JPH08115882A - 非晶質半導体薄膜の成膜方法 - Google Patents
非晶質半導体薄膜の成膜方法Info
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- JPH08115882A JPH08115882A JP6253117A JP25311794A JPH08115882A JP H08115882 A JPH08115882 A JP H08115882A JP 6253117 A JP6253117 A JP 6253117A JP 25311794 A JP25311794 A JP 25311794A JP H08115882 A JPH08115882 A JP H08115882A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】アモルファス半導体薄膜の膜質を良くするため
に、ダングリングボンドターミネータの水素導入工程を
加える成膜方法の、安定性を向上させ、低コストとす
る。 【構成】プラズマＣＶＤあるいはホットワイヤＣＶＤで
アモルファス半導体を堆積する工程と、タングステン被
膜を施した熱フィラメントの熱により水素を原子状にし
てアモルファス半導体に導入する工程とを交互に繰り返
す。
に、ダングリングボンドターミネータの水素導入工程を
加える成膜方法の、安定性を向上させ、低コストとす
る。 【構成】プラズマＣＶＤあるいはホットワイヤＣＶＤで
アモルファス半導体を堆積する工程と、タングステン被
膜を施した熱フィラメントの熱により水素を原子状にし
てアモルファス半導体に導入する工程とを交互に繰り返
す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，太陽光などの光エネル
ギーを半導体接合により電気エネルギーに変換する薄膜
太陽電池の光電変換層等に用いられる、非晶質半導体薄
膜の成膜方法に関する。
ギーを半導体接合により電気エネルギーに変換する薄膜
太陽電池の光電変換層等に用いられる、非晶質半導体薄
膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜太陽電池の光電変換層に用いられる
非晶質半導体として最も一般的なアモルファスシリコン
(以下ａ−Ｓｉ：Ｈと記す) 薄膜を得るために、化合物
ガスをプラズマ放電により分解させる成膜方法には、従
来は平行平板電極を用い、グロー放電やあるいは高周波
を用いたＲＦ放電を使用してきた。これら平行平板電極
を用いた放電法の他に、熱エネルギーにより化合物ガス
を分解し堆積させる方法が利用されてきた。熱エネルギ
ーを利用する方法では、原材料としてＳｉ2 Ｈ6等の比
較的分解温度の低いガスを使用し、成膜真空槽自体を加
熱してガス分解を行うＨｏｔ Ｗａｌｌ法〔Ｍ. Ｈｉｒ
ｏｓｅ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄ Ｓｅｍ
ｉｍｅｔａｌｓ Ｖｏｌ. ２１ (１９８４) ｐ１２３参
照〕や、基板と加熱し同様の効果を得る熱ＣＶＤ法
〔Ｔ. Ｌ. Ｃｈｕ：Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ.
５９ (１９８６) ｐ１３１９参照〕がある。さらに、シ
リコン結晶の融点以上に加熱したタングステンフィラメ
ントのような金属フィラメントを用いることで薄膜堆積
を行うホットワイヤＣＶＤ法 (以下ＨＷ−ＣＶＤ法と記
す) がある〔Ｊ. Ｄｏｙｌｅ：Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙ
ｓ. Ｖｏｌ. ６４、ｐ３２１５およびＨ. Ｍａｔｓｕｍ
ｕｒａ：Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ. ６５、ｐ４
３９６参照〕がある。
非晶質半導体として最も一般的なアモルファスシリコン
(以下ａ−Ｓｉ：Ｈと記す) 薄膜を得るために、化合物
ガスをプラズマ放電により分解させる成膜方法には、従
来は平行平板電極を用い、グロー放電やあるいは高周波
を用いたＲＦ放電を使用してきた。これら平行平板電極
を用いた放電法の他に、熱エネルギーにより化合物ガス
を分解し堆積させる方法が利用されてきた。熱エネルギ
ーを利用する方法では、原材料としてＳｉ2 Ｈ6等の比
較的分解温度の低いガスを使用し、成膜真空槽自体を加
熱してガス分解を行うＨｏｔ Ｗａｌｌ法〔Ｍ. Ｈｉｒ
ｏｓｅ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄ Ｓｅｍ
ｉｍｅｔａｌｓ Ｖｏｌ. ２１ (１９８４) ｐ１２３参
照〕や、基板と加熱し同様の効果を得る熱ＣＶＤ法
〔Ｔ. Ｌ. Ｃｈｕ：Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ.
