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JPS5989410A - 気相反応方法 - Google Patents

気相反応方法

Info

Publication number
JPS5989410A
JPS5989410A JP57199897A JP19989782A JPS5989410A JP S5989410 A JPS5989410 A JP S5989410A JP 57199897 A JP57199897 A JP 57199897A JP 19989782 A JP19989782 A JP 19989782A JP S5989410 A JPS5989410 A JP S5989410A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silane
fluorine
mixed
oxide
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP57199897A
Other languages
English (en)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP57199897A priority Critical patent/JPS5989410A/ja
Publication of JPS5989410A publication Critical patent/JPS5989410A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical 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
    • C23C16/24Deposition of silicon only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

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】 この発明は、1モル以下の酸素または酸化物の混入した
シランに、フッ素またはフッ化水素をシランに対し0.
1〜20% 、好ましくは1〜10チの温度に混入ぜし
めた反応性気体であることを目的としている。
この発明は、かかるフッ素またはフッ化水素(以下単に
フッ素という)を混入させたシランをプラズマ気相法(
PCVDという)または減圧気相法(r、pcvDとい
う)Kよシ、基板の被形成面上に非単結晶半導体膜を形
成せしめたことを目的とする0 この発明は、アモルファスまたに1結晶性が一部捷たは
全部に含む非単結晶学:4シ体であって、かかる半導体
中に酸化物性11C1,IQ化珪素(S10□一般には
Siq、)が混入して、その電気伝漕度および5i−O
H結合が混入して電気伝導!■、の特性劣化をおこすこ
とを防ぐことによシ、高電気伝心度を有しかつ特性の劣
化をともなわない半導体を形成することを目的としてい
る。
従来かかる気相法(P (3V DまたはLPOVD法
を総称する)においては、反応装b°のごく微量酸素の
リークによる反応炉内への混入、ステンレス酸等内壁に
伺着している水、酸素との反応による酸化珪素の発生お
よびかかる酸化珪素の1疋コン半導体膜への混入によシ
その電気特性が十分なものではなかった。
加えて高圧容器(ボンベともいう)中にシランを充填す
る際、この初期のボンベ内に残存する吸着水により、ボ
ンベ内では酸化珪素が発生し、このボンベ内に残存する
酸化珪素極微粉もシランとともに反応炉内を飛翔して、
シリコン半4′!体中に酸化物または水酸化物を作って
し寸っていた。そしてこのf1〆化物および水酸化物は
その混入f2素が一般的に10〜3X10  am も
半朽体中に混入してしまい、結果とし′C061〜2%
もの湿度匠なつ1しまっていた。さらにその伝導が十分
でないとともに前記した装j?’j (7,”リーク等
によシさらに多くの酸素がシリコン半N)体中に混入し
又しまっていた。
本発明はかかる特性低下および劣化の主原因である酸素
をとシ除くことを目的としている。
そのため本発1.!Jlけシラン(81H,のモノシラ
ンまたは5inH,、、−Ln> 2のポリシラン)中
にフッ素または純水素の転体を混入せしめ、このフッ素
によジシラン中の脱水を行なわしめ、反応生成物である
非1結晶シリコン中KSiOxまたは5i(OHλで表
わされる酸化珪素または水酸化珪素を除去せしめること
