JPH0649636A - 非晶質半導体の製造方法 - Google Patents
非晶質半導体の製造方法Info
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- JPH0649636A JPH0649636A JP20358792A JP20358792A JPH0649636A JP H0649636 A JPH0649636 A JP H0649636A JP 20358792 A JP20358792 A JP 20358792A JP 20358792 A JP20358792 A JP 20358792A JP H0649636 A JPH0649636 A JP H0649636A
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Abstract
を作製できると共に、安全な作業環境を保ちながら、各
種デバイスに応用できる良質で低価格の非晶質半導体を
作製できる非晶質半導体の製造方法を提供する。 【構成】 マイクロ波と磁界との相互作用による電子サ
イクロトロン共鳴条件下で、電子を加速することによっ
て、プラズマ室11に導入した導入ガスに基づくプラズ
マ流17を発生させ、プラズマ流17を固体のスパッタ
ターゲット18に衝突させて、スパッタターゲット18
からスパッタ原子を飛び出させ、このスパッタ原子を、
基板22上に堆積させることによって、基板22上に非
晶質半導体薄膜を形成する。
Description
体素子を組み込んだ応用デバイスに用いられる非晶質半
導体の製造方法に関する。
非晶質半導体は、半導体デバイス材料として用いられ、
太陽電池、薄膜トランジスタ(TFT)、イメージスキャ
ナ、感光体ドラム等のデバイスに利用されている。
ズマCVD装置を用いたプラズマCVD(化学的気相成
長)法によって製造される。
極47に高周波電源43が接続されている。上記陽極4
6と陰極47を囲む反応容器48には、原料ガス導入管
50から原料ガスが導入されるようになっている。上記
反応容器48内は、排気口51からの排気によって、減
圧されるようになっている。また、上記陽極46は、ヒ
ーター41によって加熱されるようになっている。上記
陽極46には、基板42が装着される。
ガス導入管50からの原料ガスを、上記陽極46と陰極
47との間の放電によって、プラズマ化し、このプラズ
マ化した原料ガスを上記基板42上に堆積させることに
よって、上記基板42上に非晶質半導体の薄膜を形成で
きる。
は、作製する非晶質半導体の種類に応じて選択される。
つまり、非晶質水素化シリコンを作製する場合は、上記
原料ガスとして、主に、シラン(SiH4)および水素
(H2)を用いる。また、非晶質水素化シリコンゲルマニ
ウムを作製する場合は、シラン(SiH4)とゲルマン(Ge
H4)および水素(H2)を用いる。非晶質水素化シリコン
オキサイドを製造する場合は、原料ガスとして、シラン
(SiH4)、二酸化炭素(CO2)、H2が主に用いられてい
る。その他の非晶質半導体を作成する場合においても、
非晶質半導体の種類に応じて原料ガスが選択される。
は、光CVD法、ECR(電子サイクロトロン共鳴)−C
VD法、反応性スパッタ法等がある。
リコン(a−Si:H)を作成する場合には、ジシラン(Si2
H4)を紫外光で直接分解するか、もしくは、シラン(Si
H4)を水銀増感法により分解することによって、非晶質
水素化シリコンを作製している。
CVD法では、希ガス系列のガス等を導入したプラズマ
室にマイクロ波を導入しながら磁場を加え、電子サイク
ロトロン共鳴条件に設定してプラズマを生成する。そし
て、このプラズマでシラン(SiH4)を分解して、非晶質
半導体を作製している。
のガス等のガスでシリコンターゲットをスパッタすると
共に、H2を導入することによって、非晶質半導体を作
製している。
他にも各種の方法が提案されているが、製造方法の違い
により原材料の性質が異なっている。一般に非晶質水素
化シリコン(a−Si:H)を太陽電池、薄膜トランジスタ
(TFT)等のデバイスに応用する場合には、プラズマC
VD法によって、良質な薄膜が形成できるので、プラズ
マCVD法に用いられるプラズマCVD装置は、主に商
品開発用製造装置として使われている。
非晶質半導体の製造方法の中で、プラズマCVD法およ
び光CVD法を含むCVD法を用いる場合には、シラン
(SiH4)等の半導体用特殊材料ガスを使う必要がある。
すなわち、上記CVD法においては、ガス状態で原料を
供給することができる非晶質半導体しか製造することが
できないという欠点がある。
は燃焼性および毒性を有する場合が多い。したがって、
上記CVD法において、非晶質半導体の製造を安全に、
