JP2723224B2 - 非晶質半導体およびその製法 - Google Patents
非晶質半導体およびその製法Info
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- JP2723224B2 JP2723224B2 JP62119370A JP11937087A JP2723224B2 JP 2723224 B2 JP2723224 B2 JP 2723224B2 JP 62119370 A JP62119370 A JP 62119370A JP 11937087 A JP11937087 A JP 11937087A JP 2723224 B2 JP2723224 B2 JP 2723224B2
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- amorphous semiconductor
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は非晶質半導体およびその製法に関する。さら
に詳しくは、光による電気的特性の低下の小さな非晶質
半導体およびその製法に関する。 〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕 近年、プラズマCVD法などによってえられるアモルフ
ァスシリコンをはじめとするテトラヘドラル系非晶質半
導体は、大面積化が容易でかつ低コスト化が可能である
ため、太陽電池や薄膜トランジスター、大面積センサー
などへの応用が注目されている。しかしながら、これら
の半導体を光電変換に用いるためには、これらの光に対
する安定性が重要な問題となる。アモルファスシリコン
の光劣化はすでに1977年にステブラー、ロンスキー両博
士によって発見され、光とくに強い光に対する電気的特
性の変化は太陽電池や電子写真感光ドラムなどの応用に
対する大きな障害となっている。 本発明は、前記の点に鑑み、テトラヘドラル系非晶質
半導体の光による電気的特性の低下を軽減し、これらを
太陽電池などへ応用する際の耐光性を向上させることの
できる製法、該製法によりえられた非晶質半導体を提供
することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の製法は、シラン系ガスもしくはその混合ガス
をプラズマによって分解することによって基板上にシリ
コン系非晶質半導体薄膜を形成するに際し、膜堆積を途
中で一時中断し、前記堆積した膜を、基板の温度を製膜
時の基板温度以下にして水素ラジカル雰囲気に暴露した
のち膜堆積を再開すること、を特徴としている。 膜厚が大きいばあいは、水素が膜全体に拡散できるよ
うに水素ラジカル雰囲気への暴露と膜堆積とを交互に繰
り返し行なってもよい。 また、本発明の非晶質半導体は、前述した製法で作製
され、その組成がａ−Si1-x-yGexCy:H（０≦x,y≦１）
またはａ−Si1-x-yGexCy:H:F（０≦x,y≦１）であるこ
とを特徴としている。 〔実施例〕 本発明の製法は通常の方法により非晶質半導体薄膜を
作製するに際し、作製中に、前記薄膜を水素ラジカル雰
囲気中に暴露するという付加的な操作を加えることで、
えられた薄膜の光劣化を低減するものである。 通常、シリコン系非晶質半導体薄膜は、シラン系ガス
もしくはその混合ガスをプラズマ、熱、光のいずれか、
または、これらの２つ以上の組み合わせによって分解す
るか、シリコンもしくはシリコン系化合物をターゲット
とするスパッタまたは目的物の構成元素を含むガスや不
純物ガスなどを導入した反応性スパッター法により基板
上に堆積することにより作成される。本発明の製法は、
このうちプラズマによるガス分解でえられる膜の堆積の
途中段階にこの非晶質半導体膜を水素ラジカル雰囲気中
に暴露し、膜中の原子の結合状態、とくに水素の膜中で
の結合様式やその量を変化させることにより、光照射に
対する安定性を増すものである。 すなわち、前述した光劣化は膜中のごく僅かのSi−Si
結合が原因であると考えられるが、適正な製膜条件で形
成されたａ−Si膜に適当な温度で水素プラズマ処理を行
うと、膜中の弱いSi−Si結合がプラズマの光、または熱
によって切断される。切断された結果２つのダングリン
グボンドが発生し、これらの大部分はまた熱によって再
度結合するが、一部は結合が形成される前にSi−Ｈのス
イッチングにより移動し離れてしまうために簡単には結
合できなくなる。Si−Ｈのスイッチングによりダングリ
ングボンドが膜表面に到達すると水素ラジカルがこれを
ターミネートしてダングリングボンドは消滅しSi−Ｈ結
合に変わる。この処理が終わると初期に存在した弱いSi
−Si結合がなくなり、この結合を引き金として起こって
いた光劣化はなくなる。これが水素プラズマ処理による
光劣化低減の作用効果であると考えられる。 水素ラジカルは、水素ガスまたは水素ガスと不活性ガ
スとの混合物のグロー放電、ECRマイクロ波プラズマ放
電などの方法により発生させることができる。 水素ラジカルに暴露するときの基板温度は、室温でも
良いが100℃程度の高温の方が光劣化防止の効果は大き
い。しかしながら、成膜時の基板温度を大きく上回る高
