JP2002270519A - 多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法、多結晶Ｓｉ薄膜及び光起電力素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、大粒径の多結晶シリコン薄
膜を提供することである。 【解決手段】多結晶薄膜Ｓｉ堆積法において、少なくと
も下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に堆積する工程
と該多結晶Ｓｉ薄膜表面に非晶質Ｓｉ層を堆積する工
程と該非晶質Ｓｉ層を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを
部分的に露出させる工程と該多結晶Ｓｉが露出した部
分を核として結晶Ｓｉを成長させる工程とを含むことを
特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、結晶性が良好な多結晶
Ｓｉ薄膜を形成することが可能な多結晶Ｓｉ薄膜の形成
方法、多結晶Ｓｉ薄膜及び光起電力素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法として
は、次に示す（ａ）と（ｂ）の２つの方法が知られてい
る。

【０００３】（ａ）ＳｉＨ₄等のガスを高温に加熱した
基板上に吹き出し、ガスを分解することによって、堆積
種を生成し、基板上に多結晶Ｓｉ薄膜を形成する熱ＣＶ
Ｄ法。

【０００４】（ｂ）ＣＶＤ法又はグロー放電プラズマ分
解法により、基板上に作製した非晶質Ｓｉ膜又は粒径の
小さな多結晶Ｓｉ膜を、レーザー光照射、赤外光照射、
又は、電気炉等で加熱溶融した後、冷却処理することに
より、基板上に多結晶Ｓｉ薄膜を形成するＣＶＤ法とア
ニール処理を組み合わせた方法。

【０００５】しかしながら、上記（ａ）と（ｂ）の方法
は、多結晶Ｓｉ薄膜を作製する際、１０００℃程度ある
いはそれ以上の熱処理が必要である。そのため、多結晶
Ｓｉ薄膜を作製する基板としては、通常のガラス又は金
属等が使えないという問題があった。したがって、５０
０℃以下の低温プロセスで多結晶Ｓｉ薄膜を堆積する方
法が望まれていた。

【０００６】上記低温プロセスを実現する方法として
は、例えば、熱の代わりに放電又は光を用いて、ガスの
分解を行う方法（ｃ）が考案されている。

【０００７】その代表的なガスの分解方法としては、プ
ラズマＣＶＤ法及び光ＣＶＤ法が挙げられる。プラズマ
ＣＶＤ法は、膜の堆積速度が速い点で光ＣＶＤ法より秀
れている。通常、これらの方法では、ＳｉＨ₄ガス，Ｓ
ｉＦ₄ガス，Ｓｉ₂Ｈ₆ガス等の原料ガスをＨ₂ガスで希釈
し、放電電力を大きくした場合、３００〜４５０℃の低
温にある基板上においても多結晶Ｓｉ薄膜が作製でき
る。

【０００８】しかしながら、上記（ｃ）の方法で作製し
た多結晶Ｓｉ薄膜には、多量の非晶質Ｓｉ部分も含まれ
ている。そのため、光電変換素子として使用した場合で
は光電変換特性が悪く、結晶粒径も５ｎｍ以下となる問
題があった。その理由は、グロー放電プラズマという非
平衡反応で形成された堆積種が基板上に降りそそぎ、膜
中に取り込まれるため、形成された薄膜の構造緩和が十
分に行われないためと考えられている。したがって、低
温プロセスを維持した状態で、かつ上記の構造緩和も十
分に行うことが可能な多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法が望まれ
ていた。

【０００９】上記の低温プロセスと構造緩和とを同時に
実現する方法としては、例えば、特開平０７−５１０５
７号公報に記載された技術が挙げられる。

【００１０】この技術は、成膜空間に隣接されたそれぞ
れ別の空間で生成したＳｉＦ_n（ｎ＝１〜３）ラジカ
ル、ドーパントラジカル、及びＨラジカルを前記成膜空
間に導入し、ＳｉＦ_nラジカルとＨラジカルとを気相中
で衝突、反応させることにより、膜生成用ラジカルＳｉ
Ｆ_lＨ_m（ｌ＋ｍ≦３）を生成させ、前記成膜空間にある
基板の表面上に多結晶Ｓｉ薄膜を形成する堆積法におい
て、前記Ｈラジカルが常に流された状態の前記成膜空間
に、前記ＳｉＦ_nラジカルと前記ドーパントラジカルを
時間的に分割して導入し、前記ＳｉＦ_nラジカルと前
記Ｈラジカルが流れている時間（ｔ１）、前記ドーパ
ントラジカルと前記Ｈラジカルが流れている時間（ｔ
２）、及び前記Ｈラジカルのみが流れている時間（ｔ
３）からなる３種類の時間を繰り返しながら成膜するこ
とを特徴とする方法（ｄ）が提案されている。

【００１１】この方法（ｄ）によれば、低温プロセスを
維持した状態で、薄膜の構造緩和も十分に行うことがで
き、かつ原料ガスにドーピングガスを混入させ、ｎ型又
はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜を作製する場合にも、結晶性の
良好な多結晶Ｓｉ薄膜が得られる堆積法が実現できると
説明されている。

【００１２】しかしながら、上記（ｄ）の方法で作製し
た多結晶Ｓｉ薄膜では、ＳｉＸ_nラジカルとＨラジカル
との気相反応により、堆積に寄与するラジカルであるＳ
ｉＸ _lＨ_mラジカルを生成する。そのため望ましいラジカ
ルの割合は、反応の進行状況に依存する。それ故、各ラ
ジカルの割合、又は成膜空間の状態が異なると、望まし
いラジカルの生成割合も異なる。そのため、成膜条件が
一度決まれば、極めて良質の多結晶膜が得られる反面、
その条件を決定するためには、かなりの条件出しの実験
が必要となっていた。

【００１３】成膜空間の状態依存性が少なく、再現性の
優れた、結晶性の良好な多結晶Ｓｉ薄膜の堆積を行なう
ために、Ｓｉ原子１個あたりに、少なくともＦ原子又は
Ｃｌ原子が２個及びＨ原子が１個以上結合したガスを、
プラズマ励起電力律速領域にある電力を用いてプラズマ
グロー放電させることにより成膜を行うことを特徴とす
る多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法が、特開平０８−２５５７５
９号公報に開示さている。

【００１４】特開平１１−２６３８５号公報には、シリ
コン、アルミニウム、ホウ素のうちの少なくとも１種類
の元素を含む酸化物、あるいはシリコン原子を含むガラ
スを基板として用い、該基板の温度を２００℃乃至１０
００℃に保った状態で水素にさらし、水素の強い還元作
用によって基板表面の所々で酸素原子が還元され、酸素
原子が還元されたところでは表面にシリコン、アルミニ
ウム、ホウ素のうちの少なくとも１種類の元素の原子が
露出させた後、原料ガスの、該原料ガスを所定濃度に希
釈するためのガスに対する比率と、上記ガスをプラズマ
化するために印加する高周波電力の条件としては、高周
波電力が０．０６ワット／平方センチメートル未満にあ
っては１／２９を越えて１／５以下であり、上記高周波
電力が０．０６ワット／平方センチメートル以上０．３
ワット／平方センチメートル未満にあっては、１／１４
を越えて１／５以下の条件で、プラズマ放電を起こすこ
とにより、多結晶膜を得る方法が記載されている。

【００１５】しかしながらこの方法で得た膜の結晶粒径
は、２００ｎｍ程度で、このままでは、太陽電池等に用
いることはできない。そこで、この後、さらにこの薄膜
において目的とする結晶性を得るためにこの多結晶シリ
コン薄膜の結晶粒径を成長させるためには、上記多結晶
シリコン薄膜の堆積された基板に対して、熱処理、レー
ザーアニール処理等の一般的なアニールを施すことが必
須条件とされている。

【００１６】特許第３０６７８２１号には、基体上に非
核形成面及び核形成面を設ける工程と、選択的結晶成長
法により該基体上の核形成面のみに単結晶体を発生さ
せ、該結晶体を成長させて多結晶連続膜を形成する工程
とにより、大粒径の多結晶を得る方法が記載されてい
る。しかしながら該特許では、非核形成面及び核形成面
を設ける工程においては、フォトリソグラフィーの工程
のみしか記載されていないため、生産性を考えると問題
がある。

【００１７】太陽電池に用いる場合の多結晶シリコンの
結晶粒径は、バルクの多結晶シリコン太陽電池に遜色の
ない短絡電流及び曲線因子を得るためには好ましくは５
μｍ以上を必要とする。多結晶シリコン中に結晶粒径の
小さいものが混ざると特に曲線因子を悪くする。また太
陽電池は発生した電荷を基板に垂直方向に流すデバイス
であるため、垂直方向には粒界が存在しないことが好ま
しい。そのため基板に垂直な結晶方位が揃っていること
が好ましい。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法で作製した膜の結晶粒径は、バルクの多結晶Ｓｉ
に比べ、小さい。多結晶Ｓｉ太陽電池を作製し、その特
性を評価すると、バルクの多結晶シリコン太陽電池に比
べ、短絡電流が小さく、そのため変換効率が小さい。試
料の厚さを厚くすると結晶粒径が小さいため、曲線因子
が低下する。そのため、変換効率がある厚さ以上になる
と低下する。試料の厚みをバルクの多結晶シリコン太陽
電池のように厚くすることができないことが短絡電流を
大きくできない原因となっている。

【００１９】本発明の目的は、５μｍ以上の結晶粒径を
持ち、垂直方向に粒界が存在せず、バルクの多結晶Ｓｉ
に比べ遜色のない多結晶Ｓｉ薄膜を、例えばガラス、金
属、セラミック等の安価な基板上に作製することが可能
な多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法を提供することである。

【００２０】本発明の目的は、バルクの多結晶Ｓｉに比
べ遜色のない結晶粒径を持った多結晶Ｓｉ薄膜を、提供
することである。

【００２１】本発明の目的は、バルクの多結晶Ｓｉを用
いた場合に比べ遜色のない特性（短絡電流が大きく、変
換効率が高い）を有する光起電力素子を提供することで
ある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜
の形成方法は、下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に
堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面に非晶質Ｓｉ層を堆積する工程
と、 該非晶質Ｓｉ層を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部分
的に露出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

