DE2824564A1 - Verfahren zum herstellen von elektronischen einrichtungen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von elektronischen einrichtungen

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Description

— 3 —
Patentanwälte
Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
Ernsbergerstrnsse 19
8 München 60
5. Juni 1978
THOMSON - CSP
173, Bd. Haussmann.
75008 PARIS / Erankreioh
Unser Zeichen: T 3106
Verfahren zum Herstellen von elektronischen Einrichtungen
Zum Herstellen von elektronischen Halbleitereinrichtungen auf großen Flächen, die beispielsweise größer als 100 cm2 sind, sind die Verfahren, bei denen einkristalline Materialien benutzt werden, nicht anwendbar. Bekanntlich ist amorphes Silicium ein Material, das als Schicht auf eine große Fläche abgeschieden werden kann und die Herstellung von Einrichtungen, insbesondere von Sonnenbatterien gestattet. Es weist gegenüber dem als Schicht abgeschiedenen polykristallinen Silicium u.a. den Vorteil auf, daß es keine Korngrenzen hat, die bekanntlich die Kenndaten der Einrichtungen verschlechtern.
Damit das amorphe Silicium für elektronische Halbleitereinrichtungen verwendbar ist, müssen gewisse Bedingungen erfüllt werden. Insbesondere führen die Vakuumabscheidungsverfahren, wie die Zerstäubung und die Aufdampfung, im allgemeinen zu einem Material, das zahlreiche aufgebrochene
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*1 Q OO *ί
chemische Bindungen (10 bis 10 /cm ) aufweist. Diese Bindungen führen einerseits zu einer parasitären elektrischen Leitfähigkeit und verhindern andererseits, durch Dotierung oder Feldeffekt die Position des Fermi-Niveaus zu modifizieren, bei welchem es sich um ein wesentliches Erfordernis für das Funktionieren der meisten Einrichtungen handelt.
Es sind bereits zwei Verfahren vorgeschlagen worden, die darauf abzielen, amorphes Silicium ohne aufgebrochene Bindungen zu erzielen.
Erstes Verfahren:
Es wird mit einer Zersetzung von Silan gearbeitet, mit der Besonderheit, daß diese Zersetzung bei niedriger Temperatur (weniger als 600 0C) in Gegenwart eines elektrischen Feldes hoher Frequenz, welches das Gas ionisiert, ausgeführt wird.
Zweites Verfahren:
Es wird das Verfahren der Katodenzerstäubung eines Siliciumtargets in einer reaktiven Wasserstoffatmosphäre angewandt.
Die beiden vorgenannten Verfahren bringen eine große Wasserstoffmenge in das Material ein (laut den Autoren 10 bis 30# der Anzahl der Si-Atome). Da diese Wasserstoffmenge schwierig zu kontrollieren ist und da sie die elektrischen Eigenschaften des Materials beeinflußt, stellen sich der Erzielung eines homogenen Materials auf großen Flächen beträchtliche Schwierigkeiten entgegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile so weit wie möglich zu beseitigen.
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Gemäß der Erfindung wird eine Schicht amorphen Siliciums unter Bedingungen abgeschieden, die die Reinheit der erhaltenen Abscheidung gewährleisten, d.h. durch Aufdampfung oder Zerstäubung ohne Wasserstoff, und anschließend wird die Abscheidung in einem Wasserstoffplasma wärmebehandelt. Das Plasma erfüllt eine grundsätzliche Aufgabe, denn der Wasserstoff soll in atomarer Form vorliegen, was seine Einbringung in das Material erleichtert. Die Behandlung soll bei einer Temperatur erfolgen, die ausreichend hoch ist, um die Diffusion des Wasserstoffs zu gestatten, aber ausreichend niedrig, um eine Kristallisation des amorphen Materials zu vermeiden. Die Mehrzahl der so eingebrachten Wasserstoffatome sättigt die vorhandenen aufgebrochenen Bindungen, was ungefähr 0,1 % der Anzahl der Si-Atome erfordert, also deutlich weniger als bei den oben genannten bekannten Verfahren.
Das Herstellungsverfahren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß es eine Wärmbehandlung des amorphen Siliciums (das zuvor durch Vakuumabscheidung abgeschieden worden ist) beinhaltet, die darin besteht, das Silicium in der Atmosphäre eines Plasmas zu halten, welches Wasserstoff oder eines seiner Isotope enthält. In den folgenden Darlegungen und in den Ansprüchen umfaßt der Ausdruck Wasserstoff reinen Wasserstoff oder eines seiner Isotope oder ein Gemisch dieser Stoffe. Die Wärmebehandlungstemperatur liegt zwischen 100 0C und der Kristallisationstemperatur des amorphen siliciums (die im allgemeinen zwischen 500 0C und 600 0C liegt). Der Druck kann zwischen 0,01 und 1 Torr liegen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.
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Die einzige Figur zeigt eine Durchführungsform des kennzeichnenden Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figur zeigt nämlicli schematisch eine Gruppe von Einrichtungen, die das Glühen des amorphen Siliciums in einer Wasserstoffplasmaatmosphäre gestatten.
Zu den in der einzigen Figur dargestellten Einrichtungen gehören:
- eine Platte 3 aus Molybdän oder Quarzglas, die als Träger für ein Substrat 1 benutzt wird, welches eine Schicht 2 amorphen Siliciums trägt;
- ein Thermoelement 4, das auf dem Träger 3 in unmittelbarer Nähe der Schicht 2 angeordnet ist und die Aufgabe hat, die Temperatur während der Wärmebehandlung zu kontrollieren;
- eine Hülle 51 die beispielsweise aus einem Rohr 51 aus Quarzglas besteht, welches an einem Ende durch eine Kappe 52 verschlossen ist, durch die ein Rohr 6 hindurchgeführt ist, dessen Durchmesser kleiner als der des Rohres 51 ist und das dazu dient, einen Wasserstoffstrom in der Hülle zirkulieren zu lassen, und mit einem Ventil 61 versehen ist; an dem anderen Ende des Rohres 51 ist eine Leitung 7 für den Anschluß einer Vakuumpumpe vorgesehen;
- Einrichtungen zum Herstellen eines Vakuums in der Hülle bestehen aus einer Vakuumpumpe, die symbolisch durch einen Pfeil P dargestellt ist; diese Einrichtungen sind in der Lage, den Wasserstoffdruck bei einem Durchsatz in der Größenordnung eines Literbruchteils pro Minute unterhalb von 0,1 Torr zu halten;
- eine Wicklung 8 aus leitendem Draht, die mit hochfrequentem (10 bis 100 MHz) elektrischem Strom gespeist wird und in der
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Lage ist, ein Plasma in demjenigen Gebiet der Umhüllung 5 zu erzeugen, in welchem der Träger 3 angeordnet ist; und - ein Strahlungsheizsystem, das eine Quelle 9 und einen Reflektor 10 aufweist und in der Lage ist, einen im wesentlichen gleichförmigen Fluß auf eine Oberfläche zu schicken, deren Größe in der Größenordnung der größten zu behandelnden Schicht amorphen Siliciums liegt.
In dem betrachteten Beispiel ist die Abscheidung zuvor durch Aufdampfung auf ein auf 400 0C gehaltenes Substrat 1 aus Quarzglas vorgenommen worden. Die Schicht 2 amorphen Siliciums hat eine Dicke in der Größenordnung von 0,5 ym. Die Aufdampfung ist bei einem sehr kleinen Druck in der Größenordnung von u 10 Torr ausgeführt worden. Die Bedingungen bezwecken, sehr reines amorphes Silicium zu erzielen, das die geringstmöglichen Fehler, wie Hohlräume und Inhomogenitäten, hat.
Die Wärmebehandlung wird in dem dargestellten Gerät bei einer Temperatur von 300 0C und bei einem Wasserstoffdruck von 0,1 Torr zwei Stunden lang ausgeführt, wobei die Frequenz des Stroms- in der Wicklung 8 50 MHz beträgt. Vor der Wärmebehandlung betrug der spezifische Widerstand 1x10 Qcm und die
1 Q
Probe enthielt mehr als 10 aufgebrochene Bindungen pro Kubikzentimeter (wobei diese Menge durch paramagnetische Elektronenresonanz bestimmt wird)* Nach der Wärmebehandlung er-
höht sich der spezifische Widerstand bis auf 1X10 Qcm. Es
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gibt weniger als 10 ' aufgebrochene Bindungen pro Kubikzentimeter. Mit diesen Kenndaten ist das Material als Basis zum Herstellen von elektronischen Einrichtungen verwendbar. Insbesondere ist seine photoleitende Eigenschaft überprüft worden.
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Infolgedessen kann das Material zum Herstellen von Sonnenbatterien benutzt werden.
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Claims (8)

THOMSON - CSP 173» Bd. Hauesmann 75008 PARIS / Frankreich Unser Zeiohen: T 3106 Patentansprüche
1.) Verfahren zum Herstellen von elektronischen Einrichrichtungen, die eine dünne Schicht aus amorphem Silicium aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens einen Schritt zur Wärmebehandlung der dünnen Schicht bei einer zwischen 100 0C und der Kristallisationstemperatur des Materials liegenden Temperatur in der Atmosphäre eines Wasserstoff oder eines von seinen Isotopen enthaltenden Plasmas umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vorangehenden Schritt des Abscheidens von amorphem Silicium durch Aufdampfen auf ein Substrat, das auf einer Temperatur von mehr als 100 0C gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vorangehenden Schritt des Abscheidens von amorphem Silicium durch Katodenzerstäubung auf einem Träger, der auf einer Temperatur von mehr als 100 0C gehalten wird.
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ORIGINAL INSPECTED
4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre ausgeführt wird, die Wasserstoff unter einem Druck in der Größenordnung von 0,01 bis 1 Torr und durch Entladung ionisiert enthält, wobei die Frequenz des das Plasma erzeugenden elektrischen Feldes zwischen 10 und 100 MHz liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck 0,1 Torr beträgt, daß die Frequenz des elektrischen Feldes 50 MHi. beträgt und daß die Dauer der Wärmebehandlung zwei Stunden beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung beinhaltet, den Träger, der die dünne Schicht amorphen Siliciums empfängt, auf einer Temperatur von 100 bis 400 0C zu halten.
7. Elektronische Einrichtung, gekennzeichnet durch eine dünne Schicht amorphen Siliciums, die durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche behandelt ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Photodiode ist.
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DE2824564A 1977-06-06 1978-06-05 Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelementen wie Photodioden Expired DE2824564C2 (de)

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