JPH0878659A - 半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents

半導体デバイス及びその製造方法

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JPH0878659A
JPH0878659A JP6209750A JP20975094A JPH0878659A JP H0878659 A JPH0878659 A JP H0878659A JP 6209750 A JP6209750 A JP 6209750A JP 20975094 A JP20975094 A JP 20975094A JP H0878659 A JPH0878659 A JP H0878659A
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heterojunction
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Norihiro Terada
典裕 寺田
Yasuki Harada
康樹 原田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、簡単な工程で、しかも安定した
ヘテロ接合特性を得ることができる半導体デバイスを提
供することを目的とする。 【構成】 この発明は、結晶系シリコン１表面に原子を
打ち込み、非晶質化させて非晶質シリコン層２を形成
し、この非晶質シリコン層２上に非晶質シリコン層３を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、太陽光などの光エネ
ルギーを電気エネルギーに直接変換する光起電力素子
や、バイポーラトランジスタ、ダイオードなどヘテロ接
合を有する半導体デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】単結晶又は多結晶の結晶系シリコン（以
下、ｃ−Ｓｉと略記する。）基板上に、非晶質シリコン
層（以下、ａ−Ｓｉと略記する。）或いは微結晶シリコ
ン層（μｃ−Ｓｉと略記する。）を積層したヘテロ接合
型光起電力素子が知られている。
【０００３】従来、上記のｃ−Ｓｉとａ−Ｓｉ或いはμ
ｃ−Ｓｉを用いたヘテロ接合においては、ａ−Ｓｉ或い
はμｃ−Ｓｉに不純物がドーピングされることにより、
その接合の機能を持っている。
【０００４】しかしながら、不純物をドーピングされた
ａ−Ｓｉ或いはμｃ−Ｓｉは、ドーピングにより欠陥が
増加し、そのヘテロ接合界面特性が低下するという問題
があった。この接合界面特性の低下により、光起電力素
子に用いた場合、キャリアが再結合する結果、高い変換
効率を得るに至っていない。，
【０００５】この問題点を解決するために、特開平３−
７０１８３号公報（Ｈ０１Ｌ ３１／０４）には、ｃ−
Ｓｉ基板とａ−Ｓｉ層との間に実質的に真性なａ−Ｓｉ
を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の
特性を改善することが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した方法
は、ａ−Ｓｉ層をｃ−Ｓｉ基板上に堆積させる方法を用
いているため、堆積前のｃ−Ｓｉ基板表面の清浄度がそ
の特性を左右するので、ｃ−Ｓｉ基板表面のクリーニン
グに細心の注意を払う必要があった。そのため、条件に
よっては、良好な特性が得られない場合がたびたび発生
するなどの難点があった。
【０００７】この発明は、上述した従来の難点を解消す
るべくなされたものにして、簡単な工程で、しかも安定
したヘテロ接合特性を得ることができる半導体デバイス
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体デバイ
スは、結晶系シリコン上に非晶質あるいは微結晶シリコ
ンを形成することにより得られるヘテロ接合を用いた半
導体デバイスにおいて、前記へテロ接合界面が堆積界面
の表面から深い部分に形成されていることを特徴とす
る。
【０００９】また、この発明は、結晶系シリコン表面に
原子を打ち込み、非晶質化させ、その上に非晶質あるい
は微結晶シリコンを形成することを特徴とする。
【００１０】
【作用】この発明は、ヘテロ接合を形成する際におい
て、少なくともｃ−Ｓｉ表面に原子を打ち込むことによ
って、そのｃ−Ｓｉ表面を非晶質化する。そして、その
上にａ−Ｓｉ或いはμｃ−Ｓｉを堆積させることによ
り、ヘテロ界面が堆積界面より表面から深い部分に形成
される。このように簡単な工程により、堆積界面で問題
になっていた不純物による欠陥を抑制し、キャリアの再
結合を低減でき、接合特性が改善される。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。
【００１２】図１は、この発明による光起電力素子の一
実施例を示す断面図である。図１に示すように、膜厚数
μｍ〜数百μｍの単結晶又は多結晶の結晶系シリコン半
導体からなるｐ又はｎ型の基板１の表面には、水素など
の原子を打ち込むことにより形成されたａ−Ｓｉ層２が
設けられている。このａ−Ｓｉ層２は、例えば、基板１
表面が水素プラズマに曝されることにより、基板１表面
に水素が導入され、水素化非晶質シリコンとなることに
より形成される。このａ−Ｓｉ層２には、基板１に導入
されているｐ又はｎ型の不純物が混入するがその濃度は
下地の基板と同等である。
【００１３】例えば、下地の基板１として、導電率が〜
１Ωｃｍのｎ型単結晶シリコンを用いた場合、ａ−Ｓｉ
層２には、燐（Ｐ）が３×１０15ｃｍ-3程度混入する。
この程度の不純物の混入は、非晶質シリコンでは、暗導
電率が１０-10（Ωｃｍ）-1であり、真性（ｉ型）非晶
質シリコンとみなすことができる。
【００１４】このａ−Ｓｉ層２は膜厚１０〜５００Å、
好ましくは５０〜２００Åになるように原子の打ち込み
を制御する。
【００１５】そして、このａ−Ｓｉ層２上に基板１とは
逆導電型、すなわちｎまたはｐ型のａ−Ｓｉ層３がプラ
ズマＣＶＤ法などにより設けられる。このａ−Ｓｉ層３
は膜厚１０〜５００Å、好ましくは５０〜２００Åの厚
さで、ａ−Ｓｉ層２上に堆積される。
【００１６】更に、このａ−Ｓｉ層３の露出表面を覆う
ように、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透光性導電酸化
膜からなる膜厚が〜７００Åの透明電極４が設けられ、
この透明電極４の上に銀（Ａｇ）からなる集電極５が設
けられている。
【００１７】また、基板１の裏面には、アルミニウム
（Ａｌ）からなる膜厚が〜２μｍの裏面電極６が設けら
れ、この発明の光起電力素子が得られる。
【００１８】このように、この実施例の光起電力素子
は、少なくともｃ−Ｓｉの基板１表面に原子を打ち込む
ことによって、そのｃ−Ｓｉ表面が非晶質化され、ａ−
Ｓｉ層２が形成される。そして、その上にａ−Ｓｉ層３
を堆積させることにより、ヘテロ界面が堆積界面より表
面から深い部分に形成される。その結果、堆積界面で問
題になっていた不純物による欠陥が解消される。更に、
堆積の界面が清浄でなくても特性を大きく左右するヘテ
ロ界面は別の部分となるため表面の清浄の状態に関わら
ず安定した特性が得られる。
【００１９】この発明の光起電力素子は、前述した従来
の方法で作成した光起電力素子に比べて素子特性が安定
し、しかも歩留まりを５０％から８０％に向上させるこ
とができた。
【００２０】次に、この発明の光起電力素子の製造方法
の一例を図２を参照して説明する。図２は、この発明の
製造方法を工程別に示す断面図である。
【００２１】まず、導電率が〜１Ωｃｍ、厚さが３００
μｍのｎ型単結晶シリコンを用意し、これを基板１とし
て用いる。この基板１を通常の方法により洗浄後、ＲＦ
プラズマ装置内に配置する。基板温度を１２０℃、水素
のガス流量を１００ＳＣＣＭ、圧力を０．５Ｔｏｒｒ、
ＲＦパワーを１００〜３００ｍＷ／ｃｍ2とした条件
で、基板１表面を水素プラズマに曝すことにより、水素
を結晶シリコンに導入し、水素化非晶質シリコンを形成
し、ｎ型ａ−Ｓｉ層２を形成する（図２（ａ）参照）。
【００２２】前述したように、このａ−Ｓｉ層２には、
基板１に導入されている燐（Ｐ）が混入するがその濃度
は下地の基板と同等であり、ａ−Ｓｉ層２には、燐
（Ｐ）が３×１０15ｃｍ-3程度混入する。この程度の不
純物の混入は、非晶質シリコンでは、暗導電率が１０
-10（Ωｃｍ）-1であり、真性（ｉ型）非晶質シリコン
とみなすことができる。
【００２３】このａ−Ｓｉ層２の膜厚が１０〜５００
Å、好ましくは５０〜２００Åになるように原子の打ち
込みを制御する。
【００２４】続いて、ｐ型ａ−Ｓｉ層３をプラズマＣＶ
Ｄ法により膜厚１０〜５００Å、好ましくは５０〜２０
０Åの厚さで、ａ−Ｓｉ層２上に堆積する（図２（ｂ）
参照）。この時の条件は、基板温度が１２０℃、ガス流
量がＳｉＨ4は５ＳＣＣＭ、Ｂ2Ｈ6は０．１ＳＣＣＭ、
Ｈ2は１００ＳＣＣＭ、圧力が０．２Ｔｏｒｒ、ＲＦパ
ワーが３０ｍＷ／ｃｍ2である。
【００２５】更に、このａ−Ｓｉ層３の露出表面を覆う
ように、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の透光性導電酸化
膜からなる膜厚が〜７００Åの透明電極４が設けられ、
この透明電極４の上に銀（Ａｇ）からなる集電極５がメ
タルマスクを用いた蒸着法により設けられる（図２
（ｃ）参照）。
【００２６】また、基板１の裏面には、アルミニウム
（Ａｌ）からなる膜厚が〜２μｍの裏面電極６を蒸着に
より設け、この発明の光起電力素子が得られる（図２
（ｄ）参照）。
【００２７】なお、裏面電極６での反射率を向上させる
ためＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2等と反射率の高い銀（Ａ
ｇ）、金（Ａｕ）などを全面または一部分に積層しても
よい。
【００２８】上記実施例では、ａ−Ｓｉ層２の形成を水
素プラズマにより行っているが、他の方法によっても同
様に基板表面の非晶質化を行うことができる。例えば、
イオン注入装置や、イオンシャワー装置を用いることに
より非晶質化を行うことができる。イオンシャワー装置
においては、水素ガスを導入し、３〜２０ｋｅＶの加速
電圧で、５〜２０μＡ／ｃｍ2の電流を３分間流すこと
により、非晶質シリコンが得られる。
【００２９】また、水素以外の原子を打ち込むことによ
っても非晶質シリコンを形成することができる。例え
ば、シリコン（Ｓｉ）、アルゴン（Ａｒ）、フッ素
（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）などの原子
を打ち込むことにより、基板１表面にａ−Ｓｉ層を形成
することができる。
【００３０】そして、この打ち込みによる原子の非晶質
シリコン中の分布は、そのエネルギーを調整することに
より任意の分布を得ることができる。
【００３１】なお、ａ−Ｓｉ層２とａ−Ｓｉ層３との間
に更にｉ型ａ−Ｓｉ層を設けても良い。特にａ−Ｓｉ層
２の膜厚が５０Å以下と薄い場合には、ｉ型非晶質シリ
コンを両者の間に介在させる方がよい。
【００３２】図３は、この発明による光起電力素子の他
の実施例を示す断面図である。図３に示すように、膜厚
数十μｍ〜数百μｍの単結晶シリコン半導体からなるｎ
型の基板１１の表面には、前述した図１及び図２と同様
に水素などの原子を打ち込むことにより形成されたａ−
Ｓｉ層１２が設けられている。
【００３３】そして、このａ−Ｓｉ層１２上に基板１１
とは逆導電型、すなわちｐ型のａ−Ｓｉ層１３がプラズ
マＣＶＤ法などにより設けられる。このａ−Ｓｉ層１３
は膜厚が１０〜５００Å、好ましくは５０〜２００Åの
厚さで、ａ−Ｓｉ層１２上に堆積される。更に、このａ
−Ｓｉ層１３の露出表面を覆うように、ＳｎＯ2、ＩＴ
Ｏ、ＺｎＯ等の透光性導電酸化膜からなる膜厚が〜７０
０Åの透明電極１４が設けられ、この透明電極１４の上
に銀（Ａｇ）からなる集電極１５が設けられている。
【００３４】一方、この実施例では、基板１１の裏面に
も、水素などの原子を打ち込むことにより形成されたａ
−Ｓｉ層１６が設けられている。このａ−Ｓｉ層１６は
前述したａ−Ｓｉ層１２と同様に、例えば、基板１１表
面を水素プラズマに曝すことにより、基板１表面に水素
を導入し、形成される。このａ−Ｓｉ層１６には、基板
１に導入されているｎ型の不純物が混入するがその濃度
は下地の基板と同等であり、前述した如く真性（ｉ型）
非晶質シリコンとみなすことができる。
【００３５】このａ−Ｓｉ層１６の膜厚は１０〜５００
Å、好ましくは５０〜２００Åになるように原子の打ち
込みを制御する。
【００３６】そして、このａ−Ｓｉ層１６上に基板１１
と同導電型、すなわちｎ型のａ−Ｓｉ層１７がプラズマ
ＣＶＤ法などにより設けられる。このａ−Ｓｉ層１７は
膜厚１０〜１００００Å、好ましくは５００〜２０００
Åの厚さで、ａ−Ｓｉ層１６上に堆積される。このａ−
Ｓｉ層１７上にアルミニウム（Ａｌ）からなる膜厚〜２
μｍの裏面電極１８が設けられ、この発明の光起電力素
子が得られる。
【００３７】上記の光起電力素子は、前述した方法と同
様にして形成される。なお、ｎ型ａ−Ｓｉ層１７の条件
は、基板温度が１２０℃、ガス流量がＳｉＨ4は１０Ｓ
ＣＣＭ、ＰＨ3は０．１ＳＣＣＭ、Ｈ2は１００ＳＣＣ
Ｍ、圧力が０．２Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーが３０ｍＷ／ｃ
ｍ2である。
【００３８】図４は、この発明を薄膜トランジスタに適
用した実施例を示す断面図である。図４に示すように、
ガラス基板２１上に形成された薄膜多結晶シリコン薄膜
２２のソース領域及びドレイン領域となる箇所を除いて
他の領域をマスクし、水素プラズマにより原子を打ち込
むことにより、ソース領域、ドレイン領域となる箇所に
ａ−Ｓｉ層２３Ｓ，２３Ｄが形成されている。そして、
このａ−Ｓｉ層２３Ｓ，２３Ｄ上にそれぞれｎ型のａ−
Ｓｉ層２４Ｓ，２４Ｄを形成することによりソース、ド
レイン領域が設けられる。ゲート絶縁膜２５を介してゲ
ート電極２６が多結晶シリコン薄膜２２上に設けられ、
ソース領域２４Ｓ及びドレイン領域２４Ｄ上にそれぞれ
ソース電極２７Ｓ、ドレイン電極２７Ｄが設けられ、こ
の発明の薄膜トランジスタが得られる。
【００３９】このように、この実施例の薄膜トランジス
タは、少なくとも多結晶シリコン薄膜２２表面に原子を
打ち込むことによって、その多結晶シリコン薄膜２２表
面が非晶質化され、ａ−Ｓｉ層が形成される。そして、
その上に不純物をドープしたａ−Ｓｉ層を堆積させるこ
とにより、ヘテロ界面が堆積界面より表面から深い部分
に形成される。その結果、堆積界面で問題になっていた
不純物による欠陥が解消される。
【００４０】なお、上述した実施例では、基板上に原子
の打ち込みにより形成したａ−Ｓｉ層上にａ−Ｓｉを設
けているが、μｃ−Ｓｉを用いることもできる。
【００４１】また、この発明は、上記各実施例以外に、
ヘテロバイポーラトランジスタのエミッタ部に用いるこ
とができる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、ヘテ
ロ接合を形成する際において、少なくともｃ−Ｓｉ表面
に原子を打ち込むことによって、そのｃ−Ｓｉ表面を非
晶質化する。そして、その上にａ−Ｓｉ或いはμｃ−Ｓ
ｉを堆積させることにより、ヘテロ界面が堆積界面より
表面から深い部分に形成される。このように簡単な工程
により、堆積界面で問題になっていた不純物によるキャ
リアの再結合を低減でき、接合特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による光起電力素子の一実施例を示す
断面図である。
【図２】この発明の製造方法を工程別に示す断面図であ
る。
【図３】この発明による光起電力素子の他の実施例を示
す断面図である。
【図４】この発明を薄膜トランジスタに適用した実施例
を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 単結晶シリコン基板 ２ ａ−Ｓｉ層 ３ ｐ型ａ−Ｓｉ層 ４ 透明電極 ５ 集電極 ６ 裏面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73 29/786 21/336 31/04 Ｈ０１Ｌ 29/72 9056−4Ｍ 29/78 ６１８ Ｚ 31/04 Ｌ Ｎ Ｍ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶系シリコン上に非晶質あるいは微結
    晶シリコンを形成することにより得られるヘテロ接合を
    用いた半導体デバイスにおいて、前記へテロ接合界面が
    堆積界面の表面から深い部分に形成されていることを特
    徴とする半導体デバイス。
  2. 【請求項２】 結晶系シリコン表面に原子を打ち込み、
    非晶質化させ、その上に非晶質あるいは微結晶シリコン
    を形成することを特徴とする半導体デバイスの製造方
    法。
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