Ge3FB, Ge liver 3, GeH2F2. Ge
CI4, (GeCI2)51GeBr4, (
Ge2Er6)5. Gc2CI6. Ge2Er6.
GeHGI3゜GeH2CI2, Ge1
(8-3. GeHT3, Ge2CI
3F3゜Ge7H3F3, Ge7H3CI3. G
Examples include those that are in a gaseous state or can be easily gasified, such as e2H+F4 and Ge+H2CI4.
また、スズ化合物としては、例えばSnH4などの水素
化スズを挙げることができる。Furthermore, examples of the tin compound include tin hydride such as SnH4.
なお、禁制帯幅の制御された堆積膜の形成方法と、禁制
帯幅の制御がされない堆積膜の形成方法とは、異なるも
のであるが、双方の堆積膜形成手段を同一の堆積膜形成
装置内に配設してもよい。Although the method of forming a deposited film with a controlled forbidden band width and the method of forming a deposited film with an uncontrolled forbidden band width are different, both methods of forming a deposited film can be performed using the same deposited film forming apparatus. It may be placed inside.
ただし、いずれか一方の形成手段を用いている時は他方
の形成手段は中止させておく必要がある。However, when using one of the forming means, it is necessary to stop the other forming means.
また、上記双方の堆積膜形成手段をゲートバルブなどを
介して連結させ、連続的に双方の堆積膜を形成すること
もできる。It is also possible to connect both of the above deposited film forming means via a gate valve or the like to form both deposited films continuously.
また、価電子制御された堆積膜を形成する場合の価電子
制御剤としては、シリコン系半導体膜およびゲルマニウ
ム系半導体膜の場合には、p型の価電子制御剤、所謂P
型不純物として働く周期律表第■族Aの元素、例えばB
、 AI、 Ga、 Tn、 TIなどを含む化合物
、およびn型の価電子制御剤、所謂n型不純物として働
く周期律表第■族Aの元素、例えばN、 P、 八s、
Sb、 Biなどを含む化合物を挙げることが出来る
。In addition, as a valence electron control agent for forming a deposited film with controlled valence electrons, in the case of silicon-based semiconductor films and germanium-based semiconductor films, a p-type valence electron control agent, so-called P
Elements from group A of the periodic table that act as type impurities, such as B
, AI, Ga, Tn, TI, etc., and n-type valence electron control agents, elements of group Ⅰ A of the periodic table that act as so-called n-type impurities, such as N, P, 8S,
Compounds containing Sb, Bi, etc. can be mentioned.
具体的にはNH3,HN3. N2H5N3. N2H
,、N)14N3゜PH3、P2H41八sH3,Sb
H3,BiH3,B2H6,B4H16゜B、 H9・
”、>HII・ H61”+16・ 86HI2・A
I (CH3)3 。Specifically, NH3, HN3. N2H5N3. N2H
,,N)14N3゜PH3,P2H418sH3,Sb
H3, BiH3, B2H6, B4H16°B, H9・
”,>HII・H61”+16・86HI2・A
I (CH3)3.
八](C2Hs)3. Ga(CH3)3. In(C
H3)3などを有効なものとして挙げることができる。8] (C2Hs)3. Ga(CH3)3. In(C
H3) 3 etc. can be cited as effective examples.
なお、これら価電子制御剤は、多量に添加することで禁
制帯幅調整剤として用いることもできる。In addition, these valence electron control agents can also be used as a bandgap adjusting agent by adding a large amount.
本発明における薄膜多層構造にて、前記禁制帯幅制御さ
れた半導体薄膜の他の少なくとも一層の堆積膜を形成す
る方法は、第1図、第2図を用いて説明すれば、堆積膜
を形成するための堆積空間(八)に分解空間(B)にお
いて生成される堆積膜形成用の原料となる前駆体と分解
空間(C)において生成され、前記前駆体と相互作用を
する活性種とを夫々別々に導入することによって、前記
基板上に堆積膜を形成することを特徴とするものである
。The method for forming at least one deposited film other than the bandgap-controlled semiconductor thin film in the thin film multilayer structure of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the deposition space (8), a precursor that is a raw material for forming a deposited film produced in the decomposition space (B) and an active species that is produced in the decomposition space (C) and interacts with the precursor are mixed. The method is characterized in that a deposited film is formed on the substrate by introducing each separately.
このように、堆積空間(八)でプラズマを使用しないの
で、堆積膜の形成パラメータが導入する前駆体および活
性種の導入量、基板および堆積空間内の温度、堆積空間
内の内圧となり、したがって堆積膜形成のコントロール
が容易になり、再現性、量産性のある堆積膜を形成させ
ることができる。In this way, since plasma is not used in the deposition space (8), the formation parameters of the deposited film are the amount of introduced precursors and active species, the temperature in the substrate and the deposition space, and the internal pressure in the deposition space. Control of film formation becomes easier, and deposited films can be formed with reproducibility and mass production.
本発明では、堆積空間(A>に導入される分解空間(B
)からの前駆体は、その寿命が好ましくは0.01秒以
上、より好ましくは0.1秒以上、最適には1秒以上あ
るものが、所望に従って選択されて使用され、この前駆
体の構成要素が堆積空間(A)で使用させる堆積膜を構
成する主成分を構成するものとなる。また、分解空間(
C)から導入される活性種はその寿命が好ましくは10
秒以下、より好ましくは8秒以下、最適には5秒以下の
ものである。この活性種は堆積空間(A)で堆積膜を形
成する際、同時に分解空間(B)から堆積空間(八)に
導入され、形成される堆積膜の主構成成分となる構成要
素を含む前記前駆体と化学的に相互作用する。その結果
、所望の基板上に所望の堆積膜が容易に形成される。In the present invention, the decomposition space (B) introduced into the deposition space (A>
) is selected and used as desired, having a lifetime of preferably 0.01 seconds or more, more preferably 0.1 seconds or more, optimally 1 second or more, and the composition of this precursor The elements constitute the main components constituting the deposited film used in the deposition space (A). Also, the decomposition space (
The active species introduced from C) preferably has a lifetime of 10
It is less than 1 second, more preferably less than 8 seconds, optimally less than 5 seconds. When forming a deposited film in the deposition space (A), these active species are simultaneously introduced into the deposition space (8) from the decomposition space (B), and are introduced into the precursor containing the constituent elements that will become the main constituents of the deposited film to be formed. Interacts chemically with the body. As a result, a desired deposited film can be easily formed on a desired substrate.
この方法によれば、堆積空間(八)内でプラズマを生起
させないで形成される堆積膜は、エツチング作用、ある
いはその他の例えば異常放電作用などによる悪影響を受
けることは、実質的にない。According to this method, the deposited film formed without generating plasma in the deposition space (8) is substantially not adversely affected by etching action or other effects such as abnormal discharge action.
また、堆積空間(A)の雰囲気温度、基板温度を所望に
従って任意に制御することにより、より安定したCVD
法とすること、また、この方法が従来のCVD法と違う
点の1つは、あらかじめ堆積空間(A)とは異なる空間
において活性化された活性種を使うことである。このこ
とにより、従来のCVD法より堆積速度を飛躍的に伸ば
すことが出来、加えて堆積膜形成の際の基板温度も一層
の低温化を図ることが可能になり、膜品質の安定した堆
積膜を工業的に大量に、しかも低コストで提供出来る。Furthermore, by arbitrarily controlling the atmospheric temperature of the deposition space (A) and the substrate temperature as desired, more stable CVD can be achieved.
One of the differences between this method and the conventional CVD method is that active species activated in advance in a space different from the deposition space (A) are used. As a result, the deposition rate can be dramatically increased compared to the conventional CVD method, and in addition, the substrate temperature during deposition film formation can be further lowered, resulting in a deposited film with stable film quality. can be provided industrially in large quantities and at low cost.
本発明において分解空間(C)で生成される活性種は放
電、光、熱などのエネルギーであるいはそれなどの併用
によって励起されるばかりではなく、触媒などとの接触
、あるいは添加により生成されてもよい。In the present invention, the active species generated in the decomposition space (C) are not only excited by energy such as electric discharge, light, and heat, or by a combination thereof, but also by contact with or addition of a catalyst, etc. good.
本発明において、分解空間(B)に導入される原材料と
しては、硅素原子に電子吸引性の高い原子または原子団
、あるいは極性基が結合しているものが利用される。そ
のようなものとしては、例えば5iJ21+2 (n
=I、 2.3−、 X=F、 CI、 Br。In the present invention, the raw material introduced into the decomposition space (B) is one in which an atom or atomic group having high electron-withdrawing properties, or a polar group is bonded to a silicon atom. As such, for example, 5iJ21+2 (n
=I, 2.3-, X=F, CI, Br.
