DE3300400A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description
Halbleiterbauelement
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das mit einem durch Laminieren einer dünnen Schicht gebildeten
Übergang versehen ist, und insbesondere ein Halbleiterbauelement mit einem elektrischen Übergang, dessen Hauptteil
aus einer aus einem polykristallinen Siliciumdünnfilm
bestehenden Halbleiterschicht mit gutea Funktionskennwerten,
einer hohen Zuverlässigkeit und einer hohen Stabilität gebildet ist.
Es ist bekannt, daß für die Herstellung des Abtastschaltungsteils einer Bildleseeinrichtung für die Verwendung
bei der Bildablesung, beispielsweise eines eindimensionalen, in einer kontinuierlichen Länge hergestellten
Fotodetektors oder eines zweidimensicnalen Fotodetektors mit einer vergrößerten Fläche, oder für die Herstellung
der Treiberschaltung einer Bildanzeige- bzw. Sichtanzeigeeinrichtung,
bei der ein Flüssigkristall (LC), ein Elektrochrorniematerial
(EC) oder ein Elektrolumineszenz-
B/22
Drefldnor Bank (München) KIo 3939044
Bayer Vorclnsbnnk (München) KIo 508 941
Postscheck (München) KIo. 670-43-804
-5- DE 2702
material (EL) verwendet wird, oder für die Herstellung
eines Lichtempfangselementteils des Fotodetektors und
einer Schalt-Schaltung für die Bildanzeigeeinrichtung als am Aufbau beteiligtes Material ein auf einem bestimmten
Träger gebildeter SiliciumdünnfiIm, dessen Größe
der vergrößerten Fläche solcher Bildanzeigeteile entspricht, eingesetzt wird.
Es ist erwünscht, daß ein solcher Siliciumdünnfilm eher
polykristallin als amorph ist, damit eine große Bildleseeinrichtung
oder Sichtanzeigeeinrichtung erhalten werden kann, die mit höherer Geschwindigkeit arbeitet und eine
höhere Leistungsfähigkeit hat. Einer der Gründe dafür besteht darin, daß der durch ein übliches Entladungs-Zersetzungsverfahren
erhaltene, amorphe Siliciumdünnfilm eine effektive Ladungsträgerbeweglichkeit {μ „f) von
höchstens 0,1 crn /( Vs) hat, während μ ,.„ eines Siliciumdünnfilms,
beispielsweise eines Feldeffekttransistors, der als Grundmaterial für die Bildung eines Liehtempfangsteils
und eines Abtastschaltungsteils einer solchen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden und eine hohe
Leistungsfähigkeit habenden Leseeinrichtung oder für die Bildung des Schaltteils und des Treiberschaltungsteils
einer Bildanzeigeeinrichtung dient, groß sein sollte.
Außerdem nimmt der Senkenstrom (Drainstrom) ab und ändert sich die Schwellenspannung des Transistors, wenn an
die Steuerelektrode (Gate) eine Gleichspannung angelegt wird» und solche Änderungen im Verlauf der Zeit sind
beträchtlich, und die Stabilität ist schlecht.
Im Gegensatz dazu hat ein polykristalliner Siliciumdünnfilm
eine viel größere effektive Ladungsträgerbeweglichkeit μ fr als ein amorpher Siliciumdünnfilm, was aus
den tatsächlich gemessenen Werten hervorgeht. Es ist in der Theorie sehr wahrscheinlich, daß ein polykristalli-
ner Siliciumdünnfilm mit einem Wert der Beweglichkeit
μeff) der im Vergleich mit dem gegenwärtig erhaltenen
Wert weiter erhöht ist, hergestellt werden kann.
Die Bauelemente oder Einrichtungen, die gegenwärtig nach verschiedenen Verfahren unter Anwendung von polykristallinen
SiliciumdUnnfilmen als Grundmaterial hergestellt werden, zeigen jedoch nicht in ausreichendem Maße die
erwünschten Eigenschaften und die erwünschte Zuverlässigkeit.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterbauelement des Übergangstyps zur Verfügung zu stellen, das eine
aus einem polykristallinen Siliciumdünnfilm bestehende
Halbleiterschicht mit einem hohen Wirkungsgrad
aufweist.
aufweist.
Durch die Erfindung soll auch ein Halbleiterbauelement mit hohem Wirkungsgrad und höher Zuverlässigkeit
und Stabilität zur Verfügung gestellt werden, das einen durch Laminieren dünner Schichten gebildeten Übergang,
der unter Verwendung einer auf einem Träger gebildeten, aus einem polykristallinen Siliciumdünnfilm bestehenden
Halbleiterschicht hergestellt worden ist, aufweist.
Des weiteren soll durch die Erfindung ein Halbleiterbauelement mit einer großen Fläche zur Verfugung gestellt
werden, das aus einem Halbleiterbauelement mit einem durch Laminieren dünner Schichten unter Verwendung einer
ausgezeichneten, aus einem polykristallinen Siliciumdünnfilm bestehenden Halbleiterschicht gebildeten Übergang
besteht.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die in den Patentansprüchen
1 und 2 gekennzeichneten Halbleiterbauelemente gelöst.
-7- DE 2702
Bevorzugte Ausgestaltungen der Halbleiterbauelemente
gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 sind in den Patentansprüchen 4 bis 7 gekennzeichnet.
Auf der Grundlage der Vorstellung, daß viele Halbleiterbauelemente
in der Larninatstruktur elektrische Übergänge (beispielsweise pn-Übergänge oder MIS-Übergänge) aufweisen
und daß die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit der Übergangs-Grenzflache die Leistungsfähigkeit und die
Zuverlässigkeit des Bauelements festlegen, ist es den Erfindern gelungen, Halbleiterbauelemente mit ausgezeichneten
Halbleiterbauelement-Eigenschaften und einer hervorragenden
Zuverlässigkeit, Reproduzierbarkeit und Stabilität im Verlauf der Zeit zu erhalten.
Mit anderen Worten, gemäß dem Funktionsprinzip von Halbleiterbauelementen
mit einem elektrischen Übergang besteht eine allgemeine Erscheinung darin, daß die regulierte
Bewegung der Ladungsträger (Elektronen und Löcher) in eine zu der laminierten Grenzfläche senkrechten Richtung
gerichtet ist, und es kann erwartet werden, daß die Eigenschaften des Bauelements durch die Eigenschaften
an der Übergangs-Grenzfläche und in der Nähe dieser Grenzfläche in beträchtlichem Maße beeinflußt werden.
Auf der Grundlage dieser Vorstellung haben die Erfinder festgestellt, daß die laminierte, polykristalline SiIiciumschicht
selbst eine besondere Gestalt der Oberfläche, eine besondere Zusammensetzung und eine besondere Struktur
haben sollte, um die Eigenschaften an der Übergangs-Grenzfläche oder in der Nähe der durch Laminieren hergestellten
Grenzfläche für die praktische Anwendung haltbar und zuverlässig zu machen.
Die Erfindung beruht erstens auf der Feststellung, daß der Gehalt der Wasserstoffatome (H) in dem SiliciumdUnn-
-8- · DE 2702
film und die Rauhigkeit der Oberfläche des Siliciumdünnfilms
die Funktion und die Zuverlässigkeit des Bauelements bei einem Halbleiterbauelement mit einem polykristallinen
SiliciumdUnnfilm, das einen elektrischen Übergang aufweist,
festlegen.
Des weiteren beruht die Erfindung im einzelnen auf der Feststellung, daß bei der Bildung eines Halbleiterbauelements
mit einem unter Verwendung von polykristallinen Siliciumdünnfilmen als Grundmaterial durch Laminieren
von Dünnfilmen gebildeten, elektrischen Übergang übliche, polykristalline Siliciumdünnfilme eine große Oberflächenrauhigkeit
haben und ungleichmäßig sind, sb daß diese Faktoren die Eigenschaften des Bauelements wie die Ladungsträgerbeweglichkeit
und die Lebensdauer der Ladungsträger beeinträchtigen. Die Ausbeute wird durch elektri sehe
Leckströme des Bauelements vermindert? die Leistungsfähigkeit ändert sich im Verlauf der Zeit, und der Schwankungsbereich
der Bauelemente ist groß.
Die Erfinder haben außerdem festgestellt, daß eine bestimmte
Menge von Wasserstoff, die in einem polykristallinen Siliciumdünnfilm enthalten ist, die Eigenschaften
der Bauelemente verbessert und den Schwankungsbereich der Bauelemente verkleinert, was zu einer Verbesserung
der praktischen Anwendbarkeit der Bauelemente führt. Die Erfinder haben des weiteren festgestellt, daß die
Orientierung und die mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen Dünnfilms die Eigenschaften beeinflussen
und daß die Eigenschaften verbessert werden können,
indem die Werte der Orientierung und der Kristallkorngröße in geeigneter Weise gewählt werden.
Zweitens haben die Erfinder festgestellt, daß bei Halbleiterbauelementen
mit einem polykristallinen Siliciumdünn-
- 9 - DE 2702
film, die einen elektrischen Übergang aufweisen, die Leistungsfähigkeit und die Zuverlässigkeit der Bauelemente
durch den Gehalt der Wasserstoffatome (H) in dem DUnnfilm
und durch die Ätzgeschwindigkeit beim Ätzen des gebildeten, polykristallinen Siliciurnfilms mit einer bestimmten
Ätzlösung festgelegt werden.
Die Erfinder haben im einzelnen festgestellt, daß bei
der Herstellung von ' Halbleiterbauelementen mit einem elektrischen Übergang, der durch Laminieren von DUnnfilmen
unter Verwendung eines polykristallinen Siliciumdünnfilms
gebildet wird, die Eigenschaften der Halbleiterbauelemente
(beispielsweise die Ladungsträgerbeweglichkeit, die Lebensdauer der Ladungsträger und die Änderungen im
Verlauf der Zeit) verbessert werden und der Schwankungsbereich der Bauelemente verkleinert wird, was zu' einer
Verbesserung der praktischen Anwendbarkeit der Bauelemente führt, wenn der polykristalline Siliciumdünnfilm Wasserstoff
enthält, dessen Menge' in einem bestimmten Bereich liegt, und wenn die Ätzgeschwindigkeit beim Ätzen des
polykristallinen Siliciumfilms mit einer bestimmten
Ätzlösung unterhalb eines bestimmten, kritischen Wertes liegt.
Außerdem haben die Erfinder festgestellt, daß die verschiedenen,
vorstehend erwähnten Eigenschaften verbessert
werden können, indem man eine bestimmte Orientierung und eine bestimmte mittlere Kristallkorngröße des polykristallinen
Siliciumdünnf ilms. auswählt.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Die Fig. 1 und 6 zeigen bevorzugte AusfUhrungsformen
des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
-10- DE 2702
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die V-J-Kennlinie des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Fig. 3, 4 und 5 zeigen schematische Darstellungen von Vorrichtungen für die Herstellung des erfindungs
gemäßen Halbleiterbauelements.
Die Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf ein Bauelement mit einem pn-übergang als Ausführungsform der Erfindung
erläutert.
Mit einer auf einem in Fig. 1 gezeigten Träger 101 gebildeten Elektrode 102 ist beispielsweise eine polykristalline
Siliciumschicht 103 vom η-Typ und dann eine polykristalline Siliciumschicht 104 vom p-Typ laminiert. Außerdem
ist zur Herstellung eines Elements mit pn-Übergangs-Eigenschaften auf der polykristallinen Siliciumschicht 104
eine Elektrode 105 ausgebildet.
In diesem Fall sind der Kontakt zwischen der Elektrode 102 und der polykristallinen Siliciumschicht 103 und
der Kontakt zwischen der Elektrode 105 und der polykristallinen Siliciumschicht 104 im wesentlichen ohmsche
Kontakte, und in die Grenzfläche kann, falls erwünscht,
eine n+-Schicht oder eine p+-Schicht eingeführt werden.
Wenn an den pn-übergang des erhaltenen pn-Übergangs-Bauelernents
eine Sperrvorspannung angelegt wird, fließt
ein begrenzter Strom. Wenn an den pn-übergang eine Vorspannung in Durchlaßrichtung angelegt wird, fließt in der Durchlaßrichtung ein großer Strom (siehe Fig.2).
ein begrenzter Strom. Wenn an den pn-übergang eine Vorspannung in Durchlaßrichtung angelegt wird, fließt in der Durchlaßrichtung ein großer Strom (siehe Fig.2).
Zwischen der Stromdichte J und der angelegten Spannung V gilt die folgende Beziehung:
sV
J = Jo {exp (^r) - 1 I
J = Jo {exp (^r) - 1 I
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Jo ist eine Sättigungsstromdichte beim Anlegen einer Sperrvorspannung, und η ist eine Konstante, die sich
auf einen Strom bezieht, der durch den Einfluß von Defekten bzw. Löchern in der am pn-übergang gebildeten Verarmungsschicht
erzeugt wird., wobei η einen Wert zwischen 1 und 2 hat. η = 2 bedeutet, daß der auf Defekten bzw.
Löchern in der Verarmungsschicht beruhende Rekombinationsstrom überwiegt, was keine bevorzugte pn-Übergangs-Eigenschaft
ist.
10
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Der Wert von η ist der Kehrwert des Gradienten der durch
Auftragen von log(J/Jo) und (eV/kT) erzeugten Linie.
Es wird bevorzugt, daß eine Spannung VßR, bei der beim
Anlegen einer Sperrvorspannung kein Sättigungsstrom aufrechterhalten werden kann und im Übergangsbereich
ein Durchbruch eintritt, ausreichend hoch ist. Der Wert von V„„ ist ein Standard für die Bewertung des Übergangs.
Außerdem ist Jo auch ein wichtiger Wert für die Bewertung der am Übergangsbereich gebildeten Verarmungsschicht.
Im Rahmen der Erfindung kann das Bauelement mit pn-Ubergang
außerdem durch die bei der Bestrahlung der Oberfläche des pn-Übergangs mit einem zur Lichterregung dienenden
Licht gemessenen Leucht- bzw. 'Lichtdiodeneigenschaften
VQC und J_c (siehe gestrichelte Linie in. Fig. 2), durch
einen Füllfaktor (FF), dessen Anwendung bei üblichen Sperrschichtfotozellen bzw. fotovoltaischen Zellen zur
Bewertung dient, durch den Wirkungsgrad (17), durch die Änderung im Verlauf der Zeit usw. bewertet werden.
Es ist festgestellt worden, daß die Erfindung bei allen Bewertungsverfahren zu hervorragenden Ergebnissen führt,
wenn im Rahmen der Erfindung Bauelemente mit Schottky-Barrieren-Übergang, Feldeffekttransistorelemente mit
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pn-übergang, bipolare Transistorelemente vom pnp- oder npn-Typ als Grundgefüge sowie die vorstehend erwähnten
Bauelemente mit pn-übergang hinsichtlich Eigenschaften wie der Funktionskennwerte, der Stabilität und der Ausbeute
bewertet werden.
Im Rahmen der Erfindung können verschiedene Eigenschaften der Bauelemente dadurch verbessert werden, daß in einen
polykristallinen Siliciumdünnfilm, der eine den Hauptteil
des Halbleiterbauelements darstellende Halbleiterschicht bildet,
Wasserstoffatome in einer Menge von 0,01 Atom-% oder mehr, auf den polykristallinen Siliciumdünnfilm bezogen,
eingebaut werden.
Die in dem polykristallinen Siliciumdünnfilm enthaltenen
Wasserstoffatome (H) liegen hauptsächlich an der Korngrenze
vor und sind in Form von Si-H an Si-Atome gebunden, es kann jedoch angenommen werden, daß Bindungsformen
wie SiSH2 und Si2H„ und außerdem freie Wasserstoffatome
vorhanden sind. Die im Verlauf der Zeit insbesondere bei kontinuierlichem Betrieb auftretenden Änderungen
der Eigenschaften werden anscheinend durch solche in instabilen Formen enthaltene Wasserstoffatome verursacht.
Die Erfinder haben festgestellt, daß die Eigenschaften des Bauelements kaum verschlechtert werden und sich
insbesondere kaum im Verlauf der Zeit ändern und in stabiler V/eise aufrechterhalten werden können, wenn
der Wasserstoffgehalt in der polykristallinen Siliciumdünnf ilmschicht 3 Atom-% oder weniger beträgt. Im Fall
eines pn-Ubergangs, der aus laminierten, polykristallinen Siliciumschichten, die 3 Atom-% oder mehr Wasserstoff
enthalten, gebildet ist, werden beispielsweise eine Erhöhung des η-Wertes, wenn eine Vorspannung in Durchlaßrichtung
und eine Sperrvorspannung abwechselnd kontinuierlieh
angelegt werden, eine Verminderung des Wirkungsgrades
~13~ . DE 2702
der fotoelektrischen Wandlung bei der kontinuierlichen,
fotovoltaischen Wirkung durch Lichterregung, eine Verminderung der Ansprechgeschwindigkeit bei der fotoelektrischen
Wandlung und ähnliche Änderungen im Verlauf der Zeit beobachtet.
