JP2002170772A - Crystal thin film manufacturing system, method therefor and crystal thin film device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal thin film manufacturing system by which high- quality crystal thin films having a thickness of the order of micrometers can be formed with a high throughput in a low-temperature process. SOLUTION: The crystal thin film manufacturing system 100 is provided with a transferring mechanism 6 for continuously transferring a substrate 4 to and fro between a film forming chamber 1 and a laser annealing chamber 2. A non-crystalline thin film is formed in the film forming chamber 1 and is subjected to laser annealing in the laser annealing chamber 2. A high-quality crystal thin film is formed by alternately repeating the operations in the chambers 1 and 2.

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】本発明は、多結晶シリコン薄
膜などの結晶薄膜の製造装置、製造方法、および、前記
結晶薄膜を用いた結晶薄膜素子に関する。特に、本発明
は、厚膜の高品質結晶薄膜を、低温プロセスにて高スル
ープットで形成する場合に有用であり、太陽電池などの
結晶薄膜素子の高性能化、高スループット化に効果的で
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a crystal thin film such as a polycrystalline silicon thin film, and a crystal thin film element using the crystal thin film. In particular, the present invention is useful for forming a high-quality thick crystalline thin film at high throughput in a low-temperature process, and is effective for improving the performance and the throughput of crystalline thin-film devices such as solar cells. .

【０００２】[0002]

【従来の技術】ＴＦＴ，薄膜太陽電池などのＳｉ薄膜を
用いたデバイスにおいては、その高性能化のために、高
品質の多結晶Ｓｉ薄膜が要望されている。多結晶Ｓｉ薄
膜の形成技術としては、低温プロセスにて高品質の結晶
を形成できる事から、レーザアニール技術が有望視され
ている。2. Description of the Related Art In devices using a Si thin film such as a TFT and a thin-film solar cell, a high-quality polycrystalline Si thin film is demanded in order to improve its performance. As a technique for forming a polycrystalline Si thin film, a laser annealing technique is considered to be promising because high-quality crystals can be formed by a low-temperature process.

【０００３】レーザアニール技術による多結晶Ｓｉ薄膜
の形成方法を、図１２を参照して説明する。図におい
て、１００１は成膜装置，１１０１はレーザアニール装
置である。成膜装置１００１としては、減圧ＣＶＤ装
置，スパッタ装置，プラズマＣＶＤ装置などが用いられ
るが、図には、プラズマＣＶＤ装置を用いた場合の例を
示している。１００２は成膜チャンバ，１００３は放電
電極，１００４は基板ホルダ，１００５は高周波電源で
ある。ガラスなどの基板１００６は、基板ホルダ１００
４上に搭載され、放電電極１００３と対向して配置され
る。成膜チャンバ１００２内には、図示しないガス供給
排気機構より成膜用ガスが導入され、所定の圧力に維持
される。成膜用ガスとしては、例えば、ＳｉＨ₄とＨ₂と
の混合ガスが用いられる。上記の構成において、高周波
電源１００５から放電電極１００３に高周波電力を供給
すると、成膜用ガスが分解，励起されて、プラズマＰＰ
が発生する。そして、プラズマＰＰ中の反応種の作用に
よって、基板１００６上にアモルファスＳｉ薄膜が堆積
される。A method for forming a polycrystalline Si thin film by a laser annealing technique will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 1001 denotes a film forming apparatus, and 1101 denotes a laser annealing apparatus. As the film forming apparatus 1001, a low-pressure CVD apparatus, a sputtering apparatus, a plasma CVD apparatus, or the like is used. The drawing shows an example in which a plasma CVD apparatus is used. 1002 is a film forming chamber, 1003 is a discharge electrode, 1004 is a substrate holder, and 1005 is a high frequency power supply. The substrate 1006 such as glass is
4 and is arranged to face the discharge electrode 1003. A film forming gas is introduced into the film forming chamber 1002 from a gas supply / exhaust mechanism (not shown) and is maintained at a predetermined pressure. As the film forming gas, for example, a mixed gas of SiH ₄ and H ₂ is used. In the above configuration, when high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 1005 to the discharge electrode 1003, the film-forming gas is decomposed and excited, and the plasma PP
Occurs. Then, an amorphous Si thin film is deposited on the substrate 1006 by the action of the reactive species in the plasma PP.

【０００４】成膜装置１００１によってアモルファスＳ
ｉ薄膜が成膜された基板１００６は、成膜装置１００１
から取り出され、図示しない搬送機構によって、レーザ
アニール装置１１０１まで運ばれる。そして、レーザア
ニールチャンバ１１０２の中に設置される。レーザアニ
ールチャンバ１１０２の上面の一部には、レーザ透過用
の窓部１１０３が設けられている。１１０９は、基板１
００６が搭載される基板ホルダで、図中のＸＲ方向に移
動可能となされている。レーザアニールチャンバ１１０
２の窓部１１０３の上方には、レーザ照射部１１０５が
配置されている。レーザビームＬＢＢは、パルスレーザ
発振器１１０７からパルス的に出射され、光学系１１０
８を介して、レーザ照射部１１０５に導かれる。[0004] The amorphous S
The substrate 1006 on which the i thin film has been formed is
And transported to the laser annealing device 1101 by a transport mechanism (not shown). And it is installed in the laser annealing chamber 1102. A window 1103 for laser transmission is provided in a part of the upper surface of the laser annealing chamber 1102. 1109 is the substrate 1
Reference numeral 006 denotes a substrate holder which is movable in the XR direction in the figure. Laser annealing chamber 110
Above the second window 1103, a laser irradiation unit 1105 is arranged. The laser beam LBB is emitted from the pulse laser oscillator 1107 in a pulsed manner,
The laser beam is guided to the laser irradiation unit 1105 via the reference numeral 8.

【０００５】レーザとしては、一般的には、ＸｅＣｌな
どのエキシマレーザが用いられ、基板１００６に照射さ
れるレーザビームＬＢＢのＸＲ方向の長さは、その方向
の基板１００６の長さに比べて遥かに短い。レーザビー
ムのエネルギは数１００ｍＪ／ｃｍ²／パルス程度、パ
ルス幅は数１０ｎｓ程度であり、発振周波数は数１００
Ｈｚ程度である。この構成において、基板１００６をＸ
Ｒ方向に連続的に移動させながら、レーザ照射部１１０
５より基板１００６にレーザビームＬＢＢを照射する
と、基板１００６上のアモルファスＳｉが順次連続的
に、溶融・結晶化し、多結晶Ｓｉ薄膜が形成される（レ
ーザアニールが施される）。As a laser, an excimer laser such as XeCl is generally used, and the length of the laser beam LBB applied to the substrate 1006 in the XR direction is much longer than the length of the substrate 1006 in that direction. Short. The energy of the laser beam is about several hundred mJ / cm ² / pulse, the pulse width is about several tens ns, and the oscillation frequency is several hundreds ns.
Hz. In this configuration, the substrate 1006 is
While continuously moving in the R direction, the laser irradiation unit 110
When the substrate 1006 is irradiated with the laser beam LBB from Step 5, the amorphous Si on the substrate 1006 is sequentially melted and crystallized to form a polycrystalline Si thin film (laser annealing is performed).

【０００６】上記したレーザアニール技術、特にＸｅＣ
ｌなどのエキシマレーザを用いたレーザアニール技術で
は、アモルファスＳｉ薄膜のみがレーザを吸収して溶融
し、溶融したＳｉ薄膜がレーザ照射終了後の基板側への
熱流出によって冷却されるため、１００ｎｓ程度の極短
時間内にＳｉ薄膜の溶融・結晶化が完了する。このた
め、基板１００６を温度上昇させる事なく、低温プロセ
スにて高品質の多結晶Ｓｉ薄膜を形成する事ができる。The above-mentioned laser annealing technique, especially XeC
In the laser annealing technology using an excimer laser such as l, only the amorphous Si thin film absorbs and melts the laser, and the melted Si thin film is cooled by heat flowing out to the substrate side after the end of the laser irradiation. The melting and crystallization of the Si thin film is completed within an extremely short time. Therefore, a high-quality polycrystalline Si thin film can be formed by a low-temperature process without increasing the temperature of the substrate 1006.

【０００７】レーザアニール技術により形成した多結晶
Ｓｉ薄膜を用いる事により、高移動度のＴＦＴや、高効
率の薄膜太陽電池を作製する事ができる。レーザアニー
ル技術を用いた薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池については特開
平７−９４７６６号公報に開示されている。なお、該公
報のレーザアニールでは、膜厚の薄い多結晶Ｓｉ薄膜を
形成する場合にはエキシマレーザを用いているが、膜厚
の厚い多結晶Ｓｉ薄膜を形成する場合にはＹＡＧレー
ザ、Ａｒレーザなどの長波長レーザを用いている。By using a polycrystalline Si thin film formed by a laser annealing technique, a TFT having high mobility and a thin-film solar cell having high efficiency can be manufactured. A thin-film polycrystalline Si solar cell using a laser annealing technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-94666. In the laser annealing of this publication, an excimer laser is used to form a thin polycrystalline Si thin film, but a YAG laser or an Ar laser is used to form a thick polycrystalline Si thin film. For example, a long wavelength laser is used.

【０００８】以下、該公報の開示内容について図１３を
参照して説明する。図１３は、薄膜多結晶Ｓｉ太陽電池
の断面構造図を示す。図において１００６は基板で、こ
の例においてはガラスである。基板１００６上には反射
防止膜１２０１がＣＶＤ法によって形成されている。反
射防止膜１２０１の上には、ＣＶＤ法によって、数１０
０Å程度のｐ+型のアモルファスＳｉ薄膜が成膜され
る。次に、このｐ⁺型アモルファスＳｉ薄膜がエキシマ
レーザ照射によってレーザアニールされ、ｐ⁺型多結晶
Ｓｉ薄膜１２０２が形成される。Hereinafter, the disclosure of this publication will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a sectional structural view of a thin-film polycrystalline Si solar cell. In the figure, reference numeral 1006 denotes a substrate, which is glass in this example. An antireflection film 1201 is formed over the substrate 1006 by a CVD method. On the antireflection film 1201, several tens of
A p + type amorphous Si thin film of about 0 ° is formed. Next, the p ⁺ -type amorphous Si thin film is laser-annealed by excimer laser irradiation, and a p ⁺ -type polycrystalline Si thin film 1202 is formed.

【０００９】続いて、ｐ+型多結晶Ｓｉ薄膜１２０２の
上に、ＣＶＤ法によって、ｎ型のアモルファスＳｉ薄膜
が約２μｍ成膜される。そして、このｎ型アモルファス
Ｓｉ薄膜にＹＡＧレーザ、Ａｒレーザなどの長波長レー
ザが照射され、ｎ型多結晶Ｓｉ膜１２０３が形成され
る。このように、ｐ⁺型多結晶Ｓｉ薄膜１２０２の上
に、ｎ型多結晶Ｓｉ薄膜１２０３が積層される事によ
り、ｐｎ接合が形成される。ここで、ｎ型多結晶Ｓｉ薄
膜１２０３が２μｍ程度の厚膜とされているのは、この
領域が太陽光発電領域となるためであり、これを薄くす
る事はできない。また、ｎ型多結晶Ｓｉ薄膜１２０３を
形成するのに長波長レーザが用いられているのは、２μ
ｍ程度の厚膜のアモルファスＳｉ薄膜に対してレーザエ
ネルギを吸収させるためである。したがって、この領域
のレーザアニールでは、レーザ照射を、エキシマレーザ
に変更する事はできない。Subsequently, an n-type amorphous Si thin film of about 2 μm is formed on the p + -type polycrystalline Si thin film 1202 by the CVD method. Then, the n-type amorphous Si thin film is irradiated with a long-wavelength laser such as a YAG laser or an Ar laser to form an n-type polycrystalline Si film 1203. As described above, the pn junction is formed by stacking the n-type polycrystalline Si thin film 1203 on the p ⁺ -type polycrystalline Si thin film 1202. Here, the reason why the n-type polycrystalline Si thin film 1203 is formed as a thick film of about 2 μm is that this region becomes a solar power generation region, and it cannot be made thinner. Further, the reason why a long wavelength laser is used to form the n-type polycrystalline Si thin film 1203 is 2 μm.
This is because laser energy is absorbed by an amorphous Si thin film having a thickness of about m. Therefore, in laser annealing of this region, laser irradiation cannot be changed to excimer laser.

【００１０】次に、ｎ型多結晶Ｓｉ薄膜１２０３の上
に、ＣＶＤ法によって、ｎ⁺型のアモルファスＳｉ薄膜
が成膜される。そして、このｎ⁺型アモルファスＳｉ薄
膜がエキシマレーザ照射によってレーザアニールされ、
ｎ⁺型多結晶Ｓｉ薄膜１２０４が形成される。ｎ⁺型多結
晶Ｓｉ薄膜１２０４の上には、裏面電極１２０５が形成
される。Next, an n ⁺ -type amorphous Si thin film is formed on the n-type polycrystalline Si thin film 1203 by the CVD method. Then, the n ⁺ type amorphous Si thin film is laser-annealed by excimer laser irradiation,
An n ⁺ -type polycrystalline Si thin film 1204 is formed. A back surface electrode 1205 is formed on n ⁺ -type polycrystalline Si thin film 1204.

【００１１】上記の太陽電池は、レーザアニールにより
形成した多結晶Ｓｉ薄膜を順次積層した構造をなしてい
る。したがって、各層において、高品質の多結晶Ｓｉ薄
膜が得られる。更に、前記積層構造とする事により、ｎ
型多結晶Ｓｉ薄膜１２０３の面方位を、下層のｐ⁺型多
結晶Ｓｉ薄膜１２０２の面方位を反映させたものとする
事ができる。これらの結果、キャリア拡散長を長くで
き、また、良好なｐｎ接合が得られるので、高い変換効
率を得る事ができる。The above-described solar cell has a structure in which polycrystalline Si thin films formed by laser annealing are sequentially laminated. Therefore, in each layer, a high-quality polycrystalline Si thin film is obtained. Further, by adopting the laminated structure, n
The plane orientation of the p-type polycrystalline Si thin film 1203 can be made to reflect the plane orientation of the underlying p ⁺ -type polycrystalline Si thin film 1202. As a result, the carrier diffusion length can be increased and a good pn junction can be obtained, so that high conversion efficiency can be obtained.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザアニール
技術には、以下のような解決すべき課題があった。 μｍオーダーの厚膜の高品質結晶を得にくい事 スループットが低い事 上記課題について、具体的に説明する。The conventional laser annealing technique has the following problems to be solved. It is difficult to obtain high-quality crystals of a thick film on the order of μm. The throughput is low.