1) 、 (SiX2)n (n≧3.X=F、CI
、Br、I)。1), (SiX2)n (n≧3.X=F, CI
, Br, I).
5inH2n++ (n =1,2.3 =、 X
=:F、CI、Br、I)。5inH2n++ (n = 1, 2.3 =, X
=: F, CI, Br, I).
5ilH2X71 (n =1. 2. 3 =−、
X=F、 C1,Br、 I)などが挙げられる。5ilH2X71 (n = 1. 2. 3 = -,
Examples include X=F, C1, Br, and I).
具体的には例えば5jF4 、 (SiF2)5 、
(SiF+)6 。Specifically, for example, 5jF4, (SiF2)5,
(SiF+)6.
(SiF、)4. Si2F6. SiHF3. Si
H2F2゜5iCI4 (SiC12)rSiBr4
、 (SiBr4)sなどのガス状態】
の又は容易にガス化し得るものが挙げられる。(SiF,)4. Si2F6. SiHF3. Si
H2F2゜5iCI4 (SiC12)rSiBr4
, (SiBr4)s, etc.) or those that can be easily gasified.
また、SiH2(C6H5)2 、 SiH2(ON)
、なども形成される堆積膜の使用目的によっては使用さ
れる。Also, SiH2(C6H5)2, SiH2(ON)
, etc. may also be used depending on the intended use of the deposited film to be formed.
上述したものに、分解空間(B)で熱、光、放電などの
分解エネルギーを加えることにより、前駆体が生成され
る。この前駆体を堆積空間(八)へ導入する。この際、
前駆体の寿命が望ましくは0.01秒以上あることが必
要で、堆積効率および堆積速度の上昇を促進させ、堆積
空間(A)において、分解空間(C)から導入される活
性種との活性化反応の効率を増し、その際、必要であれ
ばプラズマなどの放電エネルギーを使用しないで、堆積
空間(A)内あるいは基板上に熱、光などのエネルギー
を与えることで、所望の堆積膜の形成が達成される。A precursor is generated by adding decomposition energy such as heat, light, or discharge to the above-described material in the decomposition space (B). This precursor is introduced into the deposition space (8). On this occasion,
It is necessary that the lifetime of the precursor is preferably 0.01 seconds or more, which promotes the increase in deposition efficiency and deposition rate, and increases the activity in the deposition space (A) with the active species introduced from the decomposition space (C). In order to increase the efficiency of the chemical reaction, if necessary, the desired deposited film can be formed by applying energy such as heat or light to the deposition space (A) or onto the substrate without using discharge energy such as plasma. Formation is achieved.
本発明において、分解空間(C)に導入され、活性種を
生成させる原料としては、H2、SiH4。In the present invention, the raw materials introduced into the decomposition space (C) to generate active species include H2 and SiH4.
SiH3F、 5it(301,5iH3Br、 5i
H31などの他、He、八rなどの稀ガスが挙げられる
。SiH3F, 5it (301,5iH3Br, 5i
In addition to H31, rare gases such as He and 8R can be used.
本発明において堆積空間(A)における分解空間(B)
から導入される前駆体の量と分解空間(C)から導入さ
れる活性種の量の割合は、堆積条件、活性種の種類など
で適宜所望に従って決められるが、好ましくは10:1
〜1:10(導入流量比)が適当であり、より好ましく
は8:2〜4:6とされるのが望ましい。In the present invention, the decomposition space (B) in the deposition space (A)
The ratio of the amount of precursor introduced from the decomposition space (C) to the amount of active species introduced from the decomposition space (C) is determined as desired depending on the deposition conditions, the type of active species, etc., but is preferably 10:1.
~1:10 (introduction flow rate ratio) is appropriate, more preferably 8:2 ~ 4:6.
また、価電子制御をするための価電子制御剤をドーピン
グするには、層形成の際に不純物導入用の原料物質をガ
ス状態で分解空間(B)あるいは(C)中に導入してや
ればよい。Further, in order to dope a valence electron control agent for controlling valence electrons, a raw material for introducing impurities may be introduced in a gaseous state into the decomposition space (B) or (C) during layer formation.
本発明において使用される価電子制御剤としては、シリ
コン系半導体膜およびゲルマニウム系半導体膜の場合に
は、p型の価電子制御剤、所謂p型不純物として働く周
期律表第■族Aの元素、例えばB、 AI、 Ga、
In、 TIなどを含む化合物、およびn型の価電子
制御剤、所謂n型不純物として働く周期律表第V1b、
Aの元素、例えばN、 P、 As。In the case of silicon-based semiconductor films and germanium-based semiconductor films, the valence electron control agent used in the present invention is a p-type valence electron control agent, an element of group Ⅰ A of the periodic table that acts as a so-called p-type impurity. , for example B, AI, Ga,
Compounds containing In, TI, etc., and n-type valence electron control agents, V1b of the periodic table that act as so-called n-type impurities,
A elements such as N, P, As.
Sb、 Bjなどを含む化合物を挙げることが出来る。Compounds containing Sb, Bj, etc. can be mentioned.
具体的には、NH3,HN3. N、H,N3. N2
H4゜N)14N3 、 PH3、P2H4,AsH3
,SbH3,8iH3,821−16゜B4H,◇・
P5H9・ BSHII・ n6H16・ B6H12
・Al(CH3)3. Al(C2H5)3. Ga(
CH3)3. In(CH3)3などを有効なものとし
て挙げることができる。Specifically, NH3, HN3. N, H, N3. N2
H4゜N)14N3, PH3, P2H4, AsH3
,SbH3,8iH3,821-16゜B4H,◇・
P5H9・BSHII・n6H16・B6H12
・Al(CH3)3. Al(C2H5)3. Ga(
CH3)3. In(CH3)3 and the like can be cited as effective examples.
本発明において使用される基体としては、形成される堆
積膜の用途に応じて適宜所望に応じて選択されるもので
あれば導電性でも電気絶縁性であってもよい。導電性基
体としては、例えば、NiCr、ステンレス、八l、
Or、 Mo、 Au、 Ir、 Nb。The substrate used in the present invention may be electrically conductive or electrically insulating, as long as it is appropriately selected depending on the intended use of the deposited film to be formed. Examples of the conductive substrate include NiCr, stainless steel,
Or, Mo, Au, Ir, Nb.
Ta、 V、 Ti、 Pt、 Pdなどの金属または
これなどの合金が挙げられる。Examples include metals such as Ta, V, Ti, Pt, and Pd, and alloys thereof.
電気絶縁性基体としては、ポリエステル、ポリエチレン
、ポリカーボネート、セルローズアセテート、ポリプロ
ピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリス
チレン、ポリアミドなどの合成樹脂のフィルムまたはシ
ート、ガラス、セラミックなどが通常使用される。これ
らの電気絶縁性基体は、好適には少なくともその一方の
表面が導電処理され、該導電処理された表面側に他の層
が設けられるのが望ましい。As the electrically insulating substrate, films or sheets of synthetic resins such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, glass, ceramic, etc. are usually used. Preferably, at least one surface of these electrically insulating substrates is subjected to a conductive treatment, and another layer is preferably provided on the conductive treated surface side.
例えばガラスであれば、その表面がNiCr、 八]。For example, if it is glass, its surface is NiCr, [8].
Cr、 Mo、 八u、 Ir、 Nb、
Ta、 V 、 Ti、 Pt、 Pd。Cr, Mo, 8u, Ir, Nb,
Ta, V, Ti, Pt, Pd.
In2O3、5n02. ITO(In203 +5n
02)などの薄膜を設けることによって導電処理され、
あるいはポリエステルフィルム等の合成樹脂フィルムで
あれば、NiCr、八]、 Ag、 Pb、 Zn、旧
、 Au、 Cr、 Mo。In2O3, 5n02. ITO (In203 +5n
Conductive treatment is performed by providing a thin film such as 02),
Or, in the case of a synthetic resin film such as a polyester film, NiCr, Ag, Pb, Zn, Au, Cr, Mo.
Ir、 Nb、 Ta、 V 、 Tj、 Ptなどの
金属で真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリングなど
で処理し、または前記金属でラミネート処理して、その
表面が導電処理される。支持体の形状としては、円筒状
、ベルト状、板状など、任意の形状とし得、所望によっ
て、その形状が決定される。The surface is treated with a metal such as Ir, Nb, Ta, V, Tj, or Pt by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, or the like, or laminated with the metal to make the surface conductive. The shape of the support may be any shape, such as a cylinder, a belt, or a plate, and the shape is determined according to desire.
