JP2010183011A - Method of manufacturing doped silicon film, method of manufacturing doped silicon precursor, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、光電変換装置、集積回路、薄膜トランジスター等のデバイスに係る技術に関し、詳細には、液体のシリコン前駆体にドープ材料を混合して焼成するドープシリコン膜の製造方法、ドープシリコン前駆体の製造方法およびデバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a technology related to devices such as a photoelectric conversion device, an integrated circuit, and a thin film transistor, for example, and more specifically, a method for manufacturing a doped silicon film in which a liquid silicon precursor is mixed and baked, and doped silicon The present invention relates to a precursor manufacturing method and a device manufacturing method.
従来から、光電変換装置、集積回路、薄膜トランジスターなどにドープシリコン膜が用いられている。このドープシリコン膜はアモルファスシリコンの製膜法としてCVD(Chemical Vapor Deposition)やポリシリコン膜の製膜法でフォトリソグラフィー法が採用されている。しかしながら、これらの方法には、高真空で高エネルギーの装置や露光現像装置などの装置が必要であり、コストが高く、材料の使用効率も低かった(例えば、特許文献1)。 Conventionally, doped silicon films have been used in photoelectric conversion devices, integrated circuits, thin film transistors, and the like. This doped silicon film employs CVD (Chemical Vapor Deposition) as a method for forming amorphous silicon or a photolithography method as a method for forming a polysilicon film. However, these methods require devices such as a high-vacuum and high-energy device and an exposure / development device, which are high in cost and use efficiency of materials (for example, Patent Document 1).
そこで、シリコン前駆体、シリコン前駆体と周期表第3B族元素を含む化合物又は周期表第5B族元素を含む化合物の混合液体材料を用い、所望の領域にのみ塗布し、焼成(固化)することによりシリコン膜、ドープシリコン膜を形成する技術が注目されている。例えば、特許文献2、特許文献3には、シリコン膜などの薄膜の全部又は一部を液体材料を用いて形成する技術、ドープシリコン膜を液体材料を用いて形成する技術が開示されている。
Therefore, using a mixed liquid material of a silicon precursor, a compound containing a silicon precursor and a Group 3B element of the periodic table, or a compound containing a Group 5B element of the periodic table, it is applied only to a desired region and fired (solidified). Thus, a technique for forming a silicon film or a doped silicon film has attracted attention. For example,
しかし、これらの液体材料を用いてドープシリコン膜を形成するには、形成過程におけるドープ材料の消失率が高いため、膜中に残したいドープ材料の量より多くのドープ材料をシリコン前駆体に混合する必要があった。そのためドープ材料の使用効率が低かった。 However, when forming a doped silicon film using these liquid materials, the loss rate of the doped material in the formation process is high, so that more doped material than the amount of the doped material desired to remain in the film is mixed with the silicon precursor. There was a need to do. Therefore, the use efficiency of the dope material was low.
本発明は、前記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
〔適用例1〕本適用例に記載のドープシリコン膜の製造方法は、液体材料を塗布して塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を熱処理する工程と、を含み、前記液体材料がシラン化合物とドーパント化合物とを含む溶液に第1の光と前記第1の光と波長の異なる第2の光とを照射することで得られるシリコン前駆体組成物を含むものである、ことを特徴とする。 Application Example 1 A method for producing a doped silicon film according to this application example includes a step of applying a liquid material to form a coating film, and a step of heat-treating the coating film, wherein the liquid material is silane. A silicon precursor composition obtained by irradiating a solution containing a compound and a dopant compound with the first light and the second light having a wavelength different from that of the first light is included.
〔適用例2〕上記ドープシリコン膜の製造方法において、前記ドーパント化合物が周期表第3B族元素又は周期表第5B族元素を含み、前記ドーパント化合物と前記シリコン前駆体とが結合または混合された物質を含む、ことが好ましい。 Application Example 2 In the method for manufacturing a doped silicon film, the dopant compound includes a periodic table group 3B element or a periodic table group 5B element, and the dopant compound and the silicon precursor are combined or mixed. It is preferable that it contains.
〔適用例3〕本適用例に記載のドープシリコン前駆体の製造方法は、シリコン前駆体と周期表第3B族元素又は周期表第5B族元素を含むドーパント化合物とを混合させた溶液に第1の光と第2の光とを照射し、前記シリコン前駆体と前記ドーパント化合物とを結合または混合する工程を有する、ことを特徴とする。 [Application Example 3] The method for producing a doped silicon precursor described in this application example is the first in a solution in which a silicon precursor and a dopant compound containing a Group 3B element of the periodic table or a Group 5B element of the periodic table are mixed. And a step of irradiating the second light and the second precursor to bond or mix the silicon precursor and the dopant compound.
〔適用例4〕上記ドープシリコン前駆体の製造方法において、前記第1の光の波長が300nm以上600nm以下の範囲の波長であり、前記第2の光の波長が300nm未満120nm以上の範囲の波長であることが好ましい。 Application Example 4 In the method for manufacturing a doped silicon precursor, the wavelength of the first light is in the range of 300 nm to 600 nm, and the wavelength of the second light is in the range of less than 300 nm and 120 nm or more. It is preferable that
上記適用例によれば、形成したシリコン膜中にドープしたい元素を多く残留させることができる。また、製膜性、材料利用効率の向上したドープシリコン前駆体とすることができる。 According to the above application example, a large amount of the element to be doped can remain in the formed silicon film. Moreover, it can be set as the dope silicon precursor with improved film forming property and material utilization efficiency.
また、上記適用例によれば、光照射によって得られるドープシリコン前駆体に効率よくドーパント化合物を結合または混合することができる。 Moreover, according to the said application example, a dopant compound can be efficiently couple | bonded or mixed with the dope silicon precursor obtained by light irradiation.
