JPS6190416A - 堆積膜形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はシリコンを含有する増結膜、とりわけ光導電膜
、半導体膜又は絶縁体ｎｒＪ等として有用なアモルファ
スシリコン（以下、ａ−９ｉとする。）又は多結晶シリ
コン等の堆積膜を形成するのに好適な方法に関する。

［従来技術］ 従来、たとえばＳｉＨ４又はＳｉ２　Ｈ６を原料として
堆積膜を形成する方、法としては、グロー放電堆積法又
は熱エネルギ堆積法が知られている。すなわち、ＳｉＨ
４又はＳｉ２　Ｈ＠を電気エネルギや熱エネルギを用い
て励起し、分解又は重合して基体上にａ、−９ｉの堆積
膜を形成する方法である。また、この膜は種々の目的で
利用されている。

しかし、これらＳｉＨ４又はＳｉ２　Ｈ６を原料として
用いた場合、グロー放電堆積法においては、高出力下で
堆積中の膜への放電エネルギの影響が大きく、再現性の
ある安定した条件とする制御が困難となる。特に、広面
積、厚膜の堆積膜を形成する場合に、これが顕著である
。

また、熱エネルギ堆積法においても、高温が必要となる
ことから、使用されるス（体が限定されると共に、高温
によりａ−Ｓｉ中の有用な結合水素原子が離脱してしま
う確率が増加し、所望の特性が得にくくなる。

このように、Ｓｉｎ　４又はＳｉ２　Ｈ６を用いて堆積
膜を形成する場合、均一な電気的・光学的特性及び品質
の安定性の確保が困難となり、堆積中の膜表面の乱れ及
びバルク内の欠陥が生じ易い等の解決されるべき問題点
が残されているのが現状である。

そこで、近年、これらの問題点を解消すべく、ＳｉＨ４
又はＳｉ２　Ｈ６を原料とするａ−９ｉの光エネルギ堆
積法（光ＣＶＤ法）が提案され、注目を集めている。こ
の光エネルギ堆積法によると、ａ−９ｉ堆積膜を低温で
作製できる利点等により、上記問題点を大幅に改善する
ことができる。

しかしながら、光エネルギといった比較的小さな励起エ
ネルギ下でのＳｉＨ４又はＳｒ２　Ｈ６を原料とした光
エネルギ堆積法では、飛躍的に効率の良い分解を期待す
ることができないため、成膜速度の向上が期待できず、
量産性に難点があるという新たな問題点が生じている。

本発明は、現状におけるこれら問題点を解消するべくな
されたものである。

［発明の目的］ 本発明の目的は、高品質を維持しつつ成膜速度を高くす
るとともに、広面積、厚膜の場合においても、均一な電
気的・光学的特性及び品質の安定性を確保しつつ高品質
のシリコン堆積膜を作製することのできる堆積膜形成方
法を提供することにある。

［発明の概要］ 基体を収容した室内に、一般式Ｓｉｎ　Ｈｍ　（式中、
ｎは１以上の整数、ｍは２以上の整数である。）で表わ
される水素化ケイ素化合物の気体状雰囲気を形成し、該
化合物を励起して分解又は重合することで前記基体上に
シリコンを含有する堆積膜を形成する方法において、前
記基体を収容した室内に交流磁界を印加し、且つ光エネ
ルギを利用することによって前記化合物を励起して分解
又は重合することを特徴とする。

［実施例］ 以下、主としてａ−９ｉ堆積膜の場合について、本発明
の実施態様を説明する。

先ず、本発明において、気体状態とされた前記一般式の
水素化ケイ素化合物を励起・分解又は重合するにあたり
、前記室内に気体状態とされた水素、ハロゲン化合物（
例えば、Ｆ２ガス、Ｃ１２ガス、ガス化したＢｒ２．Ｉ
２等）を導入することが望ましい、なぜならば、Ｓｔ、
　Ｈ１／＼ロゲン原子とＳｉ及びＨとの間でラジカル生
成反応が起こり、ケイ素化合物の励起・分解又は重合、
従って堆積膜形成が促進されるからである。また、形成
される堆積膜中にハロゲンが取り込まれて、構造の欠１
１１１１１ｔ％し、また９ｉのダングリングボンドと結
合してターミネータとして働き、良質なシリコン膜とな
ることが期待される。導入されるノ＼ロゲンは予めラジ
カル化してもよい。

なお、シリコンを含有する堆積膜を形成する前記室は、
減圧下におかれるのが好ましいが、常圧下ないし加圧下
においても本発明の方法を実施することができる。

本発明において、前記一般式の水素化ケイ素化合物を励
起・分解するのに用いる励起エネルギは、光エネルギに
限定されるものであるが、光エネルギを使用すれば、適
宜の光学系を用いて気体の全体に照射して堆積膜を形成
することができるし、あるいは所望部分のみに選択的制
御的に照射して部分的に堆積膜を形成することもでき、
またレジスト等を使用して所定の図形部分のみに照射し
堆積膜を形成できるなどの便利さを有しているため、有
利に用いられる。

