JPH02275620A - N-type silicon thin film - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、シリコン薄膜に関し、さらに詳しくのべると
、任意の基板上にプラズマ雰囲気下で成膜して得られる
低抵抗のシリコン薄膜に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a silicon thin film, and more specifically, to a low resistance silicon thin film that can be formed on any substrate in a plasma atmosphere.
シランS i H4にドーパントガスを混合したものを
原料ガスとし、プラズマ雰囲気下で任意の基板上にシリ
コン薄膜を製造する方法は周知である。従来のこの種の
方法で成膜したシリコン薄膜は完全な非晶質である。非
晶質膜については、そのX線回折像はハローパターンを
示し、そしてこの非晶質のシリコン薄膜半導体の電気伝
導度は、N型膜で最大10−2Ω−’c m−’程度、
P型膜で10−”Ω−’c m−’程度であり、電気伝
導度の温度依存性より求めた活性化エネルギーも、P型
膜およびN型膜ともに0.2eV程度とかなり大きく、
金属とのオートミック性が良いフェルミ準位が十分に縮
退したP9型またはN0型膜になっているとはいい難い
(例えばフイロソフイカル・マガシ”、i [PHIL
O3OPHIcAL MAGAZINEI 33.93
5 (1976)参照)。特にP型膜の場合、高電気伝
導度にすればするほど光学的バンドギャップ(光学的禁
制帯幅)が大幅に縮まってくる(例えばフィジカル・レ
ビ−L −(PHYSICAL REVIEWll上、
2041 (1979)参照)。このため、特に太陽
電池を目的としたP−N接合半導体素子あるいはP−I
−N接合半導体素子を製造した場合、P層膜についてい
えばP層膜の光学的バンドギャップが狭まるため、窓側
2層から入射した光が接合部の活性H(P/NまたはP
/I界面)に到達する前にPl’!で吸収されてしまう
とともに、接合部かへテロ接合となり、ポテンシャル障
壁高さが低くなるため開放端電圧が下がってしまう。他
方N層についていえば、金層とのオーミック接合が良(
ないと同時に直列抵抗が高いためフィルファクター(効
率の曲線因子)が下がってしまう。これらのことは、結
局、光のエネルギー変換効率が低下することを意味する
。A method of manufacturing a silicon thin film on an arbitrary substrate in a plasma atmosphere using a mixture of silane S i H4 and a dopant gas as a raw material gas is well known. The silicon thin film formed by this type of conventional method is completely amorphous. As for an amorphous film, its X-ray diffraction pattern shows a halo pattern, and the electrical conductivity of this amorphous silicon thin film semiconductor is approximately 10-2Ω-'cm-' at the maximum for an N-type film.
It is about 10-''Ω-'cm-' for the P-type film, and the activation energy determined from the temperature dependence of electrical conductivity is also quite large, about 0.2 eV for both the P-type film and the N-type film.
It is difficult to say that the film is a P9 type or N0 type film with a sufficiently degenerate Fermi level that has good atomic properties with metals (for example, ``Firosophical Magashi'', i [PHIL
O3OPHIcAL MAGAZINEI 33.93
5 (1976)). Particularly in the case of P-type films, the higher the electrical conductivity, the more the optical bandgap (optical forbidden band width) will shrink (for example, on the PHYSICAL REVIEW II).
2041 (1979)). For this reason, P-N junction semiconductor devices or P-I
- When manufacturing a N-junction semiconductor device, the optical bandgap of the P-layer film is narrowed, so light incident from the window-side two layers is transmitted to the active H (P/N or P) of the junction.
/I interface) before reaching Pl'! At the same time, the junction becomes a heterojunction, and the potential barrier height decreases, causing the open circuit voltage to decrease. On the other hand, regarding the N layer, it has good ohmic contact with the gold layer (
At the same time, the fill factor (fill factor of efficiency) decreases because the series resistance is high. These things ultimately mean that the light energy conversion efficiency decreases.
