JP5736102B2 - Polycrystalline silicon film forming method, polycrystalline silicon film forming apparatus, and substrate on which polycrystalline silicon film is formed - Google Patents
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Description
本発明は、多結晶シリコン膜の形成方法、多結晶シリコン膜の形成装置及び多結晶シリコン膜が形成された基板に関する。 The present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon film, an apparatus for forming a polycrystalline silicon film, and a substrate on which the polycrystalline silicon film is formed.
現在の高度情報化社会を支えているシリコン（Ｓｉ）は、様々な半導体デバイスとして使用されている。中でも急速に普及しているＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や薄膜太陽電池において、シリコン膜の性能が非常に重要である。
これらには、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜が主に使用されているが、その電子移動度は多結晶シリコンの１００分の１以下であるため、より高電子移動度を有するデバイスを形成するためにアモルファスシリコン膜から多結晶シリコン膜への転換が必要不可欠であると指摘されている（非特許文献１など参照）。
Silicon (Si), which supports the current advanced information society, is used as various semiconductor devices. In particular, the performance of a silicon film is very important in a TFT (Thin Film Transistor) and a thin film solar cell that are rapidly spreading.
For these, amorphous silicon (a-Si) films are mainly used, but their electron mobility is 1/100 or less of that of polycrystalline silicon, so that a device having higher electron mobility is formed. Therefore, it has been pointed out that conversion from an amorphous silicon film to a polycrystalline silicon film is indispensable (see Non-Patent Document 1, etc.).
アモルファスシリコン膜の結晶化技術としてレーザーアニール法や金属誘起結晶化法など様々な手法が用いられているが、工程が複雑になる上、大面積の多結晶シリコン膜の形成が困難であることや、基板にダメージを与えること等が技術的課題となっている。
したがって、後処理工程が必要なく、成膜されたままの状態（as deposited）で良質な多結晶シリコン膜を形成する技術の確立が重要であり、新しいコーティングプロセスの開発が模索されている。
Various techniques such as laser annealing and metal-induced crystallization are used as crystallization techniques for amorphous silicon films, but the process is complicated and it is difficult to form a large-area polycrystalline silicon film. Damage to the substrate has become a technical problem.
Therefore, it is important to establish a technique for forming a high-quality polycrystalline silicon film in an as-deposited state without a post-processing step, and development of a new coating process is being sought.
新しいコーティング法により低温で多結晶シリコン膜の形成が可能となれば、次世代半導体製品開発に大きな役割を担うと考えられる。
多結晶シリコン膜を形成させる新しい技術に求められることは、（１）成膜速度が速く実用化する際に量産性が高いこと、（２）良好なデバイス特性を確保するため緻密な膜が形成できること、（３）ＴＦＴや薄膜太陽電池に用いる基板材質としてガラス、フレキシブル金属シート（薄板）、ポリマーフィルムなど様々な材質が検討されており、多様な材質に成膜できること、（４）基板へのダメージを与えないよう低温で成膜できることなどが考えられる。
If it becomes possible to form a polycrystalline silicon film at a low temperature by a new coating method, it will play a major role in the development of next-generation semiconductor products.
New technologies for forming polycrystalline silicon films require (1) high film formation speed and high mass productivity when put to practical use, and (2) dense film formation to ensure good device characteristics. (3) Various materials such as glass, flexible metal sheets (thin plates), polymer films have been studied as substrate materials for TFTs and thin film solar cells, and (4) the ability to form films on various materials. It is conceivable that the film can be formed at a low temperature so as not to cause damage.
超音速フリージェット（Supersonic Free Jet:ＳＦＪ）物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）は、生成直後の活性なナノサイズの粒子（ナノ粒子）を５ｋｍ／ｓ以上の超音速ガス流によって加速して基板まで搬送し、高い速度を付加したナノ粒子を基板上に堆積させることにより膜形成させる新しいコーティング法である。
非特許文献２および非特許文献３は、超音速フリージェット（Supersonic Free Jet:ＳＦＪ）物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）装置について開示している。
Supersonic Free Jet (SFJ) Physical Vapor Deposition (PVD) is a substrate in which active nano-sized particles (nanoparticles) immediately after generation are accelerated by a supersonic gas flow of 5 km / s or more. This is a new coating method in which a film is formed by depositing nanoparticles with high speed on the substrate.
Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 disclose a Supersonic Free Jet (SFJ) physical vapor deposition (PVD) apparatus.
このＳＦＪ−ＰＶＤ装置は、蒸発チャンバーと成膜チャンバーを備える。
蒸発チャンバー内には、水冷されたハース上に設置した蒸発源材料と、高融点金属（具体的にはタングステン）製の電極が備えられており、一度蒸発チャンバー内を所定の圧力に減圧した後、所定のガス雰囲気に置換して、蒸発源をアノード（陽極）とし、アノードと一定間隔離れた位置にある高電導性金属製電極をカソード（陰極）とし、それぞれ負電圧と正電圧を印加して両極間にアーク放電を生起させる移行式アークプラズマによって、蒸発源材料が加熱されて蒸発する。所定のガス雰囲気とした蒸発チャンバー内では、蒸発源の加熱により蒸発した原子は互いに凝集しナノメートルオーダーの直径の微粒子（以下ナノ粒子と称する）が得られる。
The SFJ-PVD apparatus includes an evaporation chamber and a film formation chamber.
The evaporation chamber is equipped with an evaporation source material placed on a water-cooled hearth and an electrode made of a refractory metal (specifically tungsten). After the pressure in the evaporation chamber has been reduced to a predetermined pressure once The gas source is replaced with a predetermined gas atmosphere, the evaporation source is the anode (anode), and the highly conductive metal electrode at a certain distance from the anode is the cathode (cathode), and a negative voltage and a positive voltage are applied respectively. The evaporation source material is heated and evaporated by the transfer arc plasma that causes arc discharge between the two electrodes. In the evaporation chamber having a predetermined gas atmosphere, atoms evaporated by heating of the evaporation source are aggregated together to obtain fine particles having a diameter of nanometer order (hereinafter referred to as nanoparticles).
得られたナノ粒子は蒸発チャンバーと成膜チャンバー間の差圧（真空度差）により生起するガス流に乗って移送管を通して成膜チャンバーへと移送される。成膜チャンバー内には、成膜対象である基板が設置されている。
差圧によるガス流は、蒸発チャンバーから成膜チャンバーへと接続する移送管の先端に取り付けられた特別に設計された超音速ノズル（ラバールノズル）によりマッハ数３．６程度の超音速にまで加速され、ナノ粒子は超音速フリージェットの気流に乗って高速に加速されて成膜チャンバー中に噴出し、基板上に堆積する。
The obtained nanoparticles are transported to the film forming chamber through the transfer pipe on the gas flow generated by the differential pressure (vacuum degree difference) between the evaporation chamber and the film forming chamber. A substrate which is a film formation target is placed in the film formation chamber.
The gas flow due to the differential pressure is accelerated to a supersonic speed of about 3.6 Mach by a specially designed supersonic nozzle (Laval nozzle) attached to the tip of a transfer pipe connected from the evaporation chamber to the deposition chamber. The nanoparticles are accelerated at high speed in the supersonic free jet stream, and are ejected into the deposition chamber and deposited on the substrate.
上記のＳＦＪ−ＰＶＤ装置を用いることにより、従来難しかった、数１０〜数１００μｍ程度の膜厚の高密度なコーティング膜を低温で施工することが可能となっている。 By using the SFJ-PVD apparatus, it is possible to apply a high-density coating film having a film thickness of about several tens to several hundreds of μm, which has been difficult in the past.
また、例えば特許文献１には、２つの蒸発チャンバーにおいて第１微粒子と第２微粒子を生成し、これらを非特許文献４に記載の同軸対向衝突噴流の発振現象を利用して混合し、超音速ガス流に乗せて基板上に物理蒸着させる物理蒸着装置が開示されている。
上記の物理蒸着装置などを用いて、例えば、特許文献２に開示されるように、アルミニウムマトリクス中にシリコン微粒子が分散されてなる膜を成膜することが可能となった。
Using the above physical vapor deposition apparatus or the like, for example, as disclosed in Patent Document 2, it has become possible to form a film in which silicon fine particles are dispersed in an aluminum matrix.
解決しようとする課題は、良好な特性の多結晶シリコン膜を短時間に形成することが困難であることである。 The problem to be solved is that it is difficult to form a polycrystalline silicon film having good characteristics in a short time.
本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、シリコン蒸発源の加熱によりシリコン微粒子を生成する工程と、前記シリコン微粒子を移送し、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着させ、前記シリコン微粒子からなる多結晶シリコン膜を形成する工程とを有する。 In the method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention, a step of generating silicon fine particles by heating a silicon evaporation source, the silicon fine particles are transferred, placed in a supersonic free jet stream, and ejected into a vacuum chamber, Forming a polycrystalline silicon film made of the silicon fine particles by physical vapor deposition on a substrate disposed in the vacuum chamber.
上記の本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、まず、シリコン蒸発源の加熱によりシリコン微粒子を生成する。
次に、シリコン微粒子を移送し、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着させ、シリコン微粒子からなる多結晶シリコン膜を形成する。
In the above-described method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention, first, silicon fine particles are generated by heating a silicon evaporation source.
Next, silicon microparticles are transferred, placed in a supersonic free jet stream, ejected into a vacuum chamber, and physically deposited on a substrate placed in the vacuum chamber to form a polycrystalline silicon film made of silicon microparticles. To do.
上記の本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、好適には、前記シリコン微粒子を生成する工程を不活性ガス雰囲気で行う。 In the method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention, preferably, the step of generating the silicon fine particles is performed in an inert gas atmosphere.
上記の本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、好適には、前記多結晶シリコン膜を形成する工程において、成膜温度を１５０℃以下として前記多結晶シリコン膜を形成する。 In the method of forming a polycrystalline silicon film according to the present invention, preferably, in the step of forming the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film is formed at a deposition temperature of 150 ° C. or lower.
上記の本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、好適には、前記多結晶シリコン膜を形成する工程において、３μｍ以上の膜厚の多結晶シリコン膜を形成する。 In the method for forming a polycrystalline silicon film according to the present invention, preferably, in the step of forming the polycrystalline silicon film, a polycrystalline silicon film having a thickness of 3 μm or more is formed.
上記の本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、好適には、前記多結晶シリコン膜を形成する工程において、前記シリコン微粒子として粒径が数ｎｍ〜１０ｎｍであるシリコン微粒子を堆積させる。 In the method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention, preferably, in the step of forming the polycrystalline silicon film, silicon fine particles having a particle size of several to 10 nm are deposited as the silicon fine particles.
上記の本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、好適には、前記多結晶シリコン膜を形成する工程において、前記シリコン微粒子の配向性が実質的に無配向となるように形成する。 In the method for forming a polycrystalline silicon film according to the present invention, preferably, in the step of forming the polycrystalline silicon film, the silicon fine particles are formed so that the orientation of the silicon fine particles is substantially non-oriented.
また、本発明の多結晶シリコン膜の形成装置は、内部にシリコン蒸発源と加熱部を備え、所定のガス雰囲気下あるいは大気下において前記加熱部により前記シリコン蒸発源を加熱して蒸発させ、蒸発した原子からシリコン微粒子を生成する蒸発チャンバーと、内部に前記蒸発チャンバーから前記シリコン微粒子を含むガスを搬送する経路となる移送管に接続された超音速ノズルと成膜対象である基板を備え、前記蒸発チャンバーから移送された前記シリコン微粒子を前記超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せ、前記基板に前記シリコン微粒子を物理蒸着させて多結晶シリコン膜を形成する成膜チャンバーとを有する。 In addition, the polycrystalline silicon film forming apparatus of the present invention includes a silicon evaporation source and a heating unit inside, and heats and evaporates the silicon evaporation source by the heating unit in a predetermined gas atmosphere or air. An evaporation chamber for generating silicon fine particles from the generated atoms, a supersonic nozzle connected to a transfer pipe serving as a path for transferring the gas containing the silicon fine particles from the evaporation chamber, and a substrate to be deposited, A film forming chamber is provided in which the silicon fine particles transferred from the evaporation chamber are placed on a supersonic gas flow generated by the supersonic nozzle, and the silicon fine particles are physically vapor-deposited on the substrate to form a polycrystalline silicon film.
上記の本発明の多結晶シリコン膜の形成装置は、蒸発チャンバーと成膜チャンバーを有する。
蒸発チャンバーは、内部にシリコン蒸発源と加熱部を備え、所定のガス雰囲気下あるいは大気下において加熱部によりシリコン蒸発源を加熱して蒸発させ、蒸発した原子からシリコン微粒子を生成する。
成膜チャンバーは、内部に蒸発チャンバーからシリコン微粒子を含むガスを搬送する経路となる移送管に接続された超音速ノズルと成膜対象である基板を備え、蒸発チャンバーから移送されたシリコン微粒子を超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せ、基板にシリコン微粒子を物理蒸着させて多結晶シリコン膜を形成する。
The polycrystalline silicon film forming apparatus of the present invention has an evaporation chamber and a film forming chamber.
