JP6066094B2 - 複数の半導体層の水素パシベーション方法 - Google Patents
複数の半導体層の水素パシベーション方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6066094B2 JP6066094B2 JP2013541279A JP2013541279A JP6066094B2 JP 6066094 B2 JP6066094 B2 JP 6066094B2 JP 2013541279 A JP2013541279 A JP 2013541279A JP 2013541279 A JP2013541279 A JP 2013541279A JP 6066094 B2 JP6066094 B2 JP 6066094B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen passivation
- plasma
- hydrogen
- semiconductor layer
- passivation method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 45
- 238000002161 passivation Methods 0.000 title claims description 45
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 44
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 43
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 41
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005543 GaSe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012844 infrared spectroscopy analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052704 radon Inorganic materials 0.000 description 1
- SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N radon atom Chemical compound [Rn] SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006592 α-Sn Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/3003—Hydrogenation or deuterisation, e.g. using atomic hydrogen from a plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1868—Passivation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/48—Generating plasma using an arc
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、複数の半導体層の水素パシベーション方法、この方法によって製造されるパシベーションされた半導体層、および、半導体層の使用に関する。
複数の半導体層は、使用される製造方法に応じて、半導体構造内にいわゆる未結合手（英語：ダングリングボンド）を有する。ただし、これにより半導体特性は劣化しうる。例えば、未結合手を含む複数の半導体層を備えたソーラーセルの場合、光誘導による電荷担体輸送が低下する。半導体特性を改善するため、乃至、未結合手を水素原子によって飽和させるために、特に層の製造後に、半導体層へ水素が導入される。この水素の導入は水素パシベーションと称される。
幾つかの文献に、複数の半導体層の水素パシベーション方法が説明されている。
文献ＥＰ０４１９６９３Ａ１には、水素を含む雰囲気中での熱処理によって、ケイ素を水素パシベーションすることが記載されている。ここで、有利には、２５０℃から５００℃の温度が用いられる。ただし、ここに説明されている方法は装置としてきわめて複雑である。
文献ＵＳ５３０４５０９Ａには、水素イオンビームでまずケイ素基板の後面側が処理され、続いて前面側に電磁ビームが照射されることにより、ケイ素基板が水素パシベーションされることが開示されている。水素イオンビームでの処理後、打ち込まれた水素イオンが基板を通って迅速に拡散し、ビーム照射によって生じた欠陥が相殺される。ここでの欠点は、（カウフマン型イオン源によって形成された）水素イオンビームの使用が基板表面の損傷をまねくということである。このため、水素イオンビームは後面側にしか適用されない。
文献ＥＰ０２６４７６２Ａ１には、パシベーションに適したイオンを導電性材料に作用させるパシベーション方法が説明されている。この場合、重畳された直流電圧を高周波ガス放電プラズマへ作用させて、パシベーションに適したイオンを導電性材料のほうへ加速するために用いられる。このパシベーション方法の利点は、ジオメトリから独立した大面積での基板処理が短い処理時間で可能となることであるが、ただし、特に低圧（水素に対しては７．６・１０−４Ｔｏｒｒ）でのプラズマ形成のために、プロセスにかかる装置のコストが高いという欠点を有する。また、このパシベーション方法は通常閉じた空間で行わなくてはならないので、連続プロセスでの適用は不可能である。
ＵＳ４３４３８３０Ａには、高圧水素プラズマ（有利には圧力７６０Ｔｏｒｒ）が使用される、多結晶ケイ素ソーラーセルのパシベーション方法が説明されている。この方法は、ＥＰ０２６４７６２Ａ１に記載されている方法に比べて、低圧でのプラズマ形成が不要であるという利点を有するものの、使用される高圧水素プラズマにきわめて大きな装置コストがかかるという欠点を有している。なぜなら、高圧水素プラズマの形成に対して、通常、無線周波数発生器およびインピーダンスユニットを使用しなければならないからである。
ＵＳ６１３０３９７Ｂ１には、複数の薄膜を、誘導結合で形成されたプラズマによって処理する方法が記載されているが、この方法は装置的にきわめて複雑である。また、ここに記載されている方法は、複数の半導体層の良好な水素パシベーションには適さない。
対して、本発明の課題は、従来技術の欠点を回避しつつ、特に装置的にあまり複雑でない複数の半導体層の水素パシベーション方法を提供することである。ここでは、基板ないしその上に設けられる複数の半導体層の損傷を防止でき、連続的プロセスで適用可能かつ良好なパシベーションを形成できることが望ましい。
この課題は、本発明の複数の半導体層の水素パシベーション方法において、光アークプラズマ源を使用してパシベーションを行うことにより解決される。
本発明の方法により、上述した課題が解決されることはもちろん、所定の雰囲気圧のもとでプロセスを適用でき、きわめて経済的であるという利点が得られる。
本発明における複数の半導体層の水素パシベーション方法とは、欠陥箇所に位置する上述した未結合手を飽和させる方法であると理解されたい。本発明の方法では、水素原子が形成され、半導体層表面および半導体層内の各欠陥箇所に輸送されて、これによって１つまたは複数の未結合手が飽和される。水素パシベーションの有効性は、例えばソーラーセルに対して、パシベーションが行われる前の時点に比べて光誘導による電荷担体輸送が増大することにより、測定可能となる。一般に、水素パシベーションは、赤外線分光分析でそれぞれの半導体のバンドの変化により（ケイ素層に対しては２０００ｃｍ−１での特徴的なバンドの変化により）、検査可能となる。
半導体層とは、有利にはＳｉ，Ｇｅ，α‐Ｓｎ，Ｃ，Ｂ，Ｓｅ，Ｔｅおよびこれらの混合物の群から選択された少なくとも１つの元素半導体を含むかもしくはこうした元素半導体から成る層であり、および／または、特に、ＳｉＧｅ，ＳｉＣなどのＩＶ族−ＩＶ族半導体、または、ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＧａＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＮなどのＩＩＩ族−Ｖ族半導体、または、ＩｎＳｎＯ，ＩｎＯ，ＺｎＯなどの酸化物半導体、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅなどのＩＩ族−ＶＩ族半導体、または、ＧａＳ，ＧａＳｅ，ＧａＴｅ，ＩｎＳ，ＩｎＳｅ，ＩｎＴｅなどのＩＩＩ族−ＶＩ族半導体、または、ＣｕＩｎＳｅ２，ＣｕＩｎＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳ２，ＣｕＩｎＧａＳ２などのＩ族−ＩＩＩ族−ＶＩ族半導体の群またはこれらの混合物の群から選択された少なくとも１つの化合物半導体を含むかもしくはこうした化合物半導体から成る層であると理解されたい。
有利には、半導体に対して特に良好な水素パシベーションを生じさせるため、パシベーションすべき半導体層を、ケイ素を含む層、すなわち、ほぼ純粋な半導体ケイ素層とすると良い。また、ケイ素を含む化合物半導体層またはケイ素をベースとしてさらにドープ物質を含む層を用いることもできる。
特に有利には、本発明の方法により、相応の複数の層に対して、各半導体層の特に高度なパシベーションひいては特に良好な電気的特性を達成するために、ケイ素を含む半導体層を、主として液状のハイドロシランから熱放射もしくは電磁放射によって製造されたケイ素層とすると良い。
本発明で使用される光アークプラズマ源は、２つの電極間の充分に高い電位差での自己ガス放電によりプラズマを形成する源である。ここで、使用されるガスは少なくとも１つの水素源を有する。相応のプラズマは３０００Ｋ以下の温度を有する。
有利には、使用可能な光アークプラズマ源は、本来の反応領域の外側で光アークプラズマの形成が行われ、その後、大きな流束を有するプラズマが処理すべき基板の表面へ向かって迅速に吹き付けられる際に、プラズマ形成が基板による影響を受けず、高いプロセス確実性が得られるようにするために、４５Ａより小さい電流強度での高圧ガス放電によりプラズマを形成する源である。
この場合、高圧ガス放電とは、０．５ｂａｒから８ｂａｒの圧力、有利には、１ｂａｒから５ｂａｒの圧力でのガス放電であると理解されたい。
特に有利には、高圧ガス放電は、電流強度０．１Ａから４４Ａまでの直流電流、有利には１．５Ａから３Ａまでの直流電流で行われる。このようにして形成されたプラズマは、無電位であって、放電に起因する表面の損傷が生じないという利点を有する。また、基板が反対極性端とならないので、表面への異種金属の入り込みも発生しない。
放電は、２つの電極間すなわちアノードとカソードとの間で行われる。特に良好なプラズマ形成を達成するために、有利には、カソードを専用に構成することができる。
また、表面の損傷を回避するために、有利には、小さな電流強度が用いられる。なお、低い電流強度での利用に適したカソードの形態が図１に示されている。
有利には、プラズマ発生器として間接型プラズマ発生器が用いられ、すなわち、光アークがプラズマ発生器内のみに存在する。相応に、間接型プラズマ発生器は、直接型プラズマ形成で生じる基板上の放電によって基板およびその上に存在する半導体層に損傷が生じるのを回避できるという利点を有する。相応に、間接型プラズマ形成によって有利にはパシベーションを行うことができる。放電によって形成される光アークは、ガス流による間接型プラズマ形成において外部へ輸送される。この場合、基板の処理は、有利には、所定の雰囲気圧のもとで行われる。
有利には、プラズマ発生器は、１５ｋＨｚから２５ｋＨｚ、０Ｖから４００Ｖ（有利には２６０Ｖから３００Ｖ，特には２８０Ｖ）、２．２Ａから３．２Ａの矩形電圧、５０％−１００％のプラズマサイクルで動作する。
相応のプラズマは、独国プラズマトリートゲーエムベーハー社の商品名ジェネレータＦＧ３００２または独国のディーナーゲーエムベーハー社の商品名プラズマビームなる光アークプラズマ源によって形成される。
特に良好な特性を達成するために、本発明の方法の光アークプラズマ源は、有利には、プラズマを発生させるノズルがパシベーションされるべき半導体層に対して５０μｍから５０ｍｍの距離、有利には１ｍｍから３０ｍｍの距離、特に有利には３ｍｍから１０ｍｍの距離に来るように配置されて使用される。この距離があまりに近接するとエネルギ密度が高くなりすぎて、基板表面が損傷を受けることがある。逆に、この距離があまりに大きくなるとプラズマが小さくなってしまい、小さな作用しか有さなくなるかもしくは全く作用しなくなる。
ノズルから生じるプラズマ噴射は、特に良好なパシベーションの形成のために、基板上に設けられた半導体層に対して、５°から９０°の角度、有利には８０°から９０°の角度、特に有利には８５°から９０°の角度に偏向されている（最後のケースでは、平面状基板の表面に対してほぼ垂直となる）。
光アークプラズマ源は、プラズマを発生させるノズルを有する。光アークプラズマ源のノズルとして、尖ノズル、平坦ノズルもしくは回転ノズルが適している。有利には尖ノズルが用いられ、これにより点状の高いエネルギ密度が達成されるという利点が得られる。
特に良好なパシベーションは、時間単位当たりの半導体層の処理区間として規定される処理速度が、処理幅１ｍｍから１５ｍｍに対して０．１ｍｍ／ｓから５００ｍｍ／ｓである場合、上述したノズルから処理すべき半導体層までの距離で達成される。処理すべき半導体表面ごとに、熱処理およびパシベーションが加速される。処理速度を高めるために、複数のプラズマノズルを順次に切り換えることができる。
通常の方法では、良好なパシベーションを達成するためのプラズマノズルの処理幅は０．２５ｍｍから２０ｍｍ、特に有利には１ｍｍから５ｍｍである。
光アークプラズマ形成のために使用されるガスは少なくとも１つの水素源を有する。ここで、驚くべきことに、光アークプラズマ源の純粋な水素による動作は（プラズマ点弧の際に自動的に爆発にいたる危険があるという欠点のために）不要であることが判明した。特に良好かつ確実な水素パシベーションは、０．１体積％から５体積％のＨ２と９９．９体積％から９５体積％の不活性ガスとを含む混合ガス、有利には０．５体積％から２体積％のＨ２と９９．５体積％から９９体積％の不活性ガスとを含む混合ガスを使用するものである。
不活性ガスとして、水素に対して、１つまたは複数の不活性ガス、特に、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンまたはラドンなどのガスが用いられる。ただし、良好な結果は、唯一の不活性ガスが使用される場合に得られる。特に有利な不活性ガスとしてアルゴンが用いられる。
この場合、使用されるガスの選択は、直接に、プラズマの温度に直接に影響を与え、種々の強さで基板およびその上の半導体層が加熱されることになる。基板およびその上に設けられる半導体層があまり強く加熱されると半導体層内に欠陥が生じることがあるので、プラズマ形成に使用される混合ガスは、プラズマ形成に対する別のパラメータに関連して３００℃から５００℃まで、有利には３５０℃から４５０℃までのプラズマ温度が生じるように選択される。
本発明の方法は、有利には、所定の雰囲気圧のもとで実行される。
プラズマパシベーションの際の基板およびその上に設けられる半導体層への負荷を最小化するために、有利には水素パシベーションが行われ、パシベーションされるべき半導体層が光アークプラズマ源の使用時に付加的に加熱される。基本的には、炉、加熱ローラ、ヒータプレート、赤外線発生器もしくはマイクロ波発生器その他を使用することにより、熱処理が行われる。特に有利には、当該熱処理は、コストが最小となるよう、ヒータプレートもしくは加熱ローラを用いたロールツーロールプロセスにより行われる。
特に良好な水素パシベーションを達成するために、光アークプラズマ源を使用する際、半導体層は１５０℃から５００℃の温度、有利には２００℃から４００℃の温度へ加熱される。
本発明の方法により、上下方向に積層された複数の半導体層を同時に処理することもできる。例えば、種々のドープ率（ｐ／ｎドープ濃度）を有する複数の半導体層、または、非ドープの複数の半導体層を、本発明の方法によって同時にパシベーションすることができる。ここで、本発明の方法は、上下方向に積層された、それぞれ１０ｎｍから３μｍの厚さを有する複数の層をパシベーションするのに適している。有利には、層厚さは１０ｎｍから６０ｎｍまで、２００ｎｍから３００ｎｍまで、１μｍから２μｍまでである。
さらに、本発明は、上述した方法にしたがって製造されるパシベーションされた半導体層と、電子製品もしくはオプトエレクトロニクス製品の製造のための使用とを対象としている。
以下に本発明の実施例を説明する。実施例は本発明の対象となる発明であるが、本発明を限定するものではない。
実施例
液体のハイドロシラン混合ガスを使用したスピンコーティングプロセスにより１１０ｎｍ厚さのケイ素層を形成してコーティングされたＳｉＯ２ウェハがヒータプレート上で４００℃まで加熱される。所望の温度に達した後、ウェハは、上方から垂直に６ｍｍの距離で導入されるプラズマジェット（プラズマトリートゲーエムベーハー社のＦＧ３００２，１．５体積％の水素／アルゴン、プラズマユニットでの予圧４ｂａｒ）により、３０秒間にわたって処理される。
液体のハイドロシラン混合ガスを使用したスピンコーティングプロセスにより１１０ｎｍ厚さのケイ素層を形成してコーティングされたＳｉＯ２ウェハがヒータプレート上で４００℃まで加熱される。所望の温度に達した後、ウェハは、上方から垂直に６ｍｍの距離で導入されるプラズマジェット（プラズマトリートゲーエムベーハー社のＦＧ３００２，１．５体積％の水素／アルゴン、プラズマユニットでの予圧４ｂａｒ）により、３０秒間にわたって処理される。
処理後、ウェハはヒータプレートから取り出され、ＦＴ‐ＩＲにより測定される。ウェハのＦＴ‐ＩＲスペクトルは、処理されたウェハについて、２０００ｃｍ−１の波数でのピーク上昇と２０９０ｃｍ−１の波数でのピーク低下とを示した。これらのスペクトルは半導体への水素堆積を裏づけるものである。
Claims (12)
- 基板上に形成された複数の半導体層の水素パシベーション方法であって、
光アークプラズマ源を使用することによりパシベーションを行い、
反応領域の外側で光アークプラズマの形成が行われ、その後、プラズマが処理すべき基板の表面へ向かって迅速に吹き付けられ、形成されたプラズマが無電位である、
