JP2009035780A - Method for producing hydrogenated amorphous silicon and apparatus for forming film thereof - Google Patents
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Description
本発明は、水素化アモルファスシリコンの製造方法に関し、太陽電池、イメージセンサ、感光体などの光電材料、および液晶表示装置における各画素に設けられる薄膜トランジスタ材料などに用いられる水素化アモルファスシリコン膜の製造技術に関する。 The present invention relates to a method for producing hydrogenated amorphous silicon, and relates to a method for producing a hydrogenated amorphous silicon film used for a photoelectric material such as a solar cell, an image sensor, and a photoreceptor, and a thin film transistor material provided in each pixel in a liquid crystal display device. About.
従来、水素化アモルファスシリコン膜を形成する方法としては、モノシラン（ＳｉＨ4）やジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）などの危険性の高い水素化珪素ガスを用いた熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などが利用されているが、この中でもプラズマＣＶＤ法（Spear,W.E.ら：Solid State Com.,17巻（1975年）第1193頁参照）が広く用いられ企業化されている。 Conventionally, as a method of forming a hydrogenated amorphous silicon film, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method using a highly dangerous silicon hydride gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), plasma, etc. The CVD method, the photo-CVD method, etc. are used. Among them, the plasma CVD method (Spear, WE et al .: Solid State Com., 17 (1975), page 1193) is widely used and commercialized. .
また、危険性の高い水素化珪素ガスの代わりに、水素ガスを用いて水素化アモルファスシリコン膜を形成する方法として、ECR（電子サイクロトロン共鳴）イオン源を用いたイオンビームアシスト蒸着法（下記非特許文献２参照）が知られている。 Also, as a method of forming a hydrogenated amorphous silicon film using hydrogen gas instead of the highly dangerous silicon hydride gas, an ion beam assisted deposition method using an ECR (electron cyclotron resonance) ion source (the following non-patent document) Document 2) is known.
その他、水素ガスを用いる方法では、ガスソースMBE（分子線エピタキシー）法も考えられる。 In addition, as a method using hydrogen gas, a gas source MBE (molecular beam epitaxy) method can be considered.
しかしながら、上記のような各種ＣＶＤ法を用いる場合には、以下の問題点がある。
１）高燃焼性などの危険性を有する水素化珪素ガスを用いる場合がほとんどであり、水素化アモルファスシリコン膜の製造装置に関して高度な安全対策が必要になる。
２）気相反応を用いるため気相で粒子が発生し、装置の汚染、デバイスの歩留まり低下などの問題を生じる。
３）原料をガス状で用いるため、基板表面に上に凹凸がある場合には、ステップカバレージの良い膜を堆積しにくい。
４）プラズマＣＶＤ法においては、高周波発生装置など複雑で高価な装置が必要となる。
However, when using the various CVD methods as described above, there are the following problems.
1) In most cases, silicon hydride gas having a risk such as high flammability is used, and a high-level safety measure is required for a hydrogenated amorphous silicon film manufacturing apparatus.
2) Since a gas phase reaction is used, particles are generated in the gas phase, causing problems such as device contamination and device yield reduction.
3) Since the raw material is used in a gaseous state, it is difficult to deposit a film with good step coverage when the substrate surface has an uneven surface.
4) In the plasma CVD method, a complicated and expensive apparatus such as a high frequency generator is required.
また、上記非特許文献２における、ECR（電子サイクロトロン共鳴）イオン源を用いたイオンビームアシスト蒸着法を用いた方法では、危険性の高い水素化珪素ガスを用いないという利点を有するものの、イオンエネルギーの制御がカウフマン型あるいはバケット型などの熱陰極電子衝撃型イオン源に比較して複雑かつ困難になりやすい。 In addition, the method using the ion beam assisted deposition method using an ECR (electron cyclotron resonance) ion source in Non-Patent Document 2 described above has an advantage of not using a high-risk silicon hydride gas. Control is likely to be complicated and difficult as compared with a hot cathode electron impact ion source such as a Kaufman type or a bucket type.
