JP2008277680A - Method and apparatus for reforming polysilicon layer, method of manufacturing polysilicon solar cell, and method of manufacturing polysilicon type thin-film transistor - Google Patents

Method and apparatus for reforming polysilicon layer, method of manufacturing polysilicon solar cell, and method of manufacturing polysilicon type thin-film transistor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for reducing an unbonding hand in silicon on a substrate made of polysilicon or on a polysilicon layer formed on the substrate. <P>SOLUTION: In a reforming method of a polysilicon layer, the polysilicon layer is reformed by hydrogen. The reforming method has a process for arranging the polysilicon layer on a substrate arrangement electrode in vacuum, for arranging a counter electrode by separation nearly in parallel with the substrate arrangement electrode, for introducing gas including hydrogen toward the polysilicon layer between the substrate arrangement electrode and the counter electrode, for applying a low-frequency AC voltage at not less than 100 kHz and not more than 2,000 kHz to the substrate arrangement electrode, and for reforming the polysilicon layer by hydrogen by glow discharge generated between the substrate arrangement and counter electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリシリコン層の改質方法、ポリシリコン太陽電池の製造方法及びポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法並びにポリシリコン層の改質装置に関するものであり、特に、一対の電極間に低周波交流電圧を印加してグロー放電を発生させ、この放電を利用してポリシリコン層に水素を導入する技術に関するものである。   The present invention relates to a method for modifying a polysilicon layer, a method for producing a polysilicon solar cell, a method for producing a polysilicon thin film transistor, and a device for modifying a polysilicon layer, and in particular, a low-frequency alternating current between a pair of electrodes. The present invention relates to a technique for generating a glow discharge by applying a voltage and introducing hydrogen into a polysilicon layer using this discharge.

ポリシリコン層を利用したデバイスとして、例えば、ポリシリコン太陽電池やディスプレイ用のポリシリコン型薄膜トランジスタ等が知られている。   As a device using a polysilicon layer, for example, a polysilicon solar cell, a polysilicon thin film transistor for display, and the like are known.

ポリシリコン太陽電池は、半導体のｐｎ接合の両端に負荷を接続し、接合部に光を照射すると、光電効果により光エネルギーが直接電気エネルギーに変換される現象を利用したデバイスである。
ポリシリコン太陽電池は、一般的に、ポリシリコン基板内にＮ型半導体層及びＰ型半導体層が設けられてｐｎ接合が形成されるとともに、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層にそれぞれ、電極が取り付けられて概略構成されている。Ｎ型半導体層は、Ｐ型半導体層からなるポリシリコン基板の受光面となる一面に対して、イオン注入法などによってＮ型不純物を導入することにより形成される。これによりポリシリコン基板においては、受光面側にＮ型半導体層が配置され、受光面と反対側の面にはＰ型半導体層が配置される関係になる。電極は、ポリシリコン基板の受光面と、受光面と反対側の面とにそれぞれ形成されるのが一般的である。また、受光面側の電極は、太陽光の照射面積を確保するために櫛歯状に形成され、更に受光面には反射防止用の酸化膜などがコーティングされるのが一般的である。 A polysilicon solar cell is a device that utilizes a phenomenon in which light energy is directly converted into electric energy by a photoelectric effect when a load is connected to both ends of a semiconductor pn junction and light is irradiated to the junction.
In general, a polysilicon solar cell is provided with an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer in a polysilicon substrate to form a pn junction, and electrodes are provided on the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer, respectively. It is attached and is roughly configured. The N-type semiconductor layer is formed by introducing N-type impurities into one surface, which is a light receiving surface of a polysilicon substrate made of a P-type semiconductor layer, by an ion implantation method or the like. Thus, in the polysilicon substrate, the N-type semiconductor layer is disposed on the light receiving surface side, and the P-type semiconductor layer is disposed on the surface opposite to the light receiving surface. In general, the electrodes are formed on a light receiving surface of a polysilicon substrate and a surface opposite to the light receiving surface, respectively. Further, the electrode on the light receiving surface side is generally formed in a comb-teeth shape in order to secure the irradiation area of sunlight, and the light receiving surface is generally coated with an antireflection oxide film or the like.

太陽電池の受光面に光が照射されると、その光のもつエネルギーが禁止帯の幅よりも大きければ光を吸収し、結晶内に電子と正孔が励起される。その電子と正孔は、ポリシリコン基板内のｐｎ接合境界に存在する内部電界によって、正孔はｐ側に、電子はｎ側に移動して、図示しない外部負荷に電流が流れる。   When the light receiving surface of the solar cell is irradiated with light, if the energy of the light is larger than the width of the forbidden band, the light is absorbed and electrons and holes are excited in the crystal. The electrons and holes move to the p side and the electrons move to the n side due to an internal electric field present at the pn junction boundary in the polysilicon substrate, and a current flows to an external load (not shown).

ポリシリコン太陽電池を構成するポリシリコン基板は、キャスト法によりインゴットの大型化、低コスト化ができる利点を有するが、単結晶シリコンに比較すると結晶粒界が多く、今後さらに高効率化するためには、基板品質の向上が必須条件となる。   The polysilicon substrate that constitutes the polysilicon solar cell has the advantage that the ingot can be made larger and the cost can be reduced by the casting method, but there are more grain boundaries compared to single crystal silicon, and in order to further increase the efficiency in the future. Therefore, improvement of the substrate quality is an essential condition.

結晶粒界に存在するシリコンの未結合手を水素、酸素、水酸基等で終端し少数キャリアのライフタイムを向上させる手段として、例えば、Ｐ型半導体からなるポリシリコン基板の一面に対して、イオン注入などによってＮ型不純物を導入することによりＮ型半導体層を形成した後に、Ｎ型半導体層上に、１０〜２０％の水素を膜中に含有する窒化シリコン膜をＣＶＤ法で形成し、その後焼成することによって、窒化シリコン膜中の水素をポリシリコン基板に拡散させ、結晶粒界に存在する未結合手を水素で終端化させる方法が知られている（例えば、非特許文献１）。   As a means for improving the lifetime of minority carriers by terminating dangling bonds of silicon existing at crystal grain boundaries with hydrogen, oxygen, hydroxyl groups, etc., for example, ion implantation is performed on one surface of a polysilicon substrate made of a P-type semiconductor. After an N-type semiconductor layer is formed by introducing an N-type impurity by, for example, a silicon nitride film containing 10 to 20% hydrogen in the film is formed on the N-type semiconductor layer by a CVD method, and then fired. By doing so, a method is known in which hydrogen in a silicon nitride film is diffused into a polysilicon substrate, and dangling bonds existing at crystal grain boundaries are terminated with hydrogen (for example, Non-Patent Document 1).

しかし、非特許文献１に記載された方法では、ポリシリコン基板の厚み方向に沿って水素が十分に拡散されず、シリコンの未結合手を完全に終端化することが困難であるという問題があった。
また、非特許文献１に記載された方法によって製造されたポリシリコン太陽電池は、受光面側に絶縁性のシリコン窒化膜が残存するため、集電効率を高めるために比較的低抵抗である金属電極を用いる必要があるが、この金属電極がｐｎ接合に対する影になって太陽光の入射効率が低下してしまい、発電効率が低下するという問題があった。 However, the method described in Non-Patent Document 1 has a problem that hydrogen is not sufficiently diffused along the thickness direction of the polysilicon substrate and it is difficult to completely terminate the dangling bonds of silicon. It was.
Further, in the polysilicon solar cell manufactured by the method described in Non-Patent Document 1, since an insulating silicon nitride film remains on the light receiving surface side, a metal having a relatively low resistance to increase current collection efficiency Although it is necessary to use an electrode, there is a problem in that this metal electrode becomes a shadow on the pn junction and the incident efficiency of sunlight is reduced, and the power generation efficiency is reduced.

一方、ディスプレイ用のポリシリコン型薄膜トランジスタは、いわゆるトップゲート型と呼ばれる構造が採用されるのが一般的である。このトップゲート型のポリシリコン型薄膜トランジスタは、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域が形成されてなるポリシリコン層と、ポリシリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを具備して構成されている。   On the other hand, a polysilicon type thin film transistor for display generally adopts a so-called top gate type structure. This top gate type polysilicon thin film transistor is formed on a polysilicon layer in which a source region, a drain region and a channel region are formed, a gate insulating film formed on the polysilicon layer, and a gate insulating film And a gate electrode.

ポリシリコン型薄膜トランジスタを例えば液晶ディスプレイの画素電極のスイッチング素子に適用する場合には、高い移動度（オン電流の増大化）が求められる。ポリシリコン型薄膜トランジスタの移動度を高めるためには、ポリシリコン層におけるシリコンの未結合手を低減させる必要がある。   For example, when a polysilicon thin film transistor is applied to a switching element of a pixel electrode of a liquid crystal display, high mobility (increase in on-current) is required. In order to increase the mobility of the polysilicon thin film transistor, it is necessary to reduce the number of dangling bonds of silicon in the polysilicon layer.

ポリシリコン型薄膜トランジスタにおけるポリシリコン層中の未結合手を低減する手段として例えば、ポリシリコン層に水素イオンを打ち込む方法が知られている（特許文献１）。   As a means for reducing dangling bonds in a polysilicon layer in a polysilicon thin film transistor, for example, a method of implanting hydrogen ions into a polysilicon layer is known (Patent Document 1).

