JP3126176B2 - Semiconductor thin film - Google Patents

Semiconductor thin film

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JP3126176B2
JP3126176B2 JP03248861A JP24886191A JP3126176B2 JP 3126176 B2 JP3126176 B2 JP 3126176B2 JP 03248861 A JP03248861 A JP 03248861A JP 24886191 A JP24886191 A JP 24886191A JP 3126176 B2 JP3126176 B2 JP 3126176B2
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  • Photovoltaic Devices (AREA)
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高性能の非晶質太陽電池
に於ける、可視光に対して低吸収で、かつ、高キャリア
密度の結晶性半導体薄膜を極薄膜状態で形成する技術に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a crystalline semiconductor thin film having a low absorption of visible light and a high carrier density in an ultra-thin state in a high-performance amorphous solar cell. .

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質太陽電池は、電卓や時計を駆動す
るための出力の小さいエネルギー供給源として既に実用
化されている。しかしながら、太陽光発電用途のよう
に、 0.1W以上のような出力の大きいエネルギー供給源
としては、性能および安定性に関しては十分とはいえ
ず、性能向上をめざして、各種の検討が実施されてい
る。しかして、太陽電池の光電変換効率は開放端電圧、
短絡光電流ならびに曲線因子の積で表される。各種の検
討の結果、短絡光電流ならびに曲線因子については、現
在の達成値は理論的に予想される値に近づいてきたが、
こと開放端電圧は未だ充分改善されていない。太陽電池
の信頼性向上のために、近年、光入射側にp層を設けた
pin型非晶質太陽電池が検討されている。この非晶質
太陽電池において、開放端電圧を改善するためには、p
型半導体薄膜の光電特性を改善せねばならず、特に、光
学的バンドギャップの拡大と電気導電率の向上を同時に
行わねばならないところに、技術の困難性があった。こ
れらを満足する材料として、微結晶薄膜が提案されてい
るが、プラズマCVD法などの従来技術を用いて、透明
電極上にp型微結晶薄膜を形成すべき成膜条件で薄膜の
形成を試みても、結果的には非晶質太陽電池の開放端電
圧は向上していない。この理由として、pin型非晶質
太陽電池のp層として必要十分な50〜300Åの膜厚にお
いて、透明電極上にp型微結晶薄膜を形成することが困
難なためであることが報告されている(例えば、ビー.
ゴールドスタイン他「通常のRFグロー放電によって成
膜されたp型 SiC:H微結晶薄膜の特性」、アプライドフ
ィジックス レター、53巻、2672〜2674頁、1988年発行
(B.Goldsteinet al.,"Properties of p+ microcrystal
line films of SiC:H deposited by conventional rf g
low discharge", Applied Physics letters, 53, p2672
〜2674(1988))。つまり、50〜 300Åの膜厚においては
結晶化せず、高抵抗化しており、曲線因子も低く、開放
端電圧の改善も得られない。一方、ECR(Electron Cy
clotron Resonane) プラズマCVD法を用いてp層を形
成した場合は、開放端電圧の改善および光電変換効率の
向上が報告されているが、本法ではイオン衝撃による下
地材料への損傷が激しく、本法によって得られるp型微
結晶薄膜の特性を十分に引き出せていないのが現状であ
る(例えば、ユタカ.ハットリ他「ECR−CVDで形
成したp型微結晶 SiC膜を用いた高効率アモルファスヘ
テロ接合太陽電池」テクニカル ダイジェスト オブ
インターナショナル PVSEC−3、171 〜174 頁、1987年
発行(Y.Hattori et al., "High Efficiency Amorphous
Heterojunction Solar cell Employing ECR-CVD Produc
ed p-Type MicrocrystallineSiC Film", Technical Dig
est of the International PVSEC-3 、p.171 〜174(198
7) 参照のこと) 。
2. Description of the Related Art Amorphous solar cells have already been put into practical use as energy sources with a small output for driving calculators and watches. However, as an energy source with a large output of 0.1 W or more, such as for photovoltaic power generation, its performance and stability are not sufficient, and various studies have been conducted with the aim of improving performance. I have. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is the open-circuit voltage,
It is expressed by the product of the short-circuit photocurrent and the fill factor. As a result of various studies, with regard to the short-circuit photocurrent and fill factor, the current achieved value has approached the theoretically expected value.
That is, the open-circuit voltage has not been sufficiently improved. In recent years, in order to improve the reliability of a solar cell, a pin-type amorphous solar cell having a p-layer on the light incident side has been studied. In this amorphous solar cell, in order to improve the open-circuit voltage, p
There is a technical difficulty in that the photoelectric characteristics of the mold semiconductor thin film must be improved, and in particular, the enlargement of the optical band gap and the improvement of the electric conductivity must be performed simultaneously. A microcrystalline thin film has been proposed as a material that satisfies these conditions. Attempts have been made to form a thin film using a conventional technique such as a plasma CVD method under conditions where a p-type microcrystalline thin film should be formed on a transparent electrode. However, as a result, the open-circuit voltage of the amorphous solar cell has not been improved. It has been reported that the reason for this is that it is difficult to form a p-type microcrystalline thin film on a transparent electrode at a film thickness of 50 to 300 ° necessary and sufficient as a p-type amorphous solar cell p-layer. (For example, Be.
Goldstein et al., "Characteristics of p-type SiC: H Microcrystalline Thin Film Formed by Normal RF Glow Discharge," Applied Physics Letter, vol. 53, pp. 2672 to 2674, published in 1988 of p + microcrystal
line films of SiC: H deposited by conventional rf g
low discharge ", Applied Physics letters, 53, p2672
~ 2674 (1988)). In other words, at a film thickness of 50 to 300 °, crystallization does not occur, the resistance is increased, the fill factor is low, and the improvement of the open-circuit voltage cannot be obtained. On the other hand, ECR (Electron Cy
(clotron Resonane) When a p-layer is formed by plasma CVD, improvements in open-circuit voltage and photoelectric conversion efficiency have been reported.However, in this method, the underlying material is severely damaged by ion bombardment. At present, the properties of the p-type microcrystalline thin film obtained by the method have not been fully exploited (for example, Yutaka Hattori et al., "Highly efficient amorphous heterojunction using p-type microcrystalline SiC film formed by ECR-CVD" Solar Cell "Technical Digest of
International PVSEC-3, pages 171 to 174, published in 1987 (Y. Hattori et al., "High Efficiency Amorphous
Heterojunction Solar cell Employing ECR-CVD Produc
ed p-Type MicrocrystallineSiC Film ", Technical Dig
est of the International PVSEC-3, p.171-174 (198
7) See).

