(57)【要約】【課題】単結晶シリコンウェハ内部における少数キャリアのライフタイムを長くする光電変換装置の作製方法を提供する。【解決手段】単結晶シリコン基板と、その受光面である表面に接して第１のアモルファスシリコン層と、該層に接して第１の極性の不純物拡散層（ｐ型）と、単結晶シリコン基板の裏面に接して第２のアモルファスシリコン層と、該層に接して第２の極性の不純物拡散層（ｎ型）とを有する太陽電池セルであり、第１の極性の不純物拡散層及び第２の極性の不純物拡散層は、反応室内を４５０Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の圧力に調整した成膜条件で成膜された微結晶シリコン層であることを要旨とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体基板に接してアモルファスシリコン層を形成し、
該アモルファスシリコン層に接し、且つ、プラズマＣＶＤ法により反応室内を４５０Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の圧力に調整した成膜条件で微結晶シリコン層を形成する光電変換装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記微結晶シリコン層は、ｐ型の不純物元素、或いはｎ型の不純物元素を含むことを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項３】
単結晶半導体基板の一方の面に接して第１のアモルファスシリコン層を形成し、
該第１のアモルファスシリコン層に接して第１の極性の不純物拡散層を形成し、
前記単結晶半導体基板のもう一方の面に接して第２のアモルファスシリコン層を形成し、
該第２のアモルファスシリコン層に接して第２の極性の不純物拡散層を形成し、
前記第１の極性の不純物拡散層及び前記第２の極性の不純物拡散層の形成は、反応室内を４５０Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の圧力に調整して成膜されることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項４】
単結晶半導体基板と、
その受光面である表面に接して第１のアモルファスシリコン層と、
該第１のアモルファスシリコン層に接して第１の極性の不純物拡散層と、
前記単結晶半導体基板の裏面に接して第２のアモルファスシリコン層と、
該第２のアモルファスシリコン層に接して第２の極性の不純物拡散層と、を有し、
前記第１の極性の不純物拡散層及び前記第２の極性の不純物拡散層は、反応室内を４５０Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の圧力に調整した成膜条件で成膜された微結晶シリコン層であることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、単結晶シリコンウェハを用いた光電変換装置およびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマＣＶＤ法により作製可能な結晶系シリコンとして微結晶シリコンを、光電変換を行う半導体膜に用いた光電変換装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７７４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池で代表される光電変換装置の光電変換効率を向上させるためには、単結晶シリコンウェハ内部における少数キャリアのライフタイムを長くすることが望ましい。
【０００５】
本発明の一態様は、単結晶シリコンウェハ内部における少数キャリアのライフタイムを長くする光電変換装置の作製方法を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
単結晶シリコン基板と、その受光面である表面に接して第１のアモルファスシリコン層と、該第１のアモルファスシリコン層に接して第１の極性の不純物拡散層（ｐ型）と、単結晶シリコン基板の裏面に接して第２のアモルファスシリコン層と、該第２のアモルファスシリコン層に接して第２の極性の不純物拡散層（ｎ型）と、を有する太陽電池セルであり、第１の極性の不純物拡散層及び第２の極性の不純物拡散層は、反応室内を４５０Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の圧力に調整した成膜条件で成膜された微結晶シリコン層であることを特徴の一つとしている。
【０００７】
ｎ型の不純物拡散層である微結晶シリコン層は、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、シリコンを含む堆積性気体と、水素と、ホスフィン（水素希釈またはシラン希釈）とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。半導体にｎ型を付与する不純物元素としてはリンなどが挙げられる。
【０００８】
また、ｐ型の不純物拡散層である微結晶シリコン層は、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、シリコンを含む堆積性気体と、水素と、ジボラン（水素希釈またはシラン希釈）とを混合し、グロー放電プラズマにより形成する。半導体にｐ型を付与する不純物元素としてはボロンなどが挙げられる。
【０００９】
また、単結晶シリコン基板に接して微結晶シリコン層を形成することは困難であるため、これらの間にｉ型のアモルファスシリコン層を設けていることも特徴の一つである。
【００１０】
なお、単結晶シリコン基板は、単結晶半導体基板の一種であり、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法で製造されたｎ型の単結晶シリコン基板である。また、単結晶シリコン基板の製造方法は特に限定されず、例えばＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ＣＺ）法などに代表されるＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法によって製造してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
単結晶シリコンウェハ内部における少数キャリアのライフタイムを長くすることができ、光電変換装置の光電変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様を示す断面図である。
【図２】本発明の一態様を示す構造（サンプル１）と比較例のライフタイムの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態及び実施例について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
本実施の形態で説明する光電変換装置の断面図の一例を図１に示す。
【００１５】
図１に示す光電変換装置は、半導体ウェハ１０１の受光面である表面に接して第１のアモルファスシリコン層１０４と、該第１のアモルファスシリコン層に接して第１の極性の不純物拡散層１０５と、半導体ウェハ１０１の裏面に接して第２のアモルファスシリコン層１０２と、該第２のアモルファスシリコン層に接して第２の極性の不純物拡散層１０３とを有する。なお、図１においては受光面を分かりやすく図示するために、入射光１０６を図示している。
【００１６】
以下に図１に示した光電変換装置の作製方法について説明する。
【００１７】
まず、半導体ウェハ１０１の一方の面にプラズマＣＶＤ法を用いて第２のアモルファスシリコン層１０２を形成する。第２のアモルファスシリコン層１０２の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。成膜条件は、反応室に流量５ｓｃｃｍ以上２００ｓｃｃｍ以下のモノシランガスを導入し、反応室内の圧力を１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下とし、ギャップ間隔（誘電体−基板間隔）を１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下とする。
【００１８】
次いで、第２のアモルファスシリコン層１０２に接して第２の極性の不純物拡散層１０３を形成する。第２の極性の不純物拡散層１０３は、プラズマＣＶＤ法を用いて得られる微結晶シリコン層であり、その厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。第２の極性の不純物拡散層１０３の成膜条件は、反応室内を４５０Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の圧力に調整する。
【００１９】
次いで、半導体ウェハ１０１の一方の面（受光面）にプラズマＣＶＤ法を用いて第１のアモルファスシリコン層１０４を形成する。第１のアモルファスシリコン層１０４の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。成膜条件は、反応室に流量５ｓｃｃｍ以上２００ｓｃｃｍ以下のモノシランガスを導入し、反応室内の圧力を１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下とし、ギャップ間隔を１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下とする。
【００２０】
次いで、第１のアモルファスシリコン層１０４に接して第１の極性の不純物拡散層１０５を形成する。第１の極性の不純物拡散層１０５は、プラズマＣＶＤ法を用いて得られる微結晶シリコン層であり、その厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。第１の極性の不純物拡散層１０５の成膜条件は、反応室内を４５０Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の圧力に調整する。
【００２１】
以上の工程で図１に示す光電変換装置を作製することができる。必要であれば、第１の極性の不純物拡散層１０５に接する電極や、第２の極性の不純物拡散層１０３に接する電極を形成してもよい。
【００２２】
こうして得られる光電変換装置は、半導体ウェハ１０１内部における少数キャリアのライフタイムを長くすることができ、光電変換装置の光電変換効率を向上させることができる。
【００２３】
また、受光面である表面には、テクスチャ構造などが形成されていても良い。これにより、光電変換効率を向上させることが可能である。
【実施例１】
【００２４】
ライフタイムの比較のため、実際にサンプルを作製し、比較を行った。本実施例では、測定装置に、ＳＥＭＩＬＡＢ（株）社製のマイクロ波光導電減衰（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｄｅｃａｙ）法を用いたライフタイム測定装置（製品名：ＷＴ−２０００）を使用した。
【００２５】
マイクロ波光導電減衰法（以下、μ−ＰＣＤ法という）とは、半導体の表面にレーザ光を照射して、半導体中にキャリアを発生させ、且つ、レーザ光が照射されている位置にマイクロ波を照射し、半導体で反射されたマイクロ波の強度の減衰状態を検出することで、ライフタイムを評価する方法である。μ−ＰＣＤ法では、半導体中にキャリアが生成されると半導体の抵抗値が下がるため、キャリアが発生した領域でのマイクロ波の反射率が高くなることを利用しており、反射マイクロ波の強度を検出することで、ライフタイムを評価している。
【００２６】
単結晶シリコンに光を照射すると価電子帯で発生した電子と伝導帯に発生した正孔は、再結合し、消滅する。単結晶シリコン層に汚染や欠陥が多数あると、電荷トラップ中心の密度が高くなるため、単結晶シリコンでのキャリアの再結合の確率が増加するので、ライフタイムは短くなる。このため、ライフタイムは単結晶シリコンなど半導体の結晶構造が完全であるかを評価するパラメータとして利用されている。
【００２７】
サンプルの作製に用いる単結晶シリコンウェハは、厚さ２８０μｍのＦＺ法で製造されたｎ型の単結晶シリコンウェハを用いる。サンプル１として図１と同じ積層構造を以下の手順で作製する。
【００２８】
まず、単結晶シリコンウェハの一方の面にプラズマＣＶＤ法を用いて第２のアモルファスシリコン層１０２を形成する。第２のアモルファスシリコン層１０２の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ここでは１０ｎｍとする。成膜条件は、反応室に流量１０ｓｃｃｍのモノシランガスを導入し、反応室内の圧力を１５Ｐａとし、成膜温度を２００℃、ＲＦ出力を１１Ｗ、電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ギャップ間隔（誘電体−基板間隔）を３０ｍｍとした。
【００２９】
次いで、第２のアモルファスシリコン層１０２に接して第２の極性の不純物拡散層１０３を形成する。第２の極性の不純物拡散層１０３の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ここでは１０ｎｍとする。成膜条件は、反応室に流量２ｓｃｃｍのモノシランガスと、流量１９８５ｓｃｃｍの水素ガスと、ガスボンベガス濃度が０．５％に水素希釈されたホスフィンガスのガスボンベを用いてホスフィンガス（流量１５ｓｃｃｍ）を導入し、反応室内の圧力を１３３０Ｐａとし、成膜温度を２００℃、ＲＦ出力を１５０Ｗ、電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ギャップ間隔を１８ｍｍとした。
【００３０】
次いで、単結晶シリコンウェハのもう一方の面（受光面）にプラズマＣＶＤ法を用いて第１のアモルファスシリコン層１０４を形成する。第１のアモルファスシリコン層１０４の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ここでは１０ｎｍとする。成膜条件は、反応室に流量１０ｓｃｃｍのモノシランガスを導入し、反応室内の圧力を１５Ｐａとし、成膜温度を２００℃、ＲＦ出力を１１Ｗ、電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ギャップ間隔を３０ｍｍとした。
【００３１】
次いで、第１のアモルファスシリコン層１０４に接して第１の極性の不純物拡散層１０５を形成する。第１の極性の不純物拡散層１０５の厚さは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ここでは１０ｎｍとする。成膜条件は、反応室に流量２ｓｃｃｍのモノシランガスと、流量２０００ｓｃｃｍの水素ガスと、ジボランガス（流量１５ｓｃｃｍ）を導入し、反応室内の圧力を１３３０Ｐａとし、成膜温度を２００℃、ＲＦ出力を１５０Ｗ、電源周波数を１３．５６ＭＨｚ、ギャップ間隔を１８ｍｍとした。
【００３２】
以上の工程でサンプル１を作製し、ライフタイムを評価した。このライフタイムは表面再結合速度とバルクライフタイムの双方を反映した値である。２インチの半導体ウェハで評価し、半導体ウェハの面内５ポイントの平均値と、ＭＡＸ値と、ＭＩＮ値を評価した。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
なお、比較例１は、アモルファスシリコン層を設けず、反応室内の圧力を１００Ｐａ以下で成膜した不純物拡散層（ｐ型）を半導体ウェハの一方の面に接して形成し、半導体ウェハのもう一方の面に接して不純物拡散層（ｎ型）を形成したサンプルである。
【００３５】
また、比較例２は、半導体ウェハを熱酸化させて、表面及び裏面に熱酸化膜を設けたサンプルである。
【００３６】
また、これらの結果をグラフに示したものが図２である。
【００３７】
比較例１及び比較例２に比べ、サンプル１はライフタイムが大幅に長く、サンプル１の作製方法と同じ作製方法を用いて形成される光電変換装置の光電変換効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０１：半導体ウェハ
１０２：第２のアモルファスシリコン層
１０３：不純物拡散層
１０４：第１のアモルファスシリコン層
１０５：不純物拡散層
１０６：入射光
【図１】
2012099804.tif 000004
【図２】
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