JPH04252020A - Method and apparatus for formation of amorphous silicon thin film - Google Patents

Method and apparatus for formation of amorphous silicon thin film

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JPH04252020A
JPH04252020A JP3025013A JP2501391A JPH04252020A JP H04252020 A JPH04252020 A JP H04252020A JP 3025013 A JP3025013 A JP 3025013A JP 2501391 A JP2501391 A JP 2501391A JP H04252020 A JPH04252020 A JP H04252020A
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JP
Japan
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thin film
amorphous silicon
hydrogen
shielding member
silicon thin
Prior art date
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Application number
JP3025013A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Shibata
尚 柴田
Hiroyuki Tokushige
徳重 裕之
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Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04252020A publication Critical patent/JPH04252020A/en
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Abstract

PURPOSE:To form an amorphous silicon thin film having an accurate composition at high speed by a method wherein, when the amorphous silin thin film is formed by evaporating or exciting silicon, by exciting hydrogen and by reacting them on a substrate, it is achieved that the evaporation means or the excitation means of the silicon and the excitation means of the hydrogen do not interfere with each other and individual raw materials are excited or activated independently to a desired state. CONSTITUTION:A shielding member 16 composed of a conductive material is installed between the excitation means, of silicon 5, which is composed of an electron-beam evaporation source 6 used to evaporate the silicon or of the evaporation source 6 and of an ionization means 7 and the excitation means 10 of hydrogen; a positive potential or a negative potential is applied to the shielding member 16. Thereby, both means are shielded electrically.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
の薄膜を形成する方法及びその装置に関するもので、特
に、シリコン及び水素の粒子を基体に付着堆積させるこ
とによりアモルファスシリコンの薄膜を形成するように
した、アモルファスシリコン薄膜の形成方法及び装置に
関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for forming a thin film of amorphous silicon, and particularly to a method for forming a thin film of amorphous silicon by depositing silicon and hydrogen particles on a substrate. The present invention relates to a method and apparatus for forming an amorphous silicon thin film.

【0002】0002

【従来の技術】アモルファスシリコンの薄膜を形成する
方法としては、プラズマCVD(化学蒸着)法が知られ
ている。この方法は、原料気体の化学反応に必要な熱エ
ネルギの一部又は大部分を電気エネルギに代替させるこ
とによって、従来用いられてきた熱CVD法よりも低温
での薄膜形成を可能とした薄膜形成方法である。このプ
ラズマCVD法においては、真空チャンバ内に原料気体
を供給し、直流又は高周波を印加することによりグロー
放電を起こさせて、プラズマを発生させる。すると、そ
のプラズマ中に設置された基体の表面に薄膜が形成され
る。その場合、チャンバ内に供給された原料気体は、プ
ラズマ中を通過する際にイオン、ラジカル、原子、ある
いは分子などの活性な励起種となる。そして、それらの
励起種は低温でも反応が進行するので、基体上に低温で
化合物の薄膜が形成されると考えられている。したがっ
て、このプラズマCVD法は、立体物への付き回り性が
よいというCVD法の長所に加えて、低温での成膜が可
能であるというPVD(物理蒸着)法の長所をも合わせ
持っている。
2. Description of the Related Art Plasma CVD (chemical vapor deposition) is known as a method for forming a thin film of amorphous silicon. This method enables thin film formation at a lower temperature than the conventional thermal CVD method by replacing part or most of the thermal energy required for the chemical reaction of raw material gases with electrical energy. It's a method. In this plasma CVD method, a raw material gas is supplied into a vacuum chamber, and direct current or high frequency is applied to cause glow discharge to generate plasma. Then, a thin film is formed on the surface of the substrate placed in the plasma. In this case, the raw material gas supplied into the chamber becomes active excited species such as ions, radicals, atoms, or molecules when passing through the plasma. Since the reaction of these excited species proceeds even at low temperatures, it is thought that a thin film of the compound is formed on the substrate at low temperatures. Therefore, this plasma CVD method has not only the advantage of the CVD method of being good at covering three-dimensional objects, but also the advantage of the PVD (physical vapor deposition) method of being able to form films at low temperatures. .

【0003】ところで、太陽電池、感光ドラムなどに用
いられるアモルファスシリコンを作成する場合には、通
常、高周波プラズマCVD法が用いられている。この方
法は、上述のように低温成膜が可能であることのほか、
多層化が容易であること、価電子制御が容易であること
、連続自動化が容易であること、大面積化が容易である
こと、低コストであることなどの種々の長所を有してい
る。
By the way, when producing amorphous silicon used for solar cells, photosensitive drums, etc., a high frequency plasma CVD method is usually used. This method not only enables low-temperature film formation as mentioned above, but also
It has various advantages such as easy multilayering, easy control of valence electrons, easy continuous automation, easy expansion into a large area, and low cost.

【0004】しかしながら、この高周波プラズマCVD
法の大きな欠点は、成膜速度が遅いということである。 従来も、原料気体の探索や原料供給方法の検討などによ
り高速成膜化の研究が行われてきているが、現状では1
0μm/hr程度が限界のようである。その原因につい
ては、成膜方法からくる本質的な問題であるとする考え
方もある。
However, this high frequency plasma CVD
The major disadvantage of this method is that the deposition rate is slow. Research on high-speed film formation has been carried out in the past by searching for raw material gases and examining raw material supply methods, but currently only 1
The limit seems to be about 0 μm/hr. As for the cause, some think that it is an essential problem arising from the film formation method.

【0005】このようなことから、高周波プラズマCV
D法以外の方法によるアモルファスシリコン成膜方法の
検討も行われている。例えば反応性蒸着法、反応性スパ
ッタリング法、あるいは反応性イオンプレーティング法
等のPVD法を用いたアモルファスシリコンの薄膜形成
方法である。反応性蒸着法とは、真空チャンバ内でシリ
コンを抵抗加熱蒸発や電子ビーム加熱蒸発により蒸発さ
せ、基体上に付着堆積させて薄膜を形成する、いわゆる
真空蒸着法において、水素を同時に導入することにより
アモルファスシリコンの薄膜を形成する方法である。ま
た、反応性スパッタリング法とは、真空チャンバ内で発
生させたプラズマを用いてターゲットと呼ばれるシリコ
ンの表面に高速粒子を衝突させ、スパッタリング現象に
よりターゲット表面から飛び出してきた粒子を基体上に
堆積させて薄膜を形成する、いわゆるスパッタリング法
において、水素を同時に導入することによりアモルファ
スシリコンの薄膜を形成する方法である。そして、反応
性イオンプレーティング法とは、反応性真空蒸着法にお
いて、蒸発するシリコン粒子の一部又は大部分を励起・
イオン化させ、基体上に堆積させてアモルファスシリコ
ン薄膜を形成する方法である。しかしながら、これらの
PVD法は、アモルファスシリコンの組成の制御が困難
な場合があること、成膜速度が比較的遅いこと、などの
欠点を共通して有している。そのために、これらの方法
も実質的には適用が困難となっている。
[0005] For these reasons, high frequency plasma CV
Amorphous silicon film forming methods using methods other than the D method are also being investigated. For example, there is a method of forming an amorphous silicon thin film using a PVD method such as a reactive vapor deposition method, a reactive sputtering method, or a reactive ion plating method. Reactive evaporation is a so-called vacuum evaporation method in which silicon is evaporated in a vacuum chamber by resistance heating evaporation or electron beam heating evaporation and deposited on a substrate to form a thin film. This is a method of forming a thin film of amorphous silicon. In addition, the reactive sputtering method uses plasma generated in a vacuum chamber to collide high-speed particles with the surface of a silicon target, and the particles that fly out from the target surface due to the sputtering phenomenon are deposited on the substrate. In a so-called sputtering method for forming a thin film, a thin film of amorphous silicon is formed by simultaneously introducing hydrogen. The reactive ion plating method is a reactive vacuum evaporation method in which a part or most of the silicon particles to be evaporated are excited and
This method forms an amorphous silicon thin film by ionizing it and depositing it on a substrate. However, these PVD methods have drawbacks in common, such as that it may be difficult to control the composition of amorphous silicon and that the film formation rate is relatively slow. Therefore, these methods are also practically difficult to apply.

