JP2001339084A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明は、低温で良好なヘテロ接合特性を
得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 ｎ型の単結晶シリコン半導体基板１１を
シアノ加工物の溶液１３中に浸漬し、基板表面にシアノ
イオンを導入する工程と、ｎ型基板１１上にノンドープ
の非晶質シリコン薄膜１４（１６）を介在させてｎ型又
はｐ型の非晶質シリコン薄膜１５（１７）を積層してヘ
テロ接合を形成する工程と、含む。
得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 ｎ型の単結晶シリコン半導体基板１１を
シアノ加工物の溶液１３中に浸漬し、基板表面にシアノ
イオンを導入する工程と、ｎ型基板１１上にノンドープ
の非晶質シリコン薄膜１４（１６）を介在させてｎ型又
はｐ型の非晶質シリコン薄膜１５（１７）を積層してヘ
テロ接合を形成する工程と、含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池などの
半導体装置及びその製造方法に関し、半導体ｐ／ｎヘテ
ロ接合やｐ／ｐ+ヘテロ接合あるいはｎ／ｎ+ヘテロ接合
及びその半導体接合を用いた半導体装置を高性能化する
ものである。
半導体装置及びその製造方法に関し、半導体ｐ／ｎヘテ
ロ接合やｐ／ｐ+ヘテロ接合あるいはｎ／ｎ+ヘテロ接合
及びその半導体接合を用いた半導体装置を高性能化する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】一導電型を示す単結晶シリコン基板の上
に他導電型の非晶質シリコン膜を形成してｐｎ接合を形
成する際に、上記単結晶シリコン基板と非晶質シリコン
膜の間に荷電子制御をしないか、或いはボロンを微量に
ドーピングして実質的に真性な非晶質シリコン膜を挿入
することで接合特性を改善した太陽電池が報告されてい
る。
に他導電型の非晶質シリコン膜を形成してｐｎ接合を形
成する際に、上記単結晶シリコン基板と非晶質シリコン
膜の間に荷電子制御をしないか、或いはボロンを微量に
ドーピングして実質的に真性な非晶質シリコン膜を挿入
することで接合特性を改善した太陽電池が報告されてい
る。
【０００３】この構造のｐｎ接合は２００℃以下の低温
で形成できるので、基板の純度が低く高温プロセスでは
不純物や酸素誘起欠陥の影響が懸念されるような場合に
おいても、良好な接合特性が得られる。しかしながら、
上記手法においては、低温プロセスであるがために、基
板表面に付着した水分や有機物の完全な除去は困難であ
り、基板表面には酸素、炭素、窒素といった不純物が存
在していた。そのうち、もっとも含有量の多い酸素は約
１×１０20ｃｍ-3の濃度であり、この不純物による界面
特性の低下が懸念されている。
で形成できるので、基板の純度が低く高温プロセスでは
不純物や酸素誘起欠陥の影響が懸念されるような場合に
おいても、良好な接合特性が得られる。しかしながら、
上記手法においては、低温プロセスであるがために、基
板表面に付着した水分や有機物の完全な除去は困難であ
り、基板表面には酸素、炭素、窒素といった不純物が存
在していた。そのうち、もっとも含有量の多い酸素は約
１×１０20ｃｍ-3の濃度であり、この不純物による界面
特性の低下が懸念されている。
【０００４】ところで、非晶質シリコン系半導体薄膜の
形成前には前記基板表面は洗浄され、その最終工程で５
容量％程度のフッ酸（ＨＦ）を含む水溶液で洗浄される
が、この場合、それに続いての純水リンス時に基板表面
のダングリングボンドが水素原子で終端されることがわ
かっている。
形成前には前記基板表面は洗浄され、その最終工程で５
容量％程度のフッ酸（ＨＦ）を含む水溶液で洗浄される
が、この場合、それに続いての純水リンス時に基板表面
のダングリングボンドが水素原子で終端されることがわ
かっている。
【０００５】水素終端された基板表面は比較的安定では
あるが、１０分間以上大気に晒されると、大気中の水分
や空気により段階的に酸化される。また、炭素や窒素と
いった不純物も表面に吸着する。
あるが、１０分間以上大気に晒されると、大気中の水分
や空気により段階的に酸化される。また、炭素や窒素と
いった不純物も表面に吸着する。
【０００６】従って、一般的な半導体プロセスにおいて
は、前述のＨＦの洗浄工程、純水リンス工程、乾燥工程
と各工程を経過した後、成膜装置への搬送をできるだけ
素早く行う必要がある。さらに、このような不純物は高
真空中で８００℃以上に加熱すると表面から脱離し、清
浄表面を得ることができる。
は、前述のＨＦの洗浄工程、純水リンス工程、乾燥工程
と各工程を経過した後、成膜装置への搬送をできるだけ
素早く行う必要がある。さらに、このような不純物は高
真空中で８００℃以上に加熱すると表面から脱離し、清
浄表面を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな高温プロセスでは、前述の不純物や酸素誘起欠陥の
影響が小さい高純度な材料を選択する必要があり、高コ
スト化の要因となっており、低温で清浄な表面を得る、
あるいは、表面における再結合中心となる準位の低減が
できる技術の開発が望まれていた。