ことを特徴とする水素パシベーション方法。 - 前記複数の半導体層はケイ素を含む層である、請求項１記載の水素パシベーション方法。
- 前記光アークプラズマ源は４５Ａより小さい電流強度での高圧ガス放電によりプラズマを形成する、請求項１または２記載の水素パシベーション方法。
- 前記高圧ガス放電は、電流強度０．１Ａから４４Ａまでの直流電流で行われる、請求項３記載の水素パシベーション方法。
- 前記光アークプラズマ源は間接型プラズマ発生器である、請求項１から４までのいずれか１項記載の水素パシベーション方法。
- プラズマを放出する前記光アークプラズマ源のノズルは、パシベーションすべき前記複数の半導体層のうちの少なくとも１つの半導体層に対し、５０μｍから５０ｍｍの距離を置いて、配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の水素パシベーション方法。
- 前記ノズルから放出されるプラズマ噴射を、基板上に存在する半導体層に対して、５°から９０°の角度で偏向させる、請求項１から６までのいずれか１項記載の水素パシベーション方法。
- 前記光アークプラズマ源は、０．１体積％から５体積％のＨ２と９９．９体積％から９５体積％の不活性ガスとを含む混合ガスを使用している、請求項１から７までのいずれか１項記載の水素パシベーション方法。
- 前記光アークプラズマ源が使用される際に前記複数の半導体層を加熱する、請求項１から８までのいずれか１項記載の水素パシベーション方法。
- 前記ケイ素を含む層は、主として液状のハイドロシランから熱放射もしくは電磁放射を介して形成されたケイ素を含む半導体層である、請求項２から９までのいずれか１項記載の水素パシベーション方法。
- 請求項１から９までのいずれか１項記載の複数の半導体層の水素パシベーション方法を使用した半導体層の製造方法。
- 請求項１から９までのいずれか１項記載の複数の半導体層の水素パシベーション方法を使用した電子製品またはオプトエレクトロニクス製品の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010053214A DE102010053214A1 (de) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | Verfahren zur Wasserstoffpassivierung von Halbleiterschichten |
| DE102010053214.2 | 2010-12-03 | ||
| PCT/EP2011/069921 WO2012072403A1 (de) | 2010-12-03 | 2011-11-11 | Verfahren zur wasserstoffpassivierung von halbleiterschichten |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014504446A JP2014504446A (ja) | 2014-02-20 |
| JP6066094B2 true JP6066094B2 (ja) | 2017-01-25 |
Family
ID=44913324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013541279A Expired - Fee Related JP6066094B2 (ja) | 2010-12-03 | 2011-11-11 | 複数の半導体層の水素パシベーション方法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130328175A1 (ja) |
| EP (1) | EP2647037B1 (ja) |
| JP (1) | JP6066094B2 (ja) |
| KR (1) | KR20130126627A (ja) |
| CN (1) | CN103262219A (ja) |
| DE (1) | DE102010053214A1 (ja) |
| ES (1) | ES2539975T3 (ja) |
| MY (1) | MY164244A (ja) |
| TW (1) | TWI538016B (ja) |
| WO (1) | WO2012072403A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010040231A1 (de) | 2010-09-03 | 2012-03-08 | Evonik Degussa Gmbh | p-Dotierte Siliciumschichten |
| DE102010041842A1 (de) | 2010-10-01 | 2012-04-05 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung höherer Hydridosilanverbindungen |
| DE102010062984A1 (de) | 2010-12-14 | 2012-06-14 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung höherer Halogen- und Hydridosilane |
| DE102010063823A1 (de) | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Hydridosilanen |
| US9647090B2 (en) * | 2014-12-30 | 2017-05-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Surface passivation for germanium-based semiconductor structure |
| CN110783183B (zh) * | 2019-10-15 | 2022-04-15 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 硅基衬底的加工方法 |
