JPH05267700A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05267700A
JPH05267700A JP3352883A JP35288391A JPH05267700A JP H05267700 A JPH05267700 A JP H05267700A JP 3352883 A JP3352883 A JP 3352883A JP 35288391 A JP35288391 A JP 35288391A JP H05267700 A JPH05267700 A JP H05267700A
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JP
Japan
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semiconductor
type
silicon
cto
semiconductor layer
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JP3352883A
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English (en)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は光電変換装置または半導体装置の電
極での長期信頼性を有せしめんとする構造に関する。 【構成】 P型半導体またはN型半導体を有する半導体
装置であり、前記P型半導体またはN型半導体の各々が
透光性導電膜と密接した構造のものにおいて、前記P型
半導体またはN型半導体は珪素非単結晶半導体層とSiX
C1-X(0<X<1)で示される炭化珪素半導体層との二
層から成るものであり、前記P型半導体を構成する炭化
珪素半導体層は酸化錫透光性導電膜と密接されており、
前記N型半導体を構成する炭化珪素半導体層は酸化イン
ジュームを主成分とする透光性導電膜と密接されている
こと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】この発明は透光性導電膜とPまたはN型の
非単結晶半導体との界面即ち電極近傍の構造に関する。
【0002】この発明はPまたはN型の導電型を有し、
かつ透光性をアモルファス珪素に比べて大きく有する半
導体と、この半導体に密接して導電性を有する透光性導
電膜の電極とを密接させてオーム接触を有せしめるに際
し、この電極─半導体界面での反応による絶縁物の発生
を防ぐため、その間にアモルファス珪素よりも透光性を
有するSixC1-x (0<x<1)で示される炭化珪素を介
在せしめ、熱化学反応の発生を防ぎ、高信頼性を得たも
のである。
【0003】この発明はPI,NIまたはPIN接合を
少なくとも1つ有する光電変換装置(以下PVCとい
う)またN(ソース)I(チャネル形成領域)N(ドレ
イン)またはPIP接合を有する絶縁ゲイト型電界効果
半導体(以下FETという)上における電極での長期信
頼性を有せしめんとする構造に関する。
【0004】従来、これら半導体装置においてはPまた
はN型のアモルファス珪素上にアルミニュームを真空蒸
着方法で形成することが知られていた。しかしかかるア
モルファス珪素とアルミニュームとの電極を100〜1
50℃で加熱処理を50時間位行うと、アルミニューム
が半導体中にマイグレイト(異常拡散)して、電気的劣
化をおこしてしまう。このため、PIまたはNI接合に
おいて、このアルミニュームがきわめて深くPIまたN
I接合にて至り、接合特性を変質させてしまっていた。
【0005】このため、PまたはN型半導体上にはこの
ような金属を真空蒸着させるのではなく、酸化物導電膜
を形成することが試みられる。即ちP型アモルファス珪
素に対し透光性導電酸化膜(以下CTOという)の酸化
スズを、またN型アモルファス珪素に対し酸化インジュ
ームを主成分とするCTO即ちITO(酸化スズを10
重量%以下添加した酸化インジューム)を密接させた。
さらに必要に応じてこのCTO上に反射性金属であるア
ルミニュームまたは銀を形成させる方法が知られてい
る。
【0006】かくのごとき構造とすると、150℃で作
製しても500時間までは電気特性の劣化を10%以内
に防ぐことができた。しかし500時間〜2000時間
たつと、例えばPIN接合を有するPVCにおいて、初
期の効率が8.3%(1.05cn2 )であったのが、そ
の変化量において5%(500時間)〜25%(200
0時間)もの特性劣化(低下)がおこる。
【0007】その原因を詳細に検討していくと、Pまた
はN領域のアモルファス半導体とCTOとの界面に酸化
珪素が薄く形成されてしまっていることが判明した。特
にN型アモルファス珪素においては、PSG(リンガラ
ス)、P型アモルファス珪素においてはBSG(ホウ素
ガラス)が形成される。これらガラスは最終的に絶縁性
を有しており、アモルファス珪素は化学的に結晶半導体
に比べて不安定でありかつ反応しやすいため、アモルフ
ァス半導体特有の劣化特性であることが判明した。
【0008】本発明はかかる劣化の発生を防止して高信
頼性を有せしめることを目的としている。
【0009】さらにPIまたはNI接合においては、ま
たはN型半導体層がアモルファス珪素においては、その
電気伝導度は10-7〜10-5 (Ωcm)-1であり、かつそ
の活性化エネルギも0.3〜0.4eVと大きい。
【0010】このため活性状態の真性または実質的に真
