JPH02197117A - 炭素添加非晶質シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
炭素添加非晶質シリコン薄膜の製造方法Info
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- JPH02197117A JPH02197117A JP63244794A JP24479488A JPH02197117A JP H02197117 A JPH02197117 A JP H02197117A JP 63244794 A JP63244794 A JP 63244794A JP 24479488 A JP24479488 A JP 24479488A JP H02197117 A JPH02197117 A JP H02197117A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、非晶質太陽電池の窓層、すなわち光入射側の
層の材料として用いられる炭素添加非晶質シリコン（以
下ａ−５ＩＣと記す）ｙｌ膜の製造方法に関する。
層の材料として用いられる炭素添加非晶質シリコン（以
下ａ−５ＩＣと記す）ｙｌ膜の製造方法に関する。
非晶質太陽電池では、光電変換作用をもつ層にできるだ
け多くの光を入射させるために窓層の光学吸収係数を低
くしなければならない、吸収係数を低くするにはバンド
ギャップを大きくすればよいので、非晶質シリコン（以
下ａ−５ｌと記す）太陽電池の窓層としては、バンドギ
ャップがａ −５ｉＣより大きなａ−５ｉＣが使用され
る。従来、ａ −５ｉ薄膜は、例えば、次のように製造
された。まず、モノシランガス（ＳＩＨ＊）とアセチレ
ンガス（ＣｔＨ＊）の混合ガスを真空槽中に１０〜１０
００Ｐａの圧力になるよう導入する６次に、この真空槽
中に配置された一対の平行平板電極間に、周波数１３．
５６）ｉｌｌｚの高周波電界を印加し、これによって前
記平行平板電極間に、グロー放電を起こさせる。このグ
ロー放電からのエネルギで原料ガスは分解し、真空槽中
に収容され１５０〜３００℃に加熱された基板上に、ａ
−５ｉＣ薄膜が堆積する。なお、膜中の炭素濃度Ｘは
、アセチレン流量ＦＣ１Ｔｏとモノシラン流量Ｆ ｓｔ
８４の比の関数であり、例えば浅野らが、雑誌［ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジフクス（Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｊ第６３
巻（１９８８年）第７号の２３４６真に発表しているデ
ータによると、次式のように表わされる。
け多くの光を入射させるために窓層の光学吸収係数を低
くしなければならない、吸収係数を低くするにはバンド
ギャップを大きくすればよいので、非晶質シリコン（以
下ａ−５ｌと記す）太陽電池の窓層としては、バンドギ
ャップがａ −５ｉＣより大きなａ−５ｉＣが使用され
る。従来、ａ −５ｉ薄膜は、例えば、次のように製造
された。まず、モノシランガス（ＳＩＨ＊）とアセチレ
ンガス（ＣｔＨ＊）の混合ガスを真空槽中に１０〜１０
００Ｐａの圧力になるよう導入する６次に、この真空槽
中に配置された一対の平行平板電極間に、周波数１３．
５６）ｉｌｌｚの高周波電界を印加し、これによって前
記平行平板電極間に、グロー放電を起こさせる。このグ
ロー放電からのエネルギで原料ガスは分解し、真空槽中
に収容され１５０〜３００℃に加熱された基板上に、ａ
−５ｉＣ薄膜が堆積する。なお、膜中の炭素濃度Ｘは
、アセチレン流量ＦＣ１Ｔｏとモノシラン流量Ｆ ｓｔ
８４の比の関数であり、例えば浅野らが、雑誌［ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジフクス（Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｊ第６３
巻（１９８８年）第７号の２３４６真に発表しているデ
ータによると、次式のように表わされる。
ｘ −ｏ、ｅａｘ （Ｆｃｌｎ含／ Ｆａｔ Ｈ４）”
” ・・・・−−−−１１１また、光学的バンドギャッ