【００１３】厚膜の高品質結晶を得にくい事につい
て。図１３に示したｎ型多結晶Ｓｉ薄膜１２０３のよう
な、２μｍ程度の厚膜の多結晶Ｓｉ薄膜を形成するため
には、初期膜である厚膜のアモルファスＳｉ薄膜に対し
てエネルギが十分吸収されるように、長波長のレーザを
使用しなければならない。しかしながら、このような長
波長レーザにより厚膜のアモルファスＳｉ薄膜を溶融さ
せる事は、基板１００６を温度上昇させる事を意味し、
ガラスなどの低融点の基板を用いる事が困難となる。Regarding the difficulty of obtaining high quality crystals of thick film. In order to form a thick polycrystalline Si thin film of about 2 μm like the n-type polycrystalline Si thin film 1203 shown in FIG. 13, energy is sufficiently absorbed by the thick amorphous Si thin film which is an initial film. To do so, long wavelength lasers must be used. However, melting a thick amorphous Si thin film by such a long-wavelength laser means increasing the temperature of the substrate 1006,
It becomes difficult to use a low melting point substrate such as glass.

【００１４】また、長波長レーザではエキシマレーザの
ような大出力を出す事ができず、更に、アモルファスＳ
ｉ薄膜が厚膜である事の寄与も加わり、長時間に亙るレ
ーザ照射を要する。その結果、アモルファスＳｉの溶融
時間がかなり長くなってしまう。このため、基板１００
６からの汚染が発生し、また、スループットの低下にも
繋がる。更に、厚膜のアモルファスＳｉ薄膜に対するレ
ーザアニールでは、結晶核が膜厚方向にランダムに生じ
やすく、膜厚方向を横切る結晶粒界が生じてしまう。こ
の事は、太陽電池など、膜厚方向のキャリア拡散長が重
視されるような用途においては、特に問題となる。すな
わち、従来のレーザアニール技術では、厚膜の高品質結
晶を得る事が困難であった。A long-wavelength laser cannot produce a large output unlike an excimer laser.
In addition to the contribution of the i-thin film being a thick film, laser irradiation for a long time is required. As a result, the melting time of the amorphous Si becomes considerably long. Therefore, the substrate 100
6 causes contamination, and also leads to a decrease in throughput. Further, in laser annealing of a thick amorphous Si thin film, crystal nuclei tend to be generated randomly in the film thickness direction, and crystal grain boundaries crossing the film thickness direction are generated. This is particularly problematic in applications where the carrier diffusion length in the film thickness direction is important, such as solar cells. That is, it was difficult to obtain a thick film of high quality crystal by the conventional laser annealing technique.

【００１５】スループットが低い事について。従来の
レーザアニール技術では、図１２に示す如くに、成膜装
置１００１によってアモルファスＳｉ薄膜を成膜し、そ
の後、成膜装置１００１から基板１００６を取り出し、
レーザアニール装置１１０１まで搬送する。その後に、
レーザアニール装置１１０１によって、基板１００６上
のアモルファスＳｉ薄膜に対してレーザアニールを施
す。このように別個の装置間で基板１００６のやりとり
を行うため、スループットが低くなる。Regarding low throughput. In the conventional laser annealing technique, as shown in FIG. 12, an amorphous Si thin film is formed by a film forming apparatus 1001, and then a substrate 1006 is taken out from the film forming apparatus 1001.
It is transported to the laser annealing device 1101. Then,
Laser annealing is performed on the amorphous Si thin film on the substrate 1006 by the laser annealing apparatus 1101. Since the exchange of the substrate 1006 is performed between the separate devices in this manner, the throughput is reduced.

【００１６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、レーザアニール技術を用いた結晶薄膜の製
造方法において、厚膜の高品質結晶を得る事、スル
ープットを高める事を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a crystal thin film using a laser annealing technique, in which a high quality crystal of a thick film is obtained and the throughput is increased. .

【００１７】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板に非結晶
薄膜を成膜する成膜チャンバと、成膜された非結晶薄膜
を、それにレーザによるアニール処理を施し結晶化させ
るレーザアニールチャンバと、前記基板を保持する基板
ホルダと、この基板ホルダを前記成膜チャンバからレー
ザアニールチャンバへ連続的に移動させる移動機構とを
備えてなることを特徴とする結晶薄膜製造装置を提供す
る。According to the present invention, there is provided a film forming chamber for forming an amorphous thin film on a substrate, and a laser annealing chamber for subjecting the formed amorphous thin film to a laser annealing process to crystallize the film. An apparatus for manufacturing a crystalline thin film, comprising: a substrate holder for holding the substrate; and a moving mechanism for continuously moving the substrate holder from the film forming chamber to the laser annealing chamber.

【００１８】すなわち、本発明は、基板ホルダを、成膜
チャンバからレーザアニールチャンバへ連続的に移動さ
せる移動機構を備えているので、非結晶薄膜の成膜と、
その非結晶薄膜の結晶化とを連続的にインラインにて繰
り返す事ができ、それによって厚膜の高品質の結晶薄膜
を高いスループットで得ることができる。ここで、結晶
薄膜製造装置の成膜チャンバは、放電電極を更に備え、
移動機構が基板ホルダを前記放電電極に対して連続的に
移動させ、基板に非結晶薄膜を順次連続的に成膜しても
よい。また非結晶薄膜成膜用のガス供給口およびガス排
気口を放電電極の直近に更に備えることもでき、さらに
成膜チャンバは、カバー体を更に備え、放電電極と、前
記カバー体と、基板ホルダとにより、非結晶薄膜成膜用
のガス供給口からガス排気口に通じるガス流路を形成で
きる。That is, the present invention includes a moving mechanism for continuously moving the substrate holder from the film forming chamber to the laser annealing chamber.
The crystallization of the amorphous thin film can be continuously repeated in-line, whereby a high-quality thick thin film can be obtained at a high throughput. Here, the film forming chamber of the crystal thin film manufacturing apparatus further includes a discharge electrode,
The moving mechanism may continuously move the substrate holder with respect to the discharge electrode, and may form the amorphous thin film on the substrate sequentially and continuously. Further, a gas supply port and a gas exhaust port for forming an amorphous thin film may be further provided in the vicinity of the discharge electrode, and the film formation chamber further includes a cover body, and the discharge electrode, the cover body, and the substrate holder are provided. Thus, a gas flow path from the gas supply port for forming the amorphous thin film to the gas exhaust port can be formed.

【００１９】そして、このガス流路を略Ｕ字形に形成で
きる。更に、成膜チャンバは、触媒体を更に備え、移動
機構が、前記触媒体に対して基板ホルダを連続的に移動
させ、基板に非結晶薄膜を順次連続的に成膜することが
できる。また、成膜チャンバは、非結晶薄膜成膜用のガ
ス流路を形成するガス流路形成部材を更に備え、触媒体
を前記ガス流路中に配置でき、ガス流路を略Ｕ字形に形
成できる。ここで、好ましい触媒体としては、タングス
テン、モリブデン、タンタルなどが挙げられる。The gas flow path can be formed substantially U-shaped. Further, the film forming chamber further includes a catalyst body, and the moving mechanism can continuously move the substrate holder with respect to the catalyst body, and can sequentially and continuously form the amorphous thin film on the substrate. In addition, the film forming chamber further includes a gas flow path forming member that forms a gas flow path for forming an amorphous thin film, a catalyst body can be disposed in the gas flow path, and the gas flow path is formed in a substantially U shape. it can. Here, preferable examples of the catalyst include tungsten, molybdenum, tantalum, and the like.

【００２０】一方、レーザアニールチャンバは、レーザ
照射部を更に備え、移動機構が、前記レーザ照射部に対
して基板ホルダを連続的に移動させ、基板に成膜された
非結晶薄膜を、それにレーザによるアニール処理を順次
連続的に施し結晶化させることができる。ここで、移動
機構は、基板ホルダを往復移動させてもよい。On the other hand, the laser annealing chamber further includes a laser irradiator, and the moving mechanism continuously moves the substrate holder with respect to the laser irradiator so that the amorphous thin film formed on the substrate is subjected to laser irradiation. Can be successively and successively applied for crystallization. Here, the moving mechanism may reciprocate the substrate holder.

【００２１】本発明は、別の観点によれば、基板に非結
晶薄膜を成膜し、この成膜された非結晶薄膜を、それに
レーザによるアニール処理を施して結晶化させ、基板に
結晶薄膜を形成することよりなり、基板に非結晶薄膜を
成膜した後、レーザによるアニール処理を施すに際し
て、基板に非結晶薄膜を成膜するための成膜チャンバか
らレーザによるアニール処理を施すためのレーザアニー
ルチャンバへ、基板を、この基板を保持する基板ホルダ
を移動させる移動機構により連続的に移動させることを
特徴とする結晶薄膜製造方法を提供できる。According to another aspect of the present invention, a non-crystalline thin film is formed on a substrate, and the formed non-crystalline thin film is crystallized by subjecting the formed non-crystalline thin film to a laser annealing treatment. Forming a non-crystalline thin film on a substrate and then performing an annealing process by a laser when performing a laser annealing process from a film forming chamber for forming an amorphous thin film on the substrate. A method for manufacturing a crystal thin film, characterized by continuously moving a substrate to an annealing chamber by a moving mechanism for moving a substrate holder holding the substrate, can be provided.

【００２２】本発明はさらに別の観点によれば、請求項
９〜１３のいずれか１つに記載の結晶薄膜製造方法によ
り形成される結晶薄膜を用いた結晶薄膜素子であって、
結晶薄膜素子が異なる導電型の半導体薄膜の積層構造か
らなることを特徴とする結晶薄膜素子を提供できる。According to still another aspect of the present invention, there is provided a crystal thin film element using a crystal thin film formed by the method for manufacturing a crystal thin film according to any one of claims 9 to 13,
A crystalline thin film element characterized in that the crystalline thin film element has a laminated structure of semiconductor thin films of different conductivity types can be provided.

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施の形態に基づ
いて本発明を詳述する。なお、これによって本発明は限
定されるものではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings. Note that the present invention is not limited by this.

【００２４】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態を、図１〜図３を用いて説明する。まず、本実施
形態に係る結晶薄膜製造装置１００の構成を、図１、図
２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る結晶
薄膜製造装置１００の断面図を示す。図２は、後述する
連通口３および放電電極７の近傍の部分断面斜視図を示
す。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing the vicinity of a communication port 3 and a discharge electrode 7 described later.

【００２５】図において、１は成膜チャンバ，２はレー
ザアニールチャンバで、各々のチャンバ１，２は、連通
口３を介して連通している。４はガラスなどの基板で、
基板ホルダ５の上に搭載されている。基板ホルダ５の内
部には、図示しないヒータが内蔵されており、必要に応
じて基板４を加熱する。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a film forming chamber, 2 denotes a laser annealing chamber, and each of the chambers 1 and 2 communicates through a communication port 3. 4 is a substrate such as glass,
It is mounted on the substrate holder 5. A heater (not shown) is built in the substrate holder 5 and heats the substrate 4 as necessary.

【００２６】基板ホルダ５は、移動機構６と接続され、
図中のＸ方向に往復移動可能となされている。移動機構
６として、図１には、駆動部６ａがチャンバ１、２の外
部に配置された、いわゆる御神輿機構の例を示している
が、これに限らず、ラックピニオン方式，ボールネジ方
式などの機構が採用されてもよい。但し、チャンバ１，
２内部のパーティクル抑制の観点からは御神輿機構が望
ましい。図中の６ｃはシャフト部、６ｂは蛇腹部を示し
ている。The substrate holder 5 is connected to the moving mechanism 6,
It is reciprocable in the X direction in the figure. As the moving mechanism 6, FIG. 1 shows an example of a so-called portable shrine mechanism in which the driving unit 6a is arranged outside the chambers 1 and 2, but the moving mechanism 6 is not limited to this, and is a mechanism such as a rack and pinion system or a ball screw system. May be adopted. However, chamber 1,
2) From the viewpoint of suppressing particles inside, a mikoshi mechanism is desirable. In the figure, 6c indicates a shaft portion, and 6b indicates a bellows portion.

【００２７】前記移動機構６によって、基板ホルダ５上
の基板４は、連通口３を介して、成膜チャンバ１〜レー
ザアニールチャンバ２の間を連続的に往復移動できる。
連通口３は、基板４および基板ホルダ５が通過できる範
囲で、可能な限り狭く設定され、そのＸ方向の長さは可
能な限り長く設定されている。すなわち、連通口３にお
ける空間のコンダクタンスが極力小さくなるようになさ
れている。なお、基板４の往復移動の過程において、基
板ホルダ５のみが連通口３を通過するような場合が生じ
るが、そのような場合でも、基板ホルダ５に突出部５ａ
を設けていれば、図２に示す如くに、連通口３と基板ホ
ルダ５との間の間隔を極力小さくすることができる。The moving mechanism 6 allows the substrate 4 on the substrate holder 5 to reciprocate continuously between the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2 through the communication port 3.
The communication port 3 is set as narrow as possible within a range where the substrate 4 and the substrate holder 5 can pass, and the length in the X direction is set as long as possible. That is, the conductance of the space in the communication port 3 is made as small as possible. In the course of the reciprocating movement of the substrate 4, only the substrate holder 5 may pass through the communication port 3, but even in such a case, the projecting portion 5 a
The distance between the communication port 3 and the substrate holder 5 can be minimized as shown in FIG.