一方、シランS i H4のCV D (Chemic
al Vapor Deposition)等による多
結晶薄膜は、電気伝導度は高いものの光学的バンドギャ
ップ(光学的禁制帯幅)は1.2eV程度であり、太陽
スペクトルに十分適合していない。また、存在する結晶
粒塊界面が電子正孔対の再結合点となるばかりでな(、
電流漏洩の原因ともなる。On the other hand, CV D (Chemical
Although polycrystalline thin films manufactured by Al Vapor Deposition and others have high electrical conductivity, their optical band gap (optical forbidden band width) is about 1.2 eV, which is not sufficiently compatible with the solar spectrum. In addition, the existing crystal grain agglomerate interfaces not only serve as recombination points for electron-hole pairs (
It also causes current leakage.
それゆえ、本発明の目的は、前述の欠点を除去し、電気
抵抗が小さく、光学的バンドギャップ(光学的禁制帯幅
)が十分大きく、非晶質シリコン薄膜の長所と多結晶シ
リコン薄膜の長所を併有したようなシリコン薄膜を提供
することである。Therefore, the purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks, have a small electrical resistance, a sufficiently large optical bandgap (optical forbidden band width), and achieve the advantages of an amorphous silicon thin film and a polycrystalline silicon thin film. It is an object of the present invention to provide a silicon thin film having the following properties.
本発明の他の目的は、特定の範囲の結晶粒子を有し、電
気伝導度が太き(、かつ光学的バンドギャップ(光学的
禁制帯幅)の大きいシリコン薄膜を提供することである
。Another object of the present invention is to provide a silicon thin film that has crystal grains in a specific range, has thick electrical conductivity (and has a large optical band gap).
本発明のさらに他の目的は、従来製造困難であった電気
伝導度が大きく、かつドーピング効果の侵れたN型シリ
コン薄膜を提供することである。Still another object of the present invention is to provide an N-type silicon thin film that has high electrical conductivity and is free from doping effects, which has been difficult to manufacture in the past.
本発明のさらに他の目的は、任意の基板上に、プラズマ
雰囲気下で得られる低抵抗で光学的バンドギャップ(光
学的禁制帯幅)の大きいシリコン薄膜を提供することで
ある。Still another object of the present invention is to provide a silicon thin film with low resistance and a large optical bandgap (optical forbidden band width) that can be obtained in a plasma atmosphere on any substrate.
本発明のシリコン薄膜は、フッ素、塩素、臭素、沃素お
よび水素の群から選択された少なくとも一種の元素なら
びに不純物元素を含有して大部分がシリコン原子からな
るシリコン薄膜であるが、その原子配列の規則性、すな
わち薄膜構造に大きな特徴があり、非晶質の層の中に微
結晶部分が混在分散していることが顕著な特徴である。The silicon thin film of the present invention is a silicon thin film that contains at least one element selected from the group of fluorine, chlorine, bromine, iodine, and hydrogen and an impurity element, and is mostly composed of silicon atoms, but the atomic arrangement is It is characterized by its regularity, that is, its thin film structure, and its remarkable feature is that microcrystalline portions are mixed and dispersed within the amorphous layer.
すなわち、X線回折を行なうと、通常のプラズマ雰囲気
下で製造した非晶質シリコン薄膜は、幅広いなだらかな
ハローパターンを有し、シャープなピークが認められな
いスペクトルを示し、他方、化学蒸着および高温アニー
ル等で製造した多結晶シリコン薄膜は、シリコンの結晶
格子に由来する明確な強いピークを有するスペクトルを
示す。それに比べて、本発明のシリコン薄膜は、ハロー
パターンの上にシリコン結晶格子に由来すると推定され
る微弱なピークを5i(111)またはSi (220
)の近傍に示す。本発明のシリコン薄膜中の微結晶の平
均粒径は、前述のピークの半値幅からシェラ−(5ch
errer)の式を用いて計算することができ、約10
0Å以上約500Å以下である。この粒径範囲の微結晶
は、通常の太陽光の波長域では光学上阻害物となること
がなく、かつ電気伝導度を上昇させ得るごとき範囲のも
のである。That is, when X-ray diffraction is performed, an amorphous silicon thin film produced in a normal plasma atmosphere shows a spectrum with a broad gentle halo pattern and no sharp peaks, whereas A polycrystalline silicon thin film manufactured by annealing or the like exhibits a spectrum with clear and strong peaks originating from the crystal lattice of silicon. In comparison, the silicon thin film of the present invention has a weak peak estimated to originate from the silicon crystal lattice on the halo pattern, such as 5i (111) or Si (220
) is shown near. The average grain size of the microcrystals in the silicon thin film of the present invention can be determined from the half-width of the above-mentioned peak by Scherer (5ch
errer) and can be calculated using the formula of approximately 10
The thickness is 0 Å or more and about 500 Å or less. Microcrystals in this particle size range do not become an optical hindrance in the wavelength range of normal sunlight and can increase electrical conductivity.