かつ環境汚染防止に努めながら行うためには、製造装置
に排ガス処理装置等の設備を付け加える必要があるの
で、製品コストが上昇するという欠点がある。
晶質半導体が、ガス状態で原料を供給できるものに制限
されるという欠点と、作業環境の安全性および安全性確
保のためには製造設備費用が増大し、ひいては製品コス
トが上昇するという欠点がある。
ば、非晶質半導体の原材料としてガスを使わず固体を使
用するので、上記原材料としてガスを使用する必要があ
るCVD法の欠点を解消することができる。
他の製造方法に比べて放電電圧が高い(数100V以上)
ので、この反応性スパッタ法によれば、非晶質半導体の
成膜時に、プラズマによるダメージを受け易いという欠
点がある。
orr程度の圧力でスパッタリングして非晶質半導体を成
膜するので、雰囲気中の不純物を半導体膜中に取り込み
易い。このため、デバイスに応用できる良質な非晶質半
導体の薄膜を形成することが難しいという欠点がある。
材料として固体を使うことによって、ガス状態の材料の
供給が困難な非晶質半導体を作製できると共に、安全な
作業環境を保ちながら、各種デバイスに応用できる良質
で低価格の非晶質半導体を作製できる非晶質半導体の製
造方法を提供することにある。
め、本発明の非晶質半導体の製造方法は、プラズマ室に
ガスを導入し、上記プラズマ室に、マイクロ波と磁界を
印加して、上記プラズマ室内をマイクロ波と磁界との相
互作用による電子サイクロトロン共鳴条件に設定して、
電子を加速することによって、上記導入ガスのプラズマ
を発生させ、上記プラズマを固体のスパッタターゲット
に衝突させて、上記スパッタターゲットからスパッタ原
子を飛び出させ、上記スパッタ原子を、基板上に堆積さ
せることによって、上記基板上に非晶質半導体を形成す
ることを特徴としている。
ガスと水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シ
リコンを用い、上記基板上に非晶質半導体としての非晶
質水素化シリコン(a−Si:H)を作製することが望まし
い。
ガスと水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シ
リコンとゲルマニウムとの混合物を用い、上記基板上に
非晶質半導体としての非晶質水素化シリコンゲルマニウ
ム(a−SiGe:H)を作製することが望ましい。
ガスと、水素と、酸素もしくは二酸化炭素とを用い、上
記スパッタターゲットとしてシリコンを用い、上記基板
上に非晶質半導体として非晶質水素化シリコンオキサイ
ド(a−SiO:H)を作製することが望ましい。
ガスと水素と炭化水素ガスとを用い、上記スパッタター
ゲットとして、シリコンを用い、上記基板上に非晶質半
導体として非晶質水素化シリコンカーバイト(a−SiC:
H)を作製することが望ましい。
ガスと、水素と、窒素もしくはアンモニアとを用い、上
記スパッタターゲットとして、シリコンもしくは窒化シ
リコンを用い、上記基板上に非晶質半導体として非晶質
水素化シリコンナイトライド(a−SiN:H)を作製する
ことが望ましい。
ガスと、水素と、酸化窒素もしくは窒素と酸素とを用
い、上記スパッタターゲットとして、シリコンもしくは
酸化シリコンもしくは窒化シリコンもしくは酸化シリコ
ンと窒化シリコンとの混合物を用い、上記非晶質半導体
として非晶質水素化酸化シリコンナイトライド(a−Si
O:N:H)を作製することが望ましい。
ガスと水素とを用い、上記スパッタターゲットとして、
シリコンと錫との混合物を用い、上記基板上に非晶質半
導体として非晶質水素化シリコン錫(a−SiSn:H)を作
製することが望ましい。
パッタリングすることによって、非晶質半導体の原料を
供給するので、CVD法と異なり、上記原料をガス状態
で供給する必要がなく、原料をガス状態で供給すること
が難しい非晶質半導体も容易に作製することができる上
に、ガス漏れ対策のための余分な設備が不必要である。
イクロトロン共鳴を利用して電子を加速し、プラズマを
発生するので、プラズマCVD法と異なり、無電極かつ
低ガス圧力で、高イオン化プラズマを生成できる。この
ため、、低いエネルギーの大イオン電流を、固体のター
ゲットに照射できる。したがって、通常の反応性スパッ
タ法に比べて、低温で、非晶質半導体を成膜できるとい
う利点がある。
状態で非晶質半導体を成膜でき、かつ、プラズマが反応
室内に広範囲に広がらないので、非晶質半導体膜に不純
物が取り込まれることが少なく、高純度の非晶質半導体
薄膜を作製できる。
電圧は10〜50V程度のため、反応性スパッタ法に比
べて、プラズマが非晶質半導体薄膜に加えるダメージが
少ない。したがって、本発明によれば、各種デバイスに
応用できる良質な非晶質半導体薄膜を形成することがで
きる。
有する。 原料をガス状態で供給することが難しい非晶質半
