JP2644764B2 - ヘテロ接合素子の製造方法 - Google Patents
ヘテロ接合素子の製造方法Info
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- JP2644764B2 JP2644764B2 JP62208656A JP20865687A JP2644764B2 JP 2644764 B2 JP2644764 B2 JP 2644764B2 JP 62208656 A JP62208656 A JP 62208656A JP 20865687 A JP20865687 A JP 20865687A JP 2644764 B2 JP2644764 B2 JP 2644764B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、主にある特定の波長領域の光もしくはある
特定エネルギー範囲の放射線を感知し、電気信号に変換
するための半導体ヘテロ接合素子に関する。
特定エネルギー範囲の放射線を感知し、電気信号に変換
するための半導体ヘテロ接合素子に関する。
従来の技術 従来、半導体を用いた接合型素子は可視光、赤外光や
放射線などを電気信号に変換する装置として幅広く用い
られているが、それらは主として単結晶シリコン基板に
熱拡散やイオン注入法によってpn接合やpin接合を形成
したダイオードに逆方向バイアスを印加したときの空乏
層を感知層として使用するものである。しかしながらこ
のようなンpnもしくはpin接合を形成する工程は900℃以
上の高温処理が必要でありこれに基ずく熱誘起欠陥が生
じたり、イオン注入法による場合は注入時において生じ
た打ち込みによる基板損傷が熱処理によっても取り除き
きれない場合が多い。その結果再結合リーク電流が増大
しS/N比が取れにくいと言う問題があった。
放射線などを電気信号に変換する装置として幅広く用い
られているが、それらは主として単結晶シリコン基板に
熱拡散やイオン注入法によってpn接合やpin接合を形成
したダイオードに逆方向バイアスを印加したときの空乏
層を感知層として使用するものである。しかしながらこ
のようなンpnもしくはpin接合を形成する工程は900℃以
上の高温処理が必要でありこれに基ずく熱誘起欠陥が生
じたり、イオン注入法による場合は注入時において生じ
た打ち込みによる基板損傷が熱処理によっても取り除き
きれない場合が多い。その結果再結合リーク電流が増大
しS/N比が取れにくいと言う問題があった。
そこでこの問題を避けるため、最近では不純物拡散で
接合を形成するかわりに単結晶シリコン上に高周波また
は直粒プラズマCVD法によって非晶質シリコンを200〜30
0℃の比較的低温工程によって堆積形成し、ヘテロ接合
ダイオード構成を取ることによって欠陥の誘起を低減し
かつヘテロ効果によってリーク電流を低減しようと試み
られている。
接合を形成するかわりに単結晶シリコン上に高周波また
は直粒プラズマCVD法によって非晶質シリコンを200〜30
0℃の比較的低温工程によって堆積形成し、ヘテロ接合
ダイオード構成を取ることによって欠陥の誘起を低減し
かつヘテロ効果によってリーク電流を低減しようと試み
られている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この様な従来のプラズマCVD法ではプ
ラズマ中のエネルギーの分布が数eVの低エネルギーから
100eV以上の高エネルギーまで広い範囲に渡っているた
め高いエネルギーで加速されたイオンによる基板との界
面に損傷が生じ結晶シリコンと非晶質シリコンとの界面
において再結合の原因となる準位を形成してしまう。ま
た形成時の基板加熱工程が必要であり、この基板加熱な
しでは良質な非晶質シリコンが得られない。そのため依
然として熱を加えながら膜形成を行うことによるストレ
スの発生が結晶シリコンと非晶質シリコンとの界面にお
いて再結合の原因となる準位を形成してしまい、ヘテロ
効果を生かせないでいるという問題点もあり、このよう
なヘテロ接合素子の実用化を妨げていた。
ラズマ中のエネルギーの分布が数eVの低エネルギーから
100eV以上の高エネルギーまで広い範囲に渡っているた
め高いエネルギーで加速されたイオンによる基板との界
面に損傷が生じ結晶シリコンと非晶質シリコンとの界面
において再結合の原因となる準位を形成してしまう。ま
た形成時の基板加熱工程が必要であり、この基板加熱な
しでは良質な非晶質シリコンが得られない。そのため依
然として熱を加えながら膜形成を行うことによるストレ
スの発生が結晶シリコンと非晶質シリコンとの界面にお
いて再結合の原因となる準位を形成してしまい、ヘテロ
効果を生かせないでいるという問題点もあり、このよう
なヘテロ接合素子の実用化を妨げていた。
本発明は、この様な問題点を解決することを目的とし
ている。
ている。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明では従来の高周
波や直流のプラズマCVD法によって形成していた非晶質
シリコンをマイクロ波ECR（電子サイクロトロン共鳴吸
収）プラズマCVD法を用いて形成することによって上記
問題点が解決できることを見いだした。本発明は上記手
段により高性能なヘテロ接合素子を提供するものであ
る。
波や直流のプラズマCVD法によって形成していた非晶質
シリコンをマイクロ波ECR（電子サイクロトロン共鳴吸
収）プラズマCVD法を用いて形成することによって上記
問題点が解決できることを見いだした。本発明は上記手
