JP3377814B2 - 多結晶シリコン薄膜およびその形成法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜およびその形成法Info
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Description
な大粒径の多結晶シリコン薄膜およびその形成法に関す
る。
プロセスの簡素化および製造コストの低減のために多結
晶シリコン薄膜が用いられている。この多結晶シリコン
は、単結晶シリコンの多くの結晶粒子がいろいろの方位
をもった集合体であり、粒子間に結晶粒界が存在する。
この結晶粒界において、半導体物性の重要なパラメータ
である移動度は、単結晶のそれに比べると小さくなる。
この移動度の低下は、結晶粒径を大きくすることで改善
できることが知られている。
は、(1)その一部が酸化膜で覆われたシリコン基板を
用いて、エピタキシャル成長により形成されたり、
(2)耐熱性に優れしかも高純度のガラス基板を用いて
CVD法により形成されたり、(3)(2)と同様のガ
ラス基板を用いて、例えばエキシマレーザによるアニー
リング法により形成されたりしてきている。
ては、使用できる基板が限定されるという問題があり、
(2)および(3)による形成法においては、使用する
基板が高価であるという問題がある。また、いずれの形
成法においても、900℃程度の高温での処理が必要で
あるという問題もある。
術の問題点に鑑みなされたものであって、形成できる基
板の種類に特に制限がなく、しかも安価な基板上に形成
できる大粒径の多結晶シリコン薄膜およびその形成法を
提供することを目的としている。
薄膜は、微結晶シリコンの核が形成された基板上に成膜
されてなり、それらの微結晶シリコンの核は基板上に成
膜されたa−SiC:Hまたはa−SiN:Hの薄膜か
ら生成されてなることを特徴としている。
Hの薄膜の膜厚は、500Å以下であるのが好ましい。
そして、前記a−SIC:Hの薄膜のC量が、10≦C
≦70(atomic%)であり、また前記a−Si
N:Hの薄膜のN量が、10≦N≦70(atomic
%)であるのが好ましい。
ては、前記微結晶シリコンの核の前記a−SiC:Hま
たはa−SiN:Hの薄膜からの生成が、該薄膜をエッ
チングすることによりなされるのが好ましい。そして、
そのエッチングがドライエッチングであり、しかも水素
プラズマまたはフッ素を含む水素プラズマによりなされ
るのがさらに好ましい。
基板上にa−SiC:Hまたはa−SiN:Hの薄膜を
成膜した後に該薄膜から微結晶シリコン以外のものを除
去することにより該基板上に微結晶シリコンの核を生成
した後、該基板上に多結晶シリコン薄膜を形成すること
を特徴としている。
Hの薄膜の膜厚は、500Å以下であるのが好ましい。
そして、前記a−81C:Hの薄膜のC量が10≦C≦
70(atomic%)であり、また前記a−SiN:
Hの薄膜のN量が10≦N≦70(atomic%)で
あるのが好ましい。
法においては、前記基板上に形成されたa−SiC:H
またはa−SiN:Hの薄膜からの微結晶シリコン以外
のものの除去が、エッチングによりなされるのが好まし
い。そして、そのエッチングがドライエッチングであ
り、しかも、水素プラズマまたはフッ素を含む水素プラ
ズマによりなされるのがさらに好ましい。
成されているので、大粒径の微粒子を含有しているにも
かかわらず、形成される基板に特に限定はなく、しかも
低温で形成することができる。また、基板上の微結晶シ
リコンの粒径および密度を調整することにより、多結晶
シリコン薄膜中に含有されている微粒子の粒径および密
度をコントロールすることができる。
法によれば、安価な基板上に大粒径の微粒子を含有して
いる多結晶シリコン薄膜を低温で形成できる。また、基
板上の微結晶シリコンの粒径および密度を調整すること
により、多結晶シリコン薄膜中に含有されている微粒子
の粒径および密度をコントロールしながら、多結晶シリ
コン薄膜を形成することができる。
施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例にの
み限定されるものではない。
される基板の概略図、図2は図1に示す基板上に形成さ
れてなる本発明の一実施例の概略図、図3〜図5は本発
明の多結晶シリコン薄膜の形成法の説明図である。図に
おいて、1は基板、2は微結晶シリコンの核、3は大粒
径の粒子を含有する多結晶シリコン薄膜、4はa−Si
C:Hまたはa−SiN:Hの薄膜、5は残存a−Si
C:Hまたはa−SiN:Hの薄膜、6はa−Si:H
の薄膜を示す。
シリコン薄膜は、図1示にされているような、微結晶シ
リコンの核が生成されている基板1上に形成されてなる
ものである。
基板、セラミック基板などが用いられる。これらは、い
ずれも安価であるため、本発明の多結晶シリコン薄膜の
製造コストの低減に大きく寄与する。
の核2は、基板1上に微結晶シリコンを含有するa−S
iC:Hおよび/またはa−SiN:Hの薄膜を成膜
(図3参照)して、微結晶シリコン以外のものを除去す
ることにより形成される(図4参照)。
a−SiN:Hの薄膜の膜厚は、得ようとする微結晶シ
