JP3208384B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- JP3208384B2 JP3208384B2 JP17994099A JP17994099A JP3208384B2 JP 3208384 B2 JP3208384 B2 JP 3208384B2 JP 17994099 A JP17994099 A JP 17994099A JP 17994099 A JP17994099 A JP 17994099A JP 3208384 B2 JP3208384 B2 JP 3208384B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶シリコン、
単結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン或いは多結晶ゲル
マニウム等の結晶系半導体からなる基板の表面に、所謂
テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を形成する工程を備
えた半導体素子の製造方法に係り、前記基板の表面に良
好な均一性を備える凹凸構造を形成するための技術に関
する。
単結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン或いは多結晶ゲル
マニウム等の結晶系半導体からなる基板の表面に、所謂
テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を形成する工程を備
えた半導体素子の製造方法に係り、前記基板の表面に良
好な均一性を備える凹凸構造を形成するための技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池或いは光センサ等の半導体素子
においては、その光電変換特性を向上させるために、受
光面側にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が設けられ
ている。図６は、斯かる従来の半導体素子の一例となる
太陽電池の構造を示す素子構造断面図である。
においては、その光電変換特性を向上させるために、受
光面側にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が設けられ
ている。図６は、斯かる従来の半導体素子の一例となる
太陽電池の構造を示す素子構造断面図である。
【０００３】同図において、２１は膜厚約５００μｍの
ｐ型の単結晶シリコンからなる基板であり、該基板２１
の受光面に凹凸構造Ａが設けられている。基板２１の受
光面から深さ約０．５μｍまでの領域には、Ｐ（リン）
を熱拡散させることによりｎ型領域２２が形成されてお
り、該ｎ型領域２２上にはＡｇ，Ａｌ等の金属からなる
櫛形状の集電極２３及びＩＴＯ，ＳｉＮ等からなる反射
防止膜２４が設けられている。また、基板２１中におけ
る背面にはＢＳＦ領域２５が設けられ、該ＢＳＦ領域２
５上にＡｌからなる裏面電極２６が形成されている。
尚、ＢＳＦ領域２５は一般には上記裏面電極２６中のＡ
ｌを基板２１中に熱拡散することで形成されている。
ｐ型の単結晶シリコンからなる基板であり、該基板２１
の受光面に凹凸構造Ａが設けられている。基板２１の受
光面から深さ約０．５μｍまでの領域には、Ｐ（リン）
を熱拡散させることによりｎ型領域２２が形成されてお
り、該ｎ型領域２２上にはＡｇ，Ａｌ等の金属からなる
櫛形状の集電極２３及びＩＴＯ，ＳｉＮ等からなる反射
防止膜２４が設けられている。また、基板２１中におけ
る背面にはＢＳＦ領域２５が設けられ、該ＢＳＦ領域２
５上にＡｌからなる裏面電極２６が形成されている。
尚、ＢＳＦ領域２５は一般には上記裏面電極２６中のＡ
ｌを基板２１中に熱拡散することで形成されている。
【０００４】上記の様に、結晶系半導体からなる基板の
表面に凹凸構造を設ける処理はテクスチャ化処理と呼ば
れており、通常ヒドラジン若しくは水酸化ナトリウム水
溶液等のアルカリ溶液を使用した異方性エッチングが用
いられる。このテクスチャ化処理は、例えば以下のよう
にして行われる。
表面に凹凸構造を設ける処理はテクスチャ化処理と呼ば
れており、通常ヒドラジン若しくは水酸化ナトリウム水
溶液等のアルカリ溶液を使用した異方性エッチングが用
いられる。このテクスチャ化処理は、例えば以下のよう
にして行われる。
【０００５】まず、単結晶シリコンからなる基板を洗浄
した後に、１０重量％程度の濃度のＮａＯＨ水溶液を用
いて一次エッチングを行う。この処理はテクスチャ化処
理とは関係はなく、単なる表面ダメージ層除去のための
処理である。例えば約８０℃程度の温度の１０重量％Ｎ
ａＯＨ水溶液中に基板を１０〜２０分間浸漬させること
で、基板表面から約２０μｍ程度の深さまでの領域を除
去する。
した後に、１０重量％程度の濃度のＮａＯＨ水溶液を用
いて一次エッチングを行う。この処理はテクスチャ化処
理とは関係はなく、単なる表面ダメージ層除去のための
処理である。例えば約８０℃程度の温度の１０重量％Ｎ
ａＯＨ水溶液中に基板を１０〜２０分間浸漬させること
で、基板表面から約２０μｍ程度の深さまでの領域を除
去する。
【０００６】次いで、この基板を洗浄した後に、テクス
チャ化処理を行う。このテクスチャ化処理では、１重量
％程度の濃度のＮａＯＨ水溶液をほぼ沸騰状態に保ち、
