JPH0253941B2 - - Google Patents
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- JPH0253941B2 JPH0253941B2 JP55147303A JP14730380A JPH0253941B2 JP H0253941 B2 JPH0253941 B2 JP H0253941B2 JP 55147303 A JP55147303 A JP 55147303A JP 14730380 A JP14730380 A JP 14730380A JP H0253941 B2 JPH0253941 B2 JP H0253941B2
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- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
- H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical 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
- C23C16/24—Deposition of silicon only
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
- H10P14/2901—Materials
- H10P14/2902—Materials being Group IVA materials
- H10P14/2905—Silicon, silicon germanium or germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
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- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3438—Doping during depositing
- H10P14/3441—Conductivity type
- H10P14/3442—N-type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、半導体光学的に従来より知られた
秩序性をまつたく有さない無定形（無秩序）アモ
ルフアス半導体（アモルフアス半導体または非晶
質半導体を、単にアモルフアス半導体またはAS
という）と結晶半導体（緻密な結晶性を有する塊
が多数集まつてできた多結晶半導体または単結晶
半導体）とは異なり、これらの半導体の中間にあ
つて、半非晶質または半結晶質の構造を有する第
三の半導体（以下単にセミアモルフアス半導体
Semi―amorphous Semiconductor以下SASと仮
称する）の構造を有する水素が添加された珪素を
主成分とする半導体作製方法を提供することを目
的としている。
秩序性をまつたく有さない無定形（無秩序）アモ
ルフアス半導体（アモルフアス半導体または非晶
質半導体を、単にアモルフアス半導体またはAS
という）と結晶半導体（緻密な結晶性を有する塊
が多数集まつてできた多結晶半導体または単結晶
半導体）とは異なり、これらの半導体の中間にあ
つて、半非晶質または半結晶質の構造を有する第
三の半導体（以下単にセミアモルフアス半導体
Semi―amorphous Semiconductor以下SASと仮
称する）の構造を有する水素が添加された珪素を
主成分とする半導体作製方法を提供することを目
的としている。
この発明は、真性または実質的に真性の珪素を
主成分とする半導体被膜を形成するプラズマ気相
方法において、反応性気体の流れを一方より導入
され他方に排出せしめるとともに、この流れに平
行に被形成面を配置せしめ、さらに容量給合方式
により、供給される電界方向もこの流れと同一方
向に供給せしめることにより、プラズマ放電にお
ける低電界領域を用いてSASの被膜を形成せし
めることを特徴とする。
主成分とする半導体被膜を形成するプラズマ気相
方法において、反応性気体の流れを一方より導入
され他方に排出せしめるとともに、この流れに平
行に被形成面を配置せしめ、さらに容量給合方式
により、供給される電界方向もこの流れと同一方
向に供給せしめることにより、プラズマ放電にお
ける低電界領域を用いてSASの被膜を形成せし
めることを特徴とする。
この発明は、珪素を主成分とするセミアモルフ
アス半導体中の不対結合手を中和するため、水素
を添加することを目的としている。
アス半導体中の不対結合手を中和するため、水素
を添加することを目的としている。
従来、結晶半導体は単結晶半導体が結晶学的に
最も安定かつ最も理想的な特性を有する材料であ
るとされてきた。また他の結晶半導体としての多
結晶半導体は緻密な結晶性を有する塊が互いに隣
接し、多数集合してなつたもので、その粒界には
いわゆるグレインバウンダリ（G.B）が存在して