また、水素ガスを用いるガスソースMBE法では、イオンエネルギーの制御は可能であるが、制御が可能なのは小面積の膜の形成に限られ、水素化アモルファスシリコン膜を用いた製品への応用も困難であった。 In addition, in the gas source MBE method using hydrogen gas, the ion energy can be controlled, but the control is limited to the formation of a small area film, and it is difficult to apply it to products using a hydrogenated amorphous silicon film. Met.
一般にアモルファスシリコン膜を工業的に利用する場合、アモルファス特有の構造のため生じるSiの未結合手（ダングリングボンド）をHなどの軽元素で終端することが不可欠であり、Hで終端したものは水素化アモルファスシリコン膜となる。この際、Hで終端しきれないSiの未結合手の数は、電子スピン共鳴（ESR）の測定により、スピン密度として定量することができるが、このスピン密度の値が極力小さいものを得ることが望ましい。 In general, when amorphous silicon films are used industrially, it is indispensable to terminate Si dangling bonds (dangling bonds) that occur due to the structure peculiar to amorphous with light elements such as H. It becomes a hydrogenated amorphous silicon film. At this time, the number of Si dangling bonds that cannot be terminated with H can be quantified as the spin density by measuring electron spin resonance (ESR), but the spin density must be as small as possible. Is desirable.
SiをHで終端した形としては、主にSi−H結合とSi−H2結合の２つがある。上記非特許文献１の例に挙げられているプラズマCVD法の方法では、スピン密度の大きな膜は、膜中に微小なボイドが多く存在し、ボイドとの境界面に沿ってSi−H2結合が多く存在する。このため一般的に、スピン密度の大きな膜は、Si−H結合／Si−H2結合の比が小さい膜となり、逆に、スピン密度の小さな膜は、Si−H結合／Si−H2結合の比が大きい膜となっている。 There are two main forms of Si terminated with H: Si-H bond and Si-H 2 bond. In the plasma CVD method described in the example of Non-Patent Document 1 above, a film with a high spin density has a lot of minute voids in the film, and Si—H 2 bonds are formed along the boundary surface with the voids. There are many. Therefore, in general, a film having a high spin density has a small ratio of Si—H bond / Si—H 2 bond, and conversely, a film having a low spin density has a Si—H bond / Si—H 2 bond. The ratio of the film is large.
そのため、プラズマCVD法においては、極力Si−H2結合を低減してSi−H結合を選択的に形成する条件において、スピン密度の小さな膜が得られるようになるが、このような条件を得ることは、プラズマCVDの装置によって異なり、条件の設定と維持は容易ではなかった。 Therefore, in the plasma CVD method, a film having a low spin density can be obtained under the condition of selectively forming the Si—H bond by reducing the Si—H 2 bond as much as possible. This differs depending on the plasma CVD equipment, and it was not easy to set and maintain the conditions.
また、水素ガスを用いるガスソースMBE法では、イオンエネルギーの制御は可能であるが、制御が可能なのは小面積に膜を堆積する場合に限られ、水素化アモルファスシリコン膜を用いた製品を実用化する際の障害になっていた。 In addition, in the gas source MBE method using hydrogen gas, ion energy can be controlled, but it can be controlled only when a film is deposited on a small area, and a product using a hydrogenated amorphous silicon film is put into practical use. It was an obstacle to doing.
上記の問題点を解決するため、本発明によるイオンビームアシスト蒸着法によって基板上に水素化アモルファスシリコン膜を形成する方法は、第１に基板にシリコンを蒸着する際に、同時に水素イオンを含むイオンビームを照射することを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a method of forming a hydrogenated amorphous silicon film on a substrate by an ion beam assisted deposition method according to the present invention firstly includes ions containing hydrogen ions when silicon is deposited on the substrate. It is characterized by irradiating a beam.
イオンビームアシスト蒸着法は、IBAD（Ion Beam Assisted Deposition）法とも呼ばれており、電子ビームなどによる蒸着時に基板へのイオンビーム照射を併用する方法である。 The ion beam assisted deposition method is also called an IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) method, and is a method that uses ion beam irradiation on a substrate at the time of deposition using an electron beam or the like.
