高移動度を持つ多結晶シリコン薄膜のガラス基板上への作製および精密制御技術の開発

玻璃基板上高迁移率多晶硅薄膜的制备及精密控制技术的发展

• 批准号: 09750743
• 负责人: 神谷 利夫
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750743/
• 关键词: 多結晶シリコン薄膜; VHFプラズマ; プラズマ化学堆積(CVD)法; 配向性制御; SiF_4; 高Hall移動度; マイクロ波プラズマ; 二段階成長法; Layer-By-Layer法

高性能大面積シリコンデバイスの実現を目指して、大面積化の容易なガラス基板上へ高移動度多結晶シリコンを作製する方法および、その結晶性・移動度の改善法について検討した。初年度はSiF_4を原料ガスとしてマイクロ波プラズマエンハンストCVD法を用いて、250〜360℃という低温で(220)、(400)配向性を制御してガラス基板上に多結晶シリコン薄膜を作製できること、特に(400)配向膜の構造が単結晶ライクで優れていることを見出した。しかし、移動度に関しては約4μmの膜厚の(220)配向膜で13cm^2/Vsの比較的高い移動度を達成したが、(400)配向膜では7cm2NSに過ぎなかった。これは(400)配向膜では粒界のダングリングボンドを終端して不活性化させるのに十分な原子状水素が存在しないためと考えられた。本年度は、このような作製技術を、アモルファスシリコン薄膜太陽電池の作製プロセスに使われている容量結合型VHFプラズマCVD法に応用し、大面積・大量生産の可能な技術の確立と、さらに高度な構造制御技術の確立を目指した。その結果、マイクロ波プラズマと同様にSiF_4/H_2混合ガスを原料とすることで(220)、(400)配向構造を制御できることが分かった。さらに、堆積速度を向上させるために少量(SiH_4/SiF_4<<0.1)のSiH_4を混合することが効果的であること、H_2/SiF_4比を高くし、SiH_4流量を極力下げることで150℃でも83%の結晶化率の多結晶シリコンを成長できること、さらに50℃の基板温度においても微結晶化はするが62%の比較的高い微結晶シリコンを成長できることが分かった。これらの膜について、PH_3ドープを施し、ドーピング濃度を変えてHall効果を測定した結果、(400)配向膜では電子濃度の増加に伴いHall移動度が増大し、10^<20>/cm^3で10cm^2/Vsの移動度が実現できた。これは、粒界のダングリングボンドが形成するミソドギャップ準位がPドーピングによってかくされ、粒界における伝導特性の劣化が押さえられた結果と考えられる。10^<20>/cm^3という高ドープ条件では不純物散乱により移動度が低くなるため、10cm^2/Vsという移動度も、粒界準位を減少させてさらにドーピング濃度も低くすれば、さらに高い移動度が実現できると期待される。この実現を目的として、現在、膜成長過程で10-100nmの膜堆積と水素処理を繰り返す「水素パッシベーション処理」を試みており、これにより暗伝導度の低下と光伝導度の改善が見られることまでは確認できた。

The realization of high-performance large-area silicon-based devices, methods for making high-mobility polycrystalline silicon-based devices on large-area and easy substrates, and methods for improving crystallinity and mobility have been discussed. In the early years, SiF_4 was used as a raw material for CVD method at low temperature of 250 ~ 360℃ (220 ℃) and (400 ℃) to control the alignment of polycrystalline silicon films on substrates. A relatively high mobility of 13 cm^2/Vs for (220) alignment films with a film thickness of about 4μm was achieved for (400) alignment films with a film thickness of 7 cm^2/Vs. The (400) alignment film has a terminal structure and a terminal structure. This year, the manufacturing technology of thin film solar cells has been established. The manufacturing technology of thin film solar cells has been established. The capacity combination type VHF CVD method has been used. The technology of large area mass production has been established. The advanced structure manufacturing technology has been established. As a result, SiF_4/H_2 mixtures are produced from (220) and (400) oriented structures. A small amount of water is added to the soil.(SiH_4/SiF_4<<0.1) SiH_4 mixture, high H_2/SiF_4 ratio, SiH_4 flux, high crystallization rate, high crystallization rate, high crystallization rate At 50℃, the micro-crystallization rate was 62%, and the micro-crystallization rate was 60%. The Hall mobility of (400) alignment film increases with the increase of electron concentration, and the mobility of 10^<20>/cm^3 to 10 cm^2/Vs is realized. For example, if the temperature of the material is too high, the temperature of the material will be too low. 10^<20>/cm^3 and 10 ^/cm^3 and 10 ^/Vs and 10 ^/Vs and The objective of this study is to improve the optical conductivity of films deposited at 10-100nm during film growth and to improve the optical conductivity of films deposited at 10- 100 nm.

项目成果

K.Nakahata,T.Kamiya,A.Miida,C.M.Fortmann,I.Shimizu: "Carrier Transport,Structure and Orientation in Polycrystalline Silicon on Glass" Thin Solid Films. (in press). (1998)

K.Nakahata、T.Kamiya、A.Miida、C.M.Fortmann、I.Shimizu：“玻璃上多晶硅中的载流子传输、结构和取向”固体薄膜。

K.Nakahata,A.Miida,T.Kamiya,Y.Maeda,C.M.Fortmann,I.Shimizu: "Control of Orientation for Polycrystalline Silicon Thin Films Fabricated from Fluorinated Source Gas" Jpn.J.Appl.Phys.Lett.37. L1026-L1029 (1998)

K.Nakahata，A.Miida，T.Kamiya，Y.Maeda，C.M.Fortmann，I.Shimizu：“控制由氟化源气体制造的多晶硅薄膜的取向”Jpn.J.Appl.Phys.Lett.37。

T.Kamiya,K.Nakahata,A.Miida,C.M.Fortmann,I.Shimizu: "Control of Orientation from Random to(220)or(400)in Polycrystalline Silicon Films" Thin Solid Films. (in press). (1998)

T.Kamiya，K.Nakahata，A.Miida，C.M.Fortmann，I.Shimizu：“多晶硅薄膜中从随机到（220）或（400）的取向控制”固体薄膜。

T.Kamiya,K.Nakahata,K.Ro,J.Tohti,C.M.Fortmann,I.Shimizu: "Structure control of polycrystalline silcon films on glass substrates and their properties" Electroceramics in Japan II. (to be published). (1998)

T.Kamiya，K.Nakahata，K.Ro，J.Tohti，C.M.Fortmann，I.Shimizu：“玻璃基板上多晶硅薄膜的结构控制及其性能”日本电陶瓷II。