JP2698363B2 - Manufacturing method of polycrystalline silicon thin film - Google Patents
Manufacturing method of polycrystalline silicon thin filmInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は多結晶シリコン薄膜の製法に関し、特に低温
における多結晶シリコン薄膜の形成に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a polycrystalline silicon thin film, and more particularly to a method for forming a polycrystalline silicon thin film at a low temperature.
［背景技術］ 薄膜半導体装置として結晶質や非晶質の半導体薄膜が
利用されている。結晶質の半導体薄膜として、単結晶薄
膜や多結晶の薄膜が多数使用されている。多結晶薄膜は
各種の基板上に形成されて用いられるが、結晶化促進の
ために、多結晶薄膜の形成時に基板温度を高温化せねば
ならないと云う問題点があり、または低温で形成された
後、高温におけるアニール工程を必要としていた。この
ために、基板としては高温に耐える材料が要求されてい
た。高温耐性の基板はコストアップとなり、また基板の
種類も限られたものとなっていた。[Background Art] A crystalline or amorphous semiconductor thin film is used as a thin film semiconductor device. Many single-crystal thin films and polycrystalline thin films are used as crystalline semiconductor thin films. Polycrystalline thin films are used after being formed on various substrates, but there is a problem that the substrate temperature must be raised when forming the polycrystalline thin film in order to promote crystallization, or formed at a low temperature. Later, an annealing step at a high temperature was required. For this reason, a material that can withstand high temperatures has been required for the substrate. High-temperature-resistant substrates have increased costs, and the types of substrates have been limited.
しかして、安価で実用性のあるガラス基板のなかで
も、青板ガラスはもっともコストが低く、かつ、大量に
生産されているものであるが、高温における耐久性に乏
しいため、耐結晶薄膜形成用の基板としてはいままで、
用いることができなかった。Thus, among the glass substrates that are inexpensive and practical, soda glass is the lowest cost and is produced in large quantities. Until now as a substrate
Could not be used.
本発明者らは、かかる点に鑑み鋭意検討した結果、青
板ガラスの使用をも可能にする効果的な低温での結晶成
長の促進方法を見いだしたので、ここにその技術内容を
詳細に開示するとともに、代償として独占排他権たる特
許権の付与を請求するものである。The present inventors have conducted intensive studies in view of the above points, and as a result, have found an effective method of promoting crystal growth at a low temperature that enables the use of soda lime glass. At the same time, it will request the grant of a patent, which is an exclusive right, as a price.
［発明の開示］ 本発明は、基板を加熱しつつ、基板上に形成された非
晶質シリコン薄膜に光を照射することを特徴とするもの
である。[Disclosure of the Invention] The present invention is characterized in that an amorphous silicon thin film formed on a substrate is irradiated with light while heating the substrate.
本発明において用いられる光は、レーザー光線のよう
なスペクトル幅の狭い光でもスペクトル幅の広い光でも
よい。好ましくは、非晶質シリコンの吸収係数の大きい
１μｍ以下の波長を有する光である。とくに、好ましく
は照射光の光子数を大きく出来る可視光ならびに紫外線
レーザーが用いられる。具体的には、アルゴンイオンレ
ーザーやNd YAGレーザーなどが好ましい。The light used in the present invention may be light having a narrow spectrum width such as a laser beam or light having a wide spectrum width. Preferably, it is light having a wavelength of 1 μm or less in which the absorption coefficient of amorphous silicon is large. In particular, a visible light and an ultraviolet laser capable of increasing the number of photons of irradiation light are preferably used. Specifically, an argon ion laser, a Nd YAG laser, or the like is preferable.
本発明において、基板の加熱温度は600℃以下で十分
である。好ましくは、400〜600℃程度の温度に加熱され
る。この温度領域においては、青板ガラスも十分に使用
可能である。該基板の加熱は遠赤外線ヒータ、シースヒ
ータやランプヒータ等を単独または併用して行われる。
ランプヒータは可視光のスペクトルを含むので非晶質シ
リコンの吸収係数が大きく基板ならびに非晶質シリコン
薄膜の温度上昇に効果的であり、用いるに好ましい。In the present invention, a heating temperature of the substrate of 600 ° C. or less is sufficient. Preferably, it is heated to a temperature of about 400 to 600 ° C. In this temperature range, soda glazing can be used sufficiently. The substrate is heated using a far-infrared heater, a sheath heater, a lamp heater, or the like, alone or in combination.
Since the lamp heater includes a visible light spectrum, the absorption coefficient of amorphous silicon is large, and it is effective in increasing the temperature of the substrate and the amorphous silicon thin film.
本発明に用いることのできる非晶質シリコン薄膜はプ
ラズマCVD法、マイクロ波CVD法，スパッター法や熱CVD
法等で形成されるものであり、一般的に水素化非晶質シ
リコンとしてよびならわされているものが用いられる。
非晶質シリコンは不純物を含有していてもよいし、意図
的に不純物を導入しないものでもよい。不純物として、
III族やＶ族の不純物を含有する非晶質シリコン薄膜を
用いることにより得られる多結晶薄膜はそれぞれ、Ｐ型
およびＮ型の電気伝導性を示す。意図的に不純物が導入
されていない非晶質シリコンは弱Ｐ型または弱Ｎ型の電
気伝導性を示す多結晶薄膜を与える。非晶質シリコンゲ
ルマン合金や非晶質シリコンカーボン合金も本発明の原
料とすることができる。The amorphous silicon thin film that can be used in the present invention is a plasma CVD method, a microwave CVD method, a sputtering method, or a thermal CVD method.
It is formed by a method or the like, and a material generally referred to as hydrogenated amorphous silicon is used.
Amorphous silicon may contain impurities or may not intentionally introduce impurities. As an impurity,
A polycrystalline thin film obtained by using an amorphous silicon thin film containing Group III or Group V impurities exhibits P-type and N-type electrical conductivity, respectively. Amorphous silicon into which impurities are not intentionally introduced gives a polycrystalline thin film having weak P-type or weak N-type electrical conductivity. Amorphous silicon germane alloy and amorphous silicon carbon alloy can also be used as the raw material of the present invention.
本発明の別の特徴は低温における多結晶薄膜の成長速
度を効果的に増大できることである。本発明で用いる温
度領域においては、通常、５Å／秒以上のような高速度
でシリコン薄間を堆積、成長させようとすれば、得られ
るシリコン薄膜は非晶質となってしまい、多結晶薄膜と
することは困難である。しかしながら、本発明を用いる
ことにより、この問題は容易に解決される。すなわち、
非晶質シリコンは高速度で形成することができるので、
これに、本発明を適用することにより、成長速度を阻害
する要因を排除できる。成長速度は照射光の強度にも影
響されるが、５Å／秒以上の成長速度を達成することは
容易である。Another feature of the present invention is that the growth rate of the polycrystalline thin film at low temperatures can be effectively increased. In the temperature range used in the present invention, if the silicon thin film is deposited and grown at a high speed such as 5 ° / sec or more, the obtained silicon thin film becomes amorphous, and the polycrystalline thin film is obtained. It is difficult to do. However, by using the present invention, this problem is easily solved. That is,
Since amorphous silicon can be formed at high speed,
By applying the present invention to this, it is possible to eliminate a factor that inhibits the growth rate. Although the growth rate is affected by the intensity of the irradiation light, it is easy to achieve a growth rate of 5 ° / sec or more.
本発明における非晶質シリコン薄膜の膜厚は原理的に
は限定されるものではないが、実用上からは20μｍの膜
厚まで処理可能である。また、100Å程の超薄膜におい
ても本発明は効果的であることを確認した。Although the thickness of the amorphous silicon thin film in the present invention is not limited in principle, it can be processed up to a thickness of 20 μm in practical use. Further, it was confirmed that the present invention was effective even for an ultrathin film of about 100 ° C.
本発明において使用する基板としては、単結晶または
非単結晶、透明または不透明の材料等特に限定されるも
のではないが、実用上からはガラス基板が、そのなかで
も変形温度が低く耐熱性に乏しいが安価である低融点ガ
ラスたる青板ガラスでさえ基板として好適に用いること
ができる。この点が本発明の最も特徴とする点であり、
シリコンウエハを基板に用いている従来の技術と著しい
対象をなす点なのである。The substrate used in the present invention is not particularly limited, such as a single-crystal or non-single-crystal, transparent or opaque material, but from a practical viewpoint, a glass substrate has a low deformation temperature and poor heat resistance among them. However, even inexpensive low-melting glass blue plate glass can be suitably used as the substrate. This is the most characteristic point of the present invention,
This is a significant object of the conventional technology using a silicon wafer as a substrate.
［発明を実施するための好ましい形態］ つぎに本発明の実施の態様についてしるす。非晶質シ
リコン薄膜が形成されたガラス基板をランプヒータなら
びに熱線ヒータにより400〜600℃に加熱しつつ、可視光
線または紫外線レーザーによって、照射する。可視光線
はガラス基板を透過するので、照射の方向は限定されな
い。非晶質シリコンを直接またはガラスを通して間接的
に照射することもできる。もちろん、紫外線はガラスの
吸収係数が大きいので非晶質シリコン薄膜を直接照射す
ることが効果的である。[Preferred Embodiments for Carrying Out the Invention] Next, embodiments of the present invention will be described. The glass substrate on which the amorphous silicon thin film is formed is irradiated with visible light or ultraviolet laser while being heated to 400 to 600 ° C. by a lamp heater and a hot wire heater. Since the visible light passes through the glass substrate, the direction of irradiation is not limited. Amorphous silicon can be irradiated directly or indirectly through glass. Of course, since ultraviolet light has a large absorption coefficient of glass, it is effective to directly irradiate the amorphous silicon thin film.
［発明の効果及び産業上の利用可能性］ 本発明においては、多結晶シリコン薄膜が、非晶質シ
リコン薄膜から、基板の温度が600℃以下と云う低温で
高速度で形成されるものである。[Effects of the Invention and Industrial Applicability] In the present invention, a polycrystalline silicon thin film is formed from an amorphous silicon thin film at a high speed at a low substrate temperature of 600 ° C. or lower. .
本発明においては、このように、低融点のガラス基板
が利用できることから大面積の半導体装置用の材料とし
て有効に用いられる。とくに、太陽電池や液晶駆動用ト
ランジスタ用に高性能でかつ安価で実用的な材料を提供
するものである。In the present invention, since a glass substrate having a low melting point can be used, it is effectively used as a material for a large-area semiconductor device. In particular, the present invention provides a high-performance, inexpensive and practical material for a solar cell or a transistor for driving a liquid crystal.
［実施例１］ １μｍの非晶質シリコン薄膜が形成された青板ガラス
を準備し、これをランプヒータで400℃に加熱しつつ、5
14nmのアルゴンイオンレーザーを照射した。レーザビー
ム径は0.2cmで非晶質シリコン上を走査して10cm角のサ
イズの多結晶シリコン薄膜を得た。走査速度は1cm/秒で
あり、成膜速度に換算すると20Å／秒以上に匹敵する高
速度で多結晶シリコンを得ることができた。この多結晶
シリコン薄膜の導電率は１×10-7S/cmであり、太陽電池
用の基板として十分使用できるものであった。Ｘ線回折
（XRD）により推算された粒径は0.1μｍであった。[Example 1] A blue sheet glass on which an amorphous silicon thin film of 1 µm was formed was prepared, and heated to 400 ° C with a lamp heater.
A 14 nm argon ion laser was irradiated. A laser beam diameter of 0.2 cm was scanned over amorphous silicon to obtain a 10 cm square polycrystalline silicon thin film. The scanning speed was 1 cm / sec, and it was possible to obtain polycrystalline silicon at a high speed equivalent to 20 ° / sec or more when converted into a film forming speed. The conductivity of this polycrystalline silicon thin film was 1 × 10 −7 S / cm, which was sufficient for use as a substrate for a solar cell. The particle size estimated by X-ray diffraction (XRD) was 0.1 μm.
［実施例２］ １μｍのＮ型非晶質シリコンが形成された青板ガラス
を準備し、これをランプヒータで400℃に加熱しつつ、5
14nmのアルゴンイオンレーザーを照射した。レーザービ
ーム径は0.2cmで非晶質シリコン上を走査して10cm角の
サイズの多結晶シリコン薄膜を得た。走査速度は2cm/秒
であり、成膜速度に換算すると40Å／秒以上に匹敵する
高速度で多結晶シリコンを得ることができた。このＮ型
多結晶シリコン薄膜の導電率は600S/cmであり、太陽電
池用の基板として十分使用できるものであった。Example 2 A blue plate glass on which 1 μm N-type amorphous silicon was formed was prepared, and heated to 400 ° C. with a lamp heater.
A 14 nm argon ion laser was irradiated. A laser beam diameter of 0.2 cm was scanned over amorphous silicon to obtain a 10 cm square polycrystalline silicon thin film. The scanning speed was 2 cm / sec, and polycrystalline silicon could be obtained at a high speed equivalent to 40 ° / sec or more when converted into a film forming speed. The conductivity of this N-type polycrystalline silicon thin film was 600 S / cm, and it could be sufficiently used as a substrate for a solar cell.
［実施例３］ １μｍのＰ型非晶質シリコンが形成された青板ガラス
を準備し、これをランプヒータで400℃に加熱しつつ、5
14nmのアルゴンイオンレーザーを照射した。レーザービ
ーム径は0.2cmで非晶質シリコン上を走査して10cm角の
サイズの多結晶シリコン薄膜を得た。走査速度は0.5cm/
秒であり、成膜速度に換算すると10Å／秒以上に匹敵す
る高速度で多結晶シリコンを得ることができた。このＰ
型多結晶シリコン薄膜の導電率は300S/cmであり、太陽
電池用の基板として十分使用できるものであった。Example 3 A soda lime glass plate on which 1 μm P-type amorphous silicon was formed was prepared, and heated to 400 ° C. with a lamp heater.
A 14 nm argon ion laser was irradiated. A laser beam diameter of 0.2 cm was scanned over amorphous silicon to obtain a 10 cm square polycrystalline silicon thin film. Scanning speed is 0.5cm /
Second, which means that polycrystalline silicon could be obtained at a high speed equivalent to 10 ° / sec or more when converted into a film forming speed. This P
The conductivity of the type polycrystalline silicon thin film was 300 S / cm, which was sufficient for use as a substrate for a solar cell.
Claims (3)
晶質シリコン薄膜にランピヒーター光とアルゴンイオン
レーザー光を照射することを特徴とする多結晶シリコン
薄膜の製法。1. A method for producing a polycrystalline silicon thin film, comprising irradiating an amorphous silicon thin film formed on a substrate with a lampi heater light and an argon ion laser light while heating the substrate.
範囲第１項記載の多結晶シリコン薄膜の製法。2. The method according to claim 1, wherein the substrate is a low-melting glass substrate.
求の範囲第２項記載の多結晶シリコン薄膜の製法。3. The method according to claim 2, wherein the heating is performed at a temperature lower than the melting point of the glass substrate.
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