JPS6091627A - Pin形半導体装置の製造方法 - Google Patents
Pin形半導体装置の製造方法Info
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- JPS6091627A JPS6091627A JP59199669A JP19966984A JPS6091627A JP S6091627 A JPS6091627 A JP S6091627A JP 59199669 A JP59199669 A JP 59199669A JP 19966984 A JP19966984 A JP 19966984A JP S6091627 A JPS6091627 A JP S6091627A
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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】
〔発明の分野〕
本発明はホウ素およびリンを多量にドープしたターゲッ
トからスパッタされたP形層およびN形層を持つPIN
形アモルファスシリコン半導体装置の反応性スパッタリ
ング方法に係る。P形層、IwIおよびN形層はすべて
アモルファスであることができ、P形層および(また社
)N形層は部分的に結晶化される(微結晶質)ことがで
きる。
トからスパッタされたP形層およびN形層を持つPIN
形アモルファスシリコン半導体装置の反応性スパッタリ
ング方法に係る。P形層、IwIおよびN形層はすべて
アモルファスであることができ、P形層および(また社
)N形層は部分的に結晶化される(微結晶質)ことがで
きる。
アモルファスシリコンPIN形半導体装置t! 2つの
方法で作成される。ひとつはシランのグロー族を分解法
であり、これ扛David E、 earlsonによ
る’Factors Influencing the
Efficisncyof Amorphous 5
ilicon 5olar C@l1m ’ (Jou
rnalof Non−Cry@talltn@5ol
ids 35および36゜1980年、707〜717
頁)と題する技術文献に記載された。この方法では、P
形層およびN形層はS量H4放電中に約1〜2%のB、
H,またはPH。
方法で作成される。ひとつはシランのグロー族を分解法
であり、これ扛David E、 earlsonによ
る’Factors Influencing the
Efficisncyof Amorphous 5
ilicon 5olar C@l1m ’ (Jou
rnalof Non−Cry@talltn@5ol
ids 35および36゜1980年、707〜717
頁)と題する技術文献に記載された。この方法では、P
形層およびN形層はS量H4放電中に約1〜2%のB、
H,またはPH。
を混合して形成される。もうひとつの方法はシリコンタ
ーゲットからの反応性スパッタリングでありこれはT
、 D 、 MoumtakagおよびR、Frled
manによる’Amorphous 5i11eon
P I N 5olar C@1lsFabricat
ed by Reactive Sputtering
’ (Appl。
ーゲットからの反応性スパッタリングでありこれはT
、 D 、 MoumtakagおよびR、Frled
manによる’Amorphous 5i11eon
P I N 5olar C@1lsFabricat
ed by Reactive Sputtering
’ (Appl。
Phys、Lett、 40 、1982 、515〜
517頁)という技術文献に記載された。この方法では
、1層はアルゴンと水素を含む雰囲気において真性(ノ
ンドープ)ターゲットからスパッタリングされ、P形層
およびN形層は再び真性ターゲットからアルゴンおよび
水素に加えて約0.1〜1%のB、)T6またtjBH
,を含む雰囲気においてスパッタリングされる。従って
、アモルファスシリコンPIN形太陽電池を製造する方
法は両方とも毒性の高いガス即ちB、H,およびPH3
の取扱いを伴う。
517頁)という技術文献に記載された。この方法では
、1層はアルゴンと水素を含む雰囲気において真性(ノ
ンドープ)ターゲットからスパッタリングされ、P形層
およびN形層は再び真性ターゲットからアルゴンおよび
水素に加えて約0.1〜1%のB、)T6またtjBH
,を含む雰囲気においてスパッタリングされる。従って
、アモルファスシリコンPIN形太陽電池を製造する方
法は両方とも毒性の高いガス即ちB、H,およびPH3
の取扱いを伴う。
シリコンドープターゲットからのスパッタリングでアモ
ルファスシリコンをドーピングする可能性ij M、
H,BrodskyおよびJ、 J、 Cuomoによ
る’Doping of 5puttersd Amo
rphous Sem1conductors ’(I
BM Technical Disclosure
Bulletln Vol 19 。
ルファスシリコンをドーピングする可能性ij M、
H,BrodskyおよびJ、 J、 Cuomoによ
る’Doping of 5puttersd Amo
rphous Sem1conductors ’(I
BM Technical Disclosure
Bulletln Vol 19 。
1977年、 4802負)で技術文献に初めて登場し
た。 M 、 J 、 Thompson他による’
Doping ofSputtered Amorph
ou@−8111eon 5olar C@lls ’
(5olid 5tates and Electro
n Devlcsa * Vol 2 *1978年、
S11貞)と題されたもうひとつの技術分献において、
ドープシリコンターゲットで予めドーピングする効果が
いくつか呈示さ第1ている。
た。 M 、 J 、 Thompson他による’
Doping ofSputtered Amorph
ou@−8111eon 5olar C@lls ’
(5olid 5tates and Electro
n Devlcsa * Vol 2 *1978年、
S11貞)と題されたもうひとつの技術分献において、
ドープシリコンターゲットで予めドーピングする効果が
いくつか呈示さ第1ている。
多量にドープしたシリコンターゲットからのスパッタリ
ングによってP形層およびN形層を作成するアモルファ
スシリコンPIN形装置はこflまで提出さhていない
。このようなPIN形装置tは太陽電池に用いる場合、
導電性の高いP形層およびN形層を有さなければならず
、また光が入る少なくともひとつのノーの透明度が高く
なけわげなら々い。
ングによってP形層およびN形層を作成するアモルファ
スシリコンPIN形装置はこflまで提出さhていない
。このようなPIN形装置tは太陽電池に用いる場合、
導電性の高いP形層およびN形層を有さなければならず
、また光が入る少なくともひとつのノーの透明度が高く
なけわげなら々い。
本発明はシリコンPIN形半導体装置の製造方法に向け
られている。本発明の方法はPIN形装置に関連して説
明を行う。しかしながら、本発明の方法FiNIP形装
置にも等しく適用されることを理解されるべきでおる。
られている。本発明の方法はPIN形装置に関連して説
明を行う。しかしながら、本発明の方法FiNIP形装
置にも等しく適用されることを理解されるべきでおる。
N形層は多層にドープしたN形シリコンターゲットから
アルゴンおよび水素を含む雰囲気で反応性スパッタリン
グされる。
アルゴンおよび水素を含む雰囲気で反応性スパッタリン
グされる。
真性な1層は、同様に、ノンドープのターゲットからア
ルゴンおよび水素を含む雰囲気において反応性スパッタ
リングされる。P形層は多量にドープ(たP形ターゲッ
トから反応性スパッタリングされ、アルゴンおよび水素
を含む雰囲気中で堆積される。ドープターゲットからN
形層およびP形WIをスパッタリングするので有毒ガス
の取扱いが回避される。さらに、堆積パラメーターを適
当に選択することによって、PIN形太陽電池の応用に
最適な導霜:性おまひ光学特性を持つアモルファスまた
は微結晶14のいずれかのN形層およびP形層を形成す
ることができる。
ルゴンおよび水素を含む雰囲気において反応性スパッタ
リングされる。P形層は多量にドープ(たP形ターゲッ
トから反応性スパッタリングされ、アルゴンおよび水素
を含む雰囲気中で堆積される。ドープターゲットからN
形層およびP形WIをスパッタリングするので有毒ガス
の取扱いが回避される。さらに、堆積パラメーターを適
当に選択することによって、PIN形太陽電池の応用に
最適な導霜:性おまひ光学特性を持つアモルファスまた
は微結晶14のいずれかのN形層およびP形層を形成す
ることができる。
@1図は本発り]によるNIP形半導体装置の堆積用マ
ルラチャンバスパッタリング装置の概要図である。N形
層、1層およびP形層の全部の層はそれぞれ別々のチャ
ンバで堆積されてこれらの層の間の相互汚染を回避する
。これらの部層のそれぞれはアルゴンおよび水素の適当
なh囲気を形成するのに適用した慣用のRFスパッタリ
ング装置である。
ルラチャンバスパッタリング装置の概要図である。N形
層、1層およびP形層の全部の層はそれぞれ別々のチャ
ンバで堆積されてこれらの層の間の相互汚染を回避する
。これらの部層のそれぞれはアルゴンおよび水素の適当
なh囲気を形成するのに適用した慣用のRFスパッタリ
ング装置である。
同様に、3つのターゲットを持ち、3つの層、P層、1
層およびN層を形成するために各々のターゲットが別々
に活性化されるひとつの真空チャンバを用いることが可
能である。しかしながら、この態様では、第1の層と第