導体を容易に作製できる。 高純度の非晶質半導体膜を作製できる。 高反応性の非晶質半導体膜を作製できる。 低温で非晶質半導体膜を作製できる。 非晶質半導体膜にプラズマが与えるダメージが低
い。 応力が低い非晶質半導体膜を作製できる。
ガスと水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シ
リコンを用いた場合には、上記基板上に非晶質半導体と
しての非晶質水素化シリコン(a−Si:H)を作製でき
る。
ガスと水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シ
リコンとゲルマニウムとの混合物を用いた場合には、上
記基板上に非晶質半導体としての非晶質水素化シリコン
ゲルマニウム(a−SiGe:H)を作製することができる。
ガスと、水素と、酸素もしくは二酸化炭素とを用い、上
記スパッタターゲットとしてシリコンを用いた場合に
は、上記基板上に非晶質半導体として非晶質水素化シリ
コンオキサイド(a−SiO:H)を作製することができ
る。
ガスと水素と炭化水素ガスとを用い、上記スパッタター
ゲットとして、シリコンを用いた場合には、上記基板上
に非晶質半導体として非晶質水素化シリコンカーバイト
(a−SiC:H)を作製することができる。
ガスと、水素と、窒素もしくはアンモニアとを用い、上
記スパッタターゲットとして、シリコンもしくは窒化シ
リコンを用いた場合には、上記基板上に非晶質半導体と
して非晶質水素化シリコンナイトライド(a−SiN:H)
を作製することができる。
ガスと、水素と、酸化窒素もしくは窒素と酸素とを用
い、上記スパッタターゲットとして、シリコンもしくは
酸化シリコンもしくは窒化シリコンもしくは酸化シリコ
ンと窒化シリコンとの混合物を用いた場合には、上記非
晶質半導体材料として非晶質水素化酸化シリコンナイト
ライド(a−SiO:N:H)を作製することができる。
ガスと水素とを用い、上記スパッタターゲットとして、
シリコンと錫との混合物を用いた場合には、上記基板上
に非晶質半導体として非晶質水素化シリコン錫(a−Si
Sn:H)を作製することができる。
明する。図1に、本発明の非晶質半導体の製造方法の実
施例で用いる電子サイクロトロン共鳴スパッタ装置の構
造を示す。図1を参照しながら、本発明の非晶質半導体
の製造方法の第1実施例を説明する。
のガスを導入口12から導入し、上記プラズマ室を10
-5〜10-3Torrの圧力に設定する。
投入し、マイクロ波13を、矩形導波管14を介して、
上記プラズマ室11に導入する。同時に、磁気コイル1
6から、上記プラズマ室11に875ガウス(Gauss)の
磁束密度を与えることによって、上記プラズマ室11を
電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件に設定して、電子
を加速し、上記導入したガスに基づくプラズマを生成す
る。
ラズマ室11から基板ホルダー19の方向に向かって弱
くなる発散磁界分布になるように設計されており、EC
R(電子サイクロトロン共鳴)により高速に円運動する電
子は、基板ホルダー19に向かって運動する。その結
果、プラズマ流17が、反応室20内に取り付けられた
基板ホルダー19上に装着した基板22の表面に到達す
る。そして、このプラズマ流17を取り囲むように配置
されているスパッタターゲット18に接続されているス
パッタ電源21を投入し、プラズマ流17中の一部のイ
オンを、上記スパッタターゲット18に衝突させて、ス
パッタリングを行う。上記スパッタターゲット18から
発生したスパッタ粒子はプラズマ流17中を通過し、基
板22の表面に供給される。
ゲート18から発生したスパッタ粒子を堆積させること
によって、上記基板22上に非晶質半導体薄膜を形成で
きる。
には、反応性ガスイオンの低エネルギーイオン照射がで
き、反応性スパッタ膜が形成できる。
ゲット18をスパッタリングすることによって、非晶質
半導体の原料であるスパッタ粒子を供給するので、CV
D法と異なり、原料をガス状態で供給する必要がなく、
原料をガス状態で供給することが難しい非晶質半導体も
容易に作製することができる。しかも、ガス漏れ対策の
ための余分な設備が不必要であり、製品のコストダウン
を図ることができる。
トロン共鳴を利用して電子を加速し、プラズマを発生す
るので、プラズマCVD法と異なり、無電極かつ低ガス
圧力で、高イオン化プラズマを生成できる。このため、
低いエネルギーの大イオン電流を、固体のスパッタター
ゲット18に照射できる。したがって、反応性スパッタ
法に比べて、低温で非晶質半導体を成膜できるという利
点がある。
真空状態で非晶質半導体を成膜でき、かつ、プラズマ流
