JP2001223162A

JP2001223162A - 結晶シリコン半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001223162A
Application number: JP2000031665A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Muramatsu; 信一村松; Yasushi Minagawa; 康皆川; Fumito Oka; 史人岡; Yoshiaki Yazawa; 義昭矢澤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】全体的に一様に配向した多結晶シリコン層を有
する結晶シリコン半導体装置と、これを製造するための
製造方法を提供する。【解決手段】基板１の上に凹凸を形成し、この凹凸の凹
部の中に金属触媒３を点状に分散させて配置した上に、
非晶質シリコン層４を形成し、これを熱処理することに
よって金属触媒３の部分よりそれぞれ配向性を有する結
晶相５を成長させ、さらに、熱処理を続けることによっ
て結晶相５を相互に一体化させ、多結晶シリコン層６を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶シリコン半導
体装置およびその製造方法に関し、特に、全体に一様に
配向した多結晶シリコン層を備えた結晶シリコン半導体
装置とこれを製造するための製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の基板上に多結晶シリコンを成
長させた半導体装置が、太陽電池に好適な電池材として
知られている。この半導体装置は、大面積で高品質のシ
リコン基板を必要としないため、大幅なコストダウンが
見込まれるが、現状において良質の半導体装置を得るた
めには、基板として耐熱性の石英板を使用しなければな
らず、従って、石英板が高価であることが原因してコス
ト的有利さを確保することが難しい。

【０００３】この問題を解決する方法として、基板上に
成膜した非晶質シリコンの薄膜をレーザーアニールで溶
融結晶化し、この上に多結晶シリコン層を形成する方法
が提案されている。この方法は、Ｋ．Ｙａｍａｍｏｔｏ
他による１９９４ＩＥＥＥＦｉｒｓｔＷｏｒｌｄ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉ
ｃＥｎｅｒｇｙＣｏｖｅｒｓｉｏｎ（１９９４年ハ
ワイ）ｐ．１５７５〜１５７８に開示されており、これ
によれば、基板温度の上昇が抑制されるため、低コスト
の基板の使用が可能であるとされている。

【０００４】しかし、この方法によると、下地結晶膜お
よび多結晶シリコン層の形成に時間がかかり、特に、多
結晶シリコン層の成長が低速であるために、これによる
コスト負担が大きくなるとともに、さらに、シリコン原
料の使用ロスが高いことによる経済的負担も大きく、全
体としては高コストにならざるを得ない。

【０００５】多結晶シリコン層を有利に成長させる他の
方法として、非晶質シリコンに金属触媒を接触させ、こ
れに熱処理を施すことによって非晶質シリコンを多結晶
化する方法がＲ．Ｃ．Ｃａｍｍａｒａｔａらにより提案
されている〔Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，Ｖｏｌ．５，
Ｎｏ．１０（１９９０）ｐ．２１３３〜２１３８〕。こ
の方法によれば、低温かつ高速での多結晶の成膜が可能
であるとされ、特に、低温での結晶化は、たとえば、微
量のＮｉ金属を導入して熱処理することによって達成可
能とされている。

【０００６】そして、この方法によれば、ＴＦＴ素子の
ような１００ｎｍ程度の薄膜を対象とするとき、結晶化
が面内方向に数μｍも進行すること、従って、これによ
り面内方向に良好に配向した高品質の結晶が得られるこ
とがＬ．Ｋ．Ｌａｍらにより確認されており〔Ａｐｐ
ｌ．Ｐｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．１３
（１９９９）ｐ．１８６６〜１８６８〕、さらには、こ
の配向成長を応用した方法として、ＴＦＴ素子位置の近
傍に金属触媒を選択的に配置し、これに熱処理を施すこ
とによって非晶質シリコンを結晶化させ、素子を結晶の
グレーン内に形成することで高性能化を図る方法も提案
されている（特開平６−２４４１０４号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ここに示され
た従来の方法によると、いずれも結晶化させる面積に限
界があり、これらの方法を太陽電池用の半導体装置に適
用することは困難である。太陽電池に使用される半導
体装置においては、膜中での充分な光吸収が求められる
ために１μｍ前後のシリコン膜厚が必要となるが、この
ような厚膜を対象としたとき、従来の方法によって結晶
化が可能な面積は、１００μｍ²程度であるに過ぎな
い。仮に、太陽電池に適した面積の非晶質シリコン層の
全面に金属触媒を形成し、これに熱処理を施したとして
も、得られるシリコン層は、枝分かれした不均質な樹脂
状成長を呈するだけであり、均一に結晶した良好なシリ
コン層を得ることは不可能である。

