JP2001313257A - Method for producing high quality silicon based thin film - Google Patents

Method for producing high quality silicon based thin film

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JP2001313257A
JP2001313257A JP2000129514A JP2000129514A JP2001313257A JP 2001313257 A JP2001313257 A JP 2001313257A JP 2000129514 A JP2000129514 A JP 2000129514A JP 2000129514 A JP2000129514 A JP 2000129514A JP 2001313257 A JP2001313257 A JP 2001313257A
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Japan
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plasma
thin film
gas
silicon
based thin
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JP2000129514A
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Japanese (ja)
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Tetsuhiro Horie
哲弘 堀江
Shoji Morita
章二 森田
Katsuhiko Kondo
勝彦 近藤
Kengo Yamaguchi
賢剛 山口
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon based thin film and a method for forming a large grain size silicon based thin film having a high crystallization rate at a high rate on an inexpensive substrate of glass, ceramics, metal, or resin by a low temperature process of 450 deg.C or below. SOLUTION: In the method for forming a silicon based thin film, a substrate having a surface formed with at least one thin metal film of aluminum, tin, zinc, antimony, indium, gallium, silver, nickel, tellurium and germanium is placed in a vacuum chamber and material gas is supplied onto the surface of the heated substrate in order to form a silicon based thin film. The material gas is preferably supplied in the form of high density plasma excited by electron beam excited plasma method, high frequency parallel plate plasma method, high frequency plasma method employing rudder-like discharge electrodes, electron cyclotron resonance plasma method, induction coupling plasma method, or helicon wave plasma method.

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】本発明はシリコン系薄膜の製
膜方法に関し、結晶系シリコン系薄膜の製膜の製膜温度
の低温化、結晶性の改善および低コスト化に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon-based thin film, and more particularly to a method for forming a crystalline silicon-based thin film at a lower temperature, improved crystallinity, and reduced cost.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタあるいは薄膜太陽電池
に用いられるシリコン系薄膜の形成においては従来から
平行平板型のRF、VHF等の高周波プラズマ化学気相
成長法(RF−PCVD法、VHF−PCVD法)や電
子サイクロトロン共鳴プラズマ化学気相成長法(ECR
−PCVD法)等が広く用いられてきた。さらに、一旦
低温でアモルファス膜を基板上に堆積させた後に熱アニ
ールやレーザーアニールを施すことにより結晶化する方
法あるいは基板上に液相成長法(LPE法)により高品
質シリコン系薄膜を形成する方法もある。また、基板上
にシリコンとの低共融温度をもつ金属(例えば、アルミ
ニウム、マグネシウム、カルシウム、錫、亜鉛、アンチ
モン、インジウム、ガリウム、銀またはビスマス)の薄
膜を形成し、450℃以上の基板温度で加熱することに
より多結晶シリコン薄膜を形成する方法がある。(Appl.
Phys.Lett., v29, 600,(1976); Appl.Phys.Lett., v25,
583, (1977); Apll.Phys.Lett., v31, 125, (1977);
特開平11-251611号公報)
2. Description of the Related Art Conventionally, in forming a silicon-based thin film used for a thin film transistor or a thin film solar cell, a high-frequency plasma chemical vapor deposition method (RF-PCVD method, VHF-PCVD method) such as a parallel plate type RF or VHF or the like has been known. Electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition (ECR)
-PCVD method) and the like have been widely used. Furthermore, a method in which an amorphous film is once deposited on a substrate at a low temperature and then crystallized by performing thermal annealing or laser annealing, or a method in which a high-quality silicon-based thin film is formed on the substrate by a liquid phase epitaxy (LPE method). There is also. Further, a thin film of a metal having a low eutectic temperature with silicon (for example, aluminum, magnesium, calcium, tin, zinc, antimony, indium, gallium, silver or bismuth) is formed on a substrate, and a substrate temperature of 450 ° C. or more is formed. To form a polycrystalline silicon thin film by heating. (Appl.
Phys. Lett., V29, 600, (1976); Appl.Phys. Lett., V25,
583, (1977); Apll.Phys.Lett., V31, 125, (1977);
(JP-A-11-251611)

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】RF−PCVD法、V
HF−PCVD法やECR−PCVD法等による製膜で
は、安価なガラス基板等の耐熱性の低い基板を用いて、
高速でシリコン膜を製膜することが可能であるが形成さ
れる膜の結晶化率は低く、結晶粒径は数百Å程度であ
り、半導体膜として重要な移動度が非常に小さい。一
方、上記RF−PCVD法、VHF−PCVD法あるい
はECR−PCVD法または熱CVD法において基板温
度を600℃以上とし製膜することにより形成されるシ
リコン系薄膜の結晶化率を高くし、粒径を数百Å以上と
することが可能である。しかし、安価なガラス基板等を
用いることができなくなり、生産コストが高くなる。ア
モルファス膜を基板上に堆積させた後に熱アニールやレ
ーザーアニールを施すことにより結晶化率を高くし、粒
径を大きくする方法あるいは基板上に液相成長法(LP
E法)により高品質シリコン系薄膜を形成する方法では
製膜時間および結晶化時間が掛かるために生産コストが
高くなる。また、基板上にシリコンとの低共融温度をも
つ金属(例えば、アルミニウム、マグネシウム、カルシ
ウム、錫、亜鉛、アンチモン、インジウム、ガリウム、
銀またはビスマス)の薄膜を形成し、450℃以上の基
板温度で加熱することにより多結晶シリコン薄膜を形成
する方法では比較的低温で高い結晶性のシリコン薄膜を
形成することが可能であるが、高速製膜性および低温製
膜という点でガラス基板等の低融点基板を用いること、
あるいは結晶に生ずる熱応力の影響を防ぐためには十分
ではない。
SUMMARY OF THE INVENTION RF-PCVD method, V
In the film formation by the HF-PCVD method or the ECR-PCVD method, a substrate having low heat resistance such as an inexpensive glass substrate is used.
Although a silicon film can be formed at high speed, the crystallization rate of the formed film is low, the crystal grain size is about several hundreds of mm, and the mobility important as a semiconductor film is extremely small. On the other hand, in the RF-PCVD method, the VHF-PCVD method, the ECR-PCVD method, or the thermal CVD method, the crystallization rate of a silicon-based thin film formed by forming a film at a substrate temperature of 600 ° C. or higher is increased, Can be several hundred square meters or more. However, an inexpensive glass substrate or the like cannot be used, and the production cost increases. After the amorphous film is deposited on the substrate, thermal annealing or laser annealing is performed to increase the crystallization rate and increase the grain size, or a liquid phase growth method (LP
The method of forming a high-quality silicon-based thin film by the E method) requires a film-forming time and a crystallization time, thereby increasing the production cost. Also, a metal having a low eutectic temperature with silicon on the substrate (for example, aluminum, magnesium, calcium, tin, zinc, antimony, indium, gallium,
In the method of forming a polycrystalline silicon thin film by forming a thin film of (silver or bismuth) and heating at a substrate temperature of 450 ° C. or more, it is possible to form a highly crystalline silicon thin film at a relatively low temperature. Use of a low-melting substrate such as a glass substrate in terms of high-speed film formation and low-temperature film formation,
Or, it is not enough to prevent the influence of thermal stress generated in the crystal.

【0004】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、ガラス、セラミックス、金属、樹脂
等の安価な基板上に450℃以下の低温プロセスで結晶
化率が高く、結晶粒径の大きいシリコン系薄膜を高速に
形成することができるシリコン系薄膜、および製膜方法
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a high crystallization rate by a low-temperature process of 450 ° C. or less on an inexpensive substrate such as glass, ceramics, metal, and resin. An object of the present invention is to provide a silicon-based thin film capable of forming a silicon-based thin film having a large diameter at a high speed, and a film forming method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン系薄膜
製造方法は、表面にアルミニウム、錫、亜鉛、アンチモ
ン、インジウム、ガリウム、銀、ニッケル、テルル、及
びゲルマニウムのうち少なくとも一つの金属薄膜を形成
した基板を、真空槽内に設置し、加熱した当該基板の表
面上に珪素供給源となる原料ガスを供給してシリコン系
薄膜を形成することを特徴とする。原料ガスはプラズマ
化して供給することが望ましく、プラズマの励起法とし
ては電子ビーム励起プラズマ法、高周波平行平板プラズ
マ法、ラダー状の放電電極を用いた高周波プラズマ法、
電子サイクロトロン共鳴プラズマ法、誘導結合型プラズ
マ法あるいはヘリコン波プラズマ法等の高密度プラズマ
を用いることを特徴とする。製膜する際の基板温度は、
好ましくは150〜600℃以下の範囲とし、さらに好
ましくは基板温度を300〜450℃の範囲とする。製
膜の際に供給する原料ガスは、好ましくはシラン、ジシ
ラン等の水素化珪素ガス、弗化珪素、ジクロロシラン等
のハロシラン、又はそれらのガスに水素ガス若しくはメ
タンガス等の炭化水素ガスを含有させたもの、又はそれ
らのガスにジボラン、ホスフィン若しくはアルシン等の
不純物添加用のガスを含有させたもの、又は該組合せを
用いることができる。
According to the method for manufacturing a silicon-based thin film of the present invention, at least one metal thin film of aluminum, tin, zinc, antimony, indium, gallium, silver, nickel, tellurium, and germanium is formed on the surface. The obtained substrate is placed in a vacuum chamber, and a raw material gas serving as a silicon supply source is supplied onto the heated surface of the substrate to form a silicon-based thin film. The raw material gas is preferably supplied in the form of plasma, and the plasma can be excited by an electron beam excitation plasma method, a high-frequency parallel plate plasma method, a high-frequency plasma method using a ladder-like discharge electrode,
A high-density plasma such as an electron cyclotron resonance plasma method, an inductively coupled plasma method, or a helicon wave plasma method is used. The substrate temperature during film formation is
Preferably, the temperature is in the range of 150 to 600 ° C or lower, and more preferably, the substrate temperature is in the range of 300 to 450 ° C. The raw material gas to be supplied at the time of film formation is preferably silane, silicon hydride gas such as disilane, silicon fluoride, halosilane such as dichlorosilane, or hydrogen gas or hydrocarbon gas such as methane gas contained in such a gas. Or a mixture of these gases containing a gas for adding impurities such as diborane, phosphine, or arsine, or a combination thereof.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明のシリコン系薄膜とは、気
相合成法によって形成される薄膜多結晶シリコン及び微
結晶シリコン薄膜を意味する。結晶粒界及び粒内に水素
原子を含む薄膜多結晶シリコン及び微結晶シリコン薄膜
も含まれる。また、p型あるいはn型のドーパント等の添
加元素を含む薄膜多結晶シリコン及び微結晶シリコンも
シリコン系薄膜に含まれる。さらに、炭素を含む薄膜多
結晶シリコン及び微結晶シリコン薄膜もシリコン系薄膜
に含まれる。また、本発明の薄膜は厚さ50Å〜10μ
mまでの範囲のものをいう。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The silicon-based thin film of the present invention means a polycrystalline silicon thin film and a microcrystalline silicon thin film formed by a vapor phase synthesis method. Also included are thin-film polycrystalline silicon and microcrystalline silicon thin films containing hydrogen atoms in the grain boundaries and in the grains. The silicon-based thin film also includes thin-film polycrystalline silicon and microcrystalline silicon containing an additional element such as a p-type or n-type dopant. Further, a silicon-based thin film includes a polycrystalline silicon thin film containing carbon and a microcrystalline silicon thin film. The thin film of the present invention has a thickness of 50 ° to 10 μm.
m.

【0007】以下、添付の図面を参照して本発明の好ま
しい実施の形態について説明する。図1にシリコン系薄
膜の製膜に用いた電子ビーム励起プラズマ装置(以下、
装置Aという。)の断面図を示す。装置Aは、電子ビー
ムが基板表面に対して平行に射出される方式であり、一
方端側に放電室1を規定する放電チャンバ1aを、他方端
側に製膜室17を規定するプロセスチャンバ28Aを、中間
に中間室2を規定する中間チャンバ2aおよび電子加速室3
を規定する加速チャンバ3aを備えている。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an electron-beam-excited plasma apparatus (hereinafter, referred to as a silicon-based thin film).
Device A. FIG. The apparatus A is of a type in which an electron beam is emitted in parallel to the substrate surface, and a discharge chamber 1a defining a discharge chamber 1 at one end and a process chamber 28A defining a film forming chamber 17 at the other end. And an intermediate chamber 2a and an electron acceleration chamber 3 defining an intermediate chamber 2 in the middle.
Is provided.

【0008】放電室1内には熱フィラメント4および熱電
子放出板5が対向して設けられている。熱フィラメント4
と熱電子放出板5とには電源14の回路が接続されてい
る。放電室1内にガス供給路10を介して放電ガスを導入
すると共に、熱フィラメント4と熱電子放出板5との間に
電源14から給電すると、両者間に放電プラズマ13が生成
されるようになっている。
In the discharge chamber 1, a hot filament 4 and a hot electron emission plate 5 are provided to face each other. Hot filament 4
The circuit of the power supply 14 is connected to the thermoelectron emission plate 5 and the thermoelectron emission plate 5. When a discharge gas is introduced into the discharge chamber 1 through the gas supply path 10 and power is supplied from the power supply 14 between the hot filament 4 and the thermionic emission plate 5, a discharge plasma 13 is generated between the two. Has become.

【0009】放電室1と中間室2との間には絶縁体6で絶
縁された電極7が挿入され、電極7の中央孔12aを介して
両室1、2は連通している。電極7により放電プラズマ13
の中から電子が引き出され、電子は中央孔12aを通って
中間室2に導かれるようになっている。中間室2と加速室
3との間には絶縁体6で絶縁された電極8が挿入され、電
極8の中央孔12bを介して両室2、3は連通している。さら
に、加速室3と製膜室17との間には絶縁体6で絶縁された
電極9が挿入され、電極9の中央孔12cを介して両室3、17
は連通している。熱電子放出板5と電極7との間の回路に
は電源15が設けられ、電極8と電極9との間の回路には電
源16が設けられている。加速室3の側面部には差動排気
路11が開口し、加速室3の内圧が中間室2の内圧より低く
なるように差動排気されるようになっている。加速室3
の入口側電極8および出口側電極9はコイル23によりそれ
ぞれ取り囲まれ、加速された電子ビームを収束させるた
めの磁場が形成されるようになっている。
An electrode 7 insulated by an insulator 6 is inserted between the discharge chamber 1 and the intermediate chamber 2, and the two chambers 1 and 2 communicate with each other via a central hole 12a of the electrode 7. Discharge plasma 13 by electrode 7
Are extracted from the inside, and the electrons are guided to the intermediate chamber 2 through the central hole 12a. Intermediate room 2 and acceleration room
An electrode 8 that is insulated by an insulator 6 is inserted between the two chambers 3, and the two chambers 2 and 3 communicate with each other via a central hole 12b of the electrode 8. Further, an electrode 9 insulated by the insulator 6 is inserted between the acceleration chamber 3 and the film forming chamber 17, and the two chambers 3, 17 are inserted through the central hole 12c of the electrode 9.
Are communicating. A power supply 15 is provided in a circuit between the thermionic emission plate 5 and the electrode 7, and a power supply 16 is provided in a circuit between the electrode 8 and the electrode 9. A differential exhaust path 11 is opened on the side surface of the acceleration chamber 3 so that the differential exhaust is performed so that the internal pressure of the acceleration chamber 3 becomes lower than the internal pressure of the intermediate chamber 2. Acceleration room 3
The entrance-side electrode 8 and the exit-side electrode 9 are respectively surrounded by a coil 23 so that a magnetic field for converging the accelerated electron beam is formed.

【0010】製膜室17内にはチャックヒーター21および
2つのカスプ磁場形成用コイル24a、24bが設けられてい
る。これらカスプ磁場形成用コイル24a、24bは製膜室17
の外部に設けてもよい。チャックヒーター21は基板20を
保持し加熱するためのものであり、このチャックヒータ
ー21に保持された基板20を上方および下方から挟むよう
に一対のコイル24a、24bが配置されている。主排気路18
Aおよび原料ガス供給路19が製膜室17にそれぞれ連通し
ている。主排気路18Aは、チャンバ28Aの後面部にて開口
し、図示しない真空排気ポンプの吸引口に連通してい
る。原料ガス供給路19は、チャンバ28Aの側面部にて開
口し、図示しないガスドーザーおよびガス供給源にそれ
ぞれ連通している。ガスドーザーは基板20に向けて原料
ガスを均一に供給するための整流板を備えている。な
お、チャンバ28Aはアース26に接続されている。
In the film forming chamber 17, a chuck heater 21 and
Two cusp magnetic field forming coils 24a and 24b are provided. The cusp magnetic field forming coils 24a and 24b are
May be provided outside. The chuck heater 21 is for holding and heating the substrate 20. A pair of coils 24a and 24b are arranged so as to sandwich the substrate 20 held by the chuck heater 21 from above and below. Main exhaust path 18
A and the source gas supply path 19 communicate with the film forming chamber 17, respectively. The main exhaust path 18A opens at the rear surface of the chamber 28A and communicates with a suction port of a vacuum exhaust pump (not shown). The source gas supply path 19 opens at the side surface of the chamber 28A, and communicates with a gas dozer (not shown) and a gas supply source (not shown). The gas dozer includes a rectifying plate for uniformly supplying the source gas to the substrate 20. The chamber 28A is connected to the ground 26.

【0011】製膜室17内に原料ガスを供給しながら、電
子ビームを打ち込むと、プラズマ22が生成され、コイル
24a、24bに通電すると、図4に示すようにカスプ磁場が
形成される。このカスプ磁場は、図4中に矢印で示すよ
うに生成プラズマ22に作用してプラズマ22を製膜室17内
に閉じ込め、プラズマ22中の活性種の基板20に対する堆
積を促進させ、均一化させる。
When an electron beam is injected while supplying a raw material gas into the film forming chamber 17, a plasma 22 is generated, and a coil 22 is formed.
When power is supplied to 24a and 24b, a cusp magnetic field is formed as shown in FIG. The cusp magnetic field acts on the generated plasma 22 as shown by an arrow in FIG. 4 to confine the plasma 22 in the film forming chamber 17, promote the deposition of the active species in the plasma 22 on the substrate 20, and homogenize the plasma 22. .

【0012】次にシリコン系薄膜の製膜方法について述
べる。装置Aの放電室1に設けた熱フィラメント4にフィ
ラメント電源14によって電力を供給し、熱電子放出板5
から電子を放出させる。放電電極7に放電電源15によっ
て印加した電圧によってガス供給口10から導入されたガ
スをプラズマ13として放電させる。放電電極7に印加さ
れた放電電極15によって中間室2に引き出された電子ビ
ーム12は中間電極8および電源16によって電圧の印加さ
れた加速電極9によって加速されて製膜室17に導入され
る。このとき、放電室1に供給されたガスは、差動排気
路11を介して製膜室17での製膜に影響しない程度に真空
排気される。製膜室17に導入された電子ビーム12は、高
エネルギーであるので原料ガスを励起して、製膜室17内
に高密度のガスプラズマ22が生成される。
Next, a method of forming a silicon-based thin film will be described. Electric power is supplied to the hot filament 4 provided in the discharge chamber 1 of the apparatus A by the filament power supply 14, and the thermoelectron emission plate 5 is supplied.
To emit electrons. The gas introduced from the gas supply port 10 is discharged as plasma 13 by the voltage applied to the discharge electrode 7 by the discharge power supply 15. The electron beam 12 drawn into the intermediate chamber 2 by the discharge electrode 15 applied to the discharge electrode 7 is accelerated by the intermediate electrode 8 and the accelerating electrode 9 to which a voltage is applied by the power supply 16 and introduced into the film forming chamber 17. At this time, the gas supplied to the discharge chamber 1 is evacuated via the differential evacuation path 11 to such an extent that it does not affect the film formation in the film formation chamber 17. Since the electron beam 12 introduced into the film forming chamber 17 has high energy, it excites the source gas, so that a high-density gas plasma 22 is generated in the film forming chamber 17.

【0013】製膜室17内にはヒーター21により加熱され
た基板20が設置してあり、原料ガスプラズマ2 2によっ
て基板20上にシリコン系薄膜が製膜される。原料ガス
は、原料ガス供給路19から導入され、主排気路18Aを介
して製膜室17から排気される。また、製膜室17内あるい
は製膜室17の外側にはカスプ磁場24を設置することによ
り、基板20表面付近に原料ガスプラズマ22を高密度に閉
じ込めることができる。
A substrate 20 heated by a heater 21 is installed in a film forming chamber 17, and a silicon-based thin film is formed on the substrate 20 by a source gas plasma 22. The source gas is introduced from the source gas supply path 19 and is exhausted from the film forming chamber 17 via the main exhaust path 18A. Further, by providing the cusp magnetic field 24 inside or outside the film forming chamber 17, the source gas plasma 22 can be confined at a high density near the surface of the substrate 20.

【0014】本発明の効果は、図2に示す他の実施形態
の電子ビーム励起プラズマ装置(以下、装置Bという。)
および図3に示す他の電子ビーム励起プラズマ装置(以
下、装置Cという。)においても実現することができ
る。なお、図1に示した装置と同様の要素には同一の符
号を付す。装置Cは電子ビーム12が垂直方向に射出され
る方式の装置であり、熱電子を上方から加速させて下方
の製膜室17に打ち込むようになっている。ただし、装置
Cの構成では、基板20表面が入射した電子ビーム12によ
り負電位に帯電し、電子ビーム12によって励起された原
料ガスプラズマ22内に発生した正イオンが基板20表面に
高いエネルギーで入射して膜質を劣化させる恐れがあ
る。さらに、基板20表面を上向きに設置した場合に原料
ガスプラズマ22内で発生するパーティクルが製膜中に基
板20表面に堆積してしまい膜質を劣化させる恐れがあ
る。しかし、これらは、正イオンの入射は電子ビーム12
を直接、基板20表面に入射させない装置構成とすること
によって解消でき、下記の装置Bの遮蔽板25を用いるこ
とにより解消できる。装置Bは、電子ビーム12の入射軸
に対して垂直に取り付けられ、アース26に接地された遮
蔽板25を備えている。このような遮蔽板25により電子ビ
ーム12が基板20表面へ直接入射しないようにして正イオ
ンが高エネルギーで入射することを抑制し、基板2 0を
鉛直あるいは水平下向きに設置して表面へのパーティク
ルの堆積を抑制することができる。
The effect of the present invention is that the electron beam excited plasma apparatus (hereinafter referred to as apparatus B) of another embodiment shown in FIG.
Also, the present invention can be realized in another electron beam excited plasma apparatus (hereinafter, referred to as apparatus C) shown in FIG. The same elements as those in the apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The device C is a device of a type in which the electron beam 12 is emitted in the vertical direction. The device C is configured to accelerate thermoelectrons from above and drive them into the film forming chamber 17 below. However, in the configuration of the device C, the surface of the substrate 20 is charged to a negative potential by the incident electron beam 12, and positive ions generated in the source gas plasma 22 excited by the electron beam 12 are incident on the surface of the substrate 20 with high energy. And may deteriorate the film quality. Furthermore, when the surface of the substrate 20 is placed upward, particles generated in the source gas plasma 22 may accumulate on the surface of the substrate 20 during film formation, thereby deteriorating the film quality. However, these are based on the fact that the incidence of positive ions is
Can be solved by using a device configuration that does not directly enter the surface of the substrate 20, and can be solved by using the shield plate 25 of the device B described below. The device B includes a shielding plate 25 which is mounted perpendicular to the incident axis of the electron beam 12 and is grounded to the earth 26. Such a shielding plate 25 prevents the electron beam 12 from being directly incident on the surface of the substrate 20 to prevent the positive ions from being incident at a high energy. Can be suppressed.

【0015】さらに、本発明の効果は、図5に示す高周
波平行平板型プラズマ装置(以下、装置Dという。)にお
いても実現することができる。図5に示すように、装置
Dは、製膜室32、ガス混合箱35、ヒーター31、電極38、
および真空ポンプ34等を備えている。基板20は、製膜面
を下にしてヒーター31に密着して配置される構造となっ
ている。電極38は通常の平行平板あるいは図6に示すラ
ダー電極38aを用いてもよい。
Further, the effect of the present invention can be realized also in a high-frequency parallel plate type plasma apparatus (hereinafter referred to as apparatus D) shown in FIG. As shown in FIG. 5, the apparatus D includes a film forming chamber 32, a gas mixing box 35, a heater 31, an electrode 38,
And a vacuum pump 34 and the like. The substrate 20 has a structure in which the film-forming surface is placed in close contact with the heater 31. The electrode 38 may be an ordinary parallel flat plate or a ladder electrode 38a shown in FIG.

【0016】製膜室32は、真空容器30の側面部に設けら
れた排気路33を介して真空ポンプ34に連通している。真
空ポンプ34によって真空排気された真空容器30内にヒー
ター31に密着するように基板20が設置される。真空容器
30内に原料ガス供給源37から原料ガスを供給すると同時
に、ヒーター31および基板20に対向するように設置され
た電極38に高周波電源40から高周波電力を供給すること
によって、ヒーター31および電極38の間に原料ガスプラ
ズマ22が発生する。原料ガスプラズマ22を安定に維持す
るためにインピーダンス整合器39を用いて供給する高周
波電力に対するインピーダンスを整合させる。これによ
り、基板20表面にシリコン系薄膜が製膜される。
The film forming chamber 32 communicates with a vacuum pump 34 via an exhaust passage 33 provided on a side surface of the vacuum vessel 30. The substrate 20 is placed in the vacuum vessel 30 evacuated by the vacuum pump 34 so as to be in close contact with the heater 31. Vacuum container
At the same time as supplying the source gas from the source gas supply source 37 into the inside 30, the high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 40 to the heater 31 and the electrode 38 installed so as to face the substrate 20. During that time, source gas plasma 22 is generated. In order to stably maintain the source gas plasma 22, the impedance for the supplied high frequency power is matched using the impedance matching unit 39. Thus, a silicon-based thin film is formed on the surface of the substrate 20.

【0017】図6にラダー電極38aを示す。ラダー電極3
8aは、直径4〜12mm以下の金属製の線材をはしご状
に組み合わせた構造である。ラダー電極38aは、容量結
合型放電と誘導結合型放電の双方の特性を兼ね備えてい
る点に特徴がある。また、従来から用いられている平行
平板型電極と比べて、ラダー電極38aは開口部が広く、
原料ガス流れの制御性に優れていることも特徴の一つで
ある。
FIG. 6 shows the ladder electrode 38a. Ladder electrode 3
8a is a structure in which metal wires having a diameter of 4 to 12 mm or less are combined in a ladder shape. The ladder electrode 38a is characterized in that it has both characteristics of the capacitively coupled discharge and the inductively coupled discharge. The ladder electrode 38a has a wider opening than the conventionally used parallel plate type electrode,
One of the features is that the controllability of the flow of the source gas is excellent.

【0018】次に本発明のシリコン系薄膜を形成すると
きの製膜条件についてそれぞれ説明する。製膜室17に導
入する原料ガスとしては、シラン、ジシラン等の水素化
珪素ガス、又は弗化珪素、ジクロロシラン等のハロシラ
ン、又はそれらのガスに水素ガスあるいはメタンガス等
の炭化水素ガスを含有させたガスを用いることができ
る。さらに、これらのガスにジボラン、ホスフィンある
いはアルシン等の不純物添加用のガスを含有させたガス
を用いることにより、p型あるいはn型の膜を形成する
ことも可能である。さらに、アルミニウムを形成した基
板を用いた場合には、製膜されたシリコン系薄膜中にア
ルミニウムが含有されてp型の膜を形成することもでき
る。原料ガスは、装置A、装置Bあるいは装置C等の電
子ビーム励起プラズマ法では、シリコンを含むガスの流
量に対する水素の流量比を100倍以下にすることが望
ましい。水素の流量比が100倍をこえると、製膜速度
が極めて小さくなるため、産業利用上、生産性が著しく
低下するおそれがある。また、圧力は0.5〜200mT
orrとすることが望ましい。圧力0.5mTorr未満では原
料ガスのプラズマ密度が低下し、製膜速度が極めて小さ
くなるため、産業利用上、生産性が著しく低下するおそ
れがある。一方、200mTorrを超えると加速室9におけ
る原料ガス圧力が高くなり、加速室9内でプラズマ放電
が開始するために製膜室17に入射できる電子ビーム12の
電流量が小さくなり製膜に寄与する原料ガスのプラズマ
密度が低下し、製膜速度が極めて小さくなるため、産業
利用上、生産性が著しく低下するおそれがある。装置D
等の高周波平行平板プラズマ法では、シリコンを含むガ
スの流量に対する水素の流量比を5〜100倍にするこ
とが望ましい。水素の流量比が5倍未満の場合、水素ラ
ジカルの発生量が少なくなるため、膜中の未結合手の水
素終端が不十分となり、結果として膜中に欠陥が多くな
る場合がある。一方、水素の流量比が100倍をこえる
と、製膜速度が極めて小さくなるため、産業利用上、生
産性が著しく低下する場合がある。また、圧力は0.1
Torr以上5Torr以下が望ましい。圧力が0.1Torr未満
の場合、製膜速度が極めて小さくなるため、産業利用
上、生産性が著しく低下するおそれがある。一方、圧力
が5Torrをこえると、製膜中に気相で粉が生じ易くなる
という問題がある。
Next, conditions for forming the silicon-based thin film of the present invention will be described. As a raw material gas to be introduced into the film forming chamber 17, a silicon hydride gas such as silane or disilane, a halosilane such as silicon fluoride or dichlorosilane, or a hydrogen gas or a hydrocarbon gas such as methane gas is contained in such a gas. Can be used. Further, a p-type or n-type film can be formed by using a gas containing a gas for adding impurities such as diborane, phosphine, or arsine in these gases. Further, when a substrate on which aluminum is formed is used, a p-type film can be formed by containing aluminum in the formed silicon-based thin film. As for the source gas, in the electron beam excited plasma method such as the apparatus A, the apparatus B or the apparatus C, it is desirable that the flow ratio of hydrogen to the flow rate of the gas containing silicon is 100 times or less. If the flow rate ratio of hydrogen exceeds 100 times, the film forming speed becomes extremely low, so that there is a possibility that the productivity may be significantly reduced for industrial use. The pressure is 0.5-200mT
Orr is desirable. If the pressure is less than 0.5 mTorr, the plasma density of the raw material gas decreases, and the film forming speed becomes extremely low. Therefore, there is a possibility that the productivity may be significantly reduced for industrial use. On the other hand, when the pressure exceeds 200 mTorr, the source gas pressure in the acceleration chamber 9 increases, and the amount of current of the electron beam 12 that can be incident on the film formation chamber 17 becomes small because plasma discharge starts in the acceleration chamber 9 and contributes to film formation. Since the plasma density of the raw material gas is reduced and the film forming speed is extremely reduced, the productivity may be significantly reduced for industrial use. Device D
In such a high-frequency parallel plate plasma method, the flow rate ratio of hydrogen to the flow rate of the gas containing silicon is desirably 5 to 100 times. When the flow rate ratio of hydrogen is less than 5 times, the amount of generated hydrogen radicals is reduced, so that the hydrogen termination of dangling bonds in the film becomes insufficient, and as a result, defects may be increased in the film. On the other hand, when the flow rate ratio of hydrogen exceeds 100 times, the film formation rate becomes extremely low, and therefore, the productivity may be significantly reduced for industrial use. The pressure is 0.1
Desirably, the pressure is in the range of Torr to 5 Torr. When the pressure is less than 0.1 Torr, the film forming speed becomes extremely low, and thus there is a possibility that the productivity may be significantly reduced for industrial use. On the other hand, when the pressure exceeds 5 Torr, there is a problem that powder is easily generated in a gas phase during film formation.

【0019】基板20には、アルミニウム、錫、亜鉛、ア
ンチモン、インジウム、ガリウム、銀、ニッケル、テル
ル、あるいはゲルマニウムのうち少なくとも一つの金属
薄膜を形成したガラス、半導体、金属、樹脂等の基板を
用いる。これらの金属薄膜により、低温で高結晶化率お
よび大粒径のシリコン系薄膜を製膜することが可能とな
る。
As the substrate 20, a substrate of glass, semiconductor, metal, resin or the like on which at least one metal thin film of aluminum, tin, zinc, antimony, indium, gallium, silver, nickel, tellurium, or germanium is formed is used. . By using these metal thin films, it becomes possible to form a silicon-based thin film having a high crystallization rate and a large grain size at a low temperature.

【0020】ヒーター21あるいはヒーター31によって基
板20を好ましくは150〜600℃の温度範囲に加熱す
る。高い結晶化率および大粒径を得るため、およびガラ
ス、樹脂等の低温でのみ使用可能な基板を用いるために
は300〜450℃の温度範囲に加熱することが更に好
ましい。
The substrate 20 is heated to a temperature range of preferably 150 to 600 ° C. by the heater 21 or the heater 31. In order to obtain a high crystallization ratio and a large particle size, and to use a substrate that can be used only at a low temperature, such as glass or resin, it is more preferable to heat the substrate to a temperature range of 300 to 450 ° C.

【0021】装置A、装置Bあるいは装置Cにおいて
は、熱フィラメント4としてタングステン等の高融点金
属、熱電子放出板5としてはLaB6板等を用いることが
できる。ガス供給路10から供給するガスとしては製膜に
影響を与え難いAr、He等の希ガスあるいは水素ガスを
0.5〜10sccm以下の流量で放電室1内の圧力が1×10
-3Torr以下となるように供給してプラズマ13を生成す
る。放電電極7に印加する電源15としては放電電流が5
A以上100A以下となるように設定する。加速電極9
に印加する電源16は30〜200Vである。即ち、プラ
ズマの発生方法が電子プラズマ法である場合には、加速
室9から製膜室17に電子ビームを入射できる電圧が30
Vであり、また、水素化珪素ガス等の原料ガスの励起・
解離効率が高い200eV以下の電子ビームを利用する
点から電子ビームのエネルギーを30〜200eVの範
囲とすることが好ましい。加速電極9に印加する電源16
は30〜200Vとすることにより、電子ビーム12を放
電電流にほぼ等しい5〜100Aで製膜室17に入射させ
ることができる。このとき、電源16を50V以上とする
と、原料ガスの励起効率が向上し、高密度プラズマを発
生させることができるのでより好ましい。カスプ磁場24
によって発生させる磁場はカスプ磁場とし、図4に示す
ような磁場を発生させるようにすることで原料ガスプラ
ズマ22を空間的に基板20付近に閉じ込めることが可能で
ある。装置Dにおいては、高周波電源40から電極38へ供
給する電力としては10〜300MHzの周波数を用いる
ことが望ましい。周波数が10MHz未満の場合、プラズ
マ密度が低く、製膜速度が小さくなると共に、水素ラジ
カルの発生量が少ないため、未結合手の水素終端が不十
分となり、膜中の欠陥が多くなるおそれがある。一方、
周波数が300MHzをこえる場合、電極38内での電圧分
布が大きくなり、均一な放電が困難となり、その結果と
して均一な製膜が困難になるおそれがあるという問題が
ある。
In the apparatus A, apparatus B or apparatus C, a refractory metal such as tungsten can be used as the hot filament 4 and a LaB 6 plate or the like can be used as the thermoelectron emission plate 5. As a gas supplied from the gas supply path 10, a rare gas such as Ar or He or a hydrogen gas which hardly affects the film formation is supplied at a flow rate of 0.5 to 10 sccm or less and the pressure in the discharge chamber 1 is 1 × 10
The plasma 13 is generated by supplying the plasma 13 at -3 Torr or less. The power supply 15 applied to the discharge electrode 7 has a discharge current of 5
It is set so that it is not less than A and not more than 100A. Acceleration electrode 9
The power supply 16 to be applied is 30 to 200V. That is, when the plasma generation method is the electron plasma method, the voltage at which the electron beam can be incident from the acceleration chamber 9 to the film forming chamber 17 is 30 volts.
V, and excitation of source gas such as silicon hydride gas.
It is preferable that the energy of the electron beam be in the range of 30 to 200 eV from the viewpoint of using an electron beam having a high dissociation efficiency of 200 eV or less. Power supply 16 applied to acceleration electrode 9
The electron beam 12 can be incident on the film forming chamber 17 at 5 to 100 A, which is almost equal to the discharge current, by setting the voltage to 30 to 200 V. At this time, it is more preferable that the power supply 16 is set to 50 V or more because the excitation efficiency of the source gas is improved and high-density plasma can be generated. Cusp magnetic field 24
The magnetic field generated by this is a cusp magnetic field, and the source gas plasma 22 can be spatially confined near the substrate 20 by generating a magnetic field as shown in FIG. In the device D, it is desirable to use a frequency of 10 to 300 MHz as the power supplied from the high frequency power supply 40 to the electrode 38. When the frequency is less than 10 MHz, the plasma density is low, the film formation rate is low, and the amount of generated hydrogen radicals is small. Therefore, the hydrogen termination of dangling bonds becomes insufficient, and defects in the film may increase. . on the other hand,
If the frequency exceeds 300 MHz, the voltage distribution in the electrode 38 becomes large, making uniform discharge difficult, and as a result, there is a problem that uniform film formation may become difficult.

【0022】本発明のシリコン薄膜の製造において、プ
ラズマの発生方法は、好ましくは、上述した電子ビーム
励起プラズマ法、高周波平行平板プラズマ法、ラダー状
の放電電極を用いた高周波プラズマ法であるが、これら
に限定されない。電子サイクロトロン共鳴プラズマ法、
誘導結合型プラズマ法、及びヘリコン波プラズマ法等も
用いることができる。電子サイクロトロン共鳴プラズマ
製膜装置の内部透過断面図を図7に示す。電子サイクロ
トロン共鳴プラズマにおいては、マイクロ波導波管42か
ら2.45GHzの高周波電力を供給し、主電磁コイル44
に共鳴周波数の高周波を印加すると同時に、ガスノズル
36から原料ガスである水素化珪素ガスや水素希釈された
水素化珪素ガス等を供給することにより製膜室17内に原
料ガスの高密度プラズマを生成することができる。ガス
ノズル36から供給する原料ガスは水素で0.5〜20モ
ル%に希釈したシラン等の水素化珪素ガスを、0.1mTorr
以上1Torr以下の圧力で供給することが望ましい。
In the production of the silicon thin film of the present invention, the plasma generation method is preferably the above-mentioned electron beam excitation plasma method, high-frequency parallel plate plasma method, or high-frequency plasma method using a ladder-shaped discharge electrode. It is not limited to these. Electron cyclotron resonance plasma method,
An inductively coupled plasma method, a helicon wave plasma method, or the like can also be used. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the inside of the electron cyclotron resonance plasma film forming apparatus. In the electron cyclotron resonance plasma, a high frequency power of 2.45 GHz is supplied from the microwave waveguide 42 to the main electromagnetic coil 44.
The high frequency of the resonance frequency is applied to
By supplying a silicon hydride gas, a hydrogen-diluted silicon hydride gas, or the like, which is a raw material gas, from the 36, a high-density plasma of the raw material gas can be generated in the film forming chamber 17. The raw material gas supplied from the gas nozzle 36 is silicon hydride gas such as silane diluted to 0.5 to 20 mol% with hydrogen at 0.1 mTorr.
It is desirable to supply at a pressure of 1 Torr or less.

【0023】誘導結合プラズマ製膜装置の内部透過断面
図を図8に示す。誘導結合プラズマにおいては、誘導コ
イル44に接続された高周波電源40から10MHz以上20
0MHz以下の周波数の高周波電力を供給すると同時に、
ガスノズル36から原料ガスである水素化珪素ガスや水素
希釈された水素化珪素ガス等を供給することにより、誘
電体43を介して製膜室17内の原料ガスに誘導的に結合し
た高周波電力によって製膜室17内に原料ガスの高密度プ
ラズマを生成することができる。ガスノズル36から供給
する原料ガスは水素で0.5〜20モル%に希釈したシ
ラン等の水素化珪素ガスを、10mTorr以上5Torr以下
の圧力で供給することが望ましい。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the inside of the inductively coupled plasma film forming apparatus. In the inductively coupled plasma, the high frequency power supply 40 connected to the induction coil
At the same time as supplying high-frequency power with a frequency of 0 MHz or less,
By supplying a material gas such as silicon hydride gas or hydrogen-diluted silicon hydride gas from the gas nozzle 36, high frequency power inductively coupled to the material gas in the film forming chamber 17 through the dielectric 43 High-density plasma of the source gas can be generated in the film forming chamber 17. The source gas supplied from the gas nozzle 36 is desirably a silicon hydride gas such as silane diluted to 0.5 to 20 mol% with hydrogen at a pressure of 10 mTorr to 5 Torr.

【0024】ヘリコン波プラズマ製膜装置の内部透過断
面図を図9に示す。ヘリコン波プラズマにおいては、ヘ
リコン波コイル45に接続された高周波電源40から10MHz
以上200MHz以下の周波数の高周波電力を供給すると同時
に、ガスノズル36から原料ガスである水素化珪素ガスや
水素希釈された水素化珪素ガス等を供給することによ
り、誘電体43を介して製膜室17内の原料ガスにヘリコン
波で結合した高周波電力によって製膜室17内に原料ガス
の高密度プラズマを生成することができる。ガスノズル
36から供給する原料ガスは水素で0.5〜20モル%に
希釈したシラン等の水素化珪素ガスを、10mTorr以上
5Torr以下の圧力で供給することが望ましい。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the inside of the helicon wave plasma film forming apparatus. In the helicon wave plasma, the high frequency power supply 40 connected to the helicon wave coil 45
At the same time as supplying high-frequency power having a frequency of 200 MHz or less, a gas hydride gas, such as a silicon hydride gas or a hydrogen-diluted silicon hydride gas, is supplied from a gas nozzle 36 to form a film forming chamber 17 through a dielectric 43. High-density plasma of the source gas can be generated in the film forming chamber 17 by high-frequency power coupled to the source gas in the chamber by a helicon wave. Gas nozzle
The source gas supplied from 36 is desirably a silicon hydride gas such as silane diluted to 0.5 to 20 mol% with hydrogen at a pressure of 10 mTorr to 5 Torr.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。 (実施例)表1に実施例および比較例の製膜条件をそれぞ
れ示す。実施例1〜6は装置Aにおいて基板として表面
にアルミニウムを蒸着したガラス基板を用いた製膜条件
に、実施例7〜8は装置Bにおいて基板として表面にア
ルミニウムを蒸着したガラス基板を用いた製膜条件に、
実施例9〜10は装置Dにおいて基板として表面にアル
ミニウムを蒸着したガラス基板を用いた製膜条件に、比
較例1〜3は装置A、装置Bあるいは装置Dにおいて基
板としてガラス基板を用いた製膜条件にそれぞれ該当す
る。装置Aおよび装置Bにおいては原料ガス圧力を16
mTorrに、シランガス流量を0.5sccmあるいは3sccm
に、水素流量を80sccmに、電子加速電圧を50Vある
いは80Vにそれぞれ設定し、基板温度を300℃、3
30℃、370℃、400℃に変えて実施した。装置D
においては原料ガス圧力を1Torrに、シランガス流量を
3sccmに、水素流量を300sccmに、放電周波数を10
0MHzに設定し、基板温度を350℃、370℃、4
00℃に変えて実施した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. (Examples) Table 1 shows the film forming conditions of the examples and the comparative examples. Examples 1 to 6 are film forming conditions using a glass substrate having aluminum evaporated on the surface as a substrate in the apparatus A, and Examples 7 to 8 are films using a glass substrate having aluminum evaporated on the surface as the substrate in the apparatus B. For membrane conditions,
Examples 9 to 10 are film-forming conditions using a glass substrate having aluminum evaporated on the surface as a substrate in the device D, and Comparative Examples 1 to 3 are devices using a glass substrate as a substrate in the device A, device B or device D. Each corresponds to a film condition. In the apparatuses A and B, the source gas pressure is set to 16
mTorr, silane gas flow rate 0.5sccm or 3sccm
The hydrogen flow rate was set to 80 sccm, the electron acceleration voltage was set to 50 V or 80 V, and the substrate temperature was set to 300 ° C.
The test was carried out at 30 ° C., 370 ° C., and 400 ° C. Device D
In the above, the source gas pressure was set to 1 Torr, the silane gas flow rate was set to 3 sccm, the hydrogen flow rate was set to 300 sccm, and the discharge frequency was set to 10 sccm.
0 MHz and the substrate temperature was 350 ° C, 370 ° C,
The test was carried out with the temperature changed to 00 ° C.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】次に、図10〜12および表2をそれぞれ
参照して上記の実施例1〜10および比較例1〜3に対
する膜質評価について述べる。図10は、横軸に基板温
度(℃)をとり、縦軸にラマン比(Ic/Ia)をとって、
実施例1〜10に相当するアルミニウムを蒸着したガラ
ス基板を用いた場合の各装置A、B、Dにおける製膜の
結果および比較例に相当するガラス基板を用いた場合の
装置A、B、Dにおける製膜の結果を示す。ここで「ラ
マン比」とは、製膜した膜のラマン分光測定の結果の分
光スペクトルの520cm-1および480cm-1の分光
強度の比を示し、膜の結晶化率の高さに対応する。図か
ら明らかなように、ガラス基板上に基板温度370℃で
製膜した場合には装置A、B、Dいずれにおいてもラマ
ン比は低い値となっている。対して、アルミニウムを蒸
着したガラス基板に基板温度300〜370℃で製膜し
た場合には装置A、B、Dのいずれにおいても基板温度
の上昇に伴ってラマン比は急上昇し、基板温度370℃
以上ではラマン比は30以上に向上している。
Next, the film quality evaluation for Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 will be described with reference to FIGS. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the substrate temperature (° C.), and the vertical axis indicates the Raman ratio (Ic / Ia).
The results of film formation in each of the devices A, B, and D when using a glass substrate on which aluminum was vapor-deposited, and the devices A, B, and D when using a glass substrate corresponding to a comparative example. 3 shows the results of film formation. Here, the "Raman ratio" refers to the ratio of the spectral intensity of 520 cm -1 and 480 cm -1 in the spectrum of the results of Raman spectroscopy of a film was formed, corresponding to the height of the crystallization of the film. As is clear from the figure, when a film is formed on a glass substrate at a substrate temperature of 370 ° C., the Raman ratio is low in any of the apparatuses A, B and D. On the other hand, when a film is formed on a glass substrate on which aluminum is deposited at a substrate temperature of 300 to 370 ° C., the Raman ratio sharply increases as the substrate temperature increases in any of the apparatuses A, B, and D, and the substrate temperature becomes 370 ° C.
In the above, the Raman ratio is improved to 30 or more.

【0028】図11は、横軸に基板温度(℃)をとり、
縦軸に結晶粒径(nm)をとって、実施例1〜10に相
当するアルミニウムを蒸着したガラス基板を用いた場合
の各装置A、B、Dにおける製膜の結果および比較例に
相当するガラス基板を用いた場合の装置A、B、Dにお
ける製膜の結果を示す。図から明らかなように、ガラス
基板上に基板温度370℃で製膜した場合には装置A、
B、Dいずれにおいても結晶粒径は0.1μm以下と非
常に小さい。対して、アルミニウムを蒸着したガラス基
板に基板温度300℃から370℃で製膜した場合には
装置A、B、Dのいずれにおいても基板温度の上昇に伴
って結晶粒径は増大し、基板温度350℃以上では結晶
粒径は1μmを超えている。
FIG. 11 shows the substrate temperature (° C.) on the horizontal axis.
The crystal grain size (nm) is plotted on the vertical axis, and corresponds to the results of film formation in each of the apparatuses A, B, and D when a glass substrate on which aluminum corresponding to Examples 1 to 10 is deposited and a comparative example. The results of film formation in apparatuses A, B and D when a glass substrate is used are shown. As is apparent from the figure, when a film was formed on a glass substrate at a substrate temperature of 370 ° C., the apparatus A,
In both B and D, the crystal grain size is as very small as 0.1 μm or less. On the other hand, when a film is formed at a substrate temperature of 300 ° C. to 370 ° C. on a glass substrate on which aluminum is deposited, the crystal grain size increases with an increase in the substrate temperature in any of the apparatuses A, B, and D. At 350 ° C. or higher, the crystal grain size exceeds 1 μm.

【0029】図12(a)および(b)に実施例8において製
膜したシリコン薄膜の表面電子顕微鏡観察の写真を示
す。本発明の方法で製膜したシリコン薄膜が1μm以上
の粒径をもつ多結晶シリコン薄膜となっていることか明
確である。
FIGS. 12A and 12B show photographs of the silicon thin film formed in Example 8 observed by a surface electron microscope. It is clear that the silicon thin film formed by the method of the present invention is a polycrystalline silicon thin film having a particle size of 1 μm or more.

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】さらに、表2の膜評価の結果から明らかな
ように、本発明を用いることにより、実施例7の1.2
Å/秒以上で、実施例10において最大では12.5Å/
秒の製膜速度を実現できる。これらの製膜速度は装置
A、BおよびCでは電子ビームの入射位置と基板20との
距離を狭めることにより、また、装置Dにおいては電極
38と基板20の距離を狭めることにより更に向上できる。
Further, as is clear from the results of the film evaluation shown in Table 2, the use of the present invention makes it possible to obtain 1.2 in Example 7
Å / sec or more, and the maximum value in Example 10 is 12.5 Å / sec.
Second film forming speed can be realized. These film forming speeds are reduced by reducing the distance between the electron beam incident position and the substrate 20 in the apparatuses A, B and C, and by the electrode D in the apparatus D.
This can be further improved by reducing the distance between 38 and substrate 20.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、ガラス、セラミック
ス、金属、樹脂等の安価な基板上に例えば450℃以下
の低温プロセスで高速に高品質のシリコン薄膜を形成す
ることが可能である。
According to the present invention, a high-quality silicon thin film can be formed on an inexpensive substrate made of glass, ceramics, metal, resin, or the like at a high speed by a low-temperature process of, for example, 450 ° C. or less.

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

【図1】本発明の第一の実施形態に係る製造装置の内部
透視断面図である。
FIG. 1 is an internal perspective sectional view of a manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施形態に係る製造装置の内部
透視断面図である。
FIG. 2 is an internal perspective sectional view of a manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施形態に係る製造装置の内部
透視断面図である。
FIG. 3 is an internal perspective sectional view of a manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図4】カスプ磁場を形成する一対のリング電極を切り
欠いて示す斜視図である。
FIG. 4 is a cutaway perspective view showing a pair of ring electrodes forming a cusp magnetic field.

【図5】本発明の第四の実施形態に係る製造装置の内部
透視断面図である。
FIG. 5 is an internal perspective sectional view of a manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】図5の製膜装置の一部を示す平面模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic plan view showing a part of the film forming apparatus of FIG.

【図7】電子サイクロトロン共鳴プラズマ製膜装置の内
部透視断面図である。
FIG. 7 is an internal perspective sectional view of an electron cyclotron resonance plasma film forming apparatus.

【図8】誘導結合型プラズマ製膜装置の内部透視断面図
である。
FIG. 8 is an internal perspective sectional view of an inductively coupled plasma film forming apparatus.

【図9】ヘリコン波プラズマ製膜装置の内部透視断面図
である。
FIG. 9 is an internal perspective sectional view of a helicon wave plasma film forming apparatus.

【図10】各装置における基板温度とラマン比との相関
を示す特性線図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a correlation between a substrate temperature and a Raman ratio in each device.

【図11】各装置における基板温度と結晶粒径との相関
を示す特性線図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a correlation between a substrate temperature and a crystal grain size in each device.

【図12】本発明によって製膜されたシリコン薄膜の表
面電子顕微鏡写真であり、(a)1,000倍、(b)
10,000倍である。
FIG. 12 is a surface electron micrograph of a silicon thin film formed according to the present invention, wherein (a) is 1,000 times, and (b) is.
It is 10,000 times.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 放電室 1a 放電チャンバ 2 中間室 2a 中間チャンバ 3 電子加速室 3a 加速チャンバ 4 熱フィラメント 5 熱電子放出板 6 絶縁板 7 放電電極 8 中間電極 9 加速電極 10 ガス供給路 11 差動排気路 12 電子ビーム 12a 電子ビーム通路 12b 電子ビーム通路 12c 電子ビーム通路 13 プラズマ 14 電源 15 電源 16 電源 17 製膜室 18 主排気路 18A 主排気路 18B 主排気路 18C 主排気路 19 原料ガス供給路 20 基板 21 ヒーター 22 プラズマ 23 電子ビーム収束磁場形成用コイル 24 カスプ磁場 24a カスプ磁場形成用コイル 24b カスプ磁場形成用コイル 25 遮蔽板 26 アース 27 カスプ磁場 28 プロセスチャンバ 28A プロセスチャンバ 28B プロセスチャンバ 28C プロセスチャンバ 30 真空容器 31 ヒーター 32 製膜室 33 排気路 34 真空ポンプ 35 ガス混合箱 36 ガスノズル 37 原料ガス供給源 38 電極 38a ラダー電極 39 インピーダンス整合器 40 高周波電源 41 同軸ケーブル 42 マイクロ波導波管 43 誘電体 44 主電磁コイル 45 誘導コイル 46 ヘリコン波コイル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge chamber 1a Discharge chamber 2 Intermediate chamber 2a Intermediate chamber 3 Electron acceleration chamber 3a Acceleration chamber 4 Hot filament 5 Thermoelectron emission plate 6 Insulating plate 7 Discharge electrode 8 Intermediate electrode 9 Acceleration electrode 10 Gas supply path 11 Differential exhaust path 12 Electron Beam 12a Electron beam path 12b Electron beam path 12c Electron beam path 13 Plasma 14 Power supply 15 Power supply 16 Power supply 17 Film forming chamber 18 Main exhaust path 18A Main exhaust path 18B Main exhaust path 18C Main exhaust path 19 Source gas supply path 20 Substrate 21 Heater Reference Signs List 22 Plasma 23 Electron beam focusing magnetic field forming coil 24 Cusp magnetic field 24a Cusp magnetic field forming coil 24b Cusp magnetic field forming coil 25 Shielding plate 26 Earth 27 Cusp magnetic field 28 Process chamber 28A Process chamber 28B Process chamber 28C Process Chamber 30 Vacuum container 31 Heater 32 Film forming chamber 33 Exhaust path 34 Vacuum pump 35 Gas mixing box 36 Gas nozzle 37 Source gas supply source 38 Electrode 38a Ladder electrode 39 Impedance matching device 40 High frequency power supply 41 Coaxial cable 42 Microwave waveguide 43 Dielectric 44 Main electromagnetic coil 45 Induction coil 46 Helicon wave coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 勝彦 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 山口 賢剛 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Fターム(参考) 4K030 AA04 AA05 AA06 AA09 AA17 BA29 CA06 DA02 FA01 FA02 FA03 FA04 HA04 JA09 JA10 JA20 LA16 5F045 AA08 AA09 AA10 AA14 AB02 AC01 AC02 AC07 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 AF10 CA13 CA15 EH11 EH13 EH17 5F051 AA03 AA04 BA14 CB12 CB29 GA03 GA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Katsuhiko Kondo, Inventor, 1-8-1, Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fundamental Technology Research Laboratories (72) Kengo Yamaguchi, Kengo Yamaguchi, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 8th Street 1 F-term in Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fundamental Research Laboratory 4K030 AA04 AA05 AA06 AA09 AA17 BA29 CA06 DA02 FA01 FA02 FA03 FA04 HA04 JA09 JA10 JA20 LA16 5F045 AA08 AA09 AA10 AA14 AB02 AC01 AC02 AC07 AD05 AD09 AD07 AD08 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 AF10 CA13 CA15 EH11 EH13 EH17 5F051 AA03 AA04 BA14 CB12 CB29 GA03 GA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面にアルミニウム、錫、亜鉛、アンチ
モン、インジウム、ガリウム、銀、ニッケル、テルル、
及びゲルマニウムからなる一群から選ばれた一以上の金
属薄膜を形成した基板を真空槽内に設置し、珪素供給源
となる原料ガスをプラズマ化して、加熱した該基板表面
に供給する工程を含むシリコン系薄膜の製造方法。
Claims: 1. An aluminum, tin, zinc, antimony, indium, gallium, silver, nickel, tellurium,
A substrate formed with one or more metal thin films selected from a group consisting of germanium and germanium is placed in a vacuum chamber, and a raw material gas serving as a silicon supply source is turned into plasma and supplied to the heated substrate surface. Method of manufacturing system thin film.
【請求項2】 上記基板温度を150〜600℃の範囲
とする請求項1に記載のシリコン系薄膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the substrate temperature is in a range of 150 to 600 ° C.
【請求項3】 上記プラズマの発生方法が、電子ビーム
励起プラズマ法、高周波平行平板プラズマ法、ラダー状
の放電電極を用いた高周波プラズマ法、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ法、誘導結合型プラズマ法、及びヘリ
コン波プラズマ法から選ばれる請求項1又は請求項2に
記載のシリコン系薄膜の製造方法。
3. The method of generating plasma includes an electron beam excited plasma method, a high-frequency parallel plate plasma method, a high-frequency plasma method using a ladder-shaped discharge electrode, an electron cyclotron resonance plasma method, an inductively coupled plasma method, and a helicon. The method for producing a silicon-based thin film according to claim 1, wherein the method is selected from a microwave plasma method.
【請求項4】 上記原料ガスが、水素化珪素ガス、弗化
珪素、ハロシラン、それらのガスに水素ガス又は炭化水
素ガスを含有させたもの、及びそれらのガスに不純物添
加用のガスを含有させたもの、及び該組合せから選ばれ
る請求項1〜3のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製
造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the raw material gas is silicon hydride gas, silicon fluoride, halosilane, a gas containing hydrogen gas or a hydrocarbon gas, or a gas for adding impurities. The method for producing a silicon-based thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is selected from the group consisting of:
【請求項5】 上記プラズマの発生方法が、電子ビーム
励起プラズマ法であって、電子ビームのエネルギーを3
0〜200eVの範囲とし、上記原料ガスの圧力を0.
5〜200mTorrの範囲とする請求項1〜4のいず
れかに記載のシリコン系薄膜の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the plasma is generated by an electron beam excitation plasma method.
The pressure is set in the range of 0 to 200 eV and the pressure of the raw material gas is set to 0.
The method for producing a silicon-based thin film according to any one of claims 1 to 4, wherein the pressure is in the range of 5 to 200 mTorr.
【請求項6】 上記プラズマの発生方法が、高周波平行
平板プラズマ法又はラダー状の放電電極を用いた高周波
プラズマ法であって、放電周波数を10〜300MHz
の範囲とし、上記原料ガスの圧力を0.1〜5Torr
の範囲とする請求項は1〜4のいずれかに記載のシリコ
ン系薄膜の製造方法。
6. The plasma generation method according to claim 1, wherein the plasma generation method is a high-frequency parallel plate plasma method or a high-frequency plasma method using a ladder-shaped discharge electrode, wherein the discharge frequency is 10 to 300 MHz.
And the pressure of the raw material gas is 0.1 to 5 Torr.
The method for producing a silicon-based thin film according to any one of claims 1 to 4, wherein
【請求項7】 上記原料ガスが、0.5〜20モル%の
範囲で水素ガスにより希釈されたシラン、ジシラン、ハ
ロシラン、及びこれらの混合物から選ばれる請求項1〜
6のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the source gas is selected from silane, disilane, halosilane, and a mixture thereof diluted with hydrogen gas in a range of 0.5 to 20 mol%.
7. The method for producing a silicon-based thin film according to any one of 6.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009033064A (en) * 2007-07-30 2009-02-12 Hitachi Kokusai Electric Inc Semiconductor device manufacturing apparatus
JP2009054996A (en) * 2007-07-27 2009-03-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing display device

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