温では膜質の低下を招くおそれがあるので、本発明にお
いては成膜時の基板温度以下としている。 また、水素ラジカル雰囲気中での暴露時間は、数分程
度の短時間でも効果的であるが、１〜２時間程度以上暴
露するときは光劣化防止の効果はさらに顕著なものとな
る。 前記した方法でえられた本発明の非晶質半導体は耐光
性の向上せられたものであるが、本発明において非晶質
半導体としてはａ−Si1-x-yGexCy:H（０≦x,y≦１）、
ａ−Si1-x-yGexCy:H:F（０≦x,y≦１）などを用いるこ
とができる。本発明の非晶質半導体は、pin構造、ショ
ットキー構造を有する半導体装置に好適に用いることが
できる。 つぎに本発明の製法を実施例にもとづき説明するが本
発明はもとよりかかる実施例に限定されるものではな
い。 実施例１〜２ 容量結合式平行平板型グロー放電分解法により、コー
ニング社＃7059基板（１）上に、放電パワー密度約10mW
/cm2、シラン流量50SCCM、放電圧力3Torr、基板温度200
℃で約１μｍの非晶質シリコン膜（２）を堆積し、この
上にコプラナー形のアルミ金属電極（３）形成して第１
図に示すようなサンプルを作成した。 つぎに、このサンプルを同様に容量結合式平行平板型
グロー放電装置によって放電パワー密度約70mW/cm2、水
素流量圧力1.0Torrの条件のもとで室温（実施例１）お
よび100℃（実施例２）の２種類の基板温度で約４時間
水素プラズマ処理を行なった。 このようにして作成した室温水素プラズマ処理および
100℃水素プラズマ処理の各サンプルを、擬似太陽光（A
M−１）100mW/cm2の光の下で、同時に光電流を測定し、
光劣化のようすを調べた。結果を第２図に示す。 比較例１ 水素プラズマ処理をしなかったほかは実施例１と同様
にしてサンプルを作成し、えられたサンプルについて実
施例１と同様の測定を行なった。結果を第２図に示す。 第２図より明らかなように、水素プラズマ処理の有無
によって光劣化の挙動に差がみられる。すなわち、光劣
化の程度は、未処理のものがもっとも大きく、ついで室
温において水素プラズマ処理したものがこれと比較して
少し小さくなっており、100℃の基板温度で水素プラズ
マ処理したものは著しく小さくなっている。 〔発明の効果〕 以上、説明したとおり、非晶質半導体薄膜の作製中に
該薄膜に水素ラジカルによる処理を施す本発明の製法に
よれば、光劣化の小さな非晶質半導体をうることができ
る。かかる非晶質半導体を用いた半導体装置は光に対し
て安定しており太陽電池や薄膜トランジスターなどに好
適に用いることができる。
に詳しくは、光による電気的特性の低下の小さな非晶質
半導体およびその製法に関する。 〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕 近年、プラズマCVD法などによってえられるアモルフ
ァスシリコンをはじめとするテトラヘドラル系非晶質半
導体は、大面積化が容易でかつ低コスト化が可能である
ため、太陽電池や薄膜トランジスター、大面積センサー
などへの応用が注目されている。しかしながら、これら
の半導体を光電変換に用いるためには、これらの光に対
する安定性が重要な問題となる。アモルファスシリコン
の光劣化はすでに1977年にステブラー、ロンスキー両博
士によって発見され、光とくに強い光に対する電気的特
性の変化は太陽電池や電子写真感光ドラムなどの応用に
対する大きな障害となっている。 本発明は、前記の点に鑑み、テトラヘドラル系非晶質
半導体の光による電気的特性の低下を軽減し、これらを
太陽電池などへ応用する際の耐光性を向上させることの
できる製法、該製法によりえられた非晶質半導体を提供
することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の製法は、シラン系ガスもしくはその混合ガス
をプラズマによって分解することによって基板上にシリ
コン系非晶質半導体薄膜を形成するに際し、膜堆積を途
中で一時中断し、前記堆積した膜を、基板の温度を製膜
時の基板温度以下にして水素ラジカル雰囲気に暴露した
のち膜堆積を再開すること、を特徴としている。 膜厚が大きいばあいは、水素が膜全体に拡散できるよ
うに水素ラジカル雰囲気への暴露と膜堆積とを交互に繰
り返し行なってもよい。 また、本発明の非晶質半導体は、前述した製法で作製
され、その組成がａ−Si1-x-yGexCy:H（０≦x,y≦１）
またはａ−Si1-x-yGexCy:H:F（０≦x,y≦１）であるこ
とを特徴としている。 〔実施例〕 本発明の製法は通常の方法により非晶質半導体薄膜を
作製するに際し、作製中に、前記薄膜を水素ラジカル雰
囲気中に暴露するという付加的な操作を加えることで、
えられた薄膜の光劣化を低減するものである。 通常、シリコン系非晶質半導体薄膜は、シラン系ガス
もしくはその混合ガスをプラズマ、熱、光のいずれか、
または、これらの２つ以上の組み合わせによって分解す
るか、シリコンもしくはシリコン系化合物をターゲット
とするスパッタまたは目的物の構成元素を含むガスや不
純物ガスなどを導入した反応性スパッター法により基板
上に堆積することにより作成される。本発明の製法は、
このうちプラズマによるガス分解でえられる膜の堆積の