Der Wasserstoffgehalt in der polykristallinen Siliciumdünnfilmschicht
betragt erfindungsgemäß 0,01 bis 3 Atom-%,
vorzugsweise 0,05 bis 2 Atom-% und insbesondere 0,1 bis
1 Atom-%.
Die Messung des Wasserstoffgehalts in dem polykristallinen Siliciumfilm, der erfindungsgemäß definiert ist, wurde
mittels eines üblicherweise bei der chemischen Analyse eingesetzten Wasserstoff-Analysiergeräts (Elemental analyzer
Model-240, hergestellt von Perkin Elmer Co.) durchgeführt,
wenn der Gehalt 0,1 Atom-% oder mehr betrug. In jedem Fall wurden 5 mg einer Probe in die Haltevorrichtung
des Analysiergeräts eingefüllt, worauf das Wasserstoffgewicht
gemessen und der Wasserstoffgehalt in dem Film in Form von Atom-% berechnet wurde.
Die Analyse einer Spurenmenge von weniger als 0,1 Atom-%
wurde mittels eines Sekundärionen-Massenspektrometers (SIMS; Model IMS-3f, hergestellt von Cameca Co.,) durchgeführt.
Bei dieser Analysenmethode wurde eine übliche Verfahrensweise befolgt, d.h. daß auf eine Probe des Dünnfilms
zur Verhinderung einer Aufladung Gold in einer Dicke von 20,0 nm aufgedampft wurde und daß die Messung unter den
Bedingungen einer Ionenenergie des Prirnärionenstrahls
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von 8 keV und eines Probenstroms von 5 χ 10 A mit einem Punktdurchmesser von 50 ^m und einer Ätzfläche von 250 pm χ 250 μ\η durchgeführt wurde, um das gewünschte Intensitätsverhältnis der H+-Ionen relativ zu den Si+-Ionen zu bestimmen, woraus der Wasserstoffgehalt in Form von Atom-% berechnet wurde.
von 8 keV und eines Probenstroms von 5 χ 10 A mit einem Punktdurchmesser von 50 ^m und einer Ätzfläche von 250 pm χ 250 μ\η durchgeführt wurde, um das gewünschte Intensitätsverhältnis der H+-Ionen relativ zu den Si+-Ionen zu bestimmen, woraus der Wasserstoffgehalt in Form von Atom-% berechnet wurde.
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Im Rahmen der Erfindung wird der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit
des polykristallinen Siliciumdünnfilms,
der den Hauptteil des Halbleiterbauelements bildet, auf im wesentlichen 80,0 nm oder weniger gebracht, wodurch
die Eigenschaften des pn-Übergangs in stabiler Weise erhalten
werden können und außerdem die Eigenschaften, die Ausbeute und die Zuverlässigkeit in hohem Maße verbessert
werden können.
Ein pn-übergang eines polykristallinen Siliciumdünnfilms,
bei dein die Rauhigkeit der Filmoberfläche 80,0 nm überschreitet, führt zu einem großen η-Wert und einem großen
Wert von Jo und zu einer kleinen Durchbruchspannung V„..
bei einer Sperrvorspannung. Diese Tatsache zeigt, daß die Rauhigkeit der Oberfläche der zwei laminierten, eine
Grenzfläche bildenden Schichten in einer durch den Übergang gebildeten Verarmungsschicht oder in ihrer Nähe viele
Defekte bzw. Löcher erzeugt. Außerdem führt die Rauhigkeit zu Bereichen, in denen ein elektrisches Feld konzentriert
ist, wodurch dort ein Leckstrom fließt. Dies kann daraus gefolgert werden, daß die Änderung im Verlauf der Zeit
bei wiederholter Messung von V-I und bei der Messung der fotovoltaischen Leistung dem Ausmaß der Rauhigkeit entspricht.
Es ist auch festgestellt worden, daß die auf der Rauhigkeit der Grenzfläche beruhenden Defekte bzw.
Löcher die Lebensdauer der Ladungsträger vermindern, so daß der Wirkungsgrad (η) des fotcvoltaischen Elements
bzw. der Sperrschichtfotczelle in bedeutendem Maße vermindert
wird.
Es ist nun festgestellt werden, daß in einem polykristallinen
SiIiciumdünnfilm mit einer einen Höchstwert von
80,0 nm überschreitenden Oberflächenrauhigkeit in der Nähe der Trägeroberfläche amorphes Silicium mit einer
ungenügenden kristallinen Orientierung oder eine Schicht
-15- DE 2702
aus sehr kleinen Kristallen gezüchtet wird und daß im Verlauf einer solchen Züchtung eine Züchtung von Kristall körnern
eintritt, die sich fächerförmig in der Richtung des Filmwachstums ausbreiten, wodurch die Rauhigkeit vergrößert
wird, was durch Fotografien von Filmquerschnitten gezeigt wird.
Die Übergangs-Eigenschaften von Halbleiterbauelementen,
die einen polykristallinen SiliciumdünnfiIm mit einer
einen Höchstwert von 80,0 nm überschreitenden Oberflächenrauhigkeit
enthalten, sind infolgedessen sehr schlecht als pn-Übergangs-Eigenschaften, weil die Oberflächenrauhigkeit
der Oberfläche, mit der laminiert wird, selbst schlecht ist und weil die anfänglich auf der Oberfläche,
mit der laminiert wird, wachsende Schicht schlechte Eigenschaften als polykristalline Silici urnschicht hat.
Der polykristall ine Si 1 iciumdünnf ilm , der erf iridungsgernäß
mit einem Höchstwer.t der Oberflächenrauhigkeit von nicht mehr als 80,0 nm gebildet wird, zeigt als Ergebnis eines
von der Trägergrenzfläche ausgehenden, dichten Kristall-Wachstums keine ausgeprägten Unterschiede in der Kristallinität
und den Orientierungseigenschaften in der Richtung der Filmdicke und kann auch zu guten Übergangs-Eigenschaften
führen.
Bei Bauelementen mit verschiedenen Übergängen wird es
bevorzugt, daß der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit des polykristallinen SiI iciumdünnf ilrnsm nicht mehr als
80,0 nm beträgt. Der ' Höchstwert der Rauhigkeit beträgt vorzugsweise nicht mehr als 50,0 nm.
Die Messung der Oberflächenrauhigkeit wurde erfindungsgemäß
mittels eines Feldemisnions-Rasterelektronenmikroskcps
(i'iodel JFSM-30, hergestellt von Nippon Denshi Co.,) durch-
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geführt, wobei die Oberflächenrauhigkeit aus einem Bild
(100.000-fache Vergrößerung) des Oberflächenquerschnitts eines polykristallinen Siliciumdünnfilms, das mit Elektronen
erhalten wurde, die mit 25 kV beschleunigt Wurden und schräg auf die Oberfläche auftrafen, bestimmt wurde.
Erfindungsgemäß wird die Oberflächenrauhigkeit eines polykristallinen
SiIiciumdünnfilms, der eine den Hauptteil
eines Halbleiterbauelements bildende Halbleiterschicht darstellt, über den gesamten Oberflachenbereich der Halbleiterschicht,
der tatsächlich das Bauelement bildet, auf eLnen Wert von 80,0 nm oder weniger gebracht.
Die als ein wichtiger Faktor für die Lösung der Aufgabe der Erfindung definierten Atzeigenschaften sind bestimmt
worden, indem von polykristallinen Siliciumdünnfilmen,
die unter verschiedenen Bedingungen hergestellt worden waren, ein Teil zur Messung der Ätzgeschwindigkeit beim
Ätzen mit einem nachstehend definierten Ätzmittel bei ο
einer Atztemperatur von 25 C verwendet wurde, während andererseits der Rest zur Herstellung eines Bauelements mit pn-übergang, das beispielsweise den in Fig. 1 erläuterten Aufbau hatte, eingesetzt wurde, um die Diodeneigenschaften und die fotovoltaischen Eigenschaften zu messen.
einer Atztemperatur von 25 C verwendet wurde, während andererseits der Rest zur Herstellung eines Bauelements mit pn-übergang, das beispielsweise den in Fig. 1 erläuterten Aufbau hatte, eingesetzt wurde, um die Diodeneigenschaften und die fotovoltaischen Eigenschaften zu messen.
Die für die Erfindung erforderlichen Ätzeigenschaften
sind infolgedessen durch die erhaltene Wechselbeziehung
zwischen der Ätzgeschwindigkeit und den Eigenschaften der Bauelemente bestimmt worden. Die Erfinder haben festgestellt,
daß die Ätzgeschwindigkeit ein Standard für die Bewertung eines polykristallinen Siliciumdünnfilms^
der den Hauptteil des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements bildet, und auch eine wichtige Größe ist, die die
Filmqualität und die Dichteeigenschaften des Films (die mit den elektrischen Eigenschaften und insbesondere mit
den Übergangs-Eigenochaften in Wechnelbeziehung stehen}
anzeigt.
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Als Ätzmittel kann eine Mischung eingesetzt werden, die aus einer Flußsäure, die im Handel üblicherweise als Chemikalie
für die Elektronikindustrie erhältlich ist (50-volumenprozentige,
wäßrige Lösung), Salpetersäure (d=l,38; 60 — volumenprozentige, wäßrige Lösung) und Eisessig im
Volumenverhältnis 1:3:6 besteht.
Das Ätzmittel hat die folgenden Ätzeigenschaften: Die
Ätzgeschwindigkeit beträgt 1,5 nm/s, wenn eine Siliciumscheibe, bei der ρ = 0,3 J^.cm, mit diesem Ätzmittel bei
25°C geätzt wird.
Im Rahmen der Erfindung beträgt die Ätzgeschwindigkeit 2,0 nm/s oder weniger.
Im Fall von Bauelementen mit pn-übergang beträgt der η-Wert beispielsweise 1,1 oder weniger, und es wird kaum
eine Änderung im Verlauf der Zeit beobachtet. Was die fotovoltaischen Eigenschaften anbetrifft, so beträgt der
Wirkungsgrad t| 5 % oder mehr (AMl-Licht), und bezüglich
des Wirkungsgrades I^ und der Geschwindigkeit des Ansprechens
auf Licht wird keine Änderung im Verlauf der Zeit beobachtet.
25. Im Gegensatz dazu überschreitet der n-Wert 1,1 und ist Jo groß, wenn ein polykristallines Silicium mit einer
Ätzgeschwindigkeit von mehr als 2,0 nm/s verwendet wird,. V/enn die Messung von V-I im Dunklen wiederholt wird, nimmt
der V/irkungsgrad der fotovoltaischen Eigenschaften ab,
wenn die Belichtungszeit verlängert wird.
Demnach steht die Ätzgeschwindigkeit des polykristallinen
Siliciumfilms anscheinend hauptsächlich in Wechselbeziehung
mit den Dichteeigenschaften des Films, und an der Übergangs-Grenzflache des weniger dichten,, polykristallinen
-18- DE 2702
Siliciumfilrns und in der Nähe dieser Grenzfläche werden
Störstellen bzw. Defekte gebildet, wodurch die Lebensdauer der Ladungsträger vermindert wird und die Ladungsträger
eingefangen werden, was zu einer Verminderung der Stabilitat
der Eigenschaften des Bauelements führt.
Die Erfinder haben außerdem festgestellt, daß die Eigenschaften
des Bauelements, insbesondere die Ladungsträgerbeweglichkeit
und die' Lebensdauer der Ladungsträger, bei einer Verstärkung der Orientierung in der (220)-Ebene
verbessert werden, wenn die vorstehend erwähnten Bedingungen bezüglich des Wasserstoffgehalts in dem polykristallinen
SiliciumdünnfiIm und dessen Oberflächenrauhigkeit
oder die vorstehend erwähnten Bedingungen bezüglich des V/asserstoffgehalts in dem polykristallinen Siliciumdünnfilm
und dessen Ätzeigenschaften erfüllt werden.
Die Kristallinität und die Orientierungseigenschaften
polykristalliner Siliciumdünnfilme hängen von dem Filmherstellungsverfahren
und den Filmherstellungsbedingungen ab. Erfindungsgemäß werden als Verfahren zur Prüfung der
Orientierungseigenschaften die Röntgenbeugung und die Elektronenstrahlbeugung in Kombination durchgeführt.
Die Röntgenbeugungsintensität eines hergestellten, polykristallinen
Siliciumfilms wurde mit einem von Rigaku Denki hergestellten Röntgendiffraktometer (Röntgenröhre
mit Kupferanode;'35 kV; 10 mA)gemessen, und ein Vergleich
wurde durchgeführt. Der Beugungswinkel 2 0 wurde von 20
bis 65° variiert, und die den Ebenenindizes der"(111)-Ebene,
der (220)-Ebene und der (31l)-Ebene entsprechenden Beugungsmaxima wurden zur Bestimmung ihrer Beugungsintensitäten
registriert.
Die Elektronenstrahlbeugungsintensitäten wurden mit einem
-19- ÜE 2702
von Nippon Denshi Co. hergestellten Gerät (JEM-IOO V)
gemessen, und die jeweiligen Beugungsintensitäten wurden in ähnlicher Weise bestimmt.
Nach der ASTM-Karte (Nr. 27-1977) beträgt im Fall eines
polykristallinen Siliciums ohne jede Orientierung, wenn
von den durch (h, k, 1) dargestellten Ebenen mit großen
Beugungsintensitäten» deren Beugungsintensitäten im folgenden
Verhältnis stehen: (111) : (220) : (311) =
100 - 55 : 30, nur die (22O)-Ebene betrachtet wird, das Verhältnis der Beugungsintensität in der (220)-Ebene zu der gesamten Beugungsintensität etwa (55/241) χ 100 = 22,8 (%).
100 - 55 : 30, nur die (22O)-Ebene betrachtet wird, das Verhältnis der Beugungsintensität in der (220)-Ebene zu der gesamten Beugungsintensität etwa (55/241) χ 100 = 22,8 (%).
Unter Anwendung dieses Wertes als Standard kann eine
Orientierungseigenschaft bezüglich der (22O)-Ebene, bei
der das Verhältnis der Beugungsintensität in der (22O)-Ebene zu der gesamten Beugungsintensität den vorstehend
erwähnten Prozentsatz überschreitet und insbesondere 30 % oder mehr beträgt, weiter verbesserte Übergangs-Eigenschaften
ergeben. Bei einem Wert von weniger als 30 % wird die Änderung im Verlauf der Zeit in unerwünschter
Weise größer. Dieses Verhältnis wird nachstehend auch als "Orientierungsstärke" bezeichnet.
Weiterhin ist auch festgestellt worden, daß die Übergangs-Eigenschaften,
insbesondere die Ladungsträgerbeweglichkeit und die Lebensdauer der Ladungsträger, verbessert werden
können, indem man die mittlere Korngröße erhöht und die vorstehend angegebenen Bedingungen hinsichtlich des Gehalts
an Wasserstoff (H) in dem polykristallinen Siliciumdünnfilm und der Oberflächenrauhigkeitseigenschaften des
Dünnfilms erfüllt. Der Wert der mittleren Korngröße wurde nach dem üblicherweise angewandten Scherrer-Verfahren
aus der Halbwertsbreite des (22O)-Spitzenwertes in dem vorstehend beschriebenen Röntgenbeugungsbild bestimmt.
-20- DE 2702'
Die effektive Ladungsträgerbeweglichkeit kann insbesondere
bei einer mittleren Korngröße von 20,0 nm oder mehr erhöht werden. Die mittlere Korngröße beträgt vorzugsweise
30.,0 nm oder mehr.
30.,0 nm oder mehr.
.
Erfindungsgemäß können die Eigenschaften des polykristallinen
SiliciumdUnnfilms, der den Hauptteil des Halbleiterbauelements
bildet, nach verschiedenen Filmherstellungsverfahren in der vorstehend beschriebenen Weise eingegrenzt
werden.
Die Eingrenzung dieser Eigenschaften kann beispielsweise
unter den besonderen Bedingungen des Verfahrens, bei dem ein Siliciumhydrid wie SiH4 oder Si_Hfi durch.GlimmentIadungs-Zersetzung
abgeschieden wird (GD-Verfahren), des
Verfahrens, bei dem in einem Hp enthaltenden Gas eine
Zerstäubung unter Anwendung eines Si-Targets bewirkt wird (SP-Verfahren), des Verfahrens, bei dem mit Si in einer
Hp-Plasmaatmosphäre eine Elektronenstrahl-Aufdampfung
durchgeführt wird (IP-Verfahren), des Verfahrens, bei dem in einer Hp-Atmosphäre unter Ultrahochvakuum eine
Aufdampfung durchgeführt wird (HVD-Verfahren), sowie des Verfahrens, bei dem ein durch das chemische Aufdampfverfahren
(CVD-Verfahren) oder das chemische Aufdampfverfahren
unter niedrigem Druck (LPCVD-Verfahren) gebildeter, polykristalliner Siliciumfilm einer Hp-Plasmabehandlung
unterzogen wird, erzielt werden.
