JP3016701B2 - 水素化非晶質シリコンの製造方法 - Google Patents
水素化非晶質シリコンの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素化非晶質シリコン
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水素化非晶質シリコン及び水素化非晶質
シリコンゲルマニウムなどの水素化非晶質半導体は、低
コストで大きな面積の半導体薄膜を形成することができ
るので、大型の電子デバイスなどへの応用が期待されて
いる。しかしながら、このような水素化非晶質半導体お
いては、光照射や熱などによって特性が変化し、光劣化
や熱劣化を生じ易いという問題がある。最近の研究結果
によれば、これらの特性の変化は、半導体中において水
素が拡散することに原因があると言われている。このた
め、光照射や熱による特性変化を抑制するため、半導体
中の水素量を減らし安定性を高める試みがなされている
（Japanese Journal of Applied Physics,Vol.30, No.2
B (1991) L239）。
シリコンゲルマニウムなどの水素化非晶質半導体は、低
コストで大きな面積の半導体薄膜を形成することができ
るので、大型の電子デバイスなどへの応用が期待されて
いる。しかしながら、このような水素化非晶質半導体お
いては、光照射や熱などによって特性が変化し、光劣化
や熱劣化を生じ易いという問題がある。最近の研究結果
によれば、これらの特性の変化は、半導体中において水
素が拡散することに原因があると言われている。このた
め、光照射や熱による特性変化を抑制するため、半導体
中の水素量を減らし安定性を高める試みがなされている
（Japanese Journal of Applied Physics,Vol.30, No.2
B (1991) L239）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
中の水素量を減らすためには、薄膜形成温度を高めた
り、あるいは薄膜形成後に高温の熱処理を施すことが必
要となり、このような高温の処理を伴うことにより、テ
バイスに対し熱による悪影響が生じるという問題があっ
た。
中の水素量を減らすためには、薄膜形成温度を高めた
り、あるいは薄膜形成後に高温の熱処理を施すことが必
要となり、このような高温の処理を伴うことにより、テ
バイスに対し熱による悪影響が生じるという問題があっ
た。
【０００４】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、光照射や熱による特性変化の少ない、安定し
た特性を示す水素化非晶質シリコンの製造方法を提供す
ることにある。
を解消し、光照射や熱による特性変化の少ない、安定し
た特性を示す水素化非晶質シリコンの製造方法を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の水素化非晶質シ
リコンの製造方法は、水素化非晶質シリコンの薄膜を形
成する工程と、形成後の薄膜に内面が水素化されていな
い空孔を炭素イオンを打ち込むことにより形成する工程
と、空孔形成後の薄膜を熱処理する工程とを備えてい
る。
リコンの製造方法は、水素化非晶質シリコンの薄膜を形
成する工程と、形成後の薄膜に内面が水素化されていな
い空孔を炭素イオンを打ち込むことにより形成する工程
と、空孔形成後の薄膜を熱処理する工程とを備えてい
る。
【０００６】本発明において、薄膜に形成する空孔は、
１０Å〜１００Åの大きさの空孔であることが好まし
い。通常、この空孔の大きさは空孔の直径に相当する
が、空孔が溝状に形成される場合は、溝の幅に相当する
ものとなる。空孔の大きさが上記の範囲内でない場合
は、半導体内を移動する水素をトラップする効果が不十
分な場合がある。
１０Å〜１００Åの大きさの空孔であることが好まし
い。通常、この空孔の大きさは空孔の直径に相当する
が、空孔が溝状に形成される場合は、溝の幅に相当する
ものとなる。空孔の大きさが上記の範囲内でない場合
は、半導体内を移動する水素をトラップする効果が不十
分な場合がある。
【０００７】本発明おいて、薄膜に形成される、内面が
水素化されていない空孔とは、空孔の内面に未結合手を
有する空孔を意味している。このような空孔は、炭素イ
オンを打ち込むことにより、形成することができる。炭
素イオンを打ち込むことにより、空孔の内面が炭素化さ
れ、空孔の内面に炭素の未結合手が生じる。炭素はシリ
コンに比べ、水素と強く結合するため、水素をより強く
捉えることができる。
水素化されていない空孔とは、空孔の内面に未結合手を
有する空孔を意味している。このような空孔は、炭素イ
オンを打ち込むことにより、形成することができる。炭
素イオンを打ち込むことにより、空孔の内面が炭素化さ
れ、空孔の内面に炭素の未結合手が生じる。炭素はシリ
コンに比べ、水素と強く結合するため、水素をより強く
捉えることができる。
【０００８】本発明における空孔形成後の薄膜の熱処理
は、薄膜に形成した空孔に、拡散し易い水素を固定する
ために行う。熱処理の温度としては、１００〜４００℃
が好ましい。熱処理温度が低すぎると、空孔に水素をト
ラップする効果が不十分な場合がある。また、熱処理温
度が高すぎると、デバイス化した際に熱による悪影響を
生じる場合がある。
は、薄膜に形成した空孔に、拡散し易い水素を固定する
ために行う。熱処理の温度としては、１００〜４００℃
が好ましい。熱処理温度が低すぎると、空孔に水素をト
ラップする効果が不十分な場合がある。また、熱処理温
度が高すぎると、デバイス化した際に熱による悪影響を
生じる場合がある。
【０００９】本発明の製造方法は、ＣＶＤ法などにより
形成する水素化非晶質シリコンに適用されるものであ
る。
形成する水素化非晶質シリコンに適用されるものであ
る。
【００１０】
【作用】水素化非晶質シリコンにおいては、電子デバイ
スとして安定した電気的特性を得るため、水素を含有す
ることによりランダムネットワーク中の未結合手を水素
で終端している。しかしながら、半導体中のこのような
水素の一部は、光照射や熱処理により、半導体中を比較
的容易に拡散し、その際に半導体の微視的構造を変化さ
せ、光劣化や熱劣化等を生じさせる。本発明の製造方法
では、薄膜形成後、内面が水素化されていない空孔を薄
膜内に形成することにより、この空孔中に拡散し易い水
素をトラップし、上記の微視的構造変化の発生を抑制さ
せている。
スとして安定した電気的特性を得るため、水素を含有す
ることによりランダムネットワーク中の未結合手を水素
で終端している。しかしながら、半導体中のこのような
水素の一部は、光照射や熱処理により、半導体中を比較
的容易に拡散し、その際に半導体の微視的構造を変化さ
せ、光劣化や熱劣化等を生じさせる。本発明の製造方法
では、薄膜形成後、内面が水素化されていない空孔を薄
膜内に形成することにより、この空孔中に拡散し易い水
素をトラップし、上記の微視的構造変化の発生を抑制さ
せている。
【００１１】本発明において薄膜に形成する空孔は、内
面が水素化されていない空孔であり、未結合手を有する
ため、拡散してきた水素を空孔の内面の未結合手と結合
させて、空孔内に水素を固定することができる。空孔内
の未結合手に結合した水素はエネルギー的に安定であ
り、それ以降水素は拡散しなくなる。従って、このよう
な空孔中に水素を固定することにより、半導体中におけ
る拡散し易い水素の量を減少させることができる。従っ
て、本発明の製造方法に従えば、拡散し易い水素量を減
少させ、安定した特性を示す水素化非晶質シリコンを製
造することができる。
面が水素化されていない空孔であり、未結合手を有する
ため、拡散してきた水素を空孔の内面の未結合手と結合
させて、空孔内に水素を固定することができる。空孔内
の未結合手に結合した水素はエネルギー的に安定であ
り、それ以降水素は拡散しなくなる。従って、このよう
な空孔中に水素を固定することにより、半導体中におけ
る拡散し易い水素の量を減少させることができる。従っ
て、本発明の製造方法に従えば、拡散し易い水素量を減
少させ、安定した特性を示す水素化非晶質シリコンを製
造することができる。
【００１２】
【実施例】図１（ａ）に示すように、基板１の上にシラ
ンガスを用いプラズマＣＶＤ法により基板温度１８０℃
で非晶質シリコン層２を形成する。
ンガスを用いプラズマＣＶＤ法により基板温度１８０℃
で非晶質シリコン層２を形成する。
【００１３】次に、図１（ｂ）に示すように、炭素イオ
ンの高エネルギー粒子３を、イオンガンなどを用いて、
１Ｍ〜５ＭｅＶの加速電圧で非晶質シリコン層２に打ち
込み、１０Å〜１００Åの大きさの空孔４を形成する。
空孔４内は、高エネルギー粒子３によってシリコンネッ
トワークが切断されるので、多くの未結合手５が存在す
る。
ンの高エネルギー粒子３を、イオンガンなどを用いて、
１Ｍ〜５ＭｅＶの加速電圧で非晶質シリコン層２に打ち
込み、１０Å〜１００Åの大きさの空孔４を形成する。
空孔４内は、高エネルギー粒子３によってシリコンネッ
トワークが切断されるので、多くの未結合手５が存在す
る。
【００１４】次に、図１（ｃ）に示すように、１５０℃
で１時間熱処理を行うことにより、非晶質シリコン層２
中を拡散する水素が、空孔４内に達し、空孔４の内面の
未結合手と結合し、空孔４内に水素が固定される。これ
により、非晶質シリコン層２中に拡散し易い水素が存在
しなくなり、水素拡散に伴う特性の不安定が生じなくな
る。
で１時間熱処理を行うことにより、非晶質シリコン層２
中を拡散する水素が、空孔４内に達し、空孔４の内面の
未結合手と結合し、空孔４内に水素が固定される。これ
により、非晶質シリコン層２中に拡散し易い水素が存在
しなくなり、水素拡散に伴う特性の不安定が生じなくな
る。
【００１５】次に、本発明の製造方法に従い製造した水
素化非晶質シリコンの光導電率を測定することにより、
その特性安定性を評価した。プラズマＣＶＤ法によりシ
ランガスを用いて非晶質シリコン膜（膜厚３０００Å）
を形成し、膜形成後そのまま評価したものを比較例Ａと
し、膜形成後Ａｒイオンを、３ＭｅＶの加速電圧でイオ
ンガンにより打ち込み空孔を形成した後、１５０℃で１
時間熱処理したものを比較例Ｂとした。また非晶質シリ
コン膜形成後、炭素イオンを３ＭｅＶの加速電圧でイオ
ンガンにより打ち込み空孔を形成した後、１５０℃で１
時間熱処理したものを実施例Ｃとした。光照射条件は、
ＡＭ−１．５、１００Ｗ／ｃｍ2 とした。
素化非晶質シリコンの光導電率を測定することにより、
その特性安定性を評価した。プラズマＣＶＤ法によりシ
ランガスを用いて非晶質シリコン膜（膜厚３０００Å）
を形成し、膜形成後そのまま評価したものを比較例Ａと
し、膜形成後Ａｒイオンを、３ＭｅＶの加速電圧でイオ
ンガンにより打ち込み空孔を形成した後、１５０℃で１
時間熱処理したものを比較例Ｂとした。また非晶質シリ
コン膜形成後、炭素イオンを３ＭｅＶの加速電圧でイオ
ンガンにより打ち込み空孔を形成した後、１５０℃で１
時間熱処理したものを実施例Ｃとした。光照射条件は、
ＡＭ−１．５、１００Ｗ／ｃｍ2 とした。
【００１６】図２は、以上のようにして形成した非晶質
シリコン薄膜の光導電率の光照射時間に伴う変化を示す
図である。図２から明らかなように、比較例Ａの太陽電
池では、約１００時間の照射後、光導電率が約１桁減少
しており、また比較例Ｂは３０％低下しているのに対
し、実施例Ｃでは２０％の低下にとどまっている。
シリコン薄膜の光導電率の光照射時間に伴う変化を示す
図である。図２から明らかなように、比較例Ａの太陽電
池では、約１００時間の照射後、光導電率が約１桁減少
しており、また比較例Ｂは３０％低下しているのに対
し、実施例Ｃでは２０％の低下にとどまっている。
【００１７】次に、本発明の製造方法に従い製造した水
素化非晶質半導体層を光活性層として用いたｐｉｎ型非
晶質太陽電池を作製し、その特性を評価した。ガラス基
板の上にＩＴＯからなる透明導電膜を形成し、この上に
ｐ層（膜厚１００Å）、ｉ層（膜厚３０００Å）及びｎ
層（膜厚３００Å）をプラズマＣＶＤ法により順次形成
した。ドーパントガスとしては、Ｂ2 Ｈ6 ガス及びＰＨ
3 ガスを用いた。次に金属電極を形成して太陽電池構造
を完成させた後、変換効率の光照射時間に対する変化を
測定した。光照射条件は、ＡＭ−１．５、１００Ｗ／ｃ
ｍ2 とした。
素化非晶質半導体層を光活性層として用いたｐｉｎ型非
晶質太陽電池を作製し、その特性を評価した。ガラス基
板の上にＩＴＯからなる透明導電膜を形成し、この上に
ｐ層（膜厚１００Å）、ｉ層（膜厚３０００Å）及びｎ
層（膜厚３００Å）をプラズマＣＶＤ法により順次形成
した。ドーパントガスとしては、Ｂ2 Ｈ6 ガス及びＰＨ
3 ガスを用いた。次に金属電極を形成して太陽電池構造
を完成させた後、変換効率の光照射時間に対する変化を
測定した。光照射条件は、ＡＭ−１．５、１００Ｗ／ｃ
ｍ2 とした。
【００１８】非晶質シリコン半導体のｉ層を形成する際
に本発明の製造方法を適用した。すなわち、実施例Ｃ
は、炭素イオンを３ＭｅＶの加速電圧でイオンガンによ
り打ち込み空孔を形成させた後、１５０℃で１時間熱処
理を施したものである。また、比較例Ｂは、ｉ層を形成
を形成した後、Ａｒイオンを３ＭｅＶの加速電圧でイオ
ンガンにより打ち込み空孔を形成させた後、１５０℃で
１時間熱処理を行ったものである。また比較例Ａは、従
来法によりｉ層を形成した例であり、ｉ層形成後にイオ
ンの打ち込み及び熱処理を行わずに、引続きｎ層を形成
させた。なお、ｉ層の形成条件以外は、全て同じにし
た。
に本発明の製造方法を適用した。すなわち、実施例Ｃ
は、炭素イオンを３ＭｅＶの加速電圧でイオンガンによ
り打ち込み空孔を形成させた後、１５０℃で１時間熱処
理を施したものである。また、比較例Ｂは、ｉ層を形成
を形成した後、Ａｒイオンを３ＭｅＶの加速電圧でイオ
ンガンにより打ち込み空孔を形成させた後、１５０℃で
１時間熱処理を行ったものである。また比較例Ａは、従
来法によりｉ層を形成した例であり、ｉ層形成後にイオ
ンの打ち込み及び熱処理を行わずに、引続きｎ層を形成
させた。なお、ｉ層の形成条件以外は、全て同じにし
た。
【００１９】図３は、以上のようにして得られた各太陽
電池の変換効率の光照射時間に伴う変化を示した図であ
る。図３に示されるように、本発明に従う実施例Ｃの太
陽電池は、比較例Ａ及び比較例Ｂの太陽電池に比べ、光
照射時間に伴う変換効率の低下が著しく小さくなってい
ることがわかる。
電池の変換効率の光照射時間に伴う変化を示した図であ
る。図３に示されるように、本発明に従う実施例Ｃの太
陽電池は、比較例Ａ及び比較例Ｂの太陽電池に比べ、光
照射時間に伴う変換効率の低下が著しく小さくなってい
ることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】本発明の製造方法に従えば、薄膜形成後
に形成される空孔内に、半導体内を移動する水素をトラ
ップし、半導体内における拡散し易い水素の量を減少さ
せることができる。従って、光照射や熱によって生じる
特性の変化を低減させることができ、光劣化及び熱劣化
を抑制することができる。
に形成される空孔内に、半導体内を移動する水素をトラ
ップし、半導体内における拡散し易い水素の量を減少さ
せることができる。従って、光照射や熱によって生じる
特性の変化を低減させることができ、光劣化及び熱劣化
を抑制することができる。
【００２１】本発明は、上記の太陽電池などのデバイス
に限定されることなく、薄膜ＴＦＴや光センサ等の他の
非晶質半導体デバイスの製造にも適用することができる
ものである。
に限定されることなく、薄膜ＴＦＴや光センサ等の他の
非晶質半導体デバイスの製造にも適用することができる
ものである。
【図１】本発明の製造方法に従う一実施例を示す断面
図。
図。
【図２】本発明の製造方法に従う実施例において製造さ
れた水素化非晶質シリコン膜の光導電率の光照射時間に
伴う変化を示す図。
れた水素化非晶質シリコン膜の光導電率の光照射時間に
伴う変化を示す図。
【図３】本発明の製造方法に従い製造された半導体膜を
光活性層として用いた太陽電池の変換効率の光照射時間
に伴う変化を示す図。
光活性層として用いた太陽電池の変換効率の光照射時間
に伴う変化を示す図。
１…基板 ２…水素化非晶質シリコン層 ３…高エネルギー粒子 ４…空孔 ５…未結合手
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/336 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｖ 29/786 21/265 Ｑ 31/04 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/322 H01L 21/205 H01L 21/265 H01L 21/324 H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】 水素化非晶質シリコンの薄膜を形成する
工程と、 形成後の前記薄膜に内面が水素化されていない空孔を炭
素イオンを打ち込むことにより形成する工程と、 前記空孔形成後の薄膜を熱処理する工程とを備える水素
化非晶質シリコンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7019425A JP3016701B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 水素化非晶質シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7019425A JP3016701B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 水素化非晶質シリコンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213404A JPH08213404A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3016701B2 true JP3016701B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=11998925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7019425A Expired - Fee Related JP3016701B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 水素化非晶質シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016701B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4713752B2 (ja) | 2000-12-28 | 2011-06-29 | 財団法人国際科学振興財団 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-02-07 JP JP7019425A patent/JP3016701B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08213404A (ja) | 1996-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
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|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
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