特に、照射イオン種に活性イオンを用いる方法は、反応性イオンビームアシスト法と呼ばれている。この方法では、イオン源として酸素、窒素等にイオン化してエネルギーを与えることにより蒸着物質との化学反応を促進させ、各種の酸化膜、窒化膜を形成することができる。 In particular, a method using active ions as irradiation ion species is called a reactive ion beam assist method. In this method, by applying energy by ionizing oxygen, nitrogen, or the like as an ion source, the chemical reaction with the deposition material can be promoted, and various oxide films and nitride films can be formed.
本発明では、シリコンを蒸着する際に、水素を含むガスをイオン化してイオンビームとして照射することによって、蒸着ソース物質であるシリコンを効果的に水素化することができる。これにより、太陽電池、イメージセンサ、感光体などの光電材料、および液晶表示装置における各画素に設けられる薄膜トランジスタ材料などを製造する際に、高品質な水素化アモルファスシリコン膜を形成することができる。 In the present invention, when silicon is vapor-deposited, silicon as a vapor deposition source material can be effectively hydrogenated by ionizing a gas containing hydrogen and irradiating it as an ion beam. Thus, a high-quality hydrogenated amorphous silicon film can be formed when manufacturing a photoelectric material such as a solar cell, an image sensor, and a photoconductor, and a thin film transistor material provided in each pixel in a liquid crystal display device.
第２には、前記シリコンを蒸着する際の蒸着源として、電子ビーム蒸着を用いることを特徴とするものである。 Second, electron beam evaporation is used as an evaporation source when the silicon is evaporated.
本発明において、蒸着材としてはシリコンが用いられる。蒸着源としては、一般には電子ビーム加熱蒸着源、抵抗加熱蒸発源、高周波加熱蒸発源、レーザー加熱蒸発源、分子線発生源などがあるが、比較的融点の高いシリコンを安定して一定の速度で蒸着させるためには、電子ビーム加熱蒸着源が用いられる。 In the present invention, silicon is used as the vapor deposition material. Generally, there are electron beam heating evaporation source, resistance heating evaporation source, high frequency heating evaporation source, laser heating evaporation source, molecular beam generation source, etc., but silicon with a relatively high melting point is stabilized at a constant rate. In order to perform evaporation, an electron beam heating evaporation source is used.
第３には、水素イオンを含むイオンビームのイオン種として、ヘリウム（He）、ネオン（Ne）、アルゴン（Ar）、クリプトン（Kr）、キセノン（Xe）などの希ガスと水素とを混合した混合ガスから発生させたイオンを用いることを特徴とするものである。 Third, as an ion species of an ion beam containing hydrogen ions, a rare gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe) is mixed with hydrogen. It is characterized by using ions generated from a mixed gas.
アモルファスシリコンにおけるアモルファス特有の構造のため生じるSiの未結合手（ダングリングボンド）をHで終端し、水素化アモルファスシリコン膜とするためには、イオンビームのイオン種として水素イオンを含むことが不可欠である。 It is indispensable to include hydrogen ions as the ion species of the ion beam in order to terminate the dangling bonds of Si (dangling bonds) generated by amorphous structure in amorphous silicon with H to form a hydrogenated amorphous silicon film. It is.