【００２８】成膜チャンバ１には、Ｘ方向に往復移動す
る基板４と対向するように、放電電極７が配置されてい
る。放電電極７は、断面が略円弧状なる曲面を有し、高
周波電源９と接続されている。８ａ及び８ｂは、絶縁体
からなる第１及び第２のカバー体であり、第１及び第２
のカバー体８ａ、８ｂを併せて、カバー体８と称する。
第１カバー体８ａの外周部は、導体で覆われ接地されて
いてもよい。カバー体８は、放電電極７及び基板４とと
もに、略気密な空間を形成する。１０は、ガスボンベな
どからなる成膜用ガス供給手段、１１は、真空ポンプな
どからなる成膜用ガス排気手段である。成膜用ガス供給
手段１０から供給された成膜用ガスは、カバー体８、放
電電極７、及び基板４とから形成される前記の略気密な
空間を通り、成膜用ガス排気手段１１に至る。このよう
にして形成されたガス流路は、図中のＦで示すような滑
らかな略Ｕ字形状をなし、そのコンダクタンスは非常に
大きい。一方、第１カバー体８ａの底面部８ｃは、可能
な限り狭い空間を隔てて基板４と対向し、その対向部の
Ｘ方向の長さは可能な限り長く設定されている。すなわ
ち、成膜用ガスは、ガス流路Ｆの外部にはほとんどリー
クせずに、成膜用ガス排気手段１１に至る。１２および
１３は夫々、成膜チャンバ１の内部空間の雰囲気を形成
するための、第１雰囲気ガス供給手段および、第１雰囲
気ガス排気手段である。In the film forming chamber 1, a discharge electrode 7 is arranged so as to face the substrate 4 reciprocating in the X direction. The discharge electrode 7 has a curved surface having a substantially arc-shaped cross section, and is connected to the high-frequency power supply 9. Reference numerals 8a and 8b denote first and second cover members made of an insulator, respectively.
Are collectively referred to as a cover body 8.
The outer peripheral portion of the first cover body 8a may be covered with a conductor and grounded. The cover body 8 forms a substantially airtight space together with the discharge electrode 7 and the substrate 4. Reference numeral 10 denotes a film-forming gas supply unit including a gas cylinder and the like, and reference numeral 11 denotes a film-forming gas exhaust unit including a vacuum pump and the like. The film-forming gas supplied from the film-forming gas supply means 10 passes through the above-mentioned substantially airtight space formed by the cover body 8, the discharge electrode 7, and the substrate 4 to the film-forming gas exhaust means 11. Reach. The gas flow path thus formed has a smooth and substantially U-shape as indicated by F in the figure, and its conductance is very large. On the other hand, the bottom surface portion 8c of the first cover body 8a faces the substrate 4 with a space as small as possible, and the length of the facing portion in the X direction is set as long as possible. That is, the film forming gas hardly leaks to the outside of the gas flow path F and reaches the film forming gas exhaust unit 11. Reference numerals 12 and 13 denote a first atmosphere gas supply unit and a first atmosphere gas exhaust unit, respectively, for forming an atmosphere in the internal space of the film forming chamber 1.

【００２９】レーザアニールチャンバ２の上面の一部に
は、石英などの材質の窓部２４が設けられ、この上方
に、レーザ照射部２１が配置されている。２３はレーザ
発振器で、ＸｅＣｌ、ＫｒＦなどのエキシマレーザをパ
ルス的に出射する。発振周波数は数１００Ｈｚ程度で、
パルス幅は数１０ｎｓ程度である。レーザ発振器２３か
ら出射されたレーザビームは、ホモジナイザなどで構成
される光学系２２を通ってレーザ照射部２１に導かれ、
窓部２４を介して基板４に照射される。基板４に照射さ
れるレーザビームＬＢのＸ方向の長さは１ｍｍ程度で、
照射エネルギは数１００ｍＪ／ｃｍ²／パルス程度であ
る。２５および２６は夫々、レーザアニールチャンバ２
の内部空間の雰囲気を形成するための、第２雰囲気ガス
供給手段および、第２雰囲気ガス排気手段である。A window 24 made of a material such as quartz is provided on a part of the upper surface of the laser annealing chamber 2, and a laser irradiation unit 21 is arranged above the window 24. A laser oscillator 23 emits an excimer laser such as XeCl or KrF in a pulsed manner. The oscillation frequency is about several hundred Hz,
The pulse width is about several tens of ns. The laser beam emitted from the laser oscillator 23 is guided to the laser irradiation unit 21 through an optical system 22 including a homogenizer or the like,
The substrate 4 is irradiated through the window 24. The length of the laser beam LB applied to the substrate 4 in the X direction is about 1 mm,
The irradiation energy is on the order of several hundred mJ / cm ² / pulse. 25 and 26 are laser annealing chamber 2
A second atmosphere gas supply means and a second atmosphere gas exhaust means for forming an atmosphere of the internal space.

【００３０】次に、結晶薄膜製造装置１００を用いた多
結晶Ｓｉ薄膜の製造方法について説明する。まず、成膜
用ガス排気手段１１，第１雰囲気ガス排気手段１３，お
よび第２雰囲気ガス排気手段２６によって、ガス流路
Ｆ，成膜チャンバ１，およびレーザアニールチャンバ２
の内部を減圧する。その後、第１雰囲気ガス供給手段１
２より、成膜チャンバ１の内部に第１雰囲気ガスを導入
する。また、第２雰囲気ガス供給手段２５より、レーザ
アニールチャンバ２の内部に第２雰囲気ガスを導入す
る。そして、成膜チャンバ１の内部および、レーザアニ
ールチャンバ２の内部を、夫々、所定の圧力に維持す
る。その後は、この所定の圧力を維持するために、第１
雰囲気ガス供給手段１２、第１雰囲気ガス排気手段１
３、第２雰囲気ガス供給手段２５、及び第２雰囲気ガス
排気手段２６を適宜調整しながら動作させておいてもよ
い。第１雰囲気ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒなどの不活性
ガスが選ばれ、第２雰囲気ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒ、
Ｎ₂などが選ばれる。好ましくは、第１雰囲気ガスと第
２雰囲気ガスとは同種のガスとされ、例えばＨｅが用い
られる。Next, a method of manufacturing a polycrystalline Si thin film using the crystal thin film manufacturing apparatus 100 will be described. First, the gas flow path F, the film forming chamber 1, and the laser annealing chamber 2 are formed by the film forming gas exhaust unit 11, the first atmosphere gas exhaust unit 13, and the second atmosphere gas exhaust unit 26.
Reduce the pressure inside. Then, the first atmosphere gas supply means 1
2, a first atmospheric gas is introduced into the film forming chamber 1. Further, the second atmosphere gas is introduced into the laser annealing chamber 2 from the second atmosphere gas supply means 25. Then, the inside of the film forming chamber 1 and the inside of the laser annealing chamber 2 are each maintained at a predetermined pressure. Thereafter, in order to maintain this predetermined pressure, the first
Atmosphere gas supply means 12, first atmosphere gas exhaust means 1
3. The second atmosphere gas supply means 25 and the second atmosphere gas exhaust means 26 may be operated while being appropriately adjusted. As the first atmosphere gas, an inert gas such as He or Ar is selected, and as the second atmosphere gas, He, Ar,
Such as N ₂ is selected. Preferably, the first atmosphere gas and the second atmosphere gas are the same type of gas, for example, He is used.

【００３１】次に、成膜用ガス供給手段１０と成膜用ガ
ス排気手段１１とを同時に動作させ、所定の圧力にて、
図１中のＦで示すような略Ｕ字形状の高速のガス流を形
成する。成膜用ガスとしては、成膜に寄与する反応ガス
のみ、又は、この反応ガスと不活性ガスとの混合ガスが
用いられる。反応ガスとしては、ＳｉＨ₄などのＳｉ原
子を含むガスが単体で、又はＨ₂などの他のガスと混合
して用いられる。不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒなど
が用いられるが、第１雰囲気ガスと同種のガスである事
が好ましく、例えばＨｅが用いられる。Next, the film-forming gas supply means 10 and the film-forming gas exhaust means 11 are operated simultaneously, and at a predetermined pressure,
A high-speed gas flow having a substantially U-shape as shown by F in FIG. 1 is formed. As a film forming gas, only a reaction gas contributing to film formation or a mixed gas of the reaction gas and an inert gas is used. As the reactive gas, a gas containing Si atoms such as SiH ₄ is alone, or used in admixture with other gases such as H _2. As the inert gas, He, Ar, or the like is used, and it is preferable that the inert gas is the same type of gas as the first atmosphere gas, for example, He is used.

【００３２】上記のようにして、ガス流路Ｆの内部、成
膜チャンバ１の内部、及びレーザアニールチャンバ２の
内部に、夫々、所定のガス雰囲気を形成する。好ましく
は、ガス流路Ｆ内の圧力Ｐp、成膜チャンバ１内の圧力
Ｐ1、およびレーザアニールチャンバ２内の圧力Ｐ2を、
夫々、下式の関係を満たすように設定する。 Ｐp＜Ｐ1≧Ｐ2 （１）As described above, a predetermined gas atmosphere is formed inside the gas flow path F, inside the film forming chamber 1 and inside the laser annealing chamber 2, respectively. Preferably, the pressure Pp in the gas flow path F, the pressure P1 in the film forming chamber 1 and the pressure P2 in the laser annealing chamber 2 are:
Each is set so as to satisfy the relationship of the following expression. Pp <P1 ≧ P2 (1)

【００３３】例えば、ガス流路Ｆ、成膜チャンバ１、及
びレーザアニールチャンバ２を、夫々、以下のようなガ
ス雰囲気に設定する。 ガス流路Ｆ：Ｈｅ＋ＳｉＨ₄（１００Ｔｏｒｒ） 成膜チャンバ１：Ｈｅ（１１０Ｔｏｒｒ） レ−ザアニ−ルチャンバ２：Ｈｅ（１０５Ｔｏｒｒ）For example, the gas flow path F, the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2 are each set to the following gas atmosphere. Gas flow path F: He + SiH ₄ (100 Torr) Deposition chamber 1: He (110 Torr) Laser annealing chamber 2: He (105 Torr)

【００３４】ここで、成膜チャンバ１の内部空間とガス
流路Ｆとの間で、夫々異なるガス雰囲気を形成できるの
は、ガス流路Ｆが略Ｕ字形状をなしているために、その
コンダクタンスが非常に大きい事、および、第１カバー
体８ａの底面部８ｃと基板４間の空間のコンダクタンス
が非常に小さい事による。Here, different gas atmospheres can be formed between the internal space of the film forming chamber 1 and the gas flow path F because the gas flow path F has a substantially U-shape. This is because the conductance is very large and the conductance in the space between the bottom surface 8c of the first cover body 8a and the substrate 4 is very small.

【００３５】すなわち、成膜用ガス供給手段１０から供
給される成膜用ガスは、ガス流路Ｆの外部にほとんどリ
ークせず、略Ｕ字形状の流線をもって高速に成膜用ガス
排気手段１１に至るである。また、成膜チャンバ１とレ
ーザアニールチャンバ２との間で、夫々異なるガス雰囲
気を形成できるのは、連通口３と基板４（基板ホルダ
５）間の空間のコンダクタンスが非常に小さい事によ
る。これらの結果、ＳｉＨ ₄などからなる成膜用ガス
が、レーザアニールチャンバ２の内部に混入する事を防
止できる。また、レーザアニールチャンバ２内で発生す
る、成膜用ガスとは異なる不純なガスなどが、ガス流路
Ｆ内に混入する事を防止できる。これらの作用は、上記
（１）式の設定を行う事により、更に顕著なものとな
る。なお、（１）式の設定を行った場合、成膜チャンバ
１内の第１雰囲気ガスがガス流路Ｆ内に微量に混入する
事も考えられるが、第１雰囲気ガスがＨｅなどの不活性
ガスであって、これが微量に混入したとしても、後述す
る非結晶Ｓｉ薄膜の成膜特性にはほとんど影響を与えな
い。That is, the gas is supplied from the film forming gas supply means 10.
The supplied film-forming gas is almost completely outside the gas flow path F.
High-speed deposition gas with a substantially U-shaped streamline
It reaches the exhaust means 11. In addition, the film forming chamber 1
Different gas atmospheres with the laser annealing chamber 2
Only the communication port 3 and the substrate 4 (substrate holder)
5) The conductance of the space between them is very small.
You. As a result, SiH _FourFilm forming gas
Is prevented from entering the inside of the laser annealing chamber 2.
Can be stopped. In addition, a laser beam generated in the laser annealing chamber 2 is generated.
Gas that is different from the film-forming gas
Mixing into F can be prevented. These effects are
By setting the equation (1), it becomes even more remarkable.
You. When the setting of the equation (1) is performed, the film forming chamber
A small amount of the first atmospheric gas in 1 is mixed into the gas flow path F.
It is conceivable that the first atmosphere gas is an inert gas such as He.
It is a gas, and even if it is mixed in a trace amount, it will be described later.
Has almost no effect on the film forming characteristics of amorphous silicon thin films
No.

【００３６】上記のように、ガス流路Ｆ，成膜チャンバ
１，及びレーザアニールチャンバ２が、夫々所定のガス
雰囲気とされた状態で、移動機構６によって基板ホルダ
５（基板４）をＸ方向に連続的に往復移動させる。以
下、図３に示すフローチャートも参照し、基板４が左方
向の移動から開始する場合を例として説明する。As described above, the substrate holder 5 (substrate 4) is moved in the X direction by the moving mechanism 6 in a state where the gas flow path F, the film forming chamber 1, and the laser annealing chamber 2 are each in a predetermined gas atmosphere. To reciprocate continuously. Hereinafter, the case where the substrate 4 starts from the leftward movement will be described as an example with reference to the flowchart shown in FIG.

【００３７】まず、左方向に連続的に移動している基板
４は、放電電極７と対向する部分において、成膜用ガス
供給手段１０より成膜用ガスを供給される。そして、高
周波電源９から放電電極７に高周波電力を供給する事に
より、成膜用ガスに基づくプラズマＰが発生し、ＳｉＨ
₄などの反応ガス分子が分解、励起される。こうして生
成された反応種の作用により（プラズマＣＶＤによ
り）、基板４上に非結晶のＳｉ薄膜４０ａが成膜される
（ＳＴＥＰ１）。なお、本願明細書において、非結晶Ｓ
ｉ薄膜とは、アモルファスや微結晶のＳｉ薄膜を指す。
この非結晶Ｓｉ薄膜４０ａは、基板４の左方向移動によ
り、順次連続的に基板４上に成膜される。そして、基板
４の右端部まで非結晶Ｓｉ薄膜４０ａが成膜された段階
で、基板４は左方向の移動を停止し、向きを変えて右方
向の移動を開始する。基板４の右方向移動により、非結
晶Ｓｉ薄膜４０ａの上に、上記と同様の非結晶Ｓｉ薄膜
４０ｂが順次連続的に成膜される（ＳＴＥＰ１）。非結
晶Ｓｉ薄膜４０ａ及び４０ｂの厚さは、高周波電力や反
応ガス分圧、成膜用ガス流量などの成膜条件によって調
整され、後述するエキシマレーザによる結晶化が可能な
ように、数１００Å〜数１０００Å程度の厚さとされ
る。First, a film-forming gas is supplied from the film-forming gas supply means 10 to a portion of the substrate 4 which is continuously moving in the left direction, in a portion facing the discharge electrode 7. By supplying high-frequency power from the high-frequency power supply 9 to the discharge electrode 7, plasma P based on the film-forming gas is generated,
Reaction gas molecules such as ₄ are decomposed and excited. An amorphous Si thin film 40a is formed on the substrate 4 by the action of the generated reactive species (by plasma CVD) (STEP 1). In the specification of the present application, the amorphous S
The i thin film refers to an amorphous or microcrystalline Si thin film.
The amorphous Si thin film 40a is sequentially and continuously formed on the substrate 4 by moving the substrate 4 to the left. When the amorphous Si thin film 40a is formed up to the right end of the substrate 4, the substrate 4 stops moving in the left direction, changes its direction, and starts moving in the right direction. By moving the substrate 4 rightward, the same amorphous Si thin film 40b as described above is sequentially and continuously formed on the amorphous Si thin film 40a (STEP 1). The thickness of the amorphous Si thin films 40a and 40b is adjusted by film forming conditions such as high-frequency power, reactive gas partial pressure, and gas flow rate for film formation, and is set to several hundred degrees to enable crystallization by an excimer laser described later. The thickness is about several thousand degrees.

【００３８】非結晶Ｓｉ薄膜４０ｂが成膜された基板４
は、続く右方向移動により、連通口３を通って、連続的
にレーザアニールチャンバ２に入る。非結晶Ｓｉ薄膜４
０ａ、４０ｂからなる非結晶Ｓｉ薄膜４０は、レーザ照
射部２１と対向する位置にて、エキシマレーザビームＬ
Ｂを照射され、極短時間内に溶融・結晶化して多結晶Ｓ
ｉ薄膜５０が形成される（レーザアニールされる）（Ｓ
ＴＥＰ２）。このレーザアニールは、基板４の右方向移
動により順次連続的に施される。なお、この過程におい
ては、図１１に示すように、基板４の比較的右側の部分
がレーザアニールを施され、基板４の比較的左側の部分
で非結晶Ｓｉ薄膜が成膜される様な状態も生じる。基板
４の左端部まで多結晶Ｓｉ薄膜５０が形成された段階
で、基板４は向きを変えて左方向の移動を開始する。基
板４の左方向移動により、多結晶Ｓｉ薄膜５０は、再び
上記と同様のレーザアニールを順次連続的に施され、よ
り高品質の多結晶Ｓｉ薄膜５０が形成される（ＳＴＥＰ
２）。The substrate 4 on which the amorphous Si thin film 40b is formed
, Enters the laser annealing chamber 2 continuously through the communication port 3 by the subsequent rightward movement. Amorphous Si thin film 4
The amorphous Si thin film 40 composed of the excimer laser beam L
B is irradiated and melted and crystallized within a very short time to form polycrystalline S
i thin film 50 is formed (laser annealed) (S
TEP2). This laser annealing is sequentially and continuously performed by moving the substrate 4 rightward. In this process, as shown in FIG. 11, laser annealing is performed on a relatively right portion of the substrate 4 and an amorphous Si thin film is formed on a relatively left portion of the substrate 4. Also occurs. At the stage where the polycrystalline Si thin film 50 has been formed up to the left end of the substrate 4, the substrate 4 changes its direction and starts moving leftward. By moving the substrate 4 to the left, the polycrystalline Si thin film 50 is again successively subjected to the same laser annealing as described above to form a higher quality polycrystalline Si thin film 50 (STEP).
2).

【００３９】多結晶Ｓｉ薄膜５０が形成された基板４
は、続く左方向移動により、連通口３を通って、連続的
に成膜チャンバ１に入る。基板４が続いて左方向移動
し、その後、向きを変えて右方向移動する事により、前
記と同様の４０ａ、４０ｂからなる非結晶Ｓｉ薄膜４０
が、多結晶Ｓｉ薄膜５０の上に成膜される（ＳＴＥＰ
３）。Substrate 4 on which polycrystalline Si thin film 50 is formed
, Continuously enter the film forming chamber 1 through the communication port 3 by the leftward movement. The substrate 4 subsequently moves to the left, then changes direction and moves to the right, so that the amorphous Si thin film 40 composed of 40a and 40b as described above.
Is formed on the polycrystalline Si thin film 50 (STEP
3).

【００４０】非結晶Ｓｉ薄膜４０が成膜された基板４
は、続く右方向移動により、連続的にレーザアニールチ
ャンバ２に入る。非結晶Ｓｉ薄膜４０は、レーザ照射部
２１と対向する位置にてエキシマレーザビームＬＢを照
射されて溶融する。そして、その下地の多結晶Ｓｉ薄膜
５０を種として結晶成長し、多結晶Ｓｉ薄膜５１が形成
される（ＳＴＥＰ４）。このレーザアニールは、基板４
の右方向移動により順次連続的に施される。基板４の左
端部まで多結晶Ｓｉ薄膜５１が形成された段階で、基板
４は向きを変えて左方向に移動する。そして、再び上記
と同様のレーザアニールを施され、より高品質の多結晶
Ｓｉ薄膜５１が形成される（ＳＴＥＰ４）。多結晶Ｓｉ
薄膜５０および５１のように、基板４の１往復移動によ
って形成される多結晶Ｓｉ薄膜を、以下では、１レイヤ
ーの多結晶Ｓｉ薄膜と称する事にする。ここで、上に形
成された多結晶Ｓｉ薄膜５１は、下地の多結晶Ｓｉ薄膜
５０を種として結晶化したものであるから、各レイヤー
の界面に結晶粒界はほとんど生じない。なお、この作用
については、第２レイヤー目以降のレーザアニールにお
けるレーザ照射エネルギを、第１レイヤーにおけるエネ
ルギよりも大きくする事により、更に顕著なものとな
る。The substrate 4 on which the amorphous Si thin film 40 is formed
Enters the laser annealing chamber 2 continuously by the subsequent rightward movement. The amorphous Si thin film 40 is irradiated with an excimer laser beam LB at a position facing the laser irradiation unit 21 and melts. Then, a crystal is grown using the underlying polycrystalline Si thin film 50 as a seed to form a polycrystalline Si thin film 51 (STEP 4). This laser annealing is performed on the substrate 4
Are sequentially and successively performed by moving to the right. At the stage where the polycrystalline Si thin film 51 has been formed up to the left end of the substrate 4, the substrate 4 changes its direction and moves to the left. Then, laser annealing similar to that described above is performed again, and a higher-quality polycrystalline Si thin film 51 is formed (STEP 4). Polycrystalline Si
A polycrystalline Si thin film formed by one reciprocating movement of the substrate 4 like the thin films 50 and 51 is hereinafter referred to as a one-layer polycrystalline Si thin film. Here, since the polycrystalline Si thin film 51 formed thereon is crystallized using the underlying polycrystalline Si thin film 50 as a seed, there is almost no crystal grain boundary at the interface of each layer. This effect becomes more remarkable by making the laser irradiation energy in the laser annealing of the second and subsequent layers larger than the energy of the first layer.

【００４１】以後、基板４の往復移動によって前記と同
様の動作が繰り返され、複数レイヤーの多結晶Ｓｉ薄膜
が、５０，５１，… といったように積層されて厚膜化
し、多結晶Ｓｉ膜６０が形成される。そして、多結晶Ｓ
ｉ膜６０の厚さが所定の厚さｔとなった時点で、移動機
構６による基板４の往復移動が停止され、成膜チャンバ
１またはレーザアニールチャンバ２に設けられた図示し
ない基板取出し口より、基板４が取り出される。（ＳＴ
ＥＰ５）。Thereafter, the same operation as described above is repeated by the reciprocating movement of the substrate 4, and the polycrystalline Si thin films of a plurality of layers are stacked as 50, 51,. It is formed. And polycrystalline S
When the thickness of the i film 60 reaches a predetermined thickness t, the reciprocating movement of the substrate 4 by the moving mechanism 6 is stopped, and the substrate 4 is moved from a substrate outlet (not shown) provided in the film forming chamber 1 or the laser annealing chamber 2. , The substrate 4 is taken out. (ST
EP5).

【００４２】本実施形態は、成膜チャンバ１〜レーザア
ニールチャンバ２の間で、基板４を連続的に往復移動さ
せる構成としているから、非結晶Ｓｉ薄膜の成膜とレー
ザアニールによる結晶化とを交互に繰り返す事ができ
る。このため、数μｍ程度の厚膜の多結晶Ｓｉ膜６０を
形成する場合においても、一回のレーザアニールで溶融
すべき非結晶Ｓｉ薄膜４０の厚さは数１００Å〜数１０
００Å程度でよい。したがって、エキシマレーザを用い
て、短時間内での溶融・結晶化を行う事ができ、その結
果、基板温度を上昇させず、また、基板からの汚染も少
ない状態で、高品質の多結晶Ｓｉ薄膜を１レイヤーずつ
確実に形成する事ができる。しかも、数１００Å〜数１
０００Å程度の非結晶Ｓｉ薄膜４０のエキシマレーザア
ニールにおいては、下地の多結晶Ｓｉ薄膜を種として結
晶成長させる事ができるため、膜厚方向を横切るような
結晶粒界をほとんど生じさせずに、厚膜の多結晶Ｓｉ膜
６０を形成する事ができる。すなわち、本実施形態で
は、低温プロセスにて、厚膜の高品質結晶を得る事がで
き、本発明の第１の目的が達成できた。In this embodiment, since the substrate 4 is continuously reciprocated between the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2, the formation of the amorphous Si thin film and the crystallization by laser annealing are performed. Can be repeated alternately. Therefore, even when the polycrystalline Si film 60 having a thickness of about several μm is formed, the thickness of the amorphous Si thin film 40 to be melted by one laser annealing is several hundreds to several tens.
It may be about 00 °. Therefore, melting and crystallization can be performed in a short time using an excimer laser, and as a result, high-quality polycrystalline Si can be obtained without increasing the substrate temperature and with less contamination from the substrate. The thin film can be surely formed one layer at a time. Moreover, several hundreds to several ones
In the excimer laser annealing of the amorphous Si thin film 40 of about 000 °, the crystal can be grown by using the underlying polycrystalline Si thin film as a seed. A polycrystalline Si film 60 can be formed. That is, in the present embodiment, a high-quality crystal of a thick film can be obtained by a low-temperature process, and the first object of the present invention has been achieved.

【００４３】また、本実施形態では、非結晶Ｓｉ薄膜の
成膜からレーザアニールまでを、一貫してインラインに
て行う事ができるから、異なる装置間で基板４のやりと
りを行う必要がなくなり、大幅にスループットを向上さ
せる事ができる。すなわち、本発明の第２の目的が達成
できた。Further, in this embodiment, since the process from the formation of the amorphous Si thin film to the laser annealing can be performed consistently in-line, there is no need to exchange the substrate 4 between different devices, and the device can be greatly reduced. It is possible to improve the throughput. That is, the second object of the present invention has been achieved.

【００４４】（第１の実施形態の変形実施例１）上記の
第１の実施形態に係る結晶薄膜製造装置１００は、成膜
チャンバ１とレーザアニールチャンバ２とを併設したも
のであったが、スループットを向上させるために、成膜
チャンバ１の両側にレーザアニールチャンバ２を１台ず
つ配置してもよい。また、レーザアニールチャンバ２の
両側に成膜チャンバ１を１台ずつ配置してもよい。最も
スループットが向上するように適宜に配置すればよい。
例えば、非結晶Ｓｉ薄膜の成膜速度を第１の実施形態
（図１）よりも２倍に高める事ができる場合には、図４
に示す結晶薄膜製造装置２００を用いる事により、スル
ープットが向上する。(Modification 1 of First Embodiment) The crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment has a film forming chamber 1 and a laser annealing chamber 2 provided side by side. In order to improve the throughput, one laser annealing chamber 2 may be arranged on each side of the film forming chamber 1. Further, one film forming chamber 1 may be arranged on each side of the laser annealing chamber 2. What is necessary is just to arrange suitably so that throughput may improve most.
For example, when the deposition rate of the amorphous Si thin film can be doubled as compared with the first embodiment (FIG. 1), FIG.
By using the crystal thin film manufacturing apparatus 200 shown in (1), the throughput is improved.

【００４５】本変形実施例では、成膜チャンバ１による
非結晶Ｓｉ薄膜の成膜速度が、第１の実施形態よりも２
倍速い事を前提としているので、基板４の右方向移動ま
たは左方向移動のいずれか一方の移動のみで、レーザア
ニールを施すべき厚さの非結晶Ｓｉ薄膜４０が形成され
る。そこで、成膜チャンバ１の両側にレーザアニールチ
ャンバ２を１台ずつ配置し、レーザアニールによる律速
が起こらないようにしている。その結果、第１の実施形
態と同じ膜厚の多結晶Ｓｉ膜６０を形成するのに、基板
４の移動速度を一定として、往復回数を半分に減らす事
ができる。すなわち、成膜速度が速い事の効果をスルー
プットに反映させる事ができる。その他、結晶薄膜製造
装置２００の構成要素、基本動作、及び作用効果は第１
の実施形態と同様であるので説明を省略する。なお、本
変形実施例では、連通口３，３が間隔を隔てて２個設け
られているので、これと対応して、基板ホルダ５の突出
部５ａは第１の実施形態よりも長くなされている。In the present modified example, the film forming speed of the amorphous Si thin film in the film forming chamber 1 is 2 times higher than that in the first embodiment.
Assuming that the substrate 4 is twice as fast, only one of the rightward and leftward movements of the substrate 4 forms the amorphous Si thin film 40 having a thickness to be subjected to laser annealing. Therefore, one laser annealing chamber 2 is disposed on each side of the film forming chamber 1 so that the rate limiting by laser annealing does not occur. As a result, in order to form the polycrystalline Si film 60 having the same thickness as in the first embodiment, the number of reciprocations can be reduced to half while keeping the moving speed of the substrate 4 constant. That is, the effect of the high film forming speed can be reflected in the throughput. In addition, the components, the basic operation, and the operation and effect of the crystal thin film manufacturing apparatus 200 are the first.
The description is omitted because it is the same as that of the first embodiment. In the present modified example, since two communication ports 3 and 3 are provided at an interval, the protrusion 5a of the substrate holder 5 is correspondingly longer than in the first embodiment. I have.

