JPH071752B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH071752B2
JPH071752B2 JP60091736A JP9173685A JPH071752B2 JP H071752 B2 JPH071752 B2 JP H071752B2 JP 60091736 A JP60091736 A JP 60091736A JP 9173685 A JP9173685 A JP 9173685A JP H071752 B2 JPH071752 B2 JP H071752B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
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    • HELECTRICITY
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    • H10P14/24Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using chemical vapour deposition [CVD]

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法に関する。
[従来の技術] 非晶質半導体層を含む太陽電池などの半導体装置の材料
として、a-Si:H、a-SiC:H、a-SiGe:H、a-SiN:H、a-Si:
F:H、a-Ge:Hなどや、これらの微結晶半導体などが用い
られている。これらの成膜はRFまたはDCのプラズマCVD
装置を用いて行なうのが通常である。
従来法では、この種の装置を用いて220℃前後以上の成
膜温度ですべての非晶質半導体層を堆積させている。
[発明が解決しようとする問題点] 透明導電膜上にこのような方法で半導体層を成膜する
と、プラズマ中の電子や、半導体形成ガスの分解生成物
であるイオンやラジカルなどが基板面に直接衝突するた
め、ITO、In2O3、ITO/SnO2、Cdx Sn Oy(X=0.5〜2、
Y=2〜4)、Irz O1-z(z=0.33〜0.5)などから形
成された透明導電膜が、一部または全体にわたって還元
され金属化する。この現象は第1不純物ドープ層堆積後
の真性層の堆積プロセスにおいても、成膜温度が220℃
前後あるいはこれ以上のばあいには第1不純物ドープ層
のすき間(第1ドープ層はうすいのが一般的で島状に形
成されやすく島間にすきまがある)を通して、電子やイ
オンやラジカルなどが基板面に衝突するため生ずる。
このようにして生成した金属は、堆積された第1不純物
ドープ層のみならず真性層にまで拡散して、一種のドー
パントとして作用したり、真性層で発生した電子やホー
ルを打消してしまう再結合中心になったりするため、半
導体/透明導電膜の界面や第1不純物ドープ層/真性層
の界面が著しく劣化する。
この拡散は、第1不純物ドープ層の堆積中のみならず真
性層堆積中にも進行するが、真性層堆積中にはさらに第
1不純物ドープ層のドーパント原子の拡散も進行する。
さらに前記金属化が生じると、透明導電膜そのものの導
電性や透明性も低下するため、半導体装置の特性、とく
に光電変換特性が大幅に低下する。
本発明は前記のごとき透明導電膜上に非晶質半導体を堆
積する際におこる透明導電膜の変質により生ずる問題を
少なくしようとするものであり、さらに第1不純物ドー
プ層と真性層との間の内蔵電界を強めることにより前記
再結合中心の影響を低減せんとするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、透明導電膜上に非晶質半導体を第1不純物ド
ープ層(以下、第1ドープ層という)、真性層、第1ド
ープ層と反対の導電タイプの第2不純物ドープ層(以
下、第2ドープ層という)の順に堆積する際に、真性層
の一部として堆積せしめられる第1ドープ層に接する部
分から80Åの厚さの部分までの半導体層の堆積時の最高
成膜温度が、そののち成膜される真性層の最高成膜温度
より20〜250℃低い10〜180℃で成膜されることを特徴と
する半導体装置の製造方法に関する。
[実施例] 本発明に用いる透明導電膜とは、半導体装置の製造に一
般に使用される厚さ0.01〜1.0μm程度の透明導電膜の
ことであり、このような透明導電膜である限り、とくに
限定はない。
該透明導電膜の具体例としては、ITO、ITO/SnO2、In
2O3、SnO2、Cdx Sn Oy(X=0.5〜2、Y=2〜4)、I
rz O1-z(z=0.33〜0.5)、CdOなどがあげられるが、
これらに限定されるものではない。
これらの導電膜はいずれも、水素原子を含んだような還
元性のプラズマにより還元されやすく、とくに温度が高
くなると一般的な化学反応のばあいと同様、その還元が
顕著におこる。
本発明において透明導電膜上に堆積される第1ドープ層
としては、たとえばa-Si:H、a-SiC:H、a-Ge:H、a-Si:F:
H、μc-Si:Hなどのp型あるいはn型のものが一般に用
いられるが、これらに限定されるものではない。
第1ドープ層が堆積されたのちに形成される真性層およ
び第2ドープ層は、通常用いられる真性層および第1ド
ープ層と反対の導電タイプの第2ドープ層であれば、と
くに限定されるものではない。
このような真性層の具体例としては、a-Si:H、a-Si:F、
a-Si:F:H、a-SiGe:H、a-SiSn:H、a-SiN:Hなどのドープ
していないもの、あるいはBやPなどを微少量ドープし
たものなど、第2ドープ層の具体例としては、第1ドー
プ層がp型のばあいにはn型のμc-Si:H、a-SiC:H、a-S
i:H、a-SiN:Hなど、第1ドープ層がn型のばあいにはp
型のa-Si:H、μc-Si:H、a-SiC:Hなどがあげられる。
本発明においては真性層の一部として堆積せしめられる
第1ドープ層に接する部分から80Åの厚さの部分までの
半導体層の堆積時の最高成膜温度が、そののち成膜され
る真性層の最高成膜温度より20〜250℃低い10〜180℃の
温度で成膜される。
本明細書にいう最高成膜温度とは、真性層の一部として
堆積せしめられる第1ドープ層に接する部分から80Åの
厚さの部分までの半導体層の部分においては、該部分の
半導体層を堆積する間での最も高い半導体層が堆積され
る表面の温度をいい、そののち成膜される真性層の部分
においては、該部分の成膜時の最も高い半導体層が堆積
される表面の温度をいう。
通常、透明導電膜の還元は第1ドープ層を形成するばあ
いに、とくに成膜温度が220℃程度あるいはこれ以上の
高温のばあいに顕著に生ずるが、第1ドープ層の厚さは
80〜300Å程度と薄いのが一般的であり、ばあいによっ
ては該層が島状に形成され島間にすきまが生じるため、
前記のごとき条件で真性層を形成する際にも、第1ドー
プ層を介して水素原子を含んだ還元性のプラズマにより
還元される。真性層堆積中には、さらに第1ドープ層の
ドーパント原子の拡散も進行する。
しかし、真性層の一部として堆積せしめられる第1ドー
プ層に接する部分から80Åの厚さの部分まで、要すれば
80〜2000Åの厚さの部分までの半導体層の堆積時の最高
成膜温度が、そののち成膜される真性層の最高成膜温度
より20〜250℃低い温度、好ましくは10〜180℃の最高成
膜温度で成膜されると、成膜温度が低いため透明導電膜
が水素原子を含んだ還元性のプラズマと接触しても還元
されにくくなるとともに、第1ドープ層堆積時に還元し
て発生した金属や第1ドープ層中のドーパントの拡散も
防げる。したがって、生成する金属の量も少なくなると
ともに拡散も減少し、該金属による半導体層の汚染から
生ずる再結合中心の発生、ドーピング効率の低下などの
半導体特性の低下が著しい改善される。
さらに第1ドープ層の最高成膜温度が10〜180℃で、第
1ドープ層に接する部分から80Åの厚さの部分まで、要
すれば80〜2000Åの厚さの部分までの半導体層の堆積時
の最高成膜温度と同じか、それより低くすることによ
り、上記透明導電膜が還元されにくくなるという効果が
より顕著にえられる。また、このような方法で成膜する
と、第1ドープ層、第1ドープ層に接する部分から80Å
の厚さの部分まで、要すれば80〜2000Åの厚さの部分ま
での半導体層、そののち成膜される真性層の部分を低い
成膜温度から高い成膜温度へ階段的に成膜温度を上げて
成膜することができるので、内部応力の小さいp層、内
部応力の大きい真性層の間が円滑につながり、酸化物透
明導電膜/第1ドープ層/第1ドープ層に接する部分か
ら80Åの厚さの部分まで、要すれば80〜2000Åの厚さの
部分までの半導体層/そののち成膜される真性層の各界
面における力学的なストレスに起因するダングリングボ
ンドなどの欠陥の発生を減少させることができる。さら
には、第1ドープ層/第1ドープ層に接する部分から80
Åの厚さの部分まで、要すれば80〜2000Åの厚さの部分
までの半導体層/そののち成膜される半導体層の各層の
禁止帯幅が、広いものから狭いものへスムーズに変化す
るため、該界面の内部電界を従来の第1ドープ層/真性
層の界面に比べて均一に大きくすることができる。また
該第1ドープ層をa-SiC:Hなどの禁止帯幅の広い材料に
することにより、内部電界をさらに大きくすることがで
きる。さらに第1ドープ層がμc-Si:H層のばあいには、
μc:Si:Hと真性との間の界面の円滑なものがえられると
いう効果がえられる。
前記第1ドープ層に接する部分から80Åの厚さの部分ま
で、要すれば80〜2000Åの厚さの部分までの半導体層
(低い最高成膜温度で成膜される真性層)を成膜するば
あいのプラズマ条件は、たとえば圧力を0.2〜2.5Torrの
範囲で、グロー放電を維持可能な最大またはその近傍の
圧力にすることが好ましく、RFパワーはグロー放電を維
持可能な範囲(5〜20mW/cm2)で最小になるようにする
のが好ましく、このようにすることにより、そののち成
膜される真性層の最高成膜温度より20〜250℃低い10〜1
80℃の最高成膜温度でも光導電率のσphを10-5(Ωcm)
-1以上にすることができ、光学的禁止帯幅Eoptを1.8eV
程度にすることができる。また、透明導電膜に対するプ
ラズマの影響も小さくできる。
しかしながら、この低い最高成膜温度で成膜した真性層
の電気的特性は、高い最高成膜温度で作製される真性層
の特性に較べて劣るばあいもあるので、真性層全体を低
い最高成膜温度で作製するのは好ましくなく、実用上は
通常の真性層を作る際にプラズマの影響を少なくでき、
透明導電膜の変質および第1ドープ層中のドーパントの
拡散を防ぐことができる厚さだけ、低い最高成膜温度で
真性層を堆積させればよい。すなわち、低い最高成膜温
度の真性層の成膜条件によって第1ドープ層に接する部
分から80Åの厚さの部分まで、要すれば80〜2000Åの厚
さの部分まで、真性層の一部を堆積させることで本発明
の効果がえられる。
もちろん低い最高成膜温度で堆積する真性層の厚さが、
たとえば500Å、1000Åさらには2000Åと大きくなると
透明導電膜の還元あるいは金属の拡散を防止するという
効果は大きくなるが、上記のような理由であまり大きい
値は好ましくない。低い最高成膜温度で堆積する真性層
の好ましい厚さは150〜400Åであり、最も好ましい厚さ
は200〜300Åである。
低い最高成膜温度で成膜される真性層の成膜温度は一定
である必要はなく、徐々に変化させてもよい。要はその
のち成膜される半導体層の最高成膜温度より少なくとも
第1ドープ層に接する部分から80Åの厚さの部分まで、
要すれば80〜2000Åの厚さの部分までの成膜が20〜250
℃、好ましくは50〜200℃低い最高成膜温度で行なわれ
ればよいのである。
なお低い最高成膜温度で成膜される真性層の堆積時にお
ける透明導電膜へのプラズマの影響をさけるには、最高
成膜温度10〜180℃で堆積するのが好ましい。
本発明の方法を実施するための装置としては、通常の容
量結合型RF平行平板型CVD装置、誘導結合型RFCVD装置、
DC平行平板型CVD装置などがあげられるが、これらに限
定されるものではない。とくに平行平板型CVD装置にお
いて顕著な効果がみられる。
つぎに本発明の方法を実施例に基づき説明する。
実施例1および比較例1 ガラス板上に、スプレー法にて厚さ4000ÅのSnO2電極を
形成し、これを基板として用いた。
該基板上に、基板温度30℃、CVD圧力1.5Torr、SiH4/CH
4の流量比が2/3、SiH4+CH4の合計流量に対してB2H6
正味流量が1%になるようにして、RFパワー密度10mW/c
m2でp型a-SiC:H層を100Å堆積させたのち、成膜温度10
0℃(一定)、CVD圧力1TorrでSiH4ガスを用いてRFパワ
ー密度10mW/cm2でi型a-Si:H層(低い最高成膜温度で成
膜した真性層)を200Å堆積させた。ついで成膜温度190
℃(一定)、CVD圧力1.0TorrでSiH4ガスを用い、10mW/c
m2でi型a-Si:H層を6000Å堆積させた。さらに成膜温度
180℃(一定)、CVD圧力2TorrでSiH4に対しPH3が1流量
%、H2が30流量倍になるように導入し、RFパワー密度70
mW/cm2でn型μc-Si:H層を300Å堆積させ、電極としてA
lを真空蒸着法により1000Å堆積させて、1cm2の面積を
有する太陽電池を作製した。
えられた太陽電池の特性をAM-1、100mW/cm2のソーラー
シュミレーターを用いて測定すると、JSC15.2mA、VOC0.
9V、FF 61.0%、η 8.4%であった。またえられた太陽
電池の電流電圧特性を測定した結果を第1図に示す。
また比較用試料として、成膜温度100℃(一定)で成膜
したi型a-Si:H層を堆積しない以外は実施例1と同様に
して太陽電池を作製し、太陽電池の特性を測定すると、
JSC15.0mA、VOC0.78V、FF 59.5%、η 6.96%であっ
た。またえられた太陽電池の電流電圧特性を測定した結
果を第1図に示す。
なお成膜温度の測定は、半導体層が堆積される基板表面
にプラズマ電解の影響を受けないことを確認した極細の
クロメル・アロメル熱電対をとりつけて行なった。
[発明の効果] 本発明の方法により半導体装置を製造すると、VOC、F
F、ηが著しく改善された半導体装置がえられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法および従来法により製造された半
導体装置(太陽電池)の電流電圧特性を示すグラフであ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明導電膜上に非晶質半導体を第1不純物
    ドープ層、真性層、第1不純物ドープ層と反対の導電タ
    イプの第2不純物ドープ層の順に堆積する際に、真性層
    の一部として堆積せしめられる第1不純物ドープ層に接
    する部分から80Åの厚さの部分までの半導体層の堆積時
    の最高成膜温度が、そののち成膜される真性層の最高成
    膜温度より20〜250℃低い10〜180℃で成膜されることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】第1不純物ドープ層の最高成膜温度が10〜
    180℃で、前記第1不純物ドープ層に接する部分から80
    Åの厚さまでの真性層の最高成膜温度と同等以下である
    特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
  3. 【請求項3】第1不純物ドープ層がa-SiC:H層またはμc
    -Si:H層である特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
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