JP2005026534A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the problem that a high temperature is required for a thermal oxidation film in a passivation technology used for a conventional solar cell, a thermal influence on a substrate is large, and a facility cost becomes expensive in a hydrogen plasma or hydrogen annealing. <P>SOLUTION: A semiconductor device which operates based on a carrier formed or induced in a semiconductor includes an insulating film formed on the surface of the semiconductor by coating the surface of the semiconductor with a film forming liquid obtained by dissolving liquid or solid having an Si-H bond in an organic solvent, etc., drying the semiconductor, and baking the semiconductor at 400 to 800°C. In this semiconductor device, a film having a refractive index of 1.4 or more and a refractive index or less of a silicon substrate is formed on the photodetecting surface side of a pn structure silicon solar cell, and a hydrogenated silicon oxide film by the film forming liquid is installed on the film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【００１３】
式中、ｎ_０：大気または保護ガラスまたは耐候性シートの屈折率（≒１〜１．４）、ｎ_１：反射防止膜の屈折率、ｎ_ｓ：シリコン基板の屈折率（≒３．５〜４）であるので、ｎ_１は２程度が望ましい。
【００１４】
また、反射防止膜として屈折率の異なる複数の膜を積層して形成する方法もある。この場合、反射防止膜の屈折率を大気または保護ガラスまたは耐候性シートに近い側からｎ_１、ｎ_２、・・・、ｎ_ｐ、・・・ｎ_ｑ（ｐ＝１、２、３・・・、ｑ；ｑ＝反射防止膜の積層数）、それぞれの膜の膜厚をｔ_１、ｔ_２、・・ｔ_ｐ、・・・ｔ_ｑとすると、反射防止膜のそれぞれの屈折率は下記式（２）〜（４）を満たすことが望ましい。
【００１５】
【数２】

【００１６】
上式より、反射防止効果は、理想的には、反射防止膜の積層数が多いほど良いと言えるが、上式を満たす材料の種類には限界があり、積層するにつれ反射防止効果の増加の割合は急激に低下すること、また、積層するほどプロセスが複雑になることから、反射防止膜の積層数は１または２が適当である。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１０−４１５３１号公報
【特許文献２】
特開平７−１８３５５２号公報
【特許文献３】
特開平７−７４１６７号公報
【非特許文献１】
「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ」、７８−５、ｐ．３４５７〜３４６１（１９９５）
【非特許文献２】
「電子材料」、ｐ．６５〜６９（２００１年４月号）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、熱酸化膜を用いた場合、シリコン基板との良好な界面特性を得ることができるが、１０００℃以上の高温熱処理が要求され、基板への熱的影響、消費電力等の製造コスト、熱酸化炉等の高価な製造設備が必要といった課題があった。また、半導体内部のパッシベーションには別手法の併用が必要であるが、例えば水素によるパッシベーション後に高温の熱酸化プロセスを行った場合には、水素の離脱によってパッシベーション効果が消失するといった課題があった。また、水素プラズマ或いは水素アニールのいずれも設備費用が非常に高価になるという課題があった。
【００１９】
また、プラズマＣＶＤ法で非晶質の水素化窒化シリコン膜を成膜する方法では、高い反射防止効果とパッシベーション効果とを同時に備える点が長所であるが、設備費用が非常に高価であり、また、基板表面にプラズマダメージを与え、シリコン基板表面に新たな欠陥をつくるという課題があった。
以上のことから、熱酸化法、水素プラズマ、水素アニール、プラズマＣＶＤ法より簡便かつ低温で、熱酸化膜と同等レベルのシリコン基板との良好な界面特性が得られ、かつ、製造コストの大幅な増大を招かない手法が求められている。
【００２０】
一方、簡単な方法で絶縁膜を形成する手法としてスピンオングラス（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ：ＳＯＧ）膜が知られている。例えば、特開２０００−２８６２５４号公報では、ＳＯＧ膜形成材料（水素シルセスキオキサン）を酸化性ガス雰囲気で、８００℃以上の高温処理することにより、残留水素を低減した緻密な層間絶縁膜の形成方法が開示されている。しかし、該公報では、ＳＯＧ膜とシリコン基板との界面特性については記載されていない。また、ＳＯＧ膜形成材料に含まれるＳｉ−Ｈ結合の水素についても、酸化性ガス雰囲気で、８００℃以上の高温で焼成することにより水として離脱させ、その後の工程での水素発生を抑制しているだけで、シリコン基板との界面特性、基板内部の特性、および、水素パッシベーションに関することは何ら情報開示されていない。
【００２１】
そこで発明者らは、特願平２００２−１４８９９６号において、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成液体を４００℃以上、８００℃以下で焼成することにより、材料中の水素原子を利用して、低温かつ簡便な製造プロセスで、基板内部のダングリングボンド密度を低減させた半導体デバイス、および、その製造方法を提供した。
しかしながら、上記発明に基づいて太陽電池の受光面側に前記のＳＯＧ膜を成膜した場合、前記の膜の屈折率は１．４程度であり、前述した反射防止効果を得るために最適な屈折率の２程度に比べると非常に小さく、十分な反射防止効果が得られず、高効率な太陽電池が得られないという問題点があった。
【００２２】
本発明は、上述した課題に対し、低温かつ簡便な製造プロセスで、半導体内部のダングリングボンド密度、および／または、半導体表面の表面準位密度を低減させた半導体デバイス、およびその製造方法を提供することを目的とする。加えて本発明は、上記問題点を解決して、プロセスが比較的簡略で、且つエネルギー変換効率が高いという特徴を有する太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体の内部で生成または誘起されたキャリアに基づいて動作する半導体デバイスであって、Ｓｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体（以下、Ｓｉ−Ｈ塗料とも略称する）を半導体の表面に塗布し、乾燥し、４００℃以上、８００℃以下で焼成することによって形成された絶縁膜をその表面に有することを特徴とする半導体デバイスに関する。
本発明は、特に前記膜形成液体がスピンオングラス（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ：ＳＯＧ）である上記の半導体デバイスに関する。
詳しくは、本発明は、複数種類の導電型の半導体がその厚さ方向に順次配置された光電変換素子であって、その最上面の半導体、および、その最下面の半導体の少なくとも一方の表面に接するように、前記絶縁膜が設けられている上記の半導体デバイスに関する。
また、本発明は、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有し、前記絶縁膜が、半導体層表面に接するように配置されている上記いずれかの半導体デバイスに関する。
【００２４】
また、本発明は、Ｓｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体を塗布した膜形成材料を半導体表面に形成する工程、および
この膜形成材料を４００℃以上、８００℃以下で焼成する工程を含むことを特徴とする上記いずれかに記載の半導体デバイスの製造方法に関する。
【００２５】
本願は、もうひとつの発明として、半導体デバイスが、第一導電型の多結晶シリコン基板の受光面側に第二導電型の不純物をドーピングすることによりｐｎ構造を有したシリコン太陽電池であり、その受光面側に、Ｓｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体を塗布し、乾燥し、焼成することにより、前記の液体に基づく膜を形成した後にこの膜を除去し、次いでその面に反射防止膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
【００２６】
更に、本発明は、半導体デバイスが、第一導電型の多結晶シリコン基板の受光面側に第二導電型の不純物をドーピングすることによりｐｎ構造を有したシリコン太陽電池であり、その受光面側に、屈折率が１．４以上かつシリコン基板の屈折率以下の第一の膜を形成した後に、該第一の膜の上に、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体を塗布、焼成して第二の膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法に関する。
特に、ひとつの方法では、本発明は、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体の焼成温度がＳｉ−Ｈ結合を分解する温度以下であり、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体の焼成を行った後の工程で、Ｓｉ−Ｈ結合を分解する温度以上に加熱される工程が行われる上記の太陽電池の製造方法に関する。
もうひとつの方法では、本発明は、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体の焼成温度がＳｉ−Ｈ結合を分解する温度以上である上記の太陽電池の製造方法に関する。
加えて、本発明は、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体の焼成をＳｉ−Ｈ結合を分解する温度以上で行った後の工程で、Ｓｉ−Ｈ結合を分解する温度以上に加熱される工程が行われない上記の太陽電池の製造方法に関する。
より好ましい態様では、本発明は、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体の塗布をインクジェット法を用いて行う上記の太陽電池の製造方法に関する。
更に、本発明は、上記のいずれかに記載の製造方法によって製造された太陽電池に関する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明は、Ｓｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体（Ｓｉ−Ｈ塗料）中に含まれるＨ原子を膜形成プロセスで拡散させ、基板内部または内部の欠陥を終端するように機能させることにより得られる、太陽電池を含む高性能の半導体デバイスとその製造方法に関する。
本発明は、「半導体表面に形成されたＳｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体、特にＳＯＧ膜形成材料、を４００℃以上、８００℃以下の温度で焼成することによって、良好な半導体特性、および／または、良好な絶縁膜／半導体界面特性が得られる」という新たな知見に基づいてなされたものであるため、先ず、その内容について説明する。
【００２８】
この基礎実験には、図２に示すような絶縁膜２／半導体１／絶縁膜２なる構造の評価用サンプル１０を準備し、反射マイクロ波光導電減衰法によって、半導体１内の少数キャリアの実効ライフタイムτを測定した。ここで、実効ライフタイムτは、半導体１内部のバルクライフタイムτ_ｂと、半導体１表面（絶縁膜２／半導体１の界面）の表面ライフタイムτ_ｓとによって下式（５）のように表され、半導体１表面の表面準位密度（絶縁膜２／半導体１界面の界面準位密度）が小さい場合にはτ_ｓが大きくなる結果、実効ライフタイムτが大きくなる。また、半導体内部のＤＢ等の欠陥が少なくなっても、バルクライフタイムτ_ｂが大きくなって実効ライフタイムτが大きくなる。すなわち、実効ライフタイムτの測定によって絶縁膜２／半導体１の界面特性、および、ＤＢ等の半導体内部特性を評価できる。
【数３】

【００２９】
次に、実験に用いた評価用サンプル１０について説明する。半導体１には、ＣＺ−ｐ型（１８Ω・ｃｍ）の単結晶ウエハーを用いた。また、絶縁膜２には、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料（東京応化製ＳＯＧ材料：ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ１０、または、Ｔｙｐｅ１２）を焼成することによって得られるＳｉＯ_２膜を用いた。評価用サンプル１０の作製手順は、以下の通りである。先ず、Ｓｉ基板１の表面清浄化のため、フッ酸エッチング（自然酸化膜を除去）と純水リンスを行った。次に、Ｓｉ基板１の第１面にＳＯＧ材料をスピンコート法により塗布し、オーブン中で乾燥させた。乾燥条件は、８０℃、および、２００℃の２段階で行った。続いて、第２面にも同様の手順でＳＯＧ膜形成材料を塗布、乾燥させた。その後、窒素雰囲気の焼成炉で乾燥させたＳＯＧ膜形成材料を焼成して絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）２を形成した。
【００３０】
焼成温度に対する実効ライフタイムの結果を図１に示す。図中、Ｌ１は、Ｓｉ基板１のパッシベーションを熱酸化膜で行った場合の実効ライフタイムを、Ｌ２は、表面パッシベーションを行わないベアのＳｉ基板の実効ライフタイムを示している。また、◇印は、前記の東京応化製ＳＯＧ材料：ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ１０（以下、Ｔ１０と省略して記載する）を用いた結果を示し、□印は、Ｔｙｐｅ１２（以下、Ｔ１２と記載する）を用いた結果を示している。
【００３１】
図１より、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料を４００℃で焼成すれば、その実効ライフタイムは、Ｌ２で示したベアのＳｉと大差はないが、増大傾向が伺える。また、６００℃で焼成した場合、Ｌ１で示した熱酸化膜と同等以上の実効ライフタイムを示している。しかし、さらに８００℃まで焼成温度を上げると実効ライフタイムが低下するという知見が得られた。そして、このような実効ライフタイムτの焼成温度依存性は、膜構造の異なるＴ１０、および、Ｔ１２で同様の挙動を示すという知見も得られた。
【００３２】
比較のため、図３に、Ｓｉ−Ｈ結合を有しないＳＯＧ膜形成材料（東京応化製ＳＯＧ材料：ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ２（以下、Ｔ２と記載する）を用いた場合の結果（○印）を示している。図３より、Ｔ２を用いた場合、４５０℃で焼成することにより、実効ライフタイムτが増大する傾向が伺えるが、熱酸化膜相当のライフタイムＬ１が得られるのは７００〜８００℃以上の温度である。
【００３３】
上記の実験結果の解釈について図４、および、図５を参照して説明する。まず、図５を参照してＴ２の実験結果の解釈について説明する。尚、同図、および、以下の説明では、Ｔ２の組成式を、より一般的な形態、Ｓｉ（ＯＲ）_ｍ（ＯＨ）_４−ｍ（ＲはＣＨ_３などの炭化水素基）として記述している。Ｔ２を塗布する前のＳｉ基板１は、ＨＦエッチングと純水リンス工程により、その表面はＳｉ−ＯＨが形成されている。Ｔ２をＳｉ基板１の表面に塗布し４５０℃より高い温度で焼成すると、ＳＯＧ材料内部のシラノール化合物同士のクロスリンク反応と同時に、ＳＯＧ／Ｓｉ界面においても下式（６）（７）に示すような化学反応が起こり、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成される。そして、このＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合によってＳｉ表面の表面準位密度が低減され、良好な絶縁膜／半導体界面が得られる。ここで、上記のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合反応は、ＳＯＧ膜形成材料の焼成温度の増大に伴って促進され、焼成温度が７００〜８００℃以上で、熱酸化膜と同等以上の良好な絶縁膜／半導体界面特性が得られる、と考えられる。
