JP2000091604A

JP2000091604A - 多結晶半導体膜、光電変換素子及びこれらの製造法

Info

Publication number: JP2000091604A
Application number: JP10256842A
Authority: JP
Inventors: Masakiyo Matsumura; 正清松村
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池等に用いられるシリコン等の多結晶
半導体膜の結晶粒径を大きくし、電気的特性を向上させ
ること。【解決手段】基板上に導電性ないし半導電性の膜、低
熱容量または低熱伝導性の膜と導電性または半導電性の
膜の複合膜いずれかを形成し、その上に非晶質等の半導
体膜を形成し、該膜をレーザーアニールにより多結晶化
した多結晶半導体膜。上記の多結晶化シリコン半導体を
一導電型シリコン半導体とし、これに他導電型のシリコ
ン半導体を積層したシリコン光電変換素子。

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、薄膜ト
ランジスター等に利用できる大結晶粒径の多結晶半導体
膜、該半導体膜を有する光電変換素子及びこれらの製造
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンに代表される半導体には非晶
質、多結晶、及び単結晶の材料が用いられるが、近年、
種々の用途で多結晶材料の半導体物性、製造コストの面
での優位性が注目されてきている。多結晶材料は単結晶
粒子の集合体であり、粒子間には結晶粒界が存在してい
る。この結晶粒界は禁制帯内局在準位密度が大きく、ま
た半導体物性の重要な因子である電子移動度の低下の原
因にもなっている。従って、高品質の多結晶材料膜を得
るには結晶粒径を大きくし、結晶粒界を減らすことが極
めて有用である。

【０００３】多結晶材料膜を形成する代表的な手法とし
ては、固相成長法、直接堆積法、レーザーアニール法等
が知られているが、得られる電子移動度等の半導体物性
はいずれも未だ十分とは言えない。また電気炉を用いて
非晶質等の膜をアニールし多結晶化する固相成長法や直
接堆積法では処理時間が長く、且つ高温プロセスになる
為、基板に耐熱性が要求され、材料が制約される問題等
がある。この基板の耐熱性の問題に対しては、レーザー
照射により非晶質等の膜を溶融し、これをアニールし多
結晶化するレーザーアニール法は溶融される膜の温度は
高いが、処理中の基板等を含めた系全体の平均温度が低
いので期待されており、数多くの試みがなされている。
例えば、エキシマレーザーを用い非晶質シリコン膜をレ
ーザーアニールし多結晶化する手法は、処理中の平均温
度が低いので、耐熱性に欠ける基板にも適用できる。し
かし、従来の多くの試みでは主目的がこの平均温度の低
減にあり、大結晶粒径化は念頭に無く、得られる平均的
な結晶粒径は１００ｎｍ程度以下であり、高品質の多結
晶シリコン膜を得る為の実用的な方法は未だ得られてい
ない。

【０００４】エキシマレーザーを用いたレーザーアニー
ル法により大結晶粒径の多結晶シリコン膜を作成する試
みとしては、ダブルパルス・デュアルビーム法（Ｅｌｅ
ｃｔｒ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．３１（１９９５）Ｐ．１
９５６）、ブリッジ法（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，ｖｏｌ．３３（１９９４）Ｐ．７０）、繰り返し
横方向固化法（ＭＲＳＳｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，ｖｏ
ｌ．３５８（１９９５）Ｐ．９０３）等が報告されてい
るが、手法、構造が複雑で生産性が低い等の問題があ
り、プロセスコストが高額となるため実用し難い。エキ
シマレーザーを用いたレーザーアニール法により大結晶
粒径の多結晶シリコン膜を形成する新しい方法として、
非晶質等のシリコン膜をエキシマレーザーアニールする
に当たり、エキシマレーザーを位相変調し、照射する非
晶質等のシリコン膜表面に光強度分布を形成せしめて、
制御可能な状態で、溶融したシリコンを横方向に結晶成
長させる方法も提案されている。（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３７（１９９８）Ｐ．７３
１、Ｐ．Ｌ４９２）

