DE2824564C2 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelementen wie Photodioden - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelementen wie Photodioden

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Description

a) die Abscheidung des amorphen Siliciums (2) erfolgt unter Vakuumbedingungen, die eine sehr hohe Reinheit des abgeschiedenen amorphen Siliciums gewährleisten;
b) die so gebildete Schicht aus amorphem Silicium (2) wird einer Wärmebehandlung bei eher zwischen 100° C und der Kristallisationstemperatur des Siliciums liegenden Temperatur in einem Plasma unterzogen, das Wasserstoff oder eines seiner Isotopen enthält
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung von amorphem Silicium durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung auf ein Substrat erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre ausgeführt wird, die Wasserstoff unter einem Druck in der Größenordnung von 1333 bis 1333 Pa und durch Entladung ionisiert enthält, wobei die Frequenz des das Plasma erzeugenden elektrischen Feldes zwischen 10 und 100 MHz liegt
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck 1333 Pa beträgt, daß die Frequenz des elektrischen Feldes 50 MHz beträgt und daß die Dauer der Wärmebehandlung zwei Stunden beträgt
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Wärmebehandlung beinhaltet, das Substrat (f), welches die dünne Schicht amorphen Siliciums empfängt, auf einer Temperatur von 100 bis 4000C zu halten.
45
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelementen wie Photodioden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. so
Ein derartiges Verfahren ist durch die DE-OS 32 987 bereits bekannt. Zum Herstellen von Solarzellen auf großen Flächen, die beispielsweise größer als cm2 sind, sind die Verfahren, bei denen einkristalline Materialien benutzt werden, nicht anwendbar. Bekanntlieh ist amorphes Silicium ein Material, das als Schicht auf eine große Fläche abgeschieden werden kann und die Herstellung von Einrichtungen, insbesondere von Sonnenbatterien gestattet. Es weist gegenüber dem als Schicht abgeschiedenen polykristallinen Silicium u.a. den Vorteil auf, daß es keine Korngrenzen hat, die bekanntlich die Kenndaten der Einrichtungen verschlechtern.
Damit das amorphe Silicium für elektronische Halbleitereinrichtungen verwendbar ist, müssen gewisse Be- fi dingungen erfüllt werden. Insbesondere führen die Vakuumabscheidungsverfahren, wie die Zerstäubung und die Aufdampfung, im allgemeinen zu einem Material, das zahlreiche aufgebrochene chemische Bindungen (10" bis lO^/cm^) aufweist Diese Bindungen führen einerseits zu einer parasitären elektrischen Leitfähigkeit und verhindern andererseits, durch Dotierung oder Feldeffekt die Position des Fermi-Niveaus zu modifizieren, bei welchem es sich um ein wesentliches Erfordernis für das Funktionieren der meisten Einrichtungen handelt
Es sind bereits zwei Verfahren vorgeschlagen worden, die darauf abzielen, amorphes Silicium ohne aufgebrochene Bindungen zu erzielen.
Erstes Verfahren (DE-OS 26 32 987):
Es wird mit einer Zersetzung von Silan gearbeitet, mit der Besonderheit daß diese Zersetzung bei niedriger Temperatur (weniger als 600"C) in Gegenwart eines elektrischen Feldes hoher Frequenz, welche eine das Gas ionisierende Glimmentladung erzeugt ausgeführt wird.
Zweites Verfahren:
Es wird das Verfahren der Kathodenzerstäubung eines Siliciumtargets in einer reaktiven Wasserstoffatmosphäre angewandt.
Die beiden vorgenannten Verfahren bringen eine große Wasserstoffmenge in das Material ein (It den Autoren 10 bis 30% der Anzahl der Si-Atome). Da diese Wasserstoffmenge schwierig zu kontrollieren ist und da sie die elektrischen Eigenschaften des Materials beeinflußt stellen sich der Erzielung eines homogenen Materials auf großen Flächen beträchtliche Schwierigkeiten entgegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die in das abgeschiedene amorphe Silicium eingebrachte Wasserstoffmenge besser zu kontrollieren, um großflächige amorphe SiIiciumschichten mit homogenen elektrischen Eigenschaften zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird also die Schicht aus amorphem Silicium unter Bedingungen abgeschieden, die die Reinzeit der erhabenen Abscheidung gewährleisten, d. h. durch Aufdampfung oder Zerstäubung ohne Wasserstoff, und anschließend wird die abgeschiedene Schicht in einem Wasserstoffplasma wärmebehandelt Das Plasma erfüllt eine grundsätzliche Aufgabe, denn der Wasserstoff soll in atomarer Form vorliegen, was seine Einbringung in das Material erleichtert Die Behandlung soll bei einer Temperatur erfolgen, die ausreichend hoch ist um die Diffusion des Wasserstoffs zu gestatten, aber ausreichend niedrig, um eine Kristallisation des amorphen Materials zu vermeiden. Die Mehrzahl der so eingebrachten Wasserstoffatome sättigt die vorhandenen aufgebrochenen Bindungen, was ungefähr 0,1 % der Anzahl der Si-Atome erfordert, also deutlich weniger als bei den oben genannten bekannten Verfahren.