基体は、基体と膜との密着性および反応性を考慮して上
記の中より選ぶのが好ましい。さらに両者の熱膨張の差
が大きいと膜中に多量の歪が生じ、良品質の膜が得られ
ない場合があるので、両者の熱膨張の差が近接している
基体を選択して使用するのが好ましい。The substrate is preferably selected from the above in consideration of the adhesion and reactivity between the substrate and the membrane. Furthermore, if the difference in thermal expansion between the two is large, a large amount of distortion will occur in the film, and a good quality film may not be obtained. Therefore, select and use a substrate with a close difference in thermal expansion between the two. is preferable.
又、基体の表面状態は、膜の構造(配向)や鎖状組織の
発生に直接関係するので、所望の特性が得られる様な膜
構造と膜組織となる様に基体の表面を処理するのが望ま
しい。In addition, the surface condition of the substrate is directly related to the structure (orientation) of the film and the generation of chain structures, so it is important to treat the surface of the substrate so that it has a film structure and structure that provides the desired properties. is desirable.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
まず、第1図は、本発明による薄膜多層構造の形成方法
を実施するための堆積膜形成装置の模式的構成図である
。First, FIG. 1 is a schematic diagram of a deposited film forming apparatus for carrying out the method for forming a thin film multilayer structure according to the present invention.
本装置では、堆積膜形成用の前駆体及び/又は活性種を
生成させるための手段としての遷移金属の単体又は合金
より成る発熱体及び2つの活性化室(^)、(B)が設
けられている。This device is equipped with a heating element made of a single transition metal or an alloy and two activation chambers (^) and (B) as means for generating precursors and/or active species for forming a deposited film. ing.
101は真空チャンバーであって、遷移金属の単体又は
合金より成る発熱体105が、基体117に対向して設
置されている。発熱体は導線106により不図示の電源
装置に接続されており、電力が供給され発熱する。101 is a vacuum chamber, in which a heating element 105 made of a single transition metal or an alloy is placed facing a base 117. The heating element is connected to a power supply device (not shown) by a conductive wire 106, and is supplied with electric power and generates heat.
102は堆積膜形成用の原料物質導入管であり、不図示
のボンベよりバルブ104、ガス供給パイプ103より
原料物質が導入される。Reference numeral 102 denotes a raw material introduction pipe for forming a deposited film, into which raw material is introduced from a cylinder (not shown) through a valve 104 and a gas supply pipe 103.
120は、基体117を成膜時に適当な温度に加熱した
り、或いは、成膜前に基体117を予備加熱したり、更
には、成膜後、膜をアニールする為に加熱する基体加熱
用ヒータである。Reference numeral 120 denotes a heater for heating the substrate 117 for heating the substrate 117 to an appropriate temperature during film formation, preheating the substrate 117 before film formation, and further heating for annealing the film after film formation. It is.
基体加熱用ヒータ]20は、導線127を介して温度コ
ントローラー122により電力が供給される。[Substrate heating heater] 20 is supplied with electric power by a temperature controller 122 via a conductive wire 127.
121は、基体温度(Ts)の温度を測定制御する為の
熱電対で温度コントローラー122に導線108により
接続されている。121 is a thermocouple for measuring and controlling the temperature of the substrate (Ts), and is connected to the temperature controller 122 by a conductive wire 108.
また、基体117が設置される基体ホルダー118は固
定治具119を用いて、発熱体105とのf?I’i
I+を適宜変化させることがてきる。Further, the substrate holder 118 on which the substrate 117 is installed is connected to the heating element 105 using a fixing jig 119. I'i
I+ can be changed as appropriate.
また、真空チャンバー101には、活性化室(A)11
2および(B) 107が接続され、活性化室(A)に
は赤外線加熱炉114が、活性化室(B)にはマイクロ
波発生装置109が各々接続されている。The vacuum chamber 101 also includes an activation chamber (A) 11.
2 and (B) 107, an infrared heating furnace 114 is connected to the activation chamber (A), and a microwave generator 109 is connected to the activation chamber (B).
活性化室(八) 112内には必要に応じて固体54粒
を詰め、赤外線加熱炉114により加熱される。不図示
のボンベより導入された前駆体生成用の原料ガスは、バ
ルブ116及びガス供給バイブ115を介して活性化室
(A) 112に導入され、加熱された固体54粒との
反応により堆積膜形成用の前駆体を生成し、さらに該前
駆体は導入管113より成膜空間125へ導かれる。Activation chamber (8) 112 is filled with 54 solid particles as required, and heated by an infrared heating furnace 114. A raw material gas for producing a precursor introduced from a cylinder (not shown) is introduced into the activation chamber (A) 112 via a valve 116 and a gas supply vibrator 115, and reacts with 54 heated solid particles to form a deposited film. A precursor for formation is generated, and the precursor is further introduced into the film forming space 125 through the introduction pipe 113.
一方、活性化室(11) 107では、不図示のボンベ
よりバルブ111及びガス供給バイブ115を介して導
入された活性種生成用の原料ガスは、マイクロ波発生装
置109より供給されるマイクロ波エネルギーの作用下
で活性種を生成し、該活性種は導入管127より成膜空
間125へ導かれる。On the other hand, in the activation chamber (11) 107, raw material gas for active species generation introduced from a cylinder (not shown) via a valve 111 and a gas supply vibrator 115 is supplied with microwave energy supplied from a microwave generator 109. Active species are generated under the action of the active species, and the active species are introduced into the film forming space 125 through the introduction pipe 127.
本発明の場合、基体117と導入管113.127のガ
ス排出口との距離は、形成される堆積膜の種類及びその
所望される特性、ガス流量、真空チャンバーの内圧等を
考慮して適切な状態になる様に決められる。In the case of the present invention, the distance between the substrate 117 and the gas outlet of the inlet pipe 113, 127 is determined appropriately by considering the type of deposited film to be formed, its desired characteristics, gas flow rate, internal pressure of the vacuum chamber, etc. It is decided according to the situation.
各ガス導入管、各ガス供給パイプライン及び真空チャン
バー101は、メイン真空バルブ123、メイン排気管
124を介して不図示の真空排気装置により真空排気さ
れ、そのときの真空チャンバー101内の圧力は圧力計
126によりモニターされる。Each gas introduction pipe, each gas supply pipeline, and the vacuum chamber 101 are evacuated by a vacuum evacuation device (not shown) via a main vacuum valve 123 and a main exhaust pipe 124, and the pressure inside the vacuum chamber 101 at that time is A total of 126 monitors are used.
第2図は、本発明による禁制帯幅の制御された堆積膜の
形成手段と、禁制帯幅の制御がされない堆積膜の形成手
段とをゲートバルブを介して連結させた堆積膜形成装置
の模式的構成図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a deposited film forming apparatus in which a means for forming a deposited film with a controlled forbidden band width according to the present invention and a means for forming a deposited film whose forbidden band width is not controlled are connected via a gate valve. It is a configuration diagram.
201は成膜予備室であり、基体213の加熱、冷却処
理及び表面処理を行う目的で設置されており、ゲートバ
ルブ204.205を介して大気側及び成膜室202と
連結されている。Reference numeral 201 denotes a deposition preliminary chamber, which is installed for the purpose of heating, cooling, and surface treatment of the substrate 213, and is connected to the atmosphere side and the deposition chamber 202 via gate valves 204 and 205.
215は基体加熱用ヒータであり、導線216を介して
温度コントローラー218により電力が供給される。Reference numeral 215 denotes a heater for heating the substrate, and power is supplied by a temperature controller 218 via a conductive wire 216.
217は、基体ホルダー214の温度を測定制御する為
の熱電対で温度コントローラー218に接続されている
。217 is a thermocouple for measuring and controlling the temperature of the substrate holder 214, and is connected to a temperature controller 218.
222は基体表面処理用のガス導入管であり、不図示の
ボンベよりガス供給バイブ223、バルブ224を介し
て基体表面処理用のガスが導入される。Reference numeral 222 denotes a gas introduction pipe for substrate surface treatment, into which gas for substrate surface treatment is introduced from a cylinder (not shown) via a gas supply vibrator 223 and a valve 224.