段により高性能なヘテロ接合素子を提供するものであ
る。
作用 上記した手段を用いることによって生ずる本発明の作
用は次のようなものである。まず第一に、従来のプラズ
マCVD法ではプラズマ中のエネルギーの分布が数eVの低
エネルギーから100eV以上の高エネルギーまで広い範囲
に渡っているため高いエネルギーで加速されたイオンに
よる基板との界面に損傷が生じていたが、ECR放電では
そのプラズマの特性から、10〜30eVのエネルギーにそろ
っているためそのような高エネルギーイオンによる損傷
が低減される。また第二に従来の方法では、200℃以上
に基板加熱する必要があったため生じていた界面準位
を、形成温度が低くても良質な非晶質シリコンが得られ
るマイクロ波ECRプラズマCVD法を用いることによってさ
らに低減することができ、良質な界面特性を得られる。
また第三に、従来のプラズマCVD法による非晶質シリコ
ンではエネルギーバンドギャブが1.8eV程度であったも
のが、ECR法による場合は2.1eV以上と非常に広いためヘ
テロ効果が増大する。特に低温形成膜では広いバンドギ
ャップが得られ易く、ヘテロ効果がさらに増大する。こ
の様な作用が、従来問題であった界面特性の悪さ、素子
の逆方向リーク電流の悪さを解決するものである。
用は次のようなものである。まず第一に、従来のプラズ
マCVD法ではプラズマ中のエネルギーの分布が数eVの低
エネルギーから100eV以上の高エネルギーまで広い範囲
に渡っているため高いエネルギーで加速されたイオンに
よる基板との界面に損傷が生じていたが、ECR放電では
そのプラズマの特性から、10〜30eVのエネルギーにそろ
っているためそのような高エネルギーイオンによる損傷
が低減される。また第二に従来の方法では、200℃以上
に基板加熱する必要があったため生じていた界面準位
を、形成温度が低くても良質な非晶質シリコンが得られ
るマイクロ波ECRプラズマCVD法を用いることによってさ
らに低減することができ、良質な界面特性を得られる。
また第三に、従来のプラズマCVD法による非晶質シリコ
ンではエネルギーバンドギャブが1.8eV程度であったも
のが、ECR法による場合は2.1eV以上と非常に広いためヘ
テロ効果が増大する。特に低温形成膜では広いバンドギ
ャップが得られ易く、ヘテロ効果がさらに増大する。こ
の様な作用が、従来問題であった界面特性の悪さ、素子
の逆方向リーク電流の悪さを解決するものである。
実施例 以下図面に基づき、本発明の代表的な実施例を示す。
第１図は本発明の一実施例として、金電極層／単結晶シ
リコン基板／非晶質シリコン層／金属電極層構造とした
場合のヘテロ接合素子の模式断面図である。11が単結晶
シリコン基板、12がECRプラズマCVD法によって形成され
た非晶質シリコン膜で、例えばシラン（SiH4）を原料ガ
スとして、例えば200℃望ましくは100℃の基板温度で50
0A〜１μｍ程度形成する。13が第一の金属電極で例えば
Al等の金属を例えば真空蒸着法にて形成する。14が第二
の金属電極で例えばAl等の金属を例えば真空蒸着法にて
形成する。このようにして本発明のヘテロ接合素子が形
成される。
第１図は本発明の一実施例として、金電極層／単結晶シ
リコン基板／非晶質シリコン層／金属電極層構造とした
場合のヘテロ接合素子の模式断面図である。11が単結晶
シリコン基板、12がECRプラズマCVD法によって形成され
た非晶質シリコン膜で、例えばシラン（SiH4）を原料ガ
スとして、例えば200℃望ましくは100℃の基板温度で50
0A〜１μｍ程度形成する。13が第一の金属電極で例えば
Al等の金属を例えば真空蒸着法にて形成する。14が第二
の金属電極で例えばAl等の金属を例えば真空蒸着法にて
形成する。このようにして本発明のヘテロ接合素子が形
成される。
第２図は、本発明に使用したECRプラズマCVD装置概略
図である。20が真空チャンバーで、排気孔21より真空に
排気される。導波管22を通してマイクロ波発振器23から
マイクロ波がプラズマ発生室24へ導入される。電磁石25
によりプラズマ発生室24に磁界が印加される。26はガス
導入口でSiH4等の原料ガスが導入される。プラズマ発生
室の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
ように設定することにより、解難度の高いプラズマ27が
発生する。発生したプラズマはプラズマ引出し窓28を通
過して基板ホルダー29に達し基板11上に非晶質シリコン
膜として堆積する。第３図に本実施例によって100℃の
形成温度で実現されたヘテロ接合素子の電流電圧特性を
示してある。比較のために従来のプラズマCVD法によっ
て200℃の形成温度で作成された素子の特性も点線で示
してある。図から明らかなように本発明の素子では、順
方向電流の立ち上がりが良好で、また逆方向リーク電流
も従来の方法と比べて1/5以下と低減されている。これ
は従来のプラズマCVD法ではプラズマ中のエネルギーの
分布が数eVの低エネルギーから100eV以上の高エネルギ
ーまで広い範囲に渡っているため高いエネルギーで加速
されたイオンによる基板との界面に損傷が生じていた
が、ECR放電ではそのプラズマの特性から、30〜30eVの
エネルギーにそろっているためそのような損傷が低減さ
れる。また第二に従来の方法では、200℃以上に基板加
熱する必要があったため生じていた界面準位を、形成温
度が低くても良質な非晶質シリコンが得られるマイクロ
波ECRプラズマCVD法を用いることによってさらに低減す
ることができ、良質な界面特性を得られた結果である。
