[發(fā)明專利]結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件及其制造方法

無效

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• 申請日: 2001-02-09
• 公開（公告）號: CN1311524A
• 公開（公告）日: 2001-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 村松信一;皆川康;岡史人;高橋進(jìn);矢澤義昭
• 申請（專利權(quán)）人: 日立電線株式會社
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/20;H01L21/324
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 龐立志,楊九昌

本發(fā)明涉及結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件及其制造方法，具體涉及有按一致的方式完全取向的多晶硅層的結(jié)晶半導(dǎo)體器件及其制造方法，或者，涉及其中能有效形成多晶硅層的結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件及其制造方法。

半導(dǎo)體器件，其中，多晶硅在玻璃襯底或已知的適合于做太陽能電池的電池材料的襯底上生長。由于該半導(dǎo)體器件不要求硅襯底是大面積和高質(zhì)量的，因而，能大大降低成本。但是，現(xiàn)在為了得到高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件，必須用耐熱的石英板作襯底，由于石英板價(jià)格昂貴，它就不具價(jià)格優(yōu)勢。

為了解決該問題，提出了一種方法，其中，用激光退火熔化在襯底上形成非晶硅膜并使它結(jié)晶，并形成多晶硅層。該方法已公開在K?Yamamoto等，IEEEFirst?World?Conference?on?Photovoltaic?Energy?Conversion(1994,in?Hawaii),PP.1575-1578中。按該方法，由于能抑制襯底溫度升高，文章所述內(nèi)容指出，可用低價(jià)襯底。

但是，按該方法，由于要用許多時(shí)間來形成結(jié)晶底膜和多晶硅層，特別是多晶硅層的生長速度特別慢，這就造成需要大的成本費(fèi)用，同時(shí)，還有硅原材料的更大的使用損耗比例造成經(jīng)濟(jì)上的大量費(fèi)用。因此總成本仍然昂貴。

R.C.Cammarata等.,J.Mater.Res.,Vol.5,No.10(1990)P.2133-2138提出了另一種生長多晶硅層的有利方法，讓非晶硅與金屬催化劑接觸并對它加熱，使非晶硅多晶化。

它表明，按該方法，可在低溫下高速形成多晶硅膜。特別是，例如，引入微量的Ni金屬并對它加熱，能在較低的溫度下結(jié)晶。

之后，按該方法，正如TFT元件那樣，如果薄膜的厚度在100nm數(shù)量級，L.K.Lam等，Appl.Pys.Lett.Vol.74,No.13(1999)PP.1866-1868，斷定在面內(nèi)方向結(jié)晶生長繼續(xù)幾微米。因此，能得到在面內(nèi)方向取向極好的高質(zhì)量結(jié)晶。而且，日本特許公開No.6244104也提出了用該取向生長的方法，該方法中，在靠近TFT元件位置的地方選擇設(shè)置金屬催化劑，并進(jìn)行熱處理，使非晶硅結(jié)晶，并企圖用形成帶晶粒的元件來得到高性能。

但是，按這里所給出的常規(guī)方法，由于這些方法中的任何一種方法對要結(jié)晶的面積有限制，因此，它不能用于制造用作太陽能電池的半導(dǎo)體器件。

太陽能電池中用的半導(dǎo)體器件中，盡管要求硅膜的厚度約1μm，由于要求膜中要能有效地吸收光，若用這種厚膜，用常規(guī)方法進(jìn)行結(jié)晶的面積只有100μm²數(shù)量級。即使在適合于太陽能電池的面積的非晶硅層的整個(gè)表面上形成金屬催化物，并對它熱處理，這樣得到的硅層僅表明分叉的非均質(zhì)的枝狀生長，因此，不可能得到均勻結(jié)晶的高質(zhì)量硅層。

因此，本發(fā)明的第1個(gè)目的是，提供結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件及其制造方法，該結(jié)晶半導(dǎo)體器件有在適合于太陽能電池的整個(gè)面積上按均勻方式取向的多晶硅層，通過用金屬催化劑生長半導(dǎo)體器件中的多晶硅層。

本發(fā)明的第2個(gè)目的是，提供有價(jià)格優(yōu)勢的結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中，在廉價(jià)的襯底上能有效地形成有預(yù)定厚度的多晶硅層。

為達(dá)到上述的第1個(gè)目的，本發(fā)明提供一種結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件，其特征是，它包括：襯底，和通過設(shè)在襯底上的非晶硅層和在金屬催化劑存在時(shí)的熱處理而形成的多晶硅層，多晶硅層由通過在以點(diǎn)形分散在非晶硅層的下部或上部的金屬催化劑存在下熱處理非晶硅層而生長成的多晶硅層組成。

而且，為了達(dá)到上述的第1個(gè)目的，在結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件的制造方法中，在襯底上形成預(yù)定厚度的多晶硅層。本發(fā)明提供的結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，在襯底上點(diǎn)形分散的金屬催化劑上形成預(yù)定厚度的非晶硅層，對預(yù)定厚度的非晶硅層熱處理使它結(jié)晶化成多晶硅層。

而且，為達(dá)到上述第1個(gè)目的，制造結(jié)晶硅半導(dǎo)體的方法中，在襯底上形成預(yù)定厚度的多晶硅層。本發(fā)明提供一種制造結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是，金屬催化劑以點(diǎn)形分散在襯底上形成的有預(yù)定厚度的非晶硅層上，對有預(yù)定厚度的非晶硅層進(jìn)行熱處理，使有預(yù)定厚度的非晶硅層結(jié)晶化成多晶硅層。

大多數(shù)情況下，上述的非晶硅層由本征型(i-型)硅構(gòu)成，用該方法生長的多晶硅層也基本上由本征型硅構(gòu)成。而且，在該多晶硅層的兩個(gè)表面上通常形成不同導(dǎo)電類型的n-型和p型非晶硅層。為保證光吸收特性，要求形成厚度在0.6μm以上的多晶硅層。