【００２３】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法は、
下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面に非晶質ＳｉＣ層を堆積する工
程と、 該非晶質ＳｉＣ層を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部
分的に露出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

【００２４】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法は、
下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面に酸化膜を形成する工程と、 該酸化膜を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部分的に露
出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

【００２５】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法は、
下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面に非晶質ＳｉＮ層を形成する工
程と、 該非晶質ＳｉＮ膜を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部
分的に露出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

【００２６】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法は、
下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面にマスクを形成する工程と、 針状電極を用いた水素プラズマ放電により該マスクを
部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部分的に露出させる工程
と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

【００２７】前記結晶Ｓｉを成長させる条件は、該多結
晶Ｓｉが露出した部分以外の部分には非晶質Ｓｉが堆積
する条件であることが好ましい。

【００２８】工程の後にさらに多結晶Ｓｉを成長さ
せる工程を有することが好ましい。

【００２９】の工程を、針状電極を用いた水素プラズ
マ放電によることが好ましい。

【００３０】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜は、上記形成方法
により形成した多結晶Ｓｉ薄膜であることを特徴とす
る。

【００３１】本発明の光起電力素子は、上記多結晶Ｓｉ
薄膜を用いたことを特徴とする。

【作用】本発明は、少なくとも〜（必要に応じて
）の工程を経ることによって、大粒径の多結晶Ｓｉ薄
膜が得られる。

【００３２】すなわちの工程によって、基板上に多結
晶のＳｉ膜を形成する。この工程では、結晶核の発生密
度が高いため２００ｎｍを超えるような大粒型の結晶は
５００℃以下の成膜温度では一般的には得られない。

【００３３】及びの工程で、多結晶のＳｉ膜の一部
のみが表面に露出することになる。極めて少ない数の結
晶粒が表面に露出する。大部分の結晶粒は非晶質Ｓｉ層
等のマスクで覆われている。

【００３４】の工程で、表面に露出している結晶粒を
種として結晶が成長する。成長した結晶が互いにぶつか
るまで成長する。従って大粒径の結晶粒が得られる。ま
た非晶質Ｓｉ層で覆われた部分には非晶質Ｓｉが堆積す
る条件とすることによって前記結晶粒が水平方向に成長
するのを妨げないため好ましい。

【００３５】必要に応じての工程で、所望の厚さまで
結晶粒を垂直方向に成長させる。

【００３６】

【実施態様例】以下図面をもとに本発明の実施態様を説
明する。図１は、本発明で用いるのに好適な装置の一例
である。１０はの工程を行なうためのチャンバーであ
る。２０はの工程を行なうためのチャンバーである。
３０はの工程を行なうためのチャンバーである。４０
は及びの工程を行なうためのチャンバーである。１
は基板を挿入するためのロードロック室である。２は基
板を移動するための搬送チャンバーである。ロードロッ
ク室１と搬送チャンバー２との間にはゲート弁３を介し
て連結されている。ロードロック室１から搬送チャンバ
ー２に基板を移動するとき開けられ、水平方向の搬送棒
７によって、移動させられる。４はロードロック室１を
排気するための排気装置である。ロードロック室１とは
バルブ６を介して排気管５によりつながっている。

【００３７】搬送チャンバー２のチャンバー１０の正面
に移動した基板は、水平方向の搬送棒７から垂直方向の
搬送棒１１に移される。ゲート弁１３が開き、チャンバ
ー連結管１２を通ってチャンバー１０の所定の場所に設
置される。空の垂直方向の搬送棒１１は搬送チャンバー
に引き戻され、ゲート弁１３が閉じられる。チャンバー
１０は、排気装置１４に排気管１５により接続されてい
る。１６はチャンバー１０内の圧力を調整するための自
動バタフライ弁である。の工程を終えた後、再びゲー
ト弁１３が開かれ、垂直方向の搬送棒１１がチャンバー
１０に挿入され、基板が搬送棒１１に移される。そこで
搬送棒１１は搬送チャンバーに引き戻され、ゲート弁１
３が閉じられる。つぎに、搬送チャンバー２に移動した
基板は、垂直方向の搬送棒１１がら水平方向の搬送棒７
に移される。その後チャンバー２０の正面に移動させら
れる。

【００３８】搬送チャンバー２のチャンバー２０の正面
に移動した基板は、水平方向の搬送棒７から垂直方向の
搬送棒２１に移される。ゲート弁２３が開き、チャンバ
ー連結管２２を通ってチャンバー２０の所定の場所に設
置される。空の垂直方向の搬送棒２１は搬送チャンバー
に引き戻され、ゲート弁２３が閉じられる。チャンバー
２０は、排気装置２４に排気管２５により接続されてい
る。２６はチャンバー２０内の圧力を調整するための自
動バタフライ弁である。の工程を終えた後、再びゲー
ト弁２３が開かれ、垂直方向の搬送棒２１がチャンバー
２０に挿入され、基板が搬送棒２１に移される。そこで
搬送棒２１は搬送チャンバーに引き戻され、ゲート弁２
３が閉じられる。つぎに、搬送チャンバー２に移動した
基板は、垂直方向の搬送棒２１がら水平方向の搬送棒７
に移される。その後チャンバー３０の正面に移動させら
れる。

【００３９】搬送チャンバー３のチャンバー３０の正面
に移動した基板は、水平方向の搬送棒７から垂直方向の
搬送棒３１に移される。ゲート弁３３が開き、チャンバ
ー連結管３２を通ってチャンバー３０の所定の場所に設
置される。空の垂直方向の搬送棒２１は搬送チャンバー
に引き戻され、ゲート弁３３が閉じられる。チャンバー
３０は、排気装置３４に排気管３５により接続されてい
る。３６はチャンバー３０内の圧力を調整するための自
動バタフライ弁である。の工程を終えた後、再びゲー
ト弁３３が開かれ、垂直方向の搬送棒２１がチャンバー
３０に挿入され、基板が搬送棒３１に移される。そこで
搬送棒３１は搬送チャンバーに引き戻され、ゲート弁３
３が閉じられる。つぎに、搬送チャンバー２に移動した
基板は、垂直方向の搬送棒３１がら水平方向の搬送棒７
に移される。その後チャンバー４０の正面に移動させら
れる。

【００４０】搬送チャンバー２のチャンバー４０の正面
に移動した基板は、水平方向の搬送棒７から垂直方向の
搬送棒４１に移される。ゲート弁４３が開き、チャンバ
ー連結管４２を通ってチャンバー４０の所定の場所に設
置される。空の垂直方向の搬送棒４１は搬送チャンバー
に引き戻され、ゲート弁４３が閉じられる。チャンバー
４０は、排気装置４４に排気管４５により接続されてい
る。４６はチャンバー４０内の圧力を調整するための自
動バタフライ弁である。の工程を終えた後、再びゲー
ト弁４３が開かれ、垂直方向の搬送棒４１がチャンバー
４０に挿入され、基板が搬送棒４１に移される。そこで
搬送棒４１は搬送チャンバーに引き戻され、ゲート弁４
３が閉じられる。つぎに、搬送チャンバー２に移動した
基板は、垂直方向の搬送棒４１がら水平方向の搬送棒７
に移される。

【００４１】〜の工程を行なった基板は、水平方向
の搬送棒７によりロードロック室１に移動させられ、取
り出される。

【００４２】以下に各工程を詳細に説明する。 下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に堆積する工程。 本発明に用いる基板としては、結晶Ｓｉウエハーとは異
なるものが用いられる。通常金属、ガラス、セラミック
が用いられる。導電性を摂る必要のあるときには、ガラ
ス、セラミックスの上に金属膜を所望の厚さ形成したも
のが用いられる。

【００４３】本発明の工程、及びで用いる原料ガ
スとしては、ＳｉＨ₄、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ_xＦ_y
Ｈ_z 又は Ｓｉ_xＣｌ_yＨ_z （ｘ，ｙ，ｚは１以上の整
数）と表記されるものである。これらのガスは必要に応
じてＨ₂ガスで希釈されたものが用いられる。特にＳｉ
Ｈ₄ガスを原料とするときは、１０倍以上Ｈ₂ガスで希釈
しないと多結晶Ｓｉ膜は得にくい。またＳｉＦ₄、Ｓｉ
Ｃｌ₄を原料ガスとして用いるときは、Ｈ₂ガスで希釈す
るか、あるいはＳｉＨ₄，ＳｉＣｌ₂Ｈ₂等のガスのよう
にその構成元素にＨを含むガスと混合するか、あるいは
Ｈ₂ガスで希釈し、かつＳｉＨ₄，ＳｉＣｌ₂Ｈ₂等のガス
のようにその構成元素にＨを含むガスと混合するかのい
ずれかの方法でガスを成膜空間に流さないと膜の成膜が
起きない。

【００４４】基板は、通常１５０℃〜５００℃の温度に
加熱される。

【００４５】本発明におけるプラズマ励起電力源は、Ｖ
ＨＦ、ＵＨＦ、マイクロ波等の周波数領域が適してい
る。印加電力は、マッチング条件、電極構造等により異
なるが、通常１Ｗ／ｃｍ²〜５０Ｗ／ｃｍ²程度の電力が
印加される。

【００４６】チャンバー内の圧力は、通常１０から５０
０Ｐａ程度に設定される。

【００４７】の工程での好ましい堆積膜厚は、通常５
ｎｍから２００ｎｍである。膜厚の下限は、結晶化して
いるか否かで決定される。上限は生産性を考えて決定さ
れる。

【００４８】また適当な膜厚を成膜した後、成膜表面に
対してＨラジカルによる処理を行うことを繰返すことに
より、より粒径の大きい良質の多結晶Ｓｉ膜を作製する
ことができる。

【００４９】また、原料ガスとして（この場合ＳｉＨ₄
等の他のガスを２０％以下含んでいてもよい。）、ハロ
ゲン化珪素ガスを用い、かつＨ₂ガスをハロゲン化珪素
ガスに対し、１：１０から２０：１の割合で混合するこ
とにより、あるいは一部ハロゲン化した水素化珪素ガス
を用いることにより、（１１０）に配向した粒径の大き
い良質の多結晶Ｓｉ膜を作製することができる。

