JPH0521983B2 - - Google Patents
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- JPH0521983B2 JPH0521983B2 JP60146528A JP14652885A JPH0521983B2 JP H0521983 B2 JPH0521983 B2 JP H0521983B2 JP 60146528 A JP60146528 A JP 60146528A JP 14652885 A JP14652885 A JP 14652885A JP H0521983 B2 JPH0521983 B2 JP H0521983B2
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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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は基体たとえば導電性基板にアモルフア
スシリコン膜を形成する方法に係り、特に電子サ
イクロトロン共鳴プラズマを利用したアモルフア
スシリコン膜の形成方法に関する。
スシリコン膜を形成する方法に係り、特に電子サ
イクロトロン共鳴プラズマを利用したアモルフア
スシリコン膜の形成方法に関する。
〔発明の背景〕
電子サイクロトロン共鳴プラズマを利用したア
モルフアスシリコン膜の形成に関しては、特開昭
59−159167号記載の公知例がある。上記公知例に
おいては0.2〜0.5Torrのガス圧力域でH2ガスも
しくはH2−N2混合ガスを磁場とマイクロ波との
共鳴によりプラズマ励起しシリコン原子含有ガス
と接触せしめて300℃に加熱した基体上にアモル
フアスシリコン膜を形成しているが、暗導電率
10-11S／cm、光導電率10-7S／cm程度の膜であり
必ずしも良好なアモルフアスシリコン膜が得られ
ているとはいい難く、ここで得られている膜質は
従来の平行平板グロー放電プラズマによつて得ら
れるアモルフアスシリコン膜と同等のものである
（特開昭59−159167）。
モルフアスシリコン膜の形成に関しては、特開昭
59−159167号記載の公知例がある。上記公知例に
おいては0.2〜0.5Torrのガス圧力域でH2ガスも
しくはH2−N2混合ガスを磁場とマイクロ波との
共鳴によりプラズマ励起しシリコン原子含有ガス
と接触せしめて300℃に加熱した基体上にアモル
フアスシリコン膜を形成しているが、暗導電率
10-11S／cm、光導電率10-7S／cm程度の膜であり
必ずしも良好なアモルフアスシリコン膜が得られ
ているとはいい難く、ここで得られている膜質は
従来の平行平板グロー放電プラズマによつて得ら
れるアモルフアスシリコン膜と同等のものである
（特開昭59−159167）。
本発明の目的は、上述した公知例によるアモル
フアスシリコン膜より光導電率が高くまた光導電
率と暗導電率との比が大きな光導電特性に優れる
アモルフアスシリコン膜の形成方法を提供するこ
とにある。
フアスシリコン膜より光導電率が高くまた光導電
率と暗導電率との比が大きな光導電特性に優れる
アモルフアスシリコン膜の形成方法を提供するこ
とにある。
本発明の第１の特徴は上述の公知例とは異り３
×10-2Torr以下のガス圧での電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを利用する事にある。３×
10-2Torr以上の圧力域でのプラズマ中の電子の
エネルギは約4eV以下であるが、上述の圧力域に
おける電子のエネルギは圧力の低下とともに上昇
し約8eVに達する。一方、原料ガスたとえば
SiH4の分解反応に必要なエネルギは次のとおり
である。
×10-2Torr以下のガス圧での電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを利用する事にある。３×
10-2Torr以上の圧力域でのプラズマ中の電子の
エネルギは約4eV以下であるが、上述の圧力域に
おける電子のエネルギは圧力の低下とともに上昇
し約8eVに達する。一方、原料ガスたとえば
SiH4の分解反応に必要なエネルギは次のとおり
である。
SiH4→Si＋2H2；4.4eV
SiH4→SiH＋H2＋Ｈ；5.9eV
SiH4→SiH2＋H2；2.1eV
SiH4→SiH3＋Ｈ；4.1eV
一般にアモルフアスシリコン膜はSiH3型や
SiH2型の結合が少く、膜中のダングリングボン
ドをSiH型結合によつて効果的にターミネートし
た膜が光導電特性がよいが、この様な膜を得るに
は上記反応エネルギからみても電子エネルギの大
きな低圧でのプラズマを利用するのが有利であ
る。またこのような低圧デポはH2のような非成
膜性ガスの放出の面でも有利である。但しガス圧
を５×10-5Torr以下とすると実質的に安定プラ
ズマが得られ難くなるのでこのガス圧が下限とな
る。
SiH2型の結合が少く、膜中のダングリングボン
ドをSiH型結合によつて効果的にターミネートし
た膜が光導電特性がよいが、この様な膜を得るに
は上記反応エネルギからみても電子エネルギの大
きな低圧でのプラズマを利用するのが有利であ
る。またこのような低圧デポはH2のような非成
膜性ガスの放出の面でも有利である。但しガス圧
を５×10-5Torr以下とすると実質的に安定プラ
ズマが得られ難くなるのでこのガス圧が下限とな
る。
本発明の第２の特徴はNeまたはArまたはKrま
たはXeという比較的原子量の大きな希ガスを含
有するガスを上述のガス圧域で電子サイクロトロ
ン共鳴によりプラズマ励起し、シリコン原子を含
有するガスに接触させアモルフアスシリコン膜を
成膜することにあり、HeあるいはH2のような軽
ガスにのみによる電子サイクロトロン共鳴プラズ
マを利用して成膜した場合に比して良好な膜質の
アモルフアスシリコン膜が得る事が可能となる。
NeまたはArまたはKrまたはXeの導入量は、導
入するシリコン原子含有ガス量に対し0.05以上あ
る事が必要であり、上限は実質的にはないが、上
述した低圧成膜の観点からみれば20倍程度の限界
となる。上述した比較的原子量の大きな希ガスは
上述した成膜圧の条件下では通常の平行平板型グ
ロー放電プラズマや前記公知例の場合に比し102
〜104倍の電離イオンを含有するが、上記電離イ
オンは10〜20eVに加速され成膜面に入射する事
により膜質向上に寄与するものと考えられる。上
記希ガスによる膜質向上効果は希ガスの原子量が
大きい場合程効果的であるがコスト面からみれば
Arガスの使用が望ましい。
たはXeという比較的原子量の大きな希ガスを含
有するガスを上述のガス圧域で電子サイクロトロ
ン共鳴によりプラズマ励起し、シリコン原子を含
有するガスに接触させアモルフアスシリコン膜を
成膜することにあり、HeあるいはH2のような軽
ガスにのみによる電子サイクロトロン共鳴プラズ
マを利用して成膜した場合に比して良好な膜質の
アモルフアスシリコン膜が得る事が可能となる。
NeまたはArまたはKrまたはXeの導入量は、導
入するシリコン原子含有ガス量に対し0.05以上あ
る事が必要であり、上限は実質的にはないが、上
述した低圧成膜の観点からみれば20倍程度の限界
となる。上述した比較的原子量の大きな希ガスは
上述した成膜圧の条件下では通常の平行平板型グ
ロー放電プラズマや前記公知例の場合に比し102
〜104倍の電離イオンを含有するが、上記電離イ
オンは10〜20eVに加速され成膜面に入射する事
により膜質向上に寄与するものと考えられる。上
記希ガスによる膜質向上効果は希ガスの原子量が
大きい場合程効果的であるがコスト面からみれば
Arガスの使用が望ましい。
良好なアモルフアスシリコン膜を得るためには
基体を100℃以上に加熱する事が必要であるが、
通常の平行平板型グロー放電プラズマや前記公知
例の場合に比し50〜100℃低い温度で同等の膜質
のアモルフアス膜が得られ、特に200℃以上に基
体を加熱した場合は従来の手法で得られ難い良好
な膜質が得られる。
基体を100℃以上に加熱する事が必要であるが、
通常の平行平板型グロー放電プラズマや前記公知
例の場合に比し50〜100℃低い温度で同等の膜質
のアモルフアス膜が得られ、特に200℃以上に基
体を加熱した場合は従来の手法で得られ難い良好
な膜質が得られる。
なお上記NeまたはArまたはKrまたはXeを含
有するガスにHeまたはH2ガスを含有させると、
膜質を維持してアモルフアスシリコンの成膜速度
を増大する事が可能である。アモルフアスシリコ
ンの成膜速度の増大効果を得るには、真空室に導
入するシリコン原子含有ガス量に対し0.05以上の
HeまたはH2ガスを導入する必要がある。但し、
あまり多量にかかる軽ガスを含有させると膜質の
低下をきたすのでシリコン原子含有ガス導入量の
10倍程度が限度となる。上述した成膜速度の増大
効果を得るにはHeまたはH2ガスを効率的にプラ
ズマ励起する必要があり、シリコン原子含有ガス
に混合した場合は効果が少ない。
有するガスにHeまたはH2ガスを含有させると、
膜質を維持してアモルフアスシリコンの成膜速度
を増大する事が可能である。アモルフアスシリコ
ンの成膜速度の増大効果を得るには、真空室に導
入するシリコン原子含有ガス量に対し0.05以上の
HeまたはH2ガスを導入する必要がある。但し、
あまり多量にかかる軽ガスを含有させると膜質の