17が反応室20内に広範囲に広がらないので、非晶質
半導体膜に不純物が取り込まれることが少なく、高純度
の非晶質半導体薄膜を作製できる。
わる電圧は、反応性スパッタ法に比べて低い(10〜5
0V程度)ので、反応性スパッタ法に比べて、プラズマ
が非晶質半導体薄膜に加えるダメージが少ない。したが
って、この実施例によれば、各種デバイスに応用できる
良質な非晶質半導体薄膜を形成することができる。
して非晶質水素化シリコン(a−Si:H)を作製する場合
には、上記基板22としては、石英基板を使い、プラズ
マ室11への導入ガスとしてアルゴン(Ar)および水素
(H2)を用い、固体のスパッタターゲット18としてシ
リコンを用いればよい。上記非晶質水素化シリコンの成
膜時に、水素分圧比を変化させることによって、上記非
晶質水素化シリコン薄膜の光学的バンドギャップを制御
できる。図2に示すように、上記水素分圧比(H2/(H2
+Ar))を高くすると、光学的バンドギャップを増加さ
せることができる。上記成膜時に、上記プラズマ室11
の圧力を10-5〜10-3Torr、基板22の温度を室温
から400℃の範囲に設定した。この結果、光学的、電
気的性質の良好な非晶質水素化シリコンの薄膜を作製す
ることができた。
て、シリコンにリンまたはホウ素を添加したスパッタタ
ーゲットを用いれば、上記非晶質水素化シリコン(a−S
i:H)へ不純物をドーピングでき、上記非晶質水素化シ
リコンをn型またはp型半導体にでき、不純物制御でき
る。また、その他のIII族またはV族元素を、上記ス
パッタターゲット18に添加することによっても不純物
制御できる。
アルゴンの他に希ガス系列のガス(He,Ne,Kr,
Xe)を用いることもできる。また、上記実施例におい
て、非晶質半導体薄膜として、非晶質水素化シリコンゲ
ルマニウム(a−SiGe:H)を作製する場合には、基板2
2としては、コーニング社製の7059基板(商品名)を
使い、プラズマ室11への導入ガスとしてアルゴン(A
r)および水素(H2)を用い、固体スパッタターゲット1
8としてシリコンとゲルマニウムの混合材料を用いた。
上記シリコンとゲルマニウムの混合割合を変えることに
よって、作製した非晶質水素化シリコンゲルマニウムの
光学的バンドギャップを可変することができる。すなわ
ち、上記シリコンの混合割合を増加させることによっ
て、光学的バンドギャップを増加させることができる。
さらに、シリコンとゲルマニウムの混合割合を一定にし
た場合には、成膜時の水素分圧比を高くすることで、光
学的バンドギャップを増加させることができる。上記成
膜時に、上記プラズマ室11の圧力を10-5〜10-3T
orrとし、基板22の温度を室温から400℃の範囲に
した。この結果、光学的、電気的性質の良好な非晶質水
素化シリコンゲルマニウム(a−SiGe:H)を作製するこ
とができた。
シリコンとゲルマニウムの混合材料にリンまたはホウ素
を添加したスパッタターゲットを使うことによって、上
記非晶質水素化シリコンゲルマニウム(a−SiGe:H)へ
の不純物ドーピングができ、上記非晶質水素化シリコン
ゲルマニウムを、n型またはp型半導体にでき、不純物制
御できる。また、その他のIII族またはV族元素を、
上記スパッタターゲット18に添加することによって
も、不純物制御できる。
アルゴンの他に希ガス系列のガス(He,Ne,Kr,
Xe)を用いることもできる。また、上記実施例におい
て、非晶質半導体薄膜として、非晶質水素化シリコンオ
キサイド(a−SiO:H)を作製する場合には、基板22
としては、コーニング社製の7059基板(商品名)を使
い、プラズマ室11への導入ガスとしてアルゴン(Ar)
および水素(H2)および酸素(O2)を用い、固体スパッタ
ターゲット18としてシリコンを用いる。この場合、酸
素分圧比を変えることによって、上記非晶質水素化シリ
コンオキサイドであるa−Si1-xOx:Hの組成比xを変え
ることができ、上記酸素分圧比を増加させると光学的バ
ンドギャップを増加させることができる。さらに、上記
組成比xを一定にした場合には、成膜時の水素分圧比を
高くすることによって、光学的バンドギャップを増加さ
せることができる。上記成膜時に、上記プラズマ室11
の圧力を10-5〜10-3Torrとし、基板22の温度を
室温から450℃の範囲にした。この結果、光学的、電
気的性質の良好な非晶質水素化シリコンオキサイド(a−
SiO:H)を作製することができた。
記固体スパッタターゲット18として、シリコンにリン
またはホウ素を添加したスパッタターゲットを使うこと
によって、上記非晶質水素化シリコンオキサイドを、n
型またはp型半導体にでき、不純物制御できる。また、
その他のIII族またはV族元素を、上記スパッタター
ゲット18に添加することによっても、不純物制御でき
