JPS5891626A - 蒸着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アモルファスシリコン（以ドａ−８ｉと略す
。）１に基体上ｔ−堆積させる蒸着方法じ関するもので
ある。

近年、ａ　−８ｉを太陽電池、電子写真感光体等（−用
いることが試みられている。この棟のａ　−８ｉ膜を形
成する方法のうち、グロー放軍法の場合−二は、Ｖラン
ガスを供給しながら同ガスからａ　−Ｓｉを堆積させる
ため（−１基本的（−はＶランガスの純度並のａ−８ｉ
膜が得られることが期待できる。また、スパッタ法（−
よれは、シリコンスパッタターゲットの表面からシリコ
ンを削り収って基板上じ付着させるから、やはりシリコ
ンスパッタターゲット並の純度のａ−８ｉ膜１％を形成
できるものと期待できる。

しかしながら、蒸着法によってａ　−８ｉ％：堆積させ
る場合には、次のような問題点が生じることか判明した
。蒸着法では、ある一定量のシリコンを同時（−加熱、
蒸発させるのが常である。この際、シリコンは真空蒸留
されているのと等価な状態に置かれ、シリコンより蒸発
し易い不純物（シリコン中Ｃ：含まれているＣｓ１Ｎａ
、　Ｋ、　Ｌｉ、　Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｂａ−等）がシリ
コンと共（；先に蒸発してシリコン中で徐々（；少なく
なり、次シーはシリコンより蒸発し難い不純物（Ｉｒ、
　ＰＬ、　Ｐｄ、　Ｗ、　Ｚｒ、Ｔｉ等）がシリコンと
共に蒸発する。そしてシリコンを収容する同一のカーボ
ンるつぼを使用し、その中にシリコンを次々と添加して
蒸着操作を繰返すと、上記の蒸発し難い不純物の濃度（
シリコン中）が次第に上昇すること（−なるから、シリ
コン蒸発源の純度が変化してしまう。このために、基板
上４：堆積するａ−８ｉの純度が蒸着操作の時間経過に
伴なって変化し、ａ−８ｉ膜の朕愼や各ロット間シーは
らつきか生じる。しかも、堆積するａ　−８ｉの純度が
変化することから、シリコン蒸発源（−並置したドーパ
ント蒸発源からａ−８ｉ中（−ドープするドナー又はア
クセプタ不純物のドーピング効率が変動し、またそのド
ーパントとしての働きも悪くなる。

本発明者４ｈは、こうした間紬点を鋭意検討した結果、
ａ−８ｉ特有の性質に着目し、堆積するａ−８ｉ膜のば
らつきを効果的になくせる方法をついシー見出し、本発
明に到達したのである。

即ち、本発明は、堆積するａ　−Ｓｉのギャップステー
ト密度（一対応した純度５Ｎ以上のｖ９コンを蒸発源と
して使用することを特徴とするものである。

通常の結晶シリコン等においては母相の純度が変化する
と得られる膜特性にも差が生じるが、ａ−Ｓｉ　Ｅおい
てはその特性を決める最大要因はダングリングボンド（
Ｓｉ間共有結合の切れた状態）（−基くギャップステー
ト密度である。このギャップステート（局在準位）密度
はａ−８ｉの作成条件シーよって一義的シー決まるもの
であるか、ａ−８ｉを構成するシリコンの純度があるレ
ベル以上でありさえすれば、非常に多量に存在するギヤ
ラプスｆ−）（ｍよってずべてａ　−８ｉ膜特性が決め
られてしまう。つまり、ギャップステートか非常（−多
い場合には、他の不純物による影響を受けることなくギ
ャップステートの状態（上記ダングリングボンドへの水
素原子の導入割合）で膜特性を決めることができ、この
ためａ−８ｉ純度、従って蒸発源のシリコンの純度を５
Ｎ　（９９，９９９％）にまで落とすことが可能となる
ことか、本発明者によってはじめて見出されたのである
。これを言い換えれば、ａ−８ｉ膜から予想される純度
以上のシリコンを蒸発源として用い、一種の不純物とも
見なせるギャップステート密度の高い低純度ａ−８ｉの
場合には、シリコン蒸発源の純度は予想される以上（Ｉ
ＩＩち、最低ｓＮ）あればよく、５Ｎ〜８Ｎの範囲にす
るのが望ましい。逆シー、ギャップステート密度の低い
ａ　−ｓｉ　＊を形成するとき（−は、シリコンより蒸
発し易い°不純物の混入が純度５Ｎの場合でも影響を現
わすことがあるが、このような場合にはより高純度（実
用的シーは９Ｎ〜ｌ０Ｎ）のシリコンを蒸発源として使
用するのがよい。

例えば、ａ−８ｉのギャップステート密度を１０ｉｆｌ
ｌ／ｅＶ−７と表わすと、蒸発源としてのシリコンの純
度は（２ｘ−ｉ）Ｎと予想される。従って、この予想純
度より大きい（（２２−ｉ）　＋ｉ　）Ｎ以上のシリコ
ンを用いれば充分である。ギャップステート（ダングリ
ングボンド）密度かｘｏ”ａ／ｅＶ１１ｄのとき（；は
シリコンとして（（２２−１８）　十ｔ　）Ｎ　＝　ｓ
　Ｎの純度のものを用いれば間Ｃ２合うこと（−なる。

またギャップステート密度が１が６個／ｅＶ−ｃｓｆの
ときは（（ａ２−ｔｏ）　＋１　）Ｎ　＝　７　Ｎ以上
のシリコンを用いる。

本発明の方法（；よれば、ａ−８ｉのギャップステート
密度（：対応した純度５Ｎ以上のｖ’）コンを用いるこ
とシーよって、作成されたａ　−８ｉ　繰及び素子の性
能をほぼ同一シーすることができる。またｖ９コンの純
度を上げるときシーは、同一るつぼの使用寿命が延び、
例えば５Ｎシリコン（−比べて９Ｎのシリコンの場合、
るつぼ寿命は原理的には約ｔｏ’倍となる。またコスト
ｒｋＩ＋一ついては、グロ−放電の場合のガス利用効率
は極めて悪い（殆んどか未使用のまま排出される）が、
本発明のようなｌ＃、、ｓｒ法の場合は材料の約５０％
以上を膜生成に使えき０岬効率が良いので、高純度のシ
リコンを用いてもコスト的（−相殺され、問題とはなら
ない。

ギャップステート密度の多いときには低純度のシリコン
の使用が可能であるが、このような低純度シリコンは製
造コストが安くて経済的である。

次（−１本発明の方法を更（−詳細（−説明する。

図面Ｃ−は、本発明の方法を実施するのに使用可能な真
空蒸着装置の一例が示されている。この装置ｌは、被蒸
着基板ｌ及び純度５Ｎ以上のシリコン蒸発源２を収容し
た真空槽（即ちペルジャー）３を具備している。基板１
はヒーター４で３５０〜４５０℃シー加熱される一方、
直流電源５によりθ〜−５ｏＫＶｏｒｎＪルー５ｏＫＶ
ｏｒｎＪバイアス晰圧扛活性水素及び水素イオｙｖ擲入
するための導・６　　　　　入営、７は水素ガスを活性
化及びイオン化するために導入ｆ６中に設けられた放電
管、８は排気管であって真空ポンプ（図示せず）に接続
されている。

この装置を用いることによって、例えば１Ｏ−４Ｔ６ｒ
ｒオーダーの真空下で蒸発源２から蒸発されたシリコン
を基板１上にａ　−８ｉとして堆積させると同時に、負
電位の基板１上へ導入管６からの活性ガスを吸引して堆
積するａ−８ｉ中に水素原子を結合せしめ、上述したダ
ングリングボンドを水素癒子で埋めるようにする。得ら
れた水素含有暑−８ｉは、暗抵抗及び光感度ともに充分
なものとなり、膜質が均一でばらつきの少ないものとな
っている。

図面に示した真空蒸着装＠を用い、次の条件で実際に蒸
着操作を行なった。

水素流量　　　　１０９ｅｅ／ｍ１ｎ （真空度５Ｘ　１０＝　Ｔｏｒｒ） 基板温度　　　　４００℃ ａ−８ｉ堆槓速度　２０λ／ｓｅ＠ 放電電流　　　　０．６　Ａの放電管を２個使用放電電
圧　　　　ａｏｏＶ（各放電管共）基板電圧　　　　−
４ＫＶ 基板の材質　　　石英ガラス この条件下で基板上に形成されたａ　−８ｉ　ＩＩ′ｉ
下記表に示す膜性能を有していた。

＊ａＤは暗伝導度を示す。

＊＊Δ６ｐは、光照射時（照射光量：ｚｅＶ、；ｙオト
ン１Ｏ１ｓ個／ｃｄ　−ｓｅｅ　）の光伝導度変化量を
示す。

上記結果によれば、ａ−８ｉのギャップステート密度に
対応して８ｉ純度を決めれば、ａ−８ｉ膜の電気的特性
には実質的なばらつきがなくなることが分る。また上記
の各測定値は、ａ−８ｉが光半導体（例えば光センサ−
）として使用可能であることを示してい条。但、シリコ
ン純度が５Ｎ〜６Ｎの場合は、光半導体として使用可能
な最低の限界であると考えられる。

また、次の事実も確認された。即ち、５Ｎ〜６Ｎの純度
の８ｉを用いた場合、１回の蒸着で上記表の特性を示す
が、３回目の蒸着以降はギャップステート密度がｔ　ｏ
”＠／ｅＶ　ａｄに劣化した（ｄｏはｌＯ′（Ω＠ＣＩ
Ｌ）−’、△６Ｆは１−（Ω・ｍ）−’）。

従って、１〜２回の蒸着では、充分使用可能であった。

また、９Ｎ、〜ＩＯＮの純度の８ｉの場合は、１０回目
の蒸着においても変化がなく、良好な膜性能を得ること
ができた。

以上に説明した例においては、例えば、上述した活性水
素及び水素イオンに代えて、或いはこれと併用して、同
様の機能を果すフッ素等の活性ノ）ロゲン及びハロゲン
イオンをペルジャー内に導入することができる。また、
上述のａ−８ｉ層の電気伝導性を制御するためのドーノ
くント、即ち周期表第■族又はｓｖ族元素（例えばボロ
ン、アルミニウム、リン、砒素）Ｖペルジャー内にＶボ
ラン、ホスフィン等のガスとして供給する導入管を配設
することができる。これらのドーノ曵ントは、上述のシ
リコン蒸発源と並置した周期表第■族又は第■族元素の
蒸発源からドープするようにしてもよい。また、上述し
た放電管はペルジャー内に配してもよい。なお、本発明
による方法は、太陽電池や電子写真感光体等に使用され
るａ　−Ｓｉを形成するのに好適である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による方法を実施するのに使用可能な真空
蒸着装置の一例の概略断面図である。 なお、図面に用いられている符号において、ｌ・・・・
・・・基　板 ２・・・・・・・シリコン蒸発源 ６・・・・・・・活性水素又は水素イオン導入管７・・
・・・・・放電管 である。 代理人　弁理士　逢　坂　　　宏

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン蒸発源からシリコンを珠発させ、アモルフ
   ァスシリコンとして基体上に堆積させるに際し、このア
   モルファスシリコンのギャップステート密度に対応した
   純度５Ｎ以上のシリコンを蒸発源として使用することを
   特徴とする蒸着方法。 ２、アモルファスシリコンのギャップステート密度が高
   いときには蒸発源としてのＶ９コンの純度を低（し、前
   記ギャップステート自密度が低いと　゛きには蒸発源と
   してのシリコンの純度な軸くする。 特許請求の範囲の第１項に記載した方法。 ３、アモルファスシリコンのギャップステー１度を１０
   ’個／　ｅＶ・ｄと表わした場合、蒸発源としてのシリ
   コン純度な（（２ｚ−ｉ）−Ｈ）Ｎ以上とする特許請求
   の第１項又は第２項（：記載した方法。 ４、活性水素及び水素イオンと、活性ハロゲン及びハロ
   ゲンイオンとの少なくとも一方からなる活性ガスを基体
   上４：供給する、特許請求の範囲の第１項〜第３項のい
   ずれか１項シー記載した方法。 ５、基体を加熱すると共−一、この基体（−負の直流バ
   イアス電圧を特徴する特許請求の範囲の第１項〜ｓ４項
   のいずれか１項１：記載した方法。