低下をきたすのでシリコン原子含有ガス導入量の
10倍程度が限度となる。上述した成膜速度の増大
効果を得るにはHeまたはH2ガスを効率的にプラ
ズマ励起する必要があり、シリコン原子含有ガス
に混合した場合は効果が少ない。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例によつて説明する。
第１図は本発明のアモルフアスシリコン膜の形
成の実施例に使用した電子サイクロトロンプラズ
マ成膜装置の構成説明図である。図において、１
はマグネトロンであり、通常0.1〜10GHzのマイ
クロ波を発生させる。発生したマイクロ波は円形
導波管２を通して真空室３内に導びかれる。４は
放電管でありマイクロ波を通すために絶縁物（例
えば石英ガラス、アルミナ等）で形成されてい
る。５は真空室内に磁場を形成させるためのソレ
ノイドコイルである。６，７は系統の異なるガス
導入口であり、ガス導入口６は真空室３内の高磁
場域にガスを供給する様に配置され、ガス導入口
７は真空室３内の低磁場域にガスを供給する様に
配置されている。８は被成膜基体でありガス導入
口７から供給されるガスが表面に入射する様設置
される。９は加熱機構を備えた試料台である。１
０は排気ポートでありターボ分子ポンプや油拡散
ポンプの様な排気速度の大きな減圧ポンプ（図示
せず）が接続される。
成の実施例に使用した電子サイクロトロンプラズ
マ成膜装置の構成説明図である。図において、１
はマグネトロンであり、通常0.1〜10GHzのマイ
クロ波を発生させる。発生したマイクロ波は円形
導波管２を通して真空室３内に導びかれる。４は
放電管でありマイクロ波を通すために絶縁物（例
えば石英ガラス、アルミナ等）で形成されてい
る。５は真空室内に磁場を形成させるためのソレ
ノイドコイルである。６，７は系統の異なるガス
導入口であり、ガス導入口６は真空室３内の高磁
場域にガスを供給する様に配置され、ガス導入口
７は真空室３内の低磁場域にガスを供給する様に
配置されている。８は被成膜基体でありガス導入
口７から供給されるガスが表面に入射する様設置
される。９は加熱機構を備えた試料台である。１
０は排気ポートでありターボ分子ポンプや油拡散
ポンプの様な排気速度の大きな減圧ポンプ（図示
せず）が接続される。
真空室内に放電ガスを所定の圧力に導入してマ
イクロ波電力を供給すると、マイクロ波電界と磁
場の相互作用によりマイクロ波放電が発生する
が、上記磁場の設定条件と上述したガス導入口の
配置について説明する。磁場中の電子は磁力線の
まわりをサイクロトロン運動するが、電子のサイ
クロトロン周波数ceは磁場強度によつて ce＝Be／2πm〔Hz〕 但し、Ｂ：磁束密度〔Ｔ〕 ｍ：電子質量〔Kg〕 ｅ：電子電荷〔Coulomb〕 と決定される。ceが入射マイクロ波周波数と一
致する磁場強度の位置では電子サイクロトロン共
鳴励起が起こる。第１図において真空室３の放電
管４の領域は上記電子サイクロトロン共鳴が起こ
る磁場強度より大とし、この領域にガス導入口６
からのガスを供給し、磁場強度が電子サイクロト
ロン共鳴磁場より小さな領域にガス導入口７から
の別系統のガスを供給する構成とする。この様な
構成においてガス導入口６から非成膜性のガスを
導入する。ここに導入するガスがNeまたはArま
たはKrまたはXeを含有するとこれら希ガスは効
率的にイオン化され、磁場こう配によつて生ずる
電場により10〜20eVに加速されて基体８の成膜
面に入射する。シリコン原子を含有する成膜ガス
はガス導入口７から供給され、低圧電子サイクロ
トロン共鳴による高エネルギの電離電子により分
解され基体８の表面にアモルフアスシリコン膜が
形成される。アモルフアスシリコン膜中にＢ，
Ｐ，Ｃ，Ｎ，Ge等の異種原子をドーピングした
い場合は、異種原子を含有するガスをガス導入口
７から供給すれば効率的にドーピングが行える。
イクロ波電力を供給すると、マイクロ波電界と磁
場の相互作用によりマイクロ波放電が発生する
が、上記磁場の設定条件と上述したガス導入口の
配置について説明する。磁場中の電子は磁力線の
まわりをサイクロトロン運動するが、電子のサイ
クロトロン周波数ceは磁場強度によつて ce＝Be／2πm〔Hz〕 但し、Ｂ：磁束密度〔Ｔ〕 ｍ：電子質量〔Kg〕 ｅ：電子電荷〔Coulomb〕 と決定される。ceが入射マイクロ波周波数と一
致する磁場強度の位置では電子サイクロトロン共
鳴励起が起こる。第１図において真空室３の放電
管４の領域は上記電子サイクロトロン共鳴が起こ
る磁場強度より大とし、この領域にガス導入口６
からのガスを供給し、磁場強度が電子サイクロト
ロン共鳴磁場より小さな領域にガス導入口７から
の別系統のガスを供給する構成とする。この様な
構成においてガス導入口６から非成膜性のガスを
導入する。ここに導入するガスがNeまたはArま
たはKrまたはXeを含有するとこれら希ガスは効
率的にイオン化され、磁場こう配によつて生ずる
電場により10〜20eVに加速されて基体８の成膜
面に入射する。シリコン原子を含有する成膜ガス
はガス導入口７から供給され、低圧電子サイクロ
トロン共鳴による高エネルギの電離電子により分
解され基体８の表面にアモルフアスシリコン膜が
形成される。アモルフアスシリコン膜中にＢ，
Ｐ，Ｃ，Ｎ，Ge等の異種原子をドーピングした
い場合は、異種原子を含有するガスをガス導入口
７から供給すれば効率的にドーピングが行える。
次に上述したプラズマ成膜装置を用い、本発明
のアモルフアスシリコン膜を形成する方法を代表
的実施例によつて説明する。
のアモルフアスシリコン膜を形成する方法を代表
的実施例によつて説明する。
Si原子含有ガスとしてはSiH4を用いこれをガ
ス導入口７から供給した。ガス導入口６からは
ArガスををSiH4ガスと同量供給した。マイクロ
波周数＝2.45GHz、マイクロ波入力＝300W、放
電ガス圧＝６×10-4Torr、基体温度＝200℃とし
た。磁場分布は放電管４の部分で最大1750G、放
電管４の排気側端部で875G（電子サイクロトロン
共鳴磁場強度）になる様設定した。排気系には排
気速度500／秒のターボ分子ポンプを用いた。
この条件で形成したアモルフアスシリコン膜は光
導電率10-4S／cm、光導電率と暗導電率の比が
10-6という良質の膜であつた。
ス導入口７から供給した。ガス導入口６からは
ArガスををSiH4ガスと同量供給した。マイクロ
波周数＝2.45GHz、マイクロ波入力＝300W、放
電ガス圧＝６×10-4Torr、基体温度＝200℃とし
た。磁場分布は放電管４の部分で最大1750G、放
電管４の排気側端部で875G（電子サイクロトロン
共鳴磁場強度）になる様設定した。排気系には排
気速度500／秒のターボ分子ポンプを用いた。
この条件で形成したアモルフアスシリコン膜は光
導電率10-4S／cm、光導電率と暗導電率の比が
10-6という良質の膜であつた。
この他、Ne，Kr，Xeをガス導入口６から供給
した場合にも光導電率と暗導電率の比が105〜106
の良質膜が得られ、上記比が104程度の膜であれ
ば100℃の基板加熱で形成可能であつた。Ne，
Ar，Kr，XeガスをHeまたはH2によつて希釈し
たガスを用いた場合でも良好であり、上記した実
施例でArガスにHeをSiH4ガス量に対し0.5添加
した実験ではほぼ同等の膜質のアモルフアスシリ
コン膜が約1.5倍の成膜速度で得られた。
した場合にも光導電率と暗導電率の比が105〜106
の良質膜が得られ、上記比が104程度の膜であれ
ば100℃の基板加熱で形成可能であつた。Ne，
Ar，Kr，XeガスをHeまたはH2によつて希釈し
たガスを用いた場合でも良好であり、上記した実
施例でArガスにHeをSiH4ガス量に対し0.5添加
した実験ではほぼ同等の膜質のアモルフアスシリ
コン膜が約1.5倍の成膜速度で得られた。
以上述べたように、本発明によれば、従来より
も光導電特性に優れたアモルフアスシリコンが形
成でき、あるいは比較的良好なアモルフアスシリ
コン膜を低温で形成する事が可能となり光導電性
特性を利用する各種素子への反応が可能となる。
も光導電特性に優れたアモルフアスシリコンが形
成でき、あるいは比較的良好なアモルフアスシリ
コン膜を低温で形成する事が可能となり光導電性
特性を利用する各種素子への反応が可能となる。
第１図は、本発明のアモルフアスシリコン膜形
成に使用する電子サイクロトロン共鳴プラズマデ
ポジシヨン装置の構成説明図である。 １…マグネトロン、２…導波管、３…真空室、
４…放電管、５…ソレノイドコイル、６，７…ガ
ス導入口、８…基体、９…試料台、１０…排気ポ
ート。
成に使用する電子サイクロトロン共鳴プラズマデ
ポジシヨン装置の構成説明図である。 １…マグネトロン、２…導波管、３…真空室、
４…放電管、５…ソレノイドコイル、６，７…ガ
ス導入口、８…基体、９…試料台、１０…排気ポ
ート。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空室の少くとも一部に磁場を形成し、上記
真空室内にマイクロ波を導入し、上記真空室内に
導入したガスを上記磁場と上記マイクロ波による
電子サイクロトロン共鳴によつてプラズマ励起
し、上記真空室内に導入されたシリコン電子含有
ガスを分解し、上記真空室内に設置された基体上
にアモルフアスシリコン膜を形成するアモルフア
スシリコン膜の形成方法において、上記基体を
100℃〜400℃に加熱した条件で成膜し、放電時の
ガス圧が５×10-5〜３×10-2Torrである事を特
徴とするアモルフアスシリコン膜の形成方法。 ２ 上記真空室内形成される磁場強度が、マイク
ロ波の導入経路に沿つて電子サイクロトロン共鳴
磁界より大から減少し共鳴磁界をへて共鳴磁界よ
り小となり、上記磁場強度が電子サイクロトロン
共鳴磁界より大の領域にNeまたはArまたはKrま
たはXeを、真空室に導入するシリコン原子含有
ガスに対し0.05〜20，含有する非成膜性ガスを導
入し、上記磁場強度が電子サイクロトロン共鳴磁
界より小の領域にシリコン原子含有ガスを導入し
上記磁場強度が電子サイクロトロン共鳴磁界より
小の領域に設置された基体上に成膜する事を特徴
とする特許請求範囲第１項記載のアモルフアスシ
リコン膜の形成方法。 ３ 上記NeまたはArまたはKrまたはXeを含有
するガスがHeまたはHzを、真空室に導入するシ
リコン原子含有ガスに対し0.05〜10含有するガス
である事を特徴とする特許請求範囲第１項または
第２項記載のアモルフアスシリコン膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14652885A JPS627859A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | アモルフアスシリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14652885A JPS627859A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | アモルフアスシリコン膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS627859A JPS627859A (ja) | 1987-01-14 |
| JPH0521983B2 true JPH0521983B2 (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=15409681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14652885A Granted JPS627859A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | アモルフアスシリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS627859A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0672306B2 (ja) | 1987-04-27 | 1994-09-14 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
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| US5204272A (en) * | 1991-12-13 | 1993-04-20 | United Solar Systems Corporation | Semiconductor device and microwave process for its manufacture |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155535A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma |
| JPS60117712A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | Toshiba Corp | 薄膜形成方法 |
-
1985
- 1985-07-05 JP JP14652885A patent/JPS627859A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155535A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma |
| JPS60117712A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | Toshiba Corp | 薄膜形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS627859A (ja) | 1987-01-14 |
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