しかし、特許文献１に記載された方法では、ポリシリコン層の厚み方向に沿って水素を十分に拡散させることが困難であり、シリコンの未結合手を完全に終端化することが難しいという問題があった。
また、特許文献１に記載された方法では、水素イオンを打ち込むことによってポリシリコン層がダメージを受けてしまうという問題もあった。
山田興一、小宮山宏，「太陽光発電光学」，日経ＢＰ株式会社，２００２年１０月７日発行 特開平８−９７４３２号公報 However, the method described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to sufficiently diffuse hydrogen along the thickness direction of the polysilicon layer, and it is difficult to completely terminate the dangling bonds of silicon. there were.
Further, the method described in Patent Document 1 has a problem that the polysilicon layer is damaged by implanting hydrogen ions.
Koichi Yamada, Hiroshi Komiyama, “Solar Photovoltaic Optics”, Nikkei BP Co., Ltd., issued October 7, 2002 JP-A-8-97432

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ポリシリコンからなる基板または基板上に形成されたポリシリコン層におけるシリコンの未結合手をより低減する技術を提供することを目的とする。
また、本発明は、ポリシリコン基板のシリコンの未結合手を低減して発電効率を高めることが可能なポリシリコン大陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、ポリシリコン層のシリコンの未結合手を低減して移動度を高めることが可能なポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a technique for further reducing silicon dangling bonds in a polysilicon substrate or a polysilicon layer formed on the substrate. .
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a polysilicon Taiyo battery that can increase the power generation efficiency by reducing the number of silicon dangling bonds on the polysilicon substrate.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a polysilicon thin film transistor capable of increasing the mobility by reducing the silicon dangling bonds of the polysilicon layer.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のポリシリコン層の改質方法は、ポリシリコン層を水素によって改質する方法であって、真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン層を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程を有することを特徴とする。
また、本発明のポリシリコン太陽電池の製造方法は、ポリシリコン基板を主体とするポリシリコン太陽電池の製造方法であって、Ｎ型半導体またはＰ型半導体からなるポリシリコン基板内に、Ｐ型半導体またはＮ型半導体を形成することによってＰＮ接合を形成する工程と、真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン基板に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン基板を水素により改質する工程と、前記ポリシリコン基板に形成された前記Ｎ型半導体及び前記Ｐ型半導体にそれぞれ、電極を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする。
更に、本発明のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にポリシリコン層を形成する工程と、真空中において基板配置電極上に前記基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記基板の前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程と、前記ポリシリコン層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成すると共に、前記ポリシリコン層に不純物元素を注入して不純物元素拡散領域を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする。
更にまた、本発明のポリシリコン層の改質装置は、水素を含むガスを導入可能な真空処理槽と、前記真空処理槽内にほぼ平行に対向離間配置された一対の放電電極であって、ポリシリコン層を配置する基板配置電極と、前記真空処理槽内に導入された前記ガスを複数の微細口によって通過させて前記基板配置電極に向って前記ガスを導くように構成された対向電極とを有する放電電極と、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加するように構成された電源供給部と、を具備してなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The method for modifying a polysilicon layer according to the present invention is a method for modifying a polysilicon layer with hydrogen, wherein the polysilicon layer is disposed on the substrate placement electrode in a vacuum, and the counter electrode is the substrate placement electrode. A gas containing hydrogen is guided toward the polysilicon layer between the substrate placement electrode and the counter electrode, and a low-frequency AC voltage of 100 kHz to 2000 kHz with respect to the substrate placement electrode. And the step of modifying the polysilicon layer with hydrogen by glow discharge generated between the substrate arrangement electrode and the counter electrode.
The method for manufacturing a polysilicon solar cell according to the present invention is a method for manufacturing a polysilicon solar cell mainly composed of a polysilicon substrate, wherein a P-type semiconductor is formed in a polysilicon substrate made of an N-type semiconductor or a P-type semiconductor. Alternatively, a step of forming a PN junction by forming an N-type semiconductor, and the polysilicon substrate is disposed on the substrate placement electrode in a vacuum, and the counter electrode is disposed substantially parallel to the substrate placement electrode. A gas containing hydrogen is directed toward the polysilicon substrate between the substrate arrangement electrode and the counter electrode, and a low-frequency alternating voltage of 100 kHz to 2000 kHz is applied to the substrate arrangement electrode; Modifying the polysilicon substrate with hydrogen by glow discharge generated between the counter electrodes; and To each of the N-type semiconductor and the P-type semiconductor is formed on the con substrate, characterized by comprising comprises forming an electrode.
Furthermore, the method for producing a polysilicon thin film transistor of the present invention includes a step of forming a polysilicon layer on a substrate, and the substrate is disposed on the substrate placement electrode in a vacuum, and the counter electrode is substantially the same as the substrate placement electrode. A gas containing hydrogen is arranged in parallel and spaced from the substrate arrangement electrode and the counter electrode toward the polysilicon layer of the substrate, and low frequency alternating current of 100 kHz to 2000 kHz with respect to the substrate arrangement electrode. Applying a voltage to modify the polysilicon layer with hydrogen by glow discharge generated between the substrate arrangement electrode and the counter electrode, and forming a gate insulating film and a gate electrode on the polysilicon layer And an impurity element diffusion region is formed by implanting an impurity element into the polysilicon layer. To.
Furthermore, the polysilicon layer reforming apparatus of the present invention includes a vacuum processing tank capable of introducing a gas containing hydrogen, and a pair of discharge electrodes disposed substantially parallel to each other in the vacuum processing tank, A substrate placement electrode for placing a polysilicon layer, and a counter electrode configured to guide the gas toward the substrate placement electrode by passing the gas introduced into the vacuum processing tank through a plurality of micro openings. And a power supply unit configured to apply a low-frequency AC voltage of 100 kHz to 2000 kHz to the substrate placement electrode.

上記のポリシリコン層の改質方法によれば、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成することにより、基板配置電極の近傍に位置するポリシリコン層に、プラズマ放電が張り付く（偏在する）現象が見られる。これにより、本発明によれば、ポリシリコン層の近傍のみに水素イオンを含むプラズマが生成できるので、極めて効率的にポリシリコン層に水素を導入できる。ポリシリコン層に導入された水素は、ポリシリコン層中に存在するシリコンの未結合手と結合してこれを終端化させるので、ポリシリコン層の格子欠陥を低減してポリシリコン層の特性を向上できる。   According to the above-described method for modifying a polysilicon layer, by introducing hydrogen to the polysilicon layer and applying a low frequency AC voltage of 100 kHz to 2000 kHz to the substrate arrangement electrode to generate a glow discharge, the substrate arrangement electrode There is a phenomenon in which plasma discharge sticks (is unevenly distributed) to the polysilicon layer located in the vicinity of. Thus, according to the present invention, plasma containing hydrogen ions can be generated only in the vicinity of the polysilicon layer, so that hydrogen can be introduced into the polysilicon layer very efficiently. Hydrogen introduced into the polysilicon layer combines with silicon dangling bonds existing in the polysilicon layer to terminate it, thereby reducing lattice defects in the polysilicon layer and improving the characteristics of the polysilicon layer. it can.

また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。   Also, by applying a relatively low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, as compared with the case of applying a high frequency AC voltage of 13.56 MHz, not only electrons but also hydrogen ions with respect to fluctuations in the electric field due to the AC voltage. Can be made to follow well. As a result, electrons and hydrogen ions reach the polysilicon layer with almost the same probability, and charge up of the polysilicon layer can be reduced.

更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従することから、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン層の格子欠陥を更に低減してポリシリコン層の特性をより一層向上できる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。   Furthermore, since the hydrogen ions sufficiently follow the fluctuation of the electric field due to the AC voltage, the acceleration of the hydrogen ions can be increased, thereby introducing the hydrogen ions over the entire thickness direction of the polysilicon layer. Is possible. As a result, hydrogen ions can be bonded to the silicon dangling bonds existing in the entire polysilicon layer and terminated, and the lattice defects of the polysilicon layer can be further reduced to further improve the characteristics of the polysilicon layer. . Further, by increasing the acceleration of hydrogen ions, the time required for termination with hydrogen can be shortened.

次に、本発明のポリシリコン太陽電池の製造方法によれば、ポリシリコン基板内にＮ型半導体及びＰ型半導体からなるＰＮ接合を形成した後に、ポリシリコン基板に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成するので、極めて効率的にポリシリコン基板に水素が導入され、これによりポリシリコン基板中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン基板の格子欠陥を低減して少数キャリアのライフタイムを向上させることができ、太陽電池の発電効率を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン基板に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン基板のチャージアップを低減できる。
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン基板の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン基板全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン基板の格子欠陥を更に低減して発電効率をより一層向上できる。本発明では、ポリシリコン基板の厚みが数百μｍ程度であっても、その厚み方向全体に水素イオンを導入して格子欠陥の低減を図ることができる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。 Next, according to the method for manufacturing a polysilicon solar cell of the present invention, after forming a PN junction made of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor in the polysilicon substrate, the substrate placement electrode while introducing hydrogen to the polysilicon substrate. Since a glow discharge is generated by applying a low frequency AC voltage of 100 kHz to 2000 kHz, hydrogen is introduced into the polysilicon substrate extremely efficiently, thereby removing the dangling bonds of silicon existing in the polysilicon substrate to hydrogen. Can be terminated with Thereby, the lattice defect of a polysilicon substrate can be reduced and the lifetime of a minority carrier can be improved, and the power generation efficiency of a solar cell can be improved.
Also, by applying a relatively low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, as compared with the case of applying a high frequency AC voltage of 13.56 MHz, not only electrons but also hydrogen ions with respect to fluctuations in the electric field due to the AC voltage. Can be made to follow well. As a result, electrons and hydrogen ions reach the polysilicon substrate with almost the same probability, and the charge-up of the polysilicon substrate can be reduced.
Furthermore, since the hydrogen ions sufficiently follow the fluctuation of the electric field due to the AC voltage, the acceleration of the hydrogen ions can be increased, thereby introducing the hydrogen ions over the entire thickness direction of the polysilicon substrate. It becomes possible. As a result, hydrogen ions can be bonded to the silicon dangling bonds existing in the entire polysilicon substrate to be terminated, and lattice defects of the polysilicon substrate can be further reduced to further improve power generation efficiency. In the present invention, even if the thickness of the polysilicon substrate is about several hundred μm, it is possible to reduce lattice defects by introducing hydrogen ions throughout the thickness direction. Further, by increasing the acceleration of hydrogen ions, the time required for termination with hydrogen can be shortened.

