JPH0697070A - 多結晶シリコン膜の製造方法 - Google Patents

多結晶シリコン膜の製造方法

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JPH0697070A
JPH0697070A JP4243274A JP24327492A JPH0697070A JP H0697070 A JPH0697070 A JP H0697070A JP 4243274 A JP4243274 A JP 4243274A JP 24327492 A JP24327492 A JP 24327492A JP H0697070 A JPH0697070 A JP H0697070A
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film
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景一 佐野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜中の結晶粒径が大きく、且つキャリア移動
度が大きな多結晶シリコン膜の製造方法を提供すること
にある。 【構成】 水素を含有すると共に、ラマンスペクトルで
あるＴＯピークの強度（TO)に対するＴＡピークの強度
(TA)の比(TA/TO)が０．５以上である非晶質シリコン膜
に、熱処理を施すことにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコン膜に熱
処理を施すことで多結晶化させる多結晶シリコン膜の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多結晶半導体膜から成る光起電力装置に
あっては、多結晶半導体膜中の結晶粒径の大型化と、膜
内のキャリア移動度の向上が、その光電変換効率を向上
するための必須条件とされている。
【０００３】この多結晶半導体膜の代表的な材料は多結
晶シリコン膜で、この多結晶シリコン膜の形成方法とし
て近年特に注目されているのに固相成長法がある。斯る
固相成長法とは、各種基板上に真性或いは導電性非晶質
シリコン膜を成膜し、これに熱処理を施すことで多結晶
化させ、多結晶シリコン膜を製造するものである。斯様
な方法については、特開平２-９４６２５号に詳しく記
載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記方法によれば、あ
る程度の大きさの結晶粒径を有する多結晶シリコン膜が
得られるものの未だその大きさは十分ではなく、又前記
キャリア移動度においても、まだ不十分なものでしかな
かった。
【０００５】そこで、本発明は、より大きな結晶粒径
と、高キャリア移動度を備えた多結晶シリコン膜を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明多結晶シリコン膜
の製造方法の特徴とするところは、膜中に水素を含有す
ると共に、ラマンスペクトルに於けるＴＯピークの強度
(TO)に対するＴＡピークの強度(TA)の比(TA/TO)が０．
５以上の非晶質シリコン膜に熱処理を施したことにあ
る。
【０００７】
【作用】本発明製造方法では、熱処理によって製造され
る多結晶シリコン膜の出発材料として用いる非晶質シリ
コン膜として、水素と、ラマンスペクトルのＴＡピーク
の強度とＴＯピークの強度の比(TA/TO)が夫々特定した
範囲内のものを使用することによって、その多結晶シリ
コン膜内を構成する結晶粒の粒径の大型化が図れると共
に、キャリア移動度の向上が成し得る。
【０００８】ここで、非晶質シリコン膜のラマンスペク
トルについて概説すると、非晶質シリコン膜はこのスペ
クトルとして０〜２０００ｃｍ-1程度の範囲内で広くピ
ークが観測されるものの、その主なピークに約４８０ｃ
ｍ-1と約１５０ｃｍ-1の２つのピークがある。図７はこ
の非晶質シリコン膜の代表的なラマンスペクトルで、同
図には上記２つのピークを矢印で示している。
【０００９】それらピークはいずれもＳｉ−Ｓｉ結合の
振動に起因するもので、結晶シリコンの類推から約４８
０ｃｍ-1のピークをＴＯピーク，約１５０ｃｍ-1のピー
クをＴＡピークと称し、これらピーク強度から非晶質シ
リコン膜に関する様々な物性情報を得ている。
【００１０】一般に、この２つのピークから非晶質シリ
コン膜の物性としては、ＴＯピークの半値幅が大きい場
合や、ＴＯピークの強度に対するＴＡピークの強度の比
（TA/TO)が大きなもの程、非晶質シリコン膜に於ける構
造の乱れが大きいとされている。
【００１１】これらピーク強度は、非晶質シリコン膜の
形成方法やその条件によって種々変化するもので、図７
に示したピーク強度の非晶質シリコン膜はこれまでの太
陽電池や光センサとして用いられている非晶質シリコン
膜のものである。
【００１２】
【実施例】図１は、本願発明製造方法で形成された多結