【０００５】これらのレーザーを用いるアニール法で
は、照射するレーザー光のエネルギーを結晶成長に如何
に有効に利用するかが重要である。照射されたレーザー
光のエネルギーの大部分は基板の方向に流出するので、
その熱流出を抑制できれば結晶成長に良好な影響を与え
ることができる。また、基板の方向に熱が流出するた
め、基板上に形成されている非晶質等の膜が多結晶化す
る際に、基板側から冷却され、基板との界面に微結晶質
の結晶が生成することも知られている。この微結晶質は
大結晶粒径化を阻害する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は基板上に形成
される結晶粒径の大きい多結晶半導体膜、該膜を有する
シリコン光電変換素子、及びこれらの製造法を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は基板表面に形
成した非単結晶（非晶質あるいは微結晶質等粒径が小さ
い結晶）半導体膜をレーザーアニール法により多結晶化
する際に、基板上に特定の物質からなる膜を形成し、該
膜上で半導体膜を多結晶化することにより、上記目的が
達成されることを見出し本発明に至った。即ち、本発明
の多結晶半導体膜、シリコン光電変換素子及びそれらの
製造法は以下の各項に示す構成からなる。（１）基板上に導電性ないし半導電性の膜が形成さ
れ、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された半
導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。（２）基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜が形成
され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形成され、
さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された
半導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。

【０００８】（３）基板上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該膜上に半導体膜を形成する工程
と、該半導体膜をレーザーアニールにより多結晶化する
工程からなる多結晶半導体膜の製造法。（４）基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜を形成
する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の膜を形成
する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上に半導体膜
を形成する工程と、該半導体膜をレーザーアニールによ
り多結晶化する工程からなる多結晶半導体膜の製造法。

【０００９】（５）基板上に導電性ないし半導電性の
膜が形成され、該膜上にレーザーアニールにより多結晶
化された一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半
導体膜上に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてな
るシリコン光電変換素子。（６）基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜が形成
され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形成され、
さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された
一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半導体膜上
に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてなるシリコ
ン光電変換素子。

【００１０】（７）基板上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該膜上にシリコン半導体膜を形成
する工程と、該半導体膜をレーザーアニールにより一導
電型の多結晶シリコン半導体膜とする工程と、該半導体
膜上に他導電型のシリコン半導体膜を形成する工程から
なるシリコン光電変換素子の製造法。（８）基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜を形成
する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の膜を形成
する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上にシリコン
半導体膜を形成する工程と、該半導体膜をレーザーアニ
ールにより一導電型の多結晶シリコン半導体膜とする工
程と、該半導体膜上に他導電型のシリコン半導体膜を形
成する工程からなるシリコン光電変換素子の製造法。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は上記の多結晶半導体膜、
シリコン光電変換素子及びこれらの製造法からなってい
る。先ず多結晶半導体膜から説明する。この多結晶半導
体膜に用いられる基板は特に制限なく、例えばシリコ
ン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の金
属、ガラス、サファイア等のセラミックス、プラスチッ
ク等が使用できる。本発明の多結晶半導体膜を構成する
半導体として代表的なものはシリコン、シリコンを主成
分とする合金、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム
合金等である。

【００１２】本発明の多結晶半導体膜は基板上に導電性
ないし半導電性の膜、低熱容量または低熱伝導性の膜と
導電性ないし半導電性の膜の複合膜のいずれかを形成
し、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された半
導体膜を形成したものである。上記の導電性ないし半導
電性の膜としては一般的には金属の膜である。金属とし
てはクロム、ニッケル、ニオブ、タングステン、モリブ
デン、タンタル、チタン、鉄、これらの金属の合金、こ
れらの金属を含む合金、シリコンを含む合金、例えばシ
リコンと上記金属の少なくとも１種の金属との合金が挙
げられる。特に半導体がシリコン半導体の場合はシリコ
ンを含む合金、例えばシリコンと上記金属の少なくとも
１種との合金が好ましい。これらのシリコンを含む合金
は半導体膜がシリコンの場合、これをレーザー照射によ
り溶融する製造過程において、金属膜とシリコン膜とが
少なくともその界面近傍で溶融し合金を形成したものも
含まれる。また予めシリコン合金にして用いてもよい。
これらの合金はシリコンよりも融点が低いものである。

【００１３】上記金属等の導電性ないし半導電性の膜を
形成することにより、該膜上の半導体膜の結晶が大きく
なる理由については定かでないが、半導体膜がレーザー
照射により溶融する際、半導体膜の下面に半導体膜より
低融点の溶融金属が存在することにより半導体膜に微結
晶の生成が抑制されるためと考えられる。そして溶融後
固化した金属等の膜が非晶質である場合半導体膜の結晶
増大の効果が大きい。上記の導電性ないし半導電性の膜
の厚さは一般的には１０〜３０００ｎｍが適当である。