次に、本発明のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法によれば、基板上にポリシリコン層を形成した後に、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成するので、極めて効率的にポリシリコン層に水素が導入され、これによりポリシリコン層中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン層の格子欠陥を低減して移動度を高めることができ、ポリシリコン型薄膜トランジスタの素子特性を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン層の格子欠陥を更に低減して移動度をより一層向上できる。本発明では、ポリシリコン層の厚みが数μｍ程度であっても、その厚み方向全体に水素イオンを導入して格子欠陥の低減を図ることができる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。 Next, according to the method for manufacturing a polysilicon thin film transistor of the present invention, a low frequency AC voltage of 100 kHz to 2000 kHz is applied to the substrate placement electrode while hydrogen is guided to the polysilicon layer after forming the polysilicon layer on the substrate. Is applied to generate a glow discharge, so that hydrogen is introduced into the polysilicon layer very efficiently, so that dangling bonds of silicon existing in the polysilicon layer can be terminated with hydrogen. Thereby, the lattice defect of the polysilicon layer can be reduced and the mobility can be increased, and the element characteristics of the polysilicon thin film transistor can be improved.
Also, by applying a relatively low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, as compared with the case of applying a high frequency AC voltage of 13.56 MHz, not only electrons but also hydrogen ions with respect to fluctuations in the electric field due to the AC voltage. Can be made to follow well. As a result, electrons and hydrogen ions reach the polysilicon layer with almost the same probability, and charge up of the polysilicon layer can be reduced.
Furthermore, since the hydrogen ions sufficiently follow the fluctuation of the electric field due to the AC voltage, the acceleration of the hydrogen ions can be increased, thereby introducing the hydrogen ions over the entire thickness direction of the polysilicon layer. It becomes possible. Accordingly, hydrogen ions can be bonded to the silicon dangling bonds existing in the entire polysilicon layer to be terminated, and lattice defects of the polysilicon layer can be further reduced to further improve the mobility. In the present invention, even if the thickness of the polysilicon layer is about several μm, it is possible to reduce lattice defects by introducing hydrogen ions throughout the thickness direction. Further, by increasing the acceleration of hydrogen ions, the time required for termination with hydrogen can be shortened.

また、上記のポリシリコン層の改質装置によれば、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成するので、基板配置電極の近傍に、プラズマ放電が張り付く（偏在する）現象が見られる。これにより、本発明によれば、ポリシリコン層の近傍のみに水素イオンを含むプラズマが生成できるので、極めて効率的にポリシリコン層に水素を導入できる。   Further, according to the above-described polysilicon layer reforming apparatus, a glow discharge is generated by applying a low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less to the substrate placement electrode while introducing hydrogen to the polysilicon layer. A phenomenon in which plasma discharge sticks (is unevenly distributed) is observed in the vicinity of the electrode. Thus, according to the present invention, plasma containing hydrogen ions can be generated only in the vicinity of the polysilicon layer, so that hydrogen can be introduced into the polysilicon layer very efficiently.

また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。   Also, by applying a relatively low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, as compared with the case of applying a high frequency AC voltage of 13.56 MHz, not only electrons but also hydrogen ions with respect to fluctuations in the electric field due to the AC voltage. Can be made to follow well. As a result, electrons and hydrogen ions reach the polysilicon layer with almost the same probability, and charge up of the polysilicon layer can be reduced.

更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従することから、水素イオンの加速度を高めることができる。これにより例えば、ポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。   Furthermore, since the hydrogen ions sufficiently follow the fluctuation of the electric field due to the AC voltage, the acceleration of the hydrogen ions can be increased. Thereby, for example, hydrogen ions can be introduced over the entire thickness direction of the polysilicon layer. Further, by increasing the acceleration of hydrogen ions, the time required for termination with hydrogen can be shortened.

本発明のポリシリコン層の改質方法及びポリシリコン層の改質装置によれば、ポリシリコンからなる基板または基板上に形成されたポリシリコン層におけるシリコンの未結合手をより低減することができる。
また、本発明のポリシリコン太陽電池によれば、ポリシリコン基板のシリコンの未結合手を低減することができ、これにより発電効率に優れたポリシリコン大陽電池を製造できる。
更に、本発明のポリシリコン型薄膜トランジスタによれば、ポリシリコン層のシリコンの未結合手を低減することができ、これにより移動度に優れたポリシリコン型薄膜トランジスタを製造できる。 According to the polysilicon layer reforming method and the polysilicon layer reforming apparatus of the present invention, it is possible to further reduce the number of silicon dangling bonds in the polysilicon substrate or the polysilicon layer formed on the substrate. .
Moreover, according to the polysilicon solar cell of this invention, the silicon | silicone dangling | bonding hand of a polysilicon substrate can be reduced, and, thereby, the polysilicon Taiyo cell excellent in power generation efficiency can be manufactured.
Furthermore, according to the polysilicon type thin film transistor of the present invention, the dangling bonds of silicon in the polysilicon layer can be reduced, whereby a polysilicon type thin film transistor having excellent mobility can be manufactured.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［ポリシリコン層の改質装置］
まず、本実施形態において好適に用いられるポリシリコン層の改質装置（以下、水素終端化処理装置という）について説明する。図１は、本実施形態において使用される水素終端化処理装置を示す断面模式図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Polysilicon layer reformer]
First, a polysilicon layer reforming apparatus (hereinafter referred to as a hydrogen termination apparatus) that is preferably used in the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a hydrogen termination apparatus used in the present embodiment.

図１に示す水素終端化処理装置１は、真空排気系２０に接続され金属材料(アルミニウム等)から構成される真空処理槽２を有している。ここで、真空処理槽２は、接地電位となるようにその電位が設定されている。   A hydrogen termination apparatus 1 shown in FIG. 1 has a vacuum processing tank 2 connected to an evacuation system 20 and made of a metal material (aluminum or the like). Here, the potential of the vacuum processing tank 2 is set so as to be the ground potential.

真空処理槽２内部の天井部分には、シャワーヘッド３が配置され、このシャワーヘッド３には、後述する真空処理槽２底部のサセプタ５と対向するようにシャワープレート(対向電極)４が取り付けられている。このシャワープレート４には、多数の微細な放出口４ａが設けられている。更に、シャワーヘッド３内部には、同図に示すように、リフレクタ板１４が設けられている。そして、真空処理槽２外部に設けられたガス供給系１１から、シャワーヘッド３内部に水素ガスを供給するように構成されている。
なお、本実施の形態の揚合、シャワープレート４は接地電位に設定されるため、温水循環方式の他、電気的な加熱手段によって加熱するように構成することもできる。 A shower head 3 is disposed on the ceiling inside the vacuum processing tank 2, and a shower plate (counter electrode) 4 is attached to the shower head 3 so as to face a susceptor 5 at the bottom of the vacuum processing tank 2 described later. ing. The shower plate 4 is provided with a number of fine discharge ports 4a. Further, a reflector plate 14 is provided in the shower head 3 as shown in FIG. And it is comprised so that hydrogen gas may be supplied into the shower head 3 from the gas supply system 11 provided in the vacuum processing tank 2 exterior.
In addition, since the hoisting and shower plate 4 of this Embodiment is set to a grounding potential, it can also be comprised so that it may heat with an electrical heating means other than a warm water circulation system.

また、真空処理槽２内部の底部には、被処理対象物１０を載置保持するサセプタ５が配置されている。本実施の形態の場合、サセプタ５は、ヒーター７を内蔵する金属製のサセプタ本体６上に平板状の絶縁板８が密着して設けられ、さらに、この絶縁板８上に平板状の金属製の基板配置電極９が密着して設けられている。本発明の場合、特に限定されることはないが、絶縁板８の材料としては、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)を用いることが好ましい。この場合、被処理対象物１０の加熱温度との関係にもよるが、被処理対象物１０への熱伝導効率等を考慮すると、絶縁板８の厚さは、５〜１０ｍｍに設定することが好ましい。すなわち、絶縁板８の厚さが１０ｍｍより大きくなると、被処理対象物１０に対する熱伝導効率が悪くなるおそれがある。他方、絶縁板８の厚さが５ｍｍより薄くなると、静電容量の増大に起因する電力のロスの問題や、取り扱い時における破損の問題が発生するおそれがある。また、本発明の揚合、特に限定されることはないが、良好な熱伝導、低抵抗、高腐食耐性の観点からは、基板配置電極９の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることが好ましい。   A susceptor 5 for placing and holding the object 10 to be processed is disposed at the bottom inside the vacuum processing tank 2. In the case of the present embodiment, the susceptor 5 is provided with a flat insulating plate 8 in close contact with a metal susceptor main body 6 containing a heater 7, and further, a flat metal plate is provided on the insulating plate 8. The substrate placement electrode 9 is closely attached. In the present invention, although not particularly limited, it is preferable to use, for example, alumina (aluminum oxide) as the material of the insulating plate 8. In this case, although depending on the relationship with the heating temperature of the object 10 to be processed, the thickness of the insulating plate 8 can be set to 5 to 10 mm considering the heat conduction efficiency to the object 10 to be processed. preferable. That is, when the thickness of the insulating plate 8 is greater than 10 mm, the heat conduction efficiency with respect to the object to be processed 10 may be deteriorated. On the other hand, when the thickness of the insulating plate 8 is less than 5 mm, there may be a problem of power loss due to an increase in capacitance and a problem of damage during handling. In addition, although the invention is not particularly limited, from the viewpoint of good heat conduction, low resistance, and high corrosion resistance, it is preferable to use, for example, aluminum as the material of the substrate placement electrode 9. .

