JP2945234B2 - 半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
半導体薄膜の形成方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコンなどの
半導体薄膜をＣＶＤ法により形成する方法に関するもの
である。
半導体薄膜をＣＶＤ法により形成する方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ＣＶＤ法により形成された直後の非晶質
シリコン薄膜には、ダングリングボンドや過剰の水素等
が存在し、構造欠陥の存在することが知られている。こ
のような非晶質シリコン薄膜を、例えば光起電力素子の
活性層として用いた場合、高い変換効率を得ることがで
きない。
シリコン薄膜には、ダングリングボンドや過剰の水素等
が存在し、構造欠陥の存在することが知られている。こ
のような非晶質シリコン薄膜を、例えば光起電力素子の
活性層として用いた場合、高い変換効率を得ることがで
きない。
【０００３】そこで、このような構造欠陥をなくし、構
造緩和を引き起こして安定したＳｉネットワークを形成
させる方法として、形成直後の半導体薄膜に水素プラズ
マ処理を施し、薄膜中に水素を打ち込み膜特性を向上さ
せる方法が知られている。このような水素プラズマによ
る処理は、例えば、特開平４−２９９５２２号公報、及
び特開平４−２９９５２３号公報などに記載されてい
る。
造緩和を引き起こして安定したＳｉネットワークを形成
させる方法として、形成直後の半導体薄膜に水素プラズ
マ処理を施し、薄膜中に水素を打ち込み膜特性を向上さ
せる方法が知られている。このような水素プラズマによ
る処理は、例えば、特開平４−２９９５２２号公報、及
び特開平４−２９９５２３号公報などに記載されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示された
ような、半導体薄膜の形成と水素プラズマ処理の繰り返
しによる薄膜形成方法では、水素が打ち込まれる深さに
制限があるため、水素プラズマ処理によって打ち込まれ
る水素が各薄膜層の表面近傍に偏在し、良質な薄膜を形
成することができないという問題を生じた。
ような、半導体薄膜の形成と水素プラズマ処理の繰り返
しによる薄膜形成方法では、水素が打ち込まれる深さに
制限があるため、水素プラズマ処理によって打ち込まれ
る水素が各薄膜層の表面近傍に偏在し、良質な薄膜を形
成することができないという問題を生じた。
【０００５】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、一回の工程で形成される半導体薄膜中の深さ
方向の水素濃度分布をより均一化することのできる半導
体薄膜の形成方法を提供することにある。
を解消し、一回の工程で形成される半導体薄膜中の深さ
方向の水素濃度分布をより均一化することのできる半導
体薄膜の形成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体薄膜の形
成方法は、基板上にＲＦプラズマＣＶＤ法により３００
Å以上の厚みのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する工程と、基板
又は基板ホルダに負バイアスを印加しながら基板上に形
成したａ−Ｓｉ：Ｈ膜に水素プラズマ処理を施し、薄膜
の深さ方向に水素濃度分布を均一化させてａ−Ｓｉ：Ｈ
膜中の水素濃度を増加させる工程とを備え、上記半導体
薄膜形成工程と上記水素プラズマ処理工程を繰り返すこ
とによりａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる半導体薄膜を形成する
ことを特徴としている。
成方法は、基板上にＲＦプラズマＣＶＤ法により３００
Å以上の厚みのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する工程と、基板
又は基板ホルダに負バイアスを印加しながら基板上に形
成したａ−Ｓｉ：Ｈ膜に水素プラズマ処理を施し、薄膜
の深さ方向に水素濃度分布を均一化させてａ−Ｓｉ：Ｈ
膜中の水素濃度を増加させる工程とを備え、上記半導体
薄膜形成工程と上記水素プラズマ処理工程を繰り返すこ
とによりａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる半導体薄膜を形成する
ことを特徴としている。
【０００７】本発明によって形成される半導体薄膜は、
特に限定されるものではなく、水素プラズマ処理により
構造緩和が引き起こされ膜特性が向上するような半導体
薄膜であれば何れのものでもよい。このようなものとし
ては、非晶質シリコン、微結晶シリコン、ポリシリコン
およびこれらの少なくとも１つを主体とする混合物や、
非晶質シリコンカーバイトなどを挙げることができる。
特に限定されるものではなく、水素プラズマ処理により
構造緩和が引き起こされ膜特性が向上するような半導体
薄膜であれば何れのものでもよい。このようなものとし
ては、非晶質シリコン、微結晶シリコン、ポリシリコン
およびこれらの少なくとも１つを主体とする混合物や、
非晶質シリコンカーバイトなどを挙げることができる。
【０００８】
【０００９】本発明の半導体薄膜形成工程において、一
回の工程で形成されるａ−Ｓｉ：Ｈ膜の厚みは、３００
Å以上であり、基板バイアスを−３０Ｖとする場合に
は、８００Å程度の膜厚でも膜特性のほぼ均一なものが
得られる。
回の工程で形成されるａ−Ｓｉ：Ｈ膜の厚みは、３００
