JPH06140325A - 多結晶シリコン薄膜およびその形成法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜およびその形成法Info
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- JPH06140325A JPH06140325A JP4309355A JP30935592A JPH06140325A JP H06140325 A JPH06140325 A JP H06140325A JP 4309355 A JP4309355 A JP 4309355A JP 30935592 A JP30935592 A JP 30935592A JP H06140325 A JPH06140325 A JP H06140325A
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Abstract
上に形成することができる大粒径の多結晶シリコン薄膜
およびその形成法を提供する。 【構成】 本発明の多結晶シリコン薄膜3は、アモルフ
ァスカーボンの薄膜2が形成されたガラス基板1上に形
成されてなるものである。また、本発明の多結晶シリコ
ン薄膜3の形成法は、ガラス基板1上にアモルファスカ
ーボンの薄膜2を形成した後、該ガラス基板上に多結晶
シリコン薄膜を形成するものである。
Description
能なガラス基板上に形成されてなる大粒径の多結晶シリ
コン薄膜およびその形成法に関する。
電池の製造プロセスの簡素化および製造コストの低減の
ために多結晶シリコン薄膜が用いられている。この多結
晶シリコンは、単結晶シリコンの多くの結晶粒子がいろ
いろの方位をもった集合体であり、粒子間に結晶粒界が
存在する。この結晶粒界において、半導体物性の重要な
パラメータである移動度は、単結晶のそれに比べると小
さくなる。この移動度の低下は、結晶粒径を大きくする
ことで改善できることが知られている。
ばガラス基板上にaーSi:Hを成膜した後、このaー
Si:Hをアニーリングすることにより形成される。
ランプアニーリング法は、急峻な温度勾配が得られるた
め各種材料のアニールに用いられている。そして、この
高速ランプアニール法をa−Si:H膜のアニールに適
用した場合、下地のガラス基板はランプアニールの光源
の光を吸収しないのでa−Si:H膜の温度が上昇せ
ず、アニーリングが充分になし得ないという問題があ
る。
術の問題点に鑑みなされたものであって、高速ランプア
ニール法によっても形成することができる大粒径の多結
晶シリコン薄膜およびその形成法を提供することを目的
としている。
薄膜は、アモルファスカーボンの薄膜が形成されたガラ
ス基板上に形成されてなることを特徴としている。
前記アモルファスカーボンの薄膜の膜厚が0.1μm〜
10μmであるのが好ましい。
ては、前記多結晶シリコン薄膜が、高速ランプ加熱によ
り形成されてなるのが好ましい。
いては、前記アモルファスカーボンの薄膜が、プラズマ
CVD法またはスパッタリング法により形成されてなる
のが好ましい。
が水素原子が存在する系にて形成されてなり、そして、
前記アモルファスカーボン中に水素原子が0.01at
omic%以上5atomic%以下存在するのがさら
に好ましい。
ガラス基板上にアモルファスカーボンの薄膜を形成した
後、該ガラス基板上多結晶シリコン薄膜を形成すること
を特徴としている。
いては、前記アモルファスカーボンの薄膜の膜厚が0.