る。
SiO:H)を作製する時の酸素供給源として、酸素のほ
か、二酸化炭素(CO2)を利用することができる。
アルゴンの他に希ガス系列のガス(He,Ne,Kr,
Xe)を用いることもできる。また、上記実施例におい
て、非晶質水素化シリコンカーバイト(a−SiC:H)を
する場合には、基板22としては、コーニング社製の7
059基板(商品名)を使い、プラズマ室11への導入ガ
スとしてアルゴン(Ar)および水素(H2)とエチレン(C2
H4)を用い、固体スパッタターゲット18としてシリコ
ンを用いた。上記エチレン(C2H4)の分圧比を変えるこ
とによって、上記非晶質水素化シリコンカーバイト(a−
Si1-xCx:H)の組成比xを変えることができる。エチレ
ン分圧比を増加させると光学的バンドギャップを増加さ
せることができる。さらに、組成比xを一定にした場合
には、成膜時の水素分圧比を高くすることによって、光
学的バンドギャップを増加させることができる。上記成
膜時に、上記プラズマ室11の圧力を10-5〜10-3T
orrとし、基板22の温度を室温から450℃の範囲に
した。この結果、光学的、電気的性質の良好な非晶質水
素化シリコンカーバイト(a−SiC:H)を作製すること
ができた。
シリコンにリンまたはホウ素を添加したスパッタターゲ
ットを使うことによって、上記非晶質水素化シリコンカ
ーバイト(a−SiC:H)への不純物ドーピングができ、
上記非晶質水素化シリコンカーバイトを、n型またはp型
半導体にでき、不純物制御できる。また、その他のII
I族またはV族元素を、上記スパッタターゲット18に
添加することによっても、不純物制御できる。
SiC:H)作製時の炭素(C)供給ガスとしてはエチレン
の他に、メタン、エタン、プロパン、アセチレン等の炭
化水素ガスを使うことができる。また、スパッタターゲ
ット18としては、シリコンターゲットの他にSiCタ
ーゲットを利用することができる。また、プラズマ室1
1への導入ガスとしてアルゴンの他に希ガス系列のガス
(He,Ne,Kr,Xe)を用いることもできる。
薄膜として、非晶質水素化シリコンナイトライド(a−S
iN:H)を作製する場合には、基板22としては、コー
ニング社製の7059基板(商品名)を使い、プラズマ室
11への導入ガスとしてアルゴン(Ar)および水素(H2)
および窒素(N2)を用い、固体スパッタターゲット18
としてシリコンを用いた。上記窒素分圧比を変えること
によって、上記非晶質水素化シリコンナイトライド(a−
Si1-xNx:H)の組成比xを変えることができる。上記窒
素分圧比を増加させると光学的バンドギャップを増加さ
せることができる。さらに、上記組成比xを一定にした
場合には、成膜時の水素分圧比を高くすることによっ
て、光学的バンドギャップを増加させることができる。
上記成膜時に、上記プラズマ室11の圧力を10-5〜1
0-3Torrとし、基板22の温度を室温から450℃の
範囲にした。この結果、光学的、電気的性質の良好な非
晶質水素化シリコンナイトライド(a−SiN:H)を作製
することができた。
シリコンにリンまたはホウ素を添加したスパッタターゲ
ットを使うことによって、上記非晶質水素化シリコンナ
イトライド(a−SiN:H)への不純物ドーピングがで
き、上記非晶質水素化シリコンナイトライドを、n型ま
たはp型半導体にでき、不純物制御できる。また、その
他のIII族またはV族元素を添加することによって
も、不純物制御できる。
−SiN:H)作製時の窒素(N)供給源としては窒素の
他、アンモニア(NH3)を使うことができる。またスパ
ッタターゲット18として、シリコンターゲットの他に
SiNターゲットを利用することができる。また、プラ
ズマ室11への導入ガスとしてアルゴンの他に希ガス系
列のガス(He,Ne,Kr,Xe)を用いることもで
きる。
薄膜として、非晶質水素化酸化シリコンナイトライド(a
−SiO:N:H)を作製する場合には、基板22として
は、コーニング社製の7059基板(商品名)を使い、プ
ラズマ室11への導入ガスとしてアルゴン(Ar)および
水素(H2)および(N2O)を用い、固体スパッタターゲッ
ト18としてシリコンを用いた。N2O分圧比を変える
ことによって、上記非晶質水素化酸化シリコンナイトラ
イド(a−SiOx:Ny:H)の組成x、yを変えることがで
き、N2O分圧比を増加させると光学的バンドギャップ
を増加させることができる。さらに、上記組成x、yを一
定にした場合には、成膜時の水素分圧比を高くすること
によって、光学的バンドギャップを増加させることがで
きる。上記成膜時に、上記プラズマ室11の圧力を、1
0-5〜10-3Torrとし、基板22の温度を室温から4
50℃の範囲にした。この結果、光学的、電気的性質の
