JPH0487325A - 多結晶膜の作製法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多結晶膜の作製法に係わる。

〔従来の技術〕

多結晶シリコン薄膜を用いた太陽電池は発電効率が比較
的高く、また、多結晶シリコン薄膜の製膜も比較的低コ
ストであることから、有望視され、開発が進められてい
る。

多結晶シリコン薄膜の製膜法として、本発明者らはプラ
ズマＣＶＤ法の開発を進めている。プラズマＣＶＤ法は
低温で良質の結晶薄膜を製膜できる利点がある。

また、プラズマ溶射法は主に金属へのセラミックコーテ
ィング、セラミック粒子の製造、金属表面の改質などに
用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

多結晶シリコン薄膜を用いた太陽電池を実用化するため
には、安価な基板上に良質で結晶粒径の大きい多結晶シ
リコン薄膜を製膜する必要がある。

しかしながら、プラズマＣＶＤ法は低温で製膜できる点
で基板に耐熱性を要求しない点で有利であるが、実際に
、プラズマＣＶＤ法で結晶粒径が大きい多結晶シリコン
薄膜を製膜てきる基板は限られている。例えば、ステン
レス綱は安価な耐久性の基板であるが、ステンレス綱の
ような異質基板上の多結晶シリコン薄膜の粒径をＩＩＨ
ｎ以上にすることは非常に難しい。

そこで、本発明は、異質な基板上に多結晶シリコン薄膜
を製膜するヘテロ成長方法を提供し、多結晶シリコン薄
膜を用いた太陽電池の実用化に寄与することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、基板上に下地多
結晶層をプラズマ溶射法で形成し、その上に上層多結晶
膜をプラズマＣＶＤ法で成長することを特徴とする多結
晶膜のヘテロ成長方法を提供する。

すなわち、本発明は、太陽電池の所望性能を実現できる
品質の多結晶膜を異質な基板上にプラズマＣＶＤ法で成
長できるようにするために、基板上に先ず成長すべき多
結晶膜に近い格子定数を有する多結晶層からなるバッフ
ァー層（下地層）を形成し、このバッファー層の形成を
プラズマ溶射法で行うものである。

本発明でプラズマＣＶＤ法で成長する多結晶膜の典型例
は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム
などである。

成長すべき多結晶膜に近い格子定数を有する多結晶とは
、成長すべき多結晶と同一材料の他、これと格子定数の
近い材料でも良いことを意味する。

例えば、シリコンを成長する場合、シリコンの他ニケル
マニウム、シリコン・ゲルマニウム、フッ化カルシウム
などを用いてバッファー層を形成することができる。格
子定数が近いとは格子定数のずれが５％以内をいう。

本発明において基板の種類は限定されないが、太陽電池
用基板としては、例えばアルミナのようなセラミックス
基板あるいはステンレス綱のような金属基板への適用が
望まれる。

バッファー層を形成するプラズマ溶射法は、大気圧又は
大気圧に近い圧力下で高温プラズマ（約１万度）を発生
させ、高温プラズマ中に原料粒子又は原料ガスを導入し
、溶融・分解し、基板上へ膜を堆積させる方法である。

高温プラズマの発生法としてアークプラズマを用いる直
流法と、誘導プラズマを用いる高周波法があるが、どち
らでもよい。典型的には、直流法では、第１図の如く、
電極部１と陰極部２０間でアーク放電を発生させ、ギャ
ップ間に流れているアルゴンガスを分解し、高温プラズ
マを形成する。ギャップ付近に原料３が通常は横から供
給され、アルゴンプラズマにより溶融・分解され、基板
４へ輸送される。比較的にプラズマフレーム径が小さい
。一方、高周波法では、第２図の如く、石英管５の中央
に巻かれたコイル６により誘導プラズマを発生させるた
め、広がったプラズマ７を形成する。

プラズマ溶射法の原料は固体粒子のほか、気体や液体で
もよい。また、バッファー層上に形成する活性層を成す
多結晶薄膜はプラズマＣＶＤ法によって低温で成長する
ので、バッファー層の純度は低くてもよい。バッファー
層は結晶粒径だけが重要である。

また、本発明によれば、好ましい態様として、プラズマ
溶射法でバッファー層を形成した後、バッファー層の充
填率向上（平坦化）、結晶粒径の増大のたｔに、アルゴ
ンなどの不活性プラズマによる再溶融を行うことができ
る。なお、プラズマ溶射法による製膜条件自体を制御し
て、製膜時に膜を溶融状態にすることにより、製膜終了
とともに徐冷・再結晶化させることも可能である。

バッファー層上への多結晶膜のプラズマＣＶＤ法による
製膜の方法は特に限定されず、慣用の方法によることが
できる。

〔作　用〕

プラズマ溶射法で結晶性のバッファー層を形成したこと
により、異質基板上に高品質の多結晶薄膜を成長するこ
とができるようになる。

〔実施例〕

実施例１ 基板として、シリコンウェーハ、石英ガラスを用い、バ
ッファー層として第１図の装置で直流法による多結晶シ
リコン膜を形成した。形成条件は下記の通りとした。

放電電流　　　　　　　４００Ａ 放電電圧　　　　　　　　４１Ｖ 放電圧力　　　　　　　１００ＴｏｒｒＡｒ流量　　　
　　　　　６Ｌ／ｍ１ｎＳ】粒子サイズ　　　１０〜４
０廁 Ｓ１供給量　　　　　　２０Ｏｒｐｍ 基板までの距ｎ　　　　　２００ｍｍ 得られた多結晶シリコン膜は、ＴＥＭ観察によると、５
０００人程度０粒径であることが認められた。

基板の種類のよる差は認められなかった。

次いで、この多結晶シリコン膜上にプラズマＣＶＤ法で
多結晶シリコン薄膜を成長した。その条件は下記の通り
とした。

供給ガス Ｓｉｎ＜　　　　　　　０．５〜２３ｓｅｃｍＨ２０〜
１００ｓｅｃ＋ｎ Ｓ＋Ｆ、　　　　　　　　Ｑ　〜５Ｑｓｃｃｍ圧力　　
　　　　０．１〜ＩＴｏｒｒ 電力密度　　　　１０〜５００ｍＷ／ｃｎ！こうして得
られた多結晶シリコン薄膜は、ＴＥＭ観察によると５０
００人程度０粒径てあり、また結晶の品質は良好である
ことが’ＪＪ？ｂられた。

実施例２ 基板として、シリコンウェーハ、石英ガラスを用い、バ
ッファー層として第２図の装置で高周波法による多結晶
シリコン膜を形成した。形成条件は下記の通りとした。

反応炉圧力　　　　　約３００Ｔｏｒｒ放電電力　　　
　　　１０〜２０ｋＷ Ｓｉ粒子サイズ　　１０〜１００肉 Ｓ１供給量　　　　　１〜５ｇ／ｍ１ｎＡｒ流＠　　　
　　　　６Ｃ１−８０Ｌ　／ｍ１ｎＨ２流量　　　　　
　　　８１／ｍｉｎ高周波電極・基板 間距離　　　　　　　１０〜２０ｃｍ 得られた多結晶シリコン膜は、ＴＥＭ観察によると、３
ｍ程度の粒径であることが認められた。

基板の種類のよる差は認められなかった。

次いで、この多結晶シリコン膜上に実施例１と同様な条
件下プラズマＣＶＤ法で多結晶シリコン薄膜を成長した
。

こうして得られた多結晶シリコン薄膜は、ＴＥＭ観察に
よると３−程度の粒径であり、また結晶の品質は良好で
あることがｇＪ？ｂられた。

実施例３ 実施例２と同様の条件で基板上にプラズマ溶射法で多結
晶シリコン膜を形成した後、同じ第２図の装置でアルゴ
ンプラズマを照射して多結晶シリコン膜を再溶融し、再
結晶化させた。

得られた再結晶化多結晶シリコン膜は、研磨なしでもか
なり平坦な膜になっており、またＴＥＭ観察によると、
５０Ｉ！Ｉａ程度の粒径まで粒成長していることがｇ忍
められた。

次いで、この多結晶シリコン膜上にプラズマＣＶＤ法で
多結晶シリコン薄膜を成長した。その条件は実施例１と
同様とした。

こうして得られた多結晶シリコン薄膜は、５０声程度の
粒径となっており、良好な膜特性を示している。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、良質でかつ結晶粒径の大
きい多結晶薄膜を異質基板上に成長することができ、多
結晶薄膜を用いた太陽電池の実用化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流法によるプラズマ溶射法の装置の模式図、
第２図は高周波法によるプラズマ溶射法の装置の模式図
である。 １・・・電極、　　　　　２・・・陰極、３・・・原料
、　　　　　４・・・基板、５・・・石英管、　　　　
　６・・・コイノベ７・・・プラズマ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に下地多結晶層をプラズマ溶射法で形成し、
   その上に上層多結晶膜をプラズマＣＶＤ法で成長するこ
   とを特徴とする多結晶膜のヘテロ成長方法。 ２、基板上にプラズマ溶射法で形成した下地多結晶層を
   続いて不活性ガスプラズマで再結晶化する請求項１記載
   の方法。