(57)【要約】【課題】ポリシリコンからなる基板または基板上に形成されたポリシリコン層におけるシリコンの未結合手をより低減する技術を提供する。【解決手段】ポリシリコン層を水素によって改質する方法であって、真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン層を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程を有することを特徴とするポリシリコン層の改質方法を採用する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコン層を水素によって改質する方法であって、
真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン層を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、
水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程を有することを特徴とするポリシリコン層の改質方法。
【請求項２】
ポリシリコン基板を主体とするポリシリコン太陽電池の製造方法であって、
Ｎ型半導体またはＰ型半導体からなるポリシリコン基板内に、Ｐ型半導体またはＮ型半導体を形成することによってＰＮ接合を形成する工程と、
真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン基板に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン基板を水素により改質する工程と、
前記ポリシリコン基板に形成された前記Ｎ型半導体及び前記Ｐ型半導体にそれぞれ、電極を形成する工程と、
を具備してなることを特徴とするポリシリコン太陽電池の製造方法。
【請求項３】
ポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にポリシリコン層を形成する工程と、
真空中において基板配置電極上に前記基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記基板の前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程と、
前記ポリシリコン層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成すると共に、前記ポリシリコン層に不純物元素を注入して不純物元素拡散領域を形成する工程と、
を具備してなることを特徴とするポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
水素を含むガスを導入可能な真空処理槽と、
前記真空処理槽内にほぼ平行に対向離間配置された一対の放電電極であって、ポリシリコン層を配置する基板配置電極と、前記真空処理槽内に導入された前記ガスを複数の微細口によって通過させて前記基板配置電極に向って前記ガスを導くように構成された対向電極とを有する放電電極と、
前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加するように構成された電源供給部と、を具備してなることを特徴とするポリシリコン層の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリシリコン層の改質方法、ポリシリコン太陽電池の製造方法及びポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法並びにポリシリコン層の改質装置に関するものであり、特に、一対の電極間に低周波交流電圧を印加してグロー放電を発生させ、この放電を利用してポリシリコン層に水素を導入する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリシリコン層を利用したデバイスとして、例えば、ポリシリコン太陽電池やディスプレイ用のポリシリコン型薄膜トランジスタ等が知られている。
【０００３】
ポリシリコン太陽電池は、半導体のｐｎ接合の両端に負荷を接続し、接合部に光を照射すると、光電効果により光エネルギーが直接電気エネルギーに変換される現象を利用したデバイスである。
ポリシリコン太陽電池は、一般的に、ポリシリコン基板内にＮ型半導体層及びＰ型半導体層が設けられてｐｎ接合が形成されるとともに、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層にそれぞれ、電極が取り付けられて概略構成されている。Ｎ型半導体層は、Ｐ型半導体層からなるポリシリコン基板の受光面となる一面に対して、イオン注入法などによってＮ型不純物を導入することにより形成される。これによりポリシリコン基板においては、受光面側にＮ型半導体層が配置され、受光面と反対側の面にはＰ型半導体層が配置される関係になる。電極は、ポリシリコン基板の受光面と、受光面と反対側の面とにそれぞれ形成されるのが一般的である。また、受光面側の電極は、太陽光の照射面積を確保するために櫛歯状に形成され、更に受光面には反射防止用の酸化膜などがコーティングされるのが一般的である。
【０００４】
太陽電池の受光面に光が照射されると、その光のもつエネルギーが禁止帯の幅よりも大きければ光を吸収し、結晶内に電子と正孔が励起される。その電子と正孔は、ポリシリコン基板内のｐｎ接合境界に存在する内部電界によって、正孔はｐ側に、電子はｎ側に移動して、図示しない外部負荷に電流が流れる。
【０００５】
ポリシリコン太陽電池を構成するポリシリコン基板は、キャスト法によりインゴットの大型化、低コスト化ができる利点を有するが、単結晶シリコンに比較すると結晶粒界が多く、今後さらに高効率化するためには、基板品質の向上が必須条件となる。
【０００６】
結晶粒界に存在するシリコンの未結合手を水素、酸素、水酸基等で終端し少数キャリアのライフタイムを向上させる手段として、例えば、Ｐ型半導体からなるポリシリコン基板の一面に対して、イオン注入などによってＮ型不純物を導入することによりＮ型半導体層を形成した後に、Ｎ型半導体層上に、１０〜２０％の水素を膜中に含有する窒化シリコン膜をＣＶＤ法で形成し、その後焼成することによって、窒化シリコン膜中の水素をポリシリコン基板に拡散させ、結晶粒界に存在する未結合手を水素で終端化させる方法が知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００７】
しかし、非特許文献１に記載された方法では、ポリシリコン基板の厚み方向に沿って水素が十分に拡散されず、シリコンの未結合手を完全に終端化することが困難であるという問題があった。
また、非特許文献１に記載された方法によって製造されたポリシリコン太陽電池は、受光面側に絶縁性のシリコン窒化膜が残存するため、集電効率を高めるために比較的低抵抗である金属電極を用いる必要があるが、この金属電極がｐｎ接合に対する影になって太陽光の入射効率が低下してしまい、発電効率が低下するという問題があった。
【０００８】
一方、ディスプレイ用のポリシリコン型薄膜トランジスタは、いわゆるトップゲート型と呼ばれる構造が採用されるのが一般的である。このトップゲート型のポリシリコン型薄膜トランジスタは、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域が形成されてなるポリシリコン層と、ポリシリコン層上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを具備して構成されている。
【０００９】
ポリシリコン型薄膜トランジスタを例えば液晶ディスプレイの画素電極のスイッチング素子に適用する場合には、高い移動度（オン電流の増大化）が求められる。ポリシリコン型薄膜トランジスタの移動度を高めるためには、ポリシリコン層におけるシリコンの未結合手を低減させる必要がある。
【００１０】
ポリシリコン型薄膜トランジスタにおけるポリシリコン層中の未結合手を低減する手段として例えば、ポリシリコン層に水素イオンを打ち込む方法が知られている（特許文献１）。
【００１１】
しかし、特許文献１に記載された方法では、ポリシリコン層の厚み方向に沿って水素を十分に拡散させることが困難であり、シリコンの未結合手を完全に終端化することが難しいという問題があった。
また、特許文献１に記載された方法では、水素イオンを打ち込むことによってポリシリコン層がダメージを受けてしまうという問題もあった。
【非特許文献１】山田興一、小宮山宏，「太陽光発電光学」，日経ＢＰ株式会社，２００２年１０月７日発行
【特許文献１】特開平８−９７４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ポリシリコンからなる基板または基板上に形成されたポリシリコン層におけるシリコンの未結合手をより低減する技術を提供することを目的とする。
また、本発明は、ポリシリコン基板のシリコンの未結合手を低減して発電効率を高めることが可能なポリシリコン大陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、ポリシリコン層のシリコンの未結合手を低減して移動度を高めることが可能なポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のポリシリコン層の改質方法は、ポリシリコン層を水素によって改質する方法であって、真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン層を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程を有することを特徴とする。
また、本発明のポリシリコン太陽電池の製造方法は、ポリシリコン基板を主体とするポリシリコン太陽電池の製造方法であって、Ｎ型半導体またはＰ型半導体からなるポリシリコン基板内に、Ｐ型半導体またはＮ型半導体を形成することによってＰＮ接合を形成する工程と、真空中において基板配置電極上に前記ポリシリコン基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記ポリシリコン基板に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン基板を水素により改質する工程と、前記ポリシリコン基板に形成された前記Ｎ型半導体及び前記Ｐ型半導体にそれぞれ、電極を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする。
更に、本発明のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にポリシリコン層を形成する工程と、真空中において基板配置電極上に前記基板を配置するとともに、対向電極を前記基板配置電極とほぼ平行に離間して配置し、水素を含むガスを前記基板配置電極と前記対向電極間において前記基板の前記ポリシリコン層に向けて導き、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極と前記対向電極の間に生成されるグロー放電によって前記ポリシリコン層を水素により改質する工程と、前記ポリシリコン層上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成すると共に、前記ポリシリコン層に不純物元素を注入して不純物元素拡散領域を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする。
更にまた、本発明のポリシリコン層の改質装置は、水素を含むガスを導入可能な真空処理槽と、前記真空処理槽内にほぼ平行に対向離間配置された一対の放電電極であって、ポリシリコン層を配置する基板配置電極と、前記真空処理槽内に導入された前記ガスを複数の微細口によって通過させて前記基板配置電極に向って前記ガスを導くように構成された対向電極とを有する放電電極と、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加するように構成された電源供給部と、を具備してなることを特徴とする。
【００１４】
上記のポリシリコン層の改質方法によれば、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成することにより、基板配置電極の近傍に位置するポリシリコン層に、プラズマ放電が張り付く（偏在する）現象が見られる。これにより、本発明によれば、ポリシリコン層の近傍のみに水素イオンを含むプラズマが生成できるので、極めて効率的にポリシリコン層に水素を導入できる。ポリシリコン層に導入された水素は、ポリシリコン層中に存在するシリコンの未結合手と結合してこれを終端化させるので、ポリシリコン層の格子欠陥を低減してポリシリコン層の特性を向上できる。
【００１５】
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。
【００１６】
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従することから、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン層の格子欠陥を更に低減してポリシリコン層の特性をより一層向上できる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。
【００１７】
次に、本発明のポリシリコン太陽電池の製造方法によれば、ポリシリコン基板内にＮ型半導体及びＰ型半導体からなるＰＮ接合を形成した後に、ポリシリコン基板に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成するので、極めて効率的にポリシリコン基板に水素が導入され、これによりポリシリコン基板中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン基板の格子欠陥を低減して少数キャリアのライフタイムを向上させることができ、太陽電池の発電効率を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン基板に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン基板のチャージアップを低減できる。
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン基板の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン基板全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン基板の格子欠陥を更に低減して発電効率をより一層向上できる。本発明では、ポリシリコン基板の厚みが数百μｍ程度であっても、その厚み方向全体に水素イオンを導入して格子欠陥の低減を図ることができる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。
【００１８】
次に、本発明のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法によれば、基板上にポリシリコン層を形成した後に、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成するので、極めて効率的にポリシリコン層に水素が導入され、これによりポリシリコン層中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン層の格子欠陥を低減して移動度を高めることができ、ポリシリコン型薄膜トランジスタの素子特性を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン層の格子欠陥を更に低減して移動度をより一層向上できる。本発明では、ポリシリコン層の厚みが数μｍ程度であっても、その厚み方向全体に水素イオンを導入して格子欠陥の低減を図ることができる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。
【００１９】
また、上記のポリシリコン層の改質装置によれば、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電を生成するので、基板配置電極の近傍に、プラズマ放電が張り付く（偏在する）現象が見られる。これにより、本発明によれば、ポリシリコン層の近傍のみに水素イオンを含むプラズマが生成できるので、極めて効率的にポリシリコン層に水素を導入できる。
【００２０】
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。
【００２１】
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従することから、水素イオンの加速度を高めることができる。これにより例えば、ポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のポリシリコン層の改質方法及びポリシリコン層の改質装置によれば、ポリシリコンからなる基板または基板上に形成されたポリシリコン層におけるシリコンの未結合手をより低減することができる。
また、本発明のポリシリコン太陽電池によれば、ポリシリコン基板のシリコンの未結合手を低減することができ、これにより発電効率に優れたポリシリコン大陽電池を製造できる。