いた。このG.Bはその部分で不対結合手が多数あ
り、それらが光照射により励起されたキヤリアの
再結合中心となるとともに、不純物の析出を粒界
において助長するため、粒内部が単結晶であつて
もその電気的特性はこのG.Bがその大部分を決め
てしまつており、単結晶と相似の高い光電特性ま
たは光応答特性はまつたく有していなかつた。
最も安定かつ最も理想的な特性を有する材料であ
るとされてきた。また他の結晶半導体としての多
結晶半導体は緻密な結晶性を有する塊が互いに隣
接し、多数集合してなつたもので、その粒界には
いわゆるグレインバウンダリ（G.B）が存在して
いた。このG.Bはその部分で不対結合手が多数あ
り、それらが光照射により励起されたキヤリアの
再結合中心となるとともに、不純物の析出を粒界
において助長するため、粒内部が単結晶であつて
もその電気的特性はこのG.Bがその大部分を決め
てしまつており、単結晶と相似の高い光電特性ま
たは光応答特性はまつたく有していなかつた。
さてこのG.Bには不純物であるＢまたはＰの析
出のみではなく、酸素等の析出（特に形成プロセ
ス中の偏析による析出）もあり、結果としてこの
G.Bのみが他部と比較してそのエネルギーギヤツ
プを大きくしたり、また深い不純物レベルを局部
的に発生させてしまつていた。このため電気伝導
（暗伝導度）は結晶半導体であるにもかかわらず
小さく、単結晶の1/104〜1/104程度になつてしま
つていた。
出のみではなく、酸素等の析出（特に形成プロセ
ス中の偏析による析出）もあり、結果としてこの
G.Bのみが他部と比較してそのエネルギーギヤツ
プを大きくしたり、また深い不純物レベルを局部
的に発生させてしまつていた。このため電気伝導
（暗伝導度）は結晶半導体であるにもかかわらず
小さく、単結晶の1/104〜1/104程度になつてしま
つていた。
他方、従来公知の半導体として無定形アモルフ
アス半導体が知られている。このアモルフアス半
導体は結晶的に無定形であり、ミクロにおける原
子間距離も不特定（ランダム）にばらついてお
り、秩序性をまつたく有しておらず、いわゆる非
晶質ガラスであつて、純粋に格子構造を有しない
ものである。特にアモルフアス半導体はその構造
においてランダム性を有すれば有する程よりアモ
ルフアスらしくなるものとして、その理論解析で
も定量不規則性（ランダム・ネツトワーク）を原
点としてそのエネルギーバンド構造等解かんとし
ている。
アス半導体が知られている。このアモルフアス半
導体は結晶的に無定形であり、ミクロにおける原
子間距離も不特定（ランダム）にばらついてお
り、秩序性をまつたく有しておらず、いわゆる非
晶質ガラスであつて、純粋に格子構造を有しない
ものである。特にアモルフアス半導体はその構造
においてランダム性を有すれば有する程よりアモ
ルフアスらしくなるものとして、その理論解析で
も定量不規則性（ランダム・ネツトワーク）を原
点としてそのエネルギーバンド構造等解かんとし
ている。
特にアモルフアス半導体にあつては、代表的に
はシラン（SiH4）に誘導エネルギーを５〜40W
加えたグロー放電法により、室温〜300℃にて形
成する方法が知られている。
はシラン（SiH4）に誘導エネルギーを５〜40W
加えたグロー放電法により、室温〜300℃にて形
成する方法が知られている。
しかしかかる方法において、平行平板型の容量
結合方式の反応炉が用いられ、一方の電極上に基
板を配設せしめて、この基板に垂直方向に電界が
加えられていた。さらにこの電界も基板が電極に
近いため、電界強度が大きく、被形成面を反応性
気体がスパツタしてしまう欠点を有していた。こ
の強い電界により形成された被膜は、エネルギー
バンド巾として単結晶珪素の1.0〜1.1eVよりも大
きい1.6〜1.8eVを有し、その中に20〜30モル％の
多量の水素を再結合中心を中和するために含有し
ていた。しかしこのASは光応答特性を有するに
もかかわらず、その光伝導度は10-6〜10-5cm-1
しか有しておらず、実用上まつたく不十分なもの
であつた。
結合方式の反応炉が用いられ、一方の電極上に基
板を配設せしめて、この基板に垂直方向に電界が
加えられていた。さらにこの電界も基板が電極に
近いため、電界強度が大きく、被形成面を反応性
気体がスパツタしてしまう欠点を有していた。こ
の強い電界により形成された被膜は、エネルギー
バンド巾として単結晶珪素の1.0〜1.1eVよりも大
きい1.6〜1.8eVを有し、その中に20〜30モル％の
多量の水素を再結合中心を中和するために含有し
ていた。しかしこのASは光応答特性を有するに
もかかわらず、その光伝導度は10-6〜10-5cm-1
しか有しておらず、実用上まつたく不十分なもの
であつた。
しかし本発明人はこのASは一部の特性におい
ては単結晶半導体（以下SCS即ちSingle Crystal
semiconductor）に比べて好ましい面も有してい
ることを見いだした。
ては単結晶半導体（以下SCS即ちSingle Crystal
semiconductor）に比べて好ましい面も有してい
ることを見いだした。
