JPH05315260A - 多結晶シリコン膜の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン膜の製造方法Info
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- JPH05315260A JPH05315260A JP19678191A JP19678191A JPH05315260A JP H05315260 A JPH05315260 A JP H05315260A JP 19678191 A JP19678191 A JP 19678191A JP 19678191 A JP19678191 A JP 19678191A JP H05315260 A JPH05315260 A JP H05315260A
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- silicon
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- polycrystalline silicon
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶粒径が大きくしかも不純物が一様にドー
ピングされた多結晶シリコン膜を短時間で成膜できる製
造方法を提供すること。 【構成】 高温（数千〜一万度）プラズマを発生させる
高温プラズマ発生部１と、これに隣接して設けられた反
応室３とでその主要部が構成される成膜装置のプラズマ
発生部１内にシリコン原料を導入しこの溶融又は分解さ
れたシリコン原料を予めｎ型又はｐ型不純物から成る薄
膜が形成されている基板２上に成膜させて不純物が一様
にドーピングされた多結晶シリコン膜を形成する方法。
そして高温プラズマ中でシリコン原料を分解させている
ため金属級シリコン粒子等の適用が可能となり、シリコ
ン原料の溶融又は分解速度が速まって多結晶シリコン膜
の成膜速度の向上が図れ、かつ、プロセス全体が高温条
件下で行われるため不純物が一様にドーピングされた結
晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を求めることが可能と
なる。
ピングされた多結晶シリコン膜を短時間で成膜できる製
造方法を提供すること。 【構成】 高温（数千〜一万度）プラズマを発生させる
高温プラズマ発生部１と、これに隣接して設けられた反
応室３とでその主要部が構成される成膜装置のプラズマ
発生部１内にシリコン原料を導入しこの溶融又は分解さ
れたシリコン原料を予めｎ型又はｐ型不純物から成る薄
膜が形成されている基板２上に成膜させて不純物が一様
にドーピングされた多結晶シリコン膜を形成する方法。
そして高温プラズマ中でシリコン原料を分解させている
ため金属級シリコン粒子等の適用が可能となり、シリコ
ン原料の溶融又は分解速度が速まって多結晶シリコン膜
の成膜速度の向上が図れ、かつ、プロセス全体が高温条
件下で行われるため不純物が一様にドーピングされた結
晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を求めることが可能と
なる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、その膜中にｎ型又はｐ
型不純物がドーピングされ、例えば、太陽電池のシリコ
ン層や下地層（バッファ層）等に利用可能な多結晶シリ
コン膜の製造方法に係り、特に、ｎ型又はｐ型不純物を
均一にドーピングできかつその不純物濃度の制御が容易
でしかも適用できるシリコン原料の選択範囲が広く更に
その結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜を短時間で形成
可能な多結晶シリコン膜の製造方法に関する。
型不純物がドーピングされ、例えば、太陽電池のシリコ
ン層や下地層（バッファ層）等に利用可能な多結晶シリ
コン膜の製造方法に係り、特に、ｎ型又はｐ型不純物を
均一にドーピングできかつその不純物濃度の制御が容易
でしかも適用できるシリコン原料の選択範囲が広く更に
その結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜を短時間で形成
可能な多結晶シリコン膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多結晶シリコン膜は数百オングストロー
ム〜数ｍｍの結晶シリコンが多数集合して形成された結
晶シリコン膜で、アモルファスシリコンと較べ電子移動
度が１〜４桁程大きい優れた特性を有している上比較的
低コストであることから盛んにその開発が進められてお
り、上述したような太陽電池のシリコン層やこのシリコ
ン層と基板間に介装される下地層（バッファ層）等に利
用されている。
