JPH0383339A - 結晶シリコン表面テクスチヤー形成方法 - Google Patents
結晶シリコン表面テクスチヤー形成方法Info
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- JPH0383339A JPH0383339A JP1221092A JP22109289A JPH0383339A JP H0383339 A JPH0383339 A JP H0383339A JP 1221092 A JP1221092 A JP 1221092A JP 22109289 A JP22109289 A JP 22109289A JP H0383339 A JPH0383339 A JP H0383339A
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野）
本発明は、グラフオエピタキシー用の基板、結晶系太陽
電池などの表面構造として、結晶シリコンの表面に四角
錐状の凹凸からなる表面テクスチャーを形成する方法に
関する。
電池などの表面構造として、結晶シリコンの表面に四角
錐状の凹凸からなる表面テクスチャーを形成する方法に
関する。
グラフオエピタキシー（ｇｒａｐｈｏａｐｉｔａｘｙ）
は、表面に多数の凹凸を形成した基板上に多結晶又は非
晶質ノシリコン等を蒸着し、これを再結晶化して結晶シ
リコン層等を基板上に形成する技術であり、ＭＬ Ｗ、
ａｅｉａ、 ｐ、 ａ、 Ｆ／ａｎｄｅｒｓ ａｎａ
）Ｌ工、 Ｓｍ１ｔ飄ｋｐｐ１． Ｐｈｙｓ。
は、表面に多数の凹凸を形成した基板上に多結晶又は非
晶質ノシリコン等を蒸着し、これを再結晶化して結晶シ
リコン層等を基板上に形成する技術であり、ＭＬ Ｗ、
ａｅｉａ、 ｐ、 ａ、 Ｆ／ａｎｄｅｒｓ ａｎａ
）Ｌ工、 Ｓｍ１ｔ飄ｋｐｐ１． Ｐｈｙｓ。
Ｌｅｔｔ、 ｖｏｌ、 ３５ （１９７９） ７１及び
Ｔ、ＫａｎａｔａＳＨ，Ｔａｋａｋｕ−ｒａ ａｔ ａ
ｌ、 Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ｖｏｌ、 ６４
Ａ７ （１９８Ｂ） ３４９２等に紹介されている。
Ｔ、ＫａｎａｔａＳＨ，Ｔａｋａｋｕ−ｒａ ａｔ ａ
ｌ、 Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ｖｏｌ、 ６４
Ａ７ （１９８Ｂ） ３４９２等に紹介されている。
この技術は、現在の二次元回路素子以上の高集積化を目
指した三次元回路素子等の製造技術として期待され、結
晶系の太陽電池などの光デノ（イスにおいては表面の凹
凸構造が光の閉じ込めに有効であるため、この分野への
応用も期待される。
指した三次元回路素子等の製造技術として期待され、結
晶系の太陽電池などの光デノ（イスにおいては表面の凹
凸構造が光の閉じ込めに有効であるため、この分野への
応用も期待される。
ところで、結晶成長の方位は基板表面に存在する凹凸の
方位により変化するので、グラフオエピタキシーにおい
て再結晶化の時に全体の結晶方位を一致させて単結晶を
得るためには、基板の表面に一定方位の均一で微細な凹
凸を高密度で設ける必要があり、かかる目的で形成され
る基板の表面構造を表面テクスチャーと称する。
方位により変化するので、グラフオエピタキシーにおい
て再結晶化の時に全体の結晶方位を一致させて単結晶を
得るためには、基板の表面に一定方位の均一で微細な凹
凸を高密度で設ける必要があり、かかる目的で形成され
る基板の表面構造を表面テクスチャーと称する。
表面テクスチャーの形成には、結晶方位によるエツチン
グ速度の差を利用した異方性エツチングが通常利用され
、例えば面方位（１００）の結晶シリコン基板の表面を
異方性エツチングすると（１１１）面が（１００）面や
（１１０）面よりもエツチング速度が遅いので、（１１
１）面からなる四角円錐状（ピラミッド状）の凹凸を基
板表面に多数形成出来る。
グ速度の差を利用した異方性エツチングが通常利用され
、例えば面方位（１００）の結晶シリコン基板の表面を
異方性エツチングすると（１１１）面が（１００）面や
（１１０）面よりもエツチング速度が遅いので、（１１
１）面からなる四角円錐状（ピラミッド状）の凹凸を基
板表面に多数形成出来る。
尚、異方性エツチングについては、Ｋ、Ｂｅａｎ。
ＩＩＥＩＣＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ＩＣ４ｅ
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｖｏ４ｚｎ−２５，１％
１０ （１９７８） １１８５等に記載されている。又
、このような表面テクスチャーの形成方法に関しては米
国特許（Ｕ Ｓ Ｐ）應４７１７６３０がある。
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｖｏ４ｚｎ−２５，１％
１０ （１９７８） １１８５等に記載されている。又
、このような表面テクスチャーの形成方法に関しては米
国特許（Ｕ Ｓ Ｐ）應４７１７６３０がある。
上記した異方性エツチングを利用する従来の表面テクス
チャーの形成方法では、エツチング［ｊ［１点として基
板表面に現われた転位等の結晶欠陥が関与していると考
えられるが、結晶欠陥の分布は不均一で且つ分布密度も
低いため、微細な四角円錐状の凹凸が均一に且つ高密度
に分布した表面テクスチャーを形成することが難しく、
又異方性エツチングの速度も遅く効率的でなかった。
チャーの形成方法では、エツチング［ｊ［１点として基
板表面に現われた転位等の結晶欠陥が関与していると考
えられるが、結晶欠陥の分布は不均一で且つ分布密度も
低いため、微細な四角円錐状の凹凸が均一に且つ高密度
に分布した表面テクスチャーを形成することが難しく、
又異方性エツチングの速度も遅く効率的でなかった。
そこで本発明はかかる従来の事情に鑑み、面方位（１０
０）の結晶シリコンの基板表面上に、微細な四角円錐状
の凹凸を均一に且つ高密度に有する表面テクスチャーを
効率的に形威しつる方法を提供することを目的とする。
０）の結晶シリコンの基板表面上に、微細な四角円錐状
の凹凸を均一に且つ高密度に有する表面テクスチャーを
効率的に形威しつる方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明においては、結晶方位
によるエツチング速度の差を利用した異方性エツチング
により、面方位（１００）の結晶シ’）フンの表面に（
１１１）面からなる四角錐状の凹凸を形成する結晶シリ
コン表面テクスチャー形成方法において、上記結晶シリ
コンを陽極として弗化水素酸水溶液中で電気分解する陽
極化成法により、結晶シリコン表面に多数の微小孔を含
む多孔質シリコン層を形成し、その後前記異方性エツチ
ングを行なうことを特徴とする。
によるエツチング速度の差を利用した異方性エツチング
により、面方位（１００）の結晶シ’）フンの表面に（
１１１）面からなる四角錐状の凹凸を形成する結晶シリ
コン表面テクスチャー形成方法において、上記結晶シリ
コンを陽極として弗化水素酸水溶液中で電気分解する陽
極化成法により、結晶シリコン表面に多数の微小孔を含
む多孔質シリコン層を形成し、その後前記異方性エツチ
ングを行なうことを特徴とする。
陽極化成法は、結晶シリコンを陽極としｐｔを対極とし
て弗化水素酸水溶液中で電気分解することによって、結
晶性を残した状態で多数の微小孔を含む多孔質シリコン
層を形成する方法であり、伊藤利通、加藤剛久、「応用
物理」第５７巻、第１１号（１９８８） １７１０〜１
７２０頁に解説されている。
て弗化水素酸水溶液中で電気分解することによって、結
晶性を残した状態で多数の微小孔を含む多孔質シリコン
層を形成する方法であり、伊藤利通、加藤剛久、「応用
物理」第５７巻、第１１号（１９８８） １７１０〜１
７２０頁に解説されている。
陽極化成法による多孔質シリコン層の形成条件は、陽極
型、流密度が５〜３００ｍＡ／ｃｒＲ′及び弗化水素酸
ＣＨＩ）６度が５〜５０ ％等とするのが一般的であり
、陽極の結晶シリコンから発生する水素を効率よく除去
するため機械的振動を加えるか、ＨＦ水溶液にエチルア
ルコール等を加えることが通常行なわれている。陽極化
成の条件を変化させたり、結晶シリコンの伝導型や抵抗
値の違い又は光照射の有無やその条件などにより、多孔
質シリコン層の微小孔の直径や密度を変化させることが
出来る。
型、流密度が５〜３００ｍＡ／ｃｒＲ′及び弗化水素酸
ＣＨＩ）６度が５〜５０ ％等とするのが一般的であり
、陽極の結晶シリコンから発生する水素を効率よく除去
するため機械的振動を加えるか、ＨＦ水溶液にエチルア
ルコール等を加えることが通常行なわれている。陽極化
成の条件を変化させたり、結晶シリコンの伝導型や抵抗
値の違い又は光照射の有無やその条件などにより、多孔
質シリコン層の微小孔の直径や密度を変化させることが
出来る。
この陽極化成法によって結晶シリコン表面に形成される
多数の微小孔は、転位などの結晶欠陥よりも遥かに均−
且つ高密度に分布している。
多数の微小孔は、転位などの結晶欠陥よりも遥かに均−
且つ高密度に分布している。
本発明では、上記の陽極化成法により面方位が（１００
）の結晶シリフン基板表面に多、孔質シリコン層を形成
し、その後に異方性エツチングを行なって（Ｉｎ）面の
四角錐状の凹凸からなる表面テクスチャーを形成するの
で、異方性エツチングにおいて多孔質シリコン層の微小
孔がエツチング開始点となり、従来の結晶欠陥等をエツ
チング開始点とする場合よりも微細で、均一形状の四角
錐状の凹凸を基板表面全体に均一に且つ高密度に形成で
きる。又、異方性エツチングが多孔質シリコン層の微小
孔から速やかに開始されるので、異方性エツチングの時
間が従来よりも大幅に短縮される。
）の結晶シリフン基板表面に多、孔質シリコン層を形成
し、その後に異方性エツチングを行なって（Ｉｎ）面の
四角錐状の凹凸からなる表面テクスチャーを形成するの
で、異方性エツチングにおいて多孔質シリコン層の微小
孔がエツチング開始点となり、従来の結晶欠陥等をエツ
チング開始点とする場合よりも微細で、均一形状の四角
錐状の凹凸を基板表面全体に均一に且つ高密度に形成で
きる。又、異方性エツチングが多孔質シリコン層の微小
孔から速やかに開始されるので、異方性エツチングの時
間が従来よりも大幅に短縮される。
尚、表面テクスチャーに含まれる四角錐状の凹凸の大き
さは、異方性エツチング条件が同じならば陽極化成法で
形成される微小孔が大きいほど大きくなり、又異方性エ
ツチングの条件等を変化させることにより制御出来る。
さは、異方性エツチング条件が同じならば陽極化成法で
形成される微小孔が大きいほど大きくなり、又異方性エ
ツチングの条件等を変化させることにより制御出来る。
特に、グラフオエピタキシー用としては四角錐状の凹凸
を小さく、太＠電池等の光閉じ込め用としては四角錐状
の凹凸を大きく形成することが好ましい。
を小さく、太＠電池等の光閉じ込め用としては四角錐状
の凹凸を大きく形成することが好ましい。
又、陽極化戊法で形成する微小孔の直径は１ ｎｍ〜０
．１μｍが好ましい。この直径が１ ｎｍ未満では多孔
質シリコン層が脆くなり結晶性が低下し、従って後の異
方性エツチングによる均一な表面テクスチャーの形成が
困難になりやすく、又０．１μｍを超えると異方性エツ
チングで形成される四角錐状凹凸が大きくなりすぎるか
らである。更に、微小孔の深さ（多孔質シリコン層の厚
さ）は、異方性エツチングの開始点として作用するため
には数原子層（ｌｎｍ程度）以上あることが望ましく、
逆に深すぎると異方性エツチングの時間が長くなるだけ
なので０．１μｍ以下とすることが望ましい。
．１μｍが好ましい。この直径が１ ｎｍ未満では多孔
質シリコン層が脆くなり結晶性が低下し、従って後の異
方性エツチングによる均一な表面テクスチャーの形成が
困難になりやすく、又０．１μｍを超えると異方性エツ
チングで形成される四角錐状凹凸が大きくなりすぎるか
らである。更に、微小孔の深さ（多孔質シリコン層の厚
さ）は、異方性エツチングの開始点として作用するため
には数原子層（ｌｎｍ程度）以上あることが望ましく、
逆に深すぎると異方性エツチングの時間が長くなるだけ
なので０．１μｍ以下とすることが望ましい。
伝導型がＰ型で電気抵抗値０． Ｉ Ｑ−ｃｖａの結晶
シリコンからなる面方位（１００）の基板（２０ｍＸ
２０ ｓｎＸ ２Ｄｔ）を用い、この基板（背面にｋｔ
電極形形成を陽極とし、ｐｔを対極として下記条件で陽
極化成時間より多孔質シリコン層を形成した：陽極化成
条件 溶液組成 Ｈ？：ＨＯ：ＯＨ０Ｈ−１： １ ：
２陽極電流密度 ８０ ｍＡ／ｃｍ” 得られた多孔質シリコン層の微細孔の直径は２ ｎｍ程
度であり、陽極化成時間を調整して多孔質シリコン層の
厚さを０．１μｍ以下とした。
シリコンからなる面方位（１００）の基板（２０ｍＸ
２０ ｓｎＸ ２Ｄｔ）を用い、この基板（背面にｋｔ
電極形形成を陽極とし、ｐｔを対極として下記条件で陽
極化成時間より多孔質シリコン層を形成した：陽極化成
条件 溶液組成 Ｈ？：ＨＯ：ＯＨ０Ｈ−１： １ ：
２陽極電流密度 ８０ ｍＡ／ｃｍ” 得られた多孔質シリコン層の微細孔の直径は２ ｎｍ程
度であり、陽極化成時間を調整して多孔質シリコン層の
厚さを０．１μｍ以下とした。
次に、表面に多孔質シリコン層を形成した上記基板に下
記条件にて異方性エツチングを行ない、表面テクスチャ
ーを形成した； 異方性エツチング条件 溶液組成 ＮＨＮＨ・ＨＯ：ＨＯ：０Ｈａ（−１
５：１５：１溶液温度 ６０ Ｃ” 超音波 ４５ ＫＨｚ ６０ Ｗ但し、微小孔
の存在によりエツチング開始が極めて速やかであるため
、エツチング時間は従来より遥かに短い１０分とした。
記条件にて異方性エツチングを行ない、表面テクスチャ
ーを形成した； 異方性エツチング条件 溶液組成 ＮＨＮＨ・ＨＯ：ＨＯ：０Ｈａ（−１
５：１５：１溶液温度 ６０ Ｃ” 超音波 ４５ ＫＨｚ ６０ Ｗ但し、微小孔
の存在によりエツチング開始が極めて速やかであるため
、エツチング時間は従来より遥かに短い１０分とした。
上記本発明の試料と比較するために、同一条件の基板に
上記陽極化成による多孔質シリコン層を形成せず、直ち
に上記と同一条件で異方性エツチングを行なって表面テ
クスチャーを形成した比較試料を作成した。尚、比較試
料ではエツチング時間は通常の如く６０分とした。
上記陽極化成による多孔質シリコン層を形成せず、直ち
に上記と同一条件で異方性エツチングを行なって表面テ
クスチャーを形成した比較試料を作成した。尚、比較試
料ではエツチング時間は通常の如く６０分とした。
本発明試料及び比較試料共、面方位（１００）の結晶シ
リコンの基板表面に（１１１）面からなる四角錐状の凹
凸が形成された。各試料について、走査型電子顕微鏡に
より四角錐の底辺の長さを求め、最大値と最小値、及び
平均値を下表に比較した。尚、平均値は、単位面積当り
の面積占有率（四角錐の数×四角錐の底面積）が最も高
い四角錐の底辺の長さとした。
リコンの基板表面に（１１１）面からなる四角錐状の凹
凸が形成された。各試料について、走査型電子顕微鏡に
より四角錐の底辺の長さを求め、最大値と最小値、及び
平均値を下表に比較した。尚、平均値は、単位面積当り
の面積占有率（四角錐の数×四角錐の底面積）が最も高
い四角錐の底辺の長さとした。
本発明試料 ０．１ ０．０１ ０．０５比較試料
１５ Ｑ、２ １．５この結果から、従来
方法による比較試料では、平均的な四角錐のサイズが大
きいうえに、底辺の長さの最大値と最小値に約７０倍の
差があるなど、四角錐の大きさのバラツキが激しいこと
が判る。
１５ Ｑ、２ １．５この結果から、従来
方法による比較試料では、平均的な四角錐のサイズが大
きいうえに、底辺の長さの最大値と最小値に約７０倍の
差があるなど、四角錐の大きさのバラツキが激しいこと
が判る。
これに対し本発明の試料では、底辺の長さの平均値で比
較試料の１７３０と平均的な四角錐のサイズが遥かに小
さく又密度も高いうえ、底辺の長さの最大値と最小値に
も１０倍程度の差しかなく、従来よりも遥かに微細で且
つ均一性の高い表面テクスチャーが得られた。
較試料の１７３０と平均的な四角錐のサイズが遥かに小
さく又密度も高いうえ、底辺の長さの最大値と最小値に
も１０倍程度の差しかなく、従来よりも遥かに微細で且
つ均一性の高い表面テクスチャーが得られた。
本発明方法によれば、面方位（１００）の結晶シリコン
の基板表面上に、異方性エツチングにより微細な（１１
１）面からなる四角円錐状の凹凸を均一に且つ高密度に
有する表面テクスチャーを形成することができ、しかも
異方性エツチングの時間を従来より短縮することが出来
る。
の基板表面上に、異方性エツチングにより微細な（１１
１）面からなる四角円錐状の凹凸を均一に且つ高密度に
有する表面テクスチャーを形成することができ、しかも
異方性エツチングの時間を従来より短縮することが出来
る。
本発明方法は、グラフオエピタキシー用の基板の製造に
有用であり、三次元回路素子の開発等に有効なものと期
待される他、光閉じ込め効果を利用する結晶系太′＠電
池等の光デバイスへの応用も期待される。
有用であり、三次元回路素子の開発等に有効なものと期
待される他、光閉じ込め効果を利用する結晶系太′＠電
池等の光デバイスへの応用も期待される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【１】結晶方位によるエッチング速度の差を利用した異
方性エッチングにより、面方位（１００）の結晶シリコ
ンの表面に（１１１）面からなる四角錐状の凹凸を形成
する結晶シリコン表面テクスチャー形成方法において、
上記結晶シリコンを陽極として弗化水素酸水溶液中で電
気分解する陽極化成法により、結晶シリコン表面に多数
の微小孔を含む多孔質シリコン層を形成し、その後前記
異方性エッチングを行なうことを特徴とする結晶シリコ
ン表面テクスチャー形成方法。 【２】多孔質シリコン層の微小孔の直径が１ｎｍ〜０．
１μｍであることを特徴とする、請求項【１】記載の結
晶シリコン表面テクスチャー形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1221092A JPH0383339A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 結晶シリコン表面テクスチヤー形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1221092A JPH0383339A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 結晶シリコン表面テクスチヤー形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0383339A true JPH0383339A (ja) | 1991-04-09 |
Family
ID=16761367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1221092A Pending JPH0383339A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 結晶シリコン表面テクスチヤー形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0383339A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0773590A1 (fr) * | 1995-11-13 | 1997-05-14 | Photowatt International S.A. | Cellule solaire comportant du silicium multicristallin et procédé de texturisation de la surface du silicium multicristallin de type P |
| JPH09270569A (ja) * | 1996-01-25 | 1997-10-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
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