JPH10163113A - シリコン多結晶薄膜の形成方法 - Google Patents
シリコン多結晶薄膜の形成方法Info
- Publication number
- JPH10163113A JPH10163113A JP8332829A JP33282996A JPH10163113A JP H10163113 A JPH10163113 A JP H10163113A JP 8332829 A JP8332829 A JP 8332829A JP 33282996 A JP33282996 A JP 33282996A JP H10163113 A JPH10163113 A JP H10163113A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- substrate
- thin film
- liquid layer
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 歩留りやスループットに悪影響を与えること
なく、結晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄膜の
形成方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係るシリコン多結晶薄膜の形成
方法は、基板１０上に金属とシリコンとの合金液層を形
成し、該合金液層にシリコンを供給する、あるいは前記
合金液層が形成された基板温度を降下させることにより
シリコン多結晶薄膜１１を形成する方法において、前記
薄膜形成途中あるいは薄膜形成後に基板温度の上昇と降
下を繰り返す工程を有することを特徴としている。
なく、結晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄膜の
形成方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係るシリコン多結晶薄膜の形成
方法は、基板１０上に金属とシリコンとの合金液層を形
成し、該合金液層にシリコンを供給する、あるいは前記
合金液層が形成された基板温度を降下させることにより
シリコン多結晶薄膜１１を形成する方法において、前記
薄膜形成途中あるいは薄膜形成後に基板温度の上昇と降
下を繰り返す工程を有することを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池やＴＦＴ
（Thin Film Transistor）等に使用されるシリコン多結
晶薄膜の形成方法に関するものである。
（Thin Film Transistor）等に使用されるシリコン多結
晶薄膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エネルギー源としての単結晶シリコン太
陽電池は、近年飛躍的な進歩を遂げ実用に至っている。
太陽電池に使用される単結晶シリコン基板は、理論的に
は、膜厚が１００ミクロン程度で十分な効率が得られる
が、現実には、数百ミクロンと厚く、さらに、ウエハー
状にスライスする工程での切りしろの部分が無駄になる
ため、必要以上のシリコン結晶を浪費していることにな
る。
陽電池は、近年飛躍的な進歩を遂げ実用に至っている。
太陽電池に使用される単結晶シリコン基板は、理論的に
は、膜厚が１００ミクロン程度で十分な効率が得られる
が、現実には、数百ミクロンと厚く、さらに、ウエハー
状にスライスする工程での切りしろの部分が無駄になる
ため、必要以上のシリコン結晶を浪費していることにな
る。
【０００３】したがって、将来見込まれるエネルギー需
要をこの単結晶シリコン太陽電池で賄うとすれば、現在
の原料供給システムでは、シリコン原料が大きく不足す
ることが予想される。このため、将来、単結晶シリコン
太陽電池を大量生産するためには、シリコン原料の節約
が重点課題であり、そのためのアプローチとして太陽電
池の薄膜化が進められている。
要をこの単結晶シリコン太陽電池で賄うとすれば、現在
の原料供給システムでは、シリコン原料が大きく不足す
ることが予想される。このため、将来、単結晶シリコン
太陽電池を大量生産するためには、シリコン原料の節約
が重点課題であり、そのためのアプローチとして太陽電
池の薄膜化が進められている。
【０００４】このために、急速に注目を集めているの
が、多結晶シリコン薄膜である。多結晶シリコン薄膜を
得る方法としては、ガラスなどを基板として用いその上
に堆積したアモルファスシリコンから、固相成長法、ゾ
ーンメルト法、レーザーアニール法などの再加熱の過程
を通して多結晶化する方法がある。
が、多結晶シリコン薄膜である。多結晶シリコン薄膜を
得る方法としては、ガラスなどを基板として用いその上
に堆積したアモルファスシリコンから、固相成長法、ゾ
ーンメルト法、レーザーアニール法などの再加熱の過程
を通して多結晶化する方法がある。
【０００５】ところで、多結晶シリコンを太陽電池等に
応用する場合、その膜の品質を決する要因の一つは、結
晶粒径の大きさである。基板としてガラスを用いた場