Es wird bevorzugt, daß die Schichten der verschiedenen
Bauelemente, beispielsweise pn-, pin-, pnp- oder npn-
Schichten, Mehrschichtstrukturen wie ein Thyristor oder die n+-Schicht und die ρ -Schicht, die zur Bildung chmscher
Kontakte zwischen der Laminatstruktur und den Elektroden dienen, das Merkmal bzw. die Merkmale der Erfindung
aufweisen.
-21- DE 2702
Die Einregulierung des p-, i-, η-, η - und ρ -Typs des
polykristallinen SiliciumdUnnfilms kann durch verschiedene
bekannte Verfahren für die Dotierung mit Fremdstoffen durchgeführt werden. Der η-Typ wird beispielsweise hergestellt,
indem man in die Si-Matrix Atome eines Elements der Gruppe V des Periodensystems wie P oder As in einem
aktivierten (fünfwertigen) Zustand einführt. Der p-Typ
wird durch Einführung von Atomen eines Elements der Gruppe III wie B hergestellt. Die Menge des eingeführten Fremd-Stoffs
kann durch Regulierung der Filmbildungsbedingungen genau eingestellt werden.
Der Wert der Leitfähigkeit des η-Typs oder des p-Typs
kann innerhalb eines Bereichs reguliert werden, der sich von dem Wert der Leitfähigkeit des i-Typs bis zu einem
Wert erstreckt, der mehrere Größenordnungen größer als der Wert des i-Typs ist.
Wie in den folgenden Beispielen gezeigt wird, kann ein polykristalliner Siliciumdünnfilm mit einer gewünschten
elektrischen Leitfähigkeit verwendet werden. Durch Laminieren der Schichten dieser Leitfähigkeitstypen oder von
Schichten, die mit verschiedenen Mengen dotiert worden sind, kann ein Übergang, beispielsweise ein Kontakt mit
einer Metallschicht, gebildet werden.
Im Rahmen der Erfindung werden verschiedene Kontakte wie z.B. pn-, pi-, ni-, η η- und ρ p-Kontakte als "Übergänge"
bezeichnet. Im Rahmen der Erfindung ist besonders zu bemerken, daß die durch das GD-vfcrfahren, das SP-Verfahren,
das IP-Verfahren oder das HVD-Verfahren gebildete, aus einem polykristallinen Dünnfilm bestehende Halbleiterschicht
in dem Fall, daß sie bei einer niedrigen Temperatur von 350cC bis 450°C unter Erfüllung der Bedingungen
hinsichtlich des Wasserstoffgehalts und der Oberflächenrauhigkeitseigenschaften
gebildet worden ist, Bauelement-
-22- DE 2702
eigenschaften ergeben kann, die den Eigenschaften eines
bekannten, polykristallinen Siliciumfilms, der beispielsweise durch, das CVD- oder das LPCVD-Verfahren (bei 6000C
oder einer höheren Temperatur) und anschließende Glühbehandlung in einem H_-Plasma hergestellt wurde, vergleichbar
sind,und auch zu Stabilität und Zuverlässigkeit.führen
kann, wodurch die Brauchbarkeit der Erfindung direkt gezeigt wird.
If" Rahmen der Erfindung wird die Bildung eines polykristallinen
Siliciumdünnfilms, der zur Lösung der Aufgabe
der Erfindung geeignet ist, insbesondere dadurch ermöglicht, daß eine Glimmentladung einer gasförmigen Siliciumhydridverbindung
(GD-Verfahren), eine Zerstäubung von
Silicium in einer H„-Atmosphäre (SP-Verfahren), eine
Ionenplattierung (IP-Verfahren), oder eine Aufdampfung
unter Ultrahochvakuum (HVD-Verfahren) bei einer Träger-Oberflächentemperatur
von 500 C oder weniger (in dem Bereich von etwa 3500C bis 5000C) durchgeführt wird. Diese
Tatsache hat nicht nur den Vorteil, daß der Träger gleichmäßig
erhitzt wird oder daß für die Herstellung einer Treiberschaltung oder einer Abtastschaltung, die für die
Herstellung einer großflächigen Einrichtung eine große Fläche bedeckt, und für die Herstellung eines Lichtempfangselements
und eines Schaltelements ein billiges Trägermaterial mit einer großen Fläche zur Verfugung gestellt
wird, sondern ist auch in der Hinsicht wichtig, daß auf diese Weise die Bedingung des Einsatzes einer lichtdurchlässigen
Glasplatte als Träger für eine lichtdurchlässige Anzeigeeinrichtung oder bei der Anwendung einer Bildleseeinrichtung,
beispielsweise im Fall eines Lichtempfangselements mit fotoelektrischer Wandlung, bei dem von der
Trägerseite her Licht eintritt, erfüllt werden kann.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente kann infolgedessen in niedrigeren Temperaturbereichen
-23- DE 2702
als bei bekannten Verfahren durchgeführt werden, weshalb zusätzlich zu hitzebeständigen Gläsern wie hochschmelzenden
Gläsern und Hartglas, hitzebeständigen, keramischen Werkstoffen, Saphir, Spinell, Siliciumscheiben und anderen
Materialien, die üblicherweise bei den bekannten Verfahren eingesetzt werden, im allgemeinen auch Materialien wie
niedrigschmelzende Gläser und hitzebeständige Kunststoffe als Träger eingesetzt werden können.
Als Glasträger können beispielsweise ein normales Glas
mit einer Erweichungstemperatur von 63O°C, ein gewöhnliches Hartglas mit einer Erweichungstemperatur von 78O°C
und ein ultrahartes Glas mit einer Erweichungstemperatur von 82(
werden.
von 82O°C (JIS First grade ultra-hard glass) eingesetzt
Im Rahmen der Erfindung kann die Trägertemperatur niedriger
sein als die Erweichungstemperatur des einzusetzenden Trägers, weshalb der Film ohne Verschlechterung oder Beeinträchtigung
des Trägers auf dem Träger gebildet werden kann.
In den Beispielen der Erfindung wurde als Trägerglas hauptsächlich
"Corning ψ 7059 glass" als ein Beispiel der normalen Gläser (Natrongläser) mit relativ niedrigen Erweichungstemperaturen
eingesetzt, jedoch kann natürlich als Träger ein Quarzglas mit einer Erweichungstemperatur von
15000C eingesetzt werden. Vom praktischen Gesichtspunkt
aus ist jedoch der Einsatz normaler Gläser vorteilhaft, wenn mit niedrigen Kosten und über eine große Fläche Dünnfilm-Bauelemente
hergestellt werden sollen.
Unter Verwendung des polykristallinen Siliciumdünnfilms
mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften als Grundmaterial
können mit einem guten Ergebnis verschiedene Halblei-
-24- DE 2702
terbauelemente, beispielsweise Dioden oder Bipolartransistoren
mit verschiedenen Übergängen, die durch Laminieren von polykristallinen SiliciumdUnnfilmen mit voneinander
verschiedenen Typen der elektrischen Leitfähigkeit, z.B. von pn-, pin-, pnp-, npn-Übergängen usw., gebildet werden,
und außerdem Feldeffekt-Dünnfilmtransistoren, die einen
Übergang aufweisen, hergestellt werden.
Weiterhin können gute Halbleiterbauelemente mit einem durch Laminieren eines Metalls wie Pt oder Au hergestellten
Schottky-Barrieren-Übergang erhalten werden.
Des weiteren können gute Halbleiterbauelemente mit einer für einen HeteroÜbergang geeigneten Oxidschicht wie ITO
oder SnO?, die mit dem polykristallinen SiliciumdUnnfilm
laminiert ist, erhalten werden.
Außerdem werden gute Eigenschaften erhalten, wenn polykristalline
Siliciumschichten mit dem gleichen Typ der elektrischen Leitfähigkeit für die Herstellung eines Kontaktes
mit der Elektrode eines Halbleiterbauelements unter Bildung eines ohmschen Kontaktes verbunden werden.
In den folgenden Beispielen werden zur näheren Erläuterung der Erfindung die Bildung von polykristallinen SiliciumdUnnf
ilmen, Verfahren zur Herstellung verschiedener Bauelemente und die Leistungsfähigkeit der Bauelemente beschrieben.
Durch das nachstehend gezeigte Verfahren wurde auf einem Mo-Film, der auf einem Corning glass (#=7059) abgeschieden
worden war, ein polykristalliner SiliciumdUnnfilm gebildet,
und unter Verwendung dieses Dünnfilms wurde ein Bauelement mit pn-übergang hergestellt.
-25- DE 2702
Ein Coming glass #7059 (120 mm χ 120 mm, Dicke: 0,7
mm) wurde mit einer Mischung aus HF/HNO„/CH3COOH schwach
geätzt, mit fließendem Wasser gewaschen und getrocknet, worauf durch ein Elektronenstrahl-Abscheidungsverfahren
ein 150,0 nm dicker Mo-Film gebildet wurde. Der auf diese Weise hergestellte Träger 300 wurde in der in Fig. 3
gezeigten Weise in einem als Abscheidungskammer dienenden
Rezipienten 301 an der oberen Anodenseite in enger Berührung mit einer Einrichtung 302 zum Halten und Heizen
des Trägers bzw. Substrats befestigt. Der Rezipient 301 wurde mittels einer Diffusionspumpe 309 bis zur Erzielung
eines Hintergrundvakuums von 0,27 mPa evakuiert, worauf die Einrichtung 302 zum Halten und Heizen des Trägers
geheizt wurde, um die Oberflächentemperatur des Trägers 300 bei 350°C zu halten. Anschließend wurden SiH.-Gas, das
mit Hp-Gas auf 10 VpI.-% verdünnt worden war, j^kurz als
"SiH4(10)/H " bezeichnet] unter Anwendung einer Durchflußreguliervorrichtung
304 mit einer Durchflußgeschwindigkeit
3
von 5 Norm-cm /min und PFL-Gas, das mit H„-Gas auf 100
von 5 Norm-cm /min und PFL-Gas, das mit H„-Gas auf 100
Γ
VoL.-ppm verdünnt worden war £_kurz mit "PH„(100)/H '■ bezeichnetj unter Anwendung einer Durchflußreguliervorrichtung 306 mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 25
VoL.-ppm verdünnt worden war £_kurz mit "PH„(100)/H '■ bezeichnetj unter Anwendung einer Durchflußreguliervorrichtung 306 mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 25
3
Norm-cm /min durch eine ringförmige Gaseinblaseeinrichtung 315 hindurch in den Rezipienten 301 eingeleitet, und der Innendruck in dem Rezipienten wurde mittels
eines Absolutdruckmanometers 312 durch Schließen eines Hauptventils 310 auf 4,0 Pa einreguliert. Nachdem sich der Innendruck in dem Rezipienten 301 stabilisiert hatte, wurde an die Kathodenelektrode 313 durch eine Stromquelle 314 ein Hochfrequenzfeld von 13,56 MHz angelegt, um eine Glimmentladung anzuregen. Zu dieser Zeit betrug die Spannung 0,7 kV, die Stromstärke 60 mA und die Radiofrequenz-Entladungsleistung 20 W. Die Dicke des erhaltenen Films betrug 80,0 nm, und als die ringförmige Gaseinblaseeinrichtung verwendet wurde, lag die Schwankung der Dicke im Fall des Trägers mit den Abmessungen 120 mm χ 120 mm innerhalb von + 10 %.
Norm-cm /min durch eine ringförmige Gaseinblaseeinrichtung 315 hindurch in den Rezipienten 301 eingeleitet, und der Innendruck in dem Rezipienten wurde mittels
eines Absolutdruckmanometers 312 durch Schließen eines Hauptventils 310 auf 4,0 Pa einreguliert. Nachdem sich der Innendruck in dem Rezipienten 301 stabilisiert hatte, wurde an die Kathodenelektrode 313 durch eine Stromquelle 314 ein Hochfrequenzfeld von 13,56 MHz angelegt, um eine Glimmentladung anzuregen. Zu dieser Zeit betrug die Spannung 0,7 kV, die Stromstärke 60 mA und die Radiofrequenz-Entladungsleistung 20 W. Die Dicke des erhaltenen Films betrug 80,0 nm, und als die ringförmige Gaseinblaseeinrichtung verwendet wurde, lag die Schwankung der Dicke im Fall des Trägers mit den Abmessungen 120 mm χ 120 mm innerhalb von + 10 %.
-26- DE 2702
Der Wasserstoffgehalt in dem auf diese Weise hergestellten
Film betrug 2,0 Atom-%. Der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit betrug 25,0 nm. Auf dem erhaltenen, polykristallinen
Siliciumdünnfilm vom n+-Typ wurde in der gleichen
Vorrichtung und unter den gleichen
Bedingungen wie vorstehend beschrieben, wobei jedoch
PH3(100)/H2 mit 2,5 Norm-cm3/min■ und SiH4(10)/H2 mit 5 Norm-cm /min eingeleitet wurden, ein 500,0 nm dicker, polykristalliner Siliciumdünnfilm vom η-Typ gebildet.
PH3(100)/H2 mit 2,5 Norm-cm3/min■ und SiH4(10)/H2 mit 5 Norm-cm /min eingeleitet wurden, ein 500,0 nm dicker, polykristalliner Siliciumdünnfilm vom η-Typ gebildet.
Außerdem wurde, anstelle des PH„(100)/H0-Gases BOH,--Gas,
das mit Wasserstoff auf 100 Vol.-ppm verdünnt worden war, /kurz als "B2H5(IOO)ZH2" bezeichnet/ mit 5 Norm-cm3/min
eingeleitet, und das gleiche Verfahren wurde wiederholt, wobei ein 80,0 nm dicker, polykristalliner Siliciumdünnfilm
vom p-Typ gebildet wurde. Der Wasserstoffgehalt in den auf diese Weise laminierten, polykristallinen Siliciumdünnf ilmen vom η-Typ und p-Typ betrug 2,1 bzw. 2,2
Atom-%.
Der Höchstwert der 'Oberflächenrauhigkeit der Filme vom
η-Typ und vom p-Typ betrug jeweils 30,0 nm. Auf dem polykristallinen
Siliciumdünnfilm vom p-Typ wurde zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit pn-übergang eine
Al- Punktelektrode gebildet (Abscheidung unter Erhitzen im Vakuum; Durchmesser: 1 mm; Di.cke: 150,0 nm). Aus der
V-I-Kennlinie zwischen der Al-Elektrode und der Mo-Elektrode
ergaben sich die Werte η = 1,07 und VßR = 30 V,
und Jo war klein. Als Ergebnis wurden gute Diodeneigenschaften erhalten. Auch als die V-I-Kennlinie wiederholt
(10 000 mal) gemessen wurde, änderte sie .sich in keiner Weise.
Beispiel 2 ■
_t Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wurden auf Corning
.
glass (#7059) nacheinander eine η -Schicht, polykristal-
-27- DE 2702
* lines Silicium von η-Typ und polykristallines Silicium
vom' ρ-Typ gebildet, und dann wurde auf der gesamten Oberfläche
durch Zerstäuben eine 200,0 nm dicke ITO-Elektrode
(Indium-Zinnoxid-Elektrode) gebildet, worauf durch ein fotolithografisches Verfahren eine Punktelektrode mit
einem Durchmesser von 1 mm gebildet wurde. Das erhaltene Halbleiterbauelement mit pn-übergang zeigte die gleichen
guten Diodeneigenschaften wie das in Beispiel 1 erhaltene
Halbleiterbauelement.
·
2
Dann wurde AM-I (Air Mass-1; 100 mW/cm )-Licht von der Oberfläche der ITO-Elektrode her projiziert, urn die V-I-Kenn-
Dann wurde AM-I (Air Mass-1; 100 mW/cm )-Licht von der Oberfläche der ITO-Elektrode her projiziert, urn die V-I-Kenn-
linie zu messen. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
15
VQC = 0,58 V , Jsc = 18,3 mA/cm2 und -^= 8,0
Als das Bauelement 1000h lang unter dem AM-1-Licht betrieben
wurde, um eine fctovoltaische Wirkung hervorzurufen,
wurde keinerlei Veränderung in der V-I-Kennlinie beobachtet.
20
20
Ein mit einer in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellten Mo-Schicht versehener Träger
300 aus Corning glass wurde in dem Rezipienten 301 an der oberen Anodenseite an der Einrichtung 302 zum Halten
und Heizen des Trägers befestigt, und eine Platte aus polykristallinem Silicium (nicht gezeigt; 99,9999 %) wurde
so auf die Elektrodenplatte der unteren Kathode 313 aufgelegt, daß sie dem Träger gegenüberlag.
Der Rezipient 301 wurde mit der Diffusionspumpe 309 auf
0,27 mPa evakuiert, und die Einrichtung 30,2 zum Halten und Heizen des Trägers wurde geheizt, um die Oberflächen-
temperatur des Trägers 300 bei 4500C zu halten. Dann wurde
-28- DE 2702
pH3(100)/Hp-Gas mittels der Durchflußreguliervorrichtung
306 mit 5 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet, und des weiteren wurde eine Ar/He-Gasmischung (Volumenverhältnis:
5/95) mittels der Durchflußreguliervorrichtung
307 mit 50 Norm-cm /min in den Rezipienten 301 eingeleitet, und der Innendruck des Rezipienten wu^de durch Regulieren
des Hauptventils 310 auf 6,7 Pa eingestellt.