本発明のシリコン薄膜においては、前述のごとく非晶質
層中に微細な結晶粒が存在することが、以下に説明する
非晶質としてのシリコン薄膜の長所、すなわち、光学的
バンドギャップ(光学的禁制帯幅)を十分大きく保持し
ていること、および多結晶シリコン薄膜の長所、すなわ
ち電気伝導度が著しく大きいことを合わせ保有すること
に宇接に作用しているものと推定される。In the silicon thin film of the present invention, the presence of fine crystal grains in the amorphous layer as described above is an advantage of the silicon thin film as an amorphous material, which will be explained below, that is, the optical band gap (optical It is presumed that this is due to the fact that the film has a sufficiently large forbidden band width and the advantage of polycrystalline silicon thin films, that is, extremely high electrical conductivity.
本発明のシリコン薄膜において、ドーピングされる不純
物元素として種々のものが使用されるが、それがリン、
ヒ素等の元素周期律表第V族の場合は、N型半導体の特
性を有するシリコン薄膜が得られ、他方、ホウ素、アル
ミニウム等の元素周期律表第■族の場合は、P型半導体
の特性を有するシリコン薄膜が得られる。前者のシリコ
ン薄膜は、電気伝導度が約10−IΩ−1cm−’〜1
0゜Ω”1cm−’に達することが、他方、後者は、約
10−2Ω−1cm−1〜約10−1Ω−1cm−’に
達することが特徴である。同様のドーピングにおいて、
電気伝導度の活性化エネルギが約0.2eVよりも小さ
くなり、多(は、約0.1eV以下となり、ドーピング
効率が良(、フェルミ準位が十分に縮退し、金属とのオ
ーミック接合性の優れたN型およびP型シリコン薄膜が
得られることも特徴である。また、本発明のシリコン薄
膜は、N型、P型ともに、ドーピングによっても光学的
バンドギャップ(光学的禁制帯幅)が十分大きく保持さ
れており、多結晶質の約1.2eVに比べ、約1.3e
V〜約1.8eVとかなり大きい値を有し、また、特に
P型溝膜においては、従来得られなかった高電気伝導度
と光学的バンドギャップ(光学的禁制帯幅)の優れた特
性を同時に有するものである。これらの効果も、本発明
のシリコン薄膜が、完全な非晶質でなく、完全な多結晶
でもない新規な結晶構造のシリコン薄膜であることを証
するものである。In the silicon thin film of the present invention, various impurity elements are used for doping, including phosphorus,
In the case of elements belonging to group V of the periodic table, such as arsenic, a silicon thin film having the characteristics of an N-type semiconductor is obtained, while in the case of elements belonging to group Ⅰ of the periodic table, such as boron and aluminum, the characteristics of a p-type semiconductor are obtained. A silicon thin film having the following properties is obtained. The former silicon thin film has an electrical conductivity of about 10-IΩ-1cm-' to 1
0° Ω"1 cm-', while the latter is characterized by reaching approximately 10-2 Ω-1 cm-1 to approximately 10-1 Ω-1 cm-'. In a similar doping,
The activation energy of electrical conductivity is less than about 0.2 eV, and the doping efficiency is less than about 0.1 eV, and the Fermi level is sufficiently degenerated, and the ohmic contact with the metal is improved. Another feature is that excellent N-type and P-type silicon thin films can be obtained.Also, the silicon thin film of the present invention has a sufficient optical band gap (optical forbidden band width) even by doping for both N-type and P-type silicon thin films. It is maintained at a high value of approximately 1.3eV compared to approximately 1.2eV for polycrystalline materials.