【0006】ところで、このようなPVD法の欠点の原
因の一つとして、シリコンと反応するべき水素が励起さ
れていないことが挙げられている。そして、そのような
観点から、その欠点の解消を図る方法として、IVD(
イオンアシスト蒸着)法を用いた研究も行われている。 その方法は、反応性蒸着法において、水素の一部又は大
部分を励起・イオン化させてアモルファスシリコン薄膜
を形成するというものである。しかしながら、従来は、
このIVD法においても、反応性蒸着法と同様に、シリ
コンは単に蒸発させるのみとされていた。そのために、
シリコン粒子のエネルギが十分ではなく、反応性蒸着法
の欠点が完全に解消されるまでには至っていない。
By the way, one of the causes of the drawbacks of the PVD method is that hydrogen, which should react with silicon, is not excited. From this perspective, IVD (
Research using the ion-assisted vapor deposition method is also being conducted. The method is to form an amorphous silicon thin film by exciting and ionizing some or most of the hydrogen in a reactive vapor deposition method. However, conventionally,
In this IVD method as well, silicon was simply evaporated, similar to the reactive vapor deposition method. for that,
The energy of silicon particles is not sufficient, and the drawbacks of reactive deposition methods have not yet been completely eliminated.

【0007】以上のことから、シリコンと水素とをとも
に励起、ないしはそのエネルギを高めるようにすればよ
いという結論に到達する。例えば、反応性イオンプレー
ティング法とIVD法とを組み合わせて、シリコンの一
部又は大部分を励起・イオン化すると同時に、水素の一
部又は大部分をも励起・イオン化させ、それらを反応さ
せて基体上に付着堆積させることにより、アモルファス
シリコン薄膜を形成するという方法が考えられる。また
、IVD法において、シリコンの蒸発エネルギを一層高
めるようにすることが考えられる。そのような方法とす
ることにより、アモルファスシリコン薄膜の優れた組成
の制御性、及び高速形成の可能性が期待される。
[0007] From the above, we have reached the conclusion that both silicon and hydrogen should be excited or their energy should be increased. For example, by combining the reactive ion plating method and the IVD method, a part or most of the silicon is excited and ionized, and at the same time, a part or most of the hydrogen is also excited and ionized, and they are reacted to form a substrate. A possible method is to form an amorphous silicon thin film by depositing it on top. Furthermore, in the IVD method, it is conceivable to further increase the evaporation energy of silicon. By using such a method, it is expected that the amorphous silicon thin film will have excellent composition controllability and the possibility of high-speed formation.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らは、従来用いられてきた上記各種のPVD法を同時
に動作させた場合には、次のような問題があることを見
いだした。すなわち、シリコンと水素とをそれぞれ励起
させるためには、各々独立した励起手段を設けることが
必要となるが、それらを同時に動作させると、互いに干
渉し合って各々の独立した動作が不可能になる場合があ
るという問題である。また、シリコンの蒸発エネルギを
高めるためには、電子ビーム加熱蒸発法を用いるととも
にその電子ビームを強くすることが有効であるが、その
ようにした場合にも、水素の励起手段が影響を受けて安
定した動作が得られなくなってしまう。
SUMMARY OF THE INVENTION However, the present inventors have found that the following problems occur when the various PVD methods that have been used in the past are operated simultaneously. In other words, in order to excite silicon and hydrogen, it is necessary to provide independent excitation means for each, but if they are operated at the same time, they interfere with each other and their independent operation becomes impossible. The problem is that there are cases. Furthermore, in order to increase the evaporation energy of silicon, it is effective to use the electron beam heating evaporation method and to strengthen the electron beam, but even in such a case, the hydrogen excitation means is affected. It becomes impossible to obtain stable operation.

【0009】この原因については、現時点ではまだその
すべては解明されていない。しかしながら、その中で非
常に重要なものとして、次のことが推定される。すなわ
ち、シリコンや水素を励起させるときには、通常、プラ
ズマを利用した励起やイオン化が行われる。そして、イ
オン化の際には電子も発生するので、その励起によって
イオンや電子が発生する。そのイオンや電子のうちのあ
るものは基体に到達して薄膜の形成に関与するが、ある
ものは迷走電子や迷走イオンとして真空チャンバ内に存
在する。その結果、一方の励起手段から発生した迷走電
子・イオンが他方の励起手段に影響を及ぼし、各々の独
立した動作が妨げられる。アモルファスシリコン薄膜の
形成速度を高速化するためには、各励起手段によるイオ
ン化率や電流密度を高めることが求められるが、そのよ
うにしようとすると、上述のような相互干渉の傾向がま
すます増大する。また、シリコンを蒸発させるために電
子ビーム加熱手段を用いた場合にも、そのパワーを高め
ると多量の反射電子が発生する。そのために、同様な干
渉が生ずると考えられる。
[0009] The causes of this have not yet been completely elucidated at present. However, the following are estimated to be extremely important. That is, when silicon or hydrogen is excited, excitation or ionization using plasma is usually performed. Since electrons are also generated during ionization, ions and electrons are generated by the excitation. Some of these ions and electrons reach the substrate and participate in the formation of a thin film, while others exist in the vacuum chamber as stray electrons and stray ions. As a result, stray electrons and ions generated from one excitation means affect the other excitation means, and the independent operation of each excitation means is hindered. In order to increase the rate of formation of amorphous silicon thin films, it is necessary to increase the ionization rate and current density of each excitation method, but when attempting to do so, the tendency for mutual interference as described above increases. do. Furthermore, even when electron beam heating means is used to evaporate silicon, a large amount of reflected electrons will be generated if the power is increased. Therefore, it is thought that similar interference occurs.

【0010】このような問題のために、前述したように
シリコンと水素とを独立して励起ないしは活性化させて
反応させるアモルファスシリコン薄膜の形成方法は、実
際上は適用が不可能となっている。
[0010] Because of these problems, the method of forming an amorphous silicon thin film in which silicon and hydrogen are independently excited or activated to react as described above is practically impossible to apply. .

【0011】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、シリコン及び水素を、そ
れぞれ独立して同時に所望の状態に励起ないしは活性化
することができるようにし、それによって、成膜の高速
化及び組成制御の容易化を図ることのできるアモルファ
スシリコン薄膜の形成方法及び装置を提供することであ
る。
The present invention has been made in view of these circumstances, and its purpose is to enable silicon and hydrogen to be excited or activated independently and simultaneously to a desired state, The object of the present invention is to provide a method and apparatus for forming an amorphous silicon thin film that can speed up film formation and facilitate composition control.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるアモルファスシリコン薄膜の形成方法
は、シリコンを電子ビーム加熱手段により蒸発させると
ともに水素を励起手段により励起させるに際して、ある
いはシリコンと水素とを各原料ごとに独立した励起手段
を用いてそれぞれ所望の状態に励起させるに際して、そ
れらシリコンの電子ビーム加熱手段あるいは励起手段と
水素の励起手段との間に少なくとも一つ以上の電気的遮
蔽部材を設置し、その遮蔽部材に電位を印加して、電子
ビーム加熱手段と水素励起手段、あるいはシリコン及び
水素の各励起手段を同時に動作させるようにしたことを
特徴としている。遮蔽部材に印加する電位は正電位ある
いは負電位のいずれともすることができる。その場合、
正電位であれば10〜500V、負電位であれば−10
〜−500Vの範囲とすることが望ましい。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the method for forming an amorphous silicon thin film according to the present invention involves evaporating silicon by an electron beam heating means and exciting hydrogen by an excitation means. When exciting hydrogen to a desired state using independent excitation means for each raw material, at least one electrical shield is provided between the silicon electron beam heating means or the excitation means and the hydrogen excitation means. The device is characterized in that the electron beam heating means and the hydrogen excitation means or the silicon and hydrogen excitation means are operated simultaneously by installing a member and applying a potential to the shielding member. The potential applied to the shielding member can be either a positive potential or a negative potential. In that case,
10 to 500V for positive potential, -10 for negative potential
It is desirable to set it as the range of -500V.

