JPH06136519A - 結晶質膜の製膜方法およびその製膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は結晶質膜の製膜方法とその製膜装置
に関するものであって、特に従来に比べて低温で、かつ
大きい製膜速度で高品質な結晶質膜が製膜できることを
特徴としており、例えば低コストな太陽電池を多量に提
供することを目的としている。 【構成】 粒径２０nm以下のＳｉの結晶質微粒子３を減
圧ガス雰囲気中に設置したＳｉ電極５、６間のアーク放
電で生成し、加熱した基板１上に堆積することによっ
て、低温で高品質な多結晶質薄膜を製膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶質膜の製膜方法とそ
の製膜装置に関するものであって、特に従来の技術に比
べて低温で、かつ大きい製膜速度で高品質な結晶質膜が
製膜できることを特徴とする。

【０００２】結晶質膜は高品質な各種薄膜電子デバイス
を実現する手段として、今や産業上、重要な技術である
とともに、今後ともその重要度が増していくものであ
る。以下に、結晶質膜が応用される薄膜電子デバイスの
一つとして、Ｓｉ結晶質薄膜が用いられるＳｉ薄膜太陽
電池について従来の技術を例示する。

【０００３】太陽電池は発電用デバイスとしても期待が
大きいが、発電用として普及させるための最大課題は低
コスト化である。Ｓｉ薄膜太陽電池はこの低コスト化を
実現できる太陽電池である。さらにＳｉ薄膜太陽電池で
の製造上の低コスト化手段は、Ｓｉ薄膜の製膜温度の低
温化による安価なガラス基板等の低コスト基板の採用の
実現、およびＳｉ薄膜の製膜速度の向上による大量生産
でのコストダウンが主たるものである。

【０００４】

【従来の技術】従来の技術によるＳｉ薄膜太陽電池用Ｓ
ｉ結晶質薄膜の製膜方法は、ＳｉＨ₄ガス等を原料とす
るプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、およびＳｉインゴッ
トを原料とする真空蒸着法等がある。図４は、従来の技
術によるＳｉ結晶質薄膜の製膜方法例である。前記プラ
ズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、および真空蒸着法等の従来
の技術は何れにしろ、Ｓｉ結晶質薄膜は、原料から分解
されたＳｉを含む原子、分子５２が基板４９上に堆積す
ることでＳｉの結晶質薄膜５１が製膜される。ここでこ
れら従来の技術では、Ｓｉの結晶質薄膜５１を製膜する
ために基板４９をヒーター５０等の加熱手段によって１
０００Ｋ以上に加熱している。

【０００５】また、前記従来の技術で太陽電池用の高品
質なＳｉ結晶質薄膜を製膜するときの製膜速度は、約３
０nm/min〜１００nm/min程度である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来の技術で
は、低コストな太陽電池を実現、普及させるためには、
大きい二つの課題があった。以下にこれらの課題につい
て記す。

【０００７】その一つは、Ｓｉ結晶質薄膜の製膜温度が
前記のように１０００Ｋ以上と高く、耐熱温度が約８２
０Ｋの安価なガラス基板等の低コスト基板の採用がはな
はだ困難であったことである。このように基板を高温に
加熱する必要があるのは、従来の技術では図４に記すよ
うなＳｉを含む原子、分子５２が基板４９上でマイグレ
ーションすることによって、結晶質薄膜が製膜されるた
めであり、そのマイグレーションエネルギーを前記原
子、分子が基板温度から受け取るためであることが主た
る原因である。

【０００８】また、二つめの課題はＳｉ結晶質薄膜の製
膜速度が前述のように約３０nm/min〜１００nm/min程度
と小さく、大量生産によるコストダウンが困難であった
ことである。従来の技術でこのように製膜速度が小さい
主たる原因は、前記の製膜温度が高かった原因と同様
に、従来の技術では図４に記すようなＳｉを含む原子、
分子５２が基板４９上でマイグレーションすることによ
って、結晶質薄膜が製膜されるためである。すなわち、
前記原子、分子はマイグレーションによって結晶成長す
るのに安定な位置に落ちつくまでに時間（以後、マイグ
レーション時間、と記す）を要し、製膜速度の上限がこ
のマイグレーション時間によって大きく影響されるため
である。

【０００９】以上のように、低コストな太陽電池を実
現、普及させる上で従来の技術にあった二つの大きい課
題は、いづれも製膜方法に起因するものであって、具体
的にはＳｉを含む原子、分子によって結晶質薄膜が製膜
されることが主たる原因であった。

