JP2003209229A - Method of manufacturing silicon crystalline thin film - Google Patents

Method of manufacturing silicon crystalline thin film

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JP2003209229A
JP2003209229A JP2002008095A JP2002008095A JP2003209229A JP 2003209229 A JP2003209229 A JP 2003209229A JP 2002008095 A JP2002008095 A JP 2002008095A JP 2002008095 A JP2002008095 A JP 2002008095A JP 2003209229 A JP2003209229 A JP 2003209229A
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silicon
thin film
substrate
layer
crystal thin
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Fumito Oka
史人 岡
Shinichi Muramatsu
信一 村松
Tadashi Sasaki
唯 佐々木
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the formation of a high-quality crystalline silicon thin film on a substrate of a different kind at a low cost. <P>SOLUTION: An undercoat layer (2) is formed on a substrate (1) for formation of a thin film. A crystalline layer (3) is formed on a part or whole of the top thereof, and a fixing substrate (4) is bonded on top thereof. Then these are separated from the substrate (1) by removing the undercoat layer (2) to obtain a silicon crystalline thin film integrally formed with the fixing substrate (4). <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、SOI(Silicon
On Insulator)基板を用いた半導体素子や、TFT(Th
in Film Transistor)、太陽電池等の半導体装置の製造
に適したシリコン系結晶薄膜の製造方法に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an SOI (Silicon
Semiconductor elements using On Insulator) substrates and TFTs (Th
in Film Transistor), a method for manufacturing a silicon-based crystal thin film suitable for manufacturing a semiconductor device such as a solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】異種基板上に結晶シリコン層を備えた素
子が、太陽電池やSOI(Silicon OnInsulator)基板
上の半導体素子等の半導体装置用に好適な材料として知
られている。これを使用することで、太陽電池において
は、素子の大面積化が容易となる。また、SOI上に形
成したMOS(MIS)型電界効果トランジスタは浮遊
容量の減少によって動作周波数を高くできる。また、ラ
ッチアップフリーとすることもできる。このことから、
SOI基板を用いることによって回路動作の高速化と高
信頼性が期待できるという利点を有している。
2. Description of the Related Art An element having a crystalline silicon layer on a heterogeneous substrate is known as a material suitable for a semiconductor device such as a solar cell or a semiconductor element on an SOI (Silicon On Insulator) substrate. By using this, it becomes easy to increase the area of the element in the solar cell. Moreover, the operating frequency of the MOS (MIS) type field effect transistor formed on the SOI can be increased by reducing the stray capacitance. It is also possible to make it latch-up free. From this,
The use of the SOI substrate has the advantage that high speed circuit operation and high reliability can be expected.

【0003】通常、この構造の半導体装置において優れ
た特性を得るためには結晶シリコン層の高品質化が必要
である。その為、高温で形成することが一般的である。
Usually, in order to obtain excellent characteristics in a semiconductor device having this structure, it is necessary to improve the quality of the crystalline silicon layer. Therefore, it is generally formed at a high temperature.

【0004】従来、特に薄膜上のMOS(MIS)型電
界効果トランジスタ等の薄膜デバイスに用いる結晶シリ
コン半導体は、絶縁基板上にプラズマCVD法、熱CV
D法で形成された非晶質シリコンを電気炉中で熱処理を
加えることによって結晶化を行なうことで形成された。
しかし、この方法では、600℃以上の高温で12時間
以上の加熱処理が必要であった。この方法で形成するに
は、高温に耐える石英など、高価な耐熱基板を使用する
必要があり、コスト低減には限界がある。
Conventionally, a crystalline silicon semiconductor used in a thin film device such as a MOS (MIS) field effect transistor on a thin film is a plasma CVD method or a thermal CV method on an insulating substrate.
The amorphous silicon formed by the method D was crystallized by applying a heat treatment in an electric furnace.
However, this method requires heat treatment at a high temperature of 600 ° C. or higher for 12 hours or longer. In order to form by this method, it is necessary to use an expensive heat-resistant substrate such as quartz that can withstand high temperatures, and there is a limit to cost reduction.

【0005】この問題を解決する方法として、基板上に
成長させた非晶質シリコン層をレーザーアニール等で溶
解結晶化し、この上に結晶シリコン層を成膜する方法が
提案されている。この方法は、K.Yamamoto 他による199
4 IEEE First World Conference on Photovoltaic Ener
gy Conversion(1994年ハワイ)P.1575〜1578に開示さ
れており、これによれば、基板温度の上昇が抑制される
ため、低コストの基板の使用が可能であるとされてい
る。
As a method for solving this problem, a method has been proposed in which an amorphous silicon layer grown on a substrate is melted and crystallized by laser annealing or the like, and a crystalline silicon layer is formed thereon. This method is described by K. Yamamoto et al.
4 IEEE First World Conference on Photovoltaic Ener
gy Conversion (Hawaii, 1994) P.1575 to 1578, which is said to enable the use of low-cost substrates because the rise in substrate temperature is suppressed.

【0006】しかし、この方法によると、形成可能な結
晶の大きさは粒径が数μm程度であり、これを使用する
用途は限られている。近年になって結晶粒径の拡大が図
られ、100μmを超える例も報告されているが、1cm
角を超えるような例はいまだなく、30cmを超える基板
の全面に均一な結晶を生成させることなどは到底不可能
である。また、この方法によって形成される結晶の周囲
には、小粒径の結晶領域が形成されるという問題もあ
り、この点からも実用性が薄いといえる。
However, according to this method, the size of the crystal that can be formed is about several μm in particle size, and its use is limited. In recent years, the crystal grain size has been expanded, and it has been reported that the size exceeds 100 μm.
There are no examples that exceed the angle, and it is impossible to form uniform crystals on the entire surface of the substrate that exceeds 30 cm. Further, there is a problem that a crystal region having a small grain size is formed around the crystal formed by this method, and it can be said that the practicality is low also from this point.

【0007】一方、近年多結晶シリコンや微結晶シリコ
ンのような結晶シリコンを含む薄膜を用いた、光電変換
素子の開発も盛んになっている。これらは、安価な基板
上に低温プロセスで良好な結晶性をもつ結晶シリコン薄
膜を形成し、これを光電変換装置に用いて低コスト化と
高性能化を図るものである。この結晶シリコン薄膜を光
電変換素子に用いることによって、非晶質シリコン光電
変換素子で問題となっている光劣化が観測されず、さら
に非晶質光電変換素子では感度のない長波長光をも電気
的エネルギーに変換することができる。この技術は光電
変換素子のみではなく、光センサ等の光電変換装置への
応用も可能であると期待されている。
On the other hand, in recent years, a photoelectric conversion element using a thin film containing crystalline silicon such as polycrystalline silicon or microcrystalline silicon has been actively developed. In these devices, a crystalline silicon thin film having good crystallinity is formed on an inexpensive substrate by a low temperature process, and this is used for a photoelectric conversion device to reduce cost and improve performance. By using this crystalline silicon thin film for a photoelectric conversion element, the photodegradation that is a problem in the amorphous silicon photoelectric conversion element is not observed, and even long-wavelength light, which is not sensitive in the amorphous photoelectric conversion element, can be electrically converted. Can be converted into static energy. This technology is expected to be applicable not only to photoelectric conversion elements but also to photoelectric conversion devices such as optical sensors.