【0003】近年、成膜後、該膜を、マイクロ波プラズ
マや高周波プラズマ等で発生させた原子状水素で処理す
ることを繰り返すことにより、微結晶薄膜が得られるこ
とは報告されているが、これらについては、全膜厚が 3
00Å以下でも微結晶化が可能であるかは言及されていな
い(例えば、エー.アサノ「水素化アモルファスシリコ
ンおよび微結晶シリコン薄膜の網目構造に対する水素原
子の影響」、アプライド フィジックス レター、56
巻、533 〜535 頁、1990年発行 (A.Asano, "Effects of
hydrogen atoms on the network structure of hydro
genated amorphous and microcrystalline silicon thi
n films", Applied Physics letters, 56,p.533〜535
(1990))、イサム.シミズ他「低基板温度での結晶性シ
リコンの成長に対する化学反応制御」、マテリアル リ
サーチ ソサエティー シンポジウム プロシーディン
グ、164 巻、195 〜204 頁、1990年発行(I.Shimizu et
al.,"Control of Chemical Reactions for Growth of C
rystalline Si at Low Substrate Temperature , Matir
ials Research Society Symposium Proceeding Vol.16
4, p.195 〜204 (1990)))。
In recent years, it has been reported that a microcrystalline thin film can be obtained by repeatedly treating a film with atomic hydrogen generated by microwave plasma, high-frequency plasma or the like after film formation. For these, a total film thickness of 3
It is not mentioned whether microcrystallization is possible even below 00 ° (for example, A. Asano, "Effect of hydrogen atoms on network structure of hydrogenated amorphous silicon and microcrystalline silicon thin film", Applied Physics Letter, 56
Volume, pp. 533-535, 1990 (A. Asano, "Effects of
hydrogen atoms on the network structure of hydro
genated amorphous and microcrystalline silicon thi
n films ", Applied Physics letters, 56, pp. 533-535
(1990)), Isamu. Shimizu et al., "Chemical Reaction Control for Crystalline Silicon Growth at Low Substrate Temperature," Material Research Society Symposium Proceeding, Volume 164, pp. 195-204, 1990 (I. Shimizu et al.)
al., "Control of Chemical Reactions for Growth of C
rystalline Si at Low Substrate Temperature, Matir
ials Research Society Symposium Proceeding Vol.16
4, p.195-204 (1990)).

【0004】また、900 〜1000Åのシリコン薄膜を形成
後、イオンビームで処理することにより、微結晶薄膜が
得られることも報告されているが、これらの場合、keV
〜MeV オーダーの高エネルギ−のイオンを照射しなけれ
ばならず(例えば、ジェー.エス.イム他「アモルファ
スシリコン薄膜内でのイオン照射による結晶核生成」ア
プライド フィジックス レター、57巻、1766〜1768
頁、1990年発行 (J.S.Imet al., "Ion irradiation enh
anced crystal nucleation in amorphous Si thin film
s", Applied Physics letters, 57, p.1766 〜1768 (19
90))、シー.スピネラ他「化学気相堆積法によるアモル
ファスシリコンへのイオンビーム照射下での粒成長機
構」アプライド フィジックス レター、57巻、554 〜
556 頁、1990年発行(C.Spinella et al., "Grain growt
h kinetics during ion beam irradiation of chemical
vapor deposited amorphous silicon", Applied Physi
cs letters, 57, p.554 〜556 (1990)))、下地材料への
損傷が生じること、並びに、装置が極めて大型で高価な
ものになり、実用的でない。
[0004] It has also been reported that a microcrystalline thin film can be obtained by forming a silicon thin film of 900 to 1000 ° and then treating it with an ion beam.
It must be irradiated with high-energy ions of the order of ~ MeV (for example, J. S. Im et al., "Crystal nucleation by ion irradiation in amorphous silicon thin film", Applied Physics Letter, vol. 57, pp. 1766-1768)
Page, 1990 (JSImet al., "Ion irradiation enh
anced crystal nucleation in amorphous Si thin film
s ", Applied Physics letters, 57, p. 1766-1768 (19
90)), Sea. Spinella et al., "Grain Growth Mechanism of Amorphous Silicon by Chemical Vapor Deposition under Ion Beam Irradiation," Applied Physics Letter, 57, 554-
556 pages, 1990 (C. Spinella et al., "Grain growt
h kinetics during ion beam irradiation of chemical
vapor deposited amorphous silicon ", Applied Physi
cs letters, 57, p.554-556 (1990)), damage to the underlying material occurs, and the equipment becomes extremely large and expensive, making it impractical.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来不可能
であった極薄膜状態(300Å以下)で結晶性を有し、か
つ、低抵抗で、高キャリア密度の特性を有する型半導体
薄膜を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a type semiconductor thin film having crystallinity in an extremely thin film state (300 ° or less), low resistance, and high carrier density, which has been impossible in the past. The purpose is to gain.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、鋭意検討した結果、イオン発生装置内
に炭化水素化合物または有機珪素化合物のガスを含むガ
スを導入し、成長表面へ好ましくは1keV以下の低エネル
ギーイオンを照射しながら 100Å以下の極薄膜を形成
後、更にイオン照射を継続することにより膜の結晶化が
促進され、その工程を繰り返すことにより、300 Å以下
の膜厚でも結晶性を有し、かつ、低吸収、高キャリア密
度の半導体薄膜を形成することが可能であることを見出
し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, introduced a gas containing a hydrocarbon compound or an organic silicon compound gas into the ion generator, and grown the growth surface. After forming an ultra-thin film of 100 mm or less while irradiating low-energy ions of preferably 1 keV or less, crystallization of the film is promoted by further continuing ion irradiation. The present inventors have found that it is possible to form a semiconductor thin film having crystallinity even at a large thickness, and having low absorption and high carrier density, and completed the present invention.

【0007】本発明は、炭化水素化合物または有機珪素
化合物と非堆積性のガスの混合ガスを放電させて得られ
た荷電粒子を含む雰囲気で、シリコン系薄膜形成原料を
供給してシリコン系薄膜形成を行う工程(以下、成膜工
程と略称する)と、該シリコン系薄膜形成原料の供給を
停止して、炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆
積性のガスの混合ガスを放電させて得られた荷電粒子を
含む雰囲気に当該薄膜形成表面をさらす工程(以下、改
質工程と略称する)とを繰り返し、かつ、その一回の繰
り返しにおいて形成されるシリコン系薄膜の厚みが1か
ら 100Åである全膜厚が 300Å以下の結晶性半導体薄
膜、を要旨とするものである。
The present invention provides a method for forming a silicon-based thin film by supplying a silicon-based thin film forming raw material in an atmosphere containing charged particles obtained by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposition gas. (Hereinafter, abbreviated as a film forming step), and stopping the supply of the silicon-based thin film forming raw material, and discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposition gas. Exposing the surface on which the thin film is formed to an atmosphere containing charged particles (hereinafter, abbreviated as a modifying step), and the thickness of the silicon-based thin film formed in one repetition is 1 to 100 °. A gist is a crystalline semiconductor thin film having a total thickness of 300 mm or less.

【0008】本発明において、成膜工程は、その薄膜成
長を炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性の
ガスの混合ガスを放電せしめて生成する荷電粒子を含む
雰囲気で行うことに最大の特徴を有し、薄膜形成原料の
供給手段、ひいては成膜手段自体は、特に限定されるも
のではない。具体的には、真空蒸着、スパッタリング、
イオンプレーティングなどの物理的成膜方法や光CV
D、プラズマCVDなどの化学気相成膜(CVD)法に
より実施される。荷電粒子を含む雰囲気とは、炭化水素
化合物または有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガ
スを放電せしめて生成する、炭化水素化合物または有機
珪素化合物および/または非堆積性ガスの陽イオンまた
は陰イオンを含む雰囲気である。本発明においては、こ
れを基板にバイアス電圧を印加する等の手段により、成
膜工程中に、基板上に形成された薄膜表面に導く(衝突
させる) ものである。
In the present invention, the film forming step is most characterized in that the thin film is grown in an atmosphere containing charged particles generated by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposition gas. The means for supplying a raw material for forming a thin film and the film forming means itself are not particularly limited. Specifically, vacuum deposition, sputtering,
Physical film formation methods such as ion plating and optical CV
D. This is performed by a chemical vapor deposition (CVD) method such as plasma CVD. An atmosphere containing charged particles refers to a cation or an anion of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and / or a non-deposited gas generated by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposited gas. The atmosphere contains ions. In the present invention, this is guided (collides) with the surface of the thin film formed on the substrate during the film formation process by means such as applying a bias voltage to the substrate.

【0009】一方、改質工程とは、成膜工程での薄膜形
成原料の供給を停止し、炭化水素化合物または有機珪素
化合物と非堆積性のガスの混合ガスを放電せしめて生成
する荷電粒子を含む雰囲気のみ継続させ、基板上に形成
された薄膜形成表面に導き(さらし)、成膜工程で形成
された半導体薄膜の性質を改質する工程である。なお、
この際、炭化水素化合物または有機珪素化合物の分解生
成種が薄膜表面を覆っても、なんら本発明の効果を妨げ
るものではない。また、勿論炭化水素化合物と有機珪素
化合物は併用してもよい。
On the other hand, the reforming step is to stop supplying the thin film forming raw material in the film forming step and discharge the mixed gas of the hydrocarbon compound or the organic silicon compound and the non-deposition gas to generate charged particles. In this step, only the atmosphere containing the thin film is continued (exposed) to the surface on which the thin film formed on the substrate is formed, and the properties of the semiconductor thin film formed in the film forming step are modified. In addition,
At this time, the effect of the present invention is not impeded even if the hydrocarbons or the species produced by decomposition of the organic silicon compound cover the surface of the thin film. Of course, the hydrocarbon compound and the organic silicon compound may be used in combination.

【0010】以下に、まず、効果的な物理的成膜方法を
説明する。前述したように、成膜工程での炭化水素化合
物または有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガスを
放電せしめて生成する荷電粒子を含む雰囲気の発生は、
これから説明する物理的成膜方法や化学気相成膜法と併
せて行われるものであるが、独立に制御できるものであ
る。しかして、これは、改質工程での、炭化水素化合物
または有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガスを放
電せしめて生成する荷電粒子を含む雰囲気の発生方法と
同じ発生方法であるので、効果的な発生法などについて
は、後述する改質工程の具体的な項で説明する。成膜の
ための出発原料として、シリコン、炭化シリコン、窒化
シリコン、シリコン−ゲルマニウム合金または複合粉
末、シリコン−錫合金または複合粉末などシリコンの元
素や化合物、合金を効果的に用いることができる。成膜
条件は、薄膜成長中に荷電粒子を含む雰囲気にさらしな
がら成膜を行う以外には、とくに限定されるものではな
く、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオン、クリプト
ン等の希ガス、水素、炭化水素、フッ素、窒素、酸素ガ
ス等の雰囲気で成膜することができる。具体的な条件と
して、ガス流量は、0.1 〜 100sccm、反応圧力は、0.00
01mtorr 〜100mtorrの範囲である。また、成膜速度に応
じて、流量、圧力、電力等の成膜条件は適宜選択され
る。成膜温度の管理は、成膜中の基板温度を管理するこ
とで行われる。温度範囲は、基本的には制約をうけるも
のではないが、改質工程に適合させて温度を設定するこ
とが好ましい。具体的には、500 ℃以下の温度範囲で選
択される。
First, an effective physical film forming method will be described below. As described above, the generation of an atmosphere containing charged particles generated by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposited gas in the film formation step is as follows.
This method is performed in conjunction with a physical film formation method and a chemical vapor deposition method described below, but can be controlled independently. Thus, this is the same generation method as the generation method of the atmosphere including the charged particles generated by discharging the mixed gas of the hydrocarbon compound or the organic silicon compound and the non-depositable gas in the reforming step, An effective generation method and the like will be described in a specific section of the reforming step described later. As a starting material for forming a film, an element, compound, or alloy of silicon such as silicon, silicon carbide, silicon nitride, a silicon-germanium alloy or a composite powder, a silicon-tin alloy, or a composite powder can be effectively used. The film forming conditions are not particularly limited, except that the film is formed while being exposed to an atmosphere containing charged particles during the growth of the thin film, and rare gases such as argon, xenon, helium, neon, krypton, hydrogen, and carbon are used. The film can be formed in an atmosphere of hydrogen, fluorine, nitrogen, oxygen gas, or the like. As specific conditions, the gas flow rate is 0.1 to 100 sccm, and the reaction pressure is 0.00
The range is from 01mtorr to 100mtorr. In addition, film forming conditions such as a flow rate, a pressure, and an electric power are appropriately selected according to a film forming speed. The film formation temperature is controlled by controlling the substrate temperature during film formation. Although the temperature range is not basically limited, it is preferable to set the temperature in accordance with the reforming step. Specifically, it is selected in a temperature range of 500 ° C. or less.

【0011】次に、効果的な化学気相成膜法の具体的示
例をに示す。成膜のための原料ガスとして、一般式SinH
2n+2(nは自然数)で表されるモノラン、ジシラン、ト
リシラン、テトラシランなどシラン化合物やフッ化シラ
ン、有機シラン、炭化水素、ゲルマン化合物などが用い
られる。また、希釈ガスとして、水素、重水素、フッ
素、塩素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、ク
リプトン、窒素などのガスを原料ガスとともに導入して
も良い。これらのガスを用いる場合には、原料ガスに対
して、0.01〜100 %(容積比率)の範囲で用いると効果
的であり、成膜速度や膜特性を考慮して適宜選択される
ものである。成膜条件については、物理的成膜方法と同
様に、薄膜成長中に荷電粒子を含む雰囲気で成膜を行う
こと以外にはとくに限定されるものではない。具体的な
条件を以下に開示する。光CVDは、低圧水銀ランプや
重水素ランプや希ガスランプなどの、波長350nm以下の
紫外光源を用いて原料ガスを分解し成膜が行われる。成
膜時の条件として、ガス流量1〜 100sccm、反応圧力15
mtorr 〜大気圧、基板温度 200〜 600℃、基板の耐熱
性、成膜速度から考えられる成膜時間、改質工程の温度
等を考慮すると、より好ましくは、300 〜 500℃の範囲
において適宜選択される。また、プラズマCVDについ
て、以下に具体的に示すとおりである。放電の方式とし
て、高周波放電、直流放電、マイクロ波放電、ECR放
電等の方式を有効に用いることができる。原料ガスの流
量1〜 900sccm、反応圧力0.001mtorr〜大気圧、電力1
mW/ cm2 〜 10W/ cm2 の範囲で十分である。これらの成
膜条件は成膜速度、放電方法に応じ適宜変更されるもの
である。基板温度は 200〜 600℃であり、より好ましく
は、 300〜 500℃である。
Next, a specific example of an effective chemical vapor deposition method will be described. As a source gas for film formation, a general formula Si n H
A silane compound such as monolan, disilane, trisilane, and tetrasilane represented by 2n + 2 (n is a natural number), fluorinated silane, organic silane, hydrocarbon, and germane compound are used. As a diluent gas, a gas such as hydrogen, deuterium, fluorine, chlorine, helium, argon, neon, xenon, krypton, or nitrogen may be introduced together with the source gas. When these gases are used, it is effective to use them in the range of 0.01 to 100% (volume ratio) with respect to the raw material gas, which is appropriately selected in consideration of the film forming speed and film characteristics. . Like the physical film forming method, the film forming conditions are not particularly limited except that the film is formed in an atmosphere containing charged particles during the growth of the thin film. Specific conditions are disclosed below. In the photo CVD, a source gas is decomposed by using an ultraviolet light source having a wavelength of 350 nm or less, such as a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, or a rare gas lamp, to form a film. The conditions at the time of film formation are as follows: gas flow rate 1 to 100 sccm, reaction pressure 15
mtorr to atmospheric pressure, substrate temperature 200 to 600 ° C, considering the heat resistance of the substrate, the film forming time considered from the film forming speed, the temperature of the reforming step, etc., more preferably, appropriately in the range of 300 to 500 ° C. Is done. Further, the plasma CVD is specifically described below. As a discharge method, a method such as a high-frequency discharge, a DC discharge, a microwave discharge, and an ECR discharge can be effectively used. Source gas flow rate 1 ~ 900sccm, reaction pressure 0.001mtorr ~ atmospheric pressure, electric power 1
A range of mW / cm 2 to 10 W / cm 2 is sufficient. These film forming conditions are appropriately changed according to the film forming speed and the discharge method. The substrate temperature is from 200 to 600C, more preferably from 300 to 500C.

【0012】本発明において、改質工程及び成膜工程に
おける炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性
のガスの混合ガスを放電せしめて得られたこれらの荷電
粒子を含む雰囲気とは、炭化水素化合物または有機珪素
化合物と非堆積性ガスの混合ガスを用いた放電により、
炭化水素化合物または有機珪素化合物および/ または非
堆積性ガスの陽イオンまたは陰イオンからなる荷電粒子
を発生させ、成長表面に暴露した雰囲気である。その雰
囲気中にイオン化されていないものが存在していても、
なんら本発明の効果を妨げるものではない。この放電雰
囲気に基板( 上の薄膜 )を暴露するとともに、基板にバ
イアス電圧を印加し、イオン化した成分を効果的に基板
上に導くことは改質方法としてより好ましい手段であ
る。しかして、放電を発生させる方式は高周波放電、直
流放電、マイクロ波放電、ECR放電等を有効に利用す
ることができる。又、イオン発生装置により、効果的に
イオンを発生せしめ、これを基板表面に導くことも本発
明においては有用な方法である。具体的には、カウフマ
ン型イオン銃やECRイオン銃など種々のイオン発生装
置が用いられる。
In the present invention, the atmosphere containing these charged particles obtained by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organosilicon compound and a non-depositable gas in the reforming step and the film forming step is defined as a hydrocarbon. By discharge using a mixed gas of a compound or an organic silicon compound and a non-deposition gas,
This is an atmosphere in which charged particles composed of cations or anions of a hydrocarbon compound or an organosilicon compound and / or a non-deposition gas are generated and exposed to the growth surface. Even if there is something that is not ionized in that atmosphere,
It does not hinder the effects of the present invention. Exposure of the substrate (upper thin film) to the discharge atmosphere, application of a bias voltage to the substrate, and effective introduction of ionized components onto the substrate are more preferable means as a modification method. As a method of generating a discharge, a high-frequency discharge, a DC discharge, a microwave discharge, an ECR discharge, or the like can be effectively used. It is also a useful method in the present invention to effectively generate ions by an ion generator and guide the ions to the substrate surface. Specifically, various ion generators such as a Kauffman ion gun and an ECR ion gun are used.

【0013】本発明において、炭化水素化合物または有
機珪素化合物のガスとは、メタン、エタンなどの飽和炭
化水素化合物、エチレン、アセチレンなどの不飽和炭化
水素化合物、メチルシラン、ジメチルシラン、ジシリル
メタン、ジメチルジシランなどの有機シラン化合物など
であり、これらのガスに必要に応じて、水素ガス、重水
素ガス、フッ化水素ガス、フッ素ガス、三フッ化窒素、
四フッ化炭素、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガ
ス、キセノンガス、クリプトンガスなどの非堆積性ガス
を混合することは、本発明の妨げとはならず、むしろよ
り好ましい態様である。炭化水素化合物または有機珪素
化合物のガスとそれ以外のガスとの混合比は、欲する薄
膜の吸収係数、導電率、キャリア密度に併せて、適時、
選択されるが、通常、100ppm〜100 %、より好ましく
は、1%〜50%の範囲に混合される。この混合比が低す
ぎる場合は、吸収係数が高くなってしまい、この混合比
が高すぎる場合は、結晶化が阻害され、やはり、キャリ
ア密度が低下し、高抵抗の膜となる。なおすでに述べた
ように、炭化水素化合物と有機珪素化合物は併用しても
よい。この場合は、混合比は、両者の合計で上記の範囲
になるようにする。
In the present invention, the hydrocarbon compound or organic silicon compound gas includes saturated hydrocarbon compounds such as methane and ethane, unsaturated hydrocarbon compounds such as ethylene and acetylene, methylsilane, dimethylsilane, disilylmethane, dimethyldisilane and the like. Of these gases, if necessary, hydrogen gas, deuterium gas, hydrogen fluoride gas, fluorine gas, nitrogen trifluoride,
Mixing a non-deposition gas such as carbon tetrafluoride, argon gas, neon gas, helium gas, xenon gas, and krypton gas does not hinder the present invention and is a more preferable embodiment. The mixing ratio between the hydrocarbon compound or organic silicon compound gas and the other gas is adjusted according to the desired thin film absorption coefficient, conductivity, and carrier density.
Although it is selected, it is usually mixed in the range of 100 ppm to 100%, more preferably 1% to 50%. If the mixing ratio is too low, the absorption coefficient will be high. If the mixing ratio is too high, crystallization will be hindered, and the carrier density will decrease, resulting in a film with high resistance. As described above, the hydrocarbon compound and the organic silicon compound may be used in combination. In this case, the mixing ratio is set to be in the above range in total of both.