晶シリコン膜の特性図で、横軸をこの多結晶シリコン膜
の出発材料である非晶質シリコン膜の、ＴＯピーク強度
に対するＴＡピーク強度の比（TA/TO)を示し、縦軸には
この多結晶シリコン膜中の結晶粒径の平均値（平均粒
径）を示している。
【００１３】又、図中に示された膜中水素含有量
（ＣH）は、上記非晶質シリコン膜の膜中の水素量を示
したものである。
【００１４】これら多結晶シリコン膜の出発材料として
使用した非晶質シリコン膜は、本実施例ではプラズマＣ
ＶＤ法によって形成したものであり、その具体的な形成
条件としては、表１及び表２に示す範囲のものを使用し
た。
【００１５】尚、表１の形成条件による膜は、図１にお
ける水素含有量がＣH＞１原子％の場合に相当し、表２
による膜は水素含有量がＣH＜１原子％のものである。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】また、これら非晶質シリコン膜の熱処理条
件としては、５５０℃〜８００℃の範囲とし、熱処理下
の雰囲気は真空又は窒素中としている。これら熱処理条
件に関しては、以下で説明する実施例で全て共通として
いる。
【００１９】斯る形成条件の一般的な傾向としては、例
えばTA/TO比を大きくする場合にあては、反応時ガス圧
を高くすればよく、また水素量を増加するには、基板温
度を高めに設定すれば所望の範囲のTA/TO比及び水素量
の膜を得ることができる。
【００２０】この図１から明らかなように、TA/TO比が
増加するにつれて平均粒径が顕著に増加し、特にその比
１．１の場合にあっては、平均粒径が約１８μｍにまで
拡大している。ここで、この水素含有量を考慮してこの
平均粒径の増加現象を見ると、TA/TO比０．８を境にし
て水素含有量に変化のあることが分かる。
【００２１】即ち、TA/TO比が０．５乃至０．８の領域
にあっては、水素含有量が１原子％よりも多く含むもの
であるのに対し、TA/TO比が０．８以上の領域にあって
は、水素含有量が１原子％を下回る場合に相当する。
【００２２】斯る理由は、膜形成面からの事情によるも
ので、通常TA/TO比が０．８以上の領域であって、水素
含有量がＣH≧１原子％の領域となる非晶質シリコン膜
については、本願出願人の実験によれば種々の形成方
法、形成条件で行っても膜として評価し得るものが得ら
れなかったことに因るためである。
【００２３】次に、本発明製造方法に於ける出発材料非
晶質シリコン膜のTA/TO比と、これにより形成された多
結晶シリコン膜のキャリア移動度との関係について説明
する。図２は、斯る関係を示す特性図で、同図によれば
TA/TO比が０．５以上の領域では、その比が増加するに
つれて緩やかにキャリア移動度も増加することが分か
る。同図においても、TA/TO比０．８で上記理由による
境目ができている。
【００２４】従って、膜中に水素が含有すると共に、TA
/TO比を０．５以上とする非晶質シリコン膜を、多結晶
化のための出発材料とすることで、膜中の平均粒径が大
きく、且つキャリア移動度の大きな多結晶シリコン膜を
製造することができることが分かる。
【００２５】次に、本発明製造方法で使用する出発材料
非晶質シリコン膜の膜物性について説明する。図３は、
この非晶質シリコン膜の水素含有量（ＣH）と、この膜
のTA/TO比との関係を示すと共に、各水素含有量を備え
た非晶質シリコン膜についての、スピン密度及びアーバ
ックテイル量についても併せて示したもので、図中に示
す非晶質シリコン膜の形成条件は表１のものと対応して
いる。従って、図３における非晶質シリコン膜はTA/TO
比が０．５乃至０．８にあり、その水素含有量がＣH＞
１原子％とするものについての膜特性ということとな
る。
【００２６】図中の例えば（ア）の試料は、水素含有量
が約１４原子％，TA/TO比を約０．５６とするもので、
斯る膜物性のもののスピン密度が約５×１０17ｃｍ-3，
アーバックテイル量は約９２ｍｅＶであることを示して
いる。
【００２７】このスピン密度については、電子スピン共
鳴（ＥＳＲ）によって測定し、又アーバックテイル量に
ついては、光熱偏光分光法（ＰＤＳ）によって測定し
た。
【００２８】同図によれば、この非晶質シリコン膜に於
いてTA/TO比と水素含有量とに関する限り明確な相関は
見い出せないものの、そのスピン密度は１０17〜１０19
ｃｍ -3の範囲内で含まれ、またアーバックテイル量は約
８０〜約１１０ｍｅＶの範囲内にあり、通常太陽電池用
として使用されている非晶質シリコン膜と比べると低品
質な膜である。
【００２９】更に図３と同様の物性情報を示すものとし
て図４を示す。但し、図４による非晶質シリコン膜は表
２に示した形成条件によるもので、具体的には、TA/TO
比が０．８以上で、その水素含有量がＣH＜１原子％と
するものについての膜物性ということとなる。同図にあ
っても、スピン密度及びアーバックテイル量の各値から
この非晶質シリコン膜は低品質な膜であるということが
できる。
【００３０】次に、本願発明多結晶シリコン膜の製造方
法による多結晶シリコン膜を使用した光起電力装置につ
いて説明する。
【００３１】図５は、この光起電力装置の素子構造図
で、(1)はステンレスやタングステンから成る金属性基
板、(2)はこの基板(1)上に形成された本願発明製造方法
による多結晶シリコン膜で、ｎ-型半導体としている。
(3)は多結晶シリコン膜(2)上に形成された真性の非晶質
シリコン膜、(4)は多結晶シリコン膜(2)と逆極性を構成
するｐ型の非晶質シリコン膜、そして(5)は光入射のた
めの、酸化インジュウム錫、酸化錫等からなる透明導電
膜である。
【００３２】従って、この光起電力装置にあっては、膜
形成面側から光が入射されると、透明導電膜(5)を経て
ｎ-型半導体(2)に到達した光は、この光電変換層で吸収
されて電子及び正孔となり、金属性基板(1)と透明導電
膜(5)とからそれぞれ外部に取り出される。
【００３３】多結晶シリコン膜(2)以外は、従来周知の
もので構成材料である非晶質シリコン膜は全てプラズマ
ＣＶＤ法によって形成した。斯る多結晶シリコン膜の出
発材料となる非晶質シリコン膜の形成条件としては、プ
ラズマＣＶＤ法による条件下、表３の範囲のものを使用
した。
【００３４】
【表３】
【００３５】上記光起電力装置の代表的な特性を示した
のが図６で、これには多結晶シリコン膜(2)の出発材料
である非晶質シリコン膜として、そのTA/TO比が本願発
明の範囲内にある約０．７のもの(a)と、その範囲外と
なる約０．４のもの(b)を併せて示している。また、水
素含有量に関しては、共に約８原子％含んだ非晶質シリ
コン膜を使用している。
【００３６】同図によれば、本願発明の多結晶シリコン
膜を使用した場合(a)にあっては、開放電圧（Ｖ）が向
上すると共に、曲線因子が著しく改善されることが分か
る。これは、上記多結晶シリコン膜(2)を使用したこと
によって、キャリア拡散長が改善され斯様な光電変換特
性の向上が成し得たものと考えられる。
【００３７】尚、本実施例では、出発材料である非晶質
シリコン膜の形成条件として、プラズマＣＶＤ法によっ
てのみ形成したが、本願発明ではこの製造方法に限られ
るものではなく、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法などによ
る形成方法であってもよく、更には当初水素を含有して
いない非晶質シリコン膜に後工程で水素を混入せしめる
ことによって、所望の非晶質シリコン膜としたものを使
用してもよい。
【００３８】また、実施例では多結晶シリコン膜を製造
するために用いた非晶質シリコン膜の、支持基板として
その表面が平坦な石英を使用したが、この他に表面に凹
凸形状を施されたものを基板として使用してもよい。斯
る場合にあっては、凹凸による粒径拡大の効果が発現
し、この結果本願発明製造方法によって形成された多結
晶シリコン膜にあっては、キャリア移動度が向上するこ
とを確認している。
【００３９】
【発明の効果】本発明製造方法によれば、熱処理によっ
て製造される多結晶シリコン膜の、出発材料として用い
る非晶質シリコン膜として、水素と、ラマンスペクトル
におけるＴＡピーク量とＴＯピーク量の比(TA/TO)が夫
々特定した範囲内のものを使用することで、その多結晶
シリコン膜内を構成する結晶粒径の大型化が図れると共
に、キャリア移動度の向上が成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明多結晶シリコン膜の製造方法で使用する
非晶質シリコン膜のTA/TO比と、この多結晶シリコン膜
の平均粒径との関係を示す特性図である。
【図２】本発明製造方法で使用する非晶質シリコン膜の
TA/TO比と、多結晶シリコン膜のキャリア移動度との関
係を示す特性図である。
【図３】本発明製造方法で使用する非晶質シリコン膜の
膜物性を示す特性図である。
【図４】本発明製造方法で使用する非晶質シリコン膜の
膜物性を示す特性図である。
【図５】本発明製造方法による多結晶シリコン膜を使用
する光起電力装置の素子構造断面図である。
【図６】本発明製造方法による多結晶シリコン膜を使用
する光起電力装置の光電変換特性を示す特性図である。
【図７】非晶質シリコン膜の代表的なラマンスペクトル
図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 膜中に水素を含有すると共に、ラマンス
    ペクトルに於けるＴＯピークの強度(TO)に対するＴＡピ
    ークの強度(TA)の比(TA/TO)が、０．５以上の非晶質シ
    リコン膜に熱処理を施したことを特徴とする多結晶シリ
    コン膜の製造方法。
JP4243274A 1992-09-11 1992-09-11 多結晶シリコン膜の製造方法 Pending JPH0697070A (ja)

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