うな高温プロセスでは、前述の不純物や酸素誘起欠陥の
影響が小さい高純度な材料を選択する必要があり、高コ
スト化の要因となっており、低温で清浄な表面を得る、
あるいは、表面における再結合中心となる準位の低減が
できる技術の開発が望まれていた。
【０００８】一方、ＭＩＳ構造の半導体デバイスにおい
て、半導体基板表面をシアノイオンに暴露させて絶縁膜
−半導体界面における界面準位密度を低減する方法が特
開平１０−７４７５３号公報に開示されている。この方
法は、絶縁膜−半導体界面とを対象としており、半導体
ヘテロ接合の改善については何ら言及されていない。
て、半導体基板表面をシアノイオンに暴露させて絶縁膜
−半導体界面における界面準位密度を低減する方法が特
開平１０−７４７５３号公報に開示されている。この方
法は、絶縁膜−半導体界面とを対象としており、半導体
ヘテロ接合の改善については何ら言及されていない。
【０００９】この発明は上記した問題に鑑みなされたも
のにして、低温で良好なヘテロ接合特性を得ることがで
きる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的
とするものである。
のにして、低温で良好なヘテロ接合特性を得ることがで
きる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的
とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、一導電型の結晶系シリコン半導体基板上に真性又は
実質的に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜を介在させ
て他導電型又は一導電型の非晶質シリコン系半導体薄膜
を積層してヘテロ接合を形成した半導体装置であって、
前記一導電型の結晶系シリコン半導体基板表面に存在す
るダングリングボンドにシアノイオンを結合させたこと
を特徴とする。
は、一導電型の結晶系シリコン半導体基板上に真性又は
実質的に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜を介在させ
て他導電型又は一導電型の非晶質シリコン系半導体薄膜
を積層してヘテロ接合を形成した半導体装置であって、
前記一導電型の結晶系シリコン半導体基板表面に存在す
るダングリングボンドにシアノイオンを結合させたこと
を特徴とする。
【００１１】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、一導電型の結晶系シリコン半導体基板表面にシアノ
イオンを導入する工程と、前記一導電型の結晶系シリコ
ン半導体基板上に真性又は実質的に真性な非晶質シリコ
ン系半導体薄膜を形成する工程と、前記真性又は実質的
に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜上に他導電型又は
一導電型の非晶質シリコン系半導体薄膜を積層してヘテ
ロ接合を形成する工程と、含むことを特徴とする。
は、一導電型の結晶系シリコン半導体基板表面にシアノ
イオンを導入する工程と、前記一導電型の結晶系シリコ
ン半導体基板上に真性又は実質的に真性な非晶質シリコ
ン系半導体薄膜を形成する工程と、前記真性又は実質的
に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜上に他導電型又は
一導電型の非晶質シリコン系半導体薄膜を積層してヘテ
ロ接合を形成する工程と、含むことを特徴とする。
【００１２】前記一導電型の結晶系シリコン半導体基板
表面にシアノイオンを導入する工程が、前記結晶系シリ
コン半導体基板をシアノイオンを含むシアノ化合物の溶
液中に浸漬することにより行えばよい。
表面にシアノイオンを導入する工程が、前記結晶系シリ
コン半導体基板をシアノイオンを含むシアノ化合物の溶
液中に浸漬することにより行えばよい。
【００１３】上記した構成によれば、基板表面における
ダングリングボンド部分を強固なＳＳｉ−ＣＮ結合で終
端され、結合後は安定する。これにより、基板表面への
水分や炭素、窒素といった不純物源の吸着が抑制され、
非晶質シリコン系半導体薄膜を堆積後も結晶と非晶質界
面付近でのダングリングボンド密度やそれに起因する局
在準位密度の抑制に効果を発揮することができる。
ダングリングボンド部分を強固なＳＳｉ−ＣＮ結合で終
端され、結合後は安定する。これにより、基板表面への
水分や炭素、窒素といった不純物源の吸着が抑制され、
非晶質シリコン系半導体薄膜を堆積後も結晶と非晶質界
面付近でのダングリングボンド密度やそれに起因する局
在準位密度の抑制に効果を発揮することができる。
【００１４】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、一導電型の結晶系シリコン半導体基板上に真性又は
実質的に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜を介在させ
て他導電型又は一導電型の非晶質シリコン系半導体薄膜
を積層してヘテロ接合を形成する半導体装置の製造方法
において、前記一導電型の結晶系シリコン半導体基板上
に非晶質シリコン系半導体薄膜を形成後、前記一導電型
の結晶系シリコン半導体基板表面にシアノイオンを導入
する工程を施すことを特徴とする。
は、一導電型の結晶系シリコン半導体基板上に真性又は
実質的に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜を介在させ
て他導電型又は一導電型の非晶質シリコン系半導体薄膜
を積層してヘテロ接合を形成する半導体装置の製造方法
において、前記一導電型の結晶系シリコン半導体基板上
に非晶質シリコン系半導体薄膜を形成後、前記一導電型
の結晶系シリコン半導体基板表面にシアノイオンを導入
する工程を施すことを特徴とする。
【００１５】前記非晶質シリコン系半導体薄膜が形成さ
れた一導電型の結晶系シリコン半導体基板をシアノイオ
ンを含むシアノ化合物の溶液中に浸漬した後、電界を基
板に対して垂直方向に与え、非晶質シリコン系半導体薄
膜の表面及び内部並びに半導体ヘテロ接合界面にシアノ
イオンを導入するように構成すればよい。
れた一導電型の結晶系シリコン半導体基板をシアノイオ
ンを含むシアノ化合物の溶液中に浸漬した後、電界を基
板に対して垂直方向に与え、非晶質シリコン系半導体薄
膜の表面及び内部並びに半導体ヘテロ接合界面にシアノ
イオンを導入するように構成すればよい。
【００１６】上記したように、非晶質シリコン系半導体
薄膜を形成後にシアン化処理を行うと、非晶質シリコン
系半導体薄膜内に存在するダングリングボンドも基板と
の界面付近でのダングリングボンドもろとも終端され、
安定化するので、半導体の接合特性は改善され、しかも
良好な接合特性が安定に存在することになる。
薄膜を形成後にシアン化処理を行うと、非晶質シリコン
系半導体薄膜内に存在するダングリングボンドも基板と
の界面付近でのダングリングボンドもろとも終端され、
安定化するので、半導体の接合特性は改善され、しかも
良好な接合特性が安定に存在することになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
【００１８】図１は、この発明における第１の実施形態
の半導体装置の製造方法を工程別に示す断面図である。
の半導体装置の製造方法を工程別に示す断面図である。
【００１９】結晶系シリコン半導体基板として単結晶シ
リコン基板、多結晶シリコン基板などがあるが、ここで
はｎ型の単結晶シリコン基板を用いた。
リコン基板、多結晶シリコン基板などがあるが、ここで
はｎ型の単結晶シリコン基板を用いた。
【００２０】図１（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリ
コン基板１１の表面には、自然酸化膜１２が形成されて
いる。まず、図１（ｂ）に示すように、基板１１の表面
に付着した汚れ、パーティクルを塩酸（ＨＣｌ）と過酸
化水素水（Ｈ2Ｏ2）の混合液（ＳＣ−２溶液）で洗浄
し、純水でリンスした後に４容量％のフッ酸（ＨＦ）溶
液に２分間浸漬し、自然酸化膜１２を除去する。続い
て、純水で１分間リンスして基板１１の表面に残ったフ
ッ素を除去する。
コン基板１１の表面には、自然酸化膜１２が形成されて
いる。まず、図１（ｂ）に示すように、基板１１の表面
に付着した汚れ、パーティクルを塩酸（ＨＣｌ）と過酸
化水素水（Ｈ2Ｏ2）の混合液（ＳＣ−２溶液）で洗浄
し、純水でリンスした後に４容量％のフッ酸（ＨＦ）溶
液に２分間浸漬し、自然酸化膜１２を除去する。続い
て、純水で１分間リンスして基板１１の表面に残ったフ
ッ素を除去する。
【００２１】次に、図１（ｃ）に示すように、基板１１
をシアノイオンを含むシアノ化合物の溶液１３中に浸漬
し、基板１１にシアン化処理を施す。
をシアノイオンを含むシアノ化合物の溶液１３中に浸漬
し、基板１１にシアン化処理を施す。
【００２２】例えば、このシアン化処理としては、基板
１１を濃度０．１ｍｏｌ／ｌのシアン化カリウム（ＫＣ
Ｎ）水溶液１３中に１秒間浸漬する。その後、基板１１
を沸騰水で１０分間洗浄する。このシアン化処理によ
り、結合力の強固なシアノイオン（ＣＮ-）が基板１１
表面に存在するダングリングボンドに結合し、Ｓｉ−Ｃ
Ｎ結合が形成される。
１１を濃度０．１ｍｏｌ／ｌのシアン化カリウム（ＫＣ
Ｎ）水溶液１３中に１秒間浸漬する。その後、基板１１
を沸騰水で１０分間洗浄する。このシアン化処理によ
り、結合力の強固なシアノイオン（ＣＮ-）が基板１１
表面に存在するダングリングボンドに結合し、Ｓｉ−Ｃ
Ｎ結合が形成される。
【００２３】また、他のシアン化処理としては、濃度
０．１１ｍｏｌ／ｌのＫＣＮ水溶液と、０．２１ｍｏｌ
／ｌの１８−クラウン−６のキシレン溶液とを混合した
液中に基板１１を２分間浸漬し、その後、エタノール中
で超音波を加えながら有機物の除去、純水リンスをする
方法により行ってもよい。この方法のシアン化処理にお
いても、Ｓｉ−ＣＮ結合が得られる。しかも前記のよう
に沸騰水による洗浄が不必要であるためさらに簡便にシ
アン化処理が実施できる。
０．１１ｍｏｌ／ｌのＫＣＮ水溶液と、０．２１ｍｏｌ
／ｌの１８−クラウン−６のキシレン溶液とを混合した
液中に基板１１を２分間浸漬し、その後、エタノール中
で超音波を加えながら有機物の除去、純水リンスをする
方法により行ってもよい。この方法のシアン化処理にお
いても、Ｓｉ−ＣＮ結合が得られる。しかも前記のよう
に沸騰水による洗浄が不必要であるためさらに簡便にシ
アン化処理が実施できる。
【００２４】ここで、クラウンエーテルとは、エチレン
オキサイド単位の繰り返し部分（ＥＯ鎖）が環を形成し
ているポリオキシエチレン化合物をいう。例えば、１８
−クラウン−６は、１８員環にエーテル酸素６個を含
み、その空孔内にＫ+イオンを他の金属イオンに比べて
特異な親和性で配位して王環型錯体を生成している。
オキサイド単位の繰り返し部分（ＥＯ鎖）が環を形成し
ているポリオキシエチレン化合物をいう。例えば、１８
−クラウン−６は、１８員環にエーテル酸素６個を含
み、その空孔内にＫ+イオンを他の金属イオンに比べて
特異な親和性で配位して王環型錯体を生成している。
【００２５】その後、図１（ｄ）に示すように、基板１
１をプラズマ反応装置内へ導入し、基板表面を水素プラ
ズマで処理する。そして、低温プロセスによるプラズマ
ＣＶＤ法により、基板１１の裏面側にシランガス（Ｓｉ
Ｈ4）を用いてノンドープの非晶質シリコン層１４を堆
積させ、その上にシランガス（ＳｉＨ4）とドーパント
ガスとしてのフォスフィンガス（ＰＨ3）を用いて、ｎ
型の非晶質シリコン層１５を形成する。そして、基板１
１の表面側に、シランガスを用いてノンドープの非晶質
シリコン層１６を堆積させ、その上にシランガスとドー
パントガスとしてのジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を用いて、
ｐ型の非晶質シリコン層１７を順次形成してそれぞれ半
導体ヘテロ接合を得る。
１をプラズマ反応装置内へ導入し、基板表面を水素プラ
ズマで処理する。そして、低温プロセスによるプラズマ
ＣＶＤ法により、基板１１の裏面側にシランガス（Ｓｉ
Ｈ4）を用いてノンドープの非晶質シリコン層１４を堆
積させ、その上にシランガス（ＳｉＨ4）とドーパント
ガスとしてのフォスフィンガス（ＰＨ3）を用いて、ｎ
型の非晶質シリコン層１５を形成する。そして、基板１
１の表面側に、シランガスを用いてノンドープの非晶質
シリコン層１６を堆積させ、その上にシランガスとドー
パントガスとしてのジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を用いて、
ｐ型の非晶質シリコン層１７を順次形成してそれぞれ半
導体ヘテロ接合を得る。
【００２６】続いて、図１（ｅ）に示すように、両面の
ｐ型非晶質シリコン層１７、ｎ型非晶質シリコン層１５
にそれぞれ透明電極膜として酸化インジウム錫（ＩＴ
Ｏ）１８，１８をスパッタ法により形成し、その上に銀
ペーストを印刷して集電極１９，１９を形成すること
で、ヘテロ接合太陽電池が得られる。
ｐ型非晶質シリコン層１７、ｎ型非晶質シリコン層１５
にそれぞれ透明電極膜として酸化インジウム錫（ＩＴ
Ｏ）１８，１８をスパッタ法により形成し、その上に銀
ペーストを印刷して集電極１９，１９を形成すること
で、ヘテロ接合太陽電池が得られる。
【００２７】図２にこのようにして得られたヘテロ接合
半導体からなる太陽電池装置における基板の光導電減衰
法により求めたライフタイムの測定結果を示す。この測
定法では、基板のバルクライフタイムとヘテロ接合界面
のライフタイムを反映した値が得られるので、バルクラ
イフタイムが同等の基板を使用することで、界面でのラ
イフタイムの良否を判断できる。
半導体からなる太陽電池装置における基板の光導電減衰
法により求めたライフタイムの測定結果を示す。この測
定法では、基板のバルクライフタイムとヘテロ接合界面
のライフタイムを反映した値が得られるので、バルクラ
イフタイムが同等の基板を使用することで、界面でのラ
イフタイムの良否を判断できる。
【００２８】比較例として、上記図１において、（ｃ）
のシアン化処理をしない場合のヘテロ接合半導体装置を
用いて測定した結果も示す。
のシアン化処理をしない場合のヘテロ接合半導体装置を
用いて測定した結果も示す。
【００２９】図２から明らかなように、各種の基板にお
いてもライフタイムの測定値がシアン化処理をした方が
しない場合に比較して大きく、より界面付近での再結合
が抑制されていることがわかる。このことはシアン化処
理により界面準位密度の低減がなされていることを意味
している。
いてもライフタイムの測定値がシアン化処理をした方が
しない場合に比較して大きく、より界面付近での再結合
が抑制されていることがわかる。このことはシアン化処
理により界面準位密度の低減がなされていることを意味
している。
【００３０】更に、この半導体装置を太陽電池に用いた
場合の太陽電池特性を比較した。界面の再結合の低減は
特に開放電圧の変化に影響するので、太陽電池装置の開
放電圧について注目して図３にまとめた。
場合の太陽電池特性を比較した。界面の再結合の低減は
特に開放電圧の変化に影響するので、太陽電池装置の開
放電圧について注目して図３にまとめた。
【００３１】図３より明らかなように、基板１１にシア
ン化処理を施すことで開放電圧の改善ができた。これは
おそらくはＣＮの強い結合力により、ダングリングボン
ドを終端し、電気的に不活性にするためと考えられる。
ン化処理を施すことで開放電圧の改善ができた。これは
おそらくはＣＮの強い結合力により、ダングリングボン
ドを終端し、電気的に不活性にするためと考えられる。
【００３２】上記シアン化カリウムの代わりに、シアン
化ナトリウム、シアン化水素などを用いてシアン化処理
を行っても同様の効果が得られた。シアン化ナトリウム
の際には１５−クラウン−５のキシレン溶液を用いると
ＫＣＮの場合と同様、沸騰水処理は必要でなくなる。
化ナトリウム、シアン化水素などを用いてシアン化処理
を行っても同様の効果が得られた。シアン化ナトリウム
の際には１５−クラウン−５のキシレン溶液を用いると
ＫＣＮの場合と同様、沸騰水処理は必要でなくなる。
【００３３】上記したように、Ｓｉ−ＣＮ結合は強固な
結合であり、基板表面におけるダングリングボンド部分
を終端し、結合後は安定する。これにより、基板表面へ
の水分や炭素、窒素といった不純物源の吸着が抑制さ
れ、非晶質シリコン系半導体薄膜を堆積後も結晶と非晶
質界面付近でのダングリングボンド密度やそれに起因す
る局在準位密度の抑制に効果を発揮する。
結合であり、基板表面におけるダングリングボンド部分
を終端し、結合後は安定する。これにより、基板表面へ
の水分や炭素、窒素といった不純物源の吸着が抑制さ
れ、非晶質シリコン系半導体薄膜を堆積後も結晶と非晶
質界面付近でのダングリングボンド密度やそれに起因す
る局在準位密度の抑制に効果を発揮する。
【００３４】また、第１の実施の形態ではｎ型の単結晶
シリコン基板を用いたが、ｐ型の単結晶シリコンでも同
様の効果が得られるのは言うまでもない。また、ｎ型、
ｐ型の多結晶シリコン基板を用いて半導体装置として太
陽電池を作製した場合においても同様の効果が得られ
た。その場合には、結晶粒界におけるダングリングボン
ドの終端も同時にできるため、高温で水素ガスに晒すと
いういわゆる水素パシベーション処理に必要な時間の短
縮もできた。
シリコン基板を用いたが、ｐ型の単結晶シリコンでも同
様の効果が得られるのは言うまでもない。また、ｎ型、
ｐ型の多結晶シリコン基板を用いて半導体装置として太
陽電池を作製した場合においても同様の効果が得られ
た。その場合には、結晶粒界におけるダングリングボン
ドの終端も同時にできるため、高温で水素ガスに晒すと
いういわゆる水素パシベーション処理に必要な時間の短
縮もできた。
【００３５】次に、この発明の第２の実施形態につい
て、図４を参照しながら説明する。
て、図４を参照しながら説明する。
【００３６】図４はこの発明における第２の実施形態の
半導体装置の製造工程を示す図である。
半導体装置の製造工程を示す図である。
【００３７】上記した第１の実施形態と同様に、図４
（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板４１の表
面には、自然酸化膜４２が形成されている。まず、図４
（ｂ）に示すように、基板４１の表面に付着した汚れ、
パーティクルを塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液（ＳＣ−２溶液）で洗浄し、純水でリン
スした後に４容量％のフッ酸（ＨＦ）溶液に２分間浸漬
し、自然酸化膜１２を除去する。続いて、純水で１分間
リンスして基板４１の表面に残ったフッ素を除去する。
（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板４１の表
面には、自然酸化膜４２が形成されている。まず、図４
（ｂ）に示すように、基板４１の表面に付着した汚れ、
パーティクルを塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素水（Ｈ
2Ｏ2）の混合液（ＳＣ−２溶液）で洗浄し、純水でリン
スした後に４容量％のフッ酸（ＨＦ）溶液に２分間浸漬
し、自然酸化膜１２を除去する。続いて、純水で１分間
リンスして基板４１の表面に残ったフッ素を除去する。
【００３８】次に、図４（ｃ）に示すように、基板４１
をプラズマ反応装置内へ導入し、基板表面を水素プラズ
マで処理する。そして、低温プロセスによるプラズマＣ
ＶＤ法により、基板４１の裏面側にシランガス（ＳｉＨ
4）を用いてノンドープの非晶質シリコン層４４を堆積
させ、その上にシランガス（ＳｉＨ4）とドーパントガ
スとしてのフォスフィンガス（ＰＨ3）を用いて、ｎ型
の非晶質シリコン層４５を形成する。そして、基板４１
の表面側に、シランガスを用いてノンドープの非晶質シ
リコン層４６を堆積させ、その上にシランガスとドーパ
ントガスとしてのジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を用いて、ｐ
型の非晶質シリコン層４７を順次形成してそれぞれ半導
体ヘテロ接合を得る。
をプラズマ反応装置内へ導入し、基板表面を水素プラズ
マで処理する。そして、低温プロセスによるプラズマＣ
ＶＤ法により、基板４１の裏面側にシランガス（ＳｉＨ
4）を用いてノンドープの非晶質シリコン層４４を堆積
させ、その上にシランガス（ＳｉＨ4）とドーパントガ
スとしてのフォスフィンガス（ＰＨ3）を用いて、ｎ型
の非晶質シリコン層４５を形成する。そして、基板４１
の表面側に、シランガスを用いてノンドープの非晶質シ
リコン層４６を堆積させ、その上にシランガスとドーパ
ントガスとしてのジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を用いて、ｐ
型の非晶質シリコン層４７を順次形成してそれぞれ半導
体ヘテロ接合を得る。
【００３９】次に、図４（ｄ）に示すように、非晶質シ
リコン薄膜が形成された基板４１をシアノイオンを含む
シアノ化合物の溶液４３中に浸漬し、非晶質シリコン薄
膜を含め基板４１にシアン化処理を施す。
リコン薄膜が形成された基板４１をシアノイオンを含む
シアノ化合物の溶液４３中に浸漬し、非晶質シリコン薄
膜を含め基板４１にシアン化処理を施す。
【００４０】例えば、このシアン化処理としては、基板
４１を濃度０．１ｍｏｌ／ｌのシアン化カリウム（ＫＣ
Ｎ）水溶液４３中に１秒間浸漬する。このとき、半導体
装置の両主面側から電界をかけた。これは非晶質層及び
非晶質層と結晶基板との界面までシアノイオンを移動さ
せ、膜内及び界面に存在するダングリングボンドや結合
力の弱い結合部分を効果的にシアン化するためである。
その後、基板４１を沸騰水で１０分間洗浄する。このシ
アン化処理により、結合力の強固なシアノイオン（ＣＮ
-）が基板４１表面等に存在するダングリングボンドに
結合し、Ｓｉ−ＣＮ結合が形成される。すなわち、シア
ノイオン（ＣＮ-）に暴露することで非晶質シリコン半
導体の表面及び内部に存在するダングリングボンド及び
Ｓｉ−Ｈ結合の一部、ならびに単結晶シリコン基板と非
晶質シリコン半導体層との界面におけるダングリングボ
ンドをＣＮ-で置換され、Ｓｉ−ＣＮ結合を形成する。
４１を濃度０．１ｍｏｌ／ｌのシアン化カリウム（ＫＣ
Ｎ）水溶液４３中に１秒間浸漬する。このとき、半導体
装置の両主面側から電界をかけた。これは非晶質層及び
非晶質層と結晶基板との界面までシアノイオンを移動さ
せ、膜内及び界面に存在するダングリングボンドや結合
力の弱い結合部分を効果的にシアン化するためである。
その後、基板４１を沸騰水で１０分間洗浄する。このシ
アン化処理により、結合力の強固なシアノイオン（ＣＮ
-）が基板４１表面等に存在するダングリングボンドに
結合し、Ｓｉ−ＣＮ結合が形成される。すなわち、シア
ノイオン（ＣＮ-）に暴露することで非晶質シリコン半
導体の表面及び内部に存在するダングリングボンド及び
Ｓｉ−Ｈ結合の一部、ならびに単結晶シリコン基板と非
晶質シリコン半導体層との界面におけるダングリングボ
ンドをＣＮ-で置換され、Ｓｉ−ＣＮ結合を形成する。
【００４１】また、他のシアン化処理としては、濃度
０．１１ｍｏｌ／ｌのＫＣＮ水溶液と、０．２１ｍｏｌ
／ｌの１８−クラウン−６のキシレン溶液とを混合した
液中に基板１１を１０分間電界を与えながら浸漬し、そ
の後、エタノール中で超音波を加えながら有機物の除
去、純水リンスをする方法により行ってもよい。この方
法のシアン化処理においても、Ｓｉ−ＣＮ結合が得られ
る。しかも前記のように沸騰水による洗浄が不必要であ
るためさらに簡便にシアン化処理が実施できる。
０．１１ｍｏｌ／ｌのＫＣＮ水溶液と、０．２１ｍｏｌ
／ｌの１８−クラウン−６のキシレン溶液とを混合した
液中に基板１１を１０分間電界を与えながら浸漬し、そ
の後、エタノール中で超音波を加えながら有機物の除
去、純水リンスをする方法により行ってもよい。この方
法のシアン化処理においても、Ｓｉ−ＣＮ結合が得られ
る。しかも前記のように沸騰水による洗浄が不必要であ
るためさらに簡便にシアン化処理が実施できる。
【００４２】続いて、図４（ｅ）に示すように、両面の
ｐ型非晶質シリコン層４７、ｎ型非晶質シリコン層４５
にそれぞれ透明電極膜として酸化インジウム錫（ＩＴ
Ｏ）４８，４８をスパッタ法により形成し、その上に銀
ペーストを印刷して集電極４９，４９を形成すること
で、ヘテロ接合太陽電池が得られる。
ｐ型非晶質シリコン層４７、ｎ型非晶質シリコン層４５
にそれぞれ透明電極膜として酸化インジウム錫（ＩＴ
Ｏ）４８，４８をスパッタ法により形成し、その上に銀
ペーストを印刷して集電極４９，４９を形成すること
で、ヘテロ接合太陽電池が得られる。
【００４３】上記したように、非晶質シリコン系半導体
薄膜を形成後にシアン化処理を行うと、非晶質シリコン
系半導体薄膜内に存在するダングリングボンドも基板と
の界面付近でのダングリングボンドもろとも終端され、
安定化するので、半導体の接合特性は改善され、しかも
良好な接合特性が安定に存在し得ることになる。
薄膜を形成後にシアン化処理を行うと、非晶質シリコン
系半導体薄膜内に存在するダングリングボンドも基板と
の界面付近でのダングリングボンドもろとも終端され、
安定化するので、半導体の接合特性は改善され、しかも
良好な接合特性が安定に存在し得ることになる。
【００４４】次に、この発明の第３の実施形態について
説明する。
説明する。
【００４５】この第３の実施形態は、第２の実施形態と
同様にして、基板洗浄、ＨＦ水溶液によるエッチング、
非晶質シリコン系半導体薄膜の形成を行った後、透明導
電膜である酸化インジウム錫を形成する。その後、ＫＣ
Ｎ水溶液に浸漬し、両主面に形成した透明電極を通して
電界を加え、シアノイオンを非晶質シリコン系半導体薄
膜内及び、結晶シリコン基板との界面に導入し、ダング
リングボンド及び弱い結合の部分をＣＮで結合する。こ
のとき、両面の非晶質シリコン系半導体薄膜内に効果的
にＣＮイオンを導入すべく、極性を変化させて電界を加
える。酸化インジウム錫は多結晶薄膜であるのでＣＮイ
オンは粒界部分を容易に移動でき、非晶質層へ導入され
る。
同様にして、基板洗浄、ＨＦ水溶液によるエッチング、
非晶質シリコン系半導体薄膜の形成を行った後、透明導
電膜である酸化インジウム錫を形成する。その後、ＫＣ
Ｎ水溶液に浸漬し、両主面に形成した透明電極を通して
電界を加え、シアノイオンを非晶質シリコン系半導体薄
膜内及び、結晶シリコン基板との界面に導入し、ダング
リングボンド及び弱い結合の部分をＣＮで結合する。こ
のとき、両面の非晶質シリコン系半導体薄膜内に効果的
にＣＮイオンを導入すべく、極性を変化させて電界を加
える。酸化インジウム錫は多結晶薄膜であるのでＣＮイ
オンは粒界部分を容易に移動でき、非晶質層へ導入され
る。
【００４６】上記した第２、第３の実施形態においても
第１の実施形態と同様、太陽電池へ応用した場合に開放
電圧や、曲線因子の向上が確認され、界面準位の低減
と、非晶質シリコン膜の高品質化が示唆された。
第１の実施形態と同様、太陽電池へ応用した場合に開放
電圧や、曲線因子の向上が確認され、界面準位の低減
と、非晶質シリコン膜の高品質化が示唆された。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、Ｓｉ−ＣＮ結合は
強固な結合であり、基板表面におけるダングリングボン
ド部分を終端し、結合後は安定する。これにより、基板
表面への水分や炭素、窒素といった不純物源の吸着が抑
制され、非晶質シリコン系半導体薄膜を堆積後も結晶と
非晶質界面付近でのダングリングボンド密度やそれに起
因する局在準位密度が抑制される。従って、結晶係シリ
コンと非晶質シリコン系半導体薄膜から形成される安定
性に優れたヘテロ接合特性が低温で得られる。
強固な結合であり、基板表面におけるダングリングボン
ド部分を終端し、結合後は安定する。これにより、基板
表面への水分や炭素、窒素といった不純物源の吸着が抑
制され、非晶質シリコン系半導体薄膜を堆積後も結晶と
非晶質界面付近でのダングリングボンド密度やそれに起
因する局在準位密度が抑制される。従って、結晶係シリ
コンと非晶質シリコン系半導体薄膜から形成される安定
性に優れたヘテロ接合特性が低温で得られる。
【図１】この発明における第１の実施形態の半導体装置
の製造方法を工程別に示す断面図である。
の製造方法を工程別に示す断面図である。
【図２】この発明によるヘテロ接合半導体装置と従来の
ヘテロ接合半導体装置における基板の光導電減衰法によ
り求めたライフタイムの測定結果を示す図である。
ヘテロ接合半導体装置における基板の光導電減衰法によ
り求めたライフタイムの測定結果を示す図である。
【図３】この発明によるヘテロ接合半導体を用いた太陽
電池装置と従来のヘテロ接合半導体を用いた太陽電池装
置の太陽電池特性図である。
電池装置と従来のヘテロ接合半導体を用いた太陽電池装
置の太陽電池特性図である。
【図４】この発明における第２の実施形態の半導体装置
の製造方法を工程別に示す断面図である。
の製造方法を工程別に示す断面図である。
１１ ｎ型単結晶シリコン基板 １３ シアノ化合物の溶液 １４ ノンドープの非晶質シリコン層 １５ ｎ型の非晶質シリコン層 １６ ノンドープの非晶質シリコン層 １７ ｐ型の非晶質シリコン層 １８ 酸化インジウム錫 １９ 集電極
Claims (5)
- 【請求項１】 一導電型の結晶系シリコン半導体基板上
に真性又は実質的に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜
を介在させて他導電型又は一導電型の非晶質シリコン系
半導体薄膜を積層してヘテロ接合を形成した半導体装置
であって、前記一導電型の結晶系シリコン半導体基板表
面に存在するダングリングボンドにシアノイオンを結合
させたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 一導電型の結晶系シリコン半導体基板表
面にシアノイオンを導入する工程と、前記一導電型の結
晶系シリコン半導体基板上に真性又は実質的に真性な非
晶質シリコン系半導体薄膜を形成する工程と、前記真性
又は実質的に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜上に他
導電型又は一導電型の非晶質シリコン系半導体薄膜を積
層してヘテロ接合を形成する工程と、含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記一導電型の結晶系シリコン半導体基
板表面にシアノイオンを導入する工程が、前記結晶系シ
リコン半導体基板をシアノイオンを含むシアノ化合物の
溶液中に浸漬することによる請求項２に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項４】 一導電型の結晶系シリコン半導体基板上
に真性又は実質的に真性な非晶質シリコン系半導体薄膜
を介在させて他導電型又は一導電型の非晶質シリコン系
半導体薄膜を積層してヘテロ接合を形成する半導体装置
の製造方法において、前記一導電型の結晶系シリコン半
導体基板上に非晶質シリコン系半導体薄膜を形成後、前
記一導電型の結晶系シリコン半導体基板表面にシアノイ
オンを導入する工程を施すことを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項５】 前記非晶質シリコン系半導体薄膜が形成
された一導電型の結晶系シリコン半導体基板をシアノイ
オンを含むシアノ化合物の溶液中に浸漬した後、電界を
基板に対して垂直方向に与え、非晶質シリコン系半導体
薄膜の表面及び内部並びに半導体ヘテロ接合界面にシア
ノイオンを導入することを特徴とする請求項４に記載の
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000158136A JP2001339084A (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000158136A JP2001339084A (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001339084A true JP2001339084A (ja) | 2001-12-07 |
Family
ID=18662654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000158136A Pending JP2001339084A (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001339084A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002289886A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Hikari Kobayashi | 半導体膜の処理方法，光起電力素子の製造方法及び光起電力素子 |
| US6593164B2 (en) * | 1999-10-19 | 2003-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Silicon photoelectric conversion device, method of manufacturing the same and method of processing the same |
| WO2004102676A1 (ja) * | 2003-05-14 | 2004-11-25 | Japan Science And Technology Agency | 光電変換半導体装置、その製造方法及び製造方法で用いる処理装置 |
| JP2008066349A (ja) * | 2006-09-04 | 2008-03-21 | Osaka Univ | 光半導体デバイスおよびその製造方法並びにその製造装置 |
| JP2008192764A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Kyocera Corp | 光電変換素子の製造方法 |
| WO2012011188A1 (ja) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | 株式会社Ｋｉｔ | 太陽電池およびその製造方法、並びに太陽電池の製造装置 |
-
2000
- 2000-05-29 JP JP2000158136A patent/JP2001339084A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6593164B2 (en) * | 1999-10-19 | 2003-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Silicon photoelectric conversion device, method of manufacturing the same and method of processing the same |
| JP2002289886A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Hikari Kobayashi | 半導体膜の処理方法，光起電力素子の製造方法及び光起電力素子 |
| JP4636719B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2011-02-23 | 光 小林 | 半導体膜の処理方法及び光起電力素子の製造方法 |
| WO2004102676A1 (ja) * | 2003-05-14 | 2004-11-25 | Japan Science And Technology Agency | 光電変換半導体装置、その製造方法及び製造方法で用いる処理装置 |
| JP2008066349A (ja) * | 2006-09-04 | 2008-03-21 | Osaka Univ | 光半導体デバイスおよびその製造方法並びにその製造装置 |
| JP2008192764A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Kyocera Corp | 光電変換素子の製造方法 |
| WO2012011188A1 (ja) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | 株式会社Ｋｉｔ | 太陽電池およびその製造方法、並びに太陽電池の製造装置 |
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