【００１０】本発明は、以上記した課題に鑑みてなされ
たものであって、低コストなＳｉ結晶質薄膜太陽電池を
実現することを目的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明では、粒径が２０nm以下の結晶質微粒子を
結晶質薄膜の製膜に用いることを特徴としている。

【００１２】具体的には、本願の請求項１に記載の発明
は、粒径が２０nm以下の結晶質微粒子を不活性ガス雰囲
気中で生成するとともに基板上に堆積し、前記微粒子の
堆積中に基板を加熱、もしくは前記微粒子の堆積後に基
板を加熱する結晶質膜の製膜方法である。

【００１３】請求項２に記載の発明は、粒径が２０nm以
下の結晶質微粒子をドーパントを含むガス雰囲気中で生
成するとともに基板上に堆積し、前記微粒子の堆積中に
基板を加熱、もしくは前記微粒子の堆積後に基板を加熱
する結晶質膜の製膜方法である。

【００１４】請求項３に記載の発明は、粒径が２０nmよ
り大きい結晶質粗大粒子を基板へ供給するとともに、不
活性ガス雰囲気中、もしくはドーパントを含むガス雰囲
気中で生成した粒径が２０nm以下の結晶質微粒子を、前
記粗大粒子の基板への供給過程で粗大粒子に混合し、こ
の粗大粒子と微粒子との混合粒子の基板への堆積中に基
板を加熱、もしくは前記粒子の堆積後に基板を加熱する
結晶質膜の製膜方法である。

【００１５】さらに請求項４に記載の発明は、前記請求
項３に記載の発明の実施要項を具備した製膜装置であっ
て、薄膜の主成分からなる電極対を設置した第一の真空
容器と、基板と、プラズマ発生手段と、薄膜の主成分か
らなる結晶質粗大粒子の前記プラズマへの供給手段とを
具備し、前記第一の真空容器より低圧力に設定された第
二の真空容器と、前記電極対間にアーク放電を発生させ
る電源装置と、さらに前記第一の真空容器で生成した結
晶質微粒子を前記第二の真空容器へ搬送する搬送管とで
構成された結晶質膜の製膜装置である。

【００１６】

【作用】本願発明は結晶質微粒子を基板上に堆積するこ
とを特徴としており、その結果、従来の技術に比べて基
板温度が低温で、かつ大きい製膜速度で高品質の結晶質
薄膜が製膜できるものである。結晶質微粒子が結晶質薄
膜の製膜におよぼす作用を以下に記す。

【００１７】微粒子の特徴的な物性に融点降下現象があ
るのは周知の事実であり、各種文献にも記されている
（例えば、一ノ瀬、尾崎、賀集著、オーム社発行、超微
粒子技術入門、ｐ．２６〜ｐ．２９）。このような微粒
子に特有な融点降下現象は、特に粒径が２０nm以下で顕
著である。例えば前記文献例では、粒径５nmの金の微粒
子の融点は約１１００Ｋ、さらに粒径２nmの金の微粒子
の融点は約５００Ｋと、バルクの金の融点１３３６Ｋか
らはるかに低下している。この融点降下現象は、実験事
実としても確認されている。

【００１８】ところで、物質を結晶成長させるためには
その物質固有の再結晶化温度に加熱することが必要であ
って、再結晶化温度はその物質の融点から２０〜３０Ｋ
低い温度である。微粒子の融点は、上記のように微粒子
の粒径によって、バルクの融点からはるかに低下するの
で、微粒子の再結晶化温度も微粒子の粒径によってバル
クの再結晶化温度からはるかに低下するものである。

【００１９】そこで本発明は、以上記した微粒子の融点
降下現象から生ずる再結晶化温度の降下に着目してなさ
れたものである。その結果、本発明ではこのような微粒
子を基板上に堆積すれば、基板温度は従来の技術より低
温で結晶質薄膜の製膜が可能となったものである。

【００２０】また、本発明で用いる微粒子はそれ自体が
結晶質のものであることも特徴である。その結果、本発
明での製膜メカニズムは、結晶質微粒子の融合成長が主
たるものである。この微粒子の融合成長は瞬時に発生す
るため、本発明では従来の技術に比べて大きい製膜速度
で高品質の結晶質薄膜が製膜できるものである。