2の層の間にスパッター室を清浄化して1層の汚染を避
ける必要がある。
層およびN層を形成するために各々のターゲットが別々
に活性化されるひとつの真空チャンバを用いることが可
能である。しかしながら、この態様では、第1の層と第
2の層の間にスパッター室を清浄化して1層の汚染を避
ける必要がある。
リンおよびホウ素をドープしたターゲットはチョコラル
スキー法で単結晶状に作成した。リンおよびホウ素の不
純物は成長の間に溶融物に添加した。単結晶の分析はリ
ンをドープしたターゲットが約lXl0”個/は以上の
リン原子を含み、ホウ素をドープしたターゲットは1X
lO″′個10iのホウ素原子を含むことを示した。し
かしながら、さらに濃度を高めるとさらに導伝性の高い
P形層およびN形層が得られる。また、その他のターゲ
ット作成方法も可能である。例えば、シリコンとホウ素
の粉末をホットプレスしてホウ素をドープしたターゲッ
トを作成した。
スキー法で単結晶状に作成した。リンおよびホウ素の不
純物は成長の間に溶融物に添加した。単結晶の分析はリ
ンをドープしたターゲットが約lXl0”個/は以上の
リン原子を含み、ホウ素をドープしたターゲットは1X
lO″′個10iのホウ素原子を含むことを示した。し
かしながら、さらに濃度を高めるとさらに導伝性の高い
P形層およびN形層が得られる。また、その他のターゲ
ット作成方法も可能である。例えば、シリコンとホウ素
の粉末をホットプレスしてホウ素をドープしたターゲッ
トを作成した。
本発明のスパッタリングされたアモルファスシリコンP
IN形装置は、一般的に、スパッタリングばれて上に堆
積される層を物理的に支持する基板から力る基板lOを
含む。基板10はピンホールを避けるために上層の厚さ
のオーダー(寸法)の凹部または凸部を実質的に有して
いない主要領域コーティング表面を含む。
IN形装置は、一般的に、スパッタリングばれて上に堆
積される層を物理的に支持する基板から力る基板lOを
含む。基板10はピンホールを避けるために上層の厚さ
のオーダー(寸法)の凹部または凸部を実質的に有して
いない主要領域コーティング表面を含む。
1?!1様において、基板10はそのために導電性材料
の上層が必要になるガラスまたはセラミックのような非
導電性材料から成ることができる。選択的に、基板10
け支持基板ならびに上層との電極コンタクトの両者とし
て働く全屈からなることができる。いずれの場合におい
ても、基板のコーティング表面はコーティング表面の不
所望な汚染を除去するために完全に清浄化する。好まし
い態様において、電極】0けたとえばモリブデンまたは
ステンレス鋼のようなN形ドープシリコンとオーミック
コンタクトを形成するとして知られている金属から成る
。基板10が非導電性材料から成る場合には、上層が約
10大の厚さのITO若しくは酸化錫のような透明導電
体またはモリブデン若しく扛クロム薄膜のようにN形ド
ープアモルファスシリコンとオーミックコンタクトを形
成するとして知られている金属の層からなることが好ま
しい。
の上層が必要になるガラスまたはセラミックのような非
導電性材料から成ることができる。選択的に、基板10
け支持基板ならびに上層との電極コンタクトの両者とし
て働く全屈からなることができる。いずれの場合におい
ても、基板のコーティング表面はコーティング表面の不
所望な汚染を除去するために完全に清浄化する。好まし
い態様において、電極】0けたとえばモリブデンまたは
ステンレス鋼のようなN形ドープシリコンとオーミック
コンタクトを形成するとして知られている金属から成る
。基板10が非導電性材料から成る場合には、上層が約
10大の厚さのITO若しくは酸化錫のような透明導電
体またはモリブデン若しく扛クロム薄膜のようにN形ド
ープアモルファスシリコンとオーミックコンタクトを形
成するとして知られている金属の層からなることが好ま
しい。
基板は後に詳しく述べるように水素およびアルゴンの調
整された分圧を提供するように適合された各慣用RF
24Thスパツタリング装置の陽極に固定する。この出
願において固定(5ecured )の用語は基板の陽
極への物理的固定と、さらに重要には導電性コーティン
グ表面の陽極との電気的コンタクト形成の両方を意味す
ることを意図している。
整された分圧を提供するように適合された各慣用RF
24Thスパツタリング装置の陽極に固定する。この出
願において固定(5ecured )の用語は基板の陽
極への物理的固定と、さらに重要には導電性コーティン
グ表面の陽極との電気的コンタクト形成の両方を意味す
ることを意図している。
このようにしてコーティング表面はほぼ陽極の電位に保
たれる。陽極は接地するかまたは約±50ボルトの正も
しくは負バイアスをかける。スパッタリング系は更に基
板の加熱温度を藺整できるようにする。以下に記載する
堆積温度は陽極に埋設した熱電対で測定したものである
。
たれる。陽極は接地するかまたは約±50ボルトの正も
しくは負バイアスをかける。スパッタリング系は更に基
板の加熱温度を藺整できるようにする。以下に記載する
堆積温度は陽極に埋設した熱電対で測定したものである
。
以下に記載する温度はそのように測定され、堆積膜の実
際の温度はそれと異なることを認識さil−るべきであ
る。
際の温度はそれと異なることを認識さil−るべきであ
る。
P形層およびN形層について2種類の堆積条件を確認し
た。1組の条件はアモルファス膜、他の組の条件は微結
晶質膜を与える。
た。1組の条件はアモルファス膜、他の組の条件は微結
晶質膜を与える。
A、アモルファスN形、■およびP形
シリコン層
H2/Ar < 1 かつ低い全圧(Ar+H2< 2
0ミリトル)で堆積した膜はX線回折でアモルファスで
あることが判明した。
0ミリトル)で堆積した膜はX線回折でアモルファスで
あることが判明した。
チャンバ1のスパッタリング基を慣用の機械およびター
ボ分子ポンプ手段で約lXl0−’ トルの基本圧力に
排気し、た。最初に基板を約200〜400℃の範囲内
のモニタ一温度に加熱して水素化アモルファスシリコン
のN形層14をスパッタリングで堆積する。直径約5イ
ンチのリンドープシリコンディスクからなるスパッタ用
ターゲットを基板プラットホーム(陽極)から約4.5
儂の位置に設けた陰極に固定する。
ボ分子ポンプ手段で約lXl0−’ トルの基本圧力に
排気し、た。最初に基板を約200〜400℃の範囲内
のモニタ一温度に加熱して水素化アモルファスシリコン
のN形層14をスパッタリングで堆積する。直径約5イ
ンチのリンドープシリコンディスクからなるスパッタ用
ターゲットを基板プラットホーム(陽極)から約4.5
儂の位置に設けた陰極に固定する。
ターゲットに、約100〜200ワツトのRF電力を用
いて、接地した基板プラットホーム(陽極)に関して約
−800〜−2000ボルトの誘導DCバイアスを供給
する。これらの千件は1〜IOA/秒の堆積速度を与え
る。約1〜3分間の範囲内でスパッタ堆積を続けると、
約150〜500オングストロームの範囲内の厚さのN
骸層12が得らhる。堆積の全期間、前記の基板加熱を
続けて、堆積するシリコンの水素化を適当なレベルに保
つために指示された範囲内のモニター基板温度を保つ。
いて、接地した基板プラットホーム(陽極)に関して約
−800〜−2000ボルトの誘導DCバイアスを供給
する。これらの千件は1〜IOA/秒の堆積速度を与え
る。約1〜3分間の範囲内でスパッタ堆積を続けると、
約150〜500オングストロームの範囲内の厚さのN
骸層12が得らhる。堆積の全期間、前記の基板加熱を
続けて、堆積するシリコンの水素化を適当なレベルに保
つために指示された範囲内のモニター基板温度を保つ。
上記のように作成したN形層の輸送および光学特性は放
電のH量に大きく依存する。このことは、同じ全圧(H
,十Ar = 5ミルトル)と異なるH、/アルゴン比
でリンドープシリコンターゲットから作成した膜につい
ての電導度と光吸収係数を示した第2図および第3図に
明示でれている。
電のH量に大きく依存する。このことは、同じ全圧(H
,十Ar = 5ミルトル)と異なるH、/アルゴン比
でリンドープシリコンターゲットから作成した膜につい
ての電導度と光吸収係数を示した第2図および第3図に
明示でれている。
第2図によると、全部の膜が同一のリン量を有している
が(SIMS分析で測定)、電導度はHの量の増大とと
もに低下している。これはリン原子がドナーとして働く
ことをHが禁止(抑制)することを暗示している。しか
しながら、最も高くドープされた膜は高い光吸収を有し
ている(第3図参照)ので、光の入射を許す「窓」材料
として適当ではない。従って、高電導度の膜は太陽電池
に応用する場合には裏側のコンタクトとしてだけ適当で
ある。しかしながら、最も高くドープした膜は光の吸収
をともなわないその他のPIN形装置には適当であるこ
とができる。
が(SIMS分析で測定)、電導度はHの量の増大とと
もに低下している。これはリン原子がドナーとして働く
ことをHが禁止(抑制)することを暗示している。しか
しながら、最も高くドープされた膜は高い光吸収を有し
ている(第3図参照)ので、光の入射を許す「窓」材料
として適当ではない。従って、高電導度の膜は太陽電池
に応用する場合には裏側のコンタクトとしてだけ適当で
ある。しかしながら、最も高くドープした膜は光の吸収
をともなわないその他のPIN形装置には適当であるこ
とができる。
基板およびN形層はチャンバ2に移し、そこで真性層を
コーティングする。水素化アモルファスシリコンの真性
l−14は純粋がアルゴンと水素を含む雰囲気中でスパ
ッタリングして堆積する。スパッタリングの雰囲気は純
粋なアルゴン約3〜15ミリトルと水素約0.5〜1.
0ミリトルからなる。RF電力条件、陽極と陰極の形状
、および基板温度ijN形層のスパッタリングによる堆
積について記載しkものと実質的に同じである。しかし
ながら、チャンバ2のターゲットはノンドープの結晶質
シリコンである。こねらの柴件下で、厚さ約0.2〜1
.5マイクロメートルの範囲内の真性アモルファスシリ
コンJiffが堆積する。
コーティングする。水素化アモルファスシリコンの真性
l−14は純粋がアルゴンと水素を含む雰囲気中でスパ
ッタリングして堆積する。スパッタリングの雰囲気は純
粋なアルゴン約3〜15ミリトルと水素約0.5〜1.
0ミリトルからなる。RF電力条件、陽極と陰極の形状
、および基板温度ijN形層のスパッタリングによる堆
積について記載しkものと実質的に同じである。しかし
ながら、チャンバ2のターゲットはノンドープの結晶質
シリコンである。こねらの柴件下で、厚さ約0.2〜1
.5マイクロメートルの範囲内の真性アモルファスシリ
コンJiffが堆積する。
次に、基板をチャンバ3に移し、そこで1層上にP形層
を堆積する。水素化アモルファスシリコンのP形ドープ
層16をH,/λr < 1かつ全圧Ar+H2<20
ミリトルであるアルゴンおよび水素の雰囲気でスパッタ
リングして堆積する。スパッタリングのパワー条件、モ
ニターする基板温度範囲、そして陽極と陰極の形状はN
形層および1層について記載1〜たものと実質的に同じ
である。
を堆積する。水素化アモルファスシリコンのP形ドープ
層16をH,/λr < 1かつ全圧Ar+H2<20
ミリトルであるアルゴンおよび水素の雰囲気でスパッタ
リングして堆積する。スパッタリングのパワー条件、モ
ニターする基板温度範囲、そして陽極と陰極の形状はN
形層および1層について記載1〜たものと実質的に同じ
である。
しかしながら、チャンバ3のターゲットはホウ素をドー
プした結晶性シリコンである。P形層の厚さは真性層お
よびN形ドープ層の厚さと較べると小さくて、約100
〜150オングストロームの範囲内である。現在、理解
きれているように、P形ll11汀I層とポテンシャル
障壁を形成するように機能する。
プした結晶性シリコンである。P形層の厚さは真性層お
よびN形ドープ層の厚さと較べると小さくて、約100
〜150オングストロームの範囲内である。現在、理解
きれているように、P形ll11汀I層とポテンシャル
障壁を形成するように機能する。
輸送および光学特性はN形層におけるように放電のH量
に大きく依存する。こi″Lは、同一の全圧(H4+A
r=5ミリトル)および異なるH、/アルゴン比でホウ
素ドープターゲットから作成した膜についての電導度と
光吸収係数を示す第4図および第5図に明示されている
。
に大きく依存する。こi″Lは、同一の全圧(H4+A
r=5ミリトル)および異なるH、/アルゴン比でホウ
素ドープターゲットから作成した膜についての電導度と
光吸収係数を示す第4図および第5図に明示されている
。
第4図に依ると、全部の膜は同一量のホウ素量を有する
が(SIMS分析で測定)、電導度はH量の増大とと4
に増加する。これはホウ素原子がアクセプタとして働く
ことをHが禁止(抑制)することを暗示する。しかしな
がら、最も高くドープした膜は高い9℃吸収率を有する
ので(第5図)、光の入射を許す「窓」材料として適当
でにない。
が(SIMS分析で測定)、電導度はH量の増大とと4
に増加する。これはホウ素原子がアクセプタとして働く
ことをHが禁止(抑制)することを暗示する。しかしな
がら、最も高くドープした膜は高い9℃吸収率を有する
ので(第5図)、光の入射を許す「窓」材料として適当
でにない。
従って、高電導度の膜は太陽電池に応用する場合には裏
側のコンタクトにだけ適当である。しかしながら、最も
高ぐドープト2た膜は光の吸収をともなわないその他の
PIN形装置への応用には適当である。
側のコンタクトにだけ適当である。しかしながら、最も
高ぐドープト2た膜は光の吸収をともなわないその他の
PIN形装置への応用には適当である。
PIN形装置をチャンバ4に移し、そこでP形層上に電
流年収電極18を堆積する。太陽電池用I)ta 年収
電極は、下層のアモルファスシリコン薄膜の主な吸収帯
域をなす約3500〜7000オングストロームの範囲
内のスペクトル帯域において半透明である導電性材料で
ある。さらに、この電極は隣接するP形ドープアモルフ
ァスシリコンと実質的にオーミックコンタクトを形成し
なければならない。1襲様において、この電極は酸化イ
ンジウム錫、酸化錫寸たは錫酸カドミニウムのような半
透明導電性酸化物であることができる。このような態様
では、導電性酸化物の厚さを下層のアモルファスシリコ
ン表面に反射防止膜を与えるように調整することができ
る。別の態様において、電極18は比較的薄くて、半透
明で、P形ドープアモルファスシリコンとオーミックコ
ンタクトを形成する金属層からなることができる。
流年収電極18を堆積する。太陽電池用I)ta 年収
電極は、下層のアモルファスシリコン薄膜の主な吸収帯
域をなす約3500〜7000オングストロームの範囲
内のスペクトル帯域において半透明である導電性材料で
ある。さらに、この電極は隣接するP形ドープアモルフ
ァスシリコンと実質的にオーミックコンタクトを形成し
なければならない。1襲様において、この電極は酸化イ
ンジウム錫、酸化錫寸たは錫酸カドミニウムのような半
透明導電性酸化物であることができる。このような態様
では、導電性酸化物の厚さを下層のアモルファスシリコ
ン表面に反射防止膜を与えるように調整することができ
る。別の態様において、電極18は比較的薄くて、半透
明で、P形ドープアモルファスシリコンとオーミックコ
ンタクトを形成する金属層からなることができる。
B、微結晶質N形およびP形シリコン膜H,/ Ar
> 1かつ全圧Ar +H1> 20ミリトルで堆積し
た膜はX線回折によると部分的に結晶化してアモルファ
スマトリックス中に501の結晶が埋め込まれたもので
あることが判明した。アモルファス膜と対照的に、これ
らの膜は高電導性かつ高い透明であることが可能である
。
> 1かつ全圧Ar +H1> 20ミリトルで堆積し
た膜はX線回折によると部分的に結晶化してアモルファ
スマトリックス中に501の結晶が埋め込まれたもので
あることが判明した。アモルファス膜と対照的に、これ
らの膜は高電導性かつ高い透明であることが可能である
。
第6図は放電の全圧が増加するときのアモルファス相か
ら微結晶質相への電導度の転移を示している。
ら微結晶質相への電導度の転移を示している。
従って、太陽電池への応用において、導電性かつ高透明
度の微結晶質膜は裏側のコンタクトおよび表側のコンタ
クト「窓」に適当である。
度の微結晶質膜は裏側のコンタクトおよび表側のコンタ
クト「窓」に適当である。
微結晶質膜の堆積速麿は10X/分〜50X/分の範叶
内であり、従って、N形層およびP形層の堆積は100
〜200Xの膜厚になるように調整すべきである。
内であり、従って、N形層およびP形層の堆積は100
〜200Xの膜厚になるように調整すべきである。
その曲のすべての条件、スパッタリングのパワー条件、
モニターする基板温変の範囲、そして陽極と陰極の形状
はアモルファス膜についてP形層、1層およびN形層に
ついて述べlとものと実質的に同じである。
モニターする基板温変の範囲、そして陽極と陰極の形状
はアモルファス膜についてP形層、1層およびN形層に
ついて述べlとものと実質的に同じである。
当業者は、ζ)′6層】lを有するガラスその他の類似
の透明基板lOを用いると、基板を介した装置のイルミ
ネーションが可能になることを認めている。さらに、P
形層とN形層の堆積の順序は、逆にして、上に真性層と
N形層を堆積して有するITU付基根基板上形アモルフ
ァス(または微結晶質)シリコン層を堆積することがで
きる。
の透明基板lOを用いると、基板を介した装置のイルミ
ネーションが可能になることを認めている。さらに、P
形層とN形層の堆積の順序は、逆にして、上に真性層と
N形層を堆積して有するITU付基根基板上形アモルフ
ァス(または微結晶質)シリコン層を堆積することがで
きる。
本発明の光起電装置の製造に用いるスパッタリング技術
は堆積膜の物理的一体性および接着性を高めるものであ
ることが認識されるべきである。
は堆積膜の物理的一体性および接着性を高めるものであ
ることが認識されるべきである。
この方法は酸化インジウム錫のように半透明導電性酸化
物の層を比較的薄いP形ドープ層16上に下層のアモル
ファスシリコン層の接合形成特性を劣化することなくス
パッタリングで堆積する能力を明示している。本質的に
ソースのイルミネーションは基板側(ガラス+ITC)
)からあるいは頂部からであることができる。
物の層を比較的薄いP形ドープ層16上に下層のアモル
ファスシリコン層の接合形成特性を劣化することなくス
パッタリングで堆積する能力を明示している。本質的に
ソースのイルミネーションは基板側(ガラス+ITC)
)からあるいは頂部からであることができる。
以下の例に特定の態様を詳述する。
例
基板は鐘面研摩したステンレス鋼である。N形層はリン
ドープターゲットから微結晶質のN形層をもたらす条件
下で堆積した厚さ500にのリンドープ膜である。厚さ
100XのP形層も微結晶質層をもたらす条件下で堆積
した。
ドープターゲットから微結晶質のN形層をもたらす条件
下で堆積した厚さ500にのリンドープ膜である。厚さ
100XのP形層も微結晶質層をもたらす条件下で堆積
した。
N形層:
全圧=80ミリトル
)i2 / Ar = 10
RFスパッタリングパワー=80ワットターゲットバイ
アス電圧=−1000ボルト堆積温度=325℃ 以下余白 1層: 全圧=5ミリトル H1/Ar = 0.20 RFスパッタリングパワー=80ワットターゲ、)バイ
アス電圧ニー1000ボルト堆積温度=325℃ P形層: 全圧=80ミリトル H1/Ar=10 RFスパッタリングパワー=60ワットターゲットバイ
アス電圧=−SOOボルト堆積温度=325℃ N形アモルファス層を有する類似の装置も製造した。類
似の性能を有した。
アス電圧=−1000ボルト堆積温度=325℃ 以下余白 1層: 全圧=5ミリトル H1/Ar = 0.20 RFスパッタリングパワー=80ワットターゲ、)バイ
アス電圧ニー1000ボルト堆積温度=325℃ P形層: 全圧=80ミリトル H1/Ar=10 RFスパッタリングパワー=60ワットターゲットバイ
アス電圧=−SOOボルト堆積温度=325℃ N形アモルファス層を有する類似の装置も製造した。類
似の性能を有した。
N形層:
全圧=5ミリトル
H1/Ar=0.1
RFスパッタリングパワー=100ワットターゲットバ
イアス電圧=−1200ボルト堆積温度=325℃ 第7図は完成したPIN形太陽電池のI−V特性を示す
。N形層およびP形層は両方とも微結晶質である。
イアス電圧=−1200ボルト堆積温度=325℃ 第7図は完成したPIN形太陽電池のI−V特性を示す
。N形層およびP形層は両方とも微結晶質である。
頂部のコンタクトハ(反射防止膜として働く)透明電極
の代りに白金薄膜である。白金における光の損失は電流
を2分の1に減少する。こうして、この装置は実際にV
oa = 0.66、FF=0.46で11 mA/ば
を発生することが可能である。これらの太陽電池の特性
はP形層およびN形層を気相堆積法で作成した装置に匹
敵する。
の代りに白金薄膜である。白金における光の損失は電流
を2分の1に減少する。こうして、この装置は実際にV
oa = 0.66、FF=0.46で11 mA/ば
を発生することが可能である。これらの太陽電池の特性
はP形層およびN形層を気相堆積法で作成した装置に匹
敵する。
第1図に本発明により作興するNIPlITO形アモル
ファスシリコン半導体装置の堆積用マルチチャンバスパ
ッタ装置の模式図、第2図はリンドープ膜におけるH2
/Arの関数としての電導度を示すグラフ図、第3図は
リンドープ膜における7オトンエネルギーの関数として
の光吸収を示すグラフ図、第4図にホウ素ドープ膜にお
けるH、/Arの関数としての電導度を示すグラフ図、
第5図はホウ素ドープ膜におけるフォトンエネルギーの
関数としての光吸収を示すグラフ図、第6図はホウ素ド
ープ膜において放電の全圧が増加するときのアモルファ
ス相から微結晶質相への漸進的な転移を電導度の変化に
基づいて示すグラフ図、第7図は本発明に依り作4#【
またNIP形半導体装置のI−V特性のグラフ図である
。 1.2,3.4・・・チャンバ、lO・・・基板、12
・・・N形層、14・・・1層、16・・・P形層、1
8・・・電極。 特許出願人 エクソン リサーチ アンド エンジニアリンクカンパニー 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士西舘和之 弁理士古賀哲次 弁理士 山 口 昭 之 弁理士西山雅也 hl)1eVl r5・ 5− 230IC,VT +1000 V 2O3”C,Vy−800v
ファスシリコン半導体装置の堆積用マルチチャンバスパ
ッタ装置の模式図、第2図はリンドープ膜におけるH2
/Arの関数としての電導度を示すグラフ図、第3図は
リンドープ膜における7オトンエネルギーの関数として
の光吸収を示すグラフ図、第4図にホウ素ドープ膜にお
けるH、/Arの関数としての電導度を示すグラフ図、
第5図はホウ素ドープ膜におけるフォトンエネルギーの
関数としての光吸収を示すグラフ図、第6図はホウ素ド
ープ膜において放電の全圧が増加するときのアモルファ
ス相から微結晶質相への漸進的な転移を電導度の変化に
基づいて示すグラフ図、第7図は本発明に依り作4#【
またNIP形半導体装置のI−V特性のグラフ図である
。 1.2,3.4・・・チャンバ、lO・・・基板、12
・・・N形層、14・・・1層、16・・・P形層、1
8・・・電極。 特許出願人 エクソン リサーチ アンド エンジニアリンクカンパニー 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士西舘和之 弁理士古賀哲次 弁理士 山 口 昭 之 弁理士西山雅也 hl)1eVl r5・ 5− 230IC,VT +1000 V 2O3”C,Vy−800v
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 ドープシリコンとオーミックコンタクトを形成す
る導電性拐料を含む表面領域を少なくとも有する基板を
提供し、 該基板の少なくとも該表面領域上に、1タイプの電荷キ
ャリア全ドープしたシリコン層をドープターゲットから
反応性スパッタリングし、1タイプの電荷キャリアをド
ープした該シリコン層上に、真性(I)シリコン層を反
応性スパッタリングし、 該1層上に、他タイプの電荷キャリアをドープしたシリ
コン層をドープターゲットから反応性スパッタリングし
、そして、 他タイプの電荷キャリアをドープした該シリコン層の少
なくとも1領域上にそれとオーミックコンタクトを形成
する導電性材料をスパッタリングする 工程を含む水素化シリコンP、IN形半導体装置の製造
方法。 2、前記1タイプの電荷キャリアがN形であり、前記他
タイプの電荷キャリアがP形である特許請求の範囲第1
項記載の方法。 3、前記1タイプの電荷キャリアがP形であV、前記他
タイプの電荷キャリアがN形である特許請求の範囲第1
項記載の方法。 4、N形ドープシリコンの前記反応性スパッタリングが
H,/Ar<1 かつ20ミリトルより低いアルゴン+
水素の全圧においてアモルファスシリコン金スパツタリ
ングすることからなる特許請求の範囲第2項または第3
項記載の方法。 5、 N形ドープシリコンの前記反応性スパッタリング
がH2/Ar)1 かつアルゴン+水素〉20ミリトル
の全圧において微結晶シリコンをスパッタリングするこ
とからなる特許請求の範囲第2項または第3項記載の方
法。 6、前記ターゲットが10′9個/ば より多いリン原
子を含む特許請求の範囲第4項Bピ載の方法。 7、真性(1)シリコン層の前記反応性スパッタリング
が約0.5ミリトルから約1.0ミリトルの範囲内の水
素分圧および約3ミリトルから約15ミリトルの範囲内
のアルゴン分圧においてシリコンをスパッタリングする
ことからなる特許請求の範囲第2項またに第381記載
の方法。 8、P形シリコン層の前記反応性スパッタリングがH1
/Ar<1 かつ20ミリトルより低いアルコン−1−
水素の全圧においてアモルファスシリコンをスパッタリ
ングすることからなる特許請求の範囲第2項または第3
項記載の方法。 9、前記ターゲットが1019個/ばより多いホウ素原
子を含む特許請求の範囲第8項記載の方法。 10、前記P形ドープシリコン上にスパッタリングされ
た前記導電性材料が酸化インジウム錫、酸化錫または錫
酸カドミニウムから成る材料の薄膜である特許請求の範
囲第2項または第3項記載の方法。
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