【００５０】太陽電池等の垂直方向に電流を流すデバイ
スを目的として考えるならば、このように結晶粒が垂直
方向に成長した膜が好ましい。

【００５１】本発明における多結晶Ｓｉ薄膜を形成する
堆積装置としては、例えば、図２が挙げられる。

【００５２】図１のチャンバー１０及び４０は図２の構
造をしている。

【００５３】以下では、図２を参照して、成膜装置の詳
細に関して説明する。

【００５４】１０１は成膜用の真空チャンバーである。
１０２はプラズマグロー放電用のカソード電極である。
１０２は絶縁リング１０３によって、真空チャンバー１
０１とは電気的に絶縁されている。カソード電極１０２
はマッチングボックス１０４を介して１０５ＭＨｚのＶ
ＨＦ電源１０５に接続されている。１０６はシールド筒
でカソード電極１０２と真空チャンバー１０１の内壁と
の放電を防止するために設置されている。カソード電極
１０２とシールド筒１０６との間隔は１ｍｍにとってあ
る。圧力が５００Ｐａ以下であれば、使用しているガス
においてカソード電極１０２とシールド筒１０６との間
の放電はパッシェンの法則によって起こらない。

【００５５】１０７はアノード電極で、カソード電極１
０２との間にグロー放電を起こす。アノード電極１０７
の表面には基板１０８が設置される。１０９はヒーター
ブロックでヒーター１１０が埋め込まれており、熱電対
１１１が取り付けられている。ヒーター１１０、熱電対
１１１は温度コントローラー１１２に接続されており、
ヒーターブロック１０９を所望の温度に加熱され、その
結果アノード電極１０７の表面に取り付けられている基
板１０８が所望の温度に加熱される。１１３、１１４、
１１５はそれぞれ原料ガス及び、水素ガスの導入管であ
る。導入管１１３、１１４、１１５はそれぞれ流量コン
トローラー１１６、１１７、１１８及びバルブ１１９、
１２０、１２１に接続されており、それぞれガス管１２
２、１２３、１２４によってそれぞれのガスボンベ及び
その圧力調整器に接続されている。１１３、１１４、１
１５は、途中で一本に連結されて、バルブ１２５噴出し
口１２６よりチャンバー内に導入される。

【００５６】１２７はチャンバー１０１内の圧力を測定
するための真空圧力計で、圧力コントローラー１３０に
信号を送っている。圧力コントローラー１３０は、その
信号と設定値との比較により、排気管１２８の途中に取
付られた自動バタフライ弁１２９の開閉度を制御し、チ
ャンバー１０１内の圧力が設定値になるようにコントロ
ールしている。

【００５７】排気管１２８は真空排気装置（不図示）に
接続されている。

【００５８】図２のチャンバー１０１、不図示の排気装
置、排気管１２８及び自動バタフライ弁１２９は、それ
ぞれ図１のチャンバー１０、排気装置１４、排気管１
５、及び自動バタフライ弁１６に対応する。また図１の
チャンバー４０、排気装置４４、排気管４５、及び自動
バタフライ弁４６にも対応する。

【００５９】図１の搬送チャンバー２とチャンバー１０
とを連結するチャンバー連結管１２及び４２はそれぞれ
図２の基板１０８の付近で、図面に垂直方向に取り付け
られている。

【００６０】マスクを形成する工程 −１（非晶質Ｓｉ層を形成する工程） の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積した基板を、図１の
マスク（本例では非晶質Ｓｉ層）形成チャンバー２０に
挿入する。非晶質Ｓｉ層形成チャンバー２０の構造は、
の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積したチャンバー１０
と同じである。その構造は、図２に示されているものと
同じものである。以下必要に応じて、の工程でも図２
を用いる。またの工程で用いたチャンバーをそのまま
用いても良い。

【００６１】図１の搬送チャンバー２とチャンバー２０
とを連結するチャンバー連結管２２は図２の基板１０８
の付近で、図面に垂直方向に取り付けられている。

【００６２】非晶質Ｓｉ層形成用のガスとしては、Ｓｉ
Ｈ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆，ＳｉＦ₄，ＳｉＣｌ ₄，ＳｉＣｌ₂Ｈ₂等
の水素化珪素ガス、ハロゲン化珪素ガス、一部ハロゲン
化した水素化珪素ガスが用いられる。必要に応じて、Ｈ
ｅ、Ａｒ、Ｈ₂等のガスで希釈してチャンバー内に導入
する。

【００６３】基板の温度は、一般には１５０℃から３５
０℃に加熱する。チャンバー内の圧力は、通常１０から
５００Ｐａ程度に設定される。この状態で、カソード電
極とアノード電極とのあいだに高周波電力を印加する。
本発明におけるプラズマ励起電力源は、ＲＦ，ＶＨＦ，
ＵＨＦマイクロ波等の周波数領域が適している。印加電
力は、マッチング条件、電極構造等により異なるが、通
常０．１Ｗ／ｃｍ²〜５０Ｗ／ｃｍ²程度の電力が印加さ
れる。

【００６４】好ましい堆積膜厚は、通常１ｎｍから２０
ｎｍである。膜厚の下限は、均一な膜が形成されている
か否かで決定される。上限はの工程でのエッチング速
度と生産性を考えて決定される。

【００６５】−２（非晶質ＳｉＣ膜を形成する工程） の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積した基板を、図１の
マスク（本例では非晶質ＳｉＣ膜）形成チャンバー２０
に挿入する。非晶質Ｓｉ層形成チャンバー２０の構造
は、の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積したチャンバー
１０と同じである。その構造は、図２に示されているも
のと同じものである。以下必要に応じて、の工程でも
図２を用いる。またの工程で用いたチャンバーそのま
ま用いても良い。

【００６６】図１の搬送チャンバー２とチャンバー２０
とを連結するチャンバー連結管２２は図２の基板１０８
の付近で、図面に垂直方向に取り付けられている。

【００６７】非晶質ＳｉＣ膜形成用の原料ガスとして
は、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＣ
ｌ₂Ｈ₂等の水素化珪素ガス、ハロゲン化珪素ガス、一部
ハロゲン化した水素化珪素ガスとＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、Ｃ
Ｆ₄、Ｃ₂Ｆ₆等の水素化あるいはハロゲン化炭素ガスと
を混合したものが用いられる。必要に応じて、Ｈｅ、Ａ
ｒ、Ｈ₂等のガスで希釈してチャンバー内に導入する。
特に原料ガスに水素化物が全く含まれない場合はＨ₂の
混合は不可欠である。

【００６８】基板の温度は、一般には１５０℃から３５
０℃に加熱する。チャンバー内の圧力は、通常１０から
５００Ｐａ程度に設定される。この状態で、カソード電
極とアノード電極とのあいだに高周波電力を印加する。
本発明におけるプラズマ励起電力源は、ＲＦ、ＶＨＦ、
ＵＨＦマイクロ波等の周波数領域が適している。印加電
力は、マッチング条件、電極構造等により異なるが、通
常０．２Ｗ／ｃｍ²〜１００ Ｗ／ｃｍ²程度の電力が印
加される。

【００６９】好ましい堆積膜厚は、通常１ｎｍから２０
ｎｍである。膜厚の下限は、均一な膜が形成されている
か否かで決定される。上限はの工程でのエッチング速
度と生産性を考えて決定される。

【００７０】非晶質ＳｉＣ膜に必要な性質は非晶質であ
ることのみであり、電気的、光学的特性については、特
に論じない。そのため通常のデバイス作製に向かないよ
うなスパッタリング法もの工程では用いることもでき
る。

【００７１】図１の搬送チャンバー２とチャンバー２０
とを連結するチャンバー連結管２２は図２の基板１０８
の付近で、図面に垂直方向に取り付けられている。

【００７２】−３（酸化膜を形成する工程） の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積した基板を、図３に
示すような酸化膜形成チャンバーに挿入する。以下図３
について、説明する。

【００７３】２０１は酸化膜形成用の真空チャンバーで
ある。２０７は加熱用の基板ホルダーで、その内部にヒ
ーターブロック２０９がある。ヒーターブロック２０９
にはヒーター２１０が埋め込まれており、熱電対２１１
が取り付けられている。ヒーター２１０、熱電対２１１
は温度コントローラー２１２に接続されており、ヒータ
ーブロック２０９を所望の温度に加熱され、その結果加
熱用の基板ホルダー２０７の表面に取り付けられている
基板２０８が所望の温度に加熱される。

【００７４】２１４は酸化用ガス導入管である。導入管
２１４は流量コントローラー２１６及びバルブ２２０に
接続されており、ガス管２２３によってガスボンベ及び
圧力調整器に接続されている。２１４は、バルブ２２
５、噴出し口２２６よりチャンバー内に導入される。

【００７５】２２７はチャンバー２０１内の圧力を測定
するための真空圧力計で、圧力コントローラー２３０に
信号を送っている。圧力コントローラー２３０は、その
信号と設定値との比較により、排気管２２８の途中に取
付られた自動バタフライ弁２２９の開閉度を制御し、チ
ャンバー２０１内の圧力が設定値になるようにコントロ
ールしている。

【００７６】排気管２２８は真空排気装置（不図示）に
接続されている。

【００７７】図３のチャンバー２０１、不図示の排気装
置、排気管２２８及び自動バタフライ弁２２９は、それ
ぞれ図１のチャンバー２０、排気装置２４、排気管２
５、及び自動バタフライ弁２６に対応する。

【００７８】図１の搬送チャンバー２とチャンバー２０
とを連結しているチャンバー連結管２２は図３の基板２
０８の付近で、図面に垂直方向に取り付けられている。

【００７９】酸化膜形成用のガスとしては、Ｏ₂、Ｎ
Ｏ₂、Ｎ₂０、ＮＯ等のガスが用いられる。酸化の進行が
激しすぎる場合は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｎ₂等のガスで
希釈してチャンバー内に導入する。

【００８０】基板の温度は、室温でも良いが、反応を早
くする場合は、１５０℃から５００℃に加熱する。チャ
ンバー内の圧力は通常１０²から１０⁵Ｐａに保たれる。
酸化時間は、ガスの濃度、基板の温度、チャンバー内の
圧力によって異なるが、生産性及び操作性を考え、１〜
６０分程度が選ばれる。

【００８１】−４（非晶質ＳｉＮ膜を形成する工程） の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積した基板を、図１の
マスク（本例では非晶質ＳｉＮ膜）形成チャンバー２０
に挿入する。非晶質Ｓｉ層形成チャンバー２０の構造
は、の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積したチャンバー
１０と同じである。その構造は、図２に示されているも
のと同じものである。以下必要に応じて、の工程でも
図２を用いる。またの工程で用いたチャンバーそのま
ま用いても良い。

【００８２】図１の搬送チャンバーとのチャンバー連結
管２２は図２の基板１０８の付近で、図面に垂直方向に
取り付けられている。

【００８３】非晶質ＳｉＮ膜形成用の原料ガスとして
は、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＣ
ｌ₂Ｈ₂等の水素化珪素ガス、ハロゲン化珪素ガス、一部
ハロゲン化した水素化珪素ガスとＮ₂、ＮＨ₃等の窒化ガ
スとを混合したものが用いられる。必要に応じて、Ｈ
ｅ、Ａｒ、Ｈ₂等のガスで希釈してチャンバー内に導入
する。

【００８４】基板の温度は、一般には１５０℃から３５
０℃に加熱する。チャンバー内の圧力は、通常１０から
５００Ｐａ程度に設定される。この状態で、カソード電
極とアノード電極とのあいだに高周波電力を印加する。
本発明におけるプラズマ励起電力源は、ＲＦ、ＶＨＦ、
ＵＨＦマイクロ波等の周波数領域が適している。印加電
力は、マッチング条件、電極構造等により異なるが、通
常０．１Ｗ／ｃｍ²〜５０ Ｗ／ｃｍ²程度の電力が印加
される。

【００８５】好ましい堆積膜厚は、通常１ｎｍから２０
ｎｍである。膜厚の下限は、均一な膜が形成されている
か否かで決定される。上限はの工程でのエッチング速
度と生産性を考えて決定される。

【００８６】非晶質ＳｉＮ膜に必要な性質は非晶質であ
ることのみであり、電気的、光学的特性については、特
に論じない。そのため通常のデバイス作製に向かないよ
うなスパッタリング法もの工程では用いることもでき
る。

【００８７】図１の搬送チャンバーとのチャンバー連結
管２２は図２の基板１０８の付近で、図面に垂直方向に
取り付けられている。

【００８８】３マスクを部分的に除去し、多結晶Ｓｉを
部分的に露出させる工程の工程で、多結晶Ｓｉ薄膜の
上に非晶質Ｓｉ層等のマスクを形成した基板を、図４に
示すようなＨ₂プラズマチャンバーに挿入し、部分的に
非晶質Ｓｉ層等のマスクを除去した。以下、図４につい
て、マスクとして非晶質Ｓｉ層を例として説明する。他
のマスクについても同様である。

【００８９】３０１はＨ₂プラズマ照射用の真空チャン
バーである。３０２はプラズマグロー放電用のカソード
電極である。３０２は絶縁リング３０３によって、真空
チャンバー３０１とは電気的に絶縁されている。カソー
ド電極３０２はマッチングボックス３０４を介して１０
５ＭＨｚのＶＨＦ電源３０５に接続されている。３０６
はシールド筒でカソード電極３０２と真空チャンバー３
０１の内壁との放電を防止するために設置されている。
カソード電極３０２とシールド筒３０６との間隔は１ｍ
ｍにとってある。圧力が５００Ｐａ以下であれば、使用
しているガスにおいてカソード電極３０２とシールド筒
３０６との間の放電はパッシェンの法則によって起こら
ない。

【００９０】放電を局所的に不均一化するためにカソー
ド電極３０２の上部に針状の電極３３１が取り付けられ
ている。針状の電極３３１の先端はφ１μｍ程度にに尖
らせてある。各針状電極の間隔は５０μｍである。

【００９１】また、放電の不均一性が基板表面でも針状
電極の間隔を反映して維持できるように、針状電極と基
板との距離は３−１０ｍｍ程度に設定されている。

【００９２】３０７はアノード電極で、カソード電極３
０２との間にグロー放電を起こす。アノード電極３０７
の表面には基板３０８が設置される。３０９はヒーター
ブロックでヒーター３１０が埋め込まれており、熱電対
３１１が取り付けられている。ヒーター３１０、熱電対
３１１は温度コントローラー３１２に接続されており、
ヒーターブロック３０９を所望の温度に加熱され、その
結果アノード電極３０７の表面に取り付けられている基
板３０８が所望の温度に加熱される。３１４は水素ガス
の導入管である。導入管３１４は流量コントローラー３
１６及びバルブ３２０に接続されてそれぞれおり、ガス
管３２３によってガスボンベ及び圧力調整器に接続され
ている。３１４は、バルブ３２５を介して噴出し口３２
６よりチャンバー内に導入される。

【００９３】３２７はチャンバー３０１内の圧力を測定
するための真空圧力計で、圧力コントローラー３３０に
信号を送っている。圧力コントローラー３３０は、その
信号と設定値との比較により、排気管３２８の途中に取
付られた自動バタフライ弁３２９の開閉度を制御し、チ
ャンバー３０１内の圧力が設定値になるようにコントロ
ールしている。

【００９４】排気管３２８は真空排気装置（不図示）に
接続されている。

【００９５】図４のチャンバー３０１、不図示の排気装
置、排気管３２８及び自動バタフライ弁３２９は、それ
ぞれ図１のチャンバー３０、排気装置３４、排気管３
５、及び自動バタフライ弁３６に対応する。図１の搬送
チャンバーとのチャンバー連結管３２はそれぞれ図４の
基板３０８の付近で、図面に垂直方向に取り付けられて
いる。

【００９６】基板の温度は、通常室温で行なわれるが、
Ｈ₂プラズマ照射により、露出したＳｉ結晶の結晶性を
向上させるために、１５０℃から５００℃に上げておい
ても良い。

【００９７】チャンバー内の圧力は、通常１０から５０
０Ｐａ程度に設定される。

【００９８】４多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結
晶Ｓｉを成長させる（多結晶Ｓｉ膜を堆積する）工程 の工程で、表面を被っていた非晶質Ｓｉ層が部分的に
除去された多結晶Ｓｉ薄膜において、表面に露出してい
る多結晶Ｓｉ部分を結晶核として結晶Ｓｉを成長させ
る。基本的にはの工程と同じ工程を行なうが、生産性
を上げるために堆積速度を速くする条件が一般的には用
いられる。すなわちガス流量を大きく、また印加する電
力パワーを大きくする。

【００９９】ただし、で形成した部分的に露出してい
る多結晶Ｓｉの上にその結晶構造を踏襲して成長させる
ためには、多結晶が露出していない非晶質Ｓｉ層で覆わ
れた部分の上には非晶質Ｓｉが形成される必要がある。

【０１００】この上に結晶質のＳｉが堆積すると、その
存在が露出している多結晶Ｓｉの横方向への拡大を妨害
することになる。多結晶の横方向への成長によって水平
面が多結晶によってすべておおわれるまでは、露出して
いる多結晶Ｓｉの上には、該多結晶Ｓｉが成長し、か
つ、非晶質Ｓｉ層上には非晶質Ｓｉが堆積する成膜条件
が採用される。この条件は、の成膜条件より若干Ｈ₂
希釈率の低い条件、あるいは若干温度の低い条件、ある
いは投入電力密度の若干低い条件である。この条件はあ
らかじめそれぞれ単独で多結晶Ｓｉ上及び非晶質Ｓｉ層
上への堆積を行なって決める。このときの結晶質及び非
晶質の確認は、ラマン分光法、エリプソメトリー及びＲ
ＨＥＥＤで行なった。

【０１０１】この工程の結果、作製試料は、非晶質Ｓｉ
層の穴から成長した大粒径の結晶粒で覆われることにな
る。太陽電池等の垂直方向に電流を流すデバイスを目的
として考えるならば、結晶粒は垂直方向に粒界を作ら
ず、成長した膜が好ましい。従っての工程で作製した
結晶粒の構造を保って成長することが好ましい。

【０１０２】の工程 その後多結晶の垂直方向の成長条件を維持しながら、徐
々に高成膜速度の条件に変える。

【０１０３】の工程の終了時との工程の開始時には
明確な区切りはない。の成膜条件をの工程で続けて
も良いが、一般的には徐々に多結晶が高速で成膜する条
件に変える。従って装置的にはと同じ装置をそのまま
用いる。もちろん結晶構造を乱さないならば、成膜条件
を急激に変えてもよく、いったん成膜を中止し、別の装
置に移して成長を続けても良い。

【０１０４】及びの工程において、装置は、図２と
同じ構造の装置を用いる。またの工程で用いた装置を
用いても良い。

【０１０５】

【実施例】（実施例１） の工程 石英ガラス基板を図１のロードロック室１に入れ、十分
排気した後、ゲ−ト弁３を開け、水平の搬送棒７に取り
付け、搬送チャンバー２のチャンバー１０の直前の位置
に移動した。ゲート弁３を閉じた。水平の搬送棒７から
垂直の搬送棒１１に移し変えた後、ゲート弁１３を開
け、チャンバー１０に挿入した。チャンバー１０のアノ
ード電極上に設置した後、搬送棒１１を引いて搬送チャ
ンバー２に戻した後、ゲート弁１３を閉じた。

【０１０６】以下の工程を図２にもとづいて説明す
る。

【０１０７】基板１０８はアノード電極１０７に取り付
けられている。この状態でチャンバー内を２×１０^-3Ｐ
ａ以下まで排気した。同時に基板温度が３５０℃になる
ようにヒーターコントローラー１１２をセットし加熱し
た。

【０１０８】３０分経過後、バルブ１２５及び１１９，
１２０，１２１を開け、ガス導入管１１３よりＳｉＨ₄
ガス５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１４よりＳｉＦ₄ガス５
５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１５よりＨ₂ガス１１０ｓｃ
ｃｍをチャンバー内に導入した。次に圧力コントローラ
ー１３０により、チャンバー内の圧力を６５Ｐａになる
ように設定した。

【０１０９】この状態で、ＶＨＦ電源を発振させ、カソ
ードとアノード間に放電を生起した。放電電力は３．５
Ｗ／ｃｍ²で行なった。この状態を２分間続け、放電を
切った。

【０１１０】ガスの導入を止めた後、再び図１のゲ−ト
弁１３を開け、垂直方向の搬送棒１１を挿入し、基板を
搬送棒１１に移し、搬送棒１１を引いた後、ゲート弁１
３を閉じた。次に垂直方向の搬送棒１１から水平方向の
搬送棒７に移し変え、それをチャンバー４０の直前の位
置に移動した。

【０１１１】次に垂直方向の搬送棒４１に基板を移し変
えた後、ゲート弁４３を開け、チャンバー４０に挿入し
た。チャンバー４０のアノード電極上に設置した後、搬
送棒４１を引いて搬送チャンバー２に戻した後、ゲート
弁４３を閉じた。チャンバー４０には分光エリプソメト
リーの装置が取り付けられており、アノード電極上にセ
ットされた試料の光学的性質が測定される。既測定のデ
ータを用いたシュミレーション結果と比較することによ
り、結晶化率、表面のラフネス、膜厚は推定できる。測
定の結果、この試料は、完全に結晶化しており、膜厚は
９０ｎｍであることがわかった。

【０１１２】再び図１のゲ−ト弁４３を開け、垂直方向
の搬送棒４１を挿入し、基板を搬送棒４１に移し、搬送
棒４１を引いた後、ゲート弁４３を閉じた。次に垂直方
向の搬送棒４１から水平方向の搬送棒７に移し変え、そ
れをチャンバー２０の直前の位置に移動した。

【０１１３】の工程 水平の搬送棒７から垂直の搬送棒２１に移し変えた後、
ゲート弁２３を開け、チャンバー２０に挿入した。チャ
ンバー２０の加熱用の基板ホルダー２０７に設置した
後、搬送棒１１を引いて搬送チャンバー２に戻した後、
ゲート弁１３を閉じた。

【０１１４】以下の工程は図２にもとづいて説明す
る。

【０１１５】基板１０８はアノード電極１０７に取り付
けられている。この状態でチャンバー内を２×１０^-3Ｐ
ａ以下まで排気した。同時に基板温度が２００℃になる
ようにヒーターコントローラー１１２をセットし加熱し
た。

【０１１６】３０分経過後、バルブ１２５及び１１９，
１２１を開け、ガス導入管１１３よりＳｉＨ₄ガス５ｓ
ｃｃｍ、ガス導入管１１４よりＨ₂ガス１０ｓｃｃｍを
チャンバー内に導入した。次に圧力コントローラー１３
０により、チャンバー内の圧力を１５Ｐａになるように
設定した。

【０１１７】この状態で、ＲＦ電源を発振させ、カソー
ドとアノード間に放電を生起した。放電電力は０．７Ｗ
／ｃｍ²で行なった。この状態を１分間続け、放電を切
った。

【０１１８】ガスの導入を止めた後、再び図１のゲ−ト
弁２３を開け、垂直方向の搬送棒２１を挿入し、基板を
搬送棒２１に移し、搬送棒２１を引いた後、ゲート弁２
３を閉じた。次に垂直方向の搬送棒２１から水平方向の
搬送棒７に移し変え、それをチャンバー４０の直前の位
置に移動した。

【０１１９】次に垂直方向の搬送棒４１に基板を移し変
えた後、ゲート弁４３を開け、チャンバー４０に挿入し
た。チャンバー４０のアノード電極上に設置した後、搬
送棒４１を引いて搬送チャンバー２に戻した後、ゲート
弁４３を閉じた。チャンバー４０には分光エリプソメト
リーの装置が取り付けられており、アノード電極上にセ
ットされた試料の光学的性質が測定される。既測定のデ
ータを用いたシュミレーション結果と比較することによ
り、非晶質Ｓｉ層の形成及びその膜厚が推定できる。測
定の結果、多結晶Ｓｉ膜の上に、非晶質Ｓｉ膜が厚さ４
ｎｍ形成されていることがわかった。

【０１２０】再び図１のゲ−ト弁４３を開け、垂直方向
の搬送棒４１を挿入し、基板を搬送棒４１に移し、搬送
棒４１を引いた後、ゲート弁４３を閉じた。次に垂直方
向の搬送棒４１から水平方向の搬送棒７に移し変え、そ
れをチャンバー３０の直前の位置に移動した。

【０１２１】工程 水平の搬送棒７から垂直の搬送棒３１に移し変えた後、
ゲート弁３３を開け、チャンバー３０に挿入した。チャ
ンバー３０の基板ホルダー３０７に設置した後、搬送棒
３１を引いて搬送チャンバー２に戻した後、ゲート弁３
３を閉じた。

【０１２２】以下の工程は図２にもとづいて説明す
る。

【０１２３】基板３０８はアノード電極３０７に取り付
けられている。この状態でチャンバー内を２×１０^-3Ｐ
ａ以下まで排気した。基板温度は４５０℃になるように
ヒーターコントローラー３１２をセットし加熱した。

【０１２４】３０分経過後、バルブ３２５及び３２０を
開け、ガス導入管３１４よりＨ₂ガス１５０ｓｃｃｍを
チャンバー内に導入した。次に圧力コントローラー２３
０により、チャンバー内の圧力を２５Ｐａになるように
設定した。

【０１２５】この状態で、ＶＨＦ電源を発振させ、カソ
ード３０２と、アノード電極３０７との間に電力を印加
した。放電はカソード電極３０２上の針状電極３３１と
アノ−ド電極３０７上の基板３０８との間に極めて強い
放電が起きた。投入電力密度は、５．４Ｗ／ｃｍ²であ
った。この状態を３分間続け、放電を切った。

【０１２６】そのまま１０分間基板温度、チャンバー内
圧力を保持したまま、水素を流した。その後ガスの導入
を止め、再び図１のゲート弁３３を開け、垂直方向の搬
送棒３１を挿入し、基板を搬送棒３１に移し、搬送棒３
１を引いた後、ゲート弁４３を閉じた。次に垂直方向の
搬送棒３１から水平方向の搬送棒７に移し変え、それを
チャンバー４０の直前の位置に移動した。

【０１２７】の工程 水平の搬送棒７から垂直の搬送棒４１に移し変えた後、
ゲート弁４３を開け、チャンバー４０に挿入した。チャ
ンバー４０のアノード電極上に設置した後、搬送棒４１
を引いて搬送チャンバー２に戻した後、ゲート弁４３を
閉じた。チャンバー４０の構造はチャンバー１０の構造
と同じものであるため、の工程及びの工程は図２に
もとづいて説明する。

【０１２８】基板１０８はアノード電極１０７に取り付
けられている。この状態でチャンバー内を２×１０^-3Ｐ
ａ以下まで排気した。同時に基板温度が３５０℃になる
ようにヒーターコントローラー１１２をセットし加熱し
た。

【０１２９】３０分経過後、バルブ１２５及び１１９，
１２０，１２１を開け、ガス導入管１１３よりＳｉＨ₄
ガス５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１４よりＳｉＦ₄ガス５
５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１５よりＨ₂ガス５０ｓｃｃ
ｍをチャンバー内に導入した。次に圧力コントローラー
１３０により、チャンバー内の圧力を６５Ｐａになるよ
うに設定した。

【０１３０】この状態で、ＶＨＦ電源を発振させ、カソ
ードとアノード間に放電を生起した。放電電力は３．５
Ｗ／ｃｍ²で行なった。この状態を１０分間続けた。

【０１３１】の工程 次に放電は切らずにＨ₂ガスの流量を徐々に１１０ｓｃ
ｃｍに上げ、その後この状態を２０分間続けた。その後
放電を切り、ガスの導入を中止した。この状態でエリプ
ソメトリーの測定をおこなったところ、の工程後より
鋭いピークを持った結晶質の信号が観察された。また結
晶質の相がほとんどであった。

【０１３２】基板温度を室温近くに冷やしたのち、再び
図１のゲ−ト弁４３を開け、垂直方向の搬送棒４１を挿
入し、基板を搬送棒４１に移し、搬送棒４１を引いた
後、ゲート弁４３を閉じた。次に垂直方向の搬送棒４１
から水平方向の搬送棒７に移し変え、ゲ−ト弁３を開
け、搬送棒７をロードロック室１に挿入し、基板をロー
ドロック室の基板装着場所に移した後、搬送棒７を引い
て、ゲート弁３を閉じた。バルブ６を閉じ、ロードロッ
ク室を大気ブレークし、得られた試料を取り出した。試
料１―１とする。

【０１３３】確認実験１ 実施例１のの工程を成膜時間のみ３２分にし、１の工
程のみを行なった試料を作った。参考試料１とする。

【０１３４】確認実験２ 実施例１において、及びの工程を省略し、の工程
及びの工程を行なった後、の工程を次の条件で、す
なわちＳｉＨ₄ガス５ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄ガス５５ｓｃｃ
ｍ、Ｈ₂ガス５０ｓｃｃｍの流量条件で、その他の条件
は実施例１と同じにし、１０分間の成膜を行ない、試料
を作製した。参考試料２とする。

【０１３５】確認実験３ 実施例１において、、及びの工程を省略し、の
工程のみを行なった後、の工程を次の条件で、すなわ
ちＳｉＨ₄ガス５ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄ガス５５ｓｃｃｍ、
Ｈ₂ガス５０ｓｃｃｍの流量条件で、その他の条件は実
施例１と同じにし、１０分間の成膜を行ない、試料を作
製した。参考試料３とする。

【０１３６】確認実験４ 実施例１の、、の工程を行なった後、の工程は
省略し、の工程を次の条件で、すなわちＳｉＨ₄ガス
５ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄ガス１１０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス５０
ｓｃｃｍの流量条件で、その他の条件は実施例１と同じ
にし、３０分間の成膜を行なった試料を作製した。参考
試料４とする。

【０１３７】確認実験５ 実施例１において、の工程を、次の条件で行なった。
基板温度が３５０℃になるようにヒーターコントローラ
ー１１２をセットし加熱し、３０分経過後、バルブ１２
５及び１１９，１２０，１２１を開け、ガス導入管１１
３よりＳｉＨ₄ガス５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１４より
ＳｉＦ₄ガス５５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１５よりＨ₂ガ
ス５０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入した。次に圧力コ
ントローラー４３０により、チャンバー内の圧力を６５
Ｐａになるように設定した。

【０１３８】この状態で、ＶＨＦ電源を発振させ、カソ
ードとアノード間に放電を生起した。放電電力は３．５
Ｗ／ｃｍ²で行なった。この状態を２分間続けた。その
後、、及びの工程を実施例１と同じ条件で実施し
た。及びの工程終了時、エリプソメトリーで堆積し
た膜の光学的性質を測定したところ、いずれも非晶質で
あった。

【０１３９】その後ガス導入管１１３よりＳｉＨ₄ガス
５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１４よりＳｉＦ₄ガス５５ｓ
ｃｃｍ、ガス導入管１１５よりＨ₂ガス１１０ｓｃｃｍ
をチャンバー内に導入した。次に圧力コントローラー１
３０により、チャンバー内の圧力を６５Ｐａになるよう
に設定した。

【０１４０】この状態で、ＶＨＦ電源を発振させ、カソ
ードとアノード間に放電を生起した。放電電力は３．５
Ｗ／ｃｍ²で行なった。この状態を２０分間続けた。成
膜終了後、ふたたびエリプソメトリーで堆積した膜の光
学的性質を測定したところ、今度は結晶質の膜が堆積し
たことが示された。得られた試料を参考試料５の名づけ
た。

【０１４１】構造の評価 得られた試料１−１及び参考試料１ないし５の構造をラ
マン分光及びＲＨＥＥＤで評価した。ラマン分光の測定
結果は試料１−１、参考試料２，３，４，５は結晶質で
あることを確認した。一方参考試料１は結晶Ｓｉに対応
するピークはみられなかった。またＲＨＥＥＤの結果で
も回折パターンはみられなかった。これより非晶質と結
論づけられる。

【０１４２】Ｘ線回折の結果は、いずれの試料でも（１
１０）配向のピークが観察された。結晶の方位の確認は
Ｘ線回折装置で行った。

【０１４３】参考試料１は、ラマン分光及びＲＨＥＥＤ
の結果とＸ線回折の結果とは一致していないが、これは
観察している領域の違いによるものである。ラマン分光
及びＲＨＥＥＤの結果は表面近傍の情報を示しているの
に対し、Ｘ線回折の結果は試料全体の情報を示してい
る。

【０１４４】試料１−１及び参考試料１，２，３，４，
５の断面を切り出し、断面ＴＥＭ像を観察した。すなわ
ち、結晶粒径の評価としては、断面ＴＥＭ像の観察によ
り行なった。各工程ごとの評価、特にの工程で結晶化
した膜が堆積したか否かの確認、の工程後の非晶質Ｓ
ｉ層の形成の確認及びその膜厚、の工程での結晶膜の
成長の様子はチャンバー４０に取り付けられた分光エリ
プソメトリー装置（不図示）で評価した。

【０１４５】観察結果の概略図を図５−１０に示す。図
５（試料１―１）、図６（参考試料１）、図７（参考試
料２）、図８（参考試料３）、図９（参考試料４）、図
１０（参考試料５）。

【０１４６】図５において、基板５０１の上にの工程
で堆積したＳｉ層５０２、の工程で作製した非晶質Ｓ
ｉ層５０５、の工程でできた非晶質Ｓｉ層を除去した
穴５０６、の工程で堆積したＳｉ層５０７が示されて
いる。Ｓｉ層５０２において、まずある厚さ（今回の成
膜条件では、３０ｎｍ）の非晶質層５０３が存在し、そ
の後結晶核が発生し、それが垂直方向への成長と共に、
互いにぶつかるまで水平方向へも成長していた。ぶつか
った後は水平方向への成長はなく、柱状に垂直方向に成
長していた。成長した結晶粒は５０４である。成長した
結晶粒の水平方向の大きさは１００−２００ｎｍであっ
た。

【０１４７】その上に非晶質Ｓｉ層５０５があり、ほぼ
５０μｍ間隔で、φ５０ｎｍ程度の穴５０６が開いてい
た。この穴から結晶粒は、下地の結晶粒５０４の構造を
引き継いで、成長していた。垂直方向への成長と共に、
互いにぶつかるまで水平方向へも成長していた。ぶつか
った後は水平方向への成長はなく、柱状に垂直方向に成
長する。成長した結晶粒は５０９であった。穴の開いて
いない部分は、非晶質層５０８が堆積していた。結晶粒
５０９の水平方向への成長と共に減少していた。柱状に
成長した結晶粒の大きさはほぼ３０−５０μｍ程度であ
った。

【０１４８】図６において、まずある厚さ（今回の成膜
条件では、３０ｎｍ）の非晶質層６０３が存在し、その
後結晶核が発生し、それが垂直方向への成長と共に、互
いにぶつかるまで水平方向へも成長していた。ぶつかっ
た後は水平方向への成長はなく、柱状に垂直方向に成長
していた。成長した結晶粒は６０４であった。成長した
結晶粒の水平方向の大きさは１００−２００ｎｍであっ
た。

【０１４９】図７においては、基板７０１上に、の工
程で堆積したＳｉ膜７０２があり、その上に非晶質Ｓｉ
層７０５がある。

【０１５０】非晶質Ｓｉ層７０５の上に堆積した膜７０
８は非晶質膜であった。

【０１５１】図８において、まずある厚さ（今回の成膜
条件では、３０ｎｍ）の非晶質層８０３が存在し、その
後結晶核が発生し、それが垂直方向への成長と共に、互
いにぶつかるまで水平方向へも成長していた。ぶつかっ
た後は水平方向への成長はなく、柱状に垂直方向に成長
していた。成長した結晶粒は８０４であった。成長した
結晶粒の水平方向の大きさは１００−２００ｎｍであっ
た。柱状に成長した結晶粒の構造に途中著しい変化はみ
られなかった。すなわち参考試料１と３との構造はほぼ
同じであった。

【０１５２】図１０において、非晶質Ｓｉ層９０５まで
の構造は、図５の実施例１―１の試料１―１とほぼ同じ
で、非晶質Ｓｉ層中の穴９０６も大きさ、間隔もほぼお
なじであった。ただ非晶質Ｓｉ層上のＳｉ膜９０７の構
造は試料１とはことなっていた。すなわちＳｉ膜９０７
中の非晶質層９０８の厚みは３０ｎｍ程度で、その厚さ
を超えると結晶粒９１０が多数生じ、垂直方向及びとな
りの結晶粒とぶつかるまでは水平方向の成長がみられ
た。その存在が非晶質Ｓｉ層の穴を通って成長している
結晶粒９０９の水平方向への成長を妨げているようで、
結晶粒９０９は余り大きくならず、水平方向の結晶粒径
は０．５−１μｍ程度にとどまっている。結晶表面には
非晶質Ｓｉ層の穴を通って成長している結晶粒９０９と
非晶質Ｓｉ層９０５上のＳｉ層９０７で発生した結晶粒
９１０が混在しており、水平方向の結晶粒径は０．０５
−５μｍと分布していた。

【０１５３】図９において、の工程で作製したＳｉ層
１００３は非晶質であった。この上に非晶質Ｓｉ層１０
０５が堆積されており、実施例１とほぼ同じような間隔
で同じような径の穴１００５が開いていた。その上には
かなり厚く非晶質の層１００４が存在した。の工程で
非晶質Ｓｉが堆積したことがわかる。の工程に入った
ところで、結晶化がはじまった。初期には非晶質部分１
００８と結晶粒１００９とが共存していた。結晶粒１０
０９は、垂直方向とともに、水平方向にも拡大してい
た。結晶粒１００９の径は１００−２００ｎｍ程度に拡
大したところで、となりの結晶粒とぶつかりあい、水平
方向への拡大はとまっていた。その後該結晶粒１００９
は垂直方向に成長していた。

【０１５４】（実施例１−２）

【０１５５】本例は、マスクとして、ＳｉＣ膜を用いた
例である。

【０１５６】実施例１−１におけるの工程として次ぎ
の工程を用いた。他の点は実施例１−１と同様とした。

【０１５７】水平の搬送棒７から垂直の搬送棒２１に移
し変えた後、ゲート弁２３を開け、チャンバー２０に挿
入した。チャンバー２０の加熱用の基板ホルダー２０７
に設置した後、搬送棒１１を引いて搬送チャンバー２に
戻した後、ゲート弁１３を閉じた。

【０１５８】以下の工程は図２にもとづいて説明す
る。基板１０８はアノード電極１０７に取り付けられて
いる。この状態でチャンバー内を２×１０^-3Ｐａ以下ま
で排気した。同時に基板温度が２００℃になるようにヒ
ーターコントローラー１１２をセットし加熱した。

【０１５９】３０分経過後、バルブ１２５及び１１９、
１２０、１２１を開け、ガス導入管１１３よりＳｉＨ₄
ガス５ｓｃｃｍ、ガス導入管１１４よりＣＨ₄ガス３０
ｓｃｃｍ、ガス導入管１１５よりＨ₂ガス５０ｓｃｃｍ
をチャンバー内に導入した。次に圧力コントローラー１
３０により、チャンバー内の圧力を２０Ｐａになるこの
状態で、ＲＦ電源を発振させ、カソードとアノード間に
放電を生起した。放電電力は１０Ｗ／ｃｍ²で行なっ
た。この状態を１分間続け、放電を切った。

【０１６０】ガスの導入を止めた後、再び図１のゲート
弁２３を開け、垂直方向の搬送棒２１を挿入し、基板を
搬送棒２１に移し、搬送棒２１を引いた後、ゲート弁２
３を閉じた。次に垂直方向の搬送棒２１から水平方向の
搬送棒７に移し変え、それをチャンバー４０の直前の位
置に移動した。

【０１６１】次に垂直方向の搬送棒４１に基板を移し変
えた後、ゲート弁４３を開け、チャンバー４０に挿入し
た。チャンバー４０のアノード電極上に設置した後、搬
送棒４１を引いて搬送チャンバー２に戻した後、ゲート
弁４３を閉じた。チャンバー４０には分光エリプソメト
リーの装置が取り付けられており、アノード電極上にセ
ットされた試料の光学的性質が測定される。既測定のデ
ータを用いたシュミレーション結果と比較することによ
り、非晶質ＳｉＣ膜の形成及びその膜厚が推定できる。
測定の結果、多結晶Ｓｉ膜の上に、非晶質ＳｉＣ膜が厚
さ２．５ｎｍ形成されていることがわかった。

【０１６２】再び図１のゲート弁４３を開け、垂直方向
の搬送棒４１を挿入し、基板を搬送棒４１に移し、搬送
棒４１を引いた後、ゲート弁４３を閉じた。次に垂直方
向の搬送棒４１から水平方向の搬送棒７に移し変え、そ
れをチャンバー３０の直前の位置に移動した。

【０１６３】本例において作製した試料１−２につき実
施例１−１と同様の確認実験を行ったところ試料１−１
についてと同様の結果が得られた。

【０１６４】（実施例１−３）本例は、マスクとして酸
化膜を用いた例である。

【０１６５】実施例１−１におけるの工程として次ぎの
工程を用いた。他の点は実施例１−１と同様とした。

【０１６６】水平の搬送棒７から垂直の搬送棒２１に移
し変えた後、ゲート弁２３を開け、チャンバー２０に挿
入した。チャンバー２０の加熱用の基板ホルダー２０７
に設置した後、搬送棒１１を引いて搬送チャンバー２に
戻した後、ゲート弁１３を閉じた。

【０１６７】以下の工程は図３にもとづいて説明す
る。

【０１６８】基板２０８は加熱用の基板ホルダー２０７
に取り付けられている。この状態でチャンバー内を１×
１０^-2Ｐａ以下まで排気した。基板温度は室温のままで
ある。

【０１６９】次にバルブ２２０及び２２５を開け、ガス
導入管２１４より、マスフローコントローラー２１６の
制御で、１００ｓｃｃｍの０₂ガスをチャンバー内に導
入した。チャンバー内の圧力を３００Ｐａになるよう圧
力コントローラー２３０で調整した。この状態を３０分
間保持した。

【０１７０】ガスの導入を止めた後、再び図１のゲート
弁２３を開け、垂直方向の搬送棒２１を挿入し、基板を
搬送棒２１に移し、搬送棒２１を引いた後、ゲート弁２
３を閉じた。次に垂直方向の搬送棒２１から水平方向の
搬送棒７に移し変え、それをチャンバー４０の直前の位
置に移動した。

【０１７１】次に垂直方向の搬送棒４１に基板を移し変
えた後、ゲート弁４３を開け、チャンバー４０に挿入し
た。チャンバー４０のアノード電極上に設置した後、搬
送棒４１を引いて搬送チャンバー２に戻した後、ゲート
弁４３を閉じた。チャンバー４０には分光エリプソメト
リーの装置が取り付けられており、アノード電極上にセ
ットされた試料の光学的性質が測定される。既測定のデ
ータを用いたシュミレーション結果と比較することによ
り、酸化膜の形成及びその膜厚が推定できる。測定の結
果、多結晶Ｓｉ膜の上に、ＳｉＯ₂膜が厚さ５ｎｍ形成
されていることがわかった。

【０１７２】再び図１のゲート弁４３を開け、垂直方向
の搬送棒４１を挿入し、基板を搬送棒４１に移し、搬送
棒４１を引いた後、ゲート弁４３を閉じた。次に垂直方
向の撒送棒４１から水平方向の搬送棒７に移し変え、そ
れをチャンバー３０の直前の位置に移動した。

【０１７３】本例において作製した試料１−３につき実
施例１−１と同様の確認実験を行ったところ試料１−１
についてと同様の結果が得られた。

【０１７４】（実施例１−４）本例は、マスクととして
ＳｉＮ膜を形成した例である。

【０１７５】実施例１−１におけるの工程として次ぎの
工程を用いた。他の点は実施例１−１と同様とした。

【０１７６】水平の搬送棒７から垂直の搬送棒２１に移
し変えた後、ゲート弁２３を開け、チャンバー２０に挿
入した。チャンバー２０の加熱用の基板ホルダー２０７
に設置した後、搬送棒１１を引いて搬送チャンバー２に
戻した後、ゲート弁１３を閉じた。

【０１７７】以下の工程は図２にもとづいて説明す
る。

【０１７８】基板１０８はアノード電極１０７に取り付
けられている。この状態でチャンバー内を２×１０^-3Ｐ
ａ以下まで排気した。同時に基板温度が２００℃になる
ようにヒーターコントローラー１１２をセットし加熱し
た。

【０１７９】３０分経過後、バルブ１２５及び１１９，
１２１を開け、ガス導入管１１３よりＳｉＨ₄ガス５
ｓｃｃｍ、ガス導入管１１４よりＮＨ₃ガス１０ｓｃｃ
ｍ、ガス導入管１１５よりＨ₂ガス２０ｓｃｃｍをチャ
ンバー内に導入した。次に圧力コントローラー１３０に
より、チャンバー内の圧力を２０Ｐａになるように設定
した。

【０１８０】この状態で、ＲＦ電源を発振させ、カソー
ドとアノード間に放電を生起した。放電電力は２．５Ｗ
／ｃｍ²で行なった。この状態を１分間続け、放電を切
った。

【０１８１】ガスの導入を止めた後、再び図１のゲ−ト
弁２３を開け、垂直方向の搬送棒２１を挿入し、基板を
搬送棒２１に移し、搬送棒２１を引いた後、ゲート弁２
３を閉じた。次に垂直方向の搬送棒２１から水平方向の
搬送棒７に移し変え、それをチャンバー４０の直前の位
置に移動した。

【０１８２】次に垂直方向の搬送棒４１に基板を移し変
えた後、ゲート弁４３を開け、チャンバー４０に挿入し
た。チャンバー４０のアノード電極上に設置した後、搬
送棒４１を引いて搬送チャンバー２に戻した後、ゲート
弁４３を閉じた。チャンバー４０には分光エリプソメト
リーの装置が取り付けられており、アノード電極上にセ
ットされた試料の光学的性質が測定される。既測定のデ
ータを用いたシュミレーション結果と比較することによ
り、非晶質Ｓｉ層の形成及びその膜厚が推定できる。測
定の結果、多結晶Ｓｉ膜の上に、非晶質ＳｉＮ膜が厚さ
３ｎｍ形成されていることがわかった。

【０１８３】再び図１のゲ−ト弁４３を開け、垂直方向
の搬送棒４１を挿入し、基板を搬送棒４１に移し、搬送
棒４１を引いた後、ゲート弁４３を閉じた。次に垂直方
向の搬送棒４１から水平方向の搬送棒７に移し変え、そ
れをチャンバー３０の直前の位置に移動した。

【０１８４】本例において作製した試料１−４につき実
施例１−１と同様の確認実験を行ったところ試料１−１
についてと同様の結果が得られた。

【０１８５】（実施例２）基板にステンレスを用い、実
施例１―１、１−２、１−３、１−４と同じ工程、同じ
条件で多結晶Ｓｉ膜を成膜した。得られた試料を試料２
―１、２−２、２―３、２−４とし、ラマン分光法測定
を行なった。５２０ｃｍ^-1に鋭いピークを持つ結晶膜で
あることがわかった。Ｘ線回折の結果は、（１１０）配
向のピークが観察された。この試料の断面ＴＥＭ像を観
察したところ、図５に示すような構造をしており、結晶
粒径は３０−５０μｍ程度であった。

【０１８６】（実施例３）基板にアルミナセラミックを
用い、実施例１―１、１−２、１−３、１−４と同じ工
程、同じ条件で多結晶Ｓｉ膜を成膜した。得られた試料
を試料３―１、３−２、３−３、３−４とし、ラマン分
光法測定を行なった。５２０ｃｍ^-1に鋭いピークを持つ
結晶膜であることがわかった。Ｘ線回折の結果は、（１
１０）配向のピークが観察された。この試料の断面ＴＥ
Ｍ像を観察したところ、図５に示すような構造をしてお
り、結晶粒径は３０−５０μｍ程度であった。

【０１８７】（実施例４）実施例１のの工程を、下記
のように堆積とＨ₂プラズマ照射とを繰り返して行なっ
た。

【０１８８】堆積時はＳｉＦ₄ガス１１０ｓｃｃｍ、Ｈ₂
ガス５０ｓｃｃｍ流し、Ｈ₂プラズマ照射時はＨ₂ガスの
み５０ｓｃｃｍ流した。すなわちＳｉＦ₄ガスの導入を
断続的に行なった。一回の堆積時間は１０秒、Ｈ₂プラ
ズマ照射時間も１０秒とした。堆積時、Ｈ₂プラズマ照
射時ともチャンバー内圧力は６５Ｐａ、基板温度は３５
０℃、ＶＨＦ印加電力密度は３．５Ｗ／ｃｍ²とした。
この繰り返しを１２回行なった。

【０１８９】その後実施例１―１と同じ条件で、工程
からを行った。

【０１９０】得られた試料を試料４―１、４−２、４−
３、４−４とした。ラマン分光測定の結果得られた試料
は、５２０ｃｍ^-1に鋭いピークがある結晶膜であること
がわかった。Ｘ線回折の結果は、（１１０）配向のピー
クが観察された。

【０１９１】断面ＴＥＭ像を観察したところ、図５に示
すような構造になっておりＳｉ層５０２において、１５
０ｎｍの厚さの非晶質層５０３が存在し、その後結晶核
が発生し、それが垂直方向への成長と共に、互いにぶつ
かるまで水平方向へも成長していた。ぶつかった後は水
平方向への成長はなく、柱状に垂直方向に成長してい
た。成長した結晶粒は５０４である。成長した結晶粒の
水平方向の大きさは２００−４００ｎｍであった。

【０１９２】その上に非晶質Ｓｉ層５０５があり、ほぼ
３０μｍ間隔で、φ５０ｎｍ程度の穴５０６が開いてい
た。この穴から結晶粒は、下地の結晶粒５０４の構造を
引き継いで、成長していた。垂直方向への成長と共に、
互いにぶつかるまで水平方向へも成長していた。ぶつか
った後は水平方向への成長はなく、柱状に垂直方向に成
長する。成長した結晶粒は５０９であった。穴の開いて
いない部分は、非晶質層５０８が堆積していた。結晶粒
５０９の水平方向への成長と共に減少していた。柱状に
成長した結晶粒の大きさはほぼ５０μｍ程度であった。

【０１９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多結晶Ｓ
ｉ薄膜の形成方法によれば、５００℃以下の低い温度
で、大粒径の結晶質Ｓｉ膜を作製することが可能になっ
た。

【０１９４】マスクとして非晶質Ｓｉ膜を用いた場合に
は、作製した多結晶Ｓｉ中に混入される不純物量を少な
くできる。

【０１９５】マスクとして、ＳｉＣを用いた場合には、
多結晶Ｓｉが露出しない部分には非晶質Ｓｉが形成され
やすくなり、途中で結晶が発生するのを防止でき、所望
の露出した結晶の成長が促進される。

【０１９６】マスクとして、酸化膜を用いた場合には、
酸化膜上にはＳｉ膜が付きにくいため、所望の露出した
結晶の横方向の成長が促進され、初期から大粒径の結晶
粒が形成される。

【０１９７】マスクとして、ＳＩＮを用いた場合には、
多結晶Ｓｉが露出しない部分には非晶質Ｓｉが形成され
やすくなり、途中で結晶が発生するのを防止でき、所望
の露出した結晶の成長が促進される。

【０１９８】結晶Ｓｉを成長させる条件を、多結晶Ｓｉ
が露出した部分以外の部分には非晶質Ｓｉが堆積する条
件とした場合には、途中で結晶が発生するのを防止で
き、所望の露出した結晶の成長が促進される。

【０１９９】の工程後にさらに多結晶Ｓｉを成長させ
た場合には、太陽電池等のデバイスに必要な膜厚にする
ことができる。また成長条件を早い成長条件に帰ること
も可能である。

【０２００】の工程を、針状電極を用いた水素プラズ
マ放電により行う場合には、フォトリソグラフィのよう
な複雑な工程を用いることなく、選択的にマスクを除去
できる。

【０２０１】の工程において、成膜と、膜表面に対し
てＨラジカルによる処理とを繰り返し行う場合には、よ
り一層粒径の大きな良質の多結晶Ｓｉ薄膜を作製するこ
とが可能となる。

【０２０２】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜は、５μｍ以上の
結晶粒径を持ち、垂直方向に粒界が存在せず、バルクの
多結晶Ｓｉに比べ遜色のない特性を有している。

【０２０３】本発明の光起電力素子は、短絡電流が大き
く、変換効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において用いられる装置例の概略図であ
る。

【図２】本発明の、及びならびにの工程で用い
られる装置の一例である。

【図３】マスクが酸化膜である場合工程で用いられる
装置の一例である。

【図４】本発明のの工程で用いられる装置の一例であ
る。

【図５】実施例１で作製した試料１―１の断面ＴＥＭ像
の概念図である。

【図６】確認実験１で作製した参考試料１の断面ＴＥＭ
像の概念図である。

【図７】確認実験２で作製した参考試料２の断面ＴＥＭ
像の概念図である。

【図８】確認実験３で作製した参考試料３断面ＴＥＭ像
の概念図である。

【図９】確認実験４で作製した参考試料４の断面ＴＥＭ
像の概念図である。

【図１０】確認実験５で作製した参考試料５の断面ＴＥ
Ｍ像の概念図である。

【符号の説明】

１ ロードロック室 ２ 搬送チャンバー ３ ゲート弁 ４ 排気装置 ５ 排気管 ６ バルブ ７ 水平方向の搬送棒 １０ チャンバー １１ 垂直方向の搬送棒 １２ チャンバー連結管 １３ ゲート弁 １４ 排気装置 １５ 排気管 １６ 自動バタフライ弁 ２０ チャンバー ２１ 垂直方向の搬送棒 ２２ チャンバー連結管 ２３ ゲート弁 ２４ 排気装置 ２５ 排気管 ２６ 自動バタフライ弁 ３０ チャンバー ３１ 垂直方向の搬送 ３２ チャンバー連結管 ３３ ゲート弁 ３４ 排気装置 ３５ 排気管 ３６ 自動バタフライ弁 ４０ チャンバー ４１ 垂直方向の搬送 ４２ チャンバー連結管 ４３ ゲート弁 ４４ 排気装置 ４５ 排気管 ４６ 自動バタフライ弁 １０１ 成膜用の真空チャンバー １０２ プラズマグロー放電用のカソード電極 １０３ 絶縁リング １０４ マッチングボックス １０５ ＶＨＦ電源 １０６ シールド筒 １０７ アノード電極 １０８ 基板 １０９ ヒーターブロック １１０ ヒーター １１１ 熱電対 １１２ 温度コントローラー １１３、１１４、１１５ ガス導入管 １１６、１１７、１１８ 流量コントローラー １１９、１２０、１２１ バルブ １２２、１２３、１２４ガス管 １２５ バルブ １２６ 噴出し口 １２７ 真空圧力計 １２８ 排気管 １２９ 自動バタフライ弁 １３０ 圧力コントローラー ２０１ 酸化膜形成用の真空チャンバー ２０７ 加熱用の基板ホルダー ２０９ ヒーターブロック ２１０ ヒーター ２１１ 熱電対 ２１２ 温度コントローラー ２１４ 酸化用ガス導入管 ２１６ 流量コントローラー ２２０ バルブ ２２３ ガス管 ２２５ バルブ ２２６ 噴出し口 ２２７ 真空圧力計 ２２８ 排気管 ２２９ 自動バタフライ弁 ２３０ 圧力コントローラー ３０１ Ｈ₂プラズマ照射用の真空チャンバー ３０２ プラズマグロー放電用のカソード電極である ３０３ 絶縁リング ３０４ マッチングボックス ３０５ ＶＨＦ電源 ３０６シールド筒 ３０７ アノード電極 ３０８ 基板 ３０９ ヒーターブロック ３１０ ヒーター ３１１ 熱電対 ３１２ 温度コントローラー ３１４ 水素ガスの導入管 ３１６ 流量コントローラー ３２０ バルブ ３２３ ガス管 ３２５ バルブ ３２６ 噴出し口 ３２７ 真空圧力計 ３２８ 排気管 ３２９ 自動バタフライ弁 ３３０ 圧力コントローラー ３３１ 針状電極 ５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１
基板 ５０２，７０２，９０２ の工程で堆積したＳｉ層 ５０３，６０３，７０３，８０３，９０３，１００２
非晶質Ｓｉ層 ５０４，６０４，７０４，８０４，９０４ 結晶粒 ５０５，７０５，９０５，１００５ の工程で作製し
た非晶質Ｓｉ層 ５０６，９０６，１００６ の工程でできた非晶質Ｓ
ｉ層を除去した穴 ５０７，９０７ 及びの工程で堆積したＳｉ層 ５０８，７０８，９０８ 非晶質Ｓｉ層 ５０９，９０９ 結晶粒 １００４ の工程で堆積した非晶質Ｓｉ層 １００７ の工程で堆積したＳｉ層 １００８ 非晶質Ｓｉ層 １００９ 結晶粒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA06 AA09 AA17 BA29 BA30 BA37 BA40 BB03 BB12 DA08 DA09 FA01 LA16 5F045 AA08 AA19 AB03 AB04 AB06 AB32 AB33 AC01 AC02 AC03 AC05 AC11 AC12 AC16 AC17 AD04 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AE17 AE19 AE21 AF07 AF10 BB12 BB16 CA13 DB03 DQ15 EB08 EB09 EH04 EN04 GB06 GB11 HA25 5F051 AA03 AA05 CA15 CB12 CB29 GA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に
   堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面に非晶質Ｓｉ層を堆積する工程
   と、 該非晶質Ｓｉ層を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部分
   的に露出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
   長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする多
   結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
2. 【請求項２】 下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に
   堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面に非晶質ＳｉＣ層を堆積する工
   程と、 該非晶質ＳｉＣ層を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部
   分的に露出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
   長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする多
   結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
3. 【請求項３】 下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に
   堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面に酸化膜を形成する工程と、 該酸化膜を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部分的に露
   出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
   長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする多
   結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
4. 【請求項４】 下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に
   堆積する工程と、該多結晶Ｓｉ薄膜表面に非晶質Ｓｉ
   Ｎ層を形成する工程と、 該非晶質ＳｉＮ膜を部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部
   分的に露出させる工程と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
   長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする多
   結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
5. 【請求項５】 下地となる多結晶Ｓｉ薄膜を基板上に
   堆積する工程と、 該多結晶Ｓｉ薄膜表面にマスクを形成する工程と、 針状電極を用いた水素プラズマ放電により該マスクを
   部分的に除去し、多結晶Ｓｉを部分的に露出させる工程
   と、 該多結晶Ｓｉが露出した部分を核として結晶Ｓｉを成
   長させる工程と、を少なくとも含むことを特徴とする多
   結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
6. 【請求項６】 前記結晶Ｓｉを成長させる条件は、該多
   結晶Ｓｉが露出した部分以外の部分には非晶質Ｓｉが堆
   積する条件であることを特徴とする請求項１ないし５の
   いずれか１項記載の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
7. 【請求項７】 工程の後にさらに多結晶Ｓｉを成長
   させる工程を有することを特徴とする請求項１ないし５
   のいずれか１項記載の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
8. 【請求項８】 の工程を、針状電極を用いた水素プラ
   ズマ放電によることを特徴とする請求項１ないし４のい
   ずれか１項記載の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法。
9. 【請求項９】 の工程において、成膜と、膜表面に対
   してＨラジカルによる処理とを繰り返し行うことを特徴
   とする請求項１ないし８のいずれか１項記載の多結晶Ｓ
   ｉ薄膜の形成方法。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれか１項記載
    の形成方法により形成された多結晶Ｓｉ薄膜。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の多結晶Ｓｉ薄膜を用
    いたことを特徴とする光起電力素子。