【0013】また、本発明によるアモルファスシリコン
薄膜の形成装置は、シリコンを蒸発させる電子ビーム加
熱手段あるいはそれを励起させる励起手段と水素を励起
させる励起手段とを互いに独立させて設けるとともに、
それら電子ビーム加熱手段あるいはシリコン励起手段と
水素励起手段との間に導電性材料からなる少なくとも一
つ以上の電気的遮蔽部材を設置し、その遮蔽部材に電位
を印加し得る直流電源を設けたことを特徴としている。 シリコンを励起させる場合、その励起手段は、例えばそ
のシリコンを蒸発させる抵抗加熱あるいは電子ビーム加
熱等の加熱手段とその蒸発粒子の少なくとも一部をイオ
ン化するグロー放電、アーク放電、あるいは熱電子放射
等のイオン化手段とによって構成される。遮蔽部材とし
てはメッシュ状のものを用いることが望ましい。
Further, the amorphous silicon thin film forming apparatus according to the present invention is provided with an electron beam heating means for evaporating silicon or an excitation means for exciting it and an excitation means for exciting hydrogen, which are independent from each other, and
At least one electrical shielding member made of a conductive material is installed between the electron beam heating means or the silicon excitation means and the hydrogen excitation means, and a DC power supply capable of applying a potential to the shielding member is provided. It is characterized by When exciting silicon, the excitation means includes, for example, a heating means such as resistance heating or electron beam heating to evaporate the silicon, and a glow discharge, arc discharge, or thermionic radiation to ionize at least a part of the evaporated particles. ionization means. It is desirable to use a mesh-like shielding member.

【0014】[0014]

【作用】前述したように、従来の方法で各種PVD法を
同時に動作させると、その各励起手段が互いに干渉し合
い、各々の独立した動作が不可能になる場合がある。と
ころが、それらの励起手段の間に少なくとも一つ以上の
電気的遮蔽部材を設置し、その遮蔽部材に電位を印加す
ると、シリコンと水素とをそれぞれ独立して所望の状態
に励起することが可能となる。シリコンを電子ビーム加
熱手段によりハイパワーで蒸発させる場合も同様である
。その理由については必ずしも明らかではないが、正電
位を印加した遮蔽部材を設置すると、迷走電子がその遮
蔽部材に捕捉されるとともに、迷走イオンがその遮蔽部
材に近付くことが妨げられるようになり、また、負電位
を印加した遮蔽部材を設置すると、迷走電子はその遮蔽
部材に近付くことが妨げられ、迷走イオンはその遮蔽部
材に捕捉されるようになるためであると考えられる。 そして、そのような迷走電子及びイオンの遮蔽効果によ
り、各々の励起手段の相互干渉が防止されるようになる
のではないかと推定される。本発明者らの実験の結果、
遮蔽部材に印加する電位の範囲は±10〜±500Vが
適当であることが見いだされた。遮蔽部材に印加する電
位が±10V未満の場合には、上述の干渉防止効果が十
分には発揮されないので、従来と同様の問題が生ずる。 また、遮蔽部材に印加する電位を±500V以上とする
と、その遮蔽部材と励起手段との間で異常放電が起こる
など、新たな実用上の問題が発生し、各原料を所望の状
態に励起させることができなくなってしまう。
[Operation] As described above, when various PVD methods are operated simultaneously using conventional methods, the respective excitation means may interfere with each other, making independent operation of each of them impossible. However, by installing at least one electrical shielding member between these excitation means and applying a potential to the shielding member, it is possible to independently excite silicon and hydrogen to a desired state. Become. The same applies when silicon is evaporated with high power by electron beam heating means. The reason for this is not necessarily clear, but when a shielding member to which a positive potential is applied is installed, stray electrons are captured by the shielding member, and stray ions are prevented from approaching the shielding member. This is thought to be because when a shielding member to which a negative potential is applied is installed, stray electrons are prevented from approaching the shielding member, and stray ions are captured by the shielding member. It is presumed that the effect of shielding stray electrons and ions prevents mutual interference between the respective excitation means. As a result of the inventors' experiments,
It has been found that the appropriate potential range to be applied to the shielding member is ±10 to ±500V. If the potential applied to the shielding member is less than ±10V, the above-mentioned interference prevention effect will not be sufficiently exhibited, and the same problems as in the prior art will occur. In addition, if the potential applied to the shielding member is ±500V or more, new practical problems will occur, such as abnormal discharge occurring between the shielding member and the excitation means, and it will be difficult to excite each raw material to the desired state. I become unable to do so.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1は、本発明によるアモルファスシリコン薄膜形
成装置の一実施例を示す概略構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an amorphous silicon thin film forming apparatus according to the present invention.

【0016】この図から明らかなように、このアモルフ
ァスシリコン薄膜形成装置1は、密閉容器状の真空チャ
ンバ2を備えている。そのチャンバ2の壁面は金属等の
導電性材料によって形成されており、アース電位に保持
されるようになっている。また、そのチャンバ2には真
空排気口3が設けられ、その排気口3に接続される真空
排気手段としての真空ポンプ4により、そのチャンバ2
内が減圧されるようになっている。
As is clear from this figure, this amorphous silicon thin film forming apparatus 1 is equipped with a vacuum chamber 2 in the form of a closed container. The wall surface of the chamber 2 is made of a conductive material such as metal, and is maintained at ground potential. Further, the chamber 2 is provided with a vacuum exhaust port 3, and the chamber 2 is
The pressure inside is reduced.

【0017】チャンバ2の底部には、電子ビーム加熱に
よってシリコン5を蒸発させる電子ビーム蒸発源6が設
けられている。また、その蒸発源6の上方には、アーク
放電によってシリコン5の蒸発粒子5aをイオン化する
アーク放電式イオン化手段7が設けられている。そのイ
オン化手段7はイオン化電極8からなり、励起電源9か
らそのイオン化電極8に印加される電圧の大きさによっ
て、蒸発粒子5aの励起状態が制御されるようになって
いる。こうして、この実施例においては、電子ビーム加
熱蒸発とアーク放電との組み合わせによってシリコン5
が励起・イオン化されるようになっている。すなわち、
電子ビーム加熱手段である電子ビーム蒸発源6とアーク
放電式イオン化手段7とによって、シリコン5の励起手
段が構成されている。
An electron beam evaporation source 6 is provided at the bottom of the chamber 2 to evaporate silicon 5 by electron beam heating. Further, above the evaporation source 6, an arc discharge type ionization means 7 is provided which ionizes the evaporated particles 5a of the silicon 5 by arc discharge. The ionization means 7 includes an ionization electrode 8, and the excited state of the evaporated particles 5a is controlled by the magnitude of the voltage applied to the ionization electrode 8 from an excitation power source 9. Thus, in this example, silicon 5
is excited and ionized. That is,
Excitation means for the silicon 5 is constituted by an electron beam evaporation source 6, which is an electron beam heating means, and an arc discharge type ionization means 7.

【0018】真空チャンバ2内には、更にイオンガン1
0が設置されている。そのイオンガン10には、バルブ
11及びマスフローコントローラ12が設けられたガス
導入管13が連結されており、その導入管13から水素
ガス14が供給されるようになっている。そして、その
水素ガス14が、イオンガン10内において励起電源1
5により励起・イオン化され、イオンビーム14aとし
て放出されるようになっている。すなわち、この実施例
においては、イオンガン10が水素14の励起手段とな
っている。
The vacuum chamber 2 further includes an ion gun 1.
0 is set. A gas introduction pipe 13 provided with a valve 11 and a mass flow controller 12 is connected to the ion gun 10, and hydrogen gas 14 is supplied from the introduction pipe 13. Then, the hydrogen gas 14 is supplied to the excitation power source 1 within the ion gun 10.
5 and is excited and ionized, and is emitted as an ion beam 14a. That is, in this embodiment, the ion gun 10 serves as a means for exciting the hydrogen 14.

【0019】このようにして、シリコン5の励起手段と
水素14の励起手段とは、それぞれ独立して制御される
ようになっている。
In this way, the excitation means for silicon 5 and the excitation means for hydrogen 14 are controlled independently.

【0020】シリコン5の励起手段、すなわち電子ビー
ム蒸発源6及びイオン化手段7と、水素14の励起手段
であるイオンガン10との間には、メッシュ状の遮蔽部
材16が配置されている。その遮蔽部材16は金属等の
導電性材料からなるもので、絶縁材17を介してチャン
バ2の底面上に設置されている。そして、その遮蔽部材
16に、極性切り換え可能な直流電源18が接続され、
その電源18によって正電位あるいは負電位が印加され
るようになっている。こうして、その遮蔽部材16によ
って、シリコン5の励起手段と水素14の励起手段との
間が電気的に遮蔽されるようになっている。
A mesh-shaped shielding member 16 is disposed between the silicon 5 excitation means, that is, the electron beam evaporation source 6 and the ionization means 7, and the hydrogen 14 excitation means, the ion gun 10. The shielding member 16 is made of a conductive material such as metal, and is installed on the bottom surface of the chamber 2 with an insulating material 17 interposed therebetween. A DC power source 18 whose polarity can be switched is connected to the shielding member 16,
A positive potential or a negative potential is applied by the power source 18. In this way, the shielding member 16 electrically shields between the silicon 5 excitation means and the hydrogen 14 excitation means.

【0021】一方、真空チャンバ2の頂部には、アーク
放電式イオン化手段7によって励起されたシリコン5の
蒸発粒子5aとイオンガン10によって励起された水素
14のイオンビーム14aとが同時に投射される位置に
、平板状の基体である基板19を支持する基板支持電極
20が設けられている。その基板支持電極20には基体
加熱用のヒータ21が内蔵されており、基板支持電極2
0に接続されたヒータ用電源22によってそのヒータ2
1が作動され、電極20に取り付けられた基板19が加
熱されるようになっている。また、その基板支持電極2
0には直流バイアス電源23が接続されており、そのバ
イアス電源23によって、基板19に負のバイアス電位
が印加されるようになっている。更に、その基板支持電
極20にはマッチングボックス24を介して高周波電源
25が接続されており、その高周波電源25によって、
基板19に高周波バイアス電圧が印加されるようになっ
ている。
On the other hand, the top of the vacuum chamber 2 is located at a position where the evaporated particles 5a of silicon 5 excited by the arc discharge type ionization means 7 and the ion beam 14a of hydrogen 14 excited by the ion gun 10 are simultaneously projected. A substrate support electrode 20 is provided to support a substrate 19 that is a flat base. The substrate supporting electrode 20 has a built-in heater 21 for heating the substrate.
The heater 2 is powered by the heater power supply 22 connected to the
1 is activated, and the substrate 19 attached to the electrode 20 is heated. In addition, the substrate supporting electrode 2
A DC bias power supply 23 is connected to 0, and a negative bias potential is applied to the substrate 19 by the bias power supply 23. Furthermore, a high frequency power source 25 is connected to the substrate supporting electrode 20 via a matching box 24, and the high frequency power source 25 allows
A high frequency bias voltage is applied to the substrate 19.

【0022】次に、このように構成されたアモルファス
シリコン薄膜形成装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the amorphous silicon thin film forming apparatus 1 constructed as described above will be explained.

【0023】アモルファスシリコンの薄膜を形成しよう
とするときには、基板支持電極20にシリコン等からな
る基板19を取り付ける。そして、真空チャンバ2の真
空排気口3に真空ポンプ4を接続し、その真空ポンプ4
によりチャンバ2内を真空排気するとともに、ヒータ用
電源22によってヒータ21を作動させ、基板19を所
定の温度に加熱する。また、直流バイアス電源23ある
いは高周波電源25によって基板19に所定のバイアス
電位を印加する。更に、遮蔽部材16には、直流電源1
8により正電位あるいは負電位を印加しておく。
When a thin film of amorphous silicon is to be formed, a substrate 19 made of silicon or the like is attached to the substrate support electrode 20. Then, connect the vacuum pump 4 to the vacuum exhaust port 3 of the vacuum chamber 2, and
The chamber 2 is evacuated, and the heater 21 is activated by the heater power source 22 to heat the substrate 19 to a predetermined temperature. Further, a predetermined bias potential is applied to the substrate 19 by a DC bias power supply 23 or a high frequency power supply 25. Furthermore, the shielding member 16 is provided with a DC power source 1.
8, a positive potential or a negative potential is applied.

【0024】この状態で、電子ビーム蒸発源6を作動さ
せてシリコン5を蒸発させるとともに、アーク放電式イ
オン化手段7によってその蒸発粒子5aを励起させる。 すると、蒸発粒子5aの少なくとも一部がイオン化され
る。そして、そのイオンは、基板19との間の電場によ
って加速され、基板19に衝突する。一方、これと同時
にイオンガン10を動作させ、水素14のイオンビーム
14aを基板19に照射する。それによって、励起され
た水素14の粒子が基板19に衝突する。
In this state, the electron beam evaporation source 6 is operated to evaporate the silicon 5, and the evaporated particles 5a are excited by the arc discharge type ionization means 7. Then, at least a portion of the evaporated particles 5a are ionized. The ions are then accelerated by the electric field between them and the substrate 19 and collide with the substrate 19. Meanwhile, at the same time, the ion gun 10 is operated to irradiate the substrate 19 with an ion beam 14a of hydrogen 14. Thereby, the excited hydrogen particles 14 collide with the substrate 19.

【0025】このようにして、シリコン5の粒子と水素
14の粒子とが、ともに励起した状態で基板19の表面
に導かれる。したがって、それらが反応し、その化合物
の粒子が形成される。そして、その粒子が基板19の表
面に付着して堆積する。その結果、アモルファスシリコ
ンの薄膜が形成される。
In this way, both the silicon 5 particles and the hydrogen 14 particles are guided to the surface of the substrate 19 in an excited state. Therefore, they react and particles of the compound are formed. The particles then adhere and accumulate on the surface of the substrate 19. As a result, a thin film of amorphous silicon is formed.

【0026】ところで、このようにシリコン5を励起さ
せると、シリコン5のイオンと電子とが発生する。また
、水素14の励起により、そのイオンと電子とが発生す
る。しかも、シリコン5は電子ビームによって加熱蒸発
されるので、その電子ビームを強くすると多量の反射電
子が発生する。そして、それらが迷走すると、各励起手
段に支障が及ぼされる。例えばシリコン5の励起によっ
て生じたイオンや電子がイオンガン10に飛び込むと、
イオンガン10の正常な動作が妨げられ、水素14が所
望の状態に励起されなくなってしまう。また、シリコン
5を加熱蒸発させる電子ビーム蒸発源6から発生した電
子がイオンガン10に飛び込んだ場合にも、同様な現象
が生じる。このように、シリコン5の励起手段と水素1
4の励起手段とを同時に動作させると、それらが互いに
干渉して、各々独立して動作させることが不可能となっ
てしまうことがある。
By the way, when silicon 5 is excited in this way, ions and electrons of silicon 5 are generated. Further, due to the excitation of the hydrogen 14, its ions and electrons are generated. Moreover, since the silicon 5 is heated and evaporated by the electron beam, if the electron beam is strengthened, a large amount of reflected electrons will be generated. If they stray, each excitation means will be affected. For example, when ions and electrons generated by excitation of silicon 5 fly into the ion gun 10,
The normal operation of the ion gun 10 is hindered, and the hydrogen 14 is no longer excited to the desired state. Further, a similar phenomenon occurs when electrons generated from the electron beam evaporation source 6 that heats and evaporates the silicon 5 jump into the ion gun 10. In this way, silicon 5 excitation means and hydrogen 1
If the four excitation means are operated simultaneously, they may interfere with each other, making it impossible to operate each of them independently.

【0027】しかしながら、このアモルファスシリコン
薄膜形成装置1の場合には、シリコン5の励起手段と水
素14の励起手段との間に導電性材料からなる遮蔽部材
16が設けられ、その遮蔽部材16に正あるいは負の電
位が印加されているので、そのような相互干渉が防止さ
れる。例えば遮蔽部材16に正電位を印加しておくと、
迷走電子はその遮蔽部材16に捕捉され、迷走イオンは
その遮蔽部材16によって反発される。また、遮蔽部材
16に負電位を印加しておくと、その遮蔽部材16によ
って迷走イオンが捕捉され、迷走電子が反発される。そ
の結果、それらの迷走電子やイオンによって他方の励起
手段に影響が及ぼされることが防止されるようになる。
However, in the case of this amorphous silicon thin film forming apparatus 1, a shielding member 16 made of a conductive material is provided between the silicon 5 excitation means and the hydrogen 14 excitation means, and the shielding member 16 has a positive polarity. Alternatively, since a negative potential is applied, such mutual interference is prevented. For example, if a positive potential is applied to the shielding member 16,
Stray electrons are captured by the shielding member 16, and stray ions are repelled by the shielding member 16. Further, when a negative potential is applied to the shielding member 16, stray ions are captured by the shielding member 16, and stray electrons are repelled. As a result, these stray electrons and ions are prevented from affecting the other excitation means.

【0028】そして、このようにシリコン5の励起手段
と水素14の励起手段との相互干渉が防止されることに
より、それらを同時に独立して動作させ、シリコン5及
び水素14をそれぞれ所望の状態に励起させることが可
能となるので、形成されるアモルファスシリコン薄膜の
組成を正確に制御することが可能となる。また、その励
起エネルギを高めることができるので、高速成膜も可能
となる。
By thus preventing mutual interference between the excitation means for silicon 5 and the excitation means for hydrogen 14, they can be operated simultaneously and independently, bringing silicon 5 and hydrogen 14 into desired states, respectively. Since it becomes possible to excite, it becomes possible to accurately control the composition of the amorphous silicon thin film that is formed. Furthermore, since the excitation energy can be increased, high-speed film formation is also possible.

【0029】しかも、メッシュ状の遮蔽部材16を用い
ることにより、その遮蔽部材16がシリコン5の蒸発粒
子5aや水素14のイオンビーム14aに対する物理的
な障壁となることが軽減されるので、その遮蔽部材16
の高さを高くしても、基板19上の広い範囲で化学反応
を起こさせてアモルファスシリコン薄膜を形成させるこ
とができる。そして、そのように遮蔽部材16の高さを
高くすることにより、各励起手段の相互干渉をより確実
に防止することができる。
Furthermore, by using the mesh-like shielding member 16, the shielding member 16 becomes less of a physical barrier to the evaporated particles 5a of silicon 5 and the ion beam 14a of hydrogen 14, so that the shielding member 16 can be reduced. Member 16
Even if the height is increased, a chemical reaction can be caused over a wide range on the substrate 19 to form an amorphous silicon thin film. By increasing the height of the shielding member 16 in this manner, mutual interference between the respective excitation means can be more reliably prevented.

【0030】電子ビーム蒸発源6のパワーを高め、シリ
コン5をイオン化せずに単に蒸発させてアモルファスシ
リコンの薄膜を形成するときにも、遮蔽部材16を設け
ることによって同様な作用効果が得られる。
Similar effects can be obtained by providing the shielding member 16 even when the power of the electron beam evaporation source 6 is increased to simply evaporate the silicon 5 without ionizing it to form a thin film of amorphous silicon.

【0031】このようなアモルファスシリコン薄膜形成
装置1を実際に試作し、それを用いて次のような実験を
行った。
[0031] Such an amorphous silicon thin film forming apparatus 1 was actually manufactured as a prototype, and the following experiments were conducted using it.

【0032】基板支持電極20上に縦50mm、横50
mm、厚さ1mmのシリコン製の基板19を取り付けた
。そして、真空ポンプ4により、真空チャンバ2内を1
×10−7Torrにまで減圧した。また、ヒータ21
により基板19の温度を400℃とし、更に、直流バイ
アス電源23により基板19に−100Vのバイアス電
位を印加した。一方、遮蔽部材16には直流電源18に
より100Vの正電位を印加した。この状態で、電子ビ
ーム蒸発源6及びアーク放電式イオン化手段7を動作さ
せ、シリコンのイオンプレーティングを行った。同時に
、水素ガス14をイオンガン10に供給し、そのイオン
ガン10を動作させて、イオン化した水素を基板19に
照射した。 その結果、基板19の表面上に薄膜が形成された。
[0032] On the substrate supporting electrode 20, a 50 mm long and 50 mm wide
A silicon substrate 19 with a thickness of 1 mm and a thickness of 1 mm was attached. Then, the inside of the vacuum chamber 2 is pumped by the vacuum pump 4.
The pressure was reduced to ×10 −7 Torr. In addition, the heater 21
The temperature of the substrate 19 was set to 400° C., and a bias potential of −100 V was applied to the substrate 19 by the DC bias power supply 23. On the other hand, a positive potential of 100 V was applied to the shielding member 16 by the DC power supply 18. In this state, the electron beam evaporation source 6 and arc discharge type ionization means 7 were operated to perform ion plating of silicon. At the same time, hydrogen gas 14 was supplied to the ion gun 10, and the ion gun 10 was operated to irradiate the substrate 19 with ionized hydrogen. As a result, a thin film was formed on the surface of the substrate 19.

【0033】このときには、シリコン5の励起手段であ
る電子ビーム蒸発源6及びイオン化手段7、水素14の
励起手段であるイオンガン10はともに正常に動作し、
干渉等の異常は認められなかった。
At this time, the electron beam evaporation source 6 and ionization means 7, which are excitation means for silicon 5, and the ion gun 10, which is excitation means for hydrogen 14, operate normally.
No abnormalities such as interference were observed.

【0034】次いで、このようにして表面に薄膜が形成
された基板19をチャンバ2内から取り出し、その薄膜
の評価試験を行った。形成された薄膜は、XRD(X線
回折)によりアモルファスであることが確認された。ま
た、SIMSにより、その薄膜のシリコン中の水素含有
量は13%であることが認められた。そして、膜厚測定
の結果から、成膜速度は約20μm/hrと算出された
。なお、同一条件で10回の成膜を行ったが、再現性は
良好であった。
Next, the substrate 19 with the thin film formed on its surface in this manner was taken out from the chamber 2, and an evaluation test was conducted on the thin film. The formed thin film was confirmed to be amorphous by XRD (X-ray diffraction). Furthermore, it was confirmed by SIMS that the hydrogen content in the silicon of the thin film was 13%. From the results of the film thickness measurement, the film formation rate was calculated to be approximately 20 μm/hr. Note that film formation was performed 10 times under the same conditions, and the reproducibility was good.

【0035】次に、直流電源18の極性を切り換えて、
遮蔽部材16に−100Vの負電位を印加し、同様の実
験を行った。このときにも、遮蔽部材16に正電位を印
加した場合と全く同じ結果が得られた。
Next, by switching the polarity of the DC power supply 18,
A similar experiment was conducted by applying a negative potential of -100V to the shielding member 16. At this time, exactly the same results as when a positive potential was applied to the shielding member 16 were obtained.