また、上記適用例によれば、製造に用いるドーパント化合物の原材料および/または廃棄物を削減することができる。 Moreover, according to the said application example, the raw material and / or waste material of the dopant compound used for manufacture can be reduced.
〔適用例5〕本適用例のデバイスの製造方法は、基板上に第1電極を形成する工程と、前記第1電極上に第1導電型シリコン膜を形成する工程と、前記第1導電型シリコン膜上に第2導電型シリコン膜を形成する工程と、前記第2導電型シリコン膜上に第2電極を形成する工程と、を含み、前記第1導電型シリコン膜を形成する工程が、前記第1電極上に第1液体材料を塗布して第1塗布膜を形成する工程と、前記第1塗布膜を熱処理または光処理する工程と、を有し、前記第1液体材料が第1シラン化合物と第1ドーパント化合物とを含む溶液に第1の光と前記第1の光と波長の異なる第2の光とを照射することで得られる第1シリコン前駆体組成物を含むものである、ことを特徴とする。 Application Example 5 A device manufacturing method according to this application example includes a step of forming a first electrode on a substrate, a step of forming a first conductivity type silicon film on the first electrode, and the first conductivity type. Forming a second conductive silicon film on the silicon film; and forming a second electrode on the second conductive silicon film; and forming the first conductive silicon film, A step of applying a first liquid material on the first electrode to form a first coating film; and a step of heat-treating or light-treating the first coating film, wherein the first liquid material is a first material. A first silicon precursor composition obtained by irradiating a solution containing a silane compound and a first dopant compound with a first light and a second light having a wavelength different from that of the first light, It is characterized by.
〔適用例6〕上記適用例に記載のデバイスの製造方法によれば、前記第2導電型シリコン膜を形成する工程が、前記第1導電型シリコン膜上に第2液体材料を塗布して第2塗布膜を形成する工程と、前記第2塗布膜を熱処理または光処理する工程と、を有し、前記第2液体材料が第2シラン化合物と第2ドーパント化合物とを含む溶液に第1の光と前記第1の光と波長の異なる第3の光とを照射することで得られる第2シリコン前駆体組成物を含むものである、ことが好ましい。 Application Example 6 According to the device manufacturing method described in the application example described above, the step of forming the second conductivity type silicon film is performed by applying a second liquid material on the first conductivity type silicon film. A step of forming a second coating film, and a step of heat-treating or phototreating the second coating film, wherein the second liquid material includes a first silane compound and a second dopant compound in a first solution. It is preferable that it contains the 2nd silicon precursor composition obtained by irradiating light, 3rd light from which said 1st light and a wavelength differ.
〔適用例7〕上記適用例に記載のデバイスの製造方法によれば、前記第1導電型シリコン膜を形成する工程と前記第2導電型シリコン膜を形成する工程との間に真性シリコン膜を形成する工程を含み、前記真性シリコン膜を形成する工程が、前記第1導電型シリコン膜上に第3液体材料を塗布して第3塗布膜を形成する工程と、前記第3塗布膜を熱処理または光処理する工程と、を有し、前記第3液体材料が第3シラン化合物を含むものであり、前記第2導電型シリコン膜が前記真性シリコン膜上に形成されるものである、ことが好ましい。 Application Example 7 According to the device manufacturing method described in the application example, an intrinsic silicon film is formed between the step of forming the first conductivity type silicon film and the step of forming the second conductivity type silicon film. A step of forming the intrinsic silicon film, the step of forming a third coating film by applying a third liquid material on the first conductivity type silicon film, and a step of heat-treating the third coating film. Or a step of performing an optical treatment, wherein the third liquid material contains a third silane compound, and the second conductivity type silicon film is formed on the intrinsic silicon film. preferable.
〔適用例8〕上記適用例に記載のデバイスの製造方法によれば、前記第1ないし第3シラン化合物がシクロペンタシランである、ことが好ましい。 Application Example 8 According to the device manufacturing method described in the application example, it is preferable that the first to third silane compounds are cyclopentasilane.
〔適用例9〕上記適用例に記載のデバイスの製造方法によれば、前記第1導電型シリコン膜がP型シリコン膜であり、前記第1ドーパント化合物が周期表第3B族元素を含むドーパント化合物であり、前記第2の光の波長が300nm未満120nm以上の範囲の波長である、ことが好ましい。 Application Example 9 According to the device manufacturing method described in the application example, the first conductive silicon film is a P-type silicon film, and the first dopant compound includes a Group 3B element in the periodic table. It is preferable that the wavelength of the second light is in the range of less than 300 nm and 120 nm or more.
〔適用例10〕上記適用例に記載のデバイスの製造方法によれば、前記第1導電型シリコン膜がN型シリコン膜であり、前記第1ドーパント化合物が周期表第5B族元素を含むドーパント化合物であり、前記第2の光の波長が300nm未満120nm以上の範囲の波長である、ことが好ましい。 Application Example 10 According to the device manufacturing method described in the application example, the first conductive silicon film is an N-type silicon film, and the first dopant compound includes a Group 5B element of the periodic table. It is preferable that the wavelength of the second light is in the range of less than 300 nm and 120 nm or more.
以下、本発明の具体例としての実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings to be used are appropriately enlarged or reduced so that the part to be described can be recognized.