ガス導入管、ガス供給パイプライン及び成膜予備室20
1は、メイン真空バルブ207、メイン排気管210を
介して不図示の真空排気装置により真空排気され、その
ときの成膜予備室201内の圧力は圧力計219により
モニターされる。Gas introduction pipe, gas supply pipeline and film deposition preliminary chamber 20
1 is evacuated by a vacuum evacuation device (not shown) via a main vacuum valve 207 and a main exhaust pipe 210, and the pressure inside the film-forming preliminary chamber 201 at this time is monitored by a pressure gauge 219.
221は基体搬送用クランプであり、駆動治具220に
より駆動し、基体213を隣室へ搬送することができる
。Reference numeral 221 is a clamp for transporting the substrate, which is driven by the drive jig 220 and can transport the substrate 213 to the next room.
228は基体表面処理用の励起エネルギー発生手段であ
り、高周波発生用電極、紫外線照射ランプ等が設置され
、電源229に接続されている。Reference numeral 228 denotes excitation energy generation means for substrate surface treatment, which is equipped with a high frequency generation electrode, an ultraviolet irradiation lamp, etc., and is connected to a power source 229.
202は堆積膜形成用の前駆体及び/又は活性種を生成
させるための手段としての遷移金属の単体又は合金より
成る発熱体が設置された成膜室(^)である。202 is a film forming chamber (^) in which a heating element made of a single transition metal or an alloy is installed as a means for generating a precursor and/or an active species for forming a deposited film.
230は遷移金属の単体又は合金より成る発熱体であり
、導線231を介し不図示の電源装置に接続されており
電力が供給され発熱する。Reference numeral 230 denotes a heating element made of a single transition metal or an alloy, which is connected to a power supply device (not shown) via a conductive wire 231, and generates heat upon being supplied with electric power.
発熱体230は基体213に対向して設置されており、
発熱体と基体213との距離は基体ホルダー214に具
備された固定治具243を用いて適宜変化させることが
できる。The heating element 230 is installed facing the base 213,
The distance between the heating element and the base 213 can be changed as appropriate using a fixing jig 243 provided on the base holder 214.
225は堆積膜形成用原料物質導入管であり、不図示の
ボンベよりガス供給バイブ226、バルブ227を介し
て原料物質が導入される。Reference numeral 225 denotes a raw material introduction pipe for forming a deposited film, into which the raw material is introduced from a cylinder (not shown) via a gas supply vibrator 226 and a valve 227.
244は堆積膜形成用の前駆体を生成させる為の活性化
室(E)であって不図示のボンベより堆積膜形成用原料
ガスがガス供給バイブ246、バルブ247を介して導
入され、必要に応じて固体54粒が詰められ、赤外線加
熱炉245により加熱される。Reference numeral 244 denotes an activation chamber (E) for generating a precursor for forming a deposited film, in which raw material gas for forming a deposited film is introduced from a cylinder (not shown) via a gas supply vibrator 246 and a valve 247. Accordingly, 54 solid particles are packed and heated by an infrared heating furnace 245.
ここで生成された前駆体は導入管248より成膜室(A
) 202内へ導入される。The precursor generated here is introduced into the film forming chamber (A) through the introduction pipe 248.
) 202.
ガス導入管、ガス供給パイプライン及び成膜室(八)
202は、メイン真空バルブ208、メイン排気管21
1を介して不図示の真空排気装置により真空排気され、
そのときの成膜室(八)内の圧力は圧力計219により
モニターされる。Gas introduction pipe, gas supply pipeline and film forming chamber (8)
202 is a main vacuum valve 208 and a main exhaust pipe 21
1, and is evacuated by a vacuum evacuation device (not shown).
The pressure inside the film forming chamber (8) at that time is monitored by a pressure gauge 219.
203は成膜室(B)であり、活性化室(C) 、 (
D)232、235が設けられている。活性化室(C)
235には赤外線加熱炉236が、活性化室(D)
232にはマイクロ波発生装置233が各々接続されて
いる。203 is a film forming chamber (B), an activation chamber (C), (
D) 232, 235 are provided. Activation room (C)
235 includes an infrared heating furnace 236 and an activation chamber (D).
A microwave generator 233 is connected to each of the microwave generators 232 .
活性化室(C:) 235内には必要に応じて固体Si
粒を詰め、赤外線加熱炉236により加熱される。不図
示のボンベより導入された前駆体生成用の原料ガスは、
バルブ239及びガス供給パイプ238を介して活性化
室(A) 235に導入され、加熱された固。Activation chamber (C:) 235 contains solid Si as needed.
The grains are packed and heated by an infrared heating furnace 236. The raw material gas for precursor generation introduced from a cylinder (not shown) is
The solids are introduced into the activation chamber (A) 235 via a valve 239 and a gas supply pipe 238 and heated.
体Si粒との反応により堆積膜形成用の前駆体を生成し
、さらに該前駆体は導入管237より成膜空間242へ
導かれる。A precursor for forming a deposited film is generated by the reaction with the Si particles, and the precursor is further introduced into the film forming space 242 through the introduction pipe 237.
一方、活性化室(D) 232では、不図示のボンベよ
りバルブ241及びガス供給パイプ240を介して導入
された活性種生成用の原料ガスは、マイクロ波発生装置
233より供給されるマイクロ波エネルギーの作用下で
活性種を生成し、該活性種は導入管234より成膜空間
242へ導かれる。On the other hand, in the activation chamber (D) 232, raw material gas for active species generation introduced from a cylinder (not shown) via a valve 241 and a gas supply pipe 240 is supplied with microwave energy supplied from a microwave generator 233. Active species are generated under the action of the active species, and the active species are introduced into the film forming space 242 through the introduction pipe 234.
本発明の場合、基体213と導入管234.237のガ
ス排出口との距離は、形成される堆積膜の種類及びその
所望される特性、ガス流量、真空チャンバーの内圧等を
考慮して適切な状態になる様に決められる。In the case of the present invention, the distance between the base body 213 and the gas outlet of the inlet pipes 234 and 237 is determined appropriately by considering the type of deposited film to be formed, its desired characteristics, gas flow rate, internal pressure of the vacuum chamber, etc. It is decided according to the situation.
各ガス導入管、各ガス供給パイプライン及び成膜室(B
) 203は、メイン真空バルブ209、メイン排気管
212を介して不図示の真空排気装置により真空排気さ
れ、そのときの成膜室(B) 203内の圧力は圧力計
219によりモニターされる。Each gas introduction pipe, each gas supply pipeline and film forming chamber (B
) 203 is evacuated by a vacuum evacuation device (not shown) via a main vacuum valve 209 and a main exhaust pipe 212, and the pressure inside the film forming chamber (B) 203 at this time is monitored by a pressure gauge 219.
これらの堆積膜形成装置を用い、本発明による薄膜多層
構造の形成方法によって、薄膜トランジスタ(以下、T
PTという。)、太陽電池および電子写真用像形成部材
を製造する方法を具体的に説明する。A thin film transistor (hereinafter referred to as T
It's called PT. ), a method for manufacturing a solar cell and an electrophotographic imaging member will be specifically described.
(実施例1)
第3図に、本発明の第1図に示した堆積膜形成装置によ
り製造した太陽電池の概略的構成図を示す。(Example 1) FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of a solar cell manufactured by the deposited film forming apparatus shown in FIG. 1 of the present invention.
同図において、ガラス基板300上には透明電極(図示
されていない。)、p型非晶貿シリコンカーバイド層3
01(第1層、厚さ200人)、i型非晶質シリコン層
302(第2層、厚さ7000人)、n型非晶質シリコ
ン層303(第3層、厚さ300人)、そして層電極3
04が積層形成されている。In the figure, a transparent electrode (not shown) and a p-type amorphous silicon carbide layer 3 are provided on a glass substrate 300.
01 (first layer, thickness 200 layers), i-type amorphous silicon layer 302 (second layer, thickness 7000 layers), n-type amorphous silicon layer 303 (third layer, thickness 300 layers), and layer electrode 3
04 are laminated.
まず、透明電極を蒸着したガラス基板300を真空チャ
ンバー101内の基体ホルダー118に設置し、メイン
排気管124より排気し、真空チャンバー101内の圧
力を10= Torr程度とした。基体加熱用ヒーター
120を温度コントローラー122により加熱し、基体
温度を220℃に保持した。First, the glass substrate 300 on which a transparent electrode was vapor-deposited was placed on the substrate holder 118 in the vacuum chamber 101, and the vacuum chamber 101 was evacuated from the main exhaust pipe 124 to set the pressure in the vacuum chamber 101 to about 10 Torr. The substrate heating heater 120 was heated by a temperature controller 122 to maintain the substrate temperature at 220°C.