さらに、イオンビームのイオン種として、希ガスと水素とを混合したガスから発生させたイオンを用いることにより、膜の緻密化を促進し、さらには、水素を効果的に膜中に導入することができる。これは、イオンビームのイオンの運動量は、同じ印加電圧の場合に、質量が大きいイオン種ほど大きな運動量となるためである。希ガスと水素とを混合したガスを用いることにより、水素単独の場合に比べて大きな運動量を持つ希ガスイオンの効果で、膜の緻密化をより促進することができ、プラズマCVD法で発生していたボイドが、極力無い膜が得られる。この際に、水素単独の場合と比べて効果的に水素を膜中に導入することができる。このときスピン密度は、本発明の条件では水素量の増加とともに減少する。しかしながら、プラズマCVD法とは異なる成膜プロセスであるため、Si−H結合／Si−H2結合の比が大きい膜が、スピン密度が小さくなるとは限らない。 Furthermore, by using ions generated from a mixture of a rare gas and hydrogen as the ion species of the ion beam, it is possible to promote the densification of the film, and to effectively introduce hydrogen into the film. Can do. This is because the ion momentum of the ion beam has a larger momentum with an ion species having a larger mass at the same applied voltage. By using a mixture of rare gas and hydrogen, it is possible to promote film densification due to the effect of rare gas ions that have a large momentum compared to hydrogen alone, which is generated by plasma CVD. A film having as little void as possible can be obtained. At this time, hydrogen can be introduced into the film more effectively than in the case of hydrogen alone. At this time, the spin density decreases as the amount of hydrogen increases under the conditions of the present invention. However, since this is a film formation process different from the plasma CVD method, a film having a large ratio of Si—H bond / Si—H 2 bond does not necessarily have a low spin density.
第４には、水素イオンを含むイオンビームを、イオンエネルギーとして１００〜９００ｅVの範囲で照射することを特徴とするものである。この範囲に関しては、イオンエネルギーが１００ｅV未満では、イオンビームの効果が小さくなり高品質な水素化アモルファスシリコン膜が得られなくなるためであり、また、イオンエネルギーが９００ｅVを超える場合には、膜の損傷が生じるためである。特に希ガスの比率が高い場合は、膜中への希ガスイオンの取り込み量が増加し、膜の品質が劣化する。使用されるイオンエネルギーとしては１００〜９００ｅVの範囲であるが、好ましくは２００〜７００ｅV、より好ましくは２００〜６００ｅVの範囲が用いられる。 Fourth, an ion beam containing hydrogen ions is irradiated in the range of 100 to 900 eV as ion energy. With respect to this range, if the ion energy is less than 100 eV, the effect of the ion beam becomes small and a high-quality hydrogenated amorphous silicon film cannot be obtained. If the ion energy exceeds 900 eV, the film is damaged. This is because. In particular, when the ratio of the rare gas is high, the amount of rare gas ions taken into the film increases and the quality of the film deteriorates. The ion energy used is in the range of 100 to 900 eV, preferably 200 to 700 eV, more preferably 200 to 600 eV.
第５には、水素イオンを含むイオンビームのイオン源として熱陰極電子衝撃型イオン源を用いることを特徴とするものである。水素イオンを含むイオンビームのイオン源として、イオンエネルギーの制御が容易であるカウフマン型、バケット型、フリーマン型、あるいは、ホローカソード型などの熱陰極電子衝撃型イオン源が用いられる。さらに好ましくは、比較的大きな面積に均一なイオンエネルギーが照射できるカウフマン型、あるいは、バケット型のイオン源が用いられる。 Fifth, a hot cathode electron impact ion source is used as an ion source of an ion beam containing hydrogen ions. As an ion source of an ion beam containing hydrogen ions, a hot cathode electron impact ion source such as a Kaufman type, a bucket type, a Freeman type, or a hollow cathode type that can easily control ion energy is used. More preferably, a Kaufmann-type or bucket-type ion source that can irradiate a relatively large area with uniform ion energy is used.
第６には、イオンビームアシスト蒸着法の基板の温度制御を行わないことを特徴とするものである。 Sixth, the temperature control of the substrate in the ion beam assisted vapor deposition method is not performed.
水素化アモルファスシリコン膜の形成に際しては、スピン密度の小さい膜を選択的に得ることが望ましい。このため、プラズマＣＶＤ法などでは、一般に基板温度を２００〜３５０℃程度の範囲で加熱を行うことが必要である。 In forming a hydrogenated amorphous silicon film, it is desirable to selectively obtain a film having a low spin density. For this reason, in the plasma CVD method or the like, it is generally necessary to heat the substrate at a temperature of about 200 to 350 ° C.