をl[ヲ徴としている。
即ち、酸素の電気411度が3.0であるのに対し、そ
れより大きい3.5の11.気Pi41度を有するフッ
素を消量添加せしめることによシ、脱水反応(脱rK素
反応と変えてもよい)を行なわしめることを目的として
いる。
以下に図面に従ってその実施例を示す。
実施例1 第1図は本発明に用いられたpcvD装置の(°;L要
を示す。
[,41面において被形成面をイ)する基板(1)は2
′!、い対をなし、各対を耐量(3〜10cm)l、て
反応性気体の流れにそうようにしてホルダー(1ツに保
持されている。反応炉(2)は上部下部に赤外線ヒータ
(7)(9)を有し、基板(1)を加熱している。反応
性気体はふき出し口(3)よシ排気口(8)K上方より
下方に基板表面れ、基板の近傍の空間で反応性気体をプ
ラズマ化して被形成面上に非単結晶半導体膜を形成して
いる0 反応炉の出し入れは予備室を有し、炉内に大気が混入す
るのを防いでいる。即ち基板ホルダーは予備室(10に
配置し、パルプ(ハ)を開は真空ポンプはりによシ真空
にした後、反応炉内(てゲート弁を開けて導入ぜしめる
ドーピング系体)は流量計α′L)、バルブ9)9をイ
jし又いる。
この図面では水素希釈のジポランQす、水素希釈の7第
2:ヒンQ′→、水素またはへリュームのキャリアガス
Qυを有している。シランはボンベψ)K充μ「iされ
、J1力1,1ε整器い夛をへてパルプ斡9より翰にイ
ピ(されている。
かかるPCVD装置において、電気エイルギ(4)を加
えない楊−8はLPOVDと2直る。
かくし−C反応炉を真空引をし、十分配管を含めて真空
引(IXlo−′torr以下)をした後、フッ素の混
入したシランをに)より反応炉内に巧゛大した0温度を
25060 、反応炉内圧力をO,1torrとし、電
気ヱネルギとしてIOWを加えた。基板はここでは10
 c m’が161い4cmの間隙をへ又配置されてい
る。
シランを30ccZ分でフッ素/シラ/を5係とすると
フッ素はl 、5007分とする)を;+、、’:L人
した。
すると反応炉内では第2図に示される反応式がおこり、
A;、−果として形成される非単結晶半導体中゛vr 
H:p 累はI X 10 c rr+’以下、好まし
くは1×10〜lXl0  C!nK’tて下げること
ができた。これを赤外線吸収スペクトルまたは工MA(
イオン・マイクロ・アナライザ)により検出せしめた。
作光し轄。
第2図r(おい1すJ’、 i−i、、rJA’ (3
0%31) ”’C’ ;h 60 結果として非狼結
晶シリコンが水素を含南しtlまた一部には従来のフッ
素を含有して形ル)Lぜしめることができた。
この時一般にフッ素がない場合、式(3曵(3名(3つ
の反応もおき、結果としてこの反応生成物中に日10バ
一般的にはS 10 x )が混入してしまう。加えて
式(33)(’、34)の中途の反応がおきるため、5
i−OHフ も同時に多4に混入してし1うことが判明し7た。
しかしこの反応式に式(31)K示される如くフッ素を
混入ぜしめると、フッ素′!f、たけフッ化水素は式(
35) (36) K示される如く、5inLを脱水せ
しめ、プ 珪素のri(化物または水酸化物の反応を錆止すること
ができることがわかった。
さらにこの反応FiSiFヤを反応性気体として用いる
のではなく、フッ素(勺またはフッ化水素(HF)であ
ることが重要であシ、シラン系の]〜30Wの珪素11
〆3を作ることを4芙−R〉丁はしていない。これは式
(3卑36)より明らかに化学的に安定なSiF、ld
、二次生成物であることよシ明らかである。
かくしてフッ素−jたはフッ化水素を添加することによ
シ、反応生成物中に酸化物または水酸化物を十分少なく
することができる。そしてそのフッ素の添加範囲は第3
図に示す曲線(3つに囲まれた斜線領域(38)が最適
であった。
は脱酸素反応を期待することができなかった。またフッ
素の添加量を20%以上にすることも可能であるが、あ
棟り多いと配管系または反応炉がエツチングされやすく
、その結果全屈不純物が入シやすいため20%1で好ま
しくは1〜10%が最適であった。
との反応生成物を作る温度も250’Oではなく150
〜300°ORおいてはこ(7; ji dlが好まし
がった。
しかし500〜’i’oo’oと高温になると、単なる
r、pCvDでよく、電気エネルギは不要であった。
シランを前記したモノシランではなく、ポリシラン(例
えば5itl−]、)を用いた場合はLPCVD&−よ
300〜500°Cで可能であった。その際のフッ素は
1〜10チ添加することが有効であった。
第4図はガラス基板上K O,5μの半巧体層を平行f
f1lf極を設けて電気伝導度特性を調べたものである
。第4図は特に本発明方法のフッ素またはフッ化水素を
冷加l−た特性(44) −(48)およびフッ素また
はフッ化水素の添加を全く行なっていない場合の層性(
39)〜(43)を示したものである。
図面において領域(49)は暗転洒1ツを示し、10(
ncJのオーダの値を有している。ことKAMI(10
0mW/Q m L) f領域(50)Kて照射すると
、従来は曲?a(40)K示す如< I X 10’ 
(A C! m5’を有しかつ2時間連続照射して約1
桁その値が劣化していた。
他方本イ’i 8J] Kおい−CFi、そ。ブ、5ヶ
。1,1.ゆ、6′湧デゴオーダと約1桁も大きく、さ
らに連続光の照射にて曲線(45)+でみられる如くほ
とんとその劣化かみられなかった。
さらに領域(51)においてその照射後の暗転導度も従
来例では(3”)(’ 1) S′ノー桁の劣化がみら
れるがン 本発明においては(44)(46)は?、![のn11
4囲で同一であ) つた〇 さらに150’Oの加熱を行なうと、従来例では曲線(
41)が(42)となシ、ηljノーの特性向上変化が
あシその後領域(5ツにて光照射を行なうと曲線0段と
曲線<40)の如<rlび劣化特性がみられる。即ち従
来例ではかくの如くに電気伝導度が(5つに示される如
く小さく、かつ光照射により劣化Q+性がみられる。
しかし本発明においては、電気伝導度が(54)の如く
大きく、かつ光照射の有無、熱アニールの有無で特性の
劣化がほとんど観察されなかった。
ここに第1図に示される如くドーピング系にてホウ素を
10″〜5XlO” C耐′代表的には2X10”〜l
Xl6’cI71□J混入させることにより、このホウ
素が変化をもさらに完全に除去することができた。
第5図は第4図における従来例の光劣化特性(Phot
o−工nduced Effect以1P工Eという、
これはステズラーロンスキ7JJJ果ともいわれている
)の原理および本発明による特性びJの原理を示したも
のである。
即ち(A)はTi f、 Y f ?イ 中に【jとの
結合があると、この部分ではsiOを作るため電気伝導
を劣化さぜる。このため第4図(53)(49)が作ら
れる。さり 0H基によるスピン(55)(5a)を逆向きに有して
いるま ため 4″1: VCこの8l−OHにより電気伝導に
大きな変化はない。しかし第4図曲線(40)(43)
 Kみられるプ 如く光特に紫外iiη照射を行なうと、その一方の8l
−OH基の向きがかわる。そのタ゛イボール(双このた
め電気伝導度が曲線(40) (43)の如くにその照
フ 対量に従って指数関数的に桟少していく。これは150
°C以上の熱処理で再び熱4伯の(B) K fLるた
め、曲線(43)の光照射のルハ41−は(53)に概
略一致する。
この可逆性のくりかえしがおきるため、lp¥性の劣化
がされる。このモデルは本元明人によってなされたもの
であシ、現在フィジカル・レビュー・レター社に投稿中
である。
さらに本jIM明に示す如く、フッ素またはフッ化水素
を添加すると、第5図(D) K示す如く、酸素を全く
またにはとんと除去できると同時に、その珪素の不対結
合手の中和に水素およびフ、ツ素が寄与するため、第4
図(5ツに示す如く、その電気伝導度を向上せしめると
ともに、5i−OH基の可逆過程による特性の劣化がな
い。
さらにこの本発明の珪素中K hz C,酸素がそれで
も残存する場合、第5図(K) K示す如く、三4?の
ホウ素と5i−OHとが第5図(F) K示す如く混合
し、B−〇−81結合によυ5i−OH基の存在を禁止
することができた。その結果、電気特性の阪導度の向上
をさらKはかることができた。
この実施例は第1図にみられる如く、ボンベ中特にボン
ベ内でボンベとフッ素が反応しないようにその内壁にボ
ンベの金1qty、2化物または≧d化珪累ヲコーティ
ングした。またはステンレスボンベ9へ9 を用い、その内壁をプラズマ水素゛カヒ「およびそれに
加えてプラズマ望にイア1f覧を施したものケ用いた。
かくすることによシ、7ツネを0.1〜20%、残りシ
ランという高濃J皮シランをlo=30Kg/cm”c
高圧で充填することができ、かつその特性もI4−以上
十分安定なものであった。
この発明において吏だ右l(として高圧容器内にフッ素
寸たはフッ化水素を混合したシランを用いた。
しかし第1図においてに)よシフッ素またはフッ化水素
またViこれらを水素またt・まヘリュームによシ0.
1〜10%に希釈して導入し、0邊よりはシランのみ導
入し、ドーピング系にて混合させてもよい。
第3図の特性に1:かくの如く((シて調べることによ
υさらにその粘度を向上させることができる。
本発明に1?いてPまたはN型の不純物を0.001チ
以上混入さぜない真性のシリコン被膜を示した。
しかしN価またはV価の不純物をi la的に導入して
PまたはN型の半2’、”4’+体を作ることも可能で
あるGtまたC!II達同時に導入して、シリコン金主
成分とするB i X Or−y((0< x、< 1
)を作ることも可Nヒでちる。
またゲルマンを4人してシリコンを主成分とするS 1
XGe+−、I(0<X< 1)を作ることも可能であ
る。
さらに本発明の非単結晶半導体を積層したP工N構造を
冶したjY: ’i’に、変換装置またはIGFE’T
、集石゛1回路It % l ;、 :、 l’ f(
)5++へLl、高イr; :’NtI性の半導体装I
V1゛を実用化することができ、その工業的価値は大な
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いたOVD装置、の概要を示す〇 #r! 2図は本発明に用いられた化学反応式を示すO
第3図は本光りJK必要なjl:1量な領域を示す。 第4図は木兄IJilおよび従来例の電気伝導涯の変化
を示す。 第5し;]は本発明および従来例における結合子配位の
16.1係を示す。 5iH4−−−−−−→ S、 −1−2H1−−−−
−(ヲのs、 H,+2 l−1−〜 SH+  2)
IF   −−−−(?I)Si)14十〇、   −
−う Sシα+2Hxj   −−−−(a2)02+
2)−12−m−→2HtO↑    〜−−−(99
)S、H3+2H10−−−一う 5102+ 4Hコ
↑  −−−−C34)S;Oz’2h +2)4m 
 −) 5r−V*1+ 2HtOi  −−−−tq
s)S、α+4)−IF   −−一う Si):、丁
+2HtO4−−−−t9g)替91a 0−00Q/   0−001   0.01    
0.J     //@3(2) g8問(kr ) 羊4■ 0 S。 (E) (A) (B) (C) CD) ♂、−B−5゜ $l (Fン 舖贋a

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 11モル係以下の酸素または酸化物の混入したシランに
    、フッ素またはフッ化水素を蛙−“        −
    混入せしめ た反応性気体を、1気圧以下に保持された反応炉内に導
    入し、熱または電気エネルギを供給して熱化学反応寸た
    はプラズマ化学反応をぜしめることCζより、被形成面
    上にシリコンを主成分とした非単結晶半導体膜を形成ゼ
    しめることを特徴とした気相反応方法。 2、特許請求の範囲第1項において、シランd!9 j
    、 H,’IHたはS 1 n Hi*+z(n 2’
     ”)よりなることを特徴とする気相反応方法0 :ty1%イta ’C! S 44Q Lij JX
JP57199897A 1982-11-15 1982-11-15 気相反応方法 Pending JPS5989410A (ja)

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