JPS6332863B2 - - Google Patents
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- JPS6332863B2 JPS6332863B2 JP55117479A JP11747980A JPS6332863B2 JP S6332863 B2 JPS6332863 B2 JP S6332863B2 JP 55117479 A JP55117479 A JP 55117479A JP 11747980 A JP11747980 A JP 11747980A JP S6332863 B2 JPS6332863 B2 JP S6332863B2
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- amorphous silicon
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- silicon film
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/24—Deposition of silicon only
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は非晶質シリコン膜の製造方法に関する
ものであり、更に詳しくは直流グロー放電分解に
よる光導電性の優れた非晶質シリコン膜の高速成
膜製造方法に関するものである。非晶質シリコン
膜を作成する方法としては、例えばモノシラン
（SiH4）ガスを無線周波数の高周波で放電し、そ
の分解反応により基板上に薄膜を堆積付着させる
所謂RF・グロー放電分解法や、同様のガスを直
流電界で放電し、同様にして薄膜を形成する所謂
DC・グロー放電分解法がある。これらのグロー
放電分解法によつて形成された非晶質シリコンは
他の方法、例えば蒸着や水素を含まない雰囲気ガ
ス中でのスパツタリングによる方法とは異なり、
エネルギーギヤツプ中の局在準位の平均状態密度
が1017〜1018cm-3と極めて少なくなることが知ら
れている。これはSi−Si原子間の結合が切れた
り、あるいは原子配列の不規則性に起因して発生
する欠陥が膜中に含まれる５乃至30atomic％の
水素によつて補償されて減少するためと考えられ
ている。この結果上記のグロー放電分解法によつ
て得られた非晶質シリコンはｐ型及びｎ型の価電
子制御も可能になり、低コストで大面積光センサ
ー、固体撮像素子、太陽電池等のデバイスや電子
写真感光体等の大面積フオトリセプターへの応用
が可能となり、現在かかる応用への研究、開発が
行なわれている。
ものであり、更に詳しくは直流グロー放電分解に
よる光導電性の優れた非晶質シリコン膜の高速成
膜製造方法に関するものである。非晶質シリコン
膜を作成する方法としては、例えばモノシラン
（SiH4）ガスを無線周波数の高周波で放電し、そ
の分解反応により基板上に薄膜を堆積付着させる
所謂RF・グロー放電分解法や、同様のガスを直
流電界で放電し、同様にして薄膜を形成する所謂
DC・グロー放電分解法がある。これらのグロー
放電分解法によつて形成された非晶質シリコンは
他の方法、例えば蒸着や水素を含まない雰囲気ガ
ス中でのスパツタリングによる方法とは異なり、
エネルギーギヤツプ中の局在準位の平均状態密度
が1017〜1018cm-3と極めて少なくなることが知ら
れている。これはSi−Si原子間の結合が切れた
り、あるいは原子配列の不規則性に起因して発生
する欠陥が膜中に含まれる５乃至30atomic％の
水素によつて補償されて減少するためと考えられ
ている。この結果上記のグロー放電分解法によつ
て得られた非晶質シリコンはｐ型及びｎ型の価電
子制御も可能になり、低コストで大面積光センサ
ー、固体撮像素子、太陽電池等のデバイスや電子
写真感光体等の大面積フオトリセプターへの応用
が可能となり、現在かかる応用への研究、開発が
行なわれている。
しかしながら、かかるグロー放電分解法を用い
た場合の製造速度、特に膜の付着速度は通常の蒸
着法に比して10Å／sec以下と相当遅いのが現状
である。ここで単に付着速度のみに着目すれば例
えば、「Journal of Applied Physics」（第48巻、
No.12、5227頁、1977年発行）に、その付着速度は
0.1乃至0.5μｍ／min程度であることが記載されて
いる。しかしながらこの方法では光導電性が乏し
く特に光導電性に優れた非晶質シリコン膜を得る
最適製造条件はいまだ確立されていないといえ
る。
た場合の製造速度、特に膜の付着速度は通常の蒸