プＥｇ （電子ボルト）は、膜中の炭素濃度Ｘの一次関
数であり、次式のように表わされる Ｅｇ＝１．７２＋１．．５４ｘ −・・・−−−−−
−−−−−（２）したがって、原料ガスのモノシランと
アセチレンの混合比を変えることによって、生成される
ａ−５ＩＣ￥ＩＩｉ膜の光学的バンドギャップを連続的
に変えることができる。
” ・・・・−−−−１１１また、光学的バンドギャッ
プＥｇ （電子ボルト）は、膜中の炭素濃度Ｘの一次関
数であり、次式のように表わされる Ｅｇ＝１．７２＋１．．５４ｘ −・・・−−−−−
−−−−−（２）したがって、原料ガスのモノシランと
アセチレンの混合比を変えることによって、生成される
ａ−５ＩＣ￥ＩＩｉ膜の光学的バンドギャップを連続的
に変えることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが従来の製造方法には、作製したａ −３ＩＧ薄
膜中の炭素濃度の増加と共に、欠陥密度が急激に増加す
るため、光照射下での電気伝導度（光伝導度）等の電気
的特性が悪くなってしまうという欠点があった０例えば
、光学的バンドギャップが２．０ を子ボルトのａ−３
ｉＣ薄膜の光伝導度は、強度１００ｍＷ／ｃｓｌの擬似
太陽光照射下で、１０−”Ｓ／ｃｍ程度と低い。
膜中の炭素濃度の増加と共に、欠陥密度が急激に増加す
るため、光照射下での電気伝導度（光伝導度）等の電気
的特性が悪くなってしまうという欠点があった０例えば
、光学的バンドギャップが２．０ を子ボルトのａ−３
ｉＣ薄膜の光伝導度は、強度１００ｍＷ／ｃｓｌの擬似
太陽光照射下で、１０−”Ｓ／ｃｍ程度と低い。
本発明の課題は、炭素を添加していない、低欠陥なａ−
ｓｔ１膜と同程度の光伝導度を存するａ −５ｔＣ薄膜
を、プラズマ化学気相成長法で製造する方法を提供する
ことにある。
ｓｔ１膜と同程度の光伝導度を存するａ −５ｔＣ薄膜
を、プラズマ化学気相成長法で製造する方法を提供する
ことにある。
（！Ｉ！１１を解決するための手段〕
上記の課題の解決のために、シラン系ガスと炭化水素系
ガスの混合ガスよりなる原料ガス中にグロー放電を発生
させ、基板上に所定の厚さのａＳＩＣ層を堆積させるプ
ラズマ・化学気相成長工程と、水素を含むガス中でグロ
ー放電を発生させることにより生じたプラズマに堆積し
たａ−５ｉＣ層をさらす水素プラズマ処理工程とを交互
に繰り返し、その際、１回のプラズマ・化学気相成長工
程で堆積されたａ−３ｔ層の水素プラズマ工程で処理さ
れた後の厚さが０．８１−未満であるものとする。
ガスの混合ガスよりなる原料ガス中にグロー放電を発生
させ、基板上に所定の厚さのａＳＩＣ層を堆積させるプ
ラズマ・化学気相成長工程と、水素を含むガス中でグロ
ー放電を発生させることにより生じたプラズマに堆積し
たａ−５ｉＣ層をさらす水素プラズマ処理工程とを交互
に繰り返し、その際、１回のプラズマ・化学気相成長工
程で堆積されたａ−３ｔ層の水素プラズマ工程で処理さ
れた後の厚さが０．８１−未満であるものとする。
水素プラズマは、成長表面から深さ３原子層より薄い約
０．８ｎｓまでのａ −３ｉＣＩＩＩ中の欠陥密度を低
下させる作用があるため、厚さ０．８ｎ−未満 のａ−
５ｉＣ層の堆積するプラズマＣＶＤ工程と、その水素プ
ラズマ処理工程を交互に繰り返して作成されたａ−９Ｉ
Ｃ薄膜は、全体が低欠陥化されており、光伝導度が高い
、さらに、水素プラズマには、ａ−５ｉＣｒＩｉｌｌｌ
をエツチングする作用があるため、厚さ０．８ｎｍ以上
のａ−５ｉＣ層を堆積し、水素プラズマ処理後に、その
層の厚さが０゜８ｎ−未満になる場合も、同様の効果が
あられる。
０．８ｎｓまでのａ −３ｉＣＩＩＩ中の欠陥密度を低
下させる作用があるため、厚さ０．８ｎ−未満 のａ−
５ｉＣ層の堆積するプラズマＣＶＤ工程と、その水素プ
ラズマ処理工程を交互に繰り返して作成されたａ−９Ｉ
Ｃ薄膜は、全体が低欠陥化されており、光伝導度が高い
、さらに、水素プラズマには、ａ−５ｉＣｒＩｉｌｌｌ
をエツチングする作用があるため、厚さ０．８ｎｍ以上
のａ−５ｉＣ層を堆積し、水素プラズマ処理後に、その
層の厚さが０゜８ｎ−未満になる場合も、同様の効果が
あられる。
第２図は本発明の一実施例に用いるプラズマＣＶＤおよ
び水素プラズマ処理装置を示す、真空槽１１には成膜基
板ｌを支持する下部電極１２が加熱台１４の上に載せら
れ、上部電極ｌｊと対向している。
び水素プラズマ処理装置を示す、真空槽１１には成膜基
板ｌを支持する下部電極１２が加熱台１４の上に載せら
れ、上部電極ｌｊと対向している。
上部電極１３には高周波電源１５が、加熱台１４の中の
ヒータ１６には電源１７が接続されている。また、真空
槽１１にはガス導入管１日および排気管１９が開口して
おり、排気管１９にはコンダクタンスバルブ２１を介し
て真空ポンプ２０が接続されている。この装置を用いて
の本発明の一実施例を、第１図（ａｌ〜（ｄ）を引用し
て次に述べる。
ヒータ１６には電源１７が接続されている。また、真空
槽１１にはガス導入管１日および排気管１９が開口して
おり、排気管１９にはコンダクタンスバルブ２１を介し
て真空ポンプ２０が接続されている。この装置を用いて
の本発明の一実施例を、第１図（ａｌ〜（ｄ）を引用し
て次に述べる。
まず、ガラス基板１を、下部電極１２の上に置いた後、
コンダクタンスバルブ２１を全開にして、真空ポンプ２
０で、真空槽１１の内部を真空引きした。
コンダクタンスバルブ２１を全開にして、真空ポンプ２
０で、真空槽１１の内部を真空引きした。
次に、加熱台１４のヒータ１６のスイッチを入れて、ガ
ラス基板ｌを２００〜３００℃の温度に加熱した。
ラス基板ｌを２００〜３００℃の温度に加熱した。
さらに、ガス導入管１８より、モノシランガスを１ＯＣ
Ｃ／分、アセチレンガスを１ ｃｃ／分の流量で導入し
た後、コンダクタンスバルブ２１を調節して、真空槽中
の圧力が１ｏＯＰａとなるようにした。こうすることに
より、真空槽内は、モノシラン：アセチレン−１０；１
の分圧比の原料ガスで満たされる。
Ｃ／分、アセチレンガスを１ ｃｃ／分の流量で導入し
た後、コンダクタンスバルブ２１を調節して、真空槽中
の圧力が１ｏＯＰａとなるようにした。こうすることに
より、真空槽内は、モノシラン：アセチレン−１０；１
の分圧比の原料ガスで満たされる。
ココで、周波数１３．５６ ＭＨｚの高周波型ｓｉｓで
、上部電極１３に高周波電界を印加し、上部電極１３と
接地された下部電極１２の間で、グロー放電を起こさせ
る。このグロー放電により、原料ガスが分解し、ガラス
基板１の上には、ａ−３ｉＣ１１膜が堆積されるが、そ
の堆積速度は０．Ｏ５ｎｍ／秒であった。したかって、
高周波電界を６秒だけ加えると、第１図（Ａ）に示され
るように、ガラス基板１上には、厚さ０．３０−のａ−
ｓｔｃ層２が堆積される。
、上部電極１３に高周波電界を印加し、上部電極１３と
接地された下部電極１２の間で、グロー放電を起こさせ
る。このグロー放電により、原料ガスが分解し、ガラス
基板１の上には、ａ−３ｉＣ１１膜が堆積されるが、そ
の堆積速度は０．Ｏ５ｎｍ／秒であった。したかって、
高周波電界を６秒だけ加えると、第１図（Ａ）に示され
るように、ガラス基板１上には、厚さ０．３０−のａ−
ｓｔｃ層２が堆積される。
次いで、原料ガスの供給を中止してコンダクタンスバル
ブ２１を全開にし、真空槽１１内を再び真空引きした後
、今度は水素を１００ ｃｃ／分の流量で、ガス導入管
１８より導入し、コンダクタンスバルブ２１を調節して
、真空槽内の圧力が１００Ｐａとなるようにした０次に
、この水素ガス中で、３秒間だけグロー放電を起こし、
これによって生じる水素プラズマ４に、ａ−５ｉＣ層２
をさらす、こうすることによって、ａ−５ｉＣ層の欠陥
が著しく減少し、第１図中）のように、ガラス基板上に
は低欠陥化されたａ−５ｉＣＪＩ３が形成された。
ブ２１を全開にし、真空槽１１内を再び真空引きした後
、今度は水素を１００ ｃｃ／分の流量で、ガス導入管
１８より導入し、コンダクタンスバルブ２１を調節して
、真空槽内の圧力が１００Ｐａとなるようにした０次に
、この水素ガス中で、３秒間だけグロー放電を起こし、
これによって生じる水素プラズマ４に、ａ−５ｉＣ層２
をさらす、こうすることによって、ａ−５ｉＣ層の欠陥
が著しく減少し、第１図中）のように、ガラス基板上に
は低欠陥化されたａ−５ｉＣＪＩ３が形成された。
第１図＋ｃ＋は、低欠陥化されたａ−５ｉＣ層３の上に
、さらに、厚さ０．３ｎｓのａ−５ｉＣ層５を、第１図
ｆａ）と同一の手順で堆積した状態を示す、第１図ｆｄ
ｌは、新たに堆積されたａ−ＳＩＣ層５を第１図中）と
同様に水素プラズマ処理で低欠陥化したところを示す、
こうして、ガラス基板１上には、厚さ０．６ｎｍの低欠
陥化された５−５ＩＣ膜６が形成された。
、さらに、厚さ０．３ｎｓのａ−５ｉＣ層５を、第１図
ｆａ）と同一の手順で堆積した状態を示す、第１図ｆｄ
ｌは、新たに堆積されたａ−ＳＩＣ層５を第１図中）と
同様に水素プラズマ処理で低欠陥化したところを示す、
こうして、ガラス基板１上には、厚さ０．６ｎｍの低欠
陥化された５−５ＩＣ膜６が形成された。
以上のように、厚さ０．３ｎｍのａ−５ｉＣ層の堆積と
、水素プラズマ処理による低欠陥化を交互に１５００回
繰り返すことにより、ガラス基板１上に、厚さ０．４５
−の低欠陥化されたａ−５ＩＣＩ膜が形成された。この
ａ−３ｉＣ薄膜の光学的バンドギャップおよび強度Ｌｏ
ｏｓｅ／ｃｄの擬似太陽光照射下での光伝導度は順に２
．０電子ボルト、１．、ＯＸ １０−’ Ｓ ／ ａｓ
であった。
、水素プラズマ処理による低欠陥化を交互に１５００回
繰り返すことにより、ガラス基板１上に、厚さ０．４５
−の低欠陥化されたａ−５ＩＣＩ膜が形成された。この
ａ−３ｉＣ薄膜の光学的バンドギャップおよび強度Ｌｏ
ｏｓｅ／ｃｄの擬似太陽光照射下での光伝導度は順に２
．０電子ボルト、１．、ＯＸ １０−’ Ｓ ／ ａｓ
であった。
上記の実施例の他に、水素プラズマ処理時間を４秒より
長（した場合、水素プラズマによるａ −５ＩＣ＊膜の
エッチングガ認められた。すなわち、同じ厚さのａ−５
ＩＣＩｉを堆積しても、水素プラズマ処理時間が長い程
、１回のａ−５ｉＣ層堆積工程および水素プラズマ処理
工程で形成されるａ −５ｉＣ層の厚さは薄い６例えば
、０．７ｎｍのａ−５ｉＣ層の堆積工程と、１２秒の水
素プラズマ処理工程を１０００回、交互に繰り返した場
合に形成されたａ −５ＩＣｙｌ膜の厚さは、０．３趨
であり、このことは、１２秒の水素プラズマ処理で、０
．４１のａ−ＳＩＣ薄膜がエツチングされたことを示す
、しかし、この場合でも、光学的バンドギャップと光伝
導度は順に２．０電子ボルトおよび１．０ Ｘ １０−
’ Ｓ ／ ｃｓであった。
長（した場合、水素プラズマによるａ −５ＩＣ＊膜の
エッチングガ認められた。すなわち、同じ厚さのａ−５
ＩＣＩｉを堆積しても、水素プラズマ処理時間が長い程
、１回のａ−５ｉＣ層堆積工程および水素プラズマ処理
工程で形成されるａ −５ｉＣ層の厚さは薄い６例えば
、０．７ｎｍのａ−５ｉＣ層の堆積工程と、１２秒の水
素プラズマ処理工程を１０００回、交互に繰り返した場
合に形成されたａ −５ＩＣｙｌ膜の厚さは、０．３趨
であり、このことは、１２秒の水素プラズマ処理で、０
．４１のａ−ＳＩＣ薄膜がエツチングされたことを示す
、しかし、この場合でも、光学的バンドギャップと光伝
導度は順に２．０電子ボルトおよび１．０ Ｘ １０−
’ Ｓ ／ ｃｓであった。
上記の二つの実施例より、１回のａ−３ｉＣ層の堆積工
程と水素プラズマ処理工程で形成されるａ−ＳｉＣ層の
厚さで、ａ−３ＩＣｆｌｌｌ！の光伝導度が決まること
を示唆しているが、両工程の時間を変えて、１回に形成
されるａ −３ｉＣＮの厚さと光伝導度の関係を調べた
ところ、光伝導度は水素プラズマのエツチングの有無に
は依存せず、１回に形成されるａ−ＳＩＣ層の厚さのみ
に依存することが判明した。
程と水素プラズマ処理工程で形成されるａ−ＳｉＣ層の
厚さで、ａ−３ＩＣｆｌｌｌ！の光伝導度が決まること
を示唆しているが、両工程の時間を変えて、１回に形成
されるａ −３ｉＣＮの厚さと光伝導度の関係を調べた
ところ、光伝導度は水素プラズマのエツチングの有無に
は依存せず、１回に形成されるａ−ＳＩＣ層の厚さのみ
に依存することが判明した。
第３図は、光学的バンドギャップが２．０電子ボ係を示
すが、０．６０−以下の場合に、従来法による場合の１
０倍以上高い光伝導度を有するａ−ＳｉＣＦｉ膜が作成
されることが分かる。しかし０．８０−以上では本発明
による光伝導度の向上は認められない。