しかしながら、本発明では、前の第３の項目で述べたように、希ガスと水素とを混合したガスから発生させたイオンを用いることにより、膜の緻密化を促進し、さらには効果的に水素を膜中に導入することができる。これにより積極的には温度制御することなく、スピン密度の小さい膜を選択的に得ることができる。 However, in the present invention, as described in the third item above, the use of ions generated from a gas in which a rare gas and hydrogen are mixed promotes the densification of the film, and more effectively. Hydrogen can be introduced into the membrane. Thereby, a film having a low spin density can be selectively obtained without actively controlling the temperature.
以上詳しく述べたとおり、本発明ではシリコンを電子ビーム蒸着する際に、水素を含むガスをイオン化してイオンビームとして照射することにより、蒸着物質であるシリコンを効果的に水素化することができる。 As described above in detail, in the present invention, when silicon is electron-beam evaporated, a gas containing hydrogen is ionized and irradiated as an ion beam, so that silicon as a deposition material can be effectively hydrogenated.
さらに、この際、極力スピン密度の小さい膜を選択的に得ることができ、これにより太陽電池、イメージセンサ、感光体などの光電材料、および液晶表示装置における各画素に設けられる薄膜トランジスタ材料などに用いられる、高品質な水素化アモルファスシリコン膜を提供することができる。 Further, at this time, a film having as low a spin density as possible can be selectively obtained. As a result, it is used for a photoelectric material such as a solar cell, an image sensor, and a photoconductor, and a thin film transistor material provided for each pixel in a liquid crystal display device. It is possible to provide a high quality hydrogenated amorphous silicon film.
以下、本発明の実施の形態による水素化アモルファスシリコンの製造技術について、図面を参照しながら説明を行う。 Hereinafter, a hydrogenated amorphous silicon manufacturing technique according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施の形態によるイオンビームアシスト蒸着装置の概略構成例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of an ion beam assisted vapor deposition apparatus according to the present embodiment.
図１に示す蒸着装置おいて、真空容器１は、排気口より真空ポンプで真空排気することにより（白抜きの矢印）、その内部を減圧状態にすることのできる密閉型の容器である。図１に示す真空容器１内には、基板１０を載置するための基板ホルダー９が設置されており、基板ホルダー９は外部動力により回転可能に構成されている。基板ホルダー９には、基板加熱ヒーター、あるいは、冷却装置などの温度制御機構は特に設置されていなくても良い。
In the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1, the vacuum container 1 is a hermetic container that can be evacuated from the exhaust port by a vacuum pump (white arrow). A substrate holder 9 for placing a
基板ホルダー９は、真空装置１内の上部に設けられている。蒸着源３は、真空装置１の下部に設けられている。蒸着源３の上方には、開閉可能なシャッター５が設置されており、成膜時にはシャッター５が開にされる。電子銃４から出射される電子ビームは、蒸着源３に照射される。
The substrate holder 9 is provided in the upper part in the vacuum apparatus 1. The vapor deposition source 3 is provided in the lower part of the vacuum apparatus 1. An openable and closable shutter 5 is installed above the vapor deposition source 3, and the shutter 5 is opened during film formation. The electron beam emitted from the
本実施の形態では、蒸着源３は、好ましくは純度９９％以上、より好ましくは、純度９９．９％以上のシリコンが用いられる。真空容器１内を約１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）程度の真空度まで真空引きした後、電子銃４から出射される電子ビームを蒸着源３に照射・掃引し、蒸着源３を溶融する。これにより蒸着源３であるシリコンが蒸発し、基板１０表面にシリコン膜を蒸着することができる。シリコン膜の堆積速度は、膜厚モニター７によって測定されており、膜厚モニター７から電子銃４への信号に基づいて、ほぼ一定の蒸着速度になるように電子銃４の出力を制御することができる。シリコン膜の堆積速度は、好ましくは０．０２〜１ｎｍ／ｓであり、より好ましくは、０．０５〜０．５ｎｍ／ｓである。
In the present embodiment, the vapor deposition source 3 is preferably made of silicon having a purity of 99% or more, more preferably 99.9% or more. After evacuating the inside of the vacuum vessel 1 to a degree of vacuum of about 10 −6 Torr (1.33 × 10 −4 Pa), the electron beam emitted from the
本実施の形態では、イオンビームアシスト蒸着法によって、基板１０上に水素化アモルファスシリコン膜を形成するために、基板１０にシリコンを蒸着する際に、同時に水素イオンを含むイオンビームを照射する。
In this embodiment, in order to form a hydrogenated amorphous silicon film on the
イオン源として、イオンエネルギーの制御が容易であるカウフマン型、バケット型、フリーマン型、あるいは、ホローカソード型などの熱陰極電子衝撃型イオン源を用いることができるが、ここでは、カウフマン型イオン源を用いた例について説明する。 As the ion source, a hot cathode electron impact ion source such as a Kaufman type, bucket type, Freeman type, or hollow cathode type that can easily control the ion energy can be used. Here, a Kaufman type ion source is used. The used example will be described.