ム〜数ｍｍの結晶シリコンが多数集合して形成された結
晶シリコン膜で、アモルファスシリコンと較べ電子移動
度が１〜４桁程大きい優れた特性を有している上比較的
低コストであることから盛んにその開発が進められてお
り、上述したような太陽電池のシリコン層やこのシリコ
ン層と基板間に介装される下地層（バッファ層）等に利
用されている。
【０００３】ところで、この多結晶シリコン膜を製造す
る方法として、従来、５００〜１１００℃程度に加熱さ
れた反応室内へシラン化合物等を供給しこの分解物を基
板上へ成膜させて多結晶シリコンを求める熱ＣＶＤ法
や、プラズマＣＶＤ装置を用いて多結晶シリコン膜を求
めるプラズマＣＶＤ法等が利用されている。
る方法として、従来、５００〜１１００℃程度に加熱さ
れた反応室内へシラン化合物等を供給しこの分解物を基
板上へ成膜させて多結晶シリコンを求める熱ＣＶＤ法
や、プラズマＣＶＤ装置を用いて多結晶シリコン膜を求
めるプラズマＣＶＤ法等が利用されている。
【０００４】一方、この多結晶シリコン膜中にｎ型又は
ｐ型不純物をドーピングさせる方法としては、ｎ型又は
ｐ型不純物ガス（ドーパントガス）で満たされた反応室
内へ予め成膜された多結晶シリコン膜を導入し、このド
ーパントガスを多結晶シリコン膜内へ７００℃〜１００
０℃の温度条件下で熱拡散させてドーピングする『熱拡
散法』や、多結晶シリコン膜を成膜する際その成膜材料
内にドーパント材料を予め混入させておき、成膜と同時
にドーピングを行う『混入法』等が利用されている。
ｐ型不純物をドーピングさせる方法としては、ｎ型又は
ｐ型不純物ガス（ドーパントガス）で満たされた反応室
内へ予め成膜された多結晶シリコン膜を導入し、このド
ーパントガスを多結晶シリコン膜内へ７００℃〜１００
０℃の温度条件下で熱拡散させてドーピングする『熱拡
散法』や、多結晶シリコン膜を成膜する際その成膜材料
内にドーパント材料を予め混入させておき、成膜と同時
にドーピングを行う『混入法』等が利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記『熱拡
散法』を採った場合、多結晶シリコン膜の表面側には多
量の不純物がドーピングされるがその内部側へはドーピ
ングされ難く多結晶シリコン膜全体に亘って不純物を均
一にドーピングできない問題点があり、また、上記『混
入法』を採った場合、成膜前のドーパント材料の混入割
合と成膜後の混入割合とが必ずしも対応せず不純物濃度
の制御が難しい問題点があった。
散法』を採った場合、多結晶シリコン膜の表面側には多
量の不純物がドーピングされるがその内部側へはドーピ
ングされ難く多結晶シリコン膜全体に亘って不純物を均
一にドーピングできない問題点があり、また、上記『混
入法』を採った場合、成膜前のドーパント材料の混入割
合と成膜後の混入割合とが必ずしも対応せず不純物濃度
の制御が難しい問題点があった。
【０００６】他方、多結晶シリコン膜の成膜法自体につ
いても、熱ＣＶＤ法においてはこの方法に適用できるシ
リコン原料が分解され易いＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 等のシ
ラン化合物やＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＳｉＨＣｌ3 等のハロゲ
ン化珪素に限られ、ＳｉＦ4、ＳｉＣｌ4 、Ｓｉ2 Ｆ6
及びＳｉＨ2 Ｆ2 等の分解され難いハロゲン化珪素や精
製処理が不十分な金属級シリコン粒子（ＭＧ・Ｓｉ）等
の適用が困難なためその材料選択範囲が狭い欠点があ
り、かつ、上記ＳｉＨ4 等のシラン化合物はその発火性
が極めて高いためその取扱いに細心の注意を払わねばな
らない問題点があった。更に、分解され易いＳｉＨ4 等
のシラン化合物を適用するにしてもその分解率があまり
高くなく、従って、その分基板への材料供給速度が遅く
なるため多結晶シリコンの成膜に時間を要する問題点が
あった。
いても、熱ＣＶＤ法においてはこの方法に適用できるシ
リコン原料が分解され易いＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 等のシ
ラン化合物やＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＳｉＨＣｌ3 等のハロゲ
ン化珪素に限られ、ＳｉＦ4、ＳｉＣｌ4 、Ｓｉ2 Ｆ6
及びＳｉＨ2 Ｆ2 等の分解され難いハロゲン化珪素や精
製処理が不十分な金属級シリコン粒子（ＭＧ・Ｓｉ）等
の適用が困難なためその材料選択範囲が狭い欠点があ
り、かつ、上記ＳｉＨ4 等のシラン化合物はその発火性
が極めて高いためその取扱いに細心の注意を払わねばな
らない問題点があった。更に、分解され易いＳｉＨ4 等
のシラン化合物を適用するにしてもその分解率があまり
高くなく、従って、その分基板への材料供給速度が遅く
