JP3059297B2 - 非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相反応を用いた非晶質
シリコン系半導体薄膜の形成方法に関する。
シリコン系半導体薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えば光起電力素子（太陽電池）
等に使用される水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）
等の非晶質半導体を形成する方法として、プラズマＣＶ
Ｄ法（ＰＣＶＤ法）が多用されている。ＰＣＶＤ法にお
いては、原料の低圧気体ガスを導入し、電気的エネルギ
ーを加えてプラズマ状態を作り出し、反応を行わせて基
板上に半導体薄膜を形成する。電気的エネルギーを加え
る方法としては、電極間に直流電圧を印加してグロー放
電を行う直流グロー放電法、高周波電力を印加する高周
波グロー放電法等のグロー放電法が一般的である。
等に使用される水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）
等の非晶質半導体を形成する方法として、プラズマＣＶ
Ｄ法（ＰＣＶＤ法）が多用されている。ＰＣＶＤ法にお
いては、原料の低圧気体ガスを導入し、電気的エネルギ
ーを加えてプラズマ状態を作り出し、反応を行わせて基
板上に半導体薄膜を形成する。電気的エネルギーを加え
る方法としては、電極間に直流電圧を印加してグロー放
電を行う直流グロー放電法、高周波電力を印加する高周
波グロー放電法等のグロー放電法が一般的である。
【０００３】グロー放電法で作製される水素化非晶質シ
リコンはＧＤａ−Ｓｉと呼ばれ、このＧＤａ−Ｓｉの作
製に最も多用されているガスはモノシラン（ＳｉＨ4 ）
であり、このＳｉＨ4 をアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム
（Ｈｅ）等の不活性ガスや水素（Ｈ2 ）で希釈したガス
が多く用いられる。
リコンはＧＤａ−Ｓｉと呼ばれ、このＧＤａ−Ｓｉの作
製に最も多用されているガスはモノシラン（ＳｉＨ4 ）
であり、このＳｉＨ4 をアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム
（Ｈｅ）等の不活性ガスや水素（Ｈ2 ）で希釈したガス
が多く用いられる。
【０００４】ＳｉＨ4 を用いたＧＤａ−Ｓｉには多量の
水素が含まれるが、この水素の中には、焼鈍（アニー
ル）を行うことにより、例えば図１に示すように、４０
０℃〜５００℃程度で容易に分離される遊離型水素と、
５５０℃〜８００℃程度で分離される分散型水素とがあ
ることが知られている。
水素が含まれるが、この水素の中には、焼鈍（アニー
ル）を行うことにより、例えば図１に示すように、４０
０℃〜５００℃程度で容易に分離される遊離型水素と、
５５０℃〜８００℃程度で分離される分散型水素とがあ
ることが知られている。
【０００５】遊離型水素としては、ポリシラン（ＳｉＨ
2 ）nまたはクラスター化水素等が含まれ、強い光を当
て続けるとこれら遊離型水素が膜中を移動して欠陥が増
加して光導電率等が低下する、いわゆる、光劣化と呼ば
れる現象が生じることが知られている。
2 ）nまたはクラスター化水素等が含まれ、強い光を当
て続けるとこれら遊離型水素が膜中を移動して欠陥が増
加して光導電率等が低下する、いわゆる、光劣化と呼ば
れる現象が生じることが知られている。
【０００６】分散型水素としては、 孤立ＳｉＨ、孤立
ＳｉＨ2 （シリレン）、孤立ＳｉＨ3（シリル）が代表
的であり、結合の切れの欠陥を終端する役割を果たして
いる。
ＳｉＨ2 （シリレン）、孤立ＳｉＨ3（シリル）が代表
的であり、結合の切れの欠陥を終端する役割を果たして
いる。
【０００７】光劣化を防止する方法としては、従来、基
板温度を高く設定して、膜中の水素量全体を減少させる
という方法が採られている。この従来方法によれば、ネ
ットワークの緻密化を図り、光劣化を現象できる。
板温度を高く設定して、膜中の水素量全体を減少させる
という方法が採られている。この従来方法によれば、ネ
ットワークの緻密化を図り、光劣化を現象できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来方法によれば、膜中水素としての分散型水素も少なく
なり、光学的バンドギャップが低下し、この光学的バン
ドギャップの低下に伴う光起電力素子としての開放電圧
の低下や、水素量全体の減少に伴う非晶質半導体中の欠
陥準位密度の増加を引き起こすという問題がある。
来方法によれば、膜中水素としての分散型水素も少なく
なり、光学的バンドギャップが低下し、この光学的バン
ドギャップの低下に伴う光起電力素子としての開放電圧
の低下や、水素量全体の減少に伴う非晶質半導体中の欠
陥準位密度の増加を引き起こすという問題がある。
【０００９】本発明が目的とするところは、開放電圧の
低下や欠陥準位密度の増加を伴わずに光劣化を防止でき
るようにした非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法を
提供することを目的とする。
低下や欠陥準位密度の増加を伴わずに光劣化を防止でき
るようにした非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法を
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、減圧下におけ
る放電分解による気相反応を用いて、所定の基板上に水
素化非晶質シリコン系半導体薄膜を形成する非晶質シリ
コン系半導体薄膜の形成方法であって、前記基板の温度
を４００℃以上５５０℃以下とし、毎秒３Å以上の堆積
速度で水素化非晶質シリコン系半導体薄膜を１堆積工程
あたりに１０Å以上３００Å以下の膜厚で基板上に堆積
する堆積工程と、放電分解を停止した上で同じ基板温度
で１分以上放置して一部の水素を脱離させる脱水素工程
とを交互に繰り返すことを特徴とする。
る放電分解による気相反応を用いて、所定の基板上に水
素化非晶質シリコン系半導体薄膜を形成する非晶質シリ
コン系半導体薄膜の形成方法であって、前記基板の温度
を４００℃以上５５０℃以下とし、毎秒３Å以上の堆積
速度で水素化非晶質シリコン系半導体薄膜を１堆積工程
あたりに１０Å以上３００Å以下の膜厚で基板上に堆積
する堆積工程と、放電分解を停止した上で同じ基板温度
で１分以上放置して一部の水素を脱離させる脱水素工程
とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明においては、基板温度を高くするととも
に、膜堆積速度を毎秒３Å以上に高めることにより、非
晶質シリコン系半導体薄膜が高速で形成され、これに伴
い非晶質シリコン系半導体薄膜に多量の水素、特に、分
散型水素が取り込まれ、緻密な膜構造が形成される。ま
た、堆積工程に引き続いて脱水素工程を行うことによ
り、クラスター化水素等の遊離型水素を離脱させること
ができる。
に、膜堆積速度を毎秒３Å以上に高めることにより、非
晶質シリコン系半導体薄膜が高速で形成され、これに伴
い非晶質シリコン系半導体薄膜に多量の水素、特に、分
散型水素が取り込まれ、緻密な膜構造が形成される。ま
た、堆積工程に引き続いて脱水素工程を行うことによ
り、クラスター化水素等の遊離型水素を離脱させること
ができる。
【００１２】更に、これらの工程を交互に繰り返すこと
により、１回の堆積膜厚を一定以下にして、短時間で効
率良く脱水素を行えるようになるとともに、各回の堆積
工程で形成された非晶質シリコン系半導体薄膜を均等に
脱水素して、全膜厚にわたって均質に脱水素された非晶
質シリコン系半導体薄膜を得ることができる。
により、１回の堆積膜厚を一定以下にして、短時間で効
率良く脱水素を行えるようになるとともに、各回の堆積
工程で形成された非晶質シリコン系半導体薄膜を均等に
脱水素して、全膜厚にわたって均質に脱水素された非晶
質シリコン系半導体薄膜を得ることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係る非晶質シリコ
ン系半導体薄膜の形成方法を図面に基づき具体的に説明
する。
ン系半導体薄膜の形成方法を図面に基づき具体的に説明
する。
【００１４】この方法は、例えば図２の模式図に示す公
知の高周波グロー放電法に用いられる高周波プラズマＣ
ＶＤ装置（ＲＦプラズマＣＶＤ）を用いて実施される。
知の高周波グロー放電法に用いられる高周波プラズマＣ
ＶＤ装置（ＲＦプラズマＣＶＤ）を用いて実施される。
【００１５】すなわち、チャンバー１内に互いに対向す
る１対の電極２を配置し、基板３を載せた一方の電極２
の周囲に配設したガス入口リング４より原料ガスを放出
しながら、該電極２の中央部から排気を排気系５に排出
させる一方、両電極２間に高周波電源６から高周波電流
を供給する。上記一方の電極２の下方には基板３を加熱
するヒータ７が設けられる。
る１対の電極２を配置し、基板３を載せた一方の電極２
の周囲に配設したガス入口リング４より原料ガスを放出
しながら、該電極２の中央部から排気を排気系５に排出
させる一方、両電極２間に高周波電源６から高周波電流
を供給する。上記一方の電極２の下方には基板３を加熱
するヒータ７が設けられる。
【００１６】原料ガスとしてはＳｉＨ4 を用い、図３の
フロー図および表１に示すように、基板温度４５０℃、
作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流量５０ＳＣＣ
Ｍ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度５Å／秒で、１回当た
り所定の膜厚の成膜をする堆積工程と、放電分解を停止
した後、所定時間にわたって同じ基板温度（４５０℃）
に放置して一部の水素を離脱させる脱水素工程とを交互
に繰り返し、約４時間かかって１μｍの非晶質シリコン
膜８を形成した。
フロー図および表１に示すように、基板温度４５０℃、
作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流量５０ＳＣＣ
Ｍ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度５Å／秒で、１回当た
り所定の膜厚の成膜をする堆積工程と、放電分解を停止
した後、所定時間にわたって同じ基板温度（４５０℃）
に放置して一部の水素を離脱させる脱水素工程とを交互
に繰り返し、約４時間かかって１μｍの非晶質シリコン
膜８を形成した。
【００１７】ここで、１回の堆積工程において形成され
る非晶質シリコンの膜厚は、一定以上の光導電率を得る
ため、１０Å以上３００Å以下とすることが好ましい。
図４に示すように、１回の堆積工程において形成される
非晶質シリコンの膜厚が１０Åを下回る場合には、放電
初期のプラズマダメージの影響が大きくなって特性（光
導電率）が低下するので好ましくない。また、１回の堆
積工程において形成される非晶質シリコンの膜厚が３０
０Åを上回る場合には、短時間で十分な水素の離脱を行
えなくなって特性（光導電率）が低下するので好ましく
ない。
る非晶質シリコンの膜厚は、一定以上の光導電率を得る
ため、１０Å以上３００Å以下とすることが好ましい。
図４に示すように、１回の堆積工程において形成される
非晶質シリコンの膜厚が１０Åを下回る場合には、放電
初期のプラズマダメージの影響が大きくなって特性（光
導電率）が低下するので好ましくない。また、１回の堆
積工程において形成される非晶質シリコンの膜厚が３０
０Åを上回る場合には、短時間で十分な水素の離脱を行
えなくなって特性（光導電率）が低下するので好ましく
ない。
【００１８】この実施例では、１回の堆積工程で形成す
る膜厚を最も良好な特性が得られた５０Åとした。脱水
素工程の工程時間は、１回の堆積工程で形成する膜厚を
５０Åとした場合には、図５に示すように、１分以上で
あれば５００時間光照射後の光劣化が一定以下に抑えら
れることが確かめられたので、この実施例では１分間と
した。
る膜厚を最も良好な特性が得られた５０Åとした。脱水
素工程の工程時間は、１回の堆積工程で形成する膜厚を
５０Åとした場合には、図５に示すように、１分以上で
あれば５００時間光照射後の光劣化が一定以下に抑えら
れることが確かめられたので、この実施例では１分間と
した。
【００１９】
【従来例１】原料ガスとしてはＳｉＨ4 を用い、基板温
度４５０℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度５Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
度４５０℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度５Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
【００２０】
【従来例２】原料ガスとしてはＳｉＨ4 を用い、基板温
度２００℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度１Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
度２００℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度１Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
【００２１】
【従来例３】原料ガスとしてはＳｉＨ4 を用い、基板温
度４５０℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度１Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
度４５０℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度１Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
【００２２】
【従来例４】原料ガスとしてはＳｉＨ4 を用い、基板温
度２００℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度５Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
度２００℃、作製圧力（ガス圧）１３Ｐａ、ＳｉＨ4 流
量５０ＳＣＣＭ、ＲＦパワー５０Ｗ、成膜速度５Å／秒
で、脱水素工程を行わずに、膜厚１μｍの非晶質シリコ
ン膜を形成した。
【００２３】
【従来例５】従来例１によって得た非晶質シリコン膜
を、基板温度４５０℃で５時間放置して熱離脱した。
を、基板温度４５０℃で５時間放置して熱離脱した。
【００２４】
【表１】
【００２５】これらの実施例１、従来例１〜５の各非晶
質シリコンにＡＭ−１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2 の光を
５００時間照射した後の光導電率を、照射前の光導電率
と併せて表２に示す。
質シリコンにＡＭ−１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2 の光を
５００時間照射した後の光導電率を、照射前の光導電率
と併せて表２に示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】表２から、低温条件（基板温度２００℃）
の従来例２、４は、明らかに光劣化が高温条件に比べて
大きいことがわかる。また、単に高温、高速成膜条件
（基板温度４５０℃、成膜速度５Å／秒）の従来例１に
おいては、膜の中にクラスタ化水素が取り込まれてしま
った結果、光劣化が見られており、照射後の光導電率で
比べた場合には、本実施例が一番高い値となっている。
の従来例２、４は、明らかに光劣化が高温条件に比べて
大きいことがわかる。また、単に高温、高速成膜条件
（基板温度４５０℃、成膜速度５Å／秒）の従来例１に
おいては、膜の中にクラスタ化水素が取り込まれてしま
った結果、光劣化が見られており、照射後の光導電率で
比べた場合には、本実施例が一番高い値となっている。
【００２８】また、従来例５では、水素離脱のためにこ
れだけの時間をかけても、まだ光劣化が見られており、
さらに長い時間が必要と思われる。しかしながら、これ
以上の熱脱離はプロセス上困難であるため、行わなかっ
た。
れだけの時間をかけても、まだ光劣化が見られており、
さらに長い時間が必要と思われる。しかしながら、これ
以上の熱脱離はプロセス上困難であるため、行わなかっ
た。
【００２９】４００℃以上になって初めて（Ｓｉ−Ｈ
2 ）n やクラスタ化水素などの遊離型水素の熱的脱離が
起こるが、５５０℃を越えるとＳｉ−Ｈのような必要な
水素（分散型水素）まで脱離してしまう。また、従来例
３に示すように、４００℃以上で作製する場合に、成膜
速度が毎秒３Åを下回った場合には、光導電率が光起電
力素子に応用できる１×１０-5Ｓ／ｃｍを得ることはで
きなかった。
2 ）n やクラスタ化水素などの遊離型水素の熱的脱離が
起こるが、５５０℃を越えるとＳｉ−Ｈのような必要な
水素（分散型水素）まで脱離してしまう。また、従来例
３に示すように、４００℃以上で作製する場合に、成膜
速度が毎秒３Åを下回った場合には、光導電率が光起電
力素子に応用できる１×１０-5Ｓ／ｃｍを得ることはで
きなかった。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板温度を４００℃以上５５０℃以下とし、膜厚成長速
度を毎秒３Å以上とすることにより、非晶質シリコン系
半導体薄膜を高速形成して非晶質シリコン系半導体薄膜
内に多量の水素を取り込み、分散型水素の量を増やすこ
とができるので光起電力素子としての非晶質シリコン系
半導体薄膜の開放電圧の低下や欠陥準位密度の増加を小
さく抑えることができる。
基板温度を４００℃以上５５０℃以下とし、膜厚成長速
度を毎秒３Å以上とすることにより、非晶質シリコン系
半導体薄膜を高速形成して非晶質シリコン系半導体薄膜
内に多量の水素を取り込み、分散型水素の量を増やすこ
とができるので光起電力素子としての非晶質シリコン系
半導体薄膜の開放電圧の低下や欠陥準位密度の増加を小
さく抑えることができる。
【００３１】また、堆積工程に引き続いて脱水素工程を
行うので、堆積工程で非晶質シリコン系半導体薄膜に取
り込まれた遊離型水素を効率良く離脱させることがで
き、光劣化を軽減させることができる。
行うので、堆積工程で非晶質シリコン系半導体薄膜に取
り込まれた遊離型水素を効率良く離脱させることがで
き、光劣化を軽減させることができる。