【0014】次に、改質工程の具体的な条件を開示す
る。放電を用いる場合には、放電電力1〜500W、炭化水
素化合物または有機珪素化合物と非堆積性ガスの混合ガ
スを流量5〜 500sccm、圧力0.001mtorr〜大気圧の範囲
において、発生維持される。イオン銃を用いる場合に
は、炭化水素化合物または有機珪素化合物と非堆積性ガ
スとの混合ガスの流量 0.1〜 50sccm 、圧力0.0001mtor
r 〜100mtorrであり、イオンの発生ならびに十分の寿命
を有する圧力範囲が用いられる。また、イオンエネルギ
ーとしては、10〜1000eVの範囲で十分であり、好ましく
は 100〜 600eVである。イオンのエネルギーをこの範囲
を越えて高くすると、改質の効果よりも、イオンによる
損傷やスパッタリング現象が激しくなり効果的でない。
改質工程における温度条件は基板の温度で管理・制御さ
れる。この基板温度は、成膜工程の基板温度と同じかあ
るいはより低い温度であり、室温から600 ℃、好ましく
は、200 〜500 ℃である。一回の成膜工程においては、
1〜 100Å、好ましくは3〜50Åの膜厚に形成される。
膜厚が 100Åを越える場合には、本発明の効果が低下す
る。また、1Å未満の膜厚においては、実用性の観点か
ら成膜、改質の繰り返し回数が増加するので好ましくな
い。1サイクルに要する時間は、特に限定される要件で
はないが、1000秒以内である。
Next, specific conditions for the reforming step will be disclosed. When the discharge is used, a discharge power of 1 to 500 W, a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposition gas is generated and maintained at a flow rate of 5 to 500 sccm and a pressure of 0.001 mtorr to atmospheric pressure. When using an ion gun, the flow rate of a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposition gas is 0.1 to 50 sccm, and the pressure is 0.0001 mtorr.
A pressure range from r to 100 mtorr with ion generation and sufficient lifetime is used. The ion energy in the range of 10 to 1000 eV is sufficient, and preferably 100 to 600 eV. If the energy of the ions is increased beyond this range, the damage due to the ions and the sputtering phenomenon become more intense than the effect of the modification, which is not effective.
Temperature conditions in the reforming step are managed and controlled by the temperature of the substrate. This substrate temperature is the same as or lower than the substrate temperature in the film forming step, and is from room temperature to 600 ° C, preferably 200 to 500 ° C. In one film forming process,
It is formed to a thickness of 1 to 100 °, preferably 3 to 50 °.
When the thickness exceeds 100 °, the effect of the present invention is reduced. On the other hand, a film thickness of less than 1 mm is not preferred because the number of times of film formation and modification is increased from the viewpoint of practicality. The time required for one cycle is not particularly limited, but is within 1000 seconds.

【0015】キャリア密度を増加させ、低抵抗化させる
ために、上記に示されたガス以外にp型を付与するガス
もしくはn型を付与するガスを導入することも好ましい
態様である。これらのガスは成膜原料と併せて導入して
も、炭化水素化合物または有機珪素化合物のガスと混合
して、イオン発生装置に導入してもどちらでもよい。p
型を付与するガスとしては、ジボランなどのホウ素水素
化物、三フッ化ホウ素などのハロゲン化ホウ素化合物、
トリメチルホウ素などの有機ホウ素化合物などのガスが
用いられる。一方、n型を付与するガスとしては、ホス
フィンなどのリン水素化合物、アルシンなどの砒素水素
化合物、トリメチルリン、トリメチル砒素などの有機リ
ン化合物、有機砒素化合物などのガスが用いられる。も
ちろん、これらのガスに水素、重水素、アルゴン、ヘリ
ウム、キセノン、ネオン、クリプトンなどの非堆積性の
ガスと混合して用いることが可能であり、より好ましい
態様である。
In order to increase the carrier density and reduce the resistance, it is also a preferable embodiment to introduce a gas imparting a p-type or a gas imparting an n-type in addition to the above-mentioned gases. These gases may be introduced together with the film forming raw material, or may be mixed with a gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and introduced into the ion generator. p
Examples of the mold-providing gas include boron hydrides such as diborane, boron halide compounds such as boron trifluoride,
A gas such as an organic boron compound such as trimethyl boron is used. On the other hand, as the gas for imparting the n-type, a gas such as a phosphorus hydrogen compound such as phosphine, an arsenic hydrogen compound such as arsine, an organic phosphorus compound such as trimethyl phosphorus or trimethyl arsenic, or an organic arsenic compound is used. Of course, these gases can be used by mixing with non-depositing gases such as hydrogen, deuterium, argon, helium, xenon, neon, and krypton, which is a more preferable embodiment.

【0016】本発明の半導体薄膜が形成される基板は、
本発明のプロセス温度に耐えること以外には限定される
条件はない。青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラ
ス等の透光性の材料や金属、セラミックス、耐熱性高分
子材料等を基板として使用できる。また、太陽電池やセ
ンサー等に用いられる電極が形成された基板も本発明に
おいて有効に用いられることは勿論である。なお、本発
明を実施するために好ましい半導体薄膜製造装置の一例
を図1に示した。ここで、1は電子ビーム蒸着装置、2
はイオンビーム発生装置、3はシャッター、4は基板、
5は基板ヒーター、6はターボ分子ポンプ、7は油回転
ポンプ、8はガス流量計、9は基板バイアス電源をそれ
ぞれ示す。以下の実施例、比較例は、この装置を使用し
て実験を行った。
The substrate on which the semiconductor thin film of the present invention is formed comprises:
There are no limiting conditions other than withstanding the process temperatures of the present invention. Transparent materials such as blue plate glass, borosilicate glass, and quartz glass, metals, ceramics, heat-resistant polymer materials, and the like can be used as the substrate. In addition, it goes without saying that a substrate on which electrodes used for a solar cell, a sensor, and the like are formed is also effectively used in the present invention. FIG. 1 shows an example of a semiconductor thin film manufacturing apparatus preferable for carrying out the present invention. Here, 1 is an electron beam evaporation apparatus, 2
Is an ion beam generator, 3 is a shutter, 4 is a substrate,
Reference numeral 5 denotes a substrate heater, 6 denotes a turbo molecular pump, 7 denotes an oil rotary pump, 8 denotes a gas flow meter, and 9 denotes a substrate bias power supply. In the following Examples and Comparative Examples, experiments were performed using this device.

