JP2001320066A - 結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属触媒による結晶化時において、基板から
の剥離が少なく、かつ大面積で高品質な太陽電池が得ら
れる結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】 基板と金属触媒層３との間に被着金属層
２を形成し、熱処理することにより結晶化された結晶シ
リコン層４ａは基板１からの剥離が抑えられると同時
に、開口部５を有する構造となる。この開口部５を透明
電極の引き出し電極部とすることで、太陽電池を大面積
化した際の電極抵抗を大幅に減らすことができる。
の剥離が少なく、かつ大面積で高品質な太陽電池が得ら
れる結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】 基板と金属触媒層３との間に被着金属層
２を形成し、熱処理することにより結晶化された結晶シ
リコン層４ａは基板１からの剥離が抑えられると同時
に、開口部５を有する構造となる。この開口部５を透明
電極の引き出し電極部とすることで、太陽電池を大面積
化した際の電極抵抗を大幅に減らすことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶シリコン薄膜
半導体装置及びその製造方法に関する。
半導体装置及びそ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、太陽電池に好適な発電素子材と
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、現状においては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、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。
長させた半導体装置が、太陽電池に好適な発電素子材と
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、現状においては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、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金属触媒を用いて低温
で結晶化させる方法がＲ．Ｃ．Ｃａｍａｒａｔａらによ
って提案されている［Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅ.,Ｖｏｌ．
５，Ｎｏ．１０（１９９０）ｐ．２１３３〜２１３
８］。
成膜した非晶質シリコンの薄膜を金属触媒を用いて低温
で結晶化させる方法がＲ．Ｃ．Ｃａｍａｒａｔａらによ
って提案されている［Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅ.,Ｖｏｌ．
５，Ｎｏ．１０（１９９０）ｐ．２１３３〜２１３
８］。
【０００４】この方法によれば、低温かつ高速で多結晶
の成膜が可能であるとされ、特に低温での結晶化は、例
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。
の成膜が可能であるとされ、特に低温での結晶化は、例
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。
【０００５】この方法によれば、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ：ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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も進行し、この結晶化によって面内
方向に配向した高品質の結晶が得られることがＬ．Ｋ．
Ｌａｍらによって確認されている［Ａｐｐｌ．Ｐｙｓ．
Ｌｅｔｔ.,Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ１３（１９９９）ｐ．１
８６６〜１８６８］。
ＦＴ：ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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も進行し、この結晶化によって面内
方向に配向した高品質の結晶が得られることがＬ．Ｋ．
Ｌａｍらによって確認されている［Ａｐｐｌ．Ｐｙｓ．
Ｌｅｔｔ.,Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ１３（１９９９）ｐ．１
８６６〜１８６８］。
【０００６】しかし、上述した従来技術によると、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。
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。
【０００７】太陽電池に使用される半導体装置において
は、膜中での十分な光吸収が求められるために膜厚１μ
ｍ以上のシリコン薄膜が必要となるが、このような膜厚
を結晶化させると、従来技術によって結晶化が可能な面
積は１００μｍ程度であるにすぎない。太陽電池では結
晶化させる必要がある面積は最低でも１０ｃｍ角、望ま
しくは１００ｃｍ角である。
は、膜中での十分な光吸収が求められるために膜厚１μ
ｍ以上のシリコン薄膜が必要となるが、このような膜厚
を結晶化させると、従来技術によって結晶化が可能な面
積は１００μｍ程度であるにすぎない。太陽電池では結
晶化させる必要がある面積は最低でも１０ｃｍ角、望ま
