JP2000282208A - 半導体薄膜、半導体の成膜方法、及び半導体の成膜装置 - Google Patents
半導体薄膜、半導体の成膜方法、及び半導体の成膜装置Info
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- JP2000282208A JP2000282208A JP11089176A JP8917699A JP2000282208A JP 2000282208 A JP2000282208 A JP 2000282208A JP 11089176 A JP11089176 A JP 11089176A JP 8917699 A JP8917699 A JP 8917699A JP 2000282208 A JP2000282208 A JP 2000282208A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 溶射法による高純度半導体の成膜方法と、こ
のような半導体薄膜を歩留まり良く製造できる成膜装置
を提供する。 【解決手段】 炭素を主成分とする電極１１、１２、或
いは金属を基体として、該金属表面に炭素を主成分とす
る物質を被覆した電極１１、１２を用いて、プラズマを
発生させることを特徴とするシリコンを主成分とする半
導体の成膜装置。炭素を主成分とする物質は、非晶質の
炭素であることが望ましい。
のような半導体薄膜を歩留まり良く製造できる成膜装置
を提供する。 【解決手段】 炭素を主成分とする電極１１、１２、或
いは金属を基体として、該金属表面に炭素を主成分とす
る物質を被覆した電極１１、１２を用いて、プラズマを
発生させることを特徴とするシリコンを主成分とする半
導体の成膜装置。炭素を主成分とする物質は、非晶質の
炭素であることが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、特にシリ
コンを主成分とする半導体薄膜の成膜方法、及び成膜装
置に関する。
コンを主成分とする半導体薄膜の成膜方法、及び成膜装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光発電システムを、設置面積が制限
される個人住宅用として広く普及させるためには、低コ
スト化と高効率化が重要な課題となる。近年、これらを
解決し得る手段として、薄膜多結晶シリコン太陽電池が
有望と考えられているが、最も重要とされる高品質な薄
膜多結晶シリコンの高速・低コスト成膜技術に関して
は、今のことろ完成された技術はない。
される個人住宅用として広く普及させるためには、低コ
スト化と高効率化が重要な課題となる。近年、これらを
解決し得る手段として、薄膜多結晶シリコン太陽電池が
有望と考えられているが、最も重要とされる高品質な薄
膜多結晶シリコンの高速・低コスト成膜技術に関して
は、今のことろ完成された技術はない。
【０００３】この薄膜多結晶太陽電池で高い発電効率を
実現するためには、数１０μｍ厚さのシリコン膜が必要
となる。通常、高い品質が必要とされる半導体の成膜に
はＣＶＤ法が適用されるが、成膜速度が著しく遅いこと
から、コスト面を重視した場合、１０μｍを越える太陽
電池用シリコンの成膜にＣＶＤ法は不適当である。
実現するためには、数１０μｍ厚さのシリコン膜が必要
となる。通常、高い品質が必要とされる半導体の成膜に
はＣＶＤ法が適用されるが、成膜速度が著しく遅いこと
から、コスト面を重視した場合、１０μｍを越える太陽
電池用シリコンの成膜にＣＶＤ法は不適当である。
【０００４】一方、高速成膜が可能な製膜法の一つに溶
射法がある。この溶射法は、溶滴を直接基板に飛着させ
るため、ＣＶＤ法の数１００倍の成膜速度が達成され
る。しかし、高密度な膜が得られない上に、不純物が混
入し易い問題を有しており、とりわけ、電極材として利
用されるＷとＣｕに関しては、原理上、その混入を回避
することは難しい。したがって、著しい効率低下を招く
遷移金属の混入を嫌う太陽電池等のシリコンの成膜に
は、溶射法は不適当と考えられていた。
射法がある。この溶射法は、溶滴を直接基板に飛着させ
るため、ＣＶＤ法の数１００倍の成膜速度が達成され
る。しかし、高密度な膜が得られない上に、不純物が混