【0036】一方、同一の装置1を用いて、遮蔽部材1
6を外した状態で薄膜形成試験を行った。なお、この場
合にも、同一条件で10回の成膜を行った。この場合に
は、薄膜形成中にイオンガン10がしばしば制御不能状
態に陥った。そして、薄膜形成終了後、基板19をチャ
ンバ2内から取り出し、評価試験を行ったところ、形成
された薄膜は、XRDによりすべてアモルファスと同定
されたが、SIMSにより測定された水素の含有量は、
5〜10%の間でばらついていた。また、膜厚測定をし
た結果、成膜速度にも約10〜15μm/hrというば
らつきが見られた。
On the other hand, using the same device 1, the shielding member 1
A thin film formation test was conducted with No. 6 removed. In this case as well, film formation was performed 10 times under the same conditions. In this case, the ion gun 10 often became uncontrollable during thin film formation. After the thin film formation was completed, the substrate 19 was taken out from the chamber 2 and an evaluation test was performed.The formed thin film was all identified as amorphous by XRD, but the hydrogen content measured by SIMS was
It varied between 5 and 10%. Further, as a result of measuring the film thickness, a variation of about 10 to 15 μm/hr was observed in the film formation rate.

【0037】更に、アーク放電式イオン化手段7の作動
を停止させた状態で、電子ビーム蒸発源6のパワーを高
め、遮蔽部材16を設置した場合とそれを取り外した場
合とについて同様な成膜実験を行った。その結果、遮蔽
部材16がない場合にはイオンガン10の動作が不安定
となるが、遮蔽部材16を設置した場合には、アモルフ
ァスシリコン薄膜の良好な成膜が行われることが確認さ
れた。
Furthermore, with the operation of the arc discharge type ionization means 7 stopped, the power of the electron beam evaporation source 6 was increased, and similar film formation experiments were conducted with and without the shielding member 16 installed. I did it. As a result, it was confirmed that the operation of the ion gun 10 becomes unstable when the shielding member 16 is not present, but when the shielding member 16 is installed, an amorphous silicon thin film can be formed satisfactorily.

【0038】シリコン5の励起手段については、上記実
施例のような電子ビーム蒸発源6とアーク放電式イオン
化手段7との組み合わせのほか、抵抗加熱蒸発とグロー
放電、アーク放電、熱電子放射のうちの少なくとも1種
以上との組み合わせ、あるいは電子ビーム加熱蒸発とグ
ロー放電、アーク放電、熱電子放射のうちの少なくとも
1種以上との組み合わせ、更にはスパッタリング法を用
いた場合にも、同様の結果が得られることが確認された
。また、水素14の励起手段としても、グロー放電、ア
ーク放電、熱電子放射、及びイオンガンのうちの少なく
とも1種以上を用いた場合には、同様の結果が得られた
As for the excitation means for the silicon 5, in addition to the combination of the electron beam evaporation source 6 and the arc discharge type ionization means 7 as in the above embodiment, resistance heating evaporation, glow discharge, arc discharge, and thermionic radiation can be used. Similar results can be obtained when using a combination of at least one of the following, or a combination of electron beam heating evaporation with at least one of glow discharge, arc discharge, and thermionic radiation, and even when sputtering is used. It has been confirmed that it can be obtained. Furthermore, similar results were obtained when at least one of glow discharge, arc discharge, thermionic radiation, and ion gun was used as the means for exciting hydrogen 14.

【0039】図2は、本発明によるアモルファスシリコ
ン薄膜形成装置の異なる実施例を示す概略構成図である
。なお、この実施例において、図1の実施例と対応する
部分には同一の符号を付すことにより、重複する説明は
省略する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a different embodiment of the amorphous silicon thin film forming apparatus according to the present invention. In this embodiment, parts corresponding to those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted.

【0040】このアモルファスシリコン薄膜形成装置1
の場合には、シリコン5の励起手段として、シリコン5
を蒸発させる抵抗加熱蒸発源26とそのシリコン5の蒸
発粒子5aをイオン化するグロー放電式イオン化手段2
7とが用いられている。そのイオン化手段27はイオン
化電極28を備えており、励起電源29からそのイオン
化電極28に印加される電圧の大きさによって、蒸発粒
子5aの励起状態が制御されるようになっている。
This amorphous silicon thin film forming apparatus 1
In this case, silicon 5 is used as an excitation means for silicon 5.
a resistance heating evaporation source 26 that evaporates the silicon 5, and a glow discharge type ionization means 2 that ionizes the evaporated particles 5a of the silicon 5.
7 is used. The ionization means 27 includes an ionization electrode 28, and the excited state of the evaporated particles 5a is controlled by the magnitude of the voltage applied to the ionization electrode 28 from an excitation power source 29.

【0041】真空チャンバ2の内部は、中心部に小さな
開口30を有する隔壁31により、上部の蒸着室32と
下部の蒸発室33とに区画されている。抵抗加熱蒸発源
26はその下部の蒸発室33内に設置されている。また
、グロー放電式イオン化手段27は上部の蒸着室32内
に配置されている。
The interior of the vacuum chamber 2 is divided into an upper vapor deposition chamber 32 and a lower vapor deposition chamber 33 by a partition wall 31 having a small opening 30 in the center. The resistance heating evaporation source 26 is installed in the evaporation chamber 33 in the lower part thereof. Further, the glow discharge type ionization means 27 is arranged in the upper vapor deposition chamber 32.

【0042】蒸着室32内には、更に、水素14の励起
手段であるイオンガン10が設けられている。このイオ
ンガン10は、図1の実施例のものより高圧の下でも動
作可能なものとされている。
[0042] In the vapor deposition chamber 32, an ion gun 10, which is a means for exciting hydrogen 14, is further provided. This ion gun 10 is capable of operating under higher pressure than the embodiment shown in FIG.

【0043】これらシリコン5の励起手段と水素14の
励起手段との間には、平板状の遮蔽部材16が二重に設
けられている。それらの遮蔽部材16,16はいずれも
導電性材料からなるもので、絶縁材17を介して隔壁3
1上に設置されている。そして、それらの遮蔽部材16
,16には、それぞれ直流電源18,18によって大き
さの異なる正電位あるいは負電位が印加されるようにな
っている。
A double plate-shaped shielding member 16 is provided between the silicon 5 excitation means and the hydrogen 14 excitation means. These shielding members 16, 16 are both made of conductive material, and are connected to the partition wall 3 through an insulating material 17.
It is installed on 1. And those shielding members 16
, 16 are applied with different positive or negative potentials by DC power supplies 18, 18, respectively.

【0044】真空チャンバ2には、下部の蒸発室33に
開口する真空排気口3のほかに、上部の蒸着室32に開
口する真空排気口34が設けられている。その真空排気
口34にはバルブ35を介して真空ポンプ4が接続され
、その真空ポンプ4によって、蒸着室32及び蒸発室3
3がともに真空排気されるようになっている。
The vacuum chamber 2 is provided with a vacuum exhaust port 3 that opens into the evaporation chamber 33 at the bottom and a vacuum exhaust port 34 that opens into the vapor deposition chamber 32 at the top. A vacuum pump 4 is connected to the vacuum exhaust port 34 via a valve 35, and the vacuum pump 4 operates the deposition chamber 32 and the evaporation chamber 3.
3 are both evacuated.

【0045】その他の構成は図1の実施例と同様である
The rest of the structure is the same as the embodiment shown in FIG.