合、ガラスはアモルファス（非晶質）であるために、結
晶成長のための核がランダムにできる。核の密度が高い
とそれだけ多くの結晶粒ができるので、１つ１つの結晶
粒子は小さいものとなる。結晶を大粒化するためには、
できるだけ核生成密度を小さく抑えることが必要である
が、ゾーンメルト法以外の方法では、その制御方法とし
て決定的なものは確立されていない。したがって、多結
晶の粒界で生じる少数キャリアの再結合を最小限に抑え
ることができないという問題がある。
応用する場合、その膜の品質を決する要因の一つは、結
晶粒径の大きさである。基板としてガラスを用いた場
合、ガラスはアモルファス（非晶質）であるために、結
晶成長のための核がランダムにできる。核の密度が高い
とそれだけ多くの結晶粒ができるので、１つ１つの結晶
粒子は小さいものとなる。結晶を大粒化するためには、
できるだけ核生成密度を小さく抑えることが必要である
が、ゾーンメルト法以外の方法では、その制御方法とし
て決定的なものは確立されていない。したがって、多結
晶の粒界で生じる少数キャリアの再結合を最小限に抑え
ることができないという問題がある。
【０００６】一方、ゾーンメルト法では、大型粒径の結
晶を得る点においては、他の方法よりも優れているが、
シリコンの融点以上でアニールする必要があるため、ガ
ラス基板を使用することができず、シリコン基板を用い
ている。このシリコン基板は剥離により、再利用してい
るが、歩留りとスループットに問題がある。なお、シリ
コン多結晶薄膜は、太陽電池以外にＴＦＴに応用されて
いるが、この場合も上記と同様に、アモルファスシリコ
ンを堆積後アニールによって結晶化する手法が採られて
いる。
晶を得る点においては、他の方法よりも優れているが、
シリコンの融点以上でアニールする必要があるため、ガ
ラス基板を使用することができず、シリコン基板を用い
ている。このシリコン基板は剥離により、再利用してい
るが、歩留りとスループットに問題がある。なお、シリ
コン多結晶薄膜は、太陽電池以外にＴＦＴに応用されて
いるが、この場合も上記と同様に、アモルファスシリコ
ンを堆積後アニールによって結晶化する手法が採られて
いる。
【０００７】上記以外に直接多結晶シリコンを析出させ
る方法として溶液成長がある。この方法は、溶媒となる
融解した金属にシリコンを溶かし、基板上に該溶液から
シリコンを析出することにより、基板上に多結晶シリコ
ンを形成するという方法である。この方法で、シリコン
を析出させる方法としては、２種類試みられている。
る方法として溶液成長がある。この方法は、溶媒となる
融解した金属にシリコンを溶かし、基板上に該溶液から
シリコンを析出することにより、基板上に多結晶シリコ
ンを形成するという方法である。この方法で、シリコン
を析出させる方法としては、２種類試みられている。
【０００８】１つ目の方法は基板上に形成された融解金
属のシリコン溶液を基板ごと徐冷するというものであ
る。この方法は、基板を冷やすに伴い、溶液中にシリコ
ンの過飽和状態が実現し、基板側の界面に多結晶シリコ
ンが形成されるというものである（参考文献として、例
えば、Z.SHi 著，Ｊounal of Materials Science:Mater
ials in Electronics 5 (1994)305-309,“Growth of po
lycrystalline-siliconthin films on glass ”があ
る。）。なお、この方法に使用される堆積装置は化合物
半導体に成長方法の一つである液相成長（ＬＰＥ）に類
似している。
属のシリコン溶液を基板ごと徐冷するというものであ
る。この方法は、基板を冷やすに伴い、溶液中にシリコ
ンの過飽和状態が実現し、基板側の界面に多結晶シリコ
ンが形成されるというものである（参考文献として、例
えば、Z.SHi 著，Ｊounal of Materials Science:Mater
ials in Electronics 5 (1994)305-309,“Growth of po
lycrystalline-siliconthin films on glass ”があ
る。）。なお、この方法に使用される堆積装置は化合物
半導体に成長方法の一つである液相成長（ＬＰＥ）に類
似している。
【０００９】二つ目の方法は、金属薄膜を基板上に形成
し、基板温度を金属が融解している温度に保持するとい
うものである。そして、融解金属に、スパッタ法などで
シリコンを供給することにより、融解金属中にシリコン
の過飽和状態を実現し、シリコンを基板界面に析出させ
るものである（参考文献としては、例えば、Ｒ.L.Walla
ce他著、1994 IEEE first World Conference on Photov
oltaic Energy Conversion,;Dec.5-9,1994,Hawaii,予稿
集ｐ．1379-1382 がある）。上記二つの方法では、シリ
コンの溶媒となる融解金属として、アルミニウム、ガリ
ウム、インジウム、スズ、アンチモン、亜鉛、あるいは
それらの合金が用いられている。また、いずれの方法に
おいても、多結晶シリコンを析出した後、上層の合金部
分はエッチングなどにより取り除かれる。しかしなが
ら、上記の二つの何れの方法においても、結晶成長のた
めの核生成密度を低く抑える制御を行うことは困難であ
る。
し、基板温度を金属が融解している温度に保持するとい
うものである。そして、融解金属に、スパッタ法などで
シリコンを供給することにより、融解金属中にシリコン
の過飽和状態を実現し、シリコンを基板界面に析出させ
るものである（参考文献としては、例えば、Ｒ.L.Walla
ce他著、1994 IEEE first World Conference on Photov
oltaic Energy Conversion,;Dec.5-9,1994,Hawaii,予稿
集ｐ．1379-1382 がある）。上記二つの方法では、シリ
コンの溶媒となる融解金属として、アルミニウム、ガリ
ウム、インジウム、スズ、アンチモン、亜鉛、あるいは
それらの合金が用いられている。また、いずれの方法に
おいても、多結晶シリコンを析出した後、上層の合金部
分はエッチングなどにより取り除かれる。しかしなが
ら、上記の二つの何れの方法においても、結晶成長のた
めの核生成密度を低く抑える制御を行うことは困難であ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の課題を解決するためになされたもので、その目的と
するところは、歩留りやスループットに悪影響を与える
ことなく、結晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄
膜の形成方法を提供することにある。
術の課題を解決するためになされたもので、その目的と
するところは、歩留りやスループットに悪影響を与える
ことなく、結晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄
膜の形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、下記の構成からなる
ことを特徴としている。すなわち、本発明によれば、基
板上に金属とシリコンとの合金液層を形成し、該合金液
層にシリコンを供給する、あるいは前記合金液層が形成
された基板温度を降下することによりシリコン多結晶薄
膜を形成する方法において、前記薄膜形成途中あるいは
薄膜形成後に基板温度の上昇と降下を繰り返すことを特
徴とするシリコン多結晶薄膜の形成方法が提供される。
するために提案されたものであり、下記の構成からなる
ことを特徴としている。すなわち、本発明によれば、基
板上に金属とシリコンとの合金液層を形成し、該合金液
層にシリコンを供給する、あるいは前記合金液層が形成
された基板温度を降下することによりシリコン多結晶薄
膜を形成する方法において、前記薄膜形成途中あるいは
薄膜形成後に基板温度の上昇と降下を繰り返すことを特
徴とするシリコン多結晶薄膜の形成方法が提供される。
【００１２】また、本発明によれば、基板上に金属とシ
リコンとの合金液層を形成し、該合金液層にシリコンを
供給する、あるいは前記合金液層が形成された基板温度
を降下することによりシリコン多結晶薄膜を形成する方
法において、前記薄膜形成途中に合金を形成する金属
と、シリコンを交互に追加供給することを特徴とするシ
リコン多結晶薄膜の形成方法が提供される。
リコンとの合金液層を形成し、該合金液層にシリコンを
供給する、あるいは前記合金液層が形成された基板温度
を降下することによりシリコン多結晶薄膜を形成する方
法において、前記薄膜形成途中に合金を形成する金属
と、シリコンを交互に追加供給することを特徴とするシ
リコン多結晶薄膜の形成方法が提供される。
【００１３】また、本発明によれば、前記合金液層が、
前記金属としてアルミニウム、金、ガリウム、インジウ
ム、アンチモン、スズ、亜鉛のうちの１以上を含むシリ
コン多結晶薄膜の形成方法が提供される。
前記金属としてアルミニウム、金、ガリウム、インジウ
ム、アンチモン、スズ、亜鉛のうちの１以上を含むシリ
コン多結晶薄膜の形成方法が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】従来は、シリコン多結晶薄膜を構
成する結晶粒の径の大型化には降温速度や融解金属の膜
厚、製膜速度等の製膜条件を整えることによって試みら
れてきた。しかしながら、本発明においては、製膜途中
（請求項１においては、製膜後でもよい）において、余
分な小さい結晶核を除去することにより、結晶粒数を限
定し、それぞれの結晶粒を大型化する方法を提供する。
この手法は、２通りの方法があるが、基本的にはメルト
バック（融解金属への再融解）の現象を利用することが
特徴である。
成する結晶粒の径の大型化には降温速度や融解金属の膜
厚、製膜速度等の製膜条件を整えることによって試みら
れてきた。しかしながら、本発明においては、製膜途中
（請求項１においては、製膜後でもよい）において、余
分な小さい結晶核を除去することにより、結晶粒数を限
定し、それぞれの結晶粒を大型化する方法を提供する。
この手法は、２通りの方法があるが、基本的にはメルト
バック（融解金属への再融解）の現象を利用することが
特徴である。
【００１５】まず、請求項１で述べた熱サイクルによる
方法について説明する。基板に金属薄膜を形成し、その
サンプルを金属の融点以上に加熱する。基板上の融解金
属にシリコンを供給し、シリコンを溶解させる。その状
態から徐冷し、あるいはシリコンを供給し、シリコンの
過飽和状態を実現することにより、基板と融解金属の界
面にシリコンが析出する。この際に、多結晶粒の種とな
る成長核は、非晶質基板上に無秩序に形成される。成長
を進めるに従い、新たな核も誕生し、様々な大きさの結
晶粒が現れる。ここで、基板温度を再度上昇させ、融解
金属のシリコンの溶解度を意図的に増加させることによ
り、一度再結晶化されたシリコンがメルトバック（再溶
解）する。この時、大きな結晶粒も多少小さくはなる
が、小さい結晶粒は消滅する。
方法について説明する。基板に金属薄膜を形成し、その
サンプルを金属の融点以上に加熱する。基板上の融解金
属にシリコンを供給し、シリコンを溶解させる。その状
態から徐冷し、あるいはシリコンを供給し、シリコンの
過飽和状態を実現することにより、基板と融解金属の界
面にシリコンが析出する。この際に、多結晶粒の種とな
る成長核は、非晶質基板上に無秩序に形成される。成長
を進めるに従い、新たな核も誕生し、様々な大きさの結
晶粒が現れる。ここで、基板温度を再度上昇させ、融解
金属のシリコンの溶解度を意図的に増加させることによ
り、一度再結晶化されたシリコンがメルトバック（再溶
解）する。この時、大きな結晶粒も多少小さくはなる
が、小さい結晶粒は消滅する。
【００１６】その後、再び、基板温度の徐冷をすること
により成長を進めることができ、結晶粒が大型化する。
この熱サイクル過程を繰り返すことにより、シリコンの
析出と再溶解を繰り返し、この過程の中で小さい成長核
が消滅し、ある程度大きな結晶粒のみが選択的に大型化
する。
により成長を進めることができ、結晶粒が大型化する。
この熱サイクル過程を繰り返すことにより、シリコンの
析出と再溶解を繰り返し、この過程の中で小さい成長核
が消滅し、ある程度大きな結晶粒のみが選択的に大型化
する。
【００１７】次に、請求項２で述べた金属と、シリコン
の交互供給による方法について説明する。基板上に、金
属薄膜を形成し、そのサンプルを金属の融点以上に加熱
する。基板上の融解金属にシリコンを供給しシリコンを
溶解させる。シリコンの供給は、例えば、真空中でスパ
ッタ法、あるいは電子ビーム蒸着法により可能である。
ガスを用いる供給法でもよい。シリコンの供給量が融解
金属中のシリコンの飽和濃度を越えると、基板を冷却す
ることなしに、シリコンの過飽和状態が実現され、基板
界面にシリコン多結晶が析出する。なお、この場合、基
板を合金が固化しない範囲で冷却することにより、シリ
コンの過飽和状態を実現させてもよい。
の交互供給による方法について説明する。基板上に、金
属薄膜を形成し、そのサンプルを金属の融点以上に加熱
する。基板上の融解金属にシリコンを供給しシリコンを
溶解させる。シリコンの供給は、例えば、真空中でスパ
ッタ法、あるいは電子ビーム蒸着法により可能である。
ガスを用いる供給法でもよい。シリコンの供給量が融解
金属中のシリコンの飽和濃度を越えると、基板を冷却す
ることなしに、シリコンの過飽和状態が実現され、基板
界面にシリコン多結晶が析出する。なお、この場合、基
板を合金が固化しない範囲で冷却することにより、シリ
コンの過飽和状態を実現させてもよい。
【００１８】この時の多結晶粒の種となる成長核は、非
晶質基板上に無秩序に形成される。成長を進めるに従
い、新たな核も誕生し、様々な大きさの結晶粒が現れ
る。そこで、シリコンの供給を一時停止し、代わりに合
金（シリコンとの合金）を形成する金属をスパッタ法、
あるいは電子ビーム蒸着法などの手法で供給することに
より、融解金属中のシリコン濃度は減少し、析出したシ
リコンのメルトバックが可能となる。
晶質基板上に無秩序に形成される。成長を進めるに従
い、新たな核も誕生し、様々な大きさの結晶粒が現れ
る。そこで、シリコンの供給を一時停止し、代わりに合
金（シリコンとの合金）を形成する金属をスパッタ法、
あるいは電子ビーム蒸着法などの手法で供給することに
より、融解金属中のシリコン濃度は減少し、析出したシ
リコンのメルトバックが可能となる。
【００１９】メルトバックの際に、小さな結晶粒は消滅
する。再び、金属の供給を停止し、シリコンの供給を開
始すると、シリコンの成長が開始する。小さい結晶粒は
消滅しているので、消滅しなかった比較的大きな結晶粒
を核として成長が進ため、結晶粒の大型化が可能とな
る。
する。再び、金属の供給を停止し、シリコンの供給を開
始すると、シリコンの成長が開始する。小さい結晶粒は
消滅しているので、消滅しなかった比較的大きな結晶粒
を核として成長が進ため、結晶粒の大型化が可能とな
る。
【００２０】以下に実施例によって本発明を、具体的に
説明する。実施例１ シリコン多結晶薄膜を形成するためのスパッタ装置とし
て多元カソードで基板加熱機構を有するものを用いた。
スパッタ装置内に配置したガラス基板の上にスパッタ法
でアルミニウムを５００ｎｍ堆積し、基板を７００°Ｃ
まで、加熱した。このときアルミニウムは融解してい
る。次にシリコンの供給を開始し、アルミニウム中のシ
リコン濃度が２０％になった時点で供給を停止した。こ
の時点で、合金はシリコンの飽和濃度に達する。シリコ
ンの濃度が２０％となったことの見極めは、予めアルミ
ニウムとシリコンの製膜条件と膜厚からシリコン濃度が
２０％となる製膜時間を算出しておき、該製膜時間を測
定することによって行った。
説明する。実施例１ シリコン多結晶薄膜を形成するためのスパッタ装置とし
て多元カソードで基板加熱機構を有するものを用いた。
スパッタ装置内に配置したガラス基板の上にスパッタ法
でアルミニウムを５００ｎｍ堆積し、基板を７００°Ｃ
まで、加熱した。このときアルミニウムは融解してい
る。次にシリコンの供給を開始し、アルミニウム中のシ
リコン濃度が２０％になった時点で供給を停止した。こ
の時点で、合金はシリコンの飽和濃度に達する。シリコ
ンの濃度が２０％となったことの見極めは、予めアルミ
ニウムとシリコンの製膜条件と膜厚からシリコン濃度が
２０％となる製膜時間を算出しておき、該製膜時間を測
定することによって行った。
【００２１】次に、７００°Ｃから６７０°Ｃまで３°
Ｃ／ｍｉｎで徐冷した後、６８５°Ｃまで再加熱し、５
分放置した。放置後、再度、３０°Ｃ温度を下げた後、
１５°Ｃ温度を上昇させ５分放置した。この手法で、５
５０°Ｃまで冷却した場合の模式図（断面図）を図１に
示す。図１に示す如く、シリコン多結晶粒１１は、平均
して大きさが揃っていて、粒径は５００μｍ程度であっ
た。なお、図１において、１０はガラス基板、１２は、
シリコン−アルミニウム共晶を示している。本実施例で
は、スパッタ装置内でシリコン多結晶薄膜の形成を行っ
たが、この点は本質的なものではなく、従来報告のある
ような、ＬＰＥ装置に類似した装置で行う場合について
も、同様に冷却過程において熱サイクルを実施すること
により、同様の効果が得られるのは言うまでもない。
Ｃ／ｍｉｎで徐冷した後、６８５°Ｃまで再加熱し、５
分放置した。放置後、再度、３０°Ｃ温度を下げた後、
１５°Ｃ温度を上昇させ５分放置した。この手法で、５
５０°Ｃまで冷却した場合の模式図（断面図）を図１に
示す。図１に示す如く、シリコン多結晶粒１１は、平均
して大きさが揃っていて、粒径は５００μｍ程度であっ
た。なお、図１において、１０はガラス基板、１２は、
シリコン−アルミニウム共晶を示している。本実施例で
は、スパッタ装置内でシリコン多結晶薄膜の形成を行っ
たが、この点は本質的なものではなく、従来報告のある
ような、ＬＰＥ装置に類似した装置で行う場合について
も、同様に冷却過程において熱サイクルを実施すること
により、同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００２２】実施例２ 第１実施例と同様のスパッタ装置を用いて、実施例１と
同様、ガラス基板上にスパッタ法により、アルミニウム
を５００ｎｍ堆積し、基板を７００°Ｃまで加熱した。
次いで、シリコンの供給を１０分間行った後（堆積速度
３０ｎｍ／ｍｉｎ）、シリコンの供給を停止し、続いて
スパッタ法によりアルミニウムの供給を開始した。アル
ミニウムを１５０ｎｍ堆積した後、５分間基板温度を保
持した。アルミニウムの供給に伴い、融解アルミニウム
中のシリコン濃度は低下し、基板界面に析出したシリコ
ンからのメルトバックが始まる。
同様、ガラス基板上にスパッタ法により、アルミニウム
を５００ｎｍ堆積し、基板を７００°Ｃまで加熱した。
次いで、シリコンの供給を１０分間行った後（堆積速度
３０ｎｍ／ｍｉｎ）、シリコンの供給を停止し、続いて
スパッタ法によりアルミニウムの供給を開始した。アル
ミニウムを１５０ｎｍ堆積した後、５分間基板温度を保
持した。アルミニウムの供給に伴い、融解アルミニウム
中のシリコン濃度は低下し、基板界面に析出したシリコ
ンからのメルトバックが始まる。
【００２３】このときに、小さい結晶粒は消滅する。５
分間の保持の後再びシリコンの供給を開始し、以後この
過程を繰り返した。シリコン多結晶の全体膜厚が１０μ
ｍになったら、基板を冷却し、堆積を終了した。堆積終
了後の基板の模式図は、実施例１の図１と基本的に同様
である。この手法においては、小さい結晶粒は、その成
長初期の段階でメルトバックにより取り除かれるため、
結晶粒径は大型で揃っている。この手法においても、平
均の粒径は、５００μｍ程度であった。
分間の保持の後再びシリコンの供給を開始し、以後この
過程を繰り返した。シリコン多結晶の全体膜厚が１０μ
ｍになったら、基板を冷却し、堆積を終了した。堆積終
了後の基板の模式図は、実施例１の図１と基本的に同様
である。この手法においては、小さい結晶粒は、その成
長初期の段階でメルトバックにより取り除かれるため、
結晶粒径は大型で揃っている。この手法においても、平
均の粒径は、５００μｍ程度であった。
【００２４】ここでは、スパッタ法によりシリコンとア
ルミニウムの供給を行ったが、この点は、本質的なもの
ではなく、蒸着法、電子ビーム蒸着法によっても同様に
交互にシリコンと金属を供給することにより、同様の効
果が得られるのは言うまでもない。上記実施例１と実施
例２では、シリコンと合金を形成する金属として、アル
ミニウムを用いたが、これは、アルミニウムの融点が６
６０°Ｃと適温であることと、シリコン中でアクセプタ
として働き、かつシリコン中で悪質なる振る舞いをする
再結合中心を形成しないからである。この点において、
溶融金属としては、アルミニウムの他に金、ガリウム、
インジウム、アンチモン、スズ、亜鉛などが使用可能
で、かつそのいずれか１つ以上を含む合金でもよい。
ルミニウムの供給を行ったが、この点は、本質的なもの
ではなく、蒸着法、電子ビーム蒸着法によっても同様に
交互にシリコンと金属を供給することにより、同様の効
果が得られるのは言うまでもない。上記実施例１と実施
例２では、シリコンと合金を形成する金属として、アル
ミニウムを用いたが、これは、アルミニウムの融点が６
６０°Ｃと適温であることと、シリコン中でアクセプタ
として働き、かつシリコン中で悪質なる振る舞いをする
再結合中心を形成しないからである。この点において、
溶融金属としては、アルミニウムの他に金、ガリウム、
インジウム、アンチモン、スズ、亜鉛などが使用可能
で、かつそのいずれか１つ以上を含む合金でもよい。
【００２５】比較例１ 上記実施例１と同様のスパッタ装置を用いてシリコン多
結晶薄膜の形成を行った。実施例１と同様、ガラス基板
の上にスパッタ法でアルミニウムを５００ｎｍ堆積し、
基板を７００°Ｃまで、加熱した。次にシリコンの供給
を開始し、アルミニウム中のシリコン濃度が２０％とす
るになった時点で供給を停止した。シリコンの濃度の見
極めは、第１実施例と同様に行った。
結晶薄膜の形成を行った。実施例１と同様、ガラス基板
の上にスパッタ法でアルミニウムを５００ｎｍ堆積し、
基板を７００°Ｃまで、加熱した。次にシリコンの供給
を開始し、アルミニウム中のシリコン濃度が２０％とす
るになった時点で供給を停止した。シリコンの濃度の見
極めは、第１実施例と同様に行った。
【００２６】次に、７００°Ｃから５５０°Ｃまで徐冷
（３°Ｃ／ｍｉｎ）した。徐冷後の、基板の模式図を図
２に示す。比較例１では、基板２０上に大小さまざまな
シリコン多結晶粒２１が存在し、平均粒径は、実施例１
及び実施例２よりも一桁も小さい平均粒径は５０μｍ前
後であった。なお、図中２２はシリコン−アルミニウム
共結晶を示している。
（３°Ｃ／ｍｉｎ）した。徐冷後の、基板の模式図を図
２に示す。比較例１では、基板２０上に大小さまざまな
シリコン多結晶粒２１が存在し、平均粒径は、実施例１
及び実施例２よりも一桁も小さい平均粒径は５０μｍ前
後であった。なお、図中２２はシリコン−アルミニウム
共結晶を示している。
【００２７】比較例２ 第１実施例と同様のスパッタ装置を用いて、実施例１と
同様、ガラス基板上にスパッタ法により、アルミニウム
を５００ｎｍ堆積し、基板を７００°Ｃまで加熱した。
次いで、シリコンをシリコン濃度が２０％となるまで
供給した。このままシリコンの供給を続けて、基板との
界面に多結晶シリコン膜を析出させた。析出終了後、基
板を冷却したサンプルは、比較例１の場合（図２）と同
様、堆積中に生じた成長核のせいで、大小さまざまな、
シリコン多結晶粒が存在し、平均粒径も実施例１のもの
よりもかなり小さいものであった。
同様、ガラス基板上にスパッタ法により、アルミニウム
を５００ｎｍ堆積し、基板を７００°Ｃまで加熱した。
次いで、シリコンをシリコン濃度が２０％となるまで
供給した。このままシリコンの供給を続けて、基板との
界面に多結晶シリコン膜を析出させた。析出終了後、基
板を冷却したサンプルは、比較例１の場合（図２）と同
様、堆積中に生じた成長核のせいで、大小さまざまな、
シリコン多結晶粒が存在し、平均粒径も実施例１のもの
よりもかなり小さいものであった。
【００２８】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、基板上
に金属とシリコンとの合金液層を形成し、該合金液層に
シリコンを供給する、あるいは前記合金液層が形成され
た基板温度を降下させることによりシリコン多結晶薄膜
を形成する方法において、前記薄膜形成途中あるいは薄
膜形成後に基板温度の上昇と降下を繰り返す工程を有す
るので、結晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄膜
の形成方法を提供できる。また、本発明では、基板とし
てガラス基板を用いることができ、シリコン基板を用い
る必要がないので、歩留りやスループットに悪影響を与
えることながないという効果がある。また、請求項２記
載の発明によれば、本発明によれば、基板上に金属とシ
リコンとの合金液層を形成し、該合金液層にシリコンを
供給する、あるいは前記合金液層が形成された基板温度
を降下させることによりシリコン多結晶薄膜を形成する
方法において、合金を形成する金属と、シリコンを交互
に前記薄膜形成途中に追加供給するようにしたので、結
晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄膜の形成方法
を提供できる。また、基板としてガラス基板を用いるこ
とができ、シリコン基板を用いる必要がないので、歩留
りやスループットに悪影響を与えることながないという
効果がある。また、請求項３の発明によれば、前記合金
液層が、前記金属としてアルミニウム、金、ガリウム、
インジウム、アンチモン、スズ、亜鉛のうちの１以上を
含み、これらの金属は、融点が適温であり、シリコン中
でアクセプタとして働き、かつシリコン中で悪質なる振
る舞いをする再結合中心を形成しないので、シリコン多
結晶薄膜の形成が良好に行えるという効果がある。
に金属とシリコンとの合金液層を形成し、該合金液層に
シリコンを供給する、あるいは前記合金液層が形成され
た基板温度を降下させることによりシリコン多結晶薄膜
を形成する方法において、前記薄膜形成途中あるいは薄
膜形成後に基板温度の上昇と降下を繰り返す工程を有す
るので、結晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄膜
の形成方法を提供できる。また、本発明では、基板とし
てガラス基板を用いることができ、シリコン基板を用い
る必要がないので、歩留りやスループットに悪影響を与
えることながないという効果がある。また、請求項２記
載の発明によれば、本発明によれば、基板上に金属とシ
リコンとの合金液層を形成し、該合金液層にシリコンを
供給する、あるいは前記合金液層が形成された基板温度
を降下させることによりシリコン多結晶薄膜を形成する
方法において、合金を形成する金属と、シリコンを交互
に前記薄膜形成途中に追加供給するようにしたので、結
晶粒径の大型化を図れるシリコン多結晶薄膜の形成方法
を提供できる。また、基板としてガラス基板を用いるこ
とができ、シリコン基板を用いる必要がないので、歩留
りやスループットに悪影響を与えることながないという
効果がある。また、請求項３の発明によれば、前記合金
液層が、前記金属としてアルミニウム、金、ガリウム、
インジウム、アンチモン、スズ、亜鉛のうちの１以上を
含み、これらの金属は、融点が適温であり、シリコン中
でアクセプタとして働き、かつシリコン中で悪質なる振
る舞いをする再結合中心を形成しないので、シリコン多
結晶薄膜の形成が良好に行えるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例に係るシリコン多結晶薄膜の
形成方法によってシリコン多結晶薄膜が形成された基板
の断面図である。
形成方法によってシリコン多結晶薄膜が形成された基板
の断面図である。
【図２】従来のシリコン多結晶薄膜の形成方法によって
シリコン多結晶薄膜が形成された基板の断面図である。
シリコン多結晶薄膜が形成された基板の断面図である。
１０ ガラス基板 １１ Ｓｉ多結晶粒 １２ Ｓｉ−Ａｌ共晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 31/04 (72)発明者 川上 剛司 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 基板（１０）上に金属とシリコンとの合
金液層を形成し、該合金液層にシリコンを供給する、あ
るいは前記合金液層が形成された基板温度を降下させる
ことによりシリコン多結晶薄膜（１１）を形成する方法
において、前記薄膜形成途中あるいは薄膜形成後に基板
温度の上昇と降下を繰り返す工程を有することを特徴と
するシリコン多結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 基板（１０）上に金属とシリコンとの合
金液層を形成し、該合金液層にシリコンを供給する、あ
るいは前記合金液層が形成された基板温度を降下させる
ことによりシリコン多結晶薄膜（１１）を形成する方法
において、合金を形成する金属と、シリコンを交互に前
記薄膜形成途中で追加供給することを特徴とするシリコ
ン多結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記合金液層が、前記金属としてアルミ
ニウム、金、ガリウム、インジウム、アンチモン、ス
ズ、亜鉛のうちの１以上を含む請求項１又は２記載のシ
リコン多結晶薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8332829A JPH10163113A (ja) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | シリコン多結晶薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8332829A JPH10163113A (ja) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | シリコン多結晶薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163113A true JPH10163113A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18259274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8332829A Pending JPH10163113A (ja) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | シリコン多結晶薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10163113A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007221112A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| US8729386B2 (en) | 2006-01-18 | 2014-05-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-11-27 JP JP8332829A patent/JPH10163113A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007221112A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその製造方法 |
| US8729386B2 (en) | 2006-01-18 | 2014-05-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fujiwara et al. | Growth of structure-controlled polycrystalline silicon ingots for solar cells by casting | |
| US6387780B1 (en) | Fabrication process of solar cell | |
| US7659542B2 (en) | Silicon plate, producing method thereof, and solar cell | |
| JP2001160540A (ja) | 半導体装置の製造方法、液相成長法及び液相成長装置、太陽電池 | |
| US5544616A (en) | Crystallization from high temperature solutions of Si in Cu/Al solvent | |
| US5871580A (en) | Method of growing a bulk crystal | |
| US8916455B2 (en) | Method of growing heteroepitaxial single crystal or large grained semiconductor films on glass substrates and devices thereon | |
| US7175706B2 (en) | Process of producing multicrystalline silicon substrate and solar cell | |
| JPH10163113A (ja) | シリコン多結晶薄膜の形成方法 | |
| JPH06191820A (ja) | シリコン薄板の製造方法 | |
| JPS6046539B2 (ja) | シリコン結晶膜の製造方法 | |
| US7407547B2 (en) | Liquid-phase growth apparatus and method | |
| US6951585B2 (en) | Liquid-phase growth method and liquid-phase growth apparatus | |
| JP2000091604A (ja) | 多結晶半導体膜、光電変換素子及びこれらの製造法 | |
| JPH1154775A (ja) | シリコン薄膜太陽電池の作製方法 | |
| JPH10152393A (ja) | バルク結晶の成長方法及びバルク結晶成長用種結晶 | |
| JPH07142405A (ja) | 多結晶半導体膜およびその成膜方法 | |
| JPH11330519A (ja) | 多結晶シリコン薄膜とその作製方法 | |
| JPH1154433A (ja) | シリコン膜の形成方法 | |
| JPH10212192A (ja) | バルク結晶の成長方法 | |
| JPH0118575B2 (ja) | ||
| JP3613319B2 (ja) | 液相エピタキシャル成長方法及びそれを実施する装置 | |
| JPH104203A (ja) | 多結晶Ｓｉ薄膜太陽電池及びその製造方法 | |
| JP2002141296A (ja) | 液相成長法、液相成長法によって形成されるシリコン層及び半導体素子 | |
| JP2000264618A (ja) | 板状シリコン多結晶の製造方法 |