JP3102772B2 - Method for producing silicon-based semiconductor thin film - Google Patents

Method for producing silicon-based semiconductor thin film

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JP3102772B2
JP3102772B2 JP09018214A JP1821497A JP3102772B2 JP 3102772 B2 JP3102772 B2 JP 3102772B2 JP 09018214 A JP09018214 A JP 09018214A JP 1821497 A JP1821497 A JP 1821497A JP 3102772 B2 JP3102772 B2 JP 3102772B2
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silicon
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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、シリコン系半導体
薄膜の製造方法に関するものであり、特に熱CVD法に
よりシリコン系半導体薄膜を製造する方法に関するもの
である。
The present invention relates to a method of manufacturing a silicon-based semiconductor thin film, and more particularly to a method of manufacturing a silicon-based semiconductor thin film by a thermal CVD method.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜多結晶シリコン半導体は、LSI、
液晶ディスプレイ、太陽電池などの分野において活発な
研究開発がなされており、特に、石英、ガラスなどのS
iO2や金属、カーボンなどの基板、いわゆる異種基板
上への形成は、素子の低コスト化が可能となる等の利点
があるため、注目されている。
2. Description of the Related Art Thin-film polycrystalline silicon semiconductors include LSIs,
Active research and development are being carried out in the fields of liquid crystal displays, solar cells and the like.
Attention has been paid to formation on a substrate of iO 2 , metal, carbon, or the like, that is, a so-called heterogeneous substrate, because of its advantages such as cost reduction of the element.

【0003】薄膜多結晶シリコンを形成する方法として
は、例えば、(1)非晶質シリコンを加熱してアニール
することにより結晶化させる固相成長法、(2)非晶質
シリコンをエキシマレーザーを用いて溶融再結晶化させ
るエキシマレーザーアニール法、(3)材料ガスを基板
表面で直接熱分解し堆積させる熱CVD法、(4)熱C
VD法よりはやや低めの基板温度でプラズマ反応により
原料ガスを分解して堆積させるプラズマCVD法などが
挙げられている。
As a method of forming thin-film polycrystalline silicon, for example, (1) a solid-phase growth method in which amorphous silicon is crystallized by heating and annealing, and (2) an excimer laser is used for amorphous silicon. Excimer laser annealing method for melting and recrystallizing by using (3) thermal CVD method for thermally decomposing and depositing material gas directly on the substrate surface, (4) thermal C
A plasma CVD method in which a raw material gas is decomposed and deposited by a plasma reaction at a substrate temperature slightly lower than the VD method, and the like are mentioned.

【0004】これらの薄膜形成方法の中でも、固相成長
法及びエキシマレーザーアニール法は、比較的大きな粒
径の多結晶シリコン膜が得られる方法として知られてい
る。しかしながら、固相成長法は、結晶成長層に双晶を
含む傾向があり、また結晶成長させるためのアニール時
間が長いなどの問題がある。一方、エキシマレーザーア
ニール法では、nsオーダーの非常に短い時間で結晶化
が可能であるが、一般的にはレーザー光の入射方向に1
00nm以下の厚みでしか良好な多結晶層が得られな
い。これは、吸収されたレーザー光(紫外光)を熱に変
換して再結晶化する、この方法独自の問題でもある。
[0004] Among these thin film forming methods, the solid phase growth method and the excimer laser annealing method are known as methods for obtaining a polycrystalline silicon film having a relatively large grain size. However, the solid-phase growth method has a problem that the crystal growth layer tends to contain twins and that the annealing time for crystal growth is long. On the other hand, in the excimer laser annealing method, crystallization can be performed in a very short time of the order of ns.
A good polycrystalline layer can be obtained only with a thickness of 00 nm or less. This is a unique problem of this method in which the absorbed laser light (ultraviolet light) is converted into heat and recrystallized.

【0005】熱CVD法やプラズマCVD法によれば、
堆積速度が大きいため、生産性よく薄膜多結晶シリコン
を製造することができる。従って、デバイスの形成には
有利な方法である。特に、シリコン基板上に薄膜多結晶
シリコン膜を形成する場合、熱CVD法によれば、エピ
タキシャル成長して基板と同等以上の品質のシリコン層
が形成できる。
According to the thermal CVD method or the plasma CVD method,
Since the deposition rate is high, thin-film polycrystalline silicon can be manufactured with high productivity. Therefore, it is an advantageous method for forming a device. Particularly, when a thin polycrystalline silicon film is formed on a silicon substrate, a silicon layer having a quality equal to or higher than that of the substrate can be formed by epitaxial growth according to the thermal CVD method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな熱CVD法により、石英、ガラスなどのSiO2
板や、金属基板、カーボン基板などの異種基板上に薄膜
多結晶シリコンを直接堆積させると、粒径の小さな薄膜
多結晶シリコンしか得られず、良好な膜質の薄膜多結晶
シリコンを得ることができない。
However, when thin-film polycrystalline silicon is directly deposited on an SiO 2 substrate such as quartz or glass, or a heterogeneous substrate such as a metal substrate or a carbon substrate by such a thermal CVD method, Only thin-film polycrystalline silicon having a small particle size can be obtained, and thin-film polycrystalline silicon having good film quality cannot be obtained.

【0007】このような問題を解決する方法として、異
種基板の上に下地層として多結晶シリコン膜を形成し、
この上に熱CVD法により薄膜多結晶シリコンを結晶成
長させる方法が考えられる。しかしながら、このような
下地層を固相成長法で形成すると、上述のように下地層
中に双晶が含まれ、この上に堆積する結晶成長層に双晶
に基づく欠陥が誘発される。従って、異種基板上に直接
形成する場合に比べれば良好ではあるものの、シリコン
基板上に形成する場合に比べると膜質として不十分であ
った。また、上記のレーザーアニール法でこの下地層を
形成すると、基板の熱伝導率によって結晶粒径が左右さ
れたり、結晶化が可能な膜厚に制限が加わるなど、素子
の設計上、及び実用化上の問題を生じた。
As a method for solving such a problem, a polycrystalline silicon film is formed as a base layer on a heterogeneous substrate,
A method of growing a thin-film polycrystalline silicon crystal thereon by a thermal CVD method is considered. However, when such an underlayer is formed by the solid phase growth method, twins are included in the underlayer as described above, and defects based on twins are induced in the crystal growth layer deposited thereon. Therefore, although the film quality is better than the case where the film is formed directly on a heterogeneous substrate, the film quality is insufficient compared with the case where the film is formed on a silicon substrate. Also, when this underlayer is formed by the laser annealing method described above, the crystal grain size is affected by the thermal conductivity of the substrate, and the film thickness that can be crystallized is limited. The above problem has arisen.

【0008】本発明の目的は、熱CVD法により、欠陥
の少ない良好な膜質のシリコン系半導体薄膜を生産性よ
く製造する方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method for producing a silicon-based semiconductor thin film having good quality and few defects with good productivity by a thermal CVD method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、熱CVD法に
よりシリコン系半導体薄膜を製造する方法であり、下地
層として、厚み1000〜5000Åのシリコン系半導
体の多結晶層を形成し、該多結晶層の少なくとも表面を
レーザーアニールにより溶融再結晶化した後、熱CVD
法によりこの下地層の上にシリコン系半導体薄膜を結晶
成長させる方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a silicon-based semiconductor thin film by a thermal CVD method, wherein a polycrystalline silicon-based semiconductor layer having a thickness of 1000 to 5000 ° is formed as an underlayer. After melting and recrystallizing at least the surface of the crystal layer by laser annealing, thermal CVD
This is a method in which a silicon-based semiconductor thin film is crystal-grown on this underlayer by a method.

【0010】本発明によれば、下地層である多結晶層の
少なくとも表面をレーザー照射し、溶融、再結晶化する
ことにより、結晶層の表面付近の欠陥を減少させること
ができる。従って、欠陥の少ない下地層表面の上にシリ
コン系半導体薄膜を結晶成長させることができ、良好な
膜質のシリコン系半導体薄膜を堆積させることができ
る。また、熱CVD法によりシリコン系半導体薄膜を形
成するので、堆積速度が大きく、生産性よくシリコン系
半導体薄膜を製造することができる。
According to the present invention, by irradiating at least the surface of the polycrystalline layer, which is the underlayer, with a laser, and melting and recrystallizing it, defects near the surface of the crystal layer can be reduced. Therefore, a silicon-based semiconductor thin film can be crystal-grown on the surface of the underlayer with few defects, and a silicon-based semiconductor thin film with good film quality can be deposited. Further, since the silicon-based semiconductor thin film is formed by the thermal CVD method, the deposition rate is high and the silicon-based semiconductor thin film can be manufactured with high productivity.

【0011】従って、本発明によれば、シリコン基板以
外の異種基板の上に、欠陥の少ない良好な膜質のシリコ
ン系半導体薄膜を生産性よく製造することができる。本
発明において、下地層となる多結晶層は、好ましくは、
非晶質シリコン系半導体を固相成長させ結晶化した多結
晶層である。例えば、異種基板の上に、プラズマCVD
法などのCVD法により、非晶質シリコン系半導体薄膜
を形成し、これを加熱しアニールすることにより、固相
成長させて結晶化した多結晶層が用いられる。上述のよ
うに、固相成長法により得られる薄膜多結晶シリコン層
は比較的大粒径であるが、双晶が多く存在する。また、
粒界等においても多くの欠陥が存在することが知られて
いる。本発明に従い、多結晶層の少なくとも表面をレー
ザーアニールすることにより、多結晶層の表面付近の双
晶等の欠陥を減少させることができる。従って、表面付
近の欠陥の少ない多結晶層を下地層として、この上にシ
リコン系半導体薄膜を結晶成長させることができ、欠陥
の少ない良好な膜質のシリコン系半導体薄膜を形成させ
ることができる。
Therefore, according to the present invention, a silicon-based semiconductor thin film with few defects and good film quality can be manufactured with high productivity on a heterogeneous substrate other than the silicon substrate. In the present invention, the polycrystalline layer serving as an underlayer is preferably
This is a polycrystalline layer obtained by solid-phase growing and crystallizing an amorphous silicon-based semiconductor. For example, plasma CVD on a heterogeneous substrate
An amorphous silicon-based semiconductor thin film is formed by a CVD method such as a CVD method, and is heated and annealed, whereby a polycrystalline layer crystallized by solid phase growth is used. As described above, the thin film polycrystalline silicon layer obtained by the solid phase growth method has a relatively large grain size, but contains many twins. Also,
It is known that many defects also exist at grain boundaries and the like. According to the present invention, by subjecting at least the surface of the polycrystalline layer to laser annealing, defects such as twins near the surface of the polycrystalline layer can be reduced. Therefore, a silicon-based semiconductor thin film can be grown on the polycrystalline layer having few defects near the surface as a base layer, and a silicon-based semiconductor thin film having good quality and few defects can be formed.

【0012】本発明において、下地層となる多結晶層
は、上述のように非晶質シリコン系半導体を固相成長さ
せた多結晶層が好ましいが、これに限定されるものでは
なく、例えばCVD法等により下地層として直接に多結
晶層を形成し、この多結晶層の少なくとも表面をレーザ
ーアニールしてもよい。
In the present invention, the polycrystalline layer serving as the underlayer is preferably a polycrystalline layer obtained by solid-phase growth of an amorphous silicon-based semiconductor as described above, but is not limited thereto. A polycrystalline layer may be directly formed as a base layer by a method or the like, and at least the surface of the polycrystalline layer may be subjected to laser annealing.

【0013】本発明において、下地層の厚みは、100
0〜5000Åの範囲内である。下地層の厚みが薄すぎ
ると、下地層の表面を良好な膜質の多結晶とすることが
困難となり、その上に良好な膜質のシリコン系半導体薄
膜を結晶成長させることができなくなる場合がある。ま
た、下地層の厚みが厚くなりすぎると、その上に形成す
るシリコン系半導体薄膜の膜質の改善の効果が厚みに比
例して向上しないにもかかわらず、下地層の形成のため
の時間が長くなり、生産性が低下するとともに、経済的
にも不利なものとなる。
In the present invention, the thickness of the underlayer is 100
It is in the range of 0-5000 °. If the thickness of the underlayer is too small, it becomes difficult to make the surface of the underlayer into polycrystalline material having good film quality, and it may be impossible to grow a silicon-based semiconductor thin film having good film quality thereon. Also, if the thickness of the underlayer is too large, the time for forming the underlayer is long even though the effect of improving the film quality of the silicon-based semiconductor thin film formed thereon is not improved in proportion to the thickness. As a result, productivity is reduced and economically disadvantageous.

【0014】下地層となる多結晶層を非晶質シリコン系
半導体の固相成長により形成する場合、固相成長のため
のアニール温度は、固相成長の一般的な温度とすること
ができ、例えば500〜600℃の範囲の温度とするこ
とができる。
In the case where the polycrystalline layer serving as the underlayer is formed by solid-phase growth of an amorphous silicon-based semiconductor, the annealing temperature for solid-phase growth can be a general temperature for solid-phase growth. For example, the temperature can be in the range of 500 to 600C.

【0015】本発明において、レーザーアニールの条件
は、多結晶層の少なくとも表面を溶融再結晶化すること
ができる条件であれば特に限定されないが、一般的には
レーザーパワー密度を200〜400mJ/cm2 、好
ましくは250〜300mJ/cm2 とし、必要に応じ
てショット数を複数回とする。一般には、1〜128シ
ョット程度である。レーザー光源としては、レーザーア
ニールに用い得るレーザー光源であればよく、XeCl
エキシマレーザーや、KrFエキシマレーザー、ArF
エキシマレーザー、Arレーザーなどを用いることがで
きる。
In the present invention, the conditions for laser annealing are not particularly limited as long as at least the surface of the polycrystalline layer can be melted and recrystallized. Generally, the laser power density is 200 to 400 mJ / cm. 2 , preferably 250 to 300 mJ / cm 2, and the number of shots is set to a plurality of times as necessary. Generally, it is about 1 to 128 shots. The laser light source may be any laser light source that can be used for laser annealing.
Excimer laser, KrF excimer laser, ArF
Excimer laser, Ar laser, or the like can be used.

【0016】本発明においては、多結晶層の少なくとも
表面をレーザーアニールするが、この表面部分の厚み
は、膜質として良好な結晶粒が形成できる厚みであれば
よく、一般には、20Å以上である。
In the present invention, at least the surface of the polycrystalline layer is laser-annealed. The thickness of this surface portion may be any thickness as long as crystal grains having good film quality can be formed, and is generally 20 ° or more.

【0017】下地層としての多結晶層を、非晶質シリコ
ン系半導体の固相成長により形成する場合には、不純物
をドープした非晶質シリコン系半導体を用いることが好
ましい。不純物をドープすることにより、結晶化を促進
でき、結晶粒径の大きな良好な膜質の多結晶層とするこ
とができる。不純物としては、リン及びボロンなどが挙
げられ、n型及びp型のいずれの導電型とする不純物で
あってもよく、不純物濃度としては、1017〜1020
-3程度であることが好ましい。
In the case where the polycrystalline layer as the underlayer is formed by solid phase growth of an amorphous silicon semiconductor, it is preferable to use an amorphous silicon semiconductor doped with impurities. By doping the impurities, crystallization can be promoted, and a polycrystalline layer having a large crystal grain size and good film quality can be obtained. Examples of the impurities include phosphorus and boron, and any of n-type and p-type impurities may be used. The impurity concentration is 10 17 to 10 20 c
It is preferably about m −3 .