なるため多結晶シリコンの成膜に時間を要する問題点が
あった。
【０００７】一方、プラズマＣＶＤ法においても材料の
選択範囲が狭いと共にシリコン原料の分解率が低い欠点
を有しており、かつ、プラズマＣＶＤ法は通常真空条件
下においてなされる関係上、装置内の真空条件を保持し
たままでこの装置内へ多量のシリコン原料を投入するこ
とが難しいため、熱ＣＶＤ法と較べても多結晶シリコン
の成膜により時間を必要とする問題点があった。また、
プラズマＣＶＤ法は低温条件下においてなされるため基
板に耐熱性が要求されない利点を有しているが、その反
面、成膜処理が低温でなされることから結晶粒径の大き
い多結晶シリコン膜が求め難い問題点があった。
選択範囲が狭いと共にシリコン原料の分解率が低い欠点
を有しており、かつ、プラズマＣＶＤ法は通常真空条件
下においてなされる関係上、装置内の真空条件を保持し
たままでこの装置内へ多量のシリコン原料を投入するこ
とが難しいため、熱ＣＶＤ法と較べても多結晶シリコン
の成膜により時間を必要とする問題点があった。また、
プラズマＣＶＤ法は低温条件下においてなされるため基
板に耐熱性が要求されない利点を有しているが、その反
面、成膜処理が低温でなされることから結晶粒径の大き
い多結晶シリコン膜が求め難い問題点があった。
【０００８】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、ｎ型又はｐ型不
純物を均一にドーピングできかつその不純物濃度の制御
が容易でしかも適用できるシリコン原料の選択範囲が広
く更にその結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜を短時間
で形成可能な多結晶シリコン膜の製造方法を提供するこ
とにある。
れたもので、その課題とするところは、ｎ型又はｐ型不
純物を均一にドーピングできかつその不純物濃度の制御
が容易でしかも適用できるシリコン原料の選択範囲が広
く更にその結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜を短時間
で形成可能な多結晶シリコン膜の製造方法を提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ｎ型
又はｐ型不純物がドーピングされている多結晶シリコン
膜を基板上に形成する多結晶シリコン膜の製造方法を前
提とし、大気圧又は大気圧近傍の圧力条件下で発生させ
た高温プラズマ中にシリコン原子が含まれるシリコン原
料を導入してこの原料を溶融又は分解し、かつ、ｎ型又
はｐ型不純物より成る薄膜が予め形成されている耐熱性
基板上に上記シリコン原料の溶融又は分解物を成膜させ
て上記薄膜上にシリコン膜を積層した後、このシリコン
膜中に上記ｎ型又はｐ型不純物を熱拡散させると共に上
記シリコン膜を冷却させてｎ型又はｐ型不純物がドーピ
ングされている多結晶シリコン膜を形成することを特徴
とするものである。
又はｐ型不純物がドーピングされている多結晶シリコン
膜を基板上に形成する多結晶シリコン膜の製造方法を前
提とし、大気圧又は大気圧近傍の圧力条件下で発生させ
た高温プラズマ中にシリコン原子が含まれるシリコン原
料を導入してこの原料を溶融又は分解し、かつ、ｎ型又
はｐ型不純物より成る薄膜が予め形成されている耐熱性
基板上に上記シリコン原料の溶融又は分解物を成膜させ
て上記薄膜上にシリコン膜を積層した後、このシリコン
膜中に上記ｎ型又はｐ型不純物を熱拡散させると共に上
記シリコン膜を冷却させてｎ型又はｐ型不純物がドーピ
ングされている多結晶シリコン膜を形成することを特徴
とするものである。
【００１０】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明
するとこの方法を適用するための装置は、図１に示すよ
うに数千〜一万度程度の高温プラズマを発生させる高温
プラズマ発生部１と、この高温プラズマ発生部１に隣接
して設けられ基板２が配置される反応室３とでその主要
部が構成され、上記プラズマ発生部１に導入されて溶融
又は分解されたシリコン原料をｎ型又はｐ型不純物より
成る薄膜が予め形成されている上記基板２上に成膜させ
て多結晶シリコン膜を形成するものである。
するとこの方法を適用するための装置は、図１に示すよ
うに数千〜一万度程度の高温プラズマを発生させる高温
プラズマ発生部１と、この高温プラズマ発生部１に隣接
して設けられ基板２が配置される反応室３とでその主要
部が構成され、上記プラズマ発生部１に導入されて溶融
又は分解されたシリコン原料をｎ型又はｐ型不純物より
成る薄膜が予め形成されている上記基板２上に成膜させ
て多結晶シリコン膜を形成するものである。
【００１１】尚、上記反応室３の下流側には排気系４が
設けられており、シリコン原料に含まれていた揮発成分
や基板２に成膜されなかったシリコン等を排出するよう
に構成されている。
設けられており、シリコン原料に含まれていた揮発成分
や基板２に成膜されなかったシリコン等を排出するよう
に構成されている。
【００１２】ここで、高温プラズマを発生させる手段と
しては、アークプラズマを用いる直流法、誘導プラズマ
を用いる高周波法、並びに、アークプラズマと誘導プラ
ズマを併用する併用法があり本発明においてはいずれの
方法も適用できる。
しては、アークプラズマを用いる直流法、誘導プラズマ
を用いる高周波法、並びに、アークプラズマと誘導プラ
ズマを併用する併用法があり本発明においてはいずれの
方法も適用できる。
【００１３】すなわち、上記直流法においては図２に示
すように電極部１１と陰極部１２の間でアーク放電を発
生させ、上記電極部１１と陰極部１２のギャップ間を流
れるアルゴンガス、水素ガス等を分解させて高温プラズ
マを発生させる。そして、高温プラズマが発生している
部位へシリコン原料を導入し、このシリコン原料を高温
のアルゴンプラズマ、水素プラズマ等により溶融、分解
させると共にこの溶融又は分解物を基板２側へ輸送させ
て多結晶シリコン膜を形成するものである。他方、上記
高周波法においては図３に示すようにアルゴンガス、水
素ガス等が供給される石英管等管１３の中央にコイル１
４を巻回し、かつ、このコイル１４により誘導プラズマ
を発生させるもので上記直流法に較べ広がったプラズマ
フレーム１５が形成される。また、上記併用法はこれ等
直流法と高周波法とを組合わせた方法である。
すように電極部１１と陰極部１２の間でアーク放電を発
生させ、上記電極部１１と陰極部１２のギャップ間を流
れるアルゴンガス、水素ガス等を分解させて高温プラズ
マを発生させる。そして、高温プラズマが発生している
部位へシリコン原料を導入し、このシリコン原料を高温
のアルゴンプラズマ、水素プラズマ等により溶融、分解
させると共にこの溶融又は分解物を基板２側へ輸送させ
て多結晶シリコン膜を形成するものである。他方、上記
高周波法においては図３に示すようにアルゴンガス、水
素ガス等が供給される石英管等管１３の中央にコイル１
４を巻回し、かつ、このコイル１４により誘導プラズマ
を発生させるもので上記直流法に較べ広がったプラズマ
フレーム１５が形成される。また、上記併用法はこれ等
直流法と高周波法とを組合わせた方法である。
【００１４】そして、直流又は高周波の投入電力や、ア
ルゴンガス、水素ガス等の流量等を適宜調整することに
より上記プラズマフレーム１５の形状、シリコン原料の
溶融又は分解状態、並びに、溶融又は分解物の流速を制
御することが可能になるため、これ等の条件を適宜選定
することによりシリコン膜の成膜条件を調整することが
可能となる。
ルゴンガス、水素ガス等の流量等を適宜調整することに
より上記プラズマフレーム１５の形状、シリコン原料の
溶融又は分解状態、並びに、溶融又は分解物の流速を制
御することが可能になるため、これ等の条件を適宜選定
することによりシリコン膜の成膜条件を調整することが
可能となる。
【００１５】また、本発明において適用可能なシリコン
原料としては、従来と同様分解され易いＳｉＨ4 、Ｓｉ
2 Ｈ6 等のシラン化合物やＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＳｉＨＣｌ
3 等のハロゲン化珪素が適用できる他、ＳｉＦ4 、Ｓｉ
Ｃｌ4 、Ｓｉ2 Ｆ6 、Ｓｉ2Ｃｌ6 、ＳｉＨx Ｆy 及び
ＳｉＨx Ｃｌy 等分解され難いガス状又は液状のハロゲ
ン化珪素が適用でき、更に、精製処理が不十分でかつそ
の粒径が約２００μｍ以下の金属級シリコン粒子（ＭＧ
・Ｓｉ，例えばＳｉ純度が９９％のもの）並びに精製処
理された太陽電池級シリコン粒子（ＳＯＧ，例えばＳｉ
純度が９９．９９９９％のもの）等についてもこれ等シ
リコン粒子中に含まれる不純物が高温加熱処理により揮
発成分となって除去され易いためその適用が可能であ
る。
原料としては、従来と同様分解され易いＳｉＨ4 、Ｓｉ
2 Ｈ6 等のシラン化合物やＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ＳｉＨＣｌ
3 等のハロゲン化珪素が適用できる他、ＳｉＦ4 、Ｓｉ
Ｃｌ4 、Ｓｉ2 Ｆ6 、Ｓｉ2Ｃｌ6 、ＳｉＨx Ｆy 及び
ＳｉＨx Ｃｌy 等分解され難いガス状又は液状のハロゲ
ン化珪素が適用でき、更に、精製処理が不十分でかつそ
の粒径が約２００μｍ以下の金属級シリコン粒子（ＭＧ
・Ｓｉ，例えばＳｉ純度が９９％のもの）並びに精製処
理された太陽電池級シリコン粒子（ＳＯＧ，例えばＳｉ
純度が９９．９９９９％のもの）等についてもこれ等シ
リコン粒子中に含まれる不純物が高温加熱処理により揮
発成分となって除去され易いためその適用が可能であ
る。
【００１６】尚、金属級シリコン粒子を適用した場合、
この粒子内に含まれるＣ（炭素）等の軽元素を除去する
ため酸素（Ｏ2 ）ガスや水蒸気（Ｈ2 Ｏ）等を上記高温