着法に比して10Å／sec以下と相当遅いのが現状
である。ここで単に付着速度のみに着目すれば例
えば、「Journal of Applied Physics」（第48巻、
No.12、5227頁、1977年発行）に、その付着速度は
0.1乃至0.5μｍ／min程度であることが記載されて
いる。しかしながらこの方法では光導電性が乏し
く特に光導電性に優れた非晶質シリコン膜を得る
最適製造条件はいまだ確立されていないといえ
る。
本発明者等は直流グロー放電分解における非晶
質シリコン膜の製造において低コスト化の第１の
条件である光導電性に優れた膜の付着速度の向上
に関して、上記の実情に鑑みて鋭意研究を重ねた
結果、製造条件のガス分圧、ガス流量、直流電力
密度、基板温度の製造パラメーターの最適化によ
り始めて光導電性に優れ且つ付着速度の速い非晶
質シリコン膜が得られることを見い出した。
質シリコン膜の製造において低コスト化の第１の
条件である光導電性に優れた膜の付着速度の向上
に関して、上記の実情に鑑みて鋭意研究を重ねた
結果、製造条件のガス分圧、ガス流量、直流電力
密度、基板温度の製造パラメーターの最適化によ
り始めて光導電性に優れ且つ付着速度の速い非晶
質シリコン膜が得られることを見い出した。
このように製造条件をコントロールすることに
より、何故光導電性に優れた膜の付着速度が向上
するかについては明らかとなつていないが、直流
放電により基板を設置したカソード（電圧印
加）電極側の空間に局在したプラズマ領域が形成
され、供給されたSiH4ガスがこの領域で急激に
分解され、高エネルギー状態を保つた各種の種
（Species）が基板へ到達し堆積付着するためと考
えられる。
より、何故光導電性に優れた膜の付着速度が向上
するかについては明らかとなつていないが、直流
放電により基板を設置したカソード（電圧印
加）電極側の空間に局在したプラズマ領域が形成
され、供給されたSiH4ガスがこの領域で急激に
分解され、高エネルギー状態を保つた各種の種
（Species）が基板へ到達し堆積付着するためと考
えられる。
光導電性の優れた非晶質シリコン膜を得るため
にはSiH4ガスの圧力、SiH4ガスの流量、直流電
力、基板温度の最適化が必要である。真空室系内
の圧力、SiH4ガスの電極間単位体積当たりの流
量、直流電力密度と非晶質シリコン膜の光学ギヤ
ツプ、水素含有量、膜比重、暗電導度、光電導度
とは明らかな相関があり、これはカソード電極近
傍の局在したプラズマ状態が非晶質シリコン膜の
物性に反映することを示している。即ち、付着速
度の大きい光導電性に優れた非晶質シリコン膜を
得るためには真空室系内のSiH4ガス分子、解離
した各種の種の平均自由行程、滞在時間、解離し
た分子の種類あるいは密度を適当な条件下に設定
することが必要と考えられる。また、表面反応に
おける基板温度も同様な最適化が必要と考えられ
る。
にはSiH4ガスの圧力、SiH4ガスの流量、直流電
力、基板温度の最適化が必要である。真空室系内
の圧力、SiH4ガスの電極間単位体積当たりの流
量、直流電力密度と非晶質シリコン膜の光学ギヤ
ツプ、水素含有量、膜比重、暗電導度、光電導度
とは明らかな相関があり、これはカソード電極近
傍の局在したプラズマ状態が非晶質シリコン膜の
物性に反映することを示している。即ち、付着速
度の大きい光導電性に優れた非晶質シリコン膜を
得るためには真空室系内のSiH4ガス分子、解離
した各種の種の平均自由行程、滞在時間、解離し
た分子の種類あるいは密度を適当な条件下に設定
することが必要と考えられる。また、表面反応に
おける基板温度も同様な最適化が必要と考えられ
る。
本発明の目的は付着速度を向上させるととも
に、高速製膜に伴なう欠陥の増加を抑え、光導電
性に優れた非晶質シリコン膜を得、製造コストを
下げる新規な製造方法を提供することにある。
に、高速製膜に伴なう欠陥の増加を抑え、光導電
性に優れた非晶質シリコン膜を得、製造コストを
下げる新規な製造方法を提供することにある。
本発明のかかる目的は、モノシランガスを真空
室系内に導入し、直流電界を与えて放電現象を生
起させてモノシランガスを分解させる直流グロー
放電分解により非晶質シリコン膜を製造する方法
においてモノシランガスの分圧を0.2〜1.0Torr、
モノシランガスの流量を電極間体積１cm3当たり
0.01〜2.0c.c.／min、基板を設置したカソード電極
に印加する直流電力を0.1〜1.0w／cm2、基板温度
を250〜450℃の条件に保ち20Å／sec以上の付着
速度で非晶質シリコン膜を形成することを特徴と
する非晶質シリコン膜の製造方法によつて達成さ
れる。
室系内に導入し、直流電界を与えて放電現象を生
起させてモノシランガスを分解させる直流グロー
放電分解により非晶質シリコン膜を製造する方法
においてモノシランガスの分圧を0.2〜1.0Torr、
モノシランガスの流量を電極間体積１cm3当たり
0.01〜2.0c.c.／min、基板を設置したカソード電極
に印加する直流電力を0.1〜1.0w／cm2、基板温度
を250〜450℃の条件に保ち20Å／sec以上の付着
速度で非晶質シリコン膜を形成することを特徴と
する非晶質シリコン膜の製造方法によつて達成さ
れる。
以下本発明を図面に従つて更に詳細に説明す
る。
る。
本発明の直流グロー放電分解法によつて非晶質
シリコン膜を製造する場合について第１図にその
代表的な直流グロー放電分解装置の概念図を示し
説明する。
シリコン膜を製造する場合について第１図にその
代表的な直流グロー放電分解装置の概念図を示し
説明する。
第１図によつて本発明を説明すれば直流グロー
放電分解装置１００の真空室１２０内にはカソー
ド電極１０１の下方に対向して所定間隔を保つ
て、ガス供給部を有するアメード電極１０２が設
置されている。更にカソード電極１０１にはヒー
タ電源１１２に接続された基板加熱ヒーター１０
５が設けられており基板１０４を所定基板温度に
設定できる。基板１０４に基板支持部材１０３で
固定されている。カソード電極１０１においてグ
ロー放電時のカソード電極周辺の放電を防ぐため
にシールド部材１０６が設けてある。
放電分解装置１００の真空室１２０内にはカソー
ド電極１０１の下方に対向して所定間隔を保つ
て、ガス供給部を有するアメード電極１０２が設
置されている。更にカソード電極１０１にはヒー
タ電源１１２に接続された基板加熱ヒーター１０
５が設けられており基板１０４を所定基板温度に
設定できる。基板１０４に基板支持部材１０３で
固定されている。カソード電極１０１においてグ
ロー放電時のカソード電極周辺の放電を防ぐため
にシールド部材１０６が設けてある。
またカソード電極１０１は直流電源１０７に接
続されている。
続されている。
導入すべきモノシランガス１１１はマスフロー
コントローラ１１０、ニードルバルブ１０９を通
して真空室１２０中へ導入されるが、第１図のよ
うにアノード電極側からカソード電極１０１に対
して垂直方向に流しても良いが、カソード電極１
０１に対して平行方向へガス流を生じさせても良
い。更に真空室１２０の下部には拡散ポンプバル
ブ１１４、及びロータリーポンプバルブ１１３を
介して排気装置が設置されている。
コントローラ１１０、ニードルバルブ１０９を通
して真空室１２０中へ導入されるが、第１図のよ
うにアノード電極側からカソード電極１０１に対
して垂直方向に流しても良いが、カソード電極１
０１に対して平行方向へガス流を生じさせても良
い。更に真空室１２０の下部には拡散ポンプバル
ブ１１４、及びロータリーポンプバルブ１１３を
介して排気装置が設置されている。
第１図の直流グロー放電分解装置１００を使用
して、基板１０４上に非晶質シリコン膜を形成す
るには、先ず洗浄処理が施された基板１０４を基
板支持部材１０３に固定する。
して、基板１０４上に非晶質シリコン膜を形成す
るには、先ず洗浄処理が施された基板１０４を基
板支持部材１０３に固定する。
次に排気装置により、真空槽１２０を好ましく
は１×10-5Torr以下の背圧になるように排気し、
基板加熱ヒーター１０５により所定の基板温度に
保ち、拡散ポンプバルブ１１４を閉じてロータリ
ーポンプバルブ１１３を開いて、ロータリーポン
プのみで排気する。そしてSiH4ガス１１１を所
定流量、真空室内へ導入する。
は１×10-5Torr以下の背圧になるように排気し、
基板加熱ヒーター１０５により所定の基板温度に
保ち、拡散ポンプバルブ１１４を閉じてロータリ
ーポンプバルブ１１３を開いて、ロータリーポン
プのみで排気する。そしてSiH4ガス１１１を所
定流量、真空室内へ導入する。
ここで導入するガスはSiH4純ガスあるいはAr、
H2、He、Ne等のガスで稀釈した濃度が50％以
上のSiH4ガスであり、光センサー、撮像素子、
太陽電池、電子写真感光体におけるＰ−ｎ、Ｐ−
ｉ−ｎ等の接合を形成するために、PH3、B2H6
等のドーピングガスを混合させても良い。更に
Ｃ、Ｎ、Ge、Ｏ、ハロゲン元素を含むガスを混
合させても良い。
H2、He、Ne等のガスで稀釈した濃度が50％以
上のSiH4ガスであり、光センサー、撮像素子、
太陽電池、電子写真感光体におけるＰ−ｎ、Ｐ−
ｉ−ｎ等の接合を形成するために、PH3、B2H6
等のドーピングガスを混合させても良い。更に
Ｃ、Ｎ、Ge、Ｏ、ハロゲン元素を含むガスを混
合させても良い。
次いでロータリーポンプバルブ１１３を調節し
て真空室１２０の背圧を絶対圧力計（MKS社製
バラトロン）１０８で監視して所定圧力に保つ。
て真空室１２０の背圧を絶対圧力計（MKS社製
バラトロン）１０８で監視して所定圧力に保つ。
直流グロー放電を生起すべき電界は、直流電源
１０７により印加する。
１０７により印加する。
本発明においては基板１０４は導電性支持体で
も、絶縁体でも良く、用途によつて適宜選択さ
れ、形状も板状、ベルト状、円筒状等、任意の形
状にすることができる。
も、絶縁体でも良く、用途によつて適宜選択さ
れ、形状も板状、ベルト状、円筒状等、任意の形
状にすることができる。
本発明における非晶質シリコン膜を製造する方
法を以下実施例とともに具体的に説明する。
法を以下実施例とともに具体的に説明する。
第２図、第３図に基板温度〜380℃、直流電力
密度〜0.44w／cm2一定にし、SiH4の純ガス（100
％）のグロー放電分解による非晶質シリコン膜の
暗電導度及び光電導度とSiH4分圧、付着速度と
SiH4分圧の関係を電極間体積１cm3当たりに流れ
込むSiH4流量（SCCM／cm3）をパラメーターと
して示した。
密度〜0.44w／cm2一定にし、SiH4の純ガス（100
％）のグロー放電分解による非晶質シリコン膜の
暗電導度及び光電導度とSiH4分圧、付着速度と
SiH4分圧の関係を電極間体積１cm3当たりに流れ
込むSiH4流量（SCCM／cm3）をパラメーターと
して示した。
本発明における光導電性に優れた特に光電導度
が10-6Ω-1・cm-1以上で付着速度が20Å／sec以
上の非晶質シリコン膜を得る製造条件は第２図及
び第３図からも判るようにSiH4分圧が0.2〜
1.0Torrより好ましくは0.2〜0.7Torr、電極間体
積１cm3当たりに流れ込むSiH4流量が0.01〜2.0
c.c.／min、より好ましくは0.1〜1.0c.c.／minであ
る。尚、本発明におけるグロー放電装置の形状は
第１図において、カソード電極は170φ（227cm2）、
カソード・アノードギヤンプ長は３cmであるから
電極間体積は681cm3である。更にSiH4ガスはアノ
ード電極より基板に垂直方向に流した。
が10-6Ω-1・cm-1以上で付着速度が20Å／sec以
上の非晶質シリコン膜を得る製造条件は第２図及
び第３図からも判るようにSiH4分圧が0.2〜
1.0Torrより好ましくは0.2〜0.7Torr、電極間体
積１cm3当たりに流れ込むSiH4流量が0.01〜2.0
c.c.／min、より好ましくは0.1〜1.0c.c.／minであ
る。尚、本発明におけるグロー放電装置の形状は
第１図において、カソード電極は170φ（227cm2）、
カソード・アノードギヤンプ長は３cmであるから
電極間体積は681cm3である。更にSiH4ガスはアノ
ード電極より基板に垂直方向に流した。
本発明における非晶質シリコン膜の製造条件に
おいて、基板を設置したカソード電極に印加する
直流電力密度は0.1w／cm2未満では付着速度が10
Å／sec以下と遅く、また1.0w／cm2より大きい場
合、放電プラズマ中でSiH4ガスの解離が異常に
促進され、非晶質シリコン膜中の水素含有量が減
少し、光電導度は10-6Ω-1・cm-1以下に低下し
た。従つて直流電力密度は0.1〜1.0w／cm2であり
より好ましくは0.2〜0.8w／cm2である。また製造
条件において基板温度は250〜450℃以外の範囲で
は光電導度は著しく低下した。また稀釈した
SiH4ガスの直流グロー放電分解においてはSiH4
ガス濃度が50％未満の場合、付着速度が20A／
sec以上では直流電力密度を上昇させる必要があ
り、このため光電導度が低下した。
おいて、基板を設置したカソード電極に印加する
直流電力密度は0.1w／cm2未満では付着速度が10
Å／sec以下と遅く、また1.0w／cm2より大きい場
合、放電プラズマ中でSiH4ガスの解離が異常に
促進され、非晶質シリコン膜中の水素含有量が減
少し、光電導度は10-6Ω-1・cm-1以下に低下し
た。従つて直流電力密度は0.1〜1.0w／cm2であり
より好ましくは0.2〜0.8w／cm2である。また製造
条件において基板温度は250〜450℃以外の範囲で
は光電導度は著しく低下した。また稀釈した
SiH4ガスの直流グロー放電分解においてはSiH4
ガス濃度が50％未満の場合、付着速度が20A／
sec以上では直流電力密度を上昇させる必要があ
り、このため光電導度が低下した。
本発明は上述したように直流グロー放電分解に
より光導電性に優れ付着速度の速い低コストの非
晶質シリコン膜を得る新規な製造方法を提供する
ものである。
より光導電性に優れ付着速度の速い低コストの非
晶質シリコン膜を得る新規な製造方法を提供する
ものである。
第１図は本発明を実施するためのグロー放電分
解装置の概念図、第２図は本発明の製造条件と光
導電性の関係を示す図であり、第３図は製造条件
と付着速度の関係を示す図である。 １００〜直流グロー放電分解装置、１０１〜カ
ソード電極、１０２〜アノード電極及びガス供給
部、１０３〜基板支持部材、１０４〜基板、１０
５〜基板加熱ヒーター、１０６〜シールド部材、
１０７〜直流電源、１０８〜圧力計、１０９〜ニ
ードルバルブ、１１０〜マスフローコントローラ
ー、１１１〜SiH4ガス、１１２〜ヒーター電源、
１１３〜ロータリーポンプバルブ、１１４〜拡散
ポンプバルブ、１２０〜真空室、２０１〜光電導
度、２０２〜暗電導度。
解装置の概念図、第２図は本発明の製造条件と光
導電性の関係を示す図であり、第３図は製造条件
と付着速度の関係を示す図である。 １００〜直流グロー放電分解装置、１０１〜カ
ソード電極、１０２〜アノード電極及びガス供給
部、１０３〜基板支持部材、１０４〜基板、１０
５〜基板加熱ヒーター、１０６〜シールド部材、
１０７〜直流電源、１０８〜圧力計、１０９〜ニ
ードルバルブ、１１０〜マスフローコントローラ
ー、１１１〜SiH4ガス、１１２〜ヒーター電源、
１１３〜ロータリーポンプバルブ、１１４〜拡散
ポンプバルブ、１２０〜真空室、２０１〜光電導
度、２０２〜暗電導度。
Claims (1)
- １ モノシランガスを真空室系内に導入し、直流
電界を与えて放電現象を生起させてモノシランガ
スを分解させる直流グロー放電分解により非晶質
シリコン膜を製造する方法においてモノシランガ
スの分圧を0.2〜1.0Torr、モノシランガスの流量
を電極間体積１cm3当たり0.01〜2.0c.c.／min、基板
を設置したカソード電極に印加する直流電力密度
を0.1〜1.0w／cm2、基板温度を250〜450℃の条件
に保ち20Å／sec以上の付着速度で非晶質シリコ
ン膜を形成することを特徴とする非晶質シリコン
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55117479A JPS5742523A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Preparation of amorphous silicon film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55117479A JPS5742523A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Preparation of amorphous silicon film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5742523A JPS5742523A (en) | 1982-03-10 |
| JPS6332863B2 true JPS6332863B2 (ja) | 1988-07-01 |
Family
ID=14712711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55117479A Granted JPS5742523A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Preparation of amorphous silicon film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5742523A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0691010B2 (ja) * | 1983-01-11 | 1994-11-14 | 三井東圧化学株式会社 | 非晶質薄膜の製法 |
| JPH0644552B2 (ja) * | 1983-03-30 | 1994-06-08 | 三井東圧化学株式会社 | 非晶質薄膜の製法 |
-
1980
- 1980-08-26 JP JP55117479A patent/JPS5742523A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5742523A (en) | 1982-03-10 |
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