性(P型用ホウ素またはN型用リンが1017cm-3以下で
ある、または意図的に3または5価の不純物を添加しな
い)のI型半導体との接合の内部電界を有せしめんとす
るには、かかるアモルファス珪素では不十分であり、さ
らにこのPまたはN型半導体を透光して光をI型半導体
に注入せんとする時、この半導体層での光吸収損をより
少なくすることが求められている。
【0011】これらのため、本発明においては、I層に
接する半導体は非単結晶半導体であって、特に微結晶ま
たは多結晶のPまたはN型の珪素半導体を用いることを
特徴としている。即ち電気伝導度が10-1〜102(Ωc
m)-1有し、さらに光吸収係数も例えば500nmにてア
モルファス珪素の3×10-5 (Ωcm) -1であるものが1
×105(Ωcm) -1と1/3に減少させている。かかる5
〜200Åの粒径の微結晶または200〜2000Åの
粒径の多結晶の珪素を用いている。
【0012】かくのごとくに結晶性を有するPまたはN
型半導体を用いることにより、その成分中のアモルファ
ス分は約50%となっているため、ITOとCTOとの
反応をアモルファス珪素のみの場合に比べて約1/2と
することができる。しかしこれでも本質的には劣化特性
を有することには変わりなく、さらに抜本的な解決法が
求められていた。
【0013】本発明はかかる目的のため、この微結晶性
のPまたはN型半導体上に同一導電型のSixC1-x (0<
x<1)をきわめて薄く形成せしめている。かくする
と、この炭化珪素が酸素に対しブロック(阻止)効果を
有し、CTOを構成している酸素が珪素中に拡散してPS
G,BSG を作ることを防ぐことができることが判明した。
【0014】SixC1-x (0<x<1)において、x=
0.95〜0.8においてはその酸素のブロック作用に
十分であり、かつその厚さもトンネル電流を引き出す程
度の100Å以下(代表的には平均膜厚15〜40Åと
推定される)の厚さで十分のブロック作用があった。そ
の結果、例えばPIN 結合を有さない光電変換装置を15
0℃で保持し、1000〜2000時間をへても、その
劣化は0〜2%(1000時間)ないし0〜3%(20
00時間)と熱劣化をまったくなくすことができた。以
下に図面に従って本発明を示す。
【0015】
【実施例】〔実施例1〕 図1(A)は基板(1)、透
光性絶縁基板(15)を通って光(10)が照射された
PVCを示す。
【0016】図面において、ガラス基板(1)上に第1
のCTO(2)を形成した。図面ではこれをフッ素のご
ときハロゲン元素が添加された酸化スズ(300〜20
00Å)またはITO(300〜1500Å)+酸化ス
ズ(200〜400Å)の2層構造とした。さらに、こ
のCTO(2)上にP型のSixC1-x (0<x<1 例え
ばx=0.8)をプラズマ気相法(PCVD法)により
SiH4とCH4 で実施した。その際、B2H6を0.5濃度%添
加して200℃の温度で20Wにて形成させた。その平
均厚さは約100Åであった。
【0017】さらにこの上面にI型非晶質または半非晶
質珪素をPCVD法、光CVD法、光プラズマ気相法または
LT CVD法(低温気相法)(HOMO CVD法と
もいう)またはこれらを組み合わせた気相法により0.
2〜0.8μ例えば0.5μの厚さに形成させた。この
時同時にホウ素を平均濃度が1017cm-3以下添加し、か
つ濃度勾配をP型側に大きくして設け、効率の向上を図
ることは有効であった。またこの水素およびハロゲン元
素が添加された珪素半導体中の酸素は少なくとも5×1
19cm-3以下好ましくは5×1018cm-3以下にし、酸素
による光照射劣化を防ぎ、かつ酸化珪素絶縁物の存在に
よる電気的導電性の低下を防いだ。
【0018】次にN型の非単結晶半導体層(5)をPH3
/SiH4=1%,SiH4/H2=30%として、PCVD法に
より10Wの出力で100〜300Å例えば200Åの
厚さに形成せしめた。するとこの場合は微結晶性を含む
N型珪素(水素が5〜15原子%添加されている)が形
成された。さらにこの上面にPH3 /SiH4=1%, CH4
(SiH4+ CH4 )=5〜50%とし、SixC1-x (例えばx
=0.95〜0.8)(21)として作製した。この膜
厚は100Å以下例えば30Åとした。さらにこの後、
ITOを裏面電極(19)として公知の電子ビーム蒸着
法により形成せしめた。これに対応したエネルギバンド
図を図1(B)に示す。
【0019】かかる構造において、AM1(100mW/
cm2 )にて1.05cm2 (3.5cm×3mm)において、
8.91%(開放電圧0.89V,短絡電流18mA/cm
2 ,曲線因子0.55)を得た。これを150℃で大気
中に放置すると、1000〜2000時間を経てその劣
化は初期に比べて0〜3%(1000時間)、また0〜
5%(2000時間)を試料数30にて得ることがで
き、その劣化は3%以内で従来が20%を越えていたこ
とに比べて実用上きわめて著しい信頼性の向上であっ
た。
【0020】〔実施例2〕 この実施例は図1(A)に
対し、N型半導体上のITO(7)上にさらに反射性電
極として銀(500〜1000Å)およびこの上にアル
ミニューム3000Åを電子ビーム蒸着法により作製し
た。するとこの反射性電極により600〜800nmの長
波長光を照射してI型半導体層中に閉じ込めることがで
きるため、初期変換効率は9.82%(開放電圧0.8
9V,短絡電流19.3mA,曲線因子0.57)を得る
