JPH09199426A - 微結晶シリコン系半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

微結晶シリコン系半導体薄膜の製造方法

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JPH09199426A
JPH09199426A JP8006378A JP637896A JPH09199426A JP H09199426 A JPH09199426 A JP H09199426A JP 8006378 A JP8006378 A JP 8006378A JP 637896 A JP637896 A JP 637896A JP H09199426 A JPH09199426 A JP H09199426A
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JP
Japan
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thin film
microcrystalline silicon
semiconductor thin
substrate
silicon semiconductor
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JP8006378A
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English (en)
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Hisao Haku
久雄 白玖
Makoto Nakagawa
誠 中川
Katsutoshi Takeda
勝利 武田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、200オングストローム以下の
薄膜においても、所望の微結晶半導体特性が得られる微
結晶シリコン系半導体薄膜の製造方法を提供することを
目的とする。 【解決手段】 真空チャンバ1内にて、対向配置された
電極間2、3にグロー放電を生起させ、シリコンを主成
分とする材料ガスを分解して、基板4上に微結晶シリコ
ン系半導体薄膜を堆積させる際に、両電極間2、3に印
加する高周波電力8をパルス的にオン・オフすると共
に、基板4にピエゾ振動板9により超音波振動を加え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池等の半
導体デバイスに適用するための微結晶シリコン系半導体
薄膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽電池等の半導体デバイスに適
用する微結晶シリコン系半導体薄膜の製造方法において
は、真空チャンバ内に、アノード側の基板とカソード側
の電極とを対向させて配置し、上記真空チャンバ内に、
シラン(SiH4)等の反応ガスを導入する一方、真空
チャンバ内の排気を行う排気系を設けて、チャンバ内の
圧力を所望の値に保つようにしている。そのような状態
において、上記両電極間に高周波電圧を印加し、グロー
放電を発生させ、反応ガスを分解させる。そして、分解
された反応ガスのラジカルが基板の表面に付着し、さら
に堆積して、シリコン薄膜に成長する。
【0003】通常、得られる薄膜は非晶質であるが、反
応ガスとしてSiH4に大量の水素(H2)ガスを加える
ことにより、微結晶シリコンが得られる。この理由とし
ては、基板表面のダングリングボンドが水素でターミ
ネイトされ、その結果ラジカルの表面反応が促進され、
微結晶化されやすくなる、気相中のシリコン(Si)
系ラジカルの割合が水素希釈により低減され、堆積レー
トが下がり、微結晶化のための緩和時間(微結晶化が進
まないうちに次のラジカルがやってこない)が長くとれ
る、水素希釈により、気相中のSi系重合ラジカル
(基板表面で動きにくい)が減る、結合の弱い非晶質
部分を、水素によりスパッタリングできることなどが考
えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような高水素希釈
法による微結晶シリコン系半導体膜の形成方法について
は、ある程度の膜厚を堆積しなければ、低抵抗、低光吸
収といった本来の微結晶半導体膜の特性を示さなかっ
た。特に、積層型非晶質太陽電池の逆接合層に用いる2
00オングストローム以下の薄膜においては、所望の膜
特性が得られていないのが現状である。
【0005】この発明は、上述した従来の問題点に鑑み
なされたものにして、200オングストローム以下の薄
膜においても、所望の微結晶半導体特性が得られる微結
晶シリコン系半導体薄膜の製造方法を提供することをそ
の目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の微結晶シリコ
ン系半導体薄膜の製造方法は、シリコンを主成分とする
材料ガスに高周波電力を印加し、材料ガスを分解して基
板上に微結晶シリコン系半導体薄膜を堆積させる際に、
高周波電力をパルス的にオン・オフすると共に、基板に
