JP3249274B2 - 半導体薄膜製造方法及び装置 - Google Patents
半導体薄膜製造方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
太陽電池、薄膜半導体、光センサなどの各種電子デバイ
スの製造に適用される半導体薄膜製造方法及び装置に関
する。
太陽電池、薄膜半導体、光センサなどの各種電子デバイ
スの製造に適用される半導体薄膜製造方法及び装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ化学蒸着法（以下プラズ
マＣＶＤ法とする）を用いたアモルファスシリコン（以
下ａ−Ｓｉとする）薄膜を製造するための装置につい
て、図４を参照して説明する。
マＣＶＤ法とする）を用いたアモルファスシリコン（以
下ａ−Ｓｉとする）薄膜を製造するための装置につい
て、図４を参照して説明する。
【０００３】図４において、反応容器０１内には、高周
波電極１７と基板加熱用ヒータ１６とが平行に配置され
ている。高周波電極１７には、高周波電源８からインピ
ーダンス整合器７を介して例えば１３．５６MHZ の高周
波電力が供給される。基板加熱用ヒータ１６は、反応容
器０１とともに接地され、接地電極となっている。した
がって、高周波電極１７と基板加熱用ヒータ１６との間
でグロー放電プラズマが発生する。
波電極１７と基板加熱用ヒータ１６とが平行に配置され
ている。高周波電極１７には、高周波電源８からインピ
ーダンス整合器７を介して例えば１３．５６MHZ の高周
波電力が供給される。基板加熱用ヒータ１６は、反応容
器０１とともに接地され、接地電極となっている。した
がって、高周波電極１７と基板加熱用ヒータ１６との間
でグロー放電プラズマが発生する。
【０００４】反応容器０１内には、図示しないボンベか
ら反応ガス導入管１２を通して例えばモノシランと水素
との混合ガスが供給され、反応容器０１内のガスは、排
気管１３を通して真空ポンプ１５により排気される。基
板１０は、基板加熱用ヒータ１６上に保持され、所定の
温度に加熱される。
ら反応ガス導入管１２を通して例えばモノシランと水素
との混合ガスが供給され、反応容器０１内のガスは、排
気管１３を通して真空ポンプ１５により排気される。基
板１０は、基板加熱用ヒータ１６上に保持され、所定の
温度に加熱される。
【０００５】この装置による薄膜の製造は、次のように
行われる。即ち、まず、真空ポンプ１５を駆動して反応
容器０１内を排気する。次に、反応ガス導入管１２を通
して例えばモノシランと水素との混合ガスを供給して反
応容器０１内の圧力を０．０５〜０．５Torrに保つ。
行われる。即ち、まず、真空ポンプ１５を駆動して反応
容器０１内を排気する。次に、反応ガス導入管１２を通
して例えばモノシランと水素との混合ガスを供給して反
応容器０１内の圧力を０．０５〜０．５Torrに保つ。
【０００６】この状態で高周波電源８から高周波電極１
７に電圧を印加すると、グロー放電プラズマが発生す
る。反応ガス導入管１２から供給されたガスのうち、モ
ノシランガスは、この高周波電極１７と基板加熱用ヒー
タ１６の間に生じるグロー放電プラズマによって分解さ
れる。この結果、ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含む
ラジカルが発生し、基板１０表面に付着して、ａ−Ｓｉ
薄膜が形成される。
７に電圧を印加すると、グロー放電プラズマが発生す
る。反応ガス導入管１２から供給されたガスのうち、モ
ノシランガスは、この高周波電極１７と基板加熱用ヒー
タ１６の間に生じるグロー放電プラズマによって分解さ
れる。この結果、ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含む
ラジカルが発生し、基板１０表面に付着して、ａ−Ｓｉ
薄膜が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマＣＶＤ
方法を用いた半導体薄膜製造方法において、例えば、結
晶シリコンからなる基板の面にシランガスを用いてプラ
ズマＣＶＤ方法により薄膜を形成した場合、成長する薄
膜は下地の整った構造を反映して、欠陥の少ない高品質
のａ−Ｓｉ膜を形成し、放電電力、圧力などの条件を整
えてやると、多結晶あるいは単結晶シリコンを形成させ
ることができる。
方法を用いた半導体薄膜製造方法において、例えば、結
晶シリコンからなる基板の面にシランガスを用いてプラ
ズマＣＶＤ方法により薄膜を形成した場合、成長する薄
膜は下地の整った構造を反映して、欠陥の少ない高品質
のａ−Ｓｉ膜を形成し、放電電力、圧力などの条件を整
えてやると、多結晶あるいは単結晶シリコンを形成させ
ることができる。
【０００８】しかしながら、実際にａ−Ｓｉ太陽電池や
薄膜半導体などを製作する場合には、基板はガラス、金
属などからなり、薄膜とは異種材料であるため、膜成長
初期において基板と接する薄膜部分は、異種材料との接
合からくる構造の乱れが生じ、その上に成長する薄膜も
その乱れを反映した構造となる。従って、高品質薄膜を
製作することは困難であった。
薄膜半導体などを製作する場合には、基板はガラス、金
属などからなり、薄膜とは異種材料であるため、膜成長
初期において基板と接する薄膜部分は、異種材料との接
合からくる構造の乱れが生じ、その上に成長する薄膜も
その乱れを反映した構造となる。従って、高品質薄膜を
製作することは困難であった。
【０００９】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、どのような基板の上にも高品質の半
導体薄膜を成膜できる薄膜製造方法及び装置を提供する
ことを目的とする。
されたものであり、どのような基板の上にも高品質の半
導体薄膜を成膜できる薄膜製造方法及び装置を提供する
ことを目的とする。
【００１０】
（１）本発明の半導体薄膜製造方法は、反応容器内に反
応ガスを導入し、該反応容器内に設けられた放電用アン
テナによりグロー放電プラズマを発生させて反応ガスを
分解させ、基板ホルダにより支持された基板上に半導体
薄膜を形成する半導体薄膜製造方法において、まず、電
子銃が発生する電子ビームによりターゲット材料をスパ
ッタリングして基板上にごく薄い微結晶粒層の下地を形
成した後、グロー放電プラズマによるプラズマ化学蒸着
方法で薄膜を形成することを特徴としている。
応ガスを導入し、該反応容器内に設けられた放電用アン
テナによりグロー放電プラズマを発生させて反応ガスを
分解させ、基板ホルダにより支持された基板上に半導体
薄膜を形成する半導体薄膜製造方法において、まず、電
子銃が発生する電子ビームによりターゲット材料をスパ
ッタリングして基板上にごく薄い微結晶粒層の下地を形
成した後、グロー放電プラズマによるプラズマ化学蒸着
方法で薄膜を形成することを特徴としている。
【００１１】（２）本発明の半導体薄膜製造装置は、基
板が配設される基板ホルダが内部に設けられ反応ガス導
入管が接続された反応容器、同反応容器に接続された排
気管に設けられた圧力調整バルブ、上記反応容器内に設
けられる基板と対向する位置に配設され高周波電源から
の電力を入力して上記基板との間にプラズマを発生する
アンテナ、上記反応容器内に設けられ電子ビームを放射
す電子銃、および上記反応容器内に配設され上記電子銃
が放射する電子ビームを屈折させ上記反応容器内に配設
されたターゲット材料に電子ビームを照射させる磁石を
備えたことを特徴としている。
板が配設される基板ホルダが内部に設けられ反応ガス導
入管が接続された反応容器、同反応容器に接続された排
気管に設けられた圧力調整バルブ、上記反応容器内に設
けられる基板と対向する位置に配設され高周波電源から
の電力を入力して上記基板との間にプラズマを発生する
アンテナ、上記反応容器内に設けられ電子ビームを放射
す電子銃、および上記反応容器内に配設され上記電子銃
が放射する電子ビームを屈折させ上記反応容器内に配設
されたターゲット材料に電子ビームを照射させる磁石を
備えたことを特徴としている。
【００１２】
【作用】上記発明（１）において、反応容器内に反応ガ
スを充填した後、電子銃により電子ビームをターゲット
材料に照射してスパッタすると、ターゲット材料を形成
する微結晶粒が基板面にごく薄く堆積する。
スを充填した後、電子銃により電子ビームをターゲット
材料に照射してスパッタすると、ターゲット材料を形成
する微結晶粒が基板面にごく薄く堆積する。
【００１３】次に、電子ビームの放射を停止し、高周波
電源よりアンテナに電力を供給してアンテナによりグロ
ー放電プラズマを発生させると、このプラズマにより反
応ガスが分解し、上記微結晶粒層の上に下地の結晶形状
を反映した結晶構造に近い高品質のａ−Ｓｉ薄膜、ある
いは多結晶薄膜を形成する。
電源よりアンテナに電力を供給してアンテナによりグロ
ー放電プラズマを発生させると、このプラズマにより反
応ガスが分解し、上記微結晶粒層の上に下地の結晶形状
を反映した結晶構造に近い高品質のａ−Ｓｉ薄膜、ある
いは多結晶薄膜を形成する。
【００１４】上記発明（２）において、反応ガス導入管
より反応ガスを反応容器内に供給し、圧力調整バルブの
調整により反応容器内を一定圧力とした後、電子銃によ
り電子ビームを放射し、磁石により屈折させ、ターゲッ
ト材料に照射してスパッタすると、ターゲット材料を形
成する微結晶粒が基板面にごく薄く堆積し、層を形成す
る。
より反応ガスを反応容器内に供給し、圧力調整バルブの
調整により反応容器内を一定圧力とした後、電子銃によ
り電子ビームを放射し、磁石により屈折させ、ターゲッ
ト材料に照射してスパッタすると、ターゲット材料を形
成する微結晶粒が基板面にごく薄く堆積し、層を形成す
る。
【００１５】次に、電子ビームの放射を停止し、圧力調
整バルブの調整により反応容器内の反応ガスの圧力を低
下させ、高周波電源よりアンテナに電力を供給してアン
テナよりグロー放電プラズマを発生させると、このプラ
ズマにより反応ガスが分解し、上記微結晶粒層の上に下
地の結晶形状を反映した結晶構造に近い高品質のａ−Ｓ
ｉ薄膜、あるいは多結晶薄膜を形成する。
整バルブの調整により反応容器内の反応ガスの圧力を低
下させ、高周波電源よりアンテナに電力を供給してアン
テナよりグロー放電プラズマを発生させると、このプラ
ズマにより反応ガスが分解し、上記微結晶粒層の上に下
地の結晶形状を反映した結晶構造に近い高品質のａ−Ｓ
ｉ薄膜、あるいは多結晶薄膜を形成する。
【００１６】
【実施例】本発明の一実施例に係る半導体薄膜製造装置
について、図１に基づき説明する。
について、図１に基づき説明する。
【００１７】図１において、１は反応容器である。２は
同反応容器１内底部に設けられ同様に反応容器１内底部
に設けられた結晶状の４のターゲット材料、例えばシリ
コン結晶をスパッタするための電子銃であり、３は上記
電子銃２とターゲット材料４の間に設けられ電子銃２よ
り放射された電子ビームを曲げてターゲット材料４に当
たるようにするための磁石である。
同反応容器１内底部に設けられ同様に反応容器１内底部
に設けられた結晶状の４のターゲット材料、例えばシリ
コン結晶をスパッタするための電子銃であり、３は上記
電子銃２とターゲット材料４の間に設けられ電子銃２よ
り放射された電子ビームを曲げてターゲット材料４に当
たるようにするための磁石である。
【００１８】５は上記反応容器１内の磁石３上方に設け
られたプラズマ生成用のアンテナであり、８の高周波電
源より７のインピーダンス整合器、６の電流端子を経て
高周波電力が印加される。９は上記反応容器１内上部に
設けられた基板ホルダであり、上記のプラズマ発生用の
アンテナ５との間にプラズマを生成する。
られたプラズマ生成用のアンテナであり、８の高周波電
源より７のインピーダンス整合器、６の電流端子を経て
高周波電力が印加される。９は上記反応容器１内上部に
設けられた基板ホルダであり、上記のプラズマ発生用の
アンテナ５との間にプラズマを生成する。
【００１９】なお、本実施例では、プラズマ発生用アン
テナ５の形状は、図２（ａ），（ｂ）に示すように数本
の線材をはしご状に組み合わせたものを用いたが、これ
は、一本あるいは数本の線材を曲げたり、組み合わせた
りしてできる任意の形でもその効果に変わりはなく、例
えば図２（ｃ）に示すように一本の線材をらせん状にし
たものでもよい。
テナ５の形状は、図２（ａ），（ｂ）に示すように数本
の線材をはしご状に組み合わせたものを用いたが、これ
は、一本あるいは数本の線材を曲げたり、組み合わせた
りしてできる任意の形でもその効果に変わりはなく、例
えば図２（ｃ）に示すように一本の線材をらせん状にし
たものでもよい。
【００２０】１０は基板で、基板ホルダ９に保持されて
おり、かつ、基板ホルダ９内に内蔵しているヒータによ
り所定の温度まで昇温される。上記反応容器１底部には
精密流量計１１が設けられた１２の反応ガス導入管が接
続されており、同反応容器１内に図示を省略したガスボ
ンベより反応ガス導入管１２を介して例えばモノシラン
と水素の混合ガスが導入される。
おり、かつ、基板ホルダ９内に内蔵しているヒータによ
り所定の温度まで昇温される。上記反応容器１底部には
精密流量計１１が設けられた１２の反応ガス導入管が接
続されており、同反応容器１内に図示を省略したガスボ
ンベより反応ガス導入管１２を介して例えばモノシラン
と水素の混合ガスが導入される。
【００２１】また、排ガスは１３の上記反応容器１の上
部に接続された排気管を介し、１５の真空ポンプにより
排気される。上記混合ガスが充填された反応容器１内の
圧力調整は、排気管１３の途中に設けられた圧力調整バ
ルブ１４のコンダクタンス調整により行われる。
部に接続された排気管を介し、１５の真空ポンプにより
排気される。上記混合ガスが充填された反応容器１内の
圧力調整は、排気管１３の途中に設けられた圧力調整バ
ルブ１４のコンダクタンス調整により行われる。
【００２２】次に、この装置を用いて行う薄膜の製造に
ついて、以下に説明する。まず、真空ポンプ１５を駆動
して反応容器１内を排気する。その後、反応ガス導入管
１２を通して例えばモノシランと水素の混合ガスを１０
０〜２００cc/min程度の流量で供給し、反応容器１内の
圧力を０．０１〜０．５Torrに保つ。
ついて、以下に説明する。まず、真空ポンプ１５を駆動
して反応容器１内を排気する。その後、反応ガス導入管
１２を通して例えばモノシランと水素の混合ガスを１０
０〜２００cc/min程度の流量で供給し、反応容器１内の
圧力を０．０１〜０．５Torrに保つ。
【００２３】この状態で電子銃２より電子ビームを発生
し、例えばシリコン結晶のターゲット材料４をスパッタ
することによりターゲット材料４から微結晶粒を発生さ
せ、この微結晶粒を図３（ａ）に示すように基板１０上
にごく薄く堆積させる。
し、例えばシリコン結晶のターゲット材料４をスパッタ
することによりターゲット材料４から微結晶粒を発生さ
せ、この微結晶粒を図３（ａ）に示すように基板１０上
にごく薄く堆積させる。
【００２４】次に、電子ビームを止め、高周波電源８よ
りインピーダンス整合器７を介してプラズマ発生用アン
テナ５に電力を印加すると、プラズマ発生用アンテナ５
と基板ホルダ９の間でグロー放電プラズマが発生する。
この結果、反応ガスが分解して、図３（ｂ）に示すよう
に基板１０上に堆積したごく薄い微結晶粒層の上に更に
シリコン系薄膜が堆積する。
りインピーダンス整合器７を介してプラズマ発生用アン
テナ５に電力を印加すると、プラズマ発生用アンテナ５
と基板ホルダ９の間でグロー放電プラズマが発生する。
この結果、反応ガスが分解して、図３（ｂ）に示すよう
に基板１０上に堆積したごく薄い微結晶粒層の上に更に
シリコン系薄膜が堆積する。
【００２５】本実施例については、膜質の性状を確認す
るため、一定の条件にて成膜実験を行っており、以下に
その内容を説明する。
るため、一定の条件にて成膜実験を行っており、以下に
その内容を説明する。
【００２６】上記実験の条件としては、基板材料はガラ
ス、基板面積は１００×１００mm、反応ガスの種類は水
素希釈１０％ＳｉＨ4 、反応ガス流量は１５０cc／分、
反応容器圧力は５０ｍTorr、高周波電力は１００Ｗ、電
子銃電力は１kw、ターゲットは結晶シリコンウェハー、
基板温度は２００℃とした。
ス、基板面積は１００×１００mm、反応ガスの種類は水
素希釈１０％ＳｉＨ4 、反応ガス流量は１５０cc／分、
反応容器圧力は５０ｍTorr、高周波電力は１００Ｗ、電
子銃電力は１kw、ターゲットは結晶シリコンウェハー、
基板温度は２００℃とした。
【００２７】プラズマＣＶＤによる薄膜形成の前に電子
ビームにより微結晶粒層を成膜した場合としなかった場
合の膜中欠陥密度の比較を行った結果、微結晶粒層の下
地がない場合には、欠陥密度は２．６×１０15個／ccで
あったものが、下地がある場合には４．３×１０14個／
ccとなり、１桁近く欠陥密度が低減した。
ビームにより微結晶粒層を成膜した場合としなかった場
合の膜中欠陥密度の比較を行った結果、微結晶粒層の下
地がない場合には、欠陥密度は２．６×１０15個／ccで
あったものが、下地がある場合には４．３×１０14個／
ccとなり、１桁近く欠陥密度が低減した。
【００２８】上記条件でできた薄膜はａ−Ｓｉであった
が、上記条件のうち、反応ガスを水素希釈１％Ｓｉ
Ｈ4 、高周波電力を１５０Ｗ、基板温度を３００℃に変
えて成膜を行った場合の膜構造は多結晶シリコンであ
り、そ結晶粒径は、平均で０．２μｍであった。
が、上記条件のうち、反応ガスを水素希釈１％Ｓｉ
Ｈ4 、高周波電力を１５０Ｗ、基板温度を３００℃に変
えて成膜を行った場合の膜構造は多結晶シリコンであ
り、そ結晶粒径は、平均で０．２μｍであった。
【００２９】なお、本実施例においては、基板としては
ガラス板を用いているが、金属板、セラミックス板、プ
ラスチック板などの場合にも利用できる。また、ターケ
ット材料はシリコンであるが、ゲルマニウム、ガーボン
等を用いることもできる。
ガラス板を用いているが、金属板、セラミックス板、プ
ラスチック板などの場合にも利用できる。また、ターケ
ット材料はシリコンであるが、ゲルマニウム、ガーボン
等を用いることもできる。
【００３０】
【発明の効果】本発明の半導体薄膜製造方法及び装置
は、反応ガス導入管より反応容器内に反応ガスを供給し
て充填した後、電子銃より電子ビームをターゲット材料
に照射しスパッタして基板上にごく薄く微結晶粒層の下
地を形成し、その後、高周波電源よりアンテナに電力を
供給しプラズマを発生させて反応ガスを分解し、上記微
結晶粒層の上に半導体薄膜を形成することによって、ａ
−Ｓｉ薄膜あるいは多結晶薄膜の結晶構造に近い下地が
ターゲット材料のスパッタにより予め形成されているた
め、どのような基板上にも高品質のａ−Ｓｉ薄膜あるい
は多結晶薄膜の形成が可能となる。
は、反応ガス導入管より反応容器内に反応ガスを供給し
て充填した後、電子銃より電子ビームをターゲット材料
に照射しスパッタして基板上にごく薄く微結晶粒層の下
地を形成し、その後、高周波電源よりアンテナに電力を
供給しプラズマを発生させて反応ガスを分解し、上記微
結晶粒層の上に半導体薄膜を形成することによって、ａ
−Ｓｉ薄膜あるいは多結晶薄膜の結晶構造に近い下地が
ターゲット材料のスパッタにより予め形成されているた
め、どのような基板上にも高品質のａ−Ｓｉ薄膜あるい
は多結晶薄膜の形成が可能となる。
【図１】本発明の一実施例に係る半導体薄膜製造装置の
説明図である。
説明図である。
【図２】上記一実施例に係るプラズマ発生用アンテナの
説明図で、（ａ）はその一例の平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は他の例の斜視図である。
説明図で、（ａ）はその一例の平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は他の例の斜視図である。
【図３】上記一実施例に係る膜成長の説明図で、（ａ）
は微結晶粒層が形成された状態の断面図、（ｂ）は薄膜
が形成された状態の断面図である。
は微結晶粒層が形成された状態の断面図、（ｂ）は薄膜
が形成された状態の断面図である。
【図４】従来の半導体薄膜製造装置の説明図である。
１ 反応容器 ２ 電子銃 ３ 磁石 ４ ターゲット材料 ５ アンテナ ６ 電流端子 ７ インピーダンス整合器 ８ 高周波電源 ９ 基板ホルダ １０ 基板 １１ 精密流量計 １２ 反応ガス導入管 １３ 排気管 １４ 圧力調整バルブ １５ 真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/203 - 21/205 H01L 21/285 H01L 27/12
Claims (2)
- 【請求項１】 反応容器内に反応ガスを導入し、該反応
容器内に設けられた放電用アンテナによりグロー放電プ
ラズマを発生させて反応ガスを分解させ、基板ホルダに
より支持された基板上に半導体薄膜を形成する半導体薄
膜製造方法において、まず、電子銃が発生する電子ビー
ムによりターゲット材料をスパッタリングして基板上に
ごく薄い微結晶粒層の下地を形成した後、グロー放電プ
ラズマによるプラズマ化学蒸着方法で薄膜を形成するこ
とを特徴とする半導体薄膜製造方法。 - 【請求項２】 基板が配設される基板ホルダが内部に設
けられ反応ガス導入管が接続された反応容器、同反応容
器に接続された排気管に設けられた圧力調整バルブ、上
記反応容器内に設けられる基板と対向する位置に配設さ
れ高周波電源からの電力を入力して上記基板との間にプ
ラズマを発生するアンテナ、上記反応容器内に設けられ
電子ビームを放射す電子銃、および上記反応容器内に配
設され上記電子銃が放射する電子ビームを屈折させ上記
反応容器内に配設されたターゲット材料に電子ビームを
照射させる磁石を備えたことを特徴とする半導体薄膜製
造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33085893A JP3249274B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体薄膜製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33085893A JP3249274B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体薄膜製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07188931A JPH07188931A (ja) | 1995-07-25 |
| JP3249274B2 true JP3249274B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=18237317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33085893A Expired - Fee Related JP3249274B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体薄膜製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3249274B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33085893A patent/JP3249274B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07188931A (ja) | 1995-07-25 |
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