基板配置電極９は、交流電源３１及びこれに対応する整合器３２の組み合わせからなる電源供給部３０に接続され、この電源供給部３０から基板配置電極９に対して後述する低周波交流電圧を印加するようになっている。   The substrate placement electrode 9 is connected to a power supply unit 30 composed of a combination of an AC power supply 31 and a matching unit 32 corresponding thereto, and a low-frequency AC voltage described later is applied from the power supply unit 30 to the substrate placement electrode 9. It is supposed to be.

本発明の場合、電圧を印加する基板配置電極９に対する電圧の周波数が、工業周波数に代表される１３．５６ＭＨｚのＭＨｚ帯からｋＨｚ帯に低下するため、たとえば従来の高周波技術に比べて、放電電極である対向電極４と基板配置電極９との間の距離が大きくなる。この場合、特に限定されることはないが、後述する１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加する条件においては、放電電極であるシャワープレート４と基板配置電極９とを、３０〜１５０ｍｍのほぼ平行間隔に設定することが好ましい。   In the case of the present invention, since the frequency of the voltage with respect to the substrate arrangement electrode 9 to which the voltage is applied is lowered from the 13.56 MHz MHz band represented by the industrial frequency to the kHz band, for example, compared with the conventional high frequency technology, the discharge electrode The distance between the counter electrode 4 and the substrate placement electrode 9 is increased. In this case, although not particularly limited, under the condition of applying a low-frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, which will be described later, the shower plate 4 that is a discharge electrode and the substrate arrangement electrode 9 are approximately 30 to 150 mm. It is preferable to set the parallel interval.

［ポリシリコン層の改質方法］
次に、本発明に係るポリシリコン層の改質方法について図面を参照して説明する。
なお、ポリシリコン層とは、組織の一部または全部が多結晶組織であるシリコン層である。ポリシリコン層の具体例としては例えば、アモルファス（非晶質）のシリコン層を基板上に成膜した後に、レーザー加熱またはファーネス加熱等の熱処理手段によって多結晶化させたシリコン層や、ＣＶＤ法等の薄膜形成プロセスによって基板上に製造された多結晶のシリコン層や、ポリシリコン基板などを例示できる。これらポリシリコン層は、予めドーパント元素が導入されていてもよいし、導入されていなくてもよい。ポリシリコン層またはポリシリコン基板の厚みは、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの範囲とされる。また、上記の基板としては、ガラス基板等の絶縁基板や、単結晶シリコン等の半導体基板等が好ましい。 [Polysilicon layer modification method]
Next, a method for modifying a polysilicon layer according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the polysilicon layer is a silicon layer in which a part or all of the structure is a polycrystalline structure. Specific examples of the polysilicon layer include, for example, a silicon layer obtained by forming an amorphous silicon layer on a substrate and then polycrystallizing it by a heat treatment means such as laser heating or furnace heating, a CVD method, or the like. Examples thereof include a polycrystalline silicon layer manufactured on the substrate by the thin film formation process and a polysilicon substrate. These polysilicon layers may or may not have a dopant element introduced in advance. The thickness of the polysilicon layer or the polysilicon substrate is in the range of several micrometers to several hundred micrometers. Moreover, as said board | substrate, insulating substrates, such as a glass substrate, semiconductor substrates, such as a single crystal silicon, etc. are preferable.

また、ポリシリコン層の改質とは、ポリシリコン層の内部に水素を導入して、ポリシリコン層中の結晶粒界または結晶欠陥におけるシリコンの未結合手を水素によって終端化させる処理を指す。   Further, the modification of the polysilicon layer refers to a process in which hydrogen is introduced into the polysilicon layer so that dangling bonds of silicon at crystal grain boundaries or crystal defects in the polysilicon layer are terminated with hydrogen.

上記の構成を有する本実施形態の水素終端化処理装置１を用いて、被処理対象物１０であるポリシリコン層に水素を導入して改質するには、真空排気系２０を動作させ、真空処理槽２内を真空雰囲気にした後、この真空雰囲気を維持したまま被処理対象物１０であるポリシリコン層をサセプタ５の基板配置電極９上に載置保持させる。
そして、ガス供給系１１からシャワーヘッド３の内部空問に水素ガスを供給し、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０を被処理対象物１０であるポリシリコン層に向って導くようにする。また、水素ガスをアルゴンや窒素で希釈した希釈ガスを用いることもできる。 In order to introduce and modify hydrogen into the polysilicon layer that is the object to be processed 10 using the hydrogen termination processing apparatus 1 of the present embodiment having the above-described configuration, the vacuum exhaust system 20 is operated, After making the inside of the processing tank 2 into a vacuum atmosphere, the polysilicon layer as the object to be processed 10 is placed and held on the substrate placement electrode 9 of the susceptor 5 while maintaining this vacuum atmosphere.
Then, hydrogen gas is supplied from the gas supply system 11 to the interior of the shower head 3, and the hydrogen gas 40 released from the discharge port 4 a of the shower plate 4 is guided toward the polysilicon layer that is the object to be processed 10. Like that. A diluted gas obtained by diluting hydrogen gas with argon or nitrogen can also be used.

本発明の場合、特に限定されることはないが、グロー放電の安定性の観点からは、水素ガス４０を導入した状態で、真空処理槽２内の圧力を１０Ｐａ〜５００Ｐａに設定することが好ましく、より好ましくは、５０Ｐａ〜１３３Ｐａである。
特に、後述するポリシリコン太陽電池のポリシリコン基板を処理する場合には、圧力を２５０Ｐａに設定することが好ましい。また、ポリシリコン型薄膜トランジスタのポリシリコン層を処理する場合には、圧力を２００Ｐａに設定することが好ましい。 In the case of the present invention, although not particularly limited, from the viewpoint of stability of glow discharge, it is preferable to set the pressure in the vacuum processing tank 2 to 10 Pa to 500 Pa with the hydrogen gas 40 introduced. More preferably, it is 50 Pa-133 Pa.
In particular, when processing a polysilicon substrate of a polysilicon solar cell described later, the pressure is preferably set to 250 Pa. Moreover, when processing the polysilicon layer of a polysilicon type thin film transistor, it is preferable to set the pressure to 200 Pa.

特に、後述するポリシリコン太陽電池のポリシリコン基板を処理する場合には、水素ガスの流量を５００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。また、ポリシリコン型薄膜トランジスタのポリシリコン層を処理する場合には、水素ガスの流量を１０００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。   In particular, when processing a polysilicon substrate of a polysilicon solar cell described later, the flow rate of hydrogen gas is preferably set to 500 sccm. Further, when the polysilicon layer of the polysilicon thin film transistor is processed, the flow rate of hydrogen gas is preferably set to 1000 sccm.

そして、この雰囲気下で電源供給部３０を起動し、真空処理槽２内のシャワープレート４を接地電位に置いた状態で、基板配置電極９に対して電源供給部３０から低周波交流電圧を印加する。本発明では、上述したように、基板配置電極９に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下にする。印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ未満では、放電電極間においてグロー放電が生成しにくくなる。他方、印加電圧の周波数が２０００ｋＨｚを超えると、基板配置電極９近傍にプラズマ放電が張り付く(偏在する)現象が起こりにくくなり、被処理対象物であるポリシリコン層がチャージアップするおそれがある。また、周波数が２０００ｋＨｚを超えると、水素イオンが低周波交流電圧による電界の変動に追従することが困難になり、水素イオンの運動エネルギーが低下して、ポリシリコン層の厚さ方向全体に水素を導入することが困難になる。
更に、パワー密度は０．１Ｗ／ｃｍ２〜１．０Ｗ／ｃｍ２程度が好ましく、０．２Ｗ／ｃｍ２〜０．５Ｗ／ｃｍ２程度がより好ましい。 Then, the power supply unit 30 is activated in this atmosphere, and a low frequency AC voltage is applied from the power supply unit 30 to the substrate placement electrode 9 with the shower plate 4 in the vacuum processing tank 2 placed at the ground potential. To do. In the present invention, as described above, the frequency is set to 100 kHz or more and 2000 kHz or less with respect to the substrate arrangement electrode 9. When the frequency of the applied voltage is less than 100 kHz, it is difficult to generate glow discharge between the discharge electrodes. On the other hand, when the frequency of the applied voltage exceeds 2000 kHz, the phenomenon that the plasma discharge sticks (is unevenly distributed) in the vicinity of the substrate placement electrode 9 is less likely to occur, and the polysilicon layer as the object to be processed may be charged up. When the frequency exceeds 2000 kHz, it becomes difficult for hydrogen ions to follow the fluctuation of the electric field due to the low-frequency AC voltage, and the kinetic energy of the hydrogen ions decreases, so that hydrogen is absorbed throughout the thickness of the polysilicon layer. It becomes difficult to introduce.
Furthermore, the power density is preferably about 0.1W / cm 2 ~1.0W / cm 2 , 0.2W / cm 2 ~0.5W / cm 2 approximately is more preferable.

