JPH05246794A - 半導体薄膜、この膜の形成方法及びこの膜の形成装置並びにこの膜を備えた半導体装置 - Google Patents

半導体薄膜、この膜の形成方法及びこの膜の形成装置並びにこの膜を備えた半導体装置

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JPH05246794A
JPH05246794A JP4046984A JP4698492A JPH05246794A JP H05246794 A JPH05246794 A JP H05246794A JP 4046984 A JP4046984 A JP 4046984A JP 4698492 A JP4698492 A JP 4698492A JP H05246794 A JPH05246794 A JP H05246794A
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久樹 樽井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、微結晶相を含む非晶質半導体を形
成する方法において、従来技術では制御ができなかっ
た、微結晶とアモルファスとを独立に制御し、粒径の大
きな微結晶相と特性の優れたアモルファス相を持つ薄膜
を大面積に形成しようとすることを目的とする。 【構成】 微結晶相を含む非晶質半導体薄膜をプラズマ
CVD法で形成する際に原料として、半導体元素を含む
ガスとその半導体の微粒子結晶を用いることを特徴とし
た半導体薄膜の形成方法である。この時、非晶質半導体
薄膜中に粒径50〜1000Åの微結晶相を体積比で5
〜80%含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質半導体薄膜、こ
の膜の形成方法及びこの膜の形成装置並びにこの膜を備
えた例えば、光起電力装置や薄膜トランジスタ−等の半
導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、微結晶相を含む非晶質半導体薄膜
を形成する方法として、低温で大面積の薄膜形成の可能
なプラズマCVD法が良く知られているが、粒径の大き
な微結晶相を含む薄膜を作成することは困難であった。
【0003】最新アモルファスSiハンドブック(サイ
エンスフォ−ラム 高橋 清、小長井 誠著)P153
に開示されているごとく微結晶の粒径は20〜200Å
と小さいものであった。
【0004】このため、微結晶相間のアモルファス領域
が小さすぎて、そのアモルファス領域に歪みが生じ、微
結晶相間の局在準位密度が大きくなっていた。
【0005】さらに、微結晶化するために、水素を多量
に導入したり、分解パワ−を上げたりする必要があるた
め、微結晶相間のアモルファスの特性は十分制御されて
はいなかった。
【0006】このためIR(赤外吸収)などにより観察
される水素の結合モ−ドは、半導体として最適なものよ
り過剰に含まれるということが起こっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、微結晶相を
含む非晶質半導体を形成する方法において、従来技術で
は制御ができなかった、微結晶相とアモルファス相とを
独立に制御し、粒径の大きな微結晶相と特性の優れたア
モルファス相を持つ薄膜を大面積に形成しようとするこ
とを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体薄膜の形
成方法は、プラズマCVD法において、原料として半導
体元素を含むガスとその半導体の微粒子結晶を用い、そ
の微粒子結晶を微結晶相として用い、上記ガスの分解に
より非晶質相の形成を行うことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によれば、従来の微結晶相を含む薄膜に
比べて、微結晶相間のアモルファス領域が大きくなり、
その結果、微結晶相間のアモルファス領域の歪みが生じ
にくく、水素の結合モ−ドも過剰に含まれることなく、
微結晶相自体の粒径も大きな薄膜が得られる。
【0010】
【実施例】図1に本発明による半導体薄膜の形成装置の
実施例を示す。
【0011】図1において、1は反応室、2は反応室1
中の中央上方に設置された電極、3は電極2と接続され
た高周波電源、4は反応室1中に微粒子を導入する微粒
子導入ポ−ト、5は半導体元素を含むガスを反応室中に
導入するべく電極2に付随した原料ガス導入ポ−ト、6
は反応室1の下方に設置され、反応室1を排気する真空
排気装置、7は電極2に対向設置されたヒ−タ−、8は
ヒ−タ−7上に設置された基板を表している。
【0012】ここで、本発明による半導体薄膜を作成す
る過程を説明する。
【0013】まず、反応室1中のヒ−タ−7上に基板8
を設置し、真空排気装置6により、反応室1中の圧力を
1Pa以下まで排気する。
【0014】その後、原料ガスであるシラン(Si
4)を原料ガス導入ポ−ト5から、Si微粒子を微粒
子導入ポ−ト4から、キャリアガスの水素とともに導入
する。
【0015】そして、真空排気装置4により、真空度を
100Pa程度に調整し、高周波電源3で高周波を起こ
し、その高周波を電極2より導入し、グロ−放電を誘起
する。詳細な反応条件を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】図2には本発明により形成された半導体薄
膜の断面概念図を示す。
【0018】図2において、21はa−Si:H、22
は微結晶Si、23は基板である。
【0019】従来のプラズマCVD法のみで形成された
微結晶相を含む薄膜に比べて、微粒子がプラズマ反応領
域中に独立して放出され、エピタキシャル成長すること
によって、微結晶の粒径が50〜1000Åと大きくな
っている(従来は20〜200Å)。
【0020】微結晶Si22の粒径が大きくなることに
より、微結晶Si22間のa−Si:H21の領域の厚
さも50〜500Åと大きくなり、微結晶Si22間の
a−Si:H21の領域の歪みが生じにくくなる。
【0021】このため、粒径が50〜1000Åである
微結晶相を体積比で5〜80%含んだ半導体薄膜が得ら
れる。
【0022】表2に本発明の膜と従来の膜との特性を比
較したものを示す。
【0023】
【表2】
【0024】表2より、明らかなように従来の膜より本
発明の膜のほうが良好な特性を示している。
【0025】図3に本発明の膜を備えた光起電力装置を
示す。
【0026】図3において、ガラス等の透明基板30上
に、ITO、SnO2等の透明電極膜31を積層する。
【0027】それから、透明電極膜31上に従来のプラ
ズマCVD法を用いて、成膜時にB 26を加えることに
よって、a−SiC:Hからなるp層32を積層する。
【0028】そして、p層32上に、a−Si:H中に
粒径50〜1000ÅのSi微結晶相を含んだ本発明の
膜からなるi層33を積層する。
【0029】その後、i層33上にPH3を加えること
によって、a−Si:Hからなるn層34を積層し、該
n層34上にAg、Al等の裏面金属電極膜35を積層
する上記光起電力装置を作成した時の詳細な反応条件を
表3に示す。
【0030】
【表3】
【0031】表4は、本発明の膜を備えた光起電力装置
の出力特性と従来の膜を備えた光起電力装置の出力特性
との比較を示している。
【0032】
【表4】
【0033】表4から明らかなように、本発明の膜を備
えた光起電力装置の出力特性のほうが従来の膜を備えた
光起電力装置よりも良好な結果を示す。
【0034】図4には本発明による半導体薄膜の形成装
置の他の実施例を示す。
【0035】図4において、41は反応室、42は反応
室41と連通した微粒子形成用室、43は反応室41と
微粒子形成用室42との間の連通孔、44は反応室41
中の中央上方に設けられた電極、45は電極44と接続
した高周波電源、46は電極44に付随した原料ガス導
入ポ−ト、47は微粒子形成用室中に設けられた固体S
iを蒸発するための蒸発用クヌ−ドセンセル、48は蒸
発用クヌ−ドセンセルと対向配置され、連通孔43の近
傍に設置された微粒子方向転換板、49は微粒子形成用
室42中に不活性ガスを導入し、蒸発したSiを反応室
41中に導入するように連通孔43と対向配置された不
活性ガス導入ポ−ト、50は反応室41と微粒子形成用
室42を排気する真空排気装置、51は蒸発用クヌ−ド
センセル47上に設置されたヒ−タ−フィラメント、5
2は電極44に対向配置されたヒ−タ−、53は基板を
表している。
【0036】不活性ガス導入ポ−ト49から、不活性ガ
スを導入し、蒸発用クヌ−ドセンセル47上のヒ−タ−
フィラメント51の温度を上げてやり、蒸発用クヌ−ド
センセル中の固体Siを蒸発しかつ、上記不活性ガスを
導入することによって、微粒子を形成し、微粒子方向転
換板48によって、微粒子を反応室41中に導入するそ
の後の動作は上記実施例と、略同様にする。
【0037】
【発明の効果】本発明により形成した微結晶相を含む非
晶質半導体薄膜において、従来の方法で形成した微結晶
相を含む非晶質半導体薄膜に比べ、粒径の大きな微結晶
相と特性の優れたアモルファス相を持つ薄膜が得られ、
微結晶相間の局在準位密度が小さく、キャリヤの移動度
も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による微結晶相を含む非晶質半導体薄膜
を形成するための装置の模式的断面図である。
【図2】本発明による半導体薄膜の概念断面図である。
【図3】本発明の膜を備えた一実施例の光起電力装置の
断面図である。
【図4】本発明による微結晶相を含む非晶質半導体薄膜
を形成するための他の装置の模式的断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/205 31/04 // H01L 29/784 9056−4M H01L 29/78 311 F

