JPH10139413A - Microcrystalline film and its production - Google Patents

Microcrystalline film and its production

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JPH10139413A
JPH10139413A JP8294800A JP29480096A JPH10139413A JP H10139413 A JPH10139413 A JP H10139413A JP 8294800 A JP8294800 A JP 8294800A JP 29480096 A JP29480096 A JP 29480096A JP H10139413 A JPH10139413 A JP H10139413A
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film
gas
reaction chamber
microcrystalline
raw material
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Toshiaki Sasaki
敏明 佐々木
Makoto Riyuuji
真 龍治
Yukimi Ichikawa
幸美 市川
Masakuni Tokai
正國 東海
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a microcrystalline film suitable for thin-film solar cells, capable of improving crystallinity and increasing film-making speed by specifying a crystal grain size distribution of the microcrystalline film in which a number of crystal grains are present in the amorphous phase. SOLUTION: This microcrystalline film contains a number of crystal grains in the amorphous phase deposited on a substrate, where the average crystal grain size is larger on the side of the substrate than on the opposite side. The microcrystalline film is deposited by decomposing a stock gas flowing into a reaction chamber into a plasma with electrons accelerated by an electron beam gun, where the stock gas is supplied into the reaction chamber at an increasing gas rate, either stepwise in 2 stages or continuously, to be deposited on the substrate to form a film thereon.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜太陽電池へ
の適用に好適な微結晶膜およびその製造方法に関し、特
に微結晶膜の結晶性の向上、製膜速度の高速化に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microcrystalline film suitable for application to a thin-film solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly to improvement in crystallinity of the microcrystalline film and increase in film forming speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】微結晶膜は、アモルファス膜中に多数の
微細な結晶粒が混在している膜である。中でも微結晶半
導体膜、特に微結晶シリコン、および微結晶シリコン合
金は、アモルファス半導体膜に比較して高い電導率、高
いドーピング効率、短波長光に対する低い吸収係数、長
波長光に対する高い吸収係数などの特徴を有する。不純
物をドーピングした微結晶シリコンおよび微結晶シリコ
ン合金は、低コスト太陽電池として期待されるアモルフ
ァス薄膜太陽電池の窓層やオーミックコンタクト層とし
て用いられており、太陽電池の効率向上に寄与してい
る。アモルファス太陽電池に微結晶半導体膜を適用する
ためには、アモルファス層や透明電極層へのダメージを
抑えるために、基板温度250℃以下で、微結晶半導体
膜を作成する必要がある。
2. Description of the Related Art A microcrystalline film is a film in which many fine crystal grains are mixed in an amorphous film. Among them, microcrystalline semiconductor films, particularly microcrystalline silicon, and microcrystalline silicon alloys have higher conductivity, higher doping efficiency, lower absorption coefficient for short wavelength light, higher absorption coefficient for long wavelength light, etc. Has features. BACKGROUND ART Microcrystalline silicon and microcrystalline silicon alloy doped with impurities are used as window layers and ohmic contact layers of amorphous thin-film solar cells expected as low-cost solar cells, and contribute to improvement in the efficiency of solar cells. In order to apply a microcrystalline semiconductor film to an amorphous solar cell, it is necessary to form the microcrystalline semiconductor film at a substrate temperature of 250 ° C. or lower in order to suppress damage to the amorphous layer and the transparent electrode layer.

【0003】図24に従来のRFグロー放電プラズマC
VD法の装置を示す。RF電源24から高電圧ポート2
6を通って、RF電極25にRF高電圧が印加される。
ヒータを内蔵した接地電極27の上に基板14が載せら
れる。RF電極と接地電極27の間にプラズマ13を発
生して、原料ガスライン18から供給される原料ガスを
分解して微結晶膜を基板14上に堆積する。製膜後の原
料ガスは原料ガス排気口19より排気される。RFグロ
ー放電プラズマCVD法で、250℃以下の低い基板温
度で微結晶膜を得るためには、シランなどの原料ガスを
水素で10から100倍に希釈する必要がある。このよ
うに水素希釈率を高くすると、製膜速度は10から50
Å/minと著しく低下する。
FIG. 24 shows a conventional RF glow discharge plasma C.
The apparatus of the VD method is shown. High voltage port 2 from RF power supply 24
6, an RF high voltage is applied to the RF electrode 25.
The substrate 14 is placed on the ground electrode 27 having a built-in heater. Plasma 13 is generated between the RF electrode and the ground electrode 27 to decompose the source gas supplied from the source gas line 18 and deposit a microcrystalline film on the substrate 14. The source gas after film formation is exhausted from the source gas exhaust port 19. In order to obtain a microcrystalline film at a low substrate temperature of 250 ° C. or lower by the RF glow discharge plasma CVD method, it is necessary to dilute a source gas such as silane with hydrogen by a factor of 10 to 100. When the hydrogen dilution rate is increased as described above, the film forming speed is 10 to 50.
Å / min.

【0004】また、微結晶膜を作成する場合、RFグロ
ー放電プラズマCVD法では、原料ガスに分解エネルギ
ーの高いガス、例えばSiF4 やCF4 などのハロゲン
化ガスを使うことが困難であった。また、pin形薄膜
太陽電池の活性層であるi層は膜厚が厚い。i層の厚さ
は吸収係数を考慮してアモルファスシリコンの場合30
00〜5000Å、微結晶シリコンの場合で10000
Å程度の厚さが必要であり、従来の微結晶膜の堆積速度
では、i層の製膜時間に非常に長い時間を要し、その結
果微結晶膜のi層への適用を困難にする問題があった。
In the case of forming a microcrystalline film, it is difficult to use a gas having a high decomposition energy, for example, a halogenated gas such as SiF 4 or CF 4 as a source gas in the RF glow discharge plasma CVD method. The i-layer, which is the active layer of the pin-type thin-film solar cell, has a large thickness. The thickness of the i-layer is 30 in the case of amorphous silicon in consideration of the absorption coefficient.
00-5000Å, 10000 for microcrystalline silicon
The thickness of about Å is required, and the deposition rate of the conventional microcrystalline film requires a very long time for forming the i-layer, which makes it difficult to apply the microcrystalline film to the i-layer. There was a problem.

【0005】また、本出願人らは「反応室に導入した原
料ガスの圧力を0.5〜50mtorrの範囲内に保
ち、電子ビームガンで加速された電子によって前記原料
ガスをプラズマ状態にして分解して前記原料ガスのイオ
ンまたはラジカルを基板上に堆積させることを特徴とす
る微結晶膜の製造方法」を提案している。その方法に
は、圧力上昇にともない製膜速度が増加する領域におい
て、結晶性、例えば結晶化率、平均結晶粒径は逆に低下
するという若干の問題があった。
Further, the present applicants have stated that “the pressure of the source gas introduced into the reaction chamber is kept within a range of 0.5 to 50 mtorr, and the source gas is decomposed into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun. And depositing ions or radicals of the source gas on a substrate. This method has a slight problem that crystallinity, for example, the crystallization ratio and the average crystal grain size are conversely reduced in a region where the film forming speed increases with an increase in pressure.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の問題を
解決し、微結晶膜の製膜速度の高速化を図ることができ
る微結晶膜およびその製造方法を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a microcrystalline film capable of increasing the speed of forming a microcrystalline film and a method of manufacturing the same.

【0007】また本発明の他の目的は、微結晶膜を高速
で製膜するとともにその結晶性を向上することである。
Another object of the present invention is to form a microcrystalline film at a high speed and to improve the crystallinity thereof.

【0008】さらに本発明の他の目的は、原料ガスに分
解エネルギーの高いガスの使用を容易にすることであ
る。
Another object of the present invention is to facilitate the use of a gas having a high decomposition energy as a raw material gas.

【0009】さらに本発明の他の目的は、pin形薄膜
太陽電池の活性層であるi層への微結晶膜の適用を容易
にすることである。
Still another object of the present invention is to facilitate application of a microcrystalline film to an i-layer which is an active layer of a pin type thin film solar cell.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための本発明による微結晶膜は、基板上に形成されたア
モルファス中に多数の結晶粒が混在してなる微結晶膜で
あって、平均結晶粒径が基板側で大きく、基板と反対側
で小さい結晶粒径分布を有する。
Means for Solving the Problems A microcrystalline film according to the present invention for solving the above-mentioned problems is a microcrystalline film in which a large number of crystal grains are mixed in an amorphous film formed on a substrate, The average crystal grain size is large on the substrate side and small on the side opposite to the substrate.

【0011】上述した課題を解決するために、本発明に
よる微結晶膜の製造方法は、反応室に導入した原料ガス
を、電子ビームガンで加速された電子によってプラズマ
状態にして分解し、薄膜を製造する方法において、前記
反応室に原料ガスを第1の原料ガス供給量で供給して製
膜した後、該第1の原料ガス供給量よりも大きい第2の
原料ガス供給量で原料ガスを供給して製膜することを特
徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a microcrystalline film according to the present invention is to decompose a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun to decompose a thin film. In this method, after the source gas is supplied to the reaction chamber at a first source gas supply amount to form a film, the source gas is supplied at a second source gas supply amount larger than the first source gas supply amount. It is characterized by forming a film.

【0012】さらに本発明による方法は、製膜中に原料
ガス供給量を増加させながら製膜することを特徴とす
る。
Further, the method according to the present invention is characterized in that the film is formed while increasing the supply amount of the raw material gas during the film formation.

【0013】さらに本発明による方法は、反応室に導入
した原料ガスを、電子ビームガンで加速された電子によ
ってプラズマ状態にして分解し、薄膜を製造する方法に
おいて、前記反応室内の圧力を第1の原料ガス圧力に維
持して製膜した後、前記反応室内の反応ガス圧力を該第
2の圧力よりも大きい第2の圧力に変更して製膜するこ
とを特徴とする。
Further, the method according to the present invention is a method for producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun to produce a thin film. After forming the film while maintaining the source gas pressure, the film is formed by changing the reaction gas pressure in the reaction chamber to a second pressure higher than the second pressure.