【００１４】さらに上記金属等の導電性ないし半導電性
の膜は非晶質のものが好ましい。基板上に形成された膜
が非晶質であるとその上の半導体膜がレーザー照射によ
り溶融し、固化するとき半導体膜の微結晶の生成が一層
抑制され、その結果半導体膜の結晶粒径が大きくなると
考えられる。非晶質の膜は半導体との界面で非晶質であ
ればよく、その下部が結晶質になっていてもよい。例え
ば基板上に結晶性の膜を形成し、半導体膜をレーザーア
ニールで多結晶化する過程において半導体膜との界面で
共融物が生成し、急冷固化する際にその共融生成物を非
晶質とすることもできる。

【００１５】本発明における低熱容量または低熱伝導性
の膜はレーザー照射により溶融した半導体膜の熱の流出
に要する時間、即ち固化するまでの時間を長くして半導
体膜の結晶を成長させる作用をするものである。レーザ
ー照射による溶融は瞬間的であり、非定常状態での伝熱
なので溶融した半導体からの熱の流出時間を長くするに
は半導体膜の熱がその下地の膜に吸収される熱量が少な
い方がよい。また一旦下地の膜に吸収された熱の拡がり
が少ない方がよい。この吸収熱を少なくするには低熱容
量の膜、また熱の拡がりを少なくするには低熱伝導性の
膜がよい。低熱容量の膜としては例えば多孔質の膜を挙
げることができる。多孔質の膜は低熱伝導性の膜として
も利用できる。低熱伝導性であり、かつ低熱容量の膜と
して好ましいものはセラミックスの多孔質膜、例えばシ
リカ、ジルコニアの多孔質膜である。これらの低熱容量
または低熱伝導性の膜の厚さは１００〜１０００ｎｍが
適当である。

【００１６】本発明において基板上に形成される膜は上
記の導電性ないし半導電性の膜だけでもよいが、さらに
効果の高い膜は、基板上に上記低熱容量または低熱伝導
性の膜を形成し、さらにその膜上に上記導電性ないし半
導電性の膜を形成したものである。これらの膜の厚さは
低熱容量または低熱伝導性の膜が１００〜１０００ｎ
ｍ、導電性ないし半導電性の膜が１０〜３０００ｎｍが
適当である。これらの複合膜においては導電性ないし半
導電性の膜により半導体が多結晶化される際微結晶の生
成を抑制し、また低熱容量または低熱伝導性の膜によ
り、熱の拡がりが抑制され結晶粒の成長に寄与するので
半導体の結晶粒径を大きくする効果が増す。

【００１７】本発明の多結晶半導体膜は上記した膜上に
レーザーアニールにより多結晶化された半導体膜が形成
されているものである。多結晶化される前の半導体膜は
非晶質、微結晶質等結晶粒径の小さいものなどの半導体
膜である（これらを非単結晶半導体膜という）。この非
単結晶半導体膜がレーザーアニールにより大きな結晶粒
径の多結晶半導体膜となる。レーザーアニールは半導体
膜にレーザーを照射して半導体膜を溶融し、その後アニ
ールにより多結晶化する方法で溶融させる半導体膜以外
の部分は高温にならない利点がある。レーザーアニール
におけるレーザー照射の条件は特に制限なく公知の方法
が使用でき、例えばエキシマーレーザーとしてＡｒＦレ
ーザー、ＫｒＦレーザー、ＸｅＣｌレーザーなどが使用
でき、一般的にはエネルギー密度５００〜２０００ｍＪ
／ｃｍ² 程度が用いられる。

【００１８】しかし、本発明において特にレーザーアニ
ールとして有効なのはエキシマレーザーを位相変調して
照射し、一ショット毎に基板の表面に光強度分布を作
り、この光強度分布を利用し溶融した半導体を横方向に
結晶化させ大結晶粒径化する上述の方法（Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３７（１９９８）Ｐ．
７３１、Ｐ．Ｌ４９２）である。この方法は基板の上方
に微少ステップパターンを周期的に配したマスクを設
け、これを介してエキシマレーザーを照射し位相を変化
させ、生じるレーザー光の回折及び干渉により、基板表
面に光強度分布を周期的に形成せしめ、溶融した半導体
を横方向に結晶化させ、非単結晶半導体膜を多結晶化す
る方法であり、より大きな結晶粒径の多結晶半導体膜を
得ることができる。