良好な非晶質水素化酸化シリコンナイトライド(a−Si
O:N:H)を作成することができた。
シリコンにリンまたはホウ素を添加したスパッタターゲ
ットを使うことによって、上記非晶質水素化酸化シリコ
ンナイトライド(a−SiO:N:H)への不純物ドーピング
ができ上記非晶質水素化酸化シリコンナイトライドを、
n型またはp型半導体にでき、不純物制御できる。また、
その他のIII族またはV族元素を、上記スパッタター
ゲット18に添加することによっても、不純物制御でき
る。
ド(a−SiO:N:H)作製時の酸素O、窒素Nの供給源と
してはN2Oの他、N2、O2を使うことができる。ま
た、上記スパッタターゲット18として、シリコンター
ゲットの他にSiOターゲットやSiNターゲットもしく
はSiOとSiNの混合ターゲットを利用することができ
る。また、プラズマ室11への導入ガスとしてアルゴン
の他に希ガス系列のガス(He,Ne,Kr,Xe)を
用いることもできる。
薄膜として、非晶質水素化シリコン錫(a−SiSn:H)を
作製する場合には、基板22としては、コーニング社製
の7059基板(商品名)を使い、プラズマ室11への導
入ガスとしてアルゴン(Ar)および水素(H2)を用い、固
体スパッタターゲット18としてシリコンと錫の混合材
料を用いた。上記シリコンと錫の混合割合を変えること
によって、作製した非晶質水素化シリコン錫の光学的バ
ンドギャップを可変することができる。つまり、上記シ
リコンの混合割合を増加させることによって、光学的バ
ンドギャップを増加させることができる。さらに、上記
シリコンと錫の混合割合を一定にした場合には、成膜時
の水素分圧比を高くすることによって、光学的バンドギ
ャップを増加させることができる。上記成膜時に、上記
プラズマ室11の圧力を10-5〜10-3Torrとし、基
板22の温度を室温から400℃の範囲にした。この結
果、光学的、電気的性質の良好な非晶質水素化シリコン
錫(a−SiSn:H)を作製することができた。
記固体スパッタターゲット18として、シリコンと錫の
混合材料にリンまたはホウ素を添加したスパッタターゲ
ットを使うことによって、上記非晶質水素化シリコン錫
を、n型またはp型半導体にでき、不純物制御できる。ま
た、その他のIII族またはV族元素を、上記スパッタ
ターゲット18に添加することによっても、不純物制御
できる。また、プラズマ室11への導入ガスとしてアル
ゴンの他に希ガス系列のガス(He,Ne,Kr,X
e)を用いることもできる。
体を製造する場合について説明したが、基板温度を高温
に設定したり、水素源を供給しない場合は、水素化して
いない非晶質半導体を製造することができる。
しては、排ガス処理装置等の設備が必要になるが、ホス
フィン(PH3)、ジボラン(B2H6)等のガスを用いてド
ーピングすることができる。
ゲットをスパッタリングして、非晶質半導体薄膜を作製
作成したが、非晶質水素化シリコンゲルマニウム(a−S
iGe:H)等を作製する場合のように、2元系以上の材料
で構成した混合スパッタターゲットを必要をするような
場合には、シリコンで構成されたスパッタターゲットと
ゲルマニウムで構成されたスパッタターゲットの2つの
異なるスパッタターゲットを用いてもよく、2種類以上
のスパッタターゲットを同時スパッタリングして、非晶
質半導体薄膜を作製することもできる。
の非晶質半導体の製造方法は、固体ターゲットをスパッ
タリングすることによって、非晶質半導体の原料を供給
するので、CVD法と異なり、上記原料をガス状態で供
給する必要がなく、原料をガス状態で供給することが難
しい非晶質半導体も容易に作製することができる上に、
ガス漏れ対策のための余分な設備が不必要である。
イクロトロン共鳴を利用して電子を加速し、プラズマを
発生するので、プラズマCVD法と異なり、無電極かつ
低ガス圧力で、高イオン化プラズマを生成できる。この
ため、低いエネルギーの大イオン電流を、固体のターゲ
ットに照射できる。したがって、通常の反応性スパッタ
法に比べて、低温で、非晶質半導体を成膜できるという
利点がある。
状態で非晶質半導体を成膜でき、かつ、プラズマが反応
室内に広範囲に広がらないので、非晶質半導体膜に不純
物が取り込まれることが少なく、高純度の非晶質半導体
薄膜を作製できる。
電圧は10〜50V程度のため、反応性スパッタ法に比
べて、プラズマが非晶質半導体薄膜に加えるダメージが
少ない。したがって、本発明によれば、各種デバイスに
応用できる良質な非晶質半導体薄膜を形成することがで
きる。
の材料として固体を使うことによって、ガス状態の材料
の供給が困難な非晶質半導体を作製できると共に、安全
な作業環境を保つことができ、各種デバイスに応用でき
る良質で低価格の非晶質半導体を作製できる。
