JPH0112836B2 - - Google Patents
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- JPH0112836B2 JPH0112836B2 JP56150949A JP15094981A JPH0112836B2 JP H0112836 B2 JPH0112836 B2 JP H0112836B2 JP 56150949 A JP56150949 A JP 56150949A JP 15094981 A JP15094981 A JP 15094981A JP H0112836 B2 JPH0112836 B2 JP H0112836B2
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- 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
本発明は太陽電池あるいは感光体などの材料と
して注目されているアモルフアスシリコンの生成
装置に関する。
アルモルフアスシリコン(a―Si)の生成に
は、真空蒸着法、反応性スパツタリング法、イオ
ンプレーテイング法、CVD法、プラズマCVD法
などが試みられたが、一般にはプラズマCVD法
が用いられる。プラズマCVD法には直流二極法、
交流静電容量結合法、交流電磁誘導結合法があ
り、第1図は交流静電容量結合法の原理図で、大
別して排気系1、反応槽2、ガス供給系3および
無線周波数電源4からなる。排気系1に弁5を介
して接続されている反応槽2の内部には、a―Si
層を形成すべき基体6を支持し、かつ一方の電極
となる支持体7と電源4によつて電圧が印加され
る他方の電極8が配置されている。また反応槽2
はガス導入口9、弁10を介してガス供給系3に
接続されている。a―Si層形成のためには反応槽
2を10-5Torr以上の真空度に排気し、ガス導入
口9から例えばSiH4などの反応ガスあるいは他
ガスとの混合ガスを導入し10-5〜5Torr程度の圧
力とし、基体6を支持体7のヒータ11により
100〜350℃に加熱し、電極8との間に無線周波数
電圧500〜5000Vを印加してグロー放電を発生さ
せる。このような条件下において反応ガスはグロ
ー中で分解され、基体6の表面で反応してa―
Si:H(水素の入つたアモルフアスシリコン)膜
を形成する。このときの成膜速度は1〜100Å/
sec程度であり、反応ガスの利用効率は数%〜10
%程度である。従つてアモルフアスシリコンを用
いた製品、特に膜厚の厚い感光体の製品原価を低
減するうえで、一つには成膜速度を大きくして製
造時間の短縮をはかること、他の一つは反応ガス
の利用効率を向上させることが非常に有効であ
る。
スコツト(B.A.Scott)らにより反応ガスとし
てSiH4系ガスの代りにSi2H6あるいはSi3H6を用
いると、第1表に示すように約20倍程度の成膜速
度が得られることが報告されている(アプライ
ド・フイジツクス・レターズ)(Appl.Phys.
Lett.)第37巻,第8号,725〜727頁)。
The present invention relates to an apparatus for producing amorphous silicon, which is attracting attention as a material for solar cells, photoreceptors, and the like. Vacuum deposition, reactive sputtering, ion plating, CVD, plasma CVD, and other methods have been tried to generate amorphous silicon (a-Si), but plasma CVD is generally used. The plasma CVD method uses the direct current bipolar method,
There are two methods: AC capacitive coupling method and AC electromagnetic inductive coupling method. Figure 1 shows the principle of AC capacitive coupling method. Become. Inside the reaction tank 2, which is connected to the exhaust system 1 via a valve 5, there is a-Si.
A support 7 that supports a substrate 6 on which a layer is to be formed and serves as one electrode, and another electrode 8 to which a voltage is applied by the power source 4 are arranged. Also, reaction tank 2
is connected to the gas supply system 3 via a gas inlet 9 and a valve 10. In order to form the a-Si layer, the reaction tank 2 is evacuated to a vacuum level of 10 -5 Torr or more, and a reactive gas such as SiH 4 or a mixed gas with other gases is introduced from the gas inlet 9 . The pressure is about 5 Torr, and the base 6 is heated by the heater 11 of the support 7.
It is heated to 100 to 350°C and a radio frequency voltage of 500 to 5000 V is applied between it and the electrode 8 to generate glow discharge. Under these conditions, the reaction gas is decomposed in the glow and reacts on the surface of the base 6 to form a-
A Si:H (amorphous silicon containing hydrogen) film is formed. The deposition rate at this time is 1 to 100 Å/
sec, and the reaction gas utilization efficiency is several percent to 10
It is about %. Therefore, in order to reduce the cost of products using amorphous silicon, especially photoreceptors with thick films, one is to increase the film formation rate and shorten the manufacturing time, and the other is to reduce the manufacturing time. It is very effective to improve the utilization efficiency of reaction gas. BAScott et al. reported that when Si 2 H 6 or Si 3 H 6 is used instead of SiH 4 gas as the reaction gas, a film formation rate of about 20 times can be obtained as shown in Table 1. (Applied Physics Letters) (Appl.Phys.
Lett.) Volume 37, No. 8, pp. 725-727).
【表】
従つて、反応ガスをSiH4系からSi2H6系に変え
れば、従来10時間以上必要とした感光体の成膜時
間が数時間以内に短縮されることになる。しかし
現状ではSi2H6系のガスを入手することは困難で
あり、入手できたとしても非常に高価であるた
め、製品原価の低減には役立たない。これを解決
する方法として、井上らがSiH4系ガスを無声放
電により重合してSi2H6,Si3H8などのSiH4より
高次のシリコン水素化物を合成し、これを反応ガ
スとしてグロー放電分解する方法を提案している
(昭和56年応用物理学会春季大会、1p―S―5)。
第2図はその方法を応用したガス回路を示し、ボ
ンベ12からSiH4ガスが弁13を介して無声放
電管14、ガスポンプ15、コールドトラツプ1
6からなるクローズドガス回路に導入され、ここ
でポンプ15により循環され、無声放電管14中
でSiH4ガスの一部が2SiH4→Si2H6+H2のような
反応により分解合成され、Si2H6あるいはSi3H8
系シリコン水素化物が生成される。生成された高
次シリコン水素化物はコールドトラツプ16に捕
捉され、所定の容量が蓄えられた後、このガス回
路に存在する残存ガスは除去される。次いで、コ
ールドトラツプ16の温度を上げトラツプされた
成分をガス化して弁17を介し、ボンベ18から
のキヤリヤ用Arガスとともに流路選択および流
路制御部19から第1図に示したものと同様なプ
ラズマCVD反応槽2に供給される。しかしこの
ようなバツチ処理法は、操作が複雑であり、
Si2H6系化合物などを生成、捕捉中は、a―Si膜
の生成はできないなどの欠点を有し、感光体など
の製品の製造への適用に困難がある。
本発明は、このような無声放電によりSiH4系
化合物からSi2H6などの高次のシリコン水素化物
を合成する工程における欠点を解決するために、
バツチ処理によらないで連続処理により高次シリ
コン水素化物を合成し、それを用いてアモルフア
スシリコンを生成する装置を提供することを目的
とする。
連続処理をするためには前述の化学反応の際副
生成物として生ずる水素を連続的に除去する必要
がある。これはアモルフアスシリコンとして水素
を高濃度に含むものは光伝導特性が低下するから
である。本発明は、この問題をシリコン水素化物
を用いてプラズマCVD法によりアモルフアスシ
リコンを生成する反応槽とSiH4系ガス供給系の
間にSiH4系ガスからより高次のシリコン水素化
物を合成する装置と、合成反応により生ずる水素
を連続的に除去する装置を挿入することによつて
解決し、前記の目的を達成した。SiH4系ガスか
ら高次のシリコン水素化物を合成するには前述の
無声放電による方法を適用することができる。水
素を連続的に除去するには水素ガス選択透過膜を
用いるのが有効である。
以下、図面を引用して本発明の実施例について
説明する。第3図において、第1、第2図と共通
の部分には同一の符号が付されている。ボンベ1
2からはSiH4,SiH2F2のようなSiH4系ガス、あ
るいはその他ガスとの混合ガスがガス改質装置2
0に供給される。ガス改質装置20はSiH4系ガ
スをより高次のSinHm系化合物に変性するもの
で、主反応は、SiH4の場合には2SiH4→Si2H6+
H2の式で表わされる。このような反応は無声放
電法のほかに短波長の紫外線(例えば低圧水銀ラ
ンプによる2537Åの光線)の適用によつてもひき
起こされる。改質装置20より出たH2を多量に
含む改質ガスは、固形分を除去するフイルタ21
を経て水素除去装置22に導入される。水素除去
装置22は、例えば第4図Aおよびその×部を斜
視図で第4図Bに示すように、ポリイミド系の高
分子材料からなる細い管23を束状にしたものを
水素ガス選択透過膜として用いたもので、フイル
タ21からのガスは入口室24に導入され、束状
にまとめられた水素ガス透過性細管23の一端か
ら他端に向けて出口室25に達する。水素は管2
3をガスが通過する間に管23の壁を透過し、接
続されている吸引ポンプ25により系外に除去さ
れる。もちろん、容易に推察されるように、水素
ガス選択透過膜は細管状に限定されず、平板状で
も同じ機能を持つ系を構成することができる。水
素除去装置22の出口室25に達した水素分の減
少した改質ガスは弁10を介してプラズマCVD
反応槽2のガス導入口9に導入される。導入され
た改質ガスは、例えばSi2H6などの高次のSinHm
化合物を高濃度に含有しているため、従来の
SiH4系反応ガスにくらべてa―Siの成膜速度を
大幅に向上させることができる。この場合、改質
ガスの供給量は、ガス流量制御、ガス改質装置2
0の容量ならびに再循環方式の採用などにより確
保できる。
以上述べたように、本発明はアモルフアスシリ
コンの成膜速度を向上させるために用いるSi2H6
あるいはSi3H8の反応ガスを入手容易なSiH4系ガ
スを原料として重合により生成し、その際生ずる
H2ガスを除去してシリコン水素化物の濃度の高
い反応ガスを反応槽に連続的に供給しながらプラ
ズマCVD法によりアモルフアスシリコン膜を形
成するもので、特に厚い膜厚を必要とするアモル
フアスシリコン感光体をはじめとするアモルフア
スシリコン応用機器の生産性の向上に極めて有効
である。[Table] Therefore, by changing the reaction gas from SiH 4 to Si 2 H 6 , the photoreceptor film formation time, which conventionally required more than 10 hours, can be shortened to within a few hours. However, at present, it is difficult to obtain Si 2 H 6 gas, and even if it were available, it is very expensive, so it is not useful for reducing product costs. As a way to solve this problem, Inoue et al. polymerized SiH 4 -based gas by silent discharge to synthesize higher-order silicon hydrides than SiH 4 such as Si 2 H 6 and Si 3 H 8 , and used this as a reaction gas. He proposed a glow discharge decomposition method (1981 Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 1p-S-5).
Figure 2 shows a gas circuit to which this method is applied, in which SiH 4 gas is passed from a cylinder 12 through a valve 13 to a silent discharge tube 14, a gas pump 15, and a cold trap 1.
The SiH 4 gas is introduced into a closed gas circuit consisting of 6 and circulated there by a pump 15, and a part of the SiH 4 gas is decomposed and synthesized by a reaction such as 2SiH 4 →Si 2 H 6 +H 2 in the silent discharge tube 14. 2 H 6 or Si 3 H 8
system silicon hydride is produced. The generated high-order silicon hydride is captured in the cold trap 16, and after a predetermined capacity has been stored, the residual gas present in this gas circuit is removed. Next, the temperature of the cold trap 16 is raised to gasify the trapped components, which are then passed through the valve 17 together with the carrier Ar gas from the cylinder 18 from the flow path selection and flow path control section 19 as shown in FIG. It is supplied to a similar plasma CVD reaction tank 2. However, this batch processing method is complicated to operate;
This method has drawbacks such as the inability to produce an a-Si film while producing or capturing Si 2 H 6 compounds, making it difficult to apply to the production of products such as photoreceptors. The present invention solves the drawbacks in the process of synthesizing higher-order silicon hydrides such as Si 2 H 6 from SiH 4 based compounds by such silent discharge.
It is an object of the present invention to provide an apparatus for synthesizing higher-order silicon hydride by continuous processing without batch processing, and producing amorphous silicon using the same. In order to carry out continuous processing, it is necessary to continuously remove hydrogen produced as a by-product during the above-mentioned chemical reaction. This is because amorphous silicon containing a high concentration of hydrogen has poor photoconductivity. The present invention solves this problem by synthesizing higher-order silicon hydride from SiH 4 gas between a reaction tank that uses silicon hydride to produce amorphous silicon by plasma CVD and a SiH 4 gas supply system. The solution was solved by inserting a device and a device for continuously removing hydrogen produced by the synthesis reaction, and the above objective was achieved. The method using silent discharge described above can be applied to synthesize higher-order silicon hydride from SiH 4 -based gas. In order to continuously remove hydrogen, it is effective to use a hydrogen gas selective permeation membrane. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 3, parts common to those in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals. cylinder 1
From 2, SiH 4 gas such as SiH 4 , SiH 2 F 2 , or a mixed gas with other gases is supplied to the gas reformer 2.
0. The gas reformer 20 modifies SiH 4 -based gas into higher-order SinHm -based compounds, and the main reaction is 2SiH 4 →Si 2 H 6 + in the case of SiH 4
It is expressed by the formula H 2 . In addition to the silent discharge method, such reactions can also be induced by the application of short wavelength ultraviolet light (for example, 2537 Å light from a low-pressure mercury lamp). The reformed gas containing a large amount of H 2 coming out of the reformer 20 is passed through a filter 21 for removing solid content.
The hydrogen is then introduced into the hydrogen removal device 22. The hydrogen removal device 22 is configured to selectively permeate hydrogen gas through a bundle of thin tubes 23 made of a polyimide-based polymer material, as shown in FIG. 4A and FIG. Gas from the filter 21 is introduced into the inlet chamber 24 and reaches the outlet chamber 25 from one end of the bundled hydrogen gas permeable capillaries 23 to the other end. Hydrogen is tube 2
3, the gas permeates through the wall of the pipe 23 and is removed from the system by the connected suction pump 25. Of course, as can be easily surmised, the hydrogen gas selective permeation membrane is not limited to the shape of a thin tube, and a system having the same function can be constructed even if it is shaped like a flat plate. The reformed gas with reduced hydrogen content that has reached the outlet chamber 25 of the hydrogen removal device 22 is subjected to plasma CVD via the valve 10.
The gas is introduced into the gas inlet 9 of the reaction tank 2. The introduced reformed gas is a high-order SinHm such as Si 2 H 6 .
Because it contains a high concentration of compounds, it is difficult to use conventional
The film formation rate of a-Si can be greatly improved compared to SiH 4 based reactive gas. In this case, the supply amount of the reformed gas is controlled by gas flow rate control, gas reformer 2
This can be secured by adopting a zero capacity and a recirculation method. As described above, the present invention is directed to Si 2 H 6 which is used to improve the deposition rate of amorphous silicon.
Alternatively, the reactive gas of Si 3 H 8 is produced by polymerization using easily available SiH 4 gas as a raw material, and the
This method forms an amorphous silicon film by the plasma CVD method while removing H2 gas and continuously supplying a reaction gas with a high concentration of silicon hydride to the reaction tank. It is extremely effective in improving the productivity of amorphous silicon applied devices such as silicon photoreceptors.
第1図はアモルフアスシリコン生成装置の一例
を示す説明図、第2図はバツチ式ガス改質装置を
有するアモルフアスシリコン生成装置の一例を示
す説明図、第3図は本発明の一実施例としての連
続的ガス改質装置を有するアモルフアスシリコン
装置の説明図、第4図はその水素除去装置の一例
を示し、Aは断面図、Bはその×部の斜視図であ
る。
2…プラズマのCVD反応槽、12…SiH4系ガ
スボンベ、20…ガス改質装置、22…水素除去
装置、23…水素ガス透過性細管。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an amorphous silicon production device, FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an amorphous silicon production device having a batch type gas reformer, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an amorphous silicon production device having a batch type gas reformer. FIG. 4 is an explanatory diagram of an amorphous silicon device having a continuous gas reforming device as shown in FIG. 2... Plasma CVD reaction tank, 12... SiH 4 gas cylinder, 20... Gas reformer, 22... Hydrogen removal device, 23... Hydrogen gas permeable thin tube.
Claims (1)
によりアモルフアスシリコンを生成するものにお
いて、CVD反応槽とSiH4系ガス供給系の間に
SiH4系ガスからより高次のシリコン水素化物を
合成する装置と、合成反応により生ずる水素を連
続的に除去する装置とが挿入されたことを特徴と
するアモルフアスシリコン生成装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の装置において、
SiH4系ガスから高次のシリコン水素化物を合成
する装置が無声放電によるものであることを特徴
とするアモルフアスシリコン生成装置。 3 特許請求の範囲第1項記載の装置において、
合成反応により生ずる水素を除去する装置が水素
ガス選択透過膜によるものであることを特徴とす
るアモルフアスシリコン生成装置。[Claims] 1. In a device that produces amorphous silicon by plasma CVD using silicon hydride, there is
An amorphous silicon production device characterized by being equipped with a device for synthesizing a higher-order silicon hydride from SiH4 -based gas and a device for continuously removing hydrogen produced by the synthesis reaction. 2. In the device according to claim 1,
An amorphous silicon production device characterized in that the device for synthesizing high-order silicon hydride from SiH4 -based gas uses silent discharge. 3. In the device according to claim 1,
An amorphous silicon production device characterized in that the device for removing hydrogen produced by a synthesis reaction is a hydrogen gas selective permeation membrane.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56150949A JPS5855325A (en) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | Producing apparatus for amorphous silicon |
| US06/382,475 US4460673A (en) | 1981-06-03 | 1982-05-27 | Method of producing amorphous silicon layer and its manufacturing apparatus |
| DE19823220683 DE3220683A1 (en) | 1981-06-03 | 1982-06-02 | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING AN AMORPHOUS SILICONE LAYER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56150949A JPS5855325A (en) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | Producing apparatus for amorphous silicon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5855325A JPS5855325A (en) | 1983-04-01 |
| JPH0112836B2 true JPH0112836B2 (en) | 1989-03-02 |
Family
ID=15507934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56150949A Granted JPS5855325A (en) | 1981-06-03 | 1981-09-24 | Producing apparatus for amorphous silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5855325A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013207443A1 (en) * | 2013-04-24 | 2014-10-30 | Evonik Degussa Gmbh | Process and apparatus for the production of polysilanes |
-
1981
- 1981-09-24 JP JP56150949A patent/JPS5855325A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5855325A (en) | 1983-04-01 |
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