It has a fairly large value of V~1.8eV, and also has excellent characteristics of high electrical conductivity and optical bandgap (optical forbidden band width), which were previously unobtainable, especially in P-type groove films. At the same time. These effects also prove that the silicon thin film of the present invention is a silicon thin film with a novel crystal structure that is neither completely amorphous nor completely polycrystalline.
次に、本発明のシリコン薄膜の製造方法について述べる
と、まず、シランSi H4またはハロゲン化シランS
f Ho〜sX4〜1 (X:へロゲン元素)のいず
れか、またはその2種以上の混合ガスをヘリウム、アル
ゴン等の希ガスまたは水素ガスで約1=1より大きい高
割合で希釈したものにドーパントガスが所定の割合で混
合されるが、この混合希釈の順序は特に限定されるもの
ではない。Next, the method for manufacturing a silicon thin film of the present invention will be described. First, silane Si H4 or halogenated silane S
f Ho~s Although the dopant gases are mixed at a predetermined ratio, the order of mixing and dilution is not particularly limited.
この混合ガスに約0.2W/crtrより大きいプラズ
マ放電電力密度の電力を投入してプラズマ状態とし、そ
の中におかれた基板(ガラス、プラスチックまたは金属
等)上に成膜すれば、ドーパントである不純物原子が効
果的に4配位でシリコンネットワーク内に組み込まれ、
光学的バンドギャップ(光学的禁制帯幅)を狭めること
なく高電気伝導度のシリコン薄膜が形成される。ここで
シランS i H4を水素または希ガスで高割合で希釈
する目的は、通常成膜時に大電力を投入したときには、
シランS i H4の分解が促進されて成膜速度が太き
(なるため、ドーパントである不純物が効率良く4配位
でシリコンネットワーク中に入り難くなる。そこで、大
電力を投入しても成膜速度が大きくならないように(望
ましくは4人/sec以下)シランSi H4を水素ま
たは希ガスで希釈するのである。このような条件で製造
した膜のX線回折像は、微結晶粒が非晶質の中に混在し
ていることが観測され、そしてこのような微細な結晶粒
の存在が、非晶質としての膜の光学的特性を賦与しなが
ら電気抵抗を著しく低下させているものと推定される。If power with a plasma discharge power density greater than approximately 0.2 W/crtr is applied to this mixed gas to create a plasma state, and a film is formed on a substrate (glass, plastic, metal, etc.) placed in the plasma state, the dopant can be formed. A certain impurity atom is effectively incorporated into the silicon network in a 4-coordination manner,
A silicon thin film with high electrical conductivity can be formed without narrowing the optical bandgap (optical forbidden band width). The purpose of diluting silane S i H4 with hydrogen or a rare gas at a high rate is that when a large amount of power is normally applied during film formation,
The decomposition of silane S i H4 is promoted and the film formation rate becomes thick (this makes it difficult for impurities, which are dopants, to efficiently enter the silicon network with 4 coordinations. The silane Si H4 is diluted with hydrogen or a rare gas so as not to increase the speed (preferably 4 people/sec or less). It is assumed that the existence of such fine crystal grains significantly reduces the electrical resistance while imparting the optical properties of the amorphous film. be done.
かかる微結晶粒の粒子径は、X線回折像によれば約10
0Å〜約500人の範囲のものである。According to the X-ray diffraction image, the particle size of such microcrystalline grains is about 10
It ranges from 0 Å to about 500 people.
以下図面を参照して、本発明によるシリコン薄膜の膜特
性および当該シリコン薄膜の製造方法の実施例について
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of film characteristics of a silicon thin film and a method for manufacturing the silicon thin film according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図において、混合容器1を含めた全装置系を油回転
ポンプ2および油拡散ポンプ3を使って約10−’to
rrの真空度まで真空にし、つぎにシランボンベ4およ
び水素ボンベ5、さらにドーパントガスボンベ6または
7よりガスを混合容器1に所要の割合で導入し、混合す
る。混合されたガスを流量計8を通して真空容器9中に
一定流量で導入する。メインバルブ10で操作して真空
容器9中の真空度を真空計11で監視しながら所要の圧
力に維持する。高周波発振器12で電極13および13
′間に高周波電圧を印加してグロー放電を発生させる。In FIG. 1, the entire equipment system including the mixing vessel 1 is pumped approximately 10-'to
The mixture is evacuated to a vacuum degree of rr, and then gases are introduced into the mixing container 1 at a required ratio from the silane cylinder 4, the hydrogen cylinder 5, and the dopant gas cylinder 6 or 7, and mixed. The mixed gas is introduced into the vacuum vessel 9 through the flow meter 8 at a constant flow rate. The main valve 10 is operated to maintain the required pressure while monitoring the degree of vacuum in the vacuum container 9 with a vacuum gauge 11. High frequency oscillator 12 with electrodes 13 and 13
A high-frequency voltage is applied between ′ to generate glow discharge.
基板15はヒーター14で加熱された基台上に載置され
、ヒーターで所要の温度に加熱されており、この基板1
5上にドープされた水素化シリコン薄膜が成膜される。The substrate 15 is placed on a base heated by the heater 14 and heated to a required temperature by the heater.
A thin film of doped hydrogenated silicon is deposited over 5.
第1表に本発明による製造方法の実施例および生成され
た膜の特性を従来の製造法との対比においてまとめた。Table 1 summarizes examples of the manufacturing method according to the present invention and the characteristics of the produced films in comparison with conventional manufacturing methods.
この表で、No、 1〜No、 3は従来の方法によ
り製造したP型シリコン薄膜であり、それについての成
膜条件と膜特性が示されている。No、 4およびNo
、 5が本発明により製造したP型シリコン薄膜の実施
例である。このNo、 4およびNo、 5においては
、S I H4が水素ガスで30倍に希釈され、0.8
Wおよび1.6Wの高電力がそれぞれ投入されている。In this table, No. 1 to No. 3 are P-type silicon thin films manufactured by conventional methods, and the film forming conditions and film characteristics thereof are shown. No. 4 and No.
, 5 are examples of P-type silicon thin films manufactured according to the present invention. In No. 4 and No. 5, S I H4 is diluted 30 times with hydrogen gas, and 0.8
High power of W and 1.6W are respectively input.
No、 6〜No。No, 6~No.
9およびNo、11は従来の方法により製造したN型シ
リコン薄膜であり、 No、 10およびNo。9 and No. 11 are N-type silicon thin films manufactured by conventional methods;
12が本発明により製造したN型シリコン薄膜の実施例
である。このNo、10およびNo、12においては、
SiH,が水素ガスによって10倍に希釈され、0.8
Wおよび1.6Wの電力が投入されている。12 is an example of an N-type silicon thin film manufactured according to the present invention. In this No. 10 and No. 12,
SiH, is diluted 10 times with hydrogen gas, 0.8
W and 1.6W of power are applied.
第2図は、本発明よりなるシリコン薄膜の電気伝導度を
ドーパントガス濃度の関数として示すものである。第2
図中曲線16および17は従来の製造方法によるもので
、陰極側プラズマ放電電力密度(投入プラズマ放電電力
/陰極側電極面積)にして約0.1W/crrrで成膜
したときのP型およびN型シリコン薄膜の電気伝導度を
示す。点18.19は、本発明よりなるP型シリコン薄
膜の電気伝導度で、成膜条件は、シランS i H4を
水素で30倍に希釈し、すなわちSiH4:Ha=1:
30の混合ガスを用い、ドーパントとしてジボランB、
H,をS i H4に対して2%(体積基準)混合した
ものを原料ガスとして、プラズマ放電電力密度をそれぞ
れ0.8W/crrfおよび1.6W/crrfとした
ものである。点20.21は本発明よりなるN型シリコ
ン薄膜の電気伝導度で、成膜条件は、シランを水素で1
0倍に希釈し、すなわちSiH,:H,=1 : 10
の混合ガスを用い、ドーパントとして点20は五フッ化
リンPF、を1%(体積基準)混合したもの、点21は
ホスフィンPH,を4500ppm (体積基準)混合
したものを原料ガスとし、電力密度をそれぞれ0.8W
/crrrおよび1.6W/crrrとしたものである
。第2図から、本発明のシリコン薄膜の電気伝導度が従
来の製造法によるものに比べ少なくとも2桁高(なって
いることが分る。FIG. 2 shows the electrical conductivity of a silicon thin film according to the invention as a function of dopant gas concentration. Second
Curves 16 and 17 in the figure are obtained by the conventional manufacturing method, and the P-type and N It shows the electrical conductivity of type silicon thin film. Point 18.19 is the electrical conductivity of the P-type silicon thin film according to the present invention, and the film forming conditions were silane S i H4 diluted 30 times with hydrogen, that is, SiH4:Ha=1:
Using a mixed gas of 30, diborane B as a dopant,
The raw material gas was a mixture of 2% (by volume) H, based on S i H4, and the plasma discharge power densities were set to 0.8 W/crrf and 1.6 W/crrf, respectively. Points 20 and 21 are the electrical conductivity of the N-type silicon thin film according to the present invention, and the film forming conditions were silane mixed with hydrogen at 1
Diluted 0 times, i.e. SiH,:H,=1:10
Point 20 is a mixture of 1% (volume basis) of phosphorus pentafluoride PF as a dopant, point 21 is a mixture of 4500 ppm (volume basis) of phosphine PH, and the power density is 0.8W each
/crrr and 1.6W/crrr. From FIG. 2, it can be seen that the electrical conductivity of the silicon thin film of the present invention is at least two orders of magnitude higher than that of the silicon thin film produced by the conventional manufacturing method.
第3図は、本発明のシリコン薄膜の電気伝導度の活性化
エネルギーをドーパントガス濃度の関数として示すもの
である。第3図中曲線22.23は従来の製造方法によ
るもので、第2図の曲線16.17に対応するものであ
る。点24.25.26および27は本発明によるもの
で、成膜条件は、それぞれ第2図中の点18.19.2
0および21に対応する。第3図は、本発明のシリコン
薄膜の電気伝導度の活性化エネルギーが十分小さく、金
属とのオーミック性の良いフェルミ準位が縮退したP十
型またはN+型膜であることを証明している。FIG. 3 shows the activation energy of electrical conductivity of a silicon thin film of the present invention as a function of dopant gas concentration. Curves 22 and 23 in FIG. 3 are based on the conventional manufacturing method and correspond to curves 16 and 17 in FIG. 2. Points 24, 25, 26 and 27 are according to the present invention, and the film forming conditions are the same as points 18, 19, and 2 in FIG. 2, respectively.
Corresponds to 0 and 21. Figure 3 proves that the activation energy of the electrical conductivity of the silicon thin film of the present invention is sufficiently small, and it is a P-type or N+-type film with a degenerate Fermi level and good ohmic properties with metals. .
第4図は、本発明よりなるシリコン薄膜中のホウ素濃度
およびリン濃度をそれぞれSIMS法、EDMA法によ
り測定し、ドーパントガス濃度の関数として示すもので
ある。第4図中曲線28.29は従来の製造法によるも
ので、第2図中の曲線16.17に対応するものである
。点30.31.32および33は本発明によるもので
、成膜条件はそれぞれ第2図中の点18.19.20お
よび21に対応する。第4図は、本発明よりなるシリコ
ン薄膜中のホウ素濃度およびリン濃度が従来の製造方法
で成膜したものに比べて少ないことを示しており、本発
明の物質がきわめて優れた特性を有し、本発明による製
造法がきわめてドーピング効率の良い方法であることを
証明している。FIG. 4 shows the boron concentration and phosphorus concentration in the silicon thin film according to the present invention measured by the SIMS method and the EDMA method, respectively, as a function of the dopant gas concentration. Curves 28 and 29 in FIG. 4 are based on the conventional manufacturing method and correspond to curves 16 and 17 in FIG. Points 30, 31, 32 and 33 are according to the invention, and the deposition conditions correspond to points 18, 19, 20 and 21 in FIG. 2, respectively. Figure 4 shows that the boron and phosphorus concentrations in the silicon thin film of the present invention are lower than those formed by conventional manufacturing methods, indicating that the material of the present invention has extremely excellent properties. This proves that the manufacturing method according to the present invention is a method with extremely high doping efficiency.
第5図は、本発明よりなるP型シリコン薄膜の光学的バ
ンドギャップ(光学的禁制帯幅)をドーパントガス濃度
の関数として示した。ここで光学的バンドギャップ(光
学的禁制帯幅)はF丁hυα(hυ −E、)より求め
たものである。ここで、αは光吸収係数、hυは入射光
子エネルギ(eV)’、E0は光学的バンドギャップ(
光学的禁制帯幅)である。第5図中の曲線34は従来の
製造法によるもので、第2図中の曲線16に対応したも
のであり、ホウ素濃度の増加とともに光学的バンドギャ
ップが減少してい(。−力点35.36は本発明よりな
るシリコン膜についての測定値で、成膜条件はそれぞれ
第2図中の点18.19に対応している。第5図は、本
発明によるP型シリコン薄膜が、光学的バンドギャップ
(光学的禁制帯幅)が縮まることなく高電気伝導度を有
するということを示している。FIG. 5 shows the optical bandgap (optical forbidden band width) of a P-type silicon thin film according to the present invention as a function of dopant gas concentration. Here, the optical bandgap (optical forbidden band width) is determined from F-hυα(hυ-E,). Here, α is the optical absorption coefficient, hυ is the incident photon energy (eV)', and E0 is the optical band gap (
(optical forbidden band width). Curve 34 in FIG. 5 is based on the conventional manufacturing method and corresponds to curve 16 in FIG. 2, in which the optical bandgap decreases as the boron concentration increases (. are the measured values for the silicon film according to the present invention, and the film forming conditions correspond to points 18 and 19 in Figure 2. Figure 5 shows that the P-type silicon thin film according to the present invention has an optical band This shows that it has high electrical conductivity without narrowing the gap (optical forbidden band width).
第6図は、本発明によるシリコン薄膜(膜厚的1μm)
のX線(CuKα)回折像の一例である。Figure 6 shows a silicon thin film (1 μm in film thickness) according to the present invention.
This is an example of an X-ray (CuKα) diffraction image of .
図中の曲線37は本発明よりなる試料の代表例であり、
5i(111)およびSi (220)付近にピークが
観測される。このピークの半値幅より結晶粒径を推算す
ると、約100人程度と計算される。他方、第6図中の
曲線38は、従来の方法により製造したシリコン薄膜で
あり、曲線37のようなピークは観測されない。なお、
図中のハローパターンは基板に用いたガラスからのもの
で、非晶質シリコン薄膜からのハローパターンは、膜が
薄いためはっきりとは観測されていない。Curve 37 in the figure is a representative example of a sample made of the present invention,
Peaks are observed near 5i (111) and Si (220). Estimating the crystal grain size from the half width of this peak, it is calculated to be about 100 people. On the other hand, curve 38 in FIG. 6 is a silicon thin film manufactured by the conventional method, and no peak like curve 37 is observed. In addition,
The halo pattern in the figure is from the glass used as the substrate, and the halo pattern from the amorphous silicon thin film is not clearly observed because the film is thin.
以上説明のように、本発明によればドーピング効率が高
(、高電気伝導度を有するP型シリコン薄膜またはN型
シリコン薄膜を提供でき、その応用範囲はきわめて広く
、特にP型シリコン薄膜は、光学的バンドギャップ(光
学的禁制帯幅)をン・
縮めることな(高導電性を有するものが得られるので、
太陽電池等に用いるときわめて有用である。それゆえ、
本発明は電子産業に利用してその効果はすこぶる大きい
。As explained above, according to the present invention, a P-type silicon thin film or an N-type silicon thin film having high doping efficiency (and high electrical conductivity) can be provided, and its application range is extremely wide. without narrowing the optical bandgap (optical forbidden band width).
It is extremely useful when used in solar cells, etc. therefore,
The present invention can be used in the electronic industry with great effect.
第1図は本発明のシリコン薄膜を製造する装置を示す概
略線図、第2〜5図は本発明の、シリコン薄膜の諸特性
を示すグラフ、第6図は本発明のシリコン薄膜のX線回
折像を表わす線図である。
2:油回転ポンプ
3:油拡散ポンプ
4ニジランボンベ
5:水素ボンベ
6.7:ドーパントガスボンベ
8:流量計
9:真空容器
O:メインバルブ
l:真空計
2:高周波発振器
3.13′:電極
4:ヒータ
5:基 板
1:混合容器
第1図
第3図
B2H,/Si H4
PF、を又はPH3/S! H&
第5図
BzHs/SiH4FIG. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for producing a silicon thin film of the present invention, FIGS. 2 to 5 are graphs showing various characteristics of the silicon thin film of the present invention, and FIG. 6 is an X-ray diagram of the silicon thin film of the present invention. It is a line diagram showing a diffraction image. 2: Oil rotary pump 3: Oil diffusion pump 4 Nijiran cylinder 5: Hydrogen cylinder 6.7: Dopant gas cylinder 8: Flow meter 9: Vacuum container O: Main valve l: Vacuum gauge 2: High frequency oscillator 3.13': Electrode 4: Heater 5: Substrate 1: Mixing container Fig. 1 Fig. 3 B2H, /Si H4 PF, or PH3/S! H & Figure 5 BzHs/SiH4
Claims (1)
択された少なくとも一種の元素ならびにリン、ヒ素等の
元素周期律表第V族の元素の群から選択された少なくと
も一種の元素を含有し、大部分がシリコン原子からなる
シリコン薄膜であって、非晶質層中に微結晶粒が混在し
、該シリコン薄膜の電気伝導度が10^−^1Ω^−^
1cm^−^1以上であり、電気伝導度の活性化エネル
ギーが0. 031eV以下であり、光学的バンドギャップ(光学的
禁制帯幅)が1.7eV以上であり、X線回折により、
非晶質層中の微結晶部分が約100Å〜500Åの範囲
の平均粒径を示すN型シリコン薄膜。(1) Contains at least one element selected from the group of fluorine, chlorine, bromine, iodine and hydrogen, and at least one element selected from the group of elements of Group V of the Periodic Table of Elements such as phosphorus and arsenic. , a silicon thin film consisting mostly of silicon atoms, with microcrystalline grains mixed in the amorphous layer, and the electrical conductivity of the silicon thin film is 10^-^1Ω^-^
1cm^-^1 or more, and the activation energy of electrical conductivity is 0. 031 eV or less, the optical band gap (optical forbidden band width) is 1.7 eV or more, and by X-ray diffraction,
An N-type silicon thin film in which the microcrystalline portions in the amorphous layer exhibit an average grain size in the range of about 100 Å to 500 Å.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1220198A JPH02275620A (en) | 1980-10-15 | 1989-08-29 | N-type silicon thin film |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55143010A JPS5767020A (en) | 1980-10-15 | 1980-10-15 | Thin silicon film and its manufacture |
JP1220198A JPH02275620A (en) | 1980-10-15 | 1989-08-29 | N-type silicon thin film |
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JP55143010A Division JPS5767020A (en) | 1980-10-15 | 1980-10-15 | Thin silicon film and its manufacture |
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JPH02275620A true JPH02275620A (en) | 1990-11-09 |
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JP (1) | JPH02275620A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5726461A (en) * | 1995-01-31 | 1998-03-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate and switching element |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP1220198A patent/JPH02275620A/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
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JAPAN.J.APPL.PHYS=1980 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5726461A (en) * | 1995-01-31 | 1998-03-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix substrate and switching element |
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