JPS58132920A - アモルフアスシリコン系半導体の製造方法 - Google Patents

アモルフアスシリコン系半導体の製造方法

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JPS58132920A
JPS58132920A JP57015061A JP1506182A JPS58132920A JP S58132920 A JPS58132920 A JP S58132920A JP 57015061 A JP57015061 A JP 57015061A JP 1506182 A JP1506182 A JP 1506182A JP S58132920 A JPS58132920 A JP S58132920A
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JP
Japan
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amorphous silicon
based semiconductor
semiconductor
glow discharge
manufacturing
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Pending
Application number
JP57015061A
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English (en)
Inventor
Masaaki Yoshino
吉野 正昭
Tsutomu Nanao
勉 七尾
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • C23C16/5096Flat-bed apparatus

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明h1アモルファスシリコン系半導体の製造方法に
関する。
シラン(SiH,)のプラズマ分解法で得られるアモル
ファスシリコンは、W、Fi、Bpg&r等によって、
陀。
やB、H,でドープする事により、その伝導度を大きく
誓える事ができることが発見され(1976年)、D、
 Fi、 0arliion 等1/Cよってアモルフ
ァスシリコンを用いた太陽電池が試作(1976年)さ
れて以来注目を集め、アモルファスシリコン薄膜太陽電
池の効率を改嵜する研究が活発に行なわれている。
これまでの研究によシ、アモルファスシリコン薄膜光電
素子の構造としてはショットキーバリヤー型、pin型
、MIS型、ヘテp接合型かあ)、そのうち前三者が高
効率太陽電池として有望視されている。すなわちショッ
トキーバリヤー型で5.5−(D、x、カールソン他、
1977年)、MIa型で4.8% (y、 1. B
、ウィルソン他、197g)、pin型で4.5−(浜
用圭弘1978 )  の変換効率が達成されている。
pin接合光起電力素子の場合、製法によってその物性
が大きく影響される。アモルファスシリコンの特性線光
伝導度(pmtoaonductivity )で多く
の場合評価されその値が大きい方が良い膜とされる。ア
モルファスシリコンの光伝導度とアモルファスシリコン
中の水素やフッ素と唸密接な関係があシ、水素やフッ素
を全く含まないアモルファスシリコンに比べて、これら
を含むアモルファスシリコンの方がその光伝導度が小さ
くなる。これは水素やフッ素がダングリングボンドのタ
ーミネータ−として働いているからとされている。
水素やフッ素を同じように含みundope膜の光伝導
度が同じであるにもかかわらず、例えばp−1−n型接
合の光起電力素子にした場合その光起電力特性が大きく
異なるのが実情である。又光伝導率、光起電力特性の良
好な条件はいずれの方法においても&膜速度が1〜2ム
/8・Cと小さく、生産性が低いという問題があった。
こうした亭r1.ppc用の感光ドラムやCOD、TI
FT等についてもいえ、高速度の堆積でかつ接合特性の
浚れた製法の開発が必要であった。
本発明者らに成膜速度が大きく、接合する場合において
も接合特性への影響の少ない製造方法について鋭意研究
した結果rf電界と直交した磁界部分tiするグロー放
電分解炉で、シリコンの水素又は7ツ紮化物を含む化合
物をグロー放電分解して侍られるアモルファスシリコン
系半導体は成膜速度が大きく、かつ接合しても良好な接
合特性を示す事を見い出した本ので、以下にその詳細を
説明する。
アモルファスシリコン系半導体は直流グロー放′#L法
、誘導結合型rfグロー放電分解法、容量結合型rfグ
ロー放電分解法によって作られている。大量生産性とい
う点からは、図−1に示す平行平板rfグロー放電分解
法が有利であるが、この方法は成長速度が小さく、接合
した場合その特性が悪いという欠点があった。またプラ
ズマによって基板表面がボンバードされる惧れがあるの
で、入射電力を小さくする必要があるという欠点もあっ
た。
図−2に本発明の平板マグネトロン型rfグロー放寛法
を示す。平面状陰極の裏面に近接して中心の円柱m!と
その外周の円環状磁極が一対になって設けられている。
図−3は本発明の同軸!グネトロン型rfグロー放翫法
を示す。N5SNの繰返し磁石を内蔵した筒状又は円柱
状の陰極の外側に同心円のグランド電徐が設けられてい
る。逆に外側電極側に帯状の磁石をN8SNNS・・・
となるように巻き付けて中心の鄭−極をグランドにした
場合であってもよいことは勿論である。これらは、いず
れもrft界とはげ垂面に磁界が印加されかつ基板はr
f市界と垂面に配置される事が特徴である。磁石を配し
た%L極と基板との距離は好ましくは065国から約5
mである。本装置はシラン、フッ化シラン等のグロー放
電分解で得られるa−81: H+a−811F :H
や、これらのガスに炭化水素を混合して得られるa−8
10:H、アンモニアを混合して得られるa−81N:
III %のアモルファス半導体を得るためのグロー放
電分解に有効で、特に成膜速度を3ム/sec以上にす
る揚台に特に有効である。シランガスの場合は3ム/s
ee〜約50A/sθCで良好な物性を示し、ジシラン
を用いる場合には、さらに高速度の成膜、すなわち数百
ム/secも可能である。シリコン化合物と炭化水素。
又aそしてアンモニア等をグロー放電分解して得られる
一般式& −”(t−x)C(x) 、 a−8i(1
−y)Ny 、 a−81(1−1−y)OXNy等で
例示されるアモルファスシリコンカーバイト、アモルフ
ァスシリコンナイトライド、アモルファスシリコンカー
ボンナイトライド等についても同様である。さらにこれ
らのアモルファスシリコン系半導体よりなるp−1−n
ホモ又はヘテp接合、アンドープ半導体のへテロ接合1
−n、p−1各接合でのホモ接合あるいはへテロ接合に
おいて本発明の効果が著しい。10−7秒以上のキャリ
ヤ寿命、i o”’/cWL”以下の局在準位密度、お
よび10−”cvl/’i・see以上のキャリア易動
度を持つ真性アモルファスシリコン薄膜を含むアモルフ
ァスシリコン系光起電力素子を作る際に、少なくとも真
性アモルファスシリコン層の製膜に本発明の方法を用い
る事により、高速成膜が実現でき、又真性アモルファス
シリコン層のEg・(opt)が1.7eVと小さくな
るので効率も大巾に教養される。特に光起電力素子の場
合p又[n型アモルファス半導体のうち、少くとも光°
照射する側のアモルファス半導体は、光学的バンドギャ
ップKg@optが約1.85eV以上であシ、かつ2
0℃における電気伝導度が約10=(Ω・am)−”以
上であシ、かつp−1−n接合から成る光起電力素子層
の拡散電位Vaが約1.1v以上であるヘテロ接合光起
電力素子にすると効率の改lI#′i、著しくなる。
次に実施例を示しながら本発明の詳細な説明する。
本発明を実施する装fL!:しては、図−2に示す平板
マグネトロンを用い、対胛例として図−1に示す平行平
板型のプラズマ分解装置を用いた。電極間隔は0.5〜
6閏の範囲内で可変とし、電極面積tよ314cvI″
であるo 100 To B1H4を用いて基板温度2
50”CでCorning”7059上に約5000ム
堆積し、その暗伝纏度σd1活性化エネルギーΔXを測
定すると共に、AM−1100c+W/iのソーラシュ
ミレータ−で光体導度−phを測定した。その結果を表
IK示す。
(10皇に続く)・ 本実施例で1よt極間隔を小さくすると堆積速度が大き
くなりCphの比較的大きな膜が得られる。対照例にお
いて本、堆積速贋は増すが#ph及びΔ1が小さくなり
、強いn型になってしまう。rfパワーを変えた場合に
おいても、本実施例では広範囲の堆積速度で良好な物性
を示すが対照例でti2ム/8eC以上の堆検速jiK
すると、Cphが低下し、Δ1屯小さく暗電導度#dが
増加しn型になっている事が判る。次にp−1−n4i
!合素子を形成し、接合特性を太陽電池特性で調べた。
ガラス/工To基板上Kpiuのa−8iO:H(10
0ム)、真性a−8i:H(5000A) 、 n型a
−81:H(500A)を上記実施例の方法と上記対照
例の方法で形成し、1cm角のA/iil極をつけてA
Ml 、100 mW/(2”のソーラーシュミレータ
−でJ −V特性を−ベたo P I! a−810:
 H灯、B、H6/ (0,5Si)I、 + 0.5
GEt、 ) = 0.11で電極間隔2.0備、rf
パワー5 wattsによシ、真性並びにnm (pH
v/5iH4= 1 %) a−at :mn 、電極
間隔2ts、rfパワーIQvatts により製膜し
た。、T−V特性の釧定結果灯衣−2に示すとおシであ
る。
表−2 実施例と対照例とで短絡電流Jac K大きな差がある
のに本発明実施例の場合、1層の光学的バンドギャップ
■・Optが1.7eVであるのに対し、対照例のそれ
t’j1.8eVと大きいこと、並びに対照例ではプラ
ズマによるボンバードメントによシ、接合面、特にp−
1界面が悪くなるととKよるものである。
【図面の簡単な説明】
図−1は、平行平板型プラズマ分解炉の説明図、図−2
汀、平板マグネトロン型プラズマ分解炉の説明図、図−
3汀、同軸マグネトロン型プラズマ分解炉を示す説明図
である。 1・・・陰& 2・・・グランド 3・・・基板 4・
・・磁界5・・・電界 6・・・磁石 特許出願人 鐘淵化学工業株式会社 代理人弁理士内田敏彦

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1  rf電昇と直交した磁界部分を有し、かつ基板が
    rf電界にtt tr垂直に配置されるグロー放電分解
    炉で、シリコンの水素化物又扛7ツ化物を含む化合物を
    グロー放電分解することを%黴とするアモルファスシリ
    コン系半導体の製造方法0 2  rf[極と基板との距離を0.5mから51の範
    囲内にすることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のアモルファスシリコン系半導体の製造方法。 3 前記アモルファスシリコン系半導体の堆積速度は、
    約3ム/θecから50ム/sec、 好ましく扛20
    ムhθC以下であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項又扛第2項に記載のアモルファスシリコン系半導体
    の製造方法。 4 前記グロー放電分解炉が平板マグネ)aン型又は同
    軸マグネトロン型のグロー放電1分解炉であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項、第2項又は第3項に記
    載のアモルファスシリコン系半導体の製造方法。゛ 5 前記アモルファスシリコン系半導体が、a−8i 
    : H。 a−8i :F 、 4るいt’j ’−”(l−X)
    C(X) e a−8’(17)N(7) ea=’(
    s−X7)0(X)N(7)の水素化又鉱フッ素化物、
    又はp若<Un型にドープした半導体であることを%徴
    とする%Fff請求の1#!、囲第1乃至第4項に記載
    のアモルファスシリコン系半導体の製造方法0 6 前記アモルファスシリコン系半導体が、10−’s
    ee以上のキャリヤー寿命、1d’/an”以下の局在
    準位密度および10−1♂/V・Bea以上のキャリヤ
    ー易動度を持つ真性アモルファスシリコンの水素又はフ
    ッ素化物を含んでいることを特徴とする特if+−レ求
    の岬、囲第5項に記載のアモルファスシリコン系半導体
    の製造方法。 7 第6項の光電素子がp又はn型の少くとも光照射す
    る側のアモルファス半導体の光学的バンドギャップへ、
    。ptが約1.850V以上であシ、かつ20℃におけ
    る電気伝導度が約10=(Ω・cm)−”以上であシか
    つp−1−n接合の拡散電位Vaが約1、1 volt
    θ以上であって、1層が真性アモルファスシリコンであ
    る光起電力素子であって少くとも真性アモルファスシリ
    コン層が第1〜4項の方法で作られる事を特徴とするア
    モルファスシリコン系太陽電池の製造方法。
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DE8282104609T DE3280026D1 (en) 1981-05-29 1982-05-27 Process for preparing amorphous silicon semiconductor
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JPS60208823A (ja) * 1984-04-02 1985-10-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜の製造方法
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