次に、P型非晶質シリコンカーバイド層301の堆積に
あたっては、不図示のボンベよりH2ガスを流量5 s
ccm、 5i2F 6ガスを流量]Osccm、
BF3 / H2ガス(BF3濃度500ppm)を流
量3 sccm、 Cl14ガスを流量30sccmて
バルブ104、ガス供給パイプ103を介してガス導入
管102より、真空チャンバー101内に導入し、内圧
カ月、OTorrとなる様メイン真空バルブ123の開
度を調整しつつ、タングステン製フィラメント105を
約1800℃に加熱して、炭素で禁制帯幅な拡大させた
P型非晶質シリコンカーバイド層301を形成した。た
だし、フィラメント105と基体117との距離は20
mmとした。Next, in depositing the P-type amorphous silicon carbide layer 301, H2 gas was supplied from a cylinder (not shown) at a flow rate of 5 seconds.
ccm, 5i2F 6 gas flow rate]Osccm,
BF3/H2 gas (BF3 concentration 500 ppm) is introduced into the vacuum chamber 101 at a flow rate of 3 sccm and Cl14 gas at a flow rate of 30 sccm through the gas introduction pipe 102 via the valve 104 and the gas supply pipe 103, and the internal pressure becomes OTorr for several months. While adjusting the opening degree of the main vacuum valve 123, the tungsten filament 105 was heated to about 1800° C. to form a P-type amorphous silicon carbide layer 301 whose forbidden band width was expanded with carbon. However, the distance between the filament 105 and the base 117 is 20
mm.
第1層を形成した後、フィラメント105の加熱を止め
、又すべてのガスの供給を止めて、真空チャンバー10
1内の内圧が]0−6Torrになるまで排気した。After forming the first layer, the heating of the filament 105 is stopped, and all gas supplies are stopped, and the vacuum chamber 10
1 was evacuated until the internal pressure became 0-6 Torr.
続いてi型非晶質シリコン層302およびn型非晶質シ
リコン層303は、堆積膜形成用の前駆体と、この前駆
体と相互作用をする活性種とを別々に真空チャンバー1
01内へ導入し混合反応させることにより堆積させた。Next, the i-type amorphous silicon layer 302 and the n-type amorphous silicon layer 303 are deposited in a vacuum chamber 1 in which a precursor for forming a deposited film and an active species that interacts with this precursor are separately stored.
01 and was deposited by mixing and reacting.
すなわち、i型非晶質シリコン層302では、不図示の
ボンベよりSiF4ガスを流量30secmでバルブ1
16、ガス供給パイプ115を介して活性化室(A)1
12内に導入した。このとき、活性化室(八) 112
内には固体Si粒が充填されていて、赤外線加熱炉11
4により1150℃に加熱されている。次に、不図示の
ボンベより水素ガス(Arで10%希釈)を流量200
secmでバルブ111、ガス供給パイプ110を介し
て活性化室(B) 107内に導入した。ただちにマイ
クロ波発生装置109より、活性化室(B) 107内
に150Wのマイクロ波電力を供給した。これらの操作
によって活性化室(A) 112及び(B) 107内
に生じた前駆体及び活性種を導入管113.127を介
して真空チャンバー101内に導入し、内圧が0.8T
orrとなる様、メイン真空バルブ123の開度を調整
しつつi型非晶質シリコンの第2層302を形成した。That is, in the i-type amorphous silicon layer 302, SiF4 gas is supplied to the valve 1 from a cylinder (not shown) at a flow rate of 30 seconds.
16, activation chamber (A) 1 via gas supply pipe 115
It was introduced within the 12th. At this time, activation chamber (8) 112
The inside is filled with solid Si particles, and the infrared heating furnace 11
4 to 1150°C. Next, hydrogen gas (10% diluted with Ar) was supplied from a cylinder (not shown) at a flow rate of 200.
secm was introduced into the activation chamber (B) 107 via the valve 111 and the gas supply pipe 110. Immediately, 150 W of microwave power was supplied from the microwave generator 109 into the activation chamber (B) 107. The precursors and active species generated in the activation chambers (A) 112 and (B) 107 by these operations are introduced into the vacuum chamber 101 via the introduction pipes 113 and 127, and the internal pressure is 0.8T.
The second layer 302 of i-type amorphous silicon was formed while adjusting the opening degree of the main vacuum valve 123 so that the opening of the main vacuum valve 123 was adjusted so that the opening of the main vacuum valve 123 was adjusted.
第2層を形成した後、マイクロ波発生装置109からの
マイクロ波電力の供給を止め、又すべてのガスの供給を
止めて、真空チャンバー101の内圧がIO= Tor
rになるまで排気した。After forming the second layer, the supply of microwave power from the microwave generator 109 is stopped, and the supply of all gases is also stopped, so that the internal pressure of the vacuum chamber 101 is reduced to IO=Tor.
It was evacuated until r.
リンをドーピングした非晶質シリコンの第3層303は
、第2層302を形成する場合と同様の操作手順によっ
て形成されるが、H2ガス(Arで10%希釈) 20
secmに加えてPF5ガス(H2で]000ppm希
釈) 10105eをバルブ111、ガス供給パイプ1
10を介して活性化室(B) +07に導入する。A third layer 303 of phosphorus-doped amorphous silicon is formed by the same operating procedure as for forming the second layer 302, but using H2 gas (10% diluted with Ar) 20
secm plus PF5 gas (diluted to 000 ppm with H2) 10105e to valve 111, gas supply pipe 1
10 into the activation chamber (B) +07.
こうして基板300上に第1層〜第3層を形成した後、
冷却して真空チャンバー101から取り出し、第3層3
03上に層電極304を蒸着した。After forming the first to third layers on the substrate 300 in this way,
After cooling, the third layer 3 is removed from the vacuum chamber 101.
A layer electrode 304 was deposited on top of 03.
このようにして形成された太陽電池に光(八M−1)を
照射してエネルギー変換効率を測定したところ、従来の
ものより15%以上向上した。When the solar cell thus formed was irradiated with light (8M-1) and the energy conversion efficiency was measured, it was found to be more than 15% higher than the conventional one.
(実施例2)
実施例1において、第1層をp型非晶貿シリコン層30
1(厚さ200人)、第2層をi型非晶質シリコン−ゲ
ルマニウム層302(厚さ6000人)とした以外は同
様の構成を有する太陽電池を作製した。(Example 2) In Example 1, the first layer is a p-type amorphous silicon layer 30.
1 (thickness: 200 layers) and a solar cell having the same structure except that the second layer was an i-type amorphous silicon-germanium layer 302 (thickness: 6000 layers).
第1層のp型非晶質シリコン層301の堆積にあたって
は、不図示のボンベよりH2ガスを流量5sccm、
Si2F6ガスを流量12sccm、 BF3 /
H2ガス(BF3濃度500ppm)を流量5 scc
mでバルブ104、ガス供給パイプ103を介してガス
導入管102より、真空チャンバー101内に導入し、
内圧が1.2Torrとなる様メイン真空バルブ123
の開度を調整しつつ、タングステン製フィラメント10
5を約1800℃に加熱して形成した。To deposit the first p-type amorphous silicon layer 301, H2 gas was supplied from a cylinder (not shown) at a flow rate of 5 sccm.
Si2F6 gas flow rate 12sccm, BF3/
H2 gas (BF3 concentration 500 ppm) flow rate 5 scc
m, the gas is introduced into the vacuum chamber 101 from the gas introduction pipe 102 via the valve 104 and the gas supply pipe 103,
Main vacuum valve 123 so that the internal pressure is 1.2 Torr
While adjusting the opening degree of the tungsten filament 10
5 was heated to about 1800°C.
第2層のi型非晶質シリコン−ゲルマニウム層302の
堆積にあたっては、第1層の堆積に使用したBF3/H
2ガスのかわりにGeF4ガス(Heで1%希釈)を流
量15secmで流した以外は第1層の形成と同じ条件
で行った。In depositing the second i-type amorphous silicon-germanium layer 302, the BF3/H
The formation of the first layer was carried out under the same conditions as for the formation of the first layer, except that GeF4 gas (1% diluted with He) was flowed at a flow rate of 15 seconds instead of the 2 gases.
上記第1層、第2層の形成以外の基体処理、第3層のn
型非晶質シリコン層304の形成及び各堆積層の形成の
間に行う真空チャンバーの真空排気操作、電極の取り付
は等の操作はすべて実施例1と同様とした。Substrate processing other than the formation of the first layer and second layer, n of the third layer
All operations such as evacuation of the vacuum chamber, attachment of electrodes, etc. performed between the formation of the mold amorphous silicon layer 304 and the formation of each deposited layer were the same as in Example 1.