リコンのサイズによって適宜選定されるが、一般的には
500Å以下とされるが、250Å以下とされるのが好
ましい。
SiN:Hの薄膜中の微結晶シリコンの密度は、これら
膜中のC量および/またはN量を変化させることにより
コントロールすることが可能である。C量および/また
はN量の増加を伴い、核発生密度は減少する。これはa
−SiC:Hおよび/またはa−SiN:Hの薄膜中に
存在するシリコン原子の減少に対応する。
≦N≦70(いずれもatomic%)で、C量,N量
が70%を超えるとa−SiC:Hおよび/またはa−
SiN:Hの薄膜中のシリコン原子の減少から微結晶シ
リコンが形成されなくなる。またC量,N量が10%以
下では、微結晶シリコンの発生密度がコントロールでき
なくなる。
−SiN:Hの薄膜の形成法の主なものは下記の3つで
ある。 (1)プラズマCVD法にてa−SiC:H,a−Si
N:Hの原料であるSiH4 +CH4 ,SiH4 +NH
3 の所要量をそれぞれH2 にて20倍以上に希釈し、基
板温度を100℃〜400℃として形成する方法。この
際用いるRFパワー密度は0.1W/cm2 以上が好ま
しい。そして、p型の膜形成に用いるときはB2 H6 を
添加し、n型の膜形成に用いるときはPH3を添加す
る。
C:H,a−SiN:Hの堆積(5Å〜40Å)と水素
原子処理(水素原子フラックス1×1016atom/c
m2・sec以上)の繰返しにより形成する方法。
C:H,a−SiN:Hの薄膜を成膜し、 ついでエ
キシマーレーザアニール法により微結晶シリコンを含む
a−SiC: H,a−SiN:H膜を形成する方
法。この際の最適なエキシマーレーザの エネルギー
は、50mJ/cm2 〜150mJ/cm2 である。
は、微結晶シリコンの核発生密度に応じて適宜選定され
る。その一部については実施例において説明されてい
る。
コンを含むa−SiC:H,a−SiN:Hの薄膜から
微結晶シリコン以外の不要物を除去して、基板上1に微
結晶シリコンの核を生成させる。ただし、不要物の除去
は完全に行う必要はなく、微結晶シリコンの核の一部が
基板表面に露出する程度に除去され、a−SiC:H,
a−SiN:Hが薄膜状あるいは島状に残っていても、
その電気抵抗が無視し得る程度に小さければよい(図4
参照)。なお、図4において、符号5は残存a−Si
C:Hまたはa−SiN:Hの薄膜を示す。
膜の膜中の不要物の除去はエッチングにより行う。用い
るエッチングとしては、ドライエッチングおよびウエッ
トエッチングのいずれでもよい。
マにより発生した水素原子を用いるものが挙げられる。
このドライエッチングは、結晶シリコンとアモルファス
シリコンとにおけるエッチング速度の違いを利用して、
アモルファスシリコンを選択的に除去するものである。
ちなみに、アモルファスシリコンのエッチング速度は、
結晶シリコンのそれの10倍以上である。
程度のNaOH水溶液にディップすることにより、ドラ
イエッチングと同様にエッチング速度の違いを利用し
て、アモルファスシリコンのみを選択的に除去するもの
である。
合には、エッチング後水洗を念いりに行い次のプロセス
に移る必要がある。
された基板1上に、プラズマCVD法やスパッタリング
法等によりa−Si:Hの薄膜6を成膜する(図5参
照)。
ルし多結晶シリコン薄膜3を得る(図2参照)。
明をさらに詳細に説明する。
り形成した。
生させた。この核の発生は、石英ガラス基板上に、プラ
ズマCVD法にて微結晶シリコンを含むa−SiC:H
の薄膜を成膜することにより行った。このときの成膜条
件は、基板温度は150℃とし、H2 流量は400SC
CM、SiH4 流量は4SCCM、PH3 (1000p
pmに希釈したもの)流量は2SCCM、CH4 流量は
10SCCM、RFパワー密度は0.2W/cm2 とし
た。得られたa−SiC:Hの薄膜の膜中のC量は30
atomic%であり、また膜厚は100Åであった。
の薄膜をエッチングした。ここでは、ECR水素プラズ
マ法によるドライエッチングを用いた。このときの水素
プラズマ発生条件は、H2 流量を200SCCM、EC
Rパワーを400W、圧力を20mTorrとして、5
分間処理した。このとき得られた水素フラックスは、5
×1016atom/cm2 ・sec以上であった。
り付け、a−SiC:Hの薄膜が形成された基板にはイ
オンが到達しないようにした。
形成された基板上にa−Si:Hを堆積させ、膜厚1μ
mの膜を形成した。この形成は、基板温度を400℃と
して、SiH4 流量を40SCCM、PH3 (1000
ppmに希釈したもの)流量を5SCCM、RFパワー
密度を0.1W/cm2 の条件の下で行った。
を行った。この熱アニールは、得られたa−Si:Hの
薄膜が成膜された基板を、雰囲気温度が580℃の真空
中で20時間放置することにより行った。
ホール移動度を調査し、結果を表1に示した。
コン薄膜を成膜した。すなわち、第1段階において、微
結晶シリコンの核を発生させるために、石英ガラス基板
上に微結晶シリコンを含むa−SiC:Hの薄膜を成膜
し、第2段階において、このa−SiC:H膜をエッチ
ングし、第3段階において、a−Si:Hを堆積させ、
第4段階において、熱アニールを行うことにより、多結
晶シリコン薄膜を得た。ただし、実施例1と異なり、第
1段階における微結晶シリコンを含むa−SiC:H膜
の成膜は、RFプラズマによるa−SiC:Hの堆積と
水素プラズマ処理の繰り返しにより行った。より具体的
には、SiH4 流量を10SCCM、H2 流量を200
SCCM、B2 H6 流量を1SCCM、CH4 流量を3
0SCCM、RFパワー密度を0.01W/cm2 にて
a−SiC:Hの堆積を30秒間行う堆積工程と、その
次のH2 流量を200SCCM、ECRパワーを450
W、圧力を20mTorrにてECRプラズマを発生さ
せ、その発生させたECRプラズマを30秒間照射する
水素プラズマ処理工程とを1サイクルとする成膜工程を
10回繰り返すことにより、膜厚100Åのa−Si
C:Hの薄膜を形成した。得られたa−SiC:H膜中
のC量は30atomic%であった。
ックスは5×1016atom/cm2 ・sec以上であ
った。
ール移動度を調査し、結果を表1に併せて示した。
コン薄膜を成膜した。すなわち、第1段階において、微
結晶シリコンの核を発生させるために、石英ガラス基板
上に微結晶シリコンを含むa−SiC:H膜を成膜し、
第2段階において、このa−SiC:H膜をエッチング
し、第3段階において、a−Si:Hを堆積させ、第4
段階において、熱アニールを行うことにより、多結晶シ
リコン薄膜を得た。ただし、実施例1と異なり、第1段
階における微結晶シリコンを含むa−SiC:Hの薄膜
の成膜は、プラズマCVD法とエキシマレーザとを組み
合わせることにより行った。より具体的には、SiH4
流量を10SCCM、H2流量を200SCCM、CH
4 流量を30SCCM、B2 H6 流量を5SCCM、R
Fパワー密度を0.01W/cm2 として、プラズマC
VD法によりa−SiC:Hを200Å堆積させ、つい
でこの膜をエキシマーレーザ(KrF)により、80m
J/cm2 のエネルギー密度にてアニールすることによ
り微結晶シリコンを含むa−SiC:H膜の成膜を行っ
た。
ール移動度を調査し、その結果を表1に併せて示した。
ることなく、石英ガラス基板上に、a−Si:Hの薄膜
の形成および熱アニールを行うことにより多結晶シリコ
ン薄膜を形成した。
ール移動度を調査し、その結果を表1に併せて示した。
リコン薄膜は、安価な基板上に低温で形成されているに
もかかわらず、粒径が大きく、しかもホール移動度も大
きい。したがって、太陽電池に好適に用いることができ
る。また、安価な基板に低温で形成できるので、製造コ
ストが安い。
板上に粒径が大きく、しかもホール移動度も大きくて、
太陽電池に好適に用いることができる多結晶シリコン薄
膜を安価に形成することができる。
の概略図である。
実施例の概略図である。
であって、a−SiC:Hまたはa−SiN:Hの薄膜
が形成された状態を示すものである。
であって、微結晶シリコンの核が生成された状態を示す
ものである。
であって、a−Si:Hの薄膜が形成された状態を示す
ものである。
Claims (16)
- 【請求項1】 微結晶シリコンの核が形成された基板上
に成膜されてなる多結晶シリコン薄膜であって、前記微
結晶シリコンの核は前記基板上に成膜されたa−Si
C:Hまたはa−SiN:Hの薄膜から生成されてなる
ことを特徴とする多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項2】 前記a−SiC:Hまたはa−SiN:
Hの薄膜の膜厚が500Å以下であることを特徴とする
請求項1記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項3】 前記a−SiC:Hの薄膜のC量が、1
0≦C≦70(atomic%)であることを特徴とす
る請求項1または2記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項4】 前記a−SiN:Hの薄膜のN量が、1
0≦N≦70(atomic%)であることを特徴とす
る請求項1または2記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項5】 前記微結晶シリコンの核の前記a−Si
C:Hまたはa−SiN:Hの薄膜からの生成が、該薄
膜をエッチングすることによりなされることを特徴とす
る請求項1から4のいずれかに記載の多結晶シリコン薄
膜。 - 【請求項6】 前記エッチングがドライエッチングであ
ることを特徴とする請求項5記載の多結晶シリコン薄
膜。 - 【請求項7】 前記ドライエッチングが、水素プラズマ
またはフッ素を含む水素プラズマによりなされることを
特徴とする請求項6記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項8】 前記エッチングがウェットエッチングで
あることを特徴とする請求項5記載の多結晶シリコン薄
膜。 - 【請求項9】 基板上にa−SiC:Hまたはa−Si
N:Hの薄膜を成膜した後に該薄膜から微結晶シリコン
以外のものを除去することにより該基板上に微結晶シリ
コンの核を生成した後、該基板上に多結晶シリコン薄膜