そして、このような電圧の印加により、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０は、基板配置電極９をカソードとしシャワープレート４をアノードとする容量結合方式(ＣＣＰ方式)のグロー放電現象が発生し、これにより真空処理槽２内の基板配置電極９及びシャワープレート４間の空間において水素ガス４０が活性化する。   Then, the hydrogen gas 40 released from the discharge port 4a of the shower plate 4 by the application of such a voltage causes a capacitive coupling type (CCP type) glow discharge in which the substrate arrangement electrode 9 is a cathode and the shower plate 4 is an anode. As a result, a hydrogen gas 40 is activated in the space between the substrate placement electrode 9 and the shower plate 4 in the vacuum processing tank 2.

ここで、被処理対象物であるポリシリコン層は、サセプタ本体６内のヒーター７によって予め所定温度(２００〜４５０℃、太陽電池の場合は２５０℃程度がよく、薄膜トランジスタの場合は３５０℃程度がよい。)に加熱されており、活性化した水素ガス４０が被処理対象物であるポリシリコン層に到達すると、ポリシリコン層内に水素が拡散しつつ導入される。導入された水素は、ポリシリコン層を構成するシリコン原子の未結合手と結合してこれを終端化させる。   Here, the polysilicon layer as the object to be processed is preliminarily set to a predetermined temperature (200 to 450 ° C., about 250 ° C. in the case of a solar cell, about 350 ° C. in the case of a thin film transistor) by a heater 7 in the susceptor body 6. When the activated hydrogen gas 40 reaches the polysilicon layer that is the object to be processed, hydrogen is introduced into the polysilicon layer while diffusing. The introduced hydrogen is bonded to the dangling bonds of silicon atoms constituting the polysilicon layer to terminate it.

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の原理を示す説明図であり、図２（ａ）は、印加電極に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合を示すもの、図２（ｂ）は、印加電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波電圧を印加した場合を示すものである。   2 (a) and 2 (b) are explanatory views showing the principle of the present invention, and FIG. 2 (a) shows a case where a high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the application electrode. (B) shows the case where the low frequency voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less is applied to the application electrode.

図２（ａ）に示すように、印加電極である基板配置電極９への印加電圧が高周波（１３．５６ＭＨｚ等）の場合は、基板配置電極９と対向電極であるシャワープレート４間のほぼ全領域でグロー放電が生成される。このためグロー放電で分解された水素イオン種５０ａは、被処理対象物１０の表面とシャワープレート４の表面に対してほぼ同量である５０％程度がそれぞれ作用する。
一方、本実施形態のように、印加電極である基板配置電極９への印加電圧を低周波（１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下）にした場合には、基板配置電極９近傍にグロー放電によるプラズマが基板配置電極９側に偏在し、図２（ｂ）に示すように、これにより基板配置電極９近傍に水素イオン５０ｂが片寄って存在する現象が見られる。 As shown in FIG. 2A, when the applied voltage to the substrate arrangement electrode 9 as the application electrode is a high frequency (13.56 MHz or the like), almost all the gap between the substrate arrangement electrode 9 and the shower plate 4 as the counter electrode is obtained. A glow discharge is generated in the region. For this reason, the hydrogen ion species 50a decomposed by glow discharge acts on the surface of the object 10 to be processed and the surface of the shower plate 4 by about 50%, which is substantially the same amount.
On the other hand, when the applied voltage to the substrate arrangement electrode 9 as an application electrode is set to a low frequency (100 kHz to 2000 kHz) as in the present embodiment, plasma due to glow discharge is generated in the vicinity of the substrate arrangement electrode 9. As shown in FIG. 2B, a phenomenon in which hydrogen ions 50b are present in the vicinity of the substrate arrangement electrode 9 is observed.

このように印加電極である基板配置電極９近傍にプラズマが偏在するのは、印加電圧の周波数が従来の工業周波数等に比べて大幅に低いため放電電極である対向電極４と基板配置電極９との間の距離が従来に比べ広くなること、また水素イオンが追従可能な低周波数でありイオンも振動すること等がその理由であると考えている。   The reason why the plasma is unevenly distributed in the vicinity of the substrate arrangement electrode 9 as the application electrode is that the frequency of the applied voltage is significantly lower than the conventional industrial frequency or the like, and the counter electrode 4 and the substrate arrangement electrode 9 as the discharge electrode The reason for this is that the distance between them becomes wider than before, and the low frequency that hydrogen ions can follow and the ions also vibrate.

上記のポリシリコン層の改質方法によれば、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極９に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電生成することにより、基板配置電極９上に位置するポリシリコン層近傍のみに水素イオンを含むプラズマを生成できるので、極めて効率的にポリシリコン層に水素を導入できる。ポリシリコン層に導入された水素は、ポリシリコン層中に存在するシリコンの未結合手と結合してこれを終端化させるので、ポリシリコン層の格子欠陥を低減してポリシリコン層の特性を向上できる。   According to the above-described method for modifying a polysilicon layer, a substrate discharge electrode is generated by applying a low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less to the substrate arrangement electrode 9 while introducing hydrogen into the polysilicon layer, thereby generating a glow discharge. Since plasma containing hydrogen ions can be generated only in the vicinity of the polysilicon layer located on the substrate 9, hydrogen can be introduced into the polysilicon layer very efficiently. Hydrogen introduced into the polysilicon layer combines with silicon dangling bonds existing in the polysilicon layer to terminate it, thereby reducing lattice defects in the polysilicon layer and improving the characteristics of the polysilicon layer. it can.

また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。   Also, by applying a relatively low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, as compared with the case of applying a high frequency AC voltage of 13.56 MHz, not only electrons but also hydrogen ions with respect to fluctuations in the electric field due to the AC voltage. Can be made to follow well. As a result, electrons and hydrogen ions reach the polysilicon layer with almost the same probability, and charge up of the polysilicon layer can be reduced.

更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従することから、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン層の格子欠陥を更に低減してポリシリコン層の特性をより一層向上できる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。   Furthermore, since the hydrogen ions sufficiently follow the fluctuation of the electric field due to the AC voltage, the acceleration of the hydrogen ions can be increased, thereby introducing the hydrogen ions over the entire thickness direction of the polysilicon layer. Is possible. As a result, hydrogen ions can be bonded to the silicon dangling bonds existing in the entire polysilicon layer and terminated, and the lattice defects of the polysilicon layer can be further reduced to further improve the characteristics of the polysilicon layer. . Further, by increasing the acceleration of hydrogen ions, the time required for termination with hydrogen can be shortened.

さらに、印加電圧の周波数が工業周波数である１３．５６ＭＨｚよりも１／１０以上低くなっていることから、定在波による電極面内電圧分布によるプラズマ不均一性の問題も皆無であり、放電電極(基板配置電極９とシャワープレート４)問の距離を広くできる。その結果、放電電極の物理的な歪みや僥みに対する許容値も従来と比較して大きくなり、最先端技術として３ｍ×３ｍ以上の基板を用いるデバイス製造にも容易に対応が可能となる。   Furthermore, since the frequency of the applied voltage is 1/10 or more lower than the industrial frequency of 13.56 MHz, there is no problem of plasma non-uniformity due to the in-plane voltage distribution due to the standing wave. The distance between the substrate placement electrode 9 and the shower plate 4 can be increased. As a result, the allowable value for physical distortion and stagnation of the discharge electrode is increased as compared with the conventional case, and it is possible to easily cope with device manufacturing using a substrate of 3 m × 3 m or more as the state of the art.

［ポリシリコン太陽電池の製造方法］
次に、本発明に係るポリシリコン太陽電池の製造方法について図３を参照して説明する。この製造方法は、Ｎ型半導体及びＰ型半導体からなるポリシリコン基板内にＰ型半導体またはＮ型半導体を形成することによりＰＮ接合を形成する工程と、ポリシリコン基板を水素により改質する工程と、ポリシリコン基板に電極を形成する工程と、から概略構成されている。 [Polysilicon solar cell manufacturing method]
Next, a method for manufacturing a polysilicon solar cell according to the present invention will be described with reference to FIG. This manufacturing method includes a step of forming a PN junction by forming a P-type semiconductor or an N-type semiconductor in a polysilicon substrate composed of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor, and a step of modifying the polysilicon substrate with hydrogen. And a step of forming electrodes on the polysilicon substrate.

（ＰＮ接合の形成工程）
まず、図３（ａ）に示すように、厚みが例えば２００μｍ程度のポリシリコン基板５１を用意する。このポリシリコン基板５１は、例えばＰ型不純物がドープされて全体がＰ型半導体５１ａとされている。
次に、図３（ｂ）に示すように、ポリシリコン基板５１の一面５１ｂ側に、Ｎ型不純物を例えばイオン注入法によって打ち込むことにより、ポリシリコン基板５１内にＮ型半導体５１ｃからなる層を形成する。これにより、Ｐ型半導体５１ａからなる層とＮ型半導体５１ｃからなる層との界面にＰＮ接合５１ｄが形成される。 (PN junction formation process)
First, as shown in FIG. 3A, a polysilicon substrate 51 having a thickness of about 200 μm is prepared. The polysilicon substrate 51 is, for example, doped with a P-type impurity to form a P-type semiconductor 51a as a whole.
Next, as shown in FIG. 3B, a layer made of an N-type semiconductor 51c is formed in the polysilicon substrate 51 by implanting N-type impurities into the one surface 51b side of the polysilicon substrate 51 by, for example, ion implantation. Form. As a result, a PN junction 51d is formed at the interface between the layer made of the P-type semiconductor 51a and the layer made of the N-type semiconductor 51c.

（水素による改質工程）
次に図３（ｃ）に示すように、ポリシリコン基板５１の近傍に水素を含むプラズマＰを形成することによって、ポリシリコン基板５１の内部に水素を導入する。具体的には、ポリシリコン基板５１を図１に示す水素終端化処理装置１の基板配置電極９上に載置保持させる。ポリシリコン基板は、一面５１ｂを対向電極４側に向けて載置するが、本発明では逆向きでもよい。なお、水素終端化処理装置１の真空処理槽２は、真空排気系２０を動作させて予め真空状態にしておく。
次に、ガス供給系１１からシャワーヘッド３の内部空問に水素ガスを供給し、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０をポリシリコン基板５１に向って導くようにする。真空処理槽２内部の圧力は、水素ガス４０を導入した状態で、例えば２５０Ｐａに設定することが好ましい。また、水素ガス４０の流量は、例えば５００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。 (Reforming process with hydrogen)
Next, as shown in FIG. 3C, hydrogen is introduced into the polysilicon substrate 51 by forming a plasma P containing hydrogen in the vicinity of the polysilicon substrate 51. Specifically, the polysilicon substrate 51 is placed and held on the substrate placement electrode 9 of the hydrogen termination apparatus 1 shown in FIG. The polysilicon substrate is placed with one surface 51b facing the counter electrode 4, but may be reversed in the present invention. In addition, the vacuum processing tank 2 of the hydrogen termination processing apparatus 1 is evacuated in advance by operating the vacuum exhaust system 20.
Next, hydrogen gas is supplied from the gas supply system 11 to the interior of the shower head 3, and the hydrogen gas 40 released from the discharge port 4 a of the shower plate 4 is guided toward the polysilicon substrate 51. The pressure inside the vacuum processing tank 2 is preferably set to 250 Pa, for example, with the hydrogen gas 40 introduced. Further, the flow rate of the hydrogen gas 40 is preferably set to 500 sccm, for example.

そして、この雰囲気下で電源供給部３０を起動し、真空処理槽２内のシャワープレート４を接地電位に置いた状態で、基板配置電極９に対して電源供給部３０から低周波交流電圧を印加する。低周波交流電圧は、上述したように基板配置電極９に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下にすることが好ましい。また、パワー密度は０．２Ｗ／ｃｍ２程度がよい。このような電圧の印加により、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０は、基板配置電極９をカソードとしシャワープレート４をアノードとする容量結合方式(ＣＣＰ方式)のグロー放電現象が発生し、これにより真空処理槽２内の基板配置電極９及びシャワープレート４間の空間において水素ガス４０が活性化する。 Then, the power supply unit 30 is activated in this atmosphere, and a low frequency AC voltage is applied from the power supply unit 30 to the substrate placement electrode 9 with the shower plate 4 in the vacuum processing tank 2 placed at the ground potential. To do. As described above, the low-frequency AC voltage is preferably set to 100 kHz or more and 2000 kHz or less with respect to the substrate arrangement electrode 9. The power density is preferably about 0.2 W / cm 2 . By applying such a voltage, the hydrogen gas 40 released from the discharge port 4a of the shower plate 4 has a glow discharge phenomenon of a capacitive coupling method (CCP method) using the substrate arrangement electrode 9 as a cathode and the shower plate 4 as an anode. As a result, the hydrogen gas 40 is activated in the space between the substrate placement electrode 9 and the shower plate 4 in the vacuum processing tank 2.

ここで、被処理対象物であるポリシリコン基板５１は、サセプタ本体６内のヒーター７によって予め２５０℃に加熱されており、活性化した水素ガス４０がポリシリコン基板５１の表面に到達すると、ポリシリコン基板５１内に水素が拡散しつつ導入される。導入された水素は、ポリシリコン基板５１を構成するシリコン原子の未結合手と結合してこれを終端化させる。   Here, the polysilicon substrate 51 as the object to be processed is heated to 250 ° C. in advance by the heater 7 in the susceptor body 6, and when the activated hydrogen gas 40 reaches the surface of the polysilicon substrate 51, Hydrogen is introduced into the silicon substrate 51 while diffusing. The introduced hydrogen is bonded to the dangling bonds of silicon atoms constituting the polysilicon substrate 51 to terminate it.

（電極形成工程）
次に図３（ｄ）に示すように、ポリシリコン基板５１の一面５１ｂの全面に例えばＩＴＯ等からなる透明電極膜５２（電極）を形成し、ポリシリコン基板５１の他面５１ｅには櫛歯状の金属電極５３（電極）を形成する。透明電極膜５２の上には更に反射防止膜を形成しても良い。この透明電極膜５２が形成された面が、大陽光等の受光面になる。このようにして、ポリシリコン基板５１を主体とするポリシリコン太陽電池５４が製造される。 (Electrode formation process)
Next, as shown in FIG. 3D, a transparent electrode film 52 (electrode) made of, for example, ITO or the like is formed on the entire surface 51 b of the polysilicon substrate 51, and comb teeth are formed on the other surface 51 e of the polysilicon substrate 51. A metal electrode 53 (electrode) is formed. An antireflection film may be further formed on the transparent electrode film 52. The surface on which the transparent electrode film 52 is formed becomes a light receiving surface such as solar light. In this way, a polysilicon solar cell 54 mainly composed of the polysilicon substrate 51 is manufactured.

以上説明したように、上記のポリシリコン太陽電池の製造方法によれば、ポリシリコン基板５１内にＮ型半導体５１ｃ及びＰ型半導体５１ｂからなるＰＮ接合５１ｄを形成した後に、ポリシリコン基板５１に水素を導入するので、ポリシリコン基板５１中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン基板５１の格子欠陥を低減して少数キャリアのライフタイムを向上させることができ、ポリシリコン太陽電池５４の発電効率を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン基板５１に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン基板５１のチャージアップを低減できる。 As described above, according to the method for manufacturing a polysilicon solar cell, the PN junction 51d composed of the N-type semiconductor 51c and the P-type semiconductor 51b is formed in the polysilicon substrate 51, and then the hydrogen is applied to the polysilicon substrate 51. Therefore, dangling bonds of silicon existing in the polysilicon substrate 51 can be terminated with hydrogen. Thereby, the lattice defect of the polysilicon substrate 51 can be reduced, the lifetime of minority carriers can be improved, and the power generation efficiency of the polysilicon solar cell 54 can be increased.
Also, by applying a relatively low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, as compared with the case of applying a high frequency AC voltage of 13.56 MHz, not only electrons but also hydrogen ions with respect to fluctuations in the electric field due to the AC voltage. Can be made to follow well. As a result, electrons and hydrogen ions reach the polysilicon substrate 51 with substantially the same probability, and the charge-up of the polysilicon substrate 51 can be reduced.

更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン基板５１の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン基板５１全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン基板５１の格子欠陥を更に低減して発電効率をより一層向上できる。本発明では、ポリシリコン基板５１の厚みが例えば２００μｍ程度であっても、その厚み方向全体に水素イオンを導入して格子欠陥の低減を図ることができる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。   Furthermore, since the hydrogen ions sufficiently follow the fluctuation of the electric field due to the AC voltage, the acceleration of the hydrogen ions can be increased, and thereby the hydrogen ions are introduced over the entire thickness direction of the polysilicon substrate 51. Is possible. Thus, hydrogen ions can be bonded to the silicon dangling bonds existing in the entire polysilicon substrate 51 to be terminated, and lattice defects of the polysilicon substrate 51 can be further reduced to further improve power generation efficiency. In the present invention, even if the thickness of the polysilicon substrate 51 is about 200 μm, for example, hydrogen ions can be introduced into the entire thickness direction to reduce lattice defects. Further, by increasing the acceleration of hydrogen ions, the time required for termination with hydrogen can be shortened.

また、上記のポリシリコン太陽電池の製造方法によれば、従来のように水素含有窒化シリコン膜を形成する必要がなく、これに伴って受光面側に金属電極を設ける必要がないので、Ｎ型半導体５１ｃの全部に透明電極膜５２を積層することが可能となり、集電効率を高めるとともに、受光面の面積を実質的に拡大することができ、発電効率をより高めることができる。   Further, according to the method for manufacturing a polysilicon solar cell, it is not necessary to form a hydrogen-containing silicon nitride film as in the prior art, and accordingly, it is not necessary to provide a metal electrode on the light receiving surface side. The transparent electrode film 52 can be laminated on the entire semiconductor 51c, so that the current collection efficiency can be increased, the area of the light receiving surface can be substantially increased, and the power generation efficiency can be further increased.

［ポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法］
次に、本発明に係るポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法について図４を参照して説明する。この製造方法は、基板上にポリシリコン層を形成する工程と、ポリシリコン層を水素により改質する工程と、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するとともに、ポリシリコン層に不純物元素を注入してソース領域（不純物元素拡散領域）及びドレイン領域（不純物元素拡散領域）を形成する工程と、から概略構成されている。 [Production Method of Polysilicon Thin Film Transistor]
Next, a method for manufacturing a polysilicon thin film transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. This manufacturing method includes a step of forming a polysilicon layer on a substrate, a step of modifying the polysilicon layer with hydrogen, forming a gate insulating film and a gate electrode, and implanting an impurity element into the polysilicon layer. And a step of forming a source region (impurity element diffusion region) and a drain region (impurity element diffusion region).

（ポリシリコン層の形成工程）
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板６１上にポリシリコン層６２を形成する。具体的には、ガラス基板等の基板６１を用意し、この基板６１上に図示略の窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を順次積層した後、ＰＥＣＶＤ法（プラズマ励起ＣＶＤ法）によってアモルファスシリコン膜を形成する。反応ガスとしてはシラン等を用いることができる。アモルファスシリコン膜の形成後に、膜中に残存する水素を除去する脱水素処理を行い、その後、アモルファスシリコン膜にボロン等のＰ型不純物をイオン注入により打ち込んでＰ型半導体とする。
次に、レーザーアニール等の手段によってアモルファスシリコン膜を多結晶化してポリシリコン膜とする。その後、ポリシリコン膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、図４（ａ）に示すポリシリコン層６２を形成する。 (Polysilicon layer formation process)
First, as shown in FIG. 4A, a polysilicon layer 62 is formed on a substrate 61 such as a glass substrate. Specifically, a substrate 61 such as a glass substrate is prepared, and a silicon nitride film and a silicon oxide film (not shown) are sequentially stacked on the substrate 61, and then an amorphous silicon film is formed by a PECVD method (plasma excitation CVD method). To do. Silane or the like can be used as the reaction gas. After the formation of the amorphous silicon film, dehydrogenation treatment is performed to remove hydrogen remaining in the film, and then a P-type impurity such as boron is implanted into the amorphous silicon film by ion implantation to form a P-type semiconductor.
Next, the amorphous silicon film is polycrystallized into a polysilicon film by means such as laser annealing. Thereafter, the polysilicon film is patterned by a photolithography technique to form a polysilicon layer 62 shown in FIG.

（水素による改質工程）
次に図４（ｂ）に示すように、ポリシリコン層６２の近傍に水素を含むプラズマＰを形成することによって、ポリシリコン層６２の内部に水素を導入する。具体的には、ポリシリコン層６２が形成された基板６１を図１に示す水素終端化処理装置１の基板配置電極９上に載置保持させる。なお、水素終端化処理装置１の真空処理槽２は、真空排気系２０を動作させて予め真空状態にしておく。
次に、ガス供給系１１からシャワーヘッド３の内部空問に水素ガスを供給し、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０をポリシリコン層６２に向って導くようにする。真空処理槽２内部の圧力は、水素ガス４０を導入した状態で、例えば２００Ｐａに設定することが好ましい。また、水素ガス４０の流量は、例えば１０００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。 (Reforming process with hydrogen)
Next, as shown in FIG. 4B, hydrogen is introduced into the polysilicon layer 62 by forming a plasma P containing hydrogen in the vicinity of the polysilicon layer 62. Specifically, the substrate 61 on which the polysilicon layer 62 is formed is placed and held on the substrate placement electrode 9 of the hydrogen termination apparatus 1 shown in FIG. In addition, the vacuum processing tank 2 of the hydrogen termination processing apparatus 1 is evacuated in advance by operating the vacuum exhaust system 20.
Next, hydrogen gas is supplied from the gas supply system 11 to the interior of the shower head 3, and the hydrogen gas 40 released from the discharge port 4 a of the shower plate 4 is guided toward the polysilicon layer 62. The pressure inside the vacuum processing tank 2 is preferably set to 200 Pa, for example, with the hydrogen gas 40 introduced. The flow rate of the hydrogen gas 40 is preferably set to 1000 sccm, for example.

そして、この雰囲気下で電源供給部３０を起動し、真空処理槽２内のシャワープレート４を接地電位に置いた状態で、基板配置電極９に対して電源供給部３０から低周波交流電圧を印加する。低周波交流電圧は、上述したように基板配置電極９に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下にすることが好ましい。また、パワー密度は０．５Ｗ／ｃｍ２程度がよい。このような電圧の印加により、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０は、基板配置電極９をカソードとしシャワープレート４をアノードとする容量結合方式(ＣＣＰ方式)のグロー放電現象が発生し、これにより真空処理槽２内の基板配置電極９及びシャワープレート４間の空間において水素ガス４０が活性化する。 Then, the power supply unit 30 is activated in this atmosphere, and a low frequency AC voltage is applied from the power supply unit 30 to the substrate placement electrode 9 with the shower plate 4 in the vacuum processing tank 2 placed at the ground potential. To do. As described above, the low-frequency AC voltage is preferably set to 100 kHz or more and 2000 kHz or less with respect to the substrate arrangement electrode 9. The power density is preferably about 0.5 W / cm 2 . By applying such a voltage, the hydrogen gas 40 released from the discharge port 4a of the shower plate 4 has a glow discharge phenomenon of a capacitive coupling method (CCP method) using the substrate arrangement electrode 9 as a cathode and the shower plate 4 as an anode. As a result, the hydrogen gas 40 is activated in the space between the substrate placement electrode 9 and the shower plate 4 in the vacuum processing tank 2.

ここで、被処理対象物であるポリシリコン層６２は、サセプタ本体６内のヒーター７によって予め３５０℃に加熱されており、活性化した水素ガス４０がポリシリコン層６２の表面に到達すると、ポリシリコン層６２内に水素が拡散しつつ導入される。導入された水素は、ポリシリコン層６２を構成するシリコン原子の未結合手と結合してこれを終端化させる。   Here, the polysilicon layer 62 that is the object to be processed is heated to 350 ° C. in advance by the heater 7 in the susceptor body 6, and when the activated hydrogen gas 40 reaches the surface of the polysilicon layer 62, Hydrogen is introduced into the silicon layer 62 while diffusing. The introduced hydrogen is bonded to the dangling bonds of silicon atoms constituting the polysilicon layer 62 to terminate it.

（ゲート絶縁膜等の形成工程）
次に図４（ｃ）に示すように、基板６１及びポリシリコン層６２を覆うように酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜６３を形成する。ゲート絶縁膜６３は、例えばＰＥＣＶＤ法により形成することが好ましい。反応ガスとしてはシランとＮ２Ｏの混合ガス、ＴＥＯＳと酸素の混合ガス等を用いることができる。
次に図４（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜６３上にゲート電極６４を形成する。具体的には、ゲート絶縁膜６３の全面にゲート電極膜をスパッタ法などによって形成し、その後、ゲート電極膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングしてゲート電極６４を形成する。 (Gate insulating film formation process)
Next, as shown in FIG. 4C, a gate insulating film 63 made of a silicon oxide film is formed so as to cover the substrate 61 and the polysilicon layer 62. The gate insulating film 63 is preferably formed by, for example, PECVD. As the reaction gas, a mixed gas of silane and N 2 O, a mixed gas of TEOS and oxygen, or the like can be used.
Next, as shown in FIG. 4D, a gate electrode 64 is formed on the gate insulating film 63. Specifically, a gate electrode film is formed on the entire surface of the gate insulating film 63 by sputtering or the like, and then the gate electrode film is patterned by a photolithography technique to form the gate electrode 64.

次に図４（ｅ）に示すように、ポリシリコン層６２にソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する。具体的には、ゲート電極６４をマスクにしてリン等のＮ型不純物をイオン注入法によりポリシリコン層６２に打ち込むことにより、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する。   Next, as shown in FIG. 4E, a source region S and a drain region D are formed in the polysilicon layer 62. Specifically, the source region S and the drain region D are formed by implanting N-type impurities such as phosphorus into the polysilicon layer 62 by ion implantation using the gate electrode 64 as a mask.

次に図４（ｆ）に示すように、ゲート電極６４及びゲート絶縁膜６３を覆うように層間絶縁膜６５をＰＥＣＶＤ法で形成する。更に図４（ｇ）に示すように、層間絶縁膜６５及びゲート絶縁膜６３を貫通する開口部６６を設けて、ポリシリコン層６２のソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを露出させる。そして、開口部６６に電極層６７を例えばスパッタ法で形成する。このようにして、ポリシリコン型薄膜トランジスタＴｒを製造する。   Next, as shown in FIG. 4F, an interlayer insulating film 65 is formed by PECVD so as to cover the gate electrode 64 and the gate insulating film 63. Further, as shown in FIG. 4G, an opening 66 that penetrates the interlayer insulating film 65 and the gate insulating film 63 is provided to expose the source region S and the drain region D of the polysilicon layer 62. Then, an electrode layer 67 is formed in the opening 66 by, for example, a sputtering method. In this way, a polysilicon type thin film transistor Tr is manufactured.

以上説明したように、上記のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法によれば、基板６１上にポリシリコン層６２を形成した後に、基板に水素を導きながら基板配置電極９に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電生成するので、極めて効率的にポリシリコン層６２に水素が導入され、これによりポリシリコン層６２中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン層６２の格子欠陥を低減して移動度を高めることができ、ポリシリコン型薄膜トランジスタＴｒの素子特性を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、ポリシリコン層６２に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層６２のチャージアップを低減できる。これにより、予め基板６１上に別の回路素子が形成されていた場合でも、チャージアップによる絶縁破壊を防止できる。 As described above, according to the method for manufacturing a polysilicon thin film transistor described above, after forming the polysilicon layer 62 on the substrate 61, the substrate placement electrode 9 has a low frequency of 100 kHz or more and 2000 kHz or less while introducing hydrogen to the substrate. Since glow discharge is generated by applying an alternating voltage, hydrogen is introduced into the polysilicon layer 62 very efficiently, so that dangling bonds of silicon existing in the polysilicon layer 62 can be terminated with hydrogen. . Thereby, the lattice defect of the polysilicon layer 62 can be reduced and the mobility can be increased, and the element characteristics of the polysilicon thin film transistor Tr can be improved.
Further, by applying an AC voltage having a relatively low frequency of 100 kHz or more and 2000 kHz or less, electrons and hydrogen ions reach the polysilicon layer 62 with almost the same probability, and the polysilicon layer 62 is charged up. Can be reduced. Thereby, even when another circuit element is formed on the substrate 61 in advance, it is possible to prevent dielectric breakdown due to charge-up.

更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層６２の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層６２の基板６１側の界面まで水素を導入して終端化を図ることができ、ポリシリコン層６２の格子欠陥を更に低減して移動度をより一層向上できる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。   Furthermore, since the hydrogen ions sufficiently follow the fluctuation of the electric field due to the AC voltage, the acceleration of the hydrogen ions can be increased, thereby introducing the hydrogen ions over the entire thickness direction of the polysilicon layer 62. Is possible. As a result, hydrogen can be introduced to the interface of the polysilicon layer 62 on the substrate 61 side to be terminated, and lattice defects of the polysilicon layer 62 can be further reduced to further improve mobility. Further, by increasing the acceleration of hydrogen ions, the time required for termination with hydrogen can be shortened.

なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、上述の実施の形態では、シャワープレートを上部側に配置し、基板配置電極を下部側に配置するようにしたが、本発明はこれに限られず、放電電極を傾斜させたり、鉛直方向に向けることも可能である。
また、本実施形態で使用した水素終端化処理装置は、水素ガスに代えてＣＶＤ用の反応ガスを導入することで、プラズマＣＶＤ装置として用いることができる。従って、本実施形態の水素終端化処理装置を、プラズマＣＶＤ法による成膜工程と、水素導入による終端化工程の両方に使用できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made. For example, in the above-described embodiment, the shower plate is arranged on the upper side and the substrate arrangement electrode is arranged on the lower side. However, the present invention is not limited to this, and the discharge electrode is inclined or vertically arranged. It is also possible to turn.
Moreover, the hydrogen termination processing apparatus used in this embodiment can be used as a plasma CVD apparatus by introducing a reactive gas for CVD instead of hydrogen gas. Therefore, the hydrogen termination processing apparatus of this embodiment can be used for both the film-forming process by the plasma CVD method and the termination process by introducing hydrogen.

また、上記のポリシリコン太陽電池の製造方法においては、Ｐ型半導体からなるポリシリコン基板内にＮ型半導体を形成することによりＰＮ接合を形成したが、本発明はこれに限らず、Ｎ型半導体からなるポリシリコン基板内にＰ型半導体を形成することによって、ＰＮ接合を形成してもよい。   In the method for manufacturing a polysilicon solar cell, a PN junction is formed by forming an N-type semiconductor in a polysilicon substrate made of a P-type semiconductor. However, the present invention is not limited to this, and the N-type semiconductor is not limited thereto. A PN junction may be formed by forming a P-type semiconductor in a polysilicon substrate made of

更に、上記のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法においては、ポリシリコン層に形成する不純物元素拡散領域としてソース領域及びドレイン領域を例示したが、本発明はこれに限らず、ＬＤＤ領域（lightly doped drain）であってもよい。また、ポリシリコン型薄膜トランジスタとして、いわゆるオフセット構造を例示したが、ＬＤＤ（lightly doped drain）構造に適用してもよい。更に、画素電極のスイッチング用の薄膜トランジスタのみならず、周辺駆動回路用の薄膜トランジスタに適用してもよい。   Furthermore, in the above-described method for manufacturing a polysilicon thin film transistor, the source region and the drain region are exemplified as the impurity element diffusion region formed in the polysilicon layer. However, the present invention is not limited to this, and the LDD region (lightly doped drain) It may be. In addition, although a so-called offset structure has been exemplified as the polysilicon thin film transistor, it may be applied to an LDD (lightly doped drain) structure. Furthermore, the present invention may be applied not only to a thin film transistor for switching pixel electrodes but also to a thin film transistor for peripheral driving circuits.

図１は、本発明の実施形態であるポリシリコン層の改質方法に使用される水素終端化処理装置を示す断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a hydrogen termination apparatus used in a method for modifying a polysilicon layer according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の原理を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention. 図３は、本発明の実施形態であるポリシリコン太陽電池の製造方法を説明する工程図である。FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a polysilicon solar cell according to an embodiment of the present invention. 図４は、本発明の実施形態であるポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法を説明する工程図である。FIG. 4 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a polysilicon thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…水素終端化処理装置（ポリシリコン層の改質装置）、４…シヤワープレート（対向電極（放電電極））、９…基板配置電極（放電電極）、１０、６２…ポリシリコン層、４０…水素ガス（水素）、５１…ポリシリコン基板（ポリシリコン層）、５１ａ…Ｐ型半導体、５１ｃ…Ｎ型半導体、５１ｄ…ＰＮ接合、５２…透明電極膜（電極）、５３…金属電極（電極）、５４…ポリシリコン太陽電池、６１…基板、６３…ゲート絶縁膜、６４…ゲート電極、Ｄ…ドレイン領域（不純物元素拡散領域）、Ｓ…ソース領域（不純物元素拡散領域）、Ｔｒ…ポリシリコン型薄膜トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen termination processing apparatus (polysilicon layer reformer), 4 ... Shear plate (counter electrode (discharge electrode)), 9 ... Substrate placement electrode (discharge electrode), 10, 62 ... Polysilicon layer, 40 ... Hydrogen gas (hydrogen), 51 ... polysilicon substrate (polysilicon layer), 51a ... P-type semiconductor, 51c ... N-type semiconductor, 51d ... PN junction, 52 ... transparent electrode film (electrode), 53 ... metal electrode (electrode) 54 ... polysilicon solar cell, 61 ... substrate, 63 ... gate insulating film, 64 ... gate electrode, D ... drain region (impurity element diffusion region), S ... source region (impurity element diffusion region), Tr ... polysilicon type Thin film transistor

Claims (4)

ポリシリコン層を水素によって改質する方法であって、
真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン層を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、
水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程を有することを特徴とするポリシリコン層の改質方法。 A method of modifying a polysilicon layer with hydrogen,
The polysilicon layer is disposed on the substrate placement electrode in a vacuum, and the counter electrode is disposed substantially parallel to the substrate placement electrode.
A gas containing hydrogen is guided toward the polysilicon layer between the substrate arrangement electrode and the counter electrode, and a low frequency alternating voltage of 100 kHz to 2000 kHz is applied to the substrate arrangement electrode, and the substrate arrangement electrode and the substrate A method for modifying a polysilicon layer, comprising the step of modifying the polysilicon layer with hydrogen by glow discharge generated between opposing electrodes. ポリシリコン基板を主体とするポリシリコン太陽電池の製造方法であって、
Ｎ型半導体またはＰ型半導体からなるポリシリコン基板内に、Ｐ型半導体またはＮ型半導体を形成することによってＰＮ接合を形成する工程と、
真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン基板に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン基板を水素により改質する工程と、
前記ポリシリコン基板に形成された前記Ｎ型半導体及び前記Ｐ型半導体にそれぞれ、電極を形成する工程と、
を具備してなることを特徴とするポリシリコン太陽電池の製造方法。 A method for producing a polysilicon solar cell mainly comprising a polysilicon substrate,
Forming a PN junction by forming a P-type semiconductor or an N-type semiconductor in a polysilicon substrate made of an N-type semiconductor or a P-type semiconductor;
The polysilicon substrate is arranged on the substrate arrangement electrode in a vacuum, the counter electrode is arranged to be spaced apart from the substrate arrangement electrode substantially in parallel, and a gas containing hydrogen is interposed between the substrate arrangement electrode and the counter electrode. Guided toward the polysilicon substrate, a low frequency AC voltage of 100 kHz to 2000 kHz is applied to the substrate placement electrode, and the polysilicon substrate is caused by glow discharge generated between the substrate placement electrode and the counter electrode. A step of reforming with hydrogen;
Forming an electrode on each of the N-type semiconductor and the P-type semiconductor formed on the polysilicon substrate;
A method for producing a polysilicon solar cell, comprising: ポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にポリシリコン層を形成する工程と、
真空中において基板配置電極上に前記基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記基板の前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程と、
前記ポリシリコン層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成すると共に、前記ポリシリコン層に不純物元素を注入して不純物元素拡散領域を形成する工程と、
を具備してなることを特徴とするポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法。 A method for producing a polysilicon thin film transistor, comprising:
Forming a polysilicon layer on the substrate;
The substrate is disposed on the substrate placement electrode in a vacuum, and the counter electrode is spaced apart from the substrate placement electrode substantially in parallel, and a gas containing hydrogen is placed between the substrate placement electrode and the counter electrode. The polysilicon layer is guided by the glow discharge generated between the substrate arrangement electrode and the counter electrode by applying a low frequency AC voltage of 100 kHz or more and 2000 kHz or less to the substrate arrangement electrode. Reforming with hydrogen,
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the polysilicon layer, and implanting an impurity element into the polysilicon layer to form an impurity element diffusion region;
A method for producing a polysilicon thin film transistor, comprising: 水素を含むガスを導入可能な真空処理槽と、
前記真空処理槽内にほぼ平行に対向離間配置された一対の放電電極であって、ポリシリコン層を配置する基板配置電極と、前記真空処理槽内に導入された前記ガスを複数の微細口によって通過させて前記基板配置電極に向って前記ガスを導くように構成された対向電極とを有する放電電極と、
前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加するように構成された電源供給部と、を具備してなることを特徴とするポリシリコン層の改質装置。 A vacuum treatment tank capable of introducing a gas containing hydrogen;
A pair of discharge electrodes disposed substantially opposite to and spaced apart from each other in the vacuum processing tank, wherein a substrate arrangement electrode for disposing a polysilicon layer and the gas introduced into the vacuum processing tank through a plurality of fine ports A discharge electrode having a counter electrode configured to pass through and to guide the gas toward the substrate placement electrode;
And a power supply unit configured to apply a low-frequency AC voltage of 100 kHz to 2000 kHz to the substrate placement electrode.
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