(57)【要約】【課題】基板へのダメージを抑制し、高品質の多結晶半導体膜を製造することが可能な半導体薄膜の製造方法を提供する。【解決手段】半導体粒子群１０を基板１１の表面に向けて移送する工程と、移送中の半導体粒子群１０に対して、熱エネルギー１２を照射して、半導体粒子群１０を溶融させる工程と、溶融された半導体粒子群１０ａを、基板１１の表面に付着させる工程とを有し、基板１１の表面に付着した半導体粒子群１０ａが固化することにより、基板１１の表面に半導体薄膜１３が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体粒子群を基板の表面に向けて移送する工程と、
前記移送中の前記半導体粒子群に対して、熱エネルギーを照射して、前記半導体粒子群を溶融させる工程と、
前記溶融された半導体粒子群を、前記基板の表面に付着させる工程と、
を有し、
前記基板の表面に付着した半導体粒子群が固化することにより、前記基板の表面に半導体薄膜が形成される、半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記半導体粒子群は、ノズルから噴射されたキャリアガスに搬送されて、前記基板の表面に向けて移送される、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記熱エネルギーの熱源は、レーザ光、電子ビーム、またはプラズマジェットである、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記半導体粒子群は、前記基板の表面上を走査しながら、前記基板の表面に向けて移送される、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記半導体粒子群の平均粒径は、１〜１０μｍの範囲にある、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記半導体粒子群は、加熱された状態で、前記基板の表面に向けて移送される、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記半導体粒子は、シリコン粒子、ゲルマニウム粒子、または、炭化ケイ素粒子である、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
半導体粒子群を収容した容器と、
前記容器内にキャリアガスを供給するガス供給部と、
基板を保持する保持部と、
前記容器内に供給されたキャリアガスを、前記基板に向けて噴射するノズルと、
熱エネルギーを照射する熱源と
を備え、
前記半導体粒子群は、前記ノズルから噴射された前記キャリアガスに搬送されて、前記基板の表面に移送され、
前記移送中の前記半導体粒子群は、前記照射源から照射された熱エネルギーによって溶融され、
前記基板の表面に付着した半導体粒子群が固化することにより、前記基板の表面に半導体薄膜が形成される、半導体薄膜の製造装置。
【請求項９】
前記容器には、超音波振動子が設けられており、
前記容器内に収容された前記半導体粒子群は、前記超音波振動子の振動によって、浮上、分散される、請求項８に記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１０】
前記保持部には、移動機構が設けられており、
前記半導体粒子群は、前記移動機構で前記保持部を移動させることによって、前記基板の表面上を走査しながら、前記基板の表面に向けて移送される、請求項８に記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１１】
前記ノズルには、加熱手段が設けられており、
前記半導体粒子群は、前記ノズルを通過する際、加熱された状態で、前記基板の表面に向けて移送される、請求項８に記載の半導体薄膜の製造装置。
【請求項１２】
基板に向けて照射されたプラズマジェットに半導体粒子群を注入して、該半導体粒子群を溶融させ、溶融された半導体粒子群を、前記基板の表面に付着させることによって、前記基板の表面に半導体薄膜を形成する半導体薄膜の製造方法であって、
前記半導体粒子群は、超音波振動子の振動によって分散された状態で、キャリアガスによって搬送されて、前記プラズマジェットに注入される、半導体薄膜の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜７、１２の何れかに記載の半導体薄膜の製造方法により製造された半導体薄膜を有する半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体薄膜の製造方法、及びその方法を用いて半導体薄膜を製造する製造装置、並びにその方法により製造された半導体薄膜を有する半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系シリコン太陽電池は、結晶シリコンインゴットをワイヤーソーで切断した基板を用いて作製される。しかしながら、加工時にシリコンインゴット全体の６０％以上の削り滓が発生する。また、実際に必要な発電層の厚さは、作製した基板の厚さの１０分の１以下でよい。そのため、結晶系シリコン太陽電池は、材料利用率が低く、低コスト化を図ることが難しい。
【０００３】
一方、薄膜系シリコン太陽電池は、ガラス基板等にＣＶＤ（化学気相成長）等の方法で堆積したＳｉ薄膜を用いて作製される。しかしながら、ガラス基板等に形成されたＳｉ薄膜は、アモルファスシリコン膜からなるため、薄膜系シリコン太陽電池は、結晶系シリコン太陽電池に較べて、性能が劣る。
【０００４】
そこで、アモルファスシリコン膜を結晶化するための種々の技術が開発されている。例えば、ガラス基板等にＣＶＤ法でアモルファスシリコン膜を堆積した後、レーザ照射アニールによってアモルファスシリコン膜を結晶化させる技術が知られている。しかしながら、この方法は、基板にダメージを与える上、大面積の多結晶シリコン膜を形成するのが難しい。
【０００５】
また、特許文献１には、ナノサイズのシリコン微粒子を、超音速気流に乗せて、真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着させることによって、シリコン微粒子からなる多結晶シリコン膜を形成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４１０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された技術は、低温で多結晶シリコン膜を形成することができるため、基板にダメージを与えない点で優れているが、装置が複雑になる上、高品質の多結晶シリコン膜を得ることが難しい。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、基板へのダメージを抑制し、高品質の多結晶半導体膜を製造することが可能な半導体薄膜の製造方法、及びその方法を用いて半導体薄膜を製造する製造装置、並びにその方法により製造された半導体薄膜を有する半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態における半導体薄膜の製造方法は、半導体粒子群を基板の表面に向けて移送する工程と、移送中の半導体粒子群に対して、熱エネルギーを照射して、半導体粒子群を溶融させる工程と、溶融された半導体粒子群を、基板の表面に付着させる工程とを有し、基板の表面に付着した半導体粒子群が固化することにより、基板の表面に半導体薄膜が形成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施形態における半導体薄膜の製造装置は、半導体粒子群を収容した容器と、容器内にキャリアガスを供給するガス供給部と、基板を保持する保持部と、容器内に供給されたキャリアガスを基板に向けて噴射するノズルと、熱エネルギーを照射する熱源とを備え、半導体粒子群は、ノズルから噴射されたキャリアガスに搬送されて、基板の表面に移送され、移送中の半導体粒子群は、照射源から照射された熱エネルギーによって溶融され、基板の表面に付着した半導体粒子群が固化することにより、基板の表面に半導体薄膜が形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一実施形態における半導体デバイスは、上記の半導体薄膜の製造方法により製造された半導体薄膜を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板へのダメージを抑制し、高品質の多結晶半導体膜を製造することが可能な半導体薄膜の製造方法、及びその方法を用いて半導体薄膜を製造する製造装置、並びにその方法により製造された半導体薄膜を有する半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における半導体薄膜の製造方法の概念を説明した図である。
【図２】本発明の一実施形態における半導体薄膜の製造装置の構成を示した概念図である。
【図３】本発明の他の実施形態における半導体薄膜の製造装置の構成を示した概念図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態における半導体薄膜の製造装置の構成を示した概念図である。
【図５】（ａ）は、石英基板の表面に付着したシリコン粒子（レーザ照射あり）のＳＥＭ写真で、（ｂ）は、石英基板の表面に付着したシリコン粒子（レーザ照射なし）のＳＥＭ写真である。
【図６】シリコン粒子のラマン散乱スペクトルを示した図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、溶融シリコン粒子を石英基板の表面に付着、固化させて形成したシリコン薄膜のＳＥＭ写真である。
【図８】移送中の半導体粒子１０が半導体レーザ光を横切る状態を示した図である。
【図９】シリコン粒子の移送速度に対する溶融率を測定した結果を示したグラフである。
【図１０】半導体粒子を溶融させるために必要な半導体粒子の最大移送速度を大きくする方法の一例を示した図である。
【図１１】ノズルに加熱手段を設けた場合の、シリコン粒子の移送速度に対する溶融率を測定した結果を示したグラフである。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、大面積の基板に半導体薄膜を形成する方法を示した平面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態における半導体薄膜の製造方法の概念を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における半導体薄膜の製造方法の概念を示した図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、複数の半導体粒子からなる粒子群（以下、「半導体粒子群」という）１０を基板１１の表面に向けて移送させる。このとき、移送中の半導体粒子群１０に対して、エネルギービーム（熱エネルギー）１２を照射して、半導体粒子群１０を溶融させる。溶融された半導体粒子群１０ａは、基板１１の表面に付着される。そして、図１（ｂ）に示すように、基板１１の表面に付着した半導体粒子群１０ａが固化することにより、基板１１の表面に半導体薄膜１３が形成される。
【００１７】
本発明において、半導体粒子の粒径を、微小な大きさ（典型的には、数μｍ〜数十μｍ）に設定すれば、半導体粒子の熱容量が非常に小さい。そのため、所定のエネルギーのエネルギービーム１２を照射することによって、移送中の半導体粒子を、ほぼ瞬間的（典型的には、数ｍｓ〜数十ｍｓ）に溶融させることが可能となる。また、溶融した半導体粒子は、空中にあるため、熱伝導度が非常に小さい。そのため、溶融した半導体粒子は、溶融状態を維持したまま、基板に付着する。そして、溶融した半導体粒子が、基板１１の表面に付着すると、基板１１に付着したところを核として凝固（結晶化）が始まる。このとき、溶融した半導体粒子は、液体から固体に相転移するときの潜熱により、粒子全体が均一な温度になる。そのため、核からの結晶成長は、一方向に進むため、溶融した半導体粒子全体が、ほぼ単結晶の形で凝固する。従って、このように単結晶化された半導体粒子が、基板１１の表面に連続的に形成されることによって、基板１１の表面に多結晶半導体薄膜１３を形成することが可能となる。本発明の方法によって形成された半導体薄膜は、基板に熱ダメージを与えることなく形成することができる。従って、耐熱性の低い基板（例えば、石英基板、ガラス基板、フレキシブル基板等）にも、多結晶半導体薄膜を形成することができる。
【００１８】
本発明において、半導体粒子の種類は、特に制限されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ）粒子、ゲルマニウム（Ｇｅ）粒子、炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子等が挙げられる。また、半導体粒子に粒径（平均粒径）は、特に制限されないが、例えば、１〜１０μｍの範囲、より好ましくは、３〜５μｍの範囲が好ましい。また、半導体粒子群の移送方法は、特に制限されないが、例えば、キャリアガスで搬送させる方法等が挙げられる。また、エネルギービームの種類は、特に制限されないが、例えば、半導体レーザ光、電子ビーム等が挙げられる。
【００１９】
また、基板の種類は、特に制限されないが、例えば、石英基板、ガラス基板、フレキシブル基板等が挙げられる。また、基板に形成される半導体薄膜は、多結晶膜であっても、アモルファス膜であってもよい。
【００２０】
図２は、上記の方法を用いて、半導体薄膜を形成する半導体薄膜の製造装置の構成を示した概念図である。
【００２１】
図２に示すように、本実施形態における半導体薄膜の製造装置１００は、半導体粒子群１０を収容した容器２０と、容器２０内にキャリアガス（例えば、Ｎ２ガス）を供給するガス供給部２１と、基板１１を保持する保持部２２と、容器２０内に供給されたキャリアガスを、基板１１に向けて噴射するノズル２３と、半導体レーザ光（エネルギービーム）１２を照射する半導体レーザ装置（照射源）２４とを備えている。
【００２２】
半導体粒子群１０は、ノズル２３から噴射されたキャリアガスに搬送されて、基板１１の表面に移送される。このとき、移送中の半導体粒子群１０は、半導体レーザ装置２４から照射された半導体レーザ光１２によって溶融される。そして、基板１１の表面に付着した半導体粒子群１０ａが固化することにより、基板１１の表面に半導体薄膜１３が形成される。
【００２３】
ここで、容器２０には、超音波振動子３１が設けられている。これにより、容器２０内に収容された半導体粒子群１０は、超音波振動子３１の振動によって、浮上、分散される。その結果、キャリアガスによって搬送される半導体粒子群１０が、均一な密度で基板１１の表面に向けて移送されるため、基板１１の表面に、均一な半導体薄膜を形成することができる。なお、超音波振動子３１は、容器２０の底部に直接取り付ける代わりに、図２に示すように、半導体粒子群１０を収容した容器２０を、水槽３０内に入れ、水等の振動搬送媒体３２を媒体にして、超音波振動子３１の振動を容器２０に伝えるようにしてもよい。
【００２４】
また、基板１１及び基板１１を保持する保持部２２は、ケース２６に収容され、ケース２６内において、ノズル２３から噴射されたキャリアガスに搬送されて、半導体粒子群１０が、基板１１の表面に向けて移送される。
【００２５】
また、半導体レーザ装置２４から照射された半導体レーザ光１２は、集光レンズ２５によって集光されて、ケース２６に設けられた窓２７から移送中の半導体粒子群１０に照射される。
【００２６】
なお、移送中の半導体粒子群を溶融するための熱源として、図３に示すように、半導体レーザ装置２４の代わりに、プラズマジェット（熱エネルギー）を熱源として用いてもよい。すなわち、半導体粒子群１０は、ノズル２３から噴射されたキャリアガスに搬送されて、基板１１の表面に移送される。このとき、移送中の半導体粒子群１０は、プラズマ発生源６０から照射されたプラズマジェット６１によって溶融される。そして、基板１１の表面に付着した半導体粒子群１０ａが固化することにより、基板１１の表面に半導体薄膜１３が形成される。なお、半導体粒子群１０には、プラズマジェット６１から圧力を受けるため、基板１１に向かう半導体粒子群１０の軌道がずれないよう、半導体粒子群１０の移送速度を調整することが好ましい。
【００２７】
また、プラズマジェットの圧力による影響を受けないようにするために、プラズマジェットを基板１１に向けて照射してもよい。図４（ａ）は、プラズマジェットを基板に向けて照射して、基板の表面に半導体薄膜を形成する方法を示した概略図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡで示した領域の拡大図である。
【００２８】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、陰極（タングステン）５０と陽極（銅）５１との間に電圧を印加して、電極間に供給されるＡｒガスをプラズマ励起することによって、ノズル５２からプラズマジェット５３が、チャンバー５５内に配置された基板１１に向けて照射される。なお、基板１１は、移動可能な保持部２２に保持されている。
【００２９】
半導体粒子群は、搬送管５４を通って、プラズマジェット５３に注入され、そこで溶融される。溶融された半導体粒子群は、プラズマジェット５３に搬送されて、基板１１の表面に付着する。そして、溶融した半導体粒子群が固化することにより、基板１１の表面に半導体薄膜が形成される。
【００３０】
半導体粒子群は、図２に示した方法と同様の方法を用いて、超音波振動子３１の振動によって分散された状態で、キャリアガスによって搬送されて、プラズマジェット５３に注入される。これにより、プラズマジェット５３で溶融された半導体粒子群は、均一な密度で基板１１の表面に向けて移送されるため、基板１１の表面に、均一な半導体薄膜を形成することができる。なお、プラズマジェット５３は、基板１１に直接照射されるため、基板１１は耐熱性の高い基板（例えば、石英基板等）を用いることが好ましい。
【００３１】
図５（ａ）は、上記の方法により、移送中のシリコン粒子に半導体レーザ光の照射を行って、石英基板の表面に付着させたときのシリコン粒子の状態を示したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。なお、図５（ｂ）は、半導体レーザ光を照射せずに、シリコン粒子を石英基板の表面に付着させたときのシリコン粒子の状態を示したＳＥＭ写真である。また、図６は、図５（ａ）、（ｂ）に示したシリコン粒子のラマン散乱スペクトルを示す。なお、測定は、基板に付着したシリコン粒子の個々の状態を確認するために、粒径が約５μｍのシリコン粒子を用い、移送するシリコン粒子群の密度を、石英基板の表面に付着したシリコン粒子が、基板表面に点在するように設定して行った。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、半導体レーザ光の照射を行ったシリコン粒子は、球状になっている。このことから、シリコン粒子は、溶融した後に、基板に付着、固化したものと考えられる。一方、半導体レーザ光の照射を行っていないシリコン粒子は、図５（ｂ）に示すように、溶融前の形状（非球状）になっている。
【００３３】
また、図６に示すように、半導体レーザ光の照射を行ったシリコン粒子のラマン散乱スペクトルＡは、ＴＯ（横波）フォノンピークが５１９．１ｃｍ−１で、半値幅が３．７ｃｍ−１であった。一方、半導体レーザ光の照射を行っていないシリコン粒子のラマン散乱スペクトルＢは、ＴＯフォノンピークが５１７．９ｃｍ−１で、半値幅が５．３ｃｍ−１であった。これを、単結晶シリコンのラマン散乱スペクトルＣ（ＴＯフォノンピークが５２０．０ｃｍ−１、半値幅が３．１ｃｍ−１）と比較すると、半導体レーザ光の照射を行ったシリコン粒子は、ほぼ１００％結晶化しているのが分かる。
【００３４】
図７（ａ）は、上記の方法により、移送中のシリコン粒子（平均粒径：５μｍ）に半導体レーザ光の照射を行って、石英基板の表面に付着、固化させて形成したシリコン薄膜のＳＥＭ写真である。また、図７（ｂ）は、半導体レーザ光の照射の代わりに、プラズマジェットを熱源として溶融させたシリコン粒子（平均粒径：５μｍ）を石英基板の表面に付着、固化させて形成したシリコン薄膜のＳＥＭ写真である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ほぼ単結晶化されたシリコン粒子が互いに結合したシリコン薄膜が形成されている。
【００３５】
本発明の半導体薄膜の製造方法において、移送中の半導体粒子に半導体レーザ光を照射することによって、半導体粒子を確実に溶融させる必要がある。
【００３６】
そこで、移送中の半導体粒子を半導体レーザ光の照射によって溶融させるための重要なパラメータである照射時間、及び半導体粒子の移送速度について検討する。
【００３７】
図８は、移送速度Ｖで移送中の半導体粒子１０が、長さＬの半導体レーザ光１２を横切る状態を示した図である。このとき、半導体粒子１０が溶融するために必要な総熱量は、以下のように表される。
【００３８】
Ｑ＋ＱＩ≦α×Ｐ×Ｓ×ｔ    ・・・（１）
ここで、Ｑ及びＱＩは、半導体粒子の温度上昇の熱量[Ｊ]及び潜熱[Ｊ]で、αは、半導体粒子の光吸収率[ｃｍ−１]、Ｐは、半導体レーザ光のパワー密度[Ｗ／ｃｍ２]、Ｓは、半導体レーザ光の照射面積[ｃｍ２]、ｔは、照射時間[ｓ]である。
【００３９】
上記の式（１）より、半導体粒子が溶融するために必要な照射時間ｔは
ｔ≧（Ｑ＋ＱＩ）／（α×Ｐ×Ｓ）[ｓ]
となる。また、半導体粒子が溶融するために必要な移送速度Ｖは、
Ｖ≦Ｌ／ｔ[ｍｍ／ｓ]
となる。
【００４０】
例えば、半導体粒子が、直径５μｍのシリコン粒子の場合、半導体レーザ光のパワー密度Ｐを３５Ｗ／ｃｍ２、波長を８０７ｎｍ、長さＬを２ｍｍ、シリコン粒子の光吸収率αを１０３ｃｍ−１としたとき、シリコン粒子が溶融するために必要な最小照射時間は８ｍｓ、最大移送速度は２５０ｍｍ／ｓとなる。
【００４１】
図９は、平均粒径が５μｍのシリコン粒子を用いて、石英基板上にシリコン粒子を付着させたときの、シリコン粒子の移送速度に対する溶融率を測定した結果を示したグラフである。ここで、基板に付着したシリコン粒子の全体量に対する溶融したシリコン粒子の割合を、シリコン粒子の溶融率とした。
【００４２】
図９に示すように、シリコン粒子に移送速度が３００ｍｍ／ｓ以上の条件においては、シリコン粒子の溶融率は１０％以下であったが、シリコン粒子の移送速度が１３５ｍｍ／ｓの条件においては、シリコン粒子の溶融率は９３％であった。すなわち、シリコン粒子の移送速度が、図９の線Ｐで示した最大移送速度（２５０ｍｍ／ｓ）よりも小さければ、シリコン粒子の大部分を溶融させることができる。
【００４３】
なお、図９に示したグラフは、移送中の半導体粒子を確実に溶融させるための重要なパラメータである半導体粒子の移送速度（あるいは、照射時間）をどのように設定すればよいかの指針を与えるものである。従って、グラフに示した溶融率の数値は、半導体粒子の種類や粒径、半導体レーザ光のパワー密度Ｐや照射面積Ｓ等によって変わるもので、絶対的な意味をなすものでない。
【００４４】
また、半導体粒子の粒径は、半導体粒子の熱容量を決めるため、上記の式（１）に示した半導体粒子の温度上昇の熱量Ｑ及び潜熱ＱＩに影響する重要なパラメータである。そのため、半導体粒子の粒径（平均粒径）は、使用する半導体レーザ光のパワー密度に対して、適切な範囲に設定することが好ましい。
【００４５】
また、半導体粒子の移送速度は、上述したように、半導体粒子を溶融させるための重要なパラメータであるが、半導体薄膜の製造時間の観点からは、移送速度は大きい方が好ましい。
【００４６】
図１０は、半導体レーザ光のパワー密度を変えずに、半導体粒子を溶融させるために必要な半導体粒子の最大移送速度を大きくする方法の一例を示した図である。
【００４７】
図１０に示すように、キャリアガスを噴射するノズル２３に、加熱手段４０が設けられている。これにより、キャリアガスによって搬送される半導体粒子群１０は、ノズル２３を通過する際、加熱された状態で、基板１１の表面に向けて移送される。その結果、移送中の半導体粒子群１０は、加熱されて温度が高くなっているため、半導体粒子群１０を、より短時間に溶融させることができる。換言すれば、半導体粒子群１０の移送速度をより早めても、半導体粒子群１０を溶融させることができる。加熱手段４０は、例えば、抵抗加熱等を用いることができ、加熱温度は、例えば、１４００℃以上に設定することが好ましい。
【００４８】
また、図１０に示すように、半導体レーザ光１２の照射先に、半導体レーザ光１２を反射させるミラー４１が設けられている。これにより、半導体粒子群１０を照射した半導体レーザ光１２は、ミラー４１で反射されて、再び、半導体粒子群１０を照射させることができる。その結果、移送中の半導体粒子群１０に照射される半導体レーザ光１２のパワー密度が実効的に増加するため、半導体粒子群１０を、より短時間に溶融させることができる。換言すれば、半導体粒子群１０の移送速度をより早めても、半導体粒子群１０を溶融させることができる。
【００４９】
図１１は、ノズル２３に加熱手段４０を設けた場合の、石英基板上にシリコン粒子を付着させたときの、シリコン粒子の移送速度に対する溶融率を測定した結果を示したグラフである。なお、測定条件は、図９に示した溶融率の測定と同じある。図１１の曲線Ａは、ノズル２３に加熱手段４０を設けていない場合の溶融率を示し、曲線Ｂは、ノズル２３に加熱手段４０を設けた場合の溶融率を示す。図１１に示すように、ノズル２３に加熱手段４０を設けた場合、シリコン粒子の移送速度が３００〜４００ｍｍ／ｓの範囲において、シリコン粒子の溶融率が、ノズル２３に加熱手段４０を設けない場合に較べて、４５％以上増加している。
【００５０】
本発明は、微小な半導体粒子群を、溶融した状態で基板に付着させることによって、基板表面に結晶性の高い半導体薄膜を形成するものである。この半導体薄膜は、単結晶化された半導体粒子が集合した形で形成されたもので、半導体粒子の粒径とほぼ同じ大きさの結晶粒界を有する多結晶半導体薄膜として形成される。従って、この多結晶半導体薄膜を、大面積の基板に形成できれば、高性能な太陽電池や液晶表示装置等の電子デバイスを実現することができる。
【００５１】
図１２（ａ）、（ｂ）は、大面積の基板に、半導体薄膜を形成する方法の一例を示した平面図である。
【００５２】
図１２（ａ）に示すように、半導体粒子群（不図示）は、基板１１の表面上を、線５０の矢印で示す方向に沿って走査しながら、基板１１の表面に向けて移送される。これにより、基板１１に付着した半導体粒子は、順次、短時間に固化して、単結晶化した半導体粒子が、矢印の線７０に沿って結合しながら半導体薄膜が形成される。その結果、半導体粒子群を基板１１の全面に亘って走査することによって、基板１１の全面に半導体薄膜を形成することができる。なお、１回の走査では、所定の膜厚の半導体薄膜が得られない場合には、このような走査を繰り返し行うことによって、所定に膜厚の半導体薄膜を形成することができる。
【００５３】
半導体粒子群の走査は、例えば、図２に示した装置１００において、基板１１を保持する保持部２２に移動機構（例えば、ステッピングモータ駆動）を設けることによって行うことができる。これにより、半導体粒子群を、移動機構で保持部２２を移動させることによって、基板１１の表面上を走査しながら、基板の表面に向けて移送することができる。
【００５４】
また、図１２（ｂ）に示すように、半導体粒子群（不図示）を、基板１１の中心付近から、線７１の矢印で示す方向に沿って渦巻き状に走査しながら、基板１１の表面に向けて移送してもよい。この場合、基板１１の表面に付着した半導体粒子には、遠心力が働くため、単結晶化した半導体粒子の結合がよりスムーズに行われる。その結果、より均一性の高い半導体薄膜を形成することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
本発明は、移送中の半導体粒子群を溶融させて、溶融した半導体粒子群を基板に付着させて、基板上に半導体薄膜を形成するものである。第１の実施形態では、半導体粒子群の移送は、キャリアガスによる搬送によって行われる。しかしながら、半導体粒子群の移送は、所定の密度で分散された半導体粒子群が、移送中に、半導体レーザ光の照射を受けて溶融し、溶融状態を維持したたま、基板に付着することができれば、どのような移送形態であってもよい。
【００５６】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態における半導体薄膜の製造方法の概念を示した図である。
【００５７】
図１３（ａ）に示すように、基板１１の表面に、一様に分散された半導体粒子群１０を供給する。ここで、基板１１の裏面には、超音波振動子３１が貼り付けられている。
【００５８】
この状態で、超音波振動子３１を振動させると、図１３（ｂ）に示すように、半導体粒子群１０は、基板１１の表面から浮上する。そして、浮上した半導体粒子群１０に、半導体レーザ光１２を照射することによって、浮上中の半導体粒子群１０を溶融させる。
【００５９】
溶融した半導体粒子群１０は、自然落下して、基板１１の表面に付着すると、図１３（ｃ）に示すように、溶融した半導体粒子群１０ａが固化することにより、基板１１の表面に半導体薄膜１３が形成される。
【００６０】
なお、本発明では、微小な半導体粒子を使用するため、半導体粒子の熱容量は非常に小さい。そのため、半導体レーザ光を短時間（典型的には、５〜１０ｍｓ）照射するだけで、半導体粒子を溶融させることができる。従って、超音波振動子３１の振動によって半導体粒子群１０を浮上させる距離が非常に短くても（典型的には、０．０６〜０．１２ｍｍ）、半導体粒子群１０を確実に溶融させることができる。
【００６１】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態においては、半導体粒子群を、キャリアガスに搬送させて移送したが、例えば、図２に示した装置において、基板１１を収容したケース２６内を、ポンプで減圧することによって、半導体粒子群１０を収容した容器２０との間に圧力差を設け、この圧力差を利用して、半導体粒子群１０を、基板１１に向けて移送するようにしてもよい。また、基板１１に半導体薄膜を形成した後、半導体薄膜内の微小欠陥を低減するために、半導体薄膜に熱処理を施してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０      半導体粒子群 
１１      基板 
１２      半導体レーザ光（エネルギービーム）
１３      半導体薄膜 
２０      容器 
２１      ガス供給部 
２２      保持部 
２３      ノズル
２４      半導体レーザ装置
２５      集光レンズ 
２６      ケース 
２７      窓 
３０      水槽 
３１      超音波振動子 
３２      振動搬送媒体（水等）
４０      加熱手段 
４１      ミラー 
５０      陰極（タングステン）
５１      陽極（銅）
５２      ノズル 
５３、６１      プラズマジェット 
５４      搬送管 
５５      チャンバー 
６０      プラズマ発生源 
１００    半導体薄膜の製造装置 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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