【００４６】（第１の実施形態の変形実施例２）上記の
第１の実施形態に係る結晶薄膜製造装置１００は、成膜
チャンバ１とレーザアニールチャンバ２とを、連通口３
を介して併設しているものであった。しかしながら、ガ
ス流路Ｆの気密性が十分に高ければ、成膜チャンバ１と
レーザアニールチャンバ２とを兼ねてもよい。すなわ
ち、成膜用ガスがレーザビームＬＢを照射される領域に
混入せず、また、成膜用ガスとは異なる不純なガスがガ
ス流路Ｆ内に混入しなければよい。また、前記の双方の
混入があったとしても、これらが微量であって、成膜特
性やレーザアニールの特性に影響を与えなければよい。
このような場合には、図５に示すような結晶薄膜製造装
置３００を用いる事ができる。(Modified Example 2 of First Embodiment) In the crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment, the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2
It was attached through the. However, as long as the gas channel F has sufficiently high airtightness, the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2 may serve as both. That is, the film formation gas does not enter the region irradiated with the laser beam LB, and an impure gas different from the film formation gas does not enter the gas flow path F. Further, even if both of the above are mixed, these may be minute amounts and do not affect the film forming characteristics and the characteristics of laser annealing.
In such a case, a crystal thin film manufacturing apparatus 300 as shown in FIG. 5 can be used.

【００４７】本変形実施例の結晶薄膜製造装置３００で
は、成膜チャンバ１とレーザアニールチャンバ２とを兼
ねて、１個のチャンバ３０１としている。また、チャン
バ３０１内のガス雰囲気を形成するための、雰囲気ガス
供給手段３０２及び雰囲気ガス排気手段３０３も、夫々
１個ずつ設けている。ガス流路Ｆ内およびチャンバ３０
１内は、例えば以下のようなガス雰囲気に設定すればよ
く、特に、このような圧力設定の場合には、ＳｉＨ₄な
どからなる成膜用ガスがレーザビームＬＢを照射される
領域に混入する事を、かなり防止できる。 ガス流路Ｆ：Ｈｅ＋ＳｉＨ₄（１００Ｔｏｒｒ） チャンバ３０１：Ｈｅ（１１０Ｔｏｒｒ） その他の構成や、基本動作、および作用効果は第１の実
施形態と同様であるので説明を省略する。In the crystal thin film manufacturing apparatus 300 of the present modified example, one chamber 301 is used as both the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2. Further, one atmosphere gas supply unit 302 and one atmosphere gas exhaust unit 303 for forming a gas atmosphere in the chamber 301 are also provided. Inside the gas flow path F and the chamber 30
The inside of 1 may be set to, for example, the following gas atmosphere. In particular, in the case of such a pressure setting, a film forming gas made of SiH ₄ or the like is mixed into a region irradiated with the laser beam LB. Things can be prevented considerably. Gas flow path F: He + SiH ₄ (100 Torr) Chamber 301: He (110 Torr) Other configurations, basic operations, and operational effects are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

【００４８】（第１の実施形態の変形実施例３）上記の
第１の実施形態に係る結晶薄膜製造装置１００では、略
気密な、成膜用ガスのガス流路Ｆを形成した。しかしな
がら、レーザアニールチャンバ２への成膜用ガスの混入
が少なく、また、プラズマＰ部への、成膜用ガスとは異
なる不純なガスの混入が少なければ、上記構成には限ら
ない。例えば、図６に示す結晶薄膜製造装置４００のよ
うに、放電電極４０７を平板状とし、この直近に成膜用
ガス供給口４０１および成膜用ガス排気口４０２を設け
た構成としてもよい。また、成膜用ガス供給口４０１は
特に設けず、放電電極４０７を公知のシャワー電極とし
てもよい。その他の構成や、基本動作、および作用効果
は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。(Modification 3 of the First Embodiment) In the crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment, a substantially gas-tight gas flow path F of a film forming gas is formed. However, the configuration is not limited to the above configuration as long as the film formation gas does not enter the laser annealing chamber 2 and the impurity gas different from the film formation gas enters the plasma P portion. For example, as in a crystal thin film manufacturing apparatus 400 shown in FIG. 6, the discharge electrode 407 may be formed in a flat plate shape, and a film forming gas supply port 401 and a film forming gas exhaust port 402 may be provided immediately adjacent thereto. Further, the gas supply port 401 for film formation is not particularly provided, and the discharge electrode 407 may be a known shower electrode. Other configurations, basic operations, and operational effects are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

【００４９】（第１の実施形態の変形実施例４）上記の
第１の実施形態では、ガラスなどの平板基板を用いた場
合について説明したが、基板４はこれに限らず可撓性の
シート状基板であってもよい。この場合には、図７に示
すような構成の結晶薄膜製造装置５００を用いればよ
い。図７において、５０４はステンレスやポリイミドな
どの可撓性のシート状基板である。シート状基板５０４
は、第１リール室５０３内の第１リール５０１と、第２
リール室５０５内の第２リール５０２とによって、テン
ションを付与されながらＸ方向に連続的に往復移動す
る。５０６は接地された対向電極であるが、シート状基
板５０４がステンレスなどの導電性基板の場合には、必
ずしも必要ではない。この場合には、リール５０１，５
０２や図示しないガイドローラを介して、シート状基板
５０４を接地すればよい。その他の構成や、基本動作は
第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。本
変形実施例は、可撓性のシート状基板に対しても、第１
の実施形態と同様の作用効果が得られるものである。(Modified Example 4 of First Embodiment) In the first embodiment described above, the case where a flat substrate such as glass is used has been described. Substrate may be used. In this case, a crystal thin film manufacturing apparatus 500 having a configuration as shown in FIG. 7 may be used. In FIG. 7, reference numeral 504 denotes a flexible sheet-like substrate such as stainless steel or polyimide. Sheet substrate 504
Are the first reel 501 in the first reel chamber 503 and the second reel 501.
With the second reel 502 in the reel chamber 505, it reciprocates continuously in the X direction while applying tension. Reference numeral 506 denotes a grounded counter electrode, but is not always necessary when the sheet-like substrate 504 is a conductive substrate such as stainless steel. In this case, the reels 501 and 5
The sheet-like substrate 504 may be grounded via a guide roller 02 or a guide roller (not shown). The rest of the configuration and the basic operation are the same as those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted. This modified embodiment is also applicable to a flexible sheet-like substrate.
The same operation and effect as those of the embodiment can be obtained.

【００５０】（第１の実施形態の変形実施例５）変形実
施例４のようなシート状基板５０４を用いる場合には、
図８に示す結晶薄膜製造装置６００によっても、非結晶
Ｓｉ薄膜の成膜とレーザアニールとを交互に繰り返し、
厚膜の高品質多結晶Ｓｉ膜を形成する事ができる。(Fifth Modification of the First Embodiment) In the case of using the sheet-like substrate 504 as in the fourth modification,
The crystal thin film manufacturing apparatus 600 shown in FIG. 8 also alternately repeats the formation of the amorphous Si thin film and the laser annealing.
A thick high-quality polycrystalline Si film can be formed.

【００５１】本変形実施例では、可撓性のシート状基板
５０４が、ローラ室６０５内の第１ローラ６０１および
第２ローラ６０２によってテンションを付与され、無端
状に保持されている。そして、ローラ６０１，６０２の
１方向の回転によって、シート状基板５０４は、右方向
（ＸＲ方向）のみに連続的に移動する。これによって、
成膜チャンバ１による非結晶Ｓｉ薄膜の成膜と、レーザ
アニールチャンバ２によるレーザアニールとが交互に繰
り返される。その他の構成は第１の実施形態と同様であ
るので、説明を省略する。本変形実施例も、変形実施例
４と同様に、可撓性のシート状基板に対して第１の実施
形態と同様の効果が得られるものである。In this modification, the flexible sheet-like substrate 504 is tensioned by the first roller 601 and the second roller 602 in the roller chamber 605 and is held endless. The rotation of the rollers 601 and 602 in one direction causes the sheet-shaped substrate 504 to continuously move only in the right direction (XR direction). by this,
The deposition of the amorphous Si thin film in the deposition chamber 1 and the laser annealing in the laser annealing chamber 2 are alternately repeated. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted. In this modified example, similarly to the modified example 4, the same effect as that of the first embodiment can be obtained for a flexible sheet-like substrate.

【００５２】（第１の実施形態の変形実施例６）上記の
第１の実施形態に係る結晶薄膜製造装置１００は、放電
電極７を用いて、プラズマＣＶＤ法によって非結晶Ｓｉ
薄膜を成膜するものであった。しかしながら、非結晶Ｓ
ｉ薄膜の成膜方法はこれに限らず、スパッタ法、ｃａｔ
−ＣＶＤ法など如何なる成膜方法であってもよい。例え
ば、スパッタ法の場合には、図１の放電電極７の代わり
にターゲットを配置すればよい。また、ｃａｔ−ＣＶＤ
法の場合には、放電電極７およびカバー体８の代わり
に、図１と同じ形状のガス流路を形成するようなガス流
路形成部材を配置し、ガス流路中に加熱された触媒体を
配置すればよい。(Modification 6 of the First Embodiment) The crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment uses the discharge electrode 7 to form an amorphous silicon thin film by a plasma CVD method.
A thin film was formed. However, the amorphous S
The method of forming the i-thin film is not limited to this, and the sputtering method, cat
-Any film forming method such as a CVD method may be used. For example, in the case of the sputtering method, a target may be arranged instead of the discharge electrode 7 in FIG. Cat-CVD
In the case of the method, a gas flow path forming member that forms a gas flow path having the same shape as that of FIG. 1 is disposed instead of the discharge electrode 7 and the cover body 8, and the heated catalyst body is provided in the gas flow path. Should be arranged.

【００５３】特にｃａｔ−ＣＶＤ法においては、特開昭
６３−４０３１４号公報などに開示されるように膜中の
水素含有率を非常に低くできるので、レーザアニール時
に、膜中水素の突沸を気にせずにレーザ照射条件を選定
する事ができる。ｃａｔ−ＣＶＤ法によって非結晶Ｓｉ
薄膜を成膜し、これをレーザアニールする事によって多
結晶Ｓｉ薄膜を形成する場合には、図９に示すような結
晶薄膜製造装置７００を用いればよい。In particular, in the cat-CVD method, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-40314, the hydrogen content in the film can be made extremely low. It is possible to select the laser irradiation conditions without having to make the setting. Amorphous Si by cat-CVD method
When a polycrystalline Si thin film is formed by forming a thin film and performing laser annealing on the thin film, a crystal thin film manufacturing apparatus 700 as shown in FIG. 9 may be used.

【００５４】図９において、７０８ａ及び７０８ｂは第
１及び第２のガス流路形成部材であり、これらを併せ
て、ガス流路形成部材７０８と称する。ガス流路形成部
材７０８は、基板４とともに、略気密な空間を形成す
る。成膜用ガス供給手段１０から供給された成膜用ガス
は、ガス流路形成部材７０８及び基板４とから形成され
る前記の略気密な空間を通り、成膜用ガス排気手段１１
に至る。このようにして形成されたガス流路Ｆ１は、第
１の実施形態のガス流路Ｆと同様に、滑らかな略Ｕ字形
状をなし、そのコンダクタンスは非常に大きい。一方、
第１ガス流路形成部材７０８ａの底面部７０８ｃは、可
能な限り狭い空間を隔てて基板４と対向し、その対向部
のＸ方向の長さは可能な限り長く設定されている。すな
わち、成膜用ガスは、第１の実施形態と同様、ガス流路
Ｆ１の外部にほとんどリークせずに成膜用ガス排気手段
１１に至る。７０１は、前記ガス流路Ｆ１の、基板４よ
りも上流側に配置された触媒体である。触媒体７０１
は、ガス流路Ｆ１を流れる成膜用ガスの分子と接触しや
すいように、その表面積が広い事が望まれ、例えばコイ
ル状とされている。触媒体７０１の材質は、タングステ
ン、モリブデン、タンタルなどであり、これが、通電に
より１５００〜２０００℃程度に加熱されている。この
構成において、ガス流路Ｆ１を流れる成膜用ガスの分子
は、触媒体７０１と接触し、触媒反応によって反応種が
生成される。そして、この反応種が基板４に輸送され
て、非結晶Ｓｉ薄膜が成膜される。成膜用ガスとして
は、第１の実施形態と同様のガスが用いられる。その他
の構成は第１の実施形態と同様であり、また、基板４の
移動方法やレーザアニールなど、その他の動作について
も第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。In FIG. 9, reference numerals 708a and 708b denote first and second gas flow path forming members, which are collectively referred to as a gas flow path forming member 708. The gas flow path forming member 708 forms a substantially airtight space together with the substrate 4. The film-forming gas supplied from the film-forming gas supply means 10 passes through the above substantially airtight space formed by the gas flow path forming member 708 and the substrate 4 and passes through the film-forming gas exhaust means 11.
Leads to. The gas flow path F1 formed in this way has a smooth and substantially U-shape, and has a very large conductance, similarly to the gas flow path F of the first embodiment. on the other hand,
The bottom surface portion 708c of the first gas flow path forming member 708a faces the substrate 4 with a space as small as possible, and the length of the facing portion in the X direction is set as long as possible. That is, the film formation gas reaches the film formation gas exhaust unit 11 with almost no leakage to the outside of the gas flow path F1 as in the first embodiment. Reference numeral 701 denotes a catalyst disposed upstream of the substrate 4 in the gas flow path F1. Catalyst 701
It is desired that the surface area be large so as to easily come into contact with molecules of the film forming gas flowing through the gas flow path F1. The material of the catalyst body 701 is tungsten, molybdenum, tantalum, or the like, which is heated to about 1500 to 2000 ° C. by energization. In this configuration, molecules of the film forming gas flowing through the gas flow path F1 come into contact with the catalyst body 701, and a reactive species is generated by a catalytic reaction. Then, the reactive species are transported to the substrate 4, and an amorphous Si thin film is formed. As the film forming gas, the same gas as in the first embodiment is used. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and other operations such as a method of moving the substrate 4 and laser annealing are the same as those of the first embodiment, and thus the description is omitted.

【００５５】本変形実施例は、第１の実施形態と同様の
効果を呈するものであるが、上記のように、触媒反応に
基づいて非結晶Ｓｉ薄膜を成膜するものであるから、膜
中の水素含有率を非常に低くできる。その結果、レーザ
アニール時に、水素の突沸を気にする事なくレーザ照射
条件を選定する事ができる。The present modified example has the same effect as that of the first embodiment. However, as described above, since an amorphous Si thin film is formed based on a catalytic reaction, the present embodiment has Can have a very low hydrogen content. As a result, laser irradiation conditions can be selected without worrying about bumping of hydrogen during laser annealing.

【００５６】（第１の実施形態の変形実施例７）上記の
第１の実施形態は、成膜チャンバ１〜レーザアニールチ
ャンバ２の間で、基板４を往復移動させるものであっ
た。しかしながら、ＴＦＴに用いられるような、数１０
０Å〜１０００Å程度の薄い多結晶Ｓｉ薄膜を形成する
場合には、基板４を必ずしも往復移動させる必要はな
く、図１中の右方向のみに基板４を連続移動させてもよ
い。本変形実施例は、厚膜の多結晶Ｓｉ膜を形成するも
のではないが、非結晶Ｓｉ薄膜の成膜からレーザアニー
ルまでを、一貫してインラインにて行う事ができる。そ
の結果、異なる装置間で基板４のやりとりを行う必要が
なくなり、従来に比べて大幅にスループットを向上させ
る事ができる。(Modification 7 of First Embodiment) In the first embodiment, the substrate 4 is reciprocated between the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2. However, as used in TFTs,
When forming a thin polycrystalline Si thin film of about 0 ° to 1000 °, the substrate 4 does not necessarily need to be reciprocated, but may be continuously moved only in the right direction in FIG. Although the present modified example does not form a thick polycrystalline Si film, the process from the formation of the amorphous Si thin film to the laser annealing can be performed inline consistently. As a result, it is not necessary to exchange the substrate 4 between different apparatuses, and the throughput can be greatly improved as compared with the related art.

【００５７】（第１の実施形態の変形実施例８）上記の
第１の実施形態では、結晶薄膜製造装置１００によって
多結晶Ｓｉ膜を形成する場合について説明したが、成膜
用ガスを変更するのみで、如何なる材質の結晶膜を作製
する事も可能である。例えば、ＳｉＨ₄とＣＨ₄との混合
ガスを含む成膜用ガスを用いて非結晶のＳｉＣ薄膜を形
成し、これをレーザアニールする事によって結晶性のＳ
ｉＣ膜を得る事もできる。また、成膜用ガスに、Ｂ₂Ｈ₆
やＰＨ₃などのドーピングガスを混合する事によって、
ｐ型やｎ型の多結晶半導体膜を作製する事も可能であ
る。(Eighth Modification of First Embodiment) In the first embodiment, the case where the polycrystalline Si film is formed by the crystal thin film manufacturing apparatus 100 has been described, but the film forming gas is changed. Only with this, it is possible to produce a crystal film of any material. For example, SiH ₄ and using the film forming gas containing a mixed gas of CH ₄ to form a SiC thin film of non-crystalline, crystalline S thereby that laser annealing
An iC film can also be obtained. In addition, B ₂ H ₆
By mixing a doping gas such as or PH _3,
It is also possible to manufacture a p-type or n-type polycrystalline semiconductor film.

【００５８】（第１の実施形態の変形実施例９）上記の
第１の実施形態では、複数レイヤーの多結晶Ｓｉ薄膜を
積層し、これによって厚膜の多結晶Ｓｉ膜を形成する場
合について説明した。しかしながら、積層される複数の
レイヤーの材質は、必ずしも、第１の実施形態のような
同一の材質とされる必要はない。１レイヤー以上のレイ
ヤーからなるレイヤー群の単位で同一の材質とされ、更
に、このレイヤー群が、各々異なる材質とされて、複数
のレイヤー群が積層されたものであってもよい。このよ
うな場合には、基板４の往復移動回数が所定回数に達す
る毎に、ガス流路Ｆ中に流す成膜用ガスを順次切り替え
ればよい。例えば、図１において、基板４の１往復移動
によって形成される１レイヤーの結晶薄膜の厚さが５０
０Åであるとき、以下のような設定を行う事により、ｎ
型多結晶Ｓｉ（５００Å）／ｉ型多結晶Ｓｉ（２μｍ）
／ｐ型多結晶Ｓｉ（５００Å）のような積層構造を形成
する事ができる。(Ninth Modification of First Embodiment) In the first embodiment described above, a case is described in which a polycrystalline Si thin film having a plurality of layers is stacked to form a thick polycrystalline Si film. did. However, the material of the plurality of layers to be stacked does not necessarily need to be the same material as in the first embodiment. The same material may be used in units of a layer group composed of one or more layers, and the layer groups may be made of different materials, and a plurality of layer groups may be stacked. In such a case, each time the number of reciprocating movements of the substrate 4 reaches a predetermined number, the film forming gas flowing in the gas flow path F may be sequentially switched. For example, in FIG. 1, the thickness of the crystalline thin film of one layer formed by one reciprocation of the substrate 4 is 50.
When 0Å, n is set by performing the following settings.
Type polycrystalline Si (500 °) / i type polycrystalline Si (2 μm)
A stacked structure such as / p-type polycrystalline Si (500 °) can be formed.

【００５９】 ・１往復目：Ｈｅ＋ＳｉＨ₄＋Ｈ₂＋Ｂ₂Ｈ₆ （第１レイヤー群） ・２〜４１往復目：Ｈｅ＋ＳｉＨ₄＋Ｈ₂ （第２レイヤー群） ・４２往復目：Ｈｅ＋ＳｉＨ₄＋Ｈ₂＋ＰＨ₃ （第３レイヤー群） この場合、異なるレイヤー群の界面においても、上のレ
イヤー群の最下レイヤーの非結晶Ｓｉ薄膜は、エキシマ
レーザアニールによって、下地の多結晶Ｓｉ薄膜を種と
して結晶成長を行う事ができる。このため、異なるレイ
ヤー群の界面においても結晶粒界を少なくできる。First round: He + SiH ₄ + H ₂ + B ₂ H ₆ (first layer group) Second round: He + SiH ₄ + H ₂ (second layer group) Second round: He + SiH ₄ + H ₂ + PH ₃ (Third Layer Group) In this case, even at the interface between the different layer groups, the lowermost amorphous Si thin film in the upper layer group is grown by excimer laser annealing using the underlying polycrystalline Si thin film as a seed. Can do things. Therefore, the number of crystal grain boundaries can be reduced even at the interface between different layer groups.

【００６０】（第２の実施形態）上記の第１の実施形態
では、図１に示す結晶薄膜製造装置１００による結晶薄
膜の製造方法について説明してきた。本実施形態では、
第１の実施形態によって形成された結晶薄膜を用いた結
晶薄膜素子について、光電変換素子を例にとって説明す
る。なお、本実施形態の結晶薄膜素子は、図１と同様の
結晶薄膜製造装置１００が２台併設された、図１０に示
すような結晶薄膜製造装置８００によって作製される。(Second Embodiment) In the first embodiment described above, a method for manufacturing a crystal thin film by the crystal thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 has been described. In this embodiment,
A crystal thin film element using a crystal thin film formed according to the first embodiment will be described taking a photoelectric conversion element as an example. The crystal thin film element of the present embodiment is manufactured by a crystal thin film manufacturing apparatus 800 as shown in FIG. 10 in which two crystal thin film manufacturing apparatuses 100 similar to FIG.

【００６１】図１０において、１００ａは、ｐ⁺型また
はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜を形成するためのｐ型結晶薄膜
製造装置、１００ｂは、ｎ⁺型の多結晶Ｓｉ薄膜を形成
するためのｎ型結晶薄膜製造装置であり、２台の結晶薄
膜製造装置１００ａ，１００ｂはゲートバルブ８０１を
介して併設されている。[0061] In FIG. 10, 100a is, p ⁺ -type or p-type p-type crystal thin film manufacturing apparatus for forming a polycrystalline Si thin film, 100b is, n for forming a polycrystalline Si thin film of n ⁺ -type This is a type crystal thin film manufacturing apparatus, and two crystal thin film manufacturing apparatuses 100 a and 100 b are provided side by side via a gate valve 801.

【００６２】図１１は、上記の結晶薄膜製造装置８００
によって作製された光電変換素子９００の断面構造図を
示している。図１１において、４はガラスなどの基板
で、その上には、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ₂などのベースコー
ト膜９０１がＣＶＤ法などによって形成されている。FIG. 11 shows the crystal thin film manufacturing apparatus 800 described above.
1 shows a cross-sectional structure diagram of a photoelectric conversion element 900 manufactured by the method described above. In FIG. 11, reference numeral 4 denotes a substrate made of glass or the like, on which a base coat film 901 made of SiNx, SiO ₂ or the like is formed by a CVD method or the like.

【００６３】この基板４はｐ型結晶薄膜製造装置１００
ａに設置される。そして、第１の実施形態の手法によっ
て、ベースコート膜９０１の上に、ｐ⁺型多結晶Ｓｉ薄
膜９０２が１００Å〜５０００Å程度形成される。成膜
用ガスとしては例えば、Ｈｅ，ＳｉＨ₄，Ｈ₂及びＢ₂Ｈ₆
の混合ガスが用いられる。基板４のＸ方向の往復回数
は、ｐ⁺型多結晶Ｓｉ薄膜９０２の厚さに応じて適宜に
設定されるが、その厚さが数１００Å程度の場合には、
右方向の一回移動でもよい。The substrate 4 is a p-type crystal thin film manufacturing apparatus 100
a. Then, a p ⁺ -type polycrystalline Si thin film 902 is formed on the base coat film 901 by the method of the first embodiment at a thickness of about 100 ° to 5000 °. Examples of the film forming gas include He, SiH ₄ , H ₂ and B ₂ H ₆
Is used. The number of reciprocations of the substrate 4 in the X direction is appropriately set according to the thickness of the p ⁺ -type polycrystalline Si thin film 902. When the thickness is about several hundreds of degrees,
A single rightward movement may be used.

【００６４】その後、同じくｐ型結晶薄膜製造装置１０
０ａが用いられ、第１の実施形態の手法によって、発電
領域となるｐ型多結晶Ｓｉ膜９０３が、ｐ⁺型多結晶Ｓ
ｉ薄膜９０２の上に２〜４μｍ程度形成される。成膜用
ガスとしては、例えば、Ｈｅ，ＳｉＨ₄、Ｈ₂及びＢ₂Ｈ₆
の混合ガスが用いられるが、Ｂ₂Ｈ₆の割合はｐ⁺型多結
晶Ｓｉ薄膜９０２を形成した場合よりも小さくされる。
基板４のＸ方向の往復回数は、ｐ型多結晶Ｓｉ膜９０３
の厚さに応じて適宜に設定される。例えば、１往復移動
によって形成される１レイヤーの厚さが５００Åとなる
ように成膜条件を調整しておいて、基板４を４０往復さ
せる事によって、２μｍのｐ型多結晶Ｓｉ膜９０３が形
成される。Thereafter, the p-type crystal thin film manufacturing apparatus 10
0a is used, the method of the first embodiment, the p-type polycrystalline Si film 903 serving as a power generation region, p ⁺ -type polycrystalline S
It is formed on the i-thin film 902 at about 2 to 4 μm. The film forming gas, e.g., He, SiH _4, H ₂ and B ₂ H ₆
Is used, but the ratio of B ₂ H ₆ is made smaller than that when the p ⁺ -type polycrystalline Si thin film 902 is formed.
The number of reciprocations of the substrate 4 in the X direction is equal to the p-type polycrystalline Si film 903.
Is appropriately set according to the thickness of the sheet. For example, the film formation conditions are adjusted so that the thickness of one layer formed by one reciprocation is 500 °, and the substrate 4 is reciprocated 40 times to form a 2 μm p-type polycrystalline Si film 903. Is done.

【００６５】ｐ型多結晶Ｓｉ膜９０３が形成された基板
４は、図示しない搬送機構によって、ゲートバルブ８０
１を介してｎ型結晶薄膜製造装置１００ｂに運ばれる。
そして、第１の実施形態の手法によって、ｐ型多結晶Ｓ
ｉ膜９０３の上に、ｎ⁺型多結晶Ｓｉ薄膜９０４が１０
０Å〜５０００Å程度形成される。このように、ｐ型多
結晶Ｓｉ膜９０３の上にｎ+型多結晶Ｓｉ薄膜９０４を
形成する事により、ｐｎ接合が形成される。成膜用ガス
としては、例えば、Ｈｅ，ＳｉＨ₄，Ｈ₂及びＰＨ₃の混
合ガスが用いられる。基板４のＸ方向の往復回数は、ｎ
⁺型多結晶Ｓｉ薄膜９０４の厚さに応じて適宜に設定さ
れるが、その厚さが数１００Å程度の場合には、右方向
の一回移動でもよい。その後、ｎ⁺型多結晶Ｓｉ薄膜９
０４の上にＩＴＯなどの透明電極９０５が形成され、さ
らに、グリッド状の集電電極９０６が形成されて、光電
変換素子９００の作製が完了する。The substrate 4 on which the p-type polycrystalline Si film 903 has been formed is transferred by a transfer mechanism (not shown) to the gate valve 80.
1 to the n-type crystal thin film manufacturing apparatus 100b.
Then, according to the method of the first embodiment, the p-type polycrystalline S
An n ⁺ -type polycrystalline Si thin film 904 is
It is formed at about 0 ° to 5000 °. As described above, by forming the n + -type polycrystalline Si thin film 904 on the p-type polycrystalline Si film 903, a pn junction is formed. As a film forming gas, for example, a mixed gas of He, SiH ₄ , H ₂ and PH ₃ is used. The number of reciprocations of the substrate 4 in the X direction is n
The thickness is appropriately set according to the thickness of the ⁺ type polycrystalline Si thin film 904, but when the thickness is about several hundreds of degrees, a single rightward movement may be used. Thereafter, the n ⁺ -type polycrystalline Si thin film 9
A transparent electrode 905 made of ITO or the like is formed on the substrate 04, and a grid-like current collecting electrode 906 is formed. Thus, the fabrication of the photoelectric conversion element 900 is completed.

【００６６】上記光電変換素子９００の発電領域となる
ｐ型多結晶Ｓｉ膜９０３は、第１の実施形態に記載した
ような高品質の厚膜多結晶Ｓｉ膜であり、膜厚方向を横
切る結晶粒界もほとんどない。この結果、ｐ型多結晶Ｓ
ｉ膜９０３は上面側からの入射光を十分に吸収でき、ま
た、これによって発生するキャリアの拡散長を非常に長
くする事ができる。また、この上に形成されたｎ⁺型多
結晶Ｓｉ薄膜９０４の最下のレイヤーは、ｐ型多結晶Ｓ
ｉ膜９０３を種として結晶成長したものであるから、ｎ
⁺型多結晶Ｓｉ薄膜９０４／ｐ型多結晶Ｓｉ膜９０３の
界面欠陥は非常に少なく、良好なｐｎ接合が形成され
る。したがって、光電変換素子９００を太陽電池として
用いた場合には、高い変換効率が得られる。なお、上記
では、上面側を光入射面とした構造について説明した
が、電極９０５をＡｌなどの高反射電極とし、基板４側
から光入射させてもよい。但し、この場合には、多結晶
Ｓｉ膜９０４／９０３／９０２をｐ⁺型／ｐ型／ｎ⁺型な
るようにして、ｐｎ接合界面を多結晶Ｓｉ膜９０２と９
０３の界面に配置する方が好ましい。The p-type polycrystalline Si film 903 serving as a power generation region of the photoelectric conversion element 900 is a high-quality thick polycrystalline Si film as described in the first embodiment. There are almost no grain boundaries. As a result, the p-type polycrystalline S
The i-film 903 can sufficiently absorb the incident light from the upper surface side, and can greatly increase the diffusion length of the carriers generated thereby. The lowermost layer of the n ⁺ -type polycrystalline Si thin film 904 formed thereon is a p-type polycrystalline S
Since the crystal is grown using the i film 903 as a seed, n
The interface defects of the ⁺ type polycrystalline Si thin film 904 / p type polycrystalline Si film 903 are extremely small, and a good pn junction is formed. Therefore, when the photoelectric conversion element 900 is used as a solar cell, high conversion efficiency can be obtained. In the above description, the structure in which the upper surface side is a light incident surface has been described. However, the electrode 905 may be a highly reflective electrode such as Al and light may be incident from the substrate 4 side. However, in this case, the polycrystalline Si films 904/903/902 are made to be p ⁺ type / p type / n ⁺ type so that the pn junction interface is
It is more preferable to arrange at the interface of No. 03.

【００６７】（第２の実施形態の変形実施例１０）上記
の第２の実施形態では、光電変換素子９００を作製する
ために、ｐ型結晶薄膜製造装置１００ａとｎ型結晶薄膜
製造装置１００ｂとを併設した結晶薄膜製造装置８００
を用いた。しかしながら、図１に示した、１台の結晶薄
膜製造装置１００を用いるだけでも、図１１の光電変換
素子９００を作製する事ができる。(Modification 10 of the Second Embodiment) In the second embodiment, the p-type crystal thin film manufacturing apparatus 100a and the n-type crystal thin film manufacturing apparatus 100b are used to manufacture the photoelectric conversion element 900. Thin film manufacturing apparatus 800 with
Was used. However, the photoelectric conversion element 900 shown in FIG. 11 can be manufactured only by using one crystal thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG.

【００６８】この場合には、第１の実施形態の変形実施
例９に記載したように、基板４の往復回数が所定回数に
達する毎に、ガス流路Ｆ中に流す成膜用ガスを順次切り
替えればよい。成膜用ガスは第２の実施形態に記載した
通りである。本変形実施例においては、装置台数を少な
くして、第２の実施形態と同等の高い変換効率の太陽電
池を作製する事ができる。In this case, as described in the ninth modification of the first embodiment, every time the number of reciprocations of the substrate 4 reaches a predetermined number, the film-forming gas flowing through the gas flow path F is sequentially changed. Just switch. The film forming gas is as described in the second embodiment. In this modified example, it is possible to manufacture a solar cell having a high conversion efficiency equivalent to that of the second embodiment by reducing the number of devices.

【００６９】（第２の実施形態の変形実施例１１）上記
の第２の実施形態では、光電変換素子９００を、光入射
面側から見てｎ⁺型／ｐ型／ｐ⁺型の積層構造としたが、
ｐ⁺型／ｎ型／ｎ⁺型としても構わない。また、ｎ⁺型／
ｎ型／ｐ型／ｐ⁺型、ｐ⁺型／ｐ型／ｎ型／ｎ⁺型 や、
ｎ⁺型／ｉ型／ｐ⁺型、ｐ⁺型／ｉ型／ｎ⁺型など如何なる
形態としてもよい。光入射面も、上面側でも基板側でも
何れでもよい。どのような形態としても、発電領域とな
る多結晶Ｓｉ膜を高品質の厚膜多結晶Ｓｉ膜とでき、膜
厚方向を横切る結晶粒界もほとんど生じない。また、ｐ
ｎ接合界面の欠陥を非常に少なくでき、良好なｐｎ接合
を形成できる。これらの結果、第２の実施形態と同様
に、高い変換効率の太陽電池を作製する事ができる。[0069] In the above second embodiment (modification example 11 of the second embodiment), the photoelectric conversion element 900, when viewed from the light incident surface side n ⁺ -type / p-type / p ⁺ -type layered structure But
It may be p ⁺ type / n type / n ⁺ type. Also, n ⁺ type /
n-type / p-type / p ⁺ -type, p ⁺ -type / p-type / n-type / n ⁺ -type,
Any form such as n ⁺ type / i type / p ⁺ type and p ⁺ type / i type / n ⁺ type may be used. The light incident surface may be either the upper surface side or the substrate side. In any form, the polycrystalline Si film serving as the power generation region can be a high-quality thick polycrystalline Si film, and almost no grain boundaries cross the thickness direction. Also, p
Defects at the n-junction interface can be extremely reduced, and a good pn junction can be formed. As a result, as in the second embodiment, a solar cell with high conversion efficiency can be manufactured.

【００７０】なお、上記では、結晶薄膜素子が光電変換
素子である場合について説明してきたが、本発明はこれ
に限らず、ダイオード、トランジスタなど、高品質の結
晶性が要求される如何なる素子にも適用可能である。In the above description, the case where the crystal thin-film element is a photoelectric conversion element has been described. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to any element requiring high-quality crystallinity, such as a diode and a transistor. Applicable.

【００７１】以下に、本発明の実施結果として、図１１
に示した光電変換素子９００の構造による太陽電池の特
性について説明する。FIG. 11 shows the result of implementing the present invention.
The characteristics of the solar cell according to the structure of the photoelectric conversion element 900 shown in FIG.

【００７２】（実施例１）ガラス基板４上にプラズマＣ
ＶＤ法によって膜厚２０００ÅのＳｉＯ₂膜９０１を形
成し、図１０の結晶薄膜製造装置８００に設置した。ｐ
型結晶薄膜製造装置１００ａ，ｎ型結晶薄膜製造装置１
００ｂとも、ガス流路Ｆの圧力を１００Ｔｏｒｒ、成膜
チャンバ１の圧力を１１０Ｔｏｒｒ、レ−ザアニ−ルチ
ャンバ２の圧力を１０５Ｔｏｒｒに設定した。ここで、
成膜チャンバ１およびレ−ザアニ−ルチャンバ２の内部
は、Ｈｅガス雰囲気とした。ガス流路Ｆに流す成膜用ガ
スは、ｐ型結晶薄膜製造装置１００ａにおいては、Ｈ
ｅ，ＳｉＨ₄，Ｈ₂，及びＢ₂Ｈ₆の混合ガスとした。ま
た、ｎ型結晶薄膜製造装置１００ｂにおいては、Ｈｅ，
ＳｉＨ₄，Ｈ₂，及びＰＨ₃の混合ガスとした。そして第
２の実施形態の手法によって、ｎ⁺型（５００Å）／ｐ
型（２μｍ）／ｐ⁺型（３０００Å）なる構造となるよ
うに、多結晶Ｓｉ膜を順次形成した。各々の多結晶Ｓｉ
膜の形成時において、基板の１往復移動による１レイヤ
ーの厚さが５００Åとなるように、成膜チャンバ１によ
る非結晶Ｓｉ薄膜の成膜条件を調整した。また、基板温
度は４５０℃に設定した。各々のレイヤーのレーザアニ
ールにおいては、エネルギ密度４００ｍＪ／ｃｍ²／パ
ルス、パルス幅３０ｎｓのＸｅＣｌエキシマレーザを照
射した。そして、上記の積層構造からなる多結晶Ｓｉ膜
９０４／９０３／９０２が形成された後、スパッタ法に
よってＩＴＯ膜９０５を形成し、次いで、Ａｇからなる
グリッド電極９０６を蒸着して、図１１に示す構造の光
電変換素子９００を作製した。(Embodiment 1) Plasma C
An SiO ₂ film 901 having a thickness of 2000 ° was formed by the VD method, and was set in the crystal thin film manufacturing apparatus 800 of FIG. p
Crystal thin film manufacturing apparatus 100a, n-type crystal thin film manufacturing apparatus 1
In both cases, the pressure in the gas flow path F was set to 100 Torr, the pressure in the film forming chamber 1 was set to 110 Torr, and the pressure in the laser annealing chamber 2 was set to 105 Torr. here,
The interiors of the film forming chamber 1 and the laser annealing chamber 2 were in a He gas atmosphere. In the p-type crystal thin film manufacturing apparatus 100a, the film forming gas flowing through the gas flow path F is H
e, a mixed gas of SiH ₄ , H ₂ , and B ₂ H ₆ . Further, in the n-type crystal thin film manufacturing apparatus 100b, He,
A mixed gas of SiH ₄ , H ₂ , and PH ₃ was used. Then, by the method of the second embodiment, the n ⁺ type (500 °) / p
Polycrystalline Si films were sequentially formed so as to have a structure of mold (2 μm) / p ⁺ (3000 °). Each polycrystalline Si
At the time of film formation, the film forming conditions for the amorphous Si thin film in the film forming chamber 1 were adjusted such that the thickness of one layer in one reciprocal movement of the substrate was 500 °. The substrate temperature was set at 450 ° C. In laser annealing of each layer, XeCl excimer laser having an energy density of 400 mJ / cm ² / pulse and a pulse width of 30 ns was irradiated. Then, after a polycrystalline Si film 904/903/902 having the above-described laminated structure is formed, an ITO film 905 is formed by a sputtering method, and then a grid electrode 906 made of Ag is deposited, as shown in FIG. A photoelectric conversion element 900 having a structure was manufactured.

【００７３】上記のようにして作製された光電変換素子
の断面形状を観察したところ、膜厚方向を横切る結晶粒
界は見られなかった。そして、この光電変換素子の上面
側からＡＭ１．５の太陽光を照射し、その特性を評価し
たところ、１０％の変換効率が得られた。Observation of the cross-sectional shape of the photoelectric conversion device manufactured as described above revealed no crystal grain boundaries crossing the film thickness direction. Then, sunlight of AM 1.5 was irradiated from the upper surface side of the photoelectric conversion element, and its characteristics were evaluated. As a result, a conversion efficiency of 10% was obtained.

【００７４】（実施例２）エキシマレーザによるレーザ
光照射条件を一部変更して、実施例１と同じ構造の光電
変換素子９００を作製した。具体的には、最下レイヤー
群であるｐ⁺型多結晶Ｓｉ膜（３０００Å）の更に最下
レイヤーの形成時にのみ、４００ｍＪ／ｃｍ²／パルス
のレーザを照射し、これより上に形成されるレイヤーに
ついては、４２０ｍＪ／ｃｍ²／パルスのレーザを照射
した。このようにして作製された光電変換素子の上面側
からＡＭ１．５の太陽光を照射し、その特性を評価した
ところ、１１％の変換効率が得られた。Example 2 A photoelectric conversion element 900 having the same structure as that of Example 1 was manufactured by partially changing the laser beam irradiation conditions using an excimer laser. Specifically, further only during the formation of the lowermost layer of the p ⁺ -type polycrystalline Si film is lowermost layer group (3000 Å), and irradiated with a laser of 400 mJ / cm ² / pulse, is formed above the this The layer was irradiated with a laser of 420 mJ / cm ² / pulse. The thus-produced photoelectric conversion element was irradiated with sunlight of AM 1.5 from the upper surface side, and its characteristics were evaluated. As a result, a conversion efficiency of 11% was obtained.

【００７５】（比較例１）基板４として石英を用い、ｐ
型多結晶Ｓｉ膜（２μｍ）の形成方法のみを変えて、実
施例１と同じ構造の光電変換素子９００を作製した。具
体的には、ｐ+型多結晶Ｓｉ膜９０１（３０００Å）を
形成した後、結晶薄膜製造装置１００ａにおけるレーザ
照射を止めて、ｐ型非結晶Ｓｉ膜を２μｍ形成した。そ
の後、このｐ型非結晶Ｓｉ膜にＹＡＧレーザを照射し、
ｐ型多結晶Ｓｉ膜９０３を形成した。以降のプロセスは
実施例１と同様である。上記のようにして作製された光
電変換素子の断面形状を観察したところ、ｐ型多結晶Ｓ
ｉ膜の膜厚方向を横切る多数の結晶粒界が存在してい
た。そして、この光電変換素子の上面側からＡＭ１．５
の太陽光を照射し、その特性を評価したところ、変換効
率は５％しか得られなかった。(Comparative Example 1) Quartz was used as the substrate 4
A photoelectric conversion element 900 having the same structure as that of Example 1 was manufactured by changing only the method of forming the type polycrystalline Si film (2 μm). Specifically, after the formation of the p + -type polycrystalline Si film 901 (3000 °), the laser irradiation in the crystal thin film manufacturing apparatus 100a was stopped, and a 2 μm p-type amorphous Si film was formed. After that, the p-type amorphous Si film is irradiated with a YAG laser,
A p-type polycrystalline Si film 903 was formed. Subsequent processes are the same as in the first embodiment. Observation of the cross-sectional shape of the photoelectric conversion element manufactured as described above revealed that the p-type polycrystalline S
Numerous crystal grain boundaries crossed the thickness direction of the i-film. Then, from the top side of this photoelectric conversion element, AM1.5
Was irradiated with sunlight, and its characteristics were evaluated. As a result, a conversion efficiency of only 5% was obtained.

【００７６】[0076]

【発明の効果】本発明による結晶薄膜製造装置は、成膜
チャンバとレーザアニールチャンバの間で、連続的に基
板を移動させる構成としているから、非結晶薄膜の成膜
とレーザアニールによる結晶化とを交互に繰り返す事が
できる。このため、数μｍ程度の厚膜の結晶膜を形成す
る場合においても、一回のレーザアニールで溶融すべき
非結晶薄膜を薄くでき、エキシマレーザを使用する事が
できる。その結果、低温プロセスにて、厚膜の高品質結
晶を得る事ができる。The apparatus for manufacturing a crystalline thin film according to the present invention has a structure in which the substrate is continuously moved between the film forming chamber and the laser annealing chamber. Can be alternately repeated. Therefore, even when a crystalline film having a thickness of about several μm is formed, the amorphous thin film to be melted by one laser annealing can be thinned, and an excimer laser can be used. As a result, a high quality crystal of a thick film can be obtained by a low temperature process.

【００７７】また、非結晶薄膜の成膜からレーザアニー
ルまでを、一貫してインラインにて行う事ができるか
ら、異なる装置間で基板のやりとりを行う必要がなくな
り、大幅にスループットを向上させる事ができる。そし
て、上記の装置によって形成される結晶薄膜を用いる事
により、高変換効率の薄膜太陽電池のように、結晶薄膜
素子の高性能化を図る事ができる。Further, since the process from the formation of the amorphous thin film to the laser annealing can be performed consistently in-line, there is no need to exchange substrates between different apparatuses, and the throughput can be greatly improved. it can. By using the crystal thin film formed by the above-described apparatus, the performance of the crystal thin film element can be improved as in a thin-film solar cell with high conversion efficiency.

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

【図１】本発明の第１の実施形態に係る結晶薄膜製造装
置１００の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第１の実施形態に係る結晶薄膜製造装
置１００における連通口３および放電電極７の近傍の部
分断面斜視図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of the vicinity of a communication port 3 and a discharge electrode 7 in the crystal thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.

【図３】本発明の第１の実施形態に係る結晶薄膜製造方
法のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of a method for manufacturing a crystalline thin film according to the first embodiment of the present invention.

【図４】本発明の変形実施例１に係る結晶薄膜製造装置
２００の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 200 according to a first modification of the present invention.

【図５】本発明の変形実施例２に係る結晶薄膜製造装置
３００の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 300 according to a second modification of the present invention.

【図６】本発明の変形実施例３に係る結晶薄膜製造装置
４００の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 400 according to a third modification of the present invention.

【図７】本発明の変形実施例４に係る結晶薄膜製造装置
５００の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 500 according to a fourth modification of the present invention.

【図８】本発明の変形実施例５に係る結晶薄膜製造装置
６００の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 600 according to a fifth modification of the present invention.

【図９】本発明の変形実施例６に係る結晶薄膜製造装置
７００の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a crystal thin film manufacturing apparatus 700 according to a sixth modification of the present invention.

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る結晶薄膜素子
９００を作製するために用いる結晶薄膜製造装置８００
の断面図である。FIG. 10 is a crystal thin film manufacturing apparatus 800 used for manufacturing a crystal thin film element 900 according to the second embodiment of the present invention.
FIG.

【図１１】本発明の第２の実施形態に係る結晶薄膜素子
９００の断面構造図である。FIG. 11 is a sectional structural view of a crystalline thin film element 900 according to a second embodiment of the present invention.

【図１２】従来技術を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a conventional technique.

【図１３】従来技術を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００，１００ａ，１００ｂ，２００，３００，４０
０，５００，６００，７００，８００：結晶薄膜製造装
置 ９００：結晶薄膜素子 １：成膜チャンバ， ２：レーザアニールチャンバ， ３：連通口， ４：基板， ５０４：シート状基板， ５：基板ホルダ， ６：移動機構， ６ａ：駆動部， ６ｂ：蛇腹部， ６ｃ：シャフト部 ７，４０７：放電電極， ８：カバー体， ８ａ：第１カバー体， ８ｂ：第２カバー体， ８ｃ：底面部， ９：高周波電源， １０：成膜用ガス供給手段， １１：成膜用ガス排気手段， １２：第１雰囲気ガス供給手段， １３：第１雰囲気ガス排気手段， ２１：レーザ照射部， ２２：光学系， ２３：レーザ発振器， ２４：窓部 ２５：第２雰囲気ガス供給手段， ２６：第２雰囲気ガス排気手段 ４０，４０ａ，４０ｂ：非結晶Ｓｉ薄膜， ５０，５１，６０：多結晶Ｓｉ膜 ３０１：チャンバ， ３０２：雰囲気ガス供給手段， ３０３：雰囲気ガス排気手段， ４０１：成膜用ガス供給口， ４０２：成膜用ガス排気口 ５０１：第１リール， ５０２：第２リール， ５０３：第１リール室， ５０５：第２リール室， ５０６：対向電極 ６０１：第１ローラ， ６０２：第２ローラ， ６０５：ローラ室 ７０１：触媒体， ７０８：ガス流路形成部材， ７０８ａ：第１ガス流路形成部材， ７０８ｂ：第２ガス流路形成部材， ７０８ｃ：底面部 ８０１：ゲートバルブ ９０１：ベースコート膜， ９０２：ｐ+型多結晶Ｓｉ薄膜， ９０３：ｐ型多結晶Ｓｉ膜， ９０４：ｎ+型多結晶Ｓｉ薄膜， ９０５：透明電極， ９０６：集電電極 Ｐ：プラズマ，ＬＢ：レーザビーム， Ｆ，Ｆ１：ガス
流路100, 100a, 100b, 200, 300, 40
0,500,600,700,800: Crystal thin film manufacturing apparatus 900: Crystal thin film element 1: Film forming chamber, 2: Laser annealing chamber, 3: Communication port, 4: Substrate, 504: Sheet substrate, 5: Substrate holder , 6: moving mechanism, 6a: driving section, 6b: bellows section, 6c: shaft section 7, 407: discharge electrode, 8: cover body, 8a: first cover body, 8b: second cover body, 8c: bottom section , 9: high frequency power supply, 10: film formation gas supply means, 11: film formation gas exhaust means, 12: first atmosphere gas supply means, 13: first atmosphere gas exhaust means, 21: laser irradiation section, 22: Optical system, 23: laser oscillator, 24: window part 25: second atmosphere gas supply means, 26: second atmosphere gas exhaust means 40, 40a, 40b: amorphous silicon thin film, 50, 51, 60: polycrystalline Si film 3 1: chamber, 302: atmosphere gas supply means, 303: atmosphere gas exhaust means, 401: film formation gas supply port, 402: film formation gas exhaust port 501: first reel, 502: second reel, 503: first 1 reel chamber, 505: second reel chamber, 506: counter electrode 601: first roller, 602: second roller, 605: roller chamber 701: catalyst, 708: gas flow path forming member, 708a: first gas flow Path forming member, 708b: second gas flow path forming member, 708c: bottom surface 801: gate valve 901: base coat film, 902: p + type polycrystalline Si thin film, 903: p type polycrystalline Si film, 904: n + Type polycrystalline Si thin film, 905: transparent electrode, 906: current collecting electrode P: plasma, LB: laser beam, F, F1: gas flow path

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/268 Ｈ０１Ｌ 21/268 Ｇ ５Ｆ１１０ 29/786 29/78 ６２７Ｇ 21/336 31/04 Ｘ 31/04 Ｆターム(参考） 4K029 BB02 BB10 BD01 CA05 DA04 GA01 KA01 4K030 AA06 BA30 DA09 EA05 EA11 GA12 LA16 5F045 AA08 AB04 AC01 AC16 AC17 AF07 BB16 CA13 DP27 EF01 EF20 EH04 EH13 EK09 EN04 HA18 HA25 5F051 AA03 CB12 CB25 5F052 AA02 BB07 DA02 DA10 DB01 DB02 DB03 DB07 FA19 JA01 JA09 5F110 DD01 DD13 DD14 GG02 GG04 GG13 GG24 GG43 GG45 PP03──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 21/268 H01L 21/268 G 5F110 29/786 29/78 627G 21/336 31/04 X 31/04 F-term (reference) 4K029 BB02 BB10 BD01 CA05 DA04 GA01 KA01 4K030 AA06 BA30 DA09 EA05 EA11 GA12 LA16 5F045 AA08 AB04 AC01 AC16 AC17 AF07 BB16 CA13 DP27 EF01 EF20 EH04 EH13 EK09 EN04 HA18 HA03 5F02 A18 DB25A02 DB03 DB07 FA19 JA01 JA09 5F110 DD01 DD13 DD14 GG02 GG04 GG13 GG24 GG43 GG45 PP03

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 基板に非結晶薄膜を成膜する成膜チャン
バと、成膜された非結晶薄膜を、それにレーザによるア
ニール処理を施し結晶化させるレーザアニールチャンバ
と、前記基板を保持する基板ホルダと、この基板ホルダ
を前記成膜チャンバからレーザアニールチャンバへ連続
的に移動させる移動機構とを備えてなることを特徴とす
る結晶薄膜製造装置。1. A film forming chamber for forming a non-crystalline thin film on a substrate, a laser annealing chamber for subjecting the formed non-crystalline thin film to laser anneal processing and crystallization, and a substrate holder for holding the substrate And a moving mechanism for continuously moving the substrate holder from the film forming chamber to the laser annealing chamber. 【請求項２】 成膜チャンバは、放電電極を更に備え、
移動機構が基板ホルダを前記放電電極に対して連続的に
移動させ、基板に非結晶薄膜を順次連続的に成膜するこ
とを特徴とする請求項１に記載の結晶薄膜製造装置。2. The film forming chamber further includes a discharge electrode,
2. The apparatus according to claim 1, wherein the moving mechanism continuously moves the substrate holder with respect to the discharge electrode, and sequentially and continuously forms the amorphous thin film on the substrate. 【請求項３】 成膜チャンバは、カバー体を更に備え、
放電電極と、前記カバー体と、基板ホルダとにより、非
結晶薄膜成膜用のガス供給口からガス排気口に通じるガ
ス流路を形成したことを特徴とする請求項２に記載の結
晶薄膜製造装置。3. The film forming chamber further includes a cover body.
3. The method according to claim 2, wherein the discharge electrode, the cover, and the substrate holder form a gas flow path from the gas supply port for forming the amorphous thin film to the gas exhaust port. apparatus. 【請求項４】 成膜チャンバは、触媒体を更に備え、移
動機構が、前記触媒体に対して基板ホルダを連続的に移
動させ、基板に非結晶薄膜を順次連続的に成膜すること
を特徴とする請求項１に記載の結晶薄膜製造装置。4. The film forming chamber further includes a catalyst body, and the moving mechanism continuously moves the substrate holder with respect to the catalyst body, and sequentially and continuously forms an amorphous thin film on the substrate. The apparatus for manufacturing a crystalline thin film according to claim 1, wherein: 【請求項５】 成膜チャンバは、非結晶薄膜成膜用のガ
ス流路を形成するガス流路形成部材を更に備え、触媒体
を前記ガス流路中に配置したことを特徴とする請求項４
に記載の結晶薄膜製造装置。5. The film forming chamber further includes a gas flow path forming member for forming a gas flow path for forming an amorphous thin film, and a catalyst is disposed in the gas flow path. 4
2. The apparatus for producing a crystalline thin film according to claim 1. 【請求項６】 ガス流路が略Ｕ字形であることを特徴と
する請求項３または５に記載の結晶薄膜製造装置。6. The apparatus according to claim 3, wherein the gas flow path is substantially U-shaped. 【請求項７】 レーザアニールチャンバは、レーザ照射
部を更に備え、移動機構が、前記レーザ照射部に対して
基板ホルダを連続的に移動させ、基板に成膜された非結
晶薄膜を、それにレーザによるアニール処理を順次連続
的に施し結晶化させることを特徴とする請求項１に記載
の結晶薄膜製造装置。7. The laser annealing chamber further includes a laser irradiator, and the moving mechanism continuously moves the substrate holder with respect to the laser irradiator, and transfers the amorphous thin film formed on the substrate to the laser irradiator. 2. The crystal thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the annealing process is performed successively and continuously to crystallize. 【請求項８】 移動機構は、基板ホルダを往復移動させ
ることを特徴とする請求項１に記載の結晶薄膜製造装
置。8. The apparatus according to claim 1, wherein the moving mechanism reciprocates the substrate holder. 【請求項９】 基板に非結晶薄膜を成膜し」、この成膜
された非結晶薄膜を、それにレーザによるアニール処理
を施して結晶化させ、基板に結晶薄膜を形成することよ
りなり、基板に非結晶薄膜を成膜した後、レーザによる
アニール処理を施すに際して、基板に非結晶薄膜を成膜
するための成膜チャンバから、レーザによるアニール処
理を施すためのレーザアニールチャンバへ、基板を、こ
の基板を保持する基板ホルダを移動させる移動機構によ
り連続的に移動させることを特徴とする結晶薄膜製造方
法。9. An amorphous thin film is formed on a substrate, and the formed amorphous thin film is crystallized by performing an annealing process with a laser to form a crystalline thin film on the substrate. When performing an annealing process by a laser after forming an amorphous thin film on the substrate, the substrate is transferred from a film forming chamber for forming an amorphous thin film on the substrate to a laser annealing chamber for performing an annealing process by a laser. A method for manufacturing a crystalline thin film, wherein the substrate holder that holds the substrate is continuously moved by a moving mechanism that moves the substrate holder. 【請求項１０】 成膜チャンバからレーザアニールチャ
ンバへの基板の移動を繰り返し、複数レイヤーからなる
厚膜の結晶薄膜を基板に形成することを特徴とする請求
項９に記載の結晶薄膜製造方法。10. The method according to claim 9, wherein the substrate is repeatedly moved from the film forming chamber to the laser annealing chamber to form a thick crystalline thin film having a plurality of layers on the substrate. 【請求項１１】 成膜チャンバとレーザアニールチャン
バとの間で、基板を往復移動させの、複数レイヤーから
なる厚膜の結晶薄膜を基板に形成することを特徴とする
請求項９に記載の結晶薄膜製造方法。11. The crystal according to claim 9, wherein a thick crystal thin film composed of a plurality of layers is formed on the substrate by reciprocating the substrate between the film forming chamber and the laser annealing chamber. Thin film manufacturing method. 【請求項１２】 第２レイヤー以降のレイヤーで行うレ
ーザアニール処理におけるレーザ照射エネルギは、第１
レイヤーにおけるレーザ照射エネルギよりも大きいこと
を特徴とする請求項１０又は１１に記載の結晶薄膜製造
方法。12. The laser irradiation energy in the laser annealing performed in the second and subsequent layers is the first
The method according to claim 10, wherein the irradiation energy is larger than the laser irradiation energy in the layer. 【請求項１３】 １以上のレイヤーからなる１つのレイ
ヤー群の単位で同一材質とされるレイヤー群が、複数個
形成され、それぞれのレイヤー群が同一材質または異な
る材質とされることを特徴とする請求項１０又は１１に
記載の結晶薄膜製造方法。13. A plurality of layer groups having the same material in a unit of one layer group including one or more layers, and each layer group is made of the same material or a different material. A method for producing a crystalline thin film according to claim 10. 【請求項１４】 請求項９〜１３のいずれか１つに記載
の結晶薄膜製造方法により形成される結晶薄膜を用いた
結晶薄膜素子であって、結晶薄膜素子が異なる導電型の
半導体薄膜の積層構造からなることを特徴とする結晶薄
膜素子。14. A crystal thin film element using a crystal thin film formed by the method for manufacturing a crystal thin film according to claim 9, wherein the crystal thin film element is a stack of semiconductor thin films of different conductivity types. A crystalline thin film element having a structure. 【請求項１５】 結晶薄膜素子は、光電変換素子である
ことを特徴とする請求項１４に記載の結晶薄膜素子。15. The crystal thin film device according to claim 14, wherein the crystal thin film device is a photoelectric conversion device.