JPS5988821A - 非晶質シリコン半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
非晶質シリコン半導体薄膜の製造方法Info
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- JPS5988821A JPS5988821A JP57200044A JP20004482A JPS5988821A JP S5988821 A JPS5988821 A JP S5988821A JP 57200044 A JP57200044 A JP 57200044A JP 20004482 A JP20004482 A JP 20004482A JP S5988821 A JPS5988821 A JP S5988821A
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- 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
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
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- 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
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- C23C16/24—Deposition of silicon only
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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。
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、プラズマ雰囲気下で非晶質シリコン半導体薄
膜を製造する方法に関する。更に詳しくは、本発明は、
プラズマ雰囲気下において、基板に到達するイオンのエ
ネルキーを制御することにより、高性能の非晶質シリコ
ン半導体薄膜を製造する方法に関する。
膜を製造する方法に関する。更に詳しくは、本発明は、
プラズマ雰囲気下において、基板に到達するイオンのエ
ネルキーを制御することにより、高性能の非晶質シリコ
ン半導体薄膜を製造する方法に関する。
シラン（ＳｉＨ２）のプラズマ分解法で得られるアモル
ファスシリコンは、１９７６年Ｗ、 Ｅ。
ファスシリコンは、１９７６年Ｗ、 Ｅ。
５ｐｅａｒ等により、ｐ １１３やＢ ２ Ｈ６でドー
プする串によりその電気伝導度を大きく変える事が発見
され、又、同年り、Ｅ、Ｃａｒｌｓｏｎ等によってアモ
ルファスシリコンを用いた太陽電池が試作されて以来注
目されている。
プする串によりその電気伝導度を大きく変える事が発見
され、又、同年り、Ｅ、Ｃａｒｌｓｏｎ等によってアモ
ルファスシリコンを用いた太陽電池が試作されて以来注
目されている。
一般にアモルファスシリコンは、光学的吸収係数が単結
晶よりも１桁以上大きい上に、禁Ｉト帯幅が単結晶より
大きく且つ可視光にマツチしているのみならず、薄い光
電素子を作り得るという特徴を有する。しかしながら、
シリコンだけを構成原子として形成したアモルファスシ
リコン（ａ−３１）層は、アモルファス特有の構造から
その表面及び内部に空乏（Ｖａｃａｎｃｙ）、ダングリ
ングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）、ボイド
（Ｖｏｉｄ）等を有し易いために、電気的、光学的、及
び光電的特性において、再現性良く層を形成することが
難しいのみならず、その性能も十分なものを得ることが
困難であった。
晶よりも１桁以上大きい上に、禁Ｉト帯幅が単結晶より
大きく且つ可視光にマツチしているのみならず、薄い光
電素子を作り得るという特徴を有する。しかしながら、
シリコンだけを構成原子として形成したアモルファスシ
リコン（ａ−３１）層は、アモルファス特有の構造から
