[发明专利]微晶半导体薄膜制造方法有效
申请号: | 201180058658.2 | 申请日: | 2011-07-12 |
公开(公告)号: | CN103250233A | 公开(公告)日: | 2013-08-14 |
发明(设计)人: | 津田睦;今村谦;滝正和;池田知弘;藤原伸夫 | 申请(专利权)人: | 三菱电机株式会社 |
主分类号: | H01L21/205 | 分类号: | H01L21/205;H01L31/04 |
代理公司: | 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 | 代理人: | 李今子 |
地址: | 日本*** | 国省代码: | 日本;JP |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 半导体 薄膜 制造 方法 | ||
技术领域
本发明涉及微晶半导体薄膜制造方法,特别涉及硅系薄膜太阳能电池的光电转换层等中使用的微晶硅、微晶硅锗等的微晶半导体薄膜制造方法。
背景技术
作为硅系薄膜太阳能电池的光电转换层的一种,例如广泛使用微晶硅薄膜。作为该微晶硅膜的制造方法,一般是通过使用了硅烷(SiH4)和氢(H2)的混合气体的等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)法在低温(~200℃)下在玻璃基板上沉积(例如,参照专利文献1、非专利文献1)。
在等离子体CVD装置中,在真空容器内,发生放电等离子体的等离子体电极和设置基板的平台(stage)电极(电气地接地)相向地配置。在制造微晶硅薄膜的情况下,对该真空容器以一定流量供给硅烷(SiH4)和氢(H2)的混合气体,将真空容器内的气体压力调整为期望的值。之后,对等离子体电极施加RF(射频(Radio Frequency):10~30MHz)或者VHF(甚高频(Very High Frequency):30~300MHz)带的高频电压,使得在等离子体电极与平台电极的间隙之间(间隙长度:3~10mm)引起低压辉光(glow)放电,发生SiH4/H2混合等离子体。
此时,在等离子体中生成的化学性地活性的SiH3、SiH2、SiH分子、或者Si、H原子被输送至基板,它们在表面上附着/反应,从而在基板上沉积硅薄膜。
一般情况下,在该等离子体CVD法中,为了沉积微晶硅薄膜,广泛使用被称为“高压枯竭法”的成膜手法(例如,参照专利文献1、非专利文献1)。具体而言,在比较高的气体压力(~几百Pa以上)和高的高频电力(~几百W以上)的条件下,使所供给的SiH4气体流量F[SiH4]充分小(换言之,使H2气体流量F[H2]充分大),将SiH4流量比=F[SiH4]/(F[SiH4]+F[H2])降低至1~2%程度,使等离子体中的SiH4枯竭,从而能够实现微晶硅薄膜的沉积。相反地,在SiH4流量比=F[SiH4]/(F[SiH4]+F[H2])大于~2%的情况下,所沉积的膜成为非晶质状态的硅薄膜。
通过该方法得到的微晶硅薄膜,作为粒径是几nm~几十nm程度的硅晶粒和非晶质状态的硅的混合状态存在,具有如下特征:相比于所谓非晶质硅薄膜,在长波长区域(600nm以上)中光谱灵敏度特性良好,并且载流子移动度大。
在光电转换层中使用了该微晶硅薄膜的太阳能电池元件中,得到光电转换效率是~9%程度的良好的元件特性。另外,还提出了将由微晶硅薄膜构成了光电转换层的太阳能电池元件、和由非晶质硅膜构成了光电转换层的太阳能电池元件分别串联地连接而成的串联型元件构造。在使用了这样的非晶质硅光电转换层和微晶硅光电转换层的串联型的太阳能电池中,在横跨紫外~红外域的宽的波长范围内有光吸收,从而被报告了光电转换效率达到12~15%的实用的太阳能电池元件/模块。
如果作为太阳能电池的光电转换层而希望形成膜厚为2~3μm程度的微晶硅薄膜,则不论使用上述哪种成膜手法,在其成膜初期都形成被称为孵化层的薄的非晶质状的硅膜。如果在该非晶质硅膜的表面附近引起核发生,则以该核为起点而微晶硅持续生长。此处,孵化层的厚度是几十nm~几百nm,占据光电转换层的膜厚的~几%程度的比例。
非晶质硅薄膜相比于微晶硅薄膜,电荷移动度更低,且膜的电气电阻更大。因此,如果在微晶硅薄膜的成膜时孵化层被形成为厚,则光电转换层(即孵化层+微晶硅薄膜)的电阻变大。因此,在具有这样的光电转换层的太阳能电池元件中,电流-电压特性的填充因子(Fill Factor)的值变大,存在引起光电转换效率的降低这样的问题。
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H01L 半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件
H01L21-00 专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备
H01L21-02 .半导体器件或其部件的制造或处理
H01L21-64 .非专门适用于包含在H01L 31/00至H01L 51/00各组的单个器件所使用的除半导体器件之外的固体器件或其部件的制造或处理
H01L21-66 .在制造或处理过程中的测试或测量
H01L21-67 .专门适用于在制造或处理过程中处理半导体或电固体器件的装置;专门适合于在半导体或电固体器件或部件的制造或处理过程中处理晶片的装置
H01L21-70 .由在一共用基片内或其上形成的多个固态组件或集成电路组成的器件或其部件的制造或处理;集成电路器件或其特殊部件的制造