In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen wird unter der Bezeichnung »Wasserstoff« reiner Wasserstoff oder eines seiner Isotope oder ein Gemisch dieser Stoffe verstanden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur eine Durchführungsform
des kennzeichnenden Schrittes des Verfahrens veranschaulicht
Insbesondere zeigt die Figur schematisch eine Gruppe von Einrichtungen, die das GlOhen de-j amorphen Siliciums in einer Wasserstoffplasmaatmosphäre gestatten.
Zu den in der Figur dargestellten Einrichtungen gehören:
— eine Platte 3 aus Molybdän oder Quarzglas, die als Träger tür ein Substrat 1 benutzt wird, welches eine Schicht 2 amorphen Siliciums trägt;
— ein Thermoelement 4, das auf dem Träger 3 in unmittelbarer Nahe der Schicht 2 angeordnet ist und die Aufgabe hat, die Temperatur während der Warmebehandlung zu kontrollieren;
— eine Hülle 5, die beispielsweise aus einem Rohr 51 aus Quarzglas besteht, welches an einem Ende durch eine Kappe 52 verschlossen ist, cfjrch die ein Rohr 6 hindurchgeführt ist, dessen Durchmesser kleiner als der des Rohres 51 ist und das dazu dient, einen Wasserstoffstrom in der Hülle zirkulieren zu lassen, und mit einem Ventil 61 versehen ist; an dem anderen Ende des Rohres 51 ist eine Leitung 7 für den Anschluß einer Vakuumpumpe vorgesehen;
— Einrichtungen zum Herstellen eines Vakuums in der Hülle 5 bestehen aus einer Vakuumpumpe, die symbolisch durch einen Pfeil P dargestellt ist; diese Einrichtungen sind in der Lage, den Wasserstoffdruck bei einem Durchsatz in der Größenordnung eines Literbruchteils pro Minute unterhalb von 1333 Pa zu halten;
— eine Wicklung 8 aus leitendem Draht, die mit hochfrequentem (10 bis 100 MHz) elektrischem Strom gespeist wird und in der Lage ist, ein Plasma in demjenigen Gebiet der Umhüllung 5 zu erzeugen,
in welchem der Träger 3 angeordnet ist; und
— ein Strahlungsheizsystem, das eine Quelle 9 und einen Reflektor 10 aufweist und in der Lage ist, einen im wesentlichen gleichförmigen Fluß auf eine Oberfläche zu schicken, deren Größe in der Größenordnung der größten zu behandelnden Schicht amorphen Siliciums liegt.
In dem betrachteten Beispiel ist die Abscheidung zuvor durch Aufdampfung auf ein auf 400° C gehaltenes Substrat 1 aus Quarzglas vorgenommen werden. Die Schicht 2 amorphen Siliciums hat eine Dicke in der Größenordnung von 03 μπι. Die Aufdampfung ist bei einem sehr niedrigen Druck in der Größenordnung von 0,1333 · IO-6 Pa ausgeführt worden. Die Bedingungen bezwecken, sehr reines amorphes Silicium zu erzielen, das die geringstmöglichen Fehler, wie Hohlräume und Inhomogenitäten, hat.
Die Wärmebehandlung wird in dem dargestellten Gerät bei einer Temperatur von 300°C und bei einem Wasserstoffdruck von 1333 Pa zwei Stunden lang ausgeführt, wobei die Frequenz des Stroms in der Wicklung 8 50 MHz beträgt. Vor der Wärmebehandlung betrug der spezifische Widerstand 1 · 105 Ω cm und die Probe ent- βο hielt mehr als 10" aufgebrochene Bindungen pro Kubikzentimeter (wAbei d'ese Menge durch paramagnetische ElektroflenresOnan/ bestimmt wird). Nach der Wärmebehandlung erhöht Sich der spezifische Widerstand bis aufl · (O8QCm. Es gibt weniger als 10" aufgebrochene Bindungen pro Kubikzentimeter. Mit diesen Kenndaten ist das Material als Öasis zum Herstellen von elektronischen Einrichtungen verwendbar. Insbesondere ist seine photoleitende Eigenschaft überprüft worden.
Infolgedessen kann das Material zum Herstellen von Sonnenbatterien benutzt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelementen wie Photodioden, die eine dünne Schicht aus amorphem Silicium (2) aufweisen, durch Abscheiden des amorphen Siliciums auf einem auf eine Temperatur von mehr als 1000C erwlrmten Substrat (1), g e kennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
DE2824564A 1977-06-06 1978-06-05 Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelementen wie Photodioden Expired DE2824564C2 (de)

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