【００３４】
【数４】

【００３５】
次に、図４を基に、Ｔ１０、および、Ｔ１２のようなＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料を用いた場合の解釈について説明する。ＳＯＧ膜形成材料を塗布する前の半導体表面、および、その内部には、Ｓｉ原子が他の原子と結びついていないＤＢが存在している。そのような半導体表面にＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料を塗布し、４００℃以上の温度で焼成することにより、Ｓｉ−Ｈ結合から離脱した、Ｈ（水素）が、半導体内部、および／または、半導体表面のＤＢを終端することにより良好な半導体内部特性、および／または、良好な絶縁膜／半導体界面特性が得られていると考えられる。当然、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料でも前述したようなＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合反応による界面特性の向上も寄与しているが、離脱した水素による水素パッシベーション効果により６００℃以下の低温で、実効ライフタイムが熱酸化膜相当以上に増大した、と推察できる。また、８００℃以上の高温焼成では、再度、水素離脱が起こるが、図５のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合反応がより効果を発揮するため、実効ライフタイムは低下するが大幅な低下にはならない、と推察できる。
【００３６】
つまり、Ｓｉ−Ｈ結合を持たないＳＯＧ膜形成材料による絶縁膜／半導体界面特性向上は、基本的に熱酸化膜による機構と同じで、絶縁膜／半導体界面におけるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の生成によりなされているが、Ｓｉ−Ｈ結合を有したＳＯＧ膜形成材料による半導体特性の向上は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の生成に加え、より低温で効果のある水素パッシベーション効果が加わることで達成されていると考えられる。そして、この水素パッシベーション効果は、半導体表面（絶縁膜／半導体界面）だけでなく、半導体内部のＤＢにも効果があると考えられる。
【００３７】
本発明は、上記基礎実験より得られた知見に基づき、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料の焼成によって形成される、内部ＤＢ密度を低減した半導体、および／または、界面準位密度の低い良好な絶縁膜／半導体界面を半導体デバイスに適用したものである。以下、その具体的な実施形態について説明する。
【００３８】
〔第１の形態〕
第１の形態は、Ｓｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体（Ｓｉ−Ｈ塗料）を半導体の表面に塗布し、乾燥し、４００℃以上、８００℃以下で焼成することによって形成された絶縁膜をその表面に有する半導体デバイスである。これを以下の３つの実施例によって説明する。
【００３９】
実施例 １
本実施形態は、上記のＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料の焼成によって形成される、内部ＤＢ密度を低減した半導体、および／または、絶縁膜／半導体界面を、太陽電池の表面パッシベーション膜に適用するものであり、図６は、この太陽電池１００の断面構造を示している。図６において、１０１ａは、単結晶または多結晶の半導体基板であって、その上面には、半導体基板１０１ａと逆の導電型を有する半導体層１０１ｂを形成している。１０３は、半導体基板１０１ａの下面側に部分的に形成された、高濃度ドーパント領域である。例えば、半導体基板１０１ａがｐ型Ｓｉウエハーであれば、１０１ｂはｎ＋型のＳｉ層で、１０３はｐ＋型領域となる。１０２ａ、および、１０２ｂは、それぞれ、半導体基板１０１ａの下面、および、半導体層１０１ｂの上面に形成された絶縁膜であって、これらの絶縁膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料を４００℃以上、８００℃以下で焼成されたものである。より好ましくは、水素パッシベーション効果の大きい、４００℃以上、６００℃以下で焼成されたものである。１０４、および、１０５は、それぞれ、下面電極、および、上面電極である。
【００４０】
次に、太陽電池１００の製造方法を、半導体基板１０１ａがｐ型Ｓｉウエハーである場合を例にとって説明する。先ず、Ｐ_２Ｏ_５（固体）、ＰＯＣｌ_３（液体）等を用いたリン（Ｐ）のガス拡散法によって、ｐ型Ｓｉウエハー１０１ａの上面にｎ＋型のＳｉ層１０１ｂを形成する。尚、ｎ＋型Ｓｉ層１０１ｂの形成方法は、前記ガス拡散法に限らずＰＳＧ膜の焼成等による固相拡散法で形成することもできる。次にｐ型Ｓｉウエハー１０１ａの下面を混酸でエッチングし、ｎ＋型Ｓｉ層１０１ｂの形成と同時に下面側に形成されたｎ＋型Ｓｉ層を除去する。
【００４１】
エッチング後は、純水リンス、オゾン水処理などの親水化処理によってｐ型Ｓｉウエハー１０１ａの下面がＯＨ基で覆われた状態としておく。そして、このｐ型Ｓｉウエハーの下面に、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料（東京応化製：ＯＣＤ Ｔ−１２）をスピンコート法により塗布する。塗布後、８０℃、３０分→２００℃、３０分の乾燥処理を通常の温風循環型のオーブンで実施する。ＳＯＧ乾燥工程後、Ｎ_２雰囲気の焼成炉で、４００℃以上、８００℃以下の温度で焼成を行い、下面側に絶縁膜１０２ａを形成する。
同様にして上面に絶縁膜１０２ｂを形成する。
【００４２】
次に、フォトエッチング法により下面側の絶縁膜１０２ａに開口部を形成する。そして、この開口部を通して、ｐ型Ｓｉ基板の下部に熱拡散などによってボロン（Ｂ）をドープし、ｐ＋型領域１０３を形成する。なお、ｐ＋型領域１０３は、下部電極１０４とのオーミックコンタクトを形成するために、または、キャリア再結合防止用の内蔵電界を形成するために設けられるものであり、その形成方法は、Ｂの熱拡散に限らず、ｐ＋型微結晶Ｓｉ層を堆積する方法であっても良い。次に、蒸着法やスパッタ法によりアルミニウム（Ａｌ）等の下面側電極１０４を形成し、その後、フォトエッチング法によって上面側の絶縁膜１０２ｂに開口部を形成し、蒸着法などを用いてグリッド状の上面側電極１０５を形成する。
【００４３】
上記のようにして作製された太陽電池１００の上面から太陽光を照射すると、ｐ型Ｓｉウエハー１０１ａ、および、ｎ＋型Ｓｉ層１０１ｂの内部で、電子−正孔対が生成される。そして、ｐ型Ｓｉウエハー１０１ａ中の過剰小数キャリア（電子）はｎ＋型Ｓｉ層１０１ｂ内に、また、ｎ＋型Ｓｉ層１０１ｂ中の過剰小数キャリア（正孔）はｐ型Ｓｉウエハー１０１ａ内にそれぞれ移動し、これによって太陽電池１００が発電する。ここで、ｐ型Ｓｉウエハー、および、ｎ＋型Ｓｉ層の内部ＤＢが多い、および／または、絶縁膜との界面における半導体表面準位密度が大きければ、上記の過剰小数キャリアが再結合して太陽電池の変換効率が低下してしまう。しかし、本実施形態の太陽電池１００では、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料を４００℃以上、８００℃以下で焼成して絶縁膜１０２ａ、および、１０２ｂを形成しているため、ｐ型Ｓｉウエハー、および、ｎ＋型Ｓｉ層の内部ＤＢが低減されているため、および／または、絶縁膜／半導体界面の界面準位が低減されているため、上記のような再結合損失が防止（低減）され、その結果、太陽電池の高効率化を図ることができる。しかも、絶縁膜形成には、熱酸化膜のような１０００℃以上の高温処理が必要でないため消費する熱エネルギー（消費電力）の低減ができる。さらに、プロセスの低温化により、太陽電池内のドーパントの再分布や炉内での基板外部からの汚染、および、半導体基板にかかるサーマルショックなどの心配も少なく、特に、多数の結晶粒界が存在し、また、機械的強度の低い多結晶基板を用いた場合に効果的である。また、特別な水素パッシベーションプロセスを用いないため、製造時間、製造コストの低減を図ることもできる。また、多結晶基板を用いた場合、結晶粒界に多数のＤＢが存在するため水素パッシベーション効果がより効果的である。
【００４４】
なお、上記した太陽電池１００の上側の絶縁膜１０２ｂは、表面再結合防止用のパッシベーション膜であると同時に、反射防止膜としても作用させることができるが、反射防止効果をさらに高めるために、この絶縁膜１０２ｂの上にＴｉＯ_２等の別の反射防止膜を積層配置してもよい。また、上記実施例では、絶縁膜を太陽電池１００の上面側および下面側の両方に配置する例を示したが、何れか一方に配置したものでもよい。例えば、ＳＯＧ膜形成材料の焼成による絶縁膜を上面側１０２ｂのみとし、下面側は、絶縁膜１０２ａを配置する代わりに公知のＢＳＦ構造としてもよい。また、ＳＯＧ膜形成材料の焼成による絶縁膜をした下面側１０２ａのみとし、上面側には、絶縁膜１０２ｂを配置する替わりに、プラズマＣＶＤ法などによって形成されるＳｉＮｘ膜などを配置してもよい。
【００４５】
また、上記ではＳＯＧ膜形成材料をスピンコート法によって塗布する例について説明したが、スプレー法やインクジェット法によって塗布してもよい。特に、インクジェット法によって塗布する場合には、開口パターンを有する下面側の絶縁膜１０２ａがフォトリソプロセスを用いずに形成できるため、製造プロセスの短縮、製造コストの低減が図れる。また、膜形成に必要な量を塗布することができるためＳＯＧ膜形成材料の損失を低減することができる。なお、インクジェット法によりＳＯＧ膜形成材料を安定して塗布するために、グリセリン等の表面張力が大きく、かつ、粘度の高い溶剤を適宜、ＳＯＧ膜形成材料と混合しても同様の効果が得られる。
【００４６】
実施例 ２
本実施形態は、上記のＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料の焼成によって形成される半導体改質、および／または、絶縁膜／半導体界面を、ＭＩＳ型トランジスタのゲート絶縁膜／半導体界面に適用するものであり、図７は、このＭＩＳ型トランジスタ２００の概略断面構造を示したものである。
図７において、２０１はｐ型（またはｎ型）の単結晶半導体基板、２０２はＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料の焼成によって形成されるゲート絶縁膜、２０４はゲート電極、２０３ａ、２０３ｂは、半導体基板２０１に形成されたソース、ドレイン領域、２０５はチャネル領域である。
【００４７】
次に、ＭＩＳ型トランジスタ２００の製造方法を説明する。まず、半導体基板２０１の表面をＲＣＡ洗浄等によって洗浄した後、純水リンス、オゾン水等の親水化処理によって表面をＯＨ基で覆われた状態にしておく。続いて、この半導体基板２０１の表面にＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料をスピンコート等により塗布する。塗布後、最高２００℃程度で乾燥させた後、窒素雰囲気の焼成炉で、４００℃以上、８００℃以下（好ましくは、６００℃以下）の温度で焼成してゲート絶縁膜２０２を形成する。この過程において、図４、および、図５に示した反応が起こり、半導体基板２０１の内部のＤＢ密度、および、表面準位密度が低減され、良好な半導体膜特性、および、界面準位密度の低い良好な絶縁膜／半導体界面が得られる。そして、ゲート絶縁膜２０２、および、ゲート電極２０４がフォトエッチング法によって図示のような形状となされ、これらをマスクとするイオン注入法によって、ｎ型（またはｐ型）のソース、ドレイン領域２０３ａ、２０３ｂが形成される。
【００４８】
上記のようにして作製されたＭＩＳ型トランジスタは、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料の焼成による絶縁膜２０２の形成、および、形成プロセスによって、ゲート絶縁膜２０２／半導体基板２０１界面の界面準位密度、および、半導体基板２０１のＤＢ密度が低減されている。したがって、ゲート電極２０４への電圧印加によりチャネル領域２０５に誘起されるキャリアは、ゲート絶縁膜２０２／半導体基板２０１界面、または、半導体基板２０１のＤＢにトラップされることが少なくなり、良好なスイッチング特性が得られようになる。
【００４９】
すなわち、本発明によるゲート絶縁膜２０２の形成では、１０００℃以上の高温が必要な熱酸化、または、８００℃以上が好ましいＳｉ−Ｈ結合を有しないＳＯＧ膜形成材料の焼成より低温プロセスで同等の半導体特性が得られるため、製造エネルギーの削減、製造時間の短縮等の製造コスト低減が図られる。また、８００℃以下の低温プロセスであるため、半導体基板２０１にかかる熱ダメージの心配も少なくなる。さらに、焼成炉に要求される焼成中の金属汚染等に対しても低温プロセスである程、有利であり、より安価な焼成炉の使用、焼成炉の空焼きプロセス条件緩和等の製造上の効果も得ることができる。
【００５０】
尚、上記の製造方法では、スピンコート法によって塗布する例について説明したが、スプレー法やインクジェット法によって塗布しても良く、この手法によれば、第１の実施形態で示したように、使用するＳＯＧ膜形成材料の低減が図られ、製造コストを低減することができる。さらに、インクジェット法によって塗布する場合には、パターン形状のゲート絶縁膜２０２を高価な装置を必要とするフォトリソプロセスを用いずに形成することができるため、大幅な製造コストの低減を図ることができる。また、Ｔ１０、Ｔ１２等のＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料にグリセリン等の表面張力、粘度の大きな溶剤を適宜、混合してインクジェット法に適した粘度、表面張力に調整しても同様の効果が得られる。
【００５１】
実施例 ３
本実施形態は、上記のＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料の焼成によって形成される半導体改質、および／または、絶縁膜／半導体界面を、ＭＩＳ構造のトップゲート型ＴＦＴのゲート絶縁膜／半導体界面に適用するものであり、図８は、このトップゲートＴＦＴ３００の概略断面構造を示したものである。図８において、３０７は、ガラスや石英などの基板、３０５は、ＳｉＯ_２膜で、プラズマＣＶＤ法や塗布材料の焼成によって形成される。３０１は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等によって形成されるアモルファスや微結晶の半導体膜、または、この半導体膜に熱処理やレーザーアニール処理を施して形成される多結晶の半導体膜である。３０２は、本発明に係わるＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料を焼成して形成されるゲート絶縁膜である。３０４はゲート電極、３０８は、プラズマＣＶＤ法や塗布材料を焼成によって形成される層間絶縁膜である。３０１ａは、真性半導体膜からなるチャネル領域、３０１ｂ、３０１ｃは、半導体膜３０１にイオン注入することによって形成されるｎ型（またはｐ型）のソース、ドレイン領域である。３０６ｂ、３０６ｃは、それぞれ、ソース電極、ドレイン電極である。
【００５２】
次に、トップゲート型ＴＦＴ３００の主要部の製造方法を説明する。半導体膜３０１が形成された状態において、まず、この半導体膜３０１の表面を、フッ酸エッチング、純水リンス、および、オゾン水等による親水化処理工程により、その表面をＯＨ基で覆われた状態にしておく。続いて、この半導体膜３０１の表面に、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料をスピンコート法により塗布し、最高２００℃程度の温度で乾燥させた後、窒素雰囲気で、４００℃以上、８００℃以下、好ましくは、４００℃以上、６００℃以下の温度で焼成してゲート絶縁膜３０２を形成する。この過程において、図４、および、図５に示したように、ＳＯＧ膜（ゲート絶縁膜３０２）／Ｓｉ（半導体膜３０１）界面においてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成されると共に、Ｓｉ（半導体３０１）表面のＯＨ基で覆われていないＤＢ、および、Ｓｉ（半導体３０１）内部のＤＢが、ＳＯＧ膜形成材料の分解過程で離脱した水素（Ｈ）原子等によってパッシベーション（水素終端）される。なお、ＳＯＧ膜形成材料の焼成温度は、基板３０７材料に応じて、その耐熱温度以下にする。本発明によるＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料においては、６００℃以下の焼成でも優れた効果が得られるため、安価なガラス基板を用いたデバイスにも適用できる。次に、ゲート絶縁膜３０２の上に、スパッタ法等によってＡｌなどでゲート電極３０４を形成する。
【００５３】
ここで、トップゲート型ＴＦＴのゲート絶縁膜には、一般にプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ_２膜が用いられることが多いが、この場合にはプラズマにより半導体膜３０１がダメージを受けるので、良好なスイッチング特性を得るのが難しい。これに対して、本実施形態のトップゲート型ＴＦＴ３００では、プラズマを用いることなく、ＳＯＧ膜形成材料を塗布・焼成することでゲート絶縁膜を形成しているので半導体膜３０１にダメージを与えない。さらに焼成過程で離脱した水素によるＤＢ終端効果が期待できる。さらに、ゲート絶縁膜３０２／半導体膜３０１の界面準位密度が低減されている。
【００５４】
したがって、ゲート電極３０４への電圧印加によりチャネル領域３０１ａに誘起されるキャリアは、ゲート絶縁膜３０２／半導体膜３０１界面、または、半導体３０１内部のＤＢにトラップされることなくソース・ドレイン領域３０１ｂ、３０１ｃの間を移動し、これによって良好なスイッチング特性が得られる。しかも、ゲート絶縁膜３０２の形成には、プラズマＣＶＤ装置のような大掛かりで、高価な真空装置を必要としないため、設備投資の抑制、製造コストの低減につながる。すなわち、本実施形態によれば、製造プロセスを簡略にしながら、スイッチング特性に優れたトップゲート型ＴＦＴを製造することができる。なお、上記の製造方法の説明では、ＳＯＧ膜形成材料をスピンコート法によって塗布する例であったが、スプレー法やインクジェット法によって塗布してもよい。これらの手法では基板を回転させる必要がなく、大型の角型基板に対してもライン方式で均一にゲート絶縁膜３０２を形成することができる。
【００５５】
〔第２の形態〕
第２の形態は、半導体デバイスが、第一導電型の多結晶シリコン基板の受光面側に第二導電型の不純物をドーピングすることによりｐｎ構造を有したシリコン太陽電池であり、その受光面側に、Ｓｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体（Ｓｉ−Ｈ塗料）を塗布し、乾燥し、焼成することにより、前記の材料に基づく膜を形成した後にこの膜を除去し、次いでその面に反射防止膜を形成した太陽電池の製造方法である。
【００５６】
実施例 ４
この太陽電池の製造法を図９の工程図を用いて説明する。
ｐ型のシリコン基板４０１の受光面側にリン等のＶ族不純物を拡散させてｎ層４０２を形成し、ｐｎ接合を形成する（図９（ａ））。この場合、シリコン基板にｎ型のものを用い、ホウ素等のＩＩＩ族不純物を拡散させてｐ層を形成することによりｐｎ接合を形成してもよい。シリコン基板は多結晶シリコン基板または、単結晶シリコン基板を用いる。
次に、シリコン基板４０１の受光面側にＳｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を有機溶剤などに溶解した液体（Ｓｉ−Ｈ塗料）４０３を塗布する（図９（ｂ））。塗布の方法はスプレー法、スピン法、ディップ法など様々な方法が適用可能である。塗料としては、Ｓｉ−Ｈ結合を有するシラノール化合物と有機溶剤を混合したものが用いられ、例えば、トリフェニルシラン（Ｃ_６Ｈ_５）_３ＳｉＨを有機溶剤に溶解したもの、東京応化製ＯＣＤ、Ｔ１０、Ｔ１２のようなＳｉ−Ｈ結合を有する有機化合物を有機溶剤に溶解したものを用いる。
【００５７】
塗料を塗布後、乾燥、焼成を行い、Ｓｉ−Ｈ塗料に基づく膜４０４を形成する（図９（ｃ））。塗料に基づく膜はＳｉ−ＯとＳｉ−Ｈ結合が混在する分子構造を有する膜である。乾燥は塗料中の有機溶剤を除去するために行い、８０℃から２００℃程度で行う。
焼成は塗料を結晶化して塗料に基づく膜を形成するとともに、塗料中のＨ原子をシリコン基板内部に拡散させるために行い、４００℃以上６００℃以下で行う。６００℃以上で行えば塗料中のＨ原子が離脱し、所望の効果を得られない。この工程により塗料中のＨ原子がシリコン基板内部に侵入し、シリコン基板に多結晶基板を用いた場合は、そのうちの一部が粒界のパッシベーション効果を示す。
【００５８】
塗料を焼成後、ふっ酸などを用いてＳｉ−Ｈ塗料に基づく膜４０４を除去する（図９（ｄ））。
その後、反射防止膜４０５、裏面電極４０６、表面電極４０７を形成し、太陽電池となる（図９（ｅ））。反射防止膜、表面電極、裏面電極形成の工程の順番は不問である。例えば、裏面電極を形成後、シリコン基板の受光面側に塗料を塗布、乾燥、焼成、剥離を行った後、反射防止膜および表面電極を形成してもよい。
裏面電極にアルミニウムペーストを印刷、焼成してｐ＋層と裏面電極を同時に形成する方法を用いる場合、アルミニウムペーストの焼成により発生した空孔を前記のＨ原子が終端し、キャリアの裏面再結合を抑制するため、高いパッシベーション効果が得られる。
本実施例により、プラズマ装置を使用しない、非常に簡便な方法で水素プラズマパッシベーションと同様の効果を得られる太陽電池を製造することを可能とする。
【００５９】
〔第３の形態〕
第３の形態は、半導体デバイスが、第一導電型の多結晶シリコン基板の受光面側に第二導電型の不純物をドーピングすることによりｐｎ構造を有したシリコン太陽電池であり、その受光面側に、屈折率が１．４以上かつシリコン基板の屈折率以下の第一の膜を形成した後に、該第一の膜の上に、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した膜形成液体を塗布、焼成して第二の膜を形成した太陽電池である。
【００６０】
第３の形態の方法により得られる太陽電池の断面図の一例を図１０に示す。
本発明の太陽電池はｐ型の単結晶もしくは多結晶シリコン基板５０１中に、ｐ層５０２、Ｖ族不純物領域であるｎ層５０３、高濃度のＩＩＩ族不純物領域であるｐ＋層５０４で構成される。
なお、シリコン基板５０１はｐ型としたが、ｎ型であってもよく、その場合５０２がｎ層、５０３がｐ層、５０４はｎ＋層となる。
受光面側には屈折率が１．４以上でかつｐ型のシリコン基板の屈折率以下の反射防止膜５０５、Ｓｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した液体である膜形成材料（Ｓｉ−Ｈ塗料）を焼成することにより得られる膜（以下、水素化酸化シリコン膜とも略称する）５０６が積層され、さらに、受光面側には表面電極５０７、受光面と反対側には裏面電極５０８が形成され、太陽光などが照射されることにより発生した電力を取り出す仕組みになっている。
【００６１】
Ｓｉ−Ｈ塗料は、Ｓｉ−Ｈ結合を有するシラノール化合物と有機溶剤を混合したものが用いられ、例えば、Ｓｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｈ結合を持つ東京応化製ＯＣＤのＴ１０、Ｔ１２、東レダウコーニング製のＦＯＸ−１５、Ｓｉ−Ｎ結合とＳｉ−Ｈ結合を持つポリシラザン等が適用可能である。
【００６２】
反射防止膜上に積層された水素化酸化シリコン膜の効果としては、下記の３項目が挙げられる。
（１）水素化酸化シリコン膜の屈折率はおおよそ１．４であり、大気の屈折率より高く、反射防止膜の屈折率より低いため、反射防止膜単層の場合より高い反射防止効果が得られる。
（２）水素化酸化シリコン膜中に含有している水素原子が拡散し、多結晶シリコン基板の粒界等のダングリングボンドを終端する。
（３）水素化酸化シリコン膜中に含有している水素原子が拡散し、アルミペーストを用いてｐ＋層および裏面電極を形成する方法を用いた場合には、シリコン基板中に発生する空孔等を終端する。
【００６３】
次に、図１０に示す第３の形態の太陽電池の製造方法に関して説明する。
水素化酸化シリコン膜を形成する工程は反射防止膜を形成した後であれば、任意の工程が選択可能である。例えば、下記のような工程が挙げられる。
工程１：反射防止膜を形成→水素化酸化シリコンを形成→裏面電極を形成→受光面電極を形成（→はんだ塗布）
工程２：反射防止膜を形成→裏面電極を形成→水素化酸化シリコンを形成→受光面電極を形成（→はんだ塗布）
工程３：反射防止膜を形成→裏面電極を形成→受光面電極を形成→水素化酸化シリコンを形成（→はんだ塗布）
工程４：裏面電極を形成→反射防止膜を形成→水素化酸化シリコンを形成→受光面電極を形成（→はんだ塗布）
工程５：裏面電極を形成→反射防止膜を形成→受光面電極を形成→水素化酸化シリコンを形成（→はんだ塗布）
工程６：裏面電極を形成→受光面電極を形成→反射防止膜を形成→水素化酸化シリコンを形成（→はんだ塗布）
なお、工程１から工程６のいずれでも、得られる太陽電池の構造は図１０に示した通りである。
【００６４】
裏面電極の形成方法はアルミペーストを用いて印刷、焼成する方法が量産性に富む。なお、アルミペーストの焼成温度は一般に７００℃から８５０℃の範囲で行われる。
裏面電極の形成方法の別の方法としては、ボロンなどＩＩＩ族不純物をイオン打ち込みなどの方法を用いて拡散させた後、アルミ等の導電性金属を蒸着させる方法も用いることが可能である。この方法の場合、温度は一般に常温から３００℃の範囲で行われる。
【００６５】
表面電極の形成方法は銀ペーストを用いて印刷、焼成する方法が量産性に富む。銀ペーストの焼成温度は一般に４００℃から７００℃の範囲で行われる。
表面電極の形成方法の別の方法としては、パターンニングを行った後、銀またはＡｇ／Ｐｄ／Ｔｉ等の導電性金属を蒸着させる方法も用いることが可能である。この方法の場合、温度は一般に常温から３００℃の範囲で行われる。
はんだ塗布工程は表面電極の接触抵抗を低減する、モジュール化を容易にする、ために行われる。この工程における温度ははんだの融点である２００℃程度である。
【００６６】
工程１の場合は、裏面電極形成、受光面電極形成が連続しているため量産性が容易である。ただし、受光面電極を形成する際にパターンニング法を用いる場合は、反射防止膜および水素化酸化シリコン膜の双方をエッチングする必要があるため、エッチング時間が長くなる欠点がある。また、ファイヤスルー法を用いる場合は、反射防止膜および水素化酸化シリコン膜の双方を貫通する必要があり、膜厚が大きいため、貫通が不十分な位置が発生してシリーズ抵抗が増大する、などの問題が発生しうる。工程１を用いる場合、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以下であることが望ましい。ただし、裏面電極および受光面電極の形成方法に蒸着のような低温で行う方法を用いる場合は、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。
【００６７】
工程２の場合は、裏面電極の形成方法としてＡｌペーストを用いると、Ａｌペーストの焼成により発生した空孔を終端する効果が高い。ただし、受光面電極を形成する際に工程１と同様の問題が発生しうる。工程２を用いる場合、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以下であることが望ましい。ただし、受光面電極の形成方法に蒸着のような低温で行う方法を用いる場合は、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。
【００６８】
工程３の場合は、受光面電極を形成した後に水素化酸化シリコン膜を形成するため、工程１、工程２で発生しうる問題点は回避できるが、受光面電極上に水素化酸化シリコン膜が形成されないようにする必要がある。工程３を用いる場合はＳｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。
【００６９】
工程４の場合は、裏面電極を形成する方法にＡｌペーストを用いると、Ａｌペーストの焼成により発生した空孔を終端する効果が高い。ただし、受光面電極を形成する際に工程１と同様の問題が発生しうる。工程４を用いる場合、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以下であることが望ましい。ただし、受光面電極の形成方法に蒸着のような低温で行う方法を用いる場合は、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。
【００７０】
工程５の場合は、受光面電極を形成した後に水素化酸化シリコン膜を形成するため、工程１、工程２で発生しうる問題点は回避できるが、受光面電極上に水素化酸化シリコン膜が形成されないようにする必要がある。工程５を用いる場合はＳｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。
【００７１】
工程６の場合は、受光面電極を形成した後に反射防止膜および水素化酸化シリコン膜を形成するため、工程１、工程２で発生しうる問題点は回避できるが、受光面電極上に反射防止膜および水素化酸化シリコンが形成されないようにする必要がある。工程６を用いる場合はＳｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。
【００７２】
図１１および図１２に、第３の形態の第１の態様（請求項１１に対応）の製造方法、すなわち、Ｓｉ−Ｈ結合を分解する温度以下でＳｉ−Ｈ塗料を焼成した後の工程で、Ｓｉ−Ｈ結合を分解する温度以上に加熱する工程におけるＳｉ−Ｈ塗料の構造変化を示す。
塗料を塗布した後、Ｓｉ−Ｈ結合を分解する温度（以下、Ｓｉ−Ｈ分解温度と称す）以下で焼成する。Ｓｉ−Ｈ分解温度は材料によって若干異なり、例えば東京応化製ＯＣＤのＴ１０、Ｔ１２は３５０℃程度、ポリシラザンは３００℃程度である。焼成時間は１０分〜６０分の任意の時間で設定可能である。
Ｓｉ−Ｈ塗料に東京応化製Ｔ１０を用いた場合はケージ（Ｃａｇｅ）型のＳｉ−ＯおよびＳｉ−Ｈ結合を持った膜（図１１（ａ））、東京応化製Ｔ１２を用いた場合はラダー（Ｌａｄｄｅｒ）型のＳｉ−ＯおよびＳｉ−Ｈ結合を持った膜（図１１（ｂ））、ポリシラザンを用いた場合はＳｉ−Ｎ、Ｓｉ−ＯおよびＳｉ−Ｈ結合を持った膜（図１１（ｃ））が形成される。
その後、Ｓｉ−Ｈ分解温度以上である工程、例えば、アルミペーストを用いてｐ＋層および裏面電極を形成する工程を行うことにより、前記の膜に含まれるＳｉ−Ｈ結合は分解される。分解された水素原子は大気中に離脱するか（図１２（ａ））、シリコン基板中に拡散してシリコン基板の粒界等のダングリングボンドを終端するか（図１２（ｂ））、更にアルミペーストを用いてｐ＋層および裏面電極を形成する方法を用いた場合にシリコン基板中に発生する空孔等を終端する（図１２（ｃ））。
【００７３】
この水素原子の挙動のメカニズムは従来例に挙げたプラズマＣＶＤ法で、非晶質の水素化窒化シリコン膜を成膜した後、アルミペーストを用いてｐ＋層および裏面電極を成膜することにより、水素化窒化シリコン膜中の水素が拡散し、シリコン基板の表面、欠陥、粒界等のダングリングボンドを終端するものとほぼ同じであるが、プラズマＣＶＤ法のような高価な装置を必要とせず、プラズマダメージを与えない点で長所がある。
【００７４】
本発明の第３の形態の第２の態様（請求項１２および１３に対応）の製造方法、すなわち、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成をＳｉ−Ｈ結合の分解温度以上の温度で行う、または、焼成後の工程でＳｉ−Ｈ結合の分解温度以上に加熱される工程が行われる製造方法の製造工程図を図１３、図１４に示す。
塗料を塗布した後、Ｓｉ−Ｈ分解温度以上、例えば４００℃で焼成した場合、Ｓｉ−Ｈ塗料中のＳｉ−Ｈ結合は分解され、水素化酸化シリコン膜は主にＳｉ−Ｏ結合で構成される。分解された水素原子は大気中に離脱するか、シリコン基板中に拡散してシリコン基板の粒界等のダングリングボンドを終端する。焼成時間は１０分〜６０分の任意の時間で設定可能である。焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度より極端に高い場合、水素原子の多くが離脱してしまうため、Ｓｉ−Ｈ分解温度近傍であることが望ましい。
その後、Ｓｉ−Ｈ分解温度以上で、ある工程、例えば、アルミペーストを用いてｐ＋層および裏面電極を形成する工程を行う場合、水素化酸化シリコン膜に水素がほとんど含まれていないことからシリコン基板中に拡散される水素よりも離脱する水素の方が多くなり、第１の実施形態の手法を用いるよりも効果が小さい。したがって、この工程の場合は、後工程でＳｉ−Ｈ分解温度以上にならないことが望ましい。
また、塗料を塗布した後、Ｓｉ−Ｈ分解温度以下、例えば、３００℃で焼成した場合、Ｓｉ−Ｈ塗料中のＳｉ−Ｈ結合は保持されており、その後、Ｓｉ−Ｈ分解温度以上で、ある工程、例えば、アルミペーストを用いてｐ＋層および裏面電極を形成する工程を行うことにより、Ｓｉ−Ｈ塗料中のＳｉ−Ｈ結合が分解され、大気中に離脱するか、シリコン基板中に拡散してシリコン基板の粒界等のダングリングボンドを終端する。したがって、この工程の場合は、後工程でＳｉ−Ｈ分解温度以上になることが望ましい。
【００７５】
実施例 ５
次に、第３の形態の第１の態様の製造方法を図１３に示す具体例をもって説明する。これは前述の工程１：
反射防止膜を形成→水素化酸化シリコンを形成→裏面電極を形成
→受光面電極を形成（→はんだ塗布）
に相当する。
ｐ型のシリコン基板５１１の受光面側にリン等のＶ族不純物を拡散させてｎ層５１２を形成し、ｐｎ接合を形成する（図３（ａ））。この場合、シリコン基板にｎ型のものを用い、ホウ素等のＩＩＩ族不純物を拡散させてｐ層を形成することによりｐｎ接合を形成してもよい。また、シリコン基板としては単結晶あるいは多結晶基板を用いる。
ｐｎ接合を形成後、ｐ型のシリコン基板の受光面側に屈折率が１．４以上でかつシリコン基板の屈折率以下の反射防止膜５１３を成膜する（図１３（ｂ））。
図１０のような構造の太陽電池において、雰囲気の屈折率をｎ_０（＝１）、水素化酸化シリコンの屈折率をｎ_１（≒１．４）、膜厚をｔ_１、反射防止膜の屈折率をｎ_２、膜厚をｔ_２、シリコン基板の屈折率をｎ_ｓ（≒３．５〜４）とすると、反射防止効果を最大とするためには下記の式８〜１１を満たせばよい。
【００７６】
【数５】

【００７７】
したがって、反射防止膜の屈折率ｎ_２は１．４以上３．５以下であり、２．２程度が望ましい。水素化酸化シリコンの膜厚ｔ_１、反射防止膜の膜厚ｔ_２は式１１を満たすような範囲で任意に設定すればよく、例えば、ｔ_１＝５００Å、ｔ_２＝５００Åと設定すればよい。
反射防止膜の材料としては、例えば、窒化シリコン（ｎ≒２．１）、酸化チタン（ｎ≒２．２）、酸化タンタル（ｎ≒２．４）が望ましい。また、成膜方法はスパッタ法、ｐ−ＣＶＤ法、塗布法など様々な方法が適用可能である。
【００７８】
反射防止膜を形成後、反射防止膜の上にＳｉ−Ｈ塗料５１４を塗布する（図１３（ｃ））。
その後、Ｓｉ−Ｈ塗料を焼成する。焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以下であることが望ましい。ただし、裏面電極および受光面電極の形成方法に蒸着のような低温で行う方法を用いる場合は、Ｓｉ−Ｈ塗料の焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。加熱されたＳｉ−Ｈ塗料は例えば、図１３に示す構造の水素化酸化シリコン膜５１５を形成する（図１３（ｄ））。
次に、裏面電極５１６およびｐ＋層５１７を形成する（図１３（ｅ））。裏面電極とｐ＋層の形成方法は、例えば、Ａｌペーストを印刷後、焼成することにより、ＩＩＩ族元素であるＡｌを拡散させてｐ＋層を形成すると同時に裏面電極を形成する方法や、裏面にボロンなどＩＩＩ族元素をイオン打ち込み法などで拡散させてｐ＋層を形成後、ＡｌやＡｇなどの導電性材料を蒸着などの方法を用いて裏面電極を形成する方法、等が用いられる。
【００７９】
その後、受光面電極５１８を形成する（図１３（ｆ））。受光面電極の形成方法は、例えば、低融点のガラスフリットを含有したＡｇペーストを印刷後、焼成することにより、ガラスを燃焼させて反射防止膜５１３および水素化酸化シリコン膜５１５を貫通させて、ｎ層と接触させるファイヤスルー法や、受光面電極を形成する位置の反射防止膜と水素化酸化シリコン膜を除去した後、Ａｇ／Ｐｄ／Ｔｉなどの導電性材料を用いて受光面電極を形成する方法、等が用いられる。
上記方法により、本発明に基づいた太陽電池が形成される。
【００８０】
本発明に基づいた太陽電池の特性を表１に示す。比較例１は水素化酸化シリコン膜も反射防止膜もない太陽電池、比較例２は反射防止膜（ＴｉＯ_２、膜厚７５０Å）のみを形成した太陽電池、実施例５は本発明に基づく反射防止膜（ＴｉＯ_２、膜厚５００Å）上に水素化酸化シリコン膜（膜厚５００Å）を形成した太陽電池を示す。このように、本発明に基づく太陽電池は短絡電流、開放電圧、ＦＦ（フィルファクター）のいずれも向上しており、特に開放電圧およびＦＦの向上が著しい。短絡電流の向上は主に水素化酸化シリコンによる反射防止効果の向上に起因しており、開放電圧およびＦＦの向上は主に水素拡散効果による粒界および空孔の終端による効果に起因している。
【００８１】
【表１】

【００８２】
実施例 ６
次に、第３の形態の第２の態様の製造方法を図１４に示す具体例を持って説明する。これは前述の工程３：
反射防止膜を形成→裏面電極を形成→受光面電極を形成
→水素化酸化シリコンを形成（→はんだ塗布）
に相当する。
工程１および工程２は裏面電極形成と受光面電極形成が連続しているため量産性が高いという利点がある。ただし、受光面電極を形成する際にパターンニング法を用いる場合は、反射防止膜および水素化酸化シリコン膜の双方をエッチングする必要があるため、エッチング時間が長くなる。また、ファイヤスルー法を用いる場合は反射防止膜および水素化酸化シリコン膜の双方を貫通する必要があり、膜厚が厚いため、貫通が不十分な位置が発生してシリーズ抵抗が増大する、などの問題が発生しうる。
そこで、本実施例では、少なくともＳｉ−Ｈ塗料の塗布方法にインクジェット法を用いることにより、シリーズ抵抗の増大が発生しない太陽電池の製造方法について示す。
【００８３】
ｐ型のシリコン基板５２１の受光面側にリン等のＶ族不純物を拡散させてｎ層５２２を形成し、ｐｎ接合を形成する（図１４（ａ））。この場合、シリコン基板にｎ型のものを用い、ホウ素等のＩＩＩ族不純物を拡散させてｐ層を形成することによりｐｎ接合を形成してもよい。また、シリコン基板としては単結晶または多結晶基板を用いる。
【００８４】
ｐｎ接合を形成後、ｐ型のシリコン基板の受光面側に屈折率が１．４以上かつシリコン基板の屈折率以下の反射防止膜５２３を成膜する（図１４（ｂ））。反射防止膜の屈折率に関しては実施例５に示した通りである。また、反射防止膜の製造方法に関しては、実施例５で示したような材料をスパッタ法、ｐ−ＣＶＤ法等で成膜してもよいが、反射防止膜材料にＬｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、を含む液体または固体を有機物に溶解した塗布液を用い、電極が形成される位置には塗布材料が塗布されないように、インクジェット法を用いて塗布し、焼成することにより、反射防止膜を成膜してもよい。図４（ｂ）に関しては、インクジェット法を用いて反射防止膜を形成した場合の図を示す。
【００８５】
反射防止膜を形成後、裏面電極５２４およびｐ＋層５２５を形成する。裏面電極およびｐ＋層の形成方法に関しては実施例５と同様である（図１４（ｃ））。その後、受光面電極５２６を形成する。受光面電極の形成方法も実施例５と同様である（図１４（ｄ））。
その後、反射防止膜の上にＳｉ−Ｈ結合を持つ液体または固体を有機溶剤などに溶解した塗料５２７（Ｓｉ−Ｈ塗料）を塗布する。Ｓｉ−Ｈ塗料の材料に関しては実施例５と同様である（図１４（ｅ））。ここで、Ｓｉ−Ｈ塗料の塗布方法は、スピン法、ディップ法、スプレー法等を用いてもよいが、この場合、受光面電極にもＳｉ−Ｈ塗料が塗布され、電極間の接触抵抗が高くなることがあり、インクジェット法を用いて電極が形成される位置には塗布材料が塗布されないようにすることが望ましい。
【００８６】
その後、Ｓｉ−Ｈ塗料を焼成する。焼成温度はＳｉ−Ｈ分解温度以上であることが望ましい。焼成されたＳｉ−Ｈ塗料は反射防止膜上に水素化酸化シリコン膜５２８を形成するとともに、Ｓｉ−Ｈ結合の多くは熱エネルギにより分解されて水素原子が離脱、拡散し、シリコン基板中の粒界のダングリングボンド、あるいは、Ａｌペーストの焼成で発生した空孔を終端する。加熱条件に関しては実施例５と同様である。
上記方法により、本発明に基づいた太陽電池が形成される。太陽電池の構造は図１０のようになり、実施例５で得られる構造と同じである。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によると、半導体の表面と接して形成されたＳｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜帰依正材料を４００℃以上、８００℃以下、好ましくは、４００℃以上、６００℃以下の温度で焼成することによって絶縁膜を形成しているから、半導体内部のＤＢが低減された、および／または、絶縁膜／半導体界面における界面準位密度が低減された高効率の太陽電池や、スイッチング特性に優れたトランジスタを作製することができる。さらに、製造プロセスが、熱酸化膜や、Ｓｉ−Ｈ結合を有しないＳＯＧ膜形成材料より低温プロセスであるため、半導体デバイスへのダメージ低減、製造プロセス上の汚染低減、消費エネルギー（電力）の低減、製造プロセスの簡便化、および、安価な製造装置使用等により、製造歩留まりの向上、および、製造時間、製造コストの低減が図れる。また、耐熱温度の低い基板への適用も可能になり、広範囲の半導体デバイスへ適用できる。
さらに、ＳＯＧ膜形成材料の塗布方法として、インクジェット法を用いることで、絶縁膜の形成とパターニングが同時プロセスで可能になり、高価なフォトリソ関係の装置の使用を抑え、かつ、製造時間の短縮、および、使用材料の低減等により製造コストの低減ができる。
更に、本発明では、受光面側に屈折率が１．４以上でかつシリコン基板の屈折率以下の膜を形成した上に、水素化酸化シリコン膜を設置することにより、
（１）水素化酸化シリコン膜の屈折率は１．４程度であり、大気の屈折率より高く、反射防止膜の屈折率より低いため、反射防止膜単層よりも高い反射防止効果を得る。
（２）水素化酸化シリコン膜中に含有している水素原子が拡散され、粒界中のダングリングボンドを終端する。
（３）水素化酸化シリコン膜中に含有している水素原子が拡散され、Ａｌペーストを用いてｐ＋層および裏面電極を形成する方法を用いた場合に発生する空孔を終端する。
上記の効果により、高変換効率の太陽電池を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基礎実験の結果で、Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料を用いた場合の半導体の実効ライフタイムの焼成温度依存性を示すグラフ。
【図２】本発明に係る実験用試料の断面図。
【図３】本発明に係る基礎実験の結果で、Ｓｉ−Ｈ結合を有さないＳＯＧ膜形成材料を用いた場合の半導体の実効ライフタイムの焼成温度依存性を示すグラフ。
【図４】Ｓｉ−Ｈ結合を有するＳＯＧ膜形成材料の焼成過程におけるＳＯＧ膜／半導体界面の結合反応を示す模式図。
【図５】Ｓｉ−Ｈ結合を有さないＳＯＧ膜形成材料の焼成過程におけるＳＯＧ膜／半導体界面の結合反応を示す模式図。
【図６】本発明による第１の形態実施例１に係る太陽電池の概略断面構造図。
【図７】本発明による第１の形態実施例２に係るＭＩＳ構造トランジスタの概略断面構造図。
【図８】本発明による第１の形態実施例３に係るトップゲートＴＦＴの概略断面構造図。
【図９】本発明による第２の形態に係る太陽電池の製造工程図。
【図１０】本発明による第３の形態に係る太陽電池の断面構造の一例を示す図。
【図１１】本発明による第３の形態の第１の態様に係る焼成工程での塗料の分子構造の変化を示した図。
【図１２】本発明による第３の形態の第１の態様に係る焼成工程に続く加熱工程での塗料の分子構造の変化を示した図。
【図１３】本発明による第３の形態の第１の態様に係る製造工程図を示す模式図。
【図１４】本発明による第３の形態の第２の態様に係る製造工程図を示す模式図。
【符号の説明】
１：半導体、
２：絶縁膜、
１０：実効ライフタイム測定用評価サンプル、
１００：太陽電池、
１０１ａ：半導体基板、
１０１ｂ：半導体層、
１０２ａ、１０２ｂ：絶縁膜、
１０３：高濃度ドーパント領域、
１０４：下面側電極、
１０５：上面側電極、
２００：ＭＩＳ型トランジスタ、
２０１：単結晶半導体基板、
２０２：ゲート絶縁膜、
２０３ａ、２０３ｂ：ソース、ドレイン領域、
２０４：ゲート電極、
２０５：チャネル領域、
３００：トップゲート型ＴＦＴ、
３０１：半導体薄膜、
３０１ａ：チャネル領域、
３０１ｂ、３０１ｃ：ソース、ドレイン領域、
３０２：ゲート絶縁膜、
３０４：ゲート電極、
３０５：ＳｉＯ_２膜、
３０６ｂ、３０６ｃ：ソース、ドレイン電極、
３０７：基板、
３０８：層間絶縁膜、
４０１：シリコン基板、
４０２：ｎ層、
４０３：Ｓｉ−Ｈ結合を有する液体または固体を溶解した液体（塗料）、
４０４：塗料に基づく膜、
４０５：反射防止膜、
４０６：裏面電極、
４０７：表面電極、
５０１：シリコン基板、
５０２：半導体中のｐ層、
５０３：半導体中のｎ層、
５０４：半導体中のｐ＋層、
５０５：反射防止膜、
５０６：水素化酸化シリコン膜、
５０７：表面電極、
５０８：裏面電極、
５１１：シリコン基板、
５１２：半導体ｎ層、
５１３：反射防止膜、
５１４：Ｓｉ−Ｈ塗料、
５１５：水素化酸化シリコン膜、
５１６：裏面電極、
５１７：半導体ｐ＋層、
５１８：受光面電極、
５２１：シリコン基板、
５２２：半導体ｎ層、
５２３：反射防止膜、
５２４：裏面電極、
５２５：半導体ｐ＋層、
５２６：受光面電極、
５２７：Ｓｉ−Ｈ塗料、
５２８：水素化酸化シリコン膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which a dangling bond density inside a semiconductor and / or a surface state density on a semiconductor surface is reduced, and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor device in which an insulating film is formed in contact with a semiconductor, a high-performance semiconductor device in which the dangling bond density inside the semiconductor and / or the surface state density on the semiconductor surface is reduced, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor devices such as solar cells, liquid crystal display elements, or ICs, insulating films are used for various purposes. Among these, an insulating film in contact with a semiconductor surface, such as a passivation insulating film for preventing surface recombination of a solar cell or a gate insulating film of a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) transistor, is an interface at the interface with the semiconductor. There is a demand for reducing the level density (reducing the surface level density of the semiconductor surface). At the same time, there is a demand for improved semiconductor characteristics, such as reducing defects such as dangling bonds (hereinafter abbreviated as DB) inside the semiconductor and increasing the lifetime of carriers.
[0003]
As an insulating film for reducing the interface state density (semiconductor surface state density), a thermal oxide film is most suitable, and is widely used in fields such as solar cells and MIS structure ICs. For example, in Patent Document 1, the surface (surface opposite to the light receiving surface) of a p-type Si substrate of a solar cell is made of SiO by thermal oxidation.₂A film is formed to reduce the surface state density of the p-type Si substrate surface (this is generally expressed as passivation of the Si substrate surface of the solar cell). By this passivation, the minority carriers (electrons) generated in the p-type Si substrate when receiving sunlight or the like are transferred to the surface of the p-type Si substrate (SiO 2₂Recombination at the / Si interface) is effectively prevented, and high efficiency of the solar cell is achieved.
However, since the formation of the thermal oxide film requires high-temperature heat treatment at 1000 ° C. or higher, the thermal oxidation method cannot be used when the heat-resistant temperature of the device does not satisfy this. For example, in a TFT liquid crystal using a glass substrate having a heat-resistant temperature of about 600 to 650 ° C., the gate insulating film of the MIS structure transistor is made of SiO by plasma CVD.₂And SiNx film are used.
[0004]
Further, as a technique for reducing DB inside the semiconductor or on the surface of the semiconductor, a method is known in which DB is terminated with hydrogen atoms by a hydrogen passivation method. For example, Patent Document 2 manufactures a high-efficiency solar cell in which semiconductor grain boundaries and surface defect density are reduced by low-acceleration hydrogen implantation. Further, in Patent Document 3, in order to completely terminate the DB on the semiconductor surface with the optimum amount of hydrogen present in the gate insulating film, the insulating film is heat-treated in a hydrogen gas atmosphere after the gate insulating film is formed. Yes.
[0005]
Next, a conventional method for manufacturing a silicon solar cell will be described.
In a conventional method for manufacturing a silicon solar cell, for example, an n-type impurity atom is doped on the light-receiving surface side of a p-type silicon substrate, and an n layer that is an n-type impurity region is formed to form a pn structure. Thereafter, a passivation film and an antireflection film are formed on the n layer. Here, the passivation film may also serve as an antireflection film, and as a passivation method, a process that does not involve film formation as described later may be performed.
[0006]
A p + layer, which is a high-concentration p-type impurity region, and a back electrode are formed on the surface opposite to the light receiving surface of the p-type silicon substrate. This p + layer is called a BSF (Back Surface Field) layer and is generally formed by diffusing Al by printing and baking Al paste. The Al paste becomes the back electrode after firing.
Thereafter, after patterning the passivation film and the antireflection film on the light receiving surface side by a photolithography process, a light receiving surface electrode connected to the n layer is formed.
When light enters the silicon solar cell having such a structure, a photovoltaic power is generated on the pn junction surface, and power is supplied to the outside through the light receiving surface electrode and the back surface electrode.
[0007]
In the conventional manufacturing method as described above, a passivation technique for reducing carrier recombination and an antireflection technique for suppressing light reflection are very important as techniques for improving the efficiency of silicon solar cells. .
[0008]
A thermal oxide film is well known as a conventional passivation technique. For example, in Patent Document 1, a SiO2 film is formed on the surface of a p-type Si substrate of a solar cell by a thermal oxidation method, thereby reducing the surface state density on the surface of the p-type Si substrate. This passivation technique effectively prevents recombination of the minority carriers generated in the substrate at the substrate surface (SiO2 / Si interface), thereby achieving high efficiency of the solar cell.
[0009]
As another passivation technique, there is a method using hydrogen. For example, Non-Patent Document 1 describes a method of performing hydrogen plasma processing using a microwave remote plasma apparatus. A method of performing heat treatment (FGA) at 300 to 500 ° C. in an atmosphere containing hydrogen gas is also generally used.
[0010]
In any of these methods, hydrogen gas is decomposed into hydrogen atoms or hydrogen radicals by plasma or heat, and the decomposed hydrogen atoms or hydrogen radicals terminate dangling bonds such as the surface, defects, and grain boundaries of the silicon substrate. By doing so, it is possible to effectively suppress recombination of the minority carriers generated in the substrate, thereby achieving high efficiency of the solar cell.
[0011]
As another method using hydrogen, there is a method using a plasma CVD method. In Non-Patent Document 2, when an amorphous silicon hydronitride film is formed using silane gas and ammonia gas by plasma CVD, an aluminum paste is used to form a p + layer and a back electrode. By effectively diffusing hydrogen in the silicon hydronitride film and terminating dangling bonds such as the surface, defects, and grain boundaries of the silicon substrate, it effectively suppresses recombination of fractional carriers generated in the substrate. High efficiency of solar cells has been achieved. In addition, the silicon hydronitride film formed in this conventional example is a desirable film as an antireflection film described later, and is a film having a high antireflection effect and a passivation effect at the same time.
On the other hand, it is generally known that the antireflection film desirably has a refractive index represented by the following formula (1).
[0012]
[Expression 1]

[0013]
Where n₀: Refractive index (≈1 to 1.4) of air, protective glass or weather-resistant sheet, n₁: Refractive index of antireflection film, n_s: Since the refractive index of the silicon substrate (≈3.5 to 4), n₁Is preferably about 2.
[0014]
There is also a method of stacking a plurality of films having different refractive indexes as an antireflection film. In this case, the refractive index of the antireflection film is changed from the side close to the atmosphere or the protective glass or weatherproof sheet.₁, N₂, ..., n_p... n_q(P = 1, 2, 3,..., Q; q = number of antireflection films), and the film thickness of each film is t₁, T₂, ... t_p, ... t_qThen, it is desirable that each refractive index of the antireflection film satisfies the following formulas (2) to (4).
[0015]
[Expression 2]

[0016]
From the above equation, it can be said that the antireflection effect is ideally better as the number of antireflection films is increased.However, there is a limit to the types of materials that satisfy the above equation, and the antireflection effect increases as the layers are stacked. The ratio decreases rapidly, and the more complicated the process, the more complex the antireflection film is.
[0017]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-41531
[Patent Document 2]
JP-A-7-183552
[Patent Document 3]
JP-A-7-74167
[Non-Patent Document 1]
“Journal of Applied Physics”, 78-5, p. 3457-3461 (1995)
[Non-Patent Document 2]
“Electronic Materials”, p. 65-69 (April 2001 issue)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when a thermal oxide film is used, good interfacial characteristics with a silicon substrate can be obtained, but high-temperature heat treatment at 1000 ° C. or higher is required, and thermal effects on the substrate, production of power consumption, etc. There existed a subject that expensive manufacturing facilities, such as cost and a thermal oxidation furnace, were required. In addition, it is necessary to use another method in combination for passivation inside the semiconductor. However, for example, when a high-temperature thermal oxidation process is performed after passivation with hydrogen, there is a problem that the passivation effect is lost due to desorption of hydrogen. Further, both hydrogen plasma and hydrogen annealing have a problem that the equipment cost becomes very expensive.
[0019]
In addition, the method of forming an amorphous hydrogenated silicon nitride film by plasma CVD is advantageous in that it has both a high antireflection effect and a passivation effect, but the equipment cost is very high. There has been a problem of causing plasma damage to the substrate surface and creating new defects on the silicon substrate surface.
From the above, it is easier and lower temperature than thermal oxidation method, hydrogen plasma, hydrogen annealing, plasma CVD method, good interfacial characteristics between the thermal oxide film and the same level of silicon substrate can be obtained, and the manufacturing cost is greatly increased. There is a need for methods that do not increase.
[0020]
On the other hand, a spin-on-glass (SOG) film is known as a method for forming an insulating film by a simple method. For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-286254, a dense interlayer insulating film in which residual hydrogen is reduced by treating an SOG film forming material (hydrogen silsesquioxane) in an oxidizing gas atmosphere at a high temperature of 800 ° C. or higher. A forming method is disclosed. However, this publication does not describe the interface characteristics between the SOG film and the silicon substrate. In addition, Si—H bond hydrogen contained in the SOG film forming material is also released as water by firing at a high temperature of 800 ° C. or higher in an oxidizing gas atmosphere to suppress hydrogen generation in the subsequent steps. However, no information is disclosed regarding interface characteristics with the silicon substrate, characteristics inside the substrate, and hydrogen passivation.
[0021]
In view of this, the inventors, in Japanese Patent Application No. 2002-148996, baked an SOG film-forming liquid having a Si—H bond at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, thereby utilizing the hydrogen atoms in the material at a low temperature. The present invention also provides a semiconductor device in which the dangling bond density inside the substrate is reduced by a simple manufacturing process, and a method for manufacturing the semiconductor device.
However, when the SOG film is formed on the light-receiving surface side of the solar cell based on the above invention, the refractive index of the film is about 1.4, and the optimum refraction for obtaining the above-described antireflection effect. This is very small compared to the rate of about 2, and there is a problem that a sufficient antireflection effect cannot be obtained and a highly efficient solar cell cannot be obtained.
[0022]
The present invention provides a semiconductor device in which the dangling bond density inside the semiconductor and / or the surface state density of the semiconductor surface is reduced by a low-temperature and simple manufacturing process, and a method for manufacturing the semiconductor device. The purpose is to do. In addition, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a solar cell having a feature that the process is relatively simple and energy conversion efficiency is high, and a method for manufacturing the solar cell.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a semiconductor device that operates based on carriers generated or induced inside a semiconductor, and is a film-forming liquid (hereinafter referred to as Si-H) in which a liquid or solid having a Si-H bond is dissolved in an organic solvent or the like. The present invention relates to a semiconductor device characterized by having an insulating film formed on a surface of a semiconductor by applying it to the surface of the semiconductor, drying it, and baking it at 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
In particular, the present invention relates to the semiconductor device, wherein the film-forming liquid is spin on glass (SOG).
Specifically, the present invention relates to a photoelectric conversion element in which a plurality of types of conductive semiconductors are sequentially arranged in the thickness direction, and is provided on at least one surface of the uppermost semiconductor and the lowermost semiconductor. It is related with said semiconductor device in which the said insulating film is provided so that it may contact | connect.
The present invention also relates to any one of the above semiconductor devices having a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure, wherein the insulating film is disposed in contact with the surface of the semiconductor layer.
[0024]
The present invention also includes a step of forming a film-forming material on a semiconductor surface by applying a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having a Si-H bond in an organic solvent or the like, and
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above, which includes a step of firing the film forming material at 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
[0025]
The present application, as another invention, is a silicon solar cell in which a semiconductor device has a pn structure by doping an impurity of a second conductivity type on a light receiving surface side of a first conductivity type polycrystalline silicon substrate, A film-forming liquid in which a liquid or solid having a Si-H bond is dissolved in an organic solvent is applied to the light-receiving surface side, dried, and baked to form a film based on the liquid, and then the film is removed. Then, a method of manufacturing a solar cell is provided, in which an antireflection film is formed on the surface.
[0026]
Furthermore, the present invention is a silicon solar cell in which a semiconductor device has a pn structure by doping a light-receiving surface side of a first-conductivity-type polycrystalline silicon substrate with a second-conductivity-type impurity. In addition, after forming a first film having a refractive index of 1.4 or more and less than that of a silicon substrate, a liquid or solid having a Si—H bond is dissolved in an organic solvent or the like on the first film. It is related with the manufacturing method of the solar cell characterized by apply | coating and baking the formed film formation liquid, and forming a 2nd film | membrane.
In particular, in one method, the present invention provides a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having a Si—H bond in an organic solvent or the like at a temperature lower than the temperature at which the Si—H bond is decomposed. The present invention relates to a method for manufacturing the above solar cell, in which a step of heating to a temperature at which the Si-H bond is decomposed or higher is performed in a step after baking a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having an organic solvent in an organic solvent or the like. .
In another method, the present invention provides the above solar cell manufacturing method, wherein the firing temperature of a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having an Si—H bond in an organic solvent is equal to or higher than a temperature at which the Si—H bond is decomposed. Regarding the method.
In addition, the present invention is a process after baking a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having an Si—H bond in an organic solvent at a temperature higher than the temperature at which the Si—H bond is decomposed. It is related with the manufacturing method of said solar cell in which the process heated more than the temperature which decomposes | disassembles is not performed.
In a more preferred embodiment, the present invention relates to the above-described method for producing a solar cell, wherein a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having a Si—H bond in an organic solvent or the like is applied using an inkjet method.
Furthermore, this invention relates to the solar cell manufactured by the manufacturing method in any one of said.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention diffuses H atoms contained in a film-forming liquid (Si-H paint) obtained by dissolving a liquid or solid having an Si-H bond in an organic solvent or the like by a film-forming process, thereby removing defects inside or inside the substrate. The present invention relates to a high-performance semiconductor device including a solar cell, which is obtained by functioning to terminate, and a method for manufacturing the same.
According to the present invention, “a liquid having a Si—H bond formed on a semiconductor surface or a film-forming liquid obtained by dissolving a solid in an organic solvent, particularly an SOG film-forming material, is fired at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. This is based on a new finding that “good semiconductor characteristics and / or good insulating film / semiconductor interface characteristics can be obtained.” First, the contents will be described.
[0028]
In this basic experiment, an evaluation sample 10 having a structure of insulating film 2 / semiconductor 1 / insulating film 2 as shown in FIG. 2 is prepared, and the effective life of minority carriers in the semiconductor 1 is measured by a reflection microwave photoconductive decay method. Time τ was measured. Here, the effective lifetime τ is the bulk lifetime τ in the semiconductor 1._bAnd the surface lifetime τ of the surface of the semiconductor 1 (insulating film 2 / semiconductor 1 interface)_sWhen the surface state density on the surface of the semiconductor 1 (interface state density at the interface between the insulating film 2 and the semiconductor 1) is small, τ_sAs a result, the effective lifetime τ increases. Even if defects such as DB inside the semiconductor are reduced, the bulk lifetime τ_bIncreases and the effective lifetime τ increases. That is, by measuring the effective lifetime τ, the interface characteristics of the insulating film 2 / semiconductor 1 and the semiconductor internal characteristics such as DB can be evaluated.
[Equation 3]

[0029]
Next, the evaluation sample 10 used in the experiment will be described. As the semiconductor 1, a CZ-p type (18 Ω · cm) single crystal wafer was used. Further, the insulating film 2 is obtained by firing an SOG film forming material having an Si—H bond (an SOG material manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .: OCD-Type 10 or Type 12).₂A membrane was used. The procedure for producing the evaluation sample 10 is as follows. First, in order to clean the surface of the Si substrate 1, hydrofluoric acid etching (removing the natural oxide film) and pure water rinsing were performed. Next, an SOG material was applied to the first surface of the Si substrate 1 by a spin coating method and dried in an oven. Drying conditions were performed in two stages of 80 ° C. and 200 ° C. Subsequently, the SOG film forming material was applied to the second surface in the same procedure and dried. Thereafter, the SOG film forming material dried in a baking furnace in a nitrogen atmosphere is baked to form an insulating film (SiO 2₂Membrane) 2 was formed.
[0030]
The result of the effective lifetime with respect to a calcination temperature is shown in FIG. In the figure, L1 indicates the effective lifetime when the passivation of the Si substrate 1 is performed with a thermal oxide film, and L2 indicates the effective lifetime of a bare Si substrate that is not subjected to surface passivation. In addition, ◇ indicates the result of using the above-mentioned SOG material made by Tokyo Ohka: OCD-Type 10 (hereinafter abbreviated as T10), and □ indicates Type 12 (hereinafter referred to as T12). Shows the results.
[0031]
From FIG. 1, when the SOG film forming material having Si—H bonds is baked at 400 ° C., the effective lifetime is not significantly different from that of bare Si shown by L2, but an increasing tendency can be observed. Further, when fired at 600 ° C., an effective lifetime equal to or greater than that of the thermal oxide film indicated by L1 is shown. However, it was found that the effective lifetime decreases when the firing temperature is further increased to 800 ° C. And the knowledge that the firing temperature dependence of such effective lifetime (tau) shows the same behavior in T10 and T12 from which film structures differ was also acquired.
[0032]
For comparison, FIG. 3 shows the results (circles) when an SOG film-forming material having no Si—H bond (Tokyo Ohka SOG material: OCD-Type 2 (hereinafter referred to as T2)) is used. 3, when T2 is used, firing at 450 ° C. tends to increase the effective lifetime τ, but a lifetime L1 equivalent to a thermal oxide film can be obtained at 700 to 800 ° C. or more. Temperature.
[0033]
The interpretation of the above experimental results will be described with reference to FIG. 4 and FIG. First, the interpretation of the experimental result of T2 will be described with reference to FIG. In the figure and the following description, the composition formula of T2 is represented by a more general form, Si (OR)._m(OH)_4-m(R is CH₃It is described as a hydrocarbon group. The Si substrate 1 before the application of T2 has Si—OH formed on the surface thereof by HF etching and pure water rinsing process. When T2 is applied to the surface of the Si substrate 1 and baked at a temperature higher than 450 ° C., as shown in the following equations (6) and (7) at the SOG / Si interface at the same time as the cross-linking reaction between silanol compounds inside the SOG material. Chemical reactions occur and Si—O—Si bonds are formed. The Si—O—Si bond reduces the surface state density of the Si surface, and a good insulating film / semiconductor interface is obtained. Here, the Si—O—Si bonding reaction is promoted with an increase in the firing temperature of the SOG film forming material, and the firing temperature is 700 to 800 ° C. or higher, and a good insulating film equivalent to or better than the thermal oxide film. / Semiconductor interface characteristics can be obtained.
[0034]
[Expression 4]

[0035]
Next, based on FIG. 4, an explanation will be given on the interpretation when an SOG film forming material having Si—H bonds such as T10 and T12 is used. A DB in which Si atoms are not bonded to other atoms exists on the semiconductor surface before application of the SOG film forming material and on the inside thereof. By applying an SOG film-forming material having Si—H bonds to such a semiconductor surface and baking at a temperature of 400 ° C. or higher, H (hydrogen) released from the Si—H bonds is absorbed inside the semiconductor and / or Alternatively, it is considered that good semiconductor internal characteristics and / or good insulating film / semiconductor interface characteristics are obtained by terminating DB on the semiconductor surface. Of course, the SOG film-forming material having Si—H bonds also contributes to the improvement of the interface characteristics by the Si—O—Si bond reaction as described above, but at a low temperature of 600 ° C. or less due to the hydrogen passivation effect by the detached hydrogen. It can be inferred that the effective lifetime has increased more than that of the thermal oxide film. Moreover, in high-temperature baking at 800 ° C. or higher, hydrogen desorption occurs again, but since the Si—O—Si bonding reaction in FIG. 5 is more effective, the effective lifetime is reduced but not significantly reduced. Can be guessed.
[0036]
That is, the improvement of the insulating film / semiconductor interface characteristics by the SOG film forming material having no Si—H bond is basically the same as the mechanism by the thermal oxide film, and by the generation of the Si—O—Si bond at the insulating film / semiconductor interface. However, the improvement of the semiconductor characteristics by the SOG film forming material having the Si—H bond is achieved by adding a hydrogen passivation effect effective at a lower temperature in addition to the generation of the Si—O—Si bond. It is thought that there is. This hydrogen passivation effect is considered to be effective not only on the semiconductor surface (insulating film / semiconductor interface) but also on the DB inside the semiconductor.
[0037]
The present invention is based on the knowledge obtained from the above basic experiment, and is formed by firing an SOG film-forming material having a Si—H bond, a semiconductor with a reduced internal DB density, and / or a low interface state density. A good insulating film / semiconductor interface is applied to a semiconductor device. Hereinafter, specific embodiments thereof will be described.
[0038]
[First embodiment]
In the first embodiment, a film-forming liquid (Si-H paint) in which a liquid or solid having a Si-H bond is dissolved in an organic solvent is applied to the surface of the semiconductor, dried, and 400 ° C or higher and 800 ° C or lower. A semiconductor device having an insulating film formed on firing on its surface. This is illustrated by the following three examples.
[0039]
Example 1
In the present embodiment, a semiconductor with a reduced internal DB density and / or an insulating film / semiconductor interface formed by firing the SOG film forming material having the Si—H bond is used as a surface passivation film of a solar cell. FIG. 6 shows a cross-sectional structure of this solar cell 100. In FIG. 6, reference numeral 101a denotes a single crystal or polycrystalline semiconductor substrate, and a semiconductor layer 101b having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 101a is formed on the upper surface thereof. Reference numeral 103 denotes a high concentration dopant region partially formed on the lower surface side of the semiconductor substrate 101a. For example, if the semiconductor substrate 101a is a p-type Si wafer, 101b is an n + type Si layer and 103 is a p + type region. Reference numerals 102a and 102b denote insulating films formed on the lower surface of the semiconductor substrate 101a and the upper surface of the semiconductor layer 101b, respectively. These insulating films are made of an SOG film forming material having Si-H bonds. Baked at a temperature of from ℃ to 800 ℃. More preferably, it is fired at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, which has a large hydrogen passivation effect. Reference numerals 104 and 105 denote a bottom electrode and a top electrode, respectively.
[0040]
Next, a method for manufacturing the solar cell 100 will be described by taking as an example the case where the semiconductor substrate 101a is a p-type Si wafer. First, P₂O₅(Solid), POCl₃An n + -type Si layer 101b is formed on the upper surface of the p-type Si wafer 101a by a phosphorus (P) gas diffusion method using (liquid) or the like. Note that the method of forming the n + -type Si layer 101b is not limited to the gas diffusion method, and can also be formed by a solid phase diffusion method such as baking of a PSG film. Next, the lower surface of the p-type Si wafer 101a is etched with a mixed acid, and the n + -type Si layer formed on the lower surface side is removed simultaneously with the formation of the n + -type Si layer 101b.
[0041]
After the etching, the bottom surface of the p-type Si wafer 101a is covered with OH groups by a hydrophilization treatment such as pure water rinsing or ozone water treatment. Then, an SOG film forming material having an Si—H bond (Tokyo Ohka: OCD T-12) is applied to the lower surface of the p-type Si wafer by a spin coating method. After the application, a drying process at 80 ° C. for 30 minutes → 200 ° C. for 30 minutes is performed in an ordinary hot air circulation type oven. After the SOG drying process, N₂Baking is performed at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower in an atmosphere baking furnace, and the insulating film 102a is formed on the lower surface side.
Similarly, an insulating film 102b is formed on the upper surface.
[0042]
Next, an opening is formed in the insulating film 102a on the lower surface side by a photoetching method. Then, boron (B) is doped into the lower portion of the p-type Si substrate through this opening by thermal diffusion or the like to form the p + -type region 103. The p + -type region 103 is provided for forming an ohmic contact with the lower electrode 104 or for forming a built-in electric field for preventing carrier recombination. Not only diffusion but also a method of depositing a p + type microcrystalline Si layer may be used. Next, a lower electrode 104 such as aluminum (Al) is formed by vapor deposition or sputtering, and then an opening is formed in the insulating film 102b on the upper surface by photoetching. The upper surface side electrode 105 is formed.
[0043]
When sunlight is irradiated from the upper surface of the solar cell 100 manufactured as described above, electron-hole pairs are generated inside the p-type Si wafer 101a and the n + -type Si layer 101b. Then, excess fractional carriers (electrons) in the p-type Si wafer 101a move into the n + type Si layer 101b, and excess fractional carriers (holes) in the n + type Si layer 101b move into the p-type Si wafer 101a, respectively. As a result, the solar cell 100 generates power. Here, if the internal DB of the p-type Si wafer and the n + -type Si layer is large and / or the semiconductor surface state density at the interface with the insulating film is large, the above-described excess decimal carriers are recombined and the solar The conversion efficiency of a battery will fall. However, in the solar cell 100 of the present embodiment, the SOG film forming material having Si—H bonds is baked at 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower to form the insulating films 102a and 102b. Since the internal DB of the wafer and the n + -type Si layer is reduced and / or the interface state of the insulating film / semiconductor interface is reduced, the above recombination loss is prevented (reduced). As a result, high efficiency of the solar cell can be achieved. In addition, the formation of the insulating film does not require a high-temperature treatment at 1000 ° C. or higher unlike the thermal oxide film, so that it is possible to reduce the heat energy (power consumption) consumed. In addition, due to the lower temperature of the process, there is less concern about dopant redistribution in solar cells, contamination from outside the substrate in the furnace, and thermal shock on the semiconductor substrate, especially the presence of many grain boundaries. In addition, it is effective when a polycrystalline substrate having low mechanical strength is used. In addition, since no special hydrogen passivation process is used, manufacturing time and manufacturing cost can be reduced. Further, when a polycrystalline substrate is used, the hydrogen passivation effect is more effective because a large number of DBs exist at the crystal grain boundaries.
[0044]
Note that the insulating film 102b on the upper side of the solar cell 100 described above is a passivation film for preventing surface recombination and can also act as an antireflection film, but in order to further enhance the antireflection effect, On the insulating film 102b, TiO₂Another antireflection film such as the above may be laminated. Moreover, although the example which arrange | positions an insulating film in both the upper surface side and the lower surface side of the solar cell 100 was shown in the said Example, what was arrange | positioned in any one may be sufficient. For example, the insulating film formed by baking the SOG film forming material may be only the upper surface side 102b, and the lower surface side may have a known BSF structure instead of disposing the insulating film 102a. Further, only the lower surface side 102a on which the insulating film is formed by baking the SOG film forming material may be provided, and an SiNx film formed by a plasma CVD method or the like may be disposed on the upper surface side instead of the insulating film 102b. .
[0045]
In the above description, the example in which the SOG film forming material is applied by the spin coating method has been described. However, the SOG film forming material may be applied by a spray method or an ink jet method. In particular, in the case of applying by the ink jet method, the lower surface insulating film 102a having an opening pattern can be formed without using a photolithography process, so that the manufacturing process can be shortened and the manufacturing cost can be reduced. Further, since an amount necessary for film formation can be applied, loss of the SOG film forming material can be reduced. In addition, in order to stably apply the SOG film forming material by the inkjet method, the same effect can be obtained even when a solvent having a high surface tension such as glycerin and a high viscosity is mixed with the SOG film forming material as appropriate. .
[0046]
Example 2
In this embodiment, the semiconductor modification formed by baking the SOG film forming material having the Si—H bond and / or the insulating film / semiconductor interface is applied to the gate insulating film / semiconductor interface of the MIS transistor. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional structure of the MIS transistor 200. As shown in FIG.
In FIG. 7, 201 is a p-type (or n-type) single crystal semiconductor substrate, 202 is a gate insulating film formed by baking an SOG film forming material having Si-H bonds, 204 is a gate electrode, and 203a and 203b are The source and drain regions 205 formed in the semiconductor substrate 201 are channel regions.
[0047]
Next, a method for manufacturing the MIS transistor 200 will be described. First, the surface of the semiconductor substrate 201 is cleaned by RCA cleaning or the like, and then the surface is covered with OH groups by hydrophilization treatment such as pure water rinsing or ozone water. Subsequently, an SOG film forming material having a Si—H bond is applied to the surface of the semiconductor substrate 201 by spin coating or the like. After coating, the film is dried at a maximum of about 200 ° C., and then fired at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower (preferably 600 ° C. or lower) in a nitrogen atmosphere baking furnace to form the gate insulating film 202. In this process, the reactions shown in FIG. 4 and FIG. 5 occur, the DB density and the surface state density inside the semiconductor substrate 201 are reduced, and good semiconductor film characteristics and interface state density are obtained. A low and good insulating film / semiconductor interface is obtained. Then, the gate insulating film 202 and the gate electrode 204 are formed into the shapes shown in the figure by a photo-etching method, and n-type (or p-type) source and drain regions 203a and 203b are formed by ion implantation using these as a mask. Is formed.
[0048]
The MIS transistor manufactured as described above has an interface state between the interface of the gate insulating film 202 and the semiconductor substrate 201 by the formation of the insulating film 202 by baking the SOG film forming material having Si-H bonds and the forming process. The potential density and the DB density of the semiconductor substrate 201 are reduced. Accordingly, carriers induced in the channel region 205 due to voltage application to the gate electrode 204 are less trapped at the interface of the gate insulating film 202 / semiconductor substrate 201 or DB of the semiconductor substrate 201, and favorable switching characteristics. Can be obtained.
[0049]
In other words, the formation of the gate insulating film 202 according to the present invention is equivalent to a thermal process that requires a high temperature of 1000 ° C. or higher, or a baking process of an SOG film-forming material that does not have a Si—H bond, preferably 800 ° C. or higher. Since semiconductor characteristics can be obtained, it is possible to reduce manufacturing costs such as reduction of manufacturing energy and shortening of manufacturing time. In addition, since it is a low temperature process of 800 ° C. or less, there is less concern about thermal damage to the semiconductor substrate 201. Furthermore, the lower the temperature process is, the more advantageous it is for the metal contamination during firing required for the firing furnace, and the production effects such as the use of a cheaper firing furnace and the relaxation of the firing condition of the firing furnace. Can also be obtained.
[0050]
In the above manufacturing method, an example in which the coating is performed by the spin coating method has been described. However, the coating may be performed by a spray method or an ink jet method, and according to this method, as shown in the first embodiment, The material for forming the SOG film can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Further, in the case of applying by an inkjet method, the patterned gate insulating film 202 can be formed without using a photolithography process that requires an expensive apparatus, so that the manufacturing cost can be greatly reduced. . In addition, the SOG film forming material having a Si—H bond such as T10 or T12 may be mixed with a solvent having a large surface tension and viscosity such as glycerin as appropriate to adjust the viscosity and the surface tension suitable for the ink jet method. An effect is obtained.
[0051]
Example 3
In the present embodiment, the semiconductor modification formed by firing the SOG film-forming material having the Si—H bond and / or the insulating film / semiconductor interface is the gate insulating film / of the top gate type TFT having the MIS structure. This is applied to a semiconductor interface, and FIG. 8 shows a schematic cross-sectional structure of the top gate TFT 300. In FIG. 8, 307 is a substrate such as glass or quartz, and 305 is SiO.₂The film is formed by a plasma CVD method or baking of a coating material. Reference numeral 301 denotes an amorphous or microcrystalline semiconductor film formed by plasma CVD, sputtering, or the like, or a polycrystalline semiconductor film formed by subjecting this semiconductor film to heat treatment or laser annealing. Reference numeral 302 denotes a gate insulating film formed by firing an SOG film forming material having a Si—H bond according to the present invention. Reference numeral 304 denotes a gate electrode, and reference numeral 308 denotes an interlayer insulating film formed by plasma CVD or baking of a coating material. 301 a is a channel region made of an intrinsic semiconductor film, and 301 b and 301 c are n-type (or p-type) source and drain regions formed by ion implantation into the semiconductor film 301. Reference numerals 306b and 306c denote a source electrode and a drain electrode, respectively.
[0052]
Next, a manufacturing method of the main part of the top gate type TFT 300 will be described. In the state where the semiconductor film 301 is formed, first, the surface of the semiconductor film 301 is covered with OH groups by hydrophilization etching, pure water rinse, and a hydrophilization treatment step using ozone water or the like. Keep it. Subsequently, an SOG film forming material having a Si—H bond is applied to the surface of the semiconductor film 301 by a spin coating method and dried at a temperature of about 200 ° C. at maximum, and then at 400 ° C. or higher and 800 ° C. in a nitrogen atmosphere. The gate insulating film 302 is formed by baking at a temperature not higher than ° C., preferably not lower than 400 ° C. and not higher than 600 ° C. In this process, as shown in FIGS. 4 and 5, Si—O—Si bonds are formed at the interface of the SOG film (gate insulating film 302) / Si (semiconductor film 301) and Si (semiconductor 301). ) DB not covered with OH groups on the surface and DB inside Si (semiconductor 301) are passivated (hydrogen terminated) by hydrogen (H) atoms and the like released in the decomposition process of the SOG film forming material. Note that the firing temperature of the SOG film forming material is set to the heat resistant temperature or lower depending on the material of the substrate 307. The SOG film forming material having Si-H bonds according to the present invention can be applied to a device using an inexpensive glass substrate because excellent effects can be obtained even by baking at 600 ° C. or lower. Next, a gate electrode 304 is formed on the gate insulating film 302 with Al or the like by sputtering or the like.
[0053]
Here, the gate insulating film of the top gate type TFT is generally made of SiO by plasma CVD.₂In many cases, a film is used. In this case, the semiconductor film 301 is damaged by plasma, and it is difficult to obtain good switching characteristics. On the other hand, in the top gate TFT 300 of this embodiment, the gate insulating film is formed by applying and baking the SOG film forming material without using plasma, so that the semiconductor film 301 is not damaged. Furthermore, the DB termination effect due to hydrogen released during the firing process can be expected. Further, the interface state density of the gate insulating film 302 / semiconductor film 301 is reduced.
[0054]
Accordingly, carriers induced in the channel region 301 a by applying a voltage to the gate electrode 304 are not trapped by the DB in the gate insulating film 302 / semiconductor film 301 or inside the semiconductor 301, and the source / drain regions 301 b and 301 c. Between the two, which provides good switching characteristics. In addition, the formation of the gate insulating film 302 is large, unlike a plasma CVD apparatus, and does not require an expensive vacuum apparatus, leading to a reduction in capital investment and a reduction in manufacturing costs. That is, according to the present embodiment, it is possible to manufacture a top gate TFT having excellent switching characteristics while simplifying the manufacturing process. In the above description of the manufacturing method, the SOG film forming material is applied by a spin coating method, but may be applied by a spray method or an ink jet method. In these methods, it is not necessary to rotate the substrate, and the gate insulating film 302 can be uniformly formed on a large square substrate by a line method.
[0055]
[Second form]
The second embodiment is a silicon solar cell in which the semiconductor device has a pn structure by doping a second conductive type impurity on the light receiving surface side of the first conductive type polycrystalline silicon substrate, and the light receiving surface side thereof. Then, a film-forming liquid (Si-H paint) obtained by dissolving a liquid or solid having an Si-H bond in an organic solvent is applied, dried, and baked to form a film based on the above-mentioned material. This is a method for manufacturing a solar cell in which a film is removed and then an antireflection film is formed on the surface.
[0056]
Example 4
A method for manufacturing this solar cell will be described with reference to the process chart of FIG.
An n layer 402 is formed by diffusing a group V impurity such as phosphorus on the light receiving surface side of the p-type silicon substrate 401 to form a pn junction (FIG. 9A). In this case, an n-type silicon substrate may be used, and a pn junction may be formed by diffusing a group III impurity such as boron to form a p layer. As the silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate or a single crystal silicon substrate is used.
Next, a liquid (Si—H paint) 403 obtained by dissolving a liquid having a Si—H bond or a solid in an organic solvent or the like is applied to the light receiving surface side of the silicon substrate 401 (FIG. 9B). As a coating method, various methods such as a spray method, a spin method, and a dip method can be applied. As the paint, a mixture of a silanol compound having a Si—H bond and an organic solvent is used. For example, triphenylsilane (C₆H₅)₃A solution in which SiH is dissolved in an organic solvent or a solution in which an organic compound having a Si—H bond such as OCD, T10, or T12 manufactured by Tokyo Ohka is dissolved in an organic solvent is used.
[0057]
After applying the paint, drying and baking are performed to form a film 404 based on the Si—H paint (FIG. 9C). A film based on a paint is a film having a molecular structure in which Si—O and Si—H bonds are mixed. Drying is performed to remove the organic solvent in the paint, and is performed at about 80 to 200 ° C.
Baking is performed to crystallize the paint to form a film based on the paint and to diffuse H atoms in the paint into the silicon substrate at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less. If it is carried out at 600 ° C. or higher, H atoms in the paint are detached and the desired effect cannot be obtained. In this process, H atoms in the paint penetrate into the silicon substrate, and when a polycrystalline substrate is used as the silicon substrate, some of them show a grain boundary passivation effect.
[0058]
After baking the paint, the film 404 based on the Si—H paint is removed using hydrofluoric acid or the like (FIG. 9D).
Thereafter, an antireflection film 405, a back electrode 406, and a front electrode 407 are formed to form a solar cell (FIG. 9 (e)). The order of the steps of forming the antireflection film, the front surface electrode, and the back surface electrode is not limited. For example, after forming the back electrode, the antireflection film and the surface electrode may be formed after coating, drying, baking, and peeling on the light receiving surface side of the silicon substrate.
When using a method in which an aluminum paste is printed and fired on the back electrode to form the p + layer and the back electrode at the same time, the H atoms terminate in the vacancies generated by the firing of the aluminum paste, thereby suppressing back surface recombination of carriers. Therefore, a high passivation effect is obtained.
According to the present embodiment, it is possible to manufacture a solar cell that can obtain the same effect as hydrogen plasma passivation by a very simple method without using a plasma device.
[0059]
[Third embodiment]
The third embodiment is a silicon solar cell in which the semiconductor device has a pn structure by doping a second conductive type impurity on the light receiving surface side of the first conductive type polycrystalline silicon substrate, and the light receiving surface side thereof. In addition, after forming a first film having a refractive index of 1.4 or more and less than that of a silicon substrate, a liquid or solid having a Si—H bond is dissolved in an organic solvent or the like on the first film. A solar cell in which a second film is formed by applying and baking the formed film-forming liquid.
[0060]
An example of a cross-sectional view of a solar cell obtained by the method of the third embodiment is shown in FIG.
The solar cell of the present invention is composed of a p-type single crystal or polycrystalline silicon substrate 501 with a p-layer 502, an n-layer 503 that is a group V impurity region, and a p + layer 504 that is a high-concentration group III impurity region. .
Although the silicon substrate 501 is a p-type, it may be an n-type, in which case 502 is an n layer, 503 is a p layer, and 504 is an n + layer.
On the light-receiving surface side, an antireflection film 505 having a refractive index of 1.4 or higher and a refractive index of a p-type silicon substrate or lower, and a film that is a liquid having a Si-H bond or a liquid obtained by dissolving a solid in an organic solvent or the like A film (hereinafter also abbreviated as a hydrogenated silicon oxide film) 506 obtained by firing a material (Si-H paint) is laminated, and further, a surface electrode 507 is formed on the light receiving surface side, and a film opposite to the light receiving surface is formed. A back electrode 508 is formed to take out electric power generated by irradiation with sunlight or the like.
[0061]
Si-H paint is a mixture of a silanol compound having a Si-H bond and an organic solvent. For example, OCD T10, T12, Toray Dow Corning made by Tokyo Ohka Co., Ltd. having Si-O bond and Si-H bond. For example, FOX-15, polysilazane having Si—N bond and Si—H bond, and the like can be used.
[0062]
The following three items can be cited as effects of the hydrogenated silicon oxide film laminated on the antireflection film.
(1) Since the refractive index of the hydrogenated silicon oxide film is approximately 1.4, which is higher than the refractive index of the atmosphere and lower than the refractive index of the antireflection film, a higher antireflection effect is obtained than in the case of a single antireflection film. It is done.
(2) Hydrogen atoms contained in the hydrogenated silicon oxide film diffuse to terminate dangling bonds such as grain boundaries of the polycrystalline silicon substrate.
(3) When hydrogen atoms contained in the hydrogenated silicon oxide film diffuse and a method of forming a p + layer and a back electrode using an aluminum paste is used, vacancies generated in the silicon substrate, etc. Terminate.
[0063]
Next, the manufacturing method of the solar cell of the 3rd form shown in FIG. 10 is demonstrated.
Any process can be selected as the process for forming the hydrogenated silicon oxide film as long as it is after the formation of the antireflection film. For example, the following processes are mentioned.
Step 1: Form antireflection film → Form hydrogenated silicon oxide → Form back electrode → Form light receiving surface electrode (→ Solder coating)
Process 2: Form antireflection film → Form back electrode → Form hydrogenated silicon oxide → Form light receiving surface electrode (→ Solder coating)
Process 3: Form antireflection film → Form back electrode → Form light receiving surface electrode → Form hydrogenated silicon oxide (→ Solder coating)
Step 4: Form back electrode → Form antireflection film → Form hydrogenated silicon oxide → Form light receiving surface electrode (→ Solder coating)
Step 5: Form back electrode → Form antireflection film → Form light receiving surface electrode → Form hydrogenated silicon oxide (→ Solder coating)
Step 6: Form back electrode → Form light-receiving surface electrode → Form antireflection film → Form hydrogenated silicon oxide (→ Solder coating)
In any of Step 1 to Step 6, the structure of the solar cell obtained is as shown in FIG.
[0064]
As a method for forming the back electrode, a method of printing and baking using an aluminum paste is rich in mass productivity. The firing temperature of the aluminum paste is generally performed in the range of 700 to 850 ° C.
As another method for forming the back electrode, it is also possible to use a method in which a group III impurity such as boron is diffused using a method such as ion implantation and then a conductive metal such as aluminum is deposited. In the case of this method, the temperature is generally in the range of room temperature to 300 ° C.
[0065]
As a method for forming the surface electrode, a method of printing and baking using a silver paste is rich in mass productivity. The baking temperature of the silver paste is generally in the range of 400 ° C to 700 ° C.
As another method for forming the surface electrode, a method of depositing a conductive metal such as silver or Ag / Pd / Ti after patterning can be used. In the case of this method, the temperature is generally in the range of room temperature to 300 ° C.
The solder application process is performed to reduce the contact resistance of the surface electrode and facilitate modularization. The temperature in this step is about 200 ° C., which is the melting point of the solder.
[0066]
In the case of the process 1, since the back electrode formation and the light receiving surface electrode formation are continuous, mass productivity is easy. However, when the patterning method is used when forming the light-receiving surface electrode, it is necessary to etch both the antireflection film and the hydrogenated silicon oxide film, which has a disadvantage that the etching time becomes long. In addition, when using the fire-through method, it is necessary to penetrate both the antireflection film and the hydrogenated silicon oxide film, and since the film thickness is large, a position where the penetration is insufficient occurs and the series resistance increases. Such problems may occur. When Step 1 is used, it is desirable that the firing temperature of the Si—H paint is not more than the Si—H decomposition temperature. However, when the method of forming the back electrode and the light receiving surface electrode at a low temperature such as vapor deposition is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is equal to or higher than the Si—H decomposition temperature.
[0067]
In the case of step 2, when an Al paste is used as the method for forming the back electrode, the effect of terminating the voids generated by the baking of the Al paste is high. However, the same problem as in step 1 may occur when the light receiving surface electrode is formed. When Step 2 is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is not more than the Si—H decomposition temperature. However, when the method of forming the light receiving surface electrode at a low temperature such as vapor deposition is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is equal to or higher than the Si—H decomposition temperature.
[0068]
In the case of Step 3, since the hydrogenated silicon oxide film is formed after forming the light-receiving surface electrode, problems that may occur in Step 1 and Step 2 can be avoided. However, a hydrogenated silicon oxide film is formed on the light-receiving surface electrode. It must be prevented from forming. When Step 3 is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is equal to or higher than the Si—H decomposition temperature.
[0069]
In the case of step 4, when an Al paste is used for the method of forming the back electrode, the effect of terminating the voids generated by the baking of the Al paste is high. However, the same problem as in step 1 may occur when the light receiving surface electrode is formed. When using step 4, it is desirable that the firing temperature of the Si—H paint is not more than the Si—H decomposition temperature. However, when the method of forming the light receiving surface electrode at a low temperature such as vapor deposition is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is equal to or higher than the Si—H decomposition temperature.
[0070]
In the case of Step 5, since the hydrogenated silicon oxide film is formed after the formation of the light receiving surface electrode, problems that may occur in Step 1 and Step 2 can be avoided. However, a hydrogenated silicon oxide film is formed on the light receiving surface electrode. It must be prevented from forming. When Step 5 is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is equal to or higher than the Si—H decomposition temperature.
[0071]
In the case of Step 6, since the antireflection film and the hydrogenated silicon oxide film are formed after the light-receiving surface electrode is formed, problems that may occur in Step 1 and Step 2 can be avoided, but antireflection on the light-receiving surface electrode is avoided. It is necessary to prevent the film and hydrogenated silicon oxide from being formed. When step 6 is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is equal to or higher than the Si—H decomposition temperature.
[0072]
FIG. 11 and FIG. 12 show the manufacturing method of the first mode of the third mode (corresponding to claim 11), that is, the process after baking the Si—H paint at a temperature below the temperature at which the Si—H bond is decomposed. The structural change of the Si-H paint in the process of heating above the temperature for decomposing the Si-H bond is shown.
After applying the paint, baking is performed at a temperature below which the Si—H bonds are decomposed (hereinafter referred to as Si—H decomposition temperature). The Si-H decomposition temperature differs slightly depending on the material. For example, T10 and T12 of OCD manufactured by Tokyo Ohka Kogyo are about 350 ° C, and polysilazane is about 300 ° C. The firing time can be set to any time from 10 minutes to 60 minutes.
Cage type Si-O and Si-H-bonded film (Fig. 11 (a)) when TOKYO OHKA T10 is used for the Si-H paint, and ladder when TOKYO OHKA T12 is used. (Ladder) type film having Si—O and Si—H bonds (FIG. 11B), and a film having Si—N, Si—O and Si—H bonds when polysilazane is used (FIG. 11) (C)) is formed.
Thereafter, by performing a step that is equal to or higher than the Si-H decomposition temperature, for example, a step of forming a p + layer and a back electrode using an aluminum paste, the Si-H bond contained in the film is decomposed. Do the decomposed hydrogen atoms leave the atmosphere (FIG. 12A), diffuse into the silicon substrate and terminate dangling bonds such as grain boundaries of the silicon substrate (FIG. 12B), or When the method of forming the p + layer and the back electrode using aluminum paste is used, vacancies and the like generated in the silicon substrate are terminated (FIG. 12C).
[0073]
The mechanism of the behavior of this hydrogen atom is the plasma CVD method mentioned in the conventional example. After forming an amorphous silicon hydronitride film, a p + layer and a back electrode are formed using an aluminum paste. The hydrogen in the silicon hydronitride film diffuses and is almost the same as the one that terminates dangling bonds such as the surface, defects, and grain boundaries of the silicon substrate, but does not require expensive equipment such as plasma CVD. There is an advantage in that it does not cause plasma damage.
[0074]
The manufacturing method of the second aspect of the third aspect of the present invention (corresponding to claims 12 and 13), that is, the baking of the Si-H paint is performed at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the Si-H bond, or baking. FIGS. 13 and 14 show manufacturing process diagrams of a manufacturing method in which a process of heating to a temperature higher than the decomposition temperature of the Si—H bond is performed in the subsequent process.
When the paint is applied and then baked at a temperature higher than the Si-H decomposition temperature, for example, 400 ° C., the Si—H bonds in the Si—H paint are decomposed, and the hydrogenated silicon oxide film is mainly composed of Si—O bonds. The The decomposed hydrogen atoms leave in the atmosphere or diffuse into the silicon substrate and terminate dangling bonds such as grain boundaries of the silicon substrate. The firing time can be set to any time from 10 minutes to 60 minutes. When the calcination temperature is extremely higher than the Si-H decomposition temperature, most of the hydrogen atoms will be detached, so it is desirable that the calcination temperature be near the Si-H decomposition temperature.
Then, when performing a certain process, for example, a process of forming a p + layer and a back electrode using an aluminum paste, at a temperature equal to or higher than the Si-H decomposition temperature, the hydrogenated silicon oxide film contains almost no hydrogen. More hydrogen is removed than hydrogen diffused in, and the effect is smaller than that of the method of the first embodiment. Therefore, in the case of this process, it is desirable that the Si-H decomposition temperature not be exceeded in the subsequent process.
In addition, when the paint is applied and then baked at the Si-H decomposition temperature or lower, for example, at 300 ° C, the Si-H bond in the Si-H paint is retained, and thereafter, at the Si-H decomposition temperature or higher, By performing a certain process, for example, a process of forming a p + layer and a back electrode using an aluminum paste, the Si-H bond in the Si-H paint is decomposed and separated into the atmosphere or diffused into the silicon substrate. Then, dangling bonds such as grain boundaries of the silicon substrate are terminated. Therefore, in the case of this step, it is desirable that the Si-H decomposition temperature or higher be obtained in the subsequent step.
[0075]
Example 5
Next, the manufacturing method of the 1st aspect of the 3rd form is demonstrated with the specific example shown in FIG. This is the aforementioned step 1:
Form antireflection film → Form hydrogenated silicon oxide → Form back electrode
→ Formation of light receiving surface electrode (→ Solder application)
It corresponds to.
An n layer 512 is formed by diffusing a group V impurity such as phosphorus on the light receiving surface side of the p-type silicon substrate 511 to form a pn junction (FIG. 3A). In this case, an n-type silicon substrate may be used, and a pn junction may be formed by diffusing a group III impurity such as boron to form a p layer. As the silicon substrate, a single crystal or polycrystalline substrate is used.
After forming the pn junction, an antireflection film 513 having a refractive index of 1.4 or more and a refractive index of the silicon substrate or less is formed on the light-receiving surface side of the p-type silicon substrate (FIG. 13B).
In the solar cell having the structure as shown in FIG.₀(= 1), the refractive index of hydrogenated silicon oxide is n₁(≒ 1.4), film thickness t₁, The refractive index of the antireflection film is n₂, T₂, N is the refractive index of the silicon substrate_sIf (≈3.5 to 4), in order to maximize the antireflection effect, the following equations 8 to 11 should be satisfied.
[0076]
[Equation 5]

[0077]
Therefore, the refractive index n of the antireflection film₂Is 1.4 or more and 3.5 or less, and preferably about 2.2. Hydrogenated silicon oxide film thickness t₁, Antireflection film thickness t₂May be set arbitrarily within a range that satisfies Expression 11, for example, t₁= 500Å, t₂What is necessary is just to set = 500cm.
As a material for the antireflection film, for example, silicon nitride (n≈2.1), titanium oxide (n≈2.2), and tantalum oxide (n≈2.4) are desirable. In addition, various methods such as a sputtering method, a p-CVD method, and a coating method can be applied as a film formation method.
[0078]
After forming the antireflection film, a Si—H paint 514 is applied on the antireflection film (FIG. 13C).
Thereafter, the Si—H paint is baked. The firing temperature is desirably lower than the Si-H decomposition temperature. However, when the method of forming the back electrode and the light receiving surface electrode at a low temperature such as vapor deposition is used, it is desirable that the baking temperature of the Si—H paint is equal to or higher than the Si—H decomposition temperature. For example, the heated Si—H paint forms a hydrogenated silicon oxide film 515 having a structure shown in FIG. 13 (FIG. 13D).
Next, a back electrode 516 and a p + layer 517 are formed (FIG. 13E). The method for forming the back electrode and the p + layer includes, for example, a method of forming a p + layer by diffusing Al, which is a group III element, by printing and baking an Al paste, and forming a back electrode simultaneously with boron on the back surface. A method of forming a back electrode using a method such as vapor deposition of a conductive material such as Al or Ag after a group III element is diffused by ion implantation or the like to form a p + layer is used.
[0079]
Thereafter, the light receiving surface electrode 518 is formed (FIG. 13F). The light-receiving surface electrode is formed by, for example, printing an Ag paste containing a glass frit having a low melting point and firing it, thereby burning the glass and penetrating the antireflection film 513 and the hydrogenated silicon oxide film 515. The light-through surface electrode is formed using a conductive material such as Ag / Pd / Ti after removing the anti-reflection film and the hydrogenated silicon oxide film at the position where the light-receiving surface electrode is to be formed, or the through-through method in contact with the n layer Or the like is used.
The solar cell based on this invention is formed by the said method.
[0080]
The characteristics of the solar cell based on the present invention are shown in Table 1. Comparative Example 1 is a solar cell having neither a hydrogenated silicon oxide film nor an antireflection film, and Comparative Example 2 is an antireflection film (TiO 2).₂The solar cell in which only a film thickness of 750 mm is formed, Example 5 is an antireflection film (TiO 2) based on the present invention.₂, Shows a solar cell in which a hydrogenated silicon oxide film (film thickness 500 mm) is formed on a film thickness 500 mm. Thus, the solar cell based on this invention has improved all of a short circuit current, an open circuit voltage, and FF (fill factor), and the improvement of an open circuit voltage and FF is remarkable especially. The improvement of the short circuit current is mainly due to the improvement of the antireflection effect by the hydrogenated silicon oxide, and the improvement of the open circuit voltage and FF is mainly due to the effect of the grain boundary and vacancy termination due to the hydrogen diffusion effect. .
[0081]
[Table 1]

[0082]
Example 6
Next, the manufacturing method according to the second aspect of the third embodiment will be described with a specific example shown in FIG. This is step 3 described above:
Form antireflection film → Form back electrode → Form light receiving surface electrode
→ Hydrogenated silicon oxide is formed (→ solder coating)
It corresponds to.
Steps 1 and 2 have an advantage of high mass productivity because the back electrode formation and the light receiving surface electrode formation are continuous. However, when the patterning method is used when forming the light-receiving surface electrode, it is necessary to etch both the antireflection film and the hydrogenated silicon oxide film, so that the etching time becomes long. In addition, when using the fire-through method, it is necessary to penetrate both the antireflection film and the hydrogenated silicon oxide film, and since the film thickness is thick, the position where the penetration is insufficient occurs and the series resistance increases. Problems can occur.
Therefore, in this embodiment, a solar cell manufacturing method in which an increase in series resistance does not occur by using an inkjet method at least as a method for applying a Si—H paint will be described.
[0083]
An n layer 522 is formed by diffusing group V impurities such as phosphorus on the light receiving surface side of the p-type silicon substrate 521 to form a pn junction (FIG. 14A). In this case, an n-type silicon substrate may be used, and a pn junction may be formed by diffusing a group III impurity such as boron to form a p layer. In addition, a monocrystalline or polycrystalline substrate is used as the silicon substrate.
[0084]
After forming the pn junction, an antireflection film 523 having a refractive index of 1.4 or more and a refractive index of the silicon substrate or less is formed on the light-receiving surface side of the p-type silicon substrate (FIG. 14B). The refractive index of the antireflection film is as shown in Example 5. In addition, regarding the manufacturing method of the antireflection film, the material as shown in Example 5 may be formed by sputtering, p-CVD, or the like, but the antireflection film material may be Li, Be, B, Na. Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Sn Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu An antireflection film is formed by applying and baking using an inkjet method so that the coating material is not applied to the position where the electrode is to be formed, using a coating liquid in which the liquid or solid contained is dissolved in an organic substance. May be. FIG. 4B shows a case where an antireflection film is formed using an ink jet method.
[0085]
After forming the antireflection film, a back electrode 524 and a p + layer 525 are formed. The method for forming the back electrode and the p + layer is the same as that in Example 5 (FIG. 14C). Thereafter, the light receiving surface electrode 526 is formed. The method for forming the light-receiving surface electrode is the same as that in Example 5 (FIG. 14D).
Thereafter, a coating material 527 (Si-H coating material) in which a liquid or solid having a Si-H bond is dissolved in an organic solvent or the like is applied on the antireflection film. The material for the Si—H paint is the same as that in Example 5 (FIG. 14E). Here, as a method for applying the Si—H paint, a spin method, a dip method, a spray method, or the like may be used. In this case, the Si—H paint is also applied to the light receiving surface electrode, and the contact resistance between the electrodes is reduced. In some cases, the coating material is not applied to the position where the electrode is formed using the inkjet method.
[0086]
Thereafter, the Si—H paint is baked. The firing temperature is desirably equal to or higher than the Si—H decomposition temperature. The baked Si—H paint forms a hydrogenated silicon oxide film 528 on the antireflection film, and many of the Si—H bonds are decomposed by thermal energy so that hydrogen atoms are separated and diffused, and particles in the silicon substrate Terminate dangling bonds in the boundary or vacancies generated by firing Al paste. The heating conditions are the same as in Example 5.
The solar cell based on this invention is formed by the said method. The structure of the solar cell is as shown in FIG. 10 and is the same as the structure obtained in Example 5.
[0087]
【The invention's effect】
According to the present invention, an SOG film-determining material having a Si—H bond formed in contact with the surface of a semiconductor is fired at a temperature of 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. High-efficiency solar cells with reduced DB state inside the semiconductor and / or reduced interface state density at the insulating film / semiconductor interface, and transistors with excellent switching characteristics Can be produced. Furthermore, since the manufacturing process is a lower temperature process than a thermal oxide film or an SOG film forming material having no Si-H bond, damage to semiconductor devices, contamination in the manufacturing process, and energy consumption (electric power) are reduced. By simplifying the manufacturing process and using an inexpensive manufacturing apparatus, the manufacturing yield can be improved and the manufacturing time and manufacturing cost can be reduced. Further, it can be applied to a substrate having a low heat-resistant temperature, and can be applied to a wide range of semiconductor devices.
Furthermore, by using an inkjet method as a coating method of the SOG film forming material, it becomes possible to form an insulating film and patterning in a simultaneous process, suppress the use of expensive photolithographic equipment, and shorten the manufacturing time. In addition, the manufacturing cost can be reduced by reducing the materials used.
Furthermore, in the present invention, by forming a film having a refractive index of 1.4 or more and a refractive index of the silicon substrate or less on the light receiving surface side, a hydrogenated silicon oxide film is installed,
(1) Since the refractive index of the hydrogenated silicon oxide film is about 1.4, which is higher than the refractive index of the atmosphere and lower than the refractive index of the antireflection film, a higher antireflection effect than that of the single antireflection film is obtained.
(2) Hydrogen atoms contained in the hydrogenated silicon oxide film are diffused to terminate dangling bonds in the grain boundaries.
(3) Hydrogen atoms contained in the hydrogenated silicon oxide film are diffused, and vacancies generated when using a method of forming a p + layer and a back electrode using an Al paste are terminated.
The above effect makes it possible to manufacture a high conversion efficiency solar cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the firing temperature dependence of the effective lifetime of a semiconductor using an SOG film-forming material having a Si—H bond as a result of a basic experiment according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an experimental sample according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the firing temperature dependence of the effective lifetime of a semiconductor when an SOG film forming material having no Si—H bond is used as a result of a basic experiment according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a binding reaction at the SOG film / semiconductor interface in the baking process of the SOG film-forming material having Si—H bonds.
FIG. 5 is a schematic view showing a bonding reaction at the SOG film / semiconductor interface in the baking process of the SOG film forming material having no Si—H bond.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a solar cell according to Example 1 of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic sectional view of a MIS structure transistor according to a second embodiment example 2 of the present invention;
FIG. 8 is a schematic sectional view of a top gate TFT according to Example 3 of the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of a solar cell according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a change in the molecular structure of the paint in the baking step according to the first aspect of the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a change in the molecular structure of the paint in a heating process following the baking process according to the first aspect of the third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a manufacturing process diagram according to the first aspect of the third mode of the present invention;
FIG. 14 is a schematic diagram showing a manufacturing process diagram according to the second mode of the third mode of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Semiconductor,
2: Insulating film
10: Evaluation sample for measuring effective lifetime,
100: solar cell,
101a: semiconductor substrate,
101b: semiconductor layer,
102a, 102b: insulating films,
103: high concentration dopant region,
104: Lower surface side electrode,
105: Upper surface side electrode,
200: MIS type transistor,
201: a single crystal semiconductor substrate,
202: a gate insulating film,
203a, 203b: source and drain regions,
204: gate electrode,
205: channel region,
300: Top gate type TFT,
301: Semiconductor thin film,
301a: channel region,
301b, 301c: source and drain regions,
302: Gate insulating film,
304: a gate electrode,
305: SiO₂film,
306b, 306c: source and drain electrodes,
307: substrate,
308: Interlayer insulating film,
401: silicon substrate,
402: n layer,
403: Liquid having Si—H bond or liquid (paint) in which a solid is dissolved,
404: film based on paint,
405: Antireflection film,
406: Back electrode,
407: Surface electrode,
501: Silicon substrate,
502: p layer in semiconductor,
503: n layer in semiconductor,
504: p + layer in the semiconductor,
505: Antireflection film,
506: Hydrogenated silicon oxide film,
507: Surface electrode,
508: Back electrode,
511: silicon substrate,
512: Semiconductor n layer,
513: Antireflection film,
514: Si-H paint,
515: hydrogenated silicon oxide film,
516: Back electrode,
517: semiconductor p + layer,
518: Light-receiving surface electrode,
521: silicon substrate,
522: semiconductor n layer,
523: antireflection film,
524: Back electrode,
525: semiconductor p + layer,
526: light receiving surface electrode,
527: Si-H paint,
528: Hydrogenated silicon oxide film.

Claims (16)

A semiconductor device that operates on the basis of carriers generated or induced in a semiconductor, wherein a film-forming liquid (Si-H paint) in which a liquid or solid having a Si-H bond is dissolved in an organic solvent is applied to the surface of the semiconductor. A semiconductor device characterized by having an insulating film formed on the surface by coating, drying, and baking at 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is obtained by baking the film-forming liquid at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the film-forming liquid is spin-on-glass (SOG). A photoelectric conversion element in which a plurality of types of conductive semiconductors are sequentially arranged in the thickness direction, and the insulating film is in contact with at least one surface of the uppermost semiconductor and the lowermost semiconductor The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is provided. 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure, and the insulating film is disposed in contact with the surface of the semiconductor layer. A step of forming a film-forming material on a semiconductor surface by applying a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid having a Si-H bond or a solid dissolved in an organic solvent, and the like, and baking the film-forming material at 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising a step of: 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the film forming liquid is formed on a semiconductor surface by a spin coating method or an ink jet method. The semiconductor device is a silicon solar cell having a pn structure by doping a second conductive type impurity on the light receiving surface side of the first conductive type polycrystalline silicon substrate, and a Si-H bond is formed on the light receiving surface side. A film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having an organic solvent in an organic solvent is applied, dried, and baked to form a film based on the film-forming liquid, and then the film is removed and then reflected on the surface. A method for producing a solar cell, comprising forming a protective film. The method for manufacturing a solar cell according to claim 8, wherein the firing temperature is 400 ° C. or more and 600 ° C. or less. The semiconductor device is a silicon solar cell having a pn structure by doping a second conductive type impurity on the light receiving surface side of the first conductive type polycrystalline silicon substrate, and the refractive index is 1 on the light receiving surface side. After forming the first film having a refractive index of 4 or more and less than the refractive index of the silicon substrate, a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid having a Si—H bond or a solid in an organic solvent is applied on the first film. A method for producing a solar cell, comprising firing to form a second film. The firing temperature of a film-forming liquid in which a liquid or solid having a Si-H bond is dissolved in an organic solvent is lower than the temperature at which the Si-H bond is decomposed, and the liquid or solid having a Si-H bond is dissolved in an organic solvent. The method for manufacturing a solar cell according to claim 10, wherein in the step after firing the formed film-forming liquid, a step of heating to a temperature at which the Si—H bond is decomposed or higher is performed. The method for producing a solar cell according to claim 10, wherein the firing temperature of a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or solid having an Si-H bond in an organic solvent is equal to or higher than a temperature at which the Si-H bond is decomposed. In a step after baking of a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid having a Si-H bond or a solid in an organic solvent at a temperature higher than the temperature at which the Si-H bond is decomposed, it is heated to a temperature higher than the temperature at which the Si-H bond is decomposed. The manufacturing method of the solar cell of Claim 12 in which the process performed is not performed. The method for producing a solar cell according to any one of claims 11 to 13, wherein a temperature for decomposing the Si-H bond is 300 ° C to 400 ° C. The method for manufacturing a solar cell according to claim 10, wherein application of a film-forming liquid obtained by dissolving a liquid or a solid having a Si—H bond in an organic solvent or the like is performed using an inkjet method. A solar cell manufactured by the manufacturing method according to claim 8.

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