【００２１】以上のような微粒子特有の作用は、微粒子
の表面原子が活性な状態において著しく現われるので、
微粒子は不活性ガス雰囲気中で生成し、活性なままで基
板上に堆積する。以上の作用に関する記述は、本願の請
求項１に記載の発明に関したものである。

【００２２】次に本願の請求項２に記載の発明に関した
作用を述べる。請求項２に記載の発明においても前記請
求項１記載の発明と同様に粒径２０nm以下の結晶質微粒
子を製膜に用いる点では、請求項１記載の発明で記した
作用が同様に発揮できるが、微粒子はドーパントを含む
ガス雰囲気中で生成されるため、以下に記す作用がさら
に発揮できる。ここで記すドーパントとは、例えばほう
素（Ｂ）等の太陽電池用のＰ型Ｓｉ結晶質薄膜の場合の
Ｐ型ドーパントを示す。このようなドーパントを含むガ
ス雰囲気中で生成された微粒子は、半導体化した結晶質
微粒子であるため、結晶質薄膜を後工程で半導体化する
必要はなく、製膜工程の簡素化が可能となる。さらに前
記ドーパントは本発明の骨子である再結晶化温度の低下
に対して悪影響を及ぼすのもではない。

【００２３】次に請求項３に記載の発明についてその作
用を記す。請求項３に記載の発明は粒径が２０nmより大
きい結晶質粗大粒子を基板へ供給するとともに、粒径２
０nm以下の結晶質微粒子を前記粗大粒子へ混合し、基板
上へ堆積することで結晶質薄膜を製膜するものである。

【００２４】本発明の際だった作用は、粗大結晶質粒子
を基板に堆積するため製膜速度が前記の請求項１、２に
記載の発明での製膜速度よりもさらに大きいことであ
る。粗大粒子のみでは間隙が生じる他、再結晶化温度の
低下が前記微粒子ほどは顕著ではないため、結晶質膜の
製膜での基板温度の低下は困難である。そこで本発明で
は粒径が２０nm以下の結晶質微粒子を粗大粒子に付着さ
せて基板へ堆積すること、もしくは粗大粒子と微粒子と
を同時に基板へ堆積することを特徴としている。その結
果、微粒子が前記間隙を補充し低温で結晶成長するため
に、低い基板温度で緻密な結晶質薄膜が製膜可能となる
ものである。

【００２５】次に請求項４に記載の発明についてその作
用を記す。請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記
載の発明の実施要項を具現化した製膜装置であり、微粒
子の生成室である第一の真空容器と、製膜室である第二
の真空容器と、前記第一の真空容器で生成した微粒子を
前記第二の真空容器へ搬送する搬送管とで構成されてい
る。

【００２６】まず前記第一の真空容器について本発明の
作用を記す。第一の真空容器では、薄膜の主成分からな
る電極間にアーク放電を発生させることを特徴としてい
る。前記電極のうち特に陽極は、アーク放電の熱によっ
て高速で蒸発する。また、アーク放電が発生するガス圧
力雰囲気では前記蒸発によって結晶質微粒子が生成でき
る。この様な電極、放電形態で生成した微粒子は、電極
材料組成で構成されており、また雰囲気ガス中で生成す
るため例えば大気中の窒素、酸素等に汚染されにくいた
め、高純度な微粒子である。

【００２７】次に第二の真空容器について本発明の作用
を記す。第二の真空容器では、薄膜の原料となる結晶質
粗大粒子がプラズマによって、少なくともその表面が活
性化、もしくは溶融状態となる。このような粗大粒子に
第一の真空容器から搬送される微粒子が混合されて混合
粒子となる。ここで記す混合粒子とは、粗大粒子の表面
に微粒子が付着したものも含むし、また、粗大粒子と微
粒子とを個別に基板上へ供給し、基板上で粗大粒子と微
粒子とが混合されたものをも含む。ここで前記プラズマ
の作用は、粗大粒子の少なくとも表面を活性化、もしく
は溶融状態とし、微粒子と混合することによって、基板
上に緻密な結晶質薄膜を製膜させるためである。

【００２８】従って、プラズマは薄膜の純度を低下させ
ないような高純度であることが必要である。そのための
プラズマの発生手段としては、プラズマがプラズマ発生
用の放電電極に接しない交流放電が好ましい。交流とし
ては、前記粗大粒子の表面を活性化、もしくは溶融させ
やすい高温プラズマを容易に発生できる高周波（以下、
ＲＦと記す）が好ましい。

【００２９】次に前記第一の真空容器で生成した微粒子
を前記第二の真空容器へ搬送する搬送管について記す。
上記のように生成した微粒子は、微粒子の表面原子が活
性な状態において本発明の特徴の一つである再結晶化温
度の低下が著しく現われるので、微粒子は不活性ガス雰
囲気中で生成し、活性なままで粗大粒子へ供給し、混合
する。その実施要項は、微粒子生成室である第一の真空
容器に対して低圧力に設定された製膜室である第二の真
空容器へ、これら二つの真空容器の圧力差によって生じ
るガス流で前記微粒子を搬送する搬送管を第一の真空容
器と第二の真空容器との間に設ける構成が好ましい。前
記搬送管のより具体的な構成は、搬送管の第一の真空容
器内での端の形状が末広形状であって、前記電極対の上
部に設置する構成とすれば、第一の真空容器で生成した
微粒子を効率的に収集し、第二の真空容器へ搬送可能と
なる。

【００３０】また、前記搬送管の第二の真空容器内での
端の形状が先細形状であって、プラズマ発生部と基板と
の間に設置する構成とすれば、プラズマ通過後の粗大粒
子と効率的に混合可能となるものである。

【００３１】

【実施例】以下に、Ｓｉ結晶質薄膜の製膜について本発
明の実施例を示す。図１は請求項１記載の発明に基づく
一実施例を示し、図１（ａ）はＳｉ多結晶薄膜の製膜装
置の概略、図１（ｂ）は製膜中の基板と薄膜の成長過程
の概略、図１（ｃ）はその結果できたＳｉ多結晶薄膜を
示す。

【００３２】図１（ａ）はＳｉの結晶質微粒子の生成過
程と、基板上へのＳｉ結晶質薄膜の製膜過程を示す。真
空容器９内のヒーター２に基板１を設置した後、真空ポ
ンプ１０で真空容器９を真空排気する。次にＡｒガスボ
ンベ１２からバルブ１３を介して真空容器へＡｒガスを
供給し、所定の圧力に設定する。その後、Ｓｉ陰極５と
るつぼ８に設置したＳｉ陽極６に電源１１から電圧を印
加すると、減圧雰囲気中でＳｉ電極間にアーク放電７が
発生する。Ｓｉ陽極６はアークの熱によって溶融、蒸発
する。このようにして蒸発したＳｉの蒸発原子４は、雰
囲気ガスのＡｒとの衝突によって凝縮し、その結果Ｓｉ
の結晶質の微粒子３が生成するのである。

【００３３】このＳｉの微粒子は、アーク放電７によっ
て熱せられたＡｒガスの上昇気流によって、ヒーター２
によって加熱されている基板１上に堆積していく。本実
施例では、Ａｒガス圧力を１０００Pa以下、アーク放電
電流を１００A以下、Ｓｉ陽極６と基板１との距離を２
０cm以下とすることで微粒子３の粒径を２０nm以下に制
御できた。この様な条件で生成したＳｉの微粒子３の結
晶性は単結晶であった。基板１は耐熱温度が約８２０Ｋ
の安価なガラス基板を用いて、温度はヒーター２によっ
て調整した。

【００３４】図１（ｂ）は製膜中の薄膜の成長過程の概
略を示す。以上のようにして生成したＳｉの微粒子３が
加熱された基板１上に堆積していくと、Ｓｉ多結晶質薄
膜１５が結晶成長していく。

【００３５】図１（ｃ）はその結果できたＳｉ多結晶薄
膜である。この薄膜の製膜条件の詳細は、Ａｒガス圧力
を５００Pa、アーク放電電流を１００A、Ｓｉ陽極６と
基板１との距離を１５cmとすることで粒径が５nmのＳｉ
の単結晶の微粒子３が生成できて、また基板１の温度を
７２３Ｋとした。その結果製膜されたＳｉ多結晶質薄膜
の平均結晶粒径は２０μmであった。上記の製膜条件で
は製膜速度は５μm/minであり、２minの製膜時間で膜厚
１０μmの前記Ｓｉ多結晶薄膜１５が製膜できた。

【００３６】以上のようにしてできたＳｉ多結晶質薄膜
は、不活性ガス雰囲気中で、Ｓｉ陰極とＳｉ陽極間での
アーク放電によって製膜されているため、膜の純度も高
純度であり、また膜厚、結晶粒径ともＳｉ薄膜太陽電池
用として十分な特性を有するものである。

【００３７】このように本発明は、従来の技術に比べて
安価なガラス基板が使用できる程の低温で、しかも大き
い製膜速度で高品質なＳｉ多結晶薄膜が製膜できるもの
である。

【００３８】さらにこの製膜後に前記Ｓｉの多結晶薄膜
は、イオンドーピング法、あるいは熱拡散法等の後工程
でＰ型、あるいはＮ型等の半導体薄膜とされる。

【００３９】本実施例では、微粒子の生成にアーク放電
を用いたが、他の方法でもかまわない。また、不活性ガ
スとしてＡｒガスを用いたが、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋ
ｒガス、Ｘｅガス等他の不活性ガスを用いてもかまわな
い。

【００４０】次に請求項２記載の発明に基づく一実施例
を記す。図２は請求項２記載の発明に基づく一実施例を
示し、図２（ａ）はＳｉ多結晶薄膜の製膜装置の概略、
図２（ｂ）はその結果できたＳｉ多結晶薄膜を示す。

【００４１】図２（ａ）はＳｉの結晶質微粒子の生成過
程と、基板上へのＳｉ結晶質薄膜の製膜過程を示す。Ｓ
ｉの結晶質微粒子１８の生成方法は、請求項１記載の発
明に基づく実施例に準じるが、本発明ではＰ型のＳｉ多
結晶薄膜を製膜するために、新たにドーパントガスとし
て、Ｂ₂Ｈ₆ガスを微粒子１８の生成雰囲気に添加してい
る。

【００４２】図２（ｂ）はその結果できたＳｉ多結晶薄
膜である。この薄膜の製膜条件の詳細は、Ａｒガス圧力
を５００Pa、Ｂ₂Ｈ₆ガス圧力を１０Pa、アーク放電電流
を１００A、Ｓｉ陽極６と基板１との距離を１５cm以下
とすることで粒径が５nmのＳｉの単結晶の微粒子３が生
成できて、また基板１６の温度を７２３Ｋとした。その
結果製膜されたＳｉ多結晶質薄膜の平均結晶粒径は２０
μmであった。また、製膜速度は５μm/minであり、２mi
nの製膜時間で膜厚１０μmの前記Ｓｉ多結晶薄膜３２が
製膜できた。このＳｉ多結晶薄膜３２は前記のようにＢ
₂Ｈ₆ガスを添加したために、すでに薄膜太陽電池用のＰ
型Ｓｉ多結晶半導体として動作が可能なものである。

【００４３】また、前記第一の実施例と同様に、以上の
ようにしてできたＳｉ多結晶質薄膜は、不活性ガス雰囲
気中で、Ｓｉ陰極とＳｉ陽極間でのアーク放電によって
製膜されているため、膜の純度も高純度であり、また膜
厚、結晶粒径とも製膜Ｓｉ薄膜太陽電池用として十分な
特性を有するものである。

【００４４】このように本発明は、従来の技術に比べて
安価なガラス基板が使用できる程の低温で、しかも大き
い製膜速度で高品質なＳｉ多結晶薄膜が製膜できるもの
である。

【００４５】本発明は製膜の後工程として、イオンドー
ピング法、あるいは熱拡散法等の半導体化工程が不要で
あり、工程の簡素化が可能なものである。

【００４６】本実施例では、微粒子の生成にアーク放電
を用いたが、他の方法でもかまわない。また、不活性ガ
スとしてＡｒガスを用いたが、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋ
ｒガス、Ｘｅガス等他の不活性ガスを用いてもかまわな
い。ドーパントガスとしてはＢ₂Ｈ₆ガスに限定するもの
ではない。

【００４７】次に請求項３、４記載の発明に基づく一実
施例を記す。図３（ａ）はＳｉ多結晶薄膜の製膜装置の
概略、図３（ｂ）は粒子の堆積過程の概略、図３（ｃ）
はその結果できたＳｉ多結晶薄膜を示す。

【００４８】本発明は、Ｓｉの結晶質粗大粒子を基板上
へ供給するとともに、この粗大粒子に粒径２０nm以下の
Ｓｉの結晶質微粒子を混合しながら基板上に堆積し、製
膜することを特徴としている。ここで粗大粒子とは、上
記のような融点降下が現れにくくなるもので、粒径が２
０nmより大きいものをさしている。

【００４９】図３（ａ）はＳｉの結晶質微粒子の生成過
程と、Ｓｉの結晶質粗大粒子の供給過程、および基板上
へのＳｉ結晶質薄膜の製膜過程を示す。第二の真空容器
３５内のヒーター３４に基板３３を設置した後、真空ポ
ンプ３６で第二の真空容器３５を真空排気する。次にＡ
ｒガスボンベ４２からバルブ４３を介して第二の真空容
器３５へＡｒガスを供給し、所定の圧力に設定する。そ
の後、ＲＦコイル３９にＲＦ電力を供給すると、プラズ
マ３８が発生する。このプラズマ３８中をホッパー４１
から供給されたＳｉの結晶質粗大粒子４０が通過する
と、前記粗大粒子はその表面が活性化したり、溶融す
る。

【００５０】このような状態となった粗大粒子は、プラ
ズマ３８の下部に設置した基板３３へ供給される。前記
粗大粒子が基板へ供給される過程で、前記粗大粒子３７
へは、第一の真空容器４５で生成されたＳｉの結晶質微
粒子４４が、第一の真空容器４５と第二の真空容器３５
との圧力差によるガス流によって搬送管４７で第二の真
空容器３５へ搬送され、粗大粒子と混合される。本実施
例では、前記搬送管の一端は、末広形状となっており、
第一の真空容器４５内のＳｉ電極上部に設置した。

【００５１】また、搬送管４７の他端は、先細形状とな
っており、第二の真空容器３５内のプラズマ３８と基板
３３との間に設置した。搬送管は、本実施例では窒化シ
リコンの焼結体で作製することで、Ｓｉ結晶質微粒子の
搬送による搬送管の損耗を皆無に近くし、高純度の膜を
製膜した。このようにして基板３３上に結晶質粗大粒子
と結晶質微粒子との混合粒子が堆積していく。前記微粒
子４４は、上記基請求項１記載の発明で明記した実施例
と同じ生成条件、生成手順で生成した。本実施例でも基
板３３は耐熱温度が約８２０Ｋの安価なガラス基板を用
いて、温度はヒーター２によって調整した。

【００５２】図３（ｂ）は製膜中の粒子の堆積過程概略
を示す。以上のようにして生成したＳｉの粒子が加熱さ
れた基板３３上に堆積すると、Ｓｉの多結晶質薄膜４８
が製膜される。

【００５３】図３（ｃ）はその結果できたＳｉ多結晶薄
膜である。この薄膜の製膜条件例の詳細を記す。粗大粒
子の特性が純度１０Ｎの結晶質であり、平均粒径は７μ
m、供給量は０．２g/minとした。また、プラズマ発生部
でのＡｒガス圧力を２００Pa、ＲＦコイルへの供給電力
を１０kWとすると、高温のプラズマ３８が発生する。第
一の真空容器４５における微粒子４４の生成条件は、上
記請求項１記載の発明に記した実施例と同じとした。

【００５４】ただし、微粒子４４の粒径は前記のごとく
Ｓｉ陽極４６から基板までの距離によってもかわるた
め、本実施例では前記距離を請求項１記載の発明での実
施例と同じく１５cmとすることで粒径が５nmのＳｉの単
結晶の微粒子４４が生成できた。また基板３３の温度も
前記実施例と同じ７２３Ｋとした。

【００５５】その結果製膜されたＳｉ多結晶質薄膜の平
均結晶粒径は２０μmであった。また、製膜速度は１０
μm/minであり、１minの製膜時間で膜厚１０μmの前記
Ｓｉ多結晶薄膜４８が製膜できた。

【００５６】以上のようにしてできたＳｉ多結晶質薄膜
は、不活性ガス雰囲気中で、Ｓｉ陰極とＳｉ陽極間での
アーク放電によって製膜されているため、膜の純度も高
純度であり、また膜厚、結晶粒径とも製膜Ｓｉ薄膜太陽
電池用として十分な特性を有するものである。

【００５７】以上の実施例は、Ｓｉの結晶質粗大粒子と
結晶質微粒子との混合を、粗大粒子が基板上に堆積する
までの過程で行った。本発明では、粗大粒子と微粒子と
の混合は、粗大粒子の基板への堆積と同時に微粒子を基
板上へ堆積しても、同様に高品質の結晶質薄膜が製膜で
きるものである。このような製膜は、例えば図３（ａ）
に記す搬送管４７の微粒子出口を基板方向へ向けること
によって容易に実現できる。

【００５８】このように本発明は、従来の技術に比べて
安価なガラス基板が使用できる程の低温で、しかも大き
い製膜速度で高品質なＳｉ多結晶薄膜が製膜できるもの
である。

【００５９】さらにこの製膜後に前記Ｓｉの多結晶薄膜
は、イオンドーピング法、あるいは熱拡散法等の後工程
でＰ型、あるいはＮ型等の半導体薄膜とされる。

【００６０】本実施例では、粗大粒子表面の活性化、溶
融化するプラズマ用ガス、および微粒子の生成用ガスに
Ａｒガスを用いたが、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋｒガス、
Ｘｅガス等他の不活性ガスを用いてもかまわない。

【００６１】また、本発明にも産業上多大な効果を発揮
する各種の実施例があるが、請求項２記載の発明で明記
したように微粒子の生成雰囲気にドーパントガスを含む
ガス雰囲気中で生成することで、Ｓｉの多結晶薄膜の半
導体化工程を簡素化できることがその代表的なものとし
てあげられる。

【００６２】

【発明の効果】以上記したように、本発明の効果は、従
来の技術に比べて低温で高品質な結晶質薄膜が大きい製
膜速度で製膜できることである。従って、本発明で例え
ばＳｉ結晶質薄膜太陽電池を製造すれば、従来の技術に
よるものより低コストで多量に提供できる。本発明は以
上記したＳｉ結晶質薄膜の製膜方法に限定するものでも
なく、また、太陽電池の製造に限定するものでもない。

【００６３】本発明が特に効果を発揮する他の応用例と
しては、例えば太陽電池に関しても透明電極薄膜の製膜
方法もその一つであるし、多結晶Ｓｉ−ＴＦＴ（Ｔｈｉ
ｎＦｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）用のＳｉ多結晶薄
膜の製造方法など、各種の高品質電子デバイスの製造が
あげられる。従って、本発明の効果は産業上、多大なも
のがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製膜方法の一実施例の説明図

【図２】本発明の他の実施例の説明図

【図３】本発明の更に他の実施例の説明図

【図４】従来の製膜方法の説明図

【符号の説明】

１、１６、３３ 基板 ３、１８、４４ 微粒子 ５、２０ Ｓｉ陰極 ６、２１、４６ Ｓｉ陽極 ７、２２ アーク放電 ９、２４ 真空容器 １１、２６ 電源 １２、２７ Ａｒガスボンベ １５、３、４８ Ｓｉ多結晶薄膜 ２８ Ｂ₂Ｈ₆ガスボンベ ３５ 第二の真空容器 ３７、４０ 粗大粒子 ４５ 第一の真空容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 茂夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒径が２０nm以下の結晶質微粒子を不活性
   ガス雰囲気中で生成するとともに基板上に堆積し、前記
   微粒子の堆積中に基板を加熱、もしくは前記微粒子の堆
   積後に基板を加熱する結晶質膜の製膜方法。
2. 【請求項２】粒径が２０nm以下の結晶質微粒子をドーパ
   ントを含むガス雰囲気中で生成するとともに基板上に堆
   積し、前記微粒子の堆積中に基板を加熱、もしくは前記
   微粒子の堆積後に基板を加熱する結晶質膜の製膜方法。
3. 【請求項３】粒径が２０nmより大きい結晶質粗大粒子を
   基板へ供給するとともに、不活性ガス雰囲気中、もしく
   はドーパントを含むガス雰囲気中で生成した粒径が２０
   nm以下の結晶質微粒子を、前記粗大粒子の基板への供給
   過程で粗大粒子に混合し、この粗大粒子と微粒子との混
   合粒子の基板への堆積中に基板を加熱、もしくは前記粒
   子の堆積後に基板を加熱する結晶質膜の製膜方法。
4. 【請求項４】薄膜の主成分からなる電極対を設置した第
   一の真空容器と、基板と、プラズマ発生手段と、薄膜の
   主成分からなる結晶質粗大粒子の前記プラズマへの供給
   手段とを具備し、前記第一の真空容器より低圧力に設定
   された第二の真空容器と、前記電極対間にアーク放電を
   発生させる電源装置と、さらに前記第一の真空容器で生
   成した結晶質微粒子を前記第二の真空容器へ搬送する搬
   送管とで構成された結晶質膜の製膜装置。