JP2003092419A

JP2003092419A - シリコン結晶薄膜半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003092419A
Application number: JP2001284808A
Authority: JP
Inventors: Fumito Oka; 史人岡; Shinichi Muramatsu; 信一村松; Yasushi Minagawa; 康皆川; Tadashi Sasaki; 唯佐々木
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】結晶化率の高いシリコン結晶膜を高速で形成す
ることができ、高効率の光起電力特性を実現することが
できるシリコン結晶薄膜半導体装置を提供する【解決手段】石英基板１上に、金属電極２および透明
導電膜３を形成し、透明導電膜３上に少なくとも２種類
以上の導電型の結晶シリコン層４ａ〜６ａを形成し、結
晶シリコン層６ａ上に非晶質シリコン層８を形成し、こ
の非晶質シリコン層８上にＩＴＯ透明導電膜９を形成
し、更にＩＴＯ透明導電膜９上にＡｌ電極１０を形成す
ることによってシリコン結晶薄膜半導体装置であるシリ
コン結晶薄膜光起電力素子１００を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や光セン
サなどに用いられるシリコン結晶薄膜半導体装置および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、多結晶シリコンや微結晶シリコン
のような結晶シリコンを含む薄膜を用いた光電変換素子
の開発が盛んに行われている。これらの開発は、安価な
基板上に低温プロセスで良好な結晶性を持つ結晶シリコ
ン薄膜を形成し、これを光電変換素子に用い低コスト化
と高性能化を図るものである。

【０００３】このように結晶シリコン薄膜を光電変換素
子に用いることによって、非晶質シリコン光電変換素子
で問題となっている光劣化が観測されず、さらに非晶質
光電変換素子では、感度の無い長波長光をも、電気的エ
ネルギーに変換することができる。この技術は光電変換
素子のみではなく、光センサ等の光電変換装置への応用
も可能であると期待されている。

【０００４】このシリコン結晶光電変換素子は、一般的
にプラズマＣＶＤによって直接結晶シリコン薄膜を堆積
させる手法が用いられている。この手法によって、基板
上に低温で結晶シリコンが形成されうることが知られて
おり、低コスト化に有効であるとされている。

【０００５】この手法においては、プラズマＣＶＤ形成
条件としては、水素でシラン系原料ガスを１５倍程度以
上に希釈し、プラズマ反応室内圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜
１０Ｔｏｒｒ、基板温度を１５０℃〜５５０℃、望まし
くは４００℃以下の範囲内に制御して成膜する。これに
よって結晶性のシリコン薄膜を基板上に形成することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のシリコ
ン結晶薄膜半導体装置の製造方法においては、上記手法
によって、結晶成分を含むシリコン薄膜光起電力素子を
作製する方法が広く試みられているが、この手法でのシ
リコン薄膜中に含まれる結晶成分は８０％程度以上には
できないことが明らかになっている。また、特に異種基
板上、例えば電極直上における結晶化率が低いという問
題がある。以上のことから、プラズマＣＶＤ法を用いて
形成された薄膜の膜質には限界が見えており、光起電力
素子の特性も近年頭打ちとなっている。

【０００７】一方、非晶質シリコンに熱処理を施すこと
によって固相中で結晶化を行なう方法がある。この方法
で形成した薄膜を太陽電池素子に用いる方法の一例とし
てプラズマＣＶＤ法によって非晶質シリコン層中に核形
成を行ない、プラズマＣＶＤチャンバー中で固相成長を
行なう方法が、特開平７−３３５６６０号公報に開示さ
れている。この方法によれば、電極上に直接結晶化率の
高いシリコン結晶膜を形成することができるが、形成過
程でのスループットの大幅な向上が見込めない。言い換
えれば、結晶化率の高いシリコン結晶膜を高速で形成す
ることができないという問題がある。光起電力素子の低
コスト化の為に、さらに大幅な高スループット化が要求
されている。

【０００８】また、結晶シリコンの固相成長法として
は、非晶質シリコンに触媒元素を導入し、熱処理を施す
ことで結晶シリコンに変換される現象がR．C．Camarata
らによって報告されている［J．Mater．Re．，Vol．5，
No．10（1990）p．2133‐2138］。この方法によれば低
温且つ高速で多結晶の成膜が可能であるとされ、とくに
低温での結晶化は、例えば少量のＮｉ金属元素を導入し
て熱処理することで達成可能であるとされている。この
方法によって高速で形成可能な非晶質シリコンを熱処理
によって従来の方法よりも大幅に高速で結晶化すること
ができる。この方法によって、光起電力素子の活性層で
あるｉ層を結晶化する方法が特願２０００−１４５０６
９号公報に開示されている。この方法によれば、従来形
成するために要する時間が長く、コストを増大させてい
た活性層の結晶化時間を大幅に短縮することができる。

【０００９】しかし、この法によって光起電力素子を形
成すると、全ての層が結晶化率の高い結晶シリコンとな
るため、表面部における少数キャリアの再結合成分が大
きくなる。この為、光起電力素子特性の向上が困難であ
るという問題がある。また、この方法で光起電力素子の
１層を形成し、その他の部分を気相成長法や熱拡散によ
って形成する方法が、特開平９−８２９９７号公報に開
示されている。この方法によっても上記と同様に表面に
おける少数キャリアの再結合成分が大きくなり、光起電
力特性の向上が困難であるという問題がある。

【００１０】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、結晶化率の高いシリコン結晶膜を高速で形成する
ことができ、高効率の光起電力特性を実現することがで
きるシリコン結晶薄膜半導体装置およびその製造方法を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のシリコン系結晶薄膜半導体装置は、基板上
又は表面に電極層を有する基板上に形成された少なくと
も２種類以上の導電型の結晶シリコン層と、この結晶シ
リコン層上に形成された非晶質シリコンのみの層又は非
晶質シリコンを含む層による非晶質シリコン層とを備え
ることを特徴としている。

【００１２】また、非晶質シリコン層は、この非晶質シ
リコン層と接する前記結晶シリコン層の導電型と同じ導
電型を備えることを特徴としている。

【００１３】また、結晶シリコン層の導電型は、ｐ導電
型およびｎ導電型であることを特徴としている。

【００１４】また、結晶シリコン層の導電型は、前記基
板側からｐ導電型、ｉ導電型、ｎ導電型の順、又はｎ導
電型、ｉ導電型、ｐ導電型の順であることを特徴として
いる。

【００１５】また、非晶質シリコン層は、非晶質シリコ
ンのバンド幅を広げる働きを有する不純物が含まれてい
ることを特徴としている。

【００１６】また、結晶シリコン層は、一部又は全部に
触媒元素を含むことを特徴としている。

【００１７】また、触媒元素は、Ｎｉ，Ｇｅ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｌの何れかであることを特徴
としている。

【００１８】また、非晶質シリコン層の水素含有量は
０．１％以下であることを特徴としている。

【００１９】また、非晶質シリコン層は水素雰囲気中で
熱処理を施されることを特徴としている。

【００２０】また、本発明のシリコン系結晶薄膜半導体
装置は、基板上又は表面に電極層を有する基板上に形成
された少なくとも２種類以上の導電型の結晶シリコン層
と、この結晶シリコン層上に形成された電極と、前記結
晶シリコン層および前記電極上にこの電極上面の一部又
は全てを除き形成された非晶質シリコンのみの層又は非
晶質シリコンを含む層による非晶質シリコン層とを備え
ることを特徴としている。

【００２１】また、結晶シリコン層は非晶質として形成
され、熱処理を行なうことで結晶化されることを特徴と
している。

【００２２】また、結晶シリコン層は全ての導電層にお
いて結晶成分が９５％以上を占めることを特徴としてい
る。

【００２３】また、本発明のシリコン系結晶薄膜半導体
装置の製造方法は、基板上又は表面に電極層を有する基
板上に、少なくとも２種類以上の導電型の非晶質シリコ
ン層を形成する第１の形成ステップと、前記非晶質シリ
コン層上に触媒元素を蒸着したのち前記非晶質シリコン
層を結晶シリコン層に変換するための熱処理を行う加熱
ステップと、この加熱ステップにて変換された結晶シリ
コン層上に非晶質シリコンのみの層又は非晶質シリコン
を含む層による非晶質シリコン層を形成する第２の形成
ステツプとを含むことを特徴としている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００２５】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係るシリコン結晶薄膜光起電力素子の
構成を示す図である。

【００２６】この図１に示すシリコン結晶薄膜光起電力
素子（以下、太陽電池ともいう）１００は、石英基板１
上に次の記述順に形成された金属電極２と、透明導電膜
３と、結晶シリコン層４ａ，５ａ，６ａと、非晶質シリ
コン層８と、ＩＴＯ透明導電膜９と、このＩＴＯ透明導
電膜９上に形成されたＡｌ電極１０とを備えて構成され
ている。

【００２７】このような構成のシリコン結晶薄膜光起電
力素子１００の製造方法を図２を参照して説明する。

【００２８】まず、石英基板１上に、金属電極２、透明
導電膜３を順次形成する。この例では、金属電極２にＡ
ｇ、透明導電膜３にＺｎＯが用いられているとするが、
これに限るものではなく、金属電極２および透明導電膜
３の機能を満たす素材であれば何を用いてもよい。例え
ば透明導電膜３としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂ 等でもよ
い。

【００２９】次に、透明導電膜３上に、燐を高濃度にド
ープすることによって非晶質シリコン層４を３０ｎｍ形
成し、次に、燐を低濃度にドープすることによって非晶
質シリコン層５を２μｍ形成し、次に、ボロンをドープ
することによって非晶質シリコン層６を２０ｎｍ形成す
る。この例では、石英基板１側から順に、燐：１×１０
¹⁹ｃｍ^-3、燐：1×１０¹⁶ｃｍ^-3、ボロン：１×１０¹⁹
ｃｍ^-3とした。

【００３０】この非晶質シリコン層４〜６の形成にはプ
ラズマＣＶＤを用いたが、これに限定されるものではな
く、非晶質シリコン層を形成できる手法であれば何を用
いてもよい。例として、プラズマＣＶＤの他にスパッタ
リングデポジション法、熱ＣＶＤ法、Ｃａｔ−ＣＶＤ法
などが挙げられる。

【００３１】次に、非晶質シリコン層６上に、触媒元素
としてＮｉ７を０．０５ｎｍ蒸着した。この触媒元素の
形成方法も蒸着法に限定されるものではなく、イオン打
ち込み、Ｎｉ溶液の塗布など触媒元素を非晶質シリコン
層６に導入できる方法であれば何を用いてもよい。

【００３２】次に、このようにして形成したシリコン結
晶薄膜体１０１に、６００℃の熱処理を１０時間施すこ
とによって結晶化を行う。但し、熱処理は、窒素雰囲気
中で行なったが、水素雰囲気中、ハロゲン雰囲気中、希
ガス雰囲気中などで行なってもよい。

【００３３】この熱処理によって、非晶質シリコン層４
〜６は、図１に示した結晶シリコン層４ａ〜６ａに変換
される。この変換された結晶シリコン層６ａ上に、非晶
質シリコン層８を２ｎｍ形成する。ここで、この非晶質
シリコン層８の形成には、プラズマＣＶＤ法を用いた。
原料ガスにはモノシラン（ＳｉＨ₄ ）を用い、ドーパン
トガスにはジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いた。

【００３４】このようにして形成したシリコン薄膜上
に、図１に示すようにＩＴＯ透明導電膜９を形成し、こ
の上に、Ａ１電極１０を形成することによって太陽電池
１００を形成する。

【００３５】このように、第１の実施の形態のシリコン
結晶薄膜光起電力素子は、石英基板１上、又は金属電極
２および透明導電膜３による電極層が表面に形成された
石英基板１上に、非晶質シリコン層４〜６及び触媒元素
７を形成した後、熱処理を施すことによって結晶シリコ
ン層４ａ〜６ａに変換し、この結晶シリコン層６ａ上に
非晶質シリコン層８を形成したことを特徴としている。

【００３６】このような構成によれば、まず、非晶質シ
リコン層４〜６は、燐を含む層とボ口ンを含む層、シリ
コンのみしか含まない層等が積層されて形成され、更に
上部の非晶質シリコン層６に接して又は非晶質シリコン
層６内部に触媒元素７又は触媒元素とシリコンの化合物
が形成され、これに熱処理が施されることによって、結
晶化率が高い結晶（結晶シリコン層４ａ〜６ａ）を高速
で形成することができる。

【００３７】従来の太陽電池では、結晶層の結晶化率が
高くなり、結晶品質が高くなると結晶シリコン層の表面
部での再結合が特性に大きく影響を及ぼす。一方、薄膜
結晶シリコン太陽電池の膜厚は１〜１０μｍであること
が一般的であり、原料ガス使用量の観点からも有利であ
る。この場合、太陽電池の窓層の膜厚は１０ｎｍ〜５０
０ｎｍが適当である。このような膜厚では、窓層で生成
された少数キャリアが窓層の表面部にまで容易に到達
し、表面の再結合によって多くの少数キャリアが消滅す
る。これによって太陽光における短波長の光の感度が大
幅に減少し、太陽電池特性を劣化させることとなる。

【００３８】本実施の形態のように触媒元素７を導入
し、熱処理を施すことによって形成された結晶シリコン
層４ａ〜６ａ上に非晶質シリコン層８を形成すること
で、表面での再結合が飛躍的に減少する。更に、その非
晶質シリコン層８を形成することによって、結晶シリコ
ン層４ａ〜６ａ中に微量に含まれている触媒元素等の不
純物が非晶質シリコン層８形成中に非晶質シリコンに吸
収され、結晶シリコン層４ａ〜６ａの特性を大きく向上
させることができる。

【００３９】また、他の構成は同じで非晶質シリコン層
８を形成していない太陽電池も同様に作製し、特性の比
較を行なった。その結果、本実施の形態の非晶質シリコ
ン層８を形成した太陽電池では、短絡電流が向上し、非
晶質シリコン層８を形成していない太陽電池に比べて
１．２２倍となった。

【００４０】この他に、石英基板上に熱ＣＶＤ法を用い
て非晶質シリコン層を形成し、触媒元素としてＮｉを
０．０５ｎｍ形成した。その後、熱処理を６００℃で１
時間行い、非晶質シリコン層を結晶シリコン層に変換し
た。その後、形成された結晶シリコン層上に熱ＣＶＤに
よって非晶質シリコンを５０ｎｍ形成した。このように
形成したシリコン薄膜のＳＩＭＳ分析を行なったとこ
ろ、非晶質シリコン層を形成しなかったシリコン薄膜の
結晶シリコン表面ではＮｉ濃度が５×１０¹⁹ｃｍ^-3であ
ったのに対して、非晶質シリコン層を形成したシリコン
薄膜の結晶シリコン表面部ではＮｉ濃度が２．３×１０
¹⁸ｃｍ^-3であった。