更に、本発明のポリシリコン型薄膜トランジスタによれば、ポリシリコン層のシリコンの未結合手を低減することができ、これにより移動度に優れたポリシリコン型薄膜トランジスタを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［ポリシリコン層の改質装置］
まず、本実施形態において好適に用いられるポリシリコン層の改質装置（以下、水素終端化処理装置という）について説明する。図１は、本実施形態において使用される水素終端化処理装置を示す断面模式図である。
【００２４】
図１に示す水素終端化処理装置１は、真空排気系２０に接続され金属材料(アルミニウム等)から構成される真空処理槽２を有している。ここで、真空処理槽２は、接地電位となるようにその電位が設定されている。
【００２５】
真空処理槽２内部の天井部分には、シャワーヘッド３が配置され、このシャワーヘッド３には、後述する真空処理槽２底部のサセプタ５と対向するようにシャワープレート(対向電極)４が取り付けられている。このシャワープレート４には、多数の微細な放出口４ａが設けられている。更に、シャワーヘッド３内部には、同図に示すように、リフレクタ板１４が設けられている。そして、真空処理槽２外部に設けられたガス供給系１１から、シャワーヘッド３内部に水素ガスを供給するように構成されている。
なお、本実施の形態の揚合、シャワープレート４は接地電位に設定されるため、温水循環方式の他、電気的な加熱手段によって加熱するように構成することもできる。
【００２６】
また、真空処理槽２内部の底部には、被処理対象物１０を載置保持するサセプタ５が配置されている。本実施の形態の場合、サセプタ５は、ヒーター７を内蔵する金属製のサセプタ本体６上に平板状の絶縁板８が密着して設けられ、さらに、この絶縁板８上に平板状の金属製の基板配置電極９が密着して設けられている。本発明の場合、特に限定されることはないが、絶縁板８の材料としては、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)を用いることが好ましい。この場合、被処理対象物１０の加熱温度との関係にもよるが、被処理対象物１０への熱伝導効率等を考慮すると、絶縁板８の厚さは、５〜１０ｍｍに設定することが好ましい。すなわち、絶縁板８の厚さが１０ｍｍより大きくなると、被処理対象物１０に対する熱伝導効率が悪くなるおそれがある。他方、絶縁板８の厚さが５ｍｍより薄くなると、静電容量の増大に起因する電力のロスの問題や、取り扱い時における破損の問題が発生するおそれがある。また、本発明の揚合、特に限定されることはないが、良好な熱伝導、低抵抗、高腐食耐性の観点からは、基板配置電極９の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることが好ましい。
【００２７】
基板配置電極９は、交流電源３１及びこれに対応する整合器３２の組み合わせからなる電源供給部３０に接続され、この電源供給部３０から基板配置電極９に対して後述する低周波交流電圧を印加するようになっている。
【００２８】
本発明の場合、電圧を印加する基板配置電極９に対する電圧の周波数が、工業周波数に代表される１３．５６ＭＨｚのＭＨｚ帯からｋＨｚ帯に低下するため、たとえば従来の高周波技術に比べて、放電電極である対向電極４と基板配置電極９との間の距離が大きくなる。この場合、特に限定されることはないが、後述する１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加する条件においては、放電電極であるシャワープレート４と基板配置電極９とを、３０〜１５０ｍｍのほぼ平行間隔に設定することが好ましい。
【００２９】
［ポリシリコン層の改質方法］
次に、本発明に係るポリシリコン層の改質方法について図面を参照して説明する。
なお、ポリシリコン層とは、組織の一部または全部が多結晶組織であるシリコン層である。ポリシリコン層の具体例としては例えば、アモルファス（非晶質）のシリコン層を基板上に成膜した後に、レーザー加熱またはファーネス加熱等の熱処理手段によって多結晶化させたシリコン層や、ＣＶＤ法等の薄膜形成プロセスによって基板上に製造された多結晶のシリコン層や、ポリシリコン基板などを例示できる。これらポリシリコン層は、予めドーパント元素が導入されていてもよいし、導入されていなくてもよい。ポリシリコン層またはポリシリコン基板の厚みは、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの範囲とされる。また、上記の基板としては、ガラス基板等の絶縁基板や、単結晶シリコン等の半導体基板等が好ましい。
【００３０】
また、ポリシリコン層の改質とは、ポリシリコン層の内部に水素を導入して、ポリシリコン層中の結晶粒界または結晶欠陥におけるシリコンの未結合手を水素によって終端化させる処理を指す。
【００３１】
上記の構成を有する本実施形態の水素終端化処理装置１を用いて、被処理対象物１０であるポリシリコン層に水素を導入して改質するには、真空排気系２０を動作させ、真空処理槽２内を真空雰囲気にした後、この真空雰囲気を維持したまま被処理対象物１０であるポリシリコン層をサセプタ５の基板配置電極９上に載置保持させる。
そして、ガス供給系１１からシャワーヘッド３の内部空問に水素ガスを供給し、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０を被処理対象物１０であるポリシリコン層に向って導くようにする。また、水素ガスをアルゴンや窒素で希釈した希釈ガスを用いることもできる。
【００３２】
本発明の場合、特に限定されることはないが、グロー放電の安定性の観点からは、水素ガス４０を導入した状態で、真空処理槽２内の圧力を１０Ｐａ〜５００Ｐａに設定することが好ましく、より好ましくは、５０Ｐａ〜１３３Ｐａである。
特に、後述するポリシリコン太陽電池のポリシリコン基板を処理する場合には、圧力を２５０Ｐａに設定することが好ましい。また、ポリシリコン型薄膜トランジスタのポリシリコン層を処理する場合には、圧力を２００Ｐａに設定することが好ましい。
【００３３】
特に、後述するポリシリコン太陽電池のポリシリコン基板を処理する場合には、水素ガスの流量を５００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。また、ポリシリコン型薄膜トランジスタのポリシリコン層を処理する場合には、水素ガスの流量を１０００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。
【００３４】
そして、この雰囲気下で電源供給部３０を起動し、真空処理槽２内のシャワープレート４を接地電位に置いた状態で、基板配置電極９に対して電源供給部３０から低周波交流電圧を印加する。本発明では、上述したように、基板配置電極９に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下にする。印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ未満では、放電電極間においてグロー放電が生成しにくくなる。他方、印加電圧の周波数が２０００ｋＨｚを超えると、基板配置電極９近傍にプラズマ放電が張り付く(偏在する)現象が起こりにくくなり、被処理対象物であるポリシリコン層がチャージアップするおそれがある。また、周波数が２０００ｋＨｚを超えると、水素イオンが低周波交流電圧による電界の変動に追従することが困難になり、水素イオンの運動エネルギーが低下して、ポリシリコン層の厚さ方向全体に水素を導入することが困難になる。
更に、パワー密度は０．１Ｗ／ｃｍ２〜１．０Ｗ／ｃｍ２程度が好ましく、０．２Ｗ／ｃｍ２〜０．５Ｗ／ｃｍ２程度がより好ましい。
【００３５】
そして、このような電圧の印加により、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０は、基板配置電極９をカソードとしシャワープレート４をアノードとする容量結合方式(ＣＣＰ方式)のグロー放電現象が発生し、これにより真空処理槽２内の基板配置電極９及びシャワープレート４間の空間において水素ガス４０が活性化する。
【００３６】
ここで、被処理対象物であるポリシリコン層は、サセプタ本体６内のヒーター７によって予め所定温度(２００〜４５０℃、太陽電池の場合は２５０℃程度がよく、薄膜トランジスタの場合は３５０℃程度がよい。)に加熱されており、活性化した水素ガス４０が被処理対象物であるポリシリコン層に到達すると、ポリシリコン層内に水素が拡散しつつ導入される。導入された水素は、ポリシリコン層を構成するシリコン原子の未結合手と結合してこれを終端化させる。
【００３７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の原理を示す説明図であり、図２（ａ）は、印加電極に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合を示すもの、図２（ｂ）は、印加電極に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波電圧を印加した場合を示すものである。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、印加電極である基板配置電極９への印加電圧が高周波（１３．５６ＭＨｚ等）の場合は、基板配置電極９と対向電極であるシャワープレート４間のほぼ全領域でグロー放電が生成される。このためグロー放電で分解された水素イオン種５０ａは、被処理対象物１０の表面とシャワープレート４の表面に対してほぼ同量である５０％程度がそれぞれ作用する。
一方、本実施形態のように、印加電極である基板配置電極９への印加電圧を低周波（１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下）にした場合には、基板配置電極９近傍にグロー放電によるプラズマが基板配置電極９側に偏在し、図２（ｂ）に示すように、これにより基板配置電極９近傍に水素イオン５０ｂが片寄って存在する現象が見られる。
【００３９】
このように印加電極である基板配置電極９近傍にプラズマが偏在するのは、印加電圧の周波数が従来の工業周波数等に比べて大幅に低いため放電電極である対向電極４と基板配置電極９との間の距離が従来に比べ広くなること、また水素イオンが追従可能な低周波数でありイオンも振動すること等がその理由であると考えている。
【００４０】
上記のポリシリコン層の改質方法によれば、ポリシリコン層に水素を導きながら、基板配置電極９に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電生成することにより、基板配置電極９上に位置するポリシリコン層近傍のみに水素イオンを含むプラズマを生成できるので、極めて効率的にポリシリコン層に水素を導入できる。ポリシリコン層に導入された水素は、ポリシリコン層中に存在するシリコンの未結合手と結合してこれを終端化させるので、ポリシリコン層の格子欠陥を低減してポリシリコン層の特性を向上できる。
【００４１】
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン層に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層のチャージアップを低減できる。
【００４２】
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従することから、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン層の格子欠陥を更に低減してポリシリコン層の特性をより一層向上できる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。
【００４３】
さらに、印加電圧の周波数が工業周波数である１３．５６ＭＨｚよりも１／１０以上低くなっていることから、定在波による電極面内電圧分布によるプラズマ不均一性の問題も皆無であり、放電電極(基板配置電極９とシャワープレート４)問の距離を広くできる。その結果、放電電極の物理的な歪みや僥みに対する許容値も従来と比較して大きくなり、最先端技術として３ｍ×３ｍ以上の基板を用いるデバイス製造にも容易に対応が可能となる。
【００４４】
［ポリシリコン太陽電池の製造方法］
次に、本発明に係るポリシリコン太陽電池の製造方法について図３を参照して説明する。この製造方法は、Ｎ型半導体及びＰ型半導体からなるポリシリコン基板内にＰ型半導体またはＮ型半導体を形成することによりＰＮ接合を形成する工程と、ポリシリコン基板を水素により改質する工程と、ポリシリコン基板に電極を形成する工程と、から概略構成されている。
【００４５】
（ＰＮ接合の形成工程）
まず、図３（ａ）に示すように、厚みが例えば２００μｍ程度のポリシリコン基板５１を用意する。このポリシリコン基板５１は、例えばＰ型不純物がドープされて全体がＰ型半導体５１ａとされている。
次に、図３（ｂ）に示すように、ポリシリコン基板５１の一面５１ｂ側に、Ｎ型不純物を例えばイオン注入法によって打ち込むことにより、ポリシリコン基板５１内にＮ型半導体５１ｃからなる層を形成する。これにより、Ｐ型半導体５１ａからなる層とＮ型半導体５１ｃからなる層との界面にＰＮ接合５１ｄが形成される。
【００４６】
（水素による改質工程）
次に図３（ｃ）に示すように、ポリシリコン基板５１の近傍に水素を含むプラズマＰを形成することによって、ポリシリコン基板５１の内部に水素を導入する。具体的には、ポリシリコン基板５１を図１に示す水素終端化処理装置１の基板配置電極９上に載置保持させる。ポリシリコン基板は、一面５１ｂを対向電極４側に向けて載置するが、本発明では逆向きでもよい。なお、水素終端化処理装置１の真空処理槽２は、真空排気系２０を動作させて予め真空状態にしておく。
次に、ガス供給系１１からシャワーヘッド３の内部空問に水素ガスを供給し、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０をポリシリコン基板５１に向って導くようにする。真空処理槽２内部の圧力は、水素ガス４０を導入した状態で、例えば２５０Ｐａに設定することが好ましい。また、水素ガス４０の流量は、例えば５００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。
【００４７】
そして、この雰囲気下で電源供給部３０を起動し、真空処理槽２内のシャワープレート４を接地電位に置いた状態で、基板配置電極９に対して電源供給部３０から低周波交流電圧を印加する。低周波交流電圧は、上述したように基板配置電極９に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下にすることが好ましい。また、パワー密度は０．２Ｗ／ｃｍ２程度がよい。このような電圧の印加により、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０は、基板配置電極９をカソードとしシャワープレート４をアノードとする容量結合方式(ＣＣＰ方式)のグロー放電現象が発生し、これにより真空処理槽２内の基板配置電極９及びシャワープレート４間の空間において水素ガス４０が活性化する。
【００４８】
ここで、被処理対象物であるポリシリコン基板５１は、サセプタ本体６内のヒーター７によって予め２５０℃に加熱されており、活性化した水素ガス４０がポリシリコン基板５１の表面に到達すると、ポリシリコン基板５１内に水素が拡散しつつ導入される。導入された水素は、ポリシリコン基板５１を構成するシリコン原子の未結合手と結合してこれを終端化させる。
【００４９】
（電極形成工程）
次に図３（ｄ）に示すように、ポリシリコン基板５１の一面５１ｂの全面に例えばＩＴＯ等からなる透明電極膜５２（電極）を形成し、ポリシリコン基板５１の他面５１ｅには櫛歯状の金属電極５３（電極）を形成する。透明電極膜５２の上には更に反射防止膜を形成しても良い。この透明電極膜５２が形成された面が、大陽光等の受光面になる。このようにして、ポリシリコン基板５１を主体とするポリシリコン太陽電池５４が製造される。
【００５０】
以上説明したように、上記のポリシリコン太陽電池の製造方法によれば、ポリシリコン基板５１内にＮ型半導体５１ｃ及びＰ型半導体５１ｂからなるＰＮ接合５１ｄを形成した後に、ポリシリコン基板５１に水素を導入するので、ポリシリコン基板５１中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン基板５１の格子欠陥を低減して少数キャリアのライフタイムを向上させることができ、ポリシリコン太陽電池５４の発電効率を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、１３．５６ＭＨｚの高周波交流電圧を印加する場合と比べて、交流電圧による電界の変動に対して電子のみならず水素イオンも十分に追従させることができる。これにより、ポリシリコン基板５１に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン基板５１のチャージアップを低減できる。
【００５１】
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン基板５１の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン基板５１全体に存在するシリコンの未結合手に水素イオンを結合させて終端化させることができ、ポリシリコン基板５１の格子欠陥を更に低減して発電効率をより一層向上できる。本発明では、ポリシリコン基板５１の厚みが例えば２００μｍ程度であっても、その厚み方向全体に水素イオンを導入して格子欠陥の低減を図ることができる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。
【００５２】
また、上記のポリシリコン太陽電池の製造方法によれば、従来のように水素含有窒化シリコン膜を形成する必要がなく、これに伴って受光面側に金属電極を設ける必要がないので、Ｎ型半導体５１ｃの全部に透明電極膜５２を積層することが可能となり、集電効率を高めるとともに、受光面の面積を実質的に拡大することができ、発電効率をより高めることができる。
【００５３】
［ポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法］
次に、本発明に係るポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法について図４を参照して説明する。この製造方法は、基板上にポリシリコン層を形成する工程と、ポリシリコン層を水素により改質する工程と、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するとともに、ポリシリコン層に不純物元素を注入してソース領域（不純物元素拡散領域）及びドレイン領域（不純物元素拡散領域）を形成する工程と、から概略構成されている。
【００５４】
（ポリシリコン層の形成工程）
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板６１上にポリシリコン層６２を形成する。具体的には、ガラス基板等の基板６１を用意し、この基板６１上に図示略の窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を順次積層した後、ＰＥＣＶＤ法（プラズマ励起ＣＶＤ法）によってアモルファスシリコン膜を形成する。反応ガスとしてはシラン等を用いることができる。アモルファスシリコン膜の形成後に、膜中に残存する水素を除去する脱水素処理を行い、その後、アモルファスシリコン膜にボロン等のＰ型不純物をイオン注入により打ち込んでＰ型半導体とする。
次に、レーザーアニール等の手段によってアモルファスシリコン膜を多結晶化してポリシリコン膜とする。その後、ポリシリコン膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、図４（ａ）に示すポリシリコン層６２を形成する。
【００５５】
（水素による改質工程）
次に図４（ｂ）に示すように、ポリシリコン層６２の近傍に水素を含むプラズマＰを形成することによって、ポリシリコン層６２の内部に水素を導入する。具体的には、ポリシリコン層６２が形成された基板６１を図１に示す水素終端化処理装置１の基板配置電極９上に載置保持させる。なお、水素終端化処理装置１の真空処理槽２は、真空排気系２０を動作させて予め真空状態にしておく。
次に、ガス供給系１１からシャワーヘッド３の内部空問に水素ガスを供給し、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０をポリシリコン層６２に向って導くようにする。真空処理槽２内部の圧力は、水素ガス４０を導入した状態で、例えば２００Ｐａに設定することが好ましい。また、水素ガス４０の流量は、例えば１０００ｓｃｃｍに設定することが好ましい。
【００５６】
そして、この雰囲気下で電源供給部３０を起動し、真空処理槽２内のシャワープレート４を接地電位に置いた状態で、基板配置電極９に対して電源供給部３０から低周波交流電圧を印加する。低周波交流電圧は、上述したように基板配置電極９に対して１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下にすることが好ましい。また、パワー密度は０．５Ｗ／ｃｍ２程度がよい。このような電圧の印加により、シャワープレート４の放出口４ａから放出された水素ガス４０は、基板配置電極９をカソードとしシャワープレート４をアノードとする容量結合方式(ＣＣＰ方式)のグロー放電現象が発生し、これにより真空処理槽２内の基板配置電極９及びシャワープレート４間の空間において水素ガス４０が活性化する。
【００５７】
ここで、被処理対象物であるポリシリコン層６２は、サセプタ本体６内のヒーター７によって予め３５０℃に加熱されており、活性化した水素ガス４０がポリシリコン層６２の表面に到達すると、ポリシリコン層６２内に水素が拡散しつつ導入される。導入された水素は、ポリシリコン層６２を構成するシリコン原子の未結合手と結合してこれを終端化させる。
【００５８】
（ゲート絶縁膜等の形成工程）
次に図４（ｃ）に示すように、基板６１及びポリシリコン層６２を覆うように酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜６３を形成する。ゲート絶縁膜６３は、例えばＰＥＣＶＤ法により形成することが好ましい。反応ガスとしてはシランとＮ２Ｏの混合ガス、ＴＥＯＳと酸素の混合ガス等を用いることができる。
次に図４（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜６３上にゲート電極６４を形成する。具体的には、ゲート絶縁膜６３の全面にゲート電極膜をスパッタ法などによって形成し、その後、ゲート電極膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングしてゲート電極６４を形成する。
【００５９】
次に図４（ｅ）に示すように、ポリシリコン層６２にソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する。具体的には、ゲート電極６４をマスクにしてリン等のＮ型不純物をイオン注入法によりポリシリコン層６２に打ち込むことにより、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する。
【００６０】
次に図４（ｆ）に示すように、ゲート電極６４及びゲート絶縁膜６３を覆うように層間絶縁膜６５をＰＥＣＶＤ法で形成する。更に図４（ｇ）に示すように、層間絶縁膜６５及びゲート絶縁膜６３を貫通する開口部６６を設けて、ポリシリコン層６２のソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを露出させる。そして、開口部６６に電極層６７を例えばスパッタ法で形成する。このようにして、ポリシリコン型薄膜トランジスタＴｒを製造する。
【００６１】
以上説明したように、上記のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法によれば、基板６１上にポリシリコン層６２を形成した後に、基板に水素を導きながら基板配置電極９に１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の低周波交流電圧を印加してグロー放電生成するので、極めて効率的にポリシリコン層６２に水素が導入され、これによりポリシリコン層６２中に存在するシリコンの未結合手を水素で終端化させることができる。これにより、ポリシリコン層６２の格子欠陥を低減して移動度を高めることができ、ポリシリコン型薄膜トランジスタＴｒの素子特性を高めることができる。
また、１００ｋＨｚ以上２０００ｋＨｚ以下の比較的低周波の交流電圧を印加することにより、ポリシリコン層６２に対して電子と水素イオンとがほぼ同じ確率で到達することになり、ポリシリコン層６２のチャージアップを低減できる。これにより、予め基板６１上に別の回路素子が形成されていた場合でも、チャージアップによる絶縁破壊を防止できる。
【００６２】
更に、交流電圧による電界の変動に対して水素イオンが十分に追従するので、水素イオンの加速度を高めることができ、これによりポリシリコン層６２の厚さ方向全域に渡って水素イオンを導入することが可能になる。これにより、ポリシリコン層６２の基板６１側の界面まで水素を導入して終端化を図ることができ、ポリシリコン層６２の格子欠陥を更に低減して移動度をより一層向上できる。また、水素イオンの加速度を高めることによって、水素による終端化に要する時間を短縮できる。
【００６３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、上述の実施の形態では、シャワープレートを上部側に配置し、基板配置電極を下部側に配置するようにしたが、本発明はこれに限られず、放電電極を傾斜させたり、鉛直方向に向けることも可能である。
また、本実施形態で使用した水素終端化処理装置は、水素ガスに代えてＣＶＤ用の反応ガスを導入することで、プラズマＣＶＤ装置として用いることができる。従って、本実施形態の水素終端化処理装置を、プラズマＣＶＤ法による成膜工程と、水素導入による終端化工程の両方に使用できる。
【００６４】
また、上記のポリシリコン太陽電池の製造方法においては、Ｐ型半導体からなるポリシリコン基板内にＮ型半導体を形成することによりＰＮ接合を形成したが、本発明はこれに限らず、Ｎ型半導体からなるポリシリコン基板内にＰ型半導体を形成することによって、ＰＮ接合を形成してもよい。
【００６５】
更に、上記のポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法においては、ポリシリコン層に形成する不純物元素拡散領域としてソース領域及びドレイン領域を例示したが、本発明はこれに限らず、ＬＤＤ領域（lightly doped drain）であってもよい。また、ポリシリコン型薄膜トランジスタとして、いわゆるオフセット構造を例示したが、ＬＤＤ（lightly doped drain）構造に適用してもよい。更に、画素電極のスイッチング用の薄膜トランジスタのみならず、周辺駆動回路用の薄膜トランジスタに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の実施形態であるポリシリコン層の改質方法に使用される水素終端化処理装置を示す断面模式図である。
【図２】図２は、本発明の原理を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態であるポリシリコン太陽電池の製造方法を説明する工程図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態であるポリシリコン型薄膜トランジスタの製造方法を説明する工程図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…水素終端化処理装置（ポリシリコン層の改質装置）、４…シヤワープレート（対向電極（放電電極））、９…基板配置電極（放電電極）、１０、６２…ポリシリコン層、４０…水素ガス（水素）、５１…ポリシリコン基板（ポリシリコン層）、５１ａ…Ｐ型半導体、５１ｃ…Ｎ型半導体、５１ｄ…ＰＮ接合、５２…透明電極膜（電極）、５３…金属電極（電極）、５４…ポリシリコン太陽電池、６１…基板、６３…ゲート絶縁膜、６４…ゲート電極、Ｄ…ドレイン領域（不純物元素拡散領域）、Ｓ…ソース領域（不純物元素拡散領域）、Ｔｒ…ポリシリコン型薄膜トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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