即ちこのASは光照射による電子の励起遷移が
直接遷移であり、このため必要な被膜の厚さは
SCSの1/30〜1/100の0.5〜1μという特性を有して
いる。しかし他方移動度に関しては10-3〜10-4cm2
Ｖ／secしかなく、光照射電気伝導度も10-6〜
10-5cm-1ときわめて小さい。加えて少数キヤリ
ア（特にホール）の拡散長も300〜400Åしかな
く、工業的応用も限られていた。
直接遷移であり、このため必要な被膜の厚さは
SCSの1/30〜1/100の0.5〜1μという特性を有して
いる。しかし他方移動度に関しては10-3〜10-4cm2
Ｖ／secしかなく、光照射電気伝導度も10-6〜
10-5cm-1ときわめて小さい。加えて少数キヤリ
ア（特にホール）の拡散長も300〜400Åしかな
く、工業的応用も限られていた。
このため本発明人はこのASよりも電気特性に
おいてはSCSに近い特性を有する半導体特性が
ASとSCSとの中間材料を構成することにより成
就できることを発見した。
おいてはSCSに近い特性を有する半導体特性が
ASとSCSとの中間材料を構成することにより成
就できることを発見した。
本発明はこの中間構造のセミアモルフアス半導
体のプラズマ気相法による作製方法も提供するも
のである。
体のプラズマ気相法による作製方法も提供するも
のである。
第１図は本発明の半導体を形成するための装置
の概要を示す。
の概要を示す。
図面において、反応系７には活性化部１が設け
られ、被形成面を有する基板１０（大きさ１〜10
（ｍ□ ）は反応炉内の一方より他方に層流を主と
して導入され、排出されるようなガス流を生ぜし
め、基板をこのガス流に平行に、即ち基板表面が
ガス流に添うように配設させた。さらにこの基板
は平行に10〜300枚が互いに裏面を接して配置さ
せ、多量生産をおこなわしめている。基板は反応
管の外側より抵抗加熱炉８により室温〜800℃特
に100〜600℃の範囲にて加熱させた。誘導エネル
ギーは容量給合方式で行わしめた。
られ、被形成面を有する基板１０（大きさ１〜10
（ｍ□ ）は反応炉内の一方より他方に層流を主と
して導入され、排出されるようなガス流を生ぜし
め、基板をこのガス流に平行に、即ち基板表面が
ガス流に添うように配設させた。さらにこの基板
は平行に10〜300枚が互いに裏面を接して配置さ
せ、多量生産をおこなわしめている。基板は反応
管の外側より抵抗加熱炉８により室温〜800℃特
に100〜600℃の範囲にて加熱させた。誘導エネル
ギーは容量給合方式で行わしめた。
さらにこの容量給合方式の一対を為す電極３，
３′は反応性気体の流れと同一方向に、プラズマ
放電の際に電界が加わるように配設せしめてプラ
ズマ化された反応性気体が被形成表面にそつて流
れ、被形成面を反応性気体がスパツタ（損傷）し
ないようにした。
３′は反応性気体の流れと同一方向に、プラズマ
放電の際に電界が加わるように配設せしめてプラ
ズマ化された反応性気体が被形成表面にそつて流
れ、被形成面を反応性気体がスパツタ（損傷）し
ないようにした。
電極３，３′に0.1〜100MHz例えば13.56MHzの
高周波エネルギー（出力50〜2000W）を加えた。
反応性気体であるシラン〔（SimHn ｍ１ ｎ
４）ポリシラン、重合シランまたはモノシラン
を総称してシランという〕を４より、また希釈ガ
スであるヘリユーム（He）、ネオン（Ne）また
は水素（H2）を５より、さらにジボランまたは
フオスヒンの添加されたシランを６より導入し
た。またこの反応炉内ガスをニードルバルブ１
１、ストツプバルブ１２より調整してロータリー
ポンプ１３（容量1500／分）により排気した。
反応系の反応中の圧力は、0.001〜10torrとした。
高周波エネルギー（出力50〜2000W）を加えた。
反応性気体であるシラン〔（SimHn ｍ１ ｎ
４）ポリシラン、重合シランまたはモノシラン
を総称してシランという〕を４より、また希釈ガ
スであるヘリユーム（He）、ネオン（Ne）また
は水素（H2）を５より、さらにジボランまたは
フオスヒンの添加されたシランを６より導入し
た。またこの反応炉内ガスをニードルバルブ１
１、ストツプバルブ１２より調整してロータリー
ポンプ１３（容量1500／分）により排気した。
反応系の反応中の圧力は、0.001〜10torrとした。
この反応系において、シランの活性化または分
解は被形成面より離れて活性化室１にて実施し
た。誘導エネルギーは、本発明においては、容量
結合方式にて２つの円環電極３，３′が抵抗加熱
炉をはさんで設け、この電極間に高周波エネルギ
ーを加えているため、この結合によりきわめて広
い反応空間範囲にグロー放電を行わしめることが
できた。
解は被形成面より離れて活性化室１にて実施し
た。誘導エネルギーは、本発明においては、容量
結合方式にて２つの円環電極３，３′が抵抗加熱
炉をはさんで設け、この電極間に高周波エネルギ
ーを加えているため、この結合によりきわめて広
い反応空間範囲にグロー放電を行わしめることが
できた。
即ち、本発明においてはグロー放電プラズマに
おける陽光柱領域と積極的に利用し、従来より知
