DE10005484A1

DE10005484A1 - Forming thin coating for manufacturing semiconducting components involves applying coating to material resistant to melting temperature or cover of material to coating before melting

Info

Publication number: DE10005484A1
Application number: DE10005484A
Authority: DE
Inventors: Werner Buss
Original assignee: RWE Schott Solar GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2001-08-16
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: DE10005484B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Schicht mit einkristallinen Bereichen oder einer dünnen Schicht aus polykristallinem Material mit einer Korngröße als die Schicht in ihrer Dicke, wobei zunächst Schichtmaterial zur Ausbildung einer Schicht auf einen Träger aufgebracht wie abgeschieden und sodann die Schicht aufgeschmolzen und zum Kristallisieren abgekühlt wird. Um mit einfachen Maßnahmen Schichten mit großen einkristallinen Bereichen auszubilden, wird vorgeschlagen, dass auf die Schicht vor dem Aufschmelzen eine beim Aufschmelzen temperaturbeständige Abdeckung oder die Schicht auf eine solche angeordnet wird, wobei die Abdeckung gegenüber dem Schichtmaterial chemisch inert ist und/oder wobei zumindest während des Kristallisierens zwischen der Schicht und der Abdeckung eine Oxidzwischenschicht ausgebildet wird.The invention relates to a method for forming a thin layer with single-crystalline regions or a thin layer of polycrystalline material with a grain size as the layer in its thickness, wherein layer material for forming a layer is first applied to a support as deposited and then the layer is melted and cooled to crystallize. In order to form layers with large monocrystalline regions using simple measures, it is proposed that a cover that is temperature-resistant during melting or the layer on top of it is arranged on the layer before melting, the cover being chemically inert to the layer material and / or at least during an intermediate oxide layer is formed between the layer and the cover.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Schicht mit einkristallinen Bereichen oder einer dünnen Schicht aus polykristallinem Material mit einer Korngröße größer als die Schicht in ihrer Dicke, wobei zunächst Schichtmaterial zum Aus bilden einer Schicht auf einen Träger aufgebracht wie abgeschieden und sodann die Schicht aufgeschmolzen und zum Kristallisieren abgekühlt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Aufschmelzen und Kristallisieren einer auf einen Träger aufgebrachten dünnen Schicht, vorzugsweise einer Siliziumschicht wie hochdotierten Silizi umschicht, insbesondere bestimmt für ein Halbleiter-Bauelement wie Dünnschicht-Solarzelle.The invention relates to a method for forming a thin layer single crystalline areas or a thin layer of polycrystalline material with a Grain size larger than the layer in terms of its thickness, with layer material being used first form a layer applied to a support as deposited and then the layer melted and cooled to crystallize. In particular, the Invention on a method for melting and crystallizing a on a support applied thin layer, preferably a silicon layer such as highly doped silicon layer, in particular intended for a semiconductor component such as thin-film solar cell.

Um kostengünstig großflächige Halbleiter-Bauelemente wie Solarzellen oder Dünnschicht- Transistoranordnungen herzustellen, wurde versucht, halbleitende Substanzen in Form von dünnen Schichten auf billige Träger (Substrate) abzuscheiden. Bei der Verwendung von amorphem Silizium als Halbleiterschicht hat sich dabei der Nachteil gezeigt, dass die Bauelemente die erforderliche Langzeitstabilität des Wirkungsgrades nicht aufweisen. Auch sind Vorschläge unterbreitet worden, polykristallines Silizium in Form dünner Schichten auf einen Träger aufzubringen. To cost-effectively large-area semiconductor components such as solar cells or thin-film It has been attempted to produce transistor arrays in the form of semiconducting substances deposit thin layers on cheap substrates. When using Amorphous silicon as a semiconductor layer has shown the disadvantage that the Components do not have the required long-term stability of efficiency. Also proposals have been made to apply polycrystalline silicon in the form of thin layers to apply a carrier.

Für den Wirkungsgrad eines polykristallinen Halbleiter-Bauelementes ist es wesentlich, dass in Abhängigkeit von dem Ausgangsmaterial große kristalline Bereiche oder polykristalline Schichten ausgebildet werden, deren Korngröße größer als die Schichtdicke selbst ist.For the efficiency of a polycrystalline semiconductor component, it is essential that large crystalline areas or polycrystalline, depending on the starting material Layers are formed whose grain size is greater than the layer thickness itself.

Größere Kristalle werden erhalten, wenn man Siliziumschichten epitaktisch auf multikristalli nen Silizium-Wafern mit Korngrößen oberhalb von Millimetern abscheidet, T. Warabisako, T. Saitoh, H. Itoh, N. Nakamura, T. Tokuyama, Jpn. J. Appl. Phys., 17 Suppl. (1978) 309; P. H. Robinson, R. V. D'Aiello, D. Richman, B. W. Faughnan, Proc. 13^th IEEE Photovolt. Spec. Conf 1978, Washington, DC, p. 1111.Larger crystals are obtained when epitaxially depositing silicon layers on multicrystalline silicon wafers with grain sizes above millimeters, T. Warabisako, T. Saitoh, H. Itoh, N. Nakamura, T. Tokuyama, Jpn. J. Appl. Phys., 17 Suppl. ( 1978 ) 309; PH Robinson, RV D'Aiello, D. Richman, BW Faughnan, Proc. 13 ^th IEEE photovolt. Spec. Conf 1978 , Washington, DC, p. 1111.

T. Warabisako et al., Jpn. J. Appl. Phys., 17 Suppl. (1978) 309, verwenden Substrate aus polykristallinem Silicium von metallurgischem Reinheitsgrad, die nach Czochralski gezogen und in 0,4 mm dicke Scheiben gesägt wurden. Auf solchen Scheiben wird eine 20-30 µm dicke p-Si-Schicht durch Reduktion von SiH₂Cl₂ mit H₂ bei 1100-1150°C und eine 0,5 µm dicke n⁺-dotierte Si-Schicht bei 1000-1050°C abgeschieden. Ähnlich verfahren P. H. Robinson et al., Proc. 13^th IEEE Photovolt. Spec. Conf. 1978, Washington, DC, p. 1111. Bei diesem Prozeß entfällt allerdings der wirtschaftliche Vorteil, da die Siliziumscheiben geson dert hergestellt werden müssen.T. Warabisako et al., Jpn. J. Appl. Phys., 17 Suppl. ( 1978 ) 309, use substrates of polycrystalline silicon of metallurgical purity, which were drawn to Czochralski and sawn into 0.4 mm thick disks. On such disks, a 20-30 µm thick p-Si layer is formed by reducing SiH ₂ Cl ₂ with H ₂ at 1100-1150 ° C and a 0.5 µm thick n ⁺ -doped Si layer at 1000-1050 ° C deposited. PH Robinson et al., Proc. 13 ^th IEEE photovolt. Spec. Conf. 1978, Washington, DC, p. 1111. However, this process does not have the economic advantage because the silicon wafers have to be manufactured separately.

T. L. Chu, S. S. Chu, K. Y. Duh, H. C. Mollenkopf, J. Appl. Phys. 48 (1977) 3576, benutzen als Grundlage für die epitaktische Silizium-Abscheidung eine ca. 200-500 µm dicke Silizium-Schicht (p-dotiert, 0,002-0,004 Ωcm) auf einem Graphit-Substrat. Diese Schicht wird durch Reduktion von SiHCl₃ mit H₂ erzeugt.TL Chu, SS Chu, KY Duh, HC Mollenkopf, J. Appl. Phys. 48 ( 1977 ) 3576, use an approximately 200-500 µm thick silicon layer (p-doped, 0.002-0.004 Ωcm) on a graphite substrate as the basis for the epitaxial silicon deposition. This layer is produced by reducing SiHCl ₃ with H ₂ .

Zur Herstellung großer Körner werden die Schichten in einem zweiten Prozess aufgeschmol zen und kristallisiert. Hinderlich dabei ist die hohe Oberflächenspannung von Silizium, die zur Folge hat, dass sich die Schmelze auf dem Substrat zu Tropfen zusammenzieht, so dass die Schmelzzone und die Schicht dadurch unterbrochen wird. Durch Aufschmelzen einer sehr schmalen Zone ergibt sich jedoch eine Möglichkeit, diesen Effekt zu umgehen. Der Reaktor besteht aus einem Quarzrohr, das mit Wasserstoff gespült wird und mit einer Hochfrequenz- Spule beheizt wird. Das Si-beschichtete Substrat wird unter einem induktiv beheizten, im Reaktor befindlichen SiC-beschichteten Graphit-Stab (Heizer) hindurchgefahren. Der heiße Graphit-Stab strahlt Wärme ab und sorgt für eine Schmelzzone, die in der Mitte 2 cm breiter ist als am Rand des Substrates. Nach Kristallisation solcher Si-Schichten wird zur Herstellung einer Solarzelle zunächst eine 20-30 µm dicke p-leitende Siliziumschicht auf der kristalli sierten Unterlage und darauf anschließend eine 0,2-0,4 µm dicke n-leitende Emitterschicht epitaktisch abgeschieden.The layers are melted in a second process to produce large grains zen and crystallized. The high surface tension of silicon is a hindrance has the consequence that the melt contracts to form drops on the substrate, so that the melting zone and the layer is thereby interrupted. By melting one very However, there is a possibility to circumvent this effect in a narrow zone. The reactor consists of a quartz tube that is flushed with hydrogen and with a high-frequency Coil is heated. The Si-coated substrate is under an inductively heated, in The SiC-coated graphite rod (heater) located in the reactor. The hot one Graphite rod radiates heat and creates a melting zone that is 2 cm wider in the middle is as on the edge of the substrate. After crystallization of such Si layers is used for production a solar cell, first a 20-30 µm thick p-type silicon layer on the crystalli based substrate and then a 0.2-0.4 µm thick n-type emitter layer epitaxially deposited.

Nach M. Kerber, M. Bettini, E. Gornick, Proc. 17^th IEEE Photovolt. Spec. Conf. 1984, Kissimee, p. 275, wird auf einem Graphitsubstrat zuerst eine hochdotierte n-leitende Si- Schicht abgeschieden, die danach mittels eines darübergeführten Wolfram-Drahtes als Strah lungsheizer aufgeschmolzen und rekristallisiert wird. Die optimale Dicke dieser Schicht wird mit 20-30 µm angegeben. Darüber wird nun die photovoltaische aktive n-leitende Schicht mit 60-100 µm Schichtdicke epitaxiert. Durch anschließende Spray-Pyrolyse von SnO₂ wird eine SIS-Solarzelle mit 9% Wirkungsgrad hergestellt.According to M. Kerber, M. Bettini, E. Gornick, Proc. 17 ^th IEEE photovolt. Spec. Conf. 1984, Kissimee, p. 275, a highly doped n-type Si layer is first deposited on a graphite substrate, which is then melted and recrystallized as a radiation heater by means of a tungsten wire guided over it. The optimal thickness of this layer is given as 20-30 µm. The photovoltaic active n-type layer with a layer thickness of 60-100 µm is epitaxed over it. Subsequent spray pyrolysis of SnO ₂ produces a SIS solar cell with 9% efficiency.

Den Verfahren ist gemeinsam, dass sich der Heizer für die Schmelzzone im Reaktionsraum unter Schutzgas (H₂) befindet. Es ist daher notwendig, während des Aufschmelzens die Beschichtung zu unterbrechen. Andernfalls würde eine Si-Beschichtung der Heizer im Reaktor erfolgen.The processes have in common that the heater for the melting zone in the reaction space is under protective gas (H ₂ ). It is therefore necessary to interrupt the coating during the melting process. Otherwise the heater would be Si coated in the reactor.

Die in beiden Verfahren beschriebenen rekristallisierenden Siliziumschichten sind für die Herstellung der eingangs erwähnten Dünnschichtsolarzelle aus polykristallinem Silizium von insgesamt nur 20-50 µm Dicke zu dick. Auch besitzen die Schichten nicht die erforderliche Gitterperfektion für ein photovoltaisch einsetzbares Material, so dass darüber eine Epitaxie- Schicht von großer Dicke mit den geforderten photoelektrischen Eigenschaften aufgebracht werden muss.The recrystallizing silicon layers described in both methods are for the Production of the thin-film solar cell from polycrystalline silicon from overall only 20-50 µm thick too thick. The layers also do not have the required Lattice perfection for a photovoltaic material, so that an epitaxial Layer of great thickness with the required photoelectric properties applied must become.

Ganz allgemein wird in der Dünnschicht-Technologie das gewünschte Material in Form einer dünnen Schicht auf einem Trägermaterial aufgebracht, das aus einem anderen Material als die Schicht selbst bestehen kann oder dann, wenn gleiches Material gewählt wird, dieses mit einer dünnen Schicht aus einem anderen Material abgedeckt wird. Bei der Herstellung von Halbleiterschichten ist es dabei erforderlich, die auf einem Träger aufgebrachten dünnen Schichten aufzuschmelzen und sodann wieder abzukühlen, wodurch eine Kristallisation derart erfolgt, dass hinreichend große einkristalline Bereiche bzw. polykristalline Schichten hinrei chender Korngröße hergestellt werden.In general, the desired material in the form of a thin film technology thin layer applied to a carrier material made of a different material than that Layer itself can exist or, if the same material is selected, this with a thin layer of another material is covered. In the manufacture of Semiconductor layers require the thin layers applied to a carrier Melt layers and then cool again, causing crystallization like this takes place that sufficiently large single-crystalline areas or polycrystalline layers appropriate grain size.

Einkristalline Schichten oder zumindest solche mit großen einkristallinen Bereichen kann man in der sogenannten SOI (silicon-on-insulator)-Technologie herstellen. Dabei können als Träger ein Saphirsubstrat oder zum Beispiel eine mit SiO₂ beschichtete Siliziumscheibe benutzt werden. Typische Dicken der die Siliziumscheibe abdeckenden SiO₂-Schicht betragen in etwa 0,5 µm. Anschließend wird auf das Substrat eine weitere dünne Schicht aus Silizium abge schieden, die sodann aufgeschmolzen wird und während des Abkühlens lateral kristallisiert, um gewünschte große einkristalline Bereiche zu erzielen.Monocrystalline layers or at least those with large single-crystal regions can be in the so-called SOI (s ilicon- o n i nsulator) technology manufacture. A sapphire substrate or, for example, a silicon wafer coated with SiO ₂ can be used as the carrier. Typical thicknesses of the SiO ₂ layer covering the silicon wafer are approximately 0.5 μm. Then another thin layer of silicon is deposited on the substrate, which is then melted and laterally crystallized during cooling in order to achieve desired large single-crystalline regions.

Bei dem Aufschmelzen zieht sich die Silizium-Schmelzschicht wegen ihrer hohen Ober flächenspannung zu Tropfen zusammen bzw. es bilden sich Bereiche unterschiedlicher Schichtdicken aus, so dass insgesamt eine zusammenhängende gleichmäßige Schicht mit der Folge zerstört wird, dass die gewünschten großen einkristallinen Bereiche nicht im erforder lichen Umfang erreichbar sind. Um diese durch die Kohäsionskräfte der Si-Schmelzschicht bedingten Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, die Schmelzschicht sehr schnell in einer schmalen aufgeheizten Zone kristallisieren zu lassen. Dabei ergeben sich Korngrößen zwischen 5 und 10 µm, wobei das Aufschmelzen mittels eines geeigneten Lasers erfolgen kann (s. zum Beispiel Appl. Surf. Sci. (1989) 36 (1989) 605).When melting, the silicon melt layer contracts due to its high surface tension to form drops or areas of different layer thicknesses form, so that overall a coherent, uniform layer is destroyed with the result that the desired large single-crystal areas are not required Extent are achievable. In order to avoid these disadvantages caused by the cohesive forces of the Si melt layer, it is known to allow the melt layer to crystallize very quickly in a narrow, heated zone. This gives grain sizes between 5 and 10 μm, and the melting can be carried out using a suitable laser (see, for example, Appl. Surf. Sci. ( 1989 ) 36 ( 1989 ) 605).

Um ein Zusammenziehen des flüssigen Siliziums zu Tropfen zu verhindern, ist es auch bekannt, vor dem Aufschmelzen auf der Silizium-Schicht eine Deckschicht aufzubringen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine 1 bis 2 µm dicke SiO₂-Deckschicht, die auch als "capping-layer" bezeichnet wird. Eine entsprechende Deckschicht kompensiert während der Kristallisation die Oberflächenspannung der darunterliegenden Si-Schicht und führt dazu, dass die Schichtform im Wesentlichen erhalten bleibt. Anstelle einer SiO₂-Deckschicht können auch SiN_x-Schichten oder Kombinationen der entsprechenden Schichten verwendet werden (s. zum Beispiel Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 53 (1986), 53). Durch die Verwen dung entsprechender Deckschichten kann die Tropfenbildung in einem Umfang unterdrückt werden, dass großflächige einkristalline Schichtbereiche mit Korngrößen bis in den Zentimeterbereich hergestellt werden.In order to prevent the liquid silicon from contracting into drops, it is also known to apply a cover layer to the silicon layer before melting. This is preferably a 1 to 2 μm thick SiO ₂ top layer, which is also referred to as a "capping layer". A corresponding cover layer compensates for the surface tension of the underlying Si layer during crystallization and leads to the layer shape being essentially retained. Instead of an SiO ₂ cover layer, it is also possible to use SiN _x layers or combinations of the corresponding layers (see, for example, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 53 ( 1986 ), 53). By using appropriate cover layers, the formation of drops can be suppressed to such an extent that large-area, single-crystalline layer areas with grain sizes down to the centimeter range are produced.

Bei der Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen aus kristallinem Silizium wird eine Silizi umschicht mit möglichst großen einkristallinen Bereichen benötigt. Als Substrate selbst werden häufig einkristalline Siliziumscheiben verwendet, die entsprechend der SOI-Technolo gie mit einer dünnen Silizium-Dioxidschicht als Isolator abgedeckt werden. Darauf scheidet man eine mehrere Mikrometer dicke Siliziumschicht zum Beispiel in einem CVD-Verfahren oder Plasma-CVD-Verfahren ab. Sodann wird auf die entsprechende Si-Schicht eine Deck schicht aus Siliziumdioxid abgeschieden. Anschließend erfolgt das Aufschmelzen und Kristallisieren.In the manufacture of thin-film solar cells from crystalline silicon, a silicon is used layer with the largest possible single-crystalline areas. As substrates themselves Single-crystal silicon wafers are often used, which correspond to SOI technology be covered with a thin layer of silicon dioxide as an insulator. It divides a silicon layer several micrometers thick, for example in a CVD process or plasma CVD process. Then a deck is placed on the corresponding Si layer deposited layer of silicon dioxide. Then the melting and Crystallize.

Nach einem anderen Vorschlag wird eine multikristalline Siliziumscheibe mit einer Silizium- Dioxidschicht abgedeckt, in die sodann in regelmäßigen Abständen, und zwar im Millimeter bereich Löcher geätzt werden. Auf die entsprechende geätzte Silizium-Dioxidschicht wird im CVD-Verfahren oder Plasma-CVD-Verfahren eine mehrere Mikrometer dicke Siliziumschicht abgeschieden, auf der ihrerseits eine Deckschicht aus Siliziumdioxid durch Abscheiden aufgebracht wird. Sodann erfolgt ein Aufschmelzen und Kristallisieren der Siliziumschicht, wobei die Löcher der unteren Silizium-Dioxidschicht zusätzliche Keimlöcher bilden. (I. Reis, A. Eyer, A. Räuber, Proc. 20th IEEE - Photovoltaic Specialists Conf., Las Vegas (1991) 986, und B. F. Wagner, F. Friedrich, N. Schillinger, A. Eyer, Proc. 11th EC Photovoltaic Solar Energy Conf., Montreux (1992), 397).According to another proposal, a multicrystalline silicon wafer is covered with a silicon dioxide layer, into which holes are then etched at regular intervals, in the millimeter range. A several micrometer thick silicon layer is deposited on the corresponding etched silicon dioxide layer in the CVD process or plasma CVD process, on which in turn a cover layer made of silicon dioxide is applied by deposition. The silicon layer is then melted and crystallized, the holes in the lower silicon dioxide layer forming additional germ holes. (I. Reis, A. Eyer, A. Räuber, Proc. 20th IEEE - Photovoltaic Specialists Conf., Las Vegas ( 1991 ) 986, and BF Wagner, F. Friedrich, N. Schillinger, A. Eyer, Proc. 11th EC Photovoltaic Solar Energy Conf., Montreux ( 1992 ), 397).

Ein weiterer Verfahrensvorschlag zur Herstellung einkristalliner Siliziumschichten bzw. Schichten mit großen einkristallinen Bereichen sieht das Abscheiden einer dicken Silizi umschicht auf ein mit Siliziumcarbid beschichtetes Graphit- oder Keramiksubstrat im CVD- Verfahren vor. Hierauf wird eine Deckschicht aus Silizium-Dioxid abgeschieden. Das Aufbringen der Siliziumdioxidschichten erfolgt grundsätzlich in einer speziellen Beschich tungsanlage wie Aufdampfanlage oder PECVD-Anlage, wobei die Prozessdauer bis zu einige Stunden betragen kann. Die mit der Deckschicht bedampfte Siliziumschicht wird sodann in einer Zonenschmelz-Apparatur aufgeschmolzen und kristallisiert.Another process proposal for the production of single-crystalline silicon layers or Layers with large single-crystal areas see the deposition of a thick silicon coating on a graphite or ceramic substrate coated with silicon carbide in the CVD Procedure before. A top layer of silicon dioxide is deposited thereon. The The silicon dioxide layers are generally applied in a special coating processing system such as a vapor deposition system or PECVD system, with the process taking up to a few Hours. The silicon layer evaporated with the cover layer is then in melted in a zone melting apparatus and crystallized.

Unter der Deckschicht liegt nach der Kristallisation die Siliziumschicht in einer Struktur mit gewünschten großen einkristallinen Bereichen vor. Zur weiteren Verarbeitung des so ausge bildeten Schichtsystems zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, insbesondere Dünn schicht-Solarzellen ist es sodann erforderlich, dass die Deckschicht entfernt wird. Dies erfolgt üblicherweise durch chemisches Abätzen in verdünnter Flusssäure oder durch Plasmaätzen.After the crystallization, the silicon layer also lies in a structure under the cover layer desired large single-crystal regions. For further processing of the so out formed layer systems for the production of semiconductor components, especially thin layer solar cells, it is then necessary that the cover layer is removed. this happens usually by chemical etching in dilute hydrofluoric acid or by plasma etching.

Durch das Wegätzen der Oxidschicht nach Kristallisation liegt die große einkristalline Bereiche aufweisende Siliziumschicht frei. Sie steht nun als sogenannte Keimbildungsschicht für die nachfolgende epitaktische Verdickung zur Verfügung.By etching away the oxide layer after crystallization, the large monocrystalline lies Areas with silicon layer free. It now stands as a so-called nucleation layer available for subsequent epitaxial thickening.

Ist die Verwendung einer Deckschicht erforderlich, um die Tropfenbildung während der Aufschmelzphase der Siliziumschicht zu verhindern, ergeben sich hierdurch jedoch wirt schaftliche Nachteile, da eine für die Funktion des Halbleiter-Bauelementes nicht erforderliche Schicht aufgebracht und diese sodann wieder entfernt werden muss. Somit sind zwei zusätzli che Prozessschritte für die Herstellung kristalliner Solarzellen erforderlich, die zu einer erheblichen Verteuerung führen. Eine solche soll jedoch bei der wirtschaftlichen Herstellung von Solarzellen in Dünnschicht-Technologie vermieden werden.The use of a top coat is required to prevent the formation of drops during the Preventing the melting phase of the silicon layer, however, results from this social disadvantages, since one not necessary for the function of the semiconductor component Layer applied and then this must be removed again. So two are additional Process steps required for the production of crystalline solar cells that lead to a lead to considerable price increases. However, such is said to be the case with economical production of solar cells in thin-film technology can be avoided.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein Verfahren der zuvor beschriebenen Art so weiterzubilden, dass mit einfachen Maßnahmen Schichten ausgebildet werden können, die durch Aufschmelzen und Kristallisieren in eine Schicht mit großen einkristallinen Bereichen umgewandelt werden sollen.The present invention is therefore based on the problem of a method of the above further described type in such a way that layers are formed using simple measures can be obtained by melting and crystallizing into a layer with large monocrystalline areas are to be converted.

Das Problem wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass auf die Schicht vor dem Auf schmelzen eine beim Aufschmelzen temperaturbeständige Abdeckung aufgebracht wird, wobei die Abdeckung gegenüber dem Schichtmaterial chemisch inert ist, und/oder zumindest während des Kristallisierens zwischen der Schicht und der Abdeckung eine Oxidzwischen schicht ausgebildet wird. Dabei handelt es sich bei der Abdeckung insbesondere um ein eigensteifes Element wie Platte, das gegenüber Wärmestrahlung durchlässig ist. Insbesondere wird eine transparente und translucente Abdeckung verwendet.The problem is essentially solved by putting on the layer before opening melt a cover that is temperature-resistant during melting is applied, wherein the cover is chemically inert to the layer material, and / or at least an oxide intermediate between the layer and the cover during crystallization layer is formed. The cover is in particular a inherently rigid element such as plate that is permeable to heat radiation. In particular a transparent and translucent cover is used.

Auch kann als Abdeckung eine translucente Platte aus Keramikmaterial verwendet werden. A translucent plate made of ceramic material can also be used as a cover.

Bevorzugterweise wird bei dem Aufschmelzen und Kristallisieren einer Siliziumschicht als Abdeckung eine Quarzplatte verwendet.Preferably, when melting and crystallizing a silicon layer as Cover a quartz plate used.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass als Abdeckung ein Walzenkörper mit einem Radius verwendet wird, der im Vergleich zur Fläche der momentan aufgeschmolzenen und von dem Walzenkörper abgedeckten Schicht groß ist. Dabei kann in dem Walzenkörper eine die Wärmestrahlung emittierende Wärmequelle wie Lampe angeordnet werden.According to a further development it is provided that a roller body with a Radius is used, which is compared to the area of the currently melted and layer covered by the roller body is large. A can in the roller body the heat radiation emitting heat source such as lamp can be arranged.

Sofern beim Aufschmelzen bzw. Kristallisieren zwischen der Abdeckung und der zu kristalli sierenden Schicht eine Zwischenoxidschicht ausgebildet wird, wird der Prozess derart gesteuert, dass die Dicke zwischen 50 und 200 nm, insbesondere in etwa 100 nm beträgt.Provided that when melting or crystallizing between the cover and the crystallized layer is formed an intermediate oxide layer, the process becomes like this controlled that the thickness is between 50 and 200 nm, in particular approximately 100 nm.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre wird ein Zusammenziehen von zu Tropfenbildung neigendem Schichtmaterial durch Auflegen einer Abdeckung wie Abdeckplatte auf die Schicht vermieden, wobei die Abdeckung nach erfolgter Kristallisation wieder entfernt wird. Da zwischen der Abdeckung und der Schicht eine chemische Reaktion nicht erfolgt, ist die Abdeckung wieder verwendbar.On the basis of the teaching according to the invention, the formation of droplets contracts inclined layer material by placing a cover like cover plate on the Layer avoided, the cover is removed after crystallization. Since there is no chemical reaction between the cover and the layer, the Cover reusable.

Die Verwendung einer transparenten oder translucenten Abdeckung wie Abdeckplatte oder Walzenkörper hat den Vorteil, dass die Erwärmung der aufzuschmelzenden Schicht mittels optischer Einstrahlung nicht behindert wird. Des Weiteren sollte die Abdeckung gegenüber dem aufzuschmelzenden Schichtmaterial auch bei hohen Temperaturen chemisch inert sein, und zwar bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes bis zu 1450°C im Falle von Silizium. Dies bedeutet, dass die Abdeckung das Schichtmaterial weder benetzen noch mit diesem reagieren darf.The use of a transparent or translucent cover such as a cover plate or The roller body has the advantage that the layer to be melted is heated optical radiation is not hindered. Furthermore, the cover should be opposite the layer material to be melted is chemically inert even at high temperatures, namely at temperatures above the melting point up to 1450 ° C in the case of Silicon. This means that the cover neither wets nor coats the layer material may react to this.

Sofern eine aufzuschmelzende und zu kristallisierende Siliziumschicht durch eine hochtrans parente Quarzplatte abgedeckt wird, kann diese ohne zu hohe Erwärmung eingesetzt werden. Des Weiteren kann sich unter der Quarzplatte auf der Oberfläche der Siliziumschicht während des Kristallisationsprozesses eine ungefähr 100 nm thermische SiO₂-Schicht bilden. Durch diese Schicht wird ein Kontakt mit der Quarzscheibe verhindert, so dass auf jeden Fall eine Reaktion der Quarzplatte mit der Schicht unterbunden wird. Die thermische Oxidationsschicht ist so gering, dass ein leichtes Entfernen nach der Herstellung möglich ist.If a silicon layer to be melted and crystallized is covered by a highly transparent quartz plate, this can be used without excessive heating. Furthermore, an approximately 100 nm thermal SiO ₂ layer can form under the quartz plate on the surface of the silicon layer during the crystallization process. This layer prevents contact with the quartz disk, so that a reaction of the quartz plate with the layer is prevented in any case. The thermal oxidation layer is so small that it can be easily removed after production.

Die Verwendung der Abdeckung bietet die gleichen Vorteile wie die einer Deckschicht. Dies bedeutet, dass die gewünschte Kristallisation zur Ausbildung großer einkristaller Bereiche sichergestellt ist. Gleichzeitig stellt die Abdeckung sicher, dass die kristallisierte Schicht eine überaus glatte Oberfläche aufweist, so dass bei den nachfolgenden Verfahrensschritten, insbesondere der Epitaxie unter Verwendung der Siliziumschicht als Keimschicht erhebliche Vorteile gegeben sind. Ferner ist hervorzuheben, dass die Abdeckung mehrfach wieder ver wendet werden kann.The use of the cover offers the same advantages as that of a cover layer. This means that the desired crystallization to form large single crystal areas is ensured. At the same time, the cover ensures that the crystallized layer is a has an extremely smooth surface, so that in the subsequent process steps, especially the epitaxy using the silicon layer as a seed layer considerable Advantages are given. It should also be emphasized that the cover ver several times again can be applied.

Bei der Verwendung einer Quarzplatte als Abdeckung kann diese ein relativ geringes Gewicht aufweisen, da bereits die Adhäsionskräfte zwischen der Abdeckplatte und der aufzuschmel zenden Schicht ausreichen, die Kohäsionskräfte des aufgeschmolzenen Materials zu kom pensieren. Es reicht folglich eine Quarzplatte eines Gewichtes aus, die auf der aufgeschmolze nen Schicht schwimmt, ohne dass eine Verdrängung derart erfolgt, dass das geschmolzene Material weggedrückt wird.When using a quartz plate as a cover, this can be relatively light have, since the adhesive forces between the cover plate and the melt sufficient layer to combine the cohesive forces of the melted material retire. It is therefore sufficient to have a quartz plate with a weight that is melted on top of it NEN layer floats without displacement such that the melted Material is pushed away.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden Aus führungsbeispielen.Further details, advantages and features of the invention result not only from the Claims, the features to be extracted from these - individually and / or in combination -, but also from the following description of the drawing leadership examples.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit pn-Übergang, Fig. 1 is a schematic representation of a thin-film solar cell having pn junction,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung zum Verdeutlichen des Aufschmelzens und Wieder starrens einer auf einem Träger aufgebrachten Schicht, Fig. 2 is a schematic diagram for illustrating the melting and re-staring a layer applied to a carrier layer,

Fig. 3 ein Oberflächenbild einer Keim- oder Nukleationsschicht, Fig. 3 is a surface image of a seed or nucleation layer,

Fig. 4a-c Ausbilden einer Siliziumschicht nach dem Stand der Technik, Fig. 4a-c forming a silicon film according to the prior art,

Fig. 4d-f Ausbilden einer Siliziumschicht nach der Erfindung, Fig. 4d-f forming a silicon film according to the invention,

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Aufschmelzen und Kristallisie ren einer Schicht und Fig. 5 is a schematic diagram of a device for melting and crystallizing a layer and

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufschmelzen und Kristallisieren einer Schicht. Fig. 6 is a schematic view of another embodiment of an apparatus for melting and crystallization of a layer.

Die erfindungsgemäße Lehre zum Ausbilden einer dünnen Schicht mit einkristallinen Bereichen oder einer dünnen Schicht aus polykristallinem Material mit einer Korngröße größer als die Schicht in ihrer Dicke wird nachstehend anhand eines kristallinen Si-Dünn schichtsystems erläutert, ohne dass hierdurch eine Beschränkung der Erfindung erfolgen soll. Dabei wird das kristalline Si-Dünnschichtsystem mittels einer Folge von CVD-Abscheide prozessen ausgebildet. Mit einem entsprechenden Verfahren können die aus der kristallinen Silizium-Technologie bekannten Solarzellentypen, die entweder mit pn-Übergang oder mit einer Inversionsschicht arbeiten, hergestellt werden.The teaching according to the invention for forming a thin layer with single-crystalline ones Areas or a thin layer of polycrystalline material with a grain size is greater than the layer in thickness below using a crystalline Si thin Layer system explained, without thereby restricting the invention. The crystalline Si thin-film system is made by means of a sequence of CVD deposits processes. With an appropriate method, the crystalline Silicon technology known solar cell types, either with pn junction or with work with an inversion layer.

In Fig. 1 wird der prinzipielle Aufbau einer kristallinen Dünnschicht-Solarzelle mit pn- Übergang wiedergegeben. Dabei wird auf einem z. B. aus Graphit oder einem anderen low- cost-Material bestehenden Substrat 1 im CVD-Verfahren eine vorzugsweise elektrisch leitende SiC-Schicht 2 aufgetragen, die einerseits zur Versiegelung des Substrats 1 und andererseits als Rückkontakt dient. Auf die SiC-Schicht 2 wird sodann eine mit Bor hoch dotierte p⁺-Si- Schicht 3 ebenfalls im CVD-Verfahren abgeschieden.In Fig. 1 the basic structure of a crystalline thin film solar cell having pn junction is reproduced. It is on a z. B. from graphite or another low-cost material existing substrate 1 in the CVD process, a preferably electrically conductive SiC layer 2 applied, which serves on the one hand to seal the substrate 1 and on the other hand as a back contact. A p ⁺ -Si layer 3 heavily doped with boron is then also deposited on the SiC layer 2 using the CVD process.

Das CVD-Verfahren liefert bei direkter Abscheidung auf einem Fremdsubstrat bei einer Substrattemperatur von etwa 1000°C Korngrößen von 2 µm bis 20 µm bei einer Substrattem peratur von in etwa 1300°C. Die entsprechenden Korngrößen, d. h. die Kornstruktur genügt dabei nicht den physikalischen Anforderungen, um ein Schichtsystem hohen Wirkungsgrades zur Verfügung zu stellen. Daher ist es erforderlich, die Korngrößen so auszubilden, dass diese erheblich größer als die Dicke der Schicht selbst sind. Als Faustregel gilt, dass die Korngröße zumindest 4 × größer als die Schichtdicke ist, um den physikalischen Anforderungen zu genügen. Es ist daher notwendig, dass die p⁺-Si-Schicht 3 aufgeschmolzen und beim Abkühlen derart kristallisiert wird, dass Korngrößen ausgebildet werden, die erheblich größer als die der Schichtdicke sind. Auf die die erforderliche physikalische Struktur aufweisende Schicht 3 wird eine photoempfindliche p-Si-Schicht 4 epitaxiert, um sodann eine n-leitende Emitterschicht 5 durch z. B. Eindiffusion von Phosphor oder durch Epitaxie einer Phosphor- dotierten Si-Schicht aufzubringen. Schließlich wird auf die Emitterschicht 5 ein metallisches Frontgitter 7 in gewohnter Technik z. B. Aufdampfprozess, Siebdruck von Leitpasten etc. hergestellt. Eine gegebenenfalls erforderliche Antireflexionsschicht 6 kann mit einem geeigneten Plasmaverfahren ausgebildet werden.With direct deposition on a foreign substrate at a substrate temperature of around 1000 ° C, the CVD process delivers grain sizes from 2 µm to 20 µm at a substrate temperature of around 1300 ° C. The corresponding grain sizes, ie the grain structure, does not meet the physical requirements in order to provide a layer system with high efficiency. It is therefore necessary to design the grain sizes so that they are considerably larger than the thickness of the layer itself. As a rule of thumb, the grain size is at least 4 × larger than the layer thickness in order to meet the physical requirements. It is therefore necessary that the p ⁺ -Si layer 3 is melted and crystallized during cooling in such a way that grain sizes are formed which are considerably larger than that of the layer thickness. On the layer 3 having the required physical structure, a photosensitive p-Si layer 4 is epitaxed, in order to then an n-type emitter layer 5 by z. B. diffusion of phosphorus or by epitaxy of a phosphorus-doped Si layer. Finally, a metallic front grating 7 is applied to the emitter layer 5 in the usual technique, for. B. vapor deposition process, screen printing of conductive pastes etc. An antireflection layer 6 which may be required can be formed using a suitable plasma process.

Um ein funktionstüchtiges, einen gewünschten Wirkungsgrad aufweisendes Si-Dünschicht system zur Verfügung zu stellen, ist der Aufschmelz-/Kristallisationsschritt der im Aus führungsbeispiel p⁺-Si-Schicht 3 ausschlaggebend. Hierzu kann nach dem Stand der Technik auf die aufzuschmelzende Schicht eine sogenannte capping-layer aufgebracht werden, die sicherstellt, dass sich die geschmolzene Schicht, d. h. die Si-Schmelze nicht zu Tropfen zu sammenzieht, da die Kohäsionskräfte der Schmelze durch die Adhäsion zwischen der Si- Schmelzschicht und der capping-layer oder Deckschicht kompensiert werden.In order to provide a functional Si thin layer system which has a desired efficiency, the melting / crystallization step of the p ⁺ -Si layer 3 in the exemplary embodiment is crucial. For this purpose, according to the prior art, a so-called capping layer can be applied to the layer to be melted, which ensures that the melted layer, ie the Si melt, does not contract into drops, since the cohesive forces of the melt are caused by the adhesion between the Si - Melting layer and the capping layer or top layer can be compensated.

Ein Verfahrensablauf zur Ausbildung einer entsprechenden Siliziumschicht gewünschter Korngröße wird anhand der Fig. 2 verdeutlicht. So wird ein nicht näher bezeichnetes Graphit- Substrat als Träger mit einer ca 40 µm-dicken SiC-Schicht 11 versiegelt, die gleichzeitig den Rückkontakt bilden kann. Auf die SiC-Schicht 11 wird sodann im CVD-Verfahren eine ca. 10 bis 30 µm dicke mit Bor hoch dotierte Siliziumschicht 3 aus der Gasphase abgeschieden. Die so ausgebildete Siliziumschicht 3 setzt sich aus Körnern einer Größe im µm-Bereich zusammen, die klein gegenüber der Schichtdicke und somit für die Nutzung als Solarzelle ungeeignet ist. Daher wird die Siliziumschicht aufgeschmolzen und lateral kristallisiert, um gewünschte Korngrößen von in etwa zumindest der vierfachen Dicke der Schicht 3 selbst zu erhalten. Bei einer entsprechenden lateralen Kristallisation ergeben sich hoch dotierte Siliziumschichten mit Korngrößen im Millimeter-Bereich. Die entsprechende Schicht dient sodann als Nukleations- oder Keimschicht 42 für das Wachstum einer photoempfindlichen Siliziumschicht, die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist.A process sequence for forming a corresponding silicon layer of the desired grain size is illustrated with the aid of FIG. 2. For example, a graphite substrate, not described in more detail, is sealed as a carrier with an approximately 40 μm-thick SiC layer 11 , which can simultaneously form the back contact. An approximately 10 to 30 μm thick silicon layer 3 heavily doped with boron is then deposited on the SiC layer 11 in the CVD process from the gas phase. The silicon layer 3 formed in this way is composed of grains with a size in the μm range which is small compared to the layer thickness and is therefore unsuitable for use as a solar cell. The silicon layer is therefore melted and laterally crystallized in order to obtain desired grain sizes of approximately at least four times the thickness of the layer 3 itself. A corresponding lateral crystallization results in highly doped silicon layers with grain sizes in the millimeter range. The corresponding layer then serves as a nucleation or seed layer 42 for the growth of a photosensitive silicon layer, which is provided with the reference symbol 4 in FIG. 1.

Um eine entsprechende Kristallisation zu erzielen, kann nach dem Stand der Technik die Schicht 3 vor der Kristallisation mit einer Deckschicht 43 abgedeckt werden. Die aus vorzugsweise Siliziumoxid bestehenden etwa 2 µm dicke Deckschicht 43 wird dabei mittels reaktiver Vakuumverdampfung von Siliziummonoxid oder Hochfrequenzsputtern oder in einem plasmaunterstützten CVD-Verfahren in einem thermischen CVD-Verfahren oder mittels oxidbildender Flüssigkeit auf die Si-Schicht 3 aufgetragen. Alternativ können auch SiO- Schichten in Verbindung mit SiN-Schichten aufgetragen werden. Die mit einer entsprechen den Deckschicht 43 abgedeckte Siliziumschicht 3 wird sodann mit einer der Fig. 2 prinzipiell zu entnehmenden Vorrichtung aufgeschmolzen und kristallisiert. Hierzu sind substratrückseitig Strahler 80 wie Quarzlampen vorgesehen, die das Substrat auf eine gleichmäßige Grundtem peratur im Bereich zwischen 800 bis 1400°C aufwärmen. Auf der gegenüberliegenden Seite, also deckschichtseitig ist ein optischer Zonenheizer 81 vorgesehen, der einen elliptisch geformten, hochspiegelnden Aluminiumkörper umfasst, der wassergekühlt ist. In einer Brennlinie der von dem Aluminiumkörper umgebenden Ellipse ist sodann ein Quarzstrahler 82 mit z. B. Wolframwendel angeordnet. Der Zonenheizer 81 ist mit seiner zweiten Ellipsen brennlinie auf die Oberfläche der aufzuschmelzenden und zu kristallisierenden Schicht 3 ausgerichtet, um die maximale Wärmeleistung in die Schicht 3 einzukoppeln. Hierdurch bedingt schmilzt die Siliziumschicht 3 in einer nur wenige Millimeter breiten Zone 41 vollständig auf, wohingegen die angrenzenden Bereiche weiterhin starr sind. Durch Vorschub des Zonenheizers 81 wird folglich die flüssige Zone 41 durch die Schicht 3 bewegt. An der in Bezug auf die Vorschubrichtung hinteren Phasengrenze der Schmelzzone kristallisiert das Silizium lateral und bildet Korngrößen aus, die erheblich größer als die Dicke der Schicht 3 sind.In order to achieve a corresponding crystallization, layer 3 can be covered with a cover layer 43 prior to crystallization according to the prior art. The approximately 2 μm thick top layer 43 , which preferably consists of silicon oxide, is applied to the Si layer 3 by means of reactive vacuum evaporation of silicon monoxide or high-frequency sputtering or in a plasma-assisted CVD method in a thermal CVD method or by means of oxide-forming liquid. Alternatively, SiO layers can also be applied in conjunction with SiN layers. The silicon layer 3 covered with a corresponding covering layer 43 is then melted and crystallized using a device which can be seen in principle in FIG. 2. For this purpose, radiators 80 such as quartz lamps are provided on the back of the substrate, which heat the substrate to a uniform basic temperature in the range between 800 and 1400 ° C. On the opposite side, that is to say on the cover layer side, an optical zone heater 81 is provided, which comprises an elliptically shaped, highly reflective aluminum body which is water-cooled. In a focal line of the ellipse surrounded by the aluminum body is then a quartz radiator 82 with z. B. tungsten coil. The zone heater 81 is aligned with its second elliptical focal line to the surface of the layer 3 to be melted and crystallized in order to couple the maximum thermal output into the layer 3 . As a result, the silicon layer 3 melts completely in a zone 41 that is only a few millimeters wide, whereas the adjacent regions continue to be rigid. By advancing the zone heater 81 , the liquid zone 41 is consequently moved through the layer 3 . At the rear phase boundary of the melting zone with respect to the feed direction, the silicon crystallizes laterally and forms grain sizes which are considerably larger than the thickness of the layer 3 .

Die Kristallisationsgeschwindigkeit wird über die Vorschubgeschwindigkeit des Zonenheizers 81, der auch durch eine andere geeignete bzw. dem Stand der Technik zu entnehmende Heizvorrichtung ersetzt werden kann, eingestellt. Übliche Geschwindigkeiten liegen zwischen 0,1 mm/min bis 100 mm/min, wobei der Bereich 5 bis 10 mm/min bevorzugt anzugeben ist.The rate of crystallization is set via the feed rate of the zone heater 81 , which can also be replaced by another suitable heating device or one that can be found in the prior art. Usual speeds are between 0.1 mm / min to 100 mm / min, the range 5 to 10 mm / min being preferred.

Nach dem Herausbilden der kristallisierten Schicht 42 gewünschter Korngröße muss sodann die Deckschicht wieder entfernt werden, wodurch nicht nur der Herstellungsprozess auf wendiger und verteuert wird, sondern die Gefahr besteht, dass unerwünschte Dickenänderun gen der Keim- bzw. Nukleationsschicht 42 oder Verschmutzungen dieser auftreten. After the crystallized layer 42 of the desired grain size has been formed, the cover layer must then be removed again, which not only makes the production process more agile and expensive, but there is also the risk that undesirable changes in thickness of the germ or nucleation layer 42 or contamination thereof will occur.

Würde man den zuvor beschriebenen und anhand der Fig. 2 erläuterten Kristallisationsprozess ohne eine Deckschicht 43 durchführen, so ergäbe sich folgender Ablauf, der anhand der Fig. 4a bis c erläutert wird.If the crystallization process described above and explained with reference to FIG. 2 were carried out without a cover layer 43 , the following sequence would result, which is explained with reference to FIGS. 4a to c.

Entsprechend der Fig. 4a befindet sich vor der Kristallisation eine geschlossene gasphasen- abgeschiedene Siliziumschicht 3 mit einer vorzugsweise einen Rückkontakt bildenden Versiegelungsschicht 11. Erfolgt sodann das Aufschmelzen, bilden sich aufgrund der Kohä sionskräfte des Siliziums Tropfen 41, die von der Schicht 11 "abperlen". Ursächlich hierfür ist, dass die Adhäsionskräfte zwischen der SiC-Schicht 11 und der Si-Schmelze kleiner als die Kohäsionskräfte der metallischen Si-Schmelze 41 sind. Beim Abkühlen (Fig. 4c) erstarrt der Tropfen, dessen Form von dem jeweils zufälligen Verlauf der Erstarrung abhängig ist. Am Ende des Abkühlens verbleibt auf der Oberfläche des teilerstarrten Siliziums ein Rest Schmelze zurück. Da Silizium beim Erstarren eine Volumenzunahme von in etwa 10% zeigt, formt sich der letzte Rest des erstarrten Tropfens zu einem kleinen Berg, der in Fig. 4c mit dem Bezugszeichen 42 versehen ist. Nach erfolgter Kristallisation ergeben sich demzufolge aus der ursprünglichen Schicht 4 eine Ansammlung kleiner Siliziumberge 42, die nicht den Anforderungen einer zusammenhängenden Keimschicht genügen.According to FIG. 4a, a closed gas-phase-deposited silicon layer 3 with a sealing layer 11, which preferably forms a back contact, is located before crystallization. If the melting then takes place, drops 41 are formed due to the cohesive forces of the silicon, which "roll off" the layer 11 . The reason for this is that the adhesive forces between the SiC layer 11 and the Si melt are smaller than the cohesive forces of the metallic Si melt 41 . When cooling ( Fig. 4c) the drop solidifies, the shape of which depends on the random course of the solidification. At the end of the cooling process, a remnant of melt remains on the surface of the partially solidified silicon. Since silicon shows a volume increase of approximately 10% during solidification, the last remainder of the solidified drop forms a small mountain, which is given the reference symbol 42 in FIG. 4c. After crystallization has taken place, the original layer 4 consequently produces a collection of small silicon mountains 42 which do not meet the requirements of a coherent seed layer.

Um eine zusammenhängende Keimschicht ohne Aufbringen und Entfernen der in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 43 versehenen Deckschicht oder capping-layer 43 zur Verfügung stellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Deckschicht 43 durch eine eigensteife abnehmbare Abdeckung wie insbesondere Quarzplatte 44 ersetzt wird, die nach der Kristalli sation wieder entfernt werden kann und somit für einen weiteren Herstellungsprozess eines Silizium-Dünnschichtsystems verwendet werden kann.In order to be able to provide a coherent seed layer without applying and removing the cover layer or capping layer 43 provided with the reference numeral 43 in FIG. 2, it is provided according to the invention that the cover layer 43 is replaced by an inherently rigid removable cover, in particular quartz plate 44 , which can be removed again after crystallization and can thus be used for a further manufacturing process of a silicon thin-film system.

Wie anhand der Fig. 4d) bis f) erläutert wird, wird vor dem Aufschmelzen auf die ge schlossene gasphasen-abgeschiedene Siliziumschicht 3 die Quarzplatte 44 aufgelegt. Wird nun die Schicht 3 mit einer der Fig. 2 zu entnehmenden Vorrichtung und entsprechend der erläuterten Verfahrensparameter aufgeschmolzen, so wird eine Tropfenbildung vermieden. Die Schmelze 41 nimmt die Fläche der zugewandten Oberfläche der Quarzplatte 44 an. Bei glatter Oberfläche der Quarzplatte 44 ergibt sich folglich eine besonders glatte Oberfläche der Keimschicht 42. Sofern die Oberfläche der Keimschicht 42 eine gewünschte Struktur aufweisen soll, kann diese durch entsprechende Strukturierung der Quarzplatte 44 vorgegeben werden.As will be explained with reference to FIGS. 4d) to f), the quartz plate 44 is placed on the closed gas-phase-deposited silicon layer 3 before melting. If the layer 3 is now melted with a device to be removed from FIG. 2 and in accordance with the method parameters explained, drop formation is avoided. The melt 41 takes up the area of the facing surface of the quartz plate 44 . If the surface of the quartz plate 44 is smooth, the surface of the seed layer 42 is particularly smooth. If the surface of the seed layer 42 is to have a desired structure, this can be predetermined by appropriate structuring of the quartz plate 44 .

Durch das erfindungsgemäße Verfahren entfallen die nach dem Stand der Technik erforder lichen Schritte Aufbringen einer Deckschicht oder capping-layer und anschließendes Entfer nen dieser. Einzig und allein eine wiederverwendbare Abdeckplatte wie Quarzplatte 44 ist erforderlich. Die Quarzplatte 44 kann dabei beliebig dünn gewählt werden, wobei die Neben bedingung erfüllt sein muss, dass die erforderliche Eigensteifigkeit gegeben ist. Als typische Dicken der Quarzplatte 44 sind Werte zwischen 100 µm und 2 mm anzugeben. Die Dicke der Quarzplatte 44 wird unter dem Gesichtspunkt der Handhabbarkeit in Relation zur Fläche der aufzuschmelzenden Schicht 3 und der Prozessführung gewählt.The method according to the invention eliminates the steps required in the prior art for applying a cover layer or capping layer and subsequently removing it. Only a reusable cover plate such as quartz plate 44 is required. The quartz plate 44 can be chosen as thin as desired, the secondary condition must be met that the required inherent rigidity is given. Values between 100 μm and 2 mm are to be specified as typical thicknesses of the quartz plate 44 . The thickness of the quartz plate 44 is selected from the viewpoint of manageability in relation to the area of the layer 3 to be melted and the process control.

Sofern das Kristallisieren, d. h. das Erstarren der aufgeschmolzenen Schicht an Luft erfolgt, bietet die Abdeckung 44 zusätzlich einen Schutz gegen Staubkörner und Verunreinigungen aus der Atmosphäre.If the crystallization, ie the solidification of the melted layer takes place in air, the cover 44 additionally offers protection against dust grains and impurities from the atmosphere.

Eine typische nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Keim- oder Nukleations schicht 42 ist in der Fig. 3 dargestellt.A typical germ or nucleation layer 42 produced by the method according to the invention is shown in FIG. 3.

Ergänzend zu der Verwendung einer Abdeckplatte wie Quarzplatte kann zwischen dieser und der aufzuschmelzenden Schicht 3 eine ca. 100 nm dicke thermische SiO₂-Schicht auf der Siliziumschicht 3 beim Aufschmelzen und Kristallisieren an Luft aufgebracht sein, die bei einer Temperatur über 1100°C ausgebildet wird. Allerdings reicht diese Schicht nicht aus, die Kristallisation der Schicht 3 ohne Tropfenbildung durchzuführen. Sofern eine entsprechen de SiO₂-Schicht ausgebildet sein sollte, würde diese vor dem Aufbringen der weiteren photo empfindlichen Siliziumschicht 4 durch thermische Reaktion mit Wasserstoff bei Temperautren von ca. 1000°C bis 1250°C, insbesondere bei 1200°C entfernt werden können.In addition to the use of a cover plate such as quartz plate, an approximately 100 nm thick thermal SiO ₂ layer can be applied on the silicon layer 3 during melting and crystallization in air, which is formed at a temperature above 1100 ° C., between this and the layer 3 to be melted . However, this layer is not sufficient to carry out the crystallization of layer 3 without the formation of drops. If a corresponding de SiO ₂ layer were to be formed, this would be able to be removed before the application of the further photosensitive silicon layer 4 by thermal reaction with hydrogen at a temperature of approximately 1000 ° C. to 1250 ° C., in particular at 1200 ° C.

Wird eine entsprechende SiO₂-Schicht ausgebildet, ergibt sich der Vorteil, dass die Abdeck platte 44 gegen eine Benetzung durch die Siliziumschmelze geschützt ist.If a corresponding SiO ₂ layer is formed, there is the advantage that the cover plate 44 is protected against wetting by the silicon melt.

Den Fig. 5 und 6 sind Prinzipdarstellungen von Anordnungen zu entnehmen, mit Hilfe derer eine Schicht 3 wie Siliziumschicht aufgeschmolzen und beim Abkühlen derart kristallisiert wird, dass sich Korngrößen bilden, die erheblich größer als die der Schichtdicke selbst sind. Dabei wird nach der erfindungsgemäßen Lehre sichergestellt, dass beim Aufschmelzen ein Zusammenziehen von zu Tropfenbildung neigendem Schichtmaterial durch Anordnen einer eigensteifen Abdeckung in Form eines Walzenkörpers 47 unterbleibt, der als Quarzrohr ausgebildet und einen Durchmesser von zum Beispiel 15 bis 30 cm aufweisen kann. FIGS. 5 and 6 are given of arrangements schematic diagrams, melted by means of which a layer 3 such as silicon layer, and is crystallized on cooling so as to grain sizes that form, which are substantially greater than the thickness of the layer itself. According to the teaching according to the invention, it is ensured that during melting there is no contraction of layer material which tends to form drops by arranging an inherently rigid cover in the form of a roller body 47 , which is designed as a quartz tube and can have a diameter of, for example, 15 to 30 cm.

Entsprechend der Fig. 5 ist der Walzenkörper 47 mit der Schicht 3 in einer Zone 41 in Kontakt, die aufgeschmolzen ist. Vor und hinter der Zone 41 ist die Schicht starr, wobei die aufgeschmolzene und sodann wieder kristallisierte Schicht 42 Korngrößen gewünschter Größe aufweist.Is corresponding to FIG. 5, the roller body 47 with the layer 3 in a zone 41 in contact which is melted. The layer in front of and behind zone 41 is rigid, the melted and then recrystallized layer 42 having grain sizes of the desired size.

Die Schicht 3 selbst ist auf einem mit z. B. einer 40 µm dicken SiC-Schicht 11 versiegelten Träger angeordnet, unterhalb von dem Heizstrahler 80 vorgesehen sind. Innerhalb des Walzenkörpers 47 und unmittelbar oberhalb der Schmelzzone 41 befindet sich entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ein Zonenheizer 81 mit Quarzstrahler 82. Der Kon taktbereich zwischen dem Walzenkörper 47 und der Zone 41 ist mit dem Bezugszeichen 83 gekennzeichnet. Der Quarzstrahler 82 ist im Brennlinienbereich des elliptischen Reflektors des Zonenheizers derart angeordnet, dass die Schicht 3 in der Zone 41 schmilzt.Layer 3 itself is on a with z. B. a 40 micron thick SiC layer 11 sealed carrier arranged below the radiant heater 80 are provided. A zone heater 81 with a quartz heater 82 is located inside the roller body 47 and immediately above the melting zone 41 , in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 2. The contact area between the roller body 47 and the zone 41 is identified by the reference symbol 83 . The quartz radiator 82 is arranged in the focal line region of the elliptical reflector of the zone heater in such a way that the layer 3 melts in the zone 41 .

Wie die Darstellung der Fig. 5 verdeutlicht, wird der Träger mit der Schicht 3 unter dem Walzenkörper 47 hindurchbewegt. Synchron dreht sich der Walzenkörper 47 mit.As the illustration in FIG. 5 illustrates, the carrier with the layer 3 is moved under the roller body 47 . The roller body 47 rotates synchronously.

In Fig. 6 ist eine der Fig. 5 entsprechende Anordnung derart weitergebildet, dass ein Durch laufverfahren realisierbar ist. Dabei ist die Schicht 30 oberhalb des Walzenkörpers 47 angeordnet und wird in Pfeilrichtung bewegt. Entsprechend erfolgt eine Drehung bzw. Bewegung des Walzenkörpers 47. Die entsprechende Anordnung nach Fig. 6 hat den Vorteil, dass ein Einstellen der von dem Walzenkörper 47 auf die Zone 41 einwirkenden Kraft einfach regulierbar ist.In FIG. 6, an arrangement corresponding to FIG. 5 is developed in such a way that a continuous process can be implemented. The layer 30 is arranged above the roller body 47 and is moved in the direction of the arrow. The roller body 47 accordingly rotates or moves. The corresponding arrangement according to FIG. 6 has the advantage that the force acting on the zone 41 from the roller body 47 can be easily adjusted.

Claims

1. A method for forming a thin layer with single-crystalline regions or a thin layer of polycrystalline material with a grain size larger than the layer in its thickness, wherein first layer material for forming a layer is applied to a support as deposited and then the layer is melted on and Crystallization is cooled, characterized in that a layer which is temperature-resistant during melting or the layer is arranged on the layer before melting, the cover being chemically inert to the layer material and / or at least during crystallization between the layer and an intermediate oxide layer is formed on the cover.

2. The method according to claim 1, characterized that an inherently stiff cover is applied to the layer as is applied.

3. The method according to claim 1, characterized, that the layer before melting with a temperature when melting permanent quartz plate or ceramic plate permeable to heat radiation is covered, the cover being chemically inert to the layer and / - or between the layer and the cover during crystallization of the layer an intermediate oxide layer is formed.

4. The method according to claim 1, characterized, that a plate is used as a cover.

5. The method according to claim 1, characterized, that a plate is used as a cover that is exposed to heat radiation is casual.

6. The method according to claim 1, characterized, that a roller body with a radius is used as a cover, which in Comparison to the area of the currently melted and from the roll body covered layer is large.

7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized, that a transparent or translucent cover is used.

8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized, that a plate made of ceramic material is used as a cover.

9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized, that a quartz plate is used as a cover.

10. The method according to at least one of the preceding claims, characterized, that the intermediate oxide layer with a thickness between 50 and 200 nm, in particular of approximately 100 nm is formed.

11. The method according to at least one of the preceding claims, characterized, that the layer to be melted has a thickness of approximately to 100 μm, in particular from about 10 µm to 30 µm.

12. The method according to at least one of the preceding claims, characterized, that in the roller body a heat source emitting the heat radiation, such as Lamp is arranged.