【０００８】従って、本発明の目的は、金属触媒を使用
して多結晶シリコン層を成長させた半導体装置におい
て、太陽電池に適した面積全体に一様に配向した多結晶
シリコン層を有する結晶シリコン半導体装置と、これを
製造するための製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、基板と、前記基板上に設けられた非晶質
シリコン層を金属触媒のもとに熱処理することによって
形成した多結晶シリコン層を備え、前記多結晶シリコン
層は、前記非晶質シリコン層の下部あるいは上部に点状
に分散させた前記金属触媒の存在下に前記非晶質シリコ
ン層を熱処理することによって成長させた多結晶シリコ
ン層より構成されることを特徴とする結晶シリコン半導
体装置を提供するものである。

【００１０】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、基板上に所定の厚さの多結晶シリコン層を形成する
結晶シリコン半導体装置の製造方法において、前記基板
上に点状に分散させた金属触媒の上に所定の厚さの非晶
質シリコン層を形成し、前記所定の厚さの非晶質シリコ
ン層に熱処理を施すことによって前記所定の厚さの非晶
質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化させることを
特徴とする結晶シリコン半導体装置の製造方法を提供す
るものである。

【００１１】さらに、本発明は、上記の目的を達成する
ため、基板上に所定の厚さの多結晶シリコン層を形成す
る結晶シリコン半導体装置の製造方法において、前記基
板上に形成した所定の厚さの非晶質シリコン層の上に金
属触媒を点状に分散させて設け、前記所定の厚さの非晶
質シリコン層に熱処理を施すことによって前記所定の厚
さの非晶質シリコン層を多結晶シリコン層に結晶化させ
ることを特徴とする結晶シリコン半導体装置の製造方法
を提供するものである。

【００１２】上記の非晶質シリコン層は、多くの場合、
真正（ｉ型）のシリコンより構成され、これより成長さ
せられる多結晶層も、実質的に真正なシリコンより構成
される。また、この多結晶シリコン層の両面には、導電
型の異なるｎ型、ｐ型の非単結晶のシリコン層を形成す
るのが普通である。多結晶シリコン層の厚さは、光吸収
性を確保するため、０．６μｍ以上に形成することが好
ましい。

【００１３】上記の製造方法において、基板上に金属触
媒を点状に分散させる手段としては、基板の表面に凹部
を設け、この凹部の中に金属触媒を位置させる方法が簡
便である。具体的には、凹部を設けた基板の表面に金属
触媒の塩溶液を塗布して乾燥し、これによって凹部内に
厚膜の状態で金属触媒を残存させる方法が確実である。
凹部としては、断面がＶ字状であることが好ましい。ま
た、基板の表面に凸部を形成し、凸部上に金属触媒を被
着する方法も好ましく、多くの場合、これらの凹部およ
び凸部は、基板上に透明電極を凹凸状に設け、この透明
電極の凹凸によって構成される。

【００１４】基板上に凹凸部を形成する代わりに、基板
を金属触媒の膜で覆った上に他の膜を形成し、この膜に
ピンホールを形成することによって金属触媒をピンホー
ルより露出させ、これにより金属触媒の点状の分散化を
図ることは可能である。その場合、ピンホールの形状と
しては、楕円形、正方形あるいは長方形等の非円形であ
ることが好ましく、ピンホールをこのように非円形に形
成するときには、成長する多結晶シリコンの配向性が向
上するようになる。但し、円形のピンホールの形成を否
定するものではない。金属触媒上の他の膜へのピンホー
ルの形成は、成膜条件の選定あるいはレーザ加工等によ
って容易に行うことができる。

【００１５】金属触媒を点状に分散させる他の方法とし
て、基板上に形成した金属触媒の薄膜を熱処理し、これ
によって金属触媒の膜を凝集させ、凝集した部分によっ
て点状の分散個所を形成する方法も考えられる。点状に
分散させる金属触媒は、基板上に形成されるものとは限
らない。基板上に形成した非晶質シリコン層の上部に金
属触媒を分散させてもよい。非晶質シリコン層の上部に
金属触媒を点状に分散させる方法としては、上述した熱
処理による金属触媒膜の凝集が好適である。

【００１６】本発明の製造方法において、非晶質シリコ
ン層の下部あるいは上部に点状に分散させる金属触媒
は、下限においては多結晶シリコン層を充分に成長させ
るため、上限においては金属触媒の点在の効果を確保す
るために、非晶質シリコン層の下部あるいは上部の面積
の０．１〜５０％を占めるように設けることが好まし
い。なお、金属触媒の形成状態を示す点状とは、文字
通り点の場合もあれば面状の場合もある。要は非晶質シ
リコン層との関係であり、その大きさに制約はない。

【００１７】非晶質シリコン層より多結晶シリコン層を
成長させるための熱処理は、窒素、真空、水素、Ａｒあ
るいはハロゲン等の雰囲気において行うことが好まし
い。また、熱処理は、一定した温度のもとに行われるの
が普通であるが、たとえば、水素雰囲気中で４００℃程
度に加熱することによって膜中の水素を１％以下、望ま
しくは０．３％以下等の水準に設定した後、所定の熱処
理温度に加熱する形態も可能であり、熱処理をこのよう
に段階的に行う場合には、得られる多結晶シリコン層の
配向性をより良好なものとすることができる。

【００１８】金属触媒の構成材としては、Ｎｉ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、あるいはこれらを含む合金等
の化合物より選択することが好ましい。基板の構成材と
しては、ガラス、セラミック、サファイヤ、石英等の透
明材、あるいはＳＵＳ、Ａｌ、タングステン、金属シリ
コン等の金属材などが使用される。ＳＵＳ等の金属基板
の表面に微細な凹凸を形成することによって光散乱効果
を持たせ、これにより短絡電流の増加を図ることは可能
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、図に基づいて本発明による
結晶シリコン半導体装置およびその製造方法の実施の形
態を説明する。図１は、基板の側から光を入射させる半
導体装置を対象とした例であり、まず、図１の（ａ）に
おいて、透明ガラスの基板１を準備し、この上に、厚さ
が１μｍの結晶化ＳｎＯ₂より構成される透明電極２を
凹凸状に形成する。凹凸の大きさは１μｍ程度である。

【００２０】次に、この透明電極２にＮｉの酢酸塩溶液
を塗布した後、これを乾燥する。図１の（ｂ）は、その
結果を示したもので、透明電極２の表面には、凹凸の凹
部に金属触媒３が点状に分散させられる。図１の（ｃ）
に示される４は、以上のようにして金属触媒３を点状に
分散させた上に、プラズマＣＶＤ法に基づいて２μｍの
厚さに成長させた非晶質シリコン層を示す。

【００２１】このシリコン層４は、基板１側の５０ｎｍ
の厚さの部分をＨ₂、ＳｉＨ₄およびＢ₂Ｈ₆の混合ガ
スによってｐ型に構成され、その上の１．９μｍの厚さ
の部分をＨ₂およびＳｉＨ₄の混合ガスによってｉ型に
構成され、さらに、最上層の厚さが５０ｎｍの部分をＨ
₂、ＳｉＨ₄およびＰＨ₃の混合ガスによってｎ型に構
成されており、これらの各層は、いずれも圧力０．３ｔ
ｏｒｒ、基板温度２００℃および８０ＭＨｚの条件のも
とに成長させられている。

【００２２】図１の（ｄ）は、以上の構成の積層体に対
して熱処理を施したときの途中の段階を示したものであ
る。熱処理は、窒素雰囲気中において５５０℃で１０分
間行われ、これにより点在させた金属触媒３から厚さ方
向にＮｉの拡散が生じ、金属触媒３の部分より結晶相５
が成長する。非晶質シリコン層４の中を拡散したＮｉ
は、層４の最表面に偏析する。

【００２３】さらに熱処理を続行すると、結晶相５は成
長を続けて互いに一体化し、図１の（ｅ）に示されるよ
うな多結晶シリコン層６が形成される。この多結晶シリ
コン層６を対象にその結晶性を分析したところ、全体と
して（１１１）面に一様に配向していることが確認され
た。

【００２４】図１の（ｆ）は、多結晶シリコン層６の表
面に１μｍ厚さのＡｌの電極７を蒸着することによって
構成した太陽電池としての半導体装置を示す。この半導
体装置の電極２と７を直列につなぐ周知の方法に基づい
て複数の半導体装置を接続したところ、５０段の接続で
も、各半導体装置が有する個々の電圧を積算した特性が
得られ、太陽電池として優れた特質を有していることが
確認された。

【００２５】図１の（ｇ）は、多結晶シリコン層６の成
長のメカニズムを示したもので、図において８は、透明
電極２が有する凹部の１つを示し、断面がＶ字状に形成
されている。凹部８の底部には、金属触媒３が位置させ
られており、さらに、上方が非晶質シリコン層４によっ
て覆われている。このような状態において非晶質シリコ
ン層４に熱処理を施すと、非晶質シリコン層４の内部へ
金属触媒３よりＮｉの拡散が生じ、結晶相５が成長す
る。結晶相５は、シリコン層４の厚さ方向に（１１１）
面が配向した結晶構成を有するようにして成長し、さら
に、他の凹部８より成長した結晶相５と繋がって互いに
一体化し、図１の（ｅ）および（ｆ）に示されるような
多結晶シリコン層６となる。

【００２６】以上のようにして成長させられた多結晶シ
リコン層６は、０．１〜５％の水素を含むことが確認さ
れたが、その配向性は水素濃度０．１〜２％の範囲で特
に良好な結果を示した。また、当初、非晶質シリコン層
４の下部に位置させられていたＮｉは、多結晶シリコン
層６の上面に移動することによって消失しており、高品
質なｉ型の多結晶シリコン層６が実現された。多結晶シ
リコン層６中に残るＮｉの濃度は、最大でも２×１０¹⁷
／ｃｍ³程度であり、この程度のＮｉが太陽電池として
の特性に悪影響を与えることはない。

【００２７】なお、本実施の形態において、非晶質シリ
コン層４の熱処理を水素雰囲気中において一旦４００℃
で行い、その後、５５０℃で熱処理をする２段階形式の
熱処理を試みたところ、良好な配向性の多結晶シリコン
層が得られた。本実施の形態の場合、非晶質シリコン層
４の形成時にその下部位置に形成されるｎ型層は、非晶
質によって構成されるが、粒径０．０５μｍ程度の微結
晶質、あるいは粒径０．１μｍ程度の多結晶質であって
もよい。また、その最適な厚さとしては、１０〜１００
ｎｍ、特に、３０〜６０ｎｍの範囲に設定することが好
ましい。電極７としては、Ａｌ以外にＡｇ、Ｍｏ等が好
適である。

【００２８】図２は、本発明の他の実施の形態を示し、
基板の反対側より光を入射させる半導体装置を対象とし
た例である。図２の（ａ）において、まず、ＳＵＳの基
板１を準備し、この上に、図２の（ｂ）のようにＮｉ層
３ａを形成する。Ｎｉ層３ａは、スパッタリングによっ
て１０ｎｍの厚さに形成され、次いで、この上に、図２
の（ｃ）のようにＳｉ０₂の薄膜９を形成する。

【００２９】非晶質シリコン層との反応性が少ないため
に選択されたＳｉ０₂の薄膜９には、図に示されるよう
にその成膜条件によってピンホール１０が形成されてお
り、この結果、ピンホール１０からはＮｉ層３ａが露出
し、これによって点状に分散させられた金属触媒３が形
成されている。