約５分間程度の処理を行う。この処理により、単結晶シ
リコンからなる基板の表面に、ピラミッド状の凹凸構造
を形成することができる。
チャ化処理を行う。このテクスチャ化処理では、１重量
％程度の濃度のＮａＯＨ水溶液をほぼ沸騰状態に保ち、
約５分間程度の処理を行う。この処理により、単結晶シ
リコンからなる基板の表面に、ピラミッド状の凹凸構造
を形成することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常半導体
素子の基板にはウエハー状の基板が使用されるが、斯か
るウエハー状の基板はインゴットと呼ばれる結晶系半導
体の塊から切り出されて使用に供される。このため、ウ
エハー状の基板の表面にはインゴットから切り出す際に
生じた加工歪みや結晶欠陥等の結合状態の不安定な部分
が存在する。
素子の基板にはウエハー状の基板が使用されるが、斯か
るウエハー状の基板はインゴットと呼ばれる結晶系半導
体の塊から切り出されて使用に供される。このため、ウ
エハー状の基板の表面にはインゴットから切り出す際に
生じた加工歪みや結晶欠陥等の結合状態の不安定な部分
が存在する。
【０００８】このような結合状態の不安定な部分の大部
分は、上記の様に一次エッチングにより基板の表面部分
を除去することで取り除かれるが、斯かる一次エッチン
グ処理により除去されるのは表面からの深さがわずか２
０μｍ程度までの領域であり、さらに深いところに形成
された加工歪み或いは結晶欠陥等の結合状態の不安定な
部分を完全に取り除くことはできない。
分は、上記の様に一次エッチングにより基板の表面部分
を除去することで取り除かれるが、斯かる一次エッチン
グ処理により除去されるのは表面からの深さがわずか２
０μｍ程度までの領域であり、さらに深いところに形成
された加工歪み或いは結晶欠陥等の結合状態の不安定な
部分を完全に取り除くことはできない。
【０００９】そして、斯かる結合状態の不安定な部分が
残存した状態で前述のテクスチャ化処理を行うと、結合
状態の不安定な部分が他の安定な部分よりもエッチング
され易いために、エッチングが不均一に施され、凹凸構
造の大きさに不均一性を生じる。そして、斯様に基板の
受光面側に形成される凹凸構造の大きさが不均一である
と、光を有効に閉じ込めることができず、このため光電
変換特性が低下する、という課題があった。
残存した状態で前述のテクスチャ化処理を行うと、結合
状態の不安定な部分が他の安定な部分よりもエッチング
され易いために、エッチングが不均一に施され、凹凸構
造の大きさに不均一性を生じる。そして、斯様に基板の
受光面側に形成される凹凸構造の大きさが不均一である
と、光を有効に閉じ込めることができず、このため光電
変換特性が低下する、という課題があった。
【００１０】本発明は、斯かる従来の課題を解決し、基
板の表面に形成する凹凸構造の均一性を向上させること
により、半導体素子の素子特性を向上させることを目的
とする。
板の表面に形成する凹凸構造の均一性を向上させること
により、半導体素子の素子特性を向上させることを目的
とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために、本発明は、結晶系半導体からなる基板の表面
にブロッキング層を形成し、このブロッキング層が形成
された前記基板の表面に対しエッチング処理を施すこと
により前記ブロッキング層をエッチングすると共に前記
基板の表面に凹凸構造を形成する工程を備えることを特
徴とする。
るために、本発明は、結晶系半導体からなる基板の表面
にブロッキング層を形成し、このブロッキング層が形成
された前記基板の表面に対しエッチング処理を施すこと
により前記ブロッキング層をエッチングすると共に前記
基板の表面に凹凸構造を形成する工程を備えることを特
徴とする。
【００１２】また、前記ブロッキング層を、前記基板の
表面で生じる化学反応により形成することを特徴とす
る。
表面で生じる化学反応により形成することを特徴とす
る。
【００１３】さらに、前記ブロッキング層が、酸化物か
らなることを特徴とし、前記ブロッキング層を、オゾン
水中での酸化処理により形成することを特徴とする。
らなることを特徴とし、前記ブロッキング層を、オゾン
水中での酸化処理により形成することを特徴とする。
【００１４】或いは、前記ブロッキング層が、窒化物か
らなることを特徴とする。
らなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る半導体素子の製造方法の概念を説明するための断面図
である。
る半導体素子の製造方法の概念を説明するための断面図
である。
【００１６】本発明においては、同図に示す如く、まず
単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体から
なる基板１の表面上における全面に、気相中或いは液相
中で基板１の表面との間で生じる化学反応を利用してブ
ロッキング層２を形成する。このように、基板１の表面
との間で生じる化学反応を利用すると、基板１中に存在
する結晶歪みや結晶欠陥等の結晶状態が不安定な部分か
ら選択的に化学反応が生じる。このため、図中×印で示
す結晶状態が不安定な部分３上から選択的にブロッキン
グ層２が形成されることとなり、この結果ブロッキング
層２は、結晶状態が不安定な部分３上の方が他の結晶状
態が良好な部分よりも厚膜となるように形成される。
単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体から
なる基板１の表面上における全面に、気相中或いは液相
中で基板１の表面との間で生じる化学反応を利用してブ
ロッキング層２を形成する。このように、基板１の表面
との間で生じる化学反応を利用すると、基板１中に存在
する結晶歪みや結晶欠陥等の結晶状態が不安定な部分か
ら選択的に化学反応が生じる。このため、図中×印で示
す結晶状態が不安定な部分３上から選択的にブロッキン
グ層２が形成されることとなり、この結果ブロッキング
層２は、結晶状態が不安定な部分３上の方が他の結晶状
態が良好な部分よりも厚膜となるように形成される。
【００１７】斯様に基板１の表面との間で生じる化学反
応を利用した形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ
法等の化学気相成長法を用いる方法や、酸化雰囲気或い
は窒素雰囲気中での熱処理による方法、或いは酸化溶液
中で酸化する方法等がある。或いは、これに限らず基板
１の表面との間で生じる化学反応を利用した形成方法で
あれば、他の如何なる方法を用いても良い。
応を利用した形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ
法等の化学気相成長法を用いる方法や、酸化雰囲気或い
は窒素雰囲気中での熱処理による方法、或いは酸化溶液
中で酸化する方法等がある。或いは、これに限らず基板
１の表面との間で生じる化学反応を利用した形成方法で
あれば、他の如何なる方法を用いても良い。
【００１８】また、ブロッキング層２としては、上述し
たようにプラズマＣＶＤ法等の化学気相成長法により形
成される酸化膜や窒化膜、酸化ガス雰囲気中での熱処理
により形成される酸化膜、窒化ガス雰囲気中での熱処理
により形成される窒化膜、或いは酸化溶液中での酸化に
より形成される酸化膜等を用いることができる。或い
は、これに限らず基板１の表面との間で生じる化学反応
を利用した形成方法により形成される膜であれば、他の
膜を用いてブロッキング層としても良い。
たようにプラズマＣＶＤ法等の化学気相成長法により形
成される酸化膜や窒化膜、酸化ガス雰囲気中での熱処理
により形成される酸化膜、窒化ガス雰囲気中での熱処理
により形成される窒化膜、或いは酸化溶液中での酸化に
より形成される酸化膜等を用いることができる。或い
は、これに限らず基板１の表面との間で生じる化学反応
を利用した形成方法により形成される膜であれば、他の
膜を用いてブロッキング層としても良い。
【００１９】次いで、上記の様にブロッキング層２が形
成された基板１に対し、アルカリ溶液を用いてテクスチ
ャ化処理を行う。この工程により、ブロッキング層２か
らエッチングが進行し、ブロッキング層２が完全にエッ
チングされて基板１の表面が露出すると、基板１のエッ
チングが開始される。
成された基板１に対し、アルカリ溶液を用いてテクスチ
ャ化処理を行う。この工程により、ブロッキング層２か
らエッチングが進行し、ブロッキング層２が完全にエッ
チングされて基板１の表面が露出すると、基板１のエッ
チングが開始される。
【００２０】ところで、前述したように、結晶状態が不
安定な部分３上にはブロッキング層２が、結晶状態が安
定な部分上よりも厚膜に形成されている。従って、結晶
状態が安定な部分上に形成されたブロッキング層２が完
全にエッチング除去された状態にあっても、結晶状態が
不安定な部分３上ではブロッキング層２が残存してい
る。このため、基板１のエッチングは結晶状態が安定な
部分から先に進行し、結晶状態が不安定な部分３のエッ
チングは遅れて開始されることとなり、この部分３での
エッチング時間は結晶状態が安定な部分でのエッチング
時間よりも短くなる。このように、エッチングのされ易
い結晶状態が不安定な部分３でのエッチング時間が他の
部分よりも短くなることから、エッチングされる深さが
基板１の一主面における全面で略等しくなり、該一主面
に形成される凹凸構造の均一性を従来よりも向上させる
ことができる。
安定な部分３上にはブロッキング層２が、結晶状態が安
定な部分上よりも厚膜に形成されている。従って、結晶
状態が安定な部分上に形成されたブロッキング層２が完
全にエッチング除去された状態にあっても、結晶状態が
不安定な部分３上ではブロッキング層２が残存してい
る。このため、基板１のエッチングは結晶状態が安定な
部分から先に進行し、結晶状態が不安定な部分３のエッ
チングは遅れて開始されることとなり、この部分３での
エッチング時間は結晶状態が安定な部分でのエッチング
時間よりも短くなる。このように、エッチングのされ易
い結晶状態が不安定な部分３でのエッチング時間が他の
部分よりも短くなることから、エッチングされる深さが
基板１の一主面における全面で略等しくなり、該一主面
に形成される凹凸構造の均一性を従来よりも向上させる
ことができる。
【００２１】（実施例１）次に、本発明の実施例につい
て説明する。本実施例においては、基板として（１０
０）面に沿ってスライスした比抵抗１Ωｃｍ、厚さ約４
００μｍのｐ型の単結晶シリコンからなる基板を用い
た。そして、この基板を約８５℃程度の温度の４重量％
ＮａＯＨ水溶液中に約５分間浸し、一次エッチングを行
うことにより、表面側の約１０μｍまでの領域を除去す
る。
て説明する。本実施例においては、基板として（１０
