JPS60224282A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置の作製方法

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JPS60224282A
JPS60224282A JP59079622A JP7962284A JPS60224282A JP S60224282 A JPS60224282 A JP S60224282A JP 59079622 A JP59079622 A JP 59079622A JP 7962284 A JP7962284 A JP 7962284A JP S60224282 A JPS60224282 A JP S60224282A
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舜平 山崎
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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】 この発明はＰＩＮ接合を少な（とも１つ有する半導体装
置の作製方法に関する。
この発明は第１の電極上にＰＩＮ接合を水素または弗素
が添加された非単結晶半導体により形成し、さらに裏面
電極（第２の電極）を形成した後、またはこの透光性電
極の形成の前に５００ｎａ＋以下の短波長の強光を照射
して光アニールを行うことにより電極−半導体界面また
その近傍の半導体の結晶化を促進することを目的として
いる。
この発明は結晶化促進領域（以下光アニールにより多結
晶化または単結晶化をさせた領域即ち多結晶化領域とい
う）をＰＩまたはＮｌ接合界面よりもＩＭの内部にわた
って設けることにより、伝導型の接合界面即ちＰＩ接合
またはＮｌ接合の界面（以下接合界面という）と結晶学
的なホモロジー的な界面（以下結晶界面という）とを異
ならしめ、電気伝導に最も敏感な接合界面においてホモ
ロジー的に同一結晶とし、この接合界面近傍での再結合
中心の密度を減少せしめたことを特徴とする特この発明
は１層内部においてアモルファスを含む結晶化度の低い
非単結晶半導体の大きい光吸収特性により光電変換をせ
しめるとともに、ＰＩ接合またＮｌ接合（それぞれ双方
の接合を含む）の接合界面またはその近傍においては多
結晶化領域を設けることにより、この界面でのミスフィ
ツトを減少せしめ、この接合界面でのキャリアの再結合
中心を減少させたものである。
さらに特に光が入射される側のＰまたはＮ型半導体層お
よび入射光の裏面電極で反射する側のＮまたはＰ型の半
導体層それ自体の光吸収係数を減少させることにより、
ここでの光損失を少な（することをも他の特徴としてい
る。
この発明はかかる光アニールにより多結晶化を促すため
、−半導体中において一般にアモルファス化剤として知
られている酸素または窒素を結晶界面またはその内部の
アモルファスまたは低度の結晶化領域において５　Ｘ　
１０”　ｃｍ−”以下の濃度好ましくはＩ　Ｘ　１０１
８　ｃｍ−３以下の濃度としたことを他の特徴としてい
る。
以下に図面に従って本発明の実施例を示す。
第１図は本発明の半導体装置の作製に用いられた製造装
置の概要を示す。
図面において、反応系（２０）＜有効反応空間（２５）
６０ｃｍ×６０ｃＩＩ＋×３０Ｃ１１）に対し、両横方
向および前後方向からのハロゲンヒータによる加熱炉（
２９）、基板（１）、（１’）を（図面では１０枚を示
す）２０枚裏面に接して６ｃ１１＋　（±０．５ｃｍ以
内）の等間隔に配設した。一対をなす対称型の電極（２
４＞、＜２４’）、中央よりチューニングをとったマツ
チングトランス（３１）。
高周波発振器（３２Ｘ例えば１３．５６ＭＨ２）、さら
に反応空間（２５）中のプラズマ放電を閉じ込めるため
、上方、下方には石英フード（２３＞、＜２３’）と側
周辺にも矩形に取り囲んだ石英ホルダ（２６）、（２Ｂ
’＞を設けており、プラズマから見てその外側の空間の
すべてが絶縁物により取り囲まれている対称型のプラズ
マ閉じ込め型空間とした。
ドーピング系（２１）はシラン（Ｓ　ｉｎ　Ｈｔｑや２
例えばＳｉＨ，、Ｓｉｃ　Ｈｓ　Ｘ３２）、シランで希
釈されたジボランＢＡＨ１／　ＳｉＨｓ　２０ＰＰＭ　
（３３Ｘ　１層中和用）、及びＢ、　Ｈ。
／　Ｓｉ％−１％（Ｐ型半導体形成用Ｘ３４）、　５ｉ
ＸＣｌ−ｙ形成用にメチルシラン例えばＤＭＳ　ＨｔＳ
ｔ　＜ＣＨｓ　）／　（３５）。
Ｎ型半導体用シランで希釈したフオスヒン（ＰＨ。
／５ｉＨ４＝１％０３６）、水素またはヘリューム（パ
ージ用Ｘ３７）を有している。これらを用いてＰＩＮ接
合を有する半導体にそれぞれの層に必要な反応性気体を
導入した。
排気系（２２）はコントロールバルブ（３０）、ターボ
分子ポンプ（２７）、ストップバルブ（３３）、真空ポ
ンプ（２８）を経て排気させた。反応炉内の圧力は初期
状態でＩ　Ｘ　１０＝　ｔｏｒｒ、さらに反応時はコン
トロールバルブ（３０）によりｏ、ｏｏｉ〜１０ｔｏｒ
ｒ代表的には０．０５〜０．２ｔｏｒｒに制御した。
さらに本発明方法における５００　ｎｍ以下の波長（一
般には２００〜４５０ｎｍ　）を発光する光アニール装
置の概要を第２図に示す。
被照射基板（６０）は第２図に示す（Ａ　）、（Ｂ　）
であって、かつ電極（第２図（Ａ）における電極（９）
および（Ｂ）における電極（２）の透光性電極）を形成
した後または形成する前の構造をこの第２図の光アニー
ル装置における対象基板とて用いた。
光源は棒状の超高圧水銀灯、出力５００Ｗ以上（発光波
長２００ｎ＋ｓ〜６５０ｎｍ　）を用いた。特にここで
は東芝製超真空水銀灯（ＫｆｌＭ−５０、出力５Ｋ１１
　）を用いた。即ち電源（５０）は−次電圧＾Ｃ２００
Ｖ、３０Ａおよび二次電圧（５２）　ＡＣ４２００Ｖ、
１．１〜１．６Ａとした。さらに水銀灯の発熱を押さえ
るためおよび基板の発熱による熱アニールの発生を防ぐ
ため、水銀灯の外側を水冷（５１）、（５１ゝ）より供
給した。
水銀灯（５４）は３００〜４５０ｎ１１１の短波長光を
発生すると同時に、長波長の５０Ｏｒｉｎ以上の波長の
光をフィルタ（５９）にてカットし石英レンズ（５５）
にて集光した。
この水銀灯は長さ２０ｃ＋ｎの棒状を有し、レンズもシ
リンドリカルレンズを用いた。さらにシャッタ（５６）
を十分集光する前またはレンズと水銀灯との間に配設し
た。
かくして集光された線状紫外光は中１００μ〜２１を有
し、長さ１８ｃｍ＋を有していた。そのエネルギ密度は
約５ＫＷ　／ｃＪ　（中ＩＩＩＩＩ１１の場合）となっ
た。
この照射光（５７）を被照射面に集光し焦点を合わせＸ
テーブル（６１）上にて一定速度の移動をさせた。
かくすると、３００〜４５０ｎａ＋を中心とする紫外光
は非単結晶半導体中には１０００Å以下の深さで殆ど吸
収されてしまい、この表面よりごく薄い領域を結晶化さ
せることができた。加えてこの本発明方法のアニールは
光アニールのため、既に含有する水素またはハロゲン元
素を脱気することがない。
加えて結晶性を光アニールにより促進するため、光学的
Ｈｇを小さくすることなく、かつ結晶化によりその光吸
収係数を小さくすることができるという二重の特長を有
していた。
しかしこのことは活性領域である１層の内部を光吸収が
大きい即ちアモルファスまたは低度の結晶性を有する状
態に保持し、いわゆる多結晶化してはならず、逆にＰま
たはＮ型またはそれに加えてその近傍の１層を選択的に
光吸収係数を少なくし、加えて再結合中心を少なくさせ
るための多結晶化なさせることが重要である。このこと
より短波長光での半導体表面近傍のみの選択的光アニー
ルが重要であることが判明された。
かくのどとくにして第３図に示す光電変換装置を作製し
た。即ち第１図の装置を用いて、第３図（Ａ）に示すご
とく、ガラス基板（１）上に酸化スズの表面を有する透
明導電膜（２）、さらに５ｉｘＣ１−ｘ（Ｑ＜ｘ＜１）
のＰ型半導体（ここでは５ｉｘＣｌ−ｘＸ＝０．３）を
用いた＞＜　ｓ　＞＜ｔｏｏ　’−２ｏｏ人〉、Ｉ型半
導体（４００，５〜１．２μ）２Ｎ型微結晶または多結
晶化した水素化珪素半導体（５８２００〜５００人）、
透光性導電膜（ＣＴＦ　Ｘ”６　）および反射性電極（
７）よりなる裏面電極を設けた。
第３図（Ｂ）はステンレス基板（１１）上に耐熱性樹脂
Ｉ１ｍ！　（１２）よりなる絶縁表面を有する基板（可
曲性も可Ｘ　１　）、反射性電極（７）一般にはクロム
を主成分とするＣＴｆｌ　（６＞、　Ｎ型半導体（５）
。
Ｉ型半導体（４）、Ｐ型半導体（３）、　ＣＴＦ　（２
）よりなる。
特にこれらの半導体におけるＩ型半導体の形成に関し、
本発明の実施例においては、第１図に示すごときプラズ
マＣＶＤ装置またはこれを発展させた３室式のマルチチ
ャンバＣＶＤ装置を用いて、酸素、窒素の不純物の混入
を防ぐとともに、形成の条件としてはその作製時に０．
１〜５０ＰＰＭの濃度にホウ素を添加している。
以下にさらにその具体例を基づ（本発明を記す。
具体例１ ガラス基板上ＣＴＦをＩＴＯおよび酸化スズによりチフ
スチア構造を有して厚さ１０００〜２０００人に配した
。さらにその上に第１図のＰＣＶＤ装置によりＰ型５ｉ
ｘＣ＋−ｘ　（平均厚さ２０人＞　−ｒ型アモルファス
および低い結晶化度の珪素（平均厚さ０．８μ）　−Ｎ
型微結晶珪素（平均厚さ５００Ａ）を積層した。
この後第２図に示す光アニール装置により移動速度１０
ｃｍ／分で１０ｃｍ　Ｘ　１０ｃｍの基板上の被形成面
を移動させて光アニールを行った。基板温度は室温であ
る。この移動を基板側または裏面側から行った。
さらにこの表面を１　／ｌ０ＨＦ中に約１分間浸漬しＮ
型多結晶半導体層上の低級酸化物を除去した。
さらにＩＴＯ（６）平均厚さ１０５０人、反射性電極の
アルミニュームまたはクロムを主成分とする金属（７）
を形成した。
かかる後、この表面を１５０℃、６０分の熱処理を行っ
た。
かかる第３図（Ａ）の構造において、基板側より照射し
た光は基板、ＣＴＦに大部分吸収されるため、さらにＰ
型半導体層は５ｉｘＣＩ−ｘであるため、このＰ型半導
体を多結晶化できない。しかしＰＩ界面の１層の一部が
（その厚さは２００Å以下と推定される）多結晶化して
いた。
他方、裏面電極領域は半導体（５）が露呈しており、か
つこの半導体が５０〜２００人の平均結晶粒径（ラマン
分光法にてシェーラーの式より導出）であるため、これ
が結晶化の核になりやすく、Ｎ型半導体（５）またはそ
の近傍のｌ型半導体層（４３）が多結晶化し、レーザラ
マン分光より結晶の粒径は３００〜５００人を有し、か
つその多結晶（４）−アモルファス（４２）結晶界面は
Ｎｌ接合界面よりも１層内部に存在していることが判明
した。
かくのごとくにして１０ｃｍ　Ｘ　１０ｃａｅの基板内
に設けられた１、０５ｃｎ　（３，４ｍｍ　Ｘ３ｃｍ　
）の面積で、１２．３％（開放電圧０．９２Ｖ、曲線因
子６５．２％、短絡電流２０．２ｍＡ／ｃｄ）を得るこ
とができた。
これを本発明方法のレーザアニールを行わずに同一基板
ですると１０．２％（開放電圧０．８４Ｖ、曲線因子６
２．７％、短絡電流１９．４ｗ＋Ａ／ｃ１１）であり、
約２％もその特性の向上をはかることができることが判
明した。
具体例２ この具体例は第３図（Ｂ）の構造を有したものである。
即ちステンレス薄（１）上の耐熱性有機樹脂（１２Ｘポ
リイミド樹脂入反射性金属（７）（クロムを主成分とす
る電極、約１２００大入ＩＴＯ（６Ｘ平均厚さ１０５０
人入微結晶化したＮ型半導体（平均２００人）、ホウ素
が５　Ｘ　１０”　ｃｍ−３添加された■型非単結晶半
導体（４〉、水素が注入された微結晶化したＮ型珪素（
平均２００人の厚さ）、さらに５ｉｘＣＰｘ　（平均５
０人の厚さ〉（３）を第３図のＰＣＶＤ装置により形成
した。
この後、第２図の装置を用いて光アニール処理をＰ型半
導体層に対し行った。するとこの微結晶化したＰ型半導
体層およびその下の■型半導体層（４３）の領域（４５
）を多結晶化領域として構成せしめ、さらにこの領域（
４５）の下側のＩ型半導体（４２）をアモルファスまた
は低度の微結晶の水素を含む珪素半導体として残すこと
ができた。
結晶半導体（４３）は約８００人の厚さであり、これに
光アニールをテーブルの連続移動速度を可変するまたは
繰り返し照射を施すことにより深くもまた浅くもするこ
とが可能になった。
かくして得られた半導体をｉ　／ｌ０ＨＦ中に浸漬して
表面の絶縁酸化物を除去し、さらにＩＴＯまたはＳｎＯ
，よりなるＣＴＦ　（２）を５００〜２５００人の厚さ
に形成した。この結果得られる特性は、室温、ＡＭＩ（
１００ｍＷ　１０１１）の光照射条件下にて変換効率１
１．３％（開放電圧０．９１Ｖ、曲線因子６７％、短絡
電流１８．５ｍＡ１０ａ）であった。光アニールを行う
ことなしの通常のままの構造では９．６％（開放電圧０
．８７Ｖ、曲線因子６４％、短絡電流１７．２ｍ＾／−
）であり、約２％もその変換効率を向上させることがで
きた。
以上の説明において、光アニールは水銀灯ではなくエキ
シマレーザ　波長１５０〜４００ｎｍを用いてもよい。
またＩ型半導体層中の酸素、炭素、窒素の不純物をそれ
ぞれ５８１０１８ｃ１０ｌ８以下、４Ｘ１０１”ｃｍ−
ヨ、５　Ｘ　１０１Ｂ１０１Ｂにさらにすることにより
多結゛晶化を促し、加えて接合界面ではミスフィフトを
除去するためさらに１〜３％の変換効率の向上を促すこ
とができることが推測できる。
以上の説明において、ＰＩＮ接合を１接合を有する光電
変換装置を示したが、これを重ねてＰＩＮＰＩＮ・・・
ＰＩＮ接合と少なくとも２接合とせしめることも本発明
の応用として重要であり、またこれらを絶縁表面を有す
る基板上に集積化してもよい。
非単結晶半導体として５ｉｘＧｅ　Ｉ−Ｘ　（０＜　ｘ
＜　１）またはＧｅのみをＰＩＮ接合が有する■型半導
体層に用いることも可能である。
以上の説明においては、ＰＩＮ接合を１つ有する光電変
換装置を主として説明をした。しかし半導体層がＮＩま
たはＰＩ接合を少なくとも１つ有する即ちＮ（ソースま
たはドレインとＩ　（チャネル形成領域）、Ｎ（ドレイ
ンまたはソース）、ＰＩＦ接合を有する絶縁ゲイト型電
界効果半導体装置、またはＮＩＰＩＮ、ＰＩＮＩＰ接合
を有するバイポーラ型トランジスタにおける１層に対し
ても本発明はきわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の半導体装置作製用のプラズマ気相反応
炉の概要を示す。 第２図は本発明方法の光アニールを行う装置の概要を示
す。 第３図は本発明の光電変換装置の縦断面図を示す。 特許出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、基板または基板上の第１の電極と、該電極上にＰＩ
    Ｎ接合を少なくとも１つ有する非単結晶半導体と、該半
    導体上の第２の電極とが設けられた半導体装置において
    、前記第１または第２の透光性電極の形成の前または後
    工程において、５００ｎ−以下の波長の光を照射するこ
    とにより前記電極と前記半導体との界面またはその近傍
    の半導体の結晶化を促進せしめることを特徴とする半導
    体装置の作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、光の照射される基
    板は室温または特に加熱手段を設けずに光アニールを行
    うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、光照射は超高真空
    水銀灯によりなされたことを特徴とする半導体装置の作
    製方法。
JP59079622A 1984-04-20 1984-04-20 半導体装置の作製方法 Pending JPS60224282A (ja)

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