JP3102540B2 - 低水素量非晶質シリコン半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
低水素量非晶質シリコン半導体薄膜の形成方法Info
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- JP3102540B2 JP3102540B2 JP06201914A JP20191494A JP3102540B2 JP 3102540 B2 JP3102540 B2 JP 3102540B2 JP 06201914 A JP06201914 A JP 06201914A JP 20191494 A JP20191494 A JP 20191494A JP 3102540 B2 JP3102540 B2 JP 3102540B2
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、低水素量の非晶質シ
リコン半導体薄膜の形成方法に関する。
リコン半導体薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】非晶質シリコン半導体の膜中水素量を低
減することにより、長時間の光照射により生じる特性の
低下を抑制でき、光照射後でも変換効率の高い太陽電池
を得ることができることが知られている。
減することにより、長時間の光照射により生じる特性の
低下を抑制でき、光照射後でも変換効率の高い太陽電池
を得ることができることが知られている。
【０００３】非晶質シリコン半導体薄膜の作成に一般に
用いられるＲＦグロー放電法では、低水素量の膜を得る
ためには形成温度を高温にする必要があった。ところが
高温で膜を形成した場合には、下地層への熱ダメージに
より、デバイスを形成した場合に、その特性が低下して
しまうという問題があるとともに、基板として用いるこ
とができる材料が限定されるという問題もあった。
用いられるＲＦグロー放電法では、低水素量の膜を得る
ためには形成温度を高温にする必要があった。ところが
高温で膜を形成した場合には、下地層への熱ダメージに
より、デバイスを形成した場合に、その特性が低下して
しまうという問題があるとともに、基板として用いるこ
とができる材料が限定されるという問題もあった。
【０００４】また、デバイス特性に影響を与えない低い
温度で、低水素量の非晶質シリコン半導体薄膜を形成す
る方法として、ケミカルアニーリング法が報告されてい
る（例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５９
（９）（１９９１）１０９６参照）。
温度で、低水素量の非晶質シリコン半導体薄膜を形成す
る方法として、ケミカルアニーリング法が報告されてい
る（例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５９
（９）（１９９１）１０９６参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たケミカルアニーリング法は、膜形成と原子状水素によ
る膜の改質処理とを交互に繰り返すので、所定の膜厚を
堆積するためには長い時間を必要とし、量産には不向き
であるという問題があった。
たケミカルアニーリング法は、膜形成と原子状水素によ
る膜の改質処理とを交互に繰り返すので、所定の膜厚を
堆積するためには長い時間を必要とし、量産には不向き
であるという問題があった。
【０００６】この発明は、上述した問題点を解消するた
めになされたものにして、デバイス特性に悪影響を与え
ない低い温度で、かつ量産に適した短い時間で低水素量
の非晶質シリコン半導体薄膜を形成する方法を提供する
ことをその目的とする。
めになされたものにして、デバイス特性に悪影響を与え
ない低い温度で、かつ量産に適した短い時間で低水素量
の非晶質シリコン半導体薄膜を形成する方法を提供する
ことをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明においては、基
板上にイオン化クラスタビーム蒸着による気相成長によ
り非晶質シリコン半導体薄膜を形成する際に、当該非晶
質シリコン半導体薄膜が１Å堆積する時間当たりに、４
×１０ 10 ｃｍ -2 以上の割合で水素イオンを成長膜に照射
して膜中の水素量を減少させて低水素量の非晶質シリコ
ン半導体薄膜を形成することを特徴とする。このとき、
上記形成速度を３０Å／分以下に制御すると良い。
板上にイオン化クラスタビーム蒸着による気相成長によ
り非晶質シリコン半導体薄膜を形成する際に、当該非晶
質シリコン半導体薄膜が１Å堆積する時間当たりに、４
×１０ 10 ｃｍ -2 以上の割合で水素イオンを成長膜に照射
して膜中の水素量を減少させて低水素量の非晶質シリコ
ン半導体薄膜を形成することを特徴とする。このとき、
上記形成速度を３０Å／分以下に制御すると良い。
【０００８】
【作用】水素（Ｈ）イオンを照射しながら非晶質シリコ
ン半導体膜を形成することで、低温で成長膜の改質処理
と同時に膜成長が行えるので、低水素量の非晶質シリコ
ン半導体膜を従来法と同じ時間で得ることができる。
ン半導体膜を形成することで、低温で成長膜の改質処理
と同時に膜成長が行えるので、低水素量の非晶質シリコ
ン半導体膜を従来法と同じ時間で得ることができる。
【０００９】
【実施例】図１は、この発明に用いられる装置の実施例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【００１０】以下、非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉと
略記する。）半導体薄膜を形成する場合について説明す
る。
略記する。）半導体薄膜を形成する場合について説明す
る。
【００１１】図１に示す装置は、基本的にはイオン化ク
ラスタビーム蒸着装置（ＩＣＢ装置）であり、これにＨ
イオン生成用のプラズマガン５を取り付けたものであ
る。
ラスタビーム蒸着装置（ＩＣＢ装置）であり、これにＨ
イオン生成用のプラズマガン５を取り付けたものであ
る。
【００１２】ａ−Ｓｉ薄膜の形成は、高純度のシリコン
（Ｓｉ）を蒸発源１にセットし、ボンバードパワーによ
り２０００℃程度に加熱してＳｉを蒸発させる。この
時、蒸発したＳｉ原子は蒸発源の出口で凝集され微小状
態になり、更にイオン化フィラメント２によりイオン化
され、加速電極３に印加される電圧により加速され、基
板４に堆積する。この時、同時に水素をプラズマガン５
により分解し、水素イオンを基板４上に膜堆積と同時に
照射する。
（Ｓｉ）を蒸発源１にセットし、ボンバードパワーによ
り２０００℃程度に加熱してＳｉを蒸発させる。この
時、蒸発したＳｉ原子は蒸発源の出口で凝集され微小状
態になり、更にイオン化フィラメント２によりイオン化
され、加速電極３に印加される電圧により加速され、基
板４に堆積する。この時、同時に水素をプラズマガン５
により分解し、水素イオンを基板４上に膜堆積と同時に
照射する。
【００１３】表１は、このａ−Ｓｉ薄膜形成の主な反応
条件を示す。
条件を示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】図２は、基板温度を２３０℃、Ｓｉ源のボ
ンバードパワーを１ｋＷ、加速電圧を３ｋＶと一定にし
て、Ｈ源（プラズマガン５）のＲＦパワー、水素分圧を
表１の範囲で変化させ、基板に照射されるＨイオンの量
を変えた時の導電率、水素量の変化量を示したものであ
る。この時、膜の形成速度は１５Å／ｍｉｎで一定であ
った。
ンバードパワーを１ｋＷ、加速電圧を３ｋＶと一定にし
て、Ｈ源（プラズマガン５）のＲＦパワー、水素分圧を
表１の範囲で変化させ、基板に照射されるＨイオンの量
を変えた時の導電率、水素量の変化量を示したものであ
る。この時、膜の形成速度は１５Å／ｍｉｎで一定であ
った。
【００１６】図２に示したように、導電率は基板に入射
するＨイオンの量が代わっても殆ど変化しないが、水素
量は１０10ｃｍ-2・ｓｅｃ-1以上まではほぼ一定で、そ
れ以上になると減少することがわかる。すなわち、ａ−
Ｓｉ膜が１Å基板上に堆積する時間当たりに４×１０ 10
ｃｍ -2 以上の割合で膜表面にＨイオン入射すると膜中の
水素量が顕著に減少することがわかる。
するＨイオンの量が代わっても殆ど変化しないが、水素
量は１０10ｃｍ-2・ｓｅｃ-1以上まではほぼ一定で、そ
れ以上になると減少することがわかる。すなわち、ａ−
Ｓｉ膜が１Å基板上に堆積する時間当たりに４×１０ 10
ｃｍ -2 以上の割合で膜表面にＨイオン入射すると膜中の
水素量が顕著に減少することがわかる。
【００１７】図３は基板に入射するＨイオンの量を１×
１０10ｃｍ-2・ｓｅｃ-1と固定し、形成速度を変化させ
て膜を形成した場合の導電率、水素量の変化を示したも
のである。
１０10ｃｍ-2・ｓｅｃ-1と固定し、形成速度を変化させ
て膜を形成した場合の導電率、水素量の変化を示したも
のである。
【００１８】図３に示したように、形成速度が３０Å／
ｍｉｎ以下では、導電率は変化しないが、形成速度が３
０Å／ｍｉｎ以上になると、導電率は低下する。一方、
水素量は、形成速度が大きくなるにつれて増加するが、
形成速度が３０Å／ｍｉｎ以上になると水素量は変化し
ないことがわかる。すなわち、ａ−Ｓｉ膜が１Å基板上
に堆積する時間当たりに２×１０ 10 ｃｍ -2 以上の割合で
膜表面にＨイオン入射すると導電率は変化せず膜中の水
素量が減少することがわかる。