【００３２】しかも、堆積工程と脱水素工程とを交互に
行うことにより、最終膜厚が分厚い場合にも全膜厚にわ
たって均等に脱水素された均質な非晶質シリコン系半導
体薄膜を得ることができる。
行うことにより、最終膜厚が分厚い場合にも全膜厚にわ
たって均等に脱水素された均質な非晶質シリコン系半導
体薄膜を得ることができる。
【００３３】特に、本発明において、非晶質半導体がシ
リコンを主材としており、膜堆積する工程において作製
される膜厚が、１堆積工程あたりに１０Å以上３００Å
以下であり、水素を脱離させる工程が１分以上である場
合には、光導電率が高く、しかも、光劣化が少ない光起
電力素子を得ることができる。
リコンを主材としており、膜堆積する工程において作製
される膜厚が、１堆積工程あたりに１０Å以上３００Å
以下であり、水素を脱離させる工程が１分以上である場
合には、光導電率が高く、しかも、光劣化が少ない光起
電力素子を得ることができる。
【図１】脱水素量と焼鈍（アニール）温度との関係を示
す脱水素特性図である。
す脱水素特性図である。
【図２】高周波プラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式図
である。
である。
【図３】本発明のフロー図である。
【図４】１回の堆積工程で堆積する膜厚と光照射後の光
導電率との関係を示す光導電特性図である。
導電率との関係を示す光導電特性図である。
【図５】脱水素工程の工程時間と光照射後の光導電率と
の関係を示す光導電特性図である。
の関係を示す光導電特性図である。
３ 基板 ８ 非晶質シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−342122（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−131512（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−217014（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】 減圧下における放電分解による気相反応
を用いて、所定の基板上に水素化非晶質シリコン系半導
体薄膜を形成する非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方
法であって、前記基板の温度を４００℃以上５５０℃以
下とし、毎秒３Å以上の堆積速度で水素化非晶質シリコ
ン系半導体薄膜を１堆積工程あたりに１０Å以上３００
Å以下の膜厚で基板上に堆積する堆積工程と、放電分解
を停止した上で同じ基板温度で１分以上放置して一部の
水素を脱離させる脱水素工程とを交互に繰り返すことを
特徴とする非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4087722A JP3059297B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4087722A JP3059297B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05259096A JPH05259096A (ja) | 1993-10-08 |
| JP3059297B2 true JP3059297B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=13922808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4087722A Expired - Fee Related JP3059297B2 (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 非晶質シリコン系半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059297B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006045642A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 水素脱離方法および水素脱離装置 |
-
1992
- 1992-03-10 JP JP4087722A patent/JP3059297B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05259096A (ja) | 1993-10-08 |
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