JPH07335545A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
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- JPH07335545A JPH07335545A JP6132114A JP13211494A JPH07335545A JP H07335545 A JPH07335545 A JP H07335545A JP 6132114 A JP6132114 A JP 6132114A JP 13211494 A JP13211494 A JP 13211494A JP H07335545 A JPH07335545 A JP H07335545A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 非晶質半導体材料を出発材料として結晶粒径
が大粒径化した多結晶構造の半導体薄膜の製造方法を提
供する。 【構成】 基板１上に非晶質ＳｉＧｅ膜２を形成した
後、さらにＧｅＨ4 ガスを導入しプラズマＣＶＤ法によ
りＧｅ微結晶分散層３を形成する。さらに、非晶質Ｓｉ
Ｇｅ膜４を形成した後、アニール処理を施し、非晶質Ｓ
ｉＧｅ膜２、４を固相成長させて多結晶ＳｉＧｅ膜５を
形成する。
が大粒径化した多結晶構造の半導体薄膜の製造方法を提
供する。 【構成】 基板１上に非晶質ＳｉＧｅ膜２を形成した
後、さらにＧｅＨ4 ガスを導入しプラズマＣＶＤ法によ
りＧｅ微結晶分散層３を形成する。さらに、非晶質Ｓｉ
Ｇｅ膜４を形成した後、アニール処理を施し、非晶質Ｓ
ｉＧｅ膜２、４を固相成長させて多結晶ＳｉＧｅ膜５を
形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば太陽電池の光電
変換材料などに好適な半導体薄膜の製造方法に関する。
変換材料などに好適な半導体薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体薄膜、例えば多結晶シリコン薄膜
は、光起電力素子などにおいて光電変換層として用いら
れている。このような光起電力素子においては光電変換
効率の向上が求められており、光電変換効率を向上させ
るための１つの手段として、薄膜多結晶シリコンにおけ
る結晶粒を大粒径化し、薄膜内におけるキャリア移動度
を高めることが必要とされている。
は、光起電力素子などにおいて光電変換層として用いら
れている。このような光起電力素子においては光電変換
効率の向上が求められており、光電変換効率を向上させ
るための１つの手段として、薄膜多結晶シリコンにおけ
る結晶粒を大粒径化し、薄膜内におけるキャリア移動度
を高めることが必要とされている。
【０００３】従来、多結晶シリコンなどの半導体薄膜の
製造方法として、いわゆる固相成長法が知られている。
この方法は、基板上に非晶質層を形成した後、この非晶
質層に熱処理を施して結晶化させるものである。
製造方法として、いわゆる固相成長法が知られている。
この方法は、基板上に非晶質層を形成した後、この非晶
質層に熱処理を施して結晶化させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように、均質な非晶質半導体材料を出発材料に用いて固
相成長を行わせる方法では、非晶質半導体材料の結晶成
長温度が高いため、高温の熱処理を施す必要があった。
このような高温プロセスは、半導体薄膜を用いたデバイ
スの製造プロセスにおいて、他層の特性に影響を与える
場合があり、好ましいものではない。また、結晶成長は
核を中心に生じるが、従来の固相成長法では、バルク中
で核がランダムに発生する。このため、この核の発生位
置を制御し、粒径の大きい多結晶層を製造することが困
難であるという問題があった。
ように、均質な非晶質半導体材料を出発材料に用いて固
相成長を行わせる方法では、非晶質半導体材料の結晶成
長温度が高いため、高温の熱処理を施す必要があった。
このような高温プロセスは、半導体薄膜を用いたデバイ
スの製造プロセスにおいて、他層の特性に影響を与える
場合があり、好ましいものではない。また、結晶成長は
核を中心に生じるが、従来の固相成長法では、バルク中
で核がランダムに発生する。このため、この核の発生位
置を制御し、粒径の大きい多結晶層を製造することが困
難であるという問題があった。
【０００５】従って、本発明は、非晶質半導体材料を出
発材料として結晶粒径が大粒径化した多結晶構造を有す
る半導体薄膜を製造する方法を提供することを目的とす
る。
発材料として結晶粒径が大粒径化した多結晶構造を有す
る半導体薄膜を製造する方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体薄膜
の製造方法は、非晶質半導体層を形成した後、固相成長
法により結晶化させるものであり、Ｇｅの微結晶層を分
散した状態で含むＧｅ微結晶分散層と非晶質半導体層と
を隣接して形成した後に、この非晶質半導体層を固相成
長法により結晶化させることを特徴とするものである。
の製造方法は、非晶質半導体層を形成した後、固相成長
法により結晶化させるものであり、Ｇｅの微結晶層を分
散した状態で含むＧｅ微結晶分散層と非晶質半導体層と
を隣接して形成した後に、この非晶質半導体層を固相成
長法により結晶化させることを特徴とするものである。
【０００７】本発明のより限定された局面に従う半導体
薄膜の製造方法において、Ｇｅ微結晶分散層は、水素希
釈されたＧｅＨ4 ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により
形成される。
薄膜の製造方法において、Ｇｅ微結晶分散層は、水素希
釈されたＧｅＨ4 ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により
形成される。
【０００８】さらに、本発明のより限定された局面に従
う半導体薄膜の製造方法において、Ｇｅ微結晶分散層の
Ｇｅ微結晶粒の空間分布密度は、プラズマＣＶＤ法にお
いて基板温度、水素希釈率及び高周波パワーを調整する
ことによって制御される。
う半導体薄膜の製造方法において、Ｇｅ微結晶分散層の
Ｇｅ微結晶粒の空間分布密度は、プラズマＣＶＤ法にお
いて基板温度、水素希釈率及び高周波パワーを調整する
ことによって制御される。
【０００９】さらに、本発明の他の局面に従う半導体薄
膜の製造方法において、非晶質半導体層は、下地層の上
に形成され、Ｇｅ微結晶分散層は、下地層と非晶質半導
体層との間、非晶質半導体層の表面上及び第１非晶質半
導体層と第２非晶質半導体層との間の何れかの位置に形
成されるものである。
膜の製造方法において、非晶質半導体層は、下地層の上
に形成され、Ｇｅ微結晶分散層は、下地層と非晶質半導
体層との間、非晶質半導体層の表面上及び第１非晶質半
導体層と第２非晶質半導体層との間の何れかの位置に形
成されるものである。
【００１０】
【作用】本発明の半導体薄膜の製造方法において、Ｇｅ
微結晶分散層に含まれるＧｅの微結晶は、固相成長時の
種結晶として作用する。従って、Ｇｅ微結晶分散層中の
Ｇｅ微結晶の粒径あるいは分布密度を制御することによ
って粒径の大きい均質な結晶化した半導体薄膜を製造す
ることができる。また、Ｇｅ微結晶を種結晶とする固相
成長は、従来の方法に比べて低い温度で結晶成長が行わ
れることが判明した。
微結晶分散層に含まれるＧｅの微結晶は、固相成長時の
種結晶として作用する。従って、Ｇｅ微結晶分散層中の
Ｇｅ微結晶の粒径あるいは分布密度を制御することによ
って粒径の大きい均質な結晶化した半導体薄膜を製造す
ることができる。また、Ｇｅ微結晶を種結晶とする固相
成長は、従来の方法に比べて低い温度で結晶成長が行わ
れることが判明した。
【００１１】さらに、Ｇｅ微結晶分散層は、プラズマＣ
ＶＤ法を用いて製造される。このＧｅ微結晶層は基板温
度がほぼ３００℃以上で形成され、ＧｅＨ4 ガスの水素
希釈率が大きくなるほど、また高周波（ＲＦ）パワーが
減少するほどＧｅ微結晶粒の空間分布密度が減少する。
従って、基板温度、水素希釈率及び高周波パワーを適宜
設定することにより、Ｇｅ微結晶粒の空間分布密度を制
御することができ、ひいては結晶化した半導体薄膜の結
晶粒の平均結晶粒径を所望の値に設定することができ
る。
ＶＤ法を用いて製造される。このＧｅ微結晶層は基板温
度がほぼ３００℃以上で形成され、ＧｅＨ4 ガスの水素
希釈率が大きくなるほど、また高周波（ＲＦ）パワーが
減少するほどＧｅ微結晶粒の空間分布密度が減少する。
従って、基板温度、水素希釈率及び高周波パワーを適宜
設定することにより、Ｇｅ微結晶粒の空間分布密度を制
御することができ、ひいては結晶化した半導体薄膜の結
晶粒の平均結晶粒径を所望の値に設定することができ
る。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例における半導体薄膜の製造方
法は、非晶質膜を出発材料とし、Ｇｅ微結晶を種結晶と
して非晶質膜を固相成長させて多結晶膜を製造するもの
である。図１（ａ）〜（ｃ）は、この製造工程を模式的
に示した図である。
法は、非晶質膜を出発材料とし、Ｇｅ微結晶を種結晶と
して非晶質膜を固相成長させて多結晶膜を製造するもの
である。図１（ａ）〜（ｃ）は、この製造工程を模式的
に示した図である。
【００１３】図１（ａ）に示すように、まず、基板１の
表面上に非晶質層２を形成する。次に、非晶質層２の表
面上にＧｅ微結晶が分散して含まれるＧｅ微結晶分散層
３を形成する。
表面上に非晶質層２を形成する。次に、非晶質層２の表
面上にＧｅ微結晶が分散して含まれるＧｅ微結晶分散層
３を形成する。
【００１４】さらに、図１（ｂ）に示すように、Ｇｅ微
結晶分散層３の表面上に非晶質層４を形成する。そし
て、図１（ｃ）に示すように、全体をアニール処理し、
非晶質層２，４を固相成長させて多結晶層５を形成す
る。
結晶分散層３の表面上に非晶質層４を形成する。そし
て、図１（ｃ）に示すように、全体をアニール処理し、
非晶質層２，４を固相成長させて多結晶層５を形成す
る。
【００１５】以下では、上記製造工程の諸条件について
具体例を用いて説明する。なお、以下では、非晶質膜と
して非晶質ＳｉＧｅ膜を用いた場合の例を示す。
具体例を用いて説明する。なお、以下では、非晶質膜と
して非晶質ＳｉＧｅ膜を用いた場合の例を示す。
【００１６】・非晶質膜２の形成工程 まず、例えば金属、絶縁材料あるいは半導体材料などか
らなる基板１の表面上にプラズマＣＶＤ法を用いて非晶
質Ｓｉ0.5 Ｇｅ0.5 膜２を形成する。形成条件は以下に
示す通りである。 反応温度・・・３００℃（２５０〜３５０℃） ＲＦパワー・・・３０Ｗ（５〜５０Ｗ） 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ（０．０５〜０．４Ｔｏｒ
ｒ） ＳｉＨ4 ・・・４０SCCM（１〜４０SCCM） ＧｅＨ4 （水素希釈率１０％）・・・２０SCCM（１〜４
０SCCM） なお、上記のカッコ内の数字は各条件の好ましい範囲を
示している。
らなる基板１の表面上にプラズマＣＶＤ法を用いて非晶
質Ｓｉ0.5 Ｇｅ0.5 膜２を形成する。形成条件は以下に
示す通りである。 反応温度・・・３００℃（２５０〜３５０℃） ＲＦパワー・・・３０Ｗ（５〜５０Ｗ） 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ（０．０５〜０．４Ｔｏｒ
ｒ） ＳｉＨ4 ・・・４０SCCM（１〜４０SCCM） ＧｅＨ4 （水素希釈率１０％）・・・２０SCCM（１〜４
０SCCM） なお、上記のカッコ内の数字は各条件の好ましい範囲を
示している。
【００１７】・Ｇｅ微結晶分散層３の形成工程 Ｇｅ微結晶分散層３は、プラズマＣＶＤ法を用いて非晶
質Ｓｉ0.5 Ｇｅ0.5 膜２の表面上に形成される。
質Ｓｉ0.5 Ｇｅ0.5 膜２の表面上に形成される。
【００１８】ここで、このＧｅ微結晶分散層３中に含ま
れるＧｅ微結晶は、固相成長の種結晶となるものであ
り、Ｇｅ微結晶の性状は重要な要因となる。従って、以
下のような実験を行い、このＧｅ微結晶粒を制御するた
めの条件を求めた。
れるＧｅ微結晶は、固相成長の種結晶となるものであ
り、Ｇｅ微結晶の性状は重要な要因となる。従って、以
下のような実験を行い、このＧｅ微結晶粒を制御するた
めの条件を求めた。
【００１９】（１）基板温度条件 プラズマＣＶＤ法における条件を以下のように設定し、
基板温度を種々変化させてＧｅ微結晶粒の生成の有無を
確認した。 ＲＦパワー・・・５０Ｗ 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ ＧｅＨ4 （水素希釈率１０％）・・・４０SCCM
基板温度を種々変化させてＧｅ微結晶粒の生成の有無を
確認した。 ＲＦパワー・・・５０Ｗ 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ ＧｅＨ4 （水素希釈率１０％）・・・４０SCCM
【００２０】上記の条件により、非晶質Ｓｉ0.5 Ｇｅ
0.5 膜２の上に新たな層を膜厚１０００Å形成し、Ｘ線
回折によりこの層中のＧｅの結晶ピークの存在の有無を
評価した。その結果を表１に示す。
0.5 膜２の上に新たな層を膜厚１０００Å形成し、Ｘ線
回折によりこの層中のＧｅの結晶ピークの存在の有無を
評価した。その結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】この結果より、基板温度が３００℃以上で
ＧｅＨ4 ガスの熱分解によるＧｅの微結晶の凝集が生じ
ていることが判明した。なお、デバイスの製造プロセス
に適用する場合、できるかぎり低温で処理することが望
ましいため、Ｇｅ微結晶分散層の形成には、基板温度と
して３００℃を用いることが好ましい。
ＧｅＨ4 ガスの熱分解によるＧｅの微結晶の凝集が生じ
ていることが判明した。なお、デバイスの製造プロセス
に適用する場合、できるかぎり低温で処理することが望
ましいため、Ｇｅ微結晶分散層の形成には、基板温度と
して３００℃を用いることが好ましい。
【００２３】（２）水素希釈率条件 次に、プラズマＣＶＤ法における条件を以下のように設
定し、ＧｅＨ4 ガスの水素希釈率を変化させた場合のＧ
ｅ微結晶粒の空間分布密度の変化を透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）を用いて評価した。 基板温度・・・３００℃ ＲＦパワー・・・５０Ｗ 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ
定し、ＧｅＨ4 ガスの水素希釈率を変化させた場合のＧ
ｅ微結晶粒の空間分布密度の変化を透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）を用いて評価した。 基板温度・・・３００℃ ＲＦパワー・・・５０Ｗ 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ
【００２４】ＴＥＭによる評価結果を図２に示す。な
お、空間分布密度の算出にあたっては、直径１００Å以
上の格子像をＧｅ凝集領域として算出した。図２から明
らかなように、水素希釈率が増加するに伴い、Ｇｅ微結
晶粒の空間分布密度は減少する。なお、後述するよう
に、空間分布密度が減少するに伴い、結晶化した半導体
薄膜の平均粒径は大粒径化する。
お、空間分布密度の算出にあたっては、直径１００Å以
上の格子像をＧｅ凝集領域として算出した。図２から明
らかなように、水素希釈率が増加するに伴い、Ｇｅ微結
晶粒の空間分布密度は減少する。なお、後述するよう
に、空間分布密度が減少するに伴い、結晶化した半導体
薄膜の平均粒径は大粒径化する。
【００２５】（３）ＲＦパワー条件 さらに、プラズマＣＶＤ法における条件を以下のように
設定し、ＲＦパワーを変化させた場合の空間分布密度の
変化をＴＥＭにより評価した。 基板温度・・・３００℃ 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ ＧｅＨ4(水素希釈率２０％）・・・４０SCCM
設定し、ＲＦパワーを変化させた場合の空間分布密度の
変化をＴＥＭにより評価した。 基板温度・・・３００℃ 圧力・・・０．２Ｔｏｒｒ ＧｅＨ4(水素希釈率２０％）・・・４０SCCM
【００２６】ＴＥＭによる評価結果が図３に示される。
図３から明らかなように、ＲＦパワーが減少するに伴
い、Ｇｅ微結晶粒の空間分布密度は減少する。
図３から明らかなように、ＲＦパワーが減少するに伴
い、Ｇｅ微結晶粒の空間分布密度は減少する。
【００２７】上記の（１）〜（３）の実験結果から、基
板温度、水素希釈率、ＲＦパワーを調整することによ
り、所望の空間分布密度を有するＧｅ微結晶分散層を形
成できることが判明した。従って、実際のデバイス製造
プロセス中の半導体薄膜形成工程においても、上記の実
験結果に基づいてＧｅ微結晶分散層３のＧｅ微結晶の空
間分布密度を制御することができる。
板温度、水素希釈率、ＲＦパワーを調整することによ
り、所望の空間分布密度を有するＧｅ微結晶分散層を形
成できることが判明した。従って、実際のデバイス製造
プロセス中の半導体薄膜形成工程においても、上記の実
験結果に基づいてＧｅ微結晶分散層３のＧｅ微結晶の空
間分布密度を制御することができる。
【００２８】・非晶質膜４の形成工程 非晶質Ｓｉ0.5 Ｇｅ0.5 膜４は、Ｇｅ微結晶分散層３の
表面上に非晶質Ｓｉ0. 5 Ｇｅ0.5 膜２と同様の条件で形
成される。
表面上に非晶質Ｓｉ0. 5 Ｇｅ0.5 膜２と同様の条件で形
成される。
【００２９】・アニール処理工程（固相成長工程） アニール処理は、アニール炉によりＮ2 雰囲気中で温度
範囲３００〜４００℃で４時間行った。この処理におい
て、アニール温度が３５０℃でＧｅ微結晶の部分から選
択的に結晶化が生じていることが断面ＴＥＭを用いて確
認できた。これにより、非晶質ＳｉＧｅ膜の単膜（膜厚
１０００Å）での固相成長温度が４００℃であるのと比
較して、約５０℃低い温度で固相成長が生じることが判
明した。
範囲３００〜４００℃で４時間行った。この処理におい
て、アニール温度が３５０℃でＧｅ微結晶の部分から選
択的に結晶化が生じていることが断面ＴＥＭを用いて確
認できた。これにより、非晶質ＳｉＧｅ膜の単膜（膜厚
１０００Å）での固相成長温度が４００℃であるのと比
較して、約５０℃低い温度で固相成長が生じることが判
明した。
【００３０】以上の工程により製造された多結晶ＳｉＧ
ｅ膜に対して、その多結晶の平均結晶粒径と、種結晶と
して用いたＧｅ微結晶分散層内のＧｅ微結晶の空間平均
密度との関係を検査した。その結果、図４に示す関係が
得られた。この関係は、非晶質ＳｉＧｅ層（１０００
Å）／Ｇｅ微結晶分散層（１００Å）／非晶質ＳｉＧｅ
層（１０００Å）の積層膜に対し求められたものであ
る。図から明らかなように、Ｇｅ微結晶の空間分布密度
が小さくなるに従って、固相成長後の結晶粒の平均結晶
粒径が大きくなることがわかる。
ｅ膜に対して、その多結晶の平均結晶粒径と、種結晶と
して用いたＧｅ微結晶分散層内のＧｅ微結晶の空間平均
密度との関係を検査した。その結果、図４に示す関係が
得られた。この関係は、非晶質ＳｉＧｅ層（１０００
Å）／Ｇｅ微結晶分散層（１００Å）／非晶質ＳｉＧｅ
層（１０００Å）の積層膜に対し求められたものであ
る。図から明らかなように、Ｇｅ微結晶の空間分布密度
が小さくなるに従って、固相成長後の結晶粒の平均結晶
粒径が大きくなることがわかる。
【００３１】このように、本実施例による固相成長法に
おいては、プラズマＣＶＤ法におけるＲＦパワー、基板
温度及びＧｅＨ4 ガスの水素希釈率を制御することによ
りＧｅ微結晶分散層のＧｅ微結晶粒の空間分布密度を所
望の値に設定することができ、この結果、Ｇｅ微結晶粒
から選択的に固相成長した多結晶層の平均結晶粒径を所
望の大きさに設定することができる。
おいては、プラズマＣＶＤ法におけるＲＦパワー、基板
温度及びＧｅＨ4 ガスの水素希釈率を制御することによ
りＧｅ微結晶分散層のＧｅ微結晶粒の空間分布密度を所
望の値に設定することができ、この結果、Ｇｅ微結晶粒
から選択的に固相成長した多結晶層の平均結晶粒径を所
望の大きさに設定することができる。
【００３２】なお、上記実施例においては、Ｇｅ微結晶
分散層として、Ｇｅ非晶質層中にＧｅ微結晶粒が分散し
た層を形成する場合について説明したが、非晶質Ｓｉ層
中にＧｅ微結晶粒が分散された層を形成するようにして
もよい。この場合、上記のＧｅ微結晶分散層の形成条件
に加えて、ＳｉＨ4 ガスを所定流量（上記具体例では流
量４０SCCM）で加えるように構成すればよい。
分散層として、Ｇｅ非晶質層中にＧｅ微結晶粒が分散し
た層を形成する場合について説明したが、非晶質Ｓｉ層
中にＧｅ微結晶粒が分散された層を形成するようにして
もよい。この場合、上記のＧｅ微結晶分散層の形成条件
に加えて、ＳｉＨ4 ガスを所定流量（上記具体例では流
量４０SCCM）で加えるように構成すればよい。
【００３３】また、上記実施例において、固相成長の出
発材料となる非晶質ＳｉＧｅ膜とＧｅ微結晶分散層の形
成は同一のプラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスや諸条
件を切り替えることにより連続的に製造してもよく、ま
た別途の装置や工程によって製造してもよい。
発材料となる非晶質ＳｉＧｅ膜とＧｅ微結晶分散層の形
成は同一のプラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスや諸条
件を切り替えることにより連続的に製造してもよく、ま
た別途の装置や工程によって製造してもよい。
【００３４】さらに、上記実施例においては、Ｇｅ微結
晶分散層３は、結晶化すべき非晶質Ｓｉ0.5 Ｇｅ0.5 膜
の間に製造する場合について説明したが、Ｇｅ微結晶層
はこの位置に限定されるものではない。すなわち、Ｇｅ
微結晶分散層は、固相成長させるべき半導体非晶質層に
隣接して形成されればよい。従って、図１の例におい
て、基板１と非晶質膜２との間に形成してもよく、また
固相成長させるべき非晶質膜上部に形成してもよい。
晶分散層３は、結晶化すべき非晶質Ｓｉ0.5 Ｇｅ0.5 膜
の間に製造する場合について説明したが、Ｇｅ微結晶層
はこの位置に限定されるものではない。すなわち、Ｇｅ
微結晶分散層は、固相成長させるべき半導体非晶質層に
隣接して形成されればよい。従って、図１の例におい
て、基板１と非晶質膜２との間に形成してもよく、また
固相成長させるべき非晶質膜上部に形成してもよい。
【００３５】次に、上記の実施例による半導体薄膜の製
造方法を太陽電池の製造プロセスに応用した例について
説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、金属基板１０の表面
上にｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３、ｐ型非晶質Ｓｉ膜１４
及び透明導電層１５を積層したいわゆるヘテロ接合型の
太陽電池の製造工程を示している。図５（ｂ）における
ｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３は、図５（ａ）におけるｎ型
非晶質ＳｉＧｅ層１２をＧｅ微結晶分散層１１を種結晶
として固相成長により形成されている。ここでは、比較
のために、水素希釈率が各々１０％と４０％との２種類
のサンプルが製造される。Ｇｅ微結晶分散層１１の膜厚
は各々１００Åで形成され、さらに、その表面上にｎ型
非晶質ＳｉＧｅ層１２が膜厚１０００Åで形成される。
その後、２つのサンプルをアニール処理（アニール炉に
よりＮ2 雰囲気中で３５０℃、４時間）し、固相成長を
行わせる。その後、図５（ｂ）に示すように、ｐ型非晶
質Ｓｉ膜１４及び透明導電層１５を形成する。
造方法を太陽電池の製造プロセスに応用した例について
説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、金属基板１０の表面
上にｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３、ｐ型非晶質Ｓｉ膜１４
及び透明導電層１５を積層したいわゆるヘテロ接合型の
太陽電池の製造工程を示している。図５（ｂ）における
ｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３は、図５（ａ）におけるｎ型
非晶質ＳｉＧｅ層１２をＧｅ微結晶分散層１１を種結晶
として固相成長により形成されている。ここでは、比較
のために、水素希釈率が各々１０％と４０％との２種類
のサンプルが製造される。Ｇｅ微結晶分散層１１の膜厚
は各々１００Åで形成され、さらに、その表面上にｎ型
非晶質ＳｉＧｅ層１２が膜厚１０００Åで形成される。
その後、２つのサンプルをアニール処理（アニール炉に
よりＮ2 雰囲気中で３５０℃、４時間）し、固相成長を
行わせる。その後、図５（ｂ）に示すように、ｐ型非晶
質Ｓｉ膜１４及び透明導電層１５を形成する。
【００３６】上記のような方法により製造した２つの太
陽電池について、その特性を比較した。比較実験の条件
として、基準光源（ＡＭ）１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2
で光照射した場合を設定した。比較試験の結果を表２に
示す。なお、太陽電池Ａは水素希釈率１０％の場合を示
し、太陽電池Ｂは４０％の場合を示している。
陽電池について、その特性を比較した。比較実験の条件
として、基準光源（ＡＭ）１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2
で光照射した場合を設定した。比較試験の結果を表２に
示す。なお、太陽電池Ａは水素希釈率１０％の場合を示
し、太陽電池Ｂは４０％の場合を示している。
【００３７】
【表２】
【００３８】なお、上記の表２において、Ｖｏｃは開放
電圧、Ｉｓｃは短絡電流、Ｆ．Ｆ．は曲線因子、ηは変
換効率を示している。表２から明らかなように、水素希
釈率が大きい、すなわちｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３の平
均粒径が大きい太陽電池Ｂの方が平均粒径の小さい太陽
電池Ａに比べて特性値が高い値を示している。特に、曲
線因子Ｆ．Ｆ．は高い値を示している。これは、光活性
層に用いられたｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３の平均結晶粒
径が大きくなりキャリアの移動度が大幅に改善されたこ
とに起因している。また、電流密度も向上しているが、
これは結晶粒が大型化し粒界密度が減少したことによっ
てキャリアの再結合中心が大幅に低下したことに起因し
ている。
電圧、Ｉｓｃは短絡電流、Ｆ．Ｆ．は曲線因子、ηは変
換効率を示している。表２から明らかなように、水素希
釈率が大きい、すなわちｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３の平
均粒径が大きい太陽電池Ｂの方が平均粒径の小さい太陽
電池Ａに比べて特性値が高い値を示している。特に、曲
線因子Ｆ．Ｆ．は高い値を示している。これは、光活性
層に用いられたｎ型多結晶ＳｉＧｅ膜１３の平均結晶粒
径が大きくなりキャリアの移動度が大幅に改善されたこ
とに起因している。また、電流密度も向上しているが、
これは結晶粒が大型化し粒界密度が減少したことによっ
てキャリアの再結合中心が大幅に低下したことに起因し
ている。
【００３９】なお、上記の実施例においては、固相成長
用出発材料の主構成材料として非晶質ＳｉＧｅを用いた
例について説明したが、これに限定されることなく、例
えばＳｉ、Ｇｅの非晶質膜を用いる場合にも同様の効果
を得ることができる。
用出発材料の主構成材料として非晶質ＳｉＧｅを用いた
例について説明したが、これに限定されることなく、例
えばＳｉ、Ｇｅの非晶質膜を用いる場合にも同様の効果
を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、本発明による半導体薄膜
の製造方法に従うと、多結晶半導体の出発材料である非
晶質半導体材料に隣接してＧｅ微結晶分散層を設けるこ
とにより、従来の方法に比べてより低温で結晶成長が可
能となるのみならず、結晶粒の大粒径化及び空間的分布
の制御が可能となる。また、本発明の方法により製造さ
れる多結晶薄膜を太陽電池の光活性層に用いた場合には
太陽電池の特性を向上させることができる。
の製造方法に従うと、多結晶半導体の出発材料である非
晶質半導体材料に隣接してＧｅ微結晶分散層を設けるこ
とにより、従来の方法に比べてより低温で結晶成長が可
能となるのみならず、結晶粒の大粒径化及び空間的分布
の制御が可能となる。また、本発明の方法により製造さ
れる多結晶薄膜を太陽電池の光活性層に用いた場合には
太陽電池の特性を向上させることができる。
【図１】本発明の実施例における多結晶ＳｉＧｅ膜の製
造方法における各工程（ａ）〜（ｃ）を示す断面図。
造方法における各工程（ａ）〜（ｃ）を示す断面図。
【図２】本発明の実施例の方法における水素希釈率とＧ
ｅ微結晶の空間分布密度との関係を示す相関図。
ｅ微結晶の空間分布密度との関係を示す相関図。
【図３】本発明の実施例の方法におけるＲＦパワーとＧ
ｅ微結晶の空間分布密度との関係を示す相関図。
ｅ微結晶の空間分布密度との関係を示す相関図。
【図４】Ｇｅ微結晶の空間分布密度と結晶層の平均結晶
粒径との関係を示す相関図。
粒径との関係を示す相関図。
【図５】本発明の方法を用いた太陽電池の製造方法の各
工程（ａ）〜（ｂ）を示す断面図。
工程（ａ）〜（ｂ）を示す断面図。
１…基板 ２…非晶質ＳｉＧｅ膜 ３…Ｇｅ微結晶分散層 ４…非晶質ＳｉＧｅ膜 ５…多結晶ＳｉＧｅ層
Claims (4)
- 【請求項１】 非晶質半導体層を形成した後、固相成長
法により結晶化させる方法において、 Ｇｅの微結晶を分散した状態で含むＧｅ微結晶分散層と
前記非晶質半導体層とを隣接して形成した後、前記非晶
質半導体層を固相成長法により結晶化させることを特徴
とする、半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記Ｇｅ微結晶分散層は、水素希釈され
たＧｅＨ4 ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成さ
れることを特徴とする、請求項１に記載の半導体薄膜の
製造方法。 - 【請求項３】 前記プラズマＣＶＤ法において、基板温
度と、水素希釈率及び高周波パワーを調整することによ
って前記Ｇｅ微結晶分散層のＧｅ微結晶粒の空間分布密
度を制御することを特徴とする、請求項２に記載の半導
体薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記非晶質半導体層は、下地層の上に形
成され、前記Ｇｅ微結晶分散層は、前記下地層と前記非
晶質半導体層との間、前記非晶質半導体層の表面上及び
第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との間の何れ
かの位置に形成されることを特徴とする、請求項１ない
し請求項３の何れかに記載の半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13211494A JP3234403B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13211494A JP3234403B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335545A true JPH07335545A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3234403B2 JP3234403B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=15073759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13211494A Expired - Fee Related JP3234403B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3234403B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011181842A (ja) * | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2012033750A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| US20120273790A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | Tomonori Aoyama | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
1994
- 1994-06-14 JP JP13211494A patent/JP3234403B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011181842A (ja) * | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US8759205B2 (en) | 2010-03-03 | 2014-06-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
| JP2012033750A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| US20120273790A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | Tomonori Aoyama | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US8828853B2 (en) * | 2011-04-28 | 2014-09-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3234403B2 (ja) | 2001-12-04 |
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|---|---|---|---|
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