1μm〜10μmであるのが好ましい。
法においては、前記多結晶シリコン薄膜を、高速ランプ
加熱により形成するのが好ましい。
成法においては、前記アモルファスカーボンの薄膜を、
プラズマCVD法またはスパッタリング法により形成す
るのが好ましい。
成法においては、前記アモルファスカーボンの薄膜を水
素原子が存在する系にて形成するのが好ましく、そし
て、前記アモルファスカーボン中に水素原子が0.01
atomic%以上5atomic%以下存在するのが
さらに好ましい。
ールの光源の光吸収係数が大きなアモルファスカーボン
の薄膜を形成しているので、高速ランプアニール法を適
用することができる。そして、このアモルファスカーボ
ンの薄膜は、また熱伝導率も低いので、ガラス基板への
熱伝導を小さくすることができる。このこともまた、高
速ランプアニール法の適用を助長している。
を変化させることにより、熱アニールされた多結晶シリ
コン薄膜の粒径を変えることが可能である。
は、太陽電池の下地電極として用いることができる。
て説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定される
ものではない。
本発明の多結晶シリコン薄膜の形成法に用いられる成膜
装置の概略図である。図において、1はガラス基板、2
はアモルファスカーボンの薄膜、3は多結晶シリコン薄
膜を示す。
示す如く、アモルファスカーボンの薄膜2が形成された
ガラス基板1の上に形成されている。
種のガラスが用いられる。
板1上への形成は、例えばプラズマCVD法やスパッタ
リング法によりなされる。このプラズマCVD法やスパ
ッタリング法にて得られるアモルファスガーボンの薄膜
2の膜厚は、0.1μm〜20μmが一般的であるが、
ランプアニールに用いるハロゲンランプの光吸収および
アモルファスカーボン3の熱伝導率を考慮すると1μm
〜10μmとするのが好ましい。
ては、膜中の水素量が5atomic%以下で0.01
atomic%以上のものが好ましい。ちなみに、この
水素の存在は、アモルファスカーボンの薄膜2表面にダ
イアモンド構造を有するカーボン超微粒子が形成されて
いることを意味する。
明での役割は以下の3つである。 (1)ハロゲンランプ光をよりよく吸収し、特にアモル
ファスカーボンの薄膜2とa−Si:Hの界面をより高
温とし良好な多結晶シリコンの結晶成長を行う。
伝導度が悪く、下地のガラス基板1への熱ダメージを小
さくする。
上に存在するダイアモンド構造をしたカーボンの超微粒
子が、多結晶シリコン成長の核として働く。
は、太陽電池として用いる場合には下地の電極として用
いることができる。
CVD法が大面積という観点から好ましい。このRFプ
ラズマCVD法においてガラス基板1はRF電力投入側
にセットされる。この様にガラス基板1をセットするの
は、イオンによる衝撃を受けてアモルファスカーボンの
薄膜2が形成されるため、ガラス基板1との密着性の優
れた膜が得られるからである。
ルファスカーボンの薄膜2をガラス基板1に形成する場
合は、反応室圧力を200mTorr以下とし、基板温
度を200℃以上として、反応ガスCH4 、H2 等の流
量を適宜調整する。
バイアス電圧としては、−100V以下(−100V,
−200V,−300V,・・・)が好ましい。またR
FプラズマCVD法のみならず、RF・DC両者混合の
プラズマCVD法にてもアモルファスカーボンの薄膜2
が得られ、その場合の膜質はより良好である。
ーゲットにグラファイトを用いAr+H2 の混合ガスを
用いる。そのときのH2 分圧は1mTorrとされ、ま
た全圧は10mTorrとされる。そしてガラス基板1
の温度は400℃とされる。
膜2上にa−Si:Hを形成するのであるが、その前に
アモルファスカーボンの薄膜2表面を5分間程度H2 プ
ラズマ処理する。このプラズマ処理は、アモルファスカ
ーボンの薄膜2表面上に存在するダイヤモンド構造を有
するカーボンクラスタを安定させ、かつ、その付近に存
在するアモルファス構造のカーボンをわずかにエッチン
グするのためのものである。
法にてa−Si:Hを2μm〜20μm堆積させる。
00℃までの昇温を8秒間〜20秒間で行う昇温工程、
その次のハロゲンランプによる急速加熱を15秒間〜5
00秒間を行う急速加熱工程、さらにその次の室温まで
の降温工程を1サイクルとするアニーリング処理を所定
回行い、a−Si:H膜から多結晶シリコン薄膜を形成
する。
明を詳細に説明する。
側にセットし、プラズマCVD法によりガラス基板上に
アモルファスカーボンの薄膜を堆積させた。
℃であり、CH4 流量が40SCCMであり、H2 流量
が500SCCMであり、反応室圧力が20mTorr
であり、RFパワー密度が0.3W/cm2 であった。
なお、図2おいて、5は反応室、6はRF電極、7は対
向電極、8はマッチングボックス、9は高周波電源、1
0はヒータを示す。
厚は1μmであり、光学的バンドギャップは0.40V
であり、FTIRから求めた水素量はほぼゼロであっ
た。また、膜のビッカース硬度は500であり、電気抵
抗率は10-3Ωcmであった。
をアノードにセットした後、このアモルファスカーボン
の薄膜に対し5分間水素プラズマ処理を行った。この際
ガラス基板は400℃に加熱された。
H3 (1000ppmに稀釈したもの)流量を10SC
CM、反応室圧力を20mTorr、RFパワー密度を
0.1W/cm2 、基板温度を450℃にて、アモルフ
ァスカーボンの薄膜の上にa−Si:H膜を10μm堆
積させた。
加熱処理を行い、多結晶シリコン薄膜を得た。より具体
的には、80℃/秒の昇温速度により800℃まで昇温
し、その温度で5秒間保持した後冷却するという処理を
100回繰り返して、多結晶シリコン薄膜を得た。
m〜7μmと大きなものであった。
D法にてa−Si:H膜を10μmを堆積させた。
ラス基板に対して高速ランプ加熱処理を行った。
ころ、粒径は0.3〜0.6μmであった。
板上に形成されたa−Si:Hに対して高速ランプアニ
ール法を適用しているにもかかわらず、大粒径の多結晶
シリコン薄膜が形成されているのがわかる。
ば高速ランプアニール法を用いても、ガラス基板上に大
粒径の多結晶シリコン薄膜を得ることができる。
ルファスシリコンの薄膜は、この多結晶シリコン薄膜が
太陽電池として用いられた場合には、下地電極として作
用するという効果が得られる。
れる成膜装置の概略図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 アモルファスカーボンの薄膜が形成され
たガラス基板上に形成されてなることを特徴とする多結
晶シリコン薄膜。 - 【請求項2】 前記アモルファスカーボンの薄膜の膜厚
が0.1μm〜10μmであることを特徴とする請求項
1記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項3】 前記多結晶シリコン薄膜が、高速ランプ
加熱により形成されてなることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項4】 前記アモルファスカーボンの薄膜が、プ
ラズマCVD法またはスパッタリング法により形成され
てなることを特徴とする請求項1、2または3記載の多
結晶シリコン薄膜。 - 【請求項5】 前記アモルファスカーボンの薄膜が水素
原子が存在する系にて形成されてなることを特徴とする
請求項1、2、3または4記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項6】 前記アモルファスカーボン中に水素原子
が0.01atomic%以上5atomic%以下存
在することを特徴とする請求項1、2、3、4または5
記載の多結晶シリコン薄膜。 - 【請求項7】 ガラス基板上にアモルファスカーボンの
薄膜を形成した後、該ガラス基板上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形成
法。 - 【請求項8】 前記アモルファスカーボンの薄膜の膜厚
が0.1μm〜10μmであることを特徴とする請求項
7記載の多結晶シリコン薄膜の形成法。 - 【請求項9】 前記多結晶シリコン薄膜を、高速ランプ
加熱により形成することを特徴とする請求項7または8
記載の多結晶シリコン薄膜の形成法。 - 【請求項10】 前記アモルファスカーボンの薄膜を、
プラズマCVD法またはスパッタリング法により形成す
ることを特徴とする請求項7、8または9記載の多結晶
シリコン薄膜の形成法。 - 【請求項11】 前記アモルファスカーボンの薄膜を水
素原子が存在する系にて形成することを特徴とする請求
項7、8、9または10記載の多結晶シリコン薄膜の形
成法。 - 【請求項12】 前記アモルファスカーボン中に水素原
子が0.01atomic%以上5atomic%以下
存在することを特徴とする請求項7、8、9、10また
は11記載の多結晶シリコン薄膜の形成法。
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