JP2002164290A - Method of manufacturing polycrystalline silicone film - Google Patents

Method of manufacturing polycrystalline silicone film

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JP2002164290A
JP2002164290A JP2000361277A JP2000361277A JP2002164290A JP 2002164290 A JP2002164290 A JP 2002164290A JP 2000361277 A JP2000361277 A JP 2000361277A JP 2000361277 A JP2000361277 A JP 2000361277A JP 2002164290 A JP2002164290 A JP 2002164290A
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reaction
thin film
silicon
reaction chamber
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Yasuyuki Yamamoto
泰幸 山本
Masanobu Azuma
正信 東
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Tokuyama Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film, having a proper crystallization in a short time and stably, using inductive- coupled plasma CVD method. SOLUTION: An inductive coupled plasma CVD apparatus includes a reaction chamber having a vacuum state kept therein, a reaction gas supply means for supplying a reaction gas including a silane-based gas into the reaction chamber, a reaction gas plasma generating means for plasmatizing the reaction gas to generate a reaction-gas inductive-coupled plasma by applying a high frequency power to a high frequency application coil of two or more turns, coated with an insulating material such as alumina or the like of 10 to 1000 μm in thickness and positioned inside or outside the reaction chamber, and a substrate-holding means for holding a substrate having a thin film formed on its surface. A polycrystalline silicon film is formed on the substrate at a reaction pressure of 5 to 50 pa with the use of the CVD apparatus.

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、誘導結合型プラズ
マ装置を用いて多結晶シリコン膜を製造する方法、及び
該方法を用いて光起電力素子を製造する方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a polycrystalline silicon film using an inductively coupled plasma device, and a method for manufacturing a photovoltaic element using the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質シリコン、多結晶シリコン、酸化
シリコン、窒化シリコンなどの薄膜は、薄膜トランジス
タなどの半導体素子、光電変換素子などに広範に用いら
れている。特に、この中でも、多結晶シリコンは、高い
光導電率などの優れた電気特性を有し、しかも耐久性が
高いため、太陽電池などの光起電力素子の材料として近
年特に着目されている。
2. Description of the Related Art Thin films such as amorphous silicon, polycrystalline silicon, silicon oxide and silicon nitride are widely used in semiconductor devices such as thin film transistors, photoelectric conversion devices and the like. In particular, among these, polycrystalline silicon has excellent electrical properties such as high photoconductivity and high durability, and thus has recently attracted particular attention as a material for photovoltaic devices such as solar cells.

【0003】このような多結晶シリコン薄膜を形成する
一般的な方法としては、化学気相蒸着(CVD)法、例
えば、高周波プラズマCVD法、光CVD法、電子サイ
クロトン共鳴(ECR)CVD法、熱CVD法などがあ
る。
As a general method for forming such a polycrystalline silicon thin film, a chemical vapor deposition (CVD) method, for example, a high-frequency plasma CVD method, an optical CVD method, an electron cyclotron resonance (ECR) CVD method, There is a thermal CVD method or the like.

【0004】これらの方法の中でも、容量結合型プラズ
マの一種である高周波プラズマCVD法が、ダングリン
グボンド(未結合手)等の構造的欠陥の生成を低く抑
え、3次元的なシリコン網目構造を効率的に形成するこ
とが可能であることなどから広く用いられている。
Among these methods, a high-frequency plasma CVD method, which is a type of capacitively coupled plasma, suppresses the generation of structural defects such as dangling bonds (unbonded hands) and reduces the three-dimensional silicon network structure. It is widely used because it can be formed efficiently.

【0005】この方法は、モノシラン(SiH4)、ジ
シラン(Si26)等の原料ガスを希釈用の水素ガスに
同伴させて真空反応チャンバー内に導入するとともに、
真空反応チャンバー内に互いに対向して配置された2つ
の電極間に高周波電力を印加して、高周波電界を発生さ
せて、この電界内で電子を原料ガスの中性分子に衝突さ
せて、高周波プラズマを形成して原料ガスを分解し、一
方の電極上に設置された基材表面にシリコン薄膜を形成
する方法である。
According to this method, a raw material gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is introduced into a vacuum reaction chamber while being accompanied by a hydrogen gas for dilution.
A high-frequency electric power is applied between two electrodes arranged opposite to each other in a vacuum reaction chamber to generate a high-frequency electric field. In this electric field, electrons collide with neutral molecules of a raw material gas, and a high-frequency plasma is generated. Is formed to decompose the raw material gas and form a silicon thin film on the surface of the base material provided on one of the electrodes.

【0006】この高周波プラズマCVD法では、プラズ
マ密度が、例えば、109cm-3以下と低く、シリコン
薄膜の形成速度が遅いため比較的高品質な膜が得られ易
い。しかしながら、高い割合の水素ガス希釈を必要とす
るので堆積速度が0.1nm毎秒程度と遅く、しかも、
多量の水素を用いるため生産性や安全性に問題があっ
た。また、電極への付着物質による汚染によって薄膜品
質の低下をきたすおそれがあった。このため、最近で
は、容量結合型プラズマの代わりに、低圧高密度プラズ
マが注目されてきた。
In this high frequency plasma CVD method, a relatively high quality film is easily obtained because the plasma density is low, for example, 10 9 cm −3 or less, and the silicon thin film formation speed is low. However, since a high ratio of hydrogen gas dilution is required, the deposition rate is as low as about 0.1 nm per second, and
Since a large amount of hydrogen is used, there are problems in productivity and safety. In addition, there is a possibility that the quality of the thin film may be degraded due to the contamination of the electrode with the attached substance. For this reason, recently, low-pressure high-density plasma has attracted attention instead of capacitively-coupled plasma.

【0007】そこで、本発明者らは誘導結合型プラズマ
を利用した誘導結合型(ICP)―CVD法に着目し
た。このICP法は、高周波コイル(アンテナ)に高周
波電力を印加して、プラズマを発生させて、高周波コイ
ルに対向して配置された基材上に、シリコン薄膜を形成
する方法である。このICP法では、例えば、1010
1012cm 3程度の高いプラズマ密度が得られ、プラ
ズマ発生条件の調整により有効ラジカル種(SiH3
ジカル)を多く発生させることも可能である。しかも薄
膜の成長表面或いは積層時の界面に悪影響を及ぼすと思
われているイオンの発生が少なく、例えば、0.01〜
5Paの低い圧力でも反応を行うことができるようにな
っている。
Therefore, the present inventors have paid attention to an inductively coupled (ICP) -CVD method using inductively coupled plasma. The ICP method is a method in which high-frequency power is applied to a high-frequency coil (antenna) to generate plasma, and a silicon thin film is formed on a base material arranged to face the high-frequency coil. In this ICP method, for example, 10 10
10 12 cm - 3 about a high plasma density can be obtained, it is also possible to generate more effective radical species (SiH 3 radicals) by adjusting the plasma generating conditions. In addition, the generation of ions that are considered to have an adverse effect on the growth surface of the thin film or the interface at the time of lamination is small.
The reaction can be performed even at a pressure as low as 5 Pa.

【0008】また、このICP―CVD装置は、従来の
容量結合型プラズマCVD装置とは異なり、対向電極を
使用する必要がないため、装置内部の空間に自由度があ
る。このため、例えば、基材ステージに対向して反応ガ
ス供給ノズルを設置して、反応ガスの有効利用率を高く
することも可能である。
Further, unlike the conventional capacitively-coupled plasma CVD apparatus, this ICP-CVD apparatus does not require the use of a counter electrode, and thus has a degree of freedom in the internal space of the apparatus. For this reason, for example, it is possible to increase the effective utilization rate of the reaction gas by installing a reaction gas supply nozzle facing the substrate stage.

【0009】このようなICP法を用いて多結晶シリコ
ン薄膜を製造した例としては、ジャパニーズジャーナル
オブアプライドフィジックス第36巻{「Low Temperat
ureGrowth of Amorphous and Polycrystalline Silicon
Films from a Modified Inductively Coupled Plasm
a」, M.Goto et. al. , Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36
(1997), pp.3714-3720}に、反応チャンバー内部に誘電
体でコーティングされた2巻きの高周波コイル(RFア
ンテナともいう。)を配設したICP―CVD装置にモ
ノシランガスを供給してRFアンテナに100WのRF
パワーを印加して0.13Pa(1mTorr)と非常
に低い反応圧力で反応させた場合において、基板温度を
300℃と高くした場合には、アモルファスシリコン膜
中に結晶相が見られるようになること、そして更にモノ
シランガスを水素で希釈し、RFアンテナに印加するR
Fパワーを800Wと高くし、反応圧力及び基板温度を
それぞれ2.5mTorr及び250℃として反応を行
なった場合には比較的大きな結晶粒を含むと思われる多
結晶シリコン薄膜が得られたことが記載されている。
An example of manufacturing a polycrystalline silicon thin film by using such an ICP method is described in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 36, "Low Temperat.
ureGrowth of Amorphous and Polycrystalline Silicon
Films from a Modified Inductively Coupled Plasm
a ", M. Goto et.al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36
(1997), pp. 3714-3720}, a monosilane gas was supplied to an ICP-CVD apparatus having a two-layer high-frequency coil (also referred to as an RF antenna) coated with a dielectric inside a reaction chamber to supply an RF antenna. 100W RF
When a substrate temperature is increased to 300 ° C. when a power is applied and a reaction is performed at a very low reaction pressure of 0.13 Pa (1 mTorr), a crystal phase can be seen in an amorphous silicon film. And further dilute the monosilane gas with hydrogen and apply R to the RF antenna.
It was described that when the F power was increased to 800 W and the reaction was performed at a reaction pressure and a substrate temperature of 2.5 mTorr and 250 ° C., respectively, a polycrystalline silicon thin film thought to contain relatively large crystal grains was obtained. Have been.

【0010】また、ジャパニーズジャーナルオブアプラ
イドフィジックス第38巻{「LowTemperature Deposit
ion of Polycrystalline Silicon Films from a Mod
ified Inductively Coupled Silane Plasma」, K.Goshi
ma et. al., Jpn. J. Appl.Phys. Vol. 38 (1999), p
p.3655-3659}には、ICP―CVD法により多結晶シ
リコン薄膜を製造する場合において、反応ガスの流速を
速くすると製膜速度が速くなるが、結晶性は低下する傾
向があること、及びRFアンテナを誘電体で被覆するこ
とによりシリコン結晶粒径の増大と製膜速度の向上を図
ることができることが示されている。そして、該文献に
は、高い結晶性のシリコン薄膜が得られた例として、反
応チャンバー内部に3mm厚の誘電体でコーティングさ
れた1巻きのRFアンテナを配設したICPプラズマC
VD装置に水素希釈された0.3%モノシランガスを供
給し、600WのRFパワー、基板温度290℃、3.
3Pa(27.45mTorr)の反応圧で反応を行な
い結晶化率が98%である膜が得られたことが記載され
ている。
[0010] Also, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 38, "Low Temperature Deposit
ion of Polycrystalline Silicon Films from a Mod
ified Inductively Coupled Silane Plasma '', K. Goshi
ma et. al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999), p.
p.3655-3659} shows that when a polycrystalline silicon thin film is manufactured by the ICP-CVD method, increasing the flow rate of the reaction gas increases the film forming speed, but tends to decrease the crystallinity, and It is shown that by coating the RF antenna with a dielectric, it is possible to increase the silicon crystal grain size and improve the film forming speed. In this document, as an example of obtaining a highly crystalline silicon thin film, an ICP plasma C provided with a single-turn RF antenna coated with a 3 mm-thick dielectric inside a reaction chamber is described.
2. Supply 0.3% hydrogen-diluted monosilane gas to the VD apparatus, RF power of 600 W, substrate temperature of 290 ° C.,
It is described that the reaction was carried out at a reaction pressure of 3 Pa (27.45 mTorr) to obtain a film having a crystallization ratio of 98%.

【0011】なお、上記文献において何故1巻きのRF
アンテナを用いたのかの理由は記されていないが、上記
文献の著者の研究グループによる別の報告によると、ア
ンテナインピーダンスを制御するために1ターンのアン
テナを用いた旨が記載されている(第26回アモルファ
ス物質の物性と応用セミナー(1999年:博多)要旨
集)。
In the above-mentioned document, the reason why one turn of RF
Although the reason for using the antenna is not described, another report by the research group of the author of the above document states that a one-turn antenna was used to control the antenna impedance (No. 26th Seminar on Physical Properties of Amorphous Materials and Application Seminar (1999: Hakata)).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献に記載されている方法では、多結晶シリコン薄膜の製
膜速度は、結晶性を犠牲にして製膜速度を高くした場合
でも高々0.45nm/秒程度(良好な結晶性の膜を得
る場合では約0.3nm/秒)であり、工業的な生産を
考えると満足の行く製膜速度ではない。
However, according to the method described in the above-mentioned document, the deposition rate of a polycrystalline silicon thin film is at most 0.45 nm / even when the deposition rate is increased at the expense of crystallinity. This is on the order of seconds (about 0.3 nm / sec when a good crystalline film is obtained), which is not a satisfactory film forming speed in view of industrial production.

【0013】そこで、本発明では、ICPプラズマCV
D法により高速で結晶性の良好な多結晶シリコン膜を製
造する方法を提供することを目的とする。
Therefore, in the present invention, the ICP plasma CV
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a polycrystalline silicon film having good crystallinity at high speed by the D method.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決すべく、先ず製膜条件につて検討を行なった。その
結果、絶縁体で被覆されたRFアンテナの絶縁体層の厚
さを1000μm以下と薄くし、更に反応圧力を例えば
10Paと高くすることによって反応速度を約10nm
/秒と著しく速くすることができること、及びこの場合
には、得られる多結晶シリコン膜の結晶性が低下したり
する他、条件によってはプラズマが点滅して不安定にな
ったするという新たな問題が発生するという知見を得る
に至った。そして、上記結晶性低下やプラズマの不安定
化の問題を解決すべく鋭意検討を行なった結果、2以上
の巻き数を有するRFアンテナを用いた場合には、高い
反応圧でもプラズマを安定的に生成させることができ、
結晶性の低下も防止するとともに製膜速度を速くするこ
とができることを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors first studied film forming conditions. As a result, the thickness of the insulator layer of the RF antenna covered with the insulator is reduced to 1000 μm or less, and the reaction speed is increased to about 10 nm by increasing the reaction pressure to, for example, 10 Pa.
/ Sec, and in this case, the resulting polycrystalline silicon film has reduced crystallinity, and, under some conditions, has a new problem that the plasma blinks and becomes unstable. Has led to the finding that phenomena occur. As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems of crystallinity deterioration and plasma instability, when an RF antenna having two or more turns is used, plasma is stably produced even at a high reaction pressure. Can be generated,
The inventors have found that it is possible to prevent a decrease in crystallinity and to increase the film forming speed, and have completed the present invention.

【0015】即ち、本発明は、その内部を真空状態に維
持できる反応チャンバーと、該反応チャンバー内にシラ
ン系ガスを含む反応ガスを供給するための反応ガス供給
手段と、該反応チャンバーの内部又は外部に配置した、
厚さ10〜1000μmの絶縁体で被覆された2以上の
巻き数を有する高周波印加コイルに高周波電力を印加す
ることにより反応ガスをプラズマ化して反応ガス誘導結
合型プラズマを発生させる反応ガスプラズマ発生手段
と、その表面に薄膜が形成される基材を保持するための
基材保持手段とを有する誘導結合型プラズマCVD装置
を用いて、反応圧力5〜50Paで化学気相蒸着を行な
い、前記基材上に多結晶シリコン膜を形成することを特
徴とする多結晶シリコン膜の製造方法である。
That is, the present invention provides a reaction chamber capable of maintaining the inside thereof in a vacuum state, a reaction gas supply means for supplying a reaction gas containing a silane-based gas into the reaction chamber, Placed outside,
Reaction gas plasma generating means for generating a reaction gas inductively coupled plasma by applying a high frequency power to a high frequency application coil having two or more turns covered with an insulator having a thickness of 10 to 1000 μm to convert the reaction gas into plasma. And performing chemical vapor deposition at a reaction pressure of 5 to 50 Pa using an inductively coupled plasma CVD apparatus having a substrate holding means for holding a substrate on which a thin film is formed. A method for manufacturing a polycrystalline silicon film, comprising forming a polycrystalline silicon film thereon.

【0016】上記本発明の製造方法によれば、均質で結
晶性の良好な多結晶シリコン薄膜を例えば10nm/秒
といった高速で安定して再現性よく製造することができ
る。該本発明の製造方法において、反応ガスとして、シ
ラン系ガス濃度が10〜100vol.%のガス、特に
水素でシラン系ガスを希釈してシラン系ガス濃度が10
〜50vol.%に希釈したガスを使用した場合には、
製膜速度がより速く効率よく多結晶シリコン膜を製造す
ることができる。
According to the manufacturing method of the present invention, a polycrystalline silicon thin film having a uniform and good crystallinity can be manufactured stably at a high speed of, for example, 10 nm / sec with good reproducibility. In the production method of the present invention, a silane-based gas concentration of 10 to 100 vol. % Of the silane-based gas, particularly hydrogen, to dilute the silane-based gas to a concentration of 10%.
-50 vol. When using gas diluted to%,
A polycrystalline silicon film can be efficiently manufactured with a higher film forming speed.

【0017】本発明は、理論に拘束されるものではない
が、本発明の製造方法においは、比較的薄い厚さの絶縁
皮膜で覆われた巻数が2以上の高周波印加コイル(RF
アンテナ)を用いていることによりプラズマが閉じ込め
られる空間が広くなり、反応圧力を5~50Paと高く
してもプラズマが安定した状態で存在できるようにな
り、誘導結合型プラズマの発生効率が高くなって、上記
の様な効果が得られたものと考えられる。
Although the present invention is not limited by theory, in the manufacturing method of the present invention, a high-frequency application coil (RF) having two or more turns covered with an insulating film having a relatively small thickness is used.
The use of an antenna widens the space in which the plasma is confined, enables the plasma to exist in a stable state even when the reaction pressure is increased to 5 to 50 Pa, and increases the generation efficiency of the inductively coupled plasma. Thus, it is considered that the above-described effects were obtained.

【0018】また、他の本発明は、n型不純物半導体で
あるシリコン系薄膜層とp型不純物半導体であるシリコ
ン系薄膜層とが直接又は真性半導体であるシリコン系薄
膜層を介して接合された積層体構造を構成要素として有
する光起電力素子を製造する方法において、前記シリコ
ン系薄膜層の少なくとも1種を請求項1又は2に記載の
多結晶シリコン膜の製造方法により製造することを特徴
とする光起電力素子の製造方法である。
According to another aspect of the present invention, a silicon-based thin film layer that is an n-type impurity semiconductor and a silicon-based thin film layer that is a p-type impurity semiconductor are joined directly or via a silicon-based thin film layer that is an intrinsic semiconductor. A method for manufacturing a photovoltaic element having a stacked structure as a component, wherein at least one of the silicon-based thin film layers is manufactured by the method for manufacturing a polycrystalline silicon film according to claim 1 or 2. This is a method for manufacturing a photovoltaic element.

【0019】上記本発明の光起電力素子の製造方法にお
いては、そのシリコン薄膜層の少なくとも1種を前記本
発明の多結晶シリコン膜の製造方法で形成するので、そ
の形成工程において高品質の膜を高速で形成できるとい
う前記した特徴が発揮される。
In the method of manufacturing a photovoltaic element according to the present invention, at least one of the silicon thin film layers is formed by the method of manufacturing a polycrystalline silicon film according to the present invention. Can be formed at a high speed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、その内部
を真空状態に維持できる反応チャンバーと、該反応チャ
ンバー内にシラン系ガスを含む反応ガスを供給するため
の反応ガス供給手段と、該反応チャンバーの内部又は外
部に配置した厚さ10〜1000μmの絶縁体で被覆さ
れた2以上の巻き数を有する高周波印加コイルに高周波
電力を印加することにより反応ガスをプラズマ化して反
応ガス誘導結合型プラズマを発生させる反応ガスプラズ
マ発生手段と、その表面に薄膜が形成される基材を保持
するための基材保持手段とを有する誘導結合型プラズマ
CVD装置を用いて多結晶シリコン膜の製造を行なう。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the manufacturing method of the present invention, a reaction chamber capable of maintaining the inside thereof in a vacuum state, a reaction gas supply means for supplying a reaction gas containing a silane-based gas into the reaction chamber, The reaction gas is turned into plasma by applying high-frequency power to a high-frequency application coil having two or more turns covered with an insulator having a thickness of 10 to 1000 μm and disposed inside or outside the reaction chamber to convert the reaction gas into a plasma. A polycrystalline silicon film is manufactured using an inductively coupled plasma CVD apparatus having a reactive gas plasma generating means for generating plasma and a substrate holding means for holding a substrate on which a thin film is formed on its surface. .

【0021】本発明で使用する誘導結合型プラズマCV
D装置は、高周波印加コイルとして上記の様な2以上の
巻数を有する高周波印加コイルを用いた反応ガスプラズ
マ発生手段を有する以外は、従来の誘導結合型プラズマ
CVD装置と特に変わるところはない。
Inductively coupled plasma CV used in the present invention
The D apparatus is not particularly different from the conventional inductively coupled plasma CVD apparatus except that it has a reactive gas plasma generating means using a high frequency application coil having two or more turns as described above as the high frequency application coil.

【0022】例えば、上記反応チャンバーとしては、真
空ポンプ等の排気手段によりその内部を真空状態に保持
することが可能な容器であって、その内部又は外部に高
周波印加コイルが設置され、その内部に反応ガスが供給
でき、さらにその内部に基材保持手段を有する容器であ
れば特に限定されず、従来の誘導結合型プラズマCVD
法で使用されている、ステンレス等の金属材料で構成さ
れた円筒型、又は球状の容器が何ら制限なく使用でき
る。
For example, the reaction chamber is a container whose inside can be maintained in a vacuum state by an exhaust means such as a vacuum pump or the like, and a high-frequency application coil is installed inside or outside thereof, and inside the inside thereof, The container is not particularly limited as long as it can supply a reaction gas and further has a substrate holding means therein.
A cylindrical or spherical container made of a metal material such as stainless steel used in the method can be used without any limitation.

【0023】また、前記反応ガス供給手段は、反応チャ
ンバー内に、プラズマ化して反応し、シリコン薄膜の原
料となる反応ガスを供給する手段であれば特に限定され
ないが、通常は、ガスボンベ(シリンダー)等のガス貯
蔵容器から調圧弁や流量調節器を介し、更に必要に応じ
てガス混合器や温度調節器を介して反応チャンバーに反
応ガスを導入するための配管である。ここで、反応ガス
とは、多結晶シリコン薄膜の直接原料となるガス(原料
ガス)又は必要に応じてこれを希釈したガス(希釈原料
ガス)を意味する。原料ガスとしては、モノシラン、ジ
シラン、及び一般式SiHmCl(4-m)(但し、mは0〜
3の整数である。)で表されるようなクロロシラン系ガ
ス等のシラン系ガスが一般に使用されており、本発明で
もこのような原料ガスが使用できる。また、希釈原料ガ
スを使用する場合の希釈ガスとしては、水素、ヘリウ
ム、アルゴン、キセノン等の非堆積性のガスが使用でき
る。本発明の製造方法においては製膜速度の観点から、
反応ガスとしては、モノシラン又はモノシランとジクロ
ロシランの混合ガスをそのまま希釈せずに使用するか、
又はこれらガスを水素ガスでシラン系ガス濃度が10v
ol.%以上となるように希釈したガスを使用するのが
好適である。得られる膜の結晶性の観点からは、シラン
系ガスを水素ガスでシラン系ガスの濃度が10〜50v
ol.%となるように希釈したガスを用いるのが特に好
適である。
The reaction gas supply means is not particularly limited as long as it is a means for supplying a reaction gas, which is converted into a plasma and reacts as a raw material of a silicon thin film, into a reaction chamber, but is usually a gas cylinder (cylinder). This is a pipe for introducing a reaction gas from a gas storage container such as the above via a pressure regulating valve or a flow controller, and if necessary, via a gas mixer or a temperature controller to the reaction chamber. Here, the reaction gas means a gas (raw material gas) directly serving as a raw material of the polycrystalline silicon thin film or a gas obtained by diluting the gas as needed (diluted raw material gas). As the raw material gas, monosilane, disilane, and the general formula SiH m Cl (4-m) (where m is 0 to 0)
It is an integer of 3. A silane-based gas such as a chlorosilane-based gas represented by the formula (1) is generally used, and such a raw material gas can be used in the present invention. When a diluent raw material gas is used, non-depositable gases such as hydrogen, helium, argon, and xenon can be used as the diluent gas. In the production method of the present invention, from the viewpoint of film formation speed,
As the reaction gas, use a monosilane or a mixed gas of monosilane and dichlorosilane without dilution,
Alternatively, these gases are hydrogen gas and the silane-based gas concentration is 10 v
ol. % Gas is preferably used. From the viewpoint of the crystallinity of the obtained film, the silane-based gas is hydrogen gas and the concentration of the silane-based gas is 10 to 50 v.
ol. %, It is particularly preferable to use a gas diluted to be%.

【0024】さらに反応ガスには、得られる多結晶シリ
コン薄膜の半導体性を制御する目的でドーパントガスを
混合して用いることもできる。例えば、p型不純物半導
体である多結晶シリコン薄膜を得たい場合には、上記シ
ラン系ガスにドーパントとなるホウ素やガリウム等の周
期律表第III族の元素を含む化合物のガスを混ぜればよ
く、また、n型不純物半導体である多結晶シリコン薄膜
を得たい場合には、ドーパントとなるリンや砒素等の周
期律表第V族の元素を含む化合物のガスを混ぜて使用す
ればよい。
Further, a dopant gas may be mixed with the reaction gas for the purpose of controlling the semiconductor properties of the obtained polycrystalline silicon thin film. For example, when it is desired to obtain a polycrystalline silicon thin film that is a p-type impurity semiconductor, a gas of a compound containing a Group III element of the periodic table such as boron or gallium serving as a dopant may be mixed with the silane-based gas, When it is desired to obtain a polycrystalline silicon thin film which is an n-type impurity semiconductor, a gas of a compound containing a Group V element of the periodic table, such as phosphorus or arsenic, which serves as a dopant may be used.

【0025】また、反応チャンバー内に設置され、その
上に薄膜が形成される基材は特に限定されず、各種シリ
コン系薄膜を形成する際に使用されている基材が使用で
きる。このような基材としては、石英ガラス、ソーダラ
イムガラス、耐熱性ポリマー、単結晶シリコン、多結晶
シリコン、ステンレス鋼、セラミックス等の材料からな
る基板が何ら制限なく使用できる。これら基板の厚さや
形状は、その目的に応じて適宜決定すればよいが、一般
的には厚さ50nm〜5mm程度の板状若しくはシート
状のものが好適に使用できる。
The substrate on which the thin film is formed in the reaction chamber and on which the thin film is formed is not particularly limited, and any substrate used for forming various silicon-based thin films can be used. As such a substrate, a substrate made of a material such as quartz glass, soda lime glass, heat-resistant polymer, single crystal silicon, polycrystalline silicon, stainless steel, ceramics or the like can be used without any limitation. The thickness and shape of these substrates may be appropriately determined according to the purpose, but generally, a plate or sheet having a thickness of about 50 nm to 5 mm can be suitably used.

【0026】本発明の製造方法で使用するICP―CV
D装置は、反応ガスプラズマ発生手段として、前記反応
チャンバーの内部又は外部に配置した、厚さ10〜10
00μmの絶縁体で被覆された2以上の巻き数を有する
高周波印加コイルに高周波電力を印加することにより反
応ガスをプラズマ化して反応ガスICPプラズマを発生
させる反応ガスプラズマ発生手段を有する必要がある。
ICP-CV used in the production method of the present invention
The D apparatus has a thickness of 10 to 10 disposed inside or outside the reaction chamber as a reaction gas plasma generating means.
It is necessary to have a reactive gas plasma generating means for generating a reactive gas ICP plasma by applying a high frequency power to a high frequency applying coil having two or more turns covered with an insulator of 00 μm to convert the reactive gas into plasma.

【0027】高周波印加コイルとして厚さ10〜100
0μmの絶縁体で被覆された2以上の巻き数を有する高
周波印加コイルを用いた誘導結合型プラズマCVD装置
を用いることによって、反応圧力を高くしても容易に反
応ガス誘導結合型プラズマを安定化することが出来、結
晶性の高い多結晶シリコン膜を高速で製造することがで
きるようになる。絶縁体で被覆した高周波印加コイルを
用いてもその巻数が1巻である場合には、結晶性が低下
したり、安定したプラズマを得る条件を設定することが
困難となる。
The thickness of the high frequency application coil is 10 to 100.
By using an inductively coupled plasma CVD apparatus using a high-frequency coil having two or more turns covered with an insulator of 0 μm, the reactive gas inductively coupled plasma can be easily stabilized even when the reaction pressure is increased. Thus, a polycrystalline silicon film having high crystallinity can be manufactured at a high speed. If the number of turns is one even when a high-frequency application coil covered with an insulator is used, it is difficult to reduce the crystallinity or set conditions for obtaining stable plasma.

【0028】ここで高周波印加コイルは、例えば、SU
S304などのステンレス鋼、銅、アルミニウムなどの
金属等の導電性材料で作られた2巻き以上のコイル状の
ものであり、その表面に厚さ10〜1000μmの絶縁
体層(コーティング層)が形成されたものであれば特に
限定されない。絶縁体としては、アルミナ、窒化アルミ
ニウム、石英等が使用できる。また、コーティング層は
反応ガスプラズマと接触し得るコイルの全表面が均一の
厚さで被覆するように形成されているのが好適である。
コーティング層の厚さが10μm未満の場合にはプラズ
マの安定化効果が低く、また1000μmを越える場合
は均一な厚さでコーティングするのが困難であるばかり
でなく、得られる膜の結晶性が低下し、高い製膜速度で
高品質の多結晶シリコン膜を得るのが困難となる。
Here, the high frequency application coil is, for example, SU
It is a coil of two or more turns made of a conductive material such as stainless steel such as S304, copper, and aluminum, and has an insulator layer (coating layer) having a thickness of 10 to 1000 μm on its surface. It is not particularly limited as long as it is performed. As the insulator, alumina, aluminum nitride, quartz, or the like can be used. Further, it is preferable that the coating layer is formed such that the entire surface of the coil which can come into contact with the reactive gas plasma is coated with a uniform thickness.
When the thickness of the coating layer is less than 10 μm, the effect of stabilizing the plasma is low. When the thickness exceeds 1000 μm, not only is it difficult to coat with a uniform thickness, but also the crystallinity of the obtained film is reduced. However, it is difficult to obtain a high-quality polycrystalline silicon film at a high film forming speed.

【0029】本発明において使用される高周波印加コイ
ルの径は、反応チャンバーの大きさに応じて適宜決定す
ればよいが、通常は3〜30cmである。均一な厚さの
薄膜が得られるという観点から、該径は5〜20cmで
あるのが好適である。また、コイルの巻数は、2以上で
あれば特に限定されないが、効果及びコイルの作製や反
応チャンバー内への収納の容易さの観点から2〜8巻
き、特に2〜4巻きであるのが好適である。
The diameter of the high-frequency application coil used in the present invention may be appropriately determined according to the size of the reaction chamber, and is usually 3 to 30 cm. From the viewpoint that a thin film having a uniform thickness can be obtained, the diameter is preferably 5 to 20 cm. The number of windings of the coil is not particularly limited as long as it is 2 or more, but is preferably 2 to 8 windings, and particularly preferably 2 to 4 windings from the viewpoint of the effect and ease of manufacturing the coil and storing it in the reaction chamber. It is.

【0030】上記高周波印加コイルには、マッチング回
路を介して高周波発生装置が接続されており、通常使用
される周波数領域の高周波電力が印加できるようになっ
ている。通常、5〜200MHzの高周波電力が、また
マッチング回路での調整の観点から好適には、10〜1
00MHzの高周波電力が印加される。なお、高周波電
力とは、高周波発生装置により発生された高周波のエネ
ルギーを意味し、高周波発生装置で所望の高周波電力を
設定する事ができる。例えば、市販されている一般的な
RF発生装置では10W〜3kWの範囲で任意の高周波
電力のRFを発生させる事ができる。
A high-frequency generator is connected to the high-frequency application coil via a matching circuit so that high-frequency power in a normally used frequency range can be applied. Usually, high-frequency power of 5 to 200 MHz is preferably 10 to 1 from the viewpoint of adjustment by a matching circuit.
A high frequency power of 00 MHz is applied. The high-frequency power means high-frequency energy generated by the high-frequency generator, and a desired high-frequency power can be set by the high-frequency generator. For example, a commercially available general RF generator can generate RF with any high-frequency power in the range of 10 W to 3 kW.

【0031】本発明の製造方法では、上記の様な反応ガ
スプラズマ発生手段を有するICP―CVD装置を用い
て、反応圧力(製膜圧力)を5〜50Paに調整して薄
膜を形成する。5Pa未満の反応圧力で製膜を行った場
合には、製膜速度および結晶性が低下する。また、50
Paを越える圧力では、プラズマが発生しなかったり、
発生しても点滅したりする他、薄膜が非晶質化するなど
して良好な薄膜を得ることができない。均一で、欠陥の
少ない高品質のシリコン薄膜を高速で形成することがで
きることから、反応圧力は、5〜30Pa、特に7〜2
0Paとするのが望ましい。
In the manufacturing method of the present invention, a thin film is formed by adjusting the reaction pressure (film forming pressure) to 5 to 50 Pa using an ICP-CVD apparatus having the above-described reaction gas plasma generating means. When a film is formed at a reaction pressure of less than 5 Pa, the film formation speed and the crystallinity are reduced. Also, 50
At a pressure exceeding Pa, no plasma is generated,
Even if it occurs, it blinks and the thin film becomes amorphous, so that a good thin film cannot be obtained. Since a uniform, high-quality silicon thin film with few defects can be formed at a high speed, the reaction pressure is 5 to 30 Pa, especially 7 to 2 Pa.
It is desirable to set it to 0 Pa.

【0032】図1に示される誘導結合型プラズマCVD
装置を用いて結晶シリコン膜を製造する場合を例に、本
発明の製造方法について詳しく説明する。
Inductively coupled plasma CVD shown in FIG.
The manufacturing method of the present invention will be described in detail by taking a case where a crystalline silicon film is manufactured using an apparatus as an example.

【0033】先ず、図1に示す誘導結合型プラズマCV
D装置10について説明する。該装置10は、例えば、
SUS304などのステンレス鋼などから構成され、真
空状態に維持される円筒形の反応チャンバー12を備え
ており、反応チャンバー12の底壁16に形成された排
気口13を介して、真空ポンプなどの真空源に接続する
ことによって、一定の真空状態に維持されるようになっ
ている。また、その内部には、表面にシリコン薄膜等の
薄膜を蒸着する基材Aを設置する基材設置部を構成する
ステージ14が配置されている。このステージ14は、
反応チャンバー12の底壁16を貫通して、図示しない
駆動機構によって上下に摺動可能に構成され、位置調整
可能となっているとともに、図示しない、例えばシーズ
ヒータなどの加熱機構によって、基材Aを加熱すること
ができるようになっている。なお、図示しないが、ステ
ージ14と底壁16との間の摺動部分には、反応チャン
バー12内の真空度を確保するために、シールリングな
どのシール部材が配設されている。さらに、反応チャン
バー12の側部には、図示しないゲートバルブがあり、
これを介して、処理すべき基材Aを出し入れするための
圧力調整室(図示していない)に接続されている。
First, the inductively coupled plasma CV shown in FIG.
The D device 10 will be described. The device 10 includes, for example,
The apparatus includes a cylindrical reaction chamber 12 made of stainless steel such as SUS304 and maintained in a vacuum state, and is provided with a vacuum pump or the like via an exhaust port 13 formed in a bottom wall 16 of the reaction chamber 12. By connecting to a source, a constant vacuum is maintained. Further, a stage 14 that constitutes a base material setting part for setting a base material A on which a thin film such as a silicon thin film is deposited on the surface is disposed. This stage 14
The base material A is penetrated through the bottom wall 16 of the reaction chamber 12 so as to be slidable up and down by a drive mechanism (not shown) so that the position can be adjusted. Can be heated. Although not shown, a seal member such as a seal ring is provided in a sliding portion between the stage 14 and the bottom wall 16 to secure a degree of vacuum in the reaction chamber 12. Further, on the side of the reaction chamber 12, there is a gate valve (not shown),
Through this, it is connected to a pressure adjustment chamber (not shown) for taking in and out the substrate A to be treated.

【0034】一方、反応チャンバー12の上方には、リ
ング形状の高周波印加コイル18が設けられており、そ
の基端部分20及び22が、反応チャンバー12の頂壁
17を貫通して、反応チャンバー12外部に設けられた
高周波電源24に接続されている。また、該コイルの少
なくとも反応チャンバー内に位置する部分の全表面は、
厚さ10〜1000μmのアルミナ等の絶縁体で被覆さ
れている。さらに、コイルに付着したシリコン膜が剥が
れにくくするため等の目的で、コイルを加熱する場合に
おいては、例えば、シーズヒータを高周波コイル18の
内部に埋設したり、熱媒体のシリコーンオイルをコイル
中に循環させるなどの方法によって、高周波コイルを加
熱することも勿論可能である。この高周波印加コイル1
8と高周波電源24の間には図示しないマッチング回路
が配設されており、高周波電源24により発生した高周
波を損失なく高周波印加コイル18へ伝播できるように
なっている。
On the other hand, a ring-shaped high frequency application coil 18 is provided above the reaction chamber 12, and its base end portions 20 and 22 pass through the top wall 17 of the reaction chamber 12, and It is connected to a high-frequency power supply 24 provided outside. Further, the entire surface of at least a portion of the coil located in the reaction chamber,
It is covered with an insulator such as alumina having a thickness of 10 to 1000 μm. Further, when heating the coil for the purpose of, for example, making it difficult for the silicon film attached to the coil to peel off, for example, a sheathed heater may be embedded inside the high-frequency coil 18 or silicone oil as a heat medium may be introduced into the coil. Of course, it is also possible to heat the high-frequency coil by a method such as circulation. This high frequency application coil 1
A matching circuit (not shown) is provided between the power supply 8 and the high frequency power supply 24 so that the high frequency generated by the high frequency power supply 24 can be transmitted to the high frequency application coil 18 without loss.

【0035】また、原料ガスは、反応チャンバー12の
上方より導入するために、反応チャンバー12の頂壁1
7を貫通して、リング形状の高周波印加コイル18の中
心を通過する様に、シャワー状あるいはリング状のガス
導入ノズル25が設けられており、図示しない流量計を
通して導入される。反応ガス供給源(図1には示してい
ない。)から、例えば、モノシラン(SiH4)、ジシ
ラン(Si26)等の原料ガスをそのまま、或いは水
素、ヘリウム、アルゴン、キセノン等の希釈用のガスと
混合して使用することもできる。
The raw material gas is introduced from above the reaction chamber 12 so that the top wall 1
A shower-shaped or ring-shaped gas introduction nozzle 25 is provided so as to penetrate through the center 7 and pass through the center of the ring-shaped high-frequency application coil 18 and is introduced through a flow meter (not shown). From a reaction gas supply source (not shown in FIG. 1), a raw material gas such as, for example, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as it is or for diluting hydrogen, helium, argon, xenon, or the like. Can be used as a mixture with the above gas.

【0036】次に、このように構成されるICPプラズ
マCVD装置を用いて多結晶シリコン膜を作製する方法
について説明する。
Next, a method of forming a polycrystalline silicon film using the ICP plasma CVD apparatus having the above-described configuration will be described.

【0037】先ず、真空ポンプなどの真空源を作動する
ことによって、排気口13を介して排気することによ
り、反応チャンバー12内を真空状態に維持する。反応
チャンバー12内を高真空にすることにより、シリコン
膜の不純物源となる酸素、炭素、窒素等を除去すること
ができる。この時の圧力は、1×10-6Torr以下と
するのが好適である。次に、反応チャンバー12の側部
に接続された圧力調整室内に、処理すべき、例えばガラ
ス基板、金属基板などからなる基材Aを搬入した後、こ
の圧力調整室内の圧力を反応チャンバー12内の圧力と
同じ真空度になるように調整する。そして、ゲートバル
ブを開放して、基材Aを反応チャンバー12内のステー
ジ14の上に載置する。そして、反応チャンバー12の
外部に設けられた高周波電源24から高周波印加コイル
18に高周波を印加するとともに、図示しない反応ガス
供給源から、ガス導入ノズル25を介して、反応ガスを
反応チャンバー12内に供給する。これにより、高周波
印加コイル18に印加された高周波によって、誘導結合
型プラズマを発生させて、ステージ14に載置された基
材Aの表面にシリコン薄膜を析出形成するようになって
いる。
First, the inside of the reaction chamber 12 is maintained in a vacuum state by operating a vacuum source such as a vacuum pump to exhaust the gas through the exhaust port 13. By setting the inside of the reaction chamber 12 to a high vacuum, oxygen, carbon, nitrogen, and the like serving as an impurity source of the silicon film can be removed. The pressure at this time is preferably set to 1 × 10 −6 Torr or less. Next, after a substrate A to be processed, for example, a glass substrate, a metal substrate, or the like to be processed is loaded into the pressure adjustment chamber connected to the side portion of the reaction chamber 12, the pressure in the pressure adjustment chamber is set in the reaction chamber 12. Adjust so that the degree of vacuum is the same as the pressure. Then, the gate valve is opened, and the substrate A is placed on the stage 14 in the reaction chamber 12. Then, while applying a high frequency to the high frequency application coil 18 from a high frequency power supply 24 provided outside the reaction chamber 12, a reaction gas is supplied from a reaction gas supply source (not shown) into the reaction chamber 12 through a gas introduction nozzle 25. Supply. Thus, an inductively coupled plasma is generated by the high frequency applied to the high frequency application coil 18, and a silicon thin film is deposited and formed on the surface of the substrate A mounted on the stage 14.

【0038】反応ガス及び希釈ガスの導入量としては、
反応ガスを単独で反応チャンバー内に導入する場合、及
び、希釈ガスと同伴させて反応チャンバー内へ導入する
場合では異なるが、目的の析出速度が得られる導入量を
考慮すれば、総導入量としては30cc/分〜3000
cc/分となるようにするのが好ましい。また、反応ガ
スと希釈ガスとの混合比率は特に限定されるものではな
いが、用いる原料ガスの種類によって、反応ガスに対す
る希釈ガスの流量比(希釈ガス/反応ガス)を変えるこ
とで結晶質のシリコン膜の析出が支配的となるが、あま
りに希釈率が大きすぎると製膜効率が低下するので、上
記流量比は90/10〜50/50とするのが好適であ
る。なお、シリコン膜の構造変化は、その他の析出条
件、すなわち、高周波電力、基材温度などとも大きく関
係するので、一義的に流量比のみで規定することは困難
である。一般的には、高周波電力が高いほど、希釈率が
高いほど、さらに、基材温度が高いほど結晶質シリコン
の析出が優勢となる。
The introduction amounts of the reaction gas and the dilution gas are as follows:
The reaction gas alone is introduced into the reaction chamber, and the reaction gas is introduced into the reaction chamber together with the diluent gas. Is 30cc / min-3000
It is preferred that the pressure be cc / min. The mixing ratio between the reaction gas and the diluent gas is not particularly limited. However, by changing the flow ratio of the diluent gas to the reactant gas (diluent gas / reactant gas) depending on the type of the source gas used, the crystalline ratio is reduced. Although the deposition of the silicon film is dominant, if the dilution ratio is too large, the film formation efficiency is reduced. Therefore, the flow rate ratio is preferably set to 90/10 to 50/50. Since the structural change of the silicon film is greatly related to other deposition conditions, that is, high-frequency power, substrate temperature, and the like, it is difficult to uniquely define only the flow rate ratio. In general, the higher the high-frequency power, the higher the dilution ratio, and the higher the substrate temperature, the more the precipitation of crystalline silicon becomes dominant.

【0039】また、基材Aと高周波コイル18との間の
距離Lとしては、主たる堆積前駆体と考えられるSiH
3中性ラジカルの寿命を考慮すれば、3cm〜30cm
の範囲とするのが望ましく、ステージ14を上下に摺動
させることによって位置調整すればよい。
The distance L between the base material A and the high-frequency coil 18 is set to SiH which is considered to be a main deposition precursor.
3 Considering the lifetime of neutral radicals, 3 cm to 30 cm
The position may be adjusted by sliding the stage 14 up and down.

【0040】さらに、基材Aは、ステージ14に設けら
れた加熱装置によって、高品質なシリコン薄膜が析出し
やすいように、約150〜約250℃に加熱されてい
る。
Further, the substrate A is heated to about 150 to about 250 ° C. by a heating device provided on the stage 14 so that a high-quality silicon thin film is easily deposited.

【0041】このようにすることによって、高周波印加
コイル18に印加された高周波によって発生した誘導結
合型プラズマによって、ステージ14に載置された基材
Aの表面にシリコン薄膜が析出形成される。
In this way, a silicon thin film is deposited and formed on the surface of the substrate A mounted on the stage 14 by the inductively coupled plasma generated by the high frequency applied to the high frequency application coil 18.

【0042】なお、この薄膜形成の時間は、基材の使用
用途及び装置の形態にもよるが、例えば、シリコン薄膜
の膜厚が200〜1000nmとなるように、20〜1
00秒程度反応処理すればよい。
The time for forming the thin film depends on the use of the base material and the form of the apparatus. For example, the time for forming the thin film is 20 to 1000 nm so that the thickness of the silicon thin film is 200 to 1000 nm.
The reaction may be performed for about 00 seconds.

【0043】以上、縦置き型の装置について説明した
が、横置き型の装置に変更するなど種々変更することが
可能であることは勿論である。
Although the vertical type apparatus has been described above, it is a matter of course that various changes can be made such as a horizontal type apparatus.

【0044】本発明の多結晶シリコン膜の製造方法は、
太陽電池等の光起電力素子の製造における各種半導体層
形成工程として好適に採用することができる。即ち、現
在一般的に用いられている光起電力素子は、n型不純物
半導体であるシリコン系薄膜層と(n層ともいう。)p
型不純物半導体であるシリコン系薄膜層(p層ともい
う。)とが直接又は真性半導体であるシリコン系薄膜層
(i層ともいう。)を介して接合された積層体である
が、これらのシリコン系薄膜層の少なくとも一種を本発
明の多結晶シリコン膜の製造方法により製造することに
より、結果として高品質の光起電力素子を効率よく製造
することができる。
The method for producing a polycrystalline silicon film according to the present invention comprises:
It can be suitably used as various semiconductor layer forming steps in the manufacture of a photovoltaic element such as a solar cell. That is, a photovoltaic element generally used at present has a silicon-based thin film layer that is an n-type impurity semiconductor and a p-type layer (also referred to as an n-layer).
A silicon-based thin film layer (also referred to as a p-layer), which is a type impurity semiconductor, is bonded directly or via a silicon-based thin film layer (also referred to as an i-layer), which is an intrinsic semiconductor. By manufacturing at least one of the system thin film layers by the method for manufacturing a polycrystalline silicon film of the present invention, a high-quality photovoltaic element can be efficiently manufactured as a result.

【0045】上記光起電力素子の製造方法において、シ
リコン系薄膜層を形成する工程以外の工程は特に限定さ
れず、従来の光起電力素子の製造に使用されているプラ
ズマCVD法によるシリコン系薄膜形成方法や蒸着法に
よる金属薄膜の形成方法等の公知の方法が制限なく使用
できる。
In the method of manufacturing a photovoltaic element, the steps other than the step of forming the silicon-based thin film layer are not particularly limited, and the silicon-based thin film formed by a plasma CVD method used in the conventional method of manufacturing a photovoltaic element is used. Known methods such as a forming method and a method of forming a metal thin film by a vapor deposition method can be used without limitation.

【0046】例えば、ガラスや樹脂等の基材上にスパッ
タリング法等により酸化インジウム錫(ITO)等から
なる透明電極を形成し、形成された透明電極上にシラン
系ガスやドーパントガスを用いたプラズマCVD法によ
りp層、i層、及びn層を順次形成し、その後n層の上
に再び透明電極を形成することにより、所謂pin型構
造を有する光起電力素子を製造することができる。この
時、p層、i層、及びn層からなる群より選ばれる少な
くとも1つの層を本発明の多結晶シリコン膜の製法で形
成すればよい。本発明の多結晶シリコン膜の製法を採用
せずに形成する層については従来のプラズマCVD法が
制限なく適用できる。また、ガラス、シリコン、耐熱性
ポリマー等の基材またはステンレス等の金属基材上に、
蒸着法によりアルミニウムや銀等の金属からなる金属電
極を形成した後に該金属電極上に透明電極を形成し、次
いでその上にシラン系ガスやドーパントガスを用いたプ
ラズマCVD法により上記と同様にして、n層、i層、
及びp層を順次形成し、最後にp層上に再び透明電極を
形成することにより、所謂nip型構造を有する光起電
力素子を製造することもできる。
For example, a transparent electrode made of indium tin oxide (ITO) or the like is formed on a base material such as glass or resin by a sputtering method or the like, and a plasma using a silane-based gas or a dopant gas is formed on the formed transparent electrode. By sequentially forming a p-layer, an i-layer, and an n-layer by a CVD method, and then forming a transparent electrode again on the n-layer, a photovoltaic element having a so-called pin-type structure can be manufactured. At this time, at least one layer selected from the group consisting of a p-layer, an i-layer, and an n-layer may be formed by the method of manufacturing a polycrystalline silicon film of the present invention. A conventional plasma CVD method can be applied without limitation to a layer formed without employing the method of manufacturing a polycrystalline silicon film of the present invention. In addition, on a substrate such as glass, silicon, heat-resistant polymer or a metal substrate such as stainless steel,
After forming a metal electrode made of a metal such as aluminum or silver by a vapor deposition method, a transparent electrode is formed on the metal electrode, and then a plasma CVD method using a silane-based gas or a dopant gas thereon is performed in the same manner as described above. , N-layer, i-layer,
By sequentially forming a p-layer and finally forming a transparent electrode again on the p-layer, a photovoltaic element having a so-called nip-type structure can be manufactured.

【0047】[0047]

【実施例】以下、実施例及び比較例をあげて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。得られた膜の結晶性の評価は、RENI
SHAW社製 System2000 Raman M
icroscopeを用いたラマン散乱測定により行っ
た。この測定によれば、スペクトル中の波数520cm
-1に結晶シリコンに起因するピークが観測され、このピ
ークのカーブフィッティングにより半値幅を見積り、そ
の積分強度から結晶性を評価することができる。すなわ
ち、反値幅が小さいほど結晶性が良好であると言える。
因みに、結晶性100%のシリコンウエハーについて該
測定を行なったときの半値幅は約3cm-1であり、結晶
性約80%(アモルファス相を約20%含む)シリコン
薄膜について該測定を行なったときの反値幅は約9cm
-1である。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples. The evaluation of the crystallinity of the obtained film was made by RENI.
System2000 Raman M manufactured by SHAW
The measurement was performed by Raman scattering measurement using an microscope. According to this measurement, the wave number in the spectrum is 520 cm
A peak due to crystalline silicon is observed at −1, and the half-width can be estimated by curve fitting of this peak, and the crystallinity can be evaluated from the integrated intensity. That is, it can be said that the smaller the reversal width, the better the crystallinity.
Incidentally, when the measurement is performed on a silicon wafer having a crystallinity of 100%, the half width is about 3 cm −1 , and when the measurement is performed on a silicon thin film having a crystallinity of about 80% (containing about 20% of an amorphous phase). Is about 9cm
It is -1 .

【0048】実施例1 図1に示したIPCプラズマCVD装置のステージに基
材(石英ガラス基板、厚さ:0.5mm、寸法:10c
m×10cm)基板をセットした。なお、用いた装置に
おける高周波印加コイルは、コイル径10cmの2巻き
コイルであり、厚さ約50μmのアルミナで被覆されて
いる。
Example 1 A substrate (quartz glass substrate, thickness: 0.5 mm, size: 10c) was mounted on the stage of the IPC plasma CVD apparatus shown in FIG.
m × 10 cm) substrate was set. The high-frequency application coil in the apparatus used was a two-turn coil having a coil diameter of 10 cm, and was coated with alumina having a thickness of about 50 μm.

【0049】反応ガスとして水素ガスで希釈したモノシ
ランガス(モノシランガス濃度25%)を反応チャンバ
ー内へ供給した。モノシランガスの流量は30cc/分
とし、反応チャンバー内の圧力を10Paに維持して、
基材ステージから50mm離した高周波コイルに、1
3.56MHzの高周波電源から1kWの出力で高周波
を供給した。また、基材は200℃に加熱した。非常に
安定したプラズマが得られ、2分間処理することにより
1.21μm(約10nm/秒)の多結晶シリコン薄膜
が得られた。この膜についてラマン散乱測定を行ったと
ころ、波数520cm-1のピークの半値幅は5.48c
-1であり、高い結晶性を有することが確認された。
A monosilane gas diluted with hydrogen gas (monosilane gas concentration: 25%) was supplied into the reaction chamber as a reaction gas. The flow rate of the monosilane gas was 30 cc / min, and the pressure in the reaction chamber was maintained at 10 Pa.
A high-frequency coil 50 mm away from the substrate stage
A high frequency was supplied from a 3.56 MHz high frequency power supply at an output of 1 kW. The substrate was heated to 200 ° C. An extremely stable plasma was obtained, and a 1.21 μm (about 10 nm / sec) polycrystalline silicon thin film was obtained by performing the treatment for 2 minutes. When this film was subjected to Raman scattering measurement, the half value width of the peak at a wave number of 520 cm -1 was 5.48 c.
m −1 , confirming that it has high crystallinity.

【0050】比較例1 実施例1に於いて、一巻きの高周波印加コイルを反応チ
ャンバー内に設置する以外実施例1と同様にして、厚さ
1.05μm(8.75nm/秒)の多結晶シリコン薄
膜を形成した。この膜のラマン散乱測定を行うと、半値
幅は、7.21cm-1であった。実施例1の結果と比較
すると製膜速度及び膜の結晶性が低下していることが分
かる。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1 except that a single-turn high-frequency application coil was set in the reaction chamber, a polycrystal having a thickness of 1.05 μm (8.75 nm / sec) was used. A silicon thin film was formed. When the Raman scattering measurement of this film was performed, the half width was 7.21 cm -1 . Compared with the result of Example 1, it can be seen that the film formation speed and the crystallinity of the film are reduced.

【0051】比較例2 実施例1に於いて、反応圧力を3Paにする以外実施例
1と同様にして、厚さ0.62μm(5.17nm/
秒)の多結晶シリコン薄膜(比較品2)を形成した。こ
の膜のラマン散乱測定を行うと、半値幅10.4cm-1
が得られた。比較例3実施例1に於いて、反応圧力を8
0Paにして高周波電源をONしたがプラズマはつかな
かった。
Comparative Example 2 The procedure of Example 1 was repeated, except that the reaction pressure was changed to 3 Pa, and the thickness was 0.62 μm (5.17 nm /
S) of a polycrystalline silicon thin film (Comparative product 2). When the Raman scattering measurement of this film is performed, the half width is 10.4 cm −1.
was gotten. Comparative Example 3 In Example 1, the reaction pressure was 8
The high-frequency power was turned on at 0 Pa, but no plasma was emitted.

【0052】比較例4 実施例1に於いて、アルミナ被覆していない高周波印加
コイルを用いる他は同様にして高周波電源をONにして
プラズマをつけようとしたが、スパークが起こりプラズ
マが不安定になった。
COMPARATIVE EXAMPLE 4 In Example 1, except that a high-frequency applying coil not coated with alumina was used, a high-frequency power supply was turned on in the same manner to apply plasma, but a spark was generated and the plasma became unstable. became.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の多結晶シリコン膜の製造方法に
よれば、優れた製法上の特性を有するICPプラズマC
VD法により、高速で高品質の多結晶シリコン膜を安定
して製造することが可能となる。また、該方法を光起電
力素子製造時のシリコン系薄膜の製造方法に適用するこ
とにより、優れた特性の光起電力素子を効率よく製造す
ることが可能となる。
According to the method of manufacturing a polycrystalline silicon film of the present invention, an ICP plasma C having excellent manufacturing characteristics is provided.
By the VD method, a high-speed, high-quality polycrystalline silicon film can be stably manufactured. Further, by applying the method to a method of manufacturing a silicon-based thin film at the time of manufacturing a photovoltaic element, a photovoltaic element having excellent characteristics can be efficiently manufactured.

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

【図1】 本図は、本発明の多結晶シリコン膜の製法に
好適に使用できる代表的な誘導結合型プラズマCVD装
置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a typical inductively coupled plasma CVD apparatus that can be suitably used for the method of manufacturing a polycrystalline silicon film of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・誘導結合型プラズマCVD装置 12・・・反応チャンバー 13・・・排気口 14・・・ステージ 16・・・底壁 17・・・頂壁 18・・・高周波印加コイル 20、22・・・基端部分 24・・・高周波電源 25・・・反応ガス導入ノズル A・・・基材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Inductive coupling type plasma CVD apparatus 12 ... Reaction chamber 13 ... Exhaust port 14 ... Stage 16 ... Bottom wall 17 ... Top wall 18 ... High frequency application coil 20,22. ..Base end portion 24 ・ ・ ・ High frequency power supply 25 ・ ・ ・ Reaction gas introduction nozzle A ・ ・ ・ Base material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA06 AA17 BA29 BB03 BB12 CA06 FA04 JA06 JA09 LA16 5F045 AA08 AB03 AC01 AC16 AC17 AE17 AE19 BB12 CA13 DP02 EH11 5F051 AA03 CB04 CB12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K030 AA06 AA17 BA29 BB03 BB12 CA06 FA04 JA06 JA09 LA16 5F045 AA08 AB03 AC01 AC16 AC17 AE17 AE19 BB12 CA13 DP02 EH11 5F051 AA03 CB04 CB12

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その内部を真空状態に維持できる反応チ
ャンバーと、該反応チャンバー内にシラン系ガスを含む
反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反応
チャンバーの内部又は外部に配置した、厚さ10〜10
00μmの絶縁体で被覆された2以上の巻き数を有する
高周波印加コイルに高周波電力を印加することにより反
応ガスをプラズマ化して反応ガス誘導結合型プラズマを
発生させる反応ガスプラズマ発生手段と、その表面に薄
膜が形成される基材を保持するための基材保持手段とを
有する誘導結合型プラズマCVD装置を用いて、反応圧
力5〜50Paで化学気相蒸着を行ない、前記基材上に
多結晶シリコン膜を形成することを特徴とする多結晶シ
リコン膜の製造方法。
1. A reaction chamber capable of maintaining the inside thereof in a vacuum state, a reaction gas supply means for supplying a reaction gas containing a silane-based gas into the reaction chamber, and disposed inside or outside the reaction chamber. , Thickness 10-10
Reaction gas plasma generating means for generating a reaction gas inductively coupled plasma by applying high frequency power to a high frequency application coil having two or more turns covered with an insulator of 00 μm to generate a reaction gas inductively coupled plasma, and a surface thereof Chemical vapor deposition is performed at a reaction pressure of 5 to 50 Pa using an inductively coupled plasma CVD apparatus having a substrate holding means for holding a substrate on which a thin film is to be formed. A method for manufacturing a polycrystalline silicon film, comprising forming a silicon film.
【請求項2】 反応ガスとして、シラン系ガス濃度が1
0〜100vol.%のガスを使用することを特徴とす
る請求項1に記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
2. A silane-based gas having a concentration of 1 as a reaction gas.
0 to 100 vol. 2. The method according to claim 1, wherein a gas is used.
【請求項3】 n型不純物半導体であるシリコン系薄膜
層とp型不純物半導体であるシリコン系薄膜層とが直接
又は真性半導体であるシリコン系薄膜層を介して接合さ
れた積層体構造を構成要素として有する光起電力素子を
製造する方法において、前記シリコン系薄膜層の少なく
とも1種を請求項1又は2に記載の多結晶シリコン膜の
製造方法により製造することを特徴とする光起電力素子
の製造方法。
3. A laminated structure in which a silicon-based thin film layer as an n-type impurity semiconductor and a silicon-based thin film layer as a p-type impurity semiconductor are joined directly or via a silicon-based thin film layer as an intrinsic semiconductor. 3. A method of manufacturing a photovoltaic device having a photovoltaic device, wherein at least one of the silicon-based thin film layers is manufactured by the method of manufacturing a polycrystalline silicon film according to claim 1 or 2. Production method.
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