(第1実施形態)
図1は、ホウ素ドープシリコン前駆体ポリマー14を生成する工程を示すものである。なお、これ以降の工程はすべて酸素濃度10ppm以下、水分露点−65℃以下に保たれたグローブボックス内で操作する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a process for producing a boron-doped
まず、ガラス容器100にシラン化合物として、図8に示すシリコン前駆体モノマーである化合物11のシクロペンタシラン1gと、図8に示すホウ素ドープ材料である化合物12のデカボランを0.01g溶かしたものとを混合し、混合溶液103とする。
First, as a silane compound in
次に、この混合溶液103の入ったガラス容器100をアルミニウム製の台105に置き、第1の光ファイバー104を介して第1光源である100mW/cm2のエキシマランプ111から405nmの波長の光を、第2の光ファイバー106を介して第2光源である50mW/cm2のキセノン水銀ランプ112から254nmの波長の光を、それぞれ混合溶液103に照射する。混合溶液103は、所定の波長の光以外の光が照射されないよう、台105の壁部105aにより遮光されている。第1の光ファイバー104と第2の光ファイバー106とは台105の壁部の貫通孔に挿入され混合溶液103に光を照射できるよう配置されている。
Next, the
このとき混合溶液103では、波長405nmの紫外線が照射されることによりシクロペンタシランに光開環反応が起こり、シランラジカルが発生する。このシランラジカル同士が結合することでシラン化合物の分子量が増大する。また、波長254nmの紫外線が照射されることによりデカボランから脱水素反応が起こり、デカボランラジカルが発生する。これらの紫外線を同時に照射することでシランラジカルとデカボランラジカルが結合しSi−Bの結合が形成される。この結果、図9に示すような化合物1001から1004の水素化シランポリマー内のどこかにホウ素、水素化ホウ素を含む、ホウ素ドープシリコン前駆体ポリマー14が生成される。なお、図9に示す化学式内のX、Yは整数とする。
At this time, when the
このホウ素ドープシリコン前駆体ポリマー14は、混合溶液103と比較したとき、温度がドーパント化合物の昇華温度を超えてシラン化合物を熱処理する300℃に達しても、ドーパント化合物が揮発することがないため、より多くのドーパント化合物を形成されるシリコン膜中に留めることができる。
When this boron-doped
次に、図2(a)〜(c)で示すように、前述のホウ素ドープシリコン前駆体ポリマー14を有機溶媒へ溶かして液体材料の一例としてのホウ素ドープシリコン前駆体溶液108としたものを、インクジェットヘッド106から吐出させて基板107上に塗布し、塗布膜109を形成する。本例では塗布方法にインクジェット法を用いている。この塗布膜109を300℃で焼成(熱処理)するとドープシリコン膜としてのホウ素ドープアモルファスシリコン膜110が形成される。
Next, as shown in FIGS. 2A to 2C, a boron-doped
本実施形態で使用されるシリコン前駆体モノマーは、一般式SinXmで表されるケイ素化合物であれば公知のものを用いてもよい。m=2n+2である化合物例としては、ペンタシランなどの水素化シラン、またこれらの水素原子の一部またはすべてをハロゲン原子に置換したものが挙げられる。m=2nである具体例としては、シクロペンタシランなど一個の環系を有する水素化ケイ素化合物およびこれらの水素原子の一部またはすべてをハロゲン原子に置換したハロゲン化環状ケイ素化合物が挙げられる。m=2n−2である化合物の具体例としては、1、1’−ビスシクロペンタシラン、1、1、1’−シクロブタシリルシクロペンタシラン、スピロ[2、2]ペンタシラン、などの2個の環系を有する水素化ケイ素化合物およびこれらの水素原子の一部またはすべてをSiH3基やハロゲン基に置換したケイ素化合物が挙げられる。また、m=nである化合物の具体例としては図10に示す式の化合物1〜化合物5のような多環系を有する水素化ケイ素化合物およびこれらの水素原子の一部またはすべてを部分的にSiH3やハロゲン基に置換したケイ素化合物を挙げられる。これらの化合物は2種以上を混合して使用することができる。 As the silicon precursor monomer used in the present embodiment, a known monomer may be used as long as it is a silicon compound represented by the general formula Si n X m . Examples of the compound in which m = 2n + 2 include hydrogenated silanes such as pentasilane, and compounds obtained by substituting some or all of these hydrogen atoms with halogen atoms. Specific examples of m = 2n include a silicon hydride compound having one ring system such as cyclopentasilane and a halogenated cyclic silicon compound in which some or all of these hydrogen atoms are substituted with halogen atoms. Specific examples of the compound in which m = 2n-2 include two compounds such as 1,1′-biscyclopentasilane, 1,1,1′-cyclobutasilylcyclopentasilane, spiro [2,2] pentasilane, and the like. And silicon compounds obtained by substituting some or all of these hydrogen atoms with SiH 3 groups or halogen groups. Specific examples of the compound in which m = n include a silicon hydride compound having a polycyclic system such as compound 1 to compound 5 of the formula shown in FIG. 10 and a part or all of these hydrogen atoms. Examples thereof include silicon compounds substituted with SiH 3 or a halogen group. These compounds can be used in combination of two or more.
本実施形態で使用されるホウ素ドープ材料の例を図11に示す。モノボラン、ジボラン、テトラボラン、ペンタボラン、ヘキサボラン、デカボランなどの水素化ホウ素化合物、またこれらの水素原子の一部またはすべてを部分的にSiH3やハロゲン原子に置換したものが挙げられる。例えば図11に示す式の化合物6〜化合物10ホウ素変性シラン化合物を用いることができる。 An example of the boron-doped material used in this embodiment is shown in FIG. Examples thereof include borohydride compounds such as monoborane, diborane, tetraborane, pentaborane, hexaborane, and decaborane, and those in which some or all of these hydrogen atoms are partially substituted with SiH 3 or halogen atoms. For example, the compound 6 to the compound 10 boron-modified silane compound represented by the formula shown in FIG.
シリコン前駆体モノマーとホウ素ドープ材料の混合比はホウ素ドープ材料の化合物中に含まれるホウ素原子が、シリコン前駆体モノマーに含まれるケイ素原子に対して5パーセント以下0.001パーセント以上の範囲で使用できる。 The mixing ratio between the silicon precursor monomer and the boron-doped material is such that the boron atom contained in the compound of the boron-doped material is within the range of 5% or less and 0.001% or more with respect to the silicon atom contained in the silicon precursor monomer. .
シクロペンタシランとデカボランの混合溶液に溶媒として有機溶媒を使用することができる。使用する溶媒としは、ケイ素化合物を溶解し、溶質と反応しないものであれば特に限定されないが、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系溶媒の他、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル系、さらにγ−ブチルラクトンなどの極性溶媒を挙げることができる。これらのうちケイ素化合物の溶解性と該溶液の安定性の点で炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒が好ましく、さらに好ましい溶媒は炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらの溶媒は単独でも、あるいは2種以上の混合物としても使用できる。特に炭化水素系はケイ素化合物の溶解性を向上させ、後述する熱処理や光処理時のケイ素化合物、ドーピング元素の残留を抑制する観点で好適である。 An organic solvent can be used as a solvent for the mixed solution of cyclopentasilane and decaborane. The solvent to be used is not particularly limited as long as it dissolves the silicon compound and does not react with the solute, but in addition to hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, cyclohexylbenzene, ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, and γ -Polar solvents such as butyl lactone. Of these, hydrocarbon solvents and ether solvents are preferred in view of the solubility of the silicon compound and the stability of the solution, and more preferred solvents include hydrocarbon solvents. These solvents can be used alone or as a mixture of two or more. In particular, the hydrocarbon system is preferable from the viewpoint of improving the solubility of the silicon compound and suppressing the remaining of the silicon compound and the doping element during heat treatment and light treatment described later.
本実施形態における2種類の紫外線の照射方法は図1に限られず、図3(a)〜(c)のように改変することができる。図3(a)のように、ボックス203の上部に2種類の光源である第1光源201及び第2光源202を並べて設置し、ボックス203内に配置したガラス容器100中の混合溶液103に2種類の紫外線を照射する方法がある。また、図3(b)のように、ボックス203の下部を、例えば石英ガラス板のような透明部材204で構成し、第1光源201及び第2光源202のいずれか一方をボックス203の上部に、他方を透明部材204の下部に配置して照射する方法がある。本例では、第1光源201をボックス203の上部に配置し、第2光源202を透明部材204の下部に配置している。また、図3(c)のようにボックス203の側面に光を透過させることが可能な、例えば貫通孔を設け、その貫通孔に光の射出部が対向するように第1光源201及び第2光源202を配置し、横方向から照射する方法を用いることができる。
The two types of ultraviolet irradiation methods in the present embodiment are not limited to those shown in FIG. 1, but can be modified as shown in FIGS. As shown in FIG. 3A, the first
また、本実施形態で用いられるボックス203は、光の照射効率を良くするために、集光機能や反射した光が再度溶液に照射される構造を有することが望ましい。また、ボックス203の材質は紫外線によって劣化しない、例えばSUS(ステンレス)のような金属などが好ましい。
Further, the
本実施形態では、2種類以上の光源を用い、それぞれの波長の光のパワーを調整することで、シリコン前駆体化合物の重合とドーパンとの重合速度を調節し、重合されるシリコン前駆体に効率よくドーパント化合物を結合させることができる。2種類以上の光源の照射タイミングは、ドーパント化合物ラジカルとシリコン前駆体ラジカルを同時に生成するために同時に照射するのが良い。ただし、ドーパント化合物のラジカル寿命が十分に長いときは2種類以上の光源の照射タイミングをパルス的にずらすこともできる。 In this embodiment, by using two or more types of light sources and adjusting the power of light of each wavelength, the polymerization rate of the silicon precursor compound and the polymerization rate of dopan are adjusted, and the efficiency of the polymerized silicon precursor is improved. The dopant compound can be bonded well. The irradiation timings of two or more types of light sources are preferably irradiated at the same time in order to simultaneously generate dopant compound radicals and silicon precursor radicals. However, when the radical lifetime of the dopant compound is sufficiently long, the irradiation timings of two or more light sources can be shifted in a pulse manner.
本実施形態で用いられる第1光源と第2光源との組み合わせは上述のキセノン水銀ランプとエキシマランプとに限られず、キセノンランプ、キセノン水銀ランプ、キセノンフラッシュランプ、重水素ランプ、ホローカソードランプ、タングステンランプ、LED光源、アーク光源、超高圧UVランプ、高圧UVランプ、低圧UVランプ、エキシマランプなどの光照射装置の中から上述の2種類の紫外線を照射できる組み合わせを選択することができる。その他、パルスレーザー光を発振するレーザー光源を使用することもできる。また、近赤外、赤外領域の長波長超短パルスレーザー光を用いて混合溶液103に多光子吸収を可能とさせる照射装置を使用することもできる。
The combination of the first light source and the second light source used in the present embodiment is not limited to the above-described xenon mercury lamp and excimer lamp, and xenon lamp, xenon mercury lamp, xenon flash lamp, deuterium lamp, hollow cathode lamp, tungsten A combination capable of irradiating the above-described two kinds of ultraviolet rays can be selected from light irradiation devices such as a lamp, an LED light source, an arc light source, an ultrahigh pressure UV lamp, a high pressure UV lamp, a low pressure UV lamp, and an excimer lamp. In addition, a laser light source that oscillates pulsed laser light can be used. Further, an irradiation apparatus that allows the
また、光照射装置が出力した光にバンドパスフィルターなど特定の波長を遮断するものを使用して、狭い波長の光として使用することができる。 Further, the light output from the light irradiation device can be used as light having a narrow wavelength by using a light that blocks a specific wavelength such as a band pass filter.
本実施形態における塗布膜形成方法は、インクジェット法のほか、ディスペンサー法、スピンコート法、ドロップキャスト法、ロールコート法、カーテンコート法、スプレー法、凹版印刷法、凸版印刷法などの液相法を適宜用いることができる。 In addition to the inkjet method, the coating film forming method in the present embodiment uses a liquid phase method such as a dispenser method, a spin coat method, a drop cast method, a roll coat method, a curtain coat method, a spray method, an intaglio printing method, and a relief printing method. It can be used as appropriate.
本実施形態における焼成方法はオーブン、ベーク炉、アニール炉、ホットプレート、などの熱処理装置を適宜用いることができる。 For the firing method in the present embodiment, a heat treatment apparatus such as an oven, a baking furnace, an annealing furnace, or a hot plate can be used as appropriate.
本実施形態では、塗布膜に熱処理を行いホウ素ドープアモルファスシリコン膜を形成する例を示したが、熱処理のほかにハロゲンランプやUVランプ、レーザー光などを光源とする光照射処理を熱処理のみもしくは同時に用いることができる。 In this embodiment, an example is shown in which a boron-doped amorphous silicon film is formed by performing a heat treatment on the coating film, but in addition to the heat treatment, a light irradiation treatment using a halogen lamp, a UV lamp, a laser beam, or the like as a light source is performed only or simultaneously. Can be used.
(第2実施形態)
シリコン前駆体モノマーとして、化合物11のシクロペンタシラン1gとリンドープ材料として黄リンを0.01mg溶かしたものを混合溶液とする。この混合溶液に405nm、100mW/cm2の紫外線と254nm、50mW/cm2の紫外線を照射しシクロペンタシランの光開環重合と黄リンの分解を同時に起こし、リンドープシリコン前駆体ポリマーを得る。紫外線の照射方法は第1実施形態と同じ方法を使用する。リンドープシリコン前駆体ポリマーを有機溶媒へ溶かして液体材料の一例としてのリンドープシリコン前駆体液体材料としたものを基板上にインクジェット法で塗布し、塗布膜を形成する。塗布膜を300℃で焼成(熱処理)するとドープシリコン膜としてのリンドープアモルファスシリコン膜が形成される。
(Second Embodiment)
As a silicon precursor monomer, 1 g of cyclopentasilane of
第2実施形態に記載したリンドープ材料としては、例えば、黄燐、赤燐などのリン同素体、ホスフィン、ジホスフィン、トリホスフィンなどの水素化リン化合物、またこれらの水素原子の一部またはすべてを部分的にSiH3やハロゲン原子に置換したものを用いることができる。例えば、第1実施形態で例示した化合物6〜10はホウ素変性シラン化合物であるが、これらのホウ素をリンに置換した化合物をリンドープ材料として挙げることができる。 Examples of the phosphorus-doped material described in the second embodiment include phosphorus allotropes such as yellow phosphorus and red phosphorus, phosphorus hydride compounds such as phosphine, diphosphine and triphosphine, and part or all of these hydrogen atoms. Those substituted with SiH 3 or a halogen atom can be used. For example, although the compounds 6 to 10 exemplified in the first embodiment are boron-modified silane compounds, compounds obtained by substituting these borons with phosphorus can be cited as phosphorus-doped materials.
シリコン前駆体モノマーとリンドープ材料の混合比は、リンドープ材料中に含まれるリン原子が、シリコン前駆体モノマーに含まれるケイ素原子に対し、5パーセント以下0.001パーセント以上の範囲に設定されることが好ましい。 The mixing ratio of the silicon precursor monomer and the phosphorus-doped material may be set such that the phosphorus atoms contained in the phosphorus-doped material are within a range of 5 percent or less and 0.001 percent or more with respect to the silicon atoms contained in the silicon precursor monomer. preferable.
以上に述べた第1実施形態および第2実施形態によれば、以下の効果が得られる。 According to the first embodiment and the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
シリコン膜中にホウ素原子またはリン原子を多量に残すことができ、電気伝導性の高いP型、N型シリコン膜を形成できる。 A large amount of boron atoms or phosphorus atoms can be left in the silicon film, and P-type and N-type silicon films having high electrical conductivity can be formed.
シラン前駆体の重合に適した波長とドープ材料を分解しシラン化合物と結合するのに適した波長を選択することで、成膜性の優れた変性シリコン前駆体を提供することができる。 By selecting a wavelength suitable for polymerization of the silane precursor and a wavelength suitable for decomposing the dope material and bonding with the silane compound, a modified silicon precursor having excellent film forming properties can be provided.
(第3実施形態)
本実施形態では、デバイスの一例としてのPIN構造太陽電池330を製造する工程の一例について、図4(a)〜(e)を用いて説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, an example of a process for manufacturing a PIN structure
PIN構造太陽電池330を図4(e)に示す。PIN構造太陽電池330は、基板331上に下部電極332、P型半導体層333、真性半導体層334、N型半導体層335、上部電極336の順に積層されたデバイスである。なお、このP型半導体層333は第1実施形態に記載のボロンドープシリコン膜を用いて形成され、N型半導体層335は第2実施形態に記載のリンドープシリコン膜を用いて形成されるものである。また、P型半導体層333、真性半導体層334、N型半導体層335は液相法により形成されるものである。
A PIN structure
まず、図4(a)に示すように、基板331に下部電極332(第1電極)を形成する。下部電極332は、例えばスパッタ法により、膜厚200nm程度のアルミニウムによって形成される。そして、図4(b)で示すように、下部電332上に、第1実施形態記載のホウ素ドープシリコン前駆体溶液108(第1液体材料)をスピンコート法により塗布し、塗布膜(第1塗布膜)を形成する。この塗布膜をオーブン炉で30分間300℃焼成してホウ素ドープアモルファスシリコン膜(第1導電型シリコン膜)であるP型半導体層333を得る。このときのホウ素ドープアモルファスシリコン膜の膜厚は20nmである。
First, as shown in FIG. 4A, the lower electrode 332 (first electrode) is formed on the
次いで、図4(c)に示すように、P型半導体層333の上にシリコン前駆体ポリマーを含む溶液(第3液体材料)をスピンコート法により塗布し、塗布膜(第3塗布膜)を形成し、この塗布膜をオーブン炉で300℃30分間焼成することでアモルファスシリコンである真性半導体層334(真性シリコン膜)を得る。この溶液は、シリコン前駆体モノマーに405nm、10mW/cm2の紫外線を照射して得たシリコン前駆体ポリマーを10重量パーセントトルエン希釈したものである。このときのアモルファスシリコン膜の膜厚は500nmである。
Next, as shown in FIG. 4C, a solution containing the silicon precursor polymer (third liquid material) is applied onto the P-
次いで、図4(d)に示すように、真性半導体層334の上に第2実施形態記載のリンドープシリコン前駆体ポリマー溶液をスピンコート法により塗布し、塗布膜(第2塗布膜)を形成し、この塗布膜をオーブン炉で300℃30分間焼成(熱処理)をしてリンドープアモルファスシリコン膜(第2導電型シリコン膜)であるN型半導体層335を得る。このときのリンドープアモルファスシリコン膜の膜厚は20nmである。次に、図4(e)に示すように、N型半導体層335の上に上部電極336(第2電極)としてスパッタ法でITO(インジウム・スズ・オキサイド)膜を厚さ150nmで形成する。上記工程により、PIN構造太陽電池330が形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, the phosphorus-doped silicon precursor polymer solution described in the second embodiment is applied onto the
本実施形態では基板331は石英ガラスを使用したが、その後のプロセスに応じ、石英ガラスに代えて無アルカリガラス、並ガラス、プラスチック基板、プラスチックフィルム基板、金属性の導電性基板などを使用することもできる。
In this embodiment, quartz glass is used as the
本実施形態では基板331は物理的加工、化学的加工をすることで集光機能を付加することができる。物理的な方法の例としては、サンドブラスト、プラズマエッチング、レーザー加工などが挙げられる。化学的な方法の例としては、酸・アルカリによるウエットエッチング、CMP(化学機械研磨)などが挙げられる。
In this embodiment, the light collecting function can be added to the
本実施形態では基板331側からP型半導体層333、真性半導体層334、N型半導体層335の順に形成したが、N型半導体層335、真性半導体層334、P型半導体層333の順に形成することもできる。また、下部電極332、上部電極336は片側もしくは両側に透明電極を形成することができる。
In this embodiment, the P-
本実施形態では、真性半導体層334は厚さ(膜厚)500nmで形成するが、アモルファスシリコンを用いて100nm以上1μm以下の範囲で形成することもできる。
In this embodiment, the
本実施形態では、真性半導体層334には焼成・冷却中のクラック発生を防止するために基板331に応力を緩和するための凹凸を形成することができる。
In this embodiment, the
本実施形態では、P型半導体層333、N型半導体層335は厚さ20nmで形成するが、1nm以上〜50nm以下の範囲で形成することもできる。
In this embodiment, the P-
本実施形態では、透明電極にはITOを使用するが、他にもIZO(インジウム・亜鉛・オキサイド)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)や、その他、薄膜など透過率が70パーセントを超える導電膜であれば使用することができる。 In this embodiment, ITO is used for the transparent electrode, but other conductive films such as IZO (indium / zinc / oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), and other thin films such as thin films can be used. Can be used if present.
本実施形態では、上部電極336、下部電極332をともに液体材料で形成することで、装置を構成する層をすべて液体材料で形成することもできる。このときの液体材料の例として、銀微粒子分散溶液、ITO微粒子分散溶液、金微粒子分散溶液、銅微粒子分散溶液、ニッケル微粒子分散溶液などが挙げられる。
In the present embodiment, the
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と第2実施形態の両方、もしくはどちらかのドープシリコン前駆体ポリマー溶液を使用して、デバイスの一例としての薄膜トランジスターを製造する工程の一例について、図5(a)〜(g)を用いて説明する。なお、図5(g)に示す薄膜トランジスター420は、絶縁性基板411、シリコン膜412、ドープシリコン膜413、ゲート絶縁膜414およびゲート電極415の積層構造を有し、ゲート電極415は、層間絶縁膜416で覆われ、ゲート電極415の両側に位置するドープシリコン膜413は、その上部のコンタクトホールC1を介して配線(ソース電極およびドレイン電極)M1と接続している。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, an example of a process of manufacturing a thin film transistor as an example of a device using both the first embodiment and the second embodiment, or one of the doped silicon precursor polymer solutions is shown in FIG. This will be described with reference to a) to (g). Note that the
まず、図5(a)に示すように、第3実施形態で述べたものと同様のシリコン前駆体ポリマー溶液をガラス基板などの絶縁性基板411の上部に所望の形状に塗布する。次いで、300℃で30分間加熱(焼成)し、真性半導体であるシリコン膜412を形成する。シリコン膜412はアモルファスシリコン膜でもよいが、焼成後にエキシマレーザー光を照射または700℃以上で加熱することで結晶化し、多結晶シリコン膜としたものであってもよい。
First, as shown in FIG. 5A, a silicon precursor polymer solution similar to that described in the third embodiment is applied in a desired shape on an insulating
次いで図5(b)に示すように、第1実施形態または第2実施形態で述べたものと同様のドープシリコン前駆体ポリマーをシリコン膜412上の両端に塗布・焼成し、ドープシリコン膜413を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a doped silicon precursor polymer similar to that described in the first embodiment or the second embodiment is applied and fired on both ends of the
次いで、図5(c)に示すように、ドープシリコン膜413を覆うようにゲート絶縁膜414を形成する。図5(d)に示すように、ゲート絶縁膜414上にタンタル(Ta)などの導電性膜を堆積し、パターニングすることによりゲート電極415を形成する。この後、図5(e)に示すように、ゲート電極415を覆うように層間絶縁膜416を形成し、図5(f)に示すように、層間絶縁膜416の一部を除去してコンタクトホールC1を形成し、図5(g)に示すように、コンタクトホールC1内部およびその上部にアルミニウム(Al)などの導電性膜よりなる配線(ソース電極およびドレイン電極)M1を形成する。上記工程により、薄膜トランジスター420が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, a
本実施形態においては、層間絶縁膜416もゲート絶縁膜414と同様に形成してもよい。ゲート絶縁膜414、層間絶縁膜416の形成には窒素雰囲気中で200℃焼成後、さらに大気下で200℃以上に加熱することもできる。
In this embodiment, the
配線M1は、スパッタリング法などを用いて導電性膜を成膜した後、当該導電性膜をパターニングすることにより形成するものでもよい。また、導電性膜の成膜において導電性微粒子を分散させた分散液を用いてもよい。導電性膜を液相法で形成する場合、装置の構成膜をすべて液相法で形成することも可能である。 The wiring M1 may be formed by forming a conductive film using a sputtering method or the like and then patterning the conductive film. Alternatively, a dispersion liquid in which conductive fine particles are dispersed may be used in forming the conductive film. When the conductive film is formed by the liquid phase method, all the constituent films of the device can be formed by the liquid phase method.
以上に述べた通り、第1〜第4実施形態に開示したドープシリコン膜の形成方法を用いることで、ドープ材料の消失量を低減することができる。そのため、ドープ材料の使用量を削減することが可能となり、廃棄物を削減する効果が得られる。また、液体材料でデバイスを製造することができるため、大掛かりな真空装置や高エネルギーが必要なエッチング装置などが不要となる効果が得られる。 As described above, by using the method for forming a doped silicon film disclosed in the first to fourth embodiments, the disappearance amount of the doped material can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the amount of the dope material used, and the effect of reducing waste can be obtained. In addition, since a device can be manufactured from a liquid material, an effect of eliminating a large vacuum apparatus or an etching apparatus that requires high energy can be obtained.
上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。 Various modifications other than the above embodiment are conceivable. Hereinafter, a modification will be described.
(変形例1)
実施形態3で記載した、PIN型太陽電池のほかに図6に示すHIT型太陽電池60や図7に示すPN接合を利用した光電変換デバイス70やこれらを積層または組み合わせて作られるデバイスに応用することが可能である。
図6に示すHIT型太陽電池60は、単結晶N型半導体基板64の上面に形成されたI型半導体層63と、I型半導体層63の上面に形成されたP型半導体層62と、P型半導体層62の上面に形成された透明電極61と、単結晶N型半導体基板64の下面に形成された金属電極65とを有している。
図7に示す光電変換デバイス70は、単結晶N型半導体基板73の上面に形成されたP型半導体層72と、P型半導体層72の上面に形成された透明電極71と、単結晶N型半導体基板73の下面に形成された金属電極74とを有している。
なお、HIT型太陽電池、PN接合を利用した光電変換デバイスにおいて、図6、図7では基板がN型としたが、基板がP型であり、製膜する半導体層がN型であっても良い。
(Modification 1)
In addition to the PIN type solar cell described in the third embodiment, the present invention is applied to the HIT type
The HIT
7 includes a P-
Note that in FIGS. 6 and 7, the HIT type solar cell and the photoelectric conversion device using a PN junction are N-type substrates, but the substrate is P-type and the semiconductor layer to be formed is N-type. good.
11…化合物(シクロペンタシラン)、12…化合物(デカボラン)、60…HIT型太陽電池、61…透明電極、62…P型半導体層、63…I型半導体層、64、単結晶N型半導体基板、65、金属電極、70…光電変換デバイス、71…透明電極、72…P型半導体層、73…単結晶N型半導体基板、74…金属電極、100…ガラス容器、103…混合溶液、104…光ファイバー、105…台、106…インクジェットヘッド、107…基板、108…ホウ素ドープシリコン前駆体溶液、109…塗布膜、110…ホウ素ドープシリコン膜、111,201…第1光源としてのエキシマランプ、112,202…第2光源としてのキセノン水銀ランプ、203…ボックス、204…石英ガラス板、330…PIN構造太陽電池、331…基板、332…下部電極、333…P型半導体層、334…I型半導体層、335…N型半導体層、336…上部電極、411…絶縁性基板、412…シリコン膜、413…P型/N型ドープシリコン膜、414…ゲート絶縁膜、415…ゲート電極、416…層間絶縁膜、420…薄膜トランジスター、C1…コンタクトホール、M1…配線。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記塗布膜を熱処理する工程と、を含み、
前記液体材料がシラン化合物とドーパント化合物とを含む溶液に第1の光と前記第1の光と波長の異なる第2の光とを照射することで得られるシリコン前駆体組成物を含むものである、
ことを特徴とするドープシリコン膜の製造方法。 Forming a coating film by applying a liquid material;
Heat-treating the coating film,
The liquid material includes a silicon precursor composition obtained by irradiating a solution containing a silane compound and a dopant compound with first light and the first light and second light having a different wavelength.
A method for producing a doped silicon film.
前記ドーパント化合物が周期表第3B族元素又は周期表第5B族元素を含み、前記ドーパント化合物と前記シリコン前駆体組成物とが結合または混合された物質を含むことを特徴とするドープシリコン膜の製造方法。 In the manufacturing method of the dope silicon film according to claim 1,
The dopant compound includes a group 3B element or a group 5B element of the periodic table, and includes a substance in which the dopant compound and the silicon precursor composition are combined or mixed. Method.
ことを特徴とするドープシリコン前駆体の製造方法。 A solution obtained by mixing a silicon precursor composition and a dopant compound containing a Group 3B element of the periodic table or a Group 5B element of the periodic table is irradiated with first light and second light, and the silicon precursor and the above Combining or mixing with a dopant compound,
A method for producing a doped silicon precursor.
前記第1の光の波長が300nm以上600nm以下の範囲の波長であり、前記第2の光の波長が300nm未満120nm以上の範囲の波長である、
ことを特徴とするドープシリコン前駆体の製造方法。 In the manufacturing method of the dope silicon precursor according to claim 3,
The wavelength of the first light is a wavelength in the range of 300 nm or more and 600 nm or less, and the wavelength of the second light is a wavelength in the range of less than 300 nm and 120 nm or more,
A method for producing a doped silicon precursor.
前記第1電極上に第1導電型シリコン膜を形成する工程と、
前記第1導電型シリコン膜上に第2導電型シリコン膜を形成する工程と、
前記第2導電型シリコン膜上に第2電極を形成する工程と、を含み、
前記第1導電型シリコン膜を形成する工程が、前記第1電極上に第1液体材料を塗布して第1塗布膜を形成する工程と、前記第1塗布膜を熱処理または光処理する工程と、を有し、前記第1液体材料が第1シラン化合物と第1ドーパント化合物とを含む溶液に第1の光と前記第1の光と波長の異なる第2の光とを照射することで得られる第1シリコン前駆体組成物を含むものである、
ことを特徴とするデバイスの製造方法。 Forming a first electrode on a substrate;
Forming a first conductivity type silicon film on the first electrode;
Forming a second conductivity type silicon film on the first conductivity type silicon film;
Forming a second electrode on the second conductivity type silicon film,
Forming the first conductive silicon film includes applying a first liquid material on the first electrode to form a first coating film; and heat-treating or light-treating the first coating film. And the first liquid material is obtained by irradiating a solution containing the first silane compound and the first dopant compound with the first light and the second light having a different wavelength from the first light. A first silicon precursor composition to be produced,
A device manufacturing method characterized by the above.
前記第2導電型シリコン膜を形成する工程が、前記第1導電型シリコン膜上に第2液体材料を塗布して第2塗布膜を形成する工程と、前記第2塗布膜を熱処理または光処理する工程と、を有し、前記第2液体材料が第2シラン化合物と第2ドーパント化合物とを含む溶液に第1の光と前記第1の光と波長の異なる第3の光とを照射することで得られる第2シリコン前駆体組成物を含むものである、
ことを特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device according to claim 5,
The step of forming the second conductivity type silicon film includes a step of applying a second liquid material on the first conductivity type silicon film to form a second coating film, and a heat treatment or light treatment of the second coating film. And irradiating a solution containing the second silane compound and the second dopant compound in the second liquid material with the first light and the third light having a wavelength different from that of the first light. A second silicon precursor composition obtained by
A device manufacturing method characterized by the above.
前記第1導電型シリコン膜を形成する工程と前記第2導電型シリコン膜を形成する工程との間に真性シリコン膜を形成する工程を含み、
前記真性シリコン膜を形成する工程が、前記第1導電型シリコン膜上に第3液体材料を塗布して第3塗布膜を形成する工程と、前記第3塗布膜を熱処理または光処理する工程と、を有し、前記第3液体材料が第3シラン化合物を含むものであり、
前記第2導電型シリコン膜が前記真性シリコン膜上に形成されるものである、
ことを特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device of Claim 5 or 6,
Forming an intrinsic silicon film between the step of forming the first conductivity type silicon film and the step of forming the second conductivity type silicon film;
Forming the intrinsic silicon film includes applying a third liquid material on the first conductive silicon film to form a third coating film; and heat-treating or light-treating the third coating film. And the third liquid material contains a third silane compound,
The second conductivity type silicon film is formed on the intrinsic silicon film;
A device manufacturing method characterized by the above.
前記第1ないし第3シラン化合物がシクロペンタシランである、
ことを特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device according to any one of claims 5 to 7,
The first to third silane compounds are cyclopentasilane;
A device manufacturing method characterized by the above.
前記第1導電型シリコン膜がP型シリコン膜であり、前記第1ドーパント化合物が周期表第3B族元素を含むドーパント化合物であり、前記第2の光の波長が300nm未満120nm以上の範囲の波長である、
ことを特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device according to any one of claims 5 to 8,
The first conductive silicon film is a P-type silicon film, the first dopant compound is a dopant compound containing a Group 3B element of the periodic table, and the wavelength of the second light is less than 300 nm and a wavelength in the range of 120 nm or more. Is,
A device manufacturing method characterized by the above.
前記第1導電型シリコン膜がN型シリコン膜であり、前記第1ドーパント化合物が周期表第5B族元素を含むドーパント化合物であり、前記第2の光の波長が300nm未満120nm以上の範囲の波長である、
ことを特徴とするデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the device according to any one of claims 5 to 8,
The first conductive silicon film is an N-type silicon film, the first dopant compound is a dopant compound containing a Group 5B element of the periodic table, and the wavelength of the second light is less than 300 nm and a wavelength in the range of 120 nm or more. Is,
A device manufacturing method characterized by the above.
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