【００１９】多結晶半導体膜の厚さは一般的には５０〜
５００ｎｍの範囲で使用される。多結晶半導体膜は公知
の方法でほう素、りん等の不純物を添加してｐ型半導
体、ｎ型半導体とすることができる。そしてこのｐ型あ
るいはｎ型の半導体の上にｎ型あるいはｐ型の半導体を
積層してｐｎ接合の半導体素子とし、太陽電池等の光電
変換装置に用いることができる。

【００２０】次に多結晶半導体膜の製造法の発明につい
て説明する。本発明の多結晶半導体膜の製造法はレーザ
ーアニールにより半導体膜を多結晶化する際に第一の工
程で基板上に前記した（１）導電性ないし半導電性の
膜、（２）低熱容量または低熱伝導性の膜とその上の導
電性ないし半導電性の膜が各々形成される。各々の膜の
材料、厚さ等は先に説明したとおりである。上記の膜の
形成方法は導電性ないし半導電性の膜では熱ＣＶＤ、プ
ラズマＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタ、真空蒸着等が用いら
れる。また低熱容量または低熱伝導性の膜である多孔質
膜、例えばシリカ、ジルコニアの多孔質の膜はＳｉＯ2
、ＺｒＯ2 あるいはＳｉ、Ｚｒを含む有機化合物等を
含有する液状物をスピンコート法等により塗布し、乾燥
等して多孔質膜を得る公知の方法を用いることができ
る。

【００２１】次に第二の工程で上記した各々の膜上に半
導体膜を形成する。半導体の種類、その厚さは先に説明
したとおりである。半導体膜の形成方法は上記の導電性
ないし半導電性の膜の形成方法と同様の方法を用いるっ
ことができる。これらの方法によって非単結晶半導体膜
が得られる。最後にこの半導体膜をレーザーアニールに
より多結晶化する。レーザーの種類、照射条件、好まし
いレーザー照射方法は先に説明したとおりである。レー
ザー照射に当っては予め基板の加熱を行うと、レーザー
光のエネルギー利用に良い効果があり、大結晶粒径化に
良い影響を与える。例えば、シリコンの場合には加熱温
度の領域は５００℃以下、好ましくは３５０〜５００℃
である。レーザー照射により半導体膜、例えばシリコン
の膜が溶融するとその下地層である導電性ないし半導電
性の膜は、それが金属の場合、少なくともその界面近傍
でシリコンとの共融合金が生成する。この合金はシリコ
ンよりも融点が低い。したがってこの合金はシリコンが
溶融するとき溶融する。なお、非単結晶半導体膜を形成
する際にほう素源等または燐源等の物質を添加すること
によりｐ型の半導体またはｎ型の半導体とすることがで
きる。

【００２２】次にシリコン光電変換素子及びその製造方
法の発明について説明する。本発明のシリコン光電変換
素子は前記の多結晶化されたシリコン半導体膜を一導電
型とし、その上に他導電型のシリコン半導体を積層した
ｐｎ接合を基本構成とする。一導電型は一般的にはｐ型
あるいはｎ型であり、他導電型はこれらに対応してｎ型
あるいはｐ型となるが、本発明では一導電型あるいは他
導電型にはｉ型（真性型）も含むものとする。半導体を
ｐ型あるいはｎ型とするには一般的には半導体をｐ型あ
るいはｎ型とする不純物を添加すればよく、半導体がシ
リコンの場合、半導体に燐、ほう素等の不純物を添加す
る。

【００２３】光電変換素子の製造法では基板に初めに形
成された多結晶半導体が種薄膜となり特性を決める大き
な要因である。特に種薄膜の結晶粒径が支配的要因とな
る。そのため次にその上に形成される他導電型のシリコ
ン半導体は、その形成方法には特に制限はない。例えば
公知の気相成長法、電子ビーム蒸着法、固相成長法も用
いることができる。また上記した基板に初めに形成する
多結晶半導体と同様レーザーアニール法を用いることも
できる。これらの方法によって他導電型のシリコン半導
体も大きな粒径の多結晶半導体とすることができる。

【００２４】本発明は上記のｐｎ接合を基本構成とする
が、ｐ型及び／またはｎ型膜として例えばキャリア濃度
の異なる複数の膜としたり、あるいはｐ型とｎ型の膜の
間にｉ型の膜を介在させることもできる。ｉ型の膜の形
成方法は前記の他導電型の膜の形成方法と同様である。
ｐ型及びｎ型等の膜の厚さは一般的に光電変換素子とし
て用いられている範囲例えば１０〜１０００ｎｍであ
る。またｉ型の膜の厚さは例えば０．５〜５０μｍの範
囲である。このようにｉ型の膜を厚くする事により光電
変換率を高めることができる。本発明の光電変換素子は
基板上に形成した導電性ないし半導電性膜を一方の電極
（裏面電極）とすることができる。また、低熱容量また
は低熱伝導性の膜も導電性のものは電極とすることがで
きる。もう一方の電極は基板と反対側（表面側）の半導
体上に設ける。本発明の光電変換素子は、一般的には光
は表面側から入射する。したがって表面電極は透明でか
つ導電性のあるものが用いられ、これには通常のＩＴＯ
（インジウム・錫酸化物）が適する。その形成方法はス
パッタ、真空蒸着等である。

【００２５】

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。図１〜２に各実施例による多結晶半導体及びシリコ
ン光電変換素子を示す。但し、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。（実施例１）図１の（Ａ）に示すようにガラス板１上に
スパッタ法にて２５ｎｍの厚みのクロム膜２を形成し、
その上にジシランを用い５００℃の熱ＣＶＤ法にて、２
００ｎｍの厚みのアモルファスシリコン膜を形成し試料
とした。次いでアモルファスシリコン膜をエキシマレー
ザーアニールにて多結晶シリコン膜３とした。エキシマ
レーザーアニールにはエキシマレーザーを位相変調し、
アモルファスシリコン膜表面に光強度分布を形成せしめ
て照射し、シリコン膜を溶融し、溶融したシリコンを横
方向に結晶成長させる方法（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．，ｖｏｌ．３７（１９９８）Ｐ．７３１、Ｐ．
Ｌ４９２）を下記の条件で用いた。

【００２６】石英製の位相シフトマスクにＫｒＦエキシ
マレーザーにて位相シフト量５３°となる線幅と線間隔
とが共に５μｍのステップパターンを形成した。アモル
ファスシリコン膜と該位相シフトマスク間の距離を０．
４ｍｍに設定し、真空条件の下で５００℃に保持した試
料にエネルギー密度９００ｍＪ／ｃｍ² のＫｒＦエキシ
マレーザーを位相シフトマスクの上方より一ショット照
射しアモルファスシリコン膜を多結晶化した。エキシマ
レーザーアニール後の試料を表面ＳＥＭで観察したとこ
ろ、直径約５μｍの単結晶シリコン粒が生成していた。
また、クロム膜の表面層はＡＦＭ及びＡＥＳで調べたと
ころシリコンとクロムとの合金となっていた。

【００２７】（実施例２）図１の（Ｂ）に示すようにシ
リコンウェハ１’上に、ポリシロキサンを主成分とする
ＳＯＧ材料（東京応化製）にトリフェニルシラノールを
１重量％加えた混合液を用い、スピンコート法により多
孔質酸化ケイ素膜４を５００ｎｍ形成し、更にテトラエ
トキシシランと酸素を用いプラズマＣＶＤ法により酸化
ケイ素バッファー膜５を５０ｎｍ形成した。このバッフ
ァー膜５上にスパッタ法にて２５ｎｍの厚みのクロム膜
２を形成した。その上に実施例１と同様に５００℃の熱
ＣＶＤ法にて２００ｎｍの厚みのアモルファスシリコン
膜３を形成し試料とした。以下実施例１と同様にしてア
モルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜３とした。エ
キシマレーザーアニール後の試料を表面ＳＥＭで観察し
たところ、直径約６μｍの単結晶シリコン粒が生成して
いた。

【００２８】（比較例１）シリコンウェハ上にクロム膜
を形成せず５００℃の熱ＣＶＤ法にて２００ｎｍの厚み
のアモルファスシリコン膜のみを形成し試料とした以外
は、実施例１と同じ操作を行い、アモルファスシリコン
膜の多結晶化を行った。エキシマレーザーアニール後の
試料を表面ＳＥＭで観察したところ、直径約３．５μｍ
の単結晶シリコン粒が生成していた。