イオン源６には、図示していないが、希ガスにアルゴンガスを用いる場合、アルゴンアルゴンガスと水素ガスとがそれぞれのガス供給ラインにより、マスフローコントローラーなどによって流量が制御されて真空容器１内に導入され、イオンビームを発生させることができる。アルゴンガスおよび水素ガスは、それぞれ好ましくは９９．９％以上、より好ましくは９９．９９９％以上の高純度ガスを用いる。水素ガスとアルゴンガスとの流量比は、好ましくは１：１〜１：５の範囲である。
Although not shown in the figure for the
使用されるイオンエネルギーとしては、１００〜９００ｅVの範囲であるが、好ましくは２００〜７００ｅV、より好ましくは２００〜６００ｅVの範囲が用いられる。また、照射イオンのイオン電流密度は、イオン源６からのイオンの出射方向に設けられたファラデーカップ８により測定され、ほぼ一定のイオン電流密度になるようにイオン源の出力を制御する。イオン電流密度は、好ましくは、２０〜２５０μＡ／ｃｍ2、より好ましくは、５０〜２００μＡ／ｃｍ2である。
The ion energy used is in the range of 100 to 900 eV, preferably 200 to 700 eV, more preferably 200 to 600 eV. Further, the ion current density of the irradiated ions is measured by a Faraday cup 8 provided in the direction in which ions are emitted from the
これらの範囲内で、極力、スピン密度の小さい水素化アモルファスシリコン膜を選択的に形成することができる。 Within these ranges, it is possible to selectively form a hydrogenated amorphous silicon film having a low spin density as much as possible.
（実施例１〜３について）
以下に、図１に示すイオンビームアシスト蒸着装置を用いて、水素化アモルファスシリコン膜を形成する際の具体的な実施例及びその結果得られた水素化アモルファスシリコン膜の特性例について、比較例とともに説明する。
(About Examples 1 to 3)
Hereinafter, specific examples of forming a hydrogenated amorphous silicon film using the ion beam assisted deposition apparatus shown in FIG. 1 and characteristic examples of the resulting hydrogenated amorphous silicon film will be described together with comparative examples. explain.
本実施例によるイオンビームアシスト蒸着装置における主排気には、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプを併用し、到達真空度は約１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）である。成膜時の真空度は、約５×１０−５Tｏｒｒ（６．６５×１０−３Ｐａ）であり、真空排気は、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプを併用して行った。クライオポンプのみで排気すると、水素ガスを十分に排気できないため、本実施例では、ターボ分子ポンプを併用して真空排気した。シリコンは、純度９９．９％以上のソースを用い、電子銃４により蒸発させた。成膜速度（堆積速度）は、本実施例１では０．１５ｎｍ／ｓである。イオン源としては、９９．９９９％以上の高純度アルゴンガスと、９９．９９９９％以上の高純度水素ガスと、を図示しないマスフローコントローラーにより制御してイオン源６内に導入した。本実施例１では、Ar（アルゴンガス）：H2（水素ガス）の流量比は、４〜６ｓｃｃｍ：８〜１６ｓｃｃｍの範囲である。イオン源でのイオンエネルギーは、５００ｅＶである。イオン電流密度は、１５０〜１９５μＡ／ｃｍ2の範囲である。基板１０としては、単結晶シリコンウエハ及び合成石英の２種類の基板を用いた。成膜時の基板温度は、特に温度制御はしていないが、最高で約９０℃であった。
The main exhaust in the ion beam assisted deposition apparatus according to the present embodiment uses a turbo molecular pump and a cryopump together, and the ultimate vacuum is about 10 −6 Torr (1.33 × 10 −4 Pa). The degree of vacuum at the time of film formation was about 5 × 10 −5 Torr (6.65 × 10 −3 Pa), and evacuation was performed using a turbo molecular pump and a cryopump in combination. When exhausting only with the cryopump, the hydrogen gas cannot be exhausted sufficiently. In this example, the turbo molecular pump was used in combination with the vacuum pumping. Silicon was evaporated by the
下記の表１に示す各実験例１〜３までの条件で作成した水素化アモルファスシリコン膜は、高速フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）を用いて透過スペクトルを測定し、波数２０００ｃｍ−１付近のSi−H結合ストレッチモードの吸収ピークの強度と、波数２０９０ｃｍ-１付近のSi−H2結合ストレッチモードとの吸収ピークの強度の比、及び、これらの強度から膜中のSi−H結合している水素とSi−H2結合している水素の総量を求めた。また、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）の測定より、Siの未結合手の量に由来するスピン密度の定量測定を行った。これらの結果について、ArおよびH2流量、イオン源のイオンエネルギーおよびイオン電流密度の値、シリコン膜の成膜速度などの成膜パラメータとともに下記の表1に示す。 The hydrogenated amorphous silicon film prepared under the conditions of Experimental Examples 1 to 3 shown in Table 1 below has a transmission spectrum measured using a fast Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR), and has a wave number of about 2000 cm −1. The ratio of the intensity of the absorption peak of the Si-H bond stretch mode to the Si-H 2 bond stretch mode near the wave number of 2090 cm -1 , and the Si-H bond in the film from these intensities The total amount of hydrogen and Si—H 2 bonded hydrogen was determined. Further, the spin density derived from the amount of Si dangling bonds was quantitatively measured by electron spin resonance (ESR) measurement. These results are shown in Table 1 below together with deposition parameters such as Ar and H 2 flow rates, ion energy and ion current density values of the ion source, and deposition rate of the silicon film.
（比較例）
実施例１〜３までと同様に、シリコンは純度９９．９％以上のものを用い、電子銃４により蒸発させた。蒸着速度は０．１ｎｍ／ｓである。イオン源には、９９．９９９％以上の高純度アルゴンガスのみをマスフローコントローラーにより８ｓｃｃｍに制御してイオン源６内に導入した。Ｈ２ガスを用いていない。イオン源６でのイオンエネルギーは５００ｅＶであり、イオン電流密度は５０μＡ／ｃｍ2である。基板１０には、単結晶シリコンウエハ及び合成石英を用いた。このように水素ガスをイオン源に導入せずに、アモルファスシリコン膜の成膜を行った。作成した膜について実施例１〜３までと同様に、ＦＴＩＲとＥＳＲとの測定を行った。この結果を、成膜パラメータとともに表１に併せて示す。
(Comparative example)
Similarly to Examples 1 to 3, silicon having a purity of 99.9% or more was used and evaporated by the
表１に示したように、本実施例の範囲では実施例１、３、２の順で水素量が増加し、それとともにスピン密度が減少した。Ａｒ流量が６ｓｃｃｍでイオン密度が１９５μＡ/ｃｍ２と、本実施例中では最大の条件（実施例２，３）で水素量が２０％以上となり、さらに実施例２と３の比較では、実施例２の水素流量が１４ｓｃｃｍと実施例３（１６ｓｃｃｍ）より若干小さい条件で、水素量が２５原子％と最大になり、スピン密度は２．７×１０１７ｃｍ-3と最小になった。一方、比較例では水素は膜中に含まれず、スピン密度は３．９×１０１９ｃｍ-3と大きく、品質の低いものであることがわかる。 As shown in Table 1, in the range of this example, the amount of hydrogen increased in the order of Examples 1, 3, and 2, and the spin density decreased accordingly. The Ar flow rate is 6 sccm and the ion density is 195 μA / cm 2, and the hydrogen amount is 20% or more under the maximum conditions (Examples 2 and 3) in this example. Under the condition that the hydrogen flow rate of No. 2 is 14 sccm, which is slightly smaller than that of Example 3 (16 sccm), the hydrogen amount is maximized at 25 atomic%, and the spin density is minimized at 2.7 × 10 17 cm −3 . On the other hand, in the comparative example, hydrogen is not contained in the film, and the spin density is as high as 3.9 × 10 19 cm −3 , indicating that the quality is low.