０）面に沿ってスライスした比抵抗１Ωｃｍ、厚さ約４
００μｍのｐ型の単結晶シリコンからなる基板を用い
た。そして、この基板を約８５℃程度の温度の４重量％
ＮａＯＨ水溶液中に約５分間浸し、一次エッチングを行
うことにより、表面側の約１０μｍまでの領域を除去す
る。
【００２２】次いで、水洗処理、アルカリ成分を除去す
るためのＨＦ水溶液（４重量％）による処理及び水洗処
理を行った後に、バブリングを行っている室温状態のオ
ゾン水溶液（オゾン濃度約１０ｐｐｍ）中に基板を１０
分間浸漬し、基板の全表面に厚み約１０Åの酸化膜から
なるブロッキング層を形成する。
るためのＨＦ水溶液（４重量％）による処理及び水洗処
理を行った後に、バブリングを行っている室温状態のオ
ゾン水溶液（オゾン濃度約１０ｐｐｍ）中に基板を１０
分間浸漬し、基板の全表面に厚み約１０Åの酸化膜から
なるブロッキング層を形成する。
【００２３】そして、温度が約８５℃のＮａＯＨ（１．
５重量％）と界面活性剤（１重量％）の混合溶液中に基
板を約３０分間浸漬し、テクスチャ化処理を施す。この
工程により、基板の表面にピラミッド状の凹凸構造が形
成される。
５重量％）と界面活性剤（１重量％）の混合溶液中に基
板を約３０分間浸漬し、テクスチャ化処理を施す。この
工程により、基板の表面にピラミッド状の凹凸構造が形
成される。
【００２４】以上の様にして基板の表面に形成された凹
凸構造の形状をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を用いて観察
した。その結果得られた凹凸構造の形状の模式図を図２
に示す。また、同図には比較のために、酸化膜からなる
ブロッキング層を形成しない以外は本実施例と同一の方
法で形成した比較例１の基板における凹凸構造の模式図
もあわせて示しており、同図（Ａ）が本実施例の凹凸構
造、同図（Ｂ）が比較例の凹凸構造の模式図である。同
図から明らかに、本実施例の方が良好な均一性を有する
凹凸構造を得られることがわかる。
凸構造の形状をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を用いて観察
した。その結果得られた凹凸構造の形状の模式図を図２
に示す。また、同図には比較のために、酸化膜からなる
ブロッキング層を形成しない以外は本実施例と同一の方
法で形成した比較例１の基板における凹凸構造の模式図
もあわせて示しており、同図（Ａ）が本実施例の凹凸構
造、同図（Ｂ）が比較例の凹凸構造の模式図である。同
図から明らかに、本実施例の方が良好な均一性を有する
凹凸構造を得られることがわかる。
【００２５】また、図３に実施例１及び比較例１の基板
の拡散反射率を示す。同図に示すように、実施例１の基
板のほうが反射率が小さく、基板内により多くの光が閉
じ込められていることがわかる。これは、実施例１の基
板における凹凸構造の方が良好な均一性を有することに
因るものと考えられる。
の拡散反射率を示す。同図に示すように、実施例１の基
板のほうが反射率が小さく、基板内により多くの光が閉
じ込められていることがわかる。これは、実施例１の基
板における凹凸構造の方が良好な均一性を有することに
因るものと考えられる。
【００２６】（実施例２）本実施例では、実施例１と同
一の方法で一次エッチング、水洗処理、ＨＦ処理及び水
洗処理を施した単結晶シリコンからなる基板を、約８５
０℃のＰＯＣｌ3ガス中に約１０分間放置し、基板表面
に厚さ約１０Åの熱酸化膜からなるブロッキング層を形
成した。
一の方法で一次エッチング、水洗処理、ＨＦ処理及び水
洗処理を施した単結晶シリコンからなる基板を、約８５
０℃のＰＯＣｌ3ガス中に約１０分間放置し、基板表面
に厚さ約１０Åの熱酸化膜からなるブロッキング層を形
成した。
【００２７】尚、このようにＰを含む酸化ガスであるＰ
ＯＣｌ3ガス中での熱処理は通常ゲッタリング処理とも
呼ばれ、基板表面に熱酸化膜からなるブロッキング層が
形成されると同時に、基板中にＰが熱拡散する。そし
て、基板中に含まれるＦｅ，Ｃｒ等の重金属がＰの拡散
された領域中に偏析するために基板自体の特性が向上す
る。
ＯＣｌ3ガス中での熱処理は通常ゲッタリング処理とも
呼ばれ、基板表面に熱酸化膜からなるブロッキング層が
形成されると同時に、基板中にＰが熱拡散する。そし
て、基板中に含まれるＦｅ，Ｃｒ等の重金属がＰの拡散
された領域中に偏析するために基板自体の特性が向上す
る。
【００２８】そして、このように基板の表面に熱酸化膜
からなるブロッキング層を形成した基板に、実施例１と
同一の方法でテクスチャ化処理を施し、基板表面にピラ
ミッド状の凹凸構造を形成した。尚、この工程により重
金属が偏析した領域も除去される。
からなるブロッキング層を形成した基板に、実施例１と
同一の方法でテクスチャ化処理を施し、基板表面にピラ
ミッド状の凹凸構造を形成した。尚、この工程により重
金属が偏析した領域も除去される。
【００２９】（実施例３）本実施例では、まず実施例２
と同一の方法でＰＯＣｌ3ガス中での熱酸化により単結
晶シリコンからなる基板の表面に熱酸化膜を形成した。
ところで、ＰＯＣｌ3ガス中での熱酸化によれば、前述
した通りブロッキング層の形成と同時に基板中へのＰの
熱拡散が生じ、このＰが熱拡散した領域に基板中の重金
属が偏析する。そこで、本実施例においてはフッ硝酸溶
液中での処理により、Ｐが熱拡散した領域を除去した
後、再度実施例１と同一の方法でブロッキング層の形成
及びテクスチャ化処理を行った。
と同一の方法でＰＯＣｌ3ガス中での熱酸化により単結
晶シリコンからなる基板の表面に熱酸化膜を形成した。
ところで、ＰＯＣｌ3ガス中での熱酸化によれば、前述
した通りブロッキング層の形成と同時に基板中へのＰの
熱拡散が生じ、このＰが熱拡散した領域に基板中の重金
属が偏析する。そこで、本実施例においてはフッ硝酸溶
液中での処理により、Ｐが熱拡散した領域を除去した
後、再度実施例１と同一の方法でブロッキング層の形成
及びテクスチャ化処理を行った。
【００３０】上記実施例１〜３の方法及び比較例１の方
法を用いて、表面に凹凸構造を有する単結晶シリコンの
基板を複数個作製した。そして、それらの基板表面にお
ける拡散反射率を夫々測定した。図４は、実施例１〜３
及び比較例１の方法で形成した基板の拡散反射率を示す
特性図であり、縦軸は波長６００ｎｍにおける反射率、
横軸は作製の回数を示す。全波長領域における拡散反射
率の値は、波長６００ｎｍにおける反射率に略正比例し
て増減するので、このように波長６００ｎｍにおける反
射率の値を比較することで、全波長領域における拡散反
射率の大小を比較することができる。
法を用いて、表面に凹凸構造を有する単結晶シリコンの
基板を複数個作製した。そして、それらの基板表面にお
ける拡散反射率を夫々測定した。図４は、実施例１〜３
及び比較例１の方法で形成した基板の拡散反射率を示す
特性図であり、縦軸は波長６００ｎｍにおける反射率、
横軸は作製の回数を示す。全波長領域における拡散反射
率の値は、波長６００ｎｍにおける反射率に略正比例し
て増減するので、このように波長６００ｎｍにおける反
射率の値を比較することで、全波長領域における拡散反
射率の大小を比較することができる。
【００３１】図４に示すように、比較例１の方法で作製
した基板の反射率は実施例１、３におけるそれよりも大
きく、しかも一回ごとにばらついており、再現性も良く
ない。一方、実施例１，３の方法で作製した基板によれ
ば、波長６００ｎｍにおける反射率は略０．１２と一定
であり、反射率の小さい基板を再現性良く得ることがで
きた。
した基板の反射率は実施例１、３におけるそれよりも大
きく、しかも一回ごとにばらついており、再現性も良く
ない。一方、実施例１，３の方法で作製した基板によれ
ば、波長６００ｎｍにおける反射率は略０．１２と一定
であり、反射率の小さい基板を再現性良く得ることがで
きた。
【００３２】また、実施例２の方法で作製した基板によ
れば、１回目及び２回目は反射率の小さい基板を得るこ
とができるものの、３回目，４回目と回数を重ねるにつ
れ反射率が大きくなる。そこで、本実施例においては４
回連続して基板を作製した後、新しいＮａＯＨ水溶液を
用いてテクスチャ化処理を行った。この結果が５回目、
６回目及び７回目のデータである。ここに示すように、
新しいＮａＯＨ水溶液を用いて５回目，６回目及び７回
目に作製した基板によれば、反射率の小さい基板が再現
性良く得られることがわかる。このように、本実施例に
おいて３回目及び４回目に形成した基板の反射率が増加
した理由は次の様に考えられる。本実施例２において
は、ＰＯＣｌ3ガス中での熱処理により熱酸化膜からな
るブロッキング層を形成しているが、このとき同時にＰ
も基板中に熱拡散しており、テクスチャ化処理時には、
基板中に熱拡散したＰもＮａＯＨ水溶液中に溶出するこ
ととなる。そして、回数を重ねるにつれＮａＯＨ水溶液
中におけるＰの濃度が増加するために、基板表面に形成
される凹凸構造の均一性が次第に劣化し、その結果反射
率が増加するものと考えられる。然し乍ら、斯かる実施
例２の形態においても、新しいＮａＯＨ水溶液に交換し
た直後に作製した基板は再現性良く低い反射率を得るこ
とができるため、従来例１の方法よりも優れている。
れば、１回目及び２回目は反射率の小さい基板を得るこ
とができるものの、３回目，４回目と回数を重ねるにつ
れ反射率が大きくなる。そこで、本実施例においては４
回連続して基板を作製した後、新しいＮａＯＨ水溶液を
用いてテクスチャ化処理を行った。この結果が５回目、
６回目及び７回目のデータである。ここに示すように、
新しいＮａＯＨ水溶液を用いて５回目，６回目及び７回
目に作製した基板によれば、反射率の小さい基板が再現
性良く得られることがわかる。このように、本実施例に
おいて３回目及び４回目に形成した基板の反射率が増加
した理由は次の様に考えられる。本実施例２において
は、ＰＯＣｌ3ガス中での熱処理により熱酸化膜からな
るブロッキング層を形成しているが、このとき同時にＰ
も基板中に熱拡散しており、テクスチャ化処理時には、
基板中に熱拡散したＰもＮａＯＨ水溶液中に溶出するこ
ととなる。そして、回数を重ねるにつれＮａＯＨ水溶液
中におけるＰの濃度が増加するために、基板表面に形成
される凹凸構造の均一性が次第に劣化し、その結果反射
率が増加するものと考えられる。然し乍ら、斯かる実施
例２の形態においても、新しいＮａＯＨ水溶液に交換し
た直後に作製した基板は再現性良く低い反射率を得るこ
とができるため、従来例１の方法よりも優れている。
【００３３】以上の様に、本発明によれば基板の表面に
良好な均一性を有する凹凸構造を形成することができ
る。従って、低い反射率を有する、即ち光り閉じ込め効
果の向上した太陽電池用の基板を再現性良く得ることが
できる。
良好な均一性を有する凹凸構造を形成することができ
る。従って、低い反射率を有する、即ち光り閉じ込め効
果の向上した太陽電池用の基板を再現性良く得ることが
できる。
【００３４】次に、本発明を用いて製造した半導体素子
の実施例について説明する。
の実施例について説明する。
【００３５】（実施例４）実施例１で作製した表面に凹
凸構造を有する基板を用いて、図６に示す構造の半導体
素子を形成した。まず、実施例１で作製した基板に水洗
処理、ＨＦ処理、水洗処理を施した後、約８５０℃のＰ
ＯＣｌ3ガス中でＰの熱拡散処理を行い、基板表面から
深さ約０．５μｍに至る領域までＰを拡散させ、ｎ型領
域とする。斯かる状態では、ｐ型の基板の全面にわたっ
て凹凸構造及びｎ型領域が形成されている。
凸構造を有する基板を用いて、図６に示す構造の半導体
素子を形成した。まず、実施例１で作製した基板に水洗
処理、ＨＦ処理、水洗処理を施した後、約８５０℃のＰ
ＯＣｌ3ガス中でＰの熱拡散処理を行い、基板表面から
深さ約０．５μｍに至る領域までＰを拡散させ、ｎ型領
域とする。斯かる状態では、ｐ型の基板の全面にわたっ
て凹凸構造及びｎ型領域が形成されている。
【００３６】次いで、基板の受光面を除く全面にフッ硝
酸溶液によるエッチング処理を施し、基板の受光面以外
の部分に形成された凹凸構造及びｎ型領域を除去する。
そして、基板の受光面側に形成されたｎ型領域上にスク
リーン印刷法を用いてＡｇからなる櫛形状の集電極を形
成すると共に、基板の裏面側にＡｌからなる裏面電極を
スパッタ法により形成した。さらに、６５０℃程度の熱
処理により裏面側のＡｌを基板に拡散させＢＳＦ層を形
成すると共に、上記集電極上にプラズマＣＶＤ法により
反射防止膜としてのＳｉＮ膜を形成することにより、図
６に示す構造の半導体素子を製造した。
酸溶液によるエッチング処理を施し、基板の受光面以外
の部分に形成された凹凸構造及びｎ型領域を除去する。
そして、基板の受光面側に形成されたｎ型領域上にスク
リーン印刷法を用いてＡｇからなる櫛形状の集電極を形
成すると共に、基板の裏面側にＡｌからなる裏面電極を
スパッタ法により形成した。さらに、６５０℃程度の熱
処理により裏面側のＡｌを基板に拡散させＢＳＦ層を形
成すると共に、上記集電極上にプラズマＣＶＤ法により
反射防止膜としてのＳｉＮ膜を形成することにより、図
６に示す構造の半導体素子を製造した。
【００３７】表１に、斯かる本実施例素子の光電変換特
性を示す。また、比較のために、比較例１の基板を用い
て本実施例と同一の方法で形成した比較例２の半導体素
子の特性も合わせて示す。
性を示す。また、比較のために、比較例１の基板を用い
て本実施例と同一の方法で形成した比較例２の半導体素
子の特性も合わせて示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】同表から明らかな如く、本実施例素子の方
が高い光電変換特性を有している。これは、前述の通り
本実施例の方が良好な均一性を有する凹凸構造を備えた
基板を用いているために、光閉じ込め効果が向上したこ
とに因るものと考えられる。
が高い光電変換特性を有している。これは、前述の通り
本実施例の方が良好な均一性を有する凹凸構造を備えた
基板を用いているために、光閉じ込め効果が向上したこ
とに因るものと考えられる。
【００４０】（実施例５）本実施例においては、実施例
２により作成した基板を用いて図５の素子構造断面図に
示す構成を有する半導体素子を形成した。
２により作成した基板を用いて図５の素子構造断面図に
示す構成を有する半導体素子を形成した。
【００４１】同図において、１１はｎ型の単結晶シリコ
ンからなる基板であり、受光面側には凹凸構造Ａを備え
ている。尚、本実施例においては凹凸構造Ａが基板１１
の裏面側にも形成されているが、裏面側の凹凸構造Ａは
必ずしも備える必要はない。１２は基板１１における受
光面側の凹凸構造Ａ上に形成された真性の非晶質シリコ
ンからなる厚さ約１００Åの第１ｉ型層であり、１３は
ｐ型の非晶質シリコンからなるｐ型層である。そして、
該ｐ型層１３上にはＩＴＯからなる第１透光性電極１４
及びＡｇからなる櫛形状の第１集電極１５が形成されて
いる。
ンからなる基板であり、受光面側には凹凸構造Ａを備え
ている。尚、本実施例においては凹凸構造Ａが基板１１
の裏面側にも形成されているが、裏面側の凹凸構造Ａは
必ずしも備える必要はない。１２は基板１１における受
光面側の凹凸構造Ａ上に形成された真性の非晶質シリコ
ンからなる厚さ約１００Åの第１ｉ型層であり、１３は
ｐ型の非晶質シリコンからなるｐ型層である。そして、
該ｐ型層１３上にはＩＴＯからなる第１透光性電極１４
及びＡｇからなる櫛形状の第１集電極１５が形成されて
いる。
【００４２】また、基板１１の裏面上には真性の非晶質
シリコンからなる厚さ１００Åの第２ｉ型層１６及びｎ
型の非晶質シリコンからなる厚さ約４００Åのｎ型層１
７が積層されており、該ｎ型層１７上にはＩＴＯからな
る第２透光性電極１８及びＡｇからなる櫛形状の第２集
電極１９が順次形成されている。斯かる本実施例素子
は、次の様にして製造した。
シリコンからなる厚さ１００Åの第２ｉ型層１６及びｎ
型の非晶質シリコンからなる厚さ約４００Åのｎ型層１
７が積層されており、該ｎ型層１７上にはＩＴＯからな
る第２透光性電極１８及びＡｇからなる櫛形状の第２集
電極１９が順次形成されている。斯かる本実施例素子
は、次の様にして製造した。
【００４３】まず、実施例２で作製した基板１１に水洗
処理、４重量％ＨＦ処理及び水洗処理を施した後に、非
晶質シリコン膜の形成を行う。非晶質シリコン膜を形成
するにあたっては、まず基板１１の裏面側に、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて第２ｉ型層１６及びｎ型層１６を順次
形成し、次いで基板の受光面側に第１ｉ型層１２及びｐ
型層１３を順次形成する。
処理、４重量％ＨＦ処理及び水洗処理を施した後に、非
晶質シリコン膜の形成を行う。非晶質シリコン膜を形成
するにあたっては、まず基板１１の裏面側に、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて第２ｉ型層１６及びｎ型層１６を順次
形成し、次いで基板の受光面側に第１ｉ型層１２及びｐ
型層１３を順次形成する。
【００４４】さらに、スパッタ法を用いて上記ｐ型層１
３及びｎ型層１７上に第１透光性電極１４及び第２透光
性電極１８を形成すると共に、これらの透光性電極１
４，１８上にスクリーン印刷法を用いてＡｇからなる第
１及び第２集電極１５，１９を形成する。以上の工程に
より、図５の構造の半導体素子が製造される。
３及びｎ型層１７上に第１透光性電極１４及び第２透光
性電極１８を形成すると共に、これらの透光性電極１
４，１８上にスクリーン印刷法を用いてＡｇからなる第
１及び第２集電極１５，１９を形成する。以上の工程に
より、図５の構造の半導体素子が製造される。
【００４５】（実施例６）実施例６として、実施例３で
作成した基板を用いて図５に示す構造の半導体素子を製
造した。尚、実施例３で作成した基板を用いた以外の工
程は実施例５と同一の工程を用いたので、ここでは説明
を省略する。
作成した基板を用いて図５に示す構造の半導体素子を製
造した。尚、実施例３で作成した基板を用いた以外の工
程は実施例５と同一の工程を用いたので、ここでは説明
を省略する。
【００４６】表２に、実施例５及び実施例６の半導体素
子の光電変換特性を示す。また、比較のために、ＰＯＣ
ｌ3ガス中での熱処理を用いたゲッタリング工程により
重金属が偏析した領域及び酸化膜を削除した後に、テク
スチャ化処理を行った以外は実施例５と同一の方法で形
成した比較例３の素子の光電変換特性も合わせて示す。
子の光電変換特性を示す。また、比較のために、ＰＯＣ
ｌ3ガス中での熱処理を用いたゲッタリング工程により
重金属が偏析した領域及び酸化膜を削除した後に、テク
スチャ化処理を行った以外は実施例５と同一の方法で形
成した比較例３の素子の光電変換特性も合わせて示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】同表から、これらの実施例においても実施
例素子の方が高い光電変換特性を有することがわかる。
例素子の方が高い光電変換特性を有することがわかる。
【００４９】前述した通り、実施例２で作製した基板に
おいては作製の回数が増加するにつれ反射率が増大し、
光閉じ込めの効果が減少する。然し乍ら、この問題はテ
クスチャ化処理に使用するＮａＯＨ水溶液を新しいもの
に交換することにより解決することができる。加えて、
前述の通り基板自体の特性を向上させるためのゲッタリ
ング処理と、ブロッキング層の形成とを同時に行うこと
ができ、さらに、ゲッタリング工程により生じた重金属
が偏析した領域の除去と、テクスチャ化工程とを同時に
行うことができる。このため、製造プロセスの工程を大
幅に簡略化することが可能となり、製造コストの低減を
図ることもできる。
おいては作製の回数が増加するにつれ反射率が増大し、
光閉じ込めの効果が減少する。然し乍ら、この問題はテ
クスチャ化処理に使用するＮａＯＨ水溶液を新しいもの
に交換することにより解決することができる。加えて、
前述の通り基板自体の特性を向上させるためのゲッタリ
ング処理と、ブロッキング層の形成とを同時に行うこと
ができ、さらに、ゲッタリング工程により生じた重金属
が偏析した領域の除去と、テクスチャ化工程とを同時に
行うことができる。このため、製造プロセスの工程を大
幅に簡略化することが可能となり、製造コストの低減を
図ることもできる。
【００５０】尚、以上の説明においてはブロッキング層
を酸化膜から形成する場合について説明したが、窒化膜
からブロッキング層を形成することもできる。
を酸化膜から形成する場合について説明したが、窒化膜
からブロッキング層を形成することもできる。
【００５１】また、本発明は太陽電池に限らず、結晶系
半導体からなり表面に凹凸構造を備える基板を用いた半
導体素子であれば、如何なる半導体素子であっても適用
することができる。
半導体からなり表面に凹凸構造を備える基板を用いた半
導体素子であれば、如何なる半導体素子であっても適用
することができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、基
板の表面に形成する凹凸構造の均一性の向上を図ること
ができ、従って半導体素子の素子特性を向上させること
ができる。例えば、本発明を太陽電池の製造に適用した
場合に合っては、基板の光閉じ込め効果を増大させるこ
とができ、光電変換特性を向上させることができる。
板の表面に形成する凹凸構造の均一性の向上を図ること
ができ、従って半導体素子の素子特性を向上させること
ができる。例えば、本発明を太陽電池の製造に適用した
場合に合っては、基板の光閉じ込め効果を増大させるこ
とができ、光電変換特性を向上させることができる。
【図１】本発明製造方法の概念を説明するための断面図
である。
である。
【図２】実施例１により得られた凹凸構造の形状を示す
模式図である。
模式図である。
【図３】実施例１の基板の反射率を示す特性図である。
【図４】実施例１〜３により作製された基板の反射率を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図５】実施例５及び６に係る半導体素子の素子構造断
面図である。
面図である。
【図６】従来の半導体素子の素子構造断面図である。
１，１１，２１…基板、２…ブロッキング層、３…結晶
状態が不安定な部分、Ａ…凹凸構造
状態が不安定な部分、Ａ…凹凸構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−136444（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−206669（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−214722（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−504785（ＪＰ，Ａ) 米国特許4131488（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (5)
- 【請求項１】 結晶系半導体からなる基板の表面にブロ
ッキング層を形成し、このブロッキング層が形成された
前記基板の表面に対しエッチング処理を施すことにより
前記ブロッキング層をエッチングすると共に前記基板の
表面に凹凸構造を形成する工程を備えることを特徴とす
る半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記ブロッキング層を、前記基板の表面
で生じる化学反応により形成することを特徴とする請求
項１記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記ブロッキング層が、酸化物からなる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体素子の製
造方法。 - 【請求項４】 前記ブロッキング層を、オゾン水中での
酸化処理により形成することを特徴とする請求項１乃至
３のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記ブロッキング層が、窒化物からなる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17994099A JP3208384B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17994099A JP3208384B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001007369A JP2001007369A (ja) | 2001-01-12 |
| JP3208384B2 true JP3208384B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
ID=16074611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17994099A Expired - Lifetime JP3208384B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3208384B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4632672B2 (ja) * | 2004-02-04 | 2011-02-16 | シャープ株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
| JP5063049B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2012-10-31 | 京セラ株式会社 | 太陽電池素子の製造方法 |
| JP2008135561A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Hamamatsu Photonics Kk | フォトダイオード |
| US20120138139A1 (en) * | 2010-11-01 | 2012-06-07 | Intevac, Inc. | Dry etching method of surface texture formation on silicon wafer |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP17994099A patent/JP3208384B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001007369A (ja) | 2001-01-12 |
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