途中段階にこの非晶質半導体膜を水素ラジカル雰囲気中
に暴露し、膜中の原子の結合状態、とくに水素の膜中で
の結合様式やその量を変化させることにより、光照射に
対する安定性を増すものである。 すなわち、前述した光劣化は膜中のごく僅かのSi−Si
結合が原因であると考えられるが、適正な製膜条件で形
成されたａ−Si膜に適当な温度で水素プラズマ処理を行
うと、膜中の弱いSi−Si結合がプラズマの光、または熱
によって切断される。切断された結果２つのダングリン
グボンドが発生し、これらの大部分はまた熱によって再
度結合するが、一部は結合が形成される前にSi−Ｈのス
イッチングにより移動し離れてしまうために簡単には結
合できなくなる。Si−Ｈのスイッチングによりダングリ
ングボンドが膜表面に到達すると水素ラジカルがこれを
ターミネートしてダングリングボンドは消滅しSi−Ｈ結
合に変わる。この処理が終わると初期に存在した弱いSi
−Si結合がなくなり、この結合を引き金として起こって
いた光劣化はなくなる。これが水素プラズマ処理による
光劣化低減の作用効果であると考えられる。 水素ラジカルは、水素ガスまたは水素ガスと不活性ガ
スとの混合物のグロー放電、ECRマイクロ波プラズマ放
電などの方法により発生させることができる。 水素ラジカルに暴露するときの基板温度は、室温でも
良いが100℃程度の高温の方が光劣化防止の効果は大き
い。しかしながら、成膜時の基板温度を大きく上回る高
温では膜質の低下を招くおそれがあるので、本発明にお
いては成膜時の基板温度以下としている。 また、水素ラジカル雰囲気中での暴露時間は、数分程
度の短時間でも効果的であるが、１〜２時間程度以上暴
露するときは光劣化防止の効果はさらに顕著なものとな
る。 前記した方法でえられた本発明の非晶質半導体は耐光
性の向上せられたものであるが、本発明において非晶質
半導体としてはａ−Si1-x-yGexCy:H（０≦x,y≦１）、
ａ−Si1-x-yGexCy:H:F（０≦x,y≦１）などを用いるこ
とができる。本発明の非晶質半導体は、pin構造、ショ
ットキー構造を有する半導体装置に好適に用いることが
できる。 つぎに本発明の製法を実施例にもとづき説明するが本
発明はもとよりかかる実施例に限定されるものではな
い。 実施例１〜２ 容量結合式平行平板型グロー放電分解法により、コー
ニング社＃7059基板（１）上に、放電パワー密度約10mW
/cm2、シラン流量50SCCM、放電圧力3Torr、基板温度200
℃で約１μｍの非晶質シリコン膜（２）を堆積し、この
上にコプラナー形のアルミ金属電極（３）形成して第１
図に示すようなサンプルを作成した。 つぎに、このサンプルを同様に容量結合式平行平板型
グロー放電装置によって放電パワー密度約70mW/cm2、水
素流量圧力1.0Torrの条件のもとで室温（実施例１）お
よび100℃（実施例２）の２種類の基板温度で約４時間
水素プラズマ処理を行なった。 このようにして作成した室温水素プラズマ処理および
100℃水素プラズマ処理の各サンプルを、擬似太陽光（A
M−１）100mW/cm2の光の下で、同時に光電流を測定し、
光劣化のようすを調べた。結果を第２図に示す。 比較例１ 水素プラズマ処理をしなかったほかは実施例１と同様
にしてサンプルを作成し、えられたサンプルについて実
施例１と同様の測定を行なった。結果を第２図に示す。 第２図より明らかなように、水素プラズマ処理の有無
によって光劣化の挙動に差がみられる。すなわち、光劣
化の程度は、未処理のものがもっとも大きく、ついで室
温において水素プラズマ処理したものがこれと比較して
少し小さくなっており、100℃の基板温度で水素プラズ
マ処理したものは著しく小さくなっている。 〔発明の効果〕 以上、説明したとおり、非晶質半導体薄膜の作製中に
該薄膜に水素ラジカルによる処理を施す本発明の製法に
よれば、光劣化の小さな非晶質半導体をうることができ
る。かかる非晶質半導体を用いた半導体装置は光に対し
て安定しており太陽電池や薄膜トランジスターなどに好
適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１にかかわるサンプルの概略断
面図、第２図は製膜後に水素ラジカル雰囲気中に暴露す
るばあいと暴露しないばあいの光劣化の差を示す図であ
る。 （図面の符号） （１）：ガラス基板 （２）：非晶質シリコン薄膜 （３）：アルミ電極
面図、第２図は製膜後に水素ラジカル雰囲気中に暴露す
るばあいと暴露しないばあいの光劣化の差を示す図であ
る。 （図面の符号） （１）：ガラス基板 （２）：非晶質シリコン薄膜 （３）：アルミ電極
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フロントページの続き
(72)発明者 西尾 仁
兵庫県神戸市垂水区塩屋町６−31−17
三青荘
(72)発明者 三木 恵子
兵庫県神戸市東灘区甲南町３−９−６−
301
(72)発明者 津下 和永
兵庫県神戸市垂水区舞子台２−９−30−
1220号
(72)発明者 太和田 善久
兵庫県神戸市北区大池見山台14−39
(56)参考文献 特開 昭57−115823（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−39586（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−181117（ＪＰ，Ａ)
1981年（昭和56年）春季 第28回応用
物理学関係連合講演会 講演予稿集、第
395頁、31ａ−Ｔ−１
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．シラン系ガスもしくはその混合ガスをプラズマによ
って分解することによって基板上にシリコン系非晶質半
導体薄膜を形成するに際し、膜堆積を途中で一時中断
し、前記堆積した膜を、基板の温度を製膜時の基板温度
以下にして水素ラジカル雰囲気に暴露したのち膜堆積を
再開することを特徴とする非晶質半導体の製法。 ２．水素ラジカル雰囲気を形成させるための方法が水素
ガス、または、水素ガスと不活性ガスとの混合物のグロ
ー放電分解であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の製法。 ３．シラン系ガスもしくはその混合ガスをプラズマによ
って分解することによって基板上にシリコン系非晶質半
導体薄膜を形成するに際し、膜堆積を途中で一時中断
し、前記堆積した膜を、基板の温度を製膜時の基板温度
以下にして水素ラジカル雰囲気に暴露したのち膜堆積を
再開することにより作成され、その組成がａ−Si1-x-yG
exCy:H（０≦x,y≦１）またはａ−Si1-x-yGexCy:H:F
（０≦x,y≦１）であることを特徴とする非晶質半導
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62119370A JP2723224B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 非晶質半導体およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62119370A JP2723224B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 非晶質半導体およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63283119A JPS63283119A (ja) | 1988-11-21 |
| JP2723224B2 true JP2723224B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=14759821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62119370A Expired - Lifetime JP2723224B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 非晶質半導体およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723224B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0332019A (ja) * | 1989-06-29 | 1991-02-12 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 非晶質半導体の薄膜 |
| JPH0330319A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 非晶質半導体薄膜 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57115823A (en) * | 1981-01-12 | 1982-07-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of amorphous semiconductor film |
| JPS57160909A (en) * | 1981-03-27 | 1982-10-04 | Fujitsu Ltd | Formation of thin amorphous silicon hydride film |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP62119370A patent/JP2723224B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９８１年（昭和５６年）春季 第２８回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集、第３９５頁、３１ａ−Ｔ−１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63283119A (ja) | 1988-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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