| CN112086539A (zh) * | 2020-08-29 | 2020-12-15 | 复旦大学 | 一种高压氢钝化提升晶硅电池效率的方法 |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5847466B2 (ja) * | 1977-03-18 | 1983-10-22 | 富士通株式会社 | プラズマアッシング方法 |
| US4343830A (en) | 1980-11-13 | 1982-08-10 | Motorola, Inc. | Method for improving the efficiency of solar cells having imperfections |
| EP0264762B1 (de) | 1986-10-24 | 1992-03-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Passivierung von Kristalldefekten in einem Wasserstoffplasma |
| JPH0814023B2 (ja) * | 1987-09-02 | 1996-02-14 | 富士通株式会社 | 高圧相窒化ホウ素の気相合成法 |
| EP0419693A1 (de) | 1989-09-25 | 1991-04-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Passivierung von Kristalldefekten in poly-kristallinem Silizium-Material |
| US5304509A (en) | 1992-08-24 | 1994-04-19 | Midwest Research Institute | Back-side hydrogenation technique for defect passivation in silicon solar cells |
| KR960000190B1 (ko) * | 1992-11-09 | 1996-01-03 | 엘지전자주식회사 | 반도체 제조방법 및 그 장치 |
| US5462898A (en) * | 1994-05-25 | 1995-10-31 | Georgia Tech Research Corporation | Methods for passivating silicon devices at low temperature to achieve low interface state density and low recombination velocity while preserving carrier lifetime |
| DE19532412C2 (de) * | 1995-09-01 | 1999-09-30 | Agrodyn Hochspannungstechnik G | Vorrichtung zur Oberflächen-Vorbehandlung von Werkstücken |
| JP3364119B2 (ja) * | 1996-09-02 | 2003-01-08 | 東京瓦斯株式会社 | 水素終端ダイヤモンドｍｉｓｆｅｔおよびその製造方法 |
| JPH11145148A (ja) * | 1997-11-06 | 1999-05-28 | Tdk Corp | 熱プラズマアニール装置およびアニール方法 |
| JP3982402B2 (ja) * | 2002-02-28 | 2007-09-26 | 東京エレクトロン株式会社 | 処理装置及び処理方法 |
| US20040040833A1 (en) * | 2002-08-27 | 2004-03-04 | General Electric Company | Apparatus and method for plasma treating an article |
| JP2005101711A (ja) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Renesas Technology Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| CN1943002A (zh) * | 2004-05-27 | 2007-04-04 | 通用电气公司 | 对物件进行等离子体处理的装置和方法 |
| JP2006277953A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-12 | Toyohashi Univ Of Technology | プラズマ生成装置、プラズマ処理装置、プラズマ生成方法及びプラズマ処理方法 |
| US20080023070A1 (en) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Sanjai Sinha | Methods and systems for manufacturing polycrystalline silicon and silicon-germanium solar cells |
| TW200824140A (en) * | 2006-07-28 | 2008-06-01 | Senergen Devices Inc | Methods and systems for manufacturing polycrystalline silicon and silicon-germanium solar cells |
| DE202007018327U1 (de) * | 2006-11-23 | 2008-08-07 | Plasmatreat Gmbh | Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas |
| US20080220175A1 (en) * | 2007-01-22 | 2008-09-11 | Lorenzo Mangolini | Nanoparticles wtih grafted organic molecules |
| US7993700B2 (en) * | 2007-03-01 | 2011-08-09 | Applied Materials, Inc. | Silicon nitride passivation for a solar cell |
| JP2008274334A (ja) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 反射防止膜成膜装置及び反射防止膜製造方法 |
| US9232618B2 (en) * | 2007-08-06 | 2016-01-05 | Immunolight, Llc | Up and down conversion systems for production of emitted light from various energy sources including radio frequency, microwave energy and magnetic induction sources for upconversion |
| US20090101202A1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Industrial Technology Research Institute | Method of fast hydrogen passivation to solar cells made of crystalline silicon |
| US8193075B2 (en) * | 2009-04-20 | 2012-06-05 | Applied Materials, Inc. | Remote hydrogen plasma with ion filter for terminating silicon dangling bonds |
| US8567658B2 (en) * | 2009-07-20 | 2013-10-29 | Ontos Equipment Systems, Inc. | Method of plasma preparation of metallic contacts to enhance mechanical and electrical integrity of subsequent interconnect bonds |
| KR20120092184A (ko) * | 2009-12-07 | 2012-08-20 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 도핑된 영역을 세정하고 도핑된 영역 위에 음으로 대전된 패시베이션 층을 형성하는 방법 |
| DE102010062386B4 (de) * | 2010-12-03 | 2014-10-09 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zum Konvertieren von Halbleiterschichten, derartig hergestellte Halbleiterschichten sowie derartige Halbleiterschichten umfassende elektronische und optoelektronische Erzeugnisse |
| DE102010062383A1 (de) * | 2010-12-03 | 2012-06-06 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zum Konvertieren von Halbleiterschichten |
| US9765271B2 (en) * | 2012-06-27 | 2017-09-19 | James J. Myrick | Nanoparticles, compositions, manufacture and applications |
-
2010
- 2010-12-03 DE DE102010053214A patent/DE102010053214A1/de not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-11-11 EP EP11779713.4A patent/EP2647037B1/de not_active Not-in-force
- 2011-11-11 US US13/991,261 patent/US20130328175A1/en not_active Abandoned
- 2011-11-11 JP JP2013541279A patent/JP6066094B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-11 ES ES11779713.4T patent/ES2539975T3/es active Active
- 2011-11-11 WO PCT/EP2011/069921 patent/WO2012072403A1/de active Application Filing
- 2011-11-11 MY MYPI2013001782A patent/MY164244A/en unknown
- 2011-11-11 KR KR1020137013998A patent/KR20130126627A/ko not_active Application Discontinuation
- 2011-11-11 CN CN2011800583902A patent/CN103262219A/zh active Pending
- 2011-11-30 TW TW100143937A patent/TWI538016B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102010053214A1 (de) | 2012-06-06 |
| ES2539975T3 (es) | 2015-07-07 |
| TWI538016B (zh) | 2016-06-11 |
| US20130328175A1 (en) | 2013-12-12 |
| KR20130126627A (ko) | 2013-11-20 |
| WO2012072403A1 (de) | 2012-06-07 |
| EP2647037A1 (de) | 2013-10-09 |
| JP2014504446A (ja) | 2014-02-20 |
| MY164244A (en) | 2017-11-30 |
| TW201250782A (en) | 2012-12-16 |
| EP2647037B1 (de) | 2015-04-01 |
| CN103262219A (zh) | 2013-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6066094B2 (ja) | 複数の半導体層の水素パシベーション方法 | |
| TWI602316B (zh) | 將非晶形半導體層轉換成結晶狀半導體層之方法、半導體層及其應用、和電漿源 | |
| TWI608122B (zh) | Chemical vapor deposition apparatus and method for producing chemical vapor deposition film | |
| JP4441607B2 (ja) | 半導体基板を不動態化する方法 | |
| WO2004100273A1 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| JP2006019413A (ja) | 処理方法及び装置 | |
| JP2008274334A (ja) | 反射防止膜成膜装置及び反射防止膜製造方法 | |
| US8735201B2 (en) | Film-forming method for forming passivation film and manufacturing method for solar cell element | |
| US20050196973A1 (en) | Plasma nitriding method | |
| TW201236077A (en) | Process for conversion of semiconductor layers | |
| JP4715474B2 (ja) | 太陽電池の反射防止膜成膜方法、および太陽電池反射防止膜成膜装置 | |
| JP5069531B2 (ja) | 窒化シリコン膜の形成方法 | |
| Hwang | Plasma charge injection technology and its application to c-Si solar cells for field-effect passivation | |
| EP0680384B1 (en) | Microwave energized process for the preparation of high quality semiconductor material | |
| US20160204301A1 (en) | Solar cell manufacturing method | |
| JP3504838B2 (ja) | 非晶質シリコン太陽電池 | |
| Tang et al. | Surface oxidation of multicrystalline silicon using atmospheric pressure plasma jet driven by radio frequency of 2.0 MHz | |
| JPH10209479A (ja) | 半導体薄膜及び光起電力素子の作製装置 | |
| CN112582252A (zh) | 形成半导体结构的方法及半导体结构 | |
| Maezono et al. | Silicon nitride film deposition by photochemical vapor deposition using an argon excimer lamp | |
| Samukawa | Plasma-induced damage and its control in plasma etching processes | |
| CN107360730B (zh) | 太阳能电池的制造方法 | |
| Mamgain | Structural and optical study of amorphous hydrogenated silicon nitride thin film as antireflection coating on solar cell | |
| JP2000182964A (ja) | 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置 | |
| JPH07273041A (ja) | 半導体薄膜の形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141110 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151112 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160105 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20160324 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20160404 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20160603 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160628 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20161104 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161213 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6066094 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |