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JP2000091604A - Polycrystalline semiconductor film, photoelectric transfer element, and manufacture thereof - Google Patents

Polycrystalline semiconductor film, photoelectric transfer element, and manufacture thereof

Info

Publication number
JP2000091604A
JP2000091604A JP10256842A JP25684298A JP2000091604A JP 2000091604 A JP2000091604 A JP 2000091604A JP 10256842 A JP10256842 A JP 10256842A JP 25684298 A JP25684298 A JP 25684298A JP 2000091604 A JP2000091604 A JP 2000091604A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
silicon
semiconductor film
conductive
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
Application number
JP10256842A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakiyo Matsumura
正清 松村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP10256842A priority Critical patent/JP2000091604A/en
Publication of JP2000091604A publication Critical patent/JP2000091604A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the grain boundaries and thereby increase the electron mobility by forming a conductive or semiconductive film on a substrate and then forming thereon a polycrystalline semiconductor film by laser annealing. SOLUTION: On a glass substrate 1, a chromium film 2 is formed by sputtering. Thereon, a conductive or semiconductive amorphous silicon film is formed by thermal CVD at 500 deg.C using disilane. Then, a light intensity distribution is achieved on the surface of the amorphous silicon film and excimer laser is cast to melt the amorphous silicon film. The molten amorphous silicon film is grown in the transverse direction to form a polycrystalline silicon film 3. Accordingly, improved electric characteristics such as a few grain boundaries and a large electron mobility can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池、薄膜ト
ランジスター等に利用できる大結晶粒径の多結晶半導体
膜、該半導体膜を有する光電変換素子及びこれらの製造
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polycrystalline semiconductor film having a large crystal grain size which can be used for a solar cell, a thin film transistor, and the like, a photoelectric conversion element having the semiconductor film, and a method for producing these.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンに代表される半導体には非晶
質、多結晶、及び単結晶の材料が用いられるが、近年、
種々の用途で多結晶材料の半導体物性、製造コストの面
での優位性が注目されてきている。多結晶材料は単結晶
粒子の集合体であり、粒子間には結晶粒界が存在してい
る。この結晶粒界は禁制帯内局在準位密度が大きく、ま
た半導体物性の重要な因子である電子移動度の低下の原
因にもなっている。従って、高品質の多結晶材料膜を得
るには結晶粒径を大きくし、結晶粒界を減らすことが極
めて有用である。
2. Description of the Related Art Amorphous, polycrystalline, and single crystal materials are used for semiconductors represented by silicon.
In various applications, attention has been paid to the advantages of polycrystalline materials in terms of semiconductor properties and manufacturing cost. The polycrystalline material is an aggregate of single crystal particles, and a grain boundary exists between the particles. These grain boundaries have a high localized level density in the forbidden band and also cause a reduction in electron mobility, which is an important factor in semiconductor properties. Therefore, in order to obtain a high-quality polycrystalline material film, it is extremely useful to increase the crystal grain size and reduce the crystal grain boundaries.

【0003】多結晶材料膜を形成する代表的な手法とし
ては、固相成長法、直接堆積法、レーザーアニール法等
が知られているが、得られる電子移動度等の半導体物性
はいずれも未だ十分とは言えない。また電気炉を用いて
非晶質等の膜をアニールし多結晶化する固相成長法や直
接堆積法では処理時間が長く、且つ高温プロセスになる
為、基板に耐熱性が要求され、材料が制約される問題等
がある。この基板の耐熱性の問題に対しては、レーザー
照射により非晶質等の膜を溶融し、これをアニールし多
結晶化するレーザーアニール法は溶融される膜の温度は
高いが、処理中の基板等を含めた系全体の平均温度が低
いので期待されており、数多くの試みがなされている。
例えば、エキシマレーザーを用い非晶質シリコン膜をレ
ーザーアニールし多結晶化する手法は、処理中の平均温
度が低いので、耐熱性に欠ける基板にも適用できる。し
かし、従来の多くの試みでは主目的がこの平均温度の低
減にあり、大結晶粒径化は念頭に無く、得られる平均的
な結晶粒径は100nm程度以下であり、高品質の多結
晶シリコン膜を得る為の実用的な方法は未だ得られてい
ない。
As a typical method for forming a polycrystalline material film, a solid phase growth method, a direct deposition method, a laser annealing method and the like are known, but all of the obtained semiconductor properties such as electron mobility are still unknown. Not enough. In addition, the solid phase growth method or the direct deposition method in which an amorphous film or the like is annealed and polycrystallized using an electric furnace requires a long processing time and a high-temperature process. There are problems that are restricted. In order to solve the problem of heat resistance of the substrate, the laser annealing method that melts an amorphous film by laser irradiation, anneals it, and polycrystallizes it, although the temperature of the melted film is high, This is expected because the average temperature of the entire system including the substrate and the like is low, and many attempts have been made.
For example, a method of polycrystallizing an amorphous silicon film by laser annealing using an excimer laser can be applied to a substrate lacking heat resistance because the average temperature during the processing is low. However, in many conventional attempts, the main purpose is to reduce the average temperature, there is no need to increase the crystal grain size, and the average crystal grain size obtained is about 100 nm or less. A practical method for obtaining a film has not yet been obtained.

【0004】エキシマレーザーを用いたレーザーアニー
ル法により大結晶粒径の多結晶シリコン膜を作成する試
みとしては、ダブルパルス・デュアルビーム法(Ele
ctr.Lett.,vol.31(1995)P.1
956)、ブリッジ法(Jpn.J.Appl.Phy
s.,vol.33(1994)P.70)、繰り返し
横方向固化法(MRS Symp.Proc.,vo
l.358(1995)P.903)等が報告されてい
るが、手法、構造が複雑で生産性が低い等の問題があ
り、プロセスコストが高額となるため実用し難い。エキ
シマレーザーを用いたレーザーアニール法により大結晶
粒径の多結晶シリコン膜を形成する新しい方法として、
非晶質等のシリコン膜をエキシマレーザーアニールする
に当たり、エキシマレーザーを位相変調し、照射する非
晶質等のシリコン膜表面に光強度分布を形成せしめて、
制御可能な状態で、溶融したシリコンを横方向に結晶成
長させる方法も提案されている。(Jpn.J.App
l.Phys.,vol.37(1998)P.73
1、P.L492)
As an attempt to form a polycrystalline silicon film having a large crystal grain size by a laser annealing method using an excimer laser, a double pulse dual beam method (Ele
ctr. Lett. , Vol. 31 (1995) p. 1
956), the bridge method (Jpn. J. Appl. Phys.
s. , Vol. 33 (1994) p. 70), repeated lateral solidification method (MRS Symp. Proc., Vo.
l. 358 (1995) p. 903) have been reported, but there are problems such as a complicated method and structure and low productivity, and the process cost is high. As a new method of forming a polycrystalline silicon film with a large crystal grain size by laser annealing using an excimer laser,
In annealing an amorphous silicon film with an excimer laser, the excimer laser is phase-modulated and a light intensity distribution is formed on the surface of the amorphous silicon film to be irradiated.
There has also been proposed a method in which molten silicon is allowed to grow in a lateral direction in a controlled manner. (Jpn. J. App
l. Phys. , Vol. 37 (1998) p. 73
1, p. L492)

【0005】これらのレーザーを用いるアニール法で
は、照射するレーザー光のエネルギーを結晶成長に如何
に有効に利用するかが重要である。照射されたレーザー
光のエネルギーの大部分は基板の方向に流出するので、
その熱流出を抑制できれば結晶成長に良好な影響を与え
ることができる。また、基板の方向に熱が流出するた
め、基板上に形成されている非晶質等の膜が多結晶化す
る際に、基板側から冷却され、基板との界面に微結晶質
の結晶が生成することも知られている。この微結晶質は
大結晶粒径化を阻害する。
[0005] In the annealing method using these lasers, it is important how to effectively utilize the energy of the laser light to be applied for crystal growth. Most of the energy of the irradiated laser light flows out toward the substrate,
If the heat outflow can be suppressed, the crystal growth can be favorably influenced. In addition, since heat flows out in the direction of the substrate, when an amorphous film formed on the substrate is polycrystallized, the film is cooled from the substrate side, and microcrystalline crystals are formed at the interface with the substrate. It is also known to generate. The microcrystals hinder a large crystal grain size.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は基板上に形成
される結晶粒径の大きい多結晶半導体膜、該膜を有する
シリコン光電変換素子、及びこれらの製造法を提供する
ことを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a polycrystalline semiconductor film having a large crystal grain size formed on a substrate, a silicon photoelectric conversion element having the film, and a method for manufacturing the same. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は基板表面に形
成した非単結晶(非晶質あるいは微結晶質等粒径が小さ
い結晶)半導体膜をレーザーアニール法により多結晶化
する際に、基板上に特定の物質からなる膜を形成し、該
膜上で半導体膜を多結晶化することにより、上記目的が
達成されることを見出し本発明に至った。即ち、本発明
の多結晶半導体膜、シリコン光電変換素子及びそれらの
製造法は以下の各項に示す構成からなる。 (1) 基板上に導電性ないし半導電性の膜が形成さ
れ、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された半
導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。 (2) 基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜が形成
され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形成され、
さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された
半導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。
SUMMARY OF THE INVENTION The inventor of the present invention has proposed a method of forming a non-single-crystal (amorphous or microcrystalline, etc., crystal having a small grain size) polycrystalline by laser annealing on a substrate surface. The present inventors have found that the above object can be achieved by forming a film made of a specific substance on a substrate and polycrystallizing a semiconductor film on the film. That is, the polycrystalline semiconductor film, the silicon photoelectric conversion element, and the method of manufacturing the same according to the present invention have the following configurations. (1) A polycrystalline semiconductor film in which a conductive or semiconductive film is formed on a substrate, and a semiconductor film polycrystallized by laser annealing is formed on the film. (2) a low heat capacity or low thermal conductivity film is formed on the substrate, and a conductive or semiconductive film is formed on the film;
A polycrystalline semiconductor film in which a semiconductor film polycrystallized by laser annealing is formed on the film.

【0008】(3) 基板上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該膜上に半導体膜を形成する工程
と、該半導体膜をレーザーアニールにより多結晶化する
工程からなる多結晶半導体膜の製造法。 (4) 基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜を形成
する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の膜を形成
する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上に半導体膜
を形成する工程と、該半導体膜をレーザーアニールによ
り多結晶化する工程からなる多結晶半導体膜の製造法。
(3) A step of forming a conductive or semiconductive film on a substrate, a step of forming a semiconductor film on the film, and a step of polycrystallizing the semiconductor film by laser annealing. Manufacturing method of crystalline semiconductor film. (4) forming a low heat capacity or low heat conductive film on the substrate, forming a conductive or semiconductive film on the film, and forming a semiconductor on the conductive or semiconductive film. A method for producing a polycrystalline semiconductor film, comprising: forming a film; and polycrystallizing the semiconductor film by laser annealing.

【0009】(5) 基板上に導電性ないし半導電性の
膜が形成され、該膜上にレーザーアニールにより多結晶
化された一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半
導体膜上に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてな
るシリコン光電変換素子。 (6) 基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜が形成
され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形成され、
さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された
一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半導体膜上
に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてなるシリコ
ン光電変換素子。
(5) A conductive or semiconductive film is formed on a substrate, and a one-conductivity-type silicon semiconductor film polycrystallized by laser annealing is formed on the film, and another film is formed on the semiconductor film. A silicon photoelectric conversion element in which a conductive silicon semiconductor film is formed. (6) A low heat capacity or low thermal conductivity film is formed on the substrate, and a conductive or semiconductive film is formed on the film;
A silicon photoelectric conversion element further comprising a silicon semiconductor film of one conductivity type, which is polycrystallized by laser annealing on the film, and a silicon semiconductor film of another conductivity type formed on the semiconductor film.

【0010】(7) 基板上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該膜上にシリコン半導体膜を形成
する工程と、該半導体膜をレーザーアニールにより一導
電型の多結晶シリコン半導体膜とする工程と、該半導体
膜上に他導電型のシリコン半導体膜を形成する工程から
なるシリコン光電変換素子の製造法。 (8) 基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜を形成
する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の膜を形成
する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上にシリコン
半導体膜を形成する工程と、該半導体膜をレーザーアニ
ールにより一導電型の多結晶シリコン半導体膜とする工
程と、該半導体膜上に他導電型のシリコン半導体膜を形
成する工程からなるシリコン光電変換素子の製造法。
(7) a step of forming a conductive or semiconductive film on the substrate, a step of forming a silicon semiconductor film on the film, and a step of annealing the semiconductor film by laser annealing to form polycrystalline silicon of one conductivity type. A method for manufacturing a silicon photoelectric conversion element, comprising: a step of forming a semiconductor film; and a step of forming a silicon semiconductor film of another conductivity type on the semiconductor film. (8) a step of forming a low heat capacity or low heat conductive film on the substrate, a step of forming a conductive or semiconductive film on the film, and a step of forming silicon on the conductive or semiconductive film. Forming a semiconductor film, forming the semiconductor film into a polycrystalline silicon semiconductor film of one conductivity type by laser annealing, and forming a silicon semiconductor film of another conductivity type on the semiconductor film; Device manufacturing method.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明は上記の多結晶半導体膜、
シリコン光電変換素子及びこれらの製造法からなってい
る。先ず多結晶半導体膜から説明する。この多結晶半導
体膜に用いられる基板は特に制限なく、例えばシリコ
ン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の金
属、ガラス、サファイア等のセラミックス、プラスチッ
ク等が使用できる。本発明の多結晶半導体膜を構成する
半導体として代表的なものはシリコン、シリコンを主成
分とする合金、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム
合金等である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to the above polycrystalline semiconductor film,
It consists of a silicon photoelectric conversion element and a method of manufacturing them. First, a polycrystalline semiconductor film will be described. The substrate used for the polycrystalline semiconductor film is not particularly limited, and for example, metals such as silicon, tungsten, aluminum, and stainless steel, ceramics such as glass and sapphire, and plastics can be used. Representative examples of the semiconductor constituting the polycrystalline semiconductor film of the present invention include silicon, an alloy containing silicon as a main component, germanium, and a silicon-germanium alloy.

【0012】本発明の多結晶半導体膜は基板上に導電性
ないし半導電性の膜、低熱容量または低熱伝導性の膜と
導電性ないし半導電性の膜の複合膜のいずれかを形成
し、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化された半
導体膜を形成したものである。上記の導電性ないし半導
電性の膜としては一般的には金属の膜である。金属とし
てはクロム、ニッケル、ニオブ、タングステン、モリブ
デン、タンタル、チタン、鉄、これらの金属の合金、こ
れらの金属を含む合金、シリコンを含む合金、例えばシ
リコンと上記金属の少なくとも1種の金属との合金が挙
げられる。特に半導体がシリコン半導体の場合はシリコ
ンを含む合金、例えばシリコンと上記金属の少なくとも
1種との合金が好ましい。これらのシリコンを含む合金
は半導体膜がシリコンの場合、これをレーザー照射によ
り溶融する製造過程において、金属膜とシリコン膜とが
少なくともその界面近傍で溶融し合金を形成したものも
含まれる。また予めシリコン合金にして用いてもよい。
これらの合金はシリコンよりも融点が低いものである。
The polycrystalline semiconductor film of the present invention is formed on a substrate by forming either a conductive or semiconductive film, a composite film of a low heat capacity or low heat conductive film and a conductive or semiconductive film, A polycrystalline semiconductor film is formed on the film by laser annealing. The conductive or semiconductive film is generally a metal film. As the metal, chromium, nickel, niobium, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, iron, alloys of these metals, alloys containing these metals, alloys containing silicon, for example, silicon and at least one metal of the above metals Alloys. In particular, when the semiconductor is a silicon semiconductor, an alloy containing silicon, for example, an alloy of silicon and at least one of the above metals is preferable. When the semiconductor film is silicon, the alloy containing silicon may include an alloy formed by melting a metal film and a silicon film at least in the vicinity of an interface between the silicon film and the silicon film when the semiconductor film is melted by laser irradiation. Alternatively, a silicon alloy may be used in advance.
These alloys have lower melting points than silicon.

【0013】上記金属等の導電性ないし半導電性の膜を
形成することにより、該膜上の半導体膜の結晶が大きく
なる理由については定かでないが、半導体膜がレーザー
照射により溶融する際、半導体膜の下面に半導体膜より
低融点の溶融金属が存在することにより半導体膜に微結
晶の生成が抑制されるためと考えられる。そして溶融後
固化した金属等の膜が非晶質である場合半導体膜の結晶
増大の効果が大きい。上記の導電性ないし半導電性の膜
の厚さは一般的には10〜3000nmが適当である。
The reason why the formation of a conductive or semiconductive film of a metal or the like as described above makes the crystal size of the semiconductor film on the film larger is not clear, but when the semiconductor film is melted by laser irradiation, It is considered that the presence of a molten metal having a lower melting point than the semiconductor film on the lower surface of the film suppresses the generation of microcrystals in the semiconductor film. When the film of a metal or the like solidified after melting is amorphous, the effect of increasing the crystal of the semiconductor film is great. Generally, the thickness of the above-mentioned conductive or semiconductive film is suitably from 10 to 3000 nm.

【0014】さらに上記金属等の導電性ないし半導電性
の膜は非晶質のものが好ましい。基板上に形成された膜
が非晶質であるとその上の半導体膜がレーザー照射によ
り溶融し、固化するとき半導体膜の微結晶の生成が一層
抑制され、その結果半導体膜の結晶粒径が大きくなると
考えられる。非晶質の膜は半導体との界面で非晶質であ
ればよく、その下部が結晶質になっていてもよい。例え
ば基板上に結晶性の膜を形成し、半導体膜をレーザーア
ニールで多結晶化する過程において半導体膜との界面で
共融物が生成し、急冷固化する際にその共融生成物を非
晶質とすることもできる。
Further, the conductive or semiconductive film of the metal or the like is preferably amorphous. When the film formed on the substrate is amorphous, the semiconductor film thereon is melted by laser irradiation, and when solidified, the generation of microcrystals of the semiconductor film is further suppressed, and as a result, the crystal grain size of the semiconductor film is reduced. It is thought to grow. The amorphous film only needs to be amorphous at the interface with the semiconductor, and the lower portion thereof may be crystalline. For example, a eutectic is formed at the interface with the semiconductor film in the process of forming a crystalline film on the substrate and polycrystallizing the semiconductor film by laser annealing, and the eutectic product is amorphous when quenched and solidified. It can be quality.

【0015】本発明における低熱容量または低熱伝導性
の膜はレーザー照射により溶融した半導体膜の熱の流出
に要する時間、即ち固化するまでの時間を長くして半導
体膜の結晶を成長させる作用をするものである。レーザ
ー照射による溶融は瞬間的であり、非定常状態での伝熱
なので溶融した半導体からの熱の流出時間を長くするに
は半導体膜の熱がその下地の膜に吸収される熱量が少な
い方がよい。また一旦下地の膜に吸収された熱の拡がり
が少ない方がよい。この吸収熱を少なくするには低熱容
量の膜、また熱の拡がりを少なくするには低熱伝導性の
膜がよい。低熱容量の膜としては例えば多孔質の膜を挙
げることができる。多孔質の膜は低熱伝導性の膜として
も利用できる。低熱伝導性であり、かつ低熱容量の膜と
して好ましいものはセラミックスの多孔質膜、例えばシ
リカ、ジルコニアの多孔質膜である。これらの低熱容量
または低熱伝導性の膜の厚さは100〜1000nmが
適当である。
The film having a low heat capacity or a low thermal conductivity according to the present invention has a function of increasing the time required for the heat of the semiconductor film melted by laser irradiation to flow out, that is, the time required for solidification, to grow the crystal of the semiconductor film. Things. Since the melting by laser irradiation is instantaneous and heat transfer in an unsteady state, in order to lengthen the heat outflow time from the melted semiconductor, it is necessary to reduce the amount of heat absorbed by the semiconductor film into the underlying film. Good. Further, it is preferable that the spread of the heat once absorbed by the underlying film is small. To reduce the heat absorption, a film having a low heat capacity is preferable, and to reduce the spread of heat, a film having a low thermal conductivity is preferable. Examples of the low heat capacity film include a porous film. The porous film can also be used as a low heat conductive film. Preferred as the film having low heat conductivity and low heat capacity is a porous film of ceramics, for example, a porous film of silica or zirconia. The thickness of these films having a low heat capacity or low heat conductivity is suitably from 100 to 1000 nm.

【0016】本発明において基板上に形成される膜は上
記の導電性ないし半導電性の膜だけでもよいが、さらに
効果の高い膜は、基板上に上記低熱容量または低熱伝導
性の膜を形成し、さらにその膜上に上記導電性ないし半
導電性の膜を形成したものである。これらの膜の厚さは
低熱容量または低熱伝導性の膜が100〜1000n
m、導電性ないし半導電性の膜が10〜3000nmが
適当である。これらの複合膜においては導電性ないし半
導電性の膜により半導体が多結晶化される際微結晶の生
成を抑制し、また低熱容量または低熱伝導性の膜によ
り、熱の拡がりが抑制され結晶粒の成長に寄与するので
半導体の結晶粒径を大きくする効果が増す。
In the present invention, the film formed on the substrate may be only the above-mentioned conductive or semiconductive film, but a film having a higher effect is obtained by forming the above-mentioned low heat capacity or low heat conductive film on the substrate. Further, the conductive or semiconductive film is formed on the film. The thickness of these films is 100 to 1000 n for films having low heat capacity or low heat conductivity.
m, the thickness of the conductive or semiconductive film is suitably 10 to 3000 nm. In these composite films, the formation of microcrystals is suppressed when the semiconductor is polycrystallized by a conductive or semiconductive film, and the spread of heat is suppressed by the low heat capacity or low heat conductive film to reduce the crystal grain size. Therefore, the effect of increasing the crystal grain size of the semiconductor increases.

【0017】本発明の多結晶半導体膜は上記した膜上に
レーザーアニールにより多結晶化された半導体膜が形成
されているものである。多結晶化される前の半導体膜は
非晶質、微結晶質等結晶粒径の小さいものなどの半導体
膜である(これらを非単結晶半導体膜という)。この非
単結晶半導体膜がレーザーアニールにより大きな結晶粒
径の多結晶半導体膜となる。レーザーアニールは半導体
膜にレーザーを照射して半導体膜を溶融し、その後アニ
ールにより多結晶化する方法で溶融させる半導体膜以外
の部分は高温にならない利点がある。レーザーアニール
におけるレーザー照射の条件は特に制限なく公知の方法
が使用でき、例えばエキシマーレーザーとしてArFレ
ーザー、KrFレーザー、XeClレーザーなどが使用
でき、一般的にはエネルギー密度500〜2000mJ
/cm2 程度が用いられる。
The polycrystalline semiconductor film of the present invention is obtained by forming a semiconductor film polycrystallized by laser annealing on the above-mentioned film. The semiconductor film before being polycrystallized is a semiconductor film having a small crystal grain size such as amorphous or microcrystalline (these are referred to as non-single-crystal semiconductor films). This non-single-crystal semiconductor film becomes a polycrystalline semiconductor film having a large crystal grain size by laser annealing. Laser annealing has an advantage in that a portion other than the semiconductor film which is melted by irradiating a semiconductor film with a laser to melt the semiconductor film and then melt by annealing is not heated to a high temperature. The laser irradiation conditions in the laser annealing can be used without particular limitation, and known methods can be used. For example, an ArF laser, a KrF laser, a XeCl laser, or the like can be used as an excimer laser, and the energy density is generally 500 to 2000 mJ.
/ Cm 2 is used.

【0018】しかし、本発明において特にレーザーアニ
ールとして有効なのはエキシマレーザーを位相変調して
照射し、一ショット毎に基板の表面に光強度分布を作
り、この光強度分布を利用し溶融した半導体を横方向に
結晶化させ大結晶粒径化する上述の方法(Jpn.J.
Appl.Phys.,vol.37(1998)P.
731、P.L492)である。この方法は基板の上方
に微少ステップパターンを周期的に配したマスクを設
け、これを介してエキシマレーザーを照射し位相を変化
させ、生じるレーザー光の回折及び干渉により、基板表
面に光強度分布を周期的に形成せしめ、溶融した半導体
を横方向に結晶化させ、非単結晶半導体膜を多結晶化す
る方法であり、より大きな結晶粒径の多結晶半導体膜を
得ることができる。
In the present invention, however, the laser annealing is particularly effective in irradiating an excimer laser with phase modulation, forming a light intensity distribution on the surface of the substrate for each shot, and utilizing the light intensity distribution to laterally melt the semiconductor. The above-mentioned method of crystallizing in the direction to make a large crystal grain size (Jpn.
Appl. Phys. , Vol. 37 (1998) p.
731; L492). In this method, a mask in which fine step patterns are periodically arranged above the substrate is provided, and the phase is changed by irradiating an excimer laser through the mask, and the light intensity distribution on the substrate surface is generated by diffraction and interference of the generated laser light. In this method, a non-single-crystal semiconductor film is polycrystallized by periodically forming and melting a molten semiconductor in a lateral direction, so that a polycrystalline semiconductor film having a larger crystal grain size can be obtained.

【0019】多結晶半導体膜の厚さは一般的には50〜
500nmの範囲で使用される。多結晶半導体膜は公知
の方法でほう素、りん等の不純物を添加してp型半導
体、n型半導体とすることができる。そしてこのp型あ
るいはn型の半導体の上にn型あるいはp型の半導体を
積層してpn接合の半導体素子とし、太陽電池等の光電
変換装置に用いることができる。
The thickness of the polycrystalline semiconductor film is generally 50 to
Used in the range of 500 nm. The polycrystalline semiconductor film can be made into a p-type semiconductor or an n-type semiconductor by adding an impurity such as boron or phosphorus by a known method. Then, an n-type or p-type semiconductor is stacked on the p-type or n-type semiconductor to form a pn junction semiconductor element, which can be used for a photoelectric conversion device such as a solar cell.

【0020】次に多結晶半導体膜の製造法の発明につい
て説明する。本発明の多結晶半導体膜の製造法はレーザ
ーアニールにより半導体膜を多結晶化する際に第一の工
程で基板上に前記した(1)導電性ないし半導電性の
膜、(2)低熱容量または低熱伝導性の膜とその上の導
電性ないし半導電性の膜が各々形成される。各々の膜の
材料、厚さ等は先に説明したとおりである。上記の膜の
形成方法は導電性ないし半導電性の膜では熱CVD、プ
ラズマCVD、PVD、スパッタ、真空蒸着等が用いら
れる。また低熱容量または低熱伝導性の膜である多孔質
膜、例えばシリカ、ジルコニアの多孔質の膜はSiO2
、ZrO2 あるいはSi、Zrを含む有機化合物等を
含有する液状物をスピンコート法等により塗布し、乾燥
等して多孔質膜を得る公知の方法を用いることができ
る。
Next, the invention of a method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film will be described. In the method for producing a polycrystalline semiconductor film according to the present invention, when the semiconductor film is polycrystallized by laser annealing, the above-mentioned (1) conductive or semiconductive film is formed on the substrate in the first step, and (2) low heat capacity. Alternatively, a low thermal conductive film and a conductive or semiconductive film thereon are formed. The material, thickness and the like of each film are as described above. In the method of forming the above film, thermal CVD, plasma CVD, PVD, sputtering, vacuum deposition, or the like is used for a conductive or semiconductive film. A porous film having a low heat capacity or a low thermal conductivity, for example, a porous film of silica or zirconia is formed of SiO2.
A known method of applying a liquid material containing ZrO2 or an organic compound containing Si or Zr by a spin coating method or the like, and drying it to obtain a porous film can be used.

【0021】次に第二の工程で上記した各々の膜上に半
導体膜を形成する。半導体の種類、その厚さは先に説明
したとおりである。半導体膜の形成方法は上記の導電性
ないし半導電性の膜の形成方法と同様の方法を用いるっ
ことができる。これらの方法によって非単結晶半導体膜
が得られる。最後にこの半導体膜をレーザーアニールに
より多結晶化する。レーザーの種類、照射条件、好まし
いレーザー照射方法は先に説明したとおりである。レー
ザー照射に当っては予め基板の加熱を行うと、レーザー
光のエネルギー利用に良い効果があり、大結晶粒径化に
良い影響を与える。例えば、シリコンの場合には加熱温
度の領域は500℃以下、好ましくは350〜500℃
である。レーザー照射により半導体膜、例えばシリコン
の膜が溶融するとその下地層である導電性ないし半導電
性の膜は、それが金属の場合、少なくともその界面近傍
でシリコンとの共融合金が生成する。この合金はシリコ
ンよりも融点が低い。したがってこの合金はシリコンが
溶融するとき溶融する。なお、非単結晶半導体膜を形成
する際にほう素源等または燐源等の物質を添加すること
によりp型の半導体またはn型の半導体とすることがで
きる。
Next, in a second step, a semiconductor film is formed on each of the above films. The type and thickness of the semiconductor are as described above. As a method for forming a semiconductor film, a method similar to the above-described method for forming a conductive or semiconductive film can be used. With these methods, a non-single-crystal semiconductor film is obtained. Finally, the semiconductor film is polycrystallized by laser annealing. The type of laser, irradiation conditions, and a preferable laser irradiation method are as described above. Heating the substrate in advance during laser irradiation has a good effect on energy utilization of laser light and has a good effect on increasing the crystal grain size. For example, in the case of silicon, the heating temperature range is 500 ° C. or less, preferably 350 to 500 ° C.
It is. When a semiconductor film, for example, a silicon film is melted by laser irradiation, if the conductive or semiconductive film as the base layer is a metal, eutectic gold with silicon is generated at least near the interface. This alloy has a lower melting point than silicon. This alloy therefore melts when silicon melts. Note that when a non-single-crystal semiconductor film is formed, a p-type semiconductor or an n-type semiconductor can be obtained by adding a substance such as a boron source or a phosphorus source.

【0022】次にシリコン光電変換素子及びその製造方
法の発明について説明する。本発明のシリコン光電変換
素子は前記の多結晶化されたシリコン半導体膜を一導電
型とし、その上に他導電型のシリコン半導体を積層した
pn接合を基本構成とする。一導電型は一般的にはp型
あるいはn型であり、他導電型はこれらに対応してn型
あるいはp型となるが、本発明では一導電型あるいは他
導電型にはi型(真性型)も含むものとする。半導体を
p型あるいはn型とするには一般的には半導体をp型あ
るいはn型とする不純物を添加すればよく、半導体がシ
リコンの場合、半導体に燐、ほう素等の不純物を添加す
る。
Next, the invention of a silicon photoelectric conversion element and a method of manufacturing the same will be described. The silicon photoelectric conversion element of the present invention basically has a pn junction in which the above-mentioned polycrystalline silicon semiconductor film is of one conductivity type and a silicon semiconductor of another conductivity type is stacked thereon. The one conductivity type is generally p-type or n-type, and the other conductivity type is n-type or p-type corresponding thereto. In the present invention, the one conductivity type or other conductivity type is i-type (intrinsic). Type). In order to make a semiconductor p-type or n-type, generally, an impurity that makes the semiconductor p-type or n-type may be added. When the semiconductor is silicon, impurities such as phosphorus and boron are added to the semiconductor.

【0023】光電変換素子の製造法では基板に初めに形
成された多結晶半導体が種薄膜となり特性を決める大き
な要因である。特に種薄膜の結晶粒径が支配的要因とな
る。そのため次にその上に形成される他導電型のシリコ
ン半導体は、その形成方法には特に制限はない。例えば
公知の気相成長法、電子ビーム蒸着法、固相成長法も用
いることができる。また上記した基板に初めに形成する
多結晶半導体と同様レーザーアニール法を用いることも
できる。これらの方法によって他導電型のシリコン半導
体も大きな粒径の多結晶半導体とすることができる。
In a method of manufacturing a photoelectric conversion element, a polycrystalline semiconductor formed first on a substrate becomes a seed thin film and is a major factor in determining characteristics. In particular, the crystal grain size of the seed thin film is the dominant factor. Therefore, the method of forming the other conductivity type silicon semiconductor to be formed thereon next is not particularly limited. For example, a known vapor phase growth method, electron beam evaporation method, or solid phase growth method can be used. In addition, a laser annealing method can be used as in the case of the polycrystalline semiconductor first formed on the substrate. By these methods, a silicon semiconductor of another conductivity type can also be a polycrystalline semiconductor having a large grain size.

【0024】本発明は上記のpn接合を基本構成とする
が、p型及び/またはn型膜として例えばキャリア濃度
の異なる複数の膜としたり、あるいはp型とn型の膜の
間にi型の膜を介在させることもできる。i型の膜の形
成方法は前記の他導電型の膜の形成方法と同様である。
p型及びn型等の膜の厚さは一般的に光電変換素子とし
て用いられている範囲例えば10〜1000nmであ
る。またi型の膜の厚さは例えば0.5〜50μmの範
囲である。このようにi型の膜を厚くする事により光電
変換率を高めることができる。本発明の光電変換素子は
基板上に形成した導電性ないし半導電性膜を一方の電極
(裏面電極)とすることができる。また、低熱容量また
は低熱伝導性の膜も導電性のものは電極とすることがで
きる。もう一方の電極は基板と反対側(表面側)の半導
体上に設ける。本発明の光電変換素子は、一般的には光
は表面側から入射する。したがって表面電極は透明でか
つ導電性のあるものが用いられ、これには通常のITO
(インジウム・錫酸化物)が適する。その形成方法はス
パッタ、真空蒸着等である。
In the present invention, the above-described pn junction is used as a basic structure. However, as the p-type and / or n-type films, for example, a plurality of films having different carrier concentrations or an i-type film is provided between the p-type and n-type films. Can be interposed. The method of forming the i-type film is the same as the method of forming the other conductive type film described above.
The thickness of the p-type and n-type films is in a range generally used as a photoelectric conversion element, for example, 10 to 1000 nm. The thickness of the i-type film is, for example, in the range of 0.5 to 50 μm. As described above, by increasing the thickness of the i-type film, the photoelectric conversion rate can be increased. In the photoelectric conversion element of the present invention, a conductive or semiconductive film formed on a substrate can be used as one electrode (back electrode). In addition, a conductive film having a low heat capacity or a low heat conductivity can be used as an electrode. The other electrode is provided on the semiconductor on the side opposite to the substrate (surface side). In the photoelectric conversion element of the present invention, light generally enters from the surface side. Therefore, a transparent and conductive surface electrode is used.
(Indium tin oxide) is suitable. The formation method is sputtering, vacuum deposition, or the like.

【0025】[0025]

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。図1〜2に各実施例による多結晶半導体及びシリコ
ン光電変換素子を示す。但し、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。 (実施例1)図1の(A)に示すようにガラス板1上に
スパッタ法にて25nmの厚みのクロム膜2を形成し、
その上にジシランを用い500℃の熱CVD法にて、2
00nmの厚みのアモルファスシリコン膜を形成し試料
とした。次いでアモルファスシリコン膜をエキシマレー
ザーアニールにて多結晶シリコン膜3とした。エキシマ
レーザーアニールにはエキシマレーザーを位相変調し、
アモルファスシリコン膜表面に光強度分布を形成せしめ
て照射し、シリコン膜を溶融し、溶融したシリコンを横
方向に結晶成長させる方法(Jpn.J.Appl.P
hys.,vol.37(1998)P.731、P.
L492)を下記の条件で用いた。
Next, the present invention will be described in detail with reference to examples. 1 and 2 show a polycrystalline semiconductor and a silicon photoelectric conversion element according to each embodiment. However, the present invention is not limited to these examples. (Example 1) As shown in FIG. 1A, a chromium film 2 having a thickness of 25 nm was formed on a glass plate 1 by sputtering.
On top of this, a thermal CVD method of 500 ° C.
An amorphous silicon film having a thickness of 00 nm was formed and used as a sample. Next, the amorphous silicon film was converted into a polycrystalline silicon film 3 by excimer laser annealing. For excimer laser annealing, the phase of the excimer laser is modulated,
A method of forming a light intensity distribution on the surface of an amorphous silicon film and irradiating the same to melt the silicon film and grow the melted silicon in the lateral direction (Jpn. J. Appl. P
hys. , Vol. 37 (1998) p. 731;
L492) was used under the following conditions.

【0026】石英製の位相シフトマスクにKrFエキシ
マレーザーにて位相シフト量53°となる線幅と線間隔
とが共に5μmのステップパターンを形成した。アモル
ファスシリコン膜と該位相シフトマスク間の距離を0.
4mmに設定し、真空条件の下で500℃に保持した試
料にエネルギー密度900mJ/cm2 のKrFエキシ
マレーザーを位相シフトマスクの上方より一ショット照
射しアモルファスシリコン膜を多結晶化した。エキシマ
レーザーアニール後の試料を表面SEMで観察したとこ
ろ、直径約5μmの単結晶シリコン粒が生成していた。
また、クロム膜の表面層はAFM及びAESで調べたと
ころシリコンとクロムとの合金となっていた。
Using a KrF excimer laser, a step pattern having a line shift of 53 ° and a line width and a line interval of 5 μm was formed on a quartz phase shift mask. The distance between the amorphous silicon film and the phase shift mask is set to 0.
A sample set at 4 mm and kept at 500 ° C. under vacuum conditions was irradiated with a KrF excimer laser having an energy density of 900 mJ / cm 2 by one shot from above the phase shift mask to polycrystallize the amorphous silicon film. Observation of the sample after excimer laser annealing with a surface SEM revealed that single-crystal silicon particles having a diameter of about 5 μm were formed.
When the surface layer of the chromium film was examined by AFM and AES, it was found to be an alloy of silicon and chromium.

【0027】(実施例2)図1の(B)に示すようにシ
リコンウェハ1’上に、ポリシロキサンを主成分とする
SOG材料(東京応化製)にトリフェニルシラノールを
1重量%加えた混合液を用い、スピンコート法により多
孔質酸化ケイ素膜4を500nm形成し、更にテトラエ
トキシシランと酸素を用いプラズマCVD法により酸化
ケイ素バッファー膜5を50nm形成した。このバッフ
ァー膜5上にスパッタ法にて25nmの厚みのクロム膜
2を形成した。その上に実施例1と同様に500℃の熱
CVD法にて200nmの厚みのアモルファスシリコン
膜3を形成し試料とした。以下実施例1と同様にしてア
モルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜3とした。
キシマレーザーアニール後の試料を表面SEMで観察し
たところ、直径約6μmの単結晶シリコン粒が生成して
いた。
(Embodiment 2) As shown in FIG.
On a recon wafer 1 ', polysiloxane is the main component
Triphenylsilanol for SOG material (Tokyo Ohka)
1% by weight of the mixed solution, and spin coating
A porous silicon oxide film 4 is formed to a thickness of 500 nm.
Oxidation by plasma CVD using toxic silane and oxygen
A silicon buffer film 5 was formed to a thickness of 50 nm. This buff
Chromium film with a thickness of 25 nm on the film 5 by sputtering
2 was formed. On top of that, heat at 500 ° C. as in Example 1.
200nm thick amorphous silicon by CVD method
The film 3 was formed and used as a sample. Hereinafter, in the same manner as in Example 1,
The morphous silicon film was used as the polycrystalline silicon film 3. D
Observe the sample after Kisima laser annealing with surface SEM.
As a result, single crystal silicon grains with a diameter of about 6 μm
Was.

【0028】(比較例1)シリコンウェハ上にクロム膜
を形成せず500℃の熱CVD法にて200nmの厚み
のアモルファスシリコン膜のみを形成し試料とした以外
は、実施例1と同じ操作を行い、アモルファスシリコン
膜の多結晶化を行った。エキシマレーザーアニール後の
試料を表面SEMで観察したところ、直径約3.5μm
の単結晶シリコン粒が生成していた。
Comparative Example 1 The same operation as in Example 1 was performed, except that a chromium film was not formed on a silicon wafer and only an amorphous silicon film having a thickness of 200 nm was formed by a thermal CVD method at 500 ° C. to obtain a sample. Then, the amorphous silicon film was polycrystallized. When the sample after excimer laser annealing was observed with a surface SEM, the diameter was about 3.5 μm.
Was formed.

【0029】(実施例3)図2の(A)に示すようにガ
ラス基板1上にスパッタ法にて25nmの厚みのクロム
膜2を形成し、その上に微量のホスフィンを添加したジ
シランを用い、500℃の熱CVD法にて200nmの
厚みのアモルファスシリコン膜を形成し試料とした。次
いでアモルファスシリコン膜を実施例1と同様にエキシ
マレーザーアニールにて多結晶化し、n型の多結晶シリ
コン膜3’とした。このn型多結晶シリコン膜には、直
径約5μmの単結晶シリコン粒が生成していた。また、
クロム膜の表面層はAFM及びAESで調べたところシ
リコンとクロムとの合金層となっていた。次にn型多結
晶化シリコン膜3’の上に、シリコンを電子ビーム蒸着
し、5μmの膜厚のi型多結晶シリコン膜6を形成し、
続いて電子ビーム蒸着の際シリコンにほう素を添加して
20nmのp型多結晶シリコン膜7を形成して光電変換
素子とした。電子ビーム蒸着では基板温度を400℃に
加熱した。p型多結晶シリコン膜7上にITOを蒸着し
て一方の電極8とし、クロム膜2を他方の電極として太
陽電池とした。この太陽電池の特性をITO側から光を
入射し、AMIソーラーシミュレーターを用い測定した
ところ、変換効率は約7%であった。
Example 3 As shown in FIG. 2A, a chromium film 2 having a thickness of 25 nm was formed on a glass substrate 1 by a sputtering method, and disilane to which a small amount of phosphine was added was used. An amorphous silicon film having a thickness of 200 nm was formed by a thermal CVD method at 500 ° C. to obtain a sample. Next, the amorphous silicon film was polycrystallized by excimer laser annealing in the same manner as in Example 1 to obtain an n-type polycrystalline silicon film 3 '. In this n-type polycrystalline silicon film, single-crystal silicon grains having a diameter of about 5 μm were formed. Also,
When the surface layer of the chromium film was examined by AFM and AES, it was found to be an alloy layer of silicon and chromium. Next, on the n-type polycrystalline silicon film 3 ', silicon is electron-beam evaporated to form an i-type polycrystalline silicon film 6 having a thickness of 5 μm,
Subsequently, at the time of electron beam evaporation, boron was added to silicon to form a 20 nm p-type polycrystalline silicon film 7 to obtain a photoelectric conversion element. In electron beam evaporation, the substrate temperature was heated to 400 ° C. ITO was deposited on the p-type polycrystalline silicon film 7 to form one electrode 8, and the chromium film 2 was used as the other electrode to form a solar cell. The conversion efficiency was about 7% when the characteristics of the solar cell were measured by using an AMI solar simulator while light was incident from the ITO side.

【0030】(実施例4)図2の(B)に示すようにガ
ラス基板1上に、実施例2のSOGとトリフェニルシラ
ノールとの混合液を用い、スピンコート法により多孔質
酸化ケイ素膜4を500nm形成し、更にテトラエトキ
シシランと酸素を用いCVD法により酸化ケイ素バッフ
ァー膜5を50nm形成した。このバッファー膜5上に
スパッタ法にて、25nmの厚みのクロム膜2を形成し
た。その上に微量のホスフィンを添加したジシランを用
い、500℃の熱CVD法にて200nmの厚みのアモ
ルファスシリコン膜を形成し試料とした。次いでアモル
ファスシリコン膜をエキシマレーザーアニールにて実施
例1と同様に多結晶化しn型の多結晶シリコン膜3’と
した。この多結晶シリコン膜には直径約6μmの単結晶
シリコン粒が生成していた。次にn型多結晶化シリコン
膜3’の上に、実施例3と同様に5μmの膜厚のi型多
結晶シリコン膜6、20nmの厚みのp型シリコン膜7
を形成して光電変換素子とし、これに実施例3と同様に
100nmの厚みのITO電極8を形成し、クロム膜2
を他方の電極として太陽電池とした。この太陽電池の特
性を実施例3と同様に測定したところ、変換効率は約8
%であった。
Example 4 As shown in FIG. 2B, a porous silicon oxide film 4 was formed on a glass substrate 1 by spin coating using the mixed solution of SOG of Example 2 and triphenylsilanol. Was formed to a thickness of 500 nm, and a silicon oxide buffer film 5 was formed to a thickness of 50 nm by a CVD method using tetraethoxysilane and oxygen. A chromium film 2 having a thickness of 25 nm was formed on the buffer film 5 by a sputtering method. A 200-nm-thick amorphous silicon film was formed thereon by a thermal CVD method at 500 ° C. using disilane to which a small amount of phosphine was added, and used as a sample. Next, the amorphous silicon film was polycrystallized by excimer laser annealing in the same manner as in Example 1 to form an n-type polycrystalline silicon film 3 '. Single-crystal silicon grains having a diameter of about 6 μm were formed in this polycrystalline silicon film. Next, an i-type polycrystalline silicon film 6 having a thickness of 5 μm and a p-type silicon film 7 having a thickness of 20 nm are formed on the n-type polycrystalline silicon film 3 ′, as in the third embodiment.
To form a photoelectric conversion element, on which an ITO electrode 8 having a thickness of 100 nm was formed in the same manner as in Example 3, and a chromium film 2 was formed.
Was used as a solar cell as the other electrode. When the characteristics of this solar cell were measured in the same manner as in Example 3, the conversion efficiency was about 8
%Met.

【0031】(比較例2)ガラス基板上にクロム膜を形
成せず、500℃の熱CVDにて直接200nmの厚み
のアモルファスシリコン膜のみを形成した以外は、実施
例3と同じ操作を行い太陽電池とした。この太陽電池の
特性を測定したところ、変換効率は約5%であった。
Comparative Example 2 The same operation as in Example 3 was carried out except that a chromium film was not formed on the glass substrate and only an amorphous silicon film having a thickness of 200 nm was directly formed by thermal CVD at 500 ° C. Battery. When the characteristics of this solar cell were measured, the conversion efficiency was about 5%.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明の多結晶半導体は基板上の特定の
膜の上にレーザーアニール法にて多結晶化した半導体
で、その結晶粒径が大きい。したがって結晶粒界が少な
く、電子移動度が大きいなど電気的特性に優れている。
また多結晶シリコン半導体を備えたシリコン光電変換素
子は高い光電変換効率が得られる。
The polycrystalline semiconductor of the present invention is a semiconductor obtained by polycrystallizing a specific film on a substrate by a laser annealing method and having a large crystal grain size. Therefore, it has excellent electrical characteristics such as a small number of crystal grain boundaries and high electron mobility.
In addition, a silicon photoelectric conversion element including a polycrystalline silicon semiconductor can obtain high photoelectric conversion efficiency.

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

【図1】(A)は本発明の一実施例による多結晶半導体
の断面模式図であり、(B)は本発明の他の実施例によ
る多結晶半導体の断面模式図である。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a polycrystalline semiconductor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a polycrystalline semiconductor according to another embodiment of the present invention.

【図2】(A)は本発明の一実施例によるシリコン光電
変換素子の断面模式図であり、(B)は本発明の他の実
施例によるシリコン光電変換素子の断面模式図である。
2A is a schematic cross-sectional view of a silicon photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of a silicon photoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 1’ シリコン基板 2 クロム膜 3 半導体膜 3’ n型多結晶シリコン膜 4 多孔質酸化ケイ素膜 5 酸化ケイ素バッファー膜 6 i型多結晶シリコン膜 7 p型多結晶シリコン膜 8 ITO電極 Reference Signs List 1 glass substrate 1 'silicon substrate 2 chromium film 3 semiconductor film 3' n-type polycrystalline silicon film 4 porous silicon oxide film 5 silicon oxide buffer film 6 i-type polycrystalline silicon film 7 p-type polycrystalline silicon film 8 ITO electrode

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年9月16日(1998.9.1
6)
[Submission Date] September 16, 1998 (1998.9.1)
6)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項8[Correction target item name] Claim 8

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に導電性ないし半導電性の膜が形
成され、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化され
た半導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。
1. A polycrystalline semiconductor film in which a conductive or semiconductive film is formed on a substrate, and a semiconductor film polycrystallized by laser annealing is formed on the film.
【請求項2】 基板上に低熱容量または低熱伝導性の膜
が形成され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形成
され、さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶化
された半導体膜が形成されてなる多結晶半導体膜。
2. A semiconductor having a low heat capacity or low heat conductivity film formed on a substrate, a conductive or semiconductive film formed on the film, and a polycrystallized film formed by laser annealing on the film. A polycrystalline semiconductor film formed with a film.
【請求項3】 半導体膜がシリコンまたはシリコンを主
成分とする膜である請求項1または2記載の多結晶半導
体膜。
3. The polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film is silicon or a film containing silicon as a main component.
【請求項4】 導電性ないし半導電性の膜が非晶質の膜
である請求項1ないし3記載の多結晶半導体膜。
4. The polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the conductive or semiconductive film is an amorphous film.
【請求項5】 導電性ないし半導電性の膜が金属の膜で
ある請求項1ないし4記載の多結晶半導体膜。
5. The polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the conductive or semiconductive film is a metal film.
【請求項6】 金属の膜がシリコンを含む合金の膜であ
る請求項5記載の多結晶半導体膜。
6. The polycrystalline semiconductor film according to claim 5, wherein the metal film is a film of an alloy containing silicon.
【請求項7】 金属の膜がクロム、ニッケル、ニオブ、
タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、鉄から
選ばれた金属、これらの金属を含む合金の膜もしくはこ
れらの金属の少なくとも1種とシリコンとの合金の膜で
ある請求項5記載の多結晶半導体膜。
7. The metal film is made of chromium, nickel, niobium,
6. The polycrystalline semiconductor film according to claim 5, which is a metal film selected from tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, and iron, a film of an alloy containing these metals, or a film of an alloy of at least one of these metals and silicon.
【請求項8】 低熱容量または低熱伝導性の膜が多孔質
の膜である請求項27記載の多結晶半導体膜。
8. The polycrystalline semiconductor film according to claim 27, wherein the low heat capacity or low heat conductivity film is a porous film.
【請求項9】 多孔質の膜がシリカまたはジルコニアの
多孔質の膜である請求項8記載の多結晶半導体膜。
9. The polycrystalline semiconductor film according to claim 8, wherein the porous film is a silica or zirconia porous film.
【請求項10】 レーザーアニールが微少ステップパタ
ーンを周期的に配したマスクを介してエキシマレーザー
を照射する方法であって、位相の変化により生じるレー
ザー光の回折及び干渉により、基板表面に周期的な光強
度分布を形成せしめる方法である請求項1ないし9記載
の多結晶半導体膜。
10. A method in which laser annealing irradiates an excimer laser through a mask in which minute step patterns are periodically arranged, wherein a periodic pattern is formed on a substrate surface by diffraction and interference of laser light caused by a phase change. 10. The polycrystalline semiconductor film according to claim 1, which is a method for forming a light intensity distribution.
【請求項11】 基板上に導電性ないし半導電性の膜を
形成する工程と、該膜上に半導体膜を形成する工程と、
該半導体膜をレーザーアニールにより多結晶化する工程
からなる多結晶半導体膜の製造法。
11. A step of forming a conductive or semiconductive film on a substrate, a step of forming a semiconductor film on the film,
A method for producing a polycrystalline semiconductor film, comprising a step of polycrystallizing the semiconductor film by laser annealing.
【請求項12】 基板上に低熱容量または低熱伝導性の
膜を形成する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上に
半導体膜を形成する工程と、該半導体膜をレーザーアニ
ールにより多結晶化する工程からなる多結晶半導体膜の
製造法。
12. A step of forming a low heat capacity or low thermal conductivity film on a substrate, a step of forming a conductive or semiconductive film on the film, and a step of forming a conductive or semiconductive film on the film. Forming a semiconductor film on the substrate, and polycrystallizing the semiconductor film by laser annealing.
【請求項13】 基板上に導電性ないし半導電性の膜が
形成され、該膜上にレーザーアニールにより多結晶化さ
れた一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半導体
膜上に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてなるシ
リコン光電変換素子。
13. A conductive or semiconductive film is formed on a substrate, a one-conductivity-type silicon semiconductor film polycrystallized by laser annealing is formed on the film, and another conductive film is formed on the semiconductor film. Photoelectric conversion element formed with a silicon semiconductor film of a mold type.
【請求項14】 基板上に低熱容量または低熱伝導性の
膜が形成され、該膜上に導電性ないし半導電性の膜が形
成され、さらに該膜上にレーザーアニールにより多結晶
化された一導電型のシリコン半導体膜が形成され、該半
導体膜上に他導電型のシリコン半導体膜が形成されてな
るシリコン光電変換素子。
14. A low heat capacity or low heat conductivity film is formed on a substrate, a conductive or semiconductive film is formed on the film, and the film is polycrystallized by laser annealing on the film. A silicon photoelectric conversion element in which a conductive silicon semiconductor film is formed, and a silicon semiconductor film of another conductivity type is formed on the semiconductor film.
【請求項15】 導電性ないし半導電性の膜が非晶質の
膜である請求項13または14記載のシリコン光電変換
素子。
15. The silicon photoelectric conversion element according to claim 13, wherein the conductive or semiconductive film is an amorphous film.
【請求項16】 導電性ないし半導電性の膜が金属の膜
である請求項13ないし15記載のシリコン光電変換素
子。
16. The silicon photoelectric conversion element according to claim 13, wherein the conductive or semiconductive film is a metal film.
【請求項17】 金属の膜がシリコンを含む合金の膜で
ある請求項16記載のシリコン光電変換素子。
17. The silicon photoelectric conversion element according to claim 16, wherein the metal film is an alloy film containing silicon.
【請求項18】 金属の膜がクロム、ニッケル、ニオ
ブ、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、鉄
から選ばれた金属、これらの金属を含む合金の膜もしく
はこれらの金属の少なくとも1種とシリコンとの合金の
膜である請求項16記載のシリコン光電変換素子。
18. A film made of a metal selected from chromium, nickel, niobium, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium and iron, a film of an alloy containing these metals, or a film of at least one of these metals and silicon 17. The silicon photoelectric conversion element according to claim 16, which is a film of an alloy.
【請求項19】 低熱容量または低熱伝導性の膜が多孔
質の膜である請求項14ないし18記載のシリコン光電
変換素子。
19. The silicon photoelectric conversion element according to claim 14, wherein the low heat capacity or low heat conductivity film is a porous film.
【請求項20】 多孔質の膜がシリカまたはジルコニア
の多孔質の膜である請求項19記載のシリコン光電変換
素子。
20. The silicon photoelectric conversion device according to claim 19, wherein the porous film is a silica or zirconia porous film.
【請求項21】 レーザーアニールが微少ステップパタ
ーンを周期的に配したマスクを介してエキシマレーザー
を照射する方法であって、位相の変化により生じるレー
ザー光の回折及び干渉により、基板表面に周期的な光強
度分布を形成せしめる方法である請求項13ないし20
記載のシリコン光電変換素子。
21. A method in which laser annealing irradiates an excimer laser through a mask in which minute step patterns are periodically arranged, wherein the laser surface is periodically irradiated with diffraction and interference of a laser beam caused by a phase change. 21. A method for forming a light intensity distribution.
The silicon photoelectric conversion element according to claim 1.
【請求項22】 基板上に導電性ないし半導電性の膜を
形成する工程と、該膜上にシリコン半導体膜を形成する
工程と、該半導体膜をレーザーアニールにより一導電型
の多結晶シリコン半導体膜とする工程と、該半導体膜上
に他導電型のシリコン半導体膜を形成する工程からなる
シリコン光電変換素子の製造法。
22. A step of forming a conductive or semiconductive film on a substrate; a step of forming a silicon semiconductor film on the film; and a one-conductivity type polycrystalline silicon semiconductor by laser annealing the semiconductor film. A method for manufacturing a silicon photoelectric conversion element, comprising: a step of forming a film; and a step of forming a silicon semiconductor film of another conductivity type on the semiconductor film.
【請求項23】 基板上に低熱容量または低熱伝導性の
膜を形成する工程と、該膜上に導電性ないし半導電性の
膜を形成する工程と、該導電性ないし半導電性の膜上に
シリコン半導体膜を形成する工程と、該半導体膜をレー
ザーアニールにより一導電型の多結晶シリコン半導体膜
とする工程と、該半導体膜上に他導電型のシリコン半導
体膜を形成する工程からなるシリコン光電変換素子の製
造法。
23. A step of forming a low heat capacity or low heat conductive film on a substrate, a step of forming a conductive or semiconductive film on the film, and a step of forming a conductive or semiconductive film on the film. Forming a silicon semiconductor film on a silicon film, forming the semiconductor film into a one-conductivity-type polycrystalline silicon semiconductor film by laser annealing, and forming a silicon semiconductor film of another conductivity type on the semiconductor film. Manufacturing method of photoelectric conversion element.
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