【0008】このシリコン結晶光電変換素子は、一般的
にプラズマCVDによって直接結晶シリコン薄膜を堆積
させる手法が用いられている。この手法によって、30
0℃以下の低温で基板上に結晶シリコンが形成されうる
ことが知られており、低コスト化に有効であるとされて
いる。
In this silicon crystal photoelectric conversion element, a method of directly depositing a crystal silicon thin film by plasma CVD is generally used. With this technique, 30
It is known that crystalline silicon can be formed on a substrate at a low temperature of 0 ° C. or lower, and it is said to be effective for cost reduction.

【0009】この手法においては、プラズマCVD形成
条件として、水素でシラン系原料ガスを15倍程度以上
に希釈し、プラズマ反応室内圧力を10mTorr〜10To
rr、基板温度を150℃〜400℃、望ましくは300
℃以下の範囲内に制御して成膜する。これによって結晶
性のシリコン薄膜が基板上に形成される。この方法によ
って低コストなガラス基板等上に結晶性シリコン膜を形
成することができ、低コストな光電変換装置を作製でき
るとされている。この手法によって、結晶成分を含むシ
リコン薄膜光起電力素子を作製する方法が広く試みられ
ているが、この手法でのシリコン薄膜中に含まれる結晶
成分は80%程度以上にはできないことが明らかになっ
ている。また、膜の粒径も大きくとも膜厚と同程度であ
る。これらのことから、この方法によって形成された薄
膜は、例えば薄膜電界効果トランジスタ用薄膜結晶基板
として用いるには適していない。また、太陽電池として
用いる場合についてもプラズマCVD法を用いて形成さ
れた結晶薄膜のみでは、12%を超える効率を達成する
ことは困難であった。
In this method, as a plasma CVD formation condition, a silane-based source gas is diluted with hydrogen about 15 times or more, and a plasma reaction chamber pressure is set to 10 mTorr to 10To.
rr, the substrate temperature is 150 ° C to 400 ° C, preferably 300
Film formation is controlled within the range of ℃ or less. As a result, a crystalline silicon thin film is formed on the substrate. According to this method, a crystalline silicon film can be formed on a low-cost glass substrate or the like, and a low-cost photoelectric conversion device can be manufactured. Although a method for producing a silicon thin film photovoltaic element containing a crystal component has been widely tried by this method, it is clear that the crystal component contained in the silicon thin film by this method cannot be about 80% or more. Has become. Further, the particle size of the film is almost the same as the film thickness. For these reasons, the thin film formed by this method is not suitable for use as, for example, a thin film crystal substrate for a thin film field effect transistor. Also, when used as a solar cell, it was difficult to achieve an efficiency exceeding 12% only with a crystalline thin film formed by the plasma CVD method.

【0010】結晶シリコン層を成長させる方法として、
非晶質シリコンに触媒元素を導入し、これに熱処理を施
すことで結晶化させる現象が、R.C.Cammarata 他によっ
て報告されている[J.Mater.Res.,Vol.5,No.10(199)
p.2133〜2138]。この方法によれば、低温、且つ高速で
の結晶シリコンの成膜が可能であるとされ、とくに低温
での結晶化が微量のNi金属を導入することで可能であ
るとされている。この方法によれば、TFT素子のよう
な100nm程度の薄膜を対象とするとき、結晶化が面
内方向に数μmも進行することによって、面内方向に配
向した高品質の結晶が得られることが L.k.Sam
らによって確認されている[Appl.Phys.Lett.,Vol.74,N
o.13(1999)p.1866〜1868]。さらに、この配向成長を
応用する方法として、特開平6−244104には、T
FT素子位置の近傍に金属触媒を選択的に配置し、これ
に熱処理を施すことで、非晶質シリコンを結晶化させ、
素子を結晶のグレーン内に形成し、高性能化を図る方法
も提案されている。
As a method for growing a crystalline silicon layer,
The phenomenon of introducing a catalytic element into amorphous silicon and crystallizing it by heat treatment has been reported by RC Cammarata et al. [J. Mater. Res., Vol.5, No.10 (199)].
p.2133-2138]. According to this method, it is said that it is possible to form a film of crystalline silicon at a low temperature and at a high speed, and particularly it is possible to crystallize at a low temperature by introducing a trace amount of Ni metal. According to this method, when a thin film having a thickness of about 100 nm such as a TFT element is targeted, the crystallization proceeds in the in-plane direction by several μm, so that a high-quality crystal oriented in the in-plane direction can be obtained. L. k. Sam
Have been confirmed by [Appl.Phys.Lett., Vol.74, N
o.13 (1999) p.1866-1868]. Further, as a method of applying this oriented growth, Japanese Patent Laid-Open No. 6-244104 discloses a method of T
By selectively disposing a metal catalyst in the vicinity of the FT element position and subjecting it to heat treatment, the amorphous silicon is crystallized,
A method has also been proposed in which an element is formed in a grain of a crystal to improve performance.

【0011】しかし、これら触媒元素を導入する方法に
おいても、少なくとも500℃から600℃の加熱処理
が必要である。この温度は安価なガラス基板を用いる場
合、不可逆的な変形を生じるか否かの温度領域である。
また、大面積のガラス基板を用いる場合はこの不可逆的
な変形を起こしやすくなり、500℃〜600℃での加
熱処理が量産上大きな障害となっていた。
However, even in the method of introducing these catalytic elements, heat treatment at least at 500 to 600 ° C. is required. This temperature is a temperature range of whether irreversible deformation occurs when an inexpensive glass substrate is used.
Further, when a large-area glass substrate is used, this irreversible deformation is likely to occur, and the heat treatment at 500 ° C. to 600 ° C. has been a major obstacle in mass production.

【0012】一方、SOI基板を形成する方法として、
単結晶基板上に多孔質シリコンを形成し、その上部に単
結晶シリコン薄膜をエピタキシャル成長させ、その上部
に絶縁性基板を貼り合わせ、その後単結晶基板及び多孔
質シリコンを除去する方法が特開平7−235651号
公報に記載されている。また、低コストな薄膜素子を形
成する方法として特開平8−213645号公報には、
エピタキシャル成長用単結晶基板を再利用する方法が開
示されている。これらの方法により、結晶性の優れた薄
膜を異種基板上に形成でき、特性の優れた結晶薄膜を形
成できる点で優れている。
On the other hand, as a method for forming an SOI substrate,
A method is known in which porous silicon is formed on a single crystal substrate, a single crystal silicon thin film is epitaxially grown on the porous silicon, an insulating substrate is bonded to the upper portion, and then the single crystal substrate and the porous silicon are removed. It is described in Japanese Patent No. 235651. Further, as a method for forming a low-cost thin film element, Japanese Patent Laid-Open No. 8-213645 discloses
A method of recycling a single crystal substrate for epitaxial growth is disclosed. These methods are excellent in that a thin film having excellent crystallinity can be formed on a different type of substrate, and a crystalline thin film having excellent characteristics can be formed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−235651号公報の方法では、薄膜形成用基板に
単結晶シリコン基板が必要であることから、高価な半導
体素子用基板形成のみに使用は限られる。また、特開平
8−213645号公報の単結晶基板を再生する場合で
も、単結晶基板の再利用には限界があり、再利用を繰り
返すことによって薄膜の品質を低下させる懸念や、大面
積化に問題があった。
However, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-235651, since a single crystal silicon substrate is required for the thin film forming substrate, it is limited to use only for forming an expensive semiconductor element substrate. To be Further, even when the single crystal substrate disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-213645 is reused, there is a limit to the reuse of the single crystal substrate, and there is a concern that the quality of the thin film may be deteriorated by repeated reuse, and the area may be increased. There was a problem.

【0014】以上のことから異種基板上に低コストな結
晶性シリコン薄膜を形成するには問題があった。
From the above, there is a problem in forming a low-cost crystalline silicon thin film on a heterogeneous substrate.

【0015】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、異種基板上に低コストに高品質な結晶性シリコン薄
膜を形成するシリコン系結晶薄膜の製造方法を提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for producing a silicon-based crystal thin film for forming a high-quality crystalline silicon thin film on a heterogeneous substrate at low cost.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

【0017】請求項1の発明に係るシリコン系結晶薄膜
の製造方法は、薄膜形成用基板上に下地層が形成され、
その上部に一部もしくは全面に結晶シリコン系層が形成
され、その上部に固定用基体が接着された後、該下地層
が除去されることによって基板から分離されることを特
徴とする。
In the method of manufacturing a silicon-based crystal thin film according to the first aspect of the present invention, a base layer is formed on a thin film forming substrate,
It is characterized in that a crystalline silicon-based layer is formed on a part or the entire surface of the upper part thereof, and a fixing substrate is adhered to the upper part thereof, and then the base layer is removed to separate from the substrate.

【0018】ここに結晶シリコン系層とは、結晶シリコ
ン層もしくはシリコン化合物の結晶層もしくは結晶シリ
コン層を含む層もしくはシリコン化合物の結晶層を含む
層をいう。通常、下地層は溶液によって除去され、薄膜
形成用基板はこの溶液に対して耐性をもっている。この
溶液は弗化水素を含有している。また通常、薄膜形成用
基板の材質はシリコン系結晶層と同種の結晶ではない。
Here, the crystalline silicon layer means a crystalline silicon layer, a crystalline layer of a silicon compound, a layer containing a crystalline silicon layer, or a layer containing a crystalline layer of a silicon compound. Usually, the underlayer is removed by a solution, and the thin film forming substrate is resistant to this solution. This solution contains hydrogen fluoride. In addition, the material of the thin film forming substrate is usually not the same type of crystal as the silicon-based crystal layer.

【0019】請求項2の発明は、請求項1に記載のシリ
コン系結晶薄膜の製造方法において、前記薄膜形成用基
板が結晶シリコン系層を形成する際の加熱処理に対して
耐性を持っていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the first aspect, the thin film forming substrate has resistance to heat treatment when forming a crystalline silicon-based layer. It is characterized by

【0020】請求項3の発明は、請求項1又は2に記載
のシリコン系結晶薄膜の製造方法において、前記薄膜形
成用基板の比重が1以下であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the first or second aspect, the thin film forming substrate has a specific gravity of 1 or less.

【0021】請求項4の発明は、請求項1に記載のシリ
コン系結晶薄膜の製造方法において、前記結晶シリコン
系層の一部もしくは全部が非晶質の状態で形成され、こ
の非晶質シリコン層に加熱処理を施すことで結晶化する
工程を含んでいることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the first aspect, part or all of the crystalline silicon-based layer is formed in an amorphous state. It is characterized by including a step of crystallizing the layer by heat treatment.

【0022】請求項5の発明は、請求項4に記載のシリ
コン系結晶薄膜の製造方法において、前記非晶質シリコ
ン層には少なくともその一部に接して触媒元素が導入さ
れることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the fourth aspect, a catalyst element is introduced into at least a part of the amorphous silicon layer in contact with the amorphous silicon layer. To do.

【0023】請求項6の発明は、請求項4又は5に記載
のシリコン系結晶薄膜の製造方法において、前記加熱処
理の温度がシリコンの融点以下であることを特徴とす
る。
The invention according to claim 6 is the method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 4 or 5, characterized in that the temperature of the heat treatment is equal to or lower than the melting point of silicon.

【0024】請求項7の発明は、請求項4、5又は6に
記載のシリコン系結晶薄膜の製造方法において、前記加
熱処理では始めに非晶質シリコンが固相で結晶化する温
度以下で熱処理を行うことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the fourth, fifth or sixth aspect, in the heat treatment, heat treatment is first performed at a temperature not higher than a temperature at which amorphous silicon is crystallized in a solid phase. It is characterized by performing.

【0025】請求項8の発明は、請求項1に記載のシリ
コン系結晶薄膜の製造方法において、前記下地層が、シ
リコン元素を含む層、シリコン酸化物の層、又は隣を含
んだガラス層のいずれかであることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the first aspect, the underlayer is a layer containing a silicon element, a layer of silicon oxide, or a glass layer containing the adjacent layer. It is characterized by being either.

【0026】請求項9の発明は、請求項1〜8に記載の
シリコン系結晶薄膜の製造方法において、前記下地層は
溶液によって除去されることを特徴とする。
The invention of claim 9 is characterized in that, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to any one of claims 1 to 8, the underlayer is removed by a solution.

【0027】請求項10の発明は、請求項9に記載のシ
リコン系結晶薄膜の製造方法において、前記溶液は弗化
水素を含むことを特徴とする。
The invention of claim 10 is the method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 9, wherein the solution contains hydrogen fluoride.

【0028】請求項11の発明は、請求項l又は8に記
載のシリコン系結晶薄膜の製造方法において、前記下地
層が、構成する元素に違いのある2層以上を積層させた
構造であり、その薄膜形成用基板側に形成された層がそ
の上部に形成された層と比べて、下地層を除去する溶液
に対してより溶解されやすいことを特徴とする。
An eleventh aspect of the invention is the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the first or eighth aspect, wherein the underlayer has a structure in which two or more layers having different elements are laminated. It is characterized in that the layer formed on the thin film forming substrate side is more easily dissolved in the solution for removing the underlayer than the layer formed on the upper side thereof.

【0029】請求項12の発明は、請求項1又は11に
記載のシリコン系結晶薄膜の製造方法において、前記下
地層が触媒元素を含まない状態で形成され、加熱処理を
行なった後に下地層が触媒元素を含むことを特徴とす
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the first or the eleventh aspect, the underlayer is formed without containing a catalytic element, and the underlayer is formed after heat treatment. It is characterized by containing a catalytic element.

【0030】請求項13の発明は、請求項5又は12に
記載のシリコン系結晶薄膜の製造方法において、前記触
媒元素がNi、Ge、Fe、Co、Pt、Au、Pd、
Alのうち少なくとも一種類を含むことを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method for producing a silicon-based crystal thin film according to the fifth or the twelfth aspect, the catalyst element is Ni, Ge, Fe, Co, Pt, Au, Pd,
It is characterized by containing at least one kind of Al.

【0031】<発明の要点>本発明では、上記の問題を
解決するため、以下の工程で結晶性シリコン薄膜を形成
することを基本とする。
<Main points of the invention> In order to solve the above problems, the present invention is basically based on the following steps of forming a crystalline silicon thin film.

【0032】(1) 薄膜形成用基板(以下形成用基板と記
す)の上に下地層を形成する。
(1) An underlayer is formed on a thin film forming substrate (hereinafter referred to as a forming substrate).

【0033】(2) 下地層上に結晶シリコン系層を形成す
る。
(2) A crystalline silicon-based layer is formed on the underlayer.

【0034】(3) 結晶シリコン系層上に固定用基体を接
着する。
(3) A fixing substrate is adhered on the crystalline silicon-based layer.

【0035】(4) 上記 (1)〜(3) で形成した、固定用基
体/結晶シリコン系層/下地層/形成用基板の試料にお
いて、下地層を除去することによって形成用基板と結晶
シリコン系層を分離する。
(4) In the sample of the fixing substrate / crystalline silicon-based layer / underlayer / forming substrate formed in the above (1) to (3), the forming substrate and the crystalline silicon are removed by removing the underlayer. Separate the system layers.

【0036】一般的に結晶シリコン層を形成するには少
なくとも500℃、高い場合は1000℃を越す熱処理
が必要である。上記の方法を用いることで、高温に耐え
ることができる基板を形成用基板として用い、固定用基
体を最終的な製品基板として用いることができるため、
基板としては安価なもの、例えばガラス基板、プラスチ
ック基板等を使うことができる。ここで、結晶シリコン
系層と基板の分離には溶液によるエッチングを用い、下
地層には溶液によるエッチングで除去される物質を用い
ることで、上記(4)の工程を遂行できる。一例として、
溶液に弗化水素酸と硝酸混合溶液、下地層にリンガラス
を用いることができる。固定用基体は、上記溶液に対し
て耐性のあるものであれば何でも良く、弗化水素酸に対
してはテフロン(登録商標)樹脂基板等を用いることが
できる。また、当然ではあるが製品に耐熱性が必要な場
合は、固定用基体に耐熱性基板、例えば単結晶基板、多
結晶基板、石英基板等を用いてもよい。また、この構成
とすることで非常に薄い結晶シリコン系層についても固
定用基体に接着することができるようになった。例えば
低温までしか耐熱性を持たない異種基板上に数10nm
の結晶シリコン系層を作製することができる。
Generally, a heat treatment of at least 500 ° C. and, in the case of high temperature, 1000 ° C. is required to form a crystalline silicon layer. By using the above method, a substrate that can withstand high temperature can be used as a forming substrate, and a fixing substrate can be used as a final product substrate.
An inexpensive substrate such as a glass substrate or a plastic substrate can be used as the substrate. Here, the step (4) can be performed by using a solution etching for separating the crystalline silicon-based layer and the substrate and using a substance removed by the solution etching for the underlayer. As an example,
A mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid can be used for the solution, and phosphorus glass can be used for the underlayer. The fixing substrate may be any as long as it has resistance to the above solution, and a Teflon (registered trademark) resin substrate or the like can be used for hydrofluoric acid. Further, as a matter of course, when the product needs heat resistance, a heat resistant substrate such as a single crystal substrate, a polycrystalline substrate, or a quartz substrate may be used as the fixing base. Further, with this structure, it becomes possible to bond a very thin crystalline silicon-based layer to the fixing substrate. For example, several tens of nm on a heterogeneous substrate that has heat resistance only up to low temperature
The crystalline silicon-based layer of can be produced.

【0037】上記工程(1)における形成用基板には溶液
に対して耐性があり、さらに結晶シリコン系層を形成す
る際の熱処理温度に耐え得るものであればよい。一例と
してはセラミックス等を用いることができる。また、耐
溶液性を向上させる必要や、結晶シリコン系層製膜時の
耐性を向上させる必要がある場合は基板表面をコーティ
ング処理を行なうだけでよい。形成用基板の再利用によ
って基板の耐薬品性や耐反応性に問題が生じた場合は、
再コーティング処理を行なうだけでよいことから、形成
用基板の再利用回数はほぼ無限回数とすることができ
る。シリコン系層と基板を分離する際、形成用基板の比
重が1以下であると、溶液によるエッチング中に形成用
基板が自発的に溶液から浮くため、作業性が増すという
利点がある。
The forming substrate in the above step (1) may be one that is resistant to the solution and can withstand the heat treatment temperature for forming the crystalline silicon-based layer. As an example, ceramics or the like can be used. Further, when it is necessary to improve the solution resistance or the resistance when forming the crystalline silicon-based layer, it suffices to perform the coating treatment on the substrate surface. If there is a problem with the chemical resistance or reactivity of the substrate due to the reuse of the forming substrate,
Since the recoating process only needs to be performed, the number of times the forming substrate is reused can be set to an almost unlimited number. When separating the silicon-based layer and the substrate, if the specific gravity of the forming substrate is 1 or less, the forming substrate spontaneously floats from the solution during etching with the solution, which is advantageous in that workability is increased.

【0038】上記工程(2)における結晶シリコン系層の
形成方法としては、いくつかの方法が考えられる。一例
として工程(2)において、非晶質膜を形成し、これに熱
処理を加えることで結晶シリコン系層を形成する方法を
用いることが望ましい。さらに高品質な薄膜を得るに
は、非晶質中に微小な結晶核を形成されていることが望
ましい。この方法を用いることで膜厚よりも横方向に遥
かに大きな結晶粒を持つ結晶シリコン系膜を得ることが
できる。この非晶質シリコンを形成する方法はMBE、
熱CVD、スパッタ、プラズマCVD、cat−CVD
等、非晶質シリコンを形成できる方法であればなんでも
よい。
There are several possible methods for forming the crystalline silicon-based layer in the step (2). As an example, in the step (2), it is desirable to use a method of forming an amorphous film and then subjecting it to heat treatment to form a crystalline silicon-based layer. In order to obtain a high quality thin film, it is desirable that minute crystal nuclei are formed in the amorphous material. By using this method, it is possible to obtain a crystalline silicon film having crystal grains much larger in the lateral direction than the film thickness. The method for forming this amorphous silicon is MBE,
Thermal CVD, sputtering, plasma CVD, cat-CVD
Any method such as amorphous silicon can be formed.

【0039】さらに低コストなシリコン系結晶薄膜を得
るには、まず下地層上に非晶質シリコンを形成しその一
部、例えばライン状に触媒元素としてNiを形成し熱処
理を行なうことで結晶化する方法を用いることが望まし
い。この方法を用いることで、固相エピタキシャル成長
で形成する場合に比べて速いスピードで結晶シリコン層
を形成することができ、製造コストを低減させることが
できる。この触媒元素としてはNiの他にGe、Fe、
Co、Pt、Au、Pd、Al等が挙げられる。さら
に、触媒元素を用いて結晶化を行なった際、結晶化を行
なった後の触媒元素は下地層中に偏析し、結晶シリコン
層中の残存する触媒元素の量を減少させることができ
る。この下地層によるゲッター効果は下地層中にリンを
含有させることでより大きくすることができる。
In order to obtain a silicon-based crystal thin film at a lower cost, first, amorphous silicon is formed on the underlayer, and a part of it, for example, Ni is formed as a catalyst element in a line shape and heat treatment is performed to crystallize the film. It is desirable to use the above method. By using this method, the crystalline silicon layer can be formed at a faster speed than in the case of forming by solid phase epitaxial growth, and the manufacturing cost can be reduced. As the catalytic element, besides Ni, Ge, Fe,
Examples include Co, Pt, Au, Pd, Al and the like. Furthermore, when crystallization is performed using a catalyst element, the catalyst element after crystallization is segregated in the underlayer, and the amount of the catalyst element remaining in the crystalline silicon layer can be reduced. The getter effect of the underlayer can be increased by adding phosphorus to the underlayer.

【0040】上記工程(3)において、結晶シリコン層の
下地層側と相対する側に固定用基体を接着させる方法に
ついてもさまざまな方法がある。固定用基体はガラス基
板、プラスチック基板等の絶縁性の物質を用いることが
望ましいが、溶液に対して耐性がない場合がある。この
場合は耐性のあるコーティングを行う必要があるが、逆
にこのコーティングを行うことで、どのような物質でも
固定用基体として用いることができる。このような材質
の固定用基体を貼り合わせる場合、樹脂性接着剤等を用
いて接着する等の方法で接着することができる。
In the above step (3), there are various methods for adhering the fixing substrate to the side of the crystalline silicon layer that faces the underlayer side. It is desirable to use an insulating substance such as a glass substrate or a plastic substrate for the fixing substrate, but it may not be resistant to the solution. In this case, it is necessary to form a coating having resistance, but conversely, by applying this coating, any substance can be used as the fixing substrate. When the fixing substrates made of such a material are stuck together, they can be adhered by a method of adhering them using a resin adhesive or the like.

【0041】上記工程(4)は基板からシリコン系層を剥
離する工程であるが、この工程は下地層を除去すること
で剥離する。この工程の後に固定用基体に接着された結
晶シリコン層を電子デバイスとして用いる場合には電子
デバイスとしての加工、例えば配線工程等固定用基体の
耐熱温度以下の工程を行ってもよい。
The above step (4) is a step of peeling the silicon-based layer from the substrate, and this step is peeled by removing the base layer. When the crystalline silicon layer adhered to the fixing substrate is used as an electronic device after this step, processing as an electronic device, such as a wiring step, may be performed at a temperature lower than the heat resistant temperature of the fixing substrate.

【0042】このようにして形成した半導体薄膜装置
は、高品質な太陽電池、TFT用基板、SOI基板等に
応用可能であり、本発明は高品位、且つ低コストな半導
体装置の供給に寄与するものである。
The semiconductor thin film device thus formed can be applied to high quality solar cells, TFT substrates, SOI substrates and the like, and the present invention contributes to the supply of high quality and low cost semiconductor devices. It is a thing.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例を中心に説明する。なお、以下の実施例は本発明の一
例を示すものであり、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to examples. The following examples are examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

【0044】<実施例1(図1)>図1に第一の実施例
を示す。本実施例では、本発明の基本的な構成について
説明を行う。
<Embodiment 1 (FIG. 1)> FIG. 1 shows a first embodiment. In this embodiment, a basic structure of the present invention will be described.

【0045】本実施例では、図1(a)に示すように、
先ず形成用基板たる単結晶シリコン基板1上に、下地層
として1%のリン濃度を持つガラス(リンガラス層)2
を10μm形成した。その上部に結晶シリコン系層とし
て、熱CVDにてpoly−Si薄膜(多結晶シリコン
層)3を10μm製膜した。なお、poly−Si膜の
製膜温度は700℃で行なった。
In this embodiment, as shown in FIG.
First, a glass (phosphorus glass layer) 2 having a phosphorus concentration of 1% is formed as a base layer on a single crystal silicon substrate 1 which is a formation substrate.
Of 10 μm was formed. As a crystalline silicon-based layer, a poly-Si thin film (polycrystalline silicon layer) 3 having a thickness of 10 μm was formed thereon by thermal CVD. The film formation temperature of the poly-Si film was 700 ° C.

【0046】その後、この上部に固定用基体として石英
基板4を貼り付けた(図1(b))。
Thereafter, a quartz substrate 4 as a fixing substrate was attached to the upper portion (FIG. 1 (b)).

【0047】その後、このサンブルを弗化水素酸溶液中
に入れると、リンガラス層2が溶解し、図1(c)に示
すように、形成用基板たる単結晶シリコン基板1と結晶
シリコン系層であるpoly−Si薄膜3とが分離し、
石英基板4上にpoly−Si薄膜3が接着した状態と
なった。
Then, when this sample is put into a hydrofluoric acid solution, the phosphorus glass layer 2 is dissolved, and as shown in FIG. 1 (c), the single crystal silicon substrate 1 and the crystalline silicon-based layer which are the formation substrates. Is separated from the poly-Si thin film 3 which is
The poly-Si thin film 3 was adhered onto the quartz substrate 4.

【0048】本実施例の工程により、石英基板4上に1
0μmのpoly−Si薄膜(多結晶シリコン層)3を
形成することができた。
By the process of the present embodiment, 1 is formed on the quartz substrate 4.
A 0 μm poly-Si thin film (polycrystalline silicon layer) 3 could be formed.

【0049】<実施例2(図2)>図2に第二の実施例
を示す。本実施例では、実施例1においてpoly−S
i膜の形成に、SPC(Solid Phase Crystallizatio
n)を用いた。
<Embodiment 2 (FIG. 2)> FIG. 2 shows a second embodiment. In this embodiment, the poly-S in the first embodiment is used.
For the formation of i film, SPC (Solid Phase Crystallizatio
n) was used.

【0050】図2(a)に示すように、実施例1と同じ
く、先ず形成用基板たる単結晶シリコン基板1上に、下
地層として1%のリン濃度を持つガラス(リンガラス
層)2を10μm形成した。このリンガラス層2上にプ
ラズマCVDを用いて非晶質シリコン層5を10μm形
成した。この非晶質シリコン形成には、プラズマCVD
のみならず、スパッタ、熱CVD、MBE、cat−C
VD等、非晶質シリコンが形成できるものであればどの
ような方法でもよい。
As shown in FIG. 2A, as in Example 1, first, a glass (phosphorus glass layer) 2 having a phosphorus concentration of 1% was formed as a base layer on a single crystal silicon substrate 1 as a forming substrate. 10 μm was formed. An amorphous silicon layer 5 having a thickness of 10 μm was formed on the phosphor glass layer 2 by using plasma CVD. Plasma CVD is used to form this amorphous silicon.
Not only sputter, thermal CVD, MBE, cat-C
Any method such as VD can be used as long as amorphous silicon can be formed.

【0051】その後、650℃にて24時間熱処理を行
なったところ、図2(b)に示すように、非晶質シリコ
ン層5のすべてが結晶化し、結晶シリコン層6となっ
た。
After that, when heat treatment was performed at 650 ° C. for 24 hours, all of the amorphous silicon layer 5 was crystallized to become a crystalline silicon layer 6, as shown in FIG.

【0052】この膜についても実施例1と同様に固定用
基体としての石英基板4に貼り付けた後(図2
(c))、このサンプルを弗化水素酸溶液中に入れて、
リンガラス層2を溶解することにより、形成用基板たる
単結晶シリコン基板1と結晶シリコン系層である結晶シ
リコン層6とが分離し、結晶シリコン層6を剥離するこ
とができた(図2(d))。
This film was also adhered to the quartz substrate 4 as the fixing substrate in the same manner as in Example 1 (FIG. 2).
(C)), put this sample in the hydrofluoric acid solution,
By dissolving the phosphorous glass layer 2, the single crystal silicon substrate 1 as the formation substrate and the crystalline silicon layer 6 as the crystalline silicon-based layer were separated, and the crystalline silicon layer 6 could be peeled (see FIG. d)).

【0053】また、非晶質シリコン層5はゲルマニウム
を含む状態で結晶化した場合、低温で結晶化させること
ができ、結晶シリコン層6は結晶SiGeとなった。こ
れについても同様に実施例1と同様に石英基板4に貼り
付けた後、剥離させることができ、石英基板4上に結晶
SiGeを形成することができた。
When the amorphous silicon layer 5 was crystallized in a state containing germanium, it could be crystallized at a low temperature, and the crystalline silicon layer 6 became crystalline SiGe. In this case as well, similarly to Example 1, after being attached to the quartz substrate 4, it could be peeled off, and crystalline SiGe could be formed on the quartz substrate 4.

【0054】さらに同様に非晶質シリコン中に炭素を含
む状態とした場合は、結晶化するためにはシリコンのみ
の場合に比べて高温で熱処理する必要があった。この方
法で結晶化した結晶層6は結晶性SiCを含むものとな
った。これについても同様に剥離が可能であった。
Similarly, when the amorphous silicon is made to contain carbon, it is necessary to perform heat treatment at a higher temperature in order to crystallize the amorphous silicon. The crystal layer 6 crystallized by this method contained crystalline SiC. It was possible to peel this as well.

【0055】なお、以上の試料については石英基板4を
貼り付けたが、貼り付ける基板はプラスチック基板等、
剥離した後の結晶シリコン系層を固定できるもので有れ
ばなんでも良い。
The quartz substrate 4 was attached to the above samples, but the attached substrate is a plastic substrate or the like.
Any material may be used as long as it can fix the crystalline silicon-based layer after peeling.

【0056】<実施例3>図3に第三の実施例を示す。
本実施例では、形成用基板として実施例1で用いた単結
晶シリコン基板1の代わりに、図3(a)に示すよう
に、セラミック基板7を用いた。このセラミック基板7
上にはリン濃度5%のリンガラス層を形成し、さらに1
000℃以上で熱処理を行い表面の平坦化を行ってい
る。この上部に下地層として0.1%のリン濃度である
リンガラス層8aとリン濃度が1×101 8cm-3である酸
化シリコン膜8bの積層構造8を形成した。なお、この
積層構造8は、リン濃度0.1%のリンガラス層8aを
形成用基板側とし、その上部にリン濃度1×1018cm-3
である酸化シリコン膜8bが形成されている構造とし
た。
<Third Embodiment> FIG. 3 shows a third embodiment.
In this example, a ceramic substrate 7 was used as the formation substrate instead of the single crystal silicon substrate 1 used in Example 1, as shown in FIG. This ceramic substrate 7
A phosphorus glass layer with a phosphorus concentration of 5% is formed on top of the
The surface is flattened by performing heat treatment at 000 ° C. or higher. The 0.1% phosphorus glass layer 8a and the phosphorus concentration is phosphorus concentration as a top on the underlying layer has a laminated structure 8 of 1 × 10 1 8 cm -3 and a silicon oxide film 8b. In this laminated structure 8, the phosphorus glass layer 8a having a phosphorus concentration of 0.1% is used as the formation substrate side, and the phosphorus concentration of 1 × 10 18 cm −3 is provided on the upper side thereof.
The silicon oxide film 8b is formed.

【0057】その後、非晶質シリコン層9をプラズマC
VDを用いて70nm形成した。この非晶質シリコン層
9の形成方法についても実施例2と同様に、非晶質シリ
コンが形成できる方法であればなんでも良い。さらにそ
の上部に触媒元素として、20μm幅、250μmピッ
チのライン状Ni層10を形成した。この触媒元素に
は、このNiの他にGe、Fe、Co、Pt、Au、P
d、Alが効果があった。また、これらの元素を含む溶
液や化合物等でも効果があった。
After that, the amorphous silicon layer 9 is plasma C
70 nm was formed using VD. The method for forming the amorphous silicon layer 9 may be any method as long as it can form amorphous silicon, as in the second embodiment. Further, a linear Ni layer 10 having a width of 20 μm and a pitch of 250 μm was formed thereon as a catalytic element. In addition to Ni, Ge, Fe, Co, Pt, Au, P
d and Al were effective. Further, a solution or compound containing these elements was also effective.

【0058】次に図3(b)に示すように、この試料を
580℃で12時間熱処理を行なったところ、図3
(c)に示すように、非晶質シリコン層9は全面に渡っ
て結晶化し、結晶シリコン層11となった。
Next, as shown in FIG. 3B, the sample was heat-treated at 580 ° C. for 12 hours.
As shown in (c), the amorphous silicon layer 9 was crystallized over the entire surface to become a crystalline silicon layer 11.

【0059】このようにして形成したシリコン薄膜につ
いても、図3(d)に示すように、実施例1と同様に石
英基板4を貼り付けた後、剥離することができた。な
お、本実施例では、溶液に弗化水素酸と硝酸の混合溶液
を用いている。
As for the silicon thin film thus formed, as shown in FIG. 3D, the quartz substrate 4 was adhered and then peeled off as in Example 1. In this embodiment, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid is used as the solution.

【0060】上に記載の下地層の構造とすることによっ
て、リンガラス層8aの溶解速度が酸化シリコン膜8b
の溶解速度に比べて約500倍であることから、剥離完
了時においても酸化シリコン膜8bが結晶シリコン層1
1を覆った状態となっていた。これによって、溶液が結
晶シリコン層11を溶解することやダメージを与えるこ
となく、結晶シリコン層11を剥離することができた。
By adopting the structure of the underlayer described above, the dissolution rate of the phosphorous glass layer 8a is increased by the silicon oxide film 8b.
The dissolution rate is about 500 times that of the silicon oxide film 8b.
1 was covered. As a result, the crystalline silicon layer 11 could be peeled off without the solution dissolving or damaging the crystalline silicon layer 11.

【0061】また、この剥離工程をたやすく剥離するに
は、形成用基板1上に非常に細かい穴を形成しておき、
その穴から剥離時に溶液を供給することも有効である。
この後、弗化水素酸と硝酸の混合溶液中で残った酸化シ
リコン層を除去し、結晶シリコン層11の表面を研磨す
ることによってSOI基板を完成させることができた。
Further, in order to easily peel off this peeling step, very fine holes are formed on the forming substrate 1,
It is also effective to supply the solution from the hole at the time of peeling.
After that, the remaining silicon oxide layer in the mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid was removed, and the surface of the crystalline silicon layer 11 was polished to complete the SOI substrate.

【0062】なお、剥離の工程において、セラミック製
の基板の比重を1以下とすると、弗化水素酸と硝酸混合
溶液中で自発的に剥離し、剥離工程がたやすく行なえ
た。
In the peeling process, if the specific gravity of the ceramic substrate was 1 or less, the ceramic substrate was spontaneously peeled in the mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and the peeling process was easy.

【0063】また、二次イオン分析(SIMS分析)の
結果、ガラス基板上に直接非晶質シリコンを形成した
後、その表面に本実施例と同じ形態のNiを形成し、5
80度12時間で結晶化したシリコン薄膜よりも、本実
施例で形成したシリコン薄膜は3桁程度Niの含有量が
少なくなっていることが確認できた。このことから、本
実施例で形成したシリコン薄膜は電子デバイス等により
適した薄膜とすることができた。また、本実施例にて、
非晶質シリコン層を結晶化させる熱処理の後の下地層に
ついてもSIMS分析を行ったところ、Niの存在が確
認できた。
As a result of the secondary ion analysis (SIMS analysis), after forming amorphous silicon directly on the glass substrate, Ni having the same form as that of this embodiment was formed on the surface of the amorphous silicon.
It was confirmed that the silicon thin film formed in this example had a Ni content of about 3 digits less than the silicon thin film crystallized at 80 ° C. for 12 hours. From this, the silicon thin film formed in this example could be a thin film more suitable for electronic devices and the like. In addition, in this embodiment,
When SIMS analysis was performed on the underlayer after the heat treatment for crystallizing the amorphous silicon layer, the presence of Ni was confirmed.

【0064】<実施例4(図3)>本実施例では、実施
例3に記載のシリコン薄膜(結晶シリコン層11)上に
MOSトランジスタを形成した。ゲート絶縁膜はプラズ
マCVD法、ソース、ドレイン部はイオン打ち込み法を
用いて形成し、MOSトランジスタ構造とした。このト
ランジスタは、レーザーアニールによって結晶化した低
温形成Poly−SiのTFTトランジスタと同等の特
性を示した。
Example 4 (FIG. 3) In this example, a MOS transistor was formed on the silicon thin film (crystalline silicon layer 11) described in Example 3. The gate insulating film was formed by the plasma CVD method, and the source and drain portions were formed by the ion implantation method to form a MOS transistor structure. This transistor exhibited the same characteristics as a low-temperature formed Poly-Si TFT transistor crystallized by laser annealing.

【0065】<実施例5(図4)>図4に第五の実施例
を示す。本実施例では実施例3で作成したシリコン薄膜
(結晶シリコン層11)を用いて太陽電池素子を作製し
た。
<Embodiment 5 (FIG. 4)> FIG. 4 shows a fifth embodiment. In this example, a solar cell element was produced using the silicon thin film (crystalline silicon layer 11) produced in Example 3.

【0066】実施例3において、非晶質シリコン層9は
リンを1×1019(atoms/cm 3)含む状態で形成
し、実施例3における方法で結晶化を行なったところ、
結晶シリコン層12は高濃度のn型シリコン層となっ
た。この結晶シリコン層12を実施例3と同様の方法で
固定用基体13上に結晶シリコン層12が形成されてい
る構造(図4(a))とした。
In Example 3, the amorphous silicon layer 9 is
1 x 10 phosphorus19(Atoms / cm 3) Form including
Then, when crystallization was performed by the method in Example 3,
The crystalline silicon layer 12 becomes a high concentration n-type silicon layer
It was This crystalline silicon layer 12 is processed by the same method as in the third embodiment.
The crystalline silicon layer 12 is formed on the fixing substrate 13.
Structure (FIG. 4A).

【0067】本実施例では、このシリコン層を太陽電池
の下地層とするため、固定用基体13を結晶シリコン層
12に貼り付ける前に、図4(a)に示すように、結晶
シリコン層12上に電極14を形成し、その後樹脂製接
着剤15を用いて固定用基体13を貼り合わせた。
In this embodiment, since this silicon layer is used as the base layer of the solar cell, before the fixing base 13 is attached to the crystalline silicon layer 12, as shown in FIG. An electrode 14 was formed on the upper surface, and then a fixing base 13 was attached using a resin adhesive 15.

【0068】このようにして形成した結晶シリコン層1
2の上部に、図4(b)に示すように、1×1017(a
toms/cm3)のキャリア密度のn型結晶シリコン層
16をMBE法によってエピタキシャル成長させた。こ
の上部に、プラズマCVD法によってp型微結晶シリコ
ン層17を形成した。
Crystalline silicon layer 1 thus formed
As shown in FIG. 4B, 1 × 10 17 (a
An n-type crystalline silicon layer 16 having a carrier density of toms / cm 3 ) was epitaxially grown by the MBE method. A p-type microcrystalline silicon layer 17 was formed on this by a plasma CVD method.

【0069】その後、図4(c)に示すように、透明導
電性膜であるITO膜18、金属電極であるAl電極1
9を形成して太陽電池とした。
Then, as shown in FIG. 4C, the ITO film 18 which is a transparent conductive film and the Al electrode 1 which is a metal electrode.
9 was formed into a solar cell.

【0070】この太陽電池は開放電圧0.59Vと結晶
シリコン太陽電池として十分に大きな開放電圧を示し、
欠陥が少ない結晶が形成されていることが確認できた。
This solar cell exhibits an open circuit voltage of 0.59 V and a sufficiently large open circuit voltage as a crystalline silicon solar cell,
It was confirmed that crystals with few defects were formed.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
膜形成用基板上に下地層を形成し、その上部に一部もし
くは全面に結晶シリコン系層を形成し、その上部に固定
用基体を接着した後、該下地層を除去することによって
基板から分離するので、固定用基体と一体のシリコン系
結晶薄膜を得ることができる。従って、SOI基板を用
いた半導体素子や、TFT、太陽電池等の半導体装置に
おいて、高品質な結晶シリコン層を低コストに製造する
ことができる。
As described above, according to the present invention, a base layer is formed on a thin film forming substrate, a crystalline silicon based layer is formed on a part or the entire surface of the base layer, and a fixing base is formed on the base layer. After being bonded, the underlayer is removed to separate the substrate from the substrate, so that a silicon-based crystal thin film integral with the fixing substrate can be obtained. Therefore, in a semiconductor device using an SOI substrate, a semiconductor device such as a TFT or a solar cell, a high-quality crystalline silicon layer can be manufactured at low cost.

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

【図1】本発明の実施例1におけるシリコン系結晶薄膜
の製造方法を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a method for manufacturing a silicon-based crystal thin film in Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例2におけるシリコン系結晶薄膜
の製造方法を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a silicon-based crystal thin film in Example 2 of the present invention.

【図3】本発明の実施例3におけるシリコン系結晶薄膜
の製造方法を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a silicon-based crystal thin film in Example 3 of the present invention.

【図4】本発明の実施例5におけるシリコン系結晶薄膜
の製造方法を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a silicon-based crystal thin film in Example 5 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単結晶シリコン基板(形成用基板) 2 リンガラス層(下地層) 3 poly−Si薄膜(結晶シリコン系層) 4 石英基板(固定用基体) 5 非晶質シリコン層 6 結晶シリコン層 7 セラミック基板 8 積層構造 8a リンガラス層 8b 酸化シリコン膜 9 非晶質シリコン層 10 Ni層 11 結晶シリコン層 12 結晶シリコン層 1 Single crystal silicon substrate (formation substrate) 2 Phosphorus glass layer (base layer) 3 poly-Si thin film (crystalline silicon-based layer) 4 Quartz substrate (fixing substrate) 5 Amorphous silicon layer 6 Crystal silicon layer 7 Ceramic substrate 8 laminated structure 8a Phosphorus glass layer 8b Silicon oxide film 9 Amorphous silicon layer 10 Ni layer 11 Crystal silicon layer 12 Crystal silicon layer

───────────────────────────────────────────────────── 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 31/04 H01L 29/78 627G 31/042 627D (72)発明者 佐々木 唯 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 日 立電線株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA03 CA15 CA32 CB12 CB20 CB30 DA03 5F052 AA12 CA09 DA01 DA02 DB01 DB03 DB06 DB07 FA06 HA03 JA01 JA09 KB00 5F110 AA16 AA30 DD03 FF30 GG01 GG02 GG13 GG25 GG42 GG43 GG44 GG45 HJ13 PP01 PP34 QQ17 QQ19 QQ28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 31/04 H01L 29/78 627G 31/042 627D (72) Inventor Yu Sasaki Ichi Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (6) No. 6-1 Nititsu Electric Cable Co., Ltd. GG45 HJ13 PP01 PP34 QQ17 QQ19 QQ28

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】薄膜形成用基板上に下地層が形成され、そ
の上部に一部もしくは全面に結晶シリコン系層が形成さ
れ、その上部に固定用基体が接着された後、該下地層が
除去されることによって基板から分離されることを特徴
とするシリコン系結晶薄膜の製造方法。
1. An underlayer is formed on a thin film forming substrate, a crystalline silicon-based layer is formed on a part or the entire surface of the substrate, and a fixing substrate is adhered on the crystalline silicon-based layer, and then the underlayer is removed. A method for manufacturing a silicon-based crystal thin film, characterized in that the silicon-based crystal thin film is separated from the substrate by the following.
【請求項2】請求項1に記載のシリコン系結晶薄膜の製
造方法において、 前記薄膜形成用基板が結晶シリコン系層を形成する際の
加熱処理に対して耐性を持っていることを特徴とするシ
リコン系結晶薄膜の製造方法。
2. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 1, wherein the thin-film forming substrate has resistance to a heat treatment when forming the crystalline silicon-based layer. Method for manufacturing silicon-based crystal thin film.
【請求項3】請求項1又は2に記載のシリコン系結晶薄
膜の製造方法において、 前記薄膜形成用基板の比重が1以下であることを特徴と
するシリコン系結晶薄膜の製造方法。
3. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 1, wherein the substrate for forming a thin film has a specific gravity of 1 or less.
【請求項4】請求項1に記載のシリコン系結晶薄膜の製
造方法において、 前記結晶シリコン系層の一部もしくは全部が非晶質の状
態で形成され、この非晶質シリコン層に加熱処理を施す
ことで結晶化する工程を含んでいることを特徴とするシ
リコン系結晶薄膜の製造方法。
4. The method for manufacturing a silicon-based crystal thin film according to claim 1, wherein a part or all of the crystalline silicon-based layer is formed in an amorphous state, and the amorphous silicon layer is subjected to a heat treatment. A method for manufacturing a silicon-based crystal thin film, which comprises a step of crystallizing by applying.
【請求項5】請求項4に記載のシリコン系結晶薄膜の製
造方法において、 前記非晶質シリコン層には少なくともその一部に接して
触媒元素が導入されることを特徴とするシリコン系結晶
薄膜の製造方法。
5. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 4, wherein a catalytic element is introduced into at least a part of the amorphous silicon layer in contact with the amorphous silicon layer. Manufacturing method.
【請求項6】請求項4又は5に記載のシリコン系結晶薄
膜の製造方法において、 前記加熱処理の温度がシリコンの融点以下であることを
特徴とするシリコン系結晶薄膜の製造方法。
6. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 4 or 5, wherein the temperature of the heat treatment is equal to or lower than the melting point of silicon.
【請求項7】請求項4、5又は6に記載のシリコン系結
晶薄膜の製造方法において、 前記加熱処理では始めに非晶質シリコンが固相で結晶化
する温度以下で熱処理を行うことを特徴とするシリコン
系結晶薄膜の製造方法。
7. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 4, 5, or 6, wherein in the heat treatment, heat treatment is first performed at a temperature not higher than a temperature at which amorphous silicon is crystallized in a solid phase. A method for manufacturing a silicon-based crystal thin film.
【請求項8】請求項1に記載のシリコン系結晶薄膜の製
造方法において、 前記下地層が、シリコン元素を含む層、シリコン酸化物
の層、又は隣を含んだガラス層のいずれかであることを
特徴とするシリコン系結晶薄膜の製造方法。
8. The method for manufacturing a silicon-based crystal thin film according to claim 1, wherein the underlayer is any one of a layer containing a silicon element, a layer of silicon oxide, and a glass layer containing a neighboring layer. A method for manufacturing a silicon-based crystal thin film, comprising:
【請求項9】請求項1〜8に記載のシリコン系結晶薄膜
の製造方法において、 前記下地層は溶液によって除去されることを特徴とする
シリコン系結晶薄膜の製造方法。
9. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 1, wherein the underlayer is removed by a solution.
【請求項10】請求項9に記載のシリコン系結晶薄膜の
製造方法において、 前記溶液は弗化水素を含むことを特徴とするシリコン系
結晶薄膜の製造方法。
10. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 9, wherein the solution contains hydrogen fluoride.
【請求項11】請求項l又は8に記載のシリコン系結晶
薄膜の製造方法において、 前記下地層が、構成する元素に違いのある2層以上を積
層させた構造であり、その薄膜形成用基板側に形成され
た層がその上部に形成された層と比べて、下地層を除去
する溶液に対してより溶解されやすいことを特徴とする
シリコン系結晶薄膜の製造方法。
11. The method for manufacturing a silicon-based crystal thin film according to claim 1 or 8, wherein the underlayer has a structure in which two or more layers having different constituent elements are stacked, and a substrate for forming the thin film. A method for manufacturing a silicon-based crystal thin film, wherein the layer formed on the side is more easily dissolved in a solution that removes the underlayer than the layer formed on the upper side.
【請求項12】請求項1又は11に記載のシリコン系結
晶薄膜の製造方法において、 前記下地層が触媒元素を含まない状態で形成され、加熱
処理を行なった後に下地層が触媒元素を含むことを特徴
とするシリコン系結晶薄膜の製造方法。
12. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 1 or 11, wherein the underlayer is formed without containing a catalytic element, and the underlayer contains a catalytic element after heat treatment. A method for manufacturing a silicon-based crystal thin film, comprising:
【請求項13】請求項5又は12に記載のシリコン系結
晶薄膜の製造方法において、 前記触媒元素がNi、Ge、Fe、Co、Pt、Au、
Pd、Alのうち少なくとも一種類を含むことを特徴と
する結晶薄膜半導体装置の製造方法。
13. The method for producing a silicon-based crystal thin film according to claim 5, wherein the catalytic element is Ni, Ge, Fe, Co, Pt, Au,
A method of manufacturing a crystalline thin film semiconductor device, comprising at least one of Pd and Al.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014053545A (en) * 2012-09-10 2014-03-20 National Institute Of Advanced Industrial & Technology SINGLE CRYSTAL SiGe LAYER MANUFACTURING METHOD AND SOLAR CELL USING THE SAME

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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