Å以上であり、基板バイアスを−３０Ｖとする場合に
は、８００Å程度の膜厚でも膜特性のほぼ均一なものが
得られる。
【００１０】本発明において、基板が非導電性材料から
形成される場合は、導電性材料から形成される基板ホル
ダを用い、この基板ホルダに負バイアスを印加する。ま
た基板が導電性材料から形成される場合には、基板に負
バイアスを印加してもよい。基板又は基板ホルダに印加
する負バイアスの程度は、特に限定されるものではない
が、好ましくは３Ｖよりも絶対値の大きい負バイアスが
印加される。
形成される場合は、導電性材料から形成される基板ホル
ダを用い、この基板ホルダに負バイアスを印加する。ま
た基板が導電性材料から形成される場合には、基板に負
バイアスを印加してもよい。基板又は基板ホルダに印加
する負バイアスの程度は、特に限定されるものではない
が、好ましくは３Ｖよりも絶対値の大きい負バイアスが
印加される。
【００１１】本発明において、水素プラズマ処理の条件
は、形成する半導体薄膜の種類、および一回の工程で形
成する半導体薄膜の厚み等により適宜設定することがで
きる。一般的な水素プラズマ処理の条件として、基板温
度は５０〜２５０℃が好ましく、水素ガス流量は１０〜
５００ｓｃｃｍが好ましく、ＲＦは１０〜７０ｍＷ／ｃ
ｍ2 が好ましく、圧力は０．０５〜０．３ｔｏｒｒが好
ましく、処理時間は１０〜１０００秒が好ましい。
は、形成する半導体薄膜の種類、および一回の工程で形
成する半導体薄膜の厚み等により適宜設定することがで
きる。一般的な水素プラズマ処理の条件として、基板温
度は５０〜２５０℃が好ましく、水素ガス流量は１０〜
５００ｓｃｃｍが好ましく、ＲＦは１０〜７０ｍＷ／ｃ
ｍ2 が好ましく、圧力は０．０５〜０．３ｔｏｒｒが好
ましく、処理時間は１０〜１０００秒が好ましい。
【００１２】
【作用】本発明に従えば、水素プラズマ処理の際、基板
又は基板ホルダに負バイアスを印加している。この負バ
イアスの印加により、プラズマで励起された水素を積極
的に基板に引きつけることができ、半導体薄膜の深さ方
向の水素濃度分布をより均一化して、従来よりも薄膜内
部まで、水素を打ち込み水素濃度を増加させることがで
きる。
又は基板ホルダに負バイアスを印加している。この負バ
イアスの印加により、プラズマで励起された水素を積極
的に基板に引きつけることができ、半導体薄膜の深さ方
向の水素濃度分布をより均一化して、従来よりも薄膜内
部まで、水素を打ち込み水素濃度を増加させることがで
きる。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明に従う半導体薄膜の形成方法
を説明するための概略構成図であり、図１（ａ）はＣＶ
Ｄ法により半導体薄膜を形成する工程を示し、図１
（ｂ）は水素プラズマ処理の工程を示している。図１
（ａ）を参照して、ガラスからなる基板１は、ステンレ
スからなる基板ホルダ２の上に載置されており、基板ホ
ルダ２内には基板１を加熱するためのヒーター３が設け
られている。表１に示す条件で、ＳｉＨ4 ガスを流し、
基板１上に非晶質シリコン薄膜（以下、「ａ−Ｓｉ：Ｈ
膜」という）を形成した。一回のａ−Ｓｉ：Ｈ膜の厚み
は約１０００Åとした。
を説明するための概略構成図であり、図１（ａ）はＣＶ
Ｄ法により半導体薄膜を形成する工程を示し、図１
（ｂ）は水素プラズマ処理の工程を示している。図１
（ａ）を参照して、ガラスからなる基板１は、ステンレ
スからなる基板ホルダ２の上に載置されており、基板ホ
ルダ２内には基板１を加熱するためのヒーター３が設け
られている。表１に示す条件で、ＳｉＨ4 ガスを流し、
基板１上に非晶質シリコン薄膜（以下、「ａ−Ｓｉ：Ｈ
膜」という）を形成した。一回のａ−Ｓｉ：Ｈ膜の厚み
は約１０００Åとした。
【００１４】成膜後、図１（ｂ）に示すように、基板ホ
ルダ２に負バイアス（−３０Ｖ）を印加して水素ガスを
流し、水素プラズマ処理を施した。水素プラズマ処理の
条件は表１に示す条件で行った。以上のａ−Ｓｉ：Ｈ膜
形成工程と水素プラズマ処理の工程を５回繰り返し、ト
ータルで約５０００Åの厚みのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成し
た。
ルダ２に負バイアス（−３０Ｖ）を印加して水素ガスを
流し、水素プラズマ処理を施した。水素プラズマ処理の
条件は表１に示す条件で行った。以上のａ−Ｓｉ：Ｈ膜
形成工程と水素プラズマ処理の工程を５回繰り返し、ト
ータルで約５０００Åの厚みのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成し
た。
【００１５】
【表１】
【００１６】以上のようにして形成したａ−Ｓｉ：Ｈ膜
中の水素濃度をＳＩＭＳで分析した。この結果を図２に
示す。また比較として、基板に負バイアスを印加せず
に、すなわち表１における基板バイアスを０Ｖとした条
件で上記の実施例と同様にして水素プラズマ処理し、ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜と水素プラズマ処理の工程を同様に５回繰
り返して形成した薄膜についても、深さ方向の水素濃度
分布をＳＩＭＳで分析し図２に示した。
中の水素濃度をＳＩＭＳで分析した。この結果を図２に
示す。また比較として、基板に負バイアスを印加せず
に、すなわち表１における基板バイアスを０Ｖとした条
件で上記の実施例と同様にして水素プラズマ処理し、ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜と水素プラズマ処理の工程を同様に５回繰
り返して形成した薄膜についても、深さ方向の水素濃度
分布をＳＩＭＳで分析し図２に示した。
【００１７】図２から明らかなように、本発明に従い基
板ホルダに−３０Ｖのバイアスを印加した実施例では、
各ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の薄膜層中の水素濃度分布が、基板に
バイアスを印加していない比較例に比べて、より均一化
している。
板ホルダに−３０Ｖのバイアスを印加した実施例では、
各ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の薄膜層中の水素濃度分布が、基板に
バイアスを印加していない比較例に比べて、より均一化
している。
【００１８】また、表１に示す条件で一回の薄膜形成の
厚みを５００Åとし、ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜形成と水素プラ
ズマ処理の工程を１サイクルとして、このサイクルを２
０回繰り返して膜厚１μｍのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成し、
その膜特性を評価した。また比較として基板ホルダにバ
イアスを印加しない基板バイアス０Ｖのものについても
同様にａ−Ｓｉ：Ｈ膜を作製し、膜特性を評価した。こ
れらの結果を表２に示した。
厚みを５００Åとし、ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜形成と水素プラ
ズマ処理の工程を１サイクルとして、このサイクルを２
０回繰り返して膜厚１μｍのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成し、
その膜特性を評価した。また比較として基板ホルダにバ
イアスを印加しない基板バイアス０Ｖのものについても
同様にａ−Ｓｉ：Ｈ膜を作製し、膜特性を評価した。こ
れらの結果を表２に示した。
【００１９】表２から明らかなように、本発明に従う実
施例の薄膜は、吸収係数、光導電率、および光感度にお
いて優れた膜特性を示している。また欠陥密度に関して
は、減少しているものと思われるものの、測定限界値よ
り低いため、差が認められなかった。
施例の薄膜は、吸収係数、光導電率、および光感度にお
いて優れた膜特性を示している。また欠陥密度に関して
は、減少しているものと思われるものの、測定限界値よ
り低いため、差が認められなかった。
【００２０】次に、図３に示すような積層構造の光起電
力装置を作製した。図３を参照して、ガラスからなる透
孔性基板１１の上に、酸化インジウム錫からなる透明導
電膜１２（厚さ８０００Å）、非晶質シリコンからなる
半導体層１３、およびアルミニウムからなる裏面電極１
４（厚み１μｍ）が順次積層され形成されている。半導
体層１３は、ｐ型非晶質シリコン層１３ｐ（厚み１００
Å）、非晶質シリコンからなる真性半導体層１３ｉ（厚
み５０００Å）、およびｎ型非晶質シリコン層１３ｎ
（厚み３００Å）から構成されている。この実施例の光
起電力装置では、真性半導体層１３ｉを上記実施例と同
様にして形成した。すなわち、５００Åの厚みのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ薄膜と水素プラズマ処理（基板バイアス−３０
Ｖ）の工程を１サイクルとして、これを１０サイクル繰
り返して膜厚５０００Åの真性半導体層１３ｉを形成し
た。また、比較として、基板ホルダにバイアスを印加せ
ずに真性半導体層１３ｉを形成した光起電力装置を作製
した。これらの光起電力装置における曲線因子および変
換効率を表２に併せて示す。
力装置を作製した。図３を参照して、ガラスからなる透
孔性基板１１の上に、酸化インジウム錫からなる透明導
電膜１２（厚さ８０００Å）、非晶質シリコンからなる
半導体層１３、およびアルミニウムからなる裏面電極１
４（厚み１μｍ）が順次積層され形成されている。半導
体層１３は、ｐ型非晶質シリコン層１３ｐ（厚み１００
Å）、非晶質シリコンからなる真性半導体層１３ｉ（厚
み５０００Å）、およびｎ型非晶質シリコン層１３ｎ
（厚み３００Å）から構成されている。この実施例の光
起電力装置では、真性半導体層１３ｉを上記実施例と同
様にして形成した。すなわち、５００Åの厚みのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ薄膜と水素プラズマ処理（基板バイアス−３０
Ｖ）の工程を１サイクルとして、これを１０サイクル繰
り返して膜厚５０００Åの真性半導体層１３ｉを形成し
た。また、比較として、基板ホルダにバイアスを印加せ
ずに真性半導体層１３ｉを形成した光起電力装置を作製
した。これらの光起電力装置における曲線因子および変
換効率を表２に併せて示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】表２から明らかなように、本発明に従う実
施例の光起電力装置は、曲線因子が約３％向上してお
り、また変換効率も３％以上向上している。
施例の光起電力装置は、曲線因子が約３％向上してお
り、また変換効率も３％以上向上している。
【００２３】
【発明の効果】本発明に従えば、基板上にＲＦプラズマ
ＣＶＤ法により３００Å以上の厚みのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
形成した後、基板又は基板ホルダに負バイアスを印加し
ながら、基板上に形成したａ−Ｓｉ：Ｈ膜に水素プラズ
マ処理を施している。基板または基板ホルダに負バイア
スを印加しているため、プラズマによって励起された水
素が積極的に基板側に引きつけられ、薄膜の深さ方向に
水素濃度分布を均一化させてａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の水素濃
度を増加させることができる。従って、本発明に従え
ば、水素濃度分布の均一な薄膜を、従来よりも短時間で
形成することができる。
ＣＶＤ法により３００Å以上の厚みのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
形成した後、基板又は基板ホルダに負バイアスを印加し
ながら、基板上に形成したａ−Ｓｉ：Ｈ膜に水素プラズ
マ処理を施している。基板または基板ホルダに負バイア
スを印加しているため、プラズマによって励起された水
素が積極的に基板側に引きつけられ、薄膜の深さ方向に
水素濃度分布を均一化させてａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の水素濃
度を増加させることができる。従って、本発明に従え
ば、水素濃度分布の均一な薄膜を、従来よりも短時間で
形成することができる。
【図１】本発明に従う半導体薄膜の形成方法を説明する
ための概略構成図であり、（ａ）は半導体薄膜を形成す
る工程を示す図であり、（ｂ）は水素プラズマ処理の工
程を示す図。
ための概略構成図であり、（ａ）は半導体薄膜を形成す
る工程を示す図であり、（ｂ）は水素プラズマ処理の工
程を示す図。
【図２】本発明に従う実施例において得られた半導体薄
膜の深さ方向における水素濃度分布を示す図。
膜の深さ方向における水素濃度分布を示す図。
【図３】本発明に従う半導体薄膜の形成方法により真性
非晶質シリコン層を形成した光起電力装置を示す断面
図。
非晶質シリコン層を形成した光起電力装置を示す断面
図。
１…基板 ２…基板ホルダ ３…ヒーター
Claims (1)
- 【請求項１】 ホルダに支持された基板上に半導体薄膜
を形成する方法であって； 前記基板上にＲＦプラズマＣＶＤ法により３００Å以上
の厚みのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する工程と； 前記基板又は基板ホルダに負バイアスを印加しながら、
前記基板上に形成したａ−Ｓｉ：Ｈ膜に水素プラズマ処
理を施し、薄膜の深さ方向に水素濃度分布を均一化させ
てａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の水素濃度を増加させる工程とを備
え； 前記ａ−Ｓｉ：Ｈ膜形成工程と前記水素プラズマ処理工
程を繰り返すことによりａ−Ｓｉ：Ｈ膜からなる半導体
薄膜を形成する、半導体薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053312A JP2945234B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053312A JP2945234B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267861A JPH06267861A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2945234B2 true JP2945234B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=12939209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053312A Expired - Fee Related JP2945234B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2945234B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
| US6559052B2 (en) * | 2000-07-07 | 2003-05-06 | Applied Materials, Inc. | Deposition of amorphous silicon films by high density plasma HDP-CVD at low temperatures |
| US20090101202A1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Industrial Technology Research Institute | Method of fast hydrogen passivation to solar cells made of crystalline silicon |
| JP2021520630A (ja) * | 2018-04-03 | 2021-08-19 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Ｈ２プラズマを用いた流動性膜の硬化 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5053312A patent/JP2945234B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06267861A (ja) | 1994-09-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |