JP2810284B2 - 光起電力素子用薄膜多結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
光起電力素子用薄膜多結晶シリコンの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子用薄膜多
結晶シリコンを製造する方法に関するものであり、特
に、基板上に形成された非晶質シリコン薄膜を熱処理す
ることにより結晶化させて光起電力素子用の薄膜多結晶
シリコンを製造する方法に関するものである。
結晶シリコンを製造する方法に関するものであり、特
に、基板上に形成された非晶質シリコン薄膜を熱処理す
ることにより結晶化させて光起電力素子用の薄膜多結晶
シリコンを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光起電力素子用の薄膜多結晶シリコンと
しては、光電変換効率を向上させるため、結晶粒径が大
きく、粒界の少ない薄膜多結晶シリコンが要望されてい
る。薄膜多結晶シリコンの製造方法の一例としては、基
板上に非晶質シリコン薄膜を形成した後、非晶質シリコ
ン薄膜を加熱して結晶化させる、いわゆる固相成長法が
知られており、このような固相成長法により結晶粒径の
大きな薄膜多結晶シリコンを製造する方法として、いわ
ゆるパーシャルドーピング法が提案されている。パーシ
ャルドーピング法は、非晶質シリコン薄膜の一部にリン
（Ｐ）あるいはボロン（Ｂ）等をドーピングすることに
より、非晶質シリコンの荷電状態を変化させ、ドーピン
グされた部分から選択的に結晶化を開始させる方法であ
る。図３は、このようなパーシャルドーピング法を説明
するための断面図である。図３を参照して、基板１上に
は、非晶質シリコン薄膜２が形成されており、非晶質シ
リコン薄膜２内の上方部には、リン（Ｐ）がドープされ
たＰドープ層２ｂが形成されている。Ｐドープ層２ｂの
下はドープされていないノンドープ層２ａである。この
ような非晶質シリコン薄膜２を加熱すると、Ｐドープ層
２ｂにおいて結晶核が発生し、この結晶核によってノン
ドープ層２ａの結晶化が開始され、結晶が成長する。結
晶核が選択的にＰドープ層２ｂにおいて形成されるの
で、全体としてはシリコン結晶の大粒径化を達成するこ
とができる。
しては、光電変換効率を向上させるため、結晶粒径が大
きく、粒界の少ない薄膜多結晶シリコンが要望されてい
る。薄膜多結晶シリコンの製造方法の一例としては、基
板上に非晶質シリコン薄膜を形成した後、非晶質シリコ
ン薄膜を加熱して結晶化させる、いわゆる固相成長法が
知られており、このような固相成長法により結晶粒径の
大きな薄膜多結晶シリコンを製造する方法として、いわ
ゆるパーシャルドーピング法が提案されている。パーシ
ャルドーピング法は、非晶質シリコン薄膜の一部にリン
（Ｐ）あるいはボロン（Ｂ）等をドーピングすることに
より、非晶質シリコンの荷電状態を変化させ、ドーピン
グされた部分から選択的に結晶化を開始させる方法であ
る。図３は、このようなパーシャルドーピング法を説明
するための断面図である。図３を参照して、基板１上に
は、非晶質シリコン薄膜２が形成されており、非晶質シ
リコン薄膜２内の上方部には、リン（Ｐ）がドープされ
たＰドープ層２ｂが形成されている。Ｐドープ層２ｂの
下はドープされていないノンドープ層２ａである。この
ような非晶質シリコン薄膜２を加熱すると、Ｐドープ層
２ｂにおいて結晶核が発生し、この結晶核によってノン
ドープ層２ａの結晶化が開始され、結晶が成長する。結
晶核が選択的にＰドープ層２ｂにおいて形成されるの
で、全体としてはシリコン結晶の大粒径化を達成するこ
とができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パーシ
ャルドーピング法は、不純物のドーピングにより結晶化
を制御する方法であるため、不純物濃度の低い薄膜多結
晶シリコンを得るためには、ドープ層を著しく薄くする
か、あいはドーパント濃度を著しく低くする必要があ
る。この結果、ドープ層が結晶核発生層としての機能を
十分に果たせず、結果的に不純物濃度の低い大粒径の薄
膜多結晶シリコンを得ることができないという問題があ
った。特に、ドープ層における不純物濃度が１×１０19
ｃｍ-3以下であると、大粒径の薄膜多結晶を得ることが
できなかった。
ャルドーピング法は、不純物のドーピングにより結晶化
