JPH0294625A - Polycrystalline silicon film, formation of same film, and photovoltaic device using same film - Google Patents

Polycrystalline silicon film, formation of same film, and photovoltaic device using same film

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JPH0294625A
JPH0294625A JP63247841A JP24784188A JPH0294625A JP H0294625 A JPH0294625 A JP H0294625A JP 63247841 A JP63247841 A JP 63247841A JP 24784188 A JP24784188 A JP 24784188A JP H0294625 A JPH0294625 A JP H0294625A
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silicon film
polycrystalline silicon
amorphous silicon
doped
film
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Koji Minami
浩二 南
Kaneo Watanabe
渡邊 金雄
Masayuki Iwamoto
岩本 正幸
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a polycrystalline silicon film with large particle diameters at a low temperature by a method wherein an amorphous silicon film doped with phosphorus(P) is heat-treated. CONSTITUTION:An amorphous silicon film doped with an arbitrary amount of phosphorus(P) is formed to be a prescribed film thickness on a substrate 1 composed of quartz by using a well-known plasma CVD method; after that, this amorphous silicon film 2 is heat-treated. Thereby, the amorphous silicon film can be transformed into a polycrystalline silicon film with a large particle diameter of several mum or above. A particle diameter and a degree of progress of crystallization of the polycrystalline silicon film 2 can be controlled by a temperature during a heat treatment and by an amount of P to be doped when the amorphous silicon film is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は多結晶シリコン膜、その膜の形成方法及び光起
電力装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a polycrystalline silicon film, a method for forming the film, and a photovoltaic device.

(ロ)従来の技術 多結晶シリコン膜を用いた装置としての光起電力装置に
おいて、多結晶シリコン膜の結晶粒径を大きくすること
は、膜中のキャリアの移動度を大きくすることにより装
置の変換効率を向上させる上で重要なことである。
(b) Conventional technology In a photovoltaic device using a polycrystalline silicon film, increasing the crystal grain size of the polycrystalline silicon film increases the mobility of carriers in the film, which improves the efficiency of the device. This is important in improving conversion efficiency.

従来、大きな粒径の多結晶シリコン膜を形成するための
方法としては、第35回応用物理学会予稿集28a−P
−3に示されているように、基板上に粒径の小さい多結
晶シリコン膜を一旦形成した後、この膜をSi+注入法
によりアモルファス化し、更に、低温アニールすること
により固層成長を行う方法がある。
Conventionally, methods for forming polycrystalline silicon films with large grain sizes have been described in Proceedings of the 35th Japan Society of Applied Physics, 28a-P.
-3, a method in which a polycrystalline silicon film with a small grain size is once formed on a substrate, this film is made amorphous by Si + implantation, and then solid-phase growth is performed by low-temperature annealing. There is.

(ハ)発明が解決しようとする課題 上述の方法によりある程度粒径の大きな多結晶シリコン
膜が得られるものも、その粒径は1〜3/j m程度で
あって十分大きいとは言えない。
(c) Problems to be Solved by the Invention Although polycrystalline silicon films having a somewhat large grain size can be obtained by the above-mentioned method, the grain size is about 1 to 3/j m, which cannot be said to be sufficiently large.

そこで、本発明はより大きな粒径の多結晶シリコン膜を
形成することにある。
Therefore, the object of the present invention is to form a polycrystalline silicon film having a larger grain size.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明の多結晶シリコン膜は、リン(P)をドープした
アモルファスシリコン膜を熱処理することにより形成さ
れたことを特徴とする。
(d) Means for Solving the Problems The polycrystalline silicon film of the present invention is characterized in that it is formed by heat-treating an amorphous silicon film doped with phosphorus (P).

また、本発明の多結晶シリコン膜の第1の形成方法は、
基板上にPをドープしたアモルファスシリコン膜を形成
する工程と、上記アモルファスシリコン膜を熱処理する
工程とを備えたことを特徴とし、本発明の多結晶シリコ
ン膜の第2の形成方法は、基板上にPをドープしたアモ
ルファスシリコン膜を形成する工程と、上記アモルファ
スシリコン膜を熱処理することによりこのアモルファス
シリコン膜を多結晶シリコン膜とする工程と、上記多結
晶シリコン膜上にノンドープのアモルファスシリコン膜
を形成する工程と、上記ノンドープのアモルファスシリ
コン膜を熱処理することによりこのアモルファスシリコ
ン膜を多結晶シリコン膜とする工程とを備えたことを特
徴とする。
Further, the first method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention is as follows:
A second method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention is characterized by comprising a step of forming an amorphous silicon film doped with P on a substrate, and a step of heat-treating the amorphous silicon film. a step of forming an amorphous silicon film doped with P; a step of heat-treating the amorphous silicon film to turn the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film; and forming a non-doped amorphous silicon film on the polycrystalline silicon film. The present invention is characterized by comprising a step of forming the non-doped amorphous silicon film, and a step of heat-treating the non-doped amorphous silicon film to turn the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film.

さらに本発明の光起電力装置は、Pをドープしたアモル
ファスシリコン膜を熱処理することにより形成された多
結晶シリコ、ン膜をN型層として備えたことを特徴とす
る。
Further, the photovoltaic device of the present invention is characterized in that it includes a polycrystalline silicon film formed by heat-treating a P-doped amorphous silicon film as an N-type layer.

(ホ)作用 Pをドープしたアモルファスシリコン膜を熱処理するこ
とにより、数10/7mの粒径を有する多結晶シリフン
膜が得られる。また、粒径の大きさはPのドープ量に応
じて任意に制御することができる。
(E) Effect By heat-treating an amorphous silicon film doped with P, a polycrystalline silicon film having a grain size of several 10/7 m can be obtained. Furthermore, the particle size can be arbitrarily controlled depending on the amount of P doped.

更に、この多結晶シリコン膜を有する光起電力装置は大
きな変換効率を有する。
Furthermore, a photovoltaic device with this polycrystalline silicon film has high conversion efficiency.

(へ)実施例 第1図は本発明の第1の形成方法を説明するための断面
図であり、石英からなる基板(1)上に、周知のプラズ
マCVD法を用いて任意の量のリン(P)をドープした
アモルファスシリコン膜を所定の膜厚で形成し、その後
、このアモルファスシリコン膜を600℃程度の温度で
数10時間熱処理する。これにより、アモルファスシリ
コン膜を、数μm以上の粒径を有する多結晶シリコン膜
(2)とすることができる。
(v) Example FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the first formation method of the present invention, in which an arbitrary amount of phosphorus is deposited on a substrate (1) made of quartz using the well-known plasma CVD method. An amorphous silicon film doped with (P) is formed to a predetermined thickness, and then this amorphous silicon film is heat-treated at a temperature of about 600° C. for several tens of hours. Thereby, the amorphous silicon film can be made into a polycrystalline silicon film (2) having a grain size of several μm or more.

ここで、多結晶シリコン膜(2)の粒径及び結晶化の進
行程度は、アモルファスシリコン膜の形成時にドープす
るPの量及び熱処理時の温度により制御することができ
る。
Here, the grain size and degree of crystallization of the polycrystalline silicon film (2) can be controlled by the amount of P doped during formation of the amorphous silicon film and the temperature during heat treatment.

第2図はアモルファスシリコン膜を形成するときのSi
H,ガスとPH,ガスの比率と、多結晶シリコン膜(2
)の粒径との関係を示す特性図である。
Figure 2 shows Si when forming an amorphous silicon film.
H, gas and PH, gas ratio and polycrystalline silicon film (2
) is a characteristic diagram showing the relationship with particle size.

同図から明らかなように、Pのドープ量に比例して粒径
が大きくなることが分かる。従って、アモルファスシリ
コン膜を形成するときにPの濃度を適宜に制御すること
により、所望の大きさの粒径を有する多結晶シリコン膜
(2)が得られる。
As is clear from the figure, the grain size increases in proportion to the amount of P doped. Therefore, by appropriately controlling the concentration of P when forming an amorphous silicon film, a polycrystalline silicon film (2) having a desired grain size can be obtained.

そこで、アモルファスシリコン膜を形成するときに、P
のドープ量を、例えば、基板(1)側から漸減するよう
にすると、その後の熱処理により得られる多結晶シリコ
ン膜(2)の粒径は、基板(1)側から徐々に小さくな
る。
Therefore, when forming an amorphous silicon film, P
For example, if the doping amount is gradually decreased from the substrate (1) side, the grain size of the polycrystalline silicon film (2) obtained by subsequent heat treatment will gradually become smaller from the substrate (1) side.

このように、変化に冨んだ粒径を有する多結晶シリコン
膜を形成することができる。
In this way, a polycrystalline silicon film having a wide variety of grain sizes can be formed.

一方、第3図は上記形成方法における熱処理温度と多結
晶化の進行程度(基板側からみて多結晶化した膜厚)と
の関係を示す特性図である。
On the other hand, FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the degree of progress of polycrystalization (the thickness of the polycrystalline film when viewed from the substrate side) in the above-described formation method.

同図から、550℃から600℃までの間という低温で
多結晶化が起こり、600℃程度から急激に多結晶化す
ることが分かる。
From the same figure, it can be seen that polycrystalization occurs at a low temperature between 550°C and 600°C, and polycrystalization occurs rapidly from about 600°C.

第4図は本発明の光起電力装置を示す断面図であり、上
記方法により形成された多結晶シリコン膜をN型Si膜
(40)としてその上にボロン(B)をドープしたP型
SiC膜(41)を形成し、これらを基板(42)上に
積層したものであって、PN接合を有する光起電力装置
である。なお、N型Si膜(40)並びにP型SiC膜
(41)の両面には背面電極(43)及び透明電極(4
4)が配設されている。
FIG. 4 is a sectional view showing the photovoltaic device of the present invention, in which the polycrystalline silicon film formed by the above method is used as an N-type Si film (40), and a P-type Si film (40) doped with boron (B) is This is a photovoltaic device in which a film (41) is formed and these are laminated on a substrate (42), and has a PN junction. Note that a back electrode (43) and a transparent electrode (4) are provided on both sides of the N-type Si film (40) and the P-type SiC film (41).
4) is provided.

第5図は上記光起電力装置のN型Si膜(40)の粒径
と装置の変換効率との関係を示す特性図であり、粒径の
増大させることによって変換効率を向上させることがで
きることが分かる。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the particle size of the N-type Si film (40) of the photovoltaic device and the conversion efficiency of the device, and shows that the conversion efficiency can be improved by increasing the particle size. I understand.

ところで、上記第1の形成方法により形成される多結晶
シリコン膜(2)はPをドープすることから必然的にN
型の膜となるものであるが、光起電力装置を形成する場
合には、上記N型の多結晶シリコン膜に加えて、この上
にノンドープの多結晶シリコン膜をも形成できることが
好ましい。
By the way, since the polycrystalline silicon film (2) formed by the first formation method is doped with P, it inevitably contains N.
However, when forming a photovoltaic device, it is preferable that in addition to the N-type polycrystalline silicon film, a non-doped polycrystalline silicon film can also be formed thereon.

第6図はN型の多結晶シリコン膜上にノンドープの多結
晶シリコン膜を形成するための本発明の第2の形成方法
を説明するための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a second forming method of the present invention for forming a non-doped polycrystalline silicon film on an N-type polycrystalline silicon film.

同図において、基板(60)上に、N型の多結晶シリコ
ン膜(61)が形成される。この多結晶シリコン膜(6
1)の形成方法は、上述の第1の形成方法における多結
晶シリコン膜(2)の形成方法と全く同様である。
In the figure, an N-type polycrystalline silicon film (61) is formed on a substrate (60). This polycrystalline silicon film (6
The formation method 1) is completely the same as the method for forming the polycrystalline silicon film (2) in the first formation method described above.

次に、N型の多結晶シリコン膜(61)上に、ノンドー
プのアモルファスシリコン膜を積層形成する。その後、
このアモルファスシリコン膜を600℃程度の温度で数
10時間熱処理する。これにより、アモルファスシリコ
ン膜を、数μm以上の粒径を有するノンドープの多結晶
シリコン膜(62)とすることができる。
Next, a non-doped amorphous silicon film is laminated on the N-type polycrystalline silicon film (61). after that,
This amorphous silicon film is heat treated at a temperature of about 600° C. for several tens of hours. Thereby, the amorphous silicon film can be made into a non-doped polycrystalline silicon film (62) having a grain size of several μm or more.

この時、Pをドープしたアモルファスシリコン膜及びノ
ンドープのアモルファスシリコン膜を連続して形成した
後に熱処理することによっても、多結晶シリコン膜(6
1)(62)を夫々形成することができるが、この方法
では、熱処理中に、N型の多結晶シリコン膜中からノン
ドープのアモルファスシリコン膜中にPが拡散してN型
となってしまい、結果として、ノンドープの多結晶シリ
コン膜が得られないことになる。
At this time, a polycrystalline silicon film (6
1) and (62), respectively, but in this method, during heat treatment, P diffuses from the N-type polycrystalline silicon film into the non-doped amorphous silicon film and becomes N-type. As a result, a non-doped polycrystalline silicon film cannot be obtained.

これに対し、本発明の方法によれば、先にN型の多結晶
シリコン膜(61)を形成しておくことによン、次に形
成されるノンドープの膜中へのPの拡散を抑制すること
ができ、従って、確実にノンドープの多結晶シリコン膜
(62)を得ることができる。
In contrast, according to the method of the present invention, by forming the N-type polycrystalline silicon film (61) first, the diffusion of P into the non-doped film to be formed next is suppressed. Therefore, a non-doped polycrystalline silicon film (62) can be reliably obtained.

第7図は上記第2の製造方法において、粒径が約1μm
及び0.2μmのN型の多結晶シリコン膜(61)上に
ノンドープの多結晶シリコン膜(62)を形成する場合
の熱処理温度と多結晶化の進行程度(基板側からみて多
結晶化した膜厚)との関係を示す特性図である。なお、
・印が約1μmの粒径の場合を、また、Δ印が約0.2
μmの粒径の場合を示している。
Figure 7 shows the particle size of approximately 1 μm in the second manufacturing method above.
and heat treatment temperature and degree of polycrystalization when forming a non-doped polycrystalline silicon film (62) on a 0.2 μm N-type polycrystalline silicon film (61) (polycrystalline film seen from the substrate side) FIG. In addition,
・The mark indicates a particle size of approximately 1 μm, and the Δ mark indicates a particle size of approximately 0.2 μm.
The case where the particle size is μm is shown.

同図から見て、第2の形成方法により形成されるノンド
ープの多結晶シリコン膜(62)も600℃程度の低い
温度で形成することができることが分かる。また、この
方法では、N型の多結晶シリコンII!(61)の粒径
が大きいほど、低い温度でノンドープのアモルファスシ
リコン膜の多結晶化を行うことかできる。
From the figure, it can be seen that the non-doped polycrystalline silicon film (62) formed by the second formation method can also be formed at a low temperature of about 600°C. In addition, in this method, N-type polycrystalline silicon II! The larger the grain size of (61) is, the lower the temperature can be used to polycrystallize a non-doped amorphous silicon film.

(ト)発明の効果 本発明によれば、リン(P)をドープしたアモルファス
シリコン膜を熱処理することにより、低温で粒径の大き
な多結晶シリコン膜を形成することができ、また、Pの
ドープ量を任意に制御することにより、所望の粒径を有
する多結晶シリコン膜が容易に得られる。
(G) Effects of the Invention According to the present invention, by heat-treating an amorphous silicon film doped with phosphorus (P), a polycrystalline silicon film with a large grain size can be formed at a low temperature, and By arbitrarily controlling the amount, a polycrystalline silicon film having a desired grain size can be easily obtained.

更に、光起電力装置にあっては、粒径の大きな膜から構
成されているので、変換効率の優れたものとすることが
できる。
Furthermore, since the photovoltaic device is composed of a film with a large particle size, it can have excellent conversion efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の形成方法を説明するための断面
図、第2図はアモルファスシリコン膜を形成するときの
SiH,ガス及びPH,ガスの比率と多結晶シリコン膜
の粒径との関係を示す特性図、第3図は第1の形成方法
における熱処理温度と多結晶化の進行程度との関係を示
す特性図、第4図は本発明の多結晶シリコン膜を用いた
光起電力装置を示す断面図、第5図は光起電力装置の多
結晶ンリコン膜の粒径と装置の変換効率との関係を示す
特性図、第6図は本発明の第2の形成方法を説明するた
めの断面図、第7図は上記第2の形成方法において、異
なる粒径の多結晶シリコン膜りにノンドープの多結晶シ
リコン膜を形成する場合の熱処理温度と多結晶化の進行
程度との関係を示す特性図である。 (2)・・多結晶シリコン膜、(61)・・・N型の多
結晶シリコン膜、(62)・・・ノンドープの多結晶シ
リコン嘆。 第1図 第2図
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the first formation method of the present invention, and FIG. 2 shows SiH, gas, and PH when forming an amorphous silicon film, the gas ratio and the grain size of the polycrystalline silicon film. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the degree of polycrystallization in the first formation method. FIG. A cross-sectional view showing a power device, FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the grain size of the polycrystalline silicon film of the photovoltaic device and the conversion efficiency of the device, and FIG. 6 explains the second forming method of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view for forming a non-doped polycrystalline silicon film on polycrystalline silicon films with different grain sizes in the second formation method, and shows the relationship between the heat treatment temperature and the degree of polycrystalization. It is a characteristic diagram showing a relationship. (2)...Polycrystalline silicon film, (61)...N-type polycrystalline silicon film, (62)...Non-doped polycrystalline silicon film. Figure 1 Figure 2

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)リン(P)をドープしたアモルファスシリコン膜
を熱処理することにより形成されたことを特徴とする多
結晶シリコン膜。
(1) A polycrystalline silicon film characterized in that it is formed by heat treating an amorphous silicon film doped with phosphorus (P).
(2)Pのドープ量は膜の厚さ方向に傾斜されているこ
とを特徴とする第1項記載の多結晶シリコン膜。
(2) The polycrystalline silicon film according to item 1, wherein the amount of P doped is inclined in the thickness direction of the film.
(3)基板上にPをドープしたアモルファスシリコン膜
を形成する工程と、上記アモルファスシリコン膜を熱処
理する工程とを備えたことを特徴とする多結晶シリコン
膜の形成方法。
(3) A method for forming a polycrystalline silicon film, comprising the steps of forming an amorphous silicon film doped with P on a substrate, and heat-treating the amorphous silicon film.
(4)基板上にPをドープしたアモルファスシリコン膜
を形成する工程と、上記アモルファスシリコン膜を熱処
理することによりこのアモルファスシリコン膜を多結晶
シリコン膜とする工程と、上記多結晶シリコン膜上にノ
ンドープのアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
上記ノンドープのアモルファスシリコン膜を熱処理する
ことによりこのアモルファスシリコン膜を多結晶シリコ
ン膜とする工程とを備えたことを特徴とする多結晶シリ
コン膜の形成方法。
(4) A step of forming an amorphous silicon film doped with P on the substrate, a step of heat-treating the amorphous silicon film to make the amorphous silicon film a polycrystalline silicon film, and a step of forming a non-doped amorphous silicon film on the polycrystalline silicon film. a step of forming an amorphous silicon film;
A method for forming a polycrystalline silicon film, comprising the step of heat-treating the non-doped amorphous silicon film to make the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film.
(5)Pをドープしたアモルファスシリコン膜を熱処理
することにより形成された多結晶シリコン膜をN型層と
して備えたととを特徴とする光起電力装置。
(5) A photovoltaic device comprising, as an N-type layer, a polycrystalline silicon film formed by heat-treating a P-doped amorphous silicon film.
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