【００２９】（実施例３）図２の（Ａ）に示すようにガ
ラス基板１上にスパッタ法にて２５ｎｍの厚みのクロム
膜２を形成し、その上に微量のホスフィンを添加したジ
シランを用い、５００℃の熱ＣＶＤ法にて２００ｎｍの
厚みのアモルファスシリコン膜を形成し試料とした。次
いでアモルファスシリコン膜を実施例１と同様にエキシ
マレーザーアニールにて多結晶化し、ｎ型の多結晶シリ
コン膜３’とした。このｎ型多結晶シリコン膜には、直
径約５μｍの単結晶シリコン粒が生成していた。また、
クロム膜の表面層はＡＦＭ及びＡＥＳで調べたところシ
リコンとクロムとの合金層となっていた。次にｎ型多結
晶化シリコン膜３’の上に、シリコンを電子ビーム蒸着
し、５μｍの膜厚のｉ型多結晶シリコン膜６を形成し、
続いて電子ビーム蒸着の際シリコンにほう素を添加して
２０ｎｍのｐ型多結晶シリコン膜７を形成して光電変換
素子とした。電子ビーム蒸着では基板温度を４００℃に
加熱した。ｐ型多結晶シリコン膜７上にＩＴＯを蒸着し
て一方の電極８とし、クロム膜２を他方の電極として太
陽電池とした。この太陽電池の特性をＩＴＯ側から光を
入射し、ＡＭＩソーラーシミュレーターを用い測定した
ところ、変換効率は約７％であった。

【００３０】（実施例４）図２の（Ｂ）に示すようにガ
ラス基板１上に、実施例２のＳＯＧとトリフェニルシラ
ノールとの混合液を用い、スピンコート法により多孔質
酸化ケイ素膜４を５００ｎｍ形成し、更にテトラエトキ
シシランと酸素を用いＣＶＤ法により酸化ケイ素バッフ
ァー膜５を５０ｎｍ形成した。このバッファー膜５上に
スパッタ法にて、２５ｎｍの厚みのクロム膜２を形成し
た。その上に微量のホスフィンを添加したジシランを用
い、５００℃の熱ＣＶＤ法にて２００ｎｍの厚みのアモ
ルファスシリコン膜を形成し試料とした。次いでアモル
ファスシリコン膜をエキシマレーザーアニールにて実施
例１と同様に多結晶化しｎ型の多結晶シリコン膜３’と
した。この多結晶シリコン膜には直径約６μｍの単結晶
シリコン粒が生成していた。次にｎ型多結晶化シリコン
膜３’の上に、実施例３と同様に５μｍの膜厚のｉ型多
結晶シリコン膜６、２０ｎｍの厚みのｐ型シリコン膜７
を形成して光電変換素子とし、これに実施例３と同様に
１００ｎｍの厚みのＩＴＯ電極８を形成し、クロム膜２
を他方の電極として太陽電池とした。この太陽電池の特
性を実施例３と同様に測定したところ、変換効率は約８
％であった。

【００３１】（比較例２）ガラス基板上にクロム膜を形
成せず、５００℃の熱ＣＶＤにて直接２００ｎｍの厚み
のアモルファスシリコン膜のみを形成した以外は、実施
例３と同じ操作を行い太陽電池とした。この太陽電池の
特性を測定したところ、変換効率は約５％であった。

【００３２】

【発明の効果】本発明の多結晶半導体は基板上の特定の
膜の上にレーザーアニール法にて多結晶化した半導体
で、その結晶粒径が大きい。したがって結晶粒界が少な
く、電子移動度が大きいなど電気的特性に優れている。
また多結晶シリコン半導体を備えたシリコン光電変換素
子は高い光電変換効率が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施例による多結晶半導体
の断面模式図であり、（Ｂ）は本発明の他の実施例によ
る多結晶半導体の断面模式図である。

【図２】（Ａ）は本発明の一実施例によるシリコン光電
変換素子の断面模式図であり、（Ｂ）は本発明の他の実
施例によるシリコン光電変換素子の断面模式図である。

【符号の説明】

１ガラス基板１’ シリコン基板２クロム膜３半導体膜３’ ｎ型多結晶シリコン膜４多孔質酸化ケイ素膜５酸化ケイ素バッファー膜６ｉ型多結晶シリコン膜７ｐ型多結晶シリコン膜８ＩＴＯ電極

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月１６日（１９９８．９．１
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項８

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に導電性ないし半導電性の膜が形
成され、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化され
た半導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。
【請求項２】基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜
が形成され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形成
され、さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶化
された半導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。
【請求項３】半導体膜がシリコンまたはシリコンを主
成分とする膜である請求項１または２記載の多結晶半導
体膜。
【請求項４】導電性ないし半導電性の膜が非晶質の膜
である請求項１ないし３記載の多結晶半導体膜。
【請求項５】導電性ないし半導電性の膜が金属の膜で
ある請求項１ないし４記載の多結晶半導体膜。
【請求項６】金属の膜がシリコンを含む合金の膜であ
る請求項５記載の多結晶半導体膜。
【請求項７】金属の膜がクロム、ニッケル、ニオブ、
タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、鉄から
選ばれた金属、これらの金属を含む合金の膜もしくはこ
れらの金属の少なくとも１種とシリコンとの合金の膜で
ある請求項５記載の多結晶半導体膜。
【請求項８】低熱容量または低熱伝導性の膜が多孔質
の膜である請求項２７記載の多結晶半導体膜。
【請求項９】多孔質の膜がシリカまたはジルコニアの
多孔質の膜である請求項８記載の多結晶半導体膜。
【請求項１０】レーザーアニールが微少ステップパタ
ーンを周期的に配したマスクを介してエキシマレーザー
を照射する方法であって、位相の変化により生じるレー
ザー光の回折及び干渉により、基板表面に周期的な光強
度分布を形成せしめる方法である請求項１ないし９記載
の多結晶半導体膜。
【請求項１１】基板上に導電性ないし半導電性の膜を
形成する工程と、該膜上に半導体膜を形成する工程と、
該半導体膜をレーザーアニールにより多結晶化する工程
からなる多結晶半導体膜の製造法。
【請求項１２】基板上に低熱容量または低熱伝導性の
膜を形成する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上に
半導体膜を形成する工程と、該半導体膜をレーザーアニ
ールにより多結晶化する工程からなる多結晶半導体膜の
製造法。
【請求項１３】基板上に導電性ないし半導電性の膜が
形成され、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化さ
れた一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半導体
膜上に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてなるシ
リコン光電変換素子。
【請求項１４】基板上に低熱容量または低熱伝導性の
膜が形成され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形
成され、さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶
化された一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半
導体膜上に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてな
るシリコン光電変換素子。
【請求項１５】導電性ないし半導電性の膜が非晶質の
膜である請求項１３または１４記載のシリコン光電変換
素子。
【請求項１６】導電性ないし半導電性の膜が金属の膜
である請求項１３ないし１５記載のシリコン光電変換素
子。
【請求項１７】金属の膜がシリコンを含む合金の膜で
ある請求項１６記載のシリコン光電変換素子。
【請求項１８】金属の膜がクロム、ニッケル、ニオ
ブ、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、鉄
から選ばれた金属、これらの金属を含む合金の膜もしく
はこれらの金属の少なくとも１種とシリコンとの合金の
膜である請求項１６記載のシリコン光電変換素子。
【請求項１９】低熱容量または低熱伝導性の膜が多孔
質の膜である請求項１４ないし１８記載のシリコン光電
変換素子。
【請求項２０】多孔質の膜がシリカまたはジルコニア
の多孔質の膜である請求項１９記載のシリコン光電変換
素子。
【請求項２１】レーザーアニールが微少ステップパタ
ーンを周期的に配したマスクを介してエキシマレーザー
を照射する方法であって、位相の変化により生じるレー
ザー光の回折及び干渉により、基板表面に周期的な光強
度分布を形成せしめる方法である請求項１３ないし２０
記載のシリコン光電変換素子。
【請求項２２】基板上に導電性ないし半導電性の膜を
形成する工程と、該膜上にシリコン半導体膜を形成する
工程と、該半導体膜をレーザーアニールにより一導電型
の多結晶シリコン半導体膜とする工程と、該半導体膜上
に他導電型のシリコン半導体膜を形成する工程からなる
シリコン光電変換素子の製造法。
【請求項２３】基板上に低熱容量または低熱伝導性の
膜を形成する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上に
シリコン半導体膜を形成する工程と、該半導体膜をレー
ザーアニールにより一導電型の多結晶シリコン半導体膜
とする工程と、該半導体膜上に他導電型のシリコン半導
体膜を形成する工程からなるシリコン光電変換素子の製
造法。