以上に詳しく述べたとおり、本発明の実施の形態では、シリコンを電子ビーム蒸着する際に、水素を含むガスをイオン化してイオンビームとして照射することによって、蒸着物質であるシリコンを効果的に水素化することができる。さらに、この際、極力スピン密度の小さい膜を選択的に得ることができ、これにより太陽電池、イメージセンサ、感光体などの光電材料、および液晶表示装置における各画素に設けられる薄膜トランジスタ材料などに用いられる、高品質な水素化アモルファスシリコン膜の製造方法を提供できる。 As described in detail above, in the embodiment of the present invention, when silicon is electron-beam evaporated, a gas containing hydrogen is ionized and irradiated as an ion beam, so that silicon as a deposition material is effectively hydrogenated. Can be Further, at this time, a film having as low a spin density as possible can be selectively obtained. As a result, it is used for a photoelectric material such as a solar cell, an image sensor, and a photoconductor, and a thin film transistor material provided for each pixel in a liquid crystal display device. And a method for producing a high-quality hydrogenated amorphous silicon film.
尚、シリコンを電子ビーム蒸着する際に、同時に、水素を含むガスをイオン化してイオンビームとして照射する例について説明したが、シリコンの蒸着を行った後に水素ガスを供給するステップを、パルス的に複数回実行するようにしても良い。 In addition, when the electron beam deposition of silicon is performed, an example in which a gas containing hydrogen is simultaneously ionized and irradiated as an ion beam has been described. However, the step of supplying the hydrogen gas after the silicon deposition is performed in a pulsed manner. It may be executed a plurality of times.
本発明は、高品質な水素化アモルファスシリコン膜の製造方法として利用可能である。 The present invention can be used as a method for producing a high-quality hydrogenated amorphous silicon film.
１ 真空容器
２ クルーシブル
３ 蒸着源
４ 電子銃
５ シャッター
６ イオン源
７ 膜厚モニター
８ ファラデーカップ
９ 基板ホルダー
１０ 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Crucible 3
Claims (11)
基板にシリコンを蒸着する際に、水素イオンを含むイオンビームを照射することを特徴とする水素化アモルファスシリコン膜の製造方法。 In a method of forming a hydrogenated amorphous silicon film on a substrate by ion beam assisted deposition,
A method for producing a hydrogenated amorphous silicon film, which comprises irradiating an ion beam containing hydrogen ions when depositing silicon on a substrate.
水素イオンを含むイオンビームを出射するためのイオン源と、
を有することを特徴とする水素化アモルファスシリコン膜の製膜装置。 A vacuum vessel, an exhaust port provided in the vacuum vessel and evacuated by a vacuum pump, a substrate holder for placing a substrate, a silicon deposition source and an electron gun, and a silicon deposition source are provided. Shutter,
An ion source for emitting an ion beam containing hydrogen ions;
An apparatus for forming a hydrogenated amorphous silicon film, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2007201771A JP2009035780A (en) | 2007-08-02 | 2007-08-02 | Method for producing hydrogenated amorphous silicon and apparatus for forming film thereof |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010095639A1 (en) | 2009-02-18 | 2010-08-26 | 住友重機械工業株式会社 | Hybrid shovel |
| JP2017504950A (en) * | 2013-12-09 | 2017-02-09 | サンパワー コーポレイション | Solar cell emitter region fabrication using ion implantation. |
| WO2022124030A1 (en) * | 2020-12-11 | 2022-06-16 | 日本電気硝子株式会社 | Optical filter |
-
2007
- 2007-08-02 JP JP2007201771A patent/JP2009035780A/en active Pending
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