このようにして形成された太陽電池に光(AM−1)を
照射してエネルギー変換効率を測定したところ、従来の
ものより15%以上向上した。When the solar cell thus formed was irradiated with light (AM-1) and the energy conversion efficiency was measured, it was found to be more than 15% higher than the conventional one.
(実施例3)
第4図は、本発明の第1図に示した堆積膜形成装置によ
り製造されたTPTの概略的構成図である。(Example 3) FIG. 4 is a schematic diagram of a TPT manufactured by the deposited film forming apparatus shown in FIG. 1 of the present invention.
同図において、カラス基板400上には、非晶質シリコ
ン層40】(第1層、厚さ5000人)、リンを高濃度
にドープした非晶質シリコン層4o2(第2層、厚さ6
50人)、絶縁層403(第3層、厚さ1800人)、
およびA】のゲート電極4o4、ソースおよびドレイン
電8i405.405°が形成されている。In the figure, on a glass substrate 400, an amorphous silicon layer 40] (first layer, thickness 5,000 layers) and an amorphous silicon layer 4o2 doped with phosphorus (second layer, thickness 6
50 people), insulating layer 403 (third layer, thickness 1800 people),
and A] gate electrode 4o4, source and drain electrodes 8i405.405° are formed.
以上のようなTPTを実施例1と同様の活性化方法及び
操作により、第1表に示す成膜条件で作製した。The above TPT was produced using the same activation method and operation as in Example 1 under the film forming conditions shown in Table 1.
本実施例により作製されたTPTは、0N10FF抵抗
比が従来のものより18%以上改善された。The TPT manufactured according to this example had an 0N10FF resistance ratio improved by 18% or more compared to the conventional one.
(実施例4)
第5図は、本発明の第1図に示した堆積膜形成装置によ
り製造された電子写真用像形成部材の概略的構成図であ
る。(Example 4) FIG. 5 is a schematic diagram of an electrophotographic image forming member manufactured by the deposited film forming apparatus shown in FIG. 1 of the present invention.
同図において、AI基体500上には、光反射防止層5
01(第1層、Geにより禁制帯幅を制御した非晶質シ
リコンゲルマニウム層であり、厚さは0.25μII+
)、電荷注入防止層502(第2層、Bをドーピングし
た非晶質シリコン層であり、厚さは0.3μIn)、感
光層503(第3層、非晶質シリコン層であり、厚さ1
8μ=1)、表面保護層および光吸収増加層504(第
4層、Cにより禁制帯幅を制御した非晶質シリコンカー
バイド層であり、厚さ0.5μIn)が積層形成されて
いる。In the figure, a light antireflection layer 5 is provided on an AI substrate 500.
01 (first layer, amorphous silicon germanium layer with forbidden band width controlled by Ge, thickness 0.25μII+
), charge injection prevention layer 502 (second layer, amorphous silicon layer doped with B, thickness 0.3μIn), photosensitive layer 503 (third layer, amorphous silicon layer, thickness 1
8μ=1), a surface protection layer and a light absorption increasing layer 504 (fourth layer, an amorphous silicon carbide layer whose forbidden band width is controlled by C, and a thickness of 0.5μIn) are formed in a stacked manner.
以上のような像形成部材を実施例1と同様の活性化方法
及び操作により、第2表に示す成膜条件で作製した。た
だし、第2表中の堆積方法における「タングステンメツ
シュ(1800℃)」とは、実施例1におけるフィラメ
ント105のかわりに、メツシュ状の発熱体を用いた方
法を示している。The image forming member as described above was produced using the same activation method and operation as in Example 1 under the film forming conditions shown in Table 2. However, "tungsten mesh (1800° C.)" in the deposition method in Table 2 indicates a method using a mesh-like heating element instead of the filament 105 in Example 1.
その結果、帯電特性は従来より20%以上向上し、画像
欠陥数も10%程度減少し、感度も20%以上向上した
。As a result, the charging characteristics were improved by 20% or more, the number of image defects was reduced by about 10%, and the sensitivity was improved by 20% or more.
(実施例5)
第2図に示す堆積膜形成装置を用いて、第3図に示した
層構成を有する太陽電池を作製した。(Example 5) Using the deposited film forming apparatus shown in FIG. 2, a solar cell having the layer structure shown in FIG. 3 was produced.
第3図において、ガラス基板300上には透明電極(図
示されていない。)、p型非晶質シリコン層301(第
1層、厚さ200人)、i型非晶質シリコンゲルマニウ
ム層302(第2層、厚さ6000人)、n型非晶質シ
リコン層303(第3層、厚さ300人)、モしてへ]
電極304が積層形成されている。In FIG. 3, on a glass substrate 300 are a transparent electrode (not shown), a p-type amorphous silicon layer 301 (first layer, thickness 200 mm), an i-type amorphous silicon germanium layer 302 ( 2nd layer, 6000 layers thick), n-type amorphous silicon layer 303 (3rd layer, 300 layers thick),
Electrodes 304 are formed in layers.
まず、透明電極を蒸着したガラス基板300を成膜予備
室201内の基体ホルダー214にゲートバルブ204
側から設置し、メイン排気管210より不図示のポンプ
にて排気し、成膜予備室201内の圧力を1o=Tor
r程度とした。基体加熱用ヒーター215を温度コント
ローラーにより加熱し、基体温度を220℃に保持した
。First, a glass substrate 300 on which a transparent electrode has been vapor-deposited is placed on a substrate holder 214 in a pre-film-forming chamber 201 using a gate valve 204.
It is installed from the side, and is evacuated from the main exhaust pipe 210 with a pump (not shown), and the pressure inside the film-forming preliminary chamber 201 is set to 1o=Tor.
It was set to about r. The substrate heating heater 215 was heated by a temperature controller to maintain the substrate temperature at 220°C.
このとき、成膜室(八) 202及び成膜室(B) 2
03内はメイン排気管211.2]2を介して不図示の
ポンプにて排気され10= Torr程度の圧力に保た
れ、また基体ホルダー214も220℃に保持されてい
る。At this time, the film forming chamber (8) 202 and the film forming chamber (B) 2
03 is evacuated by a pump (not shown) through a main exhaust pipe 211.2]2 and maintained at a pressure of about 10 Torr, and the substrate holder 214 is also maintained at 220°C.
次いで、ガス導入管222より、不図示のボンベよりガ
ス供給バイブ223、バルブ224を介して基体表面処
理用のガスとしての0.ガスを20secmで導入し、
メイン真空バルブ207の開度を調整して内圧を0.5
Torrとし、UV光照射ランプ228に電源229
より電力を供給し点灯させ、約1分間基体2]3の表面
処理を行った。Next, from the gas introduction pipe 222, a gas for substrate surface treatment is supplied from a cylinder (not shown) via a gas supply vibrator 223 and a valve 224. Introduce gas at 20 sec,
Adjust the opening degree of the main vacuum valve 207 to reduce the internal pressure to 0.5
Torr, and power supply 229 to UV light irradiation lamp 228
Power was supplied to turn on the light, and the surface of the substrate 2]3 was treated for about 1 minute.
0、ガスの導入を止め、メイン真空バルブ207を全開
とし予備室201内の圧力を10″6TOrr程度まで
排気し、成膜室(A) 202と同じ内圧になったとこ
ろでゲートバルブ205を開け、基体搬送用クランプ2
21、駆動治具220により基体213を予備室201
より成膜室(A)内の基体ホルダー214上に搬送した
。同様の操作にて基体213を成膜室(B)内の基体ホ
ルダー2141に基体213を搬送したのちゲートバル
ブ206を閉じた。0. Stop the introduction of gas, fully open the main vacuum valve 207, exhaust the pressure inside the preliminary chamber 201 to about 10"6 TOrr, and open the gate valve 205 when the internal pressure becomes the same as that of the film forming chamber (A) 202. Clamp 2 for transporting the substrate
21. Move the base 213 to the preliminary chamber 201 using the driving jig 220.
The substrate was then transferred onto the substrate holder 214 in the film forming chamber (A). After the substrate 213 was transferred to the substrate holder 2141 in the film forming chamber (B) by the same operation, the gate valve 206 was closed.
p型非晶貿シリコン層301の堆積にあたっては、まず
、活性化室(C) 235内には固体Si粒が充填され
、赤外線加熱炉236により1150℃に加熱されてい
るところへ、不図示のボンベよりSiF4ガスを流量4
0secmでガス供給バイブ238、バルブ239を介
して導入し、ここで発生した前駆体としての:5jF7
は導入管237より成膜空間242へ導入した。In depositing the p-type amorphous silicon layer 301, first, the activation chamber (C) 235 is filled with solid Si grains and heated to 1150° C. by the infrared heating furnace 236, and then heated to 1150° C. (not shown). SiF4 gas from the cylinder at a flow rate of 4
5jF7 as a precursor generated here was introduced through the gas supply vibe 238 and valve 239 at 0 sec.
was introduced into the film forming space 242 from the introduction pipe 237.
