JPH09293680A - Semiconductor crystal film, manufacture of this crystal film and manufacturing device for this crystal film - Google Patents
Semiconductor crystal film, manufacture of this crystal film and manufacturing device for this crystal filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、大面積、高品質、
低コスト化が容易で、例えば太陽電池の構成材料として
有用な半導体結晶膜および該結晶膜の製造方法ならびに
該結晶膜の製造装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a large area, high quality,
The present invention relates to a semiconductor crystal film which can be easily reduced in cost and is useful as a constituent material of a solar cell, a method for manufacturing the crystal film, and an apparatus for manufacturing the crystal film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体結晶膜（例えばシリコン多
結晶膜）の製法として、アモルファス膜にエネルギービ
ームを照射して結晶化させるアニール法が注目されてき
た。このアニールの熱源としては、ＣＯ2ガス（波長：
８〜１８μｍ）、Ａｒガス（同〜０．５μｍ）、Ｎｄ：
ＹＡＧ（同１０６４．１ｎｍ）等のレーザ光や電子線な
どが用いられており、これらをアモルファス膜に照射す
ることによってアモルファス膜が溶融し、自然冷却過程
を経て大きな結晶粒が得られている。上記熱源は、比較
的波長が長く、透過性に優れているので、太陽電池等に
用いられる厚い膜の形成に適している．2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of manufacturing a semiconductor crystal film (for example, a silicon polycrystal film), an annealing method has been attracting attention in which an amorphous film is irradiated with an energy beam to be crystallized. As a heat source for this annealing, CO 2 gas (wavelength:
8 to 18 μm), Ar gas (same to 0.5 μm), Nd:
Laser light such as YAG (1064.1 nm) or electron beam is used, and the amorphous film is melted by irradiating the amorphous film with these, and large crystal grains are obtained through a natural cooling process. Since the heat source has a relatively long wavelength and excellent transparency, it is suitable for forming a thick film used for solar cells and the like.
【０００３】また、最近ではアニールの熱源としてエキ
シマレーザが着目されており、特に電子デバイス分野に
おいては多くの研究がなされている。その理由として、
アモルファス膜へのレーザ光照射により表面を完全な溶
融状態に至らしめることなく、かつ基板を損傷させるこ
となく多結晶化できるので、融点の低い安価な基板材料
を使用することができることが上げられる。例えばＴＦ
Ｔ（薄膜トランジスタ）では高温プロセスになると高価
な石英ガラスを使用せざるを得ないので、エキシマレー
ザを熱源とした低温アニールプロセスが実用化されつつ
ある。Recently, an excimer laser has been attracting attention as a heat source for annealing, and much research has been conducted especially in the field of electronic devices. The reason is
Since the amorphous film can be polycrystallized without irradiating the amorphous film with a laser beam to a completely molten state and without damaging the substrate, it is possible to use an inexpensive substrate material having a low melting point. For example TF
In T (thin film transistor), expensive quartz glass has to be used in a high temperature process, so a low temperature annealing process using an excimer laser as a heat source is being put to practical use.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来法のうち
前者で用いられる熱源（ＣＯ2ガスレーザ光、電子線
等）は、上記したように透過性に優れているものの、ビ
ーム幅が小さくスポット状になるため、エネルギー強度
ムラが大きく、ビームの中心部と外周部における結晶成
長の度合いが大きく異なる。従って、均一な膜を作るに
は走査時間が長くなりコスト高になるという問題があ
り、最近、太陽電池等で要望の強い大面積化も困難であ
る。さらに照射対象とするアモルファス膜が薄いと、ビ
ームが膜を通り抜けて基板に到達し、基板を損傷させる
原因となるので、アモルファス膜はある程度厚くなけれ
ばならない。しかし膜厚が大きいと脱水素が充分に行わ
れず、結晶成長の妨げになるため良好な結晶膜が得られ
難いという問題がある。また、これらの点から膜厚の選
択幅も小さい。However, the heat source (CO 2 gas laser light, electron beam, etc.) used in the former of the conventional methods has a small beam width and a spot-like shape although it has excellent transmittance as described above. Therefore, the energy intensity unevenness is large, and the degree of crystal growth in the central portion and the outer peripheral portion of the beam is significantly different. Therefore, in order to form a uniform film, there is a problem that the scanning time becomes long and the cost becomes high, and it is difficult to make a large area, which is strongly demanded in solar cells and the like recently. Furthermore, if the amorphous film to be irradiated is thin, the beam will pass through the film and reach the substrate, causing damage to the substrate. Therefore, the amorphous film must be thick to some extent. However, if the film thickness is large, dehydrogenation is not sufficiently carried out, which hinders crystal growth, and there is a problem that it is difficult to obtain a good crystal film. From these points, the selection range of the film thickness is also small.