しくは１００ｃｍ角である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えばＮｉ
を金属触媒として用いて、ガラス基板／Ｎｉ／非晶質シ
リコン構造の結晶シリコン薄膜を形成した場合、熱処理
によってシリコン薄膜がほとんど全面が剥離し、実質的
に大面積の太陽電池の作製は不可能であった。
を金属触媒として用いて、ガラス基板／Ｎｉ／非晶質シ
リコン構造の結晶シリコン薄膜を形成した場合、熱処理
によってシリコン薄膜がほとんど全面が剥離し、実質的
に大面積の太陽電池の作製は不可能であった。
【０００９】また、太陽電池の大面積化によって電極部
の抵抗が大きくなり、太陽電池のエネルギー変換効率の
低下を引き起こしていた。この低下は、多結晶シリコン
薄膜太陽電池において、ガラス基板側から光を導入する
場合、ガラス基板側の電極は透明電極とする必要がある
が、透明電極は一般的に金属電極に比べて抵抗が大き
く、太陽電池が大面積化すると電極部の抵抗が大きくな
るためである。この透明電極の抵抗による太陽電池の特
性（発電特性）への影響は面積が大きくなればなるほど
顕著となり、太陽電池の大面積化に対して大きな障害で
あった。
の抵抗が大きくなり、太陽電池のエネルギー変換効率の
低下を引き起こしていた。この低下は、多結晶シリコン
薄膜太陽電池において、ガラス基板側から光を導入する
場合、ガラス基板側の電極は透明電極とする必要がある
が、透明電極は一般的に金属電極に比べて抵抗が大き
く、太陽電池が大面積化すると電極部の抵抗が大きくな
るためである。この透明電極の抵抗による太陽電池の特
性（発電特性）への影響は面積が大きくなればなるほど
顕著となり、太陽電池の大面積化に対して大きな障害で
あった。
【００１０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、金属触媒による結晶化時において、基板からの剥離
が少なく、かつ大面積で高品質な太陽電池が得られる結
晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法を提供する
ことにある。
し、金属触媒による結晶化時において、基板からの剥離
が少なく、かつ大面積で高品質な太陽電池が得られる結
晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法を提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の結晶シリコン薄膜半導体装置は、基板と、異
種基板との接着性がよい被着用金属層と、結晶シリコン
層とが順次形成された結晶シリコン薄膜半導体装置にお
いて、結晶シリコン層は、被着用金属層上に、金属触媒
層と、非晶質シリコン層とを順次形成し、熱処理を施す
ことにより金属触媒層を基板がある側とは反対側へ移動
させ、非晶質シリコン層を結晶化させたものであり、熱
処理によって結晶シリコン層に開口部が形成されている
ものである。
に本発明の結晶シリコン薄膜半導体装置は、基板と、異
種基板との接着性がよい被着用金属層と、結晶シリコン
層とが順次形成された結晶シリコン薄膜半導体装置にお
いて、結晶シリコン層は、被着用金属層上に、金属触媒
層と、非晶質シリコン層とを順次形成し、熱処理を施す
ことにより金属触媒層を基板がある側とは反対側へ移動
させ、非晶質シリコン層を結晶化させたものであり、熱
処理によって結晶シリコン層に開口部が形成されている
ものである。
【００１２】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、被着用金属層の膜厚により開口部の半径
及び開口部数が制御されているのが好ましい。
半導体装置は、被着用金属層の膜厚により開口部の半径
及び開口部数が制御されているのが好ましい。
【００１３】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、被着用金属層の膜厚は０．１ｎｍ〜１０
ｎｍの範囲内にあり、かつ開口部の半径は１μｍ以上で
あり、かつ開口部間の平均距離が０．１ｍｍ〜５０ｍｍ
の範囲内にあるのが好ましい。
半導体装置は、被着用金属層の膜厚は０．１ｎｍ〜１０
ｎｍの範囲内にあり、かつ開口部の半径は１μｍ以上で
あり、かつ開口部間の平均距離が０．１ｍｍ〜５０ｍｍ
の範囲内にあるのが好ましい。
【００１４】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、非晶質シリコン層の膜厚により開口部の
半径が制御されているのが好ましい。
半導体装置は、非晶質シリコン層の膜厚により開口部の
半径が制御されているのが好ましい。
【００１５】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、非晶質シリコン層の膜厚は０．５μｍ〜
１０μｍの範囲内にあり、かつ開口部の半径は１μｍ以
上であり、かつ開口部間の平均距離は０．１ｍｍ〜５０
ｍｍに制御されているのが好ましい。
半導体装置は、非晶質シリコン層の膜厚は０．５μｍ〜
１０μｍの範囲内にあり、かつ開口部の半径は１μｍ以
上であり、かつ開口部間の平均距離は０．１ｍｍ〜５０
ｍｍに制御されているのが好ましい。
【００１６】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、非晶質シリコン層は異なる導電型のドー
パントを含んだ少なくとも２層の非晶質シリコン層から
なるのが好ましい。
半導体装置は、非晶質シリコン層は異なる導電型のドー
パントを含んだ少なくとも２層の非晶質シリコン層から
なるのが好ましい。
【００１７】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、基板の上に透明電極層が形成されている
のが好ましい。
半導体装置は、基板の上に透明電極層が形成されている
