专利名称：结晶硅薄膜半导体器件,光电器件及前者的制造方法
技术领域：
本发明涉及结晶硅薄膜半导体器件，结晶硅薄膜光电器件，和结晶硅薄膜半导体器件的制造方法，特别涉及结晶硅薄膜半导体器件，结晶硅薄膜光电器件，和结晶硅薄膜半导体器件的制造方法，其中，用非晶硅作为籽晶形成多晶硅薄膜。
背景技术：
在诸如太阳能电池的半导体器件中，为了在其上有导电膜层的玻璃衬底上形成厚度为1至1μm的高质量结晶硅器件，应在其上有导电膜的玻璃衬底上直接形成高质量籽晶。形成该籽晶要满足以下要求(5)高结晶性(高结晶度)(6)晶体取向；(7)高产出率；(8)允许使用普通玻璃衬底的低温处理；太阳能电池制造中，目前采用的制造工艺是在不同的衬底如玻璃上形成多晶硅薄膜。按该制造工艺，不需要用大面积高质量的硅晶衬底。因此，能明显降低生产成本。但是，在高性能的半导体器件的制造中，应提高多晶硅薄膜的质量。至此，通常用能耐高温的石英等材料作衬底，这种衬底能经受高温淀积处理，以形成有良好结晶度的硅薄膜。但是，该制造工艺中，由于用例如石英的价格昂贵的衬底，因而不能降低成本。
为了解决该问题，K，yamomoto等人IEEE“First World conference on Phorovoltaic Energy Conversion”，1575-1578(1994)中报道了一种方法。按该方法，用激光退火，使非晶硅薄膜熔化，并结晶，在衬底表面形成膜，由此，制成结晶性好的多晶硅薄膜。该方法的优点是，能抑制衬底温度升高，有可能使用低价衬底。而且，为了在玻璃衬底上直接形成多晶硅，已经在玻璃衬底上用等离子CVD(等离子汽相淀积)法形成了导电膜。
日本特许公开NO.82997/1997公开了解决上述问题的另一种方法。按该方法，用金属催化剂使非晶硅结晶，以形成P+导电型或n-导电型的全部结晶层，或形成包括BSF(back surface field)层的P-或n-导电型的全部结晶层。
但是，常规的结晶硅薄膜半导体器件和结晶硅薄膜光电器件，用激光退火使玻璃衬底上的非晶硅结晶时，不能毫无困难地处理大量衬底。这就出现了产出率的问题。特别是，用熔化结晶法把非晶薄膜转化成晶粒直径均匀的多晶硅层时，所用的方法包括用等离子CVD法形成非晶薄膜，用热处理除去非晶硅薄膜中含的氢，之后，进行激光退火。因而，产品制造中有很多麻烦，并需要大量的时间，造成生产成本加大。
另一方面，制造方法中，用等离子CVD在玻璃等衬底上直接形成多晶硅存在质量问题，例如生成的多晶硅的结晶度低。在太阳能电池中普通采用的Pn结构和Pin结构中，P-导电型，或n-导电型多晶硅薄膜要直接形成在其表面上有导电膜的玻璃衬底上。但是，用等离子CVD法直接形成在玻璃衬底上的多晶硅薄膜有结晶度低和载流子寿命短的问题。特别是，用等离子CVD形成的P-型多晶硅薄膜有结晶度极低和晶体取向差等严重的技术问题。
而且，日本特许公开NO.82997/1997中披露的方法，在不同导电类型的硅构成的本导体结处有硅化镍(硅和镍的合金)存在。而且，甚至用腐蚀法已除去了剩余的硅化镍，仍然会出现缺陷。因此，在半导体结处的复合增大。这会导致太阳能电池的性能明显降低。
发明内容
本发明的目的是提供结晶硅薄膜半导体器件，结晶硅薄膜光电器件，和结晶硅薄膜半导体器件的制造方法。能得到多晶硅的高结晶度，有优异的晶体取向，高性能和高生产率。
按本发明的第1特征，结晶硅薄膜半导体器件包括导电衬底或其表面上有导电层的衬底；晶体取向的第1多晶硅层，它的形成方法是，导电衬底或导电层上形成的非晶硅层中引入金属催化剂元素，或者，金属催化剂元素与非晶硅层的表面部分接触，并热处理非晶硅层，使其结晶；和第2多晶硅层，它是用第1非晶硅层作籽晶形成的，它的导电类型与第1多晶硅层的导电类型相同。
按该结构，金属催化剂元素引入设在衬底上的非晶硅层中，或者与非晶硅层接触，之后，进行热处理，经金属催化剂元素的作用，非晶硅层在低温下转变成晶体取向的第1多晶硅层。用该第1硅层作籽晶在第1硅层表面上形成第2多晶硅层时，生成的第2多晶硅层和作为衬底的第1多晶硅层有相同的晶体取向和高结晶度。同样，用第2多晶硅层作衬底形成的第3多晶硅层也有高结晶度和晶体取向。结果，能制成有高结晶度，优良的晶体取向，高性能和高产出率的结晶硅薄膜半导体器件。而且在与其它导电类型的硅形成的半导体结处无硅化物。因此，不用提供去除硅化物的步骤，没有硅化物引起的缺陷。
按本发明第2特征，结晶硅薄膜光电器件包括导电衬底或其表面上有导电层的绝缘衬底；第1导电类型的第1多晶硅层，它的形成方法是，导电衬底或导电层表面上形成的非晶硅层引入金属催化剂元素。或者，金属催化剂元素与非晶硅层表面部分接触，并热处理，使非晶硅层结晶；第2结晶硅层，它是用第1结晶硅层作籽晶形成的，第2和第1结晶硅层的导电类型相同；在第2多晶硅层上设基本上是i-型的第3多晶硅层；设在第3多晶硅层上设的有与第1导电类型不同的导电类型的第4多晶硅层；和设在第4多晶硅层上的电子部分。
按本发明的第3特征，结晶硅薄膜光电器件包括其表面上有电极的绝缘衬底；第1导电类型的第1多晶硅层，它的形成方法是，绝缘衬底的电极上形成的非晶硅层引入金属催化剂元素，或者，金属催化剂元素与非晶硅层的表面部分接触，并对非晶硅层热处理使其结晶；用第1多晶硅层作籽晶形成的第2多晶硅层，它与第1多晶硅有相同的导电类型；设在第2多晶硅层上的第3多晶硅层，它有与第1导电类型不同的第2导电类型；和设在第3多晶硅层上的电极部分。
本发明第2和第3特征的结构中，金属催化剂元素引入设在衬底上的非晶硅层中，或者，金属催化剂元素与非晶硅层接触，热处理非晶硅层，在金属催化剂元素作用下，非晶硅层在低温下转变成晶体取向的第1多晶硅层。用该第1硅层作籽晶在第1硅层上形成第2多晶硅层时，生成的第2多晶硅层与作为衬底的第1多晶硅层有相同的晶体取向和高结晶度。同样，用第2多晶硅层作衬底形成的多晶硅层也有高结晶度和晶体取向。因此，能制成有高结晶度，晶体取向性，高性能和优良的生产率的结晶硅薄膜光电器件。
按本发明第4特征，结晶硅薄膜半导体器件的制造方法，包括以下步骤提供导电衬底，或其表面上有导电层的衬底，并在导电衬底或衬底中导电层的表面上形成非晶硅薄膜；金属催化剂元素引入非晶硅层或与非晶硅层的表面部分接触，热处理非晶硅层使其结晶，形成晶体取向的第1多晶硅层；用第1多晶硅层作籽晶，在第1多晶硅层上形成与其导电类型相同的第2多晶硅层；和第2多晶硅层上形成与其导电类型不同的有第2导电类型的第3多晶硅层；按该制造方法，衬底表面上形成非晶硅薄膜，金属催化剂元素引入非晶硅层中，或者，金属催化剂元素与非晶硅层的表面部分接触，之后，热处理非晶硅层。这就能在低温下结晶非晶硅层，形成晶体取向的第1多晶硅层。用该第1多晶硅层作籽晶，在第1多晶硅层上形成第2多晶硅层时，第1和第2多晶硅层的导电类型相同，晶体取向相同。而且，第2多晶硅层上形成的第3多晶硅层的导电类型与第2多晶硅层的导电类型不同，构成有Pn结构的半导体器件。因此，能制成有高结晶度，晶体取向，高性能和高生产率的结晶硅薄膜半导体器件。
以下将结合附图更详细的说明发明，其中图1是按本发明第1实施例的太阳能电池制造中的一半阶段时的剖视示意图；图2是图1所示太阳能电池完成状态的剖视示意图；图3是按本发明第2优选实施例的太阳能电池制造中一半阶段时的剖视示意图；图4是图3所示太阳能电池完成状态的剖视示意图；
图5是按本发明第4实施例的太阳能电池制造中的一半阶段时的剖视示意图；图6是按本发明第5优选实施例的太阳能电池剖视图；具体实施方式
现在结合
发明的优选实施例。
<第1优选实施例>
图1和2表示了按本发明的结晶硅薄膜半导体器件(结晶硅薄膜光电器件，即Pin-型太阳能电池)的第1优选实施例。这里，图1表示本发明第1实施例制造一半阶段的状态。图2表示图1所示结晶硅薄膜半导体器件的完成状态。该优选实施例的半导体器件包括玻璃衬底，设在玻璃衬底一边上的主要用氧化锡制成的透明电极，和设在透明电极上的太阳能电池。
如图1所示，衬底包括设在玻璃衬底上的主表面上的800nm厚的透明电极2。SnO2用作透明电极2，透明电极2的表面上设有凹凸形，图1中没画出凹凸形。透明电极2的表面上引入H2，SiH2(硅烷)和B2H6(乙硼烷)组成的混合气体，在0.5Torr的压力下，衬底加热到420℃，在60MHz的频率下用等离子CVD(P-CVD)法，形成P型含杂质的厚20nm的非晶硅层3。非晶硅层3的厚度不大于50nm，最好是尽可能小。其原因是，用金属催化剂元素结晶中，非晶硅层3用作籽晶。
之后，利用真空蒸发形成1nm厚的镍层4作为金属催化剂元素。随后，在氮气气氛中，在450至700℃，具体在500℃至600℃，热处理，使金属催化剂元素镍扩散。热处理不限于在氮气气氛中进行，在真空中，氢气气氛中，氩气气氛或卤化物气氛中，热处理均能得到在氮气气氛中热处理相同的结晶效果。
而且，分两个阶段进行热处理。首先，在氢气气氛中在400℃加热，使引入非晶硅层3的氢量不大于1％，最好是不大于0.3％。之后，在550℃加热，结果，形成高晶体取向的P型多晶硅层3A；如图2所示。多晶硅层3A的晶体取向是(110)。上述方法中，首先，在玻璃衬底1上形成非晶硅层3，之后，引入金属催化剂元素。或者，采用在玻璃衬底1上直接首先淀积金属催化剂层，即镍层4，之后，形成非晶硅层3。
除镍之外，铁、钴、铂、铜、金等均能用作金属催化剂元素。能用来形成金属催化剂层的方法包括以膜的形式形成金属催化剂层的方法中用等离子处理，真空蒸发，旋涂等。以线或小岛形式形成金属催化剂层的方法中，用真空蒸发，这种状态下，用金属掩模覆盖不要淀积的部分。
而且，把金属催化剂引入膜层的方法包括例如离子注入和等离子掺杂。由于金属催化剂层用于催化作用，因此，催化剂元素的浓度极低。通常，金属催化剂层是总厚度为几埃的两层或3层的多层结构。但是，只要能够引入催化剂金属，金属催化剂层也可以是单层结构，金属催化剂通过要结晶的表面层，当催化剂金属到达相对边时进行反应，则整个表面层处于结晶状态。当籽晶质量不重要时，在催化剂金属留在表面层中的状态下进行结晶。
按上述热处理，金属催化剂元素扩散进非晶硅层3中，并沉淀在远离金属催化剂层一边上的非晶硅层3与透明电极层2之间的部分周围，即，金属催化剂元素迁移到P-型多晶硅层3A的最外表面，只有微量金属催化剂元素留在多晶硅层3A中。因此，能形成高质量的P型多晶硅层3A。结晶度差时，镍原子留在硅层中。但是，由于籽晶部分只占整个太阳能电池器件厚度的比例不超过2％，因此，留在膜层中的镍原子对太阳能电池的性能没有大的影响。
因此，甚至当含镍籽晶的多晶硅层3A的厚度不大于5nm时，也不会破损器件的质量，能制成高质量器件，其中，产生电能的主要部分不含镍。而且，对太阳能器件很重要的半导体结处的结晶层是相互接触的不同导电类型的多层结晶层，既没有剩余的金属催化剂也没有因腐蚀引起的损坏。因此，能形成理想的半导体结。
之后，引入B2H6，H2和SiH4的混合气体，在0.5Torr的压力和衬底温度为200℃的条件下，用60MHz P-CVD，形成40nm厚的P-型多晶硅层5。随后，引入H2和SiH4，在300℃的衬底温度用60MHz P-CVD形成i型多晶硅层6。这种情况下，吸收光用的必需厚度至少不小于500nm，最好是10μm。但是，也可采用厚达50μm的厚度。那时，膜层中的氢含量可按条件从0.5至8％。由于在已用金属催化剂结晶的作为衬底的硅层3A上形成多晶硅层5，因此，多晶硅层5的晶体取向与硅层3A的晶体取向相同，即，取向为(110)。与直接在玻璃等衬底上形成硅层相比，结晶度极好，因此，组件适合于太阳能电池器件。
而且，在i型多晶硅层6衬底上引入H2，SiH4和PH3(磷烷)，在0.3Torr的压力和200℃的衬底温度条件下，用13.56MHz P-CVD法，形成50nm厚的n-型多晶硅层7。多晶硅层7的最佳厚度随结晶度变化。但是，合适的厚度范围是10nm至100nm，最好是30nm至60nm。最后，用真空蒸发形成1μm厚的铝膜8作背面电极。
用常规的连接方法，把衬底上单独的多个器件的表面电极和背面电极串联连接，构成50极连接，用作上述类型的半导体器件。结果器件特性，如输出电压是各个部件的输出电压之和。
上述结构中，衬底材料包括例如，陶瓷，石英和蓝宝石。尽管铝膜用作背面电极，但银、钼和其它金属也能用作背面电极。
第1优选实施例的结构中，用玻璃衬底，光透过玻璃衬底。或者，也能用金属衬底代替玻璃衬底，光透过薄膜表面。以下将说明这种结构的实例。
<第2优选实施例>
图3和4表示按本发明的结晶硅薄膜半导体器件(Pin-型太阳能电池)的第2优选实施例。图3表示的是太阳能电池制造中进行了一半阶段的状态，图4表示的是太阳能电池的完成状态。
在软的SUS衬底9上形成200nm的SiO2，膜10作绝缘膜。之后，SiO2膜10的表面上形成500nm厚的SUS膜11作为背面电极。之后，用硅靶在SUS膜11上溅射10nm厚的含P型杂质的非晶硅层12。SiO2膜10中的氢含量不大于0.1％。非晶硅层12表面旋涂镍盐溶液，干燥涂层，形成镍膜13。
随后，在1Torr的氢气气氛中，在550℃热处理30分钟，使非晶硅层12结晶。由此，把非晶硅层12转变成P-型多晶硅层12A，见图4。那时，在SUS膜11与P-型多晶硅层12A的界面附近沉淀的镍层13中的镍基本上不留在P型多晶硅层12A中。而且，由于P型多晶硅层12A基本上没有氢，因此，能平衡地进行结晶处理。P型多晶硅层12A上，引入B2H6，H2和SiH4混合气体，在0.5Torr的压力和200℃衬底温度条件下，用60MHz P-CVD形成40nm厚的基本上是P型的多晶硅层14。之后，引入H2和SiH4混合气体，在300℃的衬底温度，用60MHz P-CVD，形成2μm厚的基本上是i型的多晶硅层15。
而且，引入H2和SiH4和PH3混合气体，0.3Torr的压力和300℃衬底温度条件下，用13.56MHz P-CVD，形成20nm厚的基本上是n型的多晶硅层16。形成70nm厚的ITD(氧化铟锡)膜17作透明电极，部分透明电极上形成1μm厚的铝金属电极18。该情况下，每层多晶硅层14，15和16的晶体取向是(110)。按P-CVD条件，多晶硅层16的晶体取向也可以是(111)。与晶体取向是(111)的多晶硅相比，晶体取向是(110)的多晶硅有天然的晶体结构表面。
<第1对比例>
制备薄膜多晶硅太阳能电池器件中，通用的常规方法是用P-CVD法形成全部多晶硅层。以下将详细说明与本发明第1优选实施例有相同结构的，与本发明的薄膜多晶硅太阳能电池对比的，薄膜多晶硅太阳能电池。
具体地说，引入H2和SiH4和B2H6的混合气体，在0.5Torr的压力和200℃衬底温度条件下，用50MHz PCVD法，形成P型的多晶硅层。引入H2和SiH4混合气体，在0.5Torr的压力和300℃衬底温度条件下，用60MHz P-CVD法，形成i型层。引入H2和SiH4和PH3的混合气体，在0.3Torr的压力和300℃衬底温度条件下，用13.56MHz P-CVD法，形成n型层。
测试这样形成的太阳能电池器件的电流-电压。结果，衡量太阳能电池性能的特性曲线占空因数FF发生变化。这里的FF＝Pmax/(Voc×Jc)，式中Pmax是最大输出功率，Voc是放电电压，Jsc是短路光电流密度。具体说，按第1优选实施例的多晶硅太阳能电池器件的占空因数FF是按第1对比例的多晶硅太阳能电池能器件的占空因数的1.47倍。因此，由于使用已用金属催化剂结晶的P层(多晶硅层12A)作籽晶，使本发明第1优选实施例的多晶硅太阳能电池的性能比用P-CVD法形成全部多晶硅层的第1对比例的太阳能电池的性能好。
<第2对比例>
用与第1对比例相同的方式，用P-CVD法，制备与本发明第2优选实施例有相同的结构的第2对比例的多晶硅太阳能电池。这样制成的多晶硅太阳能电池器件与本发明第2优选实施例的多晶硅太阳能电池器件相比。结果，按本发明第2优选实施例的多晶硅太阳能电池器件的占空因数FF是第2对比例的多晶硅太阳能电池的占空因数的1.44倍。像第1优选实施例一样，在第2优选实施例中，用已由金属催化剂结晶的P层作籽晶，制成的太阳能电池器件的性能比用常规方法制成的太阳能电池器件的性能好。
<第3优选实施例>
以下将说明本发明的第3优选实施例。第1和第2优选实施例中，非晶硅层3，12已引入金属催化剂而结晶，生成的结晶层的晶体取向是(110)。另一方面，第3优选实施例中，在第1优选实施例中的透明电极2上形成含P型杂质的18nm厚的非晶硅层。引入H2和SiH4和B2H6的混合气体，在晶体取向为(111)的条件下，在VHF(极高频)范围内，用P-CVD法，在非晶硅层上形成2nm厚的多晶硅层。随后，用真空蒸发，在晶体取向是(111)的多晶硅层上，形成2nm厚的镍层，之后，在500℃热处理1小时。用热处理从非晶硅层已转变的多晶硅层的晶体取向是(111)。按与第1优选实施例相同的方式形成Pin结构。结果，全部硅层的晶体取向是(111)。测试按第3优选实施例的太阳能电池器件的电性能。结果发现，占空因数FF是按本发明第1优选实施例的太阳能电池的占空因数的0.98倍。
上述的这些优选实施例中，制备有Pin结构的太阳能电池器件。但是，由于按本发明方法制成的多晶硅有优良的性能，因此，有可能制成P-n型太阳能电池。该P-n型太阳能电池将作为第4优选实施例进行说明。
<第4优选实施例>
图5示出本发明第4优选实施例，其中，P-n型太阳能电池作为在玻璃衬底上设置的结晶硅薄膜光电器件。具体地说，玻璃衬底27上形或200nm厚的SiO2膜19作为绝缘层。还形成500nm厚的SUS膜20作为背面电极。随后，溅射形成10nm厚的含n型杂质的非晶硅层21。和图2或4所示，在非晶硅层21上形成2nm厚的镍催化剂层(没画)，之后，在500℃进行热处理，把非晶硅层21转变成多晶硅层22A。用该多晶硅层22A作籽晶，进行VHF P-CVD，形成2μm厚的n型多晶硅层(没画)。该n型多晶硅层的电阻值是20至100Ωcm。还在n型多晶硅层上用VHF P-CVD形成500nm厚的P型多晶硅层23。该P型多晶硅层23的电阻值是0.1至30Ωcm。P型多晶硅层23上还形成70nm厚的ITO膜24作透明电极。ITO膜24上形成铝膜25作电极，部分铝膜25上形成金属电极26。
按本发明的第4优选实施例的太阳能电池，是按背面电极和表面电极串联连接方式连接成的50级太阳能电池。结果，电池的像输出电压这样的性能是各部件的输出电压之和。
图6示出本发明第5优选实施例，其中，玻璃衬底上设有Pin型太阳能电池作为硅薄膜光电器件。具体地说，玻璃衬底28上形成透明电极29。SnO2用作透明电极29。透明电极29上形成镍催化层，之后，形成20nm厚的含n型杂质的非晶硅层，之后，在氮气气氛中在550℃使镍金属催化层扩散，使非晶硅层结晶。随后，引入H2，SiH4和B2H6的混合气体，在VHF区用P-CVD，形成40nm厚的P型多晶硅层31。该多晶硅层31的晶体取向是(111)。引入H2和SiH4的混合气体，用VHF P-CVD，形成1μm厚的i型多晶硅层32。之后，引入PH3，H2和SiH4的混合气体，用VHF P-CVD，形成50μm厚的n型多晶硅层33。在某些条件下，i型层和n型层的晶体取向能够是(110)。最后，用真空蒸发形成1μm厚的铝膜34作背面电极。该多晶硅膜表面的结晶结构适合作光电器件。而且，由于P层作衬底有高结晶度，使该器件的性能比用P-CVD直接在SnO2形成P层的器件性能好。
<第3对比例>
第3对比例的太阳能电池器件的结构只用P-CVD形成，与按本发明第5实施例的太阳能电池器件的结构相同。第3对比例的太阳能电池器件的特性与第5优选实施例的太阳能电池器件的性能相比。结果，第5优选实施例的太阳能电池器件的占空因数是第3对比例太阳能电池器件的占空因数的1.51倍。因此，用金属催化剂结晶的第5优选实施例的太阳能电池器件的性能比用常规方法制成的太阳能电池器件的性能好。
上述的按本发明的结晶硅薄膜半导体器件和结晶硅薄膜光电器件，当用于太阳能电池时，能用在各种应用中，例如，用在民用电源中，此外，可用于便携式设备中，如电子计算器和手表。
如上所述，按本发明的结晶硅半导体器件包括第1多晶硅层，它的形成方法是，衬底上的非晶硅层中引入金属催化剂元素，或者，金属催化剂元素与非晶硅层接触，之后对非晶硅层热处理使其在低温下经金属催化剂作用转变成晶体取向的多晶硅层；第2多晶硅层，是用第1多晶硅层作籽晶形成的，因此，它像第1多晶硅层一样有高结晶度和相同的晶体取向；和第3多晶硅层，它是用第2多晶硅层作衬底形成的。由于有该结构，结晶硅薄膜半导体器件有高结晶度，晶体取向，高生产率和优良的性能。特别是，容易在价格便宜的衬底上，例如在玻璃衬底上，形成薄膜太阳能电池，而且，能低成本地生产出高性能结晶硅薄膜半导体器件。而且，由于在与其它导电类型的半导体结处没有硅化物，因而不存在硅化物引起的缺陷。
按本发明的结晶硅薄膜光电器件包括第1多晶硅层，它的形成方法是，金属催化剂元素引入衬底上设置的非晶硅层中，或者，金属催化剂元素与非晶硅接触，之后，热处理非晶硅层，经金属催化剂元素作用，使非晶硅转变成晶体取向的多晶硅层；第2多晶硅层，是用第1多晶硅层作籽晶在第1多晶硅层上形成的，它有与第1多晶硅层相同的晶体取向和高结晶度；和设在第2多晶硅层上的有高结晶度和晶体取向的第3多晶硅层。由于有该结构，结晶硅薄膜光电器件有高结晶度，优良的晶体取向，优良的性能和高的生产率。
按本发明的结晶硅薄膜半导体器件的制造方法包括以下步骤衬底表面上形成非晶硅膜；金属催化剂元素引入非晶硅层中，或者与非晶硅层的表面部分接触，热处理非晶硅层，使其在低温下结晶，形成晶体取向的第1多晶硅层；用第1多晶硅层作籽晶在其上形成与其有相同导电类型和晶体取向的第2多晶硅层；第2多晶硅层上形成与其导电类型不同的第3多晶硅层。用该结构，能制成有高结晶度，晶体取向的，有优良性能和高生产率的结晶硅薄膜半导体器件。特别是发明用于薄膜太阳能电池时，能用例如玻璃衬底的价格便宜的衬底，从而能低成本生产出高性能的半导体器件。
已参见优选实施例详细说明了发明，但应了解，在所附权利要求书限定的发明范围内，还会有各种变化和改进。
权利要求
1.结晶硅薄膜半导体器件，包括导电衬底或其表面上有导电层的衬底；晶体取向的第1多晶硅层，它的形成方法是，金属催化剂元素引入导电衬底或导电层表面上形成的非晶硅层，或者，金属催化剂元素与非晶硅层的表面部分接触，热处理非晶硅层使其结晶；和用第1多晶硅层作籽晶形成的与第1多晶硅层有相同导电类型的第2多晶硅层。
2.按权利要求1的结晶硅薄膜半导体器件，其中，第2多晶硅层中的含氢量不小于0.1％。
3.按权利要求1的结晶薄膜半导体器件，其中，第2多晶硅层按厚度方向结晶取向。
4.按权利要求1的结晶硅薄膜半导体器件，其中，第1和第2多晶硅层的结晶取向相同。
5.按权利要求1的结晶硅薄膜半导体器件，其还包括设在第2多晶硅层中的远离第1多晶硅层一边上的第3多晶硅层，第3多晶硅层有与第2多晶硅层的导电类型不同的第2导电类型。
6.按权利要求5的结晶硅薄膜半导体器件，还包括，设在第3与第2多晶硅层之间的第4多晶硅层，第4多晶硅层有与第2和第3多晶硅层的导电类型不同的第3导电类型。
7.按权利要求5的结晶硅薄膜半导体器件，其中，第3和第2多晶硅层有相同的晶体取向。
8.按权利要求6的结晶硅薄膜半导体器件，其中，第4和第2多晶硅层有相同的结晶取向。
9.按权利要求6或8的结晶硅薄膜半导体器件，其中，第4和第3多晶硅层有相同的结晶取向。
10.按权利要求5或6的结晶硅薄膜半导体器件，其中，第3和第4多晶硅层中的含氢量不小于0.1％。
11.结晶硅薄膜光电器件，包括导电衬底或其表面上有导电层的绝缘衬底；第1导电类型的第1多晶硅层，它的形成方法是，金属催化剂元素引入导电衬底或导电层表面上形成的非晶硅层，或者，金属催化剂元素与非晶硅层的表面部分接触，并热处理非晶硅层使其结晶；用第1多晶硅层作籽晶形成的与第1多晶硅层有相同导电类型的第2多晶硅层；设在第2多晶硅层上的基本上是i型的第3多晶硅层；设在第3多晶硅层上的有不同于第1导电类型的第2导电类型的第4多晶硅层；和设在第4多晶硅层上的电极部分。
12.按权利要求11的结晶硅薄膜光电器件，其中，导电衬底是不锈钢片；和其表面上有导电层的衬底是玻璃。
13.结晶硅薄膜光电器件，包括其表面上有电极的绝缘衬底；第1导电类型的第1多晶硅层，它的形成方法是，金属催化剂元素引入绝缘衬底的电极上形成的非晶硅层，或者，金属催化剂元素与非晶硅层的表面部分接触，热处理非晶硅层使其结晶；用第1多晶硅层作籽晶形成的与第1多晶硅层有相同导电类型的第2多晶硅层；设在第2多晶硅层上的有与第1导电类型不同的第2导电类型的第3多晶硅层；和设在第3多晶硅层上的电极部分。
14.结晶硅薄膜半导体器件的制造方法，包括以下步骤设置导电衬底或其表面上有导电层的衬底，导电衬底或衬底中的导电层表面上形成非晶硅薄膜；金属催化剂元素引入非晶硅层或与非晶硅层的表面部分接触，热处理非晶硅层使其结晶，形成晶体取向的第1多晶硅层；用第1多晶硅层作籽晶在其上形成与其导电类型相同的第2多晶硅层；和第2多晶硅层上形成第3多晶硅层，第3多晶硅层有和第2多晶硅层的导电类型不同的第2导电类型。
15.按权利要求14的方法，其中，非晶硅层中的含氢量不大于0.3％。
16.按权利要求14或15的方法，其中，非晶硅层的厚度不大于50nm。
全文摘要
玻璃衬底上设透明电极，透明电极上设非晶硅层。设置镍层作金属催化剂元素，金属催化剂元素与非晶硅层表面接触，之后，热处理非晶硅层使其结晶，由此形成P型多晶硅层。该多晶硅层有晶体取向和高结晶度。用该多晶硅层作籽晶形成有晶体取向和高结晶度的P_型多晶硅层。并在多晶硅层上顺序形成i_型和n_型多晶硅层。用上述结构，能制成有结晶硅的高结晶度，晶体取向，优良性能和高生产合格率的结晶硅薄膜半导体器件。
文档编号H01L31/18GK1407603SQ0114077
公开日2003年4月2日 申请日期2001年8月25日 优先权日2001年8月25日
发明者冈史人, 松村信一, 皆川康 申请人:日立电线株式会社