その表面及び内部に空乏（Ｖａｃａｎｃｙ）、ダングリ
ングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）、ボイド
（Ｖｏｉｄ）等を有し易いために、電気的、光学的、及
び光電的特性において、再現性良く層を形成することが
難しいのみならず、その性能も十分なものを得ることが
困難であった。
このような困難性を克服する方法として、従来から、シ
ランガス、四フッ化シリコンガス又はこれらの混合ガス
を主原料とする混合ガスをグロー放電によりプラズマ化
し、基板上に堆積したａ−３ｉ層中に水素やフッ素を導
入して、ダングリングボンドの発生を抑制する方法が知
られている。
ランガス、四フッ化シリコンガス又はこれらの混合ガス
を主原料とする混合ガスをグロー放電によりプラズマ化
し、基板上に堆積したａ−３ｉ層中に水素やフッ素を導
入して、ダングリングボンドの発生を抑制する方法が知
られている。
このようにして得られた水素やフッ素を含む非晶質シリ
コン半導体薄膜は１０−５Ω−１・ｃｍ−’程度の光電
気伝導度（σｐ）と、１０−９Ω−１・ｃｍ ’程度
の暗電気伝導度（σｄ）を有しており、太陽電池等の光
電変換デバイスに利用されている。
コン半導体薄膜は１０−５Ω−１・ｃｍ−’程度の光電
気伝導度（σｐ）と、１０−９Ω−１・ｃｍ ’程度
の暗電気伝導度（σｄ）を有しており、太陽電池等の光
電変換デバイスに利用されている。
しかしながら、この場合においても、上記σｐとσｄの
差、即ちΔσは一般に４〜５桁が限度であり、１０ ’
−５Ω−１，Ｃｍ−１以上のσｐを有し、且つ１０−１
’Ω−１，Ｃｍ−１以下のσｄを示すような良好なシリ
コン薄膜を製造することはできなかった。
差、即ちΔσは一般に４〜５桁が限度であり、１０ ’
−５Ω−１，Ｃｍ−１以上のσｐを有し、且つ１０−１
’Ω−１，Ｃｍ−１以下のσｄを示すような良好なシリ
コン薄膜を製造することはできなかった。
これば、従来から、良好なσｐを有するシリコン薄膜中
には、シリコン微結晶の存在が認められたが、このシリ
コン微結晶の存在自体が原因と考えられる。即ら、プラ
ズマ中に存在する高エネルギーのイオン種（一般に正の
電前を有するりが基板に衝突した場合には、衝突］−不
ルギーを受けとった基板は局所的にシリコンの結晶化温
度以１−となり結晶化か起こると考えられ、このように
して生成した微結晶粒か多くなるほど、半導体薄腔とし
くのフェルミ・エネルギーの位置は禁制帯中央から伝導
体力同一・移動し、ｎ型’４’ −４体の性格を帯び、
略伝導度σｄが増加すると考えられるからである。
には、シリコン微結晶の存在が認められたが、このシリ
コン微結晶の存在自体が原因と考えられる。即ら、プラ
ズマ中に存在する高エネルギーのイオン種（一般に正の
電前を有するりが基板に衝突した場合には、衝突］−不
ルギーを受けとった基板は局所的にシリコンの結晶化温
度以１−となり結晶化か起こると考えられ、このように
して生成した微結晶粒か多くなるほど、半導体薄腔とし
くのフェルミ・エネルギーの位置は禁制帯中央から伝導
体力同一・移動し、ｎ型’４’ −４体の性格を帯び、
略伝導度σｄが増加すると考えられるからである。
従っ゛（、太陽′市／Ｔｏ埠の光電変換デハ、イスに利
用しご良好な結果を１↓Ｉるためには、非晶質シリコン
」′導体薄膜のフェルミ・エネルギーの位置をできる限
り禁制体中央に位置せしめ、高いσｐと低いσｄを右す
る薄膜とし、これを真性層に使用し゛ζ良好な接合を形
成せしめることが必要であるという観点からすれば、従
来から得られている非晶質シリコン半導体薄膜の性能は
、とても高定できる３− ものではなかった。
用しご良好な結果を１↓Ｉるためには、非晶質シリコン
」′導体薄膜のフェルミ・エネルギーの位置をできる限
り禁制体中央に位置せしめ、高いσｐと低いσｄを右す
る薄膜とし、これを真性層に使用し゛ζ良好な接合を形
成せしめることが必要であるという観点からすれば、従
来から得られている非晶質シリコン半導体薄膜の性能は
、とても高定できる３− ものではなかった。
本発明者らは、従来のかかる欠点を解決すべく鋭意研究
の結果、基板に到達するイオン種のエネルギーを制御す
ることにより、非晶質シリコン半導体薄膜中の微結晶化
を抑制することができ、これによって、高いσｐと低い
σｄを有する非晶質シリコン半導体薄膜を製造すること
ができることを見出し、本発明に到達したものである。
の結果、基板に到達するイオン種のエネルギーを制御す
ることにより、非晶質シリコン半導体薄膜中の微結晶化
を抑制することができ、これによって、高いσｐと低い
σｄを有する非晶質シリコン半導体薄膜を製造すること
ができることを見出し、本発明に到達したものである。
従って、本発明の第１の目的は、光電変換デバイスに応
用するに適した非晶質シリコン半導体薄膜を提供するこ
とである。
用するに適した非晶質シリコン半導体薄膜を提供するこ
とである。
本発明の第２の目的は、高い光伝導度と低い略伝導度を
有する非晶質シリコン半導体薄膜を提供することである
。
有する非晶質シリコン半導体薄膜を提供することである
。
本発明の第３の目的は、約１０−５Ω−１・ｃｍ−”の
光伝導度を有し、且つ、ＩＱ−１１〜１０−’２Ω−１
・ｃａｎ ’の略伝導度を有する非晶質シリコン半導
体’４膜を提供することである。
光伝導度を有し、且つ、ＩＱ−１１〜１０−’２Ω−１
・ｃａｎ ’の略伝導度を有する非晶質シリコン半導
体’４膜を提供することである。
更に本発明の第４の目的は、微結晶粒が少なく、高い光
伝導度と、低い略伝導度を有する非晶質シ５− ４− リヨン丁導体薄膜を製造する方法を提供するごとである
。
伝導度と、低い略伝導度を有する非晶質シ５− ４− リヨン丁導体薄膜を製造する方法を提供するごとである
。
即し、本発明は電極１と、基板６を設置した雷神λ２の
間に）１４状溝ｊｈの電極３を有」る真空容器内に、り
１：＋−／ｉｋ電によりソリニｌン原ｒ−を全白するプ
フスマ雰囲気を発生せしめ、該塙扱」−に−ｊト品質シ
リ゛ｔ ７１’導体薄股を製造するノｊ法であって、電
極１と電１垢３との間に、グ１コー放電を発生させるた
めの′「ｈ圧を印加するとともに、亀１−２にｉＥ又は
Ｏの直流電ＩＦを印加して、基板にヤ１１達するイオン
種の運動ｊ−不ルギーを制御するごとにより、非晶質シ
リコン半導体薄膜中に生成するシリコン敞結晶粒の生成
を抑制することを特徴と−４−る、）１・晶質シ’Ｊ
−Ｊ ７１４ ｉ＃体ｆＷ膜の製造力性Ｃある。
間に）１４状溝ｊｈの電極３を有」る真空容器内に、り
１：＋−／ｉｋ電によりソリニｌン原ｒ−を全白するプ
フスマ雰囲気を発生せしめ、該塙扱」−に−ｊト品質シ
リ゛ｔ ７１’導体薄股を製造するノｊ法であって、電
極１と電１垢３との間に、グ１コー放電を発生させるた
めの′「ｈ圧を印加するとともに、亀１−２にｉＥ又は
Ｏの直流電ＩＦを印加して、基板にヤ１１達するイオン
種の運動ｊ−不ルギーを制御するごとにより、非晶質シ
リコン半導体薄膜中に生成するシリコン敞結晶粒の生成
を抑制することを特徴と−４−る、）１・晶質シ’Ｊ
−Ｊ ７１４ ｉ＃体ｆＷ膜の製造力性Ｃある。
、＋定明にＦ；いて、シリコンを３むブフスマ雰囲気と
は、一般式５ｉｎＨ２ｎリ−ノご表されるシラン５又る
。１それらのハし１ケン化物のいずれか、又はこれらの
）らの任、Ｅの２種以Ｉ−の混合ガスを原料カスとし７
、必要な場合には、生成４−るシリ−１ン薄膜中に、不
純物元素をｌｌｌ杓させるために、更に、６− 所謂ドーパントガスを混入せしめた混合ガスを水素及び
／又は希ガスで希釈し、これを高周波又は低周波放電法
により、或いは、プラズマジェット法により、好ましく
は高周波放電法によりプラズマ化した雰囲気をいう。こ
の場合、原料ガスの水素及び／又は希ガスによる希釈率
を、低希釈率から高希釈率までの広範囲の中から任意に
選択することができる。
は、一般式５ｉｎＨ２ｎリ−ノご表されるシラン５又る
。１それらのハし１ケン化物のいずれか、又はこれらの
）らの任、Ｅの２種以Ｉ−の混合ガスを原料カスとし７
、必要な場合には、生成４−るシリ−１ン薄膜中に、不
純物元素をｌｌｌ杓させるために、更に、６− 所謂ドーパントガスを混入せしめた混合ガスを水素及び
／又は希ガスで希釈し、これを高周波又は低周波放電法
により、或いは、プラズマジェット法により、好ましく
は高周波放電法によりプラズマ化した雰囲気をいう。こ
の場合、原料ガスの水素及び／又は希ガスによる希釈率
を、低希釈率から高希釈率までの広範囲の中から任意に
選択することができる。
プラズマ雰囲気を形成するために反応室内に導入する原
料ガスの圧力はＩｍｔｏｒｒ−１０ｔ。
料ガスの圧力はＩｍｔｏｒｒ−１０ｔ。
ｒｒ好ましくはｌ Ｑｍｔｏｒｒ−１ｔｏｒｒであり、
プラズマ雰囲気を形成するための電力は２〜１００Ｗ好
ましくは４〜２０Ｗである。
プラズマ雰囲気を形成するための電力は２〜１００Ｗ好
ましくは４〜２０Ｗである。
次に、本発明を図面に従って説明する。第１図は、本発
明を実施するための装置の、原理図である。
明を実施するための装置の、原理図である。
全装置系を排気装置８により、約１０〜７ｔｏｒｒの真
空度とした後、流量調節計７を介して、一定量の原料ガ
スを真空容器９に導入する。
空度とした後、流量調節計７を介して、一定量の原料ガ
スを真空容器９に導入する。
次ぎに、り１７−放電のための電源装置４により、電極
１と１１７１状構造の電極３との間に、放電を発生せし
めると共に、基Ｆｊ、６を設置した電極２Ｇこは、直流
電源５より所定の、正又は０の直流電圧を印加しなから
、所定の温度に加熱された基板−ＩＪこシリニ１ン薄１
１朶を１１１不責させる。
１と１１７１状構造の電極３との間に、放電を発生せし
めると共に、基Ｆｊ、６を設置した電極２Ｇこは、直流
電源５より所定の、正又は０の直流電圧を印加しなから
、所定の温度に加熱された基板−ＩＪこシリニ１ン薄１
１朶を１１１不責させる。
電極２に印可する電圧ばＯ〜５００Ｖ好ましくはＯ〜２
００ｖである。
００ｖである。
不発明において使用する基板は通常２００〜４００°Ｃ
に加熱されるが、基板６才減圧下の加熱に対しても揮発
−する物質を含まないことを要する。そのような材料と
しては、例えばガラス、金１．ｉｌの他、フェノール４
Ｍ脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリ、イミ１′
等のいわゆる耐熱性樹脂は勿論、ポリエステルその他の
比較的軟化点の高い、高分子化合物等を挙げることがで
きる。
に加熱されるが、基板６才減圧下の加熱に対しても揮発
−する物質を含まないことを要する。そのような材料と
しては、例えばガラス、金１．ｉｌの他、フェノール４
Ｍ脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリ、イミ１′
等のいわゆる耐熱性樹脂は勿論、ポリエステルその他の
比較的軟化点の高い、高分子化合物等を挙げることがで
きる。
本発明によって製造された非晶質シリコン半導体薄膜は
、水素又は弗素によりダンゲリングボント′の発４１モ
が防止されているト、膜中のシリニｌン微結晶の形成も
極めて微量に抑えられるので 従来法によって得られた
光転導度と変わらぬ光転導度−’／ − を有するにもかかわらず、ＩＱ−１１Ω−１・ｃｍ
’以下という従来の暗転導度１０″′９Ω−１・ｃｍ
−’より２桁以上も良好な性能を有し、特に光電変換デ
バイスに応用する場合に有用である。
、水素又は弗素によりダンゲリングボント′の発４１モ
が防止されているト、膜中のシリニｌン微結晶の形成も
極めて微量に抑えられるので 従来法によって得られた
光転導度と変わらぬ光転導度−’／ − を有するにもかかわらず、ＩＱ−１１Ω−１・ｃｍ
’以下という従来の暗転導度１０″′９Ω−１・ｃｍ
−’より２桁以上も良好な性能を有し、特に光電変換デ
バイスに応用する場合に有用である。
次に本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明は
これにより限定されるものではない。
これにより限定されるものではない。
実施例
シラン１００％の原料ガスをＩＯ３ＣＣＭの流速で真空
容器に導入し、容器内の圧力を１００ｍ１、 Ｏｒ ｒ
に維持し、次いで電極１と電極３の間に２０Ｗの電力で
１３．５６ＭＨｚの高周波放電を行いプラズマ雰囲気を
形成せしめ、２６０°Ｃに加！′ハしたガラス基板ｌ−
に非晶質シリコン半導体Ｎ膜を形成した結果を表１に示
した。表中、従来法とは、ｔｍ状構造のクリッドが全く
存在しない電極槽、清の場合であり、放電は電極１と電
極２の間で行われることを意味する。表１の結果から、
本発明の方法により得られた非晶質シリコン半導体薄膜
の性能は、従来の方法により得られたものの場合より、
極めて良好であることが実証された。
容器に導入し、容器内の圧力を１００ｍ１、 Ｏｒ ｒ
に維持し、次いで電極１と電極３の間に２０Ｗの電力で
１３．５６ＭＨｚの高周波放電を行いプラズマ雰囲気を
形成せしめ、２６０°Ｃに加！′ハしたガラス基板ｌ−
に非晶質シリコン半導体Ｎ膜を形成した結果を表１に示
した。表中、従来法とは、ｔｍ状構造のクリッドが全く
存在しない電極槽、清の場合であり、放電は電極１と電
極２の間で行われることを意味する。表１の結果から、
本発明の方法により得られた非晶質シリコン半導体薄膜
の性能は、従来の方法により得られたものの場合より、
極めて良好であることが実証された。
９−
８−
１０−
第１図は、本発明を実施するための原理図である。図中
、符号１及び２ば電極、３は網状構造の電極、４はグロ
ー放電のための電源、５は直流電源、６は基板、７は流
量調節バルブ、８は排気装置、９は真空容器、１０ば基
板を加熱するためのヒーターを表す。 特許出願人 東亜燃料工業株式会社 代理人 弁理士 滝 １）清 暉 １１− 第１図 −９と
、符号１及び２ば電極、３は網状構造の電極、４はグロ
ー放電のための電源、５は直流電源、６は基板、７は流
量調節バルブ、８は排気装置、９は真空容器、１０ば基
板を加熱するためのヒーターを表す。 特許出願人 東亜燃料工業株式会社 代理人 弁理士 滝 １）清 暉 １１− 第１図 −９と
Claims (1)
- 電極ｌと、基板を設置した電極２との間に網状構造の電
極３を有する真空容器内に、グロー放電により、シリコ
ン原子を含有するプラズマ雰囲気を発生せしめ、該基板
上に非晶質ソリコン半導体薄映を製造する方法であって
、電極１と電極３との間にグロー放電を発生させるため
の電圧を印加するとともに、電極２に正又は０の直流電
圧を印加することを特徴とする非晶質シリコン半導体薄
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57200044A JPS5988821A (ja) | 1982-11-13 | 1982-11-13 | 非晶質シリコン半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57200044A JPS5988821A (ja) | 1982-11-13 | 1982-11-13 | 非晶質シリコン半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5988821A true JPS5988821A (ja) | 1984-05-22 |
Family
ID=16417889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57200044A Pending JPS5988821A (ja) | 1982-11-13 | 1982-11-13 | 非晶質シリコン半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5988821A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5698820A (en) * | 1980-01-09 | 1981-08-08 | Nec Corp | Preparation of amorphous semiconductor film |
-
1982
- 1982-11-13 JP JP57200044A patent/JPS5988821A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5698820A (en) * | 1980-01-09 | 1981-08-08 | Nec Corp | Preparation of amorphous semiconductor film |
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