ｍｉｎ以下では、導電率は変化しないが、形成速度が３
０Å／ｍｉｎ以上になると、導電率は低下する。一方、
水素量は、形成速度が大きくなるにつれて増加するが、
形成速度が３０Å／ｍｉｎ以上になると水素量は変化し
ないことがわかる。すなわち、ａ−Ｓｉ膜が１Å基板上
に堆積する時間当たりに２×１０ 10 ｃｍ -2 以上の割合で
膜表面にＨイオン入射すると導電率は変化せず膜中の水
素量が減少することがわかる。
【００１９】図２及び図３から膜表面にＨイオンを照射
して導電率が変化せずに且つ膜中水素量の低減が期待で
きるのは、成膜表面にＨイオンが、単位膜厚形成時間当
たり、すなわち、ａ−Ｓｉ膜が１Å基板上に堆積する時
間当たりに４×１０ 10 ｃｍ -2 以上の割合で入射するとき
であることがわかる。
して導電率が変化せずに且つ膜中水素量の低減が期待で
きるのは、成膜表面にＨイオンが、単位膜厚形成時間当
たり、すなわち、ａ−Ｓｉ膜が１Å基板上に堆積する時
間当たりに４×１０ 10 ｃｍ -2 以上の割合で入射するとき
であることがわかる。
【００２０】また、図４はこの発明の方法を用いて得ら
れたａ−Ｓｉ膜の水素の結合状態をＦＴ−ＩＲを用いて
測定した結果であり、波数と吸収係数との関係を示す。
この図４よりこの発明の方法を用いることにより、光劣
化に相関のある波数が２１００ｃｍ-1付近のＳｉ−Ｈ2
結合によるピークのない膜を得られることがわかる。
れたａ−Ｓｉ膜の水素の結合状態をＦＴ−ＩＲを用いて
測定した結果であり、波数と吸収係数との関係を示す。
この図４よりこの発明の方法を用いることにより、光劣
化に相関のある波数が２１００ｃｍ-1付近のＳｉ−Ｈ2
結合によるピークのない膜を得られることがわかる。
【００２１】なお、この発明の方法を用いて得られた、
ａ−Ｓｉ膜は水素量が７％以下かつＳｉ−Ｈ2 ／Ｓｉ−
Ｈ結合比が０．１以下である。
ａ−Ｓｉ膜は水素量が７％以下かつＳｉ−Ｈ2 ／Ｓｉ−
Ｈ結合比が０．１以下である。
【００２２】図５は、この発明の方法で得られた低水素
量（７％）のａ−Ｓｉと、従来法で形成したａ−Ｓｉ
（水素量１５％）の光導電率の劣化を調べたものであ
り、初期の光導電率（σ初期）と光照射後の光導電率
（σph）との比をとり、規格化したものである。この図
５から明らかなように、この発明の方法で形成した方が
光劣化が少なく、安定なａ−Ｓｉを得られた。なお、図
５における上の曲線がこの発明の方法のもの、下の曲線
が従来法のものを示している。
量（７％）のａ−Ｓｉと、従来法で形成したａ−Ｓｉ
（水素量１５％）の光導電率の劣化を調べたものであ
り、初期の光導電率（σ初期）と光照射後の光導電率
（σph）との比をとり、規格化したものである。この図
５から明らかなように、この発明の方法で形成した方が
光劣化が少なく、安定なａ−Ｓｉを得られた。なお、図
５における上の曲線がこの発明の方法のもの、下の曲線
が従来法のものを示している。
【００２３】以上説明した実施例は、ＩＣＢ装置にＨイ
オン生成装置でなるプラズマガンを取り付けた例であ
る。次に、参考例として、スパッタ装置或いは蒸着装置
にＨイオン生成装置を取り付けたものを示す。基本的に
は、基板表面にＨイオンを照射するために低圧（１０-4
Ｔｏｒｒ以下）であることが必要である。
オン生成装置でなるプラズマガンを取り付けた例であ
る。次に、参考例として、スパッタ装置或いは蒸着装置
にＨイオン生成装置を取り付けたものを示す。基本的に
は、基板表面にＨイオンを照射するために低圧（１０-4
Ｔｏｒｒ以下）であることが必要である。
【００２４】図６は、スパッタ装置にＨイオン生成装置
を取り付けた例を示す構成図であり、この図において、
６は基板、７はＳｉターゲット、８は基板６表面にＨイ
オンを照射するためのＨイオン発生装置である。
を取り付けた例を示す構成図であり、この図において、
６は基板、７はＳｉターゲット、８は基板６表面にＨイ
オンを照射するためのＨイオン発生装置である。
【００２５】図７は、蒸着装置にＨイオン生成装置を取
り付けた例を示す構成図であり、この図において、１０
は基板、１１はＳｉ蒸発源、１２は、基板１０表面にＨ
イオンを照射するためのＨイオン発生装置である。
り付けた例を示す構成図であり、この図において、１０
は基板、１１はＳｉ蒸発源、１２は、基板１０表面にＨ
イオンを照射するためのＨイオン発生装置である。
【００２６】
【発明の効果】この発明の方法を用いることにより、デ
バイス特性に悪影響を与えない低い温度で、かつ量産に
適した短い時間で低水素量の非晶質シリコン半導体薄膜
を形成することができる。
バイス特性に悪影響を与えない低い温度で、かつ量産に
適した短い時間で低水素量の非晶質シリコン半導体薄膜
を形成することができる。
【図１】この発明に用いられる加工装置を示し、ＩＣＢ
装置にＨイオン生成装置を取り付けた例を示す構成図で
