JPH06224140A

JPH06224140A - シリコン積層体の製造方法

Info

Publication number: JPH06224140A
Application number: JP5265988A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Tamura; 文孝田村; Yoshinori Okayasu; 良宣岡安
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1992-10-27
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】基材からの剥離が起り難く薄膜でしかもその
結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜を短時間で形成可能
なシリコン積層体の製造方法を提供する。【構成】カーボンファイバー織布（炭素系基材２）を
１４００℃に加熱し、シランとメタンとフォスフィン
（ｎ型ドーパント）の混合ガスを供給しこの織布上で気
相反応させ、ｎ型ドーパントが混入された膜厚と膜質が
均一な炭化シリコンより成る中間膜２２を製膜した後、
高温プラズマ中にシリコン粒子を導入して溶融させ、そ
れを上記の中間膜上に製膜させて結晶粒径の大きい多結
晶シリコン膜２３を形成し、織布と中間膜と多結晶シリ
コン膜からなるシリコン積層体２０を製造する。中間膜
の作用により多結晶シリコン膜の膜ストレスを低減で
き、更に織布と多結晶シリコン膜間のオーミック接合が
形成可能となり、ＢＳＦ効果も得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素系基材とこの基材
上に製膜された多結晶シリコン膜とでその主要部が構成
され、例えば、太陽電池の一部を構成するシリコン層と
裏面電極部材として一体的に適用可能なシリコン積層体
に係り、特に、適用できるシリコン原料の選択範囲が広
く、かつ、上記基材からの剥離が起り難く薄膜でしかも
その結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜を短時間で形成
できるシリコン積層体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素系基材を適用したこの種のシリコン
積層体の製造方法としては、例えば、特開昭５５−７３
４５０号公報に記載されたものが知られている。

【０００３】すなわち、この製造方法は、融解槽に収容
された融体シリコン内に一連の穴を備えた網状構造のカ
ーボンファイバー織布等を浸漬し、上記穴内並びに表面
に融体シリコンを充填並びに被覆すると共に、この融体
を結晶化させてシリコン積層体を求める方法で、製造さ
れたシリコン積層体は、例えば、図５に示された太陽電
池のシリコン層と裏面電極部材等として一体的に適用さ
れている。

【０００４】尚、図５中、ａはｐ型シリコン層、ｂはｎ
型シリコン層、ｃはＩＴＯ等の反射防止層、ｄは櫛歯状
電極、ｅはオーミック性接合層、ｆは裏面電極をそれぞ
れ示している。

【０００５】ところで、この方法によりシリコン積層体
を製造する場合、上記融体シリコンを保持しかつ結晶化
させる一連の穴を備えた網状構造のカーボンファイバー
織布等を適用することが前提となるため、この製造方法
においてはその表面並びに内部構造が密状態にあるシー
ト状基材を適用することが困難な欠点があり、かつ、上
記カーボンファイバー織布等の基材が穴を備えている分
だけその電気抵抗が大きくなるため、組込まれた太陽電
池についてその光電変換効率の向上を図り難い欠点があ
った。

【０００６】このため、従来においては、通常、熱ＣＶ
Ｄ法やプラズマＣＶＤ法等の製膜手段により炭素系基材
面に多結晶シリコン膜を直接製膜させてシリコン積層体
を製造し、このシリコン積層体を上記太陽電池等に組込
む方法が採られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記製膜手段
を適用して製造された後者のシリコン積層体においても
以下のような問題点があった。

【０００８】すなわち、炭素系基材面に対して熱ＣＶＤ
法等の手段により多結晶シリコン膜を製膜した場合、上
記炭素系基材とシリコンの熱膨張係数の差異に起因して
製膜された多結晶シリコン膜にストレスが生じ易い欠点
があり、多結晶シリコン膜の膜厚をある程度の大きさに
設定しないと膜内に欠陥やクラックが生じ易くなり、か
つ、この膜ストレスが原因となって炭素系基材から多結
晶シリコン膜が剥がれ易いといった問題点があった。

【０００９】また、多結晶シリコン膜の製膜法自体につ
いても、熱ＣＶＤ法においてはこの方法に適用できるシ
リコン原料が分解され易いＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆等のシラ
ン化合物やＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃等のハロゲン
化珪素に限られ、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、
及び、ＳｉＨ₂Ｆ₂等の分解され難いハロゲン化珪素や
精製処理が不十分な金属級シリコン粒子（ＭＧ・Ｓｉ）
等の適用が困難なためその材料選択範囲が狭い欠点があ
り、かつ、上記ＳｉＨ₄等のシラン化合物を適用するに
してもその分解率はあまり高くなく、その分、基材への
材料供給速度が遅くなるため多結晶シリコンの製膜に時
間を要する問題点があった。

【００１０】他方、プラズマＣＶＤ法においても適用で
きる材料の選択範囲が狭い欠点があり、かつシリコン原
料の分解率が低いため上記熱ＣＶＤ法と同様に多結晶シ
リコンの製膜に時間を要する問題点があった。また、プ
ラズマＣＶＤ法は低温条件下においてなされるため基材
に耐熱性が要求されない利点を有しているが、その反
面、製膜処理が低温でなされることから結晶粒径の大き
い多結晶シリコン膜が求め難い問題点があった。

【００１１】このような技術的背景の下、本発明者等は
カーボンファイバー等の炭素系基材と、この炭素系基材
の表面に形成されｎ型又はｐ型ドーパントが混入された
炭化シリコンより成る中間膜と、この中間膜上に製膜さ
れた多結晶シリコン膜とでその主要部が構成されるシリ
コン積層体を既に創案している。

【００１２】そして、このシリコン積層体によれば、化
学的並びに物理的に炭素とシリコンとの中間的性質を有
する炭化シリコンより成る中間膜が上記炭素系基材と多
結晶シリコン膜との間に介在されているため、炭素系基
材と多結晶シリコン膜との化学的親和性の向上が図れか
つ多結晶シリコン製膜直後における膜ストレスの低減を
図ることができ、また、上記炭化シリコンより成る中間
膜内にはｎ型又はｐ型ドーパントが混入されているた
め、炭素系基材と多結晶シリコン膜との間のオーミック
性接合を形成することが可能となり、かつ、ｎ型又はｐ
型ドーパントの作用により上記炭化シリコンから成る中
間膜の電気抵抗を下げられると共に、多結晶シリコン膜
に対して電界が生じるためＢＳＦ効果を得ることも可能
にするものであった。

【００１３】そこで、本発明の目的はこのようなシリコ
ン積層体を簡便にかつ経済的に大量生産可能な製造方法
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、炭素系基材と、この炭素系基材の表面に形成
されｎ型又はｐ型ドーパントが混入された炭化シリコン
より成る中間膜と、この中間膜上に製膜された多結晶シ
リコン膜とで構成されるシリコン積層体の製造方法を前
提とし、シリコンの融点直下温度に設定された炭素系基
材に対しガス状のシリコン原料、炭素原料及びｎ型又は
ｐ型ドーパントガスとで構成される混合ガスを供給し、
この混合ガスを上記炭素系基材上で反応させてｎ型又は
ｐ型ドーパントが混入された炭化シリコンより成る中間
膜を製膜した後、シリコン原子が含まれるシリコン原料
を高温プラズマ中に導入してこの原料を溶融又は分解
し、この溶融又は分解物を上記シリコンの融点直下温度
に設定された炭素系基材の中間膜上に製膜させて多結晶
シリコン膜を形成することを特徴とするものである。

【００１５】以下、請求項１に係る発明について図面を
参照して詳細に説明する。

【００１６】まず、この製造方法に適用される装置とし
ては、図２に示すように数千〜一万度程度の高温プラズ
マを発生させる高温プラズマ発生部１と、この高温プラ
ズマ発生部１に隣接して設けられ炭素系基材２が配置さ
れる反応室３とでその主要部が構成され、シリコンの融
点（１４３０℃）直下温度に設定された上記炭素系基材
２に対しガス状のシリコン原料、炭素原料及びｎ型又は
ｐ型ドーパントガスとで構成される混合ガスを供給し、
この混合ガスを上記炭素系基材２上で反応させてｎ型又
はｐ型ドーパントが混入された炭化シリコン（ＳｉＣ）
より成る中間膜を製膜した後、上記高温プラズマ発生部
１に導入されて溶融又は分解されたシリコン原料を上記
シリコンの融点直下温度に設定された炭素系基材２の中
間膜上に製膜させて多結晶シリコン膜を形成するもので
ある。

【００１７】尚、上記反応室３の下流側には排気系４が
設けられており、シリコン原料に含まれていた揮発成分
や炭素系基材２に製膜されなかったシリコン等を排出す
るように構成されている。また、図２中、５はシリコン
原料であるシリコン粒子６を収容する容器、７は上記炭
素系基材２を保持する基材ホルダー、８はこの基材ホル
ダー７内に設けられた加熱手段をそれぞれ示している。

【００１８】ここで、上記高温プラズマを発生させる手
段としては、アークプラズマを用いる直流法、誘導プラ
ズマを用いる高周波法、並びに、アークプラズマと誘導
プラズマを併用する併用法があり本発明においてはいず
れの方法も適用できる。

【００１９】すなわち、上記直流法においては図３に示
すようにＤＣプラズマトーチ１６の電極部１１と陰極部
１２の間でアーク放電を発生させ、上記電極部１１と陰
極部１２のギャップ間を流れるアルゴンガス、水素ガス
等を分解させて高温プラズマを発生させる。そして、高
温プラズマが発生している部位へシリコン原料を導入
し、このシリコン原料を高温のアルゴンプラズマ、水素
プラズマ等により溶融、分解させると共にこの溶融又は
分解物を上記炭素系基材２側へ輸送させて多結晶シリコ
ン膜を形成するものである。他方、上記高周波法におい
ては図４に示すようにアルゴンガス、水素ガス等が供給
される石英管等管１３の中央にＲＦプラズマコイル１４
を巻回し、かつ、このＲＦプラズマコイル１４により誘
導プラズマを発生させるもので上記直流法に較べ広がっ
たプラズマフレーム１５が形成される。また、上記併用
法はこれ等直流法と高周波法とを組合わせた方法である
（図２参照）。

【００２０】そして、直流又は高周波の投入電力、アル
ゴンガス、水素ガス等の流量、以下に述べるシリコン原
料の投入量並びにその種類等を適宜調整することにより
上記プラズマフレーム１５の形状、シリコン原料の溶融
又は分解状態、この溶融又は分解物中に含まれるシリコ
ン成分の濃度並びにその流速等を制御することが可能に
なるため、これ等の条件を適宜選定することにより多結
晶シリコン膜の製膜条件を調整することが可能となる。

【００２１】尚、上記高温プラズマ発生部１内における
圧力条件は、この高温プラズマ発生部１内へのシリコン
原料の供給のし易さや製造装置の構成の簡略化等を考慮
して、通常、大気圧又は大気圧近傍（数百Ｔｏｒｒ）の
条件に設定されるが、これより低い条件、例えば数十Ｔ
ｏｒｒに設定しても当然のことながらよい。そして、高
温プラズマ発生部１内の圧力条件をこのように低く設定
した場合、上記プラズマフレーム１５（プラズマ空間）
が広がるためシリコン原料の溶融又は分解物を炭素系基
材２の広い領域へ供給することが可能となり、上記炭素
系基材２上に大面積でかつ膜質均一な多結晶シリコン膜
を形成できる利点を有している。但し、プラズマ空間が
広がることからその単位体積当りのエネルギー供給量が
低下するため、直流又は高周波の投入電力を増大させる
ことを要する。また、高温プラズマ発生部１内の圧力条
件を低く設定した場合、プラズマフレーム１５が伸びて
炭素系基材２が過熱されることがある。このような場合
にはアルゴンガスや水素ガス等の流量を下げることによ
り上記過熱現象を簡単に回避することができる。

【００２２】次に、この請求項１に係る発明において適
用できる炭素系基材としては、表面並びに内部構造が密
状態にあるグラファイト板や炭素−炭素複合材料（例え
ば、カーボンファイバーと炭化された樹脂成分とでその
主要部が構成されるもの等）、及び、密に編まれて表面
並びに内部構造が密状態にあるカーボンファイバー織布
等が挙げられ、更に、疎に編まれた網状構造のカーボン
ファイバー織布の適用も可能である。

【００２３】また、上記混合ガスを構成するガス状のシ
リコン原料としては例えばＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆ 等が適用
でき、ガス状の炭素原料としては、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、及
び、Ｃ₃Ｈ₈等の飽和炭化水素、エチレン、アセチレン等
の不飽和炭化水素等が適用でき、上記ｎ型ドーパントガ
スとしては、ＰＨ₃（フォスフィン）ガス、ＡｓＨ
₃（アルシン）ガス等が、また、ｐ型ドーパントガスと
しては、Ｂ₂Ｈ₆（ジボラン）ガス、Ｂ（ＣＨ₃）₃（ト
リメチルボロン）ガス等が適用可能である。

【００２４】そして、上記シリコン原料、炭素原料及び
ｎ型又はｐ型ドーパントガスの混合比並びその供給量を
適宜調整し、かつ、上記炭素系基材上において混合ガス
を気相反応させることにより、炭素系基材上にｎ型又は
ｐ型ドーパントが混入された薄膜でしかもその膜厚並び
に膜質が均一な炭化シリコン（ＳｉＣ）より成る中間膜
を形成することが可能となる。

【００２５】一方、上記高温プラズマ中に導入されて多
結晶シリコン膜を形成するシリコン原料としては、分解
され易いＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆等のシラン化合物、Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃等のハロゲン化珪素が適用で
きると共に、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｆ₆、Ｓｉ₂
Ｃｌ₆、ＳｉＨ_xＦ_y、及び、ＳｉＨ_xＣｌ_y等分解され
難いガス状又は液状のハロゲン化珪素が適用でき、更
に、精製処理が不十分でかつその粒径が約２００μｍ以
下の金属級シリコン粒子（ＭＧ・Ｓｉ，例えばＳｉ純度
が９９％のもの）並びに精製処理された太陽電池級シリ
コン粒子（ＳＯＧ，例えばＳｉ純度が９９．９９９９％
のもの）等シリコン原子を含有する粉状体についてもこ
れ等シリコン粒子中に含まれる不純物が高温加熱処理に
より揮発成分となって除去され易いためその適用が可能
となる。

【００２６】尚、金属級シリコン粒子を適用した場合、
この粒子内に含まれるＢ（ボロン）やＣ（炭素）等の軽
元素を除去するため酸素（Ｏ₂）ガスや水蒸気（Ｈ₂Ｏ）
等を上記高温プラズマ中に供給してもよいし、上記粒子
内に含まれるＴｉ（チタン）やＦｅ（鉄）等の重金属を
除去するため弗化カルシウム（ＣａＦ₂）等の弗化物を
上記高温プラズマ中に供給してもよい。また、シリコン
原料投入時における反応室内の圧力変動を防止して反応
室内の圧力を略一定に保持する圧力制御弁を設けてもよ
い。

【００２７】そして、シリコンの融点直下温度に設定さ
れた上記炭素系基材に対してガス状のシリコン原料、炭
素原料及びｎ型又はｐ型ドーパントガスとで構成される
混合ガスを供給し、この混合ガスを上記炭素系基材上で
気相反応させて炭素とシリコンに対して中間的性質を有
しかつｎ型又はｐ型ドーパントが混入された炭化シリコ
ンの中間膜を製膜する。この場合、この製造方法におい
ては上記混合ガスを外部から供給し、かつ、炭素系基材
上においてこの混合ガスを気相反応させて炭化シリコン
（ＳｉＣ）の中間膜を形成しているため、上記混合ガス
の混合比並びにその供給量を適正に制御することにより
炭素系基材上にｎ型又はｐ型ドーパントが混入された薄
膜でしかもその膜厚並びに膜質が均一な中間膜を確実に
形成できる利点を有している。

【００２８】次に、上記中間膜を形成した後、シリコン
の融点直下温度に設定された炭素系基材の中間膜上に上
記シリコン原料の溶融又は分解物を製膜させて多結晶シ
リコン膜を形成する。この場合、上記炭素系基材がシリ
コンの融点直下温度に設定された状態で多結晶シリコン
膜を製膜しているため、製膜直後の多結晶シリコン膜温
度と炭素系基材温度との差が小さくなり、その分、上記
多結晶シリコン膜の膜ストレスが低減すると共に、炭素
とシリコンとの中間的性質を有する炭化シリコンの中間
膜が作用して更に膜ストレスの低減が図れる。従って、
その膜厚を薄く設定しても製膜された多結晶シリコン膜
に欠陥やクラック等が発生し難くなると共に炭素系基材
からの剥離も起こり難くなる利点を有している。

【００２９】尚、請求項１に係るこの製造方法において
は、外部から供給された各製膜材料を利用して上記中間
膜と多結晶シリコン膜とを形成しているため、上記炭化
シリコン（ＳｉＣ）の中間膜を製膜する際の炭素系基材
の設定温度と多結晶シリコン膜を製膜する際の炭素系基
材の設定温度を共にシリコンの融点直下温度に設定した
状態でこれを行うことが可能となる。従って、製造工程
中における炭素系基材の温度制御を簡便に行える利点を
有している。

【００３０】ここで、炭素系基材の設定温度を調整する
には上記高温プラズマの出力を調整してこれを行っても
よいし、あるいは、基材ホルダー内に設けられた加熱手
段を調整して行ってもよくその方法は任意である。ま
た、上記高温プラズマの出力調整と基材ホルダー内に設
けられた加熱手段の調整とを併用して上記炭素系基材の
設定温度を制御してもよい。

【００３１】次に、上記反応室３内に炭素系基材２を配
置する場合、プラズマ発生部１と配置された炭素系基材
２間距離が近過ぎるとプラズマ発生部１からのプラズマ
フレーム１５により炭素系基材２が過熱されて破損する
ことがあり、反対に距離を開け過ぎるとシリコン膜の製
膜が困難になることがある。

【００３２】従って、上記プラズマ発生部１内の圧力状
態、プラズマフレーム１５の形状、シリコン原料の溶融
又は分解状態並びに溶融又は分解物の流速等の条件に対
応した適正距離を選定することが望ましい。

【００３３】また、炭素系基材２を固定して配置した場
合、上記プラズマフレーム１５により炭素系基材２が局
所的に過熱されて製膜されるシリコン膜の均一性が阻害
されることがあるため、炭素系基材２を保持する基材ホ
ルダー７に移動機構を設けこの移動機構により上記炭素
系基材２を水平方向へ移動させて炭素系基材２の局所的
過熱を防止することが望ましい。

【００３４】尚、請求項１に係る製造方法により求めら
れたシリコン積層体の適用対象としては上記太陽電池に
限らず、例えば光センサ等が挙げられる。

【００３５】

【作用】請求項１に係る発明によれば、シリコンの融点
直下温度に設定された炭素系基材に対しガス状のシリコ
ン原料、炭素原料及びｎ型又はｐ型ドーパントガスとで
構成される混合ガスを供給し、この混合ガスを上記炭素
系基材上で反応させてｎ型又はｐ型ドーパントが混入さ
れた炭化シリコンより成る中間膜を製膜した後、シリコ
ン原子が含まれるシリコン原料を高温プラズマ中に導入
してこの原料を溶融又は分解し、この溶融又は分解物を
シリコンの融点直下温度に設定された炭素系基材の中間
膜上に製膜させて多結晶シリコン膜を形成している。

【００３６】そして、この製造方法においては上記混合
ガスを外部から供給しかつ炭素系基材上においてこの混
合ガスを気相反応させて炭化シリコン（ＳｉＣ）の中間
膜を形成しているため、上記混合ガスの混合比並びにそ
の供給量を適正に制御することによりｎ型又はｐ型ドー
パントが混入された薄膜でしかもその膜厚並びに膜質が
均一な中間膜を確実に形成させることが可能となる。

【００３７】また、上記中間膜上に多結晶シリコン膜を
形成するに際しては、炭素系基材がシリコンの融点直下
温度に設定された状態で上記多結晶シリコン膜を製膜し
ているため、製膜直後の多結晶シリコン膜温度と炭素系
基材温度との差が小さくなり、その分、上記多結晶シリ
コン膜の膜ストレスが低減すると共に炭素とシリコンと
の中間的性質を有する上記炭化シリコンから成る中間膜
も作用しこれ等相乗作用により上記膜ストレスを大幅に
低減させることが可能となる。

【００３８】更に、上記多結晶シリコン膜を形成するに
際しシリコン原子が含まれるシリコン原料を高温プラズ
マ中に導入してこれを溶融又は分解しているため、従来
法では適用困難であった分解温度の高いシリコン原料や
不純物の含まれる金属級シリコン粒子の適用が可能にな
ると共に、シリコン原料の溶融又は分解速度が速まって
上記中間膜上への溶融又は分解物の供給速度も速まるた
め多結晶シリコン膜の製膜速度の向上が図れ、かつ、プ
ロセス全体が従来より高温条件下で行われるため結晶粒
径の大きい多結晶シリコン膜を求めることが可能とな
る。

【００３９】また、この製造方法においては上記炭化シ
リコンの中間膜を製膜する際の炭素系基材の設定温度
と、多結晶シリコン膜を製膜する際の炭素系基材の設定
温度を共にシリコンの融点直下温度に設定した状態でこ
れを行っており、その分、製造工程中における炭素系基
材の温度制御が簡便となる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００４１】［実施例１］まず、この実施例に係るシリ
コン積層体２０は、図１に示すようにその全域に亘り小
孔を有していないシート状のカーボンファイバー織布２
１と、このカーボンファイバー織布２１表面の全域に亘
り形成されｎ型ドーパントのＰ（リン）が混入された炭
化シリコンから成る中間膜２２と、この中間膜２２上に
製膜された多結晶シリコン膜２３とでその主要部が構成
されている。

【００４２】尚、上記カーボンファイバー織布２１に
は、以下の表１にその特性が示されている株式会社有沢
製作所のカーボンファイバークロス（商品名ＣＦＳ
１１４０）が適用されている。

【００４３】

【表１】そして、このシリコン積層体２０は以下に述べるような
方法にて製造されている。すなわち、図２に示すように
アークプラズマ並びに誘導プラズマを形成できる高温プ
ラズマ発生部１と、この高温プラズマ発生部１に隣接し
て設けられ内部に基材ホルダー７を備える反応室３とで
その主要部が構成される装置内に上記カーボンファイバ
ー織布２１を配置し、かつ、反応室３内を〜１０^-3Torr
まで真空引きを行って反応室３内の空気等を排気した
後、プラズマ点火後の急加熱や局所的過熱を防ぐため点
火に先がけ上記基材ホルダー７に設けられカーボンファ
イバー織布２１を水平方向へ移動操作する移動機構（図
示せず）を作動させた。

【００４４】次に、プラズマ発生部１内へアルゴンガス
と水素ガスを導入すると共にプラズマ点火を行った。電
源は最初に直流を投入しその後に高周波を投入した。
尚、高温プラズマフレームの形状はアルゴンガス、水素
ガスの流量でかなり変化するが安定した状態を比較的容
易に得ることができた。また、この装置にはアルゴンガ
ス、水素ガス等のガス導入口並びにシリコン原料の導入
口に圧力制御弁が取付けられ、かつ、反応室３の下流側
には排気系４が設けられておりこれ等機構により反応室
３内の圧力は〜５５０Torrに保持されている。

【００４５】そして、上記カーボンファイバー織布２１
を高温プラズマと基材ホルダー７内に設けられた加熱手
段８により加熱してその表面温度が十分上昇しているこ
とを放射温度計を用いてモニターし、かつ、その表面温
度がシリコンの融点直下の温度（１４００℃）になった
時点で上記ガス導入口からシランガスとメタンガスとフ
ォスフィンガス（ｎ型ドーパントガス）の混合ガスを導
入し、この混合ガスをカーボンファイバー織布２１上で
気相反応させてｎ型ドーパントが混入された炭化シリコ
ンより成る中間膜２２を形成した。

【００４６】（中間膜の形成条件）反応室内の圧力〜５５０ＴｏｒｒＤＣプラズマ投入電力５ＫＷＲＦプラズマ投入電力３０ＫＷアルゴンガス流量６０〜８０リット
ル／ｍｉｎ水素ガス流量２〜４リットル／
ｍｉｎシランガス流量０．５リットル／
ｍｉｎメタンガス流量０．５リットル／
ｍｉｎフォスフィンガス流量０．１リットル／
ｍｉｎ高温プラズマ発生部と織布間距離１０〜２０ｃｍ次に、上記カーボンファイバー織布２１の温度を１４０
０℃に保持する一方、シリコン原料の導入口から定量の
シリコン粒子６を導入してこのシリコン粒子６を高温プ
ラズマ中にて溶融させ、かつ、この溶融物をカーボンフ
ァイバー織布２１の上記中間膜２２上に製膜させた。

【００４７】そして、この製膜処理を２〜３分間行い、
かつ、シリコン粒子６の供給停止後も高周波を投入して
アルゴンの高温プラズマを継続させ５〜１０分程度の冷
却制御を行い膜厚１mm程度の多結晶シリコン膜２３を形
成して上記シリコン積層体２０を製造した。

【００４８】尚、基材ホルダー７に設けられた移動機構
は上記中間膜２２の形成前からシリコン膜の冷却制御中
も継続して作動させておりカーボンファイバー織布２１
表面への入熱の均一化を図っている。

【００４９】（多結晶シリコン膜の
製膜条件）反応室内の圧力〜５５０ＴｏｒｒＤＣプラズマ投入電力５ＫＷＲＦプラズマ投入電力３０ＫＷアルゴンガス流量６０〜８０リット
ル／ｍｉｎ水素ガス流量２〜４リットル／
ｍｉｎシリコン粒子の粒径７５〜１５０μｍシリコン粒子の供給量１ｇ／ｍｉｎ高温プラズマ発生部と織布間距離１０〜２０ｃｍこの様にして求められた多結晶シリコン膜２３について
ＴＥＭ観察を行ったところ、膜厚１mm程度でその結晶粒
径は１００μｍ程度に達していることが確認でき、か
つ、その膜特性も均一になっていることが確認された。

【００５０】［実施例２］反応室内の圧力を略６０Ｔｏ
ｒｒに設定し、かつ、ＤＣプラズマ投入電力を１０Ｋ
Ｗ、ＲＦプラズマ投入電力を５０ＫＷに設定した点を除
き実施例１と略同一の条件でシリコン積層体を製造し
た。

【００５１】そして、このシリコン積層体の多結晶シリ
コン膜についてＴＥＭ観察を行ったところ、実施例１に
係る多結晶シリコン膜と略同一の特性を有していること
が確認された。

【００５２】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、炭素系基
材表面にｎ型又はｐ型ドーパントが混入された薄膜でし
かも膜厚並びに膜質が均一な炭化シリコンより成る中間
膜を確実に形成することができると共に、この中間膜上
にその結晶粒径が大きくかつ膜ストレスが小さい多結晶
シリコン膜を形成でき、更に、従来法では適用困難であ
った分解温度が高いシリコン原料や不純物が含まれる金
属級シリコン粒子の適用も可能となり、かつ、上記多結
晶シリコン膜の製膜速度の向上も図れる。

【００５３】従って、ＢＳＦ型太陽電池等にそのまま適
用されしかも多結晶シリコン膜が剥離し難い電気的特性
に優れたシリコン積層体を簡便にかつ経済的に大量生産
できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るシリコン積層体の概略断面図。

【図２】実施例の製法に適用された装置の構成概念図。

【図３】直流法による高温プラズマ発生部の模式図。

【図４】高周波法による高温プラズマ発生部の模式図。

【図５】従来の太陽電池の概略断面図。

【符号の説明】

１高温プラズマ発生部２炭素系基材３反応室７基材ホルダー８加熱手段２０シリコン積層体２１カーボンファイバー織布２２中間膜（ＳｉＣ）２３多結晶シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素系基材と、この炭素系基材の表面に形
成されｎ型又はｐ型ドーパントが混入された炭化シリコ
ンより成る中間膜と、この中間膜上に製膜された多結晶
シリコン膜とで構成されるシリコン積層体の製造方法に
おいて、シリコンの融点直下温度に設定された炭素系基材に対し
ガス状のシリコン原料、炭素原料及びｎ型又はｐ型ドー
パントガスとで構成される混合ガスを供給し、この混合
ガスを上記炭素系基材上で反応させてｎ型又はｐ型ドー
パントが混入された炭化シリコンより成る中間膜を製膜
した後、シリコン原子が含まれるシリコン原料を高温プ
ラズマ中に導入してこの原料を溶融又は分解し、この溶
融又は分解物をシリコンの融点直下温度に設定された炭
素系基材の中間膜上に製膜させて多結晶シリコン膜を形
成することを特徴とするシリコン積層体の製造方法。