【0018】本発明においては、下地層の上に、熱CV
D法によりシリコン系半導体薄膜を結晶成長させてい
る。本発明における熱CVD法の形成条件は、特に限定
されるものではなく、一般的な条件を採用することがで
きる。例えば、結晶シリコン層を堆積させる場合の条件
の一例としては、Si2 6 などのシランガス10SC
CM、H2 200〜300SCCM、圧力0.2〜0.
5Torr、基板温度700〜800℃が挙げられる。
In the present invention, the thermal CV
A silicon-based semiconductor thin film is crystal-grown by the D method. The conditions for forming the thermal CVD method in the present invention are not particularly limited, and general conditions can be adopted. For example, as an example of conditions for depositing a crystalline silicon layer, silane gas 10SC such as Si 2 H 6 is used.
CM, H 2 200~300SCCM, pressure from 0.2 to 0.
5 Torr and a substrate temperature of 700 to 800 ° C.

【0019】本発明は、Si、SiC、SiGeなどの
シリコン系半導体薄膜の形成に適用することができるも
のである。本発明によれば、欠陥の少ない良好な膜質の
シリコン系半導体薄膜を熱CVD法により形成すること
ができる。従って、同程度の膜厚のシリコン系半導体薄
膜を固相成長により形成する場合に比べ、成膜時間を大
幅に減少することができ、生産性を向上させることがで
きる。
The present invention can be applied to the formation of a silicon-based semiconductor thin film such as Si, SiC and SiGe. According to the present invention, a silicon-based semiconductor thin film having few defects and good film quality can be formed by a thermal CVD method. Therefore, as compared with the case where a silicon-based semiconductor thin film having a similar thickness is formed by solid-phase growth, the film-forming time can be greatly reduced, and the productivity can be improved.

【0020】本発明の製造方法は、LSI、液晶ディス
プレイ、太陽電池などの半導体デバイスにおけるシリコ
ン系半導体薄膜の製造に適用することができるものであ
る。特に、太陽電池等においては、膜厚の厚いシリコン
系半導体薄膜を形成する必要があるので、堆積速度の大
きい熱CVD法を採用する本発明は有用である。
The production method of the present invention can be applied to the production of silicon-based semiconductor thin films in semiconductor devices such as LSIs, liquid crystal displays, and solar cells. In particular, in a solar cell or the like, it is necessary to form a silicon-based semiconductor thin film having a large thickness. Therefore, the present invention that employs a thermal CVD method having a high deposition rate is useful.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1及び図2は、本発明の製造方
法により発電層としてのシリコン系半導体薄膜を形成し
た太陽電池の製造工程を示す断面図である。
1 and 2 are cross-sectional views showing steps of manufacturing a solar cell having a silicon-based semiconductor thin film as a power generation layer formed by the manufacturing method of the present invention.

【0022】図1(a)に示す基板1として、ガラス状
カーボン基板を用い、図1(b)に示すように、この基
板1の上に非晶質シリコン層2を形成した。非晶質シリ
コン層2は、プラズマCVD法により形成し、形成条件
は、原料ガス流量としてSiH4 :10SCCM、PH
3 (1%/H2 ):10SCCM、H2 :90SCC
M、RFパワー:25mW/cm2 、圧力:0.5To
rr、基板温度:150℃とした。非晶質シリコン層の
膜厚2は、3000Åとした。
A glassy carbon substrate was used as the substrate 1 shown in FIG. 1A, and an amorphous silicon layer 2 was formed on the substrate 1 as shown in FIG. 1B. The amorphous silicon layer 2 is formed by a plasma CVD method under the conditions of a source gas flow rate of SiH 4 : 10 SCCM, PH
3 (1% / H 2 ): 10 SCCM, H 2 : 90 SCC
M, RF power: 25 mW / cm 2 , pressure: 0.5 To
rr, substrate temperature: 150 ° C. The thickness 2 of the amorphous silicon layer was 3000 °.

【0023】次に、図1(c)に示すように、真空中、
600℃で熱処理を行い、非晶質シリコン層2を固相成
長させて結晶化させ、多結晶シリコン層3を形成した。
次に、図1(d)に示すように、多結晶シリコン層3の
表面に、KrFエキシマレーザーを照射してレーザーア
ニールによる表面改質を行った。本実施例では、真空中
で基板を約400℃に加熱してからレーザー光Aを照射
し、多結晶シリコン層3の表面を溶融再結晶化させた。
レーザー照射の条件としては、レーザーパワー密度26
0mJ/cm2 、ショット数128とした。
Next, as shown in FIG.
A heat treatment was performed at 600 ° C., and the amorphous silicon layer 2 was crystallized by solid phase growth to form a polycrystalline silicon layer 3.
Next, as shown in FIG. 1D, the surface of the polycrystalline silicon layer 3 was irradiated with a KrF excimer laser to perform surface modification by laser annealing. In this embodiment, the substrate was heated to about 400 ° C. in a vacuum and then irradiated with laser light A to melt and recrystallize the surface of the polycrystalline silicon layer 3.
Conditions for laser irradiation include laser power density 26
0 mJ / cm 2 and 128 shots were used.

【0024】レーザーアニールにより、図1(e)に示
すように、多結晶シリコン層3の表面部分に双晶等の欠
陥が少なくなった高品質の多結晶シリコン層3aが形成
された。
As shown in FIG. 1E, a high quality polycrystalline silicon layer 3a having fewer defects such as twins was formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 3 by laser annealing.

【0025】次に、図2(f)に示すように、表面改質
された多結晶シリコン層3aの上に、熱CVD法により
シリコンを結晶成長させ、結晶成長層4を形成した。熱
CVDの条件としては、Si2 6 :10SCCM、H
2 :200SCCM、圧力:0.3Torr、基板温
度:800℃とした。結晶成長層4の厚みは、4μmと
した。
Next, as shown in FIG. 2 (f), a crystal was grown on the surface-modified polycrystalline silicon layer 3a by thermal CVD to form a crystal growth layer 4. Thermal CVD conditions include Si 2 H 6 : 10 SCCM, H
2 : 200 SCCM, pressure: 0.3 Torr, substrate temperature: 800 ° C. The thickness of the crystal growth layer 4 was 4 μm.

【0026】次に、図2(g)に示すように、発電層で
ある結晶成長層4の上に、真性非晶質シリコン層5(膜
厚50Å)及びp型非晶質シリコン層6(膜厚50Å)
をプラズマCVD法により形成し、ヘテロ接合型太陽電
池の構造を形成した。
Next, as shown in FIG. 2G, an intrinsic amorphous silicon layer 5 (thickness: 50 °) and a p-type amorphous silicon layer 6 (film thickness) are formed on the crystal growth layer 4 as a power generation layer. (Film thickness 50Å)
Was formed by a plasma CVD method to form a heterojunction solar cell structure.

【0027】次に、図2(h)に示すように、p型非晶
質シリコン層6の上に、透明電極層7及び櫛形電極8を
順次形成した。以上のようにして得られた太陽電池の動
作特性(電圧−電流特性)を図3に示す。また、比較と
して、上記実施例の太陽電池の製造工程において、下地
層である多結晶シリコン層3の表面のレーザーアニール
処理を行わないこと以外は、上記実施例と同様にして比
較例の太陽電池を作製した。この比較例の太陽電池につ
いても、図3に動作特性を示した。
Next, as shown in FIG. 2H, a transparent electrode layer 7 and a comb-shaped electrode 8 were sequentially formed on the p-type amorphous silicon layer 6. FIG. 3 shows the operating characteristics (voltage-current characteristics) of the solar cell obtained as described above. As a comparison, a solar cell according to a comparative example was manufactured in the same manner as in the above example, except that laser annealing was not performed on the surface of the polycrystalline silicon layer 3 serving as an underlayer in the manufacturing process of the solar cell according to the above example. Was prepared. FIG. 3 also shows the operating characteristics of the solar cell of this comparative example.

【0028】図3から明らかなように、本発明に従う実
施例の太陽電池と、比較例の太陽電池の動作特性には明
らかな違いが現れている。すなわち、実施例の太陽電池
では、開放電圧及び短絡電流において、レーザーアニー
ル処理を行っていない比較例の太陽電池のそれよりも高
い値となっている。これは、本発明に従い、下地層であ
る多結晶シリコン層の表面をレーザーアニール処理する
ことにより下地層の表面近傍の膜質が改善されるので、
この上に熱CVD法により結晶成長したシリコン層がこ
の下地層の良好な情報を引継ぎ、より膜質が良好な発電
層とすることができるためであると考えられる。
As is apparent from FIG. 3, a clear difference appears in the operation characteristics between the solar cell of the example according to the present invention and the solar cell of the comparative example. That is, in the solar cell of the example, the open-circuit voltage and the short-circuit current have higher values than those of the solar cell of the comparative example without laser annealing. This is because the film quality near the surface of the underlying layer is improved by subjecting the surface of the underlying polycrystalline silicon layer to laser annealing according to the present invention.
This is considered to be because the silicon layer crystal-grown thereon by the thermal CVD method inherits good information of the underlying layer, and can form a power generation layer with better film quality.

【0029】上記実施例では、n型の下地層からの不純
物拡散により結晶成長層をn型半導体とする例について
述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、p
型の下地層の上に結晶成長させ、p型の結晶成長層を形
成してもよい。また、熱CVD法により結晶成長させる
際に不純物ガスを導入してドープしてもよい。
In the above embodiment, an example has been described in which the crystal growth layer is formed as an n-type semiconductor by impurity diffusion from an n-type underlayer. However, the present invention is not limited to this.
Crystal growth may be performed on the base layer of the p-type to form a p-type crystal growth layer. Further, when crystal is grown by thermal CVD, an impurity gas may be introduced for doping.

【0030】また、上記実施例では、ガラス状カーボン
基板を用いているが、タングステン基板などのその他の
導電性基板を用いてもよい。鉄などのシリコン半導体に
対して著しく電気的特性を悪化させる元素を含む基板材
料を用いる場合には、基板上に、SiO2 、SiNX
どの膜を形成すると、基板からの不純物の侵入を防ぐこ
とができる。なお、導電性基板上にSiO2 、SiNX
などの膜を形成する場合、これらの膜を部分的に形成す
ることにより、基板を電極として使用することができ
る。
In the above embodiment, a glassy carbon substrate is used, but another conductive substrate such as a tungsten substrate may be used. In the case of using a substrate material containing an element to deteriorate markedly electrical characteristics for the silicon semiconductor such as iron, on a substrate, forming a film such as SiO 2, SiN X, prevent impurities from the substrate intrusion be able to. Note that SiO 2 , SiN X
In the case of forming such films, the substrate can be used as an electrode by partially forming these films.

【0031】また、石英やセラミックスなどの絶縁材料
を基板として用いることもできる。アルミナセラミック
スなどを基板材料として用いる場合には、上記の鉄材料
を基板として用いる場合と同様に、基板上に不純物侵入
防止層を形成してもよい。図4は、このような不純物侵
入防止層を形成した基板を示す断面図である。図4に示
すように、アルミナ基板11の上には、SiO2 層12
及びSiNX 層13が順次形成されており、この上に、
太陽電池の裏面側集電極となる櫛形状の金属層14が形
成されている。金属層14の材料としては、例えば、タ
ングステン、窒化チタンなどを用いることができる。こ
の上に、上記実施例と同様に下地層となる非晶質シリコ
ン層を形成し、固相成長後レーザーアニールすることに
より下地層とし、この上に熱CVD法によりシリコン層
を結晶成長させる。
Further, an insulating material such as quartz or ceramics can be used as the substrate. When alumina ceramics or the like is used as the substrate material, an impurity intrusion prevention layer may be formed on the substrate as in the case where the iron material is used as the substrate. FIG. 4 is a sectional view showing a substrate on which such an impurity intrusion prevention layer is formed. As shown in FIG. 4, an SiO 2 layer 12
And a SiN x layer 13 are sequentially formed.
A comb-shaped metal layer 14 serving as a back side collector of the solar cell is formed. As a material of the metal layer 14, for example, tungsten, titanium nitride, or the like can be used. An amorphous silicon layer serving as an underlayer is formed thereon in the same manner as in the above embodiment, and solid phase growth is performed, followed by laser annealing to form an underlayer, on which a silicon layer is crystal-grown by a thermal CVD method.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、多結晶層の少なくとも
表面をレーザーアニールし、表面の結晶欠陥を少なく
し、該多結晶層の上に熱CVD法によりシリコン系半導
体薄膜を結晶成長させているので、下地層の良好な結晶
性を引継いで結晶成長させることができる。従って、欠
陥の少ない良好な膜質のシリコン系半導体薄膜を、堆積
速度の大きい熱CVD法により生産性よく製造すること
ができる。
According to the present invention, at least the surface of the polycrystalline layer is laser-annealed to reduce crystal defects on the surface, and a silicon-based semiconductor thin film is grown on the polycrystalline layer by thermal CVD. Therefore, crystal growth can be performed while inheriting good crystallinity of the underlayer. Therefore, a silicon-based semiconductor thin film having good quality and few defects can be manufactured with high productivity by a thermal CVD method having a high deposition rate.

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

【図1】本発明の製造方法を用いた太陽電池の製造工程
の一例を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of a solar cell using the manufacturing method of the present invention.

【図2】本発明の製造方法を用いた太陽電池の製造工程
の一例を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a manufacturing process of a solar cell using the manufacturing method of the present invention.

【図3】図1及び図2に示す実施例で得られた太陽電池
の特性(電圧−電流特性)を示す図。
FIG. 3 is a view showing characteristics (voltage-current characteristics) of the solar cell obtained in the example shown in FIGS. 1 and 2.

【図4】基板として絶縁材料を用いる場合の基板近傍の
構造の一例を示す断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure near a substrate when an insulating material is used as the substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板 2…非晶質シリコン層 3…多結晶シリコン層(下地層) 3a…多結晶シリコン層の表面部分(下地層の表面部
分) 4…シリコン結晶成長層 5…真性非晶質シリコン層 6…p型非晶質シリコン層 7…透明電極層 8…櫛形電極 11…絶縁基板 12…SiO2 層 13…SiOX 層 14…金属層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Amorphous silicon layer 3 ... Polycrystalline silicon layer (underlayer) 3a ... Surface part of polycrystalline silicon layer (surface part of underlayer) 4 ... Silicon crystal growth layer 5 ... Intrinsic amorphous silicon layer 6 p-type amorphous silicon layer 7 transparent electrode layer 8 comb-shaped electrode 11 insulating substrate 12 SiO 2 layer 13 SiO X layer 14 metal layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 熱CVD法によりシリコン系半導体薄膜
を製造する方法において、 下地層として、厚み1000〜5000Åのシリコン系
半導体の多結晶層を形成し、該多結晶層の少なくとも表
面をレーザーアニールにより溶融再結晶化した後、前記
熱CVD法によりその上に前記シリコン系半導体薄膜を
結晶成長させることを特徴とするシリコン系半導体薄膜
の製造方法。
1. A method of manufacturing a silicon-based semiconductor thin film by the thermal CVD method, as a base layer, forming a polycrystalline layer of silicon-based semiconductor having a thickness 1000~5000A, by laser annealing at least the surface of the polycrystalline layer A method for manufacturing a silicon-based semiconductor thin film, comprising: after melting and recrystallization, crystal-growing the silicon-based semiconductor thin film thereon by the thermal CVD method.
【請求項2】 前記多結晶層が、非晶質シリコン系半導
体を固相成長させた多結晶層である請求項1に記載のシ
リコン系半導体薄膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the polycrystalline layer is a polycrystalline layer obtained by solid-phase growing an amorphous silicon-based semiconductor.
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