JPS6043869A - 半導体装置 - Google Patents

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。

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５ｉ
ｘＣ）−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。

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く以下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Ｐ
ＩＦ接合を有する絶縁ディト型電界効果半導体（以下Ｆ
ＥＴ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。

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１００〜１５０℃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
マイブレイト（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Ｎｌ接合において、この
アルミニュームがきわめて深＜ＰＩまたＮｌ接合にて至
り、接合特性を変質させてしまっていた。

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。

かくのごとき構造とすると、１５０℃で作製しても５０
０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％（１，０５，ｆｆ１）であったのが、その変化量
において５％（５００時間）〜２５％（２０００時間）
もの特性劣化（低下）がおこる。

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）２Ｐ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。

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。

さらにＰＩまたはＮｌ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−〜１０’（Ωｃｒｎ　）−’であり、かつその活
性化エネルギも０．３〜０．４ｅＶと大きい。

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１０”　ｃｍ−ヨ以下である、
または意図的に■または７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■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
くすることがめられている。・ これらのため、本発明においては、１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−’〜１０２（Ωｃ　ｍ　）
”を有し、さらに光吸収係数も例えば５００ｎｍにてア
モルファス珪素の３Ｘ１０−”（Ωｃ　ｍ　＞−’であ
るものがＩ　Ｘ１０！　（Ωｃ　ｍ　）−’と１／３に
減少させている。かかる５〜２００人の粒径の微結晶ま
たは２００〜２０００人〇粒径の多結晶の珪素を用いて
いる。

か（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／ｉ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められていた
。

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５ｉｘＣ，−４（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、Ｃ
ＴＯを構成している酸素が珪素中に拡散してＰＳＧ、　
ＢＳＧを作ることを防ぐことができることが判明した。

５ＩＸＣＩ−１（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１５〜４０人と推
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°Ｃ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％（２
０００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。

実施例１ 第１図（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。

図面において、ガラス基板（１）上に第１ＯＣＴＯ（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（３００〜２０００人）また
はＩＴＯ（３００〜１５００人）土酸化スズ（２００〜
４００人）の２層構造とした。さらに、このＣＴＯ（２
）上にＰ型の５ｉｘＣ１−ｚ　（０＜　ｘ　＜　１　例
えばＸ＝０．８　）をプラズマ気相法（ＰＣＶＤ法）に
よりＳ＋ｌ１４とＣＩ＋、で実施した。その際、Ｂ　、
Ｉ＋、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１００人であった。

さらにこの上面にＩ型部晶質または半非晶質珪素をｐｃ
ｖｏ法、光ＣＶＤ法、光プラズマ気相法またはＬＴ　Ｃ
ＶＤ法（低温気相法＞ＯＩＯＭＯＣＶＤ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１０円ｃｍ’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　ｘｉｏＩ
！ＩＣｍ−ヨ以下好ましくは５×１０１８ｃｍ’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。

次にＮ型の非単結晶半導体層（５）をＰＪ　／ＳｉＨ。

−１％、　ＳｉＩ■＋／　１ｌｚ−３０％として、ＰＣ
ＶＤ法により１０Ｗの出力で１００〜３００人例えば２
００人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。さらにこの上面に円＋３／　５ｉｌ
ｌｙ−１％。

ＣＨ，／　（Ｓｉｌ＋、十〇１１？）−５〜５０％とし
、５ｉＸＣ１＊（（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３０人とした。さらにこ
の後１、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７１図（Ｂ）に示す
。

かかる構造において、ＡＭＩ　（１００ｍＷ　／ｃＪ）
にて１．０５ｃＩＩ＋（３，５ｃｍ　Ｘ　３ｍｍ　）に
おいて、８．９１％（開放電圧０．８９Ｖ、短絡電流１
８ｍＡ　／　ｃｎ！　、曲線因子０．５５＞を得た。こ
れを１５０°Ｃで大気中に放置すると、１０００〜２０
００時間を経てその劣化は初期に比べて０〜３％（１０
００時間）、また０〜５％（２０００時間）を試料数３
０にて得ることができ、その劣化は３％以内で従来が２
０％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。

実施例２ この実施例は第１図（Ａ）に対し、Ｎ型半導体上のＩＴ
Ｏ（７）上にさらに反射性電極として銀（５００〜１０
００人）およびこの上にアルミニューム３０００人を電
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０．８９Ｖ、短絡電流、［，３
ｍＡ、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。

実施例３ 第２図は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、ｉ］　５μ）を第１のマ入
りにて作製した。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３００〜１２００
人の厚さに作製した。さらにホウ素が１　ＰＰＭ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　Ｃ’ＶＤ法（ＩｌＯＭＯＣＶ
Ｄ法ともいう）、光ＣＶＯ法のとときｌ、Ｐ　ＣＶ［ｌ
法（減圧気相法）により０．３μの厚さに作製した。

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５００人の厚さに（２１）として形成し、
さらに５ｉｘＣ＋−ｘ（Ｑ＜Ｘ＜ｌ　ここではｘ　＝０
．９０２２）を１００Å以下の厚さここでは５０人の厚
さに同一反応炉により連続して形成した。さらにＩＴＯ
を５００人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（１２）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（１’４）、　ｒ　＜ＩＡ＞、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。

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バンシヘイショ
ン膜（１５）を５００〜１０００人の厚さに形成させた
。さらにポリイミド樹脂例えばＰＩＧ（１６）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（１８）
のアノードをアルミニュームにより作製した。

このＰＩＱの穴あけの時、入力（ディト電極（１１）　
）。

負荷のゲイト電極（１１５）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。

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）、　５ｉｘＣｌよ（
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ＦＥＴま
たＩＣを１５０℃、１０００時間の放置を行っても、Ｆ
ＥＴ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。

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（ＳｉｘＣ
２（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。

以上の説明のごとく、本発明は光電変換装置および絶縁
ディ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５ｉ
ｘＣ＋＜　（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】 第１図は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。 第２図は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。 特許出願人 品ｌイコ １ｇ　／ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＰまたはＮ型半導体と透光性電極とが密接して設け
   られた半導体装置において、ＰまたはＮ型の珪素非単結
   晶半導体と５ｉｘＣ，−、（０＜　ｘ〈１）で示される
   炭化珪素半導体と酸化物透光性導電膜とが密接して設け
   られたことを特徴とする半導体装置。 ２、ＰまたはＮ型半導体と透光性電極とが密接して設け
   られた半導体装置において、ＰまたはＮ型の珪素非単結
   晶半導体と５ｉｘＣ１−（（０＜　ｘ〈１）で示される
   炭化珪素半導体と酸化物透光性導電膜と該透光性導電膜
   上に反射性金属とが密接して設けられたことを特徴とす
   る半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、−゛
   　−Ｎ型の微結晶性を有す る非単結晶珪素半導体とＮ型の５ｉｘＣ１え（０くｘく
   １）で示される非晶質炭化珪素半導体と酸化インジュー
   ムを主成分とする透光性導電膜とが密接して設けられた
   ことを特徴とする半導体装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項において、Ｐ型
   の微結晶性を有する珪素半導体とＰ型の５ＩＸＣＩ−Ｋ
   （０〈ｘ　〈１　）で示される非晶質炭化珪素半導体と
   酸化スズ透光性導電膜とが密接して設けられたことを特
   徴とする半導体装置。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項において、５ｉ
   ｘＣ，、、ｃ（０＜ｘ＜　１）で示される炭化珪素は平
   均膜厚において１００Å以下であることを特徴とする半
   導体装置。