られているカソード暗部、陰極グローの領域に基
板を配設しない。特に本発明においては、反応性
気体の被形成面でのスパツタ（損傷）を防ぐた
め、電界強度の最も小さい領域（一般に陽光柱と
いわゆる）を用いている。この陽光柱は広い空間
を有するため、さらに第１図より明らかなごと
く、多量生産にも好ましいという他の特徴をも有
する。
おける陽光柱領域と積極的に利用し、従来より知
られているカソード暗部、陰極グローの領域に基
板を配設しない。特に本発明においては、反応性
気体の被形成面でのスパツタ（損傷）を防ぐた
め、電界強度の最も小さい領域（一般に陽光柱と
いわゆる）を用いている。この陽光柱は広い空間
を有するため、さらに第１図より明らかなごと
く、多量生産にも好ましいという他の特徴をも有
する。
さらにこの範囲は加熱炉８の内部のみならず、
反応性気体の導入側にある活性化室１をも十分放
電せしめるため、被形成面より離れて位置した反
応性気体特に会合または重合状態にあるシランに
分解反応エネルギーを与え飛翔中にかかるシラン
をクラスタ（塊）状にせしめ、且つ結晶化反応を
行わしめることを特徴としている。この活性化状
態の持続した結晶化反応中のクラスタは被形成面
にルーズに原子間が結合し、かつ半結晶性で塊ま
たは柱状のクラスタとして形成させることができ
た。
反応性気体の導入側にある活性化室１をも十分放
電せしめるため、被形成面より離れて位置した反
応性気体特に会合または重合状態にあるシランに
分解反応エネルギーを与え飛翔中にかかるシラン
をクラスタ（塊）状にせしめ、且つ結晶化反応を
行わしめることを特徴としている。この活性化状
態の持続した結晶化反応中のクラスタは被形成面
にルーズに原子間が結合し、かつ半結晶性で塊ま
たは柱状のクラスタとして形成させることができ
た。
このため、この形成された被膜を電子線回析で
調べてみると、結晶性を示すリングがアモルフア
ス構造のハローと同時にみられ、多結晶または単
結晶半導体とも、またアモルフアス半導体とも異
なつたその中間の即ちアモルフアス性と結晶性と
が適度に混合した低級結晶即ち半結晶または半非
晶質の構造を有する第三の半導体であることが判
明した。
調べてみると、結晶性を示すリングがアモルフア
ス構造のハローと同時にみられ、多結晶または単
結晶半導体とも、またアモルフアス半導体とも異
なつたその中間の即ちアモルフアス性と結晶性と
が適度に混合した低級結晶即ち半結晶または半非
晶質の構造を有する第三の半導体であることが判
明した。
この飛翔中の反応は、単純に濃度を高くするよ
りも、ボンベ中で既に会合または重合状態にある
クラスタ状のシランに対し、そのクラスタ状のシ
ランのSi―Ｈ結合を分解してSi―Si結合にする、
またはSi―Si結合を電気エネルギーにより
TIGHT BINDING状態へと反応を進行せしめる
ため、このシランに対しエネルギーを与える量を
多くすることを基本思想としている。このためキ
ヤリアガスとしてのHe、NeまたはH2を、シラ
ンに対し少なくとも10倍またはシランの濃度
（SimHnキヤリアガス）を0.0001〜0.1にすること
を特徴としている。
りも、ボンベ中で既に会合または重合状態にある
クラスタ状のシランに対し、そのクラスタ状のシ
ランのSi―Ｈ結合を分解してSi―Si結合にする、
またはSi―Si結合を電気エネルギーにより
TIGHT BINDING状態へと反応を進行せしめる
ため、このシランに対しエネルギーを与える量を
多くすることを基本思想としている。このためキ
ヤリアガスとしてのHe、NeまたはH2を、シラ
ンに対し少なくとも10倍またはシランの濃度
（SimHnキヤリアガス）を0.0001〜0.1にすること
を特徴としている。
例えば、キヤリアガスをHeとすると、この濃
度を0.0001〜0.01においては高周波エネルギー30
〜100Wで結晶化の程度が大きいSASを200〜500
℃にて作ることができる。他方その濃度を0.01〜
0.1とすると、100〜500Wを必要とし、また温度
を室温〜200℃においては500W〜2KWを必要と
し、また高濃度にすると高周波エネルギーを多量
に用いるため、被形成面に既に形成された被膜が
飛翔したSASによりスパツタリングされて再び
ASとならないように注意を要する。
度を0.0001〜0.01においては高周波エネルギー30
〜100Wで結晶化の程度が大きいSASを200〜500
℃にて作ることができる。他方その濃度を0.01〜
0.1とすると、100〜500Wを必要とし、また温度
を室温〜200℃においては500W〜2KWを必要と
し、また高濃度にすると高周波エネルギーを多量
に用いるため、被形成面に既に形成された被膜が
飛翔したSASによりスパツタリングされて再び
ASとならないように注意を要する。
このため本発明においては、ガスの流れに対し
ても平行に被形成面を配置せしめ、且つプラズマ
放電もガスの流れと同一方向にすることにより、
被形成面上でのすでに形成されている反応生成物
に対し、新たな被膜生成分となる飛翔中の反応生
成物のスパツタリング効果を少なくしたことを特
徴とする。
ても平行に被形成面を配置せしめ、且つプラズマ
放電もガスの流れと同一方向にすることにより、
被形成面上でのすでに形成されている反応生成物
に対し、新たな被膜生成分となる飛翔中の反応生
成物のスパツタリング効果を少なくしたことを特
徴とする。
SASの形成される条件を、反応性気体とキヤ
リアガスとの濃度、基板温度、高周波エネルギー
との関係として第２図に示した。
リアガスとの濃度、基板温度、高周波エネルギー
との関係として第２図に示した。
図面において、横軸はSimHn／Heの比をと
り、縦軸は高周波出力をとつた。SASは２０の
領域（大きな斜線枠の内側）であつて、特に好ま
しくは２０′の領域（小さな斜線枠の内側）であ
つた。
り、縦軸は高周波出力をとつた。SASは２０の
領域（大きな斜線枠の内側）であつて、特に好ま
しくは２０′の領域（小さな斜線枠の内側）であ
つた。
またはこの時の被形成面の温度は、100℃２１、
200℃２２、300℃２３、400℃２４、500℃２５で
あつた。高温かつ高濃度になると、形成された
SASは柱状のクラスタを呈し、飛翔中に結晶化
反応を低度にするとともに、被形成面上への結晶
成長がおきていた。また低温かつ反応性気体もキ
ヤリアガスで希釈して低濃度にすると、被形成面
上に有効直径50Å〜10μの大きさの平板状のクラ
スタ（塊）を有し、またその境界はぼけており、
明確な結晶粒が存在しているわけではなかつた。
200℃２２、300℃２３、400℃２４、500℃２５で
あつた。高温かつ高濃度になると、形成された
SASは柱状のクラスタを呈し、飛翔中に結晶化
反応を低度にするとともに、被形成面上への結晶
成長がおきていた。また低温かつ反応性気体もキ
ヤリアガスで希釈して低濃度にすると、被形成面
上に有効直径50Å〜10μの大きさの平板状のクラ
スタ（塊）を有し、またその境界はぼけており、
明確な結晶粒が存在しているわけではなかつた。
第３図は本発明方法により形成されたSASの
電気伝導度の一例を示す。
電気伝導度の一例を示す。
照射光０（まつたくない場合）においては暗電
流であつて、暗伝導度も10-7〜10-9cm-1のオー
ダーであつた。またこの半導体に光照射を行う
と、100mW／cm2についてその光伝導度は１×
10-3〜１×100cm-1を有しており、同一条件下
での不純物の添加を行わないいわゆる真性の導電
型の多結晶の光伝導度の10-5〜１×10-7cm-1に
比べて103倍も有していた。即ち、従来公知の無
定形アモルフアス珪素半導体即ちASの１×10-4
〜１×10-6cm-1、また単結晶半導体の光伝導度
の１×10-2〜１×101（cm-1）と比較すると、本
発明方法で得られた半導体は多結晶半導体よりも
結晶化度が低いにもかかわらず、単結晶珪素半導
体に近い大きい値を有する素晴らしいものである
ことが判明した。
流であつて、暗伝導度も10-7〜10-9cm-1のオー
ダーであつた。またこの半導体に光照射を行う
と、100mW／cm2についてその光伝導度は１×
10-3〜１×100cm-1を有しており、同一条件下
での不純物の添加を行わないいわゆる真性の導電
型の多結晶の光伝導度の10-5〜１×10-7cm-1に
比べて103倍も有していた。即ち、従来公知の無
定形アモルフアス珪素半導体即ちASの１×10-4
〜１×10-6cm-1、また単結晶半導体の光伝導度
の１×10-2〜１×101（cm-1）と比較すると、本
発明方法で得られた半導体は多結晶半導体よりも
結晶化度が低いにもかかわらず、単結晶珪素半導
体に近い大きい値を有する素晴らしいものである
ことが判明した。
これは本発明方法が飛翔中に結晶化反応を起こ
させる半結晶質構造を有し、その中に不対結合手
がきわめて少ないと推定され、SAの１×1017〜
１×1019ケ／cm-3よりさらに1/10〜1/100になつ
ていた。また移動度もASの10-3〜10-5cm2Ｖ／sec.
とSCSの500〜1500cm2Ｖ／sec.の中間の1.0〜50cm2
Ｖ／secを有していた。
させる半結晶質構造を有し、その中に不対結合手
がきわめて少ないと推定され、SAの１×1017〜
１×1019ケ／cm-3よりさらに1/10〜1/100になつ
ていた。また移動度もASの10-3〜10-5cm2Ｖ／sec.
とSCSの500〜1500cm2Ｖ／sec.の中間の1.0〜50cm2
Ｖ／secを有していた。
光学的遷移はこの形成さた半導体が格子歪を有
しているため、直接遷移を主としており、光吸収
係数もASと同様に大きく、SCSとは逆に大いに
異なり、光電変換装置としては最適であることが
判明した。
しているため、直接遷移を主としており、光吸収
係数もASと同様に大きく、SCSとは逆に大いに
異なり、光電変換装置としては最適であることが
判明した。
加えてエネルギーバンド巾（Eg）は添加され
ている水素の濃度にも依存し、希釈ガスがHeに
おいては0.1〜10モル％であり、そのEgは1.5〜
1.8eVを有し、水素がキヤリアガスの場合の20〜
30モル％において、1.7〜1.9eVより低い値であつ
た。
ている水素の濃度にも依存し、希釈ガスがHeに
おいては0.1〜10モル％であり、そのEgは1.5〜
1.8eVを有し、水素がキヤリアガスの場合の20〜
30モル％において、1.7〜1.9eVより低い値であつ
た。
第４図はこのSASにＰ型不純物であるＢ、Ｎ
型不純物であるＰを添加したものである。４０，
４１が暗伝導度を示す。また破線４２，４３が
AM1（100mW／cm2）下の光応答の電気伝導度を
示している。
型不純物であるＰを添加したものである。４０，
４１が暗伝導度を示す。また破線４２，４３が
AM1（100mW／cm2）下の光応答の電気伝導度を
示している。
図面より明らかなごとく、本発明における半導
体は、この不純物添加量が（価の不純物／半導
体）即ちＢ／Si、（Ｖ価の不純物／半導体）即ち
Ｐ／Siが１×10-3以下出なければ光応答を示さな
い。加えていわゆるフエルミレベルがエネルギー
バンド巾の中央に位置するいわゆる真性領域は
Ｂ／Siにて10-3〜10-4の量添加して不純物をまつ
たく相殺（コンペイセイト）領域にあることが判
明した。
体は、この不純物添加量が（価の不純物／半導
体）即ちＢ／Si、（Ｖ価の不純物／半導体）即ち
Ｐ／Siが１×10-3以下出なければ光応答を示さな
い。加えていわゆるフエルミレベルがエネルギー
バンド巾の中央に位置するいわゆる真性領域は
Ｂ／Siにて10-3〜10-4の量添加して不純物をまつ
たく相殺（コンペイセイト）領域にあることが判
明した。
これらの領域４４が本発明の示す第３の半導体
であつて光伝導度が１×10-3cm-1以上を有する
光応答用の半導体であることが判明した。
であつて光伝導度が１×10-3cm-1以上を有する
光応答用の半導体であることが判明した。
本発明の実施例においては、価または価の
不純物としてＢ、Ｐを添加したが、価の不純物
としてはAl，Ga，Inを、また価の不純物とし
てはAs，Sb，Biを添加してもよい。
不純物としてＢ、Ｐを添加したが、価の不純物
としてはAl，Ga，Inを、また価の不純物とし
てはAs，Sb，Biを添加してもよい。
また本発明は物質の自由エネルギー的に示すよ
うな熱処理によつて単結晶または多結晶への遷移
をする。ASへの遷移は行われない。このため第
５図の縦軸は自由エネルギーを、また横軸は
CONFIG URATIONAL COODINATE（位相空
間座標）において右下がりであり、またAS５１、
SCS５３の中間の５２を占めているものもある。
うな熱処理によつて単結晶または多結晶への遷移
をする。ASへの遷移は行われない。このため第
５図の縦軸は自由エネルギーを、また横軸は
CONFIG URATIONAL COODINATE（位相空
間座標）において右下がりであり、またAS５１、
SCS５３の中間の５２を占めているものもある。
以上のことより明らかなごとく、本発明の光応
答特性を有する非単結晶半導体はこれまでまつた
く知られておらず、実験的な発見に基づくもの
で、その工業的な効果は光電変換装置への応用と
してきわめて優れたものであつた。
答特性を有する非単結晶半導体はこれまでまつた
く知られておらず、実験的な発見に基づくもの
で、その工業的な効果は光電変換装置への応用と
してきわめて優れたものであつた。
第１図は本発明の半導体を作製するための装置
の概要を示す。第２図は本発明の光応答特性を有
する領域を示す。第３図は光照射量と電気伝導度
の関係の一例を示す。第４図は真性または実質的
に真性の本発明の半導体の特性を示す。第５図は
本発明の半導体装置の自由エネルギー空間におけ
る関係を示す。
の概要を示す。第２図は本発明の光応答特性を有
する領域を示す。第３図は光照射量と電気伝導度
の関係の一例を示す。第４図は真性または実質的
に真性の本発明の半導体の特性を示す。第５図は
本発明の半導体装置の自由エネルギー空間におけ
る関係を示す。
Claims (1)
- １ 反応容器内に反応性気体及びキヤリアガスを
一方より導入し、他方に排出させて、容量給合方
式により電界を生ぜしめることにより、前記反応
容器内部に配置した被形成面上に被膜を形成する
方法において、キヤリアガスとしてHe，Ne若し
くはH2を、反応性気体としてシラン（SinHo ｍ
≧１ ｎ≧４）を、キヤリアガスに対するシラン
の濃度が0.0001〜0.1の関係となるように、かつ
被形成面に対して平行な流れとなるように反応容
器内部に導入するとともに、前記キヤリアガス及
び反応性気体の流れの方向と同一の方向に電界を
生じさせ、さらに前記被形成面を前記電界の強度
が最も小さい領域に配置することにより、水素元
素が添加された珪素を主成分とする半導体であつ
て、該半導体は秩序性をまつたく有さない無定形
アモルフアス半導体および結晶半導体の中間の半
非晶質性または半結晶性の構造を有することを特
徴とするプラズマ気相法による半導体被膜の作製
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55147303A JPS5771126A (en) | 1980-10-21 | 1980-10-21 | Semiamorhous semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55147303A JPS5771126A (en) | 1980-10-21 | 1980-10-21 | Semiamorhous semiconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5771126A JPS5771126A (en) | 1982-05-01 |
| JPH0253941B2 true JPH0253941B2 (ja) | 1990-11-20 |
Family
ID=15427141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55147303A Granted JPS5771126A (en) | 1980-10-21 | 1980-10-21 | Semiamorhous semiconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5771126A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009054997A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-03-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置の作製方法 |
| US7998801B2 (en) | 2008-04-25 | 2011-08-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of thin film transistor having altered semiconductor layer |
| US8008169B2 (en) | 2007-12-28 | 2011-08-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing photoelectric conversion device |
| US8053294B2 (en) | 2008-04-21 | 2011-11-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of thin film transistor by controlling generation of crystal nuclei of microcrystalline semiconductor film |
| US8119468B2 (en) | 2008-04-18 | 2012-02-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor and method for manufacturing the same |
| US8178398B2 (en) | 2007-07-27 | 2012-05-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of display device |
| US8198629B2 (en) | 2008-04-25 | 2012-06-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device and method for manufacturing the same |
| US8343858B2 (en) | 2010-03-02 | 2013-01-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing microcrystalline semiconductor film and method for manufacturing semiconductor device |
| US8525170B2 (en) | 2008-04-18 | 2013-09-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
| US9018109B2 (en) | 2009-03-10 | 2015-04-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor including silicon nitride layer and manufacturing method thereof |
| US9766526B2 (en) | 2007-07-06 | 2017-09-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8403005A (nl) * | 1984-10-02 | 1986-05-01 | Imec Interuniversitair Micro E | Werkwijze voor het vervaardigen van een bipolaire heterojunctietransistor en bipolaire heterojunctie-transistor vervaardigd volgens de werkwijze. |
| US8138032B2 (en) | 2008-04-18 | 2012-03-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing thin film transistor having microcrystalline semiconductor film |
| EP2291856A4 (en) | 2008-06-27 | 2015-09-23 | Semiconductor Energy Lab | THIN FILM TRANSISTOR |
| US8283667B2 (en) | 2008-09-05 | 2012-10-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor |
| JP5498762B2 (ja) | 2008-11-17 | 2014-05-21 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 薄膜トランジスタの作製方法 |
| CN103730515B (zh) | 2009-03-09 | 2016-08-17 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件 |
| JP5888802B2 (ja) | 2009-05-28 | 2016-03-22 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | トランジスタを有する装置 |
| TWI538218B (zh) | 2010-09-14 | 2016-06-11 | 半導體能源研究所股份有限公司 | 薄膜電晶體 |
| US8338240B2 (en) | 2010-10-01 | 2012-12-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing transistor |
-
1980
- 1980-10-21 JP JP55147303A patent/JPS5771126A/ja active Granted
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| APPL.PHYS.LETT=1980 * |
| J.NON-CRYST.SOLIED=1979 * |
| JAPAN.J.APPL.PHYS=1980 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10712625B2 (en) | 2007-07-06 | 2020-07-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US12066730B2 (en) | 2007-07-06 | 2024-08-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US10678107B2 (en) | 2007-07-06 | 2020-06-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US10338447B2 (en) | 2007-07-06 | 2019-07-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US11726378B2 (en) | 2007-07-06 | 2023-08-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US11194207B2 (en) | 2007-07-06 | 2021-12-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US9766526B2 (en) | 2007-07-06 | 2017-09-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
| US7736933B2 (en) | 2007-07-27 | 2010-06-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | Method for manufacturing photoelectric conversion device |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5771126A (en) | 1982-05-01 |
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