【0046】このように構成されたアモルファスシリコ
ン薄膜形成装置1においては、バルブ35を開いて真空
ポンプ4を作動させ、蒸着室32及び蒸発室33をとも
に減圧した後、バルブ35を閉じて更に真空ポンプ4を
作動させると、蒸発室33内の圧力が蒸着室32よりも
十分に低くなる。したがって、その状態で抵抗加熱蒸発
源26を動作させると、シリコン5が効率よく蒸発する
。そして、そのようにして蒸発したシリコン5の蒸発粒
子5aが隔壁31の開口30を通って蒸着室32内に流
入し、グロー放電式イオン化手段27によってイオン化
されて基板19に衝突する。その場合、蒸着室32内の
圧力は比較的高く保たれているので、グロー放電も効率
よく起こさせることができる。一方、水素14はイオン
ガン10によって励起・イオン化され、そのイオンビー
ム14aが基板19に照射される。こうして、このアモ
ルファスシリコン薄膜形成装置1においても、図1の実
施例の場合と同様に、基板19上にシリコン5と水素1
4との化合物であるアモルファスシリコンの薄膜が形成
される。
In the amorphous silicon thin film forming apparatus 1 configured as described above, the valve 35 is opened to operate the vacuum pump 4 to reduce the pressure in both the deposition chamber 32 and the evaporation chamber 33, and then the valve 35 is closed to further vacuum the chamber. When the pump 4 is operated, the pressure in the evaporation chamber 33 becomes sufficiently lower than that in the deposition chamber 32. Therefore, when the resistance heating evaporation source 26 is operated in this state, the silicon 5 is efficiently evaporated. The evaporated particles 5a of the silicon 5 thus evaporated flow into the deposition chamber 32 through the opening 30 of the partition wall 31, are ionized by the glow discharge type ionization means 27, and collide with the substrate 19. In this case, since the pressure within the vapor deposition chamber 32 is kept relatively high, glow discharge can also be caused efficiently. On the other hand, the hydrogen 14 is excited and ionized by the ion gun 10, and the substrate 19 is irradiated with the ion beam 14a. In this way, in this amorphous silicon thin film forming apparatus 1 as well, silicon 5 and hydrogen 1 are formed on the substrate 19, as in the embodiment of FIG.
A thin film of amorphous silicon, which is a compound with 4, is formed.

【0047】この間において、グロー放電式イオン化手
段27によって生じたイオン及び電子、あるいはイオン
ガン10によって生じたイオン及び電子は、図1の実施
例の場合と同様に、その間に設けられた遮蔽部材16,
16によって電気的に遮蔽される。したがって、それら
のイオンあるいは電子によって他方の励起手段に影響が
及ぼされることは防止される。しかも、この実施例の場
合には、その遮蔽部材16が二重に配置され、それらに
大きさの異なる電位が印加されるようになっているので
、一方の遮蔽部材16に印加する電位を高くしても、シ
リコン5の励起手段あるいは水素14の励起手段とそれ
に隣接する遮蔽部材16との間の電位差は小さくするこ
とができる。したがって、遮蔽部材16による電気的遮
蔽効果を高めながら、その遮蔽部材16と励起手段との
間で異常放電等が起こることは防止することができる。 遮蔽部材16の数をより多くすれば、励起手段から離れ
た遮蔽部材16に印加する電位を一層高めることができ
、各励起手段間の電気的な遮蔽を更に確実なものとする
ことができる。
During this period, the ions and electrons generated by the glow discharge type ionization means 27 or the ions and electrons generated by the ion gun 10 are exposed to the shielding member 16 provided between them, as in the embodiment of FIG.
16. Therefore, these ions or electrons are prevented from influencing the other excitation means. Moreover, in the case of this embodiment, the shielding members 16 are arranged in duplicate and potentials of different magnitudes are applied to them, so the potential applied to one shielding member 16 is set to be higher. However, the potential difference between the excitation means for silicon 5 or the excitation means for hydrogen 14 and the shielding member 16 adjacent thereto can be made small. Therefore, while increasing the electrical shielding effect of the shielding member 16, it is possible to prevent abnormal discharge or the like from occurring between the shielding member 16 and the excitation means. If the number of shielding members 16 is increased, the potential applied to the shielding members 16 remote from the excitation means can be further increased, and the electrical shielding between the respective excitation means can be further ensured.

【0048】なお、上記実施例においては、遮蔽部材1
6としてメッシュ状あるいは平板状のものを用いるよう
にしているが、その遮蔽部材16としては、例えば塊状
、曲面状など、任意の形状のものを用いることができる
。また、その遮蔽部材16に印加する電位の電圧波形も
、例えば連続波、矩形波、三角波など、任意の波形とす
ることができる。
Note that in the above embodiment, the shielding member 1
Although the shielding member 6 is in the form of a mesh or a flat plate, the shielding member 16 may be of any shape, such as a block or a curved surface. Further, the voltage waveform of the potential applied to the shielding member 16 can also be any arbitrary waveform, such as a continuous wave, a rectangular wave, or a triangular wave.

【0049】更に、アモルファスシリコン薄膜を形成す
る基体は、上記実施例のような平板状の基板19に限ら
れることはなく、棒状など立体的なものにアモルファス
シリコン薄膜を形成する場合にも本発明を適用すること
ができる。
Furthermore, the substrate on which the amorphous silicon thin film is formed is not limited to the flat substrate 19 as in the above embodiment, but the present invention can also be used when forming the amorphous silicon thin film on a three-dimensional object such as a rod shape. can be applied.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、シリコンと水素とからアモルファスシリコン
の薄膜を形成するに際して、そのシリコンの励起手段あ
るいはそのシリコンを蒸発させる電子ビーム加熱手段と
水素の励起手段との間に、正電位あるいは負電位が印加
される遮蔽部材を設置するようにしているので、それら
の励起手段相互、あるいはシリコンの電子ビーム加熱手
段と水素の励起手段との間の干渉を防止することができ
る。したがって、それらの励起手段及び電子ビーム加熱
手段を同時に動作させるようにしながら、シリコン及び
水素をそれぞれ独立して所望の状態に励起あるいは活性
化することが可能となり、アモルファスシリコン薄膜の
組成を正確に制御するとともに、その成膜の高速化を図
ることが可能となる。
As is clear from the above description, according to the present invention, when forming a thin film of amorphous silicon from silicon and hydrogen, a means for excitation of the silicon or an electron beam heating means for vaporizing the silicon can be used. Since a shielding member to which a positive or negative potential is applied is installed between the hydrogen excitation means, the shielding member to which a positive or negative potential is applied is installed between the excitation means or between the silicon electron beam heating means and the hydrogen excitation means. interference can be prevented. Therefore, while operating these excitation means and electron beam heating means simultaneously, it is possible to excite or activate silicon and hydrogen to the desired state independently, and the composition of the amorphous silicon thin film can be precisely controlled. At the same time, it becomes possible to speed up the film formation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明によるアモルファスシリコン薄膜形成装
置の一実施例を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an amorphous silicon thin film forming apparatus according to the present invention.