【0014】本発明による方法は、製膜中に反応室内の
圧力を増加させながら製膜することを特徴とする。
The method according to the present invention is characterized in that the film is formed while increasing the pressure in the reaction chamber during the film formation.

【0015】さらに本発明による方法は、反応室に導入
した原料ガスと希釈ガスの混合ガスを、電子ビームガン
で加速された電子によってプラズマ状態にして分解し、
薄膜を製造する方法において、前記希釈ガスの原料ガス
に対する比率を第1の比率として製膜した後、希釈ガス
の原料ガスに対する比率を前記第1の比率よりも小さい
第2の比率として製膜することを特徴とする。
Further, in the method according to the present invention, the mixed gas of the raw material gas and the diluent gas introduced into the reaction chamber is decomposed into a plasma state by the electrons accelerated by the electron beam gun, and decomposed.
In the method for producing a thin film, a film is formed with a ratio of the diluent gas to the source gas being a first ratio, and then a film is formed with a ratio of the diluent gas to the source gas being a second ratio smaller than the first ratio. It is characterized by the following.

【0016】本発明方法は、反応室に導入した原料ガス
と希釈ガスの混合ガスを、電子ビームガンで加速された
電子によってプラズマ状態にして分解し、薄膜を製造す
る方法において、製膜中に希釈ガスの原料ガスに対する
比率を減少させながら製膜することを特徴とする。
According to the method of the present invention, a mixed gas of a raw material gas and a diluent gas introduced into a reaction chamber is decomposed into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun and decomposed to produce a thin film. It is characterized in that a film is formed while reducing the ratio of gas to source gas.

【0017】上述した微結晶膜の製造方法において、原
料ガスの供給量は70sccm以下であるとよく、望ま
しくは10sccm以下、さらに望ましくは5sccm
以下である。
In the above-described method for producing a microcrystalline film, the supply amount of the source gas is preferably 70 sccm or less, preferably 10 sccm or less, and more preferably 5 sccm.
It is as follows.

【0018】また、前述した方法において、前記原料ガ
スの供給量が0.5sccm以上であると好適であり、
さらに望ましくは4sccm以上である。
In the above-mentioned method, it is preferable that the supply amount of the source gas is 0.5 sccm or more;
More preferably, it is 4 sccm or more.

【0019】原料ガスの供給量と反応室の容積との比は
0.005sccm・cm-3以下であるとよく、望まし
くは0.0007sccm・cm-3以下、さらに望まし
くは0.0003sccm・cm-3以下である。
[0019] The ratio of the volume of the supply amount and the reaction chamber of the raw material gas may If it is 0.005 sccm · cm -3 or less, preferably 0.0007sccm · cm -3 or less, more preferably 0.0003sccm · cm - 3 or less.

【0020】前記原料ガスの供給量と反応室の容積との
比が0.00003sccm・cm-3以上であると好適
であり、さらに望ましくは0.00025sccm・c
-3以上である。
The ratio between the supply amount of the raw material gas and the volume of the reaction chamber is preferably 0.00003 sccm · cm -3 or more, more preferably 0.00025 sccm · c.
m −3 or more.

【0021】電子の加速電圧が40V以上であると好適
であり、望ましくは60V以上である。
The acceleration voltage of the electrons is preferably 40 V or more, and more preferably 60 V or more.

【0022】上記方法において、前記原料ガスとして水
素化珪素、ハロゲン化珪素の少なくとも一つを用いるこ
とができ、さらに前記原料ガスとして水素化珪素、ハロ
ゲン化珪素の少なくとも一つと、炭素原子を含有する気
体との混合ガスを用いることができる。
In the above method, at least one of silicon hydride and silicon halide can be used as the source gas, and at least one of silicon hydride and silicon halide as the source gas and a carbon atom are contained. A mixed gas with a gas can be used.

【0023】前記炭素原子を含有する気体として炭化水
素を用いることができ、前記炭素原子を含有する気体と
してメタン、エタン、エチレン、アセチレンの少なくと
も一つを用いることができる。
Hydrocarbons can be used as the gas containing carbon atoms, and at least one of methane, ethane, ethylene and acetylene can be used as the gas containing carbon atoms.

【0024】また、前記原料ガスとして水素化珪素、ハ
ロゲン化珪素の少なくとも一つと、酸素原子を含有する
気体との混合ガスを用いることができ、酸素原子を含有
する気体として酸素、二酸化炭素の少なくとも一つを用
いることができる。
Also, a mixed gas of at least one of silicon hydride and silicon halide and a gas containing an oxygen atom can be used as the raw material gas, and at least one of oxygen and carbon dioxide is used as the gas containing an oxygen atom. One can be used.

【0025】さらに、前記原料ガスとして水素化珪素、
ハロゲン化珪素の少なくとも一つと、窒素原子を含有す
る気体との混合ガスを用いることができ、窒素原子を含
有する気体として窒素、アンモニアの少なくとも一つを
用いることができる。
Further, silicon hydride is used as the source gas,
A mixed gas of at least one silicon halide and a gas containing a nitrogen atom can be used, and at least one of nitrogen and ammonia can be used as the gas containing a nitrogen atom.

【0026】前記原料ガスとして水素化珪素、ハロゲン
化珪素の少なくとも一つと、水素化ゲルマニウム、ハロ
ゲン化ゲルマニウムの少なくとも一つとの混合ガスを用
いることができ、あるいは前記原料ガスとして水素化ゲ
ルマニウム、ハロゲン化ゲルマニウムの少なくとも一つ
を用いることができる。
As the raw material gas, a mixed gas of at least one of silicon hydride and silicon halide and at least one of germanium hydride and germanium halide can be used, or as the raw material gas, germanium hydride, halogenated halogen At least one of germanium can be used.

【0027】さらに、上記方法において、原料ガスを、
水素あるいは希ガスの少なくとも一つで希釈してもよ
い。
Further, in the above method, the raw material gas is
It may be diluted with at least one of hydrogen and a rare gas.

【0028】前記原料ガスにp形不純物ガスを混合する
ことができ、p形不純物ガスとして、ジボランを用いる
ことができる。
A p-type impurity gas can be mixed with the raw material gas, and diborane can be used as the p-type impurity gas.

【0029】また、前記原料ガスにn形不純物ガスを混
合することができ、n形不純物ガスとして、ホスフィン
を用いることができる。
Further, an n-type impurity gas can be mixed with the source gas, and phosphine can be used as the n-type impurity gas.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本発明においては、反応室に導入
した原料ガスを、電子ビームガンで加速された電子によ
ってプラズマ状態にして分解し、基板上に微結晶膜を製
造する方法(以下、電子ビーム励起プラズマCVD法と
呼ぶ)を採用する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a method of producing a microcrystalline film on a substrate by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun (hereinafter, referred to as an electron beam). (Referred to as a beam-excited plasma CVD method).

【0031】電子ビームガンによって反応室に生成され
たプラズマは、電子ビームガンの加速電圧によって電子
エネルギー分布を制御することができる。この手法によ
って、通常のRFグロー放電プラズマに比べて、高いエ
ネルギーを持った電子の密度が大きいプラズマを作るこ
とが可能となり、解離生成エネルギーの高い活性種やイ
オンをRFグロー放電プラズマに対してより大きい密度
で生成して、低い基板温度で微結晶膜を速い製膜速度で
製造することが可能となる。
The electron energy distribution of the plasma generated in the reaction chamber by the electron beam gun can be controlled by the acceleration voltage of the electron beam gun. This method makes it possible to create a plasma with a higher energy density of electrons having a higher energy than that of a normal RF glow discharge plasma. It is possible to produce a microcrystalline film at a high film forming rate at a low substrate temperature by producing a large density.

【0032】特に本発明においては、製膜初期に製膜速
度が遅くても結晶性の高い膜を作製し、それを下地層と
して製膜速度が速い条件において製膜することにより、
全体として高い製膜速度で結晶性の高い微結晶膜を得る
ことができる。
In particular, in the present invention, a film having high crystallinity is prepared at an early stage of film formation even if the film formation speed is low, and the film is formed as a base layer under the condition of a high film formation speed.
As a whole, a microcrystalline film having high crystallinity can be obtained at a high film forming rate.

【0033】本発明の一実施形態においては、製膜中の
原料ガスの供給量を変化させる。
In one embodiment of the present invention, the supply amount of source gas during film formation is changed.

【0034】後に示すように、原料ガスの供給量の増加
に伴い、製膜速度を著しく増加させることができるが、
逆に結晶粒径や結晶化率といった結晶性は低下してしま
う。そこで、製膜初期には原料ガスの供給量を少なくし
て、製膜速度は遅くても結晶性の高い層を形成する。こ
の層を下地層として、原料ガスの供給量を多くして速い
製膜速度で結晶性の高い微結晶膜を製膜する。原料ガス
供給速度の変化の態様は、比較的少ない第1の供給量で
結晶性の高い微結晶膜を製膜し、それを下地膜として原
料ガス供給量を段階的に第2の供給量に増加してもよ
く、第1の供給量から第2の供給量へ連続的に原料ガス
の供給量を増加させながら製膜してもよい。さらに、第
1の供給量で一定時間製膜した後、供給量を第2の供給
量まで徐々に増加させながら製膜し、その後、第2供給
量を維持しながら製膜してもよい。
As will be described later, the film forming speed can be remarkably increased with an increase in the supply amount of the raw material gas.
Conversely, the crystallinity such as the crystal grain size and the crystallization ratio is reduced. Therefore, in the initial stage of film formation, the supply amount of the raw material gas is reduced to form a layer having high crystallinity even if the film formation speed is low. Using this layer as a base layer, a microcrystalline film having high crystallinity is formed at a high film forming rate by increasing the supply amount of the source gas. The mode of the change of the source gas supply rate is that a microcrystalline film having high crystallinity is formed with a relatively small first supply amount, and the source gas supply amount is gradually increased to a second supply amount using the film as a base film. The film formation may be performed while the supply amount of the source gas is continuously increased from the first supply amount to the second supply amount. Furthermore, after forming the film at the first supply amount for a certain period of time, the film may be formed while gradually increasing the supply amount to the second supply amount, and then forming the film while maintaining the second supply amount.