ガスと水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シ
リコンを用いた場合には、上記基板上に非晶質半導体と
しての非晶質水素化シリコン(a−Si:H)を作製でき
る。
ガスと水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シ
リコンとゲルマニウムとの混合物を用いた場合には、上
記基板上に非晶質半導体としての非晶質水素化シリコン
ゲルマニウム(a−SiGe:H)を作製することができる。
ガスと、水素と、酸素もしくは二酸化炭素とを用い、上
記スパッタターゲットとしてシリコンを用いた場合に
は、上記基板上に非晶質半導体として非晶質水素化シリ
コンオキサイド(a−SiO:H)を作製することができ
る。
ガスと水素と炭化水素ガスとを用い、上記スパッタター
ゲットとして、シリコンを用いた場合には、上記基板上
に非晶質半導体として非晶質水素化シリコンカーバイト
(a−SiC:H)を作製することができる。
ガスと、水素と、窒素もしくはアンモニアとを用い、上
記スパッタターゲットとして、シリコンもしくは窒化シ
リコンを用いた場合には、上記基板上に非晶質半導体と
して非晶質水素化シリコンナイトライド(a−SiN:H)
を作製することができる。
ガスと、水素と、酸化窒素もしくは窒素と酸素とを用
い、上記スパッタターゲットとして、シリコンもしくは
酸化シリコンもしくは窒化シリコンもしくは酸化シリコ
ンと窒化シリコンとの混合物を用いた場合には、上記非
晶質半導体材料として非晶質水素化酸化シリコンナイト
ライド(a−SiO:N:H)を作製することができる。
ガスと水素とを用い、上記スパッタターゲットとして、
シリコンと錫との混合物を用いた場合には、上記基板上
に非晶質半導体として非晶質水素化シリコン錫(a−Si
Sn:H)を作製することができる。
用いる電子サイクロトロン共鳴を利用してスパッタリン
グを行う装置の構成図である。
の水素分圧比と光学的バンドギャップの関係を示す特性
図である。
図である。
15…石英窓、16…磁気コイル、17…プラズマ流、
18…スパッタターゲット、19…基板ホルダー、20
…反応室、21…スパッタ電源、22…基板、23…ガ
ス導入管。
Claims (8)
- 【請求項1】 プラズマ室にガスを導入し、 上記プラズマ室に、マイクロ波と磁界を印加して、上記
プラズマ室内をマイクロ波と磁界との相互作用による電
子サイクロトロン共鳴条件に設定して、電子を加速する
ことによって、上記導入ガスのプラズマを発生させ、 上記プラズマを固体のスパッタターゲットに衝突させ
て、上記スパッタターゲットからスパッタ原子を飛び出
させ、 上記スパッタ原子を、基板上に堆積させることによっ
て、上記基板上に非晶質半導体を形成することを特徴と
する非晶質半導体の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の非晶質半導体の製造方
法において、上記導入ガスとして、希ガス系列のガスと
水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シリコン
を用い、上記基板上に非晶質半導体としての非晶質水素
化シリコン(a−Si:H)を作製することを特徴とする非
晶質半導体の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の非晶質半導体の製造方
法において、上記導入ガスとして、希ガス系列のガスと
水素を用い、上記スパッタターゲットとして、シリコン
とゲルマニウムとの混合物を用い、上記基板上に非晶質
半導体としての非晶質水素化シリコンゲルマニウム(a−
SiGe:H)を作製することを特徴とする非晶質半導体の
製造方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の非晶質半導体の製造方
法において、上記導入ガスとして、希ガス系列のガス
と、水素と、酸素もしくは二酸化炭素とを用い、上記ス
パッタターゲットとしてシリコンを用い、上記基板上に
非晶質半導体として非晶質水素化シリコンオキサイド(a
−SiO:H)を作製することを特徴とする非晶質半導体
の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載の非晶質半導体の製造方
法において、上記導入ガスとして希ガス系列のガスと水
素と炭化水素ガスとを用い、上記スパッタターゲットと
して、シリコンを用い、上記基板上に非晶質半導体とし
て非晶質水素化シリコンカーバイト(a−SiC:H)を作
製することを特徴とする非晶質半導体の製造方法。 - 【請求項6】 請求項1に記載の非晶質半導体の製造方
法において、上記導入ガスとして、希ガス系列のガス
と、水素と、窒素もしくはアンモニアとを用い、上記ス
パッタターゲットとして、シリコンもしくは窒化シリコ
ンを用い、上記基板上に非晶質半導体として非晶質水素
化シリコンナイトライド(a−SiN:H)を作製すること
を特徴とする非晶質半導体の製造方法。 - 【請求項7】 請求項1に記載の非晶質半導体の製造方
法おいて、上記導入ガスとして、希ガス系列のガスと、
水素と、酸化窒素もしくは窒素と酸素とを用い、上記ス
パッタターゲットとして、シリコンもしくは酸化シリコ
ンもしくは窒化シリコンもしくは酸化シリコンと窒化シ
リコンとの混合物を用い、上記非晶質半導体として非晶
質水素化酸化シリコンナイトライド(a−SiO:N:H)を
作製することを特徴とする非晶質半導体の製造方法。 - 【請求項8】 請求項1に記載の非晶質半導体の製造方
法において、上記導入ガスとして、希ガス系列のガスと
水素とを用い、上記スパッタターゲットとして、シリコ
ンと錫との混合物を用い、上記基板上に非晶質半導体と
して非晶質水素化シリコン錫(a−SiSn:H)を作製する
ことを特徴とする非晶質半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20358792A JP3295133B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 非晶質半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20358792A JP3295133B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 非晶質半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0649636A true JPH0649636A (ja) | 1994-02-22 |
| JP3295133B2 JP3295133B2 (ja) | 2002-06-24 |
Family
ID=16476552
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|---|---|---|---|
| JP20358792A Expired - Lifetime JP3295133B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | 非晶質半導体の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3295133B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088317A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Nissin Electric Co Ltd | シリコン物体形成方法及び装置 |
| JP2011249847A (ja) * | 2011-08-31 | 2011-12-08 | Ulvac Japan Ltd | 成膜方法 |
| JP2013239749A (ja) * | 2000-03-13 | 2013-11-28 | Foundation For Advancement Of International Science | 窒化膜のスパッタリング方法、ゲート絶縁膜の形成方法 |
-
1992
- 1992-07-30 JP JP20358792A patent/JP3295133B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2013239749A (ja) * | 2000-03-13 | 2013-11-28 | Foundation For Advancement Of International Science | 窒化膜のスパッタリング方法、ゲート絶縁膜の形成方法 |
| JP2007088317A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Nissin Electric Co Ltd | シリコン物体形成方法及び装置 |
| US7887677B2 (en) | 2005-09-26 | 2011-02-15 | Nissin Electric Co., Ltd. | Silicon object forming method and apparatus |
| JP2011249847A (ja) * | 2011-08-31 | 2011-12-08 | Ulvac Japan Ltd | 成膜方法 |
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