JPS589320A - シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents

シリコン薄膜の製造方法

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JPS589320A
JPS589320A JP56105703A JP10570381A JPS589320A JP S589320 A JPS589320 A JP S589320A JP 56105703 A JP56105703 A JP 56105703A JP 10570381 A JP10570381 A JP 10570381A JP S589320 A JPS589320 A JP S589320A
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Akihisa Matsuda
彰久 松田
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Toa Nenryo Kogyyo KK
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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】 本発明はダイオード、太陽電池、両像形成用光導電体又
は続NIL装置用光電変換素子等に適用することのでき
るシリコン薄膜の製造方法に関するものである。
従来、シリコン薄膜が所期□の目的な達成するために単
独で、又は一般(pin接合素子又はpniI会素子と
して使用されている。このようなpln又はpn接合素
子は4常グロー放電法によりプラズマ雰囲気下にて例え
ば不純物としてB(ホウ素)を添加したpl[シリコン
薄膜を形成し、次で該p型シリコン薄膜上に活性層であ
る添加しない1型シリコン薄膜及びP(リン)を添加し
たn型シリコン薄膜を、又は前記p型シリコン薄膜上に
直接前記nllシリコン薄膜を成長させる二つ又は三つ
の成膜工1mKよって作製されている。別法として最初
にn層膜を、次で111層及びp層膜を又は前記n層膜
上に直接p層膜を成膜する作製方法も又同じように行な
われた。しかしながら、このような成膜方法によって作
製された素子は、既成長の下層膜上に新しい上層を成膜
するlVc下層(既成長)膜の不純物がプラズマ雰囲気
下で放出され、上層のjiK混入するという欠点をもっ
ている。その結果、不純物を含まない基板上に成長させ
た膜に比べ不純物を含む膜上に成長させた膜は、光電気
伝導度及び陽電気伝導度の低下が生じる。このためKj
lに、太陽電池を目的とするpin接合半導体素子を製
造した場合、基板、p層膜、1層膜、n層膜の願に作製
された素子についていえば、1層膜中にp * 111
IIに添加した不純物が混入するために光電気体4度及
び陽電気伝導度が低下するとともに、良好な接合−が形
成されない。他方、基板、n層膜、五層展、p層膜の願
に作製された素子につい(いえば、1階膜中にn層膜に
添加した不純物が混入し、7エルミレベルの位置を移動
させるため、充分な開放電圧を得ることができない。こ
れらのことは結局、光のエネルギー変換効率が低下する
ことを意味し、太陽電池としての性能を低下ぜしめると
同様、憾の諸用途に使用した場合にも性能の低下をもた
らすものであった。
本発明者等は、不純物元素を添加したpm[シリコン薄
膜又はn1Mシリコン薄膜を弗素、塩素、臭素、沃素及
び水素の少なくとも同筒の元素のガスのプラズマ放電状
態下におくζ、piI又はn[シリコン薄膜はその表面
から5oooiまでの深さの不純物量が減少し、そして
* p II又はnllシリコン薄膜の不純物が除去さ
れたことによりできたダングリングボンドはプラズマ放
電ガスにより置換され、それによってプラズマ雰囲気下
におけるシリコン薄膜からのこれ以上の不純物を放出さ
せないための障壁層を形成するということを見出した。
巣に又、シリコン薄膜からの不純物の滅茶程度及び減少
深さは、真空容器のプラズマ放電時圧力及び時間、並び
にプラズマ放電時力密度を調整することによって種々に
変え得ることが分った。
本発@に係る製造方法を実施する際の上記重要なパラメ
ータの一つである放電時圧力itt、5x1 G−” 
Torr〜3 Torrに制御されるのが好ましい。
つまり、放電時圧力が1.5810−” Torr以下
であると真空容器内の流れが拡散流となりシリコン薄膜
基板より放出された不純物が再びシリコン薄膜基板へと
混入する可能性が大となるために、真空容器内の流れを
粘性流とするべく放電時圧力は1、5 X I Q−”
Torr以上であることが必要となる。
又1隈としての放電時圧力3Torrは、電極とアース
シールドとの放電を防止するためであり、主に、装置因
子によるものである。又放電電力書度は使川されるブラ