【0035】本発明の他の実施形態においては、電子ビ
ーム励起プラズマCVD法において、製膜中に反応室内
の原料ガス圧力を変化させて製膜する。反応室内の原料
ガス圧力は製膜速度は遅いが結晶性の高い第1の圧力で
製膜した後、それを下地膜として製膜速度の高い第2の
圧力に段階的に圧力を増加させて製膜してもよく、第1
の圧力から第2の圧力へ連続的に圧力を増加させながら
製膜してもよい。さらに、第1の圧力で一定時間製膜し
た後、圧力を第2の圧力まで徐々に増加させながら製膜
し、その後第2の圧力を維持しながら製膜してもよい。
In another embodiment of the present invention, the film is formed by changing the source gas pressure in the reaction chamber during the film formation in the electron beam excited plasma CVD method. The raw material gas pressure in the reaction chamber is formed at a first pressure having a low film forming rate but high crystallinity, and then gradually increasing the pressure to a second pressure having a high film forming rate using the base film as a base film. The first film may be formed.
The film formation may be performed while continuously increasing the pressure from the pressure of (2) to the second pressure. Furthermore, after forming the film at the first pressure for a certain period of time, the film may be formed while gradually increasing the pressure to the second pressure, and then forming the film while maintaining the second pressure.

【0036】本発明のさらに他の実施形態においては、
電子ビーム励起プラズマCVD法において、原料ガスを
希釈ガスで希釈して反応室に供給し、その際、製膜中に
希釈ガスの原料ガスに対する比率を変化させる。その比
率の変化は製膜速度は遅いが結晶性の高い第1の比率で
希釈ガスと原料ガスを供給して製膜し、それを下地膜と
して希釈ガスの原料ガスに対する比率が低い第2の比率
に段階的に減少させて希釈ガスと原料ガスを供給して製
膜してもよく、第1の比率から第2の比率へ連続的に変
化して製膜してもよい。さらに第1の比率で希釈ガスと
原料ガスを供給しながら一定時間製膜した後、希釈ガス
の原料ガスに対する比率を第2の比率まで連続的に減少
させながら製膜を行い、その後、第2の比率を維持しな
がら希釈ガスと原料ガスを供給して製膜してもよい。
In still another embodiment of the present invention,
In the electron beam excited plasma CVD method, a raw material gas is diluted with a diluent gas and supplied to a reaction chamber. At this time, the ratio of the diluent gas to the raw material gas is changed during film formation. The change in the ratio is such that a film is formed by supplying a diluent gas and a source gas at a first ratio having a low film forming speed but high crystallinity, and using the base film as a base film to form a second gas having a low ratio of the diluent gas to the source gas. The film formation may be performed by supplying the diluent gas and the raw material gas stepwise to the ratio, or may be performed by continuously changing from the first ratio to the second ratio. Further, after forming a film for a certain period of time while supplying the diluent gas and the source gas at the first ratio, the film is formed while the ratio of the diluent gas to the source gas is continuously reduced to the second ratio, and then the second film is formed. The film formation may be performed by supplying the diluent gas and the raw material gas while maintaining the ratio.

【0037】上述した電子ガス励起プラズマCVD法に
おいて、原料ガスの供給量が70sccm以下、望まし
くは10sccm以下、さらに望ましくは5sccm以
下で製膜することが好適である。これは、原料ガスの供
給量が、70sccm以下でアモルファスから微結晶へ
の変化が始まり、10sccm以下で100Å以上の粒
径の大きな微結晶膜が得られ、5sccm以下で150
〜200Åを超えるさらに粒径の大きな微結晶膜が得ら
れることに対応する。
In the above-described electron gas excited plasma CVD method, it is preferable to form a film at a supply rate of the raw material gas of 70 sccm or less, preferably 10 sccm or less, more preferably 5 sccm or less. This is because, when the supply amount of the source gas is 70 sccm or less, a change from amorphous to microcrystalline starts, a microcrystalline film having a large grain size of 100 ° or more is obtained at 10 sccm or less, and 150 μm or less at 5 sccm.
This corresponds to obtaining a microcrystalline film having a larger grain size exceeding 200 °.

【0038】上記の原料ガスの供給量による結晶性の制
御と併せて、原料ガスの供給量が0.5sccm以上、
望ましくは4sccm以上で製膜するとよい。これは、
原料ガスの供給量が、0.5sccm以上で製膜速度が
100Å/min以上の高い値が得られることに対応
し、4sccm以上で製膜速度が200Å/min以上
のさらに高い値が得られることに対応する。これらの原
料ガス供給量の範囲を用いると、製膜速度が速く、か
つ、結晶性の高い微結晶膜を得ることができる。物理的
には、製膜速度と原料ガスの供給量の比がガスの利用効
率と対応しており、これが結晶性と密接に結びついてい
るためと考えられる。
In addition to the control of the crystallinity by the supply amount of the raw material gas, the supply amount of the raw material gas is 0.5 sccm or more.
Desirably, the film is formed at 4 sccm or more. this is,
Corresponding to a high film formation rate of 100 ° / min or more when the supply amount of the raw material gas is 0.5 sccm or more, and obtaining a higher value of 200 ° / min or more for a film formation rate of 4 sccm or more. Corresponding to When the range of the supply amount of the source gas is used, a microcrystalline film having a high film forming speed and high crystallinity can be obtained. Physically, it is considered that the ratio between the film forming speed and the supply amount of the raw material gas corresponds to the gas use efficiency, and this is closely related to the crystallinity.

【0039】さらに、電子ビーム励起プラズマCVD法
において、原料ガスの供給量と反応室の容積との比が
0.005sccm・cm-3以下、望ましくは0.00
07sccm・cm-3以下、さらに望ましくは0.00
03sccm・cm-3以下で製膜することによって課題
を解決できる。これは、結晶性の制御に関する。また、
原料ガスの供給量と反応室の容積との比が0.0000
3sccm・cm-3以上、望ましくは0.00025s
ccm・cm-3以上で製膜することによって前述した課
題を解決できる。これは、製膜速度の制御に関する。原
料ガス供給量と反応室の容積との比は、原料ガスの反応
室滞在時間の逆数に比例する量で、装置の大きさや配置
が異なる場合の製膜速度と結晶性の制御の指標として有
用である。
Further, in the electron beam excited plasma CVD method, the ratio of the supply amount of the source gas to the volume of the reaction chamber is 0.005 sccm · cm −3 or less, preferably 0.005 sccm · cm −3 or less.
07 sccm · cm -3 or less, more preferably 0.00
The problem can be solved by forming the film at 03 sccm · cm −3 or less. This concerns the control of crystallinity. Also,
The ratio of the supply amount of the raw material gas to the volume of the reaction chamber is 0.0000.
3 sccm · cm -3 or more, preferably 0.00025 s
The above-described problem can be solved by forming a film at ccm · cm −3 or more. This relates to the control of the film forming speed. The ratio between the amount of source gas supplied and the volume of the reaction chamber is proportional to the reciprocal of the residence time of the source gas in the reaction chamber, and is useful as an index for controlling the film forming speed and crystallinity when the size and arrangement of the equipment are different. It is.

【0040】電子ビーム励起プラズマCVD法におい
て、電子の加速電圧を40V以上、望ましくは60V以
上で製膜することが好適である。これは、40V以上で
アモルファスから微結晶への変化が始まり、60V以上
で100Å以上の粒径の微結晶が得られることに対応す
る。このとき加速電圧の増加に伴い、製膜速度も増加す
る。
In the electron beam excited plasma CVD method, it is preferable to form a film at an electron acceleration voltage of 40 V or more, preferably 60 V or more. This corresponds to the fact that the change from amorphous to microcrystal starts at 40 V or higher, and that microcrystals having a particle size of 100 ° or more are obtained at 60 V or higher. At this time, as the acceleration voltage increases, the film forming speed also increases.

【0041】本発明においては、製膜初期に製膜速度が
遅くても結晶性の高い膜を作製し、それを下地層とする
ことにより、製膜速度が速い条件においても結晶性の高
い微結晶膜が得られる。結晶性と製膜速度を制御する条
件として、原料ガスの供給量を小から大へ、圧力を小か
ら大へ、希釈ガスと原料ガスの比率を大から小へ段階
的、あるいは製膜中に連続的に変化させることにより、
製膜速度が遅く結晶性が高い条件から製膜速度の速い条
件に移行が可能である。
In the present invention, a film having high crystallinity is prepared in the early stage of film formation even if the film formation speed is low, and this film is used as an underlayer, so that fine films having high crystallinity can be obtained even under the condition of high film formation speed. A crystalline film is obtained. As conditions for controlling the crystallinity and the film forming rate, the supply amount of the raw material gas is changed from small to large, the pressure is changed from small to large, and the ratio of the dilution gas and the raw material gas is changed stepwise from large to small, or during the film formation. By continuously changing,
It is possible to shift from a condition where the film forming speed is low and the crystallinity is high to a condition where the film forming speed is high.

【0042】また、原料ガスの供給量の範囲、あるいは
原料ガスの供給量と反応室の容積の比の範囲を規定する
ことにより、製膜速度が高く、かつ、結晶性の高い微結
晶膜が得られる。また、電子ビームの加速電圧の範囲を
規定することによっても製膜速度が高く、かつ、結晶性
の高い微結晶膜が得られる。
By defining the range of the supply amount of the raw material gas or the range of the ratio of the supply amount of the raw material gas to the volume of the reaction chamber, a microcrystalline film having a high film forming speed and high crystallinity can be obtained. can get. Also, by defining the range of the acceleration voltage of the electron beam, a microcrystalline film having a high film forming speed and high crystallinity can be obtained.

【0043】[0043]

【実施例】図1に本発明を実施するための微結晶膜製造
装置の一例を示す。電子ビームガン1は放電領域2と加
速領域3からなり、反応室4に接続している。直流放電
電源5により、カソード7と放電電極9との間で補助電
極8を介して放電が生じる。加速電源6により放電電極
9と加速電極10の間に電圧を印加し、該放電部より電
子を引き出し、電子を加速し、電子ビーム12を発生さ
せ、反応室4に電子ビーム12を導入する。コイル11
は電子ビーム12を収束するために設置されている。反
応室4に導入された電子ビームによって、原料ガスライ
ン18より導入された原料ガスが分解され、プラズマ1
3が生じる。ヒータ15上に設置された例えばガラス、
結晶シリコンなどの基板14に微結晶膜が堆積される。
製膜後の原料ガスは、排気口19より排気される。電子
ビームガンは、アルゴンをアルゴンガスライン16より
供給して、排気口17より排気して、反応室4とは独立
の圧力に保たれる。図1では電子ビームと基板が平行な
配置を示したが、電子ビームと基板が垂直あるいはそれ
以外の角度の位置関係にあっても同様の作用、効果を得
ることが可能である。また、基板を回転させることによ
り膜厚分布の均一性を向上させることも可能である。
FIG. 1 shows an example of a microcrystalline film manufacturing apparatus for carrying out the present invention. The electron beam gun 1 includes a discharge area 2 and an acceleration area 3 and is connected to a reaction chamber 4. Discharge is generated between the cathode 7 and the discharge electrode 9 via the auxiliary electrode 8 by the DC discharge power supply 5. A voltage is applied between the discharge electrode 9 and the acceleration electrode 10 by the acceleration power source 6 to extract electrons from the discharge portion, accelerate the electrons, generate an electron beam 12, and introduce the electron beam 12 into the reaction chamber 4. Coil 11
Is provided to converge the electron beam 12. The source gas introduced from the source gas line 18 is decomposed by the electron beam introduced into the reaction chamber 4, and the plasma 1
3 results. For example, glass installed on the heater 15,
A microcrystalline film is deposited on a substrate 14 such as crystalline silicon.
The source gas after film formation is exhausted from an exhaust port 19. The electron beam gun supplies argon through an argon gas line 16 and exhausts the exhaust gas through an exhaust port 17, and is maintained at a pressure independent of the reaction chamber 4. Although FIG. 1 shows an arrangement in which the electron beam and the substrate are parallel to each other, the same operation and effect can be obtained even when the electron beam and the substrate are in a vertical or other angular positional relationship. It is also possible to improve the uniformity of the film thickness distribution by rotating the substrate.

【0044】図2に本発明の第1の実施例を示す。図1
に示した装置を用い、原料ガスとして、100%シラン
の場合、およびシランを水素で希釈した場合について、
原料ガス供給量、ここではシラン流量に対する作製され
た微結晶シリコン膜の製膜速度を示す。100%シラン
の場合は、反応室内圧力5mtorrと15mtorr
の場合について示している。水素で希釈した場合には、
シランと水素を合わせた流量を5sccmに保ち、反応
室内の圧力を5mtorrにしている。すなわち、原料
ガス供給量は希釈比を変えて調節している。電子ビーム
ガンの加速電圧としては、100V、基板温度は200
℃を用いた。図に示した範囲で、従来の水素希釈を10
から100倍行ったRFグロー放電プラズマCVDより
も速い約100Å/min以上の製膜速度が得られてい
る。また、図から明らかなように製膜速度は、原料ガス
供給量の増加に伴い著しく増加する。原料ガス供給量
0.5sccm以上で約100Å/min以上の製膜速
度、原料ガス供給量4sccm以上で約200Å/mi
n以上の製膜速度が得られている。図3に図2に示した
条件で得られた微結晶膜の平均結晶粒径を示す。平均粒
径はX線回折図形のピークの半値幅から測定した。原料
ガスの供給量の増加に伴い、平均粒径は原料ガス供給量
10sccmまで著しく減少し、10sccm以上で緩
やかに減少する。原料ガス供給量70sccm以下で結
晶性を示し、原料ガス供給量10sccm以下で約10
0Å以上の平均粒径を示すとともに急激に平均粒径が増
大し、原料ガス供給量5sccm以下で150Åを超え
る平均粒径の微結晶膜が得られる。図4に図2に示した
条件で得られた微結晶膜の結晶化率を示す。ここで、結
晶化率は微結晶膜の全体積に対する結晶化部分の体積の
百分比で示してある。原料ガスの供給量の増加に伴い、
結晶化率は単調に減少する。
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention. FIG.
Using 100% silane as the raw material gas and diluting silane with hydrogen using the apparatus shown in
The film forming speed of the produced microcrystalline silicon film with respect to the supply amount of the source gas, here, the flow rate of silane is shown. In the case of 100% silane, the pressure in the reaction chamber is 5 mtorr and 15 mtorr.
It shows about the case of. When diluted with hydrogen,
The combined flow rate of silane and hydrogen is maintained at 5 sccm, and the pressure in the reaction chamber is set at 5 mtorr. That is, the source gas supply amount is adjusted by changing the dilution ratio. The acceleration voltage of the electron beam gun is 100 V and the substrate temperature is 200
° C was used. In the range shown in the figure, the conventional hydrogen dilution was
A film formation speed of about 100 ° / min or more, which is faster than that of RF glow discharge plasma CVD performed 100 times from the above, is obtained. Further, as is apparent from the figure, the film formation speed increases remarkably as the supply amount of the raw material gas increases. A film forming rate of about 100 ° / min or more when the raw material gas supply amount is 0.5 sccm or more, and about 200 ° / mi when the raw material gas supply amount is 4 sccm or more.
A film formation speed of n or more is obtained. FIG. 3 shows the average crystal grain size of the microcrystalline film obtained under the conditions shown in FIG. The average particle size was measured from the half width of the peak in the X-ray diffraction pattern. With an increase in the supply amount of the source gas, the average particle diameter is significantly reduced to the supply amount of the source gas of 10 sccm, and gradually decreases at 10 sccm or more. It shows crystallinity when the source gas supply is 70 sccm or less, and about 10% when the source gas supply is
An average particle diameter of 0 ° or more is exhibited and the average particle diameter sharply increases, and a microcrystalline film having an average particle diameter of more than 150 ° can be obtained at a raw material gas supply of 5 sccm or less. FIG. 4 shows the crystallization ratio of the microcrystalline film obtained under the conditions shown in FIG. Here, the crystallization ratio is shown as a percentage of the volume of the crystallized portion with respect to the total volume of the microcrystalline film. As the supply of raw gas increases,
The crystallization rate monotonically decreases.

【0045】結晶化に着目すると、原料ガス供給量は7
0sccm以下が望ましく、原料ガス供給量は10sc
cm以下がさらに望ましく、原料ガス供給量は5scc
m以下がさらに望ましい。また、製膜速度に着目する
と、原料ガス供給量は0.5sccm以上が望ましく、
原料ガス供給量は4sccm以上がさらに望ましい。以
上の原料ガス供給量の範囲を用いると結晶性が高く、か
つ速い製膜速度で微結晶膜が得られる。
Focusing on crystallization, the source gas supply amount is 7
0 sccm or less is desirable, and the source gas supply amount is 10 sccm.
cm or less, and the supply amount of the source gas is 5 scc
m or less is more desirable. Further, when focusing on the film forming speed, the supply amount of the raw material gas is desirably 0.5 sccm or more.
The source gas supply rate is more desirably 4 sccm or more. When the above-described range of the supply amount of the raw material gas is used, the crystallinity is high and a microcrystalline film can be obtained at a high film forming speed.

【0046】図5に本発明の第2の実施例を示す。製膜
開始からある一定時間、例えば膜厚で500〜1000
Åに相当する製膜時間、比較的小さい第1の原料ガス供
給量で微結晶膜の製膜を行う。これによって、図2,図
3,図4から明らかなように製膜速度は遅いが結晶化率
および結晶粒径の大きな膜が得られ、これを下地層とし
て次の製膜を行う。次に第1の原料ガス供給量より大き
な第2の原料ガス供給量で微結晶膜の製膜を行う。この
場合、図2から明らかなように製膜速度は速い。ここ
で、結晶性の高い、すなわち結晶化率が大きくかつ結晶
粒径の大きい膜を下地層としているため、製膜を全て第
2の原料ガス供給量で行った場合よりも結晶性の高い微
結晶膜が得られる。また、製膜の全期間を第1の原料ガ
ス供給量で製膜した場合に比べて、製膜時間が短縮され
る。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. A certain period of time from the start of film formation, for example, 500 to 1000 in film thickness
A microcrystalline film is formed with a relatively small first source gas supply amount for a film formation time corresponding to Å. As a result, as is clear from FIGS. 2, 3, and 4, a film having a low film formation rate but a large crystallization ratio and a large crystal grain size is obtained, and the next film formation is performed using this as an underlayer. Next, a microcrystalline film is formed with a second source gas supply amount larger than the first source gas supply amount. In this case, as apparent from FIG. 2, the film forming speed is high. Here, since a film having high crystallinity, that is, a film having a large crystallization rate and a large crystal grain size is used as the underlayer, fine films having higher crystallinity than the case where all the films are formed at the second source gas supply amount are used. A crystalline film is obtained. Further, the film formation time is shortened as compared with the case where the film formation is performed at the first raw material gas supply amount during the entire film formation period.

【0047】図6に本発明の第3の実施例を示す。図6
(a)は、製膜時間の全期間において原料ガス供給量の
比較的少ない条件で、厚い微結晶膜を作製した場合を示
している。基板14の上に、原料ガス供給量の比較的少
ない条件で微結晶膜20を堆積する。この場合、結晶性
の高い膜が得られる。しかし、製膜速度が遅いために製
膜時間が長くなる。例えば、シランを原料ガスに用い、
圧力5mtorrで、原料ガス供給量2.5sccmで
10000Å製膜すると、結晶粒径は約190Åが得ら
れるが、製膜時間は約59分かかる。図6(b)は、製
膜時間の全期間において原料ガス供給量の比較的多い条
件で厚い膜を作製した場合を示している。基板14の上
に、原料ガス供給量の比較的多い条件の微結晶膜21を
堆積する。この場合、結晶性は図6(a)に比べると低
い膜になる。しかし、製膜速度が速いために製膜時間が
短縮できる。例えば、シランを原料ガスに用い、反応室
内圧力5mtorrで、原料ガス供給量6sccmで1
0000Å製膜すると、結晶粒径は約125Åである
が、製膜時間は約30分になる。そこで、図6(c)に
示すように、基板14上に、製膜初期に比較的少ない第
1の原料ガス供給量の条件で微結晶膜22を製膜し、そ
の膜を下地層として図6(d)に示すように第1の原料
ガス供給量よりも大きな第2の原料ガス供給量の条件で
微結晶膜23の製膜を行う。その結果、図6(a)の場
合よりも製膜時間が短縮され、かつ、図6(b)の場合
よりも結晶性の高い微結晶膜が得られる。例えば、シラ
ンを原料ガスに用い、反応室内圧力5mtorrで、原
料ガス供給量2.5sccmで1000Å、その上に原
料ガス供給量6sccmで9000Å製膜すると、結晶
粒径は約180Åが得られ、製膜時間は約33分と大幅
に短縮される。
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. FIG.
(A) shows a case where a thick microcrystalline film is formed under the condition that the supply amount of the source gas is relatively small during the entire film forming time. The microcrystalline film 20 is deposited on the substrate 14 under the condition that the supply amount of the source gas is relatively small. In this case, a film with high crystallinity is obtained. However, the deposition time is long because the deposition rate is low. For example, using silane as a source gas,
When a film is formed at a pressure of 5 mtorr and a raw material gas supply rate of 2.5 sccm at 10,000 °, a crystal grain size of about 190 ° is obtained, but it takes about 59 minutes. FIG. 6B shows a case where a thick film is formed under the condition that the supply amount of the raw material gas is relatively large in the entire period of the film formation time. A microcrystalline film 21 is deposited on the substrate 14 under a condition that the supply amount of the source gas is relatively large. In this case, the film has a lower crystallinity than that of FIG. However, the film forming time can be shortened because the film forming speed is high. For example, silane is used as a source gas, the pressure in the reaction chamber is 5 mtorr, the source gas supply amount is 6 sccm, and
When 0000 ° is formed, the crystal grain size is about 125 °, but the film formation time is about 30 minutes. Therefore, as shown in FIG. 6C, a microcrystalline film 22 is formed on the substrate 14 under the condition of a relatively small supply amount of the first source gas at the initial stage of film formation, and the film is used as a base layer. As shown in FIG. 6D, the microcrystalline film 23 is formed under the condition of the second source gas supply amount larger than the first source gas supply amount. As a result, a film formation time is shorter than in the case of FIG. 6A, and a microcrystalline film having higher crystallinity than in the case of FIG. 6B is obtained. For example, when silane is used as a source gas and the reaction chamber is at a pressure of 5 mtorr and the source gas is supplied at a rate of 2.5 sccm at 1000 ° and the source gas is supplied at a rate of 6 sccm at 9000 °, a crystal grain size of about 180 ° is obtained. The film time is greatly reduced to about 33 minutes.

【0048】図7に本発明の第4の実施例を示す。原料
ガス供給量を製膜時間とともに連続的に増加させてい
る。製膜初期は遅い製膜速度であるが結晶性の高い微結
晶膜を製膜し、連続的に原料ガス供給量を増加させるこ
とにより製膜速度を連続的に速くしている。これによ
り、放電や原料ガスの供給を止めることなく、連続的に
結晶性の高い層の条件から速い製膜速度の条件に移行し
て、結晶性が高くかつ速い製膜速度で微結晶膜を製膜す
ることができる。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. The supply amount of the raw material gas is continuously increased with the film forming time. In the initial stage of film formation, a microcrystalline film having a low film formation speed but high crystallinity is formed, and the film formation speed is continuously increased by continuously increasing the supply amount of source gas. As a result, without stopping the discharge and the supply of the raw material gas, the condition of the layer having high crystallinity is continuously shifted to the condition of the high film forming speed, and the microcrystalline film is formed with high crystallinity and at a high film forming speed. A film can be formed.

【0049】図8に本発明の第5の実施例を示す。製膜
初期の一定期間比較的小さい第1の原料ガス供給量で製
膜を行う。これにより、放電や原料ガスの供給量を止め
ることなく、第1の原料ガス供給量での製膜時間、原料
ガス供給量の増加時間、および第2の原料ガス供給量で
の製膜時間を調整して結晶性と製膜速度の最適条件を決
めることができる。
FIG. 8 shows a fifth embodiment of the present invention. Film formation is performed at a relatively small first source gas supply amount for a certain period of time at the beginning of film formation. Thereby, without stopping the discharge and the supply amount of the source gas, the film formation time at the first source gas supply amount, the increase time of the source gas supply amount, and the film formation time at the second source gas supply amount can be reduced. The optimum conditions of crystallinity and film forming speed can be determined by adjustment.

【0050】図9に本発明の第6の実施例を示す。反応
室内の圧力に対して、製膜速度は約15mtorrまで
著しく増加し、15mtorrを越えると減少する。図
10に示すように、微結晶膜の結晶の平均粒径は、圧力
の増加に対して、減少する。100Å以上の粒径の微結
晶膜を得ようとすると、圧力を15mtorrよりも下
げる必要があり、製膜速度が低下する傾向がある。この
とき、図11に示すように製膜初期に15mtorr以
下の比較的低い第1の圧力で製膜し、それを下地層とし
て、第1の圧力に比べて大きくかつ15mtorr以下
の圧力で製膜すると、結晶性が高く、かつ製膜時間を短
縮して微結晶膜を製膜できる。
FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention. With respect to the pressure in the reaction chamber, the film formation rate increases significantly up to about 15 mtorr, and decreases above 15 mtorr. As shown in FIG. 10, the average grain size of the crystals of the microcrystalline film decreases as the pressure increases. In order to obtain a microcrystalline film having a particle size of 100 ° or more, it is necessary to reduce the pressure to less than 15 mtorr, and the film forming speed tends to decrease. At this time, as shown in FIG. 11, a film is formed at a relatively low first pressure of 15 mtorr or less at the initial stage of film formation, and is used as a base layer at a pressure higher than the first pressure and at a pressure of 15 mtorr or less. Then, a microcrystalline film can be formed with high crystallinity and shortening the film forming time.

【0051】図12に本発明の第7の実施例を示す。製
膜時間とともに、連続的に圧力を増加させて、結晶性の
良好な条件から速い製膜速度の条件に連続して移行し
て、結晶性が高く、かつ製膜時間を短縮して微結晶膜を
製膜できる。
FIG. 12 shows a seventh embodiment of the present invention. Along with the film forming time, the pressure is continuously increased, and the condition is continuously shifted from a condition of good crystallinity to a condition of a high film forming speed. A film can be formed.

【0052】図13に本発明の第8の実施例を示す。製
膜初期の一定期間比較的小さい圧力で製膜し、製膜中に
圧力を増加させ、続けて比較的大きい圧力で製膜を行
う。これにより、放電や原料ガスの供給量を止めること
なく、第1の圧力での製膜時間、圧力の増加時間、第2
の圧力での製膜時間を調整して、結晶性が高く、かつ製
膜速度が速い最適条件を決めることができる。
FIG. 13 shows an eighth embodiment of the present invention. A film is formed at a relatively low pressure for a certain period in the early stage of film formation, the pressure is increased during the film formation, and subsequently, the film is formed at a relatively large pressure. As a result, the film forming time at the first pressure, the pressure increasing time, the second
By adjusting the film forming time at the pressure described above, it is possible to determine the optimum conditions having high crystallinity and a high film forming speed.

【0053】図14に本発明の第9の実施例を示す。原
料ガスにシランを用い、希釈ガスに水素を用いている。
水素供給量のシラン供給量に対する比率に対して、製膜
速度ははじめ著しく減少し、比率が4を越えると緩やか
に減少する。図15に示すように、水素量のシラン供給
量に対する比率に対して、微結晶膜の平均結晶粒径は、
比率4まで著しく増加し、それ以上の比率で飽和する。
このとき、図16に示すように、水素とシランを製膜初
期に水素の比率が比較的大きい第1の比率で供給して製
膜し、それを下地層として、この第1の比率に比べて水
素の比率が小さい第2の比率で水素とシランを供給量し
て製膜すると、結晶性が高く、かつ製膜時間を短縮して
微結晶膜を製膜できる。
FIG. 14 shows a ninth embodiment of the present invention. Silane is used as a source gas, and hydrogen is used as a diluent gas.
With respect to the ratio of the supply amount of hydrogen to the supply amount of silane, the film formation rate is significantly reduced at first, and gradually decreases when the ratio exceeds 4. As shown in FIG. 15, with respect to the ratio of the amount of hydrogen to the amount of silane supplied, the average crystal grain size of the microcrystalline film is:
It increases significantly up to a ratio of 4 and saturates at higher ratios.
At this time, as shown in FIG. 16, hydrogen and silane are supplied at the first ratio in which the ratio of hydrogen is relatively large at the initial stage of film formation, and a film is formed. When the film is formed by supplying hydrogen and silane at the second ratio in which the ratio of hydrogen is small, a microcrystalline film can be formed with high crystallinity and shortening the film forming time.

【0054】図17に本発明の第10の実施例を示す。
製膜時間とともに、連続的に水素のシランに対する供給
量の比率を減少させて、結晶性の高い製膜条件から製膜
速度の速い製膜条件に連続的に移行して、結晶性が高
く、かつ製膜時間を短縮して微結晶膜を製膜できる。
FIG. 17 shows a tenth embodiment of the present invention.
With the film forming time, the ratio of the supply amount of hydrogen to silane is continuously reduced, and the film is continuously shifted from a film forming condition having a high crystallinity to a film forming condition having a high film forming speed, and the crystallinity is high. In addition, a microcrystalline film can be formed by shortening the film forming time.

【0055】図18に本発明の第11の実施例を示す。
製膜初期の一定期間水素の比率が比較的大きい第1の比
率で水素とシランを供給して製膜し、製膜中に水素のシ
ランに対する供給比を減少させ、続けて水素の比率が比
較的小さい第2の比率で水素とシランを供給して製膜を
行う。これにより、放電や原料ガスの供給量を止めるこ
となく、第1の水素とシランの供給量の比率で製膜時
間、水素とシランの供給量の比率の減少時間、第2の水
素とシランの供給量の比率での製膜時間を調整して、結
晶性が高く、かつ製膜速度が速い最適条件を決めること
ができる。
FIG. 18 shows an eleventh embodiment of the present invention.
Hydrogen and silane are supplied at the first ratio in which the ratio of hydrogen is relatively large during the initial period of film formation to form a film, and the supply ratio of hydrogen to silane is reduced during film formation. A film is formed by supplying hydrogen and silane at a relatively small second ratio. Thereby, without stopping the discharge and the supply amount of the source gas, the film formation time is determined by the supply ratio of the first hydrogen and the silane, the reduction time of the supply ratio of the hydrogen and the silane, and the second hydrogen and the silane are reduced. By adjusting the film forming time at the ratio of the supply amount, it is possible to determine the optimum conditions having high crystallinity and a high film forming speed.

【0056】図19に本発明の第12の実施例を示す。
図1に示した装置を用い、原料ガスとして、100%シ
ランの場合、およびシランを水素で希釈した場合につい
て、原料ガス供給量と反応室容積の比に対する作製され
た微結晶シリコン膜の製膜速度を示す。原料ガス供給量
と反応室容積の比は、圧力が一定の場合、原料ガスの反
応室滞在時間の逆数に比例する。100%シランの場合
は、反応室内の圧力5mtorrと15mtorrの場
合について示している。水素で希釈した場合には、シラ
ンと水素を合わせた流量を5sccmに保ち、圧力を5
mtorrにしている。電子ビームガンの加速電圧とし
ては、100V、基板温度は200℃を用いた。図に示
した範囲で、従来の水素希釈を10から100倍行った
RFグロー放電プラズマCVDよりも速い約100Å/
min以上の製膜速度が得られている。また、図から明
らかなように製膜速度は、原料ガス供給量と反応室容積
の比の増加に伴い著しく増加する。原料ガス供給量と反
応室容積の比が0.00003sccm・cm-3以上で
約100Å/min以上の製膜速度、原料ガス供給量と
反応室容積の比が0.00025sccm・cm-3以上
で約200Å/min以上の製膜速度が得られている。
図20に図19に示した条件で得られた微結晶膜の結晶
の平均粒径を示す。原料ガスの供給量と反応室容積の比
の増加に伴い、平均粒径は原料ガスの供給量と反応室容
積の比0.0007sccm・cm-3まで著しく減少
し、0.0007sccm・cm-3以上で緩やかに減少
する。原料ガスの供給量と反応室容積の比0.005s
ccm・cm-3以下で結晶性を示し、原料ガスの供給量
と反応室容積の比0.0007sccm・cm-3以下で
約100Å以上の平均粒径を示すとともに急激に平均粒
径が増大し、原料ガスの供給量と反応室容積の比0.0
003sccm・cm-3以下で150〜200Åを超え
る粒径の微結晶膜が得られる。結晶化に着目すると、原
料ガスの供給量と反応室容積の比は0.005sccm
・cm-3以下が望ましく、原料ガスの供給量と反応室容
積の比は0.0007sccm・cm-3以下がさらに望
ましく、原料ガスの供給量と反応室容積の比は0.00
03sccm・cm-3以下がさらに望ましい。また、製
膜速度に着目すると、原料ガスの供給量と反応室容積の
比は0.00003sccm・cm-3以上が望ましく、
原料ガスの供給量と反応室容積の比は0.00025s
ccm・cm-3以上がさらに望ましい。以上の原料ガス
の供給量と反応室容積の比の範囲を用いると結晶性がよ
り高く、かつ速い製膜速度で微結晶膜が得られる。
FIG. 19 shows a twelfth embodiment of the present invention.
Using the apparatus shown in FIG. 1, when 100% silane was used as the source gas and when silane was diluted with hydrogen, the produced microcrystalline silicon film was formed with respect to the ratio between the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber. Indicates speed. When the pressure is constant, the ratio between the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber is proportional to the reciprocal of the residence time of the source gas in the reaction chamber. In the case of 100% silane, the case where the pressure in the reaction chamber is 5 mtorr and 15 mtorr is shown. When diluted with hydrogen, the combined flow rate of silane and hydrogen is maintained at 5 sccm, and the pressure is set at 5 sccm.
mtorr. The acceleration voltage of the electron beam gun was 100 V, and the substrate temperature was 200 ° C. In the range shown in the figure, about 100 ° / sec, which is faster than the conventional RF glow discharge plasma CVD in which hydrogen dilution is performed 10 to 100 times.
A film forming speed of at least min is obtained. Further, as is apparent from the figure, the film formation rate increases significantly with an increase in the ratio between the supply amount of the raw material gas and the volume of the reaction chamber. When the ratio between the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber is 0.00003 sccm · cm −3 or more, the film forming speed is about 100 ° / min or more, and when the ratio between the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber is 0.00025 sccm · cm −3 or more. A film forming speed of about 200 ° / min or more has been obtained.
FIG. 20 shows the average grain size of crystals of the microcrystalline film obtained under the conditions shown in FIG. With the increase of the ratio of the reaction chamber volume and the supply amount of the raw material gas, the average particle size is significantly reduced to a specific 0.0007sccm · cm -3 in the reaction chamber volume and the supply amount of the raw material gas, 0.0007sccm · cm -3 Above, it decreases gradually. Ratio of supply amount of source gas to volume of reaction chamber 0.005s
It shows crystallinity at ccm · cm -3 or less, and shows an average particle diameter of about 100 ° or more at 0.0007 sccm · cm -3 or less at the ratio of the supply amount of the raw material gas to the reaction chamber volume, and the average particle diameter rapidly increases. , The ratio of the supply amount of the raw material gas to the volume of the reaction chamber 0.0
A microcrystalline film having a particle size of 150 to 200 ° or less at 003 sccm · cm −3 or less can be obtained. Focusing on crystallization, the ratio between the supply amount of the raw material gas and the volume of the reaction chamber is 0.005 sccm.
Cm -3 or less, the ratio of the supply amount of the source gas to the volume of the reaction chamber is more preferably 0.0007 sccm · cm -3 or less, and the ratio of the supply amount of the source gas to the volume of the reaction chamber is 0.00.
03 sccm · cm −3 or less is more desirable. Further, when focusing on the film forming speed, the ratio between the supply amount of the raw material gas and the volume of the reaction chamber is preferably 0.00003 sccm · cm -3 or more.
The ratio between the supply amount of the raw material gas and the volume of the reaction chamber is 0.00025s.
More preferably ccm · cm -3 or more. When the above-described range of the ratio of the supply amount of the source gas to the volume of the reaction chamber is used, the crystallinity is higher and a microcrystalline film can be obtained at a high film forming speed.

【0057】図21に本発明の第13の実施例を示す。
図1に示した装置を用い、原料ガスとして、100%シ
ランの場合について、電子ビームの加速電圧に対する作
製された微結晶シリコン膜の製膜速度を示す。反応室内
圧力は5mtorr、原料ガス供給量は6sccm、基
板温度は200℃を用いた。図21から明らかなように
加速電圧の増加とともに製膜速度が速くなっている。図
22に加速電圧に対する微結晶膜の平均結晶粒径を示
す。加速電圧40V以上で結晶性を示し、60V以上で
約100Å以上の粒径を示す。図23に加速電圧に対す
る微結晶膜の結晶化率を示す。加速電圧40V以上で結
晶性を示し、加速電圧に対して、結晶化率は単調に増加
する。結晶性、製膜速度とともに加速電圧が大きいほど
望ましく、具体的には加速電圧は40V以上が望まし
く、加速電圧は60V以上がさらに望ましい。
FIG. 21 shows a thirteenth embodiment of the present invention.
Using the apparatus shown in FIG. 1, the film forming speed of the formed microcrystalline silicon film with respect to the acceleration voltage of the electron beam is shown for the case where 100% silane is used as the source gas. The reaction chamber pressure was 5 mtorr, the raw material gas supply was 6 sccm, and the substrate temperature was 200 ° C. As is clear from FIG. 21, the film forming speed increases as the acceleration voltage increases. FIG. 22 shows the average crystal grain size of the microcrystalline film with respect to the acceleration voltage. It shows crystallinity at an acceleration voltage of 40 V or more, and shows a particle size of about 100 ° or more at an acceleration voltage of 60 V or more. FIG. 23 shows the crystallization ratio of the microcrystalline film with respect to the acceleration voltage. Crystallinity is exhibited at an acceleration voltage of 40 V or more, and the crystallization ratio monotonically increases with respect to the acceleration voltage. It is desirable that the acceleration voltage is higher as well as the crystallinity and the film forming speed. Specifically, the acceleration voltage is preferably 40 V or more, and the acceleration voltage is more preferably 60 V or more.

【0058】以上の実施例においては原料ガスとしてシ
ランガスを用いた場合について説明した。しかし、原料
ガスはシランガスに限られずハロゲン化珪素を用いるこ
とができる。また水素化珪素および/またはハロゲン化
珪素とメタン、エタン、エチレン、アセチレンのような
炭化水素その他の炭素原子を含有する気体との混合ガ
ス、水素化珪素および/またはハロゲン化水素と酸素あ
るいは二酸化炭素のような酸素原子を含有する気体との
混合ガス、水素化珪素および/またはハロゲン化珪素と
窒素またはアンモニアのような窒素原子を含有する気体
との混合ガスを用いることができる。さらに、水素化ゲ
ルマニウムおよび/またはハロゲン化ゲルマニウムを原
料ガスとして用いることができ、水素化珪素および/ま
たはハロゲン化珪素と水素化ゲルマニウムおよび/また
はハロゲン化ゲルマニウムの混合ガスを原料ガスとして
用いることができる。
In the above embodiment, the case where silane gas was used as the source gas was described. However, the source gas is not limited to silane gas, and silicon halide can be used. A mixed gas of silicon hydride and / or silicon halide and a gas such as methane, ethane, ethylene, and acetylene, or a gas containing a carbon atom; silicon hydride and / or hydrogen halide and oxygen or carbon dioxide And a mixed gas of silicon hydride and / or silicon halide and a gas containing nitrogen atom such as nitrogen or ammonia. Further, germanium hydride and / or germanium halide can be used as a source gas, and silicon hydride and / or a mixed gas of silicon halide and germanium hydride and / or germanium halide can be used as a source gas. .

【0059】希釈用のガスとしては、水素ガスの他に希
ガスを用いることができ、希ガスは水素ガスと同時に使
用することができる。
As the gas for dilution, a rare gas can be used in addition to the hydrogen gas, and the rare gas can be used simultaneously with the hydrogen gas.

【0060】さらに、上述した各種の原料ガスに例えば
ジボランのようなp形の不純物、あるいは例えばホスフ
ィンのようなn形の不純物を添加することもできる。従
って、本発明を適用して、高い変換効率を有するpin
形薄膜太陽電池を高い製造効率で製造することができ
る。
Further, a p-type impurity such as diborane or an n-type impurity such as phosphine can be added to the above-mentioned various source gases. Therefore, by applying the present invention, a pin having high conversion efficiency
The thin-film solar cell can be manufactured with high manufacturing efficiency.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反応室に導入した原料ガスを、電子ビームガンで加速さ
れた電子によってプラズマ状態にして分解し、薄膜を製
造する方法において、第1の原料ガス供給量で製膜した
後、該第1の原料ガス供給量よりも大きい第2の原料ガ
ス供給量で製膜することによって、低い基板温度で高速
にかつ結晶性の高い微結晶膜を製造することができる。
As described above, according to the present invention,
In a method of producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun and forming a film with a first raw material gas supply amount, the first raw material gas is supplied. By forming a film with the second source gas supply amount larger than the supply amount, a microcrystalline film with high crystallinity can be manufactured at a high speed at a low substrate temperature.

【0062】あるいは、反応室に導入した原料ガスを、
電子ビームガンで加速された電子によってプラズマ状態
にして分解し、薄膜を製造する方法において、製膜中に
原料ガス供給量を増加させて製膜することによって、低
い基板温度で高速にかつ結晶性の高い微結晶膜を製造す
ることができる。
Alternatively, the raw material gas introduced into the reaction chamber is
In a method of producing a thin film by decomposing into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun and increasing the amount of source gas supplied during film formation to form a film at low substrate temperature at high speed and with high crystallinity A high microcrystalline film can be manufactured.

【0063】同様に、反応室内の圧力を小から大に段階
的にあるいは製膜中に連続的に増加させて製膜するこ
と、希釈ガスと原料ガスの比率を大から小に段階的にあ
るいは連続的に減少させて製膜することによっても、低
い基板温度で高速にかつ結晶性の高い微結晶膜を製造す
ることができる。
Similarly, film formation is performed by increasing the pressure in the reaction chamber from small to large stepwise or continuously during film formation, and increasing the ratio of the diluent gas to the raw material gas from large to small stepwise or By continuously reducing the film thickness, a microcrystalline film having high crystallinity can be manufactured at high speed at a low substrate temperature.

【0064】また、反応室に導入した原料ガスを、電子
ビームガンで加速された電子によってプラズマ状態にし
て分解し、薄膜を製造する方法において、原料ガスの供
給量が70sccm以下、望ましくは10sccm以
下、さらに望ましくは5sccm以下で、原料ガスの供
給量が0.5sccm以上、望ましくは4sccm以上
に制御することにより、低い基板温度で高速に、かつ結
晶性の高い微結晶膜を製造することができる。
Further, in a method of producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun, a supply amount of the raw material gas is 70 sccm or less, preferably 10 sccm or less. More preferably, by controlling the supply amount of the source gas to 5 sccm or less and the supply amount of the source gas to 0.5 sccm or more, desirably to 4 sccm or more, a microcrystalline film with high crystallinity and high speed can be manufactured at a low substrate temperature.

【0065】同様に、原料ガスの供給量と反応室の容積
との比が0.005sccm・cm-3以下、望ましくは
0.0007sccm・cm-3以下、さらに望ましくは
0.0003sccm・cm-3以下の条件で、原料ガス
の供給量と反応室の容積との比が0.00003scc
m・cm-3以上、望ましくは0.00025sccm・
cm-3以上に制御することにより、低い基板温度で高速
に、かつ結晶性の高い微結晶膜を製造することができ
る。
Similarly, the ratio between the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber is 0.005 sccm · cm −3 or less, preferably 0.0007 sccm · cm −3 or less, and more preferably 0.0003 sccm · cm −3. Under the following conditions, the ratio between the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber is 0.00003 scc.
m · cm −3 or more, desirably 0.00025 sccm ·
By controlling the density to not less than cm −3 , a microcrystalline film having high crystallinity and high speed can be manufactured at a low substrate temperature.

【0066】同様に、電子ビームの加速電圧を望ましく
は40V以上、さらに望ましくは60V以上に制御する
ことにより、低い基板温度で高速に、かつ結晶性の高い
微結晶膜を製造することができる。
Similarly, by controlling the acceleration voltage of the electron beam to desirably 40 V or more, more desirably 60 V or more, a microcrystalline film having high crystallinity and high speed can be manufactured at a low substrate temperature.

【0067】これらにより、製膜時間の短縮による微結
晶作製コストの削減が可能となる。また、速い製膜温度
において結晶性の改善から太陽電池の効率向上に寄与す
ることができる。また、従来製膜時間の長さから困難で
あった、pin形太陽電池のi層に微結晶膜を適用する
ことが可能となった。
Thus, it is possible to reduce the cost of producing microcrystals by shortening the film forming time. Further, the improvement in crystallinity at a high film forming temperature can contribute to the improvement in the efficiency of the solar cell. In addition, it has become possible to apply a microcrystalline film to the i-layer of a pin type solar cell, which has been difficult due to the length of the conventional film formation time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を実施可能な微結晶膜製造装置の模式図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a microcrystalline film manufacturing apparatus capable of implementing the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例である微結晶膜の製膜速
度の原料ガス供給量依存性を示す図である。
FIG. 2 is a graph showing the dependence of the deposition rate of a microcrystalline film, which is a first embodiment of the present invention, on the amount of source gas supplied.

【図3】本発明の第1の実施例である微結晶膜の結晶の
平均粒径の原料ガス供給量依存性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the average particle diameter of the crystal of the microcrystalline film according to the first embodiment of the present invention on the source gas supply amount.

【図4】本発明の第1の実施例である微結晶膜の結晶化
率の原料ガス供給量依存性を示す図である。
FIG. 4 is a graph showing the dependence of the crystallization ratio of a microcrystalline film on the amount of source gas supplied according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の微結晶膜製造方法の第2の実施例を説
明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a second embodiment of the method for producing a microcrystalline film according to the present invention.

【図6】本発明の微結晶膜製造方法の第3の実施例を説
明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a third embodiment of the method for producing a microcrystalline film according to the present invention.

【図7】本発明の微結晶膜製造方法の第4の実施例を説
明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a fourth embodiment of the method for producing a microcrystalline film according to the present invention.

【図8】本発明の微結晶膜製造方法の第5の実施例を説
明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the method for manufacturing a microcrystalline film according to the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例である微結晶膜の製膜速
度の圧力依存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the pressure dependence of the deposition rate of a microcrystalline film according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施例である微結晶膜の結晶
の平均粒径の圧力依存性を示す図である。
FIG. 10 is a view showing the pressure dependence of the average grain size of crystals of a microcrystalline film according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の微結晶膜製造方法の第6の実施例を
説明する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a sixth embodiment of the method for producing a microcrystalline film according to the present invention.

【図12】本発明の微結晶膜製造方法の第7の実施例を
説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a seventh embodiment of the method for producing a microcrystalline film according to the present invention.

【図13】本発明の微結晶膜製造方法の第8の実施例を
説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an eighth embodiment of the method for producing a microcrystalline film according to the present invention.

【図14】本発明の第9の実施例である微結晶膜の製膜
速度の、希釈ガスと原料ガスの供給量の比率に対する依
存性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the dependency of the deposition rate of the microcrystalline film on the ratio of the dilution gas and the supply amount of the source gas according to the ninth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第9の実施例である微結晶膜の結晶
の平均粒径の、希釈ガスと原料ガスの供給量の比率に対
する依存性を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the dependence of the average particle size of the crystals of the microcrystalline film on the ratio of the dilution gas and the supply amount of the source gas according to the ninth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の微結晶膜製造方法の第9の実施例を
説明する図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a ninth embodiment of a method for manufacturing a microcrystalline film according to the present invention.

【図17】本発明の微結晶膜製造方法の第10の実施例
を説明する図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a tenth embodiment of the method for manufacturing a microcrystalline film according to the present invention.

【図18】本発明の微結晶膜製造方法の第11の実施例
を説明する図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating an eleventh embodiment of the method for manufacturing a microcrystalline film according to the present invention.

【図19】本発明の第12の実施例である微結晶膜の製
膜速度の、原料ガス供給量と反応室容積に対する依存性
を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the dependence of the deposition rate of a microcrystalline film on the supply amount of source gas and the volume of a reaction chamber according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第12の実施例である微結晶膜の結
晶の平均粒径の、原料ガス供給量と反応室容積に対する
依存性を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing the dependence of the average particle size of the crystals of the microcrystalline film on the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber according to the twelfth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第13の実施例である微結晶膜の製
膜速度の加速電圧依存性を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing the acceleration voltage dependence of the film forming speed of a microcrystalline film according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第13の実施例である微結晶膜の結
晶の平均粒径の加速電圧依存性を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing the acceleration voltage dependence of the average grain size of crystals of a microcrystalline film according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第13の実施例である微結晶膜の結
晶化率の加速電圧依存性を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing the acceleration voltage dependence of the crystallization ratio of a microcrystalline film according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図24】従来の微結晶膜製造方法を説明する模式図で
ある。
FIG. 24 is a schematic view illustrating a conventional method for manufacturing a microcrystalline film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電子ビームガン 2 放電領域 3 加速領域 4 反応室 5 直流放電電源 6 加速電源 7 カソード 8 補助電極 9 放電電極 10 加速電極 11 コイル 12 電子ビーム 13 プラズマ 14 基板 15 ヒータ 16 アルゴンガスライン 17 排気口 18 原料ガスライン 19 原料ガス排気口 20 原料ガス供給量の比較的少ない条件で得られる微
結晶膜 21 原料ガス供給量の比較的多い条件で得られる微結
晶膜 22 比較的少ない第1の原料ガス供給量の条件で得ら
れる微結晶膜 23 比較的多い第2の原料ガス供給量の条件で得られ
る微結晶膜 24 RF電源 25 RF電極 26 高電圧ポート 27 接地電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron beam gun 2 Discharge area 3 Acceleration area 4 Reaction chamber 5 DC discharge power supply 6 Acceleration power supply 7 Cathode 8 Auxiliary electrode 9 Discharge electrode 10 Acceleration electrode 11 Coil 12 Electron beam 13 Plasma 14 Substrate 15 Heater 16 Argon gas line 17 Exhaust port 18 Raw material Gas line 19 Source gas exhaust port 20 Microcrystalline film obtained under relatively small amount of source gas supply 21 Microcrystalline film obtained under relatively large amount of source gas supply 22 First relatively small amount of first source gas supply 23 Microcrystalline film obtained under the condition of a relatively large amount of the second source gas supply 24 RF power supply 25 RF electrode 26 High voltage port 27 Ground electrode

フロントページの続き (72)発明者 龍治 真 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 市川 幸美 神奈川県横須賀市長坂二丁目2番1号 株 式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 東海 正國 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内Continuing on the front page (72) Inventor Ryuji Makoto 118 Futatsuka, Noda City, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries Noda Factory Co., Ltd. (72) Inventor Masakuni Tokai 118 Futatsuka, Noda City, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries, Ltd.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成されたアモルファス中に多
数の結晶粒が混在してなる微結晶膜において、平均結晶
粒径が前記基板側で大きく、基板と反対側で小さい結晶
粒径分布を有することを特徴とする微結晶膜。
In a microcrystalline film in which a large number of crystal grains are mixed in an amorphous layer formed on a substrate, the average crystal grain size is large on the substrate side and small on the side opposite to the substrate. A microcrystalline film, comprising:
【請求項2】 反応室に導入した原料ガスを、電子ビー
ムガンで加速された電子によってプラズマ状態にして分
解し、薄膜を製造する方法において、前記反応室に原料
ガスを第1の原料ガス供給量で供給して製膜した後、該
第1の原料ガス供給量よりも大きい第2の原料ガス供給
量で原料ガスを供給して製膜することを特徴とする微結
晶膜の製造方法。
2. A method for producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun to produce a thin film. And forming a film by supplying a source gas at a second source gas supply amount larger than the first source gas supply amount.
【請求項3】 反応室に導入した原料ガスを、電子ビー
ムガンで加速された電子によってプラズマ状態にして分
解し、薄膜を製造する方法において、製膜中に原料ガス
供給量を増加させながら製膜することを特徴とする微結
晶膜の製造方法。
3. A method for producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun, and forming a film while increasing a supply amount of the raw material gas during the film formation. A method for producing a microcrystalline film.
【請求項4】 反応室に導入した原料ガスを、電子ビー
ムガンで加速された電子によってプラズマ状態にして分
解し、薄膜を製造する方法において、前記反応室内の圧
力を第1の原料ガス圧力に維持して製膜した後、前記反
応室内の反応ガス圧力を該第2の圧力よりも大きい第2
の圧力に変更して製膜することを特徴とする微結晶膜の
製造方法。
4. A method for producing a thin film by decomposing a source gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun to maintain a pressure in the reaction chamber at a first source gas pressure. After forming a film, the reaction gas pressure in the reaction chamber is increased to a second pressure higher than the second pressure.
A method for producing a microcrystalline film, wherein the film is formed by changing the pressure to a predetermined pressure.
【請求項5】 反応室に導入した原料ガスを、電子ビー
ムガンで加速された電子によってプラズマ状態にして分
解し、薄膜を製造する方法において、製膜中に反応室内
の圧力を増加させながら製膜することを特徴とする微結
晶膜の製造方法。
5. A method for producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun and increasing the pressure in the reaction chamber during film formation. A method for producing a microcrystalline film.
【請求項6】 反応室に導入した原料ガスと希釈ガスの
混合ガスを、電子ビームガンで加速された電子によって
プラズマ状態にして分解し、薄膜を製造する方法におい
て、前記希釈ガスの原料ガスに対する比率を第1の比率
として製膜した後、希釈ガスの原料ガスに対する比率を
前記第1の比率よりも小さい第2の比率として製膜する
ことを特徴とする微結晶膜の製造方法。
6. A method for producing a thin film by decomposing a mixed gas of a raw material gas and a diluent gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun to produce a thin film. Is formed as a first ratio, and then the second ratio is smaller than the first ratio.
【請求項7】 反応室に導入した原料ガスと希釈ガスの
混合ガスを、電子ビームガンで加速された電子によって
プラズマ状態にして分解し、薄膜を製造する方法におい
て、製膜中に希釈ガスの原料ガスに対する比率を減少さ
せながら製膜することを特徴とする微結晶膜の製造方
法。
7. A method for producing a thin film by decomposing a mixed gas of a raw material gas and a diluent gas introduced into a reaction chamber with electrons accelerated by an electron beam gun to produce a thin film. A method for producing a microcrystalline film, characterized in that a film is formed while reducing a ratio to a gas.
【請求項8】 反応室に導入した原料ガスを、電子ビー
ムガンで加速された電子によってプラズマ状態にして分
解し、薄膜を製造する方法において、原料ガスの供給量
が70sccm以下であることを特徴とする微結晶膜の
製造方法。
8. A method for producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun, wherein a supply amount of the raw material gas is 70 sccm or less. Method for producing a microcrystalline film.
【請求項9】 前記原料ガスの供給量が0.5sccm
以上であることを特徴とする請求項8に記載の微結晶膜
の製造方法。
9. The supply rate of the source gas is 0.5 sccm.
9. The method for producing a microcrystalline film according to claim 8, wherein:
【請求項10】 反応室に導入した原料ガスを、電子ビ
ームガンで加速された電子によってプラズマ状態にして
分解し、薄膜を製造する方法において、原料ガスの供給
量と反応室の容積との比が0.005sccm・cm-3
以下であることを特徴とする微結晶膜の製造方法。
10. A method for producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun to produce a thin film, wherein a ratio between a supply amount of the raw material gas and a volume of the reaction chamber is reduced. 0.005 sccm · cm -3
A method for producing a microcrystalline film, characterized in that:
【請求項11】 前記原料ガスの供給量と反応室の容積
との比が0.00003sccm・cm-3以上であるこ
とを特徴とする請求項10に記載の微結晶膜の製造方
法。
11. The method for producing a microcrystalline film according to claim 10, wherein a ratio between the supply amount of the source gas and the volume of the reaction chamber is 0.00003 sccm · cm −3 or more.
【請求項12】 反応室に導入した原料ガスを、電子ビ
ームガンで加速された電子によってプラズマ状態にして
分解し、薄膜を製造する方法において、電子の加速電圧
が40V以上であることを特徴とする微結晶膜の製造方
法。
12. A method for producing a thin film by decomposing a raw material gas introduced into a reaction chamber into a plasma state by electrons accelerated by an electron beam gun, wherein an electron accelerating voltage is 40 V or more. A method for manufacturing a microcrystalline film.
【請求項13】 前記原料ガスとして水素化珪素、ハロ
ゲン化珪素の少なくとも一つを用いることを特徴とする
請求項2から12のいずれかに記載の微結晶膜の製造方
法。
13. The method for producing a microcrystalline film according to claim 2, wherein at least one of silicon hydride and silicon halide is used as said source gas.
【請求項14】 前記原料ガスとして水素化珪素、ハロ
ゲン化珪素の少なくとも一つと、炭素原子を含有する気
体との混合ガスを用いることを特徴とする請求項2から
12のいずれかに記載の微結晶膜の製造方法。
14. The fine gas according to claim 2, wherein a mixed gas of at least one of silicon hydride and silicon halide and a gas containing a carbon atom is used as the raw material gas. Manufacturing method of crystalline film.
【請求項15】 前記原料ガスとして水素化珪素、ハロ
ゲン化珪素の少なくとも一つと、酸素原子を含有する気
体との混合ガスを用いることを特徴とする請求項2から
12のいずれかに記載の微結晶膜の製造方法。
15. The fine gas according to claim 2, wherein a mixed gas of at least one of silicon hydride and silicon halide and a gas containing an oxygen atom is used as the raw material gas. Manufacturing method of crystalline film.
【請求項16】 前記原料ガスとして水素化珪素、ハロ
ゲン化珪素の少なくとも一つと、窒素原子を含有する気
体との混合ガスを用いることを特徴とする請求項2から
12のいずれかに記載の微結晶膜の製造方法。
16. The fine gas according to claim 2, wherein a mixed gas of at least one of silicon hydride and silicon halide and a gas containing a nitrogen atom is used as the raw material gas. Manufacturing method of crystalline film.
【請求項17】 前記原料ガスとして水素化珪素、ハロ
ゲン化珪素の少なくとも一つと、水素化ゲルマニウム、
ハロゲン化ゲルマニウムの少なくとも一つとの混合ガス
を用いることを特徴とする請求項2から12のいずれか
に記載の微結晶膜の製造方法。
17. The method according to claim 17, wherein the source gas is at least one of silicon hydride and silicon halide, and germanium hydride.
13. The method for producing a microcrystalline film according to claim 2, wherein a mixed gas with at least one of germanium halides is used.
【請求項18】 前記原料ガスとして水素化ゲルマニウ
ム、ハロゲン化ゲルマニウムの少なくとも一つを用いる
ことを特徴とする請求項2から12のいずれかに記載の
微結晶膜の製造方法。
18. The method for producing a microcrystalline film according to claim 2, wherein at least one of germanium hydride and germanium halide is used as the source gas.
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