JPH04298020A - シリコン薄膜結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトランジスタやダイオー
ド、フォトダイオード、太陽電池、あるいはこれらを集
積化した半導体装置および光電変換装置の製造に適した
シリコン薄膜結晶の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置および光電変換装置を製作す
る半導体材料としてシリコンは広く用いられている。そ
して上記半導体装置、光電変換装置は、シリコンウェハ
を基板材料にし、このシリコンウェハの表面層中に種々
の接合を形成したり、あるいは表面に種々の物質を堆積
し製作される。このような半導体装置、光電変換装置で
は、例えば、用いた数百μｍ厚のシリコンウェハの内、
本質的機能を果たしているのは、表面層のわずか数〜数
十μｍの厚みの部分だけであり、残りのシリコン層は単
に、半導体装置製造過程での、あるいは、製造後の形態
を保持機能を果たしているだけであることが多い。言い
換えれば、他に適当なシリコンに変わり得るものがあれ
ば、別にシリコンでなくても良い場合が多い。この観点
から見ると、半導体装置および光電変換装置などの各装
置は、その構成上、機能発揮部分と形態保持部分に分け
られるとして良いが、多くの現状の半導体装置および光
電変換装置などでは、両部分が一体のシリコンという材
料で製作されていることになる。これは、高性能な半導
体装置、光電変換装置を再現性良く作ろうとするならば
、機能発揮部分と形態保持部門の線膨脹係数が異なり、
製造過程における熱プロセスを経ることで機能発揮部分
がひび割れしたりすることがあるという問題がある。

【０００３】太陽電池は光電変換装置の一つであるが、
太陽電池として多く用いられているのはシリコンを半導
体材料としたものであり、その中にも結晶形態の単結晶
シリコンや多結晶シリコンを材料とする結晶性シリコン
太陽電池と、非晶質のシリコンを材料とするアモルファ
ス・シリコン太陽電池とがある。このうち結晶性シリコ
ン太陽電池は、大口径の単結晶あるいは多結晶シリコン
・インゴットをスライシングした厚さが数百μｍといっ
たウェハを用いて製作され、１５〜２０％という高い変
換効率と高い信頼性とを備えている。この結晶性シリコ
ン太陽電池が機能発揮部分と形態保持部門とは一体とし
て製作されているのに対し、アモルファス・シリコン太
陽電池の場合は機能発揮部分と形態保持部門とが分離さ
れた構成になっている。すなわち、アモルファス・シリ
コン太陽電池はステンレスなどの金属薄板を基板に用い
、数百ｎｍオーダの厚みの非晶質のアモルファス・シリ
コン薄膜を堆積し作られ、製造コストが安い太陽電池の
典型である。しかしながら、その変換効率は８〜１０％
程度と低く、初期に変換効率が減少するという経時変化
が存在することも知られている。

【０００４】結晶性シリコン太陽電池の場合、理論的な
計算によれば、最も高い変換効率を得るに必要なシリコ
ン層の厚みは数十μｍ〜１００μｍ程度であるが、その
厚み依存性は小さく、仮に数μｍ程度であっても十分高
い変換効率が得られるとされている。ところで、仮に、
１００μｍ程度の厚みのシリコン層で、太陽電池の装置
としての形態保持ができたとしても、そもそも、数十イ
ンチ径といった大口径ののインゴット状結晶を初めから
１００μｍ以下という薄さにスライシングすることは難
しい。少なくともこの何倍かの厚みに切り出すことが必
要で、またスライシングによる損失や、スライシングな
どにより生じた結晶表面の損傷層のエッチング除去など
による損失もある。このように結晶性シリコンを用いた
太陽電池では、シリコン材料の無駄が多く、この損失が
製造コストを増大させていた。

【０００５】インゴット結晶を使用せず、安価な基板材
料を用いて作られているアモルファスシリコン太陽電池
と同じような製造法、すまわち、低コストで製造可能な
大面積基板にＳｉ薄膜を堆積する手法で、多結晶あるい
は単結晶シリコンのような薄膜太陽電池が実現できるこ
とになる。同様なことは太陽電池以外の半導体装置につ
いていうことができ、安価で大面積のシリコン薄膜基板
が製造できれば、単結晶インゴットを用いる場合に比べ
半導体装置の製造コストが低減でき、また、これまで利
用しうるウェハ面積が小さいゆえに実現しにくかった大
面積の半導体装置実現も可能となる。

【０００６】ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　　Ｏｎ　　Ｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれるシリコン半導体装置製造技
術は、絶縁膜上にシリコン薄膜結晶を形成し、この薄膜
シリコン中に素子を作製する技術である。ＳＯＩ技術に
は種々あるが、その中に、シリコン単結晶基板にＳｉｏ
２　やＳｉＮなどの絶縁膜を介して堆積したシリコン膜
を高温熱処理することにより、絶縁膜に開けた窓部分の
下地シリコン層からエピタキシャル成長によって結晶性
の高いシリコン薄膜を得る方法、同じくシリコン基板上
に絶縁膜を介して堆積したシリコン膜を、レーザ光を集
光照射し掃引するレーザアニーリングの方法で熱処理し
、種結晶を用いず単結晶化を計る方法、基板にシリコン
単結晶ではなく、酸化アルミニュームの単結晶であるサ
ファイヤを用いエピタキシャル成長を行う方法などが開
発されている。このＳＯＩ技術は、同一基板上に集積化
した個別素子間の電気的分離を確実におこなうことで半
導体装置の高性能化を計る目的で使用されているけれど
も、見方を変えればこの技術は、形態保持に必要な基板
分離を分離し、シリコン半導体層は薄膜化し機能出現た
めだけに利用する技術とみることができる。しかしなが
ら、基板に単結晶のシリコンやサファイヤなどを用いる
限りにおいて、結晶材料の低減、製造コストの低減には
ならないし、また、半導体装置を大型化しようとすれば
結晶インゴットの口径に依存し、これが大面積化の制限
要因となる。

【０００７】安価で大面積化が容易な非結晶性材料を基
板に用いたシリコン薄膜結晶製造法の開発は、これまで
にもいくつかなされてきた。アルミナ・セラミックス基
板にＳｉＯ２　やＳｉＮをバッファ層として堆積し、こ
の上に堆積した数μｍ厚のシリコン薄膜をレーザ・アニ
ーリング法で溶融再結晶化し、結晶粒径が１０００μｍ
２　程度の面積のシリコン薄膜結晶を得て太陽電池を試
作した例もある。また、石英ガラスを基板として用い、
同様にレーザ・アニーリング法を用いたシリコン薄膜結
晶製造法も開発されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】基板材料の線膨脹係数
は、シリコンと一致しないことが多いため、基板自体は
大面積化できても、高温熱処理プロセスによる結晶粒径
の肥大化にも限界があり、また、製造したシリコン薄膜
結晶に高温を要する半導体プロセスを適用し半導体装置
を製造するのにも問題がある。また、これらの非結晶材
料は、大面積化はできても、たとえば、１００μｍとい
ったような厚みに薄膜化した場合には、基板としての強
度に問題がある。

【０００９】本発明は半導体装置および光電変換装置の
製造に適した、大面積化で単結晶性に優れたシリコン薄
膜結晶の製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は第１に、基板に
大面積化が容易な金属薄板もしくは金属を主体とした耐
熱性に優れた無機材料が被覆されたものを用い、この耐
熱性の無機材料上に堆積したシリコン薄膜を、局所加熱
掃引方式によってアニーリングを施し、単結晶化、もし
くは多結晶粒径の拡大を計ることを特徴とするシリコン
薄膜結晶成長法にある。ここで基板とは物理的な外力に
対して大きな変形を受けず、板材となるような台をいう
。特に基板に使用される無機材の厚さは金属材以下が好
ましい。

