半導体装置の製造方法

【課題】
ガラス上に高効率な薄膜多結晶シリコン（Ｓｉ）太陽電池を実現することを目的とした半導体製造方法。
【解決手段】
多結晶シリコン（Ｓｉ）太陽電池である半導体装置の製造方法において、半導体励起（ダイオード励起）された固体連続波レーザを利用して大粒径多結晶シリコン薄膜をガラス上に形成し、この多結晶Ｓｉ層の表面側の領域に、Ｐ型領域とＮ型領域を、近接して設けてＰＮ接合を形成すること、さらにＰ型領域とＮ型領域を結ぶ方向が多結晶Ｓｉの結晶粒界の走る方向と概略平行になるようにすること、部分的にＳｉ層の存在しない領域を含むようにして半透明な半導体装置になるようにしたこと特徴とする半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造方法に関し、特にガラス上に形成された半透明な高効率薄膜多結晶シリコン（Ｓｉ）太陽電池を実現するための半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時では、ガラス上の高効率Ｓｉ系薄膜太陽電池が注目されている。現在のガラス上の薄膜Ｓｉ系太陽電池は、非晶質あるいは微結晶からなる薄膜Ｓｉ系材料が主流となっている。
【０００３】
しかし、非晶質あるいは微結晶からなる薄膜Ｓｉ系太陽電池は変換効率が低いという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガラス上の薄膜Ｓｉ系太陽電池、特に非晶質あるいは微結晶からなる薄膜Ｓｉ系太陽電池は、バルク単結晶Ｓｉ太陽電池あるいはバルク多結晶Ｓｉ太陽電池に比較して変換効率が悪い。これは、非晶質Ｓｉあるいは微結晶Ｓｉの結晶品質が単結晶Ｓｉやバルク多結晶Ｓｉに比較して劣っていることに起因する。
【０００５】
従って、ガラス上に高品質の多結晶Ｓｉを形成することができれば、ガラス上の薄膜Ｓｉ系太陽電池の変換効率に大きなブレークスルーをもたらすと期待される。
【０００６】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、ガラス基板上に半透明な高効率薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池を形成するために、薄膜Ｓｉであり、半透明でありながら高い変換効率を有する多結晶Ｓｉ薄膜を形成するための半導体製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００８】
半導体励起（ダイオード励起）された固体連続波レーザを利用してガラス上に部分的にＳｉを有する大粒径多結晶Ｓｉ薄膜を形成し、この多結晶Ｓｉ膜の表面上の異なる領域で、かつ近接する領域にＰＮ接合を形成する。さらに、ＰＮ接合の方向は結晶粒界に概略平行である構造を有する。
【０００９】
本発明によれば、ガラス上に大粒径の半透明な多結晶Ｓｉを形成することが可能になり、現在実用化されている非晶質Ｓｉや微結晶Ｓｉからなる薄膜Ｓｉ系太陽電池よりも高効率の半透明な薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池をガラス上に安価に実現することが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、ガラス基板上に高い変換効率を有する半透明な薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池を安価に実現するための半導体製造方法が提案される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施形態について詳述する。本実施例では、半導体励起（ダイオード励起）された固体連続波レーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ_４の第２高調波である波長５３２ｎｍを利用して大粒径多結晶Ｓｉ薄膜を形成した例について詳細する。
【００１２】
図１は、本実施形態によってガラス上に形成された半透明な薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池の概略断面構造図である。
【００１３】
図２〜図４は、ガラス上の半透明な薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池の製造方法を工程順に示す概略模式図である。
先ず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板上１にプラズマＣＶＤにより不純物をドーピングしない、あるいは、わずかにＮ型またはわずかにＰ型にドープされた非晶質Ｓｉ薄膜２を１０００ｎｍ成長する。該非晶質Ｓｉ薄膜は、シランガスを利用することにより形成される。
【００１４】
続いて、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉ層が存在する領域と存在しない領域をドライエッチングにより形成する。これにより、半透明な太陽電池を形成することが可能になる。なお、ドライエッチングにてＳｉを除去する領域の面積は必要に応じて設計することが許される。
【００１５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、波長５３２ｎｍを有する半導体励起固体ＣＷレーザ（Ｎｄ：ＹＶＯ_４，波長５３２ｎｍ）を利用し、パワー６．０ワットに設定し、レーザスキャン速度４０ｃｍ／ｓでスキャンすることにより、大粒径多結晶Ｓｉ層３を形成する。この時の結晶粒径は３μｍｘ２０μｍである。
【００１６】
引き続いて、図３（ａ）に示すように多結晶Ｓｉ半導体層の表面領域の隣接する領域にＰ領域とＮ領域を形成する。ここではイオン注入によりドープした。
この際、隣接するＰ領域からＮ領域に向けての方向は、大粒径多結晶Ｓｉの結晶粒界の方向と概略平行であることが好ましい。
【００１７】
引き続いて、図３（ｂ）に示すように、Ｐ領域あるいはＮ領域の活性化は５５０℃程度の低温の熱活性化あるいはレーザ活性化を利用して行いＮ＋領域とＰ＋領域を形成する。
【００１８】
レーザ活性化に対しては、エキシマレーザを利用した活性化、あるいは固体レーザーを利用した活性化を行うことが好ましい。
【００１９】
最後に水素化処理を行い結晶粒界や界面の欠陥をターミネートする。
【００２０】
最終的な形態を図４に示す。図４（ａ）は概略断面図である。また、図４（ｂ）は、平面図である。この図には、結晶粒界とＮ＋領域、Ｐ＋領域の関係が示されている。
【００２１】
本技術により、ガラス上に半透明な高効率薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池を形成することができる。光照射により発生したキャリアは、キャリアが流れる方向と結晶粒界の方向は概略平行であるため、結晶粒界で再結合することなく、電極に到達する。このためガラス上に高い変換効率を有する大粒径薄膜多結晶シリコン太陽電池を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態による半導体製造方法を工程順に示す概略図である。
【図３】図２に引き続き、本発明の実施形態による半導体製造方法を工程順に示す概略図である。
【図４】図３に引き続き、本発明の実施形態による半導体製造方法を工程順に示す概略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ガラス基板
２非晶質Ｓｉ薄膜
３レーザ結晶化による大粒径Ｓｉ多結晶薄膜
４Ｎ領域
５Ｐ領域
６結晶粒界

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体励起（ダイオード励起）された固体連続波レーザを利用して大粒径多結晶シリコン（Ｓｉ）薄膜をガラス上に形成し、この多結晶Ｓｉ層の表面側の異なる領域で、かつ近接する領域にＰＮ接合を有し、さらにＰＮ接合の配列の方向は多結晶Ｓｉの結晶粒界の方向と概略平行であり、部分的にＳｉ層の存在しない領域を含むことを特徴とするガラス上の安価で高効率な半透明薄膜系多結晶Ｓｉ太陽電池。
【請求項２】
波長３００から６００ｎｍの波長を有する半導体励起（ダイオード励起）固体連続波レーザを利用することを特徴とした請求項１項。

【図１】