入し易い問題を有しており、とりわけ、電極材として利
用されるＷとＣｕに関しては、原理上、その混入を回避
することは難しい。したがって、著しい効率低下を招く
遷移金属の混入を嫌う太陽電池等のシリコンの成膜に
は、溶射法は不適当と考えられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題に対処するためになされたもので、溶射法による高純
度半導体の成膜方法と、このような半導体薄膜を歩留ま
り良く製造できる成膜装置を提供する。
題に対処するためになされたもので、溶射法による高純
度半導体の成膜方法と、このような半導体薄膜を歩留ま
り良く製造できる成膜装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、炭素を主成分とする電極、或いは金属
を基体として、該金属表面に炭素を主成分とする物質を
被覆した電極を用いて、プラズマを発生させることを特
徴とする溶射装置を利用する。
に、本発明では、炭素を主成分とする電極、或いは金属
を基体として、該金属表面に炭素を主成分とする物質を
被覆した電極を用いて、プラズマを発生させることを特
徴とする溶射装置を利用する。
【０００７】図１は本発明の半導体成膜装置の一例であ
る。この装置は図１に示すように数千から数万℃の高温
プラズマを発生させる高温熱源部１と、この高温熱源部
１に隣接する成膜部２と、高温熱源部１に原料を供給す
る原料供給部３とでその主要部が構成される。成膜部２
には原料を堆積させる基板４が基板支持部５上に設置さ
れる。この基板支持部５には、基板４の温度を制御する
補助加熱手段としてカーボンストリップヒーター等の基
板加熱部６を設けてもよい。
る。この装置は図１に示すように数千から数万℃の高温
プラズマを発生させる高温熱源部１と、この高温熱源部
１に隣接する成膜部２と、高温熱源部１に原料を供給す
る原料供給部３とでその主要部が構成される。成膜部２
には原料を堆積させる基板４が基板支持部５上に設置さ
れる。この基板支持部５には、基板４の温度を制御する
補助加熱手段としてカーボンストリップヒーター等の基
板加熱部６を設けてもよい。
【０００８】上記高温熱源部１に原料となる粉末状、塊
状、或いはガス状のシリコンが原料供給部３から導入さ
れ、溶融物或いは分解物が基板４上に堆積され、基板加
熱部６によって冷却速度を適宜制御して半導体膜を形成
する。
状、或いはガス状のシリコンが原料供給部３から導入さ
れ、溶融物或いは分解物が基板４上に堆積され、基板加
熱部６によって冷却速度を適宜制御して半導体膜を形成
する。
【０００９】なお、成膜部２には排気系７が接続されて
おり、成膜時の原料中に含有される揮発成分や基板４に
飛着することなく凝固したシリコン等が排出される。ま
た、この排気系７と雰囲気ガス制御系８によって成膜部
２の雰囲気を制御することができる。
おり、成膜時の原料中に含有される揮発成分や基板４に
飛着することなく凝固したシリコン等が排出される。ま
た、この排気系７と雰囲気ガス制御系８によって成膜部
２の雰囲気を制御することができる。
【００１０】高温熱源部１における高温プラズマを発生
させる手段としては、アークプラズマを用いる直流タイ
プ、或いはこれに誘導プラズマを用いる高周波タイプを
併用させたハイブリッドタイプがある。
させる手段としては、アークプラズマを用いる直流タイ
プ、或いはこれに誘導プラズマを用いる高周波タイプを
併用させたハイブリッドタイプがある。
【００１１】図２は上記直流タイプを、図３は上記ハイ
ブリッドタイプのプラズマ発生部を示したものである。
図２において、１１はアノード部、１２はカソード部で
ある。本発明の成膜装置では、これらの少なくとも一方
が炭素を主成分とする物質で構成されており、その結
果、従来装置で問題となっていた電極材であるＷ或いは
Ｃｕの混入を抑制することが可能となる。耐食・耐酸化
性、或いは耐摩耗性等の耐久性、及び強度面を考慮する
と、高密度な非晶質炭素を用いることが望ましい。ま
た、本発明の効果は、図４に示すように従来のＣｕ製ア
ノードとＷ製カソードの表面を炭素を主成分とする物質
で被覆しても同様な効果を得ることができるし、例え
ば、グラファイトを基体として表面を非晶質の炭素で覆
ってもよい。
ブリッドタイプのプラズマ発生部を示したものである。
図２において、１１はアノード部、１２はカソード部で
ある。本発明の成膜装置では、これらの少なくとも一方
が炭素を主成分とする物質で構成されており、その結
果、従来装置で問題となっていた電極材であるＷ或いは
Ｃｕの混入を抑制することが可能となる。耐食・耐酸化
性、或いは耐摩耗性等の耐久性、及び強度面を考慮する
と、高密度な非晶質炭素を用いることが望ましい。ま
た、本発明の効果は、図４に示すように従来のＣｕ製ア
ノードとＷ製カソードの表面を炭素を主成分とする物質
で被覆しても同様な効果を得ることができるし、例え
ば、グラファイトを基体として表面を非晶質の炭素で覆
ってもよい。
【００１２】このような電極間で放電させると同時にア
ルゴンガス、水素ガス、或いはヘリウムガス等のガスを
分解させて、高温プラズマを発生させる。そして、この
プラズマ中にシリコン原料を連続的に導入し、このシリ
コン原料を高温のアルゴンガスプラズマ、水素プラズマ
等によって溶解或いは分解させるとともに、その状態を
まま基板１３に堆積させ、シリコン膜１４を形成する。
１５はガス流入手段、１６はアーク、１７は原料供給手
段、１８はシリコン原料粉末である。図３に示したハイ
ブリッドタイプでは、上述した直流タイプの下流に高周
波コイル３１を有する管状部位３２が設置される。この
高周波コイルによって発生した誘導プラズマ３４中を原
料となるシリコン３５が通過し、その溶融或いは分解物
が基板上に堆積し、シリコン膜が形成される。なお、３
３は高周波発生装置、３６は原料供給手段である。
ルゴンガス、水素ガス、或いはヘリウムガス等のガスを
分解させて、高温プラズマを発生させる。そして、この
プラズマ中にシリコン原料を連続的に導入し、このシリ
コン原料を高温のアルゴンガスプラズマ、水素プラズマ
等によって溶解或いは分解させるとともに、その状態を
まま基板１３に堆積させ、シリコン膜１４を形成する。
１５はガス流入手段、１６はアーク、１７は原料供給手
段、１８はシリコン原料粉末である。図３に示したハイ
ブリッドタイプでは、上述した直流タイプの下流に高周
波コイル３１を有する管状部位３２が設置される。この
高周波コイルによって発生した誘導プラズマ３４中を原
料となるシリコン３５が通過し、その溶融或いは分解物
が基板上に堆積し、シリコン膜が形成される。なお、３
３は高周波発生装置、３６は原料供給手段である。
【００１３】供給する原料の形状或いは性状等は特に限
定されるものではないが、粉末状のシリコンを利用する
のが最も簡便な方法であり、均一な厚さの被膜を得るた
めには平均粒径が１〜２００μｍであること、更には粒
径が均一であることが好ましく、粉末形状が球体である
と粉末供給量を一定量に制御することが可能となり、広
範囲で均一厚さの被膜が得られると共に、装置からの不
純物の混入を抑制することができる。
定されるものではないが、粉末状のシリコンを利用する
のが最も簡便な方法であり、均一な厚さの被膜を得るた
めには平均粒径が１〜２００μｍであること、更には粒
径が均一であることが好ましく、粉末形状が球体である
と粉末供給量を一定量に制御することが可能となり、広
範囲で均一厚さの被膜が得られると共に、装置からの不
純物の混入を抑制することができる。
【００１４】得られるシリコン膜の結晶粒径、欠陥密
度、膜厚の均一性、及び膜表面の平滑度は、基板の温度
に大きく影響される。基板温度が高いほど結晶粒径の拡
大、欠陥密度の低減、膜厚の均一化、及び膜表面の平滑
性の向上が図れるため、基板支持部５には基板加熱部６
を設置することが好ましく、品質の良好な被膜を得るた
めには、基板温度をシリコンの融点直下或いは直上に設
定することが望ましい。また、溶融状態から固化させる
冷却速度も膜質、特に欠陥密度に大きな影響を与えるた
め、基板加熱部６を利用して冷却速度を制御し、膜温度
が800℃以下になるまで徐冷すると欠陥密度の低減が図
れる。
度、膜厚の均一性、及び膜表面の平滑度は、基板の温度
に大きく影響される。基板温度が高いほど結晶粒径の拡
大、欠陥密度の低減、膜厚の均一化、及び膜表面の平滑
性の向上が図れるため、基板支持部５には基板加熱部６
を設置することが好ましく、品質の良好な被膜を得るた
めには、基板温度をシリコンの融点直下或いは直上に設
定することが望ましい。また、溶融状態から固化させる
冷却速度も膜質、特に欠陥密度に大きな影響を与えるた
め、基板加熱部６を利用して冷却速度を制御し、膜温度
が800℃以下になるまで徐冷すると欠陥密度の低減が図
れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、例示的ではあるが限定的で
はない本発明の実施例を示して本発の実施の形態をより
深く理解する事ができるであろう。
はない本発明の実施例を示して本発の実施の形態をより
深く理解する事ができるであろう。
【００１６】（実施例１）本発明のプラズマ溶射装置を
用い、表１に示す成膜条件によって、厚さ５０μｍのシ
リコン膜を成膜した。なお、電極にはアノード、カソー
ド共に非晶質の炭素を用いた。原料に用いたシリコン粉
末と成膜後のシリコン膜の不純物濃度を測定した結果を
表２に示す。この結果から、本発明の溶射装置を用いる
と金属不純物の混入を大幅に抑制できることが分かる。
用い、表１に示す成膜条件によって、厚さ５０μｍのシ
リコン膜を成膜した。なお、電極にはアノード、カソー
ド共に非晶質の炭素を用いた。原料に用いたシリコン粉
末と成膜後のシリコン膜の不純物濃度を測定した結果を
表２に示す。この結果から、本発明の溶射装置を用いる
と金属不純物の混入を大幅に抑制できることが分かる。
【表１】
【表２】 表３に示す５種類の電極を適用した溶射装置を用い、そ
の各々に対して、表１の成膜条件で５０μｍ厚さのシリ
コン膜を成膜した。成膜したシリコン膜の不純物濃度を
測定した結果を表４に示す。この結果、従来の電極材で
あるＷとＣｕを用いた溶射（）では、約１０［ｐｐｍ
ｗ］の電極成分が混入したが、電極に炭素を用いた溶射
（〜）では、金属不純物は殆ど混入しなかった。ま
た、同じ炭素でも非晶質炭素を用いるとグラファイトを
用いた場合よりも大幅に炭素の混入が抑制された。さら
に、グラファイトよりも非晶質炭素の方が、耐摩耗性・
耐酸化性に優れ、長時間の使用に対して安定であった。
この５種類のシリコン膜を集光加熱型ランプで溶融・再
結晶化して太陽電池を作製し、光電変換効率を測定し
た。その結果、〜では１２％を越える効率が得られ
たが、の効率は８％以下であった。
の各々に対して、表１の成膜条件で５０μｍ厚さのシリ
コン膜を成膜した。成膜したシリコン膜の不純物濃度を
測定した結果を表４に示す。この結果、従来の電極材で
あるＷとＣｕを用いた溶射（）では、約１０［ｐｐｍ
ｗ］の電極成分が混入したが、電極に炭素を用いた溶射
（〜）では、金属不純物は殆ど混入しなかった。ま
た、同じ炭素でも非晶質炭素を用いるとグラファイトを
用いた場合よりも大幅に炭素の混入が抑制された。さら
に、グラファイトよりも非晶質炭素の方が、耐摩耗性・
耐酸化性に優れ、長時間の使用に対して安定であった。
この５種類のシリコン膜を集光加熱型ランプで溶融・再
結晶化して太陽電池を作製し、光電変換効率を測定し
た。その結果、〜では１２％を越える効率が得られ
たが、の効率は８％以下であった。
【表３】
【表４】
【００１７】
【発明の効果】このように、本発明の成膜装置を用いれ
ば、シリコンを半導体としたデバイスを成形する際、電
極からの不純物の混入を抑えることが可能となり、効率
の高い太陽電池素子を作製することができる。
ば、シリコンを半導体としたデバイスを成形する際、電
極からの不純物の混入を抑えることが可能となり、効率
の高い太陽電池素子を作製することができる。
【図１】本発明の溶射装置の一例を示す図である。
【図２】直流タイプ溶射装置の電極部の模式図である。
【図３】直流−高周波ハイブリッドタイプの溶射装置の
電極部の模式図である。
電極部の模式図である。
【図４】炭素被覆電極を用いた直流タイプ溶射装置の電
極部の模式図である。
極部の模式図である。
１ 高温熱源部 ２ 成膜部 ３ 原料供給部 ４ 基板 ５ 基板支持部 ６ 基板加熱部 ７ 排気系 ８ 雰囲気ガス制御系 １１ アノード １２ カソード １３ 基板 １４ シリコン膜 １５ ガス流入手段 １６ アーク １７ 原料供給手段 １８ シリコン原料粉末 ２１ Ｃｕ製アノード ２２ Ｗ製カソード ２３ 炭素 ３１ 高周波コイル ３２ 管状部位 ３３ 高周波発生装置 ３４ 誘導プラズマ ３５ シリコン原料粉末 ３６ 原料供給手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｘ Ｆターム(参考） 4K031 AA08 AB07 BA07 CB18 CB52 DA04 EA12 FA01 5F051 AA03 AA04 AA05 BA17 CB27 CB29 FA01 5F053 AA50 BB60 DD01 FF01 GG02
Claims (4)
- 【請求項１】炭素を主成分とする電極、或いは金属を基
体として、該金属表面に炭素を主成分とする物質を被覆
した電極を有する溶射装置によって成膜された半導体薄
膜。 - 【請求項２】炭素を主成分とする電極、或いは金属を基
体として、該金属表面に炭素を主成分とする物質を被覆
した電極を用いて、プラズマを発生させ、該プラズマ中
に原料を投入し、溶融または分解した物質を、基板上に
堆積させることを特徴とする半導体の成膜方法。 - 【請求項３】炭素を主成分とする電極、或いは金属を基
体として、該金属表面に炭素を主成分とする物質を被覆
した電極を用いて、プラズマを発生させることを特徴と
する半導体の成膜装置。 - 【請求項４】請求項３記載の炭素を主成分とする物質
が、非晶質の炭素であることを特徴とする半導体の成膜
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11089176A JP2000282208A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 半導体薄膜、半導体の成膜方法、及び半導体の成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11089176A JP2000282208A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 半導体薄膜、半導体の成膜方法、及び半導体の成膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000282208A true JP2000282208A (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=13963474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11089176A Pending JP2000282208A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 半導体薄膜、半導体の成膜方法、及び半導体の成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000282208A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010520644A (ja) * | 2007-03-08 | 2010-06-10 | インテグレイティッド フォトボルテックス インク | 半導体グレードシリコンのプラズマ溶射 |
| CN110911322A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-03-24 | 白辉 | 一种应用于物联网半导体设备成膜辅助装置及其使用方法 |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP11089176A patent/JP2000282208A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010520644A (ja) * | 2007-03-08 | 2010-06-10 | インテグレイティッド フォトボルテックス インク | 半導体グレードシリコンのプラズマ溶射 |
| CN110911322A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-03-24 | 白辉 | 一种应用于物联网半导体设备成膜辅助装置及其使用方法 |
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