[go: up one dir, main page]

JPH1187751A - Polycrystalline silicon thin film, photoelectric conversion element, and manufacturing method thereof - Google Patents

Polycrystalline silicon thin film, photoelectric conversion element, and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH1187751A
JPH1187751A JP9245035A JP24503597A JPH1187751A JP H1187751 A JPH1187751 A JP H1187751A JP 9245035 A JP9245035 A JP 9245035A JP 24503597 A JP24503597 A JP 24503597A JP H1187751 A JPH1187751 A JP H1187751A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
polycrystalline silicon
thin film
silicon thin
periodic table
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9245035A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3407792B2 (en
Inventor
Hajime Shirai
肇 白井
Masanobu Azuma
正信 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP24503597A priority Critical patent/JP3407792B2/en
Publication of JPH1187751A publication Critical patent/JPH1187751A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3407792B2 publication Critical patent/JP3407792B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polycrystalline silicon thin-film manufacturing method through which a polycrystalline silicon thin film having superior crystallinity can be manufactured at high speed, a photoelectric conversion element manufacturing method through which a photoelectric conversion element can be manufactured with high productivity, and a polycrystalline silicon thin film and a photoelectric conversion element which have less crystalline defects. SOLUTION: In a first process, a polycrystalline silicon thin film is deposited on a base material 5 arranged on a grounding electrode 3 by bringing a hydrogenated silane compound, introduced to a reaction chamber 1 into contact with the base material 5 after plasma has been generated from the compound between each electrode, while a high frequency is impressed upon an electrode 2 for impressing high frequency. In a second process, another polycrystalline silicon film is deposited additionally on the polycrystalline silicon base layer formed on the base material 5 in the first process, by bringing a chlorinated silane compound, which is supplied to the container 1 and from which plasma is generated, into contact with the polycrystalline silicon base layer formed on the base material 5 in the first process.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は例えば太陽電池と
して用いられる多結晶シリコン薄膜の製造方法及び光電
変換素子の製造方法及び多結晶シリコン薄膜及び光電変
換素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film used as a solar cell, a method for manufacturing a photoelectric conversion element, and a polycrystalline silicon thin film and a photoelectric conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン系薄膜太陽電池としては非晶質
シリコンを光電変換層に用いた非晶質シリコン薄膜太陽
電池が広く知られており、工業的にも時計や電卓等の比
較的小型の民生用電源として既に実用化されている。し
かしながら、化石燃料に代わる大電力用途としては現状
の非晶質シリコン薄膜太陽電池の性能及び信頼性は充分
とは言えず、より一層の性能の向上が要求されている。
その理由としては、単結晶シリコンウエハー等を使用す
る結晶シリコン系太陽電池と比較してエネルギー変換効
率が低いこと及びエネルギー変換効率が発電時間と共に
次第に低下するいわゆる光劣化現象が見られることが挙
げられる。
2. Description of the Related Art As a silicon-based thin-film solar cell, an amorphous-silicon thin-film solar cell using amorphous silicon for a photoelectric conversion layer is widely known. It has already been put to practical use as a consumer power supply. However, the performance and reliability of the current amorphous silicon thin-film solar cell cannot be said to be sufficient for high-power applications in place of fossil fuels, and further improvements in performance are required.
The reason is that energy conversion efficiency is lower than that of a crystalline silicon solar cell using a single crystal silicon wafer or the like, and that a so-called light degradation phenomenon in which the energy conversion efficiency gradually decreases with the power generation time is observed. .

【0003】かかるシリコン系薄膜太陽電池の性能及び
信頼性の向上を図ることを目的として、近年、光電変換
材料を非晶質シリコン薄膜から多結晶シリコン薄膜へ変
更する試みが提案されている。その理由は、多結晶シリ
コン薄膜を用いた太陽電池には前述の光劣化現象が観測
されず信頼性の高い太陽電池が得られると考えられるた
めである。また、多結晶シリコン薄膜太陽電池は非晶質
シリコン太陽電池と比較して長波長光の吸収効率が高く
なると云う性能面での特徴を有する。したがって、非晶
質シリコン薄膜太陽電池と多結晶シリコン薄膜太陽電池
を積層させた場合には、非晶質シリコン薄膜と多結晶シ
リコン薄膜の光吸収特性の違いを有効に利用することが
でき、より変換効率が高くしかも信頼性に優れたシリコ
ン系薄膜太陽電池の製造が可能となる。
For the purpose of improving the performance and reliability of such silicon-based thin-film solar cells, attempts have recently been made to change the photoelectric conversion material from an amorphous silicon thin film to a polycrystalline silicon thin film. The reason is that the above-mentioned photodegradation phenomenon is not observed in a solar cell using a polycrystalline silicon thin film, and it is considered that a highly reliable solar cell can be obtained. Further, the polycrystalline silicon thin-film solar cell has a feature in terms of performance that absorption efficiency of long-wavelength light is higher than that of an amorphous silicon solar cell. Therefore, when the amorphous silicon thin film solar cell and the polycrystalline silicon thin film solar cell are stacked, the difference in the light absorption characteristics between the amorphous silicon thin film and the polycrystalline silicon thin film can be effectively used, and It is possible to manufacture a silicon-based thin-film solar cell having high conversion efficiency and excellent reliability.

【0004】多結晶シリコン薄膜を実際に太陽電池の光
電変換層に応用した例としてマテリアル・リサーチ・ソ
サイアティ・シンポジウム・プローシーディング,第4
20巻3〜14頁1996年発行(On The Way Towards
High Efficiency Thin FilmSilicon Solar cells By T
he Micromorph Concept, Mateial Research SocietySym
posium Proceeding (vol.420,p.3-14(1996)))には、
非晶質シリコン太陽電池と多結晶シリコン太陽電池とを
重ねた積層型の太陽電池の試作例が報告されている。そ
の報告によれば多結晶シリコン薄膜太陽電池の変換効率
は7.7%であり,積層型太陽電池の変換効率は13.
1%であり、非晶質シリコン太陽電池と積層することに
よって変換効率が向上するという結果が確認されると共
に、多結晶シリコン薄膜太陽電池は光劣化現象が起こり
にくいことが記載されている。
As an example of actually applying a polycrystalline silicon thin film to a photoelectric conversion layer of a solar cell, Materials Research Society Symposium Proceeding, No. 4
Volume 20, pages 3-14 Published in 1996 (On The Way Towards
High Efficiency Thin FilmSilicon Solar cells By T
he Micromorph Concept, Mateial Research SocietySym
posium Proceeding (vol.420, p.3-14 (1996)))
A trial example of a stacked solar cell in which an amorphous silicon solar cell and a polycrystalline silicon solar cell are stacked has been reported. According to the report, the conversion efficiency of the polycrystalline silicon thin film solar cell is 7.7%, and the conversion efficiency of the stacked solar cell is 13.
It is 1%, which confirms that the conversion efficiency is improved by laminating with an amorphous silicon solar cell, and also describes that a polycrystalline silicon thin film solar cell is unlikely to cause a photodegradation phenomenon.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上の多結晶シリコン
薄膜太陽電池用材料として用いられる多結晶シリコン薄
膜を製造する技術としてはケミカル・ベーパー・デポジ
ション(CHEMICAL・VAPOR・DEPOSITION:以下CVDと言う)
法が一般的に用いられており、その中でも高周波プラズ
マCVD法が好適に使用されている。
As a technique for producing a polycrystalline silicon thin film used as a material for a polycrystalline silicon thin film solar cell, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) is known.
The method is generally used, and among them, the high frequency plasma CVD method is preferably used.

【0006】係る多結晶シリコン薄膜の具体的な製造方
法としては、特開平5−90158号公報に、特定のガ
スから得られた荷電粒子を含んだ雰囲気下において、シ
リコン系薄膜形成材料の供給と停止とを繰り返し行うこ
とにより多結晶シリコン薄膜を製造する方法が開示され
ている。この特開平5−90158号公報の記載によれ
ば、かかる製造方法は1回の繰り返し工程で得られる膜
厚を1から100オングストロームとした場合に有効で
あるとされる。
As a specific method for producing such a polycrystalline silicon thin film, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-90158 discloses a method of supplying a silicon-based thin film forming material in an atmosphere containing charged particles obtained from a specific gas. A method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film by repeatedly performing the stop is disclosed. According to the description of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-90158, this manufacturing method is effective when the film thickness obtained in one repetition step is 1 to 100 Å.

【0007】この特開平5−90158号公報に記載さ
れた多結晶シリコン薄膜の製造方法によれば膜厚が30
0オングストローム以下の薄いものであっても優れた結
晶性を示す多結晶シリコン薄膜が得られる。この方法に
よる場合、多結晶シリコン薄膜の堆積速度は1オングス
トローム毎秒程度であり、成膜工程と改質工程とを繰り
返し行う製造プロセスが必要となる。
According to the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-90158,
A polycrystalline silicon thin film having excellent crystallinity can be obtained even if the thickness is as thin as 0 Å or less. According to this method, the deposition rate of the polycrystalline silicon thin film is about 1 angstrom per second, and a manufacturing process in which the film forming step and the modifying step are repeated is required.

【0008】一方、特公平4−137725号公報によ
れば、成膜性のシリコン原子供給ガスとしてSiF4
Si26,SiCl4のうちの少なくとも1種類を、水
素原子供給ガスと共に適当な割合で混合した条件下にお
いてプラズマCVD法を行うことにより多結晶シリコン
薄膜が得られることが示されている。この開示技術によ
って製造される多結晶シリコン薄膜は結晶学的に(10
0)方向に強く配向しており、最大で5ミクロンまでの
結晶粒の成長が確認されている。この開示技術による場
合、多結晶シリコン薄膜の堆積速度は0.3オングスト
ローム毎秒程度である。
On the other hand, according to Japanese Patent Publication No. 4-137725, SiF 4 ,
It is shown that a polycrystalline silicon thin film can be obtained by performing a plasma CVD method under the condition that at least one of Si 2 F 6 and SiCl 4 is mixed with a hydrogen atom supply gas at an appropriate ratio. The polycrystalline silicon thin film manufactured by this disclosed technique is crystallographically (10
It is strongly oriented in the 0) direction, and growth of crystal grains of up to 5 microns has been confirmed. According to the disclosed technique, the deposition rate of the polycrystalline silicon thin film is about 0.3 angstroms per second.

【0009】また前述のマテリアル・リサーチ・ソサイ
アティ・シンポジウム・プローシーディング,第420
巻3〜14頁1996年発行(vol.420,p.3-14(1996))
には超短波(Very High Frequency:以下VHFと言
う)CVD法によりSiH4及びH2の混合ガスから多結
晶シリコン薄膜を堆積した例が記載されている。
The above-mentioned Material Research Society Symposium Proceeding, No. 420
Volume 3-14, published in 1996 (vol.420, p.3-14 (1996))
Describes an example in which a polycrystalline silicon thin film is deposited from a mixed gas of SiH 4 and H 2 by a very high frequency (VHF) CVD method.

【0010】しかし、以上何れの従来例についても多結
晶シリコン薄膜太陽電池の光電変換層に必要な少なくと
も約3ミクロン程度の厚い膜を得る場合においては多大
な製造時間が必要となってしまうため工業的な生産にお
いては実用的な方法ではないという問題があった。また
多結晶シリコン薄膜太陽電池の光電変換効率に関しても
より一層の改善が必要とされていた。
However, in any of the conventional examples described above, when a thick film of at least about 3 microns required for a photoelectric conversion layer of a polycrystalline silicon thin-film solar cell is obtained, a large amount of manufacturing time is required, and There is a problem that it is not a practical method in general production. Further, the photoelectric conversion efficiency of the polycrystalline silicon thin film solar cell has been required to be further improved.

【0011】本発明は以上の従来技術における問題に鑑
み、優れた結晶性及び電気特性を有する多結晶シリコン
薄膜を高速度で製造することが可能な多結晶シリコン薄
膜の製造方法及びシリコン系薄膜太陽電池を高性能化及
び高信頼性化することができる光電変換素子の製造方法
及びこの多結晶シリコン薄膜の製造方法及び光電変換素
子の製造方法によって得られ、結晶欠陥が少なく高性能
であり信頼性の高い多結晶シリコン薄膜及び光電変換素
子を提供することを目的とする。
In view of the above problems in the prior art, the present invention provides a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film capable of manufacturing a polycrystalline silicon thin film having excellent crystallinity and electrical characteristics at a high speed, and a silicon-based thin film solar cell. A method for manufacturing a photoelectric conversion element capable of improving the performance and reliability of a battery, a method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film and a method for manufacturing a photoelectric conversion element, which have high performance and reliability with few crystal defects It is an object of the present invention to provide a polycrystalline silicon thin film and a photoelectric conversion element having a high density.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、多結晶シリ
コン薄膜を従来技術よりも速い速度で、しかも、その製
造過程において結晶欠陥の発生源となるパウダーやフレ
ーク等のダストをプラズマ中で発生させることなく製造
する技術を見出した。また、得られた多結晶シリコン薄
膜は極めて優れた結晶性及び電気特性を示すことを確認
することができ、かかる知見に基づき、本発明を完成す
るに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, the present inventors have found a technique for producing a polycrystalline silicon thin film at a higher speed than the conventional technique and without generating dust such as powder and flakes as a source of crystal defects in plasma during the production process. In addition, it was confirmed that the obtained polycrystalline silicon thin film exhibited extremely excellent crystallinity and electrical characteristics, and based on such knowledge, the present invention was completed.

【0013】前記課題を解決する本出願第1の発明は、
水素化シランガスをプラズマ化し、基材と接触させるこ
とにより基材上に多結晶シリコン基層を形成する第一の
工程と、少なくともハロゲン化シランを含有するガスを
プラズマ化し、多結晶シリコン基層上に多結晶シリコン
薄膜を析出する第二の工程とからなることを特徴とする
多結晶シリコン薄膜の製造方法である。
[0013] The first invention of the present application for solving the above problems is as follows.
A first step of forming a polycrystalline silicon base layer on the substrate by converting the hydrogenated silane gas into a plasma and contacting the base material with the base material; And a second step of depositing a crystalline silicon thin film.

【0014】かかる本出願第1の発明の多結晶シリコン
薄膜の製造方法によれば、第一の工程において、良好な
結晶性を備えて基材上に形成された多結晶シリコン基層
が結晶核となるので、第二の工程において高速度で多結
晶シリコン膜を形成することができる。
According to the method for producing a polycrystalline silicon thin film of the first invention of the present application, in the first step, the polycrystalline silicon base layer formed on the base material with good crystallinity is formed with crystal nuclei. Therefore, a polycrystalline silicon film can be formed at a high speed in the second step.

【0015】この第一の工程で析出される多結晶シリコ
ン基層の厚さを約10〜150オングストロームに管理
される様にすることにより、良好な結晶性を備えて基材
上に形成された多結晶シリコン基層を結晶核として第二
の工程において高速度で多結晶シリコン膜を形成するこ
とができる。ここで、本出願第1の発明における少なく
ともハロゲン化シランを含有するガスは、水素化シラン
とハロゲン化シランとの混合ガスとすることができる。
By controlling the thickness of the polycrystalline silicon base layer deposited in the first step to about 10 to 150 angstroms, the polycrystalline silicon base layer having good crystallinity can be formed on the substrate. A polycrystalline silicon film can be formed at a high speed in the second step using the crystalline silicon base layer as a crystal nucleus. Here, the gas containing at least the halogenated silane in the first invention of the present application can be a mixed gas of a hydrogenated silane and a halogenated silane.

【0016】また本出願第2の発明は、基材上にp層
(又はn層)、i層及びn層(又はp層)がこの順で積
層されてなる光電変換素子の製造方法であって、下記
(1)〜(3)の工程を含むことを特徴とする光電変換
素子の製造方法である。 (1) 水素化シランと周期律表第III族元素化合物
(又は周期律表第V族元素化合物)との混合ガスをプラ
ズマ化し、基材に接触させることにより基材上に周期律
表第III族元素(又は周期律表第V族元素)を含む多結晶
シリコンを析出させて厚さが約10〜150オングスト
ロームのp層(又はn層)を形成する工程 (2) 少なくともハロゲン化シランを含むガスをプラ
ズマ化し、p層(又はn層)と接触させることによりp
層(又はn層)上に多結晶シリコンを析出させてi層を
形成する工程 (3) 少なくとも水素化シラン又はハロゲン化シラン
のいずれか一方のシラン及び周期律表第V族元素化合物
(又は周期律表第III族元素化合物)の混合ガスをプラ
ズマ化し、工程(2)で形成したi層と接触させること
によりi層上に周期律表第V族元素(又は周期律表第III
族元素)を含む多結晶シリコンを析出させてn層(又は
p層)を形成する工程。
The second invention of the present application is a method for manufacturing a photoelectric conversion element in which a p-layer (or n-layer), an i-layer and an n-layer (or p-layer) are laminated on a substrate in this order. A method of manufacturing a photoelectric conversion element, comprising the following steps (1) to (3). (1) A mixed gas of hydrogenated silane and a Group III element compound of the Periodic Table (or a Group V element compound of the Periodic Table) is converted into a plasma and brought into contact with the substrate to form a plasma on the substrate. A step of forming a p-layer (or n-layer) having a thickness of about 10 to 150 angstroms by depositing polycrystalline silicon containing a group V element (or a group V element of the periodic table) (2) including at least a halogenated silane The gas is turned into a plasma and brought into contact with the p-layer (or n-layer) to form p-type gas.
Step of depositing polycrystalline silicon on layer (or n-layer) to form i-layer (3) At least one of hydrogenated silane or halogenated silane and Group V element compound of periodic table (or periodicity) The mixed gas of the group III element in the periodic table is turned into plasma and brought into contact with the i-layer formed in the step (2) to form a group V element in the periodic table (or group III in the periodic table) on the i-layer.
Forming an n-layer (or p-layer) by depositing polycrystalline silicon containing a group element).

【0017】かかる本出願第2の発明によれば、多結晶
シリコンに周期律表第III族元素(又は周期律表第V族元
素)がドーピングされたp層(又はn層)と、かかるp
層(又はn層)上に積層された真性半導体層(i層)
と、かかるi層上に積層された多結晶シリコンに周期律
表第V族元素(又は周期律表第III族元素)がドーピング
されたn層(又はp層)とからなる光電変換素子を高速
度に工業的生産過程に適合する高い効率で生産すること
ができる。この本出願第2の発明の工程(2)における
少なくともハロゲン化シランを含むガスは水素化シラン
とハロゲン化シランとの混合ガスとすることができる。
According to the second invention of the present application, a p-layer (or an n-layer) in which polycrystalline silicon is doped with a Group III element of the periodic table (or a Group V element of the periodic table), and
Intrinsic semiconductor layer (i-layer) laminated on layer (or n-layer)
And an n-layer (or p-layer) in which polycrystalline silicon laminated on the i-layer is doped with a Group V element of the periodic table (or a Group III element of the periodic table). It can be produced with high efficiency adapting to the industrial production process at speed. The gas containing at least the halogenated silane in the step (2) of the second invention of the present application can be a mixed gas of hydrogenated silane and halogenated silane.

【0018】また本出願第3の発明は、水素化シランガ
スをプラズマ化し、基材と接触させることにより基材上
に形成された多結晶シリコン基層と、その多結晶シリコ
ン基層上に、少なくともハロゲン化シランを含有するガ
スをプラズマ化して析出させた多結晶シリコン薄膜主層
とよりなる多結晶シリコン薄膜であって、結晶体積分率
が約85%以上で且つ暗導電率が約1×10-3以上であ
る多結晶シリコン薄膜である。係る本出願第3の発明の
多結晶シリコン薄膜は製造過程でプラズマ中に発生する
パウダーやフレーク等のダストを起因とする結晶欠陥が
著しく少なく、極めて優れた結晶性及び電気特性を示
す。
Further, the third invention of the present application is directed to a polycrystalline silicon base layer formed on a substrate by converting a hydrogenated silane gas into a plasma and bringing the same into contact with the base material, and forming at least a halogenated halogen on the polycrystalline silicon base layer. A polycrystalline silicon thin film composed of a polycrystalline silicon thin film main layer formed by plasma-forming a gas containing silane and having a crystal volume fraction of about 85% or more and a dark conductivity of about 1 × 10 −3. The above is the polycrystalline silicon thin film. Such a polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application has extremely few crystal defects caused by dust such as powder and flakes generated in plasma during the manufacturing process, and exhibits extremely excellent crystallinity and electric characteristics.

【0019】また本出願第4の発明は、水素化シランと
周期律表第III族元素化合物(又は周期律表第V族元素化
合物)との混合ガスをプラズマ化し、基材に接触させる
ことにより基材上に周期律表第III族元素(又は周期律
表第V族元素)を含む多結晶シリコンを析出させて得ら
れる厚さが約10〜150オングストロームのp層(又
はn層)と、少なくともハロゲン化シランを含むガスを
プラズマ化し、前記p層(又はn層)と接触させて形成
されたi層と、少なくとも水素化シラン又はハロゲン化
シランのいずれか一方のシラン及び周期律表第V族元素
化合物(又は周期律表第III族元素化合物)の混合ガス
をプラズマ化し、前記i層と接触させることによりi層
上に周期律表第V族元素(又は周期律表第III族元素)を
含む多結晶シリコンを析出させて形成されたn層(又は
p層)とよりなる光電変換素子であって、波長400n
mにおける量子効率が0.7以上であり、且つ初期の変
換効率に対する20000分光照射後の変換効率の比が
約0.95以上であることを特徴とする光電変換素子で
ある。係る本出願第4の発明の光電変換素子は、製造過
程でプラズマ中に発生するパウダーやフレーク等のダス
トを起因とする結晶欠陥が著しく少なく、極めて優れた
結晶性及び電気特性を備え、高性能で信頼性の高いシリ
コン系薄膜太陽電池を製造することができる。
The fourth invention of the present application is also directed to a method in which a mixed gas of hydrogenated silane and a Group III element compound of the periodic table (or a Group V element compound of the periodic table) is plasmatized and brought into contact with a substrate. A p-layer (or n-layer) having a thickness of about 10 to 150 angstroms obtained by depositing polycrystalline silicon containing a group III element of the periodic table (or a group V element of the periodic table) on a substrate; A gas containing at least a halogenated silane is turned into plasma, and the i-layer formed by contacting the p-layer (or the n-layer) with at least one of hydrogenated silane or halogenated silane, and V in the periodic table. A mixed gas of a Group III element compound (or a Group III element in the Periodic Table) is turned into a plasma and brought into contact with the i-layer to form a Group V element in the Periodic Table (or a Group III element in the Periodic Table) on the i-layer. Deposited polycrystalline silicon containing A photoelectric conversion element comprising an n-layer (or p-layer) formed by
m, wherein the quantum efficiency at m is 0.7 or more, and the ratio of the conversion efficiency after 20,000 spectral irradiation to the initial conversion efficiency is about 0.95 or more. The photoelectric conversion element according to the fourth invention of the present application has extremely few crystal defects caused by dust such as powder and flakes generated in plasma during the manufacturing process, has extremely excellent crystallinity and electric characteristics, and has high performance. Thus, a highly reliable silicon-based thin-film solar cell can be manufactured.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

A.本出願第1の発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法 本出願第1の発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法にお
ける多結晶シリコン薄膜の析出は、結晶核形成のための
第一の工程と結晶成長のための第二の工程との2段階に
より実施される。詳しくは、第一の工程において加熱し
た水素化シランガスをプラズマ化し、基材と接触させる
ことにより基材上に多結晶シリコンの結晶核、即ち基層
を形成する。その後、第二の工程において、少なくとも
ハロゲン化シランを含有するガスをプラズマ化し、基層
上に優れた結晶性及び電気特性を有する多結晶シリコン
薄膜を高速度で析出するものである。
A. The method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film of the first invention of the present application The deposition of the polycrystalline silicon thin film in the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film of the first invention of the present application includes the first step for forming a crystal nucleus and the crystal growth. For the second step. More specifically, the hydrogenated silane gas heated in the first step is turned into plasma and brought into contact with the substrate to form a crystal nucleus of polycrystalline silicon, that is, a base layer on the substrate. Thereafter, in a second step, a gas containing at least a halogenated silane is converted into plasma to deposit a polycrystalline silicon thin film having excellent crystallinity and electrical characteristics on the base layer at a high speed.

【0021】(1)第一の工程において析出する基層の
厚み 第一の工程で形成される多結晶シリコン基層の厚さは、
その多結晶シリコン基層の結晶性により第二の工程で析
出する多結晶シリコン薄膜の結晶性が規定される最低厚
さ以上とすることが本発明では必須となる。これにより
第一の工程で形成された良好な結晶性を有する多結晶シ
リコン基層によって第二の工程で形成される多結晶シリ
コン薄膜の結晶性が良好に維持されることが補償され、
高速成膜が可能となると共に、光導電率等の電気特性が
良好な多結晶シリコン薄膜が形成される。基層の厚みが
第二の工程で析出する多結晶シリコン薄膜の結晶性が規
定される厚さ未満である場合には、第二の工程で基層上
に高速度で堆積する多結晶シリコン薄膜の結晶性に乱れ
が生じ、最終的に得られる多結晶シリコン薄膜の光導電
率等の電気特性が悪化する。
(1) Thickness of Base Layer Deposited in First Step The thickness of the polycrystalline silicon base layer formed in the first step is as follows:
In the present invention, it is essential that the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film deposited in the second step be equal to or more than the specified minimum thickness due to the crystallinity of the polycrystalline silicon base layer. Thereby, it is compensated that the polycrystalline silicon base layer having good crystallinity formed in the first step maintains good crystallinity of the polycrystalline silicon thin film formed in the second step,
A polycrystalline silicon thin film having high electrical characteristics such as photoconductivity as well as high-speed film formation can be formed. If the thickness of the base layer is less than the thickness at which the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film deposited in the second step is defined, the crystal of the polycrystalline silicon thin film deposited on the base layer at a high speed in the second step The properties are disturbed, and the electrical characteristics such as the photoconductivity of the polycrystalline silicon thin film finally obtained are deteriorated.

【0022】係る観点から第一の工程において析出する
基層の厚みを更に具体的に規定すれば、基層の厚みは約
10オングストローム以上150オングストローム以下
とすることが好ましい。基層の厚みを20オングストロ
ーム以上100オングストローム以下とすることが本発
明の効果を一層発揮するためにはさらに好ましい。基層
の厚みが約10オングストローム未満であると基層上に
高速度で堆積する多結晶シリコン薄膜の結晶性に乱れが
生じ、多結晶シリコン薄膜の光導電率等の電気特性が悪
化する。基層の厚みが150オングストロームを超えた
場合においては、結晶性等の構造、或いは光導電率等の
電気特性の劣化は観測されないものの、析出のために多
大な時間を要することになり、本発明が解決しようとす
る技術課題をみたすものにはならない。
From this viewpoint, if the thickness of the base layer deposited in the first step is more specifically defined, it is preferable that the thickness of the base layer is about 10 Å to 150 Å. It is more preferable that the thickness of the base layer be 20 Å or more and 100 Å or less in order to further exert the effects of the present invention. If the thickness of the base layer is less than about 10 angstroms, the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film deposited on the base layer at a high speed is disturbed, and the electrical characteristics such as the photoconductivity of the polycrystalline silicon thin film are deteriorated. When the thickness of the base layer exceeds 150 angstroms, deterioration of the structure such as the crystallinity or the electrical characteristics such as the photoconductivity is not observed, but a great amount of time is required for deposition. It does not fulfill the technical problem to be solved.

【0023】(2)第一の工程における基材表面温度 本発明の第一の工程においては、水素化シランガスをプ
ラズマ化して基材に接触させるにあたり、基材を加熱す
る様にすることにより膜形成時の表面反応が活性化され
て第一の工程により得られる基層の結晶性を良好にする
と共に成膜効率を向上させ、第二の工程で基層上に高速
度で堆積する多結晶シリコン薄膜の結晶性を良好にする
ことを補償して、最終的に得られる多結晶シリコン薄膜
の成膜効率を向上させると共に光導電率等の電気特性を
良好にすることができる。更に具体的には第一の工程に
おける基材表面温度は100℃以上350℃以下、好ま
しくは150℃以上300℃以下の温度に設定すること
が好ましい。基材表面温度が100℃より低い場合は第
一の工程により得られる基層の結晶性が悪くなり光導電
率等の電気特性が悪化する。また、基材温度が350℃
より高い場合においても第一の工程により得られる基層
の結晶性が悪くなり光導電率等の電気特性が低下する。
(2) Substrate Surface Temperature in the First Step In the first step of the present invention, when the hydrogenated silane gas is converted into plasma and brought into contact with the substrate, the substrate is heated to form a film. A polycrystalline silicon thin film that activates a surface reaction during formation, improves the crystallinity of the base layer obtained in the first step, improves film formation efficiency, and deposits on the base layer at a high rate in the second step By improving the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film, the film formation efficiency of the finally obtained polycrystalline silicon thin film can be improved, and electrical characteristics such as photoconductivity can be improved. More specifically, the substrate surface temperature in the first step is preferably set to a temperature of 100 ° C or higher and 350 ° C or lower, more preferably 150 ° C or higher and 300 ° C or lower. When the substrate surface temperature is lower than 100 ° C., the crystallinity of the base layer obtained in the first step is deteriorated, and the electric characteristics such as photoconductivity are deteriorated. The substrate temperature is 350 ° C
Even in a higher case, the crystallinity of the base layer obtained in the first step is deteriorated, and electrical characteristics such as photoconductivity are reduced.

【0024】(3)第二の工程における基層表面温度 本願第一の発明において、第二の工程においてプラズマ
化されたハロゲン化シランガスを第一の工程で形成した
多結晶シリコン基層と接触させて第一の工程で形成した
多結晶シリコン基層上に多結晶シリコンを析出させるに
あたり、第一の工程で形成した多結晶シリコン基層を加
熱する様にするのがよい。それにより第二の工程で基層
上に多結晶シリコン薄膜を高速度で堆積させることが可
能となりしかも得られる多結晶シリコン薄膜の結晶性を
良好にして、最終的に得られる多結晶シリコン薄膜の光
導電率等の電気特性を良好にすることができる。
(3) Base layer surface temperature in the second step In the first invention of the present application, the halogenated silane gas plasmatized in the second step is brought into contact with the polycrystalline silicon base layer formed in the first step to form the second layer. In depositing the polycrystalline silicon on the polycrystalline silicon base layer formed in one step, it is preferable to heat the polycrystalline silicon base layer formed in the first step. This makes it possible to deposit the polycrystalline silicon thin film on the base layer at a high speed in the second step, and also to improve the crystallinity of the obtained polycrystalline silicon thin film, and to improve the light of the finally obtained polycrystalline silicon thin film. Electrical characteristics such as conductivity can be improved.

【0025】係る観点から、第二の工程における基層表
面温度は200℃以上600℃以下、さらに好ましくは
250℃以上400℃以下、さらに、第一工程での基材
加熱温度との温度差が30℃以上高く、450℃以下と
なる温度範囲に設定することが重要である。第二の工程
における基層表面温度が200℃より低い場合は、結晶
性が低下すると共に光導電率等の電気特性も悪くなり、
本発明の効果を十分に発揮することができない。600
℃を超える場合においては、基層表面近傍において原料
ガスを熱分解することにより、結果として結晶性の低下
が観測される。また第二の工程における基層表面温度と
第一工程での基材加熱温度との温度差が30℃以上でな
い場合には、基層表面での反応が効率よく行われず、多
結晶シリコンを高速で析出することはできない。また、
温度差が450℃以上である場合には、結晶性に乱れが
生じるため電気的性質が低下する。
From this viewpoint, the surface temperature of the base layer in the second step is 200 ° C. or more and 600 ° C. or less, more preferably 250 ° C. or more and 400 ° C. or less, and the temperature difference from the substrate heating temperature in the first step is 30 ° C. It is important to set a temperature range that is higher than or equal to ° C and lower than or equal to 450 ° C. When the surface temperature of the base layer in the second step is lower than 200 ° C., the crystallinity is reduced and the electrical properties such as photoconductivity are deteriorated.
The effect of the present invention cannot be sufficiently exhibited. 600
If the temperature exceeds ℃, the raw material gas is thermally decomposed in the vicinity of the base layer surface, and as a result, a decrease in crystallinity is observed. When the temperature difference between the base layer surface temperature in the second step and the substrate heating temperature in the first step is not 30 ° C. or more, the reaction on the base layer surface is not efficiently performed, and polycrystalline silicon is deposited at a high speed. I can't. Also,
When the temperature difference is 450 ° C. or more, the crystallinity is disturbed and the electrical properties are reduced.

【0026】(4)基層となる多結晶シリコン薄膜の原
料 本発明において、基層となる多結晶シリコン薄膜の原料
として使用される水素化シランは、一般式Sin
(2n+2)(但し、nは1以上の自然数である。)で示され
る化合物であって、ガス化可能なものであれば特に限定
されない。好適に使用できる水素化シランを例示すれ
ば、SiH4(モノシラン)、Si26(ジシラン)、
Si38(トリシラン)等が挙げられる。第一の工程に
おいて、かかる水素化シランはハロゲン化シラン等の他
のシラン化合物のガスと混合して使用することもできる
が、このとき水素化シランはプラズマ化される全シラン
に対して50モル%以上の割合であることが必要であ
る。水素化シラン割合が50モル%未満であると、得ら
れた薄膜の構造は多結晶ではなく、アモルファス構造と
なってしまい、第二の工程を施した後も構造は依然とし
てアモルファスとなり本発明の効果は得られない。
(4) Raw Material for Polycrystalline Silicon Thin Film Used as Base Layer In the present invention, the silane hydride used as a raw material for the polycrystalline silicon thin film used as the base layer is represented by the general formula Si n H
(2n + 2) (however, n is a natural number of 1 or more), and is not particularly limited as long as it can be gasified. Examples of hydrogenated silanes that can be suitably used include SiH 4 (monosilane), Si 2 H 6 (disilane),
Si 3 H 8 (trisilane) and the like. In the first step, the hydrogenated silane may be used as a mixture with a gas of another silane compound such as a halogenated silane. % Is required. If the ratio of the hydrogenated silane is less than 50 mol%, the structure of the obtained thin film is not polycrystalline but an amorphous structure, and after the second step, the structure is still amorphous and the effect of the present invention is obtained. Cannot be obtained.

【0027】(5)水素化シランガスを予め加熱する温
度範囲 さらに、本発明において、第一の工程において水素化シ
ランガスを予め加熱することにより熱エネルギーが水素
化シラン分子に供給され、基板への付着後により安定な
構造が構築されるようにすることができる。その場合、
水素化シランガスを予め加熱する温度範囲は400℃以
上600℃以下とするのが好適である。さらに好ましく
は450℃以上550℃以下である。水素化シランガス
を上記温度範囲に予め加熱することにより、熱エネルギ
ーが水素化シラン分子に効率よく供給され、基板への付
着後により安定な構造が構築され、結晶性の良好な多結
晶シリコン基層を形成することができるからである。な
お、第二の工程において少なくともハロゲン化シランを
含有するガスを予熱することにより成膜効率を向上して
生産性を挙げることができる。しかし、得られる多結晶
シリコン薄膜の結晶性という観点からは、少なくともハ
ロゲン化シランを含有するガスの予熱は必須ではなく、
ガスの温度は15(常温程度)〜550℃の範囲であれ
ばよい。これは、第一の工程で既に結晶性の良好な多結
晶シリコン基層が形成されており、特にガスを予熱する
必要がないためである。
(5) Temperature Range for Preheating the Hydrogenated Silane Gas Further, in the present invention, by preheating the hydrogenated silane gas in the first step, heat energy is supplied to the hydrogenated silane molecules and adhered to the substrate. Later, a more stable structure can be built. In that case,
It is preferable that the temperature range in which the hydrogenated silane gas is preliminarily heated is 400 ° C. or more and 600 ° C. or less. More preferably, the temperature is 450 ° C. or more and 550 ° C. or less. By previously heating the hydrogenated silane gas to the above temperature range, thermal energy is efficiently supplied to the hydrogenated silane molecules, a more stable structure is formed after the deposition on the substrate, and a polycrystalline silicon base layer having good crystallinity is formed. This is because it can be formed. In the second step, by preheating a gas containing at least a halogenated silane, the efficiency of film formation can be improved and the productivity can be increased. However, from the viewpoint of the crystallinity of the obtained polycrystalline silicon thin film, preheating of at least the gas containing the halogenated silane is not essential,
The gas temperature may be in the range of 15 (about room temperature) to 550 ° C. This is because a polycrystalline silicon base layer having good crystallinity has already been formed in the first step, and it is not particularly necessary to preheat the gas.

【0028】また、シランガスは水素、ヘリウム、アル
ゴン、キセノン等多結晶シリコン薄膜の析出に関与しな
い非堆積性のガスと混合して供給することも可能であ
る。上記希釈ガスの中でも水素を用いると本発明の効果
が著しく発揮される。具体的には、標準状態におけるモ
ノシランの流量の5倍から100倍程度の水素を供給し
た場合に良好な結晶核が形成される。この理由に関して
は詳細な研究がなされてはいるものの明確な理由につい
ては現在示されていない。
The silane gas can be supplied in a mixture with a non-deposition gas such as hydrogen, helium, argon, and xenon which does not participate in the deposition of the polycrystalline silicon thin film. When hydrogen is used among the above-mentioned diluent gases, the effect of the present invention is remarkably exhibited. More specifically, a good crystal nucleus is formed when hydrogen is supplied at about 5 to 100 times the flow rate of monosilane in a standard state. Although detailed research has been done on this reason, no clear reason is currently given.

【0029】(6)第二の工程における多結晶シリコン
薄膜の原料 第二の工程における多結晶シリコン薄膜の原料として使
用するハロゲン化シランは、分子中に少なくとも1つの
ハロゲン原子を有するガス化可能なシラン化合物であれ
ば特に限定されない。好適なハロゲン化シランとして
は、SiHm(4- m)(但し、mは0〜3の整数であり、
Xはフッ素原子、塩素原子又は臭素原子である。)で示
される化合物が挙げられる。このようなハロゲン化シラ
ンを具体的に例示すればSiF4(テトラフロロシラ
ン),SiF3H(トリフロロシラン),SiF2
2(ジフロロシラン),SiFH3(モノフロロシラ
ン),SiCl4(テトラクロロシラン),SiCl3
(トリクロロシラン),SiCl22(ジクロロシラ
ン),SiClH3(モノクロロシラン)等が挙げられ
る。
(6) Raw Material for Polycrystalline Silicon Thin Film in Second Step The halogenated silane used as the raw material for the polycrystalline silicon thin film in the second step can be gasified having at least one halogen atom in the molecule. There is no particular limitation as long as it is a silane compound. Suitable halogenated silane, SiH m X (4- m) ( where, m is an integer of 0 to 3,
X is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom. )). Specific examples of such halogenated silanes include SiF 4 (tetrafluorosilane), SiF 3 H (trifluorofluorosilane), and SiF 2 H
2 (Jifuroroshiran), SiFH 3 (mono fluoroalkyl silane), SiCl 4 (tetrachlorosilane), SiCl 3 H
(Trichlorosilane), SiCl 2 H 2 (dichlorosilane), SiClH 3 (monochlorosilane) and the like.

【0030】第二の工程においては、かかるハロゲン化
シランを用いることが優れた結晶性及び高い光導電率を
有した多結晶シリコン膜を高速析出するために重要であ
る。第二の工程においてはこの様なハロゲン化シランを
少なくとも含有するガスをプラズマ化して使用すればよ
く、ハロゲン化シランを前記の水素化シラン等の他のシ
ラン化合物のガスと混合して使用することもできる。こ
のとき、得られる多結晶シリコン薄膜の性質の観点から
プラズマ化される全シランに対するハロゲン化シランの
割合は50モル%以上であることが好ましい。特に、前
記の水素化シランと併用したときには優れた結晶性及び
高い光導電率を有した多結晶シリコン薄膜を更に高速度
で析出することができる。
In the second step, it is important to use such a halogenated silane in order to rapidly deposit a polycrystalline silicon film having excellent crystallinity and high photoconductivity. In the second step, a gas containing at least such a halogenated silane may be used in the form of a plasma, and the halogenated silane may be used as a mixture with another silane compound gas such as the above-mentioned hydrogenated silane. Can also. At this time, from the viewpoint of the properties of the obtained polycrystalline silicon thin film, it is preferable that the ratio of the halogenated silane to all the silanes converted into plasma is 50 mol% or more. In particular, when used in combination with the above-mentioned hydrogenated silane, a polycrystalline silicon thin film having excellent crystallinity and high photoconductivity can be deposited at a higher speed.

【0031】なお、第二の工程では原料としてハロゲン
化シランを使用しているので、この工程で形成される多
結晶シリコン膜にはハロゲン原子を含ませることができ
る。このことにより多結晶シリコン薄膜の光透過率を高
めることができる。例えば多結晶シリコン薄膜太陽電池
において、p層の一部をこの工程で得られるような光透
過率の高い多結晶シリコン薄膜とすることにより変換効
率が高くなることが期待される。この工程で形成される
多結晶シリコン薄膜中のハロゲン原子の量は約0.00
5〜5原子%まで制御することができるが、透過率の観
点から好適なハロゲン原子含有量は約0.01〜3原子
%、特に約0.1〜1原子%であることが好ましい。ま
た、ハロゲン原子は塩素原子であることが好ましい。
Since halogenated silane is used as a raw material in the second step, a halogen atom can be contained in the polycrystalline silicon film formed in this step. Thus, the light transmittance of the polycrystalline silicon thin film can be increased. For example, in a polycrystalline silicon thin film solar cell, conversion efficiency is expected to be increased by forming a part of the p-layer into a polycrystalline silicon thin film having a high light transmittance as obtained in this step. The amount of halogen atoms in the polycrystalline silicon thin film formed in this step is about 0.00
Although the content can be controlled to 5 to 5 atomic%, a preferable halogen atom content is about 0.01 to 3 atomic%, particularly preferably about 0.1 to 1 atomic% from the viewpoint of transmittance. Further, the halogen atom is preferably a chlorine atom.

【0032】上記シランガスは単独で供給しても水素、
ヘリウム、アルゴン、キセノン等多結晶シリコン薄膜の
析出に関与しない非堆積性のガスで希釈して供給するこ
とも可能である。これら希釈ガスの中でも水素を用いる
と本発明の効果が著しく発揮される。
The above silane gas may be supplied alone,
It is also possible to supply by diluting with a non-deposition gas such as helium, argon, and xenon which does not participate in the deposition of the polycrystalline silicon thin film. When hydrogen is used among these dilution gases, the effect of the present invention is remarkably exhibited.

【0033】(7)多結晶シリコン薄膜析出時の反応圧
力 さらに、本発明における多結晶シリコン薄膜析出時の反
応圧力としては、第一の工程において1mTorr以
上、500mTorr以下、第二の工程において5mT
orr以上、1000mTorr以下とするのが好まし
く、さらには第二工程の反応圧力は第一工程の反応圧力
より3〜800mTorr高く設定することにより好適
な結果が得られる。
(7) Reaction pressure at the time of depositing a polycrystalline silicon thin film In the present invention, the reaction pressure at the time of depositing a polycrystalline silicon thin film is 1 mTorr or more and 500 mTorr or less in the first step, and 5 mT
It is preferable that the pressure is not less than orr and not more than 1000 mTorr. Further, a preferable result can be obtained by setting the reaction pressure in the second step higher than the reaction pressure in the first step by 3 to 800 mTorr.

【0034】第一工程での反応圧力が1mTorr未満
であると安定したプラズマが形成できないため製造面で
問題となる。一方、500mTorrを超えた場合にお
いては原料ガスの凝集が起こるためプラズマ中でパウダ
ーが発生し、膜中に点欠陥を発生させ製造歩留を低下さ
せる。
If the reaction pressure in the first step is less than 1 mTorr, stable plasma cannot be formed, which is a problem in production. On the other hand, when the pressure exceeds 500 mTorr, the raw material gas is agglomerated, so that powder is generated in the plasma, which causes point defects in the film and lowers the production yield.

【0035】第二工程での反応圧力が5mTorr未満
であると多結晶シリコン薄膜の析出速度が低下するため
本発明の効果を発揮することができない。また、100
0mTorrを超えた場合においてはプラズマを安定し
て形成することが難しくなるため製造面で問題となる。
If the reaction pressure in the second step is less than 5 mTorr, the effect of the present invention cannot be exhibited because the deposition rate of the polycrystalline silicon thin film decreases. Also, 100
If the pressure exceeds 0 mTorr, it becomes difficult to stably form plasma, which is a problem in manufacturing.

【0036】第二工程の反応圧力が第一工程の反応圧力
より3mTorr以上高くない場合には多結晶シリコン
薄膜の析出速度を速くすることが難しい。また、第二工
程の反応圧力が第一工程の反応圧力より800mTor
rを超えて高い場合には、結晶性に乱れが生じる傾向が
ある。
If the reaction pressure in the second step is not higher than the reaction pressure in the first step by 3 mTorr or more, it is difficult to increase the deposition rate of the polycrystalline silicon thin film. Also, the reaction pressure in the second step is 800 mTorr lower than the reaction pressure in the first step.
If it exceeds r, crystallinity tends to be disordered.

【0037】(8)原料ガスの加熱を行なう方法 第一の工程及び必要に応じて第二の工程において原料ガ
スの加熱を行なう方法には公知の手段を特に制限なく適
用することができる。すなわちガス配管を直接ヒーター
によって加熱する方法、ガス配管を高周波誘導加熱によ
り加熱する方法、予備室を設けて予めガスをヒーター、
赤外線ランプ等により予備加熱しておく方法等が特に制
限なく好適に採用される。
(8) Method for Heating the Source Gas In the first step and, if necessary, the second step, the method for heating the source gas may be any known means without particular limitation. That is, a method in which a gas pipe is directly heated by a heater, a method in which a gas pipe is heated by high-frequency induction heating, and a preliminary chamber provided with a gas heater in advance,
A method of preheating with an infrared lamp or the like is suitably employed without any particular limitation.

【0038】(9)温度の測定及び調節 第一の工程において予め加熱する水素化シランガスの温
度は正確には測定困難であるため現状においてはガス配
管の温度をもってガス温度とし、かかるガス配管はガス
温度が均一になるように十分な長さに設定される。ま
た、本発明者等は水素化シランガスの加熱を反応容器内
のヒーター(例えば図1の6a)で行う場合には、得ら
れた多結晶シリコン膜の物性と上記のようにして加熱し
た水素化シランガスの加熱温度との相関関係に基づいて
前記ヒータの設定温度をもってガス温度とすることがで
きることを確認している。なお、第二の工程においてガ
スの加熱を行う場合のガス温度の調節も同様にして行う
ことができる。
(9) Measurement and adjustment of temperature The temperature of the hydrogenated silane gas to be heated in advance in the first step is difficult to measure accurately, so that at present, the temperature of the gas pipe is used as the gas temperature. The length is set to be long enough to make the temperature uniform. In addition, when heating the hydrogenated silane gas by a heater (for example, 6a in FIG. 1) in the reaction vessel, the present inventors consider the physical properties of the obtained polycrystalline silicon film and the hydrogenated silane gas heated as described above. It has been confirmed that the set temperature of the heater can be used as the gas temperature based on the correlation with the heating temperature of the silane gas. The gas temperature in the case where the gas is heated in the second step can be adjusted in the same manner.

【0039】(10)利用率の管理 本発明においては、第一の工程及び第二の工程を、それ
ぞれの工程で用いられる全シランの総供給量に対するそ
れぞれの工程で形成される多結晶シリコン量で定義され
る「利用率」を制御して行うことにより、欠陥の極めて
少ない多結晶シリコン薄膜を効率よく製造することがで
きる。ここで、利用率は次式により計算される。
(10) Management of Utilization Rate In the present invention, the first step and the second step are defined as the amount of polycrystalline silicon formed in each step with respect to the total supply amount of all silanes used in each step. By controlling the “utilization rate” defined by the above, a polycrystalline silicon thin film having extremely few defects can be efficiently manufactured. Here, the utilization rate is calculated by the following equation.

【0040】[0040]

【数1】 (Equation 1)

【0041】上記式中、各工程で使用する全シランとは
Si原子供給源となる全てのシランを意味し、第一の工
程においては水素化シランの他これと併用することので
きるハロゲン化シラン等の他のシランを全て含めたもの
であり、第二の工程においてはハロゲン化シランの他こ
れと併用することのできる水素化シラン等の他のシラン
を全て含むものである。そして、上式において、この
「全シランの総供給量」及び「各工程で形成される多結
晶シリコン量」は、いずれもSi原子基準(Si原子
数)で表したものである。
In the above formula, the total silane used in each step means all silanes serving as a source of Si atoms. In the second step, all other silanes such as hydrogenated silanes which can be used in combination with the halogenated silanes are contained in the second step. In the above formula, the "total supply amount of all silanes" and the "amount of polycrystalline silicon formed in each step" are both expressed on the basis of Si atoms (the number of Si atoms).

【0042】上記利用率が低い場合には、多結晶シリコ
ン薄膜の製造効率は低下し、一方、利用率が過剰となる
場合には、膜の析出に悪影響を及ぼすような分解生成物
が発生し、これが基材若しくは基層に付着し物理的な欠
陥となり結晶性を悪化させる。好適な利用率の範囲は使
用するシランガスの組成及び利用率制御の目的によって
異なる。本発明における利用率制御の目的としては以下
〜が挙げられる。 種結晶となる多結晶シリコン基層を形成させる。 多結晶シリコン基層を成長させる。 多結晶シリコン基層上で多結晶シリコン薄膜を高速析
出させる。
When the utilization is low, the production efficiency of the polycrystalline silicon thin film is reduced, while when the utilization is excessive, decomposition products which adversely affect the deposition of the film are generated. This adheres to the base material or the base layer and becomes a physical defect, deteriorating the crystallinity. The preferred range of utilization depends on the composition of the silane gas used and the purpose of utilization control. The purpose of the utilization control in the present invention is as follows. A polycrystalline silicon base layer serving as a seed crystal is formed. A polycrystalline silicon substrate is grown. A polycrystalline silicon thin film is deposited at high speed on a polycrystalline silicon base layer.

【0043】結晶性が良好な多結晶シリコン薄膜を効率
よく得るためには、第一の工程及び第二の工程における
利用率をそれぞれ約0.5〜10%及び約10〜80%
の範囲、特に好適にはそれぞれ約1〜5%及び約30〜
60%の範囲に管理するのがよい。上記利用率は各工程
で使用するシランの供給速度若しくは温度、希釈ガスを
使用する場合にはその供給速度若しくは温度、基材若し
くは多結晶シリコン基層の温度、反応器内圧力、又はプ
ラズマ発生のために加えるエネルギー量の1以上により
管理することができる。
In order to efficiently obtain a polycrystalline silicon thin film having good crystallinity, the utilization in the first step and the second step should be about 0.5 to 10% and about 10 to 80%, respectively.
, Particularly preferably about 1 to 5% and about 30 to respectively.
It is better to manage within the 60% range. The above utilization rate is based on the supply rate or temperature of the silane used in each step, the supply rate or temperature when using a diluent gas, the temperature of the base material or the polycrystalline silicon base layer, the pressure in the reactor, or the generation of plasma. Can be controlled by one or more of the amount of energy added to the fuel cell.

【0044】(11)本発明において使用される基材 本発明において使用される基材は、特に限定されるもの
ではなく太陽電池形成プロセス及び用途に応じて適宜選
択されるものである。例えば、太陽電池の光電変換層と
して使用される場合においては、基材としては、石英ガ
ラス、青板ガラス、単結晶シリコン、多結晶シリコン、
各種金属、耐熱性ポリマー、透明導電体等が使用でき
る。
(11) Substrate Used in the Present Invention The substrate used in the present invention is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the solar cell forming process and application. For example, when used as a photoelectric conversion layer of a solar cell, as a substrate, quartz glass, blue plate glass, single crystal silicon, polycrystalline silicon,
Various metals, heat-resistant polymers, transparent conductors and the like can be used.

【0045】(12)多結晶シリコン薄膜のその他の製
造条件 本発明において、多結晶シリコン薄膜の析出は、上記の
製造条件を満足するものであれば、その他の製造条件は
公知の方法が特に制限なく採用される。例えば、第一の
工程及び第二の工程において原料ガスをプラズマ化する
手段としては高周波、超短波、低周波、マイクロ波等の
公知の方法が特に制限なく用いられる。
(12) Other manufacturing conditions of the polycrystalline silicon thin film In the present invention, the deposition of the polycrystalline silicon thin film is not particularly limited as long as the above manufacturing conditions are satisfied. Adopted without. For example, as a means for converting the raw material gas into plasma in the first step and the second step, a known method such as a high frequency, an ultrashort wave, a low frequency, or a microwave is used without any particular limitation.

【0046】(13)本発明を実施するための装置 本発明を実施するための装置は特に制限されるものでは
ない。代表的な装置を例示すれば、図1に示す装置が挙
げられる。即ち、反応容器1の内部に1組の平行平板電
極2,3が配置される。高周波印加用電極2には高周波
発生装置4が接続され、高周波発生装置4から高周波印
加用電極2に高周波が印加される。また、接地電極3に
は基材5がセットされる。高周波印加用電極2及び接地
電極3中にはそれぞれヒーター6a及び6bが埋め込ま
れており、ヒータ6aによりガス温度、ヒータ6bによ
り基材温度が調節できる。
(13) Apparatus for carrying out the present invention The apparatus for carrying out the present invention is not particularly limited. An example of a typical device is the device shown in FIG. That is, a set of parallel plate electrodes 2 and 3 is arranged inside the reaction vessel 1. A high frequency generator 4 is connected to the high frequency application electrode 2, and a high frequency is applied from the high frequency generator 4 to the high frequency application electrode 2. Further, a base material 5 is set on the ground electrode 3. Heaters 6a and 6b are embedded in the high-frequency application electrode 2 and the ground electrode 3, respectively, and the gas temperature can be adjusted by the heater 6a and the substrate temperature can be adjusted by the heater 6b.

【0047】また、上記反応容器1に水素、水素化シラ
ン化合物、ハロゲン化シラン化合物等のガスを供給しう
る位置にガス配管7a、7bが接続される。本発明の多
結晶シリコン薄膜の製造方法における第一の工程におい
て水素化シラン化合物の加熱を予め行う場合において
は、高周波印加用電極2中に埋め込まれたヒーター6
a、或いはガス配管7bに取り付けられたヒーター10
に通電することにより所定の温度までガスを加熱でき
る。
Further, gas pipes 7a and 7b are connected to positions where gas such as hydrogen, a hydrogenated silane compound and a halogenated silane compound can be supplied to the reaction vessel 1. When the hydrogenated silane compound is preliminarily heated in the first step of the method for producing a polycrystalline silicon thin film of the present invention, the heater 6 embedded in the high-frequency application electrode 2 is used.
a or heater 10 attached to gas pipe 7b
, The gas can be heated to a predetermined temperature.

【0048】さらに、上記反応容器1には真空ポンプ8
が取り付けられて、かかる真空ポンプ8により反応容器
1内が真空引きできる構造となっている。なお、真空ポ
ンプ8を制御可能に圧力調製器9が取り付けられ、この
圧力調製器9によって、反応容器1内を一定の圧力に保
つことができる。前記ガス配管7a、7bには流量調節
器11a、11bが取り付けられ、この流量調節器11
a、11bによってガス配管7a、7bからのガスの流
量を制御することができる。
Further, a vacuum pump 8
Is attached, and the inside of the reaction vessel 1 can be evacuated by the vacuum pump 8. In addition, a pressure regulator 9 is attached so that the vacuum pump 8 can be controlled, and the pressure regulator 9 can keep the inside of the reaction vessel 1 at a constant pressure. Flow controllers 11a and 11b are attached to the gas pipes 7a and 7b, respectively.
The flow rates of the gas from the gas pipes 7a and 7b can be controlled by using a and 11b.

【0049】また、高周波印加用電極2と接地電極3と
の間にはシャッター12が配置される。このシャッター
12は高周波印加用電極2と接地電極3との間を開閉可
能に配置され、このシャッター12をプラズマ発生中に
閉じた場合においてはプラズマはシャッター12と高周
波印加用電極2間でのみ発生し、基材5上への多結晶シ
リコン膜の析出は起こらない。
A shutter 12 is arranged between the high frequency application electrode 2 and the ground electrode 3. The shutter 12 is arranged so as to be openable and closable between the high frequency application electrode 2 and the ground electrode 3. When the shutter 12 is closed during plasma generation, plasma is generated only between the shutter 12 and the high frequency application electrode 2. However, no polycrystalline silicon film is deposited on the substrate 5.

【0050】次ぎに、上記多結晶シリコン薄膜作製装置
を用いた本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法につき
説明する。先ず、第一の工程では水素及び水素化シラン
化合物が流量調節器11a、11bにより流量を制御さ
れた後、ガス配管7a、7bより反応容器1へ供給され
る。この時、水素化シラン化合物は高周波印加用電極2
中に埋め込まれたヒーター6a、或いはガス配管7bに
取り付けられたヒーター10によって予め加熱されてい
る。そこで、高周波発生装置4から高周波が高周波印加
用電極2に印加され、反応容器1内に導入されたガスは
各電極間においてプラズマ化する。プラズマ化されたガ
スはヒーター6bによって一定温度に加熱された接地電
極3上に配置された基材5と接触することによって、基
材5上に薄い多結晶シリコン薄膜が析出する。
Next, a method for producing a polycrystalline silicon thin film of the present invention using the above-described apparatus for producing a polycrystalline silicon thin film will be described. First, in the first step, the flow rates of hydrogen and the hydrogenated silane compound are controlled by the flow rate controllers 11a and 11b, and then supplied to the reaction vessel 1 from the gas pipes 7a and 7b. At this time, the hydrogenated silane compound is applied to the electrode 2 for high frequency application.
Heated in advance by a heater 6a embedded therein or a heater 10 attached to a gas pipe 7b. Then, a high frequency is applied from the high frequency generator 4 to the high frequency application electrode 2, and the gas introduced into the reaction vessel 1 is turned into plasma between the electrodes. The plasma gas is brought into contact with the substrate 5 disposed on the ground electrode 3 heated to a certain temperature by the heater 6b, whereby a thin polycrystalline silicon thin film is deposited on the substrate 5.

【0051】引き続き、第二の工程では、ガス配管7
a、7bからの水素化シラン化合物の供給が停止され、
ハロゲン化シラン化合物がガス配管7a、7bより流量
調節器11a、11bによって流量制御され反応容器1
内へ供給される。そして、第一の工程と同様に高周波発
生装置4から高周波印加用電極2に高周波が印加され、
反応容器1内へ導入されたガスは必要に応じてヒーター
6aにより加熱されて各電極間においてプラズマ化す
る。プラズマ化されたガスは接地電極3中に埋め込まれ
たヒーター6bによって一定温度に加熱されて第一の工
程において基材5上に形成された薄い多結晶シリコン基
層と接触し、その薄い多結晶シリコン基層上に更に多結
晶シリコン膜を析出する。
Subsequently, in the second step, the gas pipe 7
a, the supply of the hydrogenated silane compound from 7b is stopped,
The flow rate of the halogenated silane compound is controlled by gas flow controllers 7a and 11b from gas pipes 7a and 7b, and the reaction vessel 1
Supplied inside. Then, similarly to the first step, a high frequency is applied from the high frequency generator 4 to the high frequency application electrode 2,
The gas introduced into the reaction vessel 1 is heated by the heater 6a as required, and is turned into plasma between the electrodes. The plasma gas is heated to a certain temperature by a heater 6b embedded in the ground electrode 3, and comes into contact with the thin polycrystalline silicon base layer formed on the base material 5 in the first step, and the thin polycrystalline silicon A polycrystalline silicon film is further deposited on the base layer.

【0052】B.本出願第2の発明の光電変換素子の製
造方法 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法は、本出願
第1の発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法を適用して
構成される。したがって本出願第1の発明の多結晶シリ
コン薄膜の製造方法につき適用される諸条件は、本出願
第2の発明の光電変換素子の製造方法についても同様に
適用される。以下これを具体的に説明する。
B. The manufacturing method of the photoelectric conversion element of the second invention of the present application The manufacturing method of the photoelectric conversion element of the second invention of the present application is configured by applying the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film of the first invention of the present application. Therefore, the conditions applied to the method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to the first invention of the present application are similarly applied to the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application. This will be specifically described below.

【0053】本出願第2の発明の光電変換素子の製造方
法における多結晶シリコン薄膜の析出は、本出願第1の
発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法において多結晶シ
リコン薄膜の析出を行う場合と同様に、結晶核を形成し
てこれをp層(又はn層)とする工程(1)と結晶を成
長させてi層を得る工程(2)と、さらにi層上にn層
(又はp層)を形成する工程(3)の3段階により実施
される。詳しくは、工程(1)において加熱した水素化
シランガスをプラズマ化し、基材と接触させることによ
り基材上に多結晶シリコンの結晶核、即ち基層を形成
し、これをp層(又はn層)とする。その後、工程
(2)において、少なくともハロゲン化シランを含有す
るガスをプラズマ化し、p層上に優れた結晶性及び電気
特性を有する多結晶シリコン薄膜からなるi層を高速度
で析出し、さらにかかるi層上にn層(又はp層)を形
成する。
The deposition of the polycrystalline silicon thin film in the method of manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application differs from the method of depositing a polycrystalline silicon thin film in the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film of the first invention of the present application. Similarly, a step (1) of forming a crystal nucleus and using it as a p-layer (or n-layer), a step (2) of growing a crystal to obtain an i-layer, and further, an n-layer (or p-layer) on the i-layer The step (3) of forming the layer (3) is performed. Specifically, in the step (1), the hydrogenated silane gas heated is converted into plasma and brought into contact with the substrate to form a crystal nucleus of polycrystalline silicon, that is, a base layer on the substrate, which is formed into a p-layer (or n-layer). And Then, in step (2), a gas containing at least a halogenated silane is converted into plasma, and an i-layer made of a polycrystalline silicon thin film having excellent crystallinity and electrical properties is deposited on the p-layer at a high speed. An n-layer (or p-layer) is formed on the i-layer.

【0054】(1)本出願第2の発明の光電変換素子の
製造方法の全体プロセス 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法では、その
工程(1)では水素化シランと周期律表第III族元素化
合物(又は周期律表第V族元素化合物)との混合ガスを
プラズマ化し、基材に接触させることにより基材上に周
期律表第III族元素(又は周期律表第V族元素)を含む多
結晶シリコンを析出させてp層(又はn層)が形成さ
れ、また工程(2)ではハロゲン化シランを含むガスを
プラズマ化し、p層(又はn層)と接触させることによ
りp層(又はn層)上に多結晶シリコンを析出させてi
層を形成し、さらに工程(3)では、少なくとも水素化
シラン又はハロゲン化シランのいずれか一方のシラン及
び周期律表第V族元素化合物(又は周期律表第III族元素
化合物)の混合ガスをプラズマ化し、工程(2)で形成
したi層上に周期律表第V族元素(又は周期律表第III族
元素)を含む多結晶シリコンを析出させてn層(又はp
層)を形成する。それにより、i層、n層(又はp層)
をハロゲン化シランを含むガスにより高速成膜すること
ができ、成膜効率を向上させることができる。この場合
に工程(3)では必ずしもハロゲン化シランを使用する
ことが必須ではない。工程(3)で形成されるn層(又
はp層)はその厚さが小さく、ハロゲン化シランを含む
ガスによる高速成膜の要請が大きくはないからである。
(1) Overall process of the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application, in step (1), hydrogenated silane and the periodic table are used. A mixed gas with a Group III element compound (or a Group V element compound in the periodic table) is turned into a plasma and brought into contact with the substrate to form a Group III element (or a Group V element in the Periodic Table) on the substrate. Element) is deposited to form a p-layer (or n-layer), and in step (2), a gas containing halogenated silane is turned into plasma and brought into contact with the p-layer (or n-layer). depositing polycrystalline silicon on the p-layer (or n-layer)
A layer is formed, and in the step (3), a mixed gas of at least one of a silane of hydrogenated silane and a halogenated silane and a group V element compound of the periodic table (or a group III element compound of the periodic table) is used. Plasma is formed, and polycrystalline silicon containing a group V element of the periodic table (or a group III element of the periodic table) is deposited on the i-layer formed in step (2) to form an n-layer (or p-layer).
Layer). Thereby, i-layer, n-layer (or p-layer)
Can be formed at a high speed with a gas containing a halogenated silane, and the film formation efficiency can be improved. In this case, it is not always necessary to use a halogenated silane in the step (3). This is because the thickness of the n-layer (or p-layer) formed in the step (3) is small, and the demand for high-speed film formation using a gas containing halogenated silane is not large.

【0055】以上のp層(又はn層)を形成する工程
(1)は、水素化シランと周期律表第III族元素化合物
(又は周期律表第V族元素化合物)との混合ガスをプラ
ズマ化し、基材に接触させることにより基材上に周期律
表第III族元素(又は周期律表第V族元素)を含む多結晶
シリコンを析出させてp層1(又はn層1)を形成し、
次いで少なくとも水素化シラン又はハロゲン化シランの
いずれか一方のシラン及び周期律表第III族元素化合物
(又は周期律表第V族元素化合物)の混合ガスをプラズ
マ化し、p層1(又はn層1)と接触させることにより
p層1(又はn層1)上に周期律表第III族元素(又は
周期律表第V族元素)を含む多結晶シリコンを析出させ
てp層2(又はn層2)を形成し、p層1(又はn層
1)及びp層2(又はn層2)からなる厚さが約10〜
150オングストロームのp層(又はn層)を形成する
工程とし、しかる後に工程(2)を行う様にすることが
できる。
In the step (1) for forming the p-layer (or n-layer), a mixed gas of hydrogenated silane and a Group III element compound of the periodic table (or a Group V element compound of the periodic table) is subjected to plasma treatment. To form p-layer 1 (or n-layer 1) by depositing polycrystalline silicon containing a Group III element of the periodic table (or a Group V element of the periodic table) on the substrate by contact with the substrate. And
Next, a mixed gas of at least one of a silane of hydrogenated silane and a halogenated silane and a group III element compound of the periodic table (or a group V element compound of the periodic table) is plasmatized, and the p layer 1 (or the n layer 1) is formed. ) To deposit polycrystalline silicon containing a Group III element of the periodic table (or a Group V element of the periodic table) on the p layer 1 (or the n layer 1), thereby forming a p layer 2 (or an n layer). 2), and the thickness of the p layer 1 (or n layer 1) and the p layer 2 (or n layer 2) is about 10 to 10
A step of forming a 150-angstrom p-layer (or n-layer) may be performed, and then the step (2) may be performed.

【0056】その様にすることにより、工程(1)でp
層(又はn層)全体を形成する場合に比し、工程(1)
でp層1(又はn層1)を形成した後は、p層2(又は
n層2)及びi層をハロゲン化シランを含むガスにより
高速成膜することができ、成膜効率をさらに向上させる
ことができる。
By doing so, in step (1), p
Step (1) compared to forming the entire layer (or n-layer)
After the p-layer 1 (or n-layer 1) is formed, the p-layer 2 (or n-layer 2) and the i-layer can be formed at a high speed with a gas containing a halogenated silane, thereby further improving the film formation efficiency. Can be done.

【0057】(2)工程(1)において形成するp層
(又はn層)の厚み 工程(1)で形成されるp層(又はn層)の厚さは、そ
のp層(又はn層)の結晶性により工程(2)で析出す
る多結晶シリコン薄膜の結晶性が規定される最低厚さ以
上とすることが本出願第2の発明の光電変換素子の製造
方法では必須となる。これにより工程(1)で形成され
た良好な結晶性を有する多結晶シリコン薄膜から成るp
層(又はn層)によって工程(2)で形成されるi層す
なわち多結晶シリコン薄膜の結晶性が良好に維持される
ことが補償され、高速成膜が可能となると共に、光導電
率等の電気特性が良好な光電変換素子が形成される。p
層(又はn層)の厚みが工程(2)で析出するi層すな
わち多結晶シリコン薄膜の結晶性が規定される厚さ未満
である場合には、工程(2)でp層(又はn層)上に高
速度で堆積するi層すなわち多結晶シリコン薄膜の結晶
性に乱れが生じ、最終的に得られる光電変換素子の光導
電率等の電気特性が悪化する。
(2) Thickness of p-layer (or n-layer) formed in step (1) The thickness of the p-layer (or n-layer) formed in step (1) depends on the thickness of the p-layer (or n-layer). It is essential in the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application that the thickness of the polycrystalline silicon thin film deposited in the step (2) by the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film be equal to or more than the specified minimum thickness. As a result, the p formed of the polycrystalline silicon thin film having good crystallinity formed in the step (1) is formed.
The layer (or the n-layer) compensates for the good maintenance of the crystallinity of the i-layer, ie, the polycrystalline silicon thin film formed in the step (2). A photoelectric conversion element having good electric characteristics is formed. p
When the thickness of the layer (or the n-layer) is less than the thickness at which the crystallinity of the i-layer deposited in the step (2), that is, the polycrystalline silicon thin film is defined, the p-layer (or the n-layer) in the step (2) ), The crystallinity of the i-layer, that is, the polycrystalline silicon thin film deposited at a high speed is disturbed, and the electrical characteristics such as the photoconductivity of the finally obtained photoelectric conversion element deteriorate.

【0058】係る観点から工程(1)において析出する
p層(又はn層)の厚みを更に具体的に規定すれば、p
層(又はn層)の厚みは約10オングストローム以上1
50オングストローム以下とすることが好ましい。p層
(又はn層)の厚みを20オングストローム以上100
オングストローム以下とすることが本発明の効果を一層
発揮するためにはさらに好ましい。p層(又はn層)の
厚みが約10オングストローム未満であるとp層(又は
n層)上に高速度で堆積するi層すなわち多結晶シリコ
ン薄膜の結晶性に乱れが生じ、最終的に得られる光電変
換素子の光導電率等の電気特性が悪化する。p層(又は
n層)の厚みが150オングストロームを超えた場合に
おいては、結晶性等の構造、或いは光導電率等の電気特
性の劣化は観測されないものの、析出のために多大な時
間を要することになり、本発明が解決しようとする技術
課題をみたすものにはならない。
From this viewpoint, if the thickness of the p-layer (or n-layer) deposited in the step (1) is more specifically defined,
The thickness of the layer (or n-layer) is about 10 angstroms or more and 1
It is preferable that the thickness be 50 Å or less. The thickness of the p-layer (or n-layer) is 20 Å or more and 100
It is more preferable that the thickness be equal to or less than angstrom in order to further exert the effects of the present invention. If the thickness of the p-layer (or n-layer) is less than about 10 angstroms, the crystallinity of the i-layer or polycrystalline silicon thin film deposited at a high rate on the p-layer (or n-layer) will be disturbed, and the ultimately obtained The electrical characteristics such as the photoconductivity of the resulting photoelectric conversion element deteriorate. When the thickness of the p-layer (or the n-layer) exceeds 150 angstroms, deterioration of the structure such as the crystallinity or the electrical properties such as the photoconductivity is not observed, but a great amount of time is required for deposition. Therefore, the present invention does not satisfy the technical problem to be solved by the present invention.

【0059】(3)工程(1)における基材表面温度 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法の工程
(1)においては、水素化シランガスをプラズマ化して
基材に接触させるにあたり、基材を加熱する様にするこ
とにより膜形成時の表面反応が活性化されて工程(1)
により得られるp層(又はn層)の結晶性を良好にする
と共に成膜効率を向上させ、工程(2)でp層(又はn
層)上に高速度で堆積するi層すなわち多結晶シリコン
薄膜の結晶性を良好にすることを補償して、最終的に得
られる光電変換素子の製造効率を向上させると共に光導
電率等の電気特性を良好にすることができる。更に具体
的には工程(1)における基材表面温度は100℃以上
350℃以下、好ましくは150℃以上300℃以下の
温度に設定することが好ましい。基材表面温度が100
℃より低い場合は工程(1)により得られるp層(又は
n層)の結晶性が悪くなり光導電率等の電気特性が悪化
する。また、基材温度が350℃より高い場合において
も工程(1)により得られるp層(又はn層)の結晶性
が悪くなり光導電率等の電気特性が低下する。
(3) Substrate Surface Temperature in Step (1) In the step (1) of the method for producing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application, when the hydrogenated silane gas is converted into plasma and brought into contact with the substrate, By heating the substrate, the surface reaction at the time of film formation is activated and the step (1) is performed.
The crystallinity of the p-layer (or n-layer) obtained by the method described above is improved and the film formation efficiency is improved.
To improve the crystallinity of the i-layer, i.e., the polycrystalline silicon thin film, deposited at a high speed on the layer, to improve the manufacturing efficiency of the finally obtained photoelectric conversion element and to improve the electrical conductivity such as photoconductivity. The characteristics can be improved. More specifically, the substrate surface temperature in the step (1) is preferably set to a temperature of 100 ° C. or more and 350 ° C. or less, preferably 150 ° C. or more and 300 ° C. or less. Substrate surface temperature is 100
If the temperature is lower than ℃, the crystallinity of the p-layer (or n-layer) obtained in the step (1) is deteriorated, and the electrical properties such as photoconductivity are deteriorated. Further, even when the substrate temperature is higher than 350 ° C., the crystallinity of the p-layer (or n-layer) obtained in the step (1) is deteriorated, and the electrical properties such as photoconductivity are reduced.

【0060】(4)工程(2)におけるp層(又はn
層)表面温度 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法において、
工程(2)においてプラズマ化されたハロゲン化シラン
ガスを工程(1)で形成したp層(又はn層)と接触さ
せて工程(1)で形成したp層(又はn層)上に多結晶
シリコンを析出させるにあたり、工程(1)で形成した
p層(又はn層)を加熱する様にするのがよい。それに
より工程(2)でp層(又はn層)上にi層すなわち多
結晶シリコン薄膜を高速度で堆積させることが可能とな
りしかも得られるi層すなわち多結晶シリコン薄膜の結
晶性を良好にして、最終的に得られる光電変換素子の光
導電率等の電気特性を良好にすることができる。
(4) The p-layer (or n-layer) in step (2)
Layer) Surface temperature In the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the second invention of the present application,
Contacting the p-layer (or n-layer) formed in step (1) with the halogenated silane gas plasmaized in step (2) to form polycrystalline silicon on the p-layer (or n-layer) formed in step (1) In depositing, the p-layer (or n-layer) formed in step (1) is preferably heated. This makes it possible to deposit an i-layer, that is, a polycrystalline silicon thin film at a high rate on the p-layer (or n-layer) in step (2), and to improve the crystallinity of the resulting i-layer, that is, the polycrystalline silicon thin film. In addition, the electrical characteristics such as the photoconductivity of the finally obtained photoelectric conversion element can be improved.

【0061】係る観点から、工程(2)におけるp層
(又はn層)表面温度は200℃以上600℃以下、さ
らに好ましくは250℃以上400℃以下、さらに、工
程(1)での基材加熱温度との温度差が30℃以上高
く、450℃以下となる温度範囲に設定することが重要
である。工程(2)におけるp層(又はn層)表面温度
が200℃より低い場合は、結晶性が低下すると共に光
導電率等の電気特性も悪くなり、本発明の効果を十分に
発揮することができない。600℃を超える場合におい
ては、p層(又はn層)表面近傍において原料ガスを熱
分解することにより、結果として結晶性の低下が観測さ
れる。また工程(2)におけるp層(又はn層)表面温
度と工程(1)での基材加熱温度との温度差が30℃以
上でない場合には、p層(又はn層)表面での反応が効
率よく行われず、多結晶シリコンを高速で析出すること
はできない。また、温度差が450℃以上である場合に
は、結晶性に乱れが生じるため電気的性質が低下する。
From this viewpoint, the surface temperature of the p-layer (or n-layer) in the step (2) is 200 ° C. or more and 600 ° C. or less, more preferably 250 ° C. or more and 400 ° C. or less. It is important to set a temperature range in which the temperature difference from the temperature is higher than 30 ° C. and lower than 450 ° C. When the surface temperature of the p-layer (or n-layer) in step (2) is lower than 200 ° C., the crystallinity is reduced and the electrical properties such as photoconductivity are deteriorated, so that the effects of the present invention can be sufficiently exhibited. Can not. When the temperature exceeds 600 ° C., the raw material gas is thermally decomposed in the vicinity of the p-layer (or n-layer) surface, and as a result, a decrease in crystallinity is observed. If the temperature difference between the p-layer (or n-layer) surface temperature in step (2) and the substrate heating temperature in step (1) is not 30 ° C. or more, the reaction on the p-layer (or n-layer) surface Is not performed efficiently, and polycrystalline silicon cannot be deposited at high speed. If the temperature difference is 450 ° C. or more, the crystallinity is disturbed, so that the electrical properties are reduced.

【0062】(5)p層(又はn層)となる多結晶シリ
コン薄膜の原料 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法において、
p層(又はn層)となる多結晶シリコン薄膜の原料とし
て使用される水素化シランは、一般式Sin
( 2n+2)(但し、nは1以上の自然数である。)で示され
る化合物であって、ガス化可能なものであれば特に限定
されない。好適に使用できる水素化シランを例示すれ
ば、SiH4(モノシラン)、Si26(ジシラン)、
Si38(トリシラン)等が挙げられる。工程(1)に
おいて、かかる水素化シランはハロゲン化シラン等の他
のシラン化合物のガスと混合して使用することもできる
が、このとき水素化シランはプラズマ化される全シラン
に対して50モル%以上の割合であることが必要であ
る。水素化シラン割合が50モル%未満であると、得ら
れた薄膜の構造は多結晶ではなく、アモルファス構造と
なってしまい、工程(2)を施した後も構造は依然とし
てアモルファスとなり本発明の効果は得られない。
(5) Raw Material of Polycrystalline Silicon Thin Film to Be P-Layer (or N-Layer) In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application,
Hydrogenated silane used as a raw material of a polycrystalline silicon thin film to be a p-layer (or n-layer) is represented by a general formula Si n H
( 2n + 2) (however, n is a natural number of 1 or more) and is not particularly limited as long as it can be gasified. Examples of hydrogenated silanes that can be suitably used include SiH 4 (monosilane), Si 2 H 6 (disilane),
Si 3 H 8 (trisilane) and the like. In the step (1), the hydrogenated silane may be used as a mixture with a gas of another silane compound such as a halogenated silane. % Is required. If the ratio of the hydrogenated silane is less than 50 mol%, the structure of the obtained thin film is not polycrystalline but an amorphous structure. Cannot be obtained.

【0063】また、周期律表第III族元素化合物又は周
期律表第V族元素化合物としては、B26,BF3,PH
3,AsH3,AsF5,PF5,PF3,BCl3等が挙げ
られる。
Examples of the group III element compound or the group V element compound of the periodic table include B 2 H 6 , BF 3 and PH.
3 , AsH 3 , AsF 5 , PF 5 , PF 3 , BCl 3 and the like.

【0064】(6)水素化シランガスを予め加熱する温
度範囲 さらに、本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法に
おいて、工程(1)において水素化シランガスを予め加
熱することにより熱エネルギーが水素化シラン分子に供
給され、基板への付着後により安定な構造が構築される
ようにすることができる。その場合、水素化シランガス
を予め加熱する温度範囲は400℃以上600℃以下と
するのが好適である。さらに好ましくは450℃以上5
50℃以下である。水素化シランガスを上記温度範囲に
予め加熱することにより、熱エネルギーが水素化シラン
分子に効率よく供給され、基板への付着後により安定な
構造が構築され、結晶性の良好なp層(又はn層)を形
成することができるからである。なお、工程(2)にお
いて少なくともハロゲン化シランを含有するガスを予熱
することにより成膜効率を向上して生産性を挙げること
ができる。しかし、得られるi層すなわち多結晶シリコ
ン薄膜の結晶性という観点からは、少なくともハロゲン
化シランを含有するガスの予熱は必須ではなく、ガスの
温度は15(常温程度)〜550℃の範囲であればよ
い。これは、工程(1)で既に結晶性の良好なp層(又
はn層)が形成されており、特にガスを予熱する必要が
ないためである。
(6) Temperature range in which the silane hydride gas is preheated In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second aspect of the present invention, the heat energy is increased by preheating the silane silane gas in the step (1). Supplied to the silane silicide molecule to allow a more stable structure to be constructed after deposition on the substrate. In that case, the temperature range in which the hydrogenated silane gas is pre-heated is preferably 400 ° C. or more and 600 ° C. or less. More preferably 450 ° C. or higher 5
50 ° C. or less. By preheating the hydrogenated silane gas to the above temperature range, thermal energy is efficiently supplied to the hydrogenated silane molecules, a more stable structure is formed after the deposition on the substrate, and the p-layer (or n This is because a layer can be formed. In step (2), by preheating a gas containing at least a halogenated silane, the efficiency of film formation can be improved and the productivity can be increased. However, from the viewpoint of the crystallinity of the obtained i-layer, that is, the polycrystalline silicon thin film, at least preheating of the gas containing the halogenated silane is not essential, and the temperature of the gas may be in the range of 15 (about room temperature) to 550 ° C. I just need. This is because the p-layer (or n-layer) having good crystallinity has already been formed in the step (1), and it is not particularly necessary to preheat the gas.

【0065】また、シランガスは水素、ヘリウム、アル
ゴン、キセノン等多結晶シリコン薄膜の析出に関与しな
い非堆積性のガスと混合して供給することも可能であ
る。上記希釈ガスの中でも水素を用いると本発明の効果
が著しく発揮される。具体的には、標準状態におけるモ
ノシランの流量の5倍から100倍程度の水素を供給し
た場合に良好な結晶核が形成される。この理由に関して
は詳細な研究がなされてはいるものの明確な理由につい
ては現在示されていない。
Further, the silane gas can be supplied by mixing with a non-deposition gas such as hydrogen, helium, argon, xenon or the like which does not participate in the deposition of the polycrystalline silicon thin film. When hydrogen is used among the above-mentioned diluent gases, the effect of the present invention is remarkably exhibited. More specifically, a good crystal nucleus is formed when hydrogen is supplied at about 5 to 100 times the flow rate of monosilane in a standard state. Although detailed research has been done on this reason, no clear reason is currently given.

【0066】(7)工程(2)におけるi層すなわち多
結晶シリコン薄膜の原料 工程(2)におけるi層すなわち多結晶シリコン薄膜の
原料として使用するハロゲン化シランは、分子中に少な
くとも1つのハロゲン原子を有するガス化可能なシラン
化合物であれば特に限定されない。好適なハロゲン化シ
ランとしては、SiHm(4-m)(但し、mは0〜3の整
数であり、Xはフッ素原子、塩素原子又は臭素原子であ
る。)で示される化合物が挙げられる。このようなハロ
ゲン化シランを具体的に例示すればSiF4(テトラフ
ロロシラン),SiF3H(トリフロロシラン),Si
22(ジフロロシラン),SiFH3(モノフロロシ
ラン),SiCl4(テトラクロロシラン),SiCl3
H(トリクロロシラン),SiCl22(ジクロロシラ
ン),SiClH3(モノクロロシラン)等が挙げられ
る。
(7) Raw material of i-layer or polycrystalline silicon thin film in step (2) The halogenated silane used as the raw material of the i-layer or polycrystalline silicon thin film in step (2) has at least one halogen atom in the molecule. There is no particular limitation as long as it is a gasifiable silane compound having Suitable halogenated silanes include compounds represented by SiH m X (4-m) (where m is an integer of 0 to 3 and X is a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom). . Specific examples of such a halogenated silane include SiF 4 (tetrafluorosilane), SiF 3 H (trifluorofluorosilane),
F 2 H 2 (difluorosilane), SiFH 3 (monofluorosilane), SiCl 4 (tetrachlorosilane), SiCl 3
H (trichlorosilane), SiCl 2 H 2 (dichlorosilane), SiClH 3 (monochlorosilane) and the like.

【0067】工程(2)においては、かかるハロゲン化
シランを用いることが優れた結晶性及び高い光導電率を
有した多結晶シリコン膜を高速析出するために重要であ
る。工程(2)においてはこの様なハロゲン化シランを
少なくとも含有するガスをプラズマ化して使用すればよ
く、ハロゲン化シランを前記の水素化シラン等の他のシ
ラン化合物のガスと混合して使用することもできる。こ
のとき、得られるi層すなわち多結晶シリコン薄膜の性
質の観点からプラズマ化される全シランに対するハロゲ
ン化シランの割合は50モル%以上であることが好まし
い。特に、前記の水素化シランと併用したときには優れ
た結晶性及び高い光導電率を有したi層すなわち多結晶
シリコン薄膜を更に高速度で析出することができる。
In the step (2), it is important to use such a halogenated silane in order to rapidly deposit a polycrystalline silicon film having excellent crystallinity and high photoconductivity. In the step (2), a gas containing at least such a halogenated silane may be used as a plasma, and the halogenated silane may be mixed with another silane compound gas such as the above-mentioned hydrogenated silane. Can also. At this time, from the viewpoint of the properties of the obtained i-layer, that is, the polycrystalline silicon thin film, the ratio of the halogenated silane to the total silane to be plasmated is preferably 50 mol% or more. In particular, when used in combination with the above-mentioned hydrogenated silane, an i-layer, that is, a polycrystalline silicon thin film having excellent crystallinity and high photoconductivity can be deposited at a higher speed.

【0068】なお、工程(2)では原料としてハロゲン
化シランを使用しているので、この工程で形成される多
結晶シリコン膜にはハロゲン原子を含ませることがで
き、これによりi層すなわち多結晶シリコン薄膜の光透
過率を高めることができる。また、p層(又はn層)の
一部をこの工程で得られるような光透過率の高い多結晶
シリコン薄膜とすることによりさらに変換効率を高くす
ることが期待される。この工程で形成される多結晶シリ
コン薄膜中のハロゲン原子の量は約0.005〜5原子
%として制御することができるが、透過率の観点から好
適なハロゲン原子含有量は約0.01〜3原子%、特に
約0.1〜1原子%であることが好ましい。また、ハロ
ゲン原子は塩素原子であることが好ましい。
Since halogenated silane is used as a raw material in the step (2), the polycrystalline silicon film formed in this step can contain a halogen atom. The light transmittance of the silicon thin film can be increased. Further, it is expected that the conversion efficiency will be further increased by forming a part of the p-layer (or n-layer) as a polycrystalline silicon thin film having a high light transmittance as obtained in this step. The amount of halogen atoms in the polycrystalline silicon thin film formed in this step can be controlled at about 0.005 to 5 atomic%, but a preferable halogen atom content from the viewpoint of transmittance is about 0.01 to 5 atomic%. Preferably, it is 3 atomic%, especially about 0.1-1 atomic%. Further, the halogen atom is preferably a chlorine atom.

【0068】上記シランガスは単独で供給しても水素、
ヘリウム、アルゴン、キセノン等多結晶シリコン薄膜の
析出に関与しない非堆積性のガスで希釈して供給するこ
とも可能である。これら希釈ガスの中でも水素を用いる
と本発明の効果が著しく発揮される。
The above silane gas can be supplied alone,
It is also possible to supply by diluting with a non-deposition gas such as helium, argon, and xenon which does not participate in the deposition of the polycrystalline silicon thin film. When hydrogen is used among these dilution gases, the effect of the present invention is remarkably exhibited.

【0069】(8)多結晶シリコン薄膜析出時の反応圧
力 さらに、本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法に
おける多結晶シリコン薄膜析出時の反応圧力としては、
工程(1)において1mTorr以上、500mTor
r以下、工程(2)において5mTorr以上、100
0mTorr以下とするのが好ましく、さらには工程
(2)の反応圧力は工程(1)の反応圧力より3〜80
0mTorr高く設定することにより好適な結果が得ら
れる。
(8) Reaction pressure at the time of depositing a polycrystalline silicon thin film Further, the reaction pressure at the time of depositing a polycrystalline silicon thin film in the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application is:
In the step (1), 1 mTorr or more and 500 mTorr
r or less, 5 mTorr or more and 100 in the step (2).
0 mTorr or less, and the reaction pressure in the step (2) is more preferably 3 to 80 than the reaction pressure in the step (1).
A favorable result can be obtained by setting 0 mTorr higher.

【0070】工程(1)での反応圧力が1mTorr未
満であると安定したプラズマが形成できないため製造面
で問題となる。一方、500mTorrを超えた場合に
おいては原料ガスの凝集が起こるためプラズマ中でパウ
ダーが発生し、膜中に点欠陥を発生させ製造歩留を低下
させる。
If the reaction pressure in the step (1) is less than 1 mTorr, stable plasma cannot be formed, which causes a problem in production. On the other hand, when the pressure exceeds 500 mTorr, the raw material gas is agglomerated, so that powder is generated in the plasma, which causes point defects in the film and lowers the production yield.

【0071】工程(2)での反応圧力が5mTorr未
満であるとi層すなわち多結晶シリコン薄膜の析出速度
が低下するため本発明の効果を発揮することができな
い。また、1000mTorrを超えた場合においては
プラズマを安定して形成することが難しくなるため製造
面で問題となる。
If the reaction pressure in the step (2) is less than 5 mTorr, the effect of the present invention cannot be exhibited because the deposition rate of the i-layer, that is, the polycrystalline silicon thin film is reduced. On the other hand, when the pressure exceeds 1000 mTorr, it is difficult to form plasma stably, which causes a problem in manufacturing.

【0072】工程(2)の反応圧力が工程(1)の反応
圧力より3mTorr以上高くない場合にはi層すなわ
ち多結晶シリコン薄膜の析出速度を速くすることが難し
い。また、工程(2)の反応圧力が工程(1)の反応圧
力より800mTorrを超えて高い場合には、結晶性
に乱れが生じる傾向がある。
If the reaction pressure in the step (2) is not higher than the reaction pressure in the step (1) by 3 mTorr or more, it is difficult to increase the deposition rate of the i-layer, that is, the polycrystalline silicon thin film. If the reaction pressure in the step (2) is higher than the reaction pressure in the step (1) by more than 800 mTorr, the crystallinity tends to be disordered.

【0073】(9)原料ガスの加熱を行なう方法 工程(1)及び必要に応じて工程(2)において原料ガ
スの加熱を行なう方法には公知の手段を特に制限なく適
用することができる。すなわちガス配管を直接ヒーター
によって加熱する方法、ガス配管を高周波誘導加熱によ
り加熱する方法、予備室を設けて予めガスをヒーター、
赤外線ランプ等により予備加熱しておく方法等が特に制
限なく好適に採用される。
(9) Method for Heating Source Gas In the step (1) and, if necessary, the step (2), the method for heating the source gas may be any known means without particular limitation. That is, a method in which a gas pipe is directly heated by a heater, a method in which a gas pipe is heated by high-frequency induction heating, and a preliminary chamber provided with a gas heater in advance,
A method of preheating with an infrared lamp or the like is suitably employed without any particular limitation.

【0075】(10)温度の測定及び調節 工程(1)において予め加熱する水素化シランガスの温
度は正確には測定困難であるため現状においてはガス配
管の温度をもってガス温度とし、かかるガス配管はガス
温度が均一になるように十分な長さに設定される。ま
た、本発明者等は水素化シランガスの加熱を反応容器内
のヒーター(例えば図1の6a)で行う場合には、得ら
れた多結晶シリコン膜の物性と上記のようにして加熱し
た水素化シランガスの加熱温度との相関関係に基づいて
前記ヒータの設定温度をもってガス温度とすることがで
きることを確認している。なお、工程(2)においてガ
スの加熱を行う場合のガス温度の調節も同様にして行う
ことができる。
(10) Temperature Measurement and Adjustment In step (1), it is difficult to accurately measure the temperature of the hydrogenated silane gas in advance. Therefore, at present, the gas pipe temperature is used as the gas temperature. The length is set to be long enough to make the temperature uniform. In addition, when heating the hydrogenated silane gas by a heater (for example, 6a in FIG. 1) in the reaction vessel, the present inventors consider the physical properties of the obtained polycrystalline silicon film and the hydrogenated silane gas heated as described above. It has been confirmed that the set temperature of the heater can be used as the gas temperature based on the correlation with the heating temperature of the silane gas. In addition, when heating the gas in the step (2), the gas temperature can be adjusted in the same manner.

【0076】(11)利用率の管理 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法において
は、工程(1)及び工程(2)を、それぞれの工程で用
いられる全シランの総供給量に対するそれぞれの工程で
形成される多結晶シリコン量で定義される「利用率」を
制御して行うことにより、欠陥の極めて少ない多結晶シ
リコン薄膜からなる光電変換素子を効率よく製造するこ
とができる。ここで、利用率は次式により計算される。
(11) Management of Utilization In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application, the steps (1) and (2) are performed based on the total supply amount of all silanes used in each step. By controlling the “utilization rate” defined by the amount of polycrystalline silicon formed in each step, a photoelectric conversion element made of a polycrystalline silicon thin film having extremely few defects can be efficiently manufactured. Here, the utilization rate is calculated by the following equation.

【0077】[0077]

【数2】 (Equation 2)

【0078】上記式中、各工程で使用する全シランとは
Si原子供給源となる全てのシランを意味し、工程
(1)においては水素化シランの他これと併用すること
のできるハロゲン化シラン等の他のシランを全て含めた
ものであり、工程(2)においてはハロゲン化シランの
他これと併用することのできる水素化シラン等の他のシ
ランを全て含むものである。そして、上式において、こ
の「全シランの総供給量」及び「各工程で形成される多
結晶シリコン量」は、いずれもSi原子基準(Si原子
数)で表したものである。
In the above formula, all silanes used in each step mean all silanes serving as a source of Si atoms. In step (1), hydrogenated silanes which can be used together with hydrogenated silanes are used in step (1). And all other silanes such as hydrogenated silanes which can be used in combination with the halogenated silanes in the step (2). In the above formula, the "total supply amount of all silanes" and the "amount of polycrystalline silicon formed in each step" are both expressed on the basis of Si atoms (the number of Si atoms).

【0079】上記利用率が低い場合には、多結晶シリコ
ン薄膜の製造効率は低下し、一方、利用率が過剰となる
場合には、膜の析出に悪影響を及ぼすような分解生成物
が発生し、これが基材若しくはp層(又はn層)に付着
し物理的な欠陥となり結晶性を悪化させる。好適な利用
率の範囲は使用するシランガスの組成及び利用率制御の
目的によって異なる。本出願第2の発明の光電変換素子
の製造方法における利用率制御の目的としては以下〜
が挙げられる。 種結晶となる多結晶シリコン薄膜からなるp層(又は
n層)を形成させる。 多結晶シリコン薄膜からなるp層(又はn層)を成長
させる。 p層(又はn層)上でi層すなわち多結晶シリコン薄
膜を高速析出させる。
When the utilization is low, the production efficiency of the polycrystalline silicon thin film is reduced. On the other hand, when the utilization is excessive, decomposition products which adversely affect the deposition of the film are generated. This adheres to the base material or the p-layer (or n-layer) and becomes a physical defect, deteriorating the crystallinity. The preferred range of utilization depends on the composition of the silane gas used and the purpose of utilization control. The purpose of the utilization control in the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the second invention of the present application is as follows.
Is mentioned. A p-layer (or n-layer) made of a polycrystalline silicon thin film serving as a seed crystal is formed. A p-layer (or n-layer) made of a polycrystalline silicon thin film is grown. An i-layer, that is, a polycrystalline silicon thin film is deposited at a high speed on the p-layer (or n-layer).

【0080】結晶性が良好な多結晶シリコン薄膜を効率
よく得るためには、工程(1)及び工程(2)における
利用率をそれぞれ約0.5〜10%及び約10〜80%
の範囲、特に好適にはそれぞれ約1〜5%及び約30〜
60%の範囲に管理するのがよい。上記利用率は各工程
で使用するシランの供給速度若しくは温度、希釈ガスを
使用する場合にはその供給速度若しくは温度、基材若し
くはp層(又はn層)の温度、反応器内圧力、又はプラ
ズマ発生のために加えるエネルギー量の1以上により管
理することができる。
In order to efficiently obtain a polycrystalline silicon thin film having good crystallinity, the utilization in the steps (1) and (2) is set to about 0.5 to 10% and about 10 to 80%, respectively.
, Particularly preferably about 1 to 5% and about 30 to respectively.
It is better to manage within the 60% range. The above utilization rate is the supply rate or temperature of the silane used in each step, the supply rate or temperature when a diluting gas is used, the temperature of the substrate or p-layer (or n-layer), the pressure in the reactor, or the plasma. It can be controlled by one or more of the energy amounts added for generation.

【0081】(10)本出願第2の発明の光電変換素子
の製造方法において使用される基材 本発明において使用される基材は、特に限定されるもの
ではなく太陽電池形成プロセス及び用途に応じて適宜選
択されるものである。例えば、太陽電池の光電変換層と
して使用される場合においては、基材としては、石英ガ
ラス、青板ガラス、単結晶シリコン、多結晶シリコン、
各種金属、耐熱性ポリマー、透明導電体等が使用でき
る。
(10) Substrate used in the method for producing a photoelectric conversion element according to the second invention of the present application The substrate used in the present invention is not particularly limited, and may be selected according to the solar cell forming process and application. Is appropriately selected. For example, when used as a photoelectric conversion layer of a solar cell, as a substrate, quartz glass, blue plate glass, single crystal silicon, polycrystalline silicon,
Various metals, heat-resistant polymers, transparent conductors and the like can be used.

【0082】(11)本出願第2の発明の光電変換素子
の製造方法におけるその他の製造条件 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法において、
多結晶シリコン薄膜の析出は、上記の製造条件を満足す
るものであれば、その他の製造条件は公知の方法が特に
制限なく採用される。例えば、工程(1)及び工程
(2)において原料ガスをプラズマ化する手段としては
高周波、超短波、低周波、マイクロ波等の公知の方法が
特に制限なく用いられる。
(11) Other manufacturing conditions in the method of manufacturing the photoelectric conversion element of the second invention of the present application In the method of manufacturing the photoelectric conversion element of the second invention of the present application,
As for the deposition of the polycrystalline silicon thin film, a known method is used without particular limitation as long as the above-mentioned production conditions are satisfied. For example, as a means for converting the raw material gas into plasma in the steps (1) and (2), a known method such as a high frequency, an ultrashort wave, a low frequency, or a microwave is used without particular limitation.

【0083】(12)光電変換素子の製造過程における
p層(又はn層)に対する熱処理 本出願第2の発明の光電変換素子の製造方法では、p層
(又はn層)を形成した後、p層(又はn層)に対しp
層(又はn層)の形成温度以上の温度で熱処理を施し、
しかる後に工程(2)を行う様にすることができる。こ
れにより、工程(1)で形成されたp層(又はn層)の
耐熱性及び耐プラズマ性を向上させた上でp層(又はn
層)上に工程(2)でi層を形成することができ、工程
(2)でi層を高温成膜する際にp層(又はn層)中の
不純物がi層内に拡散してp/i界面に不活性層が生成
し、これにより初期変換効率が低下することを防ぐこと
ができる。また得られるi層は光照射を受けても安定し
たキャリヤ輸送能を示し、劣化が抑制される。以上の熱
処理温度は200℃〜600℃とするのがよい。熱処理
温度が200℃より低い場合は、p層(又はn層)の耐
熱性及び耐プラズマ性を十分に向上させることはでき
ず、一方600℃を超える場合においては、必要以上の
加熱によりp層(又はn層)の結晶性に乱れが生じ好ま
しくない。
(12) Heat treatment of p-layer (or n-layer) in the process of manufacturing the photoelectric conversion element In the method of manufacturing the photoelectric conversion element of the second invention of the present application, after forming the p-layer (or n-layer), P for layer (or n-layer)
Heat treatment at a temperature equal to or higher than the formation temperature of the layer (or n-layer),
Thereafter, the step (2) can be performed. Thereby, the heat resistance and the plasma resistance of the p layer (or n layer) formed in the step (1) are improved, and then the p layer (or n layer) is improved.
An i-layer can be formed on the layer in step (2). When the i-layer is formed at a high temperature in step (2), impurities in the p-layer (or n-layer) diffuse into the i-layer. An inert layer is generated at the p / i interface, thereby preventing the initial conversion efficiency from decreasing. Further, the obtained i-layer shows stable carrier transportability even when irradiated with light, and the deterioration is suppressed. The above heat treatment temperature is preferably set to 200 ° C. to 600 ° C. When the heat treatment temperature is lower than 200 ° C., the heat resistance and the plasma resistance of the p-layer (or n-layer) cannot be sufficiently improved. The crystallinity of the (or n-layer) is disturbed, which is not preferable.

【0084】C.本出願第3の発明の多結晶シリコン薄
膜 本出願第3の発明の多結晶シリコン薄膜は、本出願第1
の発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法を適用して製造
されて、結晶体積分率が約85%以上で且つ暗導電率が
約1×10-3以上であるという特性を有するに至ること
をその特徴とし、したがって本出願第1の発明の多結晶
シリコン薄膜の製造方法につき適用される諸条件は、本
出願第3の発明の多結晶シリコン薄膜を製造する場合の
条件として同様に適用される。以下これを具体的に説明
する。
C. The polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application The polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application
Produced by applying the method for producing a polycrystalline silicon thin film according to the present invention, having a characteristic that the crystal volume fraction is about 85% or more and the dark conductivity is about 1 × 10 −3 or more. The features thereof, and therefore, the conditions applied to the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film of the first invention of the present application are similarly applied as the conditions for manufacturing the polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application. . This will be specifically described below.

【0085】すなわち本出願第3の発明の多結晶シリコ
ン薄膜は、本出願第1の発明の第一の工程を実施して得
られる多結晶シリコン基層と第二の工程を実施して得ら
れる多結晶シリコン薄膜主層とよりなる。すなわち本出
願第3の発明の多結晶シリコン薄膜は、水素化シランガ
スをプラズマ化し、基材と接触させることにより基材上
に形成された多結晶シリコン基層と、その多結晶シリコ
ン基層上に、少なくともハロゲン化シランを含有するガ
スをプラズマ化して析出させた多結晶シリコン薄膜主層
とよりなる多結晶シリコン薄膜であって、結晶体積分率
が約85%以上で且つ暗導電率が約1×10-3以上であ
る多結晶シリコン薄膜である。
That is, the polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application comprises a polycrystalline silicon base layer obtained by performing the first step of the first invention of the present application and a polycrystalline silicon thin film obtained by performing the second step. It consists of a crystalline silicon thin film main layer. That is, the polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application comprises a polycrystalline silicon base layer formed on a substrate by converting a hydrogenated silane gas into plasma and contacting the substrate with at least a polycrystalline silicon base layer. A polycrystalline silicon thin film comprising a polycrystalline silicon thin film main layer formed by plasma-forming a gas containing a halogenated silane and having a crystal volume fraction of about 85% or more and a dark conductivity of about 1 × 10 5 -3 or more polycrystalline silicon thin film.

【0086】(1)本出願第3の発明の多結晶シリコン
薄膜の結晶体積分率 本出願第3の発明の多結晶シリコン薄膜は、結晶体積分
率が約85%以上であるものとして特徴づけられる。こ
こで結晶体積分率が約85%以上でない場合には、結晶
性が十分ではない結果として、結晶欠陥密度が増加する
ことにより、光導電率が低下して変換効率が下がる。
(1) Crystal Volume Fraction of Polycrystalline Silicon Thin Film of the Third Invention of the Present Application The polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application is characterized as having a crystal volume fraction of about 85% or more. Can be Here, when the crystal volume fraction is not more than about 85%, as a result of insufficient crystallinity, the photoconductivity decreases due to an increase in the crystal defect density, and the conversion efficiency decreases.

【0087】(2)本出願第3の発明の多結晶シリコン
薄膜の暗導電率 本出願第3の発明の多結晶シリコン薄膜は、暗導電率が
約1×10-3以上であるものとして特徴づけられる。こ
こで暗導電率が約1×10-3以上でない場合には、導電
率が十分ではない結果として変換効率が低下する。
(2) Dark Conductivity of the Polycrystalline Silicon Thin Film of the Third Invention of the Present Application The polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application is characterized by having a dark conductivity of about 1 × 10 −3 or more. Attached. If the dark conductivity is not more than about 1 × 10 −3 , the conversion efficiency is reduced as a result of insufficient conductivity.

【0088】以上の本出願第3の発明の多結晶シリコン
薄膜の有する特性は、本出願第3の発明の多結晶シリコ
ン薄膜が本出願第1の発明として特定される製造方法に
より製造される結果、その製造過程でプラズマ中に発生
するパウダーやフレーク等のダストを起因とする結晶欠
陥を著しく少なくすることができることにより達成され
る。しかも本出願第3の発明の多結晶シリコン薄膜は、
かかる極めて優れた結晶性及び電気特性を示すものであ
りながら、単に実験室的に作製されるものではなく、現
実の工業的生産過程において極めて効率よく生産され得
るものである。したがって、その点で本出願第3の発明
の多結晶シリコン薄膜の有する特性は、特に生産効率等
を考慮することなく単に実験室的に作製される多結晶シ
リコン薄膜の有する特性とは異なる技術的意義を有する
ものとして、単に実験室的に作製される多結晶シリコン
薄膜の有する特性とは区別して認識されなければならな
い。
The above-described characteristics of the polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application are as follows: the polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application is manufactured by the manufacturing method specified as the first invention of the present application. This is achieved because crystal defects caused by dust such as powder and flakes generated in plasma during the manufacturing process can be significantly reduced. Moreover, the polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application is:
While exhibiting such excellent crystallinity and electrical characteristics, it is not simply produced in a laboratory but can be produced extremely efficiently in an actual industrial production process. Therefore, in that respect, the characteristics of the polycrystalline silicon thin film of the third invention of the present application are technically different from the characteristics of the polycrystalline silicon thin film simply produced in a laboratory without particularly considering production efficiency and the like. As significant, it must be distinguished from the characteristics of a polycrystalline silicon thin film simply produced in a laboratory.

【0089】D.本出願第4の発明の光電変換素子 本出願第4の発明の光電変換素子は、本出願第2の発明
の光電変換素子の製造方法を適用して製造されて、波長
400nmにおける量子効率が0.7以上であり、且つ
初期の変換効率に対する20000分光照射後の変換効
率の比が約0.95以上であるという特性を有するに至
ることをその特徴とし、したがって本出願第2の発明の
光電変換素子の製造方法につき適用される諸条件は、本
出願第4の発明の光電変換素子を製造する場合の条件と
して同様に適用される。以下これを具体的に説明する。
D. The photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application The photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application is manufactured by applying the method of manufacturing the photoelectric conversion element of the second invention of the present application, and has a quantum efficiency of 0 at a wavelength of 400 nm. 0.7 or more, and the ratio of the conversion efficiency after 20000 spectral irradiation to the initial conversion efficiency is about 0.95 or more. Various conditions applied to the method for manufacturing the conversion element are similarly applied as conditions for manufacturing the photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application. This will be specifically described below.

【0090】すなわち本出願第4の発明の光電変換素子
は、本出願第2の発明の工程(1)を実施して得られる
p層(又はn層)と、工程(2)を実施して得られるi
層と、工程(3)を実施して得られるn層(又はp層)
とよりなる。すなわち本出願第4の発明の光電変換素子
は、水素化シランと周期律表第III族元素化合物(又は
周期律表第V族元素化合物)との混合ガスをプラズマ化
し、基材に接触させることにより基材上に周期律表第II
I族元素(又は周期律表第V族元素)を含む多結晶シリコ
ンを析出させて得られる厚さが約10〜150オングス
トロームのp層(又はn層)と、少なくともハロゲン化
シランを含むガスをプラズマ化し、前記p層(又はn
層)と接触させて形成されたi層と、少なくとも水素化
シラン又はハロゲン化シランのいずれか一方のシラン及
び周期律表第V族元素化合物(又は周期律表第III族元素
化合物)の混合ガスをプラズマ化し、前記i層と接触さ
せることによりi層上に周期律表第V族元素(又は周期
律表第III族元素)を含む多結晶シリコンを析出させて
形成されたn層(又はp層)とよりなる光電変換素子で
あって、波長400nmにおける量子効率が0.7以上
であり、且つ初期の変換効率に対する20000分光照
射後の変換効率の比が約0.95以上であることを特徴
とする光電変換素子である。
That is, the photoelectric conversion element according to the fourth invention of the present application comprises a p-layer (or n-layer) obtained by performing the step (1) of the second invention of the present application, and a step (2). I obtained
Layer and n-layer (or p-layer) obtained by performing step (3)
And That is, the photoelectric conversion element according to the fourth invention of the present application is a method in which a gas mixture of hydrogenated silane and a group III element compound of the periodic table (or a group V element compound of the periodic table) is converted into plasma and brought into contact with the substrate. On the base material
A p-layer (or n-layer) having a thickness of about 10 to 150 angstroms obtained by depositing polycrystalline silicon containing a group I element (or a group V element of the periodic table), and a gas containing at least a halogenated silane Plasma is generated and the p layer (or n
Layer), a mixed gas of at least one of a silane of hydrogenated silane and a halogenated silane and a Group V element compound of the Periodic Table (or a Group III element compound of the Periodic Table) Is formed into a plasma, and is brought into contact with the i-layer to deposit polycrystalline silicon containing a Group V element of the periodic table (or a Group III element of the periodic table) on the i-layer, thereby forming an n-layer (or p-layer). Layer), wherein the quantum efficiency at a wavelength of 400 nm is 0.7 or more, and the ratio of the conversion efficiency after 20000 spectral irradiation to the initial conversion efficiency is about 0.95 or more. This is a characteristic photoelectric conversion element.

【0091】係る本出願第4の発明の光電変換素子は、
製造過程でプラズマ中に発生するパウダーやフレーク等
のダストを起因とする結晶欠陥が著しく少なく、極めて
優れた結晶性及び電気特性を備え、高性能で信頼性の高
いシリコン系薄膜太陽電池として適用することができ
る。
The photoelectric conversion element according to the fourth invention of the present application is:
Crystalline defects caused by dust such as powders and flakes generated in plasma during the manufacturing process are extremely small, and have excellent crystallinity and electrical characteristics, and are applied as silicon-based thin-film solar cells with high performance and high reliability. be able to.

【0092】(1) 本出願第4の発明の光電変換素子
の量子効率 本出願第4の発明の光電変換素子は、波長400nmに
おける量子効率が0.7以上であるものとして特徴づけ
られる。ここで波長400nmにおける量子効率が0.
7以上でない場合には、光吸収特性が十分ではなく、従
来技術により得られる太陽電池と同程度の光吸収特性に
過ぎず、特に有用性が大きいものとは認められない。
(1) Quantum Efficiency of Photoelectric Conversion Element of the Fourth Invention of the Present Application The photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application is characterized as having a quantum efficiency of 0.7 or more at a wavelength of 400 nm. Here, the quantum efficiency at a wavelength of 400 nm is 0.
When it is not more than 7, the light absorption characteristics are not sufficient, and the light absorption characteristics are only about the same as those of the solar cell obtained by the conventional technology, and it is not recognized that the solar cell is particularly useful.

【0093】(2) 本出願第4の発明の光電変換素子
の初期の変換効率に対する一定時間光照射後の変換効率
の比 本出願第4の発明の光電変換素子は、初期の変換効率に
対する20000分光照射後の変換効率の比が約0.9
5以上であるものとして特徴づけられる。ここで初期の
変換効率に対する20000分光照射後の変換効率の比
が約0.95以上でない場合には、光劣化特性が十分で
はなく、かかる光劣化特性は従来技術により得られる光
電変換素子の光劣化特性と同等性能であり、例えば太陽
電池として適用する場合の耐久性が不十分となる。
(2) Ratio of conversion efficiency after irradiation of light for a certain time with respect to the initial conversion efficiency of the photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application The photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application has a conversion efficiency of 20,000 with respect to the initial conversion efficiency. Conversion efficiency ratio after spectral irradiation is about 0.9
It is characterized as having five or more. Here, when the ratio of the conversion efficiency after the 20,000 spectral irradiation to the initial conversion efficiency is not more than about 0.95, the light deterioration characteristic is not sufficient, and the light deterioration characteristic is the light of the photoelectric conversion element obtained by the conventional technique. The performance is equivalent to the deterioration characteristic, and the durability when applied as, for example, a solar cell becomes insufficient.

【0094】以上の本出願第4の発明の光電変換素子の
有する特性は、本出願第4の発明の光電変換素子が本出
願第2の発明として特定される製造方法により製造され
る結果、その製造過程でプラズマ中に発生するパウダー
やフレーク等のダストを起因とする結晶欠陥を著しく少
なくすることができることにより達成される。しかも本
出願第4の発明の光電変換素子は、かかる極めて優れた
結晶性及び電気特性を示すものでありながら、単に実験
室的に作製されるものではなく、現実の工業的生産過程
において極めて効率よく生産され得るものである。した
がって、その点で本出願第4の発明の光電変換素子の有
する特性は、特に生産効率等を考慮することなく単に実
験室的に作製される多結晶シリコン薄膜の有する特性と
は異なる技術的意義を有するものとして、単に実験室的
に作製される光電変換素子の有する特性とは区別して認
識されなければならない。
The characteristics possessed by the photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application are as follows as a result of the photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application being manufactured by the manufacturing method specified as the second invention of the present application. This is achieved by remarkably reducing crystal defects caused by dust such as powder and flakes generated in plasma during the manufacturing process. Moreover, the photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application, while exhibiting such extremely excellent crystallinity and electric characteristics, is not simply manufactured in a laboratory, but is extremely efficient in actual industrial production processes. It can be produced well. Therefore, in that respect, the characteristics of the photoelectric conversion element of the fourth invention of the present application are different in technical significance from the characteristics of the polycrystalline silicon thin film simply manufactured in a laboratory without particularly considering production efficiency and the like. Must be recognized separately from the characteristics of a photoelectric conversion element manufactured simply in a laboratory.

【0095】[0095]

【実施例】本発明を更に具体的に説明するために以下に
本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法及び光電変換素
子の製造方法の実施例を示す。なお以下の各実施例は図
1にその概略を示した多結晶シリコン薄膜作製装置を用
いて行った。また、以下の実施例及び比較例において、
本発明によって得られた多結晶シリコン薄膜の導電率評
価、結晶性評価、耐光劣化試験、量子効率評価及び塩素
含有量評価は、以下の(1)〜(5)に示す方法によっ
て行った。
EXAMPLES In order to more specifically explain the present invention, examples of the method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film and the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention will be described below. Each of the following examples was performed using a polycrystalline silicon thin film manufacturing apparatus schematically shown in FIG. In the following examples and comparative examples,
Conductivity evaluation, crystallinity evaluation, light resistance deterioration test, quantum efficiency evaluation and chlorine content evaluation of the polycrystalline silicon thin film obtained by the present invention were performed by the following methods (1) to (5).

【0096】(1)導電率 図2に示すように、石英基材5上に析出した多結晶シリ
コン膜13上にオーミック接触となるようなギャップタ
イプの金属電極14を付着させ、電極14間に電圧を印
加した状態において流れる電流を測定し導電率を求め
た。光を照射しない暗い状態の導電率を暗導電率、光を
照射した状態の導電率を光導電率とした。光の強度は1
00mW/cm2とした。
(1) Conductivity As shown in FIG. 2, a gap type metal electrode 14 is formed on the polycrystalline silicon film 13 deposited on the quartz substrate 5 so as to form an ohmic contact. The current flowing in a state where a voltage was applied was measured to determine the conductivity. The conductivity in a dark state without light irradiation was defined as dark conductivity, and the conductivity in a state irradiated with light was defined as photoconductivity. Light intensity is 1
00 mW / cm 2 .

【0097】(2)結晶性 紫外から可視域の波長を用いた分光エリプソメーターに
より、疑似誘電率の波長依存性を測定し、得られた波形
をブラックマンの有効媒質近似理論に基づき解析するこ
とによって多結晶シリコン膜の結晶体積分率を見積もっ
た。
(2) Crystallinity The wavelength dependence of the pseudo dielectric constant is measured by a spectroscopic ellipsometer using a wavelength in the ultraviolet to visible region, and the obtained waveform is analyzed based on Blackman's theory of effective medium approximation. Thus, the crystal volume fraction of the polycrystalline silicon film was estimated.

【0098】(3)耐光劣化試験 2000nm以上の赤外光をフィルターによって遮断し
た500mW/cm2の強度のキセノンランプ光を試料
に照射し、光導電率の光照射時間依存性を調べた。この
時、光照射時間は20000分一定とした。光照射中の
試料の温度上昇を防止するために、試料ホルダーを水冷
し、試料表面温度は常に40℃とした。初期の変換効率
に対する20000分光照射後の変換効率の比を光導電
率の耐光劣化度として評価した。また、太陽電池の耐光
劣化試験を行う場合においては、透明電極付きガラス基
材の透明電極上にpin(nip)型多結晶シリコン膜
を析出させ、さらにその上部に銀電極を真空蒸着により
付着させて、変換効率の耐光劣化度を調べた。なお、変
換効率の耐光劣化度は光導電率の場合と同様に初期の変
換効率に対する20000分光照射後の変換効率の比で
ある。
(3) Light Resistance Deterioration Test A sample was irradiated with a xenon lamp light of 500 mW / cm 2 with infrared light of 2,000 nm or more blocked by a filter, and the light irradiation time dependency of the photoconductivity was examined. At this time, the light irradiation time was fixed at 20,000 minutes. In order to prevent the temperature of the sample from rising during light irradiation, the sample holder was cooled with water, and the surface temperature of the sample was always 40 ° C. The ratio of the conversion efficiency after 20,000 spectral irradiation to the initial conversion efficiency was evaluated as the degree of light resistance deterioration of the photoconductivity. In the case of performing a light resistance deterioration test of a solar cell, a pin (nip) type polycrystalline silicon film is deposited on a transparent electrode of a glass substrate with a transparent electrode, and a silver electrode is further adhered thereon by vacuum deposition. Then, the degree of light deterioration of the conversion efficiency was examined. The degree of light resistance deterioration of the conversion efficiency is the ratio of the conversion efficiency after 20,000 spectral irradiation to the initial conversion efficiency as in the case of the photoconductivity.

【0099】(4)太陽電池の量子効率の測定 400〜800nmの波長範囲で太陽電池の電流電圧特
性を測定することにより、波長400nmにおける量子
効率を求めた。
(4) Measurement of Quantum Efficiency of Solar Cell The quantum efficiency at a wavelength of 400 nm was obtained by measuring the current-voltage characteristics of the solar cell in the wavelength range of 400 to 800 nm.

【0100】(5)多結晶シリコン薄膜中のハロゲン原
子含有量 多結晶シリコン薄膜中のハロゲン原子含有量の測定は2
次イオン検出質量分析装置を使用して、石英基材上に析
出させた試料に対して、析出膜の表面側から主層部に関
して行った。
(5) Halogen atom content in polycrystalline silicon thin film Measurement of halogen atom content in polycrystalline silicon thin film
Using a secondary ion detection mass spectrometer, a sample deposited on a quartz substrate was subjected to the main layer from the surface side of the deposited film.

【0101】実施例1 第一工程における多結晶シリコン薄膜析出用のガスとし
てモノシランガス3sccm、水素ガス50sccmを
反応容器1内に導入した。尚、モノシランガスは予め4
50℃になるように予備加熱を施した。そして、圧力調
製器9により反応容器1内の圧力を100mTorrに
設定した後、ガス等によるプラズマを発生させた。プラ
ズマ発生用の電源として高周波電源を使用し、出力を2
0Wに調節した。プラズマが安定するまでの約10秒の
間シャッター12を閉じ、10秒後にシャッター12を
開け、加熱基材5とプラズマとを接触させることにより
基材5上に多結晶シリコン薄膜基層を析出させた。その
際基材温度は150℃とし、析出時間は200秒とし
た。基材には石英ガラスを使用した。ここで、上述の条
件で析出時間を200秒に設定することにより約100
オングストロームの厚みの多結晶シリコン薄膜が得られ
る析出時間と薄膜厚さとの対応関係は予め確認した上
で、上述の薄膜の析出を行った。
Example 1 As a gas for depositing a polycrystalline silicon thin film in the first step, 3 sccm of monosilane gas and 50 sccm of hydrogen gas were introduced into the reaction vessel 1. The monosilane gas is 4
Preheating was performed to 50 ° C. Then, after the pressure in the reaction vessel 1 was set to 100 mTorr by the pressure regulator 9, plasma was generated by gas or the like. A high-frequency power supply is used as the power supply for plasma generation, and the output is 2
Adjusted to 0W. The shutter 12 was closed for about 10 seconds until the plasma was stabilized, and after 10 seconds, the shutter 12 was opened, and the heating base 5 was brought into contact with the plasma to deposit a polycrystalline silicon thin film base layer on the base 5. . At that time, the substrate temperature was 150 ° C., and the deposition time was 200 seconds. Quartz glass was used for the substrate. Here, by setting the deposition time to 200 seconds under the above conditions, about 100
The correspondence between the deposition time and the thickness of the polycrystalline silicon thin film having a thickness of Å was confirmed in advance, and the above-mentioned thin film was deposited.

【0102】第一工程における多結晶シリコン薄膜基層
の析出はシャッター12を閉じ基材5上への多結晶シリ
コン膜の析出を停止させることにより終了させ、基材5
及び基材5上に形成された基層の温度を250℃まで上
昇させると共に、ジクロロシランガスを10sccmの
流量で反応容器1内へ供給した。モノシランガスはバイ
パスラインを使用し、予備加熱無しで第一工程と同様の
流量を反応容器1内へ導入した。圧力調製器9により反
応容器1内の圧力を200mTorrに設定した後、ガ
スによるプラズマを発生させた。プラズマ発生用の電源
としては第一工程と同様、高周波電源を使用し、出力を
100Wに調節した。プラズマが安定するまでの約10
秒の間シャッター12を閉じ、10秒後にシャッター1
2を開け、第一工程により得られた加熱基材上の多結晶
シリコン膜基層とプラズマとを接触させることにより基
層上に多結晶シリコン薄膜を析出する第二工程を実施し
た。析出時間は1000秒とした。第一工程と同様に1
000秒の析出で約3.5ミクロンの厚みの多結晶シリ
コン薄膜が得られることは予め確認している。
The deposition of the polycrystalline silicon thin film base layer in the first step is terminated by closing the shutter 12 and stopping the deposition of the polycrystalline silicon film on the substrate 5.
The temperature of the base layer formed on the substrate 5 was raised to 250 ° C., and dichlorosilane gas was supplied into the reaction vessel 1 at a flow rate of 10 sccm. Monosilane gas was introduced into the reaction vessel 1 at the same flow rate as in the first step without preheating using a bypass line. After the pressure in the reaction vessel 1 was set to 200 mTorr by the pressure adjuster 9, plasma by gas was generated. As in the first step, a high-frequency power source was used as a power source for plasma generation, and the output was adjusted to 100 W. Approximately 10 until plasma stabilizes
Shutter 12 is closed for 10 seconds and shutter 1
2 was opened, and a second step of depositing a polycrystalline silicon thin film on the substrate by contacting the plasma with the polycrystalline silicon film base layer on the heating substrate obtained in the first step was performed. The deposition time was 1000 seconds. 1 as in the first step
It has been previously confirmed that a polycrystalline silicon thin film having a thickness of about 3.5 μm can be obtained by deposition for 2,000 seconds.

【0103】得られた多結晶シリコン薄膜の特性は、結
晶体積分率85%、暗導電率1×10-3S/cm以上であ
った。光劣化試験の結果、変換効率の耐光劣化度は0.
95であり光照射に伴う変換効率の低下は殆ど観測され
なかった。また塩素含有量は0.5原子%であった。
The characteristics of the obtained polycrystalline silicon thin film were a crystal volume fraction of 85% and a dark conductivity of 1 × 10 −3 S / cm or more. As a result of the light deterioration test, the light deterioration degree of the conversion efficiency was 0.1.
The conversion efficiency was 95, and almost no decrease in conversion efficiency due to light irradiation was observed. The chlorine content was 0.5 atomic%.

【0104】実施例2 実施例1において、第一工程におけるモノシランガス加
熱温度のみを550℃に変更しその他の条件は固定して
多結晶シリコン薄膜の析出を行った。得られた多結晶シ
リコン薄膜の評価を実施例1と同様に行った。その結
果、結晶体積分率93%、暗導電率5×10-3S/cm以
上であった。実施例1と同様光劣化試験を実施した結
果、変換効率の耐光劣化度は0.96であり、光照射に
伴う変換効率の低下は殆ど観測されなかった。また塩素
含有量は0.3原子%であった。
Example 2 In Example 1, a polycrystalline silicon thin film was deposited by changing only the heating temperature of the monosilane gas in the first step to 550 ° C. and fixing other conditions. The obtained polycrystalline silicon thin film was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal volume fraction was 93% and the dark conductivity was 5 × 10 −3 S / cm or more. As a result of performing a light deterioration test in the same manner as in Example 1, the degree of light deterioration resistance of the conversion efficiency was 0.96, and almost no decrease in the conversion efficiency due to light irradiation was observed. Further, the chlorine content was 0.3 atomic%.

【0105】実施例3 実施例1において、第一工程における基材温度を250
℃、第二の工程における基材温度を300℃に変更し、
その他の条件は固定して多結晶シリコン薄膜の析出を行
った。得られた多結晶シリコン薄膜の評価を実施例1と
同様に行った。その結果、結晶体積分率90%、暗導電
率5×10-3S/cm以上であった。実施例1と同様光劣
化試験を実施した結果、変換効率の耐光劣化度は0.9
6であり、光照射に伴う変換効率の低下は殆ど観測され
なかった。また塩素含有量は0.3原子%であった。
Example 3 In Example 1, the temperature of the substrate in the first step was set to 250.
° C, the substrate temperature in the second step was changed to 300 ° C,
The other conditions were fixed, and a polycrystalline silicon thin film was deposited. The obtained polycrystalline silicon thin film was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal volume fraction was 90% and the dark conductivity was 5 × 10 −3 S / cm or more. As a result of performing a light degradation test in the same manner as in Example 1, the light resistance degradation degree of conversion efficiency was 0.9
6, and a decrease in conversion efficiency due to light irradiation was hardly observed. Further, the chlorine content was 0.3 atomic%.

【0106】実施例4 実施例1において、第一工程における基材温度を250
℃、第二の工程における基材温度を500℃に変更し、
その他の条件は固定して多結晶シリコン薄膜の析出を行
った。得られた多結晶シリコン薄膜の評価を実施例1と
同様に行った。その結果、結晶体積分率93%、暗導電
率5×10-3S/cm以上であった。実施例1と同様光劣
化試験を実施した結果、変換効率の耐光劣化度は0.9
7であり、光照射に伴う変換効率の低下は殆ど観測され
なかった。また塩素含有量は0.6原子%であった。
Example 4 In Example 1, the temperature of the substrate in the first step was set to 250.
° C, the substrate temperature in the second step was changed to 500 ° C,
The other conditions were fixed, and a polycrystalline silicon thin film was deposited. The obtained polycrystalline silicon thin film was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the crystal volume fraction was 93% and the dark conductivity was 5 × 10 −3 S / cm or more. As a result of performing a light degradation test in the same manner as in Example 1, the light resistance degradation degree of conversion efficiency was 0.9
The conversion efficiency was almost not reduced due to light irradiation. The chlorine content was 0.6 atomic%.

【0107】実施例5 実施例1の第一工程において供給する水素ガスにジボラ
ンガス(B26)を0.3sccmの流量を混入させ、
その他の条件は固定して第一工程を実施し、P型多結晶
シリコン薄膜を形成した。この時、基材としては透明電
極付き石英ガラスを使用した。その後、実施例1と同様
に第二工程を実施して不純物が含まれない多結晶シリコ
ン薄膜を3.5ミクロン析出した。第二工程終了後、シ
ャッター12を閉じ、基材上への多結晶シリコン膜の析
出を停止させ、供給中の水素ガスにホスフィンガス(P
3)を0.3sccmの流量で混入させ、その他の条
件は第二工程と同様にして100オングストローム厚の
N型多結晶シリコン薄膜を析出した。
Example 5 Diborane gas (B 2 H 6 ) was mixed with hydrogen gas supplied in the first step of Example 1 at a flow rate of 0.3 sccm.
The other conditions were fixed and the first step was performed to form a P-type polycrystalline silicon thin film. At this time, quartz glass with a transparent electrode was used as a substrate. After that, the second step was performed in the same manner as in Example 1 to deposit a polycrystalline silicon thin film containing no impurity at 3.5 μm. After completion of the second step, the shutter 12 is closed to stop the deposition of the polycrystalline silicon film on the base material, and the hydrogen gas being supplied is supplied with phosphine gas (P
H 3 ) was mixed at a flow rate of 0.3 sccm, and the other conditions were the same as in the second step to deposit an N-type polycrystalline silicon thin film having a thickness of 100 Å.

【0108】すべての工程が終了し、基材温度が50℃
程度まで低下した後、多結晶シリコン薄膜が析出された
基材を反応容器1から取出し、最上部のN型多結晶シリ
コン膜上に銀電極を真空蒸着法により付着させPIN型
多結晶シリコン薄膜太陽電池を形成した。得られた太陽
電池の光電変換効率を測定したところ約8%の変換効率
が得られた。実施例1と同様光劣化試験を太陽電池に対
して実施した結果、変換効率の耐光劣化度は0.96で
あり、光照射に伴う変換効率の低下は殆ど観測されなか
った。また波長400nmにおける量子効率は0.77
であった。
When all the steps have been completed, the substrate temperature is set to 50 ° C.
After being lowered to the extent, the substrate on which the polycrystalline silicon thin film has been deposited is taken out of the reaction vessel 1, and a silver electrode is deposited on the uppermost N-type polycrystalline silicon film by a vacuum deposition method to form a PIN type polycrystalline silicon thin film solar cell. A battery was formed. When the photoelectric conversion efficiency of the obtained solar cell was measured, a conversion efficiency of about 8% was obtained. As a result of performing a light deterioration test on the solar cell in the same manner as in Example 1, the light resistance deterioration degree of the conversion efficiency was 0.96, and almost no decrease in the conversion efficiency due to light irradiation was observed. The quantum efficiency at a wavelength of 400 nm is 0.77.
Met.

【0109】実施例6 他は実施例5と同様にし、第二工程を実施する前に第一
工程を実施して得られたP型多結晶シリコン薄膜に25
0℃1時間の熱処理を施した得られた太陽電池の光電変
換効率を測定したところ約9%の変換効率が得られた。
実施例1と同様光劣化試験を太陽電池に対して実施した
結果、変換効率の耐光劣化度は0.98であり、光照射
に伴う変換効率の低下は殆ど観測されなかった。また波
長400nmにおける量子効率は0.80であった。
Example 6 The procedure of Example 5 was repeated except that the P-type polycrystalline silicon thin film obtained by performing the first step before performing the second step had a thickness of 25%.
When the photoelectric conversion efficiency of the solar cell obtained by performing the heat treatment at 0 ° C. for 1 hour was measured, a conversion efficiency of about 9% was obtained.
As a result of performing a light deterioration test on the solar cell in the same manner as in Example 1, the light resistance deterioration degree of the conversion efficiency was 0.98, and a decrease in the conversion efficiency due to light irradiation was hardly observed. The quantum efficiency at a wavelength of 400 nm was 0.80.

【0110】実施例7 実施例1の第一工程において供給する水素ガスにホスフ
ィンガス(PH3)を0.3sccmの流量を混入さ
せ、その他の条件は固定して第一工程を実施し、厚さ5
0オングストロームのN型多結晶シリコン薄膜を形成し
た。この時、基材としては透明電極付き石英ガラスを使
用した。その後、実施例1と同様に第二工程を実施して
不純物が含まれない多結晶シリコン薄膜を3.5ミクロ
ン析出した。その際第二工程では前記N型多結晶シリコ
ン薄膜上に100オングストロームまで上記ドーパント
を混入させて多結晶シリコン薄膜を析出した。したがっ
てN型多結晶シリコン薄膜の厚さは計150オングスト
ロームとなっている。第二工程終了後、シャッター12
を閉じ、基材上への多結晶シリコン膜の析出を停止さ
せ、供給中の水素ガスにジボランガス(B26)を0.
3sccmの流量で混入させ、その他の条件は第二工程
と同様にして100オングストローム厚のP型多結晶シ
リコン薄膜を析出した。すべての工程が終了し、基材温
度が50℃程度まで低下した後、多結晶シリコン薄膜が
析出された基材を反応容器1から取出し、最上部のP型
多結晶シリコン膜上に銀電極を真空蒸着法により付着さ
せNIP型多結晶シリコン薄膜太陽電池を形成した。得
られた太陽電池の光電変換効率を測定したところ約8%
の変換効率が得られた。
Example 7 The first step was carried out by mixing phosphine gas (PH 3 ) at a flow rate of 0.3 sccm with the hydrogen gas supplied in the first step of Example 1 and fixing other conditions. Sa5
A 0 Å N-type polycrystalline silicon thin film was formed. At this time, quartz glass with a transparent electrode was used as a substrate. After that, the second step was performed in the same manner as in Example 1 to deposit a polycrystalline silicon thin film containing no impurity at 3.5 μm. At that time, in the second step, the above-mentioned dopant was mixed up to 100 angstroms on the N-type polycrystalline silicon thin film to deposit a polycrystalline silicon thin film. Therefore, the thickness of the N-type polycrystalline silicon thin film is 150 Å in total. After the second step, the shutter 12
Is closed, the deposition of the polycrystalline silicon film on the base material is stopped, and diborane gas (B 2 H 6 ) is added to the hydrogen gas being supplied.
A P-type polycrystalline silicon thin film having a thickness of 100 Å was deposited in the same manner as in the second step except for mixing at a flow rate of 3 sccm. After all the steps have been completed and the substrate temperature has dropped to about 50 ° C., the substrate on which the polycrystalline silicon thin film has been deposited is taken out of the reaction vessel 1 and a silver electrode is placed on the uppermost P-type polycrystalline silicon film. The NIP-type polycrystalline silicon thin-film solar cells were formed by vacuum deposition. When the photoelectric conversion efficiency of the obtained solar cell was measured, it was about 8%.
Conversion efficiency was obtained.

【0111】実施例1と同様光劣化試験を太陽電池に対
して実施した結果、変換効率の耐光劣化度は0.97で
あり、光照射に伴う変換効率の低下は殆ど観測されなか
った。また波長400nmにおける量子効率は0.75
であった。また本実施例の太陽電池におけるp層の塩素
含有量の測定を、別に本実施例におけるp層の成膜条件
と同一の成膜条件でp層を石英基材上に析出させた試料
を用いて行った。測定は、この試料の析出膜の表面側か
ら主層部に関して2次イオン検出質量分析装置を使用し
て行った。その結果、塩素含有量は0.3原子%であっ
た。
As a result of performing a light deterioration test on the solar cell in the same manner as in Example 1, the degree of light resistance deterioration of the conversion efficiency was 0.97, and almost no decrease in the conversion efficiency due to light irradiation was observed. The quantum efficiency at a wavelength of 400 nm is 0.75.
Met. Further, the measurement of the chlorine content of the p-layer in the solar cell of this embodiment was performed using a sample in which the p-layer was deposited on a quartz substrate under the same deposition conditions as those of the p-layer in this embodiment. I went. The measurement was performed using a secondary ion detection mass spectrometer for the main layer from the surface side of the deposited film of this sample. As a result, the chlorine content was 0.3 atomic%.

【0112】比較例1 実施例1において、第一工程におけるモノシランガスの
加熱を行わずに、その他の条件は固定して多結晶シリコ
ン薄膜の析出を行った。得られた多結晶シリコン薄膜の
評価を実施例1と同様に行ったところ、結晶体積分率8
0%、暗導電率5×10-4S/cm程度であり、従来技術
で得られる多結晶シリコン薄膜とほぼ同等の品質を示し
た。さらに、目視により膜の表面の表面状態を観察した
ところ、白く濁っておりピンホールが観測された。また
実施例1と同様光劣化試験を実施した結果、変換効率の
耐光劣化度は0.94であり、光照射に伴う変換効率の
低下が各実施例のものに比し、大きいことが観測され
た。
Comparative Example 1 In Example 1, a polycrystalline silicon thin film was deposited without heating the monosilane gas in the first step and fixing other conditions. When the obtained polycrystalline silicon thin film was evaluated in the same manner as in Example 1, the crystal volume fraction was 8
It was about 0% and the dark conductivity was about 5 × 10 −4 S / cm, showing almost the same quality as the polycrystalline silicon thin film obtained by the conventional technique. Further, when the surface condition of the film surface was visually observed, it was white and cloudy, and pinholes were observed. In addition, as a result of performing a light deterioration test in the same manner as in Example 1, it was observed that the light resistance deterioration degree of the conversion efficiency was 0.94, and that the reduction in the conversion efficiency due to light irradiation was larger than that of each example. Was.

【0113】比較例2 実施例1において、第一工程におけるモノシランガスの
加熱温度を650℃とし、その他の条件は固定して多結
晶シリコン薄膜の析出を行った。得られた多結晶シリコ
ン薄膜の評価を実施例1と同様に行ったところ、結晶体
積分率80%、暗導電率5×10-4S/cm程度であり、
従来技術で得られる多結晶シリコン薄膜とほぼ同等の品
質を示した。さらに、目視により膜の表面の表面状態を
観察したところ、白く濁っておりピンホールが観測され
た。また実施例1と同様光劣化試験を実施した結果、変
換効率の耐光劣化度は0.92であり、光照射に伴う変
換効率の低下が各実施例のものに比し、大きいことが観
測された。
Comparative Example 2 In Example 1, the polysilane thin film was deposited while the heating temperature of the monosilane gas in the first step was 650 ° C. and the other conditions were fixed. When the obtained polycrystalline silicon thin film was evaluated in the same manner as in Example 1, the crystal volume fraction was 80% and the dark conductivity was about 5 × 10 −4 S / cm.
It showed almost the same quality as the polycrystalline silicon thin film obtained by the conventional technology. Further, when the surface condition of the film surface was visually observed, it was white and cloudy, and pinholes were observed. In addition, as a result of the light deterioration test performed in the same manner as in Example 1, the light resistance deterioration degree of the conversion efficiency was 0.92. Was.

【0114】比較例3 実施例1において、第一工程における析出時間を10秒
とし、その他の条件は固定して多結晶シリコン薄膜の析
出を行った。10秒の析出で約5オングストロームの厚
みの多結晶シリコン薄膜が得られることは予め確認して
いる。得られた多結晶シリコン薄膜の評価を実施例1と
同様に行ったところ、結晶体積分率75%、暗導電率5
×10-4S/cm程度であり、従来技術で得られる多結晶
シリコン薄膜とほぼ同等の品質を示した。さらに、目視
により膜の表面の表面状態を観察したところ、白く濁っ
ておりピンホールが観測された。また実施例1と同様光
劣化試験を実施した結果、変換効率の耐光劣化度は0.
91であり、光照射に伴う変換効率の低下が各実施例の
ものに比し、大きいことが観測された。
Comparative Example 3 In Example 1, the deposition time in the first step was set to 10 seconds, and the other conditions were fixed to deposit a polycrystalline silicon thin film. It has been previously confirmed that a polycrystalline silicon thin film having a thickness of about 5 angstroms can be obtained by deposition for 10 seconds. When the obtained polycrystalline silicon thin film was evaluated in the same manner as in Example 1, the crystal volume fraction was 75% and the dark conductivity was 5
It was about × 10 −4 S / cm, and showed almost the same quality as the polycrystalline silicon thin film obtained by the conventional technique. Further, when the surface condition of the film surface was visually observed, it was white and cloudy, and pinholes were observed. In addition, as a result of performing a light deterioration test in the same manner as in Example 1, the light resistance deterioration degree of the conversion efficiency was 0.3.
It was 91, and it was observed that the reduction in conversion efficiency due to light irradiation was greater than that in each of the examples.

【0115】[0115]

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明の多結晶シリコン薄膜及び光電変換素子並びにこれら
の製造方法によれば速い膜形成速度において、結晶性及
び電気特性の優れた高品質多結晶シリコン薄膜及び光電
変換素子を製造することが可能になり、多結晶シリコン
薄膜を用いた太陽電池を工業的に生産することを可能に
してその工業化に大きく寄与する技術となる。本発明の
多結晶シリコン薄膜及び光電変換素子並びにこれらの製
造方法は製造時間の短縮だけでなく、製造時にプラズマ
中でパウダー等の欠陥発生源を副生成物として発生する
ことがないので製造装置のメンテナンスが簡素化される
とともに歩留まり良く多結晶シリコン薄膜の析出が可能
となる特徴もあり工業的価値は極めて大きい。
As will be understood from the above description, according to the polycrystalline silicon thin film and the photoelectric conversion element of the present invention and their manufacturing method, a high quality film having excellent crystallinity and electrical characteristics can be obtained at a high film forming speed. It becomes possible to manufacture a polycrystalline silicon thin film and a photoelectric conversion element, and it is possible to industrially produce a solar cell using the polycrystalline silicon thin film, which is a technique which greatly contributes to the industrialization. The polycrystalline silicon thin film and the photoelectric conversion element of the present invention and the method of manufacturing the same not only reduce the manufacturing time, but also do not generate a defect source such as powder as a by-product in plasma during the manufacturing, so that the manufacturing apparatus The industrial value is extremely large because the maintenance is simplified and the polycrystalline silicon thin film can be deposited with good yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施に使用する装置の代表的な態様
を示す概念図
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a typical embodiment of an apparatus used to carry out the present invention.

【図2】 分光特性測定用及び耐光劣化試験用素子の概
念図
FIG. 2 is a conceptual diagram of an element for measuring a spectral characteristic and for a light resistance deterioration test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応容器 2 高周波印加用電極 3 接地電極 4 高周波発生装置 5 基材 6 ヒータ− 7 ガス供給口 8 真空ポンプ 9 圧力調製器 10 ガス管加熱ヒーター 12 シャッター 13 本発明により得られた多結晶シリコン薄膜 14 金属電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container 2 High frequency application electrode 3 Ground electrode 4 High frequency generator 5 Substrate 6 Heater 7 Gas supply port 8 Vacuum pump 9 Pressure regulator 10 Gas tube heater 12 Shutter 13 Polycrystalline silicon thin film obtained by the present invention 14 Metal electrode

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素化シランガスをプラズマ化し、基材
と接触させることにより基材上に多結晶シリコン基層を
形成する第一の工程と、少なくともハロゲン化シランを
含有するガスをプラズマ化し、多結晶シリコン基層上に
多結晶シリコン薄膜を析出する第二の工程とからなるこ
とを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。
1. A first step of forming a polycrystalline silicon base layer on a substrate by converting a hydrogenated silane gas into a plasma and bringing the same into contact with the substrate, and converting the gas containing at least a halogenated silane into a plasma, A second step of depositing a polycrystalline silicon thin film on a silicon base layer.
【請求項2】 第一の工程で形成される多結晶シリコン
基層の厚さを、その多結晶シリコン基層の結晶性により
第二の工程で析出する多結晶シリコン薄膜の結晶性が規
定される最低厚さ以上であって、150オングストロー
ム以下の厚さに設定することを特徴とする請求項1記載
の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the polycrystalline silicon base layer formed in the first step is determined by the crystallinity of the polycrystalline silicon base layer to determine the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film deposited in the second step. 2. The method for producing a polycrystalline silicon thin film according to claim 1, wherein the thickness is set to be not less than the thickness and not more than 150 angstroms.
【請求項3】 第一の工程及び第二の工程において、そ
れぞれの工程で用いられる全シランの総供給量に対する
それぞれの工程で形成される多結晶シリコン量(以下
「利用率」とする。)を管理して行う請求項1又は請求
項2記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
3. In the first step and the second step, the amount of polycrystalline silicon formed in each step with respect to the total supply amount of all silanes used in each step (hereinafter referred to as “utilization rate”). 3. The method for producing a polycrystalline silicon thin film according to claim 1, wherein
【請求項4】 第一の工程の利用率を0.5〜10%と
し、第二の工程の利用率を10%〜80%とする請求項
3記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
4. The method for producing a polycrystalline silicon thin film according to claim 3, wherein the utilization in the first step is 0.5 to 10%, and the utilization in the second step is 10 to 80%.
【請求項5】 基材上にp層(又はn層)、i層及びn
層(又はp層)がこの順で積層されてなる光電変換素子
の製造方法であって、下記(1)〜(3)の工程を含む
ことを特徴とする光電変換素子の製造方法。 (1) 水素化シランと周期律表第III族元素化合物
(又は周期律表第V族元素化合物)との混合ガスをプラ
ズマ化し、基材に接触させることにより基材上に周期律
表第III族元素(又は周期律表第V族元素)を含む多結晶
シリコンを析出させて厚さが約10〜150オングスト
ロームのp層(又はn層)を形成する工程 (2) 少なくともハロゲン化シランを含むガスをプラ
ズマ化し、p層(又はn層)と接触させることによりp
層(又はn層)上に多結晶シリコンを析出させてi層を
形成する工程 (3) 少なくとも水素化シラン又はハロゲン化シラン
のいずれか一方のシラン及び周期律表第V族元素化合物
(又は周期律表第III族元素化合物)の混合ガスをプラ
ズマ化し、工程(2)で形成したi層と接触させること
によりi層上に周期律表第V族元素(又は周期律表第III
族元素)を含む多結晶シリコンを析出させてn層(又は
p層)を形成する工程。
5. A p-layer (or n-layer), i-layer and n-layer on a substrate.
A method for manufacturing a photoelectric conversion element in which layers (or p-layers) are laminated in this order, comprising the following steps (1) to (3). (1) A mixed gas of hydrogenated silane and a Group III element compound of the Periodic Table (or a Group V element compound of the Periodic Table) is converted into a plasma and brought into contact with the substrate to form a plasma on the substrate. A step of forming a p-layer (or n-layer) having a thickness of about 10 to 150 angstroms by depositing polycrystalline silicon containing a group V element (or a group V element of the periodic table) (2) including at least a halogenated silane The gas is turned into a plasma and brought into contact with the p-layer (or n-layer) to form p-type gas.
Step of depositing polycrystalline silicon on layer (or n-layer) to form i-layer (3) At least one of hydrogenated silane or halogenated silane and Group V element compound of periodic table (or periodicity) The mixed gas of the group III element in the periodic table is turned into plasma and brought into contact with the i-layer formed in the step (2) to form a group V element in the periodic table (or group III in the periodic table) on the i-layer.
Forming an n-layer (or p-layer) by depositing polycrystalline silicon containing a group element).
【請求項6】 p層(又はn層)を形成する工程が、水
素化シランと周期律表第III族元素化合物(又は周期律
表第V族元素化合物)との混合ガスをプラズマ化し、基
材に接触させることにより基材上に周期律表第III族元
素(又は周期律表第V族元素)を含む多結晶シリコンを
析出させてp層1(又はn層1)を形成し、次いで少な
くともハロゲン化シラン及び周期律表第III族元素化合
物(又は周期律表第V族元素化合物)の混合ガスをプラ
ズマ化し、p層1(又はn層1)と接触させることによ
りp層1(又はn層1)上に周期律表第III族元素(又
は周期律表第V族元素)を含むp層2(又はn層2)を
形成し、p層1及びp層2(又はn層1又はn層2)か
らなる厚さが約10〜150オングストロームのp層
(又はn層)を形成する工程である請求項5記載の光電
変換素子の製造方法。
6. The step of forming a p-layer (or n-layer) comprises converting a mixed gas of hydrogenated silane and a group III element compound of the periodic table (or a group V element compound of the periodic table) into plasma, A p-layer 1 (or an n-layer 1) by depositing polycrystalline silicon containing a group III element of the periodic table (or a group V element of the periodic table) on the substrate by contacting the material; A mixed gas of at least a halogenated silane and a group III element compound of the periodic table (or a group V element compound of the periodic table) is converted into a plasma and brought into contact with the p layer 1 (or the n layer 1) to form the p layer 1 (or A p-layer 2 (or n-layer 2) containing a Group III element of the periodic table (or a Group V element of the periodic table) is formed on the n-layer 1), and the p-layer 1 and the p-layer 2 (or the n-layer 1) are formed. Or a step of forming a p-layer (or n-layer) having a thickness of about 10 to 150 angstroms comprising the n-layer 2). The method of producing a photoelectric conversion element Motomeko 5 wherein.
【請求項7】 水素化シランガスをプラズマ化し、基材
と接触させることにより基材上に形成された多結晶シリ
コン基層と、その多結晶シリコン基層上に、少なくとも
ハロゲン化シランを含有するガスをプラズマ化して析出
させた多結晶シリコン薄膜主層とよりなる多結晶シリコ
ン薄膜であって、結晶体積分率が約85%以上で且つ暗
導電率が約1×10-3以上である多結晶シリコン薄膜。
7. A polycrystalline silicon base layer formed on a base material by converting a hydrogenated silane gas into a plasma and contacting the base material, and a gas containing at least a halogenated silane on the polycrystalline silicon base layer. A polycrystalline silicon thin film comprising a polycrystalline silicon thin film main layer deposited and deposited, wherein the polycrystalline silicon thin film has a crystal volume fraction of about 85% or more and a dark conductivity of about 1 × 10 −3 or more. .
【請求項8】 水素化シランと周期律表第III族元素化
合物(又は周期律表第V族元素化合物)との混合ガスを
プラズマ化し、基材に接触させることにより基材上に周
期律表第III族元素(又は周期律表第V族元素)を含む多
結晶シリコンを析出させて得られる厚さが約10〜15
0オングストロームのp層(又はn層)と、少なくとも
ハロゲン化シランを含むガスをプラズマ化し、前記p層
(又はn層)と接触させて形成されたi層と、少なくと
も水素化シラン又はハロゲン化シランのいずれか一方の
シラン及び周期律表第V族元素化合物(又は周期律表第I
II族元素化合物)の混合ガスをプラズマ化し、前記i層
と接触させることによりi層上に周期律表第V族元素
(又は周期律表第III族元素)を含む多結晶シリコンを
析出させて形成されたn層(又はp層)とよりなる光電
変換素子であって、波長400nmにおける量子効率が
0.7以上であり、且つ初期の変換効率に対する200
00分光照射後の変換効率の比が約0.95以上である
ことを特徴とする光電変換素子。
8. A gas mixture of hydrogenated silane and a Group III element compound of the Periodic Table (or a Group V element compound of the Periodic Table) is turned into plasma and brought into contact with the substrate to form a periodic table on the substrate. The thickness obtained by depositing polycrystalline silicon containing a group III element (or a group V element in the periodic table) is about 10 to 15
A 0-angstrom p-layer (or n-layer), an i-layer formed by converting a gas containing at least a halogenated silane into plasma, and contacting the p-layer (or n-layer) with at least a hydrogenated silane or a halogenated silane Any one of the silanes and the Group V element compounds of the periodic table (or
The mixed gas of the group II element compound) is turned into plasma, and is brought into contact with the i layer to deposit polycrystalline silicon containing a group V element of the periodic table (or a group III element of the periodic table) on the i layer. A photoelectric conversion element comprising an n-layer (or a p-layer) formed, wherein the quantum efficiency at a wavelength of 400 nm is 0.7 or more, and the quantum efficiency relative to the initial conversion efficiency is 200
A photoelectric conversion element, wherein the conversion efficiency ratio after the 00 spectral irradiation is about 0.95 or more.
JP24503597A 1997-09-10 1997-09-10 Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP3407792B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24503597A JP3407792B2 (en) 1997-09-10 1997-09-10 Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24503597A JP3407792B2 (en) 1997-09-10 1997-09-10 Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1187751A true JPH1187751A (en) 1999-03-30
JP3407792B2 JP3407792B2 (en) 2003-05-19

Family

ID=17127622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24503597A Expired - Fee Related JP3407792B2 (en) 1997-09-10 1997-09-10 Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3407792B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6548380B1 (en) 1999-09-08 2003-04-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor thin film, semiconductor device employing the same, methods for manufacturing the same and device for manufacturing a semiconductor thin film
JP2004071970A (en) * 2002-08-08 2004-03-04 Shin Etsu Chem Co Ltd Manufacturing method and manufacturing system of silicon substrate for solar cell
WO2010123263A3 (en) * 2009-04-21 2010-12-23 주식회사 엔씰텍 Method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film
JP4939058B2 (en) * 2004-02-16 2012-05-23 株式会社カネカ Method for producing transparent conductive film and method for producing tandem-type thin film photoelectric conversion device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6548380B1 (en) 1999-09-08 2003-04-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor thin film, semiconductor device employing the same, methods for manufacturing the same and device for manufacturing a semiconductor thin film
US6846728B2 (en) 1999-09-08 2005-01-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor thin film, semiconductor device employing the same, methods for manufacturing the same and device for manufacturing a semiconductor thin film
JP2004071970A (en) * 2002-08-08 2004-03-04 Shin Etsu Chem Co Ltd Manufacturing method and manufacturing system of silicon substrate for solar cell
JP4939058B2 (en) * 2004-02-16 2012-05-23 株式会社カネカ Method for producing transparent conductive film and method for producing tandem-type thin film photoelectric conversion device
WO2010123263A3 (en) * 2009-04-21 2010-12-23 주식회사 엔씰텍 Method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film

Also Published As

Publication number Publication date
JP3407792B2 (en) 2003-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0160365A1 (en) Method of making amorphous semiconductor alloys and devices using microwave energy
JP2533639B2 (en) Method for producing amorphous silicon doped with P-type carbon
JPH09232235A (en) Photoelectric conversion element
US5242505A (en) Amorphous silicon-based photovoltaic semiconductor materials free from Staebler-Wronski effects
JP2692091B2 (en) Silicon carbide semiconductor film and method for manufacturing the same
US4755483A (en) Method for producing semiconductor device with p-type amorphous silicon carbide semiconductor film formed by photo-chemical vapor deposition
JP3407792B2 (en) Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof
JP2003188400A (en) Crystalline silicon carbide film and manufacturing method thereof, and solar cell
JPH07221026A (en) Method for forming quality semiconductor thin film
JPH0918038A (en) Photoelectric conversion element
JPH0817738A (en) Formation method for crystalline semiconductor thin film
JP2688219B2 (en) Photoelectric conversion element
JP3547161B2 (en) Amorphous silicon film and method of manufacturing the same
JP2000232073A (en) Polycrystalline silicon film
JP3040247B2 (en) Manufacturing method of silicon thin film
JPH0831413B2 (en) Method for manufacturing PIN photoelectric conversion element
JPH07183550A (en) Amorphous photoelectric conversion device
Kaur et al. Development of n-type, Passivating Nanocrystalline Silicon Oxide (nc-SiOx: H) Films via PECVD
JPS61278132A (en) Method for forming hydrogenated amorphous SiGe film
JPS6360830B2 (en)
JPH02177371A (en) Method for manufacturing amorphous solar cells
JPH08250753A (en) Amorphous photoelectric transducer
EP0137043B1 (en) Method of manufacturing hydrogenated amorphous silicon thin film and solar cell
JP2000196122A (en) Photovoltaic element
JPH08181079A (en) Forming method of amorphous semiconductor thin film

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees