JP2003303983A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子の光学特性を間接遷移型から直接
遷移型に変換して、少数キャリアの再結合特性を高速化
する。 【解決手段】 半導体素子（ステップ１０１）に５００
ｋｅＶ以下のエネルギーを持つ電子を１×１０１６〜１
×１０２０ｅ／ｃｍ２（１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ／ｃ
ｍ２）の照射量により照射し（ステップ１０２）、電子
が照射された半導体素子を水素または窒素雰囲気で３０
０〜７００℃の温度でアニールする（ステップ１０３）
ことにより、光学的特性及び少数キャリアの再結合特性
を変化させる。
遷移型に変換して、少数キャリアの再結合特性を高速化
する。 【解決手段】 半導体素子（ステップ１０１）に５００
ｋｅＶ以下のエネルギーを持つ電子を１×１０１６〜１
×１０２０ｅ／ｃｍ２（１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ／ｃ
ｍ２）の照射量により照射し（ステップ１０２）、電子
が照射された半導体素子を水素または窒素雰囲気で３０
０〜７００℃の温度でアニールする（ステップ１０３）
ことにより、光学的特性及び少数キャリアの再結合特性
を変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の製造方
法に関し、特に半導体素子の光学特性及び少数キャリア
の再結合特性を変換するための方法に関する。
法に関し、特に半導体素子の光学特性及び少数キャリア
の再結合特性を変換するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、太陽電池，電力半導体素子，
受光素子、発光素子などのような半導体素子に使われる
シリコンには、結晶性シリコンとアモルファスシリコン
の二種類がある。そして、半導体はバンドギャップの形
式に応じて２種類に分類することができる。つまり、光
の吸収及び放出が単純な直接遷移型（ｄｉｒｅｃｔ ｔ
ｙｐｅ：ガリウム砒素など）と光の吸収及び放出に少し
複雑な過程を要する間接遷移型（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔ
ｙｐｅ：シリコンなど）である。
受光素子、発光素子などのような半導体素子に使われる
シリコンには、結晶性シリコンとアモルファスシリコン
の二種類がある。そして、半導体はバンドギャップの形
式に応じて２種類に分類することができる。つまり、光
の吸収及び放出が単純な直接遷移型（ｄｉｒｅｃｔ ｔ
ｙｐｅ：ガリウム砒素など）と光の吸収及び放出に少し
複雑な過程を要する間接遷移型（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔ
ｙｐｅ：シリコンなど）である。
【０００３】たとえば、結晶性シリコンは１．１ｅＶの
バンドギャップを持つ間接遷移型の半導体であり，水素
化アモルファスシリコンは水素の含有量によって異なる
が、はぼ１．５〜１．７ｅＶぐらいのバンドギャップを
持つ直接遷移型の半導体である。アモルファスシリコン
で作った太陽電池は深いバンドギャップのために結晶性
シリコンより約０．２−０．３ボルトぐらい高い出力電
圧を示すのに対し、結晶性シリコンは間接遷移型である
ために光学特性が悪く光素子の製作には不利な側面があ
る。
バンドギャップを持つ間接遷移型の半導体であり，水素
化アモルファスシリコンは水素の含有量によって異なる
が、はぼ１．５〜１．７ｅＶぐらいのバンドギャップを
持つ直接遷移型の半導体である。アモルファスシリコン
で作った太陽電池は深いバンドギャップのために結晶性
シリコンより約０．２−０．３ボルトぐらい高い出力電
圧を示すのに対し、結晶性シリコンは間接遷移型である
ために光学特性が悪く光素子の製作には不利な側面があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その
目的とするところは、半導体素子の光学特性を間接遷移
型から直接遷移型に変換して、少数キャリアの再結合特
性を高速化することが可能な半導体素子の製造方法を提
供することにある。
記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その
目的とするところは、半導体素子の光学特性を間接遷移
型から直接遷移型に変換して、少数キャリアの再結合特
性を高速化することが可能な半導体素子の製造方法を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体素子の製造方法では、半導体素子に
５００ｋｅＶ以下のエネルギーを持つ電子を１×１０
１６〜１×１０２０ｅ／ｃｍ２（１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ
／ｃｍ２）の照射量により照射し、上記電子が照射され
た半導体素子を水素または窒素雰囲気で３００〜７００
℃の温度でアニールすることにより、光学的特性及び少
数キャリアの再結合特性を変化させることを特徴とす
る。ここで、前記半導体素子は、結晶性シリコン基板を
有する。
に、本発明の半導体素子の製造方法では、半導体素子に
５００ｋｅＶ以下のエネルギーを持つ電子を１×１０
１６〜１×１０２０ｅ／ｃｍ２（１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ
／ｃｍ２）の照射量により照射し、上記電子が照射され
た半導体素子を水素または窒素雰囲気で３００〜７００
℃の温度でアニールすることにより、光学的特性及び少
数キャリアの再結合特性を変化させることを特徴とす
る。ここで、前記半導体素子は、結晶性シリコン基板を
有する。
【０００６】また、例えば、前記半導体素子は第１及び
第２のｐｎ接合が直列に連結された太陽電池であって，
上記照射段階で第１のｐｎ接合部位に電子を照射する。
第２のｐｎ接合が直列に連結された太陽電池であって，
上記照射段階で第１のｐｎ接合部位に電子を照射する。
【０００７】好ましくは、前記半導体素子は、発光素子
あるい受光素子である。
あるい受光素子である。
【０００８】例えば、前記アニール処理は、水素プラズ
マを使用して行われ、前記電子の照射は、陽子線等のイ
オンを使用して実施される。
マを使用して行われ、前記電子の照射は、陽子線等のイ
オンを使用して実施される。
【０００９】また、前記電子照射及びアニール処理を実
施後の波長に対する透過率は、前記電子の照射量に従っ
て増大する。
施後の波長に対する透過率は、前記電子の照射量に従っ
て増大する。
【００１０】さらに、本発明の半導体素子の製造方法で
は、間接遷移型の半導体素子に５００ｋｅＶ以下のエネ
ルギーを有する電子を１×１０１６〜１×１０２０ｅ／
ｃｍ ２の照射量により照射し、上記電子が照射された半
導体素子を水素または窒素雰囲気で３００〜７００℃の
温度でアニールすることにより、上記半導体素子を間接
遷移型から直接遷移型へと変換することを特徴とする。
は、間接遷移型の半導体素子に５００ｋｅＶ以下のエネ
ルギーを有する電子を１×１０１６〜１×１０２０ｅ／
ｃｍ ２の照射量により照射し、上記電子が照射された半
導体素子を水素または窒素雰囲気で３００〜７００℃の
温度でアニールすることにより、上記半導体素子を間接
遷移型から直接遷移型へと変換することを特徴とする。
【００１１】さらに、本発明の半導体素子の製造方法で
は、結晶性シリコン素子に５００ｋｅＶ以下のエネルギ
ーを有する電子を１×１０１６〜１×１０２０ｅ／ｃｍ
２の照射量により照射し、上記電子が照射された半導体
素子を水素または窒素雰囲気で３００〜７００℃の温度
でアニールすることにより、上記結晶性シリコン素子を
水素化アモルファスシリコン素子に変換することを特徴
とする。
は、結晶性シリコン素子に５００ｋｅＶ以下のエネルギ
ーを有する電子を１×１０１６〜１×１０２０ｅ／ｃｍ
２の照射量により照射し、上記電子が照射された半導体
素子を水素または窒素雰囲気で３００〜７００℃の温度
でアニールすることにより、上記結晶性シリコン素子を
水素化アモルファスシリコン素子に変換することを特徴
とする。
【００１２】
【作用】本発明は、半導体素子の光学特性及び少数キャ
リアの再結合特性を利用した光子の変換効率改善に関す
るものである。内容的には、半導体素子に５００ｋｅＶ
以下のエネルギーを持つ電子を１×１０１６〜１×１０
２０ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｃｍ２（１Ｅ１６〜１Ｅ２０
ｅ／ｃｍ２）の照射量で照射する段階及び上記電子が照
射された半導体素子を３００〜７００℃の水素または窒
素雰囲気でアニールする段階を含んでいる。これによ
り、上記半導体素子の光学特性を間接遷移型から直接遷
移型に変換することができる。
リアの再結合特性を利用した光子の変換効率改善に関す
るものである。内容的には、半導体素子に５００ｋｅＶ
以下のエネルギーを持つ電子を１×１０１６〜１×１０
２０ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ／ｃｍ２（１Ｅ１６〜１Ｅ２０
ｅ／ｃｍ２）の照射量で照射する段階及び上記電子が照
射された半導体素子を３００〜７００℃の水素または窒
素雰囲気でアニールする段階を含んでいる。これによ
り、上記半導体素子の光学特性を間接遷移型から直接遷
移型に変換することができる。
【００１３】このような半導体素子の光学特性及び少数
キャリアの再結合特性を太陽電池、電力半導体素子、発
光素子及び受光素子に適用して光吸収特性を変化させる
ことにより、太陽電池の効率を増加させることができる
だけではなく，発光素子及び受光素子の発光及び受光特
性をも向上させることができる。
キャリアの再結合特性を太陽電池、電力半導体素子、発
光素子及び受光素子に適用して光吸収特性を変化させる
ことにより、太陽電池の効率を増加させることができる
だけではなく，発光素子及び受光素子の発光及び受光特
性をも向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好ましい実施の形態を詳細に説明する。
好ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】図１は、本発明の半導体素子を製造するた
めの製造工程を示すフローチャートである。
めの製造工程を示すフローチャートである。
【００１６】まず、ステップ１０１で、ｎ型あるいｐ型
の結晶性シリコン基板（ウエハー）を準備する。続い
て、ステップ１０２で、電子またはイオンを照射して欠
陥を形成する。最後に、ステップ１０３で、水素または
窒素雰囲気におけるアニールにより、上記欠陥に水素ま
たは窒素を結合させる。
の結晶性シリコン基板（ウエハー）を準備する。続い
て、ステップ１０２で、電子またはイオンを照射して欠
陥を形成する。最後に、ステップ１０３で、水素または
窒素雰囲気におけるアニールにより、上記欠陥に水素ま
たは窒素を結合させる。
【００１７】以下、上記処理についてより詳細に説明す
る。最初に、ドーピング及び酸化膜処理が完了されたｎ
型あるいはｐ型結晶性シリコン基板（ウエハー）を準備
する（ステップ１０１）。
る。最初に、ドーピング及び酸化膜処理が完了されたｎ
型あるいはｐ型結晶性シリコン基板（ウエハー）を準備
する（ステップ１０１）。
【００１８】次に、準備されたｎ型あるいはｐ型結晶性
シリコン基板（ウエハー）に電子または高エネルギーイ
オンを照射する（ステップ１０２）。この電子またはイ
オン照射により、半導体中にはフレンケル（Ｆｒｅｎｋ
ｅｌ）欠陥のような格子欠陥を発生させることができ
る。電子線のエネルギーとしては５００ｋｅＶ以下程
度，照射量（ドーズ）は１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ／ｃｍ２
（１×１０１６〜１×１０ ２０ｅ／ｃｍ２）程度であ
る。
シリコン基板（ウエハー）に電子または高エネルギーイ
オンを照射する（ステップ１０２）。この電子またはイ
オン照射により、半導体中にはフレンケル（Ｆｒｅｎｋ
ｅｌ）欠陥のような格子欠陥を発生させることができ
る。電子線のエネルギーとしては５００ｋｅＶ以下程
度，照射量（ドーズ）は１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ／ｃｍ２
（１×１０１６〜１×１０ ２０ｅ／ｃｍ２）程度であ
る。
【００１９】高エネルギーイオン照射の場含には、エネ
ルギーとして数ＭｅＶ、照射量としては１Ｅ１０〜１Ｅ
１３個／ｃｍ２程度が適当である。このように電子など
を結晶性シリコン基板（ウエハー）に照射すれば，粒子
との衝突によってシリコン原子が格子よりはじき出され
て欠陥が生じることになるわけである。
ルギーとして数ＭｅＶ、照射量としては１Ｅ１０〜１Ｅ
１３個／ｃｍ２程度が適当である。このように電子など
を結晶性シリコン基板（ウエハー）に照射すれば，粒子
との衝突によってシリコン原子が格子よりはじき出され
て欠陥が生じることになるわけである。
【００２０】このとき、シリコン原子は近隣の結晶構造
に移動し、浸入型（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａ１）の配列
をとることになる。最後の段階では、電子照射等によっ
て欠陥が発生されたシリコン基板（ウエハー）を水素雰
囲気で３０分から１時間、３００〜７００℃の条件でア
ニールすることになる。この場合，水素、窒素，真空あ
るいは空気中のどの雰囲気でのアニールも可能である。
に移動し、浸入型（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａ１）の配列
をとることになる。最後の段階では、電子照射等によっ
て欠陥が発生されたシリコン基板（ウエハー）を水素雰
囲気で３０分から１時間、３００〜７００℃の条件でア
ニールすることになる。この場合，水素、窒素，真空あ
るいは空気中のどの雰囲気でのアニールも可能である。
【００２１】さらに，電子照射を水素雰囲気で行った
り，電子線加速器中の水素プラズマチャンバー部にシリ
コンウエハーを配置して、電子照射と水素アニールを同
時に行うことも可能である。これにより、電子照射時間
を短縮させることができるだけではなく、照射効果を大
きく増加させることができる。
り，電子線加速器中の水素プラズマチャンバー部にシリ
コンウエハーを配置して、電子照射と水素アニールを同
時に行うことも可能である。これにより、電子照射時間
を短縮させることができるだけではなく、照射効果を大
きく増加させることができる。
【００２２】このようにして，シリコンの結晶構造が電
子照射によって破壊されれば，シリコン原子の共有結合
が切断され、近隣シリコンに結合されない不飽和結合
（ダングリングボンド）になって，ここに水素が結合さ
れれば、水素化アモルファスシリコンと似た特性を持つ
ことになるのである。
子照射によって破壊されれば，シリコン原子の共有結合
が切断され、近隣シリコンに結合されない不飽和結合
（ダングリングボンド）になって，ここに水素が結合さ
れれば、水素化アモルファスシリコンと似た特性を持つ
ことになるのである。
【００２３】その結果，これを太陽電池に適用すれば，
バンドエネルギーが増加することにより太陽電池の出力
電圧を増加させることができる。このようにして形成さ
れるシリコンにおける透過光の強度は、電子などの照射
量が高いほど，またアニールの温度が高いほど増加す
る。
バンドエネルギーが増加することにより太陽電池の出力
電圧を増加させることができる。このようにして形成さ
れるシリコンにおける透過光の強度は、電子などの照射
量が高いほど，またアニールの温度が高いほど増加す
る。
【００２４】また、窒素雰囲気でのアニールより水素雰
囲気のアニールの方が効果は大きい。さらに、シリコン
ウエハーのドーパントがリン（ｎ型）の場合よりも、ボ
ロンの場合（ｐ型）の方が効果は大きくなる。
囲気のアニールの方が効果は大きい。さらに、シリコン
ウエハーのドーパントがリン（ｎ型）の場合よりも、ボ
ロンの場合（ｐ型）の方が効果は大きくなる。
【００２５】また、図６によると，電子照射を経た太陽
電池の開放電圧（Ｖｏｃ）は水素アニールによって増加
する。
電池の開放電圧（Ｖｏｃ）は水素アニールによって増加
する。
【００２６】図２は電子照射とアニールが行われたｐ型
シリコンウエハーと、アニールのみが行われた場合、何
も処理を行わない場合の透過特性を比べたグラブであ
る。ここで、図２において、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅ
ｎｇｔｈ）であり、縦軸は透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ）である。
シリコンウエハーと、アニールのみが行われた場合、何
も処理を行わない場合の透過特性を比べたグラブであ
る。ここで、図２において、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅ
ｎｇｔｈ）であり、縦軸は透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ）である。
【００２７】シリコンのバンドギャップエネルギー
１．１ｅＶは波長に換算すれば１１３０ｎｍに該当する
が，図２によれば、１１００ｎｍ以上の長波長で電子照
射により透過光が約５倍も増加したことを観察できる。
１．１ｅＶは波長に換算すれば１１３０ｎｍに該当する
が，図２によれば、１１００ｎｍ以上の長波長で電子照
射により透過光が約５倍も増加したことを観察できる。
【００２８】一方，電子線照射後アニールをしない場合
にも透過光が増加しており、電子照射もアニールもしな
いシリコンウエハーでの透過光の２％程度との違いが明
白である。このように透過光の強度が増加する理由は，
電子照射と水素アニールの影響を受けたウエハーの頂上
部分１００ｕｍぐらいの区間の光吸収特性が変化してお
り、結晶化組織では吸収されていた光が、吸収されない
でそのまま通過することによると考えられる。
にも透過光が増加しており、電子照射もアニールもしな
いシリコンウエハーでの透過光の２％程度との違いが明
白である。このように透過光の強度が増加する理由は，
電子照射と水素アニールの影響を受けたウエハーの頂上
部分１００ｕｍぐらいの区間の光吸収特性が変化してお
り、結晶化組織では吸収されていた光が、吸収されない
でそのまま通過することによると考えられる。
【００２９】この時，電子照射の影響を受けないウエハ
ー深部においては、吸収特性に変化がないためこのよう
な影響を受けない。もちろん、影響を受ける深さは照射
される電子のエネルギーに依存し、このエネルギーが低
い場合には影響を受ける領域も浅くなる。これは、バン
ドギャップエネルギー付近での吸収係数を８０／ｃｍと
仮定した場合，実際のウエハーの厚さ５３０ｕｍが４０
０ｕｍ程度に減少した場合に相当する。
ー深部においては、吸収特性に変化がないためこのよう
な影響を受けない。もちろん、影響を受ける深さは照射
される電子のエネルギーに依存し、このエネルギーが低
い場合には影響を受ける領域も浅くなる。これは、バン
ドギャップエネルギー付近での吸収係数を８０／ｃｍと
仮定した場合，実際のウエハーの厚さ５３０ｕｍが４０
０ｕｍ程度に減少した場合に相当する。
【００３０】ここで、バンドギャップエネルギー以上の
エネルギーを持つ短波長光の透過に関しては、透過率に
比べてウエハーが非常に厚いため十分な比較が行われて
いない。ここで、ウエハー表面での反射成分はすべての
条件において±３％以内と測定されている。ウエハー内
での減衰がＩＯＥＸＰ（−αｘ）で表記されることを考
えると、Ｉｏにおける±３％の差異は非常に小さく、種
々の処理が表面の反射に与える影響は無視できる程度に
小さいと言ってよい。
エネルギーを持つ短波長光の透過に関しては、透過率に
比べてウエハーが非常に厚いため十分な比較が行われて
いない。ここで、ウエハー表面での反射成分はすべての
条件において±３％以内と測定されている。ウエハー内
での減衰がＩＯＥＸＰ（−αｘ）で表記されることを考
えると、Ｉｏにおける±３％の差異は非常に小さく、種
々の処理が表面の反射に与える影響は無視できる程度に
小さいと言ってよい。
【００３１】図３ではｐ型シリコンウエハーにおける電
子の照射量による差を示している。ここで、図３におい
て、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸
は透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）である。
子の照射量による差を示している。ここで、図３におい
て、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸
は透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）である。
【００３２】１Ｅ１８ｅ／ｃｍ２照射量の場合、１Ｅ１
７ｅ／ｃｍ２の場合よりもより大きい透過率を示してい
る。電子の照射量が大きいほど結晶破壊量が大きく、水
素侵入による不飽和結合（ダングリングボンド）もその
密度が高くなる。このグラフによると、水素のみでなく
窒素によるアニールにおいてもこの効果が見られる。
７ｅ／ｃｍ２の場合よりもより大きい透過率を示してい
る。電子の照射量が大きいほど結晶破壊量が大きく、水
素侵入による不飽和結合（ダングリングボンド）もその
密度が高くなる。このグラフによると、水素のみでなく
窒素によるアニールにおいてもこの効果が見られる。
【００３３】―方，ｐ型シリコンウエハーに電子照射を
した後に水素プラズマで３００℃１時間のアニール及び
水素分子アニールを行った場合の透過特性を比べたグラ
フが図４に示されている。ここで、図４において、横軸
は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は透過率
（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）である。
した後に水素プラズマで３００℃１時間のアニール及び
水素分子アニールを行った場合の透過特性を比べたグラ
フが図４に示されている。ここで、図４において、横軸
は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は透過率
（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）である。
【００３４】この時マイクロウエーブの電力は１．２２
Ｗ／ｃｍ２である。どちらの場合にも効果が見られる
が、この条件においては水素分子ア二ールの方が若干効
果の高いことが観察される。図４において、電子照射を
しないシリコンウエハーは水素アニールまたは水素プラ
ズマにより処理を行っても透過特性になんらの変化がな
いことがわかる。すなわち，電子照射で先に欠陥を作っ
て，続いて水素を注入することにより光学特性を変化さ
せる方法が最も効果的な方法と言える。
Ｗ／ｃｍ２である。どちらの場合にも効果が見られる
が、この条件においては水素分子ア二ールの方が若干効
果の高いことが観察される。図４において、電子照射を
しないシリコンウエハーは水素アニールまたは水素プラ
ズマにより処理を行っても透過特性になんらの変化がな
いことがわかる。すなわち，電子照射で先に欠陥を作っ
て，続いて水素を注入することにより光学特性を変化さ
せる方法が最も効果的な方法と言える。
【００３５】次に、リンがドーピングされたｎ型結晶性
シリコンウエハーの表面に１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ／ｃｍ
２（データは１Ｅ１８ｅ／ｃｍ２の場合）の照射量で電
子を照射した後、３００〜７００℃で１時間アニールし
た場合の例を図５に示す。
シリコンウエハーの表面に１Ｅ１６〜１Ｅ２０ｅ／ｃｍ
２（データは１Ｅ１８ｅ／ｃｍ２の場合）の照射量で電
子を照射した後、３００〜７００℃で１時間アニールし
た場合の例を図５に示す。
【００３６】ここで、図５において、横軸は波長（Ｗａ
ｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は透過率（Ｔｒａｎｓ
ｍｉｓｓｉｏｎ）である。
ｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は透過率（Ｔｒａｎｓ
ｍｉｓｓｉｏｎ）である。
【００３７】ｐ型シリコンウエハーについて示した図２
での結果よりは相対的に小さい変化を示すが、この場合
にも効果のあることは明らかである。ｎ型シリコンの場
合にもっとも重要な点は水素アニールと窒素アニールと
で大きい差を示していないということである。これは、
それぞれの結晶構造において水素とシリコンとの配置構
造が異なることによると考えられる。
での結果よりは相対的に小さい変化を示すが、この場合
にも効果のあることは明らかである。ｎ型シリコンの場
合にもっとも重要な点は水素アニールと窒素アニールと
で大きい差を示していないということである。これは、
それぞれの結晶構造において水素とシリコンとの配置構
造が異なることによると考えられる。
【００３８】すなわち，ボロンドーピングの場含には水
素は直接ボロン原子に結合するが，リンドーピングの時
には水素がシリコン原子とは直接結合していない。しか
しながら、このようなｎ型シリコンでも電子照射が透過
率を増加させるということは重要な意味を持っている。
大部分の半導体素子でｎ型が使用されることが多いから
である。
素は直接ボロン原子に結合するが，リンドーピングの時
には水素がシリコン原子とは直接結合していない。しか
しながら、このようなｎ型シリコンでも電子照射が透過
率を増加させるということは重要な意味を持っている。
大部分の半導体素子でｎ型が使用されることが多いから
である。
【００３９】図６は５００ｋｅＶ以下，望ましくは１０
‐２５０ｋｅＶ エネルギーを持つ電子照射と水素また
は窒素アニールを経た太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）特
性変化を示す図である。ここで、図６において、横軸は
電子エネルキー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ）で
あり、縦軸は開放電圧（Ｖｏｃ）である。
‐２５０ｋｅＶ エネルギーを持つ電子照射と水素また
は窒素アニールを経た太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）特
性変化を示す図である。ここで、図６において、横軸は
電子エネルキー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ）で
あり、縦軸は開放電圧（Ｖｏｃ）である。
【００４０】ここで、２５０ｋｅＶのエネルギーを持つ
電子の照射量は１Ｅ１８ｅ／ｃｍ２であって，１０ｋｅ
Ｖ，５０ｋｅＶ，１００ｋｅＶのエネルギーを持つ電子
の照射量は５Ｅ１８ｅ／ｃｍ２となっている。この太陽
電池はｎ＋ｐ構造で，結晶性ウエハーではないリボン型
ウエハーであり結晶性ウエハーより結晶性は少し落ち
る。
電子の照射量は１Ｅ１８ｅ／ｃｍ２であって，１０ｋｅ
Ｖ，５０ｋｅＶ，１００ｋｅＶのエネルギーを持つ電子
の照射量は５Ｅ１８ｅ／ｃｍ２となっている。この太陽
電池はｎ＋ｐ構造で，結晶性ウエハーではないリボン型
ウエハーであり結晶性ウエハーより結晶性は少し落ち
る。
【００４１】電子照射は行ったがアニールをしない例
（「アニールなし」と表示された点）ではＶｏｃが大き
く減少するが、これは、欠陥が媒体となって再結合に要
する時間（再結合ライフタイム）が短くなつてしまうた
め、光によって生成された電子とホールがｐｎ接合を越
える前に再結合されてしまうからである。
（「アニールなし」と表示された点）ではＶｏｃが大き
く減少するが、これは、欠陥が媒体となって再結合に要
する時間（再結合ライフタイム）が短くなつてしまうた
め、光によって生成された電子とホールがｐｎ接合を越
える前に再結合されてしまうからである。
【００４２】水素または窒素アニールを行うとＶｏｃは
アニールをしない場合より増加するが、これは電子照射
により発生した欠陥がアニールによって次第に回復され
るからである。ここでは、電子照射のエネルギーが低い
ほどＶｏｃが増加する傾向を見せている。
アニールをしない場合より増加するが、これは電子照射
により発生した欠陥がアニールによって次第に回復され
るからである。ここでは、電子照射のエネルギーが低い
ほどＶｏｃが増加する傾向を見せている。
【００４３】また、水素アニールの例は、常に窒素アニ
ールの場合よりも高いＶｏｃを示している。５０ｋｅＶ
照射後Ｈ２，４００℃１時間のアニールをしたものが最
も高い電圧を示している。電子のエネルギーが高ければ
電子による欠陥はもっと深い所に起こるが，この欠陥は
水素と結合しにくくなる。
ールの場合よりも高いＶｏｃを示している。５０ｋｅＶ
照射後Ｈ２，４００℃１時間のアニールをしたものが最
も高い電圧を示している。電子のエネルギーが高ければ
電子による欠陥はもっと深い所に起こるが，この欠陥は
水素と結合しにくくなる。
【００４４】一方、電子のエネルギーが低ければ欠陥が
浅い所に生成されるので水素と結合は容易で，その部分
のバンドギャップが増加して太陽電池のＶｏｃが増加し
易くなることになる。これが、図６で５０ｋｅＶ電子照
射がもっと高いＶｏｃを見せる理由であると考えられ
る。
浅い所に生成されるので水素と結合は容易で，その部分
のバンドギャップが増加して太陽電池のＶｏｃが増加し
易くなることになる。これが、図６で５０ｋｅＶ電子照
射がもっと高いＶｏｃを見せる理由であると考えられ
る。
【００４５】―方，陽子線のようなイオンを照射すれば
欠陥が表面付近に薄い二つに配置されるので、水素アニ
ールすればもつと高いＶｏｃを見せることになる。この
時、陽子線エネルギーを５００ｋｅＶ以下とし１Ｅ１１
〜１Ｅ１４ｅ／ｃｍ２ぐらいのドーズで照射するとき生
じる欠陥は表面で１０ｕｍ以下程度となるので、水素と
の反応がさらに容易となる。
欠陥が表面付近に薄い二つに配置されるので、水素アニ
ールすればもつと高いＶｏｃを見せることになる。この
時、陽子線エネルギーを５００ｋｅＶ以下とし１Ｅ１１
〜１Ｅ１４ｅ／ｃｍ２ぐらいのドーズで照射するとき生
じる欠陥は表面で１０ｕｍ以下程度となるので、水素と
の反応がさらに容易となる。
【００４６】ここで、電子とイオンの欠陥生成深さが異
なるのは、電子とイオンの質量差の違いによるものであ
る。軽い粒子はエネルギーをゆっくり失いながら深く入
るが、重い粒子はシリコン原子との衝突によってエネル
ギーを急速に失うことになるので深く入ることができな
くなる。
なるのは、電子とイオンの質量差の違いによるものであ
る。軽い粒子はエネルギーをゆっくり失いながら深く入
るが、重い粒子はシリコン原子との衝突によってエネル
ギーを急速に失うことになるので深く入ることができな
くなる。
【００４７】ここで，電子照射によって生じた欠陥が１
００ｕｍぐらいの深さまでだけ生成されるということ
は、電力半導体で重要な役割を有するＩＧＢＴ，ＳＣＲ
などの電力半導体の動作時間を短縮する目的にも有効で
ある。高エネルギー電子線を用いると深部にも欠陥が生
成されてしまうが、個々で述べる低エネルギーの電子線
を用いると表面付近の処理を選択的に行うことができ
る。
００ｕｍぐらいの深さまでだけ生成されるということ
は、電力半導体で重要な役割を有するＩＧＢＴ，ＳＣＲ
などの電力半導体の動作時間を短縮する目的にも有効で
ある。高エネルギー電子線を用いると深部にも欠陥が生
成されてしまうが、個々で述べる低エネルギーの電子線
を用いると表面付近の処理を選択的に行うことができ
る。
【００４８】つまり、５００ｋｅＶ以下の電子照射は欠
陥がウエハーの一部分すなわち，表面付近でのみ生成さ
れるため、素子の抵抗増加を最小限にしながら半導体素
子の動作速度を増加することができるのである。
陥がウエハーの一部分すなわち，表面付近でのみ生成さ
れるため、素子の抵抗増加を最小限にしながら半導体素
子の動作速度を増加することができるのである。
【００４９】一方，アモルファスシリコン太陽電池はバ
ンドエネルギーが大きいためＶｏｃは高いが短絡回路電
流（ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ：
Ｉｓｃ）は結晶性シリコン太陽電池より小さい。従つ
て，単一の太陽電池を使用するよりも結晶性太陽電池と
アモルファス太陽電池を直列で連結した直列型太陽電池
（タンデムソーラーセル）形態を用いれば、長波長及び
短波長帯の光をすべて利用することになって太陽電池の
効率が増加する。
ンドエネルギーが大きいためＶｏｃは高いが短絡回路電
流（ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ：
Ｉｓｃ）は結晶性シリコン太陽電池より小さい。従つ
て，単一の太陽電池を使用するよりも結晶性太陽電池と
アモルファス太陽電池を直列で連結した直列型太陽電池
（タンデムソーラーセル）形態を用いれば、長波長及び
短波長帯の光をすべて利用することになって太陽電池の
効率が増加する。
【００５０】従って，二つの部分の出力電圧が同時に得
られることにより、より大きな出力電圧を得ることがで
きる直列型太陽電池を実現することができる。この時，
二つのｐｎ接合は拡散，イオン注入，エピタキシーなど
の方法で製作されることができる。イオン注入法による
ｐｎｐｎ構造の製作を例にとれば，ｎ型シリコンウエハ
ーの上面と下面にｐ型ドーパントを注入してｐｎ接合を
作る。この時、上側に注入されるイオンのエネルギーは
１００ｋｅＶ以下にして大部分のイオンを表面近くだけ
に位置させて一番目がｐｎ接合になる。
られることにより、より大きな出力電圧を得ることがで
きる直列型太陽電池を実現することができる。この時，
二つのｐｎ接合は拡散，イオン注入，エピタキシーなど
の方法で製作されることができる。イオン注入法による
ｐｎｐｎ構造の製作を例にとれば，ｎ型シリコンウエハ
ーの上面と下面にｐ型ドーパントを注入してｐｎ接合を
作る。この時、上側に注入されるイオンのエネルギーは
１００ｋｅＶ以下にして大部分のイオンを表面近くだけ
に位置させて一番目がｐｎ接合になる。
【００５１】一方，下面に注入されるイオンのエネルギ
ーは、５００ｋｅＶ程度にして注入されたイオンのガウ
ス分布が十分にウエハーの下部に注入され、それよりも
下部の構造はｎ型の状態で残されるので，全体的にはｐ
ｎｐｎ構造になるのである。
ーは、５００ｋｅＶ程度にして注入されたイオンのガウ
ス分布が十分にウエハーの下部に注入され、それよりも
下部の構造はｎ型の状態で残されるので，全体的にはｐ
ｎｐｎ構造になるのである。
【００５２】また，本発明による電子照射と水素アニー
ルを使用して半導体素子の光学特性及び少数キャリア再
結合特性を変化させる方法は、光吸牧特性を変化させ、
これによってシリコンの発光及び受光特性を向上させる
ことによって、シリコン基板の光素子，例えば，発光ダ
イオードやレーザーダイオードなどのような発光素子と
かフォトダイオード、フォトトランジスタや導波路（ｗ
ａｖｅｇｕｉｄｅ）などといった素子ヘの応用も可能と
なる。
ルを使用して半導体素子の光学特性及び少数キャリア再
結合特性を変化させる方法は、光吸牧特性を変化させ、
これによってシリコンの発光及び受光特性を向上させる
ことによって、シリコン基板の光素子，例えば，発光ダ
イオードやレーザーダイオードなどのような発光素子と
かフォトダイオード、フォトトランジスタや導波路（ｗ
ａｖｅｇｕｉｄｅ）などといった素子ヘの応用も可能と
なる。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子の光学特性
を間接遷移型から直接遷移型に変換して、少数キャリア
の再結合特性を高速化することができる。
を間接遷移型から直接遷移型に変換して、少数キャリア
の再結合特性を高速化することができる。
【図１】本発明の半導体素子を製造するための製造工程
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図２】ｐ型シリコンウエハーの光透過特性を比べたグ
ラフである。
ラフである。
【図３】電子の照射量とアニールガスによる透過特性を
比べたグラフである。
比べたグラフである。
【図４】水素プラズマアニールと水素分子アニールの透
過特性を比べたグラフである。
過特性を比べたグラフである。
【図５】ｎ型シリコンウエハーの光透過特性を比べたグ
ラフである。
ラフである。
【図６】シリコン太陽電池で電子照射とアニールによる
開放電圧の変化を示したグラフである。
開放電圧の変化を示したグラフである。
１０１ シリコン基板準備ステップ
１０２ 電子線照射ステップ
１０３ 水素アニールステップ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ジュンヨル ジョ
大韓民国，442−749，スウォン，パルダル
ーグ，ワォンチョン−ドン ５，アジョウ
ユニバーシティ内
Ｆターム(参考） 5F051 AA02 AA05 CA20 CA32 CA40
DA03 DA20 GA02 GA11 GA20
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体素子に５００ｋｅＶ以下のエネル
ギーを持つ電子を１×１０１６〜１×１０２０ｅ／ｃｍ
２の照射量により照射し、 上記電子が照射された半導体素子を水素または窒素雰囲
気で３００〜７００℃の温度でアニールすることによ
り、光学的特性及び少数キャリアの再結合特性を変化さ
せることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記半導体素子は、結晶性シリコン基板
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子
の製造方法。 - 【請求項３】 前記半導体素子は第１及び第２のｐｎ接
合が直列に連結された太陽電池であって，上記照射段階
で第１のｐｎ接合部位に電子を照射することを特徴とす
る請求項１に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記半導体素子は、発光素子であること
を特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記半導体素子は、受光素子であること
を特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記アニール処理は、水素プラズマを使
用して行われることを特徴とする請求項１に記載の半導
体素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記電子の照射は、陽子線等のイオンを
使用して実施されることを特徴とする請求項１に記載の
半導体素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記光学特性は電子の波長に対する透過
特性を示し、前記電子照射及びアニール処理を実施後の
波長に対する透過率は、前記電子の照射量に従って増大
することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製
造方法。 【特許項９】 間接遷移型の半導体素子に５００ｋｅＶ
以下のエネルギーを有する電子を１×１０１６〜１×１
０２０ｅ／ｃｍ２の照射量により照射し、 上記電子が照射された半導体素子を水素または窒素雰囲
気で３００〜７００℃の温度でアニールすることによ
り、上記半導体素子を間接遷移型から直接遷移型へと変
換することを特徴とする半導体素子の製造方法。 【特許項１０】 結晶性シリコン素子に５００ｋｅＶ以
下のエネルギーを有する電子を１×１０１６〜１×１０
２０ｅ／ｃｍ２の照射量により照射し、 上記電子が照射された半導体素子を水素または窒素雰囲
気で３００〜７００℃の温度でアニールすることによ
り、上記結晶性シリコン素子を水素化アモルファスシリ
コン素子に変換することを特徴とする半導体素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109945A JP2003303983A (ja) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | 半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109945A JP2003303983A (ja) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | 半導体素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003303983A true JP2003303983A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29393225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002109945A Pending JP2003303983A (ja) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | 半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003303983A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101816025B1 (ko) * | 2016-09-12 | 2018-01-08 | 인하대학교 산학협력단 | 직접 천이형 게르마늄 기판, 이를 포함하는 광전소자 및 그 제조방법 |
-
2002
- 2002-04-12 JP JP2002109945A patent/JP2003303983A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101816025B1 (ko) * | 2016-09-12 | 2018-01-08 | 인하대학교 산학협력단 | 직접 천이형 게르마늄 기판, 이를 포함하는 광전소자 및 그 제조방법 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051214 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060203 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060906 |