【0017】[0017]

【実施例】実施例1 本発明を実施するための装置を図1に示す。装置は、シ
リコンを堆積するための電子ビーム蒸着装置1及びイオ
ンを発生するためのイオン発生装置2から構成されてい
る。電子ビーム蒸着装置とイオン発生装置にシャッター
3を設け、このシャッターの開閉により、成膜と改質を
繰り返すことができる。出発原料として、高純度シリコ
ンをるつぼにセットし、電子ビームを入射し、蒸発させ
た。基板温度は、次の改質工程の温度である 200℃に設
定した。イオン発生装置に、水素ガス10sccm、2%ジボラ
ン/水素希釈ガス 0.5sccm、炭化水素化合物としてメタ
ンガス0.2 sccm導入し、圧力1×10-3 torr に調整し、
イオンビーム電圧300V、加速電圧 50V印加し、イオンビ
ームを発生させ、イオンビームのシャッターを開き、基
板4にイオンビームを照射した。ここで、プローブによ
り、基板表面近傍にイオンが存在すること、すなわち、
基板表面が荷電粒子を含む雰囲気となっていることを確
認した。同時に、電子ビーム蒸着装置のシャッターを20
秒開き、基板上に20Åシリコン薄膜を蒸着した( 成膜工
程 )。次に、電子ビーム蒸着装置のシャッターを閉じ、
イオンビーム照射のみを10秒行った( 改質工程)。こう
して、電子ビーム蒸着装置のシャッターの開閉を各々の
時間間隔で繰り返した。10回の繰り返しにより約 200Å
の薄膜を得た。ここで用いた基板は、石英ガラス基板又
は酸化スズがコートされたガラス基板を用いた。これら
の試料の結晶化の有無を調べるために、ラマン散乱スペ
クトルによる評価を行った。その結果を図2に示す。図
から明らかなように、本試料は、シリコン結晶に起因す
る 520cm-1のラマン散乱スペクトルが観測され、 200Å
の膜厚においても結晶性の薄膜を得られることが確認で
きた。また、この薄膜の暗導電率、キャリア密度、ホ−
ル移動度の測定を行ったところ、各々、1.5 S/cm、3×
1019cm-3、1 cm2/Vsと高導電率、高キャリア密度、高ホ
−ル移動度であることを確認できた。さらに、光学的バ
ンドギャップが 2.3 eV と300 〜700 nmの波長領域で極
めて低吸収の特性であった。
EXAMPLE 1 FIG. 1 shows an apparatus for carrying out the present invention. The apparatus includes an electron beam evaporation apparatus 1 for depositing silicon and an ion generator 2 for generating ions. A shutter 3 is provided in the electron beam evaporation apparatus and the ion generator, and film formation and modification can be repeated by opening and closing the shutter. As a starting material, high-purity silicon was set in a crucible, irradiated with an electron beam, and evaporated. The substrate temperature was set to 200 ° C., which is the temperature for the next reforming step. Hydrogen gas 10 sccm, 2% diborane / hydrogen dilution gas 0.5 sccm, and methane gas 0.2 sccm as a hydrocarbon compound were introduced into the ion generator, and the pressure was adjusted to 1 × 10 -3 torr.
An ion beam voltage of 300 V and an acceleration voltage of 50 V were applied to generate an ion beam, the shutter of the ion beam was opened, and the substrate 4 was irradiated with the ion beam. Here, the presence of ions by the probe near the substrate surface, that is,
It was confirmed that the substrate surface had an atmosphere containing charged particles. At the same time, set the shutter of the electron beam evaporation system to 20
After a few seconds, a 20 ° silicon thin film was deposited on the substrate (deposition process). Next, close the shutter of the electron beam evaporation device,
Only ion beam irradiation was performed for 10 seconds (reforming step). Thus, opening and closing of the shutter of the electron beam evaporation apparatus were repeated at each time interval. About 200Å after 10 repetitions
Was obtained. As the substrate used here, a quartz glass substrate or a glass substrate coated with tin oxide was used. In order to examine the presence or absence of crystallization of these samples, evaluation by Raman scattering spectrum was performed. The result is shown in FIG. As is clear from the figure, in this sample, a Raman scattering spectrum of 520 cm −1 due to the silicon crystal was observed,
It was confirmed that a crystalline thin film could be obtained even at a film thickness of. In addition, the dark conductivity, carrier density,
When the mobility was measured, they were 1.5 S / cm and 3 ×, respectively.
High conductivity, high carrier density and high hole mobility of 10 19 cm -3 and 1 cm 2 / Vs were confirmed. Furthermore, the optical band gap was 2.3 eV and the absorption was extremely low in the wavelength region of 300 to 700 nm.

【0018】実施例2 実施例1において、一回当たりの蒸着厚みならびに改質
時間のみ変更し、それぞれ、約4Åおよび6秒とした。
蒸着厚みの変更は、電子ビーム蒸着装置のシャッターを
開く時間を変更することにより実施した。実施例1にお
いて、電子ビーム蒸着による蒸着速度が約1Å/秒と判
明したので、本実施例においては一回の成膜時間を4秒
とした。蒸着工程−改質工程の50回の繰り返しにより約
200Åの薄膜を得た。実施例1と同様のラマン散乱スペ
クトルを測定した結果、実施例1と同様に 520cm-1での
シリコン結晶特有のラマン散乱スペクトルを得た。本実
施例は、非常に効果的であるが、成膜−改質の回数が実
施例1の5倍以上と多くなっり、かつ、アモルファスシ
リコンに起因する480cm -1のラマン散乱スペクトルに対
する 520cm-1のラマン散乱スペクトルの比が半分に減少
したことから、結晶化率が減少していると判断される。
また、結晶化率の低減のため、暗導電率が1桁、キャリ
ア密度、ホ−ル移動度も約半分の値であった。また、光
学的バンドギャップも 2.2 eV と微減した。
Example 2 In Example 1, only the deposition thickness per one time and the modification time were changed to about 4 ° and 6 seconds, respectively.
The deposition thickness was changed by changing the time for opening the shutter of the electron beam deposition apparatus. In Example 1, since the deposition rate by electron beam deposition was found to be about 1 秒 / sec, in this example, one deposition time was set to 4 seconds. Evaporation process-approx.
A 200 mm thin film was obtained. As a result of measuring the same Raman scattering spectrum as in Example 1, a Raman scattering spectrum peculiar to the silicon crystal at 520 cm −1 was obtained as in Example 1. This embodiment is very effective, deposition - many as the number of modified more than five times in the first embodiment Narri, and, 520 cm for Raman scattering spectra of the 480 cm -1 due to the amorphous silicon - Since the ratio of the Raman scattering spectrum of 1 was reduced by half, it is determined that the crystallization ratio was reduced.
Further, to reduce the crystallization rate, the dark conductivity was one digit, and the carrier density and the hole mobility were about half the values. Also, the optical band gap was slightly reduced to 2.2 eV.

【0019】実施例3 実施例1において、一回当たりの蒸着厚みならびに改質
時間のみ変更し、それぞれ、約80Åおよび10秒とした。
蒸着厚みの変更は電子ビーム蒸着装置のシャッターを開
く時間を変更することにより実施した。実施例1におい
て、電子ビーム蒸着による蒸着速度が約1Å/秒と判明
したので、本実施例においては一回の成膜時間を80秒と
した。蒸着工程−改質工程の3回の繰り返しにより約 2
40Åの薄膜を得た。実施例1と同様のラマン散乱スペク
トルを測定した結果、実施例1と同様に 520cm-1でのシ
リコン結晶特有のラマン散乱スペクトルを得た。本実施
例は非常に効果的であり、成膜−改質の回数が実施例1
の約 1/3で工程短縮が可能であるが、アモルファスシリ
コンに起因する480cm -1のラマン散乱スペクトルに対す
る 520cm-1のラマン散乱スペクトルの比が 1/4に減少し
たことから、結晶化率が減少していると判断され、暗導
電率が約2桁、キャリア密度、ホ−ル移動度が約1桁低
下した。また、光学的バンドギャップも 2.1 eV も僅か
ながら減少し、吸収係数が微増した。
Example 3 In Example 1, only the deposition thickness per one time and the modification time were changed to about 80 ° and 10 seconds, respectively.
The deposition thickness was changed by changing the time for opening the shutter of the electron beam deposition apparatus. In Example 1, since the deposition rate by electron beam deposition was found to be about 1Å / sec, one deposition time was set to 80 seconds in this example. Approximately 2
A 40 mm thin film was obtained. As a result of measuring the same Raman scattering spectrum as in Example 1, a Raman scattering spectrum peculiar to the silicon crystal at 520 cm −1 was obtained as in Example 1. This embodiment is very effective, and the number of film formation-modifications
However, the ratio of the 520 cm -1 Raman scattering spectrum to the 480 cm -1 Raman scattering spectrum attributable to amorphous silicon has been reduced to 1/4. It was determined that the density had decreased, and the dark conductivity decreased by about two orders, and the carrier density and the hole mobility decreased by about one order. The optical band gap also decreased slightly by 2.1 eV, and the absorption coefficient slightly increased.

【0020】比較例1 実施例1において、成膜を中断したイオン照射のみでの
改質工程を経ることなく( すなわち、イオン照射と成膜
を中断せずに行った。) 、200Åの厚みにまで形成し
た。すなわち、イオンビーム蒸着装置と電子ビーム蒸着
装置のシャッターを同時に開き、実施例1において、電
子ビーム蒸着による蒸着速度が約1Å/秒と判明したの
で、 200秒後に両方のシャッターを閉じて形成を終了し
た。本試料も実施例と同様にラマン散乱スペクトルを測
定したところ、図3に示すように、520cm-1でのシリコ
ン結晶特有のラマン散乱スペクトルを認められなかっ
た。この薄膜の暗導電率は4×10-13S/cm 、キャリア密
度3×1012cm-3、ホ−ル移動度0.0003 cm2/Vs と高抵
抗、低キャリア密度、低ホ−ル移動度の特性であった。
本比較例は、成膜とイオン照射のみによる改質を繰り返
すことが、全膜厚 300Å以下の状態で結晶性薄膜を得る
上で必須であることを明らかにしている。
Comparative Example 1 In Example 1, the thickness was reduced to 200 mm without going through a reforming step using only the ion irradiation in which the film formation was interrupted (that is, without performing the ion irradiation and the film formation). Formed up to. That is, the shutters of the ion beam evaporation apparatus and the electron beam evaporation apparatus were simultaneously opened, and in Example 1, the deposition rate by electron beam evaporation was found to be about 1 mm / sec. After 200 seconds, both shutters were closed to complete the formation. did. When the Raman scattering spectrum of this sample was measured in the same manner as in the example, as shown in FIG. 3, a Raman scattering spectrum peculiar to the silicon crystal at 520 cm −1 was not observed. The dark conductivity of this thin film is 4 × 10 -13 S / cm, the carrier density is 3 × 10 12 cm -3 , the hole mobility is 0.0003 cm 2 / Vs, and the resistance is high, the carrier density is low, and the hole mobility is low. It was the characteristic of.
This comparative example shows that it is essential to repeat the film formation and the modification only by ion irradiation in order to obtain a crystalline thin film in a state where the total film thickness is 300 mm or less.

【0021】比較例2 実施例1において、イオン発生装置にメタンガスを導入
しないで、他の条件は全く同じにして、薄膜を形成し
た。本条件により得られた薄膜のラマン散乱スペクトル
は、実施例1と同様なスペクトルが得られ、結晶薄膜を
得られたことは確認されたが、炭化水素化合物が導入さ
れていないために、光学的バンドギャップが 1.9 eV と
減少し、吸収係数の著しい増大が見られた。本比較例
は、結晶性薄膜を得るには、成膜とイオン照射による改
質の繰り返しでよいが、低吸収の特性を得るためには、
炭化水素化合物または有機珪素化合物の導入が必要であ
ることを示している。
Comparative Example 2 A thin film was formed in the same manner as in Example 1 except that methane gas was not introduced into the ion generator and the other conditions were exactly the same. The Raman scattering spectrum of the thin film obtained under these conditions was similar to that of Example 1, and it was confirmed that a crystalline thin film was obtained. However, since a hydrocarbon compound was not introduced, optical spectroscopy was not performed. The band gap decreased to 1.9 eV and the absorption coefficient increased significantly. In this comparative example, in order to obtain a crystalline thin film, repetition of film formation and modification by ion irradiation may be repeated.
This indicates that a hydrocarbon compound or an organic silicon compound needs to be introduced.

【0022】比較例3 実施例1において、Si薄膜を 200Åの厚みにまで形成し
た後、イオン照射のみを継続した。照射のみの時間は10
00秒とした。本条件により得られた薄膜のラマン散乱ス
ペクトルも、 520cm-1でのシリコン結晶特有のスペクト
ルは認められなかった。そのため、電気的特性は、高抵
抗、低キャリア密度の特性であった。本比較例は成膜−
改質工程の繰り返しにおいて、一回当たりの膜厚に上限
があることを示すものである。
Comparative Example 3 In Example 1, after forming a Si thin film to a thickness of 200 °, only ion irradiation was continued. Only irradiation time is 10
00 seconds. In the Raman scattering spectrum of the thin film obtained under these conditions, a spectrum specific to the silicon crystal at 520 cm -1 was not observed. Therefore, the electrical characteristics were high resistance and low carrier density. In this comparative example,
This shows that there is an upper limit to the film thickness per cycle in the repetition of the reforming process.

【0023】比較例4 実施例1において、成膜工程でイオン照射を行わずに膜
形成を実施した。すなわち、電子ビーム蒸着装置のシャ
ッターを20秒開き、基板上に20Åシリコン薄膜を蒸着後
( 成膜工程 )、電子ビーム蒸着装置のシャッターを閉じ
るとともに、イオンビームのシャッターを開き、イオン
ビーム照射を10秒行った( 改質工程 )。次に、イオンビ
ームのシャッターを閉じるとともに、電子ビーム蒸着装
置のシャッターを再び開けて成膜を行う。この成膜と改
質の繰り返しを10回繰り返すことにより、約 200Åの薄
膜を得た。本条件で形成した薄膜をラマン散乱スペクト
ルで測定した結果、 520cm-1でのシリコン結晶特有のラ
マン散乱スペクトルは認められなかった。また、電気的
特性は、高抵抗、低キャリア密度の特性であることがわ
かった。本比較例は、一回当たりの成膜厚みの条件を本
発明で規定する範囲に選択して、成膜−改質工程を繰り
返しても、成膜工程において、イオン照射がない場合
は、その効果が現れないことを明らかにしている。
Comparative Example 4 In Example 1, a film was formed without performing ion irradiation in the film forming process. In other words, after opening the shutter of the electron beam evaporation system for 20 seconds, depositing a 20 mm silicon thin film on the substrate
(Film forming step), the shutter of the electron beam evaporation apparatus was closed, and the ion beam shutter was opened, and ion beam irradiation was performed for 10 seconds (reforming step). Next, the shutter for the ion beam is closed, and the shutter of the electron beam evaporation apparatus is opened again to form a film. By repeating this film formation and modification ten times, a thin film of about 200 mm was obtained. As a result of measuring the thin film formed under these conditions by Raman scattering spectrum, a Raman scattering spectrum peculiar to silicon crystal at 520 cm −1 was not observed. It was also found that the electrical characteristics were characteristics of high resistance and low carrier density. In this comparative example, the condition of the film thickness per one time was selected within the range specified in the present invention, and even if the film forming-modifying step was repeated, in the case of no ion irradiation in the film forming step, Clearly shows no effect.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の実施例ならびに比較例から明らか
なように、本方法を用いて作製した半導体薄膜は、 300
Å以下の膜厚においても、結晶性を有する薄膜であり、
かつ、低吸収で高キャリア密度、高ホ−ル移動度の特性
を有することが確認できた。このことは、従来、困難で
あった微結晶半導体薄膜の非晶質太陽電池のp層やn層
への適用を可能にするものであり、非晶質太陽電池の光
電変換効率の改善ならびに信頼性の向上につながるもの
である。したがって、本発明は電力用太陽電池に要求さ
れる高変換効率ならびに高信頼性を可能にする有力な技
術を提供できるものであり、エネルギー産業にとって、
きわめて有用な発明であると云わざるを得ない。なお、
本発明により開示された技術的事項は、本発明の属する
技術分野の当業者にとっても、極めてインパクトの大き
いものであると信ずる。
As is clear from the above Examples and Comparative Examples, the semiconductor thin film produced by using this method has a thickness of 300
Å Even at the following film thickness, it is a thin film having crystallinity,
In addition, it was confirmed that the film had characteristics of low absorption, high carrier density and high hole mobility. This makes it possible to apply a microcrystalline semiconductor thin film to a p-layer or an n-layer of an amorphous solar cell, which has been difficult in the past. It leads to improvement of the nature. Therefore, the present invention can provide a powerful technology that enables high conversion efficiency and high reliability required for power solar cells, for the energy industry,
It must be said that this is a very useful invention. In addition,
It is believed that the technical matters disclosed by the present invention have a great impact on those skilled in the art to which the present invention pertains.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を実施するための、半導体薄膜製造装置
の例を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a semiconductor thin film manufacturing apparatus for carrying out the present invention.

【図2】実施例1で示した方法で形成された半導体薄膜
のラマン散乱スペクトルチャート。
FIG. 2 is a Raman scattering spectrum chart of a semiconductor thin film formed by the method shown in Example 1.

【図3】比較例1で示した条件で形成された半導体薄膜
のラマン散乱スペクトルチャート。
FIG. 3 is a Raman scattering spectrum chart of a semiconductor thin film formed under the conditions shown in Comparative Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子ビーム蒸着装置 2 イオンビーム発生装置 3 シャッター 4 基板 5 基板ヒーター 6 ターボ分子ポンプ 7 油回転ポンプ 8 ガス流量計 9 基板バイアス電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron beam vapor deposition apparatus 2 Ion beam generator 3 Shutter 4 Substrate 5 Substrate heater 6 Turbo molecular pump 7 Oil rotary pump 8 Gas flow meter 9 Substrate bias power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−245849(JP,A) 特開 平2−271995(JP,A) 特開 平3−32018(JP,A) 特開 平3−60025(JP,A) 特開 平5−24999(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/18 - 21/20 H01L 21/205 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-245849 (JP, A) JP-A-2-271995 (JP, A) JP-A-3-32018 (JP, A) JP-A-3-32018 60025 (JP, A) JP-A-5-24999 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/18-21/20 H01L 21/205

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炭化水素化合物または有機珪素化合物と
非堆積性のガスの混合ガスを放電させて得られた荷電粒
子を含む雰囲気で、シリコン、シリコン化合物又はシリ
コン合金の薄膜形成原料を供給してシリコン、シリコン
化合物又はシリコン合金の薄膜形成を行う工程と、該薄
膜形成原料の供給を停止して、炭化水素化合物または有
機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガスを放電させて
得られた荷電粒子を含む雰囲気に当該薄膜形成表面をさ
らす工程とを繰り返し、かつ、その一回の繰り返しにお
いて形成されるシリコン、シリコン化合物又はシリコン
合金の薄膜の厚みが1から100Åである全膜厚が300Å以
下の結晶性半導体薄膜。
1. A raw material for forming a thin film of silicon, a silicon compound or a silicon alloy is supplied in an atmosphere containing charged particles obtained by discharging a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposition gas. A step of forming a thin film of silicon, a silicon compound or a silicon alloy, and stopping the supply of the raw material for forming the thin film to discharge a mixed gas of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-deposited gas; Repeating the step of exposing the surface on which the thin film is formed to an atmosphere containing particles, and wherein the thickness of the silicon, silicon compound or silicon alloy thin film formed in one cycle is 1 to 100 mm and the total thickness is 300 mm or less. Crystalline semiconductor thin film.
【請求項2】イオン発生装置内に、炭化水素化合物また
は有機珪素化合物と非堆積性のガスの混合ガスを導入
し、1〜100Åの薄膜を、該薄膜形成表面へ低エネルギ
ーイオンを照射しながら形成する工程と、該堆積性ガス
の供給を停止して、更に該イオン照射を継続する工程と
をくりかえす請求項1記載の結晶性半導体薄膜。
2. A gas mixture of a hydrocarbon compound or an organic silicon compound and a non-sedimentable gas is introduced into an ion generator, and a thin film having a thickness of 1 to 100 ° is irradiated with low-energy ions on the surface on which the thin film is formed. 2. The crystalline semiconductor thin film according to claim 1, wherein the step of forming and the step of stopping the supply of the deposition gas and continuing the ion irradiation are repeated.
【請求項3】 薄膜成長表面へ照射する低エネルギーイ
オンが1KeV 以下である請求項2記載の結晶性半導体薄
膜。
3. The crystalline semiconductor thin film according to claim 2, wherein low energy ions irradiated to the thin film growth surface are 1 KeV or less.
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