JP2002030438A - 微結晶シリコン薄膜の形成方法 - Google Patents
微結晶シリコン薄膜の形成方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 微結晶シリコン薄膜を大面積の領域に高速形
成する。 【解決手段】 基材１４の表面に微結晶シリコン薄膜２
３を形成する方法。基材１４と回転電極１８とを反応容
器１０内で対向配置し、同反応容器１０内にシラン及び
水素からなる反応ガスと不活性ガスとを導入してプラズ
マＣＶＤを行うことにより基材１４の表面に微結晶シリ
コン薄膜２３を形成する。このとき、前記反応容器内に
導入される反応ガスのシランガスの分圧に対する水素ガ
スの分圧の比は１２以上１００以下とし、不活性ガスの
分圧に対する反応ガスの分圧の比は０．２以上１０以下
とする。
成する。 【解決手段】 基材１４の表面に微結晶シリコン薄膜２
３を形成する方法。基材１４と回転電極１８とを反応容
器１０内で対向配置し、同反応容器１０内にシラン及び
水素からなる反応ガスと不活性ガスとを導入してプラズ
マＣＶＤを行うことにより基材１４の表面に微結晶シリ
コン薄膜２３を形成する。このとき、前記反応容器内に
導入される反応ガスのシランガスの分圧に対する水素ガ
スの分圧の比は１２以上１００以下とし、不活性ガスの
分圧に対する反応ガスの分圧の比は０．２以上１０以下
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマによる化
学反応を利用して基材表面に微結晶シリコン薄膜を形成
するための方法に関するものである。
学反応を利用して基材表面に微結晶シリコン薄膜を形成
するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、薄膜太陽電池用材料としてアモル
ファスシリコンが脚光を浴びているが、このアモルファ
スシリコンには光照射による劣化という課題があり、未
だ解決に至っていない。そこで、このアモルファスシリ
コンに代わる材料として、微結晶シリコンが着目されて
いる。この微結晶シリコンは、光伝導度が高く、アモル
ファスシリコンで問題となる光照射による光劣化も見ら
れないことから、前記アモルファスシリコンをしのぐ次
世代高効率薄膜太陽電池用材料として期待されている
（応用物理第６８巻第１０号p.1133、1999年）。
ファスシリコンが脚光を浴びているが、このアモルファ
スシリコンには光照射による劣化という課題があり、未
だ解決に至っていない。そこで、このアモルファスシリ
コンに代わる材料として、微結晶シリコンが着目されて
いる。この微結晶シリコンは、光伝導度が高く、アモル
ファスシリコンで問題となる光照射による光劣化も見ら
れないことから、前記アモルファスシリコンをしのぐ次
世代高効率薄膜太陽電池用材料として期待されている
（応用物理第６８巻第１０号p.1133、1999年）。
【０００３】従来、このような微結晶シリコンを成膜す
る手段として、反応容器内に平行平板型電極を設置した
プラズマＣＶＤ装置を用いる方法が知られている。この
方法は、前記装置の一方の電極に高周波電力または直流
電力を印加して、接地された他方の電極との間でプラズ
マを発生させ、発生させたプラズマ内に反応ガスを供給
し、プラズマにより反応ガスを分解することにより基材
表面に所望の薄膜を得るものである。実際には、アモル
ファスシリコン成膜用に設計されたプラズマＣＶＤ装置
を流用し、その反応容器内に、シランガスを水素で大量
希釈したものを反応ガスとして供給する方法がとられて
いるのが現状である。
る手段として、反応容器内に平行平板型電極を設置した
プラズマＣＶＤ装置を用いる方法が知られている。この
方法は、前記装置の一方の電極に高周波電力または直流
電力を印加して、接地された他方の電極との間でプラズ
マを発生させ、発生させたプラズマ内に反応ガスを供給
し、プラズマにより反応ガスを分解することにより基材
表面に所望の薄膜を得るものである。実際には、アモル
ファスシリコン成膜用に設計されたプラズマＣＶＤ装置
を流用し、その反応容器内に、シランガスを水素で大量
希釈したものを反応ガスとして供給する方法がとられて
いるのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記微結晶シリコンを
半導体薄膜材料として実用化するには、その製造コスト
の低減が最重要課題となる。例えば、微結晶シリコンを
太陽電池モジュールに適用する場合、この微結晶シリコ
ンはアモルファスシリコンに比べて光の吸収係数が小さ
いため、当該微結晶シリコンを太陽電池として機能させ
るにはアモルファスシリコンの１０倍程度の膜厚が必要
であり、その形成速度の高速化が不可欠となる。さら
に、太陽電池の薄膜として用いるには、大面積の領域に
均一な薄膜を形成する必要があり、このためにはプラズ
マ空間に均一かつ効率よく反応ガスを供給することが重
要となる。
半導体薄膜材料として実用化するには、その製造コスト
の低減が最重要課題となる。例えば、微結晶シリコンを
太陽電池モジュールに適用する場合、この微結晶シリコ
ンはアモルファスシリコンに比べて光の吸収係数が小さ
いため、当該微結晶シリコンを太陽電池として機能させ
るにはアモルファスシリコンの１０倍程度の膜厚が必要
であり、その形成速度の高速化が不可欠となる。さら
に、太陽電池の薄膜として用いるには、大面積の領域に
均一な薄膜を形成する必要があり、このためにはプラズ
マ空間に均一かつ効率よく反応ガスを供給することが重
要となる。
【０００５】しかしながら、一般的なプラズマＣＶＤ装
置を用いた場合の微結晶シリコンの形成速度は１Å/s程
度であり、工業的には不十分である。現在、小さな基材
を用いた実験室レベルでは、プラズマ発生に波長の短い
ＶＨＦを利用したり（Technical digest of the intern
ational PVSEC-11, p.945）、成膜速度を向上させるた
めに反応ガス圧力を高くしたり（Technical digest of
the international PVSEC-11, p.939）する技術も報告
されているが、これらの技術では、雰囲気に大量に存在
する水素の影響もあって、大面積で均一にプラズマを発
生させることは困難である。さらに、圧力の向上に伴っ
てパーティクルが発生したり、プラズマ空間に対するガ
ス供給が不均一になったりするため、基材上への均一な
成膜はより困難となる。
置を用いた場合の微結晶シリコンの形成速度は１Å/s程
度であり、工業的には不十分である。現在、小さな基材
を用いた実験室レベルでは、プラズマ発生に波長の短い
ＶＨＦを利用したり（Technical digest of the intern
ational PVSEC-11, p.945）、成膜速度を向上させるた
めに反応ガス圧力を高くしたり（Technical digest of
the international PVSEC-11, p.939）する技術も報告
されているが、これらの技術では、雰囲気に大量に存在
する水素の影響もあって、大面積で均一にプラズマを発
生させることは困難である。さらに、圧力の向上に伴っ
てパーティクルが発生したり、プラズマ空間に対するガ
ス供給が不均一になったりするため、基材上への均一な
成膜はより困難となる。
【０００６】本発明が解決しようとする課題は、このよ
うに従来不可能とされていた微結晶シリコンの大面積か
つ均一な薄膜を高速で形成することにある。
うに従来不可能とされていた微結晶シリコンの大面積か
つ均一な薄膜を高速で形成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは詳細な検討
と精密な実験を行った結果、回転する電極を用いたプラ
ズマＣＶＤ法により、従来不可能であった微結晶シリコ
ンの大面積かつ均一な高速形成を実現できることを発見
した。
と精密な実験を行った結果、回転する電極を用いたプラ
ズマＣＶＤ法により、従来不可能であった微結晶シリコ
ンの大面積かつ均一な高速形成を実現できることを発見
した。
【０００８】なお、このように回転電極を用いて成膜を
行うプラズマＣＶＤ法は特開平９−１０４９５８号公報
に記載されているが、同公報に開示されているのはアモ
ルファスシリコン薄膜を形成する方法であり、微結晶シ
リコン薄膜を形成する方法についての開示、特に成膜条
件についての詳細な開示はされていない。
行うプラズマＣＶＤ法は特開平９−１０４９５８号公報
に記載されているが、同公報に開示されているのはアモ
ルファスシリコン薄膜を形成する方法であり、微結晶シ
リコン薄膜を形成する方法についての開示、特に成膜条
件についての詳細な開示はされていない。
【０００９】前記回転電極を用いたＣＶＤ法では、雰囲
気圧力が高いため、水素及びシラン混合ガスの供給だけ
では十分な結晶化エネルギーを成膜中に与えることがで
きない。従って、前記回転電極を用いたプラズマＣＶＤ
によって良好な微結晶シリコン薄膜を形成するには、ヘ
リウムをはじめとする不活性ガスの分解に形成されたエ
ネルギー的に高い中性ラジカルの補助により結晶化を行
わせる必要がある。その一方、質量の大きい不活性ガス
が雰囲気ガス中に過度に混入すると、イオン衝撃の原因
となり、基材表面にダメージを与えて結晶化を阻害する
要因となる。
気圧力が高いため、水素及びシラン混合ガスの供給だけ
では十分な結晶化エネルギーを成膜中に与えることがで
きない。従って、前記回転電極を用いたプラズマＣＶＤ
によって良好な微結晶シリコン薄膜を形成するには、ヘ
リウムをはじめとする不活性ガスの分解に形成されたエ
ネルギー的に高い中性ラジカルの補助により結晶化を行
わせる必要がある。その一方、質量の大きい不活性ガス
が雰囲気ガス中に過度に混入すると、イオン衝撃の原因
となり、基材表面にダメージを与えて結晶化を阻害する
要因となる。
【００１０】本発明は、かかる点に着目してなされたも
のであり、基材表面に微結晶シリコン薄膜を形成するた
めの方法であって、円筒状の外周面をもつ回転電極が配
置された反応容器内にシラン及び水素を含む反応ガスと
不活性ガスとを導入する工程と、前記回転電極を回転さ
せながら当該回転電極と基板とを対向させてその隙間に
プラズマを発生させる工程と、そのプラズマにより前記
反応ガスに化学反応を起こさせて前記基板上に薄膜を形
成しながら前記基材を前記回転電極に対してその回転中
心軸と略直交する方向に相対移動させる工程とを含み、
前記反応容器内に導入される反応ガスのシランガスの分
圧に対する水素ガスの分圧の比を１２以上１００以下と
し、前記不活性ガスの分圧に対する反応ガスの分圧の比
を０．０５以上１０以下とするものである。
のであり、基材表面に微結晶シリコン薄膜を形成するた
めの方法であって、円筒状の外周面をもつ回転電極が配
置された反応容器内にシラン及び水素を含む反応ガスと
不活性ガスとを導入する工程と、前記回転電極を回転さ
せながら当該回転電極と基板とを対向させてその隙間に
プラズマを発生させる工程と、そのプラズマにより前記
反応ガスに化学反応を起こさせて前記基板上に薄膜を形
成しながら前記基材を前記回転電極に対してその回転中
心軸と略直交する方向に相対移動させる工程とを含み、
前記反応容器内に導入される反応ガスのシランガスの分
圧に対する水素ガスの分圧の比を１２以上１００以下と
し、前記不活性ガスの分圧に対する反応ガスの分圧の比
を０．０５以上１０以下とするものである。
【００１１】ここで「微結晶シリコン薄膜」とは、狭義
では、ラマン散乱分光で５２０cm-1付近にＴＯフォノン
に起因するピークを持つ、数１０ｎｍ程度の結晶からな
るシリコン膜のことを示すが、本発明にいう「微結晶シ
リコン薄膜」はこれに限らず、粒径が１ｎｍ乃至１００
０ｎｍ程度の多結晶シリコンからなる膜や、ナノ結晶成
分やアモルファス成分を同時に含有する膜なども含む広
い概念を意味するものである。
では、ラマン散乱分光で５２０cm-1付近にＴＯフォノン
に起因するピークを持つ、数１０ｎｍ程度の結晶からな
るシリコン膜のことを示すが、本発明にいう「微結晶シ
リコン薄膜」はこれに限らず、粒径が１ｎｍ乃至１００
０ｎｍ程度の多結晶シリコンからなる膜や、ナノ結晶成
分やアモルファス成分を同時に含有する膜なども含む広
い概念を意味するものである。
【００１２】前記の方法によれば、電極の回転に沿って
反応ガスを効率よくプラズマ空間に導入することができ
るだけでなく、同ガスを基材表面に層流として引き込む
ことができる。従って、例えば基材に比べて十分横幅の
ある電極を用いることで、反応ガスを基材上に均一な状
態で流すことができる。また、この方法では、数mm程度
かそれより狭いギャップでプラズマ発生が可能であり、
例えば共振器を利用して高周波電力を昇圧して電極間に
印加することにより、電極間の電界強度を高くでき、水
素濃度が高い状態でもプラズマを発生させることができ
る。さらに、回転電極を利用することにより、プラズマ
の集中に伴う電極の温度上昇を防ぐことができる。
反応ガスを効率よくプラズマ空間に導入することができ
るだけでなく、同ガスを基材表面に層流として引き込む
ことができる。従って、例えば基材に比べて十分横幅の
ある電極を用いることで、反応ガスを基材上に均一な状
態で流すことができる。また、この方法では、数mm程度
かそれより狭いギャップでプラズマ発生が可能であり、
例えば共振器を利用して高周波電力を昇圧して電極間に
印加することにより、電極間の電界強度を高くでき、水
素濃度が高い状態でもプラズマを発生させることができ
る。さらに、回転電極を利用することにより、プラズマ
の集中に伴う電極の温度上昇を防ぐことができる。
【００１３】しかも、本発明では、適切に水素希釈され
たシランガスを適切な濃度でプラズマ内に導入すること
により、良好な微結晶シリコン薄膜の形成を可能にして
いる。具体的には、前記反応容器内に導入される反応ガ
スのうちのシランガスの分圧に対する水素ガスの分圧の
比を１２以上としているので、当該分圧比が１２未満で
ある場合に比べてシリコンの結晶化率を飛躍的に高める
ことができ、また、同分圧比を１００以下にして水素ガ
スの過剰供給を抑えることにより、結晶成長に必要な水
素の引き抜きを良好にするとともに、過剰の水素ガスに
よって基材表面へのシランラジカルの吸着が阻害される
のを防ぐことができる。さらに、前記分圧比を５０以下
とすれば、水素によるエッチング作用を抑えて、より良
好な薄膜を形成することが可能になる。
たシランガスを適切な濃度でプラズマ内に導入すること
により、良好な微結晶シリコン薄膜の形成を可能にして
いる。具体的には、前記反応容器内に導入される反応ガ
スのうちのシランガスの分圧に対する水素ガスの分圧の
比を１２以上としているので、当該分圧比が１２未満で
ある場合に比べてシリコンの結晶化率を飛躍的に高める
ことができ、また、同分圧比を１００以下にして水素ガ
スの過剰供給を抑えることにより、結晶成長に必要な水
素の引き抜きを良好にするとともに、過剰の水素ガスに
よって基材表面へのシランラジカルの吸着が阻害される
のを防ぐことができる。さらに、前記分圧比を５０以下
とすれば、水素によるエッチング作用を抑えて、より良
好な薄膜を形成することが可能になる。
【００１４】一方、本発明では、不活性ガスの分圧に対
する反応ガスの分圧の比を１０以下としているので、不
活性ガスの分解に形成されたエネルギー的に高い中性ラ
ジカルの補助により、十分な結晶化を行わせることがで
きる。しかも、前記分圧比を０．０５以上としているの
で、質量の大きい不活性ガスが雰囲気ガス中に過度に混
入することに起因するイオン衝撃を抑え、このイオン衝
撃が基材表面での結晶化を阻害することを防ぐことがで
きる。
する反応ガスの分圧の比を１０以下としているので、不
活性ガスの分解に形成されたエネルギー的に高い中性ラ
ジカルの補助により、十分な結晶化を行わせることがで
きる。しかも、前記分圧比を０．０５以上としているの
で、質量の大きい不活性ガスが雰囲気ガス中に過度に混
入することに起因するイオン衝撃を抑え、このイオン衝
撃が基材表面での結晶化を阻害することを防ぐことがで
きる。
【００１５】すなわち、本発明は、前記各分圧比の設定
により、回転電極を用いたプラズマＣＶＤによる良好な
微結晶シリコン薄膜の形成を可能にしているのである。
により、回転電極を用いたプラズマＣＶＤによる良好な
微結晶シリコン薄膜の形成を可能にしているのである。
【００１６】本発明では、前記回転電極の使用により、
電子温度を十分低く保つことができる利点が得られる
が、ヘリウムなどの不活性ガスは電子温度を上昇させる
ことが知られており、かかる不活性ガスを多く導入する
と前記利点が半減することになる。従って、不活性ガス
の分圧に対する反応ガスの分圧の比は０．２以上とする
ことが、より好ましい。
電子温度を十分低く保つことができる利点が得られる
が、ヘリウムなどの不活性ガスは電子温度を上昇させる
ことが知られており、かかる不活性ガスを多く導入する
と前記利点が半減することになる。従って、不活性ガス
の分圧に対する反応ガスの分圧の比は０．２以上とする
ことが、より好ましい。
【００１７】ここで、前記反応容器内に前記反応ガス以
外に含まれる不活性ガスはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン、クリプトン、キセノンからなる群より選ばれる。
外に含まれる不活性ガスはヘリウム、ネオン、アルゴ
ン、クリプトン、キセノンからなる群より選ばれる。
【００１８】本発明では、前記回転電極を使用する関係
上、前記反応容器内の全圧を８０Torr以上で５００Torr
以下（すなわち1.07×104Ｐａ以上で6.67×104Ｐａ以
下）とすることが望ましい。全圧が８０Torr未満である
と、回転電極を回転させても当該回転電極と基材表面と
の間に形成された微小隙間にガスを吸引することが困難
となり、逆に全圧が５００Torrを超えると、せっかく生
成されたラジカル種が基材表面に到達する前に反応容器
から排出されてしまうおそれが高くなり、また、気相中
でシリコン原子同士がぶつかる確率が増えてパーティク
ルが発生しやすくなるからである。
上、前記反応容器内の全圧を８０Torr以上で５００Torr
以下（すなわち1.07×104Ｐａ以上で6.67×104Ｐａ以
下）とすることが望ましい。全圧が８０Torr未満である
と、回転電極を回転させても当該回転電極と基材表面と
の間に形成された微小隙間にガスを吸引することが困難
となり、逆に全圧が５００Torrを超えると、せっかく生
成されたラジカル種が基材表面に到達する前に反応容器
から排出されてしまうおそれが高くなり、また、気相中
でシリコン原子同士がぶつかる確率が増えてパーティク
ルが発生しやすくなるからである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図１及び図２に基づいて説明する。
態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２０】図１において、密閉された反応容器１０内
には、基材搬送台１２が設置され、その上に基材１４が
載置されるとともに、これら基材搬送台１２及び基材１
４がアースに接続されている。そして、この基材１４と
僅かな隙間をもって対向するように回転電極１８が配設
されている。この回転電極１８は、図の奥行き方向に延
びる略円筒状の電極本体の中心部を回転軸１６が貫いて
なり、この回転軸１６の両端が図略の支柱により回転可
能に支持されている。回転軸１６の端部は、導電性ワイ
ヤ１７及び反応容器外面に設けられた共振器（インピー
ダンスマッチング装置）１９を介して図２に示す高周波
電源２０（直流電源でもよい。）に接続されている。
には、基材搬送台１２が設置され、その上に基材１４が
載置されるとともに、これら基材搬送台１２及び基材１
４がアースに接続されている。そして、この基材１４と
僅かな隙間をもって対向するように回転電極１８が配設
されている。この回転電極１８は、図の奥行き方向に延
びる略円筒状の電極本体の中心部を回転軸１６が貫いて
なり、この回転軸１６の両端が図略の支柱により回転可
能に支持されている。回転軸１６の端部は、導電性ワイ
ヤ１７及び反応容器外面に設けられた共振器（インピー
ダンスマッチング装置）１９を介して図２に示す高周波
電源２０（直流電源でもよい。）に接続されている。
【００２１】この装置において、反応容器１０内を排気
し、回転電極１８を回転させながらこれに高周波電力
（直流電力でもよい）を印加して当該回転電極１８と基
材１４との間にプラズマ２２を発生させるとともに、図
略の反応ガス供給源から反応ガス（ＳｉＨ4とＨ2との混
合ガス）及び希釈ガス（例えばＨｅなどの不活性ガス）
を反応容器１０内に導入すると、これらのガスは回転電
極１８の回転によって当該回転電極１８と基材１４との
間に巻き込まれてプラズマ２２に導かれ、ここで前記反
応ガスが化学反応を起こす。このような化学反応を起こ
させながら基材１４を基材搬送台１２とともに所定方向
（回転電極１８の回転軸方向と直交する方向）に走査す
る結果、基材１４上の大面積の領域に薄膜２３を高速形
成することができる。
し、回転電極１８を回転させながらこれに高周波電力
（直流電力でもよい）を印加して当該回転電極１８と基
材１４との間にプラズマ２２を発生させるとともに、図
略の反応ガス供給源から反応ガス（ＳｉＨ4とＨ2との混
合ガス）及び希釈ガス（例えばＨｅなどの不活性ガス）
を反応容器１０内に導入すると、これらのガスは回転電
極１８の回転によって当該回転電極１８と基材１４との
間に巻き込まれてプラズマ２２に導かれ、ここで前記反
応ガスが化学反応を起こす。このような化学反応を起こ
させながら基材１４を基材搬送台１２とともに所定方向
（回転電極１８の回転軸方向と直交する方向）に走査す
る結果、基材１４上の大面積の領域に薄膜２３を高速形
成することができる。
【００２２】この方法において、前記反応ガスのうちの
シランガスの分圧に対する水素ガスの分圧の比を１２以
上１００以下（より好ましくは５０以下）とし、かつ、
不活性ガスの分圧に対する反応ガスの分圧の比を０．０
５以上（より好ましくは０．２以上）１０以下とすれ
ば、前述の理由により、基材１４上に形成される薄膜２
３を十分に結晶化された良好な微結晶シリコン薄膜とす
ることができる。また、反応容器１０内の全圧を８０To
rr以上５００Torr以下とするのがより好ましいことも、
前述の通りである。
シランガスの分圧に対する水素ガスの分圧の比を１２以
上１００以下（より好ましくは５０以下）とし、かつ、
不活性ガスの分圧に対する反応ガスの分圧の比を０．０
５以上（より好ましくは０．２以上）１０以下とすれ
ば、前述の理由により、基材１４上に形成される薄膜２
３を十分に結晶化された良好な微結晶シリコン薄膜とす
ることができる。また、反応容器１０内の全圧を８０To
rr以上５００Torr以下とするのがより好ましいことも、
前述の通りである。
【００２３】なお、この実施の形態では、反応ガス及び
不活性ガスのみを反応容器１０内に導入して真性半導体
薄膜を形成する方法を示したが、本発明はその他のガス
の添加を排除するものではない。例えば、ジボランやフ
ォスフィンに代表されるドーピングガスを添加してｐ型
またはｎ型の半導体層を形成したり、バンドギャップ制
御のために炭素源となるガスを添加したりすることは自
由である。
不活性ガスのみを反応容器１０内に導入して真性半導体
薄膜を形成する方法を示したが、本発明はその他のガス
の添加を排除するものではない。例えば、ジボランやフ
ォスフィンに代表されるドーピングガスを添加してｐ型
またはｎ型の半導体層を形成したり、バンドギャップ制
御のために炭素源となるガスを添加したりすることは自
由である。
【００２４】微結晶シリコンの形成温度は３００℃以
下、特に２２０℃以下であることが望ましいが、本発明
はそれ以上の温度での成膜を除外するものではない。ま
た、基材には一般にガラス基板が用いられることが多い
が、基材の材質、特に表面材質は、前記ガラスに限られ
ず、例えばガラス上に形成されたアモルファスシリコン
や微結晶シリコン薄膜に重ねて微結晶シリコン薄膜を形
成するようにしてもよい。また、単結晶シリコンなどを
基材に用いた場合、本発明方法によって単結晶や粒径の
大きな多結晶シリコンを形成することが可能である。
下、特に２２０℃以下であることが望ましいが、本発明
はそれ以上の温度での成膜を除外するものではない。ま
た、基材には一般にガラス基板が用いられることが多い
が、基材の材質、特に表面材質は、前記ガラスに限られ
ず、例えばガラス上に形成されたアモルファスシリコン
や微結晶シリコン薄膜に重ねて微結晶シリコン薄膜を形
成するようにしてもよい。また、単結晶シリコンなどを
基材に用いた場合、本発明方法によって単結晶や粒径の
大きな多結晶シリコンを形成することが可能である。
【００２５】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について述べ
る。
る。
【００２６】実施例１ プラズマＣＶＤ装置として、前記図１に示した回転電極
１８が幅30cmのアルミ合金製ドラム型電極であり、その
回転駆動手段として回転軸１６に高速回転モータが連結
されたものを用いる。前記回転電極は防振用マグネット
カップリングおよび磁気流体シールを介して前記高速回
転モータに連結する。プラズマ発生用の電源には１５０
MHzの高周波電源を用い、インピーダンスマッチングユ
ニットを介して電極部に高周波電力を印加し、成膜ギャ
ップ内にプラズマを発生させる。成膜ギャップは代表的
な値として500ミクロンを採用する。回転電極後部には
発生したパーティクルを除去するためのダクトを設け、
フィルターによりパーティクルの除去を行う。
１８が幅30cmのアルミ合金製ドラム型電極であり、その
回転駆動手段として回転軸１６に高速回転モータが連結
されたものを用いる。前記回転電極は防振用マグネット
カップリングおよび磁気流体シールを介して前記高速回
転モータに連結する。プラズマ発生用の電源には１５０
MHzの高周波電源を用い、インピーダンスマッチングユ
ニットを介して電極部に高周波電力を印加し、成膜ギャ
ップ内にプラズマを発生させる。成膜ギャップは代表的
な値として500ミクロンを採用する。回転電極後部には
発生したパーティクルを除去するためのダクトを設け、
フィルターによりパーティクルの除去を行う。
【００２７】この装置において、洗浄処理及び乾燥処理
が施されたパイレックス（登録商標）ガラス基材を試料
台にセットし、成膜ギャップを調節し、真空排気を行っ
た後、ヘリウムと水素及びシランからなる反応ガスとの
混合気体をマスフローコントローラーを通してチャンバ
ーに導入し、雰囲気圧力を400Torrにした。次に電極を
回転させながらプラズマを発生させ、基材表面に微結晶
シリコンの成膜を行った。このときの成膜条件は、シラ
ン分圧1.5Torr、水素分圧28.5Torr、基材温度200℃、成
膜時間60秒であり、全投入電力は約1000Ｗ（電極幅１cm
あたりの投入電力は約33Ｗ）である。
が施されたパイレックス（登録商標）ガラス基材を試料
台にセットし、成膜ギャップを調節し、真空排気を行っ
た後、ヘリウムと水素及びシランからなる反応ガスとの
混合気体をマスフローコントローラーを通してチャンバ
ーに導入し、雰囲気圧力を400Torrにした。次に電極を
回転させながらプラズマを発生させ、基材表面に微結晶
シリコンの成膜を行った。このときの成膜条件は、シラ
ン分圧1.5Torr、水素分圧28.5Torr、基材温度200℃、成
膜時間60秒であり、全投入電力は約1000Ｗ（電極幅１cm
あたりの投入電力は約33Ｗ）である。
【００２８】この条件で得られた薄膜をラマン分光分析
した結果、図３（ａ）に示すようなラマンシフトが得ら
れ、形成された薄膜が微結晶とアモルファスの混ざった
シリコン、すなわち本発明にいう微結晶シリコンからな
る薄膜であることが確認できた。
した結果、図３（ａ）に示すようなラマンシフトが得ら
れ、形成された薄膜が微結晶とアモルファスの混ざった
シリコン、すなわち本発明にいう微結晶シリコンからな
る薄膜であることが確認できた。
【００２９】一方、比較例として、水素分圧を8.5Torr
とし、その他の成膜条件は前記と全く等しく設定して成
膜実験を行った。この実験により得られたシリコン薄膜
をラマン分析した結果を図３（ｂ）に示す。同図に示さ
れるラマンシフトは明らかにアモルファスシリコンのも
のであり、結晶化はほとんど認められない。
とし、その他の成膜条件は前記と全く等しく設定して成
膜実験を行った。この実験により得られたシリコン薄膜
をラマン分析した結果を図３（ｂ）に示す。同図に示さ
れるラマンシフトは明らかにアモルファスシリコンのも
のであり、結晶化はほとんど認められない。
【００３０】実施例２ 次に、水素希釈の効果を見るため、シラン分圧を10Torr
に固定して水素希釈比のみ変化させて成膜実験を行っ
た。全圧は基本的に200Torrとしたが、反応ガスの分圧
が高い場合には当該分圧と不活性ガスの分圧との比とな
るように圧力調整をした。その他の条件は実施例１と同
様である。この実験で得られた結果を図４に示す。同図
から、シランに対する水素の濃度が１２以上で結晶化率
が急激に上昇することが理解できる。
に固定して水素希釈比のみ変化させて成膜実験を行っ
た。全圧は基本的に200Torrとしたが、反応ガスの分圧
が高い場合には当該分圧と不活性ガスの分圧との比とな
るように圧力調整をした。その他の条件は実施例１と同
様である。この実験で得られた結果を図４に示す。同図
から、シランに対する水素の濃度が１２以上で結晶化率
が急激に上昇することが理解できる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明は、反応容器内に設
けられた電極を回転させながらプラズマＣＶＤを行うこ
とにより基材表面に微結晶シリコン薄膜を形成するもの
であり、前記反応容器内に導入される反応ガスのうちの
シランガスの分圧に対する水素ガスの分圧の比を１２以
上１００以下（よりこのましくは５０以下）とし、か
つ、不活性ガスの分圧に対する反応ガスの分圧の比を
０．２以上（より好ましくは０．４以上）１０以下とす
るものであるので、微結晶シリコン薄膜を大面積の領域
に高速形成することができる効果がある。
けられた電極を回転させながらプラズマＣＶＤを行うこ
とにより基材表面に微結晶シリコン薄膜を形成するもの
であり、前記反応容器内に導入される反応ガスのうちの
シランガスの分圧に対する水素ガスの分圧の比を１２以
上１００以下（よりこのましくは５０以下）とし、か
つ、不活性ガスの分圧に対する反応ガスの分圧の比を
０．２以上（より好ましくは０．４以上）１０以下とす
るものであるので、微結晶シリコン薄膜を大面積の領域
に高速形成することができる効果がある。
【図１】本発明方法を実施するための微結晶シリコン薄
膜形成装置の一例を示す断面正面図である。
膜形成装置の一例を示す断面正面図である。
【図２】同装置の要部を示す概略斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明にかかる実施例で得られたシリ
コン薄膜のラマン散乱分光結果を示した図、（ｂ）は比
較例で得られたシリコン薄膜のラマン散乱分光結果を示
した図である。
コン薄膜のラマン散乱分光結果を示した図、（ｂ）は比
較例で得られたシリコン薄膜のラマン散乱分光結果を示
した図である。
【図４】反応ガスにおける水素の希釈比とシリコン結晶
化率との関係を示した図である。
化率との関係を示した図である。
１０ 反応容器 １２ 基材搬送台 １４ 基材 １８ 回転電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 裕史 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 小林 明 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 石橋 清隆 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 中上 明光 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 岡田 和人 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 森 勇藏 大阪府交野市私市８丁目16番19号 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA16 AA17 BA29 BB04 FA03 JA06 JA09 LA16 5F045 AA08 AC01 AC16 AC17 AE25 AF07 CA13 DP03 DP27 EH04 EH12 5F051 AA04 CA07 CA15 CA35 CA37
Claims (5)
- 【請求項１】 基材表面に微結晶シリコン薄膜を形成す
るための方法であって、円筒状の外周面をもつ回転電極
が配置された反応容器内にシラン及び水素を含む反応ガ
スと不活性ガスとを導入する工程と、前記回転電極を回
転させながら当該回転電極と基板とを対向させてその隙
間にプラズマを発生させる工程と、そのプラズマで前記
反応ガスに化学反応を起こさせて前記基板上に薄膜を形
成しながら前記基材を前記回転電極に対してその回転中
心軸と略直交する方向に相対移動させる工程とを含み、
前記反応容器内に導入される反応ガスのシランガスの分
圧に対する水素ガスの分圧の比を１２以上１００以下と
し、前記不活性ガスの分圧に対する反応ガスの分圧の比
を０．０５以上１０以下とすることを特徴とする微結晶
シリコン薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の微結晶シリコン薄膜の形
成方法において、前記反応容器内に導入される不活性ガ
スの分圧に対する反応ガスの分圧の比を０．２以上１０
以下とすることを特徴とする微結晶シリコン薄膜の形成
方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の微結晶シリコン
薄膜の形成方法において、前記反応容器内に導入される
反応ガスのシランガスの分圧に対する水素ガスの分圧の
比を１２以上５０以下とすることを特徴とする微結晶シ
リコン薄膜の形成方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の微結晶
シリコン薄膜の形成方法において、前記反応容器内の全
圧を８０Torr以上５００Torr以下とすることを特徴とす
る微結晶シリコン薄膜の形成方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の微結晶
シリコン薄膜の形成方法において、前記反応容器内に含
まれる不活性ガスがヘリウム、ネオン、アルゴン、クリ
プトン、キセノンからなる群より選ばれる少なくとも１
種類であることを特徴とする微結晶シリコン薄膜の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000216340A JP3857024B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 微結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000216340A JP3857024B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 微結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002030438A true JP2002030438A (ja) | 2002-01-31 |
| JP3857024B2 JP3857024B2 (ja) | 2006-12-13 |
Family
ID=18711621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000216340A Expired - Fee Related JP3857024B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 微結晶シリコン薄膜の形成方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3857024B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261018A (ja) * | 2001-03-05 | 2002-09-13 | Yuzo Mori | エピタキシャルＳｉの高速成膜方法 |
| JP2007327091A (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 薄膜形成方法、薄膜形成装置、薄膜材料、電子写真用感光体、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 |
| US7981776B2 (en) | 2003-02-27 | 2011-07-19 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Method for depositing silicon |
| KR101181411B1 (ko) | 2010-12-02 | 2012-09-19 | 한국기계연구원 | 대기압 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 미세결정질 실리콘 박막의 결정화도 조절방법 |
| JP2013069621A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-04-18 | Nitto Denko Corp | 表面処理装置および磁気シール式電流導入端子 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63175417A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-07-19 | Toa Nenryo Kogyo Kk | シリコン結晶薄膜の製造方法 |
| JPH09104985A (ja) * | 1995-08-08 | 1997-04-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 回転電極を用いた高速成膜方法及びその装置 |
| JPH11189877A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 回転電極を用いた薄膜形成装置 |
| JP2000049004A (ja) * | 1998-07-28 | 2000-02-18 | Matsushita Electric Works Ltd | 薄膜サーミスタ装置およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-07-17 JP JP2000216340A patent/JP3857024B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YUZO MORI ET AL, TECHNOLOGY REPORTS OF THE OSAKA UNIVERSITY, vol. 50, no. 2373, JPN4006017479, 15 April 2000 (2000-04-15), pages 55 - 62, ISSN: 0000771807 * |
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| US7981776B2 (en) | 2003-02-27 | 2011-07-19 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Method for depositing silicon |
| DE10308381B4 (de) * | 2003-02-27 | 2012-08-16 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Verfahren zur Abscheidung von Silizium |
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| KR101181411B1 (ko) | 2010-12-02 | 2012-09-19 | 한국기계연구원 | 대기압 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 미세결정질 실리콘 박막의 결정화도 조절방법 |
| JP2013069621A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-04-18 | Nitto Denko Corp | 表面処理装置および磁気シール式電流導入端子 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3857024B2 (ja) | 2006-12-13 |
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