ズiガスの性質により変化するが、0.5〜50 W/
cJamが適蟲である。このような条件下における放電
時間は1秒〜5時間の間で種々に巌えることができる。
又、放電電力密度と放電時間との関係について言えば、
一般に放電電力密度は原始添加不純物元素の減少深さに
関与し、放電時間は原始添加不純物元素の減少量に@与
するということができる。
又、プラズマ状態にもたらされるプラズマ元素ガスの真
空容器内への流量はプラズマ状態を安定に保つようKl
定されることが必要であり、0.5〜11008CCに
て好結果が得られた。
本発明は以上の如き新しい緒知見に基いてなされたもの
である。即ち、本発明に係るシリコン薄膜の製造方法は
、弗素、塩素、臭素、沃素お□よび水素の少なくとも一
種の元素のガスのグプズi放電状態中Kpmシリコyi
**又はnl[シリコン薄膜をおき、p型又はnllシ
リコン薄膜の表面から5000スまでの任意の深さまで
の不純物量を減少さセかつ不純物が除かれたことkより
できたダンプリン2ボンドをプラズマ放電ガスにより置
換することを顕著な特徴とする。
従って、本発明に従って製造されたpm!又はn輌シリ
コン薄膜は、人工11において鉄薄膜の上K例えば1層
膜を成膜する場合のように低電力グッズ實放電に晒され
ても薄膜内の不純物を1層膜中へと再放出することはな
い。
即ち、従来の方法にて作製されたnfij又は9M薄膜
基板上に他の膜をプラズマ雰囲気下で成長させると、こ
の膜中に基板となった膜の不純物を1016原子/cm
”以上含むのに比べ本発明の製造方法で作製されたnl
l又はpW1薄膜を基板とした上に、他の膜を成長させ
た場合には、この膜中への基板となった膜の不純物の放
出量を101@原子/rs”以下に抑制することが可能
である。
従って、本発明の主たる目的は、任意のプラズマ雰囲気
下Kthされても、添加された不純物を外部へと放出し
ない(又は放出しても極めてわずかとされる)pm!又
はnllシリコン薄膜の製造方法を提供することである
本発明の他の目的は、良好な光電気伝導度及び暗電気伝
導度を有し且つ光エネλギ変換効率の向上した太陽電電
、−像形成用光導電体、l1IIIL装置用光電変換素
子又はダイオード等の作製に使用することのできるシリ
コン薄膜の製造方法を提供することである。
本発明に係る製造方法においてはシリコンの単結晶半導
体、及びシラン(81Ha )にドーパントガスを混合
したものを原料ガスとしプラズマ雰囲気下にて任意の基
板上に成膜された非晶質のシリコン半導体等のpif又
はnllシリコン薄膜を使用することができるが、更に
本出願人に係る特許出願(特願昭55−143010号
)K記載されるようなシリコン薄膜、即ち、シラy 8
 iH4またはハロゲン化シラン81H,〜、x4〜t
(X:ハロケン元11)のいずれか、またはその2種以
上の混合ガスを原料ガスとし、これにドーパントガスを
混合し、成膜適度を十分に制御し結晶、非晶質混合層を
生成する目的で、前記混合ガスを、へりりム、ネオン、
ア★ゴン等の希オスまたは水素尋で約l対lより大きい
割合で希釈するとと4k、約0.2 W/(J”以上の
プラズマ放電電力密度の電力を投入しながら成膜された
シリコン薄膜をも都合よく適用し得るものである。
次に、本発明に係るシリコン薄膜の製造方法を実施例k
jlて説明する。
実施例1 第1図において、混合容器lを含めた全装置系を油回転
ポンプ2および油拡散lンプ3を使って約10−a″”
I’orrの真空度にし、次でシランボンベ4および水
素ボンベ5、さらにドーパントガス(シボラン又は本ス
フィン)lンべ6または7よりガスを混合容器11C所
要の割合で導入し、混合する。
混合されたガスは流量計8を通して真空容器9中に一定
流量で導入される。メインパルプ10で操作して真空容
器9中の真空度を真空計11で監視しながら所要の圧力
に維持する。高周波発振@12で電極13および13’
関に高周波電圧を印加してグー−放電を発生させる。基
板15はヒーター14で加熱された基板上に載置され、
ヒーターで所要の温度に加熱されており、この基板15
上にドープされたシリコン薄膜が成膜される。
本実論例において、原料ガスは84H,s H,=1:
1の混合ガスを用いドーパントとしてシボラン(BII
H・)を8tH,V一対して2%(体積基準)混合した
ものであった。又水素グツズ!雰囲気下にて処理する前
のpliシリコン薄膜の成膜条件はプラズマ被電電力密
度0. I W/cI1m 、原料ガス流量158CC
M、基板温度300℃、成膜圧力S X 10−”7o
rrであった。
上記の如くにてレシリコン薄膜を成膜した後再び混合客
gs1を含めた全装置系をボンダ2および3を使って約
10−’ Torrの真空度まで真空にし、水素ボンベ
5より水嵩ガスを管路16を介して直**量計8に供給
し、次で真空容器9中に一定流量尋人する。メインパル
プ10を操作して真空客器9中の真空度を真空計11.
で監視しながらITorr  に調整する。次で、高周
波発振器12で電1ii13及び13/関に高周波電圧
13−56メjヘルツを印加して水素プラズマグー−放
電を発生させる。これkよ゛り表面から不純物が除去さ
れ、その結果生じたダングリングボンドが水素により置
換されたpHの非晶質シリコン薄膜が作製された。
水素プラズマ放電条件つまり放電時間を変えて4種のp
l[非晶質シリコン薄膜を作製した。結果は第11HC
示される。この表で、AIが水素グツズマ放電処鳳をし
ない従来の方法により製造したp瀧シリコン薄膜である
。12〜ム5が本発明により製造したpHシリコン薄膜
の実施例であり、水素Aス流量および水素プラズマ放電
時圧力を調整するととにより、装置内の流れを粘性流領
域にし、真空容器の駿及びシリコン薄膜より放出された
ゼ冒ンをシリコン薄膜中に?!混入しないような操作が
なされた。
第250は、本発明に従って作製されたシリコン薄膜の
電気伝導度を水素プラズマ処理時間の関数として示すも
のである。第2図から、本発明の製造法により、表面か
らシリコン薄膜中のボロン原子量が減少していることが
考察される。また、8IM8jl定により、本発明によ
るpm薄膜は、表mから10001の深さまでのダーツ
原子が51−に除去されていることが一μされた(籐3
図を参敗せよ)。
実施例2 ドーパントとしてホスフィン(Paa)を使用する以外
は実施例1と同様の方法に−Cngのシリコン薄膜を成
績し、次で実施例1と同様の方法にて皺nilシリコン
薄膜に水素プラズマ処理を論した。
8MM8測定により本実@によるnl[薄膜は表面から
5001の深さまで燐原子が完全kWk去されているこ
とが確認された。
以上の如くに本発明の製造方法によって製造されたpm
!又はn型のシリコン薄膜は従来の成膜工IIKよって
pnllの又はpin II #) 41合素子な製造
することができることが理解されるであろう。本発明に
より成膜されたpl[(又はnl[)ill上に頴にt
i1m!、n型(又はp If ) Hな成膜して作製
されたpin接合半導体素子は従来のpin級合半纏体
素子よりも良好なpi (又はni )接合を有し、同
様に本発明により成膜されたpH(又はn Ii! )
 1M上にn1M(又はp II )膜を成膜したpn
*合半合体導体素子来のpn接合半導体菖子よりも、良
好なpnm合を有する。又pH膜基板に本発明を適用し
、咳基板膜表函から不純物を充分に除去してpillシ
リコン薄膜とすることもでき、この場合にはp1膜上に
nm1iな成膜することによってpin接合牛尋体素子
を作ることもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るシリコン薄膜製造方法を実施する
装置を示す概略図である。 第2wJは本発明に係る製造方法により作製されたシリ
コン薄膜の電気伝導度をプラズマ放電時間の関数として
示すグラフである。 墓3図は本発明に係る製造方法により作製されたシリコ
ン薄膜のSIM8の測定結果を示すグラフである。 1:混合容器 4.5.6,7:ガスがンペ 9二真空容器 13.13’:電極 15:基板

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)pal父はn1ilシリコン薄膜を弗素、塩素、臭
    素、沃素及び水素の群から選択された少なくとも一種の
    元素のプラズマ雰囲気下に置き、それKよって前記シリ
    コン薄膜の表面から所定の深さにわたって不純物元素の
    量を減少させ且つプラズマ元素が咳不純物元素と置換す
    るようにしたことを特徴とするシリコン薄膜の製造方法
    。 2)弗素、塩素、臭素、沃素又は水嵩ガスのプラズマ放
    電時圧力を調整し、容器内の流れを粘性流領域とするこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の製造方法。 3)弗素、塩素、臭素、沃素又は水嵩ガスのプラズマ被
    電時圧力は1.5 X 10−”〜3 Torrである
    ことを特徴とする特許−求の範囲第2項記載の製造方法
    。 4)電力密度を0.5〜s o w7amsの範囲で変
    えることによって不純物減少深さを調整することを特徴
    とする特許請求の範囲第3項記載の製造方法。 5)不純物量はシリコン薄膜の表面から最大5.000
    λの深さにわたって減少することを特徴とする特許請求
    の範囲第4項記載の製造方法。 6)シリコン薄膜は単結晶のシリコン半導体である特許
    請求の範8第1項記載の製造方法。 7)シリコン薄膜は非晶質のシリコン半導体である特許
    請求の範8第1項記載の製造方法。 8)シリコン薄膜は非晶質層中に微結晶粒が混在してい
    るシリコン半導体である特許請求の範Ii!1ts1項
    記載の製造方法。 9)pal又はnilシリコン薄膜をフッ素、塩素、臭
    素、沃素及び水素の群から選択された少なくとも一種の
    元素のプラズマ雰囲気下に置き、それKよって前記シリ
    コン薄膜の表面から所定の縁さKわたって不純物元素の
    量を減少させ且つプラズマ元素が咳不純物元素と置換す
    るよ5にし、次で該薄膜上K n M又はPi1シリコ
    ン薄膜を成膜すること41−特徴とするシリコン薄膜の
    製造方法。 1u)pH又はnalシリコン#膜をフッ素、塩素、臭
    素、沃素及び水素の群から選択された少なくとも一穂の
    元素のグツズ!11!−気下に置き、それによって−記
    シリコン薄膜の表面から所定の深さにわたって不純物元
    素の量を減少させ且つプラズマ元素が該不純物元素と置
    換するようにし、次で皺薄膜上Ki型シリコン薄l1l
    I!爽にnll又はp櫃シリコン薄膜な成膜することを
    特徴とするシリコン薄膜の製造方法。
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DE8282303526T DE3276280D1 (en) 1981-07-08 1982-07-05 Method of producing thin films of silicon
EP82303526A EP0069580B1 (en) 1981-07-08 1982-07-05 Method of producing thin films of silicon
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