【００４１】また、上記第１の実施の形態の構成におい
て、結晶シリコン層４ａ〜６ａの導電型を裏面電極側か
らｎ層、ｉ層、ｐ層と積層させたｎｉｐ構造とした。但
し、ｉ層とは、シリコン元素以外に意図的に不純物を混
入させていない層である。このような構成の太陽電池に
おいて、非晶質シリコン層４〜６から触媒元素７と熱処
理によって変換された結晶シリコン層４ａ〜６ａにおい
て、最表面となるｐ層上に非晶質シリコン層８を形成し
た太陽電池と非晶質シリコン層８を形成しないものを作
製し、短絡電流および開放電圧を比較した。その結果、
非晶質シリコン層８を形成した太陽電池は、形成しなか
ったものに比べ短絡電流が１．２倍、開放電圧が１．１
５倍に向上した。さらに、この構成において、非晶質シ
リコン層８に炭素をドーピングさせた太陽電池も作製し
た。本実施例では、この非晶質シリコン層８はプラズマ
ＣＶＤを用いて形成した。炭素の混入にはＣＨ₄ をドー
ピングガスに用いた。これによって非晶質シリコン層の
バンド幅が広がり、非晶質シリコン層８中における光吸
収が少なくなり太陽電池で発電に寄与できる光の量を多
くできる。これによって、非晶質シリコン層に炭素を含
まない場合に比べて短絡電流は１．０５倍に向上した。
なお、この非晶質シリコン中に含まれる炭素の量は数％
から効果があった。

【００４２】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態に係るシリコン結品薄膜光起電力素子の
構成を示す図である。但し、この図３に示す第２の実施
の形態において図１の第１の実施の形態の各部に対応す
る部分には同一符号を付す。

【００４３】この図３に示すシリコン結晶薄膜光起電力
素子２００は、石英基板１上に次の記述順に形成された
銀電極（金属電極）２と、ＺｎＯ透明電極（透明導電
膜）３と、結晶シリコン層１１ａと、多結晶シリコン層
１２ａ，１３ａと、非晶質シリコン層１４と、Ａｌ電極
１５とを備えて構成されている。

【００４４】このような構成のシリコン結晶薄膜光起電
力素子２００の製造方法を、図４および図５を参照して
説明する。

【００４５】まず図４に示すように、石英基板１上に、
銀電極２、ＺｎＯ透明電極３を順次形成し、このＺｎＯ
透明電極３上に、６０ｎｍの燐を含む非晶質シリコン層
１１を６０ｎｍ形成し、更に非晶質シリコン層１１の表
面の一部に触媒元素のＮｉ層１２を０．１ｎｍの厚さで
形成する。

【００４６】次に、このようにして形成したシリコン結
晶薄膜体２０１に、６００℃の熱処理を３０時間施すこ
とによって、非晶質シリコン層１１を図５に示すように
結晶シリコン層１１ａに変換した。

【００４７】更に、結晶シリコン層１１ａ上に熱ＣＶＤ
法を用いて、燐を低濃度に含む非晶質シリコン層１２を
３μｍ、ボロンを含む非晶質シリコン層１３を５０ｎｍ
形成する。次に、このようにして形成したシリコン結晶
薄膜体２０２に熱処理を行ない固相成長によって非晶質
シリコン層１２，１３を、図３に示すように多結晶シ
リコン層１２ａ、１３ａに変換する。この上部にｐ型ド
ーパントを含む非晶質シリコン層１４を、熱ＣＶＤ法を
用いて１ｎｍ形成し、水素雰囲気中で熱処理を行う。更
に非晶質シリコン層１４上にＡ１電極１５を形成して太
陽電池２００とした。

【００４８】このように、第２の実施の形態のシリコン
結晶薄膜光起電力素子は、石英基板１上、又は金属電極
２および透明導電膜３による電極層が表面に形成された
石英基板１上に、非晶質シリコン層１１及び触媒元素１
２を形成した後、熱処理を施すことによって結晶シリコ
ン層１１ａに変換し、この結晶シリコン層１１ａ上に非
晶質シリコン層１２，１３を形成したのち熱処理によ
って多結晶シリコン層１２ａ，１３ａに変換し、この上
に非晶質シリコン層１４を形成することによって構成し
たことを特徴としている。

【００４９】このような構成によれば、上記第１の実施
の形態と同様の効果を得ることができる。また、非晶質
シリコン層１４を形成しない太陽電池と、第２の実施の
形態の太陽電池との出力特性の比較を行った結果、非晶
質シリコン層１４が形成された第２の実施の形態の太陽
電池の短絡電流は１．９５倍となった。なお、第２の実
施の形態の太陽電池は、石英基板１側からｎ⁺ｎｐ⁺構造
としたが、ｐ⁺ｐｎ⁺構造とした場合においても同様の効
果が認められた。また非晶質シリコン層１４には水素プ
ラズマ処理を加えるとさらに効果的であった。

【００５０】（第３の実施の形態）図６は、本発明の第
３の実施の形態に係るシリコン結品薄膜光起電力素子の
構成を示す図である。但し、この図６に示す第３の実施
の形態において図３の第２の実施の形態の各部に対応す
る部分には同一符号を付す。

【００５１】この図６に示すシリコン結晶薄膜光起電力
素子３００は、第２の実施の形態の素子２００とほぼ同
構成であるが、異なる点は、多結晶シリコン層１３ａの
上に直接Ａｌ電極１５を形成し、これの上から非晶質シ
リコン層１４を形成し、更にＡｌ電極１５上に形成され
た非晶質シリコン層１４の一部を１％の弗化水素酸水溶
液にてエッチングすることによって、電力取り出し部１
６を形成した。

【００５２】このように、第３の実施の形態のシリコン
結晶薄膜光起電力素子によれば、ｐ又はｎ導電型の非晶
質シリコンの抵抗はｐ又はｎ導電型の結晶シリコンに比
べて高いので、上記のように多結晶シリコン層１３ａ上
にＡｌ電極１５を形成し、この上に非晶質シリコン層１
４を形成した構成とすることで非晶質シリコン層１４の
抵抗を少ないものとすることができる。この構成の太陽
電池３００のＦＦ（Fill Factor）は上記第２の実施の
形態で作成した太陽電池２００の１．１倍であった。

【００５３】また、以上の第１〜第３の実施の形態にお
ける触媒元素は、Ａｌ以外にもＮｉ，Ｇｅ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ等を使用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板上、又は電極層が表面に形成された基板上に、非晶
質シリコン層及び触媒元素を形成した後、熱処理を施す
ことによって結晶シリコン層に変換し、この結晶シリコ
ン層に非晶質シリコン層を形成したので、結晶化率の高
いシリコン結晶膜を高速で形成することができ、高効率
の光起電力特性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るシリコン結晶
薄膜光起電力素子の構成を示す図である。

【図２】第１の実施の形態に係るシリコン結晶薄膜光起
電力素子の製造方法を説明するための図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係るシリコン結晶
薄膜光起電力素子の構成を示す図である。

【図４】第２の実施の形態に係るシリコン結晶薄膜光起
電力素子の製造方法を説明するための図である。

【図５】第２の実施の形態に係るシリコン結晶薄膜光起
電力素子の製造方法を説明するための他の図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係るシリコン結晶
薄膜光起電力素子の構成を示す図である。

【符号の説明】

１石英基板２金属電極３透明導電膜４燐を高濃度にドープした非晶質シリコン層４ａ高濃度ｎ型多結晶シリコン層５燐を低濃度にドープした非晶質シリコン層５ａ低濃度ｎ型多結晶シリコン層６ボロンをドープしだ非晶質シリコン層６ａｐ型多結晶シリコン層７Ｎｉ層８非晶質シリコン層９ＩＴＯ透明導電膜１０Ａｌ電極１１燐を含む非晶質シリコン層１１ａｎ型多結晶シリコン層１２燐を低濃度に含む非晶質シリコン層１２ａ低濃度ｎ型多結晶シリコン層１３ボロンを含む非晶質シリコン層１３ａｐ型多結晶シリコン層１４ｐ型ドーパントを含む非晶質シリコン層１５Ａｌ電極１６電力取り出し部１００，２００，３００シリコン結晶薄膜光起電力
素子１０１，２０１，２０２シリコン結晶薄膜体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ５Ｆ０５２ (72)発明者皆川康茨城県土浦市木田余町3550番地日立電線株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (72)発明者佐々木唯茨城県土浦市木田余町3550番地日立電線株式会社アドバンスリサーチセンタ内Ｆターム(参考） 4K030 AA20 BA30 CA05 DA09 FA01 HA01 LA16 4M118 AA01 AB10 BA01 CA15 CB06 CB07 5F045 AA03 AA08 AB03 AB04 AC01 AC19 AF03 AF10 AF14 BB16 CA13 DA52 HA16 5F049 MA04 MB03 NA08 PA11 PA15 PA20 SE02 SS01 5F051 AA03 CA15 CB12 CB24 CB30 DA04 FA02 GA03 5F052 AA11 AA17 CA10 DA02 DB01 DB03 DB07 EA16 FA06 HA01 JA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上又は表面に電極層を有する基板上
に形成された少なくとも２種類以上の導電型の結晶シリ
コン層と、この結晶シリコン層上に形成された非晶質シリコンのみ
の層又は非晶質シリコンを含む層による非晶質シリコン
層とを備えることを特徴とするシリコン結晶薄膜半導体
装置。
【請求項２】前記非晶質シリコン層は、この非晶質シ
リコン層と接する前記結晶シリコン層の導電型と同じ導
電型を備えることを特徴とする請求項１記載のシリコン
結晶薄膜半導体装置。
【請求項３】前記結晶シリコン層の導電型は、ｐ導電
型およびｎ導電型であることを特徴とする請求項１記載
のシリコン結晶薄膜半導体装置。
【請求項４】前記結晶シリコン層の導電型は、前記基
板側からｐ導電型、ｉ導電型、ｎ導電型の順、又はｎ導
電型、ｉ導電型、ｐ導電型の順であることを特徴とする
請求項１記載のシリコン結晶薄膜半導体装置。
【請求項５】前記非晶質シリコン層には、非晶質シリ
コンのバンド幅を広げる働きを有する不純物が含まれて
いることを特徴とする請求項１記載のシリコン結晶薄膜
半導体装置。
【請求項６】前記結晶シリコン層は、一部又は全部に
触媒元素を含むことを特徴とする請求項１記載のシリコ
ン結晶薄膜半導体装置。
【請求項７】前記触媒元素は、Ｎｉ，Ｇｅ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｌの何れかであることを特徴
とする請求項６記載のシリコン結晶薄膜半導体装置。
【請求項８】前記非晶質シリコン層の水素含有量は
０．１％以下であることを特徴とする請求項１記載のシ
リコン結晶薄膜半導体装置。
【請求項９】前記非晶質シリコン層は水素雰囲気中で
熱処理を施されることを特徴とする請求項８記載のシリ
コン結晶薄膜半導体装置。
【請求項１０】基板上又は表面に電極層を有する基板
上に形成された少なくとも２種類以上の導電型の結晶シ
リコン層と、この結晶シリコン層上に形成された電極と、前記結晶シリコン層および前記電極上にこの電極上面の
一部又は全てを除き形成された非晶質シリコンのみの層
又は非晶質シリコンを含む層による非晶質シリコン層と
を備えることを特徴とするシリコン結晶薄膜半導体装
置。
【請求項１１】前記結晶シリコン層は非晶質として形
成され、熱処理を行なうことで結晶化されることを特徴
とする請求項１〜４，１０のいずれかに記載のシリコン
結晶薄膜半導体装置。
【請求項１２】前記結晶シリコン層は全ての導電層に
おいて結晶成分が９５％以上を占めることを特徴とする
請求項１〜４，１０，１１のいずれかに記載のシリコン
結晶薄膜半導体装置。
【請求項１３】基板上又は表面に電極層を有する基板
上に、少なくとも２種類以上の導電型の非晶質シリコン
層を形成する第１の形成ステップと、前記非晶質シリコン層上に触媒元素を蒸着したのち前記
非晶質シリコン層を結晶シリコン層に変換するための熱
処理を行う加熱ステップと、この加熱ステップにて変換された結晶シリコン層上に非
晶質シリコンのみの層又は非晶質シリコンを含む層によ
る非晶質シリコン層を形成する第２の形成ステップとを
含むことを特徴とするシリコン結晶薄膜半導体装置の製
造方法。