５９ (１９８６) ｐ１３１９参照〕がある。さらに、シ
リコン結晶の融点以上に加熱したタングステンフィラメ
ントのような金属フィラメントを用いることで薄膜堆積
を行うホットワイヤＣＶＤ法 (以下ＨＷ−ＣＶＤ法と記
す) がある〔Ｊ. Ｄｏｙｌｅ：Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙ
ｓ. Ｖｏｌ. ６４、ｐ３２１５およびＨ. Ｍａｔｓｕｍ
ｕｒａ：Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ. ６５、ｐ４
３９６参照〕がある。
【０００３】図２は従来の平行平板電極を用いたプラズ
マＣＶＤ装置の概念図である。真空槽１の中に平板電極
２が基板３の支持台４に平行に配置されている。平板電
極２は高周波電源２１に接続されプラズマを維持するた
めに必要な電力を供給する。高周波電源２１は例えば０
〜５００Ｗまでパワーを変えられるものを用いる。原料
ガスは、ガス導入管５より供給され、ガス導入管５から
入り真空槽１を満たすガスは、例えばＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 、ＧｅＨ4 、ＣＯ2 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｈ2 を単体あるい
は混合したものであり、0.０００１〜１０Ｔｏｒｒの圧
力に保たれる。平板電極２への高周波電圧印加により接
地された支持台４との間の導入ガス中にプラズマが発生
して導入ガスが分解され、ヒータ４１により加熱された
基板３上に、ａ−Ｓｉ：Ｈを主成分とする非晶質半導体
薄膜が堆積する。
マＣＶＤ装置の概念図である。真空槽１の中に平板電極
２が基板３の支持台４に平行に配置されている。平板電
極２は高周波電源２１に接続されプラズマを維持するた
めに必要な電力を供給する。高周波電源２１は例えば０
〜５００Ｗまでパワーを変えられるものを用いる。原料
ガスは、ガス導入管５より供給され、ガス導入管５から
入り真空槽１を満たすガスは、例えばＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 、ＧｅＨ4 、ＣＯ2 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｈ2 を単体あるい
は混合したものであり、0.０００１〜１０Ｔｏｒｒの圧
力に保たれる。平板電極２への高周波電圧印加により接
地された支持台４との間の導入ガス中にプラズマが発生
して導入ガスが分解され、ヒータ４１により加熱された
基板３上に、ａ−Ｓｉ：Ｈを主成分とする非晶質半導体
薄膜が堆積する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、平行平板電極を
用いた通常の放電による成膜法で、膜質向上のために膜
中に水素原子を導入して未結合のダングリングボンドと
結合させる工程を別に設ける方法が考案されている
〔Ａ．Ａｓａｎｏ：Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ. ５
６、ｐ５３３参照〕。しかし、この方法ではプラズマ中
に発生する電子、イオン等の荷電粒子の基板に対する影
響で、下地となる膜あるいは基板へのプラズマダメージ
が大きかった。一方、熱エネルギーを利用した薄膜堆積
法であるＨＷ−ＣＶＤ法は、シリコン結晶の融点以上に
加熱した金属を用いる事で薄膜堆積を行うため、原理的
にプラズマダメージがなく良質膜形成が可能であるとさ
れるが、一般に堆積速度が１０Å／ｓと大きく、膜中水
素含有率１０％以下でも光劣化が観測されている。
〔Ａ．Ｈ．Ｍａｈａｎ ａｎｄ Ｍ．Ｖａｎｅｃｅｋ：
Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓ
ｔｉｔｕｔｅ、Ｉｎｔｌ．Ｃｏｎｆ．Ｏｎ Ｓｔａｂｉ
ｌｉｔｙ ｏｆ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ（Ｆｅｂ．１９９１）および
Ｊ．Ｄｏｙｌｅ：Ｊ．Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ．６
４、ｐ３２１５参照〕。これらの問題を解決するため、
膜中に水素原子を導入する工程を設け、膜質向上を狙っ
てきたが、多数の工程を繰り返すと、熱源体であるタン
グステンあるいはその合金がＳｉと化学的に結合してけ
い化物を形成し、その結果機械的強度の低下が起き、フ
ィラメントガ切断するという現象が生じた。
用いた通常の放電による成膜法で、膜質向上のために膜
中に水素原子を導入して未結合のダングリングボンドと
結合させる工程を別に設ける方法が考案されている
〔Ａ．Ａｓａｎｏ：Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ. ５
６、ｐ５３３参照〕。しかし、この方法ではプラズマ中
に発生する電子、イオン等の荷電粒子の基板に対する影
響で、下地となる膜あるいは基板へのプラズマダメージ
が大きかった。一方、熱エネルギーを利用した薄膜堆積
法であるＨＷ−ＣＶＤ法は、シリコン結晶の融点以上に
加熱した金属を用いる事で薄膜堆積を行うため、原理的
にプラズマダメージがなく良質膜形成が可能であるとさ
れるが、一般に堆積速度が１０Å／ｓと大きく、膜中水
素含有率１０％以下でも光劣化が観測されている。
〔Ａ．Ｈ．Ｍａｈａｎ ａｎｄ Ｍ．Ｖａｎｅｃｅｋ：
Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓ
ｔｉｔｕｔｅ、Ｉｎｔｌ．Ｃｏｎｆ．Ｏｎ Ｓｔａｂｉ
ｌｉｔｙ ｏｆ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ（Ｆｅｂ．１９９１）および
Ｊ．Ｄｏｙｌｅ：Ｊ．Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. Ｖｏｌ．６
４、ｐ３２１５参照〕。これらの問題を解決するため、
膜中に水素原子を導入する工程を設け、膜質向上を狙っ
てきたが、多数の工程を繰り返すと、熱源体であるタン
グステンあるいはその合金がＳｉと化学的に結合してけ
い化物を形成し、その結果機械的強度の低下が起き、フ
ィラメントガ切断するという現象が生じた。
【０００５】本発明の目的は、上述の各問題を解決し、
水素原子を導入して安定して良質膜を形成することがで
きる非晶質半導体薄膜の成膜方法を提供することにあ
る。
水素原子を導入して安定して良質膜を形成することがで
きる非晶質半導体薄膜の成膜方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の非晶質半導体薄膜の成膜方法は、化合物
ガスを分解して基板上に非晶質半導体層を堆積する工程
と、ダイヤモンド被膜を施した高融点金属フィラメント
を熱源体として用いて水素ラジカルを前記非晶質半導体
層に導入する工程とを交互に繰り返すものとする。１回
の工程で堆積される非晶質半導体層の厚さが２ｎｍ以下
であることが望ましい。非晶質半導体層は、プラズマＣ
ＶＤにより堆積しても、ホットワイヤＣＶＤにより堆積
してもよい。高融点金属フィラメントはタングステンを
主成分とすることが良い。そして、非晶質半導体が非晶
質シリコンであることが有効である。
めに、本発明の非晶質半導体薄膜の成膜方法は、化合物
ガスを分解して基板上に非晶質半導体層を堆積する工程
と、ダイヤモンド被膜を施した高融点金属フィラメント
を熱源体として用いて水素ラジカルを前記非晶質半導体
層に導入する工程とを交互に繰り返すものとする。１回
の工程で堆積される非晶質半導体層の厚さが２ｎｍ以下
であることが望ましい。非晶質半導体層は、プラズマＣ
ＶＤにより堆積しても、ホットワイヤＣＶＤにより堆積
してもよい。高融点金属フィラメントはタングステンを
主成分とすることが良い。そして、非晶質半導体が非晶
質シリコンであることが有効である。
【０００７】
【作用】半導体原子のネットワークが密な高品質非晶質
半導体薄膜を成膜するために非晶質半導体の未結合ダン
グリングボンドに結合させる水素に、熱フィラメントか
ら放出される低エネルギー原子状水素を用いるため、プ
ラズマダメージが生ずることがない。そして、フィラメ
ントにダイヤモンド被膜を施すことによってフィラメン
ト金属のけい化物形成を阻止することができる。非晶質
半導体膜の厚さが厚くなると導入水素の効果が及ぼさな
くなるため、１回の工程で堆積する非晶質半導体層の厚
さは２ｎｍ以下に抑える。
半導体薄膜を成膜するために非晶質半導体の未結合ダン
グリングボンドに結合させる水素に、熱フィラメントか
ら放出される低エネルギー原子状水素を用いるため、プ
ラズマダメージが生ずることがない。そして、フィラメ
ントにダイヤモンド被膜を施すことによってフィラメン
ト金属のけい化物形成を阻止することができる。非晶質
半導体膜の厚さが厚くなると導入水素の効果が及ぼさな
くなるため、１回の工程で堆積する非晶質半導体層の厚
さは２ｎｍ以下に抑える。
【０００８】
【実施例】以下、図２を含めて共通の部分に同一の符号
を付した図を引用して本発明の実施例について述べる。
図１は本発明の一実施例に用いるプラズマＣＶＤ装置
で、図２の装置と異なる点は、平板電極２と被成膜基板
３の支持台４に挟まれた形でフィラメント７が配置され
ていることである。フィラメント７は電源７１に電流導
入端子７２を介して接続されている。フィラメント７
は、例えばタングステン１００％あるいはトリウムを添
加した合金よりなり、形状は線を螺旋状に巻いたもの、
板状のもの等、あるいはそれらの複数の組合わせが使用
可能である。電源７１には、フィラメント７を流れる電
流が、例えば０〜１００Ａの範囲で変えられるものを用
いる。原料ガスは、ガス導入管４より供給され、真空槽
１中を通過し圧力調整バルブ６１を介して排気管６より
排気される。真空槽１を満たす原料ガスは、例えばＳｉ
Ｈ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＧｅＨ4 、ＣＯ2 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｈ2
を単体あるいは混合したものであり、0.０００１〜１０
Ｔｏｒｒの圧力に保たれる。
を付した図を引用して本発明の実施例について述べる。
図１は本発明の一実施例に用いるプラズマＣＶＤ装置
で、図２の装置と異なる点は、平板電極２と被成膜基板
３の支持台４に挟まれた形でフィラメント７が配置され
ていることである。フィラメント７は電源７１に電流導
入端子７２を介して接続されている。フィラメント７
は、例えばタングステン１００％あるいはトリウムを添
加した合金よりなり、形状は線を螺旋状に巻いたもの、
板状のもの等、あるいはそれらの複数の組合わせが使用
可能である。電源７１には、フィラメント７を流れる電
流が、例えば０〜１００Ａの範囲で変えられるものを用
いる。原料ガスは、ガス導入管４より供給され、真空槽
１中を通過し圧力調整バルブ６１を介して排気管６より
排気される。真空槽１を満たす原料ガスは、例えばＳｉ
Ｈ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＧｅＨ4 、ＣＯ2 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｈ2
を単体あるいは混合したものであり、0.０００１〜１０
Ｔｏｒｒの圧力に保たれる。
【０００９】図３は、本発明の別の実施例に用いるＨＷ
−ＣＶＤ装置で、図１のフィラメント７のみを備えたも
ので、図１におけると同様に電源７１に電流導入端子７
２を介して接続されている。また、成膜初期で起こる不
順物等のフィラメントへの付着を防ぐため、回転支持軸
８１を介してシャッタ８がフィラメント７の下に挿入可
能である。フィラメント７は、例えばタングステン１０
０％あるいはトリウムを添加した合金よりなり、形状
は、線を螺旋状に巻いたもの、板状のもの等、あるいは
それらの複数の組合わせが使用可能である。電源７１に
は、フィラメント７を流れる電流が、例えば０〜１００
Ａまで電流値を変えられるものを用いる。原料ガスは、
ガス導入管４より供給され、真空槽１中を通過し圧力調
整バルブ６１を介して排気管６より排気される。真空槽
１を満たす原料ガスは、例えばＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、
ＧｅＨ4 、ＣＯ2 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｈ2 を単体あるいは混合
したものであり0.０００１〜１０Ｔｏｒｒの圧力に保た
れる。
−ＣＶＤ装置で、図１のフィラメント７のみを備えたも
ので、図１におけると同様に電源７１に電流導入端子７
２を介して接続されている。また、成膜初期で起こる不
順物等のフィラメントへの付着を防ぐため、回転支持軸
８１を介してシャッタ８がフィラメント７の下に挿入可
能である。フィラメント７は、例えばタングステン１０
０％あるいはトリウムを添加した合金よりなり、形状
は、線を螺旋状に巻いたもの、板状のもの等、あるいは
それらの複数の組合わせが使用可能である。電源７１に
は、フィラメント７を流れる電流が、例えば０〜１００
Ａまで電流値を変えられるものを用いる。原料ガスは、
ガス導入管４より供給され、真空槽１中を通過し圧力調
整バルブ６１を介して排気管６より排気される。真空槽
１を満たす原料ガスは、例えばＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、
ＧｅＨ4 、ＣＯ2 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｈ2 を単体あるいは混合
したものであり0.０００１〜１０Ｔｏｒｒの圧力に保た
れる。
【００１０】図１、図３の装置のフィラメントは、機械
的強度の低下を防ぐためにダイヤモンド薄膜の被膜が形
成されている。ダイヤモンド被膜は、原料ガスとして
(ＣＨ 4 ＋Ｈ2 ) を用い、次の条件で、ＨＷ−ＣＶＤ法
で成膜した。 (1) フィラメント温度 １８００℃以上 (2) ＣＨ4 流量 ５ｓｃｃｍ (3) Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ (4) 圧力 ３０ｍＴｏｒｒ (5) 成膜時間 ３０ｍｉｎ この成膜は、フィラメント７の比較的劣化現象が起こり
やすい部分である通電停止時に温度が急激に低くなる支
持部に施した。
的強度の低下を防ぐためにダイヤモンド薄膜の被膜が形
成されている。ダイヤモンド被膜は、原料ガスとして
(ＣＨ 4 ＋Ｈ2 ) を用い、次の条件で、ＨＷ−ＣＶＤ法
で成膜した。 (1) フィラメント温度 １８００℃以上 (2) ＣＨ4 流量 ５ｓｃｃｍ (3) Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ (4) 圧力 ３０ｍＴｏｒｒ (5) 成膜時間 ３０ｍｉｎ この成膜は、フィラメント７の比較的劣化現象が起こり
やすい部分である通電停止時に温度が急激に低くなる支
持部に施した。
【００１１】図４ (ａ) 〜 (ｄ) および図５ (ａ) 〜
(ｄ) は、図１および図３の装置を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ
膜を成膜する工程を示す。図１のプラズマＣＶＤ装置に
より成膜する場合は、図４ (ａ) において基板１上にＳ
ｉＨ4 ガスを導入し、平行平板電極間に電力を投入して
ＳｉＨ4 プラズマ１１を発生させる。図４ (ｂ) はこの
プラズマにより生成したａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜１０を示して
いるが、薄膜の厚さとして２ｎｍ以下が望ましい。薄膜
１０の上部１２はＳｉ成長中の部分で、その上に未結合
のダングリングボンド１３で示されている。このあと、
図４ (ｃ) に示すようにＳｉＨ4 ガスの導入を止め、Ｈ
2 ガス１４に切り替えた後フィラメント７を加熱し水素
ラジカル１５を膜１０中に導入する。次に、図４ (ｄ)
に示すようにフィラメント７の加熱をやめ、Ｈ2 ガスか
らＳｉＨ4 ガスへ切り替えた後、再び平行平板電極間に
電力を投入し、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０を堆積させる。
(ｄ) は、図１および図３の装置を用いてａ−Ｓｉ：Ｈ
膜を成膜する工程を示す。図１のプラズマＣＶＤ装置に
より成膜する場合は、図４ (ａ) において基板１上にＳ
ｉＨ4 ガスを導入し、平行平板電極間に電力を投入して
ＳｉＨ4 プラズマ１１を発生させる。図４ (ｂ) はこの
プラズマにより生成したａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜１０を示して
いるが、薄膜の厚さとして２ｎｍ以下が望ましい。薄膜
１０の上部１２はＳｉ成長中の部分で、その上に未結合
のダングリングボンド１３で示されている。このあと、
図４ (ｃ) に示すようにＳｉＨ4 ガスの導入を止め、Ｈ
2 ガス１４に切り替えた後フィラメント７を加熱し水素
ラジカル１５を膜１０中に導入する。次に、図４ (ｄ)
に示すようにフィラメント７の加熱をやめ、Ｈ2 ガスか
らＳｉＨ4 ガスへ切り替えた後、再び平行平板電極間に
電力を投入し、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１０を堆積させる。
【００１２】図３のＨＷ−ＣＶＤ装置により成膜する場
合は、図５ (ａ) で熱フィラメント７により導入された
ＳｉＨ4 ガス１６を分解し、基板１にａ−Ｓｉ：Ｈ層１
０を堆積させる工程を示し、つづいて図５ (ｂ) でＳｉ
Ｈ4 からＨ2 へガスを切り替えて、膜中に水素ラジカル
１５を取り込む過程を示している。このあと、図５
(ｃ) に示すように、再び熱フィラメント７により、導
入されたＳｉＨ4 ガス１６を分解しａ−Ｓｉ：Ｈ層１０
を堆積させる。
合は、図５ (ａ) で熱フィラメント７により導入された
ＳｉＨ4 ガス１６を分解し、基板１にａ−Ｓｉ：Ｈ層１
０を堆積させる工程を示し、つづいて図５ (ｂ) でＳｉ
Ｈ4 からＨ2 へガスを切り替えて、膜中に水素ラジカル
１５を取り込む過程を示している。このあと、図５
(ｃ) に示すように、再び熱フィラメント７により、導
入されたＳｉＨ4 ガス１６を分解しａ−Ｓｉ：Ｈ層１０
を堆積させる。
【００１３】図４および図５のいずれの工程も、繰り返
すことで所望の厚さの非晶質半導体薄膜を成膜すること
が可能である。図１および図３の装置の双方において、
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜条件としてＳｉＨ4 の流量１０ｓ
ｃｃｍ、圧力４ｍＴｏｒｒ、水素ラジカルの発生条件と
して、Ｈ2 の流量５０ｓｃｃｍ、圧力0.３Ｔｏｒｒ、フ
ィラメント７には長さ約0.２〜１ｍのコイル状に加工し
たものを用いた。熱フィラメントの材質は、酸化トリウ
ム (ＴｈＯ2 ) を数％含んだタングステンである。フィ
ラメントには１０〜２００Ｗの電力を投入し加熱を行っ
た。堆積速度は、フィラメントと基板の距離を１０ｍｍ
〜５０ｍｍと変えることにより調整し、ａ−Ｓｉ：Ｈ層
堆積を堆積速度0.２ｎｍ／ｓで５秒、すなわち約１ｎｍ
の厚さに、水素ラジカル導入時間で２０秒という条件の
工程を繰り返して光学ギャップ1.７ｅＶで、光導電率が
２×１０-4 (Ｓ／ｃｍ)(ＡＭ1.５, １００ｍＷ／ｃ
ｍ2 )、暗導電率が１×１０-11 (Ｓ／ｃｍ) と非常に
良質な膜が得られた。
すことで所望の厚さの非晶質半導体薄膜を成膜すること
が可能である。図１および図３の装置の双方において、
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜条件としてＳｉＨ4 の流量１０ｓ
ｃｃｍ、圧力４ｍＴｏｒｒ、水素ラジカルの発生条件と
して、Ｈ2 の流量５０ｓｃｃｍ、圧力0.３Ｔｏｒｒ、フ
ィラメント７には長さ約0.２〜１ｍのコイル状に加工し
たものを用いた。熱フィラメントの材質は、酸化トリウ
ム (ＴｈＯ2 ) を数％含んだタングステンである。フィ
ラメントには１０〜２００Ｗの電力を投入し加熱を行っ
た。堆積速度は、フィラメントと基板の距離を１０ｍｍ
〜５０ｍｍと変えることにより調整し、ａ−Ｓｉ：Ｈ層
堆積を堆積速度0.２ｎｍ／ｓで５秒、すなわち約１ｎｍ
の厚さに、水素ラジカル導入時間で２０秒という条件の
工程を繰り返して光学ギャップ1.７ｅＶで、光導電率が
２×１０-4 (Ｓ／ｃｍ)(ＡＭ1.５, １００ｍＷ／ｃ
ｍ2 )、暗導電率が１×１０-11 (Ｓ／ｃｍ) と非常に
良質な膜が得られた。
【００１４】図６は、プラズマＣＶＤによりａ−Ｓｉ：
Ｈを堆積したのち、プラズマＣＶＤを用いて水素ラジカ
ルを導入する工程を繰り返して得られた膜の光暗導伝率
の変化を横軸に水素プラズマパワーをとって示してい
る。プラズマパワー０Ｗは連続ａ−Ｓｉ：Ｈ成膜した場
合の膜質を示している。図７は、図４に示したように、
プラズマＣＶＤによりａ−Ｓｉ：Ｈを堆積したのち、熱
フィラメントを用いて水素ラジカルを導入する工程を繰
り返して得た膜の光暗導伝率の変化を横軸にフィラメン
トパワーをとって示している。
Ｈを堆積したのち、プラズマＣＶＤを用いて水素ラジカ
ルを導入する工程を繰り返して得られた膜の光暗導伝率
の変化を横軸に水素プラズマパワーをとって示してい
る。プラズマパワー０Ｗは連続ａ−Ｓｉ：Ｈ成膜した場
合の膜質を示している。図７は、図４に示したように、
プラズマＣＶＤによりａ−Ｓｉ：Ｈを堆積したのち、熱
フィラメントを用いて水素ラジカルを導入する工程を繰
り返して得た膜の光暗導伝率の変化を横軸にフィラメン
トパワーをとって示している。
【００１５】図６に示すプラズマＣＶＤを用いて連続的
に成膜した膜の膜質およびプラズマＣＶＤを用いて水素
ラジカルを導入したときの膜質に比べ、改善されている
ことがわかる。これは、プラズマ中の荷電粒子によるダ
メージが熱フィラメントを用いた場合抑えられるためと
解釈できる。ａ−Ｓｉ：Ｈの堆積をＨＷ−ＣＶＤで行う
図５に示した工程で成膜したときの膜質も図７に示すも
のと同様であった。
に成膜した膜の膜質およびプラズマＣＶＤを用いて水素
ラジカルを導入したときの膜質に比べ、改善されている
ことがわかる。これは、プラズマ中の荷電粒子によるダ
メージが熱フィラメントを用いた場合抑えられるためと
解釈できる。ａ−Ｓｉ：Ｈの堆積をＨＷ−ＣＶＤで行う
図５に示した工程で成膜したときの膜質も図７に示すも
のと同様であった。
【００１６】図８は、図３に示した装置を用いた場合の
１工程あたりのａ−Ｓｉ：Ｈ層の膜厚を横軸にとり、光
導伝率を縦軸にとった関係線図である。ここに示される
通り、１層あたりの膜厚が２ｎｍを越えると膜中に導入
される水素の効果がなくなり、膜質が悪くなってしま
う。ＣＰＭ (Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅ
ｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ) により膜中欠陥密度で評価される
光劣化の度合は、水素含有率１０％以下の膜において
は、Ａ. Ｈ. ＭａｈａｎおよびＭ. Ｖａｎｅｃｅｃｋの
前掲の報告によれば、欠陥密度が８×１０15ｃｍ-3から
３×１０16ｃｍ-3と約５倍程度に増えているのに対し、
本発明により水素ラジカル処理を行った膜においては、
欠陥密度が５×１０15ｃｍ-3から８×１０15ｃｍ-3と約
1.６倍程度にまで抑えられた。
１工程あたりのａ−Ｓｉ：Ｈ層の膜厚を横軸にとり、光
導伝率を縦軸にとった関係線図である。ここに示される
通り、１層あたりの膜厚が２ｎｍを越えると膜中に導入
される水素の効果がなくなり、膜質が悪くなってしま
う。ＣＰＭ (Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅ
ｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ) により膜中欠陥密度で評価される
光劣化の度合は、水素含有率１０％以下の膜において
は、Ａ. Ｈ. ＭａｈａｎおよびＭ. Ｖａｎｅｃｅｃｋの
前掲の報告によれば、欠陥密度が８×１０15ｃｍ-3から
３×１０16ｃｍ-3と約５倍程度に増えているのに対し、
本発明により水素ラジカル処理を行った膜においては、
欠陥密度が５×１０15ｃｍ-3から８×１０15ｃｍ-3と約
1.６倍程度にまで抑えられた。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、アモルファス半導体層
堆積後、高融点金属のフィラメントにダイヤモンド被膜
を施したものを熱源に用いてアモルファス半導体に水素
原子を導入する工程を繰り返すことにより、劣化が少な
い良質膜が連続的に形成可能であり、太陽電池に適用し
た場合、大幅な効率向上が達成できる非晶質半導体薄膜
が成膜できた。しかも、比較的簡便な装置で薄膜が連続
的に形成可能であることで薄膜半導体製造段階におい
て、製造コストを大幅に下げることが可能となった。
堆積後、高融点金属のフィラメントにダイヤモンド被膜
を施したものを熱源に用いてアモルファス半導体に水素
原子を導入する工程を繰り返すことにより、劣化が少な
い良質膜が連続的に形成可能であり、太陽電池に適用し
た場合、大幅な効率向上が達成できる非晶質半導体薄膜
が成膜できた。しかも、比較的簡便な装置で薄膜が連続
的に形成可能であることで薄膜半導体製造段階におい
て、製造コストを大幅に下げることが可能となった。
【図１】本発明の一実施例に用いるプラズマＣＶＤ装置
の概念的断面図
の概念的断面図
【図２】従来用いられたプラズマＣＶＤ装置の概念的断
面図
面図
【図３】本発明の別の実施例に用いるＨＷ−ＣＶＤ装置
の概念的断面図
の概念的断面図
【図４】本発明の一実施例のａ−Ｓｉ：Ｈ成膜方法にお
ける工程を (ａ) ないし (ｄ)の順に示す概念的断面図
ける工程を (ａ) ないし (ｄ)の順に示す概念的断面図
【図５】本発明の別の実施例のａ−Ｓｉ：Ｈ成膜方法に
おける工程を (ａ) 、 (ｂ) 、(ｃ) の順に示す概念的
断面図
おける工程を (ａ) 、 (ｂ) 、(ｃ) の順に示す概念的
断面図
【図６】水素ラジカル導入を水素プラズマを利用して行
ったときの導電率と水素プラズマパワー密度との関係線
図
ったときの導電率と水素プラズマパワー密度との関係線
図
【図７】水素ラジカル導入を熱フィラメントを利用して
行ったときの導電率とフィラメントパワーとの関係線図
行ったときの導電率とフィラメントパワーとの関係線図
【図８】１回の工程で堆積されるａ−Ｓｉ：Ｈ層の膜厚
の光導電率への影響を示す関係線図
の光導電率への影響を示す関係線図
１ 真空槽 ２ 平板電極 ３ 被成膜基板 ４ 支持台 ４１ ヒータ ５ ガス導入管 ６ 排気管 ７ フィラメント ８ シャッタ １０ ａ−Ｓｉ：Ｈ膜 １１ ＳｉＨ4 プラズマ １３ ダングリングボンド １４ Ｈ2 １５ 水素ラジカル １６ ＳｉＨ4 ガス
Claims (6)
- 【請求項１】化合物ガスを分解して基板上に非晶質半導
体層を堆積する工程と、ダイヤモンド被膜を施した高融
点金属フィラメントを熱源体として用いて水素ラジカル
を前記非晶質半導体層に導入する工程とを交互に繰り返
すことを特徴とする非晶質半導体薄膜の成膜方法。 - 【請求項２】１回の工程で堆積される非晶質半導体層の
厚さが２ｎｍ以下である請求項１記載の非晶質半導体薄
膜の成膜方法。 - 【請求項３】非晶質半導体層をプラズマＣＶＤにより堆
積する請求項１あるいは２記載の非晶質半導体薄膜の成
膜方法。 - 【請求項４】非晶質半導体層をホットワイヤＣＶＤ法に
より堆積する請求項１あるいは２記載の非晶質半導体薄
膜の成膜方法。 - 【請求項５】高融点金属フィラメントがタングステンを
主成分とする請求項１ないし４のいずれかに記載の非晶
質半導体薄膜の成膜方法。 - 【請求項６】非晶質半導体が非晶質シリコンである請求
項１ないし５のいずれかに記載の非晶質半導体薄膜の成
膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6253117A JPH08115882A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 非晶質半導体薄膜の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6253117A JPH08115882A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 非晶質半導体薄膜の成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08115882A true JPH08115882A (ja) | 1996-05-07 |
Family
ID=17246743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6253117A Pending JPH08115882A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 非晶質半導体薄膜の成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08115882A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09190979A (ja) * | 1996-01-10 | 1997-07-22 | Nec Corp | 選択シリコンエピタキシャル成長方法及び成長装置 |
| WO2002025712A1 (fr) * | 2000-09-14 | 2002-03-28 | Japan As Represented By President Of Japan Advanced Institute Of Science And Technology | Dispositif de depot chimique en phase vapeur (cvd) a element chauffant |
| JP2008135556A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Sanyo Electric Co Ltd | ｐ型アモルファスシリコン薄膜、光起電力装置及びそれらの製造方法 |
| JP4556329B2 (ja) * | 1999-04-20 | 2010-10-06 | ソニー株式会社 | 薄膜形成装置 |
-
1994
- 1994-10-19 JP JP6253117A patent/JPH08115882A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09190979A (ja) * | 1996-01-10 | 1997-07-22 | Nec Corp | 選択シリコンエピタキシャル成長方法及び成長装置 |
| JP4556329B2 (ja) * | 1999-04-20 | 2010-10-06 | ソニー株式会社 | 薄膜形成装置 |
| WO2002025712A1 (fr) * | 2000-09-14 | 2002-03-28 | Japan As Represented By President Of Japan Advanced Institute Of Science And Technology | Dispositif de depot chimique en phase vapeur (cvd) a element chauffant |
| US6593548B2 (en) | 2000-09-14 | 2003-07-15 | Japan As Represented By President Of Japan Advanced Institute Of Science And Technology | Heating element CVD system |
| JP2008135556A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Sanyo Electric Co Ltd | ｐ型アモルファスシリコン薄膜、光起電力装置及びそれらの製造方法 |
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