Nach der Stabilisierung des Innendruckes wurde mittels jQ der Hochfrequenz-Stromquelle 314 (Frequenz: 13,56 MHz )
an die untere Kathodenelektrode 313 eine Spannung von 2,0 kV angelegt, um zwischen der auf der Kathode 313 befindlichen
Platte aus polykristallinem Silicium und der Anode
(der Einrichtung zum Halten und Heizen des Trägers) 302 2g eine Glimmentladung anzuregen. Die Radiofrequenz-Entladungsleistung (Leistung der hinwandernden Welle - Leistung der reflektierten Welle) betrug 200 W. Unter den vorstehend erwähnten Bedingungen wurde ein 60,0 nm dicker, poly-
(der Einrichtung zum Halten und Heizen des Trägers) 302 2g eine Glimmentladung anzuregen. Die Radiofrequenz-Entladungsleistung (Leistung der hinwandernden Welle - Leistung der reflektierten Welle) betrug 200 W. Unter den vorstehend erwähnten Bedingungen wurde ein 60,0 nm dicker, poly-
kristalliner Dünnfilm vom n+-Typ gebildet.
Auf der erhaltenen, polykristallinen Siliciumschicht vom
η -Typ wurde eine 500,0 nm dicke, polykristalline Siliciumschicht
vom i-(eigenleitenden) Typ gebildet, indem durch die Durchflußreguliervorrichtung 308 hindurch ein
hochreines Wasserstoffgas (wobei in diesem Fall Hp anstel-Ie
von NH„ eingesetzt wurde) mit 0,5 Norm-cm /min und
des weiteren durch die Durchflußreguliervorrichtung 307 hindurch eine Ar/He-Gasmischung (Volumenverhältnis: 5/95)
mit 50 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet wurden und die Abscheidung bei einem Innendruck des Rezipienten
von 6,7 Pa mit einer Radiofrequenz-Leistung von 200 W
durchgeführt wurde. Dann wurden BpH6(100)/Hp-Gas durch
die Durchflußreguliervorrichtung 305 hindurch und eine Ar/He-Gasmischung (Volurnenverhältnis: 5/95) durch die
Durchflußreguliervorrichtung 307 hindurch jeweils mit
-29-
DE 2702
einer DuTChflußgeschwindigkeit von 5 Norm-cm /min eingeleitet,
und die Abscheidung wurde unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend beschrieben durchgeführt, wobei
eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Dicke von 60,0 nm abgeschieden wurde.
Der Wasserstoffgehalt und der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit
der erhaltenen Schichten vom n+-, i- und p+-Typ
betrugen:
η -Schicht i -Schicht p+-Schicht
2.8 Atom-%; 30,0 nm 0,2 Atom-%; 40,0 nm
2.9 Atom-%; 30,0 nm
Des weiteren wurde auf der Oberfläche der p+-Schicht des
erhaltenen p-i-n-Übergangs zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem pin-Übergang eine Punktelektrode
aus ITO mit einem Durchmesser von 1 mm gebildet.
In Tabelle I werden der Wasserstoffgehalt, der Höchstwert
der Oberflächenrauhigkeit, die Diodeneigenschaften und die fotovoltaischen Eigenschaften für den Fall gezeigt,
daß die Durchflußgeschwindigkeit des hochreinen H?-Gases
bei der Bildung der i-Schicht zwischen 0 und 50 Norm-cm3/
min variiert wurde.
-30-Tabelle I
DE 2702
| Probe Nr. | Al-1" | Al-2 | Al-3 | Al-4 | Al-5 |
| H2-L)urchflußgeschwin- iigkeit (Norm-cm3/min) |
0 | 0.1 | 0.5 | 5 | 50 |
| H-Gehalt in der i-Schicht (Atom-%) |
0 | 0.01 | 0.2 | 3 | 6 |
| Höchstwert der Oberflä- chenrauiiij^keit der i-Schicht (nm) |
35,0 | 35/0 | 4O7O | 4O7O | 500 |
| η | 1,1 | 1,04 | 1,03 | 1,05 | 1,2 |
| VBR (V) | 35 | 39 | 40 | 40 | 32 |
| 2,2 | 8,1 | 8,8 | 7;6 | 3,0 | |
| Δη (%) | 0 | 0 | 0 | 0 | -0,5 |
bezeichnet den Betrag der Änderung des Wirkungsgrades ( v\ ) nach 1000-stUndiger fotovoltaischer Wirkung unter
Bestrahlung mit AM-1-Licht. [Δη = η(0) - ^(100O), worin
■>] (O) und >f(1000) den anfänglichen Wirkungsgrad bzw.
den Wirkungsgrad nach 1000-stündigem Betrieb bezeichnen/.
Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, daß bei einem Wasserstoffgehalt von 0,01 bis 3 Atcm-% gute Diodeneigenschaften
und gute fotovcltaische Eigenschaften erhalten
werden und daß im Fall der Probe Al-5, die einen 3 Atom-% überschreitenden Wasserstoffgehalt · hat, die
zwei vorstehend erwähnten Eigenschaften schlecht sind
und die Änderung im Verlauf der Zeit nachteiligerweise groß ist.
Die Probe Al-I, die einen Wasserstoffgehalt von weniger
als O1Ol Atom-% hat, zeigt schlechte Eigenschaften.
-31-Beispiel A
DE 2702 .
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen mit pnübergang
gemäß dem Verfahren von Beispiel 2 wurde der Gasdruck (Pr) unter den Bedingungen einer Trägertemperatur
(Ts) von 350°C und einer Radiofrequenz-Leistung von 2OW
variiert, wobei die Bedingungen hinsichtlich der Durchflußgeschwindigkeit von SiH4(10)/H2, PH3(1OO)/H2 und
B2H6(100)/Hg die gleichen wie in Beispiel i_ waren. Die
Ergebnisse werden in Tabelle II gezeigt.
| Probe Nr. | A2-1 | A2-2 | A2-3 | A2-4 | A2-5 |
| Pr (Pa) | 1,3 | 2,7 | 5,3. | .10,7 | 13,3 |
| H-Gehalt in jeder p- unc η-Schicht (Atom-%) Höchstwert der Ober- flächenrauhigkei t jeder p- und n-Schicht (nm) |
15/0 | I;9 20,0 |
2,0 30,0 |
2,3 80,0 |
*,« 120,0 |
| η VBR (V) Π (%) Δη (%) |
1,03 34 8,3 0 |
1,03 33 8,3 0 |
1,04 29 7,8 0 |
1,06 23 6,1 • 0 |
1,1 8 2,6 -0,2 |
Die Probe A2-5, bei der der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit jeder p- und n-Schicht 80,0 nm überschreitet,
hat schlechte Diodeneigenschaften und zeigt eine große Änderung im Verlauf der Zeit.
-32- DE 2702
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen mit pnübergang
gemäß dem Verfahren von Beispiel 2 betrug die Trägertemperatur 35O°C. Die Gasdurchflußgeschwindigkeit
und der Gasdruck.(Pr) waren die gleichen wie in Beispiel 1, und die Radiofrequenz-Leistung (Po) wurde variiert.
Die Ergebnisse werden in Tabelle.III gezeigt.
| Probe Nr. | A3-1 | A3-2 | A3-3 | A3-4 | A3-5 |
| Po (W) | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 |
| H-Gehalt in jeder p- und n-Schicht (Atom-%) Höchstwert der Ober flächenrauhigkeit jeder p- und η-Schicht (nm) (220)-Ori entierung (n/\ |
1,9 30,0 73 |
2rO 30,0 55 |
2/1 35,0 50 |
2,1 35/0 30 |
2/3 35,0 28 |
| η VBR <V) n (%) Δη (%) |
1,03 30 8,9 0 |
1,04 33 8,0 0 |
1,04 30 7/3 0 |
1,05 29 6;5 0 |
1,07 27 4,9 -0,1 |
Die Proben, bei denen die (22O)-Orientierung' mehr als
% betrug (d.h. mit Ausnahme der Probe A3-5), zeigten gute Diodeneigenschaften und eine geringere Änderung
im Verlauf der Zeit.
-33-Beispiel 6
DE 2702
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen mit pnübergang gemäß dem Verfahren von Beispiel 2 waren die
Bedingungen für die Herstellung der polykristallinen Siliciumschicht die gleichen wie in Beispiel 1, und die
Zeit für die Züchtung bzw. das Wachstum der n-Schicht wurde variiert, wobei η-Schichten mit einer Schichtdicke
(d) von 100,0 , 200,0' und 400,0 nm gebildet wurden. Die
Ergebnisse werden in Tabelle IV gezeigt.
| Probe Nr. | . d (nm) | A4-1 | A4-2 | A4-3 |
| wasserKtoitgehalt (Atom-y0) |
100,0 | ?00,0 | 400,0 | |
| Höchstwert der Oberflä chenrauhigkeit (nm) |
2/2 | 2,0 | 2 2 | |
| Mittlere Korngröße (rm) |
22;0 | 25P | 30p | |
| η | 17,0 | 20;0 | 35/0 | |
| VBR <V) | 1,09 | 1,05 | 1,04 | |
| η (%) | 21 | 29 | 33 | |
| Δη (%) | 3,1 | 7,8 | 8,.O | |
| -0,1 | 0 | 0 |
Die Proben, bei denen die mittlere Korngröße 20,0 nm
oder mehr beträgt, haben gute Diodeneigenschaften und zeigen eine geringere Änderung im Verlauf der Zeit.
-34- DE 2702
Unter Anwendung der in Fig. 4 dargestellten Ultrahochvakuum
-Absehe idungs vorrichtung wurde ein Träger 400, der aus Corning #■ 7059-Glas bestand, auf dem eine in der
gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellte Mo-Schicht vorgesehen war, in einem Ultrahochvakuumbehälter 401,
der auf 2,7 η Pa evakuiert werden kann, an einer Träger-Haltevorrichtung
402 angebracht, und nach der Verminderung des Druckes in dem Behälter 401 auf einen Wert von weniger
als 27 nPa wurde die Trägertemperatur durch eine Tantal-Heizvorrichtung 403 auf 400°C eingestellt.
Dann wurde eine Elektronenkanone 404 (zur Verdampfung von Silicium) mit einer Beschleunigungsspannung von 8
kV betätigt, und .der emittierte Elektronenstrahl bestrahlte einen Verdampfungskörper 405 aus hochreinem Silicium,
um Silicium zu verdampfen, wobei gleichzeitig roter Phosphor 405', der sich in einem Heiztiegel 4041 befand,
verdampft wurde. Eine Blende 407 wurde in der Richtung A geöffnet, und eine polykristalline Siliciumschicht
vom η -Typ wurde in einer Dicke von 100,0 nm gebildet, während die Filmdicke mittels einer Quarzoszillator-Dikkenmeßvorrichtung
406 reguliert wurde. Dann wurde die Blende 407 geschlossen . Der Tiegel 404* wurde abgeschaltet,
und die Blende 407 wurde zur Bildung einer 0,5 ^jm dicken, polykristallinen Siliciumschicht wieder geöffnet
(Probe A).
Andererseits wurde auf einem mit einer Mo-Schicht versehenen Träger aus Corning ψ 7059-Glas in ähnlicher Weise
eine n+-Schicht gebildet, und dann wurde der Druck in dem Vakuumbehälter 401 auf 27 nPa oder weniger vermindert,
worauf hochreines Wasserstoffgas (99,9999 %) unter Anwendung eines verstellbaren Belüftungsventils 408 in den
Vakuumbehälter 401 eingeleitet wurde, wobei der Druck in dem Behälter auf 67 pPa eingestellt wurde. Die Träger-
DE 2702
temperatur wurde auf 4000C eingestellt, und es wurde ein
0,5 pm dicker, polykristalliner Siliciumfilm gebildet
(Probe B).
Von jedem der erhaltenen Filme wurde ein Teil zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts und des Höchstwertes der
Oberflächenrauhigkeit eingesetzt, während auf den restlichen Filmen, d.h. auf den Oberflächen der Probe A und
der Probe B, zur Herstellung einer oberen Elektrode Platin !0 (Pt) in einer Dicke von 30,0 nm durch Vakuum-Elektronenstrahlabscheidung
abgeschieden wurde.
Die Diodeneigenschaften (n, VßR) und die fotovoltaischen
Eigenschaften (η, Δη) der erhaltenen Schottky-Diodenzel-. len (Probe A: AA5-1; Probe B: AB5-2)' werden in Tabelle
V gezeigt.
| Probe Nr. | ΑΑ5-1 | ΑΒ5-2 |
| Wasserstoffgehalt (Atom-%) |
<0;01 | 0;3 |
| Höchstwert der Oberflä chenrauhigkeit (nni) |
30,0 | 3O7O |
| η | 1,3 | 1,04 · |
| VBR *ν; η (%) |
34 1/3 |
38 7,7 . |
| Δη (%) | 0 | 0 |
330OAOO ···' : ···· «· *·■
-36- DE 2702
Wie in Tabelle V gezeigt wird, führt die Probe AA5-1, die wenig Wasserstoff enthält, zu einem großen n-Wert,
und die fotovcltaischen Eigenschaften dieser Probe sind
schlecht, während die.Probe AB5-2, die 0,3 Atom-% Wasserstoff
enthält, hervorragend ist.
Nachstehend wird die Herstellung des in Fig. 6 dargestellten, polykristallines Silicium enthaltenden Feldeffekttransistors
vom pn-Übergangstyp unter Anwendung der in Fig. 5 gezeigten Ionenplattierungs-Abscheidungsvorrichtung
gezeigt.
In einer Abscheidungskammer 503, die auf einen verminderten
Druck gebracht werden kann, wurde zuerst in ein Schiffchen 507 ein zu verdampfender, nicht dotierter,
polykristalliner Siliciumkörper 506 hineingebracht, und ein Corning ψ- 7059-Träger wurde auf Stutzeinrichtungen
511-1 und 511-2 aufgesetzt. Nachdem die Abscheidungskammer bis zur Erzielung eines Grunddruckes von 13 JuPa evakuiert
worden war, wurde ein H--Gas, das 500 ppm B„H6 enthielt,
C kurz mit "BpHg(50Q)/H '' bezeichnet J durch ein Gaseinlaßrohr
505 hindurch bis zur Erzielung eines Wasserstoff-Partialdruckes P„ von 4,0 mPa in die Abscheidungskammer
eingeleitet. Das Gaseinlaßrohr hatte einen Innendurchmesser von 2 mm und war an seiner Spitze in Form einer
Schleife ausgebildet, die in Abständen von 2 cm Gaseinblasöffnungen
mit einem Durchmesser von 0,5 mm aufwies.
Dann wurde an eine Hochfrequenzspule 510 (Durchmesser:
5 mm) eine Hochfrequenz von 13,56 MHz angelegt, um eine Ausgangsleistung von 40 W einzustellen, wodurch im Inneren
der Spule eine Hochfrequenz-Plasmaatmosphäre gebildet
wurde. Andererseits wurde eine Heizvorrichtung 512 in Betrieb gesetzt, und die Stützeinrichtungen wurden auf
-37- · DE 2702
etwa 4300C aufgeheizt, während die' Stützeinrichtungen
511-1 und 511-2 gedreht wurden.
Dann wurde der zu verdampfende Siliciumkörper 506 mit
einer Elektronenkanone 508 bestrahlt, wodurch die erhitzten Siliciumteilchen fliegen gelassen wurden.
Die Elektronenkanone hatte eine Leistung von etwa 0,3
kW.
Auf diese Weise wurde ein 500,0 nm dicker, polykristalliner
Siliciumdünnfilm 601 vom p-Typ gebildet. Auf der
erhaltenen, polykristallinen Siliciumschicht vom p-Typ wurde unter ähnlichen Bedingungen eine 80,0 nm dicke,
polykristalline Siliciumschicht vom η-Typ abgeschieden, indem in die Abscheidungskammer H_-Gas, das 2500 ppm
PH3 enthielt, C kurz mit "PH3(25OO)/H2" bezeichnet J
in der Weise eingeleitet wurde,· daß der Druck 4,0 mPa
erreichte.
Der Wasserstoffgehalt in dem polykristallinen Siliciumdünnfilm
der Schicht vom η-Typ und der Schicht vom p-Typ betrug 0,5 Atom-%, und der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit
betrug 45,0 nm.
Dann wurden durch Vakuumbedampfung und Fotoätzung Al-Elektroden
für die Source-Elektrode (Quelle) 605-1 und die Drain -Elektrode (Senke) 605-2 gebildet, und gleichzeitig
wurde die η-Schicht in einer vorbestimmten Breite getrennt.