ある。
装置にＨイオン生成装置を取り付けた例を示す構成図で
ある。
【図２】導電率、水素量の入射イオン量依存性を示す特
性図である。
性図である。
【図３】導電率、水素量の成膜速度依存性を示す特性図
である。
である。
【図４】この発明により作成されたａ−Ｓｉ膜のＦＴ−
ＩＲによる解析結果であり、波数と吸収係数との関係を
示す特性図である。
ＩＲによる解析結果であり、波数と吸収係数との関係を
示す特性図である。
【図５】この発明により作成されたａ−Ｓｉ膜と従来の
方法により作成されたａ−Ｓｉ膜の光導電率の光劣化特
性図である。
方法により作成されたａ−Ｓｉ膜の光導電率の光劣化特
性図である。
【図６】参考例としての加工装置を示し、スパッタ装置
にＨイオン生成装置を取り付けた例を示す構成図であ
る。
にＨイオン生成装置を取り付けた例を示す構成図であ
る。
【図７】参考例としての加工装置を示し、蒸着装置にＨ
イオン生成装置を取り付けた例を示す構成図である。
イオン生成装置を取り付けた例を示す構成図である。
１ Ｓｉ蒸発源 ２ イオン化フィラメント ３ 加速電極 ４ 基板 ５ プラズマガン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−39824（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−62913（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−291047（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/265 C23C 14/22 - 14/46
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上にイオン化クラスタビーム蒸着に
よる気相成長により非晶質シリコン半導体薄膜を形成す
る際に、当該非晶質シリコン半導体薄膜が１Å堆積する
時間当たりに４×１０ 10 ｃｍ -2 以上の割合で水素イオン
を成長膜に照射して膜中の水素量を減少させて低水素量
の非晶質シリコン半導体薄膜を形成することを特徴とす
る低水素量非晶質シリコン半導体薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 前記非晶質シリコン半導体薄膜の形成速
度を３０Å／分以下に制御することを特徴とする請求項
１に記載の低水素量非晶質シリコン半導体薄膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06201914A JP3102540B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 低水素量非晶質シリコン半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06201914A JP3102540B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 低水素量非晶質シリコン半導体薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864543A JPH0864543A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3102540B2 true JP3102540B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=16448901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06201914A Expired - Fee Related JP3102540B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 低水素量非晶質シリコン半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3102540B2 (ja) |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP06201914A patent/JP3102540B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0864543A (ja) | 1996-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees | ||
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |