JPH05326414A - 多結晶シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の製造方法Info
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- JPH05326414A JPH05326414A JP19678291A JP19678291A JPH05326414A JP H05326414 A JPH05326414 A JP H05326414A JP 19678291 A JP19678291 A JP 19678291A JP 19678291 A JP19678291 A JP 19678291A JP H05326414 A JPH05326414 A JP H05326414A
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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短時間で成膜可能な
多結晶シリコン薄膜の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基板２上に成膜させて多結晶シリ
コン薄膜を形成する方法。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薄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
結晶粒径の大きい多結晶シリコン薄膜を求めることが可
能となる。
多結晶シリコン薄膜の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基板２上に成膜させて多結晶シリ
コン薄膜を形成する方法。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薄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
結晶粒径の大きい多結晶シリコン薄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、薄膜トランジスタの活
性層や太陽電池のシリコン層等に利用可能な多結晶シリ
コン薄膜の製造方法に係り、特に、適用できるシリコン
原料の選択範囲が広くしかもその結晶粒径が大きい多結
晶シリコン薄膜を短時間で形成可能な多結晶シリコン薄
膜の製造方法に関する。
性層や太陽電池のシリコン層等に利用可能な多結晶シリ
コン薄膜の製造方法に係り、特に、適用できるシリコン
原料の選択範囲が広くしかもその結晶粒径が大きい多結
晶シリコン薄膜を短時間で形成可能な多結晶シリコン薄
膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多結晶シリコン薄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開発が進められてお
り、上述したような薄膜トランジスタの活性層や太陽電
池のシリコン層等に利用されている。
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開発が進められてお
り、上述したような薄膜トランジスタの活性層や太陽電
池のシリコン層等に利用されている。
【０００３】ところで、この多結晶シリコン薄膜を製造
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薄膜を
求めるプラズマＣＶＤ法等が利用されている。
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薄膜を
求めるプラズマＣＶＤ法等が利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の熱ＣＶ
Ｄ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、Ｓｉ
Ｈ2 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煩わ
しい問題点があった。また、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。
Ｄ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、Ｓｉ
Ｈ2 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煩わ
しい問題点があった。また、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。
【０００５】他方、後者のプラズマ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薄膜が求め難い問題点があった。
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薄膜が求め難い問題点があった。
【０００６】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、適用できるシリ
コン原料の選択範囲が広くしかもその結晶粒径が大きい
多結晶シリコン薄膜を短時間で形成可能な多結晶シリコ
ン薄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、適用できるシリ
コン原料の選択範囲が広くしかもその結晶粒径が大きい
多結晶シリコン薄膜を短時間で形成可能な多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち請求項１に係る
発明は、基板上に多結晶シリコン薄膜を形成する多結晶
シリコン薄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高温プラズマを発生させ、この高温
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させると共に、この溶融
又は分解物を耐熱性基板上に成膜させて多結晶シリコン
薄膜を形成することを特徴とするものであり、他方、請
求項２に係る発明は請求項１に係る発明を前提とし、上
記シリコン原料がシリコン原子を含有するガス状体又は
液状体で構成されていることを特徴とするものである。
発明は、基板上に多結晶シリコン薄膜を形成する多結晶
シリコン薄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高温プラズマを発生させ、この高温
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させると共に、この溶融
又は分解物を耐熱性基板上に成膜させて多結晶シリコン
薄膜を形成することを特徴とするものであり、他方、請
求項２に係る発明は請求項１に係る発明を前提とし、上
記シリコン原料がシリコン原子を含有するガス状体又は
液状体で構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】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上記基板２上に成膜させ
て多結晶シリコン薄膜を形成するものである。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。
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上記基板２上に成膜させ
て多結晶シリコン薄膜を形成するものである。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。
【０００９】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。
【００１０】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
て多結晶シリコン薄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
１４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
て多結晶シリコン薄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
１４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。
【００１１】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薄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薄膜の成膜条件を調整すること
が可能となる。
【００１２】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。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Ｂ（ボロン）や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い。また、金属級シリコン粒子
を適用する場合、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。
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。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Ｂ（ボロン）や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い。また、金属級シリコン粒子
を適用する場合、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。
【００１３】次に、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１５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
膜されるシリコン薄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薄膜の結晶粒径及
び膜質は成膜後におけるシリコン薄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薄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薄膜の冷却制御を可
能にさせる温度制御機構を設けることが望ましい。
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１５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
膜されるシリコン薄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薄膜の結晶粒径及
び膜質は成膜後におけるシリコン薄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薄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薄膜の冷却制御を可
能にさせる温度制御機構を設けることが望ましい。
【００１４】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薄膜を一旦形成した
後、この多結晶シリコン薄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、この薄膜を冷却制
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薄膜を一旦形成した
後、この多結晶シリコン薄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、この薄膜を冷却制
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。
【００１５】また、本発明に適用できる基板としては、
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。
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。
【００１６】
【作用】請求項１〜２に係る発明によれば、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薄
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結晶粒径の大きい多結晶シリコン
薄膜を求めることが可能となる。
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薄
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結晶粒径の大きい多結晶シリコン
薄膜を求めることが可能となる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。
る。
【００１８】［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厚さ
１０mmのアルミナ基板を配置し、かつ、反応室内を〜１
０-3Torr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な過熱を防ぐ
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厚さ
１０mmのアルミナ基板を配置し、かつ、反応室内を〜１
０-3Torr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な過熱を防ぐ
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。
【００１９】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。
【００２０】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金属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膜厚１mm程度の多
結晶シリコン薄膜を求めた。尚、基板ホルダーに設けら
れた移動機構はシリコン薄膜の成膜前からシリコン薄膜
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金属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膜厚１mm程度の多
結晶シリコン薄膜を求めた。尚、基板ホルダーに設けら
れた移動機構はシリコン薄膜の成膜前からシリコン薄膜
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。
【００２１】 （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 金属級シリコン粒子の粒径 ７５〜１５０μｍ 金属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薄膜についてＴ
ＥＭ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た。
ル／ｍｉｎ 水素ガス流量 ２〜４リットル／
ｍｉｎ 金属級シリコン粒子の粒径 ７５〜１５０μｍ 金属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薄膜についてＴ
ＥＭ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た。
【００２２】［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
シリコン薄膜が得られた。
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
シリコン薄膜が得られた。
【００２３】［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である点を除いて実施例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
コン薄膜が得られた。
4 の液状体を適用した点とこのＳｉＣｌ4 の流量条件が
０．１ｃｃ／ｍｉｎである点を除いて実施例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
コン薄膜が得られた。
【００２４】
【発明の効果】請求項１〜２に係る発明によれば、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、多結晶シリコン薄膜の成膜速度の向上が図れ
ると共にその結晶粒径の大きい多結晶シリコン薄膜を求
めることが可能となる。
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、多結晶シリコン薄膜の成膜速度の向上が図れ
ると共にその結晶粒径の大きい多結晶シリコン薄膜を求
めることが可能となる。
【００２５】従って、シリコン原料の選択範囲が広めら
れると共に結晶粒径の大きな多結晶シリコン薄膜を短時
間で製造できる効果を有している。
れると共に結晶粒径の大きな多結晶シリコン薄膜を短時
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。
１ 高温プラズマ発生部 ２ 基板 ３ 反応室
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に多結晶シリコン薄膜を形成する
多結晶シリコン薄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高温プラズマを発
生させ、この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させる
と共に、この溶融又は分解物を耐熱性基板上に成膜させ
て多結晶シリコン薄膜を形成することを特徴とする多結
晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 上記シリコン原料がシリコン原子を含有
するガス状体又は液状体で構成されていることを特徴と
する多結晶シリコン薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19678291A JPH05326414A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19678291A JPH05326414A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326414A true JPH05326414A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=16363546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19678291A Pending JPH05326414A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05326414A (ja) |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP19678291A patent/JPH05326414A/ja active Pending
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