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 膜中に粒径が50〜1000Åである微
    結晶相を体積比で5〜80%含むことを特徴とした半導
    体薄膜。
  2. 【請求項2】 微結晶相を含む非晶質半導体薄膜をプラ
    ズマCVD法により形成する際に、原料として半導体元
    素を含むガスとその半導体の微粒子結晶を用いることを
    特徴とした半導体薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 上記原料としてシラン(SiH4)と粒
    径が50〜1000ÅであるSi微粒子結晶を用いるこ
    とを特徴とした請求項2記載の半導体薄膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 反応室と、該反応室中に設けられた電極
    と、該電極に電力を供給する高周波電源と、上記反応室
    にキャリアガスと混合した半導体微粒子結晶を導入する
    多数の開口を備えた微粒子導入ポ−トと、半導体元素を
    含むガスを上記反応室中に導入する原料ガス導入ポ−ト
    と、上記反応室を排気する真空排気装置を備えることを
    特徴とした半導体薄膜の形成装置。
  5. 【請求項5】 反応室と、該反応室と連通した微粒子形
    成用室と、上記反応室中に設けられた電極と、該電極に
    電力を供給する高周波電源と、半導体元素を含むガスを
    上記反応室中に導入する原料ガス導入ポ−トと、上記微
    粒子形成用室中に設けられ、内部に収納された固体半導
    体を蒸発させる蒸発源と、上記微粒子形成用室中に不活
    性ガスを導入し、上記蒸発源により蒸発された半導体を
    上記反応室中に導入するように上記連通孔と対面配置さ
    れた不活性ガス導入ポ−トと、上記反応室と微粒子形成
    用室を排気する真空排気装置とを備えることを特徴とし
    た半導体薄膜の形成装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の半導体薄膜を備えること
    を特徴とする半導体装置。
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