【００３０】図２の（ｄ）は、非晶質シリコン層４をプ
ラズマＣＶＤ法によって基板１上に形成した状態を示
す。３μｍの厚さに形成されたこの非晶質シリコン層４
は、最下部の５０ｎｍの部分をＨ₂、ＳｉＨ₄およびＰ
Ｈ₃の混合ガスによってｎ型に構成され、その上の２．
９μｍの厚さの部分をＨ₂、ＳｉＨ₄および微量のＰＨ
₃の混合ガスによってｎ- 型に構成され、さらに、最上
層の５０ｎｍの厚さの部分をＨ₂、ＳｉＨ₄およびＢ₂
Ｈ₆によってｐ型に構成されており、これらの各層は、
いずれも圧力０．３ｔｏｒｒ、基板温度２００℃および
６０ＭＨｚの条件のもとに成長させられている。

【００３１】図２の（ｅ）は、非晶質シリコン層４を熱
処理した結果を示す。熱処理は、窒素雰囲気中において
５００℃で６０分間行われ、これによりピンホール１０
より点状に露出した金属触媒３から非晶質シリコン層４
の厚さ方向にＮｉの拡散が生じ、これに伴ってピンホー
ル１０の部分より結晶相５が成長する。結晶相５は、熱
処理が続けられることによってさらに成長し、最終的に
は、図２の（ｆ）に示されるように相互に一体化し、所
定の多結晶シリコン層６となる。なお、図１の場合と同
様に、拡散したＮｉの有害量が層６中に残ることはな
い。

【００３２】以上により得られた多結晶シリコン層６の
結晶性を調べたところ、全体として（１１０）面に一様
に配向していることが確認された。次いで、図２の
（ｇ）のように、多結晶シリコン層６の上面にＩＴＯに
よる透明電極１１を７０ｎｍの厚さに形成し、さらに、
この電極１１の周縁にＡｇの取出電極１２を形成するこ
とによって所定の半導体装置を構成した。この半導体装
置の太陽電池性能を試験したところ、図１における半導
体装置と同水準の電圧特性を示した。

【００３３】なお、この実施の形態では、薄膜９をＳｉ
Ｏ₂で構成したが、ＳｉＮを使用することも可能であ
る。プラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜の形成と熱処理を
組み合わせれば、熱処理による水素放出によって良好な
ピンホールを形成することができる。また、薄膜９を絶
縁性の膜ではなく、Ａｇ／ＺｎＯ積層膜のような導電性
の膜によって構成することも可能であり、その場合、こ
の膜を太陽電池の電極として活用することができる。

【００３４】図３は、基板の反対側より光を入射させる
半導体装置の他の実施の形態を示す。図３の（ａ）に
おいて、ＳＵＳ基板１を準備し、この上に、図３の
（ｂ）のように非晶質シリコン層４を形成する。非晶質
シリコン層４は、基板１の表面に設けられた下記のｎ型
多結晶シリコン層の上に形成された。

【００３５】まず、Ｈ₂、ＳｉＨ₄およびＰＨ₃の混合
ガスを基板１上に導入し、圧力０．３ｔｏｒｒ、基板温
度２００℃および１３．５６ＭＨｚの条件のもとでプラ
ズマＣＶＤ法によりランダム配向のｎ型多結晶シリコン
層（図示せず）を２０ｎｍの厚さに形成した後、この上
に、電子ビーム蒸着法に基づいて１．４μｍの厚さのｉ
型非晶質シリコン層４を１５ｎｍ／ｓの成長速度のもと
に形成した。

【００３６】このときの層４中の水素濃度は０．１％で
あることが確認された。また、形成された非晶質シリコ
ン層４のうち、最上層の５０ｎｍの厚さの部分には、Ｈ
₂、Ｓｉ₂Ｈ₆およびＢ₂Ｈ₆の混合ガスによるｐ型層
を形成した。このｐ型層の形成は、圧力０．３ｔｏｒ
ｒ、基板温度２００℃および４５ＭＨｚの条件下で行っ
た。

【００３７】図３の（ｃ）の３は、非晶質シリコン層４
の上面に点状に分散して設けた金属触媒を示す。この金
属触媒３は、まず、非晶質シリコン層４の上面に電子ビ
ーム蒸着法によって厚さが３ÅのＮｉ膜を形成し、次い
で、これを４００℃で２０分間の熱処理を施すことによ
って分散させ、点状に凝集させたものである。

【００３８】図３の（ｄ）は、以上の積層体に熱処理を
施した結果であり、上面に点在させた金属触媒３から非
晶質シリコン層４の中にＮｉが拡散し、これに伴い金属
触媒３の部分より結晶相５が成長する。熱処理は、１ｔ
ｏｒｒの水素雰囲気中で６００℃×２分のラピッド・サ
ーマル・アニールを繰り返し３回実施することで行われ
た。

【００３９】結晶相５は、この熱処理のもとで点在する
金属触媒３のそれぞれより良好な配向性を有して成長す
るとともに、相互間において一体化することになり、そ
の結果、図３の（ｅ）のように、全体的に一様な配向性
を有する多結晶シリコン層６が形成された。拡散したＮ
ｉは、その殆どが基板１上のｎ型多結晶層に取り込まれ
ることになり、有害量がｉ型の多結晶シリコン層６に残
ることはない。

【００４０】図３の（ｆ）の１４は、多結晶シリコン層
６の上面に形成されたＩＴＯによる透明電極、１５は電
極１４の周縁に形成されたＴｉ／Ａｌの複合膜（厚さ：
２０ｎｍ／１μｍ）による取出電極を示す。この半導体
装置の太陽電池としての性能を試験した結果、図１の半
導体装置と同レベルの電圧特性が得られた。

【００４１】この実施の形態においては、ｉ型の非晶質
シリコン層を電子ビーム蒸着法に基づいて形成したが、
不純物が導入されない方法であれば、プラズマＣＶＤ
法、ＣＶＤ法などの他の方法による形成も可能である。
また、ｉ型の非晶質シリコン層の上にｐ型層を形成し、
これらに一括した熱処理を施しているが、ｉ型非晶質シ
リコン層に熱処理を施した後に、ｐ型層（あるいはｎ型
層）を形成するようにしてもよい。さらに、本実施の形
態においては、非晶質シリコン層の下にｐ型多結晶層を
形成しているが、この層が非晶質シリコン層の熱処理に
よって変質することはなく、従って、これに基づけば、
たとえば、ｐ型あるいはｎ型多結晶層上に金属触媒と非
晶質シリコン層を形成して熱処理するような実施の形態
も可能である。

【００４２】本発明による結晶シリコン半導体装置の製
造方法によれば、プロセスの共通性から、非晶質あるい
は多結晶のＴＦＴ素子を同一基板上に形成することが可
能となる。ｐｎダイオードの形成も可能であり、従っ
て、太陽電池と回路素子を同一基板に備えた複合素子を
容易に製造できる利点を有する。また、その用途として
は、たとえば、家庭の電力供給システムの電源、あるい
は電卓や時計のような携帯機器の電源等が考えられる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による結晶
シリコン半導体装置およびその製造方法によれば、基板
上に形成した非晶質シリコン層の下部あるいは上部に金
属触媒を点状に分散させて熱処理をすることにより多結
晶シリコン層を成長させるため、成長させた多結晶シリ
コン層は、その全体に一様な配向性を有することにな
り、従って、高い電圧特性を有する優れた結晶シリコン
半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による結晶シリコン半導体装置およびそ
の製造方法の実施の形態を示す説明図であり、（ａ）〜
（ｆ）は製造手順、（ｇ）は多結晶シリコン層の成長メ
カニズムを示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示す説明図であり、
（ａ）〜（ｇ）は製造手順を示す。

【図３】本発明のさらに他の実施の形態を示す説明図で
あり、（ａ）〜（ｆ）は製造手順を示す。

【符号の説明】

１基板２、１１、１４透明電極３金属触媒（Ｎｉ）３ａＮｉ層４非晶質シリコン層５結晶相６多結晶シリコン層７電極８凹部９薄膜１０ピンホール１２、１５取出電極

フロントページの続き (72)発明者皆川康茨城県土浦市木田余町3550番地日立電線株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (72)発明者岡史人茨城県土浦市木田余町3550番地日立電線株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (72)発明者矢澤義昭東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 5F051 AA03 AA04 AA05 CB04 CB12 CB24 5F052 AA11 CA04 DA02 DB03 EA11 EA15 JA09 JA10 5F110 AA28 GG02 GG13 PP02 PP22 PP34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に設けられた非晶質シ
リコン層を金属触媒のもとに熱処理することによって形
成した多結晶シリコン層を備え、前記多結晶シリコン層は、前記非晶質シリコン層の下部
あるいは上部に点状に分散させた前記金属触媒の存在下
に前記非晶質シリコン層を熱処理することによって成長
させた多結晶シリコン層より構成されることを特徴とす
る結晶シリコン半導体装置。
【請求項２】前記多結晶シリコン層は、その両面に導電
型の異なる非単結晶シリコン層を有することを特徴とす
る請求項１項記載の結晶シリコン半導体装置。
【請求項３】前記多結晶シリコン層は、実質的に真性な
多結晶シリコンより構成されることを特徴とする請求項
２項記載の結晶シリコン半導体装置。
【請求項４】前記多結晶シリコン層は、０．６μｍ以上
の厚さを有することを特徴とする請求項１項記載の結晶
シリコン半導体装置。
【請求項５】基板上に所定の厚さの多結晶シリコン層を
形成する結晶シリコン半導体装置の製造方法において、前記基板上に点状に分散させた金属触媒の上に所定の厚
さの非晶質シリコン層を形成し、前記所定の厚さの非晶質シリコン層に熱処理を施すこと
によって前記所定の厚さの非晶質シリコン層を多結晶シ
リコン層に結晶化させることを特徴とする結晶シリコン
半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記点状に分散させた金属触媒は、前記基
板上に形成された複数の凹部の中に前記金属触媒が位置
させられることによって形成されることを特徴とする請
求項５項記載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記基板上に形成された複数の凹部は、断
面をＶ字状に形成されることを特徴とする請求項６項記
載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記点状に分散させた金属触媒は、前記基
板上に形成された複数の凸部の上に前記金属触媒を被着
することによって形成されることを特徴とする請求項５
項記載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記基板上に形成された複数の凹部あるい
は凸部は、前記基板上に設けた透明電極に形成されるこ
とを特徴とする請求項６項ないし８項のいずれかに記載
の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記点状に分散させた金属触媒は、前記
基板の上面を覆うように形成された金属触媒の膜をピン
ホールを有する膜で覆い、前記金属触媒の膜を前記ピン
ホールより点状に露出させることによって形成すること
を特徴とする請求項５項記載の結晶シリコン半導体装置
の製造方法。
【請求項１１】前記ピンホールは、楕円形、正方形ある
いは長方形等の非円形に形成されることを特徴とする請
求項１０項記載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記点状に分散させた金属触媒は、前記
基板上に形成した金属触媒の膜を熱処理して凝集させる
ことによって形成することを特徴とする請求項５項記載
の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記点状に分散させた金属触媒は、その
合計の面積が前記非晶質シリコン層の下面の面積の０．
１〜５０％を占めるように形成されることを特徴とする
請求項５項記載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記点状に分散させた金属触媒は、Ｎ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、あるいはこれらを
含む化合物より選択されることを特徴とする請求項５項
記載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１５】基板上に所定の厚さの多結晶シリコン層
を形成する結晶シリコン半導体装置の製造方法におい
て、前記基板上に形成した所定の厚さの非晶質シリコン層の
上に金属触媒を点状に分散させて設け、前記所定の厚さの非晶質シリコン層に熱処理を施すこと
によって前記所定の厚さの非晶質シリコン層を多結晶シ
リコン層に結晶化させることを特徴とする結晶シリコン
半導体装置の製造方法。
【請求項１６】点状に分散させた前記金属触媒は、前記
非晶質シリコン層上に形成した金属触媒の膜を熱処理し
て凝集させることによって形成することを特徴とする請
求項１５項記載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。
【請求項１７】点状に分散させた前記金属触媒は、その
合計の面積が前記非晶質シリコン層の上面の面積の０．
１〜５０％を占めるように形成されることを特徴とする
請求項１５項記載の結晶シリコン半導体装置の製造方
法。
【請求項１８】点状に分散させた前記金属触媒は、Ｎ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、あるいはこれらを
含む化合物より選択されることを特徴とする請求項１５
項記載の結晶シリコン半導体装置の製造方法。