プラズマ中に供給してもよいし、上記粒子内に含まれる
Ｔｉ（チタン）やＦｅ（鉄）等の重金属を除去するため
弗化カルシウム（ＣａＦ2 ）等の弗化物を上記高温プラ
ズマ中に供給してもよく、また、シリコン原料投入時に
おける反応室内の圧力変動を防止して反応室内の圧力を
大気圧又は大気圧近傍（数百Ｔｏｒｒ）に保持する圧力
制御弁を設けてもよい。
この粒子内に含まれるＣ（炭素）等の軽元素を除去する
ため酸素（Ｏ2 ）ガスや水蒸気（Ｈ2 Ｏ）等を上記高温
プラズマ中に供給してもよいし、上記粒子内に含まれる
Ｔｉ（チタン）やＦｅ（鉄）等の重金属を除去するため
弗化カルシウム（ＣａＦ2 ）等の弗化物を上記高温プラ
ズマ中に供給してもよく、また、シリコン原料投入時に
おける反応室内の圧力変動を防止して反応室内の圧力を
大気圧又は大気圧近傍（数百Ｔｏｒｒ）に保持する圧力
制御弁を設けてもよい。
【００１７】次に、本発明に適用できる基板としてはこ
の基板が高温プラズマフレームに晒される関係上耐熱性
を具備していることを要し、例えば、アルミナのような
セラミックス基板や耐熱ステンレス鋼のような金属基
板、及び、炭素繊維、グラファイト等が挙げられる。ま
た、この基板上に予め成膜されるｎ型又はｐ型不純物と
しては、ｎ型不純物としてＡｓ（ひ素）、Ｓｂ（アンチ
モン）等が挙げられ、また、ｐ型不純物としてはＢ（ボ
ロン）、Ａｌ（アルミニウム）等がある。尚、基板上に
上記不純物を成膜する手段については特に制限はなく、
例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法など任意
の手段が適用できる。
の基板が高温プラズマフレームに晒される関係上耐熱性
を具備していることを要し、例えば、アルミナのような
セラミックス基板や耐熱ステンレス鋼のような金属基
板、及び、炭素繊維、グラファイト等が挙げられる。ま
た、この基板上に予め成膜されるｎ型又はｐ型不純物と
しては、ｎ型不純物としてＡｓ（ひ素）、Ｓｂ（アンチ
モン）等が挙げられ、また、ｐ型不純物としてはＢ（ボ
ロン）、Ａｌ（アルミニウム）等がある。尚、基板上に
上記不純物を成膜する手段については特に制限はなく、
例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法など任意
の手段が適用できる。
【００１８】そして、図４に示すようにｎ型又はｐ型不
純物から成る薄膜２１が予め形成されている基板２上に
シリコン原料の溶融又は分解物を成膜させてシリコン膜
２２を形成し、このシリコン膜２２が有する熱エネルギ
により上記薄膜２１を溶融させかつこれをシリコン膜２
２内へ一様に熱拡散させると共にシリコン膜２２を冷却
させて図５に示すようにｎ型又はｐ型不純物が均一にド
ーピングされている多結晶シリコン膜２０を求めるもの
である。この場合、上記薄膜２１を構成するｎ型又はｐ
型不純物の大部分がシリコン膜２２中に一様に熱拡散さ
れ外部へ揮散される量がほとんど皆無となるため、薄膜
２１の膜厚ｔ１とシリコン膜２２の膜厚ｔ２の比により
多結晶シリコン膜２０中の不純物濃度を決することが可
能となり、従って不純物濃度の制御が容易となる利点を
有している。
純物から成る薄膜２１が予め形成されている基板２上に
シリコン原料の溶融又は分解物を成膜させてシリコン膜
２２を形成し、このシリコン膜２２が有する熱エネルギ
により上記薄膜２１を溶融させかつこれをシリコン膜２
２内へ一様に熱拡散させると共にシリコン膜２２を冷却
させて図５に示すようにｎ型又はｐ型不純物が均一にド
ーピングされている多結晶シリコン膜２０を求めるもの
である。この場合、上記薄膜２１を構成するｎ型又はｐ
型不純物の大部分がシリコン膜２２中に一様に熱拡散さ
れ外部へ揮散される量がほとんど皆無となるため、薄膜
２１の膜厚ｔ１とシリコン膜２２の膜厚ｔ２の比により
多結晶シリコン膜２０中の不純物濃度を決することが可
能となり、従って不純物濃度の制御が容易となる利点を
有している。
【００１９】ここで、上記反応室３内に基板２を配置す
る場合、プラズマ発生部１と配置された基板２間距離が
近過ぎるとプラズマ発生部１からのプラズマフレーム１
５により基板２が過熱されて破損することがあり、反対
に距離を開け過ぎるとシリコン膜の成膜が困難になるこ
とがある。このため、上記プラズマフレーム１５の形
状、シリコン原料の溶融又は分解状態並びに溶融又は分
解物の流速等の条件に対応した適正距離を選定すること
が望ましい。また、基板２を固定して配置した場合、上
記プラズマフレーム１５により基板２が局所的に過熱さ
れて成膜されるシリコン膜の均一性が阻害されることが
あるため、基板２を保持する基板ホルダーに移動機構を
設けこの移動機構により上記基板２を水平方向へ移動さ
せて基板２の局所的過熱を防止することが望ましい。ま
た、基板２上に成膜された多結晶シリコン膜の結晶粒径
及び膜質は成膜後におけるシリコン膜の冷却条件に大き
く影響され、この冷却制御が不十分であると結晶粒径が
大きい多結晶シリコン膜を求めることが困難となり低品
質な膜となる。従って、基板２を保持する上記基板ホル
ダーについては成膜後のシリコン膜の冷却制御を可能に
させる温度制御機構を設けることが望ましい。
る場合、プラズマ発生部１と配置された基板２間距離が
近過ぎるとプラズマ発生部１からのプラズマフレーム１
５により基板２が過熱されて破損することがあり、反対
に距離を開け過ぎるとシリコン膜の成膜が困難になるこ
とがある。このため、上記プラズマフレーム１５の形
状、シリコン原料の溶融又は分解状態並びに溶融又は分
解物の流速等の条件に対応した適正距離を選定すること
が望ましい。また、基板２を固定して配置した場合、上
記プラズマフレーム１５により基板２が局所的に過熱さ
れて成膜されるシリコン膜の均一性が阻害されることが
あるため、基板２を保持する基板ホルダーに移動機構を
設けこの移動機構により上記基板２を水平方向へ移動さ
せて基板２の局所的過熱を防止することが望ましい。ま
た、基板２上に成膜された多結晶シリコン膜の結晶粒径
及び膜質は成膜後におけるシリコン膜の冷却条件に大き
く影響され、この冷却制御が不十分であると結晶粒径が
大きい多結晶シリコン膜を求めることが困難となり低品
質な膜となる。従って、基板２を保持する上記基板ホル
ダーについては成膜後のシリコン膜の冷却制御を可能に
させる温度制御機構を設けることが望ましい。
【００２０】尚、シリコン原料の溶融又は分解物を基板
２上に成膜させて多結晶シリコン膜を一旦形成した後、
この多結晶シリコン膜をアルゴン等の不活性高温プラズ
マにより再溶融させると共にこの膜を冷却制御処理して
再結晶化しその結晶粒径を更に大きくさせる方法を採っ
てもよい。この場合、高温プラズマ発生部１における直
流又は高周波の投入電力を調整して再溶融条件を設定す
ることができると共に基板ホルダーの温度制御機構によ
り冷却制御処理を施すことが可能となる。
２上に成膜させて多結晶シリコン膜を一旦形成した後、
この多結晶シリコン膜をアルゴン等の不活性高温プラズ
マにより再溶融させると共にこの膜を冷却制御処理して
再結晶化しその結晶粒径を更に大きくさせる方法を採っ
てもよい。この場合、高温プラズマ発生部１における直
流又は高周波の投入電力を調整して再溶融条件を設定す
ることができると共に基板ホルダーの温度制御機構によ
り冷却制御処理を施すことが可能となる。
【００２１】
【作用】この様な技術的手段によれば、シリコン原子が
含まれるシリコン原料を高温プラズマ中に導入してこれ
を溶融又は分解しているため従来法では適用困難であっ
た分解温度の高いシリコン原料や不純物の含まれる金属
級シリコン粒子の適用が可能になると共に、シリコン原
料の溶融又は分解速度が速まって上記基板上への溶融又
は分解物の供給速度も速まるため多結晶シリコン膜の成
膜速度の向上が図れる。
含まれるシリコン原料を高温プラズマ中に導入してこれ
を溶融又は分解しているため従来法では適用困難であっ
た分解温度の高いシリコン原料や不純物の含まれる金属
級シリコン粒子の適用が可能になると共に、シリコン原
料の溶融又は分解速度が速まって上記基板上への溶融又
は分解物の供給速度も速まるため多結晶シリコン膜の成
膜速度の向上が図れる。
【００２２】また、プロセス全体が従来より高温条件下
で行われるため基板上に薄膜形成されたｎ型又はｐ型不
純物がこの上面に積層されたシリコン膜中に一様に熱拡
散されると共に結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を求
めることが可能となる。
で行われるため基板上に薄膜形成されたｎ型又はｐ型不
純物がこの上面に積層されたシリコン膜中に一様に熱拡
散されると共に結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を求
めることが可能となる。
【００２３】更に、ｎ型又はｐ型不純物より成る薄膜と
この上面に積層されたシリコン膜の膜厚の比により多結
晶シリコン膜中の不純物濃度が決せられるため不純物濃
度の制御が容易となる。
この上面に積層されたシリコン膜の膜厚の比により多結
晶シリコン膜中の不純物濃度が決せられるため不純物濃
度の制御が容易となる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。
る。
【００２５】［実施例１］アークプラズマ並びに誘導プ
ラズマを形成できる高温プラズマ発生部と、この高温プ
ラズマ発生部に隣接して設けられ内部に基板ホルダーを
備える反応室とでその主要部が構成される装置内に、ボ
ロンから成る薄膜が予め形成されている厚さ１０mmのア
ルミナ基板を配置し、かつ、反応室内を〜１０-3Torrま
で真空引きを行って反応室内の空気等を排気した後、プ
ラズマ点火後の急加熱や局所的過熱を防ぐため点火に先
がけ上記基板ホルダーに設けられアルミナ基板を水平方
向へ移動操作する移動機構を作動させた。
ラズマを形成できる高温プラズマ発生部と、この高温プ
ラズマ発生部に隣接して設けられ内部に基板ホルダーを
備える反応室とでその主要部が構成される装置内に、ボ
ロンから成る薄膜が予め形成されている厚さ１０mmのア
ルミナ基板を配置し、かつ、反応室内を〜１０-3Torrま
で真空引きを行って反応室内の空気等を排気した後、プ
ラズマ点火後の急加熱や局所的過熱を防ぐため点火に先
がけ上記基板ホルダーに設けられアルミナ基板を水平方
向へ移動操作する移動機構を作動させた。
【００２６】次に、プラズマ発生部内へアルゴンガスと
水素ガスを導入すると共にプラズマ点火を行った。電源
は最初に直流を投入しその後に高周波を投入した。尚、
高温プラズマフレームの形状はアルゴンガス、水素ガス
の流量でかなり変化するが安定した状態を比較的容易に
得ることができた。また、この装置にはアルゴンガスと
水素ガスの導入口並びにシリコン原料の導入口に圧力制
御弁が取付けられ、かつ、反応室の下流側には排気系が
設けられておりこれ等機構により反応室内の圧力は〜５
５０Torrに保持されている。
水素ガスを導入すると共にプラズマ点火を行った。電源
は最初に直流を投入しその後に高周波を投入した。尚、
高温プラズマフレームの形状はアルゴンガス、水素ガス
の流量でかなり変化するが安定した状態を比較的容易に
得ることができた。また、この装置にはアルゴンガスと
水素ガスの導入口並びにシリコン原料の導入口に圧力制
御弁が取付けられ、かつ、反応室の下流側には排気系が
設けられておりこれ等機構により反応室内の圧力は〜５
５０Torrに保持されている。
【００２７】そして、アルミナ基板表面温度が十分上昇
していることを放射温度計を用いてモニターした後、シ
リコン原料の導入口から太陽電池級シリコン粒子を導入
してこのシリコン粒子を高温プラズマ中にて溶融させる
と共にこの溶融物をアルミナ基板上に成膜させた。この
成膜処理を２〜３分間行い、かつ、シリコン粒子の供給
停止後も高周波を投入してアルゴンの高温プラズマを継
続させ５〜１０分程度の冷却制御を行ってボロンが一様
にドーピングされた膜厚１mm程度の多結晶シリコン膜を
求めた。尚、基板ホルダーに設けられた移動機構はシリ
コン膜成膜前からシリコン膜の冷却制御中も継続して作
動させておりアルミナ基板表面への入熱の均一化を図っ
ている。
していることを放射温度計を用いてモニターした後、シ
リコン原料の導入口から太陽電池級シリコン粒子を導入
してこのシリコン粒子を高温プラズマ中にて溶融させる
と共にこの溶融物をアルミナ基板上に成膜させた。この
成膜処理を２〜３分間行い、かつ、シリコン粒子の供給
停止後も高周波を投入してアルゴンの高温プラズマを継
続させ５〜１０分程度の冷却制御を行ってボロンが一様
にドーピングされた膜厚１mm程度の多結晶シリコン膜を
求めた。尚、基板ホルダーに設けられた移動機構はシリ
コン膜成膜前からシリコン膜の冷却制御中も継続して作
動させておりアルミナ基板表面への入熱の均一化を図っ
ている。
【００２８】 （成 膜 条 件） 反応室内の圧力 〜５５０Ｔｏｒｒ 高周波放電電力 ３０〜６０ＫＷ 直流放電電流 ２００〜４００Ａ 直流放電電圧 ２０〜４０Ｖ アルゴンガス流量 ６０〜８０リット
ル／ｍｉｎ 水素ガス流量 ２〜４リットル／
ｍｉｎ 太陽電池級シリコン粒子の粒径 ７５〜１５０μｍ 太陽電池級シリコン粒子の供給量 １〜５ｇ／ｍｉｎ 高温プラズマ発生部と基板間距離 １０〜２０ｃｍ この様にして求められた多結晶シリコン膜についてＴＥ
Ｍ観察を行ったところ、膜厚１mm程度でその結晶粒径は
１００μｍ程度に達していることが確認でき、かつ、均
一に分散されたボロンの作用によりその導電率も優れて
いることも確認された。
ル／ｍｉｎ 水素ガス流量 ２〜４リットル／
ｍｉｎ 太陽電池級シリコン粒子の粒径 ７５〜１５０μｍ 太陽電池級シリコン粒子の供給量 １〜５ｇ／ｍｉｎ 高温プラズマ発生部と基板間距離 １０〜２０ｃｍ この様にして求められた多結晶シリコン膜についてＴＥ
Ｍ観察を行ったところ、膜厚１mm程度でその結晶粒径は
１００μｍ程度に達していることが確認でき、かつ、均
一に分散されたボロンの作用によりその導電率も優れて
いることも確認された。
【００２９】［実施例２］シリコン原料としてＳｉＦ4
のガス状体を適用した点とこのＳｉＦ4 のガス流量条件
が０．５リットル／ｍｉｎである点を除き実施例１の製
造方法と略同一であり、かつ、実施例１と同様の多結晶
シリコン膜を求めた。
のガス状体を適用した点とこのＳｉＦ4 のガス流量条件
が０．５リットル／ｍｉｎである点を除き実施例１の製
造方法と略同一であり、かつ、実施例１と同様の多結晶
シリコン膜を求めた。
【００３０】［実施例３］シリコン原料としてＳｉＣｌ
4 の液状体を適用した点とこのＳｉＣｌ4 の流量条件が
０．１ｃｃ／ｍｉｎである点を除き実施例１の製造方法
と略同一であり、かつ、実施例１と同様の多結晶シリコ
ン膜を求めた。
4 の液状体を適用した点とこのＳｉＣｌ4 の流量条件が
０．１ｃｃ／ｍｉｎである点を除き実施例１の製造方法
と略同一であり、かつ、実施例１と同様の多結晶シリコ
ン膜を求めた。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、従来法では適用困難で
あった分解温度の高いシリコン原料や不純物の含まれる
金属級シリコン粒子の適用が可能となり、かつ、多結晶
シリコン膜の成膜速度の向上が図れると共に、この多結
晶シリコン膜中にｎ型又はｐ型不純物を濃度制御を正確
に行えながら一様に熱拡散させることができ、しかもそ
の結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を求めることが可
能となる。
あった分解温度の高いシリコン原料や不純物の含まれる
金属級シリコン粒子の適用が可能となり、かつ、多結晶
シリコン膜の成膜速度の向上が図れると共に、この多結
晶シリコン膜中にｎ型又はｐ型不純物を濃度制御を正確
に行えながら一様に熱拡散させることができ、しかもそ
の結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を求めることが可
能となる。
【００３２】従って、シリコン原料の選択範囲が広めら
れると共に適正濃度のｎ型又はｐ型不純物が一様にドー
ピングされた結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を短時
間で製造できる効果を有している。
れると共に適正濃度のｎ型又はｐ型不純物が一様にドー
ピングされた結晶粒径の大きい多結晶シリコン膜を短時
間で製造できる効果を有している。
【図１】本発明を適用するための装置の構成概念図。
【図２】直流法による高温プラズマ発生部の模式図。
【図３】高周波法による高温プラズマ発生部の模式図。
【図４】不純物薄膜が形成された基板上にシリコン膜が
成膜された状態を示す概念図。
成膜された状態を示す概念図。
【図５】不純物が均一にドーピングされた多結晶シリコ
ン膜の概念図。
ン膜の概念図。
１ 高温プラズマ発生部 ２ 基板 ３ 反応室 ２０ 多結晶シリコン膜 ２１ 薄膜 ２２ シリコン膜
Claims (1)
- 【請求項１】 ｎ型又はｐ型不純物がドーピングされて
いる多結晶シリコン膜を基板上に形成する多結晶シリコ
ン膜の製造方法において、 大気圧又は大気圧近傍の圧力条件下で発生させた高温プ
ラズマ中にシリコン原子が含まれるシリコン原料を導入
してこの原料を溶融又は分解し、かつ、ｎ型又はｐ型不
純物より成る薄膜が予め形成されている耐熱性基板上に
上記シリコン原料の溶融又は分解物を成膜させて上記薄
膜上にシリコン膜を積層した後、このシリコン膜中に上
記ｎ型又はｐ型不純物を熱拡散させると共に上記シリコ
ン膜を冷却させてｎ型又はｐ型不純物がドーピングされ
ている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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19678191A JPH05315260A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 多結晶シリコン膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19678191A JPH05315260A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 多結晶シリコン膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315260A true JPH05315260A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=16363530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19678191A Pending JPH05315260A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 多結晶シリコン膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05315260A (ja) |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP19678191A patent/JPH05315260A/ja active Pending
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