Dann wurde das erhaltene Element in der Vorrichtung von
Fig. 3 an der an der Anodenseite befindlichen Einrichtung .302 zum Halten und Heizen des Trägers befestigt. In der
gleichen V/eise wie bei der Herstellung eines polykristal-
3 300 k OQ '··· ; '··"""- '-
-38- DE 2702
linen Siliciums wurde der Rezipient 301 evakuiert; die Trägertemperatur Ts wurde auf 25O°C eingestellt, und
NH3-GaS und SiH4-GaS^SiH4(10^H_7 wurden durch Durchflußreguliervorrichtungen
308 bzw. 304 hindurch mit 20 bzw.
5 Norm-cm /min eingeleitet. Es wurde eine Glimmentladung mit 5 W hervorgerufen, wodurch ein 250,0 nm dicker
SiNH-FiIm 603 abgeschieden wurde.
Dann wurde eine Al-Schicht für die Steuerelektrode abgeschieden
und wieder einem Fotoätzschritt unterzogen, wodurch zwischen der Quelle und der Senke eine Steuerelektrode
(Gate bzw. Tor) 604 gebildet wurde.
Der erhaltene Feldeffekttransistor mit pn-übergang (Probe Nr. ATA) gehört dem N-Kanal-Inversionstyp an und funktioniert
sehr gut. Die Schwellenspannung (Vth) der Steuerelektrode hatte den niedrigen Wert von 5V, und der Strom
bei V_ = 20V war um 3 oder mehr Größenordnungen größer
als der Strom bei VQ = 0 (EIN/AUS-Verhältnis).
Die effektive Ladungsträgerbeweglichkeit dieses Bauelements
(μ eff) betrug 2,2 cm /(V.s), und während des kontinuierlichen
Betriebs bei V_ = V_ = 40 V wurde 500 h lang
vj U
keine Veränderung des Senkenstromes und der Schwellenspannung
beobachtet.
Zum Vergleich mit dem vorstehend erwähnten Beispiel wurden anstelle des PH0 enthaltenden H_-Gases und des BOHC ent-
o ά do
haltenden Ho-Gases PH0 enthaltendes Ar-Gas und BOHC ent-
d 0 d. .0
haltendes Ar-Gas eingesetzt, um einen Feldeffekttransistor
mit pn-übergang (Probe Nr. ATB) herzustellen. Außerdem wurden zur Herstellung eines Transistors mit pn-übergang
(Probe Nr.ATC) PH0 enthaltendes Ho-Gas und ΒΟΗΛ enthaltendes
Hp-Gas eingesetzt, wobei nur die Leistung der Elektronenkanone auf 0,8 kW erhöht wurde.
-39- DE 2702
Die Eigenschaften der Proben werden in Tabelle VI gezeigt.
| Probe Nr. | ATA | ATB | ATC |
| H-Gehalt in jeder p- und η-Schicht (Atcm-%) Höchstwert aer Oberflä chenrauhigkeit jeder p- und η-Schicht (nm) |
0,5 45/0 |
0 5 Op |
0,7 95,0 |
| Vth..(V) weff (SS^ Δΐβ(%) nach 500-stUndigem Betrieb EIw/AUb- (VG- 20 V/O V) •Verhältnis |
5 2,2 2 χ 10 |
18 0,3 0 . 6 χ ΙΟ2 |
•6 j 0,4 -15 I I 3. x 102 |
Die Probe ATB, die keinen Wasserstoff enthält, zeigt schlechte Werte für Vth und jjeff und ein kleines EIN/AUS-Verhältnis.
Die Probe ATC, bei der der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit groß ist, zeigt einen schlechten
ueff-Wert und während des kontinuierlichen Betriebes eine große Änderung im Verlauf der Zeit.
Gemäß den folgenden Schritten wurde durch Laminieren
eines polykristallinen Siliciumdünnfilms auf einen Mo-Film,
der auf einem Träger aus Coming-Glas ( #= 7059) abgeschieden worden war, ein Halbleiterbauelement .mit
pn-übergang hergestellt.
-40- DE 2702
Ein Corning-Glas # 7059 (120 mm χ 120 mm, Dicke: 0,7
mm) wurde mit einer Mischung aus HF/HNOo/CH^COOH schwach
geätzt, mit fließendem Wasser gewaschen, getrocknet und zur Bildung eines 150,0 nm dicken Mo-Films einem Elektronenstrahl-Absche!düngeverfahren
unterzogen, wodurch ein Träger 300 gebildet wurde.
Der Träger wurde in einem als Abscheidungskammer dienenden Rezipienten 301 an der oberen Anodenseite an einer Einrichtung
302 zum Halten und Heizen des. Trägers befestigt. Der Rezipient 301 wurde mittels einer Diffusionspumpe
309 bis zur Erzielung eines Hintergrunddruckes von 0,27 mPa evakuiert, worauf die Einrichtung. 302 zum Halten
und Heizen des Trägers geheizt wurde, um die Oberflächentemperatur des Trägers 300 bei 450°C zu . halten. Dann
wurden SiH4-GaS, das mit Hp-Gas auf 3 Vol.-% verdünnt
worden war, C kurz als "SiH.OJ/Hp" bezeichnet/ unter
Anwendung einer Durchflußreguliervorrichtung 304 . mit 5 Norm-cm /min und PH«(100)/H0-Gas unter Anwendung einer
3
Durchflußreguliervorrichtung 306 mit 10 Norm-cm /min durch eine ringförmige Gaseinblaseeinrichtung 315 hindurch in den Rezipienten 301 eingeleitet.
Durchflußreguliervorrichtung 306 mit 10 Norm-cm /min durch eine ringförmige Gaseinblaseeinrichtung 315 hindurch in den Rezipienten 301 eingeleitet.
Der Innendruck in dem Rezipienten wurde mittels eines Absolutdruckmanometers 312 durch Schließen des Hauptventils
310 auf 2,7 Pa einreguliert. Nachdem sich der Innnendruck in dem Rezipienten 301 stabilisiert hatte, wurde
an eine Kathodenelektrode 313 durch eine Stromquelle 314 ein elektrisches Hochfrequenzfeld von 13,56 MHz angelegt,
um eine Glimmentladung anzuregen'. Die Spannung betrug 0,7 kV, der Strom 50 mA und die Radiofrequenz-Entladungsleistung
20 W.
Die Filmdicke des erhaltenen Films betrug 80,0 nm, und
der Schwankungsbereich der Dicke lag im Fall des Trägers
-41- DE 2702
mit den Abmessungen 120 mm χ 120 mm innerhalb von +, 10 %.
Der Wasserstoffgehalt in dem erhaltenen Film betrug 1,2
Atom-% und die Ätzgeschwindigkeit 1,6 nm/s.
Auf dem erhaltenen, polykristallinen. Siliciumdünnf ilm
vom n+-Typ wurde unter der. gleichen Bedingungen wie vorstehend
beschrieben, wobei jedoch PH„(1OO)/H„ mit 1,0
3 3
Norm-cm /min und SiH4(3)/Hp mit 5 Norm-cm /min eingeleitet
wurden, ein polykristalliner Siliciumdünnfilm vom n-Typ
mit einer Dicke von 500,0 nm abgeschieden.
Des weiteren wurde unter den gleichen Bedingungen wie
vorstehend beschrieben, wobei jedoch anstelle von
PH0(100)/Ho-Gas BoHc(100)/Ho-Gas mit 2,5 Norm-em3/min
ad do d
eingeleitet wurde, ein polykristalliner Siliciumdünnfilm
vom p-Typ mit einer Dicke von 80,0 nm abgeschieden. Der
Wasserstoffgehalt in den laminierten, polykristallinen Siliciumdünnfilmen vom η-Typ und vom p-Typ betrug 1,2
bzw. 1,3 Atom-%.
Beim Ätzen jeder Schicht vom n- und vom p-Typ mit dem vorstehend erwähnten Ätzmittel betrug die Ätzgeschwindigkeit
1,6 nm/s. Auf dem erhaltenen, einen pn-übergang, bildenden, polykristallinen Siliciumdünnfilm wurde durch
Vakuumbedampfung unter Erhitzen eine 150,0 nm dicke Al-Punktelektrode
mit einem Durchmesser von 1 mm gebildet, wodurch ein Halbleiterbauelement mit pn-übergang hergestellt
wurde.
Die V-I-Kennlinie zwischen der Al-Elektrode und der Mo-Elektrode
zeigte die folgenden Werte: n=l,03; VßR = 35V.
Jo war klein, und die Diodeneigenschaften waren gut. ·
-42- " DE 2702
Auch als V-I wiederholt (10 000 mal) gemessen wurde, war die V-I-Kennlinie nicht verändert.
'
In ähnlicher Weise wie in Beispiel 9 wurden auf einem Mo-Film, der sich auf Coming-Glas (^7059) befand, eine
n+-Schicht, des weiteren eine Schicht vom η-Typ und
schließlich polykristallines Silicium vom p-Typ gebildet, und dann wurde auf der gesamten Oberfläche durch Zerstäubung
eine ITO-Elektrode (Indiumzinnoxid-Elektrode) mit einer Dicke von 200,0 nm gebildet, worauf durch Fotolithografie
eine Punktelektrode mit einem Durchmesser von 1 mm gebildet wurde.
Die erhaltene Zelle mit pn-übergang zeigte die gleichen guten Diodeneigenschaften wie in Beispiel 9.
Anschließend wurde die Zelle zur Messung der V-I-Kennlinie
von der Oberfläche der ITO-Elektrode her mit AM-1-Licht
ο
(Airmass-1; λ/ ioo mW/cm ) bestrahlt, wobei die folgenden'
(Airmass-1; λ/ ioo mW/cm ) bestrahlt, wobei die folgenden'
ο Werte erhalten wurden: Voc = 0,57 V; Jsc - 18,8 mA/cm
und η = 8,1 %.
Als das Bauelement zur Durchführung einer fotovoltaischen Wirkung 1000 h lang unter AM_1-Licht betrieben wurde, wurde
keine Änderung der V-I-Kennlinie beobachtet.
Nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel . 10 wurde ein Halbleiterbauelement mit pn-übergang hergestellt.
Bei der Herstellung wurde die Tragertemperatur (Ts) in dem Bereich von 2000C bis 600°C verändert. Die Radiofrequenzleistung
betrug 30 W und der Gasdruck 2,7 Pa, und
-43-
DE 2702
1 die Durchflußbedingungen von SiH4O )/H, PH (100)/H
und B2H6(100)/H2 waren die gleichen wie in Beispiel 9!
Der η-Wert, VßR, n (AM-1-Licht), Ar1 (nach 1000-stündiger
Bestrahlung unter AM-1-Licht), der H-Gehalt in dem poly-
5 kristallinen Siliciumdünnfilm und die Ätzgeschwindigk-eit,
die erhalten wurden, werden in Tabelle VII gezeigt.
Tabelle VII ·
| Probe Nr. | Bl-I | Bl-2 | Bl-3 | Bl-4 | Bl-5 |
| Ts (0C) H-Gehalt in jeder n- und p-Schicht (Atom-%) Ätzgeschwindigkeit jeder n- und p-Schicht (nm/s) |
200 M 4/0 |
300
3,0 2P |
400 1,5 ¥ |
500 . 0,4 |
600 0,03 |
| η VBR n (%) Δη (%) |
1,15 30 3,8 -1,3 |
1,06 30 3,2 -0,4 |
1,04 34 7,3 0 |
1,03 34 8,0 0 |
1,02 ' 37 . 8,1 0 |
25 Proben, bei denen der H-Gehalt 3 Atom-% überschreitet
und gleichzeitig die Ätzgeschwindigkeit 2,0 nm/s überschreitet (d.h. die Proben Bl-I und Bl-2) zeigen einen
unerwünschten n-wert, und der fotovoltaische Wirkungsgrad
ist niedrig, und außerdem ist die Änderung im Verlauf
30 der Zeit groß.
Ein mit einer in der gleichen Weise wie in Beispiel 9
3.5 beschrieben hergestellten Mo-Schicht versehener Träger
330Ό400 ···· : '··' ·:
-44- DE 2702
300 aus Coming-Glas wurde in dem Rezipienten 301 an der oberen Anodenseite an der Einrichtung 302 zum Halten
und Heizen des Trägers befestigt, und eine Platte aus polykristallinem Silicium (nicht gezeigt; 99,9999 %)
wurde so auf die Elektrodenplatte der unteren Kathode 313 aufgelegt, daß sie dem Träger gegenüberlag. Der Rezipient
301 wurde mit der Diffusionspumpe 309 auf 0,27 mPa evakuiert, und die Einrichtung 302 zum Halten und
Heizen des Trägers wurde geheizt, um die Oberflächentemperatur des Trägers 300 bei 480°C zu halten. Dann wurde
PH0(IOO)ZH0-GaS durch die Durchflußreguliervorrichtung
306 hindurch mit 5 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet, und eine Ar/He-Gasmischung (Volumenverhältnis:
5/95) wurde durch die Durchflußreguliervorrichtung 307
hindurch mit 50 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet. Der Innendruck des Rezipienten wurde· durch Regulieren
des Hauptventils 310 auf 6,7 Pa eingestellt. Nachdem sich der Innendruck des Rezipienten stabilisiert hatte,
wurde mittels einer Hochfrequenz-Stromquelle 314 (Frequenz: 13,56 MHz) an die untere Kathodenelektrode 313
eine Spannung von 1,8 kV angelegt, um zwischen der auf der Kathode 313 befindlichen Platte aus polykristallinem
Silicium und der Anode (der Einrichtung zum Halten und Heizen des Trägers) 302 eine Glimmentladung hervorzurufen.
Die Radiofrequenz-Entladungsleistung (Leistung der hinwandernden Welle - Leistung der reflektierten Welle)
betrug 150 W. Unter dieser Bedingung wurde ein 60,0 nm dicker,
gebildet.
gebildet.
dicker, polykristalliner Siliciumdünnfilm vom n+-Typ
' .
Auf der erhaltenen, polykristallinen Siliciumschicht vom n+-Typ wurde eine 500,0 nm dicke, polykristalline
Siliciumschicht vom i-(eigenleitenden) Typ abgeschieden, indem durch die Durchflußreguliervorrichtung 308 hindurch
ein hochreines H0-GaS (das in diesem Fall anstelle von
3 NH_ eingesetzt wurde^ mit 0,5 Norm-cm /min und durch
-45- DE 2702
die Durchflußreguliervorrichtung 307 hindurch eine Ar/He-Gasmischung
(Volumenverhältnis: 5/95) mit 50 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet wurden und die Abscheidung
bei einem Innendruck des Rezipienten von 6,7 Pa mit einer Radiofrequenz-Leistung von 150 W durchgeführt wurde.
■ Dann wurden durch eine Durchflußreguliervorrichtung 305
hindurch B~HC(100)/H„-Gas mit 5 Norrn-cm /min und durch
ά D ei
eine Durchflußreguliervorrichtung 307 hindurch eine Ar/He-Gas.-nischung
(Volumenverhältnis: 5/95) mit 50 Norm-cm /min eingeleitet, und dann wurde unter den gleichen Bedingungen
eine 60,0 nm dicke, polykristalline Siliciumschicht vom p+-Typ abgeschieden.
Nachstehend sind der erhaltene Schichttyp, der Wasserstoffgehalt und die Ätzgeschwindigkeit angegeben:
n+-Schicht: 1,8 Atom-%, 1,8 nm/s;
i-Schicht: 0,2 Atom-%, 1,6 nm/s und
p+-Schicht: 1,8 Atom-%, 1,8 nm/s.
n+-Schicht: 1,8 Atom-%, 1,8 nm/s;
i-Schicht: 0,2 Atom-%, 1,6 nm/s und
p+-Schicht: 1,8 Atom-%, 1,8 nm/s.
Auf der erhaltenen p+-Schicht wurde an der Oberfläche
in der gleichen Weise wie in Beispiel 10 eine ITO-Punktelektrode (Durchmesser: 1 mm) gebildet, wodurch ein Halbleiterbauelement
mit pin-Übergang hergestellt wurde.
25
25
Falls bei der Herstellung der i-Schi.cht die Durchflußgeschwindigkeit
eines hochreinen H9-Gases in dem Bereich
3
von 0 bis 50 Norm-cm /min verändert wurde, hatten der Wasserstoffgehalt, die Atzgeschwindigke.it-, die Diodeneigenschaften und die fotovoltaischen Eigenschaften die in Tabelle VIII gezeigten Werte.
von 0 bis 50 Norm-cm /min verändert wurde, hatten der Wasserstoffgehalt, die Atzgeschwindigke.it-, die Diodeneigenschaften und die fotovoltaischen Eigenschaften die in Tabelle VIII gezeigten Werte.
| 3300400 | -46 | - | B2-2 | ·· < | . ·· | " i ·· ' |
| Tabelle VIII | 0,1 | DE 2702 | ||||
| 0,01 | ||||||
| B2-1 | 1,6 | B2-3 | B2-4 | B2-5 | ||
| Probe Nr. | 0 | 1,03 | 0,5 | 5 | 50 | |
| Hp(Norm-cm /min) | 0 | 42 | 0,2 | 3,2 | 5,5 | |
| ;!-Gehalt in der i-Schicht (Atom-%) |
¥ | 2P | 2,2 | |||
| Ätzgeschwindigkeit der i -Schicht (nrn/s) |
1/21 | 0 | 1,03 | 1,05 | 1,13 | |
| η | 40 | 40 | 36 | |||
| VBR <V> | 1,8 | 8,3 | .7,7 | |||
| Π (%) | 0 | 0 | 0 | |||
| Δη (%) | ||||||
| 31 | ||||||
| 2,6 | ||||||
| -0,4 | ||||||
bezeichnet den Betrag der Änderung des Wirkungsgrades ( tn ) nach 1000-stündiger fotovoltaischer Wirkung unter
Bestrahlung mit AM-I-Licht. [Δ^ =η(0) - ^(1000), Worin
Tri (O) und >}(1000) den anfänglichen Wirkungsgrad bzw.
den Wirkungsgrad nach 1000-stündigem Betrieb bezeichnen^
Proben mit einer Ätzgeschwindigkeit von 2,0 nm/s oder weniger und einem H-Gehalt von 0,01 bis 3 Atom-% zeigten
gute Diodeneigenschaften und gute fotovoltaische Eigenschäften.
Bei der Probe B2-5, die mehr als 3 Atom-% Wasserstoff enthielt, waren diese beiden Eigenschaften schlecht,
und die Änderung im Verlauf der Zeit war groß.
DE 2702
Die Probe B2-1, die einen Wasserstoffgehalt von weniger als 0,01 Atom-% hatte, zeigte schlechte Eigenschaften.
Beispiel 13
5
5
Eine Zelle mit pn-übergang wurde in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 10 bei einer Trägertemperatur von 450°C
hergestellt, wobei die Gasdurchflußgeschwindigkeit und der Gasdruck (Pr) ähnlich wie in Beispiel 1 waren und
die Radiofrequenz-Leistung (Po) verändert wurde.
Das Ergebnis wird in Tabelle IX gezeigt.
| Probe Nr. | B3-1 | B3-2 | B3-3 | B3-4 | B3-5 |
| Po (W) | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 |
| H-Gehalt in jeder p- und η-Schicht (Atom-%) Durchschnittliche Ätzge - schwindigkeit jeder p- und η-Schicht (nm/s) (22O)-Orientierungs - stärke (%) |
1,1 16 85 |
1,1 68 |
1,2 ¥ 44 |
1,2 29 |
1/6 ¥» 27 |
| η VBR {V) η (%) Δη (%) |
1,03 35 8,3 0 |
1,03 36 8,1 0 |
1,04 34 7,9 0 |
1,05 33 7,2 0 |
1,07 33 5/2 -0,05 |
Was die (220)-0rientierungsstärke anbetrifft, so zeigten die Proben mit einer Orientierungsstärke von 30 % oder
mehr gute Ergebnisse.
-48- DE 2702 Beispiel 14
Eine Zelle mit pn-übergang wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 10 hergestellt, wobei polykristalline SiIiciumschichten
unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel .9 hergestellt wurden. Durch Änderung der Züchtungsbzw. Wachstumsdauer der η-Schicht wurden Halbleiterbauelemente
mit pn-übergang hergestellt, die eine Schichtdikke (d) von 100,0 , 200,0 , 300,0 und 400,0 nm hatten.
Die Ergebnisse werden in Tabelle X gezeigt.
| Probe Nr. | C4-1 | C4-2 | C4-3 | C4-4 |
| d (nm) | 100,0 | 200,0 | ,300,0 | 400,0 |
| H-uehalt in der n-Schicl: (Atom-%) |
1/2 | 1/1 | 1/0 | |
| Atzgeschwindip.keit der η-Schicht (nm/s) |
V | ¥ | ¥ | |
| Komgrüße in der n- Schicht (nm) |
18,0 | 2O7O | 35,0 | 5O7O |
| η | 1,08 | 1,05 | 1,05 | l;03 |
| VBR | 18 | 27 | 34 | 35 |
| Π (%) | 4,5 | 6,3 | 7,5 | * 8,0 |
| Δη (%) | -0,2 | 0 | 0 | 0 |
Proben mit einer mittleren Korngröße von 20,0 nm oder mehr zeigten ausgezeichnete Diodeneigenschaften und eine
geringere Änderung im Verlauf der Zeit.
-49- DE 2702
Beispiel 15
Beispiel 15
Unter Anwendung der in Fig. 4 dargestellten Ultrahochvakuum-Abscheidungsvorrichtung
wurde ein Träger 400, der aus Corning ■# 7059-Glas bestand, auf dem eine gemäß
dem Verfahren von Beispiel 9 hergestellte Mo-Schicht vorgesehen war, in einem Ultrahochvakuumbehälter 401>
dessen Druck auf 2,7 nPa vermindert werden kann, an einer Träger-Haltevorrichtung 402 angebracht.
Der Behälter 401 wurde auf einen. Druck von 1,3 nPa oder
weniger evakuiert, und die Trägertemperatur wurde auf 450 C eingestellt. Dann wurde eine Elektronenkanone 404
(zur Verdampfung von Silicium) mit einer Beschleunigungsspannung von 8,5 kV betätigt, und der erhaltene Elektronenstrahl
wurde auf einen Verdampfungskörper 405 aus hochreinem Silicium'auftreffen gelassen, wobei gleichzeitig
zu verdampfender, roter Phosphor 405' aus einem Heiztiegel 404' verdampft wurde.
Die Blende 407 wurde in der Richtung A geöffnet, wobei durch Regulierung mittels einer Quarzoszillator-Dickenmeßvorrichtung
406 .eine polykristalline Siliciumschicht vom η -Typ mit einer Dicke von 80,0 nm gebildet wurde.
Dann wurde die Blende 407 geschlossen, und der Tiegel 404' wurde abgeschaltet, und die Blende 407 wurde zur
Bildung einer 0,4 pm dicken, polykristallinen Silicium-■ schicht wieder geöffnet (Probe C).
Andererseits wurde auf einem mit einer Mo-Schicht versehenen Träger aus Corning #· 7059-Glas eine η -Schicht gebildet,
und dann wurde der Vakuumbehälter 401 auf 1,3 nPa
oder weniger evakuiert, und ein hochreines H2-GaS
(99,9999 %) wurde durch ein verstellbares Belüftungsventil 408 hindurch in den Behälter 401 eingeleitet, wobei der Innendruck auf 13 pPa eingestellt wurde.
oder weniger evakuiert, und ein hochreines H2-GaS
(99,9999 %) wurde durch ein verstellbares Belüftungsventil 408 hindurch in den Behälter 401 eingeleitet, wobei der Innendruck auf 13 pPa eingestellt wurde.
DE 2702
Die Trägertemperatur wurde in ähnlicher Weise zur Herstellung eines 0,4 pm dicken, polykristallinen Siliciumfilms
auf 4500C eingestellt (Probe D). Von den Proben C und
D wurde ein Teil zur Messung des H-Gehalts und des Höchstwertes
der Oberflächenrauhigkeit der nicht dotierten Schicht und der n+-Schicht eingesetzt. Der Rest der Proben
C und D wurde zur Bildung einer oberen Elektrode auf der Oberfläche durch Abscheidung von Platin (Pt) in einer
Dicke von 30,0 nm nach einem Vakuum-Elektronenstrahlabscheidungsverfahren
eingesetzt.
Die Diodeneigenschaften (n,VUD) und die fotovoltaischen
tJK
■Eigenschaften (η,Δη) der erhaltenen' Schottky-Diodenzellen
(Probe C:C5-1; Probe D: D5-2) werden in Tabelle XI gezeigt.
| Probe Nr. | C/C5-1 | D/D5-1 |
| H-Gehalt in der nicht dotier ten Schicht und der n - Schicht y.Atom-%) |
0 : | • 0.15 |
| Durchschnittliche Ätzgeschwin digkeit (nrn/s) |
||
| n | 1,18 | 1,03 |
| VBR. (V) | 32 | 34 |
| η (%) | 2,7 | 7,8 |
| Δη (%) | 0 | 0 |
Die Probe D5-1, die 0,15 Atcm-% Wasserstoff enthielt
und eine Ätzgeschwindigkeit von weniger als 2,0 nm/s hatte, zeigte gute Diodeneigenschaften und eine· geringere
Änderung im Verlauf der Zeit.
-51- DE 2702
Unter Anwendung der in Fig. 5 gezeigten Ionenplattierungs-Abscheidungsvorrichtung
wurde der in Fig. 6 dargestellte, polykristallines Silicium enthaltende Feldeffekttransistor
vom pn-Übergangstyp hergestellt.
In einer Abscheidungskammer 503, die auf einen verminderten Druck gebracht werden kann, wurde zuerst in ein
Schiffchen 507 ein zu verdampfender, nicht dotierter, polykristalliner Siliciumkörper 506 hineingebracht, und
ein Corning # 7059-Träger wurde auf die Stützeinrichtungen 511-1 und 511-2 aufgesetzt. Nachdem die Abscheidungskammer
bis zur Erzielung eines Grunddruckes von etwa 13 juPa evakuiert werden wai , wurde BpHfi(500)/H„-Gas durch ein
Gaseinlaßrohr 505 hindurch bis zur Erzielung eines Druckes von 6,7 mPa in die Abscheidungskammer eingeleitet. Das
angewandte Gaseinlaßrohr hatte einen Innendurchmesser von 2 mm und war an seiner Spitze in Form einer Schleife
ausgebildet, die in Abständen von 2 cm Gaseinblasöffnungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm aufwies.
Dann wurde an eine Hochfrequenzspule 510 (Durchmesser: 5 mm) eine Hochfrequenz von 13,56 MHz angelegt, um eine
Ausgangsleistung von 60 W einzustellen, wodurch im Inneren der Spule eine Hochfrequenz-Plasmaatmosphäre . gebildet
wurde. Andererseits wurde eine Heizvorrichtung 512 in
Betrieb gesetzt und auf etwa 470°C aufgeheizt, während die Stutzeinrichtungen 511-1 und 511-2 gedreht wurden.
'
' Im . nächsten Schritt wurde der Siliciumkörper 506
mit einer Elektronenkanone 508 bestrahlt und erhitzt, wodurch Siliciumteilchen fliegen gelassen wurden. Die
Elektronenkanone hatte eine Leistung von etwa 0,5 kW.
Auf diese Weise wurde ein polykristalliner Siliciumdünnfilm
601 vom p-Typ mit einer Dicke von 500,0 nm gebildet.
-52- DE 2702
Auf der erhaltenen, polykristallinen Siliciumschicht
vom p-Typ wurde unter ähnlichen Bedingungen eine 80,0 nrn dicke, polykristalline Siliciumschicht vom η-Typ gebildet,
indem PH3C2500)/H2-Gas bis zu einem Druck von 6,7
mPa eingeleitet wurde.
Der Wasserstoffgehalt in den polykristallinen Siliciumdünnfilmen
vom η-Typ und p-Typ betrug 0,6 Atom-%, und diese polykristallinen Siliciumdünnfilme hatten jeweils
eine Ätzgeschwindigkeit von 1,8 nm/s.
Dann wurden durch Vakuumbedampfung und Fotoätzung Al-Elektroden
für die Quelle 605-1 und die Senke 605-2 hergestellt, und die η-Schicht wurde mit einer vorbestimmten
Breite (10 /um) getrennt.
Das erhaltene Bauelement wurde in der Vorrichtung von Fig. 3 an der Anodenseite an einer Einrichtung 302 zum
Heizen und Halten des Trägers befestigt. 20
In ähnlicher Weise wie bei der Herstellung eines polykristallinen
Siliciums wurde der Rezipient evakuiert. Die Trägertemperatur Ts betrug 25O°C» und NH3-GaS und
SiH.(10)/Hp-Gas wurden durch Durchflußreguliervorrichtun-
gen 308 bzw. 304 hindurch mit jeweils. 5 Norm-cm /min eingeleitet, worauf zur Herstellung eines 250,0 nm dicken
SiNH-Films 603 eine Glimmentladung mit 5 W hervorgerufen wurde.
Dann wurde eine Al-Schicht für die Steuerelektrode abgeschieden,
und zwischen der Quelle und der Senke wurde eine Steuerelektrode gebildet.
Der erhaltene Feldeffekttransistor mit pn-übergang (BTA) gehörte dem N-Kanal-Inversionstyp an und funktionierte
«· ♦
-53-
DE 2702
sehr gut. Die Schwellenspannung (Vth) der Steuerelektrode
hatte den niedrigen Wert von 3V, und der Strom bei VQ
=■ 20 V war um 3 oder mehr Größenordnungen größer als der Strom bei V„ = 0 (EIN/AUS-Verhältnis).
Die effektive Ladungsträgerbeweglichkeit (μ eff) des
Bauelements betrug 3,6 cm /(V.s ), und während des kontinuierlichen
Betriebes bei VQ = VD = 40 V wurde 500 h
lang keine Änderung des Senkenstroms und der Schwellenspannung beobachtet.
Zum Vergleich mit dem vorstehend beschriebenen Beispiel wurden (i) ein Feldeffekttransistor BTB mit pn-übergang
PH3 enthaltendem Ar-Gas und
unter Verwendung von
enthaltendem Ar-Gas anstelle des PH3 enthaltenden H2~Gases und des BOHC enthaltenden Ho-Gases und (ii) ein Transistor BTC mit pn-übergang in einer ähnlichen Weise unter Verminderung der Trägertemperatur von 470°C auf 370 C bei der Bildung einer p-Schicht und einer η-Schicht hergestellt.
enthaltendem Ar-Gas anstelle des PH3 enthaltenden H2~Gases und des BOHC enthaltenden Ho-Gases und (ii) ein Transistor BTC mit pn-übergang in einer ähnlichen Weise unter Verminderung der Trägertemperatur von 470°C auf 370 C bei der Bildung einer p-Schicht und einer η-Schicht hergestellt.
Die Ergebnisse werden in Tabelle XII gezeigt.
| Probe FJr. | BTA | BTB | BTC |
| H-Gehalt in jeder p- und η-Schicht (Atom-%) Ätzgeschwindigkeit jeder p- n-Schicht (nrn/s) |
0,6 | 0 | 1/1 2'3 |
| Vth (V) EIN/AUS- Verhältnis (V„: 20 V/0 V) Kj ΔID (%) nach 500-stündigem Betrieb |
3 3,6 4 χ 103 0 |
14 0,6 5 χ 102 0 |
6 0,9 6 χ 102 -7 I |
-54- DE 2702
Die Probe BTB, die in dem polykristallinen Siliciumdünnfilm
des pn-Übergangs keinen Wasserstoff enthielt, zeigte einen großen Vth-Wert und einen kleinen /jeff-Wert. Die
Probe BTC, bei der die Atzgeschwindigkeit groß war, zeigte
einen kleinen peff-Wert und während eines kontinuierlichen Betriebes eine große Änderung im Verlauf der Zeit.
Im Gegensatz dazu zeigte die Probe BTA gut.e Eigenschaften.
Dies bedeutet, daß polykristallines Silicium, in dem eine regulierte Wasserstoffmenge enthalten ist und das
eine regulierte Atzgeschwindigkeit hat, gute Eigenschaften zeigt.
Durch das nachstehend gezeigte Verfahren wurde auf einem
. Mo-Film, der auf einem Corning-Glas (-#7059) abgeschieden
worden war, ein polykristalliner Siliciumdünnfilm gebildet,
und ein Bauelement mit pn.-Übergang wurde hergestellt.
' '
Ein Corning-Glas #■ 7059 (120 mm χ 120 mm, Dicke: 0,7
mm) wurde mit einer Mischung aus HF/HN03/CH3C00H schwach
geätzt, mit fließendem Wasser gewaschen und getrocknet, worauf durch ein Elektronenstrahl-Abscheidungsverfahren
ein 150,0 nm dicker Mo-Film gebildet wurde. Der auf diese Weise hergestellte Träger 300 wurde in der in Fig. 3
gezeigten Weise in einem als Abscheidungskammer dienenden Rezipienten 301 an der oberen Anodenseite in enger Berührung
mit einer Einrichtung 302 zum Halten und Heizen des Trägers befestigt. Der Rezipient 301 wurde mittels
einer Diffusionspumpe 309 bis zur Erzielung eines Hintergrundvakuurns
von 0,27 mPa evakuiert, worauf die Einrichtung 302 zum Halten und Heizen des Trägers geheizt wurde,
um die Oberflächentemperatur des Trägers 300 bei 450 C
zu halten. Anschließend wurden SiH4-GaS, das mit H2
-55- DE 2702
auf 1 Vol.-% verdünnt worden war, C kurz als
"SiH-(I )/Hp" bezeichnet J unter Anwendung einer Durchflußreguliervorrichtung
304 mit einer Durchflußgeschwin-
3
digkeit von 50 Norm-cm /min und auch PH3(IOO)/Hp-Gas unter Anwendung einer Durchflußreguliervorrichtung 306 mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 25 Norm-cm /min durch eine ringförmige Gaseinblaseeinrichtung.315 hindurch in den Rezipienten 301 eingeleitet, und der Innendruck in dem Rezipienten wurde mittels eines Absolutdruckmancmeters 312 durch Schließen eines Hauptventils 310 auf 1,3 Pa einregul'iert. Nachdem sich der Inpendruck in dem Rezi-. pienten 301 stabilisiert hatte, wurde an die Kathodenelektrode 313 durch eine Stromquelle 314 ein Hochf requenzfeld von 13,56 MHz angelegt, um eine Glimmentladung anzuregen.
digkeit von 50 Norm-cm /min und auch PH3(IOO)/Hp-Gas unter Anwendung einer Durchflußreguliervorrichtung 306 mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 25 Norm-cm /min durch eine ringförmige Gaseinblaseeinrichtung.315 hindurch in den Rezipienten 301 eingeleitet, und der Innendruck in dem Rezipienten wurde mittels eines Absolutdruckmancmeters 312 durch Schließen eines Hauptventils 310 auf 1,3 Pa einregul'iert. Nachdem sich der Inpendruck in dem Rezi-. pienten 301 stabilisiert hatte, wurde an die Kathodenelektrode 313 durch eine Stromquelle 314 ein Hochf requenzfeld von 13,56 MHz angelegt, um eine Glimmentladung anzuregen.
Die Spannung betrug 0,5 kV, die Stromstärke 48 mA und die Radiofrequenz-Entladungsleistung 10 W. Die Dicke
des erhaltenen Films betrug 100,0 nm, und als die ringförmige
Gaseinblaseinrichtung verwendet wurde, lag die
Schwankung der Dicke im Fall des Trägers mit den Abmessungen 120 mm χ 120 mm innerhalb von ± 10 %.
Schwankung der Dicke im Fall des Trägers mit den Abmessungen 120 mm χ 120 mm innerhalb von ± 10 %.
Der Wasserstoffgehalt in dem Film betrug 0,5 Atom-%,
und der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit betrug 20,0 nm.
Die Ätzgeschwindigkeit beim Ätzen mit dem vorstehend erwähnten Ätzmittel betrug 1,5 nm/s und hatte damit den
gleichen Wert wie die Ätzgeschwindigkeit einer Siliciumscheibe, bei der ο = 0,3 Sl.cm.
.Auf dem erhaltenen, polykristallinen Siliciumdünnfilm
vom n+-Typ wurde unter den gleichen Bedingungen und in
der gleichen Vorrichtung, wobei jedoch- PH., (100)/H0 und
3 öd
SiH4(l)/Hp mit 2,5 bzw. 50 Norm-cm /min eingeleitet wurden,
eine 500,0 nm dicke, polykristalline Siliciumschicht vom η-Typ gebildet.
330OAOO ·..' : "··" *:
-56- DE 2702
Des weiteren wurde auf dem erhaltenen, polykristallinen Siliciumdünnfilm vom η-Typ in der gleichen Vorrichtung
und unter den gleichen Bedingungen, wobei jedoch anstelle des PH3-Gases B-Hg-Gas, das mit H„ auf 100 Vol.-ppm verdünnt
worden war, £ kurz mit "B?H6(100)/H„" bezeichnet?
mit 5 Norm-cm /min eingeleitet wurde, ein 100,0 nm dicker, polykristalliner Siliciumdünnfilm vom p-Typ gebildet.
Der Wasserstoffgehalt in den polykristallinen Siliciumdünnfilmen
vom η-Typ und p-Typ betrug jeweils 0,5 Atom-%.
Der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit jeder Schicht betrug 20,0 nm, und die Ätzgeschwindigkeit beim Ätzen
mit dem vorstehend erwähnten Ätzmittel betrug 1,5 nm/s und hatte damit den gleichen Wert wie die Ätzgeschwindigkeit
einer Siliciumscheibe, bei der ο - 0,3 ,β.cm.
Auf dem polykristallinen Siliciumdünnfilm vom p-Typ des
erhaltenen pn-Übergangs wurde zur Fertigstellung einer Zelle mit pn-übergang durch Vakuumbedampfung unter Erhitzen
eine 150,0 nm dicke Al-Punktelektrode mit einem Durchmesser von 1 mm gebildet.
Aus der V-I-Kennlinie zwischen der Al-Elektrode und der
Mo-Elektrode ergaben sich die Werte η = 1,03 und
VR„ = 35 V und ein kleiner Jo-Wert. Die Diodeneigenschaften
waren demnach hervorragend.
Auch als V-I wiederholt .(10 000 mal) gemessen wurde,
wurde keine Änderung der V-I-Kennlinie beobachtet.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 17 wurden auf einem Mo-Film, der sich auf Corning-Glas (#7059) befand, poly-
-57- DE 2702
kristallines Silicium vom η-Typ und dann polykristallines Silicium vom p-Typ gebildet, und dann wurde auf der gesamten
Oberfläche durch Zerstäubung eine ITO-Elektrode (Indiumzinnoxid-Elektrode)
mit einer Dicke von 200,0 nm gebildet, worauf durch Fotolithografie eine Punktelektrode
mit einem Durchmesser von 1 mm gebildet wurde.
Die erhaltene Zelle mit pn-übergang zeigt die gleichen
guten Dicdeneigenschaften wie die Zelle von Beispiel 1. Zur Messung der V-I-Kennlinie wurde von der Oberfläche
der ITO-Elektrode her AM-1-Licht (Air mass-1; ~ 100 mW/cm2)
projiziert, wobei die folgenden Werte erhalten wurden:
Voc = 0,59 V; Jsc = 18,9 mA/cm2 und τ\ = 8,4 %.
Voc = 0,59 V; Jsc = 18,9 mA/cm2 und τ\ = 8,4 %.
Als das Bauelement zur Durchführung der fotovoltaischen
Wirkung 1000 h lang unter AM-1-Licht betrieben wurde, wurde keine Änderung der V-I-Kennlinie beobachtet.
Als in der gleichen Weise wie in Beispiel 18 eine Zelle mit pn-übergang hergestellt wurde, wurde die Trägertemperatur
(Ts) in dem Bereich von 250 bis 650°C verändert. Die Radiofrequenz-Leistung betrug 50 W und der Gasdruck
4,0 Pa, und die Durchflußgeschwindigkeitsbedingungen für SiH-(I)ZH0, PH0(IOO)ZH0 und BOHC(100)ZHO waren
4 d ό d. d D d
die gleichen wie in Beispiel 17.
Das erhaltene Halbleiterbauelement mit pn-übergang zeigte die in Tabelle XIII angegebenen Werte für n-, VßR, T^ (unter
AM-1-Licht), Arj (nach 1000-stUndiger Bestrahlung unter
AM-1-Licht), den H-Gehalt in jeder p- und n-Schicht,
den Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit und die Ätzgeschwindigkeit.
·
35
35
-58-
DE 2702
| Probe Nr. | Cl-I | Cl-2 | Cl-3 | Cl-4 | Cl-5 |
| Ts (0C) | 250 | 350 | 450 | 550 | 650 |
| ri-Gehalt in jeder ρ- und η-Schicht (Atom-%) |
4,8 | 3,6 | 2,5 | 0,5 | O7 02 |
| Höchstwert der uberflächen- rauhigkeit jeder p- und n- Schicht (nm) |
60/> | 40,0 | 25,0 | 25,0 | 2QO |
| Atzgeschwindigkeit jeder p- und η-Schicht (nrn/s) |
3,8 | . 2P- | Vs | 1,5 | h5 |
| / ■ - η | 1/3 | 1,09 | 1,04 | 1,03 | 1,03 |
| ■ VBR (V) | 16 | 26 | 33 | 36 | 39 |
| Π (%) | 3,5 | 4,8 | 7,9 | 8,2 | 8,6 |
| Δη (%) | -0,4 | -0,3 | 0 | 0 | 0 |
Die Proben Cl-I und Cl-2, bei denen der Wasserstoffgehalt
mehr als 3 Atom-% und die Ätzgeschwindigkeit mehr als
2,0 nm/s betrug, zeigten einen schlechten n-Wert, einen niedrigen Wirkungsgrad der fotovcltaischen Leistung und
eine große Änderung im Verlauf der Zeit.
Unter Wiederholung des Verfahrens von Beispiel 19, wobei jedoch die Trägertemperatur 450°C und die Radiofrequenz-Leistung
50 bis 200 W betrug, wurden Halbleiterbauelemente mit pn-übergang hergestellt. Die Ergebnisse werden in
Tabelle XIV gezeigt.
-59- DE 2702
| Probe Nr. | RF-Leistung (W) | C4-1 | C4-2 | C4-3 | C4-4 |
| H-Gehalt in jeder p- und ' η-Schicht (Atom-%) |
50 | 100 | 150 | 200 | |
| : Höchstwert der. Oberflächen- ■rauhigkeit jeder p- und n- Schicht (nm) |
2,5 | 2,4 | 2,5 | 2,7 | |
| Ätzgeschwindigkei t jeder p- und η-Schicht (nm/s) |
25,0 | 30/0 | 40,0 | 40,0 | |
| OrientierungsstärKe jeder p- und n-Schicht (%) |
V | V | V- | ||
| η | 53 | 38 | 29 | 26 | |
| VBR <V> | 1,04 | 1,04 | 1,05 | 1,08 | |
| n (%) | 33 | 29 | 28 | 26 | |
| Δη (%) | 7/9 | 6,7 | 5,1 | 4,0 | |
| 0 | 0 | 0 | -0,2 |
Die Probe C4-4, bei der die Ätzgeschwindigkeit höher
als 2,0 nm/s war, zeigte für n, T1 und An schlechte Werte.
Die Proben C4-1 und C4-2, bei denen die Orientierungsstärke
jeder p- und n-Schicht mehr als 30 % betrug, zeigten gute Eigenschaften.
Beispiel 21 .
Die Herstellung von Zellen mit pn-übergang wurde gemäß
dem Verfahren von Beispiel 18 unter den Bedingungen einer Temperatur (Ts) von 45O°C und einer Radiofrequenz-Leistung
von 50 W durchgeführt, wobei die Durchflußgeschwindig-
3300A00
-60- ■
DE 2702
keitsbedingungen von SiH4(I )/H2, ΡΗ3(1ΟΟ)/Η2 und
B2H6(1OO)/H2 die gleichen wie in Beispiel 17 waren.
Der Gasdruck wurde variiert, wobei die in Tabelle XV gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
| Probe Nr. | CS-I | C5-2 | C5-3 | C5-4 | C5-5 |
| Pr (Pa) | 1,3 | 2,7 | 5,3 | 10,7 | 13,3 |
| H-Gehalt (Atom-%) | 2,4 | 2,4 | 2,5 | 2,5 | 2,7 |
| Höchstwert der Oberflä chenrauhigkeit (nm) |
20,0 | 25,0 | 35/0 | 75,0 | 9OxO |
| Ätzgeschwind igke i t (nm/s) |
¥ | ¥ | ¥ | ¥ | ¥ |
| η | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,04 | 1,06 |
| VBR (V> | 40 | 32 | 30 | 18 | 8 |
| η (%) | 8,0 | 8,0 | 7,1 | 6,5 | 3,8 |
| Δη (%) | 0 | 0 | 0 | 0 | -Ο;2 |
Die Probe C5-5, bei der der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit
80,0 nm überschritt, zeigte einen schlechten n-wert, einen auffallend niedrigen VßR-Wert und eine
große Änderung im Verlauf der Zeit.
Ein Träger 400, der aus Corning #7O59-Glas bestand, das
mit einer ähnlich wie in Beispiel 17 hergestellten Mo-Schicht versehen war, wurde in einem Ultrahochvakuumbehälter
401, dessen Druck auf 2,7 nPa vermindert werden kann, an einer Träger-Haltevorrichtung 402 angebracht. Nach
der Verminderung des Druckes auf 6,7 nPa oder weniger
-61- DE 2702
wurde die Trägertemperatur durch eine Tantal-Heizvorrichtung 403 auf 4000C eingestellt. Dann wurde eine Elektronenkanone
404 (zur Verdampfung von Silicium) mit einer Beschleunigungsspannung von 8 kV betätigt, und der erhaltene
Elektronenstrahl wurde auf einen Verdampfungskörper 405 aus hochreinem Silicium auftreffen gelassen, wobei
gleichzeitig roter Phosphor 405* aus einem Heiztiegel 404' verdampft wurde. Eine Blende 407 wurde in der Richtung
A geöffnet, wobei durch Regulierung mittels einer Quarzoszillator-Dickenmeßvorrichtung 406 eine polykristalline
Siliciuiiischicht vom n + -Typ mit einer Dicke von 100,0
nm gebildet wurde.
Dann wurde die Blende 407 geschlossen, und der Tiegel 404' wurde abgeschaltet, und die Blende 407 wurde zur
Bildung einer 0,5 pm dicken, polykristallinen Siliciumschicht wieder geöffnet. Der Druck während der Abscheidung
betrug 0,13 jjPa und die Abscheidungsgeschwindigkeit
betrug 0,14 nm /s (Probe E).
Andererseits wurde auf einem mit einer Mo-Schicht versehenen Träger aus Corning fc 7059-Glas eine n+-Schicht gebildet,
und dann wurde der Vakuumbehälter 401 auf einen Druck von 6,7 nPa oder weniger evakuiert, worauf ein
hochreines Wasserstoffgas (99,9999 %) durch ein verstellbares Belüftungsventil 408 hindurch in den Vakuumbehälter
401 eingeleitet wurde, wobei der Druck in dem Behälter auf 67 pPa eingestellt wurde. Die Trägertemperatur wurde
auf 400°C eingestellt, und die Filmbildungsgeschwindigkeit wurde auf 0,14 nm/s einreguliert, und in ähnlicher Weise
wurde ein 0,5 pm dicker, polykristalliner Siliciumfilm
hergestellt (Probe F).
Ein Teil des Films wurde zur Messung des Wasserstoffgehalts,
des Höchstwertes der Oberflächenrauhigkeit und
DE 2702
der Ätzgeschwindigkeit verwendet, während der Rest des
Films eingesetzt wurde, um auf der Oberfläche der Proben E und F durch Elektronenstrahlabscheidung im Vakuum zur
Herstellung einer oberen Elektrode Platin (Pt) mit einer Dicke von 30,0 nm zu bilden.
Die erhaltenen Schottky-Diodenzellen (Probe E: C6-1;'
Probe F: C6-2) zeigten die in Tabelle XVI gezeigten Diodeneigenschaften
(n; VßR) und fotovoltaischen Eigenschaften
(ti;
| Tabelle XVI | E/C6-1 | F/C6-2 |
| < 0,01 | 0,2 | |
| Probe Nr. | 250 | 25/) |
| H-Gehalt Atom-%) |
ι
1Z5 |
|
| I Höchstwert der Oberflä- 1 chenrauhigkeit (nm) |
1,23 | 1,03 |
| . Ätzgeschwindigkeit (nrn/s) |
37 | 38 |
| η | 2,9 | 8,4 |
| V (V) BR K ' |
0 | 0 |
| n (%) | ||
| Δη (%) |
Wie aus Tabelle XVI hervorgeht, zeigte eine Probe (C6-1),
die wenig Wasserstoff enthielt, einen großen η-Wert und schlechte fotovoltaische Eigenschaften, während eine
Probe (C6-2), die 0,2 Atom-% Wasserstoff enthielt, gute
Eigenschaften hatte.
Ein Träger 300 aus Coming-Glas, auf dem sich eine ähnlich
wie in Beispiel 17 hergestellte Mo-Schicht befand, wurde
-63- DE 2702
in dem Rezipienten 301 an der Anodenseite in enger Berührung
mit einer Einrichtung 302 zum Halten und Heizen des Trägers befestigt, und eine Platte aus polykristallinem
Silicium (nicht gezeigt; Reinheit: 99,9999 %) wurde so auf die Elektrodenplatte der unteren Kathode 313 aufgelegt,
daß sie dem Träger gegenüberlag. Der Rezipient 301 wurde mit der Diffusionspumpe 309 auf 0,13 mPa evakuiert.
Die- Oberflächentemperatur des Trägers 300 wurde
durch Heizen der Einrichtung 302 zum Halten und Heizen des Trägers bei 500°C gehalten. Anschließend wurde
PH„(100)/Hp-Gas in den Rezipienten 301 eingeleitet, während
die Durchflußgeschwindigkeit · dieses Gases mittels einer Durchflußreguliervorrichtung 306 auf 5 Norm-cm /min
einreguliert wurde, und außerdem wurde in den Rezipienten 301 eine Ar/He-Gasmischung (Volumenverhältnis: 5/95)
eingeleitet, während die Durchflußgeschwindigkeit dieser Gasmischung mittels einer Durchflußreguliervorrichtung
307 auf 50 Norm-cm /min einreguliert wurde, worauf der Innendruck in dem Rezipienten durch Verengung des Hauptventils
310 auf 4,0 Pa eingestellt wurde.
Nachdem sich der Innendruck in dem Rezipienten stabilisiert hatte, wurde an die untere Kathode 313 mittels
der Hochfrequenz-Stromquelle 314 (Frequenz: 13,56 MHz) eine Spannung von 1,4.kV angelegt, um zwischen der auf
der Kathode 313 befindlichen Platte aus polykristallinem Silicium und der Anode (der Einrichtung zum Halten und
Heizen des Trägers) 302 eine Glimmentladung hervorzurufen.
Die Radiofrequenz-Entladungsleistung (Leistung der hinwandernden
Welle - Leistung der reflektierten Welle) betrug 95 W. Unter diesen Bedingungen wurde ein polykristalliner
Siliciumdünnfilm vom n+-Typ mit einer Dicke
von 60,0 nm gebildet.
Auf der auf diese Weise gebildeten, polykristallinen
-64- DE 2702
·*· Siliciumschicht vom η -Typ wurde des weiteren eine 500,0
nm dicke, polykristalline Schicht vom i-(eigenleitenden) Typ in der Weise gebildet, daß unter den Bedingungen
eines Innendruckes von 4,0 Pa in dem Rezipienten und einer . Radiofrequenz-Leistung von 95 W ein hochreines
H2-GaS durch eine Durchflußreguliervorrichtung 308 hindurch
(d.h., daß' hier Hp anstelle von NH„ strömt) in
den Rezipienten eingeleitet wurde, während seine Durchflußgeschwindigkeit
auf 0,5 Norm-cm /min einreguliert wurde, und auch eine Ar/He-Gasmischung (Volumenverhältnis:
5/95 ) durch eine Durchflußreguliervorrichtung 307 hindurch eingeleitet wurde, während ihre Durchflußgeschwindigkeit
3
auf 50 Norm-cm /min einreguliert wurde. Anschließend wurden B„H6(100)/H2-Gas und eine Ar/He-Gasmischung (Volurnenverhältnis: 5/95) durch die Durchflußreguliervorrichtung 305 bzw. 307 hindurch mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 5 bzw. 50 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet, und danach wurde des weiteren unter den gleichen Bedingungen eine polykristalline Siliciumschicht vom p+-Typ mit einer Dicke von 60,0 nm gebildet.
auf 50 Norm-cm /min einreguliert wurde. Anschließend wurden B„H6(100)/H2-Gas und eine Ar/He-Gasmischung (Volurnenverhältnis: 5/95) durch die Durchflußreguliervorrichtung 305 bzw. 307 hindurch mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 5 bzw. 50 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet, und danach wurde des weiteren unter den gleichen Bedingungen eine polykristalline Siliciumschicht vom p+-Typ mit einer Dicke von 60,0 nm gebildet.
Für den Wasserstoffgehalt, den Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit·
und die Ätzgeschwindigkeit der auf diese Weise gebildeten n+-Schicht, i-Schicht und p+-Schicht wurden
die folgenden Werte erhalten: 1,6 Atcm-%, 25,0 nm und 1,7 nm/s bei der n+-Schicht; 0,1 Atom-%, 35,0 nm und
1,5 nm/s bei der i-Schicht und 1,6 Atom-%, 25,0 nm und 1,7 nm/s bei der p+-Schicht.
Anschließend wurde auf der Oberfläche der p+-Schicht
in der gleichen Weise wie in Beispiel 18 eine ITO-Punktelektrode mit einem Durchmesser von 1 mm gebildet, wodurch
ein Halbleiterbauelement mit einem pin-Übergang erhalten wurde.
-65- DE 2702
Tabelle XVII zeigt die mittlere Korngröße und die Eigenschaften des pn-Übergangs des polykristallinen Siliciumdünnfilms
vom i-Typ für den Fall, daß die Radiofrequenz-Leistung
(Po) während der Bildung dieses Dünnfilms und die Filmdicke (d) variiert wurden.
| Probe Nr. | C7-1 | C7-2 | C7-3 | C7-4 |
| RF -Leistung (W) Dicke der i-Schicht (nm) |
95 bOO.O |
95 200,0 |
150 '500,0 |
150 200,0 |
| H-Gehalt in der i-Schicht (Atcm-%) |
0,1 | 0,1 | 0,8 | 0,9 |
| Höchstwert der Oberflä chenrauhigkeit der j- Schicht (nm) |
35,0 | 30;0 | 4 0,0 | 30y0 |
| Ätzgeschwindigkeit der i- Schicht (nm/s) |
V5 | V5 | 17 | |
| Mittlere Korngröße der i-Schicht (nm) |
60,0 | 4 5,0 | 4 5,0 | 20,0 |
| η | 1,04 | 1,05 | 1,05 | 1,07 |
| VBR (V> | 40 | 31 | ' 38 | 19 |
| η (%) | 8,8 | 8,0 | 7,6 | 5,0 |
| Δη (%) | 0 | 0 | 0 | 0 |
Aus den in Tabelle XVII gezeigten Werten geht hervor, daß die polykristallinen Siliciumfilme mit einer mittleren
Korngröße von 20,0 nm oder mehr Bauelemente mit überlegenen Diodeneigensehaften ergeben können.
-66- DE 2702
. Beispiel 24
. Beispiel 24
In diesem Beispiel wurde unter Anwendung der in Fig. 5 gezeigten Ionenplattierungs-Abscheidungsvorrichtung
der in Fig. 6 dargestellte, polykristallines Silicium enthaltende Feldeffekttransistor vom' pn-Übergangstyp
hergestellt.
Zuerst wurde in einer Abscheidungskammer 503, die auf
einen verminderten Druck gebracht werden kann, ein zu verdampfender, nicht dotierter, polykristalliner Siliciumkörper
506 in ein Schiffchen 507 hineingebracht, und ein Corning # 7059-Träger wurde auf Stützeinrichtungen
511-1 und 511-2 aufgesetzt. Nachdem die Abscheidungskammer 503 bis zur Erzielung eines Grunddruckes von etwa 13
pPa evakuiert worden war, wurde BpH6(500)/H?-Gas durch
ein Gaseinlaßrohr 505 hindurch bis zur Erzielung eines V/asserstoff-Partialdruckes Pu von 2,0 mPa in die Abscheidungskammer
eingeleitet. Das angewandte Gaseinleitungsrohr 505 hatte einen Innendurchmesser von 2 mm und v/ar an
seiner Spitze in Form einer Schleife ausgebildet, die in Abständen von 2 cm Gaseinblaseöffnungen mit einem
Durchmesser von 0,5 mm aufwies.
Dann wurde an eine Hochfrequenzspule 510 (Durchmesser:
5 mm) eine Hochfrequenz von 13,56 MHz angelegt, um eine Ausgangsleistung von 40 W einzustellen, wodurch im Inneren
der Spule eine Hochfrequenz-Plasmaatmosphäre gebildet wurde.
Andererseits wurde eine Heizvorrichtung 512 in Betrieb gesetzt und auf etwa 5000C aufgeheizt, während die Stützeinrichtungen 511-1 und 511-2 gedreht wurden.
3.5 Im nächsten Schritt wurde der zu verdampfende Silicium-
-67- DE 2702
körper 506 mit der Elektronenkanone 508 bestrahlt, wodurch
erhitzte Siliciumteilchen fliegen gelassen wurden. Zu dieser Zeit betrug die Leistung der Elektronenkanone
etwa 0,25 kW. In der vorstehend beschriebenen Weise wurde ein polykristalliner Dünnfilm 601 vom p-Typ mit einer
Dicke von 500,0 nm gebildet.
Unter ähnlichen Bedingungen wurde in die Abscheidungskammer in der Weise PH„(2500)/Ho-Gas eingeleitet, daß der
Druck 2,0 mPa betrug, wodurch auf dem polykristallinen Dünnfilm vom p-Typ eine polykristalline Schicht vom n-Typ
mit einer Dicke von 80,0 nm gebildet wurde. Der Wasserstoffgehalt in den polykristallinen Siliciumdünnfilmen
vom η-Typ und p-Typ betrug jeweils 0,3 Atom-%. In beiden Fällen betrug der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit
40,0 nm und die Ätzgeschwindigkeit 1,7 nm/s.
Anschließend wurden durch die Schritte der Abscheidung
im Vakuum und der Fotoätzung Al-Elektroden für die Quelle
605-1 und die Senke 605-2 gebildet, und gleichzeitig wurde die η-Schicht mit einer vorbestimmten Breite (10
pm) getrennt. Danach wurde der auf diese Weise erhaltene Aufbau in der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung an der
Anodenseite an der Einrichtung 302 zum Halten und Heizen des Trägers befestigt. Ähnlich wie im Fall der Bildung
des polykristallinen Siliciumfilms wurde der Rezipient
301 evakuiert, und die Trägertemperatur (Ts) wurde auf 250°C einreguliert. Dann wurden NH3-GaS und SiH4(10)/H3-Gas
durch die Durchflußreguliervorrichtung 308 bzw. 304 hindurch mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 20 bzw.
3
5 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet. Es wurde
5 Norm-cm /min in den Rezipienten eingeleitet. Es wurde
eine Glimmentladung mit einer Leistung von 5 W hervorgerufen,
wodurch ein SiNH-FiIm 603 mit einer Dicke von 250,0 nm gebildet wurde.
35
35
-68- DE 2702
Anschließend wurde zur Bildung einer Steuerelektrode
zwischen der Quelle und der Senke durch Abscheidung und Fotoätzung eine Al-Schicht für die Steuerelektrode gebildet.
Der erhaltene Feldeffekttransistor mit pn-übergang (CTA) gehörte dem N-Kanal-Inversionstyp an, und die Leistungsfähigkeit
war gut. Die Schwellenspannung (Vth) der Steuerelektrode (Gate) hatte den niedrigen Wert von
2 V, und der Strom bei V~ = 20 V war um 3 oder mehr Größenordnungen
größer als der Strom bei V„ = 0 (EIN/AUS-Verhältnis).
Die effektive Ladungsträgerbeweglichkeit (peff) dieses Bauelements betrug 4,3 crn /(V.s), und während
eines kontinuierlichen, 500-stundigen Betriebs unter
der Bedingung V„ = VQ = 40 V wurde keine Änderung des
Senkenstromes und der Schwellenspannung beobachtet.
Zum Vergleich mit diesem Beispiel zeigt Tabelle XVIII
die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors mit pn-übergang (CTB), der ähnlich wie in diesem Beispiel, jedoch unter Verwendung eines PH„ enthaltenden Ar-Gases und eines B„HC enthaltenden Ar-Gases anstelle des PH0 enthaltenden H?-Gases und des BpH,. enthaltenden H„-Gases hergestellt wurde, die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors mit pn-übergang (CTC), der in ähnlicher Weise, jedoch unter Verwendung eines PH„ enthaltenden Ho-Gases und eines B?Hf enthaltenden H„-Gases und unter Vergrößerung der Leistung der Elektronenkanone auf 0,8 kW erhalten wurde, und die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors mit pn-übergang (CTD), der in ähnlicher Weise, jedoch unter Verwendung eines laminierten Films aus einer p-
die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors mit pn-übergang (CTB), der ähnlich wie in diesem Beispiel, jedoch unter Verwendung eines PH„ enthaltenden Ar-Gases und eines B„HC enthaltenden Ar-Gases anstelle des PH0 enthaltenden H?-Gases und des BpH,. enthaltenden H„-Gases hergestellt wurde, die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors mit pn-übergang (CTC), der in ähnlicher Weise, jedoch unter Verwendung eines PH„ enthaltenden Ho-Gases und eines B?Hf enthaltenden H„-Gases und unter Vergrößerung der Leistung der Elektronenkanone auf 0,8 kW erhalten wurde, und die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors mit pn-übergang (CTD), der in ähnlicher Weise, jedoch unter Verwendung eines laminierten Films aus einer p-
Schicht und einer η-Schicht, die unter der' Bedingung
einer Verminderung der Trägertemperatur von 500 C auf 4000C gebildet wurden, hergestellt wurden.
-69- DE 2702
Tabelle XVIII
Tabelle XVIII
10
| Probe Nr. | CTA | CTB | CTC | CTD |
| Η-Gehalt in jeder ρ- und n- Schicht (Atom-%)· iiöchstwert der Oberflächen rauhigkeit jeder ρ- und n- Schicht (nm) Atzgeschwindi gkei t jeder p- und η-Schicht (nm/s) Vth "•"(fr) EIN/AUS- (VG: 20 V/O V Verhältnis |
0/3 4O7O V 2 4,3 5 χ 103 |
0 500 1P 10 0,8 8 χ 102 |
0,5 100,0 V 7 1/1 8 χ 102 |
1/9 450 2Z3 5 0,8 2' 6 x 10 t |
| Δίο (%) nach 500 h | 0 | 0 | -7 | -4 |
20
25
30
Die Probe CTB, die in den polykristallinen Siliciumdünnfilmen
vom p- und η-Typ keinen Wasserstoff enthält, zeigt schlechte Werte für Vth, μείί und das EIN/AUS-Verhältnis.
Die Probe CTC, bei der der Höchstwert der Oberflächenrauhigkeit größer ist, ist in b ezug auf alle Eigenschaften,
wozu die Änderung im Verlauf der Zeit gehört, schlechter. Außerdem hat auch die Probe CTD, bei der die p- und die
η-Schicht eine höhere Ätzgeschwindigkeit haben, schlechte Eigenschaften.
35
Leerseite
Claims (9)
1)< Halbleiterbauelement, gekennzeichnet durch eine
erste polykristalline SiliciumdunnfJimschicht, die Wasserstoffatome
in einer Menge von 0,01 bis 3 Atom-% enthält und eine Oberflächenrauhigkeit hat, deren Höchstwert
im wesentlichen nicht größer als 80,0 nm ist, und eine Schicht, die aus einer polykristallinen Siliciumdunnfilmschicht
mit einem Typ der elektrischen Leitfähigkeit, der sich von dem Typ der elektrischen Leitfähigkeit
der ersten polykristallinen Siliciumdunnfilmschicht unterscheidet, einer zur Bildung eines Schottky-Barrieren-Übergangs
befähigten Metallschicht und einer Oxidschicht ausgewählt und unter Bildung eines elektrischen Übergangs
mit der ersten polykristallinen Siliciumdunnfilmschicht
laminiert ist.
2. Halbleiterbauelement, gekennzeichnet durch eine erste polykristalline Siliciumdunnfilmschicht, die Wasserstoff
atome in einer Menge von 0,01 bis 3 Atom-% enthält und beim Ätzen mit einem Ätzmittel, das aus einer Mischung
von Flußsäure (50 -Volumenprozentige, wäßrige Lösung),
Salpetersäure (d=l,38; 60 -volumenprozentige, wäßrige
B/22
Lösung) und Eisessig in einem Mischungsverhältnis von
1:3:6 (Volumenteile) besteht, eine Ätzgeschwindigkeit
von 2,0 nm/s oder weniger hat, und eine Schicht, die aus einer polykristallinen Siliciumdunnfilmschicht mit
einem Typ der elektrischen Leitfähigkeit, der sich von dem Typ der elektrischen Leitfähigkeit der ersten polykristallinen
Siliciumdunnfilmschicht unterscheidet,
einer zur Bildung eines Schottky-Barrieren-Übergangs befähigten Metallschicht und einer Oxidschicht ausgewählt
und unter Bildung eines elektrischen Übergangs mit der ersten polykristallinen Siliciumdunnfilmschicht laminiert ist.
und unter Bildung eines elektrischen Übergangs mit der ersten polykristallinen Siliciumdunnfilmschicht laminiert ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste polykristalline Siliciumdunnf
ilmschicht eine Oberflächenrauhigkeit hat, deren Höchstwert im wesentlichen nicht größer als 80,0 nm
ist.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste polykristalline Siliciumdunnf
ilmschicht ein Röntgenbeugungsbild oder ein Elektronenstrahlbeugungsbild
ergibt, bei dem die auf die gesamte Beugungsintensität bezogene Beugungsintensität in der
(220)-Ebene 30 % oder mehr beträgt.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste polykristalline SiliciumdUnnfilmschicht
ein Röntgenbeugungsbild oder ein Elektronenstrahlbeugungsbild ergibt, bei dem die auf die gesamte
Beugungsintensität bezogene Beugungsintensität in der (220)-Ebene 30 % oder mehr beträgt.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kristallkorngröße der
ersten polykristallinen Siliciumdünnf ilrnschicht 20,0
nm oder mehr beträgt.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kristallkorngröße der
ersten polykristallinen Siliciumdünnfilmschicht 20,0 nm oder mehr beträgt.
8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger, auf dem die erste polykristalline
Siliciumdünnfilmschicht gebildet ist, Glas ist.
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger, auf dem die erste polykristalline
Siliciumdünnfilmschicht gebildet ist, Glas ist.
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