2016 Fiscal Year Research-status Report
半導体表面におけるプラズマ誘起欠陥の発生と修復のメカニズム解明
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15K04717
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
布村 正太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 太陽光発電研究センター, 主任研究員 (50415725)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマエレクトロニクス / 半導体 / シリコン / 太陽電池 / 欠陥 / トラップ / プラズマ / 水素化アモルファスシリコン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、半導体表面に形成されるプラズマ誘起欠陥をその場でモニタリングする手法を開発し、欠陥の発生と修復に関するメカニズムを明らかにすることを目標としている。
本年度は、太陽電池パッシベーションに用いられる水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）極薄膜（10nm）に対し、各種プラズマを照射した際に生じる欠陥の形成とその後のポスト処理による欠陥の修復について詳細に調査した。以下に得られた成果を記述する。
１）昨年度に引き続き、光学的ポンプ‐プローブ法を用い、プラズマ誘起欠陥のその場検出を行った。各種プラズマ（水素プラズマ、アルゴンプラズマ）照射時に、極薄a-Si:H層内に欠陥が形成され、その後の熱アニール処理により修復することを見出した。欠陥の修復には、最適なアニール温度と時間があることを確認した。また、プローブ光励起のトラップ電流の信号強度から、トラップキャリアを定量測定することに成功した。例えば、太陽電池パッシベーションに用いられる良質な膜では、6x17乗cm-3程度のトラップキャリアが存在することを明らかにした。
２）半導体表面の欠陥終端を目的に、リモートタイプの水素プラズマの生成と損失に関する研究を進めた。真空紫外吸収分光法（VUVAS）用いた水素原子密度の計測とプラズマシミュレーションを行った。VUVASより、シリコン基板の表面近傍で水素原子密度が1x10乗cm-3程度存在することを見出した。また、シミュレーションから、プラズマ中で発生した水素原子は、気相中の拡散現象を経て電極上の結晶シリコン基板表面に輸送されることを確認した。また、シリコン基板への水素プラズマ照射実験から、適量の水素原子供給は表面欠陥の終端に寄与する反面、過剰な水素原子供給はエッチングが主体となり表面欠陥を大量に生成する結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画書に記載の通り、半導体表面におけるプラズマ誘起欠陥の検出と欠陥の発生・修復に関するメカニズムを調査しており、おおむね研究は順調に進んでいる。
本年度前期では、光学的ポンプ‐プローブ法を用いてプラズマ誘起欠陥の検出を行った。具体的には、本手法を太陽電池パッシベーション用途の極薄a-Si:Hに適用し、プラズマＣＶＤ環境下でトラップキャリアを評価した。例えば、太陽電池パッシベーションに用いられる良質な膜では、6x17乗cm-3程度存在することを確認した。
本年度後期では、半導体表面の欠陥終端を目的に、リモートタイプの水素プラズマの生成と損失に関する研究を進めた。VUVASを用いて水素原子密度を測定し、プラズマシミュレーションとの比較から水素原子の発生と損失過程を調査した。水素原子は、プラズマバルク中で発生し、密度勾配に基づき拡散し、電極上の基板に到達することを確認した。本結果に踏まえ、水素原子の発生と拡散過程を制御することにより、基板上の表面欠陥を低減できる知見をえた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度得られた成果をもとに、欠陥の発生と修復に関するメカニズムを解明する研究を進める。
具体的には、昨年度に引き続き、半導体薄膜・ウエハへのイオン、紫外線照並びにラジカル種の照射実験を行う。これらの各粒子種の照射に伴う欠陥やトラップキャリアの増減を評価する。評価には、これまでに独自開発した光学的ポンププロー法、ならびに、QSSPC（quasi steady state photo conductance）法を使用する。欠陥の発生と修復に関するメカニズムを解明し、太陽電池等の半導体デバイスの欠陥低減を実現するプロセス開発に貢献する。
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| Causes of Carryover |
当初購入予定の物品が競争入札等により安価に購入できたため、また、装置改造を自作で行ない出費を抑えられたため。余剰分を次年度へ繰り越す。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の予定通り研究を実施する。繰り越し分は、研究を加速させるための追加実験の費用に充てる。
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