また、前記一般式の水素化ケイ素化合物は、２種類以上
を併用してもよいが、この場合、各化合物によって期待
される膜特性を平均化した程度の特性、ないしは相乗的
に改良された特性を得られる。

以下１本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図面は、本発明方法の実施例に使用するための光エネル
ギ照射型堆積膜形成装置の一例を示した概略的構成図で
ある。

図中、１は堆積室ｆあり、内部の基体支持台２上に所望
の基体３が裁置される。基体３は、導電性、半導電性あ
るいは電気絶縁性のいづれの基体でもよく、例えば、電
気絶縁性の基体としては、ポリエステル、ポリエチレン
、ポリカーボネート、セルローズアセテート、ポリプロ
ピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリス
チレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルム又はシート
、ガラス、セラミック、紙等が通常使用される。また、
基体３に、は予め電極層、他のシリコン層等がａ層され
ていてもよい。

４は基体加熱用のヒータであり、導線５を介して給電さ
れ、発熱する。基体温度は特に制限されないが、本発明
方法を実施するにあたっては、好ましくは５０〜１５０
℃、より好ましくは１０Ｇ　−１５０００である。

６〜９は、ガス供給源であり、前記一般式で示される水
素化ケイ素化合物のうち液状のものを使用する場合には
、適宜の気化装置を具備させる。

気化装置には、加熱沸騰を利用するタイプ、液体原料中
にキャリアガスを通過させるタイプ等があり、いづれで
もよい、ガス供給源の個数は４個に限定されず、使用す
る前記一般式の鎖状水素化ケイ素化合物の数、ハロゲン
ガス、キャリアガス、希釈ガス、触媒ガス等を使用する
場合において。

原料ガスである前記一般式の化合物との予備混合の有無
等に応じて適宜選択される０図中、ガス供給源６〜９の
符合に、ａを付したのは分岐管、ｂを付したのは流量計
、Ｃを付したのは各流量計の高圧側の圧力を計測する圧
力計、ｄ又はｅを付したのは各気体流の開閉及び流量の
調整をするためのバルブである。

各ガス供給源から供給される原料ガス等は、ガス導入管
１０の途中で混合され、図示しない換気装置に付勢され
て、室ｌ内に導入される。１１は、室ｌ内に導入される
ガスの圧力を計測するための圧力計である。また、１２
はガス排気管であり、堆積室１内を減圧したり、導入ガ
スを強制排気するたあｏｒｉ！Ｊイ、ヶい４２．よ０．
アい６．　　　　　・・ｌ１３はレギュレータ・バルブ
である。原料ガス等を導入する前に、室１内を排気し、
減圧状態とする場合、室内の気圧は、好ましくは５　Ｘ
　１０−５Ｔｏｒｒ以下、より好ましくはｌＸｌ０−６
以下である。また原料ガス等を導入した状態において、
室１内の圧力は、好ましくはＩ　Ｘ　１０’　〜１００
　Ｔｏｒｒ。

より好ましくはＩ　Ｘ　１０−２〜ｌ　Ｔｏｒｒ　テあ
る。

本発明で使用する励起エネルギ供給源の一例として、１
４は光エネルギ発生装置であって、例えば水銀ランプ、
キセノンランプ、炭酸ガスレーザ、アルゴンイオンレー
ザ、エキシマレーザ等が用いられる。なお、本発明で用
いる光エネルギは、紫外線エネルギに限定されず、原料
ガスを励起φ分解又は重合せしめ１、分解生成物を堆積
させることができるものであれば、波長域を問うもので
はない。また、光エネルギが原料ガス、または基体に吸
収されて熱エネルギに変換し、その熱エネルギによって
、原料ガスの励起・分解又は重合がもたらされて堆積膜
が形成される場合を排除するものでもない。光エネルギ
発生装置１４から適宜の光学系を用いて基体全体あるい
は基体の所望部分に向けられた光１５は、矢印１Ｂの向
きに流れている原料ガス等に照射され、励起・分解又は
重合を起こして基体３上の全体あるいは所望部分にａ−
Ｓ　ｉの堆積膜を形成する。

１７は堆積室ｌの内部に交流磁界を発生させるためのコ
イルである。このコイル１７に流す交流電流の周波数と
振幅とを適宜変化させることにより、ラジカル反応の反
応速度を促進することができる。この現象は、ある大き
さの分極を持った反応ラジカル群が交流磁界からエネル
ギを与えられ、ラジカル同志の反応プロセスにおいて一
種のエネルギ共鳴状態を呈することにより、この反応速
度が促進されることと推定される。また、交流磁界によ
ってラジカル反応の空間的均一化が行われることも推定
される。

このようにして、薄膜から厚膜までの任意の膜厚の堆積
膜が得られ、また膜面積も所望により任意に選択するこ
とができる。膜厚の制御は、原料ガスの圧力、流量、濃
度等の制御、励起エネルギ責二の制御等通常の方法で行
うことができる０例えば、一般の光導電膜、半導体膜又
は絶縁体膜等を構成するａ−９ｉｌｌＩを作製する場合
、膜厚は好ましくは５００〜５００００人、より好まし
くは１０００〜１００００人である。

以下、本発明の具体例を示す。

前記一般式の水素化ケイ素化合物として、鎖状のＳｉＨ
３ＳｉＨ（ＳｉＨ３）　ＳｉＨ３を用い、図面の装置に
よりａ−８ｉ堆積膜を形成した。

先ス、ポリエチレンテレフタレートフィルムを支持台２
上に裁置し、換気装置を用いて堆積室ｌ内を排気し、１
Ｏ−６Ｔａｒｔに減圧した０次に、交流磁界をかけない
状態で、温度は８０℃に保ち、基体状態とされている前
記ハロゲーン化ケイ素化合物を１５０９ＣＣＭ、ハロゲ
ンガスを２０９ＣＣＨの流量で堆積室ｌ内に導入し、室
内の気圧を０．１　Ｔａｒｒに保ちつつ１ｋＷＸｅラン
プでに垂直に照射して、膜厚５Ｇ００人のＩ型ａ−９ｉ
膜を形成した。成膜速度は、３５人／ＳｅＣであった。

比較のために゛、Ｓｉ２　Ｈ６を用いて同様にしてａ−
９ｉ膜を形成した。その時の成膜速度は１５人／ｓｅｃ
であった。　− 一方、同じ条件において、コイル１７の１００　Ｈｚの
交流電流を印加し、堆積室１の中心部で実効値が約４０
０ガウスとなるような交流磁界を加えながら同様にＩ型
ａ−９ｉ膜を形成したところ、成膜速度は、ＳｉＨ３Ｓ
ｉＨ（ＳｉＨ３）　ＳｉＨ３とＳｉ２　Ｈ６において、
それぞれ４０人／ｓｅｃ、１８人／ｓｅｃとなり、交流
磁界のない場合に比較して、１０〜２０％程度増加した
。

続いて、こうして得られた各ａ−３ｉ膜試料を蒸着槽に
入れ、１０　””　Ｔｏｒｒまで減圧した後、真空度１
０″″５　Ｔｏｒｒ、成膜速度２０人／ｓｅｃでアルミ
ニウムを１５００人蒸着し、クシ型のアルミギャップ電
極（長さ２５０　用ｍ、幅５ｍｍ）を形成した後、印加
電圧１０Ｖで光電流（ＡＭＩ、１００ａＷ／ｃｍ２　）
と暗電流を測定し、光導電率σｐ、σｐ　（Ω・Ｃｍ）
”と暗電流σｄとの比σｐ／σｄを求めて、ａ−９ｉ膜
を評価した。その結果を第１および第２表に示す。

第１表 第２表 第１および第２表に示すように、交流磁界の有無に関係
なく、得られた膜の光導電率及び暗導電率は一定であっ
た。また、光ｃｖｎによって得られた膜は、プラズマＣ
ｖＤによって得られた膜と異なり、５ｔａｅｂｌｅｄ−
Ｗｒｏｎｓｋｉ効果がほとんど無イコとが知られている
が、交流磁界を印加した光ＣｖＤにおいても、やはり５
ｔａｅｂｌｅｄ−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果は観測されなかっ
た。　なお、本発明方法によって形成されるシリコンを
含有する堆積膜は、結晶質での非晶質でのよく、膜中の
シリコンの結合は、オリゴマー状からポリ・マー状まで
のいづれの形態でもよい、また、原料中の水素原子及び
ハロゲン原子などを構造中に取り込んでいてもよい。

また１本発明は、上記実施例だけに限定されるものでは
なく、堆積室の内部に所望の交流磁界を印加することが
できれば、そのためのコイルの配置又は個数は適当に変
更することができる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明による堆積膜形成方
法は、光ＣＶＤに交流磁界を併用することで、堆積膜の
品質を高く維持しつつ、成膜速度を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明による堆積膜形成方法に一実施例を
実現するための光エネルギ照射型堆積膜形成装置に一例
を示した概略的構゛成図である。 ｌ　・・・堆積室　　２φ・・基体支持台３　・・・基
体　　　４　・・・ヒータ６〜９・・・ガス供給源 １０−・拳ガス導入管　１２争・・ガス排気管１４・・
・光エネルギ発生装置 １７・・Φコイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体を収容した室内に、一般式ＳｉｎＨｍ（ただ
   し、ｎは１以上の整数、ｍは２以上の整数である。）で
   表わされる水素化ケイ素化合物の気体状雰囲気を形成し
   、該化合物を励起して分解又は重合することで前記基体
   上にシリコンを含有する堆積膜を形成する堆積膜形成方
   法において、前記基体を収容した室内に交流磁界を印加
   し、且つ光エネルギを利用することによって前記化合物
   を励起して分解又は重合することを特徴とする堆積膜形
   成方法。