のが好ましい。
【００１８】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、非晶質シリコン層は、真性の非晶質シリ
コン層を第一導電型のドーパントを含む非晶質シリコン
層と、第二導電型のドーパントを含む非晶質シリコン層
とで挟んだ３層構造であるのが好ましい。
半導体装置は、非晶質シリコン層は、真性の非晶質シリ
コン層を第一導電型のドーパントを含む非晶質シリコン
層と、第二導電型のドーパントを含む非晶質シリコン層
とで挟んだ３層構造であるのが好ましい。
【００１９】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、結晶シリコン層の基板に対向する面に接
して少なくとも一部に金属電極が形成されているのが好
ましい。
半導体装置は、結晶シリコン層の基板に対向する面に接
して少なくとも一部に金属電極が形成されているのが好
ましい。
【００２０】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、結晶シリコン層及び金属電極層の露出部
が絶縁膜で完全に覆われ、開口部によって露出した透明
電極の一部が露出するように絶縁膜で覆われているのが
好ましい。
半導体装置は、結晶シリコン層及び金属電極層の露出部
が絶縁膜で完全に覆われ、開口部によって露出した透明
電極の一部が露出するように絶縁膜で覆われているのが
好ましい。
【００２１】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、絶縁膜と開口部の少なくとも一部を覆う
ように金属電極が設けられているのが好ましい。
半導体装置は、絶縁膜と開口部の少なくとも一部を覆う
ように金属電極が設けられているのが好ましい。
【００２２】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、非晶質シリコン層は水素を０．３％以上
含んでいるのが好ましい。
半導体装置は、非晶質シリコン層は水素を０．３％以上
含んでいるのが好ましい。
【００２３】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、金属触媒層はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、
Ａｕあるいはこれらの化合物より選択されているのが好
ましい。
半導体装置は、金属触媒層はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、
Ａｕあるいはこれらの化合物より選択されているのが好
ましい。
【００２４】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、被着用金属層はＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａあ
るいはこれらの化合物より選択されているのが好まし
い。
半導体装置は、被着用金属層はＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａあ
るいはこれらの化合物より選択されているのが好まし
い。
【００２５】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、金属触媒層及び被着用金属層は２層以上
の多層構造であるのが好ましい。
半導体装置は、金属触媒層及び被着用金属層は２層以上
の多層構造であるのが好ましい。
【００２６】上記構成に加え本発明の結晶シリコン薄膜
半導体装置は、金属触媒により結晶化された結晶シリコ
ン層は（１１１）配向を有しているのが好ましい。
半導体装置は、金属触媒により結晶化された結晶シリコ
ン層は（１１１）配向を有しているのが好ましい。
【００２７】本発明の結晶シリコン薄膜半導体の製造方
法は、基板の上に、異種基板と接着性のよい被着用金属
層と、金属触媒層と、非晶質シリコン層とを順次形成
し、熱処理することにより、金属触媒層を基板がある側
とは反対側へ移動させ、非晶質シリコン層を結晶化させ
結晶シリコン層を形成するものである。
法は、基板の上に、異種基板と接着性のよい被着用金属
層と、金属触媒層と、非晶質シリコン層とを順次形成
し、熱処理することにより、金属触媒層を基板がある側
とは反対側へ移動させ、非晶質シリコン層を結晶化させ
結晶シリコン層を形成するものである。
【００２８】本発明によれば、熱処理によって結晶シリ
コン層に形成される開口部を基板への接続部とすること
により、大面積の太陽電池を形成する際に透明電極の抵
抗が太陽電池の特性へ及ぼす影響を低減することができ
る。
コン層に形成される開口部を基板への接続部とすること
により、大面積の太陽電池を形成する際に透明電極の抵
抗が太陽電池の特性へ及ぼす影響を低減することができ
る。
【００２９】すなわち、開口部のある多結晶シリコン薄
膜と電極とが形成されている基板上に絶縁層、例えばＳ
ｉ3 Ｎ4 を形成し、所望の開口部について、例えばレー
ザによってＳｉ3 Ｎ4 を除去する。その後、基板上全面
に金属電極を形成することにより、透明電極の抵抗が問
題となる、透明電極の抵抗は、各透明電極と太陽電池と
の接続部から最寄りの開口部までの距離に比例するの
で、開口部を持たない従来の太陽電池と比べて大幅に電
極抵抗を減らすことができる。
膜と電極とが形成されている基板上に絶縁層、例えばＳ
ｉ3 Ｎ4 を形成し、所望の開口部について、例えばレー
ザによってＳｉ3 Ｎ4 を除去する。その後、基板上全面
に金属電極を形成することにより、透明電極の抵抗が問
題となる、透明電極の抵抗は、各透明電極と太陽電池と
の接続部から最寄りの開口部までの距離に比例するの
で、開口部を持たない従来の太陽電池と比べて大幅に電
極抵抗を減らすことができる。
【００３０】また、基板と金属触媒層との間に異種基板
との接着性がよい被着用金属層に設けることにより、熱
処理後の結晶シリコン層の剥離が防止される。
との接着性がよい被着用金属層に設けることにより、熱
処理後の結晶シリコン層の剥離が防止される。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００３２】図１（ａ）、（ｂ）は本発明の結晶シリコ
ン薄膜半導体製造方法の一実施の形態を示す説明図であ
る。
ン薄膜半導体製造方法の一実施の形態を示す説明図であ
る。
【００３３】本結晶シリコン薄膜半導体装置の製造方法
は、基板１の上に異種基板と接着性のよい被着用金属層
２を形成し、被着用金属層２の上に非晶質シリコン層４
を結晶化させる金属触媒層３を形成し、金属触媒層３の
上に非晶質シリコン層４を形成する（図１（ａ））。
は、基板１の上に異種基板と接着性のよい被着用金属層
２を形成し、被着用金属層２の上に非晶質シリコン層４
を結晶化させる金属触媒層３を形成し、金属触媒層３の
上に非晶質シリコン層４を形成する（図１（ａ））。
【００３４】次に、金属触媒層３の上に形成された非晶
質シリコン層４を熱処理することにより結晶シリコン層
４ａに開口部５を有する結晶シリコン薄膜半導体装置が
得られる（図１（ｂ））。
質シリコン層４を熱処理することにより結晶シリコン層
４ａに開口部５を有する結晶シリコン薄膜半導体装置が
得られる（図１（ｂ））。
【００３５】このように構成したことで、結晶化時の基
板１から非晶質シリコン層４の剥離が少なく、かつ大面
積の太陽電池が得られる結晶シリコン薄膜半導体装置を
提供することができる。
板１から非晶質シリコン層４の剥離が少なく、かつ大面
積の太陽電池が得られる結晶シリコン薄膜半導体装置を
提供することができる。
【００３６】
【実施例】次に具体的な数値を挙げて説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。
明はこれに限定されるものではない。
【００３７】（実施例１）図１に示す基板としてガラス
基板１を用い、ガラス基板１の上に被着金属層としてＴ
ｉ層２を厚さ１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で形成する。そ
のＴｉ層２の上に金属触媒層として厚さ約１０ｎｍのＮ
ｉ層３を形成する。プラズマＣＶＤを用いてＮｉ層３の
上に厚さ約７μｍの非晶質シリコン層４を形成する。非
晶質シリコン層４を形成する際に用いられるプラズマＣ
ＶＤは原料ガスとしてＳｉＨ4 が用いられる。その後、
窒素雰囲気中で５００℃〜６００℃の範囲内で熱処理を
施し、Ｎｉの熱拡散処理を行う。この熱拡散処理によっ
て非晶質シリコン層４は結晶シリコン層４ａに変化す
る。この加熱処理は窒素雰囲気中のみではなく、真空
中、水素雰囲気中、アルゴン雰囲気中、さらにはハロゲ
ン化物中でも同等の結晶化効果が得られた。
基板１を用い、ガラス基板１の上に被着金属層としてＴ
ｉ層２を厚さ１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で形成する。そ
のＴｉ層２の上に金属触媒層として厚さ約１０ｎｍのＮ
ｉ層３を形成する。プラズマＣＶＤを用いてＮｉ層３の
上に厚さ約７μｍの非晶質シリコン層４を形成する。非
晶質シリコン層４を形成する際に用いられるプラズマＣ
ＶＤは原料ガスとしてＳｉＨ4 が用いられる。その後、
窒素雰囲気中で５００℃〜６００℃の範囲内で熱処理を
施し、Ｎｉの熱拡散処理を行う。この熱拡散処理によっ
て非晶質シリコン層４は結晶シリコン層４ａに変化す
る。この加熱処理は窒素雰囲気中のみではなく、真空
中、水素雰囲気中、アルゴン雰囲気中、さらにはハロゲ
ン化物中でも同等の結晶化効果が得られた。
【００３８】本実施例では結晶化されたシリコン層は
（１１１）配向を有していた。この処理により結晶シリ
コン層４ａは部分的に開口部５を有し、結晶シリコン層
４ａの下部のガラス基板１が露出した状態となった。こ
の開口部５はＮｉ層３の膜厚を変えることによって半
径、単位面積当たりの数を制御することができた。ま
た、金属触媒層として用いたＮｉ層３は熱処理によって
結晶シリコン層４ａの最表面に移動、若しくは最表面近
傍にニッケルシリサイドとして析出し、層中にはトレー
ス量しか残らなかった。
（１１１）配向を有していた。この処理により結晶シリ
コン層４ａは部分的に開口部５を有し、結晶シリコン層
４ａの下部のガラス基板１が露出した状態となった。こ
の開口部５はＮｉ層３の膜厚を変えることによって半
径、単位面積当たりの数を制御することができた。ま
た、金属触媒層として用いたＮｉ層３は熱処理によって
結晶シリコン層４ａの最表面に移動、若しくは最表面近
傍にニッケルシリサイドとして析出し、層中にはトレー
ス量しか残らなかった。
【００３９】さらに、結晶化させる非晶質シリコン層４
の膜厚を１．２μｍ〜７μｍまで変化させた。膜厚が増
加すると開口部５の半径が変化した。
の膜厚を１．２μｍ〜７μｍまで変化させた。膜厚が増
加すると開口部５の半径が変化した。
【００４０】（実施例２）基板としてガラス基板を用
い、基板側から光を導入する構造の結晶シリコン太陽電
池を作製する。以下、太陽電池の作製方法について図２
（ａ）、（ｂ）を説明する。
い、基板側から光を導入する構造の結晶シリコン太陽電
池を作製する。以下、太陽電池の作製方法について図２
（ａ）、（ｂ）を説明する。
【００４１】図２（ａ）、（ｂ）は本発明の結晶シリコ
ン薄膜半導体製造方法を適用した一実施例を示す説明図
である。
ン薄膜半導体製造方法を適用した一実施例を示す説明図
である。
【００４２】ガラス基板６の上に錫酸化物を主体とする
透明電極７を形成したものを基板とする。この基板の上
に被着金属層としての厚さ約１０ｎｍのＴｉ層８を形成
する。Ｔｉ層８の上に金属触媒層としてのＮｉ層９を厚
さ約５ｎｍで形成する。プラズマＣＶＤを用いてＮｉ層
９の上に厚さ約１μｍの非晶質シリコン層を形成する。
非晶質シリコンは、基板側からｐ型のドーパントとして
ボロンを含んだ厚さ約１００ｎｍの非晶質シリコン層１
０、ドーパントを含まない厚さ約１μｍの非晶質シリコ
ン層１１及びｎ型のドーパントを含んだ厚さ約３０ｎｍ
の非晶質シリコン層１２からなっている。
透明電極７を形成したものを基板とする。この基板の上
に被着金属層としての厚さ約１０ｎｍのＴｉ層８を形成
する。Ｔｉ層８の上に金属触媒層としてのＮｉ層９を厚
さ約５ｎｍで形成する。プラズマＣＶＤを用いてＮｉ層
９の上に厚さ約１μｍの非晶質シリコン層を形成する。
非晶質シリコンは、基板側からｐ型のドーパントとして
ボロンを含んだ厚さ約１００ｎｍの非晶質シリコン層１
０、ドーパントを含まない厚さ約１μｍの非晶質シリコ
ン層１１及びｎ型のドーパントを含んだ厚さ約３０ｎｍ
の非晶質シリコン層１２からなっている。
【００４３】ｐ型のドーパントを含んだ非晶質シリコン
層１０は厚さ１０ｎｍ〜１００ｎｍ、望ましくは３０ｎ
ｍ〜６０ｎｍの範囲内である。尚、ｐ型のドーパントを
含んだ非晶質シリコン層１０をｎ型とし、ｎ型のドーパ
ントを含んだ非晶質シリコン層１２をｐ型として形成し
てもよい。
層１０は厚さ１０ｎｍ〜１００ｎｍ、望ましくは３０ｎ
ｍ〜６０ｎｍの範囲内である。尚、ｐ型のドーパントを
含んだ非晶質シリコン層１０をｎ型とし、ｎ型のドーパ
ントを含んだ非晶質シリコン層１２をｐ型として形成し
てもよい。
【００４４】プラズマＣＶＤは原料ガスにＳｉＨ4 が用
いられ、ｐ導電型のドーパントガスにはＢ2 Ｈ6 が用い
られ、ｎ導電型のドーパントガスにはＰＨ3 が用いられ
る。
いられ、ｐ導電型のドーパントガスにはＢ2 Ｈ6 が用い
られ、ｎ導電型のドーパントガスにはＰＨ3 が用いられ
る。
【００４５】次に、上述した基板に対して窒素雰囲気中
で４５０℃〜７００℃、望ましくは５００℃〜６００℃
の温度範囲で加熱処理を行い、Ｎｉ元素の熱拡散処理を
行う。この熱拡散処理によって非晶質シリコン層１０、
１１、１２はそれぞれｐ導電型の多結晶シリコン層１０
ａ、ｉ導電型の多結晶シリコン層１１ａ、ｎ導電型の多
結晶シリコン層１２ａに変換される。また、金属触媒と
して用いたＮｉは多結晶シリコン層１２ａの最表面に移
動し、多結晶シリコン層１２ａ中にはトレース量しか残
らなかった（図２（ａ））。
で４５０℃〜７００℃、望ましくは５００℃〜６００℃
の温度範囲で加熱処理を行い、Ｎｉ元素の熱拡散処理を
行う。この熱拡散処理によって非晶質シリコン層１０、
１１、１２はそれぞれｐ導電型の多結晶シリコン層１０
ａ、ｉ導電型の多結晶シリコン層１１ａ、ｎ導電型の多
結晶シリコン層１２ａに変換される。また、金属触媒と
して用いたＮｉは多結晶シリコン層１２ａの最表面に移
動し、多結晶シリコン層１２ａ中にはトレース量しか残
らなかった（図２（ａ））。
【００４６】ところで、太陽電池において結晶シリコン
層の膜質や、異なる導電型の結晶シリコン層同士の接合
部の特性は重要である。熱処理によってＮｉは多結晶シ
リコン層１２ａの基板に対向した側の最表面に移動し上
記の部分には残らない。そのためＮｉは太陽電池特性に
大きな影響を及ぼさない。しかし、更なる特性向上のた
め、多結晶シリコン層１２ａの基板に対向した側の最表
面に析出したＮｉ及びニッケルシリサイドをエッチング
によって除去してもよい。このエッチング処理により、
多結晶シリコン層１０ａ、１１ａ、１２ａは部分的に開
口部１６を有する構造となり、開口部１６は透明電極７
を露出する構造となる。
層の膜質や、異なる導電型の結晶シリコン層同士の接合
部の特性は重要である。熱処理によってＮｉは多結晶シ
リコン層１２ａの基板に対向した側の最表面に移動し上
記の部分には残らない。そのためＮｉは太陽電池特性に
大きな影響を及ぼさない。しかし、更なる特性向上のた
め、多結晶シリコン層１２ａの基板に対向した側の最表
面に析出したＮｉ及びニッケルシリサイドをエッチング
によって除去してもよい。このエッチング処理により、
多結晶シリコン層１０ａ、１１ａ、１２ａは部分的に開
口部１６を有する構造となり、開口部１６は透明電極７
を露出する構造となる。
【００４７】この開口部１６はＴｉ層８の膜厚を変える
ことによって、開口部１６の半径と単位面積当たりの開
口部数を変化することができる。この開口部１６を覆う
ようにＡｌ電極１３を形成する。本実施例ではＡｌ電極
１３の形成には蒸着法を用いた。開口部１６と開口部１
６の周辺１ｍｍ程度の範囲をレーザによってＡｌを除去
し、透明電極７とＡｌ電極１３とが接触しないようにす
る。このＡｌ電極１３を形成する方法としてフォトリソ
グラフィ等を用いてもよい（図２（ｂ））。
ことによって、開口部１６の半径と単位面積当たりの開
口部数を変化することができる。この開口部１６を覆う
ようにＡｌ電極１３を形成する。本実施例ではＡｌ電極
１３の形成には蒸着法を用いた。開口部１６と開口部１
６の周辺１ｍｍ程度の範囲をレーザによってＡｌを除去
し、透明電極７とＡｌ電極１３とが接触しないようにす
る。このＡｌ電極１３を形成する方法としてフォトリソ
グラフィ等を用いてもよい（図２（ｂ））。
【００４８】Ａｌ電極１３の上に絶縁膜１４を形成す
る。絶縁膜１４を形成する際にはＡｌ電極１３の引き出
し部を金属マスク等で覆うように形成しておくのが好ま
しい。絶縁膜１４はＳｉ3 Ｎ4 をプラズマＣＶＤ法を用
いることにより形成される。さらにレーザを用いて開口
部１６に接している絶縁膜１４を融解し、透明電極７が
露出する構造に加工する。絶縁膜１４はＳｉ3 Ｎ4 に限
らずＳｉＯ2 等絶縁性を有する材料でよく、開口部１６
を覆う絶縁膜１４の加工にはフォトレジストを用いてエ
ッチングを施してもよい。この絶縁膜１４の上からＡｌ
電極１５を蒸着法で形成し、このＡｌ電極１５を透明電
極７と接触した構造とする。
る。絶縁膜１４を形成する際にはＡｌ電極１３の引き出
し部を金属マスク等で覆うように形成しておくのが好ま
しい。絶縁膜１４はＳｉ3 Ｎ4 をプラズマＣＶＤ法を用
いることにより形成される。さらにレーザを用いて開口
部１６に接している絶縁膜１４を融解し、透明電極７が
露出する構造に加工する。絶縁膜１４はＳｉ3 Ｎ4 に限
らずＳｉＯ2 等絶縁性を有する材料でよく、開口部１６
を覆う絶縁膜１４の加工にはフォトレジストを用いてエ
ッチングを施してもよい。この絶縁膜１４の上からＡｌ
電極１５を蒸着法で形成し、このＡｌ電極１５を透明電
極７と接触した構造とする。
【００４９】このような構造により、多結晶シリコン層
１０ａ、１１ａ、１２ａの開口部１６を透明電極７の引
き出し電極部とすることができるため、太陽電池を大面
積化した際、透明電極７の抵抗の影響を小さくすること
ができる。このような構造を有する太陽電池は、５０×
５０ｍｍの大きさで作製した場合でも１０×１０ｍｍで
作製した太陽電池と略同等のＦＦ（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔ
ｏｒ）であった。
１０ａ、１１ａ、１２ａの開口部１６を透明電極７の引
き出し電極部とすることができるため、太陽電池を大面
積化した際、透明電極７の抵抗の影響を小さくすること
ができる。このような構造を有する太陽電池は、５０×
５０ｍｍの大きさで作製した場合でも１０×１０ｍｍで
作製した太陽電池と略同等のＦＦ（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔ
ｏｒ）であった。
【００５０】（実施例３）次に、Ｔｉ層の膜厚、非晶質
シリコン層の膜厚を変化させた太陽電池を作製した。
シリコン層の膜厚を変化させた太陽電池を作製した。
【００５１】本発明の結晶シリコン薄膜半導体装置を太
陽電池に適用した場合にも開口部の形状は実施例１と同
様の変化をした。
陽電池に適用した場合にも開口部の形状は実施例１と同
様の変化をした。
【００５２】すなわち、開口部は図３〜図６に示すよう
な関係を呈した。但し、図３〜図６に示す特性は特定の
パラメータのみを変化させた特性であり、具体的に制御
可能な範囲を示すものではない。
な関係を呈した。但し、図３〜図６に示す特性は特定の
パラメータのみを変化させた特性であり、具体的に制御
可能な範囲を示すものではない。
【００５３】図３はＴｉ膜厚と開口部が占める面積との
比率の関係を示す図であり、横軸がＴｉ膜厚軸であり、
縦軸が開口部の面積比率軸である。
比率の関係を示す図であり、横軸がＴｉ膜厚軸であり、
縦軸が開口部の面積比率軸である。
【００５４】同図より、Ｔｉ膜厚が１０ｎｍ以上の場合
にはＴｉ膜における光の吸収が５０％程度となるため１
０ｎｍ以上は太陽電池としては不適当であることが分
る。また、Ｔｉ膜厚が０．１ｎｍ以下では非晶質シリコ
ン膜が剥がれてしまうため、事実上太陽電池の形成は不
可能であった。したがってＴｉ膜厚は０．１ｎｍ〜１０
ｎｍの範囲が適当であった。
にはＴｉ膜における光の吸収が５０％程度となるため１
０ｎｍ以上は太陽電池としては不適当であることが分
る。また、Ｔｉ膜厚が０．１ｎｍ以下では非晶質シリコ
ン膜が剥がれてしまうため、事実上太陽電池の形成は不
可能であった。したがってＴｉ膜厚は０．１ｎｍ〜１０
ｎｍの範囲が適当であった。
【００５５】図４はＴｉ膜厚と開口部間の平均距離との
関係を示す図であり、横軸がＴｉ膜厚軸であり、縦軸が
開口部間の平均距離軸である。
関係を示す図であり、横軸がＴｉ膜厚軸であり、縦軸が
開口部間の平均距離軸である。
【００５６】同図より、開口部間の平均距離はＴｉ膜厚
が薄くなると狭くなることが分る。Ｔｉ膜厚が０．３ｎ
ｍのときは開口部間の距離は０．３ｍｍとなる。Ｔｉ膜
厚が厚くなると、開口部間の平均距離は長くなるが、５
０ｍｍ以上では透明導電膜の抵抗によって太陽電池の発
電電力の５０％を失ってしまう。この抵抗による電力損
失は平均距離の二乗に比例して大きくなる。したがっ
て、開口部間の距離が５０ｍｍ以上では太陽電池として
使用するには不適当であった。これより、太陽電池とし
ては、開口部間の平均距離は０．３ｍｍ〜５０ｍｍが適
当であった。
が薄くなると狭くなることが分る。Ｔｉ膜厚が０．３ｎ
ｍのときは開口部間の距離は０．３ｍｍとなる。Ｔｉ膜
厚が厚くなると、開口部間の平均距離は長くなるが、５
０ｍｍ以上では透明導電膜の抵抗によって太陽電池の発
電電力の５０％を失ってしまう。この抵抗による電力損
失は平均距離の二乗に比例して大きくなる。したがっ
て、開口部間の距離が５０ｍｍ以上では太陽電池として
使用するには不適当であった。これより、太陽電池とし
ては、開口部間の平均距離は０．３ｍｍ〜５０ｍｍが適
当であった。
【００５７】図５はＴｉ膜厚と開口部の半径との関係を
示す図であり、横軸がＴｉ膜厚軸であり、縦軸が開口部
の半径軸である。
示す図であり、横軸がＴｉ膜厚軸であり、縦軸が開口部
の半径軸である。
【００５８】同図より、Ｔｉ膜厚が薄くなると、開口部
の半径が小さくなることが分る。また、開口部の半径は
５μｍ以上でＡｌ電極と透明導電膜との接触を十分にと
ることができることが分る。さらに開口部の半径を小さ
くすると、１μｍ以下では膜の剥離が発生し、太陽電池
の製作が困難となる。
の半径が小さくなることが分る。また、開口部の半径は
５μｍ以上でＡｌ電極と透明導電膜との接触を十分にと
ることができることが分る。さらに開口部の半径を小さ
くすると、１μｍ以下では膜の剥離が発生し、太陽電池
の製作が困難となる。
【００５９】図６は非晶質シリコン膜の膜厚と開口部の
半径との関係を示す図であり、横軸が開口部の半径軸で
ある。
半径との関係を示す図であり、横軸が開口部の半径軸で
ある。
【００６０】同図より、非晶質シリコンの膜厚を大きく
することによっても開口部の半径を変化させることがで
きることが分る。非晶質シリコンの膜厚は太陽電池とし
て用いるためには十分の光の吸収ができる膜厚が必要で
ある。特に本発明においては、非晶質シリコンは結晶シ
リコンに変換されるため、膜厚は重要なパラメータであ
った。光が変換された結晶シリコンに吸収され、太陽電
池として使用可能な膜厚は０．５μｍ〜１０μｍである
ことが分った。
することによっても開口部の半径を変化させることがで
きることが分る。非晶質シリコンの膜厚は太陽電池とし
て用いるためには十分の光の吸収ができる膜厚が必要で
ある。特に本発明においては、非晶質シリコンは結晶シ
リコンに変換されるため、膜厚は重要なパラメータであ
った。光が変換された結晶シリコンに吸収され、太陽電
池として使用可能な膜厚は０．５μｍ〜１０μｍである
ことが分った。
【００６１】以上において、支持基板材料としては、そ
の後の太陽光を透過させ、かつ熱処理温度に耐える材料
であればよい。例えばガラス、石英、サファイア等を用
いることができる。また、非晶質シリコンの形成は蒸着
法、ｐ−ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、スパッタリング法等、
特に不純物が導入されない方法であればいずれの方法を
用いてもよい。本発明の結晶シリコン薄膜半導体装置
は、家庭の電力供給システムのような据え置き型から電
卓等の携帯機器まで、いずれの太陽電池用途にも用いる
ことができる。
の後の太陽光を透過させ、かつ熱処理温度に耐える材料
であればよい。例えばガラス、石英、サファイア等を用
いることができる。また、非晶質シリコンの形成は蒸着
法、ｐ−ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、スパッタリング法等、
特に不純物が導入されない方法であればいずれの方法を
用いてもよい。本発明の結晶シリコン薄膜半導体装置
は、家庭の電力供給システムのような据え置き型から電
卓等の携帯機器まで、いずれの太陽電池用途にも用いる
ことができる。
【００６２】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００６３】金属触媒による結晶化時において、基板か
らの剥離が少なく、かつ大面積で高品質な太陽電池が得
られる結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法の
提供を実現することができる。
らの剥離が少なく、かつ大面積で高品質な太陽電池が得
られる結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法の
提供を実現することができる。
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の結晶シリコン薄膜半
導体製造方法の一実施の形態を示す説明図である。
導体製造方法の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の結晶シリコン薄膜半
導体製造方法を適用した一実施例を示す説明図である。
導体製造方法を適用した一実施例を示す説明図である。
【図３】Ｔｉ膜厚と開口部が占める面積との比率の関係
を示す図である。
を示す図である。
【図４】Ｔｉ膜厚と開口部間の平均距離との関係を示す
図である。
図である。
【図５】Ｔｉ膜厚と開口部の半径との関係を示す図であ
る。
る。
【図６】非晶質シリコン膜の膜厚と開口部の半径との関
係を示す図である。
係を示す図である。
１ ガラス基板（基板） ２ Ｔｉ層（被着用金属層） ３ Ｎｉ層（金属触媒層） ４ 非晶質シリコン層 ４ａ 結晶シリコン層 ５ 開口部
───────────────────────────────────────────────────── 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 高橋 進 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 Ｆターム(参考） 5F051 AA02 AA03 AA16 BA12 CB12 CB24 CB29 DA04 FA02 FA06 GA03
Claims (17)
- 【請求項１】 基板と、異種基板との接着性がよい被着
用金属層と、結晶シリコン層とが順次形成された結晶シ
リコン薄膜半導体装置において、上記結晶シリコン層
は、上記被着用金属層上に、金属触媒層と、非晶質シリ
コン層とを順次形成し、熱処理を施すことにより上記金
属触媒層を上記基板がある側とは反対側へ移動させ、上
記非晶質シリコン層を結晶化させたものであり、上記熱
処理によって当該結晶シリコン層に開口部が形成されて
いることを特徴とする結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項２】 上記被着用金属層の膜厚により上記開口
部の半径及び開口部数が制御されている請求項１に記載
の結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項３】 上記被着用金属層の膜厚は０．１ｎｍ〜
１０ｎｍの範囲内にあり、かつ上記開口部の半径は１μ
ｍ以上であり、かつ開口部間の平均距離が０．１ｍｍ〜
５０ｍｍの範囲内にある請求項１または２に記載の結晶
シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項４】 上記非晶質シリコン層の膜厚により上記
開口部の半径が制御されている請求項１から３のいずれ
かに記載の結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項５】 上記非晶質シリコン層の膜厚は０．５μ
ｍ〜１０μｍの範囲内にあり、かつ上記開口部の半径は
１μｍ以上であり、かつ上記開口部間の平均距離は０．
１ｍｍ〜５０ｍｍに制御されている請求項１から４のい
ずれかに記載の結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項６】 上記非晶質シリコン層は異なる導電型の
ドーパントを含んだ少なくとも２層の非晶質シリコン層
からなる請求項１から５のいずれかに記載の結晶シリコ
ン薄膜半導体装置。 - 【請求項７】 上記基板の上に透明電極層が形成されて
いる請求項１から６のいずれかに記載の結晶シリコン薄
膜半導体装置。 - 【請求項８】 上記非晶質シリコン層は、真性の非晶質
シリコン層を第一導電型のドーパントを含む非晶質シリ
コン層と、第二導電型のドーパントを含む非晶質シリコ
ン層とで挟んだ３層構造である請求項１から７のいずれ
かに記載の結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項９】 上記結晶シリコン層の上記基板に対向す
る面に接して少なくとも一部に金属電極が形成されてい
る請求項１から８のいずれかに記載の結晶シリコン薄膜
半導体装置。 - 【請求項１０】 上記結晶シリコン層及び上記金属電極
層の露出部が絶縁膜で完全に覆われ、上記開口部によっ
て露出した透明電極の一部が露出するように絶縁膜で覆
われている請求項１から９のいずれかに記載の結晶シリ
コン薄膜半導体装置。 - 【請求項１１】 上記絶縁膜と上記開口部の少なくとも
一部を覆うように金属電極が設けられている請求項１か
ら１０のいずれかに記載の結晶シリコン薄膜半導体装
置。 - 【請求項１２】 上記非晶質シリコン層は水素を０．３
％以上含んでいる請求項１から１１のいずれかに記載の
結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項１３】 上記金属触媒層はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｐｔ、Ａｕあるいはこれらの化合物より選択されている
請求項１から１２のいずれかに記載の結晶シリコン薄膜
半導体装置。 - 【請求項１４】 上記被着用金属層はＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｔａあるいはこれらの化合物より選択されている請求項
１から１３のいずれかに記載の結晶シリコン薄膜半導体
装置。 - 【請求項１５】 上記金属触媒層及び上記被着用金属層
は２層以上の多層構造である請求項１から１４のいずれ
かに記載の結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項１６】 上記金属触媒により結晶化された結晶
シリコン層は（１１１）配向を有している請求項１から
１５のいずれかに記載の結晶シリコン薄膜半導体装置。 - 【請求項１７】 基板の上に、異種基板と接着性のよい
被着用金属層と、金属触媒層と、非晶質シリコン層とを
順次形成し、熱処理することにより、上記金属触媒層を
上記基板がある側とは反対側へ移動させ、上記非晶質シ
リコン層を結晶化させ結晶シリコン層を形成することを
特徴とする結晶シリコン薄膜半導体製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000142319A JP2001320066A (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000142319A JP2001320066A (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001320066A true JP2001320066A (ja) | 2001-11-16 |
Family
ID=18649309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000142319A Pending JP2001320066A (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 結晶シリコン薄膜半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001320066A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100611154B1 (ko) * | 2003-11-27 | 2006-08-09 | 삼성에스디아이 주식회사 | 금속 유도 결정화 방법을 이용한 박막 트랜지스터, 이의제조 방법 및 이를 사용하는 액티브 매트릭스 평판 표시장치 |
| JP2010533384A (ja) * | 2007-07-31 | 2010-10-21 | ティージー ソーラー コーポレイション | 太陽電池及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-05-10 JP JP2000142319A patent/JP2001320066A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100611154B1 (ko) * | 2003-11-27 | 2006-08-09 | 삼성에스디아이 주식회사 | 금속 유도 결정화 방법을 이용한 박막 트랜지스터, 이의제조 방법 및 이를 사용하는 액티브 매트릭스 평판 표시장치 |
| JP2010533384A (ja) * | 2007-07-31 | 2010-10-21 | ティージー ソーラー コーポレイション | 太陽電池及びその製造方法 |
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