【図2】本発明によるアモルファスシリコン薄膜形成装
置の他の実施例を示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the amorphous silicon thin film forming apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  アモルファスシリコン薄膜形成装置2  真空チ
ャンバ 3  真空排気口 4  真空ポンプ(真空排気手段) 5  シリコン 6  電子ビーム蒸発源(電子ビーム加熱手段)7  
アーク放電式イオン化手段(シリコンの励起手段)10
  イオンガン(水素の励起手段)14  水素 16  遮蔽部材 18  直流電源 19  基板(基体) 20  基板支持電極 26  抵抗加熱蒸発源(加熱手段) 27  グロー放電式イオン化手段(シリコンの励起手
段) 30  開口 31  隔壁 32  蒸着室 33  蒸発室
1 Amorphous silicon thin film forming apparatus 2 Vacuum chamber 3 Vacuum exhaust port 4 Vacuum pump (vacuum exhaust means) 5 Silicon 6 Electron beam evaporation source (electron beam heating means) 7
Arc discharge type ionization means (silicon excitation means) 10
Ion gun (hydrogen excitation means) 14 Hydrogen 16 Shielding member 18 DC power supply 19 Substrate (substrate) 20 Substrate support electrode 26 Resistance heating evaporation source (heating means) 27 Glow discharge type ionization means (silicon excitation means) 30 Opening 31 Partition wall 32 Evaporation chamber 33 Evaporation chamber

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  シリコンを電子ビーム加熱手段により
蒸発させるとともに、水素を水素励起手段により励起さ
せ、それらシリコン及び水素を基体に付着させることに
よりアモルファスシリコンの薄膜を形成するアモルファ
スシリコン薄膜の形成方法において;前記電子ビーム加
熱手段と前記水素励起手段との間に少なくとも一つ以上
の電気的遮蔽部材を設置し、その遮蔽部材に電位を印加
するとともに、それら電子ビーム加熱手段及び水素励起
手段を同時に動作させることを特徴とする、アモルファ
スシリコン薄膜の形成方法。
1. A method for forming an amorphous silicon thin film, in which silicon is evaporated by an electron beam heating means, hydrogen is excited by a hydrogen excitation means, and a thin film of amorphous silicon is formed by adhering the silicon and hydrogen to a substrate. ; installing at least one electrical shielding member between the electron beam heating means and the hydrogen excitation means, applying a potential to the shielding member, and simultaneously operating the electron beam heating means and the hydrogen excitation means; A method for forming an amorphous silicon thin film, the method comprising:
【請求項2】  シリコン及び水素をそれぞれ独立した
励起手段により励起させ、それらを基体に付着させるこ
とによりアモルファスシリコンの薄膜を形成するアモル
ファスシリコン薄膜の形成方法において;前記シリコン
の励起手段と前記水素の励起手段との間に少なくとも一
つ以上の電気的遮蔽部材を設置し、その遮蔽部材に電位
を印加するとともに、それらの励起手段を同時に動作さ
せることを特徴とする、アモルファスシリコン薄膜の形
成方法。
2. A method for forming an amorphous silicon thin film in which an amorphous silicon thin film is formed by exciting silicon and hydrogen using independent excitation means and adhering them to a substrate; A method for forming an amorphous silicon thin film, the method comprising: installing at least one electrical shielding member between the shielding member and the excitation means; applying a potential to the shielding member; and simultaneously operating the excitation means.
【請求項3】  前記遮蔽部材に10〜500Vの正電
位を印加することを特徴とする、請求項1又は2記載の
アモルファスシリコン薄膜の形成方法。
3. The method of forming an amorphous silicon thin film according to claim 1, wherein a positive potential of 10 to 500 V is applied to the shielding member.
【請求項4】  前記遮蔽部材に−10〜−500Vの
負電位を印加することを特徴とする、請求項1又は2記
載のアモルファスシリコン薄膜の形成方法。
4. The method of forming an amorphous silicon thin film according to claim 1, wherein a negative potential of -10 to -500 V is applied to the shielding member.
【請求項5】  前記水素の励起手段として、グロー放
電、アーク放電、熱電子放射、あるいはイオンガンのう
ちの少なくとも1種以上を用いることを特徴とする、請
求項1又は2記載のアモルファスシリコン薄膜の形成方
法。
5. The amorphous silicon thin film according to claim 1, wherein at least one of glow discharge, arc discharge, thermionic radiation, or an ion gun is used as the hydrogen excitation means. Formation method.
【請求項6】  前記シリコンの励起手段として、抵抗
加熱蒸発とグロー放電、アーク放電、あるいは熱電子放
射のうちの少なくとも1種以上との組み合わせを用いる
ことを特徴とする、請求項2記載のアモルファスシリコ
ン薄膜の形成方法。
6. The amorphous silicone according to claim 2, wherein a combination of resistance heating evaporation, glow discharge, arc discharge, or thermionic radiation is used as the silicon excitation means. Method of forming silicon thin film.
【請求項7】  前記シリコンの励起手段として、電子
ビーム加熱蒸発とグロー放電、アーク放電、あるいは熱
電子放射のうちの少なくとも1種以上との組み合わせを
用いることを特徴とする、請求項2記載のアモルファス
シリコン薄膜の形成方法。
7. The silicon excitation method according to claim 2, wherein a combination of electron beam heating evaporation and at least one of glow discharge, arc discharge, and thermionic radiation is used as the silicon excitation means. Method for forming amorphous silicon thin film.
【請求項8】  前記シリコンの励起手段として、スパ
ッタリング法を用いることを特徴とする、請求項2記載
のアモルファスシリコン薄膜の形成方法。
8. The method for forming an amorphous silicon thin film according to claim 2, wherein a sputtering method is used as the silicon excitation means.
【請求項9】  シリコンを蒸発させるとともに、水素
を励起させ、それらシリコン及び水素の粒子を基体に付
着させることによりアモルファスシリコンの薄膜を形成
するようにしたアモルファスシリコン薄膜の形成装置に
おいて;前記シリコンを蒸発させる電子ビーム加熱手段
と、前記水素を励起させる水素励起手段と、それら電子
ビーム加熱手段と水素励起手段との間に設けられた導電
性材料からなる少なくとも一つ以上の電気的遮蔽部材と
、その遮蔽部材に電位を印加する直流電源と、を備えて
なる、アモルファスシリコン薄膜の形成装置。
9. An amorphous silicon thin film forming apparatus that forms an amorphous silicon thin film by evaporating silicon, exciting hydrogen, and attaching the silicon and hydrogen particles to a substrate; an electron beam heating means for evaporating, a hydrogen excitation means for exciting the hydrogen, and at least one electrical shielding member made of a conductive material provided between the electron beam heating means and the hydrogen excitation means; An apparatus for forming an amorphous silicon thin film, comprising: a DC power source that applies a potential to the shielding member.
【請求項10】  シリコン及び水素をそれぞれ所望の
状態に励起させ、それらの粒子を基体に付着させること
によりアモルファスシリコンの薄膜を形成するようにし
たアモルファスシリコン薄膜の形成装置において;前記
シリコン及び水素をそれぞれ励起させる互いに独立した
励起手段と、それらの励起手段の間に設けられた導電性
材料からなる少なくとも一つ以上の電気的遮蔽部材と、
その遮蔽部材に電位を印加する直流電源と、を備えてな
る、アモルファスシリコン薄膜の形成装置。
10. An amorphous silicon thin film forming apparatus that forms an amorphous silicon thin film by exciting silicon and hydrogen to desired states and attaching their particles to a substrate; mutually independent excitation means for exciting each, at least one or more electrical shielding members made of a conductive material provided between the excitation means;
An apparatus for forming an amorphous silicon thin film, comprising: a DC power source that applies a potential to the shielding member.
【請求項11】  前記遮蔽部材がメッシュ状のものと
されていることを特徴とする、請求項9又は10記載の
アモルファスシリコン薄膜の形成装置。
11. The amorphous silicon thin film forming apparatus according to claim 9, wherein the shielding member has a mesh shape.
【請求項12】  前記シリコンの励起手段が、そのシ
リコンを蒸発させる加熱手段とその蒸発粒子の少なくと
も一部をイオン化するグロー放電式イオン化手段とから
なり、その加熱手段が、前記基体が設置される蒸着室と
は開口を有する隔壁によって区画された蒸発室内に設け
られ、その蒸発室に真空排気手段が接続されていること
を特徴とする、請求項10記載のアモルファスシリコン
薄膜の形成装置。
12. The excitation means for silicon comprises a heating means for vaporizing the silicon and a glow discharge type ionization means for ionizing at least a part of the vaporized particles, and the heating means is arranged such that the substrate is placed on the substrate. 11. The amorphous silicon thin film forming apparatus according to claim 10, wherein the evaporation chamber is provided within an evaporation chamber partitioned by a partition wall having an opening, and a vacuum evacuation means is connected to the evaporation chamber.
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