【０００５】一方、エキシマレーザは、波長が短いの
で、そのままでは結晶化深度はせいぜい２００ｎｍで浅
い。従って、一般にその膜厚が１００ｎｍ以下であるＴ
ＦＴにおいては、アモルファスシリコン薄膜からの脱水
素も充分に行われるので、良好な結晶化がなされるが、
ミクロンオーダーの厚みを必要とする太陽電池等には不
適である。以上のように、従来の方法では、比較的膜厚
が厚く、なおかつ良質の半導体結晶膜を高効率に低コス
トで製造することは困難であり、大面積化もコストの点
で難がある。本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、太陽電池等に好適な半導体結晶膜およびこ
の結晶膜を効率よく、かつ良質に製造できる半導体結晶
膜の製造方法ならびに製造装置を提供することを目的と
する。On the other hand, since the excimer laser has a short wavelength, the crystallization depth is 200 nm at most and is shallow as it is. Therefore, in general, the thickness T is 100 nm or less.
In FT, since dehydrogenation from the amorphous silicon thin film is also sufficiently performed, good crystallization is achieved.
It is not suitable for solar cells and the like that require a thickness on the order of microns. As described above, according to the conventional method, it is difficult to manufacture a high-quality semiconductor crystal film having a relatively large film thickness with high efficiency and at low cost, and it is difficult to increase the area in terms of cost. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor crystal film suitable for a solar cell and the like, and a semiconductor crystal film manufacturing method and manufacturing apparatus capable of manufacturing the crystal film efficiently and in good quality. With the goal.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のうち第１の発明の半導体結晶膜は、基板上
に同一材料の薄膜が積層された半導体結晶膜であって、
該結晶膜は各層で横方向に成長しているとともに、各層
間に亘って縦方向に成長した多結晶であることを特徴と
する。In order to solve the above problems, the semiconductor crystal film of the first invention of the present invention is a semiconductor crystal film in which thin films of the same material are laminated on a substrate,
The crystalline film is characterized in that it is a polycrystal that grows laterally in each layer and grows longitudinally across each layer.
【０００７】さらに、第２の発明の半導体結晶膜の製造
方法は、基板上に形成されたアモルファス状半導体薄膜
をアニールにより結晶化させ、引き続き、この上層にア
モルファス状半導体薄膜を新たに形成するとともに、該
上層の半導体薄膜をアニールにより結晶化させる工程を
１回以上繰り返して薄膜を積層することを特徴とする。Further, in the method for producing a semiconductor crystal film of the second invention, the amorphous semiconductor thin film formed on the substrate is annealed to be crystallized, and subsequently an amorphous semiconductor thin film is newly formed on the upper layer. The step of crystallizing the upper semiconductor thin film by annealing is repeated once or more to stack the thin films.
【０００８】第３の発明の半導体結晶膜の製造方法は、
第２の発明において、アニール用の加熱手段がエキシマ
レーザであることを特徴とする。第４の発明の半導体結
晶膜の製造方法は、第３の発明において、各層の薄膜の
厚さが１００〜２００ｎｍであることを特徴とする。A method for manufacturing a semiconductor crystal film according to the third invention is
In the second invention, the heating means for annealing is an excimer laser. The method for producing a semiconductor crystal film according to the fourth invention is characterized in that, in the third invention, the thickness of each thin film is 100 to 200 nm.
【０００９】さらに、第５の発明の半導体結晶膜の製造
装置は、半導体成膜炉とアニール炉とが共通のチャンバ
を有する複合炉で構成されており、該複合炉で成膜およ
びアニールを同時にまたは切換えて操業できるものとし
たことを特徴とする。Further, in the semiconductor crystal film manufacturing apparatus of the fifth invention, the semiconductor film forming furnace and the annealing furnace are composed of a compound furnace having a common chamber, and film formation and annealing are simultaneously performed in the compound furnace. Alternatively, it is characterized in that it can be switched to operate.
【００１０】本発明で薄膜を構成する半導体の種別とし
ては、シリコンが最も代表的であり、その用途として
は、好適には比較的厚い半導体膜を必要とし、かつ大面
積化が有効な太陽電池用として使用される。ただし、本
発明としては半導体の種別や用途が特に限定されるもの
ではなく、適宜選定することができる。なお、半導体薄
膜を形成する基板としては、ガラス基板が代表的である
が、これに限定されるものではなく、ＳＵＳなどの金
属、Ｓｉ、ＳｉＮ4、ＳｉＯ2などの半導体、樹脂類など
を用いることができる。したがって本発明としては基板
の種別は特に限定されないが、アニールの際に低温また
は基板に損傷を与えない状態で加熱を行うことが可能に
なるので、特に基板が融点が高くて高温特性に優れてい
ることが必要となるものではなく、よって高温特性には
劣るものの安価な材料の基板を使用することが可能にな
る。Silicon is the most typical type of semiconductor constituting the thin film in the present invention, and its application is preferably a solar cell which requires a relatively thick semiconductor film and is effective in increasing the area. Used for. However, the type and use of the semiconductor are not particularly limited in the present invention, and can be appropriately selected. A glass substrate is typically used as the substrate for forming the semiconductor thin film, but the substrate is not limited to this, and a metal such as SUS, a semiconductor such as Si, SiN 4 , or SiO 2 , a resin, or the like is used. be able to. Therefore, although the type of the substrate is not particularly limited in the present invention, it is possible to perform the heating at a low temperature during annealing or in a state where the substrate is not damaged, so that the substrate has a high melting point and excellent high temperature characteristics. Therefore, it is possible to use a substrate made of an inexpensive material, which is inferior in high temperature characteristics, though it is not necessary.
【００１１】また、各層の薄膜を形成（成膜）する方法
は,本発明としては特に限定されるものではなく、光Ｃ
ＶＤ、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤだけで
なく、スパッタ装置などのＰＶＤ等を適宜採用すること
ができる。なお、このように薄膜を基板上に形成する成
膜炉は、後述するアニールのためのアニール炉とチャン
バを共通にする複合炉で構成するのが望ましい。The method of forming (depositing) the thin films of the respective layers is not particularly limited in the present invention, and is not limited to the light C
Not only various types of CVD such as VD, thermal CVD, and plasma CVD, but also PVD such as a sputtering device can be appropriately adopted. The film forming furnace for forming the thin film on the substrate in this manner is preferably a compound furnace having a common chamber with an annealing furnace for annealing described later.
【００１２】また、上記成膜における薄膜の厚さは、後
述するアニールの種別等を考慮して定めるが、１００〜
２００ｎｍの厚さとするのが望ましい。これは、例え
ば、アニールの加熱源としてエキシマレーザを用いた場
合で説明すると、上記膜厚が１００ｎｍ未満であると、
レーザ光の一部が膜を透過して基板に到達するため基板
温度が上昇し、よって基板が損傷を受けるおそれがあ
り、また、一回に成膜する膜厚が小さいと、必要な膜厚
にするためには薄膜の積層数が多くなり、装置の稼働回
数が多くなってコストアップの原因となるので、各層の
膜厚を１００ｎｍ以上とするのが望ましい。一方、膜厚
が２００ｎｍを越えると、アニールの際に膜の深い部位
まで充分なエネルギーが届かず、良好な結晶成長が望め
ない。したがって各層の膜厚は１００〜２００ｎｍ厚と
するのが望ましい。The thickness of the thin film in the above film formation is determined in consideration of the type of annealing which will be described later.
The thickness is preferably 200 nm. This will be explained, for example, in the case where an excimer laser is used as a heat source for annealing. If the film thickness is less than 100 nm,
Since part of the laser light passes through the film and reaches the substrate, the temperature of the substrate may rise, and the substrate may be damaged. For this reason, the number of laminated thin films increases, and the number of times the device is operated increases, which causes a cost increase. Therefore, it is desirable to set the film thickness of each layer to 100 nm or more. On the other hand, if the film thickness exceeds 200 nm, sufficient energy does not reach deep portions of the film during annealing, and good crystal growth cannot be expected. Therefore, the film thickness of each layer is preferably 100 to 200 nm.
【００１３】上記薄膜はアモルファス状態にあり、これ
をアニールすることにより結晶化する。すなわち、アニ
ールによる熱を受けた半導体薄膜は、溶融または半溶融
状態になり結晶化が進行して結晶粒が横方向に成長す
る。このアニールの加熱源としては、高出力ランプ、熱
源体の輻射、各種レーザ等を用いることができるが、特
に線状エキシマレーザの使用が好適である。これは、線
状エキシマレーザによれば、レーザ光の透過性は大きく
なくよって薄膜を半溶融状態にして低温での処理が可能
になり、基板の高温特性に対する要求度を下げて安価な
基板の使用を可能にするからであり、また広範囲を照射
できるので加熱むらが小さくなって均質な結晶化が可能
になり、十分に成長した結晶粒が得られるからである。The thin film is in an amorphous state, and is annealed to be crystallized. That is, the semiconductor thin film that has been subjected to the heat of annealing becomes in a molten or semi-molten state and crystallization progresses so that crystal grains grow laterally. As a heating source for this annealing, a high-power lamp, radiation of a heat source, various lasers, and the like can be used, but a linear excimer laser is particularly preferable. This is because the linear excimer laser does not have a large laser beam transmission property, so that the thin film can be semi-molten and processed at a low temperature. This is because it can be used, and since it can irradiate a wide range, uneven heating can be reduced, uniform crystallization can be performed, and sufficiently grown crystal grains can be obtained.
【００１４】上記した成膜とアニールを繰り返すことに
より薄膜が積層され、比較的膜厚の厚い半導体膜が得ら
れる。なお、積層した薄膜にアニール処理を行う際に
は、下層の薄膜が溶融または半溶融状態を維持している
ことにより、下層の薄膜を種結晶として上層の薄膜が結
晶成長するため、上層の薄膜での横方向への結晶成長に
加え、層間を亘る縦方向の結晶成長が起こり、縦方向に
不連続性のない良質な結晶膜が得られることになる。な
お、下層の薄膜を上記したように溶融または半溶融状態
に維持するためには、基板を適温に保つことが有効であ
り、該基板を５００〜８００℃に加熱するのが望まし
い。これは、加熱温度が５００℃未満であると、薄膜を
溶融または半溶融状態に維持することが難しくなり、結
晶の縦方向の連続性が損なわれるためであり、一方、８
００℃を越えると、基板が損傷、および結晶膜表面が荒
れる恐れがあるためである。なお、上記した成膜、アニ
ールの繰り返し回数は、所望の膜厚、各層の薄膜厚によ
っても異なるが、例えば太陽電池用として数千オングス
トローム以上の膜厚の半導体膜を得ることが可能であ
る。By repeating the above-mentioned film formation and annealing, thin films are laminated to obtain a semiconductor film having a relatively large thickness. When performing annealing treatment on the stacked thin films, the lower thin film maintains a molten or semi-molten state, and the upper thin film grows as a seed crystal. In addition to the crystal growth in the horizontal direction, the crystal growth in the vertical direction across the layers occurs, and a high quality crystal film having no discontinuity in the vertical direction can be obtained. In order to maintain the lower layer thin film in the molten or semi-molten state as described above, it is effective to keep the substrate at an appropriate temperature, and it is desirable to heat the substrate to 500 to 800 ° C. This is because if the heating temperature is lower than 500 ° C., it becomes difficult to maintain the thin film in a molten or semi-molten state, and the continuity in the longitudinal direction of the crystal is impaired.
This is because if the temperature exceeds 00 ° C, the substrate may be damaged and the crystal film surface may be roughened. Although the number of times of repeating the above film formation and annealing varies depending on the desired film thickness and the thin film thickness of each layer, it is possible to obtain a semiconductor film having a film thickness of several thousand angstroms or more for a solar cell, for example.
【００１５】[0015]
【発明の実施形態】図１は、太陽電池用として、石英ガ
ラスからなる基板１０上に、シリコン結晶膜１２が数千
オングストローム以上の厚さで形成されたものを示すも
のであり、シリコン結晶膜１２は、１００〜２００ｎｍ
厚のシリコン結晶薄膜１１ａ…１１ａが積層されて構成
されている。各層のシリコン結晶薄膜１１ａの結晶粒１
２０…１２０は横方向に成長した比較的大きな結晶粒幅
を有する結晶組織を有しており、さらに、各層間では、
連続して縦方向に結晶成長している。以上のように、上
記シリコン結晶膜１２は、厚い膜厚に拘わらず縦方向に
も連続性を有する良質な結晶性を有しており、太陽電池
用として優れた特性を発揮することが可能になる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a silicon crystal film 12 having a thickness of several thousand angstroms or more formed on a substrate 10 made of quartz glass for a solar cell. 12 is 100 to 200 nm
The thin silicon crystal thin films 11a ... 11a are laminated. Crystal grain 1 of silicon crystal thin film 11a of each layer
20 ... 120 have a crystal structure having a relatively large crystal grain width grown in the lateral direction, and further, between each layer,
Crystals grow continuously in the vertical direction. As described above, the silicon crystal film 12 has good crystallinity having continuity in the longitudinal direction regardless of the thick film thickness, and can exhibit excellent characteristics for solar cells. Become.
【００１６】次に、上記シリコン結晶膜を製造する装置
として好適なものを図２に基づいて説明すると、チャン
バ１ａを有する複合炉１には、チャンバ１ａ内を減圧す
る真空ポンプ２が接続されており、チャンバ１ａ内に
は、後述する基板を載置してＸ、Ｙ方向に移動させる基
板載置装置３と、基板を加熱するヒータ４とが配置され
ている。また、チャンバ１ａの上方には、ＣＶＤ法によ
る成膜用加熱源として低圧水銀ランプ５が配置されてお
り、該ランプ５の直下のチャンバ１ａ壁には熱輻射用石
英窓５ａが設けられている。また、チャンバ１ａには成
膜用の反応ガス（シランガス）を内部に導入するための
ガス導入管７、７が接続されている。さらに、チャンバ
１ａには、線状エキシマレーザ光をチャンバ１ａ内に導
入するレーザ光用石英窓８ｄが設けられており、該石英
窓８ｄには、外部に配置されたエキシマレーザ発信器８
からのレーザ光９が全反射ミラー８ａ、８ｂ、レンズ８
ｃを経て照射されるように構成されている。Next, a suitable apparatus for producing the above-mentioned silicon crystal film will be described with reference to FIG. 2. A compound furnace 1 having a chamber 1a is connected to a vacuum pump 2 for reducing the pressure inside the chamber 1a. In the chamber 1a, a substrate placing device 3 for placing a substrate, which will be described later, and moving it in the X and Y directions, and a heater 4 for heating the substrate are arranged. Further, a low-pressure mercury lamp 5 is arranged above the chamber 1a as a heating source for film formation by a CVD method, and a wall of the chamber 1a immediately below the lamp 5 is provided with a quartz window 5a for heat radiation. . Further, gas introduction pipes 7 for introducing a reaction gas (silane gas) for film formation are connected to the chamber 1a. Further, the chamber 1a is provided with a laser light quartz window 8d for introducing the linear excimer laser light into the chamber 1a, and the quartz window 8d is provided with an excimer laser oscillator 8 arranged outside.
Laser light 9 from the total reflection mirrors 8a, 8b, lens 8
It is configured to be irradiated via c.
【００１７】以下に、上記装置を用いて石英ガラス製の
基板１０上にシリコン結晶膜を形成する方法について説
明すると、基板載置装置３上に基板１０を配置し、チャ
ンバ１ａ内を真空ポンプ２で減圧し、上記基板１０をヒ
ータ４で５００〜８００℃に加熱する。次いで、ガス導
入管７、７からチャンバ１ａ内に反応ガスとしてシラン
ガスを導入するとともに低圧水銀ランプ５を作動させ
る。その結果、水銀ランプ５の輻射熱は、熱輻射用石英
ガラス窓５ａを通してチャンバ１ａ内に照射され、反応
ガスが熱分解して基板１０上にアモルファス状のシリコ
ン薄膜１１が形成される。A method of forming a silicon crystal film on the substrate 10 made of quartz glass using the above apparatus will be described below. The substrate 10 is placed on the substrate placing device 3 and the vacuum pump 2 is provided inside the chamber 1a. Then, the substrate 10 is depressurized and the substrate 10 is heated to 500 to 800 ° C. by the heater 4. Next, silane gas is introduced as a reaction gas into the chamber 1a through the gas introduction pipes 7 and the low-pressure mercury lamp 5 is operated. As a result, the radiant heat of the mercury lamp 5 is radiated into the chamber 1a through the quartz glass window 5a for heat radiation, and the reaction gas is thermally decomposed to form the amorphous silicon thin film 11 on the substrate 10.
【００１８】次いで、上記アモルファス状シリコン薄膜
１１にエキシマレーザ光９を照射して、レーザ光加熱に
よるアニールによってシリコン薄膜１１を結晶化させ
る。具体的には、真空中ないし不活性ガス中においてエ
ネルギー密度１００〜４００ｍＪ／ｃｍ2、望ましくは
アブレーションを起こす直前のエネルギーを有する線状
エキシマレーザ光をエキシマレーザ発信器８から出力す
る。エキシマレーザ発信器８から出力されたエキシマレ
ーザ光９は、全反射ミラー８ａ、８ｂ、レンズ８ｃを経
て、レーザ光用石英窓８ｄを透過してシリコン薄膜１１
に斜め方向から照射される。シリコン薄膜１１は線状エ
キシマレーザ光９を受けることにより半溶融状態にな
り、照射部位１５を中心として結晶化が進行するととも
に照射部位１５を中心として横方向に熱が伝達されて各
結晶粒１１０が横方向に成長し、結晶化されたシリコン
結晶薄膜１１ａが得られる。Next, the amorphous silicon thin film 11 is irradiated with excimer laser light 9 to crystallize the silicon thin film 11 by annealing by laser light heating. Specifically, the excimer laser oscillator 8 outputs a linear excimer laser beam having an energy density of 100 to 400 mJ / cm 2 in a vacuum or an inert gas, preferably having an energy immediately before ablation. The excimer laser light 9 output from the excimer laser oscillator 8 passes through the total reflection mirrors 8a and 8b, the lens 8c, the quartz window 8d for laser light, and the silicon thin film 11
It is irradiated from an oblique direction. The silicon thin film 11 becomes a semi-molten state by receiving the linear excimer laser beam 9, crystallization progresses around the irradiation site 15 and heat is transferred laterally around the irradiation site 15 to cause each crystal grain 110. Grow laterally to obtain a crystallized silicon crystal thin film 11a.
【００１９】続いて、さらに低圧水銀ランプ５の作動お
よび反応ガスの導入により上記薄膜１１ａ上にシリコン
薄膜１１を成膜することにより薄膜を積層し、この新た
に成膜したアモルファス状のシリコン薄膜１１に、上記
したアニールを施して結晶化させる。なお、上層の薄膜
１１における成膜およびアニールは、下層のシリコン結
晶薄膜１１ａと同様の条件で行うことができる。また、
上層膜におけるアニールの際には、下層のシリコン薄膜
１１ａを半溶融状態に維持することにより、上層でレー
ザ照射を受けて横方向に成長する結晶粒１１１はそれぞ
れ下層の結晶粒１１０を種結晶として分断されることな
く縦方向にも結晶が成長していく。Subsequently, by further operating the low-pressure mercury lamp 5 and introducing a reaction gas, a silicon thin film 11 is formed on the above-mentioned thin film 11a to form a thin film, and the newly formed amorphous silicon thin film 11 is formed. The above is annealed and crystallized. The upper layer thin film 11 can be formed and annealed under the same conditions as the lower layer silicon crystal thin film 11a. Also,
During annealing of the upper layer film, the lower silicon thin film 11a is maintained in a semi-molten state, so that the crystal grains 111 that are laterally grown by laser irradiation in the upper layer use the lower layer crystal grains 110 as seed crystals. Crystals grow in the vertical direction without being divided.
【００２０】上記のように、アモルファスシリコン成膜
とレーザアニールの二つのプロセスを繰り返すことによ
り、図１に示すように縦方向に不連続性のない結晶粒１
２０が得られ、比較的膜厚の厚いシリコン結晶膜１２を
良好に形成することができる。上記方法によれば、アニ
ールされたアモルファスシリコン薄膜の積層化により、
容易に希望する膜厚及び結晶粒サイズの多結晶シリコン
膜を効率よく製造することができ、大面積化も容易に行
うことができる。なお、上記装置では、同一チャンバ内
でアモルファスシリコン成膜とアニールによる結晶化と
を交互に行ったが、条件の選定等によってはこれらを同
時に行うことも可能である。As described above, by repeating the two processes of amorphous silicon film formation and laser annealing, as shown in FIG. 1, crystal grains 1 having no discontinuity in the longitudinal direction are obtained.
20 is obtained, and the silicon crystal film 12 having a relatively large film thickness can be favorably formed. According to the above method, by stacking the annealed amorphous silicon thin film,
A polycrystalline silicon film having a desired film thickness and crystal grain size can be easily produced efficiently, and a large area can be easily obtained. In the above apparatus, the amorphous silicon film formation and the crystallization by annealing are alternately performed in the same chamber, but they may be simultaneously performed depending on the selection of conditions and the like.
【００２１】また、上記したように、積層された薄膜間
で縦方向の不連続性を招かないためには、下層の薄膜が
適温を保っていることが重要であり、上記実施形態では
基板を加熱する温度を制御することにより薄膜の温度低
下を防止している。ところで、上記基板の加熱によって
もアニール直後に比べれば、薄膜の温度は徐々に低下す
ることになる。ところが線状エキシマレーザ等の熱線に
よるアニールでは、全面加熱型と異なり、薄膜の表面を
走査しながら部分的に加熱するため、速い時期に走査し
た部分ほど温度の低下が速く、温度にばらつきが生じや
すい。しかも、この現象は薄膜を大面積化するほど顕著
になる。このような温度低下は、品質の安定性を損なう
ため極力避けることが必要である。上記問題を避けるた
め基板の加熱温度を挙げることも考えられるが、そのた
めには基板の材質として耐熱性の高いものを選択しなけ
ればならず、基板コストが上がるという問題がある。In addition, as described above, it is important that the lower thin film keeps an appropriate temperature in order to prevent vertical discontinuity between the stacked thin films. The temperature of the thin film is prevented from lowering by controlling the heating temperature. By the way, even when the substrate is heated, the temperature of the thin film is gradually decreased as compared with immediately after the annealing. However, in annealing with a heat ray such as a linear excimer laser, unlike the whole surface heating type, the surface of the thin film is partially heated while scanning, so that the faster the part is scanned, the faster the temperature drops, and the temperature varies. Cheap. Moreover, this phenomenon becomes more remarkable as the area of the thin film is increased. It is necessary to avoid such a temperature decrease as much as possible because it deteriorates the stability of quality. Although it is possible to raise the heating temperature of the substrate in order to avoid the above problem, it is necessary to select a material having a high heat resistance as the material of the substrate, and there is a problem that the substrate cost increases.
【００２２】そこで、基板の加熱に加えて（特に高温に
する必要はない）、レーザ光を分割して薄膜の複数箇所
を同時にアニールしてアニール時間を短くするのが望ま
しい。この装置を図４に基づいて説明すると、エキシマ
レーザ光９の光路上に半透明ミラー（５０％透過）１９
ａを配置し、半透明ミラー１９ａで反射されたレーザ光
９ａを全反射ミラー１９ｂを介して薄膜１１上に斜め方
向から照射するとともに、半透明ミラー１９ａを透過し
たレーザ光９ｂを全反射ミラー１９ｂで反射して薄膜１
１の他の位置に斜め方向から照射しており、複数箇所の
同時照射によってアニール時間の短縮化を図っている。
なお、この実施形態では、レーザ光を２つに分割した
が、その数は任意であり、その数に基づいて薄膜の３箇
所以上に同時に照射することもできる。Therefore, in addition to heating the substrate (it is not necessary to raise the temperature in particular), it is desirable to divide the laser beam to anneal a plurality of portions of the thin film at the same time to shorten the annealing time. This device will be described with reference to FIG. 4. A semitransparent mirror (50% transmission) 19 is provided on the optical path of the excimer laser light 9.
a is arranged, and the thin film 11 is irradiated with the laser beam 9a reflected by the semitransparent mirror 19a through the total reflection mirror 19b from an oblique direction, and the laser beam 9b transmitted through the semitransparent mirror 19a is reflected by the total reflection mirror 19b. Thin film 1
Irradiation is performed to the other position 1 in an oblique direction, and the annealing time is shortened by simultaneous irradiation at a plurality of positions.
In this embodiment, the laser light is divided into two, but the number is arbitrary, and it is possible to irradiate the thin film at three or more locations at the same time based on the number.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体結
晶膜によれば、基板上に同一材料の薄膜を積層した半導
体結晶膜であって、該結晶膜は各層で横方向に成長して
いるとともに、各層間に亘って縦方向に成長した多結晶
であるので、比較的膜厚の厚い半導体膜でも均質の性能
が得られる。As described above, according to the semiconductor crystal film of the present invention, it is a semiconductor crystal film in which thin films of the same material are laminated on a substrate, and the crystal film grows laterally in each layer. In addition, since it is a polycrystal grown vertically in each layer, uniform performance can be obtained even with a relatively thick semiconductor film.
【００２４】さらに、本発明の半導体結晶膜の製造方法
によれば、基板上に形成したアモルファス状半導体薄膜
をアニールにより結晶化させ、引き続き、この上層にア
モルファス状半導体薄膜を新たに形成するとともに、該
上層の半導体薄膜をアニールにより結晶化させる工程を
１回以上繰り返して薄膜を積層するので、比較的膜厚の
厚い半導体膜を効率よく、製造することができ、しかも
得られた半導体膜は良好かつ均質に結晶化されている。
また、上記アニールをエキシマレーザにより行えば、低
温での効率的な処理が可能になり、また、大面積化も容
易である。この際に、各層の薄膜の厚さを１００〜２０
０ｎｍにすれば、基板を損傷することなく、確実に、ま
た良好に各層の薄膜を結晶化できる。Further, according to the method for producing a semiconductor crystal film of the present invention, the amorphous semiconductor thin film formed on the substrate is annealed to be crystallized, and subsequently an amorphous semiconductor thin film is newly formed on the upper layer, Since the step of crystallizing the upper semiconductor thin film by annealing is repeated one or more times to stack the thin films, it is possible to efficiently manufacture a relatively thick semiconductor film, and the obtained semiconductor film is good. And it is crystallized homogeneously.
Further, if the above-mentioned annealing is performed by an excimer laser, it is possible to perform efficient processing at low temperature, and it is easy to increase the area. At this time, the thickness of the thin film of each layer is 100 to 20.
When the thickness is 0 nm, the thin films of the respective layers can be crystallized reliably and satisfactorily without damaging the substrate.
【００２５】さらに、本発明の半導体結晶膜の製造装置
によれば、半導体成膜炉とアニール炉とが共通のチャン
バを有する複合炉で構成されており、該複合炉で成膜お
よびアニールを同時にまたは切換えて操業できるものと
したので、半導体結晶膜を効率よく製造することがで
き、また、薄膜を積層した結晶膜も容易かつ効率よく製
造することができる。以上の如く、本発明の実施によ
り、良質かつ結晶粒径の大きい、膜厚がミクロンオーダ
ーの多結晶半導体膜膜を形成することが出来る。しかも
低温プロセスが可能になり、融点の低い安価な基板を使
用することが出来るので、低コスト、高効率、大面積の
例えば多結晶シリコン薄膜太陽電池の実用化に寄与す
る。Further, according to the semiconductor crystal film manufacturing apparatus of the present invention, the semiconductor film forming furnace and the annealing furnace are constituted by a compound furnace having a common chamber, and film formation and annealing are simultaneously performed in the compound furnace. Alternatively, the semiconductor crystal film can be efficiently manufactured because the operation can be performed by switching, and the crystal film in which thin films are laminated can be easily and efficiently manufactured. As described above, by carrying out the present invention, it is possible to form a polycrystalline semiconductor film having a good quality, a large crystal grain size, and a film thickness of micron order. Moreover, a low-temperature process becomes possible, and an inexpensive substrate having a low melting point can be used, which contributes to the practical application of a low-cost, high-efficiency, large-area, for example, polycrystalline silicon thin-film solar cell.
【図１】 本発明の半導体膜の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a semiconductor film of the present invention.
【図２】 本発明の製造装置の一実施形態を示す概略断
面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the manufacturing apparatus of the present invention.
【図３】 本発明の半導体膜の製造プロセスを示す概念
図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a manufacturing process of a semiconductor film of the present invention.
【図４】 本発明の製造装置の他の実施形態を示す概略
断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the manufacturing apparatus of the present invention.
１ 複合炉 １ａ チャンバ ４ ヒータ ８ エキシマレーザ発信器 ９ レーザ光 １０ 基板 １１ アモルファス状シリコン薄膜 １１ａ シリコン結晶薄膜 １２ シリコン結晶膜 1 Compound Furnace 1a Chamber 4 Heater 8 Excimer Laser Oscillator 9 Laser Light 10 Substrate 11 Amorphous Silicon Thin Film 11a Silicon Crystal Thin Film 12 Silicon Crystal Film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 昌司 東京都府中市日綱町１番１ 株式会社日本 製鋼所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shoji Yoneda 1-1, Hitsuna-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside Japan Steel Works, Ltd.
Claims (5)
導体結晶膜であって、該結晶膜は各層で横方向に成長し
ているとともに、各層間に亘って縦方向に成長した多結
晶であることを特徴とする半導体結晶膜1. A semiconductor crystal film in which thin films of the same material are laminated on a substrate, wherein the crystal film is grown laterally in each layer, and is a polycrystal grown vertically in the respective layers. A semiconductor crystal film characterized by
体薄膜をアニールにより結晶化させ、引き続き、この上
層にアモルファス状半導体薄膜を新たに形成するととも
に、該上層の半導体薄膜をアニールにより結晶化させる
工程を１回以上繰り返して薄膜を積層することを特徴と
する半導体結晶膜の製造方法2. A step of crystallizing an amorphous semiconductor thin film formed on a substrate by annealing, subsequently forming a new amorphous semiconductor thin film on the upper layer, and crystallizing the upper semiconductor thin film by annealing. A method for manufacturing a semiconductor crystal film, characterized in that the thin films are laminated by repeating the step 1 or more times.
であることを特徴とする請求項２に記載の半導体結晶膜
の製造方法3. The method for producing a semiconductor crystal film according to claim 2, wherein the heating means for annealing is an excimer laser.
であることを特徴とする請求項３に記載の半導体結晶膜
の製造方法4. The thin film of each layer has a thickness of 100 to 200 nm.
4. The method for manufacturing a semiconductor crystal film according to claim 3, wherein
ャンバを有する複合炉で構成されており、該複合炉で成
膜およびアニールを同時にまたは切換えて操業できるも
のとしたことを特徴とする半導体結晶膜の製造装置5. The semiconductor film forming furnace and the annealing furnace are constituted by a compound furnace having a common chamber, and the compound furnace and the film annealing can be operated simultaneously or by switching. Semiconductor crystal film manufacturing equipment
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8131381A JPH09293680A (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Semiconductor crystal film, manufacture of this crystal film and manufacturing device for this crystal film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8131381A JPH09293680A (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Semiconductor crystal film, manufacture of this crystal film and manufacturing device for this crystal film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293680A true JPH09293680A (en) | 1997-11-11 |
Family
ID=15056628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8131381A Pending JPH09293680A (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Semiconductor crystal film, manufacture of this crystal film and manufacturing device for this crystal film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09293680A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6566754B2 (en) | 1998-11-19 | 2003-05-20 | Fujitsu Limited | Polycrystalline semiconductor device and its manufacture method |
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-
1996
- 1996-04-26 JP JP8131381A patent/JPH09293680A/en active Pending
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