図である。20が真空チャンバーで、排気孔21より真空に
排気される。導波管22を通してマイクロ波発振器23から
マイクロ波がプラズマ発生室24へ導入される。電磁石25
によりプラズマ発生室24に磁界が印加される。26はガス
導入口でSiH4等の原料ガスが導入される。プラズマ発生
室の磁界の強さを電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
ように設定することにより、解難度の高いプラズマ27が
発生する。発生したプラズマはプラズマ引出し窓28を通
過して基板ホルダー29に達し基板11上に非晶質シリコン
膜として堆積する。第３図に本実施例によって100℃の
形成温度で実現されたヘテロ接合素子の電流電圧特性を
示してある。比較のために従来のプラズマCVD法によっ
て200℃の形成温度で作成された素子の特性も点線で示
してある。図から明らかなように本発明の素子では、順
方向電流の立ち上がりが良好で、また逆方向リーク電流
も従来の方法と比べて1/5以下と低減されている。これ
は従来のプラズマCVD法ではプラズマ中のエネルギーの
分布が数eVの低エネルギーから100eV以上の高エネルギ
ーまで広い範囲に渡っているため高いエネルギーで加速
されたイオンによる基板との界面に損傷が生じていた
が、ECR放電ではそのプラズマの特性から、30〜30eVの
エネルギーにそろっているためそのような損傷が低減さ
れる。また第二に従来の方法では、200℃以上に基板加
熱する必要があったため生じていた界面準位を、形成温
度が低くても良質な非晶質シリコンが得られるマイクロ
波ECRプラズマCVD法を用いることによってさらに低減す
ることができ、良質な界面特性を得られた結果である。
第４図に非晶質シリコンの形成温度を変化させたとき
の逆方向リーク電流の変化を示す、50℃では基板の結晶
シリコン表面に吸着した水分等が残留し易くリークが多
いが100℃にするとリーク電流が低減される。さらに形
成温度を増加させて行くと、非晶質シリコン中の水素含
有量が減少しバンドギャップが小さくなってしまいヘテ
ロ効果がなくなってしまうので、リーク電流は逆に増加
する。ここで、第４図に示すように、リーク電流を5nA
以下にするためには、非晶質シリコンの形成温度を100
℃〜150℃にする必要がある。
の逆方向リーク電流の変化を示す、50℃では基板の結晶
シリコン表面に吸着した水分等が残留し易くリークが多
いが100℃にするとリーク電流が低減される。さらに形
成温度を増加させて行くと、非晶質シリコン中の水素含
有量が減少しバンドギャップが小さくなってしまいヘテ
ロ効果がなくなってしまうので、リーク電流は逆に増加
する。ここで、第４図に示すように、リーク電流を5nA
以下にするためには、非晶質シリコンの形成温度を100
℃〜150℃にする必要がある。
なお、本実施例では、不純物を添加していない非晶質
シリコンの場合について説明したが、ｐ型基板の場合は
ｎ型非晶質シリコンを、ｎ型基板の場合はｐ型非晶質シ
リコンを用いると順方向の電流の立ち上がりは一層改善
するされる。いかしこの場合、低抵抗な非晶質シリコン
となるのでその非晶質シリコンは電極より大きくしすぎ
ると横方向のリーク電流が増大する問題が生ずるので注
意を要する。
シリコンの場合について説明したが、ｐ型基板の場合は
ｎ型非晶質シリコンを、ｎ型基板の場合はｐ型非晶質シ
リコンを用いると順方向の電流の立ち上がりは一層改善
するされる。いかしこの場合、低抵抗な非晶質シリコン
となるのでその非晶質シリコンは電極より大きくしすぎ
ると横方向のリーク電流が増大する問題が生ずるので注
意を要する。
発明の効果 本発明の効果は次のようなものである。
先ず第一に、第３図で示した通り、本発明の素子で
は、順方向電流の立ち上がりが良好で、また逆方向リー
ク電流も従来の方法と比べて1/5以下と低減されてい
る。いわゆるリーク電流が低減されヘテロ接合ダイード
素子として実用上好ましい特性が得られた。
は、順方向電流の立ち上がりが良好で、また逆方向リー
ク電流も従来の方法と比べて1/5以下と低減されてい
る。いわゆるリーク電流が低減されヘテロ接合ダイード
素子として実用上好ましい特性が得られた。
第二の効果として、素子の作製時に於ける基板加熱温
度が低くなり工程における時間短縮がはかられた。この
ため生産性も向上し、デバイスとして実用化する際に非
常に有利であると言うことが上げられる。
度が低くなり工程における時間短縮がはかられた。この
ため生産性も向上し、デバイスとして実用化する際に非
常に有利であると言うことが上げられる。
第１図は本発明のヘテロ接合素子の一実施例の断面図、
第２図は本発明のヘテロ接合素子を形成するのに用いた
マイクロ波ECRプラズマCVD装置概略図、第３図は本発明
によるヘテロ接合素子と従来のヘテロ接合素子との電流
電圧特性を比較図、第４図は形成温度を変化させたとき
の逆方向リーク電流の変化を示した図である。 11……単結晶シリコン基板、12……非晶質シリコン膜、
13、14……金属電極膜、20……真空チャンバー、21……
排気孔、22……導波管、23……マイクロ波発振器、24…
…プラズマ発生室、25……電磁石、26……ガス導入口、
27……プラズマ、28……プラズマ引出し窓、29……基板
ホルダー。
第２図は本発明のヘテロ接合素子を形成するのに用いた
マイクロ波ECRプラズマCVD装置概略図、第３図は本発明
によるヘテロ接合素子と従来のヘテロ接合素子との電流
電圧特性を比較図、第４図は形成温度を変化させたとき
の逆方向リーク電流の変化を示した図である。 11……単結晶シリコン基板、12……非晶質シリコン膜、
13、14……金属電極膜、20……真空チャンバー、21……
排気孔、22……導波管、23……マイクロ波発振器、24…
…プラズマ発生室、25……電磁石、26……ガス導入口、
27……プラズマ、28……プラズマ引出し窓、29……基板
ホルダー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三戸 美生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−60875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118520（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−117711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−125820（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−155535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−33888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−219461（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−33837（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】単結晶シリコン基板上に少なくとも一層以
上の非晶質シリコン層を積層し、単結晶シリコンと接触
する第１の電極層、前記非晶質シリコン層と接触する第
２の電極層を順次積層した構成を有するヘテロ接合素子
の製造において、前記非晶質シリコン層をマイクロ波電
子サイクロトロン共鳴吸収（ECR）を利用したプラズマC
VD法を用いて100〜150℃の形成温度で形成することを特
徴とするヘテロ接合素子の製造方法。 - 【請求項２】非晶質シリコン層にECRプラズマCVD法で形
成したｎ型又はｐ型非晶質シリコンを用いることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のヘテロ接合素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62208656A JP2644764B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | ヘテロ接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62208656A JP2644764B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | ヘテロ接合素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6450574A JPS6450574A (en) | 1989-02-27 |
| JP2644764B2 true JP2644764B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=16559865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62208656A Expired - Fee Related JP2644764B2 (ja) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | ヘテロ接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644764B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155535A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma |
| JPS5760875A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-13 | Sharp Corp | Photoelectric conversion element |
| JPS58125820A (ja) * | 1982-01-22 | 1983-07-27 | Toshiba Corp | 電子サイクロトロン共鳴型放電装置 |
| JPS60117711A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | Toshiba Corp | 薄膜形成装置 |
| JPH0766911B2 (ja) * | 1985-11-18 | 1995-07-19 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 被膜形成方法 |
-
1987
- 1987-08-21 JP JP62208656A patent/JP2644764B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6450574A (en) | 1989-02-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |