大気圧プラズマ化学輸送法によるSi 膜の選択成長

摘要

エネルギー需要の増大に伴い，クリーンなエネルギー源の1つとして大きな注目を浴びている太陽電池は，年々その市場規模を拡大している．とりわけ，現在の太陽電池市場の主役を担っているのは，厚さ200μm 程度のSi ウエハを用いたバルク型太陽電池であるが，今後の普及拡大のためには，さらなる高変換効率化と同時に低コスト化が急務とされている．高変換効率を実現するための技術として，裏面にエミッタ層，BSF 層を同時に形成するバックコンタクト技術が挙げられ，これにより太陽光を電極等で遮ることなく100%ベース層へ入射可能とする太陽電池構造を作製できる．これらの層は，高濃度に不純物導入されたp 型，n 型層からなるため，同一面内へ異なる導電型の半導体層を選択的に形成する必要がある．この様な導電型の異なるSi 層の形成手法として，拡散による手法，選択成長による手法などが挙げられるが，拡散による手法では高温プロセス等が不可避となり，一方，従来からの選択成長技術では，塩素などのハロゲン系ガスの使用が不可避となる．一般的なシリコンの選択成長では，塩素などのハロゲンガスを含むSi 系原料ガスを用い，Si 上およびSiO_2 上に形成されたSi 膜の自由エネルギーの差を利用して，より不安定なSiO_2 上のSi 成長核をハロゲンガスでエッチングすることでSi 上にのみSi 膜の形成を可能にしている．一方，我々は，高い結晶性を有するSi 膜を低コスト·安全·高効率に形成する手法である，大気圧プラズマ化学輸送法(Atmospheric-pressure Plasma Enhanced Chemical Transport: APECT)に関する研究を行ってきた．本手法では，高密度プラズマ中で生成される原子状水素による反応を利用して成膜過程を進行させている．本成膜法では，原子状水素が強力なエッチャントとしてSi に作用している．このことは，一般的なハロゲン系エッチャントを用いる選択成膜技術と同様に，本手法の場合においてもガラス等の異種基板上にSi 膜を形成する際，Si 成長核ができるまでのインキュベーション時間が存在することが予想され，この成膜初期におけるインキュベーション時間を積極的に利用することで，APECT 法により選択的なドープ層のパターン形成が可能になると考えられる．そこで本研究では，APECT 法によるパターン付き酸化膜Si 基板上へのSi の選択成長を試みた．