【００１２】本発明の第２は、局所加熱掃引アニーリン
グの加熱を基板の裏面から行うことを特徴とする。本発
明の第３は、シリコン薄膜に接して、種結晶となるべき
単結晶シリコンを部分的に貼付し、この単結晶シリコン
の上から無機材料膜上に堆積したシリコン層を局所加熱
掃引アニールすることにより、単結晶化、もしくは多結
晶粒径の拡大を計ることを特徴とする。本発明の第４は
、局所加熱掃引アニーリングに太陽光を用いることを特
徴とする。また、本発明の第５は、局所加熱掃引を宇宙
空間で行うことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の基板として使用するものは、大面積の
薄板化が容易な、展延性と剛性に優れた金属あるいは金
属を主体とした材料である。本発明の目的を達成するの
に、基板材料はＳｉの融点（１４１７℃）に見合った耐
熱性を備え、線膨脹係数がＳｉ（〜４×１０−６）に近
い材料であることが必要である。こうした要求を満たす
基板は、例えば、Ｎｉ鋼などの金属薄板、金属薄板とシ
リコンカーバイドのようなセラミックス材料とを傾斜接
合したような複合材料、あるいはセラミックス繊維やそ
の織布と金属との複合材料製の薄板などであり、アニー
リング温度と室温との間の熱膨脹差が、シリコンに近い
値になるよう調製し用いる。また、複合材料基板が製造
温度と使用温度との差やアニーリング温度と使用温度と
の差などにより反りを生じる場合には、金属薄板の両面
をセラミックス材料との接合にしたり、別の金属や無機
材料を蒸着し反りを補償するなどの補償を講じる。この
金属あるいは金属を主体としたと複合化した薄板基板に
、ＳｉＯ２　、ＳｉＮなどの高融点の無機材料薄膜をプ
ラズマＣＶＤ法など適当な方法によって堆積する。基板
とシリコン薄膜との間の無機薄膜は、基板表面の平坦化
、引き続き行われる熱プロセスにおける、基板材料とシ
リコン層との直接反応の防止、基板原子のシリコン層へ
の拡散防止、アニーリングプロセスにおけるシリコン層
の良好な横方向エピタキシャル成長の進行の助長、さら
には、装置として動作させたときの電極でのキャリア再
結合の防止などの役割をはたす。

【００１４】無機薄膜上にシリコン薄膜を堆積する方法
としては種々の方法を用いることができる。シリコン半
導体プロセスとしては、シランやジグロルシランなどの
シラン化合物ガスを熱やプラズマで分解しシリコンを堆
積する薄膜形成法が良く用いられるが、こうした方法を
用いても良いし、抵抗加熱蒸着法や電子線ビーム蒸着法
などの固体シリコンを加熱蒸発し堆積する方法を用いて
も良い。薄膜堆積時にエピタキシャル成長を行う場合に
は、堆積手段と得られる薄膜の結晶状態とは密接に関係
するけれども、本発明の場合のように、シリコン膜堆積
後結晶粒径の拡大化、単結晶化のアニーリング・プロセ
スを実施する場合には、シリコン薄膜堆積状態における
膜の結晶的状態に、支配的な要因とはならない。このた
め、本発明の場合では、堆積シリコン膜の結晶状態より
膜の厚みの均一性がより重要であり、、無機薄膜上に均
一にシリコン薄膜を堆積できる方法であれば種々の方法
を用いることができる。

【００１５】次に、堆積したシリコン薄膜をアニーリン
グする結晶粒径の拡大化プロセスを実施する。ここで用
いるアニーリング・プロセスは、基本的には、シリコン
薄膜を局所加熱し、局所加熱部を掃引する方式であり、
ＳＯＩ技術として行われているレーザ・アニーリング法
などと同種のもので、局所加熱部を掃引することで横方
向エピタキシャル成長を行わしめ、粒径拡大効果を生じ
せしめる。横方向エピタキシャル成長が良好に行われ結
晶粒径の拡大が進行するためには、局所加熱部後端部か
らのみエピタキシャル成長が進行するようにすることが
必要とされる。この場合に、通常のレーザ光を集光して
得られる、中央部の光量が多いガウシアン分布を持つビ
ームで加熱すると、局所加熱部を掃引したとき、その周
辺にある種々の面方位をもった多数の結晶核から加熱部
内側に向って結晶成長が進んでしまい、特定の結晶粒だ
けを拡大させる効果が生じない。そこで、加熱ビーム形
状の工夫などによって、温度分布が結果的に中央部で低
い双峰的形状となるようにし加熱することで、長さが１
００μｍ程度の単結晶粒を得る工夫がされているが、基
板全面に渡ってこのような大きな結晶粒が再現性良く、
また、一様に必ずしも成長するわけではなかった。この
原因は、単に双峰的温度分布を形成するだけの加熱方式
では、局所加熱部側面からの結晶核成長は防止できても
、無機薄膜との接触界面での結晶核発生、あるいは接触
界面付近に存在していた結晶粒の成長を防止できないた
め、単一結晶粒の横方向エピタキシャル成長が阻害され
るためである。

【００１６】再現性良い単結晶粒の成長は、本発明のよ
うに、単なる平面的温度分布制御だけでなく、厚み方向
の温度分布制御を行う事によって達成された。すなわち
、基板裏面から基板を加熱することによって、基板表面
側からだけ加熱する場合と異なり、再現性良く単結晶粒
が成長できるようになった。基板裏面からの加熱は基板
全体の加熱と異なり、基板側で高く、シリコン薄膜側で
低くなる図４に示すような温度分布を生じる。そこで局
所加熱部を掃引しても、局所加熱部内部から外側に向か
ってエピタキシャルが進行し、無機薄膜との接触界面で
の結晶核発生、あるいは接触界面付近に存在していた結
晶粒の成長が防止される。再現性良く単結晶粒の成長を
達成するための基板の加熱法として、いくつかの手法が
有効であった。すなわち、基板裏面からの加熱ビームを
温度分布が実質的に双峰的形状となるような形状に絞り
込み掃引する方法、基板裏面からの加熱ビームを温度分
布が実質的に双峰的形状となるような形状に絞り込み掃
引をする際に、同時に基板表面からも加熱する方法、基
板裏面からの加熱ビームは双峰的温度分布を生じるよう
なプロファィルとしないが、基板表面からの加熱ビーム
は双峰的温度分布を生じるようなプロファィルとする方
法、基板表面および裏面加熱ビームを共に双峰的温度分
布を生じるようなプロファィルとする方法などである。 このような基板裏面からの加熱が再現性良い結晶粒径拡
大に顕著な効果が生じたのは、金属基板用いることで、
基板を薄くでき、結果としてシリコン薄膜の厚み方向に
大きな温度分布が形成できるからである。

【００１７】シリコン薄膜の結晶粒径の拡大のアニーリ
ング方法として二つの方法が共に有効であった。一つは
、アニーリングにより自然に発生する結晶核のうち、特
定の結晶核を選択増大させ大きな結晶成長粒へと成長せ
しめる方法であり、もう一つは、シリコン結晶片を基板
の一部に取り付け、このシリコン結晶片を種結晶として
横方向エピタキシャル成長させる方式である。第一の種
結晶を用いない方法は、結晶核の選択は自動的に行われ
るため、シリコン薄膜結晶の結晶方位が一定しないとい
う問題、基板が結晶の面方位が異なるいくつかの領域に
分かれるという問題を生じた。この面方位の不定は、特
別の半導体装置への応用の際には、例えば、エッチング
形状が基板の場所や基板ごとによって変わるというプロ
セス上の問題を生じた。種結晶を用いることはシリコン
薄膜結晶の面方位制御に有用であった。シリコン結晶片
を基板に取り付け種結晶として成長を行なわせる方法に
は、良く知られたシリコン酸化膜を介して密着させ高温
熱処理するとシリコンが接着する現象を利用して所定の
面方位をもったシリコン結晶片をＳｉＯ２　膜を介して
基板に接着した後、この上からシリコン薄膜を堆積しア
ニーリングを行う方法、あるいはシリコン薄膜体積後、
表面のところどころに所定の面方位をもったシリコン結
晶片を密着させアニーリングする方法をを用いた。

【００１８】局所加熱の熱源には、レーザ光、電子線ビ
ーム、アーク光、ハロゲンランプ光などを用いることも
できる。ところで、本発明のようなアニーリングでは、
プロセスに要する時間が長い。レーザアニーリングには
Ａｒイオンレーザなどがよく用いられ、本発明の場合で
もＡｒイオンレーザを使用してアニーリングの目的は達
成されたが、このようなレーザは効率が低く、これを熱
源に用いると製造コスト中に占める熱源コストが非常に
大きなものとなってしまう。本発明のアニーリングには
、太陽光を集光し用いることができる。無限ともいうべ
き太陽光を利用する場合には、熱源コストを考えること
なく、最も理想的なビーム形状で、ゆっくりした掃引速
度で、また、必要に応じて繰り返しのアニーリングを実
施できる。また、裏面の加熱、シリコン薄膜の堆積のた
めの固体シリコン加熱蒸発熱源のも太陽光を用いること
ができる。この点で、本発明は天候によらず太陽光を利
用できる宇宙空間を利用したシリコン薄膜結晶製造法と
して特に好適である。

【００１９】本発明の場合、一般的な傾向として、局所
加熱掃引速度が遅いほど結晶粒の成長は良好であった。 また、加熱ビームの幅は広い方が、転位の発生が少ない
傾向が見られた。これは局所加熱領域の境界には転位な
どの結晶欠陥が凝集しやすいことによると思われる。ま
た、通常の、基板に格子整合した薄膜の結晶成長の場合
、格子不整合が１％を越えるような成長では、薄膜結晶
中に格子不整合転位など多数の転位が発生し良好な成長
は困難であるが、本発明の場合、アニーリング温度と室
温の使用温度との温度差による生じる、シリコン薄膜と
薄板基板の熱歪みの差が１％を越えても、シリコン薄膜
中に格子不整合転位を発生させることなく結晶粒拡大を
はかることができた。これは恐らく、局所加熱部掃引ア
ニーリング方式は、基板全体のアニーリングでないため
に、シリコン薄膜と基板薄板間の無機材料薄膜の流動性
もしくはシリコン薄膜と無機材料薄膜間の滑りなどによ
って、局所加熱領域が緩やかな速度で掃引される間に、
局所加熱部後端で周囲に歪みを生じることなくアニーリ
ングされるためである。シリコン薄膜と基板との間に挿
入する無機材料薄膜として、燐添加シリケートガラスな
ど比較的低軟化点の無機材料ガラスを用いることによっ
て、シリコンと線膨脹係数が異なる基板も使用できるよ
うになった。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００２１】（実施例１）図１に示すように、清浄化を
施した厚さ３０ｎｍのニッケル鋼の金属基板１１に、基
板を連続的に送り堆積させる連続的プラズマＣＶＤ法に
より、シランガスと酸素ガスを原料とし３５０℃で３０
０ｎｍの厚さのＳｉＯ２　膜（無機薄膜）１１と、シラ
ンガスと窒酸素ガスを原料とし３５０℃で３００ｎｍの
の厚さのＳｉＮ膜（無機薄膜）１２を順次堆積する。次
に、前記無機薄膜１２上にシリコン層１３を層厚２μｍ
蒸発する。この蒸着は高真空中で行い、蒸着源には固体
シリコンを原料とし、これをクヌードセンセルで加熱蒸
発させる方法を用いた。この蒸着したシリコン薄膜１４
上に面方位（１００）厚さ１００μｍのシリコン結晶片
１５を５ｃｍ間隔で密着させ、図１のような大面積シリ
コン蒸発基板を製作し、図２に示すような方法により、
以下のアニーリングプロセスを実行した。

【００２２】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
結晶片２５を密着させた基板に対し、２００Ｗのハロゲ
ンランプ２７と１５ＷのＡｒイオンレーザ２６を用い第
一のアニーリングを行なった。ハロゲンランプ光は回転
楕円面鏡３１により約１ｃｍ径に集光し、レーザ光は光
路中にビーム形状変換用光学素子２８と光学レンズ２９
を挿入し、幅が約１００μｍの双峰状ビームとなるよう
に調整し、両光を基板の裏面から基板に同一方向から照
射した。上記ハロゲンランプ光とレーザ光とは同期させ
、シリコン結晶片２５の（００１）方向（Ａ）へシリコ
ン結晶片を起点として１ｃｍ／秒の速度で、５０％ずつ
ビームが重なるようにし基板上を繰り返し掃引し、シリ
コン結晶片２５にエピタキシャル成長した幅約２ｍｍの
単結晶領域２５ａを形成した。次に、図２（ｂ）に示す
ようにして第２のアニーリングを実施した。この場合、
長さ５ｃｍの５００Ｗのハロゲンランプ３３光を楕円面
反射鏡３５で集光し、幅約２ｍｍのストライプ状ビーム
として基板裏面側より加熱し、基板表面側からは、やは
り長さ５ｃｍの５００Ｗのハロゲンランプ３２光を楕円
面反射鏡３４で集光し幅約５ｍｍのストライプ状ビーム
とし加熱した。これら基板表面と裏面の二つのハロゲン
ランプは平行に配置し、ほぼ同じ位置を同期させ、、第
１のアニーリングで形成したストライプ状単結晶化領域
を起点として（０１０）方向（Ｂ）に、０．５ｍｍの速
度で掃引し、基板面全体の単結晶化プロセスを実行した
。これにより、光学的観察からは単一ドメインと判断さ
れる、一つ一つがシリコン結晶片の置かれた間隔で決定
された面積を持つ、結晶化領域を組み合わせた形態をと
る大面積シリコン薄膜結晶が得られた。

【００２３】第１の実施例における第２のアニーリング
は、第１のアニーリングのようにスポット状に加熱して
いたのでは、基板面積全体のアニーリングに時間を要す
るため、線状の加熱に変更し、アニーリング時間を短縮
するために実施したものである。基板面全体を第１のア
ニーリング法によって実施しても良い。

【００２４】（実施例２）シリコン種結晶を用いないで
シリコン薄膜結晶を製造した第２の実施例を図３に示す
。この場合の基板は、厚さ３０μｍのＮｉ鋼薄板４１に
、ＣＶＤ法によって厚さ２μｍのＳｉＣ膜を１１００℃
で堆積し、さらにこのＳｉＣを堆積した基板を１５００
℃に加熱し、ＳｉＣ層とＮｉ鋼基板間接合層４２を形成
した後、ＣＶＤ法によって１１００℃でＳｉＣ膜４３を
厚さ３μｍ、ついで、プラズマＣＶＤ法で３５０℃でＳ
ｉＮ膜（無機材料膜）４４を厚さ０．４μｍ堆積したあ
と、固体シリコン加熱蒸発によってシリコン層４５を厚
さ２μｍ堆積し、その後シリコン層の一部をエッチング
除去し、シリコン層４５を一辺がほぼ１ｃｍの矩形の島
状形状とした。次にこのシリコン層４５を太陽光を用い
てアニーリングした。太陽光を反射鏡５１によって集光
し、反射鏡４９によって光路を基板の表面方向に指向さ
せ、さらに光路中にビーム形状変換用光学素子４６と光
学レンズ４７を挿入し、基板面上で幅が約１００μｍの
やはり双峰状ビームとし基板表面から照射し、裏面から
は、太陽光を反射鏡５２で集光し反射鏡５０で光路を基
板の裏面に指向させさらに光学レンズ４８によって２ｍ
ｍ径に絞り込み、基板表面側ビームと同一箇所を照射し
た。基板表面および裏面の太陽光を同期させ、矩形シリ
コン薄膜の一つの角を起点とし一方向に０．５ｃｍ／秒
の速度で掃引し、第一のアニーリング（図中の矢印（ａ
）は加熱ビーム移動方向を示す）を行なった。次に、図
３（ｂ）に示すように基板表面および裏面の太陽光を、
それぞれ、幅約１００μｍおよび１ｍｍのストライプ状
に集光し、ストライプの長手方向を第一のアニーリング
で掃引した方向と平行に配置し、矩形シリコン薄膜の一
端から他端まで掃引し第２のアニーリングを施した。

【００２５】これらの二つの操作により、外見上、矩形
シリコン薄膜全域に渡って一つの結晶粒からなると思わ
れる結晶を得た。

【００２６】なお、図（ｂ）の５７は太陽光の集光用反
射鏡、５５は反射鏡で基板表面に指向させた光路を形成
し、この光路中に光学レンズ５３を配置している。また
、５８は太陽光の集光用反射鏡、５６は反射鏡で基板裏
面に指向させた光路を形成し、この光路中に光学レンズ
５４を配置している。

【００２７】（実施例３）第３の実施例は、薄板基板と
シリコン薄膜の間に堆積する無機材料薄膜として燐添加
シリケートガラス薄膜を用いている他は、第１の実施例
と同じ方法によってシリコン薄膜結晶の製造を行なった
。この場合には無機材料薄膜としてＳｉＯ２　薄膜だけ
を用いた場合に比べ、シリコン薄膜のひび割れが少なか
った。

【００２８】基板としては、第１の実施例の金属薄板や
第２の実施例の金属とセラミックスとの接合薄板などの
他に、粒状や繊維状セラミックスを金属で被覆し、金属
粉体と混ぜ焼成し延伸加工した複合材料薄板や、セラミ
ックス織布と金属とを複合し製作した薄板なども用いる
ことができる。

【００２９】第１および第２の実施例では、堆積したシ
リコン薄膜のアニーリングは、大面積の基板をいくつか
の領域に分割し、領域ごとにアニーリングを施したが、
光源を複数配置したり、あるいは、光を分割して用いる
などを行うことによって、複数の領域を同時にアニーリ
ングなどしても良いことは当然である。

【００３０】また、本発明の局所加熱アニーリングを施
す際に、シリコン表面保護のためにＳｉＯ２　膜とＳｉ
Ｎ膜などを蒸着しても良いし、あるいは、基板保護のた
めに、基板裏面に同じように無機薄膜を蒸着しても良い
。

【００３１】

【発明の効果】本発明を用いることで、大面積のシリコ
ン薄膜結晶を安価に製造できるようになった。本発明の
方法により製作したシリコン薄膜結晶を用いて製作した
太陽電池では、１０〜１５％という高い変換効率と経時
変化の少ない安定した性能とが得られ、また、大面積の
太陽電池が安価に製造できるようになった。さらに本発
明の方法によって製造した大面積シリコン薄膜結晶上に
、さらにシリコンやその他の半導体結晶を成長せしめる
ことによって、種々の半導体装置や光電変換装置を製造
できるようになった。例えば、シリコンより禁制帯幅の
広い半導体であるアモルファス・シリコンや化合物半導
体などを積層させることによって、結晶性シリコンを下
部セルとする上部セルが形成された、飛躍的に高効率が
達成されるタンデム型太陽電池などが製作されるように
なった。本発明による大面積シリコン薄膜結晶を用いて
、太陽電池のみならず、種々のシリコン薄膜を用いた半
導体装置、ＢｉＣＭＯＳ（Ｂｉｐｏｌａｒ　　Ｃｏｍｐ
ｌｅｍｅｎｔａｒｙ　　ＭＯＳ）やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　
　Ｆｉｌｍ　　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを製造する
ことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例にかかわる、シリコン薄
膜堆積基板の構成を示す図。

【図２】本発明の第１の実施例における局所加熱アニー
リングの方法および工程を説明するための装置の斜視図
で（ａ）は第１のアニーリング方法、（ｂ）は第２のア
ニーリング方法を示す。

【図３】本発明の第２の実施例におけるシリコン薄膜堆
積基板とその局所加熱アニーリング方式を説明するため
の装置の斜視図で、（ａ）は第１のアニーリング方法、
（ｂ）は第２のアニーリング方法を示す。

【図４】本発明の基板裏面からの加熱により形成される
局所加熱部断面の温度分布と、加熱ビーム掃引により生
じる結晶成長の方向を示す線図。

【符号の説明】

１１，２１，４１，６１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　金属基板 １２，１３，２２，２３，４４，６２，６３　　　　無
機材料薄膜 １４，２４，４５，６４　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　シリコン薄膜 １５，２５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　シリコン結晶薄片 ２６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　レーザ２７，３２
，３３，３７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ハロゲンランプ ２８，４６，５０　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　ビーム変換光学素子 ２９，４７，４８，５３，５４　　　　　　　　　　　
　　　　　光学レンズ ３０，３１，３４，３５，４９，５０，５１，５２，５
５，５６，５７，５８　　反射鏡 ４２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳｉＣ−金属接合
層 ４３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳｉＣ膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属材とシリコン以外の無機材が接合
   または積層されてなる基板に、無機材層とシリコン層を
   堆積する工程と、前記シリコン層に局所加熱を施す工程
   を含むシリコン薄膜結晶の製造方法。
2. 【請求項２】　　基板の線膨脹係数をシリコン層の線膨
   脹係数に近接させて製造することを特徴とする請求項１
   に記載のシリコン薄膜結晶の製造方法。
3. 【請求項３】　　シリコン層に施す局所加熱とアニーリ
   ングを、少なくとも無機材層とシリコン層が堆積された
   主面の反対側主面から施すことを特徴とする請求項１な
   いし請求項２に記載のシリコン薄膜結晶の製造方法。
4. 【請求項４】　　無機材層とシリコン層の間、またはシ
   リコン層上にシリコン単結晶薄片を接着または密接させ
   て局所加熱掃引方式によるアニーリングを施すことを特
   徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシ
   リコン薄膜結晶の製造方法。
5. 【請求項５】　　アニーリングの加熱源に太陽光を用い
   ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか
   に記載のシリコン薄膜結晶の製造方法。
6. 【請求項６】　　アニーリングの加熱源に太陽光を用い
   るとともに宇宙空間において行うことを特徴とする請求
   項１ないし請求項５のいずれかに記載のシリコン薄膜結
   晶の製造方法。