超音波振動を加えることを特徴とする。
【0007】この発明は上記方法を用いることにより、
超音波振動によりラジカルの基板反応がさらに促進され
ると共に、高周波電力をパルス的に印加することによ
り、気相中のSi系重合ラジカルの割合をさらに低減で
きるのに加え、微結晶のための緩和時間がより長くとれ
る。このため、200オングストローム以下の薄膜にお
いても、所望の微結晶半導体膜特性が得られる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き説明する。図1は、この発明による微結晶シリコン系
半導体薄膜を形成する装置の概略構成図である。図1に
示すように、真空チャンバ1内に、上部放電電極2とヒ
ータを内蔵した下部放電電極3が設けられ、下部放電電
極3上にガラス等の基板4が載置される。また、真空チ
ャンバ1は図示していない真空ポンプなどの排気システ
ム5にて、減圧状態にされる。
【0009】材料ガスは、SiH4ボンベ6a並びにH2
ボンベ6b、加えて特定の導電型を得る場合にはドーピ
ングガスボンベ6cを用い、マスフローコントローラ7
a〜7cで流量を制御された後、真空チャンバ1内に導
入される。
【0010】さて、この発明では、グロー放電を生起さ
せるため、上部電極2と下部電極3間に、13.56M
Hzの高周波電力(RFパワー)をある特定の周期でオ
ン・オフ(ON/OFF)できる機能を有する電源8よ
り、高周波電力が印加される。そして、下部電極3には
基板寸法より一回り以上大きい領域に、ある特定の振動
周期で超音波振動を発生できるピエゾ振動板9が設置さ
れ、正弦波電源10よりこのピエゾ振動板9に電力を印
可し、駆動させ、基板4に超音波振動が加えられる。
【0011】微結晶シリコン系半導体薄膜の基本的な形
成条件としては、従来法と同じく高水素希釈条件を用い
た。具体的には、反応時の圧力10Pa、基板温度20
0℃、高周波電力80W(連続印加時)、SiH4流量
2cc/m、H2流量100cc/mとした。
【0012】図2に、高周波(RF)パワーのON/O
FF周波数並びに、基板に印加する超音波振動の周波数
をパラメータとし、膜厚が約200オングストロームの
微結晶シリコン半導体薄膜を形成後、透過型電子顕微鏡
(TEM)にて、結晶粒の観測を行った結果を示す。R
Fパワー連続オン、超音波振動の印加なしの状態が、従
来条件に相当する。そして、結晶粒(大きさは200〜
2000オングストローム)が観測された場合を
「有」、観測されなかった場合を「無」で標記してい
る。
【0013】この場合、従来の条件では全く微結晶シリ
コン半導体薄膜が形成されていないが、ON/OFF周
波数が1KHzでは超音波振動周波数として100KH
z〜10MHzの範囲で、超音波振動周波数が1MHz
ではON/OFF周波数として100Hz〜10KHz
の範囲で、非晶質シリコン中に粒径が2000オングス
トローム以下の結晶シリコンが混在した微結晶シリコン
半導体薄膜が形成されることが確認できた。
【0014】さらに、膜厚が約100オングストローム
の微結晶シリコン半導体薄膜を形成し、同様の観測を行
った結果を、図3に示す。この場合、ON/OFF周波
数が1KHz、超音波振動周波数として1MHz時の
み、微結晶シリコン半導体薄膜が観測された。
【0015】これらの結果は、この発明の優位性を示す
ものであり、特定の領域で薄膜下でも微結晶シリコン半
導体薄膜が形成できた要因としては、以下の3点が考え
られる。 (1)ON/OFFを1KHz周期で行うことで、気相
中の重合ラジカルが減らせた(ラジカルの重合化はミリ
セカンドオーダーで進むと考えられる)。 (2)OFF時、次のラジカルが発生しないので、表面
反応のための緩和時間が多くとれる。 (3)超音波振動周波数として1MHzで行うことで、
基板表面反応が大きく促進された(ラジカルの表面反応
時間はマイクロセカンドオーダーと見積もられており、
何らかの相関があると考えられる)。
【0016】この発明の効果を、実際のデバイスで評価
するため、積層型非晶質シリコン太陽電池を作成した。
構造としては、透明電極を有するガラス基板上に、順次
p型/i型/n型/p型/i型/n型層を積層した後、
裏面金属電極をつけた、いわゆるタンデムセルとした。
ここで、微結晶シリコン層は基板に近い側のn型層に用
いた。
【0017】図3で微結晶シリコン半導体薄膜が観測さ
れた条件に、0.5%PH3ガスを添加し、上記n型微
結晶シリコン半導体層を100オングストローム形成し
たタンデムセルと、比較のため従来条件に、0.5%P
3ガスを添加し、上記n型非晶質シリコン層を100
オングストローム形成し、他の層は前記タンデムセルと
全て同じ条件としたタンデムセルとを作成し、両者の光
照射下での電圧−電流特性を測定した結果を図4に示
す。
【0018】実線で示したこの発明によるタンデムセル
特性に対し、破線で示した従来条件によるタンデムセル
は、明らかにnp逆接合部分における整流特性が現れ、
特性不良を起こしていることがわかる。これは、従来条
件では、逆接合部のn層が100オングストロームでは
微結晶化されておらず、p層との間でオーミック特性が
取れなかったことによる。