を制御する方法であるため、不純物濃度の低い薄膜多結
晶シリコンを得るためには、ドープ層を著しく薄くする
か、あいはドーパント濃度を著しく低くする必要があ
る。この結果、ドープ層が結晶核発生層としての機能を
十分に果たせず、結果的に不純物濃度の低い大粒径の薄
膜多結晶シリコンを得ることができないという問題があ
った。特に、ドープ層における不純物濃度が１×１０19
ｃｍ-3以下であると、大粒径の薄膜多結晶を得ることが
できなかった。
【０００４】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3以下の非晶質
シリコン薄膜から固相成長法により大粒径の薄膜多結晶
シリコンを製造することのできる方法を提供することに
ある。
を解消し、不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3以下の非晶質
シリコン薄膜から固相成長法により大粒径の薄膜多結晶
シリコンを製造することのできる方法を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、基
板上に形成された非晶質シリコン薄膜を熱処理すること
により結晶化させて薄膜多結晶シリコンを製造する方法
であり、非晶質シリコン薄膜中の水素以外の不純物濃度
が１×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、非晶質シリコン
薄膜がラマン散乱により評価されるＴＡ（Transvers ac
oustic）モードの散乱強度（ＴＡ）とＴＯ（transvers
optic)モードの散乱強度（ＴＯ）の比（ＴＡ／ＴＯ）が
相対的に大きい非晶質シリコン層と相対的に小さい非晶
質シリコン層とを積層することにより構成されているこ
とを特徴としている。
板上に形成された非晶質シリコン薄膜を熱処理すること
により結晶化させて薄膜多結晶シリコンを製造する方法
であり、非晶質シリコン薄膜中の水素以外の不純物濃度
が１×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、非晶質シリコン
薄膜がラマン散乱により評価されるＴＡ（Transvers ac
oustic）モードの散乱強度（ＴＡ）とＴＯ（transvers
optic)モードの散乱強度（ＴＯ）の比（ＴＡ／ＴＯ）が
相対的に大きい非晶質シリコン層と相対的に小さい非晶
質シリコン層とを積層することにより構成されているこ
とを特徴としている。
【０００６】
【作用】本発明は、非晶質シリコン層の、ラマン散乱に
より評価されるＴＡモードの散乱強度とＴＯモードの散
乱強度の比（ＴＡ／ＴＯ）が、結晶核の生成率および結
晶成長速度と一定の関係を有することを見出し、本発明
をなすに至った。すなわち、ＴＡ／ＴＯ比が大きい非晶
質シリコン層においては、結晶核生成率が低く、その反
面結晶成長速度が大きく、一方ＴＡ／ＴＯ比が小さい非
晶質シリコン層では結晶核生成率が大きく、結晶成長速
度が小さくなる。従って、ＴＡ／ＴＯ比が相対的に大き
い非晶質シリコン層と相対的に小さい非晶質シリコン層
とを積層することにより、ＴＡ／ＴＯ比が相対的に小さ
い非晶質シリコン層において結晶核を発生させ、ＴＡ／
ＴＯ比の大きい非晶質シリコン層において結晶を成長さ
せることができる。
より評価されるＴＡモードの散乱強度とＴＯモードの散
乱強度の比（ＴＡ／ＴＯ）が、結晶核の生成率および結
晶成長速度と一定の関係を有することを見出し、本発明
をなすに至った。すなわち、ＴＡ／ＴＯ比が大きい非晶
質シリコン層においては、結晶核生成率が低く、その反
面結晶成長速度が大きく、一方ＴＡ／ＴＯ比が小さい非
晶質シリコン層では結晶核生成率が大きく、結晶成長速
度が小さくなる。従って、ＴＡ／ＴＯ比が相対的に大き
い非晶質シリコン層と相対的に小さい非晶質シリコン層
とを積層することにより、ＴＡ／ＴＯ比が相対的に小さ
い非晶質シリコン層において結晶核を発生させ、ＴＡ／
ＴＯ比の大きい非晶質シリコン層において結晶を成長さ
せることができる。
【０００７】結晶を大粒径にするためには、ＴＡ／ＴＯ
比が相対的に大きい非晶質シリコン層の厚みを、相対的
に小さい非晶質シリコン層の厚みよりも厚くすることが
好ましい。本発明においてこれらの膜厚は特に限定され
るものではないが、例えばＴＡ／ＴＯ比が相対的に大き
い非晶質シリコン層の膜厚は、３〜１０μｍが好まし
く、相対的に小さい非晶質シリコン層の厚みは、０．１
〜０．５μｍが好ましい。
比が相対的に大きい非晶質シリコン層の厚みを、相対的
に小さい非晶質シリコン層の厚みよりも厚くすることが
好ましい。本発明においてこれらの膜厚は特に限定され
るものではないが、例えばＴＡ／ＴＯ比が相対的に大き
い非晶質シリコン層の膜厚は、３〜１０μｍが好まし
く、相対的に小さい非晶質シリコン層の厚みは、０．１
〜０．５μｍが好ましい。
【０００８】非晶質シリコン層の散乱強度の比（ＴＡ／
ＴＯ）は、一般的に以下のようにして求めることができ
る。非晶質シリコンのラマンスペクトルは、０〜２００
０ｃｍ-1程度の範囲内でピークが観測されるが、大きな
ピークは約４８０ｃｍ-1と約１５０ｃｍ-1に観測され
る。これらはいずれもＳｉ−Ｓｉ結合の振動に起因する
ものであり、結晶シリコンの類推から約４８０ｃｍ-1の
ピークがＴＯモードに基づく散乱のピーク、約１５０ｃ
ｍ-1のピークがＴＡモードの散乱に基づくピークと考え
られている。従って、これらのピーク強度を求めること
により、ＴＡ／ＴＯ比を算出することができる。本発明
では、このようにしてＴＡモードのピーク強度とＴＯモ
ードのピーク強度を求め、この比率が異なるように複数
の非晶質シリコン層を積層し、固相成長の際、一方の層
において結晶核を多く発生させ、他方の層においてその
結晶核に基づく結晶成長を迅速に行わせ、結果として大
粒径の多結晶シリコン薄膜を形成させている。
ＴＯ）は、一般的に以下のようにして求めることができ
る。非晶質シリコンのラマンスペクトルは、０〜２００
０ｃｍ-1程度の範囲内でピークが観測されるが、大きな
ピークは約４８０ｃｍ-1と約１５０ｃｍ-1に観測され
る。これらはいずれもＳｉ−Ｓｉ結合の振動に起因する
ものであり、結晶シリコンの類推から約４８０ｃｍ-1の
ピークがＴＯモードに基づく散乱のピーク、約１５０ｃ
ｍ-1のピークがＴＡモードの散乱に基づくピークと考え
られている。従って、これらのピーク強度を求めること
により、ＴＡ／ＴＯ比を算出することができる。本発明
では、このようにしてＴＡモードのピーク強度とＴＯモ
ードのピーク強度を求め、この比率が異なるように複数
の非晶質シリコン層を積層し、固相成長の際、一方の層
において結晶核を多く発生させ、他方の層においてその
結晶核に基づく結晶成長を迅速に行わせ、結果として大
粒径の多結晶シリコン薄膜を形成させている。
【０００９】本発明において非晶質シリコン層のＴＡ／
ＴＯ比は相対的なものであり、一方のシリコン層におい
て他方の非晶質シリコン層よりも大きければ本発明の効
果が発揮されるものであるが、ＴＡ／ＴＯ比が０．４以
上の非晶質シリコン層をＴＡ／ＴＯ比が相対的に大きい
非晶質シリコン層とし、ＴＡ／ＴＯ比が０．４未満の非
晶質シリコン層をＴＡ／ＴＯ比が相対的に小さい非晶質
シリコン層とすることが好ましい。
ＴＯ比は相対的なものであり、一方のシリコン層におい
て他方の非晶質シリコン層よりも大きければ本発明の効
果が発揮されるものであるが、ＴＡ／ＴＯ比が０．４以
上の非晶質シリコン層をＴＡ／ＴＯ比が相対的に大きい
非晶質シリコン層とし、ＴＡ／ＴＯ比が０．４未満の非
晶質シリコン層をＴＡ／ＴＯ比が相対的に小さい非晶質
シリコン層とすることが好ましい。
【００１０】ＴＡ／ＴＯ比の異なる非晶質シリコン層を
形成するには、例えば、非晶質シリコン層を形成させる
際のＳｉＨ4 またはＳｉ2 Ｈ6 などの原料ガスのガス流
量、高周波電力、またはガス圧を変えることによって形
成させることができる。
形成するには、例えば、非晶質シリコン層を形成させる
際のＳｉＨ4 またはＳｉ2 Ｈ6 などの原料ガスのガス流
量、高周波電力、またはガス圧を変えることによって形
成させることができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例を説明するための断
面図である。図１を参照して、石英基板１１の上には、
非晶質シリコン薄膜１２が形成されている。非晶質シリ
コン薄膜１２は、ＴＡ／ＴＯ比の大きな非晶質シリコン
層１２ａに、ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン層１
２ｂを積層することにより構成されている。非晶質シリ
コン層１２ａの膜厚は、約５μｍであり、非晶質シリコ
ン層１２ｂの膜厚は、約０．３μｍである。このような
非晶質シリコン薄膜は、例えばプラズマＣＶＤ法により
形成することができる。基板温度を５５０℃とし、印加
ＲＦパワーを５０Ｗとし、原料ガスであるＳｉ2 Ｈ6 の
ガス流量を４０ｓｃｃｍとし、ＴＡ／ＴＯ比の大きな非
晶質シリコン層１２ａを形成する際にはガス圧力を５０
０ｍＴｏｒｒとし、ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコ
ン層１２ｂを形成する際にはこのガス圧力を２００ｍＴ
ｏｒｒとする。
面図である。図１を参照して、石英基板１１の上には、
非晶質シリコン薄膜１２が形成されている。非晶質シリ
コン薄膜１２は、ＴＡ／ＴＯ比の大きな非晶質シリコン
層１２ａに、ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン層１
２ｂを積層することにより構成されている。非晶質シリ
コン層１２ａの膜厚は、約５μｍであり、非晶質シリコ
ン層１２ｂの膜厚は、約０．３μｍである。このような
非晶質シリコン薄膜は、例えばプラズマＣＶＤ法により
形成することができる。基板温度を５５０℃とし、印加
ＲＦパワーを５０Ｗとし、原料ガスであるＳｉ2 Ｈ6 の
ガス流量を４０ｓｃｃｍとし、ＴＡ／ＴＯ比の大きな非
晶質シリコン層１２ａを形成する際にはガス圧力を５０
０ｍＴｏｒｒとし、ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコ
ン層１２ｂを形成する際にはこのガス圧力を２００ｍＴ
ｏｒｒとする。
【００１２】以上のようにして形成された非晶質シリコ
ン薄膜を、真空中で６００℃で１０時間加熱することに
より固相成長させた。その結果形成された薄膜多結晶シ
リコンの結晶粒径は２μｍであった。これは、非晶質シ
リコン薄膜を通常の固相成長法により結晶化した際に得
られる結晶粒径０．８μｍより大きな値であった。ま
た、薄膜多結晶シリコンはいずれの層もノンドープの層
であり、薄膜中の不純物濃度は２×１０18ｃｍ-3以下で
あった。
ン薄膜を、真空中で６００℃で１０時間加熱することに
より固相成長させた。その結果形成された薄膜多結晶シ
リコンの結晶粒径は２μｍであった。これは、非晶質シ
リコン薄膜を通常の固相成長法により結晶化した際に得
られる結晶粒径０．８μｍより大きな値であった。ま
た、薄膜多結晶シリコンはいずれの層もノンドープの層
であり、薄膜中の不純物濃度は２×１０18ｃｍ-3以下で
あった。
【００１３】上記実施例では、基板１１上にＴＡ／ＴＯ
比の大きな非晶質シリコン層１２ａを形成し、その上に
ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン層１２ｂを形成し
ている。しかしながら、図２に示すように基板２１上に
ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン層２２ｂを形成
し、その上にＴＡ／ＴＯ比の大きな非晶質シリコン層２
２ａを形成させても、上記実施例と同様に結晶粒径の大
きな薄膜多結晶シリコンを固相成長させることができ
る。
比の大きな非晶質シリコン層１２ａを形成し、その上に
ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン層１２ｂを形成し
ている。しかしながら、図２に示すように基板２１上に
ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン層２２ｂを形成
し、その上にＴＡ／ＴＯ比の大きな非晶質シリコン層２
２ａを形成させても、上記実施例と同様に結晶粒径の大
きな薄膜多結晶シリコンを固相成長させることができ
る。
【００１４】
【発明の効果】本発明に従えば、従来のように不純物を
ドーピングさせることなく、結晶成長を制御することが
でき、このため低い不純物濃度で結晶粒径の大きな薄膜
多結晶シリコンを製造することができる。従って、本発
明に従い製造された薄膜多結晶シリコンを用い、光電変
換効率の高い光起電力素子を製造することができる。
ドーピングさせることなく、結晶成長を制御することが
でき、このため低い不純物濃度で結晶粒径の大きな薄膜
多結晶シリコンを製造することができる。従って、本発
明に従い製造された薄膜多結晶シリコンを用い、光電変
換効率の高い光起電力素子を製造することができる。
【図１】本発明に従う製造方法の一実施例における非晶
質シリコン薄膜を示す断面図。
質シリコン薄膜を示す断面図。
【図２】本発明に従う製造方法の他の実施例における非
晶質シリコン薄膜を示す断面図。
晶質シリコン薄膜を示す断面図。
【図３】従来のパーシャルドーピング法を説明するため
の断面図。
の断面図。
１１，２１…基板 １２，２２…非晶質シリコン薄膜 １２ａ，２２ａ…ＴＡ／ＴＯ比の大きな非晶質シリコン
層 １２ｂ，２２ｂ…ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン
層
層 １２ｂ，２２ｂ…ＴＡ／ＴＯ比の小さな非晶質シリコン
層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に形成された非晶質シリコン薄膜を
熱処理することにより結晶化させて光起電力素子用の薄
膜多結晶シリコンを製造する方法において、 前記非晶質シリコン薄膜中の水素以外の不純物濃度が１
×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、前記非晶質シリコン
薄膜が、ラマン散乱より評価されるＴＡ（Transvers ac
oustic）モードの散乱強度（ＴＡ）とＴＯ（transvers
optic)モードの散乱強度（ＴＯ）の比（ＴＡ／ＴＯ）が
相対的に大きい非晶質シリコン層と相対的に小さい非晶
質シリコン層とを積層することにより構成されているこ
とを特徴とする、光起電力素子用薄膜多結晶シリコンの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4347666A JP2810284B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 光起電力素子用薄膜多結晶シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4347666A JP2810284B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 光起電力素子用薄膜多結晶シリコンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204539A JPH06204539A (ja) | 1994-07-22 |
| JP2810284B2 true JP2810284B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=18391766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4347666A Expired - Fee Related JP2810284B2 (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 光起電力素子用薄膜多結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810284B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4836398B2 (ja) * | 2003-03-27 | 2011-12-14 | 京セラ株式会社 | 光電変換素子 |
| JP4780931B2 (ja) * | 2003-05-13 | 2011-09-28 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置および光発電装置 |
| JP4780928B2 (ja) * | 2003-05-13 | 2011-09-28 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置およびそれを用いた光発電装置 |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP4347666A patent/JP2810284B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06204539A (ja) | 1994-07-22 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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