を形成することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の形成
法。 - 【請求項10】 前記a−SiC:Hまたはa−Si
N:Hの薄膜の膜厚が500Å以下であることを特徴と
する請求項9記載の多結晶シリコン薄膜の形成法。 - 【請求項11】 前記a−SiC:Hの薄膜のC量が、
10≦C≦70(atomic%)であることを特徴と
する請求項9または10記載の多結晶シリコン薄膜の形
成法。 - 【請求項12】 前記a−SiN:Hの薄膜のN量が、
10≦N≦70(atomic%)であることを特徴と
する請求項9または10記載の多結晶シリコン薄膜の形
成法。 - 【請求項13】 前記基板上に形成されたa−SiC:
Hまたはa−SiN:Hの薄膜からの微結晶シリコン以
外のものの除去が、エッチングによりなされることを特
徴とする請求項9から12のいずれかに記載の多結晶シ
リコン薄膜の形成法。 - 【請求項14】 前記エッチングがドライエッチングで
あることを特徴とする請求項13記載の多結晶シリコン
薄膜の形成法。 - 【請求項15】 前記ドライエッチングが、水素プラズ
マまたはフッ素を含む水素プラズマによりなされること
を特徴とする請求項14記載の多結晶シリコン薄膜の形
成法。 - 【請求項16】 前記エッチングがウェットエッチング
であることを特徴とする請求項13記載の多結晶シリコ
ン薄膜の形成法。
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---|---|---|---|
JP31280092A JP3377814B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 多結晶シリコン薄膜およびその形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP31280092A JP3377814B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 多結晶シリコン薄膜およびその形成法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06140327A JPH06140327A (ja) | 1994-05-20 |
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Family
ID=18033560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31280092A Expired - Lifetime JP3377814B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 多結晶シリコン薄膜およびその形成法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3377814B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7915520B2 (en) | 2004-03-24 | 2011-03-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19935046C2 (de) * | 1999-07-26 | 2001-07-12 | Schott Glas | Plasma-CVD-Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer mikrokristallinen Si:H-Schicht auf einem Substrat sowie deren Verwendung |
JP2002294451A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-09 | Sony Corp | 多結晶性半導体薄膜の形成方法、半導体装置の製造方法、並びにこれらの方法の実施に使用する装置 |
WO2011161901A1 (ja) * | 2010-06-25 | 2011-12-29 | パナソニック株式会社 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法、多結晶シリコン薄膜基板、シリコン薄膜太陽電池及びシリコン薄膜トランジスタ装置 |
-
1992
- 1992-10-28 JP JP31280092A patent/JP3377814B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7915520B2 (en) | 2004-03-24 | 2011-03-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof |
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JPH06140327A (ja) | 1994-05-20 |
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