ことができた。その信頼性特性に関しても、150℃、
1000時間放置の条件でも初期値に比べて3%以下の
劣化しかなかった。
【0021】〔実施例3〕 図2はIG FETに本発明を用
いた例である。図面において、石英基板(1)上にN型
の珪素よりなるゲイト電極(厚さ0.2μ、巾5μ)を
第1のマスクにて作製した。さらにゲイト絶縁物をハロ
ゲン元素雰囲気で1100℃の温度で酸化をして300
〜1200Åの厚さに作製した。さらにホウ素が1PP
Mの濃度に注入したP型の真性の半導体(I型珪素)を
公知のプラズマ気相法またはLT CVD法(HOMO
CVD法ともいう)、光CVD法のごときLP CV
D法(減圧気相法)により0.3μの厚さに作製した。
【0022】次に酸化珪素をCVD法にて1μの厚さに
作製した後、フォトレジストをコーティングし、下側よ
りレーザ光を照射してゲイト電極上方以外のレジストを
除去した。さらにレジストを除去して、酸化珪素のみを
残存させた。さらにこれら全面にプラズマ気相法により
微結晶のNの珪素半導体を500Åの厚さに(21)と
して形成し、さらにSixC1-x (0<x<1 ここではx
=0.9)(22)を100Å以下の厚さここでは50
Åの厚さに同一反応炉により連続して形成した。さらに
ITOを500Åの厚さに電子ビーム蒸着法により形成
した。この後、酸化珪素をリフトオフ法により除去し、
ゲイト電極の両端とその両端とを概略一致させて、N型
半導体(21)を形成させた。その結果、ソース(1
2)とドレイン(14)とをゲイト電極(11)とセル
ファラインをして形成させた。この場合、N(12)、
I(13)、N(14)またはN(14)、I(1
3’)、N(20)のインバータ集積化構造を構成させ
ることができた。
【0023】図面においてはこの後、シランとアンモニ
アとの水銀励起法による光CVDにより窒化珪素膜のパ
ッシベイション膜(15)を500〜1000Åの厚さ
に形成させた。さらにポリイミド樹脂例えばPIQ(1
6)を約2μの厚さに形成し、電極用穴開けをして、電
源(VDD)(19)、接地(Vss)(17)、出力(1
8)のアノートをアルミニュームにより作製した。
【0024】このPIQの穴あけの時、入力(ゲイト電
極(11))、負荷のゲイト電極(11’)にも穴あけ
を行い(図示せず)インバータ構造を有せしめた。
【0025】図面において明らかなごとく、N型半導体
は微結晶または多結晶構造のN型半導体(21)、SixC
1-x (0<x<1)半導体(22)、CTO(23)よ
りなり、かかるN─N─CTO接合とした場合、このF
ETまたICを150℃、1000時間の放置を行って
も、FET特性の劣化による変化がまったく見られず、
従来の単にN型珪素半導体上に金属を積層した場合に比
べてきわめて高信頼性を有せしめることができた。
【0026】本発明において、以上の実施例はN型非単
結晶半導体にITO等の酸化インジュームを主成分とす
る電極を作製した。しかしP型珪素半導体─P型炭化珪
素(SixC1-x 0<x<1)半導体─酸化スズのCTOに
よる電極構造を同時に作ることは有効である。
【0027】以上の説明のごとく、本発明は光電変換装
置および絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ等の非単結
晶半導体を用いる半導体装置における電極構造におい
て、I型半導体に密接した電気伝導度のよい結晶性の非
単結晶半導体を形成し、さらにその上面に化学的にきわ
めて安定なSixC1-x (0<x<1)の炭化珪素を設け、
この結果非単結晶珪素半導体とCTOとの反応による絶
縁膜の形成を防ぐことができ、高信頼性の半導体層を作
ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 光電変換装置に本発明を応用した場合の縦断
面図を示す。
【図2】 本発明構造を用いた絶縁ゲイト型電界効果ト
ランジスタの集積化構造の縦断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 CTO 5 N型の非単結晶半導体 7 ITO

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型半導体またはN型半導体を有する半
    導体装置であり、前記P型半導体またはN型半導体の各
    々が透光性導電膜と密接した構造のものにおいて、前記
    P型半導体またはN型半導体は珪素非単結晶半導体層と
    SiX C1-X(0<X<1)で示される炭化珪素半導体層と
    の二層から成るものであり、前記P型半導体を構成する
    炭化珪素半導体層は酸化錫透光性導電膜と密接されてお
    り、前記N型半導体を構成する炭化珪素半導体層は酸化
    インジュームを主成分とする透光性導電膜と密接されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において珪素非単結晶半導体層
    が微結晶性を有する珪素半導体であることを特徴とする
    半導体装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4410220A1 (de) * 1994-03-24 1995-09-28 Forschungszentrum Juelich Gmbh Dünnschicht-Solarzelle

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