JP2011192908A

JP2011192908A - ポリシリコン膜の製造方法、太陽電池及び電子デバイス

Info

Publication number: JP2011192908A
Application number: JP2010059444A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Sakurai; 直明桜井; Hiroyasu Kondo; 弘康近藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】高価な機材である真空チャンバーを用いることなくキャリア移動度の高いポリシリコン膜を製造する。
【解決手段】ポリシリコン膜の製造方法において、少なくともシリコン粒子を分散させた液体を基板に塗付する工程と、塗布した液体を乾燥させてシリコン膜を形成する工程と、シリコン膜をポリシリコン膜にするための熱アニール処理工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリシリコン膜の製造方法、及び、そのポリシリコン膜を用いた太陽電池及び電子デバイスに関する。

従来、液晶ディスプレイなどの電子デバイスに用いられているキャリア移動度の高い多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）は、下記特許文献１に記載されたように、真空チャンバー内でＣＶＤ法（化学気相成長法）により非晶質シリコン膜を形成し、その非晶質シリコン膜に対してエキシマレーザーを照射するアニール処理を行うことにより製造している。

特開２００７−３２４４２５号公報

特許文献１に記載されたポリシリコン膜の製造方法によれば、高価な機材である真空チャンバーを準備しなければならず、ポリシリコン膜の製造コストが高くなっている。

なお、大きいサイズのポリシリコン膜を製造するためには、製造するポリシリコン膜のサイズに応じた大きいサイズの真空チャンバーを準備しなければならない。真空チャンバーはサイズが大きくなると、作用する外圧も大きくなるために外圧に対する強度を高める必要があり、より高価となる。

また、真空チャンバーが大型化すると、真空チャンバー内において真空チャンバー内に供給した原料ガスの密度の偏りが生じる場合があり、非晶質シリコン膜の膜厚がばらつきを生じる場合がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、高価な機材である真空チャンバーを用いることなくキャリア移動度の高いポリシリコン膜を製造する製造方法、及び、そのポリシリコン膜を用いた太陽電池及び電子デバイスを提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、ポリシリコン膜の製造方法において、少なくともシリコン粒子を含む液体を基板に塗付する工程と、塗布した前記液体を乾燥させてシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜をポリシリコン膜にするための熱アニール処理工程と、を備える。

本発明によれば、高価な機材である真空チャンバーを用いることなく、キャリア移動度の高いポリシリコン膜を製造することができる。

本発明の第１の実施の形態のポリシリコン膜の製造方法を説明する工程図である。その模式図である。その縦断側面図である。本発明の製造方法で製造されたポリシリコン膜の結晶性を示すＲａｍａｎ分光データのグラフである。本発明の第２の実施の形態のポリシリコン膜の製造方法を説明する工程図である。ダングリングボンド低減処理について説明する模式図である。本発明の第３の実施の形態の太陽電池を示す模式図である。本発明の第４の実施の形態のＭＯＳ型トランジスタを示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態のポリシリコン膜の製造方法を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は、ポリシリコン膜１の製造方法を示す工程図である。まず、基板としてガラス基板２を準備する（ステップＳ１）。なお、ガラス基板２は、例えば、加熱機能を有するホットプレート上に載置して準備する。

つぎに、ガラス基板２上に、シリコン粒子３を分散させた液体４を塗付する（ステップＳ２）。シリコン粒子３は、直径２０〜３０ｎｍの大きさのものを用い、液体４としてはイソプロピルアルコールを用いる。シリコン粒子３を分散させた液体４を塗付する方法としては、ディスペンサ法、スピンコート法、インクジェット法、スプレー法、バーコート法、ダイコート法等を用いることができる。図２（ａ）は、シリコン粒子３を分散させた液体４がガラス基板２上に塗布された状態を示している。

つぎに、塗布した液体４を蒸発させ（ステップＳ３）、図２（ｂ）に示すようにシリコン粒子３の集まりであるシリコン膜５を形成する。なお、液体４を蒸発させる場合には、ガラス基板２が載置されてホットプレートを１００℃程度に加熱することにより蒸発を促進させる。

つぎに、シリコン膜５を熱アニール処理し、シリコン膜５を構成しているシリコン粒子３を溶融、冷却することにより再結晶化させ、図２（ｃ）に示すようにポリシリコン膜１を形成する（ステップＳ４）。熱アニール処理においては、例えば、エキシマレーザ等の光エネルギーをパルス状にシリコン膜５に照射し、シリコン膜５を瞬時に加熱することにより行なう。なお、熱アニール処理では、シリコン粒子３が溶融する温度に加熱できればよく、エキシマレーザに代えて、例えば、キセノン（Ｘｅ）フラッシュランプ、赤外線ランプ、抵抗加熱等を用いてもよい。

図３は、エキシマレーザ照射による熱アニール処理（ＥＬＡ処理）の前後におけるシリコンの結晶性をＲａｍａｎ分光により評価した結果を示しており、図３（ａ）はＥＬＡ処理前、図３（ｂ）はＥＬＡ処理後である。エキシマレーザ照射によりシリコンの結晶性を示すピーク強度が大きくなり、結晶粒径が大きくなっていることが分かる。

このような構成において、本実施の形態によれば、微小なシリコン粒子３の集まりであるシリコン膜５に対して熱アニール処理を施すことにより、結晶粒の大きいポリシリコン膜１を製造することができる。多結晶シリコンにおいては、キャリア移動度は結晶粒が大きくなることに伴って向上することがわかっており、結晶粒の大きいポリシリコン膜１は、キャリア移動度が高く、導電性が向上する。

また、本実施の形態の製造方法によれば、高価な機材である真空チャンバーを用いることなくポリシリコン膜１を安価に製造することができる。しかも、大きなサイズのポリシリコン膜１を容易に製造することができ、その大きなサイズのポリシリコン膜１の膜圧を均一にすることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態のポリシリコン膜の製造方法を図４及び図５に基づいて説明する。なお、第２の実施の形態、及び、以下に説明する他の実施の形態において、先行して説明した実施の形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

第２の実施の形態の基本的な構成は、第１の実施の形態と同じである。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態で説明したステップＳ４の工程の後に、ポリシリコン膜１のダングリングボンドを低減させるダングリングボンド低減処理工程（ステップＳ５）を行うことである。

ダングリングボンド低減処理は、真空中、又は、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中の大気圧下で、水素プラズマ処理を施すことにより行なう。この場合、ポリシリコン膜１は水素によりエッチングされない温度で保持する必要がある。

ダングリングボンドは未結合手のことで、熱アニール処理を施したポリシリコン膜１の粒界には図５（ａ）に示すように多数のダングリングボンドが存在する。ダングリングボンドが存在すると、ダングリングボンドによって通電時にキャリアが捕捉され、ポリシリコン膜１の導電性が低下する。

ダングリングボンド低減処理を行うことにより、図５（ｂ）に示すように、ダングリングボンドに水素原子が捕捉され、ダングリングボンドが低減される。

このような構成において、ポリシリコン膜１のダングリングを低減させるダングリングボンド低減処理を行うことにより、通電時にダングリングボンドによって捕捉されるキャリアが減少し、ポリシリコン膜１の導電性を高めることができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図６に基づいて説明する。図６は、第１又は第２の実施の形態で説明したポリシリコン膜１を発電手段として使用した太陽電池６を示す模式図である。この太陽電池６は、透明電極７と、非晶質シリコン膜８（ｐ型、ｉ型、ｎ型の３相）と、ポリシリコン膜１（ｐ型、ｉ型、ｎ型の３相）と、金属電極９とを積層することにより形成されている。

このような構成において、太陽電池６において本発明の製造方法により製造されたポリシリコン膜１を使用することにより、結晶粒の大きいポリシリコン膜１はキャリア移動度が高く導電性が向上しているため、発電能力の高い太陽電池６を得ることができる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図７に基づいて説明する。図７は、第１又は第２の実施の形態で説明したポリシリコン膜１を半導体層として使用した電子デバイスであるＭＯＳ型トランジスタ１０を示す模式図である。

ＭＯＳ型トランジスタ１０は、ポリシリコン膜１のｎ型領域１ａに接続されたソース電極１１とドレイン電極１２とを有し、さらに、ポリシリコン膜１のｐ型領域１ｂ上にゲート酸化膜１３を介してゲート電極１４が設けられている。

このような構成において、ＭＯＳ型トランジスタ１０において本発明の製造方法により製造されたポリシリコン膜１を使用することにより、結晶粒の大きいポリシリコン膜１はキャリア移動度が高く導電性が向上しているため、導電性の良いＭＯＳ型トランジスタ１０を得ることができる。

１…ポリシリコン膜、発電手段、半導体層、２…基板、３…シリコン粒子、４…液体、５…シリコン膜

Claims

少なくともシリコン粒子を分散させた液体を基板に塗付する工程と、
塗布した前記液体を乾燥させてシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜をポリシリコン膜にするための熱アニール処理工程と、
を備えることを特徴とするポリシリコン膜の製造方法。
前記ポリシリコン膜のダングリングボンドを低減させるダングリングボンド低減処理工程を備えることを特徴とする請求項１記載のポリシリコン膜の製造方法。
前記熱アニール処理工程は、光エネルギーをパルス状に前記シリコン膜に照射して行うことを特徴とする請求項１又は２記載のポリシリコン膜の製造方法。
請求項１ないし３のいずれかの方法で製造されたポリシリコン膜を発電手段として備えることを特徴とする太陽電池。
請求項１ないし３のいずれかの方法で製造されたポリシリコン膜を半導体層として備えることを特徴とする電子デバイス。