すが、０．６０−以下の場合に、従来法による場合の１
０倍以上高い光伝導度を有するａ−ＳｉＣＦｉ膜が作成
されることが分かる。しかし０．８０−以上では本発明
による光伝導度の向上は認められない。
本発明によれば、ａ−５ＩＣの単原子層に水素プラズマ
処理を施すとその層の欠陥が少なくなることを利用して
、２単原子層程度、０．８ｎ＠未満のａ−ＳｉＣ層の堆
積と水素プラズマ処理とを繰返すことにより、同様のバ
ンドギャップで従来の数倍以上の光伝導度をもつａ−５
ｉＣ薄膜が製造でき、窓層の光の吸収係数の低くして太
陽電池の特性の向上に極めてを効である。
処理を施すとその層の欠陥が少なくなることを利用して
、２単原子層程度、０．８ｎ＠未満のａ−ＳｉＣ層の堆
積と水素プラズマ処理とを繰返すことにより、同様のバ
ンドギャップで従来の数倍以上の光伝導度をもつａ−５
ｉＣ薄膜が製造でき、窓層の光の吸収係数の低くして太
陽電池の特性の向上に極めてを効である。
第１図［ａｌ〜＋ｄ＋は本発明の一実施例の工程を順次
示す断面図、第２図は本発明の実施に用いる装置の断面
図、第３図は本発明の実施の際の１回に生成されるａ−
５ｉＣ層の厚さとでき上がったａ −５ＩＣ薄膜の光伝
導度との関係線図である。 １ニガラス基板、２． ５ ＋ ａ−５ｉＣ層、３゜６
：低欠陥化ａ−５ＩＣ層、４；水素プラズマ。 第１図 第２図
示す断面図、第２図は本発明の実施に用いる装置の断面
図、第３図は本発明の実施の際の１回に生成されるａ−
５ｉＣ層の厚さとでき上がったａ −５ＩＣ薄膜の光伝
導度との関係線図である。 １ニガラス基板、２． ５ ＋ ａ−５ｉＣ層、３゜６
：低欠陥化ａ−５ＩＣ層、４；水素プラズマ。 第１図 第２図
Claims (1)
- １）シラン系ガスと炭化水素系ガスの混合ガスよりなる
原料ガス中にグロー放電を発生させ、基板上に所定の厚
さの炭素添加非晶質シリコン層を堆積させるプラズマ・
化学気相成長工程と、水素を含むガス中でグロー放電を
発生させることにより生じたプラズマに堆積した炭素添
加非晶質シリコン層をさらす水素プラズマ処理工程とを
交互に繰り返し、その際、１回のプラズマ・化学気相成
長工程で堆積された炭素添加非晶質シリコン層の水素プ
ラズマ工程で処理された後の厚さが０．８ｎｍ未満であ
ることを特徴とする炭素添加非晶質シリコン薄膜の製造
方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63244794A JPH06105691B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 炭素添加非晶質シリコン薄膜の製造方法 |
| US07/407,300 US4968384A (en) | 1988-09-29 | 1989-09-14 | Method of producing carbon-doped amorphous silicon thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63244794A JPH06105691B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 炭素添加非晶質シリコン薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02197117A true JPH02197117A (ja) | 1990-08-03 |
| JPH06105691B2 JPH06105691B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=17124032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63244794A Expired - Fee Related JPH06105691B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 炭素添加非晶質シリコン薄膜の製造方法 |
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