JP2011249780A - 半導体基板の作製方法及び光電変換装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁層を介してベース基板に設けられた単結晶シリコン層上に、堆積初期の一部で、単結晶シリコン層と結晶面の配列の揃った針状シリコン層が気相エピタキシャル成長するようにシリコン層を形成し、針状シリコン層を種結晶として、シリコン層の他部を固相エピタキシャル成長させて、単結晶及び前記結晶シリコン層の厚さが厚い半導体基板を作製する。
【選択図】図2
Description
図1を用いて、半導体層が設けられた基板の作製方法の一例について説明する。具体的には、絶縁層を介して単結晶シリコン層が設けられた基板の作製方法(半導体基板の作製方法)について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1と比較して、さらに、結晶性の高い結晶シリコン層を有する半導体基板の作製方法について、図1及び図3を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態1において、単結晶シリコン層131をベース基板130へ転載した後、レーザービーム照射により、単結晶シリコン層131を再結晶化し、同時に平坦化、欠陥の回復を行う形態を示す。従って、実施の形態1と同一部分または同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
実施の形態1及び実施の形態2の方法で作製した半導体基板を用いて光電変換装置を作製する形態を示す。従って、実施の形態1、実施の形態2と同一部分または同様な機能を有する部分の繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態では、先の実施の形態と異なる光電変換装置の製造方法の例について説明する。具体的には、先の実施の形態では、脆化領域205、第1の不純物半導体層208、第1の電極206、絶縁層204の形成順序について、(1)を例に説明したが、本実施の形態では、(2)、(3)、(4)の例について説明する。なお、脆化領域205、第1の不純物半導体層208、第1の電極206、絶縁層204の形成順序以外については先の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。
本実施の形態では、光電変換装置の作製方法の別の形態について説明する。
本実施の形態では、ユニットセルを複数積層した、いわゆるタンデム型の光電変換装置の例について説明する。なお、本実施の形態では、ユニットセルを2層積層する場合について説明する。
本実施の形態では、ユニットセルを複数積層した光電変換装置の一例について説明する。具体的には、ユニットセルを3層積層した、いわゆるスタック型の光電変換装置400について説明する。
実施の形態3乃至7などにより得られる光電変換装置を用いて、太陽光発電モジュールを製造することができる。本実施の形態では、実施の形態3に示す光電変換装置を用いた太陽光発電モジュールの例を図27(A)に示す。太陽光発電モジュール1028は、ベース基板202上に設けられたユニットセル220により構成されている。ベース基板202とユニットセル220の間には、ベース基板202側から絶縁層204、第1の電極206が設けられている。また、第1の電極206は補助電極216と接続している。
図28に、実施の形態7で示した太陽光発電モジュール1028を用いた太陽光発電システムの例を示す。充電制御回路1029は、一または複数の太陽光発電モジュール1028から供給される電力を用いて、蓄電池1030を充電する。また、蓄電池1030が十分に充電されている場合には、太陽光発電モジュール1028から供給される電力を負荷1031に直接出力する。
・成膜法:PECVD
・原料ガス:SiH4(800sccm)
・電力密度(周波数):102mW/cm2(60MHz)
・圧力:150Pa
・電極間隔:10mm
・基板温度:400℃
・厚さ:1μm
比較のため、単結晶シリコン層上に、基板温度を210℃、280℃、400℃、電力密度を102mW/cm2、612mW/cm2、1633mW/cm2としてシリコン層を形成した例を示す。
・成膜法:PECVD
・原料ガス:SiH4(800sccm)
・電源周波数:60MHz
・圧力:150Pa
・電極間隔:10mm
・厚さ:1μm
比較のため、SiH4をH2で希釈した原料ガスを用いて、単結晶シリコン層上での結晶シリコン層のエピタキシャル成長を試みた例を示す(試料1)。
・成膜法:PECVD
・原料ガス:SiH4(290sccm)+H2(1740sccm)
・電力密度(周波数):60mW/cm2(60MHz)
・基板温度:280℃
・圧力:140Pa
・電極間隔:15mm
・厚さ:500nm
・成膜法:PECVD
・原料ガス:SiH4(800sccm)
・電力密度(周波数):102mW/cm2(60MHz)
・基板温度:400℃
・圧力:150Pa
・電極間隔:10mm
・厚さ:1μm
101 絶縁層
103 水素イオン
105 脆化領域
130 ベース基板
131 単結晶シリコン層
132 針状結晶領域
133 非晶質シリコン層
134 結晶シリコン層
135 単結晶シリコン層
136 シリコン層
140 レーザービーム
141 単結晶シリコン層
142 針状結晶領域
143 非晶質シリコン層
144 結晶シリコン層
146 シリコン層
200 光電変換装置
202 ベース基板
203 単結晶シリコン基板
204 絶縁層
205 脆化領域
206 第1の電極
207 保護層
208 第1の不純物半導体層
210 単結晶シリコン層
211 非晶質シリコン層
212 結晶シリコン層
214 第2の不純物半導体層
216 補助電極
218 第2の電極
219 パッシベーション層
220 ユニットセル
230 不純物元素
240 イオン
250 レーザービーム
251 単結晶シリコン層
252 針状結晶領域
253 結晶シリコン層
256 シリコン層
260 不純物元素
280 基板温度
300 光電変換装置
317 補助電極
319 補助電極
322 第3の不純物半導体層
324 非単結晶半導体層
326 第4の不純物半導体層
330 ユニットセル
332 第2の電極
400 光電変換装置
440 ユニットセル
442 第5の不純物半導体層
444 非単結晶半導体層
446 第6の不純物半導体層
452 第2の電極
453 補助電極
454 補助電極
550 加熱温度
1026 裏面電極
1027 裏面電極
1028 太陽光発電モジュール
1029 充電制御回路
1030 蓄電池
1031 負荷
1300 ガラス基板
1301 酸化シリコン層
1302 単結晶シリコン層
1303 針状結晶領域
1304 非晶質シリコン層
1305 コーティング
1306 コーティング
1307 結晶シリコン層
1308 非晶質シリコン層
1310 結晶シリコン層
1401 実線
1402 実線
1403 実線
1404 実線
1405 破線
Claims (28)
- ベース基板上に単結晶シリコン層を設け、
前記単結晶シリコン層上に、該単結晶シリコン層と同じ結晶方位である針状結晶領域を一部に含むシリコン層を形成し、
前記針状結晶領域を種結晶として、前記シリコン層の他部を固相成長させて、前記シリコン層を結晶シリコン層とすることを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1において、
前記単結晶シリコン層に、レーザービーム照射することで、前記単結晶シリコン層の欠陥を回復させると共に、平坦化した後、
前記レーザービーム照射された単結晶シリコン層上に前記シリコン層を形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1または2において、
前記単結晶シリコン層及び前記結晶シリコン層の厚さの合計が800nm以上となるように前記単結晶シリコン層及び前記結晶シリコン層を形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記シリコン層は、シリコンを含む堆積性ガスを希釈せずに用いるプラズマ励起CVD法により形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項4において、
前記シリコンを含む堆積性ガスは、SiH4、Si2H6に代表されるシラン系ガスまたはSiF4であることを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項4または5において、
前記プラズマ励起CVD法は、612mW/cm2未満の高周波電源からの電力を供給し、基板温度を280℃超過前記ベース基板の歪み点未満で行うことを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一において、
前記針状結晶領域は、前記単結晶シリコン層を種結晶として、気相成長により形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1乃至7のいずれか一において、
前記シリコン層中の水素濃度が2×1018atoms/cm3以上3.5×1021atoms/cm3未満であることを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一において、
500℃超過前記ベース基板の歪み点未満の熱処理により前記結晶シリコン層を形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1乃至9のいずれか一において、
前記固相成長を行う前に、前記シリコン層形成時の基板温度以上前記シリコン層の固相成長が起こる温度未満で保持した後、500℃以上ベース基板の歪み点未満で前記固相成長を行うことを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項1乃至10のいずれか一において、
単結晶シリコン基板の一表面上に絶縁層を形成し、
前記単結晶シリコン基板にイオンを照射して、前記単結晶シリコン基板中に脆化領域を形成し、
前記絶縁層とベース基板を密着させて前記単結晶シリコン基板と前記ベース基板を貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶シリコン基板を分離させることにより、前記ベース基板上に単結晶シリコン層を設けることを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項11において、
前記イオンとして、水素を含む原料ガスにより生成されるイオンを用いることを特徴とする半導体基板の作製方法。 - ベース基板上に第1の電極、第1の不純物半導体層、単結晶シリコン層を設け、
前記単結晶シリコン層上に、該単結晶シリコン層と同じ結晶方位である針状結晶領域を一部に含むシリコン層を形成し、
前記針状結晶領域を種結晶として、前記シリコン層の他部を固相成長させて、前記シリコン層を結晶シリコン層とし、
前記結晶シリコン層上に、前記第1の不純物半導体層とは逆の導電型の第2の不純物半導体層を形成し、
前記第2の不純物半導体層上に第2の電極を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13において、
前記単結晶シリコン層に、レーザービーム照射することで、前記単結晶シリコン層の欠陥を回復させると共に、平坦化した後、
前記レーザービーム照射した単結晶シリコン層上に前記シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13または14において、
前記単結晶シリコン層及び前記結晶シリコン層の厚さの合計が800nm以上となるように前記単結晶シリコン層及び前記結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至15のいずれか一において、
前記シリコン層は、シリコンを含む堆積性ガスを希釈せずに用いるプラズマ励起CVD法により形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項16において、
前記シリコンを含む堆積性ガスは、SiH4、Si2H6に代表されるシラン系ガスまたはSiF4であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項16または17において、
前記プラズマ励起CVD法は、612mW/cm2未満の高周波電源からの電力を供給し、基板温度280℃超過前記ベース基板の歪み点未満で行うことを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至18のいずれか一において、
前記針状結晶領域は、前記単結晶シリコン層を種結晶として、気相成長により形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 請求項13乃至19のいずれか一において、
前記シリコン層中の水素濃度が2×1018atoms/cm3以上3.5×1021atoms/cm3未満であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至20のいずれか一において、
500℃超過前記ベース基板の歪み点未満の熱処理により前記結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至21のいずれか一において、
前記固相成長を行う前に、前記シリコン層形成温度超過前記シリコン層の固相成長が起こる温度未満で保持した後、500℃超過ベース基板の歪み点未満で前記固相成長を行うことを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至22のいずれか一において、
単結晶シリコン基板に保護層を形成し、
前記単結晶シリコン基板の一表面上に第1の不純物半導体層を形成し、
前記単結晶シリコン基板にイオンを照射して、前記単結晶シリコン基板中に脆化領域を形成し、
前記保護層を除去し、
前記第1の不純物半導体層上に第1の電極を形成し、
前記第1の電極とベース基板を密着させて前記単結晶シリコン基板と前記ベース基板を貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶シリコン基板を分離させることにより、前記ベース基板上に前記第1の電極、前記第1の不純物半導体層及び単結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至22のいずれか一において、
単結晶シリコン基板に保護層を形成し、
前記単結晶シリコン基板上にイオンを照射して、前記単結晶シリコン基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶シリコン基板の一表面上に第1の不純物半導体層を形成し、
前記保護層を除去し、
前記第1の不純物半導体層上に第1の電極を形成し、
前記第1の電極とベース基板を密着させて前記単結晶シリコン基板と前記ベース基板を貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶シリコン基板を分離させることにより、前記ベース基板上に前記第1の電極、前記第1の不純物半導体層及び単結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至22のいずれか一において、
単結晶シリコン基板上に第1の電極を形成し、
前記単結晶シリコン基板の一表面上に第1の不純物半導体層を形成し、
前記単結晶シリコン基板上にイオンを照射して、前記単結晶シリコン基板中に脆化領域を形成し、
前記第1の電極とベース基板を密着させて前記単結晶シリコン基板と前記ベース基板を貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶シリコン基板を分離させることにより、前記ベース基板上に前記第1の電極、前記第1の不純物半導体層及び単結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項13乃至22のいずれか一において、
単結晶シリコン基板上に第1の電極を形成し、
前記単結晶シリコン基板上にイオンを照射して、前記単結晶シリコン基板中に脆化領域を形成し、
前記単結晶シリコン基板の一表面上に第1の不純物半導体層を形成し、
前記第1の電極とベース基板を密着させて前記単結晶シリコン基板と前記ベース基板を貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶シリコン基板を分離させることにより、前記ベース基板上に前記第1の電極、前記第1の不純物半導体層及び単結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項22乃至26のいずれか一において、
前記単結晶シリコン基板上の前記ベース基板との貼り合わせ面に絶縁層を形成し、
前記絶縁層とベース基板を密着させて前記単結晶シリコン基板と前記ベース基板を貼り合わせ、
前記脆化領域において前記単結晶シリコン基板を分離させることにより、前記ベース基板上に前記絶縁層、前記第1の電極、前記第1の不純物半導体層及び単結晶シリコン層を形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。 - 請求項22乃至27のいずれか一において、
前記イオンとして、水素を含む原料ガスにより生成されるイオンを用いることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
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