JPH0547678A - シリコン膜製造方法及びシリコン膜製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温基板に高速に多結晶シリコン膜を堆積さ
せる。 【構成】 シランガス（シリコン化合物ガス）とシリコ
ン単結晶微粒子を混在させたガスＧ1を原料ガス導入管
５より導入する。カソード１とアノード４間に発生させ
たアーク放電により、不活性導入管３より導入したアル
ゴンガスＧ2をプラズマ化する。ガスＧ1は、アルゴンプ
ラズマと混合され、プラズマの熱によりシランガス（シ
リコン化合物ガス）は分解されるとともに、シリコン単
結晶微粒子は加熱されて基板に堆積される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコン膜、特に多結晶
シリコン膜を基板に堆積させる製造方法と製造装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンは、薄膜として、半導体デバイ
スをはじめとして液晶ディスプレーのＴＦＴや太陽電池
等に利用されている。近年、アモルファスシリコン膜の
出現によって、低温で均質なシリコンデバイスを低コス
トで製造することが可能となったが、単結晶や、多結晶
シリコン膜と比較すると、モビリティー、信頼性等様々
な点で劣っており、単結晶薄膜や、多結晶薄膜を大面
積、低コストに製造できる技術が必要とされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に単結晶膜や多結
晶膜はＣＶＤで製膜されるが、成膜のためには高度な技
術とノウハウを必要とし、生産性も悪く、コストも高
い。とくにＣＶＤ法による成膜方法では、基板を高温に
保つ必要があり、高温に耐える基材を用いなければなら
ず、適用範囲が限られていた。

【０００４】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、特に
多結晶膜を低温で生産性よく製造することを目的として
なしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明に於いては、単結晶もしくは多結晶から成る
シリコン微粉末にシリコン化合物ガスを混合して、シリ
コン化合物ガスを分解して堆積するか、あるいは加熱し
たシリコン微粉末とシリコン化合物ガスを混合してシリ
コン化合物ガスを分解して堆積することによって成膜す
ることを特徴とするシリコン膜製造方法をもちいる。ま
た、シリコン化合物ガスを分解する方法として、プラズ
マ化により、あるいは加熱によって行うという構成を備
えたシリコン膜製造装置により課題解決を図るものであ
る。

【０００６】

【作用】本発明は上記した手段によって従来、５００〜
７００℃の高温基板でなければ成膜が困難であった多結
晶シリコン膜を、２５０℃以下の低い温度でも形成でき
るようにしたものである。つまり、単結晶もしくは多結
晶のシリコン微粉末を、シリコン膜の堆積時にシリコン
化合物ガスと混合することで、シリコン微粉末を結晶核
となし、その周りに結晶シリコンを成長させる。そして
多数の形成された島状結晶が、隣接の島状結晶と結合し
て膜となり、多結晶シリコン膜を形成するのである。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例のシリコン膜製造装置
について、図面を参照しながら説明する。

【０００８】図１は、本発明の実施例におけるアークプ
ラズマを用いたシリコン膜製造装置の概略斜視図を示し
たものである。図１において、１はカソード、２は絶縁
しきり、３は不活性ガス導入管、４はアノ−ド、５は原
料ガス導入管、６、７は冷却のためのウォータジャケッ
ト、８はプラズマ吹き出し口である。

【０００９】以上のように構成されたシリコン膜製造装
置について、以下、図１を用いてその動作を説明する。

【００１０】カソード１とアノード４間に電圧を印加す
ることによって、カソード１とアノード４の間の空間に
てアーク放電が発生する。このアーク放電によって不活
性ガス導入管３から導入されたアルゴンガスはプラズマ
化し、プラズマ吹き出し口８から吹き出される。

【００１１】このとき、シランとシリコン単結晶の微粉
末とが混合されたガスが、原料ガス導入管５から導入さ
れ、アルゴンプラズマと混合される。アルゴンは比較的
高温プラズマに近い状態で吹き出されるため、シラン
は、シリコンと水素に分解し、プラズマ状態でアルゴン
プラズマ中に巻き込まれる。またシリコン単結晶粉末
は、プラズマの熱によって軟化、もしくは溶融し、プラ
ズマ吹き出し口８から他のガスと共に吹き出され、プラ
ズマ吹き出し口８に対向して配置された基板（図示せ
ず）に堆積する。

【００１２】この固気混合ガスは成膜すべき基板に高速
で衝突し堆積して行くが、単結晶の微粉末シリコンは単
結晶状態を保ったまま基板に到達する。また気体中には
シリコンがガス状になって含まれており、単結晶の微粉
末シリコンを結晶核としてその周囲にシリコン結晶を成
長させる。この単結晶の微粉末シリコンを結晶核とした
多くの活性な、結晶は島状になって、基板上で互いに隣
の結晶と結合しあい、大きな単結晶もしくは多結晶とな
って成長する。つまり、基板上には基板の材質に依らず
多結晶シリコン膜が形成されて行くことになる。

【００１３】本実施例では、基板はプラズマに曝される
ため温度上昇があるが、原理的に基板を従来の様に高温
に保つ必要はなく、多結晶シリコン膜を様々な基板上に
低温で、しかも高速に成膜することができるのである。

【００１４】一度多結晶シリコン層が形成されると、そ
の上部にはシランだけでもシリコン多結晶が成長する。
それ故、単結晶シリコン微粉末の混入量は、初期の一定
膜厚までで停止させ、その後はシランだけを材料ガスと
して導入させても良い。

【００１５】また本実施例では単結晶シリコン微粉末を
用いると述べたが、多結晶シリコン微粉末でもよい。ま
た本実施例では単結晶シリコンの微粉末とシランを混合
しているが、アルゴン中に単結晶シリコンの微粉末を混
在させてもよい。この場合にはシリコン微粉末表面が溶
融し、基板との付着性が向上するという利点がある。

【００１６】また同様に、アルゴンの中に、シラン、単
結晶シリコン微粉末を一度に混ぜてプラズマ化して吹き
ださせることで多結晶シリコン膜を得ることは可能であ
るが、カソ−ド周辺にシリコンが堆積して汚染されるた
め、シラン濃度を１０％以下とする必要がある。不活性
ガスは一般に希ガスのことであるが、水素を用いても問
題はないことは述べるまでもない。

【００１７】次に、本発明の第２の実施例について図面
によって説明する。図２は本発明の第２の実施例を示す
シリコン膜製造装置の概略図である。同図において、９
はガス流入口、１０はヒータ、１１は真空チャンバー、
１２ＲＦアンテナ、１３は成膜すべき基板、１４は排気
口である。

【００１８】以下その動作を図面にて説明する。ガス流
入口９から、原料ガスとしてシリコン単結晶微粉末を混
合させたシランガスを流入させる。この原料ガスは石英
ガラス内に設置されたタングステンヒータ１０によって
加熱されつつ、シランの一部は分解して真空チャンバー
１１内に流入する。真空チャンバー１１には、平板形の
ＲＦアンテナ１２から１３.５６ＭＨｚのＲＦが放出さ
れ、シランガスはプラズマ化する。シランガスはシリコ
ンと水素に分解し、基板１３に堆積する。基板１３近傍
には多くのシリコン単結晶微粉末が、加熱によって表面
が活性になった状態で存在するため、これを核としてシ
ランガスから遊離したシリコンが結晶化し基板１３上に
堆積する。この多数の島状結晶が互いに結合し、積層さ
れて多結晶薄膜となる。シリコン微粉末は、成膜初期だ
け混入してもよいし、徐々に減少させてもよい。またプ
ラズマの安定性を増すためにアルゴンを混入させてもよ
い。

【００１９】また本実施例では、基板１３はＲＦのアン
テナ１２と対抗させて置いているが、ＲＦアンテナ１２
へ直接取り付ける様にしてもよい。図２では、図１と異
なり、比較的低温のプラズマ（非平衡プラズマ）を用い
ているので、基板１３の温度上昇は少なく、第１の実施
例よりもより基板温度の上昇が少ない状態で多結晶シリ
コン膜を得ることができる。

【００２０】また本発明では、シリコン膜作製について
述べたが、ダイヤモンド微粉末と炭化水素ガスによっ
て、図１、図２に示した製造装置の技術思想に則って、
成膜を実施すれば、従来より低温でダイヤモンド膜を得
ることができることは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明はシリコン化合物と
シリコン単結晶もしくは多結晶微粒子とを混合し、シリ
コン微粒子を核としてその周囲にシリコン化合物から遊
離したシリコンを結晶化させたために、基板が低温でも
多結晶膜が成膜できる。またプラズマを発生させシリコ
ン化合物を分解し、シリコン微粒子を加熱して基板に成
膜する様にしたため、非常に高速に多結晶膜を堆積でき
るという効果を奏するものである。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるシリコン膜製造
装置の概略斜視図

【図２】本発明の第２の実施例におけるシリコン膜製造
装置概略図

【符号の説明】

１ カソード ３ アルゴン導入管 ４ アノード ６ 原料ガス導入管 １２ ＲＦアンテナ １３ 基板 Ｇ1 シリコン単結晶微粒子を混在させたシランガス
（シリコン化合物ガス） Ｇ2 アルゴンガス

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン化合物を分解させてシリコン微粉
   末と混合し、基板に堆積させたことを特徴とするシリコ
   ン膜製造方法。
2. 【請求項２】シリコン化合物を加熱したシリコン微粉末
   と混合し、分解させて、基板に堆積させたことを特徴と
   するシリコン膜製造方法。
3. 【請求項３】シリコン微粉末とシリコン化合物ガスを混
   合させてプラズマ化させ、基板に堆積させたことを特徴
   とするシリコン膜製造装置。
4. 【請求項４】シリコン微粉末とシリコン化合物ガス及び
   不活性ガスを混合させてプラズマ化し、基板に堆積させ
   たことを特徴とするシリコン膜製造装置。
5. 【請求項５】シリコン微粉末と不活性ガスを混合させて
   プラズマ化して吹きださせ、シリコン化合物ガスと混入
   させることを特徴とするシリコン膜製造装置
6. 【請求項６】シリコン微粉末とシリコン化合物ガスを混
   合させて前記シリコン化合物ガスを熱分解し、基板に堆
   積させたことを特徴とするシリコン膜製造装置。
7. 【請求項７】シリコン微粉末とシリコン化合物ガス及び
   不活性ガスを混合させて前記シリコン化合物ガスを熱分
   解し、基板に堆積させたことを特徴とするシリコン膜製
   造装置。
8. 【請求項８】シリコン微粉末を加熱しシリコン化合物ガ
   ス中に吹きださせて基板上に堆積させたことを特徴とす
   るシリコン膜製造装置。
9. 【請求項９】シリコン微粉末を加熱しシリコン化合物ガ
   スのプラズマ中に吹きださせて基板上に堆積させたこと
   を特徴とするシリコン膜製造装置。
10. 【請求項１０】シリコン微粉末がシリコン単結晶、もし
    くは多結晶であることを特徴とする請求項１〜９の何れ
    かに記載のシリコン膜製造装置
11. 【請求項１１】プラズマ化する方法としてアーク放電を
    用いたことを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の
    のシリコン膜製造装置
12. 【請求項１２】シリコン化合物ガスが加熱された通路内
    を通過して熱分解することを特徴とする請求項６または
    ７記載のシリコン膜製造装置
13. 【請求項１３】シリコン微粉末の混入をシリコン膜の成
    膜初期のみ行うことを特徴とする請求項１または２記載
    のシリコン膜製造方法
14. 【請求項１４】シリコン微粉末の混入をシリコン膜の成
    膜初期のみ行うことを特徴とする請求項３〜９記載のシ
    リコン膜製造装置