同時に、不図示のボンベよりH2ガス(Arで10%希
釈)を流量300secm、 BF37 H2カス(
BF3濃度500ppm)を流量5 secmでガス供
給バイブ240、バルブ241を介して活性化室(D)
232内に導入し、ただちにマイクロ波発生装置23
3より、活性化室(D)内に150Wのマイクロ波電力
を供給した。ここで発生した活性種としての■0等は導
入管234より成膜空間242へ導入される。At the same time, H2 gas (10% diluted with Ar) was supplied from a cylinder (not shown) at a flow rate of 300 sec to BF37 H2 scum (
BF3 concentration 500 ppm) is supplied to the activation chamber (D) via the gas supply vibrator 240 and valve 241 at a flow rate of 5 sec.
232 and immediately turn on the microwave generator 23.
3, 150 W of microwave power was supplied into the activation chamber (D). The active species generated here, such as 0, etc., are introduced into the film forming space 242 through the introduction pipe 234.
このときの内圧が0.7 Torrとなる様メイン真空
バルブ209の開度を調整しつつ、前記前駆体及び活性
種との相互作用によりP型非晶質シリコン層301を形
成した。While adjusting the opening degree of the main vacuum valve 209 so that the internal pressure at this time was 0.7 Torr, a P-type amorphous silicon layer 301 was formed by interaction with the precursor and active species.
第1層を形成した後、マイクロ波発生装置233及び赤
外線加熱炉236を停止し、又すべてのガスの供給を止
めて、メイン真空バルブ209を全開とし、成膜室(B
) 203内の圧力が10= Torr程度になるまで
排気し、成膜室(A) 202と同じ内圧になったとこ
ろでゲートバルブ206を開け、基体搬送用クランプ2
21、駆動治具220によりp型非晶質シリコン層の堆
積した基体2]3を成膜室(A) 202内の基体ホル
ダー214上に搬送した。After forming the first layer, the microwave generator 233 and the infrared heating furnace 236 are stopped, all gas supplies are stopped, the main vacuum valve 209 is fully opened, and the film forming chamber (B
) 203 is evacuated until the pressure within it reaches approximately 10 Torr, and when the internal pressure becomes the same as that of the film forming chamber (A) 202, the gate valve 206 is opened, and the substrate transfer clamp 2 is opened.
21, the substrate 2]3 on which the p-type amorphous silicon layer was deposited was transported onto the substrate holder 214 in the film forming chamber (A) 202 using the driving jig 220.
ゲートバルブ206を閉じ、成膜室(A)内でi型非晶
質シリコンゲルマニウム層302及びn型非晶質シリコ
ン層303の形成を行った。The gate valve 206 was closed, and an i-type amorphous silicon germanium layer 302 and an n-type amorphous silicon layer 303 were formed in the film forming chamber (A).
i型非晶質シリコンゲルマニウム層302の堆積にあた
っては、不図示のボンベよりH2ガスを流量10105
c、 5i7F 6ガスを流量25sccm、 GeF
4 / Heガス(GeF4濃度1%)を、流量8 s
ccmでバルブ227、ガス供給バイブ226を介して
ガス導入管225より、成膜室(A) 202内に導入
し、内圧が1.2 Torrとなる様メイン真空バルブ
208の開度を調整しつつ、タングステン製フィラメン
ト230を約1800℃に加熱して形成した。In depositing the i-type amorphous silicon germanium layer 302, H2 gas is supplied from a cylinder (not shown) at a flow rate of 10105.
c, 5i7F 6 gas flow rate 25 sccm, GeF
4/He gas (GeF4 concentration 1%) at a flow rate of 8 s
ccm into the film forming chamber (A) 202 through the gas introduction pipe 225 via the valve 227 and the gas supply vibrator 226, while adjusting the opening degree of the main vacuum valve 208 so that the internal pressure becomes 1.2 Torr. , was formed by heating a tungsten filament 230 to about 1800°C.
第2層の非晶質シリコンゲルマニウム層302の形成後
、すべてのガスの供給及びタングステンフィラメントへ
の電力の供給を止め、メイン真空バルブ208を全開と
し、成膜室(A)内の圧力を10= Torr程度まで
排気した。After forming the second layer of amorphous silicon germanium layer 302, the supply of all gases and power to the tungsten filament is stopped, the main vacuum valve 208 is fully opened, and the pressure in the deposition chamber (A) is reduced to 10%. = Exhausted to about Torr.
続いて、第3層のn型非晶質シリコン層303の堆積に
あたっては、第2層の堆積に使用したGeF4/Heガ
スのかわりにPF、/)I2ガス(PFS濃度1100
0pp )を流量10105cて流した以外は第2層の
形成と同じ条件で行った。Subsequently, in depositing the third layer of n-type amorphous silicon layer 303, PF, /)I2 gas (PFS concentration 1100
The process was carried out under the same conditions as for forming the second layer, except that 0pp) was flowed at a flow rate of 10105c.
このようにして形成された太陽電池に光(AM−1)を
照射してエネルギー変換効率を測定したところ、従来の
ものより18%以上向上した。When the solar cell thus formed was irradiated with light (AM-1) and the energy conversion efficiency was measured, it was found to be more than 18% higher than the conventional one.
(実施例6)
実施例3において作製した第4図に示す層構成を有する
TFTを、第2図に示す堆積膜形成装置にて作製した。(Example 6) The TFT having the layer structure shown in FIG. 4, which was manufactured in Example 3, was manufactured using the deposited film forming apparatus shown in FIG. 2.
基板処理、基体搬送等の操作は実施例5と同様の操作に
て、他は第3表に示す成膜条件で作製した。Operations such as substrate processing and substrate transport were performed in the same manner as in Example 5, and the other film forming conditions were as shown in Table 3.
本実施例により作製されたTPTは0N10FF抵抗比
が従来のものより20%以上改善された。The TPT manufactured according to this example had an 0N10FF resistance ratio improved by more than 20% compared to the conventional one.
S
(実施例7)
実施例4において作製した第5図に示す層構成を有する
電子写真用像形成部材を、第2図に示す堆積膜形成装置
にて作製した。S (Example 7) The electrophotographic image forming member having the layer structure shown in FIG. 5 manufactured in Example 4 was manufactured using the deposited film forming apparatus shown in FIG.
基体処理は実施例5で用いた0、ガスのかわりに計ガス
20secmとし、UV光照射ランプのかわりにDC放
電用電極228を設置し、計のDCボンバードにより行
った。他の基体搬送等の操作は実施例5と同様の操作に
て、他は第4表に示す成膜条件で作製した。The substrate treatment was carried out by DC bombardment using a total gas of 20 seconds instead of the zero gas used in Example 5, and installing a DC discharge electrode 228 instead of the UV light irradiation lamp. Other operations such as transporting the substrate were performed in the same manner as in Example 5, and the other film forming conditions were as shown in Table 4.
以上の様にして形成した電子写真用形成部材について電
子写真特性を測定したところ、従来の電子写真用像形成
部材より帯電能が25%、感度が20%向上していた。When the electrophotographic properties of the electrophotographic image forming member formed as described above were measured, it was found that the charging ability was improved by 25% and the sensitivity was improved by 20% compared to the conventional electrophotographic image forming member.
(実施例8)
実施例5において、成膜室(A)内でのi型非晶質シリ
コンゲルマニウム層302及びn型非晶質シリコ2層3
03の形成の際に使用した5i2F、、ガスのかわりに
、あらかじめ活性化室(E) 244内に固体Si粒を
充填し、赤外線加熱炉245により1150℃に加熱さ
れているところへ、不図示のボンベよりSiF4ガスを
流量35secmでガス供給パイプ246、バルブ24
7を介して導入し、ここで発生した前駆体としての:S
iF2を導入管248より成膜室(A) 202内へ導
入した以外はすべて同様の操作にて、太陽電池を作製し
た。(Example 8) In Example 5, the i-type amorphous silicon germanium layer 302 and the n-type amorphous silicon 2 layer 3 in the film forming chamber (A)
Instead of the 5i2F gas used in the formation of 03, solid Si particles were filled in the activation chamber (E) 244 in advance and heated to 1150°C by an infrared heating furnace 245, not shown. SiF4 gas is supplied from a cylinder at a flow rate of 35 sec to the gas supply pipe 246 and valve 24.
:S as a precursor introduced through 7 and generated here
A solar cell was fabricated using the same procedure except that iF2 was introduced into the film forming chamber (A) 202 through the introduction tube 248.
このようにして形成された太陽電池に光(八M−1)を
照射してエネルギー変換効率を測定したところ、従来の
ものより18%以上向上した。When the solar cell thus formed was irradiated with light (8M-1) and the energy conversion efficiency was measured, it was found to be more than 18% higher than the conventional one.
(実施例9)
実施例6において、成膜室(A)内での絶縁層403の
形成の際に使用したSi2F6ガスのかわりに、あらか
じめ活性化室(E) 244内に固体Si粒を充填し、
赤外線加熱炉245により1150℃に加熱されている
ところへ、不図示のボンベよりSiF4ガスを流量35
secmでガス供給バイブ246、バルブ247を介し
て導入し、ここで発生した前駆体としての:SiF2を
導入管248より成膜室(A) 202内へ導入した以
外はすべて同様の操作にて、TPTを作製した。(Example 9) In Example 6, instead of the Si2F6 gas used when forming the insulating layer 403 in the film forming chamber (A), solid Si particles were filled in the activation chamber (E) 244 in advance. death,
SiF4 gas is supplied from a cylinder (not shown) at a flow rate of 35° C. to the area being heated to 1150° C. by the infrared heating furnace 245.
secm was introduced via the gas supply vibrator 246 and valve 247, and the same operation was performed except that SiF2 as a precursor generated here was introduced into the film forming chamber (A) 202 from the introduction pipe 248. TPT was produced.
本実施例により作製されたTPTは0N10FF抵抗比
が従来のものより20%以上改善された。The TPT manufactured according to this example had an 0N10FF resistance ratio improved by more than 20% compared to the conventional one.
以上詳細に説明したように、本発明の薄膜形成方法によ
る薄膜多層構造は各堆積層表面がプラズマ放電に直接さ
らされることがなく、界面特性が向上していること、又
各堆積層の形成に有効な堆積膜形成法を採用しているこ
となどから上記各実施例が示すように優れた特性の半導
体素子を得ることができる。As explained in detail above, the thin film multilayer structure obtained by the thin film forming method of the present invention has the advantage that the surface of each deposited layer is not directly exposed to plasma discharge, the interface properties are improved, and the formation of each deposited layer is Since an effective deposited film formation method is employed, a semiconductor element with excellent characteristics can be obtained as shown in each of the above embodiments.
また、本発明による薄膜多層構造の形成方法は、使用エ
ネルギー効率の向上が図れると同時に膜品質の管理が容
易で大面積に亘って均一の電気、物理特性の堆積膜が得
られる。又、生産性、量産性に優れ、高品質で電気的、
光学的、半導体的等の物理特性に優れた薄膜多層構造を
容易に得ることができる。Further, the method for forming a thin film multilayer structure according to the present invention can improve the efficiency of energy use, facilitate the control of film quality, and obtain a deposited film with uniform electrical and physical properties over a large area. In addition, it has excellent productivity and mass production, and is of high quality and electrical.
A thin film multilayer structure with excellent physical properties such as optical and semiconductor properties can be easily obtained.
第1図、第2図は、堆積膜形成装置の模式的構成図、
第3図は、本発明の実施例により製造された太陽電池の
概略的構成図、
第4図は、本発明の実施例により製造された電子写真用
の像形成部材の概略的構成図、第5図は、本発明の実施
例により製造されたTPTの概略的構成図である。
101・・・真空チャンバー
102、222.225−・・ガス導入管105、23
0・・・発熱体
107・・・活性化室(B)
109、233・・・マイクロ波発生装置112・・・
活性化室(A)
113、127.234.237.248・・・導入管
114、236.245・・・赤外線加熱炉117、2
13・・・基体
119、243・・・固定治具
121、217・・・熱電対
122、218・・・温度コントローラー123、20
7.208.209・・・メイン真空バルブ124、2
10.211.212−・・メイン排気管126、2]
9−・・圧力計
201−・・成膜予備室
202−・・成膜室(八)
203・・・成膜室(B)
204、205.206・・・ゲートバルブ220・・
・駆動治具
221・・・搬送用クランプ
232−・・活性化室(D)
235−・・活性化室(C)
244・・・活性化室(E)
300−・・ガラス基板
303・・・第3層(n型非晶質シリコン層)400−
・・ガラス基板
401・・・第1層(非晶質シリコン層)402・・・
第2層(n+非晶質シリコン層)403・・・第3層(
絶縁層)
404、405・・・A1電極
500・・・肩基板1 and 2 are schematic configuration diagrams of a deposited film forming apparatus, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram of a solar cell manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram of an electrophotographic imaging member manufactured according to an example. FIG. 5 is a schematic diagram of a TPT manufactured according to an example of the present invention. 101...Vacuum chamber 102, 222.225-...Gas introduction pipe 105, 23
0... Heating element 107... Activation chamber (B) 109, 233... Microwave generator 112...
Activation chamber (A) 113, 127.234.237.248...Introduction pipe 114, 236.245...Infrared heating furnace 117, 2
13...Base 119, 243...Fixing jig 121, 217...Thermocouple 122, 218...Temperature controller 123, 20
7.208.209... Main vacuum valve 124, 2
10.211.212--Main exhaust pipe 126, 2]
9--Pressure gauge 201--Deposition preliminary chamber 202--Deposition chamber (8) 203--Deposition chamber (B) 204, 205.206--Gate valve 220--
- Drive jig 221... Transfer clamp 232-... Activation chamber (D) 235-... Activation chamber (C) 244... Activation chamber (E) 300-... Glass substrate 303...・Third layer (n-type amorphous silicon layer) 400-
...Glass substrate 401...First layer (amorphous silicon layer) 402...
Second layer (n+ amorphous silicon layer) 403...Third layer (
Insulating layer) 404, 405...A1 electrode 500...Shoulder substrate
Claims (1)
構造の形成方法において、 成膜空間内に設けられた触媒効果を有する遷移金属元素
の単体又は合金より成る発熱体に、ハロゲン及び水素の
うちの少なくとも一種の元素を分子内に含む堆積膜形成
用原料物質又は/及び前記成膜空間とは別に設けられた
活性化空間にて該堆積膜形成用原料物質より生成される
前駆体と禁制帯幅調整剤となる元素を含む化合物とを接
触させて熱解離反応によって活性化させ、堆積膜形成用
の原料となる前駆体及び/又は活性種を生成させること
によって前記禁制帯幅制御された半導体薄膜の少なくと
も一層を形成し、 かつその他の薄膜の少なくとも一層を、堆積膜形成用の
原料となる前駆体と該前駆体と相互作用をする活性種と
を別々に堆積空間に導入することによって形成すること
を特徴とする薄膜多層構造の形成方法。(1) In a method for forming a thin film multilayer structure having a semiconductor thin film with a controlled bandgap, a heating element made of a transition metal element or an alloy having a catalytic effect provided in a film formation space is heated with halogen and hydrogen. A raw material for forming a deposited film containing at least one element in its molecule and/or a precursor produced from the raw material for forming a deposited film in an activation space provided separately from the film forming space. The forbidden band width is controlled by contacting a compound containing an element serving as a band width adjusting agent and activating it by a thermal dissociation reaction to generate a precursor and/or an active species that becomes a raw material for forming a deposited film. Forming at least one layer of a semiconductor thin film and at least one layer of other thin films by separately introducing into a deposition space a precursor that is a raw material for forming a deposited film and an active species that interacts with the precursor. 1. A method for forming a thin film multilayer structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62068074A JPS63234516A (en) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | Formation of thin film multilayer structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62068074A JPS63234516A (en) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | Formation of thin film multilayer structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63234516A true JPS63234516A (en) | 1988-09-29 |
Family
ID=13363259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62068074A Pending JPS63234516A (en) | 1987-03-24 | 1987-03-24 | Formation of thin film multilayer structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63234516A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008124325A (en) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Kaneka Corp | Thin-film photoelectric conversion apparatus, and manufacturing method thereof |
-
1987
- 1987-03-24 JP JP62068074A patent/JPS63234516A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008124325A (en) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Kaneka Corp | Thin-film photoelectric conversion apparatus, and manufacturing method thereof |
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