The evaporation chamber includes a silicon evaporation source and a heating unit inside, and heats and evaporates the silicon evaporation source by a heating unit in a predetermined gas atmosphere or air, and generates silicon fine particles from the evaporated atoms.
The film formation chamber includes a supersonic nozzle connected to a transfer pipe serving as a path for conveying a gas containing silicon fine particles from the evaporation chamber and a substrate to be formed, and the silicon fine particles transferred from the evaporation chamber are superfluous. A polycrystalline silicon film is formed by physically vapor-depositing silicon fine particles on a substrate in a supersonic gas flow generated by a sonic nozzle.
また、本発明の多結晶シリコン膜が形成された基板は、樹脂からなる基板と、シリコン蒸発源の加熱によりシリコン微粒子が生成され、前記シリコン微粒子が移送され、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出されて、前記真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着されて前記基板上に形成された、前記シリコン微粒子からなる多結晶シリコン膜とを有する。 In addition, the substrate on which the polycrystalline silicon film of the present invention is formed includes a resin substrate and silicon fine particles generated by heating a silicon evaporation source, and the silicon fine particles are transferred and placed in a supersonic free jet stream. And a polycrystalline silicon film made of silicon fine particles, which is ejected into a vacuum chamber and physically vapor-deposited on a substrate disposed in the vacuum chamber.
上記の本発明の多結晶シリコン膜が形成された基板は、樹脂からなる基板上に、多結晶シリコン膜が形成されている。多結晶シリコン膜は、シリコン蒸発源の加熱によりシリコン微粒子が生成され、シリコン微粒子が移送され、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出されて、真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着されて基板上に形成された、シリコン微粒子からなる膜である。 In the substrate on which the polycrystalline silicon film of the present invention is formed, the polycrystalline silicon film is formed on a substrate made of resin. On the polycrystalline silicon film, silicon fine particles are generated by heating the silicon evaporation source, and the silicon fine particles are transported and ejected into the vacuum chamber on the supersonic free jet stream, on the substrate placed in the vacuum chamber. It is a film made of silicon fine particles formed on the substrate by physical vapor deposition.
本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、ＳＦＪ−ＰＶＤ法により、良好な特性の多結晶シリコン膜を短時間に形成することができる。 According to the method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention, a polycrystalline silicon film having good characteristics can be formed in a short time by the SFJ-PVD method.
本発明の多結晶シリコン膜の形成装置は、良好な特性の多結晶シリコン膜を短時間に形成することができるＳＦＪ−ＰＶＤ装置である。 The polycrystalline silicon film forming apparatus of the present invention is an SFJ-PVD apparatus capable of forming a polycrystalline silicon film having good characteristics in a short time.
本発明の多結晶シリコン膜が形成された基板の多結晶シリコン膜は、ＳＦＪ−ＰＶＤ装置により短時間に形成された良好な特性の多結晶シリコン膜である。 The polycrystalline silicon film of the substrate on which the polycrystalline silicon film of the present invention is formed is a polycrystalline silicon film having good characteristics formed in a short time by an SFJ-PVD apparatus.
以下に、本発明に係る多結晶シリコン膜の形成方法、形成装置及びそれによって多結晶シリコン膜が形成された基板の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a polycrystalline silicon film forming method, a forming apparatus, and a substrate on which a polycrystalline silicon film is formed according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本実施形態に係る多結晶シリコン膜が形成された基板の模式断面図である。
例えば、樹脂、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属、またはガラスやセラミックスなどからなる基板３３上に、多結晶シリコン膜１が形成されている。膜厚の薄い樹脂基板を用いることでフレキシブル基板を構成可能である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a substrate on which a polycrystalline silicon film according to this embodiment is formed.
For example, the polycrystalline silicon film 1 is formed on a substrate 33 made of resin, metal such as aluminum or aluminum alloy, glass, ceramics, or the like. A flexible substrate can be configured by using a thin resin substrate.
多結晶シリコン膜１の膜厚は、好ましくは数μｍ〜１０００μｍ程度であり、例えば３μｍ〜６μｍ程度の膜厚である。
上記の多結晶シリコン膜１は、ＴＦＴや薄膜太陽電池を形成するための半導体として用いることができる。
The thickness of the polycrystalline silicon film 1 is preferably about several μm to 1000 μm, for example, about 3 μm to 6 μm.
The polycrystalline silicon film 1 can be used as a semiconductor for forming TFTs and thin film solar cells.
上記の多結晶シリコン膜１は、例えば、膜全体で組成が均一である。例えば、膜全体に導電性不純物が導入されていない状態である。この場合には、ＴＦＴなどの製造工程において、必要に応じて領域毎に導電性不純物が導入される。あるいは、例えば厚み方向に導電性不純物の濃度が変化するプロファイルなどとしてもよい。 The polycrystalline silicon film 1 has, for example, a uniform composition throughout the film. For example, the conductive film is not introduced into the entire film. In this case, conductive impurities are introduced into each region as necessary in the manufacturing process of TFTs and the like. Alternatively, for example, a profile in which the concentration of conductive impurities changes in the thickness direction may be used.
上記の多結晶シリコン膜１は、例えば、粒径が数ｎｍ〜１０ｎｍであるシリコン微粒子が堆積されて形成されている。
また、上記の多結晶シリコン膜１は、これを構成するシリコン微粒子の配向性が実質的に無配向となるように形成する。ここで、配向性が実質的に無配向であるとは、特定の結晶面に配向していると限定できないような場合に相当する。
例えば、非特許文献５に記載のウィルソンの式で示される配向指数Ｘの値が、各結晶面に対して１程度、例えば０．８５〜１．２０の範囲内であるような場合を示す。ウィルソンの式において、配向指数ＸはＩＦ／ＩＦＲで示される。ここで、ＩＦは各結晶面のＸ線回折強度の相対値であり、ＩＦＲは配向のない多結晶粉末試料における対応する結晶面のＸ線回折強度の相対値である。
The polycrystalline silicon film 1 is formed, for example, by depositing silicon fine particles having a particle diameter of several nm to 10 nm.
The polycrystalline silicon film 1 is formed so that the orientation of the silicon fine particles constituting it is substantially non-oriented. Here, the fact that the orientation is substantially non-oriented corresponds to a case where the orientation cannot be limited to the orientation on a specific crystal plane.
For example, the case where the value of the orientation index X represented by the Wilson equation described in Non-Patent Document 5 is about 1 for each crystal plane, for example, in the range of 0.85 to 1.20 is shown. In the Wilson equation, the orientation index X is represented by IF / IFR. Here, IF is the relative value of the X-ray diffraction intensity of each crystal plane, and IFR is the relative value of the X-ray diffraction intensity of the corresponding crystal plane in the non-oriented polycrystalline powder sample.
本実施形態においては、上記のような多結晶シリコン膜を形成する方法として、基板上へのナノ粒子の高速での堆積により皮膜を形成する、超音速フリージェット（ＳＦＪ：Supersonic Free Jet）−物理蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）法を用いる。
即ち、例えば、上記の多結晶シリコン膜１は、シリコン蒸発源の加熱によりシリコン微粒子が生成され、得られたシリコン微粒子が移送され、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出されて、真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着されて、基板上に形成された、シリコン微粒子からなる膜である。
上記のＳＦＪ−ＰＶＤ法により形成された本実施形態の多結晶シリコン膜は、ＳＦＪ−ＰＶＤ装置により短時間に形成された良好な特性の多結晶シリコン膜である。
In the present embodiment, a supersonic free jet (SFJ) -physics in which a film is formed by high-speed deposition of nanoparticles on a substrate as a method of forming a polycrystalline silicon film as described above. The vapor deposition (PVD: Physical Vapor Deposition) method is used.
That is, for example, in the above-described polycrystalline silicon film 1, silicon fine particles are generated by heating a silicon evaporation source, and the obtained silicon fine particles are transferred and jetted into a vacuum chamber in a supersonic free jet stream. A film made of silicon fine particles formed on the substrate by physical vapor deposition on the substrate disposed in the vacuum chamber.
The polycrystalline silicon film of the present embodiment formed by the SFJ-PVD method is a polycrystalline silicon film having good characteristics formed in a short time by the SFJ-PVD apparatus.
以下に、上記のＳＦＪ−ＰＶＤ法により基板上に多結晶シリコン膜を形成するためのＳＦＪ−ＰＶＤ装置について説明する。 The SFJ-PVD apparatus for forming a polycrystalline silicon film on a substrate by the SFJ-PVD method will be described below.
図２は、上記の本実施形態に係るＳＦＪ−ＰＶＤ装置の模式構成図である。
本実施形態のＳＦＪ−ＰＶＤ装置は、蒸発チャンバー１０及び成膜用の真空チャンバーである成膜チャンバー３０を備え、両者は移送管１７により接続されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the SFJ-PVD apparatus according to the present embodiment.
The SFJ-PVD apparatus according to this embodiment includes an evaporation chamber 10 and a film forming chamber 30 that is a vacuum chamber for film formation, and both are connected by a transfer pipe 17.
蒸発チャンバー１０には真空ポンプＶＰ１に接続した排気管１１が設けられており、真空ポンプＶＰ１の作動により蒸発チャンバー１０内が排気され、例えば１０−１０Ｔｏｒｒ程度の超高真空雰囲気とされる。さらに、蒸発チャンバー１０の雰囲気ガスとして、マスフローコントローラ１２を介して設けられたガス供給源１３から、Ｈｅ、ＡｒあるいはＮ２などの不活性ガスが所定の流量で供給され、蒸発チャンバー１０内が所定の圧力雰囲気とされる。 The evaporation chamber 10 is provided with an exhaust pipe 11 connected to the vacuum pump VP1, and the inside of the evaporation chamber 10 is exhausted by the operation of the vacuum pump VP1, for example, an ultra-high vacuum atmosphere of about 10 −10 Torr. Furthermore, an inert gas such as He, Ar, or N 2 is supplied at a predetermined flow rate from the gas supply source 13 provided via the mass flow controller 12 as the atmospheric gas in the evaporation chamber 10, and the inside of the evaporation chamber 10 is determined in a predetermined manner. Pressure atmosphere.
蒸発チャンバー１０内には、水冷された銅製のるつぼ１４が設けられ、この中に、シリコン蒸発源１５が入れられている。シリコン蒸発源１５の近傍にアークトーチ、プラズマトーチあるいは抵抗加熱部などの加熱部１６が設けられており、加熱部１６によりシリコン蒸発源１５が加熱されて蒸発し、シリコン蒸発源１５から蒸発した原子からナノメートルオーダーの直径のシリコン微粒子が形成される。 A water-cooled copper crucible 14 is provided in the evaporation chamber 10, and a silicon evaporation source 15 is placed therein. A heating unit 16 such as an arc torch, a plasma torch, or a resistance heating unit is provided in the vicinity of the silicon evaporation source 15. The silicon evaporation source 15 is heated and evaporated by the heating unit 16, and atoms evaporated from the silicon evaporation source 15 are provided. To form nano-sized silicon microparticles.
一方、成膜チャンバー３０には真空ポンプＶＰ３に接続した排気管３１が設けられており、真空ポンプＶＰ３の作動により成膜チャンバー３０内が排気され、例えば１０−１０Ｔｏｒｒ程度の超高真空雰囲気とされる。 On the other hand, the film forming chamber 30 is provided with an exhaust pipe 31 connected to the vacuum pump VP3, and the inside of the film forming chamber 30 is exhausted by the operation of the vacuum pump VP3, for example, an ultrahigh vacuum atmosphere of about 10 −10 Torr. Is done.
成膜チャンバー３０内には、Ｘ−Ｙ方向に駆動するステージが設けられ、このステージに電気抵抗加熱システムを有する基板ホルダー３２が接続され、成膜用の基板３３が固定される。基板３３の温度は、基板３３の成膜領域に近接した点において不図示の熱電対により測定され、電気抵抗加熱システムにフィードバックされて温度制御される。 A stage driven in the XY direction is provided in the film forming chamber 30, and a substrate holder 32 having an electric resistance heating system is connected to the stage, and a film forming substrate 33 is fixed. The temperature of the substrate 33 is measured by a thermocouple (not shown) at a point close to the film formation region of the substrate 33 and is fed back to the electric resistance heating system to be temperature controlled.
成膜対象の基板としては、特に限定はないが、例えば、樹脂あるいはガラスの基板を用いることができる。また、純チタン板（ＪＩＳグレード１）、Ａ１０５０アルミニウム合金板、ＳＵＳ３０４ステンレススチール板などの金属基板、あるいはセラミック基板などを用いることができる。 The substrate for film formation is not particularly limited, and for example, a resin or glass substrate can be used. Also, a metal substrate such as a pure titanium plate (JIS grade 1), an A1050 aluminum alloy plate, a SUS304 stainless steel plate, a ceramic substrate, or the like can be used.
蒸発チャンバー１０に接続されている移送管１７の他方の端部が成膜チャンバー３０内に導かれており、移送管１７の先端に超音速ノズル（ラバールノズル）３５が設けられている。
上記の蒸発チャンバー１０と成膜チャンバー３０の間において、両チャンバー間の圧力差によりガスの流れが生じ、蒸発チャンバー１０で生成された多結晶シリコン微粒子は雰囲気ガスとともに移送管を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
多結晶シリコン微粒子と雰囲気ガスを含む流体は、超音速ノズル３５から超音速ガス流（超音速フリージェットＪの気流）として成膜チャンバー３０中において基板３３に向けて噴出する。
The other end of the transfer pipe 17 connected to the evaporation chamber 10 is led into the film forming chamber 30, and a supersonic nozzle (Laval nozzle) 35 is provided at the tip of the transfer pipe 17.
A gas flow is generated between the evaporation chamber 10 and the film forming chamber 30 due to a pressure difference between the two chambers, and the polycrystalline silicon fine particles generated in the evaporation chamber 10 are transferred together with the atmospheric gas to the film forming chamber 30 through a transfer pipe. And transferred.
A fluid containing polycrystalline silicon fine particles and atmospheric gas is ejected from the supersonic nozzle 35 toward the substrate 33 in the film forming chamber 30 as a supersonic gas flow (air flow of supersonic free jet J).
超音速ノズル３５は、１次元もしくは２次元の圧縮性流体力学理論を基にガスの種類と組成および成膜チャンバー３０の排気能力に応じて設計されており、移送管の先端に接続され、あるいは移送管の先端部分と一体に形成されている。具体的には、ノズル内部径が変化している縮小−拡大管であり、蒸発チャンバー１０と成膜チャンバー３０間の差圧により生起するガス流を、例えばマッハ数１．２以上、例えばマッハ数３．６の超音速にまで加速され、超音速ガス流に乗って成膜チャンバー３０中に噴出し、成膜対象である基板３３上に堆積（物理蒸着）する。 The supersonic nozzle 35 is designed according to the type and composition of the gas and the exhaust capacity of the film forming chamber 30 based on the one-dimensional or two-dimensional compressible fluid dynamics theory, and is connected to the tip of the transfer pipe, or It is formed integrally with the tip portion of the transfer pipe. Specifically, it is a reduction-expansion tube in which the inner diameter of the nozzle is changed, and the gas flow generated by the differential pressure between the evaporation chamber 10 and the film formation chamber 30 is, for example, a Mach number of 1.2 or more, for example, a Mach number. The film is accelerated to a supersonic speed of 3.6, is ejected into the film forming chamber 30 by supersonic gas flow, and is deposited (physical vapor deposition) on the substrate 33 to be formed.
上記のＳＦＪ−ＰＶＤ装置を用いた、本実施形態に係る多結晶シリコン膜の形成方法について説明する。
まず、蒸発チャンバー１０内を排気して所定の超高真空雰囲気とした後、Ｈｅ、ＡｒあるいはＮ２などの不活性ガスを所定の流量で供給して所定の圧力雰囲気とする。
A method for forming a polycrystalline silicon film according to this embodiment using the SFJ-PVD apparatus will be described.
First, the inside of the evaporation chamber 10 is evacuated to a predetermined ultra-high vacuum atmosphere, and then an inert gas such as He, Ar, or N 2 is supplied at a predetermined flow rate to obtain a predetermined pressure atmosphere.
次に、蒸発チャンバー１０内のるつぼ１４に入れられたシリコン蒸発源１５を、アークトーチ、プラズマトーチあるいは抵抗加熱部などの加熱部１６により加熱して蒸発させ、シリコン蒸発源１５から蒸発した原子からナノメートルオーダーの直径のシリコン微粒子を形成する。 Next, the silicon evaporation source 15 placed in the crucible 14 in the evaporation chamber 10 is heated and evaporated by a heating unit 16 such as an arc torch, a plasma torch, or a resistance heating unit, and from the atoms evaporated from the silicon evaporation source 15. Silicon fine particles with a diameter of nanometer order are formed.
図３は、本実施形態の多結晶シリコン膜の形成工程を示す模式図である。
成膜チャンバー３０内を排気して所定の超高真空雰囲気とする。
蒸発チャンバー１０と成膜チャンバー３０の間の圧力差によりガスの流れを生じさせ、蒸発チャンバー１０で生成されたシリコン微粒子を雰囲気ガスとともに移送管を通して成膜チャンバー３０へと移送し、図３に示すように、シリコン微粒子ＳＰを超音速フリージェットの気流に乗せて成膜チャンバー３０中に噴出して、成膜チャンバー３０中に配置された基板３３上に堆積（物理蒸着）させる。
以上のようにして、図１に示すように、基板３３上にシリコン微粒子からなる多結晶シリコン膜１を形成する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a process for forming a polycrystalline silicon film according to the present embodiment.
The film formation chamber 30 is evacuated to a predetermined ultra-high vacuum atmosphere.
A gas flow is generated by the pressure difference between the evaporation chamber 10 and the film forming chamber 30, and the silicon fine particles generated in the evaporation chamber 10 are transferred to the film forming chamber 30 through the transfer pipe together with the atmospheric gas, as shown in FIG. As described above, the silicon fine particles SP are jetted into the film forming chamber 30 in a supersonic free jet stream and deposited (physical vapor deposition) on the substrate 33 disposed in the film forming chamber 30.
As described above, the polycrystalline silicon film 1 made of silicon fine particles is formed on the substrate 33 as shown in FIG.
上記の本実施形態の多結晶シリコン膜の形成方法は、好適には、多結晶シリコン膜を形成する工程において、成膜温度を１５０℃以下として形成する。さらに好適には、成膜温度を室温程度とする。
従来方法でのＣＶＤ法などと比較して低温処理で成膜可能である。膜厚の薄い樹脂基板を用いる場合でも、基板にダメージを与えないで成膜可能である。
In the method of forming a polycrystalline silicon film according to the present embodiment, the film forming temperature is preferably set to 150 ° C. or lower in the step of forming the polycrystalline silicon film. More preferably, the film forming temperature is about room temperature.
Compared with the conventional CVD method, the film can be formed at a low temperature. Even when a thin resin substrate is used, the film can be formed without damaging the substrate.
上記の本実施形態の多結晶シリコン膜の形成方法は、多結晶シリコン膜を形成する工程において、３〜６μｍの膜厚の多結晶シリコン膜を形成する。
ＳＦＪ−ＰＶＤ法は、スパッタリング法に比べて速い成膜速度を実現できる物理蒸着であるので、例えば、好ましくは数μｍ〜１０００μｍ程度であり、例えば３μｍ〜６μｍ程度の膜厚でも容易に形成することができる。３〜６μｍの膜厚の多結晶シリコン膜は、ＴＦＴや太陽電池を製造するのに適した半導体として好ましく用いることができる。
In the method of forming a polycrystalline silicon film of the present embodiment, a polycrystalline silicon film having a thickness of 3 to 6 μm is formed in the step of forming the polycrystalline silicon film.
Since the SFJ-PVD method is physical vapor deposition that can realize a higher film formation rate than the sputtering method, for example, it is preferably about several μm to 1000 μm, and can be easily formed even with a film thickness of about 3 μm to 6 μm, for example. Can do. A polycrystalline silicon film having a thickness of 3 to 6 μm can be preferably used as a semiconductor suitable for manufacturing TFTs and solar cells.
上記の本実施形態の多結晶シリコン膜の形成方法は、多結晶シリコン膜を形成する工程において、シリコン微粒子として粒径が数ｎｍ〜１０ｎｍであるシリコン微粒子を堆積させることが好ましい。粒径の小さいシリコン微粒子を堆積させることで、緻密で品質の高い多結晶シリコン膜を得ることができる。 In the method for forming a polycrystalline silicon film of the present embodiment, it is preferable to deposit silicon fine particles having a particle diameter of several nm to 10 nm as silicon fine particles in the step of forming the polycrystalline silicon film. By depositing silicon fine particles having a small particle diameter, a dense and high quality polycrystalline silicon film can be obtained.
上記の本実施形態の多結晶シリコン膜の形成方法は、多結晶シリコン膜を形成する工程において、シリコン微粒子の配向性が実質的に無配向となるように形成することが好ましい。
無配向とすることでＴＦＴや太陽電池を製造するのに適した半導体として好ましく用いることができる。
上記の配向性が実質的に無配向であるとは、上述のように、特定の結晶面に配向していると限定できないような場合に相当する。例えば、非特許文献５に記載のウィルソンの式で示される配向指数Ｘの値が、各結晶面に対して１程度、例えば０．８５〜１．２０の範囲内であるような場合を示す。
The polycrystalline silicon film forming method of the present embodiment is preferably formed such that the orientation of the silicon fine particles is substantially non-oriented in the step of forming the polycrystalline silicon film.
By making it non-oriented, it can be preferably used as a semiconductor suitable for manufacturing TFTs and solar cells.
As described above, the fact that the orientation is substantially non-oriented corresponds to a case where the orientation cannot be limited if the orientation is oriented to a specific crystal plane. For example, the case where the value of the orientation index X represented by the Wilson equation described in Non-Patent Document 5 is about 1 for each crystal plane, for example, in the range of 0.85 to 1.20 is shown.
上記のように、本実施形態の多結晶シリコン膜の形成方法によれば、ＳＦＪ−ＰＶＤ法により、良好な特性の多結晶シリコン膜を短時間に形成することができる。
特に、フレキシブル基板と構成する膜厚の薄い樹脂基板あるいはその他の樹脂基板上に高品質で厚い多結晶シリコン膜を形成するのは非常に困難であったが、本実施形態の多結晶シリコン膜の形成方法では、基板の種類によらず成膜可能であり、樹脂基板上に高品質で厚い多結晶シリコン膜を容易に形成することができる。
As described above, according to the method for forming a polycrystalline silicon film of this embodiment, a polycrystalline silicon film having good characteristics can be formed in a short time by the SFJ-PVD method.
In particular, it has been very difficult to form a high-quality and thick polycrystalline silicon film on a thin resin substrate or other resin substrate that constitutes the flexible substrate. In the formation method, film formation is possible regardless of the type of substrate, and a high-quality and thick polycrystalline silicon film can be easily formed on a resin substrate.
上記において、必要に応じて、蒸発チャンバー１０に供給するガスは不活性ガス以外のガスを用いてもよい。あるいは不活性ガス以外のガスと不活性ガスを混合して用いてもよい。
また、成膜チャンバー３０において、基板に不活性ガスあるいはその他のガスを含むガスを吹き付けながら成膜するようにしてもよい。
In the above, the gas supplied to the evaporation chamber 10 may be a gas other than an inert gas, if necessary. Alternatively, a gas other than the inert gas and an inert gas may be mixed and used.
Further, in the film forming chamber 30, the film may be formed while spraying a gas containing an inert gas or other gas onto the substrate.
実施例１
上記の実施形態による多結晶シリコン膜の形成方法に従って、ガラス基板上に多結晶シリコン膜を６μｍ程度の膜厚で形成した。成膜時間は、１１分であった。
得られた多結晶シリコン膜の表面を観察した。多結晶シリコン膜の表面には亀裂などの欠陥は確認されなかった。
Example 1
In accordance with the method for forming a polycrystalline silicon film according to the above embodiment, a polycrystalline silicon film having a thickness of about 6 μm was formed on a glass substrate. The film formation time was 11 minutes.
The surface of the obtained polycrystalline silicon film was observed. No defects such as cracks were found on the surface of the polycrystalline silicon film.
また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による多結晶シリコン膜の断面の画像を撮影した。図４は、膜全体の断面を示すＴＥＭの画像である。図５は、多結晶シリコン膜の断面の一部を拡大したＴＥＭの画像である。
ＳＥＭ及びＴＥＭによる画像の観察においても、多結晶シリコン膜に欠陥は確認されなかった。また、図４などから膜厚は６μｍ程度にまで厚い膜となっていることが確認された。また、図５から、得られた多結晶シリコン膜は、粒径が数ｎｍ〜１０ｎｍ程度のシリコン微粒子が緻密に堆積した膜となっていることが確認された。
In addition, an image of a cross section of the polycrystalline silicon film was taken with a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM). FIG. 4 is a TEM image showing a cross section of the entire membrane. FIG. 5 is a TEM image in which a part of the cross section of the polycrystalline silicon film is enlarged.
In the observation of the image by SEM and TEM, no defects were confirmed in the polycrystalline silicon film. Moreover, it was confirmed from FIG. 4 etc. that the film thickness is as thick as about 6 μm. Further, from FIG. 5, it was confirmed that the obtained polycrystalline silicon film was a film in which silicon fine particles having a particle size of several nanometers to 10 nm were densely deposited.
実施例２
上記で得られた多結晶シリコン膜のＸ線回折スペクトルを測定した。
図６は得られたＸ線回折スペクトルを示す。図６中、上記で得られた多結晶シリコン膜のＸ線回折スペクトルをａで示し、粉末状態にした多結晶シリコンのＸ線回折スペクトルをｂで示す。
図６のスペクトルａとｂのピークの位置はよく一致する。図に示すように、（１１１）、（２２０）、（３１１）の各面に帰属できる強いピークと、（４００）、（３３１）の各面に帰属できる弱いピークが観察された。これから、上記で得たシリコン膜が多結晶体となっていることが確認できた。
Example 2
The X-ray diffraction spectrum of the polycrystalline silicon film obtained above was measured.
FIG. 6 shows the obtained X-ray diffraction spectrum. In FIG. 6, the X-ray diffraction spectrum of the polycrystalline silicon film obtained above is indicated by a, and the X-ray diffraction spectrum of polycrystalline silicon in the powder state is indicated by b.
The positions of the peaks in the spectra a and b in FIG. As shown in the figure, a strong peak that can be attributed to each plane of (111), (220), and (311) and a weak peak that can be attributed to each plane of (400) and (331) were observed. From this, it was confirmed that the silicon film obtained above was a polycrystal.
また、上記のＸ線回折スペクトルの結果より、上述のウィルソンの式を用いて、上記の５個のピークに対するＩＦ値とＩＦＲ値を算出し、配向係数Ｘを求めた。配向指数ＸはＩＦ／ＩＦＲで示される。ここで、ＩＦは各結晶面のＸ線回折強度の相対値であり、ＩＦＲは配向のない多結晶粉末試料における対応する結晶面のＸ線回折強度の相対値である。
これをまとめて表１に示す。表１は、各ピークの回折角（２θ）、帰属される面（ｈｋｌ）、各ピークに対するＩＦ値及びＩＦＲ値、及びこれらから算出された配向係数Ｘをそれぞれ示す。
Further, from the result of the above X-ray diffraction spectrum, the IF value and the IFR value for the above five peaks were calculated using the above-mentioned Wilson equation, and the orientation coefficient X was obtained. The orientation index X is represented by IF / IFR. Here, IF is the relative value of the X-ray diffraction intensity of each crystal plane, and IFR is the relative value of the X-ray diffraction intensity of the corresponding crystal plane in the non-oriented polycrystalline powder sample.
This is summarized in Table 1. Table 1 shows the diffraction angle (2θ) of each peak, the assigned plane (hkl), the IF value and IFR value for each peak, and the orientation coefficient X calculated from these.
非特許文献５にも記載のように、一般に薄膜の配向性を正確に評価することは困難である。ここでは、簡便な評価法としてウィルソンの式を用いて簡略的に評価した。
図６からは、（４００）と（３３１）のピークは強度が低いので誤差がある程度含まれると考えられるが、表１より、配向係数はいずれに面に対しても０．８５〜１．２０の範囲内であり、上記で得た多結晶シリコン膜は実質的に無配向であることが確認できた。
As described in Non-Patent Document 5, it is generally difficult to accurately evaluate the orientation of a thin film. Here, as a simple evaluation method, Wilson's formula was used for simple evaluation.
From FIG. 6, it can be considered that the peaks at (400) and (331) are low in intensity, so that some errors are included, but from Table 1, the orientation coefficient is 0.85 to 1.20 for any surface. It was confirmed that the polycrystalline silicon film obtained above was substantially non-oriented.
実施例３
次に、上記の得た多結晶シリコン膜のラマンスペクトルを測定した。ラマンスペクトルの測定は、ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用い、照射エネルギー０．５ｍＷ、露光時間１０ｓ、積算３０回の条件で測定した。
図７は得られたラマンスペクトルを示す。図７中、上記で得られた多結晶シリコン膜のラマンスペクトルをａで示し、単結晶シリコンウェハ（１００）面のラマンスペクトルをｂで示す。
図７中のｂのスペクトルに示すように、結晶シリコン成分に起因するピークは５２０ｃｍ−１付近に現れる。
上記で得られた多結晶シリコン膜のラマンスペクトルは、結晶シリコン成分に起因するピークは５２０ｃｍ−１付近の鋭いピークと、４８０ｃｍ−１付近の幅の広いピークが重畳して観測された。４８０ｃｍ−１のピークはアモルファスシリコン成分に起因するものと帰属される。上記で得られた多結晶シリコン膜のＴＯモードピークが確認された。
ラマンスペクトルの結果より算出した結晶化率（Ｒ）は８２％以上であり、結晶化率の高い高品質の多結晶シリコン膜であることが確認された。
Example 3
Next, the Raman spectrum of the obtained polycrystalline silicon film was measured. The Raman spectrum was measured using a YAG laser (wavelength: 532 nm) under the conditions of irradiation energy of 0.5 mW, exposure time of 10 s, and integration of 30 times.
FIG. 7 shows the obtained Raman spectrum. In FIG. 7, the Raman spectrum of the polycrystalline silicon film obtained above is indicated by a, and the Raman spectrum of the single crystal silicon wafer (100) surface is indicated by b.
As shown in the spectrum of b in FIG. 7, a peak due to the crystalline silicon component appears in the vicinity of 520 cm −1 .
In the Raman spectrum of the polycrystalline silicon film obtained above, a peak due to the crystalline silicon component was observed with a sharp peak near 520 cm −1 and a wide peak near 480 cm −1 superimposed. The peak at 480 cm −1 is attributed to the amorphous silicon component. The TO mode peak of the polycrystalline silicon film obtained above was confirmed.
The crystallization rate (R) calculated from the result of Raman spectrum was 82% or more, and it was confirmed that the film was a high-quality polycrystalline silicon film having a high crystallization rate.
以上の結果により、本実施形態の多結晶シリコン膜の形成方法により形成した多結晶シリコン膜は、ナノメートルオーダのシリコン微粒子が緻密に堆積した多結晶シリコン膜であると確認された。ラマンスペクトルによるアモルファス成分のピークは、結晶粒界に由来するピークであることが推測される。 From the above results, it was confirmed that the polycrystalline silicon film formed by the polycrystalline silicon film forming method of this embodiment is a polycrystalline silicon film in which silicon fine particles of nanometer order are densely deposited. It is estimated that the peak of the amorphous component by the Raman spectrum is a peak derived from the crystal grain boundary.
本発明は、超音速フリージェットＰＶＤ法により多結晶シリコン膜を形成し、膜組織および結晶構造を評価検討した結果、緻密でミクロンオーダの膜厚（６μｍ）を有し、粒径が数ｎｍ〜１０ｎｍ程度のシリコン微粒子から膜が構成されている多結晶シリコン膜であることが明らかとなった。 In the present invention, as a result of forming a polycrystalline silicon film by the supersonic free jet PVD method and evaluating the film structure and crystal structure, it has a dense and micron-order film thickness (6 μm) and a particle diameter of several nm to It was revealed that the film was a polycrystalline silicon film composed of silicon fine particles of about 10 nm.
ＳＦＪ−ＰＶＤ法によって多結晶シリコン膜を形成することにより、以下のような効果を享受することができる。
（１）低温処理であるので樹脂基板にも適用できる。
（２）ＳＦＪ−ＰＶＤ法は、速い成膜速度を実現でき、３〜６μｍ程度の厚い多結晶シリコン膜を容易に形成することができる。
By forming the polycrystalline silicon film by the SFJ-PVD method, the following effects can be obtained.
(1) Since it is a low temperature treatment, it can be applied to a resin substrate.
(2) The SFJ-PVD method can realize a high film formation rate and can easily form a thick polycrystalline silicon film of about 3 to 6 μm.
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、基板の種類は特に限定されず、種々の基板に適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above description.
For example, the kind of board | substrate is not specifically limited, It can apply to a various board | substrate.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、ＴＦＴや太陽電池などを構成する半導体材料の形成方法として適用できる。 The method for forming a polycrystalline silicon film of the present invention can be applied as a method for forming a semiconductor material constituting a TFT, a solar cell, or the like.
１…多結晶シリコン膜
１０…蒸発チャンバー
１１…排気管
１２…マスフローコントロール
１３…ガス供給源
１４…るつぼ
１５…シリコン蒸発源
１６…加熱部
１７…移送管
２０…マスフローコントロール
２１…酸素供給源
３１…排気管
３２…ステージ
３３…基板
３５…超音速ノズル
ＳＰ…シリコン微粒子
Ｊ…超音速フリージェット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polycrystalline silicon film 10 ... Evaporation chamber 11 ... Exhaust pipe 12 ... Mass flow control 13 ... Gas supply source 14 ... Crucible 15 ... Silicon evaporation source 16 ... Heating part 17 ... Transfer pipe 20 ... Mass flow control 21 ... Oxygen supply source 31 ... Exhaust pipe 32 ... Stage 33 ... Substrate 35 ... Supersonic nozzle SP ... Silicon fine particle J ... Supersonic free jet
Claims (8)
前記シリコン微粒子を移送し、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着させ、前記シリコン微粒子が緻密に堆積した前記シリコン粒子からなる多結晶シリコン膜を形成する工程と
を有する多結晶シリコン膜の形成方法。 Generating silicon fine particles by heating a silicon evaporation source;
The silicon particles and the transfer, and ejected into a vacuum chamber placed on a stream of supersonic free jet, the vacuum chamber placed on a substrate in by physical vapor deposition, the silicon particles in which the silicon fine particles are densely deposited method of forming a polycrystalline silicon film and a step of forming a polycrystalline silicon film consisting of.
請求項１に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 The method for forming a polycrystalline silicon film according to claim 1, wherein the step of generating the silicon fine particles is performed in an inert gas atmosphere.
請求項１または２に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 The method for forming a polycrystalline silicon film according to claim 1, wherein in the step of forming the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film is formed at a film formation temperature of 150 ° C. or lower.
請求項１〜３のいずれかに記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 The method for forming a polycrystalline silicon film according to claim 1, wherein a polycrystalline silicon film having a thickness of 3 μm or more is formed in the step of forming the polycrystalline silicon film.
請求項１〜４のいずれかに記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 5. The method for forming a polycrystalline silicon film according to claim 1, wherein in the step of forming the polycrystalline silicon film, silicon fine particles having a particle diameter of several nm to 10 nm are deposited as the silicon fine particles.
請求項１〜５のいずれかに記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 The method for forming a polycrystalline silicon film according to claim 1, wherein in the step of forming the polycrystalline silicon film, the silicon fine particles are formed so that the orientation of the silicon fine particles is substantially non-oriented.
内部に前記蒸発チャンバーから前記シリコン微粒子を含むガスの搬送する経路となる移送管に接続された超音速ノズルと成膜対象である基板を備え、前記蒸発チャンバーから移送された前記シリコン微粒子を前記超音速ノズルが生み出す超音速ガス流に乗せ、前記基板に前記シリコン微粒子を物理蒸着させ、前記シリコン微粒子が緻密に堆積した前記シリコン粒子からなる多結晶シリコン膜を形成する成膜チャンバーと
を有する多結晶シリコン膜の形成装置。 An evaporation chamber that includes a silicon evaporation source and a heating unit therein, heats and evaporates the silicon evaporation source by the heating unit in a predetermined gas atmosphere or air, and generates silicon fine particles from the evaporated atoms;
A supersonic nozzle connected to a transfer pipe serving as a path for transporting a gas containing the silicon fine particles from the evaporation chamber and a substrate to be formed are provided, and the silicon fine particles transferred from the evaporation chamber A polycrystalline film having a supersonic gas flow generated by a sonic nozzle, physically depositing the silicon fine particles on the substrate, and forming a polycrystalline silicon film composed of the silicon particles in which the silicon fine particles are densely deposited. Silicon film forming equipment.
シリコン蒸発源の加熱によりシリコン微粒子が生成され、前記シリコン微粒子が移送され、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出されて、前記真空チャンバー中に配置された基板上に物理蒸着されて前記基板上に形成された、前記シリコン微粒子が緻密に堆積した前記シリコン粒子からなり、Ｘ線回折強度測定において得られる各結晶面のＸ線回折強度の相対値ＩＦと、配向のない多結晶粉末試料における対応する結晶面のＸ線回折強度の相対値ＩＦＲとの比ＩＦ／ＩＦＲで示される配向指数が０．８５〜１．２である多結晶シリコン膜と
を有する多結晶シリコン膜が形成された基板。 A substrate made of resin;
Silicon fine particles are generated by heating the silicon evaporation source, and the silicon fine particles are transferred, placed in a supersonic free jet stream, ejected into a vacuum chamber, and physically vapor deposited on a substrate disposed in the vacuum chamber. formed on the substrate Te, the silicon fine particles are made of the silicon particles densely deposited, and the relative value IF of X-ray diffraction intensity of each crystal face obtained in X-ray diffraction intensity measurement, no orientation multi A polycrystalline silicon film having an orientation index of 0.85 to 1.2 represented by a ratio IF / IFR to a relative value IFR of X-ray diffraction intensity of a corresponding crystal plane in a crystal powder sample Formed substrate.
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