【0019】さらに比較のため、従来の条件下におい
て、同n層を300オングストロームと厚く作成し、微
結晶シリコン層として機能させ、他層も膜厚を最適化し
た場合と、この発明によるタンデムセルとの比較特性を
行った結果を表1に示す。
【0020】
【表1】 (セル面積:1cm角、照射光:AM−1.5、100mW/cm2
【0021】この場合においても、この発明では、各パ
ラメータが改善され、効率として4%の向上が見られ
た。この理由としては、この発明においては、n型微結
晶シリコン層を100オングストロームと薄くできるた
め光の吸収損失が少ないこと並びに微結晶半導体特性で
ある低抵抗化がより図れており電気的損失も少ないこと
による。
【0022】上記した実施の形態においては、微結晶シ
リコン半導体薄膜について説明したが、シリコンを主材
料としたアロイ、例えば、SiC、SiGeなどの微結
晶シリコン系半導体薄膜にもこの発明を適用することが
できる。
【0023】また、材料ガスについても、SiH4に限
らず、Si26、Si38等の他のシリコンを主成分と
する材料ガスを用いることができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による方
法を用いることにより、200オングストローム以下の
薄膜においても、所望の微結晶半導体特性が得られる。
【0025】また、この発明法による微結晶シリコン系
半導体薄膜を積層型非晶質シリコン太陽電池の逆接合層
に適用することで、効率として4%の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による微結晶半導体薄膜の形成装置の
概略構成図である
【図2】微結晶シリコン半導体薄膜の形成結果を示す図
である。
【図3】微結晶シリコン半導体薄膜の形成結果を示す図
である。
【図4】この発明方法による太陽電池と従来方法による
積層型非晶質太陽電池の特性を示す図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ 4 基板 8 高周波電源 9 振動板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンを主成分とする材料ガスに高周
    波電力を印加し、この材料ガスを分解して基板上に微結
    晶シリコン系半導体膜を堆積させる際に、前記高周波電
    力をパルス的にオン・オフすると共に、基板に超音波振
    動を加えることを特徴とする微結晶シリコン系半導体薄
    膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記オン・オフ周期は、100Hzから
    10KHzとし、超音波振動周波数は、100KHzか
    ら10MHzとすることを特徴とする請求項1に記載の
    微結晶シリコン系半導体薄膜の製造方法。
JP8006378A 1996-01-18 1996-01-18 微結晶シリコン系半導体薄膜の製造方法 Pending JPH09199426A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1087034A1 (de) * 1999-09-22 2001-03-28 GfE Metalle und Materialien GmbH Plasmabeschichtungsverfahren und dreidimensionales Kunststoffsubstrat mit einer Beschichtung
EP0949685A3 (en) * 1998-03-16 2007-06-13 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor element and its manufacturing method
US9945032B2 (en) 2013-01-11 2018-04-17 The Aerospace Corporation Systems and methods for enhancing mobility of atomic or molecular species on a substrate at reduced bulk temperature using acoustic waves, and structures formed using same
US10160061B2 (en) 2016-08-15 2018-12-25 The Aerospace Corporation Systems and methods for modifying acoustic waves based on selective heating
US10173262B2 